JP4452103B2 - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リソグラフィ投影装置であって:
− 放射線の投影ビームを供給するための放射線システム;
− 所望のパターンに従ってこの投影ビームをパターン化するのに役立つパターニング手段を支持するための支持構造体;
− 基板を保持するための基板テーブル;
− このパターン化したビームをこの基板の目標部分上に投影するための投影システム;および
− 少なくとも一つの冷却素子と熱接触しているコイル装置を含むローレンツ・アクチュエータを含む投影装置に関する。
ここで使う“パターニング手段”という用語は、入射放射線ビームに、この基板の目標部分に創成すべきパターンに対応する、パターン化した断面を与えるために使うことができる手段を指すと広く解釈すべきであり;“光バルブ”という用語もこのような関係で使うことができる。一般的に、上記パターンは、集積回路またはその他のデバイス(以下参照)のような、この目標部分に創るデバイスの特定の機能層に対応するだろう。そのようなパターニング手段の例には次のようなものがある;
− マスク。マスクの概念は、リソグラフィでよく知られ、二値、交互位相シフト、および減衰位相シフトのようなマスク型、並びに種々のハイブリッドマスク型を含む。そのようなマスクを放射線ビーム中に置くと、このマスク上のパターンに従って、このマスクに入射する放射線の選択透過(透過性マスクの場合)または選択反射(反射性マスクの場合)を生ずる。マスクの場合、この支持構造体は、一般的にマスクテーブルであり、それがこのマスクを入射放射線ビームの中の所望の位置に保持できること、およびもし望むなら、それをこのビームに対して動かせることを保証する。
− プログラム可能ミラーアレイ。そのような装置の一例は、粘弾性制御層および反射面を有するマトリックスアドレス可能面である。そのような装置の背後の基本原理は、(例えば)この反射面のアドレス指定された領域が入射光を回折光として反射し、一方アドレス指定されない領域が入射光を未回折光として反射するということである。適当なフィルタを使って、上記未回折光を反射ビームから濾過して取除き、回折光だけを後に残すことができ;この様にして、このビームがマトリックスアドレス可能面のアドレス指定パターンに従ってパターン化されるようになる。プログラム可能ミラーアレイの代替実施例は、極小ミラーのマトリックス配置を使用し、適当な局部電界を印加することにより、または圧電作動手段を使うことにより、それらの各々を軸線周りに個々に傾斜することができる。やはり、これらのミラーは、マトリックスアドレス可能で、アドレス指定したミラーが入射放射線ビームをアドレス指定されないミラーと異なる方向に反射し;この様にして、反射ビームをこれらのマトリックスアドレス可能のアドレス指定パターンに従ってパターン化する。必要なアドレス指定は、適当な電子手段を使って行える。上に説明した両方の場合に、パターニング手段は、一つ以上のプログラム可能ミラーアレイを含むことができる。ここで言及したようなミラーアレイについての更なる情報は、例えば、米国特許第5,296,891号および同第5,523,193号、並びに国際公開第WO98/38597号および同第98/33096号から集めることができ、それらを参考までにここに援用する。プログラム可能ミラーアレイの場合、上記支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。
− プログラム可能LCDアレイ。そのような構成の例は、米国特許第5,229,872号で与えられ、それを参考までにここに援用する。上記のように、この場合の支持構造体は、例えば、必要に応じて固定または可動でもよい、フレームまたはテーブルとして具体化してもよい。
簡単のために、この本文の残りは、ある場所で、マスクおよびマスクテーブルを伴う例を具体的に指向するかも知れないが;しかし、そのような場合に議論する一般原理は、上に示すようなパターニング手段の広い文脈で見るべきである。
