KR20060044914A - 박막도포장치 및 박막도포방법 그리고 액침노광장치 및액침노광방법 - Google Patents

박막도포장치 및 박막도포방법 그리고 액침노광장치 및액침노광방법 Download PDF

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KR20060044914A
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마사키 기타바타
신이치 이마이
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 결함을 포함하지 않는 품질 좋은 레지스트패턴을 웨이퍼에 형성하기 위한 것이다.
액체공급원으로부터 미립자여과장치(9)를 거쳐 공급되는 약액(3)을 토출노즐(6)로부터 토출시켜 웨이퍼의 표면으로 토출한다. 이 미립자여과장치(9)와 토출노즐(6) 사이의 관로에, 약액(3) 중에 함유되는 기포나 미립자 등 입자형상 물질의 양을 측정하는 미립자측정장치(13)를 설치한다. 또 배관을 개폐하는 전자제어밸브(10)의 제어 전압값 및 미립자측정장치(13)의 측정값을 상시 수집하는 데이터수집유닛(15)과, 미립자측정장치(13)의 측정결과를 연산하는 연산장치(16)를 설치한다. 연산장치(16)에서는, 웨이퍼 1 장당 도포되는 약액 중에 함유되는 입자형상 물질의 수를 산출하고, 그 미립자형상 물질의 수를 규격값과 비교함으로써, 박막도포장치를 정지시킬지 여부를 판정한다.

Description

박막도포장치 및 박막도포방법 그리고 액침노광장치 및 액침노광방법{THIN FILM COATING APPARATUS, THIN FILM COATING METHOD, IMMERSION EXPOSURE DEVICE, AND IMMERSION EXPOSURE METHOD}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 박막도포장치의 구성을 나타내는 개략도.
도 2의 (a)∼(c)는 제 1 실시예에 있어서, 웨이퍼처리 시의 배관 중 약액 유량, 전자제어밸브의 개폐상태 및 제어 전압값의 시간변동을 나타내는 타이밍도.
도 3의 (a), (b)는 제 1 실시예에 있어서, 전자제어밸브의 개폐상태와, 웨이퍼 1 장당 도포되는 약액 중의 미립자 총수와의 관계를 나타내는 도.
도 4는 제 1 실시예에 있어서, 웨이퍼 1 장당 도포되는 약액 중 미립자의 총수와, 웨이퍼 상 패턴결함 수와의 변화를 나타내는 그래프.
도 5는 제 1 실시예에 있어서, 미립자측정장치에서의 측정값과 웨이퍼 상 패턴결함 수와의 상관을 나타내는 그래프.
도 6은 제 1 실시예에 있어서, 규격값을 이용하여 박막도포장치를 제어하는 단계를 나타내는 흐름도.
도 7은 제 1 실시예에 있어서, 약액 중의 미립자 수와, 웨이퍼 1 장당 킬러결함 수와의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 제 2 실시예에 있어서, 액침노광법을 이용한 노광장치의 구성을 나타내는 개략도.
도 9는 도 8에 나타내는 노광장치에 있어서, 기포제거장치의 사용시간 합계와, 미립자측정장치에서, 기포제거장치를 통과한 후의 액체 중에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정한 결과의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 종래의 박막도포장치 구조의 모식도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1, 38 : 웨이퍼 2 : 웨이퍼 회전기구
3 : 약액 4 : 웨이퍼척
5 : 모터 플랜지 6 : 토출노즐
7 : 배관 8, 47 : 펌프
9, 46 : 미립자여과장치 10, 43 : 전자제어밸브
11 : 약액면 높이 조정장치 12, 51 : 제어장치
12a : 제어라인 13, 45 : 미립자측정장치
14, 48 : 전압변환회로 15, 49: 데이터수집유닛
16, 50 : 연산장치 20 : 약액 도포기구
31 : 조명광학계 32 : 노광 광
33 : 레티클 34 : 레티클 스테이지
35 : 거울통 36 : 투영광학계 렌즈
37 : 액체 39 : 웨이퍼 스테이지
40 : 액체배출노즐 41 : 액체유입노즐
42 : 액체회수장치 44 : 기포제거장치
52 : 진공펌프 53 : 배관
본 발명은 반도체웨이퍼를 제조할 때에 레지스트패턴을 웨이퍼 상에 형성하는 박막도포장치 및 액침노광장치에 관한 것이다.
종래, 반도체웨이퍼를 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서는, 1) 웨이퍼 표면에 포토레지스트를 도포하여 균일한 두께의 레지스트막을 형성하는 레지스트도포공정과, 2) 포토레지스트에 혼합된 용제를 증발시키고 레지스트막을 고체화하여, 바탕과의 밀착성을 향상시키는 동시에, 광 화학반응성을 높이는 프리베이킹공정과, 3) 포토마스크를 개재하고 웨이퍼에 자외선을 조사시켜 레지스트 상에 디바이스패턴을 전사시키는 노광공정과, 4) 미노광부분의 포토레지스트를 현상액으로 용해시켜 포토레지스트의 패턴을 형성하는 현상공정과, 5) 현상에 의해 팽윤된 포토레지스트를 경화시켜 바탕과의 밀착성을 높이는 포스트베이킹공정을 실시한다. 최근에는, 패턴의 미세화에 수반하여, 6) 포토레지스트 상에 다시 반사방지막을 형성하기 위한 도포공정이 실시된다. 일반적으로 레지스트막·반사방지막 등의 약액을 도포하는데는, 웨이퍼를 회전시키면서 약액을 적하하는 방법이 취해진다(예를 들어 일특개평 7-320999호 공보 참조).
