JP4405515B2 - 液浸リソグラフィー方法および基板露光装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、液浸リソグラフィー方法および基板露光装置に関するものである。

高集積半導体チップの製造時には、特に、半導体チップ上のパターンが次第に小型化されることにより、半導体チップの製造に使用される製造装置および製造プロセスに対する条件が次第に高まっている。高集積半導体チップが小型化されるのに伴って生じる問題は、ウエハの半導体チップをパターン化するために使用されるリソグラフィー技術の解像性能によって小型化が制限されることである。

始めに、図６に、ウエハ６０１をパターン化するために使用できるリソグラフィー装置６００を簡単に概略的に示す。リソグラフィー装置６００は、照明ユニット６０２と、レンズ６０３とを備えている。ウエハ６０１は、マスク６０４またはレチクルを使用して露光されることによって、パターン化される。このため、マスク上に形成されているパターンを、レーザー光６０５と照明ユニットとを用いて、レンズ６０３を通して、ウエハ６０１上に投影することにより、すなわち、ウエハ６０１を露光することにより、ウエハをパターン化できる。

従来技術では、リソグラフィーを実施するための様々な方法が知られている。その一例としては、いわゆる「ステッパ」の使用があげられる。このようなステッパを使用する場合は、使用されるマスクの全体が、単一の露光工程で、一斉にウエハの第１露光フィールド上に転写される。その後、ウエハはさらに動かされ、ウエハの次の露光フィールドが露光される。
リソグラフィーに使用される他の方法の一例としては、いわゆる「スキャナ」を用いて実施される方法があげられる。スキャナでは、マスクのパターン全体が、１つの工程でウエハの第１露光フィールドに投影されるのではなく、常に、マスクの狭い帯だけが、一回でウエハの露光フィールドに投影される。このため、いわゆる露光スリットを使用する。この露光スリットは、常に、マスクの狭い帯だけを照らす。また、この露光スリットを通るようにマスクが動かされる。１つの露光フィールドを露光する間に、フィールド全体が露光スリットを通るように少しずつ動かされる。具体的には、この露光スリットを用いて、マスクがスキャンされる。ウエハの１つのフィールドにマスクを投影する間に、マスクもウエハも動かされる。この場合、一般的に、ウエハとマスクとは反対の方向に動かされる。具体的に言えば、露光スリットを用いてマスクがスキャンされる。この場合、動作スリットを通るようにマスクを動かしている間に、複数のレーザー光（パルス）によって、マスクの各点がウエハに焼き付けられる。

リソグラフィー技術の解像度は、式（１）：
Ｒ＝ｋ_１・（λ／（ｎ・ｓｉｎ（θ）））
によって得られる。ただし、Ｒは解像度である。
ｋ_１はプロセスに応じた因数である。
λは、リソグラフィーに使用されるビームの真空波長である。
ｎ・ｓｉｎ（θ）はいわゆる開口数である。なお、ｎはリソグラフィーの実施される媒体の屈折率であり、θはレンズの開口角である。

プロセスに応じた因数ｋ_１は、物理的な理由により、０．２５よりも大きな値を有している。具体的には、ｋ_１が０．２５よりもかなり大きいことで、線と空間とからなる均一なパターン、すなわち、明るいところと暗いところとの変化を確実に投影し、このようなパターンとして確実に認識できる。現在のところ、リソグラフィーでは、波長が、約１５０ｎｍを上回る波長に制限されている。なぜなら、これまでのところ、より低い波長の光に対して透過性のある材料が知られていないからである。

より小さなパターンをパターン化するためのリソグラフィーには、解像性能を上昇することが必要であるが、この境界条件のせいで、解像性能を上昇するためにｋ_１またはλを変更することはほぼ不可能となる。したがって、たった１つの因数として、ｎ・ｓｉｎ（θ）、すなわち、装置のいわゆる開口数（ＮＡとも呼ばれる）が残っている。この場合、数学的な理由により、ｓｉｎ（θ）≦１の成り立つことが注目される。具体的には、θは、投影素子（レンズ）に光が入射でき、そして、それゆえに、光は、全反射されることなく投影素子を再び離れる開口角を示しており、したがって、θは、投影素子に入射する光量の測度、および、リソグラフィー装置の解像性能である。

通常、半導体製造におけるリソグラフィー方法は、液浸媒体として、すなわち、投影素子と基板との間に存在する媒体として、空気を用いて行われる。したがって、屈折率ｎは１にほぼ等しい。さて、空気以外の媒体を用いてリソグラフィー方法を行う場合、すなわち、いわゆる液浸リソグラフィーを行う場合、解像性能を液浸媒体の屈折率と同じ因数により改善できる。このような液浸方法では、屈折率ｎが１よりも大きい液体が、投影素子（すなわち、例えばレンズ）とリソグラフィー装置との間の空間に導入される。

液浸媒体の使用により、投影素子の光量に、光をさらに寄与させることが可能となる。ｎ＝１よりも高い屈折率を有する液浸媒体を使用する場合、投影素子に、液浸媒体が空気である場合に投影素子の光量にも寄与するには大きすぎる（すなわち、全反射されるであろう）角度で入射する光は、依然として光量に寄与できる。このことにより、解像度を改善できる。または、同じ解像度で投影の焦点深度を深くできる。

しかしながら、液浸リソグラフィーの欠点は、液浸媒体が、ウエハの露光に使用される光の一部を吸収してしまう点である。この吸収により、液浸媒体は加熱される。液浸媒体の加熱により、液浸媒体の屈折率も変化する。水の場合、温度Ｔでの屈折率の変化について、波長λ＝１９３に対しては例えばｄｎ／ｄＴ＝１０^−４Ｋ^−１になる、と概算される。

