KR101408783B1 - 반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의제조방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의제조방법 Download PDF

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Abstract

반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법이 개시된다. 상기 제조장치는 액체필름(liquid film)을 형성하는 액체 공급부 및 기체 주입구(inlet)를 포함하고, 상기 기체 주입구(inlet)는 다양한 각도로 기체를 분사할 수 있도록 회전할 수 있다. 상기 제조방법은 기판으로 제공되는 기체의 방향 및 압력을 조절하여 노광영역의 형태 또는 크기와 동일한 액체필름을 형성하는 단계를 포함한다. 이로써, 기판의 이동속도가 향상될 수 있고, 기판의 모폴로지(morphology) 편차가 감소될 수 있다.
이멀젼 리소그래피, 노광, 모폴로지, 냉각, 이멀젼 후드

Description

반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 신뢰성 있는 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정은 다수의 구성요소들을 반도체 소자 내에 집적시키기 위해 포토리소그래피 공정(photolithography process)을 포함한다. 포토리소그래피 공정은 감광성 물질(photoresist)을 이용하여 원하는 패턴을 형성하는 공정이다. 실질적으로, 반도체 소자 패턴의 크기(dimension)는 포토리소그래피 공정의 분해능(resolution)에 의존한다. 높은 집적도(high degree of integration)를 갖는 반도체 소자가 요구되면서, 우수한 분해능을 실현할 수 있는 포토리소그래피 공정이 요구된다.
포토리소그래피 공정의 분해능은 레이레이 식(Rayleigh's equation), R = kλ/NA 에 의해 결정된다. 여기서, k는 공정 상수(resolution factor)이고, λ는 광원의 파장(wavelength of the exposing radiation)이며, NA(Numerical Aperture)는 렌즈의 유효구경이다. 이에 따르면, 공정 상수 및 광원의 파장은 작을수록, 렌즈의 유효 구경은 클수록 미세한 패턴이 형성될 수 있다.
미세한 패턴을 형성하기 위해, 짧은 파장의 광원을 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 248nm(KrF) 또는 193nm(ArF) 파장을 가지는 광원이 사용되고 있다. 더욱 미세한 패턴을 형성하기 위해, 13.4nm 파장의 EUV(Extreme ultraviolet) 광원이 연구되고 있다.
또한, 미세한 패턴을 형성하기 위해 렌즈의 유효구경이 증가 되어야 한다. 렌즈의 유효구경, 즉, NA는 n·sinθ에 비례한다. 여기서, n은 렌즈와 포토레지스트 간의 매질의 굴절률이고, θ는 렌즈의 수광각(acceptance angle)이다. 이에 따르면, 매질의 굴절률이 높을수록 포토리소그래피 공정의 분해능이 향상될 수 있다. 일반적으로 포토리소그래피(photolithography) 공정의 노광 공정은 대기 상태에서 진행된다. 즉, 광원 및 포토레지스트(photoresist) 사이에 개재되는 노광 빛의 매개체로 1.0의 굴절률(index of refraction)을 갖는 공기가 사용된다. 그러나, 디자인 룰(design rule)이 축소되면서 공기를 이용한 포토리소그래피 공정은 보다 미세한 패턴을 형성하기에 어려움을 가진다. 따라서, 분해능의 한계를 극복하기 위하여, 액침 리소그래피(immersion lithography) 공정이 도입되었다.
