KR100882046B1 - 노광장치 및 디바이스의 제조방법 - Google Patents

노광장치 및 디바이스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 노광장치가 개시되어 있다. 노광장치는 투영광학계를 가지고, 레티클과 기판을 얼라인먼트하고, 상기 투영광학계를 통하여 레티클의 패턴을 기판에 투영하여 상기 기판을 노광한다. 상기 장치는 얼라인먼트를 계측하도록 구성된 계측디바이스; 상기 계측디바이스를 지지하도록 구성된 제 1 지지체; 및 상기 투영광학계를 지지하도록 구성된 제 2 지지체를 포함하고 있다. 상기 제 1 지지체 및 제 2 지지체는 서로 분리되어 있다.

Description

노광장치 및 디바이스의 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광장치 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라서, 반도체 노광장치에 요구되는 해상력이 보다 높아지고 있다. 해상력을 높게 하기 위해서, 투영광학계에는 0.9이상의 NA가 요구되어 투영광학계가 더욱 대형화되고 있다.
도 4는 일본국 특개평 11-297587호 공보에 기재되어 있는 노광장치의 구성을 나타내는 도면이다. 투영광학계(9)를 지지하는 경통정반(10)(투영광학계 정반)은 진동을 저감하기 위해 액튜에이터를 포함한 액티브마운트(12)에 의해 지지를 받고 있다. 이 경통정반(10)에는 웨이퍼(6)를 탑재한 웨이퍼스테이지(7)의 위치를 계측하기 위한 Z간섭계(16) 및 X-Y간섭계(17)가 장착되어 있다. 간섭계(16) 및 (17)에는 투영광학계(9)에 대하여 웨이퍼스테이지(7)의 상대위치가 계측되고, 이 계측결과에 의거하여 웨이퍼스테이지(7)가 위치결정된다.
상기와 같이 간섭계(16) 및 (17)가 경통정반(10)에 장착된 경우에는, 경통정반(10)이 변형했을 때에 계측오차가 발생한다. 경통정반(10)은 액티브마운트(12)의 액튜에이터에 의해 발열할 때나, 상기 경통정반(10) 상에 무거운 구조물이 탑재되어 있을 때에 변형될 수 있다. 특히, 경통정반(10)에는 중량이 큰 투영광학계(9)가 탑재될 때, 경통정반(10)은 크게 변형될 수 있다.
이러한 변형의 대책으로서, 경통정반(10)을 저열팽창재로 제조하거나, 대형화할 수 있다. 그러나, 전자의 대책은 비용의 견지에서 불리하게 되고, 후자의 대책은 장치 전체가 대형화되고, 경통정반(10)의 제조에 장시간을 필요로 한다.
본 발명은 상기의 배경을 고려하여 이루어진 것으로, 예를 들면, 투영광학계를 지지하는 지지체의 변형에 의한 계측오차를 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 투영광학계를 가지고, 레티클과 기판을 얼라인먼트하고, 투영광학계를 통하여 레티클의 패턴을 기판에 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 얼라인먼트를 계측하도록 구성된 계측디바이스, 상기 계측디바이스를 지지하도록 구성된 제 1 지지체, 및 상기 투영광학계를 지지하도록 구성된 제 2 지지체를 포함하고 있다. 상기 제 1 지지체 및 제 2 지지체는 서로 분리되어 있다.
본 발명에 의하면, 예를 들면, 투영광학계를 지지하는 지지체의 변형에 의한 계측오차를 저감할 수 있다.
본 발명의 다른 특징은 첨부된 도면을 참조한 전형적인 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.
[제 1 실시형태]
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 노광장치의 개략도이다. 도 1에 도시된 노광장치(100)는 레티클(원판 또는 마스크라고도 함)(102)과 웨이퍼(기판이라고도 함)(116)를 얼라인먼트하여, 투영광학계(106)를 통하여 상기 레티클(102)의 패턴을 상기 웨이퍼(116)에 투영해서 웨이퍼(116)를 노광하도록 구성된다.
노광장치(100)는 레티클(102)을 광빔으로 조명하는 조명광학계(101) 및 레티클(102)을 유지하고 구동하는 레티클스테이지장치(103)를 구비한다. 노광장치(100)는 또한 레티클(102)에 묘화된 패턴을 웨이퍼(116)에 투영하는 투영광학계(106) 및 웨이퍼(116)를 유지하고 구동하는 웨이퍼스테이지장치(117)를 구비한다.
