JP5355043B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステージに保持された基板（例えば、レチクルやウエハ）を露光する露光装置に関するものである。

半導体露光装置は、温度変化による露光精度劣化を防ぐために、基板やステージの温度を一定に調節する必要がある。このため、基板やステージの温度を調節する温調装置を搭載することが必要となる。特に、真空中での露光を行う露光装置では、大気中での露光装置と異なり、空調による温度調節を前提要件としない温調装置が必要である。
このため、従来、特許文献１では、液冷ジャケットやペルチェ素子を用いた温調装置を有する露光装置が提案され、複数の流体循環系を用いて露光装置の温調を行っている。
また、特許文献２では、ペルチェ素子と流体循環系を組合せて基板の温調を行う吸着保持装置が提案されている。
特開２００５−１３６００４号公報 特開平１−１５２６３９号公報

上記の従来の露光装置では、ステージの温度調節に流体循環系を使用することが多く、流体循環系の温度調節は、循環量および流体温度を制御することにより良好な温度調節を行うことができる。
しかし、従来の露光装置において発生する局所的な熱を適正に回収してステージの熱変形や基板の温度分布を抑えるためには、大量の循環や遅れの無い高速な温度制御が必要となる。この大量の循環のために循環流体の流速を上げると振動が増える。
また、液体を循環流体として用いて圧力を上げると漏液が発生し易く、漏液防止構造が大掛かりになる。
高速な温度制御のためには、流速を上げる必要があり、ペルチェ素子を用いた場合でも遅れのない熱交換を適切に実施することは容易でない。液体の流量を変化させて熱交換量を調節しようとすると循環管路の流量変動に伴い振動周波数などの振動挙動が変化して、振動抑制対策が困難になることもある。
いずれにしても、従来の技術においては露光装置内で発生した温度変化を、迅速に調節することが困難である。液体の循環液を用いる場合にはサーキュレータで液体温度を制御して、被温調体へ液体を移動させるため、液体の移動時間分の遅れが存在し、迅速な温度調節が困難である。またサーキュレータから被温調体までの管路の断熱処理も大規模となる。
以上説明した課題を整理すると、循環流体の移動時間による熱交換の遅れ、大流量循環時の振動の増大、流量変化による振動挙動の変化、高圧にした場合の漏液、大掛かりな漏液防止構造、管路断熱処理などである。
そこで、本発明は、上記の課題を考慮して、ステージの温度調節において、流体循環系の流量を低減すること、または、流体循環系を不用にすることを例示的目的とする。

上記課題を達成するための本発明の露光装置は、原版または基板を保持するステージを有し、前記ステージに保持された前記基板を露光する露光装置であって、前記ステージに設けられた気体室と、前記気体室内で気体の圧力を変化させて前記ステージを加熱および冷却する調節手段と、を有し、前記調節手段は、開閉可能な弁を含み前記気体室に給気する給気系と、開閉可能な弁を含み前記気体室から排気する系と、を含み、前記排気系の弁を閉状態にして前記給気系の弁を開状態にすることによって前記ステージを加熱し、前記給気系の弁を閉状態にして前記排気系の弁を開状態にすることによって前記ステージを冷却することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、ステージの温度調節において、流体循環系の流量を低減すること、または、流体循環系を不用にすることができる。

以下、本発明の例示的な露光装置を説明する。露光装置は、図１１に示すように、原版を保持するステージである原版ステージあるいは基板を保持するステージである基板ステージを有し、ステージに保持された基板を露光する装置である。原版または基板を保持するステージとは、原版であるレチクルを保持するレチクルステージ２および基板であるウエハを保持するウエハステージ４で、ウエハステージ４に保持されたウエハを露光する。この露光装置は、さらに、照明装置１と、投影光学系３とを有し、レチクルに形成された回路パターンをウエハに投影露光するものである。この露光装置は、ステップアンドリピート投影露光方式またはステップアンドスキャン投影露光方式であってもよい。照明装置１は回路パターンが形成されたレチクルを照明し、光源部と照明光学系とを有する。光源部は、例えば、光源としてレーザを使用する。レーザは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ、波長約１５３ｎｍのＦ２エキシマレーザなどを使用することができる。しかし、レーザの種類はエキシマレーザに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザを使用してもよいし、そのレーザの個数も限定されない。光源にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部に使用可能な光源はレーザに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
照明光学系はマスクを照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。

