KR20090068159A - 침지 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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쇼에르트 니콜라스 람베르투스 돈더스
크리스티안 바그너
로지어 헨드리쿠스 막달레나 코르티에
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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

리소그래피 장치는 리소그래피 장치의 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 기판 사이에 침지 액체를 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템, 및 제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 기판 테이블을 가속하는 가속 프로파일을 수행하기 위해 기판 테이블을 구동하도록 배치되는 제어 시스템을 포함한다. 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 가속 프로파일에 따라 기판 테이블이 가속되는 경우에 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮도록 치수화된다.

Description

침지 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{IMMERSION LITHOGRAPHIC APPARATUS AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 리소그래피 장치, 리소그래피 투영 방법 및 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟부 상에 원하는 패턴을 적용시키는 기계이다. 리소그래피 장치는, 예를 들어 집적 회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 이러한 경우, 대안적으로 마스크 또는 레티클이라 칭하는 패터닝 디바이스가 IC의 개별층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 (예를 들어, 1 개 또는 수개의 다이의 부분을 포함하는) 타겟부 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 상으로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟부들의 네트워크를 포함할 것이다. 종래의 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 스캐닝 하는 한편, 이 방향과 평행한 방향(같은 방향으로 평행한 방향) 또는 역-평행한 방향(반대 방향으로 평행한 방향)으로 기판을 동기적으로 스캐닝함으로써 각각의 타겟부가 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써, 패터닝 디바이스에서 기판으로 패턴을 전사하는 것이 가능하다.
투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 리소그래피 투영 장치 내의 기판을 침지시키는 것이 제안되었다. 이것의 요점은, 노광 방사선이 액체 내에서 더 짧은 파장을 가질 것이기 때문에 더 작은 피처들의 이미징을 가능하게 한다는 것이다[또한, 액체의 효과는 시스템의 유효 NA를 증가시키는 것으로 간주될 수 있으며, 초점 심도(depth of focus)를 증가시키는 것으로 간주될 수도 있다]. 그 안에 고체 입자(예를 들어, 석영)가 부유(suspend)하고 있는 물을 포함한 다른 침지 액체들이 제안되었다.
하지만, 기판 또는 기판과 기판 테이블을 액체 배스(bath of liquid) 내에 담근다는 것(예를 들어, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 미국 특허 제 4,509,852호 참조)은, 스캐닝 노광시 대량의 액체(large body of liquid)가 가속화되어야 한다는 것을 의미한다. 이는 강력한 추가 또는 더 많은 모터들을 필요로 할 수 있으며, 액체 내의 난류(turbulence)는 바람직하지 않고 예측 불가능한 영향들을 초래할 수 있다.
제시된 해결책들 중 하나는, 액체 공급 시스템이 액체 한정 시스템을 이용하 여 기판의 국부화된 영역 및 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이에만 액체를 제공하는 것이다(일반적으로, 기판은 투영 시스템의 최종 요소보다 큰 표면적을 갖는다). 이처럼 배치하기 위해 제안된 한가지 방식이 국제 특허 출원 공개공보 WO 99/49504에 개시되며, 이는 본 명세서에서 그 전문이 인용참조된다. 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 액체는 1 이상의 유입구(IN)에 의해 기판 상으로, 바람직하게는 최종 요소에 대한 기판의 이동 방향을 따라 공급되고, 투영 시스템 아래로 통과한 이후에 1 이상의 유출구(OUT)에 의해 제거된다. 즉, 기판이 -X 방향으로 요소 밑에서 스캐닝됨에 따라, 액체는 요소의 +X 측에 공급되고 -X 측에서 흡수(taken up)된다. 도 2는 액체가 유입구(IN)를 통해 공급되고, 저압 소스에 연결되어 있는 유출구(OUT)에 의해 요소의 다른 측에서 흡수되는 장치를 개략적으로 도시한다. 도 2의 예시에서, 액체는 최종 요소에 대해 기판의 이동 방향을 따라 공급되지만, 반드시 이와 같을 필요는 없다. 최종 요소 주변에 위치되는 다양한 방위 및 개수의 유입구 및 유출구가 가능하며, 양쪽에 유출구를 갖는 유입구의 4 개의 세트가 최종 요소 주변에 규칙적인 패턴으로 제공되는 일 예시가 도 3에서 설명된다.
