JP3605041B2

JP3605041B2 - 露光方法及び装置、デバイス製造方法、並びに、デバイス

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Publication number: JP3605041B2
Application number: JP2001019133A
Authority: JP
Inventors: 謙治斉藤; 耕久稲生; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2021-01-26
Also published as: US6721040B2; JP2002222755A; US20020105628A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光装置に関し、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などの被処理体を露光するのに使用される露光方法及び装置、前記被処理体を使用するデバイスの製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバイスに関する。本発明の露光方法及び露光装置は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＣ、ＬＳＩ、液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造する時には、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マスク」と記す。）の回路パターンを投影光学系によってフォトレジスト等が塗布されたシリコンウェハ又はガラスプレート等（以下、「ウェハ」と記す。）の感光基板上に投影し、そこに回路パターンを転写する（回路パターンで露光する）投影露光方法及び投影露光装置が使用されている。
【０００３】
上記デバイスの高集積化に対応して、ウェハのチップ領域に転写するパターンの微細化即ち高解像度化とウェハにおける１チップ領域の大面積化とが要求されており、従ってウェハに対する微細加工技術の中心を成す上記投影露光方法及び投影露光装置においても、現在、０．５μｍ以下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべく、解像度と露光面積の向上が計られている。
【０００４】
従来の投影露光装置の摸式図を図１３に示す。図１３中、１９１は遠紫外線露光用光源であるエキシマレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光、１９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系１９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小投影光学系、１９７は光学系１９６から出て感光基板であるウェハ１９８に入射する像側露光光、１９９は感光基板を保持する基板ステージを示す。
【０００５】
エキシマレーザ１９１から出射したレーザ光は、引き回し光学系によって照明光学系１９２に導光され、照明光学系１９２により所定の光強度分布、配光分布、開き角（開口数ＮＡ）等を持つ照明光１９３とされ、この照明光１９３がマスク１９４を照明する。マスク１９４にはウェハ１９８上に形成する微細パターンを投影光学系１９６の投影倍率の逆数倍（例えば２倍や４倍や５倍）した寸法のパターンがクロム等によって石英基板上に形成されており、照明光１９３はマスク１９４を透過する時に微細パターンによって回折され、物体側露光光１９５となる。投影光学系１９６は、物体側露光光１９５を、マスク１９４の微細パターンを上記投影倍率で且つ充分小さな収差でウェハ１９８上に結像する像側露光光１９７に変換する。像側露光光１９７は図１３の下部の拡大図に示されるように、所定の開口数ＮＡ（＝ｓｉｎθ ）でウェハ１９８上に収束し、ウェハ１９８上に微細パターンの像を結ぶ。基板ステージ１９９は、ウェハ１９８の互いに異なる複数の領域（ショット領域：１個又は複数のチップとなる領域）に順次微細パタ−ンを形成するために、投影光学系の像平面に沿ってステップ移動することによりウェハ１９８の投影光学系１９６に対する位置を変える。
しかしながら、現在主流の上記のエキシマレーザを光源とする投影露光装置は、０．１０μｍ以下のパターンを形成することが困難である。
投影光学系１９６は、露光光の波長（以下、「露光波長」と記す。）に依存する光学的な解像度と焦点深度との間のトレードオフによる解像度の限界がある。投影露光装置の解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは、次の数式１と数式２の如きレ−リ−の式によって表される。
【０００６】
【数１】

【０００７】
【数２】

【０００８】
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系１９６の像側の開口数であり、ｋ_１、ｋ_２の値は通常０．５〜０．７程度であり、位相シフト等の解像力増強方を用いても０．４程度に止まる。これら両式から、解像度Ｒを小さい値とする高解像度化には開口数ＮＡを大きくする「高ＮＡ化」があるが、実際の露光では投影光学系１９６の焦点深度ＤＯＦをある程度以上の値にする必要があるため、高ＮＡ化をある程度以上進めることは不可能であり、従って更なる高解像度化には露光波長λを小さくする「短波長化」が必要となることとが分かる。
