JP3957695B2 - リソグラフィツールにおいて使用されるガスをリサイクルするための方法及び装置 - Google Patents

Description

関連する出願とのクロスリファレンス
本出願は２００２年１１月２１日に出願された米国特許出願第１０／３００８９８号に関連する。

本発明は概してリソグラフィシステムに関する。より具体的には、本発明はリソグラフィツールにおいて使用されるガスをリサイクルすることに関する。

リソグラフィは、１つ又は２つ以上の基板（例えば半導体ウェハ又は同様のもの）の表面にフィーチャ（例えばデバイス）を形成するために使用されるプロセスである。基板は、フラット・パネル・ディスプレイ、回路板、様々な集積回路及び同様のものの製造において使用されるものを含むことができる。リソグラフィ中に、基板は基板ステージに位置決めされ、基板の表面に投影される画像に曝露される。画像は露光システムによって形成される。露光システムは、光源と、光学系と、画像を形成するために使用されるパターンを有するレチクル（例えばマスク）とを有する。レチクルは概して光源と基板との間に配置されている。極紫外線（ＥＵＶ）又は電子ビームシステムにおいて、光源は光源真空チャンバに収容されており、露光システム及び基板は光学系真空チャンバに収容されている。光源チャンバ及び光学系チャンバはガスロックを介して接続されることができる。

リソグラフィにおいて、フィーチャ（例えばデバイス）の寸法は光源の波長に基づく。より高い作動速度を可能にする、デバイスの比較的高い密度を備えた集積回路を製造するために、比較的小さなフィーチャを画像化することが望ましい。これらの小さなフィーチャを製造するために、短い波長（例えば約１３ｎｍ）の波長の光を放射する光源が必要とされる。この放射はＥＵＶ光と呼ばれ、プラズマ源、放射源、電子ストレイジリングからのシンクロトロン放射又は同様のものによって生ぜしめられる。

幾つかのシステムにおいて、放電プラズマ光源の利用がＥＵＶ光を形成する。このタイプの光源は、プラズマを形成するために電離されるガス又は標的材料を使用する。例えば、プラズマ式光源はキセノン等のガスを使用することができる。次いで、プラズマが放電によって形成される。通常、ＥＵＶ放射は１３〜１４ｎｍの範囲にあることができる。その他のシステムにおいては、ＥＵＶ放射は、レーザ形成されたプラズマ源から形成される。レーザ形成されたプラズマ源において、材料（例えばキセノン、クラスタ状のキセノン、水滴、氷片、リチウム、すず蒸気等）のジェットがノズルから噴射されることができる。レーザは、ノズルから離間されており、プラズマを形成するためにジェットを照射するするパルスを放射する。このプラズマは引き続きＥＵＶを放射する。

比較的大量のＥＵＶ光を生ぜしめるために、プラズマが形成される場所（例えば光源チャンバ内）においてキセノンの濃度は比較的高くなければならない。これは、システムの他の部分（例えば光学系チャンバ）を通過するＥＵＶ光の効率的な伝達のためには高すぎる圧力を生ぜしめる。その結果、ＥＵＶ光が進行する経路は排気されなければならない。通常、ＥＵＶ光を形成するという機能を行った後ソースガスをできるだけ迅速に除去するために大きな真空ポンプが使用される。あいにく、高いマシンスループットにおいて、比較的大量のソースガスが押し出される。キセノン等のソースガスのコストは高く、ソースガスがリサイクルされなければ、ウェハごとのコストが高くなってしまう。ソースガスのリサイクルは、ソースガスと混合される、ＥＵＶリソグラフィツールの他の部分から排出される他のガスを含むことにより複雑である。

したがって、幾つかのリソグラフィツールにおいて、ソースガスは、リソグラフィツールの他の部分におけるガスから極めて薄い膜によって分離されている。膜は、スペクトルフィルタとして機能することにより、望ましくない放射をも除去する。しかしながら、高いスループット及び高い輝度を有するリソグラフィツールは、高い熱負荷により膜を有することはできない。高い熱負荷は膜を破壊する。熱計算は、光源がスイッチオンされたときに蒸発を回避するために膜が極めて大きな表面積を有していなければならないことを示している。大面積の、極めて薄い膜は、製造されることができるとしても、その壊れやすい性質のために、実用されることはできない。膜が除去されると、ソースチャンバとツールの他の部分との間のバリヤが損失され、ガス混合が生じ、ソースガスのリサイクル仕事を極めて困難にし、場合によっては全く不可能にする。

