KR100805142B1 - 노광방법 및 노광장치 - Google Patents

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Abstract

노광대상의 기판과 투영광학계 사이에 노광빔을 투과하는 기체를 용이하게 공급할 수 있는 노광방법 및 장치이다. 레티클 (R) 의 패턴을 통과한 노광광 (IL) 을 반사굴절계로 이루어지는 투영광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) 위에 조사함으로써 웨이퍼 (W) 위에 레티클 (R) 의 패턴의 축소상을 노광한다. 투영광학계 (PL) 선단의 광학부재 (M2) 와 웨이퍼 (W) 사이에 시야중심 부근에 가이드공 (33a) 이 형성된 퍼지가이드판 (33) 을 설치하고, 기체공급장치 (26) 로부터 그 선단의 광학부재 (M2) 와 퍼지가이드판 (33) 사이의 공간에 노광광 (IL) 을 투과하는 퍼지가스를 공급한다. 퍼지가스는 그 가이드공 (33a) 내를 웨이퍼 (W) 측으로 다운플로한 후 외주방향으로 흘러간다.

Description

노광방법 및 노광장치 {EXPOSURE METHOD AND SYSTEM}
기술분야
본 발명은 예컨대, 반도체소자 (CPU, DRAM 등), 촬상소자 (CCD 등), 액정표시소자, 플라즈마 디스플레이소자, 또는 박막자기헤드 등의 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피공정 중에서 소정의 패턴을 기판 위로 전사할 때 사용되는 노광방법 및 노광장치에 관한 것으로, 특히 노광빔으로서 파장이 200㎚ 정도 이하의 진공자외광 (VUV 광) 을 사용하는 경우에 사용하기 바람직한 것이다.
배경기술
반도체 집적회로 등을 제조할 때 사용되는 스테퍼형, 또는 스텝 앤드 스캔방식 등의 투영노광장치용 노광광으로서, 현재는 주로 KrF 엑시머레이저광 (파장 248㎚) 이 사용되고 있고, 또한 ArF 엑시머레이저광 (파장 193㎚) 의 사용도 개시되려하고 있다. 또, 반도체소자 등의 거듭된 미세화에 대응하기 위해 노광광으로서 파장 157㎚ 의 불소레이저광 (F2 레이저광) 을 사용하는 노광장치의 개발도 검토되고 있다.
그러나, 파장이 거의 200㎚ 정도 이하의 진공자외역에서도, 다시 말하면 F2 레이저광과 같이 파장이 180㎚ 정도 이하인 광은 통상적으로 공기 중에 많이 함유되어 있는 산소, 물, 탄산가스, 유기물, 할로겐화물 등 (이하, 「흡광물질」이라고 칭함) 의 분자에 의한 흡수량이 매우 크기 때문에, 피노광기판으로서의 예컨대, 웨이퍼 위에서 원하는 조도 (광량) 를 얻기 위해서는 그 흡광물질의 농도를 충분히 낮춰 노광광의 광로의 투과율을 높일 필요가 있다. 또, 산소는 파장이 200㎚ 정도부터 흡수량이 커지기 때문에, 노광광으로서 진공자외광을 사용한 노광장치에서는 노광광의 광로를 이들 흡광물질이 거의 함유되지 않은 고순도 질소가스 등의 퍼지가스로 채울 필요가 있다.
상기와 같이 노광장치에서 노광광의 광로에 흡광물질의 양을 크게 저감시킨 퍼지가스를 공급하고자 할 경우, 조명광학계나 투영광학계 등은 밀폐구조로 하는 것이 용이하며 퍼지가스의 순도를 높게 유지하는 것이 비교적 용이하다. 또한, 웨이퍼 스테이지부와 레티클 스테이지부는 가동부가 존재하는 위에 웨이퍼나 마스크로서의 레티클 교환이 필요하기 때문에, 외부와의 액세스를 가능하게 할 필요가 있어 퍼지가스의 순도를 높게 유지하는 것이 용이하지 않다.
특히, 웨이퍼 스테이지는 높은 스루풋을 실현하기 위해서는 외부와의 액세스를 빈번하게 실행할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼 위에 도포되어 있는 포토레지스트는 상기 흡광물질 내에서 F2 레이저광을 많이 흡수하는 유기물이나 할로겐화물을 포함하는 탈(脫)가스 (아웃가스) 를 발생시킴과 동시에, 웨이퍼 스테이지 근방에 많이 배치되어 있는 스테핑 모터나 리니어 모터 등을 포함하는 가동부재나 배선 등으로부터 계속하여 오일 등의 흡광물질이 발생한다. 이들 악조건이 겹치기 때문에 웨이퍼와 투영광학계의 선단부 사이의 공간 (이하, 「워킹 디스턴스부」라 고 칭함) 에 고순도의 퍼지가스를 채워 두는 것은 곤란하였다.
이와 관련하여 워킹 디스턴스부를 포함하는 웨이퍼 스테이지의 주위를 고순도 가스로 퍼지하는 방법으로서는, 웨이퍼 스테이지를 벽으로 덮고 그 내부공간 (웨이퍼실) 을 퍼지가스로 채우는 것도 고려할 수 있다. 그러나, 이 방법에서는 웨이퍼를 출입하기 위해 웨이퍼실과 외부 사이에 이중 도어로 된 예비실을 형성하여 예비실 내에서 웨이퍼 주위의 공기를 퍼지가스로 치환한 후 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지 위로 로드할 필요가 있다. 이것은 기구가 복잡하여 장치가 고가가 될뿐만 아니라 가스치환에 필요로 하는 시간이 길어져 스루풋이 저하되는 문제가 있었다.
또, 통상 웨이퍼 스테이지의 위치는 레이저 간섭계에 의해 계측되고 있는데, 레이저 간섭계는 계측용 레이저빔의 광로 흔들림에 의해 계측값이 변동될 우려가 있다. 이와 관련하여 예컨대, 워킹 디스턴스부를 포함하는 웨이퍼 스테이지의 주위로 고순도 퍼지가스를 공급하고 있는 경우에, 웨이퍼 스테이지가 이동함으로써 그 퍼지가스의 흐름 상태가 변화하고, 그 레이저빔의 광로 흔들림이 발생하여 결과적으로 웨이퍼 스테이지의 위치결정 정밀도가 저하될 우려가 있다. 이와 같은 위치결정 정밀도의 저하량은 미약하지만, 금후 반도체소자 등의 집적도가 보다 향상함에 따라 그와 같은 위치결정 정밀도의 저하량도 억제하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 노광대상(露光對象)의 기판 위에서의 노광빔의 강도를 높게 유지할 수 있는 노광방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 노광대상의 기판과 투영광학계 사이에 노광빔을 투과하는 기체를 용이하게 제공할 수 있는 노광방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 노광대상의 기판과 투영광학계 사이에 노광빔을 투과하는 기체를 공급하는 경우에 노광대상의 기판을 위치결정하는 스테이지의 위치결정 정밀도의 저하를 방지할 수 있는 노광방법을 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 그와 같은 노광방법을 실시할 수 있는 노광장치, 및 그 노광방법을 사용하여 높은 스루풋으로 디바이스를 제조할 수 있는 디바이스 제조방법을 제공하는 것을 제 4 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명에 의한 제 1 노광방법은, 제 1 물체 (R) 의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계 (PL) 를 통하여 제 2 물체 (W) 를 노광하는 노광방법에서, 상기 투영광학계의 선단부 또는 내부로부터 제 2 물체 위의 노광영역을 향해 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 그 제 2 물체 위의 노광영역 부근의 공간에 중점적으로 노광빔을 투과하는 기체가 공급되기 때문에 예컨대, 그 제 2 물체 위에 감광재료가 도포되어 있어 그 감광재료로부터 그 노광빔을 흡수하는 흡광물질이 탈(脫)가스로서 발생해도 그 흡광물질은 주변주로 흘러 그 노광빔의 광로의 투과율은 높게 유지됨과 동시에, 그 투영광학계 선단부의 광학부재에 흐림물질이 부착되지도 않는다. 또한, 그 노광영역을 노광하는 노광빔의 광로의 굴절률분포의 일양성(一樣性)도 향상된다. 따라서, 그 투영광학계의 결상특성이 양호하게 유지되고, 그 제 2 물체 위에 형성되는 회로패턴의 선폭 일양성 등이 높아짐 동시에, 그 제 2 물체 위에서의 노광빔 강도가 높아져 스루풋이 향상된다.
또 예컨대, 그 투영광학계의 내부로부터 그 제 2 물체 위로 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 경우에는, 그 제 2 물체와 그 투영광학계 사이에 용이하게 그 기체를 공급할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 제 2 노광방법은, 제 1 물체 (R) 의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계 (PL) 를 통하여 제 2 물체 (W) 를 노광하는 노광방법에서, 상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이에 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급함과 동시에, 상기 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지 (23) 의 위치에 따라 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 것이다.
이러한 본 발명에 의하면, 그 스테이지의 위치가 예컨대 간섭계에 의해 계측되고 있는 경우에 그 스테이지에는 계측용 광빔이 조사된다. 그 경우 예컨대, 그 간섭계의 광빔의 광로가 그 투영광학계에 가까워졌을 때, 그 광빔의 광로 위에서의 흔들림을 억제하도록 그 노광빔을 투과하는 기체의 흐름을 제어함으로써 그 스테이지의 위치결정 정밀도의 저하가 방지된다.
이어서, 본 발명에 의한 제 1 노광장치는, 제 1 물체 (R) 의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계 (PL; PL1) 를 통하여 제 2 물체 (W) 를 노광하는 노광장치에서, 상기 제 2 물체와 상기 투영광학계 사이에 배치되고 상기 투영광학계를 통과한 노광빔을 통과시키는 개구부 (33a; 62A) 를 구비한 가이드부재 (33; M4) 와, 상기 가이드부재의 상기 개구부를 통하여 상기 제 2 물체 측을 향해 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 기체공급장치 (26) 를 갖는 것이다. 이 노광장치에 의해 본 발명의 제 1 노광방법을 실시할 수 있다.
또, 그 가이드부재를 상기 투영광학계의 가장 상기 제 2 물체 측 광학부재 (M4) 로 겸용해도 된다. 이 경우에는 그 투영광학계의 워킹 디스턴스가 짧을 때에도 용이하게 그 제 2 물체 위에 그 노광빔을 투과하는 기체를 공급할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 제 2 노광장치는 제 1 물체 (R) 의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계 (PL) 를 통하여 제 2 물체 (W) 를 노광하는 노광장치에서, 상기 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지 (23) 와, 상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이에 상기 노광빔이 투과된 기체를 공급하는 기체공급장치 (26) 와, 상기 스테이지의 위치에 따라 상기 기체공급장치에 의한 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 제어장치 (25) 를 갖는 것이다. 이러한 노광장치에 의한 본 발명의 제 2 노광방법을 실시할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제 1 노광장치의 제조방법은, 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에서, 그 투영광학계를 배치하고, 그 투영광학계의 그 제 2 물체 측 단부에 그 투영광학계를 통과한 노광빔을 통과시키는 개구부를 구비한 가이드부재를 배치하고, 그 가이드부재의 그 개구부를 통하여 그 제 2 물체 측을 향해 그 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 기체공급장치를 배치하는 것이다.
