KR20030075137A - 리소그래피 투영장치, 디바이스 제조방법, 그 디바이스,오염된 물체를 세정하는 세정 유닛 및 방법 - Google Patents

리소그래피 투영장치, 디바이스 제조방법, 그 디바이스,오염된 물체를 세정하는 세정 유닛 및 방법 Download PDF

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Abstract

리소그래피 투영장치용 광학 구성요소의 세정은 상기 장치내의 상기 광학 구성요소를 포함하는 공간을 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종의 존재하에 250nm 이하의 파장을 가진 UV 또는 EUV 방사선으로 조사함으로써 수행될 수 있다. 일반적으로, 상기 공간은 보통의 퍼지가스 조성과 더불어 소량의 산소함유종을 포함하는 퍼지가스로 퍼지될 것이다. 이 기술은 상기 공간에 저압의 산소함유종을 유입시켜 공기를 빼낸 공간에서 사용될 수도 있다. 상기 기술은 오존과 같은 불안정한 재료의 사용을 피하게 되는 장점을 가진다.

Description

리소그래피 투영장치, 디바이스 제조방법, 그 디바이스, 오염된 물체를 세정하는 세정 유닛 및 방법{Lithographic Projection Apparatus, Device Manufacturing Method, Device Manufactured Thereby, Cleaning Unit and Method of Cleaning Contaminated Objects}
본 발명은,
- 250nm 이하의 파장을 가진 전자기 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
- 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,
- 기판을 잡아주는 기판테이블, 및
- 기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템을 포함하여 이루어지는 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사선빔에 부여하도록 사용될 수 있는 수단을 의미하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 하며, 본 명세서에서는 "광 밸브(light valve)"라는 용어로도 사용된다. 일반적으로, 상기 패턴은 집적회로 또는 기타 디바이스와 같이 타겟부에 형성될 디바이스 내의 특정 기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 마스크의 개념은 리소그래피 분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번 위상반전(alternating phase-shift)형 및 감쇠 위상반전형 마스크와 다양한 하이브리드 마스크 형식도 포함한다. 투영빔 내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크에 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과 마스크의 경우) 또는 반사(반사 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에, 그 지지구조체는 일반적으로 마스크테이블이며 이것은 입사하는 방사선빔 내의 소정 위치에서 마스크를 잡아줄 수 있고 필요에 따라서는 빔에 대하여 이동될 수 있다.
- 프로그래머블 거울어레이. 이러한 장치의 예로는, 점탄성제어 층(viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어) 반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광을 회절광으로 반사하는 한편, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광을 비회절광으로 반사하는 것이다. 적절한 필터를 사용하면,반사된 빔 중에서 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로 빔은 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어스레싱은 적절한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 거울어레이에 관한 더 많은 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참조되고 있는 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호로부터 얻을 수 있다. 프로그래머블 거울어레이의 경우, 상기 지지구조체는 예를 들어, 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
- 프로그래머블 LCD 어레이. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참조되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상기와 마찬가지로, 이러한 경우 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 움직일 수 있는 프레임 또는 테이블로써 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크 및 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 지칭될 수도 있다. 하지만, 그러한 예시에서 논의된 일반적인 원리는 상술한 바와 같은 패터닝수단의 광의의 개념으로 이해되어야 한다.
