KR101476351B1 - 리소그래피 장치 및 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각하는 방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각하는 방법 Download PDF

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Abstract

리소그래피 장치는 구성요소 및 상기 구성요소에 국부적 냉각 부하를 적용하기 위한 국부적 냉각기를 포함한다. 상기 국부적 냉각기는 상기 구성요소의 상류에 유동 제한부를 포함하며 상기 유동 제한부를 빠져나가는 가스의 유동을 지향시켜 상기 구성요소의 표면을 냉각시키도록 구성된 가스 통로를 갖는다.

Description

리소그래피 장치 및 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각하는 방법{Lithographic Apparatus and Method of Cooling a Component in a Lithographic Apparatus}
본 발명은 리소그래피 장치 및 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상으로, 통상적으로는 기판의 타겟부 상으로 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우에, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼)의 (예를 들어, 다이의 일부분, 한 개 또는 수 개의 다이들을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는, 통상적으로 기판에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 한번에 타겟부 상으로 전체 패턴을 노광함으로써 각각의 타겟부가 조사(irradiate)되는, 소위 스테퍼, 및 방사선 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"- 방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는, 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상으로 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
이러한 기계는 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체(예를 들어, 물)가 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우는 기계일 수 있다. 일 실시예에서, 액체는 증류수이지만, 또 다른 액체가 사용될 수 있다. 또 다른 유체, 특히 습식 유체(wetting fluid), 비압축성 유체(incompressible fluid), 및/또는 공기보다 높은 굴절률을 갖고, 바람직하게는 물보다 높은 굴절률을 갖는 유체가 적합할 수 있다. 가스들을 배제시킨 유체들이 특히 바람직하다. 이것의 핵심은, 노광 방사선이 액체 내에서 더 짧은 파장을 가질 것이기 때문에 더 작은 피처들을 이미징할 수 있다는 것에 있다[또한, 액체의 효과는 시스템의 유효 개구수(NA)를 증가시키고 초점심도(depth of focus)를 증가시키는 것으로도 간주될 수 있다]. 고체 입자(예를 들어, 석영)가 그 안에 부유되어 있는 물 또는 나노-입자 부유물들(예를 들어, 10 nm 이하의 최대 치수를 갖는 입자들)을 갖는 액체를 포함하는 다른 침지 액체들이 제안되었다. 부유된 입자들은 입자들이 부유된 액체와 유사하거나 동일한 굴절률을 갖거나 갖지 않을 수 있다. 적합할 수 있는 다른 액체로는, 탄화수소, 예컨대 방향족, 불화탄화수소(fluorohydrocarbon), 및/또는 수용액을 포함한다.
회로 패턴 대신에, 패터닝 디바이스는 다른 패턴들, 예를 들어 컬러 필터 패턴(color filter pattern) 또는 도트들의 매트릭스(matrix of dots)를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 종래의 마스크 대신에, 패터닝 디바이스는 회로 또는 다른 적용가능한 패턴을 생성하는 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 포함하는 패터닝 어레이를 포함할 수 있다. 종래의 마스크-기반 시스템에 비해 이러한 "마스크없는(maskless)" 시스템의 장점은, 더 신속하게 그리고 더 적은 비용으로 패턴이 제공되고 및/또는 변경될 수 있다는 점이다.
따라서, 마스크없는 시스템은 프로그램가능한 패터닝 디바이스[예를 들어, 공간 광 변조기(spatial light modulator), 콘트라스트 디바이스(contrast device) 등]를 포함한다. 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 (예를 들어, 전자적으로 또는 광학적으로) 개별적으로 제어가능한 요소들의 어레이를 이용하여 원하는 패터닝된 빔을 형성하도록 프로그램된다. 프로그램가능한 패터닝 디바이스들의 타입들은 마이크로-거울 어레이들, 액정(LCD) 어레이들, 격자 광 밸브 어레이들 등을 포함한다.
PCT 특허 출원 공개공보 WO 2010/032224 및 미국 특허 출원 공개공보 US 2011-0188016(모두 본 명세서에서 전문이 인용 참조됨)에 개시된 바와 같이, 종래의 마스크 대신에, 원하는 패턴에 따라 변조되는 복수의 빔들에 기판의 노광 영역을 노광시키도록 변조기가 구성될 수 있다. 투영 시스템은 기판 상으로 변조된 빔들을 투영하도록 구성될 수 있고, 복수의 빔들을 수용하기 위한 렌즈들의 어레이를 포함할 수 있다. 투영 시스템은 노광 영역의 노광 동안 변조기에 대해 렌즈들의 어레이를 이동시키도록 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 (예를 들어, 5 내지 20 nm의 파장을 갖는) EUV(extreme ultra violet) 광을 이용하는 EUV 장치일 수 있다.
리소그래피 장치 내의 다수의 구성요소들은 이들에게 적용되는 바람직하지 않은 열 부하를 가질 수 있다. 이 부하는 투영 빔이 구성요소로 지향됨에 의한 결과(result of impingement on the component by the projection beam), 전류 흐름의 결과 등에 의해 발생할 수 있다. 이는 국부적 변형 및 이로 인해 발생가능한 이미징 오차들을 유발할 수 있음에 따라, 이러한 국부적 가열은 바람직하지 않다. 추가적으로, 예를 들어 투영 빔이 통과하는 투영 시스템의 상부 플레이트[예를 들어, 도 4 및 도 5의 개략적-환경(mini-environment)과 연계된 구조체]가 비-균일한 온도를 갖는 경우, 이는 굴절률의 변형 또는 원하는 형상으로부터의 변형을 유발할 수 있음에 따라, 발생가능한 이미징 오차들을 직접적으로 유발할 수 있다. 예를 들어, 온도 변동이 기판 테이블에서 일어난 경우, 이는 기판의 변형 및 이로 인해 발생가능한 이미징 오차들을 유발할 수 있다.
리소그래피 장치에서, 적용된 열 부하 부근의 1 이상의 채널들에 유동하는 냉각 액체가 사용될 수 있다. 냉각 매질은 구성요소의 설정점 온도보다 낮은 온도로 구성요소에 공급될 수 있다. 이는 신속한 냉각을 유도한다. 하지만, 구성요소에 대한 도관의 냉각 매질의 낮은 온도가 도관이 통과하는 1 이상의 구성요소들의 온도에 바람직하지 않은 영향을 수 있다는 어려움이 있다. 또 다른 시스템에서, 냉각 매질은 설정점 온도로 제공될 수 있다. 하지만, 이 구성에서는 구성요소가 항상 설정점 온도에 도달하는 것이 어려울 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구성요소로부터 멀리 빠져나간 도관의 냉각 매질은 설정점 온도 이상의 온도를 가지며, 이는 하나 또는 다른 구성요소들(예를 들어, 도관이 통과하는 1 이상의 구성요소들)에 유해한 영향을 줄 수 있다.
