KR100854559B1 - 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

액침 이동 노광 공정은 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하고, 제1 액침 이동 공정은 상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키고, 제2 액침 이동 공정은 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고, 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 속도보다도 느린 속도로 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.

액침 이동 노광 공정, 피노광 기판, 투영 광학계, 노광 처리

Description

반도체 장치의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은, 제1 실시예에 따른 노광 장치의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면.

도 2는, 제1 실시예에 따른 액침 노광 방법을 플로차트로 해서 도시하는 도면.

도 3은, 제1 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 상대적인 이동 궤적을 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도.

도 4a 및 도 4b는, 제1 실시예에 따른 제1 및 제2 각 액침 이동 공정을 도시하는 평면도.

도 5는, 제1 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 얼라인먼트 마크 검출 시에서의 이동 궤적을 도시하는 평면도.

도 6a 및 도 6b는, 제1 실시예에 따른 스테이지의 이동 방향과 웨이퍼에 대한 액체의 접촉각과의 관계를 도시하는 단면도.

도 7은, 제1 실시예에 따른 스테이지의 이동 속도를 최대로 한 경우의 웨이퍼에 대한 액체의 접촉각과 웨이퍼에 대한 액침 영역의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면.

도 8은, 제1 실시예에 따른 액침 영역과 웨이퍼 간의 상대적인 이동 속도에 대한 잔류 액적 발생 거리 및 웨이퍼에 대한 액체의 접촉각과의 관계를 그래프로써 도시하는 도면.

도 9는, 제1 실시예에 따른 스테이지의 이동 속도를 최대 이동 속도보다도 작게 한 경우의 웨이퍼에 대한 액체의 접촉각과 액침 영역에 대한 웨이퍼의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면.

도 10은, 제1 실시예에 따른 스테이지의 이동 속도를 최대 이동 속도보다도 더 작게 한 경우의 웨이퍼에 대한 액체의 접촉각과 액침 영역에 대한 웨이퍼의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면.

도 11은, 제1 실시예에 따른 제2 액침 이동의 이동 속도의 결정 방법을 그래프로써 도시하는 도면.

도 12는, 제2 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 상대적인 이동 궤적을 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도.

도 13은, 제3 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 상대적인 이동 궤적을 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:노광 장치

2:레티클

3:레티클 스테이지

4:투영 렌즈계

5:피노광 기판

6:웨이퍼 스테이지

7:서포트 판

8:펜스

9:액체 급배 장치

10:노광 영역

[특허 문헌1] 일본 특개평10-303114호 공보

<관련 출원>

본 출원은 2006년 1월 20일 출원된 일본 특허 출원 번호 제2006-012653호에 기초한 것으로 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 참조로서 본 명세서에 원용된다.

본 발명은, 반도체 장치의 제조 공정에 이용되는 리소그래피 기술 중의 노광 기술에 관한 것으로, 특히 노광 장치의 투영 광학계와 노광 처리가 실시되는 피처리 기판 간에 액체를 개재시키면서 노광 공정을 행하는, 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 액침 노광 방법이라고 칭해지는 노광 방법이 주목받고 있다. 이 액침 노광 방법이란, 노광 장치의 투영 광학계(투영 렌즈)와 노광 처리가 실시되는 피노 광 기판 상에 형성되어 있는 레지스트막 사이를 액체(액침액)로 채우면서, 레지스트막의 표면에 패턴을 노광하는 노광 방법이다. 이 액침 노광 방법에 이용되는 노광 장치는, 액침형 노광 장치라고 부르고 있다. 이 액침형 노광 장치의 일례가 특허 문헌1에 개시되어 있다.

이 일본 특허 문헌1에는, 구체적으로는, 액침액인 물을 공급 가능한 스테이지 중에서, 피노광 기판 전체를 수몰시킨 상태에서 스테이지를 노광 장치에 대해서 상대적으로 이동시키면서 노광을 행하는 액침형 노광 장치가 개시되어 있다. 이러한 형태의 액침형 노광 장치에서는, 스테이지 전체에 액체가 공급되므로, 스테이지를 고속으로 이동시킬 때에 스테이지로부터 액침액이 넘치기 쉽다는 등의 문제가 있다. 이 때문에, 스테이지를 고속 구동할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이러한 스테이지 이동에 의한 액체의 흐트러짐에의 대책으로서, 피노광 기판 상의 노광을 행하는 부분에 대해서 국소적으로 액침액을 공급하면서 스테이지를 구동하는 방법이, 예를 들면 Soichi Owa and Hiroyuki Nagasaka, Immersion Lithography;its potential performance and issues, Proc. of SPIE Vol.5040, pp.724-733에 개시되어 있다. 이 방식에 따르면, 스테이지를 고속으로 이동시킬 때에 스테이지로부터 액침액이 넘칠 우려가 거의 없으므로, 스테이지의 고속 이동이 가능하게 된다. 단, 이러한 방법을 이용하는 경우, 레지스트막의 표면 상에 국소적으로 개재시킨 액침 노광용의 액막을 고속으로 이동시키기 위해서는, 예를 들면 레지스트막의 표면을 발수성으로 할 필요가 있다. 혹은, 레지스트막의 표면 상 에 다른 발수성의 막을 형성할 필요가 있다. 이들 발수 처리에 의해, 노광 장치의 광학계에 대한 스테이지의 고속의 상대 이동이 가능하게 된다. 나아가서는, 노광 공정의 스루 풋 향상을 도모할 수 있다.

또한, 다른 액침 노광 공정에서는, 레지스트막에 노광되는 패턴의 상질에 영향을 주지 않는 단순한 피노광 기판의 이동 공정에서의 스테이지의 이동 속도를, 패턴의 상질에 영향을 주는 액침 이동 노광 공정에서의 스테이지의 이동 속도보다도 빠르게 한다. 즉, 레지스트막에 패턴을 노광하지 않고 스테이지를 이동시키는 이동 공정의 이동 속도를, 레지스트막에 패턴을 노광하면서 스테이지를 이동시키는 액침 이동 노광 공정의 이동 속도보다도 빠르게 한다. 이에 의해, 노광 공정의 스루 풋 향상을 도모할 수 있다. 이 때, 레지스트막에 패턴을 노광시키지 않고 이동하는 이동 공정에서는, 스테이지를 최고 속도로 이동시키는 것이 바람직한 것은 물론이다.

그런데, 단지 단순하게 스테이지를 고속으로 이동시키면, 피노광 기판에 대한 노광 장치의 투영 광학계 및 액침액의 상대적인 이동 궤적을 따라, 피노광 기판 상에 액침액의 액적이 잔류하기 쉽다. 피노광 기판 상에 액침액의 액적이 잔류하면, 레지스트막에 형성되는 레지스트 패턴이 열화해서 결함이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 발생한다. 나아가서는, 이러한 결함을 갖는 레지스트 패턴에 기초해서 제조되는 반도체 장치는, 그 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 저하할 우려가 높아진다.

본 발명에서는, 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 노광 장치의 투영 광학 계 사이의 국소적인 영역에 액체를 개재시켜서 노광 처리를 행하는 액침 노광 방법에서, 노광 공정의 스루 풋 향상을 도모할 수 있음과 함께 피노광 기판 상에 액체가 잔류할 우려가 거의 없는 액침 노광 방법을 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 한 관점에 의하면, 액침 이동 노광 공정은 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하고, 제1 액침 이동 공정은 상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키고, 제2 액침 이동 공정은 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고, 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 속도보다도 느린 속도로 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 다른 관점에 의하면, 액침 이동 노광 공정은 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하고, 제1 액침 이동 공정은 상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키고, 제2 액침 이동 공정은 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시킴과 함께, 상기 피노광 기판 상에 상기 액체의 잔류가 발생하기 전에 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도 및 이동 방향 중의 적어도 한 쪽을 변경하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 또 다른 관점에 의하면, 액침 이동 노광 공정은 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하고, 상기 액체가 상기 피노광 기판의 주연부 상에 위치하는 경우의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도를, 상기 액체가 상기 피노광 기판의 주연부 이외에 위치하는 경우의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도보다도 느리게 설정하는 것을 특징으로 하는 액침 노광 방 법을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 각 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

(제1 실시예)

우선, 본 발명에 따른 제1 실시예에 대해서 도 1 ∼ 도 11을 참조하면서 설명한다. 본 실시예에서는, 기판 상의 국소적인 영역에 액막을 개재하여 패턴 노광하는 액침 노광 기술에서, 레지스트 패턴에 결함이 발생할 우려를 억제 혹은 저감할 수 있는 레지스트 패턴 형성 방법에 대해서 설명한다. 이하, 상세하게 설명한다.

우선, 도 1을 참조하면서, 본 실시예에 따른 노광 장치(1)에 대해서 설명한다. 도 1은, 본 실시예에 따른 노광 처리를 행하는 노광 장치(1)의 구성의 개략을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 노광 장치(1)는, 노광 처리가 실시되는 피노광 기판(5)과 노광 장치(1)의 투영 광학계(4) 간에 액체를 개재시킨 상태에서 노광을 행하는, 이른바 액침 노광을 행하기 위한 액침형의 노광 장치이다. 특히, 본 실시예의 액침형 노광 장치(1)는, 스캔형(주사형)이라고 칭해지는 액침형 노광 장치의 일종이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 액침형 노광 장치(1)는, 레티클(마스크)(2)을 지지하기 위한 레티클 지지구(마스크 지지구)로서의 레티클 스테이지(마스크 스테이지)(3)를 구비하고 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 액침형 노광 장치(1)는, 노광광(조명광)을 발생시키는 노광 광원(조명 광원), 및 이 조명 광원이 발생시킨 조명광을 레티클(2)에 유도하기 위한 조명 렌즈계(조명 광학계)를 구비하고 있다. 레 티클 스테이지(3)는, 조명 광원 및 조명 렌즈계의 광로의 하방에 배치되어 있다. 그것과 함께, 레티클 스테이지(3)는, 액침형 노광 장치(1)의 광축에 직교하는 방향을 따라서 평행 순방향 또는 평행 역방향으로 이동 가능하게 설정되어 있다. 레티클(2)은, 레티클 스테이지(3)의 조명 광원 및 조명 렌즈계와 대향하는 측의 주면(표면, 상면) 상에 형성되어 있다. 또한, 도시는 생략하지만, 레티클(2)에는, 피노광 기판(5)의 표면(5a)에 노광해서 형성하는 소정의 형상으로 이루어지는 패턴(마스크 패턴)이 적어도 1개 형성되어 있다.

