KR100728844B1 - 이머션 리소그래피 시스템 내 이동에 의한 교란을감소시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

이머션 리소그래피 시스템에서, 이동 가능 기판부는 기판과 적어도 하나의 광학 소자로부터 형성되며, 기판과 광학 소자 사이에는 이머션 액체를 포함한다. 이머션 액체 및 광학 소자는 기판과 일치하여 이동한다. 기판부의 이동은 노광 스캔 동안의 터뷸런스(turbulence)에 의해 생성된 굴절률 교란을 감소시킨다. 투사 광학 시스템은 동적 축 보상 그룹으로 강화된다. 동적 축 보상 그룹 내의 소자들은 기판부 내 광학 소자의 이동에 기인하는 축 대칭의 편향에 의해 야기되는 수차를 보상하기 위하여 이동할 수 있다. 이머션 액체로 채워진 기판부 내 공간은 적합한 동작 거리를 제공하기 위하여 동적으로 제어될 수 있다. 기판부 내의 광학 소자가 광출력(optical power)을 갖는 경우, 해상도 및 초점 심도 모두 강화될 수 있다. 광학 소자가 광출력을 갖지 않는 경우일지라도, 초점 심도는 여전히 강화될 수 있다.
이머션 리소그래피, 이동 가능 기판부, 광학 소자, 광출력, 해상도, 초점 심도

Description

이머션 리소그래피 시스템 내 이동에 의한 교란을 감소시키기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING DISTURBANCES CAUSED BY MOVEMENT IN AN IMMERSION LITHOGRAPHY SYSTEM}
본 명세서에 포함되어 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면은 본 발명을 도시하며, 나아가 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 본 기술분야의 당업자가 본 발명을 실시하고 이용하는 것을 가능하게 하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광 시스템의 블록도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노광 시스템의 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법의 흐름도.
도 5는 전형적인 이머션 리소그래피 시스템의 블록도.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 소자가 처음 나타나는 도면은 대응하는 참조 번호의 첫 번째 자릿수에 의해 전형적으로 표시된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
102: 노광 빔 104: 패턴 생성기 그룹
106: 동적 축 보상 그룹 108: 광학 그룹
110: 이동 가능 기판부 116: 렌즈 배열
118: 이머션 액체 120: 기판
본 발명은 포토리소그래피에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 이머션 포토리소그래피 시스템(immersion photolithography system) 내의 수차(aberration)를 방지하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
렌즈 시스템 및 반사 굴절 시스템(catadioptric system)을 사용하는 광학 리소그래피는 회로 패턴을 인쇄하기 위하여 반도체 제조업에서 광범위하게 사용된다. 광학 리소그래피의 실질상 한계(practical limit)는 투영(imaging)이 발생하는 매질을 공기로 가정한다. 이러한 실질상 한계는 다음의 수학식에 의해 정의된다.
Figure 112005047520917-pat00001
여기서, λ는 입사 광선의 파장이고, NA는 투사 광학 시스템의 개구수이며, n은 매질의 굴절률이다(여기서 비축 조명(off-axis illumination)이 사용되는 경우 2 대신에 4가 사용됨). 최종 렌즈 소자와 기판 표면 사이의 기체 인터페이스는 광학 시스템의 최대 해상도를 1.0 보다 작은 개구수로 제한한다.
따라서, 투영되고 있는 기판 및 투사 광학 시스템의 마지막 렌즈 소자 사이에 액체를 도입함으로써, 굴절률 n을 변경한다. 이에 의해, 광원의 실효 파장은 낮아지고, 해상도는 좋아진다. 예를 들어, 이머션 리소그래피는 157㎚ 광원을 실효 파장 115㎚로 낮추어서(예를 들어, n = 1.365인 경우), 업계에서 익숙하게 사용하고 있는 포토리소그래픽 도구와 동일한 것으로 임계층(critical layer)의 인쇄를 가능하게 한다.
유사하게, 이머션 리소그래피는 193㎚ 리소그래피를, 예를 들어 145㎚로 낮출 수 있다(n = 1.33인 경우). 따라서, 435㎚, 405㎚, 365㎚, 248㎚, 193㎚ 및 157㎚ 도구들 모두는 효율적으로 더 나은 해상도를 달성하고, 사용 가능한 파장을 "확장"하는데 사용될 수 있다. 결과적으로, 많은 양의 CaF2, 경질 박막(hard pellicles), 질소 정화(nitrogen purge) 등에 대한 필요를 피할 수 있다. 또한, 예를 들어 LCD 패널 제조에 유용할 수 있는 액체 이머션(liquid immersion)의 사용에 의해 초점 심도가 증가할 수 있다.
