KR20080101751A

KR20080101751A - 노광장치

Info

Publication number: KR20080101751A
Application number: KR1020080045253A
Authority: KR
Inventors: 타츠야 하야시
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2008-11-21
Also published as: US20080285713A1; JP2008288377A; TW200912552A; US7692762B2; SG148102A1

Abstract

본 발명은, 광학소자에의 탈가스화에 의해 방출된 가스입자의 부착을 억제함으로써, 광학소자의 반사율을 가능한 높게 유지해서 광학소자의 메인티넌스 빈도를 최소화한 EUV 노광장치를 제공한다. 노광장치는 극자외광을 사용해서 원판의 패턴을 기판 상에 노광한다. 상기 노광장치는 상기 극자외광이 입사하는 광학소자, 상기 광학소자를 지지하는 경통, 상기 경통이 수납되는 챔버, 및 상기 극자외광의 광로를 이 광로의 외측에서 둘러싸도록 상기 경통 내부에 설치된 격벽을 가진다.

Description

노광장치{EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은 극자외("EUV")광을 사용해서 노광을 실시하는 노광장치에 관한 것이다.

최근, 반도체를 제조하기 위한 광리소그래피 기술은 i선 및 g선으로부터 KrF 엑시머 레이저 및 ArF 엑시머 레이저까지의 단파장을 가진 노광광의 사용이 진행되어 왔다. 단파장을 가진 노광광의 사용이 진행되면, 보다 미세한 마스크 패턴을 웨이퍼에 전사하는 것이 가능해진다. 그러나, 가는 임계치수("CD")를 가진 패턴의 노광에는, 자외광을 사용한 리소그래피에서는 원리적 한계가 있다. 따라서, 자외광보다 단파장인 13 내지 20nm의 파장을 가진 EUV광을 사용한 EUV 리소그래피가 주목을 받고 있다.

EUV광은 대표적으로 13.5nm의 파장을 가져서, 종래의 광리소그래피보다 훨씬 더 작은 해상도를 실현하는 것이 가능하지만, 물질에 흡수되기 쉽다. 이 때문에, 자외광을 광원으로 사용한 리소그래피와 같이 대기압에서 종래의 굴절광학계를 사용하면, EUV광이 유리재료 및 유리재료 내의 가스에 흡수되어, 극히 작은 광량만이 웨이퍼 등의 기판에 도달할 수 있다. 그 때문에, EUV광에 의해 노광을 실시하기 위 해서는, 진공 중에서 반사광학계를 사용할 필요가 있다. 일본국 특개 2003-45782호 공보에는, EUV광을 노광광으로서 사용하는 축소투영 노광장치가 개시되어 있다.

EUV 노광장치 내가 진공 환경이 되면, 노광장치 내에 놓여진 액튜에이터나, 레지스트를 도포한 기판으로부터의 탈가스가 발생한다. EUV광이 기판에 도포한 레지스트에 조사되면, 웨이퍼 상의 조사영역으로부터도 탈가스가 발생한다. 탈가스화에 의해 방출된 가스의 성분에는 탄화수소가 함유되어 있어서, 이 탄화수소가 광학소자 표면에 부착한 후, EUV광과의 광화학 반응에 의해 광학소자 표면에 카본층을 형성한다. 탈가스화에 의해 방출된 가스의 성분에는 수분도 함유되어 있어서, 광학소자 표면에 수분이 부착한 후, 광학소자 표면이 산화되게 된다. 광학소자 표면에 형성된 카본층, 또는 산화에 의한 광학소자 표면의 열화는 광학소자의 반사율을 감소시킨다. 반사율의 감소에 의해 노광장치의 스루폿을 저하시켜서, 생산성의 저하에 연결된다.

본 발명은 광학소자에의 탈가스화에 의해 방출된 가스입자의 부착을 억제함으로써, 광학소자의 반사율을 가능한 한 높게 유지해서, 광학소자의 메인티넌스 빈도를 최소화한 EUV 노광장치를 제공한다.

본 발명의 1 측면으로서의 노광장치는, 극자외광을 사용해서 원판의 패턴을 기판 상에 노광한다. 상기 노광장치는 상기 극자외광이 입사하는 광학소자, 상기 광학소자를 지지하는 경통, 상기 경통이 수납되는 챔버, 및 상기 극자외광의 광로를 이 광로의 외측에서 둘러싸도록 상기 경통 내부에 설치된 격벽을 가진다.

