KR100564437B1 - 투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 광 세정 방법 및 반도체디바이스의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

시간 변화하는 광학계의 투과율 변화에도 불구하고 감광성 기판 상의 노광광의 조도를 목표값으로 하기 위해서, 다음과 같이 노광 처리를 실행한다. 1장째의 웨이퍼(25)의 노광을 개시하기 전에, 20000개의 펄스를 공타한다. 1회째와 20000회째의 펄스 레이저 발진시에, 적분기 센서(10)와 조도 센서(28)의 출력 신호를 취입하여 광학계의 두개의 시점에서의 투과율을 산출하고, 두개의 투과율로부터 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출한다. 노광이 개시되면, 투과율 시간 변화 예측 직선에 근거해서 광학계의 투과율을 노광 경과 시간에 의해서 산출하여 노광광의 강도를 제어한다. 따라서, 실제의 투과율 변동에 따라 웨이퍼 상의 조도를 보상할 수 있다. 또한, 웨이퍼(25) 상에서의 노광 도우즈가 목표값으로 되도록 웨이퍼(25)에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절한다. 이에 따라, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율이 노광 중에 변동하더라도, 웨이퍼(25) 상에서의 노광 도우즈가 목표값으로 된다.

Description

투영 노광 장치, 투영 노광 방법, 광 세정 방법 및 반도체 디바이스의 제조 방법{PROJECTION ALIGNER, PROJECTION EXPOSURE METHOD, OPTICAL CLEANING METHOD AND METHOD OF FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 출원은 일본 특허 출원 평성 9년 제199710호, 제337104호 및 평성 10년 제67021호를 기초로 한 것으로, 이들 내용은 인용문으로서 여기에 삽입된다.

본 발명은, 예를 들어, LSI 등의 반도체 소자, CCD 등의 촬상 소자, 액정 표시 소자, 혹은 박막 자기 헤드 등의 반도체 소자를 제조하기 위한 광 리소그래피 공정에서 마스크 또는 레티클(이하, 마스크라 함) 등의 원판의 패턴을 웨이퍼 등의 감광성 기판에 노광하기 위한 투영 노광 장치, 그 노광 장치를 이용한 투영 노광 방법, 투영 노광 장치의 광학계 광 세정 방법, 및 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화에 따라, 그 반도체 소자를 제조하기 위해서 중요한 광 리소그래피 공정에서 사용되는 투영 노광 장치도 장족의 진보를 이룩해 오고 있다. 투영 노광 장치에 탑재되어 있는 투영 광학계의 해상력은, Rayleigh식에서 잘 알려져 있는 바와 같이, R = k ×λ/NA의 관계로 나타낸다. 여기서 R은 투영 광학계의 해상력, λ은 노광용 광의 파장, NA는 투영 광학계의 개구수, k는 레지스트의 해상력 외에 프로세스에 의해 결정되는 상수이다.

반도체 소자의 고집적화에 대응하여 투영 광학계에서의 필요한 해상력을 실현하기 위해서, 상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 노광용 광원의 단파장화나 투영 광학계의 개구수를 크게 하는, 이른바, 고 NA화를 위한 노력이 계속되고 있다. 최근에는, 248nm의 출력 파장을 갖는 불화 크립톤 엑시머 레이저(KrF 엑시머 레이저)를 노광용 광원으로 하고, 투영 광학계의 개구수도 0.6 이상의 노광 장치가 실용화 되어, 0.25㎛에 이르는 미세한 패턴의 노광이 가능해지고 있다.

특히, 최근에는 불화 크립톤 엑시머 레이저에 이은 광원으로서, 193nm의 출력 파장을 갖는 불화 아르곤 엑시머 레이저(ArF 엑시머 레이저)가 주목을 받고 있다. 이 불화 아르곤 엑시머 레이저를 노광용 광원으로 하는 노광 장치가 실현되면, 0.18㎛∼0.13㎛에 이르는 미세 가공이 가능하게 되는 것이 기대되어, 정력적인 연구 개발이 활발히 행해지고 있다.

이 불화 아르곤 엑시머 레이저의 출력 파장 193nm의 파장 영역에서는, 투과율의 관점에서 볼 때 렌즈로서 사용 가능한 재료는 현 단계에서는 합성 석영 유리, 불화 칼슘(형석)의 두가지로 한정되어 있기 때문에, 이러한 종류의 노광 장치용 광학 재료로서, 충분한 투과율과 내부 균일성을 갖는 재료의 개발이 활발하게 계속 실행되고 있다. 합성 석영 유리는 내부 투과율이 0.995/cm 이상, 불화 칼슘은 내부 흡수를 무시할 수 있는 수준에까지 도달하고 있다.

광학 재료의 표면에 코팅되는 반사 방지막용 재료도 불화 크립톤 엑시머 레이저 출력 파장 248nm의 파장 영역인 것과 비교해서 선택 범위가 대단히 좁고, 설계상의 자유도에 큰 제약을 받는다. 그러나, 정력적인 개발 노력에 의해 그 문제도 극복되고 있으며, 각 렌즈면에서의 손실(예컨대, 코팅에 의한 빛의 흡수, 산란, 또는 코팅과 광학 재료의 경계면에 의한 반사, 코팅 표면에서의 반사에 의한 손실 등)이 0.005 이하(0.5% 이하의 광 손실) 수준까지 실현되고 있다.

발명의 개시

KrF 엑시머 레이저광의 파장보다 짧은 파장 영역에 있어서는, 투영 노광 장치 중의 광학계(조명 광학계, 투영 광학계)를 구성하는 광학 소자의 표면에 수분이나 유기물이 부착되어 광학계의 투과율이 저하한다고 하는 문제가 있다. 이것은 복수의 광학 소자에 끼워진 공간내의 기체, 또는 광학계를 지탱하는 경통(鏡筒)의 내벽 등으로부터 발생하는 수분이나 유기물이 광학계의 표면에 부착되는 것에 기인한다.

도 17은 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 나타내는 것이다. 레이저 조사중에는, 레이저 광원으로부터 펄스 레이저광을 연속하여 출사시키면서, 레이저 광원과 마스크 사이의 노광광의 조도와 웨이퍼 상의 노광광의 조도를 소정 기간 간격으로 계측하고, 그 양 조도의 비(比)인 광학계 투과율을 계측 시각마다 산출하여 나타내고 있다. 레이저 정지 중에는, 적당한 시간 간격으로 레이저를 조사하여 동일한 광학계 투과율을 그 시간마다 산출하여 나타낸 것이다. 도 17로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이저광의 조사 후에는 서서히 투과율이 상승하여 어느 정도 시간이 경과하면 거의 포화 상태가 된다. 이와 같이 광학계 투과율이 서서히 회복되는 현상은 광학계 표면에 부착된 수분이나 유기물이 레이저 조사에 의해 광학계 표면으로부터 제거되기 때문이다. 이 때문에, 노광 개시 전에 노광용 레이저광을 소정 시간 조사함으로써 투과율을 거의 포화 상태로 하고, 그런 다음에 노광 동작을 개시하는 것을 고려할 수 있지만, 이 경우 스루풋이 저하한다. 또한, 노광 전에 레이저를 장시간 발진시키는 것은 레이저 광원의 내구성 저하로 이어져, 바람직하지 않다. 게다가, 웨이퍼나 마스크 교환 시를 포함해서 항상 노광용 레이저광을 계속 조사하는 것은 곤란하다.

본 발명의 제 1 목적은 광학계의 투과율의 시간 변화에 관계없이 감광성 기판 상의 노광광의 조도를 항상 목표값으로 할 수 있도록 한 투영 노광 방법 및 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 2 목적은 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율이 변화해도, 감광성 기판 상에서의 노광광의 적산 광량(노광 도우즈)을, 항상 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어할 수 있는 투영 노광 방법 및 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 3 목적은 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율의 시간 변화를 예측하면서 광학계를 광 세정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 4 목적은 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율의 시간 변화를 예측하면서 반도체 기판에 회로 패턴 등을 노광시켜 양품율을 향상시키도록 한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제 5 목적은 감광성 기판을 노광하는 조건이나 마스크를 조명(照明)하는 조건 등이 변경되더라도, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율 변화에 대응하여, 감광성 기판에 적정한 노광 도우즈를 부여할 수 있는 투영 노광 방법 및 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제 6 목적은 투영 광학계의 동공면 상에서의 노광광의 강도 분포, 즉 조명 광학계 내의 2차 광원의 강도 분포(즉, 형상이나 크기), 감광성 기판에 전사해야 할 마스크 상의 패턴, 투영 광학계의 개구수 중 적어도 하나가 변경되더라도, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율 변화에 의한 감광성 기판 상에서의 노광 도우즈의 변동을 방지할 수 있는 투영 노광 방법 및 투영 노광 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 광학계에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치 및 그 투영 노광 방법에 적용된다. 그리고, 전술한 목적은 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 측정된 복수의 투과율에 근거해서 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하고, 그 예측 결과에 근거해 감광성 기판에 패턴을 투영시키는 것에 의해 달성된다.

노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 투과율을 계측하는 것이 바람직하다. 투과율의 복수회 측정을, 패턴을 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 즉, 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 광학계에 조사하기 전의 시점과, 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 광학계에 소정 시간 조사한 후의 시점에서 실행할 수 있다. 또한 투과율의 복수회의 측정을, 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하기 전의 시점과 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영한 후의 시점으로 해도 무방하다.

예를 들면, 복수의 측정 시점은, 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 한 장의 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 한 장의 감광성 기판에 투영한 후의 시점이다. 혹은, 복수의 측정 시점은, 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상의 소정 영역에 투영하기 전의 시점, 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 소정 영역에 투영한 후의 시점이다. 이 경우에는, 1칩의 노광 영역에 대한 노광 처리의 이전과 이후이거나, 1샷(Shot)의 노광 영역에 대한 노광 처리 이전과 이후이다.

광학계가, 노광광에 의해 패턴을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖는 경우, 투과율이 변동하는 광학계에 대해서만 투과율 시간 변화를 예측하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정할 수 있다. 혹은, 산출된 투과율 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 적산 광량을 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어할 수 있다.

적산 광량의 제어 방법에 있어서, 노광용 광원으로부터 펄스 빔의 노광광을 출사하여 감광성 기판 상에 마스크에 형성된 패턴을 투영할 때, 노광광에 대하여 마스크를 상대 이동하는 것에 동기하고, 마스크로부터 발생되어 투영 광학계를 통과하는 노광광에 대해 감광성 기판을 상대 이동하는 경우에는, 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 감광성 기판의 이동 방향에 관한 감광성 기판 상에서의 노광광의 폭과, 이동 방향에 관한 감광성 기판의 이동 속도와, 노광용 광원의 발진 주파수 중 적어도 하나를 조정하여 노광광의 적산 광량을 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은, 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 광학계에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치로 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 적용된다. 그리고 전술한 목적은, 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 측정된 복수의 투과율에 근거해서 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측해서, 그 예측 결과에 근거해서 감광성 기판에 패턴 이미지를 투영함에 의해 달성된다.

또한, 본 발명은, 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 광학계에 있어서 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 광학계 광 세정 방법에 적용된다. 그리고, 전술한 목적은, 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 측정된 복수의 투과율에 근거해서, 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하면서 광학계를 광 세정함으로써 달성된다.

본 발명에 따른 투영 노광 장치는, 노광용 광원으로부터 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와, 감광성 기판 상에 있어서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와, 기원판 조도 검출기에서 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 기판 조도 검출기에서 검출된 기판에 조사되는 노광광의 조도와의 비율을 복수회 산출하여, 투영 광학계에 있어서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측 수단과, 예측된 시간 변화 특성과 양 조도 비율에 근거해서, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절하는 제어 장치를 구비하여 구성할 수 있다.

노광용 광원이 펄스 광원인 경우, 제어 장치는, 예측된 시간 변화 특성과 양 조도 비율에 근거해서, 감광성 기판에 조사되는 노광광의 적산 광량이 감광성 기판에 따른 적정값이 되도록, 감광성 기판에 조사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 제어 장치이더라도 무방하다.

본 발명에 따른 투영 노광 방법은, 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와, 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하고, 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에 있어서의 노광광의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 공정과, 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와, 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율, 및 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판에 입사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 공정을 구비한다.

본 발명은, 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광에 의해 소정의 패턴이 형성된 원판을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 노광 방법에 적용된다. 그리고, 전술한 목적은, 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율, 및 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에 있어서 노광광의 투과율의 시간 변화의 특성에 근거해서, 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정함으로써 달성된다. 혹은, 노광 광원이 펄스 광원이면, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절함으로써 상기 목적은 달성된다.

조명 광학계와 투영 광학계 중에, 투영 광학계에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서는, 노광용 광원으로부터의 노광광의 조도와 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율, 및 투영 광학계에 있어서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성에 근거해서, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다.

조명 광학계에 있어서 노광광의 투과율도 시간과 함께 변화하는 경우에는, 조명 광학계와 투영 광학계의 전체의 광학계에 있어서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성과 상기 조도의 비율에 근거해서, 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광의 강도를 조절함으로써 상기 목적을 달성할 수 있다.

노광광이 펄스 빔인 경우, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 감광성 기판 상의 1점에 조사되는 노광광의 수 중 적어도 한쪽을 조정하여, 그것에 의해 노광광의 적산 광량을 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어할 수 있다.

전술한 노광 방법은, 감광성 기판 상에 패턴을 전사하기 위해서, 노광광에 대하여 마스크를 상대 이동하는 것에 동기하며, 마스크로부터 발생하여 투영 광학계를 통과하는 노광광에 대하여 기판을 상대 이동하는 데에 사용할 수 있다. 이러한 소위 스캔 타입의 노광 장치에 있어서, 노광광을 펄스 빔으로 할 수 있다. 이 경우, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 감광성 기판의 이동 방향에 관한 감광성 기판 상에서의 노광광의 폭과, 이동 방향에 관한 감광성 기판의 이동 속도와, 노광용 광원의 발진 주파수 중 적어도 한개를 조정하여, 그것에 의해 노광광의 적산 광량을 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어한다.

