KR100880617B1

KR100880617B1 - 노광장치, 그 압력제어방법, 및 디바이스 제조방법

Info

Publication number: KR100880617B1
Application number: KR1020070024881A
Authority: KR
Inventors: 코우헤이 이모토; 시게유키 우자와
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2009-01-30
Also published as: JP4378357B2; US20080073571A1; KR20070093886A; US7525106B2; JP2007250686A; TW200745774A

Abstract

노광장치는, 진공 분위기 중에서 광학계를 통해서 기판을 노광한다. 노광장치는, 광학계의 적어도 일부를 포함한 제1 공간을 그것에 인접한 제2 공간으로부터 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽을 포함한다. 노광장치는, 제1 공간 내의 압력을 조정하는 제1 압력 조정기와, 제2 공간 내의 압력을 조정하는 제2 압력 조정기와, 제1 압력 조정기 및 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 제어기를 더 포함한다. 제어기는, 제1 공간 내의 압력이 제2 공간 내의 압력보다 높은 압력관계를 유지하면서 제1 공간 내의 압력 및 제2 공간 내의 압력을 진공으로부터 대기압까지의 범위 내에서 변화시키도록, 제1 압력 조정기 및 제2 압력 조정기의 조작량을 출력한다.

노광장치, 압력제어, 광학계, 압력 조정기

Description

노광장치, 그 압력제어방법, 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE APPARATUS, PRESSURE CONTROL METHOD FOR THE SAME, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력 제어(압력 제어 1)를 도시한 그래프이고,

도 2는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력 제어(압력 제어 2)를 도시한 그래프이며,

도 3은 도 14로부터 추출된 구성요소의 일부를 나타낸 도면이고,

도 4는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 있어서의 압력제어의 플로차트이며,

도 5는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력 제어(압력 제어 3)를 도시한 그래프이고,

도 6은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력제어(압력 제어 4)를 도시한 그래프이며,

도 7은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력제어(압력 제어 4의 변형 예)를 도시한 그래프이고,

도 8은, 도 14로부터 추출된 구성요소의 일부를 나타낸 도면이며,

도 9는, 도 14로부터 추출된 구성요소의 일부를 나타낸 도면이고,

도 10은, 도 14로부터 추출된 구성요소의 일부를 나타낸 도면이며,

도 11은, 본 발명의 실시 예에 있어서의 압력 제어 대상으로서의 공간(광학계 공간 - 기판 스테이지 공간)을 도시한 도면이고,

도 12는, 본 발명의 실시 예에 있어서의 압력 제어 대상으로서의 공간(투영 광학계 공간 - 레티클 조명 광학계 공간)을 도시한 도면이며,

도 13은, 진공 해제 시에 있어서의 아웃가스의 유입 및 확산의 문제를 설명하기 위한 그래프이고,

도 14는, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 노광장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이며,

도 15는, 본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따른 디바이스 제조 방법을 도시한 플로차트이고,

도 16은, 도 14의 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디바이스 제조 방법을 나타내는 플로차트이다.

본 발명은, 노광장치, 그 압력제어방법, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

포토리소그래피 기술에 의해 반도체 메모리나 논리회로 등의 미세한 반도체소자를 제조할 때에, 축소 투영 노광장치가 사용된다. 축소 투영 노광장치는, 레티 클(또는 마스크) 상에 형성된 회로 패턴을 투영 광학계에 의해 웨이퍼 등에 투영해서 전사한다.

축소 투영 노광장치가 전사할 수 있는 최소의 치수(해상도)는, 노광에 사용하는 빛의 파장에 비례하고, 투영 광학계의 개구수(NA)에 반비례한다. 따라서, 파장을 짧게 하면 한 만큼 해상도는 높아지게 된다. 이 때문에, 최근의 반도체 소자의 미세화에 대한 요구에 따라, 노광 광의 파장이 짧아져 왔다. 구체적으로, 초고압 수은 램프(i선(파장이 약 365nm)), KrF 엑시머 레이저(파장이 약 248nm), ArF 엑시머 레이저 (파장 약 193nm)의 순으로 노광 광의 파장이 짧아져 왔다.

반도체 소자는 급격히 미세화하고 있고, 상기와 같은 자외 범위의 노광 광을 사용한 포토리소그래피 기술은 한계가 있다. 0.1㎛ 이하의 매우 미세한 회로 패턴을 효율적으로 전사하기 위해서, 자외 광보다도 더 파장이 짧은 파장 10nm 내지 15nm 정도의 극단 자외선(EUV;Extreme Ultraviolet) 광을 사용한 축소 투영 노광장치(이하, "EUV 노광장치"라고 한다.)가 개발되었다.

EUV 노광장치에 있어서의 EUV 광원으로서는, 예를 들면, 레이저 플라즈마 광원을 사용한다. 이 레이저 플라즈마 광원은 진공 챔버 중에 있는 타겟 부재에 고강도의 펄스 레이저 빔을 조사해, 고온의 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마에 의해 방사되는 예를 들면 파장 13nm 정도의 EUV 광을 노광 광으로서 이용한다. 타겟 부재로서는, 금속 박막, 불활성 가스, 액적 등을 사용한다. 타겟 부재는 가스 제트(gas jet) 등의 수단에 의해 진공 챔버 내에 공급된다. 타겟으로부터 방사되는 EUV 광의 평균 강도를 높게 하기 위해서는, 펄스 레이저의 반복 주파수가 높은 쪽 이 더 좋다. 통상, 펄스 레이저는 수 kHz의 반복 주파수에서 운전된다.

EUV 광의 파장 영역에서는, 물질에 의한 빛의 흡수가 대단히 크다. 따라서, 가시광이나 자외광으로 사용하는 빛의 굴절을 이용한 굴절형 광학계는, 렌즈 등의 광학 소자에 대한 EUV 광의 투과율이 낮기 때문에 실용적이지 않아서, 반사형 광학계가 사용된다. 레티클로서는, 미러 위에 배치된 흡수체에 의해 전사해야 할 패턴을 형성한 반사형 레티클을 사용한다.

EUV 광은 기체에 의한 흡수가 크다. 예를 들면, 10Pa의 공기로 채워진 영역에 탄화수소 등의 탄소를 포함한 분자가 잔류하고 있는 환경을 생각한다. 이러한 환경에서는, 광 조사에 의해 광학 부재의 표면에 탄소가 점차 부착된다. 이 탄소가 EUV 광을 흡수해 광학 부재의 반사율이 저하한다. 광학 부재의 표면에 탄소가 부착하는 것을 방지하기 위해서는, EUV 광이 조사되는 광학 부재가 배치된 영역을 적어도 10^-4Pa이하, 바람직하게는 10^-6Pa이하의 압력에서 유지해야 한다.

노광장치에 있어서는, 감광제로서의 레지스트가 도포된 웨이퍼를 외부로부터 노광장치로 로딩하고, 레티클의 회로 패턴을 웨이퍼에 전사한 후에 웨이퍼를 언로딩하는 동작을 반복한다. 웨이퍼 스테이지는, 주사 및 노광을 행하기 위한 이동 기구와 웨이퍼를 반송하는 반송 기구 등의 구동기구를 갖고, 따라서 표면적이 대단히 크다. 이것 기구는 가스를 발생한다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 공간을 전술한 바와 같이 그러한 낮은 압력 범위 내에서 유지하는 것은 매우 곤란하다.

