JPH09275054A

JPH09275054A - 半導体製造装置

Info

Publication number: JPH09275054A
Application number: JP8081299A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Murayama; 正幸村山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-04-03
Filing date: 1996-04-03
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスボンベ等のガス供給部からの半導体製造
装置にガス状不純物を含有しない高純度なガスを供給す
る。【解決手段】ガス供給源２０からの乾燥ガスを加湿し
てガス状不純物除去フィルター２１に通し、そののち必
要箇所、例えば露光装置の照明系部１２に供給する。ガ
スの加湿は、ガス供給用配管２５ａの一部を水蒸気透過
性配管２６として周囲を密閉容器２２で包囲し、ヒータ
ー２８で水を蒸発させて容器２２内を高湿度とすること
で実現する。湿度が加わることでガス状不純物除去フィ
ルター２１の性能が向上し、高純度のガスを露光装置の
照明系部に供給することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路、
液晶ディスプレイ用駆動回路等の半導体素子を製造する
半導体製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用クリーンルームでは、粒子
状汚染物質の除去のためにＨＥＰＡフィルターやＵＬＰ
Ａフィルターを用いた空気浄化システムが採用されてい
る。また、半導体製造で使用する装置、例えば紫外線
（以下、ＵＶという）や遠紫外線（以下、ＤＵＶとい
う）光源を使用する露光装置等の場合、雰囲気中にＮＨ
₄ ⁺やＳＯｘのようなガス状不純物が存在すると、それが
光化学反応によって変化して（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄のような
物質としてレンズやミラー等の硝材表面に付着し、曇り
を発生させたり透過率を減少させることがあった。

【０００３】したがって、ＵＶ光源やＤＵＶ光源を使用
する装置においては、光源からの照明光を継続的効果的
に使用するためにも、照射光の光路中を例えば窒素やヘ
リウム等のＵＶ光やＤＵＶ光に不活性かつ不純物を含ま
ないガスで置換する必要があった。このため、ＵＶ光源
やＤＵＶ光源を使用する従来の露光装置においては、光
路部を密閉型とし、その光路部に照明光に対して不活性
なガスをストレージタンクやガスボンベ等のガス供給部
より供給していた。

【０００４】また、基板にパターンを形成するホトリソ
グラフィー工程で使用されるレジストとして化学増幅型
レジストがある。化学増幅型レジストは、一般に樹脂、
感光性の酸発生剤、溶解促進剤あるいは架橋剤からな
る。そして、露光によって酸発生剤から酸が発生し、露
光後のベーク時にその酸がポジ型の場合は高分子鎖を切
断する分解促進剤の触媒として、ネガ型の場合は高分子
鎖を架橋させる架橋剤の触媒として働き、現像によって
パターンを形成するものである。溶解促進剤を用いたも
のはポジタイプのパターンを形成し、架橋剤を用いたも
のはネガタイプのパターンを形成する。ポジ型の化学増
幅型レジストの例としてはフジハント社製の「ＦＨ−Ｅ
Ｘ１」があり、ネガ型の例としてはシプレイ社製の「Ｘ
Ｐ」がある。

【０００５】この化学増幅型レジストを使用するとき、
基板雰囲気中にアンモニアやアミン類などの塩基性のガ
ス状不純物が存在すると、露光から露光後ベーク時まで
の間に、酸発生剤から発生した酸とこれらのガス状不純
物が中和反応を起こしてしまうために、感度低下を起こ
し、特にポジ型レジストの場合には表面難溶化層を形成
してパターン転写に悪影響を及ぼす等の問題を生じる。
これらのガス状不純物による悪影響を回避するために、
化学増幅型レジストが塗布された基板の、塗布もしくは
露光から露光後ベークまでの工程の雰囲気を不純物の含
有していない清浄なガスで置換することが行われてい
た。