その結果、同じく、投影素子とウエハとの間の、最良の集光を行える（すなわち、投影が最も鮮明である）間隔が少し変化してしまう。もしくは、言い換えれば、解像度が最小値になる。液体の温度が変化し、この温度の変化に伴って屈折率が変化することにより、投影の焦点深度、いわゆる、「Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ」（ＤｏＦ）も浅くなってしまう。このことにより、リソグラフィー方法では、投影される画像、すなわち、マスクの画像の焦点深度が浅くなり、その結果、リソグラフィー方法に対するプロセス窓、すなわち、リソグラフィーのパラメータの許容される変動幅が減少される。

この問題を解決するための一対処法は、液浸液体の温度を制御することである。すなわち、温度をできる限り一定に保ち、できるだけ小さな温度間隔の範囲内に安定化させる努力がなされている。しかしながら、このことは、非常に正確に行う必要がある。このような正確な温度制御はコストがかかり、実現しにくい。さらに、焦点が変化したままになっていると、リソグラフィー方法の投影の焦点深度と解像度とに対して悪影響が及ぶ。

例えば、温度がどれほど正確に維持されているか、および、温度が変化したままになることによりどの程度の影響があるのかということを等級として示すため、一例を参照してこのことを概算する。ΔＤ＜１ｎｍの鮮明な投影の間隔の変化を保持した場合、波長λ＝１９３ｎｍ、屈折率ｎ＝１．４７（脱イオン水）、ｓｉｎ（θ）＝０．７５、作動距離（すなわち、投影素子とパターン化されるウエハ表面との間の間隔）Ｄ＝１ｍｍに対し、δｎ＜６・１０^−７を維持する必要がある。ただし、δｎは屈折率の変化である。δｎ＜６・１０^−７と、上記概算、すなわち、ｄｎ／ｄＴ＝１０^−４Ｋ^−１とから、式（２）
ΔＤ＝（Ｄ・δｎ）／（ｎ・ｃｏｓ^２θ）
を参考にして、温度をどれほど正確に制御し、調整する必要があるかが計算される。必要な精度は６ｍＫとなる。この温度制御の精度を維持することは困難である。したがって、半導体素子をパターン化する場合、液浸リソグラフィーは、非常に使用しにくく、困難なことである。

［１］に、部品を光学的に製造するため、部品の表面に所望のパターンを形成するため、または、部品のパターンを検査するための対物レンズ系を備える集光装置が記載されている。この装置は、部品の表面と対物レンズ系との間の集光状態を調整するために使用される。

［２］に、スキャン露光システムが記載されている。スキャン露光システムは、ウエハ上に転写されるパターン情報を含む光を提供し、これにより、半導体ウエハのフォトレジスト層がパターン化される。

［３］に、液浸リソグラフィー装置が記載されている。この場合、装置と部品との間の作動距離は、液浸流動体の屈折率の温度係数と温度とを考慮する関係を満たしている。

［４］には、線幅制御パラメータはリソグラフィー装置の特性によってパターンの範囲内において変化するが、この変化を、線幅オフセット係数によって補償できる、ということが記載されている。

本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を解決すること、ならびに、液浸リソグラフィーの際に正確な温度制御の問題を低減する、基板を露光するための液浸リソグラフィー方法、および、このような方法のための装置を提供することである。

この目的は、独立特許請求項に記載の特徴を有する、基板を露光するための液浸リソグラフィー方法、および、このような方法を実施するための装置によって達成される。

基板を露光するための液浸リソグラフィー方法は、ビームを生成する照射源と、レチクルを受け入れる支持部と、上部に基板が配置されている担体と、レチクルと基板との間に配置されている投影素子とを備えたスキャン露光装置を用いて行われる。そして、この方法では、上記基板の露光中に、液浸流動体を、上記投影素子と上記基板との間に導入する。上記液浸リソグラフィー方法では、上記ビームを、上記照射源から、上記レチクル、上記投影素子、及び上記液浸流動体を通過させて、基板の被露光面に到達させ、上記ビームを、上記レチクルを第１方向にスキャンさせ、上記担体を、上記基板の被露光面を露光する際に、第２方向に動かし、露光における焦点深度および／または解像度（または、言い換えれば、上記露光の際の最良の焦点位置）を調整するために、上記レチクルによる露光の際に、上記レチクルと上記基板の被露光面との間の照射方向における間隔を、上記担体の動作方向に沿って変更する。

基板を露光するための液浸リソグラフィーを実施する装置は、ビームを射出する照射源と、上部に基板を配置可能な担体と、レチクルを受け入れる支持部と、上記支持部と上記担体との間に配置されている投影素子とを備えている。この装置では、上記担体と上記支持部とが、互いに反対方向に動けるようになっている。この構成は、投影素子と担体との間に液浸流動体が導入できるようになっている。さらに、この構成は、支持部に配置されているレチクルと、担体上に配置されている基板の被露光面とが、基板表面露光中に、相互に反対に傾斜するようになっている。

