JP2009512227A - 超純水を製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】本発明は、超純水を製造するため、特に、液浸リソグラフィ法にて使用されるシステム及び方法に関する。本発明の１つの実施の形態において、液浸リソグラフィ装置にて使用される超純水を均一に提供することのできる自己密閉型のユースポイントキャビネットが提供される。本発明は、また、液浸リソグラフィ装置に対して所定の屈折率を有する材料を提供するシステム及び方法にも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超純水を製造する方法及び装置に関する。特に、本発明は、液浸リソグラフィ法にて使用される超純水の製造に関する。更に、本発明は、液浸リソグラフィ装置にて使用される超純水を均一に提供することのできる自己密閉型のユースポイント（ｐｏｉｎｔ−ｏｆ−ｕｓｅ：材料を実際に使用する場所）キャビネット内にて超純水を製造することに関する。本発明は、また、液浸リソグラフィ装置に関して所定の特定の屈折率を有する材料を提供するシステム及び方法にも関する。

半導体デバイスは、より多数の構成要素を含めることにより不断に益々複雑化している。この増大した複雑さを許容する１つの重要な因子は、より小さい造作部を印刷することのできる能力が得られる、フォトリソグラフィが改良されたことである。半導体デバイスの主たる製造技術である光学リソグラフィは、数年に亙り多数の物理的障壁に近づいていた。実際上、１９８０年代中頃より、僅か数年にて有用な製造技術として光学リソグラフィは終焉するであろうと予想されていた。しかし、光学リソグラフィが限界に近づくと必ず、この技術の有効寿命を引き延ばす新たな技術が開発された。現在、液浸リソグラフィ技術の使用は、光学リソグラフィの有用性を更に引き延ばす重要な可能性をもたらしている。

光学リソグラフィ技術は、マスクを通じて照射し且つ半導体ウェハ上に被覆された感光性材料を露光して、例えば、トランジスタ接点のような特定の所望の層を形成する光ビームを必要とする。露光及びＩＣ層の全体を形成した後、そのとき、感光性材料の可溶性となっている部分は、例えば、洗浄して除去し、ＩＣ層の陰像が後に残るようにする。次に、イオン注入又は堆積のような更なる処理を実行し、次に、残るフォトレジスト層を除去する。上述したように、光学システムの限界は、永年にわたり有用性の限界に近づいている。特に、光学リソグラフィシステムは、分解能の限界を有する、すなわち、レイリーの方程式により決定されるように実現可能である造作部の最小寸法を有する。
Ｗ＝ｋｌλ／ＮＡ
ここで、ｋｌは、分解能因数、λは、露光放射線の波長、ＮＡは、開口数である。線幅の縮小と共に、露光波長も縮小する。

例えば、１９８０年代からの現在の半導体デバイスは、水銀灯のＧ線出力（λ＝４３６ｎｍ）を使用して得ることのできる１．２μｍ又はそれ以上の線幅を有する。０．８μｍの線幅に対し、水銀灯のＩ線出力発生（λ＝３６５ｎｍ）のものが登場した。線幅が３５０ｎｍまで減少すると、フッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）の露光源が採用され、１３０ｎｍ線幅を発生させることを通じて続けて使用された。より最近、９０ｎｍ線幅は、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）の登場を必要としている。更により小さい線幅に対し、フッ素（Ｆ２）エキシマレーザ（λ＝１５７ｎｍ）を使用することが可能であるが、多数の技術的課題を克服しなければならない。例えば、１９３ｎｍ未満の波長は、一般に溶融石英であるレンズの材料によって吸収されるため、光学露光システムを全反射型光学素子に交換することが必要となろう。全反射レンズ露光システムは、新たな装置にて顕著なコスト、及び解決すべき新たな技術的課題をもたらすことを意味する。

露光波長は減少しているが、レンズの設計の改良は、露光システムのレンズに対するＮＡを増大させている。１９８０年中頃には、例えば、約０．４のＮＡ値が典型的であったが、より最近、０．８以上のＮＡ値を実現することができる。レンズとウェハとの間の媒質として空気を使用するとき、ＮＡの物理的限界値は１である一方、実用的な限界値は０．９に近い。

レイリーの方程式の第三の要素であるｋｌは、フォトレジストの品質、軸外れ照射、分解能の増強及び光学的近接性の補正を含む幾つかの可変値の複合的因子である。ｋｌ因子は、実用的な下方限界値は約０．２５と考えられるが、システムの改良に伴い低下する一方である。