리소그래피 장치에 냉각 시스템을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 시스템은 냉각 매질과 연관된 앞서 설명된 문제들 중 적어도 하나를 해결한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치가 제공되고, 상기 리소그래피 장치는 구성요소; 상기 구성요소에 국부적 냉각 부하를 적용하기 위한 국부적 냉각기를 포함하고, 상기 국부적 냉각기는 상기 구성요소의 상류에 유동 제한부(flow restriction)를 포함하며 상기 유동 제한부를 빠져나가는 가스의 유동을 지향시켜 상기 구성요소의 표면을 냉각시키도록 구성된 가스 통로(gas passageway)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각시키는 방법이 제공되고, 상기 방법은 가스 통로를 통해 가스의 유동을 제공하고 상기 가스를 팽창 및 냉각시키기 위해 상기 가스를 유동 제한부를 통해 통과시키는 단계; 및 냉각될 상기 구성요소의 표면을 냉각시키기 위해 상기 팽창 및 냉각된 가스를 지향시키는 단계를 포함한다.
이하, 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 도시한 도면;
도 2는 국부적 냉각기의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은 국부적 냉각기의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 패터닝 디바이스용 지지체의 (z 방향으로의) 상부측에 있는 제 1 및 제 2 평면 요소들 및 내부 기체 환경을 도시한 도면; 및
도 5는 지지체의 (z 방향으로의) 하부측에 있는 제 1 및 제 2 평면 요소들 및 내부 기체 환경을 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는:
- 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 DUV 방사선)을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL);
- 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT);
- 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT); 및
- 기판(W)의 (예를 들어, 1 이상의 다이를 포함하는) 타겟부(C) 상으로 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사선 빔(B)에 부여된 패턴을 투영하도록 구성된 투영 시스템(예를 들어, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS)을 포함한다.
조명 시스템은 방사선을 지향, 성형, 또는 제어하기 위하여, 굴절, 반사, 카타디옵트릭(catadioptric), 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 그 여하한의 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또는 테이블일 수 있다. 지지 구조체는, 패터닝 디바이스가 예를 들어 투영 시스템에 대해 원하는 위치에 있을 것을 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 용어의 어떠한 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟부에 패턴을 생성하기 위해서, 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여하는데 사용될 수 있는 여하한의 디바이스를 언급하는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사선 빔에 부여된 패턴은, 예를 들어 상기 패턴이 위상-시프팅 피처(phase-shifting feature)들 또는 소위 어시스트 피처(assist feature)들을 포함하는 경우, 기판의 타겟부의 원하는 패턴에 정확히 대응하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스의 특정 기능 층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램가능한 거울 어레이 및 프로그램가능한 LCD 패널들을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리(binary)형, 교번 위상-시프트형 및 감쇠 위상-시프트형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라, 다양한 하이브리드(hybrid) 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램가능한 거울 어레이의 일 예시는 작은 거울들의 매트릭스 구성을 채택하며, 그 각각은 입사하는 방사선 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 기울어질 수 있다. 기울어진 거울들은 거울 매트릭스에 의해 반사되는 방사선 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 사용되는 노광 방사선에 대하여, 또는 침지 액체의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 인자들에 대하여 적절하다면, 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서의 "투영 렌즈"라는 용어의 어떠한 사용도 "투영 시스템"이라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에 도시된 바와 같이, 상기 장치는 (예를 들어, 투과 마스크를 채택하는) 투과형으로 구성된다. 대안적으로, 상기 장치는 (예를 들어, 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이를 채택하거나, 반사 마스크를 채택하는) 반사형으로 구성될 수 있다.
리소그래피 장치는 2 이상의 테이블들(또는 스테이지들 또는 지지체들), 예를 들어 2 이상의 기판 테이블들 또는 1 이상의 기판 테이블들과 1 이상의 센서 또는 측정 테이블들의 조합을 갖는 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블이 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 리소그래피 장치는 기판, 센서 및 측정 테이블들과 유사한 방식으로 병행하여 사용될 수 있는 2 이상의 패터닝 디바이스들(또는 스테이지들 또는 지지체들)을 가질 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 적어도 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 타입으로도 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키기 위한 기술로 당업계에 잘 알려져 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체에 잠겨야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 예를 들어 투영 시스템과 기판 및/또는 마스크 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다. 이는 액체에 잠기는 기판과 같은 액체를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 참조 부호 IM은 침지 기술을 구현하기 위한 장치가 위치될 수 있는 곳을 나타낸다. 이러한 장치는 침지 액체를 위한 공급 시스템 및 해당 영역의 액체를 수용하기 위한 시일 부재를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 선택적으로 기판 테이블이 침지 액체에 의해 완전히 덮이도록 배치될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 소스가 엑시머 레이저(excimer laser)인 경우, 상기 소스 및 리소그래피 장치는 별도의 개체일 수 있다. 이러한 경우, 상기 소스는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주되지 않으며, 방사선 빔은 예를 들어 적절한 지향 거울 및/또는 빔 익스팬더(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)의 도움으로, 소스(SO)로부터 일루미네이터(IL)로 통과된다. 다른 경우, 예를 들어 소스가 수은 램프인 경우, 상기 소스는 리소그래피 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 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하기 위한 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면의 세기 분포의 적어도 외반경 및/또는 내반경 크기(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 일루미네이터(IL)는 인티그레이터(integrator: IN) 및 콘덴서(condenser: CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다. 상기 소스(SO)와 유사하게, 일루미네이터(IL)는 리소그래피 장치의 일부분을 형성하는 것으로 간주될 수 있거나 간주되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 일루미네이터(IL)는 리소그래피 장치의 통합부일 수 있거나, 리소그래피 장치로부터 별도의 개체일 수 있다. 후자의 경우, 리소그래피 장치는 일루미네이터(IL)가 그 위에 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 일루미네이터(IL)는 분리가능하며(detachable), (예를 들어, 리소그래피 장치 제조업자 또는 다른 공급자에 의해) 별도로 제공될 수도 있다.
