(57)【要約】【課題】  液浸投影露光装置において、投影レンズと半導体ウェハ（レジスト膜）との間の間隔を精度良く調整できる技術を提供する。【解決手段】  液浸投影露光装置において、液浸液４の供給圧力を測定する圧力計６ａあるいは、液浸液４の供給圧力と回収圧力との差圧を測定する差圧計７を設ける。また、液浸液４の流量を測定する流量計８を設ける。そして、液浸液４の供給圧力および流量と、間隔（半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔）との相関関係を予め求める。そして、予め求めた相関関係に基づいて、実際に測定した供給圧力および流量から、そのときの間隔を算出する。【選択図】  図３
2006319117.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、
（ｃ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備え、
前記（ｂ）工程は、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記ウェハの傾きを補正する工程と、
（ｃ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、
（ｄ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備え、
前記（ｂ）工程は、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記ウェハの傾きを補正し、
前記（ｃ）工程は、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整する半導体装置の製造方法。
【請求項３】
投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記ウェハの傾きを補正する工程と、
（ｃ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、
（ｄ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備え、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ１）前記ウェハの露光を行う露光部の両側に配置され、前記液体を充填した傾き補正用のチルト部のそれぞれにおいて、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を算出する工程と、
（ｂ２）それぞれの前記チルト部で算出した前記間隔の差分から前記ウェハの傾きを算出する工程と、
（ｂ３）前記ウェハの傾きを補正する工程を有し、
前記（ｃ）工程は、前記露光部において、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整する半導体装置の製造方法。
【請求項４】
投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填し、かつ前記液体の温度を一定に制御する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、
（ｃ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備え、
前記（ｂ）工程は、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整する半導体装置の製造方法。
【請求項５】
投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法であって、
（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、
（ｂ）前記液体の温度を測定する工程と、
（ｃ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、
（ｄ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備え、
前記（ｃ）工程は、前記（ｂ）工程で測定した前記液体の温度における関係であって、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体ウェハ上に形成されたレジスト膜に液浸投影露光装置を用いて露光処理を施す工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の一工程である露光工程においては、微細なパターンを形成するため、開口度ＮＡの高い投影露光装置が導入されている。そして、１を超える開口度を得るために、投影レンズと半導体ウェハの間に空気よりも屈折率の高い液体を満たして露光する液浸投影露光装置の開発が進められている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３０３１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一般に、投影露光装置の解像度Ｒは、光源波長λと開口度ＮＡ（投影レンズの明るさ）を用いて、以下に示す式で与えられる。
【０００４】
Ｒ＝ｋ×λ/ＮＡ ・・・（１）
ここで、ｋはプロセス係数である。（１）式より、光源の波長λが短いほど、投影レンズの開口度ＮＡが大きいほど高い解像度Ｒが得られることがわかる。
【０００５】
また、開口度ＮＡは、ＮＡ＝ｎ×sinθで与えられる。ここで、ｎは露光光が通過する媒質の屈折率であり、θは露光光が形成する角度である。通常の露光は大気中で行われるためｎ＝１である。これに対して液浸投影露光装置では、投影レンズと半導体ウェハの間に、屈折率 ｎが１よりも大きな液体を満たすことができるので、開口度ＮＡを１よりも大きくすることができる。したがって、露光を大気中で行うよりも高解像度を得ることができる。
