KR20110065398A - 리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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에이에스엠엘 네델란즈 비.브이.
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Abstract

액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템, 및 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 액침 리소그래피 장치를 개시한다.

Description

리소그래피 장치 및 디바이스 제조 방법{A LITHOGRAPHIC APPARATUS AND A DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 리소그래피 장치 및 리소그래피 장치를 사용하는 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
리소그래피 장치는 기판 상에, 통상적으로는 기판의 타겟 영역 상에 원하는 패턴을 부여하는 장치이다. 리소그래피 장치는 예컨대 집적회로(IC)의 제조시에 사용될 수 있다. 그 경우, 마스크 또는 레티클(reticle)로 지칭되는 패터닝 디바이스가 집적회로의 각각의 층 상에 형성될 회로 패턴을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이 패턴은 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상의 타겟 영역(예컨대, 하나의 다이(die)의 일부분, 하나의 다이, 또는 여러 개의 다이를 포함함) 상으로 전사(transfer)될 수 있다. 패턴의 전사는 통상적으로 기판 상에 제공된 방사선-감응재(레지스트)층 위로의 이미징(imaging)을 통해 수행된다. 일반적으로, 단일 기판은 연속하여 패터닝되는 인접한 타겟 영역들의 네트워크를 포함할 것이다. 공지된 리소그래피 장치는, 전체 패턴을 타겟 영역 상으로 한번에 노광함으로써 각각의 타겟 영역이 조사(照射)되는 소위 스테퍼(stepper), 및 방사 빔을 통해 주어진 방향("스캐닝"-방향)으로 패턴을 스캐닝하는 한편, 이 방향과 평행한 방향 또는 역-평행 방향으로 기판을 동시에 스캐닝함으로써 각각의 타겟 영역이 조사되는 소위 스캐너를 포함한다. 또한, 기판 상에 패턴을 임프린트(imprint)함으로써 패터닝 디바이스로부터 기판으로 패턴을 전사할 수도 있다.
리소그래피 투영 장치 내의 기판을 물과 같은 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 액체에 액침(immersion)시켜 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 공간을 채우도록 하는 것이 제안되어 있다. 일 실시예에서, 액체는 증류수이지만, 다른 액체가 사용될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 액체와 관련하여 설명될 것이다. 그러나, 다른 유체, 특히 습윤 유체(wetting fluid), 압축할 수 없는 유체 및/또는 공기보다 높은 굴절률을 갖는, 바람직하게는 물보다 높은 굴절률을 갖는 유체가 적합할 수도 있다. 특히 가스를 제외한 유체가 바람직하다. 이와 같이 하는 요지는, 노광 방사선이 액체 내에서는 더 짧은 파장을 가질 것이기 때문에, 더 작은 특징부의 이미징을 가능하게 하기 위해서이다(액체의 영향은 시스템의 유효 개구율(NA)을 증가시키고 또한 초점 거리를 증가시키는 것으로서 간주될 수 있다). 고체 입자(예컨대, 석영)가 부유 상태로 존재하고 있는 물, 또는 나노 입자의 부유물(nano-particle suspension)(예컨대, 최대 직경이 10nm인 입자)을 가지는 액체를 포함한 다른 액침액도 제안되어 있다. 부유 상태의 입자는 그들이 부유 상태로 존재하고 있는 액체의 굴절률과 유사 또는 동일한 굴절률을 가질 수도 갖지 않을 수도 있다. 적합할 수 있는 다른 유체로는, 방향족과 같은 하이드로카본, 플루오로하이드로카본(fluorohydrocarbon), 및/또는 수용성 용액을 포함한다.
기판 또는 기판과 기판 테이블을 액체의 수조(bath)에 담그는 것(예컨대, 미국특허 번호 4,509,852를 참조)은 스캐닝 노광 동안에 상당한 부피의 액체가 가속되어야 한다는 것을 의미한다. 이와 같이 하기 위해서는 모터를 추가하거나 더 강력한 모터를 사용할 필요가 있으므로, 액체 내의 요동(turbulence)은 바람직하지 않은 동시에 예측 불가능한 영향을 야기할 것이다.
액침 장치에서, 액침 유체는 유체 핸들링 시스템, 디바이스 구조체 또는 장치에 의해 핸들링된다. 일 실시예에서, 유체 핸들링 시스템은 액침 유체를 공급할 수도 있으며, 그에 따라 유체 공급 시스템이 될 수도 있다. 일 실시예에서, 유체 핸들링 시스템은 적어도 부분적으로는 액침 유체를 제한할 수도 있으며, 이에 의해 유체 제한 시스템(fluid confinement system)이 될 수도 있다. 일 실시예에서, 유체 핸들링 시스템은 액침 유체에 대한 배리어를 형성할 수도 있으며, 이에 의해 유체 제한 구조체와 같은 배리어 부재(barrier member)가 될 수도 있다. 일 실시예에서, 유체 핸들링 시스템은 예컨대 액침 유체의 흐름 및/또는 위치를 조절하는 것을 지원하기 위해 가스의 흐름을 생성하거나 이용할 수도 있다. 가스의 흐름은 액침 유체를 제한하기 위한 밀봉(seal)을 형성할 수도 있으므로, 유체 핸들링 구조체가 시일 부재(seal member)로서 지칭될 수도 있으며, 이러한 시일 부재는 유체 제한 구조체가 될 것이다. 일 실시예에서, 액침액이 액침 유체로서 사용된다. 그 경우, 유체 핸들링 시스템은 액체 핸들링 시스템일 수 있다. 전술한 설명을 참조하여, 유체에 대하여 정의된 특징에 대한 이 단락에서의 언급은 액체에 대해 정의된 특징을 포함하는 것으로 이해될 수도 있다.
액침 유체가 투영 시스템 아래에 있는 표면 상의 국소 영역(localized area)에 유체 핸들링 시스템에 의해 제한되는(가두어지는) 경우, 메니스커스는 유체 핸들링 시스템과 상기 표면 사이에 연장된다. 상기 메니스커스가 상기 표면 상에서 액적과 충돌하는 경우, 이에 의해 액침액 내에는 버블이 포함될 수 있다. 액적은 유체 핸들링 시스템으로부터의 누설을 포함하여, 여러 이유로 표면 상에 존재할 수 있다. 액침액 내의 버블은, 예컨대 기판을 이미징하는 동안에 투영 빔의 간섭에 의해, 이미징 에러를 초래할 수 있다.
예컨대 버블이 포함될 가능성을 최소한으로 감소시키는 리소그래피 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
일 측면에 따르면, 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및 상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm 전압력(total pressure)에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역(region)에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 액침 리소그래피 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및 상기 액침액에서의 열확산율(diffusivity)이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 액침 리소그래피 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및 상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱(product)이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 액침 리소그래피 장치가 제공된다.
일 측면에 따르면, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계; 상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계; 및 상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공급 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계; 및 상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공하는 단계를 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
일 측면에 따르면, 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템이 제공되며, 상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고, 상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함한다.
일 측면에 따르면, 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템이 제공되며, 상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고, 상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함한다.
일 측면에 따르면, 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템이 제공되며, 상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고, 상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함한다.
이하에서는, 단지 예시를 목적으로 하는 본 발명의 실시예를 대응하는 부분에 대응하는 도면부호가 부여되어 있는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리소그래피 장치를 나타낸다.
도 2 및 도 3은 리소그래피 투영 장치에 사용기 위한 액체 공급 시스템을 나타낸다.
도 4는 리소그래피 투영 장치에 사용하기 위한 다른 액체 공급 시스템을 나타낸다.
도 5는 리소그래피 투영 장치에 사용하기 위한 다른 액체 공급 시스템을 나타낸다.
도 6은 리소그래피 투영 장치에 사용하기 위한 다른 액체 공급 시스템을 나타낸다.
도 7은 리소그래피 투영 장치에 사용하기 위한 다른 액체 공급 시스템을 평면도로 나타낸다.
도 8은 스캔속도에 대한 허용 가능한 버블 크기를 나타낸 그래프이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리소그래피 장치를 개략적으로 나타낸다. 본 리소그래피 장치는 이하의 구성요소를 포함한다:
- 방사 빔(B)(예컨대, UV 방사 또는 DUV 방사)을 조절하도록 구성된 조명 시스템(조명기)(IL);
- 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 지지하도록 구성되고, 또한 특정의 파라미터에 따라 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA)를 정확히 위치시키도록 구성된 제1 위치결정기(PM)에 연결된 지지 구조체(예컨대, 마스크테이블)(MT);
- 기판(예컨대, 레지스트가 코팅된 웨이퍼)(W)을 유지하도록 구성되고, 특정의 파라미터에 따라 예컨대 기판(W)의 표면을 정확히 위치시키도록 구성된 제2 위치결정기(PW)에 연결된 기판 테이블(예컨대, 웨이퍼 테이블)(WT) 또는 하나 이상의 센서를 지지하는 지지 테이블(예컨대, 센서 테이블); 및
- 패터닝 디바이스(MA)에 의해 방사 빔(B)에 부여한 패턴을, 기판(W)의 타겟 영역(C)(예컨대, 하나 이상의 다이를 포함함) 상에 투영하도록 구성된 투영 시스템(예컨대, 굴절 투영 렌즈 시스템)(PS).
조명 시스템(IL)은 방사선을 지향, 성형 또는 제어하기 위한 굴절식, 반사식, 자기식, 전자기식, 정전식, 또는 다른 형태의 광학 요소들 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 다양한 형태의 광학 요소들을 포함할 수 있다.
지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)의 배향, 리소그래피 장치의 디자인, 및 예컨대 패터닝 디바이스(MA)가 진공 분위기에서 유지되는지의 여부와 같은 기타 조건들에 따라 달라지는 방식으로 패터닝 디바이스(MA)를 유지한다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)를 유지하기 위해 기계식, 진공식, 정전식, 또는 기타 클램핑 기술들을 이용할 수 있다. 지지 구조체(MT)는, 예컨대 필요에 따라 고정되거나 이동시킬 수 있는 프레임(frame) 또는 테이블일 수도 있다. 지지 구조체(MT)는 패터닝 디바이스(MA)가 예컨대 투영 시스템(PS)에 대하여 요구된 위치에 있도록 보장할 수 있다. 본 명세서의 "레티클" 또는 "마스크"라는 어떠한 용어의 사용도 "패터닝 디바이스"라는 좀 더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "패터닝 디바이스"라는 용어는, 기판의 타겟 영역에 패턴을 생성하기 위하여 방사 빔의 단면에 패턴을 부여하기 위해 사용될 수 있는 임의의 디바이스를 가리키는 것으로 폭넓게 해석되어야 한다. 방사 빔에 부여된 패턴은, 예컨대 그 패턴이 위상 반전 피처(phase shifting feature) 또는 이른바 어시스트 피처(assist feature)를 포함하는 경우, 기판의 타겟 영역 내의 요구된 패턴과 정확히 일치하지 않을 수도 있다는 것에 유의하여야 한다. 일반적으로, 방사 빔에 부여된 패턴은 집적회로와 같은 타겟 영역 내에 생성되는 디바이스에서의 특정 기능층에 대응할 것이다.
