JP5161197B2 - 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、リソグラフィ装置およびデバイスを製造するための方法に関する。
リソグラフィ装置は、基板上に、通常は基板の目標部分上に、所望のパターンを付ける機械である。リソグラフィ装置は、例えば、集積回路（ＩＣ）の製造に使うことができる。その場合、マスクまたはレチクルとも呼ぶ、パターニング装置を使ってこのＩＣの個々の層上に作るべき回路パターンを創成してもよい。このパターンを基板（例えば、シリコンウエハ）上の目標部分（例えば、一つまたは幾つかのダイの一部を含む）に転写することができる。このパターンの転写は、典型的には基板上に設けた放射線感応材料（レジスト）の層への結像による。一般的に、単一基板が、順次パターン化する隣接目標部分のネットワークを含む。既知のリソグラフィ装置には、全パターンをこの目標部分上に一度に露光することによって各目標部分を照射する、ステッパと、このパターンを放射線ビームによって、与えられた方向（“走査”方向）に走査することによって各目標部分を照射し、一方、この基板をこの方向と平行または逆平行に同期して走査する、スキャナがある。このパターンを基板上に印写することによってこのパターンをパターニング装置から基板へ転写することも可能である。
この基板をリソグラフィ投影装置で、この投影システムの最終素子と基板の間のスペースを埋めるように、比較的高屈折率の液体、例えば、水に浸漬することが提案されている。この趣旨は、露光放射線が液体の中では波長が短いので、小さい形態の結像を可能にすることである。（この液体の効果は、このシステムの大きい有効ＮＡを使うことを可能にし且つ焦点深度を増すとも見做してもよい。）中に固体粒子（例えば、石英）を懸濁した水を含む、他の浸漬液が提案されている。
しかし、基板または基板と基板テーブルを液体浴に沈めることは（例えば、その全体を参考までにここに援用するＵＳ４，５０９，８５２参照）、走査露光中加速しなければならない液体の塊があることを意味する。これは、追加のまたはより強力なモータを要し、この液体中の乱流が望ましくなく且つ予測できない影響に繋がるかも知れない。
提案された解決策の一つは、液体供給システムが液体閉込めシステムを使って液体を基板の局部領域にのみおよび投影システムの最終素子と基板の間に提供することである（基板は、一般的に投影システムの最終素子より表面積が大きい）。提案されている、これに備える一つの方法は、ＷＯ９９／４９５０４に開示してあり、その全体をここに参考までに援用する。図２および図３に示すように、液体を少なくとも一つの入口ＩＮによって、好ましくは最終素子に対する基板の運動方向に沿って、基板上に供給し、投影システムの下を通過してから少なくとも一つの出口ＯＵＴによって除去する。即ち、基板をこの素子の下で−Ｘ方向に走査するとき、液体をこの素子の＋Ｘ側に供給し、−Ｘ側で吸収する。図２は、この装置を概略的に示し、そこでは液体を入口ＩＮから供給し、この素子の反対側で低圧源に結合した出口ＯＵＴによって吸収する。図２の例では、液体を最終素子に対する基板の運動方向に沿って供給するが、これは、そうである必要はない。最終素子の周りに位置する種々の方位並びに種々の数の入口および出口が可能であり、一例を図３に示し、そこでは両側に出口のある４組の入口が最終素子の周りに規則的パターンで設けてある。
提案されているもう一つの解決策は、投影システムの最終素子と基板テーブルの間のスペースの境界の少なくとも一部に沿って伸びるシール部材を備える、液体供給システムを設けることである。そのような解決策を図４に示す。このシール部材は、投影システムに対してＺ方向に（光軸方向に）幾らかの相対運動があってもよいが、ＸＹ平面では実質的に固定である。このシール部材と基板表面の間にシールができる。このシールは、ガスシールのように無接触シールであるのが好ましい。ガスシールを備える、そのようなシステムは、ヨーロッパ特許出願第０３２５２９５５．４号に開示してあり、その全体を参考までにここに援用する。
ヨーロッパ特許出願第０３２５７０７２．３号に二連または二段浸漬リソグラフィ装置のアイデアが開示してある。そのような装置は、基板を支持するために二つの段を備える。水準測定を、浸漬液なしに、ある段の第１位置で行い、露光を、浸漬液のある、ある段の第２位置で行う。その代りとしては、この装置が一段だけを有する。
経験により、浸漬リソグラフィ装置では、空気（またはその他のガス）の気泡が最終レンズ素子の下に閉込められる様になり、それらが投影した像に欠陥、例えば、歪みまたは白点を生じることがあると断定している。特に、凹面最終レンズ素子を使うならば、これらの気泡は、このレンズ素子の真中心の下、即ち軸上に閉込められがちであり、そこでは最大の害を生じる。このレンズ素子の中心の下から気泡を吸収し且つ除去する液体の流れを設けることは、非常に困難である。凹面の最終レンズ素子は、高ＮＡ値の使用を可能にするために望ましい。
投影システムの最終素子として凹面レンズ素子を使い、この最終レンズ素子の下に閉込められる気泡の有害な影響を避けられる、浸漬リソグラフィ装置を提供することが望ましい。