또한, 웨이퍼에 도포된 레지스트는, 노광 전에 가열, 베이킹되지만 유기물이 다. 이 때문에, 진공 중에 레지스트가 로딩되면, 레지스트를 구성하고 있는 유기물, 분해된 유기물질인 탄소 화합물 등이 기화한다. 기화한 물질은, 진공에 유지된 노광장치 내에 확산한다. 웨이퍼는 외부로부터 노광장치 내에 로딩되기 때문에, 웨이퍼의 로딩 전에 웨이퍼에 부착하는 수분 등의 공기 성분을 단시간에 제거하는 것이 어렵고, 공기 성분이 진공 중에서 점차 이탈한다. 웨이퍼, 레지스트, 및 노광장치의 구성요소로부터 방사되는 그러한 가스(이후, 아웃가스라고도 한다)에 의해 광학부재의 표면에 탄소 등의 오염물질이 부착된다. 그러면, 광학 부재는 원하는 광학 특성을 얻을 수 없게 된다. 또한, 대용량의 배기 펌프 등을 사용해서 진공상태를 향상시키는 것이 가능하다. 이 경우, 탄소를 포함한 분자나 수분이, 노광장치 내, 특히 탄화물 부착에 의해 반사율이 저하하는 미러나 레티클이 배치된 영역으로 비산하는 것을 방지해야만 한다.

이것을 고려하여, 웨이퍼 스테이지 공간과 투영 광학계 공간 사이에 격벽을 설치할 수도 있다. 노광을 위한 EUV 광이 지나는 광로에 대응하는 격벽의 부분에만 개구부를 형성하여, 웨이퍼 스테이지 공간으로부터의 아웃가스가 투영 광학계 공간으로 확산하는 것을 방지할 수도 있다. 마찬가지로, 투영 광학계 공간과 레티클 스테이지 공간 사이와, 레티클 스테이지 공간과 조명 광학계 공간 사이에도 광로에만 개구부를 가지는 격벽을 설치할 수 있다. 2개의 공간을 연결하는 개구부는, 아웃가스의 확산을 억제하기 위해서, EUV 광이 포커스하는 웨이퍼 근방에 형성되어야 하고, 또한 가능한 한 작아야 한다.

간단히 격벽에 개구부를 설치함으로써, 충분히 개구부가 소망의 컨덕턴스를 갖는 것을 허용하지 않을 수도 있다. EUV 광로를 차단하지 않도록, 충분히 두꺼운 개구부를 갖는 벽이 설정될 수 있다. 이 개구부의 두께가 가변이면, 상황에 따라 컨덕턴스를 조정할 수 있다. 투영 광학계의 미러는 광학 수차를 억제하기 때문에, 미러에 대하여 거의 수직으로 EUV 광이 입사하는 것이 바람직하다. 또한, 광학계를 구성하는 미러도 웨이퍼나 레티클에 근접해서 배치되어야 하기 때문에, 개구부의 형상에는 제한이 많아진다.

투영 광학계 공간에의 아웃가스의 확산을 방지하기 위해서, 고순도의 불활성 가스를 공급할 수도 있다. 이것에 의해 투영 광학계 공간 내의 압력이 웨이퍼 스테이지 공간 내의 압력보다도 높게 증가하기 때문에, 아웃가스의 확산 및 유입을 막을 수 있다 (일본국 공개특허공보 특개 2005-57154호 참조). 이 불활성 가스로서는, 고순도의 헬륨 가스, 고순도의 질소 가스 등을 사용한다. 고순도의 헬륨을 공급함으로써, 광원으로부터 웨이퍼까지의 광로 공간에서의 EUV 광은 크게 감쇠하지 않는다. 광로 공간 전체를 고진공으로 유지했을 경우와 비교해도, 감쇠는 기껏 몇 %이하 정도의 작은 변화에 지나지 않는다.

광원으로서 가스 플라즈마 광원을 사용할 때에는, 그 광원의 가스 성분의 영향이 조명 광학계에 전해지지 않도록, 광로에는 EUV 광만을 선택적으로 투과하는 필터를 사용할 수도 있다. 이 필터로서는, 예를 들면, Zr 필터를 사용할 수도 있다. 그렇지만, 투과율은, 0.5mm의 두꺼운 필터의 경우 약 50％로, 투과율이 크게 감소한다.

노광장치에서는, 정기적인 메인터넌스(maintenance)나 부품 교환을 행할 때, 공간 내의 진공을 해제해야 하고, 그 공간을 대기에 개방해야 한다. 일반적인 진공장치에 있어서, 공간 내의 진공을 해제할 경우, 진공을 해제하는 공간과 진공을 해제하지 않는 공간은 연결되지 않는다. 불활성 가스나 건조 공기를 공간 내에 공급하고, 이 공간을 대기압에 도달할 때까지 가압함으로써, 이 공간을 대기에 개방한다. 그러나, EUV 노광장치에서는, 개구부와 미러가 웨이퍼나 레티클 근방에 배치되기 때문에, 개구부를 닫기 위한 기구를 구비하는 것이 곤란하다. 그 때문에, 공간을 대기에 개방할 때, 웨이퍼 스테이지 공간과 투영 광학계 공간이 개구부를 통해서 도통하고, 양쪽 공간 사이에서 가스가 이동할 수 있다. EUV 노광장치와 같이, 진공도와 아웃가스량이 다른 공간이 개구부를 통해서 공존하고 있는 경우에 진공을 해제할 때, 각각의 공간 내의 초기 압력에 따라 이하와 같은 문제가 생긴다.

(1) 노광시에 투영 광학계 공간을 고진공으로 유지하고, 웨이퍼 스테이지 공간이 투영 광학계 공간보다 높은 압력을 갖는 경우, 노광장치의 진공을 해제하면, 압력이 낮은 투영 광학계 공간으로 아웃가스가 확산 및 유입한다.

(2) 노광시에 투영 광학계 공간에 불활성 가스를 공급함으로써, 투영 광학계 공간이 웨이퍼 스테이지 공간보다도 높은 압력을 갖는 경우, 도 13에 나타나 있는 바와 같이, 투영 광학계 공간과 웨이퍼 스테이지 시스템 사이의 압력 구배가 유지될 수 없다. 그 때문에, 투영 광학계 공간에 아웃가스가 확산 및 유입할 수도 있다.

이러한 문제가 생기면, 광학 소자의 표면으로 아웃가스 물질이 부착되어, 원하는 광학특성을 얻을 수 없게 된다. 투영 광학계 공간에 아웃가스가 확산하면, 재 배기 시에 투영 광학계 공간으로부터의 탈가스에 장시간이 걸려, 배기 효율이 저하한다. 이러한 배기효율의 저하는 장치의 다운타임(downtime)의 증가를 일으킨다.

상기한 바와 같이, EUV 노광장치에 있어서는, 아웃가스의 양이 적은 공간과 아웃가스의 양이 많은 공간 사이의 격벽에 형성된 개구부에 의해 양쪽 공간의 격벽이 불완전하게 된다. 그 때문에, 웨이퍼 스테이지와 레티클 스테이지가 배치되어, 아웃가스의 양이 많은 공간으로부터 투영 광학계가 배치되는 공간이나 조명 광학계가 배치되는 공간으로 아웃가스가 확산하여, 문제를 일으킬 수 있다.

따라서, 불완전하게 서로 격리된 복수의 진공영역을 갖는 노광장치에 있어서, 진공 해제를 행할 때에 아웃가스의 양이 많은 공간으로부터 아웃가스의 양이 적은 공간으로 아웃가스가 확산하는 것을 억제하는 것이 요구된다.

