JP2006523958A - 液浸リソグラフィで使用するためのオートフォーカス素子の光学的構造 - Google Patents

Abstract

ワークピースの目標面の上に液体を有し、且つ、液体を通してこの目標面上に像パターンを投影させる液浸リソグラフィ装置用のオートフォーカスユニットが提供される。オートフォーカスユニットは、目標面に対向し且つその上方に置かれる投影レンズのような光学素子を有する。オートフォーカス光源は、所定の角度で斜めに光線を投射するように配置されており、この光線は流体を通過し、光学素子の下方の特定の反射地点でワークピースの目標面により反射される。受光機は反射光を受光し解析する。補正レンズは光線の伝播を補正するために、光線の光路に設置されうる。

Description

本発明は液浸リソグラフィで使用するためのオートフォーカス素子の光学的構造に関する。

今日用いられている半導体リソグラフィシステムにおいて、オートフォーカス及びオートレベリング（ＡＦ／ＡＬ）は、典型的には、低角度の入射光ビームをシリコンウェハの表面上に送り、続くウェハ表面での反射の後にビームの特性を検出することによってなされる。ウェハの高さは、反射した光ビームの光学的及び電気的処理により求められる。この光ビームは投影レンズ（群）の終端の素子の下方を通過する。光源及び受光部の光学素子は、典型的には、投影光学素子が載置されている位置の近傍にリソグラフィシステムの安定な部分に載置される。

液浸リソグラフィ法では、水のような液体が投影レンズ（群）の終端表面とウェハの間の空間を満たす。水の縁部では、典型的には、レンズの端部又はレンズの端部付近の支持構造体では、液体−空気の境界はうまく画成されず、急速に変化している。ＡＦ／ＡＬビームを、かなりの境界の崩壊（ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）と、それに続く信号の損失とそれによる性能の損失なしに、この境界面を通って伝搬させることは不可能である。

それゆえ、本発明の総括的な目的は、そのような境界の崩壊なしに液層へＡＦ／ＡＬビームを導入して、要望される光学精度及び安定性を維持するための方法を提供することである。

より明確には、レンズの端部で液浸液体の境界が崩壊する影響を受けることなく、ＡＦ／ＡＬ光線を従来のリソグラフィにおけるように使用されることを可能とする装置及び方法を提供することである。

本発明に従うオートフォーカスユニットは、レチクルを保持するために配置されたレチクルステージと、目標面を有するワークピースを保持するために配置されたワーキングステージと、照明源及び上記照明源からの照射によってワークピース上にレチクルの像パターンを投影させるためにワークピースに対向して且つワークピースの上方に位置付けられたレンズのような光学素子を含む光学システムのみならず、光学素子とワークピースの目標面の両方に液体が接触するように、光学素子とワークピースの間に画成される空間に液体を供給するための液体供給デバイスをも備えるものとして、概して説明しうる液浸リソグラフィ装置用のオートフォーカスユニットである。ワークピースに対向して位置付けられた光学素子は、光ビームが液体を透過して、光学素子の下方にある特定の反射地点でワークピースの目標面により反射されるような特定の角度で、光線を斜めに投射するよう作動するオートフォーカス光源と、目標面により反射された光線を受光し、解析するための受光機（レシーバー）とをさらに備えるものとして特徴付けられ得るオートフォーカスユニット自身の構成要素として取り扱われてもよい。好適には、光ビームの伝播を補正するためにオートフォーカス光源から投射される光ビームの光路上に、補正レンズが設置されてもよい。

別の実施形態として、ワークピースに対向する光学素子は、その２つの相互に対向する側の面がカットされてよく、光学的に透過性のくさび型の素子がこれらのカット部の下方に配置されて、光線が流体を通過して光学素子を全く通過せずにワークピースの目標面で反射され、そして受光機に到達するように、オートフォーカス光源からの光線がくさび型の素子を通過するようにしてもよい。くさび型素子と光学素子の間のギャップよって形成されうる泡の潜在的な問題に対処するために、ギャップを好適な材料で満たしてもよく、毛管力がギャップを流体で満たした状態で保持するような２ｍｍ未満のようにギャップを十分狭くしてもよく、あるいは、流体をギャップ中を上方に移動させるため又はギャップが満たされたままにできるように流体を供給するために小さな吸引力を供給するための手段を提供してもよい。オートフォーカス光源からの光線がくさび型素子の内面から流体へと屈折される界面は、ワークピースの目標面に平行である必要はなく、ユニットの設計に影響する材料の屈折率に応じて適度に傾斜していてもよい。

