KR19980032469A - 주사노광장치 및 이를 이용한 디바이스제조방법 - Google Patents

주사노광장치 및 이를 이용한 디바이스제조방법 Download PDF

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Abstract

광원, 상기 광원으로부터의 광으로 2차광원을 형성하여, 패턴을 지닌 레티클의 일부를 조명하는 조명광학계, 조명된 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계, 상기 레티클을 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 해당 레티클을 소정의 주사방향으로 주사이동시키는 레티클스테이지, 상기 웨이퍼를 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 해당 웨이퍼를 주사이동시키는 웨이퍼스테이지 및 상기 레티클스테이지를 지지함과 동시에, 댐퍼수단에 의해 지지되는 베이스를 구비한 주사노광장치에 있어서, 상기 조명광학계는, 상기 베이스에 의해 지지되는 제 1부분과, 상기 베이스와는 독립적으로 마루바닥에 의해 지지된 제 2부분으로 분리되어 있고, 상기 레티클 스테이지의 상기 소정의 주사방향은, 상기 조명광학계가 분리되어 있는 부분에 있어서의 광축방향과 실질적으로 또는 대략 평행인 것을 특징으로 한다.

Description

주사노광장치 및 이를 이용한 디바이스제조방법
본 발명은 설계패턴을 기판상에 설치된 레지스트에 노광해서 프린트하는 반도체디바이스를 제조하는데 이용되는 노광장치 및 이러한 노광장치를 이용한 디바이스제조방법에 관한 것이다.
이와 같은 노광장치로서는, 웨이퍼 등의 기판을 스텝이동시키면서, 해당 기판상의 복수의 노광영역에 마스크패턴을 투영광학계에 의해서 순차 투영하는 스테퍼나, 투영광학계에 대해서 상대적으로 마스크와 기판을 이동시켜, 해당 마스크와 기판을 슬릿형상의 노광광으로 주사함으로써, 마스크패턴을 기판상에 주사프린트하는 주사형의 노광장치가 있다.
또, 보다 고정밀도로 미세한 패턴프린팅을 가능하게 하기 위한 시도로서 스텝-앤드-스캔형의 노광장치가 제안되어 있다. 이러한 노광장치에 있어서는, 상기 스텝이동과 주사노광을 반복함으로써, 기판상의 복수의 영역에 고정밀도로 미세한 패턴프린팅을 행하고 있다. 이러한 유형의 노광장치에서는, 슬릿을 이용해서 제한적으로 투영광학계의 비교적 광축에 가까운 부분만을 사용하고 있으므로, 보다 고정밀도로 미세패턴의 프린트가 가능해지고 있다.
그러나, 이러한 주사노광장치에 있어서, 광원으로서 엑시머레이저를 이용할 경우에는, 빔정형이나 비간섭화를 필요로 하므로 조명광학계가 커야만 하고, 또한, 광원이 램프인 경우에는, 광원의 대형화에 의해 조명광학계가 커지게 된다. 또한, 변형조명에 대응할 필요가 있으므로 조명광학계가 복잡하게 되어 있는 것도 조명광학계의 대형화의 원인으로 되고 있다.
이와 같이 대형화된 조명광학계를, 노광장치의 제진테이블에 의해 지지되는 본체구조체상에 배치할 경우, 조명광학계의 중량에 의해 무게중심의 위치가 변위되어 버려, 이것은 충분한 제진효과에 악영향을 미치게 된다. 따라서, 제진효과를 얻기 위해서는, 본체구조체자체를 크게하지 않으면 안된다고 하는 문제가 있다.