그러나, 이머션 포토리소그래피의 유망성에도 불구하고, 이머션 포토리소그래피 시스템의 발전을 지연시켜온 많은 문제점이 남아있다. 현존하는 이머션 포토리소그래피 시스템의 문제점 중 하나는 기판이 이머션 액체를 통하여 이동하면서 기포 및 캐비테이션(cavitation)과 같은 터뷸런스(turbulence)를 생성한다는 것이다. 이는 투사 광학 시스템 및 기판 간의 굴절률의 균질성을 감소시키고, 노광에서 수차를 야기시킨다. 이러한 수차는 이머션 액체를 통한 기판의 이동을 느리게 함으로써 줄일 수 있다. 그러나 이는 현재의 표준에 있어서 충분히 높은 처리율을 방해한다.
따라서, 이머션 액체를 통한 기판의 이동에 의해 야기되는 수차를 감소시키기 위한 방법 및 시스템에 대한 필요가 존재한다.
기판과 이머션 액체(immersion liquid) 사이의 이동에 의해 야기되는 터뷸런스(turbulence)는, 투사 광학 시스템(projection optical system: "POS")의 출구 광학 소자(exit optical element) 및 기판(이들 사이에 이머션 액체가 있음)을 단일 이동 가능 유닛으로 결합시킴으로써 피할 수 있다. 해상도 강화, 초점 심도 강화 또는 둘 모두를 희망하는지 여부에 따라, 출구 소자(exit element)는 광출력(optical power)을 가질 수도, 갖지 않을 수도 있다.
이머션 리소그래피 시스템(immersion lithography system) 내의 POS는, 패턴 생성기, 광학 그룹 및 이동 가능 기판부에 더하여, 동적 축 보상 그룹(dynamic axial compensation group)으로 강화될 수 있다. 동적 축 보상 그룹은, 축 대칭의 편향(deviation)에 의해 야기되는 수차(aberration)를 보상하기 위하여, POS 광학 트레인(optical train)의 연속적인 보정을 제공한다. 이머션 액체로 채워진, 기판과 이동 가능 광학 소자 사이의 공간은, 적합한 동작 거리를 제공하기 위하여 동적으로 제어될 수 있다.
일 실시예에서, 이동 가능 기판부(movable substrate unit)는 전체 필드 스텝-앤-스캔 노광(full field step and scan exposure)에 사용된다. 이동 가능 기판부는 광출력을 갖는 전체 필드 광학 소자(full field optical element)를 포함한다.
다른 실시예에서, 이동 가능 기판부는 전체 필드 스텝 노광(full field step exposure)에 사용된다. 이동 가능 기판부는 보상을 최소화하기 위하여 광출력을 가진 서브-필드 광학 소자를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 이동 가능 기판부는 전체 필드 스텝-앤-스캔 노광에 사용된다. 이동 가능 기판부는 광출력을 갖지 않는 전체 필드 광학 소자를 포함한다. 이 실시예는 초점 심도는 증가되나 해상도는 증가되지 않아도 충분한 경우에 사용된다.
본 발명의 다른 실시예, 특징 및 장점들은, 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작과 마찬가지로, 첨부된 도면을 참조하여 이하 상세하게 설명된다.
특정 구성 및 배치가 논의되지만, 이는 단지 예시적인 목적으로 이루어지는 것임을 이해해야할 것이다. 본 기술분야의 당업자는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 채 다른 구성 및 배치가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 본 발명이 다양한 다른 응용에도 사용될 수 있음은 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
리소그래피는 기판의 표면 상에 피처(feature)를 생성하는데 사용되는 공정이다. 그러한 기판으로는 플랫 패널 디스플레이(예를 들어, 액정 디스플레이), 반도체 웨이퍼, 회로 보드, 다양한 집적 회로, 프린트 헤드, 매크로/나노 유체 기판(macro/nano-fluidic substrates) 등의 제조에 사용되는 것들을 포함할 수 있다. 노광시, 기판 스테이지(substrate stage) 상에 배치된 기판은 리소그래피 장치 내 에 위치한 노광 광학계(exposure optics)에 의해 기판의 표면상으로 투사되는 이미지에 노광된다.
