KR101204157B1

KR101204157B1 - 마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치 및 그 투영 렌즈를 위한 측정 장치

Info

Publication number: KR101204157B1
Application number: KR1020107006020A
Authority: KR
Inventors: 알브레히트 에르만; 울리히 베크만; 라이너 호흐; 요에르크 말만; 칼 하인쯔 슈스터
Original assignee: 칼 짜이스 에스엠테 게엠베하
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2005-01-13
Publication date: 2012-11-22
Also published as: EP1706793A2; KR20100046263A; US9436095B2; US20130120723A1; CN1938646B; US20070070316A1; JP2011166165A; KR20100049652A; JP2015135524A; WO2005071491A2; JP2007519238A; EP1706793B1; US20080309894A1; US20100141912A1; US8330935B2; US10345710B2; JP4843503B2; KR101135232B1; WO2005071491A3; TW200525309A

Abstract

마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치가 담금 작업을 위해 구성된 투영 렌즈(20)를 포함한다. 이 같은 목적을 위해 담금 액(34)이 이미지 측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소(L5; 54)와 감광 층(26) 사이에 위치하는 담금 공간(44)내로 도입된다. 상기 담금 액(34) 내에서 발생되는 온도 구배로부터 발생되는 굴절률 변동을 줄이기 위해, 상기 투영 노광 장치(10)가 열 전달 요소(50; 501; 502; 503; 504)를 포함하며, 이와 같은 열 전달 요소로 사이 담금 액(34)의 영역들이 특정한 방법으로 가열되거나 냉각될 수 있도록 된다.

Description

마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치 및 그 투영 렌즈를 위한 측정 장치{MICROLITHOGRAPHIC PROJECTION EXPOSURE APPARATUS AND MEASURING DEVICE FOR A PROJECTION LENS}

본 발명은 높은 집적 전기 회로 그리고 다른 마이크로 구조 컴포넌트를 생산하기 위해 사용되는 마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치에 대한 것이다. 특히, 본원 발명은 담금(immersion) 작업을 위해 구성된 투영 노광 장치에 대한 것이다. 본원 발명은 또한 투영 렌즈의 이미징(imaging) 특성을 결정하기 위한 측정 장치를 추가로 제공한다.

집적 회로 그리고 다른 마이크로 구조 컴포넌트는 복수의 구조 층을 적절한 기판(가령 실리콘 웨이퍼)으로 적용함으로써 일반적으로 생산된다. 상기 층 들을 구성하기 위해, 이들은 먼저 일정 파장 범위, 가령 깊은 자외선(DUV) 스펙트럼 범위 광선에 민감한 포토 레지스트로 커버된다. 상기 코팅된 웨이퍼는 다음에 투영 노광 장치에 노광된다. 마스크에 위치한 구조로 구성된 패턴은 투영 렌즈에 의해 상기 포토 레지스트 위에서 이미징된다. 상기 이미징 스케일이 1: 1보다 작기 때문에, 그와 같은 투영 렌즈들은 축소 렌즈로 자주 언급이 된다.

상기 포토 레지스트가 현상(develop)된 후, 상기 웨이퍼는 에칭 또는 증착 처리를 받으며, 이에 의해 최 상측 층이 상기 마스크 위 패턴에 따라 구성된다. 이후에 상기 나머지 포토 레지스트가 상기 층의 나머지 부분으로부터 제거된다. 이 같은 처리는 모든 층들이 상기 웨이퍼로 적용될 때까지 반복된다.

투영 노광 장치의 개발에서 주요 설계 목적 중 하나는 리소그래피(석판 인쇄)식으로 점점 작은 크기의 구조를 만들 수 있는 것이다. 작은 구조를 가짐으로써, 높은 집적 밀도를 만들 수 있게 되며, 이는 그와 같은 장치를 사용하여 구성되는 마이크로 구조 컴포넌트 효율에 바람직한 영향을 미친다.

상기 만들 수 있는 구조의 크기는 무엇보다도, 사용된 투영 렌즈 해상도에 달려있다. 투영 렌즈의 해상도가 상기 투영 광선의 파장이 짧아짐에 따라 개선되기 때문에, 상기 해상도를 감소시키는 한 가지 방법은 더욱 짧은 파장을 갖는 투영 광선을 사용하는 것이다. 현재 사용되는 가장 짧은 파장은 193 nm 및 157 nm로서, 깊은 자외선(DUV) 스펙트럼 범위에 있다.

상기 해상도를 줄이기 위한 또 다른 방법은 이미지(image) 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈 그리고 포토 레지스트 또는 노광되어질 또 다른 감광 층 사이에 위치하는 공간으로 높은 굴절률을 갖는 담금 액체를 도입하여 실시된다는 것이다. 담금 작업을 위해 설계된 투영 렌즈는 따라서 담금 렌즈라 불리기도 하는데, 1 보다 큰, 가령 1.3 또는 1.4 의 개구수(numerical aperture)를 얻을 수 있다. 그러나, 담금은 높은 개구수를 가능하게 하고 이에 따라 해상도를 개선시키고, 초점 심도에 유리한 영향을 미친다. 초점 심도가 크면 클수록 투영 렌즈의 이미지 평면 내 웨이퍼의 정밀 위치 정함에 대한 요구는 작아진다.

담금 작업을 위해 설계된 투영 노광 장치는 US 4,346,164 A호로부터 공지되어 있다. 웨이퍼를 수용하기 위해, 이 같이 알려진 투영 노광 장치는 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계면보다 높게 위치하는 상측 에지를 갖는, 상측을 향해 개방된 컨테이너를 갖는다. 담금 액을 위한 유입 및 유출 파이프는 컨테이너 내로 개방된다. 이들 파이프는 펌프, 온도 안정 장치 그리고 상기 담금 액을 세척하기 위해 필터에 연결된다. 상기 투영 노광 장치의 동작 중에, 상기 담금 액이 루프로 순환된다. 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계 면과 노광될 반도체 슬라이스 사이에 위치한 담금 공간이 상기 담금 액으로 채워져서 유지된다.

담금 배치를 갖는 투영 노광 장치가 WO 99/49504에서 공지되어 있다. 이 같은 투영 노광 장치에서, 담금 액을 위한 공급 및 방출 파이프가 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계 면으로 직접적으로 개방된다. 특히, 가령 상기 이미지 측에서의 마지막 렌즈 둘레에 링으로서 배열될 수도 있는 복수의 이러한 공급 및 방출 파이프의 사용은 둘러싸는 컨테이너 없이 가능하도록 한다. 이는 담금 액이 측면으로 유동하는 때 흡입되어 상기 이미지 측에서의 마지막 렌즈와 감광 표면 사이의 담금 공간이 담금 액으로 항상 채워져서 유지되도록 하는 방식으로 공급되기 때문이다.

투영 노광 장치의 담금 작업에서의 어려운 점은 적어도 담금 액이 투영 광선에 노출되는 곳에서 상기 담금 액의 광학 특성을 일정하게 유지시키는 것이다. 특별한 주의가 상기 담금 액의 흡수 및 굴절률에 기울여져야 한다. 가령 불순물에 의해 발생될 수 있는 흡수의 국부적 변동은 상기 이미지 평면에서 바람직하지 않은 세기 변동을 일으킬 수 있다. 결과적으로, 이와 달리 상기 이미징이 실질적인 수차(aberration)가 없더라도, 선 폭 변동(line width fluctuations)이 발생될 수 있다.

상기 담금 액의 굴절률의 국부적인 변동은 특히 유해한 영향을 가져오는데, 이는 그 같은 변동이 투영 노광 장치의 이미징 특성에 직접적인 손상을 끼치기 때문이다. 만약 상기 담금 액의 굴절률이 투영 광선에 노출된 담금 액의 체적부 내에서 균질이지 않다면, 이는 상기 담금 공간을 통과하는 웨이브프론트(wave fronts) 왜곡을 발생시킨다. 가령, 상기 투영 렌즈 대물 평면 내 포인트들이 더 이상 상기 이미지 평면에서 정확하게 이미징되지 않을 수도 있다.

액체의 굴절률은 이들의 밀도에 의존하여 결정된다. 액체가 사실상 압축될 수 없기 때문에, 이들의 밀도는 정압에는 실제로 종속하지 않으며, 거의 전적으로 액체의 온도에 의존하여 결정된다. 이 같은 이유로, 투영 광에 노출되는 담금 공간 내 담금 액은 상기 담금 액의 온도가 일정한 경우에만 균일한 굴절률(homogeneous refractive index)을 가질 수 있다. 또한, 담금 액 내 온도 변동은 굴절률 변동을 일으킬 뿐 아니라, 인접한 광학 요소들, 특히 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 광학 요소가 균일하지 않게 가열되도록 하며 따라서 교정되기 어렵게 변형되도록 한다.

