KR20080021567A - 노광장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

노광장치 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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light
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캐논 가부시끼가이샤
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Abstract

노광장치는 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및 노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되, 상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체를 통해서 기판의 노광을 실시한다. 상기 검출 디바이스는 상기 액체 없는 기판의 표면에 대응하는 제1 화상 데이터를 미리 기억하는 기억부; 및 노광된 기판의 화상을 포착하는 촬상부를 포함한다. 상기 검출 디바이스는 상기 제1 화상 데이터와 상기 촬상부에 의해 얻어진 제2 화상 데이터 간의 비교에 의거해서 액적을 검출한다.

Description

노광장치 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 반도체 디바이스 등의 디바이스 제조 공정에 있어서 이용되는 액침 노광 기술에 관한 것이다.
축소투영노광장치는 초미세패턴을 구비한 반도체 디바이스(예를 들어, LSI(large-scale integrated) 회로 혹은 VLSI(very-large-scale integrated) 회로)의 제조 공정에서 이용되고 있다. 축소형 투영 노광장치는 마스크에 형성된 패턴을 감광제가 도포된 기판 위에 축소 투영하여, 그 패턴을 상기 기판에 전사한다. 반도체 디바이스에 있어서의 집적도가 향상함에 따라, 더욱 미세한 회로 패턴의 제조가 요구되고 있다. 레지스트 프로세스의 발전과 함께, 더욱 미세 패턴화를 달성할 수 있는 노광장치를 발전시키는 데 노력을 해왔다.
노광장치의 해상력을 증가시키는 전형적인 방법은, 노광 파장을 짧게 하거나 또는 투영 광학계의 개구수(NA)를 크게 하는 것이다. 노광 파장에 대해서는, 365 ㎚의 i선의 사용으로부터 약 248 ㎚의 발진 파장을 가진 KrF 엑시머 레이저로부터 발사된 광의 사용으로 이행하고 있다. 또한, 약 193 ㎚의 발진 파장을 가진 ArF 엑시머 레이저도 개발 중에 있다. 또한, 약 157 ㎚의 발진 파장을 가진 불소(F2) 엑시머 레이저도 개발 중에 있다.
이와 동시에, 액침법을 이용하는 투영 노광 방법이 현재 주목되고 있다. 이 액침법은 해상력을 증가시키는 기술이지만, 이것은 전술한 방법들과는 완전히 다른 방법이다. 종래의 방법에서는, 투영 광학계의 최종면과 노광 대상 기판 표면(예를 들어, 웨이퍼 표면) 사이의 공간은 기체로 채워져 있었지만, 액침법에서는, 이 공간을 액체로 채운 상태에서 투영 노광을 실시한다. 액침법의 이점은, 투영 광학계와 웨이퍼 사이의 공간을 채우는 액체의 굴절률이 "n"인 경우, 액침법에서 사용되는 광원과 동일한 파장을 가진 광원을 이용하는 종래 방법에 의해 달성될 수 있는 해상력보다 더 높은 "n"배의 해상력을 얻을 수 있다는 점이다. 예를 들면, 투영 광학계와 웨이퍼 사이의 공간을 순수(굴절률 1.33)로 채웠을 경우, 액침법에서 웨이퍼에 결상하는 광선의 최대 입사각이 종래 방법과 동일하다면, 액침법에 사용하는 광원의 파장이 종래 방법에서 사용하는 광원의 파장과 동일하다고 해도, 액침법에 의해 얻어지는 해상력은 종래 방법에 의해 얻어지는 것보다 1.33배 높다. 이것은 종래 방법의 투영 광학계의 NA를 1.33배로 증가시키는 것과 등가이다. 또, 액침법에 의하면, 종래 방법에서는 얻을 수 없는 1 이상의 NA에 해당하는 해상력을 얻는 것이 가능하다.
액침법을 적용한 종래의 노광장치의 예로는, 일본국 공개 특허 평6－124873호 공보에 개시된 노광장치를 들 수 있다. 도 9A 및 도 9B는 이 노광장치의 구성 을 나타낸다. 도 9A의 노광장치에서는, 액조(챔버)(109) 내에 액체(130)를 채우는 것에 의해서, 투영 광학계(104)의 최종면(광학 소자(107))과 웨이퍼(102) 사이의 공간이 액체(130)로 채워지게 된다. 또, 액조(109) 안에는, 웨이퍼 카세트(110)로부터 웨이퍼(102)를 반입해서 웨이퍼 척(112) 상에 해당 웨이퍼(102)를 놓기 위한 웨이퍼 반송 장치 및 대강의 위치 결정 유닛(111－1) 내지 (111-4)의 일부 또는 전부가 배치되어 있다. 액조(109) 안에는, 또한 웨이퍼 척(112), XY스테이지(113) 및 미동 스테이지(114)가 배치되어 있다. 도 9A에 있어서, 참조 미러(116)는 미동 스테이지(114)에 대해서 X 및 Y방향(Y방향은 도시 생략)으로 장착되어 미동 스테이지(114)의 위치를 계측하기 위해서 레이저 간섭계(115)로부터의 광을 반사한다. 또, 액조(109)는 레이저 간섭계(115)로부터의 광을 통과시킬 수 있는 창(117)을 구비하고 있다. 액조(109)의 바깥쪽에 설치된 단열재(118)는 액조(109)를 외부로부터 열적으로 차단한다.
도 9A의 노광장치에 있어서 웨이퍼(102)의 전체 면의 노광이 완료되면, 반송 펌프(122)가 다시 작동해서, 액조(109)로부터 액체(130)를 배출하기 시작한다. 이때, 항상 액체(130)의 높이를 모니터하는 액체 높이 게이지(119)는, 액체(130)의 높이가 웨이퍼 척(112)의 면보다 약간 낮아진 시점에서, 반송 펌프(122)를 정지시킨다. 따라서, 액조(109)로부터 배출된 액체(130)의 양은 적다. 그 후, 웨이퍼 척(112)의 진공을 오프 상태로 한다. 다음에, 웨이퍼 척(112) 상의 웨이퍼(102)를 반출 핸드(111-4)로 이동시켜, 웨이퍼 카세트(110)에 수납한다. 웨이퍼 카세트(110)에 웨이퍼(102)를 수납하기 직전의 시점에서, 웨이퍼(102)의 양면에 깨끗한 공기를 불어넣음으로써, 액체(130)를 웨이퍼(102)로부터 제거할 수 있다.
또, 상기 일본국 공개 특허 평6－124873호 공보에는, 도 9B에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 척(112)을 포함한 부분만을 액조(109) 내에 배치한 구성도 개시되어 있다. 또한, 액조(109)의 밑면에 웨이퍼 척(112)을 직접 배치해서, 미동 스테이지(114) 상에 액조(109)를 배치한 구성예도 개시되어 있다. 즉, 일본국 공개 특허 평6－124873호 공보에 개시되어 있는 노광장치에서는, 투영 광학계(104)의 최종면과 웨이퍼(102) 전체를 액조(109) 안에 배치한 방법이 개시되어 있다.
액침법을 노광장치에 적용한 다른 예로는 국제 특허 공개 WO 99/049504호 공보가 있다. 상기 국제 특허 공개 WO 99/049504호에 개시된 노광장치에서는, 투영 광학계와 웨이퍼면 사이의 공간에만 액체를 공급하여, 상기 공간을 액체로 채우는 방법이 개시되어 있다.
도 10은 일본국 공개 특허 제2002－057100호 공보에 개시되어 있는 노광장치(153)와 도포/현상 장치(152) 사이의 인라인 접속을 나타내고 있다. 노광장치(153)의 웨이퍼 반송 로봇은 도포/현상 장치(152)로부터 웨이퍼를 받으면 웨이퍼 스테이지(노광 스테이지)(155)로 해당 웨이퍼를 반송하고, 노광된 웨이퍼도 동일한 웨이퍼 반송 로봇이 도포/현상 장치(152)로 반송하고 있다. 또, 도포/현상 장치(152)에서는, 레지스트를 도포한 웨이퍼를 노광장치(153)에 인접한 인터페이스(154)에 반송하는 로봇이 노광된 웨이퍼를 가열부로 반송하고 있다.
