KR20090016418A - 노광장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

노광장치는, 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영해서 해당 기판을 노광한다. 노광장치는, 투영 광학계의 아래쪽의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛과, 투영 광학계의 아래쪽의 공간의 유체를 흡인하는 흡인 유닛과, 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서를 구비한다. 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 유체 센서가 검출한 것에 응답해서 흡인 유닛의 동작 상태가 변경된다.

노광장치, 투영 광학계, 흡인유닛, 공급유닛

Description

노광장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은, 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영해 기판을 노광하는 노광장치 및 그것을 사용해 디바이스를 제조하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

LSI 등의 극미세 패턴으로 구성되는 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 원판의 패턴을 감광제가 도포된 기판에 축소 투영해 전사하는 축소형 투영 노광장치가 사용되고 있다. 반도체 디바이스의 집적 밀도의 향상에 수반해, 기판에 전사해야 할 패턴의 한층 더 미세화가 요구되고 있다. 레지스트 프로세스의 발전과 동시에 노광장치의 미세화에의 대응이 이루어져 왔다.

노광장치의 해상력을 향상시키는 방법으로서는, 노광 파장을 짧게 하는 방법과 투영 광학계의 개구수(NA)를 크게 하는 방법이 일반적이다. 노광 파장은, 365nm의 i선으로부터 193nm부근의 발진 파장을 갖는 ArF 엑시머 레이저 광으로 이행하고 있다. 더욱, 157nm 부근의 발진 파장을 갖는 불소(F2) 엑시머 레이저의 개발도 행 해지고 있다.

한편, 이것들과는 완전히 다른 해상력 향상 기술로서, 액침법을 이용한 투영 노광 방법이 주목받고 있다. 종래에는, 투영 광학계의 하면과 기판 면과의 사이의 공간은 기체로 채워져 있었다. 액침법에서는, 이 공간을 액체로 채워 기판을 노광한다. 예를 들면, 투영 광학계와 기판과의 사이의 공간에 제공되는 액체는 순수한 물(굴절률 1.33)이다. 기판에 결상하는 광선의 최대 입사각이 액침법과 종래법에서 동일하다고 가정하면, 동일 파장의 광원을 이용해도, 액침법의 해상력은 종래법의 1.33배이다. 이것은 종래법의 투영 광학계의 NA를 1.33배로 증가시키는 것과 등가이다. 액침법에 의하면, 종래법에서는 불가능한 NA=1 이상의 해상력을 얻는 것이 가능하다.

이 투영 광학계의 하면과 기판 면과의 사이의 공간을 액체로 채우는 방법의 하나로서, 투영 광학계의 하면과 기판 면과의 사이의 공간에만 액체를 채우는 로컬 필법이 있다. 이것은 일본국 공개특허공보 특개 2005－19864호 및 특개 2005－101488호에 개시되어 있다.

액막의 형성을 판단하는 방법으로서 액체의 공급을 개시하고 나서의 시간으로부터 판단하는 방법이나, 공급하는 액체의 유량과 회수한 액체의 유량을 비교하는 방법이 WO 2005－081292호에 개시되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개 2005－19864호 및 특개 2005－101488호에는, 기판의 노광을 개시하기 위해서 투영 광학계의 하부의 공간에 액체가 채워진 것을 확인하기 위한 수단이나, 기판의 전 샷(shot) 영역의 노광의 종료 후에 투영 광학계의 하부의 공간으로부터 액체가 제거된 것을 확인하기 위한 수단이 어떤 것도 개시되어 있지 않다.

WO 2005－081292호에 공급 유량과 회수 유량을 비교할 방법이 개시되어 있지만, 이것은 액체의 공급 및 회수를 위한 구성이 기능하고 있는 것을 확인하는 정도의 것이다. 더욱, 회수 유량을 측정하기 위해서는, 예를 들면, 기액 혼합 상태로부터 기액 분리기를 이용해 액체만을 추출하여 그 유량을 측정하는 것이 필요할 것이다. 기액 분리기를 투영 광학계의 근방에 배치하는 것은 어렵다. 이 때문에, 회수구에서 멀리 떨어진 위치에 기액 분리기 및 유량계를 배치한다. 이것은 유량계에 의한 유량의 검출의 지연을 일으킨다.

본 발명은, 투영 광학계의 하부의 공간에 있어서의 액체의 제어(예를 들면, 액막의 형성 또는 액막의 제거)를 보다 확실히 행하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1의 측면에 있어서, 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영해 기판을 노광하는 노광장치는, 공급 유닛, 흡인 유닛, 및 유체 센서를 포함한다. 공급 유닛은, 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간에 액체를 공급한다. 상기 흡인유닛은 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간의 유체를 흡인한다. 상기 유체 센서는 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 검출한다. 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 유체 센서가 검출한 것에 응답해서 상기 흡인 유닛의 동작상태가 변경된다.

