JP4708860B2

JP4708860B2 - 液浸露光装置

Info

Publication number: JP4708860B2
Application number: JP2005149329A
Authority: JP
Inventors: 浩司伊藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-05-23
Also published as: JP2006332100A

Description

本発明は、液浸露光装置に関する。

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、マスクに形成されたパターンを感光剤が塗布された基板上に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きた。

露光装置の解像力を向上させる手段としては、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一般的である。

露光波長については、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、更には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（Ｆ_２）エキシマレーザの開発も行なわれている。

一方、これらとは全く別な解像力向上技術として液浸法を用いた投影露光方法が注目されつつある。従来は、最終光学素子下面（投影光学系の最終面）と露光対象基板（例えばウエハ）面との間の空間は気体で満たされていたが、液浸法では、この空間を液体で満たして投影露光を実施する。液浸法の利点は、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１．４４）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で等しいと仮定した場合において、同一波長の光源を用いても、液浸法の解像力が従来法の１．４４倍に向上することである。これは従来法の投影光学系のＮＡを１．４４倍にすることと等価であり、液浸法によれば、従来法では不可能なＮＡ＝１以上の解像力を得ることが可能である。

この最終光学素子下面とウエハ面との間の空間を液体で満たす方法として、大別して二つの方法が提案されている（例えば、特許文献１〜６参照。）。

一つの方法は、投影光学系の最終面とウエハ全体を液槽の中に配置する方法であり、この方法を用いた露光装置が特許文献１に開示されている。

もう一つは、投影光学系とウエハ面とで挟まれた空間だけに液体を流すローカルフィル法であり、この方法を用いた露光装置が特許文献２から特許文献３に開示されている。

また、液浸露光装置を１つのステージで構成する方法と、例えば特許文献４に示されているように２つのステージで構成方法がある。特許文献４では液浸露光を想定していないが、２つのステージに液浸露光と計測の役割をもたせることを想定する。２つのステージを使うのはアライメント動作、フォーカス計測動作を行うステージと、液浸露光を行うステージの２つを用意し、両者を並列で動作させることにより、１つのステージでこれらの動作を順番に実行する構成より、スループットを向上させることが目的である。
特開平０６−１２４８７３号公報再公表特許ＷＯ９９／４９５０４号公報特開２００４―２８９１２６号公報特開平１０−１６３０９８号公報特開２００４−２８９１２８号公報国際公開第０４／０８６４７０号パンフレット

前記のような液浸露光装置においてはウエハの交換時にウエハ上面から液膜を退避させる必要がある。この際、液膜の処理としては、以下の２方法が考えられる。なお以下では最終光学素子下面をレンズ下と表現している。
（１）レンズ下の液膜を保持したまま、ウエハ上から液膜を退避させる。
（２）レンズ下の液膜を除去し、ウエハ上面の液膜をなくする。

（１）に対応する方式の処理方式Ａとしては特許文献５のように、保持された液膜の近傍にシャッタ部材を設け液膜を閉じ込める方式がある。この方法では、レンズ下の液膜は安定して保持できるので、ステージは自由に移動可能になるが、シャッタ部から発生するゴミがレンズを汚染する可能性がある。またシャッタ機構も複雑になる。

処理方式Ｂとしてはステージに液膜退避用の空間を設ける方式である。この方式では、液膜はウエハ面から離れたステージ位置に退避した後、ウエハ交換を行うことになる。この方式では、処理方式Ａのような特殊な機構も必要とせず、汚染の恐れもないが、液膜をウエハ面から完全に退避できるだけの余分なスペースをウエハステージ上に用意する必要がある。ウエハステージは高速かつ高精度な制御を必要とするため、ステージサイズは極力小さくする必要があるため、このような余分なスペースによりステージサイズを大きくすることは得策でない。

また、特許文献４にあるような２ステージ構成の露光装置で液浸露光を行うことを想定する。このような場合、第１ステージでアライメント等の計測処理を行い、第２ステージで液浸露光を行うという動作を並列で実行し、第１ステージと第２ステージを交換しながら処理することにより装置のスループットを上げることが可能である。このような構成では、液膜を保持したまま、ステージを交換すると、液がステージからこぼれる恐れがある。こぼれた液によりステージ性能の悪化、長期的な安定性の劣化などが懸念される。従って、ステージの一部に液膜領域を退避させる解決策はとれない。

（２）のレンズ下から液膜を除去する方式では、液膜の除去後レンズ表面に残る液膜が徐々に乾燥し、その際の気化熱によりレンズ温度が低下し、レンズ変形を引き起こす。レンズ変形は次回の露光までの間に回復する必要があるが、近年の高精度な露光装置に要求されるレベルの収差を達成するレベルまで、変形を回復させることは困難である。気化熱の問題を根本的に解決するには、液膜の存在する空間の蒸気圧を高くすることがあり、これは特許文献６に提案されている。本方式では液膜を覆う広い空間を壁で囲う方法が提案されている。本方式の提案する広い空間を周囲とは別雰囲気の環境とするためには、多くの時間を要する。例えば、特許文献６の図２に示される構成においてウエハＰを交換する場合、一旦、囲い２２の一部を解放し、ウエハを交換した後、再び囲いを閉じ、内部雰囲気２４の湿度を所望の蒸気圧になるようにする必要がある。また、囲い２２の解放時、雰囲気２４内の高湿度な気体が装置環境に漏れ出し、長期的には装置に錆びを生じさせるなどの問題もある。

