KR20050091718A - 층상 스폿 조사 방법 및 장치에서의 액체 제거 - Google Patents

층상 스폿 조사 방법 및 장치에서의 액체 제거 Download PDF

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Abstract

층(3)으로의 조사를 위해, 조사 빔(7)을 층(3) 상의 스폿(11)으로 유도하고 촛점을 맞추고, 광학 요소(59)에 대해 층(3)의 상대 이동을 야기하여, 층(3)의 다른 부분들이 연속적으로 조사되고, 층(3)과 이에 최근접된 광학 요소(59)의 표면과의 사이에 사이 공간(53)을 유지한다. 조사빔이 층(3) 상의 스폿(11)을 관통 조사하는 사이 공간(53)의 적어도 일부가 액체(91)로 채워진 상태로 유지된다. 가스류(71-73)를 층(3)의 표면 영역(74)으로 유도하는 것에 의해, 층(3)에 손상을 주지 않으면서 액체(91)가 그 영역(74)을 확실히 통과하지 못하도록 한다. 액체(91)는 상기 표면 영역(74) 근처에서 층(3)으로부터 흡인 제거된다.

Description

층상 스폿 조사 방법 및 장치에서의 액체 제거{Liquid removal in a method and device for irradiating spots on a layer}
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 층 조사 방법과 청구범위 제 7항의 전제부에 따른 층 조사 장치에 관한 것이다.
동적 시스템(dynamic system)의 액침(liquid immersion)에 대한 여러 실시예에 따르면, 액침 상태는 연속적인 액체 공급으로 유지된다. 구멍과 같은 제1 공급관을 통해 액침 렌즈의 바로 상류측으로 가스 유입을 막을 수 있도록 충분한 압력으로 액체를 일정하게 공급하는 것에 의해 렌즈와 대상체 사이에 액체층이 유지된다. 표면 이동에 의해 액체가 이미지 필드로 끌어 당겨져서 이미지 필드의 액침을 보장한다. 액체 흐름이 낮게 유지될 수 있는 액침 시스템의 주의 깊은 설계에도 불구하고, 액체는 여전히 연속 공급된다. 안정적인 연속 가동을 위해, 액체의 제거가 바람직하다.
액체 제거를 위해, 광 디스크의 액침 마스터링(mastering; 역자 주-유리 원판 디스크 제작 과정)에 관한 초기 식별 방식의 방법 및 시스템에 대한 국제 출원 공개 WO-A-02/13194가 제안된 바 있다. 이 공개 공보에 따르면, 우선, 마스터 몰드를 제작하고, 그 마스터 몰드나 그로부터 제작된 자몰드(daughter mold)를 사용하여 광학적으로 주사 가능한 정보 캐리어를 복제 공정으로 제작한다. 마스터 몰드의 제작을 위해, 변조된 조사빔을 광학 렌즈계를 이용하여 기판에 보유된 감광층상의 주사 스폿(scanning spot)에 촛점을 맞춰 조사하고, 기판과 렌즈계를 서로 상대 이동시킨다. 감광층과 이를 마주하는 렌즈계의 최근접 표면의 사이 공간은 액체로 충전된 상태로 유지된다.
렌즈계에 대해 기판을 상대 이동시키기 위해, 기판을 적재하고 있는 테이블을 회전축을 중심으로 회전시킨다. 렌즈계는 변위 기구에 의해 테이블의 회전축에 대해 방사상 성분으로 변위될 수 있다. 액체 공급 수단은 감광층과 렌즈계의 최근접 광학 표면의 사이 공간 내로 액체를 공급한다.
렌즈와 층의 사이 공간이 액체로 채워진 상태로 유지되도록 감광층상의 스폿에 조사빔을 조사하는 다른 방법 및 장치가 일본 특허 공개 JP-A-10255319호에 개시되어 있다.
또한, 렌즈와 조사 대상 표면 사이의 간극을 액체로 충전된 상태로 유지하는 광학 투영 리소그래피(optical projection lithography)와 같은 광학 이미지 방법 및 장치가 공지되어 있으며, 상기 광학 투영 리소그래피에서는 표면상에 주사된 조사광에 의해 형성된 스폿이 이미지 또는 이미지 일부를 구성한다. 이러한 방법 및 장치가 국제 특허 공개 WO99/49504호에 기술되어 있다.
광학 리소그래피의 웨이퍼 스테퍼(wafer stepper)와 광 디스크 제조시의 마스터링 머신(mastering machine)과 같은 동적 시스템에서의 액침 상태는 액체의 연속 공급에 의해 유지될 수 있다. 액체층은 구멍을 통해 액침 렌즈 바로 상류측으로 액체를 가스 유입을 방지하기에 충분한 고압으로 연속 공급하는 것에 의해 렌즈와 대상체 사이에 유지되는 것이 바람직하다. 표면의 이동으로 액체가 이미지 필드로 운반되어, 이미지 필드(스폿)와 이에 최근접된 광학 요소 간의 사이 공간을 액침 상태로 유지되도록 한다. 액체 흐름이 낮게 유지될 수 있는 액침 시스템의 주의 깊은 설계에도 불구하고, 액체는 여전히 연속 공급된다. 안정적인 연속 가동을 위해, 액체의 제거가 바람직하다. 그러나, 중요한 문제는 기판 표면을 손상시키지 않고 기판 표면과 액체 사이의 부착력을 끊는 것이다. 기판층은 예컨대, 연질 저항층 처럼 매우 민감한 경우가 많다.
