JP2007258638A

JP2007258638A - 液侵露光方法および液侵露光装置

Info

Publication number: JP2007258638A
Application number: JP2006084604A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yoshida; 昌史吉田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-10-04

Abstract

【課題】液侵露光において液侵液へのマイクロバルブ混入を防止して良好な露光特性を得るようにすること。
【解決手段】本発明は、レンズ１０と化学増幅型のレジストとの間に液侵液Ｌを介在させて露光を行う液侵露光方法および液侵露光装置１において、液侵液Ｌとして界面活性剤溶液を用いるものである。ここで、界面活性剤溶液である液侵液Ｌに用いる界面活性剤としては、陽イオン性、陰イオン性、非イオン性、両性の４種のうち選択されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズと基板上のレジストとの間に液侵液を介在させて露光を行う液侵露光方法および液侵露光装置に関し、特に表面にトップコートが施された化学増幅型レジストを用いる場合に好適な液侵露光方法および液侵露光装置に関する。

メモリや論理回路などの半導体素子、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などの撮像素子といった各種デバイスを製造する際に、フォトリソグラフィ技術を用いてマスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等の基板へ転写する縮小投影型露光装置が従来から使用されている。

この露光装置で転写できる最小のパターン寸法（解像度）は、露光光波長に比例し、投影光学系の開口数（NA）に反比例する。すなわち、高解像度を実現するためには露光光波長を短波長化するか、もしくはNAの大きな投影光学系を設計するとよい。

解像力を向上の歴史はまさにこれに倣った形で展開されてきた。露光光の短波長化はg線(436nm)からi線(365nm)、KrF(248nm)、ArF(193nm)へと推移し、今後は次の光源としてF2(157nm)、あるいはEUV(13.5nm)の実現へ向けて開発が進められている。また、これと並行して投影光学系の高NA化も加速的に進み、現在では0.9を超えるNAを有した露光装置が開発され販売へと至っている。

このような微細化の流れを停滞させることなく継続していくひとつの手段として、ArFレーザを用いた液浸露光の適用が注目されている(例えば、特許文献１参照。)。液浸露光とは、投影光学系とウェハ基板の間を液体で充填することにより、更なる高NA化を実現する方法である。

つまり、投影光学系のNAは液体の屈折率をn(n＞1)とすると、NA＝n・sinθであるため、空気の屈折率よりも高い屈折率nの媒質を満たすことにより、NAは「1」を超えるnの領域まで拡張して露光することが可能となる。F2レーザを適用した縮小投影型露光装置にはいくつか解決していない困難な問題があるため、ArFによる液浸がこれに代わる露光方法として有力視されている。これには、半導体製造のために大幅な施設変更をすることなく次世代LSIへの対応が可能であるという、コストメリットも大きな魅力のひとつである。

特開平１０−３０３１１４号公報

このような液浸リソグラフィにおいては、液浸液に純水を用いているが、純水がレジスト膜に染み込む問題や、レジスト膜より酸やクエンチャなどが染み出す問題、マイクロバブルの制御、より高い屈折率の向上課題の問題が発生している。

＜染み込み・染み出し問題＞
染み込み、染み出しの問題は、トップコートプロセスの導入によって対応しようとしているが、従来のトップコートには親水性と疎水性が存在し、疎水性のトップコートでは液侵液の接触角を広くとることができないため、プロセスマージンの低下の原因になってしまう。よって、染み込み問題の根本的な解決には至っていない（トップコートが親水性であれば、純水でも接触角を広くとることができる）。

＜マイクロバブル抑制＞
露光装置のレンズとレジスト膜との間（トップコートを用いる場合は、レンズとトップコートの間）に、液浸液として純水を用いた場合、純水の表面張力によって、レジスト表面（トップコート表面）にマイクロバブルが発生し、それが露光時に影となり、欠陥の原因になることがある。

＜高屈折率＞
液浸液に純水を用いることで、NAを1.44まであげることが可能であるが、露光機のレンズ状態から、実際は1.3ほどである。したがって、それ以上の高屈折率を望むことが困難となっている。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、レンズと基板上のレジストとの間に液侵液を介在させて露光を行う液侵露光方法および液侵露光装置において、液侵液として界面活性剤溶液を用いるものである。

具体的には、液浸型露光装置のレンズと、レジスト膜またはトップコートとの間に用いる液浸液として、界面活性剤溶液を用いてパターン形成を行う。また、露光装置のレンズとレジスト膜との間に使用する界面活性剤溶液濃度は、臨界ミセル濃度以下で調整し、パターン形成するプロセスである。ここで言う界面活性剤とは、陽イオン性、陰イオン性、非イオン性、両性の４種のことである。