도 10은 종래의 박막도포장치 구조를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 10에 나타내는 바와 같이 종래의 박막도포장치는, 웨이퍼(101)를 수평으로 유지하여 회전시키는 웨이퍼 회전기구(102)와, 약액(103)을 반송하여 적하하는 약액 도포기구(104)를 구비한다. 웨이퍼 회전기구(102)는 웨이퍼척(105)과 모터 플랜지(106)를 갖는다. 약액 도포기구(104)에서는, 웨이퍼(101)로 약액(103)을 적하하는 토출노즐(107)과, 약액(103)의 공급원인 약액용기(108)가 배관(109)에 의해 연통된다. 그리고 배관(109) 관로의 도중에는, 약액용기(108) 쪽에서 차례로, 버퍼탱크(110)와 펌프(111)와 미립자여과장치(112)와 전자제어밸브(113)와 약액면 높이 조정장치(114)가 배치된다. 제어장치(118)는 약액 도포기구(104)를 제어한다.
이 박막도포장치의 운전개시 시에는, 약액(103)이 든 약액용기(108)를 소정위치에 설치하고, 이 약액용기(108)에, 배관(109)과 N2가압배관(115)을 밀폐상태로 연결한다. 그리고 N2가압배관(115)으로부터 N2를 가압함과 동시에, 버퍼탱크 드레인(116)의 밸브를 개방함으로써, 버퍼탱크(110)까지 약액(103)으로 채운다. 그 후에 버퍼탱크 드레인(116)의 밸브를 닫고, 미립자여과장치 드레인(117)의 밸브를 개방함으로써, 펌프(111) 및 미립자여과장치(112)까지 약액(103)으로 채운다. 그리고 이 상태에서 펌프(111)를 구동시킴으로써, 약액(103)을, 약액면 높이 조정장치(114)를 거쳐 토출노즐(107)로 도달시킨다. 토출노즐(107)에 도달한 약액(103)은, 회전하는 웨이퍼(101) 위로 적하되고, 원심력에 의해 균일한 막 두께로 도포된다. 이 일련의 처리를 실시하는 사이에, 약액(103) 중에 함유되는 기포나 미소한 먼지( 입자) 등 입자형상 물질(이하, 미립자로 칭함)의 양을 미립자측정장치(119)로 측정한다. 상기 미립자는, 웨이퍼(101)에 포토마스크를 개재하고 자외선을 조사시켜 레지스트 상에 디바이스패턴을 전사하는 노광공정에서, 노광 시에 조사하는 자외선을 난반사 시키거나 산란시킨다. 이와 같은 난반사나 산란이 발생하면, 웨이퍼(101) 상의 디바이스패턴에 결함이 발생하여 수율이 저하될 우려가 있다. 이를 방지하기 위해, 미립자측정장치(119)의 측정결과로 박막도포장치의 장치상태를 확인하고, 상기 측정결과를 기초로 도포운전의 가동 또는 정지를 판정하여, 판정결과에 따른 제어를 실행한다. 상기 기술을 이용하면 기기고장 등의 외란에 의해 미립자가 혼입될 경우에, 작업자에게 경보 등의 신호를 송신하거나, 도포운전을 자동적으로 정지시키기가 가능해지므로, 수율 저하에 의한 중대한 손해를 회피할 수 있다(예를 들어 일특개평 10-240897호 공보 참조).
그러나 상술한 바와 같은 박막도포장치에는 다음과 같은 2 가지 과제가 있다.
통상, 1 장의 웨이퍼(101)를 처리할 때는, 회전하는 웨이퍼(101) 위로 일정한 약액 양을 1 회 토출·적하하고, 약액(103)의 토출을 정지시킨 후도 약액(103)이 균일한 막 두께로 될 때까지 웨이퍼(101)의 회전이 계속된다. 따라서 상기 일련의 처리 중에서 실제의 약액(103) 토출은 불연속적이다. 한편, 상시 측정을 행하는 미립자측정장치(119)는, 약액(103)의 토출상태에 상관없이, 어떤 일정시간(예를 들어 1 초마다)에 미립자측정장치(119)를 통과하는 약액(103)에 함유되는 미립 자 수를 적산하여 측정값으로 한다. 따라서 실제로 1 장의 웨이퍼(101) 상으로 토출·적하되는 약액(103) 중의 미립자 총수는 웨이퍼(101) 상으로 약액(103)이 토출되는 사이의 미립자측정장치(119) 측정수의 적산값이 된다. 약액(103)이 언제 토출되고 언제 멎었는지를 알 수 없으면, 상기 적산값을 구할 수 없으므로, 1 장의 웨이퍼(101) 상으로 토출·적하되는 약액(103) 중의 미립자 총수를 얻을 수 없다.
또 장치의 구조 또는 기구에 따라서는, 미립자측정장치(119)를 토출노즐(107)에 설치하기는 어려우며, 라인의 도중에 설치해야만 한다. 이 때문에 웨이퍼(101) 상으로 적하되기 직전의 약액(103) 중 미립자를 측정할 수 없다. 구체적으로는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 미립자측정장치(119)에 의해 검출된 미립자를 함유하는 약액(103)은 미립자측정장치(119)로부터 전자제어밸브(113), 약액면 높이 조정장치(114) 및 토출노즐(107)과, 이들을 연결하는 배관(109)을 통과한 후에 웨이퍼(101) 상으로 적하된다. 따라서 미립자측정장치(119)에서 검출된 약액(103)은, 그 때에 처리되고 있는 웨이퍼(101) 상으로는 토출되지 않고, 수회의 토출 후에 웨이퍼(101) 상으로 토출된다. 이와 같이 미립자측정장치(119)와 토출노즐(107) 사이의 용량만큼 지연이 존재한다. 따라서 각 웨이퍼(101) 상으로 토출될 약액(103) 중에 함유되는 미립자 수는, 미립자측정장치(119)와 토출노즐(107) 사이 용량만큼의 지연을 고려하여 산출할 필요가 있다.
