JP5425169B2 - 露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置およびそれを用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。

投影光学系の最終面と基板との間に液体を配置して該液体を介して原版のパターンを該基板に投影して該基板を露光する液浸露光装置が知られている（特許文献１）。基板を保持したステージが高速で移動する場合、基板を取り囲むように配置されている液体保持面の上から液体がステージの外に飛散し、露光装置内の部品を汚染する可能性がある。

特許文献２には、基板の外周縁を取り囲む排水溝と、基板上面と実質的に同じ平面に存在するセンサーを取り囲む障壁とを基板テーブルに設けることが開示されている。特許文献３には、基板支持体の外周部の表面と液体との接触角が基板の外縁部側からその外側に向かうに連れて小さくなるように該外周部の表面を構成することが開示されている。特許文献３にはまた、基板支持体の外周部に液体回収機構としてのドレインを設けることが開示されている。

国際公開第９９／４９５０４号パンフレット 特開２００５−３０３３１６号公報 特開２００６−１８６１１２号公報

基板ステージの移動が高速化すると、基板の外側に単純に溝などの障壁を配置するだけでは、液体の飛散を防止することが難しくなると考えられる。例えば、単純に溝を設けるだけでは、液体は慣性によって溝の上を通過し基板ステージから飛散しうる。あるいは、基板ステージ上に突起を設けた場合、液体はその突起に衝突し飛散しうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、基板ステージからの液体の飛散を低減するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、液体を介して原版のパターンを基板に投影し該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置は、前記基板を保持して移動する基板ステージを備え、前記基板ステージは、前記基板が配置される領域を取り囲むように配置された周辺部材を含み、前記周辺部材は、前記液体を保持する保持面を有し、前記周辺部材には、前記液体を捕捉する溝が形成され、前記溝は、前記基板が配置される領域を取り囲むように配置されていて、底部と、前記保持面から前記底部に向かって延びた内側側面と、外側側面とを含み、前記内側側面は、前記保持面から遠ざかるに従って段階的に又は連続的に傾斜が大きくなっており、前記外側側面には、前記溝によって捕捉された前記液体の飛散を防止する飛散防止部が設けられており、前記飛散防止部材は、前記外側側面から内側方向に突出した部材であって、前記外側側面から内側方向に離れるに従って前記底面に近づくように傾いている。

本発明によれば、基板ステージからの液体の飛散を低減するために有利な技術が提供される。

本発明の実施形態の露光装置の構成を示す図。 第１実施形態の露光装置の構成を示す図。 第１実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第１実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す断面図。 第１実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す断面図。 第２実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第２実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第２実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第３実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第３実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第３実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 第３実施形態の露光装置の基板ステージの構成を示す上面図。 実施形態の効果を示す実験結果を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の部材には同一の参照符号が付されている。まず、図１を参照しながら本発明の一実施形態の露光装置１について説明する。露光装置１は、液浸露光装置として構成されている。露光装置１では、投影光学系３０の最終光学素子３１の基板４０側の面（最終面）と基板４０との間隙に液体Ｌが供給される。ここで、最終光学素子３１の光軸をＡＸとする。露光装置１は、原版（レチクルとも呼ばれる）２０に形成されたパターンは、投影光学系３０、および液体Ｌを介して基板４０に投影され、基板４０が露光される。

露光装置１は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適である。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式又はステップ・アンド・リピート方式で基板４０の複数のショット領域を露光する。ステップ・アンド・スキャン方式では、原版２０に対して基板４０を連続的にスキャン（走査）しながら原版２０のパターンが基板４０に転写される。ここで、１つのショット領域の露光が終了すると、基板４０がステップ移動されて、次のショット領域が露光される。ステップ・アンド・リピート方式では、原版２０と基板４０とを相対的に静止させた状態で各ショット領域が露光され、１つのショット領域の露光が終了すると、基板４０がステップ移動されて、次のショット領域が露光される。以下では、露光装置１がステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）として構成された例を説明する。

露光装置１は、照明装置１０と、原版２０を保持して移動する原版ステージ２５と、投影光学系３０と、基板４０を保持して移動する基板ステージ４５と、液体供給回収機構６０とを備える。図１では省略されているが、露光装置１は、原版ステージ２５を位置決めする原版ステージ位置決め機構や、基板ステージ４５を位置決めする基板ステージ位置決め機構などを更に備えている。原版ステージ位置決め機構は、原版ステージ２５の位置をレーザー干渉計等の計測機によって計測し、その計測結果に基づいて駆動機構によって原版ステージ２５を位置決めする。基板ステージ位置決め機構は、基板ステージ４５の位置をレーザー干渉計等の計測機によって計測し、その計測結果に基づいて駆動機構によって基板ステージ４５を位置決めする。