したがって、必要とされているのは、リソグラフィシステムにおいて使用されるガスを効率的にリサイクルするシステム及び方法である。

本発明の課題は、リソグラフィシステムにおいて使用されるガスを効率的にリサイクルするシステム及び方法を提供することである。

本発明の実施形態は、第１のガスに基づき光を放射するエレメントを含む第１のチャンバと、プロセスを実施するために放射された光を使用しかつ第２のガスの部分的な圧力又はガスの混合部から成る部分的な圧力を含む第２のチャンバと、少なくとも第１のガスを貯蔵装置内へ圧送するために使用されるポンプと、ガスを貯蔵装置からリサイクル装置へ案内するために使用される制御装置とを有するシステムを提供することである。

本発明の別の実施形態は、（ａ）第１のガスを用いて光を発生し、（ｂ）第２のガスを用いて光学系を処理し（例えばクリーニング、保護等）、（ｃ）工程（ａ）及び（ｂ）の後に第１のガス又は第２のガスの少なくとも一方を貯蔵装置へ圧送し、（ｄ）第１のガス又は第２のガスの少なくとも一方を貯蔵装置からリサイクル装置へ案内することを含む方法を提供することである。

本発明の別の実施形態、特徴及び利点と、本発明の様々な実施形態の構造及び働きとが、以下に添付の図面を参照して詳細に説明される。

本明細書に組み込まれかつ明細書の一部を構成する添付図面は、本発明を例示しており、説明と相俟って、さらに発明の原理を説明するために及び当業者が発明を形成及び使用することを可能にするために働く。

以下に本発明を添付図面を参照に説明する。図面において、同一の参照符号は同一の又は機能的に類似のエレメントを示している。さらに、参照符号の左側の数字は、その参照符号が最初に示された図面を示している。

具体的な構成及び配列が説明されるが、これは例示のためにのみなされていることが理解されるべきである。当業者は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなくその他の構成及び配列を使用することができることを認識するであろう。本発明を様々な他の用途において使用することもできることが当業者に明らかになるであろう。

概略
本発明の実施形態は、リソグラフィツールにおいてガスをリサイクルするために使用されるシステム及び方法を提供する。第１のチャンバは、第１のガスに基づき光を放射するエレメントを有している。第２のチャンバは、放射された光を使用してプロセスを行い、第２のガスを含んでいる。これらのチャンバ内の圧力は比較的低い（即ち完全真空に近い）ことが理解されるべきであり、したがって、この実施形態における“ガス”という用語はこの真空において見られるガスの部分圧力を意味することができる。第１及び第２のガスは２つのチャンバの間で合流され、少なくとも一方のガスは貯蔵装置へ圧送される。貯蔵装置から、２つのガスの少なくとも一方がシステム内又はシステムから離れてリサイクルされ、場合によってはシステム内で再利用される。ガスロックは第１のチャンバを第２のチャンバに接続することができる。このようなガスロックにおいて、ガス源はガスロックにおける第１及び第２のガスの間に第３のガスを供給し、第１のガスがガスロックにおいて第２のガスから分離される。第１、第２及び／又は第３のガスは、貯蔵装置へ圧送され、リサイクル装置へ案内されることができる。第１、第２及び／又は第３のガスは、再利用のためにリサイクルされることができる。

ガスロックを有するシステム及びガスをリサイクルするシステム
図１は、本発明の実施形態による、ウェハ又は基板１０２上にパターンを形成するためのシステム１００を示している。光源１０４（例えばＥＵＶ光源）は光ビームを放射し、この光ビームは、ビームコンディショナ１０６及び照明光学系１０８を通過した後、レチクル又はマスク１１０から反射される。レチクル又はマスク１１０から反射された後、光ビームは投影光学系１１２を通過し、この投影光学系は、レチクル又はマスク１１０の表面１１４からウェハ又は基板１０２の表面１１６へパターンを転移させるために使用される。これらのエレメントのその他の構成を、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく使用することができる。

