KR20170096961A - 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 - Google Patents

리소그래피 장치 및 물품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

리소그래피 장치는 원판의 패턴을 기판에 전사한다. 상기 장치는, 기판 및 원판 중 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 전극 구조와, 전극 구조에 교류 전압을 공급하도록 구성되는 전원을 구비한다. 전극 구조는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 구비하고, 각각의 전극 그룹은 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함하며, 전원은 복수의 전극 그룹에 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급한다.

Description

리소그래피 장치 및 물품 제조 방법{LITHOGRAPHY APPARATUS AND ARTICLE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 리소그래피 장치 및 물품 제조 방법에 관한 것이다.
원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치로서, 노광 장치, 임프린트 장치 등을 들 수 있다. 노광 장치는, 기판 상에 도포 또는 배치된 포토레지스트(피전사재)에 원판의 패턴을 잠상으로서 전사하는 장치이다. 잠상이 형성된 포토레지스트를 현상함으로써 레지스트 패턴이 형성된다. 임프린트 장치는, 기판 상에 도포 또는 배치된 임프린트재(피전사재)에 원판을 접촉시킨 상태에서 임프린트재를 경화시킴으로써 원판을 사용하여 임프린트의 패턴을 형성하는 장치이다.
노광 장치 또는 임프린트 장치 등의 리소그래피 장치에서, 기판, 원판 및/또는 피전사재 등에 파티클이 부착되면, 형성되는 패턴에 불량이 발생할 수 있다. 리소그래피 장치의 챔버 내의 파티클은, 챔버의 외부로부터 침입할 수 있거나, 또는 예를 들어 기계 요소 사이의 마찰 또는 기계 요소와 기판 또는 원판 사이의 마찰에 의해 챔버 내에서 발생할 수 있다. 혹은, 피전사재에 의해 파티클이 발생할 수 있다.
기판 및 원판 등의 부재의 표면과 기류의 사이에는 경계층이 존재한다. 기류를 따라 이동하는 파티클이 기류의 유선으로부터 벗어나면, 파티클은 경계층에 인입된다. 경계층의 내부에서는, 파티클에 대한 중력, 브라운(Brownian) 확산, 정전기 등의 영향이 상대적으로 커진다. 이로 인해, 파티클은 부재의 표면에 부착될 수 있다. 부재의 표면에 대한 파티클의 부착력은 매우 약하므로, 파티클은 외부 자극(정전기, 기류, 또는 진동)에 의해 용이하게 부재의 표면으로부터 분리될 수 있다. 기판 또는 원판의 근처에 배치된 부재의 표면으로부터 분리된 파티클은, 기판, 원판 및/또는 피전사재에 부착될 수 있다.
특허문헌 1은, 임프린트 장치에 관한 것이고, 몰드(원판)에 주 볼록 구조부 및 부 볼록 구조부를 구비하여, 부 볼록 구조부를 대전시킴으로써 이물(파티클)을 부 볼록 구조부에 포착시키는 구성을 기재하고 있다.
특허문헌 1에 기재된 발명과 같이 원판의 일부분을 포착부로 설정하고, 해당 포착부를 대전시킴으로써 파티클을 포착하는 접근법에서는, 다량의 파티클을 포착한 포착부는 파티클원이 될 수 있다. 예를 들어, 어떠한 원인으로 대전 상태가 해제된 경우, 및 대전 상태가 해제되어 있지 않은 경우에도, 정전기력, 기류, 또는 진동 등의 자극이 가해짐으로써, 포착부로부터 파티클이 분리되어 자유로워질 수 있다. 또한, 특허문헌 1과 같이, 원판의 일부분을 포착부로 설정하는 경우, 원판을 조작할 때에 포착부로부터 파티클이 분리될 수 있다. 포착부로부터 분리된 파티클은, 기판 또는 원판에 직접 부착될 수 있거나, 주변 부재에 일시적으로 부착된 후,에 다시 분리되어 결국은 기판 또는 원판에 부착되거나 할 수 있다.
일본 특허 공개 제2014-175340호
Masuda, S., Fujibayashi, K., Ishida, K., and Inaba, H., Electric Engineering in Japan, 92, 9 (1972). C.I. Calle, J.L. McFall, C.R. Buhler, et al., Proc. ESA Annual Meeting on Electrostatics 2008, Paper O1.
본 발명은, 파티클에 기인하는 패턴 전사 불량을 저감하는데 유리한 기술을 제공한다.
본 발명의 제1 양태는, 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치를 제공하며, 상기 장치는, 상기 기판 및 상기 원판 중 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 전극 구조와, 상기 전극 구조에 교류 전압을 공급하도록 구성되는 전원을 포함하고, 상기 전극 구조는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함하고, 각 전극 그룹은 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함하며, 상기 전원은, 상기 복수의 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급한다.
본 발명의 제2 양태는, 본 발명의 제1 양태에서 규정된 리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 상기 패턴이 형성된 기판을 처리하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 추가적인 특징은 첨부된 도면을 참고한 예시적인 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 제1 및 제2 실시예에 따른 임프린트 장치의 구성을 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 임프린트 장치에서의 파티클의 부착을 방지 또는 저감하는 원리를 설명하는 도면이다.
도 3은 제1 및 제2 실시예에 따른 임프린트 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 제1 실시예에 따른 기판 척 및 주변 부재의 구성예를 도시하는 도면이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 전극 구조의 복수의 전극 그룹과 전원 사이의 접속 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 전극 구조의 복수의 전극 그룹에 대하여 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 각각 예시하는 그래프이다.
도 7은 제2 실시예에 따른 전극 구조의 복수의 전극 그룹과 전원 사이의 접속 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 전극 구조의 복수의 전극 그룹에 대하여 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 각각 예시하는 도면이다.