제안된 또 다른 해결책은, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 테이블 사이의 공간의 경계의 전체 또는 일부분을 따라 연장되는 시일 부재(seal member)를 액체 공급 시스템에 제공하는 것이다. 이러한 해결책은 도 4에 예시되어 있다. 시일 부재는 Z 방향(광학 축선의 방향)으로 약간의 상대 이동이 있을 수 있지만, XY 평면에서는 투영 시스템에 대해 실질적으로 정지 상태이다. 시일 부재와 기판의 표 면 사이에 시일이 형성된다. 시일은 가스 시일과 같은 무접촉 시일인 것이 바람직하다. 가스 시일을 갖는 이러한 시스템은, 본 명세서에서 그 전문이 인용참조되는 유럽 특허 출원 제 03252955.4에 개시되어 있다.
또 다른 장치가 도 5에 도시되어 있다. 저수부(reservoir: 10)는, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 표면 사이의 공간을 채우기 위해 액체가 한정되도록 투영 시스템의 이미지 필드 주위에 기판에 대한 무접촉 시일을 형성한다. 저수부는 투영 시스템(PL)의 최종 요소 아래에, 그리고 그것을 둘러싸서 위치된 시일 부재(12)에 의해 형성된다. 투영 시스템 밑의 공간 및 시일 부재(12) 내의 공간으로 액체(11)가 유입된다. 시일 부재(12)는 투영 시스템의 최종 요소 위로 약간 연장될 수 있으며, 액체 레벨이 상기 최종 요소 위로 솟아올라 액체의 버퍼(buffer)가 제공된다. 시일 부재(12)는, 상단부(upper end)에서 투영 시스템 또는 그 최종 요소의 형상에 꼭 일치하고(conform), 예를 들어 원형일 수 있는 내부 주변부(inner periphery)를 갖는다. 저부에서, 내부 주변부는 이미지 필드의 형상, 예를 들어 직사각형에 꼭 일치하지만, 반드시 그러한 경우인 것은 아니다.
액체(11)는 시일 부재(12)의 저부와 기판(W)의 표면 사이의 가스 시일(16)에 의해 저수부 내에 한정된다. 가스 시일은 압력을 받아 유입구(15)를 통해 시일 부재(12)와 기판 사이의 갭(gap)에 제공되고 제 1 유출구(14)를 통해 추출(extract)되는 가스, 예를 들어 공기 또는 합성 공기(synthetic air)에 의해 형성되지만, 바람직하게는 N2 또는 또 다른 비활성 기체(inert gas)에 의해 형성된다. 가스 유입 구(15) 상의 과압력(overpressure), 제 1 유출구(14) 상의 진공 레벨 및 갭의 지오메트리(geometry)는, 안쪽에 액체를 한정시키는 고속 공기 흐름(high-velocity air flow)이 존재하도록 구성된다.
도 5에 따른 구성에서, 작동시 가스 시일(16)에 의해 공기 베어링(air bearing)이 형성되며, 상기 공기 베어링은 기판(W)에 대해 시일 부재(12)를 이끈다(guide). 본 명세서에서, 공기 베어링이라는 용어는 반드시 공기의 적용을 내포하는 것은 아니며, 그 대신에 앞서 설명된 바와 같이 다른 가스들 또는 가스 혼합물들이 사용될 수도 있다. 공기 베어링은 도 5에 나타낸 저수부(10)가 기판(W)에 대하여 이동할 수 있게 한다. 따라서, 기판(W)에 대해 저수부(10)를 변위시킴으로써, 기판의 상이한 부분이 액체(11)와 접촉하게 되고, 기판(W)의 그 부분을 조명하기 위해 투영 렌즈(PL) 아래에 위치된다.
침지 리소그래피에서, 침지 액체는 저수부로부터 누출될 수 있다. 침지 액체의 누출은 여러 가지 바람직하지 않은 영향들을 초래할 수 있다. 일 예시로서, 침지 액체의 웨이퍼 상으로의 누출은 웨이퍼의 얼룩 및 오염을 유도할 수 있다. 리소그래피에서, 리소그래피 장치의 스루풋(throughput)은 증가하는 경향이 있으며, 이는 다른 인자들 중에서 스캐닝 속력들을 증가시키며, 이에 따라 대응하는 스테이지 가속을 증가시키기 쉽다. 이러한 보다 높은 가속의 결과로서, 침지 액체의 누출 위험이 증가하기 쉽다.