本発明は本発明のさらなる目的及び利点とともに、添付図面と関係する以下の説明を参照することによって、最もよく理解されるであろう。

本願を通じて、同等であるもしくは類似する部材及び構成要素は、しばしば異なる図中においても同一の番号によって示されており、繰り返して説明される必要はないであろう。

図１は、本発明を具体化するオートフォーカス素子の光学構造を組み込みうる液浸リソグラフィ装置１００の全体的な構造を示している。

図１に示されるように、液浸リソグラフィ装置１００は、ＫｒＦエキシマレーザーユニットのような光源と光学インテグレーター（もしくはホモジナイザー）とレンズとを含み、レチクルＲ上のパターンに投射させるための波長２４８ｎｍのパルス化した遠紫外光ＩＬを放出するように動作する照明光学ユニットを備える。レチクルＲ上のパターンは、フォトレジストが被覆されたウェハＷ上に、（１／４又は１／５のような）所定の拡大率でテレセントリック光投影ユニットＰＬを通じて投影される。パルス化された光ＩＬは、上記のものの代わりに、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光、波長１５７ｎｍのＦ_２レーザー光又は波長３６５ｎｍの水銀ランプのｉ線であってもよい。以下、図１に示したようなＸ−、Ｙ−、Ｚ−軸を持つ座標系は、リソグラフィ装置１００の構造及び機能を記述する際に、方向を説明するために参照される。開示及び記述の便宜のために、光投影ユニットＰＬは図１において、ウェハＷに対向して配置される（レンズのような）終端光学素子４と、光投影ユニットの他の全ての構成要素を含む円筒型ハウジング３とだけが図示されている。

レチクルＲは、レチクルＲをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の周りの回転方向に幾らかの量だけ動かすための機構を組み込むレチクルステージＲＳＴ上に支持されている。レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲの二次元の位置及び方位はレーザー干渉計（不図示）によりリアルタイムに検出され、レチクルＲの位置決めはこのようにしてなされる検出に基づいて、主制御ユニット１４により実行される。

ウェハＷは、（Ｚ軸に沿った）焦点位置とウェハＷの傾斜角を制御するためのＺ−ステージ９上のウェハホルダ（不図示）上に設置される。Ｚ−ステージ９は、光投影ユニットＰＬの結像面にほぼ平行なＸＹ−平面内で動かすために適合したＸＹ−ステージ１０に取り付けられている。ＸＹ−ステージ１０は基盤１１上に設置される。従って、Ｚ−ステージ９は、（Ｚ軸に沿った）焦点位置の調整によって光投影ユニットの結像面をウェハ表面に合わせるため、及びオートフォーカス法若しくはオートレベリング法によってウェハＷの傾斜角をウェハ表面に合わせるために設けられており、ＸＹ−ステージ１０はウェハＷのＸ方向及びＹ方向の位置を調整するために設けられている。

Ｚ−ステージ９（及びそれゆえにウェハＷも）の二次元の位置及び方位は、Ｚステージ９に備え付けられる移動型ミラー１２を参照して、別のレーザー干渉計１３によりリアルタイムでモニターされる。このモニタリングの結果に基づく制御データは、メイン制御ユニット１４から、受け取った制御データに従ってＺステージ９及びＸＹステージ１０の動きを制御するのに適合したステージ駆動ユニット１５へと伝達される。露光の際には、投影光は、ステップ・アンド・リピートのルーチンにおいて、レチクル上のパターンに従って、ウェハＷ上のある露光位置から別の異なる露光位置へ連続的に動かされる。

図１を参照して記述されているリソグラフィ装置１００は液浸リソグラフィ装置であり、それゆえ、少なくともレチクルＲのパターンの像がウェハＷ上に写されている間、ウェハＷの表面と光投影ユニットＰＬの終端の光学素子４の下面の間の空間を満たしている、水のような所定の種類の液体（すなわち「液浸液体」）を有するのに適している。

