接近式曝光方法与流程

本发明涉及一种接近式曝光方法，更具体地涉及一种将掩模图案以抗蚀剂的分辨率极限以下的间距来曝光并转印到工件上的接近式曝光方法。

背景技术：

在接近式曝光中，使掩模和工件以预定间隙对置配置，将图案曝光用的光朝向掩模照射，将掩模的掩模图案通过光刻法曝光并转印到工件的光致抗蚀剂上。近年来，图案的精细化和高度集成化得到了发展，需要以抗蚀剂的分辨率极限(分辨率)以下的抗蚀剂图案间距进行图案化。

专利文献1公开了一种技术，其中，准备第一掩模和第二掩模，第一掩模具有相对于抗蚀剂图案的间距x以距离2x的间距排列的开口，第二掩模以2x的间距排列并且相对于第一掩模的开口偏移一个间距的量，将第一掩模和第二掩模逐片依次放置在抗蚀剂上并分别进行曝光，从而可以以抗蚀剂的分辨率极限以下的间距进行曝光。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2002-134394号公报

技术实现要素：

发明欲解决的技术问题

然而，根据专利文献1，由于每次进行曝光时都要更换第一掩模和第二掩模，因此节拍时间变长与掩模交换所需的时间相应的时长，从而存在生产效率降低的问题，存在改进的余地。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种接近式曝光方法，其能够以抗蚀剂的分辨率极限以下的抗蚀剂图案的间距，高效率地将掩模的掩模图案曝光转印于工件上。

用于解决问题的技术手段

通过以下配置实现本发明的上述目的。

(1)一种接近式曝光方法，通过使掩模和工件以预定间隙对置配置，并将图案曝光用的光经由所述掩模照射到所述工件，从而将所述掩模的掩模图案曝光并转印到所述工件上的抗蚀剂，所述接近式曝光方法的特征在于，包括：

