JP2009289896A - 液浸露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャン速度の高速化に伴う残留液の発生を抑制することができ、露光スループットの向上をはかる。
【解決手段】液浸領域を形成するための液浸ヘッド１３を備えた投影レンズ１４を用い、露光ステージ１１上に載置された被露光基板１２と投影レンズ１４との間に介在するように液浸領域１５を形成し、この液浸領域１５を保持しつつ露光ステージ１１と投影レンズ１４とを相対的に移動させて、被露光基板１２の液浸領域１５に覆われた領域の露光を行う液浸露光方法であって、投影レンズ１４の下端部と被露光基板１２の表面部との距離を変えずに、露光のシーケンスに応じて液浸ヘッド１３の下端部と被露光基板１２の表面部との距離を可変する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイス製造プロセスで用いられる光リソグラフィ技術に係わり、特に被露光基板に対して液浸領域を相対移動させつつ露光を行うスキャン型の液浸露光方法に関する。

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、投影レンズの下面と被処理基板の表面との間を、例えば水等の液体で満たした状態で露光を行うスキャン型の液浸露光装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。この液浸露光装置を用いることにより、露光波長を変えずに解像限界・焦点深度を上げることができる。

しかしながら、この種の露光装置にあっては次のような問題があった。即ち、スキャン型の液浸露光装置では、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。ここで、局所的な液浸領域を形成するために、投影レンズの下部に液浸ヘッドを設け、液浸ヘッドの移動と共に液浸領域を移動させるようにしている。この液浸ヘッドの移動時に基板表面に残留液が発生する場合があり、特にスキャン速度を速くするほど残留液の発生が顕著となる。さらに、液浸ヘッドが被露光基板上を長距離移動する場合やスキャン方向の転換時には、残留液が発生しやすくなる。このため、液浸ヘッドと露光ステージとの相対移動速度に制約が入り、これがスループットを低下させる要因となっていた。

また、被露光基板上に塗布するレジスト等の材料により、液浸ヘッドによる液浸保持能力が変化するため、塗布材料によってスキャン速度が制限される問題もあった。
特開２００８−２１７１８号公報

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、スキャン速度の高速化に伴う残留液の発生を抑制することができ、露光スループットの向上をはかり得る液浸露光方法を提供することにある。

本発明の一態様は、液浸領域を形成するための液浸ヘッドを備えた投影レンズを用い、露光ステージ上に載置された被露光基板の表面部と投影レンズの下端部との間に介在するように液浸領域を形成し、この液浸領域を保持しつつ露光ステージと投影レンズを相対的に移動させて、被露光基板の液浸領域で覆われた領域を露光する液浸露光方法であって、前記投影レンズの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を変えずに、露光のシーケンスに応じて前記液浸ヘッドの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を可変することを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、露光ステージ上に載置された被露光基板の表面部と投影レンズの下端部との間に介在するように液浸領域を形成し、この液浸領域を保持しつつ被露光基板と投影レンズを相対的に移動させて、被露光基板の液浸領域で覆われた領域を露光する液浸露光方法であって、前記被露光基板の表面位置が、該表面に対する前記液浸領域の移動方向の後方側よりも前方側の方で低くなるように、前記被露光基板の表面を水平面から傾けることを特徴とする。

本発明によれば、投影レンズの下端部と被露光基板の表面部との距離を変えずに、露光のシーケンスに応じて液浸ヘッドの下端部と被露光基板の表面部との距離を可変することにより、スキャン速度の高速化に伴う残留液の発生を抑制することができ、露光スループットの向上をはかることができる。

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。なお、以下の図面において、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。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わるスキャン型の液浸露光装置を示す概略構成図である。

本装置は、露光ステージ１１、液浸ヘッド１３、投影レンズ１４、水供給・回収機構１７、マスクステージ１８、照明光源１９等を備えている。

露光ステージ１１は、Ｘ方向（紙面左右方向）及びＹ方向（紙面表裏方向）に移動可能となっており、このステージ１１上に被露光基板１２が載置される。そして、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も移動するようになっている。マスクステージ１８も露光ステージ１１と同様にＸ方向及びＹ方向に移動可能となっており、このステージ１８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が配置される。そして、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も移動するようになっている。

