(57)【要約】【課題】液浸露光においてフォトレジスト中から液浸液へ溶出する不純物分析と液浸液の液中パーティクルの測定により液浸液の管理を行うことで液浸液中レジストパターンの形状劣化、パターン欠陥、露光装置の光学系表面の不純物付着を防止すること。【解決手段】本発明は、投影光学系１と露光対象基板であるウェハ２との間に液侵液５を満たした状態で露光を行う液侵露光装置１００において、液侵液５を投影光学系１とウェハ２との間に供給する配管４と、液侵液５を投影光学系１とウェハ２との間から回収する配管９と、配管９を介して回収された液侵液５に含まれる不純物を計数する分析器１７とを備えているものである。【選択図】図１
2007221015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光レンズと露光対象基板との間に液侵液を満たした状態で露光を行う液侵露光装置において、
前記液侵液を前記露光レンズと前記露光対象基板との間に供給する供給管と、
前記液侵液を前記露光レンズと前記露光対象基板との間から回収する回収管と、
前記回収管を介して回収された前記液侵液に含まれる不純物を計数する不純物検出手段と
を備えることを特徴とする液侵露光装置。
【請求項２】
露光レンズと露光対象基板との間に液侵液を満たした状態で露光を行う液侵露光装置において、
前記液侵液を前記露光レンズと前記露光対象基板との間に供給する供給管と、
前記液侵液を前記露光レンズと前記露光対象基板との間から回収する回収管と、
前記供給管を介して供給される前記液侵液に含まれる不純物を計数する不純物検出手段と
を備えることを特徴とする液侵露光装置。
【請求項３】
前記供給管から分岐して前記不純物検出手段へ供給前の前記液侵液を送る分岐管を備えており、
前記不純物検出手段は、前記分岐管から送られる供給前の前記液侵液に含まれる不純物の検出値と、前記回収管を介して回収された前記液侵液に含まれる不純物の検出値との比較に基づき検出結果を出力する
ことを特徴とする請求項１記載の液侵露光装置。
【請求項４】
前記不純物検出手段は、前記液侵液に含まれる不純物の検出値が所定の値より低い場合、前記液侵液を濃縮して再度検出を実行する
ことを特徴とする請求項１または２記載の液侵露光装置。
【請求項５】
前記分岐管の内部を洗浄する洗浄手段を備えている
ことを特徴とする請求項３記載の液侵露光装置。
【請求項６】
前記不純物検出手段による不純物の検出値が所定の値より高い場合、前記液侵液を前記露光対象基板側へ供給する前に排出するドレイン管を備えている
ことを特徴とする請求項２記載の液侵露光装置。
【請求項７】
前記不純物検出手段による不純物の検出値が所定の値より高い場合、警報を出力する異常通報手段を備えている
ことを特徴とする請求項１または２記載の液侵露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光レンズと露光対象基板（例えば、ウェハ）との間に液侵液を満たした状態で露光を行う液侵露光装置に関し、特に露光後に回収した液侵液や供給前の液侵液に含まれる不純物を検出する手段を備えた液侵露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリや論理回路などの半導体素子、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などの撮像素子といった各種デバイスを製造する際に、フォトリソグラフィ技術を用いてマスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等の基板へ転写する縮小投影型露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
この露光装置で転写できる最小のパターン寸法（解像度：Resolution）は、
Resolution＝k1・λ/NA＝k1・λ/n・sinθ  …（１式）
で表される。ここで、k1はプロセスファクタ、λは露光波長、NAは、Numerical Aperture（投影光学系の開口数）、nは縮小投影光学系とウェハ間の媒質の屈折率、sinθは、ウェハ面の入射角である。
【０００４】