액침 리소그래피 공정은 광원 및 포토레지스트 사이의 매개체로 1.0 이상의 굴절율을 갖는 물, 유기용매 등의 다른 유체들을 사용한다. 따라서, 액침 리소그래피 공정은 통상의 포토리소그래피 공정에 비해 상대적으로 렌즈의 유효구경값(numerical aperture, NA)을 증가시킬 수 있다. 즉, 광원의 파장이 본래 값보다 더 작은 값으로 입사될 수 있도록 하여 분해능이 향상될 수 있다. 그러나, 액침 리소그래피 공정은 기판 상에 장시간 존재하는 유체로 인한 문제점을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 반도체 소자의 특성 편차를 감소시킬 수 있는 반도체 소자의 제조장치 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조장치는 투영렌즈, 투영렌즈; 상기 투영렌즈와 마주하는 기판 상에 액체필름을 제공하고, 상기 투영렌즈와 인접한 액체 공급부; 및 상기 액체 공급부에 인접하여 배치되고, 상기 액체 필름의 형태와 크기를 조절하는 기체를 토출하는 기체 주입구(inlet)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기체 주입구는 상기 기체를 상기 기판에 대해 다양한 각도로 공급하는 에어 나이프들을 포함하고, 상기 기판에 대한 상기 에어 나이프들의 각도는 상기 액체 필름의 상기 형태 및 상기 크기를 조절할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 기체 주입구(inlet)는 상기 액체필름의 상기 형태 및 상기 크기 중 적어도 어느 하나를 상기 기판의 1회 노광 영역(one shot)과 동일하게 조절할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 액체 공급부 및 상기 기체 주입구는 동일한 단위 장치 내에 포함될 있고, 상기 기체 주입구는 상기 투영렌즈 주위를 둘러쌀 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 액체 공급부 및 상기 기체 주입구는 서로 다른 단위 장치 내에 포함될 수 있고, 상기 액체 공급부는 상기 투영렌즈의 측면에 부착될 수 있으며, 상기 기체 주입구는 상기 투영렌즈 주위를 둘러쌀 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 에어 나이프는 상기 투영렌즈의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위의 상기 각도 내에서 회전할 수 있다.
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또 다른 실시예에 따르면, 상기 기체 주입구(inlet)는 상기 기판의 노광 영역과 동일한 형태를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 액체 공급부는 상기 기판의 노광 영역과 동일한 형태를 가질 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 제조장치는 상기 투영렌즈가 체결되는 투영광학계와, 상기 투영광학계로 빛을 제공하는 광원과, 상기 광원 및 상기 투영광학계 간에 개재되는 레티클 스테이지와, 상기 투영광학계 아래에 배치되어 상기 기판을 지지하는 기판 스테이지를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 광원, 상기 레티클 스테이지, 상기 투영광학계, 상기 투영렌즈, 상기 액체 공급부, 상기 기체 주입구, 및 상기 기판 스테이지는 노광부를 구성하고, 상기 제조장치는 상기 노광부와 연결되는 코팅부 및 상기 노광부와 연결되는 현상부를 더 포함할 수 있다.
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본 발명의 실시예에 따르면, 회전 가능한 기체 주입구(inlet)를 구비한 이멀젼 후드가 제공되어, 기판 상에 형성되는 액체필름이 용이하게 조절될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 노광 공정에서 기판의 이동속도가 향상될 수 있고, 기판의 모폴로지의 편차가 감소될 수 있다. 따라서, 노광 공정의 시간이 감소될 수 있고 제조된 반도체 소자의 신뢰성이 향상될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 설명한다. 본 발명의 목적(들), 특징(들) 및 장점(들)은 첨부된 도면과 관련된 이하의 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에서 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기하였다.
본 명세서에서, 도전성막, 반도체막, 또는 절연성막 등의 어떤 물질막이 다른 물질막 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에, 그 어떤 물질막은 다른 물질막 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 또 다른 물질막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 부분, 물질 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 부분이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 또한 이들 용어들은 단지 어느 소정 부분을 다른 부분과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제 1 부분으로 언급된 것이 다른 실시예에서는 제 2 부분으로 언급될 수도 있다.
