JP4357514B2 - 液浸露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造に用いられるリソグラフィー技術における露光方法に係わり、特に露光装置のレンズと被処理基板との間に液体を介在させて露光する液浸露光方法に関する。

近年、レジスト膜に対する露光を行う際に、レジスト膜表面と露光装置のレンズとの間を液で満たして露光を行う液浸露光方法が注目されている。この方法を実施する装置として、水を供給可能なステージの中で、被処理基板全体を水没させ、このステージを露光装置に対して相対的に移動させながら露光を行う液浸露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この種の装置では、ステージ全体に液が供給されているため、ステージを高速で移動させた際にステージから液が溢れるなどの問題があり、高速駆動できないという問題があった。

ステージ移動による液の乱れの対策については、露光を行う部分に対して局所的に液体を供給しながらステージを駆動する手法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。この装置で、液浸露光のために膜表面で局所的に介在させた液膜を高速で移動させるためには、レジスト表面を撥水性にする、又はレジスト表面に撥水性の膜を設ける。これにより、光学系に対するステージの高速な相対移動が可能になる。

しかしながら、この種の液浸露光方法においては、次のような問題があった。即ち、液浸露光の際の液滴の残留や気泡の局在化により、レジストパターンに欠陥が発生する問題がある。さらに、これらの欠陥は、被処理基板のエッジに近い部分で発生しやすいという問題があった。
特開平１０−３０３１１４号公報 特開２００５−１０９４２６号公報

このように従来の液浸露光方法においては、液浸露光の際の液滴の残留や気泡の局在化によりレジストパターンに欠陥が発生し、その結果としてパターン寸法精度の低下を招く問題があった。

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、液浸露光の際の液滴の残留や気泡の局在化に起因するレジストパターンの欠陥発生を抑制することができ、パターン寸法精度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。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、露光装置のレンズと被処理基板との間に液体を介在させて露光する液浸露光方法であって、被処理基板上にレジスト膜又はレジスト膜とその上に形成された液浸保護膜からなるレジスト層を形成する工程と、前記基板上のレジスト層と露光装置の光学系との間に液体を介在させた状態で、前記基板と露光用マスクを相対的に移動させつつ液浸露光を行い、且つ液浸露光により生じる欠陥数に基づき露光領域を区分し、区分した露光領域毎に欠陥数が多いほど回数を多くするように多重露光回数を決定し、決定した多重露光回数で各露光領域の露光を行う工程と、前記露光された被処理基板に現像処理を施すことにより、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、液滴の残留や気泡の局在化が生じやすい外周近傍部分の露光回数を、被処理基板の外周近傍部分よりも内側の領域より多くすることにより、レジストパターン欠陥の発生を抑制することができ、これによりレジストパターン寸法精度の向上をはかることができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係わる液浸露光方法に使用した液浸露光装置の概略構成を示す図である。

図示されない照明光学系の下方に、水平方向に移動可能なレチクルステージ１１が配置されている。そして、このレチクルステージ１１上にＬＳＩパターンが形成されたレチクル１２が設置されるようになっている。

レチクルステージ１１の下方に、レチクル１１のパターンを縮小投影するための投影レンズ系１３が配置されている。投影レンズ系１３の下方に、水平方向に移動可能な試料ステージ１４が配置されている。そして、このステージ１４上に、液浸露光に供される半導体基板（被処理基板）２０が設置されるようになっている。また、この半導体基板２０の周囲には、基板２０のエッジ部分による段差を小さくするためにサポート板１７が設置されている。

投影レンズ系１３の下端部には、液浸液が液浸領域の外にはみ出さないようにするためのフェンス１５が取り付けられている。また、投影レンズ系１３の側部にフェンス１５内への水（第１の薬液）の供給及びフェンス１５内からの水の排出を行う一対の水供給・排出器１６が設けられている。

