JP2006222165A - 露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調節精度およびスループットの良好な露光装置の提供。
【解決手段】投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する露光装置であって、投影光学系と、前記投影光学系と基板との間の露光光通過領域に液体を供給するためのノズルと、前記ノズルに供給するための液体を循環させる循環系と、前記循環系内の液体の温度を調節する第１の温度調節手段とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造等に用いられる露光装置に関し、特に投影光学系と基板との間の露光光通過領域を液体で満たした状態で露光を行う露光装置に関するものである。

図５は従来の露光装置の概略構成を示し、３１は半導体製造等に用いられる露光装置の光源である。光源３１は、露光パターンの微細化に伴い短波長化が進みｉ線からエキシマレーザーへとシフトし、更にはそのレーザー光源もＫｒＦからＡｒＦへとシフトしてきた。現在更なる微細化への要求を満足するためにＦ2レーザーやＥＵＶ光の使用が検討されている。

光源３１から出た光は、導入部３２を経て照明光学系３３に送られる。照明光学系３３にて照度むらの除去並びにビームの成形が行われて、照明光として露光パターンの原版となるレチクル３４に照射される。レチクル３４は、レチクルステージ３５に配置されている。

レチクル３４を透過した光は、パターン光となり投影光学系３６を介してレチクル３４と光学的共役面に配置されたウエハ３７に縮小投影される。

ウエハ３７はリニアモータ駆動のウエハステージ３８に配置され、ステップアンドリピートによる繰り返し露光が行われる。ここで、集積回路線幅の微細化に伴い、最適な結像が行える投影光学系３６の中心部に露光エリアをスリット状に絞り込み、レチクルステージ３５もリニアモータ駆動させてウエハステージ３８とレチクルステージ３５とを同期スキャンしながら露光する半導体露光装置が開発されている。

また近年、投影光学系３６の最下面とウエハ３７の間の露光光通過空間（以下、液浸部又は液浸領域ともいう。）を純水等の液体で満たした状態で露光を行う液浸型露光装置が注目されている。このように液浸化を図ることにより、液体の持つ高屈折率により高ＮＡ化が図れる。これは、設備負荷の大きいＦ2やＥＵＶ光源を使用せずにＡｒＦの既存の露光装置をベースとして液浸装置を付加することにより、容易に更なる微細化への道が開けることを意味する（例えば、特許文献１）。

図６は液浸型露光装置の形態の一例で、局所的な液浸を行う場合の構成を示し、投影光学系３６の最下面に液浸壁２１にて区画された液浸領域を作り、液体供給ノズル２２並びに液体回収口２３をこの液浸領域に臨むように配置し、一定量の液浸液を液体供給ノズル２２から供給すると同時に、液体回収口２３から回収していくことによって液浸領域を液浸液で満たした液浸状態として露光を行う方法が液浸露光の原理である。

液浸用に使用される液体（以下、液浸液ともいう。）は光学部品の一部とも言え、厳しい純度、流量並びに温度の管理が要求される。通常、超純水が使用され、工場設備で生成された超純水は供給ライン２８を介して、冷却器２４、ヒーター２５、温度センサー２６並びに温調器２７にて温調され、液体供給ノズル２２を介して液浸領域へ供給される。
特開平６−１２４８７３号公報

液浸液に超純水を使用する場合には、パーティクルやイオン等の不純物の混入を避けるため、接液部の材質はテフロン（登録商標）系、ガラス系、塩化ビニル等の樹脂等に制限され、金属系は使用できない。当然、液浸液に接触する接液部を有する冷却器２４、ヒーター２５並びに温度センサー２６の材質についても同様である。

しかしながら、これら液浸液の温度調節（以下、温調ともいう。）を行う機器にテフロン（登録商標）等の材質を使用すると伝熱特性が非常に悪くなる。特に工場設備側から多くの流量変動や温度変動を受けた状態で超純水が供給されると、温調系の応答性が悪いため外乱を除去しきれない状態で液浸領域に液浸液が供給されてしまい、液浸露光の結像性能に致命的な打撃を与えかねない。