本発明は、最終光学素子の下の液膜を介してウエハを露光する液浸露光装置において、
前記最終光学素子の周辺に配置され、前記最終光学素子の下に液膜を供給し、かつ、該液膜を回収するノズルユニットを有し、
前記ノズルユニットには、気体を供給する気体供給口が設けられており、
前記ノズルユニットは、前記最終光学素子の下の液膜を回収し、かつ、該液膜のかわりに、前記最終光学素子および前記ノズルユニットの下の空間より外側の空間の湿度より高湿度の気体を前記最終光学素子の下に前記気体供給口から供給する、ことを特徴とする液浸露光装置である。

本発明によれば、レンズの下の液膜が除去された後にレンズ表面に残る液体の気化を低減するのに有利な液浸露光装置を提供できる。

以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の請求項３に相当する構成を示す。１は露光装置の最終光学素子、１０ａはウエハ、２５ａはウエハを保持する基板である。２はノズルユニットでノズルユニットには高湿度の供給気体５を供給する気体供給口４と、その気体を回収する気体回収口６を具備する。壁３は最終光学素子１、気体供給口４、気体回収口６を取り囲むように配置される。ここでは、最終光学素子１は円形とし、その円に対し、気体供給口４、気体回収口６、壁３は同心円状に配置されているものとする。露光時、レンズ下空間８には液体が保持される。この実施例では、液膜をレンズ下空間に供給するときは気体供給口４を利用することにする。またレンズ下面の液体を除去する場合には、気体回収口から液体を回収するものとする。もちろん液体の供給、回収のために他の液体供給口、回収口を別途設けることも可能である。レンズ下空間に液膜を保持し、露光を行い、例えばウエハ交換のため、液膜をレンズ下空間から除去する必要がある場合、本発明では、液膜を除去しながら、気体供給口４から高湿度の供給気体５をレンズ下空間８に送り込む。それと同時に、気体回収口６から回収気体７を回収し、レンズ下空間から高湿度の気体が装置へ流れ出し、錆びなどの原因になることを防止する。本実施例ではノズルユニット２と壁３、およびウエハ１０ａまたはウエハ基板２５ａによりレンズ下空間８はほとんど密閉状態になるため、装置側への高湿度の気体の漏れは微小に抑制することが可能である。このようにしてレンズ下空間を高湿度に保つことにより、レンズ下面に残った液膜の蒸発は少なく抑えることが可能になり、気化熱によるレンズ変形を小さく抑制することが可能になる。

図１の構成から壁３を取り除いたものが請求項２の構成であり、さらに吸気口６を取り除いたものが請求項１の構成になる。請求項３の構成が最も効果が高いので、ここでは請求項３の構成で実施例を説明したが、十分な効果が得られる場合には請求項１、または請求項２のような簡便な構成をとることも可能である。

次に２つのステージで構成される露光装置で、液膜を除去する必要がある場合の処理手順を説明する。図２、図３は２つのステージを使う方式の露光装置の正面図と側面図を示す。

２１はウエハステージ定盤で２つのウエハステージ２２ａ、２２ｂを搭載する。２３ａ、２３ｂはウエハステージ２２ａ、２２ｂの補助ステージでありウエハステージ２２ａ、２２ｂをＸ方向に移動する補助を行う。また２４ａ、２４ｂはガイドレールであって、ウエハステージ２２ａ、２２ｂがＹ方向に移動する補助を行う。２５ａ、２５ｂはステージ基板でウエハ１０ａ、１０ｂを保持する。３６は露光光を投影する鏡筒、２は図１のノズルである。

２９はウエハ１０ｂをウエハステージ２２ｂ上のステージ基板２５ｂに供給し（ウエハロード）、露光処理の終了したウエハ１０ａをウエハチャック２２ａから回収（ウエハアンロード）するウエハチェンジャーである。

３２はアライメントスコープ（顕微鏡）であり、ウエハ上のアライメントマーク及びウエハチャック上のアライメント用の基準マークを計測し、ウエハチャックに保持されたウエハのアライメント計測を行う。３３はフォーカススコープであり、ウエハの面形状及び光軸方向のフォーカス計測を行う。３１はスコープ支持台で、前記のスコープを保持する。図には示していないが、この他に、鏡筒３６に光源を供給する照明光学系や、鏡筒３６やスコープ支持台３１を保持する本体定盤などが存在する。