具体的には、本発明は、ビーム（例えば、レーザービーム）によって液浸液体が加熱されることによって引き起こされ、最良の集光の位置をシフトしてしまう焦点深度の低減および／または解像度の増大を、液浸液体の温度を制御することだけではなく、さらに、レチクルと上部にパターン化される基板（すなわち、被露光面を有する基板）が配置されている担体とを傾斜させた構造を用いることによって防止するものである。具体的には、レチクルと、基板の被露光面との間の間隔は、担体の動作方向において増大または減少する。言い換えれば、支持部におけるレチクルと、基板の被露光面とは、相互に平行に配置されているのではなく、相互に相対的な角度を有している。この構成は、上記の相対的な角度の結果、レチクルと基板の被露光面との間の間隔を変更させることにより、最良の集光位置の変化を補償できるようになっている。すなわち、式（２）によって得られる、任意の温度上昇の結果生じるΔＤは、温度を制御することにより防止されるのではなく、むしろレチクルと基板の被露光面との間の相対的な角度によって生じる付加的なΔＤによって補償される。

言い換えれば、良好に平坦な面に近似を示す基板の被露光面の法線ベクトルと、良好に平坦な面に近似を示すレチクルの法線ベクトルとは、平行または逆平行になっているのではなく、相対的な角度をなしている。最良の集光位置とは、その位置での焦点深度および／または解像度が最良である、すなわち、焦点深度が最大である、および／または、解像度が最小である位置のことと解釈できる。

本発明の構造および本発明の方法の利点は、液浸流動体の加熱による焦点深度および／または解像度への悪影響を非常に簡単に回避できる点である。上述のとおり、小さなｍＫに正確に調整する必要のあった温度よりも、相対的な角度、および、レチクルと基板の被露光面との間の間隔は、非常に簡単に測定され調整され得る。

焦点深度および／または解像度の調整は、特に、基板上にパターン化される個々の電子部品を露光する間に、焦点深度および／または解像度を一定に保つということである。

本発明の有利な発展形態は、従属請求項に記載されており、基板を露光するための液浸リソグラフィー方法の有利な発展形態は、装置にも当てはまり、また、その逆も当てはまる。

好ましくは、上記間隔は、上記液浸流動体の露光中の温度変化によって露光中に引き起こされる焦点深度変化および／または解像度変化を補償することによって変更される。

一発展形態では、上記液浸流動体は、任意の露光波長において透明度が高い、および／または、ｄｎ／ｄＴが小さい液体である。

液浸流動体（例えば、液体）は、この方法で使用される露光波長に対して透明度が高いので、露光時の吸収が少なくなる。このことにより、液浸流動体のエネルギー移入が少なくなり、したがって、加熱も少なくなる。同じく、ｄｎ／ｄＴが小さいので、温度が任意に変化する場合の屈折率の変化はほんの少しになり、したがって、最良の集光位置の変化もほんの少しになる。透明度は、０．９を上回っていることが好ましく、０．９５を上回っていることが特に好ましい。ｄｎ／ｄＴは、１０^−３未満であることが好ましく、約１０^−４未満であることが特に好ましい。

液浸流動体は、水、または、パーフルオロポリエーテルでもよい。

水、および、パーフルオロポリエーテルは、高い屈折率と良好な伝送特性、すなわち、良好なビーム透過性とを同時に有している。したがって、投影素子からビームが射出する場合の全反射は、効率的に防止され、開口数が増大する。このことにより、同じく、解像度が改善され、あるいは、解像度が同じ場合は焦点深度が改善される。水として高純度の脱イオン水を使用することが好ましい。なぜなら、水に溶けたガス（例えば、酸素）も、溶けた固体（例えば、不純物）も、水の光学的な特性に影響するからである。特に、液浸媒体として、リソグラフィーに使用される波長が１９３ｎｍである場合は、水を使用でき、１５７ｎｍの波長を有するリソグラフィーには、例えば商品名Ｋｒｙｔｏｘ（登録商標）として知られているようなパーフルオロポリエーテルを使用できる。

担体は、レチクルに対して斜めに動かされることが好ましい。すなわち、担体は、良好な近似において平坦な面を示すレチクルの主方向に対して平行に動かされるのではなく、傾斜して、すなわち、レチクルの主方向に対して相対的な角度をなすように動かされる。担体の傾斜した動きによって、レチクルと、担体上に配置されている基板の被露光面との間の間隔を、動作方向に沿って簡単に変更できる。その結果、レチクルのスキャン中に温度上昇による液浸流動体の屈折率の変化によって引き起こされるΔＤが、簡単に補償され、露光の解像度が改善され、および／または、露光の焦点深度が深くなる。

レチクルは、基板の被露光面に対して傾斜していることが特に好ましい。

さらに、レチクルの基板に対する傾斜によって、レチクルと担体上に配置されている基板の被露光面との間の間隔を、動作方向に沿って簡単に変更できる。その結果、同じく、レチクルのスキャン中に温度上昇による液浸流動体の屈折率の変化によって引き起こされるΔＤが、簡単に補償され、露光の解像度が改善され、および／または、露光の焦点深度が増大する。

レチクルの傾斜は、特に有利である。なぜなら、通常、スキャン露光装置では、縮小して投影素子が使用されるからである。このことにより、基板を露光するために使用されるパターンを、レチクル上に拡大して表示できる。レチクル上のパターンが、Ｘ−Ｙ平面において、１００ｎｍ×１００ｎｍの広がりを有しているとすれば、このパターンは、投影素子が４：１の縮小を行う場合は、２５ｎｍ×２５ｎｍのＸ−Ｙ平面の一面に投影される。しかしながら、投影素子は、Ｘ−Ｙ平面だけ作用するのではなく、Ｚ方向にも作用する。つまり、レチクルがｚ位置において１６ｍｍだけ変化することにより、集光、すなわち、投影素子に基づく最も鮮明な投影図のＸ−Ｙ平面は、たった１ｍｍだけシフトされる。このことは、ｚ位置のシフトの「縮小率」に相当する。その結果、レチクルと基板との間の間隔が簡単に調整される。なぜなら、レチクルの傾斜を調整する際に生じる可能性のある不正確さは、因数１６だけ低減されるからである。