【０００６】
液浸投影露光装置において、通常の投影露光装置と同一の角度θでは、最小解像寸法を １／ｎ に縮小（改善）することができる。一方、通常の投影露光装置と同一の開口度ＮＡの場合、θを小さくできるため、焦点深度を ｎ倍に拡大（改善）することが可能になる。
【０００７】
液浸投影露光装置を含む投影露光装置では、露光処理を行う前に、投影レンズの焦点位置に半導体ウェハの位置を移動させる必要がある。半導体ウェハと投影レンズとの間隔を調整する方法として、半導体ウェハの表面に斜めからレーザ光を照射する方法がある。この方法によれば、半導体ウェハの表面で反射したレーザ光の高さを測定することで、投影レンズと半導体ウェハとの間隔を計測することができる。
【０００８】
しかし、液浸投影露光装置において、半導体ウェハの表面から反射される反射光の高さから投影レンズと半導体ウェハの間隔を測定する方法を使用すると以下に示す問題点があることを本発明者は見出した。すなわち、液浸投影露光装置では、半導体ウェハの表面に形成されているレジスト膜と液浸液の屈折率の差が少なくなることから、レジスト膜の表面でのレーザ光の反射率が低下する。したがって、反射光を検出しにくくなる問題点がある。
【０００９】
また、レジスト膜と液浸液の屈折率の差が少なくなると、レジスト膜の表面で反射する光だけでなく、一度レジスト膜の内部を透過し、レジスト膜の下面で反射する光の割合も多くなる。すなわち、レジスト膜の表面で反射される光だけでなく、レジスト膜の内部で何度も多重反射を繰り返した後、レジスト膜の表面から反射する光の割合が多くなる。すると、レジスト膜の表面で直ちに反射した反射光とレジスト膜の内部で多重反射を繰り返した反射光では、高さが異なることになる。したがって、反射光の高さがぼやけるので、精度の高い計測が困難になる問題点がある。
【００１０】
さらに、レジスト膜の下層には、例えば酸化シリコン膜などの透明膜が形成されているが、レジスト膜と液浸液の屈折率の差が少なくなると、この透明膜においても透明膜内で多重反射を繰り返すことが多くなる。このように反射光の高さによって、投影レンズと半導体ウェハとの間隔を計測する方法では、レジスト膜および透明膜の膜厚や屈折率変化に対し大きく影響を受けるため、精度の高い計測が困難となる。特に、液浸投影露光装置では、通常の投影露光装置に比べて精度の高い計測が困難となる。
【００１１】
本発明の目的は、液浸投影露光装置において、投影レンズと半導体ウェハ（レジスト膜）との間の間隔を精度良く調整できる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
本願で開示される一つの発明は、投影レンズとウェハとの間に空気よりも屈折率の大きい液体を充填する液浸投影露光装置を用いて、前記ウェハ上に形成されたレジスト膜に露光処理を施す半導体装置の製造方法に関するものである。そして、（ａ）前記ウェハ上に前記レジスト膜を形成する工程と、（ｂ）前記投影レンズと前記ウェハとの間の間隔を調整する工程と、（ｃ）前記レジスト膜に対して露光処理を施す工程とを備える。このとき、前記（ｂ）工程は、前記液体の供給圧力あるいは前記液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、前記間隔との予め求めた関係および前記液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
液体（液浸液）の供給圧力あるいは液体の供給圧力と回収圧力との差圧と、投影レンズと半導体ウェハの間隔との予め求めた関係および液体の流量値と前記間隔との予め求めた関係に基づいて、前記間隔を調整するものである。これにより、レーザ光による反射光を用いずに、投影レンズと半導体ウェハとの間の間隔を求めることができるので、投影レンズと半導体ウェハとの間隔を精度よく調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
投影露光装置では、レチクルに形成されたパターンを投影レンズによって半導体ウェハ上に転写する。したがって、パターンを正確に転写するため、露光処理を行う前に、半導体ウェハを投影レンズの焦点位置に移動させることが行われる。半導体ウェハを投影レンズの焦点位置に移動させるために、投影レンズと半導体ウェハとの間の間隔を計測する必要がある。
【００１９】
図１は、投影露光装置において、投影レンズと半導体ウェハとの間隔を計測する従来の方法を説明するための図である。図１において、半導体ウェハ１０１の位置を計測するため、半導体ウェハの斜め左方向からレーザ光１０２を照射する。このとき、半導体ウェハ１０１の表面が破線で示した位置にある場合、この破線で示した位置でレーザ光１０２は反射され、反射光１０３ａが生成される。反射光１０３ａは、高さａで示される位置に照射される。そして、反射光１０３ａの照射される高さａを測定することにより、半導体ウェハ１０１の位置を計測することができる。一方、半導体ウェハ１０１が下方に移動した場合、レーザ光１０２は、下方に移動した半導体ウェハ１０１の表面で反射され、反射光１０３ｂが生成される。この反射光１０３ｂは、上述した反射光１０３ａとは異なる高さｂに照射される。このように、半導体ウェハ１０１の位置によって、反射光の高さが異なるので、反射光の高さを測定することにより、間接的に半導体ウェハ１０１の位置、すなわち投影レンズと半導体ウェハ１０１との間隔を測定することができる。そして、この測定結果に基づいて、半導体ウェハ１０１の位置を投影レンズの焦点位置に移動させることができる。
【００２０】
しかし、上述した方法を液浸投影露光装置に使用すると以下に示すような不都合が生じる。図２は、液浸投影露光装置にレーザ光を入射した様子を示す図である。図２において、半導体ウェハ１０１上にはレジスト膜１０４が形成されており、このレジスト膜１０４上には、所定の間隔を開けて投影レンズ（図示せず）が配置されている。レジスト膜１０４と投影レンズとの間には、空気よりも屈折率の大きい液浸液１０５が充填されている。
