KR20090004507A - 노광 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

노광 장치 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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KR20090004507A
KR20090004507A KR1020080054481A KR20080054481A KR20090004507A KR 20090004507 A KR20090004507 A KR 20090004507A KR 1020080054481 A KR1020080054481 A KR 1020080054481A KR 20080054481 A KR20080054481 A KR 20080054481A KR 20090004507 A KR20090004507 A KR 20090004507A
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Abstract

투영 광학계를 거쳐서 원판의 패턴을 기판에, 상기 투영 광학계와 상기 기판과의 사이의 간극에 액체를 채운 상태에서, 노광하는 노광 장치는, 상기 간극에 액체를 공급하는 액체공급유닛과, 상기 간극에 공급하기 전의 액체에 질소 가스를 이용한 탈기를 하도록 설치한 전단 탈기 유닛과, 상기 전단 탈기 유닛의 하류측에 설치된 용존 가스 계측 유닛과, 상기 용존 가스 계측 유닛의 하류측에 설치된 후단 탈기 유닛을 구비하고, 상기 전단 탈기 유닛은, 상기 용존 가스 계측 유닛에 의해 계측된 용존 산소량이 소정값이 되도록 질소 가스의 공급량을 제어하는 용존 산소 제어 유닛을 갖는다.
Figure P1020080054481
투영 광학계, 노광장치, 액침 노광

Description

노광 장치 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 투영 광학계와 기판과의 간극을 액체로 채운 상태에서 원판의 패턴을 기판에 투영하는 액침 노광 기술에 관한 것이다.
도 3은, 노광 장치의 일반적인 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 있어서, 31은 광원이다. 최근에, 광원(31)은, 노광 패턴의 미세화에 따라 단파장화가 진행해 I선에서 엑시머 레이저로 시프트하고, 또 그 레이저 광원도 KrF로부터 ArF로 시프트하고 있다. 현재, 더 미세화에의 요구를 만족하기 위해서, F2 레이저 및 EUV 광의 사용이 검토되고 있다.
광원(31)으로부터 나온 빛은, 도입부(32)를 통과해서 조명 광학계(33)로 인도된다. 조명 광학계(33)에서는, 조도 불균일의 제거 및 빔의 형성이 행해지고, 조명광이 노광 패턴의 원판인 레티클(34)에 조사된다. 원판으로서의 레티클(34)은, 레티클 스테이지(35)에 배치되어 있다.
레티클(34)을 투과한 빛은, 패턴 광이 되고, 투영 광학계(36)를 거쳐서 레티 클(34)과 광학적 공역면에 배치된 기판인 웨이퍼(37)에 축소 투영된다.
레티클(34) 및 웨이퍼(37)는 리니어 모터를 구동원으로서 갖는 레티클 스테이지(35) 및 웨이퍼 스테이지(38)에 각각 배치되고, 스텝 앤드 리피트(step and repeat)에 의해 반복적으로 노광이 행해진다.
또한, 최근, 투영 광학계(36)와 웨이퍼(37)와의 간극을 순수한 물 등의 액체로 채운 상태에서 노광을 행하는 액침 노광장치가 주목받고 있다. 액침 방법은, 높은 굴절률을 갖는 액체로 고NA(numerical aperture)화를 실현한다. 이것은, 설비 부하가 큰 F2 및 EUV 광원을 사용하지 않고 ArF의 기존의 노광장치에 액침 액체 공급부를 부가함으로써, 용이하게 한층더 미세화가 실현될 수 있다는 것을 의미한다.
도 4는, 액침 노광장치에 있어서의 액침 액체 공급계의 구성을 도시한 도면이다.
도 4에 있어서, 투영 광학계(36)의 최하면에 액침벽(21)에 의해 액침 영역을 생성하고, 액체공급 노즐(22) 및 액체회수 노즐(23)을 액침영역 내에 배치한다. 그리고, 정량의 액침 액체를 액체공급 노즐(22)로부터 공급함과 동시에 액체회수 노즐(23)로부터 회수함으로써, 액침 영역을 액침 액체로 채운 상태에서 노광을 행한다.