조명광학계(101)는 설치대(베이스)(119)에 탑재된 베이스프레임(120)에 의해 지지를 받는다. 레티클스테이지장치(103)는 가동부(레티클(102)을 유지하고 이동하는 부분: 레티클스테이지)(103a) 및 가동부(103a)를 구동하는 구동부(103b)를 포함한다. 가동부(103a)의 위치는 레이저간섭계(104)에 의해 계측된다.
구동부(103b)는 레이저간섭계(104)의 출력에 의거하여 제어된다. 여기서, 레이저간섭계(104)의 계측축 및 가동부(103a)의 구동축은 합계 6축 방향, 즉 X, Y 및 Z방향과 각 축중심의 회전방향인 ωx,ωy 및 ωz방향인 것이 바람직하다. 레티클스테이지장치(103)는 레티클스테이지정반(123)에 의해 지지를 받고, 레티클스테이지정반(123)은 베이스프레임(120)과 일체인 지지체(110)에 의해 지지를 받는다.
레티클과 웨이퍼를 얼라인먼트하기 위한 계측을 행하는 계측디바이스의 일례 로서의 레이저간섭계(104)는 제 1 지지체의 일례로서의 계측정반(111)에 의해 지지를 받는다.
투영광학계(경통)(106)는 진동저감유닛의 일례로서의 마운트(107)를 개재하여 제 2 지지체의 일례로서의 경통정반(108)에 의해 지지를 받는다. 마운트(107)는 투영광학계(106)의 진동을 억제하도록 투영광학계(106)와 경통정반(108)의 사이에 배치되어 있다. 마운트(107)는 액튜에이터를 포함한 액티브마운트와 경통정반(108)으로부터 투영광학계(106)까지의 진동의 전달을 차단하는 에어마운트를 구비한다. 가속도 센서에 의해 투영광학계(106)의 진동을 계측할 수 있다.
베이스프레임(120)에 의해 진동저감유닛의 일례로서의 마운트(109)를 개재하여 경통정반(108)을 지지한다. 마운트(109)는 투영광학계(106)의 진동을 억제하도록 경통정반(108)과 베이스프레임(120)의 사이에 배치되어 있다. 마운트(109)는 액튜에이터를 포함한 액티브마운트와 베이스프레임(120)으로부터 경통정반(108)까지의 진동의 전달을 차단하는 에어마운트를 구비한다. 마운트(107) 및 (109)의 구성은, 진동억제 또는 진동흡수 기능을 가지고 있으면, 상기와 같은 구성으로 한정되지 않는다.
제 1 지지체의 일례로서의 계측정반(111)과 제 2 지지체의 일례로서의 경통정반(108)은 이들 간에 진동이 전달되는 것을 방지하도록 분리되어 있다. 즉, 계측정반(111)과 경통정반(108)의 사이의 경로에는, 적어도 1개의 진동저감유닛, 즉, 본 실시 형태에서는, 마운트(112) 및 (109)가 삽입되어 있다.
웨이퍼스테이지장치(117)는 웨이퍼(116)를 유지하고 이동하는 가동부(117a) 및 가동부(117a)를 구동하는 구동부(117b)를 포함한다. 가동부(117a)의 위치는 계측기의 일례로서의 레이저간섭계(115)에 의해 계측된다. 구동부(117b)는 레이저간섭계(115)의 출력에 의거하여 제어된다. 레이저간섭계(115)의 계측축 및 가동부(117a)의 구동축은 합계 6축방향 즉, X, Y, Z방향과 각 축을 중심으로 회전하는 방향인 ωx,ωy,ωz 방향인 것이 바람직하다. 웨이퍼스테이지장치(117)는 웨이퍼스테이지정반(124)에 의해 지지를 받고, 레이저간섭계(115)는 계측정반 (119)에 의해 지지를 받는다. 웨이퍼스테이지정반(124)은 설치대(19) 상에 탑재된다.