【０００９】
ところが短波長化を進めていくと重大な問題が発生する。この問題とは投影光学系１９６のレンズの硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透過率は遠紫外線領域では０に近く、特別な製造方法を用いて露光装置用（露光波長約２４８ｎｍ）に製造された硝材として合成石英が現存するが、この合成石英の透過率も波長１９３ｎｍ以下の露光波長に対しては急激に低下するし、０．１０μｍ以下の微細パタ−ンに対応する露光波長１５０ｎｍ以下の領域で透過率が十分に高くて実用的な硝材の開発は非常に困難だと思われる。また遠紫外線領域で使用される硝材は、透過率以外にも、耐久性、屈折率均一性、光学的歪み、加工性等の複数の観点で一定の条件を満たす必要があり、この事からも露光波長１５０ｎｍ以下の領域で実用的な硝材の存在が危ぶまれる。
【００１０】
このように従来の投影露光方法及び投影露光装置では、ウェハ１９８に０．１０μｍ以下のパタ−ンを形成する為には１５０ｎｍ程度以下まで露光波長の短波長化が必要であるのに対し、この波長領域では実用的な硝材が存在しないので、ウェハ１９８に０．１０μｍ以下のパターンを形成することができなかった。
【００１１】
又、最近、光によって０．１μｍ以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。これは例えば１００ｎｍ以下の大きさの微小開口から滲み出す近接場光を用いてレジストに光の波長限界を越える局所的な露光を行なう装置である。しかしながらこれらのＳＮＯＭ構成のリソグラフィ装置ではいずれも１本あるいは数本の加工プローブで一筆書きのように微細加工を行なう構成のため、スループットが向上しないという問題点を有していた。
【００１２】
これを解決する方法として公開特許平成８年第１７９４９３号公報に見られるように、光マスクに対してプリズムを設けて全反射となる角度で光を入射させ、全反射面から滲み出す近接場光を用いて光マスクのパターンをレジストに一括転写するという提案がなされている。
【００１３】
上記公報に記載のプリズムを用いた近接場光による一括露光装置では、プリズム・マスクとレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することが必須である。しかしながら実際にはプリズム・マスク面全面に亘ってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下にすることはプリズム・マスクや基板の面精度の限界から困難である。またプリズム・マスクと基板の位置合わせに少しでも傾きがあると、やはりプリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することが困難となる。
【００１４】
この様な間隔の不均一性は露光パターンのむらや、プリズム・マスクによりレジストを部分的に押しつぶすという問題を生じさせていた。
【００１５】
上記課題を解決するため、近接場光を用いた露光方法及び露光装置では表側の面に幅が１００ｎｍ以下の開口からなる微小開口パターンを有し、且つ弾性体で構成されてマスク面の法線方向に弾性変形可能なマスクを用いることにより、該マスクの表側の面に対向して配置した被露光物に該微小開口パターンの露光・転写を行なう方法も提案されている（公開特許平成１１年第１４５０５１号公報）。
【００１６】
しかしながら、マスクを用いた近接場光による露光では等倍の微細マスクを作成する必要があり、その作成の困難さや近接場マスクとウェハのアライメント等実用化には残された課題が多い。
【００１７】
一方、入射光の強度に応じて光透過率が増大する薄膜をレジスト上に塗布し、該薄膜に光スポットを照射して薄膜の光透過率を局所的に増大させ、光スポットとレジストとを相対的に走査することによって薄膜の光透過率増大部を所望のパターンに形成し、薄膜の光透過率増大部を通してレジストを露光するレジストの露光方法が提案されている（公開特許平成９年第７９３５号公報）。この方式は、前記薄膜として、一定の融点又は昇華点を持つ不透明薄膜を用い、光スポットによって薄膜の温度が局所的にその融点又は昇華点を越えることにより、薄膜の光透過率を増大させた。このような薄膜の上をレーザ走査型露光装置で走査すると、レーザスポットの当たった部分では不透明薄膜の温度が上昇する。レーザスポットの光強度分布は一般にガウス分布をなしているから、薄膜の温度分布もほぼガウス分布をなす。したがってレーザパワーを調節することにより、レーザスポットサイズφよりもはるかに狭い領域ｗだけの温度を、融点以上とすることができる。この領域ｗでの薄膜は融点以上となって溶け、溶けた部分は光が通るようになるから、たとえばレーザスポットを直線状に走査した場合、不透明薄膜上にレーザスポットサイズφよりもはるかに細い幅ｗの直線状の光透過部分を形成することができる。こうして得られる不透明薄膜の光透過部分は、その幅ｗを細くすることができるだけでなく、一定間隔をおいて複数の直線状の光透過部分を形成した場合、その周期を光学的遮断周波数で決まる回折限界値よりもはるかに小さくすることができる。