(57)【要約】  【課題】  液浸リソグラフィ法によるパターン形成を低コストで行なえるようにする。  【解決手段】  半導体製造装置は、チャンバ１０内に設けられ、ウェハ２０上に塗布されたレジスト膜に設計パターンを露光する露光部３０と、露光時にウェハ２０の上に露光光の開口数値を上げる液浸リソグラフィ用の液体２３を再利用しながら供給する液体リサイクル部４０とから構成されている。液体リサイクル部４０は、ウェハ２０上のレジスト膜の上に液体２３を供給する液体供給部４１と、ウェハ２０上に配された液体２３を排出して回収する液体排出部４２と、液体２３を収納し且つ回収された液体２３に含まれる不純物を除去する不純物除去部４３とから構成されている。【選択図】      図１
2005136374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜の上に液体を配した状態で、前記レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、
パターン露光が行なわれた前記レジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記パターン露光を行なう工程において、前記液体には再利用された液体を用いることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記液体は、前記パターン露光を行なう工程中に再利用されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記液体は、前記パターン露光を行なう工程の後に回収され、次のパターン露光時に再利用されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記パターン露光を行なう工程は、前記液体に混入した不純物を除去する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
回収された前記液体に混入した不純物を除去する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記パターン露光を行なう工程よりも前又は後に、前記液体に混入した不純物を除去する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記不純物を除去する工程は、前記液体をフィルタに通す工程であることを特徴とする請求項４〜６のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記不純物を除去する工程の後に、前記液体に含まれる不純物の組成又は量を検査する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項４〜６のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記パターン露光を行なう工程の前に、前記液体に含まれる気体を除去する脱気工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記液体は、水又はパーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記露光光は、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 エキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光であることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
基板上に形成されたレジスト膜と露光レンズとの間に液体を配して露光を行なうパターン露光部と、
前記パターン露光部に対して前記液体が流通可能に接続され、前記液体を前記パターン露光部に供給する液体供給部と、
前記パターン露光部に対して前記液体が流通可能に接続され、前記液体に含まれる不純物を除去する不純物除去部とを備え、
前記不純物除去部は、前記液体供給部に対して前記液体が流通可能に接続され、不純物が除去された前記液体を前記液体供給部に移送することを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１３】
前記不純物除去部と前記液体供給部との間に設けられ、前記液体供給部に移送される液体に含まれる不純物の組成又は量を検査する液体検査部をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項１４】
前記パターン露光部から前記不純物除去部に導入される液体の量を制御する第１の制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体製造装置。
【請求項１５】
前記液体供給部は、
前記液体に添加剤を添加する添加部と、
新たな液体、不純物が除去された液体又は調整された前記添加剤を含む液体を前記パターン露光部に供給する混合部とを有していることを特徴とする請求項１２〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項１６】
前記添加部から前記混合部に添加される前記添加剤の量を制御する第２の制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体製造装置。
【請求項１７】