그런데, 상기 종래의 노광장치에 있어서는, 노광 후에 투영 광학계와 웨이퍼면의 사이의 액체를 외부로 배출해도, 투영 렌즈의 최종면에는 일부의 액체가 남아 있을 가능성이 있다. 이것은 웨이퍼의 취급시 투영 렌즈의 최종면에 부착되어 있는 액체가 웨이퍼 위에 낙하할 가능성이 있는 것을 의미한다. 게다가, 웨이퍼 위의 액체가 웨이퍼의 반송시 웨이퍼 척에 낙하하면 로컬 디포커스의 원인이 되어 수율 저하를 일으킨다. 또한, 이것은 웨이퍼 척 교환을 필요로 하여, 교환과 관련해서 장시간 장치가 정지되므로, 디바이스 생산에 주는 영향은 크다. 또, 노광된 젖은 웨이퍼를 반송할 때 반송 핸드에 액체가 부착하면, 이 액체는 또한 후속으로 반송하게 될 미노광의 웨이퍼에 부착하게 된다. 즉, 크로스 오염이 발생한다. 이것은 로컬 디포커스의 원인이 되어 수율 저하를 일으킨다고 하는 문제가 있었다.
또한, 액체가 부착되어 있는 웨이퍼를 도포/현상 장치로 반송해서 가열 처리를 실시하면, 액체의 증발열로 온도 불균일이 발생해서 선폭(CD: critical dimention) 균일성이 악화된다. 또, 노광된 웨이퍼가 모두 젖어 있는 가정 하에 고속 스핀 건조 등을 실시하면, 노광장치의 구조가 복잡해져서, 비용 증가, 나아가서는 처리량(throughput)의 저하를 초래한다.
본 발명은 전술한 배경을 감안해서 이루어진 것으로, 액침법을 적용한 노광장치에 있어서의 기판 위의 액적을 검출하는 기술을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 노광장치는 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및 노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하고, 상기 투영 광학계와 기판 사이의 간극에 채워진 액체를 통해서 기판의 노광을 실시한다. 상기 검출 디바이스는 미노광 기판의 표면에 대응하는 제1 화상 데이터를 미리 기억하는 기억부; 및 노광된 기판 표면의 화상을 포착하는 촬상부를 포함한다. 상기 검출 디바이스는 상기 제1 화상 데이터와 상기 촬상부에 의해 얻어진 제2 화상 데이터 간의 비교에 의거해서 액적을 검출한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 노광장치는 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및 노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하고, 상기 투영 광학계와 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시한다. 상기 검출 디바이스는 상기 기판의 표면을 따라서 광을 조사하는 조사부; 상기 기판 위의 이물로부터 산란된 광을 검출하는 광 검출부; 및 상기 광 검출부에 의해 얻어진 화상 데이터를 평활화하는 평활화부를 포함한다. 상기 검출 디바이스는 상기 평활화부에 의해 얻어진 화상 데이터에 의거해서 상기 액적을 검출한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 노광장치는 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및 노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하고, 상기 투영 광학계와 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시한다. 상기 검출 디바이스는 상기 기판의 표면에 광을 조사하는 조사부; 상기 광이 조사된 표면으로부터 P편광을 검출하는 제1 광 검출부; 및 상기 광이 조사된 표면으로부터 S편광을 검출하는 제2 광 검출부를 포함한다. 상기 검출 디바이스는 상기 제1 광 검출부에 의해 얻어진 화상 데이터와 상기 제2 광 검출부에 의해 얻어진 화상 데이터에 의거해서 액적을 검출한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 노광장치는 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및 노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하고, 상기 투영 광학계와 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시한다. 상기 검출 디바이스는 상기 기판의 표면에 적외광을 조사하는 조사부; 및 상기 적외광이 조사된 표면으로부터의 광을 검출하는 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 포함한다. 상기 검출 디바이스는 상기 푸리에 변환 적외 분광광도계에 의해 얻어진 스펙트럼에 의거해서 액적을 검출한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 디바이스를 제조하는 방법은 전술한 노광장치 중의 하나를 이용해서 기판을 노광하는 단계; 해당 노광된 기판을 현상하는 단계; 및 상기 현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 단계를 포함한다.
전술한 것 이외의 기타 특징과 이점 등은 후술하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 설명으로부터 당업자에게 명백할 것이다. 이하의 설명에서는, 별도로 형성된 첨부 도면을 참조하나, 그 도면은 본 발명의 일례를 나타낸 것이다. 그러나, 이러한 예는 본 발명의 각종 실시형태를 망라하는 것은 아니므로, 본 발명의 범주를 규정하기 위해서는 이하의 상세한 설명에 이은 특허청구범위를 참조할 필요가 있다.
명세서에 포함되고, 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시형태를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
이상, 본 발명의 노광장치에 의하면, 미리 기억시켜둔 액적의 스펙트럼 데이터와 비교해서 액적의 분류를 실시함으로써, 웨이퍼 위의 이물 및 디바이스 패턴으로부터 액적을 명확하게 식별하는 것이 가능하다고 하는 이점을 가진다.
또, 본 발명에 의하면, 액침법을 적용한 노광장치 및 노광 방법의 실용성을 높일 수 있고, 예를 들어, 액적을 검출할 수 있다. 또, 액적이 검출된 경우에만 액적을 제거하면, 장치의 처리량의 저하를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 장치 정지 시간량을 단축할 수 있거나 혹은 수율의 악화를 저감할 수 있다. 동시에, 노광장치로부터 반송된 웨이퍼를 처리하는 반도체 제조 장치 혹은 검사 장치의 성능 악화의 가능성을 저감할 수 있다. 또, 노광장치의 복잡화 억제 혹은 소형화를 가능하게 할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면, 노광광으로서 자외광을 이용해서 투영 광학계와 기판(예를 들면, 웨이퍼) 사이의 공간을 액체로 채우는 액침법이 적용되는 모든 노광장치에 유효하다. 그러한 노광장치의 예로는, 기판을 정지시킨 상태로 해당 기판에 원판의 패턴을 투영 전사하는 노광장치나, 기판과 원판을 동기 주사(scan)하면서 해당 기판에 해당 원판의 패턴을 슬릿 광에 의해 주사 노광하여 형성하는 노광 장치를 포함할 수 있다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 액침형 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 도 1a를 참조하면, ArF 엑시머 레이저나 F2 레이저 등의 노광 광원(도시 생략)으로부터 사출된 광이 조명 광학계(2)에 공급된다. 조명 광학계(2)는 노광 광원으로부터 공급된 광을 이용해서, 레티클(원판)(1)의 일부를, 슬릿 형상 단면을 가진 슬릿광에 의해 조명한다. 조명 광학계(2)는 슬릿광에 의해서 레티클(1)을 조명하고 있는 동안, 레티클(1)을 유지하는 레티클 스테이지(원판 스테이지)(3)와 웨이퍼(기판)(9)를 유지하는 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지)(10)는 서로 동기하면서 주사 이동한다. 이러한 동기 주사에 의해서, 레티클(1) 상의 패턴 전체가 투영 광학계(4)를 개입시켜 웨이퍼(9) 위에 연속적으로 결상되어, 웨이퍼(9) 표면의 레지스트를 노광시킨다. 레티클 스테이지(3) 및 웨이퍼 스테이지(10)는 각각 정반(14) 및 정반(15) 상에 놓여 있다.