방사선 빔(B)은 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 패터닝 디바이스(MA)를 가로질렀으면, 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상으로 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정기(PW) 및 위치 센서(IF)[예를 들어, 간섭계 디바이스(interferometric device), 리니어 인코더(linear encoder) 또는 용량성 센서(capacitive sensor)]의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정기(PM) 및 (도 1에 명확히 도시되지 않은) 또 다른 위치 센서는, 예를 들어 마스크 라이브러리(mask library)로부터의 기계적인 회수 후에, 또는 스캔하는 동안, 방사선 빔(B)의 경로에 대해 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은 장-행정 모듈(long-stroke module: 개략 위치설정) 및 단-행정 모듈(short-stroke module: 미세 위치설정)의 도움으로 실현될 수 있으며, 이는 제 1 위치설정기(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT)의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정기(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 지지 구조체(MT)는 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들이 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 패터닝 디바이스(MA)에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 적어도 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 본질적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상으로 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT)은 상이한 타겟부(C)가 노광될 수 있도록 X 및/또는 Y 방향으로 시프트된다. 스텝 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟부(C)의 크기를 제한한다.
2. 스캔 모드에서, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)은 방사선 빔(B)에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 이미지 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서, 노광 필드의 최대 크기는 단일 동적 노광시 타겟부의 (스캐닝 되지 않는 방향으로의) 폭을 제한하는 반면, 스캐닝 동작의 길이는 타겟부의 (스캐닝 방향으로의) 높이를 결정한다.
3. 또 다른 모드에서, 지지 구조체(MT)는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 본질적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상으로 투영되는 동안 기판 테이블(WT)이 이동되거나 스캐닝된다. 다른 모드들에서와 같이 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)이 각각 이동한 후, 또는 스캔 중에 계속되는 방사선 펄스 사이사이에 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는 앞서 언급된 바와 같은 타입의 프로그램가능한 거울 어레이와 같은 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상술된 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 완전히 다른 사용 모드들이 채택될 수도 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 국부적 냉각기(100)를 개략적으로 나타낸다. 국부적 냉각기(100)는 줄-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)를 이용한다. 줄-톰슨 효과는 실제 기체(real gas)의 갑작스러운 팽창으로 인한 온도 변화를 설명한다. 이산화탄소 및 질소(그리고 물론 이에 따른 공기)와 같은 많은 가스들이 팽창 시 온도가 내려간다. 헬륨 및 수소와 같은 다른 가스들은 온도가 올라간다. 일 실시예에서는, 이산화탄소가 사용된다. 일 실시예에서는, 극히 청정한 건조 공기(extremely clean dry air)[즉, 리소그래피 장치에서 널리 사용되며 때때로 XCDA라고 칭해지는, 필터링되고 제습된 공기(filtered and dehumidified air)]가 사용된다.
설명된 실시예들은 디바이스가 냉각기로서 사용된다고 가정한다. 하지만, 본 발명의 일 실시예는 (예를 들어, 침지 액체의 증발로 인해 침지 장치에서 기판이 겪을 수 있는 국부적 냉각을 보상하기 위해) 히터에 동일하게 적용된다. 팽창 시 온도가 올라가는 가스의 예로는 헬륨이 있다.
종래의 액체 냉각기를 넘어서는 이 냉각기의 장점은 냉각 가스(coolant gas)가 일반적으로 장치 및/또는 구성요소의 설정점 온도에 근접한 온도에서 냉각될 구성요소(120)로 공급되고 냉각되어야 할 구성요소로부터 공급될 수 있다는 점이다. 추가적으로, 냉각을 위해 사용된 후 가스는 장치에서 재사용될 수 있다. 상기 가스는 예를 들어 정해진 영역(예를 들어, 위치 측정 시스템의 방사선 빔이 통과하는 영역 또는 마스크를 둘러싸는 환경)으로부터 바람직하지 않은 가스 및/또는 오염물을 몰아내는 정화 작업(purging operation)을 위해 재사용될 수 있다. 상기 가스는, 예를 들어 가스 나이프(gas knife), 무접촉 시일(contactless seal) 또는 건조 스테이션(drying station)의 일부분으로서 재사용될 수 있다. 재사용은 필터링 및/또는, 예를 들어 투영 시스템을 냉각시키는데 사용되는 컨디셔닝된 냉각 액체에 의한 온도 컨디셔닝을 요구할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 국부적 냉각기는 가스 통로(110) 및 유동 제한부(115)를 포함한다. 가스가 가스 통로(110)를 통해 그리고 유동 제한부(115)를 통해 유동함에 따라, 압력 강하가 생성된다. 이는 줄-톰슨 효과에 따라 가스의 갑작스런 팽창 및 가스의 냉각을 유도한다. 그 후, 냉각된 가스는 냉각될 구성요소(120)의 표면을 냉각시키도록 지향된다. 일 실시예에서, 이는 냉각될 구성요소(120)의 표면에 걸쳐 유동하도록 냉각된 가스를 지향시킴에 의해 달성된다. 일 실시예에서, 냉각된 가스는 냉각될 구성요소(120)의 표면으로부터 열을 추출하는 도관을 냉각시키기 위해 사용된다. 이러한 냉각은 냉각될 구성요소(120)의 표면과 냉각된 가스의 직접적 또는 간접적 접촉에 의해 일어날 수 있다.
일 실시예에서, 국부적 냉각기는 대응하는 유동 제한부(115)를 갖는 1 이상의 통로(110)를 포함한다. 각각의 통로(110)의 팽창된 가스는 냉각될 구성요소(120)의 표면의 상이한 영역들로 지향될 수 있다. 이러한 방식으로, 국부적 냉각 부하가 상이한 위치들에 적용될 수 있으며, 구성요소(120)의 전체 표면은 적절한 제어를 받으며 등온적으로(isothermal) 유지될 수 있다.
일 실시예에서는 1 이상의 유동 제한부(115)가 통로(110)에 제공된다. 구성요소(120)의 표면과 접촉하는 가스는 표면에 의해 온도가 상승될 것이므로, 유동 제한부(115)에 가장 근접한 냉각 부하가 유동 제한부(115)로부터 더 멀리 있는 냉각 부하보다 크다. 이를 보상하고 더 균일한 냉각 부하가 큰 표면에 적용되도록 하기 위해, 1 이상의 유동 제한부(115)가 직렬로(in series) 제공될 수 있어, 가스가 적어도 2배 팽창함에 따라 2 배 냉각된다. 이는 점선의 제 2 유동 제한부(115A)로 나타나 있다. 어떠한 수의 유동 제한부들(115, 115A)도 가스 통로(110)에 직렬로 제공될 수 있다.