또한, 액침형 노광 장치(1)는, 레티클(2)을 통과(투과)한 노광광을 피노광 기판(5)의 표면(5a)에 유도하기 위한 투영 렌즈계(투영 광학계)(4)를 구비하고 있다. 투영 렌즈계(4)는, 레티클 스테이지(3)의 광로의 하방에 배치되어 있다.

또한, 액침형 노광 장치(1)는, 노광 처리가 실시되는 피노광 기판(웨이퍼, 반도체 기판)(5)을 지지하기 위한 피노광 기판 지지구(웨이퍼 지지구)로서의 피노광 기판 스테이지(웨이퍼 스테이지)(6)를 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지(6)는, 투영 렌즈계(4)의 광로 하방에 배치되어 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지(6)는, 레티클 스테이지(3)와 마찬가지로, 액침형 노광 장치(1)의 광축에 직교하는 방향을 따라서 웨이퍼(5)와 함께 평행 순방향 또는 평행 역방향으로 이동 가능하게 설정되어 있다. 이에 의해, 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼 스테이지(6) 상에 재치(탑재)된 웨이퍼(5)는, 투영 렌즈계(4)에 대해서 상대적으로 이동할 수 있다. 또한, 반대의 시점으로부터 보면, 투영 렌즈계(4)는, 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼 스테이지(6) 상에 재치된 웨이퍼(5)에 대해서 상대적으로 이동할 수 있다. 웨이퍼(5)는, 웨이 퍼 스테이지(6)의 투영 렌즈계(4)와 대향하는 측의 주면(표면, 상면) 상에 재치되어 있다.

또한, 웨이퍼 스테이지(6)의 표면 상에는, 웨이퍼(5)가 웨이퍼 스테이지(6)와 함께 이동할 때에 웨이퍼(5)가 어긋나지 않도록 유지하기 위한 피노광 기판 유지구(웨이퍼 유지구)로서의 서포트 판(서포트 부재)(7)이 형성되어 있다. 서포트 판(7)은, 웨이퍼(5)의 주연부(외연부)(5b)를 둘러싸서 형성되어 있다.

또한, 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)에는, 투영 렌즈계(4)와 웨이퍼(5) 간에 공급되는 노광 처리용의 액체(액침액)를, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에서 원하는 영역 내에 유지하기 위한 액체 유지구(액침액 유지구)로서의 펜스(8)가 형성되어 있다. 그것과 함께, 투영 렌즈계(4)의 측방에는, 펜스(8) 내에 액체를 공급하는 액체 공급 장치(9a)와, 액체를 펜스(8) 내로부터 배출하는 액체 배출 장치(9b)로 이루어지는 액체 급배 장치(액침액 급배 장치)(9)가 형성되어 있다. 본 실시예에서는, 도 1 중 투영 렌즈계(4)의 우측에 배치되어 있는 액체 공급 장치(9a)로부터 펜스(8) 내에 액체를 공급하는 설정으로 한다. 그것과 함께, 투영 렌즈계(4)의 좌측에 배치되어 있는 액체 배출 장치(9b)에 의해 액체를 펜스(8) 내로부터 배출하는 설정으로 한다. 본 실시예에서는, 액침액(제1 약액)으로서는, 일반적인 액침 노광 공정과 마찬가지로, 순수를 이용하는 것으로 한다. 따라서, 액체 급배 장치(9)는, 단순히 물공급 배출기라고도 칭해진다. 마찬가지로, 액체 공급 장치(9a) 및 액체 배출 장치(9b)는, 각각 단순히 급수기(9a) 및 배수기(9b)라고도 칭해진다.

이러한 설정에 의해, 적어도 액침 노광을 행할 때에는, 투영 렌즈계(4)의 선 단부(4a)와 웨이퍼(5)의 표면(5a) 간의 펜스(8)로 둘러싸인 공간은, 순수로 이루어지는 액막(수막)(11)으로 채워진다. 이 투영 렌즈계(4)와 웨이퍼(5) 간의 수막(11)으로 채워지는 영역은, 액침 영역(12)이라고도 칭해진다. 이에 수반하여, 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)를 액침 헤드라고도 칭하기로 한다. 또한, 도 1에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해 액침액의 도시를 생략했다.

또한, 도시는 생략하지만, 투영 렌즈계(4)의 옆에는, 얼라인먼트 마크의 검출을 행하기 위한 얼라인먼트 마크의 검출 장치가 형성되어 있다. 이 얼라인먼트 마크 검출 장치도, 투영 렌즈계(4)와 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지(6)가 투영 렌즈계(4)에 대해서 상대적으로 움직임으로써, 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼(5)에 대해서 상대적으로 이동할 수 있다. 얼라인먼트 마크의 검출은, 노광 정밀도를 높이기 위해서 웨이퍼(5)에 액침 노광 처리를 실시하기에 앞서 행해진다.

도시는 생략하지만, 조명 광원으로부터 발해진 조명광은 조명 렌즈계를 거쳐서 레티클(2)에 도달한다. 레티클(2)에 도달한 조명광은, 레티클(2)에 형성되어 있는 마스크 패턴을 통과함으로써 소정의 패턴 형상으로 성형된다. 그리고, 소정의 패턴 형상으로 성형된 조명광(노광광)은 투영 렌즈계(4)에 입사한다. 투영 렌즈계(4)에 입사한 노광광은, 투영 렌즈계(4)의 선단부(액침 헤드)(4a)로부터 사출된 후, 액침 영역(12)을 통과해서 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정된 원하는 조사 영역(노광 영역)에 도달한다. 보다 상세하게는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 형성되어 있는 도시하지 않은 포토레지스트의 표면에 마스크 패턴의 상이 노광 및 투영되어, 마스크 패턴의 잠상이 형성된다. 즉, 웨이퍼(5)의 표면(5a)에 액침 노광 처 리가 실시된다.

다음으로, 주로 도 2를 참조하면서, 본 실시예에 따른 액침 노광 방법에 대해서 설명한다. 도 2는, 본 실시예에 따른 액침 노광 방법을 플로차트로 해서 도시하는 도면이다.

우선, 도 2 중 최상단에 도시한 바와 같이, 노광 처리가 실시되는 피노광 기판으로서의 웨이퍼(반도체 기판)(5)를 준비한다.

다음으로, 노광 처리를 실시하기에 앞서, 도시하지 않은 반사 방지막을 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 미리 형성한다. 이 반사 방지막은, 예를 들면 도시하지 않은 도포 장치를 이용해서 스핀 코트법에 의해 성막된다. 즉, 회전하고 있는 웨이퍼(5)의 표면(5a)의 중심부에 반사 방지막용의 도포 재료를 적하해서 표면(5a) 전체에 확장시킨 후, 가열 처리를 행한다. 이에 의해, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 반사 방지막이 형성된다. 본 실시예에서는, 막 두께가 약 50nm인 반사 방지막을 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 형성한다. 이 공정을 스텝 101(ST 101)이라고 한다.

다음으로, 반사 방지막의 표면 상에 도시하지 않은 레지스트막을 형성한다. 본 실시예에서는, 레지스트막으로서, 산 발생재를 포함하는 ArF 화학 증폭형 레지스트막을 채용한다. 이 레지스트막은, 반사 방지막과 마찬가지의 방법에 의해 성막된다. 즉, 스핀 코트법에 의해 반사 방지막 상에 화학 증폭형 레지스트의 도포 재료를 확장시킨다. 계속해서, 이 화학 증폭형 레지스트용의 도포 재료가 형성된 웨이퍼(5)에 가열 처리를 실시함으로써, 도포 재료 중에 포함되는 용제를 기화시켜서 제거한다. 이에 의해, 반사 방지막의 표면 상에 ArF 화학 증폭형 레지스트막이 형성된다. 이 공정을 스텝 102(ST 102)라고 한다.

또한, 본 실시예에서는, 표면의 친수성이 비교적 높은 ArF 화학 증폭형 레지스트막을 채용한다. 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 일반적인 액침 노광에서는, 웨이퍼(5) 상에 형성되어 있는 액침액과 직접 접하는 부재는, 소수성(발수성)이 높은 쪽이 바람직하다고 되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 레지스트막 상에 알칼리 현상액에 대해서 용해성을 갖는 소수성의 막을 형성한다. 이 막은, 액침액으로부터 레지스트막 내에 수분이 침투하거나, 혹은 레지스트막으로부터 액침액 내로 레지스트막 구성 물질이 용출되거나 하는 것을 억제하기 위해서 형성된다. 이 때문에, 이 막은, 액침 노광용 보호막이라고도 칭해진다. 이 공정을 스텝 103(ST 103)이라고 한다.

또한, 본 실시예와 달리, 소수성(발수성)이 높은 레지스트막을 채용하는 경우에는, 전술한 스텝 103을 생략해도 상관없는 것은 물론이다. 이 경우, 도 2 중 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 전술한 스텝 102로부터 후술하는 스텝 104로 직접 진행하면 된다.

