마이크로 리소그래픽 투영 노광 장치 및 그 투영 렌즈를 위한 측정 장치 document_id A220623030896

집적 회로 그리고 다른 마이크로 구조 컴포넌트는 복수의 구조 층을 적절한 기판(가령 실리콘 웨이퍼)으로 적용함으로써 일반적으로 생산된다. 상기 층 들을 구성하기 위해, 이들은 먼저 일정 파장 범위, 가령 깊은 자외선(DUV) 스펙트럼 범위 광선에 민감한 포토 레지스트로 커버된다. 상기 코팅된 웨이퍼는 다음에 투영 노광 장치에 노광된다. 마스크에 위치한 구조로 구성된 패턴은 투영 렌즈에 의해 상기 포토 레지스트 위에서 이미징된다. 상기 이미징 스케일이 1: 1보다 작기 때문에, 그와 같은 투영 렌즈들은 축소 렌즈로 자주 언급이 된다. 상기 포토 레지스트가 현상(develop)된 후, 상기 웨이퍼는 에칭 또는 증착 처리를 받으며, 이에 의해 최 상측 층이 상기 마스크 위 패턴에 따라 구성된다. 이후에 상기 나머지 포토 레지스트가 상기 층의 나머지 부분으로부터 제거된다. 이 같은 처리는 모든 층들이 상기 웨이퍼로 적용될 때까지 반복된다. 투영 노광 장치의 개발에서 주요 설계 목적 중 하나는 리소그래피(석판 인쇄)식으로 점점 작은 크기의 구조를 만들 수 있는 것이다. 작은 구조를 가짐으로써, 높은 집적 밀도를 만들 수 있게 되며, 이는 그와 같은 장치를 사용하여 구성되는 마이크로 구조 컴포넌트 효율에 바람직한 영향을 미친다. 상기 만들 수 있는 구조의 크기는 무엇보다도, 사용된 투영 렌즈 해상도에 달려있다. 투영 렌즈의 해상도가 상기 투영 광선의 파장이 짧아짐에 따라 개선되기 때문에, 상기 해상도를 감소시키는 한 가지 방법은 더욱 짧은 파장을 갖는 투영 광선을 사용하는 것이다. 현재 사용되는 가장 짧은 파장은 193 nm 및 157 nm로서, 깊은 자외선(DUV) 스펙트럼 범위에 있다. 상기 해상도를 줄이기 위한 또 다른 방법은 이미지(image) 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈 그리고 포토 레지스트 또는 노광되어질 또 다른 감광 층 사이에 위치하는 공간으로 높은 굴절률을 갖는 담금 액체를 도입하여 실시된다는 것이다. 담금 작업을 위해 설계된 투영 렌즈는 따라서 담금 렌즈라 불리기도 하는데, 1 보다 큰, 가령 1.3 또는 1.4 의 개구수(numerical aperture)를 얻을 수 있다. 그러나, 담금은 높은 개구수를 가능하게 하고 이에 따라 해상도를 개선시키고, 초점 심도에 유리한 영향을 미친다. 초점 심도가 크면 클수록 투영 렌즈의 이미지 평면 내 웨이퍼의 정밀 위치 정함에 대한 요구는 작아진다. 담금 작업을 위해 설계된 투영 노광 장치는 US 4,346,164 A호로부터 공지되어 있다. 웨이퍼를 수용하기 위해, 이 같이 알려진 투영 노광 장치는 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계면보다 높게 위치하는 상측 에지를 갖는, 상측을 향해 개방된 컨테이너를 갖는다. 담금 액을 위한 유입 및 유출 파이프는 컨테이너 내로 개방된다. 이들 파이프는 펌프, 온도 안정 장치 그리고 상기 담금 액을 세척하기 위해 필터에 연결된다. 상기 투영 노광 장치의 동작 중에, 상기 담금 액이 루프로 순환된다. 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계 면과 노광될 반도체 슬라이스 사이에 위치한 담금 공간이 상기 담금 액으로 채워져서 유지된다. 삭제 담금 배치를 갖는 투영 노광 장치가 WO 99/49504에서 공지되어 있다. 이 같은 투영 노광 장치에서, 담금 액을 위한 공급 및 방출 파이프가 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 렌즈의 하측 경계 면으로 직접적으로 개방된다. 