본 발명의 다른 특징은 이하의 첨부도면을 참조해서 설명되는 다음의 전형적인 실시예에 의해 명백해질 것이다.

본 발명에 의하면, 광학소자에의 탈가스화에 의해 방출된 가스입자의 부착을 억제함으로써, 광학소자의 반사율을 가능한 한 높게 유지해서, 광학소자의 메인티넌스 빈도를 최소화한 EUV 노광장치를 제공할 수 있다

바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하면서 이하에 설명한다

도 1에 EUV광(여기서는, 0.1 내지 30nm, 보다 바람직하게는 10 내지 15nm의 파장의 광을 말함)을 사용한 본 발명의 실시예 1에 의한 노광장치를 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같이, (8)은 EUV 광원(도시하지 않음)으로부터 방출되어 조명광학계(도시하지 않음)로 안내되는 EUV광을 나타낸다. 원판조명미러(1)에 의해 EUV광(8)을 원판(11)에 조사한다. (2) 내지 (7)은 투영광학계의 다층미러를 나타낸다. 각각, (2)는 제 1 미러, (3)은 제 2 미러, (4)는 제 3 미러, (5)는 제 4 미러, (6)은 제 5 미러, (7)은 제 6 미러이다. 미러(2) 내지 (7)의 각각은 경통(72)에 의해 지지를 받는다. (11)은 원판, (12)는 원판유지장치, (15)는 원판스테이지, (17)은 원판스테이지(15)를 둘러싸는 원판스테이지공간, (22)는 웨이퍼, (24)는 웨이퍼유지장치, (21)은 웨이퍼스테이지, (27)은 웨이퍼스테이지(21)를 둘러싸는 웨이퍼스테이지 공간을 각각 나타낸다.

도면에 도시하지 않은 수개의 EUV 광원이 있다. 레이저 생성 플라스마 광원 은 이들 중의 하나이며, 타겟재의 선택에 의해 필요한 파장대만의 발광이 가능하다. 예를 들면, 펄스 노즐로부터 공급된 타겟재인 Xe에 펄스 레이저를 조사함으로써 파장 13 내지 14nm의 EUV광이 플라스마로부터 방사된다.

조명광학계(도시하지 않음)는 복수 매의 다층미러와 옵티컬 인티그레이터로 구성되어 있다. 조명광학계는 광원으로부터 방사된 광을 효율적으로 집광하고, 노광영역의 조도를 균일하게 하는 역할을 한다. 옵티컬 인티그레이터는 마스크를 균일하게 소정의 개구수("NA")에 의해 조명하는 역할을 한다.

투영광학계를 구성하는 미러(2) 내지 (7)의 각각은 Mo, Si가 교대로 코팅된 다층미러이다. 상기 다층미러에는 조명광학계로부터 사출된 EUV광이 입사된다. 이 다층막은 EUV광의 수직 입사의 반사율이 67% 정도이기 때문에, 다층미러에 흡수된 에너지의 대부분은 열로 변환된다. 따라서, 미러의 기판 재료에는 저열팽창 유리가 사용된다.

원판스테이지(15) 및 웨이퍼스테이지(21)의 양자는 진공 환경하에서 구동하는 기구를 구비하고, 축소 배율에 비례한 속도비에 의해 동기해서 주사될 수 있다. 원판스테이지(15) 및 웨이퍼스테이지(21)의 위치나 자세는 레이저간섭계(도시하지 않음)에 의해 관측되고 제어된다.

원판(11)은 원판스테이지(15) 상의 원판유지장치(12)에 의해 유지된다. 웨이퍼(22)는 웨이퍼스테이지(21) 상의 웨이퍼유지장치(24)에 의해 유지된다. 원판스테이지(15) 및 웨이퍼스테이지(21)는 원판(11) 및 웨이퍼(22)의 위치결정을 하기 위한 미동기구를 각각 가진다.

1회의 노광이 끝나면, 웨이퍼스테이지(21)는 X 및 Y방향으로 다음의 주사노광 개시위치로 스텝 이동해서, 노광을 재개한다.

도 1에 도시된 미러(2) 내지 (7)의 각각에는 그것의 자세를 제어하는 구동부(122)가 구비되어 있다. 상기 구동부(122)나 센서, 케이블(도시하지 않음) 이 진공 환경하에 노출되면, 탈가스가 발생하는 것은 널리 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 구동부(122)는 후술하는 격벽(61) 내지 (63)에 의해 둘러싸이는 공간 외부에 설치될 수 있다.