このような構成において、露光時は、フェンス１５で囲まれた領域の基板２０と投影レンズ系１３との空間は水の液膜（液浸領域）で満たされる。投影レンズ系１３から射出される露光光は液浸領域を通過して照射領域に到達する。照射領域にあたる基板表面のフォトレジストにレチクル１２上のマスクパターン（図示せず）の像が投影され、潜像が形成される。そして、液浸領域を順次移動させることにより、基板２０上の露光領域の全面が露光される。

次に、上記のスキャン露光装置を用いた露光方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。

半導体基板上に反射防止膜用塗布材料を滴下し、回転して広げた後で加熱処理を行い、約５０ｎｍの厚さの反射防止膜を形成する（ステップＳＴ２０１）。続いて、反射防止膜上に酸発生材を含むＡｒＦ化学増幅型レジスト膜を膜厚２００ｎｍで形成する（ステップＳＴ２０２）。化学増幅型レジストは、以下の手順で形成される。即ち、スピンコート法により反射防止膜上に化学増幅型レジスト用塗布材料を広げる。そして、加熱処理を行って、塗布材料に含まれる溶剤を除去する。

本実施形態で用いた化学増幅型レジスト表面が比較的浸水性であったため、レジスト膜上にアルカリ現像液に対して溶解性がある疎水性の膜を形成した。この膜は、液浸液〜レジスト膜への水浸透の抑制、レジストから液浸液へのレジスト構成物質の溶出の抑制を行うもので液浸保護膜とも呼ばれている（ステップＳＴ２０３）。

次いで、上記の半導体基板を前記図１に示したスキャン露光装置に搬送し（ステップＳＴ２０４）、ステージ１４上に搭載する（ステップＳＴ２０５）。

次いで、半導体基板上のマーク位置を検出した後（ステップＳＴ２０６）、基板２０の露光領域位置情報を元に、基板のパターンに対する合わせ露光を行い、レジスト膜に潜像を形成する（ステップＳＴ２０７）。

図３は、半導体基板の１／４面における露光領域の移動方向を示す図である。図中の実線矢印がスキャン露光時の移動方向、点線矢印が露光しない場合の移動方向である。また、図中の３１は半導体基板（被処理基板）、３２は一露光領域、例えば１チップ相当分の露光領域を示している。

このような移動を行いながら露光を行い、パターニングしたあとの欠陥の分布図を図３に重ねたものを、図４に示す。図４中の黒丸が欠陥３３の位置である。黒丸は基板外周近傍に多く分布していることが分かった。これらの欠陥３３は、半導体基板３１と、基板３１と同じ高さに配置された露光装置のサポート板１７を液浸領域が通過した際に、その境界にある空気を気泡として取り込み、この気泡を介して転写された潜像歪みであることが分かった。また、液浸領域の基板近傍に浮遊する微小パーティクルを介して露光して生じた潜像歪み若しくは形成された暗部であることが分かった。

これらの因子は液浸領域の移動と液浸領域内の（供給／排水に伴う）液の移動に伴い移動するもので、移動性因子とここでは呼ぶ。この移動性因子に対しては、露光回数を多くするほど欠陥を低減できることが報告されている（B.J.Lin, 2nd immersion symposium(2006，ベルギー)）。

多重露光を行う場合、１回当たりの露光量は少なく、１回の露光による移動性因子による欠陥も小さいものとなる。複数回の露光を行うことにより、欠陥の数は増えるが、各々の欠陥は小さいものであり、無視できる程度の欠陥となる。即ち、多重露光を行うと、移動性因子による欠陥を分散させることができ、その結果として欠陥の発生を抑制することができる。

しかし、基板全面で多重露光を行うと、基板１枚当たりの露光時間（露光量ではなく露光に要する時間）が膨大になりスループットが大幅に低下することになる。

そこで本発明者らは、欠陥について詳細に調べたところ以下の事実を見出した。欠陥の原因の一つである気泡は、時間と共に液に溶解する性質があるため、時間と共に気泡は小さくなり、最終的には消失する。このため、基板外周から露光を始めたときは気泡起因の欠陥が生じるものの、徐々に欠陥が減少することが分かった。また、ベベルなどで取り込まれる微小パーティクルも時間と共に液浸領域から排出器へと排出されるため、気泡起因の欠陥と同様に基板外周から露光を始めたときは欠陥が生じるものの、徐々に欠陥が減少することが分かった。