투사된 이미지는 기판의 표면 상에 증착된 층(예를 들어, 포토레지스트(photoresist))의 특성에 변경을 제공한다. 이 변경은 노광 동안 기판상으로 투사된 피처에 대응한다. 노광 다음에, 패턴화된 층을 생성하기 위하여 층은 에칭되거나 또는 처리될 수 있다. 패턴은 노광 동안 기판상으로 투사된 피처들에 대응한다. 그 후 패턴화된 층은 도전층, 반도체층 또는 절연층과 같은 기판 내의 하부 구조 층의 노광된 부분들을 제거하거나 또는 더 처리하는데 사용된다. 이 공정은, 기판의 표면 상에, 또는 다양한 층에, 원하는 피처들이 형성되었을 때까지, 다른 단계들과 함께 반복된다.
스텝-앤-스캔 기술(step-and-scan technology)은 좁은 투영 슬롯(imaging slot)을 갖는 투사 광학 시스템("POS")과 함께 작동한다. 기판 전체를 한 번에 노광시키기보다는, 개별적인 필드가 한 번에 하나씩 기판상으로 스캔된다. 이는 투사 동안 기판과 레티클(reticle)을 동시에 움직임으로써 투영 슬롯이 필드를 가로질러 움직이게 되도록 하여 달성된다. 그 후 기판 스테이지는, 레티클 패턴의 복수의 사본이 기판 표면 전체에 노광되도록 하기 위하여, 필드 노광들(field exposures) 간에 비동기식으로 스테핑(stepping)되어야 한다. 이러한 방식으로, 기판상으로 투사되는 이미지의 질이 최대화된다.
이머션 리소그래피 시스템에서, POS 출구 윈도우(exit window)와 기판 표면 사이의 공간에 액체가 주입된다. 도 5는 전형적인 이머션 리소그래피 시스템(500) 의 블록도이다. 시스템(500)은 패턴 생성기(502), POS(504) 및 기판(506)을 포함한다. 기판(506)을 완전하게 노광하기 위하여, 기판(506)은 POS(504)에 상대적으로 이동한다. 이머션 액체(508)는 기판(506)과 출구 POS 소자(exit POS element; 510) 사이의 공간을 채운다. 전형적으로, 이머션 액체(508)는 기판(506)이 이동하는 동안에 공간을 통하여 순환한다. 이머션 액체(508)와 관련한 기판(506)의 이동에 의해 야기되는 터뷸런스 때문에, 이머션 액체(508)의 굴절률은 액체 전체를 통하여 상수가 아니다. 이러한 굴절률의 교란은 노광 패턴에 수차를 생성한다.
본 발명에 따라, 리소그래피 시스템의 이머션 액체 내의 터뷸런스는, 적어도 하나의 광학 소자와 기판(그 사이에 이머션 액체가 있음)으로 단일 이동 가능 유닛을 형성함으로써 감소시킬 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 시스템(100)의 블록도이다. 노광 빔(exposure beam; 102)은 블록도를 통하여 연장하는 선에 의해 표현된다. 노광 빔(102)은 가시 영역에 있지 않은 자외선 파장과 같은 파장을 가진 레이저일 수 있다. 본 발명의 예시적인 응용은 248㎚, 193㎚ 및 157㎚를 포함하는(그러나 이에 제한되는 것은 아님) 파장을 사용한다. 추가적으로, 노광 빔(102)은, 예를 들어 펄스 레이저(pulsed laser) 또는 지속파 레이저(continuous wave laser)에 의해 생성될 수 있다. 노광 시스템(100)은 패턴 생성기 그룹(104), 동적 축 보상 그룹(106), 광학 그룹(108) 및 이동 가능 기판부(110)를 포함한다.
패턴 생성기 그룹(104)은 패턴 생성기(112) 및 광학 그룹(114)을 포함한다. 패턴 생성기(112)는, 예를 들어 레티클 또는 공간 광변조기(spatial light modulator: "SLM")(예를 들어, 디지털 마이크로미러 장치("DMD"), 반사형 액정 디스플레이("LCD"), 그레이딩 광 밸브("GLV") 등)일 수 있다. 패턴 생성기(112)는 노광 패턴을 노광 빔(102) 내로 주입한다. 광학 그룹(114)은 POS의 부분이다. 광학 그룹(114)은 노광 빔(102) 내의 광선이 시스템(100)을 통하여 노광 빔(102)을 똑바로 나가게 하고 초점을 맞추도록 더 조절한다.
