JP2008258324A - 露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】計測用部材を用いた計測の精度を向上させることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の第1側面に係る露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、該基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに設けられ、かつ開口部が形成された天板と、前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材とを有し、前記最終光学素子の光軸に垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間には、隙間が形成され、前記計測用部材は、該面内において、正N角形(N>4)及び円形のいずれかの形状をしていることを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
LSIあるいは超LSIなどの極微細パターンで構成される半導体デバイスの製造工程において、感光剤が塗布された基板上に原版のパターンを縮小投影して転写する縮小型投影露光装置が使用されている。半導体デバイスにおける集積密度の向上に伴いパターンの更なる微細化が要求され、レジストプロセスの発展と同時に露光装置の微細化への対応がなされている。
露光装置の解像力を向上させる方法には、露光波長を短くする方法と、投影光学系の開口数(NA)を大きくする方法とがある。
露光波長を短くする方法に関して、様々な光源が開発されている。例えば、365nmのi線から248nm付近の発振波長を有するKrFエキシマレーザ光に移行しつつあり、更に193nm付近の発振波長を有するArFエキシマレーザの開発が進んでいる。更に、157nm付近の発振波長を有するフッ素(F2)エキシマレーザの開発も行なわれている。
一方、投影光学系の開口数(NA)を大きくする方法に関して、液浸法を用いた投影露光方法が注目されつつある。液浸法では、投影光学系の最終面と基板(例えばウエハ)表面との間の従来気体で満たされていた空間を液体で満たして投影露光する。液浸法の利点は、従来と同一波長の光源を用いても、解像力が従来よりも向上することである。
例えば、投影光学系とウエハとの間の空間に提供される液体を純水(屈折率1.33)とし、ウエハに結像する光線の最大入射角が液浸法と従来法とで等しいと仮定する。このとき、投影光学系のNAが1.33倍になるので、液浸法の解像力は従来法の1.33倍に向上する。
このように、液浸法によれば、従来法では不可能なNA≧1とした場合の解像力を得ることが可能である。この液浸法を実現するために、様々な露光装置が提案されている。
特許文献1では、投影光学系の周辺かつ投影光学系から見て第1方向に配置された液体供給ノズルと、基板ステージ上に液浸領域を保持するために基板表面とほぼ同一な高さに配置された平面板(天板)とを備える露光装置が提案されている。この露光装置では、基板ステージが基板を第1方向の反対方向である第2方向に向かって移動させる際に、液体供給ノズルを通して基板の表面上に液体が供給される。ここで、基板の移動に伴って液膜が連続的に広がるように、液体供給ノズルを通して基板の表面上に液体が連続的に供給される。これにより、投影光学系の最終面と基板面との間の空間を、確実に液体で満たすことができる。
特許文献2では、投影光学系の像面側に配置されたスリット板を介して投影光学系を通過した光を受光する受光器と、投影光学系とスリット板との間に満たされた液体の温度情報を検出する温度センサとを備えた露光装置が提案されている。この露光装置では、投影光学系の像面側に配置された基板に対して、投影光学系と液体とを介して露光光を照射することによって基板を露光する。受光器の検出結果と温度センサの測定結果とを用いて、結像性能を含む性能情報を算出する。これにより、受光器の受光結果に基づいて露光状態を最適化するための処理を良好に行い、高精度に露光処理を行うことができる。
特許文献3では、基板を保持する基板テーブルと、基板テーブルに撥液性の平坦面を有する交換可能に設けられたプレート部材とを備えた露光装置が提案されている。これにより、基板テーブル上に液体が残留することを防止することができる。
特開2005−19864号公報 特開2005−116570号公報 特開2005−191557号公報
特許文献1では、長方形の形状をした計測用部材が開示されている。長方形の形状をした計測用部材を基板ステージ上に組み付ける際にその計測用部材が天板に対して回転すると、天板の開口部側面と計測用部材の外側面との隙間の幅がその隙間の場所ごとに変わりやすい。このとき、投影光学系とウエハとの間の空間に提供される液体が前記隙間へ不均一に浸入すると、その液体の気化熱による温度低下がばらついて計測用部材における温度変形量もばらつき、基準マークを用いた計測の精度が低下する可能性がある。
また、天板の開口部側面と計測用部材の外側面との隙間に浸入した液体を排液する排液部が計測用部材に形成されていると、その排液部の実装性が制限される可能性がある。
一方、特許文献1から3には、天板の開口部側面と計測用部材の外側面との隙間に浸入した液体が基板ステージに到達しないようにするための具体的な構造が開示されていない。
本発明の第1の目的は、計測用部材を用いた計測の精度を向上させることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、排液部の実装性を向上させることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第3の目的は、構成要素の劣化を低減させることができる露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の第1側面に係る露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、該基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに設けられ、かつ開口部が形成された天板と、前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材とを有し、前記最終光学素子の光軸に垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間には、隙間が形成され、前記計測用部材は、該面内において、正N角形(N>4)及び円形のいずれかの形状をしていることを特徴とする。
