KR101157002B1 - 노광 장치 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이를 액체 (50) 로 채우고, 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체 (50) 를 통해 기판 (P) 상에 패턴의 이미지를 투영함으로써 기판 (P) 을 노광한다. 기판 (P) 을 유지하는 기판 스테이지 (PST) 와, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (50) 를 공급하는 액체 공급 장치 (1) 와, 기판 (P) 표면의 면정보를 액체 (50) 을 통하지 않고 검출하는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 구비하고 있다. 노광 장치 (EX) 는, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에서 검출된 면정보에 기초하여 기판 (P) 표면과 투영 광학계 (PL) 및 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하면서 기판 (P) 의 액침 노광을 행한다. 양호한 패턴 전사 정밀도로 액침 노광을 할 수 있다.

노광 장치, 액체 공급 장치

Description

노광 장치 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE}

기술분야

본 발명은, 투영 광학계와 기판 사이의 적어도 일부를 액체로 채운 상태에서 투영 광학계에 의해 투영한 패턴의 이미지으로 노광하는 액침 노광 장치 및 액침 노광 방법, 그리고 이 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

배경기술

반도체 디바이스나 액정 표시 디바이스는, 마스크 상에 형성된 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는, 이른바 포토리소그래피의 수법에 의해 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치는, 마스크를 지지하는 마스크 스테이지와 기판을 지지하는 기판 스테이지를 갖고, 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 순차로 이동시키면서 마스크의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사하는 것이다. 최근, 디바이스 패턴의 더 한층의 고집적화에 대응하기 위해서 투영 광학계의 더 한층의 고해상도화가 요구되고 있다. 투영 광학계의 해상도는, 사용하는 노광 파장이 짧게 될 수록, 또한 투영 광학계의 개구수가 클 수록 높아진다. 그 때문에, 노광 장치에서 사용되는 노광 파장은 해마다 단파장화되고 있어, 투영 광학계의 개구수도 증대되고 있다. 그리고, 현재 주류인 노광 파장은, KrF 엑시머레이저의 248 nm 이지만, 더욱 단파장인 ArF 엑시머레이저의 193 nm 도 실용화되고 있다. 또한, 노광을 행할 때는, 해상도와 동일하게 초점 심도 (DOF) 도 중요해진다. 해상도 (R), 및 초점 심도 (δ) 는 각각 이하의 식으로 표현된다.

R= k₁ㆍλ/NA …(1)

δ=±k₂ㆍλ/NA² …(2)

여기서, λ 는 노광 파장, NA 는 투영 광학계의 개구수, k₁, k₂ 는 프로세스 계수이다. (1) 식, (2) 식으로부터, 해상도 (R) 를 높이기 위해서, 노광 파장 (λ) 을 짧게 하고, 개구수 (NA) 를 크게 하면, 초점 심도 (δ) 가 좁아짐을 알 수 있다.

초점 심도 (δ) 가 지나치게 좁아지면, 투영 광학계의 이미지면에 대하여 기판 표면을 합치시키는 것이 곤란해져, 노광 동작시의 마진이 부족할 우려가 있다. 그래서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또한 초점 심도를 넓히는 방법으로서, 예를 들어 국제공개공보 제99/49504호에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은, 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이를 물이나 유기용매 등의 액체로 채우고, 액체중에서의 노광광의 파장이, 공기중의 1/n (n 은 액체의 굴절률이며 통상 1.2 ～ 1.6 정도) 이 되는 것을 이용하여 해상도를 향상시킴과 함께, 초점 심도를 약 n 배로 확대한다는 것이다.

상기 기술한 노광 장치에서는, 기판의 노광 중에 기판 표면에 검출광을 투사하고, 그 반사광을 수광함으로써 기판 표면 위치를 검출하고, 이 검출 결과에 기초하여, 투영 광학계를 통해 형성되는 패턴 이미지면과 기판 표면의 위치 관계를 적 절히 조정한다. 그러나, 액침법에 기초하는 액침 노광 장치에서는, 투영 광학계와 기판 사이에 액체가 존재하고, 그 액체의 온도 변화 등의 영향을 받아, 기판 표면의 면위치를 정확하게 검출할 수 없어, 패턴 이미지면과 기판 표면의 위치 관계의 조정이 적절히 이루어지지 않을 가능성이 있다. 마찬가지로, 기판 상의 얼라인먼트 마크의 검출을 액체를 통해 행하면, 액체의 온도 변화 등의 영향을 받아, 기판의 마크의 검출을 정확하게 실시할 수 없어, 마스크와 기판의 위치맞춤이 정확하게 이루어지지 않을 가능성이 있다.

발명의 개시

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 투영 광학계와 기판 사이에 액체를 채운 상태에서 노광 처리를 행할 때, 양호한 패턴 전사 정밀도로 기판을 노광할 수 있는 액침 노광 장치 및 액침 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 기판 표면과 패턴 이미지면의 위치 관계를 최적인 상태로 조정할 수 있는 액침 노광 장치 및 액침 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 기판의 위치맞춤 (얼라인먼트) 을 정확하게 행할 수 있는 액침 노광 장치 및 액침 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 실시형태에 나타내는 도 1 ～ 도 7 에 대응한 이하의 구성을 채용하고 있다. 다만, 각 요소에 부여한 괄호쳐진 부호는 그 요소의 예시에 지나지 않고, 각 요소를 한정하는 의도는 없다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 패턴의 이미지를 액체 (50) 를 통해 기판 (P) 상에 전사하여 기판을 노광하는 노광 장치로서, 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 기판 (P) 을 유지하는 제 1 기판 스테이지 (PST) 와, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (50) 를 공급하는 액체 공급 장치 (1) 와, 기판 (P) 표면의 면정보를, 액체 (50) 를 통하지 않고 검출하는 면검출계 (14) 를 구비하고, 검출된 면정보에 기초하여, 기판 (P) 표면과 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하면서 기판 (P) 의 액침 노광을 행하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.

본 발명에 의하면, 액침 노광용 액체를 통하지 않고 기판 표면의 면정보의 검출을 행한 후, 그들의 정보에 기초하여 액침 노광을 행하기 때문에, 액체의 온도 변화 등의 영향을 받지 않고, 기판 표면과 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계의 조정이나, 기판 상의 각 쇼트 영역과 패턴 이미지의 투영 위치의 위치맞춤을 정확하게 실행할 수 있다. 또한, 얼라인먼트계를 액침 대응으로 구성할 필요가 없고, 종래의 검출계를 그대로 이용할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 액체 (50) 를 통해 기판 (P) 상의 복수의 쇼트 영역 (SH1～SH20) 에 패턴의 이미지를 순서대로 노광함으로써 상기 기판 상의 복수의 쇼트 영역을 노광하는 노광 장치로서, 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 기판 (P) 을 유지하는 제 1 기판 스테이지 (PST) 와, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (50) 를 공급하는 액체 공급 장치 (1) 와, 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크를, 액체 (50) 를 통하지 않고 검출하는 제 1 얼라인먼트계 (18) 를 구비하고, 제 1 얼라인먼트계 (18) 의 검출 결과에 기초하여, 기판 (P) 과 패턴의 얼라인먼트를 행하면서 기판 (P) 의 액침 노광을 행하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.

본 발명에 의하면, 액침 노광용 액체를 통하지 않고 기판 상의 얼라인먼트 마크의 검출을 행한 후, 그들의 정보에 기초하여 액침 노광을 행하기 때문에, 제 1 양태의 노광 장치와 마찬가지로, 액체의 온도 변화 등의 영향을 받지 않고, 기판 표면과 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계의 조정이나, 기판 상의 각 쇼트 영역과 패턴 이미지의 투영 위치의 위치맞춤을 정확하게 행할 수 있다. 또한, 얼라인먼트계를 액침 대응으로 구성할 필요가 없고, 종래의 검출계를 그대로 이용할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 양태의 노광 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 패턴의 이미지를 액체 (50) 를 통해 기판 (P) 상에 전사하여 기판을 노광하는 액침 노광 방법으로서, 상기 기판 (P) 상에 공급되는 액체를 통하지 않은 계측에 의해 기판 표면의 면정보를 구하는 단계 (S2, S4) 와, 상기 기판 상에 액체를 공급하는 단계 (S5) 와, 상기 구해진 면정보에 기초하여, 상기 기판 표면과 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는 단계 (S8) 를 포함하는 액침 노광 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 기판 표면의 면정보는, 액체를 통하지 않은 계측에 의해 구해지기 때문에, 액체의 온도 등의 물리적 변화에 영향을 받는 일없이, 정확하고 또한 용이하게 기판의 위치 결정을 실행할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 패턴의 이미지를 액체 (50) 를 통해 기판 상에 전사하여 기판 (P) 을 노광하는 액침 노광 방법으로서, 기판 상에 액체가 공급되어 있지 않을 때 상기 기판 상의 얼라인먼트 마크를 검출하는 단계 (S1) 와, 상기 기판 상에 액체를 공급하는 단계 (S5) 와, 상기 얼라인먼트 마크의 검출 결과에 기초하여, 액체가 공급된 상기 기판과 상기 패턴의 얼라인먼트를 행하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는 단계 (S8) 를 포함하는 액침 노광 방법이 제공된다. 이 방법에 의하면, 기판의 쇼트 영역의 얼라인먼트를 액체를 통하지 않은 상태 (드라이컨디션) 에서 행하기 때문에, 액침 노광에 사용하는 액체의 온도 등의 물리적 변화에 영향을 받지 않고, 정확하고 또한 용이하게 기판의 쇼트 영역의 위치 결정을 실행할 수 있다. 한편으로, 노광 동작은 액체가 공급된 상태 (웨트 컨디션) 에서 이루어지기 때문에 초점 심도가 넓은 노광이 가능해진다. 또한, 얼라인먼트계는 종래의 장치를 사용할 수 있기 때문에, 액침 노광에 따르는 장치 비용의 증가를 억제할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은, 본 발명의 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는, 투영 광학계의 선단부와 액체 공급 장치 및 액체 회수 장치의 위치 관계를 나타내는 도면이다.

