KR101117429B1

KR101117429B1 - 노광 장치 및 디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR101117429B1
Application number: KR1020067010220A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 오노
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2012-04-16
Also published as: EP3064998B1; TW200518190A; US20170108779A1; HK1258711A1; US9563133B2; US20100103396A1; WO2005043607A1; US20150077730A1; US10048597B2; TWI373788B; JPWO2005043607A1; US20180348642A1; JP2010135832A; EP3392713A1; EP1679737A4; JP2010135833A; US20060285092A1; JP4513747B2; KR20060128876A; US9829801B2

Abstract

노광 광을 이용하여 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 상기 노광 광의 광축에 대하여 이동 가능한 스테이지 장치와, 상기 스테이지 장치에 설치되고, 상부에 액체가 공급되는 광 투과성 부재와, 검출을 행할 때에 상기 광 투과성 부재의 하부에 배치 가능한 검출 장치를 구비한다. 파면수차 측정기 등의 광학 측정 기기로의 노광용 액체의 누설이나 침입을 방지하고, 상 성능이나 광학 특성 등의 광학 조정을 양호하게 행할 수 있다.

Description

노광 장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND DEVCE PRODUCING METHOD}

본 발명은, 투영 광학계와 액체를 통해 기판을 노광하는 노광 장치, 및 이 노광 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 반도체 소자나 액정 표시 소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클(이하, 「마스크」로 총칭한다)에 형성된 패턴(이하, 「레티클 패턴」이라고도 부른다)을 투영 광학계를 통해 레지스트 등이 도포된 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등의 기판(이하, 적절하게 「기판」으로 총칭한다)상에 전사하는 노광 장치가 이용되고 있다. 이러한 노광 장치로서는 소위 스테퍼 등의 정지 노광형 노광 장치나, 소위 스캐닝 스테퍼 등의 주사 노광형 노광 장치가 주로 이용되고 있다.

이러한 노광 장치에서는 레티클에 형성된 패턴을 높은 해상력으로 기판에 충실히 투영해야 한다. 이 때문에, 예컨대 하기 특허 문헌 1에 개시되어 있는 파면수차 측정 기술을 이용함으로써, 투영 광학계에 잔존하고 있는 많은 수차를 측정하여 원하는 상 성능이나 광학 특성를 얻을 수 있도록 투영 광학계를 조정하는 방법이 제안되어 있다.

한편, 최근에는 디바이스 패턴의 한층 더 고집적화에 대응하기 위해 투영 광학계의 보다 나은 고해상도화가 요구되고 있다. 투영 광학계의 해상도는 사용하는 노광 파장이 짧을 수록 또한 투영 광학계의 개구 수가 클수록 높아진다. 이 때문에, 노광 장치에서 사용되는 노광 파장은 매년 단파장화되어 있고, 투영 광학계의 개구 수도 증대되고 있다. 그리고, 현재 주류의 노광 파장은 KrF 엑시머 레이저의 248 nm이지만, 또한 단파장의 ArF 엑시머 레이저의 193 nm도 실용화되는 중이다. 또한, 노광을 행할 때에는 해상도와 마찬가지로 초점 심도(DOF)도 중요해진다. 해상도(R), 및 초점 심도(δ)는 각각 이하의 식으로 나타낸다.

R=k₁?λ/NA …(1)

δ=±k₂?λ/NA²…(2)

여기서, λ는 노광 파장, NA는 투영 광학계의 개구 수, k₁, k₂는 프로세스 계수이다.

(1)식, (2)식으로부터, 해상도(R)를 높이기 위해 노광 파장(λ)을 짧게 하고, 개구 수(NA)를 크게 하면 초점 심도(δ)가 좁아지는 것을 알 수 있다.

초점 심도(δ)가 너무 좁아지면 투영 광학계의 상(像)면에 대하여 기판 표면을 합치시키기 어려워지고, 노광 동작시의 포커스 마진이 부족할 우려가 있다. 그래서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하면서 초점 심도를 넓히는 방법으로서, 예컨대 하기 특허 문헌 2에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이를 물이나 유기 용매 등의 액체로 채워 액침 영역 을 형성하고, 액체중에서의 노광 광의 파장이 공기중의 1/n(n은 액체의 굴절율로 통상 1.2 내지 1.6 정도)이 되는 것을 이용하여 해상도를 향상시키는 동시에, 초점 심도를 약 n 배로 확대한다는 것이다.

본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 하기 팸플릿 및 하기 공보의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2002-202221호 공보

특허 문헌 2: 국제 공개 제99/49504호 팸플릿

그런데, 액침 노광 장치에서의 투영 광학계의 파면수차 측정 방법은 파면수차 측정기와 투영 광학계 사이에 노광용 액체를 통해 행할 필요가 있다. 여기서, 노광용 액체가 누설되어, 파면수차 측정기의 내부에 침입하면 그 액체에 의해 이 측정기의 고장, 누전 등의 단점을 초래하는 문제가 있다. 또한 이에 따라 많은 수차를 정확하게 측정할 수 없고, 투영 광학계를 조정할 수 없게 되며, 따라서 노광 처리를 양호하게 행할 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 파면수차 측정기 등의 광학 측정기기로의 노광용 액체의 누설이나 침입을 방지하고, 상 성능이나 광학 특성 등의 광학 조정을 양호하게 행할 수 있는 노광 장치, 및 해당 노광 장치를 이용한 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 실시예를 도시하는 도 1 내지 도 7에 대응한 이하의 구성을 채용하고 있다.

본 발명의 노광 장치(EX)는 스테이지 장치(PST)에 유지된 기판(P)과 투영 광학계(PL) 사이를 액체(1)로 채우고, 상기 투영 광학계(PL)와 액체(1)를 통해 상기 기판상에 패턴 상을 투영하는 것에 의해 상기 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서, 상기 스테이지 장치(PST)는 이 스테이지 장치(PST)에 착탈 가능한 검출 수단(70)을 설치하기 위한 설치부(71)와, 상기 검출 수단(70)을 상기 설치부에 설치하였을 때에 상기 검출 수단(70)의 검출광의 광로상에 위치하도록 배치된 광 투과성 부재(72)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 광 투과성 부재(72)를 설치함으로써, 액체(1)는 광 투과성 부재(72)의 상면에서 유지되고, 이 액체(1)는 광 투과성 부재(72)의 외부로 유출되지 않는다. 따라서, 검출 수단(70)으로의 액체(1)의 누설이나 침입을 방지할 수 있다. 따라서, 광학 특성의 조정을 양호하게 행할 수 있다.

본 발명은 또한, 노광 광을 이용하여 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 장치(EX)로서, 상기 노광 광의 광축에 대하여 이동 가능한 스테이지 장치(PST)와, 이 스테이지 장치에 설치되고, 상부에 액체가 공급되는 광 투과성 부재(72)와, 검출을 행할 때에 상기 광 투과성 부재의 하부에 배치 가능한 검출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 디바이스 제조 방법은, 전술한 어느 하나의 노광 장치(EX)를 이용하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 광 투과성 부재(72)를 설치하는 것에 의해 검출 수단(70)의 고장이 발생하지 않고, 또한 액체(1)가 검출 수단(70)에 부착됨으로 인한 측정 오류가 방지되며, 정확한 광학 측정과 광학 조정이 실시되기 때문에, 양호한 장치 환경에서 디바이스 제조를 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 노광용 액체의 누설이나 침입에 의한 주변 장치?부재나 노광 동작에 가해지는 영향을 억제하거나 또는 저감할 수 있기 때문에, 정밀도 좋은 노광 처리를 행할 수 있고, 원하는 성능을 갖는 디바이스를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 노광 장치의 제1 실시예를 도시하는 개략 구성도이다.