참조 미러(11)와 레이저 간섭계(12)는 레티클 스테이지(3) 및 웨이퍼 스테이지(10)의 이차원적인 위치를 실시간에 계측한다. 이들 계측치에 의거해서, 스테이지 제어장치(13)는, 레티클(1)(또는 레티클 스테이지(3))이나 웨이퍼(9)(또는 웨이퍼 스테이지(10))의 위치 결정이나 동기 제어를 실시한다. 웨이퍼 스테이지(10)는 웨이퍼(9)의 상하 방향의 위치, 회전 방향 및 기울기를 조정, 변경 혹은 제어하는 구동 장치를 포함한다. 노광시에는, 이 구동 장치는 투영 광학계(4)의 초점면에 웨이퍼(9) 위의 노광 영역이 항상 고정밀도로 합치하도록 웨이퍼 스테이지(10)를 제어한다. 여기서, 웨이퍼(9)의 상부 면의 위치(상하 방향 위치와 기울기)는, 광포커스 센서(도시 생략)에 의해서 계측되어 스테이지 제어장치(13)에 공급된다.
　노광장치 본체는 환경 챔버(28) 안에 설치되어 있어 노광장치 본체를 둘러싸는 분위기 온도가 소정의 온도로 유지된다. 또한, 레티클 스테이지(3), 웨이퍼 스테이지(10) 및 간섭계(12)를 둘러싸는 공간이나, 투영 광학계(4)를 둘러싸는 공간에는, 개별적으로 온도 제어된 공기조절 공기가 송풍된다. 따라서, 분위기 온도가 더욱 고정밀도로 유지된다. 노광장치 본체의 정면 쪽에는 웨이퍼 반송장치(27)가 놓여 있다.
다음에, 도 1a 및 도 1b를 참조하면서, 웨이퍼의 반송 공정을 설명한다. 도 1b는 도 1a의 노광장치의 단면을 웨이퍼 반송 높이에서 취하여 표시한 평면도로, 웨이퍼 반송 공정을 모식적으로 나타낸 도이다.
우선, 도포/현상 장치의 웨이퍼 반송 장치(도시 생략)에 의해 이송 위치(24)에 놓인 웨이퍼를 반송 로봇(23)이 프리얼라인먼트부(pre-alignment unit)(19)로 반송한다. 웨이퍼를 프리얼라인먼트부(19)에 놓은 후, 웨이퍼의 수평 방향과 회전 방향의 위치결정을 행한다. 다음에, 공급 로봇(20)이 프리얼라인먼트부(19)로부터 웨이퍼 스테이지(10)에 웨이퍼를 반송한다. 웨이퍼(9)는 웨이퍼 스테이지(10)에 의해 유지된 상태에서 투영 광학계(4) 밑의 노광 개시 위치로 이동된다. 노광 개시 위치 근방에서 액체 공급 노즐(5)로부터 웨이퍼(9) 위에 액체가 공급된다. 그 후, 상기 설명한 액침법에 의해 노광이 수행된다.
노광 완료 후, 액체 회수 노즐(6)에 의해 웨이퍼(9) 위의 액체는 회수된다. 웨이퍼(9)는 웨이퍼 스테이지(10)에 유지된 상태에서 액체 회수 노즐(6) 밑으로부터 웨이퍼 회수 위치(29)로 이동된다. 이때, 웨이퍼(9) 표면 위에 부착되어 있을 수도 있는 액적을, 액체 회수 노즐(6) 밑으로부터 웨이퍼 회수 스테이션(22)까지의 반송 경로 상에서 검출하기 위해서, 액적 검출기(30)가 웨이퍼 스테이지(10)가 이동하는 웨이퍼 스테이지 경로 상에 배치되어 있다. 웨이퍼가 웨이퍼 회수 위치(29)에 도달했을 때에 웨이퍼(9) 위에서 액적이 검출되지 않으면, 웨이퍼 회수 위치(29)에서의 웨이퍼는 회수 로봇(21)에 의해 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로 반송된다. 웨이퍼 회수 위치(29)로부터 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로 웨이퍼가 반송되는 웨이퍼 반송 경로 상에는 에어 나이프(40)가 배치되어 있다. 웨이퍼(9)가 웨이퍼 회수 위치(29)에 도달했을 때에 웨이퍼(9) 위에서 액적이 검출되어 있는 경우에는 에어 나이프(40)가 해당 웨이퍼(9)로부터 액적을 제거한다. 반송 로봇(23)은 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로부터 이송 위치(25)로 웨이퍼(9)를 반송한다. 도포/현상 장치의 웨이퍼 반송 장치(도시 생략)는 웨이퍼를 이송 위치(25)로부터 도포/현상 장치로 반송한다.
도포/현상 장치로부터 웨이퍼를 환경 챔버(28)에 공급하는 대신에, 환경 챔버(28) 안에 있는 웨이퍼 캐리어 유닛(26)으로부터 반송 로봇(23)이 미노광의 웨이퍼를 꺼내 프리얼라인먼트부(19)로 반송하고, 노광된 웨이퍼를 회수 스테이션(22)으로부터 웨이퍼 캐리어 유닛(26)에 수납해도 무방하다. 어느 경우에도, 반송 로 봇(23)은 미노광의 웨이퍼도 노광된 웨이퍼도 반송한다.
본 실시형태에서는 투영 광학계(4)와 웨이퍼(9) 사이의 공간 혹은 간극을 액체로 채우는 액침법을 채용하고 있다. 이 액침법은, 웨이퍼(9)의 위쪽 및 투영 광학계(4)의 근방에 배치된 액체 공급 노즐(5)에 의해, 또한 투영 광학계(4)를 사이에 두고 액체 공급 노즐(5)의 반대쪽에 배치된 액체 회수 노즐(6)에 의해서 실현된다.
이하, 본 실시형태에서 수행되는 액침법에 대해 상세하게 설명한다. 노광장치가 노광 중에 웨이퍼(9)를 주사하는 웨이퍼 주사 방향의 상류쪽인 동시에 투영 광학계(4)의 근방에 액체 공급 노즐(5)가 배치되어 있다. 여기서, 웨이퍼 주사 방향의 상류쪽이란, 예를 들어, 웨이퍼(9)를 오른쪽에서 왼쪽으로 이동시킬 경우, 제 2 방향의 반대 방향인 제 1 방향에 있어서 오른쪽이다. 즉, 웨이퍼 주사 방향(제2 방향)을 화살표(50)로 표시한 경우, 그 화살표(50)의 시작점을 향하는 방향(제1 방향)이 웨이퍼 주사 방향에 있어서 상류쪽을 향하는 방향이다. 투영 광학계(4)를 사이에 두고 액체 공급 노즐(5)의 반대쪽(즉, 웨이퍼 주사 방향의 하류쪽)에는 액체 회수 노즐(6)이 배치되어 있다.
액체 공급 노즐(5)은 공급관(16)을 개입시켜 액체 공급 장치(7)에 접속되어 있다. 마찬가지로, 액체 회수 노즐(6)은, 회수관(17)을 개입시켜 액체 회수 장치(8)에 접속되어 있다. 액체 공급 장치(7)는, 예를 들어, 액체를 모으는 탱크, 액체를 공급하는 펌핑 장치, 액체의 공급 유량을 제어하는 유량 제어장치 및 액체의 공급 온도를 제어하기 위한 온도 제어장치를 포함할 수 있다. 액체 회수 장 치(8)는, 예를 들어, 회수한 액체를 일시적으로 모으는 탱크, 액체를 빨아 들이는 흡인 장치 및 액체의 회수 유량을 제어하기 위한 유량 제어장치를 포함할 수 있다. 액침제어장치(18)는, 예를 들어, 웨이퍼 스테이지(10)의 현재 위치, 속도, 가속도, 목표 위치 및 이동 방향에 대한 정보를 스테이지 제어장치(13)로부터 입수한다. 액침제어장치(18)는, 이러한 정보에 의거해서, 액침의 개시나 중지, 또는 액체의 유량을 제어하는 명령을 액체 공급 장치(7)나 액체 회수 장치(8)에 제공한다.
