KR100986165B1 - 노광 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

노광 장치 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 투영 광학계를 통해서 원판의 패턴을 기판에 노광하도록 구성된 노광 장치한다. 이 노광장치는 상기 투영 광학계를 홀드하도록 구성된 홀딩 유닛과, 상기 홀딩 유닛을 지지하도록 구성된 적어도 3개 제진 마운트와, 적어도 3개 이상의 제진 마운트를 지지하도록 구성된 적어도 3개의 지지부재를 구비한다. 상기 적어도 3개의 지지부재는, 서로 연결되지 않고 독립적이다.
투영 광학계, 노광장치, 마운트, 지지부재, 홀딩유닛

Description

노광 장치 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 노광 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
최근, 노광 장치에는, 반도체 메모리의 대용량화나 CPU 프로세서의 고속화 및 대집적화의 진전과 함께 웨이퍼 위에 형성되는 레지스트 패턴의 미세화의 요구가 향상되고 있어, 높은 노광 정밀도가 요구되고 있다. 또한, 높은 스루풋도 필연적으로 요구된다. 이 때문에, 투영 광학계의 개구수(NA)의 증대에 의한 해상력의 향상, 및 기판 스테이지 또는 원판 스테이지의 위치 제어성의 향상이나 고가속도화 등에 의해, 노광 정밀도 및 스루풋의 향상이 달성되었다.
노광 장치의 스테이지를 구동하면, 가감속에 따른 관성력의 반력이 생긴다. 이 반력이 바닥 혹은 노광 장치 본체로부터 투영 광학계와 계측계를 탑재하는 정반에 전해지면, 정반의 흔들림이나 진동을 일으키는 원인이 된다. 이것에 의해, 노광 장치의 기구의 고유 진동이 여기되어서 고주파 진동으로 되어, 고속, 고정밀한 스테이지의 위치 결정을 방해할 가능성이 있다.
이 반력에 관한 문제를 해결하기 위해서, 종래의 노광 장치에는, 반력을 받는 구조체가 설치되어 있다. 스테이지의 구동에 따라 발생한 반력을 이 구조체에 풀어준다. 이것에 의해, 스테이지의 구동에 따른 반력에 의한 바닥의 진동을 줄인다. 이러한 기술은, 일본국 공개특허공보 특개평11-297587호에 개시되어 있다.
상기 종래기술에서는, 스테이지의 구동에 따라 발생한 반력에 의한, 노광 장치가 설치되어 있는, 바닥의 진동을 줄일 수 있다. 그러나, 제진(除振) 마운트를 지지하는 베이스 프레임이 설치 바닥의 고유 주파수와 동등한 고유 주파수를 갖고 있으면, 바닥의 진동을 증폭해 버릴 가능성이 있다. 그리고, 노광 장치 전체가 여기되어서 스테이지의 고속, 고정밀한 위치 결정을 방해할 가능성이 있다. 즉, 바닥의 진동 등의 외란에 의한 진동의 영향을 줄이기 위해서는, 제진 마운트를 지지하는 베이스 프레임의 고유 주파수를 바닥의 고유 주파수(예를 들면 20∼40Hz) 이상으로 하는 것이 필요하게 된다.
종래 예의 베이스 프레임(제진 기구의 지지부재)의 형상에 착안하면, 제진 마운트의 지지부재 3'이 도 4에 나타나 있는 바와 같이 연결되어 있다. 그 때문에, 연결부에 진동 모드가 발생한다. 이 연결부의 고유진동이 바닥 진동을 증폭시켜서, 스테이지의 고속, 고정밀한 위치 결정을 방해한다.
최근에는, 노광 장치의 처리 스피드 및 스루풋을 향상시키기 위해서 2개의 스테이지를 갖는 스테이지 장치가 이용가능하다. 이것은, 기판에 패턴을 투영해서 투영된 패턴을 노광하는 노광 처리와, 기판의 얼라인먼트를 행하는 얼라인먼트 처리를 동시에 실행하는 것을 가능하게 한다.
이상과 같이, 스테이지가 대형화함에 따라, 그것에 대응해서 본체 구조체도 대형화해야 한다. 그렇지만, 점유 설치 면적의 증대나 건물의 내가중(withstand load)의 제약으로 인해 본체 구조체의 대형화에는 한계가 있다. 스테이지가 대형화하면, 본체 구조체의 강성이 감소하는 경향이 있다.
