JP2008135723A

JP2008135723A - 液浸露光装置および露光方法

Info

Publication number: JP2008135723A
Application number: JP2007274032A
Authority: JP
Inventors: Makiko Katano; 野真希子片; Ayako Mizuno; 野綾子水; Takuya Kono; 野拓也河
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2007-10-22
Publication date: 2008-06-12
Also published as: US20080106713A1; US7889313B2

Abstract

【課題】フロー水中の溶解物に起因する液浸露光不良を未然に防止する。
【解決手段】投影光学系３を収納する鏡筒５に加えて基板洗浄ユニット４１を設け、基板Ｓへのマスクパターンの露光に先立って、液浸領域に供給される液体と同一の液体を用いて基板Ｓを洗浄する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液浸露光装置および露光方法に関する。

液浸露光装置では、被処理基板上にレジスト膜等を成膜した後、該基板と露光装置のレンズ（光学素子）との間にフロー水を流しながら露光を行う。フロー水としては、純水、または必要に応じてガスや薬品を添加した純水等を用いる。この純水中の不純物は露光工程および露光装置に種々の影響を与えるため、不純物濃度を一定値以下にする必要がある。たとえば純水中の有機物濃度が上昇すると、露光時の温度変動を引き起こして結像性能が劣化したり、レンズ（光学素子）の表面に有機物が堆積して長期的な照度ムラ劣化や照度低下を引き起こしたりすることが知られている。

従来の液浸露光装置では、露光装置に導入する純水の不純物濃度を管理するために、供給純水の純度が不足する場合に露光装置の直前に純水製造装置を設置し、露光装置への導入口で純水中のＴＯＣ（Total Organic Carbon）濃度や溶存ガス濃度、比抵抗値などをモニタしていた。

しかしながら、供給純水の純度が適正であっても、被処理基板から不純物が溶出する場合、露光装置の接液レンズの性能劣化や露光性能の劣化を引き起こす場合があるという問題があった。

ウェーハにレジストを塗布する前、またはレジスト塗布後もしくは保護膜形成後などに純水リンスを施して不純物を除去する従来技術はあるが、この純水リンスは主にレジスト塗布装置で通常の純水を用いて行われている。液浸露光で使用される液浸フロー水には、純水からさらに不純物を除去した非常に純度の高い純水や、一定のガスや薬品を添加した純水などが使用されており、このため、通常の純水に対して被処理基板からの不純物溶解性が異なっている場合がある。また、液浸露光処理中のフロー水では、水圧や流量などの条件によりレジストや保護膜への圧力がかかり、不純物の溶出が促進される場合がある。そのため、通常の純水を用いた浸漬または流水による洗浄を行うだけでは、露光時の不純物溶出を十分に低減できない場合がある。

また、露光ステージ上でフロー水を流したときの回収水中の不純物をモニタする提案もあり（例えば特許文献３）、不純物のモニタとしては有効であるが、そこで不純物が検出された時にはすでに不純物がレンズに接触していることになり、レンズの汚染が進んでしまうという問題があった。
特開２００５−１８３６９３特開２０００−１３６４０４国際公開第２００６／０６２１８８号パンフレット米国特許公開２００６−００５０２５７号明細書

本発明の目的は、フロー水中の溶解物に起因する露光不良を未然に防止してデバイス製造の歩留まりを向上させるとともに、レンズ交換や清掃などのメンテナンス頻度を低減させることができる液浸露光装置および露光方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、
マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
液体を通過させて前記投影光学系と前記基板との間の液浸領域に供給させる液体供給経路と、
前記液浸領域から排出される液体を通過させる液体排出経路と、
前記液体排出経路に配設され、前記液体に溶解した不純物を測定する第１の測定装置と、
前記第１の測定装置による測定結果を予め設定された閾値と比較し、前記測定結果が前記閾値を超えた場合に露光を中断させる第１の制御部と、
洗浄液排出経路を有し、前記マスクパターンの投影に先立って前記基板を洗浄する基板洗浄装置と、
前記洗浄液排出経路に配設され、前記洗浄液体に溶解した不純物を測定する第２の測定装置と、
前記第２の測定装置による測定結果を予め設定された設定値と比較し、前記測定結果が前記設定値に達するまで基板洗浄装置に基板を洗浄させる第２の制御部と、
を備える液浸露光装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、
マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記パターンの投影に先立って前記基板を洗浄する基板洗浄装置と、
前記投影光学系と前記基板との間の液浸領域と、前記基板洗浄装置とに同一の液体を供給する液体供給機構と、
前記液浸領域から排出される液体を通過させる第１の液体排出経路と、
前記基板洗浄装置から排出される液体を通過させる第２の液体排出経路と、
を備える液浸露光装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、
マスクのパターンの像を、液浸露光装置の投影光学系と基板との間の液浸領域に供給された液体を介して基板に投影することにより基板を露光する露光方法であって、
前記パターンの投影に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で基板を洗浄する工程を備える露光方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、
マスクのパターンの像を、液浸露光装置の投影光学系と基板との間の液浸領域に供給された液体を介して基板に投影することにより基板を露光する露光方法であって、
露光工程に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で被処理基板を洗浄し、洗浄後の液体に溶解した不純物を測定する工程と、
洗浄後の液体に溶解した不純物の測定結果からプロセス条件と洗浄条件との対応関係を求める工程と、
求められた前記対応関係に個別のプロセス条件を適用することにより最適の洗浄条件を決定し、前記最適の洗浄条件にて前記パターンの投影に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で被処理基板を洗浄する工程と、
を備える露光方法が提供される。