一発展形態では、上記担体の動作方向に沿った、レチクルと基板の被露光面との間の間隔を、直線的に変更する。

具体的に言えば、このことは、露光フィールド、すなわち、レチクルを用いて露光されプロセスが終了後に個々の電子部品となる基板上のフィールドの範囲内の基板の動きが増加するにつれて、基板の被露光面の間の間隔の変更は、線形成分を有することとなる、すなわち、この間隔は線形に増加または減少する。間隔が線形に減少することが好ましい。なぜなら、それが簡単に行えるからである。他方では、温度の変化に応じた屈折率の変化も、屈折率の変化に応じた集光のｚ位置の変化も、第１近似では線形である。すなわち、ｄｎ／ｄＴはほぼ一定であり、ｄｚ／ｄｎはほぼ一定である。その結果、ステッパではなくスキャン作業を行う露光装置では、Δｚ、すなわち、ｚ方向における集光の位置の変化は、露光される点を既に経た露光エネルギーに対して比例しており、そしてそれゆえに、レチクルをスキャンするために用いられる照明スリットの範囲内における位置に対しても比例しており、その結果、おなじく、レチクルと基板の被露光面との間の間隔を線形に変化することは、集光変化を補償するために有利となる。

第２方向は、第１方向と反対であってもよい。

液浸流動体の温度を調整することが好ましい。

液浸流動体の温度をさらに調整する場合は、この温度の調整を、露光の焦点深度および／または解像度を大まかに制御するために使用してもよい。一方、露光の焦点深度および／または解像度の微調整は、レチクルと基板の被露光面との間の間隔の変更によって行われる。すなわち、不正確な温度調整によって生じる可能性のある集光の変化を、間隔変更により補償できる。

投影素子は、レンズまたはレンズ系でもよい。

一発展形態では、液浸流動体を、露光中に、投影素子と基板との間に導入する。

具体的には、液浸流動体は、基板の露光中に、例えば、投影素子と基板との間の空間に注入される。注入は、液浸流動体を導入するために簡単に行える方法である。

一発展形態では、基板を露光する前の、基板に対する校正工程において、間隔変化量をオフセットとして決定し、基板の露光中に、決定され記憶された上記オフセットを用いて、上記間隔の変更を行う、すなわち上記間隔を調整する。

一般的に、後から露光用の修正を行うため、露光の前にリソグラフィーの範囲内において基板を校正しておく。このとき、校正値が得られる。次に、この校正値に、液浸流動体の温度変化によって最良の集光の位置が変化するの補償するために生じたオフセットを加算できる。このオフセットは、例えば計算されて、または、校正測定で測定することによって決定できる。計算については以下で詳しく説明する。

オフセットの校正、決定、および、加算を、いわゆる「オンフライ」方法で実施してもよい。このため、校正に、一般的にリソグラフィー装置に設けられているＣＣＤカメラを使用してもよい。この場合「オンフライ」とは、校正を、後続の露光工程の直前に、すなわち、時間的に中断されない１つの方法で行うことを意味している。

要するに、本発明は、液浸リソグラフィー技術において、液浸媒体の温度変化の作用を、まず温度を調整することによって回避しようとするのではなく、使用されるレチクルと基板の被露光面との間の間隔を変更することによって補償する、すなわち、平均化することである。具体的に言えば、使用されるレチクルと露光される基板との間の相対的な角度を調整する。なお、この相対的な角度は、非常に大きいので、この相対的な角度を用いて、レチクルと基板の被露光面との間の間隔が、基板の露光時に（最良の集光のｚ位置の変化を補償するために必要な分量だけ）変更される。なお、上記ｚ位置の変化は、液浸媒体の温度変化によって引き起こされるものである。

相対的な角度は、露光時に考慮できるように、露光の前に計算しておく必要がある。相対的な角度を計算するには、露光時に液浸媒体が取り込むイオン化放射線吸収量を決定する必要がある。これは、最良の集光のｚ位置の変化を決定するためである。このことは、いずれにせよ通常の校正工程の間に既に実施しておくことができ、この校正工程は、基板の各露光フィールドまたは各基板に対して、１回または所定の時間的な間隔で実施される。具体的には、露光に必要な情報を得るため、実際の露光の前に基板の各露光フィールドを校正装置を用いてスキャンする。この場合、正確なリソグラフィーを実施するために、とりわけ、基板の被露光面の高さ形状が決定される。次に、この高さ形状に、オフセットがさらに加算される。このオフセットは、線形に増加するオフセットに相当しており、線形に増加するオフセットは、液浸媒体の温度上昇によって引き起こされるものである。各フィールドのオフセットを測定しなくても、一般的には、オフセットを所定の時間的な間隔で測定すれば十分である、ということが注目される。時間的な間隔の条件は、例えば、２つの測定の間に最良の集光の位置に影響を及ぼす変更が行われないことを確実にするということである。

液浸媒体の温度変化の作用により、まず、液浸媒体の屈折率が変更される。その結果、ｚ位置、すなわち、投影素子の後ろ側に鮮明な投影画像の生じる間隔が、液浸媒体の温度によって変化する。集光のｚ位置の変化を補償しない場合も、基板の露光の際に解像度が低下し、および／または、焦点深度が浅くなる。ｚ位置の変化は、露光スリット上では近似的に線形であり、したがって、レチクルおよび／または基板の傾斜によって平均化できる。

