JP4565270B2 - 露光方法、デバイス製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2004年11月11日に出願された特願2004−327790号、2005年2月25日に出願された特願2005−50887号、及び2005年7月8日に出願された特願2005−200637号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
RW−RP≦1.0×10−3の条件を満足するように、基板(P)上の液体(LQ)中の溶出物質の濃度を設定する露光方法が提供される。
Rp≧Rrの条件を満足するように、基板(P)から液体(LQ)中に溶出物質が溶出したときの該液体(LQ)中の溶出物質の濃度を設定する露光方法が提供される。
まず、露光装置の一実施形態について図1を参照しながら説明する。図1は露光装置EXを示す概略構成図である。図1において、露光装置EXは、マスクMを保持して移動可能なマスクステージMSTと、基板Pを保持する基板ホルダPHを有し、基板Pを保持した基板ホルダPHを移動可能な基板ステージPSTと、マスクステージMSTに保持されているマスクMを露光光ELで照明する照明光学系ILと、露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像を基板P上に投影する投影光学系PLと、露光装置EX全体の動作を統括制御する制御装置CONTとを備えている。
次に、露光対象である基板Pの一例について図2を参照しながら説明する。図2において、基板Pは、基材1と、その基材1の上面1Aの一部に被覆された感光材2とを有している。基材1は、例えばシリコンウエハ(半導体ウエハ)を含むものである。感光材2は、基材1の上面1Aの中央部の殆どを占める領域に、所定の厚み(例えば200nm程度)で被覆されている。一方、基材1の上面1Aの周縁部1Asには感光材2は被覆されておらず、その上面1Aの周縁部1Asにおいては、基材1が露出している。また、基材1の側面1Cや下面(裏面)1Bにも感光材2は被覆されていない。本実施形態においては、感光材2として化学増幅型レジストが用いられている。化学増幅型レジストは、ベース樹脂、ベース樹脂中に含まれる光酸発生剤(PAG:Photo Acid Generator)、及びクエンチャーと呼ばれるアミン系物質を含む。
次に、液浸法に基づいて基板Pを露光する方法について説明する。図3は、投影光学系PLと基板Pとの間の露光光ELの光路空間K1に液体LQが満たされている状態を示す図である。図3に示すように、液浸法に基づいて基板Pを露光する場合、基板P上には液体LQが配置される。本実施形態の感光材2は、化学増幅型レジストであり、上述のように、ベース樹脂、ベース樹脂中に含まれる光酸発生剤(PAG)、及びクエンチャーと呼ばれるアミン系物質を含んでいる。そのような感光材2が液体に接触すると、感光材2の一部の成分、具体的にはPAGやアミン系物質等が液体LQ中に溶出する。以下の説明において、基板Pから液体LQ中に溶出した物質(PAGやアミン系物質等)を適宜、「溶出物質」と称する。なお「溶出物質」は、PAGやアミン系の物質に限られず、感光材2に含まれる他の物質であってもよい。例えば「溶出物質」にアニオンを含めてもよい。
RW−RP≦1.0×10−3 …(1)の条件を満足するように、基板P上に配置された液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定する。図4Cにおいては、透過率RPが98.9%以上となるように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)が設定される。すなわち、許容濃度Dnrを満たすような感光材の膜が表面に形成されている基板が、露光対象の基板Pとして基板ステージPSTにロードされ、その基板P上に液浸領域LRを形成する。こうすることにより、露光光ELが照射された場合でも、光路空間K1に満たされた液体LQの温度上昇(温度変化)や温度分布の発生を抑え、投影光学系PL及び液体LQを介した結像特性を維持することができる。また、液体LQ中の溶出物質の濃度Dnを許容濃度Dnr以下に抑えることで、露光装置EXを構成する各種部材のうち、液体LQに接触する部材、具体的には第1光学素子LS1やノズル部材70等が、溶出物質に起因して汚染することも抑制することができる。また、第1光学素子LS1の汚染が抑制されているので、露光光ELを基板Pまで良好に到達させることができる。また、第1光学素子LS1が汚染した場合には、第1光学素子LS1を洗浄したり、汚染していない新たなものと交換したりする等のメンテナンス処理を実行することが考えられるが、第1光学素子LS1の汚染を抑制することで、メンテナンス処理の実行回数を低減することができる。また、基板Pへ到達する露光光ELのエネルギー低下を抑えることができるため、露光装置EXのスループット低下を防止できる。