＜染み込み・染み出し問題＞
本発明のように、液侵液として界面活性剤溶液を用いることで、トップコートが親水性、疎水性のどちらであっても、接触角を広くとることが可能になる。すなわち、トップコートが親水性の場合、界面活性剤の親水基がトップコートに馴染み、結果的に界面活性剤溶液が馴染むことで、接触角が幅広くとることが可能になる。また、トップコートが疎水性の場合は、界面活性剤の疎水基が馴染み、界面活性剤溶液が疎水物に馴染むことで、接触角が幅広くとることが可能になる。
＜マイクロバブル抑制＞
また、界面活性剤溶液から成る液侵液は、レジストまたはトップコートとの表面張力が純水の場合に比べ小さく、マイクロバブルの発生を抑えることが可能である。
＜高屈折率＞
さらに、液侵液が界面活性剤溶液から成る場合、その濃度によって屈折率を若干変えることができ、濃度が上がるほど屈折率も上がる。

上記本発明のように、液侵露光方法および液侵露光装置で用いる液浸液として界面活性剤溶液を用いることによって、次のような効果を得ることができる。すなわち、疎水性の膜（トップコート）上でも、接触角を幅広くとることが可能となる、マイクロバブルを低減することが可能となる。また、屈折率向上を図ることができ、これれらによって液侵露光の露光特性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る液侵露光装置を説明する模式図である。すなわち、本実施形態に係る液侵露光装置１は、ウェハＷを載置するステージＳと、ステージＳ上のウェハ（基板）Ｗの表面（ウェハＷの表面に塗布されたレジスト）に向けて露光パターンに応じた光を集束させるレンズ１０と、ウェハＷとレンズ１０との間に介在させる液侵液Ｌとを備えている。

この液侵露光装置１では、レンズ１０すなわち投影光学系のNAが、媒質の屈折率をn(n＞1)とした場合にNA＝n・sinθとなることから、空気の屈折率よりも高い屈折率nの媒質（ここでは液侵液Ｌ）で満たすことにより、「1」を超えるnの領域までNAを拡張して露光できるものである。

露光を行うには、レンズ１０とウェハＷとの間に液侵液Ｌを送り込み、レンズ１０から出射される光（例えば、ArFレーザ）を液侵液Ｌを介してウェハＷに到達させる。１ショットの露光が終了したら、ステージＳを移動させて次のショットを実行する。その間、液侵液Ｌは順次供給されるとともに、外部へ飛散しないよう回収される。

このような液侵露光装置１において、本実施形態では液侵液Ｌに界面活性剤溶液を用いる点に特徴がある。ここで、液侵液Ｌに界面活性剤溶液を用いる際のポイントを以下に示す。
＜ポイント＞
（ａ）液浸液に界面活性剤を添加するときは、その濃度と界面活性剤の種類が重要になる。
（ｂ）濃度については、特に臨界ミセル濃度以下の調整を行う。
（ｃ）界面活性剤の濃度次第で、界面活性剤は膜を形成し、露光時に影響を与え、欠陥が発生することや、界面活性剤自体が欠陥になることが考えられる。
（ｄ）界面活性剤の種類については、特に陽イオン性または、非イオン性を重視する。
（ｅ）一般的に用いられるものは、陽イオン性なので必須。他の界面活性剤と混合しても影響がない非イオン性も必須。

ここで、液侵液Ｌに界面活性剤溶液を用いる場合を従来の純水の場合と比較して説明する。図２は、純水の液侵液を用いる場合を説明する模式図である。液侵露光においては、ウェハＷ上に塗布した化学増幅型のレジストＲの表面にトップコートＴが設けられている。これは、レジストＲと液侵液とが直接触れることによってレジストＲ内の酸やクエンチャが液侵液に染み出て正確な露光の妨げになることを防止するためである。特にレジストＲが化学増幅型の場合にはトップコートＴが重要である。このトップコートＴには、親水性のものと疎水性のものとが存在するが、上記酸やクエンチャの染み出しを効果的に防止する観点から、疎水性のトップコートＴが用いられている。

このような疎水性のトップコートＴが設けられたレジストＲに対して液侵露光を行う場合、純水から成る液侵液Ｌ’をレンズ１０とトップコートＴとの間に介在させると、トップコートＴの疎水性と純水の表面張力とによって液侵液Ｌ’の接触角が非常に狭くなる。