유동 제한부(115, 115A)에 걸쳐 가스의 압력 강하 및 이에 따른 국부적 냉각 부하의 크기를 제어하기 위해, 냉각 제어기(130)가 제공된다. 도 2의 실시예에서, 유동 제한부(115, 115A)는 변동가능한 유동 제한부(variable flow restriction)이다. 냉각 제어기(130)는 유동 제한부의 크기[예를 들어, 가스가 통과하는 슬릿(slit) 또는 구멍의 크기] 및 이에 따른 압력 강하의 크기를 제어하도록 구성된다.
냉각 제어기(130)는 어떠한 방식으로도 압력 강하의 크기[예를 들어, 유동 제한부(115, 115A)의 크기]를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 제어기(130)는 피드포워드 기반에서 작동한다[제어기는 냉각될 구성요소(120)의 표면에 적용될 열 부하를 예상하여 알고, 후속하는 온도의 상승을 예측할 수 있다].
일 실시예에서, 도 2에 예시된 바와 같이, 냉각 제어기(130)는 피드백 방식으로 압력 강하를 제어한다. 일 실시예에서, 제어는 (표면) 온도 센서(140)에 의해 감지되는 구성요소(120)의 (예를 들어, 표면의) 온도에 기초한다. 따라서, 구성요소(120)의 표면의 온도가 정해진(예를 들어, 사전설정된) 값 이상으로 상승한 경우, 제어기(130)는 (예를 들어, 유동 제한부의 크기의 감소에 의해) 압력 강하를 증가시킴에 따라, 국부적 냉각 부하의 크기를 증가시킬 수 있다. 이와 반대로, 구성요소(120)의 표면 온도가 상승하여 더 낮은 냉각 부하가 요구된 경우, 제어기(130)는 유동 제한부(115, 115A)의 크기를 증가시킴으로써 압력 강하를 감소시킴에 따라, 국부적 냉각 부하의 크기를 감소시킬 수 있다.
도 2의 실시예에서는 통로(110)를 따라 실질적으로 일정한 가스 유동을 제공하는 질량 유량 제어기(mass flow controller: 150)가 제공된다. 질량 유량 제어기(150)[펌프(151)를 통합할 수 있음]는 통로(110)를 통해 정해진, 예를 들어 사전설정된 가스의 유동을 제공하도록 구성된다. 제어기(130)는 오로지 변동가능한 유동 제한부(115)를 조정함으로써 냉각 부하의 크기를 제어한다. 도 3을 참조하여 설명되는 바와 같이, 일 실시예에서 질량 유량 제어기(150)는 가스의 유동의 크기를 조정하기 위해 제어기(130)의 지시를 따를 수 있다. 유동 제한부(115, 115A)의 상류측의 압력을 변화시킴으로써, 유동 제한부(115, 115A)에 걸쳐 압력 강하의 크기가 변화될 수 있다. 추가적으로, 더 높은 질량 흐름률(mass flow rate)은 더 높은 열 전달 계수를 유도하며, 가스 유동의 열 용량의 증가를 유도한다.
앞서 설명된 바와 같이, 가스는 이산화탄소 또는 XCDA 또는 질소일 수 있으며, 소스(160)로부터 공급된다. 통로 단부의 가스는 냉각될 구성요소(120) 표면의 하류에 있는 유출구(170)에 도달한다. 일 실시예에서는 가스 핸들링 시스템(180)이 유출구(170)에 연결된다. 가스 핸들링 시스템(180)은 통로(110)로부터 가스를 이용할 수 있다. 이러한 사용은 냉각제로서가 아닌 다른 목적을 위한 것일 수 있다. 가스의 사용의 예시들로는 (예를 들어, 측정 시스템의 측정 빔이 통과하는 공간으로부터 또는 마이크로환경으로부터) 바람직하지 않은 가스 및/또는 입자들의 공간을 정화하고, 2 개의 표면들 간에 무접촉 시일을 형성하며, 및/또는 습식 표면을 건조시키는 것을 포함한다.
일 실시예에서, 유출구(170)를 빠져나온 가스는 가스 소스(160)로 재순환된다(recycled). 일 실시예에서, 유출구(170)를 빠져나온 가스는 리소그래피 장치가 놓인 환경 내로 허용된다. 상기 유출구(170)는 리소그래피 장치 외부의 배기 시스템에 연결될 수 있다.
열 교환기(190)가 유동 제한부(115, 115A)의 상류에 제공될 수 있다. 열 교환기(190)는, 예를 들어 열 전달 매질로서 액체를 사용할 수 있다. 열 교환기(190)는 가스의 온도를 상기 장치의 기준 온도에 충분히 근접하게 하여, 통로(110)를 형성하는 1 이상의 도관들은 일반적으로 구성요소들 및 장치의 기준 온도에 근접한 온도에 있을 것이다.
구성요소(120)[예를 들어, 구성요소(120)의 표면] 하류의 가스 통로(110)의 가스의 온도를 측정하기 위해 하류 온도 센서(200)가 제공될 수 있다. 냉각 제어기(130)는 하류 온도 센서(200)에 의해 측정된 온도를 모니터링할 수 있다. 이 온도는 제어 루프에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 냉각 제어기(130)는 (예를 들어, 피드백 방식으로) 하류 온도 센서(200)에 의해 측정된 온도에 기초하여 압력 강하를 조정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하류 온도 센서(200)에 의해 측정된 온도는 구성요소(120) 하류의 가스가 일반적으로 구성요소 및/또는 장치의 설정점 온도에 근접하도록 보장하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다.
일 실시예에서는, 유동 제한부(115, 115A) 상류의 통로(110)의 가스의 압력을 측정하기 위해 압력 센서(210)가 제공된다. 압력 센서(210)의 출력은 제한 제어기(limit controller)[냉각 제어기(130)의 일부분일 수 있음]에 제공될 수 있다. 압력 센서(210)에 의해 측정된 압력이 정해진 값을 초과할 때, 제한 제어기는 유동 제한부(115, 115A) 상류의 통로(110)의 가스의 압력을 제한할 수 있다. 예를 들어, 제한 제어기는 유동 제한부(115, 115A)의 크기를 제어할 수 있고, 및/또는 질량 유량 제어기(150)에게 통로(110)의 가스의 질량 흐름률을 감소시키도록 지시할 수 있으며, 및/또는 유동 제한부 상류의 통로(110)의 가스 압력을 조절하도록 압력 조절기를 활성화할 수 있다(또는 압력 조절기가 될 수 있음). 일 실시예에서, 냉각 제어기(130)는 압력 조절기의 압력을 조정함에 따라, 유동 제한부(115, 115A)에 걸쳐 압력 강하를 제어할 수 있다.