図２は、本発明の実施形態による典型的なシステム２００の詳細を示している。システム２００は、第１のチャンバ（例えば光源チャンバ又は真空光源チャンバ）２０２と、第２のチャンバ（例えば光学系チャンバ又は光学系真空チャンバ）２０４とを有している。第２のチャンバ２０４は、ビームコンディショナ、照明光学系、レチクル、投影光学系及び／又はウェハのうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。第１のチャンバ２０２及び第２のチャンバ２０４は、ガスロック２０６を介して接続されることができる。基本的に、ガスロックは、第１及び第２のガスが、これらの間を流れる第３のガスに基づき互いに分離されている領域であり（例えば第１及び第２のガスの間にバリヤを形成している）、第３のガスは、第１及び第２のガスの混合又は第１のチャンバ２０２から第２のチャンバ２０４へ又は第２のチャンバから第１のチャンバへの材料の転移を抑制する。

プラズマ式光源が第１のチャンバ２０２に収納されている場合、前記のように、第１のガス又はその他の材料２０８（例えば、キセノン、リチウム蒸気、すず、クリプトン、水蒸気、金属ターゲット、又は同様のもの）が電離されてプラズマを形成する。第１のガス２０８は、光が発生されている間のみ第１のチャンバ２０２に供給される。それ以外の時（例えば、スタンバイ、アイドリング、メンテナンス、又はその他のモードの間）、第１のチャンバ２０２は実質的に真空状態にある。第２のチャンバ２０４は、第２のガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、水素、窒素、又は同様のもの等のプロセスガス）２１０を含んでいる。第２のガス２１０は、第２のチャンバ２０４内の汚染物を減少させ、第２のチャンバ２０４内に配置されたリソグラフィツールミラーを保護するために使用することができる。第１のガス２０８と同様に、第２のガス２１０は、クリーニング又は保護が必要とされている間のみ第２のチャンバ２０４に供給される。それ以外の時には、第２のチャンバ２０４は実質的に真空状態にある。この実施形態において、ＥＵＶ光を伝達させるためにチャンバ２０２及び２０４内に真空状態が必要である。なぜならば、ＥＵＶ光は著しく短い波長（例えば１３〜１４ｎｍ）を有しており、ＥＵＶ光は、通常は光を吸収する大量のガスを容易に通過することができないからである。つまり、真空状態により光のこの波長が第２のチャンバ２０４へ及び第２のチャンバ２０４を通って容易に伝播することができる。

図３は、本発明の実施形態による、ガスロック２０６におけるガスの相互作用を示している。第１及び第２のガス２０８，２１０は、第１及び第２のガス源３００，３０２を介して第１及び第２のチャンバ２０２，２０４へ供給される。第３のガス３０４（例えば、ヘリウム、ネオン、窒素、アルゴン等）はガス源（図示せず）からガスロック２０６における入口３０６を通過させられる。実施形態において、第３のガス３０４はガスロック２０６における入口を連続的に通過させられることができる。第３のガス３０４は、後で説明するように、リサイクル装置ステージ（例えば浄化及びリサイクルステージ）の間に第３のガスが第１のガス２０８から容易に分離されるように選択されるべきである。第１のガス２０８を浄化及びリサイクルすることによって、本発明のシステム２００は、第１のガス２０８が第２のガス２１０と混合されるので第１のガスを最初に使用した後に第１のガス２０８（及び／又は第２のガス２１０及び／又は第３のガス３０４）を廃棄しなければならない慣用のシステムよりも、コストを低減する。第１のガス２０８を廃棄することにより、光が発生されるたびに新たに第１のガス２０８を供給しなければならず、このことは、ツールの大きな運転コストを発生する。

