JP2009094528A - 反転されたウェハ投影光学系インタフェースを使用する浸漬フォトリソグラフィシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて投影光学系とウェハとの間に液体を閉じ込めるための単純なシステム及び方法を提供する。
【解決手段】基板１０１を電磁放射で露光しかつ電磁放射を基板上に集束させる投影光学系１００を有する露光系と、投影光学系１００と基板１０１との間に液体を提供する液体供給系とが設けられており、投影光学系が基板の下方に位置決めされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体浸漬フォトリソグラフィ、特に、浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて液体流を閉じ込めるための方法及びシステムに関する。

レンズ系及び反射屈折系を使用する光リソグラフィは、回路パターンの印刷のために半導体製造業において広範囲に使用されている。現在、最後のレンズ素子と半導体ウェハ表面との間の間隙はガス、通常空気又は窒素で充填されている。このガスで充填された間隙は、ウェハが露光中に光学系の下方でスキャンされかつ画像転移中にウェハとレンズ系との間に相対移動が生じる場合に特によく働く。

光リソグラフィの実際的な限界は、媒体を介してイメージングが行われ、この媒体が空気であることを仮定する。この実際的な限界は、方程式

によって規定され、ここで８は入射光の波長であり、ＮＡは投影光学系の開口数であり、ｎは媒体の屈折率である（軸がずれた照明を使用することにより２の代わりに４が使用される）。最後のレンズ素子とウェハ表面との間のガス境界面は、光学系の最大解像度を＜１．０の開口数に制限する。最後のレンズ素子とウェハ表面との間のガス空間が屈折材料、例えばオイル又は水、で充填されることができるならば、系の開口数、ひいては解像度能力は、屈折率ｎに対応して著しく増大されることができる。

したがって、投影光学系の最後のレンズ素子と、画像形成されるウェハとの間に液体を導入することによって、屈折率が変化し、これにより、光源のより低い有効波長と共に、高まった解像度を許容する。浸漬リソグラフィは、光源の波長を１５７ｎｍから１１５ｎｍへ有効に下げ（例えばｎ＝１．３６５の場合）、産業界において今日一般的に使用されている同じフォトリソグラフィツールを用いて、決定的な層の印刷を可能にする。

同様に、浸漬リソグラフィは、１９３ｎｍのリソグラフィ波長を例えば１４５ｎｍに下げることができる（ｎ＝１．３３の場合）。よりよい解像度を有効に達成しかつ利用可能な波長を“広げる”ために、４３５ｎｍ、４０５ｎｍ、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍツールの全てを使用することができる。また、大量のＣａＦ_２、硬質ペリクル、窒素パージ等を排除することができる。また、液体浸漬の使用により焦点深度を大きくすることができ、このことは、例えばＬＣＤパネルの製造のために役立つ。

しかしながら、浸漬フォトリソグラフィの将来性にも拘わらず、多数の問題が残っており、これらの問題がこれまで浸漬フォトリソグラフィシステムの商業化を妨げてきた。既存の浸漬フォトリソグラフィシステムの１つの問題は、投影光学系と露光されるウェハとの境界面において使用される液体を閉じ込めることが困難であるということである。慣用のシステムにおいては、液体は、投影光学系とウェハとの間に噴射される。液体の閉込めを維持するためにかなり複雑なシステムが提案されてきた。

ウェハのスキャニング動作の場合にウェハが露光領域から離れるように移動させられ、これにより液体がこぼれるという付加的な問題が存在する。このようなこぼれは、液体のインヘレント粘度特性により、ウェハが投影光学系の下方に位置する場合でさえも問題である。

したがって、必要とされているものは、投影光学系とウェハとの間に液体を閉じ込めるための単純なシステム及び方法である。

本発明は、関連する技術の１つ又は２つ以上の問題及び不都合を実質的に排除する反転されたウェハ投影光学系境界面を使用する浸漬フォトリソグラフィシステム及び方法に関する。

基板を電磁放射で露光する露光系と、電磁放射を基板上に集束させる投影光学系とを有する液体浸漬フォトリソグラフィシステムが提供される。液体供給システムは、投影光学系と基板との間に液体を提供する。投影光学系は、基板の下方に位置決めされている。