【０００６】一方、ＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィ
ルターでは除去できない雰囲気中のガス状汚染物を除去
できるフィルターとして、ケミカルフィルターが知られ
ている。ケミカルフィルターとしては、活性炭を用いた
もの、イオン交換樹脂によるイオン交換反応を利用した
もの、活性炭繊維に薬品を添着したもの等がある。イオ
ン交換反応を利用したケミカルフィルターの例としては
荏原製作所製の「ＥＰＩＸ」があり、活性炭繊維に薬品
を添着したケミカルフィルターの例としては近藤工業製
の「ＣＬＥＡＮＳＯＲＢ」などがある。

【０００７】清浄な不活性なガスで雰囲気を置換する
際、供給ガス配管系からの不純物混入を極力回避するた
めに、内面電界研磨を施したステンレス配管を使用する
ことも行われていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ストレージタンク又は
ガスボンベから半導体製造装置中に不活性なガスを供給
する方法では、タンクローリーからストレージタンクへ
の液化ガス注入作業やガスボンベの配管接続部分の汚れ
などに起因して供給ガス中に微量のガス状不純物が混入
することがあった。ガス供給用配管は、その内壁に電界
研磨を施したとしても微小凹凸部が残るため、この凹凸
部に初期状態から不純物の含有がある場合に不純物が徐
々に染み出してくる可能性があった。また、ガス供給用
配管中にケミカルフィルターを設置しても供給ガス中の
ガス状不純物を完全に除去することは困難であった。

【０００９】これらのガス状不純物はｐｐｂオーダーの
極微量なものであるが、それが例えばＵＶ光やＤＵＶ光
が照射されることで光化学反応によって変化し、装置内
部の部材に付着して装置を汚染する。しかも、この汚染
は蓄積されるため、たとえｐｐｂオーダーの濃度であっ
てもその影響は時間とともに大きくなる。また、このガ
ス状不純物は、前述のように、化学増幅型レジストに対
して表面難溶化層を形成したり、感度低下をおこす等の
問題があった。

【００１０】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、ガス供給部からの半導体製
造装置にガス状不純物を含有しない高純度なガスを供給
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ケミカルフィルターを通
してもガス状不純物を期待したほど除去することができ
ない原因について検討したところ、ケミカルフィルター
には、湿度が極端に低いと性能が低下するという性質が
あることが見出された。図２に、薬品添着式のケミカル
フィルターを通る通気ガスの湿度とガス状不純物の除去
効率の関係の一例を示す。ここで、ガス状不純物の除去
効率とは、［｛（フィルター入口側不純物濃度−フィル
ター出口側不純物濃度）｝／（フィルター入口側不純物
濃度）］×１００（％）をいう。図２から、相対湿度が
低いと除去効率が低下することが分かる。図２は薬品添
着式のケミカルフィルターの特性図であるが、他の形式
のケミカルフィルターもほぼ類似した特性を示す。

【００１２】半導体製造装置へのガス供給は一般にガス
ボンベもしくはストレージタンクをガス供給源として行
われ、このガスボンベもしくはストレージタンクからの
供給ガスは水分をほとんど含まない湿度０％の乾燥ガス
であるため、図２の特性図から明らかなように、ケミカ
ルフィルターが充分に性能を発揮することができなかっ
たのである。

【００１３】上記問題点についての以上のような認識の
もとに、本発明では、半導体処理部と、半導体処理部に
ガスを供給するためのガス供給部を含む半導体製造装置
において、ガス供給部は、ガス供給源と、ガスを加湿す
るための加湿手段と、加湿されたガスが流通するガス状
不純物除去フィルターと、ガス供給源からのガスを加湿
手段及びガス状不純物除去手段を通して半導体処理部に
供給するガス供給用配管を備えることを特徴とする。

【００１４】半導体処理部としては、基板にパターンを
露光転写する露光装置、光ＣＶＤ装置、レジスト塗布装
置、あるいはレジスト除去装置等の周辺露光装置があ
る。ガス供給は、例えば露光装置の場合、チャンバー内
の雰囲気置換ガスとして、照明系の置換ガスとして、あ
るいは光源等の加熱部を冷却するための冷却ガス等の形
で行われる。

