KR100564436B1 - 노광 방법, 노광 장치 및 광 세정 방법 - Google Patents

Abstract

노광용 레이저광원으로부터 출사된 레이저광은, 개구 조리개에 따라 선택되어 있는 플라이 아이 렌즈로 균일한 조도분포가 된다. 그 노광광은, 소정의 패턴이 형성된 레티클에 조사되어, 레티클의 패턴이 동필터가 삽입된 투영 광학계에 의해 웨이퍼에 투영된다. 후퇴 위치에 있는 플라이 아이 렌즈에는 빔 분할기와 전반사미러에 의해 노광광으로부터 분기한 세정광이 조사되어, 후퇴 위치의 평행 평면판에는 빔 분할기와 전반사미러에 의해 노광광으로부터 분기한 세정광이 조사된다. 플라이 아이 렌즈와 평행 평면판은 조사광에 의해 자기세정되 니까, 대기중에 그 투과율이 소정값 이상으로 유지된다.

Description

노광 방법, 노광 장치 및 광 세정 방법{EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND OPTICALLY CLEANING THE EXPOSURE APPARATUS}

본 발명은, 예컨대, LSI 등의 반도체 소자, CCD 등의 촬상 소자, 액정 표시 소자, 혹은 박막 자기헤드 등의 반도체 소자를 제조하기 위한 광 리소그래피-공정으로 마스크 또는 레티클(이하, 마스크라 함) 등의 원판 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광하기 위한 투영 노광 방법, 투영 노광 장치, 그 제조 방법 및 광 세정 방법에 관한다.

반도체 소자의 고집적화에 따라, 그 반도체 소자를 제조하기 위해서 중요한 광 리소그래피-공정으로써 사용되는 투영 노광 장치도 장족의 진보를 해 오고 있다. 투영 노광 장치에 탑재되어 있는 투영 광학계의 해상력은, Rayleigh의 식으로 잘 알려져 있듯이, R=k×λ/NA의 관계로 나타낸다. 여기서, R는 투영 광학계의 해상력, λ는 노광용 광의 파장, NA는 투영 광학계의 개구수, k는 레지스트의 해상력 이외의 프로세스에 의해서 결정되는 정수이다.

반도체 소자의 고집적화에 대응하여 투영 광학계에서 필요한 해상력을 실현하기 위해서, 상기 식으로부터 알 수 있듯이, 노광용 광원의 단파장화나 투영 광학계의 개구수를 크게 하는, 소위, 고NA화에의 노력이 계속되고 있다. 최근에는, 248nm의 출력 파장을 갖는 불화 크립톤 엑시머 레이저(KrF 엑시머 레이저)를 노광용 광원으로서, 투영 광학계의 개구수도 0.6 이상의 노광 장치가 실용되어, 25μm에도 도달하는 미세한 패턴의 노광이 가능하게 되고 있다.

특히, 최근으로서는, 불화 크립톤 엑시머 레이저에 계속되는 광원으로서, 193nm의 출력 파장을 갖는 불화 아르곤 엑시머 레이저(ArF 엑시머 레이저)가 주목되고 있다. 이 불화 아르곤 엑시머 레이저를 노광용 광원으로 하는 노광 장치가 실현되면, 0.18μm 내지 0.13μm까지 미치는 미세 가공이 가능해지는 것이 기대되고, 정력적인 연구 개발이 열심히 실행되고 있다.

이 불화 아르곤 엑시머 레이저의 출력 파장(193nm)의 파장 영역에서는, 투과율 등의 관점에서 렌즈로서 사용 가능한 재료는, 현 단계에서는 합성석영유리, 불화칼슘(형석)의 2개에 한정되어 있기 때문에, 이러한 종류의 노광 장치용의 광학 재료로서, 충분한 투과율과, 내부 균일성을 갖는 재료의 개발이 계속해서 정력적으로 실행되고 있다. 합성석영유리로서는 내부투과율이 0.995/cm 이상, 불화칼슘으로서는 내부 흡수가 무시할 수 있는 레벨까지 도달하고 있다.

광학 재료의 표면에 코팅되는 반사 방지막용의 재료도, 불화 크립톤 엑시머 레이저의 출력 파장(248nm)의 파장 영역의 것과 비교해서 선택범위가 대단히 좁고, 설계상의 자유도에 큰 제약을 받는다. 그러나, 정력적인 개발 노력에 의해 그 문제도 극복되어, 각 렌즈면에서의 손실이 0.005이하라는 레벨까지 실현되고 있다.

이러한 KrF 엑시머 광의 파장보다도 짧은 파장 영역에서는, 투영 노광 장치중의 광학계(조명 광학계, 투영 광학계)를 구성하는 광학 소자의 표면에 수분이나 유기물이 부착되어 광학계의 투과율, 반사율이 저하(변동)한다는 문제가 있다(투과율, 반사율의 변동에 의해 광학계의 감쇠율이 변동하는 문제임). 이것은, 복수의 광학 소자에 끼워진 공간 내의 기체, 또는 광학계를 지탱하는 경통의 내벽이나 접착제등으로부터 발생하는 수분이나 하이드로 카본, 유기물이 광학계의 표면에 부착하는 것에 기인한다.

도 14는 광학계 투과율의 시간변화 특성을 나타내는 것으로, 레이저광원으로부터 펄스레이저광을 연속하여 출사시키면서, 레이저 광원과 마스크간의 노광광의 조도와 웨이퍼상의 노광광의 조도를 소정 기간 간격으로 계측하여, 그 양 조도비율로 어떤 광학계 투과율을 계측시각마다 산출하여 나타낸 것이다. 도 14로부터 알 수 있듯이, 레이저광의 조사 개시 직후에 크게 투과율이 저하하지만, 그 후는 서서히 상승하여 어느 정도 시간이 경과하면 거의 포화 상태로 된다. 레이저 조사 개시 직후의 저하는 초재의 내부 특성의 변동에 의한 것이며, 그 후에 서서히 회복되는 현상은 광학계 표면에 부착된 수분이나 유기물이 레이저의 조사에 의해 광학계 표면으로부터 제거되기 때문이다.

이 때문에, 투영 노광 장치에 있어서의 노광 동작 중, 즉 조명 광학계부터의 노광광으로 마스크를 조명함과 동시에, 투영 광학계에 의해서 그 마스크 상의 장치 패턴의 적어도 일부의 상을 감광성 기판 상에 투영하여, 스텝 엔드 리피트방식, 또는 스텝 엔드 스캔 방식으로 그 패턴의 형상(像)을 순차적으로 감광성 기판 상에 전사하면, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율이 서서히 상승한다. 단지, 이 투과율의 상승은 일시적인 세정 효과이고, 노광광의 조사에 의해 광학 소자의 표면이 활성화된 광학계는, 그 조사를 정지하면, 도리어 주위의 수분이나 유기물을 부착하기 쉽게 한다. 그래서, 노광광의 조사(노광 동작)를 장시간 내지 장기간 정지하는 경우는 필요에 따라서, 노광 개시 전에 노광용 레이저광을 소정 시간 조사하여 광 세정을 실행하는 것에 의해 투과율을 거의 포화 상태로 하고, 그런 뒤에 노광 동작을 개시하는 것이 생각되지만, 스루풋이 저하하는 것에 더하여, 노광 전에 레이저를 장시간 발진시키는 것은 레이저광원의 내구성의 저하에 연계되어 바람직하지 못하다. 그 위에, 웨이퍼나 마스크의 교환 시를 포함해서 항상 노광용 레이저광을 계속하여 조사하는 것은 곤란하다.

다음에, 조명 광학계나 투영 광학계 일부의 광학 소자를 전환하여 사용하도록 한 투영 노광 장치에 있어서, 상술한 투과율변동에 동반하여 발생하는 문제를 설명한다.

투영 광학계의 고NA화에 동반하여,

DOF = K2×λ/NA²

(단지, K2는 레지스트의 해상력, 프로세스에 의해서 결정되는 정수)의 식으로 표시되도록 패턴제조 시의 마진인 초점심도(焦點深度)(D0F)가 저하한다. 그래서, 고리형 조명이나 특수 경사 조명 등의 변형 조명, 혹은 소σ 등, 마스크의 조명 조건(즉, 2차 광원의 형상이나 크기)을 변경하여 해상도나 초점심도를 향상시키는 방법이 알려져 있다.

이 방법은, 투영 광학계의 동면(瞳面) 상의, 노광광의 분포 상태를 변경하는 것으로, 마찬가지인 방법으로서 투영 광학계의 동면 상에서의 편광 상태 등을 변경하는 동필터도 사용하고 있다. 이들의 어느 쪽의 방법에 의해서 해상도나 초점심도가 향상되는가에 대해서는, 노광하는 장치의 패턴형상이나 선폭에 따라 선택된다.

조명 조건을 변경하는 방식을 채용하는 경우, 터릿판이라고 불리는 원판에 고리형 조명용, 변형 조명용, 소 σ 용의 각종 형상의, 복수의 개구 조리개를 형성하여 두고, 터릿판을 회전하여 어느 하나의 개구 조리개를 조명 광학계의 광로에 삽입한다. 그리고, 선택된 개구 조리개에 따라 플라이 아이 렌즈나 입력 렌즈 등의 광학부품을 교환한다. 또한, 예컨대 컨택트 홀 등의 고립패턴을 감광기판 상에 전사하는 경우에는, 전술한 동필터를 투영 광학계의 광로 중에 삽입한다. 따라서, 감광성 기판 상에 전사해야 할 장치 패턴의 종류(형상, 선폭, 피치 등)에 따라 조명 조건의 변경이나 동필터의 삽입 등을 하여, 장치 패턴에 대하여 최적화된 광학계를 사용하는 것에 의해, 1대의 투영 노광 장치로 여러 가지 패턴을 각각 최적의 노광 조건(조명 조건, NA 등)으로 감광성 기판 상에 전사할 수 있다.

또한, 라인 엔드 스페이스 패턴이나 고립 패턴이 혼재하는 장치로서는, 각각의 패턴의 최적조명 조건이나 NA 조건이 다르기 때문에, 라인 엔드 스페이스용 마스크와 고립 패턴용 마스크를 사용하여, 각각의 최적 조건 하에서 감광 기판 상 에 중첩시켜 노광을 실행하는 것으로도 검토되어 있다. 이 경우, 라인 엔드 스페이스 노광과 고립 패턴 노광의 시간 간격이 길어지면 기판 상의 레지스트재의 특성이 변화하기 때문에, 기판1장 단위 혹은, 1로트 단위로 마스크교환, 노광 조건의 변경을 실행한다.

이와 같이 장치 패턴에 따라 노광 조건을 변경하기 위해서, 일부의 광학 소자가 전환되는 광학계에서는, 그 광로 중에 배치되어 있는 광학계는 세정 효과에 의해서 그 투과율이 높게 유지되지만, 후퇴 위치로써 대기하고 있는 그 일부의 광학 소자(광학계)는 시간 경과 변화에 의해 수분이나 유기물 등의 이물질이 부착되어 오염이 진행된다. 특히, 노광 조건의 변경에 따라 광로 중에서 후퇴된 광학계는, 상술한 바와 같이 노광광의 조사에 의해서 그 표면이 활성화되어, 표면에 이물질이 부착되기 쉽게 되어 있기 때문에, 그 투과율이 급속히 저하되어 버린다. 이 때문에, 그 대기하고 있는 광학계를 다시 광로 중에 삽입하여 사용하는 경우는, 그 광학계의 투과율 저하에 따라 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도(강도)가 저하한다. 이 때문에, 1 쇼트당의 노광 시간이 길게되어, 1 장당의 감광성 기판의 처리 시간이 대폭 증대하여 스루풋이 저하해 버린다.

또한, 일반적으로 투영 노광 장치로는, 조명 광학계 내의 플라이 아이 렌즈(2차 광원)로부터 사출되는 광속의 일부를 빔 분할기로 분기하여 광량센서(인터그레이터 센서)로 유도되며, 그 광량센서의 출력에 근거하여 쇼트마다 감광성 기판의 노광량을 제어하고 있다. 이 때문에, 그 빔 분할기 이후의 광학계(투영 광학계를 포함)의 투과율이 급격히 변화한 경우, 그 광량센서의 출력을 이용하여도 감광성 기판에 도달하는 노광광의 적산광량(노광도즈)을 정확히 제어할 수가 없게 된다. 예컨대, 투영 광학계의 외부에서 대기하고 있는 동필터를 그 광로 중에 삽입한 경우, 그 노광도즈의 제어를 정확히 실행할 수 없다. 이 때문에, 노광개시 전에 노광광을 조사하여 광 세정을 하는 것으로도 생각되지만, 전술한 바와 같이 스루풋의 저하 등의 문제가 발생한다. 특히, 복수의 패턴을 각각 서로 다른 노광 조건으로 감광성 기판 상에 전사하여 1개의 패턴을 형성한다, 소위 2중 노광을 하는 경우는, 패턴마다 그 노광 조건을 빈번히 변경해야만 한다. 따라서, 노광 조건을 변경하는 때마다 광 세정을 하면, 스루풋이 극단적으로 저하한다고 하는 문제가 발생한다.

본 발명의 제 1 목적은, 대기중인 광학 소자의 투과율을 소정값 이상으로 유지하여, 사용 위치로 전환했을 때의 감광 기판 상의 조도가 저감하지 않도록 한 투영 노광 방법, 투영 노광 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은, 조명 광학계나 투영 광학계의 일부의 교환(전환) 에 의한 투과율의 변동을 방지할 수 있는 투영 노광 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은, 조명 광학계나 투영 광학계의 일부를 전환하여도, 스루풋을 저하시키는 일없이, 항상 감광성 기판 상에서 노광광의 적산광량(노광도즈)을 정확히 제어할 수 있는 투영 노광 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은, 감광성 기판의 노광 조건의 변경에 따라 일부의 광 학 소자가 교환되는 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율을 항상 높게 유지할 수 있는 투영 노광 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제5의 목적은, 광학계의 자가 세정 효과를 이용하여 투과율 변동, 반사율 변동(광학계의 감쇠율 변동)을 억제하도록 한 투영 노광 방법, 투영 노광 장치, 그 제조 방법 및 투영 광학계의 광 세정 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 노광 방법은, 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치와의 사이에서 전환되는 광학계를 거쳐, 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크의 패턴의 형상을 기판에 전사하는 노광 장치의 노광 방법에 있어서, 상기 후퇴 위치에 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 것에 의해, 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 방법에 있어서, 상기 세정광은 상기 마스크를 조명하는 노광광이다. 또한, 상기 세정광은 상기 마스크를 조명하는 노광광의 광원과는 별도로 설치된 세정용 광원의 광이어도 좋다. 상기 노광 방법은, 상기 패턴의 형상의 상기 기판으로의 전사 중에, 상기 후퇴 위치로 전환되는 광학 소자에 세정광을 조사하는지 혹은 상기 기판으로의 상기 패턴의 형상의 전사 공정 시에 있어서, 상기 기판에 노광광이 조사되지 않을 때에, 상기 후퇴 위치에 있는 광학 소자에 세정광을 조사한다.

또한, 본 발명의 별도의 노광 방법에 의하면, 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하여, 상기 광학계의 일부의 광학 소자를 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환하여 사용하도록 한 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서, 상기 감광성 기판에 상기 패턴을 투영하고 있는 동안에, 상기 후퇴 위치로 전환되고 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

또한, 본 발명의 별도의 노광 방법에 의하면, 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하여, 상기 광학계 일부의 광학 소자를 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환하여 사용하도록 한 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서, 상기 감광성 기판에 상기 패턴을 투영하는 노광 공정 중에 있어서, 상기 노광광이 상기 감광성 기판에 조사되지 않는 동안에는 상기 후퇴 위치로 전환되고 있는 광학 소자에 상기 노광용 광원으로부터의 노광광이 조사되어 상기 감광성 기판에는 조사되지 않도록 노광광을 제어하여, 상기 노광광이 상기 감광성 기판에 조사되고 있는 동안은 상기 노광광이 상기 후퇴값 위치의 광학 소자에 조사되지 않도록 노광광을 제어하는 것에 의해, 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 노광 장치는 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되는 광학계를 거쳐 노광광을 마스크에 조사하고, 해당 마스크의 패턴의 형상을 기판에 전사하는 노광 장치에 있어서, 상기 후퇴 위치로 전환되고 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 세정용 광학계를 구비하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 장치에 있어서, 상기 세정광은 상기 노광광이다. 또한, 상기 세정광은 상기 노광광의 광원과는 별도로 설치된 세정용 광원으로부터의 광이어도 좋다. 또한, 상기 세정용 광학계는 상기 노광광의 광원으로부터 상기 마스크에 입사되는 노광광을 상기 세정광으로서 유도하기 위한 분기 광학 소자를 갖든지, 혹은 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판 상에 투영하는 투영 광학계에 입사하는 노광광을 상기 세정광으로서 유도하기 위한 분기 광학 소자를 갖는다.