本発明の第2側面に係る露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、該基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材とを有し、前記最終光学素子の光軸と垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間には、隙間が形成され、前記計測用部材と該液体との接触角をθ1、前記最終光学素子の光軸と垂直な面内における前記計測用部材の外周長さをL1、前記天板と該液体との接触角をθ2、該面内における該開口部の内周長さをL2、該隙間に部分的に浸入した該液体の液圧をPf、該液体の表面張力をγ、該面内における該隙間の面積をSとしたときに、γ・cosθ1・L1+γ・cosθ2・L2+Pf・S<0なる関係が満たされることを特徴とする。
本発明の第3側面に係る露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置において、該基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材とを有し、前記天板は、前記最終光学素子の光軸に垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間に形成された隙間に浸入した該液体を排液する排液部を含むことを特徴とする。
本発明の第4側面に係る露光装置は、原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、該基板を保持して移動する基板ステージと、前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材と、前記天板と、前記基板ステージにおいて前記天板を支持する部分との間に配されたシール部材とを有し、前記シール部材の断面の断面係数は、円形断面の断面係数より小さいことを特徴とする。
本発明の第5側面に係るデバイスの製造方法は、本発明の第1側面から第4側面に係る露光装置を用いて基板を露光する工程と、該露光された基板を現像する工程とを有することを特徴とする。
本発明の第1側面又は第2側面に係る露光装置によれば、計測用部材を用いた計測の精度を向上させることができる。
本発明の第3側面に係る露光装置によれば、排液部の実装性を向上させることができる。
本発明の第4側面に係る露光装置によれば、構成要素の劣化を低減させることができる。
本発明は、例えば半導体デバイスあるいは液晶表示デバイス等のデバイスを製造する際に、感光剤が塗布された基板上に原版のパターンを転写する露光装置及び露光方法に関し、特に、液浸法を用いた露光装置及び露光方法に関する。
本発明の第1実施形態に係る露光装置100を、図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係る露光装置100の構成図である。
露光装置100は、照明光整形光学系2、フライアイレンズ3、コンデンサーレンズ4、視野絞り5、駆動部6、可動ブラインド7、リレーレンズ系8、レチクルステージRST、基準プレートSP、及び投影光学系13を備える。露光装置100は、ウエハステージ(基板ステージ)WST、天板P、基板側基準マーク部材FM、液体供給ノズル38、液体回収ノズル39、アライメント検出系16及び制御系CSを備える。
照明光整形光学系2は、光源1に対して光軸PA下流側に設けられている。光源1は、例えば、F2エキシマレーザー、ArFエキシマレーザあるいはKrFエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源である。あるいは、光源1は、YAGレーザの高調波発生装置等のパルス光源、又は水銀ランプと楕円反射鏡とを組み合わせた構成等の連続光源などである。光源1からの照明光は、照明光整形光学系2により光束径が所定の大きさに設定されて、光軸PA下流側に供給される。
なお、パルス光源の場合、露光のオン又はオフは、パルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り換えられる。連続光源の場合、露光のオン又はオフは、照明光整形光学系2内のシャッタにより切り換えられる。あるいは、後述のように可動ブラインド(可変視野絞り)7が設けられているため、可動ブラインド7の開閉によって露光のオン又はオフを切り換えてもよい。
フライアイレンズ3は、照明光整形光学系2に対して光軸PA下流側に設けられている。フライアイレンズ3は、照明光整形光学系2から入射した光束に基づいて、多数の2次光源を形成して多数の2次光束を光軸PA下流側に供給する。
コンデンサーレンズ4は、フライアイレンズ3に対して光軸PA下流側に設けられている。コンデンサーレンズ4は、フライアイレンズ3から入射した多数の2次光束を屈折させて光軸PA下流側に導く。
視野絞り5は、コンデンサーレンズ4に対して光軸PA下流側に設けられている。視野絞り5には、開度が固定された長方形のスリット形状の開口部が設けられている。スリット形状の長手方向は、例えば、紙面に対して垂直な方向(Y方向)である。これにより、視野絞り5は、長方形のスリット状の断面を有する光束を形成するとともに、可動ブラインド7を介してリレーレンズ系8へ導かれる光量を制限する。
なお、視野絞り5は、可動ブラインド7よりもコンデンサーレンズ4側に配置されているが、その逆に可動ブラインド7よりもリレーレンズ系8側へ配置されても構わない。
駆動部6及び可動ブラインド7は、視野絞り5に対して光軸PA下流側に設けられている。
可動ブラインド7は、第1羽根7A、第2羽根7B、第3羽根(図示せず)、及び第4羽根(図示せず)を含む。第1羽根7A及び第2羽根7Bは、後述の走査方向(X方向)の幅を規定する。第3羽根及び第4羽根は、走査方向に垂直な非走査方向(Y方向)の幅を規定する。
駆動部6は、第1駆動部6A及び第2駆動部6Bを含む。第1駆動部6Aは、制御系CSに制御されて、第1羽根7Aを駆動する。第2駆動部6Bは、制御系CSに制御されて、第2羽根7Bを駆動する。すなわち、第1羽根7A及び第2羽根7Bは、制御系CSにより、互いに独立して駆動制御される。このように、可動ブラインド7は、開度が可変であり、可変視野絞りとも呼ばれる。