また、供給開始時の熱容量変化への追従性も悪くなるため、温度安定待ち時間が必要となりスループットを低下させてしまう。

このような問題を考慮し、本発明は、液浸液の温度調節精度およびスループットの良好な露光装置の提供を例示的目的とする。

上記問題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る１つの態様では、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する露光装置であって、投影光学系と、前記投影光学系と基板との間の露光光通過領域に液体を供給するためのノズルと、前記ノズルに供給するための液体を循環させる循環系と、前記循環系内の液体の温度を調節する第１の温度調節手段とを有する。

また、上記態様において、前記循環系は、外部から供給される液体を溜めるタンクを有する。

また、上記態様において、前記循環系は、前記タンクから出て前記タンクに戻る第１の流路を有する。

また、上記態様において、前記第１の温度調節手段は、液体との間で熱交換を行う熱交換手段を有する。

また、上記態様において、前記タンク内の液体の量を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、外部から前記タンクに供給される液体の流量を調節する第１の流量調節手段とを有する。

また、上記態様において、前記循環系から前記ノズルに流体を供給するための弁を有する。

また、上記態様において、前記循環系は、前記タンクに還流する流量を調節する第２の流量調節手段を有する。

また、上記態様において、前記弁と前記ノズルとの間に配された第２の流路と、前記第２の流路内の液体の流量を調節する第３の流量調節手段とを有する。

また、上記態様において、前記弁と前記ノズルとの間に配された第２の流路と、前記第２の流路内に気体を供給する気体供給手段とを有する。

また、上記態様において、前記循環系は、液体中に溶存するイオンを除去するイオン交換手段、液体中の気泡を除去する脱気手段および滅菌手段の少なくとも１つを有する。

また、上記態様において、前記循環系の流路は、前記投影光学系と熱交換する部分を有する。

また、上記態様において、前記第１の温度調節手段は、前記熱交換手段の下流に液体を加熱する加熱手段を有する。

また、上記態様において、外部から前記タンクに供給される液体の温度を調節する第２の温度調節手段を有する。

また、本発明の他の態様では、上記いずれかの態様の露光装置を用いて原版のパターンを基板に投影する段階を有するデバイス製造方法を提案する。

本発明によれば、液浸液の温度調節精度およびスループットの良好な露光装置を提供することができる。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものである。例えば、本発明は後述する各実施形態の構成に限られず、第２乃至第４の実施形態のうち、少なくとも２つの特徴点を組み合わせて構成した場合も、本発明に含まれることは言うまでもない。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図であり、図５と共通する構成は同じ符号で示している。

本実施形態の液浸液供給系統は、液浸液温調循環系８と、液浸液とは別の温調用流体循環系１０とに大別される。

不図示の工場設備から供給される液浸液は、先ず液浸液温調循環系８の供給ライン２８から供給され、液浸液流量制御部１によってその流量が制御されて断熱タンク２に供給される。液浸液流量制御部１は、断熱タンク２と供給ライン２８の間に配置された遮断弁３と断熱タンク２内に配置された液面レベルセンサー４とを有し、断熱タンク２内の液面レベルが常に所定の範囲内になるように遮断弁３を開閉制御する。そして、断熱タンク２に供給される液浸液の流量は、露光装置の液浸部に供給される流量以上になるように制御される。

断熱タンク２は、工場設備側から供給される液浸液の流量変動、圧力変動並びに温度変動の外乱を除去（吸収）するために設置される。断熱タンク２の容量は、供給される最大流量並びに最大温度差に対し、少なくとも液浸部で許容される温度変動に対応する熱容量分の液浸液を蓄えられる必要がある。換言すると、液浸部の許容温度変動並びにタンク容量から、断熱タンク２に供給される液浸液の流量並びに温度の許容値が定められる。

