JP2008503079A - 液浸フォトリソグラフィのための真空システム - Google Patents

Abstract

【課題】液浸フォトリソグラフィ露光ツールから多相流体を抽出するための真空システムを提供する。
【解決手段】ツールから流体を引き出すためのポンプ装置と、ポンプ装置から上流に位置してツールから引き出された流体を気体及び液体相を分離するための抽出タンク（３２）とを含む、フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出するための真空システム。ポンプ装置は、タンクから気体を抽出するための第１のポンプ（３６）とタンク（３２）から液体を抽出するための第２のポンプ（３８）とを含む。真空システムからツール内の流体（３２）に逆に伝達されるあらゆる圧力変動を最小にするために、圧力制御システムは、タンク（３２）内の液体及び気体の量を調節することによってタンク（３２）内に実質的に一定の圧力を維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液浸フォトリソグラフィ露光ツールから多相流体を抽出するための真空システムに関する。

フォトリソグラフィは、半導体素子製造の重要な処理段階である。概説すると、フォトリソグラフィでは、回路デザインは、ウェーハ表面上に堆積させたフォトレジスト層上に画像化したパターンを通してウェーハに転写される。ウェーハは、次に、新たなデザインがウェーハ表面に転写される前に様々なエッチング及び堆積処理を受ける。この循環処理が続き、半導体素子の複数の層を積み上げる。
フォトリソグラフィを用いて印刷することができる最小形態は、分解能限界Ｗによって判断され、Ｗは、以下のようにレイリーの式によって定義される。
Ｗ＝ｋ₁λ／ＮＡ （１）
この式において、ｋ₁は分解能係数、λは露光放射線の波長、及びＮＡは開口数である。半導体素子の製造に用いられるリソグラフィ処理においては、従って、素子内の非常に小さな形態を正確に再生することができるように、光学分解能を改善するために非常に短い波長の放射線を用いることが有利である。従来技術においては、様々な波長の単色可視光が用いられており、最近では、ＡｒＦエキシマレーザを用いて発生されるような１９３ｎｍの放射線を含む遠紫外線（ＤＵＶ）範囲の放射線が用いられている。

ＮＡの値は、レンズの受入角度（α）及びレンズを囲む媒体の屈折率（ｎ）によって判断され、これは、次式によって与えられる。
ＮＡ＝ｎｓｉｎα （２）
清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）では、ｎの値は１であり、従って、レンズとウェーハの間の媒体としてＣＤＡを用いるリソグラフィ技術のためのＮＡに対する物理的限界は１であり、実際の限界は、現時点で０．９前後である。

液浸フォトリソグラフィは、ＮＡの値を増加することにより、並びに焦点深度（ＤＯＦ）又は垂直処理寛容度を増加することにより光学分解能を改善する公知の技術である。図１を参照すると、この技術においては、屈折率ｎ＞１である液体１０が、投影装置１４の対物レンズ１２の下面と可動ウェーハステージ１８上に位置するウェーハ１６の上面との間に配置される。レンズ１２とウェーハ１６の間に配置される液体は、理想的には、１９３ｎｍで光吸収が低く、レンズ材料及びウェーハ表面に堆積されるフォトレジストに適合し、優れた均一性を有するべきである。これらの判断基準は、１９３ｎｍの光で屈折率ｎ＝１．４４である超純脱気水によって満たされる。レンズとウェーハの間の媒体がＣＤＡである技術に比べて、ｎの値の増加は、ＮＡの値を増加させ、これは、次に、分解能限界Ｗを低減し、より小さな形態の再生を可能にする。

フォトレジスト層からの気体放出、フォトリソグラフィ処理中の微粒子の発生、及び均一なウェーハ温度の保持のために、レンズ１２とウェーハ１６の間に水の定常流を維持することが望ましい。例えば、ＵＳ２００４／００７５８９５に説明するように、レンズ及びウェーハは、水槽内で水を再循環するのに用いられるポンプを有する、ウェーハステージによって支持された水槽に浸すことができるであろう。しかし、ウェーハステージに作用する水槽の重量により、この技術は、一般的に望ましくないと考えられている。