다음으로, ArF 화학 증폭형 레지스트막이 형성된 웨이퍼(5)를, 도포 장치부터 전술한 액침형 노광 장치(1)까지 반송한다. 이 공정을 스텝 104(ST 104)라고 한다.

다음으로, 도포 장치로부터 반송된 웨이퍼(5)를, 노광 장치(1)의 웨이퍼 스테이지(노광 스테이지)(6) 상에 재치한다. 계속해서, 웨이퍼(5)를 서포트 판(7)에 의해 유지한다. 이 공정을 스텝 105(ST 105)라고 한다.

다음으로, 웨이퍼 스테이지(6) 상에 재치된 웨이퍼(5)에 액침 노광 처리를 실시하기에 앞서, 웨이퍼(5) 상에 설정되어 있는 얼라인먼트 마크의 검출을 행한다. 이 얼라인먼트 마크의 검출은, 전술한 노광 장치(1)가 구비하는 얼라인먼트 마크 검출 장치를 이용해서 행해진다. 얼라인먼트 마크의 검출은, 웨이퍼 표면(5a)(레지스트막 표면)에 투영되는 레티클 패턴의 위치 정밀도, 즉 노광 정밀도를 높이기 위해서 행해진다.

얼라인먼트 마크를 검출하는 경우에도, 웨이퍼(5)에 액침 노광 처리를 실시하는 경우와 마찬가지로, 투영 렌즈계(4)와 웨이퍼(5) 간의 공간에 액침 영역(12)이 형성되어 있다. 따라서, 얼라인먼트 마크 검출 공정에서도, 액침 노광 처리 공정과 마찬가지로, 투영 렌즈계(4)에 대해서 웨이퍼 스테이지(6)가 상대적으로 이동하는데 수반해서, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상을 이동한다. 이러한 투영 렌즈계(4) 및 액침 영역(12)에 대한 웨이퍼 스테이지(6)의 상대적인 이동을 반복해서 행함과 함께, 마크 위치에 얼라인먼트 마크 검출 기능을 배치해서 계측함으로써, 얼라인먼트 마크의 검출을 행한다. 이 결과, 칩 위치 정보를 얻는다. 이 공정을 스텝 106(ST 106)이라고 한다.

다음으로, 얻어진 칩 위치 정보에 기초하여, 마스크 패턴에 대한 웨이퍼(5)의 맞춤 노광을 행한다. 그리고, 레지스트막에 마스크 패턴의 잠상을 형성한다. 이 공정을 스텝 107(ST 107)이라고 한다.

다음으로, 마스크 패턴의 잠상이 형성된 웨이퍼(5)를 스테이지(6) 상으로부터 분리하여, 노광 장치(1)로부터 도시하지 않은 가열기(베이커)의 처리실 내에 반 송한다. 이 공정을 스텝 108(ST 108)이라고 한다.

다음으로, 가열기를 이용해서 웨이퍼(5)에 대해서 가열 처리(소결 처리, PEB)를 실시한다. 이 가열 처리에 의해, 액침 노광 공정(액침 노광 단계)에서 레지스트막 내에 발생한 산의 확산 반응 및 증폭 반응을 촉진시킨다. 이 공정을 스텝 109A(ST 109A)라고 한다.

다음으로, PEB가 실시된 웨이퍼(5)를 가열기로부터 꺼낸다. 이 후, 액침 노광용 보호막을 레지스트막 상으로부터 박리시켜서 제거한다. 이 공정을 스텝 110A(ST 110A)라고 한다.

다음으로, 액침 노광용 보호막이 제거된 웨이퍼(5)를 도시하지 않은 현상 처리 장치(현상 유닛)에 반송해서 현상 처리를 행한다. 이에 의해, 레지스트막 상의 보호막을 제거하면서 레지스트막에 도시하지 않은 ArF 레지스트 패턴이 형성된다. 이 공정을 스텝 111A(ST 111A)라고 한다.

이 후, 도시를 수반하는 상세하면서도 구체적인 설명은 생략하지만, ArF 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를, 소정의 가공 공정에 흘린다. 즉, ArF 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를, 트랜지스터 제조 공정이나 배선 형성 공정 등의 다른 전 공정(Front End Of the Line:FEOL)에 흘린다. 계속해서, 전 공정을 거친 웨이퍼(5)를, 다시 다이싱, 칩 마운팅, 본딩, 및 몰딩 등의 후 공정(Back End Of the Line:BEOL)에 흘린다. 이 공정을 스텝 112(ST 112)라고 한다.

스텝 112를 거침으로써, 본 실시예에 따른 도시하지 않은 원하는 반도체 장치를 얻는다. 즉, 본 실시예의 액침형 노광 장치(1)를 이용하는 액침 노광 방법에 의해 패턴 형성된 웨이퍼(5)를 구비하는 반도체 장치를 얻는다.

또한, 용제 비가용성의 액침 노광용 보호막을 이용하는 경우에는, 전술한 ST 108로부터 ST 109A, ST 110A, 및 ST 111A를 거쳐서 ST 112에 이르는 공정(형태, 루트)을 거칠 필요는 없다. 도 2 중 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, ST 109A, ST 110A, 및 ST 111A를 거치지 않고, ST 108로부터 ST 109B, ST 110B, 및 ST 111B를 거쳐서 ST 112에 이르는 공정을 선택할 수도 있다.

구체적으로는, 우선, ST 108을 거친 웨이퍼(5)를, 액침 노광용 보호막의 박리 및 제거 공정으로 돌린다. 이 공정을 스텝 109B(ST 109B)라고 한다.

다음으로, 액침 노광용 보호막이 제거된 웨이퍼(5)를 PEB 공정으로 돌린다. 이 공정을 스텝 110B(ST 110B)라고 한다.

다음으로, PEB 공정을 거친 웨이퍼(5)를 현상 공정으로 돌리고, 레지스트막에 ArF 레지스트 패턴을 형성한다. 이 공정을 스텝 111B(ST 111B)라고 한다.

이 후, ArF 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를 가공 공정(ST 112)에 흘린다. 이러한 공정에 의해서도, 전술한 ST 108로부터 ST 109A, ST 110A, 및 ST 111A를 거쳐서 ST 112에 이르는 공정을 선택하는 경우와 마찬가지로, 본 실시예의 액침형 노광 장치(1)를 이용하는 액침 노광 방법에 의해 패턴 형성된 웨이퍼(5)를 구비하는 반도체 장치를 얻을 수 있다.

즉, 전술한 바와 같이, 용제 가용성의 액침 노광용 보호막을 이용하는 경우에는, 우선 PEB 공정(ST 109A)을 행한다. 계속해서, 용제로 액침 노광용 보호막을 박리한다(ST 110A). 이 후, 알카리성의 현상액으로 레지스트막의 현상(ST 111A)을 행하면 된다. 단, 반드시 이 순서로 공정을 진행시킬 필요는 없다. 경우에 따라서는, 우선, 용제로 액침 노광용 보호막을 박리한다(ST 109B). 계속해서, PEB 공정(ST 110B)을 행한다. 이 후, 알카리성의 현상액으로 레지스트막의 현상(ST 111B)을 행해도 상관없다.

또한, 액침 노광용 보호막을 이용하지 않고, 레지스트막에 대해서 직접 액침 영역(12)을 접촉시켜서 노광을 행해도 상관없다. 이 경우에는, 액침 노광용 보호막의 박리 공정(ST 110A, ST 109B)을 생략해도 상관없는 것은 물론이다.

또한, 도시를 수반하는 상세하면서도 구체적인 설명은 생략하지만, 본 발명자들은, 전술한 ST 101 내지 ST 108의 각 공정, 및 ST 109A 내지 ST 111A 혹은 ST 109B 내지 ST 111B의 각 공정을 거친 웨이퍼(5)에 대해서 배선을 형성하는 시작 실험을 행했다. 즉, 상기 각 공정을 거쳐서 제작된 웨이퍼(5)에 대해서, 레지스트막을 마스크로 해서 배선 패턴을 형성했다. 이 결과에 따르면, 패턴 쇼트 등의 액침 이동 공정에 수반하는 결함은 발견되지 않았다. 또한, 잔류 액적이 레지스트막에 스며들지 않기 때문에, 종래의 액침 노광을 이용한 경우에 비해서 치수 정밀도가 높은 배선 패턴을 얻을 수 있었다. 즉, 본 실시예에 따르면, 디바이스로서의 신뢰성, 품질, 및 성능 등이 종래 기술에 따른 반도체 장치에 비교해서 우수한 반도체 장치를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 그것과 함께, 그러한 반도체 장치를 높은 수율로 효율적이면서도 용이하게 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다.