이하, 투영 광학계(4)와 웨이퍼(9) 사이의 공간에 액체를 채우는 공정을 설명한다. 우선, 웨이퍼(9)가 정지한 상태 또는 이동하고 있는 상태에서, 액체 공급 노즐(5)로부터 웨이퍼(9) 위에, 예를 들어 실질적으로 일정 유량으로 액체(F)를 공급한다. 그리고, 액체 공급 노즐(5)의 하부 면과 웨이퍼(9)의 상부 면에 액체를 밀착시킴으로써, 충분한 액막을 형성할 수 있다. 다음에, 공급 노즐(5)로부터 액체(F)를 계속 공급한 채로, 형성된 액막을 파손시키는 일없이 웨이퍼(9)의 이동을 개시한다. 웨이퍼(9)가 노광 개시 위치에 이르면, 슬릿광을 이용한 주사 노광이 개시된다. 웨이퍼(9)가 더욱 이동해서 노광 종료 위치에 이르면, 슬릿광을 이용한 노광이 종료된다. 슬릿광을 이용한 노광이 종료되면, 액체 공급 노즐(5)로부터의 액체(F)의 공급을 정지한다. 웨이퍼(9)를 웨이퍼 주사 방향으로 이동시키면서, 남은 액체를 액체 회수 노즐(6)에 의해서 회수한다. 이상 설명한 바와 같이, 웨이퍼(9)의 이동에 수반해서 액막이 퍼지도록, 웨이퍼(9)를 이동시키면서 웨이퍼(9)의 표면 위에 액체 공급 노즐(5)로부터 연속적으로 액체를 공급한다. 이것에 의하면, 투영 광학계(4)의 최종면(4s)과 웨이퍼(9) 사이의 간극을 연속적인 액막(파손되지 않은 액막)으로 채울 수 있다. 또, 웨이퍼의 이동 속도에 대해서 상대적으로 액막의 확산 속도가 느리기 때문에, 나머지 액체는 액체 회수 노즐(6)을 통해 확실히 회수될 수 있다.
통상, 상기와 같은 액체의 공급/회수 방법에 따르면 노광된 웨이퍼 위의 모든 액적의 회수가 가능하다. 그러나, 액체 회수 노즐(6) 혹은 투영 광학계 최종면(4s)에 부착한 일부의 액적이 웨이퍼 위에 낙하할 가능성이 있다. 또한, 이것이 일어나기 어렵다고 하더라도, 웨이퍼 위에 낙하한 액적은 웨이퍼의 반송시 웨이퍼 척에 더욱 낙하하여, 로컬 디포커스의 원인이 되어 수율 저하를 일으킬 수 있다. 게다가, 이것은 웨이퍼 척의 교환을 필요로 하고, 이 교환과 관련해서 장시간 장치가 정지되므로, 디바이스의 생산성에 주는 영향은 크다. 또, 노광된 젖은 웨이퍼를 반송할 때 반송 로봇(23)의 핸드에 액체가 부착되면, 이 액체가 다음에 반송할 미노광의 웨이퍼에 부착되는 크로스 오염이 발생한다. 이것은 로컬 디포커스의 원인이 되어 수율 저하를 일으킨다고 하는 문제가 있었다.
또한, 액체가 부착되어 있는 웨이퍼를 도포/현상 장치에 반송해서 가열 처리하면, 액체의 증발열로 온도 불균일이 발생해서 CD 균일성이 악화된다고 하는 프로세스상의 문제가 발생한다. 또, 노광된 웨이퍼가 모두 젖어 있는 것으로 상정해서 고속 회전 건조 등을 실시하면, 노광장치의 구조가 복잡하게 된다. 이것은 비용 증가를 초래할 뿐만 아니라, 처리량을 저하시킨다고 하는 문제가 있었다. 따라서, 웨이퍼 위의 액적을 검출해서 그 검출된 액적에 따라 적절하게 웨이퍼를 건조시키는 것이 필요하다. 본 실시형태의 노광장치는 웨이퍼 위의 액적을 검출하는 수단 및 웨이퍼로부터 액적을 제거할 수 있는 액적 제거기를 구비하고 있다.
도 2는 본 실시형태에 따른 웨이퍼(9) 위의 액적을 검출하는 액적 검출기(검출 장치)(30)를 나타낸 개략도이다. 액적 검출기(30)는, 광을 방출하는 조명 수단(51)(조사 수단)(51) 및 광을 검출하는 광 검출부(52)를 포함한다. 조명 수단(51)으로서는 적외선 광원을 사용하고, 광 검출부(52)로서는 CCD(charge-coupled device) 센서 카메라를 사용하고 있다. 조명 수단(51)으로서는 적외선 광원 이외에 레지스트를 노광시키지 않는 파장을 가진 광원을 사용할 수 있다. 조명 수단(51)의 예로는 레이저 빔원, 레이저 시트 빔원, 레이저 주사 빔원, LED(light-emitting diode) 및 황색 필터가 부착된 전구를 들 수 있다. 광 검출부(52)로서는, 상기 조명 수단(51)의 파장에 감도가 있는 광 검출 디바이스를 이용할 수 있다. 광 검출부(52)의 예로는 CCD 센서 혹은 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 등의 2차원 센서, 라인 센서 등의 1차원 센서 및 광전 센서 등을 들 수 있다. 상기 조명 수단(51)은, 액침 노광이 실시되고, 웨이퍼 스테이지(10)에 유지된 상태에서 액체 회수 노즐(6) 아래로부터 웨이퍼 회수 위치(29)로 이동하는 웨이퍼(9)에 대해 적외광의 섬광을 발광한다. 이와 같이 해서, 웨이퍼(9) 및 그 위의 액적(d)의 화상을 CCD 카메라에 의해 포착한다. 본 실시형태에서는, CCD 센서 카메라는 웨이퍼 스테이지(10)의 전체 면의 화상을 포착할 수 있는 시야를 가진다. 그러나, CCD 센서 카메라가 좁은 시야를 갖거나 혹은 투영 렌즈 등의 존재로 인해 웨이퍼(9)의 전체 면을 관찰할 수 없는 경우에도, 웨이퍼 스테이지(10)의 움직임에 수반해서 연속적으로 웨이퍼(9)를 촬영함으로써, 웨이퍼(9)의 전체 화상 을 분할해서 포착하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 웨이퍼(9)의 전체면 위의 액적을 검출할 수 있다. 또, CCD 센서 카메라의 자세를 바꾸면서 웨이퍼(9)의 전체 화상을 분할해서 포착하고, 이 분할 화상을 후에 화상 처리에 의해 함께 맞추어도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 또, 2차원 센서(CCD나 CMOS 등) 이외에도 1차원 센서(라인 센서 등)를 광 검출부(52)로 사용했을 경우에도, 웨이퍼 스테이지(10)의 이동 혹은 광 검출부(52)의 자세를 제어함으로써 웨이퍼(9)와 CCD 센서 카메라의 상대운동을 허용하여 웨이퍼(9)의 전체 면 위의 액적을 검출하는 것이 가능하다.
반도체 장치 제조 프로세스에서는, 웨이퍼 표면에 다른 층을 적층함으로써 디바이스를 형성한다. 따라서, 노광장치에 반입된 웨이퍼에 있어서, 소정 층 위의 디바이스 패턴은 전형적으로 1 ㎛ 정도의 두께를 가진 얇은 레지스트막으로 도포되어 있다. CCD 센서 카메라에 의해 포착한 웨이퍼 화상에는, 액적뿐만 아니라 얇은 레지스트막을 통해 보이는 디바이스 패턴이나 웨이퍼 위에 부착된 이물도 관찰될 것이다. 이것은 액적을 웨이퍼 위의 디바이스 패턴 및 이물로부터 판별하는 것이 필요한 것을 의미한다. 본 실시형태에서는, CCD 센서 카메라에 의해 포착한 화상은 제어장치(도시 생략) 안에 있는 액적 판별 수단에 의해 처리되어, 액적이 웨이퍼 위의 이물 혹은 디바이스 패턴으로부터 판별될 수 있다.