패터닝 디바이스(MA)는 투과형 또는 반사형일 수 있다. 패터닝 디바이스의 예로는 마스크, 프로그램 가능한 미러 어레이, 및 프로그램 가능한 LCD 패널을 포함한다. 마스크는 리소그래피 분야에서 잘 알려져 있으며, 바이너리형, 교번 위상 반전형 및 감쇠 위상 반전형과 같은 마스크 타입뿐만 아니라 다양한 하이브리드 마스크 타입들을 포함한다. 프로그램 가능한 미러 어레이의 예로는 소형 미러들의 매트릭스 배열을 채용하며, 그 각각의 미러들은 입사하는 방사 빔을 상이한 방향으로 반사시키도록 개별적으로 경사지는 것이 가능하다. 경사진 미러들은 미러 매트릭스에 의해 반사되는 방사 빔에 패턴을 부여한다.
본 명세서에서 사용되는 "투영 시스템"이라는 용어는, 이용되고 있는 노광 방사에 대하여 적합하거나 또는 액침액의 사용 또는 진공의 사용과 같은 다른 요인들에 대하여 적합한, 굴절형, 반사형, 반사 굴절형(catadioptric), 자기형, 전자기형, 및 정전형 광학 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 어떠한 타입의 투영 시스템도 포함하는 것으로서 폭넓게 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용되는 "투영 렌즈"라는 용어는 "투영 시스템"이라는 좀더 일반적인 용어의 동의어로 간주할 수 있다.
본 명세서에서 설명한 바와 같이, 리소그래피 장치는 투과형의 것(예컨대, 투과형 마스크를 채용함)이다. 이와 달리, 리소그래피 장치는 반사형의 것(예컨대, 전술한 바와 같은 유형의 프로그래머블 미러 어레이를 채용하거나, 또는 반사형 마스크를 채용함)일 수도 있다.
리소그래피 장치는 2개(듀얼 스테이지) 이상의 테이블, 예컨대 두 개 이상의 기판 테이블이나 기판 테이블과 센서 테이블(및/또는 두 개 이상의 패터닝 디바이스 테이블)을 갖는 형태로 구성될 수 있다. 이러한 "다수 스테이지" 기계에서는, 추가의 테이블이 병행하여 사용될 수 있으며, 또는 하나 이상의 테이블 상에 예비 공정을 수행하면서 다른 하나 이상의 테이블을 노광용으로 사용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 조명기(IL)는 방사 소스(SO)로부터 방사 빔을 수광한다. 예컨대, 방사 소스(SO)가 엑시머 레이저인 경우, 방사 소스(SO)와 리소그래피 장치는 별도의 구성요소일 수도 있다. 이러한 경우, 방사 소스(SO)는 리소그래피 장치의 일부를 형성하는 것으로 고려되지 않으며, 방사 빔은 예컨대 적합한 지향 미러 및/또는 빔 확장기(beam expander)를 포함하는 빔 전달 시스템(BD)을 이용하여 방사 소스(SO)로부터 조명기(IL)로 전달된다. 다른 경우에, 예컨대 방사 소스(SO)가 수은 램프인 경우에, 이 방사 소스(SO)는 리소그래피 장치에 통합된 부품일 수도 있다. 방사 소스(SO) 및 조명기(IL)는 필요에 따라 빔 전달 시스템(BD)과 함께 방사 시스템으로 지칭될 수도 있다.
조명기(IL)는 방사 빔의 각도 세기 분포(angular intensity distribution)를 조정하는 조정기(AD)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 조명기의 퓨필 평면(pupil plane) 내의 세기 분포의 적어도 외측 반경 및/또는 내측 반경 범위(통상적으로, 각각 외측-σ 및 내측-σ라 함)가 조정될 수 있다. 또한, 조명기(IL)는 집속기(integrator)(IN) 및 집광기(condenser)(CO)와 같은 다양한 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 조명기(IL)는 방사 빔의 단면이 요구된 균일성 및 세기 분포를 갖도록 방사 빔을 조절하는데 사용될 수 있다. 방사 소스(SO)와 유사하게, 조명기(IL)는 리소그래피 장치의 일부를 형성하여도 되고, 또는 리소그래피 장치의 일부를 형성하지 않아도 된다. 예컨대, 조명기(IL)는 리소그래피 장치의 일체형 부품일 수도 있고, 또는 리소그래피 장치와 별개의 구성요소일 수도 있다. 조명기(IL)가 리소그래피 장치와 별개의 구성요소인 경우, 리소그래피 장치는 조명기(IL)가 리소그래피 장치 위에 탑재될 수 있도록 구성될 수 있다. 옵션으로, 조명기(IL)는 분리 가능하며, 별도로 제공될 수도 있다(예컨대, 리소그래피 장치 제조업체 또는 다른 공급자에 의해).
방사 빔(B)은 지지 구조체(예컨대, 마스크 테이블)(MT) 상에 유지되어 있는 패터닝 디바이스(예컨대, 마스크)(MA) 상에 입사되며, 패터닝 디바이스(MA)에 의해 패터닝된다. 패터닝 디바이스(MA)를 종단한 후, 방사 빔(B)은 투영 시스템(PS)을 통과하고, 투영 시스템(PS)은 방사 빔을 기판(W)의 타겟 영역(C) 상에 집속(focusing)시킨다. 제2 위치결정기(PW) 및 위치 센서(IF)(예컨대, 간섭계 디바이스, 선형 인코더, 또는 용량형 센서)를 이용하여, 예컨대 상이한 타겟 영역(C)을 방사 빔(B)의 경로 내에 위치시키도록 기판 테이블(WT)을 정확하게 이동시킬 수 있다. 마찬가지로, 제1 위치결정기(PM) 및 다른 위치 센서(도 1에 명시적으로 도시되어 있지 않음)를 이용하여, 예컨대 마스크 라이브러리(library)로부터의 기계적 검색(retrieval) 후에 또는 스캔하는 동안에, 방사 빔(B)의 경로에 대하여 패터닝 디바이스(MA)를 정확히 위치시키는 것이 가능하다. 일반적으로, 지지 구조체(MT)의 이동은, 제1 위치결정기(PM)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈(long-stroke module; 개략적 위치 결정) 및 숏-스트로크 모듈(short-stroke module; 미세 위치 결정)을 이용하여 실현될 수 있다. 마찬가지로, 기판 테이블(WT)의 이동은 제2 위치결정기(PW)의 일부를 형성하는 롱-스트로크 모듈 및 숏-스트로크 모듈을 이용하여 실현될 수 있다. 스테퍼의 경우(스캐너와는 달리), 지지 구조체(MT)는 숏-스트로크 액추에이터에만 연결될 수 있거나, 또는 고정될 수 있다. 패터닝 디바이스(MA) 및 기판(W)은 패터닝 디바이스 정렬 마크(M1, M2) 및 기판 정렬 마크(P1, P2)를 이용하여 정렬될 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 정렬 마크들이 전용의 타겟 영역에 위치하고 있지만, 이들 마크들은 타겟 영역(C) 사이의 공간 내에 위치될 수도 있다(이들은 스크라이브-레인(scribe-lane) 정렬 마크로 알려져 있다). 마찬가지로, 패터닝 디바이스(MA) 상에 하나 이상의 다이가 제공되는 상황에서는, 패터닝 디바이스 정렬 마크들은 다이들 사이에 위치될 수 있다.
도시된 장치는 다음 모드들 중 하나 이상의 모드로 사용될 수 있다:
1. 스텝 모드에서는, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)을 기본적으로 정지 상태로 유지한 채로, 방사 빔(B)에 부여한 패턴 전체를 한 번에 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 정적 노광). 그리고나서, 상이한 타겟 영역(C)이 노광될 수 있도록 기판 테이블(WT)을 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시킨다. 스텝 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해, 단일 정적 노광시에 이미징되는 타겟 영역(C)의 크기가 한정된다.
2. 스캔 모드에서는, 지지 구조체(MT) 및 기판 테이블(WT)을 동기적으로 스캐닝하면서, 방사 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다(즉, 단일 동적 노광). 지지 구조체(MT)에 대한 기판 테이블(WT)의 속도 및 방향은 투영 시스템(PS)의 확대(축소) 및 상 반전 특성에 의하여 결정될 수 있다. 스캔 모드에서는, 노광 필드의 최대 크기에 의해 단일 동적 노광시의 타겟 영역(C)의 폭(스캐닝되지 않는 방향에서의 폭)이 한정되는 한편, 스캐닝 동작의 길이에 의해 타겟 영역(C)의 높이(스캐닝 방향에서의 높이)가 결정된다.
3. 또 다른 모드에서는, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 유지한 채로 지지 구조체(MT)를 기본적으로 정지 상태로 하고, 또한 기판 테이블(WT)을 이동시키거나 스캐닝하면서, 방사 빔에 부여한 패턴을 타겟 영역(C) 상에 투영한다. 이 모드에서는, 일반적으로 펄스 방사 소스가 채용되며, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스는 기판 테이블(WT)의 각각의 이동 후에 또는 스캔 동안의 연속적인 방사 펄스의 사이에서 필요에 따라 업데이트된다. 이 작동 모드는, 앞서 언급한 바와 같은 타입의 프로그램 가능한 미러 어레이와 같은, 프로그램 가능한 패터닝 디바이스를 이용하는 마스크 없는 리소그래피(maskless lithography)에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 전술한 사용 모드들의 조합 및/또는 변형, 또는 전혀 다른 사용 모드들이 채용될 수도 있다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대해 특정하여 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 마이크로스케일, 또는 나노스케일의 특징부를 갖는 부품의 제조에 있어 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다.
투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이에 액체를 제공하는 구성은 세 개의 일반적인 카테고리로 분류될 수 있다. 이들 카테고리는 수조 타입, 이른바 국소 액침 시스템 및 전체 습윤(all-wet) 액침 시스템이다. 수조 타입 구성에서는, 실질적으로 기판(W)의 전체와 선택적으로 기판 테이블(WT)의 일부가, 수조 내의 액체에 잠긴다.