【００１５】加湿手段は、ガス供給用配管の一部に設け
られた水蒸気透過性の領域と、水蒸気透過性領域を気密
に包囲して配置された密閉容器と、密閉容器内に配置さ
れた水蒸気発生手段から構成することができる。加湿
は、また、供給ガスを水に通すことによっても行うこと
ができる。加湿手段により供給ガス中の湿度を上昇させ
ることにより、ガス状不純物除去フィルターによる効果
的な不純物の除去が可能となり、より純度の高いガスの
供給が可能となる。

【００１６】ガス状不純物除去フィルターの下流側に湿
度測定手段を設置し、その湿度測定手段の出力によって
加湿手段を制御して湿度を調整するように構成すると、
不純物除去フィルターの性能を安定に維持することがで
きる。ここで、供給ガスの湿度を半導体処理部の雰囲気
湿度に略等しい値、例えば半導体処理部が露光装置であ
る場合にはその露光装置を収納したチャンバー内の雰囲
気湿度に略等しく調整すると、ガス供給によって半導体
処理部の温度が変化することを防止して処理条件を安定
化することができる。ガス状不純物除去フィルターで、
ＮＨ₄ ⁺とＳＯ₄ ^2-のいずれか一方を除去すると、光学部
材の表面に（ＮＨ₄）₂ＳＯ₄が付着して曇りを発生させ
ることがない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、フォトリソグラフィー工程で使
用される露光装置に本発明を適用した一例の説明図であ
る。露光装置は、例えばＫｒＦ系やＡｒＦ系のエキシマ
レーザ等の光源１１、照明系部１２、転写パターンが形
成されたマスクＲ、投影光学系ＰＬ、レジストが塗布さ
れた基板１３を載置して２次元方向に移動可能なＸＹス
テージ１４、ＸＹステージ１４を駆動するモータＭ、Ｘ
Ｙステージ１４に固定された移動鏡１５との間の距離を
検出する光干渉計１６等からなる。照明系部１２はフラ
イアイレンズ等のオプチカルインテグレータやコンデン
サーレンズ等の照度均一化手段、各種レンズやミラー等
からなり、照明系部１２からの光はマスクＲに入射し、
マスクパターンを投影光学系ＰＬを介してＸＹステージ
１４上に載置された基板１３上に結像する。露光装置
は、全体がチャンバー１０内に配置され、チャンバー内
は空調装置１７により空調されて、清浄度、温度、圧
力、湿度等が一定に維持されている。

【００１８】図１は、露光装置の照明系部１２内の雰囲
気を窒素ガスやヘリウムガス等の不活性ガスで置換する
例を示す。光源１１の発光波長に吸収帯を有さず化学的
にも不活性な窒素やヘリウム等の不活性ガスは、ストレ
ージタンクあるいはガスボンベ等のガス供給源２０から
ガス供給用配管２５ａ，２５ｂ，２５ｃを通して照明系
部１２に供給される。ガス供給源２０から供給されるガ
スは乾燥ガスであり、水分を含んでいない。ガス供給用
配管の途中には供給ガス中のガス状不純物を除去するフ
ィルター２１、すなわちケミカルフィルターが配置され
ている。ケミカルフィルターは、例えば炭素繊維に化学
薬品を添着した近藤工業製「ＣＬＥＡＮＳＯＲＢ」のア
ルカリ系ガス除去用ケミカルフィルターを用いるとアン
モニア等の塩基性ガスを除去することができ、イオウ系
ガス除去用ケミカルフィルターを用いるとＳＯ₂ガスを
除去することができる。もちろん２種類のケミカルフィ
ルターを直列に組み合わせて用いることもできる。