또, 본 발명의 제 2 노광장치의 제조방법은, 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에서 그 투영광학계 및 그 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지를 배치하고, 그 투영광학계 와 그 제 2 물체 사이에 그 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 기체공급장치를 배치하고, 그 스테이지의 위치에 따라 그 기체공급장치에 의한 그 기체의 흐름 상태를 제어하는 제어장치를 배치하는 것이다. 이러한 본 발명의 제 1 및 제 2 노광장치의 제조방법에 의해, 각각 본 발명의 제 1 및 제 2 노광장치를 효과적으로 제조할 수 있다.
이어서, 본 발명에 의한 디바이스 제조방법은 본 발명의 노광방법을 사용하여 디바이스 패턴을 워크피스 위에 전사하는 공정을 포함하는 것이다. 본 발명의 노광방법을 사용함으로써 고기능의 디바이스를 높은 스루풋으로 양산할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 투영노광장치를 나타내는 일부를 절결한 구성도이다.
도 2 는 도 1 중 투영광학계 (PL) 로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 까지의 구성을 나타내는 일부를 단면으로 한 도면이다.
도 3 은 도 2 의 퍼지가이드판 (33) 을 나타내는 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 2 실시형태의 투영광학계 (PL1) 로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 까지의 구성을 나타내는 일부를 단면으로 한 도면이다.
도 5 는 그 제 2 실시형태의 변형예를 나타내는 일부를 단면으로 한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 3 실시형태의 투영광학계 (PL) 로부터 웨이퍼 스테이 지 (23) 까지의 구성을 나타내는 일부를 단면으로 한 도면이다.
도 7 은 도 6 의 투영광학계 (PL) 를 나타내는 평면도이다.
도 8 은 그 제 3 실시형태에서 웨이퍼 스테이지 위치가 변화된 경우를 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 대해 도 1 ∼ 도 3 을 참조하여 설명한다. 본 예는 노광빔으로서 진공자외광을 사용하는 스텝 앤드 스캔방식의 투영노광장치에 본 발명을 적용한 것이다.
도 1 은 본 예의 투영노광장치의 개략구성을 나타내는 일부를 절결한 구성도이며, 이 도 1 에서 본 예의 투영노광장치의 기구부는 조명광학계부 (5), 레티클 조작부 (6), 투영광학계 (PL) 및 웨이퍼 조작부 (7) 로 크게 나눠져 있고, 또한 조명광학계부 (5), 레티클 조작부 (6), 및 투영광학계 (PL) 는 각각 박스형상의 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2), 및 경통 (3) 내부에 주위의 기체로부터 격리되어 실질적으로 엄밀하게 밀폐된 상태로 수납되어 있다. 또, 웨이퍼 조작부 (7) 에는 측면방향에서 국소적으로 온도제어된 기체가 공급되고 있음과 동시에, 웨이퍼 조작부 (7) 의 중앙부에서도 후술하는 바와 같이 소정의 기체가 공급되고 있다. 또한, 본 예의 투영노광장치는 전체로서, 내부 기체 (예컨대 청정화된 건조공기) 의 온도가 소정의 목표범위 내로 제어된 하나의 큰 챔버 (도시생략) 내부에 수납되어 있다.
우선, 조명광학계부 (5) 에서 노광광원 (11) 으로서 진공자외역의 파장 157 ㎚ 의 펄스레이저광을 발생시키는 F2 레이저광원이 사용되고 있고, 노광광원 (11) 의 사출단이 조명계 챔버 (1) 의 하부측면에 끼워져 있다. 노광시 노광광원 (11) 으로부터 조명계 챔버 (1) 내로 사출된 노광광 (IL) (노광빔) 은 미러 (12) 로 상측으로 반사되고, 진동 등으로 인한 광축어긋남을 맞추기 위한 도시생략의 자동추미부, 및 조명계 단면형상의 정형과 광량제어를 실시하는 빔정형 광학계 (13) 를 통하여 옵티컬 인티그레이터 (호모게니저) 로서의 플라이아이 렌즈 (또는 로드렌즈) (14) 로 입사된다. 플라이아이 렌즈 (14) 의 사출면에는 개구쓰로틀 (도시생략) 이 배치되고, 플라이아이 렌즈 (14) 로부터 사출되어 그 개구쓰로틀을 통과한 노광광 (IL) 은, 미러 (15) 에 의해 거의 수평방향으로 반사되어 릴레이 렌즈 (16) 를 통하여 시야(視野)쓰로틀 (레티클 블라인드) (17) 에 도달한다.
시야쓰로틀 (17) 의 배치면은 노광대상의 레티클 (R) 의 패턴면과 거의 공액으로 시야쓰로틀 (17) 은 그 패턴면에서의 가늘고 긴 장방형 조명영역의 형상을 규정하는 고정블라인드와, 주사노광 개시시 및 종료시에 불필요한 부분으로의 노광을 방지하기 위해 그 조명영역을 닫는 가동블라인드를 구비하고 있다. 시야쓰로틀 (17) 을 통과한 노광광 (IL) 은 릴레이 렌즈 (18), 미러 (19), 및 조명계 챔버 (1) 선단부에 고정된 콘덴서 렌즈계 (20) 를 통하여 레티클 (R) 의 패턴면 위의 장방형 (슬릿형상) 의 조명영역을 균일한 조도분포로 조명한다. 노광광원 (11) ∼ 콘덴서 렌즈계 (20) 로 조명광학계부 (5) 가 구성되고, 조명광학계부 (5) 내의 노광광 (IL) 의 광로, 즉 노광광원 (11) 으로부터 콘덴서 렌즈계 (20) 까지의 광로가 조명계 챔버 (1) 에 의해 밀폐되어 있다.
노광광 (IL) 하에서 레티클 (R) 의 조명영역 내의 패턴 이미지가 투영광학계 (PL) 를 통하여 투영배율 (β) (β는 예컨대 1/4, 1/5 등) 로 기판으로서의 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (wafer) (W) 위에 투영된다. 웨이퍼 (W) 는 예컨대, 반도체 (실리콘 등) 또는 SOI (silicon on insulator) 등의 원팡형상 기판이다. 본 예와 같이 노광광 (IL) 이 F2 레이저광인 경우에는 투과율이 양호한 광학초재(光學硝材)는 형석 (CaF2 의 결정), 불소나 수소 등을 도핑한 석영유리, 및 불소화 마그네슘 (MgF2) 등에 한정되기 때문에, 투영광학계를 굴절광학부재만으로 구성하여 원하는 결상특성 (색수차특성 등) 을 얻는 것은 곤란한 경향이 있다. 그래서, 본 예의 투영광학계 (PL) 는 후술하는 바와 같이 굴절광학부재와 반사경을 조합한 반사굴절계이다. 이하, 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행하게 Z 축을 취하고, Z 축에 수직인 평면 내 (본 예에서는 수평면) 에서 도 1 의 지면에 평행하게 X 축을 취하고, 도 1 의 지면에 수직으로 Y 축을 취하여 설명한다. 본 예 레티클 (R) 위의 조명영역은 X 방향으로 가늘고 긴 장방형으로 노광시 레티클 (R) 및 웨이퍼 (W) 의 주사방향은 Y 방향이다.
이 때, 레티클 (R) 은 레티클 스테이지 (21) 위에 유지되고, 레티클 스테이지 (21) 는 도시생략의 레티클 베이스 위에서 Y 방향으로 레티클 (R) 을 연속 이동함과 동시에, X 방향, Y 방향 및 회전방향으로 동기 오차를 저감시키도록 레티클 (R) 을 미소구동한다. 레티클 스테이지 (21) 의 위치 및 회전각은 도시생략의 레티클간섭계에 의해 고정밀도로 계측되고, 이 계측값 및 장치 전체의 동작을 통괄제어하는 컴퓨터로 이루어지는 주제어계 (25) 로부터의 제어정보에 기초하여 레티클 스테이지 (21) 가 구동된다. 레티클 (R), 레티클 스테이지 (21), 및 도시생략의 레티클 베이스나 레티클 로더 등으로 레티클 조작부 (6) 가 구성되고, 레티클 조작부 (6) 내의 노광광 (IL) 의 광로, 즉 콘덴서 렌즈계 (20) 로부터 투영광학계 (PL) 까지의 광로가 레티클실 (2) 에 의해 밀폐되어 있다.
또, 투영광학계 (PL) 가 경통 (3) 내에 밀폐되어 수납되어 있고, 투영광학계 (PL) 의 레티클 측 광학부재로부터 웨이퍼 측 광학부재까지의 광로가 경통 (3) 내에 밀폐되어 있다.
한편, 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 홀더 (22) 위의 오목부로 이루어지는 탑재면에 흡착지지되고, 웨이퍼 홀더 (22) 는 웨이퍼 스테이지 (23) 위의 오목부에 고정되고, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 표면 (23a) 은 웨이퍼 (W) 의 표면 및 웨이퍼 홀더 (22) 의 표면과 함께 거의 동일 평면 위에 배치되어 있다. 이로써, 웨이퍼 (W) 의 표면을 기체가 원할하게 흐를 수 있다. 웨이퍼 스테이지 (23) 는 웨이퍼 베이스 (24) 위에서 Y 방향으로 웨이퍼 (W) 를 연속 이동함과 동시에, X 방향 및 Y 방향으로 웨이퍼를 스텝이동한다. 또, 웨이퍼 스테이지 (23) 은 도시생략의 오토포커스 센서 (도 1 의 오토포커스 센서 (63, 64)) 에 의해 계측되는 웨이퍼 (W) 표면의 광축 (AX) 방향의 위치 (포커스위치) 의 정보에 기초하여, 오토포커스방식으로 웨이퍼 (W) 표면을 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 초점을 맞춘다. 웨이퍼 스테이지 (23) 의 X 방향, Y 방향의 위치, 및 X 축 둘레의 회전각 (피칭량), Y 축 둘레의 회전각 (롤링량), Z 축 둘레의 회전각 (요잉량) 은 도시생략의 레이저 간섭계에 의해 고정밀도하게 계측되고, 이 계측값 및 주제어계 (25) 로부터의 제어정보에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (23) 가 구동된다.
웨이퍼 (W), 웨이퍼 홀더 (22), 웨이퍼 스테이지 (23), 및 웨이퍼 베이스 (23) 로부터 웨이퍼 조작부 (7) 가 구성되고, 웨이퍼 조작부 (7) 의 +X 방향으로 웨이퍼 로더 등 (도시생략) 이 배치되어 있다.