別の態様において、基板を電磁放射で露光する露光系と、電磁放射を基板上に集束させる投影光学系とを有する液体浸漬フォトリソグラフィシステムが提供される。投影光学系と基板との間に液体を提供するための手段が設けられている。投影光学系は基板の下方に位置決めされている。投影光学系とウェハとの間にメニスカスが形成される。

別の態様において、投影光学系を基板の下方に位置決めし、投影光学系を使用して電磁放射を基板に投射し、投影光学系と基板との間に液体を供給することを含む、基板を露光する方法が提供される。

発明の付加的な特徴及び利点は、以下の説明において示されるであろう。さらに別の特徴及び利点は、ここに示された説明に基づき当業者に明らかになるか、又は発明の実施によって学ばれるであろう。発明の利点は、記載の説明及び請求項並びに添付の図面において特に指摘された構造によって実現及び達成されるであろう。

前記概略的な説明及び以下の詳細な説明は例示的かつ説明的であり、請求項に記載された発明のさらなる説明を提供しようとするものであることが理解されるべきである。

発明の典型的な実施形態のさらなる理解を提供するために含まれておりかつこの明細書の一部に組み込まれかつ明細書の一部を構成した添付の図面は、発明の実施形態を示しており、詳細な説明と相俟って発明の原理を説明するために働く。

今や本発明の実施形態が詳細に引用され、実施形態の例が添付の図面に示されている。

本発明は、投影光学系の最後のレンズ素子とウェハ表面との間の空間が液体で充填されることを許容する。これにより、光学系の有効開口数が著しく増大される。液体の容積は、液体における圧力制御と重力との組み合わせを使用して所定の位置に含まれかつ保持される。投影光学系（露光システム）は、現在使用されている慣用のシステムと比較して反転されている。換言すれば、慣用のシステムは下方へ又は側方へ露光するのに対し、本発明の投影光学系は上方へ露光する。ウェハは、レジストで被覆された表面が下向きに配置されながら露光され、レジストは液体メニスカスと接触している。ウェハスキャニング中、メニスカスはウェハのレジストで被覆された表面を横切る。

本発明により、ウェハの縁部が光学系を通過させられながらでさえも、ギャップを充填する液体は所定の位置に保持される。液体を備えた、投影光学系のハウジングは、ウェハの縁部から離れてスキャンされることができ、液体境界面を維持しながらウェハ上に再スキャンされることができる。ハウジングの周囲の捕捉容器が、排出されたあらゆる液体を捕捉及び収容する。液体メニスカスは液体圧力によって制御される。したがって、この境界面は、多くのタイプの液体と容易に両立可能である。

図１は、本発明による液体浸漬フォトリソグラフィシステムの実施形態を示している。図１に示したように、投影光学系１００はウェハ１０１の下方に配置されている。ウェハ１０１は、レジストで被覆されたウェハ表面１０６を有している。投影光学系１００は、複数のレンズ素子１０２Ａ，１０２Ｂ等を有している。レンズ素子１０２Ａ，１０２Ｂはハウジング１０３内に取り付けられている。ハウジング１０３の上部は、画像をウェハ１０１に投影するための開口１１０を有している。ハウジング１０３の上部は図１に水平に示されているが、必ずしもそうでなくてもよい。

ハウジング１０３の上部とレンズ１０２Ａとの間の領域（図１には１０７で示されている）は、圧力が制御され、液体シール１０４によって投影光学系１００の他の部分からシールされている。領域１０７は、重力に抵抗するために液体源（図１には示されていない）から通常圧力下の液体で充填されている。図１に示したように、露光中、液体はメニスカス１０８を形成している。ウェハ１０１が水平方向軸線に沿ってスキャンされる場合に生じる可能性のある、あらゆる迷い出た液体を除去するために、捕捉容器１０５が使用されている。（図１に示されたものと比較して）より多くの又はより少ない捕捉容器が使用されてよいことが認められるであろう。捕捉容器１０５は、ハウジング１０３を取り囲んだ環状であってもよい。

本発明において、重力は液体を閉じこめる働きをする。ウェハ１０１がスキャンされている時、メニスカス１０８は実質的に重力によって制御される。さらに、ウェハ１０１が、投影光学系１００を越えて移動する場合、慣用の浸漬フォトリソグラフィシステムとは異なり、液体はウェハ１０１の縁部から容易に溢れることはない。

