KR20040031601A - 방사원, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

방사원, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치되는 상기 양극 및 음극을 포함하는 방사원에 관한 것이다. 상기 액체는 크세논, 인듐, 주석 또는 여타 적절한 재료일 수 있다.
전환효율을 향상시키기 위하여 상기 방사원 유닛은 낮은 인덕턴스를 가지도록 구성되며 최소량의 플라즈마에 의해 작동된다.
열 소실을 개선하기 위하여, 유체순환시스템이 상기 방사원 체적 및 증기와 액체 상태 모두의 유체를 사용하는 위크내에 생성된다.
리소그래피 투영장치로 오염물이 들어가는 것을 방지하기 위하여 방사원유닛은 오염물의 생성을 최소화시키도록 구성되고, 방출된 방사선과의 간섭없이 오염물을 캡처링하기 위한 트랩이 채용된다.

Description

방사원, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법{Radiation Source, Lithographic Apparatus, and Device Manufacturing Method}
본 발명은 양극과 음극 사이의 공간에 소정 물질 방전이 일어나고 전자기 방사선을 생성하기 위하여 플라즈마를 생성하도록 구성 및 배치되는 양극 및 음극을 포함하는 방사원유닛에 관한 것이다. 또한, 본 발명은
방사선 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체;
기판을 잡아주는 기판테이블; 및
패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 상기 방사원유닛을 구비한 리소그래피 투영장치에 관한 것이다.
"패터닝수단(patterning means)"이라는 용어는 기판의 타겟부에 형성되어야 할 패턴에 대응하는 패터닝된 단면을 입사하는 방사빔에 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 특정기능층에 해당할 것이다(이하 참조). 그러한 패터닝수단의 예로는 다음과 같은 것들이 포함된다.
- 마스크. 이 마스크의 개념은 리소그래피분야에서 이미 잘 알려져 있고, 바이너리(binary)형, 교번위상-시프트(alternating phase-shift)형 및 감쇠위상-시프트형과 같은 마스크형식과 다양한 하이브리드 마스크형식을 포함한다. 방사빔내에 이러한 마스크가 놓이면, 마스크의 패턴에 따라 마스크로 입사되는 방사선의 선택적인 투과(투과형 마스크의 경우) 또는 반사(반사형 마스크의 경우)가 이루어진다. 마스크의 경우에는, 일반적으로 마스크테이블이 지지구조체가 되고, 상기 마스크테이블은 입사되는 투영빔내의 소정위치에 마스크가 고정될 수 있게 하며, 필요한 경우에는 마스크를 상기 빔에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있도록 한다.
- 프로그램가능한 거울배열. 이러한 장치의 예로는, 점탄성 제어층 (viscoelastic control layer)과 반사면을 구비한 매트릭스-어드레서블 표면이 있다. 이러한 장치의 기본원리는, (예를 들어)반사면의 어드레스된 영역(addressed area)에서는 입사광이 회절광으로 반사되는 반면, 어드레스되지 않은 영역에서는 입사광이 비회절광으로 반사되는 것이다. 적절한 필터를 사용하면, 상기 비회절광을 필터링하여 회절광만 남게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 빔은 상기 매트릭스-어드레서블 표면의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 프로그램가능한 거울배열의 대안적인 실시예는 작은 거울의 매트릭스 배치를 채택하는 것인데, 상기 각각의 작은 거울은 적당하게 국부적으로 치우친 전기장을 가하거나 또는 압전작동수단(piezoelectric actuation means)을 채택하여 축에 대하여 개별적으로 기울어질 수 있다. 또한, 상기 거울은 매트릭스-어드레서블이고, 이러한 어드레싱된 거울은 입사하는 방사빔을 어드레싱되지 않은 거울에 대하여 다른 방향으로 반사할 것이다. 이러한 방식으로, 반사된 빔은 매트릭스-어드레서블 거울의 어드레싱 패턴에 따라 패터닝된다. 이때 요구되는 매트릭스 어드레싱은 적당한 전자수단을 사용하여 수행될 수 있다. 상술된 두가지 상황 모두에 있어서, 패터닝수단은 1이상의 프로그램가능한 거울배열로 이루어질 수 있다. 이러한 거울배열에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,296,891호 및 US 5,523,193호와 PCT 특허출원 WO 98/38597호 및 WO 98/33096호로부터 얻을 수 있다. 프로그램가능한 거울배열의 경우에, 상기 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
- 프로그램가능한 LCD 배열. 이러한 구조의 일례는 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 미국특허 US 5,229,872호에 개시되어 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 경우에서의 지지구조체는 필요에 따라 고정되거나 또는 이동할 수 있는, 예를 들어, 프레임 또는 테이블로 구현될 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 본 명세서의 나머지 부분 중 어느 곳에서는 그 자체가 마스크와 마스크테이블을 포함하는 예시적인 용어로서 특정적으로 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.이 경우에, 패터닝수단은 IC의 각각의 층에 대응되는 회로패턴을 형성할 수 있으며, 이 패턴은 이후에 방사선 감응재(레지스트)층으로 도포된 기판(실리콘 웨이퍼)상의 타겟부(1이상의 다이로 구성되는)상으로 묘화될 수 있다. 일반적으로, 단일 웨이퍼는 인접해 있는 타겟부들의 전체적인 네트워크를 포함하고, 이들 타겟부는 투영시스템에 의하여 한번에 하나씩 연속적으로 조사된다. 현재 통용되는 장치에서, 마스크테이블상의 마스크에 의한 패터닝을 채택하는 데에는, 두 가지 상이한 형식의 기계로 구분될 수 있다. 어느 한 형식의 리소그래피 투영장치에서는 타겟부상으로 전체 마스크 패턴을 한번에 노광함으로써 각 타겟부가 조사되는데, 이러한 장치를 통상적으로 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)라고 한다. 통상, 스텝-앤드-스캔 장치(step-and-scan apparatus)라고 불리워지는 대체 장치에서는 소정의 기준 방향("스캐닝 방향")으로 투영빔 하의 마스크 패턴을 점진적으로 스캐닝하는 한편, 상기 스캐닝 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 기판테이블을 동기적으로 스캐닝함으로써 각 타겟부가 조사된다. 일반적으로, 투영시스템은 배율인자 M(일반적으로 < 1)을 가지므로 기판테이블이 스캐닝되는 속도 V는 마스크테이블이 스캐닝되는 속도의 인자 M배가 된다. 본 명세서에 참고자료로 채택되고, 여기서 서술된 리소그래피 장치에 관한 보다 상세한 정보는, 예를 들어 미국특허 US 6,046,792호에서 찾을 수 있다.