ところで、上述の第1実施形態においては、光路空間K1に満たされた液体LQの温度上昇(温度変化)や温度分布の発生を抑えるために、(1)式の条件を満足するように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dnを設定している。ところが、(1)式の条件は、光路空間K1に満たされる液体LQの流れなどを考慮していない。図1等を参照して説明したように、露光装置EXは、露光光ELの照射中に、液浸機構100を使って、光路空間K1に対する液体LQの供給及び回収動作を行っている。また、露光光ELの照射中には、光路空間K1に対して基板Pが移動される。光路空間K1に満たされた液体LQには、液浸機構1による液体LQの供給及び回収動作、及び基板Pの移動等によって流れが生じる。その生じた液体LQの流れによって、光路空間K1の液体LQが冷却されることが分かった。したがって、PAG等の溶出物質によって光路空間K1の液体LQの透過率RPが低下しても、液体LQの流れによる冷却効果によって、光路空間K1に満たされた液体LQの温度上昇が抑えられることが分かった。
RW−RP≦1.0×10−2 …(1’)の条件を満足するように、基板P上に配置された液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定した場合であっても、液体LQの流れによる冷却効果によって、光路空間K1に満たされた液体LQの温度上昇(温度変化)や温度分布の発生を抑え、投影光学系PL及び液体LQを介した結像特性を維持できることが分かった。例えば、図4Cにおいては、透過率RPが98%以上となるように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)が設定される。
上述のように、光路空間K1に満たされた液体LQ中に溶出物質が含まれている場合、液体LQに接触する第1光学素子LS1の液体接触面(下面)LSAが汚染する(曇る)可能性があり、露光光ELの照射によりその曇りの度合いが経時的に大きくなる可能性がある。第1光学素子LS1の下面LSAが曇ると、第1光学素子LS1の露光光ELの透過率が低下したり、照射された露光光ELのエネルギーを吸収し、第1光学素子LS1が熱変形等を引き起こしたりする虞がある。したがって、曇りの発生を極力抑える必要がある。第1光学素子LS1の曇り(汚染)に起因する露光光ELの透過率の低下量(第1光学素子LS1の曇りの度合い)は、液体LQ中の溶出物質の濃度に応じて変化する。そこで、基板P上の液体LQ、すなわち光路空間K1に満たされた液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を、第1光学素子LS1の下面LSAの透過率に基づいて設定するようにしてもよい。具体的には、第1光学素子LS1の下面LSAの曇りに起因する透過率の低下量が、予め定められた条件を満足するように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定する。
RG−RG’≦1.0×10−3 …(2)の条件を満足するように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定する。(2)式の条件を満足するように、液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定することで、曇りに起因して第1光学素子LS1が熱変形したり、投影光学系PL及び液体LQを介した結像特性が変動(劣化)する等の不都合を防止できる。
また、低濃度領域ALの液体LQ中の溶出物質の濃度DnL、ひいては平均濃度Dnと低濃度領域ALの濃度DnLとの比Rは、ノズル部材70の構造(形状)や、液浸機構100による光路空間K1に対する単位時間当たりの液体供給量及び回収量、あるいは基板Pの移動条件(移動速度、移動軌跡等を含む)に応じて変動する可能性がある。例えば、所定方向(X軸方向)に関する光路空間K1に対する基板Pの移動距離に応じて、低濃度領域ALの濃度DnL(比R)が変動する。具体的には、図6Aに示すように、所定方向(X軸方向)に関する光路空間K1に対する基板Pの移動距離が長いほうが、図6Bに示すように、基板Pの移動距離が短い場合に比べて、光路空間K1に満たされている液体LQの攪拌が抑えられるため、高濃度領域AHから低濃度領域ALへの液体LQの移動を抑えて、低濃度領域ALの濃度DnL(比R)を小さくすることができる。ここで、図6A及び6Bの矢印y1は、基板Pと光路空間K1(投影光学系PLの投影領域AR、光軸)とを相対移動させたときの移動軌跡を示しており、基板P上に設定された領域SHは、マスクMのパターンが転写されるショット領域を示している。そして、ノズル部材70の構造、光路空間K1に対する単位時間当たりの液体供給量及び回収量、及び基板Pの移動条件(移動速度、移動軌跡等を含む)を適宜調整することにより、比R(=DnL/Dn)を、1/10〜1/1000に変動させることができる可能性がある。
上述の第1、第2実施形態においては、液体1mmあたりの透過率RPが上記(1)、(1’)式の条件を満足するように、その液体の1mmあたりの溶出物質の濃度Dnを管理(設定)する場合について説明した。ところで、光路空間K1を所定の媒質で満たした場合、投影光学系PLの下面LSAから射出したときの露光光ELの光量と、基板P上に到達したときの露光光ELの光量との比である透過率は、ワーキングディスタンスWD、すなわち光路空間K1において露光光ELが通過する媒質の厚みに応じて変化する。そのため、ワーキングディスタンスWDに応じて、溶液中の溶出物質の濃度Dnを設定することができる。このことについて、図8A及び8Bを参照しながら説明する。
