JP2008504708A - 液浸フォトリソグラフィシステム - Google Patents

Abstract

液浸フォトリソグラフィにおいて、液浸流体（３０）は、ウェハー（２８）と、液浸流体（３０）を介してウェハー（２８）に像を投影するレンズ（２４）との間に配置される。液浸流体からの蒸発を抑止するために、液浸流体の成分で飽和したパージ流体が液浸流体について運搬される。

Description

本発明は、液浸フォトリソグラフィシステム及び液浸フォトリソグラフィを実行する方法に関する。

フォトリソグラフィは、半導体デバイス製造において重要なプロセスステップである。フォトリソグラフィの概要において、回路デザインは、ウェハー表面に配置されるフォトレジスト層に映されるパターンを介してウェハーに転写される。ウェハーは、その後、新たなデザインがウェハー表面に転写される前に、様々なエッチング及び蒸着プロセスを経る。この循環プロセスが続き、多層の半導体デバイスを確立する。

フォトリソグラフィを用いてプリントされる最小の特徴は、レイリー式によって定義される解像限界Ｗによって以下のように決定される。

ここでｋ₁は、解像ファクタであり、λは、露出する放射線の波長であり、ＮＡは、開口数である。それゆえ、半導体デバイスの製造において用いられるリソグラフィックプロセスでは、非常に小さいデバイスの特徴が正確に再生され得るように光解像度を改善するために、非常に短い波長の放射線を用いることが有利である。従来技術では、様々な波長の単色の可視光線が用いられており、ごく最近は、ＡｒＦエキシマレーザを用いて発生される１９３ｎｍの放射線を含む遠紫外（ＤＵＶ）域の放射線が用いられている。ＮＡの値は、レンズの受光角（α）及びレンズを囲む媒体の屈折率（ｎ）によって決定され、以下によって与えられる。

クリーンドライエアー（ＣＤＡ）に対して、ｎの値は１であり、レンズとウェハーの間の媒体としてＣＤＡを用いるリソグラフィック技術のためのＮＡに対する物理的制限は、１であり、実際の制限は一般におよそ０．９である。

液浸フォトリソグラフィは、焦点深度（ＤＯＦ）又は垂直プロセスラティチュードを増すことに加えてＮＡの値を増すことによって光解像度を改善する既知の技術である。図１を参照すると、この技術において、屈折率ｎ＞１を有する液体１０は、投射装置１４の対物レンズ１２の底面と移動可能なウェハーステージ１８に配置されるウェハー１６の上面との間に位置している。レンズ１２とウェハー１６の間に配置される液体は、理想的には、１９３ｎｍに低い光吸収を有しており、ウェハー表面に置かれるレンズ物質とフォトレジストと整合し、良好な均一性を有している。これらの基準は、１９３ｎｍの光線に対して屈折率ｎ＝１．４４を有する超高純度の脱気水によって満たされる。増大されたｎの値は、レンズとウェハーの間の媒体がＣＤＡである場合の技術と比べると、解像限界Ｗを減少させるＮＡの値を増大させ、より小さな機構が再生されるようにする。

高純度の水が現世代のレンズ幾何学に理想的である一方で、よりいっそう高い屈折率の液体が、ハイパーＮＡレンズの幾何学的構造に対して必要とされるであろう。例えば、必要とされる屈折率を有する有機的な液体は、高純度の水に取って代わり得る。しかしながら、これは、液体、フォトレジスト及び液体、レンズ相互作用、及び適当な納入の開発に対してかなりの研究を必要とし、そして、液体のための体系を研究し尽くしたであろう。結果として、現在では、より魅力的な選択は、その屈折率を増大させるために１又は複数の化合物を水に加えることである。そのような化合物は、有機イオン化合物又は無機イオン化合物であり得る。最新の研究では、例えばセシウム硫酸塩などの相対的に大きなイオンを有する無機塩の方が選ばれている。出来る限り屈折率を高くするために、高純度の水及び無機塩の溶液は、高い飽和レベルを有するように混合されるべきである。そのような飽和した溶液の利用と協働する問題は、液浸リソグラフィ中に、レンズと流動性の溶液の界面及び水と流動性の溶液の界面で高純度の水の多少の蒸発が避けられないということであり、過飽和した溶液から溶質の微結晶のこれらの界面に析出を導いて、これらの界面に存在することになり得る。

本発明の望ましい実施形態の目的は、少なくとも、液浸フォトリソグラフィシステムにおいて、レンズと水の間に位置する液浸液体からの蒸発を抑止するシステムを提供することである。

第１の態様では、本発明は、
ウェハーステージと、
前記ウェハーステージ上に配置されるウェハーに像を投影するレンズと、
前記レンズと前記ウェハーの間に液浸液体を供給する液浸流体供給手段と、
供給された液浸流体について前記液浸液体の成分で飽和したパージ流体を運搬するパージ流体運搬手段とを備えた液浸リソグラフィシステムを提供する。