도 2는 기판 스테이지를 도시하는 사시도이다.

도 3은 투영 광학계의 선단부 근방, 액체 공급 기구, 및 액체 회수 기구를 도시하는 개략 구성도이다.

도 4는 기판 홀더를 도시하는 평면도이다.

도 5는 도 4의 A-A를 따라 취한 단면을 도시하는 측단면도이다.

도 6은 파면수차 측정 장치를 이용한 파면수차 측정 방법을 설명하기 위한 설명도이다.

도 7은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 도시하는 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 액체

70: 파면수차 측정 장치(검출 수단)

71: 브래킷(설치부)

72: 커버(광 투과성 부재)

73: 홈부(요철부)

PST: 스테이지 장치

P: 기판

PL: 투영 광학계

EX: 노광 장치

이하, 본 발명의 노광 장치에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 노광 장치의 제1 실시예를 도시하는 개략 구성도이다.

도 1에 있어서, 노광 장치(EX)는 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와, 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)와, 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)를 노광 광(EL)으로 조명하는 조명 광학계(IL)와, 노광 광(EL)으로 조명된 마스크(M)의 패턴 상을 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 기판(P)에 투영 노광하는 투영 광학계(PL)와, 노광 장치(EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치(CONT)를 구비하고 있다. 여기서, 마스크 스테이지(MST) 및 투영 광학계(PL)는 메인 칼럼(3)에 의해 지지되어 있고, 이 메인 칼럼(3)은 바닥면에 수평으로 적재된 베이스 플레이트(4)상에 설치되어 있다. 또한, 메인 칼럼(3)에는 내측을 향해 돌출하는 상측단부(3A) 및 하측단부(3B)가 형성되어 있다.

본 실시예의 노광 장치(EX)는 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시키는 동시에 초점 심도를 실질적으로 넓히기 위해 액침법을 적용한 액침 노광 장치로서, 기판(P)상에 액체(1)를 공급하는 액체 공급 기구(10)와, 기판(P)상의 액체(1)를 회수하는 액체 회수 기구(20)를 구비하고 있다. 노광 장치(EX)는 적어도 마스크(M)의 패턴상을 기판(P)상에 전사하고 있는 동안, 액체 공급 기구(10)로부터 공급한 액체(1)에 의해 투영 광학계(PL)의 투영 영역(AR1)을 포함하는 기판(P)상의 일부에 액침 영역(AR2)을 형성한다. 구체적으로 노광 장치(EX)는, 투영 광학계(PL)의 선단부(종단부)의 광학 소자(2)와 기판(P) 표면 사이에 액체(1)를 채우고, 이 투영 광학계(PL)와 기판(P) 사이의 액체(1) 및 투영 광학계(PL)를 통해 마스크(M)의 패턴상을 기판(P)상에 투영하는 것에 의해 이 기판(P)을 노광한다.

본 실시예에서는, 노광 장치(EX)로서 마스크(M)와 기판(P)을 주사 방향에 있어서 서로 다른 방향(역방향)으로 동기 이동하면서 마스크(M)에 형성된 패턴을 기판(P)에 노광하는 주사형 노광 장치(소위 스캐닝 스테퍼)를 사용하는 경우를 예로 설명한다. 이하의 설명에서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 일치하는 방향을 Z축 방향, Z축 방향에 수직인 평면 내에서 마스크(M)와 기판(P)의 동기 이동 방향(주사 방향)을 X축 방향, Z축 방향 및 X축 방향에 수직인 방향(비주사 방향)을 Y축 방향으로 한다. 또한, X축, Y축, 및 Z축 주위의 회전(경사) 방향을 각각, θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「기판」은 반도체 웨이퍼상에 감광성 재료인 포토레지스트를 도포한 것을 포함하고, 「마스크」는 기판상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.

조명 광학계(IL)는 메인 칼럼(3)의 상부에 고정된 지지 칼럼(5)에 의해 지지되어 있다. 조명 광학계(IL)는 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)를 노광 광(EL)으로 조명하는 것이며, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 광속 의 조도를 균일화하는 광 적분기(optical integrator), 광 적분기로부터의 노광 광(EL)을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 및 노광 광(EL)에 의한 마스크(M)상의 조명 영역을 슬릿형으로 설정하는 가변 시야 조리개 등을 구비하고 있다. 마스크(M)상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계(IL)에 의해 균일한 조도 분포의 노광 광(EL)으로 조명된다. 조명 광학계(IL)로부터 사출되는 노광 광(EL)으로서는 예컨대 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선(g선, h선, i선) 및 KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm) 등의 원자외광(DUV광)이나, ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm) 및 F₂ 레이저광(파장 157 nm) 등의 진공 자외광(VUV광) 등이 이용된다. 본 실시예에서는 ArF 엑시머 레이저광이 이용된다.

본 실시예에서, 액체(1)에는 순수가 이용된다. 순수는 ArF 엑시머 레이저광뿐만 아니라, 예컨대 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선(g선, h선, i선) 및 KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm) 등의 원자외광(DUV 광)도 투과 가능하다.

마스크 스테이지(MST)는 마스크(M)를 지지하는 것으로서, 그 중앙부에 마스크(M)의 패턴 상(像)을 통과시키는 개구부(34A)를 갖추고 있다. 메인 칼럼(3)의 상측단부(3A)에는 방진 유닛(6)을 통해 마스크 정반(31)이 지지되어 있다. 마스크 정반(31)의 중앙부에도 마스크(M)의 패턴 상을 통과시키는 개구부(34B)가 형성되어 있다. 마스크 스테이지(MST)의 하면에는 비접촉 베어링인 기체 베어링(에어 베어링)(32)이 복수 설치되어 있다. 마스크 스테이지(MST)는 에어 베어링(32)에 의해 마스크 정반(31)의 상면(가이드면)(31A)에 대하여 비접촉 지지되어 있고, 리니어 모터 등의 마스크 스테이지 구동 기구에 의해 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능하고 θZ 방향으로 미소하게 회전 가능하다. 마스크 스테이지(MST)상에는 이동 거울(35)이 설치되어 있다. 또한, 이동 거울(35)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(36)가 설치되어 있다.

마스크 스테이지(MST)상의 마스크(M)의 2 차원 방향의 위치, 및 θZ 방향의 회전각(경우에 따라서는θX, θY 방향의 회전각도 포함한다)은 레이저 간섭계(36)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(36)의 계측 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동 기구를 구동함으로써 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)의 위치를 제어한다.

투영 광학계(PL)는 마스크(M)의 패턴을 소정의 투영 배율(β)로 기판(P)에 투영 노광하는 것으로서, 기판(P)측의 선단부에 설치된 광학 소자(렌즈)(2)를 포함하는 복수의 렌즈 엘리먼트(광학 소자)로 구성되어 있고, 이들 광학 소자는 경통(鏡筒)(PK)으로 지지되어 있다.

본 실시예에서, 투영 광학계(PL)는 예컨대 투영 배율(β)이, 예컨대 1/4 또는 1/5의 축소계이다. 또한, 투영 광학계(PL)는 등배계 및 확대계 중 어느 것이라도 좋다. 경통(PK)의 외주부에는 플랜지부(FLG)가 마련되어 있다. 또한, 메인 칼럼(3)의 하측단부(3B)에는 방진 유닛(7)을 통해 경통 정반(8)이 지지되어 있다. 그리고, 투영 광학계(PL)의 플랜지부(FLG)가 경통 정반(8)에 결합하는 것에 의해 투영 광학계(PL)가 경통 정반(8)에 지지되어 있다. 이 때문에 전술한 바와 같이, 노광 광(EL)에 의해 마스크(M)상의 조명 영역이 조명되면 그 마스크(M)에 형성된 패턴이 투영 광학계(PL)에 의해 투영 배율(β)로 축소된 상(부분 도립상)이 표면에 레지스트(감광제)가 도포된 기판(P)상의 슬릿형 노광 영역에 투영되어 전사된다.