본 발명은, 보다 정확하게 약액 또는 액체 중에 함유되는 미립자의 수를 파악하는 수단을 강구하는 것 및 기포를 보다 확실하게 제거하는 수단을 강구함으로써, 결함을 포함하지 않는 품질 좋은 레지스트패턴을 웨이퍼에 형성하는 것을 목적 으로 한다.
본 발명의 박막도포장치는, 약액 공급원으로부터 미립자여과장치를 거쳐 공급되는 약액을 토출노즐로부터 토출시켜 웨이퍼 표면에 도포하고, 박막을 형성하는 박막도포장치이며, 상기 미립자여과장치와 상기 토출노즐 사이를 연결하는 배관과, 상기 배관을 개폐하는 전자제어밸브와, 상기 배관 중의 상기 약액 중에 함유되는 입자형상 물질(미립자 및 기포)의 수를 측정하는 미립자측정장치와, 상기 전자제어밸브의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치의 측정값을 수집하는 데이터수집유닛과, 상기 데이터수집유닛에 수집되는 상기 제어 전압값 및 상기 측정값으로부터, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 연산회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명의 박막도포장치에 있어서, 전자제어밸브의 제어 전압값은, 검사해야 할 약액의 흐름 상태를 알 수 있는 전압 값 변화의 정보이면 된다. 또 연산장치는, 전자제어밸브의 제어 전압값으로 약액의 흐름 상태를 판단하고, 약액이 흐르는 동안의 미립자측정장치 측정값과 시간으로부터, 약액 토출 1 회당 미립자의 총수를 산출하는 처리를 실행하는 기능을 갖는다.
본 발명의 박막도포장치에서는, 웨이퍼 1 장당에 도포될 약액 중에 함유되는 입자형상 물질의 수를 산출하므로, 그 값을 근거로, 박막도포장치를 정지시킬지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 기기고장 등의 외란에 의해 돌발적으로 미립자나 기포가 많이 함유된 약액이 약액 라인을 흐를 경우에는, 박막도포장치를 자동적으로 정 지시킬 수 있다. 이로써 레지스트의 패턴불량 발생을 미연에 막을 수 있다.
또 제품을 처리하는 동안, 약액 중의 입자형상 물질을 실시간으로 측정하기가 가능하므로, 장치의 정상·이상의 판단을 항상 자동적으로 할 수 있다. 이 장치를 이용할 경우에는, 모니터 웨이퍼 상에 박막을 성막한 후 표면결함 검사장치 등으로 막 중의 입자형상 물질을 측정했던 종래방법에 비해, 작업자의 작업시간 단축 및 수율의 향상이 가능해진다. 그리고, 장치의 가동을 정지시키는 일없이 약액 중 입자형상 물질의 측정이 가능하므로, 장치의 가동률을 향상시킬 수도 있다.
상기 연산회로에서는, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를, 미리 정해진 규격값과 비교하는 것이 바람직하다.
본 발명의 박막도포방법은, 약액 공급원으로부터 미립자여과장치를 거쳐 공급되는 약액을 토출노즐로부터 토출시켜 웨이퍼 표면에 도포하고, 박막을 형성하는 박막도포장치를 이용한 박막도포방법이며, 상기 미립자여과장치와 상기 토출노즐 사이를 연결하는 배관에 배치된 전자제어밸브의 제어 전압값을 수집하여, 상기 약액이 상기 웨이퍼 표면에 도포됐는지 여부를 판단하는 공정(a)과, 상기 배관을 흐르는 상기 약액에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정하는 공정(b)과, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)의 결과에 기초하여, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 공정(c)과, 상기 공정(c)의 결과에 기초하여, 상기 박막도포장치를 정지시킬지 여부를 판단하는 공정(d)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 박막도포방법에서는, 기기고장 등의 외란에 의해 돌발적으로 입자 형상 물질이 많이 함유된 약액이 약액 라인을 흐를 경우에는, 박막도포장치를 자동적으로 정지시킬 수 있다. 이로써 레지스트의 패턴불량 발생을 미연에 막을 수 있다.
또 제품처리 시의 약액 중 입자형상 물질을 실시간으로 측정하기가 가능하므로, 장치의 정상·이상의 판단을 항상 자동적으로 행할 수 있다. 따라서 모니터 웨이퍼 상에 박막을 성막한 후 표면결함 검사장치 등에서 막 중의 입자형상 물질을 측정했던 종래방법에 비해, 작업자의 작업시간 단축 및 수율의 향상이 가능해진다. 그리고, 장치의 가동을 정지시키는 일없이 약액 중의 입자형상 물질 측정이 가능하므로, 장치의 가동률을 향상시킬 수도 있다.
여기서, 웨이퍼 1 장당 도포될 약액 중의 입자형상 물질 수를 산출하기 위해서는, 미립자측정장치에서 측정 대상이 된 약액이 실제로 토출노즐로부터 방출될 때까지의 지연을 파악해두는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 미립자측정장치에서 측정 대상이 된 약액이, 그 때 처리되고 있는 웨이퍼로부터 몇 장 뒤의 웨이퍼에 도포될지를 파악해두면 된다.