リレーレンズ系8は、駆動部6及び可動ブラインド7に対して光軸PA下流側に設けられている。リレーレンズ系8は、可動ブラインド7とレチクルRのパターン形成面とを共役にするレンズ系である。すなわち、リレーレンズ系8は、可動ブラインド7から入射した光束を屈折してレチクルRへ導く。
レチクルステージRSTは、リレーレンズ系8に対して光軸PA下流側に設けられている。レチクルステージRSTは、レチクルRを保持する。レチクルステージRSTの位置は、干渉計22により検出される。レチクルステージRSTは、干渉計22により検出された結果に基づいて、制御系CSにより駆動制御されて、レチクルRを位置決めする。レチクルRでは、リレーレンズ系8から導かれた光束により、長方形のスリット状の照明領域21が均一な照度で照明される。ここで、リレーレンズ系8が両側テレセントリックな光学系であるので、レチクルR上のスリット状の照明領域21においてもテレセントリック性が維持される。
基準プレートSPは、レチクルステージRSTの周辺部に設けられている。基準プレートSPには、原版側基準マークPMが形成されている。原版側基準マークPMは、装置を較正するために用いられる。
投影光学系13は、レチクルステージRSTに対して光軸PA下流側に設けられている。投影光学系13は、レチクルR又は基準プレートSPを通過した光束を屈折して光軸PA下流側へ導く。投影光学系13は、複数の光学素子を含む。ここで、投影光学系13に含まれる複数の光学素子において、一番下流側(像面側)の光学素子を最終光学素子と呼ぶ。
ウエハステージWSTは、投影光学系13に対して光軸PA下流側に設けられている。ウエハステージWSTは、ウエハチャックWCを介してウエハWを保持する。ウエハチャックWCは、ウエハWを真空吸着してウエハステージWSTに保持させる。ウエハステージWSTの位置は、干渉計23により検出される。ウエハステージWSTは、干渉計23により検出された結果に基づいて、制御系CSにより6軸方向(X方向,Y方向,Z方向,θx方向,θy方向,θz方向)に駆動制御されて、ウエハWを位置決めする。θx方向,θy方向,θz方向は、それぞれ、X軸,Y軸,Z軸周りの回転方向である。
なお、ウエハステージWSTは、XY方向に駆動制御されるXYステージ(図示せず)、及びZ方向に駆動制御されるZステージ(図示せず)等を含む。ウエハWでは、投影光学系13から導かれた光束により、レチクルRにおいて可動ブラインド7により規定されたスリット状の照明領域21の回路パターンが、投影光学系13を介してウエハW上に結像及び転写される。
天板Pは、ウエハステージWSTの周辺部に設けられている。天板Pの上面は、ウエハWの表面とほぼ同じ高さになるように形成されている。天板Pは、ウエハステージWST内部に設けられた真空吸着機構(図示せず)により真空吸着され、ウエハステージWSTに保持されている。
基板側基準マーク部材FMは、天板Pが開口されて形成されている。基板側基準マーク部材FMは、装置を較正するために用いられたり、レチクルRとウェハWとを位置合わせするために用いられたりする。
液体供給ノズル38は、ウエハWの上方であって投影光学系13の最終光学素子とウエハWとの間の間隙(空間)に液体を供給可能な位置に設けられている。液体供給ノズル38には、液供給用配管(図示せず)が接続されている。液供給用配管には、ポンプ(図示せず)、温調部(図示せず)、及びフィルタ(図示せず)などが設けられている。例えば、フィルタにより不純物が除去され、温調部により一定温度に加熱され、ポンプにより一定圧力に加圧された液体が、液供給用配管を介して液体供給ノズル38へ供給される。ここで、液体供給ノズル38は、制御系CSにより開閉制御され、所定のタイミング及び期間で、投影光学系13とウエハWとの間の間隙(空間)に液体を供給する。
液体回収ノズル39は、ウエハWの上方であって投影光学系13の最終光学素子とウエハWとの間の間隙(空間)の液体を回収可能な位置に設けられている。液体回収ノズル39には、液回収用配管(図示せず)、ポンプ(図示せず)、及び気液分離機(図示せず)などが設けられている。例えば、投影光学系13の最終光学素子とウエハWとの間の間隙(空間)の液体は、液体回収ノズル39を介して液回収用配管へと回収される。液回収用配管へ回収された液体は、ポンプにより一定圧力に加圧され、気液分離機により気体成分と液体成分とへ分離される。その気体成分は大気へ排出され、その液体成分は液供給用配管へ供給され再利用される。ここで、液体回収ノズル39は、制御系CSにより開閉制御され、所定のタイミング及び期間で、投影光学系13の最終光学素子とウエハWとの間の間隙(空間)の液体を回収する。
アライメント検出系16は、ウエハW上方であって光軸PAから外れた位置に設けられている。アライメント検出系16は、オフアクシス方式を採用している。アライメント検出系16は、ウエハW上のアライメントマークを検出し、その検出結果を制御系CSへ供給する。
制御系CSは、主制御部12、可動ブラインド制御部11、レチクルステージ駆動部10、計測制御部17、及びウエハステージ駆動部15を備える。主制御部12は、露光装置100全体の動作を監視又は制御する。
例えば、計測制御部17は、アライメント検出系16を制御して、アライメント検出系16にアライメント検出を行わせる。あるいは、計測制御部17は、フォーカス検出系(図示せず)を制御して、フォーカス検出系にフォーカス検出を行わせる。
例えば、主制御部12は、レチクルステージRSTの位置の情報を干渉計22から受け取る。主制御部12は、レチクルステージRSTの位置に基づいて、レチクルステージRSTの駆動量を決定しレチクルステージ駆動部10へ供給する。レチクルステージ駆動部10は、主制御部12により決定された駆動量に基づいて、レチクルステージRSTを駆動制御する。
例えば、主制御部12は、ウェハステージWSTの位置の情報を干渉計23から受け取る。主制御部12は、ウェハWのX,Y,θz位置等の情報をアライメント検出系16から受け取る。主制御部12は、ウェハWのZ,θz,θy位置等の情報をフォーカス検出系から受け取る。主制御部12は、ウェハステージWSTの位置又はウェハWの位置に基づいて、ウェハステージWSTの駆動量を決定しウェハステージ駆動部15へ供給する。ウェハステージ駆動部15は、主制御部12により決定された駆動量に基づいて、ウェハステージWSTを駆動制御する。
