JP2023180477A - ノズル装置、液浸露光装置及び液浸露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造を簡略化しながら液の供給及び回収が可能なノズル装置、それを用いた液浸露光装置及び液浸露光方法を提供する。
【解決手段】液浸露光装置に用いられる本開示のノズル装置１は、露光対象物４に対向する対向面１ａと、露光用のエネギービームが通過する開口部１５とを備える。更に、開口部１５内に液体を供給する液体供給路２と、対向面１ａに開口部１５を囲むように設けられ、液体を保持する液体保持溝５と、液体保持溝５に連通して設けられ、空気を取り込む空気穴７と、液体保持溝１２に連通して設けられ、液体を回収する液体回収路８とを備える。
【選択図】図３

Description

本開示は、ノズル装置と、これを用いた液浸露光装置及び液浸露光方法に関する。

リソグラフィ装置は集積回路（IC）の製造等に用いられる装置であり、通常は、基板の目標部分上に所望のパターンを形成する。その場合、マスク又はレチクルと呼ばれるパターニング機器が、ICの個々の層における回路パターンの生成に使用される。

パターンの形成は、シリコン・ウェハ等の基板上に塗布された放射線感光材料（レジスト）の層上に画像を形成することにより行われる。

周知のリソグラフィ装置としては、ステッパとスキャナとがある。ステッパでは、基板の各目標部分についてその全パターンに一度に照射を行う形で露光する。スキャナでは、所与の方向（走査方向）に平行に又は逆平行に同期して基板を走査しながら、上記走査方向に放射線ビームを通してパターンを走査することにより、各目標部分に照射を行って露光する。

特許文献１は、液体内では露光放射線の波長が短くなることを利用する液浸露光に関して開示する。液浸露光では、水のような屈折率が比較的高い液体にリソグラフィ投影装置の基板を浸漬し、投影システムの光学素子と基板との間の空間を液体で満たして露光を行う。

国際公開第WO2004/053955号

特許文献１の技術では、露光の際、投影光学系とステージ上の基板との間にノズルによって液体が供給され、且つ、その液体がノズル外部に漏れないように回収されることが必須である。これは、液体がノズル外部に漏れると、蒸発する際の気化熱により雰囲気中に温度分布が生じたり、雰囲気の屈折率が変化したりするので、ステージの位置を計測するレーザ干渉計の誤差の原因となるからである。液体の漏れを抑制するには、液体の供給口及び回収口の位置、液体の供給量及び回収量を調整するためのバルブの開度等について、基板の移動方向に合わせて複雑な制御が必要である。このためには、各種のセンサ、配管、バルブ等が必要となり、ノズルの小型化が困難であった。

本開示の目的は、構造を簡略化しながら液の供給及び回収が可能なノズル装置、それを用いた液浸露光装置及び液浸露光方法を提供することである。

液浸露光装置に用いられる本開示のノズル装置は、露光対象物に対向する対向面と、露光用のエネギービームが通過する開口部と、開口部内に液体を供給する液体供給路と、対向面に開口部を囲むように設けられ、液体を保持する液体保持溝と、液体保持溝に連通して設けられ、空気を取り込む空気穴と、液体保持溝に連通して設けられ、液体を回収する液体回収路とを備える。

本開示の液浸露光装置は、本開示のノズル装置と、露光用のエネルギービームを出射する投影光学系の光学素子と、露光対象物が載置されるステージとを備える。

本開示の液浸露光方法は、本開示のノズル装置と、露光用のエネルギービームを出射する投影光学系の光学素子とを用いる。露光対象物と対向面との間に液体を保持しながら、エネルギービームによって露光対象物にパターンを露光する。

本開示のノズル装置によると、液の供給及び回収に複雑な制御を要しないことから、構造を簡素化することができる。

図１は、本開示の液浸露光装置の要部外観を示す図である。 図２は、図１の液浸露光装置に用いるノズル装置の外観を示す図である。 図３は、本開示の液浸露光装置を示し、特に、ノズル装置の断面を模式的に示す図である。 図４Ａは、ノズル装置を対向面側から見た外観を示す図である。 図４Ｂは、ノズル装置を対向面側から見た各構成要素の配置を示す図である。 図５Ａは、露光を行う際のノズル装置による液体の保持及び回収について説明する図である。 図５Ｂは、図５Ａに続いてノズル装置を説明する図である。 図５Ｃは、図５Ｂに続いてノズル装置を説明する図である。 図５Ｄは、図５Ｃに続いてノズル装置を説明する図である。 図５Ｅは、図５Ｄに続いてノズル装置を説明する図である。 図６は、ノズル装置に設けられた液体保持溝の断面形状を例示する図である。 図７は、液体保持溝が複数備えられる例を示す図である。 図８は、液体保持溝及び仕切に関する構成例を示す図である。 図９は、変形例１のノズル装置について説明する図である。 図１０は、変形例１のノズル装置について説明する図である。 図１１は、変形例２のノズル装置について説明する図である。 図１２Ａは、変形例３のノズル装置について説明する図である。 図１２Ｂは、変形例３のノズル装置について説明する図である。