예를 들어, 리소그래피 투영장치는 집적회로(IC)의 제조에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 상기 패터닝수단은 IC의 개별층에 해당하는 회로패턴을 생성할 수 있으며, 상기 패턴은 한 층의 방사선감응재(레지스트)로 코팅된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 (예를 들어, 1이상의 다이로 구성되는) 타겟부에 묘화될 수 있다. 일반적으로 한장의 웨이퍼에는 인접하여 있는 여러 개의 타겟부로 구성된 전체적인 네트워크를 포함하며, 이들 타겟부는 투영시스템을 통하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 서로 다른 형식의 기계로 구분될 수 있다. 한 가지 형태의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상에 전체 마스크패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체장치에서는 투영빔하에서 소정의 기준방향("스캐닝" 방향)으로 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 이 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판을 동기화시켜 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로 투영시스템은 배율인자 Ｍ(일반적으로 <1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 Ｍ배가 된다. 여기에 서술된 리소그래피장치와 관련된 보다 상세한 정보는 예를 들어, US 6,046,792호로부터 얻을 수 있으며 본 명세서에서도 참조자료로 채용된다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선감응재(레지스트)의 층이 최소한의 부분에라도 도포된 기판상에 묘화된다. 이 묘화단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트도포 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후 베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 피쳐의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC 디바이스의 개별층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 그런 다음 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 모두가 개별층을 마무르도록 하는 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 이와 같은 공정에 관한 추가 정보는, 예를 들어, 본 명세서에서 참조자료로 채용되고 있는 "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing" (3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997년, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기 및 커타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함한 다양한 형태의 투영시스템을 포괄하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선 투영빔의 지향, 성형 또는 제어하기 위한 임의의 이들 설계방식에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후의 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 더 나아가, 상기 리소그래피장치는 2이상의 기판테이블(및/또는 2 이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서는 추가 테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 테이블이 노광에서 사용되고 있는 동안 1이상의 다른 테이블에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다. 예를 들어 US 5,969,441호 및 WO 98/40791호에는 트윈스테이지 리소그래피장치가 개시되어 있으며, 본 명세서에서도 인용 참조되고 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하여 묘화될 수 있는 피처(feature)의 크기를 줄이기 위해서는 조명 방사선의 투영빔의 파장을 줄일 것이 요망된다. 따라서 현재로서는 200nm 보다 짧은 예를 들어, 193nm, 157nm 또는 126nm의 자외선 파장이 고려되고 있다. 또한, 50nm 보다 짧은 예를 들어, 13.5nm의 극자외선(EUV) 파장도 고려되고 있다. UV 방사선의 적절한 방사원으로는 Hg 램프와 엑시머레이저가 있다. EUV 방사원에는 레이저 생성 플라즈마원(laser-produced plasma source), 방전원, 및 싱크로트론 이나 스트리지링 안의 전자빔의 경로 주위로 제공된 언듈레이터나 위글러가 포함된다.
EUV 방사선의 경우에 예를 들어, 본 명세서에서 인용 참조되고 있는 W0 99/57596호에 개시된 장치를 참조하면, 투영시스템은 일반적으로 거울들의 어레이로 구성될 것이며, 마스크는 반사형일 것이다.
그러한 낮은 파장에서 작동되는 장치는 그 보다 높은 파장에서 작동되는 장치들보다 오염입자의 존재에 유별나게 더욱 민감하다. 탄화수소분자 및 수증기와 같은 오염입자는 외부 오염원으로부터 시스템 안으로 유입될 수도 있고, 혹은 리소그래피장치 자체내에서 생성되는 수도 있다. 예를 들어, 오염입자는 가령 EUV 방사선 빔에 의하여 기판으로부터 떨어져 나온 잔해나 부산물, 혹은 장치내에 사용되는 플라스틱, 접착제 및 윤활유의 증발을 통해 생성된 분자를 포함할 수 있다.
이들 오염물은 시스템내 광학 구성요소에 흡착되기 쉬우며 방사선 빔의 투과율에 손실을 유발한다. 157nm 방사선을 사용할 때, 각각의 광학표면상에 1개 또는수개의 오염입자 단층이 형성되는 것만으로도 대략 1%의 투과율의 손실이 관측된다. 이러한 투과율의 손실은 허용이 불가능할 만큼 높은 것이다. 또한, 그러한 시스템을 위한 투영빔 세기에 필요한 균일성 요건은 일반적으로 0.2% 보다 작다. 광학 구성요소상의 한 곳에 몰려있는 오염은 이러한 요건을 충족시킬 수 없게 한다.
과거에는 광학 구성요소를 세정하기 위한 방법으로서 예를 들어, 오존을 세정재료로 사용하는 것이 있었다. 하지만, 오존은 매우 불안정한 재료이고 그것을 형성한 후 몇 시간동안만 효력이 있을 뿐이다. 따라서, 광학표면을 세정하는 데 오존을 사용할 경우에는 그것을 인시튜로 생성하던지, 아니면 세정직전에 생성해야 한다. 이를 위해 오존생성기(ozonizer)를 사용할 수 있다. 하지만, 오존 그 자체를 생성하기 위한 추가 단계는 매우 불편하다.
따라서, 본 발명의 목적은 광학 구성요소가 안정된 세정재료로 세정될 수 있는 리소그래피 투영장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치,
도 2는 본 발명의 실시예에서 조명시스템의 일부를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에서 조명시스템의 일부를 도시한 도면.
본 발명에 따라, 서두에 기재된 리소그래피장치로서 상기 장치내의 광학 구성요소를 포함하는 공간에 퍼지가스를 공급하는 가스공급부를 더욱 포함하며, 상기 퍼지 가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종 (oxygen-containing species)을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치에서 상기 및 기타 목적이 성취된다.
