JP2006019742A - 液浸リソグラフィの方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、一方では液による基板の不十分な液浸のために気泡が形成し、他方では液が漏出したり、液体が蒸発するという二律背反性に許容範囲を新たに提供することである。さらに、本発明は乾燥による残留物形成のリスクを軽減することである。
【解決手段】 液浸リソグラフィの方法および装置が説明されている。この方法は、液浸露光ヘッドアセンブリの下の半導体基板の位置決めをするステップ、基板と液浸露光ヘッドアセンブリとの間に浸液を提供するステップおよび浸液と基板との接触領域の境界線に沿って、界面活性のガス状の物質を供給するステップを含む。浸液は基板の少なくとも一領域に接する。少なくとも部分的に浸液と混ぜられたとき、浸液よりも低い表面張力をもつ混合物が形成されるように、界面活性のガス状の物質が選択されるので、境界線から接触領域へ浸液を引っ張る表面張力勾配をつくる。
【選択図】図１

Description

本発明は液浸リソグラフィの方法に関し、さらに本発明にかかる方法を実行するのに適した装置に関する。

光リソグラフィは、光を使用してシリコンウェハ上にパターンを移す半導体処理技術である。しかし、光リソグラフィは、デバイスが小さくなるにつれて、縮小したパターンサイズ要求を満たせない。標準的な光リソグラフィ方法には小さすぎるパターンを移すために、現在、液浸リソグラフィが使用されている。液浸リソグラフィでは、フォトレジスト層に覆われた半導体基板上へ、パターンが投射されるけれども、レンズとフォトレジスト層の間の空間は浸液（例えば超純水）で満たされている。

典型的な構成では、図１に示されているように、浸液が液浸露光ヘッドアセンブリの片側から供給され、液浸露光ヘッドアセンブリのもう片側から排出される（Ａｒｃｈ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ２００３ でＢ．Ｊ．Ｌｉｎにより示された）。典型的に、半導体回路基板は、液浸露光ヘッドアセンブリに相対的に移動でき、浸液層は処理中の区域に維持され、閉じこめられたままである。

液浸リソグラフィの重大な形態の１つは、フォトレジストと基板との間の接触面における気泡の形成である。気泡は、光線を局所的に曲げるので、弊害をもたらすことが分かっている。気泡の形成を抑えるために、液の（溶解した）ガス成分は低く保たれる必要がある。

気泡の形成を最小にするもう１つのアプローチは、フォトレジスト層の最上部の流動体の接触角を減らすことである。別の言い方をすれば、浸液によるフォトレジストの液浸を改善することである。より親液性（すなわち、小さな接触角をもつ液体）の上面をもつフォトレジスト層を使用することにより実行される。しかし、このアプローチでは、処理中の区域に液体を閉じこめることをより困難にする。結果として、液浸露光ヘッドアセンブリと基板との間の区域から望まない漏出が発生しうる。処理領域の後に残されたそのような液体は、典型的には次に蒸発し、それも好ましくない。ウェハー洗浄の分野では（過度の蒸発を含む）不適切なウェハー乾燥は、典型的には、特有の残留物を残すことにつながることもあり、ドライングマーク（ｄｒｙｉｎｇ ｍａｒｋ）またはウオータマークと呼ばれる。

本発明は、一方では液による基板の不十分な液浸のために気泡が形成し、他方では液が漏出したり、液体が蒸発するという二律背反性に許容範囲を新たに提供することである。さらに、本発明は乾燥による残留物形成のリスクを軽減することである。

本発明の第１の形態では、液浸リソグラフィの方法を開示する。この方法は、液浸露光ヘッドアセンブリの下の半導体基板の位置決めをするステップ、基板と液浸露光ヘッドアセンブリとの間に浸液を提供するステップおよび浸液と基板との接触領域の境界線に沿って、界面活性のガス状の物質を供給するステップを含む。浸液は基板の少なくとも一領域に接する。

浸液は、本質的に水である。少なくとも部分的に浸液と混ぜられたとき、浸液よりも低い表面張力をもつ混合物が形成されるように、界面活性のガス状の物質が選択される。混合物は、境界線から接触領域へ浸液を引っ張る表面張力勾配をつくる。

