JP2006059860A - 液浸露光装置とその方法、および、半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一回のショットによる液浸露光のエリアに隣接する次回露光エリアで高精度なレベリング計測を可能とする。
【解決手段】液浸露光では、レチクルからの投影像を、投影光学系と基板２０上の感光面２０Ａとの間に液体４０を保持した状態で感光面２０Ａに転写する。この液浸露光を感光面２０Ａ内で露光エリアを順次変えながら繰り返す際に、投影光学系５Ｂの基板対向面内５Ａの一部に対し液体４０を保持する液体保持手枠体３０を有する。これによって、感光面内２０Ａの液体４０に接触する箇所に一つの露光エリアＥＡｘを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアＥＡｘ＋１の少なくとも一部が液体４０と非接触となることから、空気中での先読みレベリングが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、いわゆる液浸露光(Immersion Lithography)を基板上の感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す液浸露光装置と、その方法、ならびに、液浸露光を用いてパターン転写を行う半導体デバイスの製造方法に関する。

近年、ＬＳＩの集積度の増大や性能の向上を目的に、回路パターンの微細化が急ピッチで進められている。その結果、ＬＳＩの回路パターンに用いられる線幅の最小寸法がリソグラフィプロセスの解像限界に近づき、深刻なプロセスマージン不足を招いている。

この問題の打開策として液浸露光装置が提案されている。液浸露光は、投影光学系(Projection Optics)の最もウエハ寄りの光学部品とウエハとの間の空間を水で満たすことにより、リソグラフィの解像度を向上させる技術である。リソグラフィの解像度(resolution）Ｒは、よく知られているように以下に示すRayleighの式によって決定される。

［数１］
Ｒ＝ｋ１・（λ／ＮＡ） …（１）

ここで「ｋ１」はプロセスに依存した定数を、「λ」は露光に用いられる光の波長をそれぞれ表す。また、「ＮＡ」は露光装置の投影光学系の開口数を示すパラメータであり、以下の式により定義される。

［数２］
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ …（２）

ここで「θ」は前記投影光学系による像面からレンズを見込む角度を表し、これは投影レンズの大きさに相当する。

従来の露光装置では、レンズの大口径化によって角度θを大きくして開口数ＮＡを上げ、結果的に解像度を向上させる手法がとられてきた。ただし、レンズの大口径化には物理的な限界がある。
現在、最小解像幅が６５ｎｍクラスの量産用投影露光装置としてｓｉｎθ＝０．８５の投影レンズが既に導入され始めており、さらに最小解像幅が４５ｎｍクラスの投影露光装置用にｓｉｎθ＝０．９３の投影レンズの開発が進められている。投影レンズの大口径化はここまでが事実上の限界と言われている。

一方、前記（２）式の「ｎ」は結像空間を満たす媒質の屈折率を表す。
従来の露光装置では、レンズとウエハ間の媒質は空気であったため屈折率ｎは１であった。液浸露光装置では、投影光学系の基板との対向面、すなわち最終レンズあるいは光学プレート（平行平面板等）とウエハとの間に水、あるいは水よりも屈折率ｎの高い液体を満たすことにより、開口数ＮＡを上げ、結果的に解像度を向上させている。

ところで、現在稼動しているステップ移動型の露光装置においては、１ショットの露光でフォトマスク上のパターンが転写される領域は限られており、ウエハが置かれたテーブルを駆動してウエハ上の露光エリアを順次移動しながら露光を繰り返す。このとき最先端の半導体製造プロセスに用いられる露光装置では高精度なフォーカスコントロールが要求される。

高精度なフォーカスコントロールのために、「先読み式」と呼ばれるオートフォーカス機構が一般的に用いられている。
これは、たとえばステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）による露光シーケンスに適したオートフォーカス方法である。ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、スキャニングの向きに対して直交する方向に細長い長方形の照明光スリット（照明視野絞りの開口部）によってレチクルの一部に光が当たり、そのレチクル部分のパターンが投影される。つぎに、レチクルとウエハをスキャンニングの向きと異なる向きにステップ移動し、レチクルの既に投影されたパターンの隣のパターンを投影する。このときウエハがレチクルと逆の向きにステップ移動していることから、当該パターンはウエハ上の既に露光された領域の隣の領域に転写される。スキャンニング露光では、このような動作を繰り返すことによって、通常のステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパ）ではレンズ径の制約を受けて実現できない大面積の露光が可能となる。