投影光学系３は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）から成る。さらに、 投影光学系３は、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。
レチクルステージ２およびウエハステージ４は、例えば、リニアモータによって移動可能である。ステップアンドスキャン投影露光方式の場合には、それぞれのステージ２，４は同期して移動する。また、レチクルのパターンをウエハ上に位置合わせするためにウエハステージ４およびレチクルステージ２の少なくともいずれかに別途アクチュエータを備える。
このような露光装置は、半導体集積回路等の半導体デバイスや、マイクロマシン、薄膜磁気ヘッド等の微細なパターンが形成されたデバイスの製造に利用される。

次に、図１、図１１を参照して、本発明の露光装置の実施例１を説明する。
ウエハステージ４は、シリコンウエハなどから成る基板１０１を保持するチャックである基板チャック１０２と、基板チャック１０２の温度を調節する手段としての気体室１０３とを含む。基板１０１の下部に基板チャック１０２を有し、基板チャック１０２の下部に気体室１０３を配置する。レチクルステージ２は、レチクルを保持するチャックを含む。調節手段は、気体室１０３を介してチャック１０２の温度を調節する。レチクルステージ２のレチクルを保持するチャックも温度調節される。温度センサ１０４は基板チャック１０２の下部または内部に設けられ、さらに、気体室１０３の内部に、図示されないが所定数設けられる。気体室１０３には、高圧の給気配管１０７および低圧の排気配管１０８が接続され、給気配管１０７の管路途中に給気弁１０５が配置され、低圧の排気配管１０８の管路途中に排気弁１０６が配置される。気体室１０３の気体流路は破線で示す。
本実施例１では、給気弁１０５と給気配管１０７が気体室１０３に給気する給気系を構成し、排気弁１０６と排気配管１０８が気体室１０３から排気する排気系を構成する。
調節手段は、気体室内である気体室１０３の内部で気体の圧力を変化させてウエハステージ４の温度を調節する手段で、給気系と排気系とを含む。
本実施例１において、排気弁１０６閉で給気弁１０５を閉から開にすると、気体室１０３の内部が加圧され気体温度が上昇し、気体室１０３の温度が上昇して、基板チャック１０２を介して基板１０１へ熱が伝わり、基板１０１の温度が上がる。
基板温度を下げる場合は給気弁１０５を閉として、排気弁１０６を閉から開として気体室１０３内部を減圧する。
気体室１０３は内圧変化による変形を避けるために、内部に上下方向の局所的連結構造を持つ図示されないハネカム形状に構成することが好適で、ハネカム形状により流路を確保できる。
また、温度調節の対象側の基板チャック１０２側を、熱伝導の良い材質で構成し、それ以外の部分は熱を伝えにくい材質で構成することができる。

次に、図２を参照して、本発明の実施例２を説明する。
図１の実施例１と構成は共通するが、調節手段は、絞り２０１を有し、給気系の側である給気弁１０５の出口と気体室１０３の入口との間には絞り２０１が設けられる。絞り２０１は、気体室１０３の内部や、排気系の側すなわち気体室１０３と排気弁１０６の間、または排気弁１０６の下流のいずれか1つあるいは１つ以上に設けられる。
本実施例２において、常に給気弁１０５と排気弁１０６を共に開とすると、気体室１０３の内部での連続的な膨張減圧により気体室１０３が冷却され基板チャック１０２を介して基板１０１から熱を吸熱する。
基板１０１からの吸熱を停止する場合は、給気弁１０５を閉にする。
基板１０１の温度を上げる場合は、給気弁１０５を閉、排気弁１０６を開とする。さらに、一旦、気体室１０３の内部の圧力を下げてから排気弁１０６を閉じた後に給気弁１０５を開にして、気体室１０３の内部が加圧され、基板チャック１０２を介して基板１０１が加熱される。
絞り２０１は、オリフィス、細管または狭い隙間から成り、絞り２０１の出口圧の変動による気体室１０３の振動発生を避けるためには、出口圧の変動が発生しにくい絞り２０１として狭い隙間を用いることが好適で、拡がり隙間なども用いられる。

次に、図３を参照して、本発明の実施例３を説明する。
図２の実施例２と構成は共通するが、気体室１０３の下部に流体室３０１が配置される。気体室１０３は、気体の状態変化による熱交換を行うため、応答性は良好であるが、気体の熱容量は小さいので、液体の循環が可能な流体室３０１による温度調節の補助を行う。流体室３０１は、露光装置の一般的な循環系により流量制御する。
本実施例３の構成では、気体室１０３の温度を迅速に調節することが可能なため、流体室３０１の熱交換量を、ほぼ一定にして使用でき、流体室３０１に流す液体の流量をほぼ一定の流量とすることができる。このため露光装置に不要な振動を与えない。流体室３０１の流路３０２および流路３０３は一点鎖線で示す。