이하, CCD 센서 카메라에 포착된 화상에 있어서 액적을 웨이퍼 위의 디바이스 패턴으로부터 판별하는 판별 수단의 예에 대해 설명한다.
도 3은 본 실시형태에 따른 액적을 웨이퍼 위의 디바이스 패턴으로부터 판별하는 판별 수단을 나타낸 블록도이다. 화상 입력부(60)로서 기능하는 광 검출 부(52)(즉, CCD 센서 카메라)에 의해 포착된 화상 데이터는 메모리(61a)에 기억된다. 화상 처리 프로세서(62)는 이 화상 데이터를 기억 메모리(63a)에 미리 기억시켜둔 화상 데이터와 비교해서, 웨이퍼 위의 액적을 식별한다. 기억 메모리(63a)에 미리 기억된 화상 데이터는, 웨이퍼 표면 위에 액적이 없을 때에 상기 CCD 센서 카메라에 의해 포착되어야 할 화상 데이터이다. 예를 들어, 기억 메모리(63a)에 미리 기억된 화상 데이터는 그러한 웨이퍼를 실제로 상기 CCD 센서 카메라로 촬상함으로써 얻어진 화상 데이터이거나, 웨이퍼 위에 형성된 디바이스 패턴을 나타내는 데이터에 근거해서 생성된 화상 데이터여도 무방하다. 또, 상기 비교에는 당업자에게 알려진 여러 가지의 수법을 적용 가능할 수 있다. 예를 들어, 화상 간의 차이분의 계산이나 상관을 산출하고, 화상 간에 차이가 나는 영역을 추출하는 각종 유형의 화상간 연산(산출)이 상기 비교에 적용 가능하다. 또, 웨이퍼 위의 액적의 식별에 부가해서, 웨이퍼 스테이지(10)의 좌표에 대한 정보를 기초로 액적의 위치와 크기를 판단한다. 얻어진 액적의 위치와 크기 정보에 따라, 제어장치(도시 생략)는 액적 제거기를 제어한다. 또, 웨이퍼 위에 액적이 없는 것으로 검출된 경우, 제어장치(도시 생략)는 액적 제거 처리를 실시하지 않도록 제어한다.
본 실시형태에서는, 액침노광용의 액침 유체로서 순수를 사용하고 있다. 이것은 검출해야 할 액적 및 제거해야 할 액적은 순수 액적인 것을 의미한다. 그러나, 액침 노광용의 액침 유체는 순수로 한정되는 것은 아니다. 퍼플루오로폴리에테르(예를 들어, 폼블린(Fomblim)) 등의 액침 유체를 사용하더라도 액적은 마찬가지로 검출해서, 제거할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는 웨이퍼(9) 위의 액적을 검출하는 액적 검출기(30)는 웨이퍼 스테이지(10)가 이동하는 웨이퍼 스테이지 경로 상에 배치되어 있다. 그러나, 액적 검출기는 웨이퍼 스테이지 경로로부터 이송 위치(25)까지의 웨이퍼 반송 경로 상의 어느 위치에 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 액적 검출기가 웨이퍼 회수 위치(29), 웨이퍼 회수 스테이션(22), 반송 로봇(23) 혹은 이송 위치(25) 위쪽에 배치되어 있어도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
게다가, 본 실시형태에서는, 웨이퍼(9)가 웨이퍼 회수 위치(29)로부터 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로 반송되는 반송 경로 상에 액적 제거기로서 기능하는 에어 나이프(40)가 배치되어 있다. 그러나, 액적 제거기는 웨이퍼 스테이지 경로로부터 이송 위치(25)까지의 웨이퍼 반송 경로 상의 어느 위치에 배치되어 있어도 된다. 예를 들어 액적 제거기가 웨이퍼 회수 위치(29), 웨이퍼 회수 스테이션(22), 반송 로봇(23) 혹은 이송 위치(25) 위쪽에 배치되어 있어도 마찬가지 효과를 얻을 수 있다. 에어 나이프(40)의 대체품으로서, 액침노즐(예를 들어, 액체 회수 노즐(6))을 이용해서 액적을 제거해도 무방하다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태에 따른 액침형 노광장치의 구성은 기본적으로는 제1 실시형태의 것과 마찬가지이다. 이하, 도 1b를 참조해서, 제2 실시형태의 웨이퍼의 반송 공정을 설명한다. 우선, 반송 로봇(23)은 도포/현상 장치의 웨이퍼 반송 장치(도시 생략)에 의해 이송 위치(24)에 놓여진 웨이퍼를 프리-얼라인먼트부(19)에 반송한다. 웨이퍼를 프리얼라인먼트부(19)에 탑재한 후, 웨이퍼의 수평 방향과 회전 방향의 위치 결정을 수행한다. 다음에, 공급 로봇(20)이 프리얼라인먼트부(19)로부터 웨이퍼 스테이지(10)에 웨이퍼를 반송한다. 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(10)에 유지된 상태에서 투영 광학계(4) 아래의 노광 개시 위치로 이동한다. 액적을 검출하는 액적 검출기(30)는 웨이퍼가 이송 위치(24) 또는 프리얼라인먼트부(19)로부터 투영 광학계(4) 아래의 노광 개시 위치에 반송되는 웨이퍼 반송 경로 상에 배치되어 있다. 이때 노광 전(액침 전)의 웨이퍼 표면 위의 디바이스 패턴의 화상을 액적 검출기(30)의 카메라로 포착해서 제1 화상 데이터 메모리(도시 생략)에 기억한다.
그 다음에, 노광 개시 위치 근방에서, 액체 공급 노즐(5)(도 1a 참조)로부터 웨이퍼(9) 위에 액체가 공급된다. 그 후, 전술한 액침법에 의해 노광을 행한다. 노광 완료 후, 웨이퍼(9) 위의 액체는 액체 회수 노즐(6)에 의해 회수된다. 웨이퍼(9)는, 웨이퍼 스테이지(10)에 의해 유지된 상태에서, 액체 회수 노즐(6) 아래로부터 웨이퍼 회수 위치(29)로 이동한다. 웨이퍼 회수 위치(29)로 이동하는 동안, 노광 후의 웨이퍼(9)(즉, 노광된 웨이퍼)의 표면의 화상을 웨이퍼(9) 위쪽의 액적 검출기(30)의 카메라로 포착해서 제1 화상 데이터 메모리(63b)에 기억한다. 웨이퍼 회수 위치(29)에서의 웨이퍼(9)는 회수 로봇(21)에 의해 회수 스테이션(22)으로 반송된다. 에어 나이프(40)는 웨이퍼(9)가 웨이퍼 회수 위치(29)로부터 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로 반송되는 웨이퍼 반송 경로상에 배치되어 있다. 반송 로봇(23)은 웨이퍼 회수 스테이션(22) 위의 웨이퍼를 이송 위치(25)에 반송한다. 도포/현상 장치의 웨이퍼 반송 장치(도시 생략)는 이송 위치(25)의 웨이퍼를 도포/현 상 장치로 반송한다.
도포/현상 장치로부터 웨이퍼의 공급을 받는 대신에 환경 챔버(28) 안에 있는 웨이퍼 캐리어 유닛(26)으로부터 반송 로봇(23)이 미노광 웨이퍼를 꺼내 프리얼라인먼트부(19)로 반송하고, 노광된 웨이퍼를 웨이퍼 회수 스테이션(22)으로부터 웨이퍼 캐리어 유닛(26)에 수납해도 된다. 어느 경우에도, 반송 로봇(23)은 미노광 웨이퍼와 노광된 웨이퍼의 양쪽 모두를 반송한다.
