KR100433811B1 - 투영노광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패턴으로 형성된 마스크에 특정 파장의 광을 공급하는 조사 광학 시스템(1,3 및 9) 및 조사된 마스크(4)의 패턴 이미지를 기판(5)위에 투영하는 투영 광학 시스템(12)을 포함한다. 상기 투영 노광 장치는 또한 조사 광학 시스템의 광원(1)으로부터 상기 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지 뻗어 있는 광경로를 대기로부터 차단하는 밀봉 장치(11) 및 때때로 요구될 때 밀봉 블록(19a 내지 19g)을 형성하기 위하여 밀봉 장치의 공간을 분할하는 분할 장치(18,18a 내지 18e)를 포함한다. 따라서, 상기 광경로는다수의 윈도우가 아닌 다수의 분할 장치에 의해 밀봉된 불활성 가스를 갖는 다수의 밀봉 블록으로 분할될 수 있다. 그러므로, 원하는 밀봉 블록만이 가스 교환을 위하여 개방될 수 있다. 따라서, 교환 가스의 낭비를 제거할 수 있고, 다수의 윈도우의 존재에 의한 노광 광 강도의 손실을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 다른 특징에 의하면, 밀봉 부재(18)는 상기 투영 광학시스템(12)의 기판측 단부와 상기 기판(5)사이의 공간에 배치되어 산소이외의 다른 물질(불활성가스, 예를 들면 질소)로서 상기 공간의 조사광의 광경로에 존재하는 거의 모든 대기를 교환한다. 따라서, 불활성 가스가 상기 투영 광학 시스템과 상기 기판사이의 공간으로 송풍될 때 여러 광학 측정 센서에 의해 이용되는 측정광의 광경로 근처의 대기에서 일어나는 변동의 영향을 제거할수 있다. 더욱이 노광 광 강도는 좀더 감소될 수 있다.

Description

투영 노광 장치

본 발명은 투영 노광 장치에 관한 것이며, 특히 반도체 소자(IC, CCD 등), 액정 디스플레이 소자, 박막 필름 자기 헤드 등을 제조하는 공정에서 패턴 형성용 원자외선을 이용하는 투영 노광 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 대규모 집적에 대한 요구는 나날이 증가하여 요구되는 회로 패턴의 패턴 규격(즉, 패턴의 라인폭)은 상당히 감소했다. 투영 광학 시스템에 의하여 해상할 수 있는 라인폭이 파장에 비례하여 감소한다는 것이 공지되어 있다. 따라서, 포토리소그래피 공정에 의하여 보다 작은 패턴 규격의 회로 패턴을 형성하기 위하여, 노광 광에 이용되는 광의 파장을 짧게만 하면 된다. 최근에는 매체로서 ArF를 이용하는 엑시머 레이저(파장: 193nm)를 이용하는 투영 노광 장치가 제안되었다. 약 200nm 또는 그 이하의 파장을 가진 광(이하에서는 "원자외선광"이라 함)은 예를 들어 매체로서 ArF을 이용하는 엑시머 레이저의 레이저광이며, 산소에 대하여 피흡수성을 가진 파장 대역(스펙트럼 성분)을 포함한다. 따라서, 원자외선광은 대기에서 상당한 범위까지 산소에 의하여 흡수된다. 산소에 의한 원자외선광의 흡수는 원자외선광의 강도를 감소시키게 하며 또한 흡수 중에 발생하는 화학 반응에 의한 해로운 가스인 오존을 발생시킨다.

따라서, 원자외선광을 이용하는 종래의 투영 노광 장치에서, 조명 광학 시스템의 광원으로부터 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지의 광경로는 대기로부터 차단되는 밀봉된 공간에 배치되며, 가스 치환은 밀봉된 공간에서 수행된다. 즉, 조명 광학 시스템 및 마스크 스테이지 부분을 감싸는 밀봉된 공간과 투영 광학 시스템을 감싸는 밀봉된 공간은 예를 들어 진공펌프에 의하여 대기가 강제로 배출되며, 그 다음에 예를 들어 질소와 같은 불활성 가스가 상기 밀봉된 공간으로 공급되어, 가스 치환이 이루어진다.

이러한 경우에, 광원으로부터 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지의 전체 광경로가 하나로서 밀봉될 경우, 장치의 사이즈는 증가하며, 조작자가 많은 양의 가스 누출에 의하여 질식될 위험이 증가한다.

따라서, 광원으로서 원자외선광을 이용하는 종래 투영 노광 장치에서, 조명 광학 시스템의 광원의 광출구로부터 투영 광학 시스템의 노광 출구까지 뻗어 있는 광경로는 예를 들어 광원부분, 조명 광학 시스템, 마스크 스테이지 부분 및 투영 광학 시스템에 상응하는 4개의 밀봉 블록으로 분할되며, 각각의 밀봉 블록은 대기로부터 차단된다 [1994년 3월 7일 출원된 미합중국 출원 번호 제 206,168호에 대응하는; 심사되지 않은 일본 특허 출원(KOKAI: 이하에서는 "JP(A)"라고 함) 제 6-260385호를 참도]. 각각의 쌍의 인접 밀봉 블록 사이의 경계는 높은 광투과율을 가진 석영과 같은 재료로 만들어진 다수의 투명 윈도우(상기 윈도우의 설명은 미합중국 특허 제 206,168호에서 생략되어 있다)를 이용하여 형성된다. 이러한 경우에, 예를 들어 4개의 밀봉 블록중 사이즈에 있어서 가장 큰(즉, 광원으로부터 마스크 스테이지까지 길이를 가진) 조명 광학 시스템의 밀봉 블록에서 광학 부재를 수리 또는 조정할 필요가 있을 때, 조명 광학 시스템의 긴 밀봉 블록 전체를 대기에 대하여 개방하여야 한다.

따라서, 원자외선광을 이용하는 종래 투영 노광 장치에서, 예를 들어 조명 광학 시스템에서의 하나의 광학 부재만을 수리 또는 조정할 경우에도, 조명 광학 시스템의 긴 밀봉 블록 전체를 대기에 대하여 개방하여야 하고 광학 부재의 수리 및 조정을 완료한 후에는 조명 광학 시스템의 전체 밀봉 블록에 대하여 가스 치환을 하여야 한다. 즉, 종래의 투영 노광 장치는 많은 양의 불활성 가스가 대기에 대하여 긴 밀봉 블록 전체를 개방함으로써 낭비된다는 문제점을 가지며, 이는 대기를 불활성 가스로 다시 치환하기 위하여 밀봉 블록을 진공화하는데 상당히 긴 시간이 필요하다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 밀봉 블록의 수를 증가시켜 각각의 블록의 용량을 감소시키는 것이 바람직하다. 그러나, 블록의 수만을 단순히 증가시키는 것은 각각의 쌍의 인접 블록 사이의 경계를 형성하는 투명 윈도우의 수를 증가시키게 한다. 또한, 각각의 투명 윈도우는 소정의 투과율을 가진다. 따라서, 윈도우 수가 증가함에 따라, 노광 광이 윈도우에 의하여 상당히 감쇠되어 광 세기의 손실을 증가시킨다.

또한, 상기 JP(A) 6-260385에 기술된 종래의 장치에서, 작업재료인 기판과 투영 광학 시스템 사이에 어떠한 특정 밀봉 장치도 제공되지 않지만, 불활성 가스는 공간에서 노광 광의 광경로로 유입되어 공간에 대한 가스 치환을 수행한다.