本発明によれば、フロー水中の溶解物に起因する露光不良を未然に防止してデバイス製造の歩留まりを向上させるとともに、レンズ交換や清掃などのメンテナンス頻度を低減させることができる。

図面を参照しながら本発明の実施の形態のいくつかについて説明する。なお、以下の各図において同一の部分には同一の参照番号を付し、その重複説明は適宜省略する。

（１）第１の実施の形態
図１は、本発明の第１の実施の形態による液浸露光装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示す液浸露光装置２は、光学素子としての接液レンズＬを含む投影光学系３を収納する鏡筒５と、ＴＯＣ計７と、比抵抗計９と、制御部１１と、基板洗浄ユニット２１と、ＴＯＣ計２７と、比抵抗計２９と、制御部３１とを備える。被処理基板Ｓは鏡筒５内で接液レンズＬと対向する位置に装填される。被処理基板Ｓと接液レンズＬとの間のスペースは液浸領域Ｒを形成し、液体供給経路Ｐｓから供給される純水（フロー水）を介してマスク（図示せず）のパターンの像が基板に投影されることにより被処理基板Ｓが露光される。

ＴＯＣ計７は、液体排出経路Ｐｄに配設され、露光工程中に被処理基板Ｓから有機物等が析出することに起因する、排出純水中の不純物濃度を測定する。比抵抗計９も液体排出経路Ｐｄに配設され、排出純水の比抵抗を測定する。ＴＯＣ計７および比抵抗計９は、制御部１１に接続されて各々の測定結果を伝送する。ＴＯＣ計７および比抵抗計９は、本実施形態において、例えば第１の測定装置に対応する。

制御部１１は、投影光学系３にも接続され、制御信号を投影光学系３に伝送する。制御部１１は、ＴＯＣ計７および比抵抗計９から各測定結果を送られ、予め設定された各閾値と比較し、測定結果が閾値を超えた場合に、アラーム信号を出力するとともに、露光処理を停止し、被処理基板Ｓおよび接液レンズＬの少なくともいずれかを洗浄する。

より具体的には、アラームの対象となったロットの被処理基板Ｓについて露光前に純水の洗浄工程を追加するほか、洗浄時間を延長するなどのフィードバックをかけ、以降の被処理基板Ｓで不良が発生しないように対処する。既に露光工程を終えた被処理基板Ｓについては、露光されたパターンを検査し、検査の結果、良品と判定された場合は引き続き残余の製造プロセスを実行すれば良い。検査の結果不良品と判定された場合でリワーク処理が可能な場合にはリワーク処理を実行し、再度の検査により良品と判定された場合に残余の製造プロセスを実行する。この一方、リワーク処理が不可能な場合には、不良品と判定された被処理基板Ｓは廃棄する。

接液レンズＬについては純水または洗浄液を用いて、付着した不純物を洗浄することにより、不純物の堆積を抑制する。これにより、接液レンズＬの性能を回復させ、露光性能の劣化を防止することができる
基板洗浄ユニット２１は、露光の前処理として被処理基板２の純水による洗浄を行う。ＴＯＣ計２７および比抵抗計２９は、いずれも基板洗浄ユニット２１の純水洗浄漕（図示せず）の排水ラインに配設される。ＴＯＣ計２７は排水中の不純物濃度を測定し、比抵抗計９は排水中の比抵抗を測定する。ＴＯＣ計２７および比抵抗計２９は、制御部３１に接続されて各々の測定結果を伝送する。ＴＯＣ計２７および比抵抗計２９は、本実施形態において、例えば第２の測定装置に対応する。