リソグラフィ投影装置は、例えば、集積回路(IC)の製造に使うことができる。そのような場合、パターニング手段がこのICの個々の層に対応する回路パターンを創成してもよく、このパターンを、放射線感応性材料(レジスト)の層で塗被した基板(シリコンウエハ)の目標部分(例えば、一つ以上のダイを含む)上に結像することができる。一般的に、単一ウエハが隣接する目標部分の全ネットワークを含み、それらをこの投影システムを介して、一度に一つずつ、順次照射する。マスクテーブル上のマスクによるパターニングを使う現在の装置では、機械の二つの異なる種類を区別することができる。一つの種類のリソグラフィ投影装置では、全マスクパターンをこの目標部分上に一度に露出することによって各目標部分を照射し;そのような装置を普通ウエハステッパと呼ぶ。代替装置 ― 普通ステップ・アンド・スキャン装置と呼ぶ ― では、このマスクパターンを投影ビームの下で与えられた基準方向(“走査”方向)に順次走査し、一方、一般的に、この投影システムが倍率M(一般的に<1)であり、この基板テーブルを走査する速度Vが、倍率M掛けるマスクテーブルを走査する速度であるので、この基板テーブルをこの方向に平行または逆平行に同期して走査することによって各目標部分を照射する。ここに説明したようなリソグラフィ装置に関する更なる情報は、例えば、米国特許第6,046,792号から収集することができ、それを参考までにここに援用する。
リソグラフィ投影装置を使う製造プロセスでは、パターン(例えば、マスクの中の)を、少なくとも部分的に放射線感応材料(レジスト)の層で覆われた基板上に結像する。この結像工程の前に、この基板は、例えば、下塗り、レジスト塗布およびソフトベークのような、種々の処理を受けるかも知れない。露出後、基板は、例えば、露出後ベーク(PEB)、現像、ハードベークおよび結像形態の測定/検査のような、他の処理を受けるかも知れない。この一連の処理は、デバイス、例えばICの個々の層をパターン化するための基礎として使用する。そのようにパターン化した層は、次に、エッチング、イオン注入(ドーピング)、金属化処理、酸化処理、化学・機械的研磨等のような、全て個々の層の仕上げを意図した種々の処理を受けるかも知れない。もし、幾つかの層が必要ならば、全処理またはその変形を各新しい層に反復しなければならないだろう。結局、デバイスのアレイが基板(ウエハ)上にできる。次に、これらのデバイスをダイシングまたは鋸引のような手法によって互いから分離し、そこから個々のデバイスをキャリヤに取付け、ピンに接続し等できる。そのようなプロセスに関する更なる情報は、例えば、ピータ・バン・ザントの“マイクロチップの製作:半導体加工の実用ガイド”、第3版、マグロウヒル出版社、1997年、ISBN0-07-067250-4という本から得ることができ、それを参考までにここに援用する。
簡単のために、この投影システムを、以後“レンズ”と呼ぶかも知れないが;この用語は、例えば、屈折性光学素子、反射性光学素子、および反射屈折性光学素子を含む、種々の型式の投影システムを包含するように広く解釈すべきである。この放射線システムも放射線のこの投影ビームを指向し、成形しまたは制御するためにこれらの設計形式の何れかに従って作用する部品を含んでもよく、そのような部品も以下で集合的または単独に“レンズ”と呼ぶかも知れない。更に、このリソグラフィ装置は、二つ以上の基板テーブル(および/または二つ以上のマスクテーブル)を有する型式でもよい。そのような“多段”装置では、追加のテーブルを並列に使ってもよく、または準備工程を一つ以上のテーブルで行い、一方他の一つ以上のテーブルを露出に使ってもよい。二段階リソグラフィ装置は、例えば、米国特許第5,969,441号および国際公開第WO98/40791号に記載してあり、それらを参考までにここに援用する。
この分野で普通に使うアクチュエータは、ローレンツ・アクチュエータである。そのような装置で、作動力は、適当に配置したコイルに流す電流に関連する磁界から得る。短ストロークのローレンツ・アクチュエータを使って、基板またはマスクステージと、上に基板またはマスクを取付けたミラーブロックとの間の駆動手段とする。十分に強力でコンパクトなアクチュエータを形成するためには大電流密度が必要であり、それはコイル内のかなりの散逸性発熱に繋がる。従来、熱伝導板からなる冷却素子をコイルの上下に設け、内蔵水路を流れる水が熱を除去する作用をする。しかし、作動中、このローレンツ・アクチュエータの効率は、これらの冷却板の本体に時変外部磁界によって誘起する渦電流によって制限される。