本発明の実施例を、図に示し、さらに詳しく説明する。

図１は、本発明の一実施例のスキャン露光装置の概略図である。

図２は、液浸流動体の導入を示す概略図である。

図３は、露光中の液浸流動体の温度と、露光スリットの範囲内の位置に関連する集光の位置とを示す概略図である。

図４は、本発明の第１実施例のスキャン露光装置の概略的側面図である。

図５は、本発明の第２実施例のスキャン露光装置の概略的側面図である。

図６は、従来技術のリソグラフィー装置の簡単な概略図である。

図１に、液浸リソグラフィーのためのスキャン露光装置１００の概略的な投影を示す。スキャン照明装置は、「スキャナ露光ツール」または短縮してスキャナとも呼ばれる。見やすいように、図１には液浸流動体を示していない。

スキャナ１００は、レチクル１０２を受け入れる支持部１０１と、例えばレンズまたはレンズ系などの投影素子１０３と、上部に基板１０５の配置されている担体１０４とを備えている。レチクル１０２は、図１では上方から、例えばレーザーなどの照射源(図示せず)によって照らされる。照射源のビームは、レチクル１０２を通過し、図１ではさらに下方へ、基板の方向へと延びる。いわゆる露光スリット１０６によって、レチクル１０２の小さな領域だけを露光できる。すなわち、レチクル１０２の小さなサブ領域だけが照射され、当該ビームは、レンズ系１０３に入光可能になる。露光スリット１０６は、図１では、レチクル１０２の範囲内の斜線のついた領域として示されている。さらに、小さなサブ領域のビームだけがレンズ系１０３に達することを明らかにするため、図１のこのサブ領域を、レンズ系１０３の上側に明るく示す。レンズ系１０３は、レチクル１０２上に存在するパターンの鮮明な投影画像を基板１０５上に生成するように設計されている。ちょうど露光される基板１０５の領域は、図１では同じく明るい帯として示されている。一般的に、ビームはパルスをとって出力される。したがって、基板１０５を露光するために、多数の短いビームパルスが使用される。

レチクル１０２の全てのパターンを基板１０５に投影するため、レチクル１０２を、露光スリット１０６に対して動かす。図１では、この動きと方向は、右方向を示す第１矢印１０７に等しい。レチクル１０２を固定された露光スリット１０６に対して動かすことにより、照射源のビームによってレチクル全体がスキャンされ、基板１０５に投影される。しかしながら、基板１０５上への投影を鮮明にするため、基板１０５も動かす必要がある。一般的に、基板１０５の動きとレチクル１０２の動きとは逆になっている。なぜなら、頭上にある簡単なレンズ系が投影画像を生成するからである。すなわち、図１では、上部に基板１０５の配置されている担体１０４を、左へ動かす。このことを、第２矢印１０８で示す。

レチクル１０２と担体１０４との動きについては、一般的に、レチクル１０２上に配置されているパターンを１：１の尺度で基板上に投影しないレンズ系が使用されていることが注目される。図１では、レンズ系に略記されている「４×」によって、パターンが４：１の尺度で基板上に投影されることを示す。この場合、レチクル１０２と担体１０４との動く速度は、投影尺度に合わせて調整される必要がある。一般的に、パターンを縮小するレンズ系が使用される。パターンを例えば因数４だけ縮小するレンズ系を使用する場合は、レチクルを動かす速度は、担体１０４および基板１０５を動かす速度よりも因数４だけ速い必要がある。

図２に、レンズ系１０３と基板１０５との間に液浸流動体をどのように導入できるのかを概略的に示す。

図２は、本発明の液浸リソグラフィー方法のための構造の詳しい側面図を示す。

図２に、レンズ系１０３と、担体１０４と、基板１０５とを示す。支持部１０１、レチクル１０２、および、露光スリット１０７は、分かり易いように、図２には示してない。担体１０４の動きを、２重矢印２０９で示す。この矢印は、レチクル１０２（図示せず）の動きに応じて担体１０４を２方向に動かせることを示している。さらに、図２には、注入口２１０を象徴的に示す。この注入口２１０を用いて、レンズ系１０３と基板１０６との間に液浸流動体２１１を導入できる。この実施例では、液浸流動体は高純度の水である。すなわち、例えば酸素または不純物などの不純物の少ない水、または、商品名Ｋｒｙｔｏｘ（登録商標）として知られているパーフルオロポリエーテルなどである。

図３に、露光スリットの位置に沿った、液浸流動体の温度と、集光のｚ位置の推移とを概略的に示す。

図３Ａでは、縦座標（Ｙ軸）に、液浸流動体の温度が任意の単位で示されており、横座標（Ｘ軸）に、基板上のｘ位置が示されている。図３Ａは、具体的に、基板上の位置での温度の瞬間測定値を示す。さらに、破線３１２・３１３によって、露光スリットの投影される領域を示す。双方の破線３１２・３１３は、露光スリットの第１および第２境界を示す。図３Ａでは、基板が右へ動かされる。このことを矢印３１６で示す。基板が右方向へ動くことにより、液浸流動体の温度は、露光スリットが投影される（３１２）領域に担体の動きによってちょうど侵入する基板の領域から、露光スリットが投影される（３１３）領域をちょうど離れる基板の領域へ、継続的に上昇する。したがって、温度の継続的な上昇は、レンズ系と基板との間の空間に導入される液浸流動体が、事実上は基板表面に接着しており、基板とともに動くということに関連している。したがって、図３の破線３１３で、露光スリットの投影される領域からちょうど離れた液浸流動体は、最も長く露光に曝され、レーザービームを部分的に吸収して温度が最も強く上昇する。基板が、露光スリットの投影される領域を離れた後、液浸流動体の温度は再び低くなる。