담금 공간에서의 온도 불균일(inhomogeneity)을 발생시키는 원인은 여러 가지이다. 상기 담금 액을 가열하는 주요 원인은 상기 담금 액에 의한 투영 광선의 흡수이다. 적은 비율의 투영 광선만이 상기 담금 액에 의해 흡수될지라도, 이는 단파이고 이에 따라 높은 에너지 투영 광선이기 때문에 상대적으로 높은 열 입력을 발생시킨다. 상기 담금 액의 냉각에 이르도록 하는 것은 주변 가스로의 경계 표면에서 담금 액을 증발시키는 것이다. 또한, 상기 담금 액의 온도는 주변 고체 몸체로 그리고 그 같은 몸체로부터의 열 전달에 의해 영향을 받는다. 이들 몸체는 가령 상기 투영 렌즈 중 가열된 마지막 렌즈, 그 하우징 또는 노광될 웨이퍼일 수도 있다.

상기 온도를 균일하게 하기 위해, 이제까지는 일정 회로 내에서 상기 담금 액을 순환시키고 온도 안정 장치에 의해 바람직한 기준 온도를 설정하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 이 방식으로 달성될 수 있는 온도 분포(temperature distribution)의 균일화는 빈번하게 충분하지 않았다. 교란 진동(disturbing vibration)을 일으키는 비교적 높은 흐름 속도가 통상적으로 요구된다. 추가로, 높은 흐름 속도는 상기 이미징 특성에 바람직하지 않은 영향을 끼치는 가스 버블 형성을 촉진한다.

또한, 투영 렌즈의 이미징 특성이 결정되도록 하는 측정 장치에서 유사한 애로가 발생될 수 있다. 1 보다 큰 개구수를 갖는 담금 렌즈가 측정되는 경우, 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 광학 요소와 상기 측정 장치의 테스트 광학 컴포넌트 사이에 위치하는 담금 공간 내로 담금 액을 도입하는 것이 또한 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은 투영 노광 장치를 개선하는 것이며, 투영 렌즈의 광학 측정을 위한 측정 장치를 개선하여, 담금 액 내 굴절률의 불균일로부터 발생되는 이미징 결함이 줄어들도록 하는 것이다.

이 같은 목적은 상기 투영 노광 장치 및 그 측정 장치가 상기 담금 공간 영역에서 특정한 방식으로 변경될 수 있는 열 전달 요소를 포함하여 달성된다.

본 발명은 열이 공간적으로 특정한 방식으로 담금 액으로 공급되거나 그로부터 추출된다면 상기 담금 공간 내 바람직한 온도 분포가 도달될 수 있다는 발견에 기초하고 있다. 어느 곳의 열이 그리고 어느 정도의 열이 담금 액 내로 전달되어야 하는지 또는 담금 액으로부터 주변 매체로 분산되어야 하는지는 공지된 사실이다. 온도 변경의 이들 원인이 주의 깊게 분석된다면, 투영 광선이 통과하는 상기 담금 공간의 체적부 내측의 담금 액이 격을 것으로 기대될 수 있는 온도 분포를 결정하는 것이 가능하며, 이는 상기 온도 분포를 변경시킬 어떠한 추가 측정도 없는 경우 가능하게 된다. 상기 기대된 온도 분포를 기초로 하여, 바람직한 온도 분포가 달성되기 위해 어느 위치에서 열이 공급되거나 추출되어야 하는지가 결정될 수 있다. 일반적으로, 상기 본 발명의 목적은 균일한 온도 분포를 달성하는 것이다. 그러나, 비록 불균일하지만 일정 대칭을 유지시키는 온도 분포를 달성시키는 것이 고려될 수도 있다. 가령, 회전 대칭 온도 분포의 경우, 상기 담금 액은 굴절력(refractive power)으로부터 자유롭지는 못할 것이나, 인덱스 렌즈(index lens)의 효과를 가질 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 담금 액의 국부 가열 또는 냉각 때문에, 온도 안정화 장치를 포함하는 회로 내 담금 액의 연속 순환이 필요에 따라 필요하지 않을 수 있다. 이와 같이 하여, 상기 담금 액의 순환에 의해 발생된 진동(vibration)이 방지되며, 이는 특히 측정 장치의 경우에 특히 바람직하다. 상기 담금 액이 규칙적인 간격으로 완전히 교환되지 않는다면, 불연속 순환이 일어날 수 있다. 이는 상기 담금 액이 노광 또는 측정 중단 동안에만 세척되고 추가로 선택적으로 냉각되거나 가열되면서 펌프에 의해 순환됨을 의미한다. 상기 진동을 방지하는 것과 관련하여, 그와 같은 불연속 순환은 본 발명에 따른 열 전달 요소와 독립적으로도 사용될 수 있다.

균일한 온도 분포가 필요하다면, 이는 담금 공간의 열 전달 요소에 대응하는 대칭으로 열 전달 요소가 배치되도록 한다. 따라서, 열 전달 요소의 회전 대칭 배치가 바람직하다. 가령 스캐닝 작업을 위해 설계된 투영 노광 장치를 사용하여 상기 웨이퍼로 투영되는 때와 같은 슬릿-형상 광선 필드의 경우, 열 전달 요소가 가령 광선 필드 기하 구조에 대응하여 각기 달리 배열될 수 있기도 하다.

열 전달 요소로서, 열 전도(conduction) 또는 복사(radiation)에 의해 상기 담금 액과 열을 교환하도록 적합한 몸체가 원칙적으로 가능하다. 열이 상기 열 전달 요소로부터 담금 액으로 통과되는지 또는 열이 담금액으로부터 열 전달 요소로 통과되는지에 따라, 상기 담금 액의 국부적인 가열 또는 냉각이 발생된다.

상기 열 전달 요소는 가령 상기 담금 공간 안쪽에 배치되어, 담금 작업 중 상기 담금 액과 접촉하도록 한다. 가장 간단한 경우, 상기 열 전달 요소는 바람직하게 전기 절연 및 화학적 보호 층으로 커버되는 전기적으로 가열 가능한 열 도선이다. 이 같은 가열 도선은 바람직한 형상으로 제공될 수 있다는 장점을 갖는다. 결과적으로, 상기 담금 공간 안쪽에 있지만 상기 투영 광선이 통과하게 되는 체적부 외측에 있는 임의의 바람직한 위치에서 상기 담금 액으로 공급될 수 있다.

투영 광선이 흡수로 인해 상대적으로 큰 열 입력을 발생시키기 때문에, 상기 가열 도선은 예컨대 투영 광선이 통과하는 체적부 둘레로 환상의 구성으로 배열될 수도 있다. 이 후, 투영 광선이 통과하는 체적부에서의 온도 구배가 최소가 되도록 발열 출력(calorific output)이 바람직하게 선택된다.

추가의 파라미터로서 상기 도선 직경이 변경된다면 정확히 명시된 입력이 가능하다. 이 방식으로, 발열 출력은 또한 가열 도선의 길이 방향 연장을 따라 변경될 수 있다.

전기적으로 가열 가능한 가열 도선 대신에, 가열된 또는 냉각된 물과 같은 유체 가열 매체가 흐르는 도관이 또한 열 전달 요소로서 사용될 수 있기도 하다. 이 같은 경우에도, 상기 가열 또는 냉각 파워가 상기 흐름 단면을 변경시킴으로써 상기 도관의 길이 방향으로 변경될 수 있다.

상기 담금 액이 측면 방향으로 상기 담금 공간과 경계하는 벽에 의해 빠져나갈 수 없게 된다면, 상기 열 전달 요소가 또한 이 같은 벽 내에 배치될 수 있다. 역시 이 같은 경우, 가열 매체가 흐를 수 있는 전기적 가열 가능한 가열 도선 또는 도관으로서 상기 열 전달 요소의 구성이 생각될 수 있다. 이와 같이 하여 단일의 큰 열 전달 요소인 벽 자체가 형성된다.

