JP2008227007A - 液浸露光方法及び液浸露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液浸露光時の結像性能の劣化を回避することができる液浸露光方法を提供する。
【解決手段】液浸露光方法は、露光ステージに載置した被露光基板と投影レンズとの間に介在するように形成された液浸領域15を被露光基板に対して相対移動させつつ被露光基板の液浸領域15に覆われた照射領域の露光を行う液浸露光方法であって、露光ステージを第１方向に移動させることにより被露光基板の第１の露光領域61の露光を行う第１の露光移動工程と、露光ステージを第１方向とは反対の第２方向に移動させることにより第１の露光領域61に隣接する第２の露光領域62の露光を行う第２の露光移動工程と、第２の露光領域62を液浸領域15の液浸境界151の内側に保持した状態で、第１の露光移動工程の露光ステージの移動終了位置から第２の露光移動工程の露光ステージの移動開始位置に露光ステージを移動させる非露光移動工程とを具備する。
【選択図】図８

Description

本発明は、投影レンズと被処理基板との間を、例えば水等の液体で満たした状態で露光を行う液浸露光方法及び液浸露光装置に関するものである。

近年、半導体デバイスパターンの微細化に対応するために、投影レンズと被処理基板の間を例えば水等の液体で満たした状態で露光を行う液浸型のスキャン露光装置（液浸露光装置）の開発が進められている。

液浸型にすることにより、露光波長を変えずに解像限界を向上させたり、あるいは焦点深度を拡大することが出来る。

被露光基板上で局所的に液浸領域を形成し、それを被露光基板上で相対移動させながら液浸領域を介して露光を行う液浸露光では、液浸境界で、結像性能の劣化につながる水残りやバブルが発生しやすい。

この為、照射スリット領域の１回のスキャンで露光する第１の露光領域から、次のスキャンで露光する第２の露光領域へと移動する際に、液浸境界が第２の露光領域とオーバーラップする条件下では、第２の露光領域内に発生したバブルにより、第２の露光領域の結像性能が劣化するという問題がある。

液浸領域中の液体に異物が混入する問題としては、レジストから発する物質が露光装置の結像特性に影響を与える問題があり、これに対する対策がすでに提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−１１４７６５号公報

本発明は、液浸露光時の結像性能の劣化を回避することができる液浸露光方法及び液浸露光装置を提供する。

この発明の第１の態様に係る液浸露光方法は、露光ステージに載置した被露光基板と投影レンズとの間に介在するように形成された液浸領域を前記被露光基板に対して相対移動させつつ、前記被露光基板の前記液浸領域に覆われた照射領域の露光を行う液浸露光方法であって、前記露光ステージを第１方向に移動させることにより前記被露光基板の第１の露光領域の露光を行う第１の露光移動工程と、前記露光ステージを前記第１方向とは反対の第２方向に移動させることにより前記第１の露光領域に隣接する第２の露光領域の露光を行う第２の露光移動工程と、前記第２の露光領域を前記液浸領域の液浸境界の内側に保持した状態で、前記第１の露光移動工程の前記露光ステージの移動終了位置から前記第２の露光移動工程の前記露光ステージの移動開始位置に前記露光ステージを移動させる非露光移動工程とを具備する。

この発明の第２の態様に係る液浸露光装置は、被露光基板を保持する露光ステージと、フォトマスクを保持するマスク保持手段と、前記フォトマスクのパターンを前記被露光基板に投影露光する投影光学系と、前記投影光学系の投影レンズと前記被露光基板との間に液体の液浸領域を形成する液浸領域形成手段とを具備し、前記露光ステージを前記投影レンズに対して移動させながら、前記投影光学系が前記フォトマスクのパターンを前記液浸領域を介して前記被露光基板に等速で走査露光する液浸露光装置であって、１回の前記走査露光で露光する露光領域の走査方向の最大長がＣＬで、前記走査露光時の前記露光ステージの速度の絶対値がｖで、前記走査露光と次の前記走査露光の間の前記露光ステージの移動時における前記露光ステージの前記走査方向の加減速度の絶対値がａであるとき、前記液浸領域形成手段は、直径がｖ^２／ａ＋２ＣＬより大きい液浸領域を形成する。