図３Ｂでは、縦座標（Ｙ軸）に、最良の集光のｚ位置が示されており、横座標（Ｘ軸）に、基板上のｘ位置が示されている。図３Ｂは、具体的に、基板上の位置での、鮮明な投影画像の生成される面のｚ位置の瞬間測定値を示す。さらに、破線３１２・３１３によって、同じく、露光スリットの投影される領域を示す。図３Ｂでは、基板が右へ動かされ、このことを矢印３１７で示す。このことは、図３Ａと同じである。基板が右方向へ動くことにより、図３Ａに示すように、 温度と共に、露光スリットが投影される（３１２）領域に担体の動きによってちょうど侵入する基板の領域における屈折率および図３Ｂに示す最良の集光のｚ位置は、露光スリットが投影される（３１３）領域をちょうど離れる基板の領域へと継続的に変化する。最良の集光のｚ位置は、レンズ系に次第に近づく。ｚ位置のこの継続的な変化は、液浸流動体の温度の継続的な上昇に関連している。なぜなら、屈折率は、第１近似では温度に比例しており、ｚ位置は、同じく、第１近似では屈折率に比例しているからである。したがって、図３Ｂに示す最良の集光のｚ位置の推移は、図３Ａに示す温度の推移に続いている。

図４に、本発明の第１実施例のスキャン露光装置の概略的な側面図を示す。図４のスキャン露光装置は、レチクル４０２と、図４では単一のレンズとして概略的に示されている、投影素子４０３と、上部に基板４０５の配置された担体４０４とを備えている。基板４０５とレンズ４０３との間に、基板の露光時に、液浸流動体が導入される。図４には、分かりやすいように液浸流動体を示していない。

第１実施例では、レチクル４０２と基板４０５の被露光面との間の間隔は、動作方向に、または言い換えれば、動きの間に、担体４０４をレチクル４０２に対して傾斜するように動かすことによって、変更される。レチクル４０２の動作方向は、第１矢印４０７によって示されており、図４では左向きである。一方、支持部４０４および基板４０５の動作方向は、図４では右向きであり、第２矢印４０８によって示されている。

本発明を明らかにするため、レチクル４０２の方向付けに対する担体４０４の動きの傾斜、すなわち、レチクル４０２と担体４０４とが形成する相対的な角度は、図４では非常に強調して示されている。正確な尺度では、液浸流動体の加熱により生じる集光の位置変化を補正するために調整されるであろう相対的な角度は、図４からは分からない。

以下で、レチクルと基板との間隔の変更の大きさをどのように決定できるかを短く説明する。

「露光ツール」とも呼ばれる従来のリソグラフィー露光装置では、実際の露光の前に、基板の各フィールド、いわゆる、プロセスが完了した後は個々の電子部品を含む露光フィールドに、校正を実施する。このことは一般的に必要である。なぜなら、正しい露光のために、すなわち、小さな解像度を有する露光のために、個々の基板を、例えばその高さの形状について正確に測定する必要があるからである。したがって、校正測定によって、特に、基板の範囲内の個々の露光フィールドの高さ形状が得られる。次に、この高さ形状に、さらに１つのオフセットを簡単に加算できる。このオフセットは、液浸流動体の温度変化の結果である最良の集光のｚ位置シフトにより生じる。オフセットの値は、図３Ｂに示すように、第１近似では、露光スリットを通してちょうどそのとき露光される露光フィールドの領域において、線形に上昇する。液浸流動体の温度変化によって生じるオフセットを、校正測定により対応して決定され格納できる。２つの校正を行うことが好ましい。この場合、第１校正で露光前の各露光フィールドを測定し、第２校正で任意の設備についてオフセットを１回測定する。したがって、オフセットを、必要に応じて、すなわち、各基板またはウエハの露光開始時の実状に応じて、または、時間ごと、日ごと、またはその他の任意の時間間隔で補償できる。オフセットを、例えば、いわゆる「ルックアップテーブル」に表の形式で格納した後、オフセットを露光フィールドの高さ形状に加算する。このことにより、後に露光フィールドを露光する際に、このオフセットを考慮できる。オフセットを、例えば、コンピュータのメモリーに格納してもよい。なお、このコンピュータは、校正測定の実施および評価の際にも、および／または、オフセットの決定の際にも使用できる。オフセットを格納することの利点は、同じ露光、すなわち、例えば露光時間、フォトレジスト、レチクルなどの同じパラメータを有する露光プロセスを実施する場合に、同じオフセットを何度も使用できる点である。このことにより、オフセットを新めて計算し、および／または、改めて測定しなくてもよくなる。

オフセットを決定するため、液浸流動体の温度上昇δＴを担体の動きに沿って決定する必要がある。動作方向に沿った液浸流動体の温度上昇δＴから、ｄｎ／ｄＴが分かっている場合は、屈折率δｎの変化が計算される。このため、第１近似においては、ｄｎ／ｄＴを液浸流動体の材料定数とする。δＴを、式（３）：
δＴ＝（１−τ）γ／ｃＤ
によって決定できる。ただし、δＴは温度上昇を示す。
τは液浸流動体の伝送係数を示す。
γは露光に使用されるフォトレジストを露光するために必要なイオン化放射線吸収量を示す。
ｃは液浸流動体の特定の熱を示す。
Ｄは投影素子と基板との間の間隔、すなわち作動距離を示す。