본 발명의 약액도포방법에 있어서, 상기 공정(d)에서는, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 미리 정해진 규격값을 비교함으로써 상기 판단을 하며, 상기 박막도포장치를 정지시킬 것으로 판단된 후에도, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 상기 규격값과의 비교를 계속하여, 상기 입자형상 물질의 수가 정상범위로 된 것으로 판단될 때까지 상기 박막도포장치를 정지시키는 것이 바람직하다. 이 경우 에는, 입자형상 물질의 수가 적은 원래의 정상상태로 될 때까지 자동적으로 액 배출을 계속할 수 있으므로, 작업자의 작업부담을 경감할 수 있다. 또 작업자의 조작에 의해 일정량의 액 배출을 실시했던 종래에 비해, 약액이 보다 적절한 양만 배출되게 된다. 이로써 액 배출을 실시하는 시간을 최저 필요한 만큼으로 할 수 있어, 가동률을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 액침노광장치는, 투영광학계에서의 광학소자의 선단부와 웨이퍼 표면과의 사이를 액체(순물 등)로 채운 상태에서, 상기 광학소자의 선단부로부터 상기 웨이퍼 상에 마스크패턴을 전사하는 액침노광장치이며, 상기 액체를 상기 웨이퍼 표면에 공급하는 액체배출 노즐과, 상기 액체의 공급원과 상기 액체배출 노즐 사이를 연결하는 배관과, 상기 배관을 개폐하는 전자제어밸브와, 상기 배관의 도중에 개재되는 미립자여과장치와, 상기 배관 중 상기 미립자여과장치와 액체배출 노즐 사이에 개재하며, 상기 액체 중의 기포를 제거하는 기포제거장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 웨이퍼 상의 액체 중에 기포 등의 입자형상 물질이 존재하면, 노광 광이 입자형상 물질에 의해 산란되어, 레티클패턴대로 패턴형성이 이루어지지 않아, 수율을 저하시키는 패턴결함이 발생한다. 본 발명의 액침노광장치에서는, 기포를 기포제거장치로 제거하므로, 패턴결함의 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또, 기포제거장치에서는 가스상태의 분자만이 선택적으로 제거되므로, 액체의 조성·유량의 변화가 일어나는 일도 없다.
또 본 발명의 액침노광장치에 있어서, 상기 배관 중 상기 기포제거장치와 상 기 액체배출 노즐 사이에 개재하며, 상기 액체 중에 함유되는 입자형상 물질의 양을 측정하는 미립자측정장치와, 상기 전자제어밸브의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치의 측정값을 수집하는 데이터수집유닛과, 상기 데이터수집유닛에 수집되는 상기 제어 전압값 및 상기 측정값으로부터, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 연산회로를 구비해도 된다. 이 경우에는, 만약 기기고장 등의 외란에 의한 돌발적인 액체 중으로의 기포 혼입이 있을 경우에, 액침노광장치를 정지시킬 수 있다. 또 제품처리 시 액체 중의 입자형상 물질을 실시간으로 측정하기가 가능하므로, 장치의 정상·이상 판단을 항상 자동적으로 할 수 있다. 이 장치를 이용할 경우에는, 모니터 웨이퍼 상에 레지스트 도포, 노광 및 현상이란 일련의 처리를 실시한 후에 패턴결함을 측정했던 종래방법에 비해, 작업자의 작업시간 단축 및 수율 향상이 가능해진다. 그리고, 장치의 가동을 멈추는 일없이 액체 중 입자형상 물질의 측정이 가능하므로, 장치의 가동률을 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 액침노광장치를 이용한 구체적인 노광방법은, 상기 전자제어밸브의 제어 전압값을 수집함으로써, 상기 액체가 상기 웨이퍼 표면에 공급됐는지 여부를 판단하는 공정(a)과, 상기 배관을 흐르는 상기 액체에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정하는 공정(b)과, 상기 공정(a) 및 상기 공정(b)의 결과에 기초하여, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 공정(c)과, 상기 공정(c)의 결과에 기초하여, 상기 액침노광장치를 정지시킬지 여부를 판단하는 공정(d)을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명의 노광방법에 있어서, 상기 공정(d)에서는, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 미리 정해진 규격값을 비교함으로써 상기 판단을 하며, 상기 액침노광장치를 정지할 것으로 판단된 후에도, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 상기 규격값과의 비교를 계속하여, 상기 입자형상 물질의 수가 정상 범위로 된 것으로 판단될 때까지 상기 액침노광장치를 정지시키는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 입자형상 물질의 수가 적은 원래의 정상상태로 될 때까지 자동적으로 액 배출을 계속할 수 있으므로, 작업자의 작업부담을 경감할 수 있다. 또 작업자의 조작에 의해 일정량의 액 배출을 실시했던 종래에 비해, 액체가 보다 적절한 양만 배출되게 된다. 이로써 액 배출을 실시하는 시간을 최저 필요한 만큼으로 할 수 있어, 가동률을 향상시킬 수 있다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
(실시예)
(제 1 실시예)
이하에서는, 본 발명의 제 1 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 있어서 박막도포장치 구성을 나타내는 개략도이다. 본 실시예의 박막도포장치는, 웨이퍼(1)를 수평으로 유지하여 회전시키는 웨이퍼 회전기구(2)와, 약액(3)을 반송하여 적하시키는 약액 도포기구(20)를 구비한다. 웨이퍼 회전기구(2)는 웨이퍼(1)를 유지하는 웨이퍼척(4)과 웨이퍼척 (4)을 회전시키는 모터 플랜지(5)를 갖는다. 약액 도포기구(20)는, 웨이퍼(1)로 약액(3)을 적하하는 토출노즐(6)과, 토출토즐(6)과 약액(3)의 공급원(도시 생략)을 연결하는 배관(7)과, 배관(7)의 관로 도중에 설치된 펌프(8), 미립자여과장치(9), 약액(3) 중의 미립자를 측정하는 미립자측정장치(13), 전자제어밸브(10) 및 약액면 높이 조정장치(11)를 구비한다. 약액면 높이 조정장치(11)는, 토출노즐(6)의 약액면 높이를 조정하는 것으로, 소정량을 토출한 후 토출노즐(6) 선단으로부터 여분의 액이 떨어지는 것을 방지하기 위해 음 압력을 가해 흡인하는 기능을 갖는다. 제어장치(12)는 후술하는 바와 같이 약액 도포기구(20)를 제어하는 장치이며, 제어라인(12a)은 간단히 하기 위해 일부만 나타낸다. 미립자측정장치(13)는, 어느 일정한 시간에 미립자측정장치(13)를 통과하는 약액(3)에 함유되는 미립자를 검출하고, 이 검출된 수와 시간을 적산하여 데이터를 출력한다.