本発明によれば、液浸露光時の結像性能の劣化を回避することができる液浸露光方法及び液浸露光装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図面において、対応する部分には対応する符号を付し、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で示している。

本発明の一実施形態に係る液浸投影露光装置１０を図１に示す。

液浸投影露光装置１０は、露光ステージ１１、投影レンズ１４、水供給・回収機構１７（液浸領域形成手段）、マスクステージ（マスク保持手段）１８、照明装置１９等を備えている。照明装置１９および投影レンズ１４は投影光学系を構成する。

図１において、露光ステージ１１の上には被露光基板１２が設置・固定されており、露光ステージ１１の水平方向の移動に応じて被露光基板１２も移動する。マスクステージ１８の上には例えば半導体素子パターン等の設計パターンが形成されたフォトマスク１６が配置されている。マスクステージ１８の水平方向の移動に応じてフォトマスク１６も移動する。

フォトマスク１６に対して照明装置１９から露光光が照明される。被露光基板１２と投影レンズ１４の間は液浸領域１５の水で満たされており、投影レンズ１４から射出する露光光は液浸領域１５の水の層を透過して、図２に示す照射スリット領域２３（照射領域）に到達する。

図２は、液浸領域１５と照射スリット領域２３の関係を上から見た図である。照射スリット領域２３は、液浸領域１５の中心に位置する実際に露光光が照射されるスリット状の領域であり、照明装置１９内に備えられたスリットによってその形状が決定される。

照射スリット領域２３にあたる被露光基板１２の表面のフォトレジスト（図示せず）にフォトマスク１６上のマスクパターンの像が投影され、フォトレジストに潜像が形成される。

投影レンズ１４の横には被露光基板１２と投影レンズ１４との間の液浸領域１５に水を供給及び回収する水供給・回収機構１７が設置され、走査露光に同期して水が給水排水される。

図３は被露光基板１２の上に形成される複数の露光領域の配置を示している。１枚のマスクに描かれたマスクパターンが、走査露光により被露光基板１２の上の矩形の露光領域２２に投影される。

走査露光時には、露光ステージ１１及び被露光基板１２が投影レンズ１４に対して一方向に移動することにより、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射スリット領域２３が露光領域２２を紙面の上から下に走査する。

このとき、液浸領域１５の上面は投影レンズ１４に接したまま図１に示すような関係を維持しているので、液浸領域１５の下面は被露光基板１２に接したまま、被露光基板１２の上を移動して行くことになる。また、この走査露光時には、同時にマスクステージ１８と共にフォトマスク１６も、露光光を照射されながら被露光基板１２の移動方向に対して所定の方向に水平移動させられる。基板の移動方向とフォトマスクの移動方向は、レンズ系の構成にも依存するが通常逆になる。

または、露光ステージ１１が投影レンズ１４に対して上記と逆方向に移動することにより、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射スリット領域２３が露光領域２２を紙面の下から上に走査する。

以下、本実施形態に係る液浸露光方法を説明する。被露光基板１２の上の複数の露光領域を順次走査露光する際の照射領域の移動の様子を図６及び図７に示す。図７は図６の一部を拡大したものである。

まず、図７の第１の露光領域６１を走査露光する。露光ステージ１１を一方向（第１方向）に移動することにより、第１の露光領域６１の上端から走査を始めた照射スリット領域２３が第１の露光領域６１の下端に到達する（第１の露光移動工程）。

その後さらに、露光ステージ１１を、照射スリット領域２３が第１の露光領域６１の下端に到達した時の露光ステージ１１の位置から、照射スリット領域２３が第２の露光領域６２の下端にくる露光ステージ１１の位置へと移動方向を変えながら移動させる（非露光移動工程）。なお、ここで、第１の露光領域６１と第２の露光領域６２とは第１の露光移動工程の走査方向（第１方向）と垂直方向に隣接している。

照射スリット領域２３が第１の露光領域６１の下端に到達したら、今度は、第１の露光領域６１を露光した場合とは逆の方向（第２方向）へ露光ステージ１１を水平移動しながら、第２の露光領域６２を露光する（第２の露光移動工程）。