또한, 투영 광학계(PL)에서는 상기한 복수의 렌즈 엘리먼트 중, 특정한 렌즈 엘리먼트(예컨대, 소정의 5 개의 렌즈 엘리먼트)가 각각 독립적으로 이동 가능하게 되어 있다. 이러한 렌즈 엘리먼트의 이동은 특정 렌즈 엘리먼트를 지지하는 렌즈 지지 부재를 지지하고, 경통(PK)과 연결하는 특정 렌즈마다 설치된 3 개의 피에조 소자 등의 구동 소자에 의해 행해지게 되어 있다. 즉, 특정한 렌즈 엘리먼트를 각각 독립적으로, 각 구동 소자의 변위량에 따라서 광축(AX)을 따라 평행 이동시킬 수도 있고, 광축(AX)과 수직인 평면에 대하여 원하는 경사를 부여할 수도 있게 되어 있다.

그리고, 이들 구동 소자에 부여되는 구동 지시 신호가, 제어 장치(CONT)로부터의 지령에 기초하여 결상 특성 보정 컨트롤러(PA)에 의해 제어되고, 이에 따라 각 구동 소자의 변위량이 제어되도록 되어 있다. 이렇게 구성된 투영 광학계(PL)에서는 제어 장치(CONT)에 의한 결상 특성 보정 컨트롤러(PA)를 통한 렌즈 엘리먼트의 이동 제어에 의해 일그러짐, 상면(像面) 만곡, 비점 수차, 코마 수차, 또는 구면 수차 등의 광학 특성이 조정 가능하게 되어 있다.

또한, 투영 광학계(PL)의 측부에는 얼라이먼트 현미경(AS)이 설치되어 있다. 이 얼라이먼트 현미경(AS)으로서는 기판(P)상에 형성된 스트리트 라인이나 위치 검출용 마크(파인 얼라이먼트 마크)를 관측하는 결상 얼라이먼트 센서로 이루어지는 오프?액시스 방식의 현미경이 이용되고 있다. 이 얼라이먼트 현미경(AS)의 상세한 구성은, 예컨대 특허 공개 평9-219354호 공보에 개시되어 있다. 얼라이먼트 현미경(AS)에 의한 관측 결과는 제어 장치(CONT)에 공급된다.

또한, 투영 광학계(PL)의 선단부의 광학 소자(2)는 경통(PK)에 대하여 착탈(교환) 가능하게 설치되어 있다. 광학 소자(2)에는 액침 영역(AR2)의 액체(1)가 접촉한다. 광학 소자(2)는 형석으로 형성되어 있다. 형석은 물과의 친화성이 높기 때문에, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)의 거의 전체면에 액체(1)를 밀착시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)과의 친화성이 높은 액체(물)(1)를 공급하도록 하고 있기 때문에, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)과 액체(1)의 밀착성이 높고, 광학 소자(2)와 기판(P) 사이의 광로를 액체(1)로 확실하게 채울 수 있다. 또한, 광학 소자(2)는 물과의 친화성이 높은 석영이더라도 좋다. 또한, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)에 친수화(친액화) 처리를 실시하고, 액체(1)와의 친화성을 더 높이도록 하더라도 좋다.

또한, 광학 소자(2)를 둘러싸도록 플레이트 부재(2P)가 설치되어 있다. 플레이트 부재(2P)의 기판(P)과 대향하는 면(즉, 하면)은 평탄면으로 되어 있다. 광학 소자(2)의 하면(액체 접촉면)(2a)도 평탄면으로 되어 있고, 플레이트 부재(2P)의 하면과 광학 소자(2)의 하면은 거의 동일면으로 되어 있다. 이에 따라, 넓은 범위에서 액침 영역(AR2)을 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 플레이트 부재(2P)의 하면에 광학 소자(2)와 같이 표면 처리(친액화 처리)를 실시할 수 있다.

기판 스테이지(PST)에는 기판(P)을 유지하기 위한 기판 홀더(PH)가 이동 가 능하게 설치되어 있고, 그 하면에는 복수의 비접촉 베어링인 기체 베어링(에어 베어링)(42)이 설치되어 있다. 또한, 기판 홀더(PH)에는 오목부(HB)가 마련되어 있고, 이 오목부(HB) 안에 기판(P)이 흡착 유지되어 있다. 베이스 플레이트(4)상에는 방진 유닛(9)을 통해 기판 정반(41)이 지지되어 있다. 에어 베어링(42)은 기판 정반(41)의 상면(가이드면)(41A)에 대하여 기체(에어)를 분출하는 분출구(42B)와, 기판 스테이지(PST) 하면(베어링면)과 가이드면(41A) 사이의 기체를 흡인하는 흡기구(42A)를 마련하고 있고, 분출구(42B)로부터의 기체의 분출에 의한 반발력과 흡기구(42A)에 의한 흡인력의 균형에 의해 기판 스테이지(PST) 하면과 가이드면(41A) 사이에 일정한 간극을 유지한다. 즉, 기판 스테이지(PST)는 에어 베어링(42)에 의해 기판 정반(베이스 부재)(41)의 상면(가이드면)(41A)에 대하여 비접촉 지지되어 있고, 리니어 모터 등의 기판 스테이지 구동 기구에 의해 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소하게 회전 가능하다. 또한, 기판 홀더(PH)는 Z축 방향, θX 방향, 및 θY 방향으로도 이동 가능하게 설치되어 있다. 기판 스테이지 구동 기구는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다. 즉, 기판 홀더(PH)는 기판(P)의 포커스 위치(Z 위치) 및 경사각을 제어하여 기판(P) 표면을 오토 포커스 방식, 및 오토 레벨링 방식으로 투영 광학계(PL)의 상면에 잘 맞추는 동시에, 기판(P)의 X축 방향 및 Y축 방향에서의 위치 결정을 행한다.

기판 스테이지(PST)[기판 홀더 (PH)]상에는 이동 거울(45)이 설치되어 있다. 또한, 이동 거울(45)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(46)가 설치되어 있다. 기 판 스테이지(PST)상의 기판(P)의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계(46)에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(46)의 계측 결과에 기초하여 리니어 모터를 포함하는 기판 스테이지 구동 기구를 구동함으로써 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 기판(P)의 위치 결정을 행한다.

또한, 기판 스테이지(PST)[기판 홀더(PH)]에서의 주연부의 일부에는, 후술하는 바와 같이 투영 광학계(PL)의 광학 특성을 측정하는 파면수차 측정 장치(검출 수단)(70)를 착탈 가능하게 하기 위한 브래킷(설치부)(71)과, 이 파면수차 측정 장치(검출 수단)(70)를 액체(1)로부터 보호하는 동시에, 파면수차 측정 장치(70)의 검출광을 투과시키는 커버(광 투과성 부재)(72)가 설치되어 있다.