이 박막도포장치가 종래의 것과 다른 점은, 배관(7)을 개폐하는 전자제어밸브(10)의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치(13)의 측정값을 상시 수집하는 데이터수집유닛(15)과, 전자제어밸브(10)의 제어전압을 전압변환 시키는 전압변환회로(14)와, 측정값을 연산하는 연산장치(16)를 구비하는 점이다.
도 2의 (a)∼(c)는 제 1 실시예에 있어서, 웨이퍼처리 시의 배관 중 약액유량, 전자제어밸브의 개폐상태 및 제어 전압값의 시간변동을 나타내는 타이밍도이다. 전자제어밸브(10)는 장치의 정지 시나 대기 시에는 통상 폐쇄되지만, 웨이퍼처리 시 약액(3)을 보낼 때는 개방되어, 펌프(8)를 구동시킴으로써 약액(3)을 토출한다. 따라서 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이 전자제어밸브(10)가 개방됐을 때 만, 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이 약액의 유량이 어느 일정값이 되며, 도 2의 (c)에 나타내는 바와 같이 전자제어밸브(10)의 개폐동작을 제어하는 제어 전압값도 0v에서 20v로 변위된다. 또 약액(3)이 정지됐을 때는 전자제어밸브(10)가 폐쇄되므로, 제어전압값은 20v에서 0v로 변위된다. 이로부터 전자제어밸브(10)의 제어 전압값을 상시 감시함으로써, 불연속적인 약액(3)의 토출상태를 파악할 수 있다. 또 여기서는, 전자제어밸브(10)의 제어 전압값이 0v에서 20v로 변화하는 경우에 대하여 서술했지만, 이 전압값은 토출상태를 파악할 수 있다면 임의의 값이라도 상관없다. 또 20v라는 커다란 전압값을 데이터수집유닛(15) 등에 직접 입력하는 것은 입력측의 사양(데이터수집유닛(15) 등의 보증값)에 따라서는 불가능한 경우가 있다. 이 경우에는, 전압변환회로(14)를 통해, 필요한 전자제어밸브(10)의 제어전압을 원하는 전압값으로 저하시킴으로써, 상기 데이터수집유닛(15) 등에 입력시킬 수 있다.
다음에, 본 실시예에 있어서 약액(3) 중 미립자의 측정방법에 대하여 설명한다. 도 3의 (a), (b)는 제 1 실시예에서, 전자제어밸브의 개폐상태와, 웨이퍼 1 장당 도포될 약액 중의 미립자 총수와의 관계를 나타내는 도이다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 1 장의 웨이퍼를 처리하는 사이에 있어서, 약액(3) 토출은 불연속적이며, 전자제어밸브(10)는 개폐동작을 반복한다. 전자제어밸브(10)가 개방된 사이에 미립자측정장치(13)의 측정수를 데이터수집유닛(15)으로 도입시켜, 연산장치(16)에서 적산하면, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 토출 1 회당, 즉 웨이퍼 1 장당 토출·적하될 약액(3) 중 미립자의 총수를 구할 수 있다. 연산방법에 대한 상세는 후술하기로 한다.
도 4는 제 1 실시예에 있어서, 웨이퍼 1 장당 도포될 약액 중 미립자의 총수와, 웨이퍼 상 패턴결함 수의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 미립자 수의 증감과 패턴결함 수는, 웨이퍼 5 장만큼의 처리회수 차로 비슷한 증감의 추이를 이룬다. 이는 미립자측정장치(13)와 토출노즐(6) 사이에 전자제어밸브(10), 약액면 높이 조정장치(11) 및 토출노즐(6)과, 이들을 연결하는 배관(7)이 있기 때문이다. 즉, 미립자측정장치(13)에서 측정된 미립자는, 웨이퍼 5 장을 처리할 만큼의 시간을 두고, 상기 전자제어밸브(10), 약액면 높이 조정장치(11) 및 토출노즐(6)과, 이들을 연결하는 배관(7)을 통과하여, 웨이퍼 상으로 적하되기 때문이다.
여기서 본 실시예에서는, 미립자측정장치와 토출노즐 사이의 전자제어밸브, 약액면 높이 조정장치, 토출노즐과, 이들을 연결하는 배관의 용량이 15㎖이며, 1 회의 약액 토출량은 3㎖이다. 이 경우에는, 웨이퍼 5 장분 처리에 의해 미립자측정장치에서 측정된 미립자가 미립자측정장치와 토출노즐 사이를 통과하므로, 처리 5 회만큼의 지연이 된다. 따라서 미립자측정장치에서 측정된 미립자가 어느 정도 지연되어 토출노즐로 도달하는지는, 미립자측정장치에서 토출노즐까지 사이의 용량과, 약액의 1 회당 토출량을 알면 추정할 수 있다.