투영광학계(경통)(106)와 계측정반(111)의 위치관계는, 제 2 계측기의 일례로서의 레이저간섭계(105)에 의해 계측된다. 투영광학계(경통) (106)과 계측정반(111)과의 위치관계는 레이저간섭계(105)에 의한 계측결과에 의거하여 조정될 수 있다. 이에 의해, 투영광학계(106), 레티클(102) 및 웨이퍼(116)의 위치관계를 보증할 수 있다. 여기서, 레이저간섭계(105)의 계측축은 상술의 6축방향에 있는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 레이저간섭계(104), (105) 및 (115)는 경통정반(108)과 분리된 계측정반(111)에 의해 지지를 받는다. 이에 의해, 경통정반(108)의 변형의 영향에 의한 계측오차를 크게 저감할 수 있다. 또, 상술한 바와 같이, 경통정반(108)은 마운트(109)에 의해 지지를 받고, 계측정반(111)은 마운트(112)에 의해 지지를 받는다. 이에 의해, 경통정반(108)과 계측정반(111)의 사이에 진동이 전달되는 것을 억제할 수 있다.
또, 계측정반(111)에 의해 웨이퍼(116)의 얼라인먼트를 행하기 위한 얼라인 먼트센서(113)와 웨이퍼(116)의 표면높이를 계측하기 위한 포커스센서(121)가 지지를 받는다. 얼라인먼트센서(X-Y 계측기)(113)는 계측기의 일례이며, 투영광학계(106)의 광축에 직교하는 방향에 있어서의 웨이퍼 상의 얼라인먼트마크의 위치를 계측한다. 포커스센서(Z 계측기)(121)는 계측기의 일례이며, 투영광학계(106)의 광축에 따른 방향에 있어서의 웨이퍼의 위치를 계측한다.
노광장치(100)는 레티클을 레티클스테이지장치(103)에 반송하는 레티클 반송장치(127)를 구비할 수 있다. 노광장치(100)는 웨이퍼스테이지장치(117)의 척(도시하지 않음)에 웨이퍼(116)를 반송하기 위한 반송장치(118)를 갖출 수도 있다.
반송장치(118)에 의해 반송된 웨이퍼는, 프리얼라인먼트된 후에, 웨이퍼스테이지장치(117)의 척 상에 탑재된다. 웨이퍼스테이지장치(117)의 척 상에 탑재된 웨이퍼는, 얼라인먼트센서(113)에 의해 얼라인먼트용의 계측처리가 된 후에, 노광처리가 된다. 보다 구체적으로는. 이전의 공정에서 웨이퍼 상에 형성된 마크의 위치가 얼라인먼트센서(113)에 의해 검출되고, 그 결과에 의거하여 웨이퍼스테이지장치(117)를 제어하면서 노광처리가 이루어진다. 이에 의해, 웨이퍼 상에 패턴을 정확하게 중첩할 수 있다.
노광처리에 있어서, 레티클스테이지장치(103)의 가동부(103a)와 웨이퍼스테이지장치(117)의 가동부(117a)는 서로 동기하여 주사 구동된다.
[제 2 실시 형태]
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서 노광장치의 개략도이다. 여기서 특히 언급하지 않는 사항은 제 1 실시형태와 동일할 수 있다. 또, 제 1 실시형태와 공통되는 구성요소에는, 제 1 실시 형태와 동일한 부호가 부여된다.
도 2에 도시된 노광장치(200)는 웨이퍼스테이지장치의 가동부(즉, 웨이퍼 스테이지)로서 2개의 가동부(117A) 및 (117B)를 구비한다. 이러한 웨이퍼스테이지장치는 트윈스테이지 구성의 웨이퍼스테이지장치라고 부른다. 웨이퍼스테이지장치의 가동부(즉, 웨이퍼 스테이지)는 3개 이상 설치되어도 된다.
노광장치(200)에서는 한쪽의 스테이지에 유지된 웨이퍼가 노광스테이션(ES)에서 노광되고 있는 동안에, 다른 쪽 스테이지에 유지된 웨이퍼에 대해서 계측스테이션(MS)에서 얼라인먼트용의 계측을 실시할 수 있다.
노광스테이션(ES)에 있어서, 가동부(웨이퍼 스테이지)의 위치를 계측하는 레이저간섭계(계측기의 일례)(115A)는 계측정반(제 1 지지체의 일례)(111)에 의해 지지를 받는다. 계측스테이션(MS)에 있어서, 가동부(웨이퍼스테이지)의 위치를 계측하는 레이저간섭계(계측기의 일례)(115B)는 마찬가지로 계측정반(111)에 의해 지지를 받는다. 또, 계측스테이션(MS)에서는, 웨이퍼(116)의 얼라인먼트를 행하기 위한 얼라인먼트센서(계측기의 일례)(113)와 웨이퍼(116)의 표면높이를 계측하기 위한 포커스센서(계측기의 일례)(121)가 계측정반(111)에 의해 지지를 받는다.