또, 조명광학계전체를 마루바닥(floor)상에 위치시킨 경우에는, 마스크스테이지나 기판스테이지의 주사시 발생하는 본체구조체의 변위에 의해서, 조명위치와 마스크간에 상대적인 변화가 발생한다고 하는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 마스크스테이지의 주사에 의한 노광장치의 본체구조체의 변위의 영향을, 본체구조체의 확대없이 감소 또는 회피하여, 간편하고 컴팩트한 구성에 의해 노광정밀도를 향상시킬 수 있는 개량된 주사노광장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일양상에 의하면, 광원; 상기 광원으로부터의 광으로 2차광원을 형성하여, 패턴을 지닌 레티클의 일부를 조명하는 조명광학계; 조명된 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계; 레티클을 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 상기 레티클을 소정의 주사방향으로 주사이동시키는 레티클스테이지; 상기 웨이퍼를 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 상기 웨이퍼를 주사이동시키는 웨이퍼스테이지; 및 상기 레티클스테이지를 지지함과 동시에 댐퍼수단에 의해 지지되는 베이스를 구비한 주사형의 노광장치에 있어서, 상기 조명광학계는 상기 베이스에 의해 지지되는 제 1부분과, 상기 베이스와는 독립적으로, 마루바닥에 의해 지지된 제 2부분으로 분리되어 있고; 상기 레티클스테이지의 상기 소정의 주사방향은 상기 조명광학계가 분리되어 있는 부분에 있어서의 광축방향과 실질적으로 또는 대략 평행인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과, 특징 및 이점 등은 첨부도면과 관련하여 취한 본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명을 고려하면 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치의 개략적 측면도
도 2는 도 1의 노광장치의 개략적 사시도
도 3은 도 1 및 도 2의 노광장치에 적용가능한 조명광학계의 개략도
도 4는 도 1의 노광장치를 이용해서 미소디바이스를 제조하는 절차를 표시하는 순서도
도 5는 도 4의 절차에 포함된 웨이퍼공정의 상세를 설명하는 순서도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 레티클스테이지2: 투영광학계
3: X-Y스테이지기구3a: X스테이지
3b: Y스테이지4, 6: 리니어모터
4a: 고정자4b: 가동소자
7: 스테이지베이스8, 11: 댐퍼
9: 배럴베이스10: 베이스필름
12: 기둥13: 거리측정수단
31: 본체부분32: 바닥지지부분
33: 분리되어 있는 부분34: 엑시머레이저
35, 38, 40: 미러36: 빔정형광학계
36a: 오목렌즈36b: 볼록렌즈
37: 비간섭성화수단39: 파리의 눈렌즈
41: 지지테이블80: 미소이동스테이지장치
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치를 측면에서부터 본 개략도이고, 도 2는 이 노광장치의 사시도이다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 이 노광장치는, 레티클의 패턴의 일부를 투영광학계(2)에 의해서 X-Y스테이지기구(3)상에 설치된 미세이동광학계(80)상에 놓인 웨이퍼에 투영하고, 상기 투영광학계(2)에 대해서 상대적으로 레티클과 웨이퍼를 Y방향으로 주사이동함으로써, 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사함과 동시에, 이 주사노광을, 웨이퍼상의 복수의 영역에 대해 반복해서 행하기 위한 스텝이동을 개재시켜서 행하는 스텝-앤드-스캔형의 노광장치이다.
레티클의 주사방향(Y방향)으로의 이동은, 레티클스테이지기구에 의해서 행해지고, 이 스테이지기구는, 고정자(4a)와 가동소자(4b)간에 추력을 부여함으로써 가동소자(4b)를 주사방향으로 이동시킬 수 있는 리니어모터(4)를 구비하고, 이 가동소자(4b)에 레티클스테이지(1)가 결합되어 있다. 고정자(4a)는 제 1지지수단(101)에 의해 Y방향으로는 자유도를 가지고 지지되고, 또한, 제 2지지수단(105)에 의해 Y방향으로 강하게, 다른 방향에 대해서 유연하게 지지된다. 이 제 2지지수단(105)은 베이스프레임(10)으로부터 윗쪽으로 뻗은 기둥(103)과, 이 기둥(103)으로부터 Y방향으로 뻗어, 고정자(4a)를 Y방향으로 강하게, 다른 방향에 대해서 유연하게 지지하는 1축지지수단(102)을 지닌다.
레티클스테이지(1)는 리니어모터(4)에 의해 Y방향으로 이동가능하고, X-Y스테이지기구(3)의 X스테이지(3a)는 리니어모터(5)에 의해서 X방향으로 이동가능하며, 웨이퍼스테이지의 Y스테이지(3b)는 리니어모터(6)에 의해서 Y방향으로 이동가능하게 되어 있다. 레티클 및 웨이퍼의 동기주사는, 레티클스테이지(1) 및 Y스테이지(3b)를 Y방향으로 일정속도비율(예를 들면 4:1)로 이동시킴으로써 행한다. 또, X방향으로의 스텝이동은 X스테이지(3a)에 의해 행한다.