국소 액침 시스템은 기판의 국소 영역에만 액체를 제공하기 위해 액체 공급 시스템을 이용한다. 액체에 의해 채워진 공간은 평면적으로 기판의 상면보다 작고, 액체로 채워진 영역은 기판(W)이 그 영역 아래를 이동하는 동안 투영 시스템에 대해 실질적으로 고정된 상태로 유지된다. 도 2 내지 도 7은 이러한 시스템에 사용될 수 있는 상이한 공급 디바이스들을 나타낸다. 밀봉 특징부(sealing feature)는 국소 영역에 대해 액체를 밀봉하기 위해 존재한다. 이것을 달성하기 위해 제안된 방식 중의 하나가 PCT 특허출원 공개번호 WO 99/49504에 개시되어 있다.
전체 습윤 구성에서는, 액체를 제한하지 않는다. 기판의 상면 전체 및 기판 테이블의 전부 또는 일부가 액침액으로 덮인다. 적어도 기판을 덮고 있는 액체의 깊이는 얕다. 이 액체는 박막과 같이 기판 상의 액체의 막일 수 있다. 액침액은 투영 시스템 및 투영 시스템과 마주하는 대향면(facing surface)에 또는 그 지역 내에 공급될 수 있다. 도 2 내지 도 5의 어떠한 액체 공급 디바이스라도 이러한 시스템에 사용될 수 있다. 그러나, 밀봉 특징부는 존재하지 않거나, 작동하지 않거나, 정상적인 것만큼 효과적이지 않거나, 아니면 국소 영역에 대해서만 액체를 밀봉하는 것에는 효과적이지 못하다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 액체는 하나 이상의 유입구에 의해, 바람직하게는 최종 요소에 대한 기판의 이동 방향을 따라 기판 상에 공급된다. 액체는 투영 시스템의 아래를 통과한 후에 하나 이상의 배출구에 의해 제거된다. 기판이 요소 아래에서 -X 방향으로 스캐닝될 때, 액체는 요소의 +X 측에서 공급되고 -X 측에서 인수된다. 도 2는, 유입구를 통해 액체가 공급되고 요소의 반대측의 저압의 소스에 연결된 배출구에 의해 인수되는 구성을 개략적으로 보여준다. 도 2의 예에서, 액체는 최종 요소에 대한 기판의 이동 방향을 따라 공급되긴 하지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 최종 요소 주위에 위치된 유입구와 배출구의 수와 배향은 다양할 수 있고; 일 예는 도 3에 도시되어 있는데, 최종 요소 주위에 규칙적인 패턴으로 양쪽에 4세트의 유입구와 배출구가 설치되어 있다. 도 2 및 도 3에서는 액체의 흐름의 방향을 화살표로 나타내고 있음에 유의하기 바란다.
국소 액체 공급 시스템을 이용한 다른 액침 리소그래피 해법이 도 4에 도시되어 있다. 액체는 투영 시스템(PS)의 양측면 상의 2개의 홈형 유입구에 의해 공급되고, 이 유입구의 외측에 방사상으로 배열된 복수의 불연속 배출구에 의해 제거된다. 유입구는 중앙에 구멍이 형성되어 있는 플레이트 내에 배치되고, 그 구멍을 통해 투영 빔이 투영된다. 액체는 투영 시스템(PS)의 한 측면 상의 하나의 홈형 유입구에 의해 공급되고, 투영 시스템(PS)의 다른 측면 상의 복수의 불연속 배출구에 의해 제거되어, 투영 시스템(PS)과 기판(W) 사이에 얇은 액체막의 흐름을 발생시킨다. 어느 유입구와 배출구의 조합을 사용할지에 대한 선택은 기판(W)의 이동 방향에 따라 결정될 수 있다(유입구와 배출구의 다른 조합은 비작동 상태로 된다). 도 4에서는 유체의 흐름과 기판의 방향을 화살표로 나타냈음에 유의하기 바란다.
제안된 다른 구성은, 투영 시스템의 최종 요소와 기판 테이블 사이의 공간의 경계의 적어도 일부를 따라 연장되는 액체 제한 구조체를 구비하는 액체 공급 시스템을 제공하는 것이다. 이와 같은 구성은 도 5에 도시되어 있다.
도 5는 투영 시스템(PS)의 최종 요소와 기판 테이블(WT) 또는 기판(W) 사이의 공간(11)의 경계의 적어도 일부분을 따라 연장되는 액체 제한 구조체(12)를 갖는 국소 액체 공급 시스템 또는 유체 핸들링 시스템을 개략적으로 나타낸다(이하의 문장에서의 기판(W)의 표면에 대한 언급은 다른 설명이 없는 경우에는 기판 테이블(WT)의 표면을 지칭하기도 한다는 것에 유의하기 바란다). 액체 제한 구조체(12)는 Z 방향(광축 방향)으로의 약간의 상대적인 이동이 있을 수도 있지만 XY 평면으로는 투영 시스템(PS)에 대해 실질적으로 정지 상태이다. 일 실시예에서, 액체 제한 구조체(12)와 기판(W)의 표면 사이에 밀봉이 형성되며, 가스 밀봉(이와 같은 가스 밀봉을 구비한 시스템은 유럽 특허출원의 공개번호 EP-A-1,420,298에 개시되어 있다) 또는 액체 밀봉과 같은 비접촉 밀봉일 수도 있다.
액체 제한 구조체(12)는 적어도 부분적으로는 투영 시스템(PS)의 최종 요소와 기판(W) 사이의 공간(11)에 액체를 수용한다. 기판(W)에 대한 비접촉 밀봉(16)은 투영 시스템(PS)의 이미지 필드 주변에 형성되어, 액체가 기판(W)의 표면과 투영 시스템(PS)의 최종 요소 사이의 공간(11) 내에 제한될 수 있도록 한다. 공간(11)은 적어도 부분적으로는 투영 시스템(PS)의 최종 요소 아래에 위치되어 둘러싸고 있는 액체 제한 구조체(12)에 의해 형성된다. 액체가 액체 유입구(13)에 의해 투영 시스템(PS) 아래와 액체 제한 구조체(12) 내의 공간(11)에 유입된다. 이 액체는 액체 배출구(13)에 의해 제거될 수 있다. 액체 제한 구조체(12)는 투영 시스템(PS)의 최종 요소보다 약간 위쪽으로 연장될 수 있다. 액체 레벨이 최종 요소보다 위쪽으로 상승하여, 액체의 버퍼가 제공된다. 일 실시예에서, 액체 제한 구조체(12)는, 상단이 투영 시스템(PS) 또는 투영 시스템(PS)의 최종 요소의 형상과 밀접하게 부합하는 내측 둘레를 가지며, 예컨대 원형일 일 수 있다. 저부(bottom)에서는, 내측 둘레가 예컨대 직사각형과 같은 이미지 필드의 형상과 밀접하게 부합할 것이지만, 반드시 그렇지는 않다.
액체는 사용하는 동안에 배리어 부재(12)의 저부와 기판(W)의 표면 사이에 형성되는 가스 밀봉(16)에 의해 공간(11) 내에 수용될 수 있다. 가스 밀봉(16) 내의 가스는 유입구(15)를 통해 압력 하에 배리어 부재(12)와 기판(W) 사이의 갭에 제공된다. 이 가스는 배출구(14)를 통해 추출된다. 가스 유입구(15)에 대한 과압(overpressure), 배출구(14)에 대한 진공 레벨, 및 갭의 기하학적 형상은 액체를 제한하는 높은 점도의 가스 흐름(16)이 내측으로 존재하도록 정해진다. 배리어 부재(12)와 기판(W) 사이의 액체에 미치는 가스의 힘은 그 액체를 공간(11) 내에 수용한다. 유입구/배출구는 공간(11)을 둘러싸는 환형의 홈일 수 있다. 환형의 홈은 연속적일 수도 있고, 불연속적일 수도 있다. 가스의 흐름(16)은 공간(11)에 액체를 수용하기에 효과적이다. 이러한 시스템은 미국 특허출원 공개번호 US 2004-0207824에 개시되어 있으며, 그 내용 전부는 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 일 실시예에서, 액체 제한 구조체(12)는 가스 밀봉을 가지지 않는다.
도 6은 액체 공급 시스템의 일부인 액체 제한 구조체(12)를 나타낸다. 이 액체 제한 구조체(12)는 투영 시스템(PS)의 최종 요소의 주변(예컨대, 둘레)을 빙 둘러 연장된다.
부분적으로 공간(11)을 한정하는 표면 내의 복수의 개구(opening)(20)가 액체를 공간(11)에 제공한다. 이 액체는 공간(11)으로 들어가기 전에 각각의 챔버(24, 26)를 통해 측벽(28, 22) 내의 개구(29, 20)를 각각 통과한다.
액체 제한 구조체(12)의 저부와 대향면(facing surface), 예컨대 기판(W), 또는 기판 테이블(WT), 또는 양자 사이에 제공된다. 도 6에서, 밀봉 디바이스는 비접촉 밀봉을 제공하도록 구성되어 있고 몇 개의 구성요소로 이루어져 있다. 투영 시스템(PS)으로부터 방사상으로 바깥쪽에는, 공간(11) 내로 연장되는 (선택적인) 흐름 제어판(51)이 설치되어 있다. 흐름 제어판(51)은 액체가 흐를 수 있도록 해주는 개구(55)를 가질 수 있으며; 흐름 제어판(51)이 Z 방향(예컨대, 투영 시스템(PS)의 광축에 평행)으로 배치되는 경우, 이 개구(55)가 도움이 될 수 있다. 예컨대 기판(W)과 같은 대향면과 마주하는(예컨대, 반대쪽의) 액체 제한 구조체(12)의 저면(bottom surface) 상의 흐름 제어판(51)의 방사상으로 바깥쪽은 개구(180)일 수 있다. 이 개구(180)는 대향면을 향하는 방향으로 액체를 제공할 수 있다. 이미징하는 동안, 이것은 기판(W)과 기판 테이블(WT) 사이의 갭을 액체로 채움으로써 액침액 내의 버블 형성을 방지하는 데 유용할 수 있다.
개구(180)의 방사상으로 바깥쪽은 액체 제한 구조체(12)와 대향면 사이에서 액체를 뽑아내기 위한 추출기 어셈블리(extractor assembly)(70)가 될 수 있다. 추출기 어셈블리(70)는 단상(single phase) 추출기 또는 이상(dual phase) 추출기로서 동작할 수 있다.