Rp≧Rr …(2’)の条件を満足するように、基板Pから液体LQ中に溶出物質が溶出したときの液体LQ中の溶出物質の濃度Dn(許容濃度Dnr)を設定する。こうすることにより、露光光ELを所望の光量Irで基板P上に到達させることができる。
以下、液体LQ中の溶出物質の許容濃度を求めるために行った実験の一例について説明する。本実施例では、予め定められた所定の仕様(目標条件)を満足するような液体LQ中のPAGの許容濃度及び許容溶出量を求める場合を例にして説明する。そして、投影光学系PLと基板Pとの間の光路空間K1における液体LQの厚み(ワーキングディスタンスWD)を3mmに設定した場合において、純粋液を介した露光光ELの光量IWと、溶液を介した露光光ELの光量IPとの比を99.9%以上(IP/IW≧99.9%)にすることを仕様(目標条件)とする。
IP/IW=exp(−acd) …(3)の関係が成立する。ここで、
a:吸光係数、
c:液体中の溶出物質(PAG)の濃度、
d:液体(媒質)の厚み、である。実験装置300における上板301Aの下面と下板301Cの上面との間の距離(液体の厚み)dは、露光装置EXにおける投影光学系PLと基板Pとの間のワーキングディスタンスWDに相当する。実験条件として濃度c及び媒質の厚みdを適宜設定し(例えば、厚みd=1mm、濃度c=1%)、その実験条件の下で光量I0、IPを測定することにより、予め求められている光量IWと上記(3)式とに基づいて吸光係数aを導出することができる。本実施例では、吸光係数a≒0.012787という結果を得た。
本実施例では、投影光学系PLと基板Pとの間の光路空間K1における液体LQの厚み(ワーキングディスタンスWD)を5mmに設定した場合において、純粋液を介した露光光ELの光量IWと、溶液を介した露光光ELの光量IPとの比を99%以上(IP/IW≧99%)にすることを仕様(目標条件)とする。実験には図9を参照して説明した実験装置300を用い、実験条件も実施例1とほぼ同等である。
液体LQ中に溶出物質が含まれている場合、上述したように、液体LQに接触する第1光学素子LS1が汚染される(曇る)可能性があり、露光光ELの照射によりその曇りの度合いが経時的に大きくなる可能性がある。第1光学素子LS1が曇ると、照射された露光光ELのエネルギーを吸収し、熱変形等を引き起こす虞がある。したがって、曇りの発生を極力抑える必要がある。第1光学素子LS1の曇り(汚染)に起因する露光光ELの透過率の低下量(第1光学素子LS1の曇りの度合い)は、液体LQ中の溶出物質の濃度に応じて変化する。そこで、第1光学素子LS1の曇りに起因する透過率の低下量が、予め定められた仕様を満足するように、液体LQ中の溶出物質の濃度を設定するようにしてもよい。
IP’/IP=exp(−acd) …(4)の関係が成立する。上述の実験結果を(4)式を使って表すと、
0.752=exp(−acd) …(5)となる。(5)式を変形すると、
acd=log(0.752) …(6)となる。
0.999=exp(−acd) …(7)となる。(7)式を変形すると、
acd=log(0.999) …(8)となる。
log(0.999)/log(0.752)≒1/285 …(9)となる。したがって、(6)式の濃度cを1/285に低減することにより、上述の仕様を満足することができる。すなわち、実験におけるにおける透過率(光量IPと光量IP’との比)の低下量が上記仕様を満足するためには、濃度cは約1.4ppm(400ppm/285)以下となる必要がある。
上述の実施例3は、光路空間K1の液体LQ中の溶出物質の濃度が均一である場合における液体LQ中のPAGの許容濃度及び許容溶出量を求めている。本実施例においては、図5等を参照して説明したように、光路空間K1の液体LQ中に高濃度領域AH及び低濃度領域ALのそれぞれが形成される場合における液体LQ中のPAGの許容濃度及び許容溶出量を求める。本実施例においては、平均濃度Dnと低濃度領域ALの濃度DnLとの比R(=DnL/Dn)を1/73とする。
本実施例においては、図7を参照して説明したようなノズル部材70を用いた場合における液体LQ中のPAGの許容濃度及び許容溶出量を求める。本実施例においては、平均濃度Dnと低濃度領域ALの濃度DnLとの比R(=DnL/Dn)を1/80とする。
また、上述したように、基板Pからアニオンが溶出する場合には、アニオンの許容溶出量を、PAGやアミンと同様にして求めることができる。例えば、アニオンの許容溶出量を10ng/cm2以下にすることができる。
上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式を満足するためには、PAG、アミンなどの液体LQ中への溶出が少ない感光材2を用いることが望ましいが、所定の処理を施すことによって、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式を満足できる場合もある。
次に、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足するための処理の第1実施形態について説明する。本実施形態においては、基板P上に液浸領域LRを形成するための液体LQを配置する前に、基板Pを別の第2液体LQ’で浸漬する。以下の説明において、感光材2に含まれる物質のうち液体LQ中に溶出する可能性のある物質(PAGやアミン系物質等)を適宜「所定物質」と称する。なお上述のように、液体LQ中に溶出した後の物質は適宜「溶出物質」と称する。