이 식견을 근거로, 처리 5 회분의 지연을 고려하여 도 5에 나타내는 바와 같은, 미립자측정장치에서의 측정값과 웨이퍼 상 패턴결함 수와의 상관을 얻는다.
이 상관에 기초하여, 웨이퍼 상 패턴결함 수의 임의의 허용값에 대응하는 측 정장치의 측정값을 구하여, 규격값으로서 결정한다. 미립자측정장치에서의 측정값은, 기포의 수와 미립자 수를 합한 값이다. 양자 모두 웨이퍼 상 패턴결함의 원인이 되므로 동일하게 취급하기로 한다. 도 5에서는, 웨이퍼 상 패턴결함 수 150에 대응하는 미립자 수 90을 규격값으로 한다.
이와 같은 규격값을 이용한 제어에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 제 1 실시예에서, 규격값을 이용하여 박막도포장치를 제어하는 단계를 나타내는 흐름도이다. 본 실시예의 방법에서는, 우선 단계(S1)에서, 약액(3) 중의 미립자 수가 미립자측정장치(13)로 측정되며, 단계(S2)에서, 전자제어밸브(10)의 제어 전압값이 도입된 데이터수집유닛(15)에서, 전자제어밸브(10)의 제어 전압값으로부터 약액(3)이 도포됐는지를 판단한다. 약액(3)이 도포된 것으로 판단되면, 단계(S3)에서, 약액(3)이 도포되는 동안의 미립자측정장치(13) 측정결과를 데이터수집유닛으로 도입시킨 후에 연산장치로 적산시킨다.
다음에 단계(S4)에서, 연산장치(16)로 적산된 측정값, 즉 웨이퍼 1 장(토출 1 회)당 도포될 약액(3) 중에 함유되는 미립자 수를 규격값과 비교하는 판정이 연산장치(16)에서 이루어진다. 미립자 수가 규격값 미만이라면 단계(S5)에서 통상가동명령이 출력되어, 박막도포장치는 통상가동 된다. 한편, 단계(S4)에서 미립자 수가 규격값 이상인 것으로 판단되면, 단계(S6)에서, 이상정지명령이 연산장치(16)로부터 제어장치(12)로 출력되어, 박막도포장치는 이상정지되며, 토출노즐(6)로부터 다른 영역으로 약액(3)을 배출시킨다. 이 때, 약액(3)과 함께 미립자를 배출시킨다. 여기서, 단계(S7)에서는 배출되는 약액(3)에 대하여 도포장치의 정상가동 시와 마찬가지로, 미립자 수를 규격값과 비교하는 판정이 상시 이루어져, 규격값 미만이면 박막도포장치를 정상가동 시키며, 규격값 이상이면 계속 약액을 배출시킨다.
본 실시예에서는, 기기고장 등의 외란에 의해 돌발적으로 미립자나 기포가 많이 함유된 약액(3)이 약액 라인을 흐르면, 박막도포장치를 자동적으로 정지시킬 수 있다. 이로써, 레제스트의 패턴불량 발생을 미연에 막을 수 있다.
또 웨이퍼(1)를 처리하는 동안, 약액(3) 중의 미립자를 실시간으로 측정하기가 가능하므로, 항상 자동적으로 장치의 정상·이상을 판단할 수 있다. 따라서 모니터 웨이퍼 상에 박막을 성막한 후 표면결함검사장치 등으로 막 중의 미립자를 측정했던 종래에 비해, 작업자의 작업시간 단축 및 수율 향상이 가능해진다. 또한 장치의 가동을 정지시키는 일없이 약액(3) 중의 미립자 측정이 가능하므로, 장치의 가동률을 향상시킬 수도 있다.
또 이상 시에는, 미립자가 규격값 이하로 될 때까지 약액(3)이 자동적으로 배출된다. 이로써, 종래 작업자의 조작에 의해 일정 양의 액을 배출했던 경우에 비해, 약액(3)이 보다 적절한 양만 배출되게 된다. 또한 액 배출을 하면서 약액(3) 중의 미립자 수를 확인할 수 있으므로, 시간 단축이 가능하다.
도 7은 제 1 실시예에서, 약액 중의 미립자 수와 웨이퍼 1 장당의 킬러결함 수와의 관계를 나타내는 그래프이다. 여기서의 킬러결함 수란, 게이트길이 치수 0.15㎛, 패턴 점유율 54.4%의 디바이스에서, 약액(3) 중의 미립자때문에 발생하는 패턴결함 중 디바이스의 수율을 저하시키는 것만을 계수한 것이다. 도 7로부터, 미립자 수와 수율을 저하시키는 킬러결함 수의 관계를 알 수 있으므로, 미립자 수에 대한 어떤 임의의 규격값을 설정하면, 허용 가능한 킬러결함 수 이하로 제품 처리를 실시할 수 있다.
(제 2 실시예)
이하에서는, 본 발명의 제 2 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명하기로 한다.
도 8은 제 2 실시예에서, 액침노광법을 이용한 노광장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 8에 나타내는 노광장치에서 조명광학계(31)는, ArF 엑시머레이저나 KrF 엑시머레이저 등으로 이루어지는 노광 광원, 광학 적분기, 시야 조리개 및 집광렌즈 등을 포함한다. 조명광학계(31)로부터 조사된 노광 광(32)은 레티클(33)에 그려진 패턴을 조명한다. 레티클(33)은 레티클 스테이지(34)에 의해 유지되며, 레티클(33)의 패턴은 거울통(35) 및 투영광학계 렌즈(36)를 통해, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(38) 상으로 축소 투영된다.