도 4는 본 실시형태에 따른 웨이퍼 위의 디바이스 패턴으로부터 액적을 판별하는 판별 수단을 나타내는 블록도이다. 화상 입력부(60)로서 작용하는 카메라에 의해서 포착된 미노광 웨이퍼의 화상을 나타내는 화상 데이터는 제1 화상 데이터 메모리(63b)에 기억된다. 또, 마찬가지 방법으로 포착된 노광된 웨이퍼의 화상을 나타내는 화상 데이터는 제2 화상 데이터 메모리(61b)에 기억된다. 화상 처리 프로세서(62)는 제2 화상 데이터 메모리(61b)에 기억된 화상 데이터를 제1 화상 데이터 메모리(63b)에 미리 기억된 화상 데이터를 비교함으로써, 웨이퍼 위의 액적을 식별한다. 동시에, 웨이퍼 스테이지(10)의 좌표에 대한 정보에 의거해서 액적의 위치와 크기를 판단한다. 얻어진 액적의 위치 및 크기에 대한 정보로 따라, 제어부(도시 생략)는 액적 제거기를 제어하고 있다. 또, 웨이퍼 위에 액적이 없는 것으로 검출되었을 경우, 제어장치(도시 생략)는 액적 제거 프로세스가 수행되지 않도록 제어를 실시하고 있다.
[제3 실시형태]
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 의한 조명 수단으로서 레이저(71), 그리고 광 검출부로서 라인 센서(72)를 사용한 액적 검출기를 나타내고 있다. 레이저(71)로부터 발사된 레이저 빔은 웨이퍼(9)의 상부 표면의 근방에서 웨이퍼(9)에 평행하 게 이동하면서 조사된다. 라인 센서(72)의 긴 쪽이 웨이퍼(9)의 상부 표면 및 레이저 빔에 평행하도록 라인 센서(72)가 배치된다. 라인 센서(72)의 보다 긴 쪽에 직교하는 방향으로 웨이퍼 스테이지(10)를 이동함으로써 웨이퍼(9)의 전체 표면을 주사할 수 있다. 라인 센서(72)로부터의 신호를 화상 처리함으로써 웨이퍼 전체 면 위의 액적의 검출을 실시할 수 있다. 웨이퍼 위에 액적이 있는 경우에는, 라인 센서(72)가 액적에 의해 산란된 레이저광을 수광하게 되므로, 액적의 존재를 검출한다.
이하, 라인 센서(72)에 의해 포착된 화상에 있어서 액적을 웨이퍼 위의 이물 혹은 디바이스 패턴으로부터 판별하는 판별 수단에 대해 설명한다. 본 실시형태에서는 화상 처리계로서 저역 통과 필터(low pass filter)(평활화 필터 또는 평활화 수단이라고도 칭함)를 사용하여, 액적을 웨이퍼 위의 이물 혹은 디바이스 패턴으로부터 판별하고 있다. 통상, 웨이퍼 위의 이물을 검출하는 검사 장치는 미세한 이물을 검출하기 위해서 낮은 주파수를 통과시키는 저역통과필터를 사용하지는 않는다. 본 실시형태에 대해서는, 일례로서 1 mm 정도의 직경을 가진 액적을 수십 ㎛의 직경을 가진 이물로부터 판별하기 위해서 주파수 대역이 100 ㎑ 이하인 저역통과필터를 사용하고 있다.
도 6A는 라인 센서(72)로부터 출력된 액적 및 이물의 신호의 파형을 나타낸다. 가로축은 라인 센서에서의 위치를 나타내는 한편, 세로축은 라인 센서(72)로 부터의 출력의 강도를 나타내고 있다. 도 6B 및 도 6C는 각각 도 6A의 파형을 저역통과필터를 이용해서 처리한 결과의 파형을 나타낸다. 어떠한 저역통과필터도 사용하지 않고 얻어진 도 6A의 파형에서는, 웨이퍼 위의 이물을 나타내는 이물 신호의 레벨이 높다. 그러나, 주파수대역이 100 ㎑ 이하인 저역통과필터를 사용하면, 이물 신호의 레벨은 도 6B 및 도 6C에 표시된 바와 같이 액적의 신호 레벨보다 더욱 크게 감쇠된다. 이것으로 인해, 액적과 이물 간의 판별을 할 수 있다. 저역통과필터의 대역은 100 ㎑ 이하가 바람직하고, 10 ㎑ 이하가 보다 바람직하다. 또, 웨이퍼 위의 이물의 신호 레벨을 감쇠하기 위해서, 광 검출부를 디포커스시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 라인 센서(72)로부터의 출력 파형을 처리하기 위해 아날로그의 저역통과필터를 이용하고 있다. 그러나, 라인 센서(72)의 출력을 디지털화함으로써 얻어진 디지털 화상 데이터를 처리하기 위해서는, 디지털의 공간적 저역통과필터를 이용해도 무방하다. 그 경우, 상기 공간적 저역통과필터의 공간 주파수대역을 액적 및 이물의 크기에 따라 적절히 정하면 된다.
[제4 실시형태]
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 액적 검출 수단의 구성예를 나타낸다. 도 7의 액적 검출기에서는, 조명 수단으로서 작용하는 적외선 램프(81)의 광 투사 측에 확산판(82)을 배치하고 있다. 이것에 의해 웨이퍼(9)를 대략 균일하게 조명하고 있다. 광 검출부에서는 웨이퍼(9)로부터의 반사광을 분기 광학계(83)에 의해서 2개의 광선으로 분기시키고, 이들 2개의 광선은 각각의 제1 및 제 2 광검출 소자(84), (85)에 입사시키고 있다. 분기 광학계(83)와 제1 및 제 2 광 검출소자(84), (85) 사이에는, 각각 편광판(86), (87) 및 웨이퍼(9)의 상을 제1 및 제2 광 검출소자(84), (85) 상에 결상시키는 결상 광학계(88), (89)가 배치되어 있다. 편광판(86) 및 편광판(87)은 각각 P편광과 S편광이 각각 투과할 수 있도록 배치되어 있다. 제1 및 제2 광 검출 소자(84), (85)는 CMOS 센서 혹은 CCD 센서 등의 2차원 센서, 또는 라인 센서 등의 1차원 센서일 수도 있다. 제1 및 제 2 광 검출소자(84), (85)는 화상 처리부(도시 생략)와 접속되어 있다.
도 8은 공기 중에 있어서의 P편광 및 S편광의 물 표면에 대한 입사각도와 반사율의 관계를 나타낸 그래프이다. 세로축은 반사율을 나타내는 한편, 가로축은 입사각을 나타내고 있다. 상기 그래프로부터 P편광과 S편광이 동일한 입사각에 대한 반사율이 다른 것을 알 수 있다. 특히 입사각 40도에서 85도 사이에서는 P편광과 S편광 간의 반사율에 차이가 상당하므로, 각각의 조명 수단 및 광 검출부의 광축의 각도를 40도에서 85도 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 웨이퍼(9)에서 반사한 광은 분기 광학계(83)에 의해서 2개에 광선으로 분기되어, 그중 하나는 P편광으로부터만 유래된 화상을 제1 광 검출 소자(84) 위에 결상하고, 또 다른 하나는 S편광으로부터 유래된 화상을 제2 수광 소자(85) 위에 결상한다. P편광 및 S편광에 의거한 이들 동시 포착된 화상의 비교는 물의 식별을 가능하게 하고 있다.
도 8의 그래프는 입사각이 53.1도인 경우 P편광의 반사율이 최저인 것을 나타내고 있다. 이 각도를 브루스터 각도(Brewster's angle)라 칭한다. 이 각도에 서는, P편광만을 검출하는 제1 광 검출 소자(84) 상에는 물로부터의 반사광은 거의 입사하지 않고, S편광만을 검출하는 제2 광 검출소자(85)에 의해서만 물로부터 반사된 광이 검출된다. 따라서, 제1 및 제2 광 검출 소자(84, 85)로부터의 신호 간의 비교에 의해 보다 명확하게 물의 식별을 행할 수 있다. 이와 같이 해서, 각각의 조명 수단 및 광 검출부의 광축의 각도를 약 53.1도, 즉, 브루스터 각도 정도로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
퍼플루오로폴리에테르(예를 들어, 폼블린) 등의 물 이외의 액침노광용액(또는 액침유체)을 사용할 경우에도, 편광 방향, 입사각도 및 반사율의 관계를 조사해서 반사율의 차이를 얻을 수 있는 입사각도, 반사 각도 및 편광 방향을 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 웨이퍼(9) 위의 레지스트 면에 대해서도, 도 8의 경우와 같이 공기 중에 있어서의 P편광 및 S편광의 입사각도와 반사율 간의 관계를 계측하고, 이 관계가 액침액의 관계와 현저하게 차이가 나도록 하는 입사각도, 반사 각도 및 편광 방향을 선정하는 것이 바람직하다.