こうして形成された微小開口を通して近接場光によりレジストを露光する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、公開特許平成９年第７９３５号公報に記載の露光方法は、レジストに光透過率が増大する薄膜を直接塗布するので、安定してその効果を引き出すことはできなかった。レジスト膜上への成膜という制限からレジストの性質に左右され均一に成膜することも困難であった。また、何千枚という被処理体に薄膜を形成しなければならず煩雑である。更に、レジストからこの薄膜を露光後に剥離する必要があり、レジストプロセス上の負荷が多い。このため、同公報の露光方法はスループットが悪いという問題がある。また、レジスト及びその下の基板には細かな凹凸があるために、レジスト上に薄膜を均一に積層又は形成することも困難である。このため、同公報の露光方法は露光の重ね合わせ精度が良くないという問題もある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、新規かつ有用な露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法を提供することを本発明の概括的目的とする。
【００２０】
より特定的には、本発明は、スループットが高い露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法を提供することを主目的とし、他にはスループットと重ね合わせ精度が高く、解像度の向上をもたらす露光方法及び装置、並びに、デバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【００２１】
本発明の一側面としての露光方法は、入射光の強度に応じて光透過率が変化する薄膜を有する透明基板と、被処理体とを近接場光が働く範囲内で配置するステップと、前記透明基板の前記薄膜にマスクの第１の線幅を持つ第１のパターンと第１の線幅よりも細い第２の線幅を持つ第２のパターンとを投影し、前記近接場光を利用して当該第２のパターンを前記被処理体に露光するステップとを有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の別の側面としての露光装置は、被処理体に対して近接場光が働く範囲内で配置され、入射光の強度に応じて光透過率が変化する薄膜を有する透明基板を備え、マスクの第１の線幅を持つ第１のパターンと第１の線幅よりも細い第２の線幅を持つ第２のパターンとを前記透明基板の前記薄膜に投影し、前記近接場光を利用して当該第２のパターンを前記被処理体に露光する投影光学系を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を投影露光する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工程とを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００２５】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な露光装置１について説明する。ここで、図１は、本発明の例示的な露光装置１の概略図を同図の左側に、また、透明基板４０とプレート５０の概略拡大図を同図の右側に示す。
【００２７】
露光装置１は、図１に示すように、光源部１０と、レチクル２０と、投影光学系３０と、透明基板４０と、プレート５０とを有する。露光装置１は等倍又は縮小一括露光を行ってもよいし、ステップアンドリピート投影方式やステップアンドスキャン投影方式でレチクル２０に形成された回路パターンをプレート５０に露光してもよい。ここで、「ステップアンドスキャン投影方式」は、レチクル２０に対してプレート５０を連続的にスキャンさせてレチクル２０のパターンをプレート５０に露光すると共に、１ショットの露光終了後プレートをステップ移動させて、次のショットの露光領域に移動させる投影露光法をいう。また、ステップアンドリピート投影方式はプレート５０のショットの一括露光ごとにプレート５０をステップ移動させて次のショットを露光領域に移動させる投影露光方法をいう。
【００２８】
光源部１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２０を、必要があれば照明光学系を介して、照明光Ｌ１で照明する。光源部１０は、例えば、光源として紫外光又は軟Ｘ線を出射するレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ₂エキシマレーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、Ｈｅ-ＣｄレーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。また、光源部１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
以上
【００２９】
レチクル２０は、例えば、石英製で、その上にはプレート５０に転写されるべき回路パターン（又は像）が形成される。パタ−ンは投影光学系３０の縮小投影倍率の逆数倍した寸法でクロム等によって形成される。光源部１０による照明光Ｌ１はレチクル２０を透過する時にパターンによって回折し、物体側露光光となる。レチクル２０から発せられた回折光（露光光）は投影光学系３０を通りプレート５０上に投影される。プレート５０はウェハや液晶基板などの被処理体でありレジスト５４が塗布されている。レチクル２０と透明基板４０とは共役の関係にある。走査型投影露光装置であれば、レチクル２０とプレート５０を走査することによりレチクル２０のパターンをプレート５０上に転写する。露光装置１がステッパー（ステップアンドリピート露光方式の露光装置）の場合は、レチクル２０とプレート５０を静止させた状態で露光が行われる。