上記の限界値を用いて、１９３ｎｍ露光システム用の分解能の限界値は、次のようにレイリーの方程式を用いて計算することができる。
Ｗ＝（０．２５×１９３）／０．９＝５４ｎｍ
このように、極めて最適化したＡｒＦ露光システムは、６５ｎｍ線幅に対して十分であるが、予想される４５ｎｍ線幅を発生させることはできないであろう。１５７ｎｍ及びより短い波長の露光システムと関連した技術的課題は、１９３ｎｍの露光システムの有用性を拡張することを極めて望ましいものにする。

１９３ｎｍのシステムの有用な寿命を潜在的に増大させる１つの方法は、液浸リソグラフィを通じて行うものである。液浸リソグラフィは、水のような媒質の薄い層を投影レンズとウェハとの間に追加し、より狭小な線を印刷することを許容する。特に、レイリーの方程式におけるＮＡは、空気以外の媒質を使用することにより増大させることができる。上述したように、空気をレンズとウェハとの間の媒質として使用するとき、ＮＡの物理的限界値は１である。その理由は、ＮＡは、次の方程式により決まるからである。
ＮＡ＝ｎｓｉｎα＝ｄ／（２ｆ）
ここで、ｎは、レンズを取り囲む媒質の屈折率、αは、レンズの受け入れ角度である。任意の角度の正弦は、常に≦１であり、また、空気の場合、ｎ＝１であり、このため、空気利用のシステムに対する物理的限界値は１である。しかし、１以上の屈折率を有する媒質を使用することにより、ＮＡを増大させることが可能である。しかし、媒質は、屈折率が大きいことに加えて、１９３ｎｍにて低い光吸収率、フォトレジスト及びレンズの材料との適合性を示し、また、均一で且つ非汚染性でなければならない。超純水は、ｎ〜１．４７の屈折率、６ｍｍまでの作用深さまで＜５％の吸収率、フォトレジスト及びレンズとの適合性、均一で且つ非汚染性の性質を有するという、これら基準の全てに適合する。超純水を使用し且つｓｉｎαが０．９であると仮定して、１９３ｎｍ液浸リソグラフィに対する分解能の限界値は、次のようにレイリーの方程式に従って計算することができる。
Ｗ＝ｋｌλ／ｎｓｉｎα＝（０．２５×１９３）／（１．４７×．９）＝３７ｎｍ
このため、レンズと水との間の媒質として超純水を使用することは、１９３ｎｍシステムを拡張することを可能にする。水は溶融石英レンズ材料の屈折率と極めて近い屈性率を有し、このため、光は、レンズから水に進むとき、空気利用のシステムにおけるよりも、曲がる程度が小さいため、更なる有利な効果を得ることができる。このことは、より多くの光を収集するより大型のレンズを製造することでＮＡを増大させることを可能にする。

しかし、この技術が効果的であるようにするため、水の媒質は、超純水でなければならず、また、実質的に、汚染物質、粒子不純物又は溶解した気体が零であり、泡無しで且つ、温度及び厚さの均一性といった多数の基準に適合しなければならない。

特に、集積回路を製造するため、液浸リソグラフィにて使用される超純水を提供することの改良が当該技術にて依然として必要とされている。

本発明は、液浸リソグラフィにて使用するための基準に適合することのできる超純水を提供する装置及び方法を提供する。

更に、本発明は、超純水が液浸リソグラフィの基準に適合する、超純水を提供し且つ流れ制御機能を含むシステムに関する。

更に、本発明は、液浸リソグラフィ装置まで容易に搬送し得るよう、単一のキャビネット内に収容することのできる、超純水を提供するシステムに関する。

ろ過、逆浸透法、脱イオン化、脱気法及び超紫外光線への露出を含む、水を浄化するための多数の方法がある。これら方法の各々は、異なる浄化の必要性を解決する。例えば、ろ過は、微粒子物質及び汚染物を除去するため使用される。異なる粒子寸法をろ過するため異なるフィルタを使用することができ、また、粒子及び汚染物の完全な除去を保証するため浄化過程の多数の段階にて異なるフィルタを使用することができる。

拡散は、分子が高濃度の部分から低濃度の部分まで動くことである。浸透法は、水が低濃度から高濃度まで半透過性膜を通って移動する拡散過程を含む。膜は、水が通過するのは許容するが、膜の両側部にて等しい濃度となる迄、イオン及び例えば、細菌、発熱物質及び無機質固体のような大きい分子をブロックする。逆浸透法は、自然の浸透流れ、すなわち、高濃度から低濃度への流れに抗して水を動かすべく圧力を採用する。換言すれば、逆浸透法は、圧力を加え且つ、イオン及び大きい分子の通過をブロックする膜に水を強制的に通すことにより、水を浄化すべく使用することができる。逆浸透法の使用の一例は、海水を脱塩するためである。しかし、逆浸透法は、溶解した気体の大部分を除去することはできない。給水パラメータ、圧力、ｐＨ、ＬＳＩ（ラングラーの飽和指数）、膜のパラメータ、温度、ＳＤＩ（シルト密度指数）及び濁度を含む、逆浸透法の性能に影響を与えるであろう多数の因子が存在する。