また、断熱タンク２を断熱構造にすることによりタンク自身に直接入り込む熱外乱の液浸液への影響を抑えている。また、断熱タンク２を所定の温度になるように制御するための不図示の温調系を設ければ更に好適となる。

液浸液温調循環系８における断熱タンク２の下流側ラインには、ポンプ５と熱交換器６が配設されている。また、熱交換器６の下流側ラインには、液浸部に通じるラインから分岐して液浸液が断熱タンク２に還流する回収配管７が配設されている。本実施形態の特徴の１つは、上記液浸液温調循環系８における熱交換器６の下流側ラインに、分岐して断熱タンク２に還流する回収配管７を設けた点にある。なお、ポンプ５からの液浸液の流量は液浸部への供給に必要な流量以上になるように制御される。

更に、熱交換器６の下流側ラインであって、回収配管７の上流側に温度センサー９が配置され、温度センサー９により検知される液浸液の温度が所定の温度になるように制御される。

次に、温調用流体循環系１０の説明と併せて、液浸液の温度制御方法について説明する。

温調用流体循環系１０は、冷却器１１、タンク１２、ポンプ１３、ヒーター１４を有し、液浸液とは別の温調用流体は液浸液温調循環系８の熱交換器６に供給され、液浸液と熱交換される。この時、温度センサー９から温調器１５に検知信号を出力し、温調器１５からヒーター１４に出力信号を与えて、温度センサー９の液浸液が所定温度になるように温調用流体の温度を制御する。

ここで、液浸液として超純水（例えば、比抵抗17.8ＭΩｃｍ以上、無機イオン0.01ｐｐｂ以下）を用いた場合、熱交換器６の接液部はテフロン（登録商標）、ガラス、塩化ビニル等の材質が好適である。一方、温調用流体に対しては伝熱特性の良い金属製の温調機器を使用することで、応答性を向上させる。当然、熱交換器６においては液浸液と温調用流体は熱以外絶縁されているため、温調用流体の接液部に金属を使用しても問題はない。但し、若干量の浸透は生じるため、該浸透現象を軽減するためには、温調用流体も純水であることが好ましい。

液浸液温調循環系８には、温度センサー９の下流側ラインに、供給弁１６並びに流量調整弁１７から構成されるノズル供給制御部１８が配設されており、供給弁１６から下流側に延びるノズル供給配管２９が液体供給ノズル２２に連通している。液浸領域への液浸液の供給は、ノズル供給制御部１８の供給弁１６を開成することにより行われる。また、このとき、流量調整弁１７にて所定の流量に調整される。ここで、ノズル２２へ供給される流量より回収配管７から断熱タンク２に還流する流量の方が支配的であれば、供給開始による熱容量変化（断熱タンク内液量変化）を小さくすることができる。また、回収配管７に回収流量調整弁２０を設け、供給弁１６の開成時に熱交換器６を通過する液浸液の流量が供給弁１６の閉成時と同じになるように回収配管７内の流量を制御しても良い。

また、液浸露光を停止する場合、ノズル供給制御部１８内の供給弁１６を閉成すれば液浸領域への液浸液の供給は停止される。しかし、ノズル供給配管２９内には液浸液が残存しており、そのまま放置すれば腐食して所望の純度が低下して、次回の液浸露光開始時に悪影響を及ぼす。そこで供給弁１６の下流側直近にガス供給弁１９を設け、液浸液の供給停止時にガス供給弁１９から不活性ガスを管内に注入して排出することにより、供給弁１６から液体供給ノズル２２間の管内を残存液から不活性ガスに置換することができる。

本実施形態によれば、工場設備から供給される液浸液の持つ温度変動並びに流量変動等の外乱並びに供給開始時の熱容量変化を液浸液温調循環系８により除去でき、かつ、超純水対応の伝熱特性の低い温調機器の構成においても高い温度並びに流量の安定性を有し、液浸液の液浸部への供給がスピーディーに行える。

また、液浸液供給停止時においても、液浸液が配管内にとどまることがないため腐食による影響を防止できる。

［第２の実施形態］
図２は、本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図であり、図１の第１の実施形態と共通する構成は同じ符号で示している。