【００３０】
投影光学系３０はマスクパターンを通過した物体側露光光を等倍又は所定の投影倍率でかつ十分小さな収差で透明基板４０上に結像する像側露光光に変換する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のＢＯ（バイナリーオプティックス）などの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。本実施例では投影光学系３０を使用するので、レチクル２０のパターンを縮小投影倍率でプレート５０に転写することができる。このため、レチクル２０のパターンの開口幅を近接場光が働く範囲内（例えば、約１００ｎｍ以内）にしなくてもよいので大面積のレチクル２０を現状の技術レベル作成することが可能である。
【００３１】
透明基板４０は、基体４１と、安定化層４２及び４４と、入射光の強度に応じて光透過率が変化する薄膜４３とを有する。図１から理解されるように、薄膜４３は安定化層４２及び４４に挟まれている。基体４１は、石英、フッ素ドープ石英、蛍石など、露光波長に対し透過率の良好な部材からなり、薄膜４３を（本実施例では安定化層４２を介して）支持する。基体は薄膜４３の、性能が安定して発揮できる強度を有する厚さ、例えば、１００μｍ乃至１０００μｍを有する。薄膜４３は、光又は熱によって可逆的に微小開口を生じる光学的又は熱的な活性層であって相変化材料又は３次の非線形効果が大きい材料からなるものが好ましい。特に、アンチモン又はそれを主成分とする合金が好適である。安定化層４２及び４４は、Ｓｉ_３Ｎ_４等からなり、薄膜４３の安定した相変化を可能にすると共に薄膜４３を保護している。薄膜４３及び安定化層４２、４４は、光パワーの減少を防ぐため酸素を組成に含まず透明なものが好ましい。本実施例の透明基板４０は弾性変形可能な厚さを有し、プレート５０と弾性的に密着及び剥離するが透明基板４０が弾性変形可能であることは必ずしも必要ではない。
【００３２】
透明基板４０は、プレート５０とは独立して製造される。プレート５０の基板５２及びレジスト５４の表面には微細な凹凸やうねりが存在するため、透明基板４０は、プレート５０のレジスト５２上に薄膜４３を直接形成するよりも、薄膜４３を高精度に形成することができる。この結果、露光装置１は、重ね合わせ精度を高めることができ、また、透明基板４０を複数のプレート５０に対して共通に使用することができるのでスループットを高めることができる。
【００３３】
透明基板４０は、例えば、基体４１である石英上に安定化層４２及び４４としてＳｉ_３Ｎ_４を、薄膜４３としてＳｂを成膜し、成膜されていない側からＫＯＨ水溶液で異方性エッチングを行い、安定化層４２、４４と薄膜４３の積層を残すことによって製造されることができる。
【００３４】
図２に、透明基板４０の光強度と透過率との関係を示すグラフである。同図中、Ｉで示される（一点鎖線の）グラフは光強度に比例して透過率が増大する薄膜４３の特性を示す。図２のＩＩで示される（実線の）グラフは光強度の所定の値で急激に透過率が増大し、飽和する特性を示す薄膜４３の特性を示す。
【００３５】
プレート５０は、ウェハなどの基板５２とそれに塗布されたフォトレジスト５４から構成されている。レジスト５４の塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、レジスト５４の塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、レジスト５４と基板５２との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００３６】
基板５２はＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮ等の絶縁性基板、又は、これらの基板上に金属、酸化物、窒化物等を成膜したものなど、広い範囲のものを使用することができる。但し、透明基板４０と露光領域全域にわたって望ましくは１０ｎｍ以下、少なくとも１００ｎｍ以下の間隔になるよう配置されることが必要であるため、基板５２にはなるべく平坦なものを選択する必要がある。
【００３７】
同様に、レジスト５４の形状も表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。透明基板４０からしみ出した近接場光の強度は透明基板４０から遠ざかるにつれ指数関数的に減少するため、レジスト５４を１００ｎｍ以上の深いところまで露光することが困難である。また近接場光はレジスト５４の中で散乱されるように広がるため、露光パターン幅が広がることを考慮すると、レジスト５４の厚さは少なくとも約１００ｎｍ以下でできるだけ薄くする必要がある。
【００３８】