照明装置１０は、回路パターンが形成された原版２０を照明するように構成されている。照明装置１０は、例えば、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。光源部１２は、例えば、光源として、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを備えうる。但し、光源の種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、光源の個数も限定されない。また、光源部１２に使用可能な光源は、レーザー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。また、光源部１２にレーザーが使用される場合、ビーム整形光学系を使用することが好ましい。ビーム整形光学系は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダを使用する。ビーム整形光学系は、レーザーからの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所定の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を整形する。

照明光学系１４は、原版２０を照明する光学系である。照明光学系１４は、例えば、集光光学系と、オプティカルインテグレーターと、開口絞りと、集光レンズと、マスキングブレードと、結像レンズとを含む。照明光学系１４は、従来の照明、輪帯照明、四重極照明などの様々な照明モードを実現できる。集光光学系は、複数の光学素子から構成され、オプティカルインテグレーターに所定の形状で効率よく光を導入する。オプティカルインテグレーターは、原版２０を照明する照明光を均一化するものであって、ハエの目レンズ、光学ロッド、回折格子、各組が直交するように配置された複数の組のシリンドリカルレンズアレイ板などを含む。開口絞りは、投影光学系３０の瞳に形成される有効光源と略共役な位置に配置され、有効光源の形状を制御する。集光レンズは、オプティカルインテグレーターの射出面近傍の２次光源から射出し、開口絞りを透過した複数の光束を集光し、マスキングブレードを均一にケーラー照明する。マスキングブレードは、複数の可動遮光板で構成され、投影光学系３０の有効面積に対応する略矩形の任意の開口形状を有する。マスキングブレードの開口部を透過した光束は、原版２０を照明する照明光として使用される。結像レンズは、マスキングブレードの開口形状を原版２０に投影する。

原版２０は、例えば、石英で構成され、その上には転写されるべきパターンが形成され、原版ステージ２５により保持によって保持される。原版２０から出た回折光は、投影光学系３０および液体Ｌを介して基板４０に投影される。原版２０と基板４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、原版２０と基板４０とを走査しながら原版２０のパターンを基板４０に転写する。

投影光学系３０は、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の反射鏡とを有する反射屈折光学系、または、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系として構成されうる。投影光学系３０は、例えば、基板４０に最も近い最終光学素子（即ち、最も基板４０側に配置される光学素子）として、パワーを有する平凸レンズを有しうる。平凸レンズは、平坦な射出面（下側（基板４０側）の面）を有するため、走査時の液体Ｌの乱流を防止し、また、該乱流による液体Ｌへの気泡の混入を防止するために有利である。平凸レンズの射出面には、液体Ｌから保護するために保護膜を形成してもよい。なお、本発明は、投影光学系３０の最終光学素子を平凸レンズ３２に限定するものではない。

基板４０は、例えば、半導体デバイスの製造用のウェハ、表示パネルの製造用のガラス基板、または、他の種々の基板でありうる。基板４０には、フォトレジストが塗布されている。

基板ステージ４５は、図示しない基板チャックを有し、基板チャックによって基板４０を保持する。基板ステージ４５を位置決めする基板ステージ位置決め機構は、例えば、６つの運動の自由度（例えば、直交座標系を構成するＸＹＺ軸にそれぞれ平行な並進駆動、該ＸＹＺ軸それぞれを回転軸とする回転運動の計６自由度）を有することが好ましい。例えば、基板ステージ位置決め機構は、リニアモータを利用してＸＹＺ方向に基板ステージ４５を駆動する。原版２０と基板４０とは、例えば、同期走査され、原版ステージ２５の位置と基板ステージ４５の位置とは、例えば、レーザー干渉計などの計測機により監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。基板ステージ４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されたステージ定盤の上に配置されうる。