다음으로, 도 3 ∼ 도 12를 참조하면서, 본 실시예에서의 투영 렌즈계(4) 및 액침 영역(12)과 웨이퍼 스테이지(6) 및 웨이퍼(5)의 상대적인 이동에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은, 본 실시예에 따른 웨이퍼(5)에 대한 액침 헤드(4a)의 상대적인 이동 궤적을, 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도이다. 즉, 도 3에는, 웨이퍼(5) 상에서의 투영 렌즈계(4)의 선단부(4a)에 설정된 액침 영역(12)의 이동 궤적을, 이동의 형태마다 분류해서 나타낸다. 단, 도 3에서는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 중, 중심부(C) 및 외주의 약 1/4을 포함하는 부채 형상의 영역만을 나타낸다. 또한, 도 3에 나타내는 복수의 사각 형상(장방형)의 틀은, 웨이퍼(5)의 표면(5a)에 설정된 복수의 노광 영역(10)을 나타낸다. 일반적인 노광 공정과 마찬가지로, 본 실시예에서도, 웨이퍼(5)(레지스트막)에 대한 노광 공정은 각 노광 영역(10)마다 행해진다. 또한, 도 3 중 검게 칠한 동그라미는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정되어 있는 복수개의 얼라인먼트 마크의 위치 P를 나타내고 있다. 도 3에는, 각 얼라인먼트 마크(P) 중 P1 ∼ P3까지의 3개의 얼라인먼트 마크의 위치를 나타낸다. 또한, 도 3 중 실선으로 나타내는 복수의 화살표, 파선으로 나타내는 복수의 화살표, 및 일점 쇄선으로 나타내는 복수의 화살표는, 각각 투영 렌즈계(4)의 중심(제1 액막의 중심)이 웨이퍼(5)에 대해서 상대적으로 이동할 때의 궤적을 나타내고 있다. 이하, 구체적으로 설명한다.

도 3 중 실선으로 나타내는 복수의 화살표는, 웨이퍼(5)를 투영 렌즈계(4)에 대해서 상대적으로 이동시키면서 각 노광 영역(10)에 대해서 액침 노광 처리를 행할 때의, 웨이퍼(5) 상에서의 액침 헤드(4a)(액침 영역(12))의 중심부의 이동의 궤적을 나타낸다. 이하의 설명에서, 이러한 액침 노광 처리를 행할 때의 액침 헤 드(4a)의 이동 공정을, 액침 이동 노광 공정이라고 칭하기로 한다. 또한, 도 3 중 파선으로 나타내는 복수의 화살표는, 각 노광 영역(10) 중 인접하는 각 노광 영역(10) 간에서, 웨이퍼(5)와 투영 렌즈계(4) 간에 액침액을 개재시키면서, 노광 처리를 행하지 않고 웨이퍼(5)를 투영 렌즈계(4)에 대해서 상대적으로 이동시킬 때의, 웨이퍼(5) 상에서의 액침 헤드(4a)의 중심부의 이동의 궤적을 나타낸다. 이하의 설명에서, 이러한 인접하는 각 노광 영역(10) 간에서의 액침 노광 처리를 수반하지 않는 액침 헤드(4a)의 이동 공정을, 제1 액침 이동 공정이라고 칭하기로 한다.

또한, 도 3 중 가는 일점 쇄선으로 나타내는 복수의 화살표는, 제1 액침 이동 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 웨이퍼(5)와 투영 렌즈계(4) 간에 액침액을 개재시키면서, 노광 처리를 행하지 않고 웨이퍼(5)를 투영 렌즈계(4)에 대해서 상대적으로 이동시킬 때의, 웨이퍼(5) 상에서의 액침 헤드(4a)의 중심부의 이동의 궤적을 나타낸다. 구체적으로는, 도 3 중 가는 일점 쇄선으로 나타내는 복수의 화살표는, 적어도 1개의 노광 영역(10)을 걸치는 액침 헤드(4a)의 중심부의 이동의 궤적을 나타낸다. 이하의 설명에서, 이러한 제1 액침 이동 공정의 이동 거리보다 긴 거리의 이동에서의 액침 노광 처리를 수반하지 않는 액침 헤드(4a)의 이동 공정을, 제2 액침 이동 공정이라고 칭하기로 한다.

또한, 도 3 중 굵은 일점 쇄선으로 나타내는 복수의 화살표는, 각 얼라인먼트 마크(P1, P2, P3)를 체크할 때의 웨이퍼(5) 상에서의 액침 헤드(4a)의 중심부의 이동의 궤적을 나타낸다. 도 3에 도시한 바와 같이, 각 얼라인먼트 마크(P1 ∼ P3)는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에서 상호 복수의 노광 영역(10)을 사이에 둔 위치에 설정되어 있다. 따라서, 얼라인먼트 마크 검출 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 공정도, 제2 액침 이동 공정의 일종으로 분류된다.

다음으로, 도 4a 및 도 4b를 참조하면서, 제1 및 제2 각 액침 이동 공정의 정의에 대해서 보다 구체적이면서도 상세하게 설명한다. 도 4a 및 도 4b는, 본 실시예에 따른 제1 및 제2 각 액침 이동 공정을 도시하는 평면도이다. 구체적으로는, 도 4a에는, 제1 액침 이동 공정에서의 액침 헤드(4a)(액침 영역(12))의 이동 방향 및 이동 거리의 일례를 나타낸다. 또한, 도 4b에는, 제2 액침 이동 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 방향 및 이동 거리의 일례를 나타낸다. 또한, 도 4a 및 도 4b에서, 복수의 사각 형상(장방형)의 틀로 둘러싸인 부분은, 각각 웨이퍼(5)의 표면(5a)에 설정된 복수의 노광 영역(액침 이동 노광 영역)(10)을 나타낸다.

도 4a에 도시한 바와 같이, 제1 액침 이동 공정에서는, 액침 헤드(4a)는, 기준점(시점)(S)이 설정되어 있는 액침 이동 노광 영역(10) 내에서 이동한다. 혹은, 액침 헤드(4a)는, 기준점(S)으로부터 기준점(S)이 설정되어 있는 액침 이동 노광 영역(10)에 인접하는 액침 이동 노광 영역(10) 내로 이동한다. 이 때, 액침 헤드(4a)는, 기준점(S)에 대해서 도 4a 중 세로 방향(상하 방향), 가로 방향(좌우 방향), 및 경사 방향 중 어느 한 방향으로 이동한다.

또한, 도 4b에 도시한 바와 같이, 제2 액침 이동 공정에서는, 액침 헤드(4a)는, 기준점(S)으로부터 적어도 기준점(S)이 설정되어 있는 액침 이동 노광 영역(10)에 인접하는 액침 이동 노광 영역(10)을 걸쳐서 이동한다. 즉, 제1 액침 이 동 공정과 달리, 이 제2 액침 이동 공정에서는, 액침 헤드(4a)는, 기준점(S)으로부터 적어도 하나의 액침 이동 노광 영역(10)을 사이에 둔 위치까지 이동한다. 단, 제1 액침 이동 공정과 마찬가지로, 이 제2 액침 이동 공정에서도, 액침 헤드(4a)는, 기준점(S)에 대해서 도 4b 중 세로 방향(상하 방향), 가로 방향(좌우 방향), 및 경사 방향 중 어느 한 방향으로 이동한다.

다음으로, 도 5를 참조하면서, 얼라인먼트 마크 검출 시에서의 액침 헤드(4a)의 이동 공정에 대해서 설명한다. 도 5는, 본 실시예에 따른 웨이퍼(5)에 대한 액침 헤드(4a)의 얼라인먼트 마크 검출 시에서의 이동 궤적을 도시하는 평면도이다. 도 5에는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 내로 설정된 각 얼라인먼트 마크(P1 ∼ P8)를 체크할 때의, 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)(액침 헤드(4a))의 중심의 상대적인 이동의 궤적을 모식적으로 나타낸다. 도 5 중 일점 쇄선으로 나타내는 복수의 화살표가, 각각 얼라인먼트 마크 검출 시에서의 액침 헤드(4a)의 중심의 각 회마다의 이동 궤적을 나타낸다.

도 5에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 마크 검출을 개시하면, 액침 헤드(4a)는, 우선 제1 얼라인먼트 마크(P1)를 검출하기 위해, 웨이퍼(5)의 외측에 설정되어 있는 도시하지 않은 액침 헤드 대기 장소(액침 헤드 대기 위치)로부터 제1 얼라인먼트 마크(P1)를 향해서 이동한다. 제1 얼라인먼트 마크(P1)를 검출 한 후, 액침 헤드(4a)는, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제8 얼라인먼트 마크(P8)에 대해서 마찬가지의 공정을 반복한다. 제8 얼라인먼트 마크(P8)를 검출 한 후, 액침 헤드(4a)는 액침 헤드 대기 장소로 되돌아간다. 도 5에 나타내는 각 일점 쇄선 화살표의 길이로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에서는, 이들 액침 헤드(4a)의 이동은, 모두 적어도 하나의 액침 이동 노광 영역(10)을 걸치는 이동이다. 따라서, 얼라인먼트 마크 검출 시에서의 액침 헤드(4a)의 이동 공정은, 전술한 바와 같이 모두 제2 액침 이동 공정으로 간주할 수 있다.

배경 기술에서 설명한 바와 같이, 비노광 시의 액침 이동 공정에서는, 스테이지(웨이퍼)의 이동 속도는 레지스트 잠상의 질에 영향을 거의 주지 않는다. 이 때문에, 종래에는, 노광 공정의 스루 풋을 높이기 위해서 스테이지를 최대 속도로 이동시키고 있었다. 그런데, 그 경우, 액침 영역(12)의 이동 궤적을 따라 웨이퍼 상에 액적이 잔류하는 문제가 발생했었다. 이것에 대해서, 비노광 시의 액침 이동 공정보다도 느린 속도로 스테이지를 이동시키는 노광 영역 내의 액침 이동 노광 공정에서는, 액적 잔류가 거의 인지되지 않았다. 이하, 이 메카니즘에 대해서 도 6a ∼ 도 11을 참조하면서 구체적이면서도 상세하게 설명한다.

우선, 도 6a 및 도 6b를 참조하면서, 웨이퍼(5)와 액침액(11)의 동적 접촉각의 정의에 대해서 설명한다. 도 6a 및 도 6b는, 본 실시예에 따른 스테이지(6)의 이동 방향과 웨이퍼(5)에 대한 액체(11)의 접촉각과의 관계를 도시하는 단면도이다. 구체적으로는, 도 6a는 웨이퍼(5)와 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6b는 웨이퍼(5)와 액침액(11)의 전진 접촉각(θ2)을 설명하기 위한 도면이다.