웨이퍼 스테퍼와 광 디스크 마스터링 장비와 같은 이미지 시스템은 통상 기계적 교란에 매우 민감하다. 액체층에 의해 가해지는 가변력은 바람직하지 않은 진동을 쉽게 야기하여, 표면상에 투영되는 이미지의 정밀도에 악영향을 미친다.
본 발명의 목적은 웨이퍼 스테퍼와 광 디스크 마스터링 장비와 같은 표면 조사 이미지 시스템에서 표면에 손상을 주지 않고 기계적 교란을 최소화하면서 얇은 층의 액체를 기판으로부터 신뢰성있게 제거하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구범위 제1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 또한, 본 발명에 따르면, 청구범위 제1항에 따른 방법의 수행을 위해 청구범위 제7항에 따른 장치가 제공된다.
층으로 유동하는 가스류를 이용하여, 층에 손상을 주지 않고 액체와 층 사이의 부착을 효율적으로 파괴할 수 있으며, 부착 상태가 깨진 가스류 근처로부터 액체를 용이하게 제거할 수 있다. 가스류는 액체를 디스크로부터 밀어낸다. 본 시스템의 부가적인 장점은 비고착성 입자 대부분을 또한 제거 가능하다는 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 배수 도관을 통해 액체를 층으로부터 제거하기 위해, 층의 상대 이동의 반대 방향으로 순 가스류(net gas flow)를 야기하도록 충분히 높은 압력으로 가스를 제2 공급 도관을 통해 펌핑할 수 있다.
본 발명의 특별한 실시예들은 종속항에 기재된다. 본 발명의 상세와 기타 목적, 특징 및 효과는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대한 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 층상의 스폿으로 광조사하기 위한 장치의 예를 개략적으로 도시한 측면도;
도 2는 도 1의 장치용 광학 시스템의 예에서 광 조사를 받는 층과 작동시 유지되는 액체류의 종단 부분을 개략적으로 도시한 종단면도;
도 3은 도 2의 III-III 선을 따른 개략적 저면도;
도 4는 가스류가 향하는 영역을 포함하는 도 2의 부분에 대한 확대도;
도 5는 광학 리소그래피용 웨이퍼 스테퍼/스캐너의 개략적 상부 평면도이다.
CD 또는 DVD와 같은 광학적으로 주사 가능한 정보 캐리어의 제조에 있어, 양측면중 일측면상에 얇은 감광층(5)을 갖는 디스크형 유리 기판(3)(도 1 참조)에 대해, 대략 260nm 파장의 DUV 레이저 빔과 같은 변조된 조사빔(7)이 조사된다. 도 1에 도시된 예에 따르면, 감광층(5)은 이후 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명되는 장치(25)를 사용하여 조사가 행해진다. 조사빔(7)은 복수개의 광학 요소를 포함하는 렌즈계(9) 형태의 광학 시스템에 의해 감광층(5) 상의 주사 스폿에 촛점이 맞춰진다. 렌즈계(9)는 렌즈계(9)의 광학 요소들중 하나로서 조작시 상기 층(5)에 최근접 배치된 최말단 렌즈(59)를 포함한다. 조사되는 층(5)과 이 층에 최근접된 렌즈계(9)의 광학 요소중 하나(59) 사이에는 사이 공간(53)이 유지된다. 광학 요소는 또한 렌즈 이외에, 필터, 차폐물, 회절 격자 또는 거울과 같은 다른 부분을 포함한다.
층(5)과 렌즈계(9)는 서로 변위가 이루어져서, 감광층(5)상의 변조된 조사빔(7)이 층(5) 상의 일련의 스폿을 연속적으로 조사하게 된다. 조사된 감광층(5)은 기판(3)상의 층에서 조사된 부분을 용해시키고 조사되지 않은 부분을 남기는 현상액에 의해 후속하여 현상이 이루어진다. 조사된 부분을 남기고 조사되지 않은 부분을 용해시키는 것도 가능하다. 양자의 경우에 있어, 정보 캐리어 상의 원하는 일련의 피트 형태(pit-shaped) 정보 요소에 상응하는 일련의 피트(pit) 또는 범프(bump)가 감광층(5)에 형성된다. 이후, 감광층(5)은 스퍼터링 공정에 의해 예컨대, 니켈층과 같은 비교적 얇은 층으로 피복된다. 그후, 이 얇은 층은 전해 증착 공정으로 비교적 두꺼운 니켈층으로 피복된다. 종국적으로는 기판(3)에서 제거될 니켈층에서, 감광층(5)에 형성된 피트 패턴은 대응하는 패턴을 남기게 되는데, 이 대응 패턴은 상기 피트 패턴의 역패턴으로서 제조될 정보 캐리어에 형성될 패턴이다. 즉, 마스터 몰드는 일련의 융기부를 구비하는데, 이 융기부는 감광층(5)에 형성된 일련의 피트 형태의 요소와 정보 캐리어 상의 소망하는 일련의 피트 형태의 정보 요소에 대응한다. 따라서, 마스터 몰드는 소망하는 정보 캐리어의 사출 성형을 위한 사출 성형 머신의 몰드로서 사용되기에 적합하게 된다. 그러나, 일반적으로는 마스터 몰드 대신에 마스터 몰드의 복제품이 사출 성형 몰드로서 사용된다. 마스터 몰드의 복제품을 통상 자몰드(daughter mold)로서 지칭하며, 이 자몰드는 공지된 자체의 통상의 복제 공정을 이용하여 마스터 몰드에 의해 제조된다.