光投影ユニットＰＬの終端の光学素子４は円筒型ハウジング（鏡筒）３に取り付けられている。随意の実施形態として、終端の光学素子４はクリーニングもしくはメンテナンスのために取り外し可能であってもよい。

液体７は、タンク、圧力ポンプ及びウェハＷの上部の空間を温度管理された状況にするための温度調整器（個別には図示されていない）を備えうる液体供給ユニット５から供給され、液体回収ユニット６によって回収される。液体７の温度は、リソグラフィ装置１００自体が置かれるチャンバ内の温度とほぼ同じ温度に調整される。符号２１は、液体７を供給ユニット５から供給するソース（供給源）ノズルを示している。符号２３は、液体７を回収ユニット６に回収する回収ノズルを示している。しかしながら、図１を参照して上で説明した構造は、本発明の液体除去方法及び装置が適用可能である液浸リソグラフィ装置の範囲を限定するものではないということを思い起こされたい。換言すれば、本発明のオートフォーカスユニットは多くの異なる種類の液浸リソグラフィ装置に組み込まれうる。特に、光投影ユニットＰＬの周辺のソースノズル２１及び回収ノズル２３の数及び配置は、液浸液体７のスムーズな流れ及び迅速な回復を確立するために様々な方法で設計されうる。

図４は、図１において１００に示されているような液浸リソグラフィシステムに組み込まれうる本発明に従うオートフォーカスユニット５０（図１において不図示）を示しているが、本発明はオートフォーカスユニットが組み込まれる特定のタイプのシステムによって限定されない。この例において、光投影ユニットＰＬの終端の光学素子４は、間に空間を残してウェハＷの上面（目標面）に対向する下向きの平らな面をもつ半球面形の投影レンズである。オートフォーカス光源５１は、そのＡＦ／ＡＬ光線がウェハＷの目標面に対して斜めに照射され、このレンズ４の下側の周辺部を通り、次いで、液浸液体７に屈折して入り、特定の反射地点５５でウェハＷの目標面により反射されるように配置される。反射されたＡＦ／ＡＬ光線５４を受光し、そして解析する受光機５２は、光投影ユニットＰＬの反対側の適当な位置に位置付けられる。符号５３は、光の伝播を補正するためにＡＦ／ＡＬ光線５４の光路上に置かれる補正レンズとして説明されうるものを各々示している。レンズ４と液体７の間の境界は十分に明確であり、本質的に泡がないので、光線は妨害されず、良好な信号をもたらして高精度を維持することができる。図４において、波線は露光光のコーン又は露光領域の境界を示している。

図５は、発明の別の実施形態に従う別のオートフォーカスユニット６０を示す。図５を参照して上で記載した構成要素に類似の構成要素は、同じ符号によって示されている。図５に示されるオートフォーカスユニット６０は、光投影ユニットＰＬの終端の光学素子４の下面がオートフォーカス光源５１及び受光機５２にそれぞれ面する二つの箇所をカットされたものとして特徴付けられる。図５に示されているように、カットされた面は好ましくは平坦であってもよく、終端の光学素子４は、それでも、機能的に且つ本質的には半球面レンズである。くさび型素子６１及び６２と呼ばれる光学的に透過性の部品は、レンズ４の両側のカットされた面の下方に置かれ、素子６１がオートフォーカス光源５１の側にあり、素子６２が受光機５２の側にある。そのカット及びくさび型素子６１、６２は、オートフォーカス光源５１からのＡＦ／ＡＬ光線がくさび型素子６１を通過してレンズ４を通ることなく液浸液体７内に屈折して入り、その後、反射位置５５でウェハＷの目標面によって反射されて、くさび型素子６２内に屈折して入り、再びレンズ４を通過することなく受光部５２によって受光されるように設計されている。くさび型素子を光学ガラスのようなレンズ素子４と異なる材料で製造することができるので、本実施例は有利である。