본 명세서에서 '및/또는'이라는 용어는 이 용어 앞뒤에 열거된 구성들 중 어느 하나 또는 모두를 가리키는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치 유닛이 설명된다. 노광장치 유닛(110)이 제공된다. 상기 노광장치 유닛(110)은 기판 상에 액체필름을 형성하는 단위 장치이다. 상기 노광장치 유닛(110)은 제1 유닛(130) 및 제2 유닛(160)을 포함할 수 있다. 상기 제2 유닛(160)은 투영렌즈(projection lens)(190)가 위치하는 개구부(112)를 가질 수 있다. 상기 개구부(112)는 상기 투영렌즈(190)의 외곽형태와 동일한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 개구부(112)는 원형일 수 있다. 상기 제2 유닛(160)은 기판(W)과 일정 간격 이격 되어 상기 기판(W) 상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 투영렌즈(190)는 상기 개구부(112) 내에 위치하여 상기 기판(W)과 일정 간격 이격 되어 마주할 수 있다. 상기 투영렌즈(190)와 상기 기판(W) 사이에, 상기 투영렌즈(190) 및 상기 기판(W) 사이를 채우는 액체필름(Liquid Film:LF)이 형성될 수 있다. 상기 기판(W)은 노광영역(Exposure Region:ER)을 가지며, 상기 액체필름(LF)은 상기 노광영역(ER) 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 투영렌즈(190)는 렌즈 하우징(미도시)으로 둘러싸여 외부가 보호될 수 있다. 상기 기판(W)과 마주하는 상기 투영렌즈(190)의 표면과 인접한, 상기 렌즈 하우징으로 보호된 상기 투영렌즈(190)의 측면에 상기 제1 유닛(130)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 유닛(130)은 상기 투영렌즈(190)의 측면에 밀착되어 상기 투영렌즈(190)의 측면을 둘러쌀 수 있다. 상기 제1 유닛(130)은 액체 유입구(132) 및 액체 배출구(134)를 포함할 수 있다. 액체는 상기 액체 유입구(132)를 통해 상기 기판(W) 상으로 제공될 수 있고, 상기 액체 배출구(134)를 통해 상기 기판(W)으로 부터 외부로 배출될 수 있다. 상기 제1 유닛(130)에 의해, 상기 기판 상에 머무는 상기 액체의 양이 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 액체 유입구(132)가 상기 투영렌즈(190)의 측면을 둘러싸고, 상기 액체 배출구(134)가 상기 액체 유입구(132)를 둘러쌀 수 있다. 또는, 상기 액체 배출구(134)가 상기 투영렌즈(190)의 측면을 둘러싸고, 상기 액체 유입구(132)가 상기 액체 배출구(134)를 둘러쌀 수 있다. 바람직하게는, 상기 액체 배출구(134) 및 상기 액체 유입구(132)는 상기 투영렌즈(190)의 측면을 둘러싸되, 액체의 배출 및 유입의 경로가 서로 겹치지않도록 교대로 배치될 수 있다. 상기 제1 유닛(130)은 액체 이동부(미도시)와 연결될 수 있고, 상기 액체 이동부는 외부의 액체 탱크(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 제2 유닛(160)은 기체 주입구(inlet)(140a)를 포함할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140a)는 상기 기판(W)의 노광 영역과 같은 형태(예컨대, 사각형)를 가질 수 있다. 노광 공정에 있어서, 상기 노광 영역은 광원에 한번에 노출되는 영역(one shot)을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구(inlet)(140a)는 상기 개구부(112)에 인접한 상기 제2 유닛(160)의 바닥면에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 상기 기체 주입구(140a)의 일부는 상기 개구부(112) 및 상기 제2 유닛(160)의 바닥면이 만나는 경계부에 위치할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140a)는 4개의 에어 나이프들(143)(air knife), 각각의 에어 나이프들(143)과 체결된 회전축들(142), 및 상기 회전축들(142)과 연결된 회전 구동부(미도시)를 포함할 수 있다(도 3). 상기 에어 나이프들(143)은 분리되어 각각 상기 회전축들(142)에 의해 회전할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140a)의 상기 에어 나이프들(143)은 상 기 회전축들(142)을 중심으로, 상기 기판(W)과 마주하는 상기 투영렌즈(190)의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위 내에서 회전할 수 있다. 이로써, 상기 기체 주입구(inlet)(140a)는 다양한 각도로 상기 기판(W)에 기체를 공급할 수 있다. 즉, 상기 기체 주입구(inlet)(140a)로부터 제공되는 기체(예컨대, 기체의 압력 및 제공각도)에 의해 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 투영렌즈의 표면으로부터 상기 기체 주입구의 각도가 작으면 상기 액체필름의 크기가 상대적으로 작아지고(점선), 각도가 크면 상기 액체필름의 크기가 상대적으로 클 수 있다(실선). 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절되어, 상기 기판과 오버랩되는 상기 액체필름의 범위가 조절될 수 있다. 상기 제2 유닛(160) 내에 기체 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 에어 나이프들(143)은 외부의 기체 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 회전출들(142) 및 상기 회전 구동부(미도시) 간을 전기적으로 연결하는 배선이 상기 제2 유닛(160) 내에 내장될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프들(143) 및 상기 기체 탱크 간에 압력 조절기(미도시)가 구비되어 제공되는 기체의 압력이 조절될 수 있다.
도 3 내지 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 노광장치 유닛의 변형예가 설명된다. 도 3 내지 5의 실시예는 도 1 내지 3의 실시예와 다른 형태의 기체 주입구(140b)를 포함할 수 있다. 이하, 도 1 내지 3의 실시예와 동일한 내용은 생략 또는 간략하게 설명될 수 있다.
