(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像レンズ、基板ステージ及び液浸流体保持構造を備える液浸リソグラフィシステムであって、
前記結像レンズは前面部を有し、
前記基板ステージは、前記結像レンズの前記前面部の下方に配置され、
前記液浸流体保持構造は、第１の入口、第２の入口及び第３の入口を含み、前記前面部と前記基板ステージ上にある基板との間の空間を少なくとも部分的に充填する液浸流体を保持し、
前記第１の入口は、前記結像レンズ近くに配置され、真空ポンプシステムに接続され、前記前面部と前記基板との間に液浸流体を供給し、
前記第２の入口は、前記結像レンズ近くに配置され、前記基板上に、アルコール、界面活性剤、ポリマーからなる群から選ばれる一種以上からなる化学液を供給し、
前記第３の入口は、前記結像レンズ近くに配置され、前記基板上に、空気、窒素、酸素からなる群から選ばれる一種以上からなるガスを供給することを特徴とする液浸リソグラフィシステム。
【請求項２】
前記液浸流体保持構造は、前記結像レンズの周囲に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液浸リソグラフィシステム。
【請求項３】
前記真空ポンプシステムは、前記液浸流体に対して脱気を行い、前記液浸流体を脱気した後に、前記第１の入口により前記液浸流体を前記空間へ送ることを特徴とする請求項１に記載の液浸リソグラフィシステム。
【請求項４】
結像レンズ、基板ステージ、液浸流体保持モジュール及び流体入口システムを備える液浸リソグラフィ装置であって、
前記結像レンズは前面部を有し、
前記基板ステージは、前記結像レンズの前記前面部の下方に配置され、
前記液浸流体保持モジュールは、前記結像レンズ近くに配置され、前記前面部と前記基板ステージ上にある基板との間の空間を少なくとも部分的に充填する前記液浸流体を保持し、
前記流体入口システムは、
前記結像レンズ近くに配置され、前記液浸流体を前記前面部と基板の間の空間に供給する第１の入口と、
前記結像レンズ近くに配置され、アルコール、界面活性剤、ポリマーからなる群から選ばれる一種以上からなる化学液を前記基板上に供給する第２の入口と、
前記結像レンズ近くに配置され、空気、窒素、酸素からなる群から選ばれる一種以上からなるガスを前記基板上に供給する第３の入口と
から構成されることを特徴とする液浸リソグラフィ装置。
【請求項５】
前記流体入口システムは、前記液浸流体に対して脱気を行う少なくとも一つのポンプを備えることを特徴とする請求項４に記載の液浸リソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液浸（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）リソグラフィ方法に関し、特に強化された焦点深度（Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ）を有するフォトリソグラフィ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液浸リソグラフィは、一般に投射レンズとレジスト層との間に充填した脱イオン水（ｄｅ―ｉｏｎｉｚｅｄ  ｗａｔｅｒ：ＤＩＷ）により、コートされたフォトレジストを露光してパターンを形成し高い解像度を得る（例えば、特許文献１）。液浸リソグラフィ方法には、フォトレジストコーティング、プリベーク、液浸露光、露光後ベーク、現像及びハードベークなど、様々な工程が含まれる。しかし、従来の液浸リソグラフィ方法は、脱イオン水内に形成されたマイクロバブルが、パターン欠陥、パターン歪み及びその他の問題におけるパターン損失を引き起こすことがあった。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２００１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、イオン水内に形成されるマイクロバブルを減少する液浸リソグラフィ方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の液浸リソグラフィシステムは、前面部を有する結像レンズと、結像レンズの前面部の下方に配置される基板ステージと、前面部と基板ステージの基板との間にある空間を少なくとも部分的に充填する第１の流体を保持する液浸流体保持構造とを含む。液浸流体保持構造は、第１の入口又は第２の入口のうちの少なくとも一つをさらに含む。第１の入口は、結像レンズの近くに配置されて真空ポンプシステムに接続され、第１の入口は空間へ第１の流体を供給する。第２の入口は、結像レンズの近くに配置され、基板に第２の流体を供給する。このシステムにおいて、第２の流体は、空気、窒素、酸素、脱イオン水、アルコール及び界面活性剤からなる群から選ばれる一種以上を含むものであってもよい。液浸流体保持構造は、結像レンズの周囲に配置してもよい。真空ポンプシステムは、第１の流体を脱気し、脱気を行った後に第１の入口により第１の流体を供給するものであってもよい。