図１に示すように、代替的な技術は、レンズ１２とウェーハ１６の間に超純脱気水の局所流れを生成するために、全体的に２２で示す水供給源及び真空システムに接続されたノズル又はシャワーヘッド装置２０を用いることである。ツールの他の部分、例えば、ウェーハステージ１８を移動するために用いられる機構への水の侵入を防ぐために、１つ又はそれよりも多くの差動エアシール２４が用いられる。その結果、真空システム２２が、ツールから水及びＣＤＡの多相混合物を抽出する。しかし、単一真空ポンプを用いるツールからのこのような多相混合物の抽出は、特にスラグ又は攪拌形態の流れにおいては、ポンプの上流で望ましくない圧力及び流量変動を発生する可能性があり、これは、ツールに逆に伝達される可能性があるであろう。これは、例えば、レンズとウェーハの間に位置する媒体の屈折率の変動を通して、又はツールへの機械的振動の伝達を通してフォトリソグラフィ処理における誤差をもたらす可能性があると考えられる。
本発明の少なくとも好ましい実施形態の目的は、フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出し、それによってツール内の流体に付与されたあらゆる圧力変動を最小にすることができる真空システムを提供することである。

ＵＳ２００４／００７５８９５

第１の態様において、本発明は、フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出するためのシステムを提供し、このシステムは、ツールから流体を引き出すためのポンプ装置と、ポンプ装置から上流に位置してツールから引き出された流体を気体及び液体相に分離するための分離手段、例えば抽出タンクとを含み、ポンプ装置は、タンクから気体を抽出する第１のポンプユニット及びタンクから液体を抽出する第２のポンプユニットを含み、システムは、タンク内の圧力をその中にある気体及び液体の量を調節することによって制御するための圧力制御システムを更に含む。

システムからツール内の流体に逆に伝達されるあらゆる圧力変動を最小にするために、圧力制御システムは、タンク内の液体及び気体の量を調節することによってタンクの実質的に一定の圧力を維持することができる。
タンク内の気体の量を制御するために、圧力制御システムは、好ましくは、気体をその供給源からタンクに供給するための手段と、タンクへの気体の流量を制御するための制御手段とを含む。例えば、タンク内への流体の流量の変動及び／又はタンクからの気体の流量の変動がある場合、気体を外部供給源からタンク内に導入してこのような変動を補償することができる。好ましい実施形態では、圧力制御システムは、バタフライ弁又は他の制御弁のような可変流量制御装置を含み、これを通して気体はタンクに供給され、制御手段は、タンク内の圧力を制御するために弁の伝導率を変えるように構成されている。例えば、コントローラは、タンク内の圧力を示す信号を受信し、受信信号に基づいて弁の伝導率を制御するように構成することができる。この信号は、圧力センサ、静電容量圧力計、又は必要なレベルの圧力制御を達成するのに十分な感度の他の形態のセンサから受信することができる。

タンクへの気体の供給を制御するのと同様に又はその代替として、コントローラは、好ましくは、受信信号に基づいてタンクからの気体の流量を制御するように構成される。例えば、別の可変流量制御装置を提供することができ、これを通して気体は、第１のポンプユニットによってタンクから抽出され、コントローラは、この可変流量制御装置の伝導率を制御するように構成されている。
タンクの液体の量を制御するために、圧力制御システムは、好ましくは、液体をその供給源からタンクに供給するための手段と、タンクへの液体の流量を制御するための制御手段とを含む。例えば、第２のポンプユニットによるタンクからの液体の抽出による圧力変動を最小にするために、制御手段は、好ましくは、タンク内の液体を実質的に一定のレベルに維持するように構成される。好ましい実施形態では、液体供給手段は、バタフライ弁又は他の制御弁のような可変流量制御装置を含み、これを通して液体はタンクに供給され、制御手段は、タンク内の液体のレベルを制御するために弁の伝導率を変えるように構成されている。例えば、コントローラは、タンク内の液体のレベルを示す信号を受信し、受信信号に基づいて弁の伝導率を制御するように構成することができる。この信号は、レベル計、フロート検出器、又はタンク内で実質的に一定レベルの液体を維持することを可能にするのに十分な感度の他の形態のセンサから受信することができる。１つ又はそれよりも多くの可撓性チューブが、好ましくは、システムの構成要素間に流体（単一及び／又は多相）を送るために用いられる。例えば、可撓性チューブは、多相流体を抽出タンクに送るように用いることができる。また、更に別の可撓性チューブを使用して、単相流れをタンクからそれぞれのポンプユニットに送ることもできる。これは、システム使用中に発生する振動のツール内の流体への逆の伝達を最小にすることができる。

