KR100660505B1 - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

보상 제어기가 투영시스템의 최종 요소와 기판 사이에 액체를 공급하는 액체 공급 시스템에 의해 기판에 인가된 힘들에 대해 크기가 같고 방향이 반대인 힘을 기판에 인가하는 액츄에이터들을 제어하는 침지 리소그래피용 리소그래피 장치가 개시된다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Lithographic Apparatus and Device Manufacturing Method}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시하는 도면;

도 2는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 액체 공급 시스템의 단면도;

도 3은 도 2의 액체 공급 시스템의 평면도;

도 4는 본 발명에서 사용될 수 있는 또 다른 액체 공급 시스템의 평면도 및 단면도;

도 5는 본 발명에 따른 기판테이블 및 액체 공급 시스템의 단면도;

도 6은 요구되는 보상력(compensation force)에 관한 기판테이블의 위치 종속성(positional dependence)을 예시하는 도면; 및

도 7은 요구되는 보상력을 수립(establish)하는 2가지 가능한 방법을 예시하는 도면이다.

본 발명은 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법에 관한 것이다.

리소그래피 장치는 기판의 타겟부상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 상황에서, 마스크와 같은 패터닝수단이 IC의 개별층에 대응하는 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있으며, 이 패턴은 방사선감응재(레지스트)층을 가지는 기판(예를 들어, 실리콘웨이퍼)상의 (예를 들어, 1 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부상에 이미징(imaging)될 수 있다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 노광되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부상의 전체패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스테퍼, 및 투영빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다.

리소그래피 투영장치에서, 투영시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해 비교적 높은 굴절률을 가지는 액체(예를 들어, 물)에 기판을 침지(immerse)시키는 것이 제안되었다. 이것의 핵심은, 노광 방사선이 액체내에서 보다 짧은 파장을 가지기 때문에 보다 작은 피처들을 이미징할 수 있다는 것에 있다. (또한, 액체의 효과는 상기 시스템의 유효 NA 및 초점심도를 증가시키는 것으로도 간주될 수 있다.) 고체 입자들(예를 들어, 쿼츠)이 그 안에 부유(suspend)된 물을 포함하는 여타의 침지 액체들이 제안되었다.

하지만, 액체의 바스(bath)내에 기판 또는 상기 기판과 기판테이블을 담그는(submersing) 것(예를 들어, 본 명세서에서 전문이 인용참조되고 있는 US 제 4,509,852호 참조)은, 스캐닝 노광 중에 가속되어야만 하는 큰 몸체의 액체가 존재 한다는 것을 의미한다. 이는 추가적인 또는 보다 강력한 모터들을 필요로 하며, 액체내에서의 난류(turbulence)가 바람직하지 않은 영향 및 예측할 수 없는 영향들을 초래할 수도 있다.

제안된 해결책 중 하나는, 액체 한정 시스템(liquid confinement system)을 이용하여 기판의 국부적인 영역에만 그리고 투영시스템의 최종 요소와 기판 사이에 액체를 제공하는 액체 공급 시스템을 들 수 있다(일반적으로, 기판은 투영시스템의 최종 요소보다 큰 표면적을 가진다). 이렇게 배치시키기 위해서 제안된 한가지 방법이 WO 99/49504호에 개시되어 있으며, 그 전문이 본 명세서에서 인용참조되고 있다. 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 액체는 1이상의 유입구(IN)에 의하여, 바람직하게는 최종 요소에 대한 기판의 이동방향을 따라 기판상으로 공급되며, 투영시스템 아래를 통과한 후에는 1이상의 유출구(OUT)에 의하여 제거된다. 즉, 기판이 -X 방향으로 요소의 밑에서 스캐닝되기 때문에, 액체는 상기 요소의 +X 쪽에서 공급되고 -X 쪽에서 흡수(take up)된다. 도 2는, 액체가 유입구(IN)를 통하여 공급되고 저압력원에 연결된 유출구(OUT)에 의하여 요소의 다른 쪽상에서 흡수되는 구성예를 개략적으로 도시한다. 도 2의 예시에서, 액체는 최종 요소에 대한 기판의 이동방향을 따라 공급되나, 반드시 이와 같을 필요는 없다. 최종 요소 주위에 위치된 유입구들 및 유출구들의 방위 및 개수는 다양할 수 있으며, 도 3에는 양쪽에 유출구를 갖는 유입구의 4개의 세트들이 최종 요소 주위에 규칙적인 패턴으로 제공되는 일례가 예시된다.