본 발명자는 투영빔이 지나 통과하는 공간에 투입되는 퍼지가스에 비교적 낮은 분압의 안정된 산소함유종-예를 들어, 물, 산화질소(NOx) 또는 알콜과 같은 산소함유 유기종-을 첨가함으로써 리소그래피 투영장치내 광학 구성요소의 세정이 수행될 수 있음을 알아냈다. 이들 재료 자체는 세정제로서 효과적이지 않기 때문에 그것들은 UV 방사선과 함께 조합하여 사용된다. UV 방사선은 산소함유종을 열분해(crack)하여 원자 산소 또는 기타 산소함유 라디칼를 생성하는데, 이것들은 매우 효과적인 세정제이다. 산소함유종 중에서도 물은 분자 산소보다 더 높은 속도로 오염물을 제거한다는 것이 밝혀졌다. 퍼지가스내의 상기 저농도의 세정제에 의하여, 광학 구성요소는 산소함유종에 의한 UV 방사선의 흡수로 인한 투과율 손실은 허용 가능한 정도로 하여 타겟부상으로 마스크 매턴을 투영하는 동시에 광학 구성요소를 세정할 수 있다.
본 발명에 따른 세정 후에는, 방사선 빔의 투과 또는 반사가 향상되고 균일성도 개선될 수 있다. 따라서 본 발명은 리소그래피 투영장치내 광학 구성요소를 세정하는 매우 효과적인 방법을 제공한다. 오존과 같은 불안정한 재료의 사용은 없다. 무엇보다도, 별도의 세정유닛에서 광학 구성요소(예를 들어, 렌즈요소)를 세정하기 위하여 리소그래피 투영장치 밖으로 그 구성요소를 분리하는 매우 시간소모적인 일을 하지 않아도 된다.
하지만 예를 들어, 마스크와 같은 패터닝수단은 그것의 지지구조체로부터 쉽게 떼어낼 수 있다. 그리고 복수의 마스크가 마스크 저장상자에 저장되어 있는 경우에는, 이미 오염된 마스크를 저장상자 밖으로 꺼낼 수 있고 그것을 지지구조체에제공하기 전에 세정할 수 있다. 두 경우 모두에 대하여, 리소그래피 투영장치에 별도의 세정유닛을 마련하는 것이 바람직하다. 그러한 세정유닛에 의하여, 마스크를 비교적 짧은 시간동안 쉽게 세정한 다음 지지구조체로 이송한 후 노광할 수 있다. 대안으로, 외부의 세정유닛을 생각할 수 있는데, 이를 위해서 세정될 마스크를 장치 밖으로 꺼내어 외부의 세정유닛으로 보내어 세정한 후 다시 장치로 돌려 보내야 하는데, 이러한 과정은 상기 내부 세정유닛에서 세정하는 것에 비하여 훨씬 많은 시간이 들 것임이 명백하다. 또한, 외부 세정유닛의 경우에는 세정과 노광 사이의 시간주기가 더 길어져 재오염의 위험이 훨씬 더 높다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따라,
적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
250nm이하의 파장을 가진 전자기 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
방사선감응재층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계: 및
물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종의 존재하에 250nm 보다 작은 파장을 가진 방사선으로 광학 구성요소 및/또는 상기 패터닝수단을 포함하는 공간을 조사함으로써 리소그래피 투영장치용 상기 광학 구성요소를 세정하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 공간, 250nm 이하의 파장을 가진 방사선을 상기 공간으로 공급하고 지향하는 방사원, 및 상기 공간으로 퍼지가스를 공급하는 가스공급부를 포함하되, 상기 퍼지가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 것을 특징으로 하는, 오염된 물체를 세정하는 세정유닛이 제공된다.
이러한 세정유닛은 탄화수소 흡착층(hydrocarbon adlayer)이 흡착된 오염된 물체를 세정할 수 있다. 이들 물체는 상기 서술된 광학 구성요소나 패터닝수단만이 아닌, 탄화수소 흡착층으로 오염된 임의의 물체일 수 있다.
본 명세서에서는 IC의 제조에 있어서의 본 발명에 따른 장치의 사용례에 대하여 언급하였으나, 이러한 장치가 다른 여러 가능한 응용례를 가지고 있음이 명백히 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 상기 장치는 집적 광학시스템, 자기영역메모리용 유도 및 검출패턴, 액정표시패널, 박막자기헤드 등의 제조에도 이용될 수 있다. 당업자라면, 이러한 대안적인 적용례와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "레티클", "웨이퍼" 또는, "다이"와 같은 용어가 각각 "마스크", "기판" 및 "타겟부" 등과 같은 좀 더 일반적인 용어로 대체되고 있음을 이해할 수 있다.