웨이퍼(22) 상(기판 상)에 EUV광(8)의 조사에 의해, 웨이퍼(22)에 도포된 레지스트와의 광화학 작용에 의해서도, 탈가스가 발생하는 것이 알려져 있다.

레지스트, 구동부(122), 도시하지 않은 센서, 또는 케이블로부터 발생하는 탈가스는 주로 수분과 탄화수소를 포함하고 있다. 수분은 미러 표면을 산화시키고, 또한 탄화수소는 미러(2) 내지 (7)의 표면에 카본층을 형성한다. 이들 양자 모두는 미러(2) 내지 (7)의 광학특성을 열화시킬 수 있다. 각 미러(2) 내지 (7)의 반사율을 유지하기 위해서는, 노광장치(10) 내의 탈가스화에 의한 방출된 가스입자가 미러(2) 내지 (7)에 도달하는 것을 방지해야 한다.

본 실시예에서는 노광장치(10) 내에서 발생한 탈가스로부터 미러(2) 내지 (7)를 보호하려고 시도하여, 경통(72) 내부에 격벽(61) 내지 (63)을 형성한다. 구동부(122)나 센서(도시하지 않음) 등의 탈가스를 발생시키는 부재는 격벽(61) 내지 (63) 및 미러(2) 내지 (7)에 의해 둘러싸인 공간 내에 들어갈 수 없도록 격벽(61) 내지 (63)을 구성하는 것이 가능하다. 이 구성에 의해 미러(2) 내지 (7)의 반사면 과 EUV광(8)의 광로를 포함한 공간 내에 탈가스의 유입을 억제해서, 미러(2) 내지 (7)를 탈가스화에 의한 어떤 오염으로부터도 보호할 수 있다.

격벽(61) 내지 (63)은 노광광(EUV광)(8)을 차단되지 않도록 유지해서 각 미러(2) 내지 (7)과의 접촉을 회피하도록 배치될 수 있다. 미러(2) 내지 (7)과 격벽(61) 내지 (63)의 비접촉 배치에 의해 미러(2) 내지 (7)의 자유도를 확보한다.

또한, 공급유닛(51) 내지 (53)이 격벽(61) 내지 (63) 내에 불활성 가스를 공급하여 탈가스로부터 미러(2) 내지 (7)를 보호하기 위해 구비되어 있다. 격벽(61) 내지 (63)의 외부는 챔버 내의 가스를 배기하기 위한 배기유닛(31) 내지 (34)에 의해 진공 배기되기 때문에, 불활성 가스를 공급한 각각의 격벽(61) 내지 (63) 내부의 압력은 그 외부의 압력보다 높게 유지된다. 각각의 격벽(61) 내지 (63)의 내부와 외부 압력 간의 차이를 제어하거나, 또는 챔버 내부와 연통하는 격벽(61) 내지 (63)내의 개구부로부터의 불활성 가스의 흐름을 제어함으로써, 각각의 격벽(61) 내지 (63)의 내부에 탈가스의 유입이 억제될 수 있다. 각각의 격벽(61) 내지 (63)의 내부는 고순도의 불활성 가스로 충전되어 있다. 불활성 가스는 그것의 탈가스 농도가 감소되어, 미러(2) 내지 (7)에 방출가스입자 부착하는 것을 최소화한다. 격벽(61) 내지 (63)의 내부에 공급되는 불활성 가스에는 EUV광(8)에 대해 높은 투과율을 나타내는 헬륨 또는 아르곤이 될 수 있다.

노광장치(10) 내부의 압력은 압력계(41) 및 (42)에 의해 관리된다. 불활성 가스의 공급유닛(51) 내지 (53)에 의해 노광장치(10) 내부의 압력을 일정한 레벨로 유지하도록 불활성 가스의 흐름을 제어한다. 예기치 않은 이상에 의해 노광장 치(10)의 내부의 압력이 규정된 레벨을 초과한 경우, 공급유닛은 불활성 가스의 공급을 자동적으로 정지하는 수단을 가진다.

노광장치(10)의 내부를 챔버벽(9), 경통(72), 및 격벽(61) 내지 (63)에 의해 공간적으로 분리하여, 각각의 공간에 있어서의 탈가스화에 의한 진공도나 탈가스 분압을 개별적으로 관리할 수 있다. 상기 장치의 내부에 있어서, 챔버벽(9)은 경통(72)을 수납하고, 경통은 격벽(61) 내지 (63)을 수납하고 있다. 각 공간의 진공도나 탈가스 분압에 의거하여 불활성 가스 공급량을 각 공간에서 개별적으로 제어함으로써 불활성 가스 공급량을 절약할 수 있다.