基板ステージ４５は、基板４０が配置される領域を取り囲むように配置された周辺部材５０を含む。周辺部材５０は、液体Ｌを保持する保持面ＨＳを有する。基板４０の端部から露光を開始するためには、基板４０の端部が露光領域（露光光が照射される領域）に到達する前に投影光学系３０の最終光学素子３１の最終面（下面）の下に液体Ｌを満たす必要がある。そこで、基板４０の外側に、基板４０の表面とほぼ同じ高さの液体保持面ＨＳを有する周辺部材５０を設けて、基板４０の外側の領域においても液体Ｌの膜を形成することを可能にしている。液体Ｌは、露光光の波長に対する透過率がよく、レジストプロセスとのマッチングのよい液体（物質）が使用される。液体Ｌとしては、例えば、超純水、純水、機能水などが使用される。また、周辺部材５０の基板４０を取り囲む一部は、容易に交換可能なリング状の交換部材としても良い。

液体供給回収機構６０は、投影光学系３０の最終光学素子３１と基板４０または保持面ＨＳとの間隙に液体Ｌを供給し、そこから液体Ｌを回収する機能を有する。液体供給回収機構６０は、例えば、液体精製装置と、脱気装置と、液体温度制御装置とを含みうる。液体供給回収機構６０は、供給ノズル６１を介して、投影光学系３０の最終光学素子３１と基板４０または保持面ＨＳとの間隙に液体Ｌを供給する。また、液体供給回収機構６０は、回収ノズル６２を介して、投影光学系３０の最終光学素子３１と基板４０または保持面ＨＳとの間隙から液体Ｌを回収する。液体供給回収機構６０は、液体供給機構として、上記のほか、例えば、液体Ｌを貯めるタンク、液体Ｌを送り出す圧送装置、液体Ｌの供給流量を調整する流量調整装置などを含みうる。液体供給回収機構６０は、液体回収機構として、上記のほか、例えば、回収された液体Ｌを一時的に貯めるタンク、液体Ｌを吸引する吸引装置、液体Ｌの回収流量を調整するための流量調整装置などを含みうる。

供給ノズル６１と回収ノズル６２は、多孔性材料で構成されていることが好ましい。多孔性材料としては、繊維状や粒状（粉状）の金属材料や無機材料を焼結した多孔質体、あるいは、金属材料や無機材料の板状にピンホールやスリットを形成したものを用いる。金属材料や無機材料は、例えば、ステンレス、ニッケル、アルミナ、チタン、ＳｉＯ_２やＳｉＣなどのセラミックスなどを用いる。

液体精製装置は、例えば、図示しない液体供給源から供給される原料液中に含まれる金属イオン、微粒子及び有機物等の不純物等を低減させる。脱気装置は、液体Ｌに脱気処理を施し、液体Ｌの中の溶存酸素や溶存窒素等の溶存ガスを低減する。脱気装置は、例えば、膜モジュールと真空ポンプとによって構成されうる。脱気装置としては、例えば、ガス透過性の膜を隔てて、一方に液体Ｌを流し、他方を真空にして、液体Ｌ中の溶存ガスをその膜を介して真空中に追い出す装置が好適である。温度制御装置は、液体Ｌを目標温度に制御する機能を有する。

以下、周辺部材５０を有する基板ステージ４５を備える露光装置１の幾つかの実施形態を説明する。

図２は、第１実施形態の露光装置１の構成を示す図である。なお、図２に示されていない事項は、図１を参照しながら説明した事項に従いうる。
図２に示す露光装置１は、液体供給回収機構６０を有し、液体供給回収機構６０は、投影光学系３０の最終光学素子３１と基板４０または保持面ＨＳとの間隙に、供給ノズル６１を介して液体Ｌを供給する。液体供給回収機構６０はまた、該間隙に供給された液体Ｌを回収ノズル６２を介して回収する。このように投影光学系３０の最終光学素子３１と基板４０との間隙を液体Ｌで満たす方式は、ローカルフィル方式と呼ばれる。液体Ｌとしては、超純水が使用されうる。

保持面ＨＳの表面の高さは、基板４０の面と同一の高さを有しうる。なお、ここで言う同一とは、厳密な同一を意味するものではなく、保持面ＨＳの上に基板４０の上と同様に液体Ｌを保持することができる程度に保持面ＨＳの高さが調整されていることを意味する。保持面ＨＳは、撥水性のあるフッ素系材料で構成されていることが好ましい。

図２および図３に例示されるように、周辺部材５０は、基板４０が配置される領域を取り囲むように配置された溝７０を有し、溝７０により液体Ｌを捕捉する。露光装置１は、溝７０によって捕捉された液体Ｌを溝７０から排出する排出部８０を備えうる。