리소그래피 투영장치를 사용하는 제조공정에서, (예를 들어, 마스크의) 패턴은 방사선 감응재(레지스트)층에 의하여 적어도 부분적으로 도포되는 기판상으로 묘화된다. 이 묘화 단계에 앞서, 기판은 전처리(priming), 레지스트 코팅 및 소프트 베이크와 같은 여러가지 과정을 거칠 수 있다. 노광 후에는, 노광후베이크(PEB), 현상, 하드 베이크 및 묘화된 형상의 측정/검사와 같은 또 다른 과정을 거치게 된다. 이러한 일련의 과정은, 예를 들어 IC의 각각의 층을 패터닝하는 기초로서 사용된다. 이렇게 패터닝된 층은 에칭, 이온주입(도핑), 금속화, 산화, 화학-기계적 폴리싱 등과 같은, 각각의 층을 가공하기 위한 여러 공정을 거친다. 여러 개의 층이 요구된다면, 새로운 층마다 전체공정 또는 그것의 변형된 공정이 반복되어져야만 할 것이다. 그 결과로, 기판(웨이퍼)상에는 집적회로 디바이스의 배열이 존재하게 될 것이다. 이들 집적회로 디바이스는 다이싱 또는 소잉 등의 기술에 의하여 서로 분리되고, 이들 각각의 집적회로 디바이스는 캐리어에 장착되고 핀 등에 접속될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되고 있는 이와 같은 공정에 관한 추가정보는 예를 들어, "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing "(3판, Peter van Zant 저, McGraw Hill출판사, 1997, ISBN 0-07-067250-4)으로부터 얻을 수 있다.
설명을 간단히 하기 위하여, 상기 투영시스템은 이후에 "렌즈"라고 언급 될 것이다. 하지만 이 용어는 예를 들어, 굴절광학기, 반사광학기, 카타디옵트릭 (catadioptric) 시스템을 포함하는 다양한 형태의 투영시스템을 내포하는 것으로서 폭 넓게 해석되어야 한다. 또한 상기 방사선시스템은 방사선투영빔의 지향, 성형 또는 제어하는 이들 설계형식 중의 어느 하나에 따라 동작하는 구성요소를 포함할 수 있고, 이후에 설명에서는 이러한 구성요소들을 집합적으로 또는 개별적으로 "렌즈"라고 언급할 것이다. 나아가, 상기 리소그래피 장치는 2이상의 기판테이블 (및/또는 2이상의 마스크테이블)을 구비하는 형태가 될 수도 있다. 이러한 "다수 스테이지" 장치에서, 추가테이블이 병행으로 사용될 수 있으며, 1이상의 스테이지가 노광에 사용되고 있는 동안, 1이상의 다른 스테이지에서는 준비작업단계가 수행될 수 있다. 본 명세서에서 참고자료로 채택되는 듀얼스테이지 리소그래피 장치는, 예를 들어, 미국특허 US 5,969,441호 및 국제특허출원 WO 98/40791호에 개시되어 있다.
리소그래피 장치에서, 웨이퍼상으로 묘화될 수 있는 피처의 크기는 투영 방사선의 파장에 의하여 제한된다. 보다 높은 밀도의 디바이스를 갖는 집적회로를 생산하고 그에 따라 보다 빠른 작업속도를 얻기 위하여, 보다 작은 피처를 묘화할 수 있다면 바람직하다. 현재 가장 많이 이용되는 리소그래피 투영장치는 수은램프 또는 엑시머 레이저에 의하여 생성되는 자외선 광을 채용하고 있으나, 대략 13nm의 더욱 짧은 파장의 방사선을 이용하는 것이 권고되어 왔다. 이러한 방사선은 XUV 또는 EUV로도 칭하는 극 자외 방사선이라 불린다. 약어 'XUV'는 소프트 x-레이 및 진공 UV 범위가 조합된, 일반적으로 10분의 수 nm에서 수십 nm의 파장 범위를 나타내는 반면, 'EUV'란 용어는 리소그래피(EUVL)와 연계하여 사용되는 것이 일반적이며 대략 5 내지 20nm의 방사선 대역, 즉 XUV 범위의 일부를 나타낸다.
XUV 방사선에 대한 방사원은 방전 플라즈마 방사원일 수 있으며, 플라즈마는 양극과 음극 사이의 물질(예들 들어, 가스 또는 증기)의 방전에 의하여 생성되고 고온의 방전 플라즈마는 플라즈마를 통하여 흐르는 (펄싱된) 전류에 의한 Ohmic 가열에 의하여 생성될 수 있다. 또한, 플라즈마를 통하여 흐르는 전류에 의하여 생성되는 자기장으로 인하여 플라즈마의 압축이 사용되어 방전 축선상에 고온, 고밀도의 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 저장된 전기에너지는 플라즈마 온도 및 그에 따른 단파장의 방사선으로 직접 전환된다. 핀치는 열적 플라즈마 에너지, 따라서 XUV 방사선내로 저장된 전기에너지의 매우 큰 변환효율(conversion efficiency)을 제공하는 방전 축선상에 상당히 더 고온이고 고 밀도를 갖는 플라즈마를 고려할 수 있다. 플라즈마 포커스, Z-핀치, 중공 음극 및 모세관 방전원과 같은 플라즈마 방전 장치의 구조 및 작동은 변할 수도 있으나, 그들 형태 각각에 있어 방전 전류에 의하여 생성되는 자기장은 압축을 진행시킨다.
도 7a 내지 도 도 7e는 종래기술에 따른 Z-핀치 중공 음극 형태의 방전 플라즈마 방사원을 개략적으로 나타내고 있다. 방전원(LA)은 원통 대칭이고 원통벽(725)에 전기적으로 절연되어 연결된 양극(710) 및 음극(720)을 포함한다. 방전원(LA)으로부터 전자기 방사선을 지나는 중심축선(A)상의 양극(710)에는 어퍼처(711)가 제공된다. 중공 음극(720)에는 중심축선(A)을 중심으로 하는 고리형상의 어퍼처(721)가 제공되고 어퍼처(721) 뒤에는 큰 공동(722)이 더 제공된다. 또한 공동(722)은 중심축선(A)을 중심으로 고리모양의 구조를 가지고, 공동의 벽은 음극(720)의 일부이다. 방전 전원(도시 안됨)은 양극(710)과 음극(720)에 연결되어 방전원(LA) 내측의 양극-음극을 거치는 펄스 전압(V)을 제공한다. 또한, 적절한 가스 또는 증기가 양극과 음극 사이에서 소정의 압력(P)으로 방전재료 공급부(도시 안됨)에 의하여 제공된다. 적절한 물질의 예로는 크세논, 리튬, 주석 및 인듐이 있다.
방전은, 전자평균자유경로가 양극-음극의 치수에 비해 커서 Townsend 이온화가 효력이 없는 낮은 초기압력(p＜0.5torr) 및 높은 전압(V＜10kV)에서 일어난다.상기 조건은 큰 전기장 강도에 대한 가스 또는 증기의 밀도비(E/N)를 특징으로 한다(E/N). 이러한 스테이지는 도 7a에 나타낸 바와 같은 고정 전위차를 갖는 비교적 동등하게 이격된 등전위선(EP)을 나타내고 있다. 이온화 성장은 초기에는 상당히 낮은 E/N에서 작동하는 중공 음극(720) 내측에서의 이벤트에 의하여 지배되어 전자에 대한 보다 작은 평균자유경로를 초래한다. 중공 음극(720)으로부터 그리고 공동(722)내의 가스 또는 증기로부터 유도된 전자(e)는 양극-음극 갭내로 주입되고 가상의 양극이 진행중인 이온화와 함께 생성되고, 상기 가상의 양극은 양극(710)으로부터 중공 음극(720)을 향하여 전파되어 도 7b에 도시된 바와 같이 불균등하게 분포된 등전위선(EP)에 의해 전체 양극 전위가 음극과 가까워지게 된다. 이 때 음극(720)의 중공 공동(722) 내측의 전기장은 충분히 강화된다.