도 9는 제3 실시예에 따른 임프린트 장치의 구성을 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 10은 제4 실시예에 따른 임프린트 장치의 구성을 부분적으로 도시하는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 전극의 배치예를 각각 도시하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예에 대해서 설명한다.
본 발명은, 대기압 환경, 감압 환경 또는 진공 환경 등의 환경 하에서 원판의 패턴을 기판에 전사하는 다양한 리소그래피 장치 각각에 적용가능하다. 예를 들어, 그러한 리소그래피 장치로서는 임프린트 장치 및 노광 장치를 들 수 있다. 임프린트 장치는, 기판 상의 임프린트재(피전사재)에 원판을 접촉시킨 상태에서 해당 임프린트재를 경화시킴으로써 원판을 사용하여 임프린트재의 패턴을 형성한다. 노광 장치는, 기판 상의 포토레지스트(피전사재)에 원판의 패턴을 잠상으로서 전사한다. 노광 장치로서는, 예를 들어 자외광 또는 EUV 광 등의 광을 사용하여 기판 상의 포토레지스트를 노광하는 노광 장치, 및 전자 빔 등의 하전 입자 빔을 사용하여 기판 상의 포토레지스트를 노광하는 노광 장치를 들 수 있다. 노광 장치는, 예를 들어 투영 노광 장치 또는 근접 노광 장치일 수 있다. 원판은, 기판 또는 기판 상의 피전사재에 전사해야 할 패턴을 갖는 부재이다. 임프린트 장치에서 사용되는 원판은, 몰드, 다이, 템플릿 등이라고도 불릴 수 있다. 노광 장치에서 사용되는 원판은, 레티클, 마스크 또는 포토마스크라고도 불릴 수 있다. 이하에서는, 본 발명을 임프린트 장치에 적용한 예를 설명한다.
도 3은, 리소그래피 장치의 일례로서의 임프린트 장치(IMP)의 구성을 예시하고 있다. 도 1은 도 3의 부분 확대도이다. 임프린트 장치(IMP)는, 원판(100)의 패턴을 기판(101)에 전사한다. 다른 표현을 사용하면, 임프린트 장치(IMP)는, 원판(100)을 사용하여 기판(101) 상에 임프린트재(피전사재)의 패턴을 형성한다. 원판(100)은, 오목부로 형성된 패턴을 갖는다. 기판(101) 상의 임프린트재(미경화 수지)에 원판(100)을 접촉시킴으로써 패턴의 오목부에 임프린트재가 충전된다. 이 상태에서, 임프린트재에 대하여 그것을 경화시키는 에너지를 부여함으로써, 임프린트재가 경화된다. 결과적으로, 원판의 패턴이 임프린트재에 전사되고, 경화된 임프린트재로 이루어진 패턴이 기판(101) 상에 형성된다.
임프린트재는, 그것을 경화시키는 에너지를 받음으로써 경화되는 경화성 조성물이다. 임프린트재는, 경화된 임프린트재 또는 미경화 임프린트재를 의미할 수 있다. 경화 에너지로서는, 예를 들어 전자파, 열 등이 사용될 수 있다. 전자파는, 예를 들어 그 파장이 10 nm(포함) 내지 1 mm(포함)의 범위로부터 선택되는 광(예를 들어, 적외선, 가시광선, 또는 자외선) 일 수 있다.
경화성 조성물은, 전형적으로는, 광의 조사 또는 가열에 의해 경화되는 조성물이다. 이들 조성물 중 광에 의해 경화되는 광경화성 조성물은, 적어도 중합성 화합물 및 광중합 개시제를 함유할 수 있다. 또한, 광경화성 조성물은, 부가적으로 비중합성 화합물 또는 용제를 함유할 수 있다. 비중합성 화합물은, 예를 들어 증감제, 수소 공여체, 내첨형 이형제, 계면활성제, 산화방지제, 중합체 성분 등을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 1개의 재료일 수 있다.
본 명세서 및 첨부 도면에서는, 기판(101)의 표면에 평행한 방향이 XY 평면을 형성하는 XYZ 좌표계에서 방향을 나타낸다. XYZ 좌표계에서 X축, Y축, 및 Z축에 각각 평행한 방향을 X 방향, Y 방향, Z 방향으로 한다. X축 둘레의 회전, Y축 둘레의 회전, 및 Z축 둘레의 회전을 각각 θX, θY, 및 θZ로 한다. X축, Y축, 및 Z축에 관한 제어 또는 구동은, 각각 X축에 평행한 방향, Y축에 평행한 방향, 및 Z 축에 평행한 방향에 관한 제어 또는 구동을 의미한다. 또한, θX축, θY축, θZ축에 관한 제어 또는 구동은, 각각 X축에 평행한 축 둘레의 회전, Y축에 평행한 축 둘레의 회전, Z축에 평행한 축 둘레의 회전에 관한 제어 또는 구동을 의미한다. 위치는, X축, Y축, 및 Z축 좌표에 기초해서 특정될 수 있다. 자세는, θX축, θY축, 및 θZ축에 대한 상대적인 회전에 의해 특정될 수 있는 정보이다. 위치결정은, 위치 및/또는 자세를 제어하는 것을 의미한다.