일 실시예에서 냉각 제어기(130)는 압력 센서(210)에 의해 측정된 압력에 기초하여 적어도 부분적으로 유동 제한부(115, 115A) 및/또는 질량 유량 제어기(150)를 제어할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 질량 유량 제어기(150)는 냉각 제어기(130)로 신호를 보낼 수 있다. 상기 신호는, 예를 들어 도달된 최대 질량 유량에 관한 정보 또는 질량 유량 제어기(150)가 정해진 지점을 넘어(예를 들어, 현재 흐름률을 넘어) 질량 유량을 증가시킬 수 없음에 관한 정보와 같이 시스템의 한계들에 관한 것일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 최대 압력 강하가 달성되어 냉각력을 더욱 증가시킬 때, 질량 유량이 증가될 수 있다. 냉각 제어기(130)는 센서들(140, 200, 210) 중 1 이상으로부터 피드백을 이용하여, 전략을 바꾸거나, 시스템 한계에 도달했다는 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 3은 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 3의 실시예는 아래에 설명되는 것을 제외하고는 도 2의 실시예와 동일하다.
도 3의 실시예에서, 냉각 제어기(130)는 질량 유량 제어기(150)를 제어한다. 유동 제한부(115, 115A)에 걸친 압력 강하는 질량 유량 제어기(150)를 조정함에 의해 통로(110)를 통하는 가스의 유동을 변동시킴으로써 적어도 부분적으로 변화된다. 이러한 실시예에서, 유동 제한부(115, 115A)는 변동가능한 유동 제한부일 수 있다[이 경우, 냉각 제어기(130)는 질량 흐름률과 유동 제한 크기를 모두 변동시킴으로써 압력 강하를 변동시킬 수 있다]. 일 실시예에서 유동 제한부(115, 115A)는 고정된 제한부일 수 있어, 압력 강하는 유동 통로(110)를 통하는 질량 흐름률의 변동에 의해서만 제어된다.
유동 제한부(115, 115A) 상류의 압력 조절기는 유동 제한부(115, 115A) 상류의 가스 통로(110)의 압력을 변동시키기 위해 사용될 수 있다. 압력 조절기의 설정을 변동시킴으로써, 유동 제한부(115, 115A)에 걸쳐 압력 강하가 변동될 수 있다.
냉각 시스템은 매우 유연하며, 설정점 온도를 벗어난 온도의 냉각 매질 유동을 수반하지 않는 비교적 단순한 제어를 갖는다. 이러한 시스템의 반응 시간은 열 관성(thermal inertia)을 겪는 액체 기반의 폐쇄-루프 냉각 시스템보다 우수할 수 있다. 부연하면, (에너지를 추출하도록) 액체를 가열하는 사이의 시간 지연은 액체의 더 높은 열 용량으로 인해 가스에 대해서보다 크다.
상기 냉각 시스템은 액체 기반 냉각 시스템이 하는 것처럼 온도 컨디셔닝 셋업(temperature conditioning setup)을 필요로 하지 않을 수 있다. 하지만, 액체 기반 냉각 시스템은 본 명세서에 설명된 냉각 시스템보다 더 많은 열 에너지를 추출할 수 있다. 일 실시예에서는 가스가 재순환되기 위한 복귀 통로(return passageway)가 요구되지 않는다. 이는 호스 다발(hose bundles)의 호스의 수를 감소시킬 수 있다. 이는 사용되는 부피 및 강성도(stiffness) 그리고 동적 성능 문제 측면에서 유익하다.
앞서 언급된 바와 같이, 구성요소(120)의 표면을 냉각시키기 위해 가스가 사용된 후, 상기 가스는 효율적인 방식으로 다른 문제들을 해결하기 위해 사용될 수 있다.
추가적으로, 리소그래피 장치에서 액체는 일반적으로 바람직하지 않다. 몇몇 영역들에서는 액체의 존재가 반드시 회피되어야 한다. 나머지 영역들에서는 액체의 누설이 문제를 일으킬 수 있지만, 가스의 누설은 덜 문제가 된다.
다음은 분당 100 노멀 리터(normal litres)(대기 압력 및 0℃)의 유속에 대해 2200 미만의 레이놀즈 수(Reynolds number) 그리고 10 m/s 미만의 가스 유동 속도를 갖는 1x200x300 mm 치수의 통로(110)를 갖는 냉각 시스템에서, 약 100 W/㎡K의 열 전달 계수가 XCDA에 대해 달성된 반면, CO2에 대해서는 약 65 W/㎡K의 열 전달 계수가 달성됨을 나타낸다. 이산화탄소 및 공기에 대한 데이터는 22 ℃에서 CO2에 대해 줄-톰슨 계수가 약 1.080 K/bar인 반면, XCDA에 대해서는 줄-톰슨 계수가 약 0.237 K/bar임을 나타낸다. 이는 약 4 bar의 압력 강하를 갖는 상기 영역(1x0.2mx0.3m)의 열 전달이 XCDA에 대해 약 50 W/㎡ 그리고 CO2에 대해 약 130 W/㎡의 열 전달 영역의 평균 열 전달을 유도할 수 있음을 나타낸다. 이 제한적 인자는 가스 유동의 열 용량으로, XCDA 가스 유동의 냉각력은 약 2.2 W이고 CO2에 대해서는 약 11 W이다.
상기에서는 냉각 시스템에 의해 추출된 열의 양이 크지 않을 수 있음을 나타내지만, 이는 리소그래피 장치의 정해진 구성요소들, 특히 앞서 설명된 구성요소들에 대해 유용한 냉각의 양이다.
냉각 시스템(100)은 리소그래피 장치의 어떠한 구성요소도 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 예시들로는 기판 테이블(WT)의 일부분, 기판 테이블(WT), 특히 450 mm 또는 300 mm의 직경(또는 등가 직경)을 갖는 기판(W)과 함께 사용하도록 구성된 기판 테이블(WT)의 액추에이터를 포함한다. 본 발명은 기판의 크기/형상으로 제한되지 않는다. 큰 기판(W)용 기판 테이블(WT)은 기판(W)의 표면을 평탄화하기 위해 1 이상의 매니퓰레이터(manipulator)를 포함할 수 있으며, 이러한 매니퓰레이터는 그 안에 흐르는 전류에 의해 거기에 인가된 열 부하가 앞서 설명된 냉각 시스템에 의해 추출되기에 충분히 낮도록 하는 크기로 되어 있을 수 있다. 냉각 시스템은, 예를 들어 기판(W)용 기판 지지체의 하부면으로부터 기판을 국부적으로 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 냉각 시스템은 톱 플레이트(top plate)를 포함하는 투영 시스템(PS)의 구성요소를 냉각시키기 위해 사용될 수도 있다.