도 2는 기판 스테이지(PST) 및 이 기판 스테이지(PST)를 구동하는 기판 스테이지 구동 기구를 도시하는 개략 사시도이다. 도 2에서, 기판 스테이지(PST)는 X 가이드 스테이지(44)에 의해 X축 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 기판 스테이지(PST)는 X 가이드 스테이지(44)에 안내되면서 X 리니어 모터(47)에 의해 X축 방향으로 소정 스트로크로 이동 가능하다. X 리니어 모터(47)는 X 가이드 스테이지(44)에 X축 방향으로 연장되도록 설치된 고정자(47A)와, 이 고정자(47A)에 대응하여 설치되고 기판 스테이지(PST)에 고정된 가동자(47B)를 구비하고 있다. 그리고, 가동자(47B)가 고정자(47A)에 대하여 구동함으로써 기판 스테이지(PST)가 X축 방향으로 이동한다. 여기서, 기판 스테이지(PST)는 X 가이드 스테이지(44)에 대하여 Z축 방향으로 소정량의 갭을 유지하는 자석 및 액추에이터로 이루어지는 자기 가이 드에 의해 비접촉으로 지지되어 있다. 기판 스테이지(PST)는 X 가이드 스테이지(44)에 비접촉 지지된 상태로 X 리니어 모터(47)에 의해 X축 방향으로 이동한다.

X 가이드 스테이지(44)의 길이 방향 양단에는 이 X 가이드 스테이지(44)를 기판 스테이지(PST)와 함께 Y축 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 Y 리니어 모터(48, 48)가 설치되어 있다. Y 리니어 모터(48)의 각각은, X 가이드 스테이지(44)의 길이 방향 양단에 설치된 가동자(48B)와, 이 가동자(48B)에 대응하여 설치된 고정자(48A)를 구비하고 있다.

그리고, 가동자(48B)가 고정자(48A)에 대하여 구동됨으로써 X 가이드 스테이지(44)가 기판 스테이지(PST)와 함께 Y축 방향으로 이동한다. 또한, Y 리니어 모터(48, 48)의 각각의 구동을 조정함으로써 X 가이드 스테이지(44)는 θZ 방향으로도 회전 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 이 Y 리니어 모터(48, 48)에 의해 기판 스테이지(PST)가 X 가이드 스테이지(44)와 거의 일체적으로 Y축 방향 및 θZ 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

기판 정반(41)의 X축 방향 양측의 각각은, 정면에서 봤을 때 L 자형으로 형성되고, X 가이드 스테이지(44)의 Y축 방향으로의 이동을 안내하는 가이드부(49)가 설치되어 있다. 가이드부(49)는 베이스 플레이트(4)상에 지지되어 있다. 본 실시예에서, 가이드부(49)의 평탄부(49B)상에, Y 리니어 모터(48)의 고정자(48A)가 설치되어 있다. 한편, X 가이드 스테이지(44)의 하면의 길이 방향 양단부의 각각은 오목형상의 피가이드 부재(50)가 설치되어 있다. 가이드부(49)는 피가이드부(50)와 결합하고, 가이드부(49)의 상면(가이드면)(49A)과 피가이드 부재(50)의 내면이 대 향하도록 설치되어 있다. 가이드부(49)의 가이드면(49A)에는 비접촉 베어링인 기체 베어링(에어 베어링)(51)이 설치되어 있고, X 가이드 스테이지(44)는 가이드 면(49A)에 대하여 비접촉 지지되어 있다.

또한, Y 리니어 모터(48)의 고정자(48A)와 가이드부(49)의 평탄부(49B) 사이에는 비접촉 베어링인 기체 베어링(에어 베어링)(52)이 개재되어 있고, 고정자(48A)는 에어 베어링(52)에 의해 가이드부(49)의 평탄부(49B)에 대하여 비접촉 지지된다. 이 때문에, 운동량 보존의 법칙에 의해 X 가이드 스테이지(44) 및 기판 스테이지(PST)의 +Y 방향(-Y 방향)의 이동에 따라 고정자(48A)가 -Y 방향(+Y 방향)으로 이동한다. 이 고정자(48A)의 이동에 의해 X 가이드 스테이지(44) 및 기판 스테이지(PST)의 이동에 수반하는 반력이 상쇄되는 동시에 무게 중심 위치의 변화를 막을 수 있다. 즉, 고정자(48A)는 소위 카운터 매스로서의 기능을 갖고 있다.

이와 같이 구성된 기판 스테이지(PST)는 주사 방향(Y 방향)의 이동뿐만 아니라, 기판(P)상의 복수의 쇼트 영역을 상기 조명 영역과 공역인 노광 영역에 위치시킬 수 있도록, 주사 방향에 수직인 방향(X 방향)으로도 이동 가능하게 된다. 그리고, 제어 장치(CONT)의 구동 신호에 따라, 기판(P)상의 각 쇼트 영역을 주사(스캔) 노광하는 동작과, 다음 쇼트의 노광 개시 위치까지 이동하는 동작을 반복하는 스텝?앤드?스캔 동작을 행한다. 따라서, 기판 스테이지(PST)는 XY 2차원 방향으로의 이동이나 θZ 방향으로의 회전 이동이 가능하게 된다.

도 3은 액체 공급 기구(10), 액체 회수 기구(20), 및 투영 광학계(PL) 선단부 근방을 도시하는 확대도이다. 액체 공급 기구(10)는 투영 광학계(PL)와 기판(P) 사이에 액체(1)를 공급하는 것으로서, 액체(1)를 송출 가능한 액체 공급부(11)와, 액체 공급부(11)에 공급관(15)을 통해 접속되고, 이 액체 공급부(11)로부터 송출된 액체(1)를 기판(P)상에 공급하는 공급 노즐(14)을 구비하고 있다. 공급 노즐(14)은 기판(P) 표면에 근접하여 배치되어 있다. 액체 공급부(11)는 액체(1)를 수용하는 탱크, 및 가압 펌프 등을 구비하고 있고, 공급관(15) 및 공급 노즐(14)을 통해 기판(P)상에 액체(1)를 공급한다. 액체 공급부(11)의 액체 공급 동작은 제어 장치(CONT)에 의해 제어되고, 제어 장치(CONT)는 액체 공급부(11)에 의한 기판(P)상으로의 단위 시간당의 액체 공급량을 제어 가능하다.

공급관(15)의 도중에는 액체 공급부(11)로부터 기판(P)상에 공급되는 액체(1)의 양(단위 시간당의 액체 공급량)을 계측하는 유량계(12)가 설치되어 있다. 유량계(12)는 기판(P)상에 공급되는 액체(1)의 양을 항상 모니터하고, 그 계측 결과를 제어 장치(CONT)에 출력한다.

또한, 공급관(15) 중 유량계(12)와 공급 노즐(14) 사이에는 공급관(15)의 유로를 개폐하는 밸브(13)가 설치되어 있다. 밸브(13)의 개폐 동작은 제어 장치(CONT)에 의해 제어되도록 되어 있다.

액체 회수 기구(20)는 액체 공급 기구(10)에 의해 공급된 기판(P)상의 액체(1)를 회수하는 것으로서, 기판(P) 표면에 근접하여 배치된 회수 노즐(흡인구)(21)과, 회수 노즐(21)에 회수관(24)을 통해 접속된 진공계(25)를 구비하고 있다. 진공계(25)는 진공 펌프를 포함하여 구성되어 있고, 그 동작은 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다. 진공계(25)가 구동함으로써, 기판(P)상의 액체(1)는 그 주위의 기체(공 기)와 함께 회수 노즐(21)을 통해 회수된다. 또한, 진공계(25)로서, 노광 장치에 진공 펌프를 설치하지 않고, 노광 장치(EX)가 배치되는 공장의 진공계를 이용하도록 하더라도 좋다.