X-Y스테이지(3)는, 예를 들면 3개의 댐퍼(8)를 개재해서 3점에서 마루바닥에 의해 지지되어 있는 스테이지베이스(T)상에 설치되어 있다. 제 1지지수단(101) 및 투영광학계(2)는, 베이스프레임(10)에 의해 3개의 댐퍼(11) 및 기둥(12)을 개재해서 지지되어 있는 배럴베이스(9)상에 설치되어 있다. 즉 댐퍼(8)는 6축방향으로 액티브진동제어 혹은 진동억제하는 액티브댐퍼로 이루어져 있으나, 패시브댐퍼 로 구성해도 되고, 또는 이러한 댐퍼없이 상기 기구를 지지해도 된다.
이 구성에 있어서, 반송수단(도시생략)을 이용해서, 장치의 앞부분의 2개의 기둥(12)간의 반송경로를 따라 X-Y스테이지(3)상에 웨이퍼가 반송되고, 소정의 위치맞춤이 종료하면, 노광장치는 주사노광 및 스텝이동을 반복하면서 웨이퍼상의 복수의 노광영역에 대해서 레티클의 패턴의 프린트를 행한다. 이 주사노광에 관해서는, 레티클스테이지(1) 및 Y스테이지(3b)를 Y방향(주사방향)으로 소정의 속도비로 이동시켜서, 슬릿형상의 노광광으로 레티클의 패턴을 주사함과 동시에, 그 투영상으로 웨이퍼를 주사함으로써, 웨어퍼상의 소정의 노광영역에 대해서 레티클의 패턴을 전사·프린트한다. 1개의 노광영역에 대한 주사노광이 종료된 후, X스테이지(3a)를 X방향으로 구동해서 웨이퍼를 스텝이동시킴으로써, 다른 노광영역을 주사노광개시위치에 위치결정하고, 주사노광을 행한다. 또, 이 X방향의 스텝이동과 Y방향의 주사노광을 위한 이동과의 조합에 의해, 웨이퍼상의 복수의 노광영역에 대해서 노광을 효율좋게 행할 수 있도록, 각 노광영역의 배치, 주사방향(+ 또는 -) 및 각 노광영역에의 노광순서 등이 결정되고 있다.
도 3은 도 1 및 도 2의 노광장치에 적용가능한 조명광학계의 구조의 개략도이다. 투영광학계(도시생략) 및 레티클스테이지(1)는 댐퍼에 의해 지지된 배럴베이스(본체구조체)(9)상에 배치되어 있으나, 조명광학계는 배럴베이스(9)에 의해 지지테이블(41)을 개재해서 고정적으로 지지된 본체부분(31)과, 마루바닥상에 직접배치된 바닥지지부분(제 2부분)(32)으로 분리되어 있고, 레티클스테이지(1)의 주사시의 위치에 의존한 배럴베이스(9)의 변위방향은, 조명광학계가 분리되어 있는 부분(33)에 있어서의 광축방향과, 주사방향(Y방향)에 대응하는 방향을 포함하는 면내에 포함되어 있다. 주사방향에 대응하는 방향이란, 레티클상에서 조명광의 광축이 주사방향으로 변위한 경우, 상기 분리되어 있는 부분(33)에 있어서의 광축이 벗어난 방향을 의미한다. 이 예에서는, Z방향이다. 따라서, 배럴베이스(9)의 변위방향은 Y-Z평면에 있다.
바닥지지부분(32)은, 엑시머레이저(광원)(34)로부터 수평방향으로 방출되는 펄스광의 빔을 윗쪽으로 반사하는 미러(35), 이 미러(35)부터의 빔의 형상을 정형하는 빔정형광학계(3b), 정형된 빔을 예를 들면 분할하고, 시간적으로 편향시킴으로써 비간섭성광으로 변형시키는 비간섭성화수단(37) 및 이 비간섭성화수단(37)으로부터의 광을 본체부분(31)을 향하여(Y방향으로)반사시키는 미러(38)를 구비하고 있다. 빔정형광학계(36)는 미러(35)로부터의 빔을 발산시키는 오목렌즈(36a) 및 이 오목렌즈(36a)로부터의 발산빔을 평행광으로 변형하는 볼록렌즈(36b)로 구성되어 있다.