液浸流体について液浸流体の成分で飽和したパージ流体を運搬することによって、液浸流体からの蒸発は抑止され得る。これは、液浸流体と、レンズ、ウェハー及び／又はパージ流体との界面での微粒子のフォトリソグラフィ中の析出を妨げることができる。液浸流体が高純度の水のような純粋な液体である場合には、液体でパージ流体を飽和させることは、例えば、フォトリソグラフィ中のフォトレジスト層から、液体内に形成される微粒子のこれらの界面の析出を妨げることができる。液浸流体が溶液である場合には、パージ流体を溶媒で飽和することは、これらの界面で溶質の析出も抑止することができる。

パージ流体は、クリーンドライエアー（ＣＤＡ）、窒素、又は液浸流体と逆に反応しない任意の他の液体又は気体の１つを備え、その一例は、無機溶質又は有機溶質を含む水性溶液である。

望ましい実施形態では、前記システムは、ウェハーステージ及びレンズを収容する格納装置を備えており、パージ流体供給システムは、パージ流体の流れを前記格納装置に供給するように構成される。この格納装置は、液浸流体について飽和した環境を維持することを援助し、そのため、第２の態様では、本発明は、ウェハーステージ及び該ウェハーステージ上に配置されるウェハーに像を投影するレンズを収容する格納装置と、前記レンズが前記ウェハーに像を投影する使用中に液浸流体を前記格納装置に供給する液浸流体供給手段と、前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を、前記格納装置を介して運搬するパージ流体運搬手段とを備えた液浸リソグラフィシステムを提供する。

第３の態様では、本発明は、液浸フォトリソグラフィを実現する方法であって、
ウェハーとレンズの間に液浸流体を配置するステップと、
前記液浸流体を介して前記ウェハーに像を投影するステップと、
前記液浸流体について前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を運搬するステップとを備えた方法を提供する。

第４の態様では、本発明は、液浸フォトリソグラフィを実現する方法であって、
レンズを収容する格納装置を提供するステップと、
前記レンズがウェハーに像を投影するようにウェハーを格納装置内に配置するステップと、
前記レンズと前記ウェハーの間の液浸流体を前記格納領域内に維持するステップと、
前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を、前記格納装置を介して運搬するステップとを備えた方法を提供する。

本発明のシステム態様に関して上述した特徴は、方法態様に等しく適用可能であり、逆もまた適用可能である。

ここで、本発明の実施形態を、例を通して、図面を参照してさらに説明する。

図２を参照すると、液浸フォトグラフィーシステム２０は、管理環境において撮像レンズ２４とウェハーステージ２６を収容する格納装置２２を備えている。撮像レンズ２４は、ウェハーステージ２６上に配置されるウェハー２８の表面に形成されるフォトレジスト層に像を投影する光学システムの最終の光コンポーネントである。ウェハーステージ２６は、例えば真空システムのようなウェハー２８をウェハーステージに保持する任意の適切な機構を備え、撮像レンズ２４の下にウェハー２８を正確に配置するように移動可能である。

液浸流体３０は、液浸流体供給システムによってレンズ２４とウェハー２８の間に保持される。このシステムは、レンズ２４とウェハー２８の間の位置に液浸流体３０を分配するためにレンズ２４を取り囲む液浸流体ディスペンサ３２を備えている。１又は複数の特異なエアーシール（図示していない）は、システムの他の部位への液浸流体の進入を妨げるのに用いられ、例えば、その機構はウェハーステージ２６を移動させるのに用いられる。

フォトレジスト層のガス放出及びフォトリソグラフィ中の微粒子の発生のため、レンズ２４とウェハー２８の間での液浸流体の安定した流れを維持することが望ましい。図２に示される実施例では、液浸流体供給システムは、レンズ２４とウェハー２８の間から液浸流体３０を引き出すための３４で概して示される排出システムを備えており、ディスペンサ３２は、実質的に一定量の液浸流体３０がレンズ２４とウェハー２８の間に保持されるように液浸３０を満たす役割を担っている。３６で概して示される液浸流体供給は、それの供給源３８からディスペンサ３２に液浸流体を供給する役割を担っている。格納装置２２から引き出される液浸流体は、任意に、もとのディスペンサ３２に再循環及び再流通され得る。

適当な液浸流体の一例は、（屈折率１を有する）エアーと比べて１．４４のその相対的に高い屈折率、及びそのレンズ材料とフォトレジストとの適合性のため、高純度の脱気水である。さらに屈折率を増大させるために、飽和した溶液を形成するために無機化合物又は有機化合物を水に加えてもよい。いずれの場合でも、フォトリソグラフィックプロセス中の水の蒸発は、析出物がレンズ２４と液浸流体３０の界面に及びウェハー２８と液浸流体３０の界面に形成されるようにし得る。液浸流体が高純度の水などの純粋な液体である場合には、これらの析出物の供給源は、フォトリソグラフィ中に形成される微粒子である一方、液浸流体が溶液である場合には、これらの微粒子は、付加的に、溶質の微結晶を含み得る。