또한, 본 발명의 다른 노광 장치에 의하면, 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하여, 상기 광학계 일부의 광학 소자를 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환하여 사용하도록 한 투영 노광 장치에 있어서, 상기 감광성 기판에 상기 패턴을 투영하고 있는 동안에 상기 후퇴 위치로 전환되고 있는 상기 광학 소자에 세정광을 조사하는 세정용 광학계를 구비하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 장치에 있어서, 상기 세정광 광학계는, 상기 노광용 광원으로부터 사출되고 있는 조명광을 상기 세정광으로서 유도하기 위한 분기 광학 소자를 갖는다. 이 분기 광학 소자는, 상기 감광성 기판에 상기 패턴을 투영하는 노광 공정 중에 상기 노광광이 상기 감광성 기판에 조사되지 않는 동안은, 상기 세정광학계로 노광광을 유도하고, 상기 노광광이 상기 감광성 기판에 조사되는 동안은 상기 노광광을 상기 세정용 광학계로 유도하지 않도록 제어된다. 또한, 상기 세정광을 생성하기 위한 상기 노광용 광원과는 별도의 세정용 광원을 구비하여, 그 세정용 광원으로부터의 광을 상기 세정용 광학계로 이끌도록 하여도 좋다.

본 발명의 노광 장치의 제조 방법은 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 장치의 제조 방법, 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되는 광학계를, 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계 및/또는 조명된 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판 상에 투영하는 투영 광학계에 배치하는 단계와, 상기 후퇴 위치에 있는 광학 소자에 세정광을 조사하여 해당 광학 소자를 광 세정하는 단계를 구비하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 노광 방법은 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 방법에 있어서, 상기 기판의 비노광 시에, 노광광을 사출하는 광원과, 상기 기판 사이의 상기 광학계의 개구수를, 노광 시의 상기 광학계의 개구수보다도 크게 설정하여, 상기 광학계 내에 노광광을 입사시키는 것에 의해, 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 방법에 있어서, 상기 비노광 시에 상기 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 해당 기판에의 노광광의 입사를 저지하는 저지 부재를 진입시키고, 노광 시에 해당 저지 부재를 상기 광로로부터 후퇴시키도록 하는 것이 바람직하다. 이 저지 부재는 예컨대, 상기 광학계와 상기 기판 사이의, 노광광의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판이고, 해당 차광판의 상기 광학계측의 면을 반사면으로 한다. 이 경우, 상기 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 한다. 그리고, 상기 차광판을 요동시키면서 상기 광학계 내에 노광광을 입사되는 것이 바람직하다. 또한, 비노광 시에, 노광 시에 사용되는 제 1 개구조리개보다도 개구가 큰 제 2 개구 조리개를 광학계 내에 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 별도의 노광 방법에 의하면, 마스크를 거쳐서 기판에 노광 광을 투영하는 노광 방법에 있어서, 상기 노광광을 통과시키는 광학계의 투과율 변동을 저감하기 위해서, 상기 광학계의 동면 상에서 상기 노광광보다도 넓은 범위로 세정광을 분포시키는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 방법에 있어서, 상기 마스크의 패턴의 기판에의 전사와 상기 광학계의 광 세정을 동시에 실행하지 않는(동시가 아니라 따로따로 실행한다) 것이 바람직하다. 또한, 상기 마스크 패턴의 기판에의 전사 시에 그 패턴에 따라 결정되는 상기 광학계의 개구수보다도 상기 광학계의 광 세정 시에 그 개구수를 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 세정광은 노광광이고, 상기 광학계의 광 세정 시에 노광광의 상기 기판에의 입사를 저지하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 노광 방법에 의하면, 마스크에 형성된 패턴의 형상을, 광학계를 거쳐서 기판 상에 투영하는 노광 방법에 있어서, 상기 기판의 비노광 시에, 상기 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 해당 기판에의 노광광의 입사를 저지하는 저지 부재를 진입시키고, 상기 광학계 내에 노광광을 입사시켜, 노광 시에 해당 저지 부재를 상기 광로로부터 후퇴시키는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 방법에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 광학계와 상기 기판 사이의, 노광광의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판이고, 해당 차광판의 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 광학계의 광축에 대한 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 한다. 그리고, 상기 차광판을 요동시키면서 광학계 내에 노광광을 입사시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 노광 방법에 의하면, 소정 패턴이 형성된 원판에 노광 용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비한 투영 노광 장치의 투영 노광 방법에 있어서, 상기 감광성 기판에 상기 원판의 패턴을 투영할 때는, 노광광의 감광성 기판에의 입사를 허용하여 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 사출하고, 상기 감광성 기판에 상기 원판의 패턴을 투영하지 않을 때는, 상기 투영 광학계까지는 노광광의 입사를 허용하여 감광성 기판에는 노광광의 입사를 저지하도록 하여, 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 사출하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 투영 노광 방법에 있어서, 상기 투영 광학계와 감광성 기판 사이에 설치되고, 노광광이 상기 감광성 기판에 입사하는 것을 저지하는 저지 부재를 구비하여, 상기 감광성 기판에 원판의 패턴을 투영할 때는, 감광성 기판에의 노광광의 입사를 허용하도록 저지 부재를 제어하고, 상기 감광성 기판에 원판의 패턴을 투영하지 않을 때는, 상기 투영 광학계까지는 노광광의 입사를 허용하고 감광성 기판에는 노광광의 입사를 저지하도록 저지 부재를 제어하여 노광용 광원으로부터 노광광을 사출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 노광 방법에 의하면, 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴을 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계와, 상기 투영 광학계의 내부에 설치된 가변 개구 조리개를 구비하는 투영 노광 장치의 투영 노광 방법에 있어서, 상기 감광성 기판에 상기 원판의 패턴을 투영할 때는, 상기 가변 개구 조리개를 소정의 개구수로 열어 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 출사하고, 상기 감광성 기판에 상기 원판의 패턴을 투영하지 않을 때는, 상기 가변 개구 조리개를 모두 닫아 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 출사하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 노광 장치에 의하면, 마스크를 조명하는 조명 광학계와 해당 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하는 투영 노광 장치에 있어서, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이의 광로 내에, 노광광이 상기 기판 상에 입사하는 것을 저지하는 저지 장치를 장치하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 노광 장치에 있어서, 상기 투영 광학계는 가변 조리개를 구비하고, 비노광 시에 해당 가변 조리개의 개구수를 노광 시에 있어서의 가변 조리개의 개구수보다도 크게 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 저지 장치는, 투영 광학계와 기판 사이의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판이다. 그리고, 이 차광판의 상기 투영 광학계측의 면을 반사면으로 하고, 그리고, 상기 광학계의 광축에 대한 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 차광판을 요동하여 광학계의 광축에 대한 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위 내에서 바꾸는 구동 장치를 장치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 조명 광학계에 가변 개구 조리개를 설치하고, 상기 저지 장치로 노광광을 저지할 때는, 노광시에 설정되는 조리개보다도 큰 조리개가 되도록 가변 개구 조리개를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 별도의 노광 장치에 의하면, 마스크를 조명하는 조명 광학계와 해당 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하는 투영 노광 장치에 있어서, 상기 투영 광학계의 내부에 노광광이 상기 기판에 입사하는 것을 저지하는 저지 장치를 설치하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 투영 노광 장치에 있어서, 상기 투영 광학계에 가변 개구 조리개를 설치하고, 해당 가변 개구 조리개를 모두 닫는 것에 의해, 상기 저지 장치의 작용을 하도록 하여도 좋다. 또한, 상기 조명 광학계에 가변 개구 조리개를 설치하고, 상기 저지 장치로 노광광을 저지할 때는, 노광 시에 설정되는 조리개보다도 큰 조리개가 되도록 상기 가변 개구 조리개를 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 노광 장치에 의하면, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 노광 장치로서, 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하기 위한 광학계와, 상기 광학계로부터 출사된 노광광을 반사시키는 반사면을 갖고 또한 해당 반사면의 법선이 상기 광학계의 광축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 가변으로 한 반사 장치를 구비하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 노광 장치의 제조 방법은, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계와 상기 기판 사이의 광로에, 노광광이 상기 기판에 입사하는 것을 저지하는 저지 부재를 배치하는 단계와, 상기 저지 부재에 의해 상기 기판에의 노광광의 입사를 저지한 상태에서 상기 투영 광학계 내에 노광광을 입사시켜 광 세정을 하는 단계를 구비하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 제조 방법에 있어서, 상기 저지 부재는, 상기 기판에 상기 패턴을 투영할 때는 상기 기판에의 노광광 입사를 허용하고, 상기 기판에 상기 패턴을 투영하지 않을 때는 상기 투영 광학계까지의 노광광의 입사를 허용하지만, 상기 기판에의 노광광 입사를 저지하도록 제어된다. 상기 저지 부재는, 상기 투영 광학계측의 면이 반사면인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 투영 광학계의 광축과 상기 반사면의 법선 사이의 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하고, 상기 저지 부재를 요동하여 상기 투영 광학계의 광축과 상기 반사면의 법선 사이의 각도를 소정 각도 범위에서 가변시키는 구동 장치를 장치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 노광 장치의 광 세정 방법은 마스크에 형성된 패턴의 형상을 광학계를 거쳐 기판 상에 투영하는 노광 장치의 광 세정 방법에 있어서, 상기 광학계의 개구 조리개의 개구수를, 노광 시에 있어서의 상기 광학계의 개구 조리개의 개구수보다도 크게 설정하여 상기 광학계 내에 노광광을 입사시키는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

상기 광 세정 방법에 있어서, 상기 광학계는 상기 마스크에 광을 조사하는 조명 광학계 및/또는 조명 광학계에 의해 조명된 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판 상에 투영하는 투영 광학계이다. 상기 광 세정 시에, 상기 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 해당 기판에의 노광광의 입사를 저지하는 저지 부재를 진입시키는 것이 바람직하다. 이 저지 장치는, 상기 광학계와 상기 기판 사이의, 노광광의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판이고, 해당 차광판의 상기 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 다른 광 세정 방법에 의하면, 개구 조리개를 장치한 광학계를 거쳐 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 장치의 광 세정 방법에 있어서, 상기 개구 조리개를 전개하여 세정광을 상기 광학계에 입사시키는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

또한, 본 발명의 다른 광 세정 방법에 의하면, 마스크에 형성된 패턴의 형상을 투영 광학계를 거쳐 기판 상에 전사하는 노광 장치의 광 세정 방법에 있어서, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이의 광로에, 노광광을 해당 투영 광학계 측으로 반사시키는 반사면을 갖는 반사 부재를 진입시켜, 해당 반사면의 법선을 상기 투영 광학계의 광축에 대하여 소정 각도 범위 내에서 변화시키면서 노광광에 의해 상기 투영 광학계 내를 조명하는 것에 의해 상기 목적을 달성한다.

도 1은 본 발명에 의한 투영 노광 장치의 실시예 1의 개략적 구성을 도시한 도면

도 2는 도 1에 나타낸 터릿판에 형성된 가변 개구 조리개를 도시한 도면

도 3은 본 발명에 의한 투영 노광 장치의 다른 실시예의 개략적 구성을 도시한 도면

도 4는 본 발명에 의한 투영 노광 장치의 다른 실시예의 주요부의 개략적 구성을 도시한 도면

도 5는 본 발명에 의한 투영 노광 장치의 다른 실시예의 개략적 구성을 도시한 도면

도 6은 도 5에 나타낸 터릿판에 형성된 가변 개구 조리개를 도시한 도면

도 7은 도 5의 투영 노광 장치 내의 투영 광학계의 동(瞳)위치에 형성되는 조명 광학계 내의 가변 개구 조리개의 모양을 도시한 도면

도 8은 노광 공정의 타임 차트

도 9는 도 5의 투영 광학계 내의 광로를 설명하는 도면

도 10은 도 5의 차폐판을 기울였을 때의 광로를 설명하는 도면

도 11은 차폐판의 사시도

도 12는 반사경 등으로 구성되는 반사 장치의 일 실시예를 나타내는 사시도

도 13은 반사경 등으로 구성되는 반사 장치의 다른 실시예를 나타내는 사시도

도 14는 노광 시간에 따라 변동하는 투과율을 설명하는 도면

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 의한 투영 노광 장치의 개략적 구성을 나타낸다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 예컨대 193nm의 출력 파장을 갖는 펄스광을 발진하는 ArF 엑시머 레이저 광원(1)에서 거의 평행광속으로서 출사된 레이저광은 소정 단면형상의 레이저광에 정형하는 빔 정형 광학계나 빔 익스펜더 등으로 이루어지는 빔 매칭 유닛(2)을 통과하여 가변 감광기(3)에 입사한다. 가변 감광기(3)는 노광량 제어유닛(4)으로부터의 지령에 따라 펄스 레이저광의 감광율을 단계적으로 또는 무단계로 조절한다. 감광기(3)의 사출광은 빔 분할기(9A)에 입사되고, 그 투과광은 제 1 조명 광학 유닛(5)에 직접, 반사광은 전반사미러(9B)에서 반사되어 제 1 조명 광학 유닛(5)에 각각 입사된다. 또, 조명 광학계는 챔버(31)에 수용되고, 레이저 광원(1)은 챔버(31)의 외부에 설치되므로, 챔버(31)에는 레이저 광원(1)으로부터의 레이저광을 통과시키는 투과창(도시하지 않음)이 설치된다.

도 1은 광로 중에 옵티컬 인터그레이터 렌즈를 2개 갖는 계를 나타내고, 제 1 조명 광학 유닛(5)은 제 1 플라이 아이 렌즈로서 2개의 플라이 아이 렌즈(6a,6b)를 구비하고 있다. 이들 플라이 아이 렌즈(6a,6b)는 모터(5A)에서 회전하는 원판(5B) 상에 설치되어, 제 1 플라이 아이 렌즈 제어 유닛(8)으로부터의 지령에 의해, 후술하는 개구 조리개에 적합한 어느 하나의 플라이 아이 렌즈(이하, 선택된 제 1 플라이 아이 렌즈를 부호 6으로 나타낸다)가 빔 분할기(9A)의 투과광의 광로(이하, 노광 광로라고 부르고, 이 광로 전환된 광학 소자의 위치를 사용 위치로 한다) 중에 삽입된다. 빔 분할기(9A)와 전반사미러(9B)에서 반사되는 광로(이하, 대기(待機) 광로라고 부르고, 이 광로로 전환된 광학 소자의 위치를 후퇴 위치로 한다) 중에 삽입된 플라이 아이 렌즈(6b)의 사출 측에는 광흡수 부재로 이루어지는 스토퍼(10)가 설치되고, 플라이 아이 렌즈(6b)의 통과광이 원하지 않게 반사하여 미광으로 되는 것을 방지하고 있다. 이들의 플라이 아이 렌즈(6a,6b)는, 다수의 렌즈 소자가 묶여져 구성되어 있고, 이 렌즈 소자의 사출면 측에는 그것을 구성하 는 렌즈 소자의 수에 대응한 다수의 광원상(2차 광원)이 형성된다.

대기 광로 중에 삽입된 플라이 아이 렌즈(6b)에는 노광 중에도 조명광이 조사되고, 소위 자가 세정되어 대기 중에도 투과율이 소정값 이상으로 유지된다. 따라서, 이 플라이 아이 렌즈(6b)가 노광 광로에 삽입되었을 때, 그때까지 사용하고 있던 플라이 아이 렌즈(6a)의 투과율로 손색이 없고, 즉시 노광 처리를 개시할 수 있다.