추출기 어셈블리(70)의 방사상으로 바깥쪽은 오목부(recess)(80)일 수 있다. 오목부(80)는 유입구(82)를 통해 대기(atmosphere)와 연결되어 있다. 오목부(80)는 배출구(84)를 통해 저압 소스에 연결될 수 있다. 오목부(80)의 방사상으로 바깥쪽은 가스 나이프(90)가 될 수 있다. 추출기 어셈블리, 오목부 및 가스 나이프의 구성은 미국 특허출원 공개번호 US 2006/0158627에 개시되어 있으며, 이 특허문헌의 내용전부는 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
추출기 어셈블리(70)는 미국 특허출원 공개번호 US 2006-0038968에 개시된 것과 같은 액체 제거 디바이스, 추출기 또는 유입구를 포함하며, 상기 특허문헌의 내용전부는 인용에 의해 본 명세서에 포함된다. 일 실시예에서, 액체 제거 디바이스(70)는 단일 액상의 액체 추출(single-liquid phase liquid extraction)이 가능하도록 가스로부터 액체를 분리하는 데 사용되는 다공성 재료(110)로 덮여 있는 유입구를 포함한다. 챔버(120) 내의 저압은, 다공성 재료(100)의 구멍 내에 형성된 메니스커스가 액체 제거 디바이스(70)의 챔버(120) 내로 주변 가스(ambient gas)가 끌려들어가는 것을 방지하도록, 선택된다. 그러나, 다공성 재료(110)의 표면이 액체와 접촉할 때는 흐름을 제한하는 메니스커스가 없어 액체는 자유롭게 액체 제거 디바이스(70)의 챔버(120) 내로 흘러 들어갈 수 있다.
다공성 재료(110)는 크기, 예컨대 직경과 같은 폭이 5 내지 50 마이크로미터 범위 내인 다수의 작은 구멍을 가진다. 다공성 재료(110)는 액체가 제거될 대향면과 같은 표면, 예컨대 기판(W)의 표면 위에 50 내지 300 마이크로미터의 범위 내의 높이로 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 다공성 재료(110)는 적어도 약간 친액성, 즉 90°보다 작은 동적 접촉각(dynamic contact angle)을 가진다.
도 6에는 구체적으로 나타내지 않았지만, 액체 공급 시스템은 액체의 레벨 변화를 처리하기 위한 구성을 갖는다. 이것은 투영 시스템(PS)과 액체 제한 구조체(12) 사이에 축적되는 액체가 처리될 수 있도록 하고 빠져나가지 않도록 하기 위해서 이다. 이 액체를 처리하는 한가지 방법은 소액성(lyophobic)(예컨대, 소수성) 코팅을 제공하는 것이다. 이 코팅은 개구를 둘러싸는 액체 제한 구조체(12)의 상부 주위 및/또는 투영 시스템(PS)의 최종 광학 요소 주위에 띠(band)를 형성한다. 코팅은 투영 시스템(PS)의 광학 축의 방사상으로 바깥쪽에 있을 수 있다. 소액성(예컨대, 소수성) 코팅은 공간(11) 내에 액침액을 유지하는 것을 돕는다.
다른 국소 영역 구성은 가스 드래그 원리를 사용하는 유체 핸들링 시스템이다. 이른바 가스 드래그 원리는, 예컨대 미국 특허출원 공개번호 US 2008-0212046, US 2009-0279060, 및 US 2009-0279602에 기술되어 있다. 그러한 시스템에서는, 추출 구멍(extraction hole)들을 바람직하게는 모서리를 가질 수 있는 형상으로 배치한다. 이 모서리는 스테핑 또는 스캐닝 방향과 같은, 바람직한 이동 방향과 정렬될 수 있다. 이것에 의해 두 개의 배출구가 바람직한 방향에 대해 수직으로 정렬되었을 때에 비해 바람직한 방향으로 주어진 속도에 대해 유체 핸들링 구조체의 표면 내의 두 개의 개구 사이의 메니스커스에 미치는 힘이 줄어든다. 그러나, 본 발명의 실시예는 평면적으로 임의의 형상을 가지거나, 또는 임의의 형상으로 배치된 추출 개구들과 같은 구성요소를 가지는 유체 핸들링 시스템에 적용될 수 있다. 이러한 형상으로는 비제한적인 리스트로 원형과 같은 타원, 직사각형과 같은 직선으로 둘러싸인 형상(rectilinear shape), 예컨대 정사각형, 또는 마름모와 같은 평형사변형, 또는 사각 이상의 별과 같은 네 개 이상의 모서리를 갖는 각형(cornered shape)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예와 관련 있을 수 있는 US 200/0212046 A1의 시스템의 변형예에서, 개구가 형성되어 있는 각형의 기하학적 형상은 스캐닝 방향과 스테핑 방향 양쪽으로 정렬된 모서리들에 대해 예리한 모서리들(약 60°와 90°사이, 바람직하게는 75°와 90°사이, 가장 바람직하게는 75°와 85°사이)이 존재할 수 있도록 해준다. 이것은 각각의 정렬된 모서리의 방향으로 속도가 증가할 수 있도록 해준다. 이것은 예컨대 임계 속도 초과 시에 불안정한 메니스커스로 인한 액체 액적의 생성이 스캐닝 방향으로는 줄어들기 때문이다. 모서리들이 스캐닝 방향과 스테핑 방향 양쪽으로 정렬되어 있는 경우, 이들 방향에서 속도 향상을 달성할 수 있다. 바람직하게는 스캐닝 방향 및 스테핑 방향의 이동 속도는 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7은 가스 드래그 원리를 구현하고 본 발명의 실시예와 관련 있을 수 있는 추출기를 갖는 액체 제한 구조체(12)의 유체 핸들링 시스템의 메니스커스 피닝 특징부(pinning feature)들을 개략적으로 평면도로 나타낸 것이다. 예컨대 도 5의 메니스커스 피닝 구성(14, 15, 16)이나 도 6에 나타낸 적어도 추출기 어셈블리(70)를 대체할 수 있는 메니스커스 피닝 디바이스의 특징부들이 도시되어 있다. 도 7의 메니스커스 피닝 디바이스는 추출기의 한 형태이다. 메니스커스 피닝 디바이스는 복수의 불연속적인 개구(50)를 포함한다. 각 개구(50)는 원형으로 도시되어 있지만, 반드시 그렇지는 않다. 실제로 하나 이상의 개구(50)는 원형, 타원형, 직선으로 둘러싸인 형상(예컨대 정사각형 또는 직사각형) 삼각형 등으로부터 하나 이상 선택될 수 있으며, 하나 이상의 개구는 기다란 것일 수 있다. 각 개구의 평면상 길이 치수(즉, 하나의 개구에서 인접한 개구 방향으로)는 0.2 mm 이상이고, 바람직하게는 0.5 mm 또는 1 mm 이상이며, 일 실시예에서는 0.1 mm 내지 10 mm의 범위에서 선택되고, 하나의 실시예에서는 0.25 mm 내지 2 mm의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 각 개구의 폭은 0.2 mm 내지 1 mm의 범위에서 선택된다. 일 실시예에서, 각 개구의 폭은 0.2 mm 내지 0.5 mm의 범위, 바람직하게는 0.2 mm 내지 0.3 mm의 범위 내에서 선택된다.
//도 7의 메니스커스 피닝 디바이스의 개구(50) 각각은 별개의 저압 소스에 연결될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 복수의 개구(50) 각각은 스스로 저압으로 유지되는 공통의 챔버 또는 매니폴드(환형일 수 있음)에 연결될 수 있다. 이렇게 하여, 각각 또는 복수의 개구(50)에서의 균일한 저압이 달성될 수 있다. 진공 소스 및/또는 유체 핸들링 시스템(또는 제한 구조체)을 둘러싼 대기에 연결될 수 있는 개구(50)들은 원하는 압력차를 생성하기 위해 압력이 증대될 수 있다.
도 7의 실시예에서, 개구들은 유체 추출 개구이다. 각 개구는 가스, 액체, 또는 가스와 액체의 이상(two phase) 유체에 대한 유체 핸들링 시스템으로의 유입구이다. 각 유입구는 공간(11)으로부터의 배출구로 간주될 수 있다.
개구(50)들은 유체 핸들링 구조체(12)의 표면에 형성되어 있다. 이 표면은 사용 시에 기판(W) 및/또는 기판 테이블(WT)과 마주한다. 일 실시예에서, 개구들은 유체 핸들링 구조체(12)의 평탄한 표면에 있다. 일 실시예에서, 기판 부재의 저면 상에는 리지(ridge)가 존재할 수 있다. 개구 중 적어도 하나는 리지 내에 있을 수 있다. 개구(50)들은 바늘(needle) 또는 튜브에 의해 형성될 수 있다. 일부 바늘의 바디, 예컨대 바늘들에 인접하는 부분은 서로 연결될 수 있다. 바늘들은 서로 연결되어 단일 바디를 형성할 수 있다. 단일 바디는 각형(cornered shape)을 형성할 수 있다.
개구(50)는 예컨대 튜브 또는 긴 통로의 끝부분이다. 바람직하게는 개구(50)는 사용 시에 대향면, 예컨대 기판(W)을 향해, 바람직하게는 마주하도록 위치되어 있다. 개구(50)의 림(rim)(즉, 표면 바깥의 배출구)는 대향면의 일부의 상면에 실질적으로 평행할 수 있다. 개구(50)가 연결되어 있는 통로의 장축은 대향면의 상부, 예컨대 기판(W)의 상면에 대해 대체로 수직일 수 있다(+/- 45°, 바람직하게는 수직으로부터 35, 25° 또는 15°).
각 개구(50)는 액체와 가스의 혼합물을 추출하도록 디자인된다. 액체는 공간(11)으로부터 추출되는 반면 가스는 개구(50)의 반대쪽의 대기로부터 액체 쪽으로 추출된다. 이것에 의해 화살표 100으로 나타낸 바와 같은 가스 흐름이 생성되며, 이 가스 흐름은 도 7에 나타낸 바와 같이 개구(50)들 사이에 메니스커스(320)를 실질적으로 제자리에 고정시키는 데 효과적이다. 이 가스 흐름은 모멘텀 블럭킹(momentum blocking)에 의해, 가스 흐름 유도 압력 경사에 의해, 및/또는 액체에 대한 가스(예컨대 공기) 흐름의 드래그(전단, shear)에 의해 제한된 액체의 유지를 도운다.