본 발명은, 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 투영 광학계에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 적용된다. 그리고, 전술한 목적은, 노광용 광원으로부터 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와, 감광성 기판 상에 있어서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와, 투영 광학계에 있어서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성을 기억하는 기억 장치와, 원판 조도 검출기로 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 기판 조도 검출기로 검출된 기판에 조사되는 노광광의 조도의 비율, 및, 상기 기억 장치에 기억되어 있는 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 강도를 조절하는 제어 장치를 구비함으로써 달성된다. 또한 제어 장치를, 감광성 기판에 조사되는 노광광의 적산 광량이 감광성 기판에 따른 적정값이 되도록, 감광성 기판에 조사되는 노광광의 강도 수 중 적어도 한쪽을 조절하도록 구성해도 무방하다.

이 투영 노광 장치에 있어서, 조명 광학계에 있어서의 노광광의 투과율도 시간과 함께 변화하는 경우에는, 조명 광학계와 투영 광학계의 전체의 광학계에 있어서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성을 기억 장치에 기억시키는 것이 바람직하다. 기억 장치에는, 노광광의 시간 변화 특성을 노광 조건마다 복수개 기억시킬 수 있다. 노광 조건이 기억 장치에 기억되어 있는 노광 조건과 합치되지 않을 때에는, 기억되어 있는 노광 조건의 시간 변화 특성을 보간 연산하여 투과율을 산출한다. 노광 조건이란, 조명 광학계의 조명 조건(예컨대 조명계의 가변 개구 조리개의 직경, 변형 조명이나 통상 조명 등), 원판의 종류, 투영 광학계의 개구수이다.

또한 노광광이 연속광인 경우에는, 감광성 기판 상에서의 노광광의 강도와 조사 시간 중 어느 한쪽, 혹은 양쪽 모두를 조절해도 무방하다. 또한 노광광이 펄스광인 경우에는, 감광성 기판 상에서의 노광광의 펄스 강도와 펄스 수 중에서 어느 한쪽, 혹은 양쪽 모두를 조절해도 무방하다. 원판의 패턴 영역에 대응하는 감광성 기판 상의 노광 영역에 노광광을 주사하여 노광하는 방식의 경우에는, 노광광의 강도와, 주사 방향의 노광광의 폭과, 주사 방향의 기판의 주사 속도, 광원의 발진 주파수 중 적어도 하나를 조절하면 된다.

이상과 같이 본 발명에서는, 노광광의 투과율 시간 변화 예측 특성을 산출하고, 이 예측 특성에 근거해서, 혹은, 미리 기억한, 노광 조건에 따른 노광광의 투과율 시간 변화 특성에 근거해서, 감광성 기판 상에서의 노광을 제어하도록 하였다. 따라서, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율이 노광중이나 장치의 정지 중에 변동되더라도 감광성 기판을 적정하게 노광할 수 있다. 예를 들면 감광성 기판 상에서의 조도를 적정값으로 제어하거나, 감광성 기판 상에서의 노광광의 적산 광량(노광 도우즈)을 항상 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 감광성 기판을 노광시키는 조건이나 마스크를 조명하는 조건 등이 변경되더라도, 혹은, 투영 광학계의 동공면상에서의 노광광의 강도 분포, 즉 조명 광학계 내의 2차 광원의 강도 분포(즉, 형상이나 크기), 감광성 기판에 전사해야 할 마스크상의 패턴, 투영 광학계의 개구수 중 적어도 하나가 변경되더라도, 그 변경에 대해 투과율 시간 변화 예측 특성을 산출함으로써, 혹은, 그 변경에 대하여 투과율 시간 변화 특성을 미리 기억함으로써, 조명 광학계나 투영 광학계의 투과율의 변화에 의한 감광성 기판 상에서의 노광 도우즈의 변동을 방지할 수 있다.

또한 노광전에 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 조사하여 투과율 시간 변화 예측 특성을 산출하도록 하면, 노광 처리 이전의 광 세정과 함께 투과율 시간 변화 예측 특성을 산출할 수 있어, 스루풋의 저하도 방지된다.

또한, 본 발명에 의하면, 투과율 시간 변화 예측 특성을 산출하고, 이 예측 특성에 근거해 노광을 제어하여 반도체 디바이스를 제조하도록 했기 때문에, 반도체 디바이스의 제조 양품율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,

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

도 3은 도 1의 투영 노광 장치 내의 투영 광학계의 동공 위치에 형성되는 조명 광학계 내의 가변 개구 조리개의 모양을 도시한 도면,

도 4는 노광 시간과 투과율의 관계를 나타내는 그래프,

도 5는 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하면서 웨이퍼 상에 패턴을 노광하는 순서를 나타내는 흐름도,

도 6는 웨이퍼 상의 노광광을 조도 목표값으로 제어하기 위한 피드백계의 블록도,

도 7은 노광 시간과 투과율의 관계를 나타내는 그래프,

도 8은 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하면서 웨이퍼 상에 패턴을 노광하는 순서의 다른 예를 나타내는 흐름도,

도 9는 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하면서 웨이퍼 상에 패턴을 노광하는 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도,

도 10은 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하면서 웨이퍼 상에 패턴을 노광하는 순서의 또 다른 예를 나타내는 흐름도,

도 11은 펠리클이 부착된 레티클에 계측용 투명 영역을 마련한 경우의 레티 클의 평면도,

도 12는 레티클의 종류에 의해서 서로 다른 투과율의 시간 변화 특성을 설명하는 도면,

도 13은 가변 개구 조리개에 따라 서로 다른 투과율의 시간 변화 특성을 설명하는 도면,

도 14는 노광 조건에 따라 서로 다른 투과율의 시간 변화 특성을 미리 기억시키기 위한 순서를 나타내는 흐름도,

도 15는 웨이퍼 교환 작업에 의해 중단된 노광 작업을 재개한 후의 투과율을 설명하는 도면,

도 16은 레티클 교환 작업에 의해 중단한 노광 작업을 재개한 후의 투과율을 설명하는 도면,

도 17은 노광 시간에 따라 변동하는 투과율을 설명하는 도면.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

(투과율 시간 변화 특성을 예측하면서 노광 처리를 행하는 제 1 실시예)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 제 1 실시예에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 투영 노광 장치의 개략적 구성을 나타내고 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 예컨대 193nm의 출력 파장을 갖은 펄스광을 발진하는 ArF 엑시머 레이저 광원(1)으로부터 거의 평행 광속으로서의 레이저광이 출사되어, 셔터(2)를 거쳐 투영 노광 장치의 본체측의 광투과 윈도우(3)로 유도된다. 셔터(2)는, 예를 들어 웨이퍼 또는 레티클의 교환 중에 조명 광로를 닫고, 이에 따라 광원(1)이 자기 발진하여 펄스광의 중심 파장, 파장폭 및 강도 중 적어도 하나를 포함하는 빔 특성을 안정화(조절)한다.

투영 노광 장치 본체는, 챔버(100)내에 수용되어 있어서, 온도가 일정하게 유지되도록 제어되어 있다. 광투과 윈도우(3)를 통과한 레이저광은, 빔 정형 광학계(4)에서 소정 단면 형상의 레이저광으로 정형되어, 터릿판 TP에 마련된 투과율(감광률)이 서로 다른 복수의 ND 필터 중 한개(도 1에서는 ND(1))를 통과하여 반사경(5)에 의해 반사되어, 광 적분기로서의 플라이 아이 렌즈(6)로 유도된다. 플라이 아이 렌즈(6)는, 다수의 렌즈 소자가 묶여져 구성되어 있어서, 이 렌즈 소자의 사출면측에는 그것을 구성하는 렌즈 소자의 수에 대응한 다수의 광원상(2차 광원)이 형성된다.

본 실시예에서는, 터릿판 TP는 6개의 ND 필터 ND(1) 내지 ND(6)(ND(1), ND(2)만 도시)을 유지하고 있으며, 모터 MT(1)에 의해서 터릿판 TP을 회전시키는 것에 의해, 6개의 ND 필터가 각각 교환 가능하게 조명 광학계내에 배치되도록 되어 있다. 6개의 ND 필터 중 하나가 웨이퍼(25) 상의 레지스트의 감도, 광원(1)의 발진 강도의 편차, 및 웨이퍼(25) 상에서의 노광 도우즈의 제어 정밀도 등에 의해서 결정된다. 또한 주사 노광 중에 웨이퍼(25) 상의 1점에 조사해야 할 펄스광의 수(노광 펄스 수)에 따라 적당하게 선택된다. 노광 펄스 수란, 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 레티클(16) 상의 조명 영역과 투영 광학계(23)에 관해서 공역(共役)인 영역(즉, 조명 영역내에 존재하는 레티클(16)의 패턴의 일부의 상이 투영되는 영역)을, 웨이퍼(25) 상의 1점이 그 주사 방향을 따라서 가로 지르는 동안에 그 한 점에 조사되는 펄스광의 수이다.

도 1 중의 터릿판 TP 대신에, 예컨대 복수의 슬릿을 각각 갖는 2장의 플레이트를 대향하여 배치하고, 그 2장의 플레이트를 슬릿 배열 방향으로 상대 이동하여 펄스광의 강도를 조정하는 것도 무방하다.

광원(1)은 광원 제어 회로(45)(도 6참조)로부터 송출되는 트리거 펄스에 따라 펄스광을 발진시킴과 동시에, 광원 제어 회로(45)는 광원(1)으로의 인가 전압(충전 전압)을 조정하여, 광원(1)으로부터 사출되는 펄스광의 강도를 조정한다. 또한 광원 제어 회로(45)는, 투영 노광 장치 전체를 통괄 제어하는 메인 콘트롤러(제어 회로)(40)로부터의 지령에 따라서 광원(1)을 제어한다.

본 실시예에서는, 광원 제어 회로(45)에 의한 광원(1)의 발진 강도의 조정과, 터릿판 TP에 의한 펄스광의 투과율(감광률)의 조정 중 적어도 한쪽에 의해서, 레티클(16), 즉 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 강도를 조정할 수 있도록 되어 있다.

예컨대 일본국 특허 공개 공보 평성 제 7-142354호에 개시되어 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 레티클(16)과 웨이퍼(25)를 동기 이동하여 레티클(16)의 패턴의 상에 의해 웨이퍼(25)를 노광시키고 있는 동안, 모터 MT(2)에 의해서 미러(5)를 회전(진동)시킨다. 따라서, 주사 노광중, 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 레티클(16) 상의 조명 영역내에서 스페클(speckle) 등의 간섭 줄무늬(interference fringe)가 이동하고, 이에 따라 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 적산 광량 분포가 거의 균일하게 된다. 이 때, 레티클(16) 상의 1점이 그 주사 방향을 따라서 그 조명 영역을 가로 지르는 동안에 그 간섭줄무늬를 적어도 1회 이동시킨다. 또한 조명 영역 내에서 간섭줄무늬가 주사 방향, 및 그 주사 방향과 직교하는 방향으로 각각 이동하도록 반사경(5)을 진동시키는 것이 바람직하다. 조명 영역내에서 간섭줄무늬를 레티클(16)의 주사 방향을 따라서 이동시킬 때에는, 펄스 발광 동안에 레티클(16)이 이동하는 거리를 고려하여, 레티클(16) 상의 1점이 조명 영역을 가로지르는 동안에 그 1점과 간섭 줄무늬의 위치 관계가 변화하도록, 그 펄스 발광 동안의 반사경(5)의 진동 각도, 즉 간섭줄무늬의 이동량을 결정한다.

본 예에서는 플라이 아이 렌즈(6)를 1개 마련하고 있지만, 예컨대 일본국 특허 공개 공보 평성 제1-259533호에 개시되어 있는 바와 같이, 반사경(5)와 터릿판 TP 사이에, 제 2 광 적분기로서의 플라이 아이 렌즈를 마련해도 무방하고, 또한 플라이 아이 렌즈 대신에 내면 반사형의 로드 형상의 광학 부재를 광적분기로서 이용해도 무방하다.

후술하겠지만, 플라이 아이 렌즈(6)에 의해 형성되는 다수의 2차 광원이 형성되는 위치에 있어서, 서로 형상과 크기 중 적어도 한쪽이 상이한 복수의 개구 조리개(7a∼7h)가 형성되어 있는 터릿판(7)이 배치되어 있다. 이 터릿판(7)은 모터(8)에 의해 회전 구동되고, 웨이퍼(25) 상에 전사해야 할 레티클(16)의 패턴에 따라서, 하나의 개구 조리개가 선택되어 조명 광학계의 광로중에 삽입된다. 터릿판(7)과 모터(8)에 의해 조명계용 가변 개구 조리개 장치가 구성된다.

플라이 아이 렌즈(6)에 의해서 형성되는 다수의 2차 광원으로부터의 광속은, 터릿판(7)의 가변 개구 조리개를 통과하여 빔 스플리터(9)에 의해 2개의 광로에 분기되고, 반사광은 적분기(광전 검출기)(10)로 유도되어 조명광의 조도(강도)가 검출된다. 검출된 조도에 따른 신호는 제어 회로(40)에 입력된다. 한편, 투과광은 릴레이(relay) 렌즈(11), 장방형의 개구를 규정하는 가변 시야 조리개(12), 릴레이 렌즈(13)를 통해 반사경(14)에서 반사된 후, 복수의 렌즈 등의 굴절성 광학 소자로 구성되는 콘덴서 광학계(15)에 집광된다. 이에 따라, 가변 시야 조리개(12)의 개구에 의해서 규정되는 레티클(16) 상의 조명 영역이 중첩적으로 거의 균일하게 조명된다. 그리고 투영 광학계(23)에 의해서 웨이퍼(25) 상에 레티클(16) 상의 회로 패턴의 상이 형성되고, 웨이퍼(25) 상에 도포된 레지스트가 감광되어, 웨이퍼(25) 상에 회로 패턴상이 전사된다.