본 발명은, 상기의 문제점의 인식에 근거해 이루어진 것으로서, 예를 들면 노광장치에 있어서, 개구부를 가지는 격벽에 의해 분리된 2개의 공간 사이의 아웃가스의 이동을 제어하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면에 의하면, 광학계를 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치로서, 상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽과, 상기 제1 공간 내의 압력을 조정하는 제1 압력 조정기와, 상기 제2 공간 내의 압력을 조정하는 제2 압력 조정기와, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 제어기를 갖고, 상기 제어기는, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 압력관계를 유지하면서 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 희박 기체 경계 압력보다 낮게 되도록 변화시킨 후, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 낮은 압력관계가 되도록 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 더 낮게 변화시키도록, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
본 발명의 제2 측면에 의하면, 광학계를 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치로서, 상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽과, 상기 제1 공간 내의 압력을 조정하는 제1 압력 조정기와, 상기 제2 공간 내의 압력을 조정하는 제2 압력 조정기와, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 제어기를 갖고, 상기 제어기는, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 희박 기체 경계 압력보다 낮고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 낮은 상태에서, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 상기 희박 기체 경계 압력보다 낮고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 상태를 경유해서, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 상기 희박 기체 경계 압력보다 높고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 상태로 되도록, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 것을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기 각각은, 배기계 및 공급계를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기 각각은, 압력센서를 더 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면, 상기 광학계는, 원판의 패턴을 상기 기판에 투영하기 위한 투영 광학계 및 상기 원판을 조명하기 위한 조명 광학계의 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 의하면, 상기 제2 공간에 배치되어 원판을 이동시키기 위한 원판 스테이지 기구, 상기 제2 공간에 배치되어 상기 기판을 이동시키기 위한 기판 스테이지 기구, 및 상기 제2 공간에 배치된 광원 중 어느 하나를 더 갖는다.
본 발명의 제3 측면에 의하면, 광학계와, 상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽을 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치에 적용되는 압력제어방법으로서, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 측정하고, 상기 측정에 근거하여 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 압력관계를 유지하면서 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 희박 기체 경계 압력보다 낮게 되도록 변화시킨 후, 상기 제1 진공 내의 압력이 상기 제2 진공 내의 압력보다 낮은 압력관계로 되도록 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 더 낮게 변화시키는 것을 포함한 것을 특징으로 하는 압력제어방법을 제공한다.
본 발명의 제4 측면에 의하면, 디바이스 제조방법에 있어서, 노광장치를 사용하여 진공 분위기 중에서 기판을 노광하는 노광 스텝과, 상기 노광된 기판을 현상하는 현상 스텝과, 상기 현상된 기판을 처리하는 처리 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법을 제공한다.

삭제

본 발명의 또 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하면서 이하의 예시한 실시 예로부터 분명해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

본 발명의 노광장치는, 기판 상의 감광제에 잠상 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 노광장치는, 기판 상의 감광제에 잠상 패턴을 형성하기 위한 복수의 요소를 갖는다. 해당 요소는, 예를 들면 투영 광학계, 기판 스테이지 기구, 원판 스테이지 기구, 조명 광학계 또는 광원 등을 포함할 수 있다. 본 발명의 노광장치는, 1개 또는 복수의 요소가 각각 배치된 복수의 공간을 갖는다. 해당 복수의 공간 중, 2개의 공간은, 개구부를 갖는 격벽에 의해 분리된다. 그러한 공간은, 실(room) 또는 챔버와 같은 의미를 갖고, 어떠한 부재에 의해 다른 공간으로부터 분리된다.

본 발명의 노광장치는, 반도체 웨이퍼나 액정 디스플레이(LCD)용의 글래스 기판 등의 기판에 도포된 감광제를 노광해서 해당 감광제에 잠상 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 해당 노광은, 원판의 패턴을 통해서 감광 기판을 노광하는 것,또는 감광 기판에 패턴을 회화해서 해당 감광 기판을 노광하는 것을 포함할 수 있다.

노광 광에는, 예를 들면 자외광, 극자외(EUV:extreme ultraviolet)광, X선 등의 전자파, 입자 빔, 예를 들면 전자 빔 등의 복사선(radiation)이 포함될 수 있다. 해당 노광장치에 있어서의 광학계에는, 자외광, 극자외광, X선 등에 대한 광학계뿐만 아니라, 해당 광학계의 작용과 같거나 유사한 작용을 전자 빔 등의 입자 빔에 가하는 구성(소위, 전자 광학계 등)도 포함될 수 있다.

도 14는, 본 발명의 바람직한 실시 예의 노광장치(110)의 개략적인 구성을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 14를 참조하면, 참조번호 1은 여기용 펄스 레이저, 참조번호 2는 집광렌즈, 3은 타겟 가스 공급장치, 4는 플라즈마, 5는 EUV 광이다. 참조번호 6은 조명계 제１ 미러, 7은 옵티컬 인테그레이터(optical integrator), 8은 조명계 제2 미러, 9는 화각 제한 애퍼처, 10은 조명계 제3 미러다. 참조번호 11은 반사형 레티클, 12는 레티클 척(레티클 보유장치), 13은 레티클 스테이지 기구, 14는 레티클 얼라인먼트 광학계(레티클 얼라인먼트 검출기)이다.

참조번호 15는 투영계 제１ 미러, 16은 투영계 제2 미러, 17은 투영계 제3 미러, 18은 개구 제한 애퍼처, 19는 투영계 제4 미러이다. 이들 미러 15∼19는 투영 광학계를 구성하고 있다. 참조번호 20은 투영 EUV 광, 21은 기판, 22는 기판 척, 23은 기판 스테이지 기구, 24는 기판 얼라인먼트 광학계(기판 얼라인먼트 검출기)이다.

참조번호 25는 기판 스테이지 기구(23)의 공간을 투영 광학계의 공간으로부터 분리시키는 격벽이다. 참조번호 26은 기판 스테이지 기구(23)가 배치된 기판 스테이지 공간이다. 참조번호 27은 투영 EUV 광(20)을 통과시키기 위한 개구부다. 참조번호 28은 투영 광학계가 배치된 투영 광학계 공간이다. 참조번호 29는 투영 광 학계 공간(28)을 레티클 스테이지 공간으로부터 분리시키는 격벽이다. 참조번호 30은 투영 광학계 공간(28)을 조명 광학계 공간으로부터 분리시키는 격벽이다. 참조번호 31은 레티클(11)에 의해 반사된 EUV 광을 통과시키기 위해서 격벽(29)에 형성된 개구부, 32는 레티클(11)에 조사되는 EUV 광을 통과시키기 위한 개구부다.

참조번호 33은 레티클 스테이지 공간을 조명 광학계 공간으로부터 분리시키는 격벽, 34는 레티클 스테이지 공간, 35는 광원공간을 조명 광학계 공간으로부터 분리시키는 격벽, 36은 EUV 광을 광원측에서 조명계측으로 이동시키는 개구부(창)이다. 참조번호 37은 조명 광학계 공간, 38은 광원 공간이다.

참조번호 39는 광원공간(38)으로부터 가스를 배출하는 배기계, 40은 조명 광학계 공간(37)으로부터 가스를 배출하는 배기계다. 참조번호 41은 레티클 스테이지 공간(34)으로부터 가스를 배출하는 배기계, 42는 투영 광학계 공간(28)으로부터 가스를 배출하는 배기계, 43은 기판 스테이지 공간(26)으로부터 가스를 배출하는 배기계다.

참조번호 44는 조명 광학계 공간(37)에 고순도 헬륨 가스를 공급하는 가스 공급 밸브, 45는 투영 광학계 공간(28)에 고순도 헬륨 가스를 공급하는 가스 공급 밸브다. 참조번호 46은 레티클 스테이지 공간(34)에 고순도 헬륨 가스를 공급하는 가스 공급 밸브, 47은 기판 스테이지 공간(26)에 고순도 질소 가스를 공급하는 가스 공급 밸브다. 참조번호 48은 광원 공간(38)에 고순도 질소 가스를 공급하는 가스 공급 밸브다. 각 가스 공급 밸브는, 그것에 접속된 가스 공급 라인(미도시)과 함께, 공간에 가스를 공급하는 가스 공급계를 구성한다.

참조번호 49는 광원 공간 내의 압력을 측정하는 압력센서, 50은 투영 광학계 공간 내의 압력을 측정하는 압력센서, 51은 레티클 스테이지 공간(34) 내의 압력을 측정하는 압력센서다. 참조번호 52는 기판 스테이지 공간(26) 내의 압력을 측정하는 압력센서, 53은 광원공간(38) 내의 압력을 측정하는 압력센서다.

