(57)【要約】【課題】プロキシミティ露光の解像度を高めることができるリソグラフィ装置を提供すること。【解決手段】実施形態のリソグラフィ装置は、プロキシミティ露光を行えるものであって、表面に感光性樹脂が形成された基板１が載置されるステージ２と、原版３を保持するための保持手段４とを具備する。実施形態のリソグラフィ装置は、さらに、ステージ２に載置された基板１と保持手段４により保持された原版３との間の距離を制御する距離制御手段７と、前記感光性樹脂層と原版３とが非接触の状態となるように、距離制御手段７により前記距離がゼロより大の一定値に制御された状態で、基板１と原版３との間に屈折率が１より大きい液体８を充填する液体充填手段９とを具備する。実施形態のリソグラフィ装置は、液体充填手段９により基板１と原版３との間が前記液体により充填された状態で、原版３を介して基板１上の前記感光性樹脂膜を光で露光するための光源１０を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロキシミティ露光およびインプリント転写を行えるリソグラフィ装置であって、
表面にレジストが形成された基板が載置されるステージと、
原版としてのフォトマスクまたはテンプレートを保持するための保持手段と、
前記ステージに載置された前記基板と前記保持手段により保持された前記原版との間の距離を制御する距離制御手段と、
前記原版が前記フォトマスクの場合、前記レジストはフォトレジストであり、前記フォトレジストと前記フォトマスクとが非接触の状態となるように、前記距離制御手段により前記距離がゼロより大の一定値に制御された状態で、前記基板と前記フォトマスクとの間に純水を充填する液体充填手段と、
前記原版が前記フォトマスクの場合、前記液体充填手段により前記基板と前記フォトマスクとの間が前記純水により充填された状態で、前記フォトマスクを介して前記基板上の前記レジストを光で露光するための光源とを具備してなり、
前記原版がテンプレートの場合、前記レジストは光インプリント用のレジストであり、前記光インプリント用のレジストと前記テンプレートとが接触の状態となるように、前記距離制御手段は前記距離を制御し、前記光源は、光照射により前記光インプリント用のレジストの硬化を行うための光源を兼ねることを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項２】
プロキシミティ露光を行えるリソグラフィ装置であって、
表面に感光性樹脂が形成された基板が載置されるステージと、
原版を保持するための保持手段と、
前記ステージに載置された前記基板と前記保持手段により保持された前記原版との間の距離を制御する距離制御手段と、
前記感光性樹脂層と前記原版とが非接触の状態となるように、前記距離制御手段により前記距離がゼロより大の一定値に制御された状態で、前記基板と前記原版との間に屈折率が１より大きい液体を充填する液体充填手段と、
前記液体充填手段により前記基板と前記原版との間が前記液体により充填された状態で、前記原版を介して前記基板上の前記感光性樹脂膜を光で露光するための光源と
を具備してなることを特徴とするリソグラフィ装置。
【請求項３】
前記原版は、フォトマスクであることを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項４】
前記原版は周期パターンを具備し、前記液体の屈折率をｎ、前記光源の波長をλ、前記一定値をｚとした場合、ｚ≧λ／ｎ2 を満たすことを特徴とする請求項２に記載のリソグラフィ装置。
【請求項５】
さらに、インプリント転写を行えることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【請求項６】
前記距離制御機構は、前記基板上のインプリント用のレジストと前記テンプレートとが接触の状態となるように、前記距離を制御することを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。
【請求項７】
前記インプリント用のレジストは、光インプリント用のレジストであり、前記光源は、光照射により前記光インプリント用のレジストの硬化を行うための光源を兼ねることを特徴とする請求項５または６に記載のリソグラフィ装置。
【請求項８】
前記液体は、純水であることを特徴する請求項２ないし７のいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プロキシミティ露光を行えるリソグラフィ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロキシミティ露光装置は、基板からフォトマスクを数十μｍから数百μｍ離して、基板上のフォトレジストを露光する。その際、フォトマスクと基板との間は真空か気体（例えば空気）である。
【０００３】
プロキシミティ露光で転写可能なパターンの解像最小寸法Ｒmin（解像度）は、露光に用いる光源の波長（光源波長）をλ、フォトマスクと基板との間の距離をｇとすると、