液浸ヘッド１３は、図２に示すように、投影レンズ１４の下端部を囲むように設けられたリング状部材から形成され、投影レンズ１４に上下方向に進退可能に取り付けられている。液浸ヘッド１３には、液浸ヘッド１３の中央部（リング状部材の開口部）に水を供給するための水供給管２１と、中央部の水を排出するための排出管２２が接続されている。そして、液浸ヘッド１３の中央部に水を供給することにより、投影レンズ１４の下面と被露光基板１２の表面との間に液浸領域１５が形成されるものとなっている。また、液浸領域１５を維持するために、水供給・回収機構１７により、走査露光に同期して水が給水・排水されるようになっている。

フォトマスク１６に対して照明光源１９から露光光が照明されると、投影レンズ１４によりマスクのパターンが被露光基板１２の表面に投影露光される。このとき、被露光基板１２と投影レンズ１４との間は液浸領域１５の水で満たされており、投影レンズ１４から射出された露光光は液浸領域１５の水の層を透過して、図３（ａ）に示す照射スリット領域３２（照射領域）に到達する。図３（ａ）は、液浸領域１５と照射スリット領域３２の関係を上から見た図である。照射スリット領域３２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、照明光源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。そして、照射スリット領域３２では、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。

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３（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射スリット領域３２が露光領域３１を紙面の上から下に走査することになる。また、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４（ａ）〜（ｃ）に示すように、照射スリット領域３２が露光領域３１を紙面の下から上に走査することになる。

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。被露光基板１２の移動方向とフォトマスク１６の移動方向は、レンズ系の構成にも依存するが、通常逆となっている。

次に、図１のスキャン型液浸露光装置を用いた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５及び図６に示す。図５は、被露光基板１２の上に形成される複数の露光領域３１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３１に投影される。図６は、図５の一部を拡大して示す図である。

まず、図６の第１の露光領域３１１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３１１の上端から走査を始めた照射スリット領域３２が第１の露光領域３１１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３２が第１の露光領域３１１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３２が第２の露光領域３１２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３１１と第２の露光領域３１２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３２が第２の露光領域３１２の下端に到達したら、今度は、第１の露光領域３１１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３１２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５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。ここで、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や、相対移動が長距離（数ｃｍ）に及ぶ場合に、液浸液が基板表面に残りやすい。

次に、本実施形態の特徴である、液浸ヘッドと被露光基板との距離を露光のシーケンスに応じて可変する方法について説明する。

図７は、露光のシーケンスの３つの状態を示す図である。

シーケンス１は、露光ステージ１１を連続移動しながら実際に露光（スキャン露光）を行う状態である。シーケンス２は、一つの露光領域３１の露光終了から次の露光領域３１まで露光ステージ１１をステップ移動する状態である。シーケンス３は、被露光基板１２の外側から基板１２内の露光開始点まで露光ステージ１１を移動する状態を示している。上記の露光シーケンス毎に、液浸ヘッド１３と被露光基板１６との距離を変えることを特徴とする。

図８は、本実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。

液浸型スキャン露光装置において、被露光基板１２上に塗布されている材料の液浸水に対する接触角などの撥水性能は、液浸ヘッド１３の移動時に基板表面に残留液を発生させないスキャン速度を決定する大きなパラメータである。従って、材料塗布情報を基に、露光マップに基づいた各動作を検討する。

具体的には、各シーケンス毎に、材料塗布情報に基づいて最大スキャン・ステップ速度を維持するための液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との間の距離を算出する。そして、算出結果に基づいて液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との間の距離を可変しながら露光を行う。

図９（ａ）〜（ｃ）は、各シーケンス毎に液浸ヘッド１３と基板表面との間の距離が異なることを示す図である。シースケンス１〜３に拘わらず、投影レンズ１４の下面と被露光基板１２の表面との距離Ｌ０は一定である。

