JP5027154B2 - 液浸露光装置及び液浸露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、液浸液を通してウェハ上にパターンを投影するタイプなどの液浸露光装置に関する。本発明はまた、液浸液を通してウェハ上にパターンを投影するタイプなどの液浸露光を実施するための方法に関する。

半導体処理の分野において、半導体材料、半導体ウェハの１つ又は複数の層において、あるプロファイルを「パターニングする」、すなわち、規定するフォトリソグラフィが、広く使用される技法である。この技法を使用して、さらに多数のトランジスタから形成されるたくさんの集積回路（ＩＣ）を、シリコンウェハ上に形成することが可能である。この点で、各ウェハにおいて、１つの集積回路は、一度に一回、また、層ごとに形成される。

最近の約４０年の間、フォトリソグラフィ装置（クラスタ又はフォトリソグラフィツールとして知られることもある）は、フォトリソグラフィプロセスを実施するために使用されてきた。クラスタは、ウェハを準備するトラックユニットを備え、パターニング光源に対する露光の前に、ウェハの表面上に光感応性材料層を設ける。ウェハをパターニング光源によって露光するために、ウェハは、クラスタの一部でもある光学ユニットに移送される。パターニング光源は、クロムで被覆したマスクを通して光ビームを通過させることによって生成され、クロムには、形成される集積回路の所与の層の像、たとえば、トランジスタの接点がパターニングされている。その後、ウェハは、上述した光感応性材料層の現像を含むその後の処理のために、トラックユニットに戻される。

光感応性材料層を保持するウェハは、可動ステージによって支持される。投影レンズは、マスクを通過する光を収束させて、光感応性材料層上においてある集積回路が形成される第１の領域上に像を形成し、光感応性材料層のこの領域をその像に対して露光し、したがって、マスクを通して投影されたパターンを「記録する(recording) 」。像は、その後、別の集積回路が形成される光感応性材料層にわたる別の領域上に投影され、光感応性材料層上に広がるこの領域は、投影像、即ちパターンの露光に供される。

上記プロセスは、他の集積回路が形成されるべき他の領域について繰り返される。その後、ウェハは、上述したように、トラックユニットに戻り、使用される光感応性材料に応じて露光によって溶解性又は不溶解性になる、露光された光感応性材料層は、現像されて、作成される１つ又は複数の集積回路の層の像のネガ（又は、ポジ）に相当する「フォトレジスト」パターンが残る。現像後に、ウェハは、種々の他のプロセス、たとえば、イオン注入、エッチング、又は堆積を受ける。残りの光感応性材料層は、その後、除去され、形成される１つ又は複数の集積回路の別の層をパターニングするための特定のアプリケーション要件に応じて、新しい光感応性材料層が、その後、ウェハの表面上に設けられる。

パターニングプロセスに関して、フォトリソグラフィ装置又はスキャナの解像度は、「印刷される」ことができるワイヤの幅及びワイヤ間の空間に影響を及ぼし、解像度は、使用される光の波長に依存し、また、スキャナのいわゆる「開口数」に反比例する。その結果、非常に高いレベルの細部を規定することができるために、光の短い波長及び／又は大きな開口数が必要とされる。

スキャナの開口数は、２つのパラメータの積に依存する。第１のパラメータは、レンズを通過する光が、そこを通ってウェハ上に収束することができる最も広い角度であり、第２のパラメータは、ウェハ上の光感応性層を露光するときに、光が、そこを通過する媒体の屈折率である。

実際に、半導体業界で要求される増加した解像度を提供するために、開口数を増加させるためにレンズを同様に大きくしながら、使用される光の波長を減少させることが公知である。しかし、たとえば、低波長の光に適合した材料から形成されるレンズを使用しなければならないことのコスト及び適したレンズ材料の不足のために、現在、使用可能な光の波長に対する実用的な限界に達している。