第３のガス３０４の流れは、第１のガス２０８の分子を矢印３０８の方向に移動させる。同様に、第３のガス３０４の流れは、第２のガス２１０の分子を矢印３１０の方向に移動させる。つまり、第３のガス３０４が第１のガス２０８を第２のガス２１０から隔離する。実施形態において、第１のガス２０８及び第３のガス３０４はポンプ（例えば真空ポンプ）３１２を使用して第１のチャンバ２０２から圧送される。次いで、第１のガス２０８がリサイクル装置３１４において第３のガスから分離され、これにより、第１のガス２０８は、放射された光を形成するために再利用されることができる。例えば、第３のガス３０４は、第１のガス２０８の凝固点（例えば、−２００ＥＣ）よりも著しく高い凝固点（例えば、−６０ＥＣ）を有するように選択されることができる。次いで、第３のガス３０４が凍結され、第１のガス２０８から分離され、リサイクル装置３１４から除去される。様々な実施形態において、第１のガス２０８は、リサイクル装置３１４から直接に再利用されるか、又はガス源３００へ送られることができる。

択一的な実施形態において、第１のガス２０８及び第３のガス３０４を貯蔵部３１８へ送るために制御装置３１６を使用することができ、この制御装置は、システム２００又は位置保持システム２００の内部又は外部に設けられていることができる。リサイクル装置３２０は、貯蔵部３１８と、ガス源２０８及び／又は第３のガス３０４を放出するガス源との間に接続されていることができる。リサイクル装置３２０は、リサイクル装置３１４と同様に機能することができる。リサイクル装置３２０が“オフサイト”である実施形態において、貯蔵部３１８が“オフサイト”位置へ移動させられるか、ガスが貯蔵部３１８から除去され、“オフサイト”位置へ運搬されることができる。様々な実施形態においては、第３のガス３０４は、既存のリサイクル装置３１４又は３２０の後に再利用されることができるか又は廃棄されることができることが認識されるべきである。また、図示していないが、第２のガス２１０も、この分野において知られているような、同様の又は機能的に同様の装置を使用してリサイクルされることができることが認識されるべきである。

ガスをリサイクルするガスロックを備えないシステム
図４は、本発明の実施形態による、ガスロックを有さないシステム２００の断面図を示している。この実施形態において、第１のガス２０４と第２のガス２１０とが合流する箇所に第３のガスは付加されない。第１及び第２のガス２０８，２１０は、第１及び第２のガス源４００，４０２を介して第１及び第２のチャンバ２０２，２０４に供給される。両ガスは、真空ポンプ４０８を使用して、合流する領域から、導管４０４を通って、貯蔵装置４０６へ除去される。次いで、制御装置４１０に基づき、ガスは、リサイクル装置４１２を使用してシステム２００内で又はリサイクル装置４１４を使用してシステム２００の外部においてリサイクルされる。両リサイクル装置４１２，４１４は、前記リサイクル装置３１４と同様に機能することができる。第１及び第２のガス２０８，２１０が個々にリサイクル装置４１４を使用して“オフサイト”でリサイクルされるならば、貯蔵装置４０６はリサイクル装置４１４へ搬送されるか、又は第１及び第２のガス２０８，２１０は個々に貯蔵装置４０６から、リサイクル装置４１４へ搬送される別の容器へ抜き出される。リサイクルは、前記プロセスと同様に生じることができる。第１のガス２０８が最も再利用されるが、第２のガス２１０は、通常は比較的安価なガスであるので廃棄されるか又は供給部４０２に戻されることができる。

第１、第２及び／又は第３のガスをリサイクル及び再利用することによりコストを劇的に節約することができる。このことは、特にＥＵＶリソグラフィシステムにおいて、ウェハの製造コストの大部分がこれらの比較的高価なガスを供給することである可能性があるからである。

リソグラフィシステムにおいて使用されるガスをリサイクルする方法
図５は、本発明の実施形態による方法５００を示すフローチャートを示している。ステップ５０２において、光（極紫外光）が第１のガス（例えば、キセノン、リチウム蒸気、すず、クリプトン、及び水蒸気）を用いて生ぜしめられる。ステップ５０４において、光学系が第２のガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、水素、及び窒素）を用いて処理される（例えば、クリーニング、保護等）。ステップ５０６において、第１のガスが第２のガスから、第３のガス（例えば、これらの間を流れるヘリウム、ネオン、及び窒素）によって分離される（例えば、隔離される）。