제안된 또 다른 해결책은, 투영시스템의 최종 요소와 기판 테이블 사이의 공 간의 경계의 적어도 일부분을 따라 연장되는 시일 부재를 갖는 액체 공급 시스템을 제공하는 것이다. 일례가 도 4에 예시된다. 시일 부재는 XY 평면에서 투영시스템에 대해 실질적으로 정지해 있으나, Z 방향(광학 축선의 방향)으로는 약간의 상대 이동이 있을 수도 있다. 시일 부재와 기판의 표면 사이에 시일이 형성된다. 시일은 가스 시일과 같은 무접촉 시일인 것이 바람직하다. 이러한 시스템은 유럽특허출원 제 03252955.4호에 개시되어 있으며, 그 전문이 본 명세서에서 인용참조되고 있다.

유럽특허출원 제 03257072.3호에서, 트윈 또는 듀얼 스테이지 침지 리소그래피 장치의 개념이 개시된다. 이러한 장치에는 기판을 지지하는 2개의 스테이지가 제공된다. 제1위치에서 스테이지를 구비하여 침지 액체 없이 레벨링 측정(leveling measurement)들이 수행되며, 침지 액체가 존재하는 제2위치에서 스테이지를 이용하여 노광이 수행된다.

대안적으로, 상기 장치는 단 하나의 스테이지만을 가진다.

본 발명은 여하한의 침지 리소그래피 장치, 특히 상기 언급된 종류의 것들에도 적용될 수 있으나 이것에 국한되지는 않는다.

본 발명의 목적은, 침지 리소그래피 성능을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 침지 리소그래피 장치의 스루-풋, 오버레이 및 임계 치수 성능을 개선하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면,

- 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;

- 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

- 기판을 잡아주는 기판테이블;

- 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템;

- 상기 투영시스템의 최종 요소와 상기 기판 사이에 침지 액체를 제공하는 액체 공급 시스템;

- 상기 기판상에 힘을 인가하는 1이상의 액츄에이터; 및

- 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대이도록, 상기 기판상에 상기 1이상의 액츄에이터에 의해 인가될 보상력을 계산하는 보상 제어기(compensation controller)를 포함하여 이루어지는 리소그래피 장치가 제공된다.

이 방식으로, 액체 공급 시스템에 의해 기판으로 전달되는 어떠한 방해력(disturbance force)도 기판의 위치에 영향을 주지 않는다. 이 방식으로, 액체 공급 시스템으로부터의 어떠한 힘의 근원도 보상될 수 있다. 그 힘의 예로는, 중력으로 인해, 그리고 침지 액체의 압력 변동들 및 가스 시일이 배리어 부재와 기판 사이에서 시일링되는 배리어 부재의 주변부 주위의 가스 시일에서 제거되는 가스 및/또는 액체의 압력 변동들로 인해, 액체 공급 시스템이 기판에 인가하는 힘을 들 수 있다. 액체 공급 시스템이, 배리어 액츄에이터를 이용하여 투영시스템의 광학 축선에 대해 평행한 방향으로 위치되는 배리어 부재를 포함하여 이루어지는 경우, 상기 보상 제어기는, 배리어 부재와 투영시스템 사이에 부착된 힘 센서에 의해 제공된 신호들에 의해, 또는 배리어 부재를 정지한(steady) 상태로 유지시키는 배리어 액츄에이터에 의해 요구되는 힘에 기초하여 필요한 보상력을 계산할 수 있다. 이들은 액체 공급 시스템에 의해 기판으로 전달되는 여러가지 방해력들의 근원이며, 이 모두는 액츄에이터를 제어하는 보상 제어기에 의해 보상될 수 있다.

보상 제어기는 피드-포워드 방식으로 보상력을 계산하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 보상 제어기는 기판의 원하는 위치에 기초하여 보상력을 계산할 수 있다. 이는, 특히 배리어 부재가 존재하는 경우에 액체 공급 시스템상의 중력의 힘을 계산하여 행해질 수 있다. 이는, 특히 국부화된 영역 액체 공급 시스템의 경우에 행해질 수 있으며, 여기서 상기 액체 공급 시스템의 구성요소들은 투영시스템의 광학 축선에 대해 직교(orthogonal)하는 평면내에 정지 상태로 유지된다. 이는 기판테이블의 중력의 중심에 대해, 액체 공급 시스템으로부터의 힘이 기판으로 전달되는 위치가 기판 테이블의 위치에 따라 변하기 때문이다. 이는 광학 축선에 대해 직교하는 평면에서의 회전 토크를 초래할 수 있으며, 그렇지 않으면, 보상 제어기에 의해 보상되더라도, 상기 장치의 이미징 성능, 특히 이미징 및 오버레이의 저하를 초래할 수도 있다.