본체부분(31)은 바닥지지부분(32)의 미러(38)로부터이 광을 받아서 2차광원을 형성하는 파리의 눈렌즈(fly's eyes lens)(39), 상기 파리의 눈렌즈(39)로부터 Y방향으로 방출된 광을 아랫쪽(Z방향)으로 반사하는 미러(40) 및 이 미러(40)로부터의 광을 집광시켜서, 레티클스테이지(1)위에 놓인 레티클의 소정의 범위를 조명하기 위한 집광렌즈(42)를 구비하고 있다. 또, 도시하고 있지 않지만, 본체부분(31)은 조명광을 X방향의 슬릿형상으로 정형하는 마스킹블레이드도 구비하고 있다.
주사노광중에, 레티클스테이지(1)가 주사방향(Y방향)으로 이동하면, 무게중심의 이동에 의해, 배럴베이스(9)는 Y-Z평면을 따라 변위한다. 그 결과, 조명광학계의 본체부분(31)과 바닥지지부분(32)간의 상대위치가 변화한다. 이러한 상대 위치변위는, Y-Z평면내에서 일어나지만, Y방향의 변위는, 광학적으로는 미러(38)와 파리의 눈렌즈(39)사이의 거리의 변화에 상당하며, 파리의 눈렌즈(39)에 입사하는 빔의 대칭성에 변화를 일으키지 않는다. 따라서, Y방향의 변위성분에 의해서는, 레티클상에서의 조명영역내에 있어서 조도분포가 변화하는 일은 없다.
한편, Z방향의 변위는, 파리의 눈렌즈(39)에 입사하는 빔의 위치를 Z방향으로 변화시키므로, Y방향, 즉 주사방향에 대해 비대칭인 조도불균일을 발생시킨다. 그러나, 주사노광에서는, 조명영역내에 있어서 주사방향으로 적산한 광량의 분포에 변화가 없는 한 노광량에 편차가 생기지 않으므로, Z방향의 변위성분에 의해서는 노광량분포가 불균해지는 일은 없다.
따라서, 레티클스테이지(1)의 주사방향으로의 이동에 의해, 배럴베이스(9)가 경사져도, 균일한 노광량분포에 의해서 주사노광을 행하는 것이 가능하다.
또, 파리의 눈렌즈(39)가 배럴베이스(9)에 의해 고정지지된 본체부분에 고정지지되어 있으므로, 파리의 눈렌즈(39)이후의 조명광의 광축과 배럴베이스(9)에 대한 상대위치는 항상 일정하게 유지된다. 따라서, 배럴베이스(9)의 경사에 관계없이, 레티클상에서의 조명영역의 위치는 항상 일정하게 유지된다.
다음에, 상기 설명한 바와 같은 노광장치를 이용한 디바이스제조방법의 일실시예를 설명한다.
도 4는 예를 들면, 반도체칩(예를 들면 IC 또는 LSI), 액정패널, CCD, 박막자기헤드 또는 마이크로머신 등의 미소디바이스의 제조공정을 표시한 순서도이다.
스텝 31은 반도체디바이스의 회로를 설계하는 설계공정이고, 스텝 32는 상기 설계한 회로패턴에 의거해서 마스크를 제작하는 공정이며, 스텝 33은 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조하는 공정이다. 스텝 34는 상기 준비한 마스크와 웨이퍼를 이용해서, 리소그래피기술에 의해 웨이퍼상에 실제로 회로를 형성하는 소위 전(前)공정이라 불리는 웨이퍼공정이고, 다음에 스텝 35는 스텝 34에서 처리한 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하는 소위 후공정이라 불리는 조립공정이다. 이 공정은 어셈블링(다이싱 및 본딩)공정과 패키징(칩봉인)공정을 포함한다. 스텝 36은 스텝 35에서 작성된 반도체디바이스의 동작체크, 내구성체크 등을 수행하는 검사공정이다. 이들 공정에 의해, 반도체디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 37).
도 5는 웨이퍼공정의 상세를 표시한 순서도이다. 스텝 41은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이고, 스텝 42는 웨이퍼표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이며, 스텝 43은 증착법에 의해 웨이퍼상에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 44는 웨이퍼에 이온을 주입시키는 이온주입공정이고, 스텝 45는 웨이퍼에 레지스트(감광제)를 도포하는 레지스트공정이며, 스텝 46은 전술한 노광장치에 의해서 웨이퍼상에 마스크의 회로패턴을 노광에 의해 프린트 하는 노광공정이다. 스텝 47은 노광한 웨이퍼를 현상하는 현상공정이고, 스텝 48은 현상한 레지스트상이외의 부분을 제거하는 에칭공정이고, 스텝 49는 에칭공정후 웨이퍼상에 남아있는 레지스트재를 분리하는 레지스트박리공정이다. 이들 공정을 반복함으로써, 웨이퍼상에 회로패턴이 중첩형성된다.