웨이퍼(38)는 웨이퍼 스테이지(39) 상에 설치되며, 웨이퍼(38)와 투영광학계 렌즈(36)의 사이는, 순물 등의 액체(37)로 채워진다. 양자간이 액체(37)로 채워짐으로써, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시킬 수 있음과 동시에 초점심도를 실질적으로 깊게 할 수 있다. 액체(37)는, 액체(37)의 공급원(도시 생략)으로부터 배관(53)을 통해 공급된다. 이 배관(53)에는, 액체(37)의 공급원에 가까운 쪽으로부터 차례로, 펌프(47), 미립자여과장치(46), 액체(37) 중의 기포를 선택적으로 제거하는 기포제거장치(44), 액체(37) 중 기포 등의 미립자를 측정하는 미립자측정장치(45), 전자제어밸브(43) 및 액체배출노즐(40)이 배치된다.
기포제거장치(44)는, 도시를 생략하지만, 가스선택 투과성이 높은 특수한 막으로 내부를 2 개의 공간으로 구획한 구조를 갖는다. 그리고 2 개의 공간 중 한쪽은 배관(53)에 직접 접속되며, 다른 쪽은 진공펌프(52)에 접속된다. 이 기포제거장치(44)에서는, 2 개의 공간 중 배관(53)에 접속된 쪽에 액체(37)를 통과시킨 상태에서, 다른 쪽 공간을 진공펌프(52)에 의해 배기시킨다. 이로써, 액체(37) 중에 함유되는 기포가, 가스선택 투과성이 높은 막을 통과하여 다른 쪽 공간으로 이동하고, 다시 진공펌프(52)에 의해 외부로 배기된다.
웨이퍼(38) 상에 채워진 액체(37)는 노광 종료 후에 액체유입노즐(41)을 통해 액체회수장치(42)에 의해 회수된다. 또 본 노광장치는, 배관(53)을 개폐하는 전자제어밸브(43)의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치(45)의 측정값을 상시 수집하는 데이터수집유닛(49)과, 전자제어밸브(43)의 제어전압을 전압변환 시키는 전압변환회로(48)와, 미립자측정장치(45)의 측정값을 연산하는 연산장치(50)와, 액체(37)의 토출, 정지를 제어하는 제어장치(51)를 구비한다.
액침노광장치에서 웨이퍼(38) 상의 액체(37) 중에 기포 등의 미립자가 존재하면, 노광 광(32)이 미립자에 의해 산란되므로, 레티클패턴대로 패턴형성이 이루어지지 않는다. 이 경우, 수율을 저하시키는 패턴결함이 발생해버린다. 본 실시예에서는, 미립자나 기포의 대부분을 미립자여과장치(46)에서 여과시키고, 이 미립자여과장치(46)를 통과한 후에도 존재하는 기포를 기포제거장치(44)에서 제거한다. 이로써, 패턴결함의 발생을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 여기서, 기 포제거장치(44)에서는 상기한 바와 같이 가스상태의 분자만이 선택적으로 제거되므로, 액체(37)의 조성·유량의 변화는 일어나지 않는다.
또 기기고장 등 외란에 의해 돌발적으로 액체(37) 중으로 다량의 기포가 혼입되어도, 제 1 실시예에서 설명한 것과 마찬가지의 미립자 측정방법 및 제어방법을 이용하면, 장치를 정지시켜 자동적으로 액 배출을 시킬 수 있다. 그 구체적인 방법에 대하여 이하에 설명한다.
우선 데이터수집유닛(49)에서, 전자제어밸브(43)의 제어 전압값으로부터 액체(37)가 공급됐는지를 판단한다. 액체(37)가 공급된 것으로 판단되면, 액체(37)가 공급되는 사이의 미립자측정장치(45) 측정결과를 데이터수집유닛(49)으로 도입시킨 후에 연산장치(50)에서 측정결과와 시간을 적산시킨다.
다음으로, 연산장치(50)에서 적산된 측정값, 즉 웨이퍼 1 장(토출 1 회)당 공급되는 액체(37) 중에 함유되는 미립자 수를 규격값과 비교하는 판정이 연산장치(50)에서 이루어진다. 미립자 수가 규격값 미만이면 통상가동 명령이 출력되어, 액침노광장치는 통상가동 된다. 한편, 미립자 수가 규격값 이상인 것으로 판단되면, 이상정지명령이 연산장치(50)로부터 제어장치(51)로 출력되어, 액침노광장치는 이상정지 되며, 토출노즐(6)로부터 다른 영역으로 액체(37)가 배출된다. 이 때, 액체(37)와 함께 미립자를 배출시킨다. 또 이 때, 배출될 액체(37)에 대하여 노광장치의 정상가동 시와 마찬가지로, 미립자 수를 규격값과 비교하는 판정이 상시 이루어져, 규격값 미만이면 액침노광장치를 정상가동 시키고, 규격값 이상이면 액 배출을 계속시킨다.
도 9는, 도 8에 나타낸 노광장치에서, 기포제거장치의 사용시간 합계와, 미립자측정장치에서, 기포제거장치를 통과한 후의 액체 중에 함유되는 입자형상물질의 수를 측정한 결과의 관계를 나타내는 그래프이다. 기포제거장치(44)의 합계 사용시간이 길어지면 기포제거능력이 저하되어, 기포제거장치(44)를 통과한 후의 액체(37) 중 기포 수가 증가되므로, 원하는 기포제거능력을 갖는 새로운 기포제거장치와 교환시킬 필요가 있다. 그러나 액체(37)의 제조 시나 반송 시의 상태에 따라, 액체(37) 중의 기포 양이나 용존기체량에 편차가 있으므로, 교환시기를 일정하게 하는 것은 바람직하지 않다. 도 9에서, 어떤 시기부터 서서히 기포제거장치의 기포제거능력이 저하됨을 알 수 있다. 그래서, 서서히 기포제거능력이 저하되어가는 어떤 시기의 측정값을 규격값으로 함으로써, 기포제거장치의 교환시기를 제거능력이 저하되기 전에 예상하면, 액체(37) 중의 기포량이나 용존기체량에 편차가 있어도 적절한 시기의 교환이 가능해진다.