가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 레티클(16) 상의 조명 영역은, 레티클(16)의 주사 방향의 폭이 패턴 영역보다도 좁고, 또한 그 주사 방향과 직교하는 방향의 폭이 패턴 영역보다 넓게 되어 있다. 또한 조명 영역은, 투영 광학계(23)의 광축 AX를 중심으로 해서, 투영 광학계(23)의 원형 이미지 필드 내에서 그 직경을 따라 연장되어 있다.

모터 MT(3)에 의해서 가변 시야 조리개(12)를 구성하는 적어도 하나의 블레이드를 이동함으로써, 가변 시야 조리개(12)의 직사각형 개구의 형상이나 크기를 변경할 수 있도록 되어 있다. 특히, 그 직사각형 개구의 단변 방향의 폭을 변경하면, 레티클(16) 상에서의 조명 영역의 주사 방향의 폭이 변화하고, 이에 따라 주사 노광에 의해서 웨이퍼(25) 상의 한 점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산 광량(노광 도우즈)을 조정하는 것이 가능하게 된다. 이것은, 투영 광학계(23)에 관해서 레티클(16) 상의 조명 영역과 공역인 직사각형 영역을 웨이퍼(25) 상의 1점이 그 주사 방향을 따라서 가로지르는 동안에 그 1점에 조사되는 펄스광의 수가 변경되기 때문이다.

전술한 바와 같이 본 실시예에서는, 광원 제어 회로(45)로부터 송출되는 트리거 펄스에 의해서 광원(1)의 발진 주파수를 변경할 수 있고, 이에 따라 주사 노광중에 웨이퍼(25) 상의 1점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산 광량을 조정하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한 웨이퍼(25) 및 레티클(16)의 주사 속도를 변경시키는 것에 의해서도, 주사 노광 중에 웨이퍼(25) 상의 1점에 조사되는 복수의 펄스광의 적산 광량을 조정할 수 있다. 이것도 전술한 것과 마찬가지로, 발진 주파수나 주사 속도의 변경에 의해, 레티클(16) 상의 조명 영역과 공역인 투영 영역을 웨이퍼(25) 상의 1점이 그 주사 방향을 따라서 가로지르는 동안에 그 한 점에 조사되는 펄스광의 수가 변경되기 때문이다.

주사형 투영 노광 장치에서는, 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 강도와, 주사 노광 중에 웨이퍼(25) 상의 각 점에 각각 조사되는 펄스광의 수 중 적어도 한쪽을 조정하고, 이에 따라 레티클(16)의 패턴상에 의해 노광되는 웨이퍼(25) 상의 영역내의 각 점에 각각 조사되는 복수의 펄스광의 적산 광량(노광 도우즈)을, 웨이퍼(25) 상의 포토 레지스트의 감도에 따른 적정값으로 제어하고 있다.

전술한 바와 같이 본 실시예에서는, 광원(1)의 발진 강도와, 펄스광의 투과율(감광률)을 각각 변경할 수 있도록 되어 있어, 그 발진 강도와 투과율 중 적어도 한쪽을 변경함으로써, 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 강도를 조정할 수 있어, 이에 따라, 노광 도우즈를 최적화할 수 있다. 본 발명에서는, 이러한 펄스광 강도의 조절에 의한 노광 도우즈의 최적화 대신에, 웨이퍼(25) 상의 각 점에 각각 조사되는 펄스광의 수를 조정함으로써 노광 도우즈를 최적화해도 무방하다. 즉, 이 실시예에서는, 전술한 가변 시야 조리개(12)의 개구폭, 즉 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광(전술한 투영 영역에 대응)의 그 주사 방향의 폭과, 광원(1)의 발진 주파수와, 웨이퍼(25)의 주사 속도를 각각 변경할 수 있도록 되어 있어, 그 펄스광의 폭과 발진 주파수와 주사 속도 중 적어도 하나를 변경함으로써, 웨이퍼(25) 상의 각 점에 각각 조사되는 펄스광의 수를 조정할 수 있다. 물론, 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 강도와, 웨이퍼(25) 상의 각 점에 각각 조사되는 펄스광의 수를 각각 조정함으로써, 노광 도우즈의 최적화를 도모하는 것도 가능하다.

즉 본 실시예에서는, 광원(1)의 발진 강도, 펄스광의 투과율(감광률), 웨이퍼(25) 상에서의 펄스광의 폭, 광원(1)의 발진 주파수, 웨이퍼(25)의 주사 속도 중 적어도 하나를 조정하여, 웨이퍼(25) 상의 각 점에서의 노광 도우즈를 그 적정값으로, 혹은 그 노광 도우즈의 제어 정밀도를 요구 정밀도(예컨대 ±1∼2%) 범위내로 설정할 수 있다.

본 예의 투영 광학계(23)는 모두 굴절성의 렌즈 등의 광학 소자로 구성되어 있고, 투영 광학계(23)의 동공(입사 동공)의 위치에는 개구 조리개 Ep가 배치되어 있다. 이 개구 조리개 Ep는 투영 광학계의 개구수를 변경할 수 있도록, 그 크기를 변경할 수 있는 기구로 되어 있어도 무방하고, 이 경우, 투영 광학계 내의 개구 조리개 Ep와 조명 광학계 내의 가변 개구 조리개(7a∼7h)는, 광학적으로 공역인 위치에 배치된다.

레티클(16)은 레티클 홀더(17)에 의해 레티클 스테이지(18)에 유지 고정된다. 레티클 스테이지(18)는, 도 1의 지면(紙面)과 직교하는 면내를 따라 2차원적으로 이동하도록 페이스(22)에 마련되어 있다. 레티클 홀더(17)에는 미러(21)가 마련되고, 레이저 간섭계(20)로부터의 레이저광이 미러(21)에 의해 반사되어 레이저 간섭계(20)에 입사되며, 레이저 간섭계(20)에 의해 레티클 스테이지(18)의 위치가 계측된다. 이 위치 정보는 제어 회로(40)에 입력되고, 이 위치 정보에 근거해서 제어 회로(40)는 레티클 스테이지 구동용 모터(19)를 구동하여 레티클(16)의 위치, 및 주사 노광 중의 레티클(16)의 속도 등을 제어하고 있다.

웨이퍼(25)는 웨이퍼 홀더(26)에 의해 웨이퍼 스테이지(27)에 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(27)는, 도 1의 지면과 직교하는 면내을 따라 2차원적으로 이동하도록 마련된다. 웨이퍼 스테이지(27)에는 미러(31)가 설치되어, 레이저 간섭계(30)로부터의 레이저광이 미러(31)에 의해 반사되어 레이저 간섭계(30)에 입사하며, 레이저 간섭계(30)에 의해 웨이퍼 스테이지(27)의 위치가 계측된다. 이 위치 정보는 제어 회로(40)에 입력되고, 이 위치 정보에 근거해서 제어 회로(40)는 웨이퍼 스테이지 구동용 모터(29)를 구동하여 웨이퍼(25)의 위치 및 주사중의 웨이퍼(25)의 속도 등을 제어하고 있다. 웨이퍼 스테이지(27) 상에는 조도 센서 (광전 검출기)(28)가 마련되어, 웨이퍼(25)에 조사되는 노광광의 조도가 검출된다. 이 조도 센서(28)의 검출 신호는 제어 회로(40)에 입력된다.

이 실시예의 투영 노광 장치에서는, 조명 광학계를 질소 가스 등의 불활성 가스 분위기 내에 배치한다. 그 때문에, 예를 들어 일본국 특허 공개 공고 평성 제6-260385호에 개시되어 있는 바와 같이, 도시하지 않은 조명 광학계의 프레임 본체에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 장치와, 프레임 본체로부터 오염된 불활성 가스를 배출하는 불활성 가스 배출 장치가 마련된다. 또한 투영 광학계(23)를 구성하는 복수의 광학부재 사이에 형성되는 복수의 공간에도 질소 가스 등의 불활성 가스를 공급하며, 오염된 불활성 가스를 복수의 공간으로부터 배출한다. 그 때문에, 불활성 가스 공급 장치(41)와 불활성 가스 배출 장치(42)가 마련되고, 가스 공급 장치(41)는 파이프(43)를 거쳐서 투영 광학계(23)의 내부로 건조한 질소 등의 불활성 가스를 공급하며, 또한 배출 장치(42)는 투영 광학계(23)의 내부의 기체를 파이프(44)를 거쳐서 외부로 배출한다. 또, 불활성 가스로서는 질소에 한정하지 않고, 헬륨, 아르곤 등의 기체를 이용하는 것도 가능하다.

다음에, 투영 노광 장치에 있어서의 조명 광학계의 개구수(즉 2차 광원의 형상이나 크기)를 변경하는 가변 개구 조리개 장치에 대하여 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이 터릿판(7) 상의, 조명 광학계의 광로 중에 삽입된 개구 조리개의 최주연(최외경)으로부터의 광축 AX에 평행한 주(主)광선 Ri에 의해 결정되는 조명 광학계의 개구수를 NAi(= sinθi)로 하고, 투영 광학계(23)의 개구 조리개 Ep의 최주연(최외경)으로부터의 광축 AX에 평행한 주 광선 Ro에 의해 결정되는 투영 광학계(23)의 조명 광학계측의 개구수를 NAo (= sinθo)로 할 때, 코히어런스 팩터(coherence factor)로서의 σ값은, 다음 식으로 정의된다.

투영 광학계(23)의 동공(입사 동공)의 위치에 배치되는 개구 조리개 Ep와 조명 광학계의 터릿판(7) 상의 가변 개구 조리개는 광학적으로 공역이고, 투영 광학계(23)의 동공상에는 가변 개구 조리개의 상(2차 광원의 상)이 형성되기 때문에, 가변 개구 조리개의 상의 직경을 D7로 하고, 투영 광학계(23)의 개구 조리개 Ep의 직경을 D23으로 할 때 최대 코히어런스 팩터로서의 σ값은 다음 식으로 정의할 수 있다.

일반적으로, 광 리소그래피 공정에 있어서의 투영 노광 장치의 σ값은, 0.3∼0.8의 범위로 설정되도록 구성되어 있다. 본 예에서는, 도 1에 나타내는 터릿판(7)에는, 도 2에 나타내는 복수의 개구 조리개(7a∼7h)가 마련되고, 후술하는 바와 같이, 용도에 따라 어느 한 쪽의 개구 조리개가 선택된다.

도 2에 도시하는 바와 같이 석영 등의 투명 기판으로 이루어지는 터릿판(7)에는, 8개의 개구 조리개(7a∼7h)가 형성되어 있다. 원형 개구를 갖는 5개의 개구 조리개(7a, 7e∼7h)는, σ값을 적극적으로 변화시키기 위한 것으로, 그 중의 3개의 개구 조리개(7e, 7f, 7g)는, 실제의 노광 동작시에 있어서 이용되는 조리개이며, 나머지 2개의 개구 조리개(7a, 7h)는, 광 세정 동작시에 있어서 이용되는 개구 조리개이다. 광 세정이란, 레이저를 조사함으로써, 렌즈 표면에 부착되어 있는 수분이나 유기 물질 등의 오염 물질을 렌즈 표면으로부터 박리시켜, 투과율을 향상시키는 것이다.

3개의 변형 개구를 갖는 개구 조리개(7b∼7d)는 노광 동작시에 이용함으로써 투영 광학계(23)의 해상력(초점심도)을 향상시키기 위한 것이다. 개구 조리개(7c, 7d)는, 서로 링대 비(링대 개구의 내경과 외경의 비)가 서로 다른 링대 개구를 갖는 조리개이고, 나머지 하나의 개구 조리개(7b)는, 4개의 편심된 2차 광원을 형성하기 위해서 4개의 편심된 개구를 갖는 조리개이다.

8개의 개구 조리개(7a∼7h)를 갖는 터릿판(7)은, 도 1에 나타내는 모터(8)를 거쳐 회전되고, 8개의 개구 조리개 중 하나의 개구 조리개, 즉 소망하는 개구 형상을 갖는 조리개가 플라이 아이 렌즈(6)의 사출면에 근접하여 배치된다. 바꿔 말하면, 플라이 아이 렌즈(6)에 의해서 2차 광원이 형성되는, 그 사출측 초점면에 설정된다. 이 모터(8)의 구동은 제어 회로(40)에 의해서 제어되고 있다.

도 3은, 서로 다른 크기의 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7a, 7e∼7h)의 상이 투영 광학계(23)내의 개구 조리개 Ep상에 형성될 때의 모양을 나타내고 있다. 각각의 개구 조리개에 대하여 (1) 내지 (5)에 의해 상세하게 설명한다.

(1) 가장 작은 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7e)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계의 개구수 NAi가 가장 작아지게 되고, 이 때, 개구 직경 D23a를 갖는 개구 조리개 Ep의 내부에는, 개구 직경 D7e의 개구 조리개(7e)의 상이 형성되고, σ 값이 0.4로 설정된다. 즉, σ= D7e/D23a = NAi/NAo = 0.4의 관계가 성립된다. 따라서, 개구 조리개(7e)가 조명 광로 내에 설정되면, 0.4의 σ값을 기초로 레티클(16)의 패턴을 웨이퍼(25) 상에 전사할 수 있다.

(2) 개구 조리개(7e)보다 큰 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7f)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계의 개구수 NAi는, 개구 조리개(7e)가 조명 광로 내에 설정되었을 때보다 커진다. 이 때, 개구 직경 D23a를 갖는 개구 조리개 Ep의 내부에, 개구 직경 D7f의 개구 조리개(7f)의 상이 형성되고, σ값이 0.6으로 설정된다. 즉 σ= D7f/D23a= NAi/NAo= 0.6의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(7f)가 조명 광로 내로 설정되면, 0.6의 σ값을 기초로 레티클(16)의 패턴을 웨이퍼(25) 상에 전사할 수 있다.