감광층(5)을 갖는 기판(3)은 회전축(29)을 중심으로 회전 가능한 테이블(27)에 의해 이송되며, 상기 회전축은 테이블(27)과 기판(3)에 대해 수직으로 연장한다. 상기 테이블은 전동 모터(31)에 의해 구동된다. 상기 장치(25)는 그 장치(25)의 프레임(35)에 고정된 위치로 고정되는 조사 발생원(33)을 더 구비하며, 이 조사 발생원은 도시된 실시예에서 레이저 발생원이다. 대체예로서, 광 조사는 장치 외부로부터도 얻을 수 있다. 층(5)을 향한 광 조사의 제어는 예를 들면, 조사 발생원(33)을 제어하거나 및/또는 조사 발생원(33)과 층(5) 사이의 셔터(shutter) 또는 다이버트(diverter)(도시 생략)를 제어하는 것과 같이, 여러가지 방식으로 달성될 수 있다.
광학 렌즈계(9)는 제1 이동 기중기(37)에 고정되며, 이 기중기는 제1 변위 구조체(39)에 의해 상기 회전축(29)에 대해 반경 방향으로 (도면에서 X-방향에 평향한) 변위될 수 있다. 이를 위해, 상기 제1 변위 구조체(39)는 제2 전동 모터(41)를 포함하며, 이 전동 모터에 의해 제1 이동 기중기가, 상기 프레임(35)에 대해 고정되고 x-방향에 평행하게 연장하는 직선 가이드(43)를 따라 변위될 수 있다.
렌즈계(9)의 광축(49) 선상의 거울(45)도 역시 제1 이동 기중기(37)에 고정된다. 작동시, 조사 발생원(33)에 의해 발생된 조사빔(7)은 X-방향에 나란히 연장하는 조사빔 경로(47)를 따르며, 조사빔(7)은 렌즈계(9)의 광축(49)에 나란한 방향으로 거울(45)에 의해 굴절된다. 렌즈계(9)는 촛점 액츄에이터(51)에 의해 광축(49) 방향으로 제1 이동 기중기(37)에 대해 비교적 짧은 거리로 변위 가능하기 때문에, 조사빔(7)은 감광층(5)상에 촛점을 맞출 수 있다. 기판(3)을 보유한 테이블(27)은 제1 모터(31)에 의해 비교적 빠른 속도로 회전축(29)을 중심으로 회전되며, 렌즈계(9)는 제2 모터(41)에 의해 비교적 느린 속도로 X-방향에 나란하게 변위되므로, 조사빔(7)이 층에 부딪치는 위치의 주사 스폿(11)은 조사 요소와 비조사 요소의 감광층(5) 위로 나선형의 자국을 형성한다.
상기 장치(25)는 비교적 높은 정보 밀도를 갖는 마스터 몰드의 제조에 적절히 사용될 수 있다. 즉, 상기 장치(25)에 의해, 감광층(5)의 단위 면적당 비교적 다수의 조사된 요소가 제공될 수 있다. 달성 가능한 정보 밀도는 스폿(11)이 작을 수록 증가한다. 스폿(11)의 크기는 조사빔(7)의 파장, 렌즈계(9)의 개구수(numerical aperture)에 의해 결정된다. 상기 개구수는 렌즈계(9)와 감광층(5) 사이에 존재하는 매체의 광학적 굴절률에 의존한다. 렌즈계(9)와 감광층(5) 사이에 존재하는 매체의 광학적 굴절률이 클수록 보다 작은 크기의 스폿(11)을 얻을 수 있다. 액체는 공기에 비해 광학적 굴절률이 매우 크기 때문에, 빔(7)이 투과되는 렌즈계(9)와 감광층(5)의 사이 공간(53)의 부분은 본 실시예에서는 물인 액체로 채워진 상태로 유지된다. 본 실시예에서, 물도 특히 적절한데, 이는 사용된 DUV 조사빔(7)이 투과되고, 감광층(5)에 손상을 입히지 않기 때문이다. 그러나, 물이 언급되어 있는 본 상세한 설명 부분에서 다른 어떤 적절한 액체로도 대체 가능하다.