脱イオンは、水をイオン交換樹脂床又はコラムに通すことにより、水からカチオン（ナトリウム（Ｎａ^＋）、カルシウム（Ｃａ^＋＋）、マグネシウム（Ｍｇ^＋＋）のような正電荷）及びアニオン（塩化物（Ｃｌ⁻）、硫化物（ＳＯ_４ ⁻）及び重炭酸塩（ＨＣＯ_３ ⁻）のような負電荷）を浄化するため使用される。カチオン樹脂は、正に帯電したイオンと交換される水素（Ｈ^＋）を保持する一方、アニオン樹脂は、負に帯電したイオンと交換される水酸化物（ＯＨ⁻）を保持している。次に、解放された水素及び水酸化物は組み合わさって、水分子を形成する。脱イオン化は、反応が独立的で且つ、全体的として不完全である、分離床にて、又は反応が同時的で且つ、製造された水が実質的にイオンを含まない混合床にて、実行することができる。脱イオン化は、溶解固体及び気体のイオンを除去するのに良好に作用する。

水から気体を除去するため、脱気技術が使用される。液相及び気相を直接接触させるため、微細孔の中空繊維膜のような、膜接点が使用される。これらの膜は、疎水性であり、このため、水は孔を通って流れない。作動時、水は、膜の外側を流れ、気体は、中空繊維の内側を流れ、その後、除去することができる。脱気法は、酸素及び二酸化炭素のような気体を除去するのに良好に作用する。

水は、また、紫外光線に露出させることによっても浄化される。かかる露出は、極めて効果的な酸化剤であるオゾンを発生させる。オゾンは、藻、ウイルス及び細菌を死滅させるため使用することができ、無害な副産物を発生させる。更に、オゾンは、その他の化学物質を破壊し、また、溶解固体物を懸濁させ且つろ過によって容易に除去することを許容する綿状体として作用する。オゾンの更なる有利な効果は、混合した塩化物及び臭素を酸化し且つ、水から除去することを許容する点である。

水を液浸リソグラフィ用の媒質として使用し得るようにするため、水は超純粋でなければならず、また、リソグラフィ装置に容易に利用可能でなければならない。特に、超純水は、液浸リソグラフィシステムに対して要求される性能レベルを実現し得るよう極めて厳密な許容公差仕様の範囲内になければならない。例えば、超純水は、一定の屈折率及び０．１μｍ未満の粒子濃度を有しなければならない。更に、超純水は、泡が無く、また、熱的に安定的（ΔＴ〜０．０５Ｋ）でなければならない。特定の液浸リソグラフィ法に必要とされる特定のパラメータは、過程のオペレータによって決定されよう。本発明のシステム及び方法は、かかるパラメータの全てに適合する超純水を提供することができよう。

本発明は、液浸リソグラフィ装置に対して超純水を安定的に均一に供給し且つ、均一に反復可能なリソグラフィ過程を保証するのを助ける。本発明は、液浸リソグラフィに対して必要とされるレベルの水を提供する装置及び方法を提供し、また、必要な浄化ユニットの全てを収容することのできる単一のキャビネットをも提供する。特に、本発明は、その各々が液浸リソグラフィに対して要求される超純度に適合するのに必要な異なる浄化機能を提供する幾つかの浄化ユニットの組み合わせを備えている。