액침 액체는 광학부품의 일부를 형성하므로, 엄격한 순도, 유량 및 온도의 관리가 요구된다. 보통은 초순수 물이 사용된다. 공장설비에서 생성된 초순수 물은 공급 라인(28)을 거쳐서, 냉각기(24), 히터(25), 온도 센서(26) 및 온도 조절기(27)로 온도 조정되고, 액체공급 노즐(22)을 통해서 액침 영역에 공급된다.
또한, 공급 라인(28)에 탈기(degassing) 유닛(41)을 설치하고, 액침 액체 내의 용존 가스를 제거함으로써, 마이크로 버블(micro-bubbles)에 의한 노광 결함의 저감과 액침 액체를 통한 노광 광의 투과율의 향상이 시도되고 있다.
상기 투과율의 향상은 노광 시간의 단축에 의한 생산성 향상 이외도, 노광 에너지에 의한 액침 액체의 온도상승에 기인하는 굴절률의 변화를 억제하여, 양호한 상(imaging) 성능을 안정적으로 얻을 수 있다.
도 5는, 탈기 유닛의 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 있어서는, 튜브 형상의 중공 섬유막(42)이 함께 묶여 있고, 중공 섬유막(42)의 막벽 내부와 막벽 외부로 공간이 분리된 구조를 갖는 탈기 모듈(43)이 설치되어 있다. 막벽 내부와 연통한 내부 공급구(44)로부터 액침 액체를 공급하고, 막벽 외부와 연통한 외부 공급구(45)로부터 진공 처리를 행한다. 이에 따라, 중공 섬유막(42)을 거쳐서 액침 액체 내의 용존 가스를 막벽 외부의 진공측으로 방출해서 탈기를 행할 수 있다. 탈기된 액침 액체는 벽막 내부와 연통한 내부 배출구(46)로부터 배출되어 공급 라인(28)으로 복귀된다.
그렇지만, 상술한 탈기 유닛은 막의 확산 현상을 이용하고 있기 때문에, 탈기 효율을 상승시키기 위해서 진공압을 하강시키거나, 막 면적을 증가시키거나, 막 두께를 얇게 해야 한다.
한편, 탈기 능력에는 내압 및 스페이스에 기인한 한계가 있다. 탈기 전의 용존 가스량에 변동이 있으면, 하류측의 탈기된 액침 액체에 그 변동의 영향이 미친다.
또한, 진공펌프의 성능은 대기압과 밀접하게 관련되기 때문에, 대기압 변동이 탈기 성능의 변동을 일으킨다.
또한, 용존 가스 성분인 산소는, 액침 액체의 투과율에 밀접하게 관련되어 있어, 용존 산소의 농도 변동 1ppm에 대하여 투과율 0,73%/cm의 변동이 발생한다.
따라서, 대기압 또는 공장설비로부터 공급되는 액침 액체의 용존 가스량의 변동이 있으면, 액침 노광 장치에서도 용존 가스량의 변동이 생겨, 마이크로 버블의 발생과 광학성능의 열화를 초래할 우려가 있다.
본 발명은, 상술한 과제를 감안해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 대기압이나 공장설비로부터의 용존 가스량 변동의 영향을 제거하여, 마이크로 버블의 발생이나 광학성능의 열화를 막을 수 있는 액침 노광 기술을 실현하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른, 투영 광학계를 거쳐서 원판의 패턴을 기판에, 상기 투영 광학계와 상기 기판과의 사이의 간극에 액체를 채운 상태에서, 노광하는 노광 장치는, 상기 간극에 액체를 공급하는 액체공급유닛과, 상기 간극에 공급하기 전의 액체에 질소 가스를 이용한 탈기를 하도록 설치한 전단 탈기 유닛과, 상기 전단 탈기 유닛의 하류측에 설치된 용존 가스 계측 유닛과, 상기 용존 가스 계측 유닛의 하류측에 설치된 후단 탈기 유닛을 구비하고, 상기 전단 탈기 유닛은, 상기 용존 가스 계측 유닛에 의해 계측된 용존산소량이 소정 값이 되도록 질소 가스의 공급량을 제어하는 용존 산소 제어 유닛을 갖는다.