良い熱伝導体である材料(即ち、金属)は、良い電気伝導体でもある。渦電流の発生から生ずる減衰力がアクチュエータの動的性能を低下させ、関連する散逸性発熱が熱的性能を低下させる。セラミックのような、電気伝導度は低いが熱伝導度が良好な材料は、金属より渦電流発熱に苦労することは少ないが、これらの材料への冷却水路の機械加工が微小亀裂および欠陥を持込む傾向があり、それが冷却剤漏れおよび機械故障のリスクを増すことによって機械信頼性を低下することが判った。EUVシステムで、重要部品の熱感度は、コイルからミラーブロックへの放射が許容できる熱量について厳しい制限条件を付ける程である。この種のシステムで、冷却板の従来技術の構成は、コイルの温度を適切に制御するために十分ではない。
本発明の目的は、冷却素子の渦電流を減少したローレンツ・アクチュエータを提供することである。
このおよびその他の目的は、本発明によれば、冒頭の段落で指定するリソグラフィ装置であって、渦電流経路の電気抵抗を増すように配置した、一つ以上のスリットが上記冷却素子に設けてあることを特徴とする装置で達成される。
冷却素子にこの様に設けたスリットは、循環する渦電流のための障壁として作用し、それらが高電気抵抗の経路を採らざるを得なくする。これは、渦電流の量を減ずる効果を有し、それで減衰力および散逸性発熱のレベルを低下させる。
好適実施例によれば、これらのスリットが互いに実質的に平行に配置してある。この配置は、均一な渦電流の流れを促進し、それが冷却素子内の不均一な温度分布の減少を助ける。
更なる好適実施例によれば、これらのスリットが誘起電界の方向と実質的に垂直に配置してある。この配置は、渦電流経路の抵抗を増し、それによって減衰および発熱のレベルを減少する際に特に有効である。
その上更なる好適実施例によれば、これらのスリットが誘起電界の方向と実質的に平行、または実質的に斜角に配置してある。この配置は、あるデバイス装置とより効率的に組合わせることができ、渦電流経路の抵抗を増し、それによって減衰および発熱のレベルを減少する際に有効なままである。
その上更なる好適実施例によれば、冷却水路と冷却素子のスリットの組合せを最適化することが可能である。特に、冷却水路を効率的方法で配置するためにより多くの余地を与えるために、これらスリットの長さが冷却素子の全長を横切って伸びないように制限することが可能である。一例として、隣接するスリットを冷却素子の対向する側から伸びるように配置してもよい。その上、できる場合は冷却水路を複数の並列経路になるように配置するのが好ましい。これは、この冷却水路網を通る流れインピーダンスを減らす効果を有し、それで同じ圧力差に対して大きい流量を達成可能にする。更に、より対称的な水路網が冷却素子の有効範囲をより均一にし、それによって冷却力の均一性が向上する。
その上更なる好適実施例によれば、これらのスリットをコイルからのガス放出から保護するために埋めてもよい。
上記の実施例は、ローレンツ・アクチュエータの改善を記述し、それらは、減衰作用の改善、高温点温度、およびミラーブロックのような周囲の熱に敏感な部品への全体的放射レベルの低下、並びにこのより効果的冷却が電流密度の増加を可能にするのでアクチュエータ質量および体積の低下という結果になる。
この発明の更なる態様によれば、
− 少なくとも部分的に放射線感応性材料の層で覆われた基板を用意する工程;
− 放射線システムを使って放射線の投影ビームを用意する工程;
− この投影ビームの断面にパターンを付けるためにパターニング手段を使う工程;
− この放射線のパターン化したビームをこの放射線感応性材料の層の目標部分上に投影する工程;および
− 少なくとも一つの冷却素子と熱接触しているコイル装置を含むローレンツ・アクチュエータを作動する工程含むデバイス製造方法に於いて、
渦電流経路の電気抵抗を増すように配置した、一つ以上のスリットが上記冷却素子に設けてあることを特徴とする方法が提供される。
この本文では、ICの製造に於ける本発明による装置の使用を具体的に参照するかも知れないが、そのような装置は、他の多くの可能な用途があることを明確に理解すべきである。例えば、それを集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、液晶ディスプレイパネル、薄膜磁気ヘッド等の製造に使ってもよい。当業者は、そのような代替用途の関係で、この本文で使う“レチクル”、“ウエハ”または“ダイ”という用語のどれも、それぞれ、より一般的な用語“マスク”、“基板”および“目標部分”で置換えられると考えるべきであることが分るだろう。