개구 조리개에 적합한 플라이 아이 렌즈가 3가지 이상 필요한 경우에는, 대기중의 2 이상의 플라이 아이 렌즈에 세정광으로서의 조명광을 유도하는 2 이상의 세정광학계가 필요하다. 이 경우, 모든 대기 광로 중의 플라이 아이 렌즈에 조명광을 조사하여도 좋지만, 노광 처리의 순서가 확정되어 있는 경우에는, 다음에 사용하는 대기 중의 플라이 아이 렌즈에만 세정광이 조사되도록 하여도 좋다. 또한, 대기 광로 중에 유도되는 광량은 원하는 시간 내에서 소정의 세정 효과를 얻을 수 있을 정도로 좋고, 빔 분할기(9a)는 그 투과율을 높고, 반사율을 낮게 할 수 있어, 이에 따라 노광 광량의 저하를 방지할 수 있다.

제 1 조명 광학 유닛(5)부터의 사출광은 제 2 조명 광학 유닛(11)의 제 2 플라이 아이 렌즈(12)에 입사하고, 제 2 플라이 아이 렌즈(12)의 사출면 측에는 그것을 구성하는 렌즈 소자의 수에 대응한 다수의 광원상(2차 광원)이 마찬가지로 형성된다. 이 사출면 근방에는 후술하는 바와 같이 하여 선택된 개구 조리개가 삽입된다.

또, 본 예로서는 제 1 및 제 2 플라이 아이 렌즈(6,12)를 설치하고 있지만, 후술하는 바와 같이 제 1 플라이 아이 렌즈(6)만이라도 좋다. 또한, 플라이 아이 렌즈의 대신에 내면 반사형의 로드형상의 광학 부재를 옵티컬 인터그레이터로서 이용하여도 좋다.

상술한 바와 같이, 제 2 플라이 아이 렌즈(12)에 의해서 다수의 2차 광원이 형성되는 위치에 있어서, 형상과 크기의 적어도 한쪽이 다른 복수의 개구 조리개가 형성되어 있는 터릿판(13)이 배치되어 있다. 이 터릿판(13)은 모터(13A)에서 회전 구동되어, 레티클(R)의 패턴의 종류에 따라 1개의 개구 조리개가 선택되어 조명 광학계의 광로 중에 삽입된다. 모터(13A)는 주제어유닛(7)으로부터의 지령으로 개구 조리개 제어 유닛(14)을 거쳐서 제어된다. 또, 터릿판(13)과 모터(13A)에서 조명계용 가변 개구 조리개 장치가 구성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이 석영 등의 투명 기판으로 이루어지는 터릿판(13)에는, 8개의 개구 조리개(13a∼13h)가 형성되어 있다. 원형개구를 갖는 5개의 개구 조리개(13a,13e∼13h)는, σ값을 적극적으로 변화시키기 위한 것이며, 그 중 3개의 개구 조리개(13e,13f,13g)는, 실제의 노광 동작 시에서 이용되는 조리개이고, 나머지의 2개의 개구 조리개(13a,13h)는 광 세정 동작 시에서 이용되는 개구 조리개이다.

또, 2개의 개구 조리개(13a,13h)는 특별히 설치할 필요는 없고, 이들 이외의 6개의 개구 조리개(13b∼13g)만을 터릿판(13)에 설치하는 것만이라도 좋다. 단지, 투영 노광 장치를 장기간 정지시키었을 때는, 그 재기동 시에 노광광을 조사하여 광 세정을 실행하는 적도 있다. 이러한 경우에는, 개구 조리개(13a,13h)를 조명 광학계 중에 삽입하고 광 세정하는 것이 바람직하다. 이것은, 개구 조리개를 크게 하여, 조명 광학계나 투영 광학계의 각 광학 소자를 그 전면에 걸쳐(구석구석까지) 노광광으로 조사할 수 있어, 그 세정 효과를 높일 수 있기 때문이다.

또한 3개의 변형개구를 갖는 개구 조리개(13b∼13d)는 노광 동작 시에 이용하는 것에 따라 투영 광학계(PL)의 해상력이나 초점심도를 향상시키기 위한 것이다. 개구 조리개(13c,13d)는 서로 고리의 비(내경과 외경의 비)가 다른 고리형 개구를 갖는 조리개이고, 나머지의 1개의 개구 조리개(13b)는, 4개의 편심한 영역 내에 각각 복수의 광원상(2차 광원)을 형성하기 위해서 개구를 갖는 조리개이다.

8개의 개구 조리개(13a∼13h)를 갖는 터릿판(13)은 도 1에 나타내는 모터(13A)를 거쳐서 회전되어, 8개의 개구 조리개 중의 1개의 개구 조리개, 즉 소망하는 개구형상을 갖는 조리개가 2차 광원 위치로 설정된다.

노광 조건에 따라 선택된 개구 조리개에 대응하여, 플라이 아이 렌즈(6a,6b) 내로부터 최적인 제 1 플라이 아이 렌즈(6)가 선택된다. 그 때문에, 제 1 플라이 아이 렌즈(6)로부터의 광은, 그 개구 조리개가 실질적으로 사용하는 제 2 플라이 아이 렌즈(12)의 소정의 렌즈 소자만을 조명하여, 개구 조리개에서 차광되는 소자를 조사하지 않도록 설정된다. 따라서, 노광광을 전부 효율적으로 사용할 수 있고, 광량손실(loss)이 발생하지 않는다.

또, 터릿판(13) 상의 8개의 개구 조리개(13a∼13h)의 각각에 대응하여 8개의 제 1 플라이 아이 렌즈를 준비해 둘 필요는 없고, 예를 들면, 개구 조리개(13a,13h)에 대해서는 특별히 제 1 플라이 아이 렌즈를 준비하지 않아도 좋다. 또한, 나머지 6개의 개구 조리개(13b∼13g)에 대해서도, 마찬가지로, 각각에 대응하여 6개의 제 1 플라이 아이 렌즈를 준비하지 않아도, 적어도 2개의 개구 조리개에 대응하여 공통인 1개의 제 1 플라이 아이 렌즈를 준비해 두는 것만으로도 좋다. 이 경우에도, 노광광의 광량 손실(loss)을 충분히 막을 수 있다.

제 2 플라이 아이 렌즈(12)에 의해서 형성되는 다수의 2차 광원부터의 광속은 가변 개구 조리개를 통과하여 빔 분할기(15)에서 2개의 광로로 분기되고, 반사광은 인터그레이터 센서(광전 검출기)(16)로 유도되어 조명광의 조도가 검출된다. 검출된 조도에 따른 신호는 노광량 제어 유닛(4)에 입력된다. 빔 분할기(15)는 그 투과율은 높지만, 반사율은 낮게 설정되어 있다. 한편, 투과광은 제 3 조명 광학 유닛(17)에 의해 집광되어 중첩적으로 조명 시야 조리개 유닛(레티클 블라인드 계)(18)을 조명한다. 이 조명 시야 조리개 유닛(18)은 제 1 조명 광학 유닛(5) 중의 제 1 플라이 아이 렌즈(6)의 입사면 및 제 2 조명 광학 유닛(11)중의 제 2 플라이 아이 렌즈(12)의 입사면과 공역인 위치에 배치되어 있다. 여기서, 조명 시야 조리개 유닛(18) 상에서의 조명 영역은, 제 2 플라이 아이 렌즈(12)의 각 렌즈 소자의 단면형상과 거의 닮은 꼴 형상이 된다. 조명 시야 조리개 유닛(18)의 시야 조리개의 크기는, 주제어 유닛(7)으로부터의 지령에 의해 도시하지 않은 구동 기구에 의해 조절되고, 노광 대상의 쇼트 영역에 대응한 개구로 설정되며, 웨이퍼(W) 상에서 본래의 쇼트 영역이외의 영역에 조명광이 조사되는 것을 방지한다.

조명 시야 조리개 유닛(18)을 통과한 조명광은 제 4 조명 광학 유닛(19)을 통하여 반사 미러(20)로 반사된 후, 복수의 렌즈 등의 굴절성 광학 소자로 구성되는 콘덴서 광학계인 제 5 조명 광학 유닛(21)에서 집광된다. 이에 의해 레티클(R) 상에 형성된 회로 패턴이 거의 균일한 조도분포로 조명된다. 여기서, 조명 시야 조리개 유닛(18) 중의 레티클 블라인드와 레티클(R)의 패턴면과는, 제4 및 제 5 조명 광학 유닛(19,21)에 관하여 거의 동일 역할로 배치되어 있고, 블라인드 개구에 의해 레티클(R) 상의 조명 영역이 규정된다.

그리고 투영 광학계(PL)에 의해서 웨이퍼(W) 상에 레티클(R) 상의 회로 패턴의 형상이 형성되고, 웨이퍼(W) 상에 도포된 레지스트가 감광하여 웨이퍼(W) 상에 회로 패턴의 형상이 전사된다.

레티클(R)은 레티클 홀더를 거쳐서 레티클 스테이지(RS)에 유지 고정된다. 레티클 스테이지(RS)는 도 1의 지면과 직교하는 면내를 따라 2차원적으로 이동하 도록 도시하지 않은 베이스에 설치된다. 레티클 스테이지(RS)에는 미러가 설치되어, 레이저간섭계부터의 레이저광이 미러로 반사되어 레이저간섭계에 입사하여, 레이저간섭계에 의해 레티클 스테이지(RS)의 위치가 계측된다. 이 간섭계와 미러의 도시는 생략하였다. 이 위치 정보는 주제어유닛(7)에 입력되어, 이 위치 정보에 근거하여 주제어유닛(7)은 레티클 스테이지 구동용 모터를 구동하여 레티클(R)의 위치를 제어하고 있다. 또한, 레티클 스테이지(RS)에는 레티클 조도센서(34)가 설치되어, 레티클(R)에 조사되는 조명광의 조도가 계측되어 주제어유닛(7)에 입력된다. R2는 교환되는 레티클을 나타낸다. 레티클(R)이 예를 들면 라인 엔드 스페이스 패턴용 레티클, 레티클(R2)이 고립 패턴용 레티클이다.

웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더를 거쳐서 웨이퍼 스테이지(WS)에 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(WS)는, 도 1의 지면과 직교하는 면내를 따라 2차원적으로 이동하 도록 설치된다. 웨이퍼 스테이지(WS)에는 미러(도시를 생략)가 설치되고, 레이저 간섭계(22)로부터의 레이저광이 미러로 반사되어 레이저 간섭계(22)에 입사되고, 레이저 간섭계(22)에 의해 웨이퍼 스테이지(WS)의 위치가 계측된다. 이 위치 정보는 주제어유닛(7)에 입력되고, 이 위치 정보에 근거하여 주제어 유닛(7)은 웨이퍼 스테이지 구동계(23)를 구동하여 웨이퍼(W)의 위치를 제어하고 있다. 웨이퍼 스테이지(WS) 상에는 웨이퍼 조도센서(35)가 설치되고, 웨이퍼(W)에 조사되는 노광광의 조도가 검출된다. 이 웨이퍼 조도센서(35)의 검출 신호는 주제어유닛(7)에 입력된다. 레티클 조도센서(34)의 출력값을 웨이퍼 조도센서(35)의 출력값으로 나눈 값이 투영 광학계(PL)의 투과율로 된다.

본 예의 투영 광학계(PL)는 모두 굴절성 렌즈 등의 광학 소자로 구성되어 있고, 투영 광학계(PL)의 동(瞳, 입사동(入射瞳))의 위치에는 가변 개구 조리개(Ep)가 배치되어 있다. 이 가변 개구 조리개(Ep)는 투영 광학계의 개구수를 변경할 수 있도록, 개구 조리개 제어 유닛(25)은 주제어유닛(7)으로부터의 지령에 근거하여, 그 크기를 변경할 수 있는 기구로 되어 있다. 이 경우, 투영 광학계(PL) 내의 가변 개구 조리개(Ep)와 조명 광학계 내의 개구 조리개(13a∼13h) 중 1개로는 광학적으로 거의 공역인 위치에 배치된다.

가변 개구 조리개(Ep)의 근방에는 동필터(26)가 설치된다. 동필터(26)는, 투영 광학계(PL)의 동(瞳) 상의 제 1 영역을 투과하는 광속과 제 1 영역과는 다른 제 2 영역을 투과하는 광속과의 사이에서 광학 특성(예를 들면, 진폭 투과율, 위 상, 편광 상태 등)을 다르게 하기 위해서 사용된다. 이 동필터(26)는, 노광하는 패턴형상 등에 따라 주제어유닛(7)으로부터의 지령에 근거하여, 동필터 제어 유닛(27)에 의해 투영 광학계(PL)의 노광 광로에 대하여 삽입, 후퇴된다. 동필터(26)가 투영 광학계(PL)의 광로에 삽입된 사용 위치로 전환되고 있는지, 후퇴되어 후퇴 위치로 전환되고 있는지의 정보는 동필터 제어 유닛(27)으로부터 주제어유닛(7)에 보내어진다.

동필터(26)는, 예를들면 차광 부재로 구성되고, 투영 광학계(PL) 중의 노광광을 축대칭(원형, 환형)인 형상으로 차광하는 것이나 혹은 투과 부재로 구성되어, 반경 방향에 두께 분포를 갖게 한 것, 그 위에, 그것들을 혼합한 형식의 것 등이 이용된다. 도 1에는 중심부를 두껍게 한 투과 부재로 구성한 경우를 나타내고 있다. 동필터(26)를 투과 부재로 구성하는 경우, 동필터(26)를 노광 광로로부터 후퇴시키는 것과 동시에, 포커스 위치 조절을 위한 평행 평면판(광학적 두께가 동필터(26)와 거의 같다)(28)이 동필터 제어 유닛(27)에 의해서 노광 광로에 삽입된다.

이 실시예에서는 노광 광로로부터 후퇴하여 후퇴 위치로 전환되고 있는 동필터(26) 또는 평행 평면판(28)에 노광광을 조사하여 자가 세정시킨다. 그 때문에, 제 5 조명 광학 유닛(21)의 상류 위치에 빔 분할기(29A)와 전반사미러(29B)를 배치하여, 노광 광로로부터 분기하는 세정용 광로 광학계를 형성한다. 전반사미러(29B)에서 반사한 세정광으로서의 노광광은 조사면적 조절용 광학계(29C)에서 빔단면 형상이 조절되고, 후퇴 위치에 대기하고 있는 동필터(26) 또는 평행 평면판(28)을 조사하여 세정한다. 동필터(26)나 평행 평면판(28)을 통과한 세정광은 광흡수 재료로 형성되어 있는 스토퍼(30)로 흡수하여 미광의 발생을 방지하고 있다.

이상으로 구성되는 실시예의 투영 노광 장치에서는 산소에 의한 노광광의 흡수를 막기 때문에, 조명 광학계를 산소의 함유율을 지극히 작게 억제한 질소 가스등의 불활성 가스 분위기 중에 배치한다. 그 때문에, 조명 광학계의 챔버(31)에 불활성 가스를 배관(32A)을 거쳐서 공급하는 불활성 가스 공급 장치와, 챔버(31)로부터 오염된 불활성 가스를 배관(32B)을 거쳐서 배출하는 불활성 가스 배출 장치가 설치된다. 또한, 투영 광학계(PL)를 구성하는 복수의 광학 부재 사이에 형성되는 복수개 공간에도 질소 가스 등의 불활성 가스를 공급하여, 오염된 불활성 가스를 복수개 공간으로부터 배출한다. 그 때문에, 가스 공급 장치는 배관(33A)을 거쳐서 투영 광학계(PL)의 내부에 건조한 질소 등의 불활성 가스를 공급하고, 배출 장치는 투영 광학계(PL) 내부의 기체를 배관(33B)을 거쳐 외부로 배출한다. 또, 불활성 가스로는 질소에 한정되지 않고, 헬륨, 아르곤 등의 기체를 이용하는 것도 가능하다.

챔버(31)나 투영 광학계(PL) 경통의 기밀성이 높은 경우에는, 일단 대기와 질소를 완전히 치환한 뒤에는, 그 치환을 빈번히 실행할 필요는 없다. 그러나, 광로 내에 개재하는 초재, 코트재, 접착제, 도료, 금속, 세라믹 등의 각종의 물질로부터 발생하는 물분자나 하이드로 카본 등이 광학 소자의 표면에 부착하여 투과율변동이 일어나기 때문에, 상시 질소 가스를 챔버 내나 투영 광학계의 경통 내에 흘리면서, 케미컬 필터나 정전 필터에 의해서 챔버 내나 투영 광학계의 경통 내의 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.