본 발명의 제 2의 측면에 있어서, 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통 해서 기판에 투영해 기판을 노광하는 노광장치는, 공급 유닛, 회수 유닛, 및 유체 센서를 포함한다. 공급 유닛은, 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간에 액체를 공급한다. 상기 회수유닛은 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간으로부터 회수관을 통해서 유체를 회수한다. 상기 유체 센서는 회수관을 통해서 흐르는 유체의 종류의 변화를 검출한다. 상기 유체의 종류의 변화를 유체 센서가 검출한 것에 응답해서 회수 유닛의 동작이 제어된다.

본 발명의 또 다른 특징들은 첨부도면을 참조하면서 이하의 실시 예로부터 밝혀질 것이다.

본 발명의 노광장치는, 원판(레티클)의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판(예를 들면, 웨이퍼)에 투영해 해당 기판을 노광한다. 여기서, "기판"은, 기술 상식에 반하지 않는 한 감광제가 도포된 기판을 의미한다. 기판의 노광을 위한 노광 광으로서는, 자외광이 사용될 수 있다. 노광장치는, 기판을 정지시킨 상태로 해당 기판을 노광하는 노광장치(이른바 스텝퍼)일 수도 있고, 또는 기판과 원판을 동기 주사하면서 해당 기판을 노광하는 노광장치(이른바 스캐너)일 수도 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 예에 따른 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2a 내지 2d는, 도 1의 일부를 상세히 나타낸 도면이다. 이 노광장치는, 스캐너(주사 노광장치)이다. 도 1에 있어서, ArF 엑시머 레이저나 F2 레이저 등의 광원(미도시)으로부터 사출된 빛이 조명 광학계(2)에 제공된다. 조명 광학계(2)는, 광원으로부터 제공된 빛을 이용해, 원판(레티클)(1)의 일부분을 슬릿 광 (슬릿에 의해 단면 형상이 규정된 빛)으로 조명한다. 슬릿 광에 의해 원판(1)을 조명하면서 원판(1)을 홀드하고 있는 원판 스테이지(레티클 스테이지)(3)와 기판(웨이퍼)(9)을 홀드하고 있는 기판 스테이지(웨이퍼 스테이지)(10)가 동기 주사된다. 이러한 동기 주사에 의해, 결과적으로, 원판(1)의 패턴의 전체가 투영 광학계(4) 및 액체를 통해서 기판(9)에 전사된다.

원판 스테이지(3)는 정반 14에 의해 지지된다. 기판 스테이지(10)는 정반 15에 의해 지지된다. 원판 스테이지(3) 및 기판 스테이지(10)의 이차원적인 위치는, 참조 미러(11) 및 레이저 간섭계(12)를 포함한 계측기에 의해 실시간으로 계측된다. 이 계측치에 근거해, 스테이지 제어유닛(13)은, 원판(1)(원판 스테이지 3)과 기판(9)(기판 스테이지 10)의 위치 결정 및 동기 제어를 행한다. 기판 스테이지(10)는, 구동 기구에 의해 구동되고, 이것에 의해, 기판(9)의 수직방향의 위치, 회전 방향, 및 기울기가 제어될 수 있다. 노광시에는, 이 구동 기구에 의해, 투영 광학계(4)의 초점면에 기판(9)의 표면이 대응하도록 기판 스테이지(10)가 제어될 수 있다. 기판(9)의 표면의 위치(수직방향의 위치와 경사)는, 도시하지 않은 광 포커스 센서에 의해 계측되고, 스테이지 제어유닛(13)에 제공된다.

노광장치의 본체는, 도시하지 않은 환경 챔버 내에 설치되고, 해당 본체를 둘러싸는 환경이 소정의 온도로 유지될 수 있다. 원판 스테이지(3), 기판 스테이지(10), 및 레이저 간섭계(12)를 둘러싸는 공간과, 투영 광학계(4)를 둘러싸는 공간에는, 개별적으로 온도 제어된 공기가 송풍된다. 그것에 의해, 환경 온도가 더욱 고정밀도로 유지될 수 있다.

