KR101371874B1 - 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

Abstract

투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태에서, 투영 관학계와 소정의 부재와의 위치 관계를 계측하는 센서를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있는 노광 장치이다. 투영 광학계(PL)에 의해 래티클(R)의 패턴의 상을 웨이퍼(W) 위에 투영하는 투영 노광 장치에 있어서, 베이스 플레이트(18)로부터 매닮 부재(35A ~ 35C)를 통하여 투영 광학계(PL)를 아래로 늘어뜨려 지지함과 동시에, 레이저 간섭계(12A, 12B)가 장착된 센서용 컬럼(34A, 34B)이 고정된 계측 프레임(15)을 베이스 플레이트(18)로부터 매닮 부재(38A ~ 38C)를 통하여 아래로 늘어뜨려 지지한다.

Description

노광 장치 및 노광 방법{EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD}

본 발명은 투영 광학계에 의해 소정의 패턴의 상(像)의 배치를 투영하는 노광(露光) 장치 및 이 노광 장치를 이용한 노광 방법에 관한 것이고, 예를 들면 반도체 디바이스나 액정 디스플레이 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피(lithography) 공정에 있어서, 마스크 패턴을 기판 위에 전사(轉寫)하기 위해 사용하는 데에 바람직한 것이다.

예를 들면 반도체 디바이스의 제조공정 중 하나인 리소그래피 공정에 있어서는, 마스크로서의 래티클(reticle)(또는 광 마스크 등)에 형성되어 있는 패턴을 기판으로서의 포토레지스트(photoresist)가 도포된 웨이퍼(또는 유리 플레이트 등) 위에 전사 노광하기 위해서, 스텝퍼(stepper) 등의 일괄(一括) 노광형의 투영 노광 장치나 스캐닝 스텝퍼 등의 주사(走査) 노광형의 투영 노광 장치 등의 노광 장치가 사용되고 있다.

이러한 노광 장치에 있어서, 래티클나 웨이퍼의 위치 결정이나 이동을 실시하는 스테이지, 그 스테이지의 지지 기구 및 투영 광학계의 지지 기구 등의 기구부의 강성은 진동 제거 성능이나 노광 정밀도(중합(重合) 정밀도 등) 등의 장치 성능, 기구부의 중량 및 노광 장치의 제조 코스트에 크게 영향을 준다. 일반적으로 강성(剛性)이 큰 기구부를 가지는 노광 장치는 장치 성능이 높은 한편, 기구부의 중량가 커져, 제조 코스트가 높아진다는 경향이 있다. 그래서, 필요한 부분에서 높은 강성을 유지한 상태에서, 기구부를 전체적으로 경량화하기 위한 구성으로서, 래티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지의 베이스 등을 각각 신축 가능한 복수의 로드를 가지는 평행(parallel) 링크 기구에 의해서, 서로 독립적으로 지지하도록 한 노광 장치가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

또, 최근에는, 해상도를 높이기 위해서, 투영 광학계와 웨이퍼와의 사이에 액체를 공급하는 액침(液浸)형의 노광 장치도 개발되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

특허문헌 1 : 국제특허공개제01/022480호 팜플렛

특허문헌 2 : 국제특허공개제99/49504호 팜플렛

<발명이 해결하고자 하는 과제>

종래 기술인 신축 가능한 복수의 로드를 가지는 평행 링크 기구를 이용하는 방법에 의하면, 기구부의 경량화 및 스테이지의 가동부의 제어 정밀도의 향상 등이 가능하지만, 기구부의 구성이 복잡화하여, 스테이지의 위치 결정이나 가감 속도시의 제어도 복잡화할 우려가 있다.