다음에 본 예에 있어서의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 1에 도시하는 바와 같이 건조한 질소 등의 불활성 가스를 가스 공급 장치로부터 배관(32A,33A)을 거쳐서 챔버(31)와 투영 광학계(PL)의 경통 내부에 공급하고, 완전히 충전된 후, 배출 장치에 의해 챔버(31)와 투영 광학계(PL)의 경통 내부의 기체를 배관(32B,33 B)을 거쳐서 외부로 배출한다.

또, 상술한 바와 같이, 노광 중에도 가스 공급 장치와 배출 장치를 항상 작동시켜, 챔버(31)나 투영 광학계(PL)의 경통 내의 광학 소자 사이의 분위기를 항상 건조 청정된 상태로 유지하는 것이 바람직하지만, 노광 동작에 앞서 챔버(31)나 투영 광학계(PL)의 경통의 렌즈실 등의 광학 소자 사이에 형성되는 공간의 기체를 청정화한 후는 공급 장치와 배출 장치를 정지시키더라도 좋다.

이어서, 도시하지 않은 레티클 로딩 기구에 의해, 전사 대상으로 되는 패턴이 묘화된 레티클(R)을 레티클 스테이지(RS)의 위에 반송하여 탑재한다. 이 때, 그 레티클(R)이 소정의 위치에 설치되도록 도시하지 않은 레티클 정렬계에 의해 그 레티클(R)의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 도시하지 않은 레티클 위치 제어 회로에 의해서 레티클(R)의 위치를 소정의 위치에 설정한다.

레티클(R)의 패턴이 전사되는 웨이퍼(W)의 표면에는 감광 재료인 레지스트가 이미 도포되어 있고, 그 상태에서 도시하지 않은 웨이퍼 로딩 기구에 의해 웨이퍼(W)가 반송되어 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 설치된다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상에서 정렬되어 유지 고정된다.

노광 작업을 개시하기 전에, 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 설치한 조도 센서(35)를 투영 광학계(PL)의 광축위로 이동하여, 인터그레이터 센서(16)의 계측값(LI)과 조도 센서(35)의 계측값(LW)을 샘플링한다. 한편, 레지스트재의 감도 특성 등에 따라 웨이퍼 상에서의 목표 조도(TL)가 설정된다. 인터그레이터 센서(16)는 제 1 및 제 2 플라이 아이 렌즈(6,12)로 균일화된 노광광의 조도에 따른 검출 신호(LI)를 출력한다. 조도 센서(35)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 노광광의 조도에 따른 검출 신호(LW)를 출력한다. 인터그레이터 센서(16)의 검출 신호(LI)와 조도 센서(WS)의 검출 신호(LW)의 비(센서(35)의 출력(LW)/센서(16)의 출력(LI))를 산출하여, 이 비 LW/LI에 소정의 계수(K1)를 승산하여 이득(α)을 연산한다. 그리고 노광 작업 중에는, 인터그레이터 센서(16)의 출력 신호에 이득(α)이 승산되어 추정 실조도(LPR)가 출력된다. 즉, 추정 실조도(LPR)는, 노광 개시 시에 있어서 인터그레이터 센서(16)의 계측값이 100에서 웨이퍼 상의 조도가 50이라고 한 경우, 50/100의 비율로 소정의 계수 K1을 승산하여 구한 이득(α)에 노광 중인 인터그레이터 센서(16)의 출력 신호를 승산하여 웨이퍼 상의 조도를 추정한 것이다. 그리고, 추정 실조도(LPR)가 조도 목표값(TL)이 되도록, 주제어유닛(7)으로부터의 지령에 따라서 노광량 제어유닛(4)이 광원(1)에의 인가 전압(충전 전압)을 변경하는 것으로, 레이저 광원(1)의 출력이 조절된다. 또한, 노광량 제어 유닛(4)이 감광기(3)의 투과율(감광율)을 조정하여도 좋고, 혹은 광원(1)과 감광기(3)의 양쪽을 제어하여도 좋다. 이에 따라, 광원의 열화에 따른 조도의 저감이 방지된다.

웨이퍼 스테이지(WS) 상에 설치된 웨이퍼(W)는 제 1 회 째의 패턴의 전사에서는, 그 웨이퍼(W) 상에 패턴은 존재하지 않고, 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 소정 위치에, 예컨대 웨이퍼(W)의 외경기준에서 정해지는 위치에 설치된다. 그 후, 웨이퍼(W) 상에 패턴이 전사된다. 이 전사는, 레티클(R) 상의 패턴의 일부를 가변 시야 조리개(레티클 블라인드)(18)에 의해서 선택적으로 조명하고, 레티클 스테이지(RS)에 의해서 레티클(R)을 그 가변 시야 조리개(18)에 의해서 규정되는 조명 영역에 대하여 상대 이동하고, 그것에 동기하면서 웨이퍼(W)를 웨이퍼 스테이지(WS)에 의해서 투영 광학계(PL)에 관해서 그 조명 영역과 공역인 투영 영역에 대하여 상대 이동하는, 소위 주사형의 전사(스텝 엔드 스캔 방식)이다. 혹은, 전사하려는 레티클(R) 상의 패턴 영역의 전면을 한번에 모두 조명하여 전사하는 스텝 엔드 리피트 방식이라도 좋다.

웨이퍼(W)에 대한 제 2 회째 이후의 패턴 전사의 경우에는, 적어도 웨이퍼(W) 상에는 패턴이 존재하기 때문에, 그 미리 전사된 패턴에 부설되는 마크를 도시하지 않은 웨이퍼 정렬계에 의해 계측하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상의 그 패턴의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 웨이퍼(W) 상에 먼저 전사된 패턴에 대하여, 이제부터 전사하는 패턴이 소정의 위치관계가 되도록, 레티클 스테이지(RS)나 웨이퍼 스테이지(WS)의 위치를 제어한다.

웨이퍼(W)에 패턴이 투영되고 있는 동안, 레이저 광원(1)으로부터의 조명광은 우선 빔 분할기(9A)에서 분기되어 세정용 광학계로 유도되고, 전반사미러(9B)에서 대기 중인 플라이 아이 렌즈(6b)를 조사한다. 이에 따라, 대기중의 플라이 아이 렌즈(6b)는 자가 세정되어, 그 투과율이 소정값으로 유지된다. 플라이 아이 렌즈(6b)를 통과한 세정광은 스토퍼(10)로 흡수되므로 세정광이 미광되는 것이 방지된다.

상술한 바와 같이 노광 조건에 의해서 가변 개구 조리개(13)가 변경되는 것에 연동하여 제 1 플라이 아이 렌즈(6)도 전환된다. 제 1 플라이 아이 렌즈(6)가 전환되었을 때, 인터그레이터 센서(16)의 출력값을 기준값과 비교하여, 출력값이 기준값을 넘어서면 실노광 처리를 개시하고, 기준값 이하인 경우에는, ① 레이저 광원(1)의 출력을 높이거나, ② 펄스수(소위 주사형 투영 노광 장치에서는, 주사속도를 변경하여 실행한다)를 변경하거나, 그 위에, ③ 실노광에 앞서 광학 소자를 광 세정하기 위해서 레이저광을 공타(空打)해야 한다. 이상의 ②, ③의 경우, 스루풋이 저하한다. 그러나, 이 실시예에서는, 대기 중인 제 1 플라이 아이 렌즈(6b)를 광 세정하는 것에 의해 그 투과율을 소정값 이상으로 유지하고 있기 때문에, 이들의 광학 소자를 노광 광로의 사용 위치로 전환하여 삽입하였을 때의 투과율이 기준값을 넘는다. 이에 따라, 제 1 플라이 아이 렌즈의 교환 후 즉시 노광 처리를 실행할 수 있고, 스루풋의 저하를 방지할 수 있다.

인터그레이터 센서(16)의 출력값이 기준값 이하의 경우에는, 웨이퍼 스테이지(WS)를 이동하여 투영 광학계(PL)의 조사 영역(레티클(R) 상의 조명 영역과 공역인 영역)이 웨이퍼(W) 상에 위치하지 않도록 하여, 레이저 광원(1)으로부터 세정용의 레이저광을 조사한다. 이에 따라, 노광 광로인 사용 위치에 삽입된 제 1 플라이 아이 렌즈(6)의 투과율이 향상한다. 인터그레이터 센서(16)의 출력값이 기준값을 초과하면 세정을 위한 레이저 발진을 정지한다.

여기서, 인터그레이터 센서(16)의 출력값이 기준 이하 일 때, 광원(1)의 출력(발광강도), 또는 감광기(3)에서의 투과율을 높게 하여, 웨이퍼(W) 상에서의 노광광의 강도를 올리는 대신에, 예컨대 주사 노광 중의 웨이퍼(W)(및 레티클(R))의 주사속도를 변경하여도 좋다. 그러나, 그 출력값이 기준값 이하일 때에 주사속도의 변경에 의해서 웨이퍼(W) 상에서의 적산광량(노광량)을 적정값으로 제어하기 위해서는, 그 주사속도를 느리게 하여 웨이퍼(W) 상의 각 점에 조사되는 노광광(펄스광)의 수를 늘려야 한다. 따라서, 1개의 쇼트의 주사 노광 시간이 길게 되고, 전술한 공타의 실행과 마찬가지로 스루풋이 저하한다고 하는 문제가 있다. 이 때문에, 그 출력값이 기준값 이하 일 때는, 광원(1)의 출력(발광강도)을 조정하는 것이 유효하다.

그런데, 주사 노광 중에 웨이퍼(W) 상의 각 점에 조사되는 노광광의 수를 늘리는 방법은, 전술한 주사속도의 변경에 한정되는 것은 아니다. 즉, 주사속도를 변경하는 대신에 광원(1)의 발진 주파수를 높게 하거나 혹은 레티클 블라인드(18)의 개구폭을 변경하여 웨이퍼(W) 상에서의 노광광의 그 주사 방향의 폭을 확대하 도록 하여도 좋다. 따라서, 인터그레이터 센서(16)의 출력값이 기준 이하 일 때는 주사속도를 저하시키지 않도록 광원(1)의 발광강도, 감광기(3)의 투과율(감광율), 광원(1)의 발진 주파수 및 웨이퍼(W) 상에서의 노광광의 폭(레티클 블라인드(18)의 개구폭)의 적어도 1개를 조정하고, 그것에 의하여 웨이퍼(W) 상의 각 점에서의 적산광량을 적정값(포토 레지스트의 감도에 따라 정해진다)으로 제어하면 좋다. 이 때, 웨이퍼의 주사속도가 웨이퍼 스테이지(WS)의 최고 속도(그 구조나 이동정밀도 등에 의해서 규정된다)로 유지되도록, 그 포토 레지스트의 감도에 따라서, 광원(1)의 발광강도, 발진 주파수, 감광기(3)의 투과율 및 노광광의 폭의 적어도 1개를 조정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 1쇼트당의 주사 노광 시간이 가장 줄어들어, 스루풋의 향상이 기대할 수 있다.

그런데, 빔 분할기(29A)에서 분기되어 세정용 광학계에 입사된 세정광은 전반사미러(29B)에서 조사면적 조절용 광학계(29C)에 입사되고, 세정광의 빔단면 형상이 규정되고, 대기 광로 중에서 대기하는 평행 평면판(28) 혹은 동필터(26)를 조사한다. 이에 따라, 대기 중의 평행 평면판(28) 혹은 동필터(26) 등의 광학 소자는 자가 세정되고, 그 투과율이 소정의 값으로 유지된다. 평행 평면판(28)혹은 동필터(26)를 통과한 세정광은 스토퍼(30)에서 흡수되므로 세정광의 미광이 방지된다.

동필터(26)와 평행 평면판(28)을 전환했을 때에, 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 웨이퍼 조도센서(35)를 투영 광학계(PL)의 광축 상으로 이동하여, 웨이퍼 스테이지(WS) 상에서의 조도를 계측하고, 조도가 기준값을 넘어서 있으면 실노광을 개시한다. 이 실시예로서는, 대기중의 동필터(26)나 평행 평면판(28)을 광 세정하는 것에 의해 그 투과율을 소정값 이상으로 유지하고 있으므로 동필터(26)와 평행 평면판(28)을 전환했을 때에 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 조도가 기준값 이하로 될 위험은 없고, 이들의 광학 소자를 노광 광로의 사용 위치로 전환하여 삽입했을 때에 즉시 노광 처리를 실행하는 수 있어, 스루풋의 저하를 방지할 수 있다.

웨이퍼 조도센서(35)의 출력값이 기준값 이하인 경우에는, 웨이퍼 스테이지(WS)를 이동하여 투영 광학계(PL)의 조사 영역이 웨이퍼(W) 상에 위치하지 않도록 하여, 레이저 광원(1)에서 세정용의 레이저광을 조사한다. 이에 따라, 노광 광로인 사용 위치에 삽입된 동필터(26) 혹은 평행 평면판(28)의 투과율이 향상한다. 웨이퍼 조도센서(35)의 출력값이 기준값을 넘으면 세정을 위한 레이저 발진을 정지한다.

또, 동필터(26)와 평행 평면판(28)을 전환했을 때에 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 조도가 기준값 이하인 경우, 레티클 스테이지(RS) 상의 조도가 기준값 이하인 경우와 마찬가지로 스루풋이 저하하지 않도록 노광광의 강도를 높게 하든지, 웨이퍼(W) 상의 소정 점에서의 펄스수를 늘리는 것이 바람직하다.

이러한 투영 노광 장치에서는 노광 중인 웨이퍼 스테이지(WS) 상에서의 조도를 실시간으로 계측할 수 없으므로, 레티클 상류(광원 측)의 인터그레이터 센서(16)로 검출한 조명광의 적산 조사량을 구하고, 그 값으로부터 웨이퍼(W)면 상의 노광량을 추정하여 노광량(조사 펄스수)의 제어를 실행한다. 그 경우, 레티클(R)보다도 하류(웨이퍼 측)의 광학 소자의 투과율이 저하하여 웨이퍼(W) 상의 조도가 저하하여도, 노광량 제어계, 예를 들면 레이저 광원(1)의 출력으로 피드백되지 않아 노광량이 부족해져 버린다. 그 때문에, 상술한 바와 같이, 동필터(26)나 평행 평면판(28)의 투과율 관리는 불가결하다.

이상 설명한 바와 같이 대기중의 광학 소자를 세정광으로 세정하는 것에 의해, 2중 노광 시의 스루풋을 향상할 수 있다. 이것을 보다 구체적으로 설명한다. 라인 엔드 스페이스 패턴과 고립 패턴이 혼재하는 경우와 같이, 두 가지의 레티클을 사용하는 노광 처리에 있어서는 두 가지의 레티클에 대하여 각각 최적인 노광 조건에서 노광을 실행하기 때문에, 가변 개구 조리개(13)에 따라 조명 광학계 중에 삽입하는 플라이 아이 렌즈(6)를 전환하거나, 투영 광학계(PL)의 동필터(26)와 평행 평면판(28)을 전환한다. 이 경우, 레지스트재의 열화특성을 중시하여, 1매의 웨이퍼에 대하여 제 1 레티클에 의한 제 1 회 째의 노광과, 제 2 레티클에 의한 제 2 회 째의 노광을 계속하여 실행하는 것이 바람직하다.

2중 중복 노광 시에는, 먼저, 제 1 레티클(R) 에 대한 각종의 노광 조건을 설정하고, 그 패턴을 스텝 엔드 리피트 방식 또는 스텝 엔드 스캔 방식으로 1매의 웨이퍼(W) 상에 투영 노광한다. 그런 후, 레이저 광원(1)의 발진을 정지시킨 상태로, 도시하지 않은 레티클 로더에 의해 제 2 회 째의 레티클(R2)을 레티클 스테이지(RS) 상에 세트하고, 정렬을 실행하지 않는 각종 노광 조건도 변경한다.