노광장치(10)의 내부의 격벽(61) 내지 (63)에 의해 불활성 가스를 공급하는 공간 용적을 저감시켜서, 불활성 가스 공급량을 절약할 수 있다.

도 2는 실시예 2에 의한 EUV 노광장치의 개략도이다. 도 2의 구성요소는 도 1의 구성요소에 대응하는 구성요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략한다. 본 실시예는 실시예 1과 유사하므로, 실시예 1과 다른 개소에 대해서만 설명한다.

경통(72)의 격벽(61) 내지 (63)은 EUV광(8)을 통과시키기 위한 개구부를 가진다. 이 개구부를 통하여 격벽(61) 내지 (63) 내부에 탈가스가 유입하는 것을 막기 위해 격벽(61) 내지 (63)의 개구부를 미러(2) 내지 (7)에 인접되게 할 수 있다. 그러나, 상기 가스는 확산 작용에 의해 매우 작은 공간에서도 격벽 내부에 진입되는 것을 상정할 수 있다.

본 실시예는 탈가스화에 의한 방출가스가 확산에 의해 각 격벽(61) 내지 (63)의 내부에 유입하는 경우에도, 각 격벽(61) 내지 (63)의 내부의 탈가스 농도를 저감할 수 있는 EUV 노광장치를 제공한다.

확산 작용에 의해 상기 격벽에 유입하는 탈가스 농도를 감소시키기 위해서는, 격벽(61) 내지 (63) 내부의 분위기를 고순도의 불활성 가스로 신속하게 치환하는 것이 효과적이다. 격벽(61) 내지 (63) 내부에 공급되는 불활성 가스를 신속히 외부에 유출시킴으로써 격벽(61) 내지 (63) 내부의 분위기는 신속히 치환될 수 있다. 실시예 1에서는 EUV광(8)을 통과시킬 수 있는 하나의 개구부만을 격벽(61) 내지 (63)으로부터 불활성 가스를 유출시키는 개구부로서 이용하지만, 본 실시예에서는 적어도 1개 이상 개구부를 추가한다. 격벽(61) 내지 (63)은 미러(2) 내지 (7)와 인접하여 배치되어서, EUV광(8)이 격벽(61) 내지 (63)을 통과할 수 있는 개구부는 미러(2) 내지 (7)에 의해 거의 차단된다. 따라서, 격벽(61) 내지 (63)의 각각의 내부와 경통(72)을 연통하는 유로는 협소해서, 격벽(61) 내지 (63) 내의 불활성 가스는 격벽(61) 내지 (63)으로부터 유출되기 어렵다. EUV광(8)을 통과시키는 개구부 이외에, 격벽(61) 내지 (63) 내부와 격벽 외부가 서로 연통한 개구부(81) 내지 (83)를 형성함으로써 격벽(61) 내지 (63)으로부터 불활성 가스의 유출을 용이하게 한다. EUV광(8)이 통과하지 않는 개구부(81) 내지 (83)는 구동부(122)나 센서(도시하지 않음)가 인접하지 않은 부분에 배치될 수 있다. 격벽(61) 내지 (63)으로부터 탈가스화에 의해 방출된 가스를 함유한 불활성 가스는 경통(72) 내부를 배기하는 배기유닛(32) 및 (33)에 의해 노광장치(10)로부터 배기된다. 본 실시예에 의하면 확산에 기인해서 탈가스화에 의해 방출된 가스가 격벽(61) 내지 (63)의 내부에 유 입하는 경우에도, 격벽(61) 내지 (63)의 내부의 탈가스 농도를 감소시킬 수 있어서, 투영광학계의 미러(2) 내지 (7)에 방출가스가 부착하는 것을 최소화한다.

도 3은 실시예 3에 의한 EUV 노광장치의 개요를 나타내는 개략도이다. 본 실시예는 기본적으로 실시예 1과 마찬가지이므로, 실시예 1과 다른 개소에 대해서만 설명한다.