도 6a 중 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 스테이지(6) 상에 재치된 웨이퍼(5)를 도 6a 중 좌측 방향으로 이동시킨다. 그러면, 액침 헤드(4a)와 웨이퍼(5) 간의 액침 영역(12)에 형성된 액침액(11) 중 스테이지 이동 방향 전방에 위치하는 부분은, 이 스테이지 이동의 개시 시에 도 6a에 나타내는 것 같은 형상으로 된다. 이러한 상태에서, 도 6a 중 θ1로 나타내는 각도를 웨이퍼(5)와 액침액(11)의 동적 후퇴 접촉각이라고 정의한다. 또한, 도 6b 중 힌색 화살표로 나타낸 바와 같이, 스테이지(6) 상에 재치된 웨이퍼(5)를 도 6b 중 우측 방향으로 이동시킨다. 그러면, 액침 헤드(4a)와 웨이퍼(5) 간의 액침 영역(12)에 형성된 액침액(11) 중 스테이지 이동 방향 후방에 위치하는 부분은, 이 스테이지 이동의 개시 시에 도 6b에 나타내는 것 같은 형상으로 된다. 이러한 상태에서, 도 6b 중 θ2로 나타내는 각도를 웨이퍼(5)와 액침액(11)의 동적 전진 접촉각이라고 정의한다. 일반적으로, 후퇴 접촉각(θ1) 및 전진 접촉각(θ2)의 2개의 동적 접촉각 중, 후퇴 접촉각(θ1)이 작을수록, 액침액(11)이 웨이퍼(5)에 스며들기 쉬워, 액적 잔류가 발생하기 쉽다고 말해지고 있다.

다음으로, 도 7을 참조하면서, 얼라인먼트 마크 검출 공정(평가 공정)에서의 후퇴 접촉각(θ1)의 변화에 대해서 설명한다. 보다 구체적으로는, 얼라인먼트 마크 평가 시에서, 스테이지(6)의 이동 속도를 최대 속도로 설정한 경우의, 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)의 변화를 본 발명자들이 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 7은, 본 실시예에 따른 스테이지(6)의 이동 속도를 최대로 한 경우의, 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)과 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면이다. 이 도 7에는, 앞서 참조한 도 5에 나타내는 제1 ∼ 제8 각 얼라인먼트 마크(P1 ∼ P8) 간에서의 이동 공정 중, 제2 ∼ 제7까지의 각 얼라인먼트 마크(P2 ∼ P7) 간의 이동 공정에서의 후퇴 접촉각(θ1)과 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 나타낸다.

이 도 7에 나타내는 그래프에 의하면, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 어느 이동 구간에서나, 이동 공정의 후반에서 후퇴 접촉각(θ1)이 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 액적 잔류가 발생하는 임계값을 하회하는 것을 알 수 있었다. 즉, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 어느 이동 구간에서나, 이동 공정의 후반에서 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 액적이 잔존하는 것을 알 수 있었다.

다음으로, 도 8을 참조하면서, 액침액(11)(액침 영역(12))과 웨이퍼(5) 간의 상대 이동 속도에 대한 잔류 액적 발생 거리 및 후퇴 접촉각(θ1)과의 관계에 대해서, 본 발명자들이 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 8은, 본 실시예에 따른 액침 영역(12)과 웨이퍼(5) 간의 상대적인 이동 속도에 대한 잔류 액적 발생 거리 및 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)과의 관계를 그래프로써 도시하는 도면이다. 보다 구체적으로는, 도 8에는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 형성된 ArF 화학 증폭형 레지스트막 상에 형성한 액침 노광용 보호막과 액침 영역(12) 간에서의 상대 속도와, 웨이퍼(5)가 등속 이동 상태로 들어가 각도가 안정된 후의 동적 후퇴 접촉각(θ1)과의 관계를 가는 실선으로 그래프로써 나타낸다. 그것과 함께, 도 8에는, 액침 노광용 보호막과 액침 영역(12) 간에서의 상대 속도와, 잔류 액적이 발생할때 까지의 이동 거리의 역수와의 관계를 굵은 실선으로 그래프로써 나타 낸다.

도 8 중 굵은 실선으로 나타내는 그래프에 따르면, 액침 노광용 보호막과 액침 영역(12) 간에서의 상대 속도가 스테이지(6)의 최대 이동 속도(a)인 경우에는, 전술한 얼라인먼트 마크 평가 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 거리(제2 액침 이동 거리)의 최대값 이하에서 잔류 액적이 발생하는 것을 알 수 있었다. 그것과 함께, 도 8 중 굵은 실선으로 나타내는 그래프에 따르면, 액침 노광용 보호막과 액침 영역(12) 간에서의 상대 속도가 스테이지(6)의 최대 이동 속도(a)인 경우에는, 전술한 제1 액침 이동 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 거리 보다도 짧은 거리에서 잔류 액적이 발생하는 것을 알 수 있었다.

이들 결과를 감안하여, 본 발명자들은, 액침 이동 노광 공정에서의 액침 헤드(4a)의 이동 속도(b)에서 제2 액침 이동 공정을 행한 경우에서도, 잔류 액적이 발생한다고 예상했다. 이 예상에 대해서 본 발명자들이 행한 검증 실험에 의하면, 실제로 얼라인먼트 마크 평가 시의 액침 헤드(4a)의 이동 속도를 액침 이동 노광 공정에서의 이동 속도로 설정한 바, 예를 들면 P4 ∼ P5와 같이 이동 거리가 비교적 짧은 구간에서는 잔류 액적은 없어지지만, 예를 들면 P2 ∼ P3과 같이 이동 거리가 비교적 긴 구간에서는 잔류 액적이 관측되었다.

다음으로, 도 9를 참조하면서, 스테이지(6)의 이동 속도를 액침 이동 노광 공정에서의 속도로 설정한 경우의 후퇴 접촉각(θ1)의 변화에 대해서, 본 발명자들이 조사한 결과에 대해서 설명한다. 즉, 액침 이동 노광 공정과 동일한 속도로 제2 액침 이동 공정을 행한 경우의 후퇴 접촉각(θ1)의 변화에 대해서, 본 발명자들 이 조사한 결과에 대해서 설명한다. 도 9는, 본 실시예에 따른 스테이지(6)의 이동 속도를 최대 속도보다도 작게 한 경우로, 구체적으로는 도 8에서의 이동 속도(b)라고 한 경우의 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)과 액침액(11)에 대한 웨이퍼(5)의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면이다. 또한, 이 도 9에는, 앞서 참조한 도 7과 마찬가지로, 제1 ∼ 제8 각 얼라인먼트 마크(P1 ∼ P8) 간에서의 이동 공정 중, 제2 ∼ 제7까지의 각 얼라인먼트 마크(P2 ∼ P7) 간의 이동 공정에서의 후퇴 접촉각(θ1)과 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 나타낸다.

이 도 9에 나타내는 그래프에 따르면, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 각 이동 구간 중 이동 거리가 비교적 작은(짧은) 구간에서는, 후퇴 접촉각(θ1)은 잔류 액적이 발생하는 하한(임계값)을 시종 상회하고 있는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 각 이동 구간 중, 제4 얼라인먼트 마크(P4) ∼ 제5 얼라인먼트 마크(P5)까지, 및 제5 얼라인먼트 마크(P5) ∼ 제6 얼라인먼트 마크(P6)까지의 각 이동 구간에서는, 후퇴 접촉각(θ1)은 잔류 액적이 발생하는 임계치를 시종 상회하고 있는 것을 알 수 있었다.

이것에 대해서, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 각 이동 구간 중 이동 거리가 비교적 큰(긴) 구간에서는, 각 이동 공정의 종반에서 후퇴 접촉각(θ1)이 잔류 액적이 발생하는 임계값을 하회하는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지 의 각 이동 구간 중, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제3 얼라인먼트 마크(P3)까지, 제3 얼라인먼트 마크(P3) ∼ 제4 얼라인먼트 마크(P4)까지, 및 제6 얼라인먼트 마크(P6) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 각 이동 구간에서는, 각 이동 공정의 종반에서 후퇴 접촉각(θ1)이 잔류 액적이 발생하는 임계값을 하회하는 것을 알 수 있었다. 또한, 도시를 수반한 상세한 설명은 생략하지만, 본 발명자들이 행한 결함 평가 실험에 의해서도, 이들 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제3 얼라인먼트 마크(P3), 제3 얼라인먼트 마크(P3) ∼ 제4 얼라인먼트 마크(P4), 및 제6 얼라인먼트 마크(P6) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)의 각 이동 구간에서, 각 노광 영역(10) 상에 액적이 잔존한다고 생각되는 흔적이 확인되었다.

일반적으로, 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 값은, 스테이지(6)(웨이퍼(5))가 가속 할 때에 도시하지 않은 정적 접촉각의 값으로부터 급격하게 변화해서 감소한다. 그뿐 아니라, 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 값은, 스테이지(6)의 가속 이동이 끝나고 등속 이동으로 이동해도, 액침액(11) 자체의 점성이나 액침액(11)과 웨이퍼(5)의 표면(5a)의 마찰 등에 의해 완만하게 계속해서 변화된다. 전술한 액침 이동 노광 공정에서는, 도 3 및 도 4a에 도시한 바와 같이, 스테이지(6)의 등속 이동 구간이 제2 액침 이동 공정에 비교해서 짧다. 이 때문에, 동적 후퇴 접촉각(θ1)이 완만하게 변화되는 도중의 과정에서, 스테이지(6)가 다음 동작인 감속 이동으로 이동된다. 이러한 이유에 의해, 스테이지(6)의 이동 속도를 동일한 크기로 설정한 경우, 액침 이동 노광 공정보다도 장거리 이동으로 되는 제2 액침 이동 공정에 비교해서, 액침 이동 노광 공정에서는, 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 크기를 잔류 액적이 발생하 는 임계치를 상회하는 높은 값으로 유지하기 쉽다.