본 발명은, 예를 들면 장치를 거대화시키지 않고, 바닥진동 등의 외란에 의한 진동의 영향을 줄이고, 고속,한 고정밀도로 위치 결정할 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 투영 광학계를 통해서 원판의 패턴을 기판에 노광하도록 구성된 노광 장치가 제공되는데, 이 노광장치는 상기 투영 광학계를 홀드하도록 구성된 홀딩 유닛과,
상기 홀딩 유닛을 지지하도록 구성된 적어도 3개 제진 마운트들과,
적어도 3개 이상의 제진 마운트들을 지지하도록 구성된 적어도 3개의 지지부 재들을 구비하고,
상기 적어도 3개의 지지부재들은, 서로 연결되지 않고 서로 독립적이다.
본 발명에 의하면, 노광 장치를 거대화하는 않고, 바닥진동 등의 외란에 의한 진동의 영향을 줄여서, 고속, 고정밀도로 위치 결정할 수 있는 노광 장치를 제 공하는 것이 가능해 진다.
본 발명의 또 다른 특징은, 첨부도면을 참조하면서 이하의 예시적인 실시 예의 설명으로부터 밝혀질 것이다.
[노광 장치의 실시 예]
이하, 본 발명의 실시 예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 본 발명은 본 실시 예에 한정되는 것이 아니다. 본 발명의 목적이 달성되는 범위에 있어서, 각 구성이 대체적으로 치환되어도 된다. 본 실시 예는 투영 광학계를 통해서 원판에 형성된 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치를 지향한다. 또한, 본 발명은, 원판 위의 패턴을 기판인 반도체 웨이퍼 위에 진공 분위기 중에서 전사하는 노광장치 또는 원판을 사용하지 않고 패턴을 전자빔으로 기판에 묘화하는 노광 장치에 적용해도 좋다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시 예의 노광 장치는, 베이스 프레임(2), 원판 스테이지(5), 기판 스테이지를 갖는 스테이지 기구(7), 조명 광학계(8), 투영 광학계(9), 경통 지지체(11), 및 지지 다리(3)를 구비하고 있다.
베이스 프레임(2)은 노광장치 본체의 초석이 되는 베이스 구조체이며, 원판(4)을 지지하는 원판 스테이지(5)와, 원판(4)을 노광용의 조명 광으로 조명하는 조명 광학계(8)와, (도면에 나타나 있지 않은) 반송 장치의 적어도 하나를 지지한다. 반송장치는, 원판(4) 또는 기판(6)을 반송한다. 원판 스테이지(5)는 피노광물인 원판(4)을, 탑재해서 이동가능하고, 기판 스테이지는 피노광물인 기판(6)(웨이 퍼 또는 유리 기판)을 탑재해서 이동가능하다. 스테이지 기구(7)는, 기판 스테이지를 구동하는 구동기구와, 기판 스테이지 정반도 갖는다. 투영 광학계(9)는 원판(4)의 패턴을 기판(6)에 소정의 배율(예를 들면 4:1)로 축소 투영한다.
경통 지지체(11)는 투영 광학계(9)와 계측계(10)를 홀드하는 홀딩 유닛이다. 제진 마운트로서의 3개의 액티브 마운트(12)는, 공기 스프링, 댐퍼, 및 액추에이터를 내장한다. 3개의 액티브 마운트(12)는, 바닥(1)으로부터의 고주파 진동이 경통 지지체(11)에 전해지지 않도록 경통 지지체(11)를 지지하고, 경통 지지체(11)의 기울기나 흔들림을 활발히 보상한다. 본 실시 예에서는, 액티브 마운트(12)의 수가 3개이지만, 4개 이상의 액티브 마운트(12)가 설치되는 것도 가능하다. 3개의 지지 다리(3)는, 3개의 액티브 마운트(12)를 각각 지지하는 지지부재다.
조명 광학계(8)는 (도면에 나타내지 않은) 광원(초고압 수은램프 등의 방전 램프)을 내장할지, 혹은 노광 장치와는 별도로 바닥(1)에 설치된 (도면에 나타내지 않은) 광원으로부터 빔 라인을 통해서 조명 광을 안내한다. 조명 광학계(8)는, 각종 렌즈나 조리개에 의해 슬릿 광을 생성하고, 원판 스테이지(5)에 의해 홀드된 원판(4)을 위쪽에서 슬릿 조명한다.
다음에 본 실시 예의 큰 특징인 베이스 프레임(2)과 지지 다리(3)에 관하여 설명한다. 베이스 프레임(2) 및 지지 다리(3)는 반도체 제조공장의 클린룸의 바닥(1) 위에 설치되어 있다. 베이스 프레임(2) 및 지지 다리(3)는, 각각 바닥(1)에 앵커(anchor) 볼트 체결, 또는 접착에 의해 높은 강성으로 고정되어 있고, 실질적으로 바닥(1)과 일체라고도 간주할 수 있고, 또는 바닥(1)의 연장으로도 간주할 수 있다.