전술한 종류의 종래 투영 노광 장치에는 일반적으로 초점 검출 시스템이 제공되며, 상기 초점 검출 시스템에서는 측정광이 기판 위에 비스듬하게 입사하고, 상기 기판으로부터 반사된 광은 기판의 높이방향 위치를 측정하기 위하여 수광된다(미합중국 특허 제 4,650,983호에 대응하는 JP(A) 60-l68112에 상세히 기술됨). 종래 투영 노광 장치에는 또한 정렬 시스템이 제공되며, 상기 정렬 시스템에서는 정렬광이 기판상의 마스크에 가해지고, 상기 마스크로부터 회절 또는 산란된 광이 기관의 위치를 측정하기 위하여 수광되며, 또한 종래 투영 노광 장치에는 레이저 간섭계가 제공되며, 상기 레이저 간섭계에서는 레이저광이 기판 스테이지 위에 제공된 이동 미러에 가해지며 상기 이동 미러로부터 반사된 광이 기판 스테이지의 위치를 측정하기 위하여 수광된다(상기 정렬 시스템 및 레이저 간섭계는 JP(A) 60-l86845에 상세히 기술되어 있다).

그러나, 상기와 같은 종래 투영 노광 장치에서, 불활성 가스가 투영 광학 시스템 및 기판 사이의 공간으로 유입되면, 가스 흐름 속도의 변동 또는 다른 원인에 의하여 대기에 변동이 야기되며, 이는 투영 광학 시스템 및 기판 사이의 공간 또는 그 주변의 어떤 곳을 통과하는 측정광을 사용하는 전술한 여러 가지 측정 시스템(초점 검출 시스템, 정렬 시스템 및 간섭계)에 의하여 측정된 값에서 오차를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 제 1 목적은 조명 광학 시스템의 광원으로부터 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지의 밀봉 공간이 다수의 밀봉 공간으로 분할되며, 상기 각각의 밀봉 공간은 종래 장치에서 이용된 다수의 윈도우 대신에 각각의 개구를 가진 다수의 분할 장치를 이용하여 그 내부에 불활성 가스를 밀봉시켜, 이에 의하여 원하는 블록만이 개방되도록 하여 치환 가스의 낭비를 없애고 다수의 윈도우에 의하여 야기될 수 있는 노광 광 강도의 손실을 방지하도록 한 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 전술한 것처럼 배열되며 투영 광학 시스템의 기판측 단부 및 기판 사이의 공간은 소정 밀봉 장치에 의하여 불활성 가스가 밀봉되는 밀봉 공간으로서 형성되어, 불활성 가스가 투영 광학 시스템 및 기판 사이의 공간으로 유입될 때 여러 가지 광학 측정 센서에 이용되는 측정광의 광경로 근처의 대기에 발생하는 변동의 영향을 감소시키도록 하는 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

상기 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 패턴으로 형성된 마스크에 특정 파장의 광을 공급하는 조명 광학 시스템 및 기판 위에 조명된 마스크의 패턴 이미지를 투영하는 투영 광학 시스템을 포함한다. 상기 투영 노광 장치는 또한 조명 광학 시스템의 광원으로부터 상기 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지 뻗어 있는 광경로를 대기로부터 차단하는 밀봉 장치 및 요구될 때 밀봉 블록을 형성하기 위하여 밀봉 장치의 공간을 분할하는 분할 장치를 포함한다.

전술한 제 1 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 분할 장치는 광 경로에 거의 수직인 분할벽 및 요구될 때 광경로와 일치하는 위치에서 상기 분할벽에 제공된 개구를 밀봉되게 폐쇄하는 장치를 가진다.

본 발명의 제 1 투영 노광 장치에 따르면, 조명 광학 시스템의 광원으로부터 투영 광학 시스템의 마스크측 단부까지 뻗어 있는 광경로는 밀봉 장치에 의하여 대기로부터 차단된다. 또한, 밀봉 장치의 공간은 요구될 때 다수의 밀봉 블록을 형성하기 위하여 다수의 분할 장치에 의하여 분할될 수 있다.

따라서, 분할에 필요했던 다수의 윈도우를 제공하는 것이 불필요하며, 예를 들어 원격 제어로 밀봉 장치에 의하여 대기에 대하여 밀봉된 공간에서 수리 및 조정을 위하여 요구되는 구성 부재를 포함하는 적정 블록만을 개방하는 것이 가능하다. 따라서, 구성 부재를 수리 또는 조정할 때 치환 가스의 낭비를 최소화하고 대기를 치환 가스로 다시 빠르게 교환하는 것이 가능하다.

특히, 분할 장치는 예를 들어 광경로에 거의 수직인 분할벽 및 요구될 때 광경로와 일치하는 위치에서 상기 분할벽에 제공된 개구를 밀봉되게 폐쇄하는 폐쇄 부재를 포함할 수 있다. 광원의 조명광의 방출량을 측정하여 광원의 출력이 어떤 오류에 의하여 상당히 커졌다는 것이 밝혀질 경우, 광경로는 광원에 가장 가까운 개구를 밀폐시킴으로써 차단된다. 이렇게 함으로써, 광학 부재에 대한 손상이 방지된다.

본 발명의 제 2 목적을 얻기 위한 본 발명의 제 2 투영 노광 장치는 산소에 대하여 피흡수성을 가진 파장 대역을 가진 조명광(즉, 193.4nm의 중심 파장 및 약 193.0 내지 193.8nm의 파장 대역을 가진 광(IL), 또는 193.4nm의 중심 파장 및 수십 pm의 좁은 파장 대역을 가진 광(IL))을 방출하는 광원(1), 패턴으로 형성된 마스크(4)에 광원으로부터의 광을 공급하는 조명 광학 시스템(9a 내지 9c, 3 등) 및 조명된 마스크(4)의 패턴 이미지를 기판(5)위에 형성하는 투영 광학 시스템(12)을 포함한다. 투영 노광 장치는 조명광의 파장 대역에 대하여 산소보다 더 낮은 흡수 성질을 가진 불활성 가스를 상기 조명 광학 시스템에서 투영 광학 시스템까지 뻗은 광경로에 공급하는 가스 공급 시스템(10) 및 밀봉 장치(18)를 추가로 포함하며, 상기 밀봉 장치는 투영 광학 시스템의 기판측 단부 및 상기 기판 근처 사이의 공간에 배치되어 산소이외의 물질(예를 들어, 질소와 같은 불활성 가스)로 상기 공간에서의 조명광의 광경로에 존재하는 거의 모든 대기를 치환하도록 한다.

상기 제 2 장치의 바람직한 제 1 실시예에 따르면, 상기 밀봉 장치는 대기로부터 상기 공간을 차단하는 분할벽(19), 조명광 투과용 투명부재(16c) 및 상기 분할벽과 투명 부재에 의하여 형성된 밀봉 공간으로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 가진다.

상기 제 2 장치의 바람직한 제 2 실시예에 따르면, 장치는 초점 검출 시스템(14, 15)을 추가로 포함하며, 상기 초점 검출 시스템에서는 측정광이 밀봉 장치에 의하여 형성된 밀봉 공간을 통하여 기판 표면에 비스듬하게 입사하고 상기 기판으로부터 반사된 광이 상기 밀봉 공간을 통하여 수광되어, 기판의 높이방향 위치를 광학적으로 검출한다. 밀봉 장치는 기판쪽으로 입사되는 측정광을 투과시키기 위한 제 1 투광부(16a)와, 기판 표면으로부터 반사된 측정광을 투과시키기 위한 제 2 투광부(16b)를 가진다.

상기 제 2 장치의 바람직한 제 3 실시예에 따르면, 상기 투명 부재는 투영 광학 시스템의 이미지 형성 특성을 조정하는 부재이다.

상기 제 2 장치의 바람직한 제 4 실시예에 따르면, 상기 가스 공급 시스템은 밀봉 장치에 불활성 가스를 공급하고 또한 밀봉 장치의 불활성 가스의 굴절률을 조정한다.

상기 제 2 장치의 바람직한 제 5 실시예에 따르면, 상기 밀봉 장치는 조명광을 투과시키는 투과 장치(16c)를 포함한다.

본 발명의 상기 제 2 투영 노광 장치에 따르면, 원자외선광(산소에 대하여 피흡수성을 가진 파장 대역을 가진 광)이 노광 광으로서 이용되더라도 산소에 의한 노광 광 흡수 및 오존 발생을 최소화할 수 있다. 또한, 여러 종류의 측정에 이용된 광이 투영 광학 시스템 및 기판 사이의 공간 또는 상기 공간의 인접 부분을 통과할 경우, 대기에서 변동에 의하여 야기될 수 있는 측정 오차가 발생하지 않는다.