상기 담금 액을 국부적으로 냉각시키기 위해, 펠티에(Peltier) 요소가 열 전달 요소로 사용 될 수도 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 상기 열 전달 요소와 상기 영역 사이에서 열 복사에 의해, 예컨대 적외선 또는 마이크로파 복사에 의해 열이 교환될 수 있도록 하는 방식으로, 상기 열 전달 요소가 담금 공간으로부터 이격된다. 이와 같이하여 상기 열 전달 요소가 가령 바람직하게 전기적으로 가열 가능하거나 냉각 가능한 평면 라디에이터 형태일 수도 있다. 상기 열 전달 요소와 상기 담금 액 사이의 어떠한 직접적인 물리적 접촉도 요구되지 않도록 하는 복사에 의한 열 전달은 전도에 의한 열 전달에 비해 장점을 갖는다. 상기 열 전달 요소는 따라서 상기 담금 액으로부터 보다 먼 거리로 이격되어 배치될 수 있다. 이 같은 실시예에서, 좁은 담금 공간 내에 또는 그에 인접하게 열 전달 요소를 설치하는 것으로 인해 발생되는 가능한 곤란함이 피하여 진다.

상기와 같은 실시예에서 열 전달 요소로부터 상기 담금 액으로 선택적으로 상기 열 복사를 안내하기 위해, 가령 거울 또는 렌즈와 같은 하나 또는 보다 많은 광학 요소들이 상기 열 전달 요소와 상기 담금 공간 사이에 배치될 수도 있다. 포지티브 굴절력을 갖는 광학 요소를 사용함으로써, 열 복사가 상기 투영 렌즈와 웨이퍼 사이의 좁은 갭 내로 그리고 상기 담금 공간의 바람직한 영역으로 특정한 방식으로 초점이 맞추어 질 수 있다.

원칙적으로, 상기 담금 공간의 바람직한 영역으로 열 복사를 안내하기 위해 상기 투영 렌즈 안쪽으로 하나 이상의 요소를 배치시키는 것이 가능할 수 있기도 하다. 또한 이 같은 경우, 상기 열 복사가 상기 투영 광선으로부터 분리하여 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈로부터 방출되도록 하는 방식으로, 상기 투영 렌즈의 비임 경로 내로 상기 열 복사를 결합시키는 것이 가능하다. 적절히 선택된 비임 경로로, 상기 열 복사가 상기 투영 광선이 통과하는 체적부를 둘러싸는 담금 액의 일부 체적부를 배타적으로 가열하며, 따라서 이 같은 체적부의 가장 자리에서 온도 구배를 줄인다. 이 후, 상기 포토레지스트가 반응을 하지 않는 파장을 상기 열 복사가 갖도록 되어야 한다.

접촉하지 않는 방식으로 상기 담금 액 내 온도를 측정하기 위해, 열 전달 요소의 온도가 결정될 수 있으며, 상기 열 전달 요소의 온도는 담금 액과의 열 복사 교환에 의해서만 변경될 수 있다. 그와 같은 조건에서, 상기 열 전달 요소의 공지된 발열 출력 및 온도가 제공된다면, 상기 담금 액의 온도에 대한 결과가 얻어질 수 있다. 그와 같은 열 전달 요소의 온도를 측정하기 위해, 열 센서에 연결될 수 있다. 상기 열 센서는 다음에 상기 열 전달 요소의 가열 또는 냉각 출력을 조정하는 제어 장치로의 신호 발생 연결에서 사용될 수 있다.

스캐닝 모드로 동작되지 않으며 단계별로(step-by-step) 동작되는 투영 노광 장치에서, 상기 감광 층의 캐리어가 고정될 수 있는 웨이퍼 스테이지가 본 발명에 따른 열 전달 요소를 장착하기 위한 위치로서 생각될 수 있다. 이와 같이 하여, 상기 캐리어가 아래로부터 국부적으로 가열되거나 냉각될 수도 있다. 따라서, 상기 캐리어 위에 위치한 상기 담금 액의 온도가 열 전도에 의해 변경될 수 있다. 이 같은 구성은 또한 상기 투영 광선에 노출된 담금 액의 체적부를 냉각시킬 가능성을 제공한다. 다른 냉각 방법은 이러한 체적부가 위로부터 또는 측부로부터 쉽게 접근할 수 없도록 한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 설명된 목적은 적어도 부분적으로 상기 담금 공간을 둘러싸는 증발 장벽이 상기 감광 층을 향하고 있는 투영 렌즈의 아래쪽(underside)에 배치된다.

본 발명의 이 같은 두 번째 특징에 따라, 상기 담금 공간 내 온도 구배를 형성하게 되는 한 가지 중요한 원인이 제거된다. 상기 증발 장벽은 담금 액이 주변 가스 체적부 내로 큰 정도로 증발되는 것을 막는다.

이 같은 목적으로, 상기 증발 장벽이 가령 원형 또는 다각형 형상을 갖고 하나 이상의 적어도 대략 동심인 링을 포함하는데, 링들은 서로 일정한 거리를 갖도록 배치된다. 이와 같이 하여, 상기 주변 가스로의 경계 표면이 줄어들어, 더욱 적은 담금 액이 증발될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 상기 담금 공간을 둘러싸는 그리고 그와 유체 연통된 바깥 측 챔버에서 상기 담금 액 증기 상태가 풍부해질 수 있어서 담금 액의 증발이 완전히 또는 적어도 부분적으로 막아진다.

이러한 바깥 측 챔버에 담금 액 증기 상태가 많기 때문에, 담금 액이 상기 액체 상태로부터 증기 상태로 거의 진행될 수 없을 때까지 바깥 측 챔버의 증기압이 증가될 수 있다. 이상적인 경우, 상기 바깥 측 챔버 내 증기압은, 상기 바깥 측 챔버 내 우세 온도에서의 상기 증기 상태의 포화 증기압과 적어도 대략 동등하도록 조정된다.

이 경우, 상기 증기 상태로부터 동시에 응축되면서, 정확히 동일한 양의 담금 액이 상기 담금 액과 상기 증기 상태 사이의 경계 표면에서 증발된다. 이와 같은 평형상태의 결과로, 상기 경계 표면에 근접하여 있는 담금 액의 온도가 변경되지 않은 상태로 있다.

상기 바깥 측 챔버에서 담금 액의 증기 상태를 발생시키기 위해, 상기 바깥 측 챔버 내로 상기 담금 액의 증기 상태를 도입하기 위한 공급 장치가 제공될 수도 있다. 하기에서 설명되는 실시예는 본 발명의 모든 상기 특징들과 함께 또는 각 특징 독립적으로 사용될 수 있다.

상기 담금 액에 대한 공급 파이프가 예를 들면 클램프 또는 가압 맞춤으로 상기 담금 공간을 측면 방향으로 그리고 아래 방향으로 제한시키는 벽에 단단히 연결된다. 이와 같이 하여 바깥으로부터 상기 담금 액으로 진동을 전달시킬 수도 있다. 이와 같은 진동을 줄이기 위해, 특히 측정 장치의 경우, 상기 담금 공간으로의 파이프 구멍이 상기 벽 내에 제공될 수도 있다. 상기 구멍의 크기는 상기 파이프 외부 크기보다 충분히 커서, 담금 액이 상기 파이프와 상기 벽 사이 갭으로 들어갈 수 있으나, 그러나 접착력으로 인해 상기 갭으로부터 빠져 나올 수 없도록 된다. 따라서 상기 접착력은 상기 파이프가 길이 방향으로 이동될 수 있기는 하지만 상기 구멍 영역 내 벽의 밀봉(seal)에 영향을 미친다. 상기 파이프로부터 벽으로의 그리고 그로부터 상기 담금 액으로의 진동 전달은 상기 액체-채움 갭에 의해 크게 줄어든다.

또한, 담금 액을 탐지하기 위한 탐지기가 제공되는 것이 바람직하다. 특히 상기 담금 액이 링 또는 컨테이너에 의해 측면 방향으로 한정되지 않은 투영 노광 장치 또는 그 측정 장치에서, 담금 액이 제공된 상기 영역 내측에 아직 존재하는지 또는 가령 관성의 결과 그 영역을 벗어났는지를 판단하는 것이 필요하다.

상기 탐지기의 도움으로, 담금 액이 사전에 정해진 폐쇄 표면을 벗어나는지 여부를 결정하는 것이 가능하다. 이 같은 폐쇄된 표면은 상기 투영 렌즈 바로 아래의 감광 층 상의 표면인 것이 바람직하다.