上記（１式）から判るように、解像度はプロセスファクタと露光光波長とに比例し、投影光学系の開口数（NA）に反比例する。すなわち、高解像度を実現するためには露光光波長を短波長化するか、もしくはNAの大きな投影光学系を使用することが必要となる。
【０００５】
露光における解像力向上の歴史はまさにこれに倣った形で展開されており、露光光の短波長化はg線(436nm)からi線(365nm)、KrFレーザ(248nm)、ArFレーザ(193nm)へと推移し、今後は次の光源としてF2レーザ(157nm)、あるいはEUV(13.5nm)の実現へ向けて開発が進められている。また、これと並行して投影光学系の高NA化も加速的に進み、現在では0.9を超えるNAを有したArF露光装置が開発され販売へと至っている。
【０００６】
しかし、ArFレーザ以降の短波長化において真空紫外領域におけるF2レーザを用いたリソグラフィ技術には、光学系硝材（CaF2）の品質と高価格、レジスト材料の吸収、ペリクル材料の問題と量産に適用可能なレベルに至っていない。またEUVリソグラフィにおいてEUV光源の照度パワーと耐久性、反射光学系の加工精度、レチクルの作成等のいろいろな問題を有しており、未だ研究段階である。
【０００７】
このような微細化の流れを停滞させることなく継続していくひとつの手段として、ArFレーザを用いた液浸露光の適用が注目されている(例えば、特許文献１、２参照。)。液浸露光とは、投影光学系とウェハ基板の間を屈折率１以上の液体で充填する露光方法である。つまり、NA＝n・sinθであり、上記（１式）で述べると従来投影光学系とウェハの媒質は空気であるため、その屈折率が１となりNAを１以上大きくすることはできなかった。
【０００８】
更なる高NA化を実現するには、投影光学系とウェハ間の媒質の屈折率nを１以上の材料を使用することが提案されている。これにより実質の投影光学系の開口数NAを１以上にすることが可能となり更なる高解像度化を達成できる。
【０００９】
また、液侵露光ではArFレーザを用いるためArFリソグラフィ技術の延長上にあることから、光学系硝材、レジスト材料、ペリクルを含むレチクル周辺技術の延命が期待でき、これによって開発期間の短縮とコストを大幅削減とを実現できる。これは半導体製造のために大幅な施設変更をすることなく次世代LSIへの対応が可能であるという、トータルコストメリットも大きな魅力のひとつでもある。
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１６８８６６号公報
【特許文献２】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】
【００１１】
ここで、フォトレジストは主に高分子有機化合物、光化学反応を起こすPhoto Acid Generator(PAG)、現像後の形状を制御するクエンチャから構成されている。そして現在このArF液浸露光の液浸液として水（n＝1.43）が注目をされており、水を利用したArF液浸露光技術の研究開発が進められている。この情勢下、液浸露光方法における水とフォトレジスト材料の相互作用が明らかになってきた。
【００１２】
例えば、フォトレジスト中の組成物のPAGであるt-butyl iodonium perfluorobutane sulfonate、tri-phenylsulfonium perfluorobutansufonate、溶解阻害剤、光分解副生成物であるIodebenzene、2-buthene、t-butylbenzeneが液浸液の水へ溶出していることがW.Hinsbergらによって報告されている（W. Hinsberg, et at., “Liquid Immersion Lithography ≡ Evaluation of Resist Issues,” Proc. SPIE, 5376, 21 (2004). ）。これらの溶出物は、光学系の硝材面に到達したとき、露光光により更に分解・光重合することで硝材表面へ極微量に付着することがある。このような付着の繰り返しは、光学系のコンタミネーションとなり、照度劣化や均一性低下引き起こす。
【００１３】
また、PAGは、露光装置から照射されたエキシマレーザ光によって光分解反応を起こし、酸を発生する。この酸は、触媒として作用しレジストの高分子有機化合物の管能基を反応しアルカリ現像液に可溶となる。しかし、液浸露光リソグラフィにおいて露光中レジスト表面は、水溶液と接しておりレジスト表面に発生した酸触媒は、レジストに管能基と反応する前に水溶液中に溶出し触媒としての機能を失活し、レジスト形状がT-Top状に形成される。
