마이크로 리소그라피 투사 노광 장치의 투사 대물렌즈

집적 전기 회로들과 다른 미세 구조 부품들은 일반적으로 복수의 구조층들을 적절한 기판, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 상에 적용함에 의해 생산된다. 상기 레이어들의 구조를 형성하기 위해, 먼저, 특정 파장, 예를 들어, 248 nm, 193 nm 또는 157 nm의 빛에 민감한 포토리지스트가 형성된다. 이렇게 코팅된 기판은, 다음, 투사 노광장치에 노광된다. 노광 동안에, 마스크 상의 구조 패턴이 투사 대물렌즈를 사용하여 포토리지스트에 투사된다. 상 배율은 일반적으로 1보다 작으므로, 이러한 투사 대물렌즈들은 종종 축소 대물렌즈로 불린다. 포토리지스트가 현상된 후에, 기판이 마스크 상의 패턴에 의해 구조 형성되도록 식각 공정이 행해진다. 여전히 남아 있는 포토리지스트는 레이어의 다른 부분으로부터 제거된다. 이 과정은 모든 레이어들이 기판 위에 적용될 때까지 반복된다. 투사 노광 장치의 발달에 있어서 필수적인 목적 중 하나는 기판 상에 점점 더 작은 치수의 구조체들을 리소그라피로 정의하는 것이다. 작은 구조체들은 이러한 장치에 의해 생산된 미세 구조 부품의 성능에 유리한 영향을 미치는, 고 집적 밀도를 가능하게 한다. 상기 구조체의 최소 사이즈는 기본적으로 투사 대물렌즈의 해상도에 의존한다. 투사 대물렌즈의 해상도는 투사광의 파장에 비례하므로, 해상도를 줄이는 한 방법은 점점 짧은 파장의 광을 투사광으로 사용하는 것이다. 현재 사용되는 가장 짧은 파장은 심자외선(deep ultravaolet, DUV) 스펙트럼 범위이고 193nm, 또는, 경우에 따라서, 157nm이다. 또한, 해상도는 투사 대물렌즈의 물체측 개구에 반비례하므로, 해상도를 줄이는 다른 방법은 고 굴절률의 침습 액체를 도입하는 것인데, 이 침습 액체는투사 대물렌즈의 상측(image side) 마지막 광학 요소와 노광될 포토리지스트 또는 기타 광민감성 레이어 사이에 사이에 놓인다. 액침 동작을 위해 설계되고 따라서 액침 대물렌즈라 불리는 투사 대물렌즈들은 1보다 큰, 예를 들어, 1.4 또는 1.4의 개구수를 구현할 수 있다. 현재까지, 비정질 쿼츠 글래스 또는 칼슘 플루오라이드(CaF2)가 액침 대물렌즈의 상측 마지막 광학 요소를 위한 물질로 주로 사용되어 왔다. 193nm의 파장에서, 쿼츠 글래스는 대략 1.56의 굴절률을 가지며, 칼슘 플루오라이드(CaF2)는 대략 1.50의 굴절률을 갖는다. 상측 마지막 광학 요소의 굴절률이 액침 대물렌즈의 개구수를 제한하기 대문에, 더 높은 굴절률을 가지는 물질을 특히, 투사 대물렌즈의 상측 마지막 렌즈에 사용하는 것이 고려된다. 예를 들어, 바륨 플루오르화물(barium fluoride, BaF2), 란탄 플루오르화물(lanthanum fluoride, LaF3)와 같은 특정의 플루오르화물, 염화나트륨(NaCl), 염화칼륨(KCl)과 같은 특정의 염화물, 마그네슘 스피넬(magnesium spinel, MgAIaO4), 칼슘 스피넬(calciium spinel, CaAl2O4), 이트륨 알루미늄 가넷 (yttrium aluminium garnet, Y3Al5Oi2) 또는 마그네슘 익세스 스피넬(magnesium excess spinel,MgOOAl2O3)과 같은 특정의 산화물들이 고려될 수 있다. 그러나, 이와 같은 고 굴절률의 광학 물질을 제조하고 처리하는 것과 관련하여, 여전히 해결되어야 할 문제들이 많이 있다. 구체적으로, 이러한 물질들의 중요한 광학 특성, 특히, 굴절률, 복굴절, 때때로, 흡수, 산란과 관련된 특성의 균질성은 현재까지 주로 사용되는 비정질과, 결정질의 렌즈 물질에 비해 여전히 열등하다. 상측 마지막 광학 요소의 복굴절성은, 투사광이 이 광학 요소를 특히 광각 스펙트럼으로 통과하기 때문에 특히 중요하다. 제조 및 처리 문제들은 곧 해결되지는 않을 것이라 예측되기 때문에, 가까운 미래에 사용가능한 고 굴절률 렌즈는, 현재까지 렌즈 물질로 통상 사용되어 온 물질에 비해 덜, 균질하고 등방적인 광학 특성을 가질 것이다. 그러나, 고 해상도 액침 대물렌즈에서, 상측 마지막 렌즈의 비균질이고 비등방적인 광학 특성들은 허용 범위 이상의 수차들을 야기할 수 있어 새로운 고 골절률 물질이 당장 사용되지는 못할 수 있다.