특히, 가령 상기 이미지 측에서의 마지막 렌즈 둘레에 링으로서 배열될 수도 있는 복수의 이러한 공급 및 방출 파이프의 사용은 둘러싸는 컨테이너 없이 가능하도록 한다. 이는 담금 액이 측면으로 유동하는 때 흡입되어 상기 이미지 측에서의 마지막 렌즈와 감광 표면 사이의 담금 공간이 담금 액으로 항상 채워져서 유지되도록 하는 방식으로 공급되기 때문이다. 투영 노광 장치의 담금 작업에서의 어려운 점은 적어도 담금 액이 투영 광선에 노출되는 곳에서 상기 담금 액의 광학 특성을 일정하게 유지시키는 것이다. 특별한 주의가 상기 담금 액의 흡수 및 굴절률에 기울여져야 한다. 가령 불순물에 의해 발생될 수 있는 흡수의 국부적 변동은 상기 이미지 평면에서 바람직하지 않은 세기 변동을 일으킬 수 있다. 결과적으로, 이와 달리 상기 이미징이 실질적인 수차(aberration)가 없더라도, 선 폭 변동(line width fluctuations)이 발생될 수 있다. 상기 담금 액의 굴절률의 국부적인 변동은 특히 유해한 영향을 가져오는데, 이는 그 같은 변동이 투영 노광 장치의 이미징 특성에 직접적인 손상을 끼치기 때문이다. 만약 상기 담금 액의 굴절률이 투영 광선에 노출된 담금 액의 체적부 내에서 균질이지 않다면, 이는 상기 담금 공간을 통과하는 웨이브프론트(wave fronts) 왜곡을 발생시킨다. 가령, 상기 투영 렌즈 대물 평면 내 포인트들이 더 이상 상기 이미지 평면에서 정확하게 이미징되지 않을 수도 있다. 액체의 굴절률은 이들의 밀도에 의존하여 결정된다. 액체가 사실상 압축될 수 없기 때문에, 이들의 밀도는 정압에는 실제로 종속하지 않으며, 거의 전적으로 액체의 온도에 의존하여 결정된다. 이 같은 이유로, 투영 광에 노출되는 담금 공간 내 담금 액은 상기 담금 액의 온도가 일정한 경우에만 균일한 굴절률(homogeneous refractive index)을 가질 수 있다. 또한, 담금 액 내 온도 변동은 굴절률 변동을 일으킬 뿐 아니라, 인접한 광학 요소들, 특히 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 광학 요소가 균일하지 않게 가열되도록 하며 따라서 교정되기 어렵게 변형되도록 한다. 삭제 담금 공간에서의 온도 불균일(inhomogeneity)을 발생시키는 원인은 여러 가지이다. 상기 담금 액을 가열하는 주요 원인은 상기 담금 액에 의한 투영 광선의 흡수이다. 적은 비율의 투영 광선만이 상기 담금 액에 의해 흡수될지라도, 이는 단파이고 이에 따라 높은 에너지 투영 광선이기 때문에 상대적으로 높은 열 입력을 발생시킨다. 상기 담금 액의 냉각에 이르도록 하는 것은 주변 가스로의 경계 표면에서 담금 액을 증발시키는 것이다. 또한, 상기 담금 액의 온도는 주변 고체 몸체로 그리고 그 같은 몸체로부터의 열 전달에 의해 영향을 받는다. 이들 몸체는 가령 상기 투영 렌즈 중 가열된 마지막 렌즈, 그 하우징 또는 노광될 웨이퍼일 수도 있다. 상기 온도를 균일하게 하기 위해, 이제까지는 일정 회로 내에서 상기 담금 액을 순환시키고 온도 안정 장치에 의해 바람직한 기준 온도를 설정하는 것이 제안되어 왔다. 그러나, 이 방식으로 달성될 수 있는 온도 분포(temperature distribution)의 균일화는 빈번하게 충분하지 않았다. 교란 진동(disturbing vibration)을 일으키는 비교적 높은 흐름 속도가 통상적으로 요구된다. 추가로, 높은 흐름 속도는 상기 이미징 특성에 바람직하지 않은 영향을 끼치는 가스 버블 형성을 촉진한다. 또한, 투영 렌즈의 이미징 특성이 결정되도록 하는 측정 장치에서 유사한 애로가 발생될 수 있다. 1 보다 큰 개구수를 갖는 담금 렌즈가 측정되는 경우, 상기 이미지 측에서의 투영 렌즈 중 마지막 광학 요소와 상기 측정 장치의 테스트 광학 컴포넌트 사이에 위치하는 담금 공간 내로 담금 액을 도입하는 것이 또한 필요하다.