【数１】
2013051292.tif 000003
【０００４】
となることが知られている。
【０００５】
式（１）から、フォトマスクと基板の間の距離を０に近づければ、解像度を高めることができることが分かる。
【０００６】
しかし、プロキシミティ露光の場合、基板上にゴミなどがあると、フォトマスクと基板に傷がつくため、フォトマスクと基板との間の距離を数１００μｍ以下にできないという制約がある。
【０００７】
また、式（１）から、光源波長を小さくすることでも、解像度を高くできることが分かる、
現状では、ＡｒＦエキシマレーザーの光源波長が１９３ｎｍで最も短い。
【０００８】
しかし、現状のプロキシミティ露光装置において、実際に使用されている光源は、安価な高圧水銀ランプで、その波長はｉ線の３６５ｎｍが最も短い。この場合、例えばｇ＝０．１ｍｍとすると、Ｒmin＝６μｍ程度となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−０７３７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、プロキシミティ露光の解像度を高めることができるリソグラフィ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態のリソグラフィ装置は、プロキシミティ露光を行えるリソグラフィ装置であって、表面に感光性樹脂が形成された基板が載置されるステージと、原版を保持するための保持手段とを具備する。実施形態のリソグラフィ装置は、さらに、前記ステージに載置された前記基板と前記保持手段により保持された前記原版との間の距離を制御する距離制御手段と、前記感光性樹脂層と前記原版とが非接触の状態となるように、前記距離制御手段により前記距離がゼロより大の一定値に制御された状態で、前記基板と前記原版との間に屈折率が１より大きい液体を充填する液体充填手段とを具備する。そして、実施形態のリソグラフィ装置は、前記液体充填手段により前記基板と前記原版との間が前記液体により充填された状態で、前記原版を介して前記基板上の前記感光性樹脂膜を光で露光するための光源を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】実施形態のリソグラフィ装置を用いたパターン形成方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】タルボ（Talbot）効果を利用したマスクを説明するための図である。
【図４】第２の実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す概略構成図である。
【００１５】
本実施形態のリソグラフィ装置は、プロキシミティ露光を行えるリソグラフィ装置であって、
表面にフォトレジスト（不図示）が形成された基板１が載置されるステージ２と、
原版３を保持するためのホルダ（保持手段）４と、
ステージ２に載置された基板１とホルダ４により保持された原版３との間の距離を制御するための距離制御機構（距離制御手段）５，６，７と、
上記フォトレジストと前記原版とが非接触の状態となるように、距離制御機構５，６，７により基板１と原版３との間の距離ｇがゼロより大の所定の小さな値（プロキシミティ露光を行うために必要な値、例えば、数十μｍ〜数百μｍの範囲の値）に制御された状態で、基板１と原版３との間を屈折率が１より大きい液体８で充填するために、基板１上に液体８を供給するための液体供給機構（液体供給手段）９と、
液体供給機構９により基板１と原版３との間が液体８により充填された状態で、原版３を介して基板１を光で露光するための光源１０と
を具備している。
【００１６】
基板１は、例えば、半導体基板（ウエハ）を含む。半導体基板上にポリシリコン膜や金属膜等の導電性膜が形成されていても構わない。また、半導体基板上にシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜が形成されていても構わない。また、半導体基板上に導電性膜と絶縁膜とが幾層にも形成されていても構わない。
【００１７】
原版３は、ここでは、フォトマスクとして説明する。原版３は、基板１上に形成するべきデバイスパターンやアライメントマーク等のパターンに対応するパターン（原版パターン）を含む。原版パターンが形成された面（パターン面）１１が基板１と対向するように、原版３はホルダ４に保持される。
【００１８】
ホルダ４は、連結部材５を介して支持部６に連結されている。支持部６は、駆動機構７により、上下に駆動されるようになっている。駆動機構７により支持部６が下に駆動されると、原版３は基板１に近づく。駆動機構７により支持部６が上に駆動されると、原版３は基板１から離れる。駆動機構７は上下方向に関して支持部６の位置を制御できる。すなわち、基板１と原版３との間の距離ｇがゼロより大の一定値に制御された状態となるように、駆動機構７は支持部６の位置を制御できる。
