JP4612630B2 - 液浸リソグラフィのために閉じこめられた液体を提供するための装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ処理に関し、特に、フォトリソグラフィ動作におけるフォトレジストのパターニングを効果的に実行するための装置および技術に関する。

基板内の小さい特定の領域において選択的に作用する能力は、半導体素子の製造において最重要の事項である。半導体素子において、性能の水準と機能的な密度とを高めるための絶え間ない追求において、マイクロ電子工学業界は、半導体素子の最小の形状サイズをさらに低減するための新しいプロセスを適用することに専心している。

図１は、簡略なフォトリソグラフィ動作２０の一例を示す図である。動作２０において、光源２６が、レチクル２８を通される光を生成する。レチクルは、一般に、透明なガラス板の上にクロムのフォトマスクを蒸着することにより製造される。次いで、フォトマスクは、通例、レジストによって被覆され、次に、パターン生成器を用いて、レジストにパターンが規定される。次いで、レジストは、パターン以外のすべてをガラス板から除去するためにフォトマスクが化学的に処理された後に現像される。レジストにパターンを規定するために、パターン生成器は、電子ビームを用いて、レジスト内に形状を生成する。次いで、レチクル２８を通過した光は、基板２２の表面にすでに塗布されたフォトレジスト２４をパターニングしてよい。次に、フォトレジストは、当業者に周知のように、基板２２上に所望の形状を生成するために処理されてよい。

形状のサイズが低減されるにつれて、素子は、小さくなったり、同じサイズのままであがより高密度でパッキングされたりする。したがって、半導体素子をパターニングするために用いられるリソグラフィ技術の進歩は、より小さくより高密度の半導体素子を実現するためには、形状サイズの低減における進歩について行く必要がある。そのためには、リソグラフィ技術は、より小さい線幅を分解する能力をますます改善する必要がある。分解能の限界は、フォトレジストのパターニングに用いられる光の波長によって主に決定される。したがって、リソグラフィ技術によって素子の限界寸法（ＣＤ）を低減する主な方法の１つは、フォトレジストを露光して特定のパターンプロフィルを生成するために用いられる放射の波長を絶えず低減することであった。

高分解能のリソグラフィの透過は、ウエハが、より小さい形状を有する高密度のチップになるにつれ、より困難になる。さらに、メタライゼーション相互接続技術が、デュアルダマシンプロセスに移行するにつれ、誘電体にホールやトレンチをパターニングするリソグラフィ技術は、より重要になり、歩留まりや信頼性に直接的な影響を有する。特に、より短い波長を用いる光リソグラフィ法が、しばしば、フォトレジストのパターニングに用いられる。例えば、１５７ｎｍほどの波長を用いる試みがなされている。あいにく、現在の光リソグラフィの方法および手段は、このように短い波長を用いるためには変更が必要である。残念ながら、より長い波長のプロセスから１５７ｎｍの波長に変更するためには、一般に、異なる光学材料と異なるレンズの概念とを用いると共に、フォトマスクの材料を変更するように、光リソグラフィの手段を変更する必要がある。

したがって、既存のシステムと同じマスク、レジスト、およびレンズの概念を用いつつ、より短い波長でフォトレジストをパターニングすることによってより鋭いパターンプロフィルを提供できる方法および装置が求められている。

概して、本発明は、これらの要求を満たすために、最適かつ効果的にフォトリソグラフィを実行するための方法および装置を提供する。本発明は、処理、装置、システム、デバイス、または、方法を含む種々の形態で実施できることを理解されたい。以下では、本発明の実施形態をいくつか説明する。

一実施形態では、基板処理方法であって、基板を処理するための流体メニスカスを生成する工程を備え、流体メニスカスは、流体を流体メニスカスに追加しつつ流体を吸引によって流体メニスカスから除去することにより、常に流体を補給される、基板処理方法が提供されている。その方法は、さらに、基板表面上のフォトレジストに流体メニスカスを供給する工程と、パターニングされた光を流体メニスカスを通して基板表面上のフォトレジストに伝達する工程とを備える。

別の実施形態では、基板処理装置であって、基板表面上のフォトレジストのパターニングを容易にするための流体メニスカスを生成するよう構成された近接ヘッドを備え、流体メニスカスは、流体を流体メニスカスに追加しつつ流体を吸引によって流体メニスカスから除去することにより、常に流体を補給される、基板処理装置が提供されている。その装置は、さらに、少なくとも部分的に近接ヘッド内に規定されたリソグラフィレンズ構造を備え、リソグラフィレンズ構造は、動作中に流体メニスカスと直接的に接触するリソグラフィレンズを有する。リソグラフィレンズ構造は、パターニングされた光をリソグラフィレンズから流体メニスカスを通して供給し、基板表面上のフォトレジストをパターニングする。

さらに別の実施形態では、基板処理装置であって、基板表面を処理するための流体メニスカスを生成することのできる近接ヘッドを備え、流体メニスカスは、流体を流体メニスカスに追加しつつ流体を吸引によって流体メニスカスから除去することにより、常に流体を補給される、基板処理装置が提供されている。その装置は、さらに、近接ヘッド内に光生成源を備え、光生成源は、動作中に流体メニスカスと直接的に接触する。光生成源は、パターニングされた光を流体メニスカスに供給して通過させる。パターニングされた光は、流体メニスカスに入る前に第１の波長を有し、流体メニスカスを通してフォトレジストに供給されると、第１の波長よりも短い有効波長を有する。