다음 단계에서는, 이온화가 계속되어 음극 어퍼처(721) 바로 뒤의 중공 음극(720) 내측의 고밀도 플라즈마의 영역의 빠른 전개를 가져온다. 결국, 상기 영역으로부터 양극-음극 갭내로의 전자(e)의 강력한 빔의 주입(또한 도 7b에 나타냄)은 최종적인 브레이크다운 채널을 형성한다. 상기 구조는 방전체에서의 균일한 예비 이온화 및 브레이크다운을 제공한다. 도 7c는 방전이 초기화되고 가스 또는 증기의 저온 플라즈마(735)가 양극-음극 갭내에서 생성되는 것을 나타내고 있다. 전류는 음극(720)으로부터 양극(710)으로의 플라즈마 내에서 흐르고, 상기 전류는 방전원(LA)내에서 자기장 강도(H)를 갖는 방위각의 자기장을 유발한다. 도 7c에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 상기 방위각의 자기장은 플라즈마(735)가 원통벽(725)으로부터 분리되고 압축되도록 한다.
도 7d에 추가로 나타낸 바와 같이 방위각의 자기장의 압력은 열적 플라즈마 압력보다 훨씬 더 크기 때문에(H2/8π≫nkT, 여기서 n은 플라즈마 입자밀도를, k는 볼츠만 상수를, T는 플라즈마의 절대온도를 나타냄), 플라즈마의 동적인 압축이 발생된다. 양극(710)과 음극(720)에 연결된 캐배시터 뱅크(방전 전원의 일부(도시 안됨))에 저장된 전기에너지는 플라즈마 압축의 전체 시간동안 동적 내파(implosion) 에너지로 가장 효율적으로 전환된다. 높은 공간 안전성을 가진 균질하게 충전된 협착부(constriction)(플라즈마 핀치)(745)가 생성된다. 플라스마 압축의 최종단계, 즉 중앙 또는 방전 축선(A)상의 플라즈마 정체시, 플라즈마의 운동에너지는 플라즈마의 열적 에너지로 완전 전환되고 최종적으로 XUV 및 EUV 범위내에서 매우 큰 분포를 갖는 전자기 방사선(740)으로 전환된다(도 7e 참조).
방전 플라즈마원을 사용할 경우, 입자, 플라즈마 및 증기와 같은 방사원에서 기인되는 오염물이 리소그래피 투영장치로 이동할 위험이 있다. 일반적으로 알려진 해법은 도 8에 단면도로 나타낸 바와 같이, 제1콜렉션 광학기와 같은 방사원유닛내에서 그레이징-입사 콜렉터(880)를 채용하는 것이다. 그레이징 입사 콜렉터(880)는 통상적으로 광학축선(A)을 중심으로 대체로 동심으로 배치되는 복수의 유사형상의 셀(803)을 포함한다. 상기 콜렉터는 방출된 방사선(840)의 입사각(801)이 대략 10 내지 20도 보다 작게 유지될 경우 높은 반사성(대략 70 내지 100%)을 나타낸다. 간략화를 위해, 실질적으로 원통형인 셀(803)들 중 2개만을 도 8에 나타내었다. 상기 셀(803)은 높은 반사를 제공하고 방사원에 의하여 방출된 오염물과 반응하지 않는, 어떤 적절한 재료, 예를 들어 팔라듐 또는 몰리브덴으로 만들어질 수 있다.
도 6은 종래기술에 따른 폐쇄 열 관의 예시로서 포함되었다. 이는 방사원내의 가용 열 전환기를 간략화하기 위해 사용되는 것으로 아래에서 설명하기로 한다. 폐쇄 히트파이프(270)는 밀봉된 컨테이너(272), 위킹면(위크(wick))(265) 및 상기 위크(265)를 포화시키는(적시는) 액체(262)를 포함한다. 상기 밀봉된 컨테이너 (272)는 어떤 적절한 재료, 예를 들어 구리, 알루미늄, 강, 니켈 또는 텅스텐으로 이루어질 수 있다. 액체(262)의 선택은, 그것의 특성(낮은 값의 액체 및 증기의 점성, 높은 열전도성, 증발상태의 높은 잠열) 및 히트파이프(720)가 사용되는 온도 범위에 의하여 결정된다. 예를 들어, 1000 내지 2000℃ 범위내에서는, 나트륨, 리튬 또는 은이 사용된다. 위크(265)는 통상적으로 폼, 금속 펠트, 세라믹, 카폰 섬유, 소결 분말, 1 이상의 스크린 메시, 밀봉된 컨테이너(272) 내측의 홈 및 이들 형태들의 조합으로 이루어진다.
열원(205)이 폐쇄 히트파이프(270)의 일부에 적용될 경우, 위크(265)내 액체(262)가 끓고 증기(266)를 형성한다. 액체(262)보다 높은 압력을 갖는 증기(266)는 냉각장치(275)에 의하여 냉각되는 반대쪽 단부로 이동한다(268). 증기는 응축되고(267), 증발상태의 잠열을 방출한다. 액체는 위크(265)로 들어가고, 모세관 작용력은 액체(262)를 열원(205)에 가까운 영역으로 돌려 보낸다. 위크(265)의 사용은 히트파이프(270)를 중력효과에 대해 민감해지도록 하여 어떠한 방위에서도 채용될 수 있다. 일반적으로, 히트파이프는 물체의 직접적인 냉각이 실행불가능한 경우에 사용되어, 냉각이 수행될 수 있는 보다 편리한 장소로 열을 전달한다.