상기의 배기계, 가스 공급계, 바람직하게는, 상기에 기술한 압력센서는 압력조정기를 구성한다. 하나의 예에 의하면, 배기계(42), 가스 공급 밸브(45)를 포함한 가스 공급계 및, 더 바람직하게는 압력센서(50)는 1개의 압력 조정기를 구성한다. 또 다른 예에 의하면, 배기계(43), 가스 공급 밸브(47)를 포함한 가스 공급계, 및 더 바람직하게는 압력센서(52)는 1개의 압력 조정기를 구성한다. 압력 조정기가 압력센서를 포함하도록 구성될 경우에는, 압력센서에 의한 압력의 모니터 결과에 의거하여 가스 공급계 및 배기계의 적어도 하나를 동작시킴으로써 조정 대상으로서의 공간 내의 압력을 조정할 수 있다.

또한, 도 14를 참조하면, 참조번호 100은, 공간 26, 28, 34, 37, 및 38 내의 압력을 제어하기 위해서, 가스 공급 밸브 44∼48을 구비하는 그룹과 배기계 39∼43를 구비하는 그룹 중 적어도 하나의 조작량(manipulated variable)을 출력하는 압력 컨트롤러(제어부)이다.

노광장치(110)는, 예를 들면 노광용의 조명광으로서의 EUV 광(예를 들면, 파장 13.4nm)을 사용하여, 레티클(원판) 11에 형성된 회로 패턴을 통해서 기판(21)을 노광하는 EUV 노광장치로서 구성될 수 있다. 노광장치(110)는, 예를 들면 스텝 앤드 스캔(step-and-scan) 방식 또는 스텝·앤드·리피트(step-and-repeat) 방식 장 치로서 구성될 수 있다. 노광장치(110)는, 서브마이크론, 쿼터 마이크론(예를 들면 0.1㎛) 이하의 포트리소그래피 공정에 적합하다.

스텝 앤드 스캔 방식에 의하면, 레티클 및 기판을 연속적으로 스캔(주사)하면서 레티클 패턴을 통해서 기판을 노광한다. 스텝·앤드·리피트 방식에 의하면, 레티클 및 기판을 정지시킨 상태에서 노광 영역을 일괄 노광한다. 어느 쪽의 방식이라도, 1숏(shot)의 노광 종료 후에 기판을 다음 1숏의 노광을 위해 스텝 이동시킨다.

노광장치(110)는, 광원 공간(38), 조명 광학계 공간(37), 레티클 스테이지 공간(34), 투영 광학계 공간(28), 및 기판 스테이지 공간(26)을 갖는다. 이들 공간을 서로 분리시키는 격벽에는, 노광을 위한 EUV 광이 통과하는 광로에 개구부가 설치된다. 따라서, 각각의 공간은 개구부를 통해서 서로 연통하고 있지만, 각각의 공간의 진공도와 아웃가스의 양이 개별적으로 제어된다.

광원공간(38)에 관하여 설명한다. 광원공간(38)은, 레이저 플라즈마 광원에 의해 EUV 광을 발생시키는 공간이다. 예를 들면, 여기용 펄스 레이저(1)로부터 방사되는 레이저 빔이 타겟 가스 공급장치(3)로부터 공급되는 타겟 가스를 여기함으로써 EUV 광(5)을 발생시킬 수 있다. 타겟으로서 가스를 사용하기 때문에, 광원공간(38)은, 터보 펌프를 포함한 배기계(39)에 의해 진공으로 유지된다. 광원공간(38)의 진공도는, 압력센서(53)에 의해 관리된다. 광원공간(38)은, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 밸브(48)에 의해 진공을 해제할 수 있다.

다음에, 조명 광학계에 관하여 설명한다. 광원공간(38)과 조명 광학계 공 간(37)을 서로 분리시키는 격벽(35)에는, 광원공간(38)으로부터 조명 광학계 공간(37)으로 제공되는 EUV 광을 통과시키기 위한 개구부가 설치된다. 조명 광학계 공간(37)은, 광학 소자의 표면이 아웃가스에 의해 오염되는 것을 방지하기 위해서 배기계(40)와 압력센서(49)에 의해 고진공으로 유지된다.

이 실시 예에 의하면, 조명 광학계는, 3개의 미러, 즉 조명계 제１ 미러(6), 조명계 제2 미러(8), 및 조명계 제3 미러(10)를 구비한다. 조명계 제１ 미러(6)는 , 광원공간(38) 내에 배치되어 있다. 조명계 제2 미러(8)와 조명계 제3 미러(10) 사이에는 레티클(11)에 조사되는 빔의 화각(field angle)을 제한하기 위한 화각 제한 애퍼처(9)가 배치된다. 조명 광학계 공간(37)은, 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 밸브(44)에 의해 진공을 해제할 수 있다.

다음에 레티클 스테이지 공간(34)에 관하여 설명한다. 레티클(11)은, 반사형 레티클로, 미러 위에 전사되어야 할 회로 패턴(또는 상)을 갖는다. 레티클 스테이지 기구(13)는 레티클(11)을 지지 및 구동한다. 레티클(11)로부터 발생한 회절광은, 투영 광학계를 통해서 기판(21) 위에 투영된다. 레티클(11)과 기판(21)은, 광학적으로 공역의 관계로 배치된다. 노광장치(110)가 스텝 앤드 스캔 방식 장치(스캐너)로서 구성될 경우에는, 레티클(11)과 기판(21)을 투영 광학계의 축소 배율비 (예를 들면 4:1)에 대응하는 속도비로 스캔함으로써 레티클(11)의 패턴을 기판(21) 위에 전사한다. 노광장치(110)가 스텝·앤드·리피트 방식 장치(스텝퍼)로서 구성될 경우에는, 레티클(11)과 기판(21)을 정지시킨 상태에서 노광이 행해진다. 레티클 스테이지 공간(34)은, 불활성 가스를 공급하는 공급 밸브(46)를 사용해서 진공 을 해제할 수 있다.

레티클 스테이지 기구(13)는, 레티클 척(12)을 통해서 레티클(11)을 지지하고, 구동기구(미도시)를 포함한다. 레티클 척(12)은, 예를 들면 정전 척킹력(chucking force)에 의해 레티클(11)을 척킹한다. 구동기구(미도시)는, 리니어 모터 등을 구비하고, 적어도 X방향으로 레티클 스테이지를 구동함으로써 레티클(11)을 이동시킬 수 있다. 노광장치(110)가 스캐너로서 구성될 경우에는, 노광장치(110)는, 레티클(11)과 기판(21)을 동기시켜서 스캔한다.

투영 광학계 공간(28)에 배치된 투영 광학계는, 복수의 미러(15∼17, 19)를 사용하여 레티클(11)의 면 위의 패턴을 상(image) 면에 있는 기판(21) 위에 축소, 투영한다. 반사 미러 15∼17, 19로서는, 빛의 손실을 억제하기 위해서 다층 미러를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 다층 미러를 사용해도, 가시광의 미러의 반사보다 빛의 손실이 크다. 이 때문에, 반사 미러 15∼17, 19의 수는 최소한으로 해야 하고, 4개 내지 6개 정도로 하는 것이 바람직하다. 적은 수의 미러로 넓은 노광 영역을 형성하기 위해서는, 광축으로부터 일정한 거리만큼 간격을 둔 얇은 원호형의 영역(링 필드)만을 사용하여, 레티클(11)과 기판(21)을 동시에 주사한다. 반사 미러 15∼17, 19의 반사면은, 볼록 또는 오목의 구면 또는 비구면이다. 투영 광학계 공간(28)은, 불활성 가스를 공급하는 공급 밸브(45)를 사용함으로써 진공 상태를 해제할 수 있다.