以上から、レジスト５４の材料及びコーティング方法は、膜厚及びレジスト５４表面の凹凸が望ましくは約１０ｎｍ以下、少なくとも約１００ｎｍ以下となるように選択される必要がある。例えば、汎用光レジスト材料をなるべく粘性が低くなる溶媒に溶かし、スピンコートで薄く、かつ、均一な厚さになるようにコーティングする方法を挙げることができる。他の光レジスト材料及びコーティング法の例として、一分子中に疎水基、親水基、官能基を有する両親媒性光レジスト材料分子を水面上に並べた単分子膜を所定の回数、基板上にすくいとって、基板上に単分子膜の累積膜を形成するラングミュアー・ブロジェット法（ＬＢ法）を挙げることもできる。更には、溶媒中や気相中で基板に対して一分子層だけで物理吸着又は化学結合することにより、基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜形成法（ＳＡＭ法）を用いてもよい。ＬＢ法やＳＡＭ法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで平坦性よく形成することができるために好適である。
【００３９】
本実施例では透明基板４０が弾性変形してプレート５０と密着及び剥離するが、透明基板４０のプレート５０と対向する面にその全面を覆うように吸着防止用の薄膜を厚さ約１乃至１０ｎｍとなるように形成し、レジスト５４の上部にレジスト５４の全面を覆うように別の吸着防止用の薄膜を厚さ約１乃至１０ｎｍとなるように形成し、これらの吸着防止薄膜の表面を、親水性及び疎水性の親和性に関して互いに異なる性質のものとなるように構成してもよい。例えば、一方の吸着防止薄膜の表面が親水性を示す場合、他方の吸着防止薄膜の表面は疎水性を示す材料を選択する。一般に表面が疎水性を示す材料としては、分子中に疎水性を示す官能基である一本以上の長鎖アルキル基やトリフルオロ基等を有する材料をそれらの官能基が表面側にくるような状態に分子の配向を制御して成膜すればよい。また、ポリメタクリレート誘導体やポリアクリレート誘導体等の水に不溶性の高分子化合物を成膜しても良い。逆に、一方の吸着防止薄膜の表面が疎水性を示す場合、他方の吸着防止薄膜の表面は親水性を示す材料を選択する。一般に表面が親水性を示す材料としては、分子中に親水性を示す官能基であるカルボキシル基や硫酸基（ＳＯ_３ −）、アミノ基を有する材料をそれらの官能基が表面側にくるような状態に分子の配向を制御して成膜すればよい。両層は分子レベルで水素結合などの結合力が発生しないので互いになじむことなく大きな吸着力は発生しない。従って、密着した透明基板４０とプレート５０を剥離する際に、両吸着防止薄膜の間で容易に剥離させられる。
【００４０】
近接場光を使用する露光では露光時、露光領域全面に亘って透明基板４０とレジスト５４／基板５２の間隔を少なくとも約１００ｎｍ以下に、均一に維持する必要がある。このため基板５２はＣＭＰプロセスによる平坦化を行っておくことが好ましい。
【００４１】
レジスト５４と透明基板４０は、露光時には、近接場光が働く距離の範囲内、本実施例では０乃至光源部１２から出射される露光光Ｌ１の波長以下、に密着される。近接場光は、薄膜４３から波長の距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、薄膜４３から離れるとその強度が急激に減少する。そこで、近接場光がしみ出す薄膜４３とレジスト５４とを相対的に波長以下の距離にまで近づける。例えば、光源部１２の光源に波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーを使用する場合、透明基板４０とプレート５０との距離は波長の半分の約１２４ｎｍ以下に設定することが好ましい。同様に、光源部１２の光源に波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用する場合、透明基板４０とプレート５０との距離は波長の半分の約１００ｎｍ以下に設定することが好ましい。
【００４２】
透明基板４０とプレート５０を密着する方法は幾つかある。例えば、不図示の静電力発生手段を使用して透明基板４０とプレート５０との着脱を制御することができる。静電力発生手段は、例えば、透明基板４０とプレート５０との間に電圧を印加し、両者の間に静電力を発生させる。静電力が透明基板４０とプレート５０とを密着させる。透明基板４０とプレート５０との間の密着力の調節は、印加電圧の値の制御によって行なうことができる。
【００４３】
露光の前後には透明基板４０とプレート５０とは着脱位置において密着及び分離される。本実施例では、透明基板４０とプレート５０とは着脱位置と露光位置との間で一体的に移動可能である。図７（ａ）及び（ｃ）は、透明基板４０とプレート５０が着脱位置にある状態を、図１及び図７（ｂ）は、透明基板４０とプレート５０が露光位置にある状態を示している。
【００４４】
より詳細には、図７においては、透明基板４０を露光前にチャック７０に固定されたプレート５０上にセットし、透明基板４０、プレート５０及びチャック７０が、不図示のステージにより露光位置に搬送する。図７（ａ）の装着位置において、チャック７０に予め固定されたプレート５０上に透明基板４０をセットする。透明基板４０のプレート５０に対する着脱は透明基板４０の平坦性を維持するために透明基板４０を傾斜することによって行われる。この際、透明基板４０はプレート５０全面を覆いさらに周辺がはみ出すように少し大きめに作成しておくと着脱性がよくなるため好ましい。図７（ｂ）に示す露光位置で全ショット露光が完了してから不図示のステージでチャック７０ごと移動し、図７（ｃ）に示す分離位置で透明基板４０をプレート５０から分離する。図７（ａ）及び（ｃ）においては、透明基板４０の着脱はプレート５０に対して傾斜して行われている。これは、透明基板４０とプレート５０との間に空気が入ることを防止するためである。両者の間に空気が入ると密着部分と非密着部分とが混在することになってしまう。非密着部分では透明基板４０とプレート５０とは近接場光が働く範囲内に配置されていないため、これでは露光むらが生じる。