큰 스케일의 디바이스 생산, 예를 들어 집적회로에 대하여 가스 방전 플라즈마에 의한 EUV 생성이 적절한(생산할 가치가 있는) 것으로 고려되기 이전에 몇가지 개선사항이 요구된다는 것이 일반적으로 알려져 있다. 이들은,
보다 높은 전환효율(전원은 통상적으로 대략 0.5%의 전환효율 (파워입력(power-in)에 대하여 요구되는 파장에서의 파워출력(power-out)의 비)를 나타내며 입력 전력의 대부분이 열로 전환됨);
효율적인 열 제거(냉각)(2개의 구성요소로 구분될 수 있다 - 방전시의 플라즈마 제트로부터의 피크 열 부하 및 반복되는 방전으로 인한 평균 열 부하. 통상적으로 열이 확산될 수 있는 영역은 제한되어 있고, 열 제거는 전력 레벨에 따라 중요하며 반복 속도는 생산가치가 있는 소스를 얻기 위하여 증가된다. 전극의 기하학적 구조가 변화(변형)되면 1 이상의 전극 표면의 과열이 일어나 핀치 크기 및 위치에 영향을 미친다.);
안정적인 펄스 타이밍 및 에너지(리소그래피 투영장치에 의한 이용을 위하여, 상기 소스는 투영시 안정적인 아웃풋을 생성해야 한다. 이는 예를 들어, EUV 펄스 타이밍(지터(jitter))의 변화, 핀치의 위치 및 크기의 변화 그리고 EUV 펄스 에너지의 변화에 의하여 부정적인 영향을 받을 수 있다.);
전극 부식의 감소(생성된 플라즈마는 그들이 고온, 고밀도의 플라즈마가 생성되는 축선상 및/또는 그에 인접한 곳에 존재할 수 있기 때문에 전극을 부식시킬 수 있다. 이러한 부식은 전극의 수명을 제한하고 방전 공간에 존재하는 오염물의 양을 증가시킨다. 또한, 플라즈마를 트리거링하는 전극의 적절한 기능이 전극의 기하학적 구조들간의 미리정해진 관계를 포함하는 몇몇 인자에 따라 좌우된다. 어느한 전극의 부식 또는 변형은 플라즈마의 트리거링 순간 및 생성된 EUV 방사선의 펄스의 타이밍에 영향을 미칠수 있다); 및
오염물 방출에 의하여 야기되는 짧은 조명 수명(플라즈마원은 실질적인 양의 오염물 분자, 이온 및 여타(빠른) 입자들을 방출한다. 상기 입자 및 분자들이 조명시스템에 도달하기에 이르면, 그들은 섬세한 리플렉터 및 여타 요소를 손상시킬 수 있고 광학요소 표면의 흡수층들의 축적을 야기한다. 상기 손상 및 축적 층들은 바람직하지 않은 빔 세기의 손실을 야기하여 리소그래피 투영장치의 스루풋을 저감시킨다. 또한, 상기 층들은 제거나 수리를 어렵게 할 수 있음)을 포함한다.
본 발명의 목적은 방사원을 제공하고 개선된 전기에너지에서 방사선으로의 전환효율을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 생산 가치가 있는 전력 레벨 및 과열의 위험이 없는 반복 속도를 제공하는 방사원을 공급하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 안정적이고 잘 정의된 타이밍 및 XUV 방사선의 생성 펄스(샷)의 잘 정의된 에너지를 갖는 방사원을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 인접한 리소그래피 투영장치에 최소량의 오염물을 발생되는 방사원을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태에서는, 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치되는 상기 양극 및 음극을 포함하는 방사원을 제공하되, 상기 방전공간을 형성하는 벽의위킹면 영역에 상기 위킹면 영역과 접촉하는 액체 저장소로부터 상기 방전공간을 향하여 액체를 이송시키는 위킹 기능이 제공된다. 상기 액체는 크세논, 인듐, 리튬, 주석 또는 여타의 재료를 포함할 수 있다. 위킹면(위크)은 방전영역에 액체를 공급하기 위한 편리한 수단을 제공하고, 방전공간에서의 연속적으로 액체의 존재는 열의 소실을 개선하고 전극의 부식을 줄인다.
본 발명의 또 다른 형태에서는, 방전공간으로부터 냉각면으로 열을 전달하기 위하여 방사원의 방전공간을 형성하는 벽의 냉각면 영역에 상기 방전공간으로부터 증발된 액체를 응축시키는 냉각기능이 제공된다. 열 소실을 개선하기 위하여, 증기와 액체 상태 모두의 유체를 사용하여 소스 체적 및 위크내에 유체순환시스템이 생성된다. 상기 유체는 그 안에서 방전이 일어나는 물질과 동일할 수도 아닐 수도 있다. 상기 방전공간에서의 상기 유체의 증발에 의하여 상기 방전공간으로부터 주변부로 열이 이송되고 냉각요소에 인접한 상기 주변부에서 상기 유체가 응축된다.
상기 방사원은, 방전공간내에 존재하는 증기량을 제어하는 개선된 방법을 제공하고 소스가 방전공간내의 최소량의 증기를 이용해 작동되도록 하는, 상기 방전공간에 가까운 상기 위킹면 영역을 조사하는 강력한 빔을 포함할 수 있다. 이는 방출된 방사선의 흡수를 줄여주어 에너지의 아웃풋을 증대시킴으로써 전환효율을 높여준다.
본 발명의 또 다른 형태에서는, 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 음극이 제공되는 방사원; 및 상기 방사원의 광학축선상에 배치되는 중공 리셉터클로서, 그 개방단부가 상기 방사원으로부터 방출되는 오염물을 캡처하는 상기 방사원을 향하는 상기 리셉터클을 포함하는 방사원유닛이 제공된다. 상기 리셉터클은 오염물을 캡처링하여 리소그래피 투영장치로 오염물이 들어가는 것을 막는데, 이는 리셉터클을 냉각시킴으로써 더욱 개선될 수 있다.
추가 형태에서는, 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 음극이 제공되는 방사원; 상기 전자기 방사선이 방출되는 상기 양극과 음극 중 하나에 제공되는 어퍼처로서, 실질적으로 상기 방사선에 대해서는 개방된 상태로 있으나 전기적으로는 실질적으로 폐쇄되도록 배치되는 복수의 도전성 구조체를 포함하는 상기 어퍼처를 포함하는 방사원이 제공된다. 이는 상기 시스템의 인덕턴스를 줄임으로써 전환 에너지를 증대시킨다. 추가적으로, 보다 작은 전기적 어퍼처는 핀치 위치의 안정성을 증대시켜 펄스 대 펄스 에너지의 변화를 줄인다.
또 다른 추가 형태에서는, 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 음극이 제공되는 방사원으로서, 상기 방전공간을 냉각시키기 위한 1 이상의 폐쇄 히트파이프를 포함하는 상기 방사원이 제공된다. 폐쇄 히트파이프를 채용하면 냉각요소가 방사원(LA)의 주변부로 이동되기 때문에 소스 구조를 단순화시키고 방전영역에 근접부가 보다 작은 치수를 갖도록 한다. 치수가 보다 작아진다는 것은 방전영역내에서 가열되는 인덕턴스 및 플라즈마가 작아진다는 것을 의미하며, 그들 모두는 개선된 전환효율을 가져온다.
본 발명의 또 다른 추가형태에 따르면, 방사선 투영빔을 공급하는 방사선시스템; 소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는 지지구조체; 기판을 잡아주는 기판테이블; 및 패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하되 상기 방사선 시스템이 상술된 바와 같은 방사원 또는 방사선유닛을 포함하는 리소그래피 투영장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 추가형태에 따르면, 적어도 부분적으로 방사선감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계; 상술된 바와 같은 방사원 또는 방사원유닛을 포함하는 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계, 패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 소정 패턴을 부여하는 단계; 및 방사선감응재 층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 디바이스 제조방법이 제공된다.