상기 바람직한 제 1 실시예에 따르면, 상기 밀봉 장치는 대기로부터 상기 공간을 차단하는 분할벽(19), 조명광을 투과시키는 투명 부재(16c) 및 상기 분할벽과 투명 부재에 의하여 형성된 밀봉 공간으로 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 시스템을 가진다. 따라서, 산소에 의한 바람직하지 않은 광의 흡수가 감소된다.

상기 바람직한 제 2 실시예에 따르면, 상기 밀봉 장치는 기판 방향으로 상기 공간에 입사하는 측정광을 투과시키는 제 1 투광 부분(16a) 및 기판 표면으로부터 반사된 측정광을 투과시키는 제 2 투광 부분(16b)을 가진다. 따라서, 밀봉 장치의 제공에도 불구하고 광학 경사 입사 초점 검출 시스템(optical, oblique incident focus detecting system)을 이용하는 것이 가능하며, 상기 초점 검출 시스템은 대기의 변동에 따른 측정 오차가 없다.

상기 바람직한 제 3 및 4 실시예에 따르면, 산소에 의한 노광 광 흡수 문제를 해결하고 동시에 투영 광학 시스템의 이미지 형성 특성을 조정할 수 있다.

상기 바람직한 제 5 실시예에 따르면, 밀봉 장치는 조명광을 투광시키는 투명 부재(16c)를 포함하기 때문에 불활성 가스를 사용할 필요가 없다.

본 발명의 제 1 실시예는 첨부된 제 1 내지 3도를 참조로 이하에 설명된다.

제 1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투영 노광 장치의 구성을 계략적으로 도시한다.

제 1도에 도시된 투영 노광 장치는 예를 들어 원자외선광을 방출하는 광원(1)(매체로서 ArF를 이용하는 엑시머 레이저)을 가진다. 상기 광원으로부터 방출된 노광 광(IL)은 예를 들어 석영과 같은 높은 투과율을 가진 재료로 만들어진 윈도우(2)를 통과하여 미러(9a)로 입사한다. 상기 입사광은 도면에서 보았을 때 위쪽으로 미러(9a)에 의하여 반사된다. 반사된 광은 광학 부재(3d)를 통과하여 미러(9b)에 의하여 도면에서 보았을 때 아래쪽으로 반사된다.

미러(9b)로부터 반사된 광은 예를 들어 플라이아이 렌즈 등을 포함하는 광학 부재(3c, 3b, 3a)를 통과하여 거의 일정한 조명의 평행 광선 번들이 된다. 평행 광선 번들 형태인 노광 광(IL)은 패턴으로 형성된 마스크(4)를 조명하기 위해 도면에서 아래쪽으로 미러(9c)에 의해 반사된다. 따라서, 광원(1), 광학 부재(3a,3d) 및 미러(9a 내지 9c)는 조명 광학 시스템을 구성한다.

마스크(4)를 통과한 노광 광(IL)은 투영 광학 시스템(12)을 통하여 감광성 기판(5)에 투영된다. 그래서 마스크(4)상의 밝기 및 어두움 패턴 이미지가 기판(5)위에 형성된다.

불활성 가스 예를 들면 질소는 가스 송풍 장치(7)에 의해 일정한 흐름 속도로 투영 광학 시스템(12) 및 기판(5) 사이의 공간으로 송풍된다. 그래서 투영 광학 시스템(12)으로부터의 노광 광의 광경로에서의 대기는 불활성 가스에 의해 실질적으로 치환되어, 노광 광으로서 이용된 원자외선광이 산소에 의하여 흡수되는 것을 방지하고 오존을 발생시키는 것을 방지한다. 제 5도 내지 제 7도에 도시된 제 2 실시예(후에 기술됨)에서처럼 여러 가지 광학 측정 센서에 의하여 이용된 측정광이 투영 광학 시스템(12)과 기판(5) 사이의 공간을 통과하는 경우에, 불활성 가스를 송풍할 뿐만 아니라, 불활성 가스를 송풍함으로써 대기에서 발생하는 변동의 영향을 제거하기 위하여 밀봉 장치에 의해 공간을 밀봉하는 것이 바람직하다.

또한, 도면에서 해칭으로 도시된 것처럼, 광원(1)에서 투영 광학 시스템(12)의 마스크측 단부까지 확장되는 광학 경로는 대기로부터 차단되도록 밀봉 장치(11)에 의해 전체적으로 둘러싸인다. 밀봉 장치(11)에는 전체 7개 블록(19a 내지 19g)이 밀봉 장치(11)에 형성되도록 윈도우(2) 및 5개의 분할 장치(18a 내지 18e)가 제공된다.

즉, 윈도우(2) 및 분할 장치(18a)에 의해 분할된 밀봉 블록(19a)은 미러(9a) 및 광학 부재(3d)를 수용하고, 분할 장치(18a,18b)에 의해 분할된 밀봉 블록(19b)은 미러(9b) 및 광학 부재(3c)를 수용한다.

또한, 분할 장치(18b) 및 분할 장치(18c)에 의해 분할된 밀봉 블록(19c)은 광학 부재(3d)를 수용하며, 분할 장치(18c) 및 분할 장치(18d)에 의해 분할된 밀봉 블록(19d)은 광학 부재(3a) 및 미러(9c)를 수용한다.

더욱이 분할 장치(18d) 및 분할 장치(18e)에 의해 분할된 밀봉 블록(19e)은 마스크(4), 마스크 스테이지(도시되지 않았음) 등을 수용하고, 기판(5)에 인접한 밀봉 장치(11)의 단부에서 분할 장치(18e)에 의해 형성된 밀봉 블록(19f)은 투영 광학 시스템(12)을 수용한다.

실질적으로 밀봉 블록(19g)은 광원(1) 및 윈도우(2) 사이에 형성된다. 실질적으로 밀봉 블록(19g)을 제외한 모든 블록은 배관을 통하여 진공 펌프(6)로 연결된다. 밀봉 블록(19g)을 포함하여 모든 블록은 각각 배관을 통하여 가스 공급 장치(10)와 연결되어 있다.

그래서, 가스 치환은 진공 펌프(6)로 각각 블록을 진공화함으로써 블록(19a 내지 19f)에 대해 수행되고, 그후에 가스 공급 장치(10)에 의해 불활성 가스, 예를 들어 질소를 공급한다.

블록(19g) 및 광원(1)의 결합이 수리와 조정이 필요할 때 블록(19g)이 광원(1)으로부터 분리되게 하는 메커니즘을 갖는 경우에 밀봉 블록(19g)이 완전한 밀봉 상태가 되도록 하는 것은 곤란하다. 그러나, 밀봉 블록(19g)의 용적량은 윈도우(2)의 위치를 적절히 결정함으로서 최소화될 수 있다. 그러므로 가스 치환은 강제 배출 없이 소정 압력에서 불활성 가스를 공급함으로서 간단하게 수행될 수 있다. 그러나, 밀봉 블록(19g)은 완전한 밀봉 공간이 형성되도록 광원(1)에 결합될 수 있고, 강제 배출은 밀봉 블록(19g)에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 가스를 밀봉 블록(19g)에 공급하기 위하여 가스가 밀봉 블록(19g) 및 배관(10a)(제 1도 참조) 사이에서 순환되도록 시스템이 배열될 수 있다.

어떤 경우에, 블록(19a 내지 19g)중 어떤 블록이 가스 치환 완료 후에 가스 공급 장치(10)로부터의 불활성 가스가 연속적으로 공급되게 하는 것이 바람직하다.

광원(1), 진공 펌프(6), 가스 공급 장치(10), 가스 송풍 장치(7) 및 각각의 분할 장치(18)는 제어 장치(8)에 의해 제어된다.