【００４５】
代替的に、図６に示す与圧容器６０を使用して透明基板４０とプレート５０の密着性を高めてもよい。ここで、図６は、透明基板４０とプレート５０との密着性を可能にする例を示す概略図である。透明基板４０とレジスト５４の表面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかし、実際には、透明基板４０の表面やレジスト５４／基板５２の表面に凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけて接触させただけでは、密着部分と非密着部分が混在する状態になってしまう可能性がある。上述したように、非密着部分では透明基板４０とプレート５０とは近接場光が働く範囲内に配置されていないため、これでは露光むらが生じる。そこで、本実施例は与圧容器６０を介して透明基板４０の裏面から表面側に圧力を印加し、透明基板４０を弾性変形させてレジスト５４へ押し付けることにより、両者を全面に亘って密着させている。また、透明基板４０をプレート５０から剥離する際はこれと逆の圧力印加を行う。
【００４６】
与圧容器６０は、透明基板４０の入射側と射出側の圧力差を制御し、その上面には気体を遮断するガラス等からなる透明基板（又は光透過窓）６２があり、下面には透明基板４０が配置されている。与圧容器６０は調節弁６４を通して高圧ガス容器６６が接続され、与圧容器６０内の圧力を調整することができるように構成されている。上述したように、プレート５０はチャック７０に固定され、チャック７０は不図示のステージ上に取り付けられている。
【００４７】
プレート５０はレチクル２０と不図示のアライメント光学系によりアライメントされる。次に、調整弁６４を開口して高圧ガス容器６６からガスを与圧容器６０内に導入して与圧容器６０内部の圧力を高めた状態で調整弁６４を閉口する。上述したように、透明基板４０は弾性変形可能であるので、透明基板４０はプレート５０に押し付けられ、透明基板４０とプレート５０のレジスト５４とは全面にわたって均一な圧力で十分に密着される。このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、透明基板４０とレジスト５４との間に作用する斥力が均一になり、透明基板４０やレジスト５４に局所的に大きな力が加わったりすることがなく、透明基板４０やプレート５０が局所的に破損することがなくなる。
【００４８】
透明基板４０とレジスト５４との密着は、与圧容器６０内の圧力を調整することによって調整される。透明基板４０のプレート５０と対向する面やレジスト５４／基板５２面の凹凸やうねりがやや大きいときには与圧容器６０内の圧力を高めに設定して密着力を増大させ、凹凸やうねりによる透明基板４０とプレート５０との間隔ばらつきをなくすことができる。
【００４９】
代替的に、透明基板４０の表面側及びレジスト５４／基板５２側を減圧容器内に配置してもよい。この場合には、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により透明基板４０の裏面側から表面側に圧力がかかり、透明基板４０とレジスト５４との密着性を高めることができる。いずれにしても、透明基板４０の表面側よりも裏面側が高い圧力となるように圧力差が設けられる。透明基板４０のプレート５０と対向する面やレジスト５４／基板５２面の凹凸やうねりがやや大きいときには、減圧容器内の圧力を低めに設定して密着力を増大させ、両者の間隔ばらつきをなくすことができる。
【００５０】
この状態で露光がなされる。露光後、図示しない調整弁を開き、図示しない排気ポンプから与圧容器６０内部を排気して与圧容器６０の圧力を弱め、透明基板４０をプレート５０から弾性変形により分離（又は剥離）する。このような方法で減圧を行うと、パスカルの原理により、透明基板４０とレジスト５４との間に作用する斥力が均一になり、透明基板４０やレジスト５４に局所的に大きな力が加わったりすることがなく、透明基板４０やプレート５０が局所的に破損することがなくなる。
【００５１】
その後、不図示のステージを移動し、プレート５０を回収し、次のプレート５０を同様にセットして露光を行なう。図６に示す例では、図７とは異なり、透明基板４０は露光位置に固定されたままであり、プレート５０のみがチャック７０と共に着脱位置と露光位置の間を移動する。
【００５２】
更に他の例として、高圧ガス容器６６をその内部が光Ｌ１に対して透明な液体で満たされた容器に置換して、シリンダーを用いて容器内部の液体の圧力を調整するようにしてもよい。
【００５３】
図８は、プレート５０のフォーカス位置を検出するオートフォーカス（ＡＦ）光学系８０を示す。ＡＦ光学系８０は、図示しない制御部８１と、スポット状又はシート状の計測ビーム（レジスト５４を感光させない非露光光）を透明基板４０に投射する投射系（又は発光部）８２と、透明基板４０の表面で反射した光を検出する検出系８４と、チャック７０を支持する図示しないステージ傾斜及び上下移動する移動機構８６とを有する。
【００５４】