掩模准备步骤，对于具有等于或小于所述抗蚀剂分辨率极限的最小间距的抗蚀剂图案，准备以比所述抗蚀剂的分辨率极限大的间距形成有所述掩模图案的所述掩模；

第一曝光步骤，将所述掩模图案曝光并转印到所述工件；

移动步骤，使所述掩模和所述工件仅相对地步进移动所述抗蚀剂图案的最小间距的相应量；以及

第二曝光步骤，在所述移动步骤之后再次将所述掩模图案曝光并转印到所述工件。

(2)如(1)所述的接近式曝光方法，其特征在于：所述抗蚀剂图案具有等于或小于所述抗蚀剂分辨率极限的均匀间距，

所述掩模图案以所述抗蚀剂图案的均匀间距的两倍以上的整数倍的所述间距形成。

(3)如(1)或(2)所述的接近式曝光方法，其特征在于：所述掩模图案的尺寸大于所述抗蚀剂图案的最小间距。

(4)如(1)～(3)任一项所述的接近式曝光方法，其特征在于：所述掩模具有在所述移动步骤中所述掩模与所述工件的相对移动方向上排列的第一和第二掩模侧标记，

所述工件具有在所述移动步骤中所述掩模与所述工件的相对移动方向上排列的第一和第二工件侧标记，

所述第一和第二掩模侧标记与第一和第二工件侧标记中的一方，形成为在所述相对移动方向上彼此仅隔开预定距离，

所述第一和第二掩模侧标记与第一和第二工件侧标记中的另一方，形成为在所述相对移动方向上彼此仅隔开所述抗蚀剂图案的最小间距和所述预定距离之和的距离，

在所述第一曝光步骤中，通过所述第一掩模侧标记和所述第一工件侧标记来调整所述工件和所述掩模的对准，并进行曝光，

在所述第二曝光步骤中，通过所述第二掩模侧标记和所述第二工件侧标记来调整所述工件和所述掩模的对准，并进行曝光。

发明效果

根据本发明的接近式曝光方法，准备掩模，该掩模相对于具有抗蚀剂的分辨率极限以下的最小间距的抗蚀剂图案以比所述抗蚀剂的分辨率极限大的间距形成有掩模图案，在第一曝光步骤中，在将掩模图案曝光并转印于工件之后，使掩模和工件仅相对步进移动与抗蚀剂图案的最小间距相应的量，进而，在第二曝光步骤中将掩模图案再次曝光并转印于工件。以这种方式，可以将掩模图案以抗蚀剂的分辨率极限以下的抗蚀剂图案的最小间距来曝光并转印于工件。另外，不需要更换掩模m，便能够缩短节拍时间，从而可以高效地形成工件。

附图说明

图1是应用了本发明所涉及的曝光方法的曝光装置的主视图。

图2是本发明所涉及的曝光方法中使用的掩模和工件的俯视图。

图3是利用图2所示的掩模来曝光的工件的剖视图。

图4是示出本发明所涉及的曝光步骤的示意图。

图5是示出将掩模图案曝光到具有四个曝光区域的工件上的步骤的示意图。

图6是示出掩模图案的尺寸与曝光强度之间的关系的图表。

图7是示出掩模图案的间距与曝光强度之间的关系的图表。

符号说明

31：掩模图案

32a：第一掩模侧标记

32b：第二掩模侧标记

41：曝光完成区域

42a：第一工件侧标记

42b：第二工件侧标记

43：抗蚀剂图案

a：预定距离

g：间隙

m：掩模

p：抗蚀剂图案的间距

2p：掩模图案的间距

w：工件

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本发明所涉及的一个实施方式的曝光方法进行详细说明。

如图1所示，应用本实施方式的曝光方法的接近式曝光装置pe使用比作为被曝光材料的工件w小的掩模m，用掩模装载台1保持掩模m，并用工件装载台2保持工件w，在使掩模m和工件w彼此接近并且以预定间隙对置配置的状态下，通过从照明装置3朝向掩模m照射图案曝光用的光，从而将掩模m的图案曝光并转印到工件w上的光致抗蚀剂r上。此外，使工件装载台2相对于掩模m在x轴方向和y轴方向的两个轴方向上步进移动，并且对每一步执行曝光转印。

为了使工件装载台2沿x轴方向步进移动，在装置基座4上设置有用于使x轴进给台5a沿x轴方向步进移动的x轴装载台进给机构5。在x轴装载台进给机构5的x轴进给台5a上，为了使工件装载台2沿y轴方向步进移动，设置有用于使y轴进给台6a沿y轴方向步进移动的y轴装载台进给机构6。在y轴装载台进给机构6的y轴进给台6a上设置有工件装载台2。工件w通过工件吸盘等以被真空吸附状态被保持在工件装载台2的上表面。此外，在工件装载台2的侧部，设置有用于测量掩模m的下表面高度的基板侧位移传感器15。因此，基板侧位移传感器15可以与工件装载台2一起沿x轴、y轴方向移动。

在装置基座4上，多个(图中示出的实施方式中为4个)x轴线性引导的导轨51沿x轴方向配置，在各导轨51上跨设有在x轴进给台5a的下表面固定的滑块52。据此，x轴进给台5a被x轴装载台进给机构5的第一线性电动机20驱动，能够沿导轨51在x轴方向往复移动。此外，在x轴进给台5a上，多个y轴线性引导的导轨53沿y轴方向配置，在各导轨53上跨设有在y轴进给台6a的下表面固定的滑块54。由此，y轴进给台6a由y轴装载台进给机构6的第二线性电动机21驱动，可沿导轨53在y轴方向往复移动。

在y轴装载台进给机构6和工件装载台2之间，为了使工件装载台2沿上下方向移动，设置有：上下粗调装置7，其相对定位分辨率较低但移动行程和移动速度较大；和上下微调装置8，其与上下粗调装置7相比能够进行高分辨率的定位，并且通过上下微调工件装载台2来将掩模m和工件w的对置表面之间的间隙微调为预定量。