本文書では、“放射線”および“ビーム”という用語を紫外放射線(例えば、365、248、193、157または126nmの波長の)およびEUV(例えば、5〜20nmの範囲の波長を有する超紫外放射線)、並びにイオンビームまたは電子ビームのような、粒子ビームを含むあらゆる種類の電磁放射線を包含するために使用する。
次にこの発明の実施例を、例としてだけ、添付の概略図を参照して説明する。
これらの図で、対応する参照記号は、対応する部品を示す。
図1は、この発明の特別の実施例によるリソグラフィ投影装置を概略的に描く。この装置は:
− 放射線(例えば、UV放射線)の投影ビームPBを供給するための、この特別の場合放射線源LAも含む、放射線システムEx、IL;
− マスクMA(例えば、レチクル)を保持するためのマスクホルダを備え、およびこのマスクを部材PLに関して正確に位置決めするために第1位置決め手段に結合された第1物体テーブル(マスクテーブル)MT;
− 基板W(例えば、レジストを塗被したシリコンウエハ)を保持するための基板ホルダを備え、およびこの基板を部材PLに関して正確に位置決めするために第2位置決め手段に結合された第2物体テーブル(基板テーブル)WT;
− マスクMAの被照射部分を基板Wの目標部分C(一つ以上のダイを含む)上に結像するための投影システム(“レンズ”)PL(例えば、ミラーグループ)を含む。
ここに描くように、この装置は、反射型である(例えば、反射性のマスクを備える)。しかし、一般的に、それは、例えば、透過型でもよい(即ち、透過性のマスクを有する)。その代りに、この装置は、上に言及した種類のプログラム可能ミラーアレイのような、他の種類のパターニング手段を使ってもよい。
この線源LA(例えば、レーザ励起または放電プラズマ源)は、放射線のビームを作る。このビームを直接か、または、例えば、ビーム拡大器Exのような、状態調節手段を通してから、照明システム(照明器)ILの中へ送る。この照明器ILは、このビームの強度分布の外側および/または内側半径方向範囲(普通、それぞれ、σ外側および/またはσ内側と呼ぶ)を設定するための調整手段AMを含んでもよい。その上、それは、一般的に、積分器INおよびコンデンサCOのような、種々の他の部品を含む。この様にして、マスクMAに入射するビームPBは、その断面に所望の均一性および強度分布を有する。
図1に関して、線源LAは、(この線源LAが、例えば、水銀灯である場合によくあることだが)このリソグラフィ投影装置のハウジング内にあってもよいが、このリソグラフィ投影装置から遠く離れていて、それが作った放射線ビームをこの装置に(例えば、適当な指向ミラーを使って)導いてもよいことに注目すべきで;この後者のシナリオは、線源LAがエキシマレーザである場合によくあることである。本発明および請求項は、これらのシナリオの両方を包含する。
ビームPBは、次に、マスクテーブルMT上に保持されたマスクMAで遮断される。マスクMAによって選択的に反射されてから、ビームPBは、レンズPLを通過し、それがこのビームを基板Wの目標部分C上に集束する。第2位置決め手段(および干渉計測定手段IF)を使って、基板テーブルWTを、例えば、異なる目標部分CをビームPBの経路に配置するように、正確に動かすことができる。同様に、例えば、マスクMAをマスクライブラリから機械的に検索してから、または走査中に、第1位置決め手段を使ってマスクMAをビームPBの経路に関して正確に配置することができる。一般的に、物体テーブルMT、WTの移動は、図1にはっきりは示さないが、長ストロークモジュール(粗位置決め)および短ストロークモジュール(微細位置決め)を使って実現する。しかし、ウエハステッパの場合は(ステップアンドスキャン装置と違って)、マスクテーブルMTを短ストロークアクチュエータに結合するだけでもよく、または固定してもよい。
図示する装置は、二つの異なるモードで使うことができる:
1.ステップモードでは、マスクテーブルMTを本質的に固定して保持し、全マスク像を目標部分C上に一度に(即ち、単一“フラッシュ”で)投影する。次に基板テーブルWTをxおよび/またはy方向に移動して異なる目標部分CをビームPBで照射できるようにする;