도 2 및 도 3은 렌즈계(9), 감광층(5)을 갖는 기판(3), 감광층(5)과 렌즈계(9) 사이의 사이 공간(53)을 보다 상세히 도시하고 있다. 상기 층(5)에 최근접한 렌즈(59)는 기판(3)을 최근접 상태로 마주하는 광학적 표면(63)을 구비한다. 렌즈(55,59)는 하우징(61)에 현수되어 있으며, 하우징은 층(5)에 최근접한 렌즈(59)의 광축에 수직한 평면으로 실질적으로 연장하고 층(5)에 면해 있는 평면(65)을 포함한다.
작동시, 조사빔(7)이 층(5) 위의 스폿(11)을 관통 조사하는 상기 사이 공간(53)은 물(91)이 충전된 상태로 유지된다. 물(91)은 적어도 어느 정도까지는 층(5)을 마주하는 렌즈계(9)의 리세스(92) 내의 사이 공간(53)으로부터 운반되는 것이 방지된다.
층(5)과 벽(65), 즉 층(5)에 최근접된 렌즈 조립체의 부분 사이의 최적의 작업 거리는 2가지 요소에 의해 결정된다. 한편으로, 상기 거리는 기판(3)과 상기 렌즈(55,59) 및 하우징(61)의 구성 간의 거리가 충분한 공차를 갖기에 충분할 정도로 커야 한다. 다른 한편, 상기 거리는 너무 커서도 안되는데, 그 이유는 조사빔이 스폿(11)으로 관통 조사되는 사이 공간(53)의 부분을 액침 상태로 유지하기 위해서는 너무 많은 물 유동이 필요할 것이기 때문이다. 사이 공간(53)의 최소 두께로서 현재 바람직한 범위는 3-1500㎛, 보다 바람직하게는 3-500㎛이다. 액체가 물에 비해 점성이 크다면, 사이 공간의 최소 두께 범위가 보다 클수록 특히 바람직할 수 있다. 또한, 유출 개구의 전폭은 사이 공간의 최소 두께의 바람직한 범위의 상한에 영향을 미치며, 사이 공간의 최소 두께는 바람직하게는 (100+1/20*W)㎛이며, 여기서 W는 상기 층(5)에 나란한 평면에서 측정된 유출 개구의 전폭이다. 사이 공간의 최소 두께는 대략 10㎛ 보다 커서, 예컨대, 15㎛, 30㎛ 심지어 100㎛ 보다 클 수 있어서 공차에 대한 둔감도(insensitivity)를 증가시킨다.
상기 유출 개구(90)는 적어도 상당 정도는 조사빔이 스폿(11)으로 관통되는 사이 공간(53)의 부분에 상대적으로 중심 정렬된다. 따라서, 스폿(11) 영역에서 층(5)과 렌즈 구성(9)의 상대 이동 방향은 스폿(11)이 관통 조사되는 사이 공간(53)의 부분에 대한 완전한 액침 상태를 방해하지 않으면서 실질적으로 변경 가능하다. 스폿(11) 영역에서 층(5)과 층에 나란한 렌즈계(9)의 상대 이동 방향이 조사빔이 실제 관통 조사되는 사이 공간(53)의 부분(94)(도 3 참조)에 대한 완전한 액침 상태를 방해하지 않으면서 변경 가능할 수록, 스폿(11)이 층(5)에 투과된 이차원 이미지를 갖는 이미지 처리에서와 같이, 스폿(11)이 층(5)의 표면 위에서 다양하게 변화하는 방향으로 이동하는 것이 필요한 적용례에 상기 장치가 보다 더 유용하게 된다. 그러한 적용례에서, 렌즈계와 그 렌즈계 및 조사된 표면 사이의 매체와의 사이의 굴절률이 비교적 크다는 장점은 이미지가 보다 높은 해상도로 투사될 수 있게 하며, 이는 다시 보다 더 소형화 및/또는 신뢰성 향상에 기여하게 된다.
그러한 적용례의 예로는 반도체 소자의 제조를 위한 웨이퍼 처리 과정의 광학 투영 리소그래피(optical projection lithography)이다. 이를 위한 장치 및 방법이 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 웨이퍼 스테퍼 및 웨이퍼 스캐너가 상업적으로 구매 가능하다. 따라서, 그러한 방법 및 장치는 상세하게 설명하지 않고 다만 주로 그러한 광학적 이미지 적용의 맥락에서 본원에서 제안하고 있는 바의 수침(water immersion)에 대한 이해를 돕는 정도로 설명한다.
도 5에 따른 투영 리소그래피 장치는 웨이퍼 지지부(12)와 이 지지부(12) 위로 렌즈 조립체(14)를 갖는 프로젝터(13)를 포함한다. 도 5에서, 웨이퍼 지지부(12)는 웨이퍼(15)를 보유하며, 웨이퍼 상에는 프로젝터(13)와 작동적으로 연결된 스캐너(18)에서 마스크 또는 레티클(17)의 이미지 또는 부분 이미지를 투영하는 빔으로 조사하고자 하는 복수개의 영역(16)이 존재한다. 지지 테이블은 스핀들 구동기(21,22)에 의해 구동되는 스핀들(19,20)을 따라 X,Y 방향으로 이동 가능하다. 상기 스핀들 구동기(21,22) 및 스캐너(18)는 제어 유닛(23)에 연결되어 있다.