制御部３１は、基板洗浄ユニット２１にも接続され、制御信号を基板洗浄ユニット２１に伝送する。制御部３１は、ＴＯＣ計２７および比抵抗計２９から各測定結果を送られ、予め設定された各設定値と比較し、測定結果が設定値に到達するまで基板洗浄ユニット２１を動作させて被処理基板Ｓを洗浄させる。これにより、被処理基板Ｓからの多量の不純物が溶出することを未然に防ぐことができる。ただし、洗浄に使用する純水の量は露光中の純水（フロー水）の量に対して１桁以上多いため、モニタ感度は１桁以上低くなり、微量の溶出物を管理することまでは困難である。

本実施形態では、ＴＯＣを測定した後に比抵抗を測定することとした。これとは逆に比抵抗を測定した後にＴＯＣを測定しても良いが、ＴＯＣ値が異常である場合は、これを放置して露光を続けると、結像性能の劣化から露光不良が発生するので、被処理基板Ｓが不良品となる可能性が高くなる。従って、ＴＯＣを比抵抗よりも先に測定し、測定されたＴＯＣ値が閾値を超える場合には露光を即時に中止することが好ましい。

このように、その異常により結像性能が劣化して不良品を発生させる可能性がより高いＴＯＣ値を他の指標に優先して測定することにより、露光開始直後または異常発生後の露光再開直後において、露光処理を終えた被処理基板Ｓが不良品かどうかを早期に判定できるので、リワーク処理が不可能な場合に廃棄処分となる被処理基板Ｓの数量を減らすことができる。このように、ＴＯＣを先に測定することは、デバイス製造の歩留まり向上に特に貢献するという効果がある。

（２）第２の実施の形態
図２および図３を参照しながら本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施形態の特徴は、投影光学系３を収納する鏡筒５の前段に基板洗浄ユニット４１を設け、基板Ｓへのマスクパターンの露光に先立って、液浸領域に供給される液体と同一の液体を用いて基板Ｓを洗浄する点にある。

図２は、本実施形態の露光装置４の概略構成を示すブロック図である。同図に示すように、露光装置４は、鏡筒５と、基板洗浄ユニット４１と、フロー水供給管ＳＰａ〜ＳＰｃと、フロー水排出管ＥＰ１，ＥＰ３とを備える。フロー水供給管ＳＰａを通過するフロー水は、分岐部７１により分岐されてフロー水供給管ＳＰｂ，ＳＰｃを経由して基板洗浄ユニット４１と鏡筒５の液浸領域Ｒへそれぞれ供給される。基板洗浄ユニット４１へ供給されたフロー水は、マスクパターンの露光に先立って基板洗浄ユニット４１の洗浄ステージＲＳに設置された基板Ｓの表面に一定時間流れ、これにより基板Ｓを洗浄する。洗浄された基板Ｓは鏡筒５に移送されて露光ステージＬＥＳに載置され、液浸露光処理を施される。そのとき、洗浄ユニット４１には、同一ロット内で次に露光される基板Ｓが露光前の洗浄プロセスのために搬入される。本実施形態において、フロー水供給管ＳＰａ〜ＳＰｃと分岐部７１は、例えば液体供給機構に対応する。

このように、露光前に予め基板Ｓを洗浄することにより、露光時の基板Ｓからの不純物溶出を低減することができる。

ここで、本実施形態による処理フローを図３のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、被処理基板Ｓに対してレジストの塗布およびベーク等の処理を施す（ステップＳ１）。

次に、レジスト膜の上に液浸保護膜を成膜する（ステップＳ２）。

次いで、被処理基板Ｓを液浸露光装置４内の基板洗浄ユニット４１の洗浄ステージＲＳに先ず設置し、フロー水供給管ＳＰａおよびＳＰｃを経由して供給されるフロー水により洗浄を行う（ステップＳ３）。

その後、洗浄処理が施された基板Ｓを鏡筒５内の露光ステージＬＥＳに載置して液浸露光処理を行う（ステップＳ４）。

露光時のフロー水に不純物が溶出する主な原因としては、以下の４点が考えられる。即ち、
(1)保護膜形成後のウェーハ表面に付着している不純物が溶解する、
(2)プロセスウェーハに元々付着していた不純物がレジストや保護膜を通して溶出する、
(3)保護膜やレジスト膜中の不純物が溶出する、
(4)保護膜やレジスト膜成分が溶解し、または分解して溶出する、
である。