[제5 실시형태]
본 발명의 제5 실시형태로서, 이하, 조명 수단으로서 적외선 광원을 사용하고, 광 검출부로서 적외광에 감도가 있는 광 검출 소자를 사용하고, 푸리에 변환 적외 분광법에 의해 얻어진 스펙트럼에 의거해서 액적을 식별하는 액적 검출기에 대해 설명한다.
분자에 파장(에너지)이 다른 적외선을 조사하면, 분자 진동 고유의 에너지 레벨에 대응하는 특정 파장을 가진 적외선이 흡수되어, 분자의 구조에 대응한 특유 의 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이러한 적외 흡수스펙트럼을 이용하면, 화합물 구조의 추정이나 화합물의 정량, 나아가서는 기지의 물질의 스펙트럼과의 비교에 의거한 물질의 분류를 행하는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는 광 검출부에 있어서 간섭계를 사용해서 광을 검출하고, 데이터를 푸리에 변환해서 스펙트럼화하는 FT－IR(Fourier transform infrared spectrophotometer: 푸리에 변환 적외 분광 광도계)을 사용함으로써, 웨이퍼 위의 액적을 식별하고 있다. 본 실시형태는 미리 기억시켜둔 액적의 스펙트럼 데이터와 비교해서 액적의 분류를 실시함으로써, 웨이퍼 위의 이물 및 디바이스 패턴으로부터 액적을 명확하게 식별하는 것이 가능하다고 하는 이점을 가진다.
상기 실시형태에 의하면, 액침법을 적용한 노광장치 및 노광 방법의 실용성을 높일 수 있다. 예를 들면, 액적을 검출할 수 있다. 또, 이들이 검출된 경우에만 액적을 제거하면, 장치의 처리량의 저하를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 장치 정지 시간량을 단축할 수 있거나 혹은 수율의 악화를 저감할 수 있다. 동시에, 노광장치로부터 반송된 웨이퍼를 처리하는 반도체 제조 장치 혹은 검사 장치의 성능 악화의 가능성을 저감할 수 있다. 또, 노광장치의 복잡화 억제 혹은 소형화를 가능하게 할 수 있다.
상기 실시형태는 본 발명을 노광장치에 적용한 예이지만, 본 발명은 액침노광된 기판을 검사하는 검사 장치나, 노광된 기판을 처리하는 레지스트 도포/현상 장치 등의 디바이스 제조 장치에 적용하는 것도 가능하다. 예를 들어, 본 발명은 공지의 구조를 가진 액침형 노광장치와 인라인 접속을 통해서 접속된 디바이스 제 조 장치에 적용할 경우 유효하다. 이 경우, 예를 들어, 노광장치 내의 반송계가 반입계와 반출계로 분리되어 있으면, 상기 실시형태와 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.
[ 마이크로디바이스 제조의 실시예 ]
이하, 전술한 액침형 노광장치를 이용한 마이크로디바이스(예를 들어, IC나 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막 자기 헤드 혹은 마이크로머신 등)의 제조 프로세스를 설명한다.
도 11은 반도체 디바이스의 제조의 순서의 예를 나타낸다. 스텝 S1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로설계를 실시한다. 스텝 S2(마스크 제작)에서는 설계한 회로 패턴이 형성된 마스크(원판 또는 레티클이라 칭함)를 제작한다. 한편, 스텝 S3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료로부터 웨이퍼(기판이라고도 칭함)를 제조한다. 스텝 S4(웨이퍼 프로세스)는 전 공정으로 불리며, 노광장치에 놓인 상기 제조한 마스크와 웨이퍼를 이용해서, 리소그래피 기술에 의해서 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 S5(조립)는 후 공정으로 불리며, 스텝 S4에서 제작된 웨이퍼를 이용해서 반도체 칩화하는 공정이다. 상기 후 공정은 어셈블리 공정(다이싱, 본딩), 패키징 공정(칩 밀봉) 등의 조립 공정을 포함한다. 스텝 S6(검사)에서는 스텝 S5에서 제작된 반도체 디바이스에 대해 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이들 공정 후, 반도체 디바이스가 완성되어, 스텝 S7에서 출하된다.
상기 스텝 S4의 웨이퍼 프로세스는 산화 공정, CVD(chemical vapor deposition: 화학적 기상 증착) 공정, 전극형성공정, 이온주입공정, 레지스트 처리 공정, 노광 공정, 현상 공정, 에칭 공정 및 레지스트 제거공정을 포함한다. 산화 공정에서는 웨이퍼 표면을 산화시킨다. CVD 공정에서는, 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 전극 형성 공정에서는, 웨이퍼 위에 전극을 증착에 의해서 형성한다. 또, 이온주입공정에서는, 웨이퍼에 이온을 주입한다. 레지스트 처리 공정에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 노광공정에서는, 상기의 노광장치를 이용해서, 회로 패턴을 가지는 마스크를 개입시켜 레지스트 처리 공정 후의 웨이퍼를 노광한다. 현상 공정에서는, 상기 노광 공정에서 노광이 실시된 웨이퍼를 현상한다. 에칭 공정에서는, 상기 현상된 레지스트상 이외의 부분을 에칭한다. 다음에, 레지스트 제거 공정에서는, 에칭 후에 남아 있는 임의의 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 공정을 반복해서 실시함으로써서, 웨이퍼 위에 다중 회로 패턴을 형성한다.
본 발명의 몇몇 실시형태는 다음과 같이 구체화될 수 있음을 알 수 있다.
1. 액침형 노광장치는 웨이퍼 위의 액적을 검출하는 액적 검출기를 포함한다. 상기 액적 검출기는 액적 판별 수단을 포함한다.
2. 상기 액적 검출기는 화상 처리 프로세서, 기억장치, 또는 CPU(중앙처리장치) 등의 처리/판별 수단을 포함한다.
3. 상기 액적 판별 수단은 액적을 웨이퍼 위의 이물 혹은 디바이스 패턴으로부터 판별한다.
4. 상기 액적 검출기는 웨이퍼 스테이지 또는 웨이퍼 반송 디바이스에 배치된다.
5. 상기 액적 검출기는 노광된 웨이퍼를 조명하는 조명 수단 및 웨이퍼로부터의 반사된 광을 검출하는 광 검출부를 포함한다.
6. 액침형 노광장치는 웨이퍼 위의 액적을 제거하는 액적 제거기가 웨이퍼 스테이지 또는 웨이퍼 반송 디바이스에 배치되도록 구성된다.
7. 상기 액적 판별 수단은 노광된 웨이퍼의 화상을 웨이퍼 위의 회로 패턴의 미리 기억시켜둔 화상을 비교해서 액적을 식별한다. 상기 미리 기억시켜둔 화상은 예를 들어 현재까지 사용된 원판의 패턴에 근거해서 작성될 수 있다.
8. 대안적으로는, 노광된 웨이퍼의 화상을 웨이퍼 반입 시 상기 광 검출부로서의 카메라에 의해 포착해서 기억해둔 미노광 웨이퍼의 화상을 비교함으로써, 액적을 식별해도 된다.
9. 상기 액적 검출기는 레이저 빔을 이용한 조명 수단, 라인 센서를 이용한 광 검출부, 해당 광 검출부의 출력을 처리하는 저역통과필터를 이용한 신호 처리계를 포함해도 된다. 이 경우, 광 검출부는 디포커스되고 있는 것이 바람직하다. 상기 저역통과필터의 대역은 바람직하게는 100 ㎑ 이하, 보다 바람직하게는 10 ㎑ 이하이다.