例えば、主制御部12は、上記のように、レチクルステージ駆動部10及びウェハステージ駆動部15を介して、レチクルステージRST及びウェハステージWSTを±X方向に同期走査させる。すなわち、レチクルR上のパターン像をスキャン露光方式で投影光学系13を介してウエハW上の各ショット領域に露光する際に、視野絞り5により設定されるスリット状の照明領域21に対して±X方向にレチクルRを平均速度VRで走査する。このとき、投影光学系13の投影倍率をβとすると、レチクルRの走査と同期して、±X方向にウエハWを速度VW(=β・VR)で走査する。これにより、ウエハW上のショット領域にレチクルRの回路パターン像が逐次転写される。
例えば、主制御部12は、第1羽根7A及び第2羽根7Bの位置の情報をセンサ(図示せず)から受け取る。主制御部12は、第1羽根7A及び第2羽根7Bの位置に基づいて、第1羽根7A及び第2羽根7Bの駆動量を決定し可動ブラインド制御部11へ供給する。可動ブラインド制御部11は、主制御部12により決定された駆動量に基づいて、駆動部6(第1駆動部6A及び第2駆動部6B)を駆動制御する。これにより、第1羽根7A及び第2羽根7Bが駆動され、可動ブラインド7の開度が変わる。
次に、ウエハステージWST、天板P、及び基板側基準マーク部材FMの配置構成を、図2を用いて説明する。図2は、ウエハステージWST、天板P、及び基板側基準マーク部材FMの配置を示す平面図である。
ウエハステージWSTは、ウエハチャックWC(図1参照)を介してウエハWを保持する。ウエハチャックWCは、ウエハWを真空吸着してウエハステージWSTに保持させる。ウエハチャックWCは、ウエハステージWSTの重心SC近傍に設けられる。これにより、ウエハWは、ウエハステージWSTの重心SC近傍に保持される。
ウエハステージWSTの側面には、干渉計23用の反射ミラー24が設けられている。反射ミラー24は、X軸用の反射ミラー24aとY軸用の反射ミラー24bとを含む。これに応じて、干渉計23は、X軸用の干渉計23aとY軸用の干渉計23bとを含む。X軸用の干渉計23aは、X軸用の反射ミラー24aと対向する位置に設けられている。これにより、X軸用の干渉計23aは、投射した検出光をX軸用の反射ミラー24aで反射させて受光して、ウエハステージWSTのX位置等を検出する。また、Y軸用の干渉計23bは、Y軸用の反射ミラー24bと対向する位置に設けられている。これにより、Y軸用の干渉計23bは、投射した検出光をY軸用の反射ミラー24bで反射させて受光して、ウエハステージWSTのY位置等を検出する。
天板Pは、ウエハステージWSTの周辺部に設けられている。例えば、天板Pは、ウエハステージWSTにおいて、ウエハWが保持される領域以外の領域を埋め尽くすように設けれれる。天板Pの上面は、ウエハWの表面とほぼ同じ高さになるように形成されている。これにより、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合でも、液体にかかる荷重を天板PとウエハWとへ分散することができる。
基板側基準マーク部材FMは、天板Pの一部が開口されて形成されている。基板側基準マーク部材FMは、上面視において略円形状をしている。基板側基準マーク部材FMは、装置を較正するために用いられたり、レチクルRとウェハWとを位置合わせするために用いられたりする。
次に、比較例における基板側基準マーク部材FMRecと本発明の第1実施形態における基板側基準マーク部材FMとの比較を、図3及び図4を用いて説明する。図3は、本発明の第1実施形態における基板側基準マーク部材FMの拡大平面図である。図4は、比較例における基板側基準マーク部材FMRecの拡大平面図である。
比較例として、仮に、天板P(図2参照)において、図4に示すように、縦長の長方形形状の基板側基準マーク部材FMRecが形成されている場合を考える。
比較例における基板側基準マーク部材FMRecは、基準マーク本体部FMRec1及び隙間部FMRec2を含む。基準マーク本体部FMRec1は、その上面が天板Pの上面と同じ高さに(面一に)なるように形成されている。隙間部FMRec2は、天板P及び基準マーク本体部FMRec1に対して凹んだ部分であり、天板Pの開口に面した内側面と基準マーク本体部FMRec1の外側面との隙間を形成する。これにより、アライメント検出系16は、Z方向から計測光を投射して、その反射光及び散乱光を受光することにより、基板側基準マーク部材FMRecの形状を検出することができる。
基板側基準マーク部材FMRecは、その重心MCの周りを、ウエハステージWSTに対して矢印で示す回転方向に回転した状態で設置されることがある。このとき、基板側基準マーク部材FMRecは、天板Pに対して(よって、干渉計23(図2参照)のXY座標系もしくは基準プレートPあるいはレチクルRに対して)相対的に回転していることになる。
例えば、基板側基準マーク部材FMRecが、実線で示す位置から破線で示す位置に回転して設置されたとする。このとき、隙間部FMRec2では、第1部分FMRec21の幅WRec1と、第2部分FMRec22の幅WRec2とが異なってしまう。ここで、WRec1<WRec2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第1部分FMRec21に浸入しにくく第2部分FMRec22に浸入しやすい。また、隙間部FMRec2では、第3部分FMRec23の幅URec1と、第4部分FMRec24の幅URec2とが異なってしまう。ここで、URec1<URec2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第3部分FMRec23に浸入しにくく第4部分FMRec24に浸入しやすい。さらに、上面視において、第1の領域CRRec1における隙間部FMRec2の面積CARec1と、第2の領域CRRec2における隙間部FMRec2の面積CARec2とが異なる。ここで、CARec1<CARec2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第1の領域CRRec1に浸入しにくく第2の領域CRRec2に浸入しやすい。
このように、液体が隙間部FMRec2へ浸入する量が隙間部FMRec2の場所ごとにばらつく。これにより、アライメント検出系16は、計測光を投射した際に、その隙間部FMRec2に浸入した液体の量のばらつきにより、その計測値がばらつく。このため、基板側基準マーク部材FMRecを用いた計測の精度が低下する可能性がある。
また、液体が隙間部FMRec2へ浸入する量がばらつくので、気化熱による温度低下がばらついて基板側基準マーク部材FMRecにおける温度変形量もばらつく。これにより、アライメント検出系16は、基板側基準マーク部材FMRecの温度変形量のばらつきにより、その計測値がばらつく。このため、基板側基準マーク部材FMRecを用いた計測の精度が低下する可能性がある。