さらに、上述したスキャナは、１の屈折率を有する空気中で動作し、スキャナが０〜１の開口数を有することになる。開口数が、できる限り大きい必要があるため、また、光の波長を低減することができる量が制限されるため、レンズのサイズを増加させることによってではなく、空気より大きい、すなわち、１より大きい屈折率を有する媒体と共にスキャナを使用するスキャナの解像度に対する改良が提案されてきた。この点で、水を使用し、また、液浸露光として知られる、提案されたより最近のフォトリソグラフィ技法は、空気ベースのフォトリソグラフィ技法によって達成されることができるよりも高いレベルのデバイス集積化を達成することができる。

したがって、この改良を使用するスキャナ（液浸スキャナ）は、光の低い波長を使用し続けるが、水は、レンズとウェハとの間で１９３ｎｍの波長で約１．４の屈折率を提供し、それにより、焦点深度の増加を達成し、液浸露光装置の開口数を効果的に増加させる。

さらに、水の屈折率は、一部のレンズがそこから形成される石英の屈折率に非常に近く、レンズと水との間の界面における屈折の減少をもたらす。屈折の減少は、レンズのサイズが増加することを可能にし、それにより、利用可能なより高い開口数を活用することが可能になる。

しかし、液浸露光の導入によって、液浸露光が、４５ｎｍ以下のフィーチャを規定するための実行可能なリソグラフィ技法である場合、技術的難問が克服される。
１つの知られている液浸露光装置は、電磁放射源として役立つ照明システムを備える。照明システムは、マスクを保持する支持構造に結合し、支持構造は、照明システムを正確に位置決めする第１平行移動装置に結合される。ウェハテーブルは、照明システムの下に配設され、ウェハテーブルを正確に位置決めする第２平行移動装置に結合される。投影システムは、ウェハテーブルに隣接して配設され、照明システムからの光を、ウェハテーブル上に配置されたウェハ上に投影する。投影システムは、液浸ヘッドを備え、液浸ヘッドは、使用時に、液浸ヘッドとウェハとの間に液浸液を送出し、維持する。

動作時、液浸露光装置は、ウェハテーブルが、同期して支持構造に対して平行に相対移動するスキャンモードを有し、液浸液は、液浸液の進行方向に対応した前縁（leading-edge）を有する。

ウェハのフォトリソグラフィ処理に関連してウェハ収量を増加させるために、支持構造に対するウェハテーブルの平行移動速度を上げること、すなわち、ウェハをパターニングするためにかかる時間をより短くすることが望ましい。

しかし、スキャン速度が約３５０ｍｍｓ^−１まで増加するにつれて、液浸液の前縁が、液浸液の下にころがり、その後、印刷される液浸液内で気泡が形成される。実際に、気泡は、液浸露光技法の首尾よい実施に対する重大な妨害になることが知られている。１つの知られている解決策は、スキャン速度を制限することであるが、もちろん、これは、達成可能なウェハ収量に悪い影響を及ぼす。

さらに、液浸液として、いわゆる「高ｎの(high n)」すなわち高屈折率の液体を使用することが望ましくなりつつある。しかし、ｎが高い液体は、酸素がない環境で使用さされる必要があり、そうでなければ、高ｎの屈折率が、急速に変化し始める。さらに、ｎが高い液体の費用がかなり高いため、ｎが高い液体は、閉システム内で再利用される可能性がある。

本発明によれば、添付特許請求の範囲に記載されるように、液浸露光装置及び液浸露光を実施する方法が提供される。
本発明の少なくとも１つの実施形態が、ここで、添付図面を参照して、例としてだけ述べられるであろう。

以下の説明全体を通して、同じ参照数字は、同じ部品を識別するのに使用されるであろう。
図１を参照すると、上部表面１０２を有する光感応性材料層（図１には示さず）を上に配設されている半導体ウェハ１００は、ウェハ１００を搬送するように構成された液浸露光装置の基板ステージ（図示せず）上に配設される。この例では、液浸露光装置は、ASMLから入手可能な改良型ＴＷＩＮＳＣＡＮ（商標）ＸＴ：１２５０ｉリソグラフィスキャナである。リソグラフィスキャナは、多くの部品を有する複雑な装置であり、その構造及び動作は、本明細書に開示される実施形態に直接関連しない。その結果、説明を明確かつ簡潔にするために、本明細書で述べる実施形態に特に関連するリソグラフィスキャナの部品だけが述べられるであろう。