임프린트 장치(IMP)는, 기판(101)을 위치결정하는 기판 구동 기구(SDM)를 구비한다. 기판 구동 기구(SDM)는, 예를 들어 기판 척(102), 주변 부재(113), 미동 기구(114), 조동 기구(115) 및 베이스 구조체(116)를 포함할 수 있다. 기판 척(102)은, 기판(101)을 흡착(예를 들어, 진공 흡착 또는 정전 흡착)에 의해 보유지지할 수 있다. 미동 기구(114)는, 기판 척(102) 및 주변 부재(113)를 지지하는 미동 스테이지 및 해당 미동 스테이지를 구동하는 구동 기구를 포함할 수 있다. 주변 부재(113)는, 기판(101)의 측면을 둘러싸도록, 기판(101)이 배치되는 영역의 주변에 배치된다. 주변 부재(113)는 전극 구조(140)를 포함한다. 전극 구조(140)는, 기판(101)의 측면을 둘러싸도록, 기판(101)이 배치되는 영역의 주변에 배치된다. 전극 구조(140)는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함할 수 있다. 각 전극 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 주변 부재(113)는, 절연 부재를 포함하고, 전극 구조(140)는, 절연 부재에 임베딩(embed)될 수 있다. 미동 기구(114)는, 기판 척(102)을 미 구동함으로써 기판(101)을 미 구동하는 기구이다. 조동 기구(115)는, 미동 기구(114)를 조 구동함으로써 기판(101)을 조 구동하는 기구이다. 베이스 구조체(116)는, 조동 기구(115), 미동 기구(114), 기판 척(102) 및 주변 부재(113)를 지지한다. 기판 구동 기구(SDM)는, 예를 들어 기판(101)을 복수의 축(예를 들어, X축, Y축, θZ축의 3축)에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다. 미동 기구(114)에서의 기판 척(102)과 일체화된 부분(미동 스테이지)의 위치는, 간섭계 등의 계측기(117)에 의해 모니터된다.
임프린트 장치(IMP)는, 원판(100)을 위치결정하는 원판 구동 기구(MDM)를 포함할 수 있다. 원판 구동 기구(MDM)는 원판 척(구조체)(110) 및 구동 기구(109)를 포함할 수 있다. 원판 구동 기구(MDM)는 지지 구조체(108)에 의해 지지될 수 있다. 원판 척(110)은, 원판(100)을 흡착(예를 들어, 진공 흡착 또는 정전 흡착)에 의해 보유지지할 수 있다. 구동 기구(109)는, 원판 척(110)을 구동함으로써 원판(100)을 구동한다. 원판 구동 기구(MDM)는, 예를 들어 원판(100)을 복수의 축(예를 들어, X축, Y축, Z축, θX축, θY축, 및 θZ축의 6축)에 대해서 구동하도록 구성될 수 있다.
기판 구동 기구(SDM) 및 원판 구동 기구(MDM)는, 기판(101)과 원판(100)을 상대적으로 위치결정하는 구동 유닛을 형성한다. 구동 유닛은, X축, Y축, θX축, θY축 및 θZ축에 관해서 기판(101)과 원판(100)의 상대 위치를 조정하며, 또한 Z축에 관해서도 기판(101)과 원판(100)의 상대 위치를 조정한다. Z축에 관한 기판(101)과 원판(100)의 상대 위치의 조정은, 기판(101) 상의 임프린트재와 원판(100)을 접촉/분리하는 동작을 포함한다.
임프린트 장치(IMP)는, 기판(101) 상에 미경화 임프린트재를 도포 또는 공급하는 디스펜서(공급부)(111)를 구비할 수 있다. 디스펜서(111)는, 예를 들어 기판(101) 상에 임프린트재를 복수의 액적의 형태로 배치하도록 구성될 수 있다. 디스펜서(111)는 지지 구조체(108)에 의해 지지될 수 있다.
임프린트 장치(IMP)는, 기판(101) 상의 임프린트재에 UV 광 등의 광을 조사함으로써 해당 임프린트재를 경화시키는 경화 유닛(104)을 구비할 수 있다. 임프린트 장치(IMP)는 또한, 임프린트의 상태를 관찰하도록 구성된 카메라(103)를 구비할 수 있다. 경화 유닛(104)으로부터 사출된 광은, 미러(105)에 의해 반사되어, 원판(100)을 투과해서 임프린트재에 조사될 수 있다. 카메라(103)는, 원판(100) 및 미러(105)를 통해서 임프린트의 상태, 예를 들어 임프린트재와 원판(100) 사이의 접촉 상태 등을 관찰하도록 구성될 수 있다.
임프린트 장치(IMP)는, 기판(101)의 마크와 원판(100)의 마크와의 상대 위치를 검출하도록 구성된 얼라인먼트 스코프(107a, 107b)를 구비할 수 있다. 얼라인먼트 스코프(107a, 107b)는, 지지 구조체(108)에 의해 지지된 상부 구조체(106)에 배치될 수 있다. 임프린트 장치(IMP)는, 기판(101)의 복수의 마크의 위치를 검출하도록 구성된 오프 액시스 스코프(112)를 구비할 수 있다. 오프 액시스 스코프(112)는 지지 구조체(108)에 의해 지지될 수 있다.
임프린트 장치(IMP)는, 1개 또는 복수의 취출부(118a, 118b)를 구비할 수 있다. 취출부(118a, 118b)는, 원판 척(110)을 둘러싸도록 원판 척(110)의 주위에 배치될 수 있다. 취출부(118a, 118b)는, 에어 등의 기체를 취출하는 것에 의해 에어 커튼 등의 기류 커튼을 형성할 수 있다. 취출부(118a, 118b)는, 예를 들어 지지 구조체(108)에 의해 지지될 수 있다. 임프린트 장치(IMP)는, 기판(101)과 원판(100) 사이의 공간에 기판(101)을 따르는 기체의 흐름이 형성되도록, 해당 공간을 향해서 기체를 공급하는 기체 공급부(130)를 구비할 수 있다.