したがって、焦点のずれに対して、すなわち、最良の集光のｚ位置のシフトに対して、液浸流動体の温度変化によって、第１近似では、既に上で説明した等式（２）
ΔＤ＝（Ｄ・δｎ）／（ｎ・ｃｏｓ^２θ）
が生じる。

このことから、露光スリットが投影される基板の領域全体（すなわち、図３Ａ・３Ｂにおける線３１２・３１３間の領域）に沿った間隔の必要変化量を計算できる。最良の集光（「ベストフォーカス」とも呼ばれる）のｚ位置の変化する速度、すなわち、ｚ軸の方向の基板の必要な速度の線形の近似に対して、式（２）、式（３）およびδｎ＝（ｄｎ／ｄＴ）・δＴから、以下の等式（４）：
ΔＤ／Δｔ＝（（ｄｎ／ｄＴ）・（１−τ）・γ）／ｃ・ｎ・ｃｏｓ^２θ）・（１／Δｔ）
が生じる。ただし、ΔＴは時間である。この時間は、１つの点が基板上に露光される時間である。すなわち、１つの点が、露光スリットの領域に侵入した後にこの領域を再び離れるために必要とする時間である。言い換えれば、基板上の１つの点が、図３Ａまたは図３Ｂにおいて破線３１２から破線３１３までの経路を経るために必要とする時間である。

（４）から、上述のように、露光時の液浸流動体の温度上昇によるイマージョン流動体の屈折率の変化を補償するため、基板の被露光面を有するｚ方向における速度が計算される。この場合、ｚ方向における速度の方向は、ｄｎ／ｄＴの符号に応じている。図３Ｂに生じるような温度変化によって引き起こされる変化を補償するために、一般的に、この符号は、基板の被露光面と投影素子との間の間隔が動作方向に沿って少なくなるようになっている。

ｚ方向における速度も、レチクルに対し基板の被露光面がなす相対的な角度に簡単に換算できる。

ベストフォーカスのｚ方向のシフトの上記計算のほかに、ベストフォーカスのシフトも実験的に決定できる。実験的な決定は、事情によっては、上記分析法よりも簡単に実施できる。この場合、例えば、計算に必要なパラメータが必ずしも明らかになっている必要はない。任意の露光装置に対するベストフォーカスのｚ位置のシフトは、簡単に測定される。

図５に、本発明の第２実施例のスキャン露光装置の概略的な側面図を示す。図５のスキャン露光装置は、レチクル５０２と、図５では単一のレンズとして示されている投影素子５０３と、上部に基板５０５の配置された担体５０４とを備えている。基板５０５とレンズ５０３との間に導入されるイマージョン流動体は、分かり易いように、図５では示していない。

しかしながら、さらに２つの平面が示されている。これら２つの平面は、第２実施例の機能性を説明するのに役立つであろう。第２実施例では、基板５０５を有する担体５０４を、傾斜して動かすのではなく、レチクル５０２を傾斜して動かす。さらに、このことにより、温度上昇および温度上昇に相関する屈折率変化によって引き起こされる、鮮明な投影画像のｚ位置のシフトを補償できる。この場合に注目すべきことは、通常は、縮小される投影素子が使用されることである。図５では、このことは、象徴的なレンズ５０３に示された「４×」により象徴的に表わされている。尺度４：１での縮小は、最良の集光の間隔において、すなわち、ｚ方向において、係数１６、すなわち、（４：１）^２で２乗した還元係数による作用を生じる。このことにより、レチクル５０２は、動かされる際に、図４に示す第１実施例の基板４０５よりもかなり強く傾斜される必要がある。等式（４）から得られるｚ方向の速度または、相対的な角度は、この係数１６だけ大きくされる必要がある。

この状態を示すために、図５には、上述のように、さらに２つの平面が記載されている。第１平面５１４は、レンズ５０３によって生成されるレチクル５０２の投影画像を有する「傾斜」を表している。この第１平面５１４は、上述のような理由により、レチクル５０２よりも緩やかな傾斜を有している。第１平面５１４は、基板５０５の被露光面がリソグラフィー装置中になければならない状態または傾斜を示す。なお、このリソグラフィー装置は、レンズ５０３と基板５０５との間の媒体が照射されることによる屈折率の変換の影響を受けないであろう。しかしながら、本発明では、レンズ５０３と基板５０５との間にイマージョン流動体の導入されるイマージョンリソグラフィー装置が使用されるので、温度と共に屈折率が変化することにより、画像の傾斜、または、言いかえれば、最良の集光の（間隔の）ｚ位置の変化が生じる。この傾斜を、図５の第２平面５１５で示す。第２平面は、温度変化による最良の集光の変化を示す。イマージョン流動体の温度変化による屈折率変化とレチクルの傾斜との作用の後に、最良の集光の平面を得るために、第１平面５１４と第２平面５１５との傾斜を「合算」する。その結果、レチクルの投影画像が最も鮮明に投影される投影平面が生じる。図５では、第１平面５１４と第２平面５１５との傾斜が同じ大きさであるが、反対の符号を有している。その結果、図５において得られる投影平面は水平である。