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) 자외선과 EUV(예를 들어, 파장이 5 내지 20㎚ 범위인 극자외선) 및 이온빔 또는 전자빔과 같은 입자빔을 포함하는 모든 형태의 전자기방사선을 포괄하여 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 방사원을 포함하는 리소그래피 투영장치의 도,
도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 개방 히트파이프 구조를 포함하는 방사원유닛을 나타내는 도로서, 도 2a는 도 2a의 중심부를 나타내는 도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 양극을 나타내는 도로서, 도 3b 및 도 3c는 단면 B-B의 2가지 실시예를 나타내는 도,
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양극을 나타내는 도로서, 도 4b 및 도 4c는 단면 C-C 및 D-D 각각을 나타내는 도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 양극을 나타내는 도로서, 도 5b 및 도 5c는 단면 E-E 및 F-F 각각을 나타내는 도,
도 6은 예시로서 포함되어 폐쇄 히트파이프의 기본요소들 및 작동을 나타내는 도,
도 7a 내지 도 7e는 예시로서 포함되어 다양한 방전 단계에서 중공 음극 형태의 방전을 나타내는 도, 및
도 8은 그레이징 입사 콜렉터의 기본요소 및 작동을 나타내는 도이다.
당업자들은 상기 도면들이 단순화 및 명료화를 위하여 예시된 것으로 반드시제 스케일대로 도시되지는 않았다는것을 이해해야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들의 이해를 돕기 위하여 도면들 중 요소들 일부의 크기가 다른 요소들에 비해 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 리소그래피 투영장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는,
· 방사선(예를 들어, UV방사선)의 투영빔(PB)을 공급하는 방사선시스템(Ex,IL), (이 경우에는 특별히 방사원(LA)도 포함한다);
· 마스크(MA)(예를 들어, 레티클)를 잡아주는 마스크홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 마스크를 정확히 위치시키는 제1위치설정수단에 연결된 제1대물테이블(마스크테이블)(MT);
· 기판(W)(예를 들어, 레지스트 코팅된 실리콘 웨이퍼)을 잡아주는 기판홀더가 마련되어 있고, 아이템(PL)에 대하여 기판을 정확히 위치시키는 제2위치설정수단에 연결된 제2대물테이블(기판테이블)(WT);
· 기판(W)의 (예를 들어, 1이상의 다이를 포함하는)타겟부(C)에 마스크(MA)의 조사된 부분을 묘화하는 투영시스템 ("렌즈")(PL)(예를 들어, 굴절렌즈 그룹)을 포함하여 이루어진다.
도시된 바와 같이, 상기 장치는 (투과마스크를 구비한) 투과형이다. 하지만, 일반적으로는, 예를 들어 (반사마스크를 구비한) 반사형일 수도 있다. 대안적으로, 상기 장치는 상술된 바와 같은 형식의 프로그램가능한 거울배열과 같은 그 밖의 다른 종류의 패터닝수단을 채택할 수도 있다.
도 1과 관련하여, 방전 플라즈마원(LA)은 일반적으로, 리소그래피 투영장치의 동작과 동기화된 펄스 트레인으로서의 방사선 빔을 생성한다. 상기 빔은 곧바로 조명시스템(일루미네이터)(IL)에 들어 가거나, 예를 들어 빔 익스펜더(Ex)와 같은 컨디셔닝 수단을 거친 다음에 조명시스템으로 들어간다. 상기 일루미네이터(IL)는 빔내의 세기 분포의 외반경 및/또는 내반경 크기(통상 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)를 설정하는 조정수단(AM)을 포함하여 이루어진다. 또한 이것은 일반적으로 인티그레이터(IN) 및 콘덴서(CO)와 같은 여타의 다양한 구성요소들을 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 마스크(MA)에 도달하는 빔(PB)은 그 단면에 소정의 균일성과 세기 분포를 갖게 된다.
도 1과 관련하여, 상기 방사원(LA)은 리소그패피 투영장치의 하우징내에 놓이지만(흔히 예를 들어, 방사원(LA)이 수은램프인 경우에서 처럼), 그것이 리소그래피 투영장치로부터 멀리 떨어져 있어서 그것이 만들어 낸 방사선빔이 (가령, 적절한 지향 거울에 의해) 장치 내부로 들어오게 할 수도 있다. 후자의 시나리오는 방사원(LA)이 대개 엑시머레이저인 경우이다. 본 발명과 청구 범위는 이들 시나리오를 모두 포함하고 있다.
이후, 상기 빔(PB)은 마스크테이블(MT)상에 잡혀 있는 마스크(MA)를 통과한다. 마스크(MA)를 지난 빔(PB)은 렌즈(PL)를 통과하여 기판(W)의 타겟부(C)위에 빔(PB)을 포커싱한다. 제2위치설정수단(및 간섭계측정수단(IF))에 의하여, 기판테이블(WT)은, 예를 들어 빔(PB)의 경로내에 상이한 타겟부(C)를 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제1위치설정수단은 예를 들어, 마스크 라이브러리로부터 마스크(MA)를 기계적으로 회수한 후에, 또는 스캔하는 동안에, 빔(PB)의 경로에 대하여 마스크(MA)를 정확히 위치시키도록 사용될 수 있다. 일반적으로 대물테이블(MT, WT)의 이동은, 도 1에 명확히 도시되지는 않았지만, 장행정모듈(long-stroke module)(개략 위치설정) 및 단행정모듈(미세 위치설정)의 도움을 받아 실현될 것이다. 하지만, (스텝-앤드-스캔 장치와는 대조적으로) 웨이퍼스테퍼의 경우에 마스크테이블(MT)이 단행정액추에이터에만 연결되거나 또는 고정될 수도 있다.
도시된 장치는 두가지 상이한 모드로 사용될 수 있다.
1. 스텝 모드에서는, 마스크테이블(MT)은 기본적으로 정지상태로 유지되며, 전체 마스크 이미지는 한번에(즉, 단일 "섬광"으로) 타겟부(C)에 투영된다. 그 후 기판테이블(WT)이 x 및/또는 y 방향으로 쉬프트되어 다른 타겟부(C)가 빔(PB)에 의하여 조사될 수 있다.
2. 스캔 모드에서는, 소정 타겟부(C)가 단일 "섬광"으로 노광되지 않는 것을 제외하고는 기본적으로 동일한 시나리오가 적용된다. 그 대신에, 마스크테이블(MT)이v의 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 속도V=Mv로, 동일한 방향 또는 그 반대 방향으로 동시에 이동하는데, 이 때M은 렌즈(PL)의 배율(통상M=1/4 또는M=1/5)이다. 이러한 방식으로, 해상도를 떨어뜨리지 않고도 비교적 넓은 타겟부(C)가 노광될 수 있다.
본 발명에 따른 방사원 유닛은 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 방사원(LA)은 중심축(A)을 중심으로 배치된 실질적으로 동심인 여러 구조체를 포함한다. 실질적으로 원통형인 양극(10)으로 둘러싸인 실질적으로 원통인 음극(20)은 환형 절연체(30)에 의하여 상기 양극(10)으로부터 분리된다. 중공-음극(20)에는 공동(22) 및 어퍼처(21)가 제공되어, 상기 방사원(LA)이 도 7a 내지 도 7e에 도시되어 설명된 예시와 유사한 방식으로 작동한다.