【００２１】
半導体ウェハ１０１の斜め左方向から液浸液１０５中にレーザ光１０６を入射させると、レジスト膜１０４で直ちに反射する反射光１０６ａが生成される。しかし、液浸液１０５は、大気に比べて屈折率が大きいので、液浸液１０５とレジスト膜１０４との屈折率の差は小さくなっている。したがって、レーザ光１０６の一部は、レジスト膜１０４の表面で直ちに反射せず、一端レジスト膜１０４の内部を透過しやすくなる。内部を透過したレーザ光は、レジスト膜１０４と半導体ウェハ１０１の表面で反射され、再び液浸液１０５中に反射光１０６ｂとして射出される。同様に、レジスト膜１０４の内部で多重反射を繰り返して反射光１０６ｃとして液浸液１０５へ射出されるレーザ光１０６も多くなる。反射光１０６ａ、１０６ｂ、１０６ｃの高さはそれぞれ異なるため、レーザ光１０６の反射光が到達する高さ位置がぼやけることになる。このため、高さ位置を正確に把握することができず、測定精度が悪くなる。つまり、半導体ウェハ１０１の位置を精度良く測定することができない。このように、液浸投影露光装置において、レーザ光の反射を利用した半導体ウェハの位置測定方法は、精度良く半導体ウェハの位置を正確に測定することができない。
【００２２】
そこで、本実施の形態１では、上述した方法とは異なる方法を使用して半導体ウェハと投影レンズとの間隔を測定している。以下に、この技術について説明する。
【００２３】
図３は、本実施の形態１における液浸投影露光装置の一部を示した構成図である。図３において、本実施の形態１における液浸投影露光装置は、ウェハステージ１、投影レンズ３、液浸液４、圧力流量調整部５、圧力計６ａ、６ｂ、差圧計７および流量計８を有している。
【００２４】
ウェハステージ１は、半導体ウェハ２を配置できるように構成されており、上下に移動できるような駆動機構を備えている。この駆動機構は、非常に精度良く半導体ウェハの位置を調整できるようになっている。
【００２５】
投影レンズ３は、投影レンズ３の上部に配置されたレチクル（図示せず）のパターンを半導体ウェハ２上に投影するための光学部品であり、例えばアルゴンフッ化（ＡｒＦ）レーザ（波長１９３ｎｍ）よりなる露光光源を使用してレチクルのパターンを半導体ウェハ２上に縮小投影できるように構成されている。
【００２６】
半導体ウェハ２と投影レンズ３との間には、液浸液４が充填されている。液浸液４は、空気（ｎ＝１）よりも屈折率の大きな液体から構成されており、例えば純水（ｎ＝１．４４）が使用される。このように半導体ウェハ２と投影レンズ３との間を空気よりも屈折率の大きい液浸液４で満たすことにより、以下に示す効果が得られる。
【００２７】
投影露光装置の解像度は、露光光の波長に比例するとともに開口度に反比例する。つまり、開口度が大きいほど高解像度を得ることができる。開口度は、屈折率×ｓｉｎθ（θは露光光が形成する角度）で決定されるが、液浸投影露光装置では、空気に比べて屈折率の大きな液浸液４を使用しているので、同じｓｉｎθの値であれば、空気を使用した通常の投影露光装置よりも開口度が大きくなる。このため、液浸投影露光装置では、高解像度を得ることができる。また、空気を使用した投影露光装置と同じ開口度である場合、液浸投影露光装置では、屈折率が大きいため、露光光が形成する角度θを小さくできる。したがって、露光光が形成する角度を小さくすることができるので、投影レンズにおける焦点深度を増加させることができる。つまり、空気を使用した投影露光装置に比べて、半導体ウェハの位置合わせの精度を緩くしても、正確のレチクルのパターンを転写することができる。言い換えれば、半導体ウェハ２の位置が焦点位置から多少ずれていても、焦点深度が大きいので、そのずれをカバーできる。
【００２８】
液浸液４は、供給側から回収側に流れている。すなわち、液浸液４は、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間を満たしながら流れている。この液浸液４の流量および圧力は、供給側および回収側に設けられた圧力流量調節部５によって調節されている。また、液浸液４の供給側には、圧力計６ａが設けられており、この圧力計６ａによって、液浸液４の供給圧力が測定できるようになっている。同様に、液浸液４の回収側には、圧力計６ｂが設けられており、この圧力計６ｂによって、液浸液４の回収圧力が測定できるようになっている。また、液浸液４の供給側と回収側の間には、供給圧力と回収圧力との差圧を測定できるように、差圧計７が設けられている。なお、本実施の形態１では、圧力計６ａ、６ｂと差圧計７とを両方備えるように構成しているが、必須ではなく、例えば圧力計６ａ、６ｂだけを設けてもよいし、差圧計７だけを設けるようにしてもよい。
【００２９】
液浸液４の供給側および回収側には、さらに流量計８が設けられている。この流量計８は、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間を流れる液浸液４の流量値を測定できるようになっている。
【００３０】
さらに、図３には、図示しないが、圧力計６ａ、６ｂ、差圧計７および流量計８は、間隔算出部に接続されており、それぞれの値が間隔算出部に入力されるように構成されている。間隔算出部は、圧力計６ａ、６ｂ、差圧計７および流量計８から入力した測定値に基づいて、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間の間隔を算出するようになっている。具体的には、液浸液４の供給圧力あるいは液浸液４の供給圧力と回収圧力との差圧と、半導体ウェハ２と投影レンズの間隔との予め求めた関係および液浸液４の流量値と間隔との予め求めた関係に基づいて、間隔を算出するように構成されている。この間隔算出部で算出した間隔に基づいて、ウェハステージ１を駆動させることにより、半導体ウェハ２を所定の位置に正確に調整することができる。