본 명세서에서, "방사선" 및 "빔"이란 용어는 (예를 들어, 파장이 365, 248, 193, 157 또는 126㎚인)자외선 및 (예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인) 극자외선(EUV 또는 XUV) 방사선이나 소프트 엑스레이를 포함한 모든 형태의 전자기방사선뿐만 아니라, 이온빔이나 전자빔과 같은 입자빔까지도 포괄하여 사용된다.
이하, 예시적인 실시예와 첨부된 개략적인 도면을 참조로 본 발명 및 그에 부속하는 장점들을 더욱 상세하게 서술한다.
제1실시예
도 1은 본 발명에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기장치는,
- UV 또는 EUV 방사선의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex, IL);
- 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주며 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
- 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주며 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT); 및
- 기판테이블(WT) 위에 유지된 기판(W)의 노광영역(C) 위로 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템("렌즈")(PL)(예를 들어, 거울그룹)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (반사마스크를 구비한) 반사형(reflective type)이다. 하지만, 일반적으로는 예를 들어, 투과형일 수도 있다.
상기 방사선시스템은 UV나 EUV 방사선의 빔을 생성하는 방사원(LA)(예를 들어, Hg 램프, 엑시머 레이저, 레이서 생성 플라즈마원, 방전 플라즈마원 또는 싱크로트론이나 스토리지링내의 전자빔의 경로 주위에 제공된 언듈레이터나 위글러)을 포함할 수 있다. 상기 빔은 예를 들어, 빔 성형 광학기, 인티그레이터 및 콘덴서와 같은, 조명시스템과 방사선시스템에 포함된 다양한 광학 구성요소를 지나게 되어, 그 최종 빔(PB)은 그 단면에 소정의 형상과 세기 분포를 갖게 된다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)에 의하여 선택적으로 반사된 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여기판(W)의 노광영역(C) 위에 빔(PB)을 포커스한다. 간섭계 변위측정수단(IF)의 도움으로, 기판테이블(WT)은 제2위치설정수단에 의하여 예를 들어, 빔(PB)의 경로내에 상이한 노광영역(C)을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단을 사용하여 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시킬 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 움직임은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 긴 행정모듈(long stroke module)(개략 위치설정) 및 짧은 행정모듈 (미세 위치설정)의 도움으로 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에는 마스크테이블(MT)이 짧은 행정모듈에만 연결될 수도 있고 단순히 고정될 수도 있다.
상술한 장치는 다음의 두 가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝앤드리피트(스텝) 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 노광영역(C) 위로 투영된다. 그런 다음 기판테이블(WT)이 X 및/또는 Y 방향으로 쉬프트되어 다른 노광영역(C)이 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스텝앤드스캔(스캔) 모드에서는, 소정의 노광영역(C)이 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이 v의 속도로 소정 방향(소위 "스캔방향", 예를 들어 Y 방향)으로 이동 가능해서, 투영빔(PB)이 마스크 이미지의 모든 부분을 스캐닝하도록 되고, 이와 함께 기판테이블(WT)은 속도 V = Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는 데, 이 때 M은 렌즈(PL)의 배율(통상 M=1/4 또는 M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 노광영역(C)이 노광될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 세정될 광학 구성요소는 조명시스템내의 광학 구성요소이다. 하지만, 본 발명은 예를 들어, 투영시스템내의 오염된 마스크 또는 광학 구성요소와 같이 시스템내의 임의의 광학 구성요소로부터 오염물을 제거하는 데 사용될 수 있다. 본 발명은 1개 또는 수개의 광학 구성요소에 동시에 혹은 별도로 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에서 조명시스템의 일부를 더욱 자세히 도시한다. 조명시스템내의, 광학 구성요소(3)를 포함하는 공간(2)에는 기체나 액체 형태로 퍼지가스가 담겨 있는 가압된 용기일 수 있는 퍼지가스 공급부(4)로부터 퍼지가스가 공급된다. 산소함유종을 포함하는 상기 퍼지가스는 밸브일 수 있는 입구(5)를 거쳐 상기 공간(2)에 공급된다. 그런 다음, 이제 산소함유종을 포함하는 공간(2)은 방사원(LA)에 의하여 생성된 UV나 EUV 방사선으로 조사된다. 본 실시예에서, 상기 조사단계는 노광과 동시에 즉, 투영빔(PB)을 사용하여 산소함유종을 열분해하는 시간에 수행된다.