第２の態様において、本発明は、フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出する方法を提供し、本方法は、抽出タンクを通じてポンプ装置をツールに接続する段階と、ツールから流体を引き出すようにポンプ装置を作動させる段階と、ツールから引き出された流体を抽出タンク内で気体及び液体相に分離する段階とを含み、ポンプ装置は、抽出タンクから気体と液体を別々に抽出し、本方法は、抽出タンク内の圧力をその中の気体及び液体の量を調節することによって制御する段階を更に含む。
本発明のシステムの態様に関連して上述した特徴は、方法の態様に同等に適用可能であり、逆もまた同じである。
一例として、ここで本発明の実施形態を図面を参照して以下に更に説明する。

図２を参照すると、液浸フォトリソグラフィツールから多相流体を抽出するためのシステム３０は、タンク３２から下流に位置するポンプ装置によってツールから引き出された多重流れ流体を受けるための抽出タンク３２を含む。タンク３２は、システム３０とツールの間の機械的カプリングの量を最小にし、それによってシステム３０の使用中に発生する振動のツールへの逆の伝達を最小にするために、可撓性チューブ３４によってツールに接続されている。

タンク３２は、ツールから受ける流体内の液体と気体の相を分離するように構成される。この実施例では、ツールから受ける流体は、清浄な乾燥空気（ＣＤＡ）及び超純水の混合物を含み、従って、タンク３２は、水からのＣＤＡの分離に作用するあらゆる適切な材料及び／又は構造を収容している。しかし、タンク３２は、ツールから受ける異なる液体−気体混合物を分離するように構成することもできる。例えば、液体は、水溶液又は非水溶液を含むことができ、気体は、ＣＤＡ以外とすることができる。

ポンプ装置は、タンク３２から気体を抽出する第１のポンプユニット３６及びタンク３２から液体を抽出する第２のポンプユニット３８を含む。
第１のポンプユニット３６は、タンク３２からの気体の抽出に適するあらゆるポンプを含むことができ、タンク３２内に含まれる気体への圧力変動の逆の伝達を最小にするために及び比較的長い保守点検周期を得るために、好ましくは、恐らく液体蒸気で飽和されるタンク３２から抽出される気体との適合性に対して選択される。この実施形態では、第１のポンプユニット３６は、タンク３２からＣＤＡを抽出するために空気駆動式排出ポンプ又は水性液体リングポンプを都合よく含むことができる。使用中にタンク３２への振動の伝達を防ぐために、第１のポンプユニット３６は、可撓性チューブ４０を用いてタンクに接続される。第１のポンプユニット３６から排出される気体は、液体蒸気、この実施形態では水蒸気で飽和又は過飽和することができるので、ＣＤＡからの水蒸気の分離に作用するあらゆる適切な材料及び／又は構造を含む分離容器４２を第１のポンプユニット３６の排気孔に接続することができる。ＣＤＡから抽出された水は、排水管に放出され、ＣＤＡは大気に放出される。

第２のポンプユニット３８は、タンク３２からの液体の抽出に適するあらゆるポンプを含むことができ、好ましくは、タンク３２から抽出される液体との適合性に対して及び比較的長い保守点検周期に対して選択される。液体が水であるこの実施形態では、第２のポンプユニット３８は、タンク３２から水を抽出するための水力式排出ポンプ又は隔膜ポンプを都合よく含むことができる。使用中のタンク３２への振動の伝達を防ぐために、第２のポンプユニット３８は、可撓性チューブ４４を用いてタンクに接続される。可撓性チューブ４４の内径は、タンク３２から第２のポンプユニット３８への液体の流量を制限するように選択することができる。代替的に又は追加的に、固定又は可変流量制限装置をタンク３２と第２のポンプユニット３８の間に配置することができる。