상기와 같은 탐지기는 가령 루프의 형태로, 폐쇄 표면 둘레로 위치하는 두 개의 실질적으로 평행한 도체가 커패시터(capacitor)를 형성시킨다는 점에서 실현될 수 있다. 담금 액이 상기 도체들 사이 공간으로 들어가면, 이는 유전체 상수를 증가시키며, 이에 의해 상기 커패시터의 커패시턴스(capacitance)가 증가된다. 이와 같은 커패시턴스의 증가는 커패시턴스를 측정하기 위해 그 자체가 공지된 적당한 측정 회로로 탐지될 수 있다.

상기에서 설명된 본 발명의 실시예는 투영 노광 장치와 관련하여 설명되었다. 그러나, 이는 투영 렌즈를 측정하기 위한 측정 장치가 투영 노광 장치와 약간의 차이만이 있기 때문에 이미징 특성들을 결정하기 위한 측정 장치와 관련하여서도 사용될 수 있다. 가령, 측정 장치는 측정 광선을 발생시키고 그리고 이를 상기 투영 렌즈에 결합시키기 위한 일종의 조명 시스템을 포함할 수 있다. 측정 중에 감광 테스트 층이 노출되지 않는다면, 상기 담금 공간은 테스트 광학 컴포넌트에 의해 아래 방향으로 한정된다. 예컨대, 이 같은 테스트 광학 컴포넌트는 트와이만-그린(Twyman-Green) 또는 피조(Fizeau) 간섭계의 경우에는 거울일 수 있으며, 모아레(Moire) 또는 전단(Shearing) 간섭계의 경우에는 회절 격자일 수 있고, 그리고 하트만-샤크(Hartmann-Shack) 센서의 경우에는 그리드-포인트 마스크(grid-of-points mask)일 수 있다.

담금 액이 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 광학 요소와 상기 테스트 광학 컴포넌트 사이의 갭 내로 도입된다면, 이러한 담금 액의 온도 안정화가 또한 요구된다. 스캐닝 작업을 위해 설계된 투영 노광 장치에서의 웨이퍼와 달리 상기 테스트 광학 컴포넌트는, 상기 이미지 평면 내에서 일반적으로 이동하지 않기 때문에, 상기 담금 공간 내의 담금 액은 이러한 이동의 결과로 혼합되지 않으며, 따라서 더욱 높은 온도 구배가 발생되도록 한다. 반면, 상기 설명된 측정은 이러한 측정 장치에 특히 적합한 데, 이는 스캐닝 이동의 결과로부터 발생되는 설계 문제가 이 경우에 발생되지 않기 때문이다.

아래 방향으로 상기 담금 공간을 한정하는 고정 테스트 광학 컴포넌트는 열이 상기 테스트 광학 컴포넌트를 통하여 특정한 방법으로 분산될 수 있도록 한다. 가령 상기 테스트 광학 컴포넌트가 적어도 부분적으로 광선에 투명한 영역을 포함한다면, 그리고 이러한 영역이 적어도 부분적으로 또 다른 영역에 의해 둘러싸인다면, 이러한 또 다른 영역은 상기 광선 투과 영역을 구성하는 재료보다 높은 열 전도도를 갖는 재료로 만들어질 수 있다. 그 일례로는 유리/금속 재료 조합이 있다. 상기 유리 영역을 둘러싸는 금속은 위에 위치하는 담금 액을 위한 효율적인 열 분산을 달성할 수 있도록 한다.

본 발명의 다양한 특성 및 장점은 첨부 도면과 관련하여 설명된 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있다.

본 발명은 투영 노광 장치를 개선하고 투영 렌즈의 광학 측정을 위한 측정 장치를 개선하여, 담금 액 내 굴절률의 불균일로부터 발생되는 이미징 결함을 줄일 수 있다.

도 1은 상당히 단순화된 도면인 본 발명에 따른 투영 노광 장치 수직(meridional) 단면도.
도 2는 도1에서 도시된 투영 노광 장치의 확대 부분을 도시하며, 상기 이미지 측에서 투영 렌즈의 하우징 내 리세스된 가열 가능한 링 형태로 열 전달 요소가 도시된 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 잠금 공간에 대한 사시도로서, 가영 전달 요소가 상기 잠금 공간 내에 배치된 가열 도선임을 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 잠금 공간을 통하여 축 방향 단면을 도시한 도면.
도 5는 열 전달 요소가 담금 공간을 측면 방향으로 한정하는 벽에 통합되는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 3에 대응하는 도면.
도 6은 열 전달 요소가 열 라디에이터인 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 4에 대응하는 도면.
도 7은 웨이퍼를 고정하기 위해 웨이퍼 스테이지 내에 열 전달 요소가 리세스된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도 4에 대응하는 도면.
도 8은 증발을 줄이기 위해 잠금 공간을 측면 방향으로 증발 장벽이 둘러싸는 본 발명의 또 다른 특징에 따른 도 4에 대응하는 도면.
도 9는 담금 액체의 포화 증기 상태가 증발을 줄이기 위해 담금 액 위에 위치하는 본 발명의 또 다른 특징에 따른 투영 노광 장치를 통한 부분 수직 단면을 도시한 도면.
도 10은 유입 파이프의 부유 고정구(floating fixing)가 도시된 도 9에서 도시된 투영 노광 장치의 일부를 도시한 도면.
도 11은 중력의 영향으로 담금 액이 순환되는, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 투영 노광 장치의 도 9에 따른 도면.
도 12는 측면 방향으로 이탈하는 담금 액을 탐지하기 위한 탐지기가 제공된 본 발명의 또 다른 실시예의 도 3에 대응하는 도면.
도 13은 도 12에서 도시된 담금 공간을 통해 축 방향의 단면을 도시한 도면.
도 14는 제1 실시예에 따른 포인트 회절 간섭계의 담금 공간을 통한 축 방향 단면을 도시한 도면.
도 15는 본 발명에 따른 포인트 회절 간섭계의 제2 실시예에 따른 도 14에 대응하는 축 방향 단면을 도시한 도면.

도 1은 상당히 단순화된 도면으로, 도면 부호 (10)으로 지정된 마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치의 수직 단면을 도시한다. 상기 투영 노광 장치(10)는 투영 광선(13)을 발생시키기 위한 조명 시스템(12)을 포함하는데, 이는 광원(14), 조명 광학 장치(16) 그리고 구멍(18)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 투영 광선(13)은 193nm의 파장(λ)을 갖는다. 상기 투영 노광 장치(10)는 또한 다수의 렌즈를 포함하는 투영 렌즈(20)를 포함하며, 명확성을 위해 이들 중 몇 개만 도 1에서 도시되며, L1-L5로 지정된다.

상기 투영 렌즈(20)는 감광 층(26)에서 감소된 스케일로 투영 렌즈(20)의 대물 평면(22) 내에 배치된 마스크(24)를 이미징하도록 한다. 가령 포토레지스트로 구성될 수도 있는 층(26)이 투영 렌즈(20)의 이미지 평면(28) 내에 배치되며 캐리어(30)로 적용된다.

상기 캐리어(30)는 세면대 형상의, 상측을 향해 개방된 컨테이너(32) 저부에 고정되며, 컨테이너(32)는 횡단 장치에 의해 이미지 평면(28)에 평행하게 이동될 수 있다(이에 대하여는 상세히 설명되지 않는다). 상기 컨테이너(32)는 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 렌즈(L5)가 상기 투영 노광 장치(10)의 동작 중에 담금 액(34) 내에 담기는 레벨(높이)로 담금 액으로 채워진다. 렌즈를 대신하여, 상기 이미지 측에서의 상기 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소는 가령 평면에 평행한 단말 플레이트일 수 있다. 상기 담금 액(34)의 굴절률은 감광 층(26)의 굴절률과 대략 일치한다. 193 nm 또는 248 nm의 파장을 갖는 투영 광선 경우, 높은-순도 탈 이온화 수(water)가 상기 담금 액(34)으로서 가능하다. 157 nm과 같은 더욱 짧은 파장에서 가령, 상표명 뎀넘(Demnum) 및 폼블린(Fomblin)으로 알려진 퍼플루오르 폴리에테르(PEPE; perfluoropolyether)가 적당하다.

상기 컨테이너(32)는 순횐 펌프를 포함하는 요소 그리고 담금 액(34)을 세척하기 위한 필터가 내장된 컨디션닝 유닛(40; conditioning unit)에 유입 파이프(36) 그리고 유출 파이프(38)를 통해 연결된다. 상기 컨디션닝 유닛(40), 유입 파이프(36), 유출 파이프(38) 그리고 컨테이너(32)가 함께 담금 장치(42)를 형성하며, 담금 장치(42)에서 담금 액(34)이 일정한 온도로 유지되고 세척되는 동안 순환된다. 상기 담금 액(34)의 절대 온도는 상기 투영 렌즈(20)에 의한 이미징이 기준 온도로부터 이탈하는 경우 포커싱 에러 및 이미지 쉘(image shell) 결함에 의해 손상될 수 있기 때문에 가능한 한 정확하게 세트 되어야 한다. 이러한 이미징 결함은 노광을 위해 이용될 수 있는 처리 윈도우의 크기를 감소시킬 수도 있다.