(3) 개구 조리개(7f)보다 큰 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7g)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계의 개구수 NAi는, 개구 조리개(7f)가 조명 광로 내로 설정되었을 때보다 커진다. 이 때, 개구 직경 D23a를 갖는 개구 조리개 Ep의 내부에, 개구 직경 D7g의 개구 조리개(7g)의 상이 형성되고, σ값이 0.8로 설정된다. 즉 σ= D7g/D23a = NAi/NAo = 0.8의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(7g)가 조명 광로 내로 설정되면, 0.8의 σ값을 기초로 레티클(16)의 패턴을 웨이퍼(25) 상에 전사할 수 있다.

(4) 개구 조리개(7g)보다 큰 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7h)가 조명 광로 내로 설정되면, 조명 광학계의 개구수 NAi는, 개구 조리개(7g)가 조명 광로 내로 설정되었을 때보다도 커진다. 이 때, 개구 조리개 Ep의 개구 직경 D23a와 동일한 크기의 개구 직경 D7h를 갖는 개구 조리개(7h)의 상이 형성되고, σ값이 1.0으로 설정된다. 즉 σ= D7h/D23a = NAi/NAo = 1.0의 관계가 성립한다. 따라서, 개구 조리개(7h)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계의 콘덴서 광학계(15)를 구성하는 광학 소자의 유효 직경, 투영 광학계(23)를 구성하는 렌즈 등의 광학 소자의 유효 직경, 또한 이들의 광학 소자의 유효 직경을 초과하는 부분까지 충분히 조명 광속을 유도할 수 있다. 이 때문에, 이들의 광학 소자의 표면에 부착된 수분이나 유기물 등을 노광용의 조명 광속에 의한 광 세정 효과에 의해서 소실시킬 수 있다.

(5) 개구 조리개(7h)보다 큰 원형 개구를 갖는 개구 조리개(7a)가 조명 광로 내로 설정되면, 조명 광학계의 개구수 NAi는, 개구 조리개(7h)가 조명 광로 내로 설정되었을 때보다 커진다. 이 때, 개구 직경 D23a를 갖는 개구 조리개 Ep를 포함하도록, 개구 직경 D7a의 개구 조리개(7a)의 상이 형성되고, σ값이 1.2로 설정된다. 즉 σ= D7a/D23a = NAi/NAo = 1.2의 관계가 성립된다. 따라서, 개구 조리개(7a)가 조명 광로 내에 설정되면, 조명 광학계의 콘덴서 광학계(15)를 구성하는 광학 소자의 유효 직경, 투영 광학계(23)를 구성하는 렌즈 등의 광학 소자의 유효 직경은 물론, 이들의 광학 소자의 유효 직경을 초과하는 렌즈 주연부에까지 충분히 조명 광속을 유도할 수 있다. 이 때문에, 이들의 광학 소자의 표면에 부착된 수분이나 유기물 등을 광 세정 한다고 하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.

본 예에 있어서의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 1에 도시하는 바와 같이 건조한 질소 등의 불활성 가스를 가스 공급 장치(41)로부터 파이프(43)를 거쳐 투영 광학계(23) 내부에 공급하여, 완전히 충전시킨 후, 배출 장치(42)에 의해 투영 광학계(23)의 내부의 기체를 파이프(44)를 거쳐 외부로 배출한다. 조명 광학계의 노광광의 광로 전체도 투영 광학계(23)와 같이 밀폐 구조로하며, 마찬가지로 건조한 질소 등의 불활성 가스를 공급 충전함과 동시에, 배출 장치로 내부의 기체를 배출한다.

노광 중에도 가스 공급 장치(41)와 배출 장치(42)를 상시 작동시켜, 렌즈실 등의 광학 소자간의 분위기를 항상 건조 청정된 상태로 유지하는 것이 바람직하지만, 노광 동작에 앞서 렌즈실 등의 광학 소자 사이에 형성되는 공간의 기체를 청정화시킨 다음에는, 공급 장치(41)와 배출 장치(42)를 정지시켜도 무방하다. 조명 광학계도 마찬가지이다.

이어서, 도시하지 않은 레티클 로딩 기구에 의해, 전사할 패턴이 묘화된 레티클(16)을 레티클 스테이지(18) 상에 반송하여 탑재한다. 이 때, 그 레티클(16)이 소정 위치에 설치되도록, 도시하지 않은 레티클 얼라이먼트계에 의해 그 레티클(16)의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 도시하지 않은 레티클 위치 제어 회로에 의해 레티클(16)의 위치를 소정 위치에 설정한다.

노광 공정을 개시하기 전에, 도 4에서 부호 C1로 나타낸 바와 같이 투영 광학계(23)의 투과율 시간 변화 예측 직선(투과율 시간 변화 특성)을 산출한다. 도 4는 횡축에 노광 시간을, 종축에 투과율을 나타낸 그래프이다. 이 투과율은 적분기 센서(10)로 노광광을 분기하는 하프 미러(half mirror)(9)로부터 웨이퍼면까지의 광학계 (이하, 이 광학계를 투과율 계측 광학계라고 함)의 투과율이다.

우선, 조도 센서(28)를 투영 광학계(23)의 광축상에 배치하고 레이저 광원(1)을 구동하여 예를 들어 20000 펄스의 공타(空打)를 실행한다. 예컨대 1회째의 펄스에 동기하여 적분기 센서(10)와 조도 센서(28)로 각각 노광광의 조도를 취입한다. 이 때의 적분기 센서(10)의 출력 LI와 조도 센서(28)의 출력 LW의 비율 LW/LI를 산출한다. 이것이 도 4에 있어서의 노광 개시시의 투과율 P0이다. 이어서, 예를 들면 20001회째의 펄스에 동기하여, 적분기 센서(10)와 조도 센서(28)로 각각 노광광의 조도를 취입한다. 이 때의 적분기 센서(10)의 출력 LI와 조도 센서(28)의 출력 LW의 비율 LW/LI를 산출한다. 이것이 도 4에 있어서의 노광 시간 t1에 있어서의 투과율 P1이다.

레이저 펄스의 공타에 의한 자기 세정 효과에 의해 투영 광학계(23)를 포함하는 투과율 계측 광학계의 표면에 부착되어 있는 수분이나 유기 물질이 렌즈 표면으로부터 박리되고, 투과율 계측 광학계의 투과율은 향상되어 투과율 P1>P0으로 된다. 이 두개의 투과율 P0과 P1을 직선으로 연결하여 투과율 시간 변화 예측 직선 C1을 산출한다.

도 5는 투과율 시간 변화 특성 직선을 산출하면서 노광시키는 순서를 나타내는 흐름도이다. 단계 S1에서 조명 광학계의 가변 개구 조리개와, 레티클의 종류와, 투영 광학계의 개구수 NA를 결정하여 입력한다. 이것에 근거해서, 터릿판(7)이 모터(8)로 회전 구동되고, 그 종류에 대응하는 형상 및 크기를 갖는 2차 광원을 형성하는 개구 조리개가 조명 광로에 삽입되며, 투영 광학계(23)의 개구수 NA가 개구 조리개 Ep에 의해 조절된다. 또한 결정된 레티클(16)이 레티클 라이브러리로부터 반송되어 레티클 스테이지(18)에 세트된다.

단계 S2에서는, 조도 센서(28)가 투영 광학계(23)의 광축상에 위치하도록 웨이퍼 스테이지(27)를 이동한다. 단계 S3에서는, 레이저 광원(1)을 구동하여 레이저광을 출사시키고(공타함), 적분기 센서(10)로 미러(9)로부터 반사되는 노광광의 조도 LI를 검출하고, 조도 센서(28)로 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 노광광의 조도 LW를 검출한다. 단계 S4에서는, 그들의 검출 결과를 제 1회째의 검출 조도로서 기억 보존한다. 단계 S5에서 20000 펄스의 공타가 종료되었다고 판정되면 단계 S6으로 진행한다. 단계 S6에 있어서, 20001 펄스째의 펄스 레이저를 출사시켜, 적분기 센서(10)로 미러(9)로부터 반사되는 노광광의 조도 LI를 검출하고, 조도 센서(28)로 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 노광광의 조도 LW을 검출한다. 단계 S7에서는, 그들의 검출 결과를 공타 최후의 검출 조도로서 기억 보존한다.

그리고, 단계 S8에 있어서, 제 1 회째의 검출 조도와 최후의 검출 조도에 근거해서 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출한다. 이 예측 직선은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제 1 회째의 검출 조도의 비 LW/LI에 의한 투과율 P0과, 최후의 검출 조도의 비 LW/LI에 의한 투과율 P1을 산출하여, 이들의 점 P0과 P1을 맺은 직선에 의해 근사(近似)된다. 이 투과율 시간 변화 예측 직선은 일차 함수로서 기억하거나, 혹은 노광 시간에 대한 투과율의 테이블로서 후술하는 기억 장치(57)에 기억할 수 있다.

이와 같이 해서 투과율 시간 변화 예측 직선 C1이 결정되면, 도 5의 단계 S9에 있어서, 1장째의 웨이퍼(25)를 투영 광학계(23)의 광축에 대향시켜 노광을 개시한다. 레티클(16)의 패턴이 전사되는 웨이퍼(25)의 표면에는 감광 재료인 레지스트가 미리 도포되어 있고, 그 상태에서 도시하지 않은 웨이퍼 로딩 기구에 의해 웨이퍼(25)가 반송되어 웨이퍼 스테이지(27) 상에 설치된다. 웨이퍼(25)는 웨이퍼 스테이지(27) 상에서 정렬되어 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(27) 상에 설치된 웨이퍼(25)는, 제 1 회째 패턴 전사에서는 그 웨이퍼(25) 상에 패턴은 존재하지 않고, 웨이퍼 스테이지(27) 상의 소정의 위치에, 예컨대 웨이퍼(25)의 외경 기준으로 정해지는 위치에 설치된다. 그 후, 웨이퍼(25) 상에 패턴이 전사된다. 이 전사는, 레티클(16) 상의 패턴의 일부를 가변 시야 조리개 (레티클 블라인드)(12)에 의해서 선택적으로 조명하고, 레티클 스테이지(18)에 의해서 레티클(16)을 그 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 조명 영역에 대해 상대 이동시키며, 그것에 동기하면서 웨이퍼(25)를 웨이퍼 스테이지(27)에 의해서 투영 광학계(23)에 관해 그 조명 영역과 공역인 투영 영역에 대하여 상대 이동하는, 소위 주사형의 전사(스텝 앤스 스캔 방식)이다. 혹은, 전사하고자 하는 레티클(16) 상의 패턴 영역의 전면을 한번에 모두 조명하여 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식이어도 무방하다.

도 6은 본 발명에 있어서의 레이저광의 강도를 웨이퍼 상에서의 목표 조도로 피드백 제어하는 블럭도이며, 예를 들면 제어 회로(40) 내에 소프트웨어나 하드웨어의 형태로 마련할 수 있다. 목표값 설정 회로(51)에는, 레지스트의 감도 특성 등에 따라 결정되는 웨이퍼 상에서의 목표 조도가 설정된다. 전술한 바와 같이, 적분기 센서(10)는 플라이 아이 렌즈(6)로 균일화된 노광광의 조도에 따른 검출 신호 LI를 출력하고, 조도 센서(28)는 웨이퍼 스테이지(27) 상의 노광광의 조도에 따른 검출 신호 LW를 출력한다. 그래서, 노광 작업을 개시하기 전에, 조도 센서(28)를 투영 광학계(23)의 광축 AX상으로 이동하고, 적분기 센서(10)의 계측값 LI와 조도 센서(28)의 계측값 LW를 샘플 홀드 회로(52)에서 유지한다. 적분기 센서(10)의 검출 신호 LI와 조도 센서(28)의 검출 신호 LW의 비(센서(28)의 출력 LW/센서(10)의 출력 LI)를 제산기(除算器)(53)로 산출하고, 이득 α 연산기(54)는 LW/LI에 소정의 계수 K1을 곱해 이득 α를 연산한다. 그리고 노광 작업 중에는, 승산기(55)에서 적분기 센서(10)의 출력 신호에 이득 α가 곱해져서, 추정 실(實)조도 LPR이 출력된다. 즉, 추정 실조도 LPR은 노광 개시시에 있어서 적분기 센서(10)의 계측값이 100이고 웨이퍼 상의 조도가 50인 경우, 50/100의 비율에 소정의 계수 K1을 곱해 구한 이득 α에 노광 중인 적분기 센서(10)의 출력 신호을 곱해서 웨이퍼 상의 조도를 추정한 것이다. 즉, 이 이득 α는, 투과율의 변동이 없는 것으로 했을 때에 최적의 값으로서 설정된다.

적분기 센서(10)의 검출 신호에 승산기(55)에 의해 이득 α가 승산된 추정 실조도 LPR에는 다시 승산기(56)에 의해 이득 β가 승산되어, 웨이퍼 상에서의 보정후의 추정 실조도 LPRC가 연산된다. 이득 β가 다음과 같이 하여 산출된다. 기억 장치(57)에는, 전술한 바와 같이 미리 정해진 투과율 시간 변화 예측 직선이 기억되어 있다. 타이머(58)는 노광 개시로부터의 경과 시간을 계측하여, 그 계시 시간에 따라 기억 장치(57)를 액세스해서 투과율을 판독한다. 그 판독한 결과는 이득 β 연산기(59)에 입력되고, 이득 β 연산기(59)는 판독된 투과율에 소정의 계수 K2를 곱해 이득 β를 연산한다. 예를 들어, 투과율이 80%인 경우 이득 β은 0.8 × K2로 설정된다.

이렇게 하여 적분기 센서(10)의 검출 신호에 이득 α, β가 승산된 신호 LPRC는 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 실조도를 추정한 값을 나타내고, 이 신호는 편차기(60)에 입력된다. 편차기(60)는, 목표값 설정 회로(51)로부터 출력되는 웨이퍼 상의 목표 조도와 보정후의 추정 실조도의 편차를 계산하여, 이 편차를 PID 연산 회로(61)에 입력해서 PID 연산을 실행하고, 그 연산 결과를 광원 제어 회로(45)에 보내어 광원(1)을 제어, 즉 그 발진 강도를 조절한다.