광학 그룹(114)을 떠난 후에, 노광 빔(102)은 동적 축 보상 그룹(106)으로 들어간다. 전통적인 노광 시스템에서는, POS 내의 마지막 소자가 이동하지 않으며, 노광 빔은 고정 경로("노광 축")를 따른다. 도 1의 실시예에서는, 이하 더 설명되는 바와 같이, 기판부(110)가 예를 들어 수평 및/또는 수직으로 이동한다. 이는 기판부(110)의 광출력에 기인한 일부 축 곡률을 결과적으로 야기한다. 동적 축 보상 그룹(106)은 이러한 축 대칭의 편향에 의해 야기되는 수차를 보정한다. 동적 축 보상 그룹(106)의 렌즈들이 함께 그룹화되어 도 1에 도시되어 있다. 그렇다 할지라도, 이들이 물리적 구현에서 분리될 수도 있으며, 그리고/또는 광학 그룹들(114 및 108) 중 하나 또는 둘 모두와 통합될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자는 인식할 것이다. 동적 축 보상 그룹(106)의 렌즈들은, 임의의 축 배치에 대하여 적절한 보상을 제공하기 위하여 이동(예를 들어, 자리 옮김, 회전, 기울기 등)할 수 있다. 이러한 이동은 기판부(110)의 예상 이동에 기초할 수도 있으며, 또는 피드백 시스템의 결과일 수도 있다.
노광 빔(102)은 다음으로 광학 그룹(108)을 통과하며, 이는 기판 노광을 위하여 빔의 초점을 맞추고 더 조절하는 POS의 부분이다. 노광 빔(102)은 이동 가능 기판부(110)로 향한다.
이동 가능 기판부(110)는 렌즈 배열(116), 이머션 액체(118) 및 기판(120)을 포함하며, 이들 모두는 일치하여 이동한다. 렌즈 배열(116) 및 기판(120)은 상호 부착되거나 부착되지 않을 수 있다. 광학 그룹(108)으로부터의 노광 빔(102)은, 패턴을 기판(120)상에 노광시키기 위하여, 렌즈 배열(116) 및 이머션 액체(118)를 통과한다. 전형적인 이머션 시스템에서, POS의 출구 렌즈(exit lens)는 이머션 액체와 접촉한다. 출구 렌즈는, 보울 렌즈(bowl lens)와 같이, 전형적으로 매우 강한 렌즈이다. 도 1의 실시예에서, 이머션 액체(118)와 접촉하는 POS 출구 소자는 렌즈 배열(116)이다. 동적 축 보상 그룹(106)에 의해 최소한의 보정이 필요하도록, 렌즈 배열(116)은 낮은 광출력을 가질 수 있다. 렌즈 배열(116)의 임의의 약점을 보상하기 위하여 추가적인 광학계가 광학 그룹(114 및/또는 108)에 추가될 수 있다.
시스템(100)은 전체 필드 스텝-앤-스캔 시스템이다. 따라서, 기판 상의 전체 필드가 스캔 공정에서 노광된다. 일단 그 필드의 스캔이 완료되면, 시스템(100)은 다음 필드로 스테핑한다. 각각의 필드는, 예를 들어 25-32㎜일 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 렌즈(122)와 같은 렌즈 배열(116) 내의 개별 렌즈들은 대략 필드와 동일한 크기일 수 있다. 따라서 각각의 필드는, 각자의 렌즈를 가지고, 렌즈 배열(116) 내의 단일 렌즈를 통하여 스캔될 것이다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 채, 본 명세서의 상세한 설명에 기초하여, 스텝-앤-스캔 접근 방식의 다른 변형들이 본 기술분야의 당업자에게 명백할 것이다.
렌즈 배열(116)과 기판(120) 사이의 간격은 대략 50㎛일 수 있으나, 이보다 더 크거나 작은 치수가 사용될 수도 있다. 탈이온수(deionized water)와 같은 물이 193㎚ 리소그래피를 위하여 사용될 수도 있으며, 이는 193㎚에서 상대적으로 손실이 없기 때문이다. 본 기술분야의 당업자는 다른 액체, 예를 들어 사이클로 옥탄(cyclo-octane), 포엠블린 오일(Foemblin oil) 및 퍼플루오로폴리에테르 유체(perfluoropolyether fluids)가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 157㎚ 리소그래피에 있어서, 액체 내의 손실은 관심사이다. 이로 인해 렌즈 배열(116)과 기판(120) 사이의 간격이 더 작아져야만 한다. 157㎚ 리소그래피의 경우에, 렌즈 배열(116)과 기판(120) 사이의 공간은 50㎛ 또는 이보다 작은 값일 수 있다.