制御部８１（又は制御部８１に接続された図示しないメモリ）には投影光学系３０のベストフォーカス位置に関する情報を予め格納している。投射系８２は、透明基板４０の面の傾きをチェックするために複数個の光束を投光する。検出系８４には各光束に対応して複数個の位置検出用の受光素子が配置されており、各位置検出用の受光素子の受光面と透明基板４０上での各光束の反射点が投影光学系３０によりほぼ共役となるように構成されている。透明基板４０の光軸方向のずれは、検出系８４の位置検出用の受光素子上での入射光束の位置ずれとして計測される。この結果、制御部８１は、検出系８４により計測された透明基板４０のフォーカス基準位置からのフォーカス方向（即ち、光軸方向）のずれを算出することができる。制御部８１は、検出系８４からの検出信号に基づいてフォーカスとティルト補正を行なう。より具体的には、制御部８１はチャック７０を傾斜及び上下移動する移動機構８６の駆動を制御することによってフォーカス補正とティルト補正を行う。なお、オートフォーカス補正は、検出系８４上の光束の集光位置を直接調整するようなものや投影光学系３０の焦点距離を変えるものでもよい。また焦点位置検出手段は光学式のほかに、空気圧を測定する方法や、静電容量センサーを用いてもよい。
【００５５】
図９は、透明な平行平板である透明基板４０の導入によって生じた球面収差を、投影光学系３０のレンズ間隔を調整することによって補正する機構３２を示す。その他各収差補正も補正光学部材の挿入や、補正光学素子の駆動などにより調整する。
【００５６】
図１０は、プレート５０上に形成されたアライメントマーク１６を利用して、プレート５０のＴＴＬアライメントを行なうアライメント光学系９０を示す。アライメント光学系９０は投影光学系３０を介し、レンズ９３、９４及び検出器９５から構成される。この際、透明基板４０の挿入によって生じた収差をレンズ９３及び／又は９４を駆動する駆動機構９６によって補正している。
【００５７】
露光において、光源部１０から発せられた光束はレチクル２０を照明し、その後、投影光学系３０によってレチクル２０上のパターンが透明基板４０に縮小投影される。投影光学系３０によってレチクル２０上のパターン像Ｌ２は透明基板４０の薄膜４３に結像され、その強度分布に応じて薄膜４３の相変化をもたらし、薄膜４３の内部に微細な光強度分布Ｌ３を生成する。光強度分布Ｌ３は、近接場光Ｌ４となり、薄膜４３からしみだして安定化層４４及びレジスト５４へ到達し、透過率分布に応じた光強度分布でレジスト５４を露光する。後述するように、レジスト５４の閾値を適当に設定することにより、微細なレジストパターンをプレート５０上に形成することができる。以下、近接場光がプレート５０にレチクル２０の微細なパターンを転写する仕組みを図３を参照して説明する。
【００５８】
図３（ａ）は、投影基板４０を有しない露光装置が、その解像度よりも細い線幅を有するレチクル２０上のパターンをプレート５０に投影した場合のプレート５０上にできる光強度分布を示すグラフである。図３（ａ）から理解されるように、光強度分布はボケて、広がった分布となる。
【００５９】
一方、透明基板４０が使用される場合の薄膜４３を透過した直後の光強度分布Ｌ３（図１参照）を図３（ｂ）に示す。ここで、図３（ｂ）の点線は、透過率が一定の場合の薄膜４３を透過した光の光強度分布に対応しており、この場合は薄膜４３を設けない場合と同様である。図３（ｂ）の一点鎖線は、図２のＩ（一点鎖線）で示される透過率特性を有する薄膜４３を透過した光の光強度分布に対応している。図３（ｂ）の実線は、図２のＩＩ（実線）で示される透過率特性を有する薄膜４３を透過した光の光強度分布に対応している。図３（ｂ）の実線及び一点鎖線に示す薄膜４３透過直後の光強度分布は図３（ｂ）の点線で示す薄膜４３がない状態と比較して急峻なものとなる。
【００６０】
図３（ｂ）の点線、一点鎖線及び実線のそれぞれの光強度分布にレジスト５４を晒すと、レジスト５４は図３（ｂ）に示す閾値以上で感光するとすれば、レジスト５４の閾値以上の部分のみがその後の現像工程により残り、図３（ｃ）の点線、一点鎖線及び実線にそれぞれ示す線幅のパターンを得ることができる。
【００６１】
この結果、このようにして形成されるレジスト５４の線幅を予め所望の解像度となるように薄膜４３の透過率特性と露光量及び、レジスト５４の閾値を設定すればよいことが理解されるであろう。図３は光が照射された部分のみレジストが残るネガ型のレジストを用いた場合を示しているが、ポジ型のレジストを用いれば、レジストが残る所と、除去される所が反転したパターンを得ることができる。
【００６２】
図４（ａ）は、透明基板４０を有しない露光装置１の解像度よりも細いマスクパターン（左側）と太いマスクパターン（右側）とを同時に露光する場合を示している。左側の微細なマスクパターンは投影光学系の解像度Ｒ＝ｋ_１（λ／ＮＡ）よりも細いパターンである為、図３と同様にボケて広がり、ピーク強度も低い分布となる。一方、右側の太いマスクパターンは投影光学系の解像度より大きなパターンである為ボケずにほぼ一定の光強度分布を有し、光強度も高い。従って、透明基板４０が存在しなければ、従来技術と同様の光転写が行われ、細いマスクパターンの転写ができなくなる。そこで、本実施例は光強度に対応して透過率が変化する薄膜４３を設けて薄膜４３を透過した直後の両者の透過光強度分布を最大値においてほぼ同一に設定している。この結果、レジスト閾値レベルに設定することにより、大きいパターンは所望の大きさのパターンを露光することができる。
【００６３】