액체 공급 시스템이 기판테이블상에 힘을 직접 가하되 기판상에 그 동일한 힘을 가하지 않는 경우, 다른 경우들이 존재할 수도 있다. 이러한 상황에서, 보상 제어기는 침지 액체 공급 시스템에 의해 기판테이블에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 기판테이블상에 인가하는 1이상의 액츄에 이터를 제어할 수도 있다.

상기 장치는 침지 액체의 압력 및/또는 가스 시일의 가스 및/또는 액체 압력을 측정하는 압력 센서를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 이는, 보상 제어기가 공간내의 또는 가스 시일내의 침지 액체의 압력 변동들에 기초하여 보상력을 계산하는 경우 특히 유용하다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면,

- 기판을 제공하는 단계;

- 조명시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

- 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

- 투영시스템을 이용하여 상기 기판의 타겟부상에 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계;

- 상기 투영시스템의 최종 요소와 상기 기판 사이에 침지 액체를 제공하는 단계; 및

- 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 계산하고 상기 기판상에 인가하는 단계를 포함하여 이루어지는 디바이스 제조방법이 제공된다.

본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서 리소그래피장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 상기 리소그래피장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 유도 및 검출패턴, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드의 제조와 같이 여타의 응용례를 가짐을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용되는 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 또는 메트롤로지 또는 검사툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판처리툴과 여타의 기판처리툴에 본 명세서의 기재내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 여러번 처리된 층들을 이미 포함한 기판을 칭할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "방사선" 및 "빔"이란 용어는, (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인) 자외(UV)선을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄한다.

여기서 사용되는 "패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 투영빔에 부여된 패턴은 기판의 타겟부내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수 있다는 것을 유의한다. 일반적으로, 투영빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스내의 특정기능층에 해당할 것이다.

패터닝수단은 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝수단의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리 소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크형식도 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일례는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 이 방식으로, 반사된 빔이 패터닝된다. 패터닝수단의 각각의 예시에서, 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 이동할 수 있으며, 패터닝수단은 예를 들어 투영시스템에 대하여 원하는 위치에 있을 것을 확실히 보장할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝수단"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "투영시스템"이라는 용어는, 예를 들어 사용되는 노광방사선에 대하여, 또는 침지 유체(immersion fluid)의 사용 또는 진공의 사용과 같은 여타의 인자에 대하여 적절하다면, 굴절광학시스템, 반사광학시스템 및 카타디옵트릭시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. "렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영시스템"과 같은 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.

또한, 조명시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어를 위하여 굴절, 반사 및 카타디옵트릭 광학구성요소를 포함하는 다양한 종류의 광학구성요소를 포괄할 수도 있으며, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고도 언급될 수 있다.

리소그래피 장치는 2개(듀얼스테이지)이상의 기판테이블(및/또는 2이상의 마 스크테이블)을 갖는 형태로 구성될 수도 있다. 이러한 "다수스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.

이하, 대응하는 참조 부호가 대응하는 부분을 나타내는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예를 서술한다.

실시예

도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는;

- 방사선(예를 들어, UV 방사선)의 투영빔(PB)을 제공하는 조명시스템(일루미네이터)(IL);

- 패터닝수단(MA)(예를 들어, 마스크)을 지지하고, 아이템 PL에 대하여 패터닝수단을 정확히 위치시키는 제1위치설정수단(PM)에 연결된 제1지지구조체(예를 들어, 마스크테이블)(MT);

- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 잡아주고, 아이템 PL에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단(PW)에 연결된 기판테이블(예를 들어, 웨이퍼테이블)(WT); 및

- 기판(W)의 타겟부(C)(1이상의 다이를 포함)에 패터닝수단(MA)에 의하여 투영빔(PB)에 부여된 패턴을 이미징하는 투영시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈)(PL)을 포함한다.

본 명세서에서 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과마스크를 채 택하는) 투과형이다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 위에서 언급한 바와 같은 형태의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하는) 반사형으로 구성될 수도 있다.

일루미네이터(IL)는 방사선소스(S0)로부터 방사선의 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 소스가 엑시머 레이저인 경우, 상기 소스 및 리소그래피장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피장치의 부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 상기 방사선빔은 예를 들어, 적절한 지향거울 및/또는 빔 익스팬더를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 상기 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 상기 장치의 통합부일 수 있다. 상기 소스(SO) 및 일루미네이터(IL)는, 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사선 시스템이라고도 칭해질 수 있다.