노광장치는, 투영 광학계(4)의 하부의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛(30)과 투영 광학계(4)의 하부의 공간으로부터 액체를 회수하는 회수 유닛(40)을 포함한다. 투영 광학계(4)로 기판(9)과의 사이의 공간이 액체로 채워진다. 적어도, 기판(9)을 노광하는 동안에는, 공급 유닛(30)에 의한 액체의 공급 및 회수 유닛(40)에 의한 액체의 회수가 이루어질 수 있다. 노광장치는, 더욱 투영 광학계(4)의 하면 4s의 하부의 공간에 존재하는 유체를 흡인하는 흡인 유닛(50)과, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서(23)를 구비한다. 흡인 유닛(50)에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 유체 센서(23)가 검출하면, 그것에 따라 흡인 유닛(50)의 동작 상태가 변경된다.

공급 유닛(30)은, 기판(9)의 위쪽 또한 투영 광학계(4)의 주위에 배치된 공급 노즐(5)과, 공급 노즐(5)에 접속된 공급관(16)과, 공급관(16)에 액체를 공급하는 공급기(7)를 포함할 수 있다. 회수 유닛(40)은, 공급 노즐(5)의 외측에 배치된 회수 노즐(6)과, 회수 노즐(6)에 접속된 회수관(17)과, 회수관(17)을 통해서 액체를 회수하는 회수기(20)를 포함할 수 있다. 흡인 유닛(50)은, 예를 들면, 기판 스테이지(10)에 배치된 흡인구(22)와, 흡인구(22)에 접속된 흡인관(18)과, 흡인관(18)을 통해서 유체(기체 및 액체)를 흡인하는 흡인기(21)를 포함할 수 있다.

공급기(7)는, 액체를 저장하는 탱크, 액체를 송출하는 펌프, 액체의 공급 유량을 제어하는 유량 제어기 등을 포함할 수 있다. 공급기(7)는, 더욱 액체의 공급 온도를 제어하기 위한 온도 제어기를 포함하는 것이 바람직하다. 회수기(20)는, 예를 들면, 회수한 액체를 일시적으로 저장하는 탱크, 액체를 흡인하는 펌프, 및 액 체의 회수 유량을 제어하기 위한 유량 제어기를 포함할 수 있다. 흡인기(21)는, 예를 들면, 흡인한 액체를 일시적으로 저장하는 탱크와, 유체를 흡인하는 펌프 등을 포함할 수 있다.

제어유닛(19)은, 기판 스테이지(10)의 위치, 속도, 가속도, 이동 방향 등을 나타내는 정보를 스테이지 제어유닛(13)으로부터 수신하고, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 나타내는 정보를 유체 센서(23)로부터 수신한다. 제어유닛(19)은, 이러한 수신한 정보에 근거해, 공급 유닛(30), 회수 유닛(40) 및 흡인 유닛(50)의 동작을 제어한다.

액침용의 액체는, 노광 광의 흡수가 적은 것으로부터 선택되는 것이 바람직하고, 석영이나 형석 등의 굴절 광학 소자와 비슷한 굴절률을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 구체적으로는, 액침용의 액체로서는, 순수한 물, 기능수, 불화액(예를 들면, 플루오르카본(fluorocarbon)) 등이 매우 적합하다. 액침용의 액체로부터, 미리 탈기 장치를 이용해 용존 가스가 충분히 제거되는 것이 바람직하다. 이것은, 기포의 발생을 억제하고, 또, 기포가 발생해도 즉석에서 액체 중에 흡수될 수 있기 때문이다. 예를 들면, 환경 기체 중에 많이 포함되는 질소 및 산소를, 액체에 용존 가능한 가스량의 80%이상 액체로부터 제거하면, 충분히 기포의 발생을 억제할 수가 있다. 물론, 노광장치에 설치된 도시하지 않은 탈기 장치를 이용해서, 액체 중의 용존 가스를 제거하면서 공급기(7)에 액체를 공급해도 된다. 탈기 장치로서는, 예를 들면, 진공 탈기 장치가 적합하다. 진공 탈기 장치는 가스 투과성의 막의 한 측면에 액체를 흘리고, 다른 측면을 진공으로 해서, 액체 중의 용존 가스를 그 막을 통해서 진공 중에 방출한다.