それに対して、本発明の第1実施形態における基板側基準マーク部材FMは、図3に示すように、略円形形状である。
本発明の第1実施形態における基板側基準マーク部材FMは、投影光学系13の最終光学系の光軸に垂直な面内において、基準マーク本体部(計測用部材)FM1及び隙間部FM2を含む。基準マーク本体部FM1は、その上面が天板Pの上面と同じ高さに(面一に)なるように形成されている。基準マーク本体部FM1の外側面は、天板Pの内側面と略一定の距離を保って対向している。隙間部FM2は、天板P及び基準マーク本体部FM1に対して凹んだ部分であり、天板Pと基準マーク本体部FM1との隙間を形成する。これにより、アライメント検出系16は、Z方向から計測光を投射して、その反射光及び散乱光を受光することにより、基板側基準マーク部材FMの形状を検出することができる。
基板側基準マーク部材FMは、その重心MCの周りを、ウエハステージWSTに対して矢印で示す回転方向に回転した状態で設置されることがある。このとき、基板側基準マーク部材FMは、天板Pに対して(よって、干渉計23(図2参照)のXY座標系もしくは基準プレートPあるいはレチクルRに対して)相対的に回転していることになる。
例えば、基板側基準マーク部材FMが、図4における実線で示す位置から破線で示す位置への回転角と同程度の角度だけ、図3において回転した状態で設置されたとする。このとき、隙間部FM2では、第1部分FM21の幅W1と、第2部分FM22の幅W2とが略等しい。ここで、W1≒W2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第1部分FM21及び第2部分FM22に均一に浸入する。また、隙間部FM2では、第3部分FM23の幅U1と、第4部分FM24の幅U2とが略等しい。ここで、U1≒U2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第3部分FM23及び第4部分FM24に均一に浸入する。さらに、上面視において、第1の領域CR1における隙間部FM2の面積CA1と、第2の領域CR2における隙間部FM2の面積CA2とが略等しい。ここで、CA1≒CA2であるので、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間に液体が満たされた場合に、その液体が第1の領域CR1及び第2の領域CR2に均一に浸入する。
このように、液体が隙間部FM2へ浸入する量が隙間部FM2の場所ごとにばらつきにくい。すなわち、アライメント検出系16は、計測光を投射した際に、その隙間部FM2に浸入する液体の量がばらつきにくいことにより、その計測値がばらつきにくい。これにより、基板側基準マーク部材FMを用いた計測(例えば、アライメント計測、キャリブレーション計測等)の精度を向上させることができる。
また、液体が隙間部FM2へ浸入する量がばらつきにくいので、気化熱による温度低下がばらつきにくく基板側基準マーク部材FMにおける温度変形量がばらつきにくい。これにより、、アライメント検出系16は、基準マーク本体部FM1の温度変形量がばらつきにくいことにより、その計測値がばらつきにくい。このため、基板側基準マーク部材FMを用いた計測の精度を向上させることができる。
なお、図3及び図4に示す矢印は回転方向の向きを限定するものではない。基板側基準マーク部材FMの基準マーク本体部FM1は、ウエハステージWSTに対して逆の回転方向に回転して設置された場合でも同様である。
基板側基準マーク部材の形状は、略円形状以外の形状であってもよい。例えば、基板側基準マーク部材FMHeの形状は、図5に示すように、略正六角形形状であってもよい。あるいは、基板側基準マーク部材の形状は、正N角形(N>4)であってもよい。この場合でも、基板側基準マーク部材FMの隙間部の幅がばらつきにくい。これにより、アライメント検出系16は、基板側基準マーク部材FMRecの形状が長方形である場合に比較して、基板側基準マーク部材を用いた計測の精度を向上させることができる。
また、基板側基準マーク部材は、ウエハステージWST上に複数形成されていてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る露光装置200を、図6〜図8を用いて説明する。図6は、本発明の第2実施形態における基板側基準マーク部材FM200の拡大平面図である。図7は、図6のA−A拡大断面図である。図8は、図7のB部分の拡大断面図である。以下では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分に関しては説明を省略する。
露光装置200は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるが、基板側基準マーク部材FM200の構成が第1実施形態と異なる。
基板側基準マーク部材FM200は、略円形形状である点は第1実施形態と同様であるが、その詳細構成が第1実施形態と異なる。
すなわち、基板側基準マーク部材FM200において、図6に示すように、基準マーク本体部FM201の直径をD、その外周長さをL1とする。隙間部FM202の(平均的な)幅をg、隙間部FM202の外周長さ(天板Pの開口の内周長さ)をL2、隙間部FM202の上面視における面積をSとする。このとき、
S=π・g・(D+g)・・・数式1
L1=π・D・・・数式2
L2=π・(D+2・g)・・・数式3
が成立する。
ここで、基板側基準マーク部材FM200の隙間部FM202の幅gは、図7及び図8に示すように、投影光学系13の最終光学素子(最終面)とウエハWの表面との間の液体35が浸入しないように形成されている。すなわち、液体35を、基板側基準マーク部材FM200の上に存在する第1液体部35aと、隙間部FM202に部分的に浸入した第2液体部35bとに分けて考える。基板側基準マーク部材FM200の基準マーク本体部FM201が第2液体部35bに接する接触角をθ1とする。天板Pが第2液体部35bに接する接触角をθ2とする。第2液体部35bの表面張力をγとする。第2液体部35bの表面張力γによる浸透力をFw1、Fw2で示す。第2液体部35bの表面近傍の液圧をPfとする。このとき、隙間部FM202に第2液体部35bが(部分的にしか)浸入しないように、隙間部FM202は、その面積Sが
Fw1+Fw2+Pf・S<0・・・数式4
Fw1+Fw2+Pf/S<0・・・数式5
Fw1=γ・cosθ1・L1・・・数式6
Fw2=γ・cosθ2・L2・・・数式7
なる関係を満たすように形成されている。すなわち、数式1〜数式7により、隙間部FM202は、その幅gが