이들 공정에 의해, 고집적도의 마이크로디바이스를 제조하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 조명광학계를 본체구조체상에 배치된 본체부분과, 마루바닥상에 직접 배치된 바닥지지부분으로 분리하여, 마스크스테이지의 주사시의 위치에 의존한 본체구조체의 변위방향이, 조명광학계가 분리되어 있는 부분에 있어서의, 광축방향과, 주사방향에 대응하는 방향을 포함하는 면내에 있도록 하였으므로, 균일한 노광량분포에 의해 주사노광을 행하는 것이 가능하다.
또, 2차광원으로서의 광을 발생하는 2차광원형성수단을 조명광학계의 본체부분에 배치하도록 하고 있으므로, 레티클상에서의 조명영역의 위치를 항상 일정하게 유지하는 것이 가능하고, 이것에 의해, 보다 균일한 노광량분포에 의해 주사노광을 행하는 것이 가능하다.
이상, 본 발명을 여기에 개시된 구조를 참조해서 설명했으나, 본 발명은 이로써 한정되지 않고, 이하의 청구범위의 범주나 개량의 목적내에 들어가는 그러한 변형예나 수정예도 커버하는 것임은 물론이다.

Claims (10)

  1. 광원;
    상기 광원으로부터의 광으로 2차광원을 형성하여, 패턴을 지닌 레티클의 일부를 조명하는 조명광학계;
    조명된 레티클의 패턴을 웨이퍼상에 투영하는 투영광학계;
    상기 레티클을 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 해당 레티클을 소정의 주사방향으로 주사이동시키는 레티클스테이지;
    상기 웨이퍼를 지지해서, 상기 투영광학계에 대해서 상대적으로 해당 웨이퍼를 주사이동시키는 웨이퍼스테이지; 및
    상기 레티클스테이지를 지지함과 동시에, 댐퍼수단에 의해 지지되는 베이스를 구비한 주사노광장치에 있어서,
    상기 조명광학계는, 상기 베이스에 의해 지지되는 제 1부분과, 상기 베이스와는 독립적으로 마루바닥에 의해 지지된 제 2부분으로 분리되어 있고;
    상기 레티클 스테이지의 상기 소정의 주사방향은, 상기 조명광학계가 분리되어 있는 부분에 있어서의 광축방향과 실질적으로 또는 대략 평행인 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 조명광학계의 제 1부분은, 상기 레티클스테이지의 주사이동에 의해 특정방향으로 변위가능하고, 상기 특정방향은, 상기 조명광학계가 분리되어 있는 부분에 있어서의 광축방향과 레티클에 충돌하는 조명광의 입사방향에 의해 형성되는 평면내에 있는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 조명광학계는, 2차광원을 형성하는 자리의 눈렌즈를 포함하고, 상기 조명광학계는, 상기 광원으로부터의 광로의 부분에 있어서 상기 파리의 눈렌즈의 앞에서, 상기 제 1 및 제 2부분으로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 조명광학계의 상기 제 2부분은, 빔의 형상을 조정하는 빔정형광학계, 비간섭성광을 형성하는 비간섭성화광학계 및 빔을 반사시켜 상기 파리의 눈렌즈쪽으로 향하도록 하는 반사경을 구비한 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스는 상기 레티클스테이지 뿐만 아니라 상기 투영광학계도 지지하는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 마루바닥상에 놓여 있는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 광원은 엑시머레이저인 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 레티클스테이지와 상기 웨이퍼스테이지는, 상기 투영광학계의 배율에 대응하는 속도비율로, 동기관계로 주사되는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 레티클스테이지는, 상기 소정의 주사방향과 수직인 방향에 있어서, 상기 소정의 주사방향으로의 주사이동에 의해, 스텝이동가능한 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
  10. 제 1 항에 기재된 노광장치를 이용해서 행하는 노광처리를 포함하는 절차에 따라 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 주사노광장치.
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