以下、本開示の技術について、図面を参照して説明する。但し、以下の説明は例示であって、これらに限定するものではない。また、効果を発揮する範囲内において、適宜変更可能である。

（第１の実施形態）
本開示のノズル装置及びこれを備える液浸露光装置について、図１～図３、図４Ａ及び図４Ｂに示す。図１は、本開示の液浸露光装置を示す図であり、ステージ１６（図１では図示省略、図３を参照）上に載置された基板４と、露光のためのエネルギービームを出射する投光光学系３と、ノズル装置１とを示している。図２は、ノズル装置１だけの外観を示す図である。図３は、ノズル装置１の断面を模式的に示す図である。図４Ａは、ノズル装置１を対向面１ａの側から見た外観を示し、図４Ｂは、対向面１ａ側の各構成要素の配置を模式的に示す図である。

図２に示すように、ノズル装置１は、投光光学系３が配置され、露光用のエネルギービームが通過する開口部１５を備えた環状に構成されている。図３に示すように、ノズル装置１は、ステージ１６上に載置された露光対象物である基板４に対し、対向面１ａを近接させて配置される。

ノズル装置１は、投光光学系３と基板４との間に液体を供給するための液体供給路２と、液体を回収するための液体回収路８とを備える。

対向面１ａに、開口部１５を取り囲むように、液体保持溝５が設けられている。液体回収路８は、液体保持溝５に連通しており、液体保持溝５内から液体を回収する機能を有する（この際、空気も吸収される）。また、ノズル装置１には液体保持溝５に連通する空気穴７が設けられている（図３の断面には現れていない）。更に、ノズル装置１における液体保持溝５よりも外側に、対向面１ａと基板４との間に存在する液体を回収するための補助回収路１０が設けられている。

図３に示すように、液体供給路２には液体供給管１７、液体回収路８には液体回収管１８が接続され、それぞれ液体の供給及び回収を行う（他の図では省略）。液体回収路８は、ポンプにより吸引される。補助回収路１０に対しても配管が設けられているが、図示は省略している。

投光光学系３が収容される開口部１５は、対向面１ａ側において、反対側（図２及び図３における上面側）よりも開口が小さくなる形状を有する。また、対向面１ａにおいて、開口部１５から液体供給路２の側に伸びるスリット６が設けられている。従って、図４Ａに示すように、対向面１ａ側では、ノズル装置１の反対側に比べて小さい開口部１５の開口面に、スリット６が接続された形状の開口となっている。尚、スリット６は対向面１ａにおいて長方形状であるが、これに限定はされず、半円状、Ｕ字状等であっても良い。

図４Ｂに示すように液体保持溝５は円形状の溝であるが、本実施形態の例では一箇所に仕切９が設けられている。従って、液体保持溝５は一周繋がった構造ではなく、２つの端部を有する一本の溝となっている。但し、仕切９の下面は、対向面１ａよりも凹んでいても良い。

このような液体保持溝５の一端に液体回収路８が連通して設けられ、他端に空気穴７が連通して設けられることが好ましい。図４Ｂに示すように、仕切９を挟んで両側に液体回収路８及び空気穴７が配置されることになる。

上記の構造のノズル装置１において、液体供給管１７から液体供給路２に液体が供給される。液体としては、例えば水（純水）が用いられる。また、液体回収管１８にはポンプが接続され、液体回収路８から液体が回収される。ここで、液体回収路８による液体の回収能力を、液体供給路２による液体の供給能力よりも大きくする。このためには、各種ポンプの出力、バルブの開度等を設定する。

このようにすると、複雑な制御を要すること無しに、過剰な量の液体だけが回収され、投光光学系３と基板４との間に安定して液体を保持することができる。これを以下に説明する。

図５Ａ～図５Ｅには、図３と同様にノズル装置１、投光光学系３及び基板４を示す。ステージ１６、液体供給管１７及び液体回収管１８等については省略している。

図５Ａに示すように、液体供給路２によって供給された純水等の液体は、投光光学系３と基板４との間に流入する。この際、仮にスリット６が無い場合、投光光学系３の周囲から同じ程度に液体が流入し、投光光学系３と基板４との間において中央付近に気泡が残ることがある。このような気泡は、適切な露光が妨げられる原因となる。これに対し、スリット６を設けると、スリット６側からの液体の流入が多くなり、上記の気泡の発生を抑制できる。