図９（ａ）に示すように、スキャン露光する際の短い距離Ａを移動するシーケンス１では、液浸ヘッド１３と基板表面との距離Ｌ１を長くする。図９（ｂ）に示すように、ステップ移動する際の比較的短い距離Ｂ（Ｂ＞Ａ）を移動するシーケンス２では、液浸ヘッド１３と基板表面との距離Ｌ２をＬ１よりも短くする。そして、図９（ｃ）に示すように、長い距離Ｃを移動するシーケンス３では、液浸ヘッド１３と基板表面との距離Ｌ３をＬ２よりも短くする。

このように本実施形態によれば、液浸ヘッド１３の連続移動距離が長くなるに伴い液浸ヘッド１３と基板表面との距離を短く設定することにより、液浸ヘッド１３の移動に伴う残留液の発生を未然に防止することができる。即ち、液浸ヘッド１３の移動距離が短い場合は、残留液の発生確率も低いために、液浸ヘッド１３と基板表面との距離を長くしても残留液の発生は生じない。また、液浸ヘッド１３の移動距離が長い場合は、残留液の発生確率も高くなるが、液浸ヘッド１３と基板表面との距離を短くすることにより、液浸ヘッド１３による液浸保持能力を高めることができる。これにより、残留液の発生を防止することができ、残留液の発生に伴う欠陥の発生を防止することができる。

従来のように液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との距離が一定である場合、液浸ヘッド１３が被露光基板１２上を長距離移動する場合やスキャン方向の転換時に残留液が発生するおそれがあり、これを防止するために液浸ヘッド１３と露光ステージ１１との相対移動速度に制約が入り、これがスループットを低下させる要因となる。本実施形態では、液浸ヘッド１３の移動距離が長くなるに伴い液浸ヘッド１３と基板表面との距離を短くすることにより残留液の発生を抑制できることから、液浸ヘッド１３と露光ステージ１１との相対移動速度に制約が入るのを防止でき、例えば基板上に塗布されている材料によらず最大スキャン・ステップ速度を維持することができる。その結果として、露光スループットの向上をはかることができる。

なお、一般的には液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との距離を短くすればするほど残留液の発生確率は低くなるが、フォーカスのための投影レンズの移動、ステージ移動時の揺れなどによっても液浸ヘッド１３と被露光基板１２との接触を確実に防止するためには、液浸ヘッド１３と基板表面とは可能な限り離したい要望がある。本実施形態では、必要なときのみ液浸ヘッド１３と基板表面との距離を近づけるため、単純に距離を短くする場合と比較して、液浸ヘッド１３と被露光基板１２との接触のおそれを少なくすることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、露光ステージ１１の連続移動距離に応じて液浸ヘッド１３と基板表面との距離を可変したが、露光ステージ１１の移動速度に応じて上記距離を可変するようにしても良い。

図１０は、露光工程における液浸領域１５と被露光基板１２との相対移動の様子、即ち露光ステージ１１の移動による液浸ヘッド１３の移動の様子を示している。

露光ステージ１１の移動に際しては、ステージ移動の開始や停止が伴うので、必ずしも露光ステージ１１を常に一定速度で移動させるのではない。図１０に示すように、露光開始時には加速領域Ａを有し、露光時には等速領域Ｂとなり、露光終了時には減速領域Ｃを有する。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、液浸ヘッド１３の移動状態毎に液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との間の距離が異なることを示す図である。液浸ヘッド１３の移動状態に拘わらず、投影レンズ１４の下面と被露光基板１２の表面との距離Ｌ０は一定である。

被露光基板１２に対して実際に露光を行っている等速領域Ｂでは、液浸ヘッド１３の移動時に伴う残留液の発生確率が少ないので、図１１（ａ）に示すように、液浸ヘッド１３と基板表面との距離Ｌ１を比較的長くする。一方、加速領域Ａや減速領域Ｃでは、液浸ヘッド１３の移動時に伴う残留液の発生確率が高くなるので、図１１（ｂ）に示すように、液浸ヘッド１３と基板表面との距離を短くする。ここで、等速領域Ｂは勿論のこと、加速領域Ａ及び減速領域Ｂもスキャン移動のシーケンスである。従って、本実施形態では第１の実施形態とは異なり、液浸ヘッド１３の下面と被露光基板１２の表面との距離を、シーケンス毎に代えるのではなく、同一シーケンス内で変えるようにしている。