別の実施形態では、基板処理方法であって、基板の表面上にメニスカスを生成する工程と、基板の表面のフォトリソグラフィ処理を可能にするためにメニスカスを通してフォトリソグラフィ光を供給する工程と、を備える、基板処理方法が提供されている。

さらに別の実施形態では、フォトリソグラフィ装置であって、基板の表面にメニスカスを生成できる近接ヘッドを備える、フォトリソグラフィ装置が提供されている。その装置は、さらに、近接ヘッドからメニスカスを通してフォトリソグラフィ光を供給するための光源を備え、フォトリソグラフィ光は、基板の表面に接触してフォトリソグラフィ処理を可能にする。

本発明には、数多くの利点がある。特に、本明細書に記載された装置および方法は、光信号の波長をより短い有効波長に変換することにより、液浸リソグラフィ動作においてフォトレジストを効率的にパターニングする。より短い有効波長は、流体メニスカスに直接的に接触して、光信号を流体メニスカスを通して基板表面上のフォトレジスト層に伝達することができるリソグラフィレンズを備えた近接ヘッドを用いて実現されてよい。

フォトリソグラフィレンズを備えた近接ヘッドは、ウエハに対する流体の供給および除去を最適に管理することにより、光信号を伝送可能な流体メニスカスを生成することができる。流体メニスカスは、安定性を大きく損なうことなく効率的に移動されることが可能であり、さらに、新しい液体が常に供給されることで、流体メニスカス内の気泡の発生や汚染を大幅に低減して、フォトリソグラフィ処理を強化することができる。さらに、本明細書に記載された流体メニスカスを利用することにより、ウエハ表面に残る汚染を劇的に低減できる。結果として、リソグラフィレンズからの光信号の有効波長を短くできる流体メニスカスを利用することにより、より長い波長のフォトリソグラフィの方法で一般に用いられるレンズおよび光学装置などの機器を用いて一般的に実現できるよりも、はるかに正確で鋭いパターニングを実現することができる。

本発明のその他の態様および利点については、本発明の原理を例示した添付図面に沿って行う以下の詳細な説明によって明らかになる。

基板を処理する方法および装置のための発明が開示されている。具体的には、フォトリソグラフィ動作においてフォトレジストをパターニングする効率的かつ効果的な方法が提供されている。以下の説明では、本発明の完全な理解を促すために、数多くの具体的な詳細事項が示されている。しかしながら、当業者にとって明らかなように、本発明は、これらの具体的な詳細事項の一部もしくはすべてがなくとも実施可能である。また、本発明が不必要に不明瞭となることを避けるため、周知の処理動作の説明は省略した。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態に沿って説明されているが、当業者が、これまでの明細書および図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むよう意図されている。

以下の図面は、最適なフォトリソグラフィ動作を実行できる代表的なウエハ処理システムの実施形態を示す。特に、以下の図面は、近接ヘッドを用いて、少なくとも部分的に近接ヘッド内に配置されたリソグラフィレンズ構造を備える制御された環境内で流体メニスカスを生成する代表的なウエハフォトリソグラフィシステムの実施形態を示す。一実施形態では、リソグラフィレンズは、流体メニスカスに接触し、基板の表面にすでに塗布されたフォトレジストに対して流体メニスカスを介して、パターニングされた光信号を伝達してよい。基板上へのフォトレジストの塗布は、当業者に周知であることを理解されたい。流体メニスカスを介して光信号を伝達して、フォトレジストに光信号を供給することにより、光信号の波長を、より短い有効波長に変更することが可能であり、その結果、より正確にフォトレジストをパターニングできる。したがって、より正確なフォトレジストのパターニング方法を用いて、半導体素子内のより小さくより高密度の形状を実現するより小さい限界寸法を達成することができる。

本明細書に記載されたシステムは、例示的なものであり、近接ヘッドがウエハに近接するように移動することを可能にする任意の適切な構成を用いてよいことを理解されたい。図示された実施形態では、近接ヘッドは、フォトレジストのパターニングを容易にするために任意の方法で移動してよい。一実施形態では、近接ヘッドは、当業者に周知のステッパ機構に関連する任意の方法で移動するよう構成されてよい。別の実施形態では、近接ヘッドは、ラスタライズされた動きで移動してもよい。別の実施形態では、近接ヘッドは、ウエハの中央部分からウエハの縁部まで直線的に移動されてよい。近接ヘッドが、ウエハの一方の縁部から直径方向の反対側に位置する縁部まで直線的に移動する他の実施形態を用いたり、放射状の移動、円状の移動、渦巻き状の移動、千鳥状の移動など、他の非直線的な移動を用いたりしてもよいことを理解されたい。移動は、ウエハに対して所望のフォトリソグラフィパターニングを実現できる限りは、ユーザが望む任意の適切な指定された移動形態を取ってよい。さらに、本明細書に記載した近接ヘッドおよびウエハ処理システムは、例えば、２００ｍｍウエハ、３００ｍｍウエハ、フラットパネルなど、任意の形状およびサイズの基板に対してフォトリソグラフィのパターニングを実行するために用いられてよい。