この状態でステージによってウェハＷが移動すると、液侵液Ｌ’の中に空気が巻き込まれ、これがマイクロバルブＢとして液侵液Ｌ’内に残存することになる。マイクロバルブＢが液侵液Ｌ’の中に残存すると露光時の影となってパターン欠陥の原因となる。

一方、図３は、本実施形態である界面活性剤溶液の液侵液を用いる場合を説明する模式図である。先と同様に、疎水性のトップコートＴが施されたレジストＲに対して液侵露光を行うにあたり、レンズ１０とトップコートＴとの間に介在させる液侵液Ｌとして界面活性剤溶液を用いると、親水性と疎水性との両方に親しむことができるため、トップコートＴとの接触角を広くとることができる。

このため、トップコートＴと界面活性剤溶液から成る液侵液Ｌとの間にできる表面張力が少なくなり、ステージによってウェハＷが移動した場合でも空気の巻き込みがなくなってマイクロバルブＢの発生を抑制できる。つまり、マイクロバルブＢの発生原因は、液侵液Ｌの表面張力に起因するため、界面活性剤溶液によって表面張力が低下していることによってマイクロバルブＢの発生を効果的に抑制できる。

なお、ここではトップコートＴが疎水性のものを用いる場合を例としてが、トップコートＴが親水性、疎水性のどちらであっても、接触角を広くとることが可能になる。

また、液侵液Ｌに有機物である界面活性剤を加えることで、純水の場合と比べて微小ではあるが屈折率が上昇する。この屈折率の上昇は、界面活性剤の濃度が高いほど大きくなるが、本実施形態では臨界ミセル濃度以下に設定している。これは、臨界ミセル濃度より高い濃度となると、界面活性剤の集合体（ミセル）が界面に集まる、またはミセルが浮遊物となって発生するため、露光に支障をきたす恐れがあるためである。

また、液侵液Ｌの表面張力は界面活性剤の濃度が高まるにつれて低下していき、臨界ミセル濃度を超えるとそれ以降は一定となる。臨界ミセル濃度を超えると上記のようなミセルの発生による露光への影響が生じるため、臨界ミセル濃度以下、好ましくは臨界ミセル濃度もしくはそれより僅かに薄い濃度に設定すれば、露光に影響の出ない範囲で最も表面張力を小さくできるようになる。

本実施形態で適用する界面活性剤としては、陽イオン性界面活性剤（アミン型塩と第４級アンモニウム塩型）、陰イオン性界面活性剤（脂肪酸塩型とアルキル硫酸塩型）、非イオン性界面活性剤（エーテル型、エステル型、エーテル・エステル型）、両イオン性界面活性剤（カルボン酸塩型）のうち選択されたものを用いている。

このような界面活性剤溶液による液侵液Ｌを用いることで、疎水性を備えたトップコートＴがレジストＲに施されていても、トップコートＴとの間の接触角を広くとることができ、レジストＲからの酸やクエンチャの染み出しを防止しつつ、液侵液ＬへのマイクロバルブＢ混入を防止して、良好な露光性能を発揮させることが可能となる。また、界面活性剤溶液によって純水よりも屈折率を高めることができ、NAを高めた微細露光を行うことも可能となる。なお、本実施形態ではレジストＲとして化学増幅型を用いる例を示したが、化学増幅型以外のレジストであっても本発明は適用可能である。

本実施形態に係る液侵露光装置を説明する模式図である。純水の液侵液を用いる場合を説明する模式図である。界面活性剤溶液の液侵液を用いる場合を説明する模式図である。

符号の説明

１…液侵露光装置、１０…レンズ、Ｌ…液侵液、Ｓ…ステージ、Ｗ…ウェハ

Claims

レンズと基板上のレジストとの間に液侵液を介在させて露光を行う液侵露光方法において、
前記液侵液として界面活性剤溶液を用いる
ことを特徴とする液侵露光方法。
前記界面活性剤溶液に用いる界面活性剤は、陽イオン性、陰イオン性、両性、非イオン性のうち選択されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の液侵露光方法。
前記界面活性剤溶液の濃度は、臨界ミセル濃度以下である
ことを特徴とする請求項１記載の液侵露光方法。
レンズと基板上のレジストとの間に液侵液を介在させて露光を行う液侵露光装置において、
前記液侵液として界面活性剤溶液を用いる
ことを特徴とする液侵露光装置。
前記界面活性剤溶液に用いる界面活性剤は、陽イオン性、陰イオン性、両性、非イオン性のうち選択されたものである
ことを特徴とする請求項４記載の液侵露光装置。
前記界面活性剤溶液の濃度は、臨界ミセル濃度以下である
ことを特徴とする請求項４記載の液侵露光装置。