従って、多重露光は全てのショットで必要ではなく、基板外周からある程度内側のチップに対して行えばよく、それ以外のショットは１回の露光を行えば良い。そこで、前記図４の欠陥分布から、欠陥の発生量に基づき全体の露光領域を３つのゾーンに区分した。即ち、ゾーンの決定を基板中心から等距離の境界線で定めて決定した。

ゾーン０は移動性因子による欠陥の密度、即ち１ｃｍ² 当たりの欠陥数が０．１以下の領域である。また、ゾーン２は移動性因子による欠陥が多発した領域である。ゾーン１は、ゾーン０とゾーン２の中間くらいの欠陥数が観察された領域である。この分布に基づき図５に示すように、ゾーン０のみのショット、ゾーン１が含まれるショット、ゾーン２が含まれるショットのそれぞれに対して、一重、三重、七重の露光を行った。露光量は、多重露光回数に応じてＥ，Ｅ／３，Ｅ／７とした。

上述の処理を行った半導体基板をベーカーに搬送し（ステップＳＴ２０８）、基板の加熱（ＰＥＢ）を行い（ステップＳＴ２０９）、露光段階で発生した酸の拡散、増幅反応を生じさせた後、基板を冷却した。その後、現像ユニットに搬送し現像を行って、レジスト上の保護膜を剥離する（ＳＴ２１０）と共に、ＡｒＦレジストパターンを形成する（ステップＳＴ２１１）。

レジストパターンを形成したあとの基板上の欠陥の状態も、図５に示している。図５では、黒点が見られておらず、ゾーン０から基板外周部のゾーン２までの全ての領域で欠陥をなくすことができた。即ち、液浸露光における移動性因子による欠陥を抑制できるのが分かった。また、露光の後にパターニングした後の欠陥もゾーン０から基板外周部のゾーン２までの全ての領域で見られなかった。

このように本実施形態によれば、半導体基板を液浸露光する際に、基板表面の外周近傍の領域（ゾーン２）では多重露光（例えば７回露光）、基板表面の中心部（ゾーン０）では１回露光、更に外周部と中央部との間の領域（ゾーン１）では３回露光とすることにより、液浸移動に伴う欠陥が極めて少なく、また残留液滴がレジスト膜に染み込まない露光を行うことができた。このため、液浸露光の際の液滴の残留や気泡の局在化に起因するレジストパターンの欠陥発生を抑制することができ、パターン寸法精度の良いデバイスとして信頼性の高い加工を行うことができた。

また、基板全体を多重露光するのではなく、基板の一部を多重露光するため、スループットの低下を極力小さくすることができる。さらに、本実施形態に示した手法で露光を行い、加工して作製した配線パターン、トランジスタは欠陥もなく良好な特性を得ることができた。

（第２の実施形態）
先に説明した第１の実施形態では、ゾーン０，１，２を基板中心から等距離の境界線で定めて決定したが、必ずしもこれに限るものではない。第２の実施形態では、ゾーンの決定の仕方について説明する。

図６に示すように、基板エッジ接線が露光方向（液浸領域の移動方向）と直交する部分で欠陥発生ゾーンが広い場合には、基板エッジ接線が露光方向と直交する方向の軸が短くなるような楕円領域でゾーンを分けて多重領域を決定すると良い。なお、図６中の網掛けの露光領域３６が１回露光領域であり、網掛けされていない外周部の露光領域３７が多重露光領域である。

また、図７に示すように、基板エッジ接線が露光方向と平行な部分で欠陥発生ゾーンが広い場合には、基板エッジ接線が露光方向と平行する方向の軸が短くなるような楕円領域でゾーンを分けて多重領域を決定すると良い。なお、図７中の網掛けの露光領域３６が１回露光領域であり、網掛けされていない外周部の露光領域３７が多重露光領域である。