フォトリソグラフィ中に液浸流体３０から液体又は溶質の蒸発を抑止するために、パージ流体供給システムは、格納装置２２に供給するために提供され、特に、格納装置２２内の液浸流体３０について、液体で飽和されたパージ流体又はその場合の溶質が、液浸流体３０の中に存在する。パージ流体は、格納装置２２の導入口４４と通ずる導管４２を経由して供給源４０から格納装置２２に運搬される。格納装置２２内のパージ流体の安定した流れを維持するために、パージ流体排出システムは、格納装置２２の出口４８と通ずる導管４６を経由して格納装置２２からのパージ流体を引き出すことで提供される。

液体又は溶質が水である場合、例えば、パージ流体は、水飽和したＣＤＡを都合よく備え得る。これは、供給源４０で生成され、高純度の水との流体伝達において膜接触器（a membrane contactor）の一方を介してその他方にＣＤＡの流れを進行させ得る。水飽和したＣＤＡは、その後、レンズ２４と液浸流体３０との界面及びウェハー２８と液浸流体３０との界面をパージし、液浸流体３０からの水の蒸発を抑止するために格納装置２２に運搬される。

既知の液浸フォトグラフィーシステムを概略的に示している。 本発明に係る液浸フォトグラフィーシステムの一実施例を概略的に示している。

Claims (19)

1. ウェハーステージと、
   前記ウェハーステージ上に配置されるウェハーに像を投影するレンズと、
   前記レンズと前記ウェハーの間に液浸液体を供給する液浸流体供給手段と、
   供給された液浸流体について前記液浸液体の成分で飽和したパージ流体を運搬するパージ流体運搬手段とを備えた液浸リソグラフィシステム。
2. 前記液浸流体は、溶媒及び少なくとも１つの溶質を備えた溶液であり、前記パージ流体は、前記溶媒で飽和する請求項１に記載のシステム。
3. 前記溶媒は水である請求項２に記載のシステム。
4. 前記溶質は、無機化合物又は有機化合物を含んでいる請求項２又は３に記載のシステム。
5. 前記パージ流体は、飽和ガスを含んでいる上記請求項いずれか１つに記載のシステム。
6. 前記ガスは、クリーンドライエアー及び窒素の内の１つである請求項５に記載のシステム。
7. 前記ウェハーステージ及び前記レンズを収容する格納装置を備え、
   前記パージ流体供給システムは、パージ流体の流れを前記格納装置に供給するように配置される上記請求項いずれか１つに記載のシステム。
8. 前記格納装置は、パージ流体の流れを受け付ける導入口と、前記格納装置からパージ流体を排出する出口を有している請求項７に記載のシステム。
9. 前記液浸流体供給手段は、前記レンズと前記ウェハーの間の位置に前記液浸流体を供給するように配置される上記請求項いずれか１つに記載のシステム。
10. ウェハーステージと該ウェアーステージ上に配置されるウェハーに像を投影するレンズとを収容する格納装置と、
    前記レンズが前記ウェハーに像を投影する使用中に液浸流体を前記格納装置に供給する液浸流体供給手段と、
    前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を、前記格納装置を介して運搬するパージ流体運搬手段とを備えた液浸リソグラフィシステム。
11. 液浸フォトリソグラフィを実現する方法であって、
    ウェハーとレンズの間に液浸流体を配置するステップと、
    前記液浸流体を介して前記ウェハーに像を投影するステップと、
    前記液浸流体について前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を運搬するステップとを備えた方法。
12. 前記液浸流体は、溶媒及び少なくとも１つの溶質を備えた溶液であり、前記パージ流体は、前記溶媒で飽和する請求項１１に記載の方法。
13. 前記溶媒は水である請求項１２に記載の方法。
14. 前記溶質は、無機化合物又は有機化合物を含んでいる請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記パージ流体は、飽和ガスを含んでいる請求項１１から１４のいずれか１つに記載の方法。
16. 前記ガスは、クリーンドライエアー及び窒素の内の１つである請求項１５に記載の方法。
17. 前記ウェハーステージ及びレンズは、格納装置内に収容され、パージ流体の流れが、前記格納装置に与えられる請求項１１から１６のいずれか１つに記載の方法。
18. 前記液浸流体は、前記レンズと前記ウェハーの間の位置に供給される請求項１１から１７のいずれか１つに記載の方法。
19. 液浸フォトリソグラフィを実現する方法であって、
    レンズを収容する格納装置を提供するステップと、
    前記レンズがウェハーに像を投影するようにウェハーを格納装置内に配置するステップと、
    前記レンズと前記ウェハーの間の液浸流体を前記格納領域内に保持するステップと、
    前記液浸流体の成分で飽和したパージ流体を、前記格納装置を介して運搬するステップとを備えた方法。

Images