JP2008235542A - 液浸リソグラフィ用ウェハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造用露光装置の投影光学系とウェハとの間を液体で満たした状態で露光処理する液浸リソグラフィにおいて、ウェハの外周部付近を露光する際にもウェハの外側へ液体が流出するのを防ぎつつ露光処理できる液浸リソグラフィ用ウェハおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハであって、前記ウェハの外周端面および端面周辺部に撥液剤層が設けられており、前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジストを除去した箇所に設けられているか、あるいは、前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に設けられていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体製造用露光装置において、投影光学系とウェハとの間に液体を満たした状態でウェハにマスクパターンを転写する液浸リソグラフィに用いられるウェハおよびその製造方法に関するものである。

半導体デバイスは、フォトマスクマスク上に形成されたパターンをウェハ上の感光性レジストに転写するフォトリソグラフィ技術により製造されている。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、フォトマスクを支持するマスクステージとウェハを支持する基板ステージとを有し、マスクステージおよび基板ステージを逐次移動しながらフォトマスクパターンを投影光学系を介してウェハに縮小転写するものである。

近年、半導体デバイスパターンのより一層の微細化、高集積化に対応するために、投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短くなるほど、また投影光学系のレンズの開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は短波長化しており、投影光学系の開口数も増大しており、現在では露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが実用されている。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度も重要となる。解像度Ｒ、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
Ｒ＝ｋ₁・λ／ＮＡ … （１）
δ＝±ｋ₂・λ／ＮＡ² … （２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋ₁、ｋ₂はプロセス係数である。（１）式、（２）式より、解像度Ｒを高めるために、露光波長λを短くして、開口数ＮＡを大きくすると、焦点深度δが小さくなることが分かる。

焦点深度δが小さくなり過ぎると、投影光学系の像面に対してウェハ表面を合致させることが困難となり、露光余裕度が不足し良好なレジストパターンが形成し得なくなるおそれがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、かつ焦点深度を大きくする方法として、液浸リソグラフィが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。液浸リソグラフィは、投影光学系の下面とウェハ表面との間を超純水や屈折率の高い液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の１／ｎ（ｎは液体の屈折率）になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約ｎ倍に拡大するというものである。

しかしながら、上記の液浸リソグラフィには以下に述べる問題が存在する。図５は、液浸リソグラフィ用露光装置における従来のウェハ５１を用いた場合の状態を説明する断面模式図であり、図５（ａ）はウェハ５１の中央部付近を露光する場合、図５（ｂ）はウェハ５１の周辺部を露光する場合を示す。
図５（ａ）に示すように、投影光学系のレンズ５２下面とウェハ５１との間を局所的に超純水などの液浸液５３で満たした状態で、フォトマスクのパターンを基板ステージ５４に支持されているウェハ５１に露光する構成であり、ウェハ５１を所定方向に沿って移動させる際に、ウェハ５１の移動方向に沿って液浸液を供給部５５から流し、排出部５６で回収し、ウェハ５１を移動させる際にも、投影光学系のレンズ５２とウェハ５１の表面との間は液浸液５３により満たされている。上記のように、ウェハ５１の中央部付近のショット領域を露光する場合には液浸液５３のウェハ５１の外側への流出は生じない。

しかし、図５（ｂ）に示すように、ウェハ５１の周辺部付近を露光しようとすると、ウェハ５１と基板ステージ５４との段差部分で液浸液５３の表面張力を維持できなくなり、液浸液５３はウェハ５１の外側や周辺装置に流出５７してしまう。この場合、液浸液５３なしでは、フォトマスクのパターンの像がウェハ５１上で結像しないという問題が生じてしまう。また、流出した液浸液５７を放置しておくと、ウェハ５１がおかれている環境の変化をもたらし、各種光学的検出装置の検出光の光路上の屈折率の変化を引き起こすなど、所望のパターン転写精度を得られなくなるおそれが生じる。更に、流出した液浸液５７により、ウェハ５１を支持する基板ステージ５４周辺の機械部品などに錆びを生じさせるなどの不都合も生じる。ウェハ５１のエッジ領域を露光しないことで液浸液５３を流出させないようにすることも考えられるが、ウェハあたりのチップ数が減少することになり、生産性を低下させてしまうという問題を生じる。