통상 다음의 2가지 작동 원리중 하나를 광학 리소그래피에 적용한다. 이른바 웨이퍼 스테퍼 모드에서, 프로젝터는 레티클의 완전 이미지를 웨이퍼(15) 상의 영역(16)중 하나에 투영한다. 필요한 노광 시간에 도달하면, 조사빔은 스위치 오프되거나 흐려지고, 웨이퍼(15)는 웨이퍼의 다음 영역(16)이 렌즈 조립체(14) 정면의 필요한 위치에 자리할 때까지 스핀들 구동기(21,22)에 의해 이동된다. 노출된 영역과 노출될 다음 영역의 상대 위치에 따라, 웨이퍼의 표면을 따라 다양하게 변화하는 방향으로 렌즈 조립체(14)를 비교적 빨리 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 레티클 이미지가 투영되는 웨이퍼의 표면 상의 조사된 스폿(11)의 크기는 전형적으로 20x20mm 이지만, 이보다 크거나 작은 스폿이 있을 수 있다.
특히, 보다 큰 반도체 장치를 제조하고자 하는 경우, 통상 스캐너 모드로 지칭되는 다른 이미지 투영 모드로 이미지를 투영하는 것이 유리하다. 스캐너 모드에서, 웨이퍼(15)의 표면 상의 영역(16)에, 레티클의 슬릿형 부분만이 그 폭의 수배(예컨대, 4배 이상)에 해당하는 길이의 슬릿형 스폿으로서 투영된다. 스폿의 전형적인 크기는 예컨대, 30x5mm 이다. 그런 다음, 스캔 대상의 레티클(17)은 웨이퍼 지지부(12)가 제어 유닛(23)의 제어하에서 적용된 속도로 렌즈 조립체(14)에 상대적으로 동기 이동되는 동안 스캐닝 창을 따라 이동됨으로써, 레티클(17)의 스캔된 부분 이미지 영역이 아닌 투영 스폿만이 웨이퍼(15)에 대해 상대 이동된다. 따라서, 레티클(17)의 이미지는 스폿이 웨이퍼 위로 진행될 때, "펼쳐지는(unroll)" 연속적인 부분으로서 웨이퍼의 영역(16)에 전사된다. 레티클의 구동 창 부분이 웨이퍼(15)에 투영되는 동안 렌즈 조립체(14)에 대한 웨이퍼(15)의 상대 이동은 통상 상대적으로 저속으로 행해지며 통상 매번 동일한 방향으로 수행된다. 레티클(17)의 완전한 이미지가 웨이퍼(15)에 투영된 후, 웨이퍼(15)는 통상 렌즈 조립체(14)에 대해 훨씬 빠른 속도로 이동되어, 레티클(17)의 다음 이미지가 투영될 웨이퍼(15)의 다음 영역(16)이 렌즈 조립체(14)의 정면에 오도록 한다. 이 이동은 웨이퍼(15)의 노출된 영역(16)과 노출될 웨이퍼(15)의 다음 영역(16) 간의 상대 위치에 따라, 다양하게 변화하는 방향으로 수행된다. 웨이퍼(15)가 렌즈 조립체(14)에 대해 변위된 후(즉, 렌즈 또는 렌즈 및 웨이퍼가 이동될 수도 있다.) 웨이퍼(15) 표면에 대한 조사를 재개할 수 있도록 하기 위해서는, 조사빔이 관통되는 렌즈(14)와 웨이퍼(15) 표면 사이의 사이 공간의 체적이 상기와 같은 이동 후에 즉시 물로 채워져서, 상기 공간이 조사 재개 전에 신뢰성 있게 액침될 수 있도록 하는 것이 유리하다.
광학 리소그래피의 경우에도, 예컨대, 193nm 파장의 조사 광을 사용한다면 물을 사용할 수 있다. 그러나, 몇몇 경우, 다른 액체를 사용하는 것이 보다 더 적합할 수 있다.
렌즈(59)와 층(5) 사이의 사이 공간(53)으로 물(91)을 공급하기 위해, 물 공급 도관(67)이 하우징(61)을 통해 유출 개구(90)로까지 연장한다. 본 실시예에 따르면, 유출 개구(90)는 표면(54)에서 상기 층(5) 측으로 개방된 슬릿 형태를 가지고 있어서, 공급된 물(91)을 슬릿을 따라 종방향으로 유통시키고 그 유통된 물을 층(5) 쪽으로 분배한다. 작동시, 물(91)은 슬릿(90)을 거쳐 종방향으로 유통되고, 그 슬릿(90)으로부터 층(5)으로 분배된다. 이 결과, 상기 층(5)의 평면에 나란한 렌즈계(9)와 층(5) 간의 상대 이동 방향이 실질적으로 변화하더라도, 비교적 광범위한 물 궤적(95)과 조사빔(7)이 통과되는 사이 공간(53)의 부분(94)의 완전 액침을 얻을 수 있다.
상기 슬릿(90)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 슬릿은 유출 개구(90)가 조사빔(7) 외부에 위치하고 조사빔(7)이 스폿(11)을 조사하는 사이 공간(53)의 부분(94)의 둘레로 연장하도록 형성된다. 십자형(96)은 유출 개구(90)의 전체 종단 통로 영역에서 렌즈계(9)의 광축에 나란한 방향으로 볼 때, 중심을 가리키는 것이다.