개구(50)는 유체 핸들링 구조체가 액체를 공급하는 공간을 둘러싼다. 개구(50)는 유체 핸들링 구조체의 하면(undersurface)에 분포될 수 있다. 개구(50)는 (인접한 개구(50)들 사이의 간격이 서로 다를 수는 있지만) 상기 공간 주위에 실질적으로 연속적으로 간격두고 있을 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 액체는 각형(cornered shape) 주위의 모든 방향으로 추출되고 각형에 영향을 주는 지점에서 실질적으로 추출된다. 이것은 개구(50)들이 공간(각형 내의) 주위의 모든 방향으로 형성되어 있기 때문에 달성된다. 이렇게 하여 액체는 공간(11)에 제한될 수 있다. 메니스커스는 동작하는 동안에 개구(50)에 의해 피닝(pinning)될 수 있다.
도 7로부터 알 수 있듯이, 개구(50)는 평면도에서 각형(즉, 모서리(52)가 있는 형태)을 형성하도록 배치될 수 있다. 도 7의 경우, 각형은 만곡된 에지 또는 변(54)들을 가지는 마름모꼴, 바람직하게는 정사각형 형상이다. 만곡된 경우, 에지(54)는 음의 반경을 가진다. 에지(54)는 모서리(52)들로부터 떨어진 영역 내의 각형의 중심쪽으로 굽을 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 평면도에서 예를 들면 마름모꼴, 정사각형 또는 직사각형과 같은 직선으로 둘러싸인 형상, 원형, 삼각형, 성형, 타원형 등을 포함하는 임의의 형상에 적용될 수 있지만, 이러한 형상으로 한정되는 것은 아니다.
각형은 투영 시스템(PS) 아래의 기판(W)의 주 이동 방향과 정렬된 주축(principar axe)(111, 121)을 가진다. 이것은 개구(50)가 원형으로 배열된 경우에 임계 스캔 속도 이하의, 최대 스캔 속도가 더 빠르도록 보장하는 데 도움이 된다. 이것은 두 개의 개구(50) 사이의 메니스커스에 미치는 힘이 인자 cosθ에 따라 감소되기 때문이다. 여기서 θ는 기판(W)이 이동하는 방향에 대해 두 개의 개구(50)를 연결하는 선의 각도이다.
정사각형의 각형을 사용은 동일한 최대 속도로 스텝(step) 및 스캐닝 방향으로 이동을 가능하게 한다. 이것은 각형의 모서리(52) 각각을 스캐닝 및 스테핑 방향(111, 121)과 정렬함으로써 달성된다. 방향들 중 하나, 예컨대 스캔 방향에서의 이동이 스텝 방향으로의 이동보다 더 빠른 것을 선호하면, 마름모꼴 형상이 사용될 수 있을 것이다. 이러한 구성에서 마름모꼴의 주축은 스캔 방향과 정렬될 수 있다. 마름모꼴 형상에서, 각각의 모서리는 예각일 수 있지만, 예컨대 스테핑 방향으로 마름모꼴의 인접하는 두 변 사이의 각도는 둔각, 즉 90°이상(예컨대 약 90°내지 120°범위에서 선택됨, 일 실시예에서는 약 90°내지 105°범위에서 선택됨, 일 실시예서는 약 85°내지 105°범위에서 선택됨)일 수 있다.
처리량은 개구(50)의 형상의 주축이 기판의 이동의 주 방향(보통 스캔 방향)과 정렬되게 하고 기판의 이동의 다른 주 방향(보통 스텝 방향)과 정렬되는 제2 축을 가짐으로써 최적화될 수 있다. θ가 90°와 다른 임의의 구성은 적어도 하나의 이동 방향에 있어 이점을 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 주축과 이동의 주 방향의 정확한 정렬은 필수적인 것은 아니다. 음의 반경을 가진 에지를 제공하는 것의 이점은 모서리들을 더욱 날까롭게 만들 수 있다는 것이다. 75°내지 85°범위에서 선택되거나 훨씬 더 작은 각도는 스캔 방향과 정렬되는 모서리(52)와 스텝 방향과 정렬되는 모서리(52) 양쪽에 대해 실현 가능하다. 이 특징이 없다면, 모서리(52)들이 양방향으로 동일한 각도를 갖도록 정렬하기 위해서는 그러한 모서리들은 90°이어야 할 것이다. 90°미만의 각도를 원한다면, 모서리들이 90°미만의 각도를 갖도록 하나의 방향을 선택할 필요가 있을 것이고, 그 결과 나머지 모서리는 90°보다 큰 각도를 가질 것이다.
개구(50)들의 방사상 안쪽에는 메니스커스 피닝 특징부(pinning feature)가 없을 수 있다. 메니스커스는 개구(50)로의 가스 흐름에 의해 유도된 드래그 힘에 의해 개구(50)들 사이에 피닝된다. 가스 드래그 속도는 약 15 m/s, 바람직하게는 약 20 m/s 보다 크면 충분하다. 기판으로부터의 액체 증발량은 감소될 수 있으므로 액체의 튀김(splashing)은 물론 열 팽창/압축 효과 모두를 감소시킨다.
일 실시예에서, 각각 직경이 1 mm이고 3.9 mm 간격으로 떨어져 있는 적어도 36개의 불연속인 개구(50)는 메니스커스를 피닝하는 데 효과적일 수 있다. 일 실시예에서는 112개의 개구(50)가 존재한다. 개구(50)들은 변의 길이가 0.5 mm, 0.3 mm, 0.2 mm 또는 0.1 mm인 정사각형일 수 있다. 이러한 시스템에서의 전체 가스 흐름은 대략 100 l/mim 정도이다. 일 실시예에서, 전체 가스 흐름은 70 l/mim 내지 130 l/mim 범위에서 선택된다.
다른 기하학적 형상의 유체 핸들링 구조체의 저부도 가능하다. 예컨대, 미국 특허출원 공개번호 US 2004-0207824 또는 미국 특허출원 번호 US 61/181,158(출원일: 2009년 5월 26일)에 개시된 임의의 구조체를 본 발명의 실시예에 사용할 수 있을 것이다.
도 7로부터 알 수 있듯이, 공간(11)에 대해, 하나 이상의 슬릿(61)이 개구(50)의 바깥쪽에 제공될 수 있다. 이 슬릿(61)은 개구(50)들을 연결하는 선과 실질적으로 나란할 수 있다. 일 실시예에서, 슬릿(61)은 각형의 변(54)의 따라 제공된 일련의 불연속적인 구멍(aperture)일 수 있다. 사용 시에, 슬릿(61)은 과압에 연결되고 개구(50)에 의해 형성된 메니스커스 피닝 디바이스를 둘러싸는 가스 나이프(60)를 형성한다.
가스 나이프(60)는 일 실시예에서 기판(W) 또는 기판 테이블(WT)과 같은 대향면 상에 남는 임의의 액체막(liquid film)의 두께를 줄이는 기능을 한다. 가스 나이프(60)는 액체막이 액적으로 쪼개지는 것이 아니라 액체가 개구(50) 쪽으로 내몰려서 추출되도록 보장하는 데 도움이 된다. 일 실시예에서, 가스 나이프(60)는 막의 형성을 방지하도록 동작한다. 이를 실현하기 위해서는, 가스 나이프의 중심선과 메니스커스 피닝 개구(50)의 중심선 사이의 거리는 1.5 mm 내지 4 mm 범위 내인 것이 바람직하다.
가스 나이프(60)가 따라서 배치되는 선은 보통 개구(50)의 선을 따르므로 가스 나이프(60)의 슬릿(61)과 개구(50)들 중 인접한 개구 사이의 거리는 전술한 범위 내이다.
가스 나이프(60)가 따라서 배치되는 선은 개구(50)의 선과 나란히 배열된다. 가스 나이프(60)의 슬릿(61)과 개구(50)들 중 인접한 개구 사이는 일정한 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서 일정한 간격은 액체 핸들링 디바이스의 하나 이상의 모서리의 범위 내일 수 있다.
도 2 내지 도 7을 참조하여 전술한 바와 같은 국소 영역 유체 핸들링 시스템은 공간(11) 내로 버블이 포함될 수 있다. 알 수 있듯이, 메니스커스(320)는 유체 핸들링 시스템(12)과 유체 핸들링 시스템(12) 아래의 표면 사이에 연장된다. 이 메니스커스(320)는 공간(11)의 에지를 규정한다. 메니스커스(320)와 액적이 표면에서 충돌할 때, 예컨대 공간(11)을 빠져나간 액체의 액적, 가스의 버블이 공간(11) 내로 포함될 수 있다. 공간(11) 내로의 버블 포함은 가스의 버블이 이미징 에러를 초래할 수 있기 때문에 유해하다. 액적은 보통 적어도 다음의 세가지 환경 중 하나에서 표면 상에 남겨진다: (a) 액체 핸들링 디바이스가 기판(W)의 에지 위에 위치될 때, 액체 핸들링 디바이스와 기판(W) 사이에 상대적인 이동이 있을 때; (b) 액체 핸들링 디바이스가 액체 제한 구조체와 마주하는 대향면의 높이에서 스텝 체인지(step change) 위에 위치될 때, 액체 핸들링 디바이스와 대항면 사이에 상대적인 이동이 있을 때; 및/또는 (c) 예컨대 대향면의 임계 스캔 속도를 초과함으로써, 액체 핸들링 디바이스와 대향면 사이의 상대 속도가 너무 높아서, 예를 들면 메니스커스가 불안정해질 때. 버블은 액체 제한 구조체(12)와 투영 시스템(PS) 사이에 연장되는 도 4 및 도 5에 나타낸 메니스커스(400)에서 포함될 수 있다. 여기서 가스의 버블은 투영 시스템(PS)과 액체 핸들링 디바이스(12) 사이로부터 가스를 혼입시키는(entraining) 액체 핸들링 시스템(12)의 방사상으로 안쪽 대향면 상의 액체 유입구(도 5의 유입구(13) 및 도 6의 유입구(20))로부터 공급된 액체에 의해 생성될 수 있을 것이다.
버블 포함에 따른 곤란함을 처리하는 방법들은 액체 제한 구조체(12)의 제한 특성들을 개선하는 데 집중하였다. 예컨대, 액체가 넘치는 것을 방지하기 위하여 액체 제한 구조체(12)와 대향면 사이의 상대 속도를 감소시켰다.
가스의 매우 작은 버블은 공간(11)의 노광 영역(328)(도 7 에 도시됨)에 도달하기 전에 액침액에 용해될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 용해 속도가 포획된 가스의 타입과 액침액 특성에 따라 달라진다는 점을 이용한다.