다음에, 자외선의 흡수가 제 4도를 참조로 설명될 것이다. 제 4도는 ArF 엑시머 레이저광의 광경로에서 대기가 질소에 의해 치환된 경우의 ArF 엑시머 레이저광의 강도 및 대기가 질소에 의해 치환되지 않은 경우(즉, ArF 엑시머 레이저광의 광학 경로가 대기에 있는 경우)에 ArF 엑시머 레이저광의 강도를 비교한 것을 나타낸다. 제 4도에서, 횡 좌표축은 파장(nm)을 나타내고 종좌표 축은 ArF 엑시머 레이저광의 강도를 나타낸다.

제 4도에 도시된 바와 같이, 엑시머 레이저로부터의 레이저광(IL)은 193.4nm의 중심 파장 및 193.0nm 내지 193.8nm의 파장 대역(즉, 협대역이 아닌 광대역 레이저광)을 가진다. 질소로 치환되지 않는 대기에서 측정된 레이저광 강도를 나타내는 곡선(IL1)(즉, 대기에 놓인 광경로)은 약 193.0nm에서 193.8nm까지의 파장 진폭으로 낮아지고, 특히 상기 대역에서의 특정 파장(스펙트럼)에서 상당히 낮아진다. 이것은 산소가 193.0nm로부터 193.8nm까지의 파장 진폭에서의 광, 특히 상기 대역에서 특정 파장(스펙트럼; 제 4도의 a 내지 e로 표시됨)의 광을 흡수하는 특성을 가지기 때문이다.

반대로, 질소로 치환된 대기에서 측정된 레이저광 강도를 나타내는 곡선(IL2)은 질소가 산소보다 낮은 약 193.0nm에서 193.8nm까지의 파장 대역에서 빛을 흡수하며, 질소가 상기 대역폭에서 상당한 범위까지 특정 파장(스펙트럼)의 광을 흡수하는 특성이 없다는 것을 나타낸다. 그래서, 특정 파장 대역을 가지는 원자외선광을 통과시키는 광경로에서 특정 파장 대역을 가진 광에 대한 흡수 특성이 산소보다 낮은 불활성 가스로 대기를 치환함으로써, 산소에 의한 광 흡수에 의해 야기되는 광 강도의 손실을 줄이고 오존(산소에 의한 광 흡수에 의해 야기됨)의 발생을 막는다.

제 4도는 몇 pm에서 몇 십 pm까지의 파장 대역 및 193.4nm의 중심파장을 갖는 ArF 협대역 레이저광의 광 강도 곡선(IL3)을 나타낸다. 산소는 또한 ArF 협대역 레이저광(파장 : 193.4nm)에 대하여 흡수 특성을 가진다. 그러므로, ArF 협대역 레이저광과 같은 경우에, 광원(1)으로부터 투영 광학 시스템(12)의 기판측 단부(예를 들면 블록(19a 내지 19f)까지 확장되는 광경로에서 불활성 가스 예를 들면 질소로 대기를 치환할 필요성이 있다. 더욱이, 만약 제 5도 내지 제 7도에 도시된 실시예에서와 같이, 불활성 가스 밀봉 공간(118a)(제 6도 참조) 또는 투명 부재(31)(제 7도)가 대기로부터 노광광(IL)의 광경로의 큰 부분을 차단(밀봉)하기 위하여 투영 광학 시스템(12)과 기판(5) 사이에 제공된다면, 산소에 의한 노광 광(IL)의 흡수를 더욱 효율적으로 억제하고 노광 광(IL)의 흡수로부터 발생되는 문제(광 강도 손실 및 오존 발생)를 최소화 할 수 있다.

제 2도는 제 1도에 도시된 각각의 분할 장치(18)에 사용된 밀폐 장치 역할을 하는 도어(15)의 구성을 도시하는 투시도이다. 제 3도는 제 1도에 도시된 장치의 분할 장치(18)의 전체 구성을 도시하는 투시도이다.

제 3도에 도시된 것처럼, 분할 장치(18)는 광경로에 거의 수직적인 2중 분할벽(20)을 갖고 있다. 상기 2중 분할벽(20)은 광경로와 일치하는 위치에 형성되는 한 쌍의 동축 개구부(17)를 갖는다. 각각의 2중 분할벽(20)의 주변 부분은 전술한 밀봉 장치(11)의 측벽에 밀봉된 형태로 연결되어 있다.

분할벽(20)은 2중 벽 구조를 가질 필요성은 없다. 그러나, 분할벽(20)이 진공화에 의해 인가된 힘에 대하여 효율적으로 견딜 목적으로 2중 구조를 가지는 것은 바람직하다.

분할 장치(18)는 추가로 2중 분할벽(20)에 제공된 도어(15)를 가지고 있다. 도어(15)는 필요할 때 개구(17)를 밀폐 및 밀봉할 수 있는 밀폐 장치 역할을 한다. 제 2도에 도시된 바와 같이, 도어(15)는 한 쌍의 평행 가이드 부재(14a, 14b)에 의해 지지된다. 하나의 가이드 부재(14a)는 평탄한 표면을 가진 바(bar) 부재이다. 도어(15)는 가이드 부재(14a)의 축 방향으로 미끄러질 수 있도록 평탄한 가이드 부재(14a)위에 지지된다.

다른 가이드 부재(14b)는 나사산이 형성된 면을 가진 바 부재이다. 도어(15)는 나사형 가이드 부재(14b)와 결합된다. 나사형 가이드 부재(14b)중 하나의 단부는 나사형 가이드 부재(14b)를 회전시키기 위하여 모터(13)의 출력 샤프트에 결합된다.

그러므로, 모터를 전후로 적절히 회전시킴으로써 나사형 가이드 부재(14b)가 구동되어 회전하며, 그것에 의해 도어(15)가 도면에서 화살표로 도시된 바와 같이 가이드 부재(14a)의 축을 따라 상반되게 이동하게 된다. 2중 분할벽의(20)의 개구(17)는 가끔 요구되는 바와 같이 도어(15)에 의해 폐쇄되고 밀봉될 수 있다. 특히, 투영 노광 중에 도어(15)는 개구(17)로부터 이탈되어 놓인다. 그러므로, 노광 광(IL)은 윈도우 등의 존재에 의해 초래될 수 있는 감쇠없이 개구(17)를 효과적으로 통과한다. 광학 부재(3c)가 수리 또는 조절을 필요로 할 경우, 도어(15)는 개구(17)를 폐쇄하도록 이동되며, 그것에 의해 하나의 블록(19b)만이 대기로 개방된다. 수리 후에, 블록(19b)은 대기로부터 차단되고, 가스 치환이 다시 실행된다. 투영 노광이 실행되는 경우, 도어(15)는 개구(17)로부터 떨어져 이동된다.

밀봉 블록(19b)의 밀봉이 접합부(16) 및 2중 분할벽(20)의 내부벽면의 협조에 의해 더 개선되고, 그것에 의해 가스 누설이 신뢰가능하게 방지될 수 있도록, 도어(15)의 양측상에 고무 재료의 접합부(16)를 형성하는 것이 바람직하다.

그러므로, 본 실시예에 따른 투영 노광 장치에 있어서, 조명 광학 시스템의 광원으로부터 투영광학 시스템의 마스크측 단부까지 연장하는 광경로는 밀봉장치(11)에 의해 대기로부터 차단되며, 밀봉장치(11)에서의 공간(20)은 복수의 밀봉 블록(19; 19a-19g)을 형성하기 위하여 복수의 분할 장치(18)에 의해 분할될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 투영 노광 장치에 있어서, 수리 또는 조절을 필요로 하는 구성부재를 포함하는 하나의 블록만이 대기로 개방되고 가스 치환이 쉽게 이루어질 필요가 있다. 따라서, 치환 가스의 소모를 최소화하고 가스 치환을 신속히 실행하는 것이 가능하다.