2.走査モードでは、与えられた目標部分Cを単一“フラッシュ”では露出しないことを除いて、本質的に同じシナリオを適用する。その代りに、マスクテーブルMTが与えられた方向(所謂“走査方向”、例えば、y方向)に速度νで動き得て、それで投影ビームPBがマスク像の上を走査させられ;同時に、基板テーブルWTがそれと共に同じまたは反対方向に速度V=Mνで動かされ、このMはレンズPLの倍率(典型的には、M=1/4または1/5)である。この様にして、比較的大きい目標部分Cを、解像度について妥協する必要なく、露出できる。
図2は、ローレンツ・アクチュエータ用磁気組立体の側面図を描く。典型的用途では、コイル3および冷却素子1から成るコイルユニットが基板またはマスクステージ(WTまたはMT)の長ストロークに結合してあり、一方背鉄2を備える磁石4が、上に基板WまたはマスクMAを取付けたミラーブロックの短ストロークに結合してある。作動する際、冷却素子1の導電体によって連結された変動磁界が冷却素子1に渦電流5を流させる。この紙面に向って増大する磁界について、これらの渦電流5の向きを図3に示す。渦電流5の発生は、アクチュエータに対抗する抵抗または減衰力を生じ、その性能を低下させる。その上、循環電流が散逸した熱は、冷却素子1の有効性を低下させる。この後者の効果は、特に、多くの部品が、近くの熱い素子からの放散によって誘起することがある、熱膨張に非常に敏感であるEUVシステムで有害なことがある。
特に渦電流が出やすく、且つ渦電流5を制御するための手段を設置することが最も効果的である、冷却板1の領域6を図4に示す。図5は、冷却素子1にスリット7を導入することによって、本発明により渦電流5を制御できる方法を示す。スリット7を横切る抵抗が極端に高いので、電流は、小さい平均断面積の長い経路の周りを循環せざるを得なくなる。従って、渦電流5は、渦電流経路の抵抗増加のために減少する。この散逸した熱は、電流の二乗として変動し、従って、減衰力同様、やはり減少する。
図5の配置は、この発明の更なる好適実施例に対応し、スリット7が互いに平行である。この配置は、より均一な渦電流の流れに好都合であるので有益であり、それで誘起した温度上昇が分散し且つ大きさが減少する。これらのスリットは、図3に描く渦電流の流れに大部分垂直であるようにも配置する。この配置は、渦電流経路の抵抗増加に特に有効であるので望ましい。代って、周囲のデバイス部品とより効率的に調整し且つ製造コストを低減するために、スリットを誘起磁界に対して平行または斜角に配置することがより望ましいかも知れない。これらの代替配置は、渦電流経路の抵抗の満足な増加も達成できる。
図6および図7は、本発明の更なる好適実施例によるスリット7の配置を描く。ここで、スリット7は、冷却水路をより効率的方法で収容するために長さが減少している。スリット7が冷却素子1を完全に通り抜けることが必要不可欠ではないが、これらのスリットが断面の主要部分を貫通することが好ましい。従って、妥当な断面積の冷却水路8に対して、それらがスリット7を避けることが必要である。その上、最適冷却および信頼性のために、冷却素子1を通る冷却剤の急速にして最大限に均一な流れを達成することが必要である。これを達成するための配置例を図7に描く。冷却剤の流れを動かす与えられた圧力勾配に対して、流量は、冷水路網の流れインピーダンスに依る。図7に描く水路網の流れインピーダンスは、並列に一緒に接続した冷却水路8の短い部分を使うことによって低く保ってある。問題の実現方式によれば、これらの冷却水路8は、実質的に円形または実質的に矩形の断面を有してもよい。
この発明の特定の実施例を上に説明したが、この発明を説明したのと別の方法で実施してもよいことが分るだろう。この説明は、この発明を制限することを意図しない。
この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置を図示する。 ローレンツ・アクチュエータ用磁気組立体の側面図で図示し、冷却素子を取付けたコイルを示す。 冷却素子を備えるローレンツ・アクチュエータの平面図で図示し、渦電流の流れを示す。 冷却素子を備えるローレンツ・アクチュエータの平面図で示し、渦電流に影響されやすい部分を示す。 本発明の好適実施例によるスリットを入れた冷却素子を備えるローレンツ・アクチュエータの平面図で示す。 本発明の更なる好適実施例によるスリットを入れた冷却素子を備えるローレンツ・アクチュエータの平面図を図示する。 本発明のその上更なる好適実施例によるスリットを入れた冷却素子を備えるローレンツ・アクチュエータの平面図で図示し、冷却水路とスリットの相補配置を示す。