【００１９】
液体８は、例えば、純水（屈折率は約１．４）である。純水よりも屈折率が高い液体としては、有機物質の液体、例えば、屈折率が１．６４であるＨＩＦ−１（商品名）の液体がある。
【００２０】
光源１０は、例えば、高圧水銀ランプ（光源波長３６５ｎｍ）や、ＡｒＦエキシマレーザー（光源波長１９３ｎｍ）である。
【００２１】
基板１と原版３との間を液体８で満たす場合、光源波長が液体８の屈折率の逆数倍になるのと同じ効果が得られる。
【００２２】
したがって、光源１０が高圧水銀ランプ、液体８が純水の場合、式（１）より、
【数２】
2013051292.tif 000004
【００２３】
となる。
【００２４】
ここで、光源１０が高圧水銀ランプの場合、光源波長λは３６５ｎｍであるので、ｇ＝０．１ｍｍとすると、６μｍ程度であった最小の解像力が、５μｍ程度に改善されることになる。
【００２５】
また、光源１０がＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）、液体８がＨＩＦ−１液（屈折率１．６４）の場合において、ｇ＝０．１ｍｍとすると、式（１）より、最小の解像力は約３．４μｍとなる。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、基板１と原版３との間の距離ｇを短くしなくても、プロキシミティ露光の解像度を高めることができるようになる。そして、距離ｇを短くしないで済むことにより、基板１上にゴミなどが存在しても、基板１や原版３を傷つけずに済む。
【００２７】
本実施形態のリソグラフィ装置は、さらに、基板１上の液体８の一部を排出するための液体排出機構（液体排出機構）１２を具備している。液体供給機構９により基板１上に供給された液体８の一部は、液体排出機構（液体排出機構）１２により排出され、これにより、基板１上の液体８の量を略一定にできるとともに、基板１と原版３との間を新鮮な液体８で充填することが可能となる。
【００２８】
なお、１３はリソグラフィ装置の筐体を示している。
【００２９】
図２は、本実施形態のリソグラフィ装置を用いたパターン形成方法を説明するためのフローチャートである。
【００３０】
［ステップＳ１］
スピン塗布装置を用いて基板上にフォトレジストを形成する。スピン塗布装置は、実施形態のリソグラフィ装置とは別の装置である。スピン塗布装置以外の装置を用いてフォトレジストを形成しても構わない。
【００３１】
［ステップＳ２］
スピン塗布装置から実施形態のリソグラフィ装置内に基板を移動させ、図１のステージ２上に基板１を載置する。これは例えば図示しないロボットアーム等を用いて行われる。
【００３２】
［ステップＳ３］
駆動機構７により支持部６を下げ、ホルダ４により保持された原版３と基板１との間の距離ｇがゼロより大の所定の小さな値（プロキシミティ露光を行うために必要な値）に設定し、この状態で、液体供給機構９により基板１上に液体８を供給し、基板１と原版３との間を液体８で充填するとともに、液体排出機構１２により基板１上の液体８の一部を排出する。
【００３３】
［ステップＳ４］
光源１０により原版３を介して基板１上のフォトレジストを光で露光することにより、基板１上のフォトレジストに対して原版３のパターン（マスクパターン）の潜像を形成する。その結果、原版３のパターンが潜像の形でフォトレジストに転写されることになる。この場合の露光は、投影光学系を用いずに、フォトレジストと原版とが非接触の状態で行われる、プロキシミティ露光である。
【００３４】
［ステップＳ５］
実施形態のリソグラフィ装置から現像装置内に基板を移動させ、現像装置内で基板上のフォトレジスト（不図示）を現像し、レジストパターンを形成する。上記現像装置は実施形態のリソグラフィ装置とは別の装置である。
【００３５】
［ステップＳ６］
上記現像装置からエッチング装置内に基板を移動させ、上記レジストパターンをマスクにして基板をエッチングする。その結果、原版パターンに対応するデバイスパターン等が基板に形成される。
【００３６】
例えば、上記レジストパターンの下地（基板の最上層）がポリシリコン膜や金属膜の場合、電極パターンや配線パターンなどが形成される。
【００３７】
また、上記レジストパターンの下地（基板の最上層）が絶縁膜の場合、コンタクトホールパターンやゲート絶縁膜などが形成される。
【００３８】
また、上記レジストパターンの下地が半導体基板の場合、素子分離溝（ＳＴＩ）などが形成される。
【００３９】
かくして本実施形態のリソグラフィ装置によれば、基板と原版との間を液体で充填した状態で、原版を介して基板を光で露光する構成を採用することにより、プロキシミティ露光の解像度を高めることができるようになる。
【００４０】
なお、本実施形態では、原版がフォトマスクの場合について説明したが、タルボ（Talbot）効果を利用したマスクを用いても構わない。図３に示すように、このタイプのマスク２０は、周期パターンを含む。図３には、パターンピッチＰのラインパターン２１で構成されたラインアンドスペースパターンの例が示されている。