システム３０からツール内の流体に逆に伝達されるあらゆる圧力変動を最小にするために、システム３０は、タンク３２内を実質的に一定の圧力に維持するための圧力制御システムを含む。この実施形態では、タンク３２内の液体及び気体の量を調節することによってこれは達成される。
タンク３２内に含まれる液体の量は、コントローラ４６によって実質的に一定のレベルに維持され、それによってタンク３２内の気体の容積を実質的に一定に維持する。コントローラ４６は、タンク３２にある液体のレベルを検出するためのセンサ４８に接続されている。センサ４８は、例えば、レベル計、フロートメータ、又は他の形態の適切なセンサを含むことができる。センサ４８は、タンク３２内の液体のレベルを示す信号をコントローラ４６に出力する。この信号に応じて、コントローラ４６は、タンク３２とタンク３２に接続された加圧外部液体供給源５２との間に位置する可変流量制御装置５０に信号を出力し、この信号は、装置５０にタンク３２への液体、この実施形態では水の流量の変化を引き起こす。例えば、装置５０は、コントローラ４６から受信した信号に基づいて、好ましくは信号に比例して変更することができる伝導率を有するバタフライ弁又は他の制御弁とすることができる。外部供給源５２からタンクへの水の流量を変化させることにより、コントローラ４６は、ツールからタンク３２への流体の流量におけるあらゆる変動及び／又は第２のポンプユニット３８によるタンク３２からの液体の抽出速度のあらゆる変動を補償することができ、従って、タンク３２内の液体を実質的に一定レベルに維持することができる。コントローラ４６は、センサ４８から受信する信号を処理するように配置され、使用中に液体の表面で発生するあらゆるリップルを補償することができる。

気体がタンク３２内で実質的に一定の容積を占めた状態で、タンクから受ける多相流体に含まれる気体の量のあらゆる変動、及び／又は第１のポンプユニット３６によるタンク３２からの気体の抽出の速度のあらゆる変動、及びタンク３２内のあらゆる温度変動は、タンク３２内の気体の圧力を変化させ、ツール内の流体に圧力及び流量変動を付与する可能性があると考えられる。圧力制御システムは、従って、タンク３２内の気体の量もまた調節することによってタンク３２内の実質的に一定の圧力を維持するように構成されている。

これを達成するために、圧力制御システムは、タンク３２にある気体圧力を検出するためのセンサ５６に接続されたコントローラ５４を含む。センサ５６は、例えば、圧力センサ、静電容量圧力計、又は必要なレベルの圧力制御を達成するのに十分な感度の他の形態のセンサを含むことができる。センサ５６は、タンク３２内の気体圧力を示す信号をコントローラ５４に出力する。この信号に応じて、コントローラ５４は、タンク３２とタンク３２に接続された加圧外部気体供給源６０との間に位置する可変流量制御装置５８に信号を出力し、この信号は、装置５８に気体、この実施形態ではＣＤＡのタンク３２への流量の変化を引き起こす。更に別の可変流量制御装置６２をタンク３２と第１のポンプユニット３６の間に配置し、コントローラ５４から信号を受信してタンク３２からの気体の流量を変更するように構成することができる。例えば、装置５８、６２もまた、コントローラ５４から受信した信号に基づいて、好ましくは信号に比例して変更することができる伝導率を有するバタフライ弁又は他の制御弁とすることができる。タンク３２への及びタンク３２からの気体の流量を制御することにより、コントローラ５４は、タンク３２内の実質的に一定の気体圧力を維持することができる。
システム３０は、従って、液浸リソグラフィツールから多相流体を抽出し、一方でそれによってツール内の流体に付与されたあらゆる圧力変動を最小にすることができるシステムを提供することができる。

液浸フォトリソグラフィのための公知のシステムを概略的に示す図である。 液浸フォトリソグラフィツールから多相流体を抽出するための真空システムの実施形態を概略的に示す図である。

符号の説明

３０ 真空システム
３２ 抽出タンク
３６ 第１のポンプ
３８ 第２のポンプ

Claims (23)

1. フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出するためのシステムであって、
   ツールから流体を引き出すためのポンプ装置と、
   前記ポンプ装置から上流に位置して前記ツールから引き出された前記流体を気体及び液体相に分離するための分離手段と、
   を含み、
   前記ポンプ装置は、前記分離手段から気体を抽出するための第１のポンプユニット及び該分離手段から液体を抽出するための第２のポンプユニットを含み、
   前記分離手段内の圧力をその中の気体及び液体の量を調節することによって制御するための圧力制御システム、
   を更に含むことを特徴とするシステム。
2. 前記圧力制御システムは、気体をその供給源から前記分離手段に供給するための気体供給手段と、該分離手段への気体の流量を制御するための制御手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記気体供給手段は、可変流量制御装置を含み、これを通して気体が前記分離手段に供給され、該制御装置は、該可変流量制御装置の伝導率を変えて該分離手段内の圧力を制御するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 前記制御手段は、前記分離手段内の圧力を示す信号を受信し、該受信信号に基づいて前記可変流量制御装置の伝導率を制御するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 前記コントローラは、更に、前記受信信号に基づいて前記分離手段からの気体の流量を制御するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記圧力制御システムは、更に別の可変流量制御装置を含み、これを通して気体が前記第１のポンプユニットよって前記分離手段から抽出され、前記コントローラは、前記受信信号に基づいて該更に別の可変流量制御装置の伝導率を制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記圧力制御システムは、前記分離手段からの気体の流量を制御するための制御手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記圧力制御システムは、可変流量制御装置を含み、これを通して気体が前記第１のポンプユニットによって前記分離手段から抽出され、前記制御手段は、該可変流量制御装置の伝導率を制御して該分離手段内の圧力を制御するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記制御手段は、前記分離手段内の圧力を示す信号を受信し、該受信信号に基づいて前記可変流量制御装置の伝導率を制御するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記圧力制御システムは、液体をその供給源から前記分離手段に供給するための液体供給手段と、該分離手段への液体の流量を制御するための制御手段とを含むことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記制御手段は、前記分離手段内の液体のレベルを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記液体供給手段は、可変流量制御装置を含み、これを通して液体が前記分離手段に供給され、前記制御手段は、該可変流量制御装置の伝導率を変えて該分離手段内の液体のレベルを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
13. 前記制御手段は、前記分離手段内の前記液体のレベルを示す信号を受信し、該受信信号に基づいて前記可変流量制御装置の伝導率を制御するように構成されたコントローラを含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記分離手段は、抽出タンクを含むことを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載のシステム。
15. 前記分離手段から前記第１のポンプユニットまで気体を運ぶための可撓性チューブを含むことを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記分離手段から前記第２のポンプユニットまで液体を運ぶための可撓性チューブを含むことを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載のシステム。
17. 前記フォトリソグラフィツールから前記分離手段まで液体を運ぶための可撓性チューブを含むことを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載のシステム。
18. フォトリソグラフィツールから多相流体の流れを抽出する方法であって、
    抽出タンクを通じてツールにポンプ装置を接続する段階と、
    前記ツールから流体を引き出すように前記ポンプ装置を作動させる段階と、
    前記ツールから引き出された前記流体を前記抽出タンク内で気体及び液体相に分離する段階と、
    を含み、
    前記ポンプ装置は、前記抽出タンクから気体と液体を別々に抽出し、
    前記抽出タンク内の圧力をその中の気体及び液体の量を調節することによって制御する段階、
    を更に含むことを特徴とする方法。
19. 前記抽出タンク内の前記圧力は、気体をその供給源から該抽出タンクに供給し、かつ該抽出タンクへの気体の流量を制御することによって制御されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記抽出タンクへの前記気体の流量は、その中の圧力に基づいて制御されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記抽出タンクからの前記気体の流量は、その中の圧力に基づいて制御されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記抽出タンク内の前記圧力は、液体をその供給源から該抽出タンクに供給し、かつ該抽出タンクへの液体の流量を制御することによって制御されることを特徴とする請求項１８から請求項２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記抽出タンク内の前記圧力は、該抽出タンク内の液体のレベルを制御することによって制御されることを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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