先読みオートフォーカスでは、ウエハ上の、あるエリアを露光している最中に、スキャンニングの向きに沿って隣接し次回露光予定のウエハの領域（次回露光エリア）に対し、いわゆるレベリング計測が行われる。レベリング計測では、ウエハの露光エリアの感光面（レジスト層面）が、ジャストフォーカスとなる面（投影光学系による像面）からどの程度、相対位置としてずれているかが調べられる。レベリング計測値は、ウエハを保持しているテーブルの制御にフィードバックされて、その高さおよび傾き(Tilt）が補正された後、次の露光が行われる。テーブル移動では厳密には機械的な精度誤差があることから、ある程度のフォーカスずれが生じるのが普通である。ただし先読みオートフォーカスでは、投影光学系に対するウエハの相対位置が、このように露光ショットごとに常にベストフォーカスに近い状態に調整される結果、全体としてみれば、ウエハの大口径化にともなうフォーカスずれを吸収し、全てのエリアでほぼ最適な露光が達成できる。

図７（Ａ）〜図７（Ｄ）に、先読みオートフォーカスを露光と同時に行う方法の概念図を示す。ここでは、１枚のレチクル上のパターンが６ショットの露光によりウエハ上の感光面に転写される場合を例に、各図においてウエハ上の６つの連続した露光エリアＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４，ＥＡ５およびＥＡ６を示している。

図７（Ａ）に示す最初のステップで、露光開始前の初期段階として、最初の露光エリアＥＡ１に対しレベリング計測を行う。
レベリング計測は複数のスポット光（計測光）を長方形の露光エリア（ここではＥＡ１）の長手方向に、たとえば等間隔に当て、その反射スポット光の規定値からの位置ずれを計測する。その計測値に基づいて、とくにウエハのＺ方向（投影光学系の光軸方向）の位置、露光エリアの長手方向のウエハの傾き等のずれが算出され、それらのずれをキャンセルするようにテーブルをＺ方向に移動し、スキャン方向の軸を中心に回転させ、露光エリアＥＡ１の感光面と投影光学系の像面との相対位置をほぼ一致させる。

つぎの図７（Ｂ）に示すステップで、既にオートフォーカスのための相対位置補正を行った最初の露光エリアＥＡ１が露光される。この露光期間中に、つぎの露光エリアＥＡ２に対して、図７（Ａ）の場合と同様にして先読みオートフォーカス動作、すなわちレベリング計測およびオートフォーカスのための相対位置補正を行う。

以後、同様にして露光と先読みオートフォーカス動作とを、露光エリアを順次スキャン方向に送りながら実行する。図７（Ｃ）は４番目の露光エリアに対する露光と、５番目の露光エリアに対する先読みのためのレベリング計測を実行中の様子を示す。
図７（Ｄ）に示す最終ステップでは、６番目の露光エリアＥＡ６を露光する。このとき先読みオートフォーカス動作は行わない。

液浸露光装置では、図８（Ａ）に例示するように、ウエハ１００の表面の全面、あるいは少なくとも投影光学系の鏡筒（バレル１０１）の下面全体に対応したウエハ１００の表面に液体１０２が供給される。このため、図８（Ｂ）に示すようにレベリング計測対象の次回露光エリアＥＡ５が常に、液体１０２に浸された状態になる。したがって、この液体１０２に浸された状態で次回露光エリアＥＡ５に対し、前述したマルチポイント（多点）のレベリング計測を行う必要がある。

このように液体中でレベリング計測を行おうとすると、液面の揺らぎによってレベリング光の反射角度が変動し、あるいは、反射率が落ちる。このため、レベリンク計測の精度が低下し、これに加え反射スポット光の強度が弱まり、結果としてオートフォーカスの精度が低下するという問題が生じる。また、スポット光により液体が温められことから液体の屈折率が変化し、レベリング計測だけでなく、液浸露光自体へ悪影響がある。