이산화탄소(CO2)의 버블은 일반적으로 공기의 버블보다 더 빨리 용해된다. 용해도는 질소보다 55배 크고 열확산율은 질소의 0.86배인 CO2의 버블은 일반적으로 동일한 크기의 질소의 버블이 용해되는 시간보다 37배 짧은 시간 내에 용해될 것이다.
초순수(ultra pure water)를 끓여서 제거하는 실험을 수행하였다. 그후 그 물을 냉각시켜 -950 mbar의 진공을 인가하였다. 외기(ambient air)와 CO2의 버블이 물 속에 놓인 기판의 에지에 위치되었다. 이 버블들의 크기는 0.5 mm와 1 mm 사이였다. 30초 후에 CO2의 버블의 크기는 0.1 mm와 0.3 mm 사이로 감소하였고 1분 후 CO2의 버블의 크기는 0.1 mm보다 크지 않았다. 이 시간 동안 공기의 버블 크기는 눈에 띄게 변화하지 않았다.
시간에 따른 버블 직경의 변화에 대한 분석식(analytical formula)는 아래와 같다:
Figure pat00001
위 식에서, R은 보편 기체 상수(universal gas constant); T는 온도; Diff는 열확산율; Sol는 용해도; t는 시간; Dbub는 버블의 직경; Sh는 셔우드 수(Sherwood number)(kd/Dff, 여기서 k는 물질 전달 계수(mass transfer coefficient)이고, d는 특성 치수(characteristic dimension)임); Phyd는 수압(hydraulic pressure); 그리고 σ는 표면 장력이다.
이 식은 직경 1 mm 미만의 CO2 버블이 1 또는 2분의 시간 척도 내에 용해될 것이라는 것을 나타낸다. 비교해 보면, 질소의 버블은 시(hour)의 시간 척도(time scale)로 용해될 것이다. 이것은 위에서 언급한 실험과 일치한다.
다른 분석 모델은 버블 직경, 열확산율, 용해도, 보편 기체 상수 및 온도에 대한 용해 시간 τ에 관련 있다.
Figure pat00002
이 두번째 식은 직경 1 mm인 CO2의 버블이 첫 번째 분석 모델에 의해 예측된 110초와 비교하면 약 70초 내에 용해될 것이라는 것을 보여준다.
그러므로, 실험 결과는 위의 두 분석 모델과 대략적으로 일치한다. 더 빠른 용해는 보다 높은 용해도 및/또는 보다 높은 물질 전달 계수에 의해 달성된다. 일차 근사에 대해 주어진 흐름 조건과 기하학적 형상의 세트에서, 셔우드 수는 가스 또는 액체 관련사항(concerned)에 독립적이다. 이것은 물질 전달 계수와 열확산율이 비례한다는 것을 보여준다. 그러므로, 물질 전달 계수가 열확산율에 비례하고 열확산율이 높을 수록 더 빠른 용해를 야기하기 때문에, 첫 번째 식의 윗단과 두 번째 식의 아랫단은 제거할 수 있다. 따라서 적당한 가스들은 보다 높은 용해도 및/또는 보다 높은 열확산율을 가질 수 있다. 적당한 가스들은, 열활산율과 용해도의 곱이 공기에서보다 액침액 내에서 더 클 수 있다.
분석 모델들에 의해 얻은 결과를 이용하여 특정한 가스의 버블이 얼마나 신속하게 액체에 용해되는지를 예측하는 것에 대해 결정 가능하다. 메니스커스(320)에서 포함된 버블은 대향면에 대해 정지될 수 있고, 또 기판 상에 위치될 수도 있다. 이 버블은 공간을 통해 노광 영역(328) 쪽으로 이동할 수 있다. 이미징 결함이 발생하지 않도록 하기 위해, 포함된 버블은 투영 빔(B)에 의해 노광될 노광 영역(328)에 도달하기 전에 용해되는 것이 바람직하다. 일정한 유체 핸들링 시스템의 경우, 메니스커스(320)의 예측된 위치와 노광 영역(328) 사이의 거리는 알려져 있다. 버블의 이동 거리는, 버블이 액체 속으로 포함된 위치에서 노광 영역 내의 버블이 있는 위치로 투영 시스템(PS)의 아래에서 이동하는 기판(W)의 이동 거리와 같을 수 있다. 그래서 고속 스캔의 경우, 버블이 메니스커스(320)로부터 노광 영역(328)에 도달하는 데 걸리는 시간이 저속 스캔의 경우보다 더 짧을 것이기 때문에, 버블은 저속 스캔에서보다 더 빨리 용해될 필요가 있을 것이다. 도 8은 다양한 스캔 속도에 대한 메니스커스(320)의 예상된 위치와 노광 영역(328) 사이의 거리가 약 30 mm인 유체 핸들링 시스템의 특정한 기하학적 형상의 계산을 나타낸다. 스캔 속도(x축)에 대한 이산화탄소(정사각형)의 버블과 질소(다이아몬드형)의 버블의 허용 가능한 최대 크기(y축)가 선도로 도시되어 있다. 알 수 있듯이, CO2 버블의 허용 가능한 최대 버블 직경은 질소 버블의 허용 가능한 최대 버블 직경보다 훨씬 더 크다(대략 8배).
가스의 버블이 액침액 내에서 높은 열확산율, 용해도 또는 열확산율과 용해도의 곱을 가지는 가스인 경우, 위의 두 분석 모델에 따라 훨씬 더 빨리 액침액 내로 용해될 것이다. 그러므로, 본 발명의 실시예의 사용은 이미징 결함의 수를 줄일 것이고 더 높은 처리량(예컨대 액체 핸들링 시스템(12)에 대해 기판(W)의 속도가 더 빠름)와 더 낮은 결함성(defectivity)을 가능하게 한다.
그러므로, 본 발명의 일 실시예는 공간(11)에 인접한 지역에(예컨대, 볼륨(volume)에, 또는 영역을 향해) 가스를 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 제공한다. 특히, 가스는 대향면과 액체 핸들링 디바이스(12) 사이에 연장되는 메니스커스(320)에 인접한 지역 및/또는 액체 핸들링 디바이스(12)와 투영 시스템(PS) 사이에 연장되는 메니스커스(400)에 인접한 지역에 존재하도록 공급된다.
가스로는, 예컨대 액침액(예컨대, 물)에서의 용해도(1 atm의 전압력(가스의 분압과 액침액의 분압의 합)에서 액침액의 단위 질량당 가스의 질량)가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 1 x 10-3 보다 큰 것이 적당하다. 가스의 중량이 아니라 일정한 체적이 공간에 인접한 영역을 채워야 하기 때문에, 가스의 중량보다 가스의 체적이 더 중요할 수 있다. 그러므로, 용해도는 액체의 kg당 가스의 mol(즉, mol/kg)으로 더 잘 표현될 수 있다. 그 경우에 용해도가 5 x 10-3 mol/kg보다 커야하고, 바람직하게는 10 x 10-3 mol/kg, 15 x 10-3 mol/kg, 20 x 10-3 mol/kg 또는 25 x 10-3 mol/kg보다 커야한다.
가스로는, 예컨대 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2 s-1보다 큰 것이 바람직하다. 이것은 공기의 열확산율 2.3 x 10-5 cm2 s-1에 필적하는 수준이다. 열확산율은 8 x 10-5, 1 x 10-4, 또는 5 x 10-4 cm2 s-1보다 큰 것이 바람직하다. 대부분의 가스는 1 - 2 x 10-5 cm2 s-1 사이의 열확산율을 가진다. 산소와 질소 둘다의 열확산율은 2.3 x 10-5 cm2 s-1이고, 이산화탄소는 1.6 x 10-5 cm2 s-1이다. 헬륨은 3.8 x 10-5 cm2 s-1 의 열확산율( 및 1.6 x 10-6 kg/kg 또는 4 x 10-4 mol/kg의 용해도)을 가진다. 수소는 5.8 x 10-5 cm2 s-1 의 열확산율( 및 1.6 x 10-6 kg/kg 또는 8 x 10-4 mol/kg의 용해도)을 가진다.
특히 바람직한 것은 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 1 x 10-3 kg/kg 또는 3 x 10-3 mol/kg 보다 큰 용해도 및/또는 20℃ 및 1 atm 압력에서 3 x 10-5 cm2 s-1 보다 큰 액침액에서의 열확산도를 가지는 가스이다. 일 실시예에서, 가스는 열확산율과 용해도의 곱이 공기의 그것보다 큰 가스이다. 예컨대, 열확산율과 용해도의 곱은 1 x 10-9 cm2 s-1(용해도에 대해 질량비 사용) 또는 2 x 10-8 mol cm2 s-1 kg-1(용해도에 대해 mol/kg 사용). 용해도와 열확산율의 곱은 5 x 10-9, 1 x 10-8 또는 3 x 8-8 cm2 s-1 (용해도에 대해 질량비 사용) 또는 4 x 10-8, 10 x 10-8, 20 x 10-8, 40 x 10-8 또는 50 x 10-8 cm2 s-1 mol kg-1(용해도에 대해 mol/kg 사용)보다 큰 것이 바람직하다. 가스의 일 예는 이산화탄소이다.
일 실시예에서는, 용해도와 열확산율의 곱(20℃ 및 1 atm의 전압력에서)이 공기의 그것보다 큰 가스를 사용한다. 용해도는 kg/kg 또는 mol/kg으로 측정될 수 있다. 그러한 특성들을 가지는 가스는 액침액 내에서 공기보다 더 빨리 용해될 것이고, 그에 따라 메니스커스(320, 400)에 포함된 버블이 노공 시간에 노광 영역에 여전히 존재할 위험없이 더 높은 스캔 속도를 사용하는 것을 가능하게 한다.
가스의 일 예로는, 용이하게 입수 가능하고 다른 용도의 액침 시스템에 사용될 수 있기 때문에 이산화탄소가 바람직할 수 있다. 이산화탄소는 20℃ 및 1 atm 전압력의 물에서 1.69 x 10-3 kg/kg 또는 37 x 10-3 mol/kg의 용해도를 가진다. 다른 적당한 가스는 염소(7.0 x 10-3 kg/kg 또는 98 x 10-3 mol/kg), 황화수소(3.85 x 10-3 kg/kg 또는 113 x 10-3 mol/kg), 염화수소(0.721 kg/kg 또는 19753 x 10-3 mol/kg), 암모니아(0.531 kg/kg 또는 31235 x 10-3 mol/kg) 또는 이산화황(0.113 kg/kg 또는 1765 x 10-3 mol/kg)일 수 있다. 이 가스들 중 일부는 하나 이상의 약점이 있을 수 있다. 예컨대, 이 가스들 중 일부는 액침 리소그래피 장치 내의 구성요소와 반응할 수 있고/있거나 유독할 수 있으며 따라서 이산화탄소보다 취급이 더 어렵고 덜 바람직할 수 있다. 액침액에 쉽게 용해되는 임의의 비활성 가스(non-reactive gas)가 적합하다.