本明細書に記載された方法および装置は、任意の適切なウエハ処理システムで用いられてよいことを理解されたい。また、リソグラフィレンズは、リソグラフィレンズに接触してウエハ表面上のフォトレジストに対してフォトリソグラフィのパターニングを実行できる安定しているが動的な流体メニスカスを生成可能である任意の適切な近接ヘッドと共に用いることができることを理解されたい。ここで利用されるリソグラフィレンズは、パターニングされた光をレンズを介してフォトレジストに伝達できる任意の適切な種類のリソグラフィ装置であってよい。一実施形態では、リソグラフィレンズは、コラムシステムに取り付けられて、光源、レチクル、および１以上のレンズを備えうるフォトグラフィ光システムを形成するリソグラフィレンズ構造の一部であってよい。

図２は、本発明の一実施形態に従って、ウエハ処理システム１００を示す図である。システム１００は、本明細書に記載されたように流体メニスカス１１２を生成することができる近接ヘッド１０６を備える。一実施形態では、近接ヘッド１０６は、アーム１０４によって保持され、上面にフォトレジスト１１０を塗布されたウエハ１０８の上方に近接するよう移動されてよい。ウエハ１０８は、所望のウエハ構造に応じて、フォトレジスト１１０の下に、任意の適切な種類の層、レベル、または材料を有してよい。一実施形態では、ウエハ１０８は、チャック１１６によって保持されてよい。ウエハ１０８は、例えば、縁部でウエハ１０８を保持するローラなど、任意の他の適切な方法で保持または支持されてよいことを理解されたい。

また、システム１００は、近接ヘッドをウエハに近接した状態で移動させて、メニスカスを生成および制御しつつ、流体メニスカス１１２に接触するリソグラフィレンズ構造２００によってフォトレジスト層をパターニングできる限りは、任意の適切な方法で構成されてよいことを理解されたい。リソグラフィレンズ構造２００については、図３Ａないし４Ｃを参照して詳細に説明する。さらに、近接とは、メニスカスを維持しつつ、フォトレジストのパターニングを実現できる限りは、ウエハからの任意の適切な距離であってよいことを理解されたい。一実施形態では、近接ヘッド１０６（および、本明細書に記載される任意の他の近接ヘッド）は、ウエハ表面で流体メニスカス１１２を生成するために、ウエハ１０８から約０．１ｍｍないし約１０ｍｍの範囲に配置されてよい。好ましい実施形態では、近接ヘッド１０６（および、本明細書に記載された任意の他の近接ヘッド）はそれぞれ、ウエハ表面で流体メニスカス１１２を生成するために、ウエハから約０．５ｍｍないし約４．５ｍｍの範囲に配置されてよく、より好ましい実施形態では、近接ヘッド１０６は、ウエハ表面で流体メニスカス１１２を生成するために、ウエハから約２ｍｍの位置に配置されてよい。
一実施形態では、システム１００、近接ヘッド１０６は、ウエハ１０８に塗布されたフォトレジストのパターニングされた部分からパターニングされていない部分へ移動されてよい。近接ヘッド１０６は、上述のように望ましくウエハ１０８上のフォトレジスト層をパターニングできるように近接ヘッド１０６を移動できる任意の適切な方法で移動されてよいことを理解されたい。さらに、ウエハ処理システム１００の近接ヘッド１０６は、例えば、本明細書に記載された近接ヘッドによって示されるように、任意の適切なサイズまたは形状を有してよい。したがって、本明細書に記載された様々な構成は、近接ヘッドとウエハとの間に流体メニスカスを生成することが可能であり、さらに、リソグラフィレンズ構造２００は、流体メニスカス１１２に直接的に接触するレンズを介してフォトレジスト１１０にパターニング光（パターニングされた光としても知られる）を供給できる。光が、レンズから流体メニスカス１１２へ直接的に移動すると、流体の屈折率に応じて、光の有効波長は、流体メニスカスに入る前の光の波長よりもはるかに短い有効波長になりうる。例えば、水や、ショ糖、麦芽糖、または、塩化物などの水溶液など、リソグラフィレンズから供給される光の有効波長を短くできる任意の適切な液体を用いてよいことを理解されたい。レンズおよびフォトレジストと直接的に接触するよう流体メニスカスを配置することにより、メニスカスおよびレンズの境界と液体およびフォトレジストの境界とにおける屈折が、大幅に低減または排除される。これにより、パターニングされた光の有効波長を低減しうる屈折なしに、パターニングされた光が、リソグラフィレンズのレンズからメニスカスを介して移動することが可能になる。有効波長は以下の表１に示された式を用いて示される。
［表１］
λ_effective ＝ λ／屈折率

上の式において、λは、流体メニスカスに入る前のパターン化された光の波長であり、λ_effectiveは、ウエハ表面上のフォトレジストに供給されるパターニングされた光の有効波長である。一実施形態では、液浸リソグラフィのための流体として、水を用いてよい。水は、１．４３の屈折率を有するため、リソグラフィレンズが、１９３ｎｍの波長を流体メニスカスに供給する場合には、フォトレジストに供給される光信号の有効波長は、約１３５ｎｍまで短くされることが可能である。したがって、リソグラフィレンズが、流体メニスカスの液体に直接的に接触する構成を用いることにより、リソグラフィレンズからの光の有効波長を大幅に低減することができる。有効波長の低減された光を、ウエハ表面上のフォトレジストに衝突させることで、任意の適切な所望のパターンにフォトレジストをパターニングすることができる。光源からの光は、所望のパターンを生成することができるレチクルを通して送られてもよいことを理解されたい。光源は、例えば、ＵＶランプ、エキシマレーザなど、フォトレジストをパターニングできる光信号を生成可能である任意の適切な装置であってよい。レチクルは、当業者に周知の任意の適切な方法で生成されてよい。