前記液体供給部と前記パターン露光部との間に設けられ、前記パターン露光部に供給される液体に含まれる気体を除去する脱気部をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項１８】
前記不純物除去部は、前記液体に含まれる不純物を除去するフィルタを有していることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項１９】
前記不純物は、パーティクル又は化学物質であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体製造装置。
【請求項２０】
前記化学物質は、アミン、酸又は低分子量ポリマーであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体製造装置。
【請求項２１】
前記パターン露光部と前記不純物除去部との間に設けられた第１のモニタを介して前記液体の量を制御する第３の制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【請求項２２】
前記混合部に導入される前記添加剤の量及び前記新たな液体の量のうちの少なくとも一方を、前記混合部に設けられた第２のモニタを介して制御する第４の制御部をさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体製造装置。
【請求項２３】
前記液体は、水又はパーフルオロポリエーテルであることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の半導体製造装置。
【請求項２４】
前記パターン露光部は、露光光に、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 エキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光を用いることを特徴とする請求項１２に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセス等において用いられる半導体製造装置及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の大集積化及び半導体素子のダウンサイジングに伴って、リソグラフィ技術の開発の加速が望まれている。現在のところ、露光光としては、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ又はＡｒＦエキシマレーザ等を用いる光リソグラフィによりパターン形成が行なわれていると共に、より短波長であるＦ2 レーザの使用も検討されているが、露光装置及びレジスト材料における課題が未だ多く残されているため、より短波長の露光光を用いる光リソグラフィの実用化の時期は未だ先になっている。
【０００３】
このような状況から、最近従来の露光光を用いてパターンの一層の微細化を進めるべく、液浸リソグラフィ（immersion lithography）法（非特許文献１を参照。）が提案されている。
【０００４】
この液浸リソグラフィ法によれば、露光装置内における投影レンズとウエハ上のレジスト膜との間の領域が屈折率がｎ（但し、ｎ＞１）である液体で満たされるため、露光装置のＮＡ（開口数）の値がｎ・ＮＡとなるので、レジスト膜の解像性が向上する。
【非特許文献１】M. Switkes and M. Rothschild, "Immersion lithography at 157 nm", J. Vac. Sci. Technol., Vol.B19, P.2353 (2001)
【特許文献１】特開２００１−３１６８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の液浸型の露光装置には、例えば、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、露光部とウェハ表面との間を満たす液浸用の液体の供給方法に２つの方式がある。図７（ａ）に示すいわゆる水滴法を用いた露光装置においては、液体２５０は、ステージ１００上に載置されたウェハ２００と露光部１０１との間に、少なくとも露光時の１ショット分のウェハ表面を覆うように局所的に供給される。具体的には、液体２５０は、１ショットの露光直前に液体供給部１１０からウェハ２００の表面上に供給されて露光された後、次のショットへステージ１００が移動する前には液体排出部１１２から排出される。このように、ウェハ２００がステージ１００と共にスキャン方向にスライドするのに合わせて、液体２５０の供給及び排出が１ショットごとに繰り返される。
【０００６】
これに対し、図７（ｂ）に示すいわゆる液溜（プール）法を用いた露光装置においては、ステージ１００上に載置されたウェハ２００は液体２５０を溜めたバス１２０の中に浸漬されるため、ウェハ表面の全面が液体２５０に覆われた状態で露光が行なわれる。さらに、１ショットの露光後に次のショットにスキャン移動される際には、露光部１０１が液体２５０の液面上を滑るように移動する。
【０００７】
しかしながら、前記従来の液浸リソグラフィ法による露光装置は、いずれの方式であっても、ウェハ２００と露光部１０１との間に配された液体２５０は露光後に捨てられる。特に、図７（ａ）に示す水滴法による露光装置を用いる場合は、１ショットごとに液体２５０の供給及び排出を高速で行なうため、大量の液体２５０を消費する。
【０００８】
また、図７（ｂ）に示す液溜法による露光装置を用いた場合でも、一日に何百枚ものウェハ２００に対してパターン露光を行なう量産機では、液体２５０を定期的に交換する必要があり、やはり大量の液体２５０を消費する。