界面活性のガス状の物質および界面活性のガス状の物質の濃度は、フォトレジストと相性がいいように選択される。１つの例では、界面活性のガス状の物質はイソプロピル・アルコール（ＩＰＡ）、ブタノール、エタノール、ヘキサノール、またはそれらと同等な物質を含む。もう１つの例では、界面活性のガス状の物質がＩＰＡ蒸気を含む。さらにもう１つの例では、界面活性のガス状の物質がＩＰＡ蒸気および浸液の蒸気を含む。好ましくは、界面活性のガス状の物質が、ＩＰＡとＮ₂の蒸気の混合物を含む。

本発明の第２の形態では、液浸リソグラフィの装置を開示する。この装置は、基板を保持する手段、液浸露光ヘッドアセンブリ、基板と液浸露光ヘッドアセンブリとの間に浸液を供給する手段、界面活性のガス状の物質を供給する手段を含む。界面活性のガス状の物質を供給する手段は、浸液と基板との接触領域の境界線に、界面活性のガス状の物質を提供し、供給により、表面張力勾配がつくられて、境界線から接触領域へ浸液を引っ張る。

界面活性のガス状の物質を供給する手段は、接触領域の周辺に沿って、異なる区域へ界面活性のガス状の混合物を供給する。各区域において、浸液の閉じこめが別々に最適化できる。１つの例として、相対的な速度ベクトル（Ｖ_rel）に関しての境界線の局所方向により、異なる区域が選択される。可能な分割は３つの異なる種類の区域である（図７参照）。

異なる区域を説明するために、局所法線ベクトルは、接触領域の外側を指す境界線に局所的に垂直なベクトルとして定義される。１）相対速度が、境界線の局所接線に対して実質的に平行な側部；２）相対速度ベクトルが、局所法線ベクトルに対して実質的に平行であって、実質的に同じ方向を指す進行部；３）相対速度ベクトルが、局所法線ベクトルに対して実質的に平行であって、実質的に反対の方向を指す後退部；の３種類の区域がある。

他の形態および効果と同様にこれらも、添付の図の適切な場所を参照して以下の発明を実施するための最良の形態を読むことにより当業者にとって明らかとなる。この課題を解決するための手段は単に例に過ぎず、請求の範囲に記載の発明の範囲を制限することを意図するものではない。

以下、添付の図を参照して発明の実施の形態を説明する。

本発明の方法および装置は、図２を参照して示される。処理されるフォトレジストをもつ半導体基板１（以下では基板と呼ぶ）が取り付けられている。基板１は、実質的にその表面に対して平行な平面上を、速度Ｖ_substrateで移動可能である。

液浸露光ヘッドアセンブリ２は、処理される基板の表面に対向している。液浸露光ヘッドアセンブリ２は、基板１の表面に対して平行な平面を速度Ｖ_assemblyで移動可能である。したがって、液浸露光ヘッドアセンブリ２に対する基板１の相対速度はＶ_rel＝Ｖ_substrate−Ｖ_assemblyである。多くの場合、液浸露光ヘッドアセンブリ２は、静止して取り付けられている。液浸露光ヘッドアセンブリ２が静止しているとき、Ｖ_assemblyは０に等しい。一般的に、Ｖ_relは０に等しくないけれども、ある時間間隔では、Ｖ_relは一時的に０に等しくなりうる。

浸液３は、液浸露光ヘッドアセンブリ２および基板１の間に存在する。間隔５が基板１の表面と液浸露光ヘッドアセンブリ２の最下部との間に存在する。典型的に、間隔５は、数百マイクロメートルから数ミリメートルのオーダーである。間隔５は浸液の閉じ込めを助ける。

界面活性のガス状の物質４は間隔５の隣に存在する。界面活性のガス状の物質は、液体と混ぜられたとき、元の液体よりも低い表面張力を持つ混合物を生成する。界面活性のガス状の物質４は、液体と混和でき、液体と混ぜられたときに元の液体の表面張力より低い表面張力をもつ混合物を生成する気化した物質を含んでもよい。