이와 같은 배열의 설명이 생략되었다고 할지라도, 예컨대 브랜치 미러를 사용하여 광원(1)으로부터 적당한 광검출기로 조명광의 일부를 인도함으로써 조명광의 방출량을 측정 및 모니터하는 것이 바람직하다. 조명광의 방출량이 어떤 실수를 통해 소정값을 초과할 경우, 광원(1)에 가장 인접해 있는 분할장치(18a)의 개구(17)는 광경로를 차단하기 위하여 폐쇄되며, 그것에 의해 분할장치(18a)뒤에 위치한 광학부재가 손상되는 것이 방지된다.

상술한 실시예에서 윈도우(2)가 블록(19g) 및 (19a) 사이에 제공된다 할지라도, 윈도우(2)는 분할장치에 의해 대체될 수도 있다. 그와 같은 경우에 있어서, 어떠한 윈도우도 조명광이 통과되지 않으며, 조명광은 단지 복수의 분할장치(18)의 개구(17)를 통과한다. 그러므로, 윈도우에 기인한 조명광 세기의 손실을 완전히 피할 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서 본 발명이 광원으로서 원자외선광을 사용하는 투영 노광 장치에 관하여 기술되었다 할지라도, 본 발명은 불활성 가스에 의한 것 보다 더 큰 정도로 산소에 의해 흡수되는 다른 특정 파장의 광을 사용하는 투영 노광 장치에 적용할 수 있다.

다음, 본 발명의 제 2 실시예를 제 5도 및 제 6도를 참조하여 기술한다. 제 5도 및 제 6도에서 제 1도의 것과 동일한 부재 또는 부분은 동일한 참조부호로 표시하였으며, 그 설명은 적절히 생략하였다.

제 5도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투영 노광 장치의 전체 배열을 개략적으로 도시하고 있다. 광원(1)은 원자외선광(매체로서 ArF를 사용하는 엑시머 레이저로부터의 광)을 방출한다. 이 실시예에서 광원(1)에는 에탈론, 회절격자 등을 사용함으로써 ArF 엑시머 레이저광의 파장대역을 협소하게 하기 위한 부재가 제공되어 있다. 따라서, 이 실시예에서 광원(1)으로부터의 노광 광은 제 4도에 도시된 노광 광(IL3)과 같은 파장 193.4nm의 협대역 레이저광이다.

노광 광의 파장대역을 협소하게 하는 이유는 원자외선광을 투과할 수 있는 처리용 광학 유리 재료(석영, 형석 등) 및 접착제에 의한 문제들에 기인하여 광대역 엑시머 레이저광으로 투영 광학 시스템(12)(제 1도 참조)에 의해 도입되는 색 수차(chromatic aberration)를 효과적으로 수정하기가 어렵기 때문이다. 일반적으로, 에탈론, 회절 격자 등을 사용함으로써 수십 pm의 좁은 파장 대역을 갖는 레이저광은 투영 노광 시스템(12)과 연합하는 색 수차 문제의 발생을 방지하는데 사용된다.

광원(1)으로부터 방출된 노광 광(IL)은 윈도우(2a)(예를 들면 석영과 같은 고 투과율을 갖는 재료로 이루어진 부재)를 통과하여 미러(9a)에 입사된다. 노광 광 (IL)은 도면에서 바라보았을 때 미러(9a)에 의해 위쪽으로 반사되고 광학 유니트(3)로 들어가기 위해 도면에서 보았을 때 미러(9b)에 의해 좌측으로 반사된다. 광학 유니트(3)는 릴레이 렌즈, 노광 광(IL)을 균일하게 하기 위한 집광기(플라이아이 렌즈 등), 노광 광(IL)이 집광기에 입사되게 하기 위한 입력 렌즈, 및 집광기로부터 방출되는 노광 광(IL)을 레티클상에 수렴하기 위한 릴레이 렌즈 및 콘덴서 렌즈를 갖는다.

평행광선의 번들 형태로 광학 유니트(3)로부터 방출되는 노광 광(IL)은 도면에서 보았을 때 미러(9c)에 의해 아래쪽으로 반사된다. 미러(9c)에 의해 반사된 노광 광(IL)은 윈도우(2b)(석영과 같은 고투과율을 갖는 재료로 이루어진 부재)를 통과하며, 기판(5)상에 포토리소그래피적으로 전달되는 패턴이 형성된 마스크(4)상에 입사된다. 마스크(4)는 마스크(5)상에 노광 광(IL)의 조도가 집광기, 콘덴서 렌즈 등에 의해 거의 균일하기 때문에 노광 광(IL)으로 거의 균일하게 조명된다. 마스크(4)를 통과하는 노광 광(IL)은 윈도우(2c)(석영과 같은 고투과율을 갖는 재료로 이루어진 부재) 및 투영 광학 시스템(12)을 통과하며, 기판(5)상에 마스크(4)의 패턴 이미지를 형성하기 위하여 감광 기판(5)상에 입사된다.

기판(5)은 3차원 방향(x, y 및 z)으로 이동할 수 있는 기판 스테이지 WST상에 놓여진다. 레이저 간섭 시스템 IW은 소정의 분해능으로 기판 스테이지 WST의 xy 평면내의 위치를 측정한다. 기판 스테이지 WST는 레이저 간섭 시스템 IW에 의해 측정된 값을 기초로 하여 스텝식으로(stepwisely) 이동된다. 그러므로, 마스크(4)상의 패턴은 스태핑 및 노광이 반복되는 스텝-앤드-리피트 공정에 의해 기판(5)상에 순차적으로 투영된다. 광원(1)으로부터 윈도우(2b)로 연장하는 노광 광(IL)의 광경로는 서로 분리되어 있는 밀봉부재(21) 및 (22)에 의해 밀봉된다. 마스크(4)는 별도의 밀봉부재(23)에 의해 밀봉된다.

투영 노광 시스템(12)은 복수의 렌즈 부재, 및 렌즈부재를 유지하기 위한 적어도 하나의 렌즈관(24)을 포함한다. 렌즈 부재는 렌즈관(24)에 의해 외부(대기)로부터 밀봉 차단된다(즉, 노광 광(IL)의 광경로는 렌즈관(24)에 의해 밀봉된다). 밀봉 부재(21,22 및 23)는 특별히 한정되지 않으며, 알루미늄과 같은 금속재료로 이루어진 관형 밀봉부재일 수도 있다. 밀봉부재(21, 22)는 윈도우(2a)에 의해 분할된다. 광원(1), 윈도우(2a) 및 밀봉부재(21)는 (제 1도에 도시한 밀봉 블록(19g)에 상응하는) 밀봉 공간(21a)을 형성한다.

밀봉 부재(22, 23)는 윈도우(2b)에 의해 분할된다. 윈도우(2a, 2b) 및 밀봉 부재(22)는 밀봉 공간(22a)을 형성한다. 밀봉 부재(23) 및 렌즈관(24은 윈도우(2c)에 의해 분할된다. 윈도우(2b,2c) 및 밀봉 부재(23)는 밀봉 공간(23a)을 형성한다. 윈도우(2c) 및 렌즈관(24)은 밀봉 공간(24a)을 형성한다. 밀봉 공간(23a)에는 미러(9a,9b 및 9c)가 배치되어 있다. 밀봉 공간(23a)에는 마스크 스테이지 RST가 배치되어 있다. 마스크 스테이지 RST는 제 5도에서 도시한 바와 같이 그위에 놓여 있는 마스크(4)와 함께 2차원적으로 이동할 수 있다. 밀봉 공간(24A)에는 투영 광학 시스템(12)의 렌즈 부재가 배치되어 있다. 광원(1)으로부터 투영 광학 시스템(12)의 기판 측단부까지 일련으로 연장하고 있는 밀봉 공간(21a 내지 24a)의 배열 및 제 2 실시예에서의 윈도우(2a,2b 및 2c)의 배열은 밀봉 공간(21a) 및 윈도우(2a)가 제 2 실시예에서 부가적으로 제공된 것을 제외하고는 JP(A) 6-260385호에 개시된 것과 거의 유사하다. 세 개의 밀봉 공간(22a,23a 및 24a) 사이의 경계에 제공되어 있는 윈도우(2b,2c)가 반드시 유일한 것은 아니다. 윈도우(2b,2c)는 밀봉 블록이 제 1도에 도시된 제 1 실시예에서와 같이 개별적으로 쉽게 가스 치환이 될 수 있도록 광경로를 복수의 밀봉 공간으로 분할하기 위하여 윈도우(2b,2c)의 수보다 더 많은 수의 분할 장치(18a 내지 18e)로 대체될 수도 있다.