【０００９】
従って、液体２５０を大量に消費することにより、露光のコストが増大し、また、該液体２５０を捨てる際にも廃液処理が必要となるため、ひいては半導体製造の製造コストが上昇するという問題がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題を解決し、液浸リソグラフィ法によるパターン形成を低コストで行なえるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明は、液浸リソグラフィによる半導体製造装置及びそれを用いたパターン形成方法を、レジスト膜と露光部（投影レンズ）との間に配される開口数の値を増大する液浸用の液体を再利用する構成とする。
【００１２】
具体的に、本発明に係るパターン形成方法は、基板の上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜の上に液体を配した状態で、レジスト膜に対して露光光を選択的に照射してパターン露光を行なう工程と、パターン露光が行なわれたレジスト膜に対して現像を行なってレジストパターンを形成する工程とを備え、パターン露光を行なう工程において、液体には再利用された液体を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明のパターン形成方法によると、パターン露光を行なう工程において、レジスト膜と露光部との間に配される液体に再利用された液体を用いるため、露光工程におけるコストの増大を抑制することができる。
【００１４】
本発明のパターン形成方法において、液体はパターン露光を行なう工程中に再利用されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明のパターン形成方法において、液体はパターン露光を行なう工程の後に回収され、次のパターン露光時に再利用されることが好ましい。
【００１６】
本発明のパターン形成方法において、パターン露光を行なう工程は、液体に混入した不純物を除去する工程を含むことが好ましい。このようにすると、一度露光に用いた液体を再利用する場合でも、露光時に半導体製造装置から又はレジスト膜から混入する不純物が除去されるため、再利用される液体は、不純物の除去によって新しい液体とほぼ同等の純度に戻るので、再利用される液体を介して露光を行なっても、レジスト膜のパターン形成を確実に行なうことができる。
【００１７】
また、本発明のパターン形成方法は、回収された液体に混入した不純物を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
また、本発明のパターン形成方法は、パターン露光を行なう工程よりも前又は後に、液体に混入した不純物を除去する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１９】
この場合に、不純物を除去する工程は、液体をフィルタに通す工程であることが好ましい。さらにフィルタにケミカルフィルタを用いると、例えば液体に該液体と接触するレジスト膜からアルカリ性又は酸性の化学物質が混入した場合であっても、化学物質を確実に除去することができる。
【００２０】
また、本発明のパターン形成方法は、不純物を除去する工程の後に、液体に含まれる不純物の組成又は量を検査する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００２１】
また、本発明のパターン形成方法は、パターン露光を行なう工程の前に、液体に含まれる気体を除去する脱気工程をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、液体に含まれる気体（泡）が除去されるため、液体に含まれた泡による露光光の散乱を防止することができるので、形状に優れたパターンを形成することができる。
【００２２】
本発明に係る半導体製造装置は、基板上に形成されたレジスト膜と露光レンズとの間に液体を配して露光を行なうパターン露光部と、パターン露光部に対して液体が流通可能に接続され、液体をパターン露光部に供給する液体供給部と、パターン露光部に対して液体が流通可能に接続され、液体に含まれる不純物を除去する不純物除去部とを備え、不純物除去部は、液体供給部に対して液体が流通可能に接続され、不純物が除去された液体を液体供給部に移送することを特徴とする。
【００２３】
本発明の半導体製造装置によると、液体に含まれる不純物を除去する不純物除去部は、液体供給部に対して液体が流通可能に接続され、不純物が除去された液体を液体供給部に移送するため、液浸用の液体を再利用することができるので、液浸用の液体を用いる露光工程におけるコストの増大を抑制することができる。その上、再利用される液体は、不純物除去部によって新しい液体とほぼ同等の純度に戻るため、再利用される液体を介して露光を行なっても、レジスト膜のパターン形成を確実に行なうことができる。
【００２４】
本発明の半導体製造装置は、不純物除去部と液体供給部との間に設けられ、液体供給部に移送される液体に含まれる不純物の組成又は量を検査する液体検査部をさらに備えていることが好ましい。
【００２５】
また、本発明の半導体製造装置は、パターン露光部から不純物除去部に導入される液体の量を制御する第１の制御部をさらに備えていることが好ましい。
【００２６】