대략 250nm 이하의 파장을 가진 UV나 EUV 방사선으로 조사될 때, 상기 공간내에 속한 산소함유종은 열분해되어, 산소함유종의 성질에 따라 OH-라디칼 또는 기타 탄화수소 라디칼일 수 있는 산소 라디칼 및 기타 라디칼을 형성한다. 형성된 산소 라디칼은 매우 효과적인 세정제로 작용하며 광학 구성요소의 표면으로부터 탄화수소 및 기타 오염입자를 제거한다.
상기 퍼지가스는 물, 산화질소(NOx) 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 하나의 산소함유종 또는 산소함유종의 혼합물을 포함할 수 있다. 적절한 산소함유종에는 알콜, 알칸온 등등이 포함된다. 특히 바람직한 산소함유 탄화수소는 메탄올, 에탄올 및 프로판올을 포함한 C1-6{1(C1) 내지 6(C6)의 탄소원자를 포함한} 알콜과, 포름알데히드, 에탄올, 프로판올 및 아세톤과 같은 C1-6알칸온과, 메톡시메탄, 에톡시메탄 및 에톡시에탄과 같은 C1-6에테르와 같이, 높은 O:C 비를 가진 것들이다. 본 발명에 사용하기에 가장 바람직한 산소함유종은 물, 산화질소, 메탄올 및 에탄올이다. 이들 화합물은 단독으로 또는 2이상 화합물의 혼합물로 사용될 수 있다.
본 발명자는 172nm 방사선으로 이미 오염된 레티클을 노광하면서 분자 산소와 물의 세정 속도를 비교하였다. 본 발명자는 물이 분자 산소보다 훨씬 더 빠르게 상기 레티클을 세정할 수 있고, 이에 따라 그 레티클의 투과율을 회복시킬 수 있음을 밝혀냈다. 퍼지가스에 분자 산소와 물을 첨가하는 것은 물만 첨가한 것에 비하여 세정 속도에 그리 영향을 미치지 않는다. 채용된 파장에서, 물의 해리속도는 산소의 해리속도보다 현저히 높다. 또한, 물은 분자 산소와는 다른 방식으로 자외선에 의하여 해리되는 것으로 보인다. 실험을 통해서 레티클의 표면에서 물이 월등히 해리되어 높은 반응성의 OH-라디칼을 형성한다고 추론된다. 이들 OH-라디칼은 상기 표면상에 존재하는 탄화수소 오염물 부근에 또는 그 위에 자리잡기 때문에, 그와 함께 즉시 반응한다. 물과 산소간의 해리 거동에서의 그러한 차이가 분명히 세정속도에서의 차이를 설명할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 세정될 광학 구성요소를 포함하는 공간은 실질적으로 불활성가스로 퍼지된다. 이 경우에 산소함유종은 퍼지가스내에 소량으로 존재한다. 상기 퍼지가스는 상기 정의된 바와 같은 1이상의 산소혼합물과 함께 리소그래피용으로 적합한 임의의 가스 혼합물을 포함할 수 있다. 전형적인 퍼지가스는 상기 정의된 바와 같은 1이상의 산소함유종과 함께, 희유가스(noble gas)나 질소와 같은 하나의 불활성가스 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 가장 바람직한 불활성가스는 아르곤, 헬륨 및 (예를 들어, 초순도 질소와 같은)질소이다.
본 발명의 가장 바람직한 퍼지가스 조성은 1이상의 불활성가스 및 상기 정의된 바와 같은 1이상의 산소함유종으로 이루어진다. 따라서 상기 가스로부터 기타 불순물은 제거되는 것이 바람직하다. 전형적으로, 퍼지가스로부터 탄화수소를 제거하기 위해서 정화기가 사용된다. 본 발명에서 정화기를 사용하여 대부분의 탄화수소를 제거하면서 관련 산소함유종의 존재에는 영향을 미치지 않게 할 수 있다.
퍼지가스내에 존재하는 산소함유종의 총량은 통상 체적당 대략 1ppb 내지 대략 10ppm이다. 산소함유종의 양이 대략 체적당 1ppb보다 적으면, 한 주기에 수 시간에 걸친 세정을 행하지 않는 한 광학구성요소로부터 제거되는 오염물의 양이 부족할 수 있는데, 그러한 오랜 세정은 자체로 바람직하지 않다. 또한, 대략 1ppb 이하의 농도는 검출하기가 매우 어렵다.