웨이퍼 조작부 (7) 의 상부 및 투영광학계 (PL) 의 측면이 커버 (4) 로 덮혀있다. 웨이퍼 조작부 (7) 의 -X 방향의 측면방향에 송풍부 (52) 및 제진(除塵)용 필터부 (53) 가 배치되고, 도시생략의 기체공급장치로부터 배관 (51) 을 통하여 송풍부 (52) 에 온도제어되어 오존이 제거된 건조공기 (드라이에어) 가 공급되고 있다. 송풍부 (52) 는 주제어계 (25) 로부터의 제어정보에 따른 유량으로 필터부 (53) 를 통하여 커버 (4) 아래의 웨이퍼 조작부 (7) 주위로 그 건조공기를 송풍한다. 이로써, 웨이퍼 조작부 (7) 의 온도는 거의 소정 목표온도로 유지된다. 또, 커버 (4) 의 +X 방향의 측면은 개방부 (54) 로 되어 있기 때문에, 이 개방부 (54) 를 통하여 웨이퍼 (W) 의 교환을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 송풍부 (52) 로부터 웨이퍼 조작부 (7) 측에 공급하는 기체로서 노광광 (IL) 에 대한 투과율이 높은 불활성인 기체 (예컨대 헬륨가스 등의 희(稀)가스, 또는 질소가스 등) 를 공급하도록 해도 된다.
또한, 본 예의 투영노광장치가 전체로서 수납되어 있는 챔버 내에서 예컨대, 다운플로에 의해 먼지나 화학물질 등이 제거된 건조공기 등을 연속적으로 흐르게 하는 구성이 채택되고 있는 경우에는 웨이퍼 조작부 (7) 의 온도는 어느 정도까지 안정화된다. 그래서, 그와 같은 경우에는 웨이퍼 조작부 (7) 주위에 국소적으로 건조공기 등을 공급하기 위한 커버 (4), 송풍부 (52), 및 필터부 (53) 를 배치하지 않도록 해도 된다.
노광시에는 웨이퍼 (W) 위의 노광대상의 쇼트영역을 투영광학계 (PL) 의 노광영역 가까운 쪽으로 스텝이동시키는 동작과, 레티클 스테이지 (21) 를 통하여 노광광 (IL) 의 조명영역에 대해 레티클 (R) 을 Y 방향으로 일정한 속도 (VR) 로 주사하는 것에 동기하여, 웨이퍼 스테이지 (23) 를 통하여 일정한 속도 (βㆍVR) (β는 투영광학계 (PL) 의 투영배율) 로 웨이퍼 (W) 를 Y 방향으로 주사하는 동작이 스텝 앤드 스캔방식으로 반복되어 웨이퍼 (W) 위의 각 쇼트영역에 순차적으로 레티클 (R) 의 패턴의 축소상이 전사된다.
또한, 본 예의 노광광 (IL) 은 파장 157㎚ 의 진공자외광이기 때문에, 그 노광광 (IL) 에 대한 오존이 제거된 통상적인 공기 중의 흡광물질로서는, 산소 (O2), 물 (수증기: H2O), 탄산가스 (이산화탄소: CO2), 유기물, 및 할로겐화물 등이 있다. 또한, 그 노광광 (IL) 이 투과되는 기체 (흡수가 거의 없는 물질) 로서는 질소가스 (N2) 외에 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr), 크세논 (Xe), 라돈 (Rn) 으로 이루어지는 희가스가 있다.
그 질소가스 및 희가스를 통합하여 「불활성가스」라고 칭한다.
또, 질소가스는 파장 150㎚ 정도 이하의 광에 대해서는 흡광물질로서 작용하 게 되지만, 헬륨가스는 파장 100㎚ 정도까지 투과성 기체로서 사용할 수 있다. 또한, 헬륨가스는 열전도율이 질소가스의 약 6 배이며 기압변화에 대한 굴절률의 변동량이 질소가스의 약 1/8 이기 때문에, 특히 고투과율과 광학계의 결상특성의 안정성이나 냉각성으로 우수하다. 그러나, 헬륨가스는 고가이기 때문에 노광빔의 파장이 F2 레이저와 같이 150㎚ 이상이면 운전비용을 저감시키기 위해 그 투과성 기체로서 질소가스를 사용하도록 해도 된다. 본 예에서는 결상특성의 안정성이나 냉각성 등의 관점에서 그 노광광 (IL) 이 투과성인 기체 (이하, 「퍼지가스」라고 칭함) 로서 헬륨가스를 사용하는 것으로 한다.
본 예의 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 및 경통 (3) 내부에는 배관 (32A) 등을 통하여 내부의 흡광물질을 포함하는 기체를 배기하기 위한 진공펌프 (30A, 30B) 및 (30C) 가 접속되어 있다. 또, 예컨대 본 예의 투영노광장치의 전체가 수납되어 있는 챔버 (도시생략) 외부에 배치된 기체공급장치 (26) 내의 봄베에 퍼지가스로서의 헬륨가스가 고순도 상태로 압착되어, 또는 액화되어 저장되어 있다. 그리고, 필요에 따라 그 봄베로부터 꺼내어진 헬륨가스가 소정 압력으로 소정 온도로 제어되어 전자적으로 개폐할 수 있는 밸브 (28A, 28B, 28C) 가 장착된 배관 (27A, 27B, 27C) 을 통하여 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 및 경통 (3) 내부로 공급되도록 구성되어 있다.
또한, 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 및 경통 (3) 내부에 배관 (31A) 등을 통하여 흡광물질의 농도를 계측하기 위한 농도센서 (29A, 29B 및 29C) 가 접속되어 농도센서 (29A ∼ 29C) 의 계측값이 주제어계 (25) 로 공급된다. 농도센서 (29A ∼ 29C) 로서는 산소농도계, 수증기의 농도계로서의 노점계, 및 이산화탄소의 센서 등을 조합한 복합센서 등을 사용할 수 있다. 주제어계 (25) 는 그 농도센서 (29A, 29B 또는 29C) 로 계측되는 소정 흡광물질 (본 예에서는 산소, 수증기 및 이산화탄소) 의 농도가 미리 설정되어 있는 허용농도를 초과했을 때, 각각 밸브 (28A, 28B 또는 28C) 가 닫혀져 있는 상태에서 진공펌프 (30A, 30B 또는 30C) 를 동작시켜 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 또는 경통 (3) 내부의 기체 및 흡광물질을 배기한다. 주제어계 (25) 는 그 후, 밸브 (28A, 28B 또는 28C) 를 열어 기체공급장치 (26) 를 동작시키고 배관 (27A ∼ 27C) 을 통하여 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 및 경통 (3) 내부로 고순도의 소정 온도의 퍼지가스를 소정 압력 (통상은 1 기압) 까지 공급한다. 이로써, 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 및 경통 (3) 내부의 기체는 외기와 실질적으로 동등하게 된다. 그 후, 밸브 (28A, 28B 및 28C) 가 닫혀지는데, 이 동작으로부터 소정 기간이 경과할 때까지는 대응하는 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2) 또는 경통 (3) 내부의 흡광물질의 농도는 각각 상기의 허용농도 이하가 되고 있다.
또한, 본 예의 투영광학계 (PL) 선단부의 광학부재와 웨이퍼 (W) 사이의 워킹 디스턴스부에는 본 발명의 가이드부재로서의 중앙부에 개구부가 형성된 퍼지가이드판 (33) 이 설치되고, 투영광학계 (PL) 선단부와 퍼지가이드판 (33) 사이에 기체공급장치 (26) 로부터 개폐자재의 밸브 (28E) 가 부착된 배관 (27E) 을 통하는 급기관이 배치되고, 퍼지가이드판 (33) 과 웨이퍼 (W) 사이의 공간의 외측에 배치 된 복수의 배기관이 커버 (4) 를 통하여 배관 (32E) 에 연결되고, 배관 (32E) 이 진공펌프 (30E) 에 접속되어 있다. 또, 퍼지가이드판 (33) 의 외주부 근방에 배치된 배관 (55) 이 커버 (4) 를 통하여 농도센서 (29E) (농도센서 (29A) 와 동일 구성임) 에 접속되어 있고, 주제어계 (25) 는 농도센서 (29E) 의 계측값 등에 기초하여 기체공급장치 (26) 에 의한 퍼지가이드판 (33) 측으로의 퍼지가스의 공급량, 및 진공펌프 (29E) 에 의한 배기량을 제어한다. 또한, 본 예에서는 진공펌프 (29E) 에 의한 퍼지가스 및 공기의 배기동작을 생략할 수 있어 상시 배기동작을 실시하지 않을 경우에는 진공펌프 (29E) 등을 포함하는 배기계를 구비하지 않아도 된다.
이하, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이로 퍼지가스를 공급하기 위한 기구에 대해 도 2 및 도 3 을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 2 이후에서 도 1 중의 커버 (4) 는 도시를 생략하고 있다.
도 2 는 도 1 중의 투영광학계 (PL) 로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 까지의 내부 구성을 나타내는 단면도이며, 이 도 2 에서 본 예의 반사굴절광학계로 이루어지는 투영광학계 (PL) 는 레티클 (R) 의 패턴의 일차상 (중간상) (I) 을 형성하기 위한 제 1 결상광학계 (K1) 와, 일차상 (I) 로부터의 광에 기초하여 레티클 패턴의 이차상을 축소배율로 감광성 기판으로서의 웨이퍼 (W) 위에 형성하기 위한 제 2 결상광학계 (K2) 로 구성되어 있다.
제 1 결상광학계 (K1) 는 레티클 측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 (G1) 과, 개구쓰로틀 (S) 과, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 (G2) 으로 구성되어 있다. 제 1 렌즈군 (G1) 은 레티클 측으로부터 순서대로, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 양메니스커스 렌즈 (L11) 와, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 양메니스커스 렌즈 (L12) 와, 레티클 측에 비구면형상의 오목면을 향한 양메니스커스 렌즈 (L13) 로 구성되어 있다. 또, 제 2 렌즈군 (G2) 은 레티클 측으로부터 순서대로, 레티클 측 면이 비구면형상으로 형성된 두 오목렌즈 (L21) 와, 레티클 측 면이 비구면형상으로 형성된 두 볼록렌즈 (L22) 와, 웨이퍼 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 정메니커스렌즈 (L23) 와, 웨이퍼 측에 비구면형상의 오목면을 향한 정메니커스렌즈 (L24) 로 구성되어 있다. 또한, 광축 (AX) 방향에서 개구쓰로틀 (S) 과 소정 간격만큼 떨어진 위치에 광축 (AX) 근방의 광을 차광하기 위한 원형의 중심차폐부재 (SP) 가 배치되어 있다.
또한, 제 2 결상광학계 (K2) 는 레티클 측으로부터 순서대로, 웨이퍼 측에 오목면을 향한 표면반사면 (R1) 을 갖고 또한 중앙에 개구부 (광통과부) (61) 를 갖는 주경 (MI) 과, 렌즈성분 (L2) 과, 그 웨이퍼 측의 렌즈면 위에 형성되고 또한 중앙에 개구부 (62) 를 갖는 반사면 (R2) 을 구비한 부경 (M2) 으로 구성되어 있다. 즉, 다른 관점에 의하면, 부경 (M2) 과 렌즈성분 (L2) 은 이면 반사경을 구성하고 렌즈성분 (L2) 은 이면 반사경의 굴절부를 구성하고 있다. 이 경우, 제 1 결상광학계 (K1) 의 결상배율을 β1, 제 2 결상광학계 (K2) 의 결상배율을 β2 로 하면, 일례로서 0.7＜｜β1／β2｜＜3.5 의 관계가 만족되는 것이 바람직하다.