또, 노광 장치에 있어서는 투영 광학계와 웨이퍼 스테이지 등과의 위치 관계를 계측하기 위한 센서가 이용되고 있지만, 종래에는, 그 센서는 투영 광학계와 일체적으로 지지되어 있었다. 그렇지만, 예를 들면 강성이 높은 지지 부재로 투영 광학계와 센서를 일체적으로 지지하여도, 노광용 조명광의 조사열이나 받침대로부터의 진동 등의 영향으로 투영 광학계와 센서와의 위치 관계가 허용범위를 넘어 변동할 우려가 있다. 또한, 투영 광학계와 센서를 일체적으로 지지하는 구성으로는, 예를 들면 노광 장치의 조립 조정을 실시할 때에 양자의 위치 관계를 소정의 목표로 하는 위치 관계로 설정할 때까지의 조정 시간이 길어짐과 동시에, 투영 광학계나 센서의 유지 보수(maintenance)를 행하기 위한 시간도 길어진다는 문제가 있었다.

또, 종래의 액침형 노광 장치에 있어서는 투영 광학계와 웨이퍼와의 사이에 액체를 공급하는 장치의 일부가 투영 광학계와 일체적으로 지지되어 있었기 때문에, 그 액체 공급 장치에서 발생하는 진동이 투영 광학계에 전해져, 노광 정밀도가 저하할 우려가 있었다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여, 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태에서 투영 광학계와 소정의 부재와의 위치 관계를 계측하는 센서를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있는 노광 기술을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.

또, 본 발명은 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태에서 투영 광학계와 노광 대상의 물체와의 사이에 액체를 공급하기 위한 장치의 일부를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있는 노광 기술을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

본 발명에 의한 제1 노광 장치는 투영 광학계(PL)에 의해 패턴의 상을 투영 하는 노광 장치에 있어서, 그 투영 광학계와, 이 투영 광학계에 관련하여 위치 결정되는 부재(WST)와의 위치 관계를 계측하는 센서(12)를 구비한 계측 유니트(15)와, 제1 유구조(柔構造)(38A)를 가지고, 그 계측 유니트를 그 투영 광학계와는 분리하여 아래로 늘어뜨려 지지하는 제1 지지 장치(38A, 38B, 38C, 39A)를 구비한 것이다.

본 발명에 의하면, 그 제1 유구조는 강구조(剛構造)와 비교해 경량으로 저가 구성이 가능함과 동시에, 그 유구조에 의해서, 진동을 차단하거나 열 변위를 받아넘긴다고 하는 바람직한 특성을 얻을 수도 있다. 따라서, 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태로 그 센서를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있다.

다음에, 본 발명에 의한 제2 노광 장치는 투영 광학계(PL)에 의해 패턴의 상을 물체(W) 위에 투영하는 노광 장치에 있어서, 그 투영 광학계와 그 물체와의 사이에 액체를 공급하는 액체 공급 장치(61, 62, 63)와, 제1 유구조(38A)를 가지고, 그 액체 공급 장치의 적어도 일부(63)를 그 투영 광학계와는 분리하여 아래로 늘어뜨려 지지하는 제1 지지 장치(38A, 38B, 38C, 39A)를 구비한 것이다.

본 발명에 있어서도, 그 제1 유구조가 이용되고 있기 때문에, 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태로, 그 액체 공급 장치의 적어도 일부를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있다.

이러한 본 발명에 있어서, 제2 유구조(35A)를 가지고, 그 투영 광학계를 아래로 늘어뜨려 지지하는 제2 지지 장치(35A, 35B, 35C, 36A)를 구비할 수 있다. 이것에 의해서, 투영 광학계의 방진(防振) 성능이 향상한다.

다음에, 본 발명에 의한 노광 방법은 본 발명의 노광 장치를 이용하여 그 패턴의 상을 물체 위에 전사하는 것이다.

또한, 본 발명을 알기 쉽게 하기 위해서 일실시 형태를 나타내는 도면에 대응지어 설명하였으나, 본 발명이 그 실시 형태로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 또, 도면에 대응지은 실시 형태의 구성은 적의 개량하여도 좋고, 또, 적어도 일부를 다른 구성물에 대체시켜도 좋다.