임프린트 장치(IMP)는, 기타, 주 제어부(126), 임프린트 제어부(120), 조사 제어부(121), 스코프 제어부(122), 디스펜서 제어부(123), 커튼 제어부(124), 및 기판 제어부(125)를 구비할 수 있다. 주 제어부(126)는, 임프린트 제어부(120), 조사 제어부(121), 스코프 제어부(122), 디스펜서 제어부(123), 커튼 제어부(124), 및 기판 제어부(125)를 제어한다. 임프린트 제어부(120)는, 원판 구동 기구(MDM)를 제어한다. 조사 제어부(121)는, 경화 유닛(104)을 제어한다. 스코프 제어부(122)는, 얼라인먼트 스코프(107a, 107b) 및 오프 액시스 스코프(112)를 제어한다. 디스펜서 제어부(123)는, 디스펜서(111)를 제어한다. 커튼 제어부(124)는, 취출부(118a, 118b)를 제어한다. 기판 제어부(125)는, 기판 구동 기구(SDM)를 제어한다.
기판(101)과 원판(100) 사이의 공간 및 그 주변의 공간에는, 취출부(118a, 118b)로부터 취출되는 기체에 의한 기류(201) 및 기체 공급부(130)로부터 공급되는 기체에 의한 기류(203)가 존재할 수 있다. 여기서, 부재의 표면에의 파티클의 부착에 대해서 생각한다. 제어된 기류의 주류에 파티클이 존재하고 있을 때는, 파티클은 그 주류를 따라 이동한다. 그로 인해, 파티클은, 부재의 표면에 대하여 용이하게 접근할 수 없어, 파티클이 해당 표면에 부착되는 것이 방지된다. 그러나, 임프린트 장치(IMP)는, 다양한 부품에 의해 구성된다. 기체 공급부(130)의 출구(취출부)의 근방에는 층류가 형성될 수 있다. 그러나, 출구로부터 이격됨에 따라 다양한 부품이 장해물이 되어, 기류가 교란되고, 정체가 발생할 수 있다. 따라서, 임프린트 장치(IMP)에 파티클이 침입하거나 또는 임프린트 장치(IMP) 내에서 파티클이 발생하면, 파티클은, 기류로부터 벗어나서, 부품, 기판(101) 및 원판(100) 등의 물체의 표면과 기류 사이에 존재하는 경계층 및 부품에 인입되다. 경계층은, 주류보다 유속이 느리고, 유속 분포가 급격하게 변화하는 층이다. 특히, 물체의 표면 근방의 부분은 공기의 점성에 의해 유속이 0에 가깝다. 이 경우, 파티클에는 중력, 브라운 확산, 및 정전기의 영향이 크게 작용하고, 파티클이 물체의 표면에 매우 부착되기 쉬워진다. 물체의 표면에 부착된 파티클은, 부착력이 약하고, 외부 자극(정전기, 기류, 또는 진동)에 의해 용이하게 물체의 표면으로부터 분리될 수 있다.
제1 실시예에서는, 기판(101)의 측면을 둘러싸도록 배치된 주변 부재(113)의 절연 부재에 전극 구조(140)를 임베딩하고, 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급한다. 이렇게 함으로써, 주변 부재(113)의 표면에 교류 전계를 형성하여, 주변 부재(113)의 표면 위 경계층에 인입된 파티클(200)을 튀겨낸다. 결과적으로, 파티클(200)은, 주류로 복구되고, 주류를 따라 이동한다. 따라서, 파티클(200)이 기판(101)의 주변에 존재하는 부재의 표면에 부착된 후에 그것으로부터 분리되고, 기판(101), 원판(100) 또는 임프린트재에 부착되는 현상이 방지 또는 저감된다.
주변 부재(113)는, 그 일부 또는 전체가 절연 부재로 구성될 수 있고, 해당 절연 부재에 전극 구조(140)가 임베딩될 수 있다. 주변 부재(113)(절연 부재)는, 평탄한 표면(S)을 갖도록 형성될 수 있다. 표면(S)은, 기판(101)의 표면과 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다. 임베딩 형식은, 전극 구조(140)가 완전히 절연 부재의 표면 밑에 매몰되는 형식이어도 되고, 또는 전극 구조(140)의 표면이 노출되는 형식이어도 된다. 전극 구조(140)는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함할 수 있다. 전극 구조(140)는, 서로 전기적으로 접속된 전극(10a, 11a, 12a, 13a, 14a, 15a...)으로 형성되는 전극 그룹(a 그룹)과, 서로 전기적으로 접속된 전극(10b, 11b, 12b, 13b, 14b, 15b...)으로 형성되는 전극 그룹(b 그룹)을 포함할 수 있다.
도 2에서, Ux는, 주변 부재(113)의 표면 근방에 형성되는 기류의 유속 분포를 나타내고 있다. 각각의 E는, 전극 구조(140)에 교류 전압을 공급함으로써 형성되는 전계를 나타내고 있다. D는, 주변 부재(113)의 표면과 기류의 주류 사이의 경계층의 두께를 나타내고 있다. P는, 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹에서의 전극 사이의 배열 피치를 나타내고 있다. V(Vx, Vz)는, 파티클(200)의 경계층 내에서의 이동 속도를 나타내고, Vx는 X 방향의 속도를 나타내며, Vz는 Z 방향의 속도를 나타낸다.
전원(PS)은, 전극 구조(140)의 a 그룹 및 b 그룹에 대하여, 위상차가 Π인 교류 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 각 교류 전압의 소정의 반 주기에서는, a 그룹에 + 전압이 인가되고, b 그룹에 - 전압이 인가되며, a 그룹으로부터 b 그룹을 향하는 만곡된 불균등한 전계가 발생한다. 다음 반 주기에서는, b 그룹으로부터 a 그룹을 향하는 만곡된 불균등한 전계가 발생한다. 즉, 전극 구조(140)(주변 부재(113))의 표면 상에 형성되는 전계(E)는 정재파를 형성한다.