加速領域Ａや減速領域Ｃでは、等速領域Ｂに比べて残留液の発生確率が高いため、本実施形態のように、加速領域Ａや減速領域Ｃにおける液浸ヘッド１３と基板表面との距離Ｌ２を等速領域Ｂにおける距離Ｌ１よりも短くすることにより、残留液の発生を抑制することができる。従って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また、残留液の発生を抑制するには、液浸ヘッド１３による液浸保持能力を高めることが有効である。このために、図１１（ｃ）に示すように、液浸領域１５の移動方向に対して液浸ヘッド１３を傾けるようにしても良い。即ち、露光ステージ１１に対する液浸ヘッド１３の相対的な移動方向の前方側の液浸ヘッド１３の下面と基板表面との距離Ｌ１に対し、移動方向の後方側の液浸ヘッド１３の下面と基板表面との距離Ｌ２を短くする。これにより、液浸領域１５が液浸ヘッド１３の移動方向に力を受けることになり、結果として液浸ヘッド１３による液浸保持能力を高めることができる。また、液浸ヘッド１３を傾けることに加え、各領域Ａ，Ｂ，Ｃ毎に距離Ｌ２を変えるようにしても良い。

液浸ヘッド１３を逆方向に移動させる場合は、液浸ヘッド１３の傾きを逆にすることにより、逆方向に移動に際しても液浸保持能力を高めることができる。また、液浸ヘッド１３を傾ける代わりに、被露光基板１２を傾けるようにしても良い。具体的には、液浸ヘッド１３の下端部と被露光基板１２の表面部との距離が、液浸ヘッド１３の移動方向の前方側よりも後方側の方で短くなるように、被露光基板１２を載置したステージ１１を傾けるようにしても良い。

このように本実施形態よれば、液浸ヘッド１３の移動速度に応じて液浸ヘッド１３と基板表面との距離を最適に設定することにより、液浸ヘッド１３の移動に伴う残留液の発生を未然に防止することができる。また、液浸ヘッド１３の移動方向に応じて液浸ヘッド１３を傾けることにより、液浸ヘッド１３の移動に伴う残留液の発生を未然に防止することができる。従って、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（第３の実施形態）
図１２は、本発明の第３の実施形態を説明するためのもので、液浸ヘッド１３と被露光基板１２との関係を示している。

露光装置としての基本構成は第１の実施形態と同様であり、基本的な露光動作も第１の実施形態と同様である。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、スキャン移動時に露光ステージ１１を水平面から傾けるようにしたことにある。

前記図１１（ｃ）に示した液浸領域の移動方向に対して液浸ヘッド１３を傾ける代わりに、被露光基板１２を傾ける。具体的には、被露光基板１２の表面の高さ位置が、露光ステージ１１に対する液浸ヘッド１３の相対的な移動方向の後方側よりも前方側の方で低くなるように、露光ステージ１１の表面を水平面から傾ける。このように被露光基板１２を傾けて露光することで、液浸露光領域の後ろ側の液浸液は、重力と表面張力により液浸領域１５に留まる方向の力が作用し、残留しにくくなる。

液浸液の残留しやすさは、液浸領域１５の移動速度と、被露光基板１２の液浸液に対する親水性により決まる。被露光基板１２を傾ける角度は、液ダレしない範囲で、液浸領域１５の移動速度と被露光基板１２の親水性により変える。また、液浸ヘッド１３と露光ステージ１１との相対的移動方向を逆にする場合は、露光ステージ１１の傾きを逆方向にする。

このように本実施形態によれば、液浸ヘッド１３の移動方向に対して被露光基板１２の表面を水平面から傾けることにより、残留液の発生を抑制することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