更に液体が供給されると、図５Ｂに示す状態となる。ここでは、液体保持溝５よりも内側の領域に液体が溜まり、投光光学系３と基板４との間の空間は液体で満たされる。更に、投光光学系３とノズル装置１との間の空間にも液体が満たされ、基板４からの液位が上昇する。

更に液体が供給されると、図５Ｃに示す状態となる。液体がより多くなり、一定量を超えると、投光光学系３の範囲から溢れて液体保持溝５に溜まり始める。

液体回収路８は、装置の動作時には常にポンプにより吸引されている。液体保持溝５の液体回収路８とは反対側の端には空気穴７が配置されており、空気穴７から液体保持溝５に空気が供給される。液体保持溝５内に溜まった液体が少ない状態では、空気穴７からの空気が液体回収路８に吸引されている。

液体保持溝５に溜まる液体が多くなると、図５Ｄに示すように、液位が上昇して液体回収路８に達する。その結果、液体保持溝５の液体は液体回収路８に吸引され、回収が開始される。

液体の回収は、液体保持溝５の他端に設けられた空気穴７から供給される空気が、液体回収路８に到達するまで継続される。空気が液体回収路８に到達すると、液体の回収から空気の回収に切り替わる。この状態が図５Ｅに示されている。液体回収路８は吸引され続けるが、液位が低下して液体回収路８に触れない状態となっている。その結果、空気穴７から供給される空気が吸引され、液体は回収されない。従って、必要以上に液体が回収され、投光光学系３と基板４との間において液体が不足することはない。

装置の動作中は液体が供給されるので、液体保持溝５に溢れる液体は再び増加することがある。その結果、液体が液体回収路８に達すると、再び液体の回収が開始される。つまり、図５Ｃ～図５Ｅの状態が繰り返される。

以上のようにして、投光光学系３と基板４との間を液体で充填しながら、不要な液体を回収できる。これは、液体回収路８による液体の回収能力を液体供給路２による液体の供給能力よりも高くすること、及び、液体保持溝５、液体回収路８、空気穴７等の構造により実現している。溢れた液体の量、液位等をセンサにより検知すること、その検知結果に基づいて液体の供給量／回収量を制御すること等は不要である。従って、ノズル装置１を簡略化及び小型化することができ、また、ノズル装置１の動作及び制御も簡略化することができる。

投光光学系３と基板４との間に安定して液体が保持された状態において、投光光学系３から露光用のエネルギービームが出射され、露光対象物（基板４）に設けられた放射線感光材料の露光が行われる。

尚、上記のように液体保持溝５よりも外側に液体が漏れることを抑制しているが、仮にそのような液体の漏れが発生した場合には、補助回収路１０によって回収される。補助回収路１０は、１つ又は複数が設けられ、例えば、基板４の移動方向に応じて、開口部１５に対して前方及び／又は後方に設けられても良い。図４Ｂ等では断面が円形の補助回収路１０を示しているが、楕円、半円、四角形、多角形等の他の形状でも良い。

尚、ノズル装置１は特に限定されず、例えば、ステンレス、アルミニウム等の金属、又は、ポリエチレン、ナイロン、塩化ビニル等の樹脂材料であってもよい。ノズル装置１について、フッ素コーティング、高親水性クロムメッキ、高親水性コーティング、ブラスト処理等の表面処理を行っても良いし、微細な凹凸加工を施しても良い。表面処理は、ノズル装置１の下面（対向面１ａ）だけに行う等、部分的に行っても良い。ノズル装置１と基板４との間に水を安定して保持するためには、基板４の表面よりもノズル装置１の表面の方が高い親水性を有することが好ましい。以上の表面処理、加工により、これが実現できる。

液体保持溝５の望ましい幅及び深さは、使用する液体、流量等によって異なる。液体として純水を用い、流量が０～３００ｍＬ／分の場合、幅を１ｍｍ以上で且つ１０ｍｍ以下、深さを１ｍｍ以上で且つ１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、液体保持溝５の断面形状について、図６に４つの例を示す。５ａのような長方形状、５ｂのような半円状、５ｃのような対向面１ａ側の広い台形状、５ｄのような対向面１ａ側の狭い台形状等、特に限定されない。