또, 본 발명의 디바이스 제조방법은, 상술한 노광장치를 이용해서 원판의 패턴을 기판에 노광하는 공정과, 노광된 기판을 현상하는 공정을 포함한다.
본 발명에 의하면, 온도 변동, 압력 변동, 및 대기압 변동에 기인하는 탈기 성능의 변동을 억제해서 용존 산소량의 변동을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 용존 산소량에 관한 액침 액체의 투과율이나 굴절률의 변동을 억제할 수 있다. 또, 마이크로 버블의 발생도 억제하고, 광학 성능의 열화도 막을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징들 및 국면들은 (첨부된 도면을 참조하면서) 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
이하에, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명을 실행하기 위한 최선의 형태에 대해서 상세히 설명한다.
이하에 설명하는 실시 예는, 본 발명을 실현하기 위한 일례이며, 본 발명이 적용되는 장치의 구성이나 각종 조건에 의해 적당하게 수정 또는 변경되어야 할 것이며, 또 본 발명은 이하의 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
[제 1의 실시 예]
도 1은, 본 발명의 제 1의 실시 예에 있어서의 액침 노광 장치의 액침 액체 공급계의 구성을 도시한 도면으로, 도 4의 구성과 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부착해서 나타내고 있다.
공장설비로부터 공급되는 액침 액체는 공급 라인(28)을 통과해서 전단 탈기 유닛(1)에 공급된다. 액침 액체의 온도 및 유량은 조정되기 때문에, 온도 조절 유닛(2) 및 유량 제어 유닛(3)의 하류측에 전단 탈기 유닛(1)을 배치하는 것이 바람직하다. 이 구조에 따라, 공급되는 액침 액체의 압력 및 온도 변동에 의한 탈기 변동을 제거할 수 있고, 더 나아가서 탈기 성능의 안정화를 달성할 수 있다.
전단 탈기 유닛(1)은 튜브 형상의 중공 섬유막을 묶고, 상기 중공 섬유막의 막벽 내부와 막벽 외부로 공간이 분리된 구조를 갖는, 탈기 모듈(5) 및 질소 가스 공급계(4)를 갖는다. 탈기 모듈(5)에 있어서는, 막벽 내부(막 내부)와 연통한 내부 공급구(6)로부터 액침 액체가 공급되고, 막벽 외부(막 외부)와 연통한 외부 공급구(7)로부터 질소 가스가 공급된다.
막벽 외부에서 질소 가스를 소정의 압력값으로 설정하고, 산소분압을 감소시킴으로써, 액침 액체 중에 포함된 용존 산소를 중공 섬유막에서 확산 통과시켜 막벽 외부로 배출함으로써 액침 액체 중의 용존 산소를 제거할 수 있다. 따라서, 질소 가스 공급계(4)에 감압 밸브(10) 및 압력계(11)를 설치하고, 또 중공 섬유막의 막벽 외부와 연통한 외부 배출구(9)에 배압(back-pressure) 조정용의 유량 조정 밸브(12)를 설치하는 것이 바람직하다.
용존 산소가 제거된 액침 액체는, 막벽 내부와 연통한 내부 배출구(8)로부터 배출되고, 후단 탈기 유닛(13)에 공급된다.
전단 탈기 유닛(1)을 통과한 액침 액체에는, 질소 가스를 주성분으로 하는 용존 가스가 포함되어 있기 때문에, 그대로 액침 노광 장치에 공급되면 용존 가스 가 기화해서 마이크로 버블이 발생하여, 상 성능 열화를 일으킨다. 이 이유 때문에, 전단 탈기 유닛(1)의 하류측에 후단 탈기 유닛(13)을 설치하여, 진공 탈기를 행한다.