【０００６】
本発明は、液浸リソグラフィ装置を提供する。この装置は、前面部を有する結像レンズと、結像レンズの前面部の下方に位置する基板ステージと、結像レンズ近くに配置され、前面部と基板ステージ上の基板との間にある空間を少なくとも部分的に充填する流体を保持する流体保持モジュールと、脱気を行い、表面と基板ステージ上の基板との間にある空間へ流体を送る流体入口システムとを含む。この装置において、流体入口システムは、第１の流体を脱気する少なくとも一つのポンプを含むものであってもよい。このポンプは、１気圧よりも低い圧力を流体へ導入するものであってもよい。流体入口システムは、それぞれ空間へ流体を送ることのできる少なくとも二つの入口を含むものであってもよい。
【０００７】
本発明はさらに液浸フォトリソグラフィ方法を提供する。この方法は、基板上にレジスト層を形成する工程と、レジスト層上に第１の流体層を形成する工程と、結像レンズとレジスト層との間にある空間に第２の流体を充填する工程と、結像レンズへ照射してレジスト層上にリソグラフィ露光を行う工程とを含む。本工程において、第１の流体層は、脱イオン水、界面活性剤、ポリマー、イソプロピルアルコール、酸性流体、塩基性流体及び溶剤からなる群から選ばれる一種以上を含んでもよい。第１の流体層は、ノズルによりレジスト層上に形成される。ノズルは、液浸ヘッドと整合されてもよい。或いは、第１の流体層は、レジストを塗布する前に基板上に形成されてもよい。第２の流体は、脱イオン水、高反射率を有する脱気流体（例えば、Ｈ３ＰＯ４溶液）又は脱気された脱イオン水を含んでもよい。第１の流体層をレジスト層に形成した後、レジスト層は第２の流体に対して１００度よりも小さい接触角を有するものであってもよい。
【０００８】
本発明はさらに液浸フォトリソグラフィ方法を提供する。この方法は、基板上にレジスト層を形成する工程と、照射する際に第１の流体に関する欠陥を減らす予備処理の工程と、基板ステージ上に置かれる基板上に形成する結像レンズとレジスト層との間にある空間に第１の流体を充填し、予備処理を行った後に、結像レンズに照射して基板上にあるレジスト層上へリソグラフィ露光を行う。この予備処理は、第１の流体を脱気する工程、レジスト層上に第２の流体層を形成する工程、レジスト層及び脱イオン水を部分的に露光してレジスト層のリンスを行う工程、又は界面活性剤、酸性流体、塩基性流体、溶剤及び脱イオン水からなる群から選ばれる一種以上によりレジスト層をリンスする工程のうちの少なくとも一工程を含むものであってもよい。
【０００９】
本発明において、第１の流体は脱イオン水を含むものであってもよく、第２の流体層は、脱イオン水、界面活性剤、ポリマー及びイソプロピルアルコールからなる群から選ばれる一種以上を含むものであってもよい。第１の流体の脱気には、少なくとも一つの真空ポンプが使用されてもよい。レジスト層は、予備処理の後に接触角が１００度よりも小さくなるものであってもよい。
【００１０】
本発明はさらに液浸フォトリソグラフィ方法を提供する。この方法は、基板上にレジスト層を形成する工程と、脱イオン水又は高反射率の流体を脱気して供給し、結像レンズと、結像レンズ下方に配置されている基板上に形成されたレジスト層との間に充填し、結像レンズに照射し、レジスト層上にリソグラフィ露光を行う工程とを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液浸リソグラフィ方法及びその装置は、イオン水内に形成されるマイクロバブルを減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態による液浸リソグラフィ方法を基板１１０に行う液浸リソグラフィ装置１００を示す模式図である。基板１１０は、元素半導体、化合物半導体、合金半導体又はそれら材料の組み合わせを有する半導体ウェーハである。半導体ウェーハは、ポリシリコン、金属及び／又は誘電体など、少なくとも一つの材料層がパターニングされる。基板１１０は、その上に形成されるパターニング層１２０をさらに含む。パターニング層は、パターンを形成する露光工程を行うフォトレジスト（レジスト）層でもよい。
【００１３】
液浸リソグラフィ装置１００は、レンズシステム（又は結像レンズシステム）１３０を含む。半導体ウェーハは、レンズシステム１３０の下方にある基板ステージ１６０上に配置される。レンズシステム１３０は、少なくとも一つのレンズ及び／又はその他のレンズの構成要素を有する照明システムを含んだり、その照明システムに整合したりしてもよい。例えば、照明システムは、マイクロレンズアレイ、シャドーマスク及び／又はその他の構造を含む。レンズシステム１３０は、一つのレンズ素子又は複数のレンズ素子を有する対物レンズをさらに含んでもよい。各レンズ素子は、透明基板を含み、複数のコーティング層を含んでもよい。透明基板は、溶融シリカ（ＳｉＯ２）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ２）又はその他適当な材料からなる公知の対物レンズからなってもよい。それぞれのレンズ素子に使用する材料は、リソグラフィ方法で使用される光波長に合わせて選択し、吸収及び散乱を最小にする。