회수관(24)의 도중에는 회수 노즐(21)로부터 흡입된 액체(1)와 기체를 분리하는 기액 분리기(22)가 설치되어 있다. 여기서, 전술한 바와 같이, 회수 노즐(21)로부터는 기판(P)상의 액체(1)와 함께 그 주위의 기체도 회수된다. 기액 분리기(22)는 회수 노즐(21)로부터 회수한 액체(1)와 기체를 분리한다. 기액 분리기(22)로서는, 예컨대 복수의 구멍부를 갖는 관 부재에 회수한 액체와 기체를 유통시키고, 액체를 중력 작용에 의해 상기 구멍부를 통해 낙하시킴으로써 액체와 기체를 분리하는 중력 분리 방식이나, 회수한 액체와 기체를 원심력을 사용하여 분리하는 원심 분리 방식 등을 채용 가능하다. 그리고, 진공계(25)는 기액 분리기(22)로 분리된 기체를 흡인하도록 되어 있다.

회수관(24) 중, 진공계(25)와 기액 분리기(22) 사이에는 기액 분리기(22)에 의해 분리된 기체를 건조시키는 건조기(23)가 설치되어 있다. 임시로 기액 분리기(22)로 분리된 기체에 액체 성분이 혼재하고 있더라도, 건조기(23)에 의해 기체를 건조시키고, 그 건조시킨 기체를 진공계(25)에 유입시킴으로써, 액체 성분이 유입하는 것에 기인하는 진공계(25)의 고장 등의 문제점의 발생을 방지할 수 있다. 건조기(23)로서는, 예컨대 기액 분리기(22)로부터 공급된 기체(액체 성분이 혼재하고 있는 기체)를 그 액체의 이슬점 이하로 냉각함으로써 액체 성분을 제외하는 방식이나, 그 액체의 비점 이상으로 가열함으로써 액체 성분을 제외하는 방식 등을 채용 가능하다.

한편, 기액 분리기(22)로 분리된 액체(1)는 제2 회수관(26)을 통해 액체 회수부(28)에 회수된다. 액체 회수부(28)는 회수된 액체(1)를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있다. 액체 회수부(28)에 회수된 액체(1)는, 예컨대 폐기되거나, 또는 클린화되어 액체 공급부(11) 등에 복귀되어 재이용된다. 또한, 제2 회수관(26)의 도중에서 기액 분리기(22)와 액체 회수부(28) 사이에는 회수된 액체(1)의 양(단위 시간당의 액체 회수량)을 계측하는 유량계(27)가 설치되어 있다. 유량계(27)는 기판(P)상으로부터 회수된 액체(1)의 양을 항상 모니터하고, 그 계측 결과를 제어 장치(CONT)에 출력한다. 전술한 바와 같이, 회수 노즐(21)로부터는 기판(P)상의 액체(1)와 함께 그 주위의 기체도 회수되지만, 기액 분리기(22)로 액체(1)와 기체를 분리하고, 액체 성분만을 유량계(27)에 보냄으로써, 유량계(27)는 기판(P)상으로부터 회수한 액체(1)의 양을 정확히 계측 가능하게 된다.

또한, 노광 장치(EX)는 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 기판(P) 표면의 위치를 검출하는 포커스 검출계(56)를 구비하고 있다. 포커스 검출계(56)는 기판(P)상에 액체(1)를 통해 경사 방향으로부터 검출용 광속을 투사하는 투광부(56A)와, 기판(P)으로 반사한 상기 검출용 광속의 반사광을 수광하는 수광부(56B)를 구비하고 있다. 포커스 검출계(56)[수광부(56B)]의 수광 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 포커스 검출계(56)의 검출 결과에 기초하여, 기판(P) 표면의 Z축 방향의 위치 정보를 검출할 수 있다. 또한, 투광부(56A)로부터 복수의 검출용 광속을 투사함으로써, 기판(P)의 θX 및 θY 방향의 경사 정보를 검출할 수 있다.

또한, 도 1의 일부 단면도에 도시하는 바와 같이, 액체 공급 기구(10) 및 액체 회수 기구(20)는 경통 정반(8)에 대하여 분리 지지되어 있다. 이에 따라, 액체 공급 기구(10) 및 액체 회수 기구(20)에서 발생한 진동이 경통 정반(8)을 통해 투영 광학계(PL)에 전해지지 않는다.

도 4는 기판 스테이지(PST)[기판 홀더(PH)]의 평면도이다. 도 5는 도 4의 A-A를 따라 취한 단면을 도시한 도면이며, 기판 스테이지(PST)의 측단면도이다. 기판 홀더(PH)의 상면에는 기준 평면판(81)과, 조사량 모니터(82)와, 얼룩 센서(83)와, AIS 송광부(84)와, AIS 패턴 판(85)과, 피디셜 마크(FM)(86)가 설치되어 있다. 그리고, 전술한 바와 같이 기판 홀더(PH)에서의 주연의 일부에는 브래킷(71)과, 커버(71)가 설치되어 있다. 여기서, 브래킷(71)은 투영 광학계(PL)의 광학 특성을 측정하는 파면수차 측정 장치(70)를 착탈 가능하게 하기 위한 부위이며, 기판 홀더(PH)의 측부에 항상 설치된 것이다. 또한, 커버(72)는 본 발명의 광 투과성 부재에 상당하는 부위이며, 파면수차 측정 장치(70)를 브래킷(71)에 부착하여 광학 측정을 행할 때에, 기판 홀더(PH)로부터 누설되는 액체(1)로부터 보호하는 동시에, 파면수차 측정 장치(70)의 검출광을 투과시키는 것이다.

또한, 파면수차 측정 장치(70)는 노광 동작중에서는 브래킷(71)으로부터 제거되는 것이며, 노광 장치(EX)를 유지 보수할 때에, 투영 광학계(PL)의 파면수차를 측정하여 광학 조정을 행하는 경우에 브래킷(71)에 부착하여 이용되는 것이다.

이 커버(72)는 파면수차 측정 장치(70)의 검출광의 광로상에 위치하도록 되 어 있다. 커버(72)의 재질은 광 투과성을 갖는 것이면 특별히 한정되지 않고, 유리나 석영 등의 재료나 투명성 수지 재료 등이 채용된다. 또한, 커버(72)의 상면(72T)은 발액성을 갖고 있고, 이 상면(72)에서의 발액성을 얻기 위해 공지의 발액 처리(표면 처리)를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 커버(72)의 재료 자체에 충분한 발액성이 있는 경우에는 발액 처리를 실시할 필요는 없다.

또한, Z 방향[파면수차 측정 장치(70)의 검출광의 광축 방향]에서, 커버(72)에서의 상면(72T)의 위치와, 기판 홀더(PH)에서의 상면(HT)의 위치가 대략 동일하게 되도록 커버(72)가 배치되어 있다. 또한, 동일한 방향에서, 기판(P)이 기판 홀더(PH)에 마련된 오목부(HB) 내에 흡착 유지되어 있고, 기판 홀더(PH)에서의 상면(HT)의 위치와, 기판(P)에서의 상면(PT)의 위치가 대략 동일하게 되어 있다.

또한, 기판 홀더(PH)와 커버(72)의 주연부에서는 기준 평면판(81)과, 조사량 모니터(82)와, 얼룩 센서(83)와, AIS 송광부(84)와, AIS 패턴 판(85)과, 피디셜 마크(FM)(86)를 둘러싸도록, 홈부(요철부)(73)가 마련된다. 이 홈부(73)는 후술하는 바와 같이 액체(1)가 기판 홀더(PH)의 외부로 누설되는 것을 억제하고, 파면수차 측정 장치(70)에 액체(1)가 걸리는 것을 방지하는 것이다.