다음에, 도 2a 내지 2d를 참조하면서, 투영 광학계(4)와 기판(9)과의 사이의 공간에 액막(액체)을 형성하는 순서를 예시적으로 설명한다. 우선, 스테이지 제어유닛(13)은, 투영 광학계(4)의 하면(최종면) 4s의 외주를 둘러싸도록 배치된 환상의 공급 노즐(5)이 차지하는 영역의 거의 중앙의 바로 아래에 흡인구(22)가 위치하도록, 기판 스테이지(10)를 이동시킨다. 이 상태에서, 환상의 공급 노즐(5)의 사방으로부터 액체 f를 기판 스테이지(10) 위에 공급한다(도 2a). 기판 스테이지(10) 위에 공급된 액체 f는, 공급 노즐(5)의 배치에 따라 링 형상으로 되어 있다. 그 내측 또한 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이에 기체 g가 잔존한다. 공급 노즐(5)로부터 액체를 계속 공급하는 것만으로는, 액막 f의 내측에 기체 g가 갇힌 채로 잔존한다. 따라서, 투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽의 공간은, 액체로 완전하게 채워지지 않다.

따라서, 공급 노즐(5)로부터 액체 f를 환상으로 투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽의 공간(하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이의 공간)에 공급한 상태로, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인구(22)를 통해서 기체 g를 해당 공간으로부터 흡인한다. 이 흡인에 의해, 기체 g가 존재한 부분의 압력이 외부 환경의 압력보다 낮아지고, 외측에 존재하는 환상의 액막 f에는, 내측으로 향하는 힘(흡인구(22)쪽으로 향하는 힘)이 작용한다. 따라서, 액막 f는, 흡인구(22)를 향해서 신속하게 퍼지기 시작한다(도 2b).

더욱, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인구(22)를 통해 흡인을 계속하면, 투영 광학 계(4)의 하면 4s의 아래쪽의 공간(하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이의 공간)이 액체로 채워진다. 기체 대신에, 액체가 흡인관(18)의 도중에 배치된 유체 센서(23)를 통과한다. 이때, 유체 센서(23)는, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인관(18)을 통해 흡인되는 유체의 종류가 기체로부터 액체로 변화하는 것을 검출한다. 흡인관(18)을 통해서 흡인되는 유체의 종류가 기체로부터 액체에 변화했던 것이 검출된 시점에서, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이의 공간은, 기체를 포함하지 않고, 액체 f만으로 채워진다(도 2c).

흡인관(18)을 통해 흡인되고 있는 유체의 종류가 기체로부터 액체로 변화했다는 것이 유체 센서(23)에 의해 검출되면, 제어유닛(19)은, 이에 따라, 흡인 유닛(50)의 동작 상태를 변경한다. 동작 상태의 변경은, 예를 들면, 유체의 흡인을 정지시키는 것, 또는 흡인량을 감소시키는 것을 포함한다. 흡인관(18)을 통해 흡인되고 있는 유체의 종류가 기체로부터 액체로 변화했다는 것이 유체 센서(23)에 의해 검출되었을 때는, 그 검출에 응답해 즉석에서 흡인 유닛(50)의 동작 상태를 변경해도 된다. 그렇지만, 확실성을 고려해, 해당 검출이 이루어지고 나서 미리 설정된 시간이 경과한 후에 흡인 유닛(50)의 동작 상태를 변경해도 된다.

도 2a~2c의 스텝들 중에는, 회수 유닛(40)의 동작을 정지해 두어도 괜찮다. 그렇지만, 진동이나 돌발적인 액체 공급량의 변동 등에 의해 외부에 액체가 비산하는 것을 막기 위해서, 회수 유닛(40)을 동작시켜도 괜찮다.

기판 스테이지(10)가 정지하고 있는 동안은, 공급 노즐(5)로부터의 액체의 공급을 정지해도 괜찮다. 그렇지만, 액체가 정지한 상태에서는, 주위 환경을 구성 하는 기체나 불순물이 계속해서 액체 안으로 들어올 수 있다. 기포나 불순물의 농도가 높아져, 발생한 기포가 소실하지 않고 노광시까지 남거나 노광에 의해 미소한 기포가 발생하거나 들어온 불순물에 의해 투영 광학계(4)의 하면 4s이 흐려지거나 할 수 있다. 이러한 문제를 피하기 위해서, 기판 스테이지(10)가 정지하고 있는 동안도, 공급 유닛(30)으로부터 계속해서 액체를 공급하고, 이 액체를 공급하고 있는 동안, 적어도 회수 유닛(40)에 의해 액체를 회수하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 스테이지 제어유닛(13)은, 공급 유닛(30)에 의한 액체의 공급과 회수 유닛(40)에 의한 액체의 회수가 계속된 상태로, 투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽에 기판(9)의 노광 대상 영역이 위치하도록 기판 스테이지(10)를 이동시킨다(도 2d). 이것에 의해, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판(9)과의 사이의 공간에 액체 f가 배치된다. 그 다음에, 기판(9)의 전체 샷(shot) 영역이 스텝 앤드 스캔 방식으로 노광된다.