이머션 액체층(118)은, 예를 들어 봉쇄 고리(containment ring)(도시되지 않음)에 의해 유지될 수 있다. 봉쇄 고리는, 렌즈 배열(116)과 기판(120)이 컨테이너의 대향 면들(opposite faces)을 형성하는 컨테이너의 가장자리 또는 측면을 형성할 수 있다. 대안으로, 상당량의 이머션 액체를 유지하기 위하여 점착(adhesion)이 이용될 수 있다. 시스템(100)의 배향에 따라(렌즈 배열(116)이 기판(120)의 위에 위치하는지 또는 아래에 위치하는지 여부), 이머션 액체는 기판(120) 또는 렌즈 배열(116)의 표면에 남아 있을 수 있다. 이머션 액체(118)의 부피는 표면 장력 때문에 한 표면 상에 함께 붙잡혀 있을 것이며, 다른 표면은 이머션 액체(118)의 메니스커스(meniscus)에 접촉한다.
이머션 액체(118)의 부피는, 예를 들어 초점 변경과 같은, 다양한 효과를 위하여 조정될 필요가 있을 수 있다. 봉쇄 고리는 이머션 액체(118)의 부피를 조정 하기 위하여 주입구(inlets) 및/또는 방출구(outlets)를 가질 수 있다. 또한, 봉쇄 고리는 추가된 액체를 수용하기 위하여 추가적인 저장소를 가질 수 있다. 예를 들어, 거리 또는 초점의 임의의 오류를 보정하기 위하여 이머션 액체(118) 내에 피드백 센서가 포함될 수 있다. 간섭계(interferometer) 또는 용량계(capacitance gauge)와 같은, 전형적 리소그래피 시스템의 투사 광학계와 기판 사이의 레벨 간격을 유지하는데 사용되는 대부분의 측정 장치들은 기판부(110)에서도 또한 사용될 수 있다. 기압계 또한 이머션 액체의 외부에서 사용될 수 있다.
기판의 노광이 건조 노광(dry exposure)을 요구하는 경우에 있어서는 액체가 완전히 제거될 수 있음 또한 알 수 있을 것이다. 건조 노광을 위하여, 광학 그룹들(114 및 108) 중 하나 또는 둘 모두는 적절하게(예를 들어, 초점, 구면 수차, 개구수의 감소 등) 조정될 필요가 있을 수 있다.
노광 동안, 패턴 생성기(112) 및 이동 가능 기판부(110) 모두 노광 빔(102)에 대하여 이동한다. 패턴 생성기 이동 및 기판부 이동 간의 속도 비율은 시스템의 확배율에 따른다. 예를 들어, 시스템(100)의 확배율이 4인 경우, 패턴 생성기(112)는 이동 가능 기판부(110)보다 4배 빠르게 이동할 것이다. 이동 가능 기판부(110)가 이동함에 따라, 동적 축 보상 그룹 또한, 이동하는 렌즈 배열(116)에 의해 생성되는 축 변경을 고려하기 위하여 이동한다. 렌즈 배열(116), 이머션 액체(118) 및 기판(120) 중 어느 것도 서로에 대한 상대적인 위치가 변하지 않는다. 따라서, 기판(120)의 스캔 이동은 액체 내의 어떠한 터뷸런스도 야기하지 않으며, 이머션 액체에 의해 야기되는 종합적인 왜곡은 감소한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 노광 시스템(200)의 블록도이다. 패턴 생성기 그룹(204), 동적 축 보상 그룹(206) 및 광학 그룹(208) 내의 소자들은 시스템(100)의 패턴 생성기 그룹(104), 동적 축 보상 그룹(106) 및 광학 그룹(108)에 각각 대응한다. 유사하게, 이동 가능 기판부(210)는 광출력 렌즈 배열(212), 이머션 액체(216) 및 기판(218)을 포함한다.