도 3 은, 공급 노즐 및 회수 노즐의 배치예를 나타내는 도면이다.

도 4 는, 기판을 유지하는 기판 스테이지의 평면도이다.

도 5 는, 본 발명의 노광 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 6 은, 본 발명의 노광 장치의 다른 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 7 은, 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우 차트도이다.

도 8 은, 노광 장치를 사용하여 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 순서를 나타내는 플로우 차트도이다.

발명의 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 노광 장치 및 디바이스 제조 방법에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은 본 발명의 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1 에서, 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 노광광 (EL) 으로 조명하는 조명 광학계 (IL) 와, 노광광 (EL) 으로 조명된 마스크 (M) 의 패턴의 이미지를 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, 본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 로서 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 주사방향에서의 서로 다른 방향 (역방향) 으로 동기 이동시키면서 마스크 (M) 에 형성된 패턴을 기판 (P) 에 노광하는 주사형 노광 장치 (이른바 스캐닝 스테퍼) 를 사용하는 경우를 예로서 설명한다. 이하의 설명에서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치하는 방향을 Z 축방향, Z 축방향에 수직인 평면내에서 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 동기 이동방향 (주사방향) 을 X 축방향, Z 축방향 및 X 축방향에 수직인 방향 (비주사방향) 을 Y 축방향으로 한다. 또한, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레방향 각각을, θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「기판」 은 반도체 웨이퍼 상에 레지스트를 도포한 것을 포함하고, 「마스크」는 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.

조명 광학계 (IL) 는, 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 으로 조명하는 것이며, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 광속의 조도를 균일화하는 옵티컬 인티그레이터, 옵티컬 인티그레이터로부터의 노광광 (EL) 을 집광하는 컨덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 노광광 (EL) 에 의한 마스크 (M) 상의 조명 영역을 슬릿형상으로 설정하는 가변 시야 스로틀 등을 갖고 있다. 마스크 (M) 상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계 (IL) 에 의해 균일한 조도 분포의 노광광 (EL) 으로 조명된다. 조명 광학계 (IL) 에서 사출되는 노광광 (EL) 으로는, 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머레이저광 (파장 248 nm) 등의 원자외광 (DUV 광) 이나, ArF 엑시머레이저광 (파장 193 nm) 및 F₂ 레이저광 (파장 157 nm) 등의 진공 자외광 (VUV 광) 등이 사용된다. 본 실시형태에서는, ArF 엑시머레이저광을 사용한다.

마스크 스테이지 (MST) 는, 마스크 (M) 를 지지하는 것으로서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 평면내, 즉 XY 평면내에서 2차원 이동가능 및 θZ 방 향으로 미소회전이 가능하다. 마스크 스테이지 (MST) 는 리니어 모터 등의 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 에 의해 구동된다. 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 마스크 스테이지 (MST) 상에는 이동 거울 (58) 이 형성되어 있다. 또한, 이동 거울 (58) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (57) 가 형성되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 상의 마스크 (M) 의 2차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (57) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 로 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (57) 의 계측 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 구동함으로써 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 의 위치 결정을 행한다.

투영 광학계 (PL) 는, 마스크 (M) 의 패턴을 소정의 투영 배율 (β) 로 기판 (P) 에 투영 노광하는 것으로서, 복수의 광학 소자 (렌즈) 로 구성되어 있고, 이들 광학 소자는 금속 부재로서의 경통 (PK) 으로 지지되어 있다. 본 실시형태에서, 투영 광학계 (PL) 는, 투영 배율 (β) 이 예를 들어 1/4 또는 1/5 의 축소계이다. 또한, 투영 광학계 (PL) 는 등배계 및 확대계의 어느 것이라도 된다. 또한, 본 실시형태의 투영 광학계 (PL) 의 선단측 (기판 (P) 측) 에는, 광학 소자 (렌즈; 60) 가 경통 (PK) 에서 노출되어 있다. 이 광학 소자 (60) 는 경통 (PK) 에 대하여 착탈 (교환) 이 가능하게 형성되어 있다.

기판 스테이지 (제 1 기판 스테이지; PST) 는, 기판 (P) 을 지지하는 것으로서, 기판 (P) 을 기판 홀더를 통해 유지하는 Z 스테이지 (51) 와, Z 스테이지 (51) 를 지지하는 XY 스테이지 (52) 와, XY 스테이지 (52) 를 지지하는 베이스 (53) 를 구비하고 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 리니어 모터 등의 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다.

기판 (P) 의 표면의 면정보 (Z 축방향에서의 위치 정보 및 경사 정보) 는, 면검출계인 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해 검출된다. 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 는 검출광을 기판 (P) 표면에 투사하는 투사계 (14A) 와 그 기판 (P) 에서의 반사광을 수광하는 수광계 (14B) 를 구비하고 있다. 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 검출 결과는 제어 장치 (CONT) 로 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 검출 결과에 기초하여 Z 스테이지 (51) 를 구동하고, Z 스테이지 (51) 에 유지되어 있는 기판 (P) 의 Z 축방향에서의 위치 (포커스 위치) 및 경사각을 조정함으로써, 기판 (P) 의 표면을 오토 포커스 방식, 및 오토 레벨링 방식으로 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대하여 최적인 상태로 맞춰 넣는다. 또한, Z 스테이지와 XY 스테이지를 일체적으로 형성해도 된다.

기판 스테이지 (PST) (Z 스테이지 (51)) 상에는, 기판 스테이지 (PST) 와 함께 투영 광학계 (PL) 에 대하여 이동하는 이동 거울 (54) 이 형성되어 있다. 또한, 이동 거울 (54) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (55) 가 형성되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 상의 기판 (P) 의 2차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (55) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 로 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (55) 의 계측 결과에 기초하 여 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통해 XY 스테이지 (52) 를 구동함으로써 기판 (P) 의 XY 방향에서의 위치 (투영 광학계 (PL) 의 이미지면과 실질적으로 평행한 방향의 위치) 를 조정하고, 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 의 위치 결정을 행한다.

투영 광학계 (PL) 의 선단 근방에는, 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크 또는 Z 스테이지 (51) 상에 형성된 기준 마크 (후술) 를 검출하는 기판 얼라인먼트계 (제 1 얼라인먼트계; 18) 가 배치되어 있다. 또한, 마스크 스테이지 (MST) 의 근방에는, 마스크 (M) 와 투영 광학계 (PL) 을 통해 Z 스테이지 (51) 상의 기준 마크를 검출하는 마스크 얼라인먼트계 (제 2 얼라인먼트계; 19) 가 형성되어 있다.

또한, 오토 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 구성으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-37149호 (대응 미국특허 6,195,154) 에 개시되어 있다. 또한, 기판 얼라인먼트계 (18) 의 구성으로는, 일본 공개특허공보 평4-65603호 (대응 미국특허 5,493,403) 에 개시되어 있다. 또한, 마스크 얼라인먼트계 (19) 의 구성으로는, 일본 공개특허공보 평7-176468호 (대응 미국특허 5,646,413) 에 개시되어 있다. 이들 문헌의 개시를, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 본문의 기재의 일부로서 원용한다.

본 실시형태에서는, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시킴과 함께, 초점 심도를 실질적으로 넓히기 위해서 액침법을 적용한다. 그 때문에, 적어도 마스크 (M) 의 패턴의 이미지를 기판 (P) 상에 전사하고 있는 동안은, 기판 (P) 의 표면과 투영 광학계 (PL) 의 기판 (P) 측의 광학 소자 (렌즈; 60) 의 선단 면 (하면; 7) 사이에 소정의 액체 (50) 가 채워진다. 상기 기술한 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 선단측에는 렌즈 (60) 가 노출되어 있고, 액체 (50) 는 렌즈 (60) 에만 접촉하도록 공급된다. 이것에 의해, 금속으로 이루어지는 경통 (PK) 의 부식 등이 방지되고 있다. 본 실시형태에서, 액체 (50) 로는 순수가 사용된다. 순수는, ArF 엑시머레이저광뿐만아니라, 노광광 (EL) 을 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머레이저광 (파장 248 nm) 등의 원자외광 (DUV 광) 으로 한 경우라도, 이들의 노광광 (EL) 을 투과할 수 있다.