くさび型素子６１及び６２とレンズ４の間の下側境界は、正しい光学特性及び液浸液体７中での泡発生の観点から重要である。レンズ４に近接するくさび型素子６１の部分をより詳細に示す図６を参照するに、レンズ４とくさび型素子６１の間にあるギャップＤは、レンズ４の下方に巻き込まれるであろう空気泡の潜在的な源であり、それはレンズ４の光学特性に悪影響を及ぼす。

この問題の解決策の一つは、ギャップを好適な材料で満たすか、あるいは、ギャップＤが事実上ゼロとなり液体の境界を乱さないように、くさび型素子６１をレンズ４に押し付けて接触させることである。別の解決策は、毛管力が液体７をギャップに充満し、たとえレンズ４がウェハＷの下方で移動されている間であっても、ギャップが液体で充満されたままであるように、Ｄをほぼ２．０ｍｍ以下に保つことである。３番目の解決策は、図７に示すように、液体７をギャップＤの内側に上昇させて、空気が下方に移動するのを防ぐために、わずかな吸引力を与えることである。図７では、符号７０は吸引力をもたらすためのエアポンプを示している。図８はさらに別の解決策を示しており、そこでは液体７のソース７２はギャップＤの開口の上方部に与えられ、ギャップＤを液体７で保つ。

本発明を限られた数の構成のみを参照して、上に記載してきたが、それらは発明の範囲を限定するものではない。多くの改良や変形が、発明の範囲内で可能である。例えば、くさび型素子６１及び６２の形状は、図６を参照して上で記載したものである必要は無い。例えば、液浸液体７の屈折率及びくさび型素子６１の材料に対するＡＦ／ＡＬ光線５４の所望の入射角に依存して、図９に示されるように、くさび型素子６１を通過するＡＦ／ＡＬ光線５４が、図６に示されるように必ずしも水平な境界面を通るのではなく、適度に傾斜した表面部６４を通って液浸流体内に屈折して入るように、くさび型素子６１に傾斜した表面部６４を設けることは利点となりうる。このことは、本発明を具体化する構造体の設計に柔軟性を与えるであろう。

次に図２を参照して、本発明を具体化している液体噴出システムと液体回収システムを組み込んだ液浸リソグラフィ装置を使用して半導体デバイスを製造するためのプロセスを説明する。工程３０１において、デバイスの機能及び性能特性が設計される。次に、工程３０２において、パターンを有するマスク（レチクル）が先のデザイン工程に従って設計され、並行する工程３０３において、ウェハがシリコン材料から製造される。工程３０２において設計されたマスクパターンは、上で説明したシステムのようなフォトリソグラフィシステムによって、工程３０４において、工程３０３からのウェハ上に露光される。工程３０５において、半導体デバイスは組み立てられ、（ダイシングプロセス、ボンディングプロセス及びパッケージングプロセスを含む）、最終的に工程３０６において検査される。

図３は、半導体デバイス製造の場合における、上記工程３０４の詳細なフローチャートの例を示している。工程３１１（酸化工程）では、ウェハ表面は酸化される。工程３１２（ＣＶＤ工程）では、絶縁薄膜がウェハ表面に形成される。工程３１３（電極形成工程）では、蒸着によってウェハ表面上に電極が形成される。工程３１４（イオン注入工程）では、イオンがウェハ内に注入される。上記の工程３１１−３１４は、ウェハ加工におけるウェハの前処理工程を形成し、加工要件に従って各々の工程が選択される。

ウェハ加工の各々の段階において、前記前処理工程が完了したとき、以下の後処理工程が実行される。後処理工程の間、先ず、工程３１５（フォトレジスト形成工程）において、フォトレジストがウェハに塗布される。次に、工程３１６（露光工程）において、上記の露光デバイスは、マスク（レチクル）の回路パターンをウェハに転写するために用いられる。その後、工程３１７（現像工程）において、露光されたウェハが現像され、工程３１８（エッチング工程）において、残存したフォトレジスト以外の部分（露光された材料表面）がエッチングによって取り除かれる。工程３１９（フォトレジスト除去工程）において、エッチング後に残存する不必要なフォトレジストが除去される。多重回路パターンが、これらの前処理工程及び後処理工程を繰り返すことによって形成される。