この発明の一態様によれば、パターン化した放射線ビームを基板の目標部分上に投影するように構成した投影システムおよびこの投影システムの最終素子とこの基板の間のスペースに液体を供給するための液体供給システムを有するリソグラフィ投影装置において、この投影システムの最終素子が凹面屈折レンズであり、および
この投影システムがこのパターン化した放射線ビームをこの投影システムの光軸を外して配置した像界に投影するように配置してある装置が提供される。
この発明の更なる態様によれば、投影システムを使ってパターンの像を液体を通して基板の目標部分上へ投影する工程を含み、この投影システムの最終素子が凹面屈折レンズであり、および上記投影システムの像界が軸外であるデバイス製造方法が提供される。
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し、それらの図面で対応する参照記号は対応する部品を指す。
本発明の実施例によるリソグラフィ装置を示す。 先行技術のリソグラフィ投影装置で使用した液体供給システムを示す。 先行技術のリソグラフィ投影装置で使用した液体供給システムを示す。 別の先行技術のリソグラフィ投影装置による液体供給システムを示す。 別の先行技術のリソグラフィ投影装置による液体供給システムを示す。 本発明の実施例によるリソグラフィ装置の最終レンズ素子および液体供給システムを示す。 本発明の別の実施例によるリソグラフィ装置の最終レンズ素子および液体供給システムを示す。
図１は、本発明の一実施例によるリソグラフィ装置を概略的に描く。この装置は、
− 放射線ビームＰＢ（例えば、ＵＶ放射線またはＥＵＶ放射線）を調整するように構成した照明システム（照明器）ＩＬ、
− パターニング装置（例えば、マスク）ＭＡを支持するように構築し、且つこのパターニング装置をあるパラメータに従って正確に位置決めするように構成した第１位置決め装置ＰＭに結合した支持構造体（例えば、マスクテーブル）ＭＴ、
− 基板（例えば、レジストを塗被したウエハ）Ｗを保持するように構築し、且つこの基板をあるパラメータに従って正確に位置決めするように構成した第２位置決め装置ＰＷに結合した基板テーブル（例えば、ウエハテーブル）ＷＴ、および
− パターニング装置ＭＡによって放射線ビームＰＢに与えたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、一つ以上のダイを含む）上に投影するように構成した投影システム（例えば、屈折性投影レンズシステム）ＰＬを含む。
この照明システムは、放射線を指向し、成形し、または制御するための、屈折式、反射式、磁気式、電磁式、静電式若しくはその他の種類の光学部品、またはその任意の組合せのような、種々の型式の光学部品も包含してよい。
この支持構造体は、パターニング装置を支持し、即ち、その重量を坦持する。それは、パターニング装置を、その向き、リソグラフィ装置の設計、および、例えば、パターニング装置が真空環境に保持されているかどうかのような、その他の条件に依る方法で保持する。この支持構造体は、機械、真空、静電またはその他のクランプ手法を使ってパターニング装置を保持することができる。この支持構造体は、例えば、フレームまたはテーブルでもよく、それらは必要に応じて固定または可動でもよい。この支持構造体は、パターニング装置が、例えば投影システムに関して、所望の位置にあることを保証してもよい。ここで使う“レチクル”または“マスク”という用語のどれも、より一般的な用語“パターニング装置”と同義と考えてもよい。
ここで使う“パターニング装置”という用語は、放射線ビームの断面に、この基板の目標部分に創るようなパターン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る。この放射線ビームに与えたパターンは、例えば、もしこのパターンが位相シフト形態または所謂補助形態を含むならば、基板の目標部分の所望のパターンと厳密には対応しないかも知れないことに注目すべきである。一般的に、放射線ビームに与えたパターンは、集積回路のような、この目標部分に創るデバイスの特別の機能層に対応するだろう。
このパターニング装置は、透過性でも反射性でもよい。パターニング装置の例には、マスク、プログラム可能ミラーアレイ、およびプログラム可能ＬＣＤパネルがある。マスクは、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がある。プログラム可能ミラーアレイの一例は、小型ミラーのマトリックス配置を使用し、入射放射線ビームを異なる方向に反射するようにその各々を個々に傾斜することができる。これらの傾斜したミラーが、このミラーマトリックスによって反射した放射線ビームにパターンを与える。
ここで使う“投影システム”という用語は、使用する露光放射線に対して、または浸漬液の使用または真空の使用のような他の要因に対して適宜、屈折式、反射式、反射屈折式、磁気式、電磁式および静電式光学システム、またはその任意の組合せを含む、あらゆる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。ここで使う“投影レンズ”という用語のどれも、より一般的な用語“投影システム”と同義と考えてもよい。