一実施形態では、リソグラフィレンズ構造２００は、例えば、図２に示したコラムシステム２０２など、パターニングされた光を生成する装置に取り付けられる。コラムシステム２０２は、光源とレチクルとを有し、光源からのパターニングされていない光をレチクルを介して伝達することにより、パターニングされた光を生成して、フォトレジスト１１０のパターニングのためにリソグラフィレンズ構造２００を通して伝達することができる任意の適切な装置であってよい。リソグラフィレンズ構造２００は、パターニングされた光信号のコラムシステム２０２から流体メニスカス１１２への伝達を容易にすることができるよう、近接ヘッド内に部分的に設けることができる任意の適切な構成および／またはサイズの任意の適切な構造であってよい。一実施形態では、パターニングされた光は、コラムシステム２０２からリソグラフィレンズ構造２００を介して直接的に流体メニスカス１１２に伝達されてよい。そこから、パターニングされた光は、流体メニスカス１１２を通ってウエハ１０８の表面上のフォトレジスト１１０に到達することができる。次いで、パターニングされた光は、フォトレジスト１１０に供給されて、フォトレジスト１１０上にパターンが形成される。したがって、一実施形態では、リソグラフィレンズ構造２００は、リソグラフィレンズ構造２００を通る光路内に１または複数のレンズを備えることが可能であり、それにより、近接ヘッド１０６の上部から近接ヘッド１０６の下部までの光の透過が実現される。パターニングされた光は、任意の適切な方法で生成されてよく、本明細書に記載された実施形態は、例示に過ぎないことを理解されたい。

流体メニスカスは、ウエハ表面に対して流体を供給および除去すると同時にウエハ表面上のフォトレジストにパターニング光を供給することによってウエハを処理するために、ウエハ全体にわたって移動されてよい。一実施形態では、パターニングされるウエハの複数部分にわたってリソグラフィレンズを移動させるために、ステッパ装置が用いられてよい。また、ウエハ１０８は、フォトリソグラフィのパターニング動作の進行に伴って、ラスタライズされた動きで移動されてもよい。システム１００は、ウエハの片面を処理してもよいし、ウエハの上面および下面の両方を処理してもよいことを理解されたい。

一実施形態では、流体メニスカス１１２は、本明細書に記載したように近接ヘッドに配置されたソース流入口およびソース流出口などの導管を通して、ウエハ表面に流体を供給すると共にウエハ表面から流体を除去することにより生成されてよい。例えば、流入口および流出口などの導管は、近接ヘッドの片面に配置された開口部を有してよく、本明細書に記載したような安定したメニスカスが利用可能である限りは、任意の適切な構成を有してよいことを理解されたい。

代表的な一実施形態では、少なくとも１つのガス流入口が、少なくとも１つの吸引流出口に隣接し、その吸引流出口が、少なくとも１つの処理流体流入口に隣接することで、ガス−吸引−処理流体の配置を形成してよい。所望のウエハ処理や、強化したいウエハ処理機構の種類に応じて、ガス−処理流体−吸引、処理流体−吸引−ガス、吸引−ガス−処理流体など、他の種類の配置を用いてもよいことを理解されたい。別の実施形態では、近接ヘッドとウエハとの間に配置されるメニスカスを高度かつ強力に生成、制御、および移動して、ウエハを処理するために、ガス−吸引−処理流体の配置を用いてよい。流体メニスカスを管理する能力を有することにより、リソグラフィレンズは、ある位置に維持されることが可能であるため、液体／レンズの境界および液体／フォトレジストの境界は、フォトレジストに供給されている光信号の有効波長を低減できる。

処理流体流入口、ガス流入口、および吸引流出口は、流体メニスカスを安定して生成および維持できる限りは、任意の適切な方法で構成されてよい。例えば、ガス流入口、吸引流出口、および処理流体流入口に加えて、さらなる実施形態では、所望の近接ヘッドの構成に応じて、ガス流入口、処理流体流入口、および／または、吸引流出口のセットを追加してもよい。ガス−吸引−処理流体の配置の正確な構成は、用途に応じて変更されてよいことを理解されたい。例えば、ガス流入口、吸引、および処理流体流入口の位置の間の距離は、それらの距離が一致するように変更してもよいし、一致しないように変更してもよい。さらに、ガス流入口、吸引、および処理流体流入口の間の距離は、近接ヘッド１０６のサイズ、形状、および構成や、処理メニスカスの所望のサイズ（すなわち、メニスカスの形状およびサイズ）に応じて、様々な大きさであってよい。