플라즈마 방전은 근사적으로 플라즈마 핀치 형성부(45)의 장소를 둘러싸는 중앙 영역 내의 음극(20)과 양극 어퍼처(11) 사이에 배치된 방전 공간에서 주로 일어난다. 도시된 실시예에서는, 방사원(LA)을 작동시키기 위하여 플라즈마를 생성하는데 리튬이 사용되며, 리튬 플라즈마는 방사원(LA)의 전체 내부 체적을 실질적으로 포함하는 플라즈마 영역 내에서 찾을 수 있다.
양극(10) 및 음극(20)은, 절연체(30)가 플라즈마 영역으로부터 소정 간격을 두고 배치되도록 구성 및 배치된다. 리튬 증기를 응축시키는 절연체보호냉각요소 (50)와 조합된 상기 간격은 리튬과 절연체(30)간의 접촉을 방지하므로, 따라서 절연체(30)의 부식 가능성을 막는다.
본 발명에 따르면, 상기 방사원(LA)은 플라즈마 영역이 방전 영역으로부터 떨어져 양극(10)의 벽들을 신장시킴으로써 연장된다는 점에서 통상적인 플라즈마 방전원과 다르다. 이러한 신장된 연장 공간은, "디쉬(dish)"의 중앙에 양극 어퍼처(11)를 구비한 테두리(rim)가 두꺼운 Petri 디쉬의 1/2과 유사한 중공 구조체를 갖는 양극(10) 및 상기 "디쉬"의 테두리를 따라 양극냉각요소(55)를 형성시킨다.
리튬은 방사원(LA)내 상이한 장소에서 다음과 같은 상이한 형태들로 발견된다:
리튬을 액화상태로 유지하기 위한 가열요소(64)를 포함하는 저장소(60)내의 액체 리튬(62);
상기 플라즈마 영역 도처에 있는 리튬 가스, 증기 및 플라즈마; 및
위킹면(위크; wick)(65)(도 2b에 도시됨)내의 액체 리튬(62). 음극(20) 및 양극(10)의 벽들 중 일부에는 위크(65)가 갖춰지는데, 이는 방사원(LA)의 작동시에 액체 리튬(62)으로 포화된다(젖는다). 리튬의 작은 방울 형성을 막기 위하여, 위크(65)의 표면 구조는 100 미크론보다 적은 거칠기(roughness; Ra)를 가진다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 방사원 유닛은 냉각요소들을 포함하는데, 이는 예를 들어 냉각라인 또는 다음과 같은 여타의 적합한 수단일 수 있다:
중공 트랩(90) 내부에 냉각면을 형성하도록 구성 및 배치된, 중공 트랩(90)을 냉각시키는 중공트랩냉각기(92);
방전 공간으로부터 가장 멀리 떨어진 신장된 연장 공간의 단부에 냉각면을 형성하도록 구성 및 배치된, 양극(10)을 냉각시키는 양극냉각기(55);
방전 공간에 가장 근접한 음극(20)의 선단을 냉각하도록 구성 및 배치된 폐쇄된 히트파이프(70)의 일 단부를 냉각시키는 음극냉각기(75). (도 6에 도시되어 설명된 예시와 유사한) 상기 폐쇄된 히트파이프(70)는, 음극(20)의 선단으로부터 음극냉각기(75)에 근접한 영역으로 열을 전달하기 위하여, 액체(162)로 포화된 위킹면(위크)(165)를 채택한다. 상기 폐쇄된 히트파이프(70)내의 위크(165) 및액체(162)는 상기 위크(65) 및 액체(62)와 동일할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있으며;
절연체보호냉각기(50)는 음극(20) 및 양극(10)의 벽들 상에 냉각면을 형성하고, 이에 따라 소정의 증기가 절연체(30)에 도달하기 전에 그것을 응축시키도록 구성 및 배치된다.
도 2b 및 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 양극(10)에는 실질적으로 대칭인 2개의 어퍼처, 방출된 방사선이 통과하는 방출 어퍼처(11) 및 플라즈마 핀치의 위치를 제어하는데 사용되는 보다 작은 직경의 전기 어퍼처(12)가 제공된다. 도 5a는 음극(20)에서 본 양극 어퍼처(11)의 평면도를 보여주며, 도 5b 및 도 5c는 각각 상기 평면도의 E-E 및 F-F의 단면을 보여준다. 양극(10)에는 방출 어퍼처(11)보다 직경이 보다 작은 전기 어퍼처(12)를 형성하는 복수의 돌출부(14)가 제공되며, 각각의 돌출부(14)에는 냉각채널(18)이 제공된다. 방사선(40)은, 전기 어퍼처(12)와 돌출부(14)들간의 갭(13)을 포함하는 방출 어퍼처(11)를 통하여 방전 공간을 나온다.
도 5a 내지 도 5c는 8개의 돌출부(14)를 보여주지만, 여타의 적합한 개수, 크기 및 모양이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 방출 어퍼처보다 직경이 작은 전기 어퍼처를 만들기 위한 보다 많은 가능성들이 있다. 예를 들면:
도 3a 내지 도 3b는 와이어의 도전성 그리드(100)가 채택될 수 있는 방법을 보여준다. 도 3a는 음극에서 본 방출 어퍼처(11)의 평면도를 보여주며, 도 3b는 평면도의 B-B의 단면을 보여준다. 이러한 디자인은, 중공 와이어들을 채택하고 그들을 통하여 냉각 매체를 통과시킴으로써, 와이어의 개수, 크기 및 모양을 변경시킴으로써, 동심의/반경방향의 그리드 패턴을 채택함으로써, 평행한 와이어의 제2세트와 수직이 아닌 각도로 교차하는 평행한 와이어의 그리드를 채택함으로써, 또는 이들 수단들의 조합을 통하여 더욱 최적화될 수 있다;
도 3c는 상기 평면도의 B-B의 대안적인 단면을 보여주는데, 그리드 와이어들이 연장되어 중심축(A)으로부터 떨어져 회전됨으로써, 상기 그리드(100)는 소위 "포일 트랩(foil trap)" 즉 오염물 필터를 형성한다. 미국특허 제 6,359,969호에 개시된 바와 같이, 상기 "포일 트랩"은 오염물을 캡처하기 위한 방사원 유닛의 능력을 증대시켜, 오염물이 리소그래피 투영장치로 들어가는 것을 막는다; 및
도 4a 내지 도 4c는 전기 어퍼처(12)에 근접한 양극(10)내에 실질적으로 대칭인 갭(13)들을 형성함으로써 직경이 보다 큰 방출 어퍼처(11)가 형성될 수 있는 방법을 보여준다. 도 4a는 음극에서 본 평면도의 양극 어퍼처를 보여주며, 도 4b 및 도 4c는 각각 상기 평면도의 C-C 및 D-D의 단면을 보여준다. 양극(10)내의 냉각채널(18)을 이용하여 냉각이 되는데, 상기 냉각채널을 통하여 소정의 적합한 냉각매체가 통과될 수 있다. 단지 8개의 갭만이 도시되었지만, 여타의 적합한 개수, 크기 및 모양이 채택될 수 있음을 이해할 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 방전 공간으로부터의 전자기 방사선(40)은 중심축(A)을 따라 방출 어퍼처(11)를 통하여 방출되고, 그레이징-입사 콜렉터(80)를 이용하여 방사원(LA)의 광학축을 따라 리소그래피 투영장치로 지향된다. 도시된 실시예에서, 방사원(LA) 및 콜렉터(80) 양자 모두의 광학축은 중심축(A)과 일치한다.단지 하나의 콜렉터 쉘(shell)이 도시되었지만, 그레이징 입사 콜렉터(80)는 통상적으로 구성 및 작동면에서 도 8에 도시되어 설명된 예시와 유사한 여러 개의 동심 쉘들을 포함한다.