ここに描くように、この装置は、透過型（例えば、透過性のマスクを使用する）である。その代りに、この装置は、反射型（例えば、反射性マスクを使用する）でもよい。
このリソグラフィ装置は、二つ（二段）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”機械では、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光用に使ってもよい。
図１を参照して、照明器ＩＬは、放射線源ＳＯから放射線ビームを受ける。この線源とリソグラフィ装置は、例えば、線源がエキシマレーザであるとき、別々の存在であってもよい。そのような場合、この線源がリソグラフィ装置の一部を形成するとは考えられず、放射線は、線源ＳＯから、例えば適当な指向ミラーおよび／またはビーム拡大器を含むビーム送出システムＢＤを使って、照明器ＩＬへ送られる。他の場合、例えば、線源が水銀灯であるとき、線源がこの装置の一部分であってもよい。この線源ＳＯと照明器ＩＬは、もし必要ならビーム送出システムＢＤと共に、放射線システムと呼んでもよい。
照明器ＩＬは、放射線ビームの角強度分布を調整するように構成した調整装置ＡＤを含んでもよい。一般的に、この照明器の瞳面での強度分布の少なくとも外側および／または内側半径方向範囲（普通、それぞれ、σ外側およびσ内側と呼ぶ）を調整できる。その上、照明器ＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯのような、種々の他の部品を含んでもよい。この照明器は、その断面に所望の均一性および強度分布を有するように、この放射線ビームを調節するために使ってもよい。
放射線ビームＰＢは、支持構造体（例えば、マスクテーブルＭＴ）上に保持されたパターニング装置（例えば、マスクＭＡ）に入射し、このパターニング装置によってパターン化される。マスクＭＡを横断してから、放射線ビームＰＢは、投影システム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位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば、干渉計測装置、線形エンコーダまたは容量式センサ）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位置決め装置ＰＭおよびもう一つの位置センサＩＦ（図１にはっきりとは示さず）を使ってマスクＭＡを放射線ビーム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、マスクテーブルＭＴの移動は、第１位置決め装置ＰＭの一部を形成する、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）を使って実現してもよい。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２位置決め装置ＰＷの一部を形成する、長ストロークモジュールおよび短ストロークモジュールを使って実現してもよい。ステッパの場合は、スキャナと違って、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。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスク整列マークＭ１、Ｍ２および基板整列マークＰ１、Ｐ２を使って整列してもよい。図示する基板整列マークは、専用の目標部分を占めるが、それらは目標部分の間のスペースにあってもよい（それらは、スクライブレーン整列マークとして知られる）。同様に、マスクＭＡ上に二つ以上のダイが設けてある場合は、マスク整列マークがダイ間にあってもよい。
図示する装置は、以下のモードの少なくとも一つで使うことができる。
１．ステップモードでは、放射線ビームに与えた全パターンを目標部分Ｃ上に一度に（即ち、単一静的露光で）投影しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを本質的に固定して保持する。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を露光できるようにする。ステップモードでは、露光領域の最大サイズが単一静的露光で結像する目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードでは、放射線ビームの与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影（即ち、単一動的露光）しながら、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期して走査する。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの（縮）倍率および像反転特性によって決る。走査モードでは、露光領域の最大サイズが単一動的露光での目標部分の幅（非走査方向の）を制限し、一方走査運動の長さが目標部分の高さ（走査方向の）を決める。