図６は、本発明の実施形態による方法６００を示すフローチャートを示している。ステップ６０２において、光（例えば、極紫外光）が第１のガス（例えば、キセノン、リチウム蒸気、スズ、クリプトン、及び水蒸気）を用いて生ぜしめられる。ステップ６０４において、光学系が第２のガス（例えば、ヘリウム、アルゴン、水素、及び窒素）を用いて処理される（例えば、クリーニング、保護等）。露光工程中にステップ６０２と６０４とが同時に生じてもよいことに注意すべきである。ステップ６０６において、第１又は第２のガスの少なくとも一方が貯蔵装置へ搬送される。ステップ６０８において、貯蔵装置に貯蔵された第１又は第２のガスのうちの少なくとも一方がリサイクルされる。

結論
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定としてではなく例としてのみ示されていることが理解されるべきである。発明の思想及び範囲から逸脱することなく構成及び詳細の様々な変更を行うことができることは当業者に明らかとなるであろう。つまり、本発明の広さ及び範囲は、上記の典型的な実施形態の何れによっても限定されるべきではなく、請求項及びその均等物に基づいてのみ定義されるべきである。

本発明の実施形態によるリソグラフィシステムを示している。

本発明の実施形態によるリソグラフィシステムを示している。

図２のリソグラフィシステムにおけるガスロックを通るガス流を示している。

本発明の実施形態によるリソグラフィシステムを示している。

本発明の実施形態による方法を示すフローチャートを示している。

本発明の実施形態による方法を示すフローチャートを示している。

符号の説明

１００ システム、 １０２ ウェハ又は基板、 １０４ 光源、 １０６ ビームコンディショナ、 １０８ 照明光学系、 １１０ レチクル又はマスク、 １１２ 投影光学系、 １１４ 表面、 １１６ 表面、 ２００ システム、 ２０２ 第１のチャンバ、 ２０４ 第２のチャンバ、 ２０６ ガスロック、 ２０８ 第１のガス、 ２１０ 第２のガス、 ３００ 第１のガス源、 ３０２ 第２のガス源、 ３０４ 第３のガス、 ３０６ 入口、 ３１４ リサイクル装置、 ３１６ 制御装置、 ３１８ 貯蔵部、 ３２０ リサイクル装置、 ４００ 第１のガス源、 ４０２ 第２のガス源、 ４０４ 導管、 ４０８ 真空ポンプ、 ４１２，４１４ リサイクル装置

Claims (34)