반면에, 산소함유종의 농도가 대략 체적당 1ppm이 넘으면, 산소함유종에 의한 투영빔의 흡수가 일반적으로 너무 높아서 투과율이 허용치 아래로 감소된다. 상기 투영빔의 흡수로 인한 투과율 손실은 세정될 광학시스템의 경로길이에 달려있다. 예를 들어, 일반적인 빔 전달 시스템은 조명시스템보다 훨씬 긴 경로길이를 가지며, 빔 전달 시스템에서 UV-흡수로 인한 10%의 투과율 감소는 동일한 농도의 산소함유종이 주어졌을 때 조명시스템에서는 단지 1% 대의 감소와 대등할 수 있다. 따라서, 대략 1ppm의 농도는 조명시스템에서는 허용 가능할 수 있지만, 더 긴 경로길이를 가진 시스템은 300 또는 400ppb와 같은 더 낮은 농도를 요구할 수 있다.
본 발명의 제1실시예의 변형례에서는 세정될 광학 구성요소를 포함하는 공간에서 공기를 빼낸다. 본 실시예에서, 산소함유종 또는 산소함유종의 혼합물은 실질적으로 퍼지가스의 조성뿐인 것이 바람직하다. 퍼지가스는 낮은 분압으로 상기 공간에 유입된다. 상기 공간내 산소함유종의 압력은 적절한 시간 안에 광학 구성요소로부터 오염물을 효과적으로 세정할 수 있을 만큼 충분히 높으면서 투영빔의 투과율이 허용치 아래로 감소되지 않을 정도로 낮아야 한다. 통상, 존재하는 모든 산소함유종의 총 분압은 대략 1×10-4Pa 내지 대략 1Pa 이다. 상기 압력이 대략 1×10-4Pa 아래이면, 충분한 양의 오염물을 제거하기 위해서 세정은 수 시간동안 행해져야 한다. 반대로, 압력이 대략 1Pa 보다 높으면, 산소함유종에 의한 (E)UV 방사선의 흡수가 높아서 투과율에 허용치를 넘는 손실을 가져온다. 상술한 바와 같이, 사용되는 산소함유종의 최대 허용 가능한 양은 세정될 시스템의 경로길이에 따라 다를 수 있다.
필요하다면 센서(6)를 사용하여 오염의 정도를 모니터링할 수 있다. 센서(6)는 세정될 광학 구성요소에 의한 (E)UV 방사선의 반사율 또는 투과율을 측정함으로써 작용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 구성요소는 반사형일 수 있으며, 따라서 센서는 (E)UV 방사선의 반사율을 측정할 것이다. 하지만, 광학 구성요소가 투과 방식인 경우에는, 상기 센서는 광학 구성요소를 통한 투과의 정도를 측정하도록 위치될 것이다.
(E)UV 방사선의 흡수 정도는 오염물에 의한 광학 구성요소의 커버리지 정도를 표시하도록 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 시스템은 보통 산소함유종을 제외한, 그 농도가 알려져 있고 일정하게 유지되는 것이 바람직한 모든 (E)UV 흡수제로 퍼지될 것이다. 따라서, 존재하는 산소함유종으로부터 기인한다고 볼 수 있는 것을 제외한, 관측된 임의의 (E)UV 흡수는 오염물의 존재로 인한 것이다. 이러한 방식으로 상기 센서는 광학 시스템의 오염의 수준을 모니터링하고 그 오염수준에서의 어떠한 변화를 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
상기 센서는 세정전 및/또는 세정후에, 해당 광학 구성요소가 노광을 행할 만큼 충분히 청결한지 또는 계속해서 세정이 요구되는지를 표시하도록 채용될 수 있다. 이러한 검출과정의 정기적인 사용은 광학 구성요소를 세정해야 할 때를 결정할 수 있어 바람직하다. 상기 센서는 세정과정 중에도 사용될 수 있다. 세정은 상술한 바와 같이 행해지며, 조사를 시작하면서 센서(6)를 사용하여 상기 방사선의 흡수를 모니터링한다. 상기 센서가 흡수 수준이 충분한 수준 아래로 떨어졌고 따라서 광학 구성요소의 오염수준이 허용 가능치임을 표시하면, 세정과정을 중단할 수 있다.