다음, 밀봉 부재(118)는 투영 광학 시스템(12)으로부터 기판(5)의 인접 부분까지 노광 광(IL)의 전체 광경로가 외부(대기)로부터 밀봉 차단되도록 투영 광학 시스템(12) 및 기판(5) 사이의 공간에 제공되어 있다. 또한, 제 5도에 도시된 투영 노광 장치에는 기판(5)의 높이방향 위치(z방향의 위치)를 광학적으로 검출하기 위하여 초점 검출 시스템(114,115)이 제공되어 있다. 초점 검출 시스템은 측정광(117)을 기판 표면상에 비스듬히 입사시키는 투광 시스템(114)과, 기판 표면으로부터 반사된 측정광을 수광하기 위한 수광 시스템(115)을 포함한다.

수광 시스템(115)은 수광 시스템(115)에 의한 광과 기판 표면에서 반사된 측정광 사이의 위치관계를 나타내는 신호를 제어장치(8)에 출력한다. 제어장치(8)는 기판(5)의 표면이 투영 광학 시스템(12)에 의해 형성된 마스크(4)의 패턴 이미지의 위치와 거의 일치하도록 수광 시스템(115)으로부터의 신호를 기초로 하여 높이방향(z방향)으로 기판 스테이지 WST를 이동시킨다. 제어 장치(8)는 일반적으로 광원(1), 진공 펌프(6), 가스공급 장치(10), 기판 스테이지 WST의 x 및 y 방향으로 이동, 마스크 스테이지 RST의 이동 등을 제어한다.

제 6도는 밀봉 부재(118)를 상세히 도시한 확대도이다. 밀봉 부재(118)는 노광 광(IL)의 광경로를 따라 투영 광학 시스템(12)에서 기판(5)의 근처로 뻗는 관형 분할벽(119)(예를 들어, 적절한 금속 또는 다른 재료로 만들어진 관형 분할벽)과, 관형 분할벽(119)의 측벽에 제공된 윈도우(116a,116b)(측정광(117)을 전송하는 재료로 만들어진 투명 부재, 예를 들어 석영)와, 노광 광(IL)을 전송하는 투명 부재(116c)(예를 들어, 석영으로 만들어짐)를 포함한다. 관형벽(119), 윈도우(116a,116b) 및 투명 부재(116c)는 밀봉 공간(118a)을 형성한다.

초점 검출 시스템의 투광 시스템(114)으로부터의 측정광(117)은 윈도우(116a)(측정광(117)을 전송하는 재료로 만들어진 투명 부재, 예를 들어 석영)와, 밀봉 공간(118a)과, 투명 부재(116c)와, 투명 부재(116c) 및 기판(5) 사이의 공간 내의 대기를 통과하여 기판(5)의 표면상에 입사한다. 기판(5)의 표면에 반사된 측정광(117)은 투명 부재(116c) 및 기판(5) 사이의 대기와, 투명 부재(116c)와, 밀봉 공간(118a)과, 윈도우(116b)를 통과하여 수광 시스템(115)에 입사된다. 투명 부재(116c) 및 기판(5) 사이의 거리는 매우 짧다. 따라서, 투명 부재(116c) 및 기판(5)사이의 대기의 산소에 의해 흡수된 노광 광(IL)의 양은 매우 작다. 투명 부재(116c) 및 기판(5) 사이의 거리는 기판 스테이지(WST)가 초점 검출시스템으로부터의 신호에 기초하여 Z-축을 따라 수직으로 이동할 수 있는 거리(즉, 미리 결정된 기판 스테이지(WST)의 구동 범위)의 약 2배 또는 투영 광학 시스템(12)의 실제 초점깊이(예를 들어, 전체 20㎛)의 2 내지 3배로 설정되어야 한다.

제 5도를 참조하면, 진공 펌프(6)는 진공 펌프(61,62)를 포함한다. 진공 펌프(61)는 파이프(113a)를 통해 각각의 밀봉 공간(22a,23a,24a)에 접속된다. 진공 펌프(62)는 파이프(120a)를 통해 밀봉 공간(118a)에 접속된다. 주 제어 장치(8)는 밀봉 공간(22a,23a,24a)으로부터 공기를 배출하기 위한 진공 펌프(61)와 밀봉 공간(118a)으로부터 공기를 배출하는 진공 펌프(62)를 서로 독립적으로 제어한다.

가스 공급 장치(10)는 가스 공급 장치(101,102)를 포함한다. 가스 공급 장치(101)는 파이프(113b)를 통해 각각의 밀봉 공간(22a,23a,24a)에 산소와 비교하여 파장 200nm 또는 그 이하의 원자외선광(본 실시예에서, 엑시머 레이저광원으로부터 방출되고 193.0nm 내지 193.8nm을 가진 레이저광)에 대하여 낮은 흡수 특성을 가진 불활성 가스(예를 들어, 질소, 헬륨등)를 공급한다. 가스 공급 장치(102)는 가스 공급 장치(101)와 무관하게 배관(l20b)을 통해 밀봉 공간(118a)에 불활성 가스를 공급한다. 주 제어 장치(8)는 서로 독립적으로 가스 공급 장치(101,102)를 제어한다.

원자외선광의 흡수에 관해서는, 제 4도와 관련하여 이미 이루어진 것과 같은 해석이 또한 제 2 실시예에 적용된다. 즉, 대기가 불활성 가스로 치환된 광경로를 통과하는 노광 광(IL1)은 일반적으로 보다 높은 강도를 가지며 대기가 불활성 가스에 의해 치환되지 않은 광경로를 통과하는 노광 광(IL3)보다 더 바람직하다. 이는 노광 광(IL1)이 산소에 의해 흡수되지 않기 때문이다. 그러나, 제 2 실시예에서 사용된 노광 광(IL3)은 193.4nm의 중심 파장을 가진 ArF 협대역 레이저광이다. 산소는 또한 ArF 협대역 레이저광(파장: 193.4nm)에 대한 흡수 특성을 가진다. 따라서, 광원(1)으로부터 투영 광학 시스템(12)의 기판측 단부(밀봉 공간(21a,22a,23a,24a))까지 뻗는 공간에서 광경로의 대기를 불활성 가스, 예를 들어 질소로 치환하는 것은 필요하다. 더욱이, 제 2 실시예에서, 밀봉 공간(118a)은 대기로부터 노광 광(IL)의 광경로의 보다 큰 부분을 차단하는 밀봉 부재(118)에 의해 투영 광학 시스템(12) 및 기판(5) 사이에 제공된다. 따라서, 산소에 의한 노광 광(IL)의 흡수로 야기된 문제(광세기 손실 및 오존 발생)는 감소될 수 있다.

각각의 밀봉 공간(21a,22a,23a,24a,118a)의 대기를 전술한 불활성 가스로 치환하는 방법은 이하에서 설명될 것이다. 밀봉 공간(22a,23a,24a,118a)의 가스 치환은 다음과 같이 실행된다. 밀봉 공간(22a,23a,24a)의 대기는 배관(113a)을 통해 진공 펌프(61)에 의해 배출되어, 불활성 가스는 소정 압력에서 배관(113b)을 통해 가스 공급 장치(101)로부터 밀봉 공간(22a,23a,24a)으로 공급된다. 반면에, 밀봉 공간(118a)의 대기는 파이프(120a)를 통해 진공 펌프(62)에 의해 배출되어, 불활성 가스는 소정압력에서 파이프(120b)를 통해 가스 공급 장치(102)로부터 밀봉 공간(118a)으로 공급된다.