気化した物質は、成分、合成物、成分の混合物または蒸気の細かく分散した液滴の噴霧として定義される。蒸気は、成分、合成物または成分の混合物の特定の気相の発生として定義される。蒸気は、成分の固相または液相と１つの環境に共存する気相である。

界面活性のガス状の物質４は、液体と混和でき、液体と混ぜられたとき、元の液体の表面張力より低い表面張力をもつ混合物を生成するガスを含む。界面活性のガス状の物質４は、気化した物質およびガス、特に、ヘリウム、アルゴン、窒素などの不活性ガスの混合物を含んでも良い。混合物は、少なくとも部分的には液体と混和でき、液体と混ぜられたとき、元の液体の表面張力より低い表面張力を持つ混合物を生成する。

界面活性のガス状の物質４が存在すると、浸液３と基板１との接触領域の境界線に沿って、３相領域６（すなわち、固体物質、浸液、およびガス状の物質）を生成し、液相の表面の表面張力勾配となる。この表面張力勾配により浸液３をより閉じこめる。さらに、境界線の後退部分の表面に残された液体の量は、特により液親性を持つ表面の場合、減少する。

界面活性のガス状の物質４は、界面活性のガス状の物質４が表面張力を減らせるように選択される。以下の特性
浸液３と混ぜられることによる十分な表面張力の減少；
浸液３の十分な溶解性；
基板１（典型的にはフォトレジスト）と相性がよい；および
浸液３の光学的要求と相性がよい、すなわち、使用される界面活性のガス状の物質４の濃度が、屈折率の変化により、リソグラフ印刷処理を妨げない
は、界面活性のガス状の物質４を選択するために使用される。

本発明により、界面活性のガス状の物質は、接触領域の境界線に存在できる。しかし、界面活性のガス状の物質４を３相領域６に向けられたガス流とともに供給すると、閉じこめおよび乾燥機能をさらに改善することが分かっている。これは、３相領域６に向けて噴射する供給部により、界面活性のガス状の物質４を分配することにより得られる。これは、３相領域６に向けられ、図３に示されているように液浸露光ヘッドアセンブリ２の周りに取り付けられた同心円のノズルまたは狭い細長い孔の形状の噴出口をもつノズル７を使用することにより得られる。細長い孔の形状のノズル７に隣接して、排出チャネル（図示されていない）が、余分な界面活性のガス状の物質４を排出するために、取り付け可能である。

本発明にかかる方法および装置では、ガス状の物質は、接触領域の境界に沿って、異なる区域に別々に供給されても良い。各区域で、浸液の閉じこめは、各区域の別々のノズルを使用して、別々に最適化されても良い。ガス状の物質の流速および／または接触領域の境界線に向けられたノズルの位置は各区域で最適化されても良い。１つの例として、相対速度ベクトル（Ｖ_rel）に関する境界線の局所方向に応じて異なる区域が選択される。３つの異なる種類の区域に分割可能である（図７）。これを説明するために、局所法線ベクトルを、接触領域の外側を指し、境界線に局所的に垂直なベクトルとして定義する。これらの３つの種類の区域は、１）相対速度が、境界線の局所接線に対して実質的に平行な側部；２）相対速度ベクトルが、局所法線ベクトルに対して実質的に平行であって、実質的に同じ方向を指す進行部；３）相対速度ベクトルが、局所法線ベクトルに対して実質的に平行であって、実質的に反対の方向を指す後退部；である。

浸液３は、図４に示されているように、供給部８から供給し、他の側部９から排出してもよい。浸液３は、図６に示されているように、新しいのを使用して、使用済み液収集システム１１の中へ排出しても良い。代わりに、浸液３は、図５に示されているように、再循環装置１０を通って再使用されても良い。浸液３は、必要ならば、この再循環装置１０の中で（再生、浄化、ろ過、脱気等の）処理をされても良い。再循環が選択されると、浸液３の寿命は、浸液３の中の溶解した界面活性のガス状の物質の蓄積（負荷）により決定されても良い。ある限界の濃度を超えると、浸液３はもう使用に適さず、補充する必要がある。