第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態の液浸液温調循環系８に超純水生成維持機能を新たに備えた点にある。

具体的には、熱交換器６の下流側ライン（回収配管７の上流側）に、液浸液に溶存するイオンを除去するイオン交換膜４１を配置し、超純水生成機能を付加する。これにより、工場設備から供給される純水の純度が多少低くても高純度の超純水の供給を行うことができる。更に、イオン交換膜４１の下流側に、液浸液中の気泡を除去する脱気膜４２を配置することにより、微生物の発生の低減が図れ、更には気泡の発生も抑制でき、液浸露光時のマイクロバブル等の泡による像性能の悪化防止に寄与する。また、液浸液温調循環系８の断熱タンク２内にＵＶランプ４３を設けて、液浸液中の微生物を紫外線により滅菌して微生物の発生を抑えることもできる。

本実施形態によれば、工場設備から供給される純水が液浸露光に適さない場合でも、超純水の生成、脱気並びに滅菌機能を設けることにより液浸露光用の超純水を生成維持できるため、工場設備に大きな負荷を与えない液浸露光装置を提供できる。

［第３の実施形態］
図３は、本発明の好適な第３の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図であり、図１の第１の実施形態と共通する構成は同じ符号で示している。

第３の実施形態の特徴は、第１の実施形態の液浸液温調循環系８に精密温調手段を新たに備えた点にある。

具体的には、熱交換器６の下流側ラインに精密な温度調節が行えるヒーター４４を設けたことで、更なる温調精度の向上を図ることができる。温度制御は、ヒーター４４の下流側に設置した温度センサー４５から温調器４６に検知信号を出力し、温調器４６からヒーター４４に出力信号を与えて、温度センサー４５の液浸液が所定温度になるように液浸液の温度を制御する。また、温度センサー４４の下流側ラインを投影光学系３６の外筒部等に巻装することで、温調された液浸液を投影光学系３６に供給して液浸液と投影光学系３６の温度を略同等にすることができ、温度安定性に優れた温調系を実現することができる。また、温度センサー４５を投影光学系３６近傍に配置できれば更に好適となる。

本実施形態によれば、精密な温度調節による温度安定性の向上、並びに液浸液と投影光学系の温度均一性により、温度変化による像性能の悪化を防ぎ、絶えず安定した温度の液浸液の供給が行える露光装置を提供することができる。

［第４の実施形態］
図４は、本発明の好適な第４の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図であり、図１の第１の実施形態と共通する構成は同じ符号で示している。

第４の実施形態の特徴は、第１の実施形態の液浸液の供給ライン２８に温調手段を新たに備えた点にある。

具体的には、断熱タンク２の上流側にヒーター４７を設けたことで、工場設備側から供給される液浸液の温度を調節することができる。温度制御は、ヒーター４７の下流側ラインに配設された温度センサー４９から温調器４８に検知信号を出力し、温調器４８からヒーター４７に出力信号を与えて、温度センサー４９の液浸液が所定温度になるように液浸液の温度を制御する。

本実施形態によれば、工場設備側から供給される純水への温度外乱の更なる低減化を図ることで、液浸液温調循環系８に対する温度変動を小さくし、温度変化による像性能の悪化を防ぎ、絶えず安定した温度の液浸液の供給が行える露光装置を提供することができる。

以下に、第１乃至第４の実施形態の少なくとも１つに係る効果を列挙する。工場設備から供給される液浸液の持つ温度変動並びに流量変動等の外乱並びに供給開始時の熱容量変化を温調循環系により除去できることにより、光学性能への液浸液の温度変動による影響を排除でき、安定した像性能を有する露光装置を提供することができる。

また、超純水対応の伝熱特性の低い温調機器の構成においても高い温度並びに流量の安定性を有し、液浸液の液浸部への供給をスピーディーに行え、また液浸液供給停止時においても液浸液が配管内にとどまることがないため腐食による影響を防止でき、立ち上げ時間の短縮化が図れ、スループットの向上に寄与する。