냉각 시스템(100)은 리소그래피 장치의 센서 또는 테이블 (위치) 인코더와 같은 구성요소를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 냉각 시스템(100)은 투영 빔을 패터닝하는 패터닝 어레이 또는 변조기(예를 들어, 변조기로부터 복수의 빔들을 수용하는 렌즈들의 어레이)를 이용하는 리소그래피 장치 또는 EUV 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 구성요소에(그리고 구성요소로부터) 가스를 제공하는데 사용되는 1 이상의 도관들은 구성요소의 상류에 제공된 유동 제한부(115)와 유연(flexible)할 수 있다.
냉각 시스템(100)은 도 4 및 도 5를 참조하여 아래에 설명되는 톱 플레이트를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 톱 플레이트는 지지 구조체(MT) 모터 및/또는 투영 빔(PB) 및/또는 레티클 기점(reticle fiducial)(측정 시 레이저에 의해 가열될 수 있고, 그 후 톱 플레이트로 열을 방사시킬 수 있음)에 의해 국부적으로 가열될 수 있다.
리소그래피 투영 장치에서, 패터닝 디바이스(MA)의 영역에 제어되는 내부 기체 환경을 유지하는 것이 바람직하다. 패터닝 디바이스 영역의 내부 기체 환경은 패터닝 디바이스의 감지 요소 및/또는 방사선 빔을 간섭하는 변동가능한 특성을 갖는 오염물들 및/또는 공기를 방지하도록 제어될 수 있다. 내부 기체 환경은 통상적으로 영역 외부로부터 실질적으로 격리될 것이지만, 완벽하게 밀봉되지는 않는다. 내부 기체 환경 내로 유출구를 갖는 가스 공급 시스템이 제공될 수 있으며, 내부 기체 환경의 과압력(overpressure)을 유지하도록 구성될 수 있다. 과압력은 내부 기체 환경으로부터 가스의 유동(예를 들어, 실질적으로 일정한 유동)을 몰아낸다, 즉 환경을 정화하는 기능을 한다. 가스의 바깥쪽방향 유동은 오염물의 유입을 방지하는데 도움을 준다. 가스의 바깥쪽방향 유동은 새는 밀봉(leaky seal)을 통해, 예를 들어 대향하는 유동-제한 표면들을 통해 채널링될 수 있다. 추가적으로, 측정 시스템의 간섭 빔들 및/또는 1 이상의 인코더가 통과하는 경로는 오염물로부터 자유로우며, 실질적으로 일정한 1 이상의 특성들을 갖는 것이 바람직하다.
도 4는 내부 기체 환경(4)의 제어가 지지체(MT) 위의 영역에서 어떠한 방식으로 달성될 수 있는지를 나타내는 실시예를 도시한다. 이 예시에서 내부 기체 환경(4)은 일 측면이 패터닝 디바이스(MA)와 지지체(MT) 사이에 위치되며, 다른 측면은 조명 시스템(IL)의 최종 요소(및 주변 하드웨어: 2) 사이에 위치된다. 따라서, 도시된 내부 기체 환경(4)은 방사선 빔이 패터닝 디바이스(MA)와 만나기 전에 방사선 빔이 통과할 공간(volume)이다.
도 4 및 도 5의 예시에서, 유출구(7)를 통해 내부 기체 환경(4)으로 가스를 공급하기 위해 가스 공급 시스템(5)이 제공된다. 가스는 제어된 조성으로 및/또는 제어된 유속에서 공급될 수 있다. 가스는 냉각 시스템의 유출구(170)로부터 나올 수 있다. 선택적으로, 내부 기체 환경(4) 내에 과압력이 유지된다. 과압력은 화살표(6)로 개략적으로 나타낸 바와 같이 가스의 바깥쪽방향 유동을 유도한다. 가스 공급 시스템(5) 및/또는 유출구(7)는 (나타낸 바와 같이) 패터닝 디바이스 지지체(MT)에 또는 패터닝 디바이스 지지체(MT) 내에 장착될 수 있으며, 및/또는 패터닝 디바이스 지지체(MT) 위 및/또는 아래의 요소에 또는 요소 내에 장착될 수 있다. 예를 들어, 가스 공급 시스템(5) 및/또는 유출구(7)는 조명 시스템(IL)의 최종 요소(2)에 또는 최종 요소(2) 내에 장착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 가스 공급 시스템(5) 및/또는 유출구(7)는 투영 시스템(PS)의 제 1 요소(3)에 또는 제 1 요소(3) 내에 장착될 수 있다.
유동/속도의 공간 분포는 도 4에 도시된 바와 같은 제 1 및 제 2 평면 요소들(8A, 10A)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 평면 요소(8A)는 제 1 유동 제한 표면(8B)을 제공하기 위함이다. 제 2 평면 요소(10A)는 제 2 유동 제한 표면(10B)을 제공하기 위함이다.
도 4의 유동 제한 표면들(8B, 10B)은 서로 향해 있으며, 이들 사이의 갭을 통해 안쪽방향 및 바깥쪽방향 가스 유동에 저항하도록 구성된다. 안쪽방향 가스 유동에 저항하는 것은 내부 기체 환경(4)의 오염을 감소시키는데 도움을 준다. 바깥쪽 가스 유동에 저항하는 것은 가스 공급 시스템(5)이 내부 기체 환경(4)에서 안정한 과압력을 유지하는데 도움을 준다. 또한, 유동 제한 표면들(8B, 10B)은 가스의 유출이 통과하는 비교적 작은 갭을 제공한다. 이는 가스 유출 속도의 증가를 유도한다. 이 속도의 증가는 안쪽방향으로의 오염들의 확산에 대항한다. 또한, 더 높은 유출 속도는 다음의 이유로 유익할 수 있다. 예를 들어, 패터닝 디바이스 지지체(MT)가 제 1 방향인 Y를 따라 이동될 때, 이를 따라(in its wake) 더 낮은 압력 영역을 생성하고, 이는 환경 가스(예를 들어, 공기)에 의해 채워지는 경향이 있는데, 이는 내부 기체 환경으로부터 격리시키는(keep out of) 것이 바람직하다. 그 후, 패터닝 디바이스 지지체(MT)가 반대 방향으로 다시 스캔될 때, 내부 기체 환경 내로 환경 가스의 상당한 유입을 감소시키거나 완전히 회피하기 위해, 출력 속도는 적어도 패터닝 디바이스 지지체(MT)의 스캔 속도보다 높은 것이 바람직하다(더 낮은 압력 영역 내로 환경 가스가 유입되는 최대 속도에 스캔 속도를 더한 것보다 높은 것이 바람직하다).