次に、図４を参照して、本発明の実施例４を説明する。
図３の実施例３と構成は共通するが、気体室１０３を流体室３０１の内部に組込む。
流体室３０１内を循環させる流体は、液体または気体のいずれでも良い。

次に、図５を参照して、本発明の実施例５を説明する。
図１の実施例１と構成は共通するが、基板チャック１０２と気体室１０３の間にペルチェ素子４０１を設け、流量制御弁４０２を有する。
ペルチェ素子４０１は、図示された個数、配置位置に限定されない。ペルチェ素子４０１と気体室１０３が、基板チャック１０２の熱交換領域を分担する配置、あるいは気体室１０３とペルチェ素子４０１の上下を逆にする配置してもよい。
本実施例５では、例えば、露光のタイミングに合わせてペルチェ素子４０１を駆動し、併せて気体室１０３を減圧して吸熱させる。
気体室１０３の圧力流量制御には、３ポートのノズルフラッパ弁から成る流量制御弁４０２が用いられ、フラッパ４０２aの位置を制御して気体室１０３の内部の圧力を制御する。
調節手段は、流量制御弁４０２を含み、流量制御弁４０２は、気体室１０３と給気系である給気配管１０７と排気系である排気配管１０８とに接続される。
ペルチェ素子４０１は温度センサ１０４からの情報により制御を行っても良い。
なお、ペルチェ素子４０１を用いる本実施例５においても、気体室１０３の内部の圧力を制御するためには、図１から図４の実施例１〜４のように給気弁１０５や排気弁１０６および絞り２０１を用いることも可能である。
気体室１０３の内部の圧力を制御するためには圧力センサ４０３を、図示される個数には限定されずに所定数、設け、圧力フィードバック制御系を構成することができる。
なお、流量制御弁４０２としては、スプール弁を用いることも可能で、スプール弁はノズルフラッパ弁と同様に流路開度を制御する弁で、直動型や回転型などがある。一般的なスプール弁は、閉鎖領域を有するオーバーラップ構造であり、この構造上避けにくい特徴として、給気系と排気系の切換付近での流量制御特性の非直線性が存在する。
この非直線性などの流量制御弁４０２の特徴が、精密な流量制御の妨げとなる場合や、より高精度な圧力流量制御を実現するには、後述の実施例のように流量センサを用いて流量フィードバック制御する。この流量センサにより、高精度な圧力流量制御が可能となり、良好な結果が得られる。
なお、図1から図４の実施例１〜４においても給気弁１０５および排気弁１０６として、ノズルフラッパ弁やスプール弁を用いることができる。

次に、図６を参照して、本発明の実施例６を説明する。
図４の実施例４と構成は共通するが、ペルチェ素子４０１と流体室３０１を併用し、流体室３０１の内部に気体室１０３を配置する。

次に、図７を参照して、本発明の実施例７を説明する。
図５の実施例５と構成は共通するが、気体室１０３の内部の圧力は圧力制御弁５０１で制御される。圧力制御弁５０１は、常時ブリードパイロット減圧弁など電気制御式の減圧弁から成る。
調節手段は、圧力制御弁５０１を含み、圧力制御弁５０１は、気体室１０３と給気系である給気配管１０７と排気系である排気配管１０８とに接続される。
なお、気体室１０３と圧力制御弁５０１との間に配置された流量センサ５０２を用いて流量フィードバック制御系を構成することでさらに高精度な圧力流量制御を行うことができる。圧力目標信号７０４と気体室内である気体室１０３の内部の圧力を検出する圧力センサ４０３からの信号は圧力制御回路７０３で処理され、下流の制御弁駆動回路７０２へ送られ、制御弁駆動信号７０５によって圧力制御弁５０１が駆動される。
調節手段は、圧力センサ４０３と流量センサ５０２とを含み、圧力センサ４０３および流量センサ５０２の出力に基づいて圧力制御弁５０１を制御する。流量センサ５０２からの信号は流量センサ処理回路７０１を介して制御弁駆動回路７０２へ送られる。流量センサ処理回路７０１は、オフセット電圧補償やフィルタおよび増幅などを行なう回路である。制御弁駆動回路７０２は圧力制御弁５０１を駆動する電流制御などを行なう回路である。圧力制御回路７０３は、加算減算やフィルタおよび必要に応じてＰＩＤ補償などの位相補償を適宜組み合わせた回路である。なお、制御弁駆動回路７０２にＰＩＤ補償回路を設けることも可能である。
流量センサ処理回路７０１，制御弁駆動回路７０２および圧力制御回路７０３は、アナログ回路のみで構成してもよく、ＡＤコンバータ、ＤＡコンバータおよびＣＰＵ、ＤＳＰなどを用いてアナログデジタル混在回路としてもよい。