모든 조건 설정이 종료하면, 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 웨이퍼 조도센서(35)를 투영 광학계(PL)의 광축 상으로 이동하고, 레이저 광원(1)의 발진을 재개한다. 웨이퍼 상의 조도가 소정값 이상이면, 이번에 새로이 광로에 삽입된 광학 소자가 대기 중에 충분히 세정되어, 투과율의 저하는 문제가 없기 때문에 웨이퍼(W)를 투영 광학계(PL)의 광축위로 이동하고 실노광을 실행한다. 웨이퍼(W) 상의 조도가 기준값을 하회하고 있는 경우에는, 대기 중의 세정이 충분하지 않기 때문에, 레이저 광원(1)으로부터 투영 광학계(PL)를 거쳐서 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 공조사(空照射)를 실행하지 않고, 새롭게 노광 광로에 삽입된 광학 소자에 노광광을 조사하여 자가 세정을 실행한다. 실노광이 시작된 후에는, 인터그레이터 센서(16)의 검출값과 레티클 조도센서(34)의 검출값의 비를 산출하여, 그 비에 근거하여 노광량 제어를 실행한다. 즉, 광원(1)의 발광강도, 발진 주파수, 감광기(3)의 투과율, 및 레티클 블라인드(18)의 개구폭의 적어도 1개를 웨이퍼(W)의 주사속도를 저하시키지 않도록 조절하고, 웨이퍼(W)의 노광량을 쇼트마다 적정값으로 제어한다. 또, 주사속도가 저하하지 않으면, 자가세정을 하지 않고, 그 4개의 조건의 적어도 1개를 조절하여 주사 노광을 실행하여도 좋다. 단지, 이 경우는, 노광 동작 중에 투과율이 서서히 높게 되어 가기 때문에, 예를 들면, 그 시간변화 특성을 미리 측정하고, 그 특성에 근거하여 상기 비를 차차 수정하도록 하고, 그 수정된 비로 노광량을 제어하면 좋다.

또, 레이저 광원(1)을 한번 정지하면 안정 발진까지 시간이 걸리기 때문에, 바람직하게는, 레이저 광원(1)과 챔버(31) 사이에 셔터를 설치하여, 이 셔터에 의해 레이저광을 차단하여 통과하도록 제어한다.

이상에서는, 노광 광로로부터 세정광로를 분기하여 후퇴 위치로 전환되고 있는 광학 소자에 노광 중에도 항상 세정광을 조사하도록 하였지만, 광의 분기에 의해 노광 광량이 부족한 경우에는, 웨이퍼(W) 상에서 실행되는 각 쇼트 노광 사이에만 노광광을 세정 광로로 유도하도록 하여도 좋다. 이 경우, 빔 분할기(9A),(29A)를 전반사미러로 하고, 쇼트 노광 시는 전반사미러를 광로로부터 후퇴시켜, 쇼트 노광 사이에 광로에 삽입하도록 하여도 좋다. 대기 중인 제 1 플라이 아이 렌즈(6b)와, 동필터(26) 혹은 평행 평면판(28)을 동시에 세정하는 경우에는, 빔 분할기(29A)만을 전반사미러로 한다. 혹은, 빔 분할기(9A),(29A) 대신에, 쇼트 노광 중에는 입사광을 전반사하고, 쇼트 노광 동안은 입사광을 전반사시키는 광학 소자를 사용하여도 좋다.

또한 이상에서는, 노광용 레이저 광원(1)의 사출광을 세정용 광학계에 분기하여 세정광을 생성하였지만, 노광 광량이 부족한 경우에는, 세정용 광원을 이용하는 것이 바람직하다. 도 3은 그 경우의 투영 노광 장치의 일실시예를 나타낸다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 세정용 광원(51)으로부터의 출사광의 일부는 반미러(52)를 투과하여 전반사 미러(53)로 반사되어 제 1 플라이 아이 렌즈(6b)를 조사한다. 반미러(52)로 반사한 세정광은 전반사 미러(54)로 반사하고, 조사면적 조절용 광학계(29C)를 거쳐 후퇴 위치로 전환되는 평행 평면판(28) 혹은 동필터(26)를 조사한다.

세정용 광원(51)은 노광용 레이저 광원(1)과 동일한 것이라도 좋지만, 광 세정 효과를 기대할 수 있으면 그 밖의 광원이라도 좋고, 예를 들면, 저압 수은등을 사용할 수 있다.

도 1의 투영 노광 장치는 소위 더블플라이 아이 렌즈를 갖는 조명 광학계를 구비하고 있지만, 소위 싱글플라이 아이 렌즈를 갖는 조명 광학계를 구비하도록 하여도 좋다. 도 4는 그와 같은 투영 노광 장치의 일 실시예를 나타내어, 레이저 광원(1)으로부터의 노광광의 대부분은 빔 분할기(39A)를 투과하여 일부가 반사된다. 빔 분할기(39A)의 후단에는 입력 렌즈 유닛(36)이 설치된다. 이 입력 렌즈 유닛(36)은, 입력 렌즈(36a),(36b)를 원판(36c)에 설치하고, 원판(36c)을 모터(36d)로 회전시키는 것에 의해, 어느 한쪽의 입력 렌즈(36a)가 광로 중의 사용 위치로 전환되고, 다른 쪽의 입력 렌즈(36b)가 후퇴 위치로 전환된다. 후퇴 위치로 전환된 입력 렌즈(36b)에는 노광 중에 세정광이 조사되어, 그 자가 세정 작용에 의해 투과율이 소정값 이상으로 유지된다. 후퇴 위치에 있는 입력 렌즈(36b)의 후단에는 광흡수 부재로 구성된 스토퍼(41)가 설치되어, 세정광의 미광 발생을 방지하고 있다.

입력 렌즈(36a)를 통과한 조명광은 빔 분할기(40)로 대 부분이 반사하여, 일 부가 투과한다. 빔 분할기(40A)의 후단에는 플라이 아이 렌즈 유닛(37)이 설치된다. 이 플라이 아이 렌즈 유닛(37)은, 대구경이 큰 2차 광원(면광원)을 형성하는 플라이 아이 렌즈(37a)와, 소구경이 작은 2차 광원(면광원)을 형성하는 플라이 아이 렌즈(37b)를 원판(37c)에 설치하고, 원판(37c)을 모터(37d)에서 회전하는 것에 의해, 어느 한쪽의 플라이 아이 렌즈(37a)가 광로중의 사용 위치로 전환되고, 다른 쪽의 플라이 아이 렌즈(37b)가 후퇴 위치로 전환된다. 후퇴 위치로 전환되어 있는 플라이 아이 렌즈(37b)에는 노광 중에 세정광이 조사되어, 그 자가 세정 작용에 의해 투과율이 소정값 이상으로 유지된다.

플라이 아이 렌즈 유닛(37)의 후단에는, 플라이 아이 렌즈(37a)의 사출면 근방에 2차 광원으로서의 면광원이 형성되고, 그 면광원 근방에 도 1에서 설명한 것과 마찬가지의 가변 개구 조리개 장치의 터릿판(13)이 설치된다. 플라이 아이 렌즈(37a)와 이 플라이 아이 렌즈(37a)에 대응하는 입력 렌즈(36a)는 선택되는 개구 조리개(13)에 대응하여 선택된다. 예를 들면 소σ조리개용의 개구 조리개가 선택되어 있는 경우에는, 개구 조리개의 개구부의 면적정도까지 줄일 수 있는 입력 렌즈(36b)와 플라이 아이 렌즈(37b)와의 조합으로 전환된다. 또한, 고리형 조명이나 특수경사조명에 대해서는, 환형의 출력 특성을 갖는 입력 렌즈로 전환할 수 있다.

또한, 플라이 아이 렌즈(37)의 전환과 함께, 조명시야 조리개 유닛 조명 광학계(38)도 전환할 필요가 있다. 그래서, 터릿판(13)의 후단에는 조명시야 조리개 유닛 조명 광학계(38)가 설치된다. 이 조명 광학계(38)는 도 1의 제 3 조명 광학 유닛(17)에 상당하고, 다른 광학성능을 각각 갖는 렌즈(38a,38b)를 원판(38c)에 설치하여, 원판(38c)을 모터(38d)로 회전시키는 것에 의해, 어느 한쪽의 렌즈(38)가 광로중의 사용 위치로 전환되고, 다른 쪽은 후퇴 위치로 전환된다. 후퇴 위치로 전환되고 있는 렌즈(38b)에는 노광 중에 세정광이 조사되어, 그 자가 세정 작용에 의해 투과율이 소정값 이상으로 유지된다. 후퇴 위치에 있는 렌즈(38b)의 후단에는 광흡수 부재로 구성된 스토퍼(42)가 설치되어, 세정광의 미광이 방지된다.

그런데, 도 1의 투영 노광 장치는 조명 광학계 내에 감광기(3)를 갖고 있지만, 이 감광기(3)가, 예컨대 서로 투과율(감광율)이 다른 복수의 ND 필터가 등각도 간격에서 배치되는 터릿판인 경우, 웨이퍼(W) 상의 각 점에 조사되는 펄스광의 수에 따라 선택되는 1개의 ND 필터 이외는, 그 광로 밖에 대기하고 있는 것으로 된다. 이러한 감광기(3)에 있어서도, 대기 중의 ND 필터는 각각 그 투과율이 저하하기 때문에, 전술한 실시예와 같이 대기중의 각 ND 필터에 노광광이 조사되도록 구성하면 좋다.

이상과 같이, 조명 광학계 혹은 투영 광학계의 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환 가능하게 구성되어 있는 경우에 있어서, 후퇴 위치의 광학 소자에 세정광을 조사하여 자가 세정하도록 하였기 때문에, 후퇴 위치에 있는 광학 소자는 노광 중에 세정되어 그 투과율이 소정값 이상으로 유지되는 것으로 되므로, 사용 위치로 전환된 때에, 전환 전후의 광학계의 투과율의 변동이 없고, 즉시 노광 처리를 개시할 수 있어, 스루풋의 저하를 초래하는 일이 없다. 또한, 스루풋을 저하하는 일 없이 항상 감광성 기판 상에서의 노광광의 적산 광경(노광 도즈)을 정확히 제어할 수 있다. 더욱이, 대기 중인 세정이 충분하지 않은 경우라도 투과율은 어느 정도 높게 되어 있기 때문에, 노광에 앞서 노광광을 공(空)조사하여 세정하는 것으로 되어도 그 시간을 지극히 단축 가능하고, 후퇴 중에 광 세정을 하지 않은 경우에 비교해서 스루풋의 향상에 기여하는 것이 크다.

또한, 노광용 광원과는 별도로 세정용 광원을 설치하거나, 노광 공정 중에 있어 기판에 노광광이 조사되지 않은 때에 광 세정하기도 하면, 노광 광량이 부족할 우려도 없다. 특히 후자와 같이 세정용 광원을 별도로 설치하지 않은 경우에는 비용저감에 크게 기여한다.

다음에, 도 5 내지 도 13을 참조하면서 본 발명에 의한 별도의 실시예에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 투영 노광 장치의 개략적 구성을 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 장치에서는, 그 투영 광학계(PL)와 웨이퍼 스테이지(WS) 사이의 광로에 해당 광로를 개폐하는 차광 장치를 장비한 점에 특징이 있고, 도 1에 나타내는 장치와 같이 조명 광학계나 투영 광학계의 광학 소자의 일부가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되도록 구성되어 있지 않지만, 그 기본구성은 도 1에 나타내는 장치와 대략 동일하다.

도 5중, 101은 도 1의 장치와 마찬가지의 ArF 엑시머 레이저광원으로, 셔터(102)를 여는 것에 의해 투영 노광 장치의 본체 측의 광투과 창문(103)으로 레이저광이 유도된다. 셔터(102)를 닫아 놓으면 레이저광이 차단된다. 여기서, 투영 노광 장치 본체는, 챔버(100)내에 수용되어 있고, 온도가 일정하게 유지되도록 제어되고 있다. 광투과 창문(103)을 통과한 레이저광은 빔정형 광학계(104)에서 소정 단면형상의 레이저광으로 정형되어, 반사미러(105)에서 반사되여, 옵티컬 인터그레이터로서의 플라이 아이 렌즈(106)로 유도된다. 이 플라이 아이 렌즈(106)는, 도 1의 플라이 아이 렌즈(6a,6b)와 같은 구성이다.

또, 본 예에서는 플라이 아이 렌즈(106)를 1개 설치하고 있지만, 이 플라이 아이 렌즈(106)와 ArF 엑시머 레이저 광원(101) 혹은 반사미러(105) 사이에, 제 2 옵티컬 인터그레이터로서의 플라이 아이 렌즈를 설치하여도 좋고, 그 위에 플라이 아이 렌즈의 대신에 내면 반사형의 로드형상의 광학 부재를 옵티컬 인터그레이터로서 이용하여도 좋다.

또한 후술하지만, 플라이 아이 렌즈(106)에 의해 형성되는 다수의 2차 광원이 형성되는 위치에 있어서, 제 1 장치와 같이, 소정의 형상 혹은 소정의 크기의 복수의 개구 조리개가 형성되어 있는 터릿판(107)이 배치되어 있다. 이 터릿판(107)은 모터(108)로 회전 구동되어, 1개의 개구 조리개가 선택되어 조명 광학계의 광로 중에 삽입된다. 또, 터릿판(107)과 모터(108)로 조명계용 가변 개구 조리개 장치가 구성된다.

플라이 아이 렌즈(106)에 의해서 형성되는 다수의 2차 광원부터의 광속은 도 1의 장치와 같이, 가변 개구 조리개를 통과하여 빔 분할기(109)에서 2개의 광로로 분기되고, 반사광은 인터그레이터 센서(110)로 유도되어 조명광의 조도가 검출된다. 검출된 조도에 따른 신호는 제어 회로(140)에 입력된다. 한편, 통과광은 릴레이 렌즈(111), 시야 조리개(112), 릴레이 렌즈(113)를 거쳐 반사미러(114)로 반사된 후, 복수의 렌즈 등의 굴절성 광학 소자로 구성되는 콘덴서 광학계(115)로써 집광된다. 이에 따라, 레티클(R) 상에 형성된 회로 패턴 PA는 중첩적으로 균일 조명된다. 그리고 투영 광학계(PL)에 의해서 웨이퍼(W) 상에 레티클(R) 상의 회로 패턴의 형상이 형성되고, 웨이퍼(W) 상에 도포된 레지스트가 감광하여, 웨이퍼(W) 상에 회로 패턴 상이 전사된다.

또, 본 예의 투영 광학계(PL)는 도 1의 장치의 투영 광학계(PL)와 같이, 모두 굴절성의 렌즈 등의 광학 소자로 구성되어 있고, 투영 광학계(PL)의 동(입사동)의 위치에는 개구 조리개(Ep)가 배치되어 있다. 이 개구 조리개(Ep)는 투영 광학계의 개구수를 변경할 수 있도록, 그 크기를 변경할 수 있는 기구로 되어 있더라도 좋고, 이 경우, 투영 광학계 내의 개구 조리개(Ep)와 조명 광학계 내의 가변 개구 조리개(107a∼107h)(도 6참조)로는 광학적으로 공역인 위치에 배치된다.

레티클(R)은 도 1에 나타내는 장치의 경우와 같이 레티클 홀더(117)에 의해 레티클 스테이지(RS)에 유지 고정된다. 레티클 스테이지(RS)는 도 5의 지면과 직교하는 면내에 따라 2차원적으로 이동하도록 페이스(122) 상에 설치된다. 레티클홀더(117)에는 미러(121)가 설치되어, 레이저 간섭계(120)로부터의 레이저광이 미러(121)로 반사되어 레이저 간섭계(120)에 입사하여, 레이저 간섭계(120)에 의해 레티클 스테이지(RS)의 위치가 계측되고, 이 위치 정보는 제어 회로(140)에 입력되어, 이 위치 정보에 근거하여 제어 회로(140)는 레티클스테이지 구동용모터(119)를 구동하여 레티클(R)의 위치를 제어하고 있다.

또한, 도 1의 장치와 같이, 웨이퍼(W)는 웨이퍼홀더(126)에 의해 웨이퍼 스테이지(WS)에 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(WS)는 도 5의 지면과 직교하는 면내에 따라 2차원적으로 이동하도록 설치된다. 웨이퍼 스테이지(WS)에는 미러(131)가 설치되고, 레이저 간섭계(130)부터의 레이저광이 미러(131)에서 반사되어 레이저 간섭계(130)에 입사되고, 레이저 간섭계(130)에 의해 웨이퍼 스테이지(WS)의 위치가 계측된다. 이 위치 정보는 제어 회로(14O)에 입력되고, 이 위치 정보에 근거하여 제어 회로(140)는 웨이퍼 스테이지 구동용 모터(129)를 구동하여 웨이퍼(W)의 위치를 제어하고 있다. 웨이퍼 스테이지(WS) 상에는 조도센서(128)가 설치되고, 웨이퍼(W)에 조사되는 노광광의 조도가 검출된다. 이 조도센서(128)의 검출 신호는 제어 회로(140)에 입력된다.