一実施形態では、近接ヘッド１０６は、ウエハ１０８の上面に近接して配置されてよく、ガスおよび処理流体流入口と吸引流出口とを用いて、上面を処理できるウエハ処理メニスカスを、ウエハ１０８に接して生成してよい。一実施形態では、ガス流入口を通るガスとして、ＩＰＡ／Ｎ₂蒸気が入力されてよく、処理流体流入口を通る処理流体として、脱イオン水が入力されてよい。ＩＰＡおよび処理流体が入力されるのとほぼ同時に、ウエハ表面に近接して吸引を作用させることで、ウエハ表面上に存在しうるＩＰＡ蒸気、処理流体、および／または、流体を除去してよい。代表的な実施形態では、ＩＰＡが用いられているが、例えば、任意の適切なアルコール（エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノールなど）、ケトン、エーテル、その他の有機化合物など、流体メニスカスを生成するために用いられる液体に混和できると共に不活性ガスによって蒸気が運ばれることのできる任意の適切な他の種類の蒸気を用いてもよいことを理解されたい。近接ヘッドとウエハとの間の領域に存在する処理流体の部分は、メニスカスである。本明細書で用いられているように、「出力」という用語は、ウエハ１０８と特定の近接ヘッドとの間の領域からの流体の除去を意味し、「入力」という用語は、ウエハ１０８と特定の近接ヘッドとの間の領域への流体の導入を意味しうることを理解されたい。

一実施形態では、システム１００は、さらに、近接ヘッド１０６への流体の供給および除去が可能な流体供給分配部を備える。流体供給分配部は、例えばマニホールドなど、制御された方法で流体を供給すると共に受け入れることができる任意の適切な装置であってよいことを理解されたい。一実施形態では、流体供給分配部は、流体供給部から流体を受け入れる。流体供給部は、近接ヘッド１０６への流体の入力を管理することができる任意の適切なハードウェア／ソフトウェアであってよい流体供給制御部によって、管理および制御されてよい。近接ヘッド１０６は、ウエハ１０８を処理できるメニスカス１１２を生成してよい。

図３Ａは、本発明の一実施形態に従って、リソグラフィレンズ構造２００を備えた近接ヘッド１０６を示す図である。上述のように、リソグラフィレンズ２００は、ウエハ表面上にフォトレジストをパターニングできるパターニングされた光を生成可能な任意の適切な装置に接続されてよい。一実施形態では、図２に示すように、パターニングされた光を生成する装置は、リソグラフィレンズ構造２００の上部に取り付け可能なコラムシステム２０２である。リソグラフィレンズ構造２００は、パターニングされた光を流体メニスカスを介してフォトレジストに伝達するために流体メニスカスに直接的に接触できるレンズを備えてよい。一実施形態では、レンズは、例えば、ＣａＦ２、石英など、所望の波長の光を伝達できる任意の適切な材料から製造されてよい。

一実施形態では、近接ヘッド１０６は、流入口３０２および３０６と、流出口３０４とを備える。液浸リソグラフィ動作の代表的な一実施形態では、近接ヘッド１０６は、流体メニスカスを生成してよく、リソグラフィレンズ構造２００は、その流体メニスカスに対して、ウエハ１０８の表面上のフォトレジストをパターニングするためのパターニング光を通過させてよい（図３Ｂおよび３Ｃを参照して詳述する）。流入口３０２および３０６は、所望のウエハ処理動作に応じて、任意の適切な表面張力低下ガス／蒸気および処理流体をそれぞれ入力してよい。流出口３０４は、ウエハ１０８の表面から、任意の適切な量の表面張力低下ガスおよび処理流体（並びに、ウエハ１０８上の任意の他の流体）を除去することができる吸引を生成してよい。その結果、近接ヘッド１０６は、本明細書に記載したような流体メニスカスの生成を可能とし、パターニング光を伝達できる流体媒質を生成することができる。かかる代表的な実施形態では、近接ヘッド１０６は、パターニングされた光をリソグラフィレンズ構造２００のレンズに通すことにより、コラム構造の内部のレチクルによって規定されたパターンをフォトレジストに転送することができるように、ウエハ１０８を処理することが可能である。レンズは、流体メニスカスと直接的に接触してよく、それにより、レンズからのパターニングされた光は、流体メニスカスに入って通過し、近接ヘッド１０６によって生成された流体メニスカスに直接的に接触可能なフォトレジストに伝達されてよい。パターニングされた光が、リソグラフィレンズから流体メニスカスに移動すると、流体メニスカスの屈折率は、フォトレジストに供給されるパターニングされた光の有効波長を低減してよい。

近接ヘッド１０６の別の実施形態では、流入口３０２を省略して、流入口３０６および流出口３０４のみを残してもよいことを理解されたい。かかる構成では、流出口３０４および流入口３０６が配置される領域は、近接ヘッド１０６の処理面の残り部分と比べてジグザグ形であってよい。したがって、流体メニスカスは、閉じこめるためのガスおよび／または表面張力調整ガスを用いる必要なしに、ジグザグ形の領域内に収容されることが可能である。したがって、流入口３０６を通して処理流体を入力し、流出口３０４を通して処理流体を除去することで、フォトリソグラフィを実行可能な安定したメニスカスを生成することができる。