更に、以上では液体保持溝５は一重にのみ設けられているが、図７のように、二重に設けられていても良いし、更に多く設けることも可能である。図７の例では、外側の液体保持溝５に補助回収路１０が配置されている。

また、液体保持溝５に仕切９が１つだけ設けられ、液体保持溝５が１つの溝部を有する例を説明したが、これには限らず、２つ以上の仕切９が設けられていても良い。図８には、仕切９を２つ備える例を示す。図８において、上下２箇所に仕切９が設けられ、液体保持溝５は左右２つの溝部に分かれている。２つの溝部は、それぞれの端部同士が仕切９を挟んで並び、開口部１５を囲む液体保持溝５を構成している。分けられた液体保持溝５のそれぞれの溝部において、一端に液体回収路８、他端に空気穴７が設けられている。これにより、それぞれの液体保持溝５は、これまでに説明したように機能する。ノズル装置１の大きさ、液体の供給量及び回収量等に応じて、仕切９（及び液体回収路８、空気穴７）の数を設計することが好ましい。

液体保持溝５が上記の幅及び深さを有する場合、仕切９の高さは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、仕切９の下面は、対向面１ａと同等でも良いし、対向面１ａよりも凹んでいても良い。例えば、仕切９の高さが、液体保持溝５の深さに対して５０％以上で且つ１００％以下となっていることが好ましい。

次に、空気穴７は、液体保持溝５に空気を供給し、液回収路８による液体の回収が適正に行われることを補助する。このためには、以下に述べるように、空気穴７の面積（基板４に平行な断面における面積）を望ましい値に設定する。

前記の通り、液回収路８による液体の回収は、空気穴７から供給された空気が液体保持溝５に沿って液回収路８に到達するまで継続される。この際、空気穴７による空気の供給が不十分になると、ノズル装置１と基板４との間に液体保持溝５の外側から空気が入り込み、液体回収路８に到達して、意図しない空気の流れとなる可能性がある。このような空気の流れは、液体保持溝５に沿った液体の回収（吸引）を妨げる。

これを防ぐためには、空気穴７から十分な量の空気が供給されることが好ましい。例えば、空気穴７を通じて空気が流入しようとする際の抵抗を、ノズル装置１と基板４との間から空気が流入しようとする際の抵抗よりも小さくすることが望ましい。空気が流入する際の抵抗の大きさは経路の面積に依存する。従って、空気穴７の面積は、ノズル装置１と基板４との間の距離に液体保持溝５の外周を掛けた値よりも大きいことが望ましい。

尚、空気穴７について、例示している形状には限らず、円、台形等であっても良い。

（変形例１）
次に、変形例１のノズル装置２１について説明する。ノズル装置２１は、図２等に示すノズル装置１と基本的には同様の構造を有するので、以下では差異を主に説明する。

図９は、図４Ｂと同様に、ノズル装置２１を対向面１ａ側から見た構成を示す。ノズル装置２１は、対向面１ａにおいて、液体保持溝５の外側且つ補助回収路１０の付近に、規制溝１１が設けられている。規制溝１１は、液体保持溝５の外に漏れた液体の流れを規制し、補助回収路１０に誘導する。これにより、補助回収路１０による液体の回収効率を向上する。

液体は、ノズル装置２１が基板４に対して相対的に移動する際に、移動の後方側に漏れやすい。従って、開口部１５に対して移動の後方になる位置に補助回収路１０を配置し、更にその付近に規制溝１１を設けることが好ましい。これにより、ノズル装置２１が移動する際にも、液体がノズル装置２１外に漏れて基板４上に残ることを抑制できる。

図９の例において、規制溝１１は補助回収路１０の両側に１つずつ配置され、ノズル装置２１の外側ほど間隔が狭くなっている。これは、液体を補助回収路１０に誘導するために望ましい例である。しかし、規制溝１１は他の形状であっても良い。例えば、２つの規制溝１１が平行であっても良い。また、図１０には、ノズル装置２１の外側に凸の弧状の規制溝１１が２つ設けられ、補助回収路１０の両側に配置された例を示す。

（変形例２）
次に、変形例２のノズル装置２２について説明する。ノズル装置２２は、図２等に示すノズル装置１と基本的には同様の構造を有するので、以下では差異を主に説明する。

図１１は、図４Ａと同様に、ノズル装置２２を対向面１ａ側から見た外観を示す図である。ノズル装置２２は、開口部１５と、液体保持溝５における液体回収路８の位置との間に、誘導溝１２を備えている。誘導溝１２は、ノズル装置２２の中央側（開口部１５側）から液体を誘導し、液体回収路８に向かって安定した流れを確保する。この結果、液体回収路８による液体の回収がより安定し、液体の漏れを抑制できる。