更に、工場設備から供給される純水が液浸露光に適さない場合でも、工場設備に大きな負荷を与えずに液浸露光が行える露光装置を提供することができる。

［デバイス製造方法］
次に、この露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスを説明する。図７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Ｓ１（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Ｓ２（マスク作製）では設計した回路パターンに基づいてマスクを作製する。

一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ５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Ｓ６（検査）ではステップＳ５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、ステップＳ７でこれを出荷する。

上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する（図８）。ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップ、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によって回路パターンをレジスト処理ステップ後のウエハに転写する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップ、現像ステップで現像したレジスト像以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップ。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。

本発明の好適な第１の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図である。 本発明の好適な第２の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図である。 本発明の好適な第３の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図である。 本発明の好適な第４の実施形態に係る露光装置の液浸液供給系統図である。 従来の露光装置を示す図である。 従来の露光装置の液浸液供給系統図である。 デバイス製造方法を示す図である。 ウエハプロセスを示す図である。

符号の説明

１ 液浸液流量制御部
２ 断熱タンク
３ 遮断弁
４ 液面レベルセンサー
５ ポンプ
６ 熱交換器
７ 回収配管
８ 液浸液温調循環系
９ 温度センサー
１０ 温調用流体循環系
１１ 冷却器
１２ タンク
１３ ポンプ
１４ ヒーター
１５ 温調器
１６ 供給弁
１７ 流量調整弁
１８ ノズル供給制御部
１９ ガス供給弁
２０ 回収流量調整弁
２１ 液浸壁
２２ 液体供給ノズル
２３ 液体回収口
２４ 冷却器
２５ ヒーター
２６ 温度センサー
２７ 温調器
２８ 供給ライン
２９ ノズル供給配管
３０ 供給弁
３１ 光源
３２ 導入部
３３ 照明光学系
３４ レチクル
３５ レチクルステージ
３６ 投影光学系
３７ ウエハ
３８ ウエハステージ
４１ イオン交換膜
４２ 脱気膜
４３ ＵＶランプ
４４ ヒーター
４５ 温度センサー
４６ 温調器
４７ 熱交換器
４８ 温調器
４９ 温度センサー

Claims (14)

1. 投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する露光装置であって、
   投影光学系と、
   前記投影光学系と基板との間の露光光通過領域に液体を供給するためのノズルと、
   前記ノズルに供給するための液体を循環させる循環系と、
   前記循環系内の液体の温度を調節する第１の温度調節手段と
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記循環系は、外部から供給される液体を溜めるタンクを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記循環系は、前記タンクから出て前記タンクに戻る第１の流路を有することを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記第１の温度調節手段は、液体との間で熱交換を行う熱交換手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の露光装置。
5. 前記タンク内の液体の量を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、外部から前記タンクに供給される液体の流量を調節する第１の流量調節手段と
   を有することを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
6. 前記循環系から前記ノズルに流体を供給するための弁を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記循環系は、前記タンクに還流する流量を調節する第２の流量調節手段を有することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記弁と前記ノズルとの間に配された第２の流路と、
   前記第２の流路内の液体の流量を調節する第３の流量調節手段と
   を有することを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
9. 前記弁と前記ノズルとの間に配された第２の流路と、
   前記第２の流路内に気体を供給する気体供給手段と
   を有することを特徴とする請求項６または７に記載の露光装置。
10. 前記循環系は、液体中に溶存するイオンを除去するイオン交換手段、液体中の気泡を除去する脱気手段および滅菌手段の少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記循環系の流路は、前記投影光学系と熱交換する部分を有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。
12. 前記第１の温度調節手段は、前記熱交換手段の下流に液体を加熱する加熱手段を有することを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
13. 外部から前記タンクに供給される液体の温度を調節する第２の温度調節手段を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の露光装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の露光装置を用いて原版のパターンを基板に投影する段階を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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