물(91)은 슬릿(90)과 주변부 사이의 압력 강하로 공급되는게 바람직한데, 이 압력 강하는 조사빔이 관통되는 사이 공간(53)의 부분을 신뢰성 있게 액침 상태로 유지할 정도 만큼의 크기이다. 따라서, 표면으로 공급되는 물의 양은 최소로 유지된다.
더욱이, 물(91)이 슬릿형 유출 개구(90)를 통해 분배될 때, 사이 공간(53)의 최소 두께(이 실시예에서는 층(5)과 벽부(65)의 표면(54) 사이의 거리)는 조사빔이 관통되는 사이 공간의 부분(94)의 액침을 방해하는 원하지 않은 위험을 야기하지 않으면서, 커질 수 있다.
물(91) 공급 유량은 본질적으로 직선형 속도 프로파일을 갖는 층류가 사이 공간(53)에 존재하는 것을 신뢰성 있게 보장할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 그러한 흐름은 상기 도관(90)이 제공된 벽부(65) 상에, 그리고 층(5)에 최근접된 렌즈(59)의 측면(63) 상에 거의 일정한 힘을 가한다. 그 결과, 사이 공간(53) 내에 존재하는 물은 렌즈계(9)에 거의 불변의 수력을 제공한다. 가변 수력은 렌즈계(9)에 바람직하지 않은 진동을 야기할 수 있으며, 그에 따라 감광층(5) 상의 조사빔(7)의 촛점 에러 및 위치 설정 에러를 유발할 수 있다. 상기 흐름은 공기의 개재가 없는 것이 바람직하므로, 조사빔(7)은 교란되지 않는다.
층(5)으로 공급된 물은 또한 제거되어야 한다. 여기에서 핵심적 문제는 액체와 표면 간의 부착력을 끊는 것이다. 예컨대, 광 디스크의 제조를 위한 마스터 몰드의 제조시, 또는 레티클이 만들어질 위치 사이로 웨이퍼의 이동시와 같이, 특히 표면 이동이 빠른 경우, 이러한 부착력의 해제에 큰 힘을 필요로 한다. 그러나, 층의 표면은 통상 매우 민감한 연질 저항층인 경우가 많다. 더욱이, 웨이퍼 스테퍼와 광 디스크 마스터링 장비와 같은 이미지 시스템은 통상 기계적 교란에 매우 민감하다. 동적 액침 시스템에서는 피하기 곤란한 액체와 기체의 이상류(two phase flow)는 통상 기계적 교란을 동반한다.
기계적 교란을 최소화하면서 표면에 손상을 주지 않고 얇은 액체층을 제거하기 위한 본 발명에 따른 구성 및 방법의 현재 가장 바람직한 실시예가 도 2 및 도 4에 도시되어 있다.
공기류(화살표 71, 72, 73)를 상기 층의 영역(74)으로 향하게 하여 물(91)이 그 영역(74)을 통과하지 못하도록 하기 위해 공기 유출 개구(70)가 제공된다. 본 실시예에 따르면, 공기 유출 개구는 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 공기 공급원(75)과 연통한다. 상기 공기 공급원(75)은 예컨대, 송풍기 또는 에어 펌프를 포함할 수 있으며, 압력하에서 공기가 저장되는 저장소를 포함할 수 있다. 공기 대신에, 상기 저장소는 특정 기체 또는 혼합 기체도 역시 저장할 수 있다. 또한, 밸브 또는 가열 와이어와 같은 공기 유량을 검출하기 위한 구성과, 측정된 유량과 소망의 유량 사이의 차에 따라 유량을 조절하는 컨트롤 밸브가 제공될 수 있다.
공기류는 광학계(9)에 대한 층(3)의 상대 이동 방향(30)에 반대되는 방향으로 층(3)을 따라 순 공기류가 야기되도록 충분히 높은 압력으로 공급되는 것이 바람직하다. 따라서, 층(3)으로부터 물이 끌어 당겨져서, 공기류(71)가 다른 방향(72,73)으로 분기되고, 또한 물이 구속되어 액침된 사이 영역(53)에 인접한 영역에 머물도록 하지 않고 액침된 사이 공간(53)으로부터 멀어지도록 하는 힘을 받는 영역(74)의 부분에 이르지 않도록 하는 것이 보장된다.
더욱이, 층(3)으로부터 물(91)을 흡인 제거(화살표 78, 79, 80)하기 위해, 공기 유출 개구(70) 및 그에 따라 영역(74)에 인접한 인입구(77)를 갖는 방출 채널(76)이 제공된다.