일루미네이터(IL)는 빔의 각도세기분포를 조정하는 조정수단(AM)을 포함한다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필평면내의 세기분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 일루미네이터(IL)는 그 단면에 필요한 균일성과 세기 분포를 가지는, 투영빔(PB)이라 칭하는 컨디셔닝된 방사선의 빔을 제공한다.

상기 투영빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 유지되어 있는 마스크(MA)상에 입사된다. 마스크(MA)를 가로지르면, 상기 투영빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)상에 상기 빔을 포커스한다. 제2위치설정수단(PW) 및 위치센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스)의 도움으로, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔 (PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단(PM) 및 또 다른 위치센서(도 1에 명확히 도시되지 않음)는, 예를 들어 마스크 라이브러리로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 긴 행정 모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정 모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이며, 이는 위치설정수단(PM, PW)들의 일부분을 형성한다. 하지만, (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 상기 마스크테이블(MT)은 단지 짧은 행정액츄에이터에만 연결되거나 고정될 수도 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬마크(M1, M2) 및 기판 정렬마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다.

상술된 장치는 다음의 바람직한 모드로 사용될 수 있다.

1. 스텝 모드에서, 마스크테이블(MT) 및 기판테이블(WT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 투영빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C)상에 투영된다(즉, 단일 정적 노광(single static exposure)). 그런 후, 기판테이블(WT)은 X 및/또는 Y 방향으로 시프트되어 다른 타겟부(C)가 노광될 수 있다. 스텝 모드에서, 노광필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징된 타겟부(C)의 크기를 제한한다.

2. 스캔 모드에서, 마스크테이블(MT)과 기판테이블(WT)은 투영빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다(즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)). 마스크테이블(MT)에 대한 기판테이블(WT)의 속도 및 방향은 확대(축소) 및 투영시스템(PL)의 이미지 반전 특성에 의하여 판정된다. 스 캔 모드에서, 노광필드의 최대크기는 단일 동적노광시 타켓부의 (스캐닝되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.

3. 또 다른 모드에서, 마스크테이블(MT)은 프로그램가능한 패터닝수단을 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 투영빔에 부여되는 패턴이 타겟부(C)상에 투영되는 동안, 기판테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 상기 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채용되며, 프로그램가능한 패터닝수단은 기판테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔중에 계속되는 방사선펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 상기 작동 모드는 상기 언급된 바와 같은 종류의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝수단을 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.

또한, 상술된 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 상이한 사용 모드들을 채용할 수 있다.

본 발명은 침지 리소그래피에서 투영시스템의 최종 요소와 기판 사이의 액체 공급에 의해 유도되는 방해력을 감소시키기 위해 취해질 수 있는 방법(measures)에 관한 것이다. 본 발명은 어떠한 종류의 액체 공급 시스템, 특히 기판의 국부화된 영역(참조: 기판 및 아마도 기판테이블이 침지될 수 있는 바스)에만 액체를 공급하는 국부화된 영역 액체 공급 시스템에도 적용할 수 있다.

도 2 및 도 3은 액체 공급 시스템이 베이스 프레임(BF) 또는 (베이스 프레임에 의해 지지되나 그로부터 격리되는) 메트롤로지 기준 프레임(RF)에 의해 Z 방향 으로 지지되는 제1형태의 액체 공급 시스템을 예시한다. 한편, 도 4는 투영시스템(PL)의 최종 요소가 위치된 오리피스(orifice)를 구비한 배리어 부재를 이용하는 액체 공급 시스템을 예시한다. 따라서, 배리어 부재는 투영시스템(PL)의 최종 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸며 투영시스템의 최종 요소와 기판(W) 사이의 침지 액체를 위한 공간을 형성한다. 이러한 형태의 액체 한정 시스템은, 투영 렌즈(PL)에 의해, 베이스 프레임(BF) 또는 여하한의 프레임에 의해 지지되는 그것의 무게를 가질 수 있고, 또는 유체 정역학적(hydro-static), 유체 역학적(hydro-dynamic), 또는 공기 베어링을 통해 기판(W)상에 그것의 무게를 지지할 수도 있다.