<발명의 효과>

본 발명의 제1 노광 장치에 의하면, 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게 한 상태로, 투영 광학계와 소정의 부재와의 위치 관계를 계측하는 센서를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 계측 유니트(계측부)와 투영 광학계란 각각 다른 매닮 부재에 의해서 아래로 늘어뜨려 지지되어 있으므로, 계측 유니트와 투영 광학계와는 열전달상 분리되어 있다. 그 때문에, 예를 들면, 계측 유니트에 열원이 배치되었더라도, 열원으로부터의 열은 투영 광학계의 경통(鏡筒)에 전달되지 않는다. 따라서, 열에 의한 변형은 경통에서는 발생하지 않으믈, 경통 내부에 배치되는 광학 소자에는 불필요한 응력을 부여하지 않는다. 따라서, 투영 광학계의 결상 상태의 열화(劣化)를 억제할 수 있다.

또, 본 발명의 제2 노광 장치에 의하면, 투영 광학계에 대한 진동의 영향을 작게한 상태에서 투영 광학계와 노광 대상의 물체와의 사이에 액체를 공급하기 위한 장치의 일부를 비교적 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 진동원이 될 수 있는 액체 공급 장치의 적어도 일부(예를 들면 액체를 공급 및/또는 회수하는 노즐)를 계측 유니트와 같은 부재에 고정하고, 이 부재와 투영 광학계를 각각 다른 매닮 부재에 의해 아래로 늘어뜨려 지지하는 구성으로 하였다. 따라서, 투영 광학계의 경통에는 진동이 전달되지 않으므로, 본 발명의 노광 장치는 마스크 등의 패턴을 기판 위에 정확하게 전사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 투영 노광 장치의 개략 구성을 나타내는 도이다.

도 2는 그 제1 실시 형태의 투영 노광 장치의 기구부의 개략 구성을 나타내는 일부를 절개한 도이다.

도 3은 도 2 중 계측 프레임(15) 및 투영 광학계(PL)를 나타내는 일부를 절개한 평면도이다.

도 4는 도 2 중의 아래로 늘어뜨린 부재(35A) 및 방진 장치(36A)의 구성예를 나타내는 일부를 절개한 확대도이다.

도 5는 도 4의 방진 장치(36A)를 나타내는 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 투영 노광 장치의 기구부의 개략 구성을 나타내는 일부를 절개한 도이다.

<부호의 설명>

R … 래티클, RST … 래티클 스테이지, PL … 투영 광학계, W … 웨이퍼, 15 … 계측 프레임, 18 … 베이스 프레임, 35A ~ 35C … 매닮 부재, 36A, 39A … 방진 장치, 38A ~ 38C … 매닮 부재, 40A ~ 40C, 41A ~ 41C … 액츄에이터, 61 … 공급부, 63 … 공급용 노즐부, 65 … 회수용 노즐부, 67 … 회수부

<발명을 실시하기 위한 바람직한 형태>

이하, 본 발명의 바람직한 제1 실시 형태에 대해 도 1 ~ 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 예의 노광 장치로서의 투영 광학 장치를 구성하는 각종 유니트를 블록화하여 나타낸 도로서, 이 도 1에 있어서, 투영 노광 장치를 수납하는 챔버는 생략되어 있다. 도 1에 있어서, 노광용 광원으로서 KrF 엑시머(excimer)(파장 248㎚) 또는 ArF 엑시머(파장 193㎚)로 이루어지는 레이저 광원(1)이 사용되고 있다. 그 노광용 광원으로서는, 그 외 F₂ 레이저(파장 157㎚), 고체 레이저 광원(YAG 또는 반도체 레이저 등)에서부터의 고주파 레이저 광을 출력하는 광원, 또는 수은 방전 램프 등도 사용할 수 있다.