또, 투영광학계 (PL) 를 구성하는 모든 광학요소 (G1, G2, M1, M2) 는 단일 광축 (AX) 을 따라 배치되어 있다. 또, 주경 (M1) 은 일차상 (I) 의 형성위치근방에 배치되고, 부경 (M2) 은 웨이퍼 (W) 에 근접하여 배치되어 있다.
이렇게 본 예에서는 레티클 (R) 의 패턴으로부터의 광이 제 1 결상광학계 (K1) 를 통하여 레티클 패턴의 일차상 (중간상) (I) 을 형성하고, 일차상 (I) 으로부터의 광은 주경 (M1) 중앙의 개구부 (61) 및 렌즈성분 (L2) 을 통하여 주경 (M1) 으로 반사된다. 그리고, 주경 (M1) 으로 반사된 광은 렌즈성분 (L2) 및 부경 (M2) 중앙의 개구부 (62) 를 통하여 웨이퍼 (W) 표면에 레티클 패턴의 이차상을 축소배율로 형성한다. 도 2 의 예에서는, 제 1 결상광학계 (K1) 의 결상배율 (β1) 은 0.6249, 제 2 결상광학계 (K2) 의 결상배율 (β2) 은 0.4000 이며, 레티클 (R) 로부터 웨이퍼 (W) 에 대한 투영배율 (β) 은 0.25 (1/4 배) 가 되고 있다.
본 예에서 투영광학계 (PL) 를 구성하는 모든 굴절광학부재 (렌즈성분) 에는 형석 (CaF2 의 결정) 을 사용하고 있다. 또, 노광빔으로서의 F2 레이저광의 발진중심 파장은 157.6㎚ 이며, 파장폭이 157.6㎚ ±10pm 의 광에 대해 색수차가 보정되고 있음과 동시에, 구면 수차, 비점 수차, 및 왜곡 수차 등의 여러 수차도 양호하게 보정되고 있다. 또한, 온도변화에 대한 주경 (M1) 반사면의 면변화를 억제하여 양호한 결상성능을 유지하기 위해, 주경 (M1) 반사면 (R1) 을 지지하는 지지부재를 선팽창율 3ppm/℃ 이하의 물질 예컨대, 티탄규산유리 (Titanium Silicate Glass) 를 사용하여 형성하고 있다. 티탄규산유리로서는 예컨대, 코닝사의 ULE (Ultra Low Expansion: 상품명) 를 사용할 수 있다.
본 예의 투영광학계 (PL) 는 반사굴절광학계를 구성하는 모든 광학요소가 단일 광축을 따라 배치되어 있기 때문에, 반사부재를 사용하여 색수차 등을 저감할 수 있고, 또한 종래의 직통형 굴절계 연장선 상의 기술에 의해 경통설계 및 제조를 실시하는 것이 가능해져 제조의 곤란성을 동반하지 않고 고정밀도화를 도모할 수 있다.
그리고, 본 예에서는 제 1 결상광학계 (K1) 및 제 2 결상광학계 (K2) 를 단일 경통 (3) 내에 밀폐된 상태로 지지하고 있다. 즉, 렌즈 (L11 ∼ L24), 주경 (M1), 및 렌즈성분 (L2) (부경 (M2)) 은 각각 렌즈프레임을 통하여 경통 (3) 내에 유지되고, 렌즈 (L12) 로부터 주경 (M1) 까지의 광학부재용 렌즈프레임에는 각각 기체를 통과시키기 위한 통기공이 형성되고, 최상단의 렌즈 (L11) 의 렌즈프레임, 및 최하단 (선단부) 의 렌즈성분 (L2) (부경 (M2)) 의 렌즈프레임 (8A) 은 각각 밀폐되어 있다.
또, 도 1 을 참조하여 설명한 바와 같이, 경통 (3) 내부에는 농도센서 (29C) 에 연결되는 배관, 진공펌프 (30C) 에 연결되는 배관 (32C), 및 기체공급장치 (26) 에 연결되는 배관 (27C) 이 접속되고, 이들 부재에 의해 경통 (3) 내부에는 고순도 퍼지가스가 채워져 있다.
본 예의 워킹 디스턴스부의 간격, 즉 투영광학계 (PL) 선단의 광학부재인 부경 (M2) 과 웨이퍼 (W) 의 간격 (d1) 은 10㎜ 정도이며, 그 워킹 디스턴스부의 거의 중간위치에 두께가 1㎜ 정도의 퍼지가이드판 (33) 이 설치되고, 퍼지가이드판 (33) 중앙부 (본 예에서는 광축 (AX) 을 중심으로 하는 시야중심 부근) 에 웨이퍼 (W) 로 입사되는 노광광 (IL) (결상광속) 을 통과시키기 위한 개구부로서의 원형 가이드공 (33a) 이 형성되어 있다. 가이드공 (33a) 은 노광빔으로서의 결상광속 (노광광 (IL)) 을 통과시키는 개구부, 및 퍼지가스를 통과시키는 개구부로서 사용된다.
또, 퍼지가이드판 (33) 의 외주부로부터 경통 (3) 의 측면에 걸친 부분은 밀폐되고, 그 부분에 광축 (AX) 을 사이에 두고 대향하도록 2 개의 급기관 (27Ea) 및 (27Eb) 이 배치되고, 급기관 (27Ea, 27Eb) 은 밸브 (28E) 가 부착된 배관 (27E) 을 통하여 기체공급장치 (26) 에 접속되어 있다. 따라서, 부경 (M2) (렌즈성분 (L2)) 과 퍼지가이드판 (33) 사이의 공간은 가이드공 (33a) 을 제외하면 밀폐된 구조로 되어 있다. 그리고, 퍼지가이드판 (33) 과 웨이퍼 (W) 사이 공간의 측면부 근방에 복수의 배기관 (32Ea, 32Eb) 이 설치되고, 배기관 (32Ea, 32Eb) 이 배관 (32E) 을 통하여 진공펌프 (30E) 에 접속되어 있다.
실제로는, 도 2 의 퍼지가이드판 (33) 의 평면도인 도 3 에 나타내는 바와 같이 퍼지가이드판 (33) 의 외주부에 8 개의 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) 이 거의 등각도 간격으로 배치되고, 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) 이 각각 도 2 의 배관 (32E) 을 통하여 진공펌프 (30E) 에 접속되어 있다. 또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) 과 기계적으로 간섭되지 않도록 웨이퍼 표면의 복수의 계측점에 조명광 (65) 에 의해 슬릿상을 투영하는 투사광학계 (63) 와, 그들 슬릿상으로부터의 반사광을 수광하여 각 계측점의 포커스위치정보를 포함하는 포커스신호를 생성하는 집광광학계 (64) 로 이루어지는 오토포커스 센서 (63, 64) 가 배치되어 있다.
도 2 로 되돌아가서, 급기관 (27Ea, 27Eb) 에 관해서도 2 개소뿐만 아니라 퍼지가이드판 (33) 주위에 거의 등각도 간격으로 3 개소 이상의 복수 개소에 급기관을 배치하도록 해도 된다.
본 예에서는 퍼지가스를 공급하는 제 1 방법으로서, 노광중에는 밸브 (28E) 를 열림상태로 하여 기체공급장치 (26) 로부터 배관 (27E) 및 급기관 (27Ea, 27Eb) 을 통하여 투영광학계 (PL) 선단부와 퍼지가이드판 (33) 사이에 중심부를 향해 노광광 (IL) 을 투과하는 기체로서의 고순도 퍼지가스 (본 예에서는 헬륨가스) 를 연속적으로 공급한다. 한편, 진공펌프 (30E) 에 의한 퍼지가스 등의 흡인동작은 실시하지 않는 것으로 한다. 그리고, 도 1 의 농도센서 (29E) 에 의한 흡광물질의 농도 계측값이 증대하고 있는 경우에는 퍼지가스의 공급량을 증대시킨다.
이 경우, 급기관 (27Ea, 27Eb) 으로부터 투영광학계 (PL) 선단부와 퍼지가이드판 (33) 사이의 공간에 도입된 고순도 퍼지가스는 그 공간을 시야중심인 가이드공 (33a) 의 중심을 향해 흐른 후, 가이드공 (33a) 내부를 웨이퍼 측 (노광광 (IL) 의 진행방향과 동일 방향) 을 향해 흐른다. 이 가이드공 (33a) 내부에서의 퍼지가스 흐름을 「다운플로」라고 칭한다. 이와 같이 다운플로된 퍼지가스는 퍼지가이드판 (33) 과 웨이퍼 (W) 사이의 공간으로 유출된 후, 화살표 (66) 로 나타내는 바와 같이 노광부 (중심부) 로부터 외측을 향해 흘러나온다.
이 퍼지가스의 흐름과정에서 웨이퍼 (W) 로부터 발생하는 흡광물질을 포함하는 탈가스, 특히 웨이퍼 (W) 위에 도포된 포토레지스트로부터의 탈가스의 통상적인 확산방향 (투영광학계 (PL) 를 향하는 방향) 과 반대방향의 퍼지가스의 다운플로가 발생하고 있다. 그 결과, 그 웨이퍼 (W) 로부터의 탈가스가 퍼지가이드판 (33) 상부의 공간으로 역류하는 것이 거의 방지되어 그 탈가스는 퍼지가스의 다운플로에 들어가도록 시야중심으로부터 주변부로 흘러들어가게 된다. 이하, 웨이퍼 (W) 로부터 발생하는 탈가스, 특히 웨이퍼 (W) 위에 도포된 포토레지스트로부터의 탈가스를 포함하는 퍼지가스를 「흡광물질을 포함하는 가스」라고 칭한다.
이와 같이 본 예에서는 그 흡광물질을 포함하는 가스의 다운플로에 의해 웨이퍼 (W) 로부터의 탈가스가 투영광학계 (PL) 선단의 광학부재에 부착함으로 인한 투과율 저하를 억제할 수 있다. 또, 탈가스 중에 포함되는 흡광물질을 배기함으로써 노광광 (IL) (결상광속) 의 일양성을 유지할 수 있고, 투영광학계 (PL) 의 결상특성을 높게 유지할 수 있고, 나아가서는 웨이퍼 (W) 위에 형성되는 회로패턴의 선폭 균일성을 높일 수 있음과 동시에, 충분한 광량을 웨이퍼 (W) 의 노광면 위에 도달시킬 수 있어 노광공정의 스루풋을 높일 수 있다.
또한, 본 예에서는 퍼지가이드판 (33) 은 평면임과 동시에, 그 위의 투영광학계 (PL) 선단의 광학부재 (부경 (M2)) 의 바닥면 및 렌즈프레임 (8A) 의 바닥면은 퍼지가이드판 (33) 에 평행한 거의 동일평면 위에 위치하고 있다. 또한, 퍼지가이드판 (33) 하측의 웨이퍼 스테이지 (23) 의 상면 (23a), 웨이퍼 홀더 (22) 의 상면, 및 웨이퍼 (W) 의 노광면은 퍼지가이드판 (33) 에 평행한 거의 동일 평면 위에 위치하고 있다. 따라서, 퍼지가스는 퍼지가이드판 (33) 의 상부 및 하부의 공간을 매우 원할하게 흐를 수 있어 흡광물질이 효율적으로 외주부 측으로 배출 된다.