노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 의 선단면 (렌즈 (60) 의 선단면; 7) 과 기판 (P) 사이의 공간 (56), 즉 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 소정의 액체 (50) 를 공급하는 액체 공급 장치 (1) 와, 공간 (56) 의 액체 (50) 를 회수하는 액체 회수 장치 (2) 를 구비하고 있다. 액체 공급 장치 (1) 는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 적어도 일부를 액체 (50) 로 채우기 위한 것으로서, 액체 (50) 를 수용하는 탱크, 가압 펌프 등을 구비하고 있다. 액체 공급 장치 (1) 에는 공급관 (3) 의 일단부가 접속되고, 공급관 (3) 의 타단부에는 공급 노즐 (4) 이 접속되어 있다. 액체 공급 장치 (1) 는 공급관 (3) 및 공급 노즐 (4) 을 통해 공간 (56) 에 액체 (50) 를 공급한다.

액체 회수 장치 (2) 는, 흡인 펌프, 회수한 액체 (50) 를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있다. 액체 회수 장치 (2) 에는 회수관 (6) 의 일단부가 접속되고, 회수관 (6) 의 타단부에는 회수 노즐 (5) 이 접속되어 있다. 액체 회수 장 치 (2) 는 회수 노즐 (5) 및 회수관 (6) 을 통해 공간 (56) 의 액체 (50) 를 회수한다. 공간 (56) 에 액체 (50) 를 채울 때, 제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 장치 (1) 를 구동하여, 공급관 (3) 및 공급 노즐 (4) 을 통해 공간 (56) 에 대하여 단위 시간당 소정량의 액체 (50) 를 공급함과 함께, 액체 회수 장치 (2) 를 구동하여, 회수 노즐 (5) 및 회수관 (6) 을 통해 단위 시간당 소정량의 액체 (50) 를 공간 (56) 으로부터 회수한다. 이것에 의해, 투영 광학계 (PL) 의 선단면 (7) 과 기판 (P) 사이의 공간 (56) 에 액체 (50) 가 유지된다. 액체 (50) 의 온도는, 예를 들어 노광 장치 (EX) 가 수용되는 챔버내의 온도와 같은 정도로 설정된다.

도 2 는, 노광 장치 (EX) 의 투영 광학계 (PL) 의 하부, 액체 공급 장치 (1), 및 액체 회수 장치 (2) 등을 나타내는 도 1 의 부분 확대도이다. 도 2 에서, 투영 광학계 (PL) 의 최하단의 렌즈 (60) 는, 선단부 (60A) 가 주사방향으로 필요한 부분만큼을 남기고 Y 축방향 (비주사방향) 으로 가늘고 긴 직사각형상으로 형성되어 있다. 주사 노광시에는, 선단부 (60A) 의 바로 아래의 직사각형의 투영 영역에 마스크 (M) 의 일부의 패턴 이미지가 투영되고, 투영 광학계 (PL) 에 대하여, 마스크 (M) 가 -X 방향 (또는 +X 방향) 으로 속도 V 로 이동하는 데 동기하여, XY 스테이지 (52) 를 통해 기판 (P) 이 +X 방향 (또는 -X 방향) 으로 속도 βㆍV (β는 투영 배율) 로 이동한다. 그리고, 1 개의 쇼트 영역으로의 노광 종료 후에, 기판 (P) 의 스테핑에 의해 다음 쇼트 영역이 주사 개시 위치로 이동하고, 이하, 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식으로 각 쇼트 영역에 대한 노광 처리가 순차로 이루어진다. 본 실시형태에서는, 기판 (P) 의 이동방향을 따라 액체 (50) 를 흘려보내도록 설정되어 있다.

도 3 은, 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 (60) 의 선단부 (60A) 와, 액체 (50) 를 X 축방향으로 공급하는 공급 노즐 (4; 4A ～ 4C) 과, 액체 (50) 를 회수하는 회수 노즐 (5; 5A, 5B) 의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 3 에서, 렌즈 (60) 의 선단부 (60A) 의 형상은 Y 축방향으로 가늘고 긴 직사각형상이 되어 있고, 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 (60) 의 선단부 (60A) 를 X 축방향으로 끼우도록, +X 방향측에 3 개의 공급 노즐 (4A ～4C) 이 배치되고, -X 방향측에 2 개의 회수 노즐 (5A, 5B) 이 배치되어 있다. 그리고, 공급 노즐 (4A ～ 4C) 은 공급관 (3) 을 통해 액체 공급 장치 (1) 에 접속되고, 회수 노즐 (5A, 5B) 은 회수관 (6) 을 통해 액체 회수 장치 (2) 에 접속되어 있다. 또한, 공급 노즐 (4A ～ 4C) 과 회수 노즐 (5A, 5B) 를 선단부 (60A) 의 중심에 대하여 약 180°회전한 위치에, 공급 노즐 (8A ～ 8C) 과, 회수 노즐 (9A, 9B) 이 배치되어 있다. 공급 노즐 (4A ～ 4C) 과 회수 노즐 (9A, 9B) 은 Y 축방향으로 교대로 배열되고, 공급 노즐 (8A ～ 8C) 과 회수 노즐 (5A, 5B) 은 Y 축방향으로 교대로 배열되고, 공급 노즐 (8A ～ 8C) 은 공급관 (10) 을 통해 액체 공급 장치 (1) 에 접속되고, 회수 노즐 (9A, 9B) 는 회수관 (11) 을 통해 액체 회수 장치 (2) 에 접속되어 있다.

그리고, 화살표 Xa 로 나타내는 주사방향 (-X 방향) 으로 기판 (P) 을 이동시켜 주사 노광을 행하는 경우에는, 공급관 (3), 공급 노즐 (4A ～ 4C), 회수관 (6), 및 회수 노즐 (5A, 5B) 을 사용하고, 액체 공급 장치 (1) 및 액체 회수 장치 (2) 에 의해 액체 (50) 의 공급 및 회수가 이루어진다. 즉, 기판 (P) 이 -X 방향으로 이동할 때에는, 공급관 (3) 및 공급 노즐 (4; 4A ～ 4C) 을 통해 액체 공급 장치 (1) 로부터 액체 (50) 가 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 공급됨과 함께, 회수 노즐 (5; 5A, 5B), 및 회수관 (6) 을 통해 액체 (50) 가 액체 회수 장치 (2) 로 회수되고, 렌즈 (60) 와 기판 (P) 사이를 채우도록 -X 방향으로 액체 (50) 가 흐른다. 한편, 화살표 Xb 로 나타내는 주사방향 (+X 방향) 으로 기판 (P) 을 이동시켜 주사 노광을 행하는 경우에는, 공급관 (10), 공급 노즐 (8A ～ 8C), 회수관 (11), 및 회수 노즐 (9A, 9B) 을 사용하여, 액체 공급 장치 (1) 및 액체 회수 장치 (2) 에 의해 액체 (50) 의 공급 및 회수가 이루어진다. 즉, 기판 (P) 이 +X 방향으로 이동할 때는, 공급관 (10) 및 공급 노즐 (8; 8A ～ 8C) 을 통해 액체 공급 장치 (1) 로부터 액체 (50) 가 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 공급됨과 함께, 회수 노즐 (9; 9A, 9B), 및 회수관 (11) 을 통해 액체 (50) 가 액체 회수 장치 (2) 로 회수되고, 렌즈 (60) 와 기판 (P) 사이를 채우도록 +X 방향으로 액체 (50) 가 흐른다. 이와 같이, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급 장치 (1) 및 액체 회수 장치 (2) 를 사용하여, 기판 (P) 의 이동방향을 따라 기판 (P) 의 이동방향과 동일한 방향으로 액체 (50) 를 흘려보낸다. 이 경우, 예를 들어 액체 공급 장치 (1) 로부터 공급 노즐 (4) 을 통해 공급되는 액체 (50) 는 기판 (P) 의 -X 방향으로의 이동에 따라 공간 (56) 으로 인입되도록 흐르기 때문에, 액체 공급 장치 (1) 의 공급 에너지가 작아도 액체 (50) 를 공간 (56) 으로 용이하게 공급할 수 있다. 그리고, 주사방향에 따라 액체 (50) 를 흘려보내는 방향을 전환함으로써, +X 방향, 또는 -X 방향의 어느쪽의 방향으로 기판 (P) 을 주사하는 경우에도, 렌즈 (60) 의 선단면 (7) 과 기판 (P) 사이를 액체 (50) 로 채울 수 있어 높은 해상도 및 넓은 초점 심도를 얻을 수 있다.

또한, 상기 기술한 노즐의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 선단부 (60A) 의 긴 변에 대해서 2 쌍의 노즐로 액체 (50) 의 공급 또는 회수를 행하도록 해도 된다. 또한, 이 경우에는, +X 방향, 또는 -X 방향의 어느쪽의 방향으로부터도 액체 (50) 의 공급 및 회수를 행할 수 있도록 하기 위해서, 공급 노즐과 회수 노즐을 상하로 나란히 배치해도 된다. 또한, 도시하지는 않았지만, 액체 (50) 의 공급 및 회수를 행하는 노즐은, 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 (60) 의 주위에 소정 간격으로 형성되어 있고, 기판 (P) 이 주사방향 (+X 방향, -X 방향) 이외의 방향으로 이동하는 경우에도, 기판 (P) 의 이동방향과 평행하게 기판 (P) 의 이동방향과 동일한 방향으로 액체 (50) 를 흘려보낼 수 있다.