図１１の誘導溝１２は、開口部１５から液体保持溝５まで繋がっている。しかし、これには限らない。つまり、開口部１５及び液体保持溝５の一方又は両方には繋がらない凹部として形成されていても良い。また、誘導溝１２は、全体が同じ深さであっても良いし、深さに勾配が付いていても良い。誘導溝１２の断面は、図６に例示した液体保持溝５の断面の例と同様に、長方形、半円形、台形等であっても良い。誘導溝１２の幅は例えば１ｍｍ以上で且つ１０ｍｍ以下、深さは１ｍｍ以上で且つ１０ｍｍ以下としても良い。

（変形例３）
次に、変形例３のノズル装置２３について説明する。ノズル装置２３は、図２等に示すノズル装置１と基本的には同様の構造を有するので、以下では差異を主に説明する。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂと同様に、ノズル装置２３を対向面１ａ側から見た外観及び各構成要素の配置を示す。

ノズル装置２３は、対向面１ａにおける液体保持溝５よりも内側に、内側補助回収路１３を備えている。内側補助回収路１３は、ノズル装置２３の移動時及び移動前に、液体保持溝５よりも内側に保持された液体を回収し、液体の総量を減らすことができる。これにより、ノズル装置２３の移動時に、液体保持溝５にまで溢れる液体を減らして、液体保持溝５のける液体の回収を容易にする。また、露光プロセスが完了した後に、液体保持溝５よりも内側の液体を回収することができる。

内側補助回収路１３は、基板４に対するノズル装置２３の相対的な移動方向に対応して、移動方向の反対側に１つ又は複数設けることが好ましい。内側補助回収路１３の形状は、図示した円形の他に、楕円形、半円形、四角形、多角形等であっても良い。

本開示のノズル装置は、構造の簡略化・小型化を実現しながら液体の保持及び回収を可能とするので、液浸露光装置及び方法において有用である。

１ ノズル装置
１ａ 対向面
２ 液体供給路
３ 投光光学系
４ 基板
５ 液体保持溝
６ スリット
７ 空気穴
８ 液体回収路
９ 仕切
１０ 補助回収路
１１ 規制溝
１２ 誘導溝
１３ 内側補助回収路
１５ 開口部
１６ 基板ステージ
１７ 液体供給管
１８ 液回収管
２１ ノズル装置
２２ ノズル装置
２３ ノズル装置

Claims (9)

1. 液浸露光装置に用いられるノズル装置であって、
   前記ノズル装置は、
   露光対象物に対向する対向面と、
   露光用のエネギービームが通過する開口部と、
   前記開口部内に液体を供給する液体供給路と、
   前記対向面に前記開口部を囲むように設けられ、前記液体を保持する液体保持溝と、
   前記液体保持溝に連通して設けられ、空気を取り込む空気穴と、
   前記液体保持溝に連通して設けられ、前記液体を回収する液体回収路とを備えることを特徴とするノズル装置。
2. 請求項１のノズル装置において、
   前記液体保持溝は、１つ又は複数の溝部からなり、当該溝部の端部同士が仕切り部を挟んで並ぶことにより前記開口部を囲むことを特徴とするノズル装置。
3. 請求項２のノズル装置において、
   前記溝部の一端に前記空気穴が設けられ、
   前記溝部の他端に前記液体回収路が設けられていることを特徴とするノズル装置。
4. 請求項１のノズル装置において、
   前記対向面において、前記開口部から前記液体供給路の側に伸びるスリットを備えることを特徴とするノズル装置。
5. 請求項４のノズル装置において、
   前記スリットは、前記対向面において長方形状又は半円状の形状を有することを特徴とするノズル装置。
6. 請求項１のノズル装置において、
   前記対向面における前記液体保持溝の外側に設けられた補助回収口を備えることを特徴とするノズル装置。
7. 請求項１のノズル装置において、
   前記対向面に、開口部と前記液体保持溝との間に伸びる液誘導溝を備えることを特徴とするノズル装置。
8. 請求項１～７のいずれか１つのノズル装置と、
   前記露光用のエネルギービームを出射する投影光学系の光学素子と、
   露光対象物が載置されるステージとを備えることを特徴とする液浸露光装置。
9. 請求項１～７のいずれか１つのノズル装置と、
   前記露光用のエネルギービームを出射する投影光学系の光学素子とを用い、
   前記露光対象物と前記対向面との間に液体を保持しながら、前記エネルギービームによって前記露光対象物にパターンを露光することを特徴とする液浸露光方法。