도 2는 상세 사항이 도시되는 도 1에서 도시된 투영 노광 장치의 확대도 이다. 도 2에서, 담금 공간으로 불려지는 갭은 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 렌즈(L5)와 감광 층(26) 사이이며, 도면부호 (44)로 표시된다. 설명의 명확함을 위해, 담금 공간(44)의 높이(h), 즉 이미지 측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소와 감광 층(26) 사이의 축 방향 거리는 도 2에 그리고 다른 도면에서 크게 확대된다. 사실, 높이(h)는 단지 1 밀리미터 또는 수 밀리 미터의 크기이다. 도시된 실시예에서, 담금 공간(44)은 담금 액(34)으로 완전히 채워지며, 상기 담금 액은 도면부호 (46)으로 표시된 순환 방향으로 투영 렌즈(20)를 지나 흐른다.

도면부호 (13)으로 표시된 투영 광선은 상기 이미지 측에서의 마지막 렌즈(L5)를 통하여 담금 액(34)으로 들어가며, 도 2에서 어둡게 표시된 체적부(48) 영역 내 상기 담금 액(34)을 통과한다. 볼륨 영역(48)은 투영 렌즈(20)의 개구수(NA) 그리고 감광 층(26)으로 투영 렌즈(20)에 의해 투영된 광선 필드(light field) 기하 구조에 의해 결정된다. 담금 액(34)이 비록 작기는 하나 주어진 파장의 투영 광선(13)에 대한 흡수 기능을 갖기 때문에, 투영 광선(13)의 일부가 체적부(48)로 흡수된다. 이 같은 방법으로 방출된 열은 적절한 반대 측정이 취해지지 않는다면 그 속에서 온도가 더 낮기 때문에 상기 체적부(48)를 둘러싸는 담금 공간(44) 영역으로 흐르게 된다.

상기 바깥을 향해 분산된 열은 상기 체적부(48) 내 온도 구배 형성을 만들게 된다. 상기 담금 액(34)의 굴절률이 온도 종속적이기 때문에, 상기 체적부(48) 내의 이러한 온도 구배는 상기 굴절률에서의 해당하는 구배를 발생시킨다. 이러한 구배는 일정 정도를 초과하면 허용될 수 없는 이미징 결함에서 나타나는 굴절력을 발생시킨다. 이러한 영향은 특히 상기 잠금 공간(44) 내 잠금 액(34)이 이동하지 않거나 단지 서서히 이동하는 경우 강하게 발생되는데, 이는 체적부(48)에서 흡수에 의해 발생된 열이 대류에 의해 없어지지 않거나 거의 없어지지 않기 때문이다. 이 같은 이유로, 상기 담금 액이 높은 유동 속도로 순환하지 않거나 영구적으로 순환하지 않는 담금 장치는 상기 열에 의해 유도된 영향에 의해 특별히 영향을 받는다.

또한 상기 담금 액(34)과 주변 가스 또는 가스 혼합물(가령 공기 또는 헬륨, 질소와 같은 불활성 기체) 사이의 경계 표면이 온도 구배 형성에 기여 할 수 있다. 도 1 그리고 도 2에서 도면부호 (47)로 지정된 이들 경계 표면에서, 상기 담금 액(34)이 증발하며, 이는 증발 열을 소모한다. 이와 같이 하여, 상기 담금 액(34)이 계속해서 상기 경계 표면(49)에서 냉각되며, 상기 체적부(48)는 투영 광선(13)에 의해 가열된다.

온도 구배에 동반된 상기 이미징 결함을 줄이거나 완전히 피하기 위해, 열 전달 요소가 제공된다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 이 같은 열 전달 요소가 담금 액(34) 내에 담긴 투영 렌즈(20)의 아래쪽(49)에 리세스된 가열 가능한 링(50)으로 실현된다. 상기 링(50)으로부터 방출된 열은 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이 열 전도에 의해 담금 액(34)으로 전달된다. 이와 같이 하여 체적부(48)를 둘러 싸는 상기 담금 공간(44)의 영역이 추가로 가열되며, 온도 구배의 형성과 상호 작용한다. 상기 링(50)의 기하 구조는 체적부(48)의 형상에 맞도록 될 수도 있다. 가령, 장방형 광선 필드의 경우, 상기 열 전달 요소(50)는 장방형 링으로 구성될 수 있기도 하다. 물론, 연속 링을 상기 투영 렌즈(20)의 아래쪽(49)의 해당 기하 구조에 분포된 다수의 개별 열 전달 요소에 의해 대체하는 것이 가능하기도 하다.

도 3 및 4는 또 다른 실시에 따른 투영 노광 장치를 부분 사시도와, 축 방향 단면으로 각각 도시한 것이다. 이 같은 실시예에서, 상기 담금 액(34)은 컨테이너(32) 내에 위치하지 않으며, 접착력에 의해서만 상기 담금 공간(44) 내에 있도록 된다. 설명된 실시예에서, 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소가 렌즈가 아니라 평면에 평행한 단말 플레이트(54)이다. 투영 광선 비임이 도면부호 (56)으로 표시되며, 대략 장방형인 단면을 갖는 것으로 도시된다. 상기 단말 플레이트(54)를 그리고 상기 단말기 플레이트(54) 아래에 있는 담금 공간(44) 내에 위치된 담금 액을 통과한 후, 상기 투영 광선 비임(56)이 감광 층(26)에서 장방형 광선 필드(58)를 발생시킨다.

이와 같이 실시예에서, 상기 온도 구배는 상기 담금 액(34)과 주변 가스 사이에 있고 증발로 인해 상대적으로 냉각되는 경계 표면(47)이 상기 체적부(48)에 더욱 가까이 위치하기 때문에, 도 1 및 도 2에서 도시된 것 보다 더 가파르게 된다. 또한 이 같은 실시예에서, 상기 담금 액(34)은 순환되지 않지만, 담금 공간(44)에서 긴 시간 있도록 된다. 이 경우, 상기 온도 분포의 일정 균질화는 화살표(60)로 표시된 횡단 이동(60) 결과로 담금 액(34)을 혼합함에 의해서만 제공되며, 이와 같은 과정에 의해 상기 감광 층(26)이 노광 중에 상기 투영 렌즈(20)를 지나 이동된다.

상기 주요 온도 구배 형성에 반 작용하기 위해, 도 3 및 도 4에서 도시된 실시예에서, 화학 불활성 및 전기 절연 외장에 의해 둘러 싸인 환상 가열 도선(501)에 의해 상기 담금 액(34)으로 열이 공급된다. 상기 가열 도선(501)은 전류 공급을 위한 배터리 및 제어 장치가 통합된 제어 유닛(62)에 연결된다. 상기 제어 유닛(62)은 사전에 정해진 값에 따라 가열 도선(501)의 발열 출력을 조정하는 기능을 갖는다. 상기 제어 장치 대신, 담금 액(34)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하는 온도 제어 시스템이 제공될 수도 있다.

설명된 실시예에서, 상기 가열 도선(501)은 투영 광선(56)이 통과하는 체적부(48) 둘레에 위치하는 루프 형태일 수 있으며, 이에 따라 상기 체적부 바깥에 위치하는 담금 액(34)이 상기 가열 도선(501)에 의해 균일하게 가열될 수 있도록 한다. 상기 가열 도선(501)은 또한 상기 체적부(48) 둘레에서 더욱 긴밀하게 배열될 수 있기도 하다. 또한 상기 가열 도선(501)의 형상은 원형이 아닐 수 있으며, 본원과 관련하여 여러 형태로 생각될 수 있기도 하다.