本発明が解決しようとする課題は、一回のショットによる液浸露光のエリアに隣接する次回露光エリアで高精度なレベリング計測を可能とすることである。

本発明に係る液浸露光装置は、光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す液浸露光装置であって、前記感光面内の前記液体に接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持する液体保持手段を有する。
この液浸露光装置において、好適に、前記液体保持手段は、一方の環状枠端面が前記基板対向面に固定され、前記液体を保持する環状枠体を含む。
また、好適に、液浸露光時に前記マスクを照明する光の一部を通過させる照明光スリットを備え、前記液体保持手段は、前記照明光スリットの開口面形状に対応した前記基板対向面の一部に前記液体の保持エリアを限定している。

本発明の液浸露光装置は、好適に、前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを測定し、当該次回露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整する先読みオートフォーカス部をさらに有する。
この場合にさらに好適に、前記先読みオートフォーカス部は、前記露光エリアが前記感光面内を移動する方向と異なる方向から前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所に対し斜めに複数のスポット光を当て、当該次回露光エリアで反射した各スポット光を受光し、当該受光の位置情報から前記投影光学系と前記基板との相対的位置の調整量を求める。

本発明に係る液浸露光方法は、光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す液浸露光方法であって、前記感光面の前記液体と接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持した状態で前記液浸露光を行う。
この液浸露光方法において好適に、前記液浸露光の工程が、前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを前記感光面内の一つの露光エリアで測定し、当該露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整するオートフォーカスステップと、前記測定に用いた露光エリアを前記液体の直下に移動し、前記液浸露光を行う露光ステップとを含み、前記露光ステップの実行中に、前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記測定を行うことによって当該次回露光エリアに対し前記オートフォーカスステップを実行する。

このような構成の液浸露光装置および液浸露光方法によれば、各液浸露光時に、ウエハ上の感光面で露光の対象であるエリア（露光エリア）は、当該露光エリアと投影光学系の基板対向面とに間に液体が満ちた状態となる。ただし、露光エリアに隣接し、次にウエハがステップ移動したときに前面が液体に接触することになる次回露光エリアについては、その少なくとも一部が液体に非接触となり、空気中でのレベリング計測が可能な状態となっている。

液浸露光装置では液体保持手段によって、上記状態が常に、すなわち各露光において保たれる。
液浸露光方法では、いわゆる先読みのオートフォーカス動作と液浸露光とを並列して実行するが、このときも、露光対象のエリア（露光エリア）の全面が液体に接触しているが、隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が液体に非接触となる状態、たとえば空気中でのレベリング計測が可能な状態が、各露光で常に保たれる。

本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、半導体デバイスを半導体基板に形成する際に、光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と前記半導体基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す半導体デバイスの製造方法であって、前記感光面を構成するフォトレジストの、前記半導体基板の素子形成面の最上位への塗布を含む前処理のステップと、前記感光面の前記液体と接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持した状態で前記液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次代えながら繰り返す露光ステップと、露光後のフォトレジストを現像し、形成されたレジストパターンを前記半導体デバイスの形成に利用する後処理のステップとを含む。
この製造方法では好適に、前記液浸露光が、前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを前記感光面内の一つの露光エリアで測定し、当該露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整するオートフォーカスステップと、前記測定に用いた露光エリアを前記液体の直下に移動し、前記液浸露光を行う露光ステップと
を含み、前記露光ステップの実行中に、前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記測定を行うことによって当該次回露光エリアに対し前記オートフォーカスステップを実行する。

この製造方法は、フォトレジストの塗布を含む前処理、露光、現像を含む後処理の各ステップを有すること自体は、通常のフォトリソグラフィと同様である。ただし、露光ステップが、液浸露光をウエハの相対位置をステップ移動しながら繰り返す液浸露光であり、かつ、露光ごとに、これと並列に、いわゆる先読みのオートフォーカス動作を行う。このとき、前述した液浸露光装置や方法と同様、露光対象のエリア（露光エリア）の全面が液体に接触しているが、隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が液体に非接触となる状態、たとえば空気中でのレベリング計測が可能な状態が、各露光で常に保たれる。