上下粗调装置7通过设置在后述的微调装载台6b上的适当的驱动机构来使工件装载台2相对于微调装载台6b上下移动。在工件装载台2的底面的四个位置固定的装载台粗动轴14，与在微调装载台6b固定的直线运动轴承14a卡合，并且相对于微调装载台6b沿上下方向被引导。值得注意的是，上下粗调装置7优选为即使分辨率低，也具有较高的重复定位精度。

上下微调装置8具有：固定座9，其固定于y轴进给台6a；和线性引导的导轨10，其以内端侧向斜下倾斜的状态安装于固定座9，在借助跨设于该导轨10的滑块11沿导轨10往复移动的滑动体12上连结有滚珠丝杠的螺母(未示出)，并且滑动体12的上端面相对于固定在微调装载台6b上的凸缘12a可沿水平方向滑动自如地接触。

然后，当通过安装在固定座9的电动机17来驱动滚珠丝杠的螺纹轴旋转时，螺母、滑块11和滑动体12成一体而沿导轨10向倾斜方向移动，由此，凸缘12a上下微动。

再者，在上下微动装置8中，也可以代替利用电动机17和滚珠丝杠来驱动滑动体12，而利用线性电动机来驱动滑动体12。

该上下微调装置8，在z轴进给台6a的y轴方向的一端侧(图1中的左端侧)设置有一台，在另一端侧设置有两台，总共三台，分别独立地被驱动控制。由此，上下微调装置8基于通过间隙传感器27测量的在多个位置处的掩模m和工件w之间的间隙量的测量结果，而独立地微调三个位置处的凸缘12a的高度，来对工件装载台2的高度和倾斜度进行微调。

值得注意的是，当可以利用上下微调装置8来充分调节工件装载台2的高度的情况下，也可以省略上下粗调装置7。

此外，在y轴进给台6a上，设置有用于检测工件装载台2的y方向上的位置的与y轴激光干涉仪18对置的条形反射镜19和用于检测工件装载台2的x轴方向上的位置的与x轴激光干涉仪对置的条形反射镜(均未示出)。与y轴激光干涉仪18对置的条形反射镜19沿x轴方向配置在y轴进给台6a的一侧，并且与x轴激光干涉仪对置的条形反射镜沿y轴方向配置在y轴进给台6a的一端侧。

y轴激光干涉仪18和x轴激光干涉仪以分别始终与相应的条形反射镜对置的方式配置，并由装置基座4支承。应注意，在x轴方向上分开设置有两台y轴激光干涉仪18。利用两台y轴激光干涉仪18而经由条形反射镜19来检测y轴进给台6a进而检测工件装载台2在y轴方向上的位置和偏转误差。此外，通过x轴激光干涉仪而经由对置的条形反射镜来检测x轴进给台5a进而检测工件装载台2在x轴方向上的位置。

掩模装载台1包括：掩模基架24，其由大致矩形形状的框体制成；和掩模框架25，其经由间隙被插入该掩模基架24的中央部开口，并能够向x、y、θ方向(在x、y平面内)移动地被支承，并且掩模框架24通过从装置基座4突出设置的支柱4a被保持在工件装载台2的上方的固定位置。

框状的掩模支架26设置在掩模框架25的中央部开口的下表面。也就是说，在掩模框架25的下表面上，设置有连接到未图示的真空式吸附装置的多个掩模支架吸附槽，掩模支架26经由多个掩模支架吸附槽而被吸引并保持于掩模框架25。

在掩模支架26的下表面上，开设有用于吸附掩模m的未绘制掩模图案的周缘部的多个掩模吸附槽(未示出)，并且掩模m经由掩模吸附槽被未图示的真空式吸附装置装拆自如地保持在掩模支架26的下表面。

接下来，将详细描述使用上述接近式曝光装置pe，在工件w上以抗蚀剂r的分辨率极限以下的最小间距(在本实施方式中，为均匀间距，例如18μm)，曝光尺寸为4μm的抗蚀剂图案的情况。值得注意的是，虽然在下文中将工件w的抗蚀剂作为正性抗蚀剂进行说明，但也可以是负性抗蚀剂。