여기서, 도 4의 시점 t1∼t2 사이에서 웨이퍼(25)에 패턴상이 투영된다 고 가정하면, t1∼t2 사이의 노광중에 사용되는 투과율은 그 동안의 경과 시간(노광 시간)에 근거해서 예측 직선 C1로부터 산출된다.

도 5의 단계 S9(도 4의 시점 t2)에서 1장째의 웨이퍼(25)에 대한 노광이 종료되면, 단계 S10∼S12에 있어서, 전술한 단계 S2∼S4와 마찬가지로 하여, 시점 t 2에서의 적분기 센서(10)와 조도 센서(28)의 비 LW/LI로부터 투과율 P2를 산출하고, 이 투과율 P2를 기억하여 단계 S13으로 진행한다. 단계 S13에 있어서, 단계 S 8과 마찬가지로 하여, 시점 t1의 투과율 P1과 시점 t2의 투과율 P2를 연결해서, 도 4에 도시하는 바와 같이 투과율 시간 변화 예측 직선 C2를 산출한다.

이어서, 단계 S14에 있어서, 다음(2장째)의 웨이퍼(25)의 노광을 개시한다. 2장째의 노광에 있어서도, 1장째와 마찬가지로 예측 직선 C2에 근거해서, 시점 t2∼t3의 경과 시간으로부터 투과율을 산출하고, 이 투과율로부터 산출되는 이득 β를 사용하여 노광량이 제어된다.

웨이퍼(25)에 대한 제 2 회째 이후의 패턴 전사의 경우에는, 적어도 웨이퍼(25) 상에는 패턴이 존재하기 때문에, 그 전에 전사된 패턴에 부설되는 마크를 도시하지 않은 웨이퍼 정렬계에 의해 계측함으로써 웨이퍼(25) 상의 그 패턴의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 웨이퍼(25) 상에 먼저 전사된 패턴에 대하여, 이제부터 전사할 패턴이 소정의 위치 관계가 되도록 레티클 스테이지(18)나 웨이퍼 스테이지(27)의 위치를 제어한다.

이상의 실시예에서는, 시점 t0∼t1 사이에 20001 펄스의 공타를 실행하는 것으로 하였지만, 공타의 펄스 수는 20001 펄스에 한정되지 않는다. 또한 시점 t0과 t1, 시점 t1과 t2의 두개의 투과율을 각각 연결해서 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하여 투과율을 예측하도록 하였지만, 3점 이상의 투과율을 이용해도 무방하다. 근사 방법도 직선 근사가 아니라, 산출된 투과율을 직접 연결하지 않는 회귀 직선이나 회귀 곡선이어도 무방하다. 다항식 근사, 누승 근사, 지수 근사, 수정 지수 근사 등 어느 쪽의 방법이라도 무방하다.

여기서, 전술한 바와 같이 3점 이상의 투과율에 근거해서 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하는 방식에 대하여 도 7을 참조하여 상세히 설명한다. 도 7은 도 4와 동일한 도면으로서, 2장째 웨이퍼의 노광에 앞서, 3점의 투과율에 근거해서 산출한 투과율 시간 변화 예측 직선 C11을 도시한 도면이다. 2장째의 웨이퍼의 노광을 개시하기 전에, 도 7에 나타내는 시점 t0에 있어서의 투과율 P0과, 시점 t1에 있어서의 투과율 P1과, 시점 t2에 있어서의 투과율 P2의 3개의 데이터 (t0, P0), (t1, P1), (t2, P2)에 근거해서, 다음 수학식(3)의 최소 제곱법에 의해 근사 직선 C11을 산출한다.

그리고, 2장째 웨이퍼의 노광 종료 시점 t3의 투과율 P3을 전술한 바와 마찬가지로 산출하고, 3장째 웨이퍼의 노광을 개시하기 전에, 도 7에 나타내는 시점 t1에서의 투과율 P1과, 시점 t2에 있어서의 투과율 P2과, 시점 t3에 있어서의 투과율 P3의 3개의 데이터 (t1, P1), (t2, P2), (t3,P3)에 근거해서, 다음 수학식(4)의 최소 제곱법에 의해 근사 직선 C21을 산출한다.

이하, 마찬가지로 4장째 이후의 웨이퍼를 노광할 때에도 동일하게 해서 최신의 3가지의 데이터조(組)에 근거해서 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하고, 그 투과율 시간 변화 예측 직선에 따라서 노광 제어를 실행한다.

또한 이상에서는, 1장째의 웨이퍼의 노광이 종료한 후에는, 다음 웨이퍼의 노광 개시 전에 투과율을 계측하여 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하도록 하였지만, 오차 허용 가능 범위 내에서, 웨이퍼 2장마다, 3장마다 등으로 예측 직선을 산출해도 무방하다. 즉 복수의 웨이퍼에 대하여 공통의 예측 직선으로부터 산출한 투과율로 노광 도우즈를 제어해도 무방하다. 도 8은 이러한 경우의 노광 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 8은, 1장의 웨이퍼마다가 아니라 복수의 웨이퍼마다 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하여 노광을 실행하는 경우의 순서예를 나타내는 흐름도이다. 도 5와 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 부여하고 상위점을 주로 설명한다. 단계 S8에서 산출한 투과율 시간 변화 예측 직선은, 단계 S21에서는 m장의 웨이퍼에 대하여 노광 처리가 행해질 때까지 공통으로 사용된다. 단계 S21에서 m장의 웨이퍼에 대한 노광 처리가 종료되었다고 판정되면, 단계 S22에서 노광 처리가 모두 종료되었는지 판정한다. 모든 처리가 종료되었다고 판정되면, 도 8의 처리를 모두 종료한다. 단계 S22가 부정되어, 계속해서 웨이퍼의 노광 처리를 실행하는 경우에는, 단계 S10∼단계 S13에서 이전의 투과율과 금번의 투과율에 의해 투과율 시간 변화 예측 직선을 새롭게 산출한다. 그런 다음 단계 S9로 진행하여, 새로운 투과율 시간 변화 예측 직선을 이용해 노광량 제어를 하면서 노광 처리가 실행된다.

이와 같이 도 8의 순서에 의하면, 투과율의 변동이 그다지 크지 않은 경우에는 복수의 웨이퍼마다 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하도록 하였기 때문에, 스루풋을 그다지 저하시키는 일없이 정밀도가 무방하고 적정한 노광량으로 노광할 수 있다.

투과율의 변동이 1장의 웨이퍼 노광 동안에 허용할 수 없는 정도로 변동하는 경우에는, 1칩마다, 혹은 2칩마다 예측 직선을 산출하는 것이 바람직하다. 도 9는 이러한 경우의 노광 순서를 나타내는 흐름도이다.

도 9는, 1장의 웨이퍼마다가 아니라 1장의 웨이퍼 상의 N칩마다 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하여 노광을 실행하는 경우의 순서예를 나타내는 흐름도이다. 도 5와 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 부여하고 상위점을 주로 설명한다. 단계 S8에서 산출한 투과율 시간 변화 예측 직선은, 단계 S31에서 N 칩에 대하여 노광 처리가 행해질 때까지 공통으로 사용된다. 단계 S32에서 1장의 웨이퍼에 대한 노광 처리가 종료되었는지 여부를 판정한다. 부정되면 단계 S10∼단계 S13에서 전회의 투과율과 금번의 투과율에 의해 투과율 시간 변화 예측 직선을 새롭게 산출한다. 그리고 단계 S31로 진행하여, 새로운 투과율 시간 변화 예측 직선을 이용해 노광량 제어를 하면서 다음 N 칩에 대한 노광 처리가 행해진다. 단계 S32에서 1장의 웨이퍼에 대한 노광 처리가 종료되었다고 판정되면, 단계 S33에서 노광 처리가 모두 종료하였는지 판정한다. 모든 처리가 종료라고 판정하면, 도 9의 처리를 모두 종료한다. 단계 S33이 부정되어, 계속해서 새로운 웨이퍼의 노광 처리를 실행하는 경우에는, 단계 S10∼S13으로 진행하여 새롭게 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출해서 단계 S31 이후의 처리를 실행한다.

이와 같이 도 9의 순서에 의하면, 투과율의 변동이 큰 경우에는 1장의 웨이퍼중에서 N 개의 칩을 노광할 때마다 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하도록 하였기 때문에, 정밀도가 무방하고 적정 노광량으로 노광할 수 있다. 또, 공통의 투과율 시간 변화 예측 직선을 사용하는 칩수는 하나 이상의 적당한 수이다.

또한 투과율의 변화가 허용할 수 있을 정도로 작아지게 되었을 때에는, 투과율 시간 변화 예측 직선에 의한 노광량 제어를 정지해도 무방하다. 도 10은 이러한 경우의 노광 순서를 나타내는 흐름도이다. 도 5와 마찬가지의 부분에는 동일한 부호를 부여하고 상위점을 주로 설명한다.

도 10을 참조하면, 단계 S41에 있어서, 투과율이 미리 정한 기준값 이상이라고 판정될 때까지는 단계 S44로 진행하고, 직전에 산출된 투과율 시간 변화 예측 직선을 사용하여 단계 S14에서 다음 웨이퍼를 노광 처리한다. 단계 S41에 있어서, 투과율이 미리 정한 기준값 이상이라고 판정되면 단계 S42로 진행하여 플래그를 세트하고, 단계 S43에 있어서, 이후의 투과율 시간 변화가 없는 것으로 하여 이득 β의 값을 결정한다. 예를 들면, 도 6에 있어서 설명한 바와 같이, 이득 β을 계수 K2에 투과율을 곱하여 구하는 경우에는, 계수 K2에, 단계 S41에서 정한 소정의 투과율을 곱하여 결정된다. 그리고 단계 S14에서 다음 웨이퍼를 노광 처리하고, 단계 S15에서 모든 노광 처리가 종료된 것이 아니라고 판정되면, 단계 S45에서 플래그의 상태를 판정하여, 플래그가 세트되어 있으면 단계 S14로, 세트되어 있지 않으면 단계 S10으로 진행한다.

이와 같이 도 10의 순서에 따르면, 투과율이 소정값 이상으로 되면 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출할 필요가 없어, 처리 시간을 단축하여 스루풋을 향상시킬 수 있다.

조도 센서(28)에 의해 웨이퍼(25) 상에서의 조도를 측정하는 경우, 다음에 주의해야 한다. 레티클의 투과율은 레티클(16)의 패턴 밀도에 의해서 영향을 받아, 조도 센서(28)로 웨이퍼(25) 상의 조도를 측정할 때마다 레티클의 위치가 다르면 정확한 투과율을 측정할 수 없다. 그 때문에, 조도 센서(28)에 의해 웨이퍼(25) 상에서 조도를 측정하는 경우, 레티클 스테이지(18) 상에서 레티클(16)은 동일한 위치에 설정해야 할 필요가 있다.

또한 레티클 표면적(패턴이 형성되는 직사각형 영역의 면적)에 대한 패턴 면적(차광부(크롬)의 면적)의 비율이 작은, 소위 백(白) 레티클이라고 불리는 레티클과, 레티클 표면적에 대한 패턴 면적의 비율이 큰, 소위 흑(黑) 레티클이라고 불리는 레티클에서는 투과율이 크게 다르다. 흑 레티클은 조명되는 노광광의 투과율이 작기 때문에, 조도 센서(28)에 입사되는 광량이 센서(28)의 감도 이하로 되는 경우도 있다. 이 경우, 웨이퍼(25) 상의 조도 측정이 사실상 불가능하기 때문에, 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출할 수가 없다.

그래서, 도 11에 도시하는 바와 같이 레티클 패턴 영역 RP의 외측에 계측용투명 영역 RA를 형성한 레티클(16)을 사용하여, 웨이퍼(25) 상의 조도를 계측하는 경우에는, 투명 영역 RA와 투영 광학계(23)에 대하여 공역인 위치로 조도 센서(28)를 이동하여 웨이퍼 스테이지상의 조도를 계측하면 된다. PE는 펠리클 프레임의 배치 위치를 나타낸다. 투명 영역의 형상이나 수량은 도 11에 한정되지 않는다. 또, 투명 영역 RA를 사용하지 않더라도, 레티클(16)의 패턴 밀도가 낮은 영역과 투영 광학계(23)에 대하여 공역인 위치에 조도 센서(28)를 배치해도 무방하다. 혹은 레티클 스테이지(18) 자체에 조명광이 통과할 개구를 마련해도 무방하다. 레티클 스테이지(18)을 조명광로로부터 완전히 퇴피시켜 조도 센서(28)로 계측해도 무방하다.

(미리 기억한 투과율 시간 변화 특성에 의해 노광을 처리하는 제 2 실시예)

이상 설명한 제 1 실시예에서는, 투과율 시간 변화 예측 특성을 예측하면서 노광 처리하도록 하였지만, 제 2 실시예는 노광 전에 기억한 투과율 시간 변화 특성을 이용하여 노광을 처리하는 것이다.

노광 장치의 전체 구성 및 노광광을 목표값으로 설정하는 회로는 도 1 혹은 도 6에 나타낸 것과 동일하여, 상세한 설명은 생략한다. 또, 도 6의 기억 장치(57)에 저장되는 투과율 시간 변화 특성의 설정 방법이 제 1 실시예와 제 2 실시예에서는 서로 다르다. 그래서 우선, 도 6의 기억 장치(57)에 저장되는 투과율 시간 변화 특성의 설정 방법에 대하여 설명한다.