유럽 특허 출원 제 03257072.3에, 트윈(twin) 또는 듀얼(dual) 스테이지 침지 리소그래피 장치의 개념이 개시되어 있다. 이러한 장치에는 기판을 지지하는 2 개의 스테이지가 제공된다. 침지 액체가 없는 제 1 위치에서의 스테이지를 이용하여 레벨링 측정(leveling measurement)들이 수행되고, 침지 액체가 존재하는 제 2 위치에서의 스테이지를 이용하여 노광이 수행된다. 대안적으로, 상기 장치는 하나의 스테이지만을 갖는다.
작동시 침지 액체의 누출 또는 유출(spillage)을 최소화하거나 완전히 방지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템, 및 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체를 포함하는 리소그래피 장치가 제공된다. 패터닝 디바이스는 패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있다. 또한, 상기 장치는 기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블, 기판의 타겟부 상에 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템, 및 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 기판 사이에 침지 액체를 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템을 포함한다. 또한, 상기 장치는 제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 기판 테이블을 가속하는 가속 프로파일(acceleration profile)을 수행하기 위해 기판 테이블을 구동하도록 구성된 제어 시스템을 포함한다. 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 기판 테이블이 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 침지 액체의 메니스커스(meniscus)를 깨뜨리는(break) 힘이 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투영 시스템을 이용하여 기판의 타겟부 상에 패터닝 디바이스로부터의 패턴을 투영하는 단계, 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 기판의 타겟부 사이에 침지 액체를 공급하는 단계, 제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 가속 프로파일에 따라 기판을 가속하는 단계, 및 기판의 다음 타겟부에 대해 투영하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 리소그래피 투영 방법이 제공된다. 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 기판 테이블이 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 투영 시스템을 이용하여 기판의 타겟부 상에 패터닝 디바이스로부터의 패턴을 투영하는 단계, 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 기판의 타겟부 사이에 침지 액체를 공급하는 단계, 제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 가속 프로파일에 따라 기판을 가속하는 단계, 및 기판의 다음 타겟부에 대해 투영하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 또한, 상기 방법은 조사된 기판을 현상하는 단계, 및 현상된 기판으로부터 디바이스를 제조하는 단계를 포함한다. 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 기판 테이블이 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 도시한다. 상기 장치는 방사선 빔(B)(예를 들어, UV 방사선 또는 여하한의 다른 적절한 방사선)을 컨디셔닝하도록 구성된 조명 시스템(일루미네이터)(IL), 및 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 패터닝 디바이스를 정확히 위치시키도록 구성된 제 1 위치설정 디바이스(PM)에 연결된 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT)를 포함한다. 또한, 상기 장치는 기판(예를 들어, 레지스트-코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 소정 파라미터들에 따라 기판을 정확히 위치시키도록 구성된 제 2 위치설정 디바이스(PW)에 연결된 기판 테이블(예를 들어, 웨이퍼 테이블)(WT) 또는 "기판 지지체"를 포함한다. 또한, 상기 장치는 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, 자기, 전자기, 정전기 또는 다른 타입의 광학 구성요소들, 또는 여하한의 그 조합과 같은 다양한 타입들의 광학 구성요소들을 포함할 수 있다.
마스크 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 지지, 즉 그 무게를 견딘다. 이는 패터닝 디바이스의 방위, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예를 들어 패터닝 디바이스가 진공 환경에서 유지되는지의 여부와 같은 다른 조건들에 의존하는 방식으로 패터닝 디바이스를 유지한다. 마스크 지지 구조체는 패터닝 디바이스를 유지하기 위해 기계적, 진공, 정전기, 또는 다른 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 마스크 지지 구조체는, 예를 들어 필요에 따라 고정되거나 이동가능할 수 있는 프레임 또 는 테이블일 수 있다. 마스크 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 타겟부 내의 원하는 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것을 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사선 빔에 부여된 패턴은 집적 회로와 같이 타겟부에 생성될 디바이스 내의 특정 기능 층에 해당할 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(catadioptric), 자기, 전자기 및 정전기 광학 시스템, 또는 여하한의 그 조합을 포함하는 여하한 타입의 투영 시스템을 내포하는 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 개(듀얼 스테이지) 이상의 기판 테이블 또는 "기판 지지체"(및/또는 2 이상의 마스크 테이블 또는 "마스크 지지체")를 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는 추가 테이블 또는 지지체가 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 1 이상의 테이블 또는 지지체가 노광에 사용되고 있는 동안 1 이상의 다른 테이블 또는 지지체에서는 준비작업 단계가 수행될 수 있다.