需要说明的是，在本说明书中，“抗蚀剂图案”是指曝光、显影后的产物，若是正性抗蚀剂，则抗蚀剂图案是在显影后去除了抗蚀剂的部分，若是负性抗蚀剂，则抗蚀剂是显影后残存下的抗蚀剂的部分。

此外，所谓“抗蚀剂r的分辨率极限”是指能够实现的抗蚀剂图案的最小图案宽度。

例如，如图6所示，当使用□4μm(一侧的长度为4μm)的较小的掩模图案(开口部)进行曝光时，如曲线a所示，无法获得曝光抗蚀剂r所需的曝光强度。另一方面，当用□12μm(一侧的长度为12μm)掩模图案进行曝光时，如曲线b所示，可以得到超过4μm宽的范围的曝光阈值的曝光强度。换句话说，为了获得4μm的抗蚀剂图案，需要将掩模图案的尺寸增大到□12μm。

这是因为在接近曝光中，由于曝光用光束的扩散，入射到掩模图案的光不会全部照射到抗蚀剂r的被曝光区域，因此必须相应地增加掩模图案的尺寸。因此，为了曝光4μm大小的抗蚀剂图案，掩模图案的间距也需要为12μm以上。

此外，如图7中的曲线c所示，考虑使用掩模图案的尺寸为12μm、掩模图案的间距为18μm的掩模m进行曝光的情况。在这种情况下，虽然抗蚀剂图案的间距(18μm)为抗蚀剂r的分辨率极限以下，但是由于从掩模图案(开口部)入射的光的扩散、衍射等，导致在相邻掩模图案之间的被遮挡的部分也会产生曝光强度较强的区域e，使得抗蚀剂图案轮廓不良。也就是说，如果为正性抗蚀剂，则由于显影抗蚀剂被除去的部分变大，如果为负性抗蚀剂，则显影后剩余的抗蚀剂的尺寸变大。

另一方面，如图7的曲线d所示，如果掩模m的掩模图案为抗蚀剂图案的间距p(18μm)的两倍的间距2p(36μm)，则变得比抗蚀剂r的分辨率极限大，来自掩模图案31的入射光的扩散、衍射带来的影响消失，掩模图案31间的曝光强度保持为低值，抗蚀剂图案不会产生轮廓不良。

因此，在本实施方式的曝光方法中，如图2和图3所示，使用□12μm的掩模图案31以抗蚀剂图案43的间距p(18μm)的两倍的间距2p(36μm)被形成的掩模m，通过在中途进行步进移动并分两次曝光从而解决上述分辨率极限的问题。

此外，如图2所示，掩模m和工件w分别包括用于对准调整的一对掩模侧标记32和工件侧标记42。掩模侧标记32包括：第一掩模侧标记32a；和第二掩模侧标记32b，其在掩模m和工件w的相对移动方向上与第一掩模侧标记32a仅隔开预定距离a而形成。

工件侧标记42包括：第一工件侧标记42a；和第二工件侧标记42b，其在掩模m和工件w的相对移动方向上与第一工件侧标记42a仅隔开预定距离a与抗蚀剂图案的间距p(18μm)之和的距离而形成。也就是说，一对工件侧标记42(42a，42b)之间的距离(a+p)比一对掩模侧标记32(32a，32b)之间的距离(a)仅长抗蚀剂图案的间距p的相应量。

接下来，参考图4，对使用具有以间距2p(36μm)形成的掩模图案31的掩模m，在工件w形成具有小于抗蚀剂r的分辨率极限的间距p(18μm)的抗蚀剂图案43的步骤进行详细说明。

如图4(a)所示，准备掩模m，其一边长为12μm的掩模图案31以期望间距p(18μm)的两倍的间距2p(36μm)形成，并且掩模m通过真空吸附装置保持在掩模支架26的下表面上(掩模准备步骤)。