本発明に係る液浸露光装置およびその方法によれば、いわゆる先読みオートフォーカスにおけるレベリング計測が空気中等で可能であり、その場合に、その計測精度が高いことによってフォーカス合わせの精度が高くなるという利点がある。
また、本発明に係る半導体デバイスの製造方法によれば、同様に、レベリング計測が空気中等で可能であり、その場合に、その計測精度が高いことによってフォーカス合わせの精度が高くなる。さらに、結果として半導体デバイスへのパターン転写精度（解像度および焦点深度）が高くなり、これが半導体デバイスの特性や歩留まりの向上をもたらすという利点がある。

以下、半導体デバイスの製造に用いる場合を例として、液浸露光装置、液浸露光方法の実施の形態を、図を参照して説明する。

図１に、液浸露光装置の全体構成を示す。また、図２に、ステップ・アンド・スキャン露光におけるレベリング計測のための手段のより詳細な構成図を示す。
図１に示す液浸露光装置１は、露光光源としてのＫｒＦエキシマレーザ光源を内蔵する照明系２と、照明光スリット３Ａを有する照明視野絞り３と、レチクルテーブル４と、投影光学系５と、Ｚテーブル６と、ＸＹテーブル７と、先読みオートフォーカス（ＡＦ）部８と、スキャン部９とを備える。

スキャン部９は、レチクルテーブル４とＸＹテーブル７のＸ方向およびＹ方向の位置を検出する手段、たとえばレーザ干渉計９Ｂと９Ｃを有する。また、スキャン部９は、２つのレーザ干渉計９Ｂと９Ｃの出力（位置検出結果）を基に不図示のアクチュエータあるいはリニアモータ等の駆動手段を制御することによって、レチクルテーブル４およびＸＹテーブル７のＸ方向およびＹ方向の相対的位置を制御するスキャン制御部９Ａを有する。

図１において、レチクルテーブル４に、半導体デバイス製造用のパターンが形成されているレチクル１０が真空吸着等により固定されている。また、Ｚテーブル６に、ウエハ（半導体基板）２０が真空吸着等により固定されている。ウエハ２０の素子形成面には既に幾層かの絶縁膜が形成されているものとし、その最上位にフォトレジスト層２０Ａが塗布されている。

光源からの光（たとえばＫｒＦエキシマレーザ光）は、照明系２内の光学部品（不図示）を通り照明視野絞り３に設けられている開口部、すなわち照明光スリット３Ａにより一部に制限される。そして、照明光スリット３Ａを通った光が、スキャン部９の制御により決められたレチクル１０の所定の範囲を照らし、レチクルからの投影像が投影光学系５に入力される。投影光学系５は鏡筒内に多数の光学部品、たとえば投影レンズや対物レンズ等を収容し、これらの光学部品によって所定の縮小倍率で投影像を縮小し、かつ、ウエハ２０のフォトレジスト層（感光面）２０Ａで当該縮小した投影像を結像させる。

より正確には、このときスキャン部９の制御を受けてウエハ２０の露光対象部分のＺ方向の位置（高さ）およびレチクル１０や投影光学系５に対する水平度等が精密制御されることにより、感光面２０Ａへの投影像の結像が実現される。この制御はレベリングと称され、本例では先読みＡＦ部８により実行される。

先読みＡＦ部８は、オートフォーカス制御部（ＡＦ．ＣＯＮＴ）８Ａとレベリング計測部（ＬＥＶ）８Ｂとを有する。
レベリング計測部８Ｂは、図２に示すように、ブロードバンド照明８１、マルチスリット８２、照射光学部品８３、受光光学部品８４、反射ミラー８５Ａと８５Ｂ、集光光学部品８６およびマルチＡＦ受光位置センサ８７を有する。ブロードバンド照明８１からの計測光から、マルチスリット８２によって所定数のスポット光が生成される。スポット光は、照射光学部品８３により径が絞られ、かつ、相互間の位置が調整されてＺテーブル６上のウエハ２０上の感光面２０Ａに照射される。ここで反射された光（反射スポット光）は、受光光学部品８４で調整後、反射ミラー８５Ａと８５Ｂを通って、集光光学部品８６で再度調整され、マルチＡＦ受光位置センサ８７に入射される。
マルチＡＦ受光位置センサ８７は、入力したスポット光を光電変換し、たとえば二次元で受光強度分布の情報を出力する。このとき検出方向の分布精度を高めるために、マルチスリット８２によってスポット光形状を所定の形状に予め生成することが望ましい。