【００３１】
間隔算出部は、例えば液浸投影露光装置に内蔵されたコンピュータから構成することができる。すなわち、液浸液４の供給圧力あるいは液浸液４の供給圧力と回収圧力との差圧と、半導体ウェハ２と投影レンズの間隔との予め求めた関係および液浸液４の流量値と間隔との予め求めた関係をハードディスクなどの記憶装置に記憶させる。そして、圧力計６ａ、６ｂ、差圧計７および流量計８から測定値を入力すると、記憶装置に記憶されている予め求めた関係を参照し、入力した測定値に対応付けられている間隔値を取得するように構成することができる。
【００３２】
次に、液浸液４の供給圧力と間隔（半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔）との関係あるいは液浸液４の流量と間隔との関係について説明する。
【００３３】
図３に示すように、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間には、液浸液４が満たされている。この液浸液４は所定の圧力および流量で流れている。このとき、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が狭いと、液浸液４の流量は小さくなる。一方、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が広くなると、液浸液４の流量は大きくなる。したがって、液浸液４の流量と間隔との間には、ある関係が存在することになる。同様に、半導体ウェハ２と投影レンズ３の間隔が狭くなると、液浸液４が流れにくくなるため、より液浸液４を流そうとして、供給圧力は大きくなる。一方、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が広くなると、液浸液４の供給圧力は小さくなるので、液浸液４の供給圧力と間隔との間にも所定の関係が存在することになる。供給圧力を差圧に置き換えても差圧と間隔との間には所定の関係が存在する。
【００３４】
そこで、液浸液４の供給圧力（あるいは差圧）や流量と、間隔との関係を予め求めておけば、液浸液４の供給圧力や流量がどのような値のときに、どれくらいの間隔が開いているのかを算出することができる。この点が本実施の形態１の特徴の一つである。すなわち、液浸液４の供給圧力（あるいは差圧）や流量から、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔を算出できるようにした点に一つの特徴がある。
【００３５】
図４は、液浸液４の供給圧力を一定にした場合における、間隔と流量との関係を示したグラフである。図４において、縦軸は、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔を示したものであり、横軸は、液浸液４の流量を示したものである。図４を見てわかるように、間隔と流量との間には、比例関係がある。具体的に、例えば流量が「２」である場合、間隔は「１」であり、流量が「６」である場合、間隔は「３」となっている。このように、間隔が大きくなると流量が増加することがわかる。これは、上述したように、間隔が狭いと液浸液４の通過する領域が狭くなるので流量は低下する。これに対し、間隔が広がると液浸液４の通過する領域が広くなるので流量は増加すると考えられる。
【００３６】
図５は、液浸液４の流量を一定にした場合における、間隔と供給圧力との関係を示したグラフである。図５において、縦軸は、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔を示したものであり、横軸は、液浸液４の供給圧力を示したものである。図５を見てわかるように、間隔と供給圧力との間には、反比例の関係がある。具体的には、例えば供給圧力が「２」である場合、間隔は「３」であり、供給圧力が「８」である場合、間隔は「１」となっている。これは、以下のように考えることができる。つまり、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が広い場合には、液浸液４が流れやすくなるため、流量が一定であるとすると、供給圧力は低くなる。これに対し、半導体ウェハ２と投影レンズ３の間隔が狭い場合には、液浸液４が流れにくくなるため、供給圧力は高くなる。したがって、流量を一定にした場合、間隔と供給圧力とは反比例の関係にあることがわかる。
【００３７】
図６は、図４と図５を合わせた関係を示したグラフである。すなわち、流量と供給圧力を変化させたときの間隔と流量および供給圧力との関係を示したものである。図６を見てわかるように、液浸液４の流量と供給圧力が決定されれば、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が一意的に決定できることがわかる。このため、図６に示すような流量および供給圧力と間隔との関係を予め求めておけば、任意も流量および供給圧力から、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔を算出することができる。
【００３８】
ここで、流量および供給圧力と間隔との関係を予め求める方法について説明する。例えば、液浸液４の流量をある一定の値になるように圧力流量調整部５によって調節する。続いて、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔が０になるようにウェハステージ１を駆動させる。この状態で、液浸液４の供給圧力の値を測定する。次に、ウェハステージ１を下方の所定量だけ移動させる。このとき、ウェハステージ１の駆動機構は高精度であるため、どれだけの量を移動させたかについては正確に把握することができる。この状態で液浸液４の供給圧力を測定する。このような動作を繰り返し行うことで、流量を一定にした場合における供給圧力と間隔との関係を求めることができる。その後は、流量を別の一定値に設定して同様に間隔と供給圧力との関係を測定する。これにより、図６に示すような流量および供給圧力と間隔との関係を取得することができる。