제2 유닛(160)은 기체 주입구(inlet)(140b)를 포함할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140b)는 상기 제2 유닛(160)의 개구부(112) 주위에 위치하여 상기 개 구부(112)와 동일한 형태(예컨대, 원형)를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구(inlet)(140b)는 상기 개구부(112) 및 상기 제2 유닛(160)의 바닥면이 만나는 경계부에 위치하거나, 상기 개구부(112)에 인접한 상기 제2 유닛(160)의 바닥면에 위치될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140b)는 복수 개의 에어 나이프들(143)(air knife), 각각의 에어 나이프들(143)과 체결된 회전축들(142), 및 상기 회전축들(142)과 연결된 회전 구동부(미도시)를 포함할 수 있다(도 3). 상기 에어 나이프들(143)은 분리되어 각각 상기 회전축들(142)에 의해 회전할 수 있다. 예컨대, 상기 에어 나이프들(143)의 개수는 상기 기체 주입구(inlet)(140b)의 원주를 등분하여 결정될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(140b)의 상기 에어 나이프들(143)은 상기 회전축들(142)을 중심으로 상기 투영렌즈(190)의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위 내에서 회전할 수 있다. 이로써, 상기 기체 주입구(inlet)(140b)는 다양한 각도로 상기 기판(W)에 기체를 공급할 수 있다. 즉, 상기 기체 주입구(inlet)(140b)로부터 제공되는 기체(예컨대, 기체의 압력 및 제공각도)에 의해 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절될 수 있다. 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절되어, 상기 기판과 오버랩되는 상기 액체필름의 범위가 조절될 수 있다. 상기 제2 유닛(160) 내에 기체 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 에어 나이프들(143)은 외부의 기체 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 회전출들(142) 및 상기 회전 구동부(미도시) 간을 전기적으로 연결하는 배선이 상기 제2 유닛(160) 내에 내장될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프들(143) 및 상기 기체 탱크 간에 압력 조절기(미도시)가 구비되어 제공되는 기체의 압력이 조 절될 수 있다.
도 6 내지 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광장치 유닛이 설명된다.
액체필름(LF) 형성 유닛(210)이 제공된다. 상기 액체필름(LF) 형성 유닛(210)은 투영렌즈(projection lens)(190)가 위치하는 개구부(212)를 포함할 수 있다. 상기 개구부(212)는 상기 투영렌즈(190)의 외곽형태와 동일한 형태(예컨대, 원형)를 가질 수 있다. 상기 액체필름(LF) 형성 유닛(210)은 기판(W)과 일정 간격 이격 되어 상기 기판(W) 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 투영렌즈(190)는 상기 개구부(212) 내에 위치하여 상기 기판(W)과 일정 간격 이격 되어 마주할 수 있다. 상기 투영렌즈(190) 및 상기 기판(W) 사이에, 상기 투영렌즈(190) 및 상기 기판(W) 사이를 채우는 액체필름(LF)이 형성될 수 있다.
상기 액체필름(LF) 형성 유닛(210)은 액체 공급부(230) 및 기체 주입구(inlet)(240a)를 포함할 수 있다. 상기 액체 공급부(230)는 상기 노광장치 유닛(210) 내에서 상기 개구부(212) 주위를 둘러쌀 수 있다. 상기 액체 공급부(230)는 액체 유입구(232) 및 액체 배출구(234)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 액체 유입구(232) 및 상기 액체 배출구(234)는 상기 개구부(212) 측면에 노출될 수 있다. 상기 액체 유입구(232) 및 상기 액체 배출구(234)는 각각 하나 이상 구비될 수 있다. 액체는 상기 액체 유입구(232)를 통해 상기 기판(W) 상으로 제공될 수 있고, 상기 액체 배출구(234)를 통해 상기 기판(W)으로부터 외부로 배출될 수 있다. 상기 액체 공급부(230)에 의해, 상기 기판 상에 머무는 상기 액체의 양이 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 액체 배출구(234)는 상기 개구부(212)의 측면에서 상기 액체 유입구(232)보다 높이 위치하거나, 상기 액체 유입구(232)보다 낮게 위치할 수 있다. 상기 액체 배출구(234) 및 상기 액체 유입구(232)가 상기 개구부(212) 측면에서 동일한 높이에 위치하는 경우, 상기 액체 배출구(234) 및 상기 액체 유입구(232)는 액체의 배출 및 유입의 경로가 서로 겹치지않도록, 교대로 배치될 수 있다. 상기 액체 공급부(230)는 액체 이동부(미도시)와 연결될 수 있고, 상기 액체 이동부는 외부의 액체 탱크와 연결될 수 있다.