보다 일반적인 형태의 액체 한정 시스템은, 투영 렌즈의 저부를 적어도 부분적으로 둘러싸는 배리어 부재를 포함하여 이루어지고, 또한 기판, 배리어 부재 및 투영시스템(PL)의 최종 요소에 의해 한정되는 공간을 형성하며, 거기로 액체가 공급된다. 이러한 액체 공급 시스템은, 예를 들어 유럽특허출원 제 03257070.7호 및 제 03256643.2호에 개시되며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 상기 문서에서, 배리어 부재는 그 하면상에, 기판(W)상에 배리어 부재의 무게를 지지하는데 사용되는 가스 베어링을 가진다. 배리어 부재는 베이스 프레임(BF)에 연결되나, 단지 XY 평면내에서의 이동만을 실질적으로 방지한다. 대안적으로, 기판(W)상에 배리어 부재를 지지하기 위해 유체 정역학적 압력이 사용되는 유사한 배리어 부재가 사용될 수도 있다. 이러한 시스템은 유럽특허출원 제 03254078.3호에 개시되어 있으며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 배리어 부재의 또 다른 변형례가 2003년 12월 23에 출원된 USSN 10/743,271호에 개시되며, 본 명세서에서 그 전문이 인용참 조된다.

상기 언급된 액체 공급 시스템들이 구성되는 물질들 및 특히 배리어 부재들은, 침지 액체와의 접촉으로 인한 부정적인 영향들(예를 들어, 부식)을 가지지 않고, 예를 들어 침지 액체내에서 용해(dissolving)됨으로써 침지 액체의 품질을 저하시키지 않으며, 침지에 대해 특정적이지 않은 리소그래피에 관련된 여타의 모든 요건들과 양립가능하도록(compatible) 선택된다. 통상적인 예시들은 오스테나이트계 스테인리스 스틸(austenitic stainless steel)(예를 들어, AISI 300 시리즈 및 등가물들), 니켈 및 니켈-계 합금(nickel-based alloy), 코발트 및 코발트-계 합금, 크롬 및 크롬계 합금, 티타늄 및 티타늄계 합금을 포함한다. 하지만, 갈바니 부식(galvanic corrosion)을 방지하기 위해서는, 설계시 여러가지 상이한 금속들의 조합들을 피하는 것이 최선이다. 또한, 폴리머들이 사용될 수 있고, 적절한 폴리머들은 많은 플루오르-계 폴리머들(예를 들어, PTFE(Teflon(RTM)), PFA 및 PVDF)을 포함하며, 또한 알루미늄 질화물을 제외한 모든 세라믹 물질들뿐만 아니라 무색의(uncolored) PE 및 PP도 사용될 수 있다. 또한, 세라믹-계 복합 물질(composite material)들이 적절할 수도 있으며, 이는 글래스들(예를 들어, 용융 실리카(fused silica), 쿼츠 글래스) 및 낮은 열 팽창 글래스들 또는 글래스 세라믹(예를 들어, Corning의 ULE(TM) 또는 Schott의 Zerodur(TM))일 수도 있다.

본 발명은 상기 언급된 모든 액체 공급 시스템들에 관한 것이며, 액체 공급 시스템에 의해 기판으로 전달되는 방해력을 감소시킨다.

기판으로 전달될 수도 있는 방해력들은, (기판에 의해 적어도 일부가 지지되 는, 그 액체 공급 시스템들에 대한) 중력 및 (모든 형태의 액체 공급 시스템에 대한) 기판(W)상의 침지 액체 압력의 영향으로 인한 힘을 포함한다. 다른 방해력들은, 예를 들어 배리어 부재의 밑면상의 가스 베어링들 및 가스 시일들로부터, 또는 액체 공급 시스템의 z, Rz, Rx, 및 Ry 방향으로의 활성화된(activated) 이동들로 인해 발생된다. 가스 베어링 또는 시일은 액체 공급 시스템으로부터 액체 및 가스를 제거한다. 액체 및/또는 가스의 압력은 변경될 수 있고, 방해력들이 기판테이블에 전달되도록 할 수 있다.

기판테이블(WT) 조립체가 도 5에 예시된다. 도 5에 예시된 것은 단지 예시이며, 기판테이블(WT)은 상이한 구성을 가질 수도 있다. 도 5(및 도 6과 도 7)와 관련하여 서술된 원리들은, 다른 종류의 기판테이블(WT)에 동일하게 적용될 수 있으며, 또한 다른 종류의 액체 공급 시스템에도 적용될 수 있음은 물론이다.

도 5에는, 배리어 부재(10)를 구비한 액체 공급 시스템이 예시된다. 가스 시일(15)은 배리어 부재(10)의 저부와 기판(W) 사이에서 시일링된다. 배리어 부재(10)는 침지 액체로 채워질 수 있는 공간(5)을 제공하는데, 상기 배리어 부재(10)에 의해 한정되고(bounded), 투영시스템(PL)의 최종 요소와 기판(W) 사이의 공간이 침지 액체로 채워진다. 상기 장치는 액체 공급 시스템에 의해 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 기판(W)상에 인가하도록 1이상의 액츄에이터(45)를 제어하는 보상 제어기를 포함한다.