これらの溶出特性は洗浄する水の液性によって異なることが考えられる。ウェーハの洗浄と液浸フローとで互いに異なる液性の水を用いると、液浸処理時に新たに不純物が溶出してしまう可能性がある。本実施形態では液浸フロー水と同じ水を用いて洗浄を行うので、液浸処理時の不純物溶出を効果的に抑制することができる。

洗浄ステージＲＳと露光ステージＬＥＳにはそれぞれ基板Ｓの露光対象領域に対応して同一のフロー水供給ヘッドＦＨが設けられ、洗浄ステージＲＳでは露光時と同一の流速および圧力で基板Ｓ上にフロー水が流れるように構成される。フロー水の流速や圧力に依存して基板Ｓからの不溶物溶出特性が異なるので、露光時と同一の条件で洗浄を行うことにより、露光時の不溶物溶出をより有効に抑制することができる。本実施形態において、フロー水供給ヘッドＦＨは、例えば流速・圧力制御手段を構成する。

（３）第３の実施の形態
図４は、本発明の第３の実施の形態による露光装置の概略構成を示すブロック図である。同図に示す露光装置６は、鏡筒５と、鏡筒５の上流側に設けられた基板洗浄ユニット４１と、フロー水供給管ＳＰａ〜ＳＰｃに加え、鏡筒５を制御する制御ユニット１１と、基板洗浄ユニット４１を制御する制御ユニット５１と、メモリＭＲとをさらに備える。メモリＭＲは制御ユニット５１に接続され、後述する手順の基板洗浄プロセスが記述されたレシピファイルを格納する。露光装置６はまた、図２に示す露光装置４が備えるフロー水排出管ＥＰ１，ＥＰ３に代えて、フロー水排出管ＥＰ６ａ〜６ｄを備える。フロー水排出管ＥＰ６ａは基板洗浄ユニット４１のフロー水供給ヘッドＦＨに接続されて洗浄後のフロー水を排出し、フロー水排出管ＥＰ６ｂは鏡筒５のフロー水供給ヘッドＦＨに接続されてそこからのフロー水を排出する。フロー水排出管ＥＰ６ａ，ＥＰ６ｂは切替バルブＳＶを介してフロー水排出管ＥＰ６ｃ，ＥＰ６ｄに接続され、フロー水排出管ＥＰ６ａ，ＥＰ６ｂを通過したフロー水は、フロー水排出管ＥＰ６ｃ，ＥＰ６ｄのいずれをも通過できるように切替バルブＳＶによりその経路が選択される。さらに、フロー水排出管ＥＰ６ｄには不純物測定装置６１が接続され、基板洗浄ユニット４１からのフロー水と鏡筒５からのフロー水のいずれについてもフロー水中の不純物をモニタできるように設けられている。図４では、不純物測定装置６１として、ＴＯＣ計７および比抵抗計９を含む形態を示したが、これに限ることなく、例えばメタル不純物測定装置、Ｓｉ濃度測定装置またはイオン濃度測定装置などを用いることも可能である。

図４に示す露光装置４を用いた露光方法について以下に説明する。

１．前処理
まず、切替バルブＳＶを操作して基板洗浄ユニット４１からのフロー水がフロー水排出管ＥＰ６ｄを通過するように経路選択を行う。

次に、新たなプロセス条件の被処理基板Ｓ毎に試料となる基板ＳＳを基板洗浄ユニット４１の洗浄ステージに載置して洗浄を行い、その廃液中の不純物を不純物測定装置６１によりモニタし、その結果から、基板ＳＳからの不純物溶出が収束するまでの時間やフロー水の流量などについて最適の洗浄条件を決定する。これは、基板ＳＳの材質や組成、レジスト下地膜、レジストおよび保護膜等の種類や塗布条件等、エッチングプロセスの内容等に依存して基板ＳＳから不純物が溶出しきるまでの時間やフロー水流量などの洗浄条件が異なるためである。