상기 기체 주입구(inlet)(240a)는 상기 기판(W)의 노광 영역과 동일한 형태(예컨대, 사각형)를 가질 수 있다. 예컨대, 노광 공정에 있어서, 상기 노광 영역은 광원에 한번에 노출되는 영역(one shot)을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구(240a)는 상기 개구부(212)에 인접한 상기 노광장치 유닛(210)의 바닥면에 위치할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(240a)는 4개의 에어 나이프들(243)(air knife), 각각의 에어 나이프들(243)과 체결된 회전축들(242), 및 상기 회전축들(242)과 연결된 회전 구동부(미도시)를 포함할 수 있다(도 8). 상기 에어 나이프들(243)은 분리되어 각각 상기 회전축들(242)에 의해 회전할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(240a)의 상기 에어 나이프들(243)은 상기 회전축들(242)을 중심으로 상기 투영렌즈(190)의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위 내에서 회전할 수 있다. 이로써, 상기 기체 주입구(inlet)(240a)는 다양한 각도로 상기 기판(W)에 기체를 공급할 수 있다. 즉, 상기 기체 주입구(inlet)(240a)로부터 제공되는 기체(예컨대, 기체의 압력 및 제공각도)에 의해 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절될 수 있다. 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절되어, 상기 기판과 오버랩되는 상기 액체필름의 범위가 조절될 수 있다. 상기 노광장치 유닛(210) 내에 기체 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 에어 나이프들(243)은 외부의 기체 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 회전출들(242) 및 상기 회전 구동부(미도시) 간을 전기적으로 연결하는 배선이 상기 노광장치 유닛(210) 내에 내장될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프들(243) 및 상기 기체 탱크 간에 압력 조절기(미도시)가 구비되어 제공되는 기체의 압력이 조절될 수 있다.
도 8 내지 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광장치 유닛의 변형예가 설명된다. 도 8 내지 10의 실시예는 도 6 내지 8의 실시예와 다른 형태의 기체 주입구(240b)를 포함할 수 있다. 이하, 도 6 내지 8의 실시예와 동일한 내용은 생략 또는 간략하게 설명될 수 있다.
노광장치 유닛(210)은 기체 주입구(inlet)(240b)를 포함할 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(240b)는 상기 노광장치 유닛(210)의 개구부(212) 주위에 위치하여 상기 개구부(212)와 동일한 형태(예컨대, 원형)를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구(inlet)(240b)는 상기 개구부(212)에 인접한 상기 노광장치 유닛(210)의 바닥면에 위치될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(240b)는 복수 개의 에어 나이프들(243)(air knife), 각각의 에어 나이프들(243)과 체결된 회전축들(242), 및 상기 회전축들(242)과 연결된 회전 구동부(미도시)를 포함할 수 있다(도 8). 상기 에어 나이프들(243)은 분리되어 각각 상기 회전축들(242)에 의해 회전할 수 있다. 예컨대, 상기 에어 나이프들(243)의 개수는 상기 기체 주입구(inlet)(240b)의 원주를 등분하여 결정될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)(240b)의 상기 에어 나이프들(243)은 상기 회전축들(242)을 중심으로 상기 투영렌즈(250)의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위 내에서 회전할 수 있다. 이로써, 상기 기체 주입구(inlet)(240b)는 다양한 각도로 상기 기판(W)에 기체를 공급할 수 있다. 즉, 상기 기체 주입구(inlet)(240b)로부터 제공되는 기체(예컨대, 기체의 압력 및 제공각도)에 의해 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절될 수 있다. 상기 액체필름(LF)의 형태 또는 크기가 조절되어, 상기 기판과 오버랩되는 상기 액체필름의 범위가 조절될 수 있다. 상기 노광장치 유닛(210) 내에 기체 배출구(미도시)가 더 구비될 수 있다. 상기 에어 나이프들(243)은 외부의 기체 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 회전축들(242) 및 상기 회전 구동부(미도시) 간을 전기적으로 연결하는 배선이 상기 노광장치 유닛(210) 내에 내장될 수 있다. 또한, 상기 에어 나이프들(243) 및 상기 기체 탱크 간에 압력 조절기(미도시)가 구비되어 제공되는 기체의 압력이 조절될 수 있다.
도 11을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 노광장치 유닛을 포함하는 노광장치가 설명된다.