본 발명의 실시예에 사용된 이 가스들은, 물에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 각각 4.34 x 10-5 kg/kg 또는 1.36 x 10-3 mol/kg과 1.90 x 10-5 kg/kg 또는 0.68 x 10-3 mol/kg인 산소와 질소와는 다르다. 산소 또는 질소 또는 공기 중 어느 것, 이들 중 주된 부분을 형성하는 두 가스는, 따라서 공간(11)의 노광 영역(325)에 도달하기 전에 용해될 것 같지 않다.
가스 공급 디바이스는 다른 가스들을 배제하고 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 1 x 10-3 kg/kg 또는 5 x 10-3 mol/kg보다 큰 가스를 공급한다. 그래서 가스 공급 디바이스를 나가는 가스는 1 x 10-3 kg/kg 또는 5 x 10-3 mol/kg보다 큰 용해도를 가질 수 있다. 따라서 이러한 가스 공급 장치는, 공기가 1 x 10-3 kg/kg or 5 x 10-3 mol/kg보다 낮은 용해도를 가지는 산소와 질소를 포함하기 때문에, 공기(이산화탄소를 포함함)를 공급하는 가스 공급 장치와 구별할 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 일 실시예는 액침액의 메니스커스(320, 400) 주위에 CO2 분위기를 형성할 수 있어, 액침액 내로의 임의의 가스 함유는 액침액에 용해되는 가스 함유를 생성한다.
공간에 액침액을 공급하기 이전에 액침액에 CO2를 용해시키는 것은(예컨대 액침액의 고유 저항(resistivity)를 변화시키기 위해) 가스가 아니라 용질로서 CO2를 공급하는 것이다. CO2의 용질을 공급하는 것은, CO2가 액침액 내에 공급되기 때문에 본 발명의 실시예에서와 같은 방식으로 작용하지 않을 것이다. 메니스커스의 지역 내에 CO2를 가스 분위기 대신에 액침액 내의 용질로서 공급할 때, CO2는 이미 공간 내의 액체에 용해되어 있다. CO2는 포함된 버블의 가스로 존재하기 않기 때문에, 액침액 내의 CO2의 존재는 포함된 버블의 크기 감소를 촉진시키지는 않을 것이다. 이러한 구성은 본 발명의 실시예가 작용하는 방식과 배치되는 것으로 생각될 수 있다.
일 실시예에서, 액침액은 공간(11)에 공급되기 이전에 가스가 제거된다(degassed). 일 실시예에서, 가스 제거 이후 및 공간(11)에 공급되기 이전에는 최소 한도, 바람직하게는 전혀 가스를 용해시키지 않는다. 특히, 가스가 제거되는 액침액과 공간(11)에 공급되는 액침액 사이에는 의도적으로 액침액에 가스를 용해시키는 성분이 존재하지 않는다. 이전에, 액침액의 산성도 또는 전기 전도도를 변화시키기 위해, 예컨대 액침액과 접촉하는 하나 이상의 성분의 부식 방지를 돕기 위해, 이산화탄소를 공간(11)에 공급하기 전에 액침액에 이산화탄소를 용해시키는 것이 제안되었다. 그러나, 이산화탄소의 첨가는, 포함된 버블에 미치는 본 발명의 일 실시예의 효과가 상당하지 않을 정도의 이산화탄소 농도 이하로, 부식을 방지하기에 충분할 정도로만 첨가되어야 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 의도적으로 가스를 어떤 특정한 농도 이상으로 액침액 속에 용해시키는 것은 액침액 내의 그 가스의 용해도를 감소시킬 것이기 때문에, 액침액에 용해된 고농도의 이산화탄소는 바람직하지 않을 수 있다. 따라서 용액 내의 가스의 존재(적어도 어떤 특정한 임계값 이상)는, 포함된 버블의 가스가, 방지하지 않는 경우, 이미징 결함의 확률을 감소시키는 데 도움이될 정도로 충분히 신속하게 용해될 가능성을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 가스 분위기는 메니스커스(320, 400)에 생성된다. 가스 분위기는 액침 리소그래피 장치의 노광 영역을 가스로 에워싸는 것을 포함할 수 있다. 노광 영역은 투영 시스템(PS)의 단부를 둘러싸는 전체 영역이다. 일 실시예에서, 장치의 내부 전체에는 공급된 가스가 있다. 일 실시예에서, 메니스커스(320, 400)에 대해 가스의 국소 공급이 제공된다. 예컨대, 메니스커스(320, 400)에 가스를 제공하기 위해 배리어 부재(12) 내에 개별 개구(200, 201)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서는, 이하에 상세히 설명하는 바와 같이, 가스 나이프를 통해 가스를 제공할 수 있다. 일 실시예서는, 가스는 예컨대 퍼지 가스로서 배리어 부재의 지역에 공급될 수 있다.
일반적으로 가스 공급 디바이스는 사스의 소스와 도관을 통해 가스의 소스에 연결되어 있는 개구를 포함한다. 일 실시예에서, 가스는 가스 나이프(60) 없이 도 7에 나타낸 것과 같은 유체 핸들링 시스템에 제공되어, 높은 용해도 가스의 가스 분위기(600)가 액체 핸들링 디바이스(12) 전체를 둘러싼다. 액체 제한 구조체(12)는 가스 분위기(600) 내에, 예컨대 유체 핸들링 시스템의 지역에 예컨대 퍼지 가스로서 공급된 가스 구름으로 덮여 있다. 가스는 액체 제한 구조체(12)에서 떨어진(예컨대 인접한) 가스 개구(500)를 통해 제공될 수 있다. 개구(500)는 가스 개구(500)와 가스의 소스(520) 사이에 연장되는 도관(510)의 단부(end)일 수 있다. 가스 개구(500)는 액체 제한 구조체(12)의 주변에 빙 둘러 있는 하나 이상의 개구일 수 있다. 개구는 액체 제한 구조체(12)를 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예에서는 동일 또는 유사한 시스템, 특히 도 2 내지 도 4의 시스템이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 고용해도 가스용의 개구가 유체 핸들링 시스템(12)에 형성될 수있다. 가스 개구(200, 201)는 가스의 소스(520)에 연결될 수 있다. 예컨대, 가스 개구(200, 201)는 도 6에 도시된 바와 같은, 액체 제한 구조체(12)의 표면에 형성된 일체형(integral)의 개구(200)일 수 있다. 일체형의 개구(200)는 메니스커스의 방사상으로 바깥쪽에 있으며, 투영 시스템(PS)의 광축에 대해 추출기(70)의 방사상으로 바깥쪽에 있을 수 있다. 일체형의 개구(또는 배출구((200)를 나가는 액침액 내의 높은 용해도를 갖는 가스는 따라서 메니커스(320)에 인접하여 있을 수 있다. 일체형의 개구(200)를 나가는 가스는 액체 액적과 메니스커스(320)의 충돌 시에 가스 버블 상태로 공간(11) 내의 액침액 속에 포함될 수 있다. 이 가스는 액침액에 쉽게 흡수되기 때문에, 바람직하게는 공간(11) 내의 광 경로에 도달하기 전에 액침액 내에 흡수될 것이다. 도 6에 도시된 바와 같은 일체형의 개구(200)는 임의의 타입의 유체 핸들링 스템(12) 내에, 예컨대 추출기에 인접한 위치에 있을 수 있다. 도 6에는 액체 제한 구조체(12)와 투영 시스템(PS) 사이에 연장되는 메니스커스(400)에 가스를 제공하기 위한 다른 개구(201)가 있다. 다른 개구(201)는 메니스커스(400)의 예측된 위치의 방사상으로 바깥쪽에 있다.
도 5, 도 6, 및 도 7에 나타낸 가스 나이프와 같은 이전부터 존재하는 가스 공급 특징부가 여기서 설명한 액침액 내에 고 용해도의 가스를 공급하기 위해 가스 공급 디바이스에 사용될 수 있다. 도 5에서 개구(15)의 밖으로 공급된 가스는 액침액 내에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 1 x 10-3 kg/kg 또는 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스로 구성될 수 있다. 도 6의 가스 나이프(90) 및 도 7의 가스 나이프(60)에 사용된 가스는 액침액 내에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 1 x 10-3 kg/kg 또는 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스로 구성될 수 있다. 각 경우에, 개구(15, 90, 60)은 가스의 소스(520)에 연결될 수 있다. 따라서, 유체 핸들링 시스템(12)의 기존 설계를 사용할 수 있다. 유체 핸들링 시스템(12)의 기존 설계를 사용할 때, 유체 핸들링 시스템(12)의 크기는 축소되지 않는 경우 적어도 유지될 수 있다.
가스는, 환경 가스(예컨대 공기)가 액체/가스 분리 라인으로부터(예컨대 메니스커스(320, 400)에서) 대규모로 배출되도록 공급된다. 가스는 메니스커스(320, 400)에 또는 메니스커스(320, 400)의 방사상으로 바깥쪽에 공급될 수 있다. 일 실시예에서, 가스는 메니스커스를 주변 환경 가스로부터 보호하기 위한 퍼지 가스로서 공급된다. 일 실시예에서, 가스는 저장소 또는 액침 공간 애에 액체를 제한하기 위해 공급된다. 가스는 액체 핸들링 시스템과 대향면(예컨대, 기판 테이블 및/또는 기판) 사이에 밀봉을 형성하기 위해 공급될 수 있다. 공급된 가스는 액침액의 메니스커스와 예컨대 공기인 주변 분위기 사이에 배리어를 형성할 수 있다.
메니스커스(320, 400)가 노출되는 분위기는 주로 공급된 가스이다. 그러므로, 버블 형성이 없을 때에, 메니스커스(320, 400)에서 액침액 내로 가스가 용해된다. 시간이 지남에 따라 공급된 가스의 농도는 증가할 수 있다. 그 결과 메니스커스에서의 액체는 공급된 가스에 의해 가장 많이 영향을 받는다. 공급된 가스의 증가된 농도는 액침액의 광학 특성, 예컨대 굴절률에 여향을 미칠 수 있다. 그러나, 메니스커스에서 공간(11)으로부터의 끊임없는 추출이 메니스커스의 방사상으로 안쪽의 액체가 가스의 증가된 농도에 의해 실질적으로 영향받는 것의 방지를 돕는다.