リソグラフィシステムレンズの端部には液体包囲カラーシステム（すなわち捕捉容器１０５）が取り付けられている。前記のように、投影光学系１００は画像を上方へウェハ１０１（すなわちウェハ表面１０６）に露光する。ウェハ１０１はレジストで被覆されており、イメージングされるウェハの表面１０６は下面である。ハウジング１０３の上部は、最後のレンズ素子１０２Ａと、ウェハのウェハ表面１０６との間に液体境界面を提供し、前記ウェハ表面に投影光学系１００の焦点が合わせられる。ハウジング１０３の上部における開口１１０により、投影光学系１００からの光ビームは、ウェハ表面１０６上にイメージングされる。また、開口は、液体とウェハ表面１０６との親密な接触を許容する。ハウジング１０３の上部がウェハ表面１０６に対して開放しておりかつウェハ１０１が制限されない形式で投影光学系１００の上方において潜在的に移動するにも拘わらず、包囲された領域１０７は液体で満たされたままであることを保証することが重要である。液体は、再循環システム（すなわち、図示されていない液体供給システム）を介して液体に加わる圧力を制御することによって、所定の位置に保持される。圧力は、ウェハ１０１が存在しない場合に、重力を平衡させかつ開口１１０の周囲にメニスカス１０８を維持するように制御される。ウェハ１０１が投影光学系１１０上をスライドさせられる場合、液体を開口から押し出してウェハ表面１０６と接触させるように、圧力が増大される。投影光学系１００に対するウェハ１０１の動作により液体境界面がウェハ１０１の縁部上をスライドする場合、液体をウェハ表面１０６から領域１０７内へ引き戻すように液体の圧力が調整される。

図１に示された、開口１１０の近傍のハウジング１０３の上部は、境界面液体の形状及び特性を制御するように特に輪郭付けられかつ表面仕上げされている。例えば、ハウジング１０３の上部の表面は疎水性に形成されていてよい。ハウジング１０３の上部を包囲した捕捉容器１０５は、ハウジング１０３の上部から溢れる又は漏れる液体を拘束する。この液体は、ろ過され、温度制御され、領域１０７へリサイクルされることができる。

ウェハ表面１０６及びハウジング１０３の上部のコンディショニングは、さらに性能を高めることができる。液体が水である場合、表面は疎水性に形成されることができる。ウェハ表面１０６とハウジング１０３の上部との間の間隙（距離）は、ウェハ露光の力学によって最適化される。システムは、スキャニングシステムにおけるウェハの動的露光のために設計されているが、ステップ・アンド・スキャン式露光システムにおいて使用されることもできる。

典型的なドライ露光システムにおいて、レンズ１０２Ａとウェハ１０１との間のギャップは、３〜４ｍｍのオーダである。本発明において、ハウジング１０３とウェハ１０１との間の間隙の寸法は、５０μｍであってよいが、例えば、ハウジング１０３とウェハ１０１との間の間隙のために、例えば０．５ｍｍまでの、より大きな又はより小さな寸法が使用されてもよい（公称では、１００μｍが典型的な範囲にあると予想されるが、２０〜１５０μｍ、４０〜２００μｍ、又はさらに１ｍｍまで、及びある場合には１ｍｍを越える範囲が可能である）。１９３ナノメートルリソグラフィのためには水が有利な液体であり、水は１９３ｎｍにおいて比較的損失がない。１５７ナノメートルリソグラフィのためには、液体内の損失は懸念材料であり、この損失は、レンズ１０２Ａとウェハ１０１との間のより小さな間隙を必要とする。換言すれば、レンズ１０２Ａは、ウェハ１０１にさらに近付く（約１ｍｍ程度にまで）。１５７ｎｍリソグラフィの場合には、ハウジング１０３とウェハ１０１との間のギャップは５０μｍ以下まで減じられる。

本発明において、ウェハ１０１の露光がドライ露光を必要とする場合には液体は完全に除去されてよいことも認められるであろう。ドライ露光のためには、対応して光学系が調整される必要がある（例えば、焦点、球面収差、開口数の減少等）。

前記のように、１９３ｎｍイメージングのためには、液体は有利には水（例えば脱イオン水）であるが、その他の液体、例えば、シクロオクタン、Krytox^（Ｒ）（フォンブリンオイル）及びパーフルオロポリエーテル流体が使用されてよい。