そのため、ウェハの端面にエラストマー材などで作製されたエッジ密着材を適度な力で密着させ、ウェハエッジからの液浸液の漏れを防止し、液浸液を投影光学系とウェハ間に均一に液盛りをする方法が提案されている（特許文献２参照。）。特許文献２に記載された発明で用いるウェハホルダは、ウェハエッジを液浸液がウェハチャック、ウェハ裏面およびウェハステージに漏洩もしくは液垂れしないようにウェハエッジ３ｍｍ以内即ちウェハエッジ付近にて密着させる機能を有するものである。
特開平６−１６８８６６号公報 特開２００６−１２０８８９号公報

しかしながら、物理的にウェハ端面に他の部材を接着させ、液浸液の漏洩もしくは液垂れを防止する特許文献２に記載された上記の方法は、エッジ密着材がウェハごとにウェハの端面に直接接触するので、ウェハ端面の異物が液浸液中に取り込まれ、取り込まれた異物がウェハ表面のパターンに付着して欠陥になったり、投影光学系のレンズ表面に付着して共通欠陥を生じたりし、歩留まりの低下を引き起こす危険性があった。

また、従来、液浸液として超純水が用いられてきたが、更に解像度を上げるためには、液浸液の高屈折率化が必要であり、高屈折率の液浸液として液体の有機化合物が有望視されている。しかし、液体有機化合物はシリコンウェハ上で水よりも親液性が強いために、高屈折率液浸液として液体有機化合物を使用することにより、ウェハから液浸液の漏れが今後大きな問題となる可能性がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、半導体製造用露光装置の投影光学系とウェハとの間を液体で満たした状態で露光処理する液浸リソグラフィにおいて、ウェハの外周部付近を露光する際にもウェハの外側へ液体が流出するのを防ぎつつ露光処理できる液浸リソグラフィ用ウェハおよびその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハは、感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハであって、前記ウェハの外周端面および端面周辺部に撥液剤層が設けられていることを特徴とするものである。

請求項２の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハは、請求項１に記載の液浸リソグラフィ用ウェハにおいて、前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジストを除去した前記ウェハ上に設けられていることを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハは、請求項１に記載の液浸リソグラフィ用ウェハにおいて、前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に設けられていることを特徴とするものである。

請求項４の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハは、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液浸リソグラフィ用ウェハにおいて、前記撥液剤層が、フッ素系シランカップリング剤よりなることを特徴とするものである。

請求項５の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法は、感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法であって、前記ウェハ上にスピンコート法により感光性レジストを塗布する工程と、前記感光性レジストを塗布したウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジストをエッジビード法により除去する工程と、前記感光性レジストを除去した前記ウェハ上に撥液剤を塗布し撥液剤層を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

請求項６の発明に係る液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法は、感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法であって、前記ウェハ上にスピンコート法により感光性レジストを塗布する工程と、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に撥液剤を塗布し撥液剤層を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

本発明の液浸リソグラフィ用ウェハによれば、ウェハの外周端面および端面周辺部に撥液剤層が設けられていることにより、ウェハ外周端面および端面周辺部からの液浸液の漏洩もしくは液垂れが防止でき、歩留まりの向上が図れ、またウェハの有効領域全面で加工できるようになり、半導体製造の生産性の向上が図れる。さらに、有機化合物を用いた高屈折率液浸液でも液浸液の漏洩を生じずにウェハを使用できるようになり、解像力の向上にもつながる。

本発明の液浸用ウェハの製造方法によれば、簡易な方法により、液浸液の漏洩もしくは液垂れを生じない高品質の液浸リソグラフィ用ウェハの製造が可能となる。

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る液浸リソグラフィ用ウェハおよびその製造方法について詳細に説明する。

（液浸リソグラフィ用ウェハ）
（第１の実施形態）
図１は本発明の液浸リソグラフィ用ウェハの第１の実施形態を示し、（ａ）はウェハの中心を通る断面模式図、（ｂ）はウェハの平面模式図である。図１に示すように、本実施形態の液浸リソグラフィ用ウェハ１０は、ウェハ１１上に感光性レジスト１２が塗布されており、このウェハ１１の外周端面および端面周辺部の感光性レジストが、ウェハ１１の最外周端より内側に向けて所定の幅だけ除去されており、除去された箇所のウェハ１１上に撥液剤層１３が設けられているものである。