本発明の半導体製造装置において、液体供給部は、液体に添加剤を添加する添加部と、液体に添加剤を添加する添加部と、新たな液体、不純物が除去された液体又は調整された添加剤を含む液体をパターン露光部に供給する混合部とを有していることが好ましい。
【００２７】
この場合に、本発明の半導体製造装置は、添加部から混合部に添加される添加剤の量を制御する第２の制御部をさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
また、本発明の半導体製造装置は、液体供給部とパターン露光部との間に設けられ、パターン露光部に供給される液体に含まれる気体を除去する脱気部をさらに備えていることが好ましい。
【００２９】
本発明の半導体製造装置において、不純物除去部は、液体に含まれる不純物を除去するフィルタを有していることが好ましい。
【００３０】
本発明の半導体製造装置において除去される不純物はパーティクル又は化学物質であることが好ましい。
【００３１】
この場合に除去される化学物質は、アミン、酸又は低分子量ポリマーであることが好ましい。
【００３２】
また、本発明の半導体製造装置は、パターン露光部と不純物除去部との間に設けられた第１のモニタを介して液体の量を制御する第３の制御部をさらに備えていることが好ましい。
【００３３】
また、本発明の半導体製造装置は、混合部に導入される添加剤の量及び新たな液体の量のうちの少なくとも一方を、混合部に設けられた第２のモニタを介して制御する第４の制御部をさらに備えていることが好ましい。
【００３４】
本発明のパターン形成方法及びその半導体製造装置において、液体には水又はパーフルオロポリエーテルを用いることができる。
【００３５】
本発明のパターン形成方法及びその半導体製造装置において、露光光には、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 エキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光を用いることができる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法及び半導体製造装置によると、良好な形状を持つ微細パターンを低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（半導体製造装置）
図１（ａ）及び図１（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法を実現する半導体製造装置であって、（ａ）は半導体製造装置の要部の断面構成を模式的に示し、（ｂ）は半導体製造装置におけるリサイクル部を模式的に示している。
【００３９】
図１（ａ）に示すように、第１の実施形態に係る半導体製造装置は、チャンバ１０内に設けられ、ウェハ２０上に塗布されたレジスト膜（図示せず）に設計パターンを露光する露光部３０と、露光時にウェハ２０の上に、露光光の開口数値を上げる液浸リソグラフィ用の液体２３を再利用しながら供給する液体リサイクル部４０とから構成されている。
【００４０】
露光部３０は、ウェハ２０を保持するウェハステージ３１と、該ウェハステージ３１を保持する定盤３２と、ウェハ２０の上方に設けられウェハステージ３１と対向する露光光源を含む照明系３３と、該照明系３３とウェハステージ３１との間に設けられ、レジスト膜に転写される設計パターンを有するマスク（レチクル）２２を通って入射される照明系３３からの露光光を液体２３を介してレジスト膜に投影する投影レンズ３４とにより構成される。
【００４１】
ここで、投影レンズ３４は、露光時にはウェハ２０のレジスト膜上に供給された液体２３の表面に接するように保持される。
【００４２】
液体リサイクル部４０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ウェハ２０のレジスト膜の上に液体２３を供給する液体供給部４１と、露光後にレジスト膜上に配された液体２３を排出して回収する液体排出部４２と、回収された液体２３を収納すると共に回収された液体２３に含まれる不純物を除去する不純物除去部４３とから構成されている。
【００４３】
ここで、不純物除去部４３には、図示はしていないが、液体２３をウェハ２０上に供給する供給用ポンプと、液体２３をウェハ２０上から回収する回収用ポンプとが設けられている。
【００４４】
また、回収された液体２３には、不純物として、例えばパーティクルだけでなくレジスト膜等から溶け出した化学物質も含まれており、化学物質をも除去できるように、不純物除去部４３には、パーティクルを除去可能なメカニカルフィルタ（パーティクルフィルタ）４３１と、化学物質を除去可能なケミカルフィルタ４３２とを設けている。
【００４５】
ここで、化学物質の具体例としては、レジスト膜及びその周辺部から溶け出すアミン類、アンモニア又はヘキサメチルジシラザン等のアルカリ性の物質や、トリフルオロメタンスルフォン酸若しくはノナフルオロブタンスルフォン酸等のレジスト膜に含まれる酸発生剤に由来する酸、又は硫酸等の酸性の物質や、レジスト膜からのアウトガス等がある。
【００４６】
このように、第１の実施形態によると、液浸リソグラフィに用いる液体２３を回収し、さらに、回収した液体２３に含まれるパーティクルのみならず、露光時にレジスト膜から溶け込んだアウトガス等の化学物質をも除去する液体リサイクル部４０を備えているため、例えばパーフルオロポリエーテルからなる液体２３の純度を維持することができるので、液体２３を確実に再利用でき、その結果、液浸リソグラフィによる露光コストの増大を抑えることができる。
【００４７】