液浸露光装置は、「シャワーヘッド」として知られることもある液体送出ユニット１０６に接続された光学露光（投影又は反射屈折）システム１０４を備える。いわゆる液浸液１０７は、光学露光システム１０４の底部と光感応性材料層の表面との間に配設される。

液体送出ユニット１０６は、液体送出ユニット１０６の内部周囲表面１１０と上部表面１０２によって画定されるリザーバ１０９に流体連通する液浸液入口／出口ポート１０８を備える。バリア液源１１２は、バリア液入口／出口ポート１１４に結合する。真空ポンプ（図示せず）は、真空ポート１１６に結合され、真空ポート１１６は、第１チャネルループ１１８に流体連通する。圧縮機（図示せず）は、空気供給ポート１２０に結合され、空気供給ポート１２０は、第２チャネルループ１２２に流体連通する。

動作時、ある量の液浸液１０７は、液浸液入口／出口ポート１０８を介してリザーバ１０９に送出され、液浸液１０７の層１１１は、表面１０２と液体送出ユニット１０６との間にある。液浸液１０７は、約１．５〜約１．８、すなわち、水の屈折率（たとえば、約１．６〜１．７）より大きい屈折率を有する高屈折率の（高ｎの）液体である。この例では、液浸液１０７は、１．６５に近い屈折率を有するデュポン（登録商標）ＩＦ１３２である。しかし、低屈折率を有する液体、たとえば、水を使用さすることができることを当業者は理解する。

図２を考えると、ある量のバリア液２００は、この例では、環として液浸液１０７の層１１１に隣接して配設されて、液浸液１０７の層１１１を囲み、液浸液１０７の層１１１を「キャップする」。バリア液２００は、この例では、水性ベースの液体である。しかし、バリア液２００は、非水性ベースであることができることを当業者は理解するであろう。バリア液２００は、液体送出ユニット１０６に対するウェハ１００の平行移動中に、液浸液１０７と混合しないような値の密度を有する。バリア液２００の密度は、液浸液１０７の密度より大きい可能性がある。バリア液２００、たとえば、オイル又はドデカンの密度は、約７００ｋｇ／ｍ^−３〜約１６００ｋｇ／ｍ^−３であることができる。バリア液２００の密度は、約８００ｋｇ／ｍ^−３〜約１５００ｋｇ／ｍ^−３であることができる。この例では、バリア液２００は、ドデカンであり、２５℃で約７５０ｋｇ／ｍ^−３の密度を有する。この例では、バリア液２００はまた、疎水性であるが、親水性液体が使用されることができることを当業者は理解するであろう。

液体送出ユニット１０６に結合した光学露光システム１０４は、光学露光システム１０４の下でのウェハの平行移動によって光感応性材料層２０２の表面１０２をスキャンして、リソグラフィスキャナについて知られている方法で、あるパターンを光感応性材料層２０２上に投影する。真空ポート１１２を介して第１チャネルループ１１４に供給される負圧及び空気供給ポート１１６を介して第２チャネルループ１１８に放出される加圧された空気は、液体送出ユニット１０６と表面１０２との間の隙間１２６を通して液浸液１０７とバリア液２００が出て行くのを防止し、それにより、シール及び表面１０２上への液浸液１０７とバリア液２００の偽りの堆積を防止する手段として役立つ。

液浸液１０７の層１１１は、ウェハ１００の表面１０２に対して移動するが、液浸液１０７の層１１１の第１の外側縁又は前面２０４は、ウェハ１００の表面１０２に対して液浸液１０７の層１１１の進行方向に「ころがる(rolls) 」。環状の量のバリア液２００はまた、液浸液１０７の層１１１と共にウェハ１００の表面１０２に対して移動する。第１の外側表面２０４と独立に、バリア液２００の第２の外側縁又は前面２０６はまた、ウェハ１００の表面１０２に対して液浸液１０７の層１１１の進行方向にころがる。