노광장치(200)는 투영광학계(106)를 통하여 투영광학계(106)의 물체측과 상측의 기준마크를 관찰하는 TTL 얼라인인먼트 현미경(126)을 구비할 수 있다.
도 3은 웨이퍼스테이지장치(117)의 가동부(스테이지)(117A) 및 (117B)의 구성예를 나타내는 평면도이다. 웨이퍼(116)는 가동부(스테이지)(117A) 및 (117B)의 각각에 탑재된 척(201)에 의해 유지된다. 가동부(스테이지) (117A) 및 (117B)의 각각에는, 기준마크(203)가 설치되어 있어, 이들 기준마크(203)는 TTL 얼라인인먼트 현미경(126)에 의해 관찰되는 것에 의해 레티클과 웨이퍼 간의 위치관계가 계측된다. 이 계측결과에 의거하여 계측스테이션(MS)에 있어서의 계측결과와 노광스테이션(ES)에 있어서의 계측결과 간의 차분을 산출한다.
이하, 노광장치(200)에 있어서의 동작을 간단하게 설명한다.
레티클반송장치(127)에 의해 레티클이 레티클스테이지장치(103)의 가동부(103a)의 소정위치로 이송된다.
웨이퍼반송장치(118)에 의해 웨이퍼를 계측스테이션(MS)의 웨이퍼스테이지장치(117)의 가동부(스테이지)로 이송한다. 웨이퍼의 이송시에, 통상은, 웨이퍼가 프리얼라인먼트된다.
계측스테이션(MS)에 있어서, 얼라인먼트센서(113)에 의해 웨이퍼 상의 기준마크(203) 및 얼라인먼트마크의 위치를 계측한다. 이 계측결과에 의거하여, 기준마크(203)와 웨이퍼 상의 쇼트 간의 위치관계 및 웨이퍼 상의 쇼트배열이 계산된다.
이어서, 계측스테이션(MS)에 있어서, 웨이퍼가 구동되면서, 포커스센서(121)에 의해 웨이퍼의 표면형상(포커스치)을 계측한다.
계측된 웨이퍼가 가동부(스테이지)의 척(201)에 의해 유지된 상태에서 노광스테이션(ES)으로 이송된다. 이때에, 노광스테이션(ES)의 가동부(스테이지)는 계측스테이션(MS)으로 이송된다. 즉, 계측스테이션(MS)과 노광스테이션(ES)에 있어서, 가동부(스테이지)가 교환된다.
노광스테이션(ES)에 있어서, 레티클 또는 레티클스테이지장치(103)의 가동 부(103a)에 형성된 기준마크와 웨이퍼스테이지장치(117) 상의 기준마크(203) 간의 위치관계가 TTL 얼라인인먼트 현미경(126)에 의해 계측된다. 이 계측결과에 의거하여, 노광스테이션(ES)의 레이저간섭계(115A)에 의해 계측된 가동부(웨이퍼스테이지)의 위치 및 계측스테이션(MS)에서 구해진 쇼트배열 및 포커스치(표면형상)를 보정한다.
보정된 쇼트배열 및 포커스치에 의거하여, 복수의 쇼트영역이 순차적으로 노광된다.
이상의 노광처리와 병행해서 계측스테이션에서는 다음의 웨이퍼가 계측된다. 노광처리와 계측처리를 종료한 후, 계측스테이션(MS)과 노광스테이션(ES)에 있어서 가동부(스테이지)가 교환된다. 이 동작이 반복됨으로써, 복수의 웨이퍼가 처리된다.
[응용예]
다음에 상기의 노광장치를 사용한 디바이스의 제조방법을 설명한다. 도 5는 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 순서를 나타낸 흐름도이다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는 설계한 회로패턴에 의거하여 레티클(원판 또는 마스크라고도 함)을 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼(기판이라고도 함)를 제조한다. 전공정으로 부르는 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는, 상기의 레티클과 웨이퍼를 사용하여, 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 후공정으로 부르는 스텝 5(조립)에서는, 스텝 4에서 제작된 웨이퍼를 사용해서 반 도체칩을 형성하는 공정이며, 어셈블리공정(다이싱, 본딩), 패키징공정(칩 밀봉) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트. 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이들 공정을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되고. 스텝 7에서 출하된다.