스텝-앤-스캔 시스템 대신에, 시스템(200)은 스텝 시스템이다. 따라서, 스테핑 이전에 전체 필드를 통하여 라인별로 스캔하는 대신에, 시스템(200)은 각각의 필드를 서브 필드로 나눈다. 시스템(200)은 각각의 필드로 스테핑하고, 스캔 없이 전체 서브 필드를 노광한다. 한 번의 노광으로 전체 필드가 투영되지는 않기 때문에, 패턴 생성기(220)도 움직일 필요가 있을 수 있다.
더 작은 서브 필드를 수용하기 위하여, 렌즈 배열(212)은 렌즈(214)와 같은 렌즈들의 집합을 포함한다. 렌즈(214)는 대략 서브 필드의 크기이다. 렌즈 배열(212)의 렌즈들은 필드 크기보다 작기 때문에, 축 변위가 그다지 많지 않을 것이다. 따라서, 축 변위 보상 그룹(axial displacement compensation group; 206)은 시스템(100)에서와 같이 많이 이동할 필요가 없을 것이다. 필드 크기 때문에 더 적은 축 보상이 요구되므로, 서브 필드 렌즈의 광출력은 시스템(100)에서보다 더 높을 수 있다. 렌즈 배열(212)의 광출력은 원하는 서브 필드 스티칭(stitching) 품질에 의해 우선적으로 제한될 것이다. 그 밖에 시스템(200)의 구현은 시스템(100)에 관하여 설명한 바와 유사하다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 노광 시스템(300)의 블록도이다. 시스 템(300)은 전체 필드 스텝-앤-스캔 시스템이다. 패턴 생성기 그룹(304), 축 변위 보상 그룹(306) 및 광학 그룹(308) 내의 소자들은 시스템(100)의 패턴 생성기(104), 동적 축 보상 그룹(106) 및 광학 그룹(108)에 각각 대응한다. 이머션 액체(318)에 접촉하는 렌즈 배열을 포함하는 대신에, 기판부(310)는 광출력을 갖지 않는 평판(flat plate; 316)을 포함한다. 렌즈 배열이 추가했을 수 있는 임의의 광출력은 대신에, 예를 들어 광학 그룹(308)에 포함될 수 있다.
렌즈 배열 대신 평판(316)을 사용함으로써 본 실시예는 기존 시스템에 추가하기 쉬워진다. 노광이 필요한 모든 광학계는, 임의의 광학계를 이동 가능 기판부(310)로 분리하지 않고, 광학 그룹(314 및 308)과 통합될 수 있다. 나아가, 평판(316)에는 광출력이 존재하지 않기 때문에, 광축은 변위되지 않을 것이다. 따라서 축 변위 보상 그룹(306)의 사용은 도 3의 실시예에서 옵션이다. 기존 시스템에서의 사용을 위하여, 첫째 변경은 POS의 확대에 있을 것이며, 이는 기판이 POS의 출구 렌즈로부터 상이한 거리에 위치할 것이기 때문이다. 그 밖에 시스템(300)의 구현은 시스템(100)과 관련하여 설명한 바와 유사하다.
시스템(100 및 200)과 같이, 이머션 액체와 접촉하는 광출력 소자를 갖는 이머션 시스템은, 시스템의 개구수가 효율적으로 증가되기 때문에, 해상도 강화를 제공한다. 이머션 리소그래피 시스템에서 이용 가능한 해상도 Δ는 다음의 수학식에 의해 주어진다.
Figure 112005047520917-pat00002
여기서, λ wet 은 이머션 액체의 존재에 기인한 노출 광선(exposure light)의 실효 파장이며, NA dry 는 공기 중 POS의 개구수이다. λ wet 은 다음의 수학식을 사용하여 결정할 수 있다.
Figure 112005047520917-pat00003
여기서, λ dry 는 노출 광선의 실제 파장이며, n imm 은 이머션 액체의 굴절률이다.
이머션 시스템은 또한 초점 심도(depth of focus)를 강화한다. 이머션 리소그래피 시스템에서 사용 가능한 초점 심도는 다음의 수학식에 의해 주어진다.
Figure 112005047520917-pat00004
본 발명에 따른 이머션 시스템에서는, 광출력을 갖는 기판부를 사용하는지 여부에 관계없이, 초점 심도가 개선될 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)은 이머션 액체와 접촉하는 광출력 소자를 포함하지 않기 때문에, 해상도 강화는 달성할 수 없을 것 이다. 그러나 노광의 초점 심도는 여전히 개선할 수 있다. 강화된 초점 심도는, 광학 그룹(314 및 308)과 같은, POS의 다른 광학계의 개선된 허용 오차(tolerances)를 결과로 낳는다.