【００４１】
マスク２０に光を照射すると、マスク２０からの距離がｚの位置（結像点の位置）にはラインアンドスペースパターンに対応する光強度分布が現れる。この光強度分布は、マスク２０のスペースに対応するところで光振幅が大きく、マスク２０のスペースラインに対応するところで光振幅は略ゼロである。
【００４２】
結像点の位置ｚに上記光強度分布を生じさせるためには、周期パターンから０次光３０、ならびに、１および−１次光３１が発生させることが必要となる。このため、パターンピッチＰは、光源波長をλ、液体の屈折率をｎ、１および−１次光の回折角度をθ１とすると、
ｐ＞λ／（ｎｓｉｎθ１）となる。
【００４３】
θ１は最大で９０度であるから、
ｐ＞λ／ｎ                                （２）
となる。
【００４４】
空気中では屈折率はほぼ１であるから、光源波長よりも小さいピッチのパターンの形成は不可能であるが、本実施形態のように、１より大の屈折率を有する液体で基板と原版との間を充填すれば、屈折率に逆比例して最小のピッチは小さくなる。
【００４５】
例えば、光源１０がＡｒＦエキシマレーザー（光源波長１９３ｎｍ）、液体８が屈折率１．６４のＨＩＦ−１とすると、解像可能な最小ピッチは約１１８ｎｍであり、ライン幅とスペース幅との比が１対１のラインアンドスペースパターンであるとすると、幅５９ｎｍ（＝１１８ｎｍ／２）のラインパターンを形成することが可能となる。
【００４６】
また、結像点の位置ｚはマスク２０に最も近い位置でタルボ周期の１／２の位置となるので、
ｚ＝（１／２）・（２ｐ2 ／λ）              （３）
（２）式、（３）式から
ｚ≧λ／ｎ2 となる。                      （４）
したがって、（４)式で表される距離だけマスクと基板とは離れている必要がある（ｇ≧ｚ）。タルボ効果を用いたマスクの距離ｇの下限はｚであるが、上限はプロキシミティ露光を行えるのであれば特に限定はないが、例えば、上限は１０ｚである（ｚ≦ｇ≦１０ｚ）。
【００４７】
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係るリソグラフィ装置を模式的に示す概略構成図である。
【００４８】
なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００４９】
本実施形態のリソグラフィ装置が第１の実施形態のリソグラフィ装置と異なる点は、さらに、インプリント転写を行えることにある。
【００５０】
インプリント転写を行う場合、図４に示すように、原版３はテンプレートである。テンプレート上には液状の光インプリント用のレジスト４０が滴下されている。レジスト４０の滴下は、例えば、実施形態のリソグラフィ装置とは別の装置（インクジョット方式でレジスト４０を滴下する装置）で行われる。
【００５１】
駆動機構７’は、第１の実施形態の駆動機構７の機能と、レジスト４０に原版３（テンプレート）を接触させるための機構とを有する。
【００５２】
光源１０は、光硬化性樹脂を露光するための光源と、レジスト４０を硬化するための光源とを兼ねる。
【００５３】
プロキシミティ露光（光露光）は比較的大きなパターンを形成するのに適しており、インプリント転写（インプリントプロセス）は比較的小さなパターンを形成するのに適している。従来はそれぞれ別の装置を用いていたが、本実施形態では、プロキシミティ露光とインプリント転写とを同じ装置により行うことができるので、生産性の向上ならびに装置コストの削減化を図れるようになる。インプリント転写を行う際には、液体供給機構９および液体排出機構１２は使用されない。
【００５４】
また、第１の実施形態のリソグラフィ装置にインプリント装置としての機能を持たせるために必要な主たる変更点は駆動機構７’であるため、本実施形態のリソグラフィ装置は容易に実現でき、また、本実施形態のリソグラフィ装置による得られる効果（生産性の向上、装置コストの削減）も大きい。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１…基板、２…ステージ、３…原版、４…ホルダ（保持手段）、５…連結部材（距離制御手段）、６…支持部（距離制御手段）、７…駆動機構（（距離制御手段））、８…液体、９…液体供給機構（液体供給手段）、１０…光源、１１…パターン面、１２…液体排出機構（液体排出機構）、１３…筐体、２０…マスク（原版）、２１…ラインパターン、３０…０次光、３１…１および−１次光、４０…インプリント用のレジスト、Ｐ…パターンピッチ、ｚ…結像点の位置。
【図１】
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【図２】
2013051292.tif 000006
【図３】
2013051292.tif 000007
【図４】
2013051292.tif 000008