또한, 리소그래피 장치는 투영 시스템과 기판 사이의 공간을 채우기 위해서, 기판의 전체 또는 일부분이 비교적 높은 굴절률을 갖는 액체, 예컨대 물로 덮일 수 있는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 침지 액체는 리소그래피 장치 내의 다른 공간 들, 예를 들어 마스크와 투영 시스템 사이에도 적용될 수 있다. 침지 기술은 투영 시스템의 개구수(numerical aperture)를 증가시키는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "침지"라는 용어는 기판과 같은 구조체가 액체 내에 담그어져야 함을 의미하는 것이라기보다는, 노광시 액체가 투영 시스템과 기판 사이에 놓이기만 하면 된다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하면, 일루미네이터(IL)는 방사선 소스(SO)로부터 방사선 빔을 수용한다. 예를 들어, 상기 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, 상기 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 상기 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.
상기 일루미네이터(IL)는 방사선 빔의 각도 세기 분포를 조정하도록 구성된 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 일루미네이터의 퓨필 평면 내의 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(IN) 및 콘덴서(CO)와 같이, 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수도 있다. 일루미네이터는 방사선 빔의 단면에 원하는 균일성(uniformity) 및 세기 분포를 갖기 위해, 방사선 빔을 컨디셔닝하는데 사용될 수 있다.
상기 방사선 빔(B)은 마스크 지지 구조체(예를 들어, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예를 들어, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스에 의해 패터닝된다. 상기 마스크(MA)를 가로질렀으면, 상기 방사선 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하여 기판(W)의 타겟부(C) 상에 상기 빔을 포커스한다. 제 2 위치설정 디바이스(PW) 및 위치 센서(IF)(예를 들어, 간섭계 디바이스, 리니어 인코더 또는 용량성 센서)의 도움으로, 기판 테이블(WT)은 예를 들어 방사선 빔(B)의 경로 내에 상이한 타겟부(C)들을 위치시키도록 정확하게 이동될 수 있다. 이와 유사하게, 제 1 위치설정 디바이스(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 마스크(MA)를 정확히 위치시키는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 마스크 테이블(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 위치설정 디바이스(PM)의 일부분을 형성한다. 이와 유사하게, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"의 이동은 장-행정 모듈 및 단-행정 모듈을 이용하여 실현될 수 있으며, 이는 제 2 위치설정 디바이스(PW)의 일부분을 형성한다. (스캐너와는 대조적으로) 스테퍼의 경우, 마스크 테이블(MT)은 단-행정 액추에이터에만 연결되거나 고정될 수 있다. 마스크(MA) 및 기판(W)은 마스크 정렬 마크들(M1 및 M2) 및 기판 정렬 마크들(P1 및 P2)을 이용하여 정렬될 수 있다. 비록, 예시된 기판 정렬 마크들은 지정된(dedicated) 타겟부들을 차지하고 있지만, 그들은 타겟부들 사이의 공간들 내에 위치될 수도 있다[이들은 스크라이브-레인 정렬 마크(scribe-lane alignment mark)들로 알려져 있다]. 이와 유사하게, 마스크(MA) 상에 1 이상의 다이가 제공되는 상황들에서, 마스크 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 1 이상에서 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체", 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 기본적으로 정지 상태로 유지되는 한편, 방사선 빔에 부여되는 전체 패턴은 한번에 타겟부(C) 상에 투영된다[즉, 단일 정적 노광(single static exposure)]. 그 후, 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 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, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체", 및 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"는 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안에 동기적으로 스캐닝된다[즉, 단일 동적 노광(single dynamic exposure)]. 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체"에 대한 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"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, 마스크 테이블(MT) 또는 "마스크 지지체"는 프로그램가능한 패터닝 디바이스를 유지하여 기본적으로 정지된 상태로 유지되며, 방사선 빔에 부여된 패턴이 타겟부(C) 상에 투영되는 동안 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"가 이동되거나 스캐닝된다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스화된 방사선 소스(pulsed radiation source)가 채택되며, 프로그램가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT) 또는 "기판 지지체"가 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.