도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 실시예들과 유사한 시스템들은, 예를 들어 이중 스캔 시스템(dual scan system)으로 구현될 수 있다. 그러한 구현에서, 이동 가능 기판부(110)는 제1 스테이지에서 조립(assemble)되고, 동시에 노광은 제2 스테이지에서 발생할 수 있다. 그러나 본 발명은 임의의 단일 스테이지 또는 다중 스테이지 리소그래피 시스템으로 구현될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자는 인식할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 리소그래피 방법(400)의 흐름도이다. 단계(402)에서, 적어도 하나의 광학 소자, 대량의 이머션 액체 및 기판이 단일의 이동 가능 유닛에 결합된다. 광학 소자는, 시스템들(100 및 200)에서와 같이, 광출력을 가지며 POS의 출구 소자일 수 있다. 대안으로, 광학 소자는 광출력을 갖지 않을 수도 있다. 광학 소자, 이머션 액체 및 기판은 광학 접촉, 점착 또는 본 기술분야의 당업자에게 공지된 임의의 다른 결합 방법을 통하여 결합될 수 있다.
단계(404)에서, 단일 유닛은 패턴을 운반하는 노광 빔에 대하여 이동된다. 단일 유닛이 이동되는 속도는 원하는 패턴의 확대도에 의존한다. 이동은 또한, 리소그래피 시스템이 스텝 시스템인지 또는 스텝-앤-스캔 시스템인지 여부에 따라 다르다. 만약 스텝 시스템인 경우, 이동은 한 위치에서 다른 위치로 이동하는 스텝 핑 이동을 포함할 것이고, 그 후 노광이 발생하는 동안 잠시 멈출 것이다. 만약 시스템이 스텝-앤-스캔 시스템인 경우, 이동은 한 위치에서 새로운 위치로 이동하는 스텝핑 이동 및 그 후의 새로운 위치 내에서의 지속적인 스캐닝 이동을 포함할 것이다.
단계(406)에서, 적어도 하나의 광학 보상 소자는 단일 유닛의 이동을 보상하기 위하여 이동된다. 보상 소자의 이동은, 자리 옮김(shifting), 회전(rotating) 및 기울기(tilting) 중 임의의 조합을 포함(제한이 아님)할 수 있다. 전체 필드 노광은 서브 필드 노광보다 더 많은 보상을 필요로 할 것이다. 단일 유닛이 광출력을 갖지 않는 경우, 보상은 필요하지 않을 수 있으며, 단계(406)는 건너뛸 수 있다.
단계(408)에서, 기판은 패턴을 운반하는 노광 빔에 노출된다. 기판은 단일 유닛의 부분이기 때문에, 노광 빔은 기판 표면에 도달하기 이전에 광학 소자 및 이머션 액체를 통과한다.
본 발명의 다양한 실시예들이 앞서 설명되었지만, 이들은 제한이 아닌 단지 예시로서 나타낸 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 채, 형태 및 세부 사항에 다양한 변경이 가해질 수 있음은, 본 기술분야의 당업자에 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 폭 및 범위는 상술한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위 및 그 균등물에 따라서만 정의되어야 한다.
이머션 리소그래피 시스템에서, 이동 가능 기판부는 기판과 적어도 하나의 광학 소자로부터 형성되며, 기판과 광학 소자 사이에는 이머션 액체를 포함한다. 이머션 액체 및 광학 소자는 기판과 일치하여 이동한다. 기판부의 이동은 노광 스캔 동안의 터뷸런스에 의해 생성된 굴절률 교란을 감소시킨다. 투사 광학 시스템은 동적 축 보상 그룹으로 강화된다. 동적 축 보상 그룹 내의 소자들은 기판부 내 광학 소자의 이동에 기인하는 축 대칭의 편향에 의해 야기되는 수차를 보상하기 위하여 이동할 수 있다. 이머션 액체로 채워진 기판부 내 공간은 적합한 동작 거리를 제공하기 위하여 동적으로 제어될 수 있다. 기판부 내의 광학 소자가 광출력을 갖는 경우, 해상도 및 초점 심도 모두 강화될 수 있다. 광학 소자가 광출력을 갖지 않는 경우일지라도, 초점 심도는 여전히 강화될 수 있다.