광 진행 순서에 따라, 노광 장치는 광원(light source)(10), 조명광학계(illumination optical system)(20), 레티클 스테이지(30), 투영광학계(projection optical system)(40), 노광장치 유닛(110, 210) 및 기판 스 테이지(60)를 포함할 수 있다. 상기 노광장치 유닛(110, 210)은 앞서 설명된 실시예들 중 어느 하나의 실시예에 따른 노광장치 유닛일 수 있다. 상기 기판 스테이지(60) 상에 기판(W)이 놓일 수 있고, 상기 레티클 스테이지(30) 상에 레티클(R)이 놓일 수 있다.
상기 광원(10)은 노광(exposure)을 위한 광을 제공할 수 있다. 상기 광원(10)은 예컨대, 수은 램프, 불화아르곤(ArF) 레이저, 불화크립톤(KrF) 레이저, 극 자외선 빔(Extreme Ultraviolet beam) 또는 전자 빔(Electron beam)일 수 있다. 상기 광원(10)은 상기 조명광학계(20)와 연결될 수 있다.
상기 조명광학계(20)는 상기 광원(10)으로부터 생성된 광을 레티클(R)로 전송할 수 있다. 예컨대, 상기 조명광학계(20)는 광분포 조절부재(light intensity distribution control member)(22), 광크기 조절부재(light intensity control member)(24), 블라인드 부재(blind member)(26), 콘덴서 렌즈(condenser lens)(28) 등을 포함할 수 있다. 상기 광분포 조절부재(22)는 상기 광원(10)으로부터 생성된 광의 균일도(uniformity)를 향상시킬 수 있다. 상기 광크기 조절부재(24)는 코히어런스 팩터(coherence factor, σ)를 조절한다. 상기 블라인드 부재(26)는 광의 일부를 차단하여 레티클(R) 상의 조명영역을 규정한다. 따라서, 노광시 상기 블라인드 부재(26)를 이용하여 조명영역을 제한함으로써 필요없는 부분의 노광을 방지할 수 있다.
상기 조명광학계(20)를 통과한 광은 상기 레티클 스테이지(30) 상에 배치된 레티클(R)에 조명된다. 상기 레티클(R)은 상기 기판(W)에 투영하기 위한 복수의 회 로 패턴을 포함할 수 있다. 상기 레티클 스테이지(30)는 소정의 방향으로 이동될 수 있다.
상기 레티클 스테이지 하부에 상기 투영광학계(40)가 배치된다. 상기 투영광학계(40)는 회로 패턴의 이미지 정보가 반영된 광을 기판(W)으로 제공한다. 상기 투영광학계(40)는 전체적으로 실린더 형상을 가지며, 상단부는 상기 레티클 스테이지(30)를 향하고, 하단부는 상기 기판(W)을 향할 수 있다. 상기 하단부에 투영렌즈가 배치될 수 있다.
도 12를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 노광장치 유닛을 포함하는 노광장치를 이요한 반도체 소자의 제조방법이 설명된다.
노광장치가 제공된다(S10). 상기 장치의 기판 스페이지 상에 감광성 물질이 코팅된 기판이 놓인다.
상기 액체 공급부를 이용하여 상기 기판 상에 액체필름이 형성된다(S20). 예컨대, 상기 액체 공급부의 액체 유입구에 의해 상기 액체가 상기 기판 및 상기 투영렌즈 사이의 공간으로 제공될 수 있다. 상기 액체 유입구로부터 제공된 상기 액체는 상기 투영렌즈 표면을 따라 제공될 수 있다. 이로써, 상기 기판 및 상기 투영렌즈 간의 공간은 상기 액체필름으로 채워질 수 있으며, 상기 액체필름은 상기 노광장치 유닛에 의해 경계 지어질 수 있다. 과잉 공급되는 액체는 상기 액체 공급부의 액체 배출구로 배출되어 상기 액체필름이 일정 부피로 유지될 수 있다.