이와 같이, 흡인 유닛(50)에 의해 기체를 흡인함으로써, 환상의 액막을 중앙으로 향해 성장시키면, 보다 신속히 기포가 없는 액막을 형성할 수가 있다. 흡인관(18)을 통과하는 유체의 종류가 기체로부터 액체로 변화하는 것을 흡인관(18)의 도중에 배치된 유체 센서(23)에 의해 검출함으로써, 확실하고 단시간에 액막의 형성의 완료를 확인할 수가 있다. 이것에 의해, 노광장치의 스루풋(throughput)을 향상시킬 수가 있다.

유체 센서(23)로서는, 예를 들면, 용량식 유량 센서를 이용하는 것도 가능하다. 그렇지만, 액체와 기체와의 굴절률의 차를 이용한 광학식 센서를 이용하는 것 이 바람직하다. 광학식 센서는, 투명한 관 외부에 부착될 수 있다. 특히, 3/4인치 이하의 가는 관의 경우에는, 액체와 기체가 분리된 층류(laminar flow)가 발생하지 않고, 액체만 또는 기체만 그 관을 통해서 흐르기 때문에, 유체의 종류를 ON 또는 OFF 신호로 나타내기 쉽다. 용량식 유량 센서를 이용했을 경우에서는, 기체를 많이 포함한 유체를 흡인했을 때 유량이 높고, 액체를 많이 포함한 유체를 흡인했을 때에는 유량이 낮다는 것을 이용해서 소정의 스레숄드(threshold)에 근거하여 유체의 종류를 판단할 수가 있다. 그렇지만, 유량의 검출은, 관의 길이와 압손(pressure drop)에 의한 영향을 받으므로, 회수 노즐(6)로부터 회수기(20)까지의 거리가 길어질수록 불리하다.

다음에, 도 3a 내지 3c을 참조하면서, 기판(9)의 전체 샷 영역의 노광의 종료 후에 투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽의 공간으로부터 액막(액체)을 제거하는 순서를 예시적으로 설명한다. 우선, 스테이지 제어유닛(13)은, 투영 광학계(4)의 하면(최종면) 4s의 외주를 둘러싸도록 배치된 환상의 공급 노즐(5)이 차지하는 영역의 거의 중앙의 바로 아래에 흡인구(22)가 위치하도록 기판 스테이지(10)를 이동시킨다. 이 상태에서, 제어유닛(19)은, 공급 유닛(30)에 의한 기판 스테이지(10) 상에의 액체의 공급을 정지시킨다(도 3a).

그 다음에, 흡인 유닛(50)에 의해, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이에 존재하는 액체(액막) f를 흡인구(22)를 통해서 흡인한다(도 3b). 흡인을 계속하면, 투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽에 존재하고 있던 액체 f가 완전히 제거된다. 액체 대신에 기체가 흡인구(22)를 통해서 흡인된다(도 3c). 이것에 의해, 액체 대신에 기체가 흡인관(18)의 도중에 배치된 유체 센서(23)를 통과한다. 이때, 유체 센서(23)는, 흡인 유닛(50)에 의해 흡인관(18)을 통해서 흡인되고 있는 유체의 종류가 액체에서 기체로 변화한 것을 검출한다. 흡인관(18)을 통해서 흡인되고 있는 유체의 종류가 액체에서 기체로 변화했다는 것이 검출된 시점에서, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판 스테이지(10)와의 사이의 공간으로부터 액체 f가 완전히 제거된다.

흡인 유닛(50)에 의해 흡인관(18)을 통해서 흡인되고 있는 유체의 종류가 액체에서 기체로 변화했다는 것이 유체 센서(23)에 의해 검출되면, 제어유닛(19)은, 그에 따라 흡인 유닛(50)의 동작 상태를 변경한다. 동작 상태의 변경은, 전형적으로 유체의 흡인을 정지시키는 것이다. 그러나, 액막 f를 흡인구(22)를 통해서 흡인하는 과정에서, 투영 광학계(4)의 하면 4s, 공급 노즐(5), 회수 노즐(6), 및 기판 스테이지(10)의 접액면(wetted surface)과의 사이에는, 습윤도(wettability)의 차이가 있는 것이 통상적이다. 그 때문에, 액막 f를 흡인구(22)를 통해서 흡인하는 과정에서, 흡인구(22)를 중심으로 한 동심원으로 액체의 수축(회수)이 진행되지 않는 경우가 있을 수 있다. 이것에 의해, 액체와 함께 기체가 흡인되는 숏 패스(short path)가 발생하는 경구가 있다. 숏 패스가 발생하면, 액체의 흡인 속도는 극단적으로 느려지고, 흡인 유닛(50)은 주로 기체를 흡인하게 된다. 이 경우에는, 흡인관(18)에 흐르는 액체는 얼마 남지 않아, 유체 센서(23)는, 흡인되고 있는 유체의 종류가 액체에서 기체로 변화했다는 것을 검출할 수 있다. 그 때문에, 액막을 제거하는 공정에서는, 유체 센서(23)에 의해 유체의 종류가 액체에서 기체로 변화 했다는 것이 검출되고 나서 미리 설정된 시간이 경과한 후에 흡인 유닛(50)의 동작 상태를 변경하는 것이 바람직하다. 흡인 유닛(50)에 의한 흡인이 정지하면, 회수 유닛(40)에 의한 회수도 정지시켜도 괜찮다.