【００３９】
本実施の形態１における液浸投影露光装置は、上記のように構成されており、以下に動作および作用について説明する。
【００４０】
まず、レジスト膜を塗布した半導体ウェハ２をウェハステージ１上に配置する。続いて、半導体ウェハ２と投影レンズ３との間隔を投影レンズ３の焦点距離に合わせるため以下に示す動作を行う。すなわち、圧力計６ａを用いて液浸液４の供給圧力を測定する。同様に流量計８を用いて液浸液４の流量を測定する。このようにして測定された供給圧力と流量は、間隔算出部に出力される。間隔算出部は、測定された供給圧力と流量を入力すると、予め求められている図６に示すような供給圧力および流量と間隔との関係に基づいて、測定された流量および供給圧力に対応する間隔を算出する。
【００４１】
続いて、算出された間隔から半導体ウェハ２の位置が投影レンズ３の焦点位置のある場合には、位置の調整を終了する。一方、半導体ウェハ２の位置が投影レンズ３の焦点位置からずれている場合には、ウェハステージ１を移動させて再び流量および供給圧力を測定する。そして、測定した流量および供給圧力から再び間隔を算出する。この動作を繰り返すことにより、最終的に半導体ウェハ２の位置を投影レンズ３の焦点位置に調整する。
【００４２】
その後、半導体ウェハ２の位置が投影レンズ３の焦点位置にくるように調整されると、半導体ウェハ２上に形成されているレジスト膜に対して露光処理を行う。このようにして、本実施の形態１における液浸投影露光装置によれば、半導体ウェハ２の位置を投影レンズ３の焦点位置に高精度に合わせた状態で露光処理を行うことができるので、ぼやけることなくレジスト膜に高精度のパターンを露光することができる。すなわち、本実施の形態１によれば、レーザ光による反射を使用せず、液浸液４の流量および供給圧力によって間隔を算出するように構成したので、高精度に半導体ウェハ２の位置決めを行うことができる。
【００４３】
また、レーザ光による反射を利用する方法では、半導体ウェハ２上に形成されているレジスト膜の膜厚や下地パターンの相違によって、間隔が同じであっても計測値が異なる。このため、製造工程毎に焦点位置を求め直すことを実施しており、作業が煩雑化していた。これに対し、本実施の形態１では、液浸液４の流量および供給圧力で間隔を算出しているので、間隔にだけ依存し、半導体ウェハ２上に形成されているレジスト膜の膜厚や下地パターンに影響されることはない。このため、製造工程毎に焦点位置を求め直す作業は必要なくなり作業の簡素化を図ることができる。
【００４４】
次に、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用した半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、図７に示すように、ｐ型不純物を導入したシリコン単結晶からなる半導体基板（半導体ウェハ）１０上に、例えば熱酸化法を使用して酸化シリコン膜１１を形成する。そして、酸化シリコン膜１１上に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を使用して窒化シリコン膜１２を形成する。
【００４６】
次に、図８に示すように、窒化シリコン膜１２上に、例えばスピン塗布法を使用してレジスト膜１３を塗布する。その後、レジスト膜１３を塗布した半導体基板１０（半導体ウェハ２）を図３に示す本実施の形態１における液浸投影露光装置に搬入する。半導体基板１０をウェハステージ１上に配置した後、圧力計６ａと流量計８を用いて液浸液４の供給圧力と流量を測定する。そして、測定した供給圧力と流量から、半導体基板１０と投影レンズ３との間の間隔を算出する。そして、算出した間隔が投影レンズ３の焦点位置になるまで、ウェハステージ１を調整する。続いて、半導体基板１０が投影レンズ３の焦点位置に調整されると、パターン形成された遮光膜１４ａを備えるレチクル１４を介して露光光をレジスト膜１３上に照射する。このとき、本実施の形態１によれば、液浸投影露光装置を使用するとともに、供給圧力と流量によって間隔を求めているので、高精度のパターンを投影レンズ３の焦点位置で正確に転写することができる。
【００４７】
続いて、図９に示すように、現像処理を行うと露光光が照射された部分のレジスト膜１３は現像液に溶け、未露光部分のレジスト膜１３が残りパターニングされる。そして、図１０に示すように、パターニングされたレジスト膜１３をマスクにして、窒化シリコン膜１２、酸化シリコン膜１１および半導体基板１０の一部をエッチングすることにより、素子分離溝１５を形成する。
【００４８】
次に、パターニングしたレジスト膜１３を除去した後、素子分離溝１５を埋め込むように、例えば酸化シリコン膜を半導体基板１０上に形成する。酸化シリコン膜は、例えばＣＶＤ法を使用して形成することができる。その後、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）により半導体基板１０上に形成されている酸化シリコン膜を除去し、図１１に示すように、素子分離溝１５内にだけ酸化シリコン膜が残るようにする。これにより、素子分離溝１５内に酸化シリコン膜を埋め込んだ素子分離領域１６を形成することができる。なお、残っている窒化シリコン膜１２は、熱リン酸などを使用して除去する。
【００４９】