例えば、本発明の１つの実施の形態が図１に示されており、ここにおいて、単一のキャビネット１００は、多数の異なる浄化ユニットを収容する。図１には、前置フィルタ１０１、逆浸透ユニット１０２、脱イオンポリシャ１０３、紫外光線ユニット１０４、二次的フィルタ１０５、脱気装置１０６及び限外フィルタ１０７が示されている。その他の要素は、貯蔵容器１１０及びポンプ１２０を含む。図１に示した実施の形態において、局所的な給水部から提供することのできる給水源は、キャビネット１００に導入され、最初に、前置フィルタ１０１によってろ過される。次に、前ろ過した水は、逆浸透ユニット１０２により処理して一部のイオン及び大きい分子を除去し、次に、液浸リソグラフィ装置によって必要とされる迄、貯蔵容器１１０に送られる。要求されたとき、貯蔵容器１１０からの水は、脱イオンポリシャ１０３に圧送されて溶解固体及び気体のイオンを除去する。次に、脱イオン化した水は、紫外光線ユニット１０４により処理してその他の不純物を除去し、また、二次的フィルタ１０５により除去することのできる溶解固形分を懸濁させる。次に、処理した水は、脱気装置１０６により脱気し、最終的に、液浸リソグラフィ装置内にて使用する準備ができた超純水としてキャビネット１００から出る前に、限外フィルタ１０７を使用してろ過される。逆浸透ユニット１０２及び貯蔵容器１１０は、また、液浸リソグラフィ装置によって要求されない場合、所定の時間後などに、必要であるならば、水をキャビネット１００から適当なドレーン箇所に排出することも可能にする。

図１に示した実施の形態は、図示した浄化ユニットの１つの形態のみであり、その他の構成を利用することができる。例えば、前ろ過又は逆浸透法は、キャビネット１００の外部にて実行し、最初に、処理した水を液浸リソグラフィ装置により要求される迄、キャビネット１００から遠方の容器内に貯蔵することができる。

図２及び図３には、本発明の異なる形態が示されている。特に、図２に示した実施の形態において、キャビネット１００から去る超純水は、最初に、液浸リソグラフィ装置３００に導入される前、リソグラフィ支持キャビネット２００を通して送られる。図３に示した実施の形態は、超純水をキャビネット１００から液浸リソグラフィ装置３００まで直接、導入する。圧力及び温度制御装置、流体の流れ制御装置、弁（手動型、締切り弁、空圧弁）、ミキサ又はブレンダ、流量絞り器、非戻り弁、流量計及びＰｈプローブのような追加的な作動制御要素を装置内に含めることもできる。

本発明の更なる特徴において、屈折率を更に変化させ且つ、特定の線幅能力を提供するため、ドーパントを超純水に追加することができる。効果的であるためには、水は、依然として、上述した基準に適合しなければならず、更に、液浸リソグラフィの基準に適合し且つ、均質な媒質を維持して均一な再現可能なリソグラフィの結果を許容するため、流量制御及び混合手段を設けなければならない。

特に、本発明は、水及び１つ又はより多くのドーパントを液浸リソグラフィ過程に供給するための装置及び方法を提供する。システムは、超純水、及び組み合わせるドーパントの各々に対する流れ制御装置を備えている。流れ制御装置は、組み合わされる流体の各々の比容積を測定し且つ制御する任意の装置又はシステムとすることができる。更に、本発明の装置及び方法は、液浸リソグラフィ装置に送り出す前、流体の完全で且つ適正な混合を保証する混合能力を含むことができる。

ドーパントは、超純水と組み合わさったとき、特定の屈折率に適合するよう選ぶことができる。ドーパントは、超純水と適合可能に且つ混合可能であり、また、上述したように、液浸リソグラフィにて使用される媒質の基準、すなわち、１９３ｎｍにて低い光吸収性、フォトレジスト及びレンズの材料との適合可能性、均一性及び非汚染性にも適合しなければならない。

図４には、超純水を含む幾つかの流体が液浸リソグラフィ装置３００に対して提供される、本発明の１つの実施の形態が示されている。特に、図４は、例えば、超純水、及びドーパントのようなその他の流体の如き、組み合わすべき流体の各々に対する流れ制御装置４００を含む。ドーパントは、それらのそれぞれの流れ制御装置４００に入る前に浄化することができる。流れ制御装置４００は、組み合わされる流体の各々の比容積を測定し且つ制御して、液浸リソグラフィ装置によって必要とされる、組み合わさった流体に対する所望の基準に適合するようにする。

図５には、液浸リソグラフィ装置３００に送り出す前、流れ制御装置４００からの流体を混合させるため、混合装置５００が含まれる、本発明の更なる実施の形態が示されている。

本発明の装置及び方法を使用することにより、液浸リソグラフィの基準を満足させる超純水を均一に製造することができる。更に、浄化ユニットの全てを使用箇所キャビネットのような単一のキャビネット内にて提供することにより、超純水を、より便宜で且つ経済的な仕方にて供給することができる。

上記の説明及び例に鑑みて、本発明のその他の実施の形態及び変更例が当業者には容易に明らかであると予想され、また、かかる実施の形態及び変更例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲に同様に含めることを意図するものである。