次に、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足するための処理の第2実施形態について説明する。本実施形態においては、基板Pを薄膜で覆うことによって、溶出物質の溶出を抑え、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足する。
次に、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足するための処理の第3実施形態について説明する。本実施形態においては、液浸機構100による単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量の少なくとも一方を調整することで、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足する。すなわち、制御装置CONTは、液浸機構100による単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量のそれぞれを多くし、液体LQの流速を高めることで、基板Pから液体LQ中にPAG等の溶出物質が溶出しても、液体LQの流れによって溶出物質を拡散し、露光光ELの光路空間K1に溶出物質が留まる状態を防止することができる。また、液浸機構100による単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量のそれぞれを多くし、基板P上に清浄な液体(純粋液)LQを常時多量に供給することで、液体LQ中の溶出物質の濃度Dnの上昇を抑えることができ、ひいては液体LQの温度変化及び屈折率変化を抑えることができる。
次に、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足するための処理の第4実施形態について説明する。本実施形態においては、投影光学系PLと基板Pとを相対的に移動しつつ露光するとき、その移動速度を調整することで、上記(1)、(1’)、(2)、(2’)式の条件を満足する。上述のように、本実施形態の露光装置EXは、マスクMと基板Pとを同期移動しつつマスクMのパターンを基板Pに露光する走査型露光装置である。制御装置CONTは、基板P(基板ステージPST)の移動速度を調整することによって、投影光学系PLに対する基板Pの移動速度を調整する。
Claims (14)
- 基板上の液体を介して前記基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光方法において、
前記基板から溶出した溶出物質を含む液体の前記露光光の光路方向における1mmあたりの透過率をRP、
前記溶出物質を含まない液体の前記露光光の光路方向における1mmあたりの透過率をRWとしたとき、前記基板上の液体中の溶出物質の濃度が、
RW−RP≦1.0×10−3
の条件を満足するように、前記基板上に前記液体を配置する前に、前記基板を第2の液体で浸漬する露光方法。 - 前記基板は、基材と該基材上に被覆された感光材とを有し、
前記基板に関する情報に応じて、前記濃度を設定する請求項1記載の露光方法。 - 前記基板に関する情報は、前記感光材の情報を含む請求項2記載の露光方法。
- 前記溶出物質は、前記感光材から溶出する物質を含む請求項2又は3記載の露光方法。
- 前記条件を満足するために、前記基板を薄膜で覆う請求項1〜4のいずれか一項記載の露光方法。
- 前記基板上に対する液体の供給及び前記基板上からの液体の回収を行いつつ露光し、
前記条件を満足するために、単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量の少なくとも一方を調整する請求項1〜5のいずれか一項記載の露光方法。 - 前記液体は、投影光学系と前記基板との間の前記露光光の光路空間に配置される請求項1〜6のいずれか一項記載の露光方法。
- 前記溶出物質は光酸発生剤を含む請求項1〜7のいずれか一項記載の露光方法。
- 投影光学系と基板との間の露光光の光路空間を液体で満たし、前記投影光学系と前記液体とを介して前記基板上に露光光を照射して前記基板を露光する露光方法において、
前記光路空間に満たされた液体の前記露光光の光路方向における透過率をRP、
予め定められた目標透過率をRrとしたとき、前記基板から前記液体中に溶出物質が溶出したときの該液体中の溶出物質の濃度が、
RP≧Rrの条件を満足するように、前記光路空間に液体を満たす前に、前記基板を第2の液体で浸漬する露光方法。 - 前記条件を満足するために、前記基板を薄膜で覆う請求項9記載の露光方法。
- 前記基板上に対する液体の供給及び前記基板上からの液体の回収を行いつつ露光し、
前記条件を満足するために、単位時間あたりの液体供給量及び液体回収量の少なくとも一方を調整する請求項9又は10記載の露光方法。 - 前記投影光学系と前記基板とを相対的に移動しつつ露光し、
前記条件を満足するために、前記移動速度を調整する請求項9〜11のいずれか一項記載の露光方法。 - 前記溶出物質は光酸発生剤を含む請求項9〜12のいずれか一項記載の露光方法。
- 請求項1〜13のいずれか一項記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。
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