なお、ここでは、不純物を除去するフィルタとして、メカニカルフィルタ４３１とケミカルフィルタ４３２とを設けたが、いずれか一方でも構わない。しかしながら、液体２３の純度を高度に維持するには、両方のフィルタを設けることが好ましい。
【００４８】
（半導体製造装置の一変形例）
図２に本発明の第１の実施形態に係る半導体製造装置の一変形例を示す。図２において、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００４９】
図２に示すように、本変形例に係る半導体製造装置は、液浸リソグラフィ用の液体２３を再利用しながら供給する液体リサイクル部４０を、チャンバ１０の外部に設ける構成である。このように液体リサイクル部４０をチャンバ１０の外部に設けると、チャンバ１０内の清浄度をより高く維持することが可能となる。
【００５０】
（パターン形成方法）
以下、前記のように構成された半導体製造装置をパターン形成方法について図３（ａ）〜図３（ｄ）及び図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照しながら説明する。
【００５１】
まず、以下の組成を有するポジ型の化学増幅型レジスト材料を準備する。
【００５２】
ポリ（スチレンヘキサフルオロイソプロピルアルコール）(40mol%)−（α-トリフルオロメチル-t-ブチルアクリレート）(60mol%)）(ベースポリマー）………………………２ｇ
トリフェニルスルフォニウムトリフレート（酸発生剤）………………………０．０８ｇ
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（溶媒）……………………２０ｇ
次に、図３（ａ）に示すように、ウェハ２０の上に前記の化学増幅型レジスト材料を塗布して、０．２０μｍの厚さを持つレジスト膜２１を形成する。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示すように、パーフルオロポリエーテルからなる液体２３Ａをレジスト膜２１と投影レンズ３４との間に配した状態で、開口数ＮＡが０．６０であるＦ2 レーザよりなる露光光２４を図示しないマスクを介してレジスト膜２１に照射してパターン露光を行なう。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２１に対して、ホットプレートにより１００℃の温度下で６０秒間加熱した後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液（アルカリ性現像液）により現像を行なうと、図３（ｄ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり０．０６μｍのライン幅を有し且つ良好な形状を持つレジストパターン２１ａを得られる。
【００５５】
次に、露光に使用された液体２３Ａを、例えば図１（ｂ）に示す液体排出部４２を介して不純物除去部４３に回収し、さらに該不純物除去部４３においてパーティクル及びレジスト膜２１から溶け出した化学物質を除去する。
【００５６】
次に図４（ａ）に示すように、次のウェハ２０の主面上に形成されたレジスト膜２１の上に、液体供給部４１からリサイクルされた液体２３Ｂを投影レンズ３４との間に配し、開口数ＮＡが０．６０であるＦ2 レーザよりなる露光光２４を図示しないマスクを介してレジスト膜２１に照射してパターン露光を行なう。
【００５７】
次に、図４（ｂ）に示すように、パターン露光が行なわれたレジスト膜２１に対して、ホットプレートにより１００℃の温度下で６０秒間加熱した後、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド現像液により現像を行なうと、図４（ｃ）に示すように、レジスト膜２１の未露光部よりなり０．０６μｍのライン幅を有し且つ良好な形状を持つレジストパターン２１ａを再現性良く得ることができる。
【００５８】
以上説明したように、第１の実施形態によると、１度目の露光後に回収された液体２３Ａから不純物を除去して、２度目の露光用の液体２３Ｂとして再利用するため、液浸リソグラフィによる微細パターンを実現しながら、液浸リソグラフィ用の液体の大量消費による露光コストの増大を抑えることができる。
【００５９】
なお、本実施形態において、照明系３３に設ける光源の露光光は、Ｆ2 レーザ光に限られず、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 エキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光等を適宜用いることができる。
【００６０】
また、液浸リソグラフィ用の液体２３、２３Ａ、２３ｂには、パーフルオロポリエーテルに代えて、水を用いることができる。
【００６１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６２】
ところで、図７（ｂ）に示した液溜法による従来の露光装置の場合においても、液浸用の液体２５０は前述したように定期的に交換する必要がある。それは、露光時においてウェハ２００上に成膜されたレジスト膜は、露光領域以外の部分においても液体２５０と常に接触しており、液体２５０とレジスト膜との接触面積が大きく、また接触時間が長いためである。
【００６３】