본 발명에 관한 박막도포장치 및 액침노광장치에 의하면, 결함을 포함하지 않는 품질 좋은 레지스트패턴을 웨이퍼에 형성할 수 있으며, 수율의 향상을 실현할 수 있다.
본 발명은 결함을 포함하지 않는 품질이 좋은 레지스트패턴을 웨이퍼 상에 형성하는데 유용하다.

Claims (8)

  1. 약액 공급원으로부터 미립자여과장치를 거쳐 공급되는 약액을 토출노즐로부터 토출시켜 웨이퍼 표면에 도포하고, 박막을 형성하는 박막도포장치이며,
    상기 미립자여과장치와 상기 토출노즐 사이를 연결하는 배관과,
    상기 배관의 개폐를 행하는 전자제어밸브와,
    상기 배관 중의 상기 약액 중에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정하는 미립자측정장치와,
    상기 전자제어밸브의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치의 측정값을 수집하는 데이터수집유닛과,
    상기 데이터수집유닛에 수집되는 상기 제어 전압값 및 상기 측정값으로부터, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 연산회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 박막도포장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연산회로에서는, 상기 웨이퍼 1 장당에 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를, 미리 정해진 규격값과 비교하는 것을 특징으로 하는 박막도포장치.
  3. 약액 공급원으로부터 미립자여과장치를 거쳐 공급되는 약액을 토출노즐로부 터 토출시켜 웨이퍼 표면에 도포하고, 박막을 형성하는 박막도포장치를 이용한 박막도포방법이며,
    상기 미립자여과장치와 상기 토출노즐 사이를 연결하는 배관에 설치된 전자제어밸브의 제어 전압값을 수집하여, 상기 약액이 상기 웨이퍼 표면에 도포됐는지 여부를 판단하는 공정(a)과,
    상기 배관을 흐르는 상기 약액에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정하는 공정(b)과,
    상기 공정(a) 및 상기 공정(b)의 결과에 기초하여, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 공정(c)과,
    상기 공정(c)의 결과에 기초하여, 상기 박막도포장치를 정지시킬지 여부를 판단하는 공정(d)을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막도포방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공정(d)에서는, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 미리 설정된 규격값을 비교함으로써 상기 판단을 행하며,
    상기 박막도포장치를 정지시킬 것으로 판단된 후에도, 상기 웨이퍼 1 장당 도포될 상기 약액 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 상기 규격값과 의 비교를 계속하여, 상기 입자형상 물질의 수가 정상 범위로 되었다고 판단될 때까지 상기 박막도포장치를 정지시키는 것을 특징으로 하는 박막도포방법.
  5. 투영광학계에서 광학소자의 선단부와 웨이퍼 표면과의 사이를 액체로 채운 상태에서, 상기 광학소자의 선단부로부터 상기 웨이퍼 상에 마스크패턴을 전사하는 액침노광장치이며,
    상기 액체를 상기 웨이퍼 표면에 공급하는 액체배출 노즐과,
    상기 액체 공급원과 상기 액체배출 노즐 사이를 연결하는 배관과,
    상기 배관의 개폐를 행하는 전자제어밸브와,
    상기 배관 도중에 개재하는 미립자여과장치와,
    상기 배관 중 상기 미립자여과장치와 액체배출 노즐 사이에 개재하며, 상기 액체 중의 기포를 제거하는 기포제거장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 액침노광장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배관 중 상기 기포제거장치와 상기 액체배출 노즐 사이에 개재하며, 상기 액체 중에 함유되는 입자형상 물질의 양을 측정하는 미립자측정장치와,
    상기 전자제어밸브의 제어 전압값 및 상기 미립자측정장치의 측정값을 수집하는 데이터수집유닛과,
    상기 데이터수집유닛에 수집되는 상기 제어 전압값 및 상기 측정값으로부터, 상기 웨이퍼 1 장당 공급되는 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 연산회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 액침노광장치.
  7. 제 5 항에 기재된 액침노광장치를 이용한 액침노광방법이며,
    상기 전자제어밸브의 제어 전압값을 수집함으로써, 상기 액체가 상기 웨이퍼 표면에 공급됐는지 여부를 판단하는 공정(a)과,
    상기 배관을 흐르는 상기 액체에 함유되는 입자형상 물질의 수를 측정하는 공정(b)과,
    상기 공정(a) 및 상기 공정(b)의 결과에 기초하여, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수를 산출하는 공정(c)과,
    상기 공정(c)의 결과에 기초하여, 상기 액침노광장치를 정지시키는지 여부를 판단하는 공정(d)을 구비하는 것을 특징으로 하는 액침노광방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공정(d)에서는, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 미리 설정된 규격값을 비교함으로써 상기 판단을 행하며,
    상기 액침노광장치를 정지시킬 것으로 판단된 후에도, 상기 웨이퍼 1 장당 공급될 상기 액체 중에 함유되는 상기 입자형상 물질의 수와 상기 규격값과의 비교를 계속하여, 상기 입자형상 물질의 수가 정상 범위로 되었다고 판단될 때까지 상기 액침노광장치를 정지시키는 것을 특징으로 하는 액침노광방법.
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