가스 치환 완료 후에도, 가스 공급 장치(101)로부터 불활성 가스의 공급 및 배관(113a)을 통한 가스의 배출을 계속하는 것은 바람직하다. 다른 한편, 밀봉 공간(21a)에 대한 가스 치환은 밀봉 공간(21a)으로부터 대기를 강제 배출하지 않고 가스 공급 장치(101)로부터의 불활성 가스를 상기 밀봉 공간에 소량(예를 들어, 불활성 가스가 흐름을 유지할 수 있는 정도) 공급함으로서 달성될 수 있다. 이는 상기 밀봉 공간이 제 1도의 밀봉 공간 같이 상대적으로 작은 체적용량을 가지기 때문이다. 그러나, 대기의 강제 배출은 또한 밀봉 공간(21a)에서 실행될 수 있다.

밀봉 공간(118a)은 투영 광학 시스템(12) 및 기판(5) 사이의 공간에서 노광 광(IL)의 광경로의 근처에서 대기를 치환하기에 충분한 체적용량만을 필요로 한다. 따라서, 밀봉 공간(118a)의 체적용량은 다른 밀봉 공간(예를 들어, 22a,23a)보다 작을 것이다. 그러나, 만일 밀봉 공간(118a)에 단순히 가스가 공급된다면, 밀봉 공간(118a)내의 압력은 바람직하지 않게 변화한다. 따라서, 주 제어 장치(8)는 가스가 파이프(120b)를 통해 밀봉 공간(118a)에 계속해서 공급되도록 가스 공급 장치(102)를 제어하며 가스가 파이프(120a)를 통해 계속해서 방전되도록 진공 펌프(62)를 제어하여, 원하는 일정 레벨로 밀봉공간(118a)의 압력을 제어한다.

따라서, 제 2 실시예에 따른 투영 광학 시스템에 있어서, 투영 광학 시스템(12)의 노광 광 출구로부터 기판(5)의 표면의 정면위치로 뻗는 광경로는 대기로부터 차단될 수 있으며, 밀봉 공간(118a)의 대기는 불활성 가스로 치환된다. 따라서,초점 검출 시스템(114,115)에 의해 사용된 측정광의 광경로에서 불활성 가스의 흐름 속도는 변화하지 않는다. 결과적으로, 재현성이 개선되고, 정확한 위치측정을 실현하는 것은 가능하다. 보통, 이같은 형태의 투영 광학 장치는 레이저광을 사용함으로서 기판 스테이지(WST)의 위치를 측정하는 간섭계와, 레이저 등을 사용함으로서 기판(5)의 XY 평면에서 위치를 측정하는 정렬 센서가 제공된다. 이러한 점에서, 제2 실시예에서는 불활성 가스를 불어넣는 방법을 채용하지 않는다; 따라서, 간섭계 및 기판(5) 근처의 정렬센서에 의해 사용된 측정광의 광경로에서 불활성 가스의 흐름속도는 변화하지 않는다. 따라서, 재현성은 개선되고, 정확한 위치측정을 실현할 수 있다.

더욱이, 주 제어 장치(8)는 밀봉 공간(118a)이 변화하거나 또는 공급될 불활성 가스가 다른 굴절률을 가진 다른 것으로 변화되고, 또는 다른 굴절률을 가진 다수의 불활성 가스의 혼합비가 변화되도록 가스 공급 장치(102)를 제어함으로써, 투영 광학 시스템(12)의 이미지 형성 특성을 조절할 수 있다. 더욱이, 가스 공급 장치(101)가 서로 독립적으로 밀봉 공간(23a,24a)에 가스를 공급할 수 있고, 진공 펌프(61)가 서로 독립적으로 밀봉 공간(23a,24a)으로부터 가스(또는 대기)를 방전할 수 있도록 정렬될 수 있다. 그렇게 함으로서, 투영 광학 시스템(12)의 이미지 형성 특성은, 마스크(4)가 주 제어 장치(8)를 통해 밀봉 공간(23a)의 가스 공급 및 방전을 제어하고, 주 제어 장치(8)를 통해 밀봉 공간(24a)의 가스 굴절률을 제어함으로서 서로 교환될 때 조절될 수 있다(즉, 가스 공급 장치(101)는 밀봉 공간(24a)의 압력이 변화하거나, 또는 공급될 불활성 가스가 다른 굴절률을 가진 다른 것으로 변화되고, 또는 다른 굴절률을 가진 다수의 불활성 가스의 혼합비가 변화되도록 제어된다).

질소와 달리 헬륨이 공기의 굴절률과 상당히 다른 굴절률을 가지기 때문에 헬륨이 불활성 가스로서 사용될 때, 굴절력이 투영 광학 시스템(12)의 이미지 형성 특성을 보정하기 위해서 윈도우(116c)에 공급되도록 볼록 또는 오목모양으로 윈도우(116c)를 형성하는 것은 바람직하다. 제 7도에 도시된 것처럼, 윈도우(116c)와 유사한 투명 부재(투명재료, 예를 들어 석영으로 만들어짐)는 이 공간의 대기가 투명 부재(31)에 의해 치환되도록 투영 광학 시스템(12)의 기판측 단부와 기판(5) 사이의 공간(노광 광(IL)의 광경로를 포함함)에 제공될 수 있다.

비록 전술한 설명에서 밀봉 부재(118)의 한 단부 또는 투명 부재(31)가 투영 광학 시스템(12)과 접촉할지라도, 밀봉 부재(118) 또는 투명 부재(31)는 제 6도에 도시된 윈도우(116c) 및 기판(5)사이의 거리와 대략 동일한 거리에 의해 투영 광학 시스템(12)으로부터 떨어져 제공될 수 있다. 그렇게 함으로서, 유지보수 또는 다른 용도를 위해 밀봉부재(118) 및 투명 부재(31)를 교환 또는 제거할 때 작동효율을 개선시키는 것은 가능하다.

비록 제 1 및 제 2 실시예에서, 본 발명이 광원으로서 ArF 엑시머 레이저를 사용하는 투영 광학 장치에 대해 기술할 지라도, 본 발명은 산소에 대해 피흡수성을 갖는 파장 대역을 포함하는 광을 방출하는 광원을 사용하는 투영 광학 장치에 응용할 수 있다. 산소에 대해 피흡수성을 갖는 파장대역을 포함하는 광의 예는 YAG 및 구리-기화 레이저의 3차 고조파(파장:170nm)이다. 본 발명은 또한 스텝 앤드 스캔 투영 노광 장치에 적용될 수 있다.

제 1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 투영 노광 장치의 구성을 계략적으로 도시하며;

제 2도는 제 1도에 도시된 투영 노광 장치에서 밀봉 장치의 밀폐 장치의 구성을 상세히 도시한 투시도이며;

제 3도는 제 1도에 도시된 투영 노광 장치에서 밀봉 장치의 구성을 상세히 도시한 투시도이며;

제 4도는 원자외선광 파장 대역에서 대기와 질소 사이의 흡수 특성차이를 도시한 그래프이며;

제 5도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 투영 노광 장치의 전체 구성을 계략적으로 도시하며;

제 6도는 제 5도에 도시된 장치에서 투영 광학 시스템 및 기판을 도시한 확대도이며;

제 7도는 제 6도에 도시된 장치의 변형예를 도시한다.