이 실시예에서는, 투영 광학계(PL)의 출사면과 웨이퍼 스테이지(WS)의 상면 사이의 노광용 광로에 해당 노광용 광로를 개폐하는 차광판(150)이 설치된다. 차광판(150)은 이동 장치(151)로 이동하도록 구성되어, 웨이퍼 스테이지(WS)의 상면에 따라 수평 방향에 이동한다. 이동 장치(151)는 실린더를 이용한 것, 나사로드와 모터를 이용한 것 등, 여러 가지 방식을 채용할 수 있다. 투영 광학계(PL)와 웨이퍼 스테이지(WS) 사이의 간격은 작기 때문에, 차광판(150)을 이동할 때에 웨이퍼(W)에 접촉하지 않도록, 차광판(150)을 수평으로 가이드하는 레일 등이 필요하다.

이 실시예의 투영 노광 장치로는, 이상 설명한 광학 소자(104, 105, 106 107, 109, 111, 112, 113, 114, 115)가 조명 광학계(132)를 구성하고, 모터(108), 센서(110)와 함께 도시하지 않은 하우징에 수용되고, 이 하우징에는 도 1의 장치와 같이 질소 가스와 같은 불활성 가스가 충전되고 혹은 유통된다. 즉, 조명 광학계(132)를 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기 중에 배치한다. 그 때문에, 도시하지 않은 조명 광학계(132)의 하우징에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 장치와, 하우징으로부터 오염된 불활성 가스를 배출하는 불활성 가스배출 장치가 설치된다. 또한, 도 1의 장치와 같이 투영 광학계(PL)를 구성하는 복수의 광학 부재 사이에 형성되는 복수 공간에도 질소 가스등의 불활성 가스를 공급하여, 오염된 불활성 가스를 복수 공간으로부터 배출한다. 그 때문에, 불활성 가스 공급 장치(141)와 불활성 가스배출 장치(142)가 설치되어, 가스 공급 장치(141)는 파이프(143)를 거쳐서 투영 광학계(PL)의 내부에 건조한 질소 등의 불활성 가스를 공급하고, 또한 배출 장치(142)는 투영 광학계(PL)의 내부의 기체를 파이프(144)를 거쳐 외부로 배출한다. 또, 불활성 가스로서는 질소에 한정되는 것은 아니고, 헬륨, 아르곤 등의 기체를 이용하는 것도 가능하다.

또, 노광 장치는 크린룸 내에 배치되지만, 광원(101)은 크린룸의 바닥 밑에 배치되는 일이 많고, 장치 본체와 광원 사이에, 레이저광을 전송하는 광학계가 배치된다. 그래서, 전술의 공급 장치(141)와 배출 장치(142)를 그 크린룸의 바닥 밑에 배치하여, 크린룸 내에서의 노광 장치 1대 당 배치면적을 작게 하도록 하여도 좋다. 이 경우, 광원(101)과 동시에 공급 장치(141) 및 배출 장치(142)의 유지 보수를 크린룸 내에서 실행할 필요가 없어져, 그 청정도를 높게 유지할 수 있다. 또한, 조명 광학계(132)에 설치되는 불활성 가스의 공급 장치와 배출 장치를 마찬가지로 바닥 밑에 배치하는 것이 바람직하다. 더욱이, 노광 장치본체가 수납되는 챔버 안의 온도를 제어하는 온도 조절기나 공기 조절기 등도 바닥 밑에 배치해 놓은 것이 바람직하다.

다음에, 투영 노광 장치에 있어서의 조명 광학계(132)의 개구수를 변경하는 가변 개구 조리개 장치에 대하여 설명한다. 도 5에 도시하는 바와 같이 터릿판(107)에 설치한 최대조리개의 최외주 가장자리(최외경)로부터의 광축(AX)에 평행한 광선(Ri)에 의해 결정되는 조명 광학계(132)의 개구수를 NAi(=sinθi)로 하고, 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(Ep)의 최외주 가장자리(최외경)로부터의 광축(AX)에 평행한 광선(R0)에 의해 결정되는 투영 광학계(PL)의 조명 광학계(132)측의 개구수를 NAo(=sinθ0)로 할 때, 간섭성 계수로서의 σ 값은, 다음 식으로써 정의된다.

σ= NAi/NAo

또, 투영 광학계(PL)의 동(입사동)의 위치에 배치되는 개구 조리개(Ep)와 조명 광학계(132)의 터릿판(107)상의 가변 개구 조리개로는 광학적으로 공역이고, 투영 광학계(PL)의 동상에는 가변 개구 조리개의 상(2차 광원의 상)이 형성되기 때문에, 가변 개구 조리개의 상의 지름을 D7로 하고, 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(Ep)의 최대의 지름을 D23으로 할 때, 최대의 간섭성 계수로서의 σ 값은 다음 식으로 정의할 수 있다.

σ= D7/D23

일반적으로, 광 리소그래피 공정에 있어서의 투영 노광 장치의 σ 값은, 0.3∼0.8의 범위로 설정되도록 구성되어 있다. 본 예로서는, 도 5에 나타내는 터릿판(107)은, 도 1에 나타내는 터릿판(13)과 같이 복수의 개구 조리개(107a∼107h)가 설치되고(도 6참조), 후술하는 바와 같이, 용도에 따라 어느 하나의 개구 조리개가 선택된다.

도 2에 나타내는 터릿판(13)과 같이, 석영 등의 투명 기판으로 이루어지는 터릿판(107)에는, 8개의 개구 조리개(107a∼107h)가 형성되어 있다. 원형개구를 갖는 5개의 개구 조리개(107a, 107e∼107h)는, σ값을 적극적으로 변화시키기 위한 것이며, 그 중의 3개의 개구 조리개(107e, 107f, 107g)는 실제의 노광 동작 시에서 이용되는 조리개이고, 나머지의 2개의 개구 조리개(107a, 107h)는, 광 세정 동작 시에 이용되는 개구 조리개이다.

또한 3개의 변형개구를 갖는 개구 조리개(107b∼107d)는 노광 동작 시에 이용하는 것에 따라 투영 광학계(PL)의 해상력을 향상시키기 위한 것이다. 개구 조리개(107c, 107d)는, 서로 고리의 비가 다른 고리형 개구를 갖는 조리개이고, 나머지의 1개의 개구 조리개(107b)는 4개의 편심한 2차 광원을 형성하기 위해서 4개의 편심한 개구를 갖는 조리개이다.

8개의 개구 조리개(107a∼107h)를 갖는 터릿판(107)은, 도 5에 나타내는 모터(108)를 거쳐서 회전되어, 8개의 개구 조리개 중의 1개의 개구 조리개, 즉 소망의 개구형상을 갖는 조리개가 2차 광원 위치로 설정된다. 이 모터(108)의 구동은 제어 회로(140)에 의해서 제어되고 있다.

도 7은 서로 다른 크기의 원형개구를 갖는 개구 조리개(107a, 107e∼107h)의 상이 투영 광학계(PL) 내의 개구 조리개(Ep) 상에 형성될 때의 모양을 나타내고 있다. 각각의 개구 조리개에 대하여 상세하게 (1) 내지 (5)에 의해 설명한다.

(1) 가장 작은 원형개구를 갖는 개구 조리개(107e)가 조명 광로 내로 설정되면, 조명 광학계(132)의 개구수(NAi)가 가장 작게 되고, 이 때, 개구경(D23a)을 갖는 개구 조리개(Ep)의 내부에는, 개구경(D7e)의 개구 조리개(107e)의 상이 형성되어, σ값이 0.4로 설정된다. 즉, σ= D7e/D23a= NAi/NAo=0.4의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(107e)가 조명 광로 내에 설정되면, 0.4의 σ값을 기초로 레티클(R)의 패턴을 웨이퍼(W) 상에 전사할 수 있다.

(2) 개구 조리개(107e)보다도 큰 원형개구를 갖는 개구 조리개(107f)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계(132)의 개구수 NAi는 개구 조리개(107e)가 조명 광로 내에 설정된 때보다도 커진다. 이 때, 개구경(D23a)를 갖는 개구 조리개(Ep)의 내부에, 개구경(D7f)의 개구 조리개(107f)의 상이 형성되고, σ값이 0.6으로 설정된다. 즉, σ=D7f/D23a= NAi/NAo=0.6의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개 (107f)가 조명 광로 내에 설정되면, 0.6의 σ값을 기초로 레티클(R)의 패턴을 웨이퍼(W) 상에 전사할 수 있다.

(3) 개구 조리개(107f)보다도 큰 원형개구를 갖는 개구 조리개(107g)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계(132)의 개구수 NAi는 개구 조리개(107f)가 조명 광로 내에 설정된 때보다도 커진다. 이 때, 개구경(D23a)을 갖는 개구 조리개(Ep)의 내부에, 개구경(D7g)의 개구 조리개(107g)의 상이 형성되어, σ값이 0.8로 설정된다. 즉, σ=D7g/D23a=NAi/NAo=0.8의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(107g)가 조명 광로 내에 설정되면, 0.8의 σ값을 기초로 레티클(R)의 패턴을 웨이퍼(W) 상에 전사할 수 있다.

(4) 개구 조리개(107g)보다도 큰 원형개구를 갖는 개구 조리개(107h)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계(132)의 개구수 NAi는 개구 조리개(107g)가 조명 광로 내로 설정된 때보다도 커진다. 이 때, 개구 조리개(Ep)의 개구경(D23a)과 같은 크기의 개구경(D7h)을 갖는 개구 조리개(107h)의 상이 형성되어, σ값이 1.0으로 설정된다. 즉, σ=D7h/D23a=NAi/NAo=1.0의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(107h)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계(132)의 콘덴서 광학계(115)를 구성하는 광학 소자의 유효지름, 및 투영 광학계(PL)를 구성하는 렌즈 등의 광학 소자의 유효지름, 그 위에 이들의 광학 소자의 유효지름을 넘는 부분에까지 충분히 조명광속을 이끌 수 있다. 이 때문에, 이들의 광학 소자의 표면에 부착한 수분이나 유기물 등을 노광용의 조명광속에 의한 광 세정 효과에 의해서 소실시킬 수 있다. 광 세정 효과에 대해서는 후술한다.

(5) 개구 조리개(107h)보다도 큰 원형개구를 갖는 개구 조리개(107a)가 조명광로 내에 설정되면, 조명 광학계(132)의 개구수 NAi는 개구 조리개(107h)가 조명광로 내로 설정된 때보다도 커진다. 이 때, 개구경(D23a)을 갖는 개구 조리개(Ep)를 포함하도록, 개구경(D7a)의 개구 조리개(107a)의 상이 형성되어, σ값이 1.2로 설정된다. 즉, σ=D7a/D23a=NAi/NAo=1.2의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(107a)가 조명 광로 내로 설정되면, 조명 광학계(132)의 콘덴서 광학계(115)를 구성하는 광학 소자의 유효지름 및 투영 광학계(PL)를 구성하는 렌즈 등의 광학 소자의 유효지름은 물론, 이들의 광학 소자의 유효지름을 넘은 렌즈 외주 가장자리부에까지 충분히 조명광속을 이끌 수 있다. 이 때문에, 이들의 광학 소자의 표면에 부착한 수분이나 유기물 등을 광 세정한다고 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.

다음에 본 예에 있어서의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 5에 도시하는 바와 같이 건조한 질소 등의 불활성 가스를 가스 공급 장치(141)로부터 파이프(143)를 거쳐서 투영 광학계(PL)의 내부에 공급하여, 완전히 충전된 후, 배출 장치(142)에 의해 투영 광학계(PL)의 내부의 기체를 파이프(144)를 거쳐서 외부로 배출한다. 조명 광학계(132)의 노광광의 광로 전체도, 투영 광학계(PL)와 같이 밀폐 구조로 하여, 마찬가지로 건조한 질소 등의 불활성 가스를 공급 충전함과 동시에, 배출 장치로 내부의 기체를 배출한다.

또, 노광 중에도 가스 공급 장치(141)와 배출 장치(142)를 상시 작동시켜, 렌즈실 등의 광학 소자사이의 분위기를 항상 건조 청정된 상태로 유지하는 것이 바람직하지만, 노광 동작에 앞서 렌즈실 등의 광학 소자사이에 형성되는 공간의 기체를 청정화 한 후, 공급 장치(141)와 배출 장치(142)를 정지시켜도 좋다. 조명 광학계(132)도 마찬가지이다.

이어서, 도시하지 않은 레티클 로딩 기구에 의해, 전사의 목적으로 되는 패턴의 묘화된 레티클(R)을 레티클 스테이지(RS)의 위에 반송하여 탑재한다. 이 때, 그 레티클(R)이 소정의 위치에 설치되도록, 도시하지 않은 레티클 정렬계에 의해 그 레티클(R)의 위치를 계측하여, 그 결과에 따라서, 도시하지 않은 레티클위치 제어 회로에 의해서 레티클(R)의 위치를 소정의 위치에 설정한다.

레티클(R)의 패턴이 전사되는 웨이퍼(W)의 표면에는 감광 재료인 레지스트가 미리 도포되어 있고, 그 상태로 도시하지 않은 웨이퍼 로딩 기구에 의해 웨이퍼(W)가 반송되어 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 설치된다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상에서 정렬되어 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 설치된 웨이퍼(W)는 제 1 층 째의 레티클 패턴의 전사로서는, 그 웨이퍼(W) 상에 패턴은 존재하지 않고, 웨이퍼 스테이지(WS) 상의 소정의 위치에, 예컨대 웨이퍼(W)는 그 외경(OF 또는 노치 등)을 기준으로서 정해지는 위치에 설치된다. 그 후, 웨이퍼(W) 상에 패턴이 스텝 엔드 리피트 방식(스텝 엔드 스캔 방식)으로 전사된다. 이 전사는, 레티클(R) 상의 패턴의 일부를 도시하지 않은 레티클 블라인드에 의해서 선택적으로 조명하여, 레티클 스테이지(RS)에 의해서 레티클(R)을 이동시키고, 또한 그것에 동기하면서 웨이퍼(W)를 웨이퍼 스테이지(WS)에 의해서 움직이는 소위 주사형의 전사이다. 혹은, 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 정지시킨 상태로 전사하고 싶은 레티클(R) 상의 패턴을 1도로 모두 조명하여 전사하는 스텝 엔드 리피트방식이라도 좋다.

웨이퍼(W) 에 대한 제 2층 째 이후의 패턴의 전사의 경우에는, 적어도 웨이퍼(W) 상에는 패턴이 존재하기 때문에, 그 미리 전사된 패턴에 인접하여 형성된 정렬마크를 도시하지 않은 웨이퍼정렬계에 의해 계측하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 위 치를 계측하여, 그 결과에 따라서, 웨이퍼(W) 상에 먼저 전사된 패턴에 대하여, 이제부터 전사하는 패턴이 정확히 중첩하도록, 레티클 스테이지(RS)나 웨이퍼 스테이지(WS)의 위치를 제어한다.

또, 주사 노광 중 레티클 스테이지(RS)와 웨이퍼 스테이지(WS)로는 투영 광학계(PL)의 투영배율에 따른 속도비로 정속 이동되지만, 예컨대 웨이퍼(W)가 열 변형하여 웨이퍼(W) 상의 각 패턴의 사이즈가 변화하거나, 그 패턴이 변형(왜곡)하고 있을 시 등은, 상기 속도비를 투영배율과 다르게 한 것으로, 주사 방향에 관한 웨이퍼(W) 상의 패턴과 레티클의 패턴의 형상과의 배율 오차를 보정한다. 비주사 방향(주사 방향과 직교하는 방향)에 관한 배율 오차는 투영 광학계(PL)의 적어도 1개의 렌즈 소자(예컨대 레티클(R)에 가장 가까운 렌즈 소자)를 이동하는 것으로 보정한다. 또한, 패턴의 왜곡에 대해서는 전술한 것과 같은 배율조정에 의해서 웨이퍼상의 패턴과 레티클의 패턴의 형상과 중첩시켜 오차를 저감할 수 있다. 혹은, 웨이퍼 상의 패턴 형상에 의해서는 웨이퍼와 레티클의 각 주사 방향을 간신히 비키어 놓은 것으로 보정하는 것도 할 수 있다.