通常、レジストは複数の物質の混合体として構成されており、露光時にはレジストから酸が発生する。従って、液浸用の液体２５０に、レジストが容易には溶解しにくい特性を持つ液体を用いたとしても、液体２５０中にレジストから発生する酸や、レジストを構成する化合物が溶出することを完全に防ぐことは難しい。すなわち、液体２５０を複数のウェハ２００の露光に連続して用いると、液体２５０に不純物が混入して汚染されるという問題が生じる。不純物の混入により液浸用の液体２５０の純度が低下すると、露光部１０１からの露光光が、混入した不純物によって散乱されたり、また部分的に吸収されたりする等して、ウェハ２００の露光領域に照射される露光量のばらつきが大きくなり、その結果、精度良くパターン露光を行なうことが困難となる。
【００６４】
そこで、液浸用の液体２５０を再利用する際には、液体２５０中に含まれた不純物及び汚染物質を除去することにより、液体２５０の当初の純度に戻す必要がある。
【００６５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図５は本発明の第２の実施形態に係る液浸リソグラフィを実施可能な半導体製造装置のブロック構成を示している。
【００６７】
図５に示すように、第２の実施形態に係る半導体製造装置は、ウェハ上に成膜されたレジスト膜に所定のパターンを露光するパターン露光部５１と、レジスト膜と投影レンズとの間に配する液浸用の液体をパターン露光部に供給する液体供給部５２と、パターン露光に用いられ排出された液体を回収して液体供給部５２に再度供給する液体リサイクル部５４とを備えている。
【００６８】
液体供給部５２とパターン露光部５１との間には、液体中に含まれる泡を除去する脱気部（脱泡部）５５が設けられ、液体の供給量及び回収量を監視（モニタ）し、さらには液体リサイクル部５４において回収された液体の純度を監視して制御する制御部５６が設けられている。パターン露光部５１には、露光に用いられた液体を排出可能なように、第１の排出口５７が設けられている。
【００６９】
ここで、図６（ａ）及び図６（ｂ）に液体供給部５２及び液体リサイクル部５４の構成をそれぞれ示す。
【００７０】
液体供給部５２は、図６（ａ）に示すように、液体混合部５２１と、液体に該液体の光学的且つ電気的な特性を調整可能な添加剤を添加する添加部５２２とから構成されている。液体混合部５２１には、供給口５８からの新たな液浸用の液体と、液体リサイクル部５４からの一旦露光に使用された液体とが導入されると共に、添加部５２２から液体の屈折率や液体の電気抵抗率を調整可能な化合物、例えば硫酸セシウム（ＣｓＳＯ4 ）又はエチルアルコール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）等が必要に応じて添加される。
【００７１】
液体リサイクル部５４は、図６（ｂ）に示すように、パターン露光部５１から回収された液体に混入した不純物を除去する不純物除去部５４１と、不純物が除去された液体の純度を検査する液体検査部５４２とから構成されている。ここで、不純物除去部５４１には、液体検査部５４２による検査の結果、再利用が不適であると判定された液体を排出する第２の排出口５９が設けられている。
【００７２】
以下、上記のように構成された半導体製造装置の動作について説明する。
【００７３】
（１）供給口５８から液体供給部５２に至る動作
まず、図６（ａ）に示すように、純度が高い液浸用の液体、例えば水（純水）又はパーフルオロポリエーテルを供給口５８から液体供給部５２の液体混合部５２１に導入して一時的に溜めておく。液体に添加剤を注入する必要がない場合は、供給口５８から純度の高い液体が液体供給部５２を通ってパターン露光部５１に供給される。
【００７４】
液体に添加剤を加える場合は、液体混合部５２１に貯留された液体に添加部５２２から適量の添加剤が注入される。
【００７５】
ここで、図５に示す制御部５６は、供給口５８に設けられた第１モニタＭ１を介して、液体混合部５２１に導入される新しい液浸用の液体（純度が高い液体）の導入量を調整する。また、制御部５６は、添加部５２２と液体混合部５２１との間に設けられた第２モニタＭ２を介して液体混合部５２１に貯留された液体に添加される添加剤の量を調整する。
【００７６】
液体に添加剤が添加された場合には、該液体は、液体混合部５２１において添加剤が均一に混合された後、脱気部５５を介してパターン露光部５１に供給される。
【００７７】
（２）液体供給部５２及び脱気部５５からパターン露光部５１に至る動作
図５に示すように、液体供給部５２から供給された液体はパターン露光部５１に供給される前に、脱気部５５を通過する。ここで、脱気部５５は、液体供給部５２から供給される液体中に含まれる泡を除去する。泡の除去は、例えば、気液分離方式、窒素溶解方式又は気液分離膜方式等の公知の方法を用いる。なお、脱気部５５は必ずしも設ける必要はないが、露光時に液体中に発生したり混入したりした泡を除去する上で設けることが好ましい。
【００７８】
液浸法による露光は、露光時に用いる液浸用の液体に多くの泡が含まれると、露光光がこれらの泡に当たって露光光が散乱される。また、泡は液体とは異なる屈性率を有するため、液体中において泡が存在する部分と存在しない部分とで光の屈折率にばらつきが生じて、パターン異常が発生する等の問題が生じる。
【００７９】
従って、露光前に液体が泡を含むか否かの検査を行ない、パターン露光部５１に供給される液体中から可能な限り泡を除去することが望ましい。但し、ここでは、液体中の泡を完全に除去することは難しいが、泡のサイズ（径）が０．１μｍ以上で且つ泡の個数が液体１００ｍｌ当たり３０個程度以下となる所定の基準を満たすことができれば、露光時に泡により生じる問題を防止することができる。