기판(21)은, 예를 들면 반도체 웨이퍼 또는 액정표시장치용 글래스 기판일 수 있다. 기판(21) 위에는, 포토레지스트(감광제)가 도포되어 있다. 포토레지스트 가 도포된 기판을 감광 기판이라고도 칭한다는 점에 유념한다.

기판 스테이지 기구(23)는, 기판 척(22)을 통해서 기판(21)을 지지하고, 구동기구(미도시)를 포함한다. 기판 스테이지의 위치와 레티클 스테이지의 위치는, 예를 들면 레이저 간섭계 등의 측량 장치에 의해 감시될 수 있다. 노광장치(110)가 스캐너로서 구성될 경우에는, 측량 장치가 취득한 측량 결과에 따라서 기판 스테이지와 레티클 스테이지가 일정한 속도 비율로 구동된다. 기판 스테이지 기구(23)는, 조동(coarse movement) 스테이지, 미동(fine movement) 스테이지 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 기판 스테이지 공간(26)은, 불활성 가스를 공급하는 공급 밸브(47)를 사용해서 진공을 해제할 수 있다.

얼라인먼트 검출기 14 및 24는, 레티클(11)과 투영 광학계 공간(28)의 광축과의 위치 관계 및 기판(21)과 투영 광학계 공간(28)의 광축과의 위치 관계를 측정한다. 레티클(11)의 투영 상이 기판(21) 위의 소정위치에 형성되도록 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 위치 및 각도를 설정한다.

포커스 위치 검출기(60)는, 기판(21)의 표면의 위치, 즉 광축의 방향의 포커스 위치를 측량하여, 기판 스테이지의 위치 및 각도를 제어한다. 이것에 의해, 노광 중에 항상 기판(21)의 표면을 투영 광학계의 상 면과 일치시킨다.

기판 스테이지 공간(26), 투영 광학계 공간(28), 레티클 스테이지 공간(34), 조명 광학계 공간(37), 및 광원공간(38)에는, 각각 고진공까지 배기 가능한 터보 분자 펌프가 설정되어 있다. 상기 설명한 바와 같이, 각각의 공간은 각 개구부를 통해서 서로 연통하고 있기 때문에, 각각의 공간에 배기 펌프가 설치되어 있지 않 아도 배기하는 것이 가능하다. 각 공간에 전용의 배기 펌프가 설치되어 있지 않은 경우에는, 개구부의 컨덕턴스 때문에, 모든 공간을 고진공까지 배기하는 것이 어렵다.

각각의 공간의 불순물을 제거하기 위해서는, 일단 가능한 한 고진공까지 공간이 배기되어야 한다. 특히, 광학계가 배치되어 있는 투영 광학계 공간은, 아웃가스에 의한 광학소자에의 악영향을 최소화하기 위해서, 구동기구 등의 아웃가스 발생 요인이 가능한 한 감소하도록 설계된다. 이에 따라 초고진공 범위까지 배기하는 것이 가능해져 광학계 공간 내의 수분 및 탄소성분을 매우 적은 상태로 유지할 수 있다.

결과적으로, 투영 광학계 공간(28)은, 나머지 스테이지 공간 등보다도 낮은 압력으로 설정될 수 있다. 그러나, 투영 광학계 공간(28) 내의 압력이 기판 스테이지 공간(26)의 입력보다도 낮게 됨으로써, 기판 스테이지 공간(26)으로부터 투영 광학계 공간(28)으로 아웃가스가 확산할 수도 있다. 이것을 고려하여, 투영 광학계 공간(28)을 먼저 배기한 후, 투영 광학계 공간(28)에 밸브(45)를 사용해서 고순도의 헬륨을 공급해도 된다. 밸브(45)는, 노광장치의 진공해제시의 리크(leak) 밸브로서 사용될 수 있다.

마찬가지로, 레티클 스테이지 공간(34), 조명 광학계 공간(37), 및 기판 스테이지 공간(26)에 고순도의 헬륨을 공급해도 된다. 헬륨을 공급함으로써, 광원으로부터 기판까지의 광로 공간에 존재하는 가스에 의한 EUV 광의 쇠퇴가 감소한다. 광로 공간 전체를 고진공으로 유지했을 경우와 비교한 경우, 그 감쇠는 기껏 몇 % 이하 정도의 작은 변화에 지나지 않는다. 또한, 비용의 관점에서 헬륨 대신에 건조공기나 고순도 질소 가스를 사용해도 된다. 이 경우에는, 광로 공간에서의 EUV 광의 쇠퇴가 헬륨을 사용하는 경우와 비교해서 증가한다.

정기적인 메인터넌스나 부품교환 등에 의해 노광장치 내의 진공을 해제해, 이 장치를 대기에 개방할 때는, 각각의 공간 내에 배치된 배기계의 배기량을 감소시키고, 가스 공급 밸브를 개방해서 불활성 가스를 공급한다. 각각의 공간은 개구부를 통해서 서로 도통하고 있기 때문에, 공간 사이에서 가스가 이동할 수 있다. 이것에 기인해서 기판 스테이지 공간(26)의 아웃가스가 투영 광학계 공간(28)으로 확산 및 유입한다고 하는 문제가 생긴다. 따라서, 진공해제시, 기판 스테이지 공간(26)로부터의 아웃가스의 확산 및 유입을 방지하도록, 각각의 공간 내의 압력을 제어해서 압력 구배를 제공한다.

이하, 압력 컨트롤러(100)에 의한 공간 26, 28, 34, 37, 38의 압력제어에 대해서 상세히 설명한다. 노광장치는, 예를 들면 조립중에 조립, 메인터넌스, 또는 수리를 목적으로 진공 해제될 수 있다. 이하에서는, 대표적 예로서, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력제어에 관하여 설명한다. 이것은, 투영 광학계 공간(28)이 특히 아웃가스의 영향을 크게 받기 때문에, 아웃가스를 발생시키는 주요 요인이 되는 기판 스테이지 공간(26)으로부터의 아웃가스의 확산이 무엇보다 문제가 되기 때문이다. 진공해제시에는, 대략 이하의 압력제어 순서가 가능하다. 도 3은, 시인성을 높이기 위해서 도 14로부터 구성요소의 일부를 추출해서 나타낸 도면이다.

<압력제어 1>

투영 광학계 공간(28)이 고진공으로 유지되고, 기판 스테이지 공간(26)이 저진공으로 유지되어 있는 경우((투영 광학계 공간 내의 압력) < (기판 스테이지 공간 내의 압력)), 압력 컨트롤러(100)는, 도 1에 예시적으로 나타내는 압력제어를 행한다. 투영 광학계 공간(28)은, 상대적으로 아웃가스의 발생량이 적고, 기판 스테이지 공간(26)은, 상대적으로 아웃가스 발생량이 많다.

구체적으로, 압력 컨트롤러(100)는, 고순도로 유지되어야 하는 투영 광학계 공간(28)의 압력을 최초로 승압시킴으로써, 기판 스테이지 공간(26)보다 높은 압력을 갖는다 (예비 승압 순서). 이어서, 압력 컨트롤러(100)는, 투영 광학계 공간(28)의 압력이 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다도 높은 관계가 유지된 상태에서 투영 광학계 공간(28)의 압력과 기판 스테이지 공간(26)의 압력을 대기압까지 승압한다(승압 순서).

<압력제어 2>

투영 광학계 공간(28)에 고순도의 가스를 공급해, 기판 스테이지 공간(26)으로부터의 오염 물질의 혼합을 저지하려고 하는 경우, 압력 컨트롤러(100)는, 도 2에 예시적으로 나타내는 압력제어를 행한다. 구체적으로, 압력 컨트롤러(100)는, 투영 광학계 공간(28)의 압력이 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다도 높은 관계가 유지된 상태에서 양자를 대기압까지 승압한다(승압 순서).