도 6은 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서를 나타낸 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 웨이퍼(12) 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(CMP)에서는 CMP에 의해 절연막을 평탄화한다. 스텝 16(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 17(노광)에서는 상기의 노광장치를 사용하여 회로패턴이 형성된 마스크를 개재하여 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광하여 레지스트 상에 잠상패턴을 형성한다. 스텝 18(현상)에서는 웨이퍼 상의 레지스트에 형성된 잠상패턴을 현상하여 레지스트 패턴을 형성한다. 스텝 19(에칭)에서는 레지스트 패턴이 개구한 부분을 통해서 레지스트 패턴 아래에 있는 층 또는 기판을 에칭한다. 스텝 20(레지스트 박리)에서는 에칭 후 잔류한 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 상에 다층구조의 회로패턴을 형성한다.
본 발명은 전형적인 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시형태에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다음의 특허청구범위는 이러한 모든 변경 및 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 노광장치의 개략도;
도 2는 제 2 실시형태에 의한 노광장치의 개략도;
도 3은 웨이퍼스테이지장치의 가동부(스테이지)의 구성예를 나타내는 평면도;
도 4는 종래의 노광장치의 개략도;
도 5는 반도체 디바이스의 전체적인 제조순서를 나타낸 흐름도;
도 6은 웨이퍼프로세스의 상세한 순서를 나타낸 흐름도.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
6, 116: 웨이퍼 7: 웨이퍼스테이지
9, 106: 투영광학계 10: 경통정반
12: 액티브마운트 16: Z간섭계
17: X-Y간섭계 100, 200: 노광장치
101: 조명광학계 102: 레티클
103: 레티클스테이지장치 103a: 가동부
103b: 구동부 104, 115: 레이저간섭계
107, 109: 마운트 108: 경통정반
110: 지지체 111: 계측정반
113: 얼라인먼트센서 117: 웨이퍼스테이지장치
118: 반송장치 119: 설치대
120: 베이스프레임 121: 포커스센서
123: 레티클스테이지정반 124: 웨이퍼스테이지정반
127: 레티클 반송장치 ES: 노광스테이션
MS: 계측스테이션

Claims (8)

  1. 투영광학계를 가지고, 레티클과 기판을 얼라인먼트하고, 상기 투영광학계를 통하여 상기 레티클의 패턴을 상기 기판에 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광장치로서,
    얼라인먼트를 계측하도록 구성된 계측디바이스;
    상기 계측디바이스를 지지하도록 구성된 제 1 지지체; 및
    상기 투영광학계를 지지하도록 구성된 제 2 지지체
    를 포함하고
    상기 제 1 지지체 및 제 2 지지체는 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지체 및 상기 제 2 지지체를 지지하도록 구성된 공통의 프레임을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 지지체와 상기 프레임과의 사이에 배치된 제 1 진동저감유닛; 및
    상기 제 2 지지체와 상기 프레임과의 사이에 배치된 제 2 진동저감유닛
    을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지지체와 상기 투영광학계의 위치관계를 계측하도록 구성된 제 2 계측디바이스를 부가하여 구비하고,
    상기 제 2 계측디바이스에 의해 얻은 위치관계에 의거하여 상기 제 1 지지체와 상기 투영광학계의 위치관계가 조정되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 계측디바이스가 상기 투영광학계의 광축에 평행한 방향에 있어서의 상기 기판의 위치를 계측하도록 구성된 Z계측기, 및
    상기 광축에 직교하는 방향에 있어서의 상기 기판 상의 마크의 위치를 계측하도록 구성된 X-Y계측기를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측디바이스가 상기 레티클을 유지하도록 구성된 원판스테이지의 위치를 계측하도록 구성된 제 1 계측기 및 상기 기판을 유지하도록 구성된 기판스테이지의 위치를 계측하도록 구성된 제 2 계측기 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상의 쇼트의 위치가 계측되는 계측스테이션, 및
    상기 계측스테이션에서 행해진 계측에 의거하여 상기 기판이 위치 결정되어 상기 위치결정된 기판이 노광되는 노광스테이션
    을 부가하여 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 1 항에 기재된 노광장치를 사용하여 기판을 노광하는 공정;
    상기 노광된 기판을 현상하는 공정; 및
    상기 현상된 기판을 처리하여 디바이스를 제조하는 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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