도 5는 도 3에서의 실시에 대한 또 다른 실시예이며, 온도 구배를 줄이기 위해 열 전달 요소가 어떻게 구성될 수 있는지를 설명한다. 이 같은 실시예에서, 상기 담금 공간(44)은 상기 투영 렌즈(20)의 아래쪽(49)에 고정된 링(62)에 의해 측면방향으로 한정된다. 상기 링(62)은 축 방향으로만 하향하여 연장되어, 감광 층(26)이 횡단 이동(60)중에 상기 링(62)을 지나 그 아래로 이동될 수 있도록 한다. 상기 링(62)은 상대적으로 빠른 횡단 이동(60)으로 상기 담금 액(34)이 상기 담금 공간(44)으로부터 이탈하지 않도록 하는 효과를 갖는다. 또한, 상기 주변 가스 또는 가스 혼합물에 대한 경계 표면(47)은 상당히 줄어드는데, 이는 상기 담금 액(34)이 상기 링(62) 아래에 남는 높이 d의 좁은 갭을 통해서만 증발할(evaporate) 수 있기 때문이다.

상기 온도 분포를 균등하게 하기 위해, 상기 링(62)이 가열 가능하다. 이 같은 목적을 위해 가령 가열된 물 또는 고온 공기와 같은 가열 매체가 순환할 수 있는 환상의 도관이 상기 링(62)의 하측 부분 내에 배치된다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 투영 노출 장치를 축 방향 부분 단면도로 도시한 도면이다. 이 경우, 상기 열 전달 요소는, 전기적으로 가열 가능하고 상기 투영 렌즈(20) 주연부 둘레로 분산된 평면 라디에이터(503)로서 실현된다. 상기 평면 라디에이터(503)는 상기 담금 액(34)을 향해 마주하는 측면에 블랙 표면을 갖고 그 반대 측에 거울 표면을 가져서, 열 복사가 상기 담금 액(34)에서만 실질적으로 안내된다. 약 40℃ 내지 80℃의 온도로 가열되는 때, 상기 평면 라디에이터(503)는 마이크로파 범위 파장을 갖는 열 복사를 주로 방출하며, 그와 같은 열 복사를 위해 담금 액(34)으로 사용된 물은 높은 흡수성을 갖는다. 그러나, 선택적으로 상기 열 전달 요소는 가령 반도체 다이오드 또는 반도체 레이저와 같은 전자기 복사를 방출시키는 다른 컴포넌트 일 수도 있다. 도면 부호 (65)로 표시된 열 센서로 상기 평면 라디에이터(503)의 온도가 측정될 수 있다.

평면 라디에이터(503) 각각에 수집 렌즈(66)가 연결되며, 상기 렌즈(66)는 상기 평면 라디에이터(503)에 의해 발생된 열 복사에 초점을 맞추고 그와 같은 열 복사를 상기 담금 공간(44)에서 안내하도록 한다. 상기 담금 액(34)은 상기 경계 표면(47)의 영역에서 상기 열 복사를 주로 흡수하며 국부적으로 가열된다. 이와 같이 하여, 열이 정확하게 담금 액(34) 내의 위치에서 발생되며 증발을 통해 손실된다. 상기 열 복사의 파장 범위에 대한 흡수 계수가 크면 클수록, 더욱더 상기 경계 표면(47) 영역에 집중된 열이 강하여진다.

상기 설명된 동작 모드의 반대 모드에서, 도 6에 도시된 장치는 상기 담금 액(34)을 냉각시키도록 사용될 수 있기도 하다. 이 같은 경우, 가령 펠티에(Peltier) 요소에 의해 상기 평면 라디에이터(503)가 냉각될 수 있도록 하는 것이 필요하다. 이 같은 경우, 상기 열 전달은 상기 담금 액(34)의 따뜻한 영역으로부터 냉각된 평면 라디에이터(503)로 열 복사에 의해 실시된다.

도 6에서 도시된 장치는 상기 방출된 열 복사가 적절한 출구 윈도우를 통해 축 방향으로 담금 액(34)을 통과시키는 방식으로, 상기 평면 라디에이터(503)가 상기 투영 렌즈(20) 안쪽에 배치되도록 더욱 수정될 수 있기도 하다. 이와 같은 장치는 특히 측정 장치의 경우에 고려될 수도 있는데, 이는 상기 열 복사의 어떠한 단파 스펙트럼 컴포넌트도 상기 감광 층(26)을 노광하는 데 기여할 위험이 없기 때문이다.

도 7은 또 다른 실시예에 따라 투영 노광 장치의 유사한 일부분을 도시한 도면이다. 도 4 및 도 6 도면에서와는 달리, 도 7은 상기 감광 층(26)의 캐리어(30)가 부착되는 웨이퍼 스테이지(70)를 도시한다. 상기 실시예에서는 서로 평행하게 배치된 도관(504)으로 실시된 열 전달 요소들이 상기 웨이퍼 스테이지(70)에 일체로 만들어진다. 물과 같은 고온 유체가 상기 도관(504)을 통해 흐르는 때, 상기 캐리어(30)의 영역 그리고 상기 도관(504) 위에 위치한 감광 층(26)의 영역이 가열된다. 상기 열은 그로부터 상기 영역 위에 위치하는 담금 액(34) 내로 통과한다. 상기 도관(504)이 상기 체적부(48)의 축 방향 위치에 대하여 측면 방향으로 떨어져 있기 때문에, 상기 열 전달은 상기 체적부(48)를 둘러싸는 담금 공간(44)내 영역으로 실질적으로 제한된다. 이와 같이하여 상기 담금 공간(44)내 담금 액(34)은 거의 균일하게 가열되며, 이는 주요한 온도 구배 형성을 막는다.

도 8은 어떠한 열 전달 요소도 존재하지 않는 투영 노광 장치 일 부분 축 방향 단면을 도시한다. 이 경우, 상기 담금 액(34) 내 온도 분포의 균일화는 도면부호(72)로 지정된 증발 장벽이 상기 투영 렌즈(20)의 아래쪽(49)에 고정된다. 상기 증발 장벽(72)은 총 4개의 동심을 갖도록 배열된 링(741,742, 743 및 744)으로 구성되며, 이는 담금 공간(44)을 측면 방향으로 상기 광학 축에 직각으로 한정한다. 상기 링(741-744)은 축 방향으로 상기 링(741-744)의 자유 단부가 도 5에서 도시된 실시예에서의 경우와 유사하게 감광 층(26)으로부터 이격되어 있게 하는 폭을 갖는다. 이와 같이 하여 상기 감광 층은 상기 증발 장벽(72)에 의해 손상을 입지 않도록 된다. 상기 담금 공간(44) 내에 위치하는 담금 액(34)은 접착력(adhesion)에 의해 상기 링(741) 및 상기 감광 층(26) 사이의 갭(76)을 통해 달아나게 되지 않도록 된다.

상기 링(741-744)의 엇갈린 배열(staggered arrangement)을 통해, 주변 가스 또는 가스 혼합물이 상기 갭(76)을 통해 흐르는 것을 막으며, 이에 의해 증발을 촉진시킨다. 이와 반대로, 증발된 담금 액(34)은 상기 링(741-744) 사이의 갭 내에 주로 남아 있으며, 이에 의해 담금 액의 증기압이 그 위치에서 증가된다. 주변 가스의 증기압이 증가함에 따라 증발이 감소하기 때문에, 이와 같이 하여 증발 억제 효과가 추가로 달성된다. 이는 다시 상대적으로 작은 온도 구배만이 상기 담금 공간(44) 내에 형성될 수 있도록 하는 결과를 가져온다.

도 9는 도 1에서 도시된 것과 유사한 투영 노광 장치(10') 일부를 도시한다. 그러나 상기 투영 노광 장치(10')의 경우, 담금 액(34)이 위치하는 컨테이너(32)가 가스 밀봉식으로 완전히 밀폐된 챔버(78)에 수납된다. 상기 챔버(78)는 개방부(82)를 갖는 후크형 커버(80)에 의해 실질적으로 형성되며, 상기 개방부를 통하여 상기 투영 렌즈(20)가 상기 커버(80)를 통과한다.

또한, 상기 투영 노광 장치(10')는 담금 액(34)을 위한 저장소(86) 및 증발기(88)를 포함하는 요소들이 수용되는 공급 유닛(84)을 포함한다. 상기 공급 유닛(84)은 증기압을 증가시키기 위해 상기 챔버(78) 내로 증기 상태의 담금 액을 도입하는 기능을 갖는다. 이 같은 목적을 위해 상기 저장소(86)로부터 흡인되는 담금 액이 상기 증발기(88) 내에서 증발되며, 도관(90)을 통해 상기 챔버(78)내로 공급된다. 상기 담금 액 증기 상태는 유출구(92)를 통하여 밸브 조정 방법으로 상기 챔버(78)로부터 방출될 수 있다.