【００１９】ガス供給用配管は、ガス供給源２０とガス
状不純物除去フィルター２１の間の一部の配管部分２６
が水蒸気透過性の材料で構成されている。水蒸気透過性
の材料でできた配管部分２６は、外側を密閉容器２２で
気密に包囲されている。密閉容器２２中には水蒸気発生
装置が設けられていて、供給ガスに対する加湿装置を構
成する。図の例では、水蒸気発生装置は水の入った容器
２７と、その中に浸漬されたヒーター２８からなる。ヒ
ーター２８をヒーター電源２９で加熱して容器２７内の
水を蒸発させることで、密閉容器２２の内部は水蒸気で
満たされる。密閉容器２２の内部を満たした水蒸気は、
水蒸気透過性配管２６を透過して管内を流れている供給
ガス中に混入する。そのため乾燥ガスであった供給ガス
の湿度が上昇し、ガス状不純物除去フィルター２１の性
能向上を図ることができる。その結果、照明系部１２へ
供給するガス中の不純物を従来より低減することがで
き、光学部材の曇り発生を防止することができる。

【００２０】水蒸気透過性配管２６とガス状不純物除去
フィルター２１の間のガス供給用配管２５ｂには半導体
湿度センサ３０が取り付けられており、水蒸気混入によ
って加湿された供給ガスの湿度を測定することができる
ようになっている。この湿度センサ３０の出力によって
ヒーター電源２９を制御すると、照明系部１２に供給さ
れるガスの湿度を所望の値に制御することができる。露
光装置内に結露が生じることを防止し、温度が変化する
ことを防止するという観点からすると、供給ガスの湿度
は空調装置１７で空調されているチャンバー１０内の湿
度に略等しく制御するのが好ましい。乾燥ガスをそのま
ま供給していた従来の場合に比較すると、ガス状不純物
除去フィルター２１に供給するガスをチャンバー１０内
の湿度に略等しい湿度に加湿することでも、フィルター
の性能を実用上充分なまでに向上することが可能であ
る。

【００２１】密閉容器２２内での水蒸気の発生は、ヒー
ターによる水の加熱蒸発に代えて超音波加湿装置など他
の装置によって行うこともできる。水蒸気透過性配管２
６の材質としては、水蒸気を透過させる材質であれば良
く、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等
のフッ素樹脂とすることができ、ガステック社のパーミ
エーションチューブ、あるいはゴアテックス社のゴアテ
ックス繊維のように防水透湿性のある微小な多孔質を持
つ材質を利用することも可能である。また、水蒸気透過
性配管２６の水蒸気透過率は、蒸気透過性配管２６の長
さを調整したり、水蒸気透過性配管２６を細管の集合管
として構成するなどして水蒸気との接触面積を調節する
ことにより所望の値に設定可能である。水蒸気透過性配
管２６が長い場合には螺旋状に巻いて密閉容器２２内に
配置することもできる。

【００２２】ガス状不純物除去フィルター２１は、より
効果的に不純物の除去を行うためにガス供給される照明
系部１２にできるだけ近い位置に接続することが望まし
く、チャンバー１０内に設置してもよい。ガス状不純物
除去フィルター２１もしくはガス供給系から微小粒子が
発生する可能性がある場合には、ガス状不純物除去フィ
ルター２１の後にＨＥＰＡフィルター又はＵＬＰＡフィ
ルター等の除塵フィルターを配置することで微小粒子を
取り除くことができる。

【００２３】次に、加湿装置の他の例について説明す
る。図３は、供給ガスを水中に通すことによって湿度を
調整した供給ガスを露光装置のチャンバー１０に供給す
る例を示す。図３において、図１と同じ構成部分につい
ては図１と同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

【００２４】光源波長に吸収帯を有さず化学的にも不活
性な窒素等の不活性ガスは、ストレージタンクやガスボ
ンベ等のガス供給源２０からガス供給用配管２５ａを通
して水の入った容器４０に流通される。ガス供給用配管
２５ａの先端は、容器４０の底部近くで水中に開口して
いる。したがって、ガス供給源２０から供給された乾燥
ガスは容器４０の水中でバブリングし、水と接触するこ
とによって加湿され、湿度を得た供給ガスが容器４０の
上部空間に開口しているガス供給用配管２５ｂを通って
ガス状不純物除去フィルター２１に導かれる。ガス状不
純物除去フィルター２１による供給ガス中の不純物除去
は、図１の例と同じように、供給ガスが湿っていること
でガスが乾燥しているときよりも効率よく行われる。こ
うして純度が高められた供給ガスは露光装置のチャンバ
ー１０内に供給される。ガス状不純物除去フィルター２
１もしくはガス供給系から微小粒子が発生する可能性が
ある場合には、ガス状不純物除去フィルター２１の後段
に除塵フィルターを配置して微小粒子を取り除くことが
できる。