도 4 는, Z 스테이지 (51) 를 상방으로부터 본 개략 평면도이다. 직사각형상의 Z 스테이지 (51) 의 서로 수직인 2 개의 측면에는 이동 거울 (54) 이 배치되어 있고, Z 스테이지 (51) 의 대략 중앙에는 도시하지 않은 홀더를 통해 기판 (P) 이 유지되어 있다. 기판 (P) 상에는, 복수의 쇼트 영역 (SH1～SH20) 이 설정되어 있다. 기판 (P) 의 주위에는 기판 (P) 의 표면과 거의 동일한 높이 (면일치) 의 평면을 갖는 보조 플레이트 (41) 가 형성되어 있다. 기판 (P) 의 에지와 보조 플레이트 (41) 사이는 1 ～ 2 mm 정도의 빈틈이 있지만, 액체 (50) 의 표면 장력에 의해 그 빈틈으로 액체 (50) 가 흘러 들어 가는 일은 거의 없고, 기판 (P) 의 둘레 가장자리 근방을 노광하는 경우에도 투영 광학계 (PL) 의 아래에 액체 (50) 를 유지할 수 있다.

Z 스테이지 (51) 의 1 개의 코너에는, 보조 플레이트 (41) 와 일체적으로 기준판 (기준 부재; 42) 이 형성되어 있다. 기준판 (42) 에는, 기판 얼라인먼트계 (18) 에 의해 검출되는 기준 마크 (PFM) 와, 마스크 얼라인먼트계 (19) 에 의해 검출되는 기준 마크 (MFM) 가 소정의 위치 관계로 형성되어 있다. 또한, 기준판 (42) 의 표면은 거의 평탄하게 되어 있고, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 기준면으로서의 역할도 한다. 또한, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 기준면을 기준판 (42) 과는 별도로 Z 스테이지 (51) 상에 형성해도 된다. 또한, 기준판 (42) 을 보조 플레이트 (41) 에 대하여 1 ～ 2 mm 정도 떨어뜨려 형성해도 된다. 또한 기준 마크 (PFM) 와 기준 마크 (MFM) 를 각각 별도의 부재에 형성하도록 해도 된다. 또한, 기준판 (42) 의 표면은 기판 (P) 의 표면 및 보조 플레이트 (41) 의 표면과 거의 같은 높이로 설정되어 있고, 투영 광학계 (PL) 의 아래에 액체 (50) 를 유지한 채로 투영 광학계 (PL) 의 아래의 액침 부분을 기준판 (42) 과 기판 (P) 사이에서 이동할 수 있다.

다음으로, 상기 기술한 노광 장치 (EX) 를 사용하여 마스크 (M) 의 패턴을 기판 (P) 에 노광하는 순서에 관해서, 도 8 의 플로우 차트를 참조하면서 설명한다.

[드라이 컨디션에서의 얼라인먼트 마크 (XY 방향) 의 검출]

액체 공급 장치 (1) 로부터 액체 (50) 의 공급을 행하기 전에 기판 (P) 상에 액체가 없는 상태에서, 우선 계측 처리가 이루어진다. 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 이 쇼트 영역 (SH1～SH20) 상을 도 4 의 파선 화살표 (43) 를 따라 진행하도록 레이저 간섭계 (55) 의 출력을 모니터하면서 XY 스테이지 (52) 를 이동시킨다. 그 이동 도중에, 기판 얼라인먼트계 (18) 는 기판 (P) 상에 형성되어 있는 복수의 얼라인먼트 마크 (도시 생략) 를 액체를 통하지 않고 검출한다 (S1). 또한, 기판 얼라인먼트계 (18) 가 얼라인먼트 마크의 검출을 행할 때는 XY 스테이지 (52) 는 정지된다. 그 결과, 레이저 간섭계 (55) 에 의해 규정되는 좌표계내에서의 각 얼라인먼트 마크의 위치 정보가 계측된다. 또한, 기판 얼라인먼트계 (18) 에 의한 얼라인먼트 마크의 검출은, 기판 (P) 상의 모든 얼라인먼트 마크를 검출해도 되고, 그 일부를 검출하기만 해도 된다. 또한, 기판 얼라인먼트계 (18) 가 기판 (P) 을 이동시키면서 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크를 검출할 수 있는 경우에는, XY 스테이지 (52) 를 정지시키지 않아도 된다.

[드라이 컨디션에서의 기판 표면 위치 (Z 방향) 의 검출]

또한, 그 XY 스테이지 (52) 의 이동 중에, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해 기판 (P) 의 표면 정보가 액체를 통하지 않고 검출된다 (S2). 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의한 표면 정보의 검출은 기판 (P) 상의 모든 쇼트 영역 (SH1～SH20) 마다 행해지고, 검출 결과는 기판 (P) 의 주사방향 (X 축방향) 의 위치를 대응시켜 제어 장치 (CONT) 에 기억된다. 또한, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의한 표면 정보의 검출은, 일부의 쇼트 영역에 대해서만 행해도 된다.

또한, XY 스테이지 (52) 의 이동도 도 4 에 나타낸 궤적에 한정되지 않고, 가능한 짧은 거리에서 원하는 검출 작업을 할 수 있도록 이동해도 된다. 또한, 복수의 얼라인먼트 마크의 위치 정보의 검출과 기판 (P) 의 면정보의 검출 중의 일방의 검출을 먼저 완료시키고, 그 후에 타방의 검출을 실행하도록 해도 된다.

[드라이 컨디션에서의 기준 마크 (PFM) (XY 방향) 의 검출]

기판 (P) 의 얼라인먼트 마크의 검출, 및 기판 (P) 의 표면 정보의 검출이 종료되면, 기판 얼라인먼트계 (18) 의 검출 영역이 기준판 (42) 상에 위치 결정되도록, 제어 장치 (CONT) 는 XY 스테이지 (52) 를 이동시킨다. 기판 얼라인먼트계 (18) 는 기준판 (42) 상의 기준 마크 (PFM) 를 검출하고, 레이저 간섭계 (55) 에 의해 규정되는 좌표계내에서의 기준 마크 (PFM) 의 위치 정보를 계측한다 (S3).

이 기준 마크 (PFM) 의 검출처리의 완료에 의해, 기준 마크 (PFM) 와 기판 (P) 상의 복수의 얼라인먼트 마크의 위치 관계가 구해진다. 복수의 얼라인먼트 마크와 쇼트 영역 (SH1～SH20) 의 위치 관계는 이미 알려져 있기 때문에, 기준 마크 (PFM) 와 기판 (P) 상의 복수의 얼라인먼트 마크의 위치 관계가 구해지면, 기준 마크 (PFM) 와 기판 (P) 상의 복수의 쇼트 영역 (SH1～SH20) 의 위치 관계가 각각 구해지게 된다. 또한, 기준 마크 (PFM) 와 기준 마크 (MFM) 는 소정의 위치 관계에 있기 때문에, XY 평면내에서의 기준 마크 (MFM) 와 기판 (P) 상의 복수의 쇼트 영역 (SH1～SH20) 의 위치 관계가 결정된 것으로 된다.

[드라이 컨디션에서의 기준판의 표면 위치 (Z 방향) 의 검출]

기판 얼라인먼트계 (18) 에 의한 기준 마크 (PFM) 의 검출 전 또는 후에, 제어 장치 (CONT) 는 기준판 (42) 의 표면 (기준면) 의 표면 정보를 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해 검출한다 (S4). 이 기준판 (42) 의 표면의 검출처리의 완 료에 의해, 기준판 (42) 표면과 기판 (P) 표면의 관계가 구해진 것으로 된다.

[웨트 컨디션에서의 기준 마크 (MFM) 의 검출 (XY 방향) 의 검출]

다음으로, 마스크 얼라인먼트계 (19) 에 의해 기준판 (42) 상의 기준 마크 (MFM) 를 검출할 수 있도록, 제어 장치 (CONT) 는 XY 스테이지 (52) 를 이동시킨다. 당연하지만 이 상태에서는 투영 광학계 (PL) 의 선단부 (60A) 와 기준판 (42) 은 대향하고 있다. 여기서, 제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 장치 (1) 및 액체 회수 장치 (2) 에 의한 액체 (50) 의 공급 및 회수를 시작하고, 투영 광학계 (PL) 와 기준판 (42) 사이를 액체 (50) 로 채운다 (S5).

다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 얼라인먼트계 (19) 에 의해 마스크 (M), 투영 광학계 (PL), 및 액체 (50) 를 통해 기준 마크 (MFM) 의 검출을 행한다 (S6). 즉, 마스크 (M) 상의 마크와 기준 마크 (MFM) 의 위치 관계를 투영 광학계 (PL) 와 액체를 통해 검출한다. 이것에 의해 투영 광학계 (PL) 와 액체 (50) 를 통해, XY 평면내에서의 마스크 (M) 의 위치, 즉 마스크 (M) 의 패턴의 이미지의 투영 위치 정보가 기준 마크 (MFM) 를 사용하여 검출된 것으로 된다.

[웨트 컨디션에서의 기준판의 검출 (Z 방향) 의 검출]

또한, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 와 기준판 (42) 사이에 액체 (50) 를 공급한 상태에서, 기준판 (42) 의 표면 (기준면) 을 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 로 검출하고, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과 기준판 (42) 의 표면의 관계를 계측한다 (S7). 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 는, 웨트 컨디션에서, 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미 지면과 피검면의 위치 관계 (어긋남) 를 검출할 수 있는 구성으로 되어 있고, 웨트 컨디션에서 기준판 (42) 의 표면을 검출함으로써, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면의 관계가, 기준판 (42) 을 사용하여 검출된 것으로 된다.