또한, 커버(72)와 기판 홀더(PH)는, 나사 등의 체결 부재에 의해 고정되어 있다. 여기서, 체결 부재의 체결 응력에 의해 기판 홀더(PH)에 왜곡이 발생하지 않게 되어 있다. 또한, 커버(72)에서의 상면(72T)의 위치와, 기판 홀더(PH)에서의 상면(HT)의 위치를 고정밀도로 위치 결정하기 위해 체결 부재에 인접시킨 위치 결정 핀을 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 기판 홀더(PH)와 커버(72)의 접합면에서의 클리어런스는 수 μm 이하인 것이 바람직하고, 구체적으로는 커버(72)에서의 상면(72T)의 발액성에 의해 이 접합부에 액체(1)가 침입하지 않는 정도면 좋다.

예컨대, 기판 홀더(PH)와 커버(72)의 클리어런스(간극)는 0.1 내지 1 mm 정도로 설정할 수 있다. 클리어런스를 0.3 mm 이하로 설정하더라도 좋다. 이와 같이 함으로써, 액체(1)의 표면 장력에 의해 그 간극에 액체(1)가 유입되는 경우는 거의 없어진다. 다만, 본 발명은 이러한 경우에 한정되는 것이 아니라, 커버(72)를 기판 홀더(PH)에 밀착시켜 고정하더라도 좋다. 또한, 커버(72)를 교환 가능하게 기판 홀더(PH)에 부착되는 구성으로 하고, 커버(72)가 액체로 더러워진 경우에는 교환할 수 있도록 하여도 좋다.

브래킷(71)은 파면수차 측정 장치(70)를 사용할 때에, 이 파면수차 측정 장치(70)를 유지하는 부위이기 때문에, 충분한 유지 강도를 갖는 구조로 되어 있다. 이 브래킷(71)도 상기 커버(72)와 마찬가지로, 기판 홀더(PH)에 왜곡이 발생하지 않도록 기판 홀더(PH)에 체결되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 액체(1)를 유지하는 유지부로서 홈부(73)를 커버(72)와 기판 홀더(PH)의 주연부에 마련한 구성을 채용하였지만, 반드시 오목부형 부위를 형성할 필요는 없고, 볼록부형 부위를 형성한 구성이라도 좋다.

또한, 커버(72)는 파면수차 측정 장치(70)를 구성하는 광학 소자의 일부이더라도 좋다. 예컨대, 렌즈로서 기능시키더라도 좋다. 커버(72)가 렌즈 기능을 갖는 경우에는 커버(72)의 이면[파면수차 측정 장치(70)측]에 볼록 렌즈 또는 오목 렌즈로서 실현되는 것이 바람직하다.

다음에, 도 1, 도 3, 및 도 6을 참조하여 파면수차 측정 장치(70)를 이용한 투영 광학계(PL)의 수차 측정 방법에 관해서 설명한다.

우선, 수차 측정을 행함에 있어서, 브래킷(71)에 파면수차 측정 장치(70)를 부착한다. 또한, 파면수차 측정 장치(70)의 측정 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 측정 결과에 따라 결상 특성 보정 컨트롤러(PA)를 제어한다.

이와 같이, 파면수차 측정 장치(70)가 부착된 후에 액체 공급 기구(10)가 액체(1)를 공급함으로써, 커버(72)와 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a) 사이에 액체(1)가 채워진다. 그리고, 액체 회수 기구(20)는 커버(72)상의 액체(1)를 회수한다. 이러한 액체(1)의 공급과 회수는 연속적이면서 또한 자동적으로 행해진다. 이 상태에서, 파면수차 측정 장치(70)는 투영 광학계(PL)의 파면수차를 측정한다. 여기서, 파면수차 측정 장치(70)가 검출하는 검출광은 투명성 부재인 커버(72)를 경유하여 액체(1) 내를 투과하기 때문에, 액침 노광시의 파면수차의 측정을 행할 수 있다. 그리고, 파면수차 측정 장치(70)의 측정 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 적절하게 결상 특성 보정 컨트롤러(PA)를 동작하며, 투영 광학계(PL)의 렌즈 엘리먼트를 이동 제어하여 광학 특성의 조정이 자동적으로 이루어진다.

또한, 본 실시예에서는 파면수차 측정 장치(70)로 파면수차의 측정을 행하는 동안은 액체(1)의 공급과 회수를 연속적으로 행하도록 하였지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 측정중에는 액체(1)의 공급과 회수를 정지시키더라도 좋고, 공급과 회수를 단속적으로 행하도록 하더라도 좋다. 이러한 액체(1)의 공급?회수 동 작은 검출 수단의 구성 등에 따라 적절하게 설정하면 좋다.

전술한 바와 같이, 이러한 파면수차 측정에서는 파면수차 측정 장치(70)의 위쪽에 커버(72)를 설치한 구성으로 되어 있기 때문에, 파면수차 측정 장치(70)로의 액체(1)의 누설이나 침입을 방지할 수 있다. 따라서, 광학 특성의 조정을 양호하게 행할 수 있다. 또한, 커버(72)상에서는 액체(1)로 침지되지만, 커버(72)에서의 상면(72T)이 발액성을 갖고 있기 때문에, 커버(72)상에 액체(1)가 차는 것을 방지할 수 있다. 또한, 홈부(73)가 형성되어 있기 때문에, 액체(1)가 커버(72)의 주연부에 도달하였다고 하더라도 이 액체(1)는 홈부(73)에 의해 흐르기 때문에, 커버(72)의 주연부로부터 외측으로 액체(1)가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판(P)에서의 상면(PT)과, 기판 홀더(PH)에서의 상면(HT)과, 커버(72)에서의 상면(72T)이 Z 방향에서 대략 동일한 위치이기 때문에, 액체 접촉면(2a)과 상면(PT)의 거리와, 액체 접촉면(2a)과 상면(72T)의 거리가 대략 동일하게 되고, 따라서 액침 노광 시간과 동일한 액체(1)의 액량으로 파면수차 측정을 행하는 것이 가능해지며, 보다 정확한 측정을 행할 수 있다. 또한, 커버(72)의 상면(72T)뿐만 아니라 기판 홀더(PH)의 상면(HT)도 발액성을 갖도록 하더라도 좋다.

또한, 파면수차 측정 장치(70)에 의한 측정 과정은, 예컨대 전술의 특허 공개 2002-202221호에 개시되어 있고, 그 내용을 본 발명에 적용시킬 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 노광 광으로서 ArF 엑시머 레이저광을 이용하고 있기 때문에, 액체(1)는 순수에 의해 구성되어 있다. 순수는 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있는 것과 함께, 기판(P)상의 포토레지스트나 광학 소자(렌즈) 등에 대한 악영향이 없는 이점이 있다. 또한, 순수는 환경에 대한 악영향이 없는 것과 함께, 불순물의 함유량이 매우 낮기 때문에, 기판(P) 표면, 및 투영 광학계(PL)의 선단면에 설치되어 있는 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다.

그리고, 파장이 193 nm 정도의 노광 광(EL)에 대한 순수(물)의 굴절율 n은 거의 1.44이기 때문에, 노광 광(EL)의 광원으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm)을 이용한 경우, 기판(P)상에서는 1/n, 즉 약 134 nm로 단파장화되어 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한, 초점 심도는 공기중에 비해 약 n 배, 즉 약 1.44 배로 확대되기 때문에, 공기중에서 사용하는 경우와 동일한 정도의 초점 심도를 확보할 필요가 있는 경우에는 투영 광학계(PL)의 개구 수를 더 증가시킬 수 있고, 이 점에 의해서도 해상도가 향상한다.