도 4는, 압력 컨트롤러(100)에 의한 압력제어의 순서를 나타내는 플로차트다. 이 순서에 따라, 상기 설명한 <압력제어 1> 및 <압력제어 2>가 행해질 수 있 다. 도 4에서는, 노광 가능한 진공상태를 초기 상태로서 설정한다는 점에 유념한다.

도 4에서의 참조기호는 이하의 의미를 지닌다.

Pw: 기판 스테이지 공간(26) 내의 압력

P_P0: 투영 광학계 공간(28) 내의 압력

α: 이물질 유입에 대한 압력 마진

β: 격벽 강도에 대한 압력 마진

α(이물질 유입에 대한 압력 마진)은, 기판 스테이지 공간(26)으로부터 투영 광학계 공간(28)으로의 아웃가스 확산을 방지하기 위한 압력차에 관한 압력 마진이다. 고진공에서는, 분자끼리의 충돌이 지극히 적다. 이 때문에, 일반적인 기체나 유체와 같이 차별적인 압력을 제공함으로써 유입을 막는 방법을 이용할 수 없다.

기체의 희박도는 Knudsen number(Kn)에 의해 Kn = λ/L로서 정의되고, 여기에서, λ은 기체분자의 평균 자유 행정, L은 흐름장(flow field)의 대표 길이다. Kn이 0.01을 넘으면(Kn > 0.01), 기체는 희박 기체를 형성하고, 연속류로서 간주될 수 없게 된다. 그러면, 차별적인 압력을 제공함으로써 아웃가스 유입을 막는 것이 곤란하게 된다.

α은, 압력 Pw 및 P_PO가 대략 대기압일 때는, 10Pa 정도라고 하고, 압력 Pw 및 P_PO의 저하에 따라서 감소하는 값(압력차)이라고 할 수 있다.

β(격벽 강도에 대한 압력 마진)은, 대상으로서의 2개의 공간(26, 28) 간의 압력차가 격벽의 강도를 넘지 않도록, 미리 설정되어 있는 안전한 양이다. 2개의 공간(26, 28) 간의 압력차가 β을 넘지 않도록 양쪽 공간(26, 28)의 압력이 제어된다. β은, 대상으로서의 격벽의 강도에 따라 설정되는 파라미터이며, 예를 들면 100Pa 이하로 설정될 수 있다. 격벽에는, 진동을 격리하는 주름상자(bellows), 메인터넌스용의 개폐문, 컨덕턴스 제어용의 가변 개구부 등의 기구가 설치되어 있기 때문에, 격벽에 큰 압력차를 주는 것은 피해야 한다. 격벽과 격벽에 부착되는 요소에 충분히 큰 강도가 있으면 큰 압력 마진 β을 설정할 수도 있다.

스텝 1에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 투영 광학계 공간(28) 내의 압력 P_P0과 기판 스테이지 공간(26) 내의 압력 Pw을 각각 압력센서 50 및 52를 사용해서 측정한다. 스텝 1에서는, 압력 컨트롤러(100)는, Pw+β≥ P_P0 ≥ Pw +α을 만족시키는지 아닌지를 판단한다. Pw + β ≥ P_PO를 충족시키는지 아닌지는, 2개의 공간 사이의 압력차가 격벽(25)의 강도에 대한 압력 마진 β 내에 있는지 아닌지를 의미한다. P_P0 ≥ Pw + α을 충족시키는지 아닌지는 투영 광학계 공간(28) 내의 압력 P_PO이 이물질 유입에 대한 압력 마진 α 이상 기판 스테이지 공간(26) 내의 압력 Pw 이상인지를 의미한다. Pw + β ≥ P_P0 ≥ Pw +α을 만족시킬 경우에는, 이 처리는 스텝 2로 진행된다. 만족시키지 않을 경우에는, 이 처리는 스텝 6으로 진행된다.

스텝 2에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 스텝 1에서 측정한 투영 광학계 공간(28)의 압력 P_P0이 대기압에 도달하는지 아닌지를 판단한다. 투영 광학계 공 간(28)은, 진공 해제 후에도, 이물질 유입의 가능성이 있기 때문에, 승압할 필요가 있다. 그러므로, 스텝 2에서는, 판단 기준으로서 대기압에 α을 더해 취득한 압력에 근거해, 투영 광학계 공간(28)이 대기압보다 낮은지 아닌지를 판단하는 것이 바람직하다. Yes이면, 이 처리는 스텝 3으로 진행되고, No이면, 이 처리는 스텝 4로 진행된다.

스텝 3에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 가스 공급 밸브(45)(제1 압력 조정기)를 열어서 고순도 헬륨을 투영 광학계 공간(28)에 공급해 단위량만큼 투영 광학계 공간(28)을 승압한다.

스텝 4에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 스텝 1에서 측정한 기판 스테이지 공간(26) 내의 압력 Pw가 대기압보다 낮은지 아닌지를 판단한다. Yes이면, 이 처리는 스텝 5로 진행된다. No이면, 이 처리는 스텝 9로 진행되어, 일련의 압력 제어를 종료한다.

스텝 5에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 가스 공급 밸브(47)(제2 압력 조정기)를 열어서 질소 가스를 기판 스테이지 공간(26)에 공급해 단위량만큼 기판 스테이지 공간(26)을 승압한다. 다만, 아웃가스가 기판 스테이지 공간(26)에 유입 및 확산되고, α을 충분하게 크게 설정해야 하는 경우, 스텝 5를 생략할 수 있다. 이 경우에는, 투영 광학계 공간(28)에 공급된 고순도의 헬륨 가스가 개구부(27)를 통해서 기판 스테이지 공간(26)에 유입 및 확산한다. 이와 같이, Pw는 시간의 경과에 의해 스텝 4의 판단 조건을 만족시킨다.

스텝 6에서는, 압력 컨트롤러(100)가, P_P0 < Pw + α을 만족시키는지 아닌지를 판단한다. Yes이면, 스텝 1에 있어서 P_P0 ≥ Pw +α을 만족시키지 않는 것을 의미한다. 반대로, No이면, 스텝 1에 있어서 P_P0 ≥ Pw +α을 만족시킨 것, 즉, 스텝 1에 있어서 Pw + β ≥ P_PO를 만족시키지 않은 것을 의미한다. 스텝 6에서 Yes이면, 이 처리는 스텝 8로 진행된다. 스텝 S6에서 No이면, 이 처리는 스텝 7로 진행된다.

스텝 7에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 가스 공급 밸브(47)(제2 압력 조정기)를 열어서 질소 가스를 기판 스테이지 공간(26)에 공급해, 단위량만큼 기판 스테이지 공간(26)을 승압한다.

스텝 8에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 가스 공급 밸브(45)(제1 압력 조정기)를 열어서 고순도 헬륨을 투영 광학계 공간(28)에 공급해, 단위량만큼 투영 광학계 공간(28)을 승압한다.

스텝 9에서는, 압력 컨트롤러(100)가, 진공 해제에 관한 일련의 압력제어를 종료한다.

상기의 압력제어에 의해 낮은 아웃가스 공간(투영 광학계 공간(28))을 보호하면서 진공 해제한 후에는, 재차, 노광장치를 진공상태로 복원할 필요가 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압력제어에 의하면, 진공 해제 후에, 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다도 투영 광학계 공간(28)의 압력이 높게 유지된다. 이 때문에, 다시 노광장치를 진공상태로 복원할 때에는, 상기의 압력제어방법과 같이 상기 압력차를 유지한 채 배기함으로써 기판 스테이지 공간(26)으로부터 투영 광학계 공 간(28)으로의 아웃가스의 확산 및 유입을 막을 수 있다.