[웨트 컨디션에서의 얼라인먼트 및 노광]

이상과 같은 계측 처리가 종료되면, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 을 노광하기 위해서 액체 (50) 의 공급 및 회수를 행하면서 XY 스테이지 (52) 를 이동시켜 투영 광학계 (PL) 의 아래의 액침 부분을 기판 (P) 상으로 이동시킨다. 기준판 (42), 보조 플레이트 (41), 및 기판 (P) 의 표면은 각각 거의 같은 높이이기 때문에 투영 광학계 (PL) 의 아래에 액체 (50) 를 유지한 상태에서 XY 스테이지 (52) 를 이동할 수 있다.

그리고, 상기 기술한 계측 처리 중에 구한 각 정보를 사용하여, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 을 주사 노광한다 (S8). 즉, 각 쇼트 영역의 각각에 대한 주사 노광 중은, 액체 (50) 의 공급 전에 구한 기준 마크 (PFM) 와 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 의 위치 관계의 정보, 및 액체 (50) 의 공급 후에 기준 마크 (MFM) 를 사용하여 구한 마스크 (M) 의 패턴의 이미지의 투영 위치 정보에 기초하여, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 과 마스크 (M) 의 위치맞춤이 이루어진다 (S8).

또한, 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 에 대한 주사 노광 중은, 액체 (50) 의 공급 전에 구한 기준판 (42) 표면과 기판 (P) 표면의 관계의 정보, 및 액체 (50) 의 공급 후에 구한 기준판 (42) 표면과 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계의 정보에 기초하여, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 사용하지 않고, 기판 (P) 표면과 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계가 조정된다. 이와 같이, 액체 (50) 를 통해 이루어지는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 검출은, 기판 (P) 의 노광 개시 전의 기준판 (42) 표면의 검출을 행할 때에만 이루어지기 때문에, 액체 (50) 의 온도 변화 등의 영향을 최소한으로 억제하여, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 의 검출 동작을 행할 수 있다.

또한, 주사 노광 중에 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 사용하여 기판 (P) 표면의 면정보를 검출하고, 기판 (P) 표면과 이미지면의 위치 관계의 조정 결과의 확인에 사용하도록 해도 된다. 또한, 주사 노광 중에, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 사용하여 기판 (P) 표면의 면정보를 검출하고, 주사 노광 중에 검출된 면정보를 추가로 가미하여, 기판 (P) 표면과 이미지면의 위치 관계를 조정하도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기판 (P) 의 표면 정보를 액체없이 검출할 때에, 마스크 (M) 의 패턴의 이미지가 형성되는 투영 영역내 또는 그 근방에 검출광을 투사하는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 사용했는데, 기판 얼라인먼트계 (18) 에 탑재되어 있는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (도시 생략) 를 사용해도 된다. 기판 얼라인먼트계 (18) 에 탑재되어 있는 포커스ㆍ레벨링 검출계는, 기판 얼라인먼트계 (18) 에 의해 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크를 검출할 때에 기판 (P) 의 표면 위치를 조정하기 위해서 사용된다. 포커스ㆍ레벨링 검출계의 구체적인 구 성으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보2001-257157호 (미국 특허공개공보2001/0023918A) 에 개시되어 있고, 이 개시를 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 본문의 기재의 일부로서 원용한다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기판 (P) 표면과 이미지면의 위치 관계의 조정은 기판 (P) 을 유지하는 Z 스테이지 (51) 를 움직임으로써 행하고 있는데, 마스크 (M) 나 투영 광학계 (PL) 을 구성하는 복수의 렌즈의 일부를 움직여, 이미지면을 기판 (P) 표면에 합치하도록 해도 되고, 노광광 (EL) 의 파장을 미세조정하도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크 및 기준마크 (PFM) 의 검출 후에, 액체 공급 장치 (1) 로부터 액체 (50) 의 공급을 시작하도록 하고 있지만, 가능하다면, 그 검출 전에, 액체 공급 장치 (1) 로부터 액체 (50) 를 공급하고, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 국소적으로 액체 (50) 를 유지한 채, 액체를 통하지 않고 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크 및 기준 마크 (PFM) 의 검출을 행하도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기준판 (42) 을 통해, 드라이 컨디션에서 계측된 기판 (P) 의 표면 정보와, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과 관련지어져 있지만, 기준판 (42) 대신에 기판 (P) 상의 소정 영역을 기준면으로 하여, 드라이 컨디션 및 웨트 컨디션에서, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해 그 소정 영역을 검출하고, 드라이 컨디션에서 계측된 기판 (P) 의 표면 정보와, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과 관련지어 지도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 는, 드라이 컨디션과 웨트 컨디션의 양쪽에서 사용되고 있지만, 드라이 컨디션용 포커스ㆍ레벨링 검출계와 웨트 컨디션용 포커스ㆍ레벨링 검출계를 따로따로 형성해도 된다.

또한, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해, 드라이 컨디션에서 검출된 기판 (P) 의 표면 정보와, 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체를 통해 형성되는 이미지면의 관계 (오프 세트) 를 미리 알고 있을 때는, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의한 웨트 컨디션에서의 검출을 생략하고, 드라이 컨디션에서 계측된 기판 (P) 의 표면 정보에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체를 통해 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면의 위치 관계를 조정하면서, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역을 액침 노광하도록 해도 된다. 이 경우, 기준면으로서의 기준판 (42) 을 기판 스테이지 (PST) 상에 형성하지 않아도 된다 (단, 기준 마크는 필요).

이상과 같이, 액침 노광용 액체 (50) 를 통하지 않고 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크의 검출이나 기판 (P) 표면 정보의 검출을 행한 후, 그들의 정보에 기초하여 액침 노광을 행하기 때문에, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 과 마스크 (M) 의 위치맞춤이나 기판 (P) 표면과 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계의 조정을 정확하게 행할 수 있다.

도 5 는 본 발명의 변형예를 나타내는 도면이고, 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 (60) 부근의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5 에서는 간단히 하기 위해, 액체 공급 장치 (1) 나 액체 회수 장치 (2), 기판 얼라인먼트계 (18) 등은 생략하고 있다.

도 5 에 나타내는 노광 장치 (EX) 에는, X 축방향에 관해서 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 (60) 의 양측에, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 와 같은 구성으로, 기판 (P) 표면의 면정보를 검출하는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 가 형성되어 있다. 포커스ㆍ레벨링계 (61, 62) 의 각 검출 영역은, 투영 광학계 (PL) 의 아래에 액체 (50) 가 공급되었을 (투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (50) 가 국소적으로 유지되어 있다) 때에도 그 액침 부분으로부터 떨어진 위치에 설정되어 있다. 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61) 는, 기판 (P) 이 -X 방향으로 이동하면서 주사 노광을 행할 때에 사용되고, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (62) 는, 기판 (P) 이 +X 방향으로 이동하면서 주사 노광을 행할 때에 사용된다.

본 실시형태의 노광 장치의 경우, 마스크 (M) 와 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역의 위치맞춤 (얼라인먼트) 은 상기 기술한 실시형태와 동일하게 이루어진다.

본 실시형태의 계측 처리에서는, 투영 광학계 (PL) 와 기준판 (42) 사이에 액체 (50) 를 공급한 상태에서, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 에 의해 기준판 (42) 의 표면 위치를 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여 Z 스테이지 (51) 를 움직여, 기준판 (42) 의 표면을 투영 광학계 (PL) 및 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면에 맞추어 넣는다. 이 때, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 의 각 검출 영역도 기준판 (42) 상에 위치하고 있고 (이 때, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 의 검출 영역에 액체는 존재하지 않는다), 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 에 의해 기준판 (42) 의 표면을 각각 검출함으로써, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 및 액 체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 에 의해 액체를 통하지 않고 검출되는 각 면정보와의 관계를 구할 수 있다.

이상과 같은 계측 처리가 종료되면, 제어 장치 (C0NT) 는, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 을 노광하기 위해서, 액체 (50) 의 공급 및 회수를 행하면서 XY 스테이지 (52) 를 이동시키고, 투영 광학계 (PL) 아래의 액침 부분을 기판 (P) 상으로 이동시킨다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 기술한 계측 처리 중에 구한 각 정보를 사용하여 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (SH1～SH20) 을 주사 노광한다. 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역의 주사 노광 중, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (50) 를 통해 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면의 위치 관계의 조정은, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 사용하지 않고, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액침 부분의 외측에 검출 영역을 갖는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61, 62) 를 사용하여 이루어진다. 예를 들어, -X 방향으로 기판 (P) 을 이동시키면서 기판 (P) 상의 어떤 쇼트 영역을 주사 노광하는 경우에는, 그 노광 대상의 쇼트 영역이 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액침 부분으로 들어 가기 전에, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61) 에 의해 그 쇼트 영역 표면의 면위치 정보가 순차로 검출되고, 그 쇼트 영역이 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액침 부분을 통과할 때에는, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61) 에 의해 검출된 면위치 정보에 기초하여, 그 쇼트 영역 표면과 이미지면의 위치 관계가 조정된다. 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61) 에 의해 검출되는 면정보와 최적 이미지면의 관계는 미리 기준판 (42) 을 사용하여 구해져 있기 때문에, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (61) 에 의해 검출된 면위치 정보만으로도, 액체 (50) 의 온도 변화 등의 영향을 받지 않고 그 쇼트 영역 표면을 최적 이미지면에 대하여 정확하게 맞추어 넣을 수 있다. 또한, 이전의 실시형태에서 서술한 바와 같이, 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 노광 중에 병용해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 최근, 기판 (P) 을 유지하는 스테이지를 2 개 탑재한 트윈 스테이지형 노광 장치가 등장하고 있는데, 본 발명은 트윈 스테이지형 노광 장치에도 적용가능하다.