接下来，使掩模m和工件w以预定间隙g相对配置，使掩模m或工件w移动，并且使用未图示的对准照相机使第一掩模侧标记32a和第一工件侧标记42a一致以调整掩模m和工件w对齐。然后，从照明装置3经由掩模m向工件w照射图案曝光用的光，并且使掩模m的掩模图案31曝光并转印到工件w上(第一曝光步骤)。

此时，由于掩模图案31的间距2p为36μm，其大于抗蚀剂r的分辨率极限，所以如图7中的曲线d所示，不会受到来自掩模图案31的入射光的扩散或衍射的影响，在工件w上形成没有轮廓缺陷的□12μm的曝光完成区域41。

接下来，当将工件w相对于掩模m向左仅相对移动一个间距(18μm)时(移动步骤)，如图4(b)所示，掩模m的掩模图案31位于上次已曝光的工件w的曝光完成区域41的中央。同时，第二掩模侧标记32b和第二工件侧标记42b配置在对准照相机的相同视野内。这里，使掩模m或工件w移动，并且使第二掩模侧标记32b和第二工件侧标记42b对齐以再次调整掩模m和工件w对齐。然后，从照明装置3经由掩模m向工件照射图案曝光用的光，并且使掩模m的掩模图案31曝光并转印到工件w上(第二曝光工序)。

由此，在工件w上形成有以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p(18μm)排列的多个曝光完成区域41。然后，通过对已曝光掩模图案31的工件w进行显影处理，从而获得具有以18μm的间距排列的4μm的抗蚀剂图案43的工件w。也就是说，可以以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p(18μm)来制造形成有抗蚀剂图案43的工件w。

此外，虽然根据传统的曝光方法，每次曝光(第一和第二曝光工序)都需要掩模m的更换作业，但是根据本实施方式的曝光方法，不需要更换掩模m，仅通过步进曝光，就可以形成抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p的抗蚀剂图案43，从而大幅提高了生产效率。

图5是示出将掩模图案31依次曝光并转印到具有四个产品区域wa1～wa4的工件w，以制作较大尺寸的工件w的步骤的示意图。各产品区域wa1～wa4的大小在工件w和掩模m的相对移动方向上设置为比掩模m的大小(严格来说，掩模图案的大小)长至少一个间距(18μm)的量。

首先，如图5(a)所示，将掩模图案31的间距为两个间距(36μm)的掩模m配置在第一产品区域wa1，并且如图4说明的那样，在第一掩模侧标记32a和第一工件侧标记42a调整对准之后，将掩模m的掩模图案31曝光并转印到第一产品区域wa1。

接下来，如图5(b)所示，使工件w相对于掩模m向左方仅相对移动一个间距(18μm)，在第二掩模侧标记32b和第二工件侧标记42b进行调整对准之后，再次将掩模m的掩模图案31曝光并转印到第一产品区域wa1。

在第一产品区域wa1中，通过使掩模m的掩模图案31以偏移一个间距(18μm)的状态进行两次曝光，从而使得曝光完成区域41(抗蚀剂图案43)以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p(18μm)形成。

接下来，使工件w向左方大幅移动，将掩模m配置在第二产品区域wa2上，并且以与第一产品区域wa1处的曝光相同的方式执行两次曝光，由此使曝光完成区域41(抗蚀剂图案43)以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p(18μm)形成于第二产品区域wa2中。

然后，如图5(c)所示，在第三和第四产品区域wa3和wa4中也分别进行两次曝光，从而以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p(18μm)形成曝光完成区域41(抗蚀剂图案43)。