침지 리소그래피에서, 침지 액체의 누출을 실질적으로 감소시키고 완전히 방지하기 위해, 공기 나이프(air knife)의 사용, 침지 액체 누출의 (진공) 흡입(suction), 기판 표면과 액체 공급 시스템(LSS)(도 1 참조) 사이의 갭을 가능한 한 좁게 유지하는 것 등과 같은 많은 해결책들이 적용될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 스테이지의 가속도 및 이에 따른 액체 공급 시스템(LSS)에 대한 기판 표면의 가속도가 높을수록, 침지 액체의 누출 위험이 높다.
침지 적용들에서, 메니스커스에 의한 침지 액체의 손실은, 예를 들어 액체 공급 시스템과 기판의 표면 사이의 갭에서의 침지 액체의 메니스커스에 작용하는 힘들의 힘 평형에 의해 결정된다:
모세관 압력(Capillary pressure) + 대기 저항(Airdrag)
= 유동 점도(Flow viscosity) + 유동 관성(Flow inertia) + 침지 액주 관성(Immersion liquid column inertia)
이는 더 상세한 수학적 공식으로 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112008087411878-PAT00001
이때:
f1..f5는 액체 공급 시스템 디자인에 의존하는 무차원 상수(dimensionless constant)들이고;
γliquid, ρliquid, ηliquid는 각각 침지 액체(예를 들어, 물)의 표면 장력, 밀도 및 점도를 나타내며;
ηgas, Vgas는 각각 대기 저항 가스(예를 들어, 공기 또는 N2)의 점도 및 속력을 나타내고;
θrec는 침지 액체와 표면의 후진 접촉 각도(receding contact angle)이며;
a, Vscan은 각각 웨이퍼 스테이지 가속도 및 스캔 속력이고;
h는 액체 공급 시스템의 저부와 기판 간의 거리이며;
L은 침지 액주의 길이(댐퍼 길이: damper length)이다.
모세관 압력은 메니스커스의 모세관 힘들로서 이해될 수 있다. 대기 저항은 메니스커스를 따라 흐르는 가스의 저항으로서 이해될 수 있으며, 상기 가스 흐름은 예를 들어 가능한 가스 누출을 제거하는 가스 흡입 시스템에 의해 제공된다. 남은 세 힘들은, 액체 공급 시스템과 기판이 서로에 대해 이동하는 경우에 일어나는 침지 액체의 흐름에 관한 것이다. 유동 점도는 기판의 표면을 따라 침지 액체의 흐름 방향을 변화시키는데 필요한 힘으로서 이해될 수 있으며, 이 흐름은 메니스커스에 도달하면 방향을 바꿔야 한다. 유동 관성은 기판의 표면을 따른 침지 액체의 흐름에서의 운동 에너지에 의한 관성으로서 이해될 수 있다. 침지 액주 관성은 침지 액체를 흐르게 하는데 필요한 힘으로서 이해될 수 있다.
앞선 수학적 공식(수학식 1)의 왼편은 메니스커스를 유지하는 힘들의 합을 함께 표현하는 한편, 수학식의 오른편은 메니스커스를 붕괴시키려는 경향이 있는 힘들의 합을 표현한다. 그러므로, 수학식의 왼편에 나타낸 힘들은 침지 액체의 누출을 회피하려는 경향이 있는 한편, 수학식의 오른편에 나타낸 힘들은 메니스커스를 붕괴시키려는 경향이 있으며, 이는 침지 액체의 누출 위험을 발생시킬 수 있다. 침지 액체의 누출은 리소그래피 장치의 작동시 왼편의 힘들의 합이 앞선 수학식의 오른편의 힘들의 합과 같거나 그보다 크게 유지될 것을 보장함으로써 방지될 수 있다.