이러한 전계(E)가 형성된 표면의 근방에 대전된 파티클(200)이 비상되어 오는 경우, 파티클(200)이 전계(E)를 따르는 힘을 받는다. 한편, 대전되지 않은 파티클(200)이 비상되어 왔을 경우, 전계(E)가 불균등한 전계이기 때문에 구배력이 발생한다. 그 결과, 파티클(200)은, 전극 구조(140)로부터 이격되는 방향으로 힘을 받는다. 이러한 기술은, 전계 커튼이라고 불린다(비특허문헌 1 및 2). 파티클(200)이 이러한 힘을 받으면, 부재의 표면에 용이하게는 부착되지 않고 표면으로부터 멀어진다. 따라서, 경계층에 인입된 파티클(200)은, 경계층으로부터 튀겨내져, 기류의 주류를 따라 이동한다.
일반적으로, 경계층의 두께(D)는 이하와 같이 주어진다:
D = 3√(vx/U∞) ...(1)
여기서, U∞는 주류의 속도이고, v는 기체의 동점도이며, x는 주변 부재(113)의 단부로부터의 거리이다. 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹에서의 전극 사이의 배열 피치(P)는 경계층 두께(D)보다 작은 것이 바람직하다. 배열 피치(P)는 인접하는 전극의 중심 사이의 거리이다.
배열 피치(P)가 경계층 두께(D)보다 크면, 경계층 내의 파티클(200)을 기류의 주류로 복귀시키기 위해서 필요한 강도를 각각 갖는 전계(E)를 형성하는 것이 곤란해지고, 파티클(200)이 주변 부재(113)의 표면에 부착될 가능성이 높아진다. 한편, 배열 피치(P)가 경계층 두께(D)보다 작은 경우, 경계층 내의 파티클(200)을 기류의 주류로 복귀시키기 위해서 필요한 강도를 각각 갖는 전계(E)를 형성하는 것이 용이하다.
또한, 배열 피치(P)의 설계에 대해서는 다음과 같이 생각할 수 있다. 도 2에서, 전계(E)는, 점선 전속선으로 나타나고 있다. 전극 그룹(a 그룹)(10a 내지 15a)과 전극 그룹(b 그룹)(10b 내지 15b) 사이에서 발생하는 전속선의 다수가 주변 부재(113)의 표면에서 폐쇄되는 구성이 바람직하다. 예를 들어, 기판(101)(기판 척(102))이 이동함에 따라 전극에 대하여 전극에 대향하는 부재(이하, 대향 부재라 함)가 접근해 왔을 경우, 전속선의 다수가 폐쇄되어 있으면, 그 대향 부재의 근방의 전위는 거의 0V으로 유지된다. 그러나, 폐쇄되어 있는 전속선의 수가 적은 경우에는, 대향 부재에 들어가는 전속선의 수가 많아지고, 전극과 대향 부재 사이에서 전계가 발생한다. 이 경우, 전극과 대향 부재 사이의 공간에 파티클(200)이 존재하는 경우, 파티클(200)이 전속선을 따라서 이동하여 대향 부재에 부착될 가능성이 있다. 따라서, 배열 피치(P)는, 주변 부재(113)의 평탄한 표면(S)과 평탄한 표면(S)에 대향할 수 있는 부재(예를 들어, 취출부(118a, 118b), 원판 척(110), 및 원판(100)) 사이의 거리보다 작게 되는 것이 바람직하다.
이하, 다른 관점에서의 바람직한 파라미터를 고찰한다. 파티클(200)의 속도를 도 2에서와 같이 V(Vx, Vz)라고 정의한다. 경계층에서의 주변 부재(113)의 표면 근방의 z 방향의 파티클(200)의 속도(Vz)는, VG가 중력에 의한 이동 속도(중력 침강 속도)이고, VB가 브라운 확산에 의한 이동 속도이며, VE가 전계에 의한 이동 속도일 때, 합 VG+VB+VE로 주어진다. 기류를 구성하는 기체(전형적으로는 공기)의 물성은 일정하기 때문에 이 Vz는 입경 및 발생되는 전계(E)에 의존하는 것으로 생각된다. 이하와 같이 추정할 수 있다:
VG = CcρPDp 2g/(18v) ...(2)
여기서, CC는 커닝햄(Cunningham) 보정 계수라고 지칭되는 무차원수이고, 파티클(200)의 직경과 주위 기체의 평균 자유 행로의 오더(order)가 거의 동일해질 경우에 고려해야 할 수이며, ρP는 파티클(200)의 밀도이고, Dp는 파티클(200)의 직경이며, g는 중력가속도이다.
VB는 이하와 같이 주어진다:
VB = √(4CCkT/(3Π2vDp)) ...(3)
여기서, k는 볼츠만 계수이고, T는 기체 온도이다.
VE는 이하와 같이 주어진다:
VE = CCpeEmax/(3ΠvDp) ...(4)
여기서, p는 파티클의 하전수이고, 임프린트 장치(IMP)에서 발생하는 파티클(200)의 하전수는 불분명하지만, 여기에서는 파티클(200)의 직경 Dp에 의존하는 평균 하전수를 가정하고, e는 전기 소량이며, Emax는 경계층내에 발생시키는 전계 강도의 최대값이다.
이상의 식 (2) 내지 (4)를 이용해서 Vz를 추정할 수 있다. 따라서, 파티클(200)이 주변 부재(113)의 표면에 도달하는데 필요한 이동 시간을 t로 하면, t∼D/Vz로서 근사가 이루어질 수 있다. 이 이동 시간(t) 중에 각 전계의 방향이 바뀌지 않으면, 파티클(200)은 그대로 주변 부재(113)의 표면에 부착된다. 파티클(200)이 주변 부재(113)의 표면에 부착되는 것을 방지하기 위해서는, 이동 시간(t) 중에 전계의 방향이 바뀔 필요가 있다. 따라서, 전극 구조(140)에 공급되는 교류 전압의 주기를 T로 하면, T<t가 만족되어야 한다.