本発明のリソグラフィシステムをいくつかの好ましい実施形態に関連して記載してきたが、本発明の範囲内に入る変更、置換及び様々な代替等価物が存在する。また、本発明の方法及び装置を実行する多くの別の手法が存在する事が分かろう。それゆえ、以下に添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲内に入るような全ての変更、置換及び様々な代替等価物を含むものとして解されるものとする。

図１は本発明が組み込まれた液浸リソグラフィ装置の断面概略図である。 図２は本発明に従って図１に示される装置を用いて半導体デバイスが製造される典型的なプロセスを示すプロセスフロー図である。 図３は本発明に従って半導体デバイスを製造する場合における、図２に示されるウェハの加工工程のフローチャートである。 図４は本発明を具体化するオートフォーカスユニットの側断面の概略図である。 図５は本発明を具体化する別のオートフォーカスユニットの側断面の概略図である。 図６は図５の円で囲まれた部分ＶＩの拡大図である。 図７は本発明の別の実施形態に従い本発明を具体化する別のオートフォーカスユニットの一部の側断面の概略図である。 図８は本発明の別の実施形態に従い本発明を具体化する別のオートフォーカスユニットの一部の側断面の概略図である。 図９は本発明の別の実施形態に従い本発明を具体化する別のオートフォーカスユニットの一部の側断面の概略図である。

Claims (40)