10. 상기 액적 검출기는 웨이퍼를 조명하는 조명 수단과 웨이퍼로부터의 반사광을 편광판을 개입시켜 검출하는 복수의 광 검출부를 포함하여, 상기 복수의 광 검출부가 P편광 및 S편광을 동시에 입수하도록 구성해도 된다. 이 경우, 신호 처리계는 P편광 신호와 S편광 신호의 차이분을 구하여 웨이퍼 위의 액적을 검출한다. 입사각은 브루스터 각도 근방인 것이 바람직하다.
11. 상기 액적 검출기는 상기 조명 수단으로서 적외선 광원을 사용하고, 광 검출부로서 적외광에 감도가 있는 광 검출 소자를 사용하고, 적외 푸리에 변환 분광법에 의해 얻어진 스펙트럼에 의거해서 액적을 식별하도록 구성해도 된다.
이상, 본 발명을 예시적인 실시형태를 참조해서 설명하였으나, 본 발명은 개시된 예시적인 실시형태로 제한되는 것이 아님을 이해할 필요가 있다. 이하의 청구범위의 범주는 모든 변형, 등가 구성 및 기능을 망라하도록 최광의의 해석에 따르는 것으로 간주된다.
도 1a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 액침형 노광장치의 구성예를 개략적으로 나타낸 도면;
도 1b는 도 1a의 노광장치를 웨이퍼 반송 높이에서 절단한 단면의 평면도로, 웨이퍼 반송 공정을 모식적으로 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 위의 액적을 검출하는 액적 검출기를 나타낸 개략도;
도 3은 상기 제1 실시형태에 따른 웨이퍼 위의 디바이스 패턴으로부터 액적을 판별하는 판별 수단을 나타낸 블록도;
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 웨이퍼 위의 디바이스 패턴으로부터 액적을 판별하는 판별 수단을 나타낸 블록도;
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 웨이퍼 위의 액적을 검출하는 액적 검출기를 나타낸 개략도;
도 6A 내지 도 6C는 상기 제3 실시형태에 따른 광 검출부로부터 출력된 액적 및 이물 신호를 각각 나타낸 파형도;
도 7은 본 발명의 제4 실시형태에 따른 광 검출부에 2차원 센서를 사용하는 액적 검출기를 나타낸 도면;
도 8은 공기 중에 있어서의 물 표면에 대한 입사각도와 반사율과의 예시적인 관계를 나타낸 그래프;
도 9A 및 도 9B는 종래의 액침형 노광장치를 나타낸 도면;
도 10은 종래의 노광장치 및 도포/현상 장치간의 인 라인 접속을 나타낸 도면;
도 11은 디바이스의 제조방법의 예시적인 흐름을 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 레티클(원판) 2: 조명 광학계
3: 레티클 스테이지(원판 스테이지) 4: 투영 광학계
5: 액체 공급 노즐 6: 액체 회수 노즐
9: 웨이퍼(기판)
10: 웨이퍼 스테이지(기판 스테이지)
11: 참조 미러 12: 레이저 간섭계
14, 15: 정반 23: 반송 로봇

Claims (22)

  1. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    액체없는 기판 표면에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    미노광의 기판에 대응하는 제1 화상 데이터를 미리 기억하는 기억부; 및
    노광된 기판 표면의 화상을 포착하는 촬상부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 제1 화상 데이터와 상기 촬상부에 의해 얻어진 제2 화상 데이터 간의 비교에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 기판을 반출하기 위한 위치로 상기 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기억부는 상기 액체에 기판을 침지하기 전의 미노광 기판에 대해서 상기 검출 디바이스에 의해 얻어진 화상 데이터를 상기 제1 화상 데이터로서 기억하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 노광장치에 기판을 반입하는 위치로부터, 상기 최종면에 대향한 위치로 해당 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 대해서, 상기 제1 화상 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 검출 디바이스에 의해 검출된 액적을 제거하는 제거 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 제거 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 상기 기판을 반출하는 위치로 해당 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 제거하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    액체없는 기판 표면에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    미노광의 기판에 대응하는 제1 화상 데이터를 미리 기억하는 기억부; 및
    노광된 기판 표면의 화상을 포착하는 촬상부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 제1 화상 데이터와 상기 촬상부에 의해 얻어진 제2 화상 데이터 간의 비교에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 노광장치를 이용해서 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계;
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  8. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면을 따라 광을 조사하는 조사부;
    상기 기판 표면 위의 이물로부터 산란된 광을 검출하는 광 검출부; 및
    상기 광 검출부에 의해 얻어진 데이터를 평활화하는 평활화부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 평활화부에 의해 얻어진 데이터에 의거해서 상기 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 기판을 반출하기 위한 위치로 상기 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 검출 디바이스에 의해 검출된 액적을 제거하는 제거 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 제거 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 상기 기판을 반출하는 위치로 해당 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 제거하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  12. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면을 따라 광을 조사하는 조사부;
    상기 기판 표면 위의 이물로부터 산란된 광을 검출하는 광 검출부; 및
    상기 광 검출부에 의해 얻어진 데이터를 평활화하는 평활화부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 평활화부에 의해 얻어진 데이터에 의거해서 상기 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 노광장치를 이용해서 디바 이스를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계;
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  13. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면에 광을 조사하는 조사부;
    상기 조사된 표면으로부터 P편광을 검출하는 제1 광 검출부; 및
    상기 조사된 표면으로부터 S편광을 검출하는 제2 광 검출부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 제1 광 검출부에 의해 얻어진 데이터와 상기 제2 광 검출부에 의해 얻어진 데이터에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 기판을 반출하기 위한 위치로 상기 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 검출 디바이스에 의해 검출된 액적을 제거하는 제거 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 제거 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 상기 기판을 반출하는 위치로 해당 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 제거하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  17. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면에 광을 조사하는 조사부;
    상기 조사된 표면으로부터 P편광을 검출하는 제1 광 검출부; 및
    상기 조사된 표면으로부터 S편광을 검출하는 제2 광 검출부를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 제1 광 검출부에 의해 얻어진 데이터와 상기 제2 광 검출부에 의해 얻어진 데이터에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 노광장치를 이용해서 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계;
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
  18. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면에 적외광을 조사하는 조사부; 및
    상기 적외광이 조사된 표면으로부터의 광을 검출하는 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 푸리에 변환 적외 분광광도계에 의해 얻어진 스펙트럼에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 검출 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 기판을 반출하기 위한 위치로 상기 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 검출하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  20. 제 18항에 있어서, 상기 검출 디바이스에 의해 검출된 액적을 제거하는 제거 디바이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 제거 디바이스는 상기 최종면에 대향한 위치로부터 상기 노광장치에서 상기 기판을 반출하는 위치로 해당 기판을 반송하는 경로 위에 있는 해당 기판에 부착한 액적을 제거하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  22. 원판으로부터의 광을 투영하는 투영 광학계; 및
    노광된 기판에 부착한 액적을 검출하는 검출 디바이스를 포함하되,
    상기 검출 디바이스는
    상기 기판의 표면에 적외광을 조사하는 조사부; 및
    상기 적외광이 조사된 표면으로부터의 광을 검출하는 푸리에 변환 적외 분광 광도계를 포함하고,
    상기 검출 디바이스는 상기 푸리에 변환 적외 분광광도계에 의해 얻어진 스펙트럼에 의거해서 액적을 검출하며,
    상기 투영 광학계의 최종면과 기판 사이의 간극에 채워진 액체, 상기 투영 광학계 및 상기 원판을 통해서 기판의 노광을 실시하는 노광장치를 이용해서 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 노광장치를 이용해서 기판을 노광하는 단계;
    상기 노광된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판을 처리해서 디바이스를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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