이어서, 퍼지가스를 공급하는 제 2 방법으로서, 노광중에 기체공급장치 (26) 로부터 급기관 (27Ea, 27Eb) 을 통하여 투영광학계 (PL) 선단부와 퍼지가이드판 (33) 사이에 중심부를 향해 고순도 퍼지가스를 연속적으로 공급하는 동작과 병행하여 진공펌프 (30E) 에 의해 배관 (32E) 및 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) (도 3 참조) 을 통하여 연속적으로 기체를 흡인한다. 그리고, 도 1 의 농도센서 (29E) 에 의한 흡광물질의 농도 계측값이 증대하고 있는 경우에는 퍼지가스의 공급량 및 기체의 흡인량을 증대시킨다. 본 예에서는 외측으로 흘러나온 퍼지가스의 대부분 및 외측을 흐르고 있는 건조공기는, 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) 을 통하여 진공펌프 (30E) 에 의해 흡인된다. 따라서, 퍼지가이드판 (33) 과 웨이퍼 (W) 사이의 공간을 흐르는 흡광물질을 포함하는 가스가, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 외주부로부터 외부공간으로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 그 가스의 배기관 (32Ea ∼ 32Eh) 에서의 가스 배출율 (단위시간 당 흡수하는 가스의 체적) 을 퍼지가스의 급기관 (27Ea, 27Eb) 에서의 가스 공급율 (단위시간 당 분출하는 가스의 체적) 보다 크게 설정하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 흡광물질을 포함하는 가스뿐만 아니라 웨이퍼 스테이지 (23) 근방의 분위기 (본 예에서는 건조공기) 를 흡인하게 된다. 이 분위기의 흐름은, 통상은 웨이퍼 스테이지 (23) 로부터 노광영역방향 (고순도 퍼지가스의 다운플로의 중심부) 을 향하는 흐름이다. 이로써, 불순물을 포함한 가스가 웨이퍼 스테이지 (23) 상부로부터 외부 공간으로 흘러나오는 것이 방해받게 되어 웨이퍼 스테이지 (23) 외주부의 분위기에서의 굴절률 변화를 극력 저감시킬 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치를 계측하는 레이저 간섭계의 레이저빔의 광로 흔들림이 작아져 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정 정밀도가 향상된다. 또, 오토포커스 센서 (63, 64) 의 포커스위치의 계측정밀도도 향상된다.
본 실시형태와 같이 외부 분위기를 어지럽히지 않고 웨이퍼 스테이지 (23) 위의 고순도 퍼지가스의 흐름을 실현함으로써 효율적으로 웨이퍼 위의 노광부 주변에 중점적으로 고순도 퍼지가스를 공급할 수 있게 된다. 동시에, 고순도 퍼지가스와 웨이퍼 스테이지 (23) 주위의 분위기와의 혼합에 의한 굴절률의 변동에 따라 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정을 실시하는 간섭계나 오토포커스 센서 (63, 64) 에 발생하는 검출오차를 보다 적게 하는 것이 가능해진다.
또, 상기 실시형태에서 도 1 의 도시생략의 레티클 베이스 위에 레티클 스테이지 (21) 를 에어 베어링을 통하여 탑재하고, 웨이퍼 베이스 (24) 위에 웨이퍼 스테이지 (23) 를 에어 베어링을 통하여 탑재할 경우의 완충용 기체로서, 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2), 투영광학계 (PL) 의 경통 (3) 내부 공간, 및 웨이퍼 (W) 상면의 공간의 적어도 1 개소로 공급되는 헬륨가스 (또는 질소가스 등) 를 한번 회수한 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 그들 스테이지로 공급되는 헬륨가스 등에는 다양한 불순물이 존재하고 있을 가능성이 있기 때문에, 산소, 물, 탄산가스, 유기물, 할로겐화물 등을 제거하는 각종 필터를 통과시킨 후에 재공급하면 된다.
이어서, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 도 4 를 참조하여 설명한다. 도 4 에서 도 1 및 도 2 에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 상세 설명을 생략한다.
도 4 는 본 예의 투영노광장치의 투영광학계 (PL1) 로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 까지의 구성을 나타내는 단면도이며, 이 도 4 에서 노광광 (IL) 으로서 진공자외광인 F2 레이저광이 사용되고 있다. 그리고, 본 예의 반사굴절광학계로 이루어지는 투영광학계 (PL1) 도, 레티클 (R) 패턴의 중간상 (일차상) 을 형성하기 위한 굴절형 제 1 결상광학계 (K1) 와, 그 중간상으로부터의 광에 기초하여 레티클 패턴의 최종상을 축소배율로 감광성 기판으로서의 웨이퍼 (W) 위에 형성하기 위한 반사굴절형 제 2 결상광학계 (K2) 로 구성되어 있다.
제 1 결상광학계 (K1) 는 레티클 측으로부터 순서대로, 양의 굴절력을 갖는 제 1 렌즈군 (G1) 과, 개구쓰로틀 (S) 과, 양의 굴절력을 갖는 제 2 렌즈군 (G2) 으로 구성되어 있다. 제 1 렌즈군 (G1) 은 레티클 측으로부터 순서대로, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 양메니스커스 렌즈 (L31) 와, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 두 볼록렌즈 (L32) 와, 웨이퍼 측에 비구면형상의 오목면을 향한 메니스커스 렌즈 (L33) 와, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈 (L34) 로 구성되어 있다. 또, 제 2 렌즈군 (G2) 은 레티클 측으로부터 순서대로, 레티클 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 메니스커스 렌즈 (L41) 와, 웨이퍼 측에 비구면형상의 볼록면을 향한 두 볼록렌즈 (L42) 와, 웨이퍼 측에 비구면형상의 오목면을 향한 메니커스렌즈 (L43) 로 구성되어 있다. 또한, 광 축 (AX1) 의 방향에서 개구쓰로틀 (S) 과는 소정 간격만큼 다른 위치에 광축 (AX1) 근방의 광을 차광하는 중심차폐부재 (SP) 가 배치되어 있다.
또한, 제 2 결상광학계 (K2) 는 레티클 측으로부터 순서대로 중앙부에 개구부 (광통과부) (61A) 를 갖고 웨이퍼 측에 오목면을 향한 음굴절력의 반사면 (R3) 을 갖는 주경 (M3) 과, 렌즈성분 (L4) 과, 중앙부에 개구부 (62A) 를 갖는 반사면 (R4) 을 구비한 부경 (M4) 으로 구성되어 있다. 렌즈성분 (L4) 은 웨이퍼 측에 비구면형상의 오목면을 향한 음메니스커스 렌즈이다. 즉, 투영광학계 (PL1) 를 구성하는 모든 광학요소 (G1, G2, M3, L4, M4) 는 단일 광축 (AX1) 을 따라 배치되어 있다. 또, 주경 (M3) 은 중간상의 형성위치 근방에 배치되고, 부경 (M4) 의 웨이퍼 (W) 에 근접하여 배치되어 있다. 본 예에서는 레티클 (R) 패턴으로부터의 노광광 (IL) (결상광속) 은 제 1 결상광학계 (K1) 에 의해 중간상을 형성하고, 그 중간상으로부터의 결상광속은 주경 (M3) 의 개구부 (61A) 를 통과하여 렌즈성분 (L4) 을 거쳐 부경 (M4) 상면의 반사면 (R4) 에서 반사된 후, 렌즈성분 (L4) 을 거쳐 주경 (M4) 의 반사면 (R3) 에서 반사되어 다시 렌즈성분 (L2) 및 부경 (M4) 의 개구부 (62A) 를 통과하여 웨이퍼 (W) 위로 입사된다.
그리고, 본 예에서는 제 1 결상광학계 (K1) 및 제 2 결상광학계 (K2) 의 렌즈성분 (L4) 까지를 단일 경통 (3A) 내에 밀폐된 상태로 지지하고 있다. 즉, 렌즈 (L31 ∼ L43), 주경 (M3), 렌즈성분 (L4) 및 부경 (M4) 은 각각 렌즈프레임을 통하여 경통 (3A) 내에 유지되고, 렌즈 (L32) 로부터 주경 (M3) 까지의 광학부재용 렌즈프레임에는 각각 기체를 통과시키기 위한 통기공이 형성되고, 최상단 렌즈 (L31) 의 렌즈프레임, 및 최하단 (선단부) 의 렌즈성분 (L4) 및 부경 (M4) 의 렌즈프레임 (8B, 8C) 은 각각 밀폐되어 있다.
또, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 경통 (3A) 의 부경 (M4) 을 포함하는 공간의 내부에는 농도센서 (29C) 에 연결되는 배관, 진공펌프 (30C) 에 연결되는 배관 (32C), 및 기체공급장치 (26) 에 연결되는 배관 (27C) 이 접속되고, 이들 부재에 의해 부경 (M4) 을 포함하는 공간의 내부에는 고순도 퍼지가스가 채워져 있다.
또, 렌즈성분 (L4) 과 부경 (M4) 사이의 경통 (3A) 측면에 광축 (AX1) 을 사이에 두고 대향하도록 2 개의 급기관 (27Ea) 및 (27Eb) 이 배치되고, 급기관 (27Ea, 27Eb) 은 배관 (27E) 을 통하여 기체공급장치 (26) 에 접속되어 있다. 따라서, 부경 (M4) 과 렌즈성분 (L4) 사이의 공간은 개구부 (62A) 를 제하면 밀폐된 구조로 되어 있고, 본 예에서는 부경 (M4) 에 제 1 실시형태에서의 퍼지가이드판 (33) 을 겸용시킨다. 따라서, 개구부 (62A) 는 제 1 실시형태에서의 가이드공 (33a) 을 겸용하고 있게 된다.
또, 부경 (M4) 과 웨이퍼 (W) 사이 공간의 측면부 근방에 복수의 배기관 (32Ea, 32Eb) 이 설치되고, 배기관 (32Ea, 32Eb) 이 배관 (32E) 을 통하여 진공펌프 (30E) 에 접속되어 있다. 본 예에서도 배기관 (32Ea, 32Eb) 은 실제로는 등각도 간격으로 예컨대 8 개가 배치되어 있다. 이 이외의 구성은 도 1 의 제 1 실시형태와 동일한 형태이다.