1. 第１のガスを使用して光を発生させるエレメントを有し、ガスの供給口及びガスの排出口を有する第１のチャンバと、
   放射された光を使用してリソグラフィプロセスを行いかつ第２のガスを有する第２のチャンバと、
   前記第１のガスと前記第２のガスとが合流する領域においてこれらのガスの間を流れる第３のガスによって形成されるガスロックと、
   前記第３のガスとともに前記第１のチャンバに移動した前記第１のガス、及び該第３のガスを該第１のチャンバから貯蔵装置へ圧送するために、該第１のチャンバの前記排出口に設けられたポンプと、
   前記貯蔵装置に接続されたリサイクル装置と、
   前記圧送された前記第１のガスと前記第３のガスとを、前記貯蔵装置から前記リサイクル装置へ案内する制御装置と、
   を備えており、
   前記リサイクル装置は、前記第１のガスを前記第３のガスから分離し、分離された該第１のガスを前記第１のチャンバの前記ガス供給口へ供給し、
   前記分離された第１のガスは、前記第１のチャンバにおいて光を形成するために再利用される、
   システム。
2. 前記第１のガスが、キセノン、リチウム蒸気、すず、クリプトン及び水蒸気から成るグループから選択されている、請求項１記載のシステム。
3. 前記第２のガスが、ヘリウム、アルゴン、水素及び窒素から成るグループから選択されている、請求項１記載のシステム。
4. 前記ポンプ及び前記リサイクル装置が前記第１のチャンバの外部に位置決めされている、請求項１記載のシステム。
5. 前記リサイクル装置が当該システムの外部に配置されている、請求項１記載のシステム。
6. 前記エレメントが極紫外光を放射する、請求項１記載のシステム。
7. 前記第１のチャンバがプラズマ光源を収納している、請求項１記載のシステム。
8. 前記プラズマ光源が極紫外光を発生する、請求項７記載のシステム。
9. 前記第１及び前記第２のガスがリサイクル及び再利用される、請求項１記載のシステム。
10. 前記第３のガスが、ヘリウム、ネオン及び窒素から成るグループから選択されている、請求項１記載のシステム。
11. 前記ポンプ及び前記リサイクル装置が前記第１のチャンバの外部に位置決めされている、請求項１記載のシステム。
12. 前記リサイクル装置が当該システムの外部に位置決めされている、請求項１記載のシステム。
13. 第１のガスを使用して光を発生させるエレメントを有し、ガスの供給口及びガスの排出口を有する光源チャンバと、
    第２のガスを有するリソグラフィ光学系チャンバと、
    前記第１のガスと前記第２のガスとが合流する領域においてこれらのガスの間を流れる第３のガスによって形成されるガスロックと、
    前記第３のガスとともに前記第１のチャンバに移動した前記第１のガス、及び該第３のガスを該第１のチャンバから貯蔵装置へ圧送するために、該第１のチャンバの前記排出口に設けられた手段と、
    前記貯蔵装置に接続されたリサイクル装置と、
    前記圧送された前記第１のガスと前記第３のガスとを、前記貯蔵装置から前記リサイクル装置へ案内する手段と、
    を備えており、
    前記リサイクル装置は、前記第１のガスを前記第３のガスから分離し、分離された該第１のガスを前記第１のチャンバの前記ガス供給口へ供給し、
    前記分離された第１のガスは、前記第１のチャンバにおいて光を形成するために再利用される、
    システム。
14. 前記第１のガスが、キセノン、リチウム蒸気、すず、クリプトン及び水蒸気から成るグループから選択されている、請求項１３記載のシステム。
15. 前記第２のガスが、ヘリウム、アルゴン、水素及び窒素から成るグループから選択されている、請求項１３記載のシステム。
16. 前記圧送するための手段及び前記リサイクル装置が第１のチャンバの外部に位置決めされている、請求項１３記載のシステム。
17. 前記リサイクル装置が当該システムの外部に配置されている、請求項１３記載のシステム。
18. 前記エレメントが極紫外光を放射する、請求項１３記載のシステム。
19. 前記光源チャンバがプラズマ光源を収納している、請求項１３記載のシステム。
20. 前記プラズマ光源が極紫外光を発生する、請求項１９記載のシステム。
21. 前記第１及び前記第２のガスがリサイクル及び再利用される、請求項１３記載のシステム。
22. 前記第３のガスが、ヘリウム、ネオン及び窒素から成るグループから選択されている、請求項１３記載のシステム。
23. 前記圧送するための手段と前記リサイクル装置とが、前記光源チャンバの外部に位置決めされている、請求項１３記載のシステム。
24. 前記リサイクル装置が当該システムの外部に位置決めされている、請求項１３記載のシステム。
25. 方法において、
    （ａ）第１のガスを用いて光を発生し、
    （ｂ）第２のガスを用いて光学系を処理し、
    （ｃ）前記第１のガスと前記第２のガスとの間を流れる第３のガスを用いて該第１のガスを該第２のガスから分離させ、
    （ｄ）前記第３のガスとともに前記第１のガスを回収し、
    （ｅ）前記第１のガスを前記第３のガスから分離し、該第１のガスを、光を形成するために再利用する、
    方法。
26. 前記第１のガスが、キセノン、リチウム蒸気、すず、クリプトン、及び水蒸気から成るグループから選択されている、請求項２５記載の方法。
27. 前記第２のガスが、ヘリウム、アルゴン、水素及び窒素から成るグループから選択されている、請求項２５記載の方法。
28. 前記第３のガスが、ヘリウム、ネオン及び窒素から成るグループから選択されている、請求項２５記載の方法。
29. 前記第３のガスを貯蔵装置に貯蔵する、請求項２５記載の方法。
30. 前記発生ステップ（ａ）が、極紫外光を発生する、請求項２５記載の方法。
31. 前記処理ステップ（ｂ）が、光学系チャンバにおける汚染物を低減する、請求項２５記載の方法。
32. 前記処理ステップ（ｂ）が、光学系チャンバ内の光学系を保護する、請求項２５記載の方法。
33. 前記第１のガスを前記第２のガスから分離させ、該第１のガスをリサイクルする、請求項２５記載の方法。
34. 処理ステップが、第２のガスの部分的圧力を使用すること含む、請求項２５記載の方法。

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