1. 第１表面を有するワークピースと、
   前記ワークピースの第１表面に近接して位置付けられ、前記第１表面上に像を投影するために構成された光学素子であり、前記ワークピースの前記第１表面と前記光学素子の間にギャップがあり、前記ギャップが実質的に液浸流体で満たされている光学素子と、
   前記液浸流体を通じて前記ワークピースの前記第１表面上に光線を放出するように構成されたオートフォーカス光源及び前記ワークピースの前記第１表面で反射される前記光線を受光するように構成された受光装置を含むオートフォーカス装置とを備える装置。
2. さらに前記オートフォーカス光源と前記液浸流体の間に位置付けられる透過性素子を含み、前記透過性素子は前記透過性素子と前記液浸流体との間の境界面を通じて前記光線を通過させるように構成されている請求項１に記載の装置。
3. 前記透過性素子は、前記透過性素子と前記液浸流体との間の境界面で前記光線の屈折を調整するように構成されている請求項２に記載の装置。
4. 前記境界面において前記光線が０度から９０度の範囲で屈折する請求項３に記載の装置。
5. 前記透過性素子が、ガラス、プラスチック、フッ化カルシウム及び石英ガラスからなる一群から選択される一つの材料から形成されている請求項２に記載の装置。
6. 前記透過性素子が前記光学素子である請求項２に記載の装置。
7. 前記透過性素子が前記光学素子に近接して位置付けられている請求項２に記載の装置。
8. 前記透過性素子が、長方形、正方形、楕円形、くさび型、及び球形からなる一群から選択される一種の形状である請求項２に記載の装置。
9. 前記透過性素子と前記光学素子の間に液体が供給される請求項７に記載の装置。
10. 前記透過性素子と前記光学素子との間の空間が減圧にされる請求項７に記載の装置。
11. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間の空間を通じて前記液浸流体を上昇させるための吸引力提供デバイスを備え、それにより外部の空気は前記空間内に入り込むことが防止される請求項７に記載の装置。
12. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間の空間に流体を供給するように構成されている流体供給デバイスを備える請求項７に記載の装置。
13. 液浸リソグラフィ方法であって、
    第１表面を有するワークピースを提供する工程と、
    光学素子を前記ワークピースの前記第１表面に近接して位置付け、前記ワークピースの前記第１表面と前記光学素子の間にギャップが存在している工程と、
    前記光学素子を通じて前記第１表面上に像を投影する工程と、
    前記ギャップを実質的に液浸流体で満たす工程と、
    オートフォーカス光源からのオートフォーカス光を前記液浸流体を通して前記ワークピースの前記第１表面上へ送る工程と、
    前記ワークピースの前記第１表面から反射された前記光線を受光機で受光することとを含む液浸リソグラフィ方法。
14. さらに前記オートフォーカス光源と前記液浸流体の間に透過性素子を位置付ける工程を含み、前記透過性素子は前記光線を前記透過性素子と前記液浸流体の間の界面を通過させるように構成されている請求項１３に記載の方法。
15. 前記透過性素子が、前記透過性素子と前記液浸流体との間の界面における前記光線の屈折を調整するように構成されている請求項１４に記載の方法。
16. 前記界面において前記光線が０度から９０度の範囲で屈折する請求項１５に記載の方法。
17. 前記透過性素子が、ガラス、プラスチック、フッ化カルシウム及び石英ガラスからなる一群から選択される一つの材料で形成されている請求項１４に記載の方法。
18. 前記透過性素子が前記光学素子である請求項１４に記載の方法。
19. 前記透過性素子が前記光学素子に近接して位置付けられている請求項１４に記載の方法。
20. 前記透過性素子が、長方形、正方形、楕円形、くさび型及び球形からなる一群から選択される一つの形状である請求項１４に記載の方法。
21. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間に液体を供給する工程を含む請求項１９に記載の方法。
22. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間の空間を減圧にする工程を含む請求項１９に記載の方法。
23. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間の空間を通じて前記液浸流体を上昇させるための吸引力提供デバイスを提供する工程を含み、それにより外部の空気が前記空間内に入り込むことが防止される請求項１９に記載の方法。
24. さらに前記透過性素子と前記光学素子の間の空間に流体を提供するように構成される流体供給デバイスを提供する工程を含む請求項１９に記載の方法。
25. 液浸リソグラフィ装置であって、
    レチクルを保持するために設けられたレチクルステージと、
    第１表面を有するワークピースを保持するために設けられたワーキングステージと、
    照明源及び前記ワークピースの第１表面に近接して位置付けられた光学素子を有し、且つ、前記第１表面の上に像を投影するように構成された光学システムであって、前記ワークピースの第１表面と前記光学素子との間にギャップが存在し、そのギャップは実質的に液浸流体で満たされている光学システムと、
    前記液浸流体を通じて前記ワークピースの第１表面上に光線を放出するように構成されたオートフォーカス光源及び、前記ワークピースの第１表面から反射された前記光線を受光するように構成された受光機を含むオートフォーカスシステムとを備える液浸リソグラフィ装置。
26. さらに前記オートフォーカス光源と前記液浸流体の間に位置付けられた透過性素子を備え、前記透過性素子は光線を前記透過性素子と前記液浸流体の間の界面を通過させるように構成されている請求項２５に記載の装置。
27. 前記透過性素子が、前記透過性素子と前記液浸流体の間の界面で前記光線の屈折を調整するように構成されている請求項２６に記載の装置。
28. 前記界面において前記光線が０度から９０度の範囲で屈折する請求項２７に記載の装置。
29. 前記透過性素子が、ガラス、プラスチック、フッ化カルシウム及び石英ガラスからなる一群から選択される一つの材料から形成されている請求項２６に記載の装置。
30. 前記透過性素子が前記光学素子である請求項２６に記載の装置。
31. 前記透過性素子が前記光学素子に近接して位置付けられている請求項２６に記載の装置。
32. 前記透過性素子が長方形、正方形、楕円形、くさび型及び球形からなる一群から選択される一つの形状である請求項２６に記載の装置。
33. 前記透過性素子と前記光学素子の間に液体が供給される請求項３１に記載の装置。
34. 前記透過性素子と前記光学素子との間の前記空間が減圧にされている請求項３１に記載の装置。
35. さらに、前記透過性素子と前記光学素子との間の前記空間を通じて前記液浸流体を上昇させるための吸引力提供デバイスを備え、外部の空気が前記空間内に入り込むことが防止される請求項３１に記載の装置。
36. さらに、前記透過性素子と前記光学素子との間の前記空間に液体を提供するように構成された液体供給デバイスを備える請求項３１に記載の装置。
37. 請求項２５の液浸リソグラフィ装置で製造される物体。
38. 請求項２５の液浸リソグラフィ装置によって像が形成されたウェハ。
39. 請求項２５の液浸リソグラフィ装置を利用するリソグラフィ法を用いて物体を製造するための方法。
40. 請求項２５の液浸リソグラフィ装置を利用するリソグラフィ法を用いてウェハをパターンニングする方法。

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