＊도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＊

1 : 광원 2 : 윈도우

3 : 광학 부재 4 : 마스크

5 : 기판 6 : 진공 펌프

7 : 가스 송풍 장치 8 : 제어 장치

9 : 미러 10 : 가스 공급 장치

11 : 밀봉 장치 12 : 투명 광학 시스템

13 : 모터 16 : 투명 부재

17 : 개구 18 : 분할 장치

19 : 밀봉 블록

Claims (28)

1. 광원으로부터의 조명광을 이용하며 마스크 상에 형성된 패턴 이미지를 기판 상에 투영하는 노광 장치로서,

   대기로부터 상기 조명광의 광학 경로를 분리하는 밀봉 수단; 및

   상기 밀봉 수단의 공간을 제 1 공간 및 제 2 공간으로 분할하거나 분리하여, 상기 제 1 공간이 상기 대기에 노출되지 않고도 상기 제 2 공간은 대기에 노출되도록 하는 분할 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 분할 수단은:

   상기 밀봉 수단 내에 상기 제 1 공간 및 제 2 공간을 형성하는 분할부재; 및

   상기 분할 부재를 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 교환하는 교환 메커니즘을 포함하며,

   상기 분할 부재의 제 1 위치는 상기 제 1 공간 및 제 2 공간이 서로 소통되도록 하고, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 공간 및 제 2 공간이 서로 분리 또는 격리되도록 하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 분할 부재의 제 1 위치는 투영 노광이 수행될 때 노출광이 상기 분할 부재를 통과하도록 상기 제 1 공간 및 제 2 공간 사이의 통로를 차단하지 않으며, 상기 분할 부재의 제 2 위치는 투영 노광이 수행되지 않을 때 상기 제 1 공간 및 제 2 공간 사이의 통로를 차단하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 분할 부재는 상기 광학 경로에 수직인 분할벽, 상기 노출광을 통과시키고 불활성 가스가 상기 제 1 공간 및 제 2 공간 사이를 통해 흐르도록 하는 개구부 및 상기 개구부를 밀폐하도록 상기 분할벽에 대하여 상대적으로 이동할 수 있는 밀폐 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치,
5. 제 1항에 있어서,상기 밀봉 수단은:

   상기 조명광의 에너지량을 측정하는 측정 장치; 및

   상기 측정 장치의 측정 결과를 기초로 상기 광원으로부터의 조명광을 차단하는 광차단 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   다수의 분할 부재가 상기 밀봉 수단의 공간에 제공되어 상기 제 1 공간 및 제 2 공간을 포함하는 다수의 공간을 형성하도록 하며, 상기 광차단 부재는 상기 광원에 가장 가까운 상기 분할 부재중 하나인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 분할 부재에 의하여 서로 분리된 각각의 상기 제 1 공간 및 제 2 공간을 배기하는 배기(evacuation) 장치 및, 각각의 상기 제 1 공간 및 제 2 공간에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 마스크 상에 형성된 상기 패턴 이미지를 상기 기판상에 투영하기 위한 투영 광학 시스템과,

   상기 투영 광학 시스템의 기판쪽 단부에 제공되며, 상기 투영 광학 시스템과 상기 기판 사이에 형성된 공간의 상기 조명광 광학 경로 주위의 대기를 상기 조명광의 파장 영역에 대하여 산소 보다 적은 흡수 특성을 가진 물질로 치환하는 치환 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 치환 수단은:

   대기로부터 상기 공간을 밀봉시키는 분할벽;

   상기 조명광의 투과를 허용하는 광투과 부재; 및

   상기 광투과 부재 및 상기 분할 벽 사이에 형성된 공간에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 수단을 포함하고,

   상기 불활성 가스는 상기 조명광의 파장 영역에 대하여 산소 보다 적은 흡수 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 치환 수단에 의하여 형성된 공간을 통하여 기판 표면에 대하여 기울어진 방향으로 기판 표면에 측정광을 공급하며 상기 기판으로부터 반사된 광을 수광하여 상기 가판의 높이 방향 위치를 광학적으로 검출하는 초점 검출 장치를 더 포함하며,

    상기 치환 수단은 상기 측정광이 상기 기판쪽으로 통과하도록 하는 제 1 투광부 및 상기 기판 표면으로부터의 상기 반사된 측정광을 허용하는 제 2 투광부를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
11. 제 9항에 있어서, 상기 광투과 부재는 투명 부재의 형상 또는 재료를 변경시킴으로써 이미지 형성 특성을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
12. 제 9항에 있어서, 상기 광투과 부재는 교환가능한 것을 특징으로 하는 노광 장치,
13. 제 9항에 있어서, 상기 가스 공급 수단은 상기 공간의 상기 불활성 가스의 굴절률을 조절하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
14. 제 8항에 있어서, 상기 치환 수단은 상기 조명광이 통과하도록 하는 투명 부재로 만들어지는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 광원으로부터의 조명광을 이용하여 패턴 이미지를 기판에 형성하는 노광 방법으로서,

    상기 조명광의 광학 경로 주위에 제공된 프레임에 의하여 상기 조명광의 광학 경로를 대기로부터 분리하는 단계; 및

    제 1 공간은 대기에 노출시키지 않고 제 2 공간은 대기에 노출되도록, 상기 프레임 내의 공간을 제 1 공간 및 제 2 공간으로 분할하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
16. 제 15항에 있어서, 상기 프레임 내에 상기 제 1 공간 및 제 2 공간을 형성하도록 상기 프레임으로, 또는 프레임으로부터 분할 부재를 상호 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 공간 및 제 2 공간중 하나는 산소가 충전되지 않은 상태에 있고, 다른 공간은 상기 분할 부재를 상기 프레임에 삽입함으로써 형성된 산소 층전 상태에 있는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
18. 제 17항에 있어서, 상기 산소가 충전되지 않은 상태는 불활성 가스가 상기 공간에 충전된 상태이거나, 또는 상기 공간이 진공 상태인 것을 특징으로 하는 노광 방법,
19. 제 15항에 있어서,

    상기 패턴 이미지는 투영 광학 시스템을 통하여 상기 기판에 형성되고, 상기 방법은

    상기 투영 광학 시스템의 기판쪽 단부에, 노광용 상기 에너지 빔의 투과를 허용하는 투명 부재를 배치하는 단계; 및

    상기 투명 부재 및 투영 광학 시스템의 기판쪽 단부 사이에 형성된 공간의 대기를, 상기 에너지 빔의 파장 영역에 대하여 산소 보다 적은 흡수 특성을 가진 물질로 치환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
20. 제 19항에 있어서, 상기 물질은 불활성 가스이고, 상기 투명 부재는 교환가능한 것을 특징으로 하는 노광 방법.
21. 제 20항에 있어서, 상기 불활성 가스는 질소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
22. 제 19항에 있어서, 상기 투명 부재는 미리 설정된 굴절률을 가지는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
23. 제 19항에 있어서, 상기 투명 부재는 상기 투영 광학 시스템의 수차(aberration)에 대하여 보상이 가능한 광학 부재인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
24. 기판 상에 에너지 빔을 조명하는 빔 조명 방법으로서,

    분리 수단에 의하여 대기로부터 상기 에너지 빔의 광학 경로를 분리하는 단계;

    하나의 미리 설정된 공간 및 다른 공간을 형성하도록 분할 부재에 의하여 상기 분리 수단내의 공간을 분할하는 단계; 및

    다른 하나의 공간을 대기에 노출시키지 않고 상기 하나의 미리 설정된 공간은 대기에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔 조명 법.
25. 제 24항에 있어서, 상기 하나의 미리 설정된 공간을 대기에 노출시키는 단계는 상기 광학 경로에 상기 분할 부재를 삽입함으로써 수행되어, 상기 하나의 미리 설정된 공간은 산소가 충전되도록 하고 다른 공간은 산소가 충전되지 않도록 형성하는 것을 특징으로 하는 빔 조명 방법.
26. 광원으로부터 기판으로 에너지 빔을 조명하는 광원 시스템으로서,

    광학 경로를 대기로부터 분리하는 분리 수단;

    상기 분리 수단에 의하여 분리된 공간에 불활성 가스를 공급하는 가스 공급 장치; 및

    상기 분리 수단에 배치되어 상기 분리 수단 내의 공간을 다수의 공간으로 분할 또는 분리하여, 상기 다수의 공간중 적어도 하나의 특정 공간이 다른 공간으로부터 분할되어 대기에 노출되도록 하는 분할 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
27. 제 26항에 있어서, 기판에 미리 설정된 패턴을 형성하도록 기판에 에너지 빔을 조명하는 투영 광학 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.
28. 제 27항에 있어서, 상기 패턴이 형성될 때 상기 분할 부재가 상기 광학 경로로부터 제거되도록 하고, 상기 패턴이 형성되지 않을 때 상기 분할 부재가 상기 광학 경로에 삽입되도록 하는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 시스템.