続いて、図１２に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、ｎ型ＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor）形成領域にｐ型ウェル１７を形成する。ｐ型ウェル１７は、例えばホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物を半導体基板１０内に導入することにより形成することができる。同様にして、ｐ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域にｎ型ウェル１８を形成する。ｎ型ウェル１８は、例えばリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などのｎ型不純物を半導体基板１０内に導入することにより形成することができる。
【００５０】
次に、半導体基板１０上に、例えば熱酸化法を使用してゲート絶縁膜１９を形成する。そして、ゲート絶縁膜１９上に、例えばＣＶＤ法を使用してポリシリコン膜２０を形成する。その後、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、ポリシリコン膜２０のｎ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域にｎ型不純物を導入する。一方、ポリシリコン膜２０のｐ型ＭＩＳＦＥＴ形成領域にｐ型不純物を導入する。
【００５１】
続いて、図１３に示すように、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用してポリシリコン膜２０をパターニングする。これにより、ｎ型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極２１ａおよびｐ型ＭＩＳＦＥＴのゲート電極２１ｂを形成することができる。ここで、ゲート電極２１ａには、ｎ型不純物が導入されており、ゲート電極２１ｂには、ｐ型不純物が導入されているので、両方のＭＩＳＦＥＴでしきい値電圧を下げることができる（デュアルゲート構造）。ゲート電極２１ａおよびゲート電極２１ｂの加工に本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用しているので、ゲート電極２１ａ、２１ｂを高精度に加工することができる。
【００５２】
次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して、低濃度ｎ型不純物拡散領域２２ａ、２３ａを形成する。同様に、フォトリソグラフィ技術およびイオン注入法を使用して低濃度ｐ型不純物拡散領域２４ａ、２５ａを形成する。その後、半導体基板１０上に酸化シリコン膜を形成し、形成した酸化シリコン膜に対して異方性エッチングを施すことにより、ゲート電極２１ａ、２１ｂの側壁にサイドウォール２６を形成する。
【００５３】
続いて、図１５に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して高濃度ｎ型不純物拡散領域２２ｂ、２３ｂおよび高濃度ｐ型不純物拡散領域２４ｂ、２５ｂを形成する。高濃度ｎ型不純物拡散領域２２ｂ、２３ｂには、低濃度ｎ型不純物拡散領域２２ａ、２３ａよりも高濃度にｎ型不純物が導入されている。同様に、高濃度ｐ型不純物拡散領域２４ｂ、２５ｂには、低濃度ｐ型不純物拡散領域２４ａ、２５ａよりも高濃度にｐ型不純物が導入されている。そして、半導体基板１０上に、例えばスパッタリング法を使用してコバルト膜を形成した後、このコバルト膜に対して熱処理を施すことにより、コバルトシリサイド膜２７を形成する。これにより、ポリシリコン膜２０とコバルトシリサイド膜２７よりなるゲート電極２１ａ、２１ｂを形成することができる。コバルトシリサイド膜２７を形成することにより、ゲート電極２１ａ、２１ｂの低抵抗化を図ることができる。なお、未反応のコバルト膜は除去される。シリサイド膜として、コバルトシリサイド膜２７に代えてチタンシリサイド膜などを使用してもよい。
【００５４】
次に、図１６に示すように、半導体基板１０上に、例えばＣＶＤ法を使用して層間絶縁膜となる絶縁膜（酸化シリコン膜）２８を形成した後、この絶縁膜２８に対してＣＭＰ法による研磨を施す。これにより、絶縁膜２８の表面を平坦化する。そして、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、絶縁膜２８を貫通するコンタクトホール２９を形成する。コンタクトホール２９は、微細な加工が必要とされるが、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用しているので、高精度に形成することができる。続いて、コンタクトホール２９の内部を含む半導体基板１０上に、例えばスパッタリング法を使用してチタン／窒化チタン膜３０ａを形成する。その後、コンタクトホール２９の内部を埋め込むように、例えばＣＶＤ法を使用してタングステン（Ｗ）膜３０ｂを形成する。そして、コンタクトホール２９の内部以外のチタン／窒化チタン膜３０ａおよびタングステン膜３０ｂを、例えばＣＭＰ法を使用して除去することにより、プラグ３１を形成する。
【００５５】
次に、図１７に示すように、半導体基板１０上に、チタン／窒化チタン膜３２ａ、アルミニウム膜３２ｂおよびチタン／窒化チタン膜３２ｃを順次形成する。そして、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用したフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、配線３３を形成する。この配線３３も微細加工する必要があるが、本実施の形態１における液浸投影露光装置を使用しているので、高精度に微細加工することができる。
【００５６】
この後、さらに多層配線を形成するが、本明細書では省略する。このようにして、半導体装置を形成することができる。