이제 스테이지의 가속시 문제가 일어날 수 있으며, 이는 기판 테이블에 의해 유지된 기판의 액체 공급 시스템에 대한 표면 가속을 유도한다. 이는 이제 도 6a 및 도 6b를 참조하여 예시될 것이다. 도 6a 및 도 6b는 스테이지(및 이에 따른 기 판의 표면)를 가속하는 가속 프로파일을 예시한다. 액체 공급 시스템이 상대적으로 정지 상태이기 때문에, 가속 프로파일은 액체 공급 시스템에 대한 기판 표면의 가속 프로파일로 간주될 수도 있다.
시간에 대한 가속도를 도시한 도 6a의 상부 다이어그램에서 알 수 있는 바와 같이, 시간 대칭적인 가속 프로파일이 제공된다. 시간에 대한 결과적인 스캐닝 속력의 속도 프로파일은 제 2 다이어그램에 도시된다. 제 3 다이어그램에서는, 앞선 수학식들에 따라 결정된 바와 같이 대응하는 침지 액체 압력들이 도시된다. 앞선 수학식에서 알 수 있는 바와 같이, 유동 점도는 스캐닝 속력에 의존하며, 유동 관성은 스캐닝 속력의 제곱에 의존하는 한편, 침지 액주 관성은 가속도에 의존한다. 도 6a의 제 3 그래프는 메니스커스에 대한 총 압력(ptot)(즉, 수학식의 오른편에 있는 3 항들의 합), 속도 의존적인 유동 점도 및 유동 관성의 기여도(contribution)(도 6a에서 pv로 나타냄), 및 가속도 의존적인 액주 관성의 기여도(도 6a에서 pa로 나타냄)를 도시한다. 도 6a에서 최대 압력은 pmax로 나타낸다. 메니스커스를 유지하는 힘들(즉, 수학식의 왼편)의 최대 압력(즉, 수학식의 오른편)에 의한 여하한의 초과는, 수학식의 오른쪽 항이 왼쪽 항을 초과하기 때문에 메니스커스의 붕괴를 유도할 것이다. 오른편 항들에 의한 총 압력이 최대 압력보다 낮게 유지되는 한, 수학식의 오른편에 있는 항들로 인한 메니스커스의 붕괴가 방지되어야 한다. 이와 같은 것으로서, 침지 액체의 누출을 회피하기 위해 가속도 및 속도가 제한되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6b에 도시된 바와 같이 시간 비대칭적인 가속 프로파일이 제공된다. 여기에서는, 가속도가 감소하는 단계(phase)(절대값이 떨어짐)가 (절대값에 있어서) 가속도가 증가하는 단계보다 실질적으로 더 길다. 가속도 관련 압력 기여도의 최대치는 속도 관련 압력이 여전히 낮은 시점에 위치되며, 이는 속도가 그 시점에 낮기 때문이다. 다시 말하면, 속도가 여전히 낮은 시점에 가속도의 감소가 시작되고, 이는 가속도 의존적이고 속도 의존적인 압력 기여도들의 합의 최대치가 비교적 더 낮게 유지되게 한다. 결과로서, 가속 프로파일 동안 총 압력은 일정한 스캐닝 속력에서의, 즉 가속도가 실질적으로 0이어서 기판 테이블의 속력 변화들 동안의 메니스커스의 붕괴 위험이 실질적으로 감소되거나 완전히 방지될 수 있는 경우의 총 압력보다 낮거나 그와 실질적으로 같은 최대치로 유지된다. 가속 프로파일에 따라 이동하기 위해 기판 테이블의 스캐닝 동작은 제어 시스템(CS)(도 1 참조)에 의해 제어될 수 있다. 이에 따라 앞선 내용은 제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로의 가속을 위해 제공되는 비대칭적인 가속 프로파일의 일 예시를 제공하며, 상기 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭적이고, 가속 프로파일에 따라 기판 테이블이 가속되는 경우에 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화된다. 특정 상황의 치수화에 따라, 다양한 실시예들에서 가속도의 증가율은 절대적인 의미로 감소율을 10 % 이상, 25 % 이상, 실질적으로 30 % 또는 여하한의 적절한 값만큼 초과할 수 있다. 또한, 도 6b에 나타낸 실시예에서 가속도 증가 단계와 가속도 감소 단계 사이의 시간 지속은 가속도 증가와 가속도 감 소 단계들 각각의 시간 길이보다 작게 유지될 수 있다는 것을 유의한다. 또한, 도 6a 및 도 6b의 예시들의 가속 프로파일들은 동일한 총 시간 지속을 갖지만, 반드시 이러한 경우인 것은 아니다. 가속도가 감소하는 단계의 더 긴 지속이, 예를 들어 총 시간 지속을 더 길게 할 수 있다.