本発明において、ウェハ１１は従来用いられている半導体用ウェハが用いられる。感光性レジスト１２は、液浸リソグラフィに通常用いられ、露光装置の光源波長に適合した感光性レジストが用いられる。

本発明において、撥液剤層１３としては、超純水あるいは高屈折率の液体の有機化合物よりなる液浸液を撥液する特性を有する撥液剤を用いることができる。このような特性を有する撥液剤としては、フッ素系シランカップリング剤、フッ素系界面活性剤、フッ素系ポリマーを用いることができるが、特にフッ素系シランカップリング剤は、表面エネルギーが低い（通常、１５ｍＮ／ｍ〜２００ｍＮ／ｍ）ので撥液性が極めて強く、より好ましい。

本発明における好ましいフッ素系シランカップリング剤としては、一般式、Ｒｎ−Ｓｉ−Ｘ（４−ｎ）（ｎ＝１、２、３）で表すことができるトリフルオロアルキルシランおよびパーフルオロアルキルシランが代表的なものである。ここで、Ｒは、アルキル基などからなる。また、Ｘは、フルオロアルキル基を有するもので、（ＣＨ２）ｘ（ＣＦ２）ｙ（ＣＦ３）（ｘは０以上４以下の整数、ｙは０以上１０以下の整数）で表される構造を持ち、複数個のＲまたはＸがＳｉに結合している場合には、ＲまたはＸはそれぞれすべて同じでもよいし、異なっていてもよい。具体的には、例えば、トリメチルパーフルオロアルキルシラン、トリエチルパーフルオロアルキルシランなどが挙げられる。

さらに、本発明における好ましいフッ素系シランカップリング剤としては、上記の一般式のＲがメトキシ基、エトキシ基、アセトキシ基などのアルコシ基を含むものであってもよい。具体的には、例えば、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリエトキシシラン、パーフルオロデシルトリメトキシシラン、パーフルオロデシルトリエトキシシラン、パーフルオロオシルトリメトキシシラン、パーフルオロオシルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロテトラヒドロデシルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシランなどのフルオロアルキルシランなどが挙げられる。

撥液剤とする上記のフッ素系シランカップリング剤は、原液あるいは溶媒に溶かして塗布に適した濃度の溶液として用いられる。溶媒としては、ｎ−ペンタン、ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ｎ−オクタン、ｎ−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素系溶媒またはテトラヒドロフランなどが用いられる。

撥液剤層１３は、上記の撥液剤をウェハ１１上に塗布した後、加熱することにより形成される。本実施形態において、ウェハ１１上に形成された加熱後の撥液剤層１３の膜厚は１ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲が好ましい。また、図１に示すように、撥液剤層１３の形成範囲は、ウェハ１１の最外周端より内側に向けて幅１ｍｍ〜１０ｍｍ程度で円環状をなすのが好ましい。撥液剤層１３の幅が１ｍｍ未満であると液浸液を撥液する効果が不十分となり、一方、１０ｍｍを越えると半導体パターン領域をつぶすことになり、得られるべきチップ数が減少してしまうからである。

（第２の実施形態）
図２は本発明の液浸リソグラフィ用ウェハの第２の実施形態を示し、（ａ）はウェハの中心を通る断面模式図、（ｂ）はウェハの平面模式図である。図２に示すように、本実施形態の液浸リソグラフィ用ウェハ２０は、ウェハ２１上に感光性レジスト２２が塗布されており、このウェハ２１の外周端面および端面周辺部の感光性レジスト２１上に、ウェハ２１の最外周端より内側に向けて所定の幅で撥液剤層２３が設けられているものである。

本実施形態において、ウェハ２１、感光性レジスト２２は、第１の実施形態と同じ材料が用いられる。ウェハ２１上に塗布形成された感光性レジスト２２は、ウェハ２１の最外周端まで塗布被膜を形成している。撥液剤層２３に用いられる撥液剤も上記の第１の実施形態と同じ材料が用いられる。