본 예에서는 웨이퍼 (W) 의 노광영역 부근에 퍼지가스를 공급하기 위해, 노광중에 기체공급장치 (26) 로부터 급기관 (27Ea, 27Eb) 을 통하여 투영광학계 (PL1) 중의 렌즈성분 (L4) 와 부경 (M4) 사이에 중심부를 향해 고순도 퍼지가스를 연속적으로 공급하는 동작과 병행하여, 진공펌프 (30E) 에 의해 배관 (32E) 및 배기관 (32Ea, 32Eb) 을 통하여 연속적으로 기체를 흡인한다. 즉, 본 예와 같이 투영광학계 (PL1) 선단부의 광학부재 (부경 (M4)) 의 개구부 (62A) 가 형성되어 있는 경우에는, 굳이 퍼지가이드판을 설치할 필요없이 렌즈성분 (L4) 과 부경 (M4) 사이를 고순도 퍼지가스로 채우고 추가로 가압함으로써, 고순도 퍼지가스는 화살표 (67) 로 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W) 를 향해 다운플로를 발생시켜 제 1 실시형태와 마찬가지로 흡광물질은 그 퍼지가스와 함께 외주부로 흐르게 된다.
또, 본 예에서는 투영광학계 (PL1) 선단의 광학부재 (부경 (M4)) 와 웨이퍼 (W) 사이의 워킹 디스턴스부의 간격 (d2) 이 좁은 경우에도 고순도 퍼지가스를 웨이퍼 (W) 를 향하는 다운플로 형태로 공급할 수 있다.
또한, 흡광물질을 포함하는 가스를 흡인하는 배기관 (32Ea, 32Eb) 을 설치함으로써 흡광물질을 포함하는 가스의 웨이퍼 스테이지 (23) 외주부로의 확산량을 저감시키는 것이 가능해져 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정 정밀도나 오토포커스 센서의 계측정밀도가 향상된다.
이 제 2 실시형태의 변형예에 대해 도 5 를 참조하여 설명한다. 도 4 에 대응하는 부분에 동일 부호를 부여한 도 5 에서, 본 예의 투영광학계 (PL2) 는 도 4 의 투영광학계 (PL1) 에 대해 제 2 결상광학계 (K2) 를 개구 (61B) 를 갖는 주경 (M5) 및 개구 (62B) 를 갖는 부경 (M6) 으로 구성한 점이 다르다. 이 구성에서 중간상으로부터의 결상광속은 주경 (M5) 의 개구부 (61B), 부경 (M6) 의 반사면 (R6), 주경 (M5) 의 반사면 (R5), 부경 (M6) 의 개구부 (62B) 를 거쳐 웨이퍼 (W) 위로 입사된다.
또, 본 변형예에서는 주경 (M5) 과 부경 (M6) 사이의 경통 (3A) 측면에 광축 (AX1) 을 사이에 두고 대향하도록 2 개의 급기관 (27Ea) 및 (27Eb) 이 배치되고, 급기관 (27Ea, 27Eb) 은 배관 (27E) 을 통하여 기체공급장치 (26) 에 접속되어 있다. 이 이외의 구성은 도 4 의 실시형태와 동일하다.
이 변형예에서는 웨이퍼 (W) 의 노광영역 부근에 퍼지가스를 공급하기 위해 노광중에 기체공급장치 (26) 로부터 급기관 (27Ea, 27Eb) 을 통하여 투영광학계 (PL1) 중의 주경 (M5) 과 부경 (M6) 사이에 중심부를 향해 고순도 퍼지가스를 연속적으로 공급하는 동작과 병행하여 진공펌프 (30E) 에 의해 배관 (32E) 및 배기관 (32Ea, 32Eb) 을 통하여 연속적으로 기체를 흡인한다. 즉, 본 변형예와 같이 투영광학계 (PL2) 선단부의 광학부재 (부경 (M6)) 의 개구부 (62B) 가 형성되어 있는 경우에도, 굳이 퍼지가이드판을 설치할 필요없이 주경 (M5) 과 부경 (M6) 사이를 고순도 퍼지가스로 채우고 추가로 가압함으로써, 고순도 퍼지가스는 화살표 (68) 로 나타내는 바와 같이 웨이퍼 (W) 를 향해 다운플로를 발생시켜 제 4 실시형태와 마찬가지로 흡광물질은 그 퍼지가스와 함께 외주부로 흐르게 된다.
이어서, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 도 6 ∼ 도 8 를 참조하여 설명한다. 도 6 ∼ 도 8 에서 도 1 및 도 2 에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 상세설명을 생략한다.
도 6 은 본 예의 투영노광장치의 투영광학계 (PL) 로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 까지의 구성을 나타내는 단면도이고, 이 도 6 에서 웨이퍼 스테이지 (23) 의 +X 방향 측면의 반사면 (이동경이라도 됨) (23x) 에 레이저 간섭계 (44) 로부터 계측용 레이저빔 (LBx) 이 조사되고 있다. 레이저빔 (LBx) 은 실제적으로 예컨대 3 축 이상의 복수 축의 레이저빔으로 레이저 간섭계 (44) 는 그 레이저빔 (LBx) 과 도시생략의 참조빔의 간섭광을 수광함으로써, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 X 좌표, Y 축 둘레의 회전각 (롤링량), 및 Z 축 둘레의 회전각 (요잉량) 을 계측하여 계측값을 주제어계 (25) 로 공급한다. 마찬가지로, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 Y 방향 측면의 반사면에 레이저빔을 조사하는 레이저 간섭계 (도시생략) 도 배치되어 있고, 이 레이저 간섭계에 의해 웨이퍼 스테이지 (23) 의 Y 좌표, 및 X 축 둘레의 회전각 (피칭량) 이 계측되고, 이들 계측값에 기초하여 주제어계 (25) 는 도시생략의 웨이퍼 스테이지구동계를 통하여 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치, 이동속도, 및 회전각을 제어하고 있다.
또, 본 예에서는 투영광학계 (PL) 선단부인 부경 (M2) 과 웨이퍼 (W) 사이의 워킹 디스턴스부에는 도 2 의 퍼지가이드판 (33) 은 설치되어 있지 않다. 이로 인해, 그 워킹 디스턴스부의 -X 방향 측면에 배관 (27E) 을 통하여 기체공급장치 (26) 에 접속되어 있는 급기관 (41) 이 배치되고, 그 워킹 디스턴스부의 +X 방향 측면에 배관 (32E) 을 통하여 진공펌프 (30E) 에 접속되어 있는 배기관 (42) 이 배치되어 있다. 급기관 (41) 과 배기관 (42) 은 웨이퍼 (W) 위의 노광영역의 중심 (본 예에서는 광축 (AX) 에 일치함) 에 관해 대칭으로 배치되어 있다. 또한, 배기관 (42) 과 접속되는 배관 (32E) 선단부는 가요성을 갖는 구조로 되어 있 어 투영광학계 (PL) 하부의 측면 근방에 배기관 (42) 을 상하 (Z 방향) 로 시프트시키기 위한 슬라이드장치 (43) 가 배치되어 있다.
도 7 은 도 6 의 투영광학계 (PL) 의 평면도이고, 이 도 7 에서 급기관 (41) 은 선단부 (급기구) 가 부경 (M2) 의 폭정도 이상, 즉 웨이퍼 위의 노광영역의 폭 이상으로 넓어져 배기관 (41) 선단부 (배기구) 는 그 급기구와 거의 동일하거나 또는 약간 넓은 폭으로 넓어지고 있다. 이로 인해, 급기관 (41) 으로부터 공급된 퍼지가스는 대부분이 화살표 (69) 로 나타내는 바와 같이 배기관 (42) 으로 흘러들어간다. 또, 급기관 (41) 및 배기관 (42) 은 X 축 (Y 축) 에 대해 거의 45°로 교차하는 방향을 따라, 즉 도 6 의 웨이퍼 스테이지 (23) 상면의 대각선방향을 따라 배치되어 있다. 이로써, 퍼지가스를 공급한 경우에도 레이저 간섭계 (44) 의 레이저빔 (LBx) 등의 광로 흔들림이 작아져 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정 정밀도 등이 향상되는 이점이 있다.
도 6 으로 되돌아가서, 본 예에서는 웨이퍼 스테이지 (23) 상면의 전체가 거의 급기관 (41) 선단부와 배기관 (42) 선단부 사이에 있는 상태에서는, 밸브 (28E) 를 열림상태로 하여 기체공급장치 (26) 로부터 배관 (27E) 및 급기관 (41) 을 통하여 워킹 디스턴스부에 고순도 퍼지가스를 소정 단위시간 당 유량으로 공급한다. 또, 배기관 (42) 선단부는 거의 그 워킹 디스턴스부의 측면에 배치해 둔다. 이로써, 급기관 (41) 으로부터 흘러나온 고순도 퍼지가스는 웨이퍼 (W) 위의 노광부를 통과하여 웨이퍼 (W) 로부터의 탈가스를 묶어 웨이퍼 스테이지 (13) 의 체각(體角)방향 단부에 설치된 배기구 (15) 로 안내된다. 이와 같이 본 예에서는 상기 제 1 및 제 2 실시형태와 같이 노광영역의 중심 (광축) 을 중심으로 한 고순도 퍼지가스의 다운플로가 아니고 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 방향으로 층류형상의 퍼지가스 흐름을 실현하고 있는 점이 다르다. 이 때, 퍼지가스를 층류형상으로 하는 것이 중요함은 당연한다. 난기류 흐름이 되면 퍼지가스의 밀도 일양성을 확보할 수 없게 되어 굴절률 분포가 가능하게 된다. 이 결과, 노광패턴에 대해 노광불균일을 발생시킬 우려가 있기 때문이다.
또한, 본 실시형태의 도 7 에서는 퍼지가스 흐름을 웨이퍼 위의 넓은 영역에 대해 묘사하고 있지만, 노광영역의 중심 부근을 포함하는 대각선방향만을 따라 퍼지가스 흐름을 발생시키는 것만으로도 본 발명의 효과를 얻을 수 있는 것은 분명하다. 또, 본 예에서도 제 2 실시형태와 마찬가지로, 워킹 디스턴스부의 간격이 짧은 경우에도 웨이퍼 (W) 의 노광영역 위에 고순도 퍼지가스를 공급할 수 있다.
이어서, 본 예에서 도 8 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지 (23) 단부 (반사면 (23x)) 가 급기관 (41) 선단과 배기관 (42) 선단 사이 부근에 도달한 경우의 동작에 대해 설명한다. 본 예에서 웨이퍼 스테이지 (23) 위에서의 퍼지가스류는 층류형상의 일정한 흐름을 상정하고 있지만, 퍼지가스 흐름의 말단부가 웨이퍼 스테이지 (23) 단부에 도달하면 기류가 어지러워져 난류형상이 될 수 있다. 이 때, 어지러워진 기류는 외부 분위기와 복잡하게 혼합되어 굴절률에 변동을 미치기 때문에, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정을 실시하는 레이저 간섭계 (44) 나 오토포커스 센서의 계측값에 악영향을 끼치게 된다. 그래서, 본 예에서는 레이저 간섭계 (44) 의 계측값으로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 단부와 노광영역 거리를 산출하고, 도 8 에 나타내는 바와 같이 노광영역이 웨이퍼 스테이지 (23) 단부에 가까워졌을 때 퍼지가스의 유량 또는 유로를 조정한다. 이로써, 웨이퍼 스테이지 (23) 단부에서의 퍼지가스와 외부 분위기의 혼합에 의한 굴절률의 영향을 경감시킨다.