したがって、図５に示す第２実施例では、図５に示す基板５０５の被露光面を、レンズ系５０３の下側で水平方向に動かす場合、基板５０５の被露光面上にレチクル５０２の鮮明な投影画像が生じる、
要するに、本発明は、スキャン露光装置を用いて実施されるイマージョンリソグラフィー技術において、イマージョン媒体における吸収によりイマージョン媒体の温度が変化し、これに伴ってイマージョン媒体の屈折率が変化することにより生じる、最良の集光、すなわち、最も鮮明な投影の位置の変化を、従来技術のようにイマージョン媒体の温度を調整することだけで防止するのではなく、レチクルと基板の被露光面との間隔を、基板の動作方向に沿って変更することによって集光変化を補償する。間隔の変化は、オフセットに相当し、このオフセットは、基板および／またはレチクルの通常の動き、すなわち、基板および／またはレチクルを従来技術に基づくイマージョンリソグラフィー装置において行われる動きに加算される。このオフセットの値は、上記の式（４）を用いて計算される。このオフセットは、ｚ方向、すなわち、スキャン露光装置の光学軸の方向の線形の動きと解釈できる。光学軸は、スキャン露光装置における軸に相当しており、この軸に沿って露光に使用されるビーム（例えばレーザービーム）が拡散する。

出願書類において、以下の文献を引用した。
［１］ ＵＳ ６ １９１ ４２９
［２］ ＵＳ ６ ５８６ １６０
［３］ ＪＰ １０ ３０３ １１４
［４］ ＵＳ ６ ５０９ ９５２

本発明の一実施例のスキャン露光装置の概略図である。 イマージョン流動体の導入を示す概略図である。 露光中のイマージョン流動体の温度と、露光スリットの範囲内の位置に関連する集光の位置とを示す概略図である。 本発明の第１実施例のスキャン露光装置の概略的側面図である。 本発明の第２実施例のスキャン露光装置の概略的側面図である。 従来技術のリソグラフィー装置の簡単な概略図である。

符号の説明

１００ スキャン露光装置
１０１ 支持部
１０２ レチクル
１０３ 露光される素子
１０４ 担体
１０５ 基板
１０６ 露光スリット
１０７ 第１矢印（動作方向）
１０８ 第２矢印（動作方向）
２０９ ２重矢印（動作方向）
２１０ 注入口
２１１ イマージョン流動体
３１２ 露光スリットの第１境界
３１３ 露光スリットの第２境界
３１６ 矢印（動作方向）
３１７ 矢印（動作方向）
４０２ レチクル
４０３ 投影素子
４０４ 担体
４０５ 基板
４０７ 第１矢印（動作方向）
４０８ 第２矢印（動作方向）
５０２ レチクル
５０３ 投影素子
５０４ 担体
５０５ 基板
５０７ 第１矢印（動作方向）
５０８ 第２矢印（動作方向）
５１４ 第１平面
５１５ 第２平面
６００ リソグラフィー装置
６０１ ウエハ
６０２ レーザー
６０３ レンズ
６０４ マスク
６０５ レーザービーム

Claims (11)

1. 基板を露光するための液浸リソグラフィー方法であって、
   ビームを生成する照射源と、
   レチクルを受け入れる支持部と、
   その上部に基板が配置されている担体と、
   レチクルと基板との間に配置されている投影素子とを備えたスキャン露光装置を用いて行うとともに、
   上記基板の露光中に、液浸流動体を、上記投影素子と上記基板との間に導入し、
   上記ビームを、上記照射源から、上記レチクル、上記投影素子、及び上記液浸流動体を通過させて、基板の被露光面に到達させ、
   上記ビームを、上記レチクルを第１方向にスキャンさせ、
   上記担体を、上記基板の被露光面を露光する際に、第２方向に動かし、
   基板の露光における焦点深度および／または解像度を調整するために、上記レチクルによる露光中に、上記レチクルと上記基板の被露光面との間の照射方向における間隔を、上記担体の動作方向に沿って変更し、
   上記間隔は、上記液浸流動体の露光中の温度変化によって露光中に引き起こされる焦点深度変化および／または解像度変化を補償することによって変更され、
   上記担体の動作方向に沿った、レチクルと基板の被露光面との間の間隔を、直線的に変更する、液浸リソグラフィー方法。
2. 上記液浸流動体は、任意の露光波長において透明度が高い、および／または、ｄｎ／ｄＴが小さい液体である、請求項１に記載の方法。
3. 上記液浸流動体は、水またはパーフルオロポリエーテルである請求項１または２に記載の方法。
4. 上記担体は、上記レチクルに対して斜めに動かされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 上記レチクルは、上記基板の上記被露光面に対して傾斜して動かされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 上記第２方向は、上記第１方向とは逆である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 上記液浸流動体の温度を調整する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 上記投影素子は、レンズまたはレンズ系である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 上記液浸流動体を、露光中に、上記投影素子と上記基板との間に導入する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 上記基板の露光前の、上記基板に対する校正工程に、上記間隔の変化量を、オフセットとして決定し、
    上記基板の露光中に、上記オフセットを用いて、上記間隔の変更を行う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 基板を露光するために液浸リソグラフィーを実施する装置であって、
    ビームを射出する照射源と、
    上部に基板を配置可能な担体と、
    レチクルを受け入れる支持部と、
    上記支持部と上記担体との間に配置されている投影素子とを備え、
    上記担体と上記支持部とが互いに反対方向に動けるようになっており、
    上記投影素子と上記担体との間に、液浸流動体が導入できるようになっており、
    上記支持部に配置されているレチクルと、上記担体上に配置されている基板の被露光面とが、上記基板表面の露光中に、相互に反対に傾斜するようになっており、
    上記基板露光中の傾斜により、露光中の液浸流動体の温度変化によって生じる焦点深度変化および／または解像度変化が補償されるようになっており、
    上記担体の動作方向に沿った、レチクルと基板の被露光面との間の間隔を、直線的に変更するようになっている、装置。

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