경통(72) 내부의 격벽(61) 내지 (63)은 배기덕트(84) 내지 (86)를 가지고 있다. 배기덕트(84) 내지 (86)은 격벽(61) 내지 (63)의 내부의 공간과 배기유닛(35) 내지 (37)의 흡기구를 공간적으로 연결해서, 격벽(61) 내지 (63) 내부에 공급한 불활성 가스를 노광장치(10)로부터 배기한다. 실시예 2에서 나타낸 EUV광(8)이 통과하지 않는 개구부(81) 내지 (83)의 부근의 구동부(122)나 센서(도시하지 않음)로부터 발생하는 탈가스화의 확산작용에 의해 격벽(61) 내지 (63)의 내부에 방출된 가스가 유입할 가능서을 배제하는 데 본 실시예는 효과적이다. 격벽(61) 내지 (63) 내부의 분위기를 고순도의 불활성 가스로 치환하는 경우에 격벽(61) 내지 (63)의 내부의 탈가스 농도를 감소시킨다. 배기유닛(35) 내지 (37)의 진동에 의한 미러(2) 내지 (7)에의 영향을 감소시키기 위해서 배기덕트(84) 내지 (86)와 배기유닛(35) 내지 (37)의 접속부에는 진동 절연부(도시하지 않음)가 구성되어 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상기의 노광장치(10)를 사용한 디바이스의 제조 프로세스의 일례로서 반도체 디바이스의 제조프로세스를 설명한다. 도 4는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 전체적인 제조 프로세스의 플로우를 설명하는 흐름도이다. 스텝 1(회로설 계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계된 회로패턴을 가진 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 사용해서 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전공정으로도 부르며, 상기의 마스크와 웨이퍼를 사용해서 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)은 후공정으로도 부르며, 스텝 4에서 제작된 웨이퍼를 사용해서 반도체 칩화하는 공정이며, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징공정(칩 밀봉) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이들 공정을 거쳐서 반도체 디바이스가 완성되고, 이것을 출하(스텝 7)한다.

도 5는 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연층을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기의 노광장치를 사용하여 회로패턴의 상을 웨이퍼에 투영한다. 스텝 17(현상)에서는 노광된 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트의 상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복해서 웨이퍼 상에 다층 회로패턴을 형성한다.

본 발명은 전형적인 실시예를 참조하면서 설명하였지만, 본 발명은 상기 개시된 전형적인 실시예로 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하 특허 청구범 위는 이러한 모든 변경과 등가의 구성 및 기능을 망라하도록 최광의로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 EUV 노광장치의 구성을 나타내는 개략 단면도;

도 2는 본 발명의 실시예 2에 의한 EUV 노광장치의 구성을 나타내는 개략 단면도;

도 3은 본 발명의 실시예 3에 의한 EUV 노광장치의 구성을 나타내는 개략 단면도;

도 4는 도 1 내지 도 3에 나타내는 노광장치를 사용하는 디바이스의 제조방법을 설명하는 흐름도;

도 5는 도 4에 도시된 스텝 4의 한층 더 상세한 흐름도.

[주요부분에 대한 도면부호의 설명]

1: 원판조명미러 2 ~ 7: 제 1 ~ 제 7 미러

8: EUV광 10: 노광장치

11: 원판 12: 원판유지장치

15: 원판스테이지 17: 원판스테이지공간

21: 웨이퍼스테이지 22: 웨이퍼

24: 웨이퍼유지장치 27: 웨이퍼스테이지 공간

35 ~ 37: 배기유닛 61 ~ 63: 격벽

72: 경통 84 ~ 86: 배기덕트

Claims

극자외광을 사용해서 원판의 패턴을 기판 상에 노광하는 노광장치로서,

상기 극자외광이 입사하는 광학소자;

상기 광학소자를 지지하는 경통;

상기 경통이 수납되는 챔버; 및

상기 극자외광의 광로를 이 광로의 외측에서 둘러싸도록 상기 경통 내부에 설치된 격벽

을 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 격벽은 상기 광학소자와 비접촉인 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 챔버 내의 가스를 배기하는 배기유닛; 및

상기 격벽으로 둘러싸인 공간 내에 불활성 가스를 공급하는 공급유닛

을 부가하여 포함하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 노광장치는 상기 챔버의 내부와 연통하는 개구를 부가하여 포함하고 있 는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항에 있어서,

상기 노광장치는 상기 격벽으로 둘러싸인 공간 내의 가스를 배기하는 배기유닛을 부가하여 가지는 것을 특징으로 하는 노광장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 노광장치는 상기 광학소자를 구동하는 액츄에이터를 부가하여 가지고, 상기 액츄에이터는 상기 격벽으로 둘러싸인 공간 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.