본 발명의 상술한 실시 예는, 투영 광학계의 하면의 아래쪽의 공간에 액체가 채워져 액막이 형성된 것을 확실히 검출할 수가 있고, 보다 짧은 시간에 액막의 형성 처리를 종료할 수가 있다. 따라서, 노광장치의 스루풋을 향상시킬 수가 있다. 또, 불완전한 액막에 의한 노광 불량을 방지할 수가 있다. 투영 광학계의 하면의 아래쪽의 공간의 액체를 제거하는 과정에서는, 해당 공간으로부터 액체가 제거되는 것을 보다 확실히 검출할 수가 있다. 따라서, 액체를 남긴 채로 기판 스테이지(10)를 이동시켜서 액체를 흘리는 것을 방지할 수가 있다. 따라서, 노광장치의 고장을 방지할 수 있다. 또, 노광장치의 구조를 간소화하고, 노광장치를 소형화할 수가 있다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하면서 다른 실시 예를 설명한다. 다른 실시 예로서, 공급 노즐(5), 회수 노즐(6), 및 유체 센서(24)의 구성 및 배치의 예를 제공한다. 이 예에서는, 회수 유닛은 흡인 유닛의 대용으로서 사용된다. 도 4는, 도 1의 노광장치를 투영 광학계의 하부에서 절단해서 본 평면도이다. 투영 광학계(4)의 하면 4s의 주위에, 공급 노즐(5)(5a ~ 5h)이 배치되어 있고, 그 공급 노즐 주위에 회수 노즐(6)(6a ~ 6h)이 배치되어 있다.

공급 노즐(5)은, 그 하면(하단)이 투영 광학계(4)의 하면 4s와 거의 같은 높이 또는 그것보다 약간 높도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 투영 광학 계(4)의 하면 4s에 기체가 진입하는 것을 억제하고, 그 하면 4s와 액체가 충분히 밀착한 상태를 유지하면서 기판이 이동시키는 것이 가능하다. 회수 노즐(6)은, 그 하면(하단)이 투영 광학계(4)의 하면 4s와 거의 같은 높이 또는 그것보다 약간 낮도록 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해 액체가 불완전하게 회수되는 것을 방지한다. 따라서, 기판 위의 액체를 효율적으로 회수할 수가 있다.

도 4에 나타내는 예에서는, 공급 노즐(5)은, 8개의 공급 노즐 세그먼트 5a~5h로 분할되어 있다. 공급 노즐(5)을 복수개의 세그먼트로 분할하기 때문에, 기판 스테이지(10)의 이동 방향에 따라, 액체를 공급하는 공급 노즐을 바꿀 수가 있다. 또, 공급 노즐(5)을 복수개의 세그먼트로 분할하는 것은, 넓은 영역에 대해서 균일하게 액체를 공급하는데 유리하다.

도 4에 나타낸 예에서는, 회수 노즐(6)도, 8개의 회수 노즐 세그먼트 6a~6h로 분할되어 있다. 회수 노즐을 분할하지 않는 경우에 있어서, 기판 스테이지(10)를 이동시켰을 경우에 액체의 점성이나 관성력 등의 작용에 의해 액막이 변형되면, 회수 노즐의 일부분은 액체와 접촉하고, 회수 노즐의 다른 일부분은 기체와 접촉한 상태가 될 수 있다. 이 상태에서는, 기체의 흡인량이 증가하면 회수 노즐에의 흡인력(부압)이 저하해서, 회수 노즐의 외측과 회수 노즐의 주위의 연속 부재(25)의 외측으로부터 액체의 일부가 튀어나와서, 기판(9) 위에 액체가 잔존할 수 있다. 회수 노즐(6)을 복수의 회수 노즐 세그먼트 6a~6h로 분할함으로써, 액막의 변형에 의한 흡인력의 저하를 억제해서, 액체가 튀어나오거나 잔존하는 것을 방지할 수가 있다. 기판 스테이지(10)의 이동 방향에 따라, 이용하는 회수 노즐 세그먼트를 선택해도 된다.