界面活性のガス状の物質４および界面活性のガス状の物質４の濃度は、フォトレジストと相性がいいように選択され、最適化される。１つの例として、高濃度のイソプロピル・アルコール（ＩＰＡ）は、ある種のフォトレジストに部分的に溶解することが知られている。典型的に、浸液３は実質的には水であっても良い。その場合、界面活性のガス状の物質４は、ＩＰＡ、ブタノール、エタノール、ヘキサノール、またはそれと同等なもの、またはそれらの混合物を含むグループの１つを含んでも良い。

好ましくは、浸液３は実質的には水であるけれども、界面活性のガス状の物質４は、ＩＰＡの蒸気と浸液の蒸気との混合物またはＩＰＡの蒸気とＮ₂の蒸気との混合物である。ＩＰＡの蒸気は、液体のＩＰＡをＮ₂で泡立てることにより生成でき、ＩＰＡの蒸気とＮ₂の蒸気との混合物を得る。界面活性のガス状の物質４の噴霧は、界面活性のガス状の物質４の液相を高周波数（例えば１ＭＨｚ）の音響振動にさらすことにより生成可能である。

界面活性のガス状の物質４の流速が速くなるにつれ、液浸露光ヘッドアセンブリ２に対する基板１の最大移動相対速度が速くなる。例えば、ＩＰＡの飽和したＮ₂の流れが、３相領域のセンチメートル長あたり０．５ＳＬＭ（標準リットル／分）の速度で、液体のＩＰＡをＮ₂で泡立てることにより生成されると、液浸露光ヘッドアセンブリ２と基板１との間の最大相対速度は約８ｍｍ／ｓである。

蒸発により乾燥できる残された液体の量が減少し、ウオータマーク形成のリスクを著しく減少させるさらなる効果がある。液浸リソグラフィの後には基板１をさらに乾燥させる必要はない。さらに、完全な閉じこめシステムの必要なしに、液浸露光ヘッドアセンブリ２と基板１との間に浸液３が閉じこめられるので、液浸リソグラフィ装置内に、親水性でない装置部品をもつことも可能である。

ＩＰＡ支援の液浸走査の実現可能性は親水性のＳｉ表面上で、ＡＳＭＬ１１５０ｉシャワーヘッドを使用して実施される。図８では、シャワーヘッドが１２５ｍｍ／ｓの速度で左から右へ移動する。ＩＰＡは、浸液とウェハー表面との接触領域の境界線に沿って提供されない。移動の後、浸液８００の平行線がウェハー表面に残る。

図９では、また、シャワーヘッドが、１２５ｍｍ／ｓの走査速度で左から右に移動する。ＩＰＡは接触領域の境界線に沿って、同心円の小さなノズルにより提供される。実質的に浸液はウェハーの表面に残らない。

示した実施の形態は例に過ぎず、本発明の範囲を制限するものではない。請求の範囲は、その趣旨で明言しない限り説明された順序または成分を限定するものではない。したがって、請求の範囲内にあるすべての実施の形態およびその均等物は発明として権利化されるべきである。

一例による液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例による液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例によるノズルを使用した界面活性のガス状の物質の方向付けを示す液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例による液貫通接続供給を示す液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例による液再循環ユニットを示す液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例によるシングルパス液供給システムを示す液浸リソグラフィに使用される装置の断面ブロック図 一例による界面活性のガス状の物質が供給される３つの異なる領域を示す図 一例によるテスト構成の写真 もう一例によるテスト構成の写真

符号の説明

１ フォトレジストをもつ半導体基板
２ 液浸露光ヘッドアセンブリ
３ 浸液
４ 界面活性のガス状の物質
５ 間隔
６ ３相領域
７ 狭い細長い孔の形状の噴出口をもつノズル
８ 供給部
９ 他の側部
１０ 再循環装置
１１ 使用済み液収集システム

Claims (25)