상기 챔버(78) 내의 증가된 증기압 때문에, 상기 액체 상태와 증기 상태의 담금 액(34) 사이에서 상기 경계 표면(47)에서 단지 작은 양의 담금 액(34)만이 증발된다. 상기 챔버(78) 내 우세한 온도에서 상기 포화 증기압이 도달되는 때, 상기 주변 증기 상태로부터 역으로 액화되는 만큼 정확하게 담금 액(34)이 상기 경계 표면(47)에서 증발된다. 그러므로, 상기 챔버(78)에서 상기 포화 증기압이 도달하는 때, 상기 컨테이너(32) 내에 위치하는 담금 액(34)을 냉각시키기 위해 어떠한 증발 열도 소모되지 않는다. 이와 같이 하여 도 8에서 도시된 실시예에서와 같은 유사한 효과가 얻어지며, 그러나 이 같은 효과가 증발 장벽(72)의 제공 없이 얻어진다. 그러므로 상기 투영 노광 장치(10')는 폐쇄된 순환으로 상기 담금 공간(44)을 통해 담금 액(34)을 이동시킴이 가능하게 한다.

도 10은 도 9에서 도시된 투영 노광 장치(10')의 확대부(A)를 도시한 도면이다. 도 10에서 컨테이너(32)의 벽(94)이 도시되며, 이를 통해 상기 담금 액(34)을 위한 유입 파이프(36)가 통과 된다. 이 같은 목적을 위해, 상기 유입 파이프(36)가 상기 컨테이너(32) 내부로 통과하게 되는 개방부(96)가 상기 벽(94)에 제공된다. 상기 개방부(96)의 크기는 상기 담금 액(34)이 통과하는 주연 갭(98)이 상기 유입 파이프(36)와 상기 벽(94) 사이에 있도록 선택된다. 반면, 상기 갭(98)은 좁게 되어 어떠한 담금 액(34)도 상기 갭(98)을 통해 상기 컨테이너(32)로부터 빠져나길 수 없도록 된다. 이와 같이 하여 지지부(99)에 의해 고정되는 상기 유입 파이프(36)가 상기 컨테이너(32)의 벽(94) 내의 유체 내에서 "부유(float)"하도록 장착된다. 결과적으로, 가령 상기 유입 파이프 내 흐름 동요에 의해 또는 처리 유닛(40) 내 펌프에 의해 발생될 수 있는 파이프의 진동이 상기 컨테이너(32)로 전달될 수 없다. 상기 설명된 유입 및 유출 파이프의 충격-차단 장착(shock-isolated mounting)은 특히 측정 장치에서 중요할 수 있다.

도 11은 전체가 도면부호 (10")로 표시된 투영 노광 장치의 또 다른 실시예 일부를 도시한 도면이다. 상기 투영 노광 장치(10")에서, 충격을 피하기 위해, 담금 액(34)은 펌프에 의해서가 아니라, 중력에 의해 상기 컨테이너(32) 내로 그리고 컨테이너(32)를 통과하여 이동된다. 이 같은 목적을 위해 담금 액(34)을 위한 저장소(100)가 상기 담금 공간(44) 위에 배치된다. 밸브(104)에 의해 조정된 담금 액(34)은 상기 저장소(100)로부터 컨테이너(32)내로 이동될 수 있다. 상기 흐름 속도의 주기적인 변동 그리고 그에 의해 발생된 진동은, 펌프를 사용하는 경우에는 일반적으로 완전히 피할 수 없는데, 상기 투영 노광 장치(102)의 경우에서는 발생되지 않는다.

상기 컨테이너(32)로부터의 유출 파이프(38)가 인터셉트 탱크(106)에 연결되며, 상기 탱크 내에 담금 액(34)이 제2 밸브(108)를 통과한 뒤에 수집된다. 여기서부터, 상기 담금 액이 펌프(110)에 의해 상기 컨디션닝 유닛(40)을 통해 저장소(100)로 되 보내진다. 상기 펌프(110)가 저장소(100) 및 인터셉트 탱크(108)를 통해 상기 컨테이너(32) 내 담금 액(34)으로부터 연결 분리되기 때문에, 상기 펌프(110)에 의해 발생된 흐름 속도의 변동은 상기 인터셉트 탱크(106)와 저장소(100) 사이에서 파이프 시스템으로 제한된다.

펌프에 의해 발생된 충격을 피하기 위한 또 다른 가능성은 투영 중단 동안에만 상기 컨테이너(32) 내 담금 액(34)을 순환시키도록 하는 것이다. 그와 같은 경우 도 11에서 도시된 상기 컨테이너(100 및 106)는 제거될 수 있다.

도 12 및 13은 또 다른 실시예에 따른 투영 노광 장치(10"')를 도시한 것이며, 그 사시도와 축 방향 단면을 각각 도시한 것이다. 상기 투영 노광 장치(10"')는 도면 부호(120)로 표시된 탐지기를 포함하며, 이와 같은 탐지기로 담금 공간(44)으로부터 담금 액(34)이 바람직하지 않게 이탈되는 것이 피하여 질 수 있다. 이 같은 목적을 위해, 상기 탐지기(120)가 축 방향으로 서로 평행하게 배치되고 측정 회로(126)에 연결된 두 개의 전도 루프(122, 124)를 갖는다.

상기 두 전도 루프(122, 124)는 커패시터를 형성하며 그의 커패시턴스는 상기 전도 루프(122, 124) 사이에 위치하는 유전체 재료를 포함하는 인수들에 의해 결정된다. 가령, 상기 담금 액이 탈 이온화 물이고 주변 공기가 공기라면, 상기 유전 상수 차는 약 80이 된다. 만약 상기 담금 공간(44)으로부터의 담금 액(34)이 도면부호 (128)로 표시된 바와 같이 전도 루프(122, 124) 사이 갭으로 들어간다면, 상기 전도 루프(122, 124) 사이에 존재하는 매체의 유전 상수는 그 같은 위치에서 국부적으로 증가된다. 상기 전도 루프(122, 124)에 의해 형성된 커패시터의 커패시턴스의 상승은 상기 측정 회로(126)에 의해 탐지된다. 사전에 정해진 한계 값이 초과되면, 상기 측정 회로(126)가 가령 담금 액이 상기 전도 루프(122, 124)에 의해 규정된 영역 바깥으로 통과하였음을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다.

상기 실시예는 투영 노광 장치와 관련하여 설명되었다. 그러나, 상기 장치는 투영 렌즈의 광학 이미징 특성이 결정될 수 있는 측정 장치로 적절히 수정하여 실시가 가능한 것이다. 이 같은 측정 장치는 상기 투영 렌즈(20)의 이미지 측에서 감광 층(26)을 위한 지지부(30)를 대신하여 배열되는 테스트 광학 컴포넌트를 일반적으로 포함한다. 이 같은 테스트 광학 컴포넌트는 가령 거울, 회절 격자, CCD 센서 또는 감광 테스트 층일 수도 있다. 그와 같은 측정 장치는 상기 투영 노광 장치의 조명 시스템을 대체하는 분리된 광원을 포함할 수 있기도 하다.

상기 설명된 실시예 그리고 본원 발명의 특징의 몇몇 예가 일정 측정 장치와 관련하여 사용될 수 있다. 전단 간섭계와 관련하여서는 도 3 내지 5에서 도시된 변경들 그리고 도 10에서 도시된 파이프들의 부유 장착이 그와 같은 경우이다; 도 11에서 도시된 중력을 사용하는 순환은 특히 모아레(Moire) 간섭계의 경우에 장점이 된다.

도 14는 축 방향 단면으로 포인트 회절 간섭계(PDI)의 핀홀 마스크(pinhole mask)를 개략적으로 도시한다. 이 같은 포인트 회절 간섭계 그리고 그에 의해 필요하여지게 된 핀홀 마스크는 그 자체로 종래 기술에 공지된 것이며, 따라서 그에 대한 더욱 상세한 내용은 생략한다. 상기 핀홀 마스크(140)는 반 투명 층(144)이 적용되는 유리 몸체(142)로 구성된다. 상기 핀홀 마스크(140)의 대략 중앙에는 상기 반 투명 층(144) 내 작은 핀홀 개방부(146)가 위치한다.

상기 측정 광선에 노출된 체적부(48)를 둘러싸는 영역 내 반 투명 층(144)위에 위치하는 담금 공간(44) 내 상기 담금 액(34)을 가열할 수 있기 위해, 가령 가열된 물과 같은 유동 가열 매체가 흐르도록 하는 도관(148)이 상기 유리 몸체(142)에 일체로 된다. 이와 같이 하여, 상기 유리 캐리어 몸체(142)의 주변이 균일하게 가열되며, 이에 의해 상기 담금 액의 온도가 국부적으로 상승된다.