기억 장치(57)의 기억 내용에 대하여 설명한다. 도 12는, 레티클의 종류에 의한 투영 광학계(23)의 투과율의 시간 변화 특성을 나타내는 것으로, 실선 RW는, 레티클 표면적(패턴이 형성되는 직사각형 영역의 면적)에 대한 패턴 면적(차광부(크롬)의 면적)의 비율이 작은, 소위 백 레티클이라고 불리는 레티클의 특성이고, 파선 RB는, 레티클 표면적에 대한 패턴 면적의 비율이 큰, 소위 흑 레티클이라고 불리는 레티클의 특성이다. 백 레티클은 흑 레티클에 비해서 조명되는 노광광의 투과율이 크기 때문에, 투영 광학계(23)에 대한 자기 세정 효과가 높고, 흑 레티클에 비교해서 투과율의 상승이 급하며, 게다가 포화 투과율도 높아지는 경향이 있다.

이와 같은 투과율의 시간 변화 특성은, 사용할 레티클의 종류 이외에도 다양한 노광 조건마다 서로 다른 경향을 갖는다. 가변 개구 조리개 장치에 의해 통상 조명용 조리개(7e, 7f, 7g)를 사용하는 경우에는, 도 13에 도시하는 바와 같이 실선(7g), 점선(7f), 파선(7e)과 같이 된다. 여기서, 실선 T7e는 개구 조리개(7e), 점선 T7f는 개구 조리개(7f), 파선 T7g는 개구 조리개(7g)의 특성이다. 또한 투영 광학계(23)의 개구수 NA가 일정하면, σ의 크기는 개구 조리개의 크기에 의존하고, 도 13에 도시하는 바와 같이 개구 조리개(7g, 7f, 7e)를 사용할 때는 σ대, σ중, σ소에 각각 상당하는 것으로 된다. 한편, 투영 광학계(23)의 개구수 NA에 따라서도 이 시간 변화 특성은 서로 다른 경향을 나타내지만, 개구수 NA가 크면, 투영 광학계의 그 개구 조리개 Ep보다도 웨이퍼측의 광학계에 입사되는 노광광이 많기 때문에, 보다 급준한 상승 특성과, 또한 포화 투과율도 높게 되는 경향으로 된다.

변형 조명을 실행할 때에 사용되는 터릿판(7)의 링대 개구(7c, 7d)에 대해서도, 링대의 내경과 외경에 따라 투과율의 시간 변화 특성이 상이하기 때문에, 미리 이들의 특성을 계측하여 기억한다.

도 6의 기억 장치(57)에는, 각종 노광 조건마다 미리 계측된 도 12, 도 13에 나타내는 바와 같은 시간 변화 특성을 샘플 시각과 함께 기억시켜 두고, 노광 조건이 결정되면, 노광 조건에 따른 테이블을 참조하여 노광 동작 개시로부터의 경과 시간에 따라 투과율을 판독한다.

여기서, 레티클(16)의 패턴의 상으로 웨이퍼(25)를 노광하는 조건이란, 그 패턴의 종류와, 그 종류에 따라 결정되는, 그 레티클을 조명하는 조건, 즉 복수의 광원상으로 이루어지는 2차 광원의 강도 분포(형상과 크기)와, 그 종류에 따라 결정되는, 투영 광학계(23)의 개구수를 각각 조합한 것이다.

기억 장치(57)에 미리 기억되어 있는 노광 조건과 서로 다른 노광 조건일 때에는, 가장 가까운 노광 조건의 테이블을 이용하여, 보간 연산에 의해 투과율을 산출할 수 있다. 예를 들면, 레티클 표면적에 대한 패턴 면적의 비율이 백 패턴과 흑 패턴간의 비율일 때에는, 백 패턴 또는 흑 패턴의 시간 변화 특성으로부터 판독한 투과율을, 패턴 면적 비율의 비에 따라 보정하여 구할 수 있다.

이상의 시간 변화 특성의 설명은, 하나의 노광 조건중에서 그 조건을 변경한 경우이지만, 실제로는, 레티클의 종류, 조명 광학계의 조명 방법, 투영 광학계의 개구수 등, 복수의 노광 조건 각각을 적절히 조합한 다수의 노광 조건이 예상되기 때문에, 미리 모든 노광 조건마다 시간 변화 특성을 계측해 두는 것은 어렵다. 따라서, 실제로는, 전형적인 복수의 노광 조건으로 시간 변화 특성을 계측해 두고, 기억 장치(57)에 기억시킨 노광 조건과 서로 다른 경우에는, 그 노광 조건에 있어서의 투과율의 시간 변화 특성을 예상한 보정 연산을 실행하여 이득 β을 산출하게 된다.

본 예에서는 레티클의 종류, 2차 광원의 형상 및 크기(조명 조건) 및 투영 광학계(23)의 개구수를 각각 조합한 복수의 노광 조건 각각에 대하여 그 투과율의 시간 변화 특성을 계측, 기억해 놓은 것으로 하였지만, 그 세가지 조건을 조합한 노광 조건이 아니어도 무방하고, 그 세가지 조건 중 적어도 두개, 예를 들면 레티클의 종류와 조명 조건을 조합한 노광 조건을 복수 계측하여 기억해 놓은 것만으로도 무방하다.

다음에 본 예에 있어서의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 도 1에 도시하는 바와 같이 건조된 질소 등의 불활성 가스를 가스 공급 장치(41)로부터 파이프(43)를 거쳐 투영 광학계(23)의 내부에 공급하고, 완전히 충전된 후, 배출 장치(42)에 의해 투영 광학계(23) 내부의 기체를 파이프(44)를 거쳐서 외부로 배출한다. 조명 광학계의 노광광의 광로 전체도, 투영 광학계(23)와 같이 밀폐 구조로 하며, 마찬가지로 건조된 질소 등의 불활성 가스를 공급 충전시킴과 동시에, 배출 장치에서 내부의 기체를 배출한다.

노광 중에도 가스 공급 장치(41)와 배출 장치(42)를 상시 작동시켜서, 렌즈실 등의 광학 소자간의 분위기를 항상 건조 청정된 상태로 유지하는 것이 바람직하지만, 노광 동작에 앞서 렌즈실 등의 광학 소자 사이에 형성되는 공간의 기체를 청정화시킨 후에는, 공급 장치(41)와 배출 장치(42)를 정지시켜도 무방하다. 조명 광학계도 마찬가지이다.

이어서, 도시하지 않은 레티클 로딩 기구에 의해, 전사할 패턴이 묘화된 레티클(16)을 레티클 스테이지(18) 상에 반송하여 탑재한다. 이 때, 그 레티클(16)이 소정의 위치에 설치되도록, 도시하지 않은 레티클 얼라이먼트계에 의해 그 레티클(16)의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 도시하지 않은 레티클 위치 제어 회로에 의해서 레티클(16)의 위치를 소정 위치에 설정한다.

레티클(16)의 패턴이 전사되는 웨이퍼(25)의 표면에는 감광 재료인 레지스트가 미리 도포되어 있고, 그 상태에서 도시하지 않은 웨이퍼 로딩 기구에 의해 웨이퍼(25)가 반송되어 웨이퍼 스테이지(27) 상에 설치된다. 웨이퍼(25)는 웨이퍼 스테이지(27) 상에서 정렬되어 유지 고정된다. 웨이퍼 스테이지(27) 상에 설치된 웨이퍼(25)는 제 1 회째의 패턴 전사에서는, 그 웨이퍼(25) 상에 패턴은 존재하지 않고, 웨이퍼 스테이지(27) 상의 소정의 위치에, 예컨대 웨이퍼(25)의 외경 기준으로 정해지는 위치에 설치된다. 그 후, 웨이퍼(25) 상에 패턴이 전사된다. 이 전사는, 레티클(16) 상의 패턴의 일부를 가변 시야 조리개(레티클 블라인드)(12)에 의해서 선택적으로 조명하고, 레티클 스테이지(18)에 의해서 레티클(16)를 그 가변 시야 조리개(12)에 의해서 규정되는 조명 영역에 대하여 상대 이동하며, 거기에 동기하면서 웨이퍼(25)를 웨이퍼 스테이지(27)에 의해서 투영 광학계(23)에 관해 그 조명 영역과 공역인 투영 영역에 대하여 상대 이동하는, 소위 주사형의 전사(스텝 앤드 스캔 방식)이다. 혹은, 전사하고자 하는 레티클(16) 상의 패턴 영역의 전면을 한번에 모두 조명하여 전사하는 스텝 앤드 리피트 방식이라도 무방하다.

웨이퍼(25)에 대한 제 2 회째 이후의 패턴 전사의 경우에는, 적어도 웨이퍼(25) 상에는 패턴이 존재하기 때문에, 그 전에 전사된 패턴에 부설되는 마크를 도시하지 않은 웨이퍼 얼라이먼트계에 의해 계측함으로써 웨이퍼(25) 상의 그 패턴의 위치를 계측하고, 그 결과에 따라서, 웨이퍼(25) 상에 먼저 전사된 패턴에 대하여 지금부터 전사할 패턴이 소정의 위치 관계로 되도록 레티클 스테이지(18)나 웨이퍼 스테이지(27)의 위치를 제어한다.

도 6을 참조하여 설명을 계속한다. 노광 작업을 개시하기 전에, 조도 센서(28)를 투영 광학계(23)의 광축 AX 위로 이동하여, 적분기 센서(10)의 계측값 LI와 조도 센서(28)의 계측값 LW를 샘플 홀드 회로(52)에서 유지한다. 적분기 센서(10)의 검출 신호 LI와 조도 센서(28)의 검출 신호 LW의 비(센서(28)의 출력 LW/센서(10)의 출력 LI)를 제산기(53)에서 산출하고, 이득 α 연산기(54)는 LW/LI에 소정의 계수 K1을 곱하여 이득 α를 연산한다. 그리고 노광 작업중에는, 승산기(55)로 적분기 센서(10)의 출력 신호에 이득 α가 곱해지고, 추정 실조도 LPR가 출력된다. 즉, 추정 실조도 LPR는, 노광 개시시에 있어서 적분기 센서(10)의 계측값이 100이고 웨이퍼 상의 조도가 50인 경우, 50/100의 비율에 소정의 계수 K1를 곱하여 구한 이득 α에 노광 중의 적분기 센서(10)의 출력 신호를 곱하여 웨이퍼 상의 조도를 추정한 것이다.

적분기 센서(10)의 검출 신호에 승산기(55)로 이득 β가 승산된 추정 실조도 신호 LPR에는 다시 승산기(56)에서 이득 β가 곱해져서, 웨이퍼 상에서의 보정후의 추정 실조도 신호 LPRC가 연산된다. 이득 β는 다음과 같이 하여 산출된다. 미리 정해진 조명 광학계와 투영 광학계(23)의 각각에 있어서의 투과광의 투과율 시간 변화 특성이 기억되어 있는 기억 장치(57)를, 타이머(58)의 노광 개시로부터의 경과 시간에 의해서 액세스하여 투과율을 판독한다. 그 판독한 결과는 이득 β 연산기(59)에 입력되고, 이득 β 연산기(59)는 소정의 계수 K2를 곱하여 이득 β를 연산한다. 예를 들면, 투과율이 80%인 경우 이득 β는 0.8 ×K2로 설정된다.

이렇게 하여 적분기 센서(10)의 검출 신호에 이득 α, β가 승산된 신호 LPRC는 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 실조도를 추정한 값을 나타내고, 이 신호는 편차기(60)에 입력된다. 편차기(60)는, 목표값 설정 회로(51)로부터 출력되는 웨이퍼 상에서의 목표 조도와 보정후의 추정 실조도의 편차를 계산하여, 이 편차를 PID 연산 회로(61)에 입력하여 PID 연산을 실행하고, 그 연산 결과를 광원 제어 회로 회로(45)에 보내어 광원(1)을 제어, 즉 그 발진 강도를 조절한다.

도 14를 참조하여, 투과율 시간 변화 특성을 미리 계측하여 기억 장치(57)에 기억시키는 경우의 순서를 설명한다. 단계 S1에서 조명 광학계의 가변 개구 조리개와, 레티클의 종류와, 투영 광학계의 개구수 NA를 결정하여 입력한다. 이것에 근거해서, 터릿판(7)이 모터(8)로 회전 구동되고, 그 종류에 대응하는 형상 및 크기를 갖는 2차 광원을 형성하는 개구 조리개가 조명 광로에 삽입되며, 투영 광학계(23)의 개구수 NA가 개구 조리개Ep에 의해 조절된다. 또한 결정된 레티클(16)이 레티클 라이브러리로부터 반송되어 레티클 스테이지(18)에 세트된다.

단계 S2에서는, 조도 센서(28)가 투영 광학계(23)의 광축상에 위치하도록 웨이퍼 스테이지(27)를 이동시킨다. 단계 S3에서는, 레이저 광원(1)을 구동하여 레이저광을 출사시키고, 적분기 센서(10)로 조명 광학계에서의 노광광의 조도를 검출하며, 조도 센서(28)로 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 노광광의 조도를 검출한다. 단계 S4에서는 그들의 검출 결과를 계측 시각과 함께 기억 보존한다. 단계 S5에서 계측이 종료되었다고 판정될 때까지 단계 S3과 S4를 반복하고, 단계 S5에서 계측이 종료라고 판정되면 단계 S6에 있어서, 계측된 적분기 센서(10)에서의 검출 결과와 조도 센서(28)에서의 검출 결과에 근거해서, 계측 시각마다 투과율을 산출하여 기억하며, 이에 따라 도 12 혹은 도 13에 나타내었던 것과 같은 시간 변화 특성의 테이블이 기억 보존된다.

다음에, 웨이퍼의 교환 작업 등에 의해 노광 작업이 도중에 중단되는 경우에 대하여 도 15에 근거해서 설명한다. 도 15는, 시각 t1에서 웨이퍼의 반출 작업이 시작되고, 시각 t2에서 다음 웨이퍼의 반입 작업이 종료하여 노광 작업이 시작된 경우의 투과율의 시간 변화를 점선으로 나타내는 것이다. 시각 t1에서 레이저광의 조사가 중단되면, 투영 광학계(23) 및 조명 광학계의 자기 세정 작용도 중단되어, 투영 광학계(23)나 조명 광학계내의 부유 오염물이 각 광학계의 광학 소자의 표면에 다시 부착되거나, 광학 소자 자신의 투과율(그 초재의 투과율)이 변동하고, 투영 광학계(23)나 조명 광학계의 투과율이 저하한다. 시각 t2에서 레이저광의 조사가 재개되면 광학 소자는 다시 자기 세정되어 투과율이 상승한다.