図４は、溝７０の構成例を示す拡大断面図である。溝７０は、底部７１と、保持面ＨＳから底部７１に向かって延びた内側側面７２と、外側側面７３とを含む。内側側面７２は、保持面ＨＳから遠ざかるに従って段階的に又は連続的に傾斜が大きくなっている側面であり、図４に示す例では、内側側面７２は、保持面ＨＳから遠ざかるに従って連続的に傾斜が大きくなっている。内側側面７２は、保持面ＨＳの外延から連続した曲面でありうる。内側側面７２は、例えば、円弧の断面を有しうる。

内側側面７２における液体Ｌの接触角は、保持面ＨＳにおける液体Ｌの接触角よりも小さいことが好ましい。そこで、内側側面７２には、親液処理（液体が水である場合には、親水処理）が施されうる。
保持面ＨＳの上を相対的に移動してくる液体Ｌは、溝７０の内側側面を鉛直面とした場合には、そのまま水平方向に移動して飛散しやすい。なお、液体Ｌの相対的に移動は、液体が静止した状態で基板ステージが移動すること、基板ステージが静止した状態で液体が移動すること（例えば、液体の供給量が過剰である場合）、液体と基板ステージの双方が移動していることを含む。しかし、溝７０の内側側面７２を保持面ＨＳから遠ざかるに従って段階的に又は連続的に傾斜した面とすることにより、相対的に移動してくる液体Ｌを内側側面７２に引き寄せる効果を得ることができる。この効果は、内側側面７２における液体Ｌの接触角を保持面ＨＳにおける液体Ｌの接触角よりも小さくすることによって更に高められる。

図１３（ａ）、（ｂ）は、溝７０の内側側面７２を鉛直面とした場合と本実施形態に従ってＲ面（円弧断面を有する面）とした場合における液体Ｌの飛散を比較した結果を示している。図１３（ａ）は、溝７０の内側側面７２を鉛直面とした場合、図１３（ｂ）は、溝７０の内側側面７２をＲ面（円弧断面を有する面）として場合を示している。
この例では、加速度を１Ｇ、１．７Ｇ、２Ｇ、３Ｇ、３．５Ｇで基板ステージ４５の速度１０００ｍｍ／ｓｅｃまで加速した。図１３（ａ）、（ｂ）において、「飛散しない液量」は、基板ステージ４５から液体Ｌが飛散しないときの基板ステージ４５への液体Ｌの供給量を示している。なお、「＞５００」は、５００（マイクロリットル）であるときに液体Ｌの飛散がなかったが、それを超える液体の量では実験を行っていないことを示している。図１３（ｂ）の方が図１３（ａ）よりも溝による液体の補足の効果が高いことが分かる。

図４に示す構成例および後述の図５〜図１１に示す構成例において、基板４０が配置される領域の中心Ｏを通る水平面内の線ＨＬに沿った内側側面７２の幅Ｗは、１ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であることが好ましい。幅Ｗが１ｍｍ未満では、内側側面７２による液体の引き寄せの効果が弱いことが実験によって確認された。一方、３０ｍｍを超えると、基板ステージ４５の大型化が許容しがたいものとなる。

図５は、溝７０の他の構成例を示す拡大断面図である。溝７０は、底部７１と、保持面ＨＳから底部７１に向かって延びた内側側面７２と、外側側面７３とを含む。内側側面７２は、保持面ＨＳから遠ざかるに従って段階的に傾斜が大きくなっている。図５に示す例では、内側側面７２は、複数の傾斜面を有し、該複数の傾斜面は、保持面かＨＳら遠い傾斜面ほど傾斜が大きい。保持面ＨＳと内側側面のうち保持面ＨＳと接する部分とがなす内角Θは、１７０度以下かつ１３５度以上であることが好ましい。

溝７０の底部７１、内側側面７２および外側側面７３の全部または一部を構成する部材と保持面ＨＳの全部または一部を構成する部材とは、同一の部材で構成されてもよいし、異なる部材で構成れてもよい。あるいは、周辺部材５０は、１つの部材で構成されてもよいし、複数の部材で構成されてもよい。