도 15는 도 14에 상응하는 도면부호 (140')로 표시된 핀홀 마스크의 또 다른 실시예를 도시한다. 이 같은 실시예에서, 상기 핀홀 마스크(140)는 금속 캐리어(142')로 구성되며, 그 중앙에서 유리 인서트(150)가 일체로 된다. 이 같은 유리 인서트(150)는 가령 원뿔 절두형으로 만들어질 수 있기도 하며, 그 크기는 상기 측정 광선이 상기 금속 캐리어(142')의 주변 금속에 도달하지 않고 상기 유리 인서트(150)를 통과 할 수 있도록 한다.

상기 측정 광선이 통과하게 되는 체적부(48)가 상기 반 투명 층(144)을 통해 상기 금속 캐리어(142')와 주로 경계를 이루며, 그 일부만이 상기 유리 인서트(150)와 경계를 이루기 때문에, 측정 광선의 흡수에 의해 상기 체적부(48)에서 방출된 열은 상기 금속 캐리어(142')를 통하여 효과적으로 분산된다. 이와 같이 하여, 상기 금속 캐리어(142')의 높은 열 전도도가 상기 담금 공간(44) 내에서 단지 작은 온도 구배만을 허용하는 데 기여하게 한다.

10: 투영 노광 장치
12: 조명 시스템
13: 투영 광선
20: 투영 렌즈
24: 마스크
26: 감광 층
34: 담금 액
44: 담금 공간
78: 바깥 측 챔버
120: 탐지기

Claims

투영 광선(13)을 발생시키기 위한 조명 시스템과,
감광 층(26)에 마스크(24)의 이미지를 형성하기 위한 투영 렌즈(20)로서, 복수의 광학 요소(L1 내지 L5; 54)를 포함하는 투영 렌즈(20)와,
담금 액(34)으로 채워지는 담금 공간(44)을 포함하는 마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치에 있어서,
열 전달 요소(50; 501; 502; 503; 504)가 담금 공간(44)의 영역 내 온도를 선택적으로 변경시키고,
상기 열 전달 요소는 담금 공간 영역 내의 담금 액과 전도(conduction) 또는 복사(radiation)의 방법으로 열을 교환하도록 구성된 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 열 전달 요소(50; 501)는 담금 작업 중에 담금 액(34)과 접촉하게 되는 방식으로 담금 공간(44) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제2항에 있어서,
상기 열 전달 요소는 가열 도선(501)인 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 담금 공간(44)은 열 전달 요소(502)가 배열되는 벽(62)에 의해 측면 방향으로 한정되는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 열 전달 요소는 펠티에 요소(503)인 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제1항에 있어서,
상기 열 전달 요소(503)는 담금 공간(44)으로부터 일정 거리에 배치되어, 열이 열 전달 요소(503)와 상기 영역 사이에서 열 복사에 의해 교환될 수 있는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제6항에 있어서,
방향성 광학 요소(66)가 열 전달 요소(503)와 담금 공간(44) 사이에 배치되어 상기 열 복사의 방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제7항에 있어서,
상기 방향성 광학 요소(66)는 포지티브 굴절력을 갖는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 전달 요소는 가열되거나 냉각될 수 있는 평면 라디에이터(502)인 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
열 센서(65)가 열 전달 요소(503)의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제10항에 있어서,
상기 열 센서(65)는 열 전달 요소의 가열 또는 냉각 출력을 조정하는 제어 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열 전달 요소(504)는 감광 층(26)이 적용되는 캐리어(30)를 위치 설정하기 위한 웨이퍼 스테이지(70) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제12항에 있어서,
상기 열 전달 요소(504)는 감광 층(26)에 조명되는 광 필드(58)와 실질적으로 동일한 대칭성을 갖는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
제12항에 있어서,
상기 열 전달 요소는, 웨이퍼 스테이지(70) 내에 내장되고 웨이퍼 스테이지(70)를 통해 가열 또는 냉각 매체를 이동시키기 위한 복수의 도관(504)을 포함하는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치.
투영 렌즈(20)의 이미지측에 배치되는 테스트 광학 컴포넌트(140, 140')를 포함하는, 마이크로 리소그래픽 노광 장치의 투영 렌즈(20)의 이미징 특성을 결정하기 위한 측정 장치에 있어서,
담금 액(34)이 이미지측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소(54)와 테스트 광학 컴포넌트(140, 140') 사이에 형성되는 담금 공간(44) 내로 도입될 수 있고,
상기 측정 장치는 담금 공간(44)의 영역 내 온도를 선택적으로 변경시키기 위한 열 전달 요소(148)를 포함하고,
상기 열 전달 요소는 담금 공간 영역 내의 담금 액과 전도(conduction) 또는 복사(radiation)의 방법으로 열을 교환하도록 구성된 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 노광 장치의 투영 렌즈의 이미징 특성을 결정하기 위한 측정 장치.
제15항에 있어서,
상기 테스트 광학 컴포넌트(140, 140')는 광을 적어도 부분적으로 투과시키는 영역(150)을 포함하고,
상기 광 투과 영역(150)은 광 투과 영역(150)을 구성하는 재료보다 높은 열 전도도를 갖는 재료로 구성되는 또 다른 영역(142')에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 노광 장치의 투영 렌즈의 이미징 특성을 결정하기 위한 측정 장치.
제16항에 있어서,
상기 테스트 광학 컴포넌트는 포인트 회절 간섭계의 핀홀 마스크(140, 140')인 것을 특징으로 하는
마이크로 리소그래픽 노광 장치의 투영 렌즈의 이미징 특성을 결정하기 위한 측정 장치.
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치(10)를 위한 투영 렌즈(20)를 제조하는 방법이며,
a) 복수의 광학 요소들로부터 투영 렌즈를 조립하는 단계와,
b) 투영 렌즈(20)의 이미지측에 배치되는 테스트 광학 컴포넌트(140, 140')를 포함하는 측정 장치 내에 투영 렌즈를 설치하는 단계와,
c) 이미지측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소(54)와 테스트 광학 컴포넌트(140, 140') 사이에 있는 담금 공간(44) 내로 담금 액(34)을 도입하는 단계와,
d) 열 전달 요소(50; 501; 502; 503; 504)에 의해 담금 공간(44)의 영역 내 담금 액(34)의 온도를 선택적으로 변경시킴에 있어서, 열전달 요소는 담금 공간 영역 내의 담금 액과 전도(conduction) 또는 복사(radiation)의 방법으로 열을 교환하는 단계와,
e) 투영 렌즈(20)의 이미징 특성을 결정하는 단계와,
f) 투영 렌즈(20)의 하나 이상의 광학 요소의 위치를 조정하는 단계를 포함하는
마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치를 위한 투영 렌즈의 제조 방법.
제18항에 따른 방법을 사용하여 제조되는 투영 렌즈.
마이크로 구조 컴포넌트의 마이크로 리소그래픽 제조 방법이며,
a) 투영 렌즈(20)를 제공하는 단계와,
b) 투영 렌즈(20)의 대물 평면(22) 내에 마스크(24)를 배치하는 단계와,
c) 이미지측에서의 투영 렌즈(20) 중 마지막 광학 요소(L5; 54)와 투영 렌즈(20)의 이미지 평면(22) 내에 배치된 감광 층(26) 사이에 형성되는 담금 공간(44) 내로 담금 액(34)을 도입하는 단계와,
d) 담금 공간(44)의 영역 내 담금 액(34)의 온도를 열 전달 요소(50; 501; 502; 503; 504)에 의해 선택적으로 변경시킴에 있어서, 열전달 요소는 담금 공간 영역 내의 담금 액과 전도(conduction) 또는 복사(radiation)의 방법으로 열을 교환하는 단계와,
e) 마스크(24)를 감광 층(26) 상으로 투영하는 단계를 포함하는
마이크로 구조 컴포넌트의 마이크로 리소그래픽 제조 방법.
제20항에 있어서,
담금 액(34)은 e)단계에 따른 어떠한 투영도 발생되지 않는 시간 간격 동안에만 펌프에 의해 담금 공간 내에서 순환되는 것을 특징으로 하는
마이크로 구조 컴포넌트의 마이크로 리소그래픽 제조 방법
제20항 또는 제21항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 마이크로 구조 컴포넌트.