【００８０】
そこで、第２の実施形態においては、脱気部５５における流入口と排出口とにそれぞれ第３モニタＭ３及び第４モニタＭ４を設けておき、液体がパターン露光部５１に供給される前に、制御部５６により第３モニタＭ３を介して泡の個数を例えばレーザスキャン法等を用いて測定する。ここでは、泡のサイズ及び量が前述した所定の基準を満たさない場合にのみ、脱気部５５において該所定の基準を満たすように液体の脱気を行なう。
【００８１】
その後、パターン露光部５１に液浸用の液体を供給する前に、再度第４モニタＭ４を介して、例えばレーザスキャン法等を用いて、泡のサイズ及び個数等の泡の状態を測定する。その結果、所定の基準の範囲内であればパターン露光部５１に液体を供給し、該所定の基準の範囲内でない場合には、液体を再度脱気部５５に通して泡の除去を行なう。なお、第３モニタＭ３及び第４モニタＭ４による測定結果と、液体の流出量及び流出方向の制御とは、制御部５６からの制御信号により一括して管理される。
【００８２】
（３）パターン露光部５１から液体リサイクル部５４に至る動作
図５に示すように、パターン露光部５１において、必要な場合には脱気部５５で脱気された液浸用の液体を用いてパターン露光を行なう。
【００８３】
パターン露光後には、液体に含まれる不純物の量に応じて、液体の一部は第１の排出口５７から排出され、残部は液体リサイクル部５４に回収される。具体的には、パターン露光部５１の排出口に設けられた第５モニタＭ５を介して露光後の液体に含まれる不純物の量を確認し、不純物の量が所定値を超える場合は第１の排出口５７から排出し、所定値を超えない部分は液体リサイクル部５４に移送する。制御部５６は、第５モニタＭ５により得られた不純物の量に関する情報を管理し、第１の排出口５７から排出する液体の量を制御する。ここで、露光後の液体に含まれる不純物の量が所定値よりも少ない場合は、液体は第１の排出口５７から排出されることなく液体リサイクル部５４に回収される。
【００８４】
なお、浸漬露光の方式は、水滴法でも液溜法でもいずれでもよい。また、液溜法を用いる場合であっても、複数枚のウェハの露光後にバスに溜めた液体を液体リサイクル部５４に一括して回収する方法以外にも、露光中にバスに溜めた液体をパターン露光部５１、液体リサイクル部５４及び液体供給部５２を常時循環させる方法を用いることができる。
【００８５】
次に、液体リサイクル部５４の動作について説明する。
【００８６】
図６（ｂ）に示すように、液体リサイクル部５４に回収された液浸用の液体は、まず不純物除去部５４１において液体中に含まれる不純物が除去される。具体的には、回収された液体から、露光装置内の微量なごみであるパーティクル、露光時にレジスト膜から発生して溶け込んだアウトガス、レジスト膜から溶け出したクエンチャー等の塩基成分、さらには例えばアミン類等の流出物及び酸発生剤からの酸等の低分子量ポリマー等を除去する。
【００８７】
不純物の除去には、パーティクルに対しては例えば目のサイズが０．１μｍ程度のフィルタを用いればよい。また、レジスト膜やアウトガスによる混入物に対しては、ケミカルフィルタを用いるか、又は例えばシリカゲルのようなカラムクロマトグラフィと活性炭等とを組み合わせて用いればよい。
【００８８】
その後、不純物が除去された液体の一部は液体検査部５４２を経ることにより、液体に当初と同程度の純度が得られているか否かを検査する。
【００８９】
具体的には、液浸用の液体に含まれるパーティクルの量、他の不純物の量、液体の温度、液体が持つ電気抵抗率及び屈折率等を検査し、供給口５８から供給された新たな液体が有する各数値と比較する。例えば、パーティクルの量であれば、パーティクルカウンタを用いてサイズが０．１μｍ以上のパーティクルが１００ｍｌ当たり３０個以下になっていることを確認する。また、レジスト膜からの不純物の量であれば、イオンクロマトグラフィにより測定し、アミンが１μｇ／ｍ3 以下となっていることを確認する。液体の温度であれば、室温（１５℃〜３５℃、例えば２３℃）と同程度に、例えば室温±０．０１℃になっていることを確認する。液体の導電率に関しては、導電率計で測定し、液体の導電率が０．０６μＳ／ｃｍ以下となっていることを確認する。
【００９０】
不純物除去部５４１と第２の排出口５９との間には、第６モニタＭ６と第７モニタＭ７とが設けられており、露光に用いた液体を検査した結果、該液体の純度が十分に回復されておらず、不純物除去部５４１を再度通しても純度が所定値にまで回復しないとことが、第６モニタＭ６を介して判定された場合には、純度が回復しないと判定された液体は第２の排出口５９から排出される。
【００９１】
これとは逆に、第６モニタＭ６を介して再利用が可能と判定された場合には、液体は再度、第７モニタＭ７を介して、新たな液体と同程度の純度を得られているか否かが確認される。このとき、液体の純度が不十分であると判定された場合には、液体を再度不純物除去部５４１に戻し、該不純物除去部５４１で不純物の除去を行なう。なお、制御部５６は、第６モニタＭ６及び第７モニタＭ７からの不純物の検査情報を受け、第２の排出口５９から排出する液量、不純物除去部５４１に戻す液量及び液体供給部５２に送る液量等を制御する。
【００９２】
その後、不純物除去部５４１と液体検査部５４２との循環サイクルを通り、新たな液体と同程度の純度を得られていることが確認された後に、純度が確認された液体は液体リサイクル部５４から液体供給部５２に移送される。
【００９３】
（４）液体リサイクル部５４から液体供給部５２に至る動作