３．もう一つのモードでは、プログラム可能パターニング装置を保持するマスクテーブルＭＴを本質的に固定し、放射線ビームに与えたパターンを目標部分Ｃ上に投影しながら、基板テーブルＷＴを動かしまたは走査する。このモードでは、一般的にパルス化した放射線源を使用し、プログラム可能パターニング装置を基板テーブルＷＴの各運動後または走査中の連続する放射線パルスの間に必要に応じて更新する。この作動モードは、上に言及した型式のプログラム可能ミラーアレイのような、プログラム可能パターニング装置を利用するマスクレス・リソグラフィに容易に適用できる。
上に説明した使用モードの組合せおよび／または変形または全く異なった使用モードも使ってよい。
図５に示すように、液体供給システムを使って液体をこの投影システムの最終素子と基板の間のスペースに供給する。溜め１０が、液体を閉込めて基板表面と投影システムの最終素子の間のスペースを満たすように、この投影システムの像界の周りに基板に対する無接触シールを形成する。この溜めは、投影システムＰＬの最終素子の下にその周りに配置されたシール部材１２によって形成する。液体をこの投影システムの下のシール部材１２内のスペースに持込む。シール部材１２は、この投影システムの最終素子の少し上へ伸び、液体のバッファとなるように液体レベルがこの最終素子の上へ上昇する。シール部材１２の内周は、上端がこの投影システムまたはその最終素子の形状とぴったり一致するのが好ましく且つ、例えば、丸くてもよい。下端で、この内周は、この像界の形状とぴったりと一致し、例えば、長方形であるが、そうである必要はない。
この液体は、シール部材１２の下端と基板Ｗの表面の間にガスシール１６によって溜めに閉込められる。このガスシールは、圧力を掛けて入口１５からシール部材１２と基板の間の隙間へ供給し且つ第１出口１４から引出す、ガス、例えば、空気または合成空気、好ましくは、Ｎ２または別の不活性ガスによって形成される。ガス入口１５のこの過圧、第１出口１４の真空レベルおよびこの隙間の形状寸法は、この液体を閉込める内方への高速空気流があるように決めてある。
図６は、この発明の実施例によるリソグラフィ投影装置の基板レベルの装置を示す。この投影システムＰＬの最終素子は、凹面屈折レンズ３０であり、この投影システムは、全体としてパターニング装置ＭＡの像を軸外像界ＥＦ（スリットとしても知られる）上に投影するように構成してある。投影システムの種々の既知の設計、特に反射屈折の（反射性素子と屈折性素子の両方を含む）が適当な軸外像界を有する。
この像界ＥＦが軸外であるので、投影ビームＰＢも最終素子３０で軸外にある。これは、最終素子３０を像界ＥＦから離れる光軸ＯＡの側で切り落しできることを意味する。これは、この切り落した部分を放射線が何も通過しないので、投影した像に影響しない。勿論、このレンズ自体は完全なレンズを作って一部を切り落すことによって作る必要はなく（これが都合がよいかも知れないが）、必要に応じて直接最終形状に作ることができる。
この最終レンズ素子３０の切り落し形状は、二つの利点を有する。第１に、このレンズは、ドームの約半分しか作らないので、気泡がこのレンズの下に閉込められるようになる機会が少ないか全くない−気泡がこの切り落しを容易に浮流することができる。実際、像界ＥＦが軸外であるので、このレンズの下の最高点にしばらく留まる気泡は、このビーム経路外にありそうで、従って投影した像に影響しないだろう。
第２に、この切り落しは、浸漬液流が、矢印で示すように、全般的に下向きであるように、液体供給部２３をレンズ３０の下端の上に設けられるようにする。そのような流れは、レジストから浸出する汚染物質をレンズの表面に近付けない。
この図に示すように、シール部材２０は、この投影システムの下端の形状に整合する形状になっているが、そうでなく円形末端部品を有する投影システムに使うように設計した既知のシール部材と同じ原理で作用してもよい。例えば、シール部材２０は、浸漬液を引出すために真空源に結合され且つ多孔質膜で覆われた抽出器２１、および浸漬液の漏れを防ぐためにエアナイフ２２を備えてもよい。また、最終レンズ素子３０用保持器３１をこの切り落し形状に適合する形状にすることが必要だろう。
図７に示す、上に説明した実施例の変形では、レンズ素子３０’がその正常な回転対称形状を保持するが、このレンズ素子の底面の最高点に貫通孔３２開口を備える。このレンズ素子は、それによって従来の回転対称機械加工によって作り、貫通孔を後に、例えば、ドリル加工またはエッチングによって設けることができる。この貫通孔３２は、それが投影ビームＰＢと干渉せず、従って結像に影響しないように位置する。貫通孔３２を使って、浸漬液１１を最終レンズ素子３０’の下の最高点から更新することができ、このレンズの中心から気泡を押流す液体流を創ることができる。この液体閉込めシステムも対称に作ることができる。この最終レンズ素子がこの浸漬液、例えば、ＣａＦ２と超純水に溶ける材料で作ってあるならば、この貫通孔３２は、このレンズ素子の溶解を防ぐために、例えば、石英で、内張りすべきである。