또한, 본 실시예의 액체(1)는 물이지만, 물 이외의 액체라도 좋다, 예컨대 노광 광(EL)의 광원이 F₂ 레이저인 경우, 이 F₂ 레이저광은 물을 투과하지 않기 때문에, 이 경우 액체(1)로서는 F₂ 레이저광을 투과할 수 있는 예컨대 불소계 오일이나 과불화 폴리에테르(PFPE) 등의 불소계 액체를 이용하면 좋다. 또한 액체(1)로서는, 그 외에 노광 광(EL)에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절율이 높고, 투영 광학계(PL)나 기판(P) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정적인 것(예컨대 시더우드유)을 이용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는 브래킷(71)이 파면수차 측정 장치(70)를 착탈 가능하 게 유지하는 구성으로 되어 있지만, 이 장치에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 검출 수단으로서, 조도계 등의 다른 광학 측정기를 이용할 수도 있다. 그와 같은 검출 수단이 검출(측정)시에 이용하는 빛에 대하여 투과성을 갖는 부재에 의해 커버(72)를 형성하면 좋다. 또한, 파면수차 측정 장치(70)에서는 검출광의 수광부(검출부)가 착탈 가능한 부분에 배치되도록 되어 있지만, 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 수광부가 노광 장치측(스테이지측)에 항상 설치되고, 검출광의 광원부가 착탈 가능한 부분에 배치되는 구성의 검출 수단으로서도 좋다. 또한, 커버(72)는 검출광에 대하여 투과성을 갖는 것뿐만 아니라, 일부에 검출광을 반사하는 기능을 갖게 함으로써, 검출광의 광로를 편향할 수 있도록 구성하더라도 좋다.

본 실시예에서는 브래킷(71)이 검출 장치(파면수차 측정 장치)(70)를 유지하도록 구성되어 있지만, 유지의 동작은 수동으로 행하도록 하더라도 좋고, 자동으로 행해지도록 하더라도 좋다. 또한, 투영 광학계(PL)의 광학 소자(2)와 커버(72) 사이에 액체(1)를 채운 상태로 검출을 행하는 경우에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 광학 소자(2) 대신에 다른 부재를 배치하여 그 부재와 커버(72) 사이에 액체(1)를 채운 상태로 검출 장치(70)를 이용하는 경우나, 커버(72)상에 액체(1)만을 공급한 상태로 검출 장치(70)를 이용하는 경우에 관해서도 적용 가능하다. 이러한 사용 방법으로서는, 예컨대 액체(1)의 상태를 관찰하는 경우를 상정할 수 있다.

또한, 기판 홀더(PH)에 브래킷(71)이 설치되게 되어 있지만, 브래킷(71)의 위치는 이에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 기판 스테이지(PST)에 설치하더라도 좋 다. 또한, 기판 스테이지(PST)의 이동에 방해되지 않으면, 노광 장치(EX) 내부 중 어느 하나의 고정 부분에 설치해 두고, 검출 장치(70)를 사용할 때에 기판 스테이지(PST)가 소정의 위치에 이동하도록 하더라도 좋다. 이 경우, 브래킷(71)에 검출 장치(70)를 부착한 후, 이 검출 장치(70)의 검출광의 광축 또는 광로상에 커버(72)가 위치하도록 기판 스테이지(PST)[또는 기판 홀더(PH)]를 위치 결정하면 좋다.

또한, 브래킷(71)을 이동 기구에 부착해두고, 검출 장치(70)로 검출을 행할 때는 브래킷(71)에 부착된 검출 장치(70)가 커버(72) 하부에 배치되도록 이동 기구를 구동하더라도 좋다. 이러한 이동 기구로서는, 예컨대 회전 모터와 이 회전 모터에 접속된 아암으로 구성할 수 있고, 아암의 선단에 브래킷(71)을 설치하여 검출 장치(70)를 소정의 위치까지 이동시키면 좋다.

또한, 검출 장치(70)를 항상 브래킷(71) 또는 고정부에 부착해 두고, 검출을 행할 때는 커버(광 투과성 부재)(72)의 하부에 검출 장치가 배치되도록[검출 장치(70)의 검출광의 광축 또는 광로상에 커버(72)가 위치하도록], 전술한 바와 같이 하여 커버(72)와 검출 장치(70) 중 적어도 하나를 이동시키도록 하더라도 좋다.

또한, 본 발명은 예컨대 특허 공개 2001-338868호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 6,690,455호에 개시된 조도계나, 특허 출원 2003-168037호 공보에 개시되어 있는 편광도 측정기 등, 스테이지(기판 스테이지)에 착탈 가능한 다른 검출 수단에 대해서도 적용 가능하다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 공보 및 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 전술의 실시예에서는 투영 광학계(PL)과 기판(P) 사이에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 속에서 이동시키는 액침 노광 장치나, 스테이지상에 소정 깊이의 액체조를 형성하여 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 속에서 이동시키는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작에 관해서는 예컨대 특허 공개 평6-124873호 공보에, 스테이지상에 소정 깊이의 액체조를 형성하여 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에 관해서는 예컨대 특허 공개 평10-303114호 공보나 미국 특허 제5,825,043호에 각각 개시되어 있다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 공보 또는 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 본 발명은 특허 공개 평11-135400호에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 등의 피처리 기판을 유지하여 이동 가능한 노광 스테이지(제1 스테이지)와, 각종 계측 부재나 센서를 구비한 계측 스테이지(제2 스테이지)를 구비한 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 커버(72)나 검출 장치(70)용 브래킷(71)을 상기 계측 스테이지측에 설치하더라도 좋다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 공보에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 전술의 액침법을 적용한 노광 장치는 투영 광학계(PL)의 종단 광학 부재의 사출측의 광로 공간을 액체(순수)로 채워 웨이퍼(W)[기판(P)]를 노광하는 구 성으로 되어 있지만, 국제 공개 제2004/019128호 팸플릿에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계의 종단 광학 부재의 입사측의 광로 공간도 액체(순수)로 채우도록 하더라도 좋다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 팸플릿에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 전술한 바와 같이 액침법을 이용한 경우에는, 투영 광학계의 개구 수(NA)가 0.9 내지 1.3이 되는 경우도 있다. 이와 같이 투영 광학계의 개구 수(NA)가 커지는 경우에는 종래부터 노광 광으로서 이용되고 있는 랜덤 편광광으로는 편광 효과에 의해 결연 성능이 악화되는 경우도 있기 때문에, 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 마스크(레티클)의 라인?앤드?스페이스 패턴의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명을 행하고, 마스크(레티클)의 패턴으로부터는 S 편광 성분(TE 편광 성분), 즉 라인 패턴의 길이 방향에 따른 편광 방향 성분의 회절광이 많이 사출되도록 하면 좋다. 투영 광학계(PL)와 기판(P) 표면에 도포된 레지스트 사이가 액체로 채워져 있는 경우, 투영 광학계(PL)와 기판(P) 표면에 도포된 레지스트 사이가 공기(기체)로 채워져 있는 경우에 비해, 콘트래스트의 향상에 기여하는 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광의 레지스트 표면에서의 투과율이 높아지기 때문에, 투영 광학계의 개구 수(NA)가 1.0을 넘는 경우라도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다. 또한, 위상 시프트 마스크나 특허 공개 평6-188169호에 개시되어 있는 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 사(斜)입사 조명법(특히 다이폴 조명법) 등을 적절하게 조합하면 보다 효과적이다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 공보에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광 광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계(PL)를 사용하여 미세한 라인?앤드?스페이스 패턴(예컨대 25 내지 50 nm 정도의 L/S)을 기판(P)상에 노광하는 경우, 마스크(M)의 구조(예컨대 패턴의 미세도나 크롬의 두께)에 의해서는 웨이브 가이드(Wave guide) 효과에 의해 마스크(M)가 편광판으로서 작용하고, 콘트래스트를 저하시키는 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 많은 마스크로부터 사출되게 된다. 이 경우에도 전술한 바와 같은 직선 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하지만, 랜덤 편광광으로 마스크(M)를 조명하더라도, 개구 수(NA)가 0,9 내지 1.3과 같이 큰 투영 광학계를 사용하여 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.