本実施形態においては、撥液剤層２３は、上記の撥液剤をウェハ２１上に形成されている感光性レジスト２２上に塗布した後、加熱することにより形成される。本実施形態において、ウェハ２１上に形成された加熱後の撥液剤層２３の膜厚は1ｎｍ〜５０ｎｍ程度の範囲が好ましい。また、図２に示すように、撥液剤層２３の形成範囲は、ウェハの最外周端より内側に向けて幅１ｍｍ〜１０ｍｍ程度で円環状をなすのが好ましい。撥液剤層２３の幅が１ｍｍ未満であると液浸液を撥液する効果が不十分となり、一方、１０ｍｍを越えると半導体パターン領域をつぶすことになり、得られるべきチップ数が減少してしまうからである。

液浸リソグラフィにおいて、本発明の液浸リソグラフィ用ウェハを用いることにより、ウェハ外周端面および端面周辺部からの液浸液の漏洩もしくは液垂れが防止でき、歩留まりの向上が図れ、またウェハの有効領域全面で加工できるようになり、半導体製造の生産性の向上が図れるようになる。
次に、本発明の液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法について述べる。

（液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法）
（第１の実施形態）
図３は、図１に示す本発明の液浸リソグラフィ用ウェハ１０の製造方法を示す工程断面図である。図３において、図１と同じ箇所を示す場合には同じ符号を用いている。

まず、図３（ａ）に示すように、スピンナ３４ａにウェハ１１を置き、通常のスピンコート法にしたがって、ウェハ１１上に感光性レジスト１２を塗布する。

続いて、図３（ｂ）に示すように、エッジビード法と称されるエッジビード除去（Ｅｄｇｅ Ｂｅａｄ Ｒｅｍｏｖａｌ：ＥＢＲとも記す）工程により、スピンナ３４ｂでウェハ１１を回転させながら、ウェハ１１のエッジ周辺である外周端面および端面周辺部３６に微細ノズル３７から感光性レジストの溶解剤を噴射し、外周端面および端面周辺部３６の感光性レジストを最外周端より内側に向けて所望の幅だけ円環状に除去する。エッジビード法を用いることにより、感光性レジスト除去を精密に制御することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、スピンナ３４ｃでウェハ１１を回転させながら、感光性レジストを除去したウェハ１１の外周端面および端面周辺部３６に微細ノズル３８から撥液剤を塗布する。上記の製造工程において、スピンナ３４ａ、３４ｂ、３４ｃはそれぞれ異なるスピンナであってもよいし、同じスピンナで異なるノズルを用いたものであってもよい。

次に、撥液剤を塗布したウェハ１１を加熱し、撥液剤層１３を形成した本実施形態の液浸リソグラフィ用ウェハ１０を得る。加熱は、例えば、８０℃、３０分で予備加熱し、さらに１２０〜１８０℃、３０分熱処理することにより、ウェハとの接着性が高く撥液性の大きい被膜を得ることができる。また、撥液剤と溶媒を用いた場合には、この加熱工程で溶媒を除去することができる。

（第２の実施形態）
図４は、図２に示す本発明の液浸リソグラフィ用ウェハ２０の製造方法を示す工程断面図である。図４において、図２と同じ箇所を示す場合には同じ符号を用いている。

まず、図４（ａ）に示すように、スピンナ４４ａにウェハ２１を置き、通常のスピンコート法にしたがって、ウェハ２１に感光性レジスト２２を塗布する。

続いて、図４（ｂ）に示すように、スピンナ４４ｃでウェハ２１を回転させながら、ウェハ２１の外周端面および端面周辺部の感光性レジスト２２上に微細ノズル４８から撥液剤を塗布する。上記の製造工程において、スピンナ４４ａ、４４ｃはそれぞれ異なるスピンナであってもよいし、同じスピンナで異なるノズルを用いたものであってもよい。

次に、撥液剤を塗布したウェハ２１を加熱し、撥液剤層２３を形成した本実施形態の液浸リソグラフィ用ウェハ２０を得る。加熱は、第１の実施形態と同じく、例えば、８０℃、３０分で予備加熱し、さらに１２０〜１８０℃、３０分熱処理することにより、感光性レジスト２２との接着性が高く撥液性の大きい被膜を得ることができる。また、撥液剤と溶媒を用いた場合には、この加熱工程で溶媒を除去することができる。