3개 또는 4개의 지지 다리(3)는 액티브 마운트(12)(3개 또는 4개)를 통해서 경통 지지체(11)를 수직방향으로 지지하고 있고, 또한 각각 서로 연결되지 않고 독립적으로 바닥(1) 위에 설치되어 있다(도 3a 참조). 그 결과, 지지 다리(3)를 서로 연결한 구조(도 3b 참조)에서 생기는 연결부의 진동 모드를 배제하는 것이 가능하여, 액티브 마운트(12)의 바닥 진동에 대한 제진 성능을 향상시키는 것이 가능해 진다. 각각 독립한 지지 다리(3)는, 바닥(1)에 고정된 하부를 고정단으로서 갖고, 저고유 주파수(예를 들면 1∼3Hz)의 대응하는 액티브 마운트(12)를 지지하는 상부를 자유단으로서 갖는 캔틸레버 빔(cantilever beam)이라고 간주할 수 있다. 이 때문에, 3개 또는 4개의 지지 다리(3)를 연결한 구조보다도 고유 주파수를 높게 할 수 있어, 바닥(1)의 진동을 줄이는 것이 가능해 진다.
본 실시 예에 있어서, 기판 스테이지 정반은, 베이스 프레임(2) 또는 지지 다리(3)와 연결되지 않고 독립적으로 바닥(1) 위에 설치되어 있다. 또한, 기판 스테이지 정반을 베이스 프레임(2)에 의해 지지하는 것도 가능하다.
지지 다리(3)는, 베이스 프레임(2) 및 기판 스테이지를 갖는 스테이지 기구(7)와 연결되지 않고 독립적으로 바닥(1) 위에 설치되어 있다. 그 때문에, 베이스 프레임(2)이 원판 스테이지(5)의 구동에 따라 발생한 반력 또는 바닥의 진동에 의해 여기되어도, 베이스 프레임(2)의 진동이나 흔들림은 지지 다리(3)의 진동이나 흔들림을 간섭하지 않는다. 한층 더, 지지 다리(3)는, 기판 스테이지를 갖는 스테이지 기구(7)와 결합되지 않고 독립적이므로, 지지 다리(3)의 진동이나 흔들림은 기판 스테이지의 진동이나 흔들림을 간섭하지 않는다.
액티브 마운트(12) 및 그들 주변부에 관해서 도 2를 사용하여 설명한다. 외란에 의한 진동 등에 의해 요동되는 경통 지지체(11)가 노광 장치의 유닛(예를 들면, 투영 광학계(9)와 원판 스테이지(5)) 간의 간섭을 일으키지 않아야 한다. 이 목적을 위해서, 각 액티브 마운트(12)의 스트로크 엔드(stroke ends)에는 수평 및 수직 방향으로 기계적 스토퍼(stopper;20)가 필요하다. 본 실시 예에서는, 베이스 프레임(2)에 수평의 기계적 스토퍼 20a와 수직의 기계적 스토퍼 20b을 탑재하고, 경통 지지체(11)의 하중을 받는 기능을 한다. 이것에 의해, 지지 다리(3)는 수평방향의 대하중을 지지할 필요가 없기 때문에, 지지 다리(3)의 형상을 콤팩트하게 하는 것이 가능해 진다.
또한, 경통 지지체(11) 위에는, 진동을 검지하는 진동 센서로서의 가속도 센서(21)와, 베이스 프레임(2)에 대한 경통 지지체(11)의 상대 위치를 검출하는 위치 검출기로서의 변위 센서(22)가 탑재되어 있다. 가속도 센서(21) 및 변위 센서(22)의 출력에 의거하여 제어기(미도시)는 베이스 프레임(2)과 경통 지지체(11)와의 사이의 거리와 경통 지지체(11)의 경사각의 적어도 한쪽을 제어한다. 베이스 프레임(2)과 경통 지지체(11)와의 상대 위치를 검출하는 변위 센서(22)로서, 와전류식 변위 센서, 정전 용량식 변위 센서, 광전변환소자를 이용한 변위 센서 등이 이용가능하다.
경통 지지체(11)와 베이스 프레임(2)과의 사이에는, 경통 지지체(11)의 진동을 줄이기 위해서, 수직 및 수평방향의 힘을 발생시키는 힘 액추에이터(23)가 삽입 되어 있다. 수직방향에 관해서는, 힘 액추에이터(23)는 3개의 수직의 힘 액추에이터 23a를 갖는다. 수평방향에 관해서는, 힘 액추에이터(23)는 주사 노광 방향(Y 방향) 및 이것과 직교하는 방향(X 방향)에 대하여 각각 2개의 수평의 힘 액추에이터 23b를 갖는다.