【００２５】容器４０には、弁４４を備える給水管４１
及び弁４５を備える排水管４２が接続されている。容器
４０内の水位は供給ガスに水分を与えることで徐々に低
下していくため、容器４０内に水位測定手段４６を配置
して容器内の水位を監視するようになっている。制御手
段４７は、水位測定手段４６からの出力信号により、弁
４４及び４５の開閉を制御して容器４０内の水位を一定
に保つ。

【００２６】この例では、供給ガスを水中に通すことで
ガスが洗浄され、不純物が一部除去されるため、ガス状
不純物除去フィルター２１に流通する供給ガス中の不純
物濃度を低くすることができる。したがって、ガス状不
純物除去フィルター２１の寿命を延ばすことことができ
るという利点もある。一方、容器４０内の水は次第に不
純物で汚染されてくる。制御装置４７は、この水中不純
物が供給ガスの汚染源となることがないように、容器４
０内の水を定期的に交換する制御を行うことが好まし
い。

【００２７】図４に、容器４０の詳細図を示す。図４で
は、説明を簡単にするため給水管、排水管及び水位検出
手段は図示を省略してある。ガス供給源からの乾燥した
供給ガスは配管２５ａを通って、容器４０の底部付近か
ら容器４０の水中に入り、バブリングして水と接触した
後に容器４０の上部から配管２５ｂに入る構造となって
いる。ここで、水面で供給ガスの気泡が破裂してミスト
状の水粒子が発生する可能性がある。ミスト状の水粒子
が供給ガスと一緒に供給ガス配管２５ｂに混入すると、
容器４０内の水位の急激な低下を招き、また容器４０に
接続されたガス供給用配管２５ｂの内壁に水が付着して
汚染の原因となりうる。

【００２８】このミスト状の水粒子の混入は、例えば図
４に示すように、容器４０の供給ガス出口の前方に衝突
板５５を設けることで防ぐことができる。気泡破裂によ
って発生したミスト状の水粒子は衝突板５５に衝突して
液化するため、その上方に位置するガス供給用配管２５
ｂに流入することがない。衝突板５５は、容器４０内で
水面と供給ガス出口との間を遮ることができるものであ
れば、どの様な形状のものでも構わない。

【００２９】容器４０の形状及びガス供給用配管２５ａ
と容器４０との接続は、供給ガスが容器４０内の水と接
触できるようになってさえいればよく、図４の配置に限
定されるものではない。例えば、図５に示すように、ガ
ス供給用配管２５ａの先端を閉塞し、水中に位置する部
分の管壁に小孔を多数設けることで、多くの気泡を発生
させるようにすることもできる。このばあいにも、加湿
された供給ガスをガス状不純物除去フィルターに導く配
管２５ｂの入口前方に、ミスト状の水粒子を液化させて
除去するための衝突板５５を配置するのが好ましい。

【００３０】また、加湿により供給ガスの湿度が上昇し
すぎると、ガス供給用配管２５ｂ内に水分が付着して配
管内部を汚染したり、露光装置に結露を生じる可能性が
あるため、供給ガスの湿度は前述のようにガスが供給さ
れるチャンバー１０内の湿度と略等しく設定するのが好
ましい。図６は、このような湿度調整機構の一例を示す
説明図である。