オートフォーカス制御部８Ａは、所定数のスポット光の二次元の各方向の受光強度分布の信号を入力し、たとえば、そのピーク点検出を行う。オートフォーカス制御部８Ａは、その計測結果がジャストフォーカス時の基準値からどの程度ずれているかを検出し、その結果から、Ｚテーブル６の制御量、すなわちＺ方向の調整量の向きと大きさ、傾き調整量の向きと大きさを算出する。このような機能のオートフォーカス制御部８Ａを、たとえばマイクロコンピュータ、ＣＰＵ等のコンピュータベースの制御手段から構成できる。

なお、スポット光の数とウエハ上の照射点配置は任意であるが、傾きを検出するには最低でも２点必要で、３点から６点以上が望ましい。本発明の実施の形態では、図面の簡略化のためすべて３点の場合を例示しているが、これに限定されない。

図２には、さらに、レチクル上のパターン領域ＰＡとウエハ２０上の露光エリアＥＡとの関係を示している。
スキャン露光では１枚のレチクル上のパターン領域ＰＡを複数回ショットの露光でウエハ２０の感光面に転写する。このときの１ショット露光領域ＰＡｘは、前述した照明光スリット３Ａの開口形状（図１参照）で規定されており、通常ウエハ２０やレチクルの移動方向と直交する方向に長い矩形、たとえば１：３程度以上の縦横比を有する長方形となっている。これは、図１に示す投影光学系５内の投影レンズの径方向を有効利用し、前記式（２）内の角度θの有効利用角度を大きくして解像度を上げるためである。また、これにより、投影レンズの径より対角距離が大きなデバイスブロックの露光が可能となる。

従来のスキャン式液浸露光装置は、投影光学系の最下端の光学部品の基板対向面とウエハ上の感光面との間は全域が純水等の液体で満たされていた。
これに対し、本実施の形態では、液体の供給エリアを照明光スリットで規定される１ショット露光エリアＰＡｘ（図２）を含む必要最低限の領域に限定する。これにより、レベリング計測を行う次回露光エリアを液体が存在しない状態に保つ。

そのための構成として、図１に示すように、投影光学系５の最下端の光学部品（光学プレート５Ｂ）の基板対向面５Ａに、液体保持手段として、たとえば液体保持枠体３０を設けている。
液体保持枠体３０が設けられる光学部品としては、下面が平坦な正レンズ（対物レンズ）であってもよいが、好ましくは本例のように、取り替えやクリーニングが容易な光学プレート（平行平面板等）５Ｂが望ましい。また、液体保持枠体３０は、光学プレートとは別に形成して強固に固定してもよいし、光学プレート５Ｂと同じ材質（たとえば石英ガラス等）で一体形成したものでもよい。

図３（Ａ）は液体保持枠体の一構成例を、光学プレート側から見た平面図である。本例の液体保持枠体３０は、薄い幅の環状枠体からなり、その一方の環状枠端面（図の斜線部）が光学プレートに固定、または一体形成されている。この環状枠体の内側の面積は、図において破線で示す１ショット分の露光エリアＥＡｘを含み、レベリング計測を可能とするためにスキャンの向きに隣接する次回露光エリアＥＡｘ＋１の少なくとも一部を含まない大きさを有する。

図３（Ｂ）に図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、図３（Ｃ）に図３（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図を、それぞれ示す。
どちら断面図においても明らかなように、液体保持枠体３０の内部に液体４０、たとえば純水、その他、純水より屈折率が大きな液を充填している。液体保持枠体３０の高さは、Ｚテーブル６の最大高さ制御時において当該枠体がウエハの感光面２０Ａに接触しないように設定されている。この液体保持枠体３０と感光面２０Ａとの隙間にも液体が満たされ、ウエハ２０のステップ移動時にも、その表面張力により液体４０が外部に洩れることがない。
また、液体は露光により温度上昇し屈折率が変化することがある、あるいは、感光面を常に洗浄に保つ必要がある場合、液体を常にあるいは定期的に循環させることが望ましい。そのための構成としては、とくに図示しないが、光学プレート５Ｂの基板対向面５Ａに沿った管、あるいは、光学プレート５Ｂの内部溝や配管によって液体を循環可能な構成にするとよい。