このような露光移動動作を、図６に示すように、被露光基板１２の横一列の露光領域に対して完了したら、上の列へと移動して上記露光を繰り返し、最終的には被露光基板１２上の全ての露光領域に走査露光が行われる。

上記、第１及び第２の露光移動工程及び非露光移動工程における露光ステージ１１及び被露光基板１２の移動に伴って、投影レンズ１４に接している液浸領域１５は被露光基板１２上を相対移動することになる。

露光領域間の移動である非露光移動工程の液浸領域１５の相対移動において、液浸領域１５を構成する水の運動方向が変化する際に、非常に小さな泡（マイクロバブル）が図８に示す液浸領域１５と空気との液浸境界１５１で発生しやすい。図８は、本実施形態における非露光移動工程における液浸領域１５の移動の様子を示している。このマイクロバブルはライフタイムを有しているので、ある露光領域で露光の直前にマイクロバブルが発生すると、当該露光領域の結像性能を劣化させるという問題がある。

本実施形態に係る液浸露光方法においては、第１及び第２の露光移動工程の間の非露光移動工程において、図８に示すように液浸境界１５１が次の露光領域である第２の露光領域６２上を通過しない。即ち、非露光移動工程において、第２の露光領域６２が液浸境界１５１の内側に保持されている。

従って、液浸境界１５１において泡が発生したとしても第２の露光領域６２の外になる。これにより、本実施形態における第２の露光移動工程における液浸領域１５の移動の様子を示す図９からわかるように、泡９１は第２の露光領域６２を露光する際に第２の露光領域６２の上には存在しないことになるので、第２の露光領域６２の結像性能を劣化させることがない。

また、それ以前の移動工程において、第２の露光領域６２の上を液浸境界１５１が通過して仮に泡が発生したとしても、第２の露光領域６２を露光する時点ではライフタイムを過ぎて泡は消失していると考えられる。従って、第２の露光移動工程の直前の工程である非露光移動工程において第２の露光領域６２の上に泡を発生させないことにより、第２の露光領域６２の結像性能を劣化させることを回避できる。

これに対して、従来の液浸露光方法においては、図１０に示すように、非露光移動工程において、液浸境界１５１が第２の露光領域６２の上を通過していた。従って、図１１に示すように、第２の露光領域６２の上で液浸領域１５内に発生した泡９１のライフタイムが過ぎる前に、第２の露光領域６２上を照射スリット領域２３が走査露光することになり、泡９１の存在が第２の露光領域６２での結像性能を劣化させるという問題があった。

本実施形態の液浸走査露光においては、露光領域上の液浸液中に露光の直前にマイクロバブルが発生しないようにすることにより、上記問題を回避することが可能となる。

なお上記では、非露光移動工程において第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するとした。しかしさらに、その前の工程である第１の露光移動工程の際にも液浸境界１５１を第２の露光領域６２上を通過させず、第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持することにより、第２の露光領域６２の結像性能の劣化をさらに確実に回避できる。

非露光移動工程において第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するための条件を以下に詳細に示す。

図８に示すように、液浸領域の直径をＩＬ[mm]、第１の露光領域６１及び第２の露光領域６２の走査露光の走査方向（第１方向或いは第２方向）の長さを等しくＣＬ[mm]、非露光移動工程における照射スリット領域２３の上記走査方向の移動幅、即ち、露光ステージ１１の上記走査方向の移動幅をＨ[mm]とおく。

すると、ＣＬ＋Ｈが液浸領域の半径ＩＬ／２[mm]より小さいことが第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するための条件となる。

即ち、液浸領域の直径ＩＬ[mm]が与えられた場合に、
Ｈ＋ＣＬ＜ＩＬ／２ （１）
を満たすように、第１の露光領域６１及び第２の露光領域６２の走査露光の走査方向の長さＣＬ[mm]と、非露光移動工程における露光ステージ１１の上記走査方向の移動幅Ｈ[mm]を設定すればよい。