혹은, 전극 구조(140)에 공급되는 교류 전압의 바람직한 주파수를 다음과 같이 생각할 수도 있다. 파티클(200)의 이동 속도에서의 지배적인 성분은 전계에 의한 이동 속도 VE이다. 주변 부재(113)(전극 구조(140))의 근처에 이오나이저가 설치되어 있는 경우, 발생한 파티클(200)이 치우친 전하를 가지고 있어도, 이오나이저에 의해 전하 분포는 대략 볼츠만의 평형 하전 분포를 따르게 된다. 이 경우, 평균 하전수를 추정할 수 있다. 식 (4)에서의 최대 입경(p/Dp)은 50 nm이기 때문에, 파티클 직경(Dp=50 nm) 및 평균 하전수(p=0.411)를 이용해서 VE를 추정한다. 각 전계(E)가 예를 들어 1×106V/m이면, VE=3.8×10-2 m/sec가 얻어진다.
주변 부재(113)와 이것에 대향하는 대향 부재 사이의 거리를 2 mm로 하면, 이 중간에 위치하는 파티클(200)이 주변 부재(113) 및 대향 부재의 양쪽 모두에 부착되는 것을 방지하기 위해서는, t=2.6×10-2 sec가 얻어진다. 즉, 약 1/t=38Hz의 주파수의 교류 전압을 전극 구조(140)에 공급하면 된다. 이상과 같이, 전원(PS)에 의해 전극 구조(140)에 공급되는 교류 전압의 주파수는, 임프린트 장치(IMP)의 사양에 기초하여 결정된 수 있다. 본 발명자가 행한 실험에서는, 전원(PS)에 의해 전극 구조(140)에 공급되는 교류 전압의 주 반 주기를 1 내지 1,000 Hz의 범위 내로 설정함으로써 파티클(200)이 주변 부재(113) 및 대향 부재에 부착되는 것을 방지하는 효과가 확인되었다.
도 4a 및 도 4b는 기판 척(102) 및 주변 부재(113)의 구성예를 나타내고 있다. 도 4a는 평면도이고, 도 4b는 단면도이다. 도 4a는 참고로서 샷 배열(샷 영역의 배열)(150)을 나타내고 있다. 주변 부재(113)는, 절연 부재(1131)를 포함하고, 절연 부재(1131)에 전극 구조(140)가 임베딩되어 있다. 주변 부재(113)는, 기판 척(102)(기판(101))을 둘러싸도록 기판 척(102)의 주위에 배치된다. 전극 구조(140)는, 기판 척(102)(기판(101))을 둘러싸도록 기판 척(102)의 주위에 배치된다. 전극 구조(140)는 또한, 샷 배열(150)의 외측에, 샷 배열(150)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 전극 구조(140)를 형성하는 복수의 전극 그룹은, 동심원형상으로 배치되어 있다. 주변 부재(113)는, 혼란이 적은 기류가 주변 부재(113) 상에 형성되되록, 평탄한 표면을 갖는 것이 바람직하다.
도 5는, 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹(a 그룹 및 b 그룹)과 전원(PS) 사이의 접속예를 나타내고 있다. 도 6은, 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹(a 그룹 및 b 그룹)에 대하여 전원(PS)으로부터 공급되는 교류 전압을 예시하고 있다. 도 5에 도시되는 예에서는, 전극 구조(140)는 2개의 전극 그룹(a 그룹 및 b 그룹)으로 형성된다. 전원(PS)은 제1 전원(31)과 제2 전원(32)을 포함한다. 제1 전원(31)은, a 그룹을 형성하도록 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극(10a, 11a, 12a)에 제1 교류 전압(V1)을 공급한다. 제2 전원(32)은, b 그룹을 형성하도록 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극(10b, 11b, 12b)에 제2 교류 전압(V2)을 공급한다. 일례에서, 제1 교류 전압(V1) 및 제2 교류 전압(V2) 각각은 주파수가 100Hz 및 진폭이 ±500V이며, 그들의 위상차는 Π이다. a 그룹의 전극 및 b 그룹의 전극에 대하여 위상차가 Π인 교류 전압을 공급함으로써 만곡된 불균등한 전계를 갖는 정재파가 형성된다. 이 전계에 의해 파티클이 경계층으로부터 튀겨내진다.
도 4a 및 도 4b에 나타나는 예에서는, 전극 구조(140)의 복수의 전극 그룹을 형성하는 전극이 동심원 형상으로 등간격으로 배치되어 있다. 그러나, 이것은 일례일 뿐이다. 예를 들어, 주변 부재(113)에 센서, 마크 등이 제공되는 경우에는, 그것들을 피하도록 전극을 배치하기 위해서, 복수의 전극 그룹을 형성하는 전극은 반드시 동심원형상으로 등간격으로는 배치될 필요는 없다. 예를 들어, 도 11a의 전극 구조(141)와 같이, 복수의 전극 그룹을 형성하는 전극은 동심원형상이지만 비등간격으로 배치될 수 있다. 혹은, 도 11b의 전극 구조(142)와 같이, 복수의 전극 그룹을 형성하는 각각의 전극은 방사상으로 연장될 수 있다. 혹은, 주변 부재(113)의 영역은 복수의 영역으로 분할될 수 있고, 각 영역에 복수의 전극 그룹이 배치될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예에서 언급하지 않는 사항은 제1 실시예를 따를 수 있다. 제2 실시예에서는, 전극 구조(140)는, 복수의 전극 그룹으로서, 3개의 전극 그룹을 갖는다. 즉, 제2 실시예의 전극 구조(140)는 3상 구성을 갖는다. 더 구체적으로는, 제2 실시예의 전극 구조(140)는 a 그룹, b 그룹, 및 c 그룹의 전극 그룹을 포함한다. a 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 전극(20a, 21a...)으로 형성되는 전극 그룹이다. b 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 전극(20b, 21b...)으로 형성되는 전극 그룹이다. c 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 전극(20c, 21c...)으로 형성되는 전극 그룹이다.