図２は、図１の液体浸漬フォトリソグラフィシステムの等角図を示している。図２において、図１と共通のエレメントは同じ参照符号で示されている（このシミュレーションされた図において、ウェハ１０１は透明に示されている）。

投影光学系１００をウェハ１０１の上方ではなく下方に配置することは、メニスカスを形成するために重力を利用し、これにより、液体の閉込めが実質的に単純化される。このことは、複雑な閉込めシステム、かなり複雑な液体再循環及び圧送機構等の必要性を排除する。このことは、また、捕捉容器１０５を使用して単純に捕捉されることができるあらゆる迷い出た液体の効果を著しく単純化する。

択一例として、“源泉（fountainhead）”効果を有することが可能であり、この源泉効果において、液体はハウジング１０３からウェハ１０１に向かって追い出され、メニスカスの効果と同様の効果を達成し、次いでリサイクルのために捕捉容器に流入する。

本発明は、液体浸漬フォトリソグラフィシステムに多数の利点を生じる。液体の閉込めが単純化される。溢れが減じられるか又は完全に排除される。システムは、ウェット露光システム（液体を用いる）として及びドライ露光システム（液体を用いず、光学系調整を用いる）として適宜に使用されてよい。全てのこれらの利点は、半導体表面上に著しくより小さなフィーチャを規定するために既存のフォトリソグラフィツール及び一般的な波長の使用を許容する。

結論
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定ではなく例として示されていることが理解されるべきである。本発明の思想及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細に様々な変更がなされることができることは当業者に明らかになるであろう。

本発明は、明記された機能及びこれらの機能の関係のパフォーマンスを示す機能的基礎単位及び方法ステップを用いて上述された。これらの機能的基礎単位及び方法ステップの範囲は、説明の便宜のためにここでは任意に定義された。明記された機能及びこれらの機能の関係が適切に実行される限り、択一的な範囲が定義されることができる。また、方法ステップの順序は入れ替えられてよい。したがって、あらゆるこのような択一的な範囲は、請求項に記載された発明の範囲及び思想に含まれる。当業者は、これらの機能的基礎単位が、別個の構成部材、用途を特定した集積回路、適切なソフトウェアを実行するプロセッサ及び同様のもの又はこれらのあらゆる組み合わせによって実行されることができることを認めるであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記典型的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物のみに従って定義されるべきである。

本発明の実施形態による液体浸漬フォトリソグラフィシステムの縦断面図である。

図１のシステムの等角図である。

符号の説明

１００ 投影光学系、 １０１ ウェハ、 １０２Ａ，１０２Ｂ レンズ素子、 １０３ ハウジング、 １０５ 捕捉容器、 １０６ 表面、 １０７ 領域、 １０８ メニスカス、 １１０ 開口

Claims (42)