この発明の付加的利点は、浸漬液の流れが最終レンズ素子を、それが最も熱い、投影ビームに近い位置で冷却することである。それで、最終レンズ素子の温度均一性を改善する。
この本文では、ＩＣの製造でリソグラフィ装置を使用することを具体的に参照するかも知れないが、ここで説明するリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁区メモリ用誘導検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造のような、他の用途があることを理解すべきである。当業者は、そのような代替用途の関係で、ここで使う“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“基板”または“目標部分”と同義と考えてもよいことが分るだろう。ここで言及する基板は、露光の前または後に、例えば、トラック（典型的には基板にレジストの層を付け且つ露光したレジストを現像する器具）、計測器具および／または検査器具で処理してもよい。該当すれば、この開示をそのようなおよび他の基板処理器具に適用してもよい。更に、この基板を、例えば、多層ＩＣを創るために、一度を超えて処理してもよく、それでここで使う基板という用語は既に多重処理した層を含む基板も指すかも知れない。
ここで使用する“放射線”および“ビーム”という用語は、紫外（ＵＶ）放射線（例えば、３６５、２４８、１９３、１５７若しくは１２６ｎｍまたはその付近の波長を有する）を含むあらゆる種類の電磁放射線を包含する。
“レンズ”という用語は、事情が許せば、屈折式、反射式光学部品を含む、種々の型式の光学部品の何れか一つまたは組合せを指してもよい。
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。例えば、この発明は、上に開示した方法を記述する機械可読命令の一つ以上のシーケンスを含むコンピュータプログラム、またはそのようなコンピュータプログラムを記憶したデータ記憶媒体（例えば、半導体メモリ、磁気若しくは光ディスク）を含んでもよい。
本発明は、任意の浸漬リソグラフィ装置に、特に、しかし排他的にではなく、上に述べた種類のものに適用できる。
上記の説明は、例示を意図し、限定を意図しない。従って、当業者は、説明したこの発明に以下に示す請求項の範囲から逸脱することなく修正を施すことができることが分るだろう。
１１ 液体、浸漬液
３０ 最終素子、凹面屈折レンズ
３０’ 最終素子、凹面屈折レンズ
３２ 貫通孔
Ｃ 目標部分
ＥＦ 像界
ＯＡ 光軸
ＰＢ 放射線ビーム
ＰＬ 投影システム
Ｗ 基板

Claims (11)

  1. リソグラフィ装置であって、
    パターン化した放射線ビームを、基板の目標部分上の、投影システムの光軸から外れて配置された像界に投影する投影システムであって、前記基板に対向する表面を有する実質的に動かない光学要素を備える投影システムと、
    前記光学要素の表面と前記基板とによって少なくとも部分的に規定される空間に液体を供給する液体供給システムと備え、
    前記光学要素の前記液体に接する表面は、前記パターン化したビームが通過する第１の部分と、前記パターン化したビームが通過せず、前記第１の部分よりも基板からの距離が離れた第２の部分とを有する、リソグラフィ装置。
  2. 前記光学要素は、凹面屈折レンズである請求項１に記載の装置。
  3. 前記凹面屈折レンズが前記光軸の前記像界と反対側を切り落してある請求項２に記載の装置。
  4. 前記液体供給システムが前記凹面屈折レンズの切り落しに隣接する位置から液体を供給するように配置してある請求項３に記載の装置。
  5. 前記凹面屈折レンズが前記光軸を含む平面の周りに非対称である請求項２に記載の装置。
  6. 前記光学要素の表面は、水平面に対して角度を有して傾斜している請求項１に記載の装置。
  7. 前記投影システムは、反射屈折式システムである請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記光学要素が前記第２の部分または近傍に、液体が供給可能な貫通孔を備える請求項１に記載の装置。
  9. 前記光学要素が前記光軸の第１側の第１側縁および前記光軸の第２側の第２側縁を有し、前記第１側縁が前記第２側縁よりも前記光軸に近く、前記像界が前記光軸の第２側にある請求項１に記載の装置。
  10. 前記液体供給システムが前記第１側縁に近い位置から液体を供給する請求項９に記載の装置。
  11. デバイス製造方法であって、
    基板に対向する表面を有する実質的に動かない光学要素を備える投影システムを使ってパターンの像を液体を通して前記基板の目標部分上へ投影する工程と、
    前記光学要素の表面と前記基板とによって少なくとも部分的に規定される空間に液体を供給する工程と、を備え、
    前記光学要素の前記液体に接する表面は、前記パターン化したビームが通過する第１の部分と、前記パターン化したビームが通過せず、前記第１の部分よりも基板からの距離が離れた第２の部分とを有する、デバイス製造方法。
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