도 6 은 트윈 스테이지형 노광 장치의 개략 구성도이다. 트윈 스테이지형 노광 장치는 공통의 베이스 (71) 상을 각각 독립적으로 이동가능한 제 1, 제 2 기판 스테이지 (PST1, PST2) 를 구비하고 있다. 제 1, 제 2 기판 스테이지 (PST1, PST2) 는 각각 도 4 에 나타낸 기준판 (42) 과 동등한 구성을 갖는 기준판 (74, 75) 을 구비하고 있다. 또한, 트윈 스테이지형 노광 장치는 노광 스테이션과 계측ㆍ교환 스테이션을 갖고 있고, 노광 스테이션에는 기판 얼라인먼트계 (18) 를 제외하고 도 4 의 시스템 (포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 를 포함한다) 이 모두 탑재되어 있다. 또한, 계측ㆍ교환 스테이션에는, 기판 얼라인먼트계 (72), 투사계 (73A) 및 수광계 (73B) 를 갖는 포커스ㆍ레벨링 검출계 (73) 가 탑재되어 있다.

이러한 트윈 스테이지형 노광 장치의 기본적인 동작으로는, 예를 들어 노광 스테이션에서 제 2 기판 스테이지 (PST2) 상의 기판 (P) 의 노광 처리 중에, 계측ㆍ교환 스테이션에서, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 의 교환 및 계측 처리가 이루어진다. 그리고, 각각의 작업이 종료되면, 제 2 기판 스테이지 (PST2) 가 계측ㆍ교환 스테이션으로 이동하고, 그것과 병행하여 제 1 기판 스테이지 (PST1) 가 노광 스테이션으로 이동하고, 이번에는 제 2 기판 스테이지 (PST2) 에서 계측 및 교환 처리가 이루어지고, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 에 대하여 노광 처리가 이루어진다.

본 발명을 트윈 스테이지형 노광 장치에 적용한 경우에는, 상기 기술한 실시형태에서 설명한 액체를 통하지 않고 이루어지는 계측 처리는 계측ㆍ교환 스테이션에서 이루어진다. 예를 들어 제 2 기판 스테이지 (PST2) 상의 기판 (P) 에 대하여 노광 스테이션에서 한창 액침 노광 처리가 이루어지고 있는 중에, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 에 대하여 계측 스테이션에서 기판 얼라인먼트계 (72), 포커스ㆍ레벨링 검출계 (73), 및 기준판 (74) 을 사용하여 액체를 통하지 않은 계측 처리가 이루어진다. 그리고, 액체를 통하지 않은 계측 처리가 완료되면, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 와 제 2 기판 스테이지 (PST2) 의 교환 작업이 이루어지고, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 의 기준판 (74) 과 투영 광학계 (PL) 가 대향하도록, 제 1 기판 스테이지 (PST1) 가 위치 결정된다. 이 상태에서, 제어 장치 (CONT) 는 액체 (50) 의 공급을 시작하고, 투영 광학계 (PL) 와 기준판 (74) 사이를 액체 (50) 로 채우고, 상기 기술한 실시형태와 동일한, 액체를 통한 계측 처리 및 노광 처리를 행한다. 또한, 계측ㆍ교환 스테이션에서 일단 구해진 각 쇼트 영역의 얼라인먼트 정보는 기준판의 기준 마크 (PFM) 를 기준으로 하여 정해져 있고 (기억되어 있고), 노광 스테이션에서 액침 노광이 실행될 때에는, 기준판의 기준 마크 (PFM) 에 대하여 소정의 위치 관계로 형성되어 있는 기준 마크 (MFM) 와 마스크 (M) 의 위치 관계에 기초하여 각 쇼트 영역이 위치 결정되도록 제 1 기판 스테이지 (PST1) 의 이동이 제어된다. 즉, 계측ㆍ교환 스테이션에서 구해진 각 쇼트 영역의 얼라인먼트 정보는, 기준 마크 (PFM, MFM) 를 사용하여 노광 스테이션에 유효하게 전달된다.

이와 같이, 트윈 스테이지형 노광 장치의 경우에는, 일방의 스테이지에서 액침 노광 처리 중에, 타방의 스테이지에서 액체를 통하지 않은 계측 처리를 행할 수 있기 때문에, 노광 처리의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 트윈 스테이지형 노광 장치의 구조 및 노광 동작에 관해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국특허 6,341,007, 6,400,441, 6,549,269 및 6,590,634), 일본 특허공표공보 2000-505958호 (대응 미국특허 5,969,441) 또는 미국특허 6,208,407 에 개시되어 있고, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 그들의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.

또한, 상기 기술한 트윈 스테이지형 노광 장치에서는, 노광 스테이션에 포커스ㆍ레벨링 검출계 (14) 가 배치되어 있지만, 미국특허 6,208,407 에 개시되어 있는 바와 같이, 노광 스테이션의 포커스ㆍ레벨링 검출계를 생략하고, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 방향의 위치 정보를 계측하는 간섭계를 사용하여, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면과 기판 (P) 표면의 위치 관계를 조정하도록 해도 된다. 물론, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 방향의 위치 정보를 계측하는 간섭계와 포커스ㆍ레벨링 검출 계 (14) 를 병용해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기준판 (예를 들어 기준판 (42)) 의 기준 마크 (MFM) 를 액체 (50) 를 통해 마스크 얼라인먼트계 (19) 에 의해 검출했지만, 기준 마크 (MFM) 상에 소정 두께의 투명 부재 (커버 유리, 보정 부재) 를 배치하고, 마스크 얼라인먼트계 (19) 에 의한 기준 마크 (MFM) 의 검출을 액체를 통하지 않고 행해도 된다. 이 경우, 투명 부재에 의해 투영 광학계 (PL) 와 기준 마크 (MFM) 사이에 의사 (擬似) 적인 액침상태가 형성되기 때문에, 액체를 통하지 않고도, 기준 마크 (MFM) 를 사용하여 마스크 (M) 의 패턴의 이미지의 투영 위치 정보를 정확하게 계측할 수 있다. 따라서, 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크뿐만아니라, 기준 마크 (MFM) 의 검출도 액체 (50) 를 통하지 않고 이루어지기 때문에, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 위치맞춤하기 위한 얼라인먼트 정보를 안정적으로 정확하게 구할 수 있다.

또한, 마스크 얼라인먼트계 (19) 는, 일본 공개특허공보 평7-176468호 (대응 미국특허 5,646,413) 에 개시되어 있는 것 같은 구성에 한정되지 않고, 마스크 (M) (마스크 (M) 의 마크) 와 기판 스테이지 (PST) 상의 기준 (MFM) 의 위치 관계를 검출할 수 있는 것이면 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기판 (P) 상의 얼라인먼트 마크를 액체없이 검출한 후에 기판 (P) 상에 액체를 공급하기 때문에, 액체의 무게나 액체의 온도에 의해 기판 (P) 의 변형 (신축) 이나 기판 스테이지 (PST) 의 변형 등이 발생한다. 이 상태에서, 드라이 컨디션에서 검출된 얼라인먼트 마크의 위치 정보나 기판 (P) 의 표면 정보에 기초하여 액침 노광을 행하더라도, 위치어긋남이나 디포커스 등의 에러가 발생하여, 마스크 (M) 의 패턴 이미지가 기판 (P) 상에 원하는 상태로 투영되지 않을 가능성이 있다.

그와 같은 경우에는, 패턴 이미지와 기판 (P) 상의 각 쇼트의 위치맞춤 (얼라인먼트) 에 관해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-353121호 (미국 특허공개2002/0042664A 공보) 에 개시되어 있는 것 같은 수법 등을 사용하여, 기판 (P) 상에 액체를 공급함으로써 생기는 위치맞춤의 어긋남을 보정하기 위한 보정 정보 (맵 정보) 를 미리 준비해 두고, 드라이 컨디션에서 검출된 기판 (P) 의 얼라인먼트 마크의 위치 정보에, 그 보정 정보를 가미하여, 패턴 이미지와 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역의 위치맞춤을 행하도록 하면 된다. 또한, 테스트 노광을 행하여, 각 쇼트의 패턴의 위치어긋남량으로부터 동일한 보정 정보를 구하고, 그 보정 정보를 사용하여 기판 (P) 과 각 쇼트 영역의 위치맞춤을 행하도록 해도 된다.

또한, 포커스ㆍ레벨링 제어에 관해서도, 테스트 노광 등을 행하여 기판 (P) 상에 액체를 공급함으로써 생기는 오차 (디포커스 등) 를 보정하기 위한 보정 정보를 미리 구해 두고, 드라이 컨디션에서 검출된 기판 (P) 의 표면 정보에 그 보정 정보를 가미하여, 투영 광학계 (PL) 에 의해 액체를 통해 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면의 위치 관계를 조정하도록 하면 된다.