また、図８に示すように、液浸領域が基板エッジに接触したときを基点とし、その後の数ショットを多重露光領域と定めても良い。これは、各行の露光開始点近傍で欠陥が多い場合の例である。

図８中の矢印は液浸領域のショット単位の進行方向であり、図８はエッジに接触したときを基点として２つ目までの露光領域を多重露光するように定めたものである。なお、図中の網掛けの露光領域３６が１回露光領域であり、網掛けされていない外周部の露光領域３７が多重露光領域である。この例のように、欠陥の分布により基点から多重露光を行う露光領域数を定めると良く、行毎に欠陥の分布が異なる場合には行単位で多重露光を行う露光領域数を定めても良い。

このような方法であっても、先に説明した第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のことである。

（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。実施形態に用いたレジスト膜、反射防止膜、液浸保護膜の材料や膜厚などは、仕様に応じて適宜変更可能である。また、実施形態では、レジスト膜の上に液浸保護膜を形成したが、レジスト膜が十分な疎水性を有するものであれば液浸保護膜を省略することも可能である。さらに、反射防止膜も省略することが可能である。

また、第１の実施形態で説明したＳＴ２０９〜ＳＴ２１０には他の形態もある。例えば、溶剤可溶性の保護膜を用いた場合には、ＰＥＢ後に溶剤で保護膜を剥離したのちアルカリ性の現像液でレジストの現像を行うと良い。また、前記図２中に破線で示すように、場合によってはＰＥＢ前に保護膜を剥離し、その後ＰＥＢ、現像を行っても良い。

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液浸露光方法に使用した液浸露光装置の概略構成を示す図。 第１の実施形態に係わる露光方法を説明するためのフローチャート。 半導体基板の１／４面における露光領域の移動方向を示す図。 露光処理時における各移動工程と欠陥発生位置との関係を示す図。 各移動工程における露光回数を示す図。 第２の実施形態を説明するためのもので、１回露光と多重露光の露光領域設定例を示す図。 第２の実施形態を説明するためのもので、１回露光と多重露光の露光領域設定例を示す図。 第２の実施形態を説明するためのもので、１回露光と多重露光の露光領域設定例を示す図。

符号の説明

１１…レチクルステージ
１２…レチクル
１３…投影レンズ系
１４…試料ステージ
１５…フェンス
１７…サポート板
２０…半導体基板（被処理基板）
３１…半導体ウェハ
３２…チップ
３３…欠陥
３６…１回露光領域
３７…多重露光領域

Claims (4)

1. 被処理基板上にレジスト膜又はレジスト膜とその上に形成された液浸保護膜からなるレジスト層を形成する工程と、
   前記基板上のレジスト層と露光装置の光学系との間に局所的に液体を介在させた状態で、前記基板と露光用マスクを相対的に移動させつつ液浸露光を行い、且つ液浸露光により生じる欠陥数に基づき露光領域を区分し、区分した露光領域毎に欠陥数が多いほど回数を多くするように多重露光回数を決定し、決定した多重露光回数で各露光領域の露光を行う工程と、
   前記露光された被処理基板に現像処理を施すことにより、前記レジスト膜からなるレジストパターンを形成する工程と、
   を含むことを特徴とする液浸露光方法。
2. 前記多重露光の回数が多い露光領域に対する１回当たりの露光時の露光量は、前記多重露光の回数が少ない露光領域に対する１回当たりの露光時の露光量よりも少ないことを特徴とする請求項１記載の液浸露光方法。
3. 前記多重露光の回数が多い露光領域に対する総露光量は、前記多重露光の回数が少ない露光領域に対する総露光量と同一であることを特徴とする請求項２記載の液浸露光方法。
4. 前記多重露光の回数が少ない露光領域に対する露光回数は１回であることを特徴とする請求項１記載の液浸露光方法。

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