次に、図８を参照して、本発明の実施例８を説明する。
図７の実施例７と構成は共通するが、本実施例８において、ウエハステージ４は、ウエハステージ４を移動させるアクチュエータを有し、調節手段は、気体室であるベース気体室８０４を介してアクチュエータの温度を調節する。レチクルステージ２も同様に構成される。また、ウエハステージ４は、ペルチェ素子４０１を有する。レチクルステージ２も同様に構成される。調節手段は、気体室であるベース気体室８０４およびペルチェ素子４０１を介してウエハステージ４の温度を調節する。アクチュエータは、磁石８０１およびコイル８０２から構成されるリニアモータで、コイル８０２の電流制御によって気体室１０３と一体化された基板チャック１０２に推力を与える。コイル８０２の温度を調節するために、ベース気体室８０４が設けられ、ベース気体室８０４の内部の圧力は図７の実施例７と同様にベース圧力制御弁８１１によって制御される。
また、ウエハステージ４は、流体の流路としての流体室であるベース流体室８０６を有する。すなわち、アクチュエータを構成するコイル８０２の温度調節のためにベース流体室８０６を設けている。調節手段は、ベース流体室８０６およびベース気体室８０４を介して前記ステージの温度を調節する。レチクルステージ２も同様に構成される。ベース圧力センサ８０５およびベース流量センサ８０３の出力信号は、それぞれ圧力センサ４０３および流量センサ５０２の出力信号と同様に処理される。すなわちベース制御弁駆動回路８０８、ベース流量センサ処理回路８０９およびベース圧力制御回路８０７によって処理されて、ベース圧力目標信号８１２に従ってベース制御弁駆動信号８１０が生成される。
なお、ベース気体室８０４の内部圧力を変化させる方法に関しては、図１の実施例１に示される給気弁１０５および排気弁１０６を使用した構成も可能である。また、図２の実施例２に示される絞り２０１を使用した構成も可能である。さらに、図５の実施例５に示される流量制御弁４０２を使用した構成も可能である。ベース気体室８０４とベース流体室８０６の配置に関しては、図３の実施例３および図４の実施例４に示される構成も可能である。

次に、図９を参照して、本発明の実施例９を説明する。
図８の実施例８と構成は共通するが、ベース気体室８０４に対して、給気配管１０７およびベース圧力制御弁８１１が給気系を構成し、排気弁１０６および排気配管１０８が排気系を構成する。
絞り２０１をベース気体室８０４の内部に設ける。本実施例９では、排気弁１０６を開にした状態で常時冷却が可能となり、ベース圧力制御弁８１１の調節を行うことで冷却量を調節できる。
また、排気弁１０６を閉じてベース圧力制御弁８１１による圧力制御により冷却および加熱が可能で、図８の実施例８とほぼ同等の機能となる。
なお、図９の実施例９においては、ベース圧力制御回路８０７、ベース制御弁駆動回路８０８、ベース流量センサ処理回路８０９、ベース制御弁駆動信号８１０などのベース圧力制御弁８１１の制御に関わる調節手段の部分を不図示としている。しかし、図８の実施例８と同様の構成が可能である。

次に、図１０を参照して、本発明の実施例１０を説明する。
図９の実施例９と構成は共通するが、気体室１０３の内圧を変化させる調節手段としてシリンダ９０１とピストン９０２を用いる。シリンダ９０１と気体室１０３はシリンダ管路９０３で接続され、ピストン９０２を動かすことで、気体室１０３とシリンダ９０１とシリンダ管路９０３によって作られる空間の体積を変化させて圧力を変化させる。ピストン９０２を動かすアクチュエータは図示していないが、特に限定するものではない。

以上説明した実施例において、気体室１０３を制御する気体としては空気を用いるのが一般的であるが、窒素や二酸化炭素などを用いることもできる。気体室１０３は、基板チャック１０２の内部に構成しても良い。同様にベース気体室８０４はアクチュエータの内部に構成しても良い。
制御弁の供給系に供給圧力安定化のためのタンクを設けることもでき、その内部空間に蓄熱材を充填し供給気体の温度変化を低減することもできる。蓄熱材は細い線材や繊維または金属ハネカムや樹脂ハネカム、金属や樹脂の多孔質体も用いることができる。
制御弁は電気制御式が一般的であるが、油圧または空圧制御式や手動制御式を用いることも出来る。
給気系の給気弁および排気系の排気弁も、各種方式が適用可能で、ボール弁、バタフライ弁、スプール弁、ポペット弁またはノズルフラッパ弁や減圧弁などが用いられる。
基板チャック１０２は、大気中の装置では負圧吸着式、真空中の装置では静電チャックやメカニカルクランプなどが用いられ、特に限定するものではない。
本発明は、特に、真空露光装置に対して有用であるが、大気中で露光する露光装置にも適用可能である。