상기 기술한 바와 같이, 본 실시형태에서의 액체 (50) 는 순수을 사용하였다. 순수는, 반도체 제조공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있음과 함께, 기판 (P) 상의 포토레지스트나 광학 소자 (렌즈) 등에 대한 악영향이 없는 이 점이 있다. 또한, 순수는 환경에 대한 악영향이 없음과 함께, 불순물의 함유량이 매우 적기 때문에, 기판 (P) 의 표면, 및 투영 광학계 (PL) 의 선단면에 형성되어 있는 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다.

그리고, 파장이 193 nm 정도의 노광광 (EL) 에 대한 순수 (물) 의 굴절률 (n) 은 거의 1.44 ～ 1.47 정도로 알려져 있고, 노광광 (EL) 의 광원으로서 ArF 엑시머레이저광 (파장 193 nm) 을 사용한 경우, 기판 (P) 상에서는 1/n, 즉 약 131 ～ 134 nm 정도로 단파장화되어 높은 해상도가 얻어진다. 또한, 초점 심도는 공기중과 비교하여 약 n 배, 즉 약 1.44 ～ 1.47 배 정도로 확대되기 때문에, 공기중에서 사용하는 경우와 같은 정도의 초점 심도를 확보할 수 있으면 되는 경우에는, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 보다 증가시킬 수 있어, 이 점에서도 해상도가 향상된다.

상기 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 렌즈 (60) 가 부착되어 있는데, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 부착하는 광학 소자로는, 투영 광학계 (PL) 의 광학특성, 예를 들어 수차 (구면 수차, 코마 수차 등) 의 조정에 사용하는 광학플레이트라도 된다. 또는 노광광 (EL) 을 투과할 수 있는 평행 평면판이라도 된다. 액체 (50) 와 접촉하는 광학 소자를, 렌즈보다 저렴한 평행 평면판으로 함으로써, 노광 장치 (EX) 의 운반, 조립, 조정시 등에서 투영 광학계 (PL) 의 투과율, 기판 (P) 상에서의 노광광 (EL) 의 조도, 및 조도 분포의 균일성을 저하시키는 물질 (예를 들어 규소계 유기물 등) 이 그 평행 평면판에 부착되더라도, 액체 (50) 를 공급하기 직전에 그 평행 평면판을 교환하는 것만으로 되어, 액체 (50) 와 접촉하는 광학 소자를 렌즈로 하는 경우와 비교하여 그 교환 비용이 낮아진다는 이점이 있다. 즉, 노광광 (EL) 의 조사에 의해 레지스트로부터 발생하는 비산 입자, 또는 액체 (50) 중의 불순물의 부착 등에 기인하여 액체 (50) 에 접촉하는 광학 소자의 표면이 더러워지기 때문에, 그 광학 소자를 정기적으로 교환할 필요가 있지만, 이 광학 소자를 저렴한 평행 평면판으로 함으로써, 렌즈와 비교하여 교환부품의 비용이 낮고, 또한 교환에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어, 메인터넌스 비용 (런닝 비용) 의 상승이나 스루풋의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 액체 (50) 의 흐름에 의해 생기는 투영 광학계 (PL) 의 선단의 광학 소자와 기판 (P) 사이의 압력이 큰 경우에는, 그 광학 소자를 교환가능하게 하는 게 아니라, 그 압력에 의해 광학 소자가 움직이지 않도록 견고하게 고정해도 된다.

또한, 상기 실시형태의 액체 (50) 는 물이지만, 물이외의 액체라도 되고, 예를 들어, 노광광 (EL) 의 광원이 F₂ 레이저인 경우, 이 F₂ 레이저광은 물을 투과하지 않기 때문에, 이 경우, 액체 (50) 로서는 F₂ 레이저광이 투과가능한 예를 들어 불소계 오일 (액체) 이나 과불화폴리에테르 (PFPE) 등이라도 된다. 또한, 액체 (50) 로는, 그 외에도, 노광광 (EL) 에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영 광학계 (PL) 나 기판 (P) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정적인 것 (예를 들어 시더유) 을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 각 실시형태의 기판 (P) 으로는, 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼뿐만아니라, 디스플레이 디바이스용 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용 세라 믹 웨이퍼, 또는 노광 장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 규소 웨이퍼) 등이 적용된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이를 국소적으로 액체로 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조의 안에서 이동시키는 액침 노광 장치나, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조를 형성하고, 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조의 안에서 이동시키는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-124873호에 상세히 개시되어 있고, 또한, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조를 형성하고, 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-303114호 (대응 미국특허 5,825,043) 에 상세히 개시되어 있고, 그들의 개시를, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 본문의 기재의 일부로서 원용한다.

노광 장치 (EX) 로는, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기 이동시켜 마스크 (M) 의 패턴을 주사 노광하는 스텝ㆍ앤드ㆍ스캔 방식의 주사형 노광 장치 (스캐닝 스테퍼) 외에, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 정지한 상태에서 마스크 (M) 의 패턴을 일괄 노광하고, 기판 (P) 을 순차로 단계 이동시키는 스텝ㆍ앤드ㆍ리피트 방식의 투영 노광 장치 (스테퍼) 에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 기판 (P) 상에서 적어도 2 개의 패턴을 부분적으로 겹쳐 전사하는 스텝ㆍ앤드ㆍ스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.

노광 장치 (EX) 의 종류로는, 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 적용할 수 있다.

기판 스테이지 (PST) 나 마스크 스테이지 (MST) 에 리니어 모터를 사용하는 경우는, 에어 베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기 부상형의 어느 쪽을 사용해도 된다. 또한, 각 스테이지 (PST, MST) 는, 가이드를 따라 이동하는 타입이라도 되고, 가이드를 형성하지 않은 가이드리스 타입이라도 된다. 스테이지에 리니어 모터를 사용한 예는, 미국특허 5,623,853 및 5,528,118 에 개시되어 있고, 그들의 개시를, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 본문의 기재의 일부로서 원용한다.

각 스테이지 (PST, MST) 의 구동 기구로는, 이차원적으로 자석을 배치한 자석 유닛과, 이차원적으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력에 의해 각 스테이지 (PST, MST) 를 구동하는 평면 모터를 사용해도 된다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛의 어느 일방을 스테이지 (PST, MST) 에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 타방을 스테이지 (PST, MST) 의 이동면측에 형성하면 된다.

기판 스테이지 (PST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은, 투영 광학계 (PL) 에 전달되지 않도록, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 흘려보내도 된다. 이 반력의 처리 방법은, 예를 들어, 미국특허 5,528,118 (일본 공개특허공보 평8-166475호) 에 상세히 개시되어 있고, 이들의 개시를, 본 국제출원에서 지 정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 본문의 기재의 일부로서 원용한다.

마스크 스테이지 (MST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은, 투영 광학계 (PL) 에 전달되지 않도록, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 에 흘려보내도 된다. 이 반력의 처리 방법은, 예를 들어, 미국특허 5,874,820 (일본 공개특허공보 평8-330224호) 에 상세히 개시되어 있고, 본 국제출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한에서, 이 문헌의 기재내용을 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.

이상과 같이, 본원 실시형태의 노광 장치 (EX) 는, 본원 특허청구의 범위에 기재된 각 구성요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서, 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 이루어진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 이루어져 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클 린 룸에서 행하는 것이 바람직하다.

반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능 설계를 행하는 단계 (201), 이 설계 단계에 기초한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 (202), 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 (203), 상기 기술한 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 처리 단계 (204), 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다; 205), 검사 단계 (206) 등을 거쳐 제조된다.

산업상 이용가능성

본 발명의 액침 노광 장치 및 액침 노광 방법은, 액침 노광용 액체를 통하지 않고 기판 표면의 면정보의 검출이나 기판 상의 얼라인먼트 마크의 검출을 행한 후, 그들의 정보에 기초하여 액침 노광을 행하기 때문에, 기판 표면과 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계의 조정이나, 기판 상의 각 쇼트 영역과 패턴 이미지의 투영 위치의 위치맞춤을 정확하게 행할 수 있다. 따라서, 정밀도가 양호한 노광 처리를 행할 수 있어 원하는 성능을 발휘하는 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (34)

1. 패턴의 이미지를 액체를 통해 기판 상에 전사하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,

   패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계;

   상기 기판을 유지하는 제 1 기판 스테이지;

   상기 투영 광학계의 이미지면측에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 장치;

   상기 기판 표면의 위치 정보를, 액체를 통하지 않고 검출하는 면검출계; 및

   상기 면검출계의 기준면을 갖고 또한 상기 제 1 기판 스테이지에 형성되는 기준 부재를 구비하고,

   상기 기준면을 사용하여, 상기 액체를 통하지 않고 검출된 상기 기판 표면의 위치 정보와, 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면의 관계가 결정되며,