つぎに、液浸露光および先読みオートフォーカス動作の手順を説明する。
図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に、先読みオートフォーカスを露光と同時に行う方法の概念図を示す。ここでは、１枚のレチクル上のパターンが６ショットの露光によりウエハ上の感光面に転写される場合を例に、各図においてウエハ上の６つの連続した露光エリアＥＡ１，ＥＡ２，ＥＡ３，ＥＡ４，ＥＡ５およびＥＡ６を示している。

図４（Ａ）に示す最初のステップで、露光開始前の初期段階として、最初の露光エリアＥＡ１に対しレベリング計測を行う。
レベリング計測は、図２に示すように、複数のスポット光（計測光）を長方形の露光エリア（ここではＥＡ１）の長手方向に、たとえば等間隔に当て、その反射スポット光の規定値からの位置ずれを、オートフォーカス制御部（ＡＦ．ＣＯＮＴ）８ＡがマルチＡＦ位置検出センサ８７からの受光強度分布の情報から求める。さらにオートフォーカス制御部８Ａは、その位置ずれの計測値に基づいて、とくにウエハのＺ方向（投影光学系５の光軸方向）の位置、露光エリアＥＡ１の長手方向のウエハの傾き等のずれが算出され、それらのずれをキャンセルするようにＺテーブル６をＺ方向に移動し、スキャン方向の軸を中心に回転させ、露光エリアＥＡ１の感光面と投影光学系の像面との相対位置をほぼ一致させる。

つぎの図４（Ｂ）に示すステップで、既にオートフォーカスのための相対位置補正を行った最初の露光エリアＥＡ１が露光される。この露光期間中に、つぎの露光エリアＥＡ２に対して、図４（Ａ）の場合と同様にして先読みオートフォーカス動作、すなわちレベリング計測およびオートフォーカスのための相対位置補正を行う。このとき露光エリアＥＡ１を中心とした領域にしか液体４０が存在しないことから、レベリング計測が空気中で行われる。

以後、同様にして露光と先読みオートフォーカス動作とを、露光エリアを順次スキャン方向に送りながら実行する。図４（Ｃ）は４番目の露光エリアＥＡ４に対する露光と、５番目の露光エリアＥＡ５に対する先読みのためのレベリング計測を実行中の様子を示す。
図４（Ｄ）に示す最終ステップでは、６番目の露光エリアＥＡ６を露光する。このとき先読みオートフォーカス動作は行わない。ただし、６ショット分の露光エリアが隣接している場合は、図４（Ｄ）に示す段階で、その最初の露光エリアのために先読みオートフォーカスを行うようにしてもよい。

図４（Ｂ）以降の何れの場合でも、露光エリアのステップ移動にともなって、露光エリアを覆うが次回露光エリアでレベリング計測を可能とするように液体４０も移動する。
このため、液体４０内の計測光（スポット光）が通ることがなく、計測精度が高く、また、スポット光による液体４０の温度上昇もないため、液浸露光の精度自体も高く維持できるという利点が得られる。

なお、Ｘ方向およびＹ方向に関しては、たとえばレーザ干渉計を用いてレチクルとウエハの相対位置が合うようにフィードバック制御されることから通常、レベリング計測の対象ではない。また、露光エリアＥＡ１の幅方向の回転補正は、その方向に複数のスポット光を当てることにより、あるいは複数の露光エリアにおけるレベリング計測値を行った時点で、その値から割り出して求めるようにしてもよい。

液浸露光を用いて、実際に半導体デバイスを形成した。
微細パターンを形成する膜を半導体基板の最上位に堆積した後、前処理のステップとして、洗浄、プリベーク後に、その表面にフォトレジストを塗布しポストベークを行った。
つぎに、前述した方法で液浸露光のステップを実行し、後処理のステップとして現像、キュア（リンス）および乾燥を行い、異方性ドライエッチングで下地を加工し、レジストを剥離し、洗浄することによって目的とする微細パターンの形成を行った。