【００５７】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、半導体ウェハと投影レンズとの間隔を測定することができるとともに、半導体ウェハの傾きを補正することができる例について説明する。
【００５８】
図１８は、本実施の形態２における液浸投影露光装置の露光部を示した図である。図１８において、本実施の形態２における液浸投影露光装置は、露光部４０、チルト部４１、４２を有している。露光部４０上には、投影レンズ（図示せず）が設けており、露光部４０下には、露光部４０より大きな半導体ウェハ（図示せず）が配置されている。露光部４０には、液浸液を供給する供給口４０ａと液浸液を回収する回収口４０ｂが設けられており、供給口４０ａより供給された液浸液は、露光部４０内を通って回収口４０ｂより回収される。すなわち、半導体ウェハと投影レンズの間にある露光部４０内は、流動する液浸液で満たされている。露光部４０内の破線で囲んだ領域は露光領域を示しており、例えば大きさは、２６ｍｍ×８ｍｍ程度である。この露光部４０に充填される液浸液の供給圧力（あるいは供給圧力と回収圧力との差圧）および流量が測定できるようになっており、露光部４０内の供給圧力、流量と間隔（半導体ウェハと投影レンズの間隔）との相関関係が予め求められている。したがって、露光部４０において、液浸液の供給圧力と流量を測定することによって、間隔が算出できるようになっている。
【００５９】
一方、露光部４０の両側には、チルト部４１、４２が設けられている。このチルト部４１、４２にもそれぞれ、供給口４１ａ、４２ａと回収口４１ｂ、４２ｂが設けられており、チルト部４１、４２の内部を液浸液が充填されている。このチルト部４１、４２の内部に充填されている液浸液は、露光部４０に充填されている液浸液とは別系統となっている。チルト部４１、４２においても、液浸液の供給圧力（あるいは供給圧力と回収圧力との差圧）と流量が測定できるようになっており、チルト部４１、４２内の供給圧力、流量と間隔との相関関係が予め求められている。この相関関係は、露光部４０における相関関係とは別にチルト部４１、４２用として求められている。なお、チルト部４１とチルト部４２において、それぞれ別個に相関関係を求めてもよいし、相関関係を共有するように構成してもよい。チルト部４１、４２においても、液浸液の供給圧力と流量を測定することによって、相関関係から間隔が算出できるようになっている。
【００６０】
このように本実施の形態２では、露光部４０とこの露光部４０の両側にチルト部４１、４２を設けている。そして、露光部４０およびチルト部４１、４２において、それぞれの供給圧力（あるいは供給圧力と回収圧力との差圧）と流量から間隔を算出できるようになっている。したがって、半導体ウェハと投影レンズの間隔だけでなく、半導体ウェハの傾きも補正することができる。
【００６１】
露光部４０だけでは、半導体ウェハと投影レンズの間隔を算出できるが、半導体ウェハの傾き（紙面に垂直な方向のずれ）を補正することができない。すなわち、半導体ウェハと投影レンズの間隔が露光部４０の一方の端と他方の端で異なる場合があるが、このとき、露光部４０だけで構成されている場合は補正することができない。半導体ウェハが傾いていると、半導体ウェハの一部領域で焦点位置に合わないことになる。すると、焦点位置からずれている一部領域において、パターンの転写が正確に行われなくなってしまう。
【００６２】
しかし、本実施の形態２によれば、露光部４０の両側にチルト部４１、４２が設けられており、このチルト部４１、４２において、それぞれ、液浸液の供給圧力と流量から間隔を算出することができる。したがって、半導体ウェハが傾いていると、チルト部４１で算出した間隔とチルト部４２で算出した間隔とが相違することになる。このため、チルト部４１で算出した間隔とチルト部４２で算出した間隔が等しくなるようにウェハステージを調整すれば、半導体ウェハの傾き（紙面に垂直な方向の傾き）を補正することができる。なお、ウェハステージは、半導体ウェハの傾きを補正できるような機構を有している。
【００６３】
このように、本実施の形態２によれば、半導体ウェハの傾きを補正することができるので、パターンの転写を正確に行うことができる。
【００６４】
（実施の形態３）
本実施の形態３は、液浸液の温度を制御できる液浸投影露光装置について説明する。図１９は、本実施の形態３における液浸投影露光装置の構成を示した図である。図１９において、本実施の形態３における液浸投影露光装置は、前記実施の形態１における液浸投影露光装置とほぼ同様の構成をしており、異なる点は、温度制御部５０を設けた点である。
【００６５】
温度制御部５０は、液浸液４の供給口と回収口との間に設けられており、供給口と回収口との間を循環する液浸液４の温度を制御できるように構成されている。温度制御部５０は、温度センサとともに、液浸液４の温度を上昇させるヒータと液浸液４の温度を低下させる冷却器とを備えている。そして、温度制御部５０は、温度センサによる温度に基づき、ヒータと冷却器を用いて、循環する液浸液４の温度を一定に保つようになっている。
【００６６】
前記実施の形態１で説明したように、半導体ウェハと投影レンズの間隔は、液浸液４の供給圧力および流量と一定の関係があり、この関係を予め求めておくことにより、測定した供給圧力と流量から間隔を算出することができる。しかし、実際には、液浸液４には粘性があり、この粘性は温度変化によって変わるため、供給圧力および流量と、間隔との相関関係は、温度に依存することになる。したがって、予め求めた相関関係での温度と、実際に測定しているときの温度とが異なる場合、相関関係から求めた間隔と実際の間隔が多少ずれる可能性がある。すると、正確な間隔を算出することができなくなるので、パターン転写の精度を向上させることができない。そこで、本実施の形態３では、液浸投影露光装置に温度制御部５０を設けることにより、液浸液４の温度を一定に保持している。このため、予め求めた相関関係での温度と、実際に測定しているときの温度がおおむね等しくなるので、算出した間隔の温度変化によるずれを抑制することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