γ・cosθ1・π・D+γ・cosθ2・π・(D+2・g)+Pf・π・g・(D+g)<0・・・数式8
なる関係を満足するように形成されている。
例えば、基準マーク本体部FM201の直径D=50mm、基準マーク本体部FM201と第2液体部35bとの接触角θ1=110度、天板Pと第2液体部35bとの接触角θ2=110度とする。第2液体部35bの表面近傍の液圧Pf=50Pa、第2液体部35bの表面張力γ=0.0728N/mとする。基準マーク本体部FM201と天板Pとが対向するそれぞれの面は、撥水性処理が行われているとする。液体35の成分は、100%純水であるとする。これらの数値を数式8に代入して計算すると、隙間部FM202は、その幅gが0.996mm未満になるように形成されていることになる。
このように、基板側基準マーク部材FM200において、その隙間部FM202は、その幅gが液体35が(部分的にしか)浸入しない値になるように形成される。このため、液体35の隙間部FM202の下部まで浸入することを防止できる。このため、液体の浸入により発生する不具合(例えば、さびなど)を防止できる。
なお、基板側基準マーク部材の形状は、略円形形状である代わりに、正N角形(N>4)であってもよい。あるいは、例えば、変形例に係る露光装置200iにおいて基板側基準マーク部材FM200iのマーク本体部FM201iは、図9に示すように、上面視において、角が丸い略正方形形状であってもよい。
すなわち、基板側基準マーク部材FM200iにおいて、図9に示すように、基準マーク本体部FM201iの直線部の長さをXi、その曲線部の曲率半径をR、その外周長さをL1iとする。隙間部FM202iの(平均的な)幅をgi、その外周長さをL2i、隙間部FM202iの上面視における面積をSiとする。このとき、
S=π・((R+g)2-R2)+2・X・g+2・Y・g・・・数式9
L1=2π・R+4・X・・・数式10
L2=2π・(R+g)+4・X・・・数式11
が成立する。
ここで、隙間部FM202iが数式4〜数式7を満たすように形成されている点は、第2実施形態と同様である。すなわち、数式4〜数式11により、隙間部FM202は、その幅gが
Pf・π・g2+((2・Pf・(2・X+π・R)+2・π・γ・cosθ2)・g+(γ・cosθ1+γ・cosθ2)・(4・X+2・π・R)<0・・・数式12
なる関係を満足するように形成される。
あるいは、基板側基準マーク部材のマーク本体部が上面視において正N角形(N>4)の角を丸くした形状である場合、隙間部は、その幅gが
Pf・π・(1-n/2)・g2+(2・π・(1-n/2)・(γ・cosθ2+Pf・R)+Pf・n・X)・g+γ・(n・X+2・π・R(1-n/2))・(cosθ1+cosθ2)<0・・・数式13
なる関係を満足するように形成される。
次に、本発明の第3実施形態に係る露光装置300を、図10を用いて説明する。図10は、本発明の第3実施形態における基板側基準マーク部材FM300の拡大断面図である。
露光装置300は、基本的な構成は第1実施形態と同様であるが、基板側基準マーク部材FM300の構成が第1実施形態と異なる。
基板側基準マーク部材FM300は、略円形形状である点は第1実施形態と同様であるが、その詳細構成が第1実施形態と異なる。
すなわち、基板側基準マーク部材FM300は、ボルト(図示せず)、基準マーク本体部FM301、光量センサ36、光学素子37、隙間部FM302、排液部32、及びシール部材31を備える。
ボルトは、基準マーク本体部FM301をウエハステージWSTに固定している。
基準マーク本体部FM301は、ガラス部30と支持部33とを含む。ガラス部30は、光を透過可能にガラスで形成されており、上部に位置している。ガラス部30には、装置較正用あるいは位置合わせ用のマークが描画されている。支持部33は、ガラス部30をウエハステージWSTに支持している。
光量センサ36は、基準マーク本体部FM301に覆われるように形成されている。これにより、光量センサ36は、基準マーク本体部FM301の上部(ガラス)のマークで散乱された検出光を受光することができる。
光学素子37は、半球状の形状をしており、オプティカルコンタクトにより保持されてガラス部30と光量センサ36との間に配されている。これにより、液体35を介してNA≧1の露光波長の検出光がガラス部30に照射された場合に、その検出光を屈折させて光量センサ36に導く。
隙間部FM302は、天板P及び基準マーク本体部FM301に対して凹んだ部分であり、天板Pの開口に面した内側面Paと基準マーク本体部FM301の外側面33aとの隙間を形成する。ここで、内側面Paは、鉛直面Pa1,水平面Pa2,及び鉛直面Pa3を含む。外側面33aは、鉛直面33a1,水平面33a2、及び鉛直面33a3を含む。
排液部32は、隙間部FM302の下方において基準マーク本体部FM301を囲むように形成されている。排液部32には、排液配管(図示せず)が接続されている。排液配管には排液用ポンプ(図示せず)が設けられ排液配管内に負圧を形成して排液を促進している。また、排液部32は、多孔質な材質で形成されており、排液速度(又は排液流量)のばらつきが全周に渡って低減されるように開孔率が調整されている。さらに、排液用ポンプは、制御系CSに制御されて、排液配管内の排液速度(又は排液流量)を調整することができる。これにより、隙間部FM302を介して排液部32へ流れる液体35の排液速度(又は排液流量)のばらつきを低減できる。
シール部材31は、天板Pの開口に面する内側面Paの水平面Pa2と基準マーク本体部FM301の外側面33aの水平面33a2との間に形成された隙間に配置され、天板Pを下から支持する。このシール部材31の断面の断面係数は、円形断面の断面係数より小さくなっている。シール部材31は、例えばリップシールであり、例えば高純度なフッ素ゴムで形成されている。
また、シール部材31は、排液部32の外周側(基準マーク本体部FM301の重心MCに対する放射方向外側)に配置されている。これにより、シール部材31は、天板Pの開口に面する内側面Paの水平面Pa2と基準マーク本体部FM301の外側面33aの水平面33a2との間に形成された隙間をシールしている。
ここで、基板側基準マーク部材FM300の隙間部FM302に液体35が浸入した場合を考える。このとき、隙間部FM302に浸入した液体35の大部分は、排液部32より排液される。この排液部32は、その材質やその下流の排液用ポンプなどにより排液速度(又は排液流量)のばらつきが全周に渡って低減されるように調整されている。これにより、液体が隙間部FM302を流れる量がばらつきにくい。このため、基板側基準マーク部材FM300を用いた計測の精度を向上させることができる。