このような半導体製造方法を用いると、０．１μｍの凹凸を有する基板上でのリソグラフィ工程において、液浸剤の供給エリアを露光装置のスリット部（２３ｍｍ×８ｍｍ）のみに絞り、レベリング計測は液浸剤が存在しない空気中で行ってオートフォーカスを行うことにより、高精度なＬＳＩパターンを十分に大きな露光マージンで形成することができた。
このＬＳＩでは、上述した液浸露光方法の適用により解像度Ｒが向上し、このときのレベリンス精度の高さから、よりフォーカスが合った露光が可能となった。その結果、解像度Ｒおよび焦点深度（ＤＯＦ）の向上が見られ、プロセスマージンの向上、ひいてはデバイス特性や歩留まりが向上できるという利点が得られた。

最後に、液浸露光と液浸を行わないドライ露光で、同じフォトマスク（レチクル）と同じ性能のスキャナーを用いたデバイスを作製した。
図５および図６に、露光マージンと焦点深度（ＤＯＦ）との関係をグラフに示す。図５が８０ｎｍ幅の孤立ラインの形成時、図６が１２０ｎｍ径のコンタクトホールの形成時のグラフである。

図５の孤立ラインの形成時の条件を、以下に箇条書きで示す。
（１）照明条件：０．７５開口数ＮＡ／０．７５sigma（１／２輪帯照明）、
（２）ラインサイズ：８０ｎｍの孤立ライン、
（３）ＣＤ（短寸法あるいは微小寸法）余裕：±８ｎｍ、
（４）フォトマスクタイプ：ハーフトーン位相シフトマスク（透過率６％）、
（５）フォトレジスト：東京応化製ＴＡｒＦ５０６８（膜厚２２５ｎｍ）、
（６）ＢＡＲＣ：日産ケミカル製ＡＲＣ２８（膜厚３７ｎｍ）、
（７）ＴＡＲＣ：東京応化製ＴＳＰ−３Ａ（膜厚４１ｎｍ）。

図６のコンタクトホール形成時の条件を、以下に箇条書きで示す。
（１）照明条件：０．７５開口数ＮＡ／０．８５sigma（通常照明）、
（２）ホールサイズ：１２０ｎｍ（ピッチ２２０ｎｍ）、
（３）ＣＤ余裕：±１０ｎｍ、
（４）フォトマスクタイプ：ハーフトーン位相シフトマスク（透過率６％）、
（５）フォトレジスト：東京応化製Ｐ７０４７（膜厚３００ｎｍ）、
（６）ＢＡＲＣ：日産ケミカル製ＡＲＣ２８（膜厚３７ｎｍ）、
（７）ＴＡＲＣ：東京応化製ＴＳＰ−３Ａ（膜厚４１ｎｍ）。

図５および図６より、液浸露光により露光マージンが格段に拡大していることが分かる。

以上の実施の形態によれば、液浸型露光装置においても従来の露光装置と遜色のないフォーカス精度が得られるため、安定したパターン形成が可能となる。このため半導体製造プロセスのマージンが広がり製造歩留まりが向上する。また、ＬＳＩの回路パターンを高精度に形成できるため、半導体デバイスの性能が向上する。

本発明の実施の形態に係る液浸露光装置の全体構成を示す図である。 ステップ・アンド・スキャン露光におけるレベリング計測のための手段のより詳細な構成図である。 （Ａ）は本実施の形態での液体保持枠体の一構成例を光学プレート側から見た平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本実施の形態において先読みオートフォーカスを露光と同時に行う方法の概念図である。 ８０ｎｍ幅の孤立ラインの形成時の露光マージンと焦点深度（ＤＯＦ）との関係を示すグラフである。 １２０ｎｍ径のコンタクトホールの形成時の露光マージンと焦点深度（ＤＯＦ）との関係を示すグラフである。 （Ａ）〜（Ｄ）は、従来の先読みオートフォーカスを露光と同時に行う方法の概念図である。 （Ａ）と（Ｂ）は、従来の課題を説明するために用いた、次回露光エリアに対するマルチポイント（３点）での計測時の様子を断面方向と上面から模式的に示す図である。