작동시, 층(3)의 영역(74)을 향하는 공기류(71-73)는, 물(91)과 층(3) 사이의 부착력을 끊고, 물이 상기 영역(74)으로 통과되지 않도록 충분히 높은 압력을 갖는 장벽을 형성하는 것에 의해, 물(91)이 상기 영역(74)을 통과하지 못하게 한다. 동시에, 상기 영역(74) 근처에서, 상기 영역(74)을 통과하지 못한 물(91)이 상기 방출 채널(76)을 통해 상기 층(3)으로부터 흡인 제거된다. 따라서, 상기 영역(74)의 부분에서 물을 층(3)으로부터 송풍 제거하는 것에 의해 물(91)을 층(3)으로부터 분리하는 초기 분리 과정이 상기 방출 채널(76)을 통한 물의 방출 후에 행해진다. 공기류에 의해 물(91)이 층(3)에서 분리되기 때문에, 층(3)에 손상이 가해질 위험은 실제로 없다.
공기류(71-73)가 통과되는 공기 유출 개구(70)는 슬릿이다. 이 슬릿은 특히 이 슬릿(70)의 적어도 일부가 상기 광학계(9)에 대한 층(3)의 이동 방향(30)에 대해 교차 연장하는 경우, 물(91)이 광학계(9)로부터 상기 영역(74) 너머로 배수되지 않도록 하는데 특히 효과적인 긴 영역을 따라 상기 공기류를 상기 층쪽으로 진행시키도록 한다. 상기 방향(30)으로 층(3)의 이동은 층(3)에 부착된 물을, 공기류(71-73)가 층(3)을 향해 진행되는 영역(74)에 도달할 때까지 견인 운반한다. 공기류(71-73)는 물(91)을 층(3)에서 분리되도록 하며, 분리된 물은 층(3)에서 흡인 제거된다.
도 3에 잘 보여지는 바와 같이, 공기 유출 개구(70)와 방출 채널(76)의 입입구(77)는 층(3)과 광학계(9) 렌즈중 최근접 렌즈(59) 사이에 물이 충전된 상태로 유지된 사이 공간(53) 주변으로 연장한다. 이는, 복수개의 유출 개구중 하나 이상으로부터 선택적으로 공기류를 진행시키거나, 유출 헤드를 렌즈계(9)의 광축을 중심으로 회전시켜 유출 개구를 액침된 사이 공간의 하류측 위치에 유지시키는 것과 같이, 보다 복잡하거나 및/또는 덜 확실한 대체 해법에 의존하지 않고, 층(3)이 이동되는 방향(층(3)에 나란한 방향)에 무관하게, 적용된 물(91)이 광학계(9) 아래 영역으로부터 확실히 빠져나가지 못하도록 한다. 공기 유출 슬릿(70)과 인입구 슬릿(77)의 원형 형태는 공기 유출시와 층(3)에서 물의 제거를 완료하는 흡인시 균일한 분배가 이루어지게 한다.
도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 방출 채널(76)은 방출 채널을 통한 흐름(78)을 유지시키는 진공원(81)에 연결되어 있다. 또한, 도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 방출 채널(76)은 층(3)으로부터 제거된 물이 공기류에서 분리되어 수집되거나 방출될 수 있는 집수부(water collector)(82)를 통해 연장한다.
공기류는 공기류가 유입되는 층(3)과 이 층을 마주하는 경계면(83) 사이의 사이 공간의 높이를 낮추는 것에 의해 감소될 수 있다. 즉, 이는 이상류(two phase flow) 시스템에서 야기되는 교란을 감소시키는데 유익하다. 그러나, 2㎛ 미만의 높이(flying height)는 매우 조밀한 공차를 필요로 한다. 그러므로, 공기류(71)는 (층(3)에서 수직으로 측정된) 폭이 적어도 2㎛, 바람직하게는 적어도 5㎛, 최대 100㎛, 그리고 바람직하게는 약 30㎛ 인 경계면(83)과 층(3) 사이의 사이 공간 안으로 유입된다.
물(91)은 층(3) 상에 소정 두께를 갖는 수막을 형성하며, 층(3)과 물이 방출되는 방출 채널(76) 상류측으로 상기 층(3)을 마주하는 표면(87)과의 사이의 사이 공간(86)은 상기 수막의 두께 보다 두껍다. 이로부터, 방출 채널(76)로 물이 용이하게 유동되며, 상기 영역(74) 너머로 물을 확실히 통과하지 못하도록 하기 위해 공급이 필요한 공기압이 감소된다. 비교적 적절한 공기 공급 유량에서의 물의 배수는 공기와 물이 상기 채널(67,70)을 통해 공급되는 총 유량 보다 높은 유량으로 물과 공기를 층(3)으로부터 흡입 제거하는 것에 의해서도 향상된다. 따라서, 채널(70)을 통해 공급되는 모든 또는 사실상 모든 공기는 물 쪽으로 유도되며, 비교적 적절한 공기 공급 압력은 모든 물을 방출 채널(76)로 유도하는 것을 보장하기에 충분한다. 방출 채널(76)은 물과 순 상류 가스류 보다 용량이 커서 공기-물의 계면에서의 혼란스런 튀는 현상(splashing)이 방지된다. 기판의 평면에서 기판의 이동 방향에 수직한 방향으로, 슬릿과 방출 채널(76)의 크기는 적어도 수막의 크기인 것이 바람직하다.
진공 채널에 인접하게 가스 공급 구멍을 제공하면 필요한 가스 압력을 낮출 수 있다. 본 시스템의 추가적인 장점은 대부분의 비고착성 입자도 제거 가능하다는 것이다.