【００１４】
この液浸リソグラフィ装置１００は、水（水溶液又は脱イオン水）又は屈折率（ｎ）が高い流体（ｎは１．４４よりも大きい）などの液浸流体１５０を保持する液浸流体保持モジュール１４０を含む。液浸流体保持モジュール１４０は、レンズシステム１３０の近接（例えば周囲）した箇所に配置され、液浸流体を保持する機能の他にその他の機能を備えるようにしてもよい。液浸流体保持モジュール１４０及びレンズシステム１３０は、液浸ヘッドを構成する。
【００１５】
液浸流体保持モジュール１４０は、各種開口（又はノズル）を含み、液浸流体やその他流体の提供、乾燥用のパージ空気の提供、パージ流体の除去及び／又はその他適当な機能を提供する。
【００１６】
液浸流体保持モジュール１４０は、液浸流体入口とする入口１４１などの開口を含み、レンズシステム１３０と、その上にレジスト層１２０が塗布された基板１１０との間の空間へ液浸流体１５０を送る。液浸流体保持モジュール１４０は、パージ液浸流体及びその他パージ流体を除去する液浸流体入口である開口１４２を含む。脱気システムは、レンズシステム１３０と基板１１０との間の空間を充填する前に、液浸溶液の脱気を行う液浸流体保持モジュール１４０と接続又は整合を行う。図２は、一実施形態による脱気システム２００を示す模式図である。脱気システム２００は、液浸流体を含む少なくとも一つのタンク２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを含む。マスフローコントローラ（Ｍａｓｔｅｒ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ：ＭＦＣ）又はその他適当なバルブを使用する複数のフローコントローラ２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃを用いてタンク２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃを直列に接続する。脱気システム２００は、脱イオン水源などの液浸流体源に接続されたフローコントローラ２２０ｄと、液浸流体入口１４１に接続されたもう一つのフローコントローラ２２０ａとをさらに含んでもよい。各タンクは、それぞれ１気圧よりも小さい圧力を導入することのできる真空ポンプ２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃへさらに接続してもよい。
【００１７】
一実施形態において、液浸流体保持モジュール１４０は、開口１４３、１４４など、少なくとも一つの化学液スプレー開口を含む。各開口１４３、１４４は、化学液源に接続され、フローコントローラにより制御され、関連する化学液をスプレーする。化学液源は、イソプロピルアルコール、界面活性剤及び／又はポリマーなどの化学液を含む。各化学液スプレー開口は、基板ステージ１６０上にある基板１１０のパターニング層１２０、もう一つの表面及び／又はレンズシステム１３０と基板１１０との間にある空間へ関連する化学液を送ってもよい。また、液浸リソグラフィ装置１００は、各化学液スプレー開口を制御し、関連する化学液を単独で、液浸流体と共に、その他の化学液と共に、又はそれらを組み合わせたものを送ってもよい。供給速度及びその他のパラメータは、処理レシピに応じて制御することができる。
【００１８】
液浸流体保持モジュール１４０は、空気、窒素、酸素、アルゴン又はその他適当なガスなどの関連ガスを送り、パージ、乾燥、リンス、スプレー、予備処理及び／又はその他の適当な機能を有するように構成されたそれぞれ気源に接続された少なくとも一つのガス開口を含む。一実施形態において、モジュールは、それぞれ空気及び酸素を送る二つの空気開口１４５、１４６を含む。開口は、性能の最適化のために適当に構成され、図１に示す態様と異なるように構成されてもよい。例えば、開口１４３を開口１４５よりもレンズ近くに配置したり、反対に開口１４５を開口１４３よりもレンズ近くに配置したりしてもよい。液浸リソグラフィ装置１００は、それぞれのガス開口を制御して関連するガスを単独で送ったり、液浸流体、化学液やその他のガス又はそれらを組み合わせたものを送ったりしてもよい。供給速度及びその他のパラメータは、処理レシピに応じて制御してもよい。入口、出口、化学液孔及び気孔などの液浸流体保持モジュール１４０の各種開口は、応用及び使用の必要に応じて適当な態様に構成してもよい。他の実施形態において、それぞれの開口は基板ステージ１６０の部分的か全体的に配置し、整合するように構成してもよい。或いは、各種開口を有する液浸流体保持モジュール１４０は、基板ステージ１６０に整合してもよい。