【００１４】
さらに、このようなフォトレジスト成分の液浸液への溶出は、液浸液である水の屈折率を変化させ、解像性能の低下、焦点位置変動によるパターン形状劣化、縮小投影倍率の変化による重ね合わせ精度低下も引き起こす。
【００１５】
次に、クエンチャ材料の代表例として、ジエチルアミン（溶解度 易溶）トリエチルアミン（溶解度：18.7℃以下では水に可溶、18.7℃以上では微溶）、ジプロピルアミン（溶解度：水に易溶）、トリプロピルアミン（水溶性：330ppm）、ジブチルアミン（溶解度：不溶）、トリブチルアミン（溶解度：不溶）が挙げられる。
【００１６】
クエンチャは、上述の発生する酸触媒の濃度を制御し、フォトレジスト形状の改善を行うことを目的に添加されているが、クエンチャの一部には水溶性の材料があり、液浸露光においてフォトレジスト表面のクエンチャ量が、液浸液への溶出により変化することがある。このクエンチャ量の変化もレジスト形状悪化の要因となる。
【００１７】
ここで、フォトレジストから液浸液の溶出は、フォトレジストと液浸液の接触時間、露光量による酸触媒の濃度、レチクルの開口面積、レジスト組成物の水溶液への溶解度等さまざまな因子によって左右される。つまり、さまざまなパラメータにより液浸液中の不純物濃度は変化するので、固定された条件で評価するより実際の半導体製造条件で不純物を分析する手法が望ましい。
【００１８】
次に、供給する液浸液に関して述べると露光時液浸液中にマイクロバブルやパーティクルが存在した場合、気泡による露光光の散乱やパーティクルによる遮光のため、レチクル上のパターンを忠実にフォトレジストへ転写することができない。このようにして生じたパターン欠陥は、半導体装置の歩留まりを著しく低下させる。さらにパターン欠陥へ至らなくとも微細エリアの露光量変化により線幅が太くなり、高機能を発揮するために厳しい線幅管理を要求される半導体装置の製造に不適である。
【００１９】
以上述べてきたように液浸液に溶出した不純物やマイクロバブルを含む液中パーティクルは、半導体装置製造上のレジスト形状、露光安定性、パターン欠陥、線幅安定性に大きく影響する。さらに、ウェハへの露光エネルギに応じて光分解副生成物の発生量が異なるので露光時の液浸液中の不純物を定量的にモニタすることが切望されている。従来この溶出した液浸液中の不純物や液浸液のパーティクルをin situ（製造工程内）で管理できることができず、迅速なパーティクル管理が行えないという問題が生じている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、露光レンズと露光対象基板との間に液侵液を満たした状態で露光を行う液侵露光装置において、液侵液を露光レンズと露光対象基板との間に供給する供給管と、液侵液を露光レンズと露光対象基板との間から回収する回収管と、回収管を介して回収された液侵液に含まれる不純物を計数する不純物検出手段とを備えているものである。
【００２１】
このような本発明では、露光後に回収された液侵液に含まれる不純物を不純物検出手段によって計数するため、露光で使用された液侵液のパーティクル管理を迅速に行うことができるようになる。
【００２２】
ここで、不純物検出手段としては、Gas Chromatography Mass Spectrometry(以下「GC-MS」と略す。)、Liquid chromatography mass spectrometry(以下「LC-MS」と略す。)、Liquid chromatography mass spectrometry/mass spectrometry(以下「LC-MS/MS」と略す。)のいずれかまたは複数を使用したり、比抵抗値測定器またはphモニタを用いて液浸露光前後での液浸液の比抵抗値またはphを測定する。また、液中パーティクルカウンタを設け、供給される液浸液の液中パーティクルやマイクロバブルを測定する。
【００２３】
また、本発明は、露光レンズと露光対象基板との間に液侵液を満たした状態で露光を行う液侵露光装置において、液侵液を露光レンズと露光対象基板との間に供給する供給管と、液侵液を露光レンズと露光対象基板との間から回収する回収管と、供給管を介して供給される液侵液に含まれる不純物を計数する不純物検出手段とを備えているものである。