일정하면서도 낮은 이동 높이는 제안된 기구를 공기 베어링에 장착하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 층(3)이 충분히 평편하다고 하면, 이로부터 층(3) 표면에 손상을 주지 않으면서 일정하고도 낮은 높이의 유지가 가능하다. 상기 제안된 기구는 공기 베어링 내에 일체로도 구성되어, 공기 베어링의 고압 채널을 활용하여 물을 층(3) 표면으로부터 흡인 제거할 수 있다.
공기 공급 채널(70)과 물 방출 채널(76)은 렌즈계(9)에 견고하게 연결된 소정 구조체를 통해 연장하여, 자동적으로 이동 높이가 일정하게 유지되도록 하는 것을 보장한다. 물 제거 시스템에서의 기계적 진동이 렌즈계(9)로 전달되는 것을 방지하기 위해서는, 특히, 공급된 공기에 의해, 층(3)과 이를 마주하는 표면(83) 사이의 거리가 완벽한 물의 배수를 보장하고 층(3) 표면과의 접촉을 방지하기에 적절한 범위 내에 확실히 유지되도록 하는 경우, 상기 공기 공급 채널(70)과 물 방출 채널(76)을 포함하는 구조체에 단지 취약 연결부(weak connection) 또는 축방향 유도부를 구비하는 것이 유익할 수 있다.

Claims (10)

  1. 층(3)의 조사 방법으로서,
    적어도 하나의 광학 요소(59)를 사용하여, 조사빔(7)을 상기 층(3) 상의 스폿(11)으로 유도하고 촛점을 맞추는 단계와,
    상기 층(3)의 다른 부분들에 연속적으로 조사가 행해지고, 상기 층(3)과 그 층에 최근접된 상기 적어도 하나의 광학 요소(59)의 표면과의 사이에 사이 공간(53)이 유지되도록, 상기 층(3)을 상기 적어도 하나의 광학 요소(59)에 대해 상대 이동시키는 단계와,
    상기 조사빔이 상기 층(3) 상의 스폿(11)으로 관통 조사되는 상기 사이 공간(53)의 적어도 일부를 공급 도관을 통해 공급되는 액체(91)로 충전된 상태로 유지하는 단계를 포함하며,
    상기 층(3)으로 가스(71-73)를 유입시키고, 상기 가스(71-73) 흐름에 인접한 상기 층(3)으로부터 공급된 액체(91)를 제거하는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스(71-73)는 상기 층(3)의 상기 이동 방향(30)과 반대로 상기 층(3)을 따른 방향으로 순 가스류(71-73)가 형성되기에 충분히 높은 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스(71-73)의 흐름은 폭이 적어도 2㎛, 바람직하게는 적어도 5㎛, 최대 100㎛, 그리고 바람직하게는 30㎛ 인 경계면(83)과 상기 층(3) 사이의 사이 공간 안으로 유입되는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액체(91)는 상기 층(3) 상에 소정 두께를 갖는 액체막을 형성하며, 상기 층(3)과 액체가 방출되는 영역의 상류측으로 상기 층(3)을 마주하는 표면(87)과의 사이의 사이 공간(86)은 상기 액체막의 두께 보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  5. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체(91)와 가스는 상기 가스류(71-73)와 상기 액체(91) 공급의 총 유량 보다 큰 유량으로 상기 층(3)으로부터 끌어 당겨지는 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  6. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스(71-73)는 공기인 것을 특징으로 하는 조사 방법.
  7. 층(3)으로 조사를 유도하는 장치로서,
    조사 발생원(33)으로부터 발생하는 조사 빔(7)을 상기 층(3) 상의 스폿(11)에 촛점을 맞추는 적어도 하나의 광학 요소(59)와,
    상기 층(3)의 다른 부분들에 연속적으로 조사가 행해지고, 상기 층(3)과 상기 스폿(11)에 최근접된 상기 적어도 하나의 광학 요소(59)의 표면과의 사이에 사이 공간(53)이 유지되도록, 상기 층(3)을 상기 적어도 하나의 광학 요소(59)에 대해 상대 이동시키는 변위 구조체와,
    작동시 상기 조사빔이 상기 층(3) 상의 스폿(11)을 관통 조사하는 상기 사이 공간(53)의 적어도 일부에 액체(91)를 공급하는 유출 개구를 포함하며,
    가스류(71-73)를 상기 층(3)으로 유도하는 가스 유출 개구(70)와, 이 가스 유출 개구(70) 근처에 배치되어, 상기 층(3)으로부터 액체(91)를 흡인 제거하는, 인입구(77)를 갖는 방출 채널(76)을 구비한 것을 특징으로 하는 조사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가스류(71-73)를 안내하는 상기 가스 유출 개구(70)는 슬릿인 것을 특징으로 하는 조사 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 방출 채널(76)은 진공원(81)과 연통된 것을 특징으로 하는 조사 장치.
  10. 제7항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유출 개구(70)와 상기 방출 채널(76)의 인입구(77)는 상기 사이 공간(53) 둘레로 연장하는 것을 특징으로 하는 조사 장치.
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