図３Ｂは、本発明の一実施形態に従って、近接ヘッド１０６の内部構造を示す側面図である。一実施形態では、近接ヘッド１０６は、ソース流入口３０２および３０６と、ソース流出口３０４とを備える。一実施形態では、例えば、脱イオン水（ＤＩＷ）などの処理流体が、ソース流入口３０６を通してウエハ表面に供給されると、流体は、例えば、ＩＰＡ／Ｎ₂などのガスのソース流入口３０２を通しての供給と、ＩＰＡ／Ｎ₂およびＤＩＷを除去する吸引３０４とによって閉じこめることが可能な流体メニスカスを形成する。流体メニスカスは、リソグラフィレンズ構造２００とウエハ表面上のフォトレジストの両方に接触して、リソグラフィレンズ構造２００からのパターニング光がフォトレジストに供給される際に通過する媒体を提供する。一実施形態では、リソグラフィレンズ構造２００は、パターニングされた光をコラムシステムから直接的に流体メニスカスに伝達できるレンズ２００ａを備える。上述のように、ソース流入口３０２は、流体メニスカスを形成する液体の表面張力を低減できる任意の適切な種類のガスを入力してよい。一実施形態では、そのガスは、流体メニスカスの液体／ガスの境界において表面張力の勾配を引き起こす。一実施形態では、そのガスは、アルコール、ケトン、または、流体メニスカスの生成に用いられている液体に混和できる界面活性を有するその他の有機化合物など、適切な界面活性流体の蒸気である。好ましい実施形態では、そのガスは、窒素ガスに含まれたイソプロピルアルコール蒸気（ＩＰＡ／Ｎ₂）である。かかる実施形態では、ＩＰＡ／Ｎ₂は、例えば、水などの液体の表面張力を低減しうる。したがって、一実施形態では、流体メニスカス内のＤＩＷは、常に補給されているので、ウエハ表面は、リソグラフィ動作の間、ほぼ清潔な状態に維持されることが可能である。さらに、流体メニスカスを形成および維持するハードウェアは、流体メニスカス内での気泡の発生を最小限に抑える、または、すべて排除することで、パターニング動作を最適化できるように構成されてよい。このように、水／ガスは、ウエハ表面上に汚染物質を残しうる水滴の影響を排除するため、ウエハ表面上に汚染物質を残さない安定したメニスカスを生成して、処理後に乾燥した清潔な表面を残すことができる。

さらなる実施形態では、有効波長を制御するために、流体メニスカスを厳密に制御された温度に維持してよい。さらに、その温度を低下させて、流体の屈折率を増大することにより、有効波長を小さくすることができる。

図３Ｃは、本発明の一実施形態に従って、動作中の近接ヘッド１０６を示す図である。この実施形態では、近接ヘッド１０６は、動作中であり、液体／ガス境界３８８を有する流体メニスカス１１２をすでに生成している。一実施形態では、例えば、脱イオン水（ＤＩＷ）など、リソグラフィレンズ構造２００からの光の有効波長を低減できる屈折率を有する液体が、矢印３１４によって示すように入力される。さらに、例えば、ＩＰＡ／Ｎ₂のような界面活性ガスなどのガス蒸気が、矢印３１０によって示すように入力されてよい。ＤＩＷおよびＩＰＡ／Ｎ₂は、矢印３１２によって示すように、ウエハ表面上のフォトレジストから除去されてよい。一実施形態では、吸引を用いて、ＤＩＷおよびＩＰＡ／Ｎ₂が除去される。この方法により、流体メニスカス１１２は、ウエハ表面上に生成されてよく、それを通して、リソグラフィレンズ構造２００は、パターニングされた光４００を供給してよい。リソグラフィレンズ構造２００のレンズ２００ａは、流体メニスカス１１２に接触し、流体メニスカス１１２は、フォトレジストに接触するので、流体メニスカス１１２を形成する液体の屈折率は、リソグラフィレンズ構造２００からフォトレジスト１１０に供給されるパターニングされた光４００の有効波長を低減しうる。かかる実施形態では、リソグラフィレンズ構造２００のレンズ２００ａは、流体メニスカス１１２とレンズ／液体境界４０２を形成し、流体メニスカス１１２は、フォトレジスト１１０と液体−フォトレジスト境界４０４を形成する。したがって、パターニングされた光４００は、リソグラフィレンズ構造２００からメニスカスを介してフォトレジストに到達し、ウエハ１０８上のフォトレジスト１１０の領域３９０をパターニングすることができる。

図４Ａは、本発明の一実施形態に従って、別の代表的な流入口／流出口構成を有する近接ヘッド１０６’を示す図である。一実施形態では、近接ヘッド１０６’は、リソグラフィレンズ構造２００を備え、近接ヘッド１０６’の一方の側にソース流入口３０６を備える。さらに、近接ヘッド１０６’は、リソグラフィレンズ構造２００の反対側にソース流出口３０４を備える。一実施形態では、ソース流入口３０２は、リソグラフィレンズ構造２００、ソース流入口３０２、およびソース流出口３０４をほぼ取り囲んでよい。

図４Ｂは、本発明の一実施形態に従って、別の代表的な流入口／流出口構成を有する近接ヘッド１０６’の内部構造を示す側面図である。一実施形態では、近接ヘッド１０６’は、リソグラフィレンズ構造２００の上部に取り付け可能なコラムシステムによって生成されるパターニングされた光を伝達できるレンズ２００ａを備えたリソグラフィレンズ構造２００を備える。パターニングされた光は、処理されるウエハ表面のフォトレジスト上に生成したいパターンに対応する。近接ヘッド１０６’は、リソグラフィレンズ構造２００の片側にソース流入口３０２および３０６を備えると共に、リソグラフィレンズ構造２００の反対側にソース流入口３０２およびソース流出口３０４を備えてよい。かかる構成では、ソース流入口３０６を通して入力された液体は、ウエハ表面上のフォトレジスト層に供給されてよい。ソース流入口３０２は、ウエハ表面にガスを供給する、すなわち、ソース流入口３０６からの液体を収容できるように、ソース流入口３０６からの液体に対してガスを供給することができる。ソース流出口３０４は、ソース流入口３０６からの液体と、ソース流出口３０４と同じ側のソース流入口３０２からのガスの一部を除去してよい。したがって、この実施形態も、本明細書に記載されたリソグラフィ動作を容易にする安定した流体メニスカスを生成する。