【００２４】
このような本発明では、液侵液を供給する前にその液侵液に含まれる不純物を不純物検出手段によって計数するため、露光を行う前に液侵液のパーティクル管理を迅速に行うことができるようになる。
【００２５】
また、液浸液中の不純物は極めて微量であり、逆浸透法を利用し不純物の濃縮を行い、再度検出を実行してもよい。液侵液中の不純物検出結果や電気伝導度、phの値が、管理値上限を超えた場合、露光装置または工場異常管理システムへ異常の信号を出力し、異常処理を行った露光対象基板を明らかにすることができる。
【００２６】
また、液侵液を供給する前に不純物検出結果が管理値上限を超えた場合には、供給前にその液侵液を排出するドレイン管を備えている。これにより、不純物を含む液侵液によって露光が行われることを未然に防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２７】
したがって、本発明によれば、液侵露光におけるプロセス中で液侵液のパーティクル管理をリアルタイムに行うことが可能となる。これによって、液侵露光における更なる露光精度の向上、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。本実施形態に係る液侵露光装置は、主として半導体装置製造の液浸露光法においてフォトレジスト中から液浸液へ溶出する不純物の分析と液浸液の液中パーティクルの測定により液浸液の管理を行うことで液浸液中レジストパターンの形状劣化、パターン欠陥、露光装置の光学系表面の不純物付着を防止することを目的としている。
【００２９】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る液侵露光装置の模式構成図である。本実施形態に係る液侵露光装置１００の主な構成は、ウェハ２を露光の機能を有する投影光学系１、ウェハ２を支持するウェハチャック３、液浸液５を供給する配管４およびポンプ８、供給の制御を行うバルブ７、液浸液５の回収を行う配管９およびポンプ１０、回収の制御を行うバルブ１２、液侵液５の不純物を検出する分析器１７、露光部側から分析器１７へ液浸液５を送出する配管およびその制御のバルブ１３、露光部と分析器１７との間の配管を洗浄する清浄な液浸液バイパス管６である。
【００３０】
ここで、分析器１７としては、GC-MS、LC-MS、LC-MS/MSのうちいずれかまたは複数を使用する。さらに、分析器１７からの分析結果は、信号線１８を通して露光装置制御用のコンピュータ（図示せず）または工場内集中管理システムに送られる。この結果で液浸露光が正常に作業されたか判断することができる。
【００３１】
＜プロセスの説明＞
液侵露光装置１００は、投影光学系１を通してレチクルパターンをウェハ２上のレジストへ転写する。まず、フォトレジストを塗布されたウェハ２がウェハチャック３へロードされ、続いて液浸液供給のためのバルブ７が開き、ポンプ８が稼動する。液浸液５は、配管４を通して液浸液供給口から、ウェハ２上へ供給される。液浸液５が投影光学系１とウェハ２との間に十分満たされた後に露光準備が完了する。
【００３２】
次に、エキシマレーザが発振し、露光が開始され、レチクルパターンを透過した光が投影光学系１を通し、液浸液５を通過する。そして最終的にウェハ２上のフォトレジスト（図示せず）へマスクパターンが転写される。
【００３３】
このマスクパターンの転写は、逐次ステージを移動させながらウェハ２全面に露光動作が成される。この間、ステージの移動に対応しながら液浸液は、液浸液供給口から供給され、回収用のポンプ１１により液浸液回収口から配管９を介して回収される。回収された液浸液５は、分析器１７へ送液を制御するバルブ１２を経て露光後の液浸液排出管１５から排出される。
【００３４】
この時、回収用のポンプ１１の後に分岐するする配管を接続し、分析器１７で直接分析できるようにする。加えて液浸液５中の不純物濃度が低い場合には、必要に応じて、逆浸透法によって液浸液５を濃縮し、検出感度を上げることができるようになっている（図示せず）。
【００３５】