후단 탈기 유닛(13)은 튜브 형상의 중공 섬유막을 묶고, 상기 중공 섬유막의 막벽 내부와 막벽 외부로 공간이 분리된 구조를 갖는, 탈기 모듈(43) 및 진공압 공급계(14)를 갖는다. 탈기 모듈(43)의 막벽 내부와 연통한 내부 공급구(44)로부터 액침 액체가 공급되고, 막벽 외부와 연통한 외부 공급구(45)로부터 진공 처리를 행한다.
막벽 외부의 진공 압력을 소정의 압력값으로 설정하고, 가스 분압을 감소시킴으로써, 액침 액체 중에 포함된 용존 가스를 중공 섬유막에서 확산 통과시켜 그 용존 가스를 막벽 외부로 배출함으로써 액침 액체 중의 용존 가스를 제거한다. 따라서, 진공압 공급계(14)에 진공 감압 밸브(15) 및 진공 압력계(16)를 설치하는 것이 바람직하다. 후단 탈기 유닛(13)을 통과해서 용존 가스가 제거된 액침 액체는, 도 4에서 서술한 것 같이, 공급 라인(28)을 거쳐서, 히터(25), 온도 센서(26) 및 온도 조절기(27)에 의해 온도 조절되어, 액체 공급 노즐(22)로부터 액침영역에 공급된다.
본 실시 예에 의하면, 공장설비로부터 공급되는 액침 액체에 포함된 용존 가스량 및 대기압이 변동해도, 전단 탈기 유닛(1)의 질소 가스 공급압 조정에 의해 산소 분압을 소정값 이내로 관리할 수 있다. 또한, 액침 액체가 탈기 모듈을 통과함으로써 액침 액체 내의 용존 산소량을 소정량 이내로 억제할 수 있어, 결과적으 로 용존 산소의 농도 변동에 기인하는 액침 영역 내의 굴절률 변동을 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 후단 탈기 유닛(13)에서 진공 탈기를 행하여 액침 액체로부터 용존 가스를 제거함으로써, 마이크로 버블에 의한 상 성능 열화를 억제할 수 있다.
[제 2의 실시 예]
도 2는, 본 발명의 제 2의 실시 예에 있어서의 액침 노광장치의 탈기 유닛의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2의 동일한 부호는 전술의 제 1의 실시 예와 공통되는 부분을 나타낸다.
본 실시 예는, 전단 탈기 유닛(1)과 후단 탈기 유닛(13)과의 사이 (즉, 전단 탈기 유닛(1)의 하류측과 후단 탈기 유닛(13)의 상류측)에 액침 액체의 용존 산소량을 검출하는 용존 산소 계측 센서(17)를 설치하고 있다.
또한, 질소 가스의 공급량에 의해 압력을 제어하는 질소 가스 공급압 제어 밸브(18)를 설치하고, 또 용존 산소 계측 센서(17)에 의해 검출된 용존 산소량이 항상 소정의 값이 되도록 질소 가스 공급압 제어 밸브(18)를 제어하는 용존 산소 제어 유닛(19)을 설치하고 있다.
각 실시 예에서 언급된 액침 액체 공급계는, 예를 들면 도 3에 나타낸 노광 장치에 탑재되고, 투영 광학계(36)를 거쳐서 원판으로서의 레티클(34)의 패턴을 기판으로서의 웨이퍼(37)에, 투영 광학계(36)와 웨이퍼(37)와의 사이의 간극에 액침 액체를 채운 상태에서 노광한다.
다음에, 레티클(34) 및 웨이퍼(37)가 레티클 스테이지(35) 및 웨이퍼 스테이 지(38)에 의해 각각 구동되고, 스텝 앤드 리피트(step-and-repeat)에 의해 반복적으로 노광되거나, 또는 레티클 스테이지(35)와 웨이퍼 스테이지(38)를 동기시켜서 스캔하면서 노광된다.