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 이 해할 것이다. 임프린트 리소그래피에서, 패터닝 디바이스 내의 토포그래피(topography)는 기판 상에 생성된 패턴을 정의한다. 패터닝 디바이스의 토포그래피는 전자기 방사선, 열, 압력 또는 그 조합을 인가함으로써 레지스트가 경화되는 기판에 공급된 레지스트 층으로 가압될 수 있다. 패터닝 디바이스는 레지스트가 경화된 후에 그 안에 패턴을 남기는 레지스트로부터 이동된다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 (예를 들어, 365, 248, 193, 157 또는 126 nm, 또는 그 정도의 파장을 갖는) 자외(UV)방사선 및 (예를 들어, 5 내지 20 nm 범위 내의 파장을 갖는) 극자외(EUV)방사선뿐만 아니라, 이온 빔 또는 전자 빔과 같은 입자 빔을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다.
본 명세서가 허용하는 "렌즈"라는 용어는, 굴절, 반사, 자기, 전자기 및 정전기 광학 구성요소들을 포함하는 다양한 형태의 광학 구성요소들 중 어느 하나 또는 그 조합으로 언급될 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예가 설명되었지만 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명은 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.
앞선 서술내용은 예시를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 아래에 설명되는 청구항들의 범위를 벗어나지 않고 서술된 본 발명에 대 한 변형예가 행해질 수도 있음을 이해할 것이다.
이하 대응하는 참조 부호들이 대응하는 부분들을 나타내는 첨부된 개략적인 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명의 실시예들을 설명할 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예가 제공될 수 있는 리소그래피 장치를 도시하는 도면;
도 2 및 도 3은 종래의 리소그래피 투영 장치에서 사용되는 액체 공급 시스템을 도시하는 도면;
도 4는 종래의 또 다른 리소그래피 투영 장치에 따른 액체 공급 시스템을 도시하는 도면;
도 5는 종래의 또 다른 리소그래피 투영 장치에 따른 액체 공급 시스템을 도시하는 도면; 및
도 6a 및 도 6b는 각각 현재의 기술 수준 및 본 발명의 일 실시예에 따른 시간에 대한 기판 테이블 가속도, 기판 테이블 속도 및 침지 액체 메니스커스 압력의 그래프를 도시하는 도면이다.

Claims (18)

  1. 리소그래피 장치에 있어서:
    방사선 빔을 컨디셔닝(condition)하도록 구성된 조명 시스템;
    패터닝된 방사선 빔을 형성하기 위해 상기 방사선 빔의 단면에 패턴을 부여할 수 있는 패터닝 디바이스를 지지하도록 구성된 지지체;
    기판을 유지하도록 구성된 기판 테이블;
    상기 기판의 타겟부 상에 상기 패터닝된 방사선 빔을 투영하도록 구성된 투영 시스템;
    상기 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소(downstream optical element)와 상기 기판 사이에 침지 액체를 공급하도록 구성된 액체 공급 시스템; 및
    제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 상기 기판 테이블을 가속하는 가속 프로파일(acceleration profile)을 수행하기 위해 상기 기판 테이블을 구동하도록 구성된 제어 시스템을 포함하며, 상기 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 상기 기판 테이블이 상기 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 상기 침지 액체의 메니스커스(meniscus)를 깨뜨리는(break) 힘이 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화되는 리소그래피 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘은 상기 침지 액체의 메니스커스의 모세관 압력(capillary pressure)과 대기 저항 압력(airdrag pressure)의 합을 포함하고, 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘은 상기 액체 공급 시스템 내의 상기 침지 액체의 메니스커스의 유동 점도 압력(flow viscosity pressure), 유동 관성 압력(flow inertia pressure) 및 액주 관성 압력(water column inertia pressure)의 합을 포함하는 리소그래피 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일은 증가율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 증가하는 제 1 단계(phase), 및 감소율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 감소하는 제 2 단계를 포함하고, 상기 증가율은 상기 감소율을 10 % 이상 초과하는 리소그래피 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 25 % 이상 초과하는 리소그래피 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 실질적으로 30 % 초과하는 리소그래피 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일은 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계 사이에 제 3 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 단계에서의 가속도는 실질적으로 일정하며, 상기 제 3 단계의 시간 길이는 상기 제 1 및 제 2 단계들의 시간 길이보다 작은 리소그래피 장치.