以下、第２実施形態の露光装置について説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、周辺部材５０は、溝７０の底部７１および外側側面７３の少なくとも一方に多孔質体を備えている。図６は底部７１に多孔質体９０を設けた例、図７は外側側面７３に多孔質体９０を設けた例、図８は底部７１および外側側面７３に多孔質体９０を設けた例を示している。溝７０の底部７１に多孔質体９０を設けることによって、底部７１に捕捉された液体が多孔質体９０に浸透するので、飛散が防止されうる。溝７０の外側側面７３に多孔質体９０を設けることによって、外側側面７３に衝突した液体が多孔質体９０によって吸収されるので、液体が飛散することが防止される。排出部８０は、多孔質体９０によって吸収された液体を排出するように配置されうる。図８に示す例では、底部７１および外側側面７３に排出部８０が設けられている。

以下、第３実施形態の露光装置について説明する。第３実施形態として言及しない事項は、第１又は第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、図９〜図１１に例示されるように、周辺部材５０は、溝７０によって捕捉された液体の飛散を防止するように外側側面７３の上方の部分から内側側面７２の方向に向かって突出した飛散防止部１００を含む。図１０および図１１に例示されるように、飛散防止部１００は、第２実施形態における多孔質体９０とともに設けられてもよい。飛散防止部１００は、溝７０を構成する部材と一体化されてもよいし、該部材に取り付けられてもよい。溝７０に、液体Ｌが進入する場合、進入した液体Ｌが、飛散防止部１００の端面に接触すると、基板ステージ４５から飛散する。そのため、飛散防止部１００の端面と内側側面７２との距離ｄを最適化する必要がある。内側側面７２上にある液体Ｌの高さをｈ、液体Ｌの体積をＶ、液体Ｌと内側側面７２との接触角をαとすると、下記の式１の関係が成り立つ。

ｈ＝（Ｖ／（π／６×（３×ｓｉｎ^２α／（１−ｃｏｓα）^２＋１）））^１／３ （式１）
例えば、式１によると液体Ｌと内側側面７２との接触角が３０°、液体Ｌの体積を５００μＬの場合、液体Ｌは、３ｍｍ程度の高さとなる。溝７０に液体Ｌが進入した場合、液体Ｌの高さｈよりも飛散防止部１００の端面と内側側面７２との距離ｄが短い場合、液体Ｌは、飛散防止部１００の端部に接触してしまうため、ｈ＜ｄとなるように、飛散防止部１００の寸法や配置角度が決定される。また、図９〜図１１に例示されているように、飛散防止部１００は、保持面ＨＳに対して水平に配置されている。ただし、図１２に例示されているように、飛散防止部１００は保持面ＨＳに対して、下方に傾いていてもよい。下方に傾けると投影光学系との接触をより確実に防止することができる。上記の飛散防止部１００を下方に傾けた形態は、第２の実施形態における多孔質体９０とともに設けられてもよい。

上記の第２および第３実施形態は、図５に例示されるように保持面ＨＳから遠ざかるに従って段階的に傾斜が大きくなった内側側面７２と組み合わせて実施されてもよい。

本発明の好適な実施形態のデバイス製造方法は、例えば、半導体デバイス、液晶デバイス等のデバイスの製造に好適である。前記方法は、感光剤が塗布された基板を、上記の露光装置１を用いて露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、前記デバイス製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を含みうる。

Claims (7)

1. 液体を介して原版のパターンを基板に投影し該基板を露光する露光装置であって、
   前記基板を保持して移動する基板ステージを備え、
   前記基板ステージは、前記基板が配置される領域を取り囲むように配置された周辺部材を含み、前記周辺部材は、前記液体を保持する保持面を有し、
   前記周辺部材には、前記液体を捕捉する溝が形成され、前記溝は、前記基板が配置される領域を取り囲むように配置されていて、底部と、前記保持面から前記底部に向かって延びた内側側面と、外側側面とを含み、前記内側側面は、前記保持面から遠ざかるに従って段階的に又は連続的に傾斜が大きくなっており、
   前記外側側面には、前記溝によって捕捉された前記液体の飛散を防止する飛散防止部が設けられており、
   前記飛散防止部材は、前記外側側面から内側方向に突出した部材であって、前記外側側面から内側方向に離れるに従って前記底面に近づくように傾いている
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記基板が配置される領域の中心を通る水平面内の線に沿った前記内側側面の幅が１ｍｍ以上かつ３０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記外側側面には、前記溝によって捕捉された前記液体の飛散を防止する飛散防止部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記内側側面における前記液体の接触角が前記保持面における前記液体の接触角よりも小さい、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記底部および前記外側側面の少なくとも一方に多孔質体が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記溝によって捕捉された前記液体を排出する排出部を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   該基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。