중공 트랩(90)은 그레이징-입사 콜렉터(80)의 중앙 영역내의 광학축을 중심으로 실질적으로 대칭으로 배치되어, 한 쪽은 개방되고 한 쪽은 폐쇄된 실질적으로 원통인 리셉터클(receptacle)을 포함한다. 트랩(90)의 내부면은 캡처 표면적을 최대화하기 위하여 거칠고 다공성이며, 캡처를 강화하기 위하여 중공트랩냉각기(92)를 이용하여 냉각된다.
방전 전원(도시안됨)은 방사원(LA) 내부에 양극-전압 갭을 가로질러 펄싱된 전압(V)을 제공하도록 양극(10) 및 음극(20)에 접속된다.
(도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이) 방사원(LA)은 리튬 증기를 이용한 플라즈마 영역의 안정상태 충전을 이용하여 방전 플라즈마 및 후속 플라즈마 핀치를 형성하려고 하는 상태에 이르게 된다. 이러한 안정상태 증기 흐름은 그 끓는점에 근접한 온도에서 액체 리튬(62)을 형성하도록 저장소(60)내의 가열요소(64)를 이용하여 형성된다. 다음의 3가지 메커니즘은 방사원 내부의 리튬 증기의 압력 및 흐름을 판정한다:
위크(65)의 전체 표면에 걸친 증기 형성. 모세관 구동력으로 구동되면, 액체 리튬(62)은 위크(65)를 통하여 흐르게 되므로, 양극(10) 및 음극(20)의 표면 상에 끊임없이 존재하게 된다;
가열요소(64)에 의하여 저장소(60)내의 액체 리튬(62)의 가열로 인한 증기형성(66); 및
냉각기(50, 55)에 의한 증기 응축(67).
액체 증기의 농도가 충분하다면, 방전 전원(도시안됨)의 사이클링은 플라즈마 핀치(45)의 방전 및 형성을 트리거링함으로써, 방출 어퍼처(11)로부터 방사선(40)의 펄스를 발생시킨다. 상기 방사선(40)은 그레이징-입사 콜렉터(80)를 거쳐 리소그래피 투영장치내로 지향된다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 방전열에 의한 위크(65)내의 액체 리튬의 증발 증가로 인하여 방전 공간내에 부가적인 리튬 증기(266)가 형성된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 리튬 증기는 양극냉각기(55) 및 절연체보호냉각기(50)를 이용하여 방전 공간으로부터의 소정의 거리에서 응축된다(67). 상기 액체는 위크(65)내로 끌어 당겨지거나, 또는 저장소(60)내로 흘러 내린다.
핀치의 위치 및 타이밍은 전기 어퍼처(12)의 치수에 영향을 받는다. 상기 핀치(45)의 위치 변동은 전기 어퍼처(12)의 직경의 대략 1/10로 계산되므로(도 2b에 도시됨), 방출 어퍼처(11)를 변경하지 않고도 전기 어퍼처(12)를 감소시킴으로써 핀치 안정성을 개선할 수 있다.
방전 공간은 다음과 같은 여러 가지 메커니즘으로 냉각된다:
방사원(LA)(도 2b)은, 음극(20)으로부터 시스템의 주변으로 멀리 열을 전달하기 위하여, 도 6에 도시되어 설명된 예시와 실질적으로 동일한 폐쇄된 히트파이프(70)를 채택한다;
방사원(LA)(도 2a)은 양극(10), 음극(20), 위크(65), 상기 위크내의 액체 리튬 및 양극냉각기(55)를 포함하는 밀봉되지 않은 히트파이프 구성체(개방 히트파이프)를 더 포함한다. 액체 리튬이 방전열에 의하여 기화됨에 따라(266), 증기의 이동은 도 6에 도시되어 설명된 예시와 유사한 방식으로 방전 공간으로부터 멀리 시스템의 주변으로 열을 전달한다;
개방 히트파이프 구조체 내부의 플라즈마 웨이브의 전파는 주변으로의 열 전달을 위한 추가 채널을 제공한다. 상기 열전달 방법은 플라즈마 열 전달 메커니즘(PHTM)이라 불린다; 및
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 방전 공간에 가장 근접한 돌출부(14)의 선단들은 냉각채널(18)을 통하여 적합한 매체를 통과시킴으로써 냉각된다.
위크(65)(도 2a 내지 도 2b)로부터의 액체 리튬의 증발(266)은, 열을 소산시키는 수단을 제공할 뿐만 아니라, 전극, 양극(10) 및 음극(20)을 부식으로부터 보호한다. 전극 표면으로부터의 리튬의 질량 제한적인 증발은, 방사원(LA)으로부터 리소그래피 투영장치의 광학기기로 통과할 수 있는 오염물(95)을 줄이면서, 전극 위에 리튬 박막을 유도한다.
본 발명에 의하여 최소화되었지만, 방사원 동작은 방전 공간으로부터 오염물(95)의 흐름을 발생시킬 수 있다. 오염물, 예를 들어 리튬 증기, 리튬 플라즈마 또는 전극 표면으로부터의 부식된 재료들은 EUV 방사원의 더욱 하류에 있는 소정의 광학요소에 손상을 줄 수 있다. 본 발명에 따르면, 큰 비율의 오염물(95)이 중공 트랩(90)으로 들어가며, 여기서 기하학 구조(원통형상), 트랩 내부의 표면적(거칠기 및 다공성) 및 냉각기(92)의 조합을 이용하여 트래핑된다. 상기 트랩은 한쪽이 개방된 실린더로 도시되었지만, 그레이징-입사 콜렉터(80)의 표면 위로 통과하는 방출된 방사선(40)과 간섭하지 않는 한, 소정의 적합한 기하학 구조, 예를 들어 구형, 원뿔형 또는 파라볼라형이 사용될 수도 있다. 통상적으로, 중공 트랩(90)은 그레이징-입사 콜렉터(80)의 중앙 쉘과 실질적으로 유사한 모양을 가진다.
대안적으로, 방전 공간에 근접한 영역을 전자빔이 가열하도록 전자-빔 제너레이터를 배치하면, 리튬 증기 및 이에 따른 방전 상태의 보다 나은 제어를 제공할 수 있다. 저장소(60)내의 가열요소(64)를 이용하면, 리튬(62)은 녹는점에 근접한 온도에서 그 액체 형태를 유지한다. 규칙적인 간격으로, 방전 공간에 근접한 액체 리튬(62)을 포함하는 영역에 전자빔이 발사되면, 리튬 증기를 발생시킬 수 있다. 이것은 방사원이 방전 공간내의 증기의 최소량 및/또는 낮은 온도 플라즈마를 이용하여 작동될 수 있어, 방출된 EUV 방사선의 흡수를 최소화할 수 있다는 장점이 있다. 이는 방사원의 변환 효율을 효과적으로 향상시킨다. 전자빔에 의한 전극의 부식은 전극을 보호하는 액체 리튬의 층으로 인하여 매우 감소된다. 대안적으로, 방전 공간에 근접한 종래의 제2가열요소가 전자빔 히터 대신에 사용될 수 있다.