여기서, 통상의 노광 공정에서는, 각각에 수십의 노광 영역(쇼트 영역)이 설정되는 m매의 웨이퍼(W)를 1 로트로 하여 노광이 행하여지지만, 웨이퍼(W)를 교환하는 시간, 각 쇼트사이의 시간, 혹은 레티클 교환의 시간이 존재하여, 통상은 그 사이는 레이저광이 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 조사되지 않도록, 레이저 광원(101)과 투과창문(103) 사이의 셔터(102)에 의해 레이저광을 차단한다. 이 실시예에서는 이러한 비노광 시간에도 레이저광을 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 입사되어 광학계를 자가 세정하여 투과율의 변동을 억제한다.

또, 웨이퍼(W)를 교환하는 시간, 각 쇼트사이의 시간 혹은 레티클 교환 시간은 통상 노광 공정 중의 비노광 시간이고, 1장 혹은 1로트 분의 웨이퍼를 노광하는 공정에서는 불가결의 시간이다. 이 명세서에서 비노광 시간이라고 부를 때는, 노광 공정 중에 불가결의 비노광 시간이다.

도 8은 m(m> n으로서 이하 설명한다)매의 웨이퍼(W)를 1로트로 하여 노광을 실행하는 경우의 타임차트를 나타낸다. 시각 t0에 있어서, (n-1)매 째의 웨이퍼(W)의 언로딩과 n매 째의 웨이퍼(W)의 로딩이 시작된다. 언로딩과 로딩에 요하는 시간은 TL이고, 그 후, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상에서 정렬되어, 계속하여, 제 1 번째의 쇼트 영역이 주사 개시 위치에 오도록 웨이퍼(W)가 투영 광학계(PL)의 광축상과 대등하도록 웨이퍼 스테이지(WS)가 이동된다. 이들의 소요 시간은 TA 이다. 이들의 시간 TL과 TA는 비노광 시간이지만, 종래와 같이 셔터(102)로 레이저광을 차단하지 않고서, 차광판(150)을 노광 광로에 삽입한 뒤에 레이저광을 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 조사하여, 비노광시에 광학계를 자가 세정한다.

즉, (n-1)매 째의 웨이퍼(W) 상의 최후의 쇼트가 종료하는 시각 t0에 있어서 우선 차광판(150)을 광로에 삽입함과 동시에, 셔터(102)로 광로를 차단한다. 이것은 제어 회로(140)로 제어된다. 제어 회로(140)는, 차광판(150)의 삽입이 완료된 것을 확인하면 셔터(102)를 연다. 레이저 광원(101)으로부터 레이저 펄스광이 출사되면, 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 세정광이 조사되어 자가 세정되지만, 웨이퍼(W) 상에는 조사되지 않는다. 이 경우의 레이저광의 광량은, 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)의 투과율의 저감이 억제될 정도로 충분하고, 레이저 광원(101)으로부터 출사되는 레이저 펄스광의 출사 간격이나 출사강도를 조정하여, 레이저 광원의 내구성의 저하를 방지하는 것이 바람직하다. 즉, 광학계를 광 세정하기 위해서는 통상의 노광에 요구되는 광량보다도 적은 광량으로 좋은 때문이다.

구체적으로는 웨이퍼(W) 상에서의 펄스광의 강도(조도)를 0.1mJ/㎠로 한 때에, 20펄스정도 발진시키면, 상기 투과율의 저하가 충분히 억제되는 것을 알고 있다. 이 광 세정 시에 있어서의 펄스광의 발진 간격, 웨이퍼(W) 상에서의 강도는, 광원(101)에 출력하는 트리거 펄스에 의해서 그 발진 간격(주파수)이 조정되어, 광원(101)에 대한 인가전압(충전 전압)을 변화시키는 것으로, 펄스광의 발진강도가 조정된다. 통상, 조명 광학계(132) 내에는 서로 투과율이 다른 복수의 ND 필터를 갖는 터릿판이 배치되어 있고, 예컨대 웨이퍼상의 레지스트의 감도가 크게 변화할 때에 그 터릿판을 회전시켜 그 감도에 대응하는 1개의 ND 필터를 선택, 배치하는 것으로 1 펄스 당의 광강도를 조정한다. 그래서, 광 세정에 대응하여 펄스광의 강도를 크게 변화시킬 때는 그 터릿판을 회전시키도록 하여도 좋고, 그 위에 전술한 광원(101)의 발진강도의 조정과 병용하도록 하여도 좋다.

이어서 시각(t1)으로부터 웨이퍼(W)에의 노광이 시작된다. 시각(t1)에 앞서, 우선 레이저 광원(101)으로부터 출사되는 레이저광을 셔터(102)로 차광하여, 차광판(150)을 광로로부터 후퇴시킨다. 시각(t1)으로부터 종래와 같이 쇼트노광과 스테이지 이동을 반복하면서 n매 째의 웨이퍼(W) 상에 레티클(R)의 패턴이 투영 노광된다. 또, 도 7에 있어서, 쇼트 노광 시간은 TS1∼TSm으로 나타내고, 스테이지 이동시간은 TD1∼TD(m-1)로 나타내고 있다. 여기서, 쇼트 동안 스테이지 이동시간 (TD1∼TD(m-1))도 차광판(150)을 광로에 삽입하여 레이저광을 투영 광학계(PL)까지 조사하면, 그 사이에도 광학계의 자가 세정이 행하여진다. 그러나, 차광판(150)의 광로 삽입 시 동안과 광로부터의 후퇴 시간을 고려하지 않으면 안되고, 이 때 사이가 쇼트 영역을 선택하기(위치 결정한다)위한 스테이지 이동시간(TD)보다도 긴 경우에는, 스루풋이 저하한다. 그 때문에, 광학계의 투과율변동에 의한 영향이 크고, 스루풋이 저하하여도 투과율변동을 억제하는 요구가 큰 경우에만, 쇼트 사이의 비노광 시간 중에도 자가 세정을 실행하도록 하는 것이 현실적이다.

다음에 시각(t2)에서 레티클(R)의 교환작업이 시작된다. 레티클교환은 시간 (TR)에서 실행된다. 이 동안도 비노광 시간이고, 차광판(150)을 광로에 삽입하여 레이저 세정광을 투영 광학계(PL)까지 조사한다. 시각 t3으로부터 (n+1) 매 째의 웨이퍼(W)의 로딩과 정렬이 행하여져, 시각 t4로부터 (n+1) 매 째의 웨이퍼(W)에 노광이 시작된다.

이와 같이, 비노광 시간 중에 웨이퍼(W)에의 노광광의 입사를 금지한 뒤에 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 노광광을 조사하는 것에 의해, 광학계의 표면에서 박리하여 분위기 중에 부유하는 수분이나 유기물 등의 오염물은 비노광 중에도 계속해서 분위기 중으로 부유하고 광학계의 표면에 부착하는 것이 없다. 그 결과, 광학계의 투과율을 소정값에 유지할 수 있다. 또한 이러한 광 세정을 웨이퍼(W)를 교환하는 시간, 각 쇼트 동안의 시간, 혹은 레티클교환의 시간인 통상 노광 공정에 불가결의 비노광 시간에 실행하도록 하였기 때문에, 본래의 노광 공정에 필요가 없는 시간을 설정하여 광 세정하는 경우에 비교해서, 훨씬 스루풋이 향상한다. 덧붙여, 웨이퍼(W)를 투영 광학계(PL)의 노광광조사 영역에 위치시킨 채로도 웨이퍼(W)가 노광하는 일이 없으므로, 광 세정 처리 중에 웨이퍼(W)를 노광 영역에서 벗어나도록 웨이퍼 스테이지(WS)를 이동할 필요도 없고, 이 점에서도 스루풋에 영향을 부여하는 일이 없다. 또한, 오프 액세스 얼라인먼트 센서를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 마크를 검출하여 각 패턴의 좌표위치를 결정하는 정렬 동작 중이라도, 마찬가지로 광 세정을 병행하여 실행하는 수 있어, 스루풋의 저하를 방지할 수 있다.

차광판(150)의 투영 광학계 측의 표면은 경면으로 하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 비노광 시간 중에도 노광용 레이저 광원(101)로부터 레이저광을 출사하여 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 노광광을 조사하여 자가 세정하도록 하고 있지만, 이 때, 차광판(150)에 입사한 노광광을 반사시켜 투영 광학계(PL)에 재입사하는 것에 의해, 보다 한층 자가 세정 효과를 향상할 수 있다. 따라서, 레이저광량을 낮게 하고 싶은 펄스 시간 동안 간격을 길게 할 수 있기 때문에, 레이저 광원(1)의 내구성의 향상에 기여할 수 있다.

이상 설명한 이동식의 차광판(150) 대신에, 액정을 사용하여 광로를 개폐하 도록 하여도 좋다. 혹은 투영 광학계(PL) 내에 설치되는 개구 조리개(Ep)를 전개하여 광로를 폐성하는 방식을 채용하여도 좋다. 이 경우, 개구 조리개(Ep)보다도 하류(웨이퍼 측)의 광학계는 비노광 시에 자가 세정할 수 없지만, 투영 광학계(PL) 의 광학계의 대부분은 노광광 입사면에서 개구 조리개(Ep)까지 배치되어 있기 때문에, 투영 광학계(PL)의 투과율변동에 그 정도 영향은 없다.

또한, 비노광 중에 조명 광학계(132)와 투영 광학계(PL)에 노광광을 조사하여 자가 세정하는 경우, 개구 조리개(107a, 107h)와 같이 큰 σ로 되는 개구 조리개를 제어 회로(140)로 선택하는 것이 바람직하다. 더욱이 차광판(150)으로 차광하는 방식인 경우에는, 제어 회로(140)의 제어에 의해, 개구 조리개(107a, 107h)에의 전환에 연동하여 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(Ep)의 크기(개구경)를 크게 하여, 개구 조리개(Ep)보다도 하류의 광학계로 입사하는 세정광량을 많게 하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 9 내지 도 13을 참조하여 도 5에 나타내는 차광판(150)의 변형예에 대하여 설명한다.

본 변형예에서는, 투영 광학계(PL)의 광축(AX) 에 대하여 반사면의 법선을 기울이도록 차광판(150)을 배치하고 있다. 이것에 의해서, 반사면의 법선을 기울인 차광판(150)을 사용하지 않은 경우는 다른 영역(여기서, 영역이란 투영 광학계(PL)를 구성하는 렌즈의 렌즈면의 영역)에 반사광을 입사시킬 수 있다. 그 때문에, 종래의 투영 노광 장치와 같이 간섭계 계수 σ가 σ<1의 경우더라도, 투영 광학계(PL)를 구성하는 렌즈의 유효지름의 모든 영역을, 노광광으로 조명하는 것이 가능해진다.

도 9는, 반사면의 법선이 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 일치하도록 배치한 차광판(150)으로 노광광을 반사시키었을 때의 투영 광학계(PL) 내의 광로를 설명하는 도이다. 또, 도 9에서는 이해하기 쉽게 하기 위해서 차광판(150)의 반사면의 위치를 웨이퍼 면에 일치시켜 나타내고, 또한, 개구 조리개(ED)를 생략하였다. 참조부호 161은 레티클 배치면(160)(레티클의 패턴면에 일치한다)에 레티클(R)(도 5)이 없는 경우의 레티클 배치면(160)으로부터 출사되는 노광광의 광속이고, 레티클 배치면(160) 상의 2점에서 출사되는 광속을 나타내었다. 한편, 레티클 배치면(160)에 레티클(R)이 있는 경우에는, 노광광은 레티클(R)에 의해 회절되기 때문에, 그 회절광은 광속(161)의 개구각(α)(조명 광학계의 개구각)보다 큰 각도로 레티클 배치면(160)으로부터 출사된다. 그러나, 레티클 배치면(160)으로부터 출사된 회절광의 안에서 투영 광학계(PL)의 개구 조리개(Ep)를 통과하는 노광광만이 웨이퍼 상에 조사되기 때문에, 회절광의 광속(162)의 개구각(β)은 투영 광학계(PL)의 개구각에 일치하는 것이 된다.

도 9와 같이 차광판(150)의 반사면의 법선이 광축(AX)과 일치하는 경우, 반사광은 경로를 역행하는 것이 된다. 그 결과, 예컨대, 투영 광학계(PL) 내에 참조부호 163으로 나타내는 것과 같은 렌즈면이 있는 경우, 참조부호(163a, 163b)에서 나타내는 부분에는 노광광이 조사되지 않는다. 도 9에 나타낸 광속(161)이 레티클 배치면(160)에 있어서 광축(AX)에서 가장 먼 위치의 광속이라고 하면, 부분(163b)에는 광축(AX)에 가까운 위치의 광속이 입사하기 때문에, 광축으로부터 먼 부분(163a)의 광 세정이 행하여지지 않는 것으로 된다. 이와 같이, 간섭 계수(σ)가 σ<1로서 레티클(R)이 레티클 스테이지(RS)에 장착되어 있지 않은 경우, 예컨대, 종래의 노광 장치에 있어서 유지 보수 직후에 광학계의 광 세정을 하는 경우, 투영 광학계의 유효지름의 일부가 광 세정되지 않게 되어 버린다.

그래서, 도 10에 도시하는 바와 같이 차폐판(150)을 θ만큼 기울이면 반사광의 광로가 변화하여, 도시 좌측의 부분(163a)의 일부(163c)에 반사광이 조사되는 것으로 된다. 또한, 차폐판(150)을 역 방향으로 θ만큼 기울이면, 도시 우측의 부분(163a)의 일부에 반사광이 입사한다. 도 11은 경사가 가변되도록 구성된 차폐판(150)의 사시도이고, 테두리(164)에 고정된 모터(165)에 의해서 차폐판(150)은 축 (k)을 회전축으로서 경사 가능하게 되어 있다. 더욱이, 테두리(164)는 모터(166)에 의해 축(j)을 회전축으로서 경사 가능하게 되고 있다. 광 세정을 하는 경우에는, 모터(165, 166)를 구동하여 차광판(150)을 요동시킴과 동시에 테두리(164)를 요동시키면서 노광광을 조사한다.

상술한 바와 같은 레티클 스테이지(RS)에 레티클(R)이 장착되지 않은 상태로, 즉, 도 9의 레티클 배치면(160)에 레티클(R)이 없는 상태로 실행되는 광 세정은, 레티클 교환 때(도 8의 TR)나 노광 장치 설치 직후, 장치를 장기간 정지한 후의 리딩 에지 및 장치 설치 직후 등에 실행되지만, 대개의 경우 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 웨이퍼(W)가 장착되는 일이 없다. 그래서, 차폐판(150)의 대신에 도 12에 나타내는 것과 같은 반사경(167)을 이용하여 노광광을 반사하도록 하여도 좋다. 도 12에 있어서, 반사경(167)의 반사면의 법선(n)은 광축(AX)에 대하여 소정각도(Θ)가 되도록 설정되어 있다. 이 각도(Θ)는 투영 광학계(PL)의 유효지름의 모든 영역에 노광광이 조사되도록 설정된다. 이 반사경(167)은 회전 스테이지(168)의 회전부(168a) 상에 고정되어 있고, 회전 스테이지(168)의 고정부(168b)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 고정되어 있다. 광 세정을 할 때는, 반사경(167)의 중심이 광축(AX) 상으로 되도록 웨이퍼 스테이지(WS)를 이동하여, 그 후, 회전 스테이지(168)를 회전 구동하여 반사경(167)을 회전시키면서 노광광을 조사한다.

도 13은 반사경의 다른 예이다. 회전 스테이지(170)의 회전부(170a)에 설치된 반사경(169)은 모터(171)에 의해서 경사가 바뀌어지도록 구성되어, 회전 스테이지(170)의 고정부(170b)는 웨이퍼 스테이지(WS) 상에 고정된다. 광 세정을 하는 때는, 반사경(169)의 중심이 광축(AX) 상으로 되도록 웨이퍼 스테이지(WS)를 이동하여, 그 후, 회전 스테이지(170)를 회전 구동함과 동시에 반사경(169)의 경사를 진동적으로 바꾸면서 노광광을 조사한다.

상술한 변형예로서는, 노광광을 반사하는 반사면의 경사를 바꾸면서 반사노광광을 투영 광학계(PL)에 입사시키기 때문에, 조명 광학계의 개구각(α)(도 9)으로 결정되는 투영 광학계(PL)의 노광광 조사영역보다 넓은 영역의 광 세정을 하는 것이 가능해진다. 그 결과, 투영 광학계(PL)의 투과율 얼룩에 의한 결상 패턴의 광량 얼룩을 저감시킬 수 있다.