구체적으로는, 노광영역이 웨이퍼 스테이지 (23) 단부 (레이저 간섭계 (44) 의 레이저빔의 광로) 에 가까워졌을 때는 퍼지가스의 유량을 증가시켜도 된다. 이로 인해, 퍼지가스가 웨이퍼 스테이지 (23) 단부로부터 웨이퍼 스테이지 (23) 의 외부로 흘러나왔을 때도 보다 외란을 받기 어려워져 퍼지가스와 외부 분위기의 혼합량이 보다 적어진다. 따라서, 퍼지가스류의 말단부에서의 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치결정계나 오토포커스 센서계에서의 계측오차를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다.
본 예에서는 웨이퍼 스테이지 (23) 단부와 노광영역의 거리에 따라 퍼지가스의 유량을 연속적으로 변화시키면 보다 한층 더 계측오차가 작아짐은 당연하다.
또, 그와 같은 유량을 바꾸는 동작과 병행하여, 또는 그 동작과는 별개로 도 8 에서 슬라이드장치 (43) 를 통하여 배기관 (42) 의 위치를 통상적인 위치 (42A) 에 대해 하측으로 어긋나도록 해도 된다. 이와 같은 유로의 변경에 의해, 통상보다 넓게 확산된 퍼지가스는 높은 효율로 배기관 (42) 으로 유입되어 레이저빔 (LBx) 의 광로 흔들림이 적어진다.
또한, 이와 같이 퍼지가스의 상태 (유량, 유로 등) 를 제어하는 방법은 제 1 실시형태, 및 제 2 실시형태에서도 유효함은 당연하다.
또한, 상기 각 실시형태에서는 퍼지가스로서 헬륨 (He) 을 상정하고 있지만, 질소 (N2), 또는 희가스 (아르곤 (Ar) 등) 등의 불활성가스는 모두 진공자외광의 흡수량이 작고, 특히 F2 레이저광에 대한 흡수량은 거의 무시할 수 있을 정도로 작다. 따라서, 상기 실시형태에서 어느 불활성가스를 사용해도 동일하게 양호한 결과를 얻을 수 있음이 분명하다. 또한, 웨이퍼 외주부를 둘러싸는 공간의 분위기를 고순도 퍼지가스와 동일 종류의 가스로 채워 가능한 한 고순도 퍼지가스에 가까운 불순물농도를 실현하면, 다소 외기의 혼입이 있어도 워킹 디스턴스부에서의 굴절률의 변화량을 보다 적게 할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 (웨이퍼 스테이지) 의 위치결정용 간섭계나 오토포커스 센서에 주어지는 악영향을 최소한으로 멈출 수 있다.
또한, 웨이퍼 (W) 위에 도포된 포토레지스트로부터의 흡광물질을 포함하는 탈가스는 포토레지스트의 종류나 온도 등에 따라 양, 종류 모두 다른다. 이 경우, 포토레지스트로부터의 탈가스의 양, 종류를 미리 조사해 두고 포토레지스트에 의해 고순도 퍼지가스의 유량을 조정하면 된다. 구체적으로는, 탈가스량이 적을 때나 탈가스의 종류가 비교적 무거워 평균 자유행정이 짧은 분자가 대부분의 비율을 차지할 경우는 고순도 퍼지가스의 유량을 소량으로 함으로써 포토레지스트로부터의 탈가스가 투영광학계 선단의 광학부재에 부착되지 않도록 하는 것이 가능해진다. 이로써, 보다 확실하게 흡광물질을 배제할 수 있는 한편, 일반적으로 고가인 고순도 퍼지가스의 소비량을 필요 최소한으로 억제하는 것이 가능해져 비용절 감도 실현할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 (23) 상면 (23a) 을 웨이퍼 (W) 표면과 거의 동일 평면으로 하고 있기 때문에, 퍼지가스의 흐름이 일정한 층류에 가까운 상태로 되어 효율적으로 웨이퍼 (W) 로부터의 탈가스를 배제할 수 있다. 그러나, 본 발명은 웨이퍼 스테이지 (23) 상면과 웨이퍼 (W) 표면 사이에 단차가 있는 경우에도 유효함은 당연하다.
또한, 상기 실시형태에서는 흡광물질을 포함하는 가스를 광로공간 중 (특히 워킹 디스턴스부 중) 에서 효율적으로 배제시키는 것이지만, 불순물의 발생 그 자체를 저감시키면, 보다 한층 더 본 발명의 효과를 얻을 수 있음은 당연하다. 즉, 지금까지의 설명에서는 웨이퍼 (W) 위에 도포된 포토레지스트로부터의 탈가스의 배제에 주안을 두고 있지만, 포토레지스트 이외에서 발생하는 탈가스도 조도저하나 조도불균일과 같은 악영향을 미치기 때문에, 이들 탈가스물질을 근본적으로 경감해 두어도 된다. 특히, 여기서 문제삼고 있는 흡광물질 중에서 수분자나 탄화수소, 할로겐화물은 주의를 필요로 한다. 수분자는 구조재료 표면에 대부분의 양이 부착되어 있고, 그것이 서서히 구조재료 표면으로부터 방출되어 진공배기시 등에 퍼지가스와의 상호작용에 의해 서서히 워킹 디스턴스부를 포함하는 광로 (이하, 「광로공간」이라고 칭함) 중으로 누출되어 나옴이 알려져 있다. 또, 구조재료의 표면상태에 따라 흡광물질의 흡착량이 크게 다름이 알려져 있다.
예컨대, 구조재료의 표면적이 클수록 부착되어 있는 흡광물질의 분자수는 많아지기 때문에, 그 표면적이 작아지도록 광로공간은 미세한 구조를 갖지 않도록 설 계하는 것이 바람직하다. 또, 동일한 이유로 인해, 기계연마, 전해연마, 허브연마, 화학연마, 또는 GBB (Glass Bead Blasting) 와 같은 방법으로 연마하여 구조재료의 표면조도를 저감해 두는 것이 바람직하다. 이들 처리를 실시한 다음, 초음파 세정, 클린 드라이에어 등의 유체의 분무, 진공가열탈가스 (베이킹) 등의 수법으로 회로패턴의 노광 전에 구조재료 표면을 세정해 두고 구조재료 표면으로부터의 탈가스량을 저감해 두는 연구를 해 두면 좋다.
또한, 광로공간 중에 존재하는 전선피복물질이나 시일재 (O 링 등), 접착제 등으로부터 탄화수소, 할로겐화물 등의 흡광물질이 방출됨도 알려져 있다. 상기 실시형태에서는 탄화수소나 할로겐화물을 포함하는 전선피복물질이나 시일재 (O 링 등), 접착제 등을 광로공간 중에 가능한 한 설치하지 않거나, 또는 방출가스가 적은 소재를 이용하는 등의 대처를 하여 근본적으로 흡광물질의 발생량을 억제해 두면 상기 수분자에 대한 처리와 마찬가지로, 보다 한층 더 본 발명의 효과를 얻을 수 있게 된다.
상기 실시형태에서 조명광학계를 구성하는 광학소자를 조명계 챔버 (1) 내에 수납하고, 그 조명계 챔버 (1) 내를 불활성가스로 퍼지하는 구성을 설명하였지만, 조명광학계를 구성하는 광학소자의 공간마다 불활성가스의 공급관 및 배기관을 형성하여 퍼지를 실시해도 된다. 이것은 투영광학계에 대해서도 동일하다.
또한, 예컨대 도 1 의 조명계 챔버 (1), 레티클실 (2), 투영광학계 (PL), 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이의 공간 (웨이퍼공간) 에서는, 흡광물질의 농도관리를 각각 다른 값으로 실시해도 된다. 그 때, 레티클실 (2) 이나 웨이퍼공 간에서는 스테이지 등의 가동기구를 구비하고 있기 때문에, 조명계 챔버 (1) 및 투영광학계 (PL) 에서의 흡광물질의 농도보다 낮은 값으로 관리해도 된다.
또, 조명광학계나 투영광학계 (PL) 를 구성하는 광학소자의 공간마다 흡광물질의 농도관리를 실시해도 된다.
또, 도 1 에서 조명계 챔버 (1) 로부터 웨이퍼 조작부 (7) 의 커버 (4) 를 구성하는 케이싱체 (통형상체 등도 가능) 나 헬륨가스 등을 공급하는 배관은 불순물가스 (탈가스) 가 적은 재료 예컨대, 스테인리스강, 4 불소화에틸렌, 테트라플루오로에틸레-테레플루오로 (알킬비닐에테르), 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로펜공중합체 등의 각종 폴리머로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 각 케이싱체 내의 구동기구 (레티클 블라인드나 스테이지 등) 등에 전력을 공급하는 케이블 등도, 마찬가지로 상술한 불순물가스 (탈가스) 가 적은 재료로 피복하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 주사노광형 투영노광장치뿐만 아니라 일괄노광형 (스테퍼형) 투영노광장치 등에도 적용할 수 있음은 분명하다. 이들에 구비되는 투영광학계는 상기 실시형태와 같은 반사굴절계뿐만 아니라 굴절계나 반사계여도 된다. 또한, 투영광학계의 배율은 축소배율뿐만 아니라 등배나 확대여도 된다.
또, 본 발명은 노광빔으로서, ArF 엑시머레이저광 (파장 193㎚) 을 사용하는 경우나, 노광빔으로서 Kr2 레이저광 (파장 146㎚), Ar2 레이저광 (파장 126㎚), YAG 레이저 등의 고주파, 또는 반도체레이저의 고주파 등의 파장이 200㎚ ∼ 100㎚ 정 도의 진공자외광, 즉 산소에 대한 흡수가 큰 파장역의 광을 사용하는 경우에 특히 유효하다.
또, 엑시머레이저나 F2 레이저 등 대신에 DFB (Distributed feedback: 분산귀환형) 반도체레이저 또는 파이버레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일파장 레이저를 예컨대, 엘븀 (Er) (또는 엘븀과 이테르븀 (Yb) 의 양쪽) 이 도핑된 파이버앰프로 증폭하고 비선형 광학결정을 사용하여 자외광으로 파장 변환시킨 고주파를 사용해도 된다
예컨대, 단일파장 레이저의 발진파장을 1.544 ∼ 1.553㎛ 의 범위 내로 하면, 193 ∼ 194㎚ 의 범위 내의 8 배 고주파, 즉 ArF 엑시머레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광을 얻을 수 있고, 발진파장을 1.57 ∼ 1.58㎛ 의 범위 내로 하면, 157 ∼ 158㎚ 의 범위 내의 10 배 고주파, 즉 F2 레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광을 얻을 수 있다.
또한, 발진파장을 1.03 ∼ 1.12㎛ 의 범위 내로 하면, 발생파장이 147 ∼ 160㎚ 의 범위 내인 7 배 고주파가 출력되고, 특히 발진파장을 1.09 ∼ 1.106㎛ 의 범위 내로 하면, 발생파장이 157 ∼ 158㎚ 의 범위 내인 7 배 고주파, 즉 F2 레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광을 얻을 수 있다. 이 경우 단일파장 발진레이저로서는 예컨대, 이테르븀 도프 파이버레이저를 사용할 수 있다.