전원(PS)은, 제1 전원(33)과, 제2 전원(34)과, 제3 전원(35)을 포함한다. 제1 전원(33)은, a 그룹을 형성하도록 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극(20a, 21a...)에 제1 교류 전압(V3)을 공급한다. 제2 전원(34)은, b 그룹을 형성하도록 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극(20b, 21b...)에 제2 교류 전압(V4)을 공급한다. 제3 전원(35)은, c 그룹을 형성하도록 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극(20c, 21c...)에 제3 교류 전압(V5)을 공급한다. 일례에서, 제1 교류 전압(V3), 제2 교류 전압(V4) 및 제3 교류 전압(V5) 각각은, 주파수가 100Hz이고 진폭이 ±500V이며, 그들의 위상차는 2Π/3이다. 제2 교류 전압(V4)은, 제1 교류 전압(V3)을 위상차 2Π/3로 앞선다. 제3 교류 전압(V5)은, 제2 교류 전압(V4)을 위상차 2Π/3로 앞선다. 기판(101) 측으로부터 a 그룹, b 그룹, c 그룹, a 그룹, b 그룹, c 그룹... 같이 전극 그룹이 배치된다.
이상과 같은 구성에서, 전원(PS)이 전극 구조(140)에 교류 전압(V3, V4, V5)을 공급함으로써, 진행파가 발생한다. 그 진행파는, 기판(101)으로부터 이격되는 방향으로 진행한다. 파티클은, 경계층으로부터 튀겨져 나가는 방향으로 힘을 받으며, 진행파를 따르는 방향, 즉 기판(101)으로부터 이격되는 방향으로 힘을 받는 상태로 이동한다. 따라서, 제2 실시예에 따르면, 제1 실시예에서보다 더 효과적으로 경계층으로부터 파티클을 주류로 복귀시킬 수 있다.
도 9를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다. 제3 실시예에서 언급되지 않은 사항은 제1 또는 제2 실시예를 따를 수 있다. 제3 실시예에서는, 원판(100)의 측면을 둘러싸도록, 원판(100)이 배치되는 영역의 주변에 배치된 전극 구조(170)가 포함되고, 전극 구조(170)는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함하며, 각 전극 그룹은 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함한다. 주변 부재(160)는 절연 부재를 포함하고, 전극 구조(170)는 절연 부재에 임베딩되어 있다. 주변 부재(160)는, 평탄한 표면(하면)을 가질 수 있다. 해당 표면은, 원판(100)에서의 주변 부분과 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하다. 전극 구조(170)에 대하여 교류 전압을 공급하는 전원(PS2)은, 제1 실시예에서의 전원(PS)과 동일한 구성을 갖을 수 있다.
임프린트 장치(IMP)에서는, 원판(100)은 샷 영역 상의 임프린트재에 대해 임프린트가 행해질 때마다 반복적으로 임프린트재에 접촉하며 임프린트재로부터 분리된다. 따라서, 원판(100)은 대전되기 쉬운 이러한 대전을 제거하기 위해서 이오나이저 등의 제전 장치를 적용하는 것도 생각된다. 그러나, 기판(101)과 원판(100) 사이의 간극이 작은 것을 고려하면, 이오나이저에 의해 대전을 충분히 제거하는 것은 어려울 수 있다. 또한, 기판(101)과 원판(100) 사이의 간극이 좁은 것에 의해, 기판(101)과 원판(100) 사이의 간극에 큰 전위 구배가 발생하고, 이에 의해 파티클이 원판(100)에 부착될 수 있다.
제3 실시예에서도, 제1 실시예에서와 같이, 전극 구조(170)의 복수의 전극 그룹에서의 전극 사이의 배열 피치(P)는, 경계층 두께(D)보다 작은 것이 바람직하다. 부가적으로, 배열 피치(P)는, 주변 부재(160)의 평탄한 표면에 대향할 수 있는 부재(예를 들어, 기판(101) 및 주변 부재(113))와 해당 표면 사이의 거리보다 작게 되는 것이 바람직하다.
파티클의 속도 V(Vx, Vz)에 관해서는, 중력에 의한 이동 속도(중력 침강 속도)는, 주변 부재(160)로부터 멀어지는 방향이다. 따라서, 총 이동 속도(Vz)는, -VG이 중력에 의한 이동 속도이고, VB이 브라운 확산에 의한 이동 속도이며, VE이 전계에 의한 이동 속도인 경우, 합 -VG+VB+VE로 주어진다. 이 Vz는 전술한 식 (2) 내지 (4)를 사용하여 어느 정도의 추정이 가능하다.
따라서, 파티클(200)이 주변 부재(160)의 표면에 도달하는데 필요한 이동 시간을 t로 하면, t∼D/Vz로서 근사가 이루어질 수 있다. 이 이동 시간(t) 동안에 전계의 방향이 바뀌지 않으면, 파티클(200)은 그대로 주변 부재(160)의 표면에 부착된다. 주변 부재(160)의 표면에 파티클(200)이 부착되는 것을 방지하기 위해서는, 이동 시간(t) 동안 전계의 방향이 바뀔 필요가 있다. 따라서, 전극 구조(170)에 공급되는 교류 전압의 주기를 T로 하면, T<t가 만족되어야한다.