1. 液体浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて、
   露光系が設けられており、該露光系が、基板を電磁放射で露光し、かつ電磁放射を基板上に集束させる投影光学系を有しており、
   投影光学系と基板との間に液体を提供する液体供給系とが設けられており、
   投影光学系が基板の下方に位置決めされていることを特徴とする、液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
2. 前記液体供給系が、投影光学系の上方に液体メニスカスを形成する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
3. 前記液体供給システムが、投影光学系の上方に源泉を形成する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
4. 前記投影光学系が、ハウジングを有しており、該ハウジングが、迷い出た液体を捕捉するために位置決めされた少なくとも１つの捕捉容器を備えている、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
5. 前記投影光学系が、ハウジングを有しており、該ハウジング内に複数のレンズが取り付けられており、前記ハウジングが、複数のレンズのうちの最上部のレンズとハウジングの上部との間に圧力領域を有しており、
   さらに投影光学系が、ハウジングの上部に設けられた開口と、
   複数のレンズのうちの最上部のレンズと圧力領域との間に設けられた液体シールとを有している、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
6. 基板とハウジングの上部との間の距離が約５０〜１５０μｍである、請求項５記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
7. 基板とハウジングの上部との間の距離が５０μｍ〜５００μｍである、請求項５記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
8. ハウジングの上部が疎水性表面を有する、請求項５記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
9. ウェット露光が必要とされる場合にのみ液体供給システムが選択的に液体を提供する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
10. 電磁放射が１９３ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
11. 電磁放射が１５７ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
12. 電磁放射が４３５ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
13. 電磁放射が４０５ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
14. 電磁放射が３６５ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
15. 電磁放射が２４８ｎｍの波長を有する、請求項１記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
16. 液体浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて、
    基板を露光しかつ投影光学系を有する露光系と、
    投影光学系と基板との間に液体を提供するための手段とが設けられており、
    投影光学系が基板の下方に位置決めされていることを特徴とする、液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
17. 液体を提供するための手段が、投影光学系の上方に液体メニスカスを形成する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
18. 液体を提供するための手段が、投影光学系の上方に源泉を形成する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
19. 投影光学系が、迷い出た液体を捕捉するために位置決めされた少なくとも１つの捕捉容器を備えたハウジングを有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
20. 投影光学系が、ハウジングを有しており、該ハウジング内に複数のレンズが取り付けられており、前記ハウジングが、複数のレンズのうちの最上部のレンズとハウジングの上部との間に圧力領域を有しており、
    さらに投影光学系が、ハウジングの上部に設けられた開口と、
    複数のレンズのうちの最上部のレンズと圧力領域との間に設けられた液体シールとを有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
21. 基板とハウジングの上部との間の距離が約５０〜１５０μｍである、請求項２０記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
22. 基板とハウジングの上部との間の距離が５０μｍ〜５００μｍである、請求項２０記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
23. ハウジングの上部が疎水性表面を有する、請求項２０記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
24. 液体を提供するための手段が、ウェット露光が必要とされる場合にのみ液体を選択的に提供する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
25. 電磁放射が１９３ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
26. 電磁放射が１５７ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
27. 電磁放射が４３５ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
28. 電磁放射が４０５ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
29. 電磁放射が３６５ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
30. 電磁放射が２４８ｎｍの波長を有する、請求項１６記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
31. 液体浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて、
    投影光学系を有する露光系と、
    投影光学系と基板との間に液体を提供するための液体供給システムとが設けられており、
    前記投影光学系が基板の下方に位置決めされていることを特徴とする、液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
32. 液体浸漬フォトリソグラフィシステムにおいて、
    投影光学系を有する露光系と、
    投影光学系と基板との間に液体を提供するための液体供給システムとが設けられており、
    該液体供給システムが、投影光学系の上方に液体メニスカスを形成するようになっていることを特徴とする、液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
33. 前記投影光学系が、基板の下方に位置決めされている、請求項３２記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
34. 前記投影光学系が、迷い出た液体を捕捉するための少なくとも１つの捕捉容器を備えたハウジングを有する、請求項３２記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
35. 前記投影光学系が、
    ハウジングを有しており、該ハウジング内に複数のレンズが取り付けられており、前記ハウジングが、複数のレンズのうちの最上部のレンズとハウジングの上部との間に圧力領域を有しており、
    さらに前記投影光学系が、ハウジングの上部に設けられた開口と、
    複数のレンズのうちの最上部のレンズと圧力領域との間に設けられた液体シールとを有している、請求項３２記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
36. ハウジングの上部が疎水性の表面を有する、請求項３５記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
37. ウェット露光が必要とされる場合にのみ前記液体供給システムが液体を選択的に提供する、請求項３５記載の液体浸漬フォトリソグラフィシステム。
38. 上方に向けられた投影光学系において、
    疎水性の上部を含んでおりかつ該疎水性の上部に形成された開口を有するハウジングと、
    ハウジングの縁部を取り囲んだ捕捉容器と、
    基板の上方露光のための複数のレンズと、
    投影光学系の最後のレンズ素子を取り囲んだ液体シールとが設けられていることを特徴とする、上方に向けられた投影光学系。
39. 基板を露光する方法において、
    基板の下方に投影光学系を位置決めし、
    該投影光学系を使用して電磁放射を基板に投射し、
    投影光学系と基板との間に液体を供給することを特徴とする、基板を露光する方法。
40. 少なくとも１つの捕捉容器を使用して基板から過剰な液体を除去することを含む、請求項３９記載の方法。
41. 投影光学系と基板との間に液体メニスカスを形成することを含む、請求項３９記載の方法。
42. 前記液体メニスカスを維持するために液体に圧力を提供することを含む、請求項３９記載の方法。

Images