기판테이블(WT)은 2개의 메인 부분(40, 60)으로 구성된다. 상부 메인 부분(40)은 상기 상부 메인 부분(40)에 의해 운반되는 기판(W)의 정확하고 미세한 위치 설정을 위해 설계된다. 하부 메인 부분(60)은 개략적인 스케일(course scale)로 위치설정 수단(65)에 의해 이동되며, 마지막 정확한 위치설정은 상부 메인 부분과 하부 메인 부분(40, 60)들 사이에서 작동되는 액츄에이터(45)에 의한 상부 메인 부분(40)의 이동에 의해 달성된다. 본 발명은 기판테이블(40, 60)의 메인 상부 및 하부 부분들 사이의 액츄에이터(45)들을 참조함으로써 이하에 서술되지만, 여하한의 기판테이블, 예를 들어 1개의 부분만을 가지거나 2보다 많은 부분들을 가지는 이러한 것들에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다. 본 발명은 미세한 메인 3차원 위치설정 액츄에이터들인 액츄에이터(45)들에 관련하여 서술되지만, 본 발명은 필요한 보상력들을 인가하기 위해, 특별하게 별도의 액츄에이터들을 이용하여 수행될 수도 있다. 이들 보상력은 심지어 기판(W)에 직접 인가될 수도 있으며, 또는 실제로 기판테이블(WT)의 메인 하부 부분용 액츄에이터 수단(65)에 의해 인가될 수도 있다.

두 세트의 액츄에이터(45, 65)들은, XY 평면내에서, 보다 제한된 크기로, 하부 메인 부분(60)에 대해 Z 방향으로 또한 베이스 프레임(BF)으로 각각, 기판테이블(40, 60)의 각자의 부분들을 이동시킬 수 있다.

도 6은 본 발명이 기판(W)상의 배리어 부재(10)의 중력의 영향을 보상하기 위해, 필요한 보상력을 계산하고 액츄에이터(45)를 제어하는 보상 제어기(30)를 어떻게 사용하는지를 예시하며, 이 경우에 배리어 부재(10)는 (예를 들어, 유체 정역학적, 유체 역학적 또는 공기 베어링을 통해) 기판(W)에 의해 지지된다. 계산들은 Rx, Ry, 및 Rz 회전 운동, 및 z 운동을 고려하는 것이 바람직하다. 침지 액체를 통해 전달되는 방해력들의 영향들을 고려하는 경우, 다른 종류의 액체 공급 시스템에 도 동일한 원리들이 적용될 수 있으며, 이는 도 7과 관련하여 보다 상세히 서술된다. 하지만, 상기 동일한 원리들이 중력 힘들을 보상하기 위해서도 적용되는데, 그 이유는 침지 액체를 통해 전달되는 방해력들을 보상하는 경우에, 배리어 부재(10)의 중력의 중심 또는 액체 공급 시스템으로부터의 침지 액체에 의해 커버되는 기판의 영역의 중심을 통해 존재하므로, 두가지 경우 모두에서 기판테이블(W)에 인가되는 힘이 평가될 수 있기 때문이다.

도 6은 2차원에서의 실재(real life) 3차원 문제를 예시한다. 도 6에서 알 수 있듯이, 배리어 부재(10)의 무게가 일정할지라도, 기판(W)의 중심이 투영시스템의 광학 축선(점선 1로 표시됨)의 바로 밑으로부터 멀리 이동되는 경우, 기판테이블(40)의 상부 부분의 중력의 중심 주변의 모멘트(100)가 발생된다. 도 6에 예시된 경우에서, 이는 우측 액츄에이터(45)에 인가된 보상력(F₂)보다 큰 좌측 엑츄에이터(45)상에 인가될 보상력(F₁)을 요구한다. 액츄에이터(45)는 기판테이블의 상부 부분(40)과 배리어 부재를 모두 지지하도록 힘을 인가하여야만 한다. 기판테이블(WT)이 오른쪽으로 이동된다면, 좌측 액츄에이터(F₁)상의 힘은 증가될 것이고, 우측 액츄에이터(F₂)상의 힘은 감소될 필요가 있을 것이다. 따라서, 보상 제어기는 기판(W)의 원하는 위치에 기초하여 보상력을 계산하고, 이에 따라 액츄에이터(45)를 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 통상적으로 원하는 위치에 대해 단지 몇 nm만 다르기 때문에, 실제 x, y 위치를 이용하여 계산이 수행될 수도 있다.

액체 공급 시스템에 의해 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 기판테이블상에 인가하기 위해 액츄에이터들이 제어된다.