노광장치를 재배기한 후의 노광시에 있어서의 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26) 간의 압력 관계에 따라, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력제어로서 이하의 압력제어가 가능할 수 있다.

<압력제어 3>

노광시에 있어서, 투영 광학계 공간(28)이 고진공으로 유지되고, 기판 스테이지 공간(26)이 저진공으로 유지될 경우((투영 광학계 공간의 압력) < (기판 스테이지 공간의 압력)), 압력 컨트롤러(100)는, 도 5에 예시적으로 나타내는 압력제어를 수행한다. 도 5를 참조하면, "희박 기체 경계 압력"은, 일반적인 기체와 희박 기체와의 경계 근방의 압력으로, Knudsen 수 Kn이 예를 들면 Kn=0.01이 되는 압력이다.

진공 해제 후, <압력제어 1>에 의해 투영 광학계 공간(28)에 고순도 가스를 공급해서 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다도 높은 투영 광학계 공간(28)의 압력을 유지한다. 이 때문에, 배기 개시 시에는, 투영 광학계 공간(28)의 압력은 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다 높다.

압력 컨트롤러(100)는, 우선, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력이 희박 기체 경계 압력보다도 높은 경우, 이 압력차를 유지한 채 배기한다(강압순서). 이때의 압력제어는, 도 4에 나타낸 플로차트와 마찬가지로 이물질 유입에 대한 압력 마진 α과, 격벽 강도에 대한 압력 마진 β을 고려해서 행해지는 것이 바람직하다.

압력 컨트롤러(100)는, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력이 희박 기체 경계 압력보다 낮아지면, 이 압력차에 의존해서, 투영 광학계 공간(28)으로의 이물질의 유입을 막을 수 없다. 이와 같이, 압력 컨트롤러(100)는, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력이 희박 기체 경계 압력보다 낮아지면, 양쪽 공간 28, 26의 압력을 신속하게 각각의 목표 압력으로 변경한다(추가 강압 순서). 여기에서, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력 관계가 역전해, 투영 광학계 공간(28)이 고진공으로 유지된다.

<압력제어 4>

노광시에 있어서, 투영 광학계 공간(28)에 고순도의 가스를 공급해서 기판 스테이지 공간(26)으로부터의 오염 물질의 혼합을 저지하는 경우에는, 압력 컨트롤러(100)는, 도 6에 예시적으로 나타낸 압력제어를 수행한다.

진공 해제 후, 투영 광학계 공간(28)에 고순도 가스를 도입해서 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다 높은 압력으로 유지하기 때문에, 배기 개시 시에는, 투영 광학계 공간(28)은 기판 스테이지 공간(26)의 압력보다 높은 압력에 있다. 따라서, 이 압력차를 유지한 채 배기하도록 압력을 제어한다(강압 순서).

공간 28 및 26의 아웃가스를 감소시키기 위해서, 공간 28 및 26을 목표 진공도까지 배기할 수도 있다. 이 경우, 도 7에 나타나 있는 바와 같은 압력제어를 행하는 것이 바람직하다. 도 7에 나타내는 압력제어에서는, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압력이 희박 기체 경계 압력보다 낮아질 때까지는, 압력차를 유지하면서 배기한다. 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)의 압 력이 희박 기체 경계 압력보다 낮아지면, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)은 신속하게 목표 진공도까지 배기한다. 이 배기시에, 도 7에서는 기판 스테이지 공간(26)의 압력이 투영 광학계 공간(28)의 압력보다도 높다. 이 이유는, 기판 스테이지 공간(26)에는 아웃가스 발생 요인이 더 많기 때문이다. 이것은, 투영 광학계 공간(28)을 위한 배기계(42)와 기판 스테이지 공간(26)을 위한 배기계(43)의 구성에 의존한다.

목표 진공도까지 공간 28, 26을 배기한 후, 투영 광학계 공간(28)에 고순도의 가스를 도입하여, 기판 스테이지 공간(26)으로부터의 아웃가스의 유입 및 확산이 생기지 않도록 목표압력까지 가압한다.

<압력제어 4>로서 설명한 압력제어도, 이물질 유입에 대한 압력 마진 α과, 격벽 강도에 대한 압력 마진β을 고려해서 행하는 것이 바람직하다. 이상의 <압력제어 1>∼<압력제어 4>은, 대표적으로 예를 들면, 투영 광학계 공간(28)과 기판 스테이지 공간(26)을 대상으로 삼아서 설명되었지만, 다음과 같은 적용도 가능하다.

(적용 예 1)

도 8에 나타나 있는 바와 같이, 투영 광학계 공간(28)과 레티클 스테이지 공간(34)을 제어 대상으로 하여, 상기 실시 예에 있어서의 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력 제어를 레티클 스테이지 공간(34)에 대하여 행한다.

(적용 예 2)

도 9에 나타나 있는 바와 같이, 레티클 스테이지 공간(34)과 조명 광학계 공간(37)을 제어 대상으로 한다. 상기 실시 예에 있어서의 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 레티클 스테이지 공간(34)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 조명 광학계 공간(37)에 대하여 행한다.

(적용 예 3)

도 10에 나타나 있는 바와 같이, 조명 광학계 공간(37)과 광원공간(38)을 제어 대상으로 한다. 상기 실시 예에 있어서의 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 조명 광학계 공간(37)에 대하여 행한다.

(적용 예 4)

도 11에 나타나 있는 바와 같이, 조명 광학계 공간(37)과 투영 광학계 공간(28) 사이의 격벽(30)을 제거해서 1개의 광학계 공간(54)을 형성한다. 상기 실시 예에 있어서의 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 광학계 공간(54)에 대하여 행한다.

(적용 예 5)

적용 예 4에 있어서의 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 레티클 스테이지 공간(34)에 대하여 행한다.

(적용 예 6)

적용 예 4에 있어서의 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 광학계 공간(54)에 대하여 행한다.

(적용 예 7)

도 12에 나타나 있는 바와 같이, 조명 광학계 공간(37)과 레티클 스테이지 공간(34) 사이의 격벽(33)을 제거해서 1개의 레티클 조명 광학계 공간(65)을 형성한다. 상기 실시 예에 있어서의 웨이퍼 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 레티클 조명 광학계 공간(65)에 대하여 행한다.

(적용 예 8)

상기 적용 예 7에 있어서, 웨이퍼 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 레티클 조명 광학계 공간(65)에 대하여 행한다.

또한, 광원공간(38)과 조명 광학계 공간(37) 사이의 창(36)을 폐쇄하기 위한 게이트 밸브를 설치할 수도 있다. 이것에 의해 광원공간(38)만의 진공해제를 행할 수 있다.

상기의 실시 예 및 적용 예를 3개 이상의 공간의 압력제어에 응용할 수도 있다. 예를 들면, 기판 스테이지 공간(26), 투영 광학계 공간(28) 및 레티클 스테이지 공간(34)을 제어 대상으로 하여, 도 4의 플로차트와 마찬가지로 압력제어를 행할 수 있다. 예를 들면, 기판 스테이지 공간(26)과 마찬가지로 다량의 아웃가스를 함유한 레티클 스테이지 공간(34)의 압력제어에도 기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력 제어를 적용할 수 있다. 이 경우, 도 4에 있어서의 "기판 스테이지 공간"을 "기판 스테이지 공간 및 레티클 스테이지 공간"으로 교체해도 된다.

이러한 압력제어에 관해서, 기판 스테이지 공간(26)과 레티클 스테이지 공간(34) 사이에 압력차가 있어도 된다. 이 경우, 도 4의 플로차트에 기재된 기판 스 테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 스테이지 공간 26, 34의 쌍방에 적용하면서 기판 스테이지 공간(26)과 레티클 스테이지 공간(34) 사이에 압력차를 제공하면 된다.

이러한 3개 이상의 공간에서의 압력제어를 다음과 같이 변경해도 된다.