本発明に従った装置の１つの実施の形態を示す概略図である。 超純純水がリソグラフィ装置の支持キャビネットを通して液浸リソグラフィ装置に供給される、本発明の１つの実施の形態を示す概略図である。 超純水が液浸リソグラフィ装置に直接供給される、本発明の１つの実施の形態を示す概略図である。 超純水がその他の流体と組み合わされる、本発明の１つの実施の形態を示す概略図である。 超純水がその他の流体と組み合わされる、本発明の更なる実施の形態を示す概略図である。

Claims (22)

1. 超純水を液浸リソグラフィ装置に提供するシステムにおいて、
   給水部と流体的に連通した前置フィルタと、
   前置フィルタと流体的に連通した逆浸透ユニットと、
   逆浸透ユニットと流体的に連通した脱イオン化ユニットと、
   脱イオン化ユニットと流体的に連通した紫外光線ユニットと、
   紫外光線ユニットと流体的に連通したフィルタと、
   フィルタと流体的に連通した脱気装置と、
   脱気装置と流体的に連通した限外フィルタとを備え、
   超純水は、限外フィルタを通ってシステムを出て且つ液浸リソグラフィ装置により使用することができる、超純水を液浸リソグラフィに提供するシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、単一のキャビネット内に収容される、システム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、キャビネットはユースポイント・キャビネットである、システム。
4. 請求項１に記載のシステムにおいて、
   逆浸透ユニットと流体的に連通した貯蔵容器と、
   貯蔵容器及び脱イオン化ユニットと流体的に連通したポンプとを更に備える、システム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、単一のキャビネット内に収容される、システム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、キャビネットはユースポイント・キャビネットである、システム。
7. 請求項１に記載のシステムにおいて、脱イオン化ユニット、紫外光線ユニット、フィルタ、脱気装置及び限外フィルタは、単一のキャビネット内に収容される、システム。
8. 請求項７に記載のシステムにおいて、キャビネットはユースポイントキャビネットである、システム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、逆浸透ユニット及び限外フィルタは、システムの排液口と流体的に連通している、システム。
10. 請求項４に記載のシステムにおいて、貯蔵容器はシステムの排液口と流体的に連通している、システム。
11. 請求項１に記載のシステムにおいて、ドーパントを超純水に追加する手段を更に備える、システム。
12. 請求項１１に記載のシステムにおいて、前記手段は流れ制御装置を含む、システム。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、前記手段は混合手段を更に含む、システム。
14. 液浸リソグラフィ過程用の超純水を製造する方法において、
    給水を前置ろ過により処理して予ろ過した水を得るステップと、
    予ろ過した水を逆浸透法により処理してイオン及び大きい分子を除去するステップと、
    逆浸透過程からの水を紫外光線を使用して処理し、不純物及び懸濁した固体を除去するステップと、
    紫外光線過程からの水をろ過によって処理してろ過した水を得るステップと、
    ろ過した水を脱気によって処理するステップと、
    脱気過程からの水を限外ろ過まで処理して超純水を得るステップとを備える、液浸リソグラフィ過程用の超純水を製造する方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、
    液浸リソグラフィ過程により使用するため要求される迄、逆浸透過程からの水を貯蔵するステップを更に備える、方法。
16. 請求項１４に記載の方法において、
    ドーパントを超純水に追加するステップを更に備える、方法。
17. 特定の予め定められた屈折率を有する媒質を液浸リソグラフィ装置に提供するシステムにおいて、
    超純水の供給源と、
    少なくとも１つのドーパント材料の供給源と、
    超純水及び少なくとも１つのドーパント材料を組み合わせて媒質を得る手段とを備える、特定の予め定められた屈折率を有する媒質を液浸リソグラフィ装置に提供するシステム。
18. 請求項１７に記載のシステムにおいて、前記組み合わせ手段は、超純水及び少なくとも１つのドーパント材料の各々に対する別個の流れ制御装置を含む、システム。
19. 請求項１８に記載のシステムにおいて、前記手段は混合手段を更に含む、システム。
20. 特定の予め定められた屈折率を有する媒質を液浸リソグラフィ装置に提供する方法において、
    正確な量の超純水を提供するステップと、
    正確な量の少なくとも１つのドーパント材料を超純水に追加して媒質を得るステップとを備える、特定の予め定められた屈折率を有する媒質を液浸リソグラフィ装置に提供する方法。
21. 請求項２０に記載の方法において、前記追加するステップは、超純水及び少なくとも１つのドーパント材料の各々に対して別個の流れ制御装置を使用して実行される、方法。
22. 請求項２０に記載の方法において、
    超純水及び少なくとも１つのドーパント材料を混合するステップを更に備える、方法。

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