또한, 액체 공급 시스템은 기판을 통하지 않고 기판테이블(WT)에 직접 힘을 인가할 수도 있다. 이 경우, 동일한 원리들이 적용되며, 보상 제어기는 이러한 방식으로 발생된 여하한의 방해들을 보상할 수 있다.

보상 제어기(30)는 기판(W)의 원하는 (또는 실제) 좌표에 공급(feed)됨으로써 피드-포워드 방식으로 보상력을 계산할 수 있다. 이 정보로부터, 배리어 부재(10)의 그리고 기판테이블(40)의 상부 부분의 중력의 조합된 중심은, 그들의 위치들과 질량들 및 경우에 따라서는 액츄에이터(45)에 인가된 힘을 앎으로써 계산될 수 있다. 계산들은 공간내의 여하한의 지점에 기초할 수 있음은 분명하다. 배리어 부재(10)의 질량 및 그 위치 뿐만 아니라 기판(W)을 포함하는 기판테이블의 상부 부분(40)의 질량을 앎으로써 계산들이 수행될 수 있다.

보상 제어기(30)는 가스 시일내의 액체 및/또는 기체의 압력 또는 공간내의 액체의 압력으로 인해 필요한 보상력을 추가적으로 또는 대안적으로 계산할 수 있다. 상기 압력들은 측정될 수 있으며, 피드 포워드 또는 피드 백 방식으로 계산이 수행될 수 있다. 이 목적을 위해, 압력 센서(80)가 제공되고 또는 힘 센서(70)로부터의 데이터가 사용될 수 있다. 대안적으로는, 예를 들어 공간(5)의 안으로의 및/또는 바깥으로의 유속을 앎으로써 압력이 계산될 수 있다. 이 방식으로, 공기/물 혼합물의 추출(extraction)로 인해 공간(5)내의 침지 액체의 압력의 고유 변동(inherent variation)들이 보상될 수 있다.

알 수 있는 바와 같이, 보상력 성분은 각각의 액츄에이터(45)들에 대해 발생 된 전체 힘 신호에 추가될 수 있다. 다른 성분들은 기판(W)의 위치설정을 위한 것과 상부 부분(40)상의 중력의 힘을 보상하기 위한 것을 포함한다.

하부 부분(60)상의 힘들이 평형된다는 점에서, 상부 액츄에이터(45)들에 의해 발생된 것들에 대한 유사한 보상력들이 하부 액츄에이터(65)에 의해 발생되어야 할 필요가 있을 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.

대안적으로, 배리어 부재(10)가 기판 또는 기판테이블 이외의 상기 장치의 또 다른 부분에 의해 부분적으로 지지되고, 액츄에이터(70)에 의해 Z 방향으로 작동되는 경우에는, 상기 액츄에이터(70)에 의해 인가된 힘을 앎으로써 기판(W)상의 힘을 측정할 수 있다. 상기 액츄에이터(70)는, 전자기 모터, 압전 모터(piezoelectric motor), 배리어 부재(10)와 기판(W) 사이의 공기 배어링 또는 유체 정역학적 또는 유체 역학적 베어링 또는 여타 종류의 액츄에이터일 수도 있다. 액츄에이터들에 의해 인가된 힘들에 관한 정보는, 기판(W)상의 힘을 계산하는데 사용될 수 있으며, (피드-포워드 방식으로) 필요한 보상력을 계산하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 요소(70)는, 필요한 보상력을 계산하도록 보상 제어기에 의해 사용될 수 있는 투영 렌즈와 배리어 부재 사이의 힘을 나타내는 신호를 출력하는 힘 센서(70)일 수도 있다.

보상력은 (예를 들어, 벤딩(bending)과 같은) 배리어 부재(10)의 소정 동적 특성 및 (탄성과 같은) 가능한 베어링 특성들을 위해 필터링(및 그에 따라 보정)될 수도 있다.

또한, 보상 제어기는, 상기 테이블의 위치 이외의 여하한의 변수에 기초하여 피드백 방식으로 보상력을 계산할 수도 있다. 예를 들어, 피드백 계산은, 힘 센서(70) 출력 또는 액츄에이터 힘 또는 시일에서의 및/또는 공간내의 액체 압력 및/또는 시일에서의 가스 압력에 기초할 수도 있다.

상술된 바와 같이, 가스 시일 및 공간(5)내의 액체의 압력은, 기판(W) 또는 기판테이블(WT)에 힘(압력 × 면적)을 인가할 수 있다. 또한, 침지 액체에 의해 기판테이블(40)의 상부 부분에 인가된 모멘트는, 공간(5)내의 침지 액체의 압력 및 그 압력이 인가되는 표면적을 앎으로써 계산될 수 있다.