図４Ｃは、本発明の一実施形態に従って、リソグラフィ動作を実行している近接ヘッド１０６’を示す図である。一実施形態では、近接ヘッド１０６’は、液体／ガス境界３８８を有する流体メニスカス１１２をすでに生成している。一実施形態では、例えば、脱イオン水（ＤＩＷ）など、リソグラフィレンズ構造２００からの光の有効波長を低減できる屈折率を有する液体が、矢印３１４によって示すように入力される。さらに、例えば、ＩＰＡ／Ｎ₂など、表面張力低下ガスが、矢印３１０によって示すように入力されてよい。ＤＩＷおよびＩＰＡ／Ｎ₂は、矢印３１２によって示すように、ウエハ表面上のフォトレジストから除去されてよい。この方法により、動的な流体メニスカス１１２が、ウエハ表面上に生成されてよく、それを通して、リソグラフィレンズ構造２００は、パターニングされた光４００を供給してよい。パターニングされた光４００は、流体メニスカスを介してリソグラフィレンズ構造２００からフォトレジストに移動してよい。リソグラフィレンズ構造２００は、流体メニスカス１１２に接触しているので、流体メニスカス１１２を形成する液体の屈折率は、リソグラフィレンズ構造２００からのパターニングされた光４００の有効波長を低減しうる。有効波長を低減されたパターニングされた光４００は、ウエハ表面上のフォトレジストの領域３９０をパターニングしてよい。かかる実施形態では、リソグラフィレンズ構造２００のレンズ２００ａは、流体メニスカス１１２とレンズ−液体境界４０２を形成し、流体メニスカス１１２は、フォトレジスト１１０と液体−フォトレジスト境界４０４を形成してよい。したがって、パターニングされた光４００は、リソグラフィレンズ構造２００からメニスカスを介してフォトレジストに到達し、ウエハ１０８上のフォトレジストの領域３９０をパターニングすることができる。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態に沿って説明されているが、当業者が、上述の明細事項と図面から、様々な変更、追加、置き換え、および等価物を実現することは明らかである。したがって、本発明は、本発明の真の趣旨および範囲内での変更、追加、置き換え、および等価物の全てを含むよう意図されている。

簡略なフォトリソグラフィ動作の一例を示す図。 本発明の一実施形態に従って、ウエハ処理システムを示す図。 本発明の一実施形態に従って、リソグラフィレンズ構造を備えた近接ヘッドを示す図。 本発明の一実施形態に従って、近接ヘッドの内部構造を示す側面図。 本発明の一実施形態に従って、動作中の近接ヘッドを示す図。 本発明の一実施形態に従って、別の代表的な流入口／流出口構成を有する近接ヘッドを示す図。 本発明の一実施形態に従って、別の代表的な流入口／流出口構成を有する近接ヘッドの内部構造を示す側面図。 本発明の一実施形態に従って、リソグラフィ動作を実行している近接ヘッドを示す図。

Claims (23)