（実施例１）
スピンコート法により、直径２００ｍｍのシリコン・ウェハ上にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）液浸用感光性レジストを塗布し、膜厚３００ｎｍの塗布膜を形成した。
続いて、エッジビード除去工程により、スピンナでウェハを回転させながら、ウェハの外周端面および端面周辺部にＥＢＲ用微細ノズルから上記の感光性レジストの溶解剤を噴射し、ウェハの最外周端から内側に３ｍｍの幅で円環状に感光性レジストを除去した。
次に、スピンナでウェハを回転させながら、上記の感光性レジストを除去したウェハの外周端面および端面周辺部に、微細ノズルから撥液剤トリメチルパーフルオロアルキルシランを塗布した。
次いで、撥液剤を塗布したウェハを８０℃、３０分で予備加熱し、さらに１２０℃、３０分熱処理し、ウェハの外周端面および端面周辺部に撥液剤層を幅３ｍｍ、厚さ数ｎｍで形成した。撥液剤層部分の水の接触角を調べたところ、１００度以上であり、十分な撥液性を示していた。

（実施例２）
実施例１と同様に、直径２００ｍｍのシリコン・ウェハ上にＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）液浸用感光性レジストを塗布し、膜厚３００ｎｍの塗布膜を形成した。
次に、スピンナでウェハを回転させながら、ウェハ外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に、微細ノズルから撥液剤トリメチルパーフルオロアルキルシランを塗布した。
次いで、撥液剤を塗布したウェハを８０℃、３０分で予備加熱し、さらに１２０℃、３０分熱処理し、ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に撥液剤層を幅５ｍｍ、厚さ３ｎｍで形成した。撥液剤層部分の水の接触角を調べたところ、１００度以上であり、十分な撥液性を示していた。

本発明の液浸リソグラフィ用ウェハの第１の実施形態を示し、（ａ）は断面模式図、（ｂ）は平面模式図である。 本発明の液浸リソグラフィ用ウェハの第２の実施形態を示し、（ａ）は断面模式図、（ｂ）は平面模式図である。 図１に示す液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法を示す工程断面図である。 図２に示す液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法を示す工程断面図である。 液浸リソグラフィ用露光装置における従来のウェハを用いた場合の状態を説明する断面模式図である。

符号の説明

１０、２０ 本発明の液浸リソグラフィ用ウェハ
１１、２１ ウェハ
１２、２２ 感光性レジスト
１３、２３ 撥液剤層
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ スピンナ
４４ａ、４４ｃ スピンナ
３５、４５ レジスト塗布用ノズル
３６ ウェハの外周端面および端面周辺部
３７ ＥＢＲ用微細ノズル
３８、４８ 液浸液塗布用微細ノズル
５１ 従来のウェハ
５２ 投影光学系のレンズ
５３ 液浸液
５４ 基板ステージ
５５ 液浸液供給部
５６ 液浸液排出部
５７ 流出した液浸液

Claims (6)

1. 感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハであって、前記ウェハの外周端面および端面周辺部に撥液剤層が設けられていることを特徴とする液浸リソグラフィ用ウェハ。
2. 前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジストを除去した前記ウェハ上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液浸リソグラフィ用ウェハ。
3. 前記撥液剤層が、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液浸リソグラフィ用ウェハ。
4. 前記撥液剤層が、フッ素系シランカップリング剤よりなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の液浸リソグラフィ用ウェハ。
5. 感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法であって、前記ウェハ上にスピンコート法により感光性レジストを塗布する工程と、前記感光性レジストを塗布したウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジストをエッジビード法により除去する工程と、前記感光性レジストを除去した前記ウェハ上に撥液剤を塗布し撥液剤層を形成する工程と、を含むことを特徴とする液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法。
6. 感光性レジストが塗布された液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法であって、前記ウェハ上にスピンコート法により感光性レジストを塗布する工程と、前記ウェハの外周端面および端面周辺部の感光性レジスト上に撥液剤を塗布し撥液剤層を形成する工程と、を含むことを特徴とする液浸リソグラフィ用ウェハの製造方法。

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