符号の説明
C 目標部分
Ex ビーム拡大器
IL 照明システム
LA 放射線源
MA パターニング手段
MT 支持構造体
PB 投影ビーム
PL 投影システム
W 基板
WT 基板テーブル
1 冷却素子
3 コイル装置
7 スリット
8 冷却水路

Claims (10)

  1. リソグラフィ装置であって、
    放射線ビームを供給するための放射線システム、
    所望のパターンを前記放射線ビームに付与するためのパターニング手段を支持するための支持構造体、
    基板を保持するための基板ホルダー、
    パターン化された前記放射線ビームを前記基板の目標部分上に投影するための投影システム、
    前記支持構造体、または、前記基板ホルダーに設けられており、かつ、少なくとも一つの冷却素子と熱接触しているコイル装置を含むローレンツ・アクチュエータ、
    を備えるリソグラフィ装置に於いて、
    渦電流経路の電気抵抗を増すように配置した、一つ以上のスリットが前記冷却素子に設けてあり、
    冷却水路が、複数の並列経路を形成するような方法で、前記スリットと組合わせて配置されており、これにより、該冷却水路の流れインピーダンスが、該冷却水路が該複数の並列経路を有していない場合に比して、低減される、
    リソグラフィ装置。
  2. 前記スリットが互いに実質的に平行に配置してある、
    請求項1に記載のリソグラフィ装置。
  3. 前記スリットが誘起電界の方向と実質的に垂直に配置してある、
    請求項1または2に記載のリソグラフィ装置。
  4. 前記スリットが誘起電界の方向と実質的に平行に配置してある、
    請求項1または2の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
  5. 前記スリットが誘起電界の方向と実質的に斜角に配置してある、
    請求項1または2に記載のリソグラフィ装置。
  6. 前記スリットの長さが前記冷却素子の全長を横切って伸びないように制限してある、
    請求項1ないし5の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
  7. 隣接するスリットが前記冷却素子の対向する側から伸びている、
    請求項1ないし6の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
  8. 前記冷却素子の有効範囲を均一にするために、前記冷却水路が実質的に対称な水路網に配置してある、
    請求項1ないし7の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
  9. 前記スリットが前記コイルからのガス放出から保護するために埋めてある、
    請求項1ないし8の何れか一項に記載のリソグラフィ装置。
  10. 基板ホルダーに保持された基板を用意する工程、
    放射線システムを使って放射線ビームを提供する工程、
    支持構造体に支持されたパターニング手段により、前記放射線ビームに所望のパターンを付与する工程、
    パターン化された前記放射線ビームを、投影システムを通して前記基板の目標部分上に投影する工程、
    少なくとも一つの冷却素子と熱接触しているコイル装置を含むローレンツ・アクチュエータにより、前記支持構造体、または、前記基板ホルダーを位置決めする工程、
    を含むデバイス製造方法に於いて、
    渦電流経路の電気抵抗を増すように配置した、一つ以上のスリットが前記冷却素子に設けてあり、
    冷却水路が、複数の並列経路を形成するような方法で、前記スリットと組合わせて配置されており、これにより、該冷却水路の流れインピーダンスが、該冷却水路が該複数の並列経路を有していない場合に比して、低減される、
    デバイス製造方法。
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