1. 基板処理装置であって、
   基板表面上のフォトレジストのパターニングを容易にするための流体メニスカスを生成するよう構成された近接ヘッドであって、前記流体メニスカスは、前記近接ヘッドから前記流体メニスカスに流体を追加しつつ前記近接ヘッドによる吸引の作用によって前記流体メニスカスから前記流体を除去することにより、常に前記流体を補給される、近接ヘッドと、
   少なくとも部分的に前記近接ヘッド内に規定されたリソグラフィレンズ構造であって、動作中に前記流体メニスカスと直接的に接触するよう構成されたリソグラフィレンズを有し、パターニングされた光を前記リソグラフィレンズから前記流体メニスカスを通して供給することにより、前記基板表面上の前記フォトレジストをパターニングするよう構成されている、リソグラフィレンズ構造と、を備え、
   前記近接ヘッドは、前記流体メニスカスを規定することができる複数の導管を備え、
   前記複数の導管は、前記フォトレジストに前記流体を供給するための少なくとも１つの第１の流入口と、前記フォトレジストにガスを供給するための第２の流入口と、前記フォトレジストから前記流体および前記ガスを除去するための流出口とを備え、
   前記ガスは、前記流体メニスカスの境界における表面張力を低下させる蒸気である、基板処理装置。
2. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記リソグラフィレンズ構造は、前記パターニングされた光を生成するための光源とレチクルとを備えるコラムシステムに取り付けられる、基板処理装置。
3. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記リソグラフィレンズは、前記複数の導管によってほぼ取り囲まれている、基板処理装置。
4. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記流体は、１よりも大きい屈折率を有する、基板処理装置。
5. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記パターニングされた光は、前記流体メニスカスに入る前に第１の波長を有し、前記パーニングされた光は、前記流体メニスカスを通って前記フォトレジストに供給されると、前記第１の波長よりも短い有効波長を有する、基板処理装置。
6. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記蒸気は、不活性ガスに含まれたアルコール蒸気、ケトン蒸気、およびエーテル蒸気の内のいずれかである、基板処理装置。
7. 請求項１に記載の基板処理装置であって、
   前記蒸気は、ＩＰＡ／Ｎ₂である、基板処理装置。
8. 基板処理方法であって、
   近接ヘッドによって前記基板の表面に流体を供給しつつ前記近接ヘッドによって前記基板の前記表面から前記流体を除去することにより、前記基板の表面上に流体メニスカスを生成する工程と、
   前記基板の前記表面のフォトリソグラフィ処理を可能にするために前記メニスカスを通してフォトリソグラフィ光を供給する工程と、
   を備え、
   前記基板の前記表面上に流体メニスカスを生成する工程は、
   前記近接ヘッドの第１の流入口を通して前記基板の前記表面に前記流体を供給する工程と、
   前記近接ヘッドの第２の流入口を通して前記基板の前記表面にガスを供給する工程であって、前記メニスカスは、前記ガスの供給によって閉じこめられる、工程と、
   前記近接ヘッドの流出口を通して前記表面から前記流体およびある量の前記ガスを除去する工程と、
   を備え、
   前記ガスは、前記メニスカスの液体／ガス境界における表面張力を低下させる、基板処理方法。
9. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
   前記メニスカスを通して前記フォトリソグラフィ光を供給する工程は、パターニングされていない光をレチクルに通して、前記フォトリソグラフィ光を生成する工程を備える、基板処理方法。
10. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記フォトリソグラフィ光を供給する工程は、前記メニスカスと直接的に接触したリソグラフィレンズから前記メニスカスを通して前記フォトリソグラフィ光を伝達する工程を備える、基板処理方法。
11. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記メニスカスは、流体メニスカスであり、前記流体メニスカスは、前記流体を前記流体メニスカスに追加しつつ前記流体メニスカスを吸引によって除去することにより、常に前記流体を補給される、基板処理方法。
12. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記流体は、１よりも大きい屈折率を有する、基板処理方法。
13. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記流体は脱イオン水であり、前記ガスはＩＰＡ／Ｎ₂蒸気である、基板処理方法。
14. 請求項８に記載の基板処理方法であって、
    前記基板の前記表面は、フォトレジスト層を備え、前記メニスカスは、前記フォトレジスト層の上に供給される、基板処理方法。
15. 請求項１４に記載の基板処理方法であって、
    前記メニスカスを通してフォトリソグラフィ光を供給する工程は、パターニングされた光を前記メニスカスを通して前記フォトレジスト層に伝達する工程を備え、前記パターニングされた光は、前記メニスカスに入る前に第１の波長を有し、前記パターニングされた光は、前記流体メニスカスを通って前記フォトレジストに供給されると、前記第１の波長よりも短い有効波長を有する、基板処理方法。
16. フォトリソグラフィ装置であって、
    基板の表面にメニスカスを生成できる近接ヘッドであって、前記基板の表面に流体を供給すると共に前記基板の前記表面から前記流体を除去するよう構成された、近接ヘッドと、 前記近接ヘッドから前記メニスカスを通してフォトリソグラフィ光を供給するための光生成源であって、前記フォトリソグラフィ光は、前記基板の前記表面に接触してフォトリソグラフィ処理を可能にするよう構成されている、光生成源と、を備え、
    前記近接ヘッドは、前記メニスカスを規定することができる複数の導管を備え、
    前記複数の導管は、前記基板の前記表面に前記流体を供給するための第１の流入口と、前記基板の前記表面にガスを供給するための第２の流入口と、前記基板の前記表面から前記流体および前記ガスを除去するための流出口とを備え、
    前記ガスは、前記メニスカスの液体／ガス境界における表面張力を低下させる蒸気である、フォトリソグラフィ装置。
17. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記メニスカスは、１よりも大きい屈折率を有する前記流体から形成される、フォトリソグラフィ装置。
18. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記光生成源は、少なくとも部分的に前記近接ヘッド内に規定される、フォトリソグラフィ装置。
19. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記光生成源は、動作中に前記流体メニスカスと直接的に接触するよう構成され、パターニングされた光を前記メニスカスに供給して通過させることができる、フォトリソグラフィ装置。
20. 請求項１９に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記フォトリソグラフィ光は、前記メニスカスに入る前に第１の波長を有し、前記メニスカスを通して前記基板の前記表面に供給されると、前記第１の波長よりも短い有効波長を有する、フォトリソグラフィ装置。
21. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記光生成源は、コラムシステムとリソグラフィレンズ構造とを備え、前記コラムシステムは、前記フォトリソグラフィ光を生成するための光源とレチクルとを備え、前記リソグラフィレンズ構造は、動作中に前記メニスカスと直接的に接触すると共に前記フォトリソグラフィ光を前記メニスカスに直接的に供給できるよう構成されたレンズを備える、フォトリソグラフィ装置。
22. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記複数の導管は、前記光生成源のレンズをほぼ取り囲んでいる、フォトリソグラフィ装置。
23. 請求項１６に記載のフォトリソグラフィ装置であって、
    前記フォトリソグラフィ光は、パターニングされた光である、フォトリソグラフィ装置。

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