또, 본 실시예에서 설명한 광 세정은 투영 노광 장치 제조 직후나, 장기간 투영 노광 장치를 사용하지 않은 직후, 노광 장치본체의 유지 보수 후에 렌즈 표면의 오염 가능성이 있는 경우에도 사용할 수 있다.

또한, 노광 개시 전에 광로 중에 차광판(150)을 삽입하여, 그 후, 노광 동작의 도중의 일정 시간마다 차광판(150)을 일단 광로로부터 뺌과 동시에 노광 동작을 일시 정지하여, 투영 광학계에 입사하는 광량과 투영 광학계로부터 사출한 광량으로부터 투영 광학계의 투과율을 계측하고, 그 후, 광로 중에 차광판(150)을 삽입하여 노광 동작을 재개하도록 하여도 좋다. 노광 동작 중에는 노광광에 의해 렌즈 표면의 오염물질이 서서히 세정되어 가, 투영 광학계의 투과율의 상승을 상기 계측으로부터 확인할 수 있다. 이와 같이, 광로 중에서 차광판(150)을 빼어, 투영 광학계의 투과율을 계측하면서 광 세정을 하는 것에 의해, 투영 광학계의 투과율이 제조 프로세스에 영향이 없는 레벨이 됐는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고, 투영 광학계의 투과율이 제조 프로세스에 영향이 없는 레벨이 된 때, 조명 광학계로 조명된 레티클의 패턴을 감광 기판 상에 투영 광학계를 거쳐서 전사할 수 있다. 따라서, 광 세정의 종료 타이밍을 확인할 수 있다.

본 실시예로서는, 투영 광학계의 광 세정에 대하여 설명하였지만, 조명 광학계에 대해서도 마찬가지로 실행하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시예로서는 차광판(150)을 스테이지(WS) 상에서 경사 또는 회전(요동)하는 구성에 대하여 설명하였지만, 스테이지(WS)의 탑재면(감광 기판이 탑재되는 면)에 차광판(150)을 직접 탑재하고, 스테이지(WS) 자신을 경사 또는 회전(요동)되더라도 좋다. 이 경우, 투영 광학계의 초점심도 내에 감광 기판을 이동시키기 위해서, 감광 기판을 투영 광학계의 광축 방향에 이동시키고, 또한 웨이퍼를 소정량 경사시키기 위한 레벨링 스테이지를 이용하여도 좋다. 단지, 통상의 레벨링 스테이지로서는 경사량이 미소하기 때문에, 광 세정을 하는 때에는, 상술한 투영 광학계의 유효지름보다 넓은 영역까지 노광광이 반사할 수 있도록 경사량을 변경 가능하게 하면 좋다.

본 실시예로서는, 광원부터의 조명광으로서, ArF 엑시머 레이저광을 이용하 고 설명하였지만, 자외파장 영역의 조명광, 예컨대, KrF 엑시머 레이저광(파장248nm), F₂ 레이저광(파장157nm), 더욱이 파장이 짧은 연X선 등의 EUVL을 이용하는 것으로도 가능하다.

더욱이, 광로 전체를 채우는 불활성 가스로서 질소 가스를 이용하여 설명했지만, 다른 가스, 예컨대, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈 등의 불활성 가스를 이용하여도 좋다. 바람직하게는, 화학적으로 깨끗한 드라이공기(렌즈의 흐려지는 원인이 되는 물질, 예컨대, 크린룸 내를 부유하는 암모늄 이온 등이 제거된 공기)를 이용한다. 또, 본 발명의 노광 장치는, 차광판(50)을 포함하는 다수의 구성요소를 전기적, 기계적 또는 화학적으로 연결하는 것으로 조립되어 있고, 이와 같이 조립된 노광 장치에 있어서, 광학계의 투과율의 저하를 방지할 수 있음과 동시에, 투영 광학계의 유효지름보다 넓은 영역을 광 세정하는 것이 가능해진다.

이상과 같이, 투영 광학계와 감광성 기판과의 문이나 투영 광학계의 내부에 노광 광로를 차단하는 저지 수단을 설치하는 것에 의해, 노광 공정에 불가결한 비노광시에 조명 광학계나 투영 광학계에 노광광을 조사하여 광학계의 투과율의 저하를 억제하도록 하여도, 그 때마다 감광성 기판을 조사 영역에서 이동할 필요가 없으므로, 스루풋의 저하를 초래하는 일없이, 웨이퍼 교환 직후나 레티클 교환 직후의 감광성 기판 상에서의 노광 광량의 부족에 따른 노광 불량을 방지할 수 있다.

또한, 투영 광학계에 가변 개구 조리개가 설치되는 경우에는, 그 가변 개구 조리개를 전개로서 노광광이 감광성 기판에 입사하는 것을 방지할 수 있어, 새롭게 노광광을 차단하는 소자나 기기를 설치할 필요는 없다.

또한, 차광판의 노광광 입사면을 반사면이라고 하면, 자가 세정을 위한 노광광이 반사하여 투영 광학계나 조명 광학계에 재입사하기 때문에, 비노광 시간의 광 세정에 요구되는 사출 광량이 적고, 광원의 내구성에 기여한다.

또한, 비노광 시간 중의 광 세정에 있어서는, 조명 광학계의 가변 개구 조리개를 통상의 노광으로 설정되는 조리개보다도 크게 하는 것에 의해, 광학계의 주변까지 세정할 수 있다.

또한, 반사면의 경사를 바꾸는 것에 의해, 투영 광학계의 유효지름보다 넓은 영역을 광 세정하는 것이 가능해진다. 또한, 비노광 시간 중의 광 세정에 있어서는 조명 광학계의 가변 개구 조리개를 통상의 노광으로 설정되는 조리개보다도 크게 하는 것에 의해, 광학계의 주변까지 세정할 수 있다. 노광광을 반사하는 반사면의 경사를 바꾸면서 반사노광광을 투영 광학계에 입사되는 것에 의해, 조명 광학계의 개구각도로 결정되는 투영 광학계의 노광광 조사영역보다 넓은 영역의 광 세정을 하는 것이 가능해진다.

Claims (63)

1. 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되는 광학계를 거쳐, 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크의 패턴의 형상을 기판에 전사하는 노광 방법에 있어서,

   상기 후퇴 위치에 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정광은, 상기 마스크를 조명하는 노광광인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세정광은, 상기 마스크를 조명하는 노광광의 광원과는 별도로 설치된 세정용 광원의 광인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 패턴의 형상의 상기 기판으로의 전사 중에, 상기 후퇴 위치로 전환되어 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기판으로의 상기 패턴의 형상의 전사 공정 시에 있어서, 상기 기판에 노광광이 조사되지 않을 때에, 상기 후퇴 위치에 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 광학계는, 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계, 또는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
7. 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되는 광학계를 거쳐서, 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크의 패턴의 형상을 기판에 전사하는 노광 방법에 있어서,

   상기 기판에 상기 패턴을 전사하는 전사 공정 중에, 상기 노광광이 상기 기판에 조사되지 않는 동안은, 상기 후퇴 위치로 전환되어 있는 상기 광학 소자에 상기 노광광이 조사되고, 또한 상기 기판에 조사되지 않도록 상기 노광광을 제어하고,

   상기 노광광이 상기 기판에 조사되고 있는 동안은, 상기 노광광이 상기 후퇴 위치의 광학 소자에 조사되지 않도록 상기 노광광을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 광학계는, 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계, 또는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
9. 일부의 광학 소자가 사용 위치와 후퇴 위치 사이에서 전환되는 광학계를 거쳐 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크의 패턴의 형상을 기판에 전사하는 노광 장치에 있어서,

   상기 후퇴 위치로 전환되어 있는 광학 소자에 세정광을 조사하는 세정용 광학계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 세정광은 상기 노광광인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 세정광은, 상기 노광광의 광원과는 별도로 설치된 세정용 광원으로부터의 광인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 세정용 광학계는 상기 노광광의 광원으로부터 상기 마스크에 입사하는 노광광을 상기 세정광으로서 유도하기 위한 분기 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 세정용 광학계는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판 상에 투영하는 투영 광학계에 입사하는 노광광을 상기 세정광으로서 유도하기 위한 분기 광학 소자를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 세정용 광학계에 상기 후퇴 위치로 전환되어 있는 광학 소자에 조사된 세정광의 미광(迷光)을 방지하는 방지 부재가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 제 9 항에 있어서,

    상기 광학계는, 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계, 또는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
16. 제 12 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 분기 광학 소자는, 상기 기판에 상기 패턴을 투영하는 공정 중에, 상기 노광광이 상기 기판에 조사되지 않는 동안은 상기 세정 광학계에 노광광을 유도하고, 상기 노광광이 상기 기판에 조사되는 동안은 상기 노광광을 상기 세정용 광학계로 유도하지 않는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
17. 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 방법에 있어서,

    상기 기판의 비노광 시에, 노광광을 사출하는 광원과 상기 기판 사이의 광학계의 개구수를 노광시에서의 상기 광학계의 개구수보다도 크게 설정하여, 상기 광학계 내에 세정광을 입사시키는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 비노광 시에 상기 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 차광판을 배치하여 상기 기판으로의 노광광의 입사를 저지하고, 노광 시에 해당 차광판을 상기 광로로부터 벗어나게 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 차광판은 상기 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선의 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
21. 제 17 항에 있어서,

    상기 비노광 시에, 상기 노광 시에 사용되는 제 1 개구 조리개보다도 개구가 큰 제 2 개구 조리개를 상기 광학계 내에 배치하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
22. 제 17 항에 있어서,

    상기 광학계는, 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계, 또는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
23. 마스크를 거쳐서 기판에 노광광을 투사하는 노광 방법에 있어서,

    상기 노광광을 사출하는 광원과 상기 기판 사이의 광학계의 동면(瞳面) 상에서 상기 노광광보다도 넓은 범위에 세정광을 분포시키는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 마스크 패턴의 상기 기판으로의 전사와 상기 광학계의 광 세정을 동시에 실행시키지 않는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 마스크 패턴의 상기 기판으로의 전사 시에 그 패턴에 따라 결정되는 상기 광학계의 개구수보다도 상기 광학계의 광 세정 시에 그 개구수를 크게 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
26. 제 25 항에 있어서,

    상기 세정광은 상기 노광광이고, 상기 광학계의 광 세정 시에 상기 노광광의 상기 기판으로의 입사를 저지하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계, 또는 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
28. 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 방법에 있어서,

    상기 기판의 비노광 시에, 상기 노광광의 광로 중에 차광 부재를 배치하고,

    상기 노광광을 사출하는 광원과 상기 차광 부재 사이에 배치되는 1개 이상의 광학 소자에 노광광을 입사하여, 상기 1개 이상의 광학 소자를 광 세정하고,

    상기 기판의 노광시에, 상기 차광 부재를 상기 광로중으로부터 벗어나게 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
29. 제 28 항에 있어서,

    상기 1개 이상의 광학 소자는, 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구성하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 차광 부재는, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이의 노광광의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판이고, 해당 차광판의 상기 투영 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 투영 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 차광판을 요동시키면서 상기 투영 광학계 내에 노광광을 반사시키는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
33. 제 29 항에 있어서,

    상기 투영 광학계와 상기 기판 사이에 차광 부재를 마련하고,

    상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 투영할 때에는, 상기 기판으로의 노광광의 입사를 허용하도록 상기 차광 부재를 제어하고,

    상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 투영하지 않을 때에는, 상기 투영 광학계까지는 노광광의 입사를 허용하고, 상기 기판으로는 상기 노광광의 입사를 저지하도록 상기 차광 부재를 제어하여, 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 사출하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
34. 제 29 항에 있어서,

    상기 투영 광학계의 내부에, 가변 개구 조리개를 구비하고,

    상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 투영할 때에는, 상기 가변 개구 조리개를 소정의 개구로 열고, 상기 기판에 상기 마스크의 패턴을 투영하지 않을 때에는, 상기 가변 개구 조리개를 완전히 닫도록, 상기 가변 개구 조리개를 제어하여, 상기 노광용 광원으로부터 노광광을 출사하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
35. 노광광을 마스크에 조사하여, 해당 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 장치에 있어서,

    상기 노광광의 광로 중에 배치되는 차광 장치를 갖고,

    상기 차광 장치가 상기 노광광의 광로 중에 배치된 때에, 상기 노광광을 사출하는 광원과 상기 차광 장치와의 사이에 배치되는 1개 이상의 광학 소자에 노광광을 입사하여, 상기 1개 이상의 광학 소자를 광 세정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
36. 제 35 항에 있어서,

    상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판에 투영할 때, 상기 차광 장치를 상기 광로 중으로부터 벗어나게 하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
37. 제 35 항에 있어서,

    상기 1개 이상의 광학 소자는, 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구성하고,

    상기 차광 장치에서 상기 노광광을 차광할 때, 상기 투영 광학계의 내부에 마련되는 가변 개구 조리개의 개구의 크기를 노광 시에서의 가변 개구 조리개의 개구의 크기보다도 크게 설정하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
38. 제 35 항에 있어서,

    상기 1개 이상의 광학 소자는, 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구성하고,

    상기 차광 장치는, 상기 투영 광학계 내에 마련된 가변 개구 조리개와, 상기 기판의 비노광시에 상기 가변 개구 조리개를 닫는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
39. 제 38 항에 있어서,

    상기 노광광으로 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계를 갖고,

    상기 제어 장치는, 상기 기판의 비노광 시에, 상기 조명 광학계 내의 조리개의 개구를 노광 시에 설정되는 개구보다도 크게 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
40. 제 36 항에 있어서,

    상기 1개 이상의 광학 소자는, 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 구성하고,

    상기 차광 장치는, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 대하여 삽입, 후퇴 가능한 차광판인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
41. 제 40 항에 있어서,

    상기 차광판의 상기 투영 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
42. 제 41 항에 있어서,

    상기 투영 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선의 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
43. 제 42 항에 있어서,

    상기 차광판을 요동하여 상기 투영 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선의 각도를 소정 각도 범위 내에서 변환하는 구동 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
44. 제 37 항에 있어서,

    가변 개구 조리개를 구비하고, 상기 마스크를 조명하는 조명 광학계를 갖고,

    상기 제어 장치는, 상기 차광 장치로 상기 노광광을 차광할 때에는, 노광 시에 설정되는 상기 조명 광학계 내의 가변 개구 조리개의 개구의 크기보다도 큰 개구로 되도록 상기 가변 개구 조리개를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
45. 광학계를 거쳐서, 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 장치의 광 세정 방법에 있어서,

    상기 광학계의 개구 조리개의 개구수를 노광시에서의 상기 광학계의 개구 조리개의 개구수보다도 크게 설정하여, 상기 광학계 내에 노광광을 입사시켜 광 세정하는 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
46. 제 45 항에 있어서,

    상기 광학계는 상기 마스크에 광을 조사하는 조명 광학계 및/또는 조명 광학계에 의해 조명된 상기 마스크의 패턴의 형상을 상기 기판 상에 투영하는 투영 광학계인 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
47. 제 45 항 또는 제 46 항에 있어서,

    상기 광학계와 상기 기판 사이의 광로에 해당 기판으로의 노광광을 차광하는 차광 부재를 배치하는 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
48. 제 47 항에 있어서,

    상기 차광 부재는, 상기 광학계와 상기 기판 사이의 노광광의 광로에 대하여, 삽입, 후퇴 가능한 차광판이고, 상기 차광판의 상기 광학계측의 면을 반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
49. 제 48 항에 있어서,

    상기 광학계의 광축에 대한 상기 반사면의 법선 각도를 소정 각도 범위에서 가변으로 하는 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
50. 개구 조리개를 장비한 광학계를 거쳐서 마스크에 형성된 패턴의 형상을 기판 상에 투영하는 노광 장치의 광 세정 방법에 있어서,

    상기 개구 조리개를 모두 닫아 세정광을 상기 광학계에 입사시키는 것을 특징으로 하는 광 세정 방법.
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62. 제 17 항에 있어서,

    상기 세정광은 상기 광원으로부터 사출되는 광인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
63. 제 62 항에 있어서,

    상기 세정광은 상기 노광광인 것을 특징으로 하는 노광 방법.

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