이상, 본 발명의 특정 실시예들이 서술되었지만, 본 발명은 서술된 바와 다르게 실시될 수도 있다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 침지 리소그래피 성능을 개선된 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법이 제공된다.

Claims (23)

1. 리소그래피 장치에 있어서,

   - 방사선의 투영빔을 제공하는 조명시스템;

   - 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;

   - 기판을 잡아주는 기판테이블;

   - 상기 기판의 타겟부상에 상기 패터닝된 빔을 투영시키는 투영시스템;

   - 상기 투영시스템의 최종 요소와 상기 기판 사이에 침지 액체를 제공하는 액체 공급 시스템;

   - 상기 기판상에 힘을 인가하는 1이상의 액츄에이터; 및

   - 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대이도록, 상기 기판상에 상기 1이상의 액츄에이터에 의해 인가될 보상력을 계산하는 보상 제어기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는 피드-포워드 방식으로 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는 피드백 방식으로 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는, 상기 액체 공급 시스템의 동적 특성들에 대해 필터링되고 보정되는 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는, 상기 기판의 실제 또는 원하는 위치에 기초하여 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는, 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판테이블에 인가되는 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 상기 기판테이블상에 인가하도록 상기 1이상의 액츄에이터를 제어하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 보상 제어기는, 중력으로 인해 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기 판에 인가되는 힘에 기초하여 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 액체 공급 시스템은, 상기 투영시스템의 상기 최종 요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 배리어 부재를 포함하여, 상기 투영시스템의 상기 최종 요소와 상기 기판 사이의 공간을 한정하도록 함으로써, 침지 액체가 적어도 부분적으로 채워지도록 하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 배리어 부재는, 상기 기판, 상기 기판테이블, 또는 상기 기판 및 상기 기판테이블에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 배리어 부재는, 배리어 액츄에이터를 이용하여 상기 투영시스템의 광학 축선에 대해 평행한 방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 배리어 액츄에이터는, 공기 베어링, 유체 역학적 또는 유체 정역학적 베어링인 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 보상 제어기는, 상기 배리어 부재를 정지한 상태로 유지시키기 위해 상기 배리어 액츄에이터에 의해 요구되는 힘에 기초하여 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
13. 제1항에 있어서,

    상기 보상 제어기는, 상기 침지 액체의 압력 변동들 또는 상기 액체 공급 시스템의 가스 베어링의 가스, 액체, 또는 가스 및 액체의 압력 변동들에 기초하여 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
14. 제11항에 있어서,

    상기 침지 액체내의 상기 압력을 측정하는 압력 센서, 상기 액체 공급 시스템과 상기 투영시스템 사이의 힘을 측정하는 힘 센서, 또는 상기 압력 센서 및 상기 힘 센서를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 액츄에이터는, 상기 기판을 지지하는 상기 기판테이블의 적어도 일부분에 힘을 인가하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
16. 제13항에 있어서,

    상기 보상 제어기는, 상기 투영시스템에 대해 상기 기판을 지지하는 상기 기판테이블의 상기 일부분의 중력의 중심의 원하는 또는 실제 위치에 기초하여 상기 보상력을 계산하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
17. 제1항에 있어서,

    상기 보상제어기는, 상기 투영시스템의 상기 광학 축선의 방향으로, 그리고 상기 투영시스템의 상기 광학 축선에 대해 직교하는 축선들을 중심으로 회전가능하게, 상기 기판상에 보상력을 인가하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 장치.
18. 디바이스 제조방법에 있어서,

    - 기판을 제공하는 단계;

    - 조명시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;

    - 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;

    - 투영시스템을 이용하여 상기 기판의 타겟부상에 방사선의 상기 패터닝된 빔을 투영하는 단계;

    - 상기 투영시스템의 최종 요소와 상기 기판 사이에 침지 액체를 제공하는 단계; 및

    - 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판에 인가된 힘에 대해 실질적으로 크기가 같고 방향이 반대인 보상력을 계산하고 상기 기판상에 인가하는 단계를 포 함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 보상력은 피드-포워드 방식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
20. 제18항에 있어서,

    상기 보상력은 피드백 방식으로 계산되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
21. 제18항에 있어서,

    상기 보상력은, 상기 기판의 실제 또는 원하는 위치에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
22. 제18항에 있어서,

    상기 보상력은, 중력으로 인해 상기 액체 공급 시스템에 의해 상기 기판에 인가된 힘에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
23. 제16항에 있어서,

    상기 보상력은, 상기 침지 액체내의 압력 변동들에 기초하여 계산되는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.

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