방전 공간에 근접한 양극(10)과 음극(20) 사이에 배치된 리튬의 액체의 작은 방울 또는 솔리드 와이어(<~100 미크론)를 전자빔을 이용하여 증발(폭발)시킴으로써 리튬 증기를 형성하여, 전극의 부식을 전반적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
설명된 어떠한 용도에 있어서도, 전자빔은 또 다른 방사선 또는 입자빔, 예를 들어 레이저빔(이는 파장, 임펄스당 에너지 및 펄스 길이와 같은 레이저 파라미터들을 이용하여 증기 농도를 변하도록 함)으로 대체될 수 있다. 예를 들어,양극(10) 또는 음극(20)의 표면으로부터 리튬을 기화시키는데 채택된 Nd-YAG 레이저는 다음과 같은 파라미터들로 작동할 수 있다: 파장 1.04 미크론, 임펄스당 에너지 10~100mJ 및 펄스 길이 1~100ns.
지금까지 오로지 리튬의 사용에 관해서만 설명하였지만, 당업자라면 방사원(LA)이 소정의 적합한 물질, 예를 들어 크세논, 인듐, 이리듐, 주석 또는 이들의 조합으로 작동될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 적합한 물질의 조합, 예를 들면 개방 히트파이프 구조체 내의 냉각을 위한 물질, 및 방전을 시키기 위한 상이한 물질 등이 사용될 수도 있다.
본 발명의 소정의 형태 및 그 실시예들은, Z-핀치, 모세관 방전 또는 플라즈마 포커스 디바이스와 같은 방전에 의존하는 어떤 형태의 방사원으로도 사용될 수 있다. 특히, 본 명세서에서 참고자료로 채택된 유럽특허출원 제 02256486.8호에 개시된 방사원의 이들 형태를 채택하는 것이 이점이 있으며, 상기 출원은 개선된 냉각, 향상된 펄스 타이밍 안정성 및 향상된 변환 효율을 이미 실현하였다.
따라서, 본 발명의 범위는 예시된 실시예(들)에 의해서만이 아니라, 첨부된 청구범위 및 균등물에 의하여 판정되어야 한다.
본 발명에 따르면, 방사원을 제공하고 개선된 전기에너지에서 방사선으로의 전환효율을 얻고, 생산 가치가 있는 전력 레벨 및 과열의 위험이 없는 반복 속도를 제공하는 방사원을 얻고, 안정적이고 잘 정의된 타이밍 및 XUV 방사선의 생성 펄스(샷)의 잘 정의된 에너지를 갖는 방사원을 얻고, 인접한 리소그래피 투영장치에 최소량의 오염물을 발생되는 방사원을 얻을 수 있다.

Claims (17)

  1. 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치되는 상기 양극 및 음극을 포함하는 방사원에 있어서,
    상기 방전공간을 형성하는 벽의 위킹면 영역에 상기 위킹면 영역과 접촉하는 액체 저장소로부터 상기 방전공간을 향하여 액체를 이송시키는 위킹 기능이 제공되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 하나에 상기 위킹면 영역이 제공되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방전공간을 형성하는 벽의 냉각면 영역에는 상기 방전공간으로부터 상기 냉각면으로 열을 전달하기 위하여 상기 방전공간으로부터 증발된 액체를 응축시키는 냉각기능이 제공되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체내에 포함되는 재료는 상기 플라즈마를 생성시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전공간에는 신장된 연장공간이 제공되고, 상기 냉각면 영역은 상기 방사원의 중심영역으로부터 소정 거리에 있는 상기 연장공간의 벽상에 제공되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사원은 상기 방전공간에 근접한 상기 위킹면 영역을 조사하는 강력한 빔을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사원.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강력한 빔은 충전된 입자들의 빔인 것을 특징으로 하는 방사원.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 강력한 빔은 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 방사원.
  9. 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치되는 상기 양극 및 음극을 포함하는 방사원에 있어서,
    상기 방전공간에는 세장형 연장공간이 제공되고, 상기 연장공간을 형성하는 벽의 냉각면 영역은 상기 방전공간으로부터 증발된 액체를 응축시키는 냉각기능이 제공되고 상기 방사원의 중심영역으로부터 소정 거리에 제공되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는 크세논(Xe), 주석(Sn), 리튬(Li), 인듐(In) 및 이리듐(Ir)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사원.
  11. 방사원유닛에 있어서,
    양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 음극이 제공되는 방사원; 및
    상기 방사원의 광학축선상에 배치되는 중공 리셉터클로서, 그 개방단부가 상기 방사원으로부터 방출되는 오염물을 캡처하는 상기 방사원을 향하는 상기 리셉터클을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사원유닛.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리셉터클은 상기 리셉터클의 내벽상의 오염물의 개선된 트래핑을 위한 냉각기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 방사원.
  13. 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 음극을 포함하는 방사원으로서, 상기 전자기 방사선이 방출되는 상기 양극과 음극 중 하나에 어퍼처가 제공되는 상기 방사원에 있어서,
    상기 어퍼처가 실질적으로 상기 방사선에 대해서는 개방된 상태로 있으나 전기적으로는 실질적으로 폐쇄되도록 배치되는 복수의 도전성 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사원.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 구조체는 냉각되는 것을 특징으로 하는 방사원.
  15. 양극과 음극 사이의 방전공간내 물질의 방전을 일으키고 전자기 방사선을 생성하기 위한 플라즈마를 형성하도록 구성 및 배치된 상기 양극 및 상기 음극을 포함하는 방사원에 있어서,
    상기 방전공간을 냉각시키기 위한 1 이상의 폐쇄 히트파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사원.
  16. 방사선 투영빔을 공급하는 방사선시스템;
    소정 패턴에 따라 투영빔을 패터닝하는 역할을 하는 패터닝수단을 지지하는지지구조체;
    기판을 잡아주는 기판테이블;
    패터닝된 빔을 기판의 타겟부상으로 투영하는 투영시스템을 포함하는 리소그래피 투영장치에 있어서,
    상기 방사선 시스템은 청구항 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방사원 또는 방사선유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 리소그래피 투영장치.
  17. 적어도 부분적으로 방사선감응재의 층으로 덮힌 기판을 제공하는 단계;
    청구항 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 방사원 또는 방사원유닛을 포함하는 방사선시스템을 사용하여 방사선의 투영빔을 제공하는 단계;
    패터닝수단을 사용하여 상기 투영빔의 단면에 소정 패턴을 부여하는 단계; 및
    방사선감응재 층의 타겟부상으로 방사선의 패터닝된 빔을 투영하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
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