또, 상기 실시형태의 투영노광장치는 조명광학계나 투영광학계의 조정을 실시함과 동시에, 각 구성요소를 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결하여 쌓아 올 릴 수 있다. 보다 구체적으로 도 1 의 투영노광장치에서는 투영광학계 (PL) 를 구성하는 상술한 각 광학부재의 위치조정을 실시하여 투영광학계 (PL) 를 쌓아 올리고, 그 이미지면 측 (웨이퍼 측) 선단부에 퍼지가이드판 (33) 을 장착한 후, 투영광학계 (PL) 와 퍼지가이드판 (33) 사이로 측면으로부터 퍼지가스를 공급하는 기구를 장착하면 된다. 이로써, 효율적으로 그 투영노광장치를 제조할 수 있다. 또, 도 6 의 투영노광장치에서는 투영광학계 (PL) 및 웨이퍼 스테이지 (23) 를 소정 위치관계로 배치하여 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 스테이지 (23) 사이로 측면방향으로부터 퍼지가스를 공급하는 기구를 배치한 후, 웨이퍼 스테이지 (23) 의 위치에 따라 그 퍼지가스의 흐름 상태를 제어하는 슬라이드장치 (43) 등을 배치하면 된다. 이들 경우의 작업은 온도관리가 실시된 클린룸 내에서 실시하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기와 같이 노광이 실시된 웨이퍼 (W) 가 현상공정, 패턴형성공정, 보딩공정, 패키징 등을 거침으로써 반도체소자 등의 디바이스가 제조된다. 또한, 본 발명은 액정표시소자나 플라즈마 디스플레이소자 등의 표시소자, 또는 박막자기디스크 등의 디바이스를 제조할 때에도 적용할 수 있다. 또, 투영노광장치용 포토마스크를 제조할 때에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 구성을 취할 수 있음은 물론이다.
산업상이용가능성
본 발명의 제 1 노광방법에서는, 투영광학계의 노광대상의 기판 (제 2 물체) 측 선단부와 그 기판의 공간 (워킹 디스턴스부) 중에 시야중심부에 개구를 갖는 가이드부재를 형성하거나, 그 선단부의 광학부재 중앙에 형성된 개구로부터 기판 측을 향해 노광빔을 투과하는 기체의 다운플로를 야기시킴으로써 노광대상의 기판과 투영광학계 사이에 노광빔을 투과하는 기체를 용이하게 공급할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 노광대상의 기판 위에서의 노광빔 강도를 높게 유지할 수 있다.
또, 그 기체를 흐르게 함으로써 그 기판으로부터의 탈가스가 투영광학계 선단의 광학부재에 부착되어 노광빔의 조도저하를 야기시키는 현상이나 탈가스의 흡광에 의한 조도저하를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 효율적으로 그 기판으로부터의 탈가스를 배출시킴으로써 노광빔의 일양성을 보다 높일 수 있고, 노광에 충분한 광량을 노광면 위에 도달시킬 수 있고, 노광된 회로패턴의 선폭 일양성을 높일 수 있음과 동시에, 전자디바이스의 제조속도 (스루풋) 를 보다 높일 수 있다.
또, 본 발명의 제 2 노광방법에서는, 투영광학계 선단의 광학부재의 임의 방향으로부터 노광대상의 기판 (제 2 물체) 위에 노광빔을 투과시키는 기체를 층류형상으로 흐르게 함과 동시에, 스테이지의 위치에 따라 그 흐름 상태를 제어함으로써 스테이지의 위치결정 정밀도의 저하를 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 노광장치에 의하면 본 발명의 노광방법을 실시할 수 있고, 본 발명의 디바이스 제조방법에 의하면 높은 스루풋으로 고기능의 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (46)

  1. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광 빔으로 투영 광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 제 2 물체에 대향하는 면과 상기 노광광을 통과시키는 개구부를 구비하고 상기 투영 광학계와 상기 제 2 물체 사이에 배치되는 가이드 부재의 상기 투영 광학계측의 공간에, 상기 노광 빔이 투과하는 기체를 공급하고,
    상기 투영 광학계측의 공간에 공급된 상기 기체를 상기 개구부를 통하여, 상기 가이드 부재의 상기 제 2 물체측의 공간에 흐르게 하고,
    상기 개구부를 통하여 상기 제 2 물체측의 공간에 흐른 상기 기체의 일부를, 상기 제 2 물체와 상기 가이드 부재의 상기 면과의 사이를 통하여 흡인하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부재와 상기 투영 광학계 사이에 설치된 공급용 배관을 통하여 상기 기체를 공급하고, 상기 제 2 물체측의 공간의 외측에 설치된 배기용 배관을 통하여 상기 기체를 흡인하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  4. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광방법에 있어서,
    상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이에 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급함과 동시에,
    상기 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지의 위치에 따라 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 물체 위의 노광영역이 상기 스테이지 단부에 설정되었을 때 상기 기체의 유량을 늘리는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  6. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광 빔으로 투영 광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 제 2 물체에 대향하는 면과 상기 노광광을 통과시키는 개구부를 구비하고 상기 투영 광학계와 상기 제 2 물체 사이에 배치되는 가이드 부재와,
    상기 가이드 부재의 상기 투영 광학계측의 공간에, 상기 노광 빔이 투과하는 기체를 공급하는 기체공급장치와,
    상기 개구부를 통하여 상기 제 2 물체측의 공간에 흐른 상기 기체의 일부를, 상기 제 2 물체와 상기 가이드 부재의 상기 면과의 사이를 통하여 흡인하는 기체흡인장치를 설치한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 기체흡인장치는 상기 제 2 물체측의 공간에 흐른 상기 기체의 일부를 상기 제 2 물체의 외주부 측으로 흡인하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 가이드부재는 상기 투영광학계의 상기 제 2 물체에 가장 가까운 광학부재로 겸용되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 물체를 위치결정하기 위한 스테이지를 구비하고,
    이 스테이지 상면의 높이는 상기 제 2 물체의 표면과 실질적으로 동일 높이인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,
    상기 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지와,
    상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이에 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 기체공급장치와,
    상기 스테이지의 위치에 따라 상기 기체공급장치에 의한 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 물체를 위치결정하기 위한 스테이지 상면의 높이는 상기 제 2 물체 표면과 실질적으로 동일 높이인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  12. 제 6 항, 제 7 항, 제 10 항 또는 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광빔은 산소에 대한 흡수가 큰 파장역의 광이고, 상기 기체는 화학적으로 불활성이며 불순물이 제거된 기체인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  13. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광 빔으로 투영 광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계를 배치하고,
    상기 제 2 물체를 위치 결정하는 스테이지를 배치하고,
    상기 스테이지에 유지되는 상기 제 2 물체에 대향하는 면과, 상기 노광광을 통과시키는 개구부를 구비하는 가이드 부재를, 상기 스테이지와 상기 투영 광학계 사이에 배치하고,
    상기 가이드 부재의 상기 투영 광학계의 공간에 상기 노광 빔이 투과하는 기체를 공급하는 기체공급치를 배치하고,
    상기 개구부를 통하여 상기 제 2 물체측의 공간에 흐른 상기 기체의 일부를, 상기 제 2 물체와 상기 가이드 부재의 상기 면과의 사이를 통하여 흡인하는 기체흡인장치를 배치하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 제조 방법.
  14. 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 투영광학계를 통하여 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,
    상기 투영광학계를 배치하고,
    상기 제 2 물체를 위치결정하는 스테이지를 배치하고,
    상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이에 상기 노광빔이 투과되는 기체를 공급하는 기체공급장치를 배치하고,
    상기 스테이지의 위치에 따라 상기 기체공급장치에 의한 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 제어장치를 배치하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
  15. 제 1 항, 또는 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법을 사용하여 디바이스 패턴을 워크피스 위에 전사하는 공정을 포함하는 디바이스 제조방법.
  16. 제 4 항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이로 공급되는 상기 기체를 배기하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기체의 공급과 상기 기체의 배기는, 상기 투영광학계의 광축에 대해 대칭적인 위치에서 실시되는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 스테이지의 위치에 따라, 상기 기체의 배기위치를변경하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  19. 제 10 항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 제 2 물체 사이로 공급되는 상기 기체를 배기하기 위한 배기관을 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 기체공급장치가 구비되는 공급관과 상기 배기관은, 상기 투영광학계의 광축에 대해 대칭적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 스테이지의 X 축 방향의 위치 또는 Y 축 방향의 위치를 계측하는 간섭계를 갖고,
    상기 공급관과 상기 배기관은, 상기 X 축 방향 또는 Y 축 방향에 대해 약 45°로 교차하는 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 제어장치는 상기 배기관의 위치를 변경하여 상기 기체의 흐름 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  23. 제 19 항에 있어서, 상기 배기관의 위치를 시프트시키는 슬라이드장치를 갖고,
    상기 제어장치는 상기 슬라이드장치를 제어하여 상기 배기관의 위치를 시프트시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 제 1 항에 있어서, 상기 기체의 공급과 상기 기체의 일부의 흡인은, 연속적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  37. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 물체측의 공간으로부터 흡인된 상기 기체의 일부에 포함되는 흡광 물질의 농도를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 흡광 물질의 농도의 계측 결과에 기초하여, 상기 기체의 공급량 및 상기 기체의 흡인량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  39. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 또는 제 36 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노광 빔은 산소에 대한 흡수의 큰 파장역의 광이고, 상기 기체는 화학적으로 불활성이며 불순물이 제거된 기체인 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  40. 제 6 항에 있어서, 상기 기체공급장치는, 상기 가이드 부재와 상기 투영 광학계 사이에 설치되고, 또한 상기 투영 광학계의 광축에 대하여 각각 대칭으로 배치되는 복수의 공급구를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  41. 제 6 항에 있어서, 상기 기체흡인장치는, 상기 투영 광학계의 광축에 대하여 각각 대칭으로 배치되는 복수의 흡인구를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  42. 제 6 항에 있어서, 상기 기체의 공급과 상기 기체의 일부의 흡인을 연속적으로 실시하기 위해서, 상기 기체공급장치와 상기 기체흡인장치를 제어하는 제어 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  43. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 물체측의 공간으로부터 흡인된 상기 기체의 일부에 포함되는 흡광 물질의 농도를 계측하는 농도 센서를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  44. 제 42 항에 있어서, 상기 제 2 물체측의 공간으로부터 흡인된 상기 기체의 일부에 포함되는 흡광 물질의 농도를 계측하는 농도 센서를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는 상기 농도 센서의 계측 결과에 기초하여, 상기 기체의 공급량 및 상기 기체의 흡인량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  45. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 물체를 위치 결정하기 위한 스테이지를 구비하고, 그 스테이지의 상면의 높이는 상기 제 2 물체의 표면과 실질적으로 동일한 높이인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  46. 제 40 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노광빔은 산소에 대한 흡수가 큰 파장역의 광이고, 상기 기체는 화학적으로 불활성이며 불순물이 제거된 기체인 것을 특징으로 하는 노광장치.
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