제1실시예의 또 다른 변형례에서, 광학 구성요소 및/또는 마스크는 웨이퍼의노광 중간 중간에 예를 들어, 웨이퍼의 2개 배치(batch)들 사이에서 혹은 가령, 일반 유지보수 프로그램의 일부인 정규원칙(regular basis)에 따라, 1이상의 세정제로 세정된다. 이러한 방식으로, 웨이퍼가 노출되지 않고 세정시 투과율 손실이 심하지 않을 때에는 더 높은 농도의 세정제가 사용될 수 있다.
본 발명의 제2실시예에서는 하기에 서술되는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일한데, 예를 들어, 리소그래피장치내의 별도의 유닛에 마스크를 세정하는 것처럼, 세정이 별도의 과정 및/또는 노광과 다른 시간에 행해진다.
본 실시예에서 산소함유종의 양은 투영빔의 허용 가능한 투과율 손실에 의하여 제한되지 않고 10ppm 보다 큰 농도(또는 1Pa 보다 큰 분압)가 사용될 수 있다. 따라서 예를 들어, 불활성가스내에 최대 20%의 산소함유종의 농도가 적절하다. 특히 예를 들어, 1000 내지 15000ppm의 물 농도가 사용될 수 있다.
통상, 상기 장치는 조명이 세정과 동시에 행해지는 것도 아니고 공기를 빼내는 것도 불필요하기 때문에 공기를 빼지 않는다. 하지만, 상기 장치에서 공기를 빼내면, 산소함유종의 총 분압은 거의 2×104Pa 만큼 높을 수 있다. 특히 예를 들어, 100 내지 1500Pa의 물 농도가 사용될 수 있다.
일반적으로, 존재하는 산소함유종의 양을 증가시기면 세정시간이 단축되고 이에 따라 장치의 휴지시간이 줄기 때문에 유리하다.
본 실시예는 100ppm(혹은 진공중의 1Pa) 보다 높은 산소함유물의 농도를 사용할 때 증가된 세정효과를 제공하며, 이것은 다량의 오염물, 또는 특히 강력하게흡착된 오염물을 제거해야 할 때 사용될 수 있다. 이 기술은 예를 들어, 장치를 처음 가동하기 전, 혹은 가령, 일반 유지보수 프로그램의 일부인 정규원칙에 따라, 오염수준이 특히 높다고 알려진 때에 사용될 수 있다.
상술한 세정유닛은 리소그래피 투영장치 외부의 별도의 세정유닛으로 채용될 수 있음을 상기하여야 한다. 그러한 외부 세정유닛에 의하여, 모든 종류의 오염된 물체를 자외선으로 노광하면서 예를 들어, 물, 산화질소 또는 산소함유 탄화수소로 세정할 수 있다. 세정될 물체는 광학 구성요소나 상술한 바와 같은 패터닝수단만으로 한정되지 않고, 예를 들어, 금속판, (레지스트 코팅된)웨이퍼, 솔라패널 혹은 다른 어떤 종류의 오염된 물건을 포괄하는 것이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예를 도시하는데, 하기 서술되는 것을 제외하고는 제2실시예와 동일하다. 본 실시예에서는 UV 또는 EUV 방사선의 또 다른 방사원(7)이 제공된다. 방사원(7)은 250nm 이하의 파장을 가진 방사선을 제공한다. 그러한 방사선의 적절한 방사원은 방사원(LA)을 참조로 상기 서술된 바와 동일하다.
본 실시예에서, 광학 구성요소(3)는 250nm 보다 짧은 파장을 가진 EUV 또는 UV 방사선으로 조사되는 동시에 EUV 방사선의 패터닝된 빔을 투영한다. 바람직하게는 UV 방사선이 사용되는데, 이것은 EUV 방사선보다 훨씬 많이 산소함유종을 선택적으로 해리시킬 수 있다. 예를 들어, 산소의 경우에, 대략 157nm의 파장을 가진 UV 방사선이 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 퍼지가스내의 비교적 낮은 농도의 산소함유종을 사용하여 세정제에 의한 EUV 방사선의 비교적 낮은 흡수를 보장할 수 있다. 따라서, 광학 구성요소(3)는 허용 가능한 투과율 손실로웨이퍼를 노광하면서 세정될 수 있다.