つまり、コンピュータから分析するコマンドが出力されるとバルブ１２、バルブ１３、バルブ１４が開き、回収した液浸液５を分析器１７に送出する。分析器１７は、回収された液浸液５に対して所定の操作を経て、自動的に分析を開始し、その分析結果を事前に設定された不純物濃度と比較し、判定を行う。
【００３６】
この分析値の判定は、信号線１８を通して露光装置制御用のコンピュータまたは半導体製造ラインの監視モニタへ伝送される。分析結果が不適である場合に、露光装置本体または監視モニタに直ちにエラーを発報し、管理者へ警報が届く仕組みになっている。
【００３７】
この回収した液浸液５を分析するタイミングは、任意の時間、またはウェハ２への照射露光エネルギ、ウェハチャック３のスピード等、各種の条件によりコンピュータで設定することができる。
【００３８】
この分析においてバルブ１３からバルブ１４の間は、前回測定の回収液浸液が残存している。よってウェハ２へ液浸液５を供給するポンプ８以前の液浸液配管から清浄な液浸液５を分析器１７と露光部との間の接続管へ送り配管内を洗浄するため、液侵液バイパス管６が設置されている。
【００３９】
液侵液バイパス配管６にはこのバルブ１３からバルブ１４へ液浸液を供給するためのポンプ１０があり、分析が完了した後、バルブ１４によって液侵液５が分析器１７と露光部間とを間の洗浄液排出管１６へ流れるように働き、ポンプ１０を稼動させることで配管内を洗浄することができる。また分析前このバルブ１４は、回収液浸液が速やかに分析器１７まで送出されるように動作させることも可能である。
【００４０】
＜第１実施形態の効果＞
上述のようにして液浸液５中の不純物をin-situ（製造工程内）でモニタすることにより、実際の露光で使用した液浸液５中のPAG、クエンチャ等の濃度を定量的に把握することでフォトレジスト形状の劣化を防ぎ半導体装置の歩留まり低下を未然に防止することができる。また、投影光学系１の硝材表面の不純物付着を最小限に抑えることが可能となり、装置維持管理費用を削減することができ、これによって製品コスト上昇を抑制できる。
【００４１】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態に係る液侵露光装置の模式構成図である。この液侵露光装置１００は、液侵液５の不純物を分析する手段として電気伝導度またはph計を用いている点に特徴がある。ここで、露光部、液浸液供給管および回収管の基本構成は、第１実施形態と同様である。
【００４２】
第２実施形態に係る液侵露光装置１００では、液浸液５の電気伝導度計にて液浸液５の電気伝導度を測定するため、測定場所を専用に設けている。詳細な構成は、液浸液供給側の配管に電動度測定のサンプリング管１９、そのサンプリング管１９内の電気伝導度またはphを測定する電極２０、供給側の電気伝導度またはphの計測値を測定器本体２５へ伝送するケーブル２１があり、液浸液回収側にも同様な電気伝導度測定用のサンプリング管２２、そのサンプリング管２２内に電気伝導度またはphを測定する電極２３、回収側の電気伝導度またはph計測値を測定器本体２５へ伝送するケーブル２４が設置されている。電気伝導度またはphの測定器本体２５には、測定結果を露光装置または監視モニタへ伝送するケーブル２６が設置されている。
【００４３】
＜プロセスの説明＞
第１実施形態と同様に液浸露光法においてポンプ８で液浸液をウェハ２上へ供給する。引き続き露光に用いられた液浸液５は、ウェハ２上の液浸液回収用の配管９から回収される。この回収された液浸液５の電気伝導度またはphは、液浸液５のサンプリング管２２に設置された電気伝導度計またはph測定用の電極２３によって測定される。
【００４４】
その測定値は、ケーブル２４を経て電気伝導度計またはphの測定器本体２５に表示される。この値は、測定値を伝送するケーブル２６を通して露光装置本体や監視モニタへ伝送される。この電気伝導度またはph値は、第１実施形態と同様に所定の管理値と比較することで適正な電気伝導度またはphの液浸液で露光されたかを判定することができる。
【００４５】
次に、電気伝導度やphは、電極間の校正が必要である。この方法として液浸液供給側のバルブ７を閉じ、液浸液回収側のバルブ１２を閉め、バルブ２７を開くことで清浄な液浸液５を回収側の電極２３に導くことができる。
【００４６】