1. 液浸リソグラフィの方法であって、
   液浸露光ヘッドアセンブリの下の基板の位置決めをするステップ；
   上記基板と上記液浸露光ヘッドアセンブリとの間に浸液を提供し、上記浸液は上記基板の少なくとも一領域と接するステップ；および
   上記浸液と上記基板との上記接触領域の境界線に沿って、界面活性のガス状の物質を供給するステップを組み合わせて含み、少なくとも部分的に上記浸液と混ぜられ、上記浸液よりも低い表面張力を持つ混合物を形成し、上記境界線から上記接触領域へ浸液を引っ張る表面張力勾配を形成することを特徴とする方法。
2. 上記界面活性のガス状の物質および上記界面活性のガス状の物質の濃度がフォトレジストと相性がいいように選択される請求項１に記載の方法。
3. 上記界面活性のガス状の物質が、イソプロピル・アルコール（ＩＰＡ）、ブタノール、エタノール、ヘキサノール、または同等物、またはそれらの混合物を含むグループの１つを含む請求項１に記載の方法。
4. 上記界面活性のガス状の物質が、ＩＰＡの蒸気を含む請求項１に記載の方法。
5. 上記界面活性のガス状の物質が、ＩＰＡの蒸気および浸液の蒸気を含む請求項１に記載の方法。
6. 上記界面活性のガス状の物質が、不活性ガスをさらに含む請求項３に記載の方法。
7. 上記界面活性のガス状の物質が、ＩＰＡおよびＮ₂の蒸気の混合物を含む請求項１に記載の方法。
8. 上記界面活性のガス状の物質が、上記接触領域の上記境界線に沿って異なる区域に供給される請求項１に記載の方法。
9. 上記浸液の閉じ込めが、上記異なる区域の各々で別々に最適化された請求項８に記載の方法。
10. 上記異なる区域が、相対速度ベクトルに対する上記境界線の局所方向により選択される請求項８に記載の方法。
11. 上記異なる区域が側部、進行部、および後退部に分割される請求項８に記載の方法。
12. 上記界面活性のガス状の物質を供給する上記ステップが、上記接触領域の上記境界線に向いた噴射を提供するステップを含む請求項１に記載の方法。
13. 上記界面活性のガス状の物質が、上記接触領域の上記境界線に向き、上記液浸露光ヘッドアセンブリの周りに取り付けられた細長い孔の形状の噴出口により供給される請求項１に記載の方法。
14. 上記浸液を供給する上記ステップが、上記液浸露光ヘッドアセンブリの片側で上記浸液を供給するステップおよび上記液浸露光ヘッドアセンブリのもう１つの側で上記浸液を排出するステップを含む請求項１に記載の方法。
15. 上記浸液を再循環させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
16. 上記浸液を処理するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
17. 液浸リソグラフィの装置であって、
    基板を保持する手段；
    液浸露光ヘッドアセンブリ；
    上記基板と上記液浸露光ヘッドアセンブリとの間に浸液を供給する手段；および
    上記浸液と上記基板との接触領域の境界線に沿って、界面活性のガス状の物質を供給する手段を組み合わせて備え、表面張力勾配がつくられて、上記境界線から上記接触領域へ上記浸液を引っ張ることを特徴とする装置。
18. 上記界面活性のガス状の物質を供給する上記手段が、上記接触領域の上記境界線に沿って異なる区域に分離される請求項１７に記載の装置。
19. 上記界面活性のガス状の物質を供給する上記手段が、上記異なる区域の各々の中への上記浸液の閉じこめを別々に最適化するのに適した請求項１８に記載の装置。
20. 上記異なる区域が、相対速度ベクトルに対する上記境界線の局所方向により選択される請求項１８に記載の方法。
21. 上記異なる区域が、側部、進行部および後退部に分割される請求項１８に記載の装置。
22. 上記界面活性のガス状の物質を供給する上記手段が、上記接触領域の上記境界線に向いた噴射を提供する装置を備える請求項１７に記載の装置。
23. 界面活性のガス状の物質を供給する上記手段が、上記接触領域の上記境界線に向き、上記液浸露光ヘッドアセンブリの周りに取り付けられた細長い孔の形状の噴出口をもつノズルを備える請求項１７に記載の装置。
24. 上記浸液を供給する上記手段が、上記液浸露光ヘッドアセンブリの片側で上記浸液を供給し、上記液浸露光ヘッドアセンブリのもう１つの側で上記浸液を排出するために配置された請求項１７に記載の装置。
25. 上記浸液を処理するために配置された再循環装置をさらに備える請求項１７に記載の装置。

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