도 5는, 회수 노즐(6), 회수관(17), 유체 센서(24) 및 회수기(20)를 모식적으로 나타낸 도면이다. 회수 노즐(6)은 8개의 회수 노즐 세그먼트 6a~6h로 분할되어 있다. 회수 노즐 세그먼트 6a~6h에 각각 접속된 회수관 17a~17h가 회수기(20)에 접속되어 있다. 회수기(20)는, 회수관 17a~17h에 의한 회수를 개별적으로 제어하는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 회수관 17a~17h의 도중에는, 유체 센서 24a~24h가 각각 배치되어 있다. 유체 센서 24a~24h는, 전술한 유체 센서(23)와 같은 기능을 갖는다.

투영 광학계(4)의 하면 4s의 아래쪽의 공간으로부터의 액체는, 공급 노즐 세그먼트 5a~5h로부터의 액체의 공급을 정지해서, 회수 노즐 세그먼트 6a~6h의 전부 또는 일부로부터 액체를 흡인하는 것에 의해 제거될 수 있다. 이때, 기판 스테이지(10)를 이동시키는 것으로, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판(9) 또는 기판 스테이지(10)와의 사이에 남은 액체를, 흡인을 위한 회수 노즐 세그먼트로 안내하는 것이 바람직하다.

액막의 제거는, 흡인하고 있는 회수 노즐 세그먼트를 위해서 배치된 유체 센서의 출력에 근거해 확인된다. 그렇지만, 기액 혼합 상태에서 유체가 흡인된다. 흡인되고 있는 유체가 액체에서 기체로 변화한 것이 유체 센서에 의해 검출되었을 경우에도, 투영 광학계(4)의 하면 4s와 기판(9) 또는 기판 스테이지(10)와의 사이에 액체가 남아 있을지도 모른다. 따라서, 흡인되고 있는 유체가 액체에서 기체로 변화한 것이 유체 센서에 의해 검출되고 나서 미리 설정된 시간이 경과한 후에 흡인 을 정지해도 괜찮다.

유량 센서 24a~24h의 전부 또는 일부의 출력이 무기한으로 계속해서 액체의 검출을 나타내고 있는 경우에는, 고장 또는 이상 등의 문제가 발생할 가능성이 있다. 이 경우에는, 문제의 발생을 알리는 등의 에러 처리를 행하는 것이 바람직하다.

도 5의 예에서는, 회수관 17a~17 h의 모두에 유체 센서가 설치되어 있다. 그렇지만, 복수의 회수관을 모두 합류시켜, 그 결과로 얻은 회수관에 유체 센서를 설치하는 것도 가능하다. 상술한 실시 예에 있어서, 흡인 유닛 또는 회수 유닛의 동작 상태는 한 개의 유체 센서 또는 복수의 유체 센서들의 출력에 응답해서 변경된다. 대신에, 노광장치의 동작상태가 변경되어도 된다.

다음에 상술한 노광장치를 이용한 디바이스 제조 방법을 설명한다. 도 6은, 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 플로우를 나타낸다. 스텝 1(회로설계)에서는, 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(레티클 제작)에서는, 설계한 회로 패턴에 근거해 레티클(원판 또는 마스크라고도 한다)을 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해 웨이퍼(기판이라고도 한다)를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전공정으로 불리며, 상기의 레티클을 이용해, 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)는 후속 공정으로 불리며, 스텝 4에 의해 처리된 웨이퍼를 이용해 반도체 칩을 형성한다. 스텝 5는 어셈블리 공정(다이싱, 본딩) 및 패키징 공정(칩 봉입) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 제작된 반도체 디바이스의 동작 확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거쳐, 반도체 디바이스가 완성되고, 스텝 7에서 출하된다.

도 7은, 상기 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우를 나타낸다. 스텝 11(산화)에서는, 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는, 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는, 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 14(이온 주입)에서는, 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(CMP)에서는, CMP 공정에 의해 절연막을 평탄화한다. 스텝 16(레지스트 처리)에서는, 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 17(노광)에서는, 상기의 노광장치를 이용해, 회로 패턴이 형성된 마스크를 통해서 감광제가 도포된 웨이퍼를 노광해 레지스트에 잠상 패턴을 형성한다. 스텝 18(현상)에서는, 웨이퍼 상의 레지스트에 형성된 잠상 패턴을 현상해서 레지스트 패턴을 형성한다. 스텝 19(에칭)에서는, 레지스트 패턴이 개방된 부분을 통해서 레지스트 패턴 아래에 있는 층 또는 기판을 에칭한다. 스텝 20(레지스트 박리)에서는, 에칭이 끝나 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이러한 스텝을 반복해서 행함으로써, 웨이퍼 상에 다층의 회로 패턴을 형성한다.