通过以这种方式在具有四个产品区域wa1～wa4的工件w上进行八次曝光，从而与现有的方法相比能够更高效地以抗蚀剂r的分辨率极限以下的间距p形成抗蚀剂图案43。

如上所述，根据本实施方式的接近式曝光方法，准备掩模m，该掩模相对于具有抗蚀剂r的分辨率极限以下的最小间隙p的抗蚀剂图案43以比抗蚀剂r的分辨率极限更大的间距2p来形成掩模图案31，在第一曝光工序中，通过在将掩模图案31曝光并转印于工件w之后，使掩模m和工件w仅相对步进移动抗蚀剂图案43的最小间距p的相应量，进而，在第二曝光工序中将掩模图案31再次曝光并转印于工件w。由此，掩模图案31可以以抗蚀剂r的分辨率极限以下的抗蚀剂图案43的最小间距p来曝光并转印。此外，即使当掩模图案31的尺寸大于期望的抗蚀剂图案43的间距p，并且不能以这种间距p来制作掩模m本身的情况下，通过使用本实施方式的掩模m，可以以期望的间距p曝光并转印于工件w。另外，不需要现有曝光方法中所需的掩模m的交换作业，从而能够缩短节拍时间，可以高效地形成工件w。

此外，由于抗蚀剂图案43具有抗蚀剂r的分辨率极限以下的均匀间距，并且掩模图案31以抗蚀剂图案43的间距p的两倍以上的整数倍的间距2p形成，因此掩模图案31可以以期望的均匀间距p曝光并转印于工件w上。

此外，掩模m具有在上述步进移动方向上排列的第一和第二掩模侧标记32a、32b，工件w具有在所述步进移动方向上排列的第一和第二工件侧标记42a、42b，第一和第二掩模侧标记32a、32b，在相对移动方向上仅以预定的距离a彼此间隔形成，第一和第二工件侧标记42a、42b，在相对移动方向上彼此仅间隔抗蚀剂图案43的间距p和预定距离a的总和的距离而形成。并且，在第一曝光工序中，通过第一掩模侧标记32a和第一工件侧标记42a来调整工件w和掩模m的对准并进行曝光，并且在第二曝光工序中，通过第二掩模侧标记32b和第二工件侧标记42b来调整工件w和掩模m的对准并进行曝光，因此即使掩模图案31被曝光多次也可以间距精度良好地曝光转印于工件w。

需要说明的是，虽然在上述实施方式中，是通过使工件w相对于掩模m步进移动来实现掩模m与工件w的相对移动的，但是也可以使掩模m相对于工件w步进移动。在这种情况下，第一和第二工件侧标记42a、42b，在相对移动方向上仅以预定的距离a彼此间隔形成，第一和第二掩模侧标记32a、32b，在相对移动方向上彼此仅间隔抗蚀剂图案43的间距p和预定距离a的总和的距离而形成。

需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，可以进行适当的变形和改进等。

例如，本发明的接近式曝光方法也同样可以适用于掩模图案31的尺寸具有比所期望的抗蚀剂图案43的间距大的趋势的、已经过opc(opticalproximitycorrection，光学邻近效应修正)处理的掩模m。在这种情况下，使用具有抗蚀剂图案43的间距的两倍的间距的掩模图案的掩模m进行曝光。此外，opc处理后的掩模m适于用于在形成半导体基板时使用的、暴露出半导体基板的接触孔的曝光。

另外，在上述实施方式中，虽然仅考虑了一个方向(例如，x方向)的抗蚀剂图案的分辨率极限，但考虑y方向的情况时也同样沿y方向使其步进移动并分多次进行分步曝光即可。

此外，在上述实施方式中，虽然使抗蚀剂图案43的间距均匀，并且将掩模图案31的间距设置为抗蚀剂图案43的间距p的两倍的整数倍，但是本发明不限于此。换句话说，抗蚀剂图案43的间距也可以不均匀，只要是能够相对于具有抗蚀剂分辨率极限以下的最小间距的抗蚀剂图案，使用以比抗蚀剂的分辨率极限大的间距形成有掩模图案的掩模，来进行本发明的步进曝光即可。

本发明基于2016年9月30日提出的日本专利申请2016-194981号，其内容作为参照结合于此。