또한 투영빔(PB)에 의한 노광 전 또는 후에, 방사원(7)으로부터 공급된 UV 또는 EUV 방사선을 사용하여 공간(2)내에 위치한 광학 구성요소(3)를 조사하는 것도 고려할 수 있다. 조사는 노광 전에 행하여 노광시 투과율 및 균일성 수준을 향상시킬 수 있는 세정된 광학 구성요소를 제공하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 방사원(7)에 의하여 제공된 방사선은 광학 구성요소(3)에 직접 향하는 것으로 도시된다. 하지만, 광학 구성요소에 직접 방사선을 지향시키지 않고 예를 들어, 광학 구성요소를 가로질러 방사선을 지향시키는 것도 가능하다.
필요하다면 상술한 바와 같이 오염의 수준을 모니터링하기 위해서 센서(6)가 사용될 수 있다.
상기 서술된 실시예에서, 마스크 또는 레티클을 서술하였는데, 이것들은 펠리클을 포함할 수도 있다. 마스크와 펠리클 사이의 공간에, 상술된 세정공정에 따라 상기 공간으로부터 오염물을 제거하기 위해서 세정제를 포함한 퍼지가스가 공급될 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 서술하였지만, 본 발명이 서술된 바와 다르게도 실시될 수 있음은 분명하다. 상기 서술내용은 본 발명을 제한하려는 것이 아니다.
본 발명에 따르면, 광학 구성요소가 안정된 세정재료로 세정될 수 있는 리소그래피 투영장치가 제공된다.

Claims (13)

  1. 250nm 이하의 파장을 가진 전자기 방사선의 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
    소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체,
    기판을 잡아주는 기판테이블,
    기판의 타겟부상으로 패터닝된 빔을 투영하는 투영시스템, 및
    상기 장치내의 광학 구성요소를 포함하는 공간에 퍼지가스를 공급하는 가스공급부를 포함하며, 상기 퍼지 가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퍼지가스는 불활성가스, 바람직하게는 헬륨, 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 상기 퍼지가스내에 존재하는 산소함유종의 총량은 체적당 1ppb 내지 10ppm인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소함유종은 물, 산화질소, 알콜, 알칸온 및 에테르 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공간에서 실질적으로 공기를 빼내고, 상기 공간내 산소함유종의 총 분압은 1×10-4Pa 내지 1 Pa 인 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  5. 제1항에 있어서,
    250nm 이하의 파장을 가진 전자기 방사선을 공급하며 상기 방사선을 상기 광학 구성요소 및/또는 상기 패터닝수단 위로 공급하도록 배치된 또 다른 공급부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  6. 제1항에 있어서,
    공간, 상기 공간으로 250nm 이하의 파장을 가진 방사선을 공급하고 지향시키는 방사원 및 상기 공간으로 퍼지가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하는, 패터닝수단을 세정하는 별도의 세정유닛을 더욱 포함하며, 상기 퍼지가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  7. 적어도 부분적으로는 방사선감응재의 층으로 덮인 기판을 제공하는 단계;
    250nm이하의 파장을 가진 전자기 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    패터닝수단을 사용하여 투영빔의 단면에 패턴을 부여하는 단계;
    방사선감응재층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계: 및
    물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종의 존재하에 250nm 보다 작은 파장을 가진 방사선으로 광학 구성요소를 포함하는 공간을 조사함으로써 리소그래피 투영장치용 상기 광학 구성요소를 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광학 구성요소 및/또는 상기 패터닝수단을 포함하는 상기 공간에 불활성가스, 바람직하게는 헬륨, 아르곤, 질소 또는 이들의 혼합물을 포함하는 퍼지가스를 공급하는 단계를 더욱 포함하며, 상기 퍼지가스내에 존재하는 산소함유종의 총량은 체적당 1ppb 내지 10ppm인 것을 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 광학 구성요소 및/또는 상기 패터닝수단을 포함하는 상기 공간에 물, 산화질소, 알콜, 알칸온 및 에테르 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 퍼지가스를 공급하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 세정하는 단계는 상기 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계와는 별도로 행해지는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 디바이스.
  12. 공간, 상기 공간으로 250nm 이하의 파장을 가진 방사선을 공급하고 지향시키는 방사원 및 상기 공간으로 퍼지가스를 공급하는 가스 공급부를 포함하며, 상기 퍼지가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 물체를 세정하는 세정유닛.
  13. 공간으로 물체를 제공하는 단계;
    상기 공간에 250nm 이하의 파장을 가진 방사선을 제공하고 상기 방사선을 상기 물체 위로 지향시키는 단계; 및
    상기 공간에 퍼지가스를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 퍼기가스는 물, 산화질소 및 산소함유 탄화수소 중에서 선택된 산소함유종을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 물체를 세정하는 방법.
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