Claims (24)

  1. 액체 이머션 포토리소그래피 시스템(liquid immersion photolithography system)으로서,
    적어도 하나의 광학 소자(optical element);
    기판(substrate); 및
    상기 적어도 하나의 광학 소자 및 상기 기판 사이에 배치된 일정 부피의 이머션 액체(immersion liquid)를 포함하며,
    상기 일정 부피의 이머션 액체는 상기 적어도 하나의 광학 소자 및 상기 기판 사이에 점착(adhesion)을 통하여 유지(held)되고,
    상기 적어도 하나의 광학 소자, 상기 기판 및 상기 일정 부피의 이머션 액체는 투영(imaging) 동안 일치하여 이동하도록 구성된 포토리소그래피 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이머션 액체의 부피는 가변(variable)인 포토리소그래피 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이머션 액체의 부피는 초점을 조정하기 위하여 변경될 수 있는 포토리소그래피 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    축 변위(axial displacement)를 보상하기 위한 보상 광학 시스템(compensation optical system)을 더 포함하는 포토리소그래피 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보상 광학 시스템은 자리 옮김(shifting), 회전(rotating) 또는 기울기(tilting) 중 적어도 하나의 능력을 갖는 적어도 하나의 렌즈를 포함하는 포토리소그래피 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 보상 광학 시스템은 투사 광학 시스템(projection optical system)의 부분인 포토리소그래피 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는 광출력(optical power)을 갖는 전체 필드 렌즈 배열(full field lens array)인 포토리소그래피 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는 광출력을 갖는 서브 필드 렌즈 배열(sub-field lens array)인 포토리소그래피 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는 광출력을 갖지 않는 포토리소그래피 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자는 투사 광학 시스템의 출구 렌즈(exit lens)인 포토리소그래피 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 일정 부피의 이머션 액체는 표면 장력 때문에 상기 기판의 표면에 남아 있는 포토리소그래피 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 광학 소자의 표면은 상기 일정 부피의 이머션 액체의 메니스커스(meniscus)에 접촉하는 포토리소그래피 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 일정 부피의 이머션 액체는 표면 장력 때문에 상기 적어도 하나의 광학 소자의 표면에 남아 있는 포토리소그래피 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판의 표면은 상기 일정 부피의 이머션 액체의 메니스커스에 접촉하는 포토리소그래피 시스템.
  17. 기판 상에 패턴을 인쇄하는 방법으로서,
    (a) 적어도 하나의 광학 소자, 일정 부피의 이머션 액체 및 상기 기판을 단일 유닛으로 결합시키는 단계 - 상기 일정 부피의 이머션 액체는 상기 적어도 하나의 광학 소자 및 상기 기판 사이에 점착을 통하여 유지됨 - ;
    (b) 상기 패턴을 운반하는 노광 빔(exposure beam)에 대하여 상기 단일 유닛을 이동시키는 단계; 및
    (c) 상기 기판을 상기 단일 유닛을 통하여 상기 노광 빔에 노출시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    (d) 상기 노광 빔에 대한 상기 단일 유닛의 이동을 보상하기 위하여 적어도 하나의 광학 보상 소자를 이동시키는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 단계(d)에서의 이동은 자리 옮김, 기울기 또는 회전 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 단계(a)는 광출력을 갖는 적어도 하나의 소자, 상기 일정 부피의 이머션 액체 및 상기 기판을 단일 유닛으로 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    (d) 상기 노광 빔의 초점 심도 및 해상도 중 적어도 하나를 변경하기 위하여 상기 이머션 액체의 부피를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 단계(a)는 광출력을 갖지 않는 적어도 하나의 소자, 상기 일정 부피의 이머션 액체 및 상기 기판을 단일 유닛으로 결합시키는 단계를 포함하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    (d) 상기 노광 빔의 초점 심도를 변경하기 위하여 상기 이머션 액체의 부피를 조정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  24. 기판 상에 패턴을 인쇄하는 방법으로서,
    (a) 광출력을 갖는 적어도 하나의 광학 소자, 일정 부피의 이머션 액체 및 상기 기판을 단일 유닛으로 결합시키는 단계;
    (b) 상기 패턴을 운반하는 노광 빔에 대하여 상기 단일 유닛을 이동시키는 단계; 및
    (c) 상기 기판을 상기 단일 유닛을 통하여 상기 노광 빔에 노출시키는 단계
    를 포함하는 방법.
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