  7. 리소그래피 투영 방법에 있어서:
    투영 시스템을 이용하여 기판의 타겟부 상에 패터닝 디바이스로부터의 패턴을 투영하는 단계;
    상기 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 상기 기판의 타겟부 사이에 침지 액체를 공급하는 단계;
    제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 가속 프로파일에 따라 상기 기판을 가속하는 단계; 및
    상기 기판의 다음 타겟부에 대해 상기 투영하는 단계를 반복하는 단계를 포함하며, 상기 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 기판 테이블이 상기 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 상기 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화되는 리소그래피 투영 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘은 상기 침지 액체의 메니스커스 의 모세관 압력과 대기 저항 압력의 합을 포함하고, 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘은 상기 액체 공급 시스템 내의 상기 침지 액체의 메니스커스의 유동 점도 압력, 유동 관성 압력 및 액주 관성 압력의 합을 포함하는 리소그래피 투영 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일의 제 1 단계에서 증가율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 증가하고, 제 2 단계에서 감소율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 감소하며, 상기 증가율은 상기 감소율을 10 % 이상 초과하는 리소그래피 투영 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 25 % 이상 초과하는 리소그래피 투영 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 실질적으로 30 % 초과하는 리소그래피 투영 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일은 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계 사이에 제 3 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 단계에서의 가속도는 실질적으로 일정하며, 상기 제 3 단계의 시간 길이는 상기 제 1 및 제 2 단계들의 시간 길이보다 작은 리소그래피 투영 방법.
  13. 디바이스 제조 방법에 있어서:
    투영 시스템을 이용하여 기판의 타겟부 상에 패터닝 디바이스로부터의 패턴을 투영하는 단계;
    상기 투영 시스템의 다운스트림 광학 요소와 상기 기판의 타겟부 사이에 침지 액체를 공급하는 단계;
    제 1 방향으로의 제 1 속도로부터 제 2 방향으로의 제 2 속도로 가속 프로파일에 따라 상기 기판을 가속하는 단계;
    상기 기판의 다음 타겟부에 대해 상기 투영하는 단계를 반복하는 단계;
    상기 조사된 기판을 현상하는 단계; 및
    상기 현상된 기판으로부터 디바이스를 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 가속 프로파일은 시간에 있어서 비대칭이고, 기판 테이블이 상기 가속 프로파일에 따라 가속되는 경우에 상기 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘이 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘보다 낮게 유지되도록 치수화되는 디바이스 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 침지 액체의 메니스커스를 깨뜨리는 힘은 상기 침지 액체의 메니스커스의 모세관 압력과 대기 저항 압력의 합을 포함하고, 상기 침지 액체의 메니스커스를 유지하는 힘은 상기 액체 공급 시스템 내의 상기 침지 액체의 메니스커스의 유동 점도 압력, 유동 관성 압력 및 액주 관성 압력의 합을 포함하는 디바이스 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일의 제 1 단계에서 증가율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 증가하고, 제 2 단계에서 감소율을 갖는 절대적인 의미로 상기 가속도가 감소하며, 상기 증가율은 상기 감소율을 10 % 이상 초과하는 디바이스 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 25 % 이상 초과하는 디바이스 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 증가율은 상기 감소율을 실질적으로 30 % 초과하는 디바이스 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 가속 프로파일은 상기 제 1 단계와 상기 제 2 단계 사이에 제 3 단계를 더 포함하고, 상기 제 3 단계에서의 가속도는 실질적으로 일정하며, 상기 제 3 단계의 시간 길이는 상기 제 1 및 제 2 단계들의 시간 길이보다 작은 디바이스 제조 방법.
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