도 5는 내부 기체 환경(4)이 패터닝 디바이스(MA) 아래에 위치되는 것을 제외하고는 도 4의 구성에 대응하는 구성을 도시한다. 따라서, 도시된 내부 기체 환경(4)은 방사선 빔이 패터닝 디바이스(MA)와 만난 후에 방사선 빔이 통과할 공간이다. 내부 기체 환경(4)은 일 측면이 지지체(MT)와 패터닝 디바이스(MA)에 의해 포함되고, 다른 측면이 투영 시스템(PS)의 제 1 요소(및 주변 하드웨어: 3)[예를 들어, 앞서 설명된 냉각 시스템에 의해 냉각될 수 있는 (적어도 부분적으로 투명한) 톱 플레이트]에 의해 포함될 수 있다. 이 예시에서 지지체(MT)는 그 하부에 형성된 제 1 평면 요소(9A)를 포함한다. 제 1 평면 요소(9A)는 제 1 유동 제한 표면(9B)을 갖는다. 투영 시스템(PS)의 제 1 요소는 그 상부면에 부착된 제 2 평면 요소(11A)를 갖는다. 제 2 평면 요소(11A)는 제 2 유동 제한 표면(11B)을 갖는다. 제 2 유동 제한 표면(11B)은 제 1 유동 제한 표면(9B)을 향하도록 구성된다.
도 4의 구성 및 도 5의 구성 모두에서, 화살표(6)는 가스 공급 시스템(5)의 유출구(7)로부터 내부 기체 환경(4)의 중심 영역을 통해 그리고 유동 제한 표면들(8B, 9B, 10B, 11B) 사이의 갭을 통해 내부 기체 환경(4) 외부의 영역으로 유동하는 가스의 유동을 개략적으로 나타낸다.
본 명세서에서는, IC 제조에 있어서 리소그래피 장치의 특정 사용예에 대하여 언급되지만, 본 명세서에 서술된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리용 안내 및 검출 패턴, 평판 디스플레이(flat-panel display), 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같이 다른 적용예들을 가질 수도 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용예와 관련하여, 본 명세서의 "웨이퍼" 또는 "다이"라는 용어의 어떠한 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟부"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수도 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은 노광 전후에, 예를 들어 트랙(전형적으로, 기판에 레지스트 층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 툴), 메트롤로지 툴 및/또는 검사 툴에서 처리될 수 있다. 적용가능하다면, 이러한 기판 처리 툴과 다른 기판 처리 툴에 본 명세서의 기재 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예를 들어 다층 IC를 생성하기 위하여 기판이 한번 이상 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러번 처리된 층들을 포함한 기판을 칭할 수도 있다.
이상, 광학 리소그래피와 관련하여 본 발명의 실시예들의 특정 사용예를 언급하였지만, 본 발명은 다른 적용예들, 예를 들어 임프린트 리소그래피에 사용될 수 있으며, 본 명세서가 허용한다면 광학 리소그래피로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스의 토포그래피(topography)는 기판에 생성되는 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 기판에 공급된 레지스트 층 내로 가압될 수 있으며, 레지스트는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 경화된다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남긴 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔뿐만 아니라, (예를 들어, 436, 405, 365, 355, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV) 방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위의 파장을 갖는) 극자외(EUV) 방사선을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 앞서 개시된 바와 같은 방법을 구현하는 기계-판독가능한 명령어의 1 이상의 시퀀스를 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 데이터 저장 매체(예를 들어, 반도체 메모리, 자기 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수 있다. 또한, 기계 판독 가능한 명령어가 2 이상의 컴퓨터 프로그램들에서 구현될 수 있다. 2 이상의 컴퓨터 프로그램들은 1 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체에 저장될 수 있다.
본 발명은 300 mm 또는 450 mm 또는 여타의 크기의 직경을 갖는 기판들에 적용될 수 있다.
1 이상의 컴퓨터 프로그램들이 리소그래피 장치의 적어도 하나의 구성요소 내에 위치된 1 이상의 컴퓨터 프로세서들에 의해 판독될 때, 본 명세서에 설명된 여하한의 제어기들이 각각 또는 조합하여 작동될 수 있다. 제어기들은 각각 또는 조합하여 신호들을 수신하고, 처리하며, 보내는 여하한의 적절한 구성을 가질 수 있다. 1 이상의 프로세서들은 상기 제어기들 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 제어기는 상기 설명된 방법들을 위해 기계-판독가능한 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 1 이상의 프로세서들을 포함할 수 있다. 또한, 제어기들은 이러한 컴퓨터 프로그램들을 저장하는 데이터 저장 매체 또는 데이터 저장 매체들, 및/또는 이러한 매체/매체들을 수용하는 하드웨어를 포함할 수 있다. 그러므로, 제어기(들)는 1 이상의 컴퓨터 프로그램들의 기계-판독가능한 명령어들에 따라 작동할 수 있다.