以上の条件、即ち、式（１）の条件は、以下の仮定をおくことにより別の表現が可能である。

即ち、第１の露光移動工程における露光ステージ１１の走査方向（第１方向）の移動が速度ｖ[mm/sec]の等速移動で、第２の露光移動工程における露光ステージ１１の移動が、それと反対方向（第２方向）の速度−ｖ[mm/sec]の等速移動であるとする。第１の露光移動工程と第２の露光移動工程における露光ステージ１１の速度の絶対値は等しくｖである。

さらに、非露光移動工程における露光ステージ１１の移動は、図８に示す前半の移動８１から、それに引き続く後半の移動８２への、第１方向の移動速度ｖから、第２方向の移動速度−ｖへと変化する前記第１方向の加速度の絶対値がａ[mm/sec^２]の等加速度での移動であるとする。

非露光移動工程における露光ステージ１１の移動を、上記のように等加減速度移動であると仮定したことにより、非露光移動工程における露光ステージ１１の上記走査方向（第１方向或いは第２方向）の移動幅Ｈは、等速移動速度ｖ[mm/sec]と加減速度の絶対値ａ[mm/sec^２]を用いて
Ｈ＝ｖ^２／（２ａ） （２）
となる。これを式（１）に代入することにより、
ｖ^２／ａ＜ＩＬ−２ＣＬ （３）
となる。

従って、液浸領域の直径ＩＬ[mm] 、および第１の露光領域６１と第２の露光領域６２の走査方向の長さＣＬ[mm]が与えられた場合に、式（３）の条件を満たすように、等速移動速度ｖ[mm/sec]と加減速度の絶対値ａ[mm/sec^２]を定めればよい。これらのパラメータは液浸型の走査露光装置の設定パラメータとなっているので、式（３）の条件を満たすようにユーザが設定可能である。

また、非露光移動工程において第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するための条件を液浸露光装置の側からみると以下のようになる。

露光ステージ１１の移動が、上記同様に、第１および第２の露光移動工程では、互いに反対で速度の絶対値がｖ[mm/sec]の等速移動で、非露光移動工程では、加減速度の絶対値がａ[mm/sec^２]の等加減速度での移動であるとする。さらに、１回の走査露光で露光する（第１および第２の）露光領域の走査方向の最大長がＣＬ[mm]であるとする。

等速移動速度ｖ[mm/sec]と加減速度の絶対値ａ[mm/sec^２]をユーザが所定の範囲の値で選定できるようになっていたとしても、液浸露光装置の水供給・回収機構１７等の液浸領域形成手段が、直径がｖ^２／ａ＋２ＣＬより大きい液浸領域を形成することが可能であること、即ち、
ＩＬ＞ｖ^２／ａ＋２ＣＬ （４）
なる条件を満たすように、液浸領域１５の直径ＩＬ[mm]を制御可能であれば、第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するようにできる。

以上説明した条件を満足させることにより、非露光移動工程において液浸境界１５１が第２の露光領域６２上を通過せず、第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持できるので、第２の露光移動工程における第２の露光領域６２での結像性能の劣化を回避することができる。

また、非露光移動工程において第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持するための上記条件に加えて、その前工程の第１の露光移動工程の際にも第２の露光領域６２を液浸境界１５１の内側に保持することにより、第２の露光領域６２の結像性能の劣化をさらに確実に回避できることはいうまでもない。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係る液浸投影露光装置を示す図。 液浸領域と照射スリット領域の関係を上から見た図。 被露光基板の上に形成される複数の露光領域の配置を示す図。 照射スリット領域が露光領域を上から下に走査する様子を示す図。 照射スリット領域が露光領域を下から上に走査する様子を示す図。 本実施形態において被露光基板上の複数の露光領域を順次走査露光する際の照射領域の移動の様子を示す図。 図６の一部を拡大した図。 本実施形態に係る液浸走査露光の非露光移動工程における液浸領域の移動の様子を示す図。 本実施形態に係る液浸走査露光の第２の露光移動工程における液浸領域の移動の様子を示す図。 従来の液浸走査露光の非露光移動工程における液浸領域の移動の様子を示す図。 従来の液浸走査露光の第２の露光移動工程における液浸領域の移動の様子を示す図。