본 발명에 의하면, 예를 들면, 투영 광학계의 아래쪽의 공간에 있어서의 액체의 제어(예를 들면, 액막의 형성 또는 액막의 제거)를 보다 확실히 행할 수가 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예시적인 실시 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 그 요지의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 변경이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 투영 광학계와 기판과의 사이의 공간에 액막(액체)을 형성하는 순서를 예시적으로 설명한다.

도 3a 내지 3c는 투영 광학계의 하면의 아래쪽의 공간으로부터 액막(액체)을 제거하는 순서를 예시적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 6은 디바이스 제조 방법을 나타내는 도면이다.

도 7은 디바이스 제조 방법을 나타내는 도면이다.

Claims (12)

1. 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영하는 노광장치로서,

   상기 투영 광학계와 기판과의 사이의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛과,

   상기 공간의 유체를 흡인하는 흡인 유닛과,

   상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서와,

   상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 상기 유체 센서가 검출한 것에 응답해서 상기 흡인 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 공간에 액체를 채울 때에, 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체가 기체에서 액체로 변화한 것을 상기 유체 센서가 검출한 것에 응답해서 상기 흡인 유닛이 흡인하는 것을 정지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 공간에 액체를 채울 때에, 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체가 기체에서 액체로 변화한 것을 상기 유체 센서가 검출하고 나서 미리 설정된 시간 상기 흡인 유닛이 흡인하는 것을 정지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 공간으로부터 액체를 제거할 때에, 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체가 액체에서 기체로 변화한 것을 검출한 것에 응답해서, 상기 흡인 유닛이 흡인하는 것을 정지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 공간으로부터 액체를 제거할 때에, 상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체가 액체에서 기체로 변화한 것을 검출하고 나서 미리 설정된 시간 상기 흡인 유닛이 흡인하는 것을 정지하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 공간으로부터 액체를 회수하는 회수 유닛을 더 구비하고, 적어도 기판을 노광하는 동안은, 상기 공급 유닛은 액체를 공급하고, 상기 회수 유닛은 액체를 회수하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 회수 유닛은, 상기 투영 광학계 주위에 배치된 회수 노즐을 포함하고, 상기 회수 유닛은 상기 회수 노즐을 통해서 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간으로부터 액체를 회수하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 노광장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 흡인 유닛은, 기판을 홀드하는 스테이지에 배치된 흡인구를 포함하고, 상기 흡인 유닛은, 상기 흡인구를 통해서 상기 투영 광학계의 아래쪽의 공간으로부터 유체를 흡인하도록 동작가능한 것을 특징으로 하는 노광장치.
9. 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영하는 노광장치로서,

   상기 투영 광학계와 상기 기판과의 사이의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛과,

   상기 공간으로부터 회수관을 통해서 액체를 회수하는 회수 유닛과,

   상기 회수관을 통해서 흐르는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서와,

   상기 유체 센서가 유체의 종류의 변화를 검출한 것에 응답해서 상기 회수 유닛의 동작상태를 제어하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
10. 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영하는 노광장치로서,

    상기 투영 광학계와 기판과의 사이의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛과,

    상기 공간 내의 유체를 흡인하는 흡인 유닛과,

    상기 흡인 유닛에 의해 흡인되는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서와,

    상기 유체 센서가 상기 흡인 유닛에 의해 흡입되는 유체의 종류의 변화를 검출한 것에 응답해서 상기 노광장치의 동작 상태를 제어하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
11. 원판의 패턴을 투영 광학계 및 액체를 통해서 기판에 투영하는 노광장치로서,

    상기 투영 광학계와 기판과의 사이의 공간에 액체를 공급하는 공급 유닛과,

    상기 공간으로부터 회수관을 통해서 액체를 회수하는 회수 유닛과,

    상기 회수관을 통해서 흐르는 유체의 종류의 변화를 검출하는 유체 센서와,

    상기 유체 센서가 유체의 종류의 변화를 검출한 것에 응답해서 상기 노광장치의 동작상태를 제어하는 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
12. 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용해 기판을 노광하는 공정과,

    상기 기판을 현상하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.

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