본 발명의 1 이상의 실시예들은 침지 액체가 배스의 형태로 기판의 국부화된 표면 영역에만 제공되는지 또는 한정되지 않는지에 따라 여하한의 침지 리소그래피 장치에 적용될 수 있다. 한정되지 않는 구성에서는, 실질적으로 기판 및/또는 기판 테이블의 덮이지 않은 전체 표면이 습식 상태가 되도록, 침지 액체는 기판 및/또는 기판 테이블의 표면에 걸쳐 유동할 수 있다. 이러한 한정되지 않은 침지 시스템에서, 액체 공급 시스템은 침지 액체를 한정하지 않을 수 있으며, 또는 침지 액체의 일부분을 한정하지만, 실질적으로 침지 액체를 완전하게 한정하지 않을 수도 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치는 투영 시스템의 노광 측에 위치된 2 이상의 테이블을 포함하는 다-스테이지 장치이며, 각각의 테이블은 1 이상의 대상물(object)을 포함 및/또는 유지한다. 일 실시예에서, 테이블들 중 1 이상은 방사선-감응성 기판을 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 테이블들 중 1 이상은 투영 시스템으로부터 방사선을 측정하는 센서를 유지할 수 있다. 일 실시예에서, 다-스테이지 장치는 방사선-감응성 기판을 유지하도록 구성된 제 1 테이블(즉, 기판 테이블) 및 방사선-감응성 기판을 유지하도록 구성되지 않는 제 2 테이블(이후 일반적으로 측정 및/또는 세정 테이블로서 언급되며, 이로 제한되지는 않음)을 포함한다. 제 2 테이블은 방사선-감응성 기판이 아닌 1 이상의 대상물을 포함 및/또는 유지할 수 있다. 이러한 1 이상의 대상물은, 투영 시스템으로부터 방사선을 측정하는 센서, 1 이상의 정렬 마크, 및/또는 (예를 들어, 액체 한정 구조체를 세정하는) 세정 디바이스로부터 선택된 1 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 리소그래피 장치는 상기 장치의 구성요소의 위치, 속도 등을 측정하는 인코더 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 구성요소는 기판 테이블을 포함한다. 일 실시예에서, 구성요소는 측정 및/또는 세정 테이블을 포함한다. 인코더 시스템은 테이블들에 대해 본 명세서에서 설명되는 간섭계 시스템에 추가될 수 있거나 이의 대안일 수 있다. 인코더 시스템은 스케일 또는 그리드(scale or grid)와 연계된, 예를 들어 쌍을 이루는(paired) 센서, 트랜스듀서(transducer), 또는 판독 헤드(readhead)를 포함한다. 일 실시예에서, 이동가능한 구성요소(예를 들어, 기판 테이블, 및/또는 측정 및/또는 세정 테이블)는 1 이상의 스케일 또는 그리드를 가지며, 리소그래피 장치의 프레임 - 이에 대해 구성요소가 이동함 - 은 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상을 갖는다. 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상은 구성요소의 위치, 속도 등을 결정하도록 스케일(들) 또는 그리드(들)와 상호작동한다. 일 실시예에서, 리소그래피 장치의 프레임 - 이에 대해 구성요소가 이동함 - 은 1 이상의 스케일 또는 그리드를 갖고, 이동가능한 구성요소(예를 들어, 기판 테이블, 및/또는 측정 및/또는 세정 테이블)는 구성요소의 위치, 속도 등을 결정하도록 스케일(들) 또는 그리드(들)와 상호작동하는 센서, 트랜스듀서, 또는 판독 헤드 중 1 이상을 갖는다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는 굴절, 반사, 카타디옵트릭, 자기 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.

Claims (14)

  1. 리소그래피 장치에 있어서,
    상기 리소그래피 장치의 적어도 일부를 구성하는 일 구성요소; 및
    상기 구성요소에 국부적 냉각 부하(local cooling load)를 적용하기 위한 국부적 냉각기를 포함하고, 상기 국부적 냉각기는:
    상기 구성요소의 상류에 유동 제한부(flow restriction)를 포함하며 상기 유동 제한부를 빠져나가는 가스의 유동을 지향시켜 상기 구성요소의 표면을 냉각시키도록 구성된, 가스 통로(gas passageway);
    상기 유동 제한부에 걸친 가스의 압력 강하 및 이에 따른 상기 구성요소의 국부적 냉각 부하의 크기를 제어하도록 구성된 냉각 제어기; 및
    상기 가스 통로를 통해 정해진 가스의 유동을 제공하도록 구성된 질량 유량 제어기(mass flow controller)를 포함하는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 통로는 상기 구성요소의 하류에 유출구를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가스 핸들링 시스템은 상기 유출구에 연결되고, 주목적인 냉각제로서가 아닌 다른 목적을 위해 상기 가스 통로로부터의 가스를 이용하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스 핸들링 시스템은 상기 가스 통로로부터의 상기 가스를 이용하여, 바람직하지 않은 가스 또는 오염물들의 공간을 정화(purge)하거나, 2 개의 표면들 사이에 무접촉 시일을 형성하거나, 습식 표면을 건조시키도록 구성되는 리소그래피 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 제한부는 변동가능한 유동 제한부이고, 상기 냉각 제어기는 상기 유동 제한부의 크기 및 이에 따른 압력 강하의 크기를 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 질량 유량 제어기는 실질적으로 일정한 크기에서 상기 가스의 유동을 유지하도록 구성되고, 상기 냉각 제어기는 상기 가스의 유동의 크기 및 이에 따른 압력 강하의 크기를 조정하기 위해 상기 질량 유량 제어기를 제어하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    (ⅰ) 상기 유동 제한부의 상류에서 상기 가스 통로의 가스 압력을 조절하도록 구성된 압력 조절기;
    (ⅱ) 상기 구성요소의 온도를 감지하기 위한 온도 센서;
    (ⅲ) 상기 구성요소의 하류에서 상기 가스 통로의 가스의 온도를 측정하기 위한 하류 온도 센서;
    (ⅳ) 상기 유동 제한부의 상류에서 상기 가스 통로의 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 센서;
    (ⅴ) 상기 유동 제한부의 상류에서 상기 가스 통로의 가스를 정해진 온도로 유지하도록 구성된 열 교환기; 및
    (ⅵ) 상기의 여하한의 조합 중 적어도 하나를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 냉각 제어기는,
    (ⅰ) 상기 압력 조절기의 압력 설정 및 이에 따른 상기 유동 제한부에 걸친 압력 강하를 변동시키고;
    (ⅱ) 상기 온도 센서에 의해 감지된 온도에 기초하여 피드백 방식으로 상기 압력 강하를 조정하며;
    (ⅲ) 상기 하류 온도 센서에 의해 측정된 온도에 기초하여 상기 압력 강하를 조정하고;
    (ⅳ) 상기의 여하한의 조합 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 센서에 의해 측정된 압력이 정해진 값을 초과할 때 상기 유동 제한부의 상류에서 상기 가스 통로의 가스의 압력을 제한하도록 구성된 제한 제어기(limit controller)를 더 포함하는 리소그래피 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구성요소는, (ⅰ) 기판을 지지하도록 구성된 기판 테이블; (ⅱ) 투영 시스템; 또는 (ⅲ) 투영 시스템 톱 플레이트(projection system top plate)의 일부분인 리소그래피 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 제한부의 하류로부터 상기 리소그래피 장치 내로 가스를 방출하도록 구성되는 리소그래피 장치.
  14. 리소그래피 장치의 구성요소를 냉각시키는 방법에 있어서,
    가스 통로를 통해 가스의 유동을 제공하고 상기 가스를 팽창 및 냉각시키기 위해 상기 가스를 유동 제한부를 통해 통과시키는 단계;
    냉각될 상기 구성요소의 표면을 냉각시키기 위해 상기 팽창 및 냉각된 가스를 지향시키는 단계;
    상기 유동 제한부에 걸친 가스의 압력 강하 및 이에 따른 상기 구성요소의 국부적 냉각 부하의 크기를 제어하는 단계; 및
    상기 가스 통로를 통해 정해진 가스의 유동을 제공하는 단계를 포함하는 구성요소 냉각 방법.
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