また、液体が隙間部FM302を流れる量がばらつきにくいので、気化熱による温度低下がばらつきにくく基板側基準マーク部材FM300における温度変形量がばらつきにくい。これにより、基板側基準マーク部材FM300を用いた計測の精度を向上させることができる。
さらに、天板Pの裏面側付近に排液部32が形成されているので、排液部32に露光光が照射されることを低減でき、排液部32の材質が多孔質であってもコンタミが発生しにくくなっている。
また、排液部32から排液しきれずに排液部32の外周側に到達した液体35は、シール部材31によりウエハステージWSTへの移動を阻止される。すなわち、隙間部FM302とウエハステージWSTとの間が空間的に略密閉構造となっている。これにより、液体35がウエハステージWST側に飛散することを低減できる。このため、ウエハステージWSTに錆び等の不具合が発生することなどを低減できるので、露光装置300の構成要素の劣化を低減させることができる。
さらに、シール部材31(例えばリップシール)の断面の断面係数が円形断面の断面係数より小さいため、シール部材が例えばOリングである場合に比較して剛性を低減できるので、シール部材がシールする際に天板Pに及ぼす反力を低減できる。これにより、天板Pに対する真空吸着力が解除された際に、天板Pが浮き上がることを低減できる。このため、天板Pが投影光学系13、液体供給ノズル38、及び液体回収ノズル39とぶつかってそれらを破損させることなどを低減できるので、露光装置300の構成要素の劣化を低減させることができる。
例えば、シール部材の内径が70mm程度であると仮定すると、そのシール部材がOリングである場合の反力は約20kgfとなるが、そのシール部材がリップシールである場合の反力は約2kgf程度に抑えることができる。
このように、シール部材がシールする際に天板Pに及ぼす反力を低減できるので、基準マーク本体部FM301の支持部33に対して要求される剛性や、シール部材31が支える天板Pに対して要求される剛性を低減できる。このため、マーク本体部FM301の支持部33の厚さ寸法や天板Pの厚さ寸法を薄くできるため、マーク本体部FM301や天板Pを軽量化できる。
ここで、天板Pは、ウエハステージWST上に構成されるため、軽量高剛性であることが好ましい。天板Pは、例えばセラミックスで形成されていることが好ましい。また、シール部材31が天板Pに及ぼす反力は、天板Pに働く重力以下であることが好ましい。仮に、シール部材31が天板Pに及ぼす反力が天板Pに働く重力以上である場合、天板Pを真空吸着している真空吸着機構(図示せず)がバキュームOFFした際に、シール部材31が天板Pに及ぼす反力により天板Pが浮き上がる。これにより、天板Pの上面がウェハW表面よりも高くなってしまう。この状態で、ウエハステージWSTが移動すると、天板Pが投影光学系13、液体供給ノズル38、及び液体回収ノズル39などとぶつかる可能性があるからである。
なお、図11に示すように、露光装置300iにおいて、隙間部FM302に浸入した液体35を排液するための排液部32iは、天板Pが開口されて形成されていてもよい。排液部32iを天板P側に設けることにより、排液部32iに接続される排液配管(図示せず)を天板P内部で引き回すことができ、排液部32i及び排液配管の設計自由度(実装性)を向上させることができる。また、基板側基準マーク部材FM300がウエハステージWST上に複数設けられる場合、その複数の基板側基準マーク部材FM300に対して天板P内部で排液配管を分岐及び集約することができ、その点からも実装性を向上させることができる。図11では、天板Pの開口に面した内側面Paの鉛直面Pa1に排液部32iを設ける例が示されているが、天板Pの開口に面した内側面Paの水平面Pa2に排液部が設けられてもよい。この場合、露光光が排液部32に照射されることを低減できるため、多孔質な部分に露光光が照射され劣化することを低減でき、コンタミが発生することを防止できる。
また、第1実施形態〜第3実施形態における基板側基準マーク部材の基準マーク本体部の上面に形成された基準マークの形状は、例えば特開2005−175034に開示されたようなスリット状であってもよい。
基板側基準マーク部材の基準マーク本体部を用いた計測を行う計測部は、例えば特開平11―16816に開示された照度センサ等を含んでもよい。あるいは、その計測部は、特開平8−22951に開示された波面収差測定器等を含んでもよい。但し、特開平8−22951に開示された波面収差測定器等を含む場合、液体が波面収差測定器等に浸入しないように、基準マーク本体部の上部としてスリットパターンが描画されたガラス部を形成する必要がある。
また、第1実施形態〜第3実施形態では、走査型露光装置について説明したが、走査型露光装置に限定するものではなく、ステップアンドリピート型露光装置に適用してもかまわない。露光装置には、ウエハステージが1つだけでなく複数設けられていてもかまわない。
次に、本発明のウェハステージ装置が適用される例示的な露光装置を利用したデバイスの製造プロセス(製造方法)を、図12を用いて説明する。図12は、デバイスの一例としての半導体デバイスの全体的な製造プロセスを示すフローチャートである。
ステップS91(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S92(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(原版又はレチクルともいう)を作製する。
一方、ステップS93(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハ(基板ともいう)を製造する。
ステップS94(ウエハプロセス)は前半工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー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S95(組み立て)は後半工程と呼ばれ、ステップS94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S96(検査)ではステップS95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S97でこれを出荷する。