【００３１】この例では、加湿手段すなわち水の入った
容器４０をバイパスしてガス供給用配管２５ａを配管２
５ｂに直接接続するバイパス管５２を設ける。容器４０
の水中にバブリングされる供給ガス流量とバイパス管５
２を通って直接ガス状不純物除去フィルター２１に到る
供給ガス流量の割合は弁５１で調整される。また、加湿
された供給ガスが流通する配管２５ｂには湿度センサー
３０を設置する。湿度センサー３０の出力信号は制御装
置５３に入力される。制御装置５３は、湿度センサー３
０の出力を監視し、供給ガスの湿度が上昇しすぎた場合
には、容器４０内を通るガスの量を減少させてバイパス
管５２を流れるガスの量を増加させるようにバルブ５１
を調整し、逆に供給ガスの湿度が設定湿度より低い場合
にはバイパス管５２を流れるガスの量を減らして容器４
０内を通る供給ガスの量を増やすようにバルブ５１を調
整することで供給ガスの湿度を調整する。

【００３２】本発明によるガス供給部は、露光装置の光
路空調やランプ空調に用いられる純エアー（窒素ガスと
酸素ガスの混合ガス）の供給に対しても同様に適用する
ことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ガスボン
ベ等から供給される乾燥した供給ガスを加湿してからガ
ス状不純物除去フィルターに通すことでガス状不純物除
去フィルターの性能向上をはかり、高純度の供給ガスを
半導体製造装置の半導体処理部に供給することができ
る。また、半導体処理部にその雰囲気と同程度の湿度の
ガスを供給するため、ガス供給によって半導体処理部の
雰囲気に擾乱を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体製造装置の概略図。

【図２】ケミカルフィルターを通る通気ガスの湿度とガ
ス状不純物の除去効率の関係を示す図。

【図３】本発明による半導体製造装置の他の例の概略
図。

【図４】水の入った容器の詳細図。

【図５】水の入った容器の他の例の略断面図。

【図６】湿度調整機構の説明図。

【符号の説明】

Ｍ…モーター、Ｒ…マスク、ＰＬ…投影光学系、１０…
チャンバー、１１…光源、１２…照明系部、１３…基
板、１４…ＸＹステージ、１５…移動鏡、１６…干渉
計、１７…空調装置、２０…ガス供給部、２１…ガス状
不純物除去フィルター、２２…密閉容器、２５ａ，２５
ｂ，２５ｃ…ガス供給用配管、２６…水蒸気透過性配
管、２７…水の入った容器、２８…ヒーター、２９…ヒ
ーター電源、３０…湿度センサー、４０…容器、４１…
給水管、４２…排水管、４４，４５…弁、４６…水位測
定手段、４７…制御手段、５１…弁、５２…バイパス
管、５３…制御装置、５５…衝突板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体処理部と、前記半導体処理部にガ
スを供給するためのガス供給部を含む半導体製造装置に
おいて、前記ガス供給部は、ガス供給源と、ガスを加湿するため
の加湿手段と、前記加湿されたガスが流通するガス状不
純物除去フィルターと、前記ガス供給源からのガスを前
記加湿手段及び前記ガス状不純物除去手段を通して前記
半導体処理部に供給するガス供給用配管を備えることを
特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】前記加湿手段は、前記ガス供給用配管の
一部に設けられた水蒸気透過性領域と、前記水蒸気透過
性領域を気密に包囲して配置された密閉容器と、前記密
閉容器内に配置された水蒸気発生手段を含むことを特徴
とする請求項１記載の半導体製造装置。
【請求項３】前記加湿手段は、ガスを水中に通す手段
を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装
置。
【請求項４】前記加湿手段の下流側に設けられた湿度
測定手段と、前記加湿手段を制御する制御手段とを備え
ることを特徴とする請求項１、２又は３記載の半導体製
造装置。
【請求項５】前記制御手段は、ガスの湿度が半導体製
造装置内の雰囲気湿度に略等しい値になるように前記加
湿手段を制御することを特徴とする請求項４記載の半導
体製造装置。
【請求項６】前記ガス状不純物除去フィルターは、少
なくともＮＨ₄ ⁺とＳＯ₄ ^2-のいずれか一方を除去するも
のであることを特徴とする請求項１記載の半導体製造装
置。