초기에 상기 액체필름의 형태는 상기 액체 공급부의 형태에 따라 정의될 수 있다. 예컨대, 상기 액체 공급부가 원형인 경우, 상기 액체필름은 원형으로 정의될 수 있고, 상기 액체 공급부가 사각형인 경우, 상기 액체필름은 사각형으로 정의될 수 있다. 또한, 상기 액체 공급부의 외곽은 노광 영역보다 크므로, 상기 액체 공급부에 의해 정의된, 초기에 형성된 액체필름의 크기는 상기 노광영역보다 넓게 형성될 수 있다. 따라서, 통상의 방법으로 노광 단계가 수행되면, 비 노광영역들까지 액체필름에 의해 냉각될 수 있고, 상기 노광 단계가 반복될 수록 노광영역 별로 액체필름과 오버랩되는 정도가 서로 달라 기판의 냉각정도가 불균일할 수 있다. 이는 기판의 표면 상태를 변화시킬 수 있고, 기판의 노광영역 별로 서로 다른 표면상태를 야기할 수 있다. 더욱이, 상기 기판의 노광영역은 사각형일 수 있다. 사각형의 노광영역이 원형의 액체필름과 오버랩되어, 동일한 노광영역의 표면상태가 국부적으로 서로 다를 수 있다.
상기 액체필름의 크기 및 형태가 조절될 수 있다(S30). 상기 액체필름의 경계를 향해, 기체가 분사될 수 있다. 기체는 상기 기체 주입구(inlet)의 각도를 조절하여 분사될 지점이 조절될 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구(inlet)로부터 먼 지점까지 기체가 분사될 경우, 상기 투영렌즈의 표면 및 상기 기체 주입구(inlet) 사이의 각도는 감소할 수 있다. 예컨대, 상기 투영렌즈의 표면 및 상기 기체 주입구(inlet) 사이의 각도는 0°까지 감소할 수 있다. 반면, 상기 기체 주입구(inlet)로부터 가까운 지점까지 기체가 분사될 경우, 상기 투영렌즈의 표면 및 상기 기체 주입구(inlet) 사이의 각도는 증가할 수 있다. 예컨대, 상기 기체 주입구는 상기 투영렌즈의 표면을 0°로 하여 상기 투영렌즈 표면으로부터 90°까지 회전할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 기체 주입구(inlet)의 기체 분사 압력이 조절될 수 있다. 상기 액체필름의 경계는 분사된 기체가 도달되는 지점으로 정의될 수 있다. 분사된 기체의 압력에 의해 액체가 상기 분사 지점 밖으로 연장될 수 없기 때문이다. 기체의 분사 압력은 액체필름의 영역별로 서로 다를 수 있다. 예컨대, 초기의 액체필름보다 축소시키고자 하는 액체필름의 크기가 작을 수록 기체 분사 압력이 더 증가할 수 있다. 분사된 기체는 상기 노광장치 유닛의 기체 배출구, 또는 상기 노광장치 유닛 및 상기 기판 간의 통로를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이로써, 상기 액체필름의 크기 또는/및 형태가 조절될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)의 각도는 회전 구동부를 이용해 조절될 수 있고, 상기 기체 주입구(inlet)의 압력은 압력 조절기를 이용해 조절될 수 있으므로, 동일한 노광장치 유닛를 이용하여 서로 다른 크기의 액체필름이 형성될 수 있다. 상기 기체 주입구(inlet)의 각도 및 압력은 미리 설정될 수 있다.
조절된 액체필름은 노광공정 동안 유지될 수 있다(S40). 예컨대, 상기 액체 필름을 유지하기 위해, 상기 액체 공급부에 의해 제공되는 액체의 양이 조절될 수 있고, 상기 기체 주입구에 의해 제공되는 기체의 압력 및 각도가 조절/유지될 수 있다. 조절된 액체필름을 통해 상기 기판의 노광영역이 노광될 수 있다(S50). 이후, 상기 기판은 새로운 노광영역을 노광하기 위해 이동될 수 있다(S60). 이때, 상기 기체 주입구(inlet)에 의해 상기 액체필름의 경계가 유지될 수 있으므로, 빠른 속도로 상기 기판이 이동하더라도 액체필름으로부터 액체가 이탈되는 것이 방지될 수 있다. 기판이 이동되어 액체필름이 새로운 노광영역 상에 형성될 수 있다(S70). 상기 과정이 반복되어 전체 기판에 대한 노광공정이 수행될 수 있다(S80). 이로써, 노광공정 시간이 단축될 수 있고, 기판의 모폴로지 특성 저하가 방지될 수 있다.
도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 노광장치 유닛을 포함하는 반도체 소자의 제조장치가 설명된다.