그러나, 메니스커스에서, 예컨대 액적과의 충돌 시에 형성된 임의의 버블은 적어도 주로 공급된 가스의 가스 버블을 포함할 가능성이 있다. 버블은 공급된 가스를 포함할 때 예컨대 배출구(14), 개구(50), 또는 추출기(70)의 추출 영역을 너머 액침액에 쉽게 용해된다. 바람직하게는 버블이 노광 영역(325), 즉 공간(11)을 지나는 투영 빔의 경로에 도달하기 전에 용해되기 때문에, 대부분의 가스의 버블은 노광 영역(325)에 도달하기 전에 액침액에 용해된다. 버블의 경로 내의 대부분의 액체는 메니스커스 근처에서 추출되기 때문에, 공급된 가스가 용해되어 있는 액체는, 그것이 공간(11) 내의 액침액의 광학 특성에 상당히 영향을 미치기 전에 추출될 가능성이 있다.
가스의 CO2를 사용함으로써, 액체의 액적과 충돌하는 메니스커스(320)와 관련된 문제는 완화되지 않는다면 감소될 수 있다. 일반적으로 300 마이크로미터의 액적은 직경 30 마이크로미터의 버블을 만들 것이다(즉, 10배 크기). 이와 같은 이산화탄소의 버블은 보통 노광 영역에 도달하기 전에 액침액 내에 용될 것이다(이와 같은 크기의 액적은 하나 이상을 다른 문제를 발생시킬 수 있다는 것에 유의하기 바란다). 그러므로 액적에 의해 발생된 문제들은 덜 중요할 것이다. 액침 시스템은 공간을 빠져나온 액침액과의 상호작용에 대해 더 관대할 것이다.
재순환 디바이스(650)는 가스 공급 디바이스로부터의 모든 용해되지 않는 가스를 수집하고 재사용을 위해 그 용해되지 않은 가스를 가스 공급 장치의 가스 소스(520)로 돌려보내기 위해 사용될 수 있다. 도 7과 관련하여 설명한 것과 같은 가스 드래그 원리를 적용하는 유체 핸들링 시스템은 도 6과 관련하여 설명한 것과 같은 단상 추출기를 사용하는 액체 공급 디바이스에 비해 가스 공급 디바이스로부터의 가스를 대량으로 사용할 수 있을 것이다. 그러므로, 재순환 디바이스(650)는 가스 드래그 원리를 적용하는 유체 핸들링 시스템과 함께 사용하는 데 특히 유리하다. 이해할 수 있듯이, 전술한 특징 중 어떤 것은 임의의 다른 특징과 함께 사용될 수 있으며, 이것은 본 출원에 포함되어 있는 명백하게 기술된 것들의 조합뿐만이 아니다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예는 도 2 내지 도 4의 실시예에 적용될 수 있다.
본 명세서에서는, 집적회로(IC)의 제조에 있어서 리소그래피 장치의 사용에 대해 구체적으로 언급하였지만, 본 명세서에서 설명된 리소그래피 장치는 집적 광학 시스템, 자기 도메인 메모리(magnetic domain memory)용 유도 및 검출 패턴, 평판 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 박막 자기 헤드 등의 제조와 같은 기타 응용예들을 가질 수 있음을 이해하여야 한다. 당업자라면, 이러한 다른 응용예와 관련하여, 본 명세서에서 사용된 "웨이퍼" 또는 "다이"와 같은 어떠한 용어의 사용도 각각 "기판" 또는 "타겟 영역"과 같은 좀더 일반적인 용어와 동의어로 간주될 수 있음을 이해할 것이다. 본 명세서에서 언급되는 기판은, 노광 전후에, 예컨대 트랙(전형적으로 기판에 레지스트층을 도포하고 노광된 레지스트를 현상하는 장비), 또는 계측 장비, 또는 검사 장비에서 처리될 수 있다. 적용 가능한 범위에서, 상기 기판 처리 장비와 여타 기판 처리 장비에 본 명세서의 개시 내용이 적용될 수 있다. 또한, 예컨대 다층 집적회로를 만들기 위하여 기판은 복수 회 처리될 수 있으므로, 본 명세서에 사용되는 기판이라는 용어는 이미 여러 번 처리된 층들을 포함한 기판을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 사용된 "방사선" 및 "빔"이라는 용어는 자외(UV) 방사선(예컨대, 365, 248, 193, 157, 또는 126 nm의 파장을 가짐)을 포함하는 모든 형태의 전자기 방사선을 포괄한다. 문맥이 허용하는 곳에서의 "렌즈"라는 용어는 굴절성, 반사성 광학 요소들을 포함하는 다양한 타입의 광학 요소들 중 어느 하나 또는 그 조합을 지칭할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 특정 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명은 이상에서 개시된 바와 같은 방법을 설명하는 기계로 판독 가능한 명령어들의 하나 이상의 시퀀스들을 포함하는 컴퓨터 프로그램, 또는 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장되는 데이터 저장 매체(예컨대, 반도체 메모리, 자기 디스크 또는 광학 디스크)의 형태를 취할 수도 있다. 또한, 기계 판독 가능한 명령어는 2개 이상의 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있다. 이러한 2개 이상의 컴퓨터 프로그램은 하나 이상의 상이한 메모리 및/또는 데이터 저장 매체 상에 기억될 수 있다.
본 명세서에 기재된 임의의 제어기들은 리소그래피 장치의 적어도 하나의 구성요소 내에 위치된 하나 이상의 컴퓨터 프로세서에 의해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램이 판돌 될때 각기 또는 조합으로 동작할 수 있다. 제어기들은 각기 또는 조합으로 신호의 수신, 처리 및 전송을 위한 임의의 적당한 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 프로세서는 제어기들 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다. 예컨대, 각 제어기는 전술한 방법들을 위한 기계로 판독 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 제어기는 이러한 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 데이터 저장 매체, 및/또는 그러한 매체를 수용하기 위한 하드웨어를 포함할 수 있다. 때문에, 제어기(들)은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들의 기계로 판독 가능한 명령어에 따라 동작할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예는, 액침액이 수조 형태 내에 제공되거나 기판의 국소 표면 영역 상에만 제공되는지 아니면 어떠한 수단에 의해 제한되지(가두어지지) 않는지에 상관없이 전술한 유형을 포함한 어떠한 액침 리소그래피 장치에도 적용할 수 있을 것이다. 액침액을 제한하지 않는 구성에서는, 액침액은 기판 및/또는 기판 테이블의 표면 위에 흐르게 되어, 기판 및/또는 기판 테이블의 덮여지지 않은 전체 표면이 습윤 상태로 될 것이다. 이와 같이 액침액을 제한하지 않는 액침 시스템에서는, 액체 공급 시스템은 액침액을 제한하지 않거나, 또는 실질적으로 액침액을 완전히 제한하는 것이 아니라 일정 비율의 액침액 제한만을 제공할 수도 있다.
본 명세서에서 고려된 바와 같은 액체 공급 시스템은 광의의 것으로 해석되어야 한다. 어떠한 실시예에서는, 액체 공급 시스템은, 투영 시스템과 기판 및/또는 기판 테이블 사이의 공간에 액체를 제공하는 메카니즘이거나 또는 구조물의 조합일 수도 있다. 액체 공급 시스템은, 하나 이상의 구조물, 하나 이상의 액체 개구를 포함하는 하나 이상의 유체 개구, 하나 이상의 가스 개구 또는 두 개 상(two phase)의 흐름용의 하나 이상의 개구의 조합을 포함할 것이다. 이 개구들은 각각 액침 공간 내으로의 유입구(또는 유체 핸들링 구조물로부터의 배출구) 또는 액침 공간 밖으로의 배출구(또는 유체 핸들링 구조물 내로의 유입구)일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 공간의 표면은 기판 및/또는 기판 테이블의 일부일 수 있고, 또는 상기 공간의 표면은 기판 및/또는 기판 테이블의 표면을 완전히 덮을 수도 있고, 또는 상기 공간은 기판 및/또는 기판 테이블을 감쌀 수도 있다. 액체 공급 시스템은, 옵션으로, 액체의 위치, 양, 질, 형상, 유속 또는 기타 특성을 제어하기 위한 하나 이상의 요소를 더 포함할 수도 있다.
전술한 내용은 예시를 위한 것으로, 본 발명을 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면 하기 청구항들의 범위를 벗어나지 않고서도 전술한 본 발명에 대한 변형이 이루어질 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및
    상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스
    를 포함하는 액침 리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급 디바이스는 상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스의 소스를 포함하는, 액침 리소그래피 장치.
  3. 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및
    상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스
    를 포함하는 액침 리소그래피 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 공급 디바이스는 상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스의 소스를 포함하는, 액침 리소그래피 장치.
  5. 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성된 유체 핸들링 시스템; 및
    상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스
    를 포함하는 액침 리소그래피 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 공급 디바이스는 상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 2 x 10-8 cm2s-1 mol/kg-1 보다 큰 가스의 소스를 포함하는, 액침 리소그래피 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스의 소스는 이산화탄소의 소스인, 액침 리소그래피 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 공급 디바이스는 상기 액침 리소그래피 장치의 노광 영역을 상기 가스로 채우기 위해 가스를 공급도록 구성되는, 액침 리소그래피 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 핸들링 시스템은 액체 제한 구조체를 포함하는, 액침 리소그래피 장치.
  10. 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계;
    상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  11. 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계; 및
    상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  12. 투영 시스템의 최종 요소와 기판 사이의 국소 공간에 제한된 액침액을 통해 패터닝된 방사 빔을 투영하는 단계; 및
    상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 제공하는 단계
    를 포함하는 디바이스 제조 방법.
  13. 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템으로서,
    상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고; 상기 액침액에서의 용해도가 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 5 x 10-3 mol/kg 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 유체 핸들링 시스템.
  14. 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템으로서,
    상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고; 상기 액침액에서의 열확산율이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 3 x 10-5 cm2s-1 보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 유체 핸들링 시스템.
  15. 액침 리소그래피 장치용의 유체 핸들링 시스템으로서,
    상기 유체 핸들링 시스템은 액침액을 투영 시스템의 최종 요소와 기판 및/또는 테이블 사이의 국소 공간에 제한하도록 구성되고; 상기 액침액에서의 열확산율과 용해도의 곱이 20℃ 및 1 atm의 전압력에서 공기의 그것보다 큰 가스를 상기 국소 공간에 인접한 지역에 공급하도록 구성된 가스 공급 디바이스를 포함하는 유체 핸들링 시스템.
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