이 결과로부터, 스테이지(6)(웨이퍼(5))와 액침액(11)(액침 영역(12)) 간에서 장거리의 상대적인 이동을 실행하는 경우에는, 동적 후퇴 접촉각(θ1)이 액침액(11) 자체의 점성이나 액침액(11)과 웨이퍼(5)의 표면(5a)의 마찰 등에 의해 완만하게 계속해서 변화되는 것을 고려하여, 스테이지(6)의 이동 속도를 결정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 웨이퍼(5)와 액침 영역(12) 간에서 장거리의 상대적인 이동을 실행하는 경우에는, 스테이지(6)의 이동 속도를 액침 이동 노광 공정에서의 스테이지(6)의 이동 속도보다도 작은 값으로 설정하는 것이 바람직한 것을 알 수 있었다. 이에 의해, 액침 이동 노광 공정보다도 장거리 이동으로 되는 제2 액침 이동 공정 중에서도, 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 크기를 액적이 잔류하는 접촉각의 하한을 하회하지 않는 크기로 유지할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 종래에는 비노광 시의 액침 이동 공정에서 대부분 반드시 발생했던 액적 잔류를 거의 없앨 수 있다.

예를 들면, 얼라인먼트 마크 평가 공정에서, 도 5에 도시하는 제1 얼라인먼트 마크(P1) ∼ 제8 얼라인먼트 마크(P8)까지의 각 이동 구간 중 비교적 이동 거리가 긴 구간에서의 스테이지(6)의 이동 속도를, 도 8 중 굵은 실선의 그래프로 나타내는 관계를 고려해서 이동 속도(c)로 설정한다. 구체적으로는, 얼라인먼트 마크 평가 공정에서, 제1 얼라인먼트 마크(P1) ∼ 제8 얼라인먼트 마크(P8)까지의 각 이동 구간 중, 비교적 이동 거리가 짧은 제1 얼라인먼트 마크(P1) ∼ 제2 얼라인먼트 마크(P2)까지, 제4 얼라인먼트 마크(P4) ∼ 제5 얼라인먼트 마크(P5)까지, 및 제5 얼라인먼트 마크(P5) ∼ 제6 얼라인먼트 마크(P6)까지의 3구간을 제외한 다른 이동 구간에서의 스테이지(6)의 이동 속도를, 이동 속도(c)로 설정한다.

이러한 설정 하에서 본 발명자들이 실험을 행한 결과, 도 10에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 마크 평가 공정에서도 액침 이동 노광 공정과 마찬가지로, 제2 얼라인먼트 마크(P2) ∼ 제7 얼라인먼트 마크(P7)까지의 각 이동 구간에서의 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 값을, 액적 잔류 하한 이상의 값으로 시종 유지할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 장거리의 액침 이동에서의 잔류 액적을, 대략 0으로 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 도 10은, 본 실시예에 따른 스테이지(6)의 이동 속도를 최대 이동 속도보다도 더 작게 한 경우의 웨이퍼(5)에 대한 액침액(11)의 후퇴 접촉각(θ1)과 액침 영역(12)에 대한 웨이퍼(5)의 상대적인 이동 거리와의 관계를 그래프로써 도시하는 도면이다. 즉, 도 10에는, 스테이지(6)와 액침 영역(12) 간의 상대적인 이동 거리를 고려해서 제2 액침 이동 공정(얼라인먼트 마크 평가 공정)에서의 스테이지(6)의 이동 속도를 결정한 경우의, 동적 후퇴 접촉각(θ1)의 값의 변화의 모습을 그래프로 나타낸다.

이와 같이, 제2 액침 이동 공정에서는, 웨이퍼(5)와 액침 영역(12) 간의 상대적인 이동 거리가 길어짐에 따라 웨이퍼(5)(스테이지(6))의 이동 속도를 작게 함으로써, 패턴 결함의 원인으로 되는 잔류 액적을 대폭 저감할 수 있다. 바람직하게는, 도 11에 도시한 바와 같이 액침 이동 노광 공정 및 제1 및 제2 각 액침 이동 공정을 행하기에 앞서, 웨이퍼(5)와 액침 영역(12) 간의 상대적인 이동 속도에 대한 잔류 액적 발생 거리 관계를 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상의 물질에 대해서 미리 취 득한다. 그리고, 각종 제2 액침 이동 공정에서의 이동 거리(x1, x2, x3)에 대해서, 잔류 액적이 발생하지 않는 상대 이동 속도(v1, v2, v3<v0:제1 액침 이동 속도)를 각각 결정한다. 이 후, 각 제2 액침 이동 공정의 처리를 실행한다. 이에 의해, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정되어 있는 각 액침 노광 영역(10) 간의 액침 이동을, 잔류 액적이 거의 없는 양호하면서도 적정한 상태에서 행할 수 있다.

도 11은, 본 실시예에 따른 제2 액침 이동의 이동 속도의 결정 방법을 그래프로써 도시하는 도면이다. 즉, 도 11에는, 웨이퍼(5)와 액침 영역(12) 간의 상대적인 이동 거리를 고려한 뒤의, 제2 액침 이동 공정에서의 스테이지(6)의 이동 속도 결정 방법을 그래프로써 나타낸다. 또한, 제2 액침 이동 공정에서 웨이퍼(5)와 액침 영역(12) 간의 상대적인 이동 속도를 잔류 액적이 거의 발생하지 않는 원하는 값 이상으로 유지하는 경우에는, 실제의 액침 노광 공정에 앞서, 실험이나 시뮬레이션 등에 의해 원하는 속도에 대한 액적 발생 거리를 미리 산출해 두는 것이 바람직하다. 그리고, 이 산출된 액적 발생 거리에 기초하여, 액침 헤드(4a)(액침 영역(12))에 대한 웨이퍼(5)(스테이지(6))의 이동 방향을, 액적 발생 거리 내에서 소정의 방향으로 변화시키는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 의하면, 잔류 액적을 보다 확실하게 거의 없앨 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정된 복수의 노광 영역(10) 상에 형성된 레지스트막의 표면, 또는 이 레지스트막 상에 형성된 소수막의 표면과 노광 장치(1)의 투영 레지스트계(4) 간에 선택적으로 액막(11)을 형성한다. 그리고, 이 액막(11)을 개재하여 패턴 노광을 행한다. 이 때, 노광 장 치(1)의 투영 렌즈계(4)와 레지스트막 또는 소수막을 그들 사이에 액막(11)을 개재시키면서 상대적으로 이동시키는 액침 이동 공정에서, 웨이퍼(5)가 재치된 스테이지(6)의 이동 속도를, 그 이동 구간의 거리에 따라서 레지스트막 또는 소수막의 표면에 액적이 잔류하지 않는 속도로 조절한다. 이에 의해, 레지스트막 또는 소수막의 표면에 액막(액체)(11)을 거의 잔존시키지 않고 액침 노광을 행할 수 있다. 이 결과, 잔존 액체에 의해 레지스트 패턴의 치수 정밀도가 열화하거나, 혹은 레지스트 패턴 중에 결함이 발생하거나 할 우려를, 거의 방지하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는, 전술한 바와 같이, 노광을 행하지 않는 액침 이동 공정에서의 스테이지(6)(웨이퍼(5))의 이동 속도를, 액침부(11)의 후퇴 접촉각(θ1)의 크기가, 액적이 잔류하는 접촉각의 하한값 이상으로 유지한다. 즉, 제2 액침 이동 공정에서의 스테이지(6)의 이동 속도를, 액침 이동 노광 공정에서의 스테이지(6)의 이동 속도나, 제1 액침 이동 공정에서의 스테이지(6)의 이동 속도보다 작게 한다. 이에 의해, 레지스트 패턴의 치수 정밀도가 열화하거나, 혹은 레지스트 패턴 중에 결함이 발생하거나 하는 원인으로 되는 잔류 액적이, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 발생하는 것을 거의 방지할 수 있다.

또한, 웨이퍼(5)(스테이지(6))와 액침 영역(12)(투영 렌즈계(4)) 간에서의 상대적인 이동 거리가, 잔류 액적이 발생하기 쉬운 장거리로 되는 경우에는, 반드시 얼라인먼트 마크 평가 시의 이동에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 웨이퍼(5)의 외측에 설정되어 있는 스테이지(6) 상의 액침 헤드(4a)의 대기 위치로부터 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정되어 있는 최초의 노광 영역(10)에의 액침 영역(12)의 이동, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상의 최후의 노광 영역(10)으로부터 액침 헤드(4a)의 대기 위치에의 액침 영역(12)의 이동, 혹은 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상의 소정의 노광 영역(10)으로부터 다음의 노광 영역(10)에의 액침 영역(12)의 이동으로서 액침 이동 노광 공정보다도 거리가 긴 이동 등의 경우에도, 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동은 잔류 액적이 발생하기 쉬운 장거리 이동으로 된다.