上記ステップS94のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、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を有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップを有する。上記の露光装置を用いて、レジスト処理ステップ後のウエハを、マスクのパターンを介して露光し、レジストに潜像パターンを形成する露光ステップ(露光工程)を有する。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(現像工程)を有する。さらに、現像ステップで現像した潜像パターン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を有する。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。
第1実施形態に係る露光装置の構成図。 ウエハステージ、天板、及び基板側基準マーク部材の配置を示す平面図。 本発明の第1実施形態における基板側基準マーク部材FMの拡大平面図。 比較例における基板側基準マーク部材の拡大平面図。 本発明の第1実施形態の変形例における基板側基準マーク部材の拡大平面図。 本発明の第2実施形態における基板側基準マーク部材の拡大平面図。 図6のA−A拡大断面図。 図7のB部分の拡大断面図。 本発明の第2実施形態の変形例における基板側基準マーク部材の拡大平面図。 本発明の第3実施形態における基板側基準マーク部材の拡大断面図。 本発明の第3実施形態の変形例における基板側基準マーク部材の拡大断面図。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスを示すフローチャート。
符号の説明
1:光源、
2:照明系整形光学系、
3:フライアイレンズ、
4:コンデンサーレンズ
5:視野絞り、
6:駆動部、
7:可動ブラインド
8:リレーレンズ、
10:レチクルステージ制御部、
11:可動ブラインド制御部
12:主制御部、
13:投影光学系、
15:ウエハステージ制御部
16:アライメントセンサ
17:制御部、
21:照明領域、
22、23:干渉計
30:ガラス部、
31:シール、
32:排液部、
35:液体、
36:センサ
100:露光装置
RST:レチクルステージ、
WST:ウエハステージ
R:レチクル、
W:ウエハ、
SP:基準プレート、
W:ウエハ、
WC:ウエハチャック
P:天板、

Claims (7)

  1. 原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、
    該基板を保持して移動する基板ステージと、
    前記基板ステージに設けられ、かつ開口部が形成された天板と、
    前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材と、
    を有し、
    前記最終光学素子の光軸に垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間には、隙間が形成され、
    前記計測用部材は、該面内において、正N角形(N>4)及び円形のいずれかの形状をしている、
    ことを特徴とする露光装置。
  2. 原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、
    該基板を保持して移動する基板ステージと、
    前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、
    前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材と、
    を有し、
    前記最終光学素子の光軸と垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間には、隙間が形成され、
    前記計測用部材と該液体との接触角をθ1、前記最終光学素子の光軸と垂直な面内における前記計測用部材の外周長さをL1、前記天板と該液体との接触角をθ2、該面内における該開口部の内周長さをL2、該隙間に部分的に浸入した該液体の液圧をPf、該液体の表面張力をγ、該面内における該隙間の面積をSとしたときに、
    γ・cosθ1・L1+γ・cosθ2・L2+Pf・S<0
    なる関係が満たされる、
    ことを特徴とする露光装置。
  3. 原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置において、
    該基板を保持して移動する基板ステージと、
    前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、
    前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材と、
    を有し、
    前記天板は、前記最終光学素子の光軸に垂直な面内において、前記天板と前記計測用部材との間に形成された隙間に浸入した該液体を排液する排液部を含む、
    ことを特徴とする露光装置。
  4. 前記排液部は、排液速度が一定になるように調整されている
    ことを特徴とする請求項3に記載の露光装置。
  5. 原版からの光を基板に投影する投影光学系を有し、前記投影光学系の最終光学素子と該基板との間隙に満たされた液体を介して該基板を露光する露光装置であって、
    該基板を保持して移動する基板ステージと、
    前記基板ステージに設けられ、かつ、開口部が形成された天板と、
    前記基板ステージに、かつ、該開口部の中に設けられた計測用部材と、
    前記天板と、前記基板ステージにおいて前記天板を支持する部分との間に配されたシール部材と、
    を有し、
    前記シール部材の断面の断面係数は、円形断面の断面係数より小さい、
    ことを特徴とする露光装置。
  6. 前記シール部材は、リップシールを含む
    ことを特徴とする請求項5に記載の露光装置。
  7. 請求項1から6のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    該露光された基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
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