（変形例）
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。液浸ヘッドの形状は前記図２に示す構造に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。また、液浸ヘッドの最大スキャン・ステップ速度を求める方法としては、被露光基板上に塗布するレジスト材料のみならず、塗布材料の膜厚、表面洗浄状態、ウェハエッジの処理状態、更にはウェハのベーク条件等に応じてより最適な値に決定するようにしても良い。

液浸ヘッドは使用時間によりその撥水性が変化する場合がある。この場合は、液浸ヘッドの撥水性変化に応じて液浸ヘッドと基板表面との距離を可変するようにしても良い。また、液浸ヘッドの下端部と被露光基板の表面部との距離を、被露光基板上に塗布されるレジスト材料に応じて変更しても良い。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

第１の実施形態に係わるスキャン型液浸露光装置を示す概略構成図。 第１の実施形態に用いた液浸ヘッドの具体的構成を示す断面図。 露光領域と照射スリット領域との関係を示す図。 露光領域と照射スリット領域との関係を示す図。 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。 図５の一部を拡大して示す図。 露光シーケンスの３つの状態を示す図。 第１の実施形態の動作を説明するためのフローチャート。 第１の実施形態における各シーケンス毎の液浸ヘッドと基板表面との距離の関係を示す図。 第２の実施形態を説明するためのもので、露光工程における液浸領域と被露光基板との相対移動の様子を示す図。 第１の実施形態における各シーケンス毎の液浸ヘッドと基板表面との距離の関係を示す図。 第３の実施形態を説明するためのもので、液浸ヘッドと被露光基板との関係を示す図。

符号の説明

１１…露光ステージ
１２…被露光基板
１３…液浸ヘッド
１４…投影レンズ
１５…液浸領域
１６…マスク
１７…水供給・回収機構
１８…マスクステージ
１９…照明光源
２１…水供給管
２２…水排気管
３１…露光領域
３２…照射スリット領域
３１１…第１の露光領域
３１２…第２の露光領域

Claims (5)

1. 液浸領域を形成するための液浸ヘッドを備えた投影レンズを用い、露光ステージ上に載置された被露光基板の表面部と投影レンズの下端部との間に介在するように液浸領域を形成し、この液浸領域を保持しつつ露光ステージと投影レンズを相対的に移動させて、被露光基板の液浸領域で覆われた領域を露光する液浸露光方法であって、
   前記投影レンズの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を変えずに、露光のシーケンスに応じて前記液浸ヘッドの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を可変することを特徴とする液浸露光方法。
2. 前記露光のシーケンスとして、前記露光ステージを連続移動しながら実際にスキャン露光を行う第１のシーケンス、一つの露光領域の露光終了から次の露光領域まで前記露光ステージをステップ移動する第２のシーケンス、及び前記被露光基板の外側から該基板内の露光開始点まで前記露光ステージを移動する第３のシーケンスがあり、各シーケンス毎に前記液浸ヘッドの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を変えることを特徴とする請求項１記載の液浸露光方法。
3. 前記液浸ヘッドの下端部と前記被露光基板の表面部との距離を、前記露光ステージ又は前記投影レンズを一度にステップ移動若しくはスキャンする距離又は速度に応じて決定することを特徴とする請求項１記載の液浸露光方法。
4. 前記液浸ヘッドの下端部と前記被露光基板の表面部との距離が、前記被露光基板に対する前記液浸ヘッドの移動方向の前方側よりも後方側の方で短くなるように、前記液浸ヘッド又は前記被露光基板を傾けることを特徴とする請求項１記載の液浸露光方法。
5. 露光ステージ上に載置された被露光基板の表面部と投影レンズの下端部との間に介在するように液浸領域を形成し、この液浸領域を保持しつつ被露光基板と投影レンズを相対的に移動させて、被露光基板の液浸領域で覆われた領域を露光する液浸露光方法であって、
   前記被露光基板の表面位置が、該表面に対する前記液浸領域の移動方向の後方側よりも前方側の方で低くなるように、前記被露光基板の表面を水平面から傾けることを特徴とする液浸露光方法。

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