이들 경우에서도, 전술한 잔류 액적의 발생을 방지하는 스테이지(6)의 이동 속도의 조절 기술을 적용하는 것이 가능한 것은 물론이다. 또한, 스테이지(6)의 이동 속도는, 모든 액침 이동 공정에 대해서 최장 이동 거리에서 잔류 액적이 발생하지 않는 속도로 할 필요는 없다. 최장 이동 거리보다 짧은 이동 구간에 대해서는, 스테이지(6)의 이동 속도를 최장 이동 거리에서 잔류 액적이 발생하지 않는 속도보다 빠르게 설정해도 상관없는 것은 물론이다. 이에 의해, 잔류 액적이 발생할 우려가 거의 없고, 또한 스루 풋이 높은 액침 노광 프로세스를 실현할 수 있다. 나아가서는, 성능, 품질, 및 신뢰성 등이 향상된 반도체 장치를, 높은 수율로 효율적이면서도 용이하게 제조할 수 있는 반도체 장치의 제조 공정을 실현할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 알칼리 현상액에 대해서 용해성을 갖는 소수성의 막을 레지스트막 상에 형성하는 경우에 대해서 설명했지만, 웨이퍼(5) 상의 막 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에 따른 기술은, 용제에 대해서 용해성을 갖는 소수성의 막을 레지스트막 상에 형성하는 경우나, 레지스트막 상에 다른 막을 형성하지 않는 경우에도 적용 가능한 것은 물론이다. 이들 경우에도, 인접하 는 각 액침 이동 노광 영역(10) 사이보다 긴 거리의 이동에서의 액침 영역(12)(스테이지(6))의 이동 속도를, 인접하는 각 액침 이동 노광 영역(10) 간에서의 액침 영역(12)의 이동 속도보다 저속으로 설정하면 된다. 이에 의해, 레지스트막 상에 다른 막을 형성하지 않는 경우에도, 웨이퍼(5) 상에 잔류 액적이 발생할 우려를 대폭 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 이 제1 실시예에 따르면, 노광 처리가 실시되는 피노광 기판(5)과 노광 장치(1)의 투영 광학계(4) 간의 영역에 국소적(선택적)으로 액체(11)를 개재시켜서 노광 처리를 행하는 액침 노광 방법에서, 노광 공정의 스루 풋 향상을 도모할 수 있음과 함께 피노광 기판(5) 상에 액침액(11)이 잔류할 우려가 거의 없는 액침 노광 방법을 제공할 수 있다.

(제2 실시예)

다음으로, 본 발명에 따른 제2 실시예에 대해서 도 12를 참조하면서 설명한다. 도 12는, 본 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 상대적인 이동 궤적을 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도이다. 또한, 전술한 제1 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예에서는, 제1 실시예와는 상이한 방법으로 잔류 액적의 발생을 억제하는 기술에 대해서 설명한다. 구체적으로는, 제2 액침 이동 공정에서, 액침 영역(12)(스테이지(6))의 이동 속도를 고려하면서 동일 방향에서의 최장의 이동 거리를 산출하고, 그 최장 이동 거리 이하에서 액침 영역(12)(스테이지(6))을 지그재그 이동시킨다. 이에 의해, 잔류 액적의 발생을 억제한다. 이하, 구체적으로 설명한 다.

제2 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)의 이동 속도를 전술한 잔류 액적이 발생하지 않는 값 이상으로 유지하기 위해서는, 예를 들면 1개의 잔류 액적 발생 거리의 사이에서 액침 영역(12)의 이동 방향을 적어도 1회 변경하면 된다. 이 때, 액침 영역(12)의 이동 방향은, 다음에 설명하는 세 가지 방법 중 적어도 한 쪽의 방법을 이용해서 행하는 것이 바람직하다. 하나는, 액침 영역(12)의 이동 방향을, 이전의 이동 방향에 대해서 90° ∼ 270°의 범위에서 변경하는 방법이다. 또한, 다른 하나는, 액침 영역(12)의 이동 방향을, 액침 영역(12)의 이동 궤적이 연속하는 절선 형상(지그재그 사슬 형상)으로 되도록, 지그재그로 변경하는 방법이다. 또한, 또 다른 하나는, 액침 영역(12)의 이동 방향을, 액침 영역(12)의 이동 방향을 완만하게 변경하는 사행 방법이다.

도 12에는, 제1 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)의 이동 속도와 동일한 속도로 액침 영역(12)을 이동시킴과 함께, 1개의 이동 구간에서 액침 영역(12)의 이동 방향을 적어도 1회 변경시켜서 제2 액침 이동 공정을 행하는 경우의 액침 영역(12)의 이동 궤적을 나타낸다. 보다 구체적으로는, 본 실시예에서는, 제1 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)의 이동 속도와 동일한 속도로 액침 영역(12)을 이동시키면서, 액침 영역(12)이 대강 제1 액침 이동 거리만큼 이동한 단계에서 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 방향을 이전의 이동 방향에 대해서 ±90°로 순간 및 완만하게 변화시켜서 제2 액침 이동 공정을 행한다. 본 발명자들이 행한 지그재그 이동 및 사행 이동 실험에 따르면, 이러한 설정에서도 잔류 액 적이 거의 발생하지 않는 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 도 11에 나타내는 관계를 이용하는 제2 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)(스테이지(6))의 이동 속도의 결정 방법은, 제1 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)의 이동 속도의 결정에 대해서도 마찬가지로 이용할 수 있는 것은 물론이다.

이상 설명한 바와 같이, 이 제2 실시예에 따르면, 전술한 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 제2 액침 이동 공정에서의 액침 영역(12)의 이동 방향을, 액침부(12)의 동적 후퇴 접촉각(θ1)이 액적이 잔류하는 접촉각의 하한값에 도달하기 전에 변경한다. 이에 의해, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 잔류 액적이 발생할 우려를 대폭 저감할 수 있다. 나아가서는, 레지스트 패턴의 치수 정밀도가 열화되거나, 혹은 레지스트 패턴 중에 결함이 발생하거나 할 우려를 대폭 저감할 수 있다. 나아가서는, 본 실시예의 기술을 적용해서 레지스트 패턴이 형성된 웨이퍼(5)를 이용함으로써, 반도체 장치의 성능, 품질, 및 신뢰성 등을 향상시킬 수 있다. 그것과 함께, 그러한 반도체 장치를, 보다 높은 수율로 보다 효율적이면서도 용이하게 제조할 수 있다.

(제3 실시예)

다음으로, 본 발명에 따른 제3 실시예에 대해서 도 13을 참조하면서 설명한다. 도 13은, 본 실시예에 따른 웨이퍼에 대한 액침 헤드의 상대적인 이동 궤적을 이동의 형태마다 분류해서 도시하는 평면도이다. 또한, 전술한 제1 및 제2 각 실시예와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 그들의 상세한 설명을 생략한다.

본 실시예에서는, 액침 영역(12)이 각 노광 영역(10) 상을 통과하는 경우뿐만 아니라, 노광 영역(10)이 설정되어 있지 않은 웨이퍼(5)의 주연부(외연부, 엣지부)(5b)를 액침 영역(12)이 통과하는 경우에도 잔류 액적의 발생을 억제할 수 있는 기술에 대해서 설명한다. 구체적으로는, 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)를 액침 영역(12)이 통과할 때에, 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도를 감속시킨다. 이하, 구체적으로 설명한다.

우선, 스텝 101(ST 101) ∼ 스텝 107(ST 107)까지는 제1 실시예와 마찬가지로 실행한다. 단, 스텝 108(ST 108)은, 일부 제1 실시예와는 상이한 방법으로 실행한다. 이하, 본 실시예에 따른 노광 공정(ST 108)에 대해서 설명한다.

도 13에는, 제1 실시예에서 참조한 도 3과 마찬가지로, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 중, 중심부(C) 및 외주의 약 1/4을 포함하는 부채 형상의 영역만을 나타낸다. 그것과 함께, 도 13에는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 설정된 각 노광 영역(10), 및 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 중심의 상대적인 이동 궤적을 나타낸다. 또한, 도 13에는, 본 실시예에서의 액침 영역(12)의 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에서의 이동 궤적 중, 액침 영역(12)의 이동 속도의 제한을 행하는 궤적의 일례를 나타낸다.

본 발명자들이 행한 실험에 의하면, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상의 각 노광 영역(10)의 적어도 가장 외측의 각 노광 영역(10)을 액침 노광할 때에는, 노광 영역(10)이 설정되어 있지 않은 웨이퍼(5)의 외연부(주연부, 엣지부)(5b)를 액침 영역(12)이 통과하는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로는, 액침 영역(12)의 중심부 가 도 13 중 2점 쇄선보다 외측의 영역에 위치하는 경우에는, 적어도 액침 영역(12)의 일부가 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)에 걸리는 것을 알 수 있다.

종래에는, 노광 영역(10)이 설정되어 있지 않은 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)를 액침 영역(12)이 통과하면, 엣지 형상에 기인하는 액체의 흐트러짐이 발생해서 잔류 액적이 용이하게 발생했었다. 이러한 종래의 문제점을 회피하기 위해, 본 실시예에서는, 액침 영역(12)의 중심부가 도 13 중 2점 쇄선보다 외측의 영역을 이동할 때의 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도를, 액침 영역(12)의 중심부가 도 13 중 2점 쇄선보다 내측의 영역을 이동할 때의 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도보다도 느리게 한다. 즉, 적어도 액침 영역(12)의 일부가 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)에 걸릴 경우의 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도를, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)에 걸리지 않는 경우의 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도에 비해서 작게 한다.