제3 실시예에 따르면, 원판(100)의 주변에 배치된 주변 부재(160)에 임베딩된 전극 구조(170)에 의해 발생하는 전계에 의해 주변 부재(160)에 대한 파티클(200)의 부착이 방지 또는 저감된다. 그리고, 파티클(200)은, 기류의 주류를 따라서 기판(101) 및 원판(100)의 주변으로부터 멀어진다. 따라서, 기판(101), 원판(100) 및 임프린트재에의 파티클(200)의 부착이 방지 또는 저감된다.
도 10을 참조하여 본 발명의 제4 실시예를 설명한다. 제4 실시예는, 제1 또는 제2 실시예와 제3 실시예를 조합하여 얻은 것이다. 즉, 제4 실시예의 임프린트 장치(IMP)는, 기판(101)을 둘러싸도록 배치된 주변 부재(113)에 배치된 전극 구조(140)와, 원판(100)을 둘러싸도록 배치된 주변 부재(160)에 배치된 전극 구조(170)를 구비하고 있다. 전극 구조(140, 170)에는, 전원(PS) 및 제2 전원(PS2)으로부터 교류 전압이 공급된다. 제4 실시예에 따르면, 기판(101)의 주변에 배치된 주변 부재(113)에 대한 파티클(200)의 부착 및 원판(100)의 주변에 배치된 주변 부재(160)에 대한 파티클(200)의 부착이 방지 또는 저감된다. 그리고, 파티클(200)은, 기류의 주류를 따라서 기판(101) 및 원판(100)의 주변으로부터 멀어진다. 따라서, 기판(101), 원판(100) 및 임프린트재에의 부착이 방지 또는 저감된다.
제1 내지 제4 실시예 각각을 통해서 예시적으로 설명된 것과 같이, 본 발명의 리소그래피 장치는, 기판 및 원판 중 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 전극 구조와, 해당 전극 구조에 교류 전압을 공급하는 전원을 구비할 수 있다. 해당 전극 구조는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함할 수 있다. 각 전극 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 해당 전원은, 해당 복수의 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 리소그래피 장치는, 기판 및 원판 중 다른 것의 측면을 둘러싸도록 배치된 제2 전극 구조와, 해당 제2 전극 구조에 교류 전압을 공급하는 제2 전원을 구비할 수 있다. 해당 제2 전극 구조는, 서로 전기적으로 절연된 복수의 제2 전극 그룹을 포함할 수 있다. 각각의 제2 전극 그룹은, 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 해당 제2 전원은, 해당 복수의 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급할 수 있다.
이하, 상기의 임프린트 장치 등의 리소그래피 장치를 사용하여 물품을 제조하는 물품 제조 방법을 설명한다. 물품 제조 방법은, 리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와, 해당 패턴이 형성된 기판을 처리(예를 들어, 에칭, 이온 주입, 또는 산화의 실행)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명을 예시적인 실시예를 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않음을 이해해야 한다. 이하의 청구항의 범위는 이러한 모든 변형과 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 최광의로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 원판의 패턴을 기판에 전사하는 리소그래피 장치이며,
    상기 기판과 상기 원판 중 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 전극 구조와,
    상기 전극 구조에 교류 전압을 공급하도록 구성되는 전원을 포함하고,
    상기 전극 구조는 서로 전기적으로 절연된 복수의 전극 그룹을 포함하고, 각 전극 그룹은 서로 전기적으로 접속된 복수의 전극을 포함하며,
    상기 전원은, 상기 복수의 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급하는, 리소그래피 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 원판 중 상기 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 주변 부재를 더 포함하며,
    상기 주변 부재는 절연 부재를 포함하고, 상기 전극 구조는 상기 절연 부재에 임베딩(embed)되어 있는, 리소그래피 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주변 부재는 평탄한 표면을 갖는, 리소그래피 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 전극 그룹에서의 전극들 사이의 배열 피치는, 상기 주변 부재의 상기 평탄한 표면에 대향할 수 있는 부재와 상기 표면 사이의 거리보다 작은, 리소그래피 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전원에 의해 각 전극 그룹에 공급되는 교류 전압의 주파수는 1 내지 1,000Hz의 범위 내인, 리소그래피 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 원판 사이의 공간에 상기 기판을 따르는 기체 흐름이 형성되도록, 상기 공간에 기체를 공급하도록 구성되는 기체 공급부를 더 포함하는, 리소그래피 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 원판을 둘러싸도록 배치되고, 상기 기체를 취출하도록 구성되는 취출부를 더 포함하는, 리소그래피 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 원판 중 나머지 하나의 측면을 둘러싸도록 배치된 제2 전극 구조를 더 포함하고,
    상기 제2 전극 구조는 서로 전기적으로 절연된 복수의 제2 전극 그룹을 포함하고, 상기 제2 전극 그룹의 각각은 서로 전기적으로 접속된 복수의 제2 전극을 포함하며,
    상기 전원은, 상기 복수의 제2 전극 그룹에 대하여 상이한 위상을 갖는 교류 전압을 공급하는, 리소그래피 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극 그룹을 형성하는 전극들은 동심원 형상으로 배치되어 있는, 리소그래피 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 복수의 전극 그룹을 형성하는 각 전극들은 방사상으로 연장되는, 리소그래피 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극 그룹은 전계의 정재파를 형성하는, 리소그래피 장치.
  12. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극 그룹은 전계의 진행파를 형성하는, 리소그래피 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 진행파는 상기 기판과 상기 원판 중 상기 하나로부터 이격되는 방향으로 진행하도록 형성되는, 리소그래피 장치.
  14. 물품 제조 방법이며,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에서 규정된 리소그래피 장치를 사용하여 기판 상에 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 패턴이 형성된 기판을 처리하는 단계를 포함하는, 물품 제조 방법.
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