このときに供給側ポンプ８を動作させて供給側の電極２０と回収側の電極２３の測定を同時に行うことで電極間の測定値を比較することができる。この値の差が電極間の固体差を示し、この校正値は、測定器本体２５のメモリへ保存される。そして上述の液浸液の測定時この値を校正して表示することでより高精度な液浸液の電気伝導度またはph値を測定することが可能となる。
【００４７】
＜第２実施形態の効果＞
上述のようにして液浸液５中の電気伝導度またはph値をin-situ（製造工程内）でモニタすることにより、実際の露光で使用した液浸液５中のPAG、クエンチャ等の溶出による電気伝導度の濃度を定量的に把握することでレジスト形状の劣化を防ぎ半導体装置の歩留まり低下を未然に防止することができる。また、投影光学系の硝材表面の不純物付着を最小限に抑えることが可能となり、装置維持管理費用を削減することができ、これによって製品コスト上昇を抑制できる。
【００４８】
＜第３実施形態＞
図３は、第３実施形態に係る液侵露光装置の模式構成図である。第３実施形態では、ウェハ２へ供給する液侵液５内に含まれるパーティクルを検出し、異常がある場合にはウェハ２へ供給される前に排出して、常に綺麗な液侵液５のみを供給する点に特徴がある。なお、以下の説明ではパーティクルを検出する例を示すが、同じ構成で液侵液５中のマイクロバルブを検出することも可能である。
【００４９】
このウェハ２へ供給する液浸液５の液中パーティクルを検出するための装置の構成は、液浸液５をバッファータンク３６へ供給するためのポンプ２９、液中パーティクルを検出するためのセル３０、液中パーティクル検出の光源３１、液中パーティクルの検出器３２、液中パーティクルの検出信号を伝送する信号線３３、液中パーティクルの検出結果の異常時に液浸液を排出するための電磁弁３４とその動作のための信号線３５、清浄な液浸液５を蓄積するバッファータンク３６、パーティクル異常がある液浸液５の排出管３７から構成されている。
【００５０】
＜プロセスの説明＞
液浸液５は、ポンプ２９を稼動させて液浸液バッファータンク３６へ給される。この配管の途中に液中パーティクル測定用のセル３０が設置されており、このセル３０へ液中パーティクル測定するための光源３１から光が照射されている。液浸液５中に異物等の混入があった場合、異物からの散乱光が発生する。この散乱光を液中パーティクルの検出器３２で測定する。
【００５１】
この測定信号は、信号線３３を通して露光装置制御用のコンピュータまたは監視モニタへ伝送される。この液中パーティクルの信号に異常にあった場合、露光装置制御用のコンピュータから信号線２５を通して電磁弁３４を動作させてパーティクルの多い液浸液５を排出管３７へ流し出す。つまり、パーティクル異常のあった液侵液５は排出管３７より排出されるため、電磁弁３４より後段にある液侵液バッファータンク３６には、清浄な液浸液５のみが貯蔵されることになる。
【００５２】
液浸露光法の露光動作においては、液浸液５の供給が停止してしまうとその露光中のウェハ２についてフォトレジストを剥離し、再度露光しなければならないため、作業性が著しく低下する。このため液侵液バッファータンク３６にはウェハ１枚以上を露光できる清浄な液浸液５を貯蔵している。これ以降のプロセスは、第１実施形態で説明したものと同じ動作で液浸液５がウェハ２へ供給される。
【００５３】
＜第３実施形態の効果＞
この液浸液５の液中パーティクルの管理によって液浸液５中の異物によるパターン欠陥の発生を抑え半導体装置の歩留まり低下を防止できる。さらに、液浸液バッファータンク３６を設けることで従来の作業効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】第１実施形態に係る液侵露光装置を説明する模式構成図である。
【図２】第２実施形態に係る液侵露光装置を説明する模式構成図である。
【図３】第３実施形態に係る液侵露光装置を説明する模式構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…投影光学系、２…ウェハ、３…ウェハチャック、４…配管、５…液侵液、１７…分析器、２５…測定器本体、３２…検出器、１００…液侵露光装置
【図１】
2007221015.tif 000003
【図２】
2007221015.tif 000004
【図３】
2007221015.tif 000005