図５に示すように、液体リサイクル部５４から液体供給部５２に移送された液浸用の液体は、液体リサイクル部５４と液体供給部５２との間に設けられた第８モニタＭ８を介して液量が確認される。液体リサイクル部５４から液体供給部５２に移送される液量の情報は、制御部５６で管理され、再利用される液量に応じて、供給口５８から新たに供給する液量が決定される。その後は、図６（ａ）により説明したように、制御部５６により、新たに供給される液量と液体リサイクル部５４から供給される液量と、さらには屈折率等を調節するための添加剤の量とが決定され、パターン露光部５１へ供給するのに必要な液量と液質とが制御される。
【００９４】
以上説明したように、第２の実施形態によると、パターン露光部５１に対して液浸用の液体が流通可能に接続されており、露光に用いられた液体を回収し、回収した液体に含まれる不純物を除去可能な液体リサイクル部５４は、パターン露光部５１に液浸用の液体を供給する液体供給部５２に対しても流通可能に接続されている。これにより、一旦露光に供された液浸用の液体を液体供給部５２に移送することができ、該液体を再利用することができるため、液体を用いた半導体製造装置におけるコストの増大を抑制することができる。
【００９５】
その上、再利用される液浸用の液体は、液体リサイクル部５４を構成する不純物除去部５４１によって新たな液体とほぼ同等の純度に回復するため、再利用される液体を用いて露光を行なったとしても、レジスト膜のパターン形成を良好に行なうことができる。
【００９６】
なお、第２の実施形態においては、液浸用の液体をウェハ上に配する方法は、水滴法か液溜法かは問われない。
【００９７】
また、第２の実施形態に係る半導体製造装置には、第１モニタＭ１から第８モニタＭ８まで８つのモニタを設けているが、必ずしも８つのモニタのすべてを設ける必要はなく、適宜選択して設けてもよい。
【００９８】
また、露光用の光源には、Ｆ2 レーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光、Ｘｅ2 エキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光、ＫｒＡｒレーザ光又はＡｒ2 レーザ光等を適宜用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、液浸リソグラフィ法による良好な形状を持つ微細パターンを低コストで実現できるという効果を有し、半導体装置の製造プロセス等において用いられる半導体製造装置及びそれを用いたパターン形成方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係る液浸リソグラフィによるパターン形成方法を行なう半導体製造装置を示し、（ａ）は半導体製造装置の要部を示す模式的な構成断面図であり、（ｂ）は半導体製造装置における液体リサイクル部を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施形態の一変形例に係る半導体製造装置の要部を示す模式的な構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の１度目の露光工程含む各工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法の２度目の露光工程を含む各工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る液浸リソグラフィに用いる半導体製造装置を示すブロック構成図である。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の液体供給部を示すブロック図である。（ｂ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体製造装置の液体リサイクル部を示すブロック図である。
【図７】（ａ）は従来の水滴法による液浸リソグラフィに用いる半導体製造装置の要部を示す構成断面図である。（ｂ）は従来の滴溜法による液浸リソグラフィに用いる半導体製造装置の要部を示す構成断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１０    チャンバ
２０    ウェハ
２１    レジスト膜
２１ａ  レジストパターン
２２    マスク
２３    液体
２３Ａ  液体（１度目）
２３Ｂ  液体（２度目）
３０    露光部
３１    ウェハステージ
３２    定盤
３３    照明系
３４    投影レンズ
４０    液体リサイクル部
４１    液体供給部
４２    液体排出部
４３    不純物除去部
４３１  メカニカルフィルタ（不純物除去手段）
４３２  ケミカルフィルタ（不純物除去手段）
５１    パターン露光部
５２    液体供給部
５２１  液体混合部
５２２  添加部
５４    液体リサイクル部
５４１  不純物除去部
５４２  液体検査部
５５    脱気部
５６    制御部
５７    第１の排出口
５８    供給口
５９    第２の排出口
Ｍ１    第１モニタ
Ｍ２    第２モニタ
Ｍ３    第３モニタ
Ｍ４    第４モニタ
Ｍ５    第５モニタ
Ｍ６    第６モニタ
Ｍ７    第７モニタ
Ｍ８    第８モニタ
【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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