図５は、太いパターンと微細なパターンを含むデュアルゲートパターンの一例である。図５（ａ）は従来のパターンでゲート部は投影光学系の解像限界に留まっているが、本発明の露光方法及び装置によれば、図５（ａ）及び（ｂ）の両方のゲート部を形成することができる。ゲート部の線幅が素子のスピードを決定するので、動作スピードの速い素子を作成することができる。このように、近接場光がレジスト５４へのパターン転写を高精度に行うので、本発明の露光方法及び装置は高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６４】
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００６５】
図１２は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００６６】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００６７】
以上説明した露光方法及び装置によれば、近接場光を利用するので被処理体に高い解像度で露光を施すことができる。また、かかる露光方法及び装置は、被処理体とは独立の部材としての透明基板を利用するので、凹凸やうねりが存在する可能性のある被処理体に薄膜を直接形成するよりも、薄膜を高精度に形成することができ、重ね合わせ精度を高めることができる。更に、かかる露光方法及び装置は、近接場光を発生させる透明基板を複数の被処理体に対して共通に使用するのでスループットを高めることができる。また、かかる露光方法及び装置は、投影光学系を使用するのでマスクパターンを薄膜に等倍投影のみならず縮小投影することができ、等倍露光用のマスクパターンよりも開口を大きくすることができ、現状の技術レベルで大面積のマスクが作成可能となった。に行える。露光の解像度及び重ね合わせ精度が高まったデバイス製造方法により、高品位な半導体、ＬＣＤ、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッドなどのデバイスを提供することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上、本発明は直接場光を利用した露光工程のスループットを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的な露光装置の概略図である。
【図２】図１に示す露光装置に使用される透明基板の光強度と透過率との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示す透明基板を透過した直後の透過光の光強度分布及び当該光強度分布により露光された後のレジスト膜厚分布を示すグラフである。
【図４】図１に示す露光装置を使用して露光される微細なマスクパターンとより太いマスクパターンとが同時に露光される場合を示すグラフである。
【図５】図１に示す露光装置によって露光される被処理体から製造されることが期待される、太いパターンと微細なパターンを含むデュアルゲートパターンの一例である。
【図６】図１に示す透明基板及びプレートとの着脱を説明するための概略図である。
【図７】図１に示す透明基板及びプレートとの着脱を説明するための別の概略図である。
【図８】図１に示す露光装置のプレートのフォーカス位置を検出するオートフォーカス光学系を示す概略図である。
【図９】図１に示す露光装置において、透明基板の導入によって生じた球面収差を、投影光学系のレンズ間隔を調整することによって補正する機構を示す概略図である。
【図１０】図１に示す露光装置において、プレート上に形成されたアライメントマークを利用して、プレートのＴＴＬアライメントを行なうアライメント光学系を示す概略図である。
【図１１】本発明の露光工程を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図１３】従来の露光装置を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
１露光装置
１０光源部
２０レチクル又はマスク
３０投影光学系
４０透明基板
４２安定化層
４３薄膜
４４安定化層
５０プレート
６０与圧容器
７０チャック
８０オートフォーカス光学系
９０アライメント光学系

Claims

入射光の強度に応じて光透過率が変化する薄膜を有する透明基板と、被処理体とを近接場光が働く範囲内で配置するステップと、
前記透明基板の前記薄膜にマスクの第１の線幅を持つ第１のパターンと第１の線幅よりも細い第２の線幅を持つ第２のパターンとを投影し、前記近接場光を利用して当該第２のパターンを前記被処理体に露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
被処理体に対して近接場光が働く範囲内で配置され、入射光の強度に応じて光透過率が変化する薄膜を有する透明基板を備え、
マスクの第１の線幅を持つ第１のパターンと第１の線幅よりも細い第２の線幅を持つ第２のパターンとを前記透明基板の前記薄膜に投影し、前記近接場光を利用して当該第２のパターンを前記被処理体に露光する投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
請求項２記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光する工程と、
前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。