또한, 마스크(M)상의 아주 미세한 라인?앤드?스페이스 패턴을 기판(P)상에 노광하는 경우에는 와이어 그리드(Wire Grid) 효과에 의해 P 편광 성분(TM 편광 성분)이 S 편광 성분(TE 편광 성분)보다 커질 가능성도 있지만, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광 광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계를 사용하여 25 nm보다 큰 라인?앤드?스페이스 패턴을 기판(P)상에 노광하는 조건이라면 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다 많이 마스크로부터 사출되기 때문에, 투영 광학계의 개구 수(NA)가 0.9 내지 1.3과 같이 큰 경우라도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.

또한, 마스크(레티클)의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명(S 편 광 조명)뿐만 아니라, 광축을 중심으로 한 원의 접선(둘레) 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 사입사 조명법의 조합도 효과적이다. 특히, 마스크(레티클)의 패턴이 소정의 한 방향으로 연장되는 라인 패턴뿐만 아니라, 복수의 다른 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재하는 경우에는 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 환형 조명법을 병용하는 것에 의해, 투영 광학계의 개구 수(NA)가 큰 경우라도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.

또한, 상기 각 실시예의 기판(P)으로서는 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스용 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용 세라믹 웨이퍼, 또는 노광 장치에서 이용되는 마스크 또는 레티클의 원판[합성 석영, 실리콘 웨이퍼] 등이 적용된다.

노광 장치(EX)로서는 마스크(M)와 기판(P)을 동기 이동하여 마스크(M)의 패턴을 주사 노광하는 스텝?앤드?스캔 방식의 주사형 노광 장치(스캐닝 스테퍼) 외에 마스크(M)와 기판(P)을 정지한 상태로 마스크(M)의 패턴을 일괄 노광하고, 기판(P)을 순차 스텝 이동시키는 스텝?앤드?리피트 방식의 투영 노광 장치(스테퍼)에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 기판(P)상에서 적어도 2 개의 패턴을 부분적으로 거듭 전사하는 스텝?앤드?스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 특허 공개 평10-163099호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 6,341,007호, 특허 공개 평10-214783호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 6,341,007호, 특허 공표 2000-505958호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 5,696,441호 등에 개시되어 있는 트윈 스테이지형 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 공보에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

노광 장치(EX)의 종류로서는 기판(P)에 반도체 소자 패턴을 노광하는 반도체 소자 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 또는 디스플레이 제조용 노광 장치나, 박막 자기 헤드, 촬상 소자(CCD) 또는 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용시킬 수 있다.

기판 스테이지(PST)나 마스크 스테이지(MST)에 리니어 모터(USP 5,623,853 또는 USP 5,528,118 참조)를 이용하는 경우에는 이들의 스테이지를 정반에 대하여 부상시키는 방식으로서 에어 베어링을 이용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 이용한 자기 부상형 중 어느 하나를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 각 스테이지(PST, MST)는 가이드를 따라 이동하는 타입이라도 좋고, 가이드를 설치하지 않는 가이드리스 타입이더라도 좋다.

본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

각 스테이지(PST, MST)의 구동 기구에서는 이차원으로 자석을 배치한 자석 유닛과, 이차원으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력에 의해 각 스테이지(PST, MST)를 구동하는 평면 모터를 이용하더라도 좋다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 하나를 스테이지(PST, MST)에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 다른 하나를 스테이지(PST, MST)의 이동면측에 설치하면 좋다.

기판 스테이지(PST)의 이동에 의해 발생하는 반력은 특허 공개 평8-166475호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 5,528,118호에 기재되어 있는 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내도록 하여 투영 광학계(PL)에 전해지지 않도록 하더라도 좋다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 마스크 스테이지(MST)의 이동에 의해 발생하는 반력은 특허 공개 평8-330224호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 5,874,820호에 기재되어 있는 것과 같은 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내도록 하여 투영 광학계(PL)에 전해지지 않도록 하더라도 좋다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령으로 허용되는 한에서, 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

본 실시예의 노광 장치(EX)는 본원 특허청구 범위에 열거한 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록, 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다.

각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정 전에 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치에의 조립 공정이 종료하였다면, 종합 조정이 행해지고, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행하는 것이 바람직하다.

반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는 도 7에 도시하는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능?성능 설계를 행하는 단계 201, 이 설계 단계에 기초를 둔 레티클(마스크)을 제작하는 단계 202, 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 203, 전술한 실시예의 노광 장치(EX)에 의해 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 기판 처리 단계 204, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함) 205, 검사 단계 206 등을 통하여 제조된다.

Claims

외부로부터 반입되어 스테이지 장치에 유지된 기판과 투영 광학계 사이를 액체로 채워서, 상기 투영 광학계의 투영 영역을 포함하는 상기 기판 상의 일부에 액침 영역을 형성하고, 상기 투영 광학계와 상기 액침 영역의 액체를 통해 상기 기판상에 패턴 상(像)을 투영함으로써 상기 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서,

상기 스테이지 장치는, 상기 기판을 유지하는 기판 홀더와, 상기 스테이지 장치에 착탈 가능한 검출 수단과, 상기 검출 수단의 검출광의 광로 상에 위치하도록 배치된 광 투과성 부재를 포함하고,

상기 광 투과성 부재는 상기 기판 홀더보다 외측에 설치되고,

상기 검출 수단은 상기 광 투과성 부재와는 독립하여 상기 스테이지 장치에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항에 있어서,

상기 투영 광학계는, 상기 액침 영역이 상기 투영 광학계와 상기 기판에 접촉한 상태에서, 상기 기판에 대하여 노광광을 조사(照射)하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액침 영역은, 상기 스테이지 장치가 상기 투영 광학계에 대하여 이동함에 따라, 상기 기판의 표면 위를 이동하는 것인 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광 투과성 부재는 상기 검출 수단을 구성하는 광학 소자의 일부인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제4항에 있어서,

상기 광 투과성 부재는 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 기판과 대향하는 평탄면을 가지며 상기 액침 영역을 형성하는 대향 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액침 영역의 액체를 회수하는 액체 회수 장치를 더 포함하고,

이 액체 회수 장치는 회수한 액체와 기체를 분리하는 기액 분리 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제7항에 있어서,

상기 기액 분리 장치에 의해 분리된 기체를 건조하는 건조 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제7항에 있어서,

상기 액체 회수 장치에 의해 회수된 액체를 수용하는 수용 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액침 영역에 공급되는 액체의 유량을 계측하는 제1 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액침 영역으로부터 회수된 액체의 유량을 계측하는 제2 유량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광 투과성 부재의 상면은 발액성을 가지는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광 투과성 부재는 상기 검출 수단과는 독립하여 상기 스테이지 장치에 착탈 가능한 것인 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 검출 수단을 상기 광 투과성 부재의 아래로 이동시키는 이동 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 광 투과성 부재는 상기 스테이지 장치의 주연부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액침 영역의 액체를 공급하는 액체 공급 장치를 더 포함하고,

이 액체 공급 장치는 상기 검출 수단에 의한 검출 상황에 따라 상기 액체의 공급 동작을 행하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법으로서,

상기 리소그래피 공정에서는, 제1항 또는 제2항에 기재된 노광 장치를 이용하여 기판 상에 디바이스 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제