【００１９】
操作可能な液浸リソグラフィ装置１００の基板ステージ１６０は、レンズシステム１３０に対して基板１１０を移動することができる。例えば、基板ステージ１６０は、ウェハアライメント、歩進及び走査の並進変位及び／又は回転変異を行うことができるようにしてもよい。液浸リソグラフィ装置１００は、化学液リンス、液浸流体を散布する前に流体層のスプレー及び／又は液浸流体の脱気を行うなど、付加的な機能及び／又は改良された露光品質を提供することができる。
【００２０】
液浸リソグラフィ装置１００は、放射源（図示せず）をさらに含む。この放射源は、適当な紫外線源でもよい。例えばこの放射源は、波長が４３６ｎｍ（ｇライン）又は３６５ｎｍ（ｉライン）である水銀ランプ、波長が２４８ｎｍであるフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ、波長が１９３ｎｍであるアルゴンフルオライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ、波長が１５７ｎｍであるフルオライド（Ｆ２）エキシマレーザ、又は所望の波長を有するその他の光源である（例えば約１００ｎｍよりも小さい光源）。
【００２１】
液浸リソグラフィ方法において、フォトマスク（マスク又はレチクルとも称される）はレンズシステム１３０とパターニング層１２０との間に導入されてもよい。マスクは、透明基板及びパターン化された吸収層を含んでもよい。透明基板は、例えばホウケイ酸ガラスやソーダライムガラスなど、欠陥が比較的少ない溶融シリカを用いてもよい。透明基板は、フッ化カルシウム及び／又はその他適当な材料からなってもよい。パターン化された吸収層は、例えばクロム（Ｃｒ）及び酸化鉄からなる金属膜を堆積したり、ＭｏＳｉ、ＺｒＳｉＯ、ＳｉＮ及び／又はＴｉＮからなる無機膜を堆積したりするなど、複数の工程及び複数の材料を用いてパターン化された吸収層を形成してもよい。また光束は、吸収領域に当ると部分的又は完全にブロックされる。吸収層は、パターン化されて光束が吸収されずに透過される少なくとも一つの開口を有する。
【００２２】
図３は、マイクロバブル及びそれにより発生する欠陥を減らすことのできる液浸リソグラフィ方法３００を示す流れ図である。液浸リソグラフィ方法３００は、互いに整合又は接続された液浸リソグラフィ装置１００及び脱気システム２００を用いる。以下、図１から図３と合わせて液浸リソグラフィ方法３００を説明する。
【００２３】
液浸リソグラフィ方法３００は、先ず工程３１０において、半導体ウェーハやその他適当な基板上にレジスト層を形成する。レジスト層は、スピンコーティングなどの正常な塗布方法による形成及び／又は化学気相蒸着など、その他適当な工程により形成することができる。レジスト層は、化学増幅型（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：ＣＡ）レジスト材料などの適当なレジスト材料を含む。その他適当な工程（ソフトベーキングなど）をレジスト塗布を行う前か後に行ってもよい。
【００２４】
液浸リソグラフィ方法３００の予備処理３２０において、液浸露光におけるマイクロバブル及び／又はその他関連する欠陥を減らすために予備処理を行ってもよい。一実施形態において、予備処理３２０は、基板上に塗布されたレジスト層上に流体層を形成する工程３２２を含む。流体層は、液浸リソグラフィ装置１００により形成され、適当な開口によりレジスト層上に流体をスプレーする。この流体材料は、例えば脱イオン水、界面活性剤、ポリマー、イソプロピルアルコール、塩基性流体、酸性流体、溶剤又はそれらの組み合わせを含む。
【００２５】
他の実施形態では、液浸流体を供給する前に、液浸流体（例えば脱イオン水）に対して脱気を行う脱気工程３２４を含んでもよい。脱気は、液浸リソグラフィシステム１００に接続又は整合された脱気システム２００により行う。脱気システム２００は、関連するタンクに約１気圧よりも小さい圧力をそれぞれ提供する直列に接続された少なくとも一つのポンプを含み、液浸流体内にある溶存ガスを効果的に除去する。また図２に示すように、複数のポンプを使用して実質上脱気された液浸流体を提供する。脱気工程は、次の工程と組み合わせて、レンズシステムと基板との間の空間を脱気液浸流体で充填する。
【００２６】