(변형 예 1)

기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어와 레티클 스테이지 공간(34)에 대한 압력제어를 교체한다.

(변형 예 2)

기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 조명 광학계 공간(37)에 대하여 행한다.

(변형 예 3)

투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 광학계 공간(54)에 대하여 행한다.

(변형 예 4)

투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 광학계 공간(54)에 대하여 행하고, 레티클 스테이지 공간(34)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행한다.

(변형 예 5)

기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 레티클 스테이지 공간(34)에 대하여 행하고, 투영 광학계 공간(28)에 대한 압력제어를 광학계 공간(54)에 대하여 행하며, 레티클 스테이지 공간(34)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행한다.

(변형 예 6)

레티클 스테이지 공간(34)에 대한 압력제어를 레티클 조명 광학계 공간(65)에 대하여 행한다.

(변형 예 7)

기판 스테이지 공간(26)에 대한 압력제어를 광원공간(38)에 대하여 행하고, 레티클 스테이지 공간(34)에 대한 압력제어를 레티클 조명 광학계 공간(65)에 대하여 행한다.

(디바이스 제조 방법에의 응용)

다음에 상기의 노광장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 프로세스를 설명한다. 도 15는, 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 플로차트를 도시한 도면이다. 스텝 1(회로 설계)에서는, 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는, 설계한 회로 패턴에 의거하여 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는, 실리콘 등의 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전공정이라고 불리고, 상기의 마스크와 웨이퍼를 사용하여 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 다음 스텝 5(조립)는 후공정이라고 불리고, 스텝 4에서 제작된 웨이퍼를 사용해서 반도체 칩을 형성한다. 이 공정은 어셈블리(다이싱 및 본딩), 패키징(칩 봉입) 등의 프로세스를 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트 및 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 프로세스에 의해 반도체 디바이스가 완성되어, 출하된다(스텝 7).

도 16은, 상기 웨이퍼 프로세스를 상세히 나타낸 플로차트이다. 스텝 11(산화)에서는, 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는, 웨이퍼 표면 위에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극형성)에서는, 웨이퍼 위에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 14(이온 주입)에서는, 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는, 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는, 상기의 노광장치는 회로패턴을 웨이퍼에 도포된 감광제에 전사해서 잠상 패턴을 형성한다. 스텝 17(현상)에서는, 웨이퍼에 전사된 잠상 패턴을 현상해서 레지스트 패턴을 형성한다. 스텝 18(에칭)에서는, 현상한 레지스트 상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는, 에칭 후에 남은 불필요한 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층으로 이루어진 회로 패턴을 형성한다.

진공도와 아웃가스량이 다른 2개의 공간이 존재하고, 개구부를 가지는 격벽에 의해 2개의 공간이 접속된 EUV 노광장치 등의 노광장치에 본 발명을 적용했을 경우에는, 다음과 같은 효과를 얻는다.

노광장치의 진공을 해제하는 경우, 고진공으로 유지되고, 아웃가스량이 적은 제1 공간의 압력이, 아웃가스량이 많은 제2 공간의 압력보다도 높은 관계를 유지함으로써, 제1 공간에의 아웃가스의 확산을 방지할 수 있다. 이에 따라 노광장치의 다운타임을 줄일 수 있다.

메인터넌스 등의 종료 후, 같은 압력관계를 유지하도록 압력을 제어해 재배기함으로써, 고진공공간에의 아웃가스의 확산을 방지할 수 있고, 노광장치의 다운타임을 줄일 수 있다.

고진공의 제1 공간에 고순도의 가스를 공급하는 경우에도, 마찬가지로 제1 공간의 압력이 아웃가스량이 많은 저진공의 제2 공간의 입력보다 높게 되도록 제어함으로써, 고진공 공간에의 아웃가스의 확산을 방지할 수 있다. 이에 따라 노광장치의 다운타임을 줄일 수 있다.

고진공의 제1 공간에 고순도의 가스를 공급하는 경우에도, 메인터넌스 등의 종료 후, 같은 압력관계를 복원하도록 재배기함으로써, 고진공 공간에의 아웃가스의 확산을 방지할 수 있다. 이에 따라 노광장치의 다운타임을 줄일 수 있다.

진공 해제시에 각각의 공간에 압력차를 제공함으로써, 아웃가스의 확산을 제어한다. 이것에 의해, 각 격벽의 개구부에 개폐가능한 문의 설치를 생략할 수 있다.

상기 방법에 의해 압력을 제어하면서 진공을 해제하고 재배기함으로써 고진공 공간에의 아웃가스의 유입 및 확산을 막을 수 있다. 이것에 의해 고진공 공간에 위치된 광학 소자에의 불순물의 부착을 줄일 수 있고, 광학특성의 열화를 억제할 수 있다.

본 발명의 많은 다른 실시 예는, 본 발명의 정신 및 범주로부터 벗어나지 않고 이루어지기 때문에, 본 발명은, 첨부된 청구항들에 정의된 것을 제외하고 그것의 특정 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명에 의하면, 노광장치에 있어서, 개구부를 가지는 격벽에 의해 분리된 2개의 공간 사이의 아웃가스의 이동을 제어할 수 있다.

Claims

광학계를 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치로서,

상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽과,

상기 제1 공간 내의 압력을 조정하는 제1 압력 조정기와,

상기 제2 공간 내의 압력을 조정하는 제2 압력 조정기와,

상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 제어기를 갖고,

상기 제어기는, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 압력관계를 유지하면서 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 희박 기체 경계 압력보다 낮게 되도록 변화시킨 후, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 낮은 압력관계가 되도록 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 더 낮게 변화시키도록, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
광학계를 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치로서,

상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽과,

상기 제1 공간 내의 압력을 조정하는 제1 압력 조정기와,

상기 제2 공간 내의 압력을 조정하는 제2 압력 조정기와,

상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 제어기를 갖고,

상기 제어기는, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 희박 기체 경계 압력보다 낮고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 낮은 상태에서, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 상기 희박 기체 경계 압력보다 낮고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 상태를 경유해서, 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력이 상기 희박 기체 경계 압력보다 높고, 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 상태로 되도록, 상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기의 조작량을 출력하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기 각각은, 배기계 및 공급계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1 압력 조정기 및 상기 제2 압력 조정기 각각은, 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 광학계는, 원판의 패턴을 상기 기판에 투영하기 위한 투영 광학계 및 상기 원판을 조명하기 위한 조명 광학계의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2 공간에 배치되어 원판을 이동시키기 위한 원판 스테이지 기구, 상기 제2 공간에 배치되어 상기 기판을 이동시키기 위한 기판 스테이지 기구, 및 상기 제2 공간에 배치된 광원 중 어느 하나를 더 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
광학계와, 상기 광학계의 적어도 일부를 포함하는 제1 공간과 상기 제1 공간에 인접한 제2 공간을 분리시키고, 빛을 통과시키기 위한 개구를 갖는 격벽을 갖고, 진공 분위기 중에서 상기 광학계를 통해서 기판을 노광하는 노광장치에 적용되는 압력제어방법으로서,

상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 측정하고,

상기 측정에 근거하여 상기 제1 공간 내의 압력이 상기 제2 공간 내의 압력보다 높은 압력관계를 유지하면서 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 희박 기체 경계 압력보다 낮게 되도록 변화시킨 후, 상기 제1 진공 내의 압력이 상기 제2 진공 내의 압력보다 낮은 압력관계로 되도록 상기 제1 공간 내의 압력 및 상기 제2 공간 내의 압력을 더 낮게 변화시키는 것을 포함한 것을 특징으로 하는 압력제어방법.
디바이스 제조방법에 있어서,

청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용하여 진공 분위기 중에서 기판을 노광하는 노광 스텝과,

상기 노광된 기판을 현상하는 현상 스텝과,

상기 현상된 기판을 처리하는 처리 스텝을 갖는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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