符号の説明

１０…液浸投影露光装置、１１…露光ステージ、１２…被露光基板、１４…投影レンズ、
１５…液浸領域、１６…フォトマスク、１７…水供給・回収機構、１８…マスクステージ、
１９…照明装置、２２…露光領域、２３…照射スリット領域、６１…第１の露光領域、
６２…第２の露光領域、８１…非露光移動工程における露光ステージの前半の移動、
８２…非露光移動工程における露光ステージの後半の移動、９１…泡、１５１…液浸境界。

Claims (5)

1. 露光ステージに載置した被露光基板と投影レンズとの間に介在するように形成された液浸領域を前記被露光基板に対して相対移動させつつ、前記被露光基板の前記液浸領域に覆われた照射領域の露光を行う液浸露光方法であって、
   前記露光ステージを第１方向に移動させることにより前記被露光基板の第１の露光領域の露光を行う第１の露光移動工程と、
   前記露光ステージを前記第１方向とは反対の第２方向に移動させることにより前記第１の露光領域に隣接する第２の露光領域の露光を行う第２の露光移動工程と、
   前記第２の露光領域を前記液浸領域の液浸境界の内側に保持した状態で、前記第１の露光移動工程の前記露光ステージの移動終了位置から前記第２の露光移動工程の前記露光ステージの移動開始位置に前記露光ステージを移動させる非露光移動工程と
   を具備したことを特徴とする液浸露光方法。
2. 前記第１の露光移動工程において、前記第２の露光領域を前記液浸領域の液浸境界の内側に保持する
   ことを特徴とする請求項１に記載の液浸露光方法。
3. 前記第２の露光領域は前記第１の露光領域の前記第１方向と垂直方向に隣接しており、
   前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域の前記第１方向の長さが等しくＣＬで、
   前記非露光移動工程における前記露光ステージの前記第１方向の移動幅がＨで
   前記液浸領域の直径がＩＬであるとき、
   Ｈ＋ＣＬ＜ＩＬ／２
   を満足するように、ＣＬとＨを定める
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液浸露光方法。
4. 前記第２の露光領域は前記第１の露光領域の前記第１方向と垂直方向に隣接しており、
   前記第１の露光移動工程における前記露光ステージの前記第１方向の移動は速度ｖの等速移動で、
   前記非露光移動工程における前記露光ステージの移動は、前記第１方向の速度ｖの移動から、それに引き続く前記第２方向の速度−ｖの移動へと変化する前記第１方向の加速度の絶対値がａの等加速度での移動で、
   前記第２の露光移動工程における前記露光ステージの前記第２方向の移動は速度−ｖの等速移動で、
   前記液浸領域の直径がＩＬで、前記第１の露光領域及び前記第２の露光領域の前記第１方向の長さが等しくＣＬであるとき、
   ｖ^２／ａ＜ＩＬ−２ＣＬ
   を満足するように、等速移動速度ｖと加速度の絶対値ａを定める
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の液浸露光方法。
5. 被露光基板を保持する露光ステージと、
   フォトマスクを保持するマスク保持手段と、
   前記フォトマスクのパターンを前記被露光基板に投影露光する投影光学系と、
   前記投影光学系の投影レンズと前記被露光基板との間に液体の液浸領域を形成する液浸領域形成手段とを具備し、
   前記露光ステージを前記投影レンズに対して移動させながら、前記投影光学系が前記フォトマスクのパターンを前記液浸領域を介して前記被露光基板に等速で走査露光する液浸露光装置であって、
   １回の前記走査露光で露光する露光領域の走査方向の最大長がＣＬで、
   前記走査露光時の前記露光ステージの速度の絶対値がｖで、
   前記走査露光と次の前記走査露光の間の前記露光ステージの移動時における前記露光ステージの前記走査方向の加減速度の絶対値がａであるとき、
   前記液浸領域形成手段は、直径がｖ^２／ａ＋２ＣＬより大きい液浸領域を形成する
   ことを特徴とする液浸露光装置。

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