그래서, 레이저광의 조사를 재개하는 시각 t2에 있어서, 조도 센서(28)를 투영 광학계(23)의 광축상으로 이동하여 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 노광광의 조도를 계측하고, 동시에 적분기 센서(10)에 의해 조명 광학계의 노광광의 조도를 계측한다. 양 계측 결과에 근거해서 시각 t2에서의 투과율을 산출하고, 실선의 투과율 시간 변화 특성에 근거해서 그 투과율을 나타내는 시각 t0을 구하며, 노광 재개시에, 노광 개시로부터의 노광 경과 시간을 계측하는 타이머(58)의 계시(計時)를 시각 t0에 리세트한다. 따라서, 노광 작업이 시작되면, 기억 장치(57)는 도 15의 투과율 시간 변화 특성의 테이블을 참조하여, 타이머(58)의 계시 시간으로부터 데이터를 판독하여 이득 β를 산출할 수 있다.

다음에, 레티클의 교환 작업에 의해 노광 작업이 도중에 중단되는 경우에 대하여 도 16에 근거해서 설명한다. 도 16은 도 12의 백 레티클과 흑 레티클의 투과율의 시간 변화 특성 도면에 대응하는 것으로, 시각 t1에서 백 레티클의 노광 작업을 일단 중지하여 흑 레티클로 교환하는 작업이 시작되고, 시각 t2에서 흑 레티클의 반입 작업이 종료되어 노광 작업이 시작되며, 또한 시각 t3에서 흑 레티클의 노광 작업을 중단하고 백 레티클로 교환하는 작업이 시작되고, 시각 t4에서 백 레티클의 반입 작업이 종료되어 노광 작업이 개시되는 경우를 설명하는 도면이다.

시각 t1에서 레이저광의 조사가 중단되면, 투영 광학계(23) 및 조명 광학계의 자기 세정 작용도 중단되어, 투영 광학계(23)나 조명 광학계 내의 부유 오염물이 각 광학계의 광학 소자의 표면에 다시 부착되거나, 광학 소자 자신의 투과율(그 초재의 투과율)이 변동하여, 투영 광학계(23)와 조명 광학계의 투과율이 저하한다. 시각 t2에서 레이저광의 조사가 재개되면 광학 소자는 다시 자기 세정되어 투과율이 상승한다.

그래서 전술한 바와 같이, 레이저광의 조사를 재개하는 시각 t2에 있어서, 조도 센서(28)를 투영 광학계(23)의 광축위로 이동하여 웨이퍼 스테이지(27) 상에서의 노광광의 조도를 계측하고, 동시에 적분기 센서(10)에 의해 조명 광학계의 노광광의 조도를 계측한다. 양 계측 결과에 근거해서 시각 t2에서의 투과율을 산출하고, 파선으로 나타내는 흑 레티클의 투과율 시간 변화 특성에 근거해서, 그 투과율을 나타내는 시각 t0을 구하고, 노광 재개시에, 노광 개시로부터의 노광 경과 시간을 계측하는 타이머(58)의 계시를 시각 t0으로 리세트한다. 따라서, 노광 작업이 시작되면, 기억 장치(57)는 도 16의 흑 레티클의 투과율 시간 변화 특성이 저장된 테이블을 참조하여, 타이머(58)의 계시 시간으로부터 데이터를 판독해 이득 β를 산출할 수 있다.

시각 t3에서 흑 레티클로부터 백 레티클로의 교환 작업이 시작되고, 시각 t4에서 백 레티클에 의한 노광이 시작된 경우에는, 마찬가지로 해서 시각 t4에서의 투과율을 산출하고, 백 레티클의 투과율 시간 변화 특성이 저장된 테이블을 참조하여, 그 투과율을 나타내는 시각 tO'를 구해서, 노광 재개시에, 노광 개시로부터의 노광 경과 시간을 계측하는 타이머(58)의 계시를 시각 t0'으로 리세트한다. 따라서, 노광 작업이 시작되면, 기억 장치(57)는 도 16의 백 레티클의 투과율 시간 변화 특성이 저장된 테이블을 참조하여, 타이머(58)의 계시 시간으로부터 데이터를 판독해 이득 β을 산출할 수 있다.

도 15 및 도 16에서는, 일단 중단한 노광을 재개할 때의 광학계의 투과율을 구하고, 이 투과율에 대응하는 시각을 투과율 시간 변화 특성으로부터 특정(特定)하여 노광 재개시의 시각을 보정함에 의해, 재개시의 웨이퍼 상의 노광광의 조도를 목표값으로 제어하도록 하였다. 그러나, 재개시에, 미리 기억시켜 놓은 투과율 시간 변화 특성선 도면상의 투과율이 될 때까지 레이저 펄스를 공타해도 무방하다. 이 경우, 웨이퍼 상에 레이저 펄스가 입사되지 차광 수단을 마련할 필요가 있다. 예를 들어, 투영 광학계(23)와 웨이퍼(25) 사이의 광로를 개폐하는 셔터를 마련하면 무방하다. 셔터는 기계적 셔터 혹은 액정을 이용한 전기적 셔터 등 여러 가지의 것을 채용할 수 있다.

또한 본 실시예에서는 웨이퍼를 교환할 때마다, 적분기 센서(10)와 조도 센서(28)를 이용하여 투과율을 계측하는 것으로 하였지만, 이 교환중의 투과율의 저하에 관해서는, 광학 소자(초재) 자체의 투과율 저하의 영향이 부유 오염물의 재부착에 의한 투과율의 저하의 영향보다도 크다는 것은 주지된 바이다. 따라서, 웨이퍼의 교환시에는 전술한 투과율의 계측은 실행되지 않고, 단지 그 투과율의 시간 변화 특성을 미리 계측하여 기억해 두고, 웨이퍼의 교환시에는 그 기억된 시간 변화 특성에 근거해서 그 투과율을 예측(계산)하여, 광원(1)으로부터 사출되는 노광광의 강도를 조정하도록 해도 무방하다.

이 경우, 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율의 저하는, 주로 초재 자체의 투과율의 저하에 의한 것이기 때문에, 전술한 예측(계산)만으로 양 광학계의 투과율을 정밀도 양호하게 구할 수 있고, 웨이퍼의 노광 도우즈의 제어 정밀도를 악화시키지 않고, 더욱 스루풋을 향상시킬 수 있다. 단지 전술의 예측 제어만으로는 시간의 경과와 함께 그 제어 오차가 커질 수 있다.

이러한 종류의 투영 노광 장치에서는, 예컨대 25장의 웨이퍼를 1롯트(lot)로 하여 일괄적으로 처리하고 있다. 그래서 하나의 롯트내의 웨이퍼의 노광이 종료할 때마다, 혹은 레티클을 교환할 때마다, 적분기 센서(10)와 조사 센서(28)를 이용하여 투과율을 계측한다. 그리고, 이 계측값을 초기값으로 하고, 또한 투과율의 시간 변화 특성의 테이블을 참조하여 이득 β를 산출하여, 광원(1)으로부터 사출되는 노광광의 강도를 조정한다. 이 경우, 노광 도우즈의 제어 정밀도를 저하시키지 않고, 스루풋의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.

이상에서는 레티클의 종류로서, 레티클 표면적에 대한 패턴 면적의 비의 대소로 분류하는 경우에 대하여 설명하였지만, 위상 시프트 레티클, 하프톤(halftone) 위상 레티클 등, 전사의 해상도를 향상시킬 목적으로 사용되는 여러 가지의 레티클이라도 그 투과율은 서로 다르고, 따라서, 투영 광학계의 투과율 시간 변화 특성도 다르기 때문에, 이러한 관점에서 레티클을 분류해도 무방하다. 이 경우, 사용하는 레티클에 따라 조명 방식도 변경된다.

이상의 제 1 및 제 2 실시예에서는, 적분기 센서(10)로부터 웨이퍼 스테이지(26)까지의 광학계의 투과율의 시간 변화를 예측, 또는 계측하여 광원(1)으로부터 사출되는 노광광의 강도를 조정하고, 그것에 의해 웨이퍼 상의 각 점에 각각 조사되는 복수의 펄스광의 적산 광량(노광 도우즈)을 적정값으로 제어하는 것으로 하였다. 그러나, 예를 들어 펄스 빔을 노광광으로서 이용하는 주사형 투영 노광 장치(예컨대 USP 5,473,410의 스캐닝 스테퍼)에서는 전술한 바와 같이 예측된 투과율, 또는 이 투과율로부터 구해지는 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도에 따라서, 주사 노광에 의해서 웨이퍼 상의 1점에 조사되는 펄스광의 수를 조정할 수 있다. 즉 웨이퍼 상에서의 노광광의 그 주사 방향의 폭, 광원(1)의 발진 주파수, 및 웨이퍼의 주사 속도 중 적어도 하나를 조정하고, 그것에 의하여 전술한 노광 도우즈를 적정값으로 제어하도록 해도 무방하다. 요컨대, 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도, 노광광의 폭, 발진 주파수, 및 주사 속도 중 적어도 하나를 조정하고, 주사 노광에 의해서 웨이퍼에 인가되는 노광 도우즈(노광량)를 적정값으로 제어하면 된다. 이 때, 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도는, 광원(1)의 인가 전압을 변경하여 그 발광 강도를 조정한다, 또는 도 1중의 터릿판 TP을 회전시켜 ND 필터를 교환하거나, 혹은 발광 강도의 조정과 ND 필터의 교환을 병용시키는 것에 의해 조정할 수 있다.

연속광을 노광광으로서 이용하는 주사형 투영 노광 장치(스캐닝 스테퍼에서는 전술한 투과율 예측값 또는 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도에 따라서, 광원의 발광 강도, 도 1중의 터릿판 TP 등의 광량 조정기에 있어서의 투과율(감광률), 웨이퍼 상에서의 노광광의 폭, 및 웨이퍼의 주사 속도 중 적어도 하나를 조정하여, 전술한 노광 도우즈를 적정값으로 제어하면 된다. 또한 펄스 빔을 노광광으로서 이용하는, 레티클과 웨이퍼를 정지시킨 채로 레티클의 패턴상으로 웨이퍼를 노광하는 투영 노광 장치(스테퍼)에서는 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도(펄스 광원의 발광 강도 등)와 그 수 중 적어도 한쪽을 조정하면 된다. 연속광을 노광광으로서 이용하는 스테퍼에서는 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도(광원의 발광 강도 등)와 그 조사 시간 중 적어도 한쪽을 조정하면 된다.

노광중에 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율의 변동을 무시할 수 없는 경우에는, 노광중에 전술한 조정(예컨대 웨이퍼 상에서의 노광광의 강도나 펄스 수 등의 조정)을 하도록 해도 무방하다. 특히 펄스 빔을 이용하는 스캐닝 스테퍼 주사 노광 중의 투과율의 변화량(또는 변화율)을 더 고려하여, 전술한 노광 펄스 수를 결정하도록 해도 무방하다.

그런데, 전술한 실시예(도 1)에서는 투영 광학계(23)는 렌즈 등의 굴절 광학 소자만으로 구성되어 있는 것으로 하였지만, 예컨대 미러 등의 반사 광학 소자와 굴절 광학 소자를 조합한, 소위 카타디옵틱 광학계라도 무방하고, 혹은 반사 광학 소자만으로 이루어지는 광학계라도 무방하다.

또한 노광광으로서 ArF 레이저에 대하여 설명하였지만 더욱 파장이 짧은 소프트 X선 등의 EUVL을 사용한 투영 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 노광광을 이용하여 복수의 시점에서 광학계의 투과율을 측정하여 투과율 시간 변화 예측 직선을 산출하도록 하였지만, 노광광의 파장과 거의 동일한 파장의 광을 출사하는 다른 광원을 이용해도 무방하다. 또한 투영 광학계의 투과율의 변동이 없거나, 혹은 적은 경우에는, 조명 광학계에 대해서만 투과율 시간 변화 특성을 구하면 된다. 이 경우, 레티클 스테이지상에 조도 센서를 배치하고, 적분기 센서(10)와 그 조도 센서의 출력값에 근거해서 투과율을 측정한다. 그와 반대로, 조명 광학계의 투과율의 변동이 없거나, 혹은 적은 경우에는, 투영 광학계에 대해서만 투과율 시간 변화 특성을 구하면 된다. 이 경우, 조명 광학계와 투영 광학계 사이로부터 노광광을 취출하여 조도를 측정하면 된다. 투영 광학계 또는 조명 광학계 중 한쪽의 투과율 시간 변화 특성을 구하는 경우, 노광광을 이용해도 무방하고, 또한 노광광의 파장과 거의 동일한 파장의 광을 출사하는 다른 광원을 이용해도 무방하다.

또, 투과율 시간 변화 특성을 예측하면서 그 특성에 근거해서 노광 제어하기 위한 노광 장치는, 혹은 미리 기억한 투과율 시간 변화 특성에 근거해서 노광 제어하기 위한 노광 장치는, 본 실시예에서 설명한 다수의 구성 요소를 전기적, 기계적 또는 화학적으로 연결함으로써 조립된다. 구체적으로는, 복수의 렌즈로 구성된 조명 광학계, 투영 광학계를 노광 장치 본체에 조립하여 광학 조정을 함과 동시에, 다수의 기계 부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광 장치 본체에 장착하여 배선이나 배관을 접속하고, 또한 종합 조정(전기 조정, 동작 확인 등)을 행함으로써 본 실시예의 노광 장치를 제조할 수 있다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린 룸에서 실행하는 것이 바람직하다.