기판의 로딩부(310)가 제공된다. 상기 로딩부(310)는 기판의 코팅부(330)와 연결된다. 상기 코팅부(330)는 예컨대, 스핀코팅장치를 포함할 수 있다. 상기 코팅장치에 의해 상기 기판 상에 감광성 물질막이 형성될 수 있다. 상기 코팅부(330)는 노광부(350)와 연결된다. 상기 노광부(350)는 앞서 설명된 노광장치를 포함할 수 있다. 상기 노광부(350)에서 상기 감광성 물질막이 선택적으로 노광될 수 있다. 상기 노광부(350)는 현상부(370)와 연결될 수 있다. 상기 현상부(370)에서 상기 감광성 물질막은 선택적으로 제거되어 원하는 패턴이 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
상기 각 챔버들 중앙에 각 챔버들로 기판을 이송하는 이송부(390)가 배치될 수 있고, 세정부(미도시) 및 베이크부(미도시)가 선택적으로 개재될 수 있다.
상기 노광부에 의해, 기판의 노광영역들 별로 표면특성의 변화가 감소 또는 방지될 수 있다. 따라서, 포토공정을 반복하여 기판 상에 다층의 패턴을 형성하더라도, 기판이 모폴로지 특성에 기인한 얼라인 문제가 방지될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하고 설명하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 전술한 바와 같이 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있으며, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 I-I' 라인에 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 도 2의 일부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 반도체 소자 제조장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 II-II' 라인에 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 제조장치의 평면도이다.
도 7은 도 6의 III-III' 라인에 따라 취해진 단면도이다.
도 8은 도 7의 일부분에 대한 개략적인 확대도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예의 변형예에 따른 반도체 소자 제조장치의 평면도이다.
도 10은 도 9의 IV-IV' 라인에 따라 취해진 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타낸 개략적인 순서도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 반도체 소자 제조장치를 포함하는 공정도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 210 : 노광장치 유닛 112, 212 : 개구부
130 : 제1 유닛 140a, 140b : 기체 주입구(inlet)
190 : 투영렌즈 230 : 액체 공급부
240a, 240b : 기체 주입구(inlet) 132, 232 : 액체 유입구
134, 234 : 액체 배출구 142, 242 : 회전축
143, 243 : 에어 나이프 160 : 제2 유닛
310 : 로딩부 330 : 코팅부
350 : 노광부 370 : 현상부
390 : 이송부

Claims (19)

  1. 투영렌즈;
    상기 투영렌즈와 마주하는 기판 상에 액체필름을 제공하고, 상기 투영렌즈와 인접한 액체 공급부; 및
    상기 액체 공급부에 인접하여 배치되고, 상기 액체 필름의 형태와 크기를 조절하는 기체를 토출하는 기체 주입구를 포함하되,
    상기 기체 주입구는 상기 기체를 상기 기판에 대해 다양한 각도로 공급하는 에어 나이프들을 포함하고, 상기 기판에 대한 상기 에어 나이프들의 각도는 상기 액체 필름의 상기 형태 및 상기 크기를 조절하는 반도체 소자의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 주입구(inlet)는 상기 액체필름의 상기 형태 및 상기 크기 중 적어도 어느 하나를 상기 기판의 1회 노광 영역(one shot)과 동일하게 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 공급부 및 상기 기체 주입구는 동일한 단위 장치 내에 포함되고, 상기 기체 주입구는 상기 투영렌즈 주위를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체 공급부 및 상기 기체 주입구는 서로 다른 단위 장치 내에 포함되 고, 상기 액체 공급부는 상기 투영렌즈의 측면에 부착되고, 상기 기체 주입구는 상기 투영렌즈 주위를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 에어 나이프들은 상기 투영렌즈의 표면으로부터 0° 내지 90°의 범위의 상기 각도 내에서 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 기체 주입구(inlet)는 상기 기판의 노광 영역과 동일한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 공급부는 상기 기판의 노광 영역과 동일한 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 포함하는 반도체 소자의 제조장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영렌즈가 체결되는 투영광학계;
    상기 투영광학계로 빛을 제공하는 광원;
    상기 광원 및 상기 투영광학계 간에 개재되는 레티클 스테이지; 및
    상기 투영광학계 아래에 배치되어 상기 기판을 지지하는 기판 스테이지를 더 포함하는 반도체 소자의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광원, 상기 레티클 스테이지, 상기 투영광학계, 상기 투영렌즈, 상기 액체 공급부, 상기 기체 주입구, 및 상기 기판 스테이지는 노광부를 구성하고,
    상기 노광부와 연결되는 코팅부; 및
    상기 노광부와 연결되는 현상부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
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