本実施の形態４では、温度変化も考慮した相関関係（供給圧力および流量と、間隔との関係）を予め求め、この求めた相関関係を使用して半導体ウェハと投影レンズとの間隔を算出する例について説明する。
【００６８】
前記実施の形態３で説明したように相関関係は温度にも依存する。そこで、温度変化も考慮して相関関係を予め求めておけば、液浸液に温度変化が生じても正確に間隔を算出することができる。すなわち、前記実施の形態１では、温度変化を考慮せずに、供給圧力および流量と、間隔との相関関係を求めていたが、本実施の形態４では、温度もパラメータとして考慮する。すなわち、ある温度における相関関係を求めておく一方、別の温度における相関関係も求める。これを所定の温度領域で求めることにより、温度変化を考慮した相関関係を予め求めることができる。
【００６９】
本実施の形態４によれば、液浸液の温度を、例えば温度センサによって測定し、測定した温度における相関関係を用いて、供給圧力および流量から間隔を算出することができるので、液浸液に温度変化が生じても正確に間隔を算出することができる。したがって、パターン転写を高精度に行うことができる。なお、本実施の形態４によれば、前記実施の形態３のように温度制御部５０を設ける必要がないので、液浸投影露光装置の構成を簡略化することができるとともに、液浸液の温度変化を考慮して間隔を調整することができる。
【００７０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本願で開示される一つの発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明者が検討した技術を説明する図である。
【図２】本発明者が検討した技術の問題点を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態１における液浸投影露光装置の構成を示す図である。
【図４】液浸液の供給圧力を一定とした場合における、液浸液の流量と間隔（半導体ウェハと投影レンズの間隔）との相関関係を示すグラフである。
【図５】液浸液の流量を一定とした場合における、液浸液の供給圧力と間隔（半導体ウェハと投影レンズの間隔）との相関関係を示すグラフである。
【図６】液浸液の供給圧力および流量と、間隔（半導体ウェハと投影レンズの間隔）との相関関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態１における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】図７に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】図８に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】図９に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】図１０に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】図１１に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】図１４に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１６】図１５に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１７】図１６に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１８】実施の形態２における液浸投影露光装置の露光部およびチルト部を示した図である。
【図１９】実施の形態３における液浸投影露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ウェハステージ
２  半導体ウェハ
３  投影レンズ
４  液浸液
５  圧力流量調整部
６ａ  圧力計
６ｂ  圧力計
７  差圧計
８  流量計
１０  半導体基板
１１  酸化シリコン膜
１２  窒化シリコン膜
１３  レジスト膜
１４  レチクル
１４ａ  遮光膜
１５  素子分離溝
１６  素子分離領域
１７  ｐ型ウェル
１８  ｎ型ウェル
１９  ゲート絶縁膜
２０  ポリシリコン膜
２１ａ  ゲート電極
２１ｂ  ゲート電極
２２ａ  低濃度ｎ型不純物拡散領域
２２ｂ  高濃度ｎ型不純物拡散領域
２３ａ  低濃度ｎ型不純物拡散領域
２３ｂ  高濃度ｎ型不純物拡散領域
２４ａ  低濃度ｐ型不純物拡散領域
２４ｂ  高濃度ｐ型不純物拡散領域
２５ａ  低濃度ｐ型不純物拡散領域
２５ｂ  高濃度ｐ型不純物拡散領域
２６  サイドウォール
２７  コバルトシリサイド膜
２８  絶縁膜
２９  コンタクトホール
３０ａ  チタン／窒化チタン膜
３０ｂ  タングステン膜
３１  プラグ
３２ａ  チタン／窒化チタン膜
３２ｂ  アルミニウム膜
３２ｃ  チタン／窒化チタン膜
３３  配線
４０  露光部
４０ａ  供給口
４０ｂ  回収口
４１  チルト部
４１ａ  供給口
４１ｂ  回収口
４２  チルト部
４２ａ  供給口
４２ｂ  回収口
５０  温度制御部
１０１  半導体ウェハ
１０２  レーザ光
１０３ａ  反射光
１０３ｂ  反射光
１０４  レジスト膜
１０５  液浸液
１０６  レーザ光
１０６ａ  反射光
１０６ｂ  反射光
１０６ｃ  反射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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