液浸液１０７の層１１１を囲むバリア液２００が存在する結果として、液浸液１０７は、スキャナが配設される雰囲気内に通常存在する、環境ガス、たとえば、酸素から隔離される。さらに、バリア液２００を設けることはまた、液浸液１０７の層１１１が、さまざまな量の環境ガスを包み込むのを防止する。

そのため、液浸露光装置及び液浸液による酸素の吸収を防止する液浸露光を実施する方法を提供することが可能である。さらに、液浸液内での気泡の形成は、速い、たとえば、５００ｍｍｓ^−１より速い走査速度において軽減される。もちろん、上記利点は、例示であり、これらのまた他の利点が、本発明によって達成されてもよい。さらに、先に述べた全ての利点が、本明細書で述べる実施形態によって必ずしも達成されるわけではないことを当業者は理解する。

本明細書で引用した屈折率は、所与の波長、たとえば、１９３ｎｍの電磁放射に関して引用されることが理解されるべきである。

本発明の実施形態を構成する液浸露光装置の液体送出ユニットを示す模式図。 図１の液体送出ユニットの一部を示す拡大図。

Claims (5)

1. ウェハ（１００）の表面（１０２）の一部の上にパターンを投影するための光学系（１０４）と、前記光学系（１０４）と前記ウェハ表面の間の空隙（１１１）を充填すべく、前記光学系（１０４）は使用時に所定量の液浸液（１０７）を配設するための液体送出ユニット（１０６）を有することと、
   前記ウェハ（１００）を搬送するための基板ステージと、前記ウェハ表面の異なる部分に前記パターンを露光するために、前記基板ステージは使用時に前記光学系（１０４）に対して相対移動することとを備え、
   前記所定量の液浸液（１０７）に隣接し、かつ接触する方式にて所定量のバリア液体（２００）を与えるバリア液体（２００）の供給源（１１４）と、前記バリア液体の供給によって、前記所定量のバリア液体（２００）の外部にある気体が前記所定量の液浸液（１０７）に対して侵入することを防止し、
   前記バリア液体（２００）は非水性であり、かつ疎水性を有する、液浸露光装置。
2. 前記所定量の液浸液（１０７）は、前記基板ステージが前記光学系（１０４）に対して相対移動するときに前縁（２０４）を有し、前記所定量のバリア液体（２００）は、前記所定量の液浸液（１０７）の前記前縁（２０４）に隣接して配設される請求項１に記載の装置。
3. 前記バリア液体（２００）の密度は、使用時に、前記基板ステージの相対移動中に、前記バリア液体（２００）が、前記液浸液（１０７）と混合しないような値である請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記流体送出ユニット（１０６）は、
   前記所定量の液浸液（１０７）を送出するための第１ポート（１０８）と、
   前記所定量のバリア液体（２００）を送出するための第２ポート（１１４）とを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 液浸露光装置の光学系（１０４）とウェハ（１００）の表面（１０２）の間の空隙（１１１）を充填するために、所定量の液浸液（１０７）を配設するステップと、
   前記ウェハ（１００）の表面（１０２）の一部の上にパターンを投影するステップと、
   前記ウェハ（１００）の表面（１０２）の異なる部分を前記パターンに露光するために、前記光学系（１０４）に対して前記ウェハ（１００）を相対移動させるステップと、
   前記所定量の液浸液（１０７）に隣接し、かつ接触する方式にて、所定量のバリア液体（２００）を設けるステップとを備え、前記バリア液体の配設ステップにより、前記所定量のバリア液体（２００）の外部にある気体が、前記所定量の液浸液（１０７）に対して侵入することを防止し、
   前記バリア液体（２００）は非水性であり、かつ疎水性を有する、液浸露光方法。