본 실시 예에 의하면, 액침 액체 중의 용존 산소량을 직접 관리할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 용존 산소량의 관리를 행할 수 있다. 그 결과, 용존 산소량의 변동에 기인하는 투과율 및 굴절률 변동을 방지할 수 있어, 노광 장치에 있어서 안정성이 높은 광학 성능을 실현한다. 또한, 어떠한 원인으로 용존 산소량이 소정량을 초과하면, 경고를 출력해 트러블이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 공장설비로부터 공급되는 액침 액체의 탈기 유닛을 적어도 2단계로 하는데, 여기에서 첫 번째 단계는 질소 가스에 의한 탈기를 행하여 액침 액체 중의 용존 산소량이 소정값 이하가 되도록 용존 산소를 제거하고, 두 번째 단계는 진공에 의한 탈기를 행하여 주성분이 질소인 용존 가스를 제거한다. 이렇게, 질소 가스에 의한 탈기를 행함으로써 진공에서는 곤란한 산소분압의 저하를 용이하게 행할 수 있어, 용존 산소량을 극미량으로 억제한 액침 액체를 생성할 수 있다. 또한, 진공 탈기로 생긴 진공 펌프의 대기압 변동에 의한 진공 펌프의 탈기 성능의 변동에 기인하는 용존 산소 농도를 완전히 제거할 수 있다.
또한, 두 번째 단계의 진공 탈기를 행함으로써 용존하는 가스(주로 질소)를 제거함으로써, 마이크로 버블의 발생을 방지할 수 있다.
그 결과, 공장설비로부터 공급되는 액침 액체의 온도 및 압력 변동과 대기압 변동에 기인하는 탈기 성능의 변동을 억제함으로써 용존 산소량의 변동을 최소화할 수 있다. 또한, 용존 산소량에 상관하는 액침 액체의 투과율 및 굴절률의 변동을 억제하고, 또 마이크로 버블의 발생도 억제할 수 있어, 광학 성능이 우수한 액침 노광 장치를 실현할 수 있다.
[디바이스 제조방법]
다음에, 본 실시 예의 노광 장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 방법에 관하여 설명한다.
디바이스(반도체 집적회로소자, 액정표시소자 등)은, 전술한 실시 예의 노광 장치를 사용해서 기판을 노광하는 노광 공정과, 노광 공정 중에 노광된 기판을 현상하는 현상 공정과, 현상 공정 중에 현상된 기판을 가공하는 그 외의 주지의 공정을 통해서 제조된다.
본 발명에 대해서 예시적인 실시 예를 참조하면서 설명했지만, 본 발명은, 이 개시한 예시적인 실시 예에 한정되는 것은 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 이하의 특허청구범위는 모든 변형, 균등 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1의 실시 예에 있어서의 액침 노광장치의 액침 액체 공급계의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 2의 실시 예에 있어서의 액침 액체 공급계의 탈기 유닛의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 노광 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 액침 노광 장치의 액침 액체 공급계의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 액침 액체 공급계의 탈기 유닛의 구성을 도시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 투영 광학계를 거쳐서 원판의 패턴을 기판에, 상기 투영 광학계와 상기 기판과의 사이의 간극에 액체를 채운 상태에서, 노광하는 노광 장치로서,
    상기 간극에 액체를 공급하는 액체 공급 유닛과,
    상기 간극에 공급하기 전의 액체에 질소 가스를 이용한 탈기를 행하도록 설치한 전단 탈기 유닛과,
    상기 전단 탈기 유닛의 하류측에 설치된 용존 가스 계측 유닛과,
    상기 용존 가스 계측 유닛의 하류측에 설치된 후단 탈기 유닛을 구비하고,
    상기 전단 탈기 유닛은, 상기 용존 가스 계측 유닛에 의해 계측된 용존 산소량이 소정값이 되도록 질소 가스의 공급량을 제어하는 용존 산소 제어 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 후단 탈기 유닛은, 진공처리에 의해 용존 가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전단 탈기 유닛의 상류측에 설치되어 액체의 유량을 조정하는 적어도 한 개의 유량 조정 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 유량 조정 유닛의 상류측에 설치되어, 액체의 온도를 조정하는 적어도 한 개의 온도 조정 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용한 디바이스 제조방법으로서,
    원판의 패턴을 기판에 노광하는 공정과,
    노광된 기판을 현상하는 공정을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
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