符号の説明

１…液浸露光装置、２…照明系、３…照明視野絞り、３Ａ…照明光スリット、４…レチクルテーブル、５…投影光学系、５Ａ…基板対向面、５Ｂ…光学プレート、６…Ｚテーブル、７…ＸＹテーブル、８…先読みＡＦ部、８Ａ…オートフォーカス制御部、８Ｂ…レベリング計測部、９…スキャン部、９Ａ…スキャン制御部、９Ｂ，９Ｃ…レーザ干渉計、１０…レチクル、２０…半導体基板、２０Ａ…感光面、３０…液体保持枠体、４０…液体、ＥＡ…露光エリア（次回露光エリア）

Claims (9)

1. 光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す液浸露光装置であって、
   前記感光面内の前記液体に接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持する液体保持手段を有する
   液浸露光装置。
2. 前記液体保持手段は、一方の環状枠端面が前記基板対向面に固定され、前記液体を保持する環状枠体を含む
   請求項１に記載の液浸露光装置。
3. 液浸露光時に前記マスクを照明する光の一部を通過させる照明光スリットを備え、
   前記液体保持手段は、前記照明光スリットの開口面形状に対応した前記基板対向面の一部に前記液体の保持エリアを限定している
   請求項１に記載の液浸露光装置。
4. 前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを測定し、当該次回露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整する先読みオートフォーカス部を
   さらに有する請求項１に記載の液浸露光装置。
5. 前記先読みオートフォーカス部は、前記露光エリアが前記感光面内を移動する方向と異なる方向から前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所に対し斜めに複数のスポット光を当て、当該次回露光エリアで反射した各スポット光を受光し、当該受光の位置情報から前記投影光学系と前記基板との相対的位置の調整量を求める
   請求項４に記載の液浸露光装置。
6. 光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す液浸露光方法であって、
   前記感光面の前記液体と接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持した状態で前記液浸露光を行う
   液浸露光方法。
7. 前記液浸露光の工程が、
   前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを前記感光面内の一つの露光エリアで測定し、当該露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整するオートフォーカスステップと、
   前記測定に用いた露光エリアを前記液体の直下に移動し、前記液浸露光を行う露光ステップと
   を含み、
   前記露光ステップの実行中に、前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記測定を行うことによって当該次回露光エリアに対し前記オートフォーカスステップを実行する
   請求項６に記載の液浸露光方法。
8. 半導体デバイスを半導体基板に形成する際に、光を照射したマスクからの投影像を投影光学系と前記半導体基板上の感光面との間に液体を保持した状態で前記感光面に転写する液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次変えながら繰り返す半導体デバイスの製造方法であって、
   前記感光面を構成するフォトレジストの、前記半導体基板の素子形成面の最上位への塗布を含む前処理のステップと、
   前記感光面の前記液体と接触する箇所に一つの露光エリアを含み、かつ、当該露光エリアに隣接する次回露光エリアの少なくとも一部が前記液体と非接触となるように、前記投影光学系の基板対向面内の一部に対し前記液体を保持した状態で前記液浸露光を、前記感光面内で露光エリアを順次代えながら繰り返す露光ステップと、
   露光後のフォトレジストを現像し、形成されたレジストパターンを前記半導体デバイスの形成に利用する後処理のステップと
   を含む半導体デバイスの製造方法。
9. 前記液浸露光が、
   前記投影光学系と前記基板との相対的位置ずれを前記感光面内の一つの露光エリアで測定し、当該露光エリアで前記投影光学系による像面と前記基板との相対位置を前記測定の結果に基づいて調整するオートフォーカスステップと、
   前記測定に用いた露光エリアを前記液体の直下に移動し、前記液浸露光を行う露光ステップと
   を含み、
   前記露光ステップの実行中に、前記次回露光エリアの前記液体と非接触の箇所で前記測定を行うことによって当該次回露光エリアに対し前記オートフォーカスステップを実行する
   請求項８に記載の半導体デバイスの製造方法。
   

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