   검출된 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면과 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는, 노광 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 면검출계는, 상기 위치 정보에 기초하여 상기 기판 표면과 상기 기준면의 위치 관계를 검출하는, 노광 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 투영 광학계와 상기 기준면 사이에 액체가 공급된 상태에서, 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면과 상기 기준면의 위치 관계를 검출하고, 상기 이미지면과 상기 기준면의 위치 관계에 기초하여, 상기 기판 표면과 상기 이미지면의 위치 관계가 결정되는, 노광 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 투영 광학계와 상기 기준면 사이에 액체가 공급된 상태에서 검출되는 상기 이미지면과 상기 기준면의 위치 관계는, 상기 면검출계와는 다른 별도의 면검출계를 사용하여 결정되는, 노광 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 액체 공급 장치는, 상기 면검출계에 의한 상기 기판 표면의 위치 정보의 검출 후, 상기 투영 광학계와 상기 기준면이 대향하고 있는 상태에서 상기 액체의 공급을 시작하는, 노광 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 면검출계에 의해 액체를 통하지 않고 이루어지는 상기 기판 표면의 위치 정보의 검출은, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 액체를 유지한 상태에서 실행되는, 노광 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 기판 스테이지와는 다른 제 2 기판 스테이지를 구비하고, 상기 면검출계에 의한 상기 제 1 기판 스테이지에 유지된 기판 표면의 위치 정보의 검출 중에, 상기 제 2 기판 스테이지에 유지된 기판과 상기 투영 광학계 사이에 액체가 공급된 상태에서, 상기 제 2 기판 스테이지에 유지된 기판을 액침 노광하는, 노광 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 1 기판 스테이지에 유지된 기판 상의 얼라인먼트 마크를, 액체를 통하지 않고 검출하는 제 1 얼라인먼트계를 구비하고, 상기 제 1 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판과 상기 패턴의 얼라인먼트를 행하면서, 상기 기판의 액침 노광을 행하는, 노광 장치.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 노광 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치가, 상기 검출된 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면과 상기 투영 광학계 및 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하는, 노광 장치.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 기판 상의 얼라인먼트 마크를, 액체를 통하지 않고 검출하는 얼라인먼트계를 구비하고, 상기 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판과 상기 패턴의 얼라인먼트를 행하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는, 노광 장치.
12. 제 1 항에 있어서,

    상기 기준 부재의 표면은, 상기 제 1 기판 스테이지에 유지되는 기판의 표면과 면일치로서, 상기 제 1 기판 스테이지는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 액체를 국소적으로 유지한 채, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재가 대향하고 있는 상태로부터, 상기 투영 광학계와 상기 기판이 대향하는 상태로 이동가능한, 노광 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 액체는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 국소적으로 유지되고, 상기 제 1 기판 스테이지는, 상기 제 1 기판 스테이지에 유지되는 기판의 주위에, 그 기판 표면과 면일치하는 평탄부를 갖는, 노광 장치.
14. 액체를 통해 기판 상의 복수의 쇼트 영역에 패턴의 이미지를 순차로 노광함으로써 상기 기판 상의 복수의 쇼트 영역을 노광하는 노광 장치로서,

    패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계;

    상기 기판을 유지하는 제 1 기판 스테이지;

    상기 투영 광학계의 이미지면측에 상기 액체를 공급하는 액체 공급 장치;

    상기 기판 상의 얼라인먼트 마크를, 액체를 통하지 않고 검출하는 제 1 얼라인먼트계; 및

    상기 제 1 기판 스테이지에 형성되고, 기준 마크가 형성된 기준 부재를 구비하고,

    상기 기준 마크를 사용하여, 상기 제 1 얼라인먼트계의 검출 결과와, 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지의 투영 위치의 관계가 결정되며,

    상기 제 1 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판과 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지의 얼라인먼트를 행하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는, 노광 장치.
15. 삭제
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 얼라인먼트계는, 상기 얼라인먼트 마크를 검출함으로써, 상기 기준 마크와 상기 기판 상의 각 쇼트 영역의 위치 관계를 결정하는, 노광 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 투영 광학계를 통해 상기 기준 마크를 검출하는 제 2 얼라인먼트계를 구비하고, 상기 제 2 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판 상의 각 쇼트 영역과 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지의 투영 위치의 관계가 결정되는, 노광 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 2 얼라인먼트계는, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재 사이에 액체가 공급된 상태에서, 상기 기준 마크의 검출을 행하는, 노광 장치.
19. 제 16 항에 있어서,

    상기 투영 광학계를 통해 상기 기준 마크와 상기 패턴의 위치 관계를 검출하는 제 2 얼라인먼트계를 구비하고, 상기 제 2 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판 상의 각 쇼트 영역과 상기 투영 광학계에 의해 상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지의 투영 위치의 관계가 결정되는, 노광 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 패턴은 마스크에 형성되고, 상기 제 2 얼라인먼트계는, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재 사이에 액체가 공급된 상태에서, 상기 기준 마크와 상기 마스크의 마크의 위치 관계의 검출을 행하는, 노광 장치.
21. 제 17 항에 있어서,

    상기 제 2 얼라인먼트계는, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재 사이에 배치된 투명 부재, 및 상기 투영 광학계를 통해, 상기 기준 마크의 검출을 행하는, 노광 장치.
22. 제 14 항에 있어서,

    상기 액체 공급 장치는, 상기 제 1 얼라인먼트계에 의한 상기 기판 상의 얼라인먼트 마크의 검출 후, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재가 대향하고 있는 상태에서, 상기 액체의 공급을 개시하는, 노광 장치.
23. 제 14 항에 있어서,

    상기 기준 부재의 표면은, 상기 제 1 기판 스테이지에 유지되는 기판의 표면과 면일치로서, 상기 제 1 기판 스테이지는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 액체를 유지한 채, 상기 투영 광학계와 상기 기준 부재가 대향하고 있는 상태로부터, 상기 투영 광학계와 상기 기판이 대향하고 있는 상태로 이동가능한, 노광 장치.
24. 제 14 항에 있어서,

    상기 액체는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 국소적으로 유지되고, 상기 제 1 기판 스테이지는, 상기 제 1 기판 스테이지에 유지되는 기판의 주위에, 그 기판 표면과 면일치하는 평탄부를 갖는, 노광 장치.
25. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 기판 스테이지와는 다른 제 2 기판 스테이지를 구비하고, 상기 제 1 얼라인먼트계에 의한 상기 제 1 기판 스테이지에 유지된 기판 상의 얼라인먼트 마크의 검출 중에, 상기 제 2 기판 스테이지에 유지된 기판과 상기 투영 광학계 사이에 액체가 공급된 상태에서, 상기 제 2 기판 스테이지에 유지된 기판을 액침 노광하는, 노광 장치.
26. 제 14 항에 있어서,

    상기 노광 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 구비하고, 상기 제어 장치는, 기판 상에 액체가 공급되어 있지 않은 상태에서의 상기 제 1 얼라인먼트계의 검출 결과에 기초하여, 기판 상에 액체가 공급되어 있는 상태에서의 상기 기판과 상기 패턴의 얼라인먼트를 행하도록 기판 스테이지를 제어하는, 노광 장치.
27. 제 1 항 또는 제 14 항에 기재된 노광 장치를 사용하는, 디바이스 제조 방법.
28. 패턴의 이미지를 액체를 통해 기판 상에 전사하여 기판을 노광하는 액침 노광 방법으로서,

    상기 기판 상에 공급되는 액체를 통하지 않은 계측에 의해 기판 표면의 위치 정보를 구하는 단계;

    상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지면의 위치 정보를 취득하는 단계;

    상기 기판 상에 액체를 공급하는 단계; 및

    구해진 상기 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 표면과 상기 액체를 통해 형성되는 이미지면의 위치 관계를 조정하면서 상기 기판의 액침 노광을 행하는 단계를 포함하는, 액침 노광 방법.
29. 제 28 항에 있어서,

    기판 상에 공급되는 액체를 통하지 않은 계측에 의해 기판 표면의 위치 정보를 구하는 단계에서, 기판 상에 액체를 공급하여 액체를 통해 형성된 패턴의 이미지면과 기판 표면의 위치 관계를 구하는 것을 포함하는, 액침 노광 방법.
30. 제 28 항에 있어서,

    상기 기판 표면의 면위치를 구하는 단계와 액침 노광의 단계가 별도의 스테이션에서 실시되는, 액침 노광 방법.
31. 패턴의 이미지를 액체를 통해 기판 상에 전사하여 기판을 노광하는 액침 노광 방법으로서,

    기판 상에 액체가 공급되어 있지 않을 때에 상기 기판 상의 얼라인먼트 마크를 검출하는 단계;

    상기 기판 상에 액체를 공급하는 단계;

    상기 액체를 통해 형성되는 상기 패턴의 이미지의 위치 정보를 취득하는 단계; 및

    상기 얼라인먼트 마크의 검출 결과 및 상기 패턴의 이미지의 위치 정보에 기초하여, 액체가 공급된 상기 기판 및 상기 액체를 통해 형성되는 패턴의 이미지의 얼라인먼트를 행하면서 상기 기판을 액침 노광하는 단계를 포함하는, 액침 노광 방법.
32. 제 31 항에 있어서,

    상기 얼라인먼트 마크를 검출하는 단계와 액침 노광을 행하는 단계가 상이한 스테이션에서 실시되는, 액침 노광 방법.
33. 제 1 항에 있어서,

    상기 면검출계는, 상기 액체를 통하지 않고 상기 기판 표면의 경사 정보를 더 검출하는, 노광 장치.
34. 제 28 항에 있어서,

    상기 기판 상에 공급되는 액체를 통하지 않은 계측은, 상기 기판 표면의 경사 정보를 구하는 것을 포함하는, 액침 노광 방법.

Images