以下に、２つのステージを用いた液浸露光装置のウエハ露光の処理手順を説明する。
（ステップ１）図２のステージ位置においてステージ２２ｂはウエハチェンジャー２９からウエハ２５ｂを受け取る。
（ステップ２）その後ステージ２２ｂを移動させながらアライメントスコープ３２はウエハ上のアライメントマーク及びウエハ基板２２ｂ上のアライメント用の基準マークを計測し、ウエハ基板に保持されたウエハのアライメント計測を行う。また、同時にフォーカススコープ３３はウエハの面形状及び光軸方向のフォーカス計測を行う。
（ステップ３）アライメント計測及びフォーカス計測が終了した後、ステージ２２ｂは鏡筒３６のレンズ下位置に移動する。図４参照。
（ステップ４）ステージ２２ｂが計測動作を実行している間、ステージ２２ａはレンズ下に液膜を保持した状態で、液浸露光を実行する。
（ステップ５）液浸露光を終了したステージ２２ａは、前記実施例１のように液体を回収し、レンズ下空間には高湿度の気体が供給されている。
（ステップ６）ステージ２２ａは（ステップ５）の状態、ステージ２２ｂは（ステップ３）の状態で、図４のレンズ下位置に待機している。その後２つのステージは同期して移動し、レンズ下位置にあるステージはステージ２２ａからステージ２２ｂに変わる。図５はこのときの移動途中のステージの側面図を表す。

ステージ２２ａとステージ２２ｂを同期させて移動することで、２つのステージの隙間を小さく保ちながらレンズ下にあるステージをステージ２からステージ１に交換する。このように動作することにより、レンズ下空間の気体の移動を小さくし、レンズ下の雰囲気を高い湿度に保つことができ、気化熱による温度低下を小さく抑えることが可能になる。
（ステップ７）ステージ２２ｂがレンズ下にある状態でレンズ下には、新たな液体が供給される。図６参照。
（ステップ８）同時にステージ２２ａはウエハチェンジャー２９の近傍に移動する。
（ステップ９）ウエハチェンジャー２９により、ステージ２２ａからウエハ１０ａが回収される。
（ステップ１０）ステージ２２ｂとステージ２２ａの役割を交換し、ステップ１からの動作が繰り返される。

（ステップ３）〜（ステップ６）に対応する動作が請求項４に示すレンズ下空間８の湿度を高く保ちながらステージ移動を行う方法を示している。

２つのステージは計測を行う役割と、液浸露光を行う役割を交互に交換しながら処理を行う。本提案では、この２つの役割を交換する位置をレンズ下にしている。レンズ下に液膜を保持したままステージを交換すると、液膜がウエハステージ定盤２１にこぼれてしまうため、交換時には液膜を除去する必要がある。

上述したような動作により、レンズ下空間８は常に壁３とウエハ及びウエハ基板により囲まれた亜閉空間にできるため、高湿度の気体を保持することが可能になり、最終光学素子１の下面に残る液膜の蒸発が抑制され、気化による熱変動を小さくすることが可能になる。

本発明の基本構成を示す図である。（ステップ１）、（ステップ２）の動作を示す図である。図２の側面図である。（ステップ３）から（ステップ７）の動作を示す図である。図４の側面図である。（ステップ８）か、（ステップ９）の動作を示す図である。

符号の説明

１最終光学素子
２ノズル
３壁
４気体供給口
５供給気体
６気体回収口
７回収気体
８レンズ下空間
１０ａ，１０ｂウエハ１，２
２１ウエハステージ定盤
２２ａ，２２ｂウエハステージ１，２
２３ａ，２３ｂ補助ステージ１，２
２４ａ，２４ｂガイドレール１，２
２５ａ，２５ｂステージ基板１，２
２９ウエハチェンジャー
３１スコープ支持台
３２アライメントスコープ
３３フォーカススコープ
３６鏡筒

Claims

最終光学素子の下の液膜を介してウエハを露光する液浸露光装置において、
前記最終光学素子の周辺に配置され、前記最終光学素子の下に液膜を供給し、かつ、該液膜を回収するノズルユニットを有し、
前記ノズルユニットには、気体を供給する気体供給口が設けられており、
前記ノズルユニットは、前記最終光学素子の下の液膜を回収し、かつ、該液膜のかわりに、前記最終光学素子および前記ノズルユニットの下の空間より外側の空間の湿度より高湿度の気体を前記最終光学素子の下に前記気体供給口から供給する、ことを特徴とする液浸露光装置。
前記ノズルユニットに、前記気体供給口および前記最終光学素子の下の空間を含む空間を囲む壁が設けられている、ことを特徴とする請求項１記載の液浸露光装置。
前記ノズルユニットの前記壁よりも内側に、気体を回収する気体回収口が設けられており、
前記気体回収口は、前記気体供給口からの前記高湿度の気体の供給と同時に、気体を回収する、ことを特徴とする請求項２記載の液浸露光装置。
ウエハを保持し移動する２つのウエハステージを有し、
前記２つのウエハステージは、前記最終光学素子の下で交換され、
前記２つのウエハステージは、その少なくとも一方のウエハステージが前記最終光学素子の下に常に存在するように交換される、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の液浸露光装置。