他の実施形態において、予備処理３２０はレジスト予備工程３２６を含む。このレジスト前処理では、部分露光又は界面活性剤と結合した脱イオン水のリンスを用いる。また一選択肢として、レジスト層は一部を露光してから、脱イオン水で所定時間リンスを行ってもよい。さらに他の選択肢として、脱イオン水と界面活性剤とを所定比率で混合した溶液によりレジスト層をリンスしてもよい。この界面活性剤は、処理レシピに応じて界面活性剤源中で脱イオン水と混合してから、開口１４３などの化学液開口により基板のレジスト層上にスプレーしてもよい。界面活性剤は、低濃度で使用する場合、表面張力を大幅に減らすことができる。界面活性剤は、非イオン性、アニオン性、カチオン性又は両性を含む様々な種類を含む。適当な界面活性剤は、レジスト材料と適合性を有し、レジスト層の表面張力を効果的に減らすことができる。また一種類の界面活性剤を使用するか数種類の界面活性剤を組み合わせてリンスすることにより、レジスト層の表面張力を減らす最良の効果を得てもよい。二つの選択肢は、様々な実施形態において択一的に使用したり整合したりしてもよい。
【００２７】
予備処理３２０は、次の工程において液浸流体を充填するとき、マイクロバブルの形成を減らすことができる。予備処理に含まれる工程３２２、３２４、３２６は、最大の効果を得るため、単独で使用したり様々な態様を組み合わせて使用したりしてもよい。例えば、レジスト層は、界面活性剤／脱イオン水でリンスしてから脱気された脱イオン水を充填してもよい。他の実施形態において、流体層がレジスト層上に形成されてから、レンズシステムと基板との間にある空間を脱気された脱イオン水で充填してもよい。そして予備処理を行った後、脱イオン水とレジスト層との間に形成される接触角を約１００度より小さくしてもよい。予備処理に含まれる工程３２２、３２６は、異なるチャンバにおいて行われ、異なる供給構造を使用してもよい。
【００２８】
液浸リソグラフィ方法３００は、工程３３０において、液浸流体をレンズシステム１３０と基板１１０との間にある空間へ充填する。液浸流体は、入口１４１を介して提供される脱イオン水でもよい。液浸流体は、レンズシステム１３０と基板１１０との間にある空間を部分的に充填する。例えば、照射点下にある空間が充填され、充填された液浸流体は照射点に沿って移動する。液浸流体は、脱気工程３２４において脱気される。レジスト層１２０の上面は、脱イオン水、界面活性剤／脱イオン水でリンスしたり、部分的に露光／脱イオン水でリンスしたりしてから液浸流体で充填する。
【００２９】
続いて液浸リソグラフィ方法３００の工程３４０において、レジスト層１２０を露光する。放射源からの放射エネルギーは、レンズシステム、パターニングされたマスク及びレンズシステムと基板との間にある空間を充填する液浸流体を介してレジスト層１２０を照射する。放射源は、例えばフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ（２４８ｎｍ）、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２エキシマレーザ（１５７ｎｍ）などの紫外光源である。ウェーハは、照射線量及び放射源の強度に応じて所定時間放射線で露光を行う。
【００３０】
また、その他の処理工程を液浸リソグラフィ方法３００に整合してもよい。例えば、工程３４０を行った後に、現像工程により露光（又は遮蔽）されたレジスト領域を除去してパターニングされたレジスト層を形成する。レジスト層は、露光と現像との間で行う露光後ベーク（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｉｎｇ：ＰＥＢ）や現像の後に行うハードベークなど、複数のベーキング工程により熱処理を行う。
【００３１】
本発明では好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知するものなら誰でも、本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態による液浸リソグラフィ装置を示す模式図である。
【図２】図１に示す装置に整合された脱気システムを示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態によるマイクロバブルを減らす液浸リソグラフィ方法を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００３３】
１００  液浸リソグラフィ装置
１１０  基板
１２０  パターニング層
１３０  レンズシステム
１４０  液浸流体保持モジュール
１４１  入口
１４２  開口
１４３  開口
１４４  開口
１４５  開口
１４６  開口
１５０  液浸流体
１６０  基板ステージ
２００  脱気システム
２１０ａ  タンク
２１０ｂ  タンク
２１０ｃ  タンク
２２０ａ  フローコントローラ
２２０ｂ  フローコントローラ
２２０ｃ  フローコントローラ
２２０ｄ  フローコントローラ
２３０ａ  真空ポンプ
２３０ｂ  真空ポンプ
２３０ｃ  真空ポンプ
【図１】
0004486945.tif 000002
【図２】
0004486945.tif 000003
【図３】
0004486945.tif 000004