노광 장치의 용도로서는 반도체 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어 직사각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 노광하는 액정용의 노광 장치나, 박막 자기 헤드를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한 투영 광학계의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배(等倍) 및 확대계 어느 쪽이어도 무방하다.

또한, 반도체 디바이스는, 장치의 기능레벨 설계를 하는 단계, 이 설계 단계에 기초를 둔 레티클를 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시예의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 단계, 디바이스 조립 단계(다이싱(dicing) 공정, 본딩(bonding)공정, 패키지 공정을 포함함), 검사 단계 등을 거쳐서 제조된다.

Claims (61)

1. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 투영 노광 방법에 있어서,

   상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고,

   상기 측정된 복수의 투과율에 근거해서, 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하고, 그 예측 결과에 근거해서 상기 감광성 기판에 상기 패턴 이미지를 투영하는 투영 노광 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광은 상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광인 투영 노광 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 조사하기 전의 시점, 및 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 소정 시간 조사한 후의 시점이며, 상기 양 시점은 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점을 포함하는 투영 노광 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 및 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 한 장의 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 한 장의 상기 감광성 기판에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 방법.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상의 소정 영역에 투영하기 전의 시점, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 소정 영역에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 소정 영역은 1칩의 노광 영역인 투영 노광 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 소정 영역은 1샷의 노광 영역인 투영 노광 방법.
9. 제 2 항에 있어서,

   상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖고,

   상기 투과율의 복수회 측정을 상기 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서 실행하여, 상기 적어도 한쪽의 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 방법.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계를 갖고,

    상기 조명 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 조명 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하여 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 더 갖고,

    상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하여 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 방법.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖고,

    상기 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하여 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 광학계는 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계를 더 갖고,

    상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하여 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 적산 광량을 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 투영 노광 방법.
15. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정하는 투영 노광 방법.
16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 펄스 빔의 노광광을 출사하여 상기 감광성 기판 상에 마스크에 형성된 상기 패턴 이미지를 투영할 때, 상기 노광광에 대하여 상기 마스크를 상대 이동하는데 동기하고, 상기 마스크로부터 발생하여 상기 투영 광학계를 통과하는 노광광에 대하여 상기 감광성 기판을 상대 이동하는 경우에는,

    상기 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 상기 감광성 기판의 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 폭과, 상기 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판의 이동 속도와, 상기 노광용 광원의 발진 주파수 중 적어도 하나를 조정하여, 상기 노광광의 적산 광량을 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 투영 노광 방법.
17. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율에 근거해서 산출된 복수개의 투과율로부터 그 시간 변화 특성을 산출하는 투영 노광 방법.
18. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치로서,

    상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하는 측정기와,

    상기 측정된 복수의 투과율에 근거해서, 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측기를 구비하는 투영 노광 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광은 상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광인 투영 노광 장치.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 조사하기 전의 시점, 및 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 소정 시간 조사한 후의 시점이고, 상기 양 시점은 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점을 포함하는 투영 노광 장치.
21. 제 19 항에 있어서,

    상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 및 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 장치.
22. 제 19 항에 있어서,

    상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 한 장의 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 한 장의 상기 감광성 기판에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 장치.
23. 제 19 항에 있어서,

    상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상의 소정 영역에 투영하기 전의 시점, 상기 노광광에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 소정 영역에 투영한 후의 시점을 포함하는 투영 노광 장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 소정 영역은 1칩의 노광 영역인 투영 노광 장치.
25. 제 23 항에 있어서,

    상기 소정 영역은 1샷의 노광 영역인 투영 노광 장치.
26. 제 19 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖고,

    상기 측정기는 상기 투과율의 복수회 측정을 상기 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서 실행하고, 상기 예측기는 상기 적어도 한쪽의 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
27. 제 19 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계를 갖고,

    상기 조명 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 측정기는, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 조명 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 상기 예측기는 그 복수회의 측정 결과에 근거해서 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
28. 제 27 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 조명 광학계에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 더 갖고,

    상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 상기 예측기는 그 복수회의 측정 결과에 근거해서 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
29. 제 18 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖고,

    상기 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 측정기는, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 상기 예측기는 그 복수회의 측정 결과에 근거해서 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
30. 제 29 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계를 더 갖고,

    상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율 변동이 상기 광학계의 투과율 변동에 기여하는 경우, 상기 조명 광학계 및 투영 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고, 상기 예측기는 그 복수회의 측정 결과에 근거해서 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
31. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 투영 노광 장치는, 상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 적산 광량을 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 적산 노광량 제어기를 더 구비하는 투영 노광 장치.
32. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 투영 노광 장치는, 상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정하는 노광광 강도 조정기를 더 구비하는 투영 노광 장치.
33. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

    노광용 광원으로부터 펄스 빔의 노광광을 출사하여 상기 감광성 기판 상에 마스크에 형성된 상기 패턴 이미지를 투영할 때, 상기 노광광에 대하여 상기 마스크를 상대 이동하는데 동기하여, 상기 마스크로부터 발생하여 상기 투영 광학계를 통과하는 노광광에 대하여 상기 감광성 기판을 상대 이동하는 경우에는,

    상기 투영 노광 장치는, 상기 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 상기 감광성 기판의 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 폭과, 상기 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판의 이동 속도와, 상기 노광용 광원의 발진 주파수 중 적어도 하나를 조정하여 상기 노광광의 적산 광량을 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 제어 장치를 구비하는 투영 노광 장치.
34. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 예측기는, 상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율에 근거해서 산출된 복수개의 투과율에 근거해서 상기 투과율의 시간 변화 특성을 산출하는 투영 노광 장치.
35. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치로 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,

    상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고,

    상기 측정된 복수의 투과율에 근거해서 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하며,

    그 예측 결과에 근거해 상기 감광성 기판에 상기 패턴 이미지를 투영하는 반도체 디바이스를 제조하는 방법.
36. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 광학계 광 세정 방법에 있어서,

    상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하고,

    상기 측정된 복수의 투과율에 근거해서, 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하면서 상기 광학계를 광 세정하는 투영 노광 장치의 광학계 광 세정 방법.
37. 제 36 항에 있어서,

    상기 복수의 서로 다른 시점은, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 조사하기 전의 시점 및 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광을 상기 광학계에 소정 시간 조사한 후의 시점이고, 상기 양시점은 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판에 투영하기 전의 시점인 것을 특징으로 하는 투영 노광 장치의 광학계 광 세정 방법.
38. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 상기 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와,

    상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와,

    상기 원판 조도 검출기에서 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 상기 기판 조도 검출기에서 검출된 상기 기판에 조사되는 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하고, 상기 투영 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측기와,

    상기 예측된 시간 변화 특성과 상기 양 조도 비율에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절하는 제어 장치를 구비하는 투영 노광 장치.
39. 제 38 항에 있어서,

    상기 조명 광학계에서의 노광광의 투과율도 시간과 함께 변화하는 경우에는,

    상기 예측기는, 상기 조명 광학계와 투영 광학계의 전체 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 투영 노광 장치.
40. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 펄스 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 상기 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와,

    상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와,

    상기 원판 조도 검출기에서 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 상기 기판 조도 검출기에서 검출된 상기 기판에 조사되는 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하여, 상기 투영 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측기와,

    상기 예측된 시간 변화 특성과 상기 양 조도 비율에 근거해서, 상기 감광성 기판에 조사되는 노광광의 적산 광량이 상기 감광성 기판에 따른 적정값으로 되도록, 상기 감광성 기판에 조사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 제어 장치를 구비하는 투영 노광 장치.
41. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 펄스 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에 있어서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 투영 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하여, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 공정과,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율 및 상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 공정을 포함하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
42. 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광에 의해 소정의 패턴이 형성된 원판을 조명하는 조명 광학계와, 해당 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하여, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 공정과,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율 및 상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정하는 공정을 포함하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
43. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 투영 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율을 복수회 산출하여, 상기 투영 광학계에서의 노광광의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 공정과,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율, 및 상기 예측된 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정하는 공정을 포함하는 투영 노광 장치의 투영 노광 방법.
44. 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광에 의해 소정의 패턴이 형성된 원판을 조명하는 조명 광학계와, 해당 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 조도의 비율, 및 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율의 시간 변화의 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판 상에 조사되는 노광광의 강도를 조정하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
45. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터의 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율, 및 상기 투영 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
46. 제 45 항에 있어서,

    상기 조명 광학계에서의 노광광의 투과율도 시간과 함께 변화하는 경우에는, 상기 조명 광학계와 투영 광학계의 전체의 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성과 상기 조도의 비율에 근거해서, 상기 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광의 강도를 조절하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
47. 제 45 항 또는 제 46 항에 있어서,

    상기 노광광은 펄스 빔이고, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 상기 감광성 기판 상의 1점에 조사되는 노광광의 수 중 적어도 한쪽을 조정하고, 그에 따라 상기 노광광의 적산 광량을, 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
48. 제 45 항 또는 제 46 항에 있어서,

    상기 감광성 기판 상에 상기 패턴을 전사하기 위해서, 상기 노광광에 대하여 상기 마스크를 상대 이동하는데 동기하고, 상기 마스크로부터 발생하여 상기 투영 광학계를 통과하는 노광광에 대하여 상기 기판을 상대 이동하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
49. 제 48 항에 있어서,

    상기 노광광은 펄스 빔이고, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 강도와, 상기 감광성 기판의 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판 상에서의 상기 노광광의 폭과, 상기 이동 방향에 관한 상기 감광성 기판의 이동 속도와, 상기 노광용 광원의 발진 주파수 중 적어도 하나를 조정하고, 그에 따라 상기 노광광의 적산 광량을, 상기 감광성 기판의 감도에 따른 적정값으로 제어하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
50. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 투영 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 상기 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와,

    상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와,

    상기 투영 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성을 기억하는 기억 장치와,

    상기 원판 조도 검출기에서 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 상기 기판 조도 검출기에서 검출된 상기 기판에 조사되는 노광광의 조도의 비율, 및, 상기 기억 장치에 기억되어 있는 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 노광광의 적산 광량을 조절하는 제어 장치를 구비하는 투영 노광 장치.
51. 제 50 항에 있어서,

    상기 조명 광학계에서의 노광광의 투과율도 시간과 함께 변화하는 경우에는,

    상기 기억 장치에는, 상기 조명 광학계와 투영 광학계의 전체 광학계에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성이 기억되어 있는 투영 노광 장치.
52. 제 50 항 또는 제 51 항에 있어서,

    상기 기억 장치에 기억되는 상기 노광광의 시간 변화 특성은 노광 조건마다 복수 설정되어 있는 투영 노광 장치.
53. 제 52 항에 있어서,

    노광 조건이 상기 기억 장치에 기억되어 있는 노광 조건과 합치되지 않을 때에는, 기억되어 있는 노광 조건의 시간 변화 특성을 보간 연산하여 투과율을 산출하는 투영 노광 장치.
54. 제 52 항에 있어서,

    상기 노광 조건은 상기 조명 광학계의 조명 조건인 투영 노광 장치.
55. 제 52 항에 있어서,

    상기 노광 조건은 상기 원판의 종류인 투영 노광 장치.
56. 제 52 항에 있어서,

    상기 노광 조건은 상기 투영 광학계의 개구수인 투영 노광 장치.
57. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 펄스 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치의 노광 방법에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터의 노광광의 조도와 상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도의 비율, 및 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광 투과율의 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 입사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 투영 노광 장치의 노광 방법.
58. 소정의 패턴이 형성된 원판에 노광용 펄스 광원으로부터 출사되는 노광광을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 원판의 패턴 이미지를 감광성 기판에 투영하는 투영 광학계를 구비하고, 상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서,

    상기 노광용 광원으로부터 상기 원판에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 원판 조도 검출기와,

    상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기와,

    상기 조명 광학계와 상기 투영 광학계 중 적어도 한쪽에서의 노광광 투과율의 시간 변화의 특성을 기억하는 기억 장치와,

    상기 원판 조도 검출기에서 검출된 원판에 조사되는 노광광의 조도와 상기 기판 조도 검출기에서 검출된 상기 기판에 조사되는 노광광의 조도의 비율, 및, 상기 기억 장치에 기억되어 있는 시간 변화 특성에 근거해서, 상기 감광성 기판에 조사되는 노광광의 적산 광량이 상기 감광성 기판에 따른 적정값이 되도록, 상기 감광성 기판에 조사되는 펄스 노광광의 강도와 펄스 수 중 적어도 한쪽을 조절하는 제어 장치를 구비하는 투영 노광 장치.
59. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치에 있어서,

    상기 광학계의 투과율을 측정하는 위치에 배치되고, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하는 측정기와,

    상기 측정기에 접속되어, 상기 측정된 복수의 투과율에 근거해, 상기 광학계의 투광율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측기를 구비하는 투영 노광 장치.
60. 제 59 항에 있어서,

    상기 광학계는, 상기 노광광에 의해 상기 패턴을 조명하는 조명 광학계와, 이 조명 광학계에 의해 조명된 상기 패턴 이미지를 상기 감광성 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 갖고,

    상기 측정기는, 상기 노광용 광원으로부터 상기 패턴에 조사되는 노광광의 조도를 검출하는 패턴 조도 검출기와, 상기 감광성 기판 상에서의 노광광의 조도를 검출하는 기판 조도 검출기를 갖는 투영 노광 장치.
61. 노광용 광원으로부터의 노광광에 의해 조명된 패턴 이미지를 감광성 기판 상에 투영하는 광학계를 구비하고, 상기 광학계에서의 노광광의 투과율이 시간과 함께 변화하는 투영 노광 장치를 조립하는 방법에 있어서,

    상기 광학계의 투과율을 측정하는 위치에, 상기 노광광과 거의 동일한 파장의 광에 대한 상기 광학계의 투과율을 복수의 서로 다른 시점에서 측정하는 측정기를 배치하고,

    상기 측정기에, 상기 측정된 복수의 투과율에 근거해서, 상기 광학계의 투과율의 시간 변화 특성을 예측하는 예측기를 접속하는 투영 노광 장치의 조립 방법.

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