（デバイス製造方法の実施例）
デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、前述のいずれかの実施例の露光装置を使用して、感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより形成、製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等を含む。

本発明の実施例１の構成図である。 本発明の実施例２の構成図である。 本発明の実施例３の構成図である。 本発明の実施例４の構成図である。 本発明の実施例５の構成図である。 本発明の実施例６の構成図である。 本発明の実施例７の構成図である。 本発明の実施例８の構成図である。 本発明の実施例７の構成図である。 本発明の実施例１０の構成図である。 本発明の実施例の露光装置の全体構成図である。

符号の説明

１：照明系ユニット ２：レチクルステージ
３：投影光学系 ４：ウエハステージ
１０１：基板 １０２：基板チャック
１０３：気体室 １０４：温度センサ
１０５：給気弁 １０６：排気弁
１０７：供給配管 １０８：排気配管
２０１：絞り ３０１：流体室
３０２，３０３：流体室の流路 ４０１：ペルチェ素子
４０２：流量制御弁 ４０２a：フラッパ
４０３：圧力センサ ５０１：圧力制御弁
５０２：流量センサ ７０１：流量センサ処理回路
７０２：制御弁駆動回路 ７０３：圧力制御回路
７０４：圧力目標信号 ７０５：制御弁駆動信号
８０１：磁石 ８０２:コイル
８０３：ベース流量センサ ８０４ベース気体室
８０５、８０６：ベース流体室 ８０７：ベース圧力制御回路
８０８：ベース制御弁駆動回路 ８０９：ベース流量センサ処理回路
８１０：ベース制御弁駆動信号 ８１１：ベース圧力制御弁
８１２：ベース圧力目標信号 ９０１：シリンダ
９０２：ピストン ９０３：シリンダ管路

Claims (11)

1. 原版または基板を保持するステージを有し、前記ステージに保持された前記基板を露光する露光装置であって、
   前記ステージに設けられた気体室と、
   前記気体室内で気体の圧力を変化させて前記ステージを加熱および冷却する調節手段と、を有し、
   前記調節手段は、開閉可能な弁を含み前記気体室に給気する給気系と、開閉可能な弁を含み前記気体室から排気する系と、を含み、
   前記排気系の弁を閉状態にして前記給気系の弁を開状態にすることによって前記ステージを加熱し、
   前記給気系の弁を閉状態にして前記排気系の弁を開状態にすることによって前記ステージを冷却することを特徴とする露光装置。
2. 前記調節手段は、前記給気系、前記排気系および前記気体室の少なくとも１つに絞りを有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記調節手段は、前記気体室と前記給気系と前記排気系とに接続された流量制御弁を含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
4. 前記調節手段は、前記気体室と前記給気系と前記排気系とに接続された圧力制御弁を含む、ことを特徴とする請求項１または２に記載の露光装置。
5. 前記調節手段は、前記気体室内の圧力を検出する圧力センサと、前記気体室と前記圧力制御弁との間に配置された流量センサとを含み、前記圧力センサおよび前記流量センサの出力に基づいて前記圧力制御弁を制御する、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
6. 前記ステージは、前記原版を保持する原版ステージあるいは前記基板を保持する基板ステージであり、
   前記原版ステージは前記原版を保持するチャックを含み、
   前記基板ステージは前記基板を保持するチャックを含み、
   前記調節手段は、前記気体室を介して前記チャックの温度を調節するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の露光装置。
7. 前記ステージを移動するアクチュエータを有し、
   前記調節手段は、前記気体室を介して前記アクチュエータの温度を調節するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の露光装置。
8. 前記アクチュエータは、リニアモータを含むことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 前記ステージに設けられたペルチェ素子を有し、
   前記調節手段は、前記気体室および前記ペルチェ素子を介して前記ステージの温度を調節するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の露光装置。
10. 前記ステージは、流体の流路としての流体室を有し、
    前記調節手段は、前記流体室および前記気体室を介して前記ステージの温度を調節するものである、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の露光装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイス製造方法。

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