次に、求められた最適の洗浄条件と露光プロセス条件との対応関係をデータテーブルに格納して洗浄レシピを作成し、メモリＭＲに格納する。

２．洗浄処理
その後、露光処理に移行し、新たなプロセス条件の被処理基板Ｓについての露光プロセス条件のデータを、図示しないＩ／Ｏを介して制御ユニット５１へ入力し、制御ユニット５１がメモリＭＲから洗浄レシピを読み取ると、データテーブルの照合により被処理基板Ｓについての最適な洗浄条件を決定し、その洗浄条件で被処理基板Ｓを洗浄する。洗浄が終了した被処理基板Ｓは鏡筒５の露光ステージＬＥＳに移送され、引き続き液浸露光処理が行われる。露光中は、切替バルブＳＶの切り替えにより、鏡筒５からのフロー水排出管ＥＰ６ｂを通過したフロー水がフロー水排出管ＥＰ６ｄを通過するように排水経路を選択され、不純物測定装置６１により不純物を測定する。測定結果が予め設定したしきい値を超えた場合には、アラームを発生させた上で露光処理を中断し、洗浄条件の見直しを行う。

このように、本実施形態によれば、液浸露光に先立って予め最適の洗浄条件を決定し、その条件下で被処理基板の洗浄を行うので、鏡筒５内のレンズＬが汚染されるというトラブルを未然に防止することが可能になる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものでは決してなく、その技術的範囲内で種々変更して適用できることは勿論である。

上記実施の形態では、ＴＯＣ計および比抵抗計の双方を備える場合について説明したが、露光工程および要求仕様に応じてこれらのうちのいずれかのみを使用することとしても良い。

本発明の第１の実施の形態による液浸露光装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態による液浸露光装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施の形態による処理フローを示すフローチャートである。本発明の第３の実施の形態による液浸露光装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

２，４，６：液浸露光装置
３：投影光学系
５：鏡筒
７，２７：ＴＯＣ計
９，２９：比抵抗計
１１，３１，５１：制御ユニット
２１，４１：基板洗浄ユニット
６１：不純物測定装置
７１：分岐部
ＥＰ６ａ〜６ｄ：フロー水排出管
ＦＨ：フロー水供給ヘッド
Ｌ：接液レンズ（光学素子）
Ｒ：液浸領域
ＳＰａ〜ＳＰｃ：フロー水供給管
ＳＶ：切替バルブ

Claims

マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
液体を通過させて前記投影光学系と前記基板との間の液浸領域に供給させる液体供給経路と、
前記液浸領域から排出される液体を通過させる液体排出経路と、
前記液体排出経路に配設され、前記液体に溶解した不純物を測定する第１の測定装置と、
前記第１の測定装置による測定結果を予め設定された閾値と比較し、前記測定結果が前記閾値を超えた場合に露光を中断させる第１の制御部と、
洗浄液排出経路を有し、前記マスクパターンの投影に先立って前記基板を洗浄する基板洗浄装置と、
前記洗浄液排出経路に配設され、前記洗浄液体に溶解した不純物を測定する第２の測定装置と、
前記第２の測定装置による測定結果を予め設定された設定値と比較し、前記測定結果が前記設定値に達するまで基板洗浄装置に基板を洗浄させる第２の制御部と、
を備える液浸露光装置。
マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記パターンの投影に先立って前記基板を洗浄する基板洗浄装置と、
前記投影光学系と前記基板との間の液浸領域と、前記基板洗浄装置とに同一の液体を供給する液体供給機構と、
前記液浸領域から排出される液体を通過させる第１の液体排出経路と、
前記基板洗浄装置から排出される液体を通過させる第２の液体排出経路と、
を備える液浸露光装置。
前記第２の液体排出経路に配設され、前記基板洗浄装置から排出される液体中の不純物を測定する不純物測定装置と、
前記不純物測定装置の測定結果と、予め求められたプロセス条件と洗浄条件との対応関係と、に基づいて前記基板洗浄装置を制御する制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の液浸露光装置。
マスクのパターンの像を、液浸露光装置の投影光学系と基板との間の液浸領域に供給された液体を介して基板に投影することにより基板を露光する露光方法であって、
前記パターンの投影に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で基板を洗浄する工程を備える露光方法。
マスクのパターンの像を、液浸露光装置の投影光学系と基板との間の液浸領域に供給された液体を介して基板に投影することにより基板を露光する露光方法であって、
露光工程に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で被処理基板を洗浄し、洗浄後の液体に溶解した不純物を測定する工程と、
洗浄後の液体に溶解した不純物の測定結果からプロセス条件と洗浄条件との対応関係を求める工程と、
求められた前記対応関係に個別のプロセス条件を適用することにより最適の洗浄条件を決定し、前記最適の洗浄条件にて前記パターンの投影に先立って前記液浸領域に供給される液体と同一の液体で被処理基板を洗浄する工程と、
を備える露光方法。