본 실시 예에서는, 힘 액추에이터로서 로렌츠(Lorentz) 힘을 이용하는 리니어 모터를 채용했다. 그러나, 힘 액추에이터로서, 리니어 모터 대신에, 전자기 힘을 이용한 전자기 액추에이터, 공기압이나 유압 등의 유체압을 이용하는 유체 액추에이터, 피에조 전기소자를 사용하는 기계적 액추에이터 등을 사용할 수도 있다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 원판 스테이지(5)는 베이스 프레임(2)에 의해 지지되어 있고, 기판 스테이지를 갖는 스테이지 기구(7)는 바닥(1)에 대하여 수직방향으로 지지되어 있다. 또한, 기판 스테이지, 조명 광학계(8), 원판 반송 장치 및 기판 반송 장치(미도시)는 베이스 프레임(2) 또는 바닥(1)에 의해 지지되어도 된다.
이상 서술한 것과 같이, 진동에 민감한 투영 광학계(9) 및 계측계(10)를 탑재한 경통 지지체(11)를 지지하는 지지 다리(3)는 서로 연결되지 않고 서로 독립적이다. 이와 같이, 바닥진동의 영향을 줄이고, 즉, 제진 성능을 향상시킨다. 한층 더, 스테이지의 구동에 따르는 반력을 발생하는 유닛을 베이스 프레임(2)에 탑재하고, 베이스 프레임(2)과 지지 다리(3)는 연결되지 않고 서로 독립적이다. 이와 같이 함으로써, 투영 광학계(9) 및 계측계(10)에의 진동 전달을 차단하는 것이 가능해진다.
디바이스(반도체 집적회로소자, 액정표시소자 등)는, 전술의 실시 예의 노광 장치를 사용해서 기판을 노광하는 노광 공정과, 노광 공정에서 노광된 기판을 현상하는 현상 공정과, 현상 공정에서 현상된 기판을 가공하는 그 외의 주지의 공정(에칭, 레지스트 박리, 다이싱, 본딩, 패키징 공정 등)에 의해 제조된다.
본 발명은 예시적인 실시 예들을 참조하면서 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시 예에 한정되는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 이하의 특허청구범위는 그러한 모든 변형과 균등구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.
도 1은, 노광 장치의 실시 예의 개략도다.
도 2는, 액티브 마운트 주변의 설명도다.
도 3a 및 3b는, 본 발명에 있어서의 제진 기구의 지지 부재와 종래의 제진 기구의 지지부재의 설명도다.
도 4는, 종래의 노광 장치의 개략도다.

Claims (7)

  1. 투영 광학계를 통해서 원판의 패턴을 기판에 노광하도록 구성된 노광 장치로서,
    상기 투영 광학계를 홀드하도록 구성된 홀딩 유닛과,
    상기 홀딩 유닛을 지지하도록 구성된 적어도 3개 제진 마운트들과,
    상기 적어도 3개 이상의 제진 마운트들을 각각 지지하도록 구성된 적어도 3개의 지지부재들을 구비하고,
    상기 적어도 3개의 지지부재들은, 서로 연결되지 않고 서로 독립적인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원판을 홀드하는 원판 스테이지, 상기 원판을 노광용의 조명 광으로 조명하는 조명 광학계, 상기 원판을 반송하는 반송 장치 및 상기 기판을 반송하는 반송 장치의 적어도 하나를 지지하도록 구성된 베이스 구조체를 더 구비하고,
    상기 베이스 구조체는, 상기 지지부재들과 연결되지 않고 상기 지지부재들과는 독립적인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 홀드하는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지를 구동하는 구동기구와, 기판 스테이지 정반을 포함하는 스테이지 기구를 더 구비하고,
    상기 기판 스테이지 정반은, 상기 베이스 구조체에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판을 홀드하는 기판 스테이지와, 상기 기판 스테이지를 구동하는 구동 기구와, 기판 스테이지 정반을 포함하는 스테이지 기구를 더 구비하고,
    상기 기판 스테이지 정반은, 상기 베이스 구조체 및 상기 지지부재들과 연결되지 않고 상기 베이스 구조체 및 상기 지지부재들과는 독립적인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 구조체에 대한 상기 홀딩 유닛의 상대 위치를 검출하도록 구성된 위치 검출기와,
    상기 위치 검출기로부터의 출력에 의거하여 상기 베이스 구조체와 상기 홀딩 유닛과의 거리 및 상기 홀딩 유닛의 경사각의 적어도 한쪽을 제어하도록 구성된 제 어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 홀딩 유닛의 진동을 감지하도록 구성된 진동 센서와,
    상기 진동 센서로부터의 출력에 의거하여 상기 홀딩 유닛의 진동을 줄이는 힘을 상기 베이스 구조체와 상기 홀딩 유닛과의 사이에서 발생시키도록 구성된 힘 액추에이터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 스텝과,
    노광된 기판을 현상하는 스텝과,
    현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 스텝을 포함한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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