본 발명자들이 행한 실험에 따르면, 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도를 전술한 설정에 기초해서 제어함으로써, 노광 영역(10)의 유무에 관계없이, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상의 모든 영역에서 잔류 액적을 거의 발생시키지 않게 할 수 있는 것을 알 수 있었다. 그것과 함께, 웨이퍼(5)의 표면(5a)의, 각 노광 영역(10) 상에서는, 액침액(11)(액침 영역(12)) 속에 기포가 개입하지 않는 양호하면서도 적정한 상태에서 액침 노광을 행할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이것에 대해서, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)에 걸릴 경우의 웨 이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도를, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)에 걸리지 않는 경우의 웨이퍼(5)에 대한 액침 영역(12)의 상대적인 이동 속도와 동일한 속도로 설정한 경우, 액막(11)에 흐트러짐이 발생해서 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 액적이 잔류하는 것을 알 수 있었다. 그리고, 이 잔류 액적에 기인해서, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 수적(water-mark)이 형성되는 등의 표면 거칠기가 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한, 잔류 액적이 발생함으로써 액막(11) 내에 기포가 들어가서, 패턴 전사 시에서 패턴의 상질이 열화되는 등의 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다. 나아가서는, 레지스트 패턴의 치수 정밀도가 열화되거나, 혹은 레지스트 패턴 내에 결함이 발생하거나 하는 등의 문제가 다발하는 것을 알 수 있었다.

즉, 종래의 액침 노광 기술에 의하면, 반도체 장치의 성능, 품질, 혹은 신뢰성 등이 현저하게 저하할 우려가 있는 것을 알 수 있었다. 그것과 함께, 반도체 장치의 제조 수율 및 생산 효율이 현저하게 저하할 우려가 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 13 중 이중의 실선 화살표로 나타내는 액침 영역(12)의 이동 궤적은, 제1 실시예에서 설명한 액침 이동 노광 공정 중 본 실시예에 따른 속도 제어가 필요한 구간을 나타낸다. 마찬가지로, 도 13 중 이중의 파선 화살표로 나타내는 액침 영역(12)의 이동 궤적은, 제1 액침 이동 공정 중 본 실시예에 따른 속도 제어가 필요한 구간을 나타낸다. 또한 마찬가지로, 도 13 중 이중의 일점 쇄선 화살표로 나타내는 액침 영역(12)의 이동 궤적은, 제2 액침 이동 공정 중 본 실시예에 따 른 속도 제어가 필요한 구간을 나타낸다.

이상 설명한 설정으로 스텝 108(ST 108)을 행한 후, 스텝 109A(ST 109A) 혹은 스텝 109B(ST 109B)로 진행한다. 이후, 스텝 109A(스텝 109B)로부터 스텝 112(ST 112)까지는, 제1 실시예와 마찬가지이다.

도시를 수반하는 상세하면서도 구체적인 설명은 생략하지만, 제1 실시예와 마찬가지로, 본 발명자들은, 전술한 각 공정을 거쳐서 작성된 웨이퍼(5)에 대해서 배선 패턴을 형성하는 등의 가공을 실시했다. 이 결과에 의하면, 제1 실시예와 마찬가지로, 패턴 쇼트 등의 액침 이동 공정에 수반하는 결함은 발견되지 않았다. 또한, 잔류 액적이 레지스트막에 스며들지 않기 때문에, 종래의 액침 노광을 이용한 경우에 비해서 치수 정밀도가 높은 배선 패턴을 얻을 수 있었다. 즉, 본 실시예에 따르면, 제1 실시예와 마찬가지로, 디바이스로서의 신뢰성, 품질, 및 성능 등이 종래 기술에 따른 반도체 장치에 비교해서 높은 반도체 장치를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 그러한 반도체 장치를 높은 수율로 효율적이면서도 용이하게 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 전술한 바와 같이, 액침 노광을 위해 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 선택적으로 형성하는 액막(11)의 일부가 웨이퍼(5)의 엣지부(5b)를 통과할 때에, 웨이퍼(5)(스테이지(6))의 이동 속도를 감속시킴으로써, 저결함의 액침 노광 프로세스(반도체 제조 프로세스)를 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 이 제3 실시예에 따르면, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 엣지부(5b) 상에 위치하는 경우의 투영 렌즈계(4)에 대한 웨이퍼(5)의 이 동 속도를, 액침 영역(12)이 웨이퍼(5)의 엣지부(5b) 이외에 위치하는 경우의 투영 렌즈계(4)에 대한 웨이퍼(5)의 이동 속도보다도 느리게 설정함으로써, 전술한 제1 및 제2 각 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액침 노광 방법은, 전술한 제1 ∼ 제3 각 실시예에는 제약되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 그들의 구성, 혹은 제조 공정 등의 일부를 여러 가지 다양한 설정으로 변경하거나, 혹은 각종 설정을 적절하게, 적당하게 조합해서 이용하거나 해서 실시할 수 있다.

예를 들면, 제1 ∼ 제3 각 실시예에서는, 웨이퍼(피노광 기판)(5)의 한 쪽 주면인 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 레지스트막을 형성하는 경우에 대해 설명했지만, 반드시 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 레지스트막을 형성할 필요는 없다. 웨이퍼(5)의 표면(5a)에 직접 전술한 액침 노광 처리를 실시해도 상관없다. 이러한 방법에서도, 제1 ∼ 제3 각 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

또한, 제1 ∼ 제3 각 실시예에서는, 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 레지스트막을 형성함과 함께, 이 레지스트막을 피복해서 더욱 소수성의 액침 노광 보호막을 형성하는 경우에 대해 설명했지만, 반드시 웨이퍼(5)의 표면(5a) 상에 레지스트막을 형성할 필요는 없다. 즉, 레지스트막에 소수성(발수성)이 강한 레지스트막을 채용하는 경우, 레지스트막 상에 소수성의 액침 노광 보호막을 형성할 필요는 없다. 이 경우, 레지스트막의 표면에 직접 전술한 액침 노광 처리를 실시해도 상관없다. 이러한 방법에서도, 제1 ∼ 제3 각 실시예와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있는 것은 물론이다.

이상, 실시예들을 통하여 본 발명을 설명하였지만, 추가의 장점 및 변경이 가능하다는 것은 본 기술 분야에 숙련된 자에게는 자명한 것이다. 따라서, 본 발명은 모든 점에서 상술한 설명 및 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명의 범위는 상기한 실시예의 설명이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정의되며, 또한 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것으로 의도되어야 한다.

이상, 본 발명에 따르면, 반도체 장치의 제조 공정에 이용되는 리소그래피 기술 중의 노광 기술에 관한 것으로, 특히 노광 장치의 투영 광학계와 노광 처리가 실시되는 피처리 기판 간에 액체를 개재시키면서 노광 공정을 행하는 반도체 장치의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

1. 액침 이동 노광 공정은 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하고,

   제1 액침 이동 공정은 상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키고,

   제2 액침 이동 공정은 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고, 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 속도보다도 느린 속도로 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 액침 이동 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 액침 이동 노광 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 피노광 기판의 피노광측의 주면 상에 레지스트막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 레지스트막 상에 그 레지스트막보다도 소수성이 높은 막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 액침 노광 방법.
6. 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하는 액침 이동 노광 공정과,

   상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 제1 액침 이동 공정과,

   상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시킴과 함께, 상기 피노광 기판 상에 상기 액체의 잔류가 발생하기 전에 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도 및 이동 방향 중의 적어도 한 쪽을 변경하는 제2 액침 이동 공정

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2 액침 이동 공정에서, 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 방향을 상기 피노광 기판의 이전의 이동 방향에 대해서 90° ∼ 270°의 범위에서 변경하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제2 액침 이동 공정에서, 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 방향을, 상기 피노광 기판의 이동 궤적이 절선 형상(折線 形狀 : broken-line shape) 또는 사행 형상(蛇行 形狀 : wobbling shape)으로 되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 제2 액침 이동 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
10. 제6항에 있어서,

    상기 액침 이동 노광 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
11. 제6항에 있어서,

    상기 피노광 기판의 피노광측의 주면 상에 레지스트막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 레지스트막 상에 그 레지스트막보다도 소수성이 높은 막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
13. 노광 처리가 실시되는 피노광 기판과 상기 노광 처리를 행하는 노광 장치의 투영 광학계 사이에 액체를 개재시킴과 함께, 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키면서 상기 피노광 기판의 표면 상에 설정된 복수의 노광 영역에 대해서 상기 노광 처리를 행하는 액침 이동 노광 공정을 포함하며,

    상기 액체가 상기 피노광 기판의 주연부 상에 위치하는 경우의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도를, 상기 액체가 상기 피노광 기판의 주연부 이외에 위치하는 경우의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도보다도 느리게 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 제1 액침 이동 공정과,

    상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고, 상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 속도보다도 느린 속도로 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 제2 액침 이동 공정

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
15. 제13항에 있어서,

    상기 각 노광 영역 중 인접하는 상기 각 노광 영역 간에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시키는 제1 액침 이동 공정과,

    상기 제1 액침 이동 공정에서의 이동 거리보다도 긴 거리에서, 상기 피노광 기판과 상기 투영 광학계 간에 상기 액체를 개재시키면서 상기 노광 처리를 행하지 않고 상기 피노광 기판을 상기 투영 광학계에 대해서 상대적으로 이동시킴과 함께, 상기 피노광 기판 상에 상기 액체의 잔류가 발생하기 전에 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 이동 속도 및 이동 방향 중의 적어도 한 쪽을 변경하는 제2 액침 이동 공정

    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
16. 제13항에 있어서,

    상기 액침 이동 노광 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
17. 제13항에 있어서,

    상기 피노광 기판의 피노광측의 주면 상에 레지스트막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
18. 제17항에 있어서,

    상기 레지스트막 상에 그 레지스트막보다도 소수성이 높은 막을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
19. 제14항에 있어서,

    상기 제2 액침 이동 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
20. 제15항에 있어서,

    상기 제2 액침 이동 공정에서의 상기 투영 광학계에 대한 상기 피노광 기판의 상대적인 이동 속도를, 상기 피노광 기판의 이동 시에 상기 피노광 기판 상에 상기 액체가 잔류하는 속도보다 작게 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.

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