레이저 광원(1)으로부터의 노광 빔(노광광)으로서의 노광용 조명광(IL)은 렌즈계와 플라이 아이(fly eye) 렌즈계로 구성되는 균일화 광학계(2), 빔 스플리터(splitter)(3), 광량 조정용의 가변 감광기(4), 거울(5) 및 릴레이(relay) 렌즈계(6)를 통하여 래티클 블라이드 기구(7)를 균일한 조도 분포로 조사한다. 본 예의 투영 노광 장치는 주사 노광형이고, 래티클 블라이드 기구(7)는 슬릿 모양의 조명 영역을 규정하는 고정 블라인드와, 주사 노광시에 그 조명 영역을 개폐하는 가동 블라인드를 구비하고 있다. 래티클 블라이드 기구(7)를 통과한 조명광(IL)은 결상 렌즈계(8)를 통하여 마스크로서의 래티클(R) 위의 조명 영역으로 조사된다. 균일화 광학계(2), 빔 스플리터(3), 가변 감광기(4), 거울(5), 릴레이 렌즈계(6), 래티클 블라이드 기구(7) 및 결상 렌즈계(8)를 포함하여 조명 광학계(9)가 구성되어 있다. 또한, 도 1은 기능 블록도로서, 조명 광학계(9) 내의 광로 절곡용의 거울의 개수 및 배치는 실제의 배치와는 다르다.

래티클(R)에 형성된 회로 패턴 가운데, 조명광에 의해서 조사되는 부분의 상은, 양측 텔레센트릭(telecentric)으로 투영 배율이 축소 배율(예를 들면 1/4 등)의 투영 광학계(PL)를 통하여 물체(감응 기판 또는 감광체)로서의 레지스트가 도포된 웨이퍼(W) 위에 결상 투영된다. 이하, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을 취하고, Z축에 수직한 평면 내에서 도 1의 지면에 평행한 방향에 X축을, 도 1의 지면에 수직한 방향에 Y축을 취하여 설명한다. 본 예에서는, Z축에 따른 방향(Z방향)이 연직 방향이다. 또, Y축으로 따른 방향(Y방향)이 주사 노광시의 래티클(R) 및 웨이퍼(W)의 주사 방향이고, 래티클(R) 위의 조명 영역은 비주사 방향인 X축에 따른 방향(X방향)에 가늘고 긴 형상이며, 또한 광축(AX)에 대해서 주사 방향으로 어긋나 있다.

도 2는 도 1의 투영 노광 장치의 기구부를 -X방향으로 본 일부를 절개한 개략도이고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 투영 광학계(PL)는 경통의 볼록 부(PLa) 내에 오목면 거울이 수납된 반사 굴절형의 투영 광학계이며, 또한 Y방향에는 똑바로 서서, X방향에는 반전하도록 투영이 행해진다. 그러한 투영 광학계(PL)로서는, 예를 들면 국제 특허 공개 제2004/019128호 팜플렛에 기재된 반사 굴절형 투영 광학계를 이용할 수 있다. 또, 국제 특허 공개 제2004/107011호 팜플렛이나 국제 특허 공개 제2005/59617호 팜플렛, 미국 특허 공개 제2005/0117224호공보에 기재된 반사 굴절 형태 투영 광학계도 이용할 수 있다. 또한, 투영 광학계(PL)로서는 굴절계도 사용할 수 있다.

도 1로 돌아와, 투영 광학계(PL)는 평판 모양 부재인 계측 프레임(15)(계측 유니트)의 중앙부의 개구(15a) 내에 비접촉 상태로 배치되어 있다. 계측 프레임(15)에는 각종 센서가 고정되어 있다(상세 후술). 계측 프레임(15)의 외형은, 도 3에 그 평면도를 나타내는 바와 같이, 투영 광학계(PL)를 중심으로 하는 다각형상이지만, 그 외의 원형 등으로 하여도 좋다.

도 1에 있어서, 투영 광학계(PL)의 물체면 측에 배치되는 래티클(R)은 래티클 스테이지(RST)에 진공 흡착 등에 의해서 유지되고 있다. 래티클 스테이지(RST)는 래티클 베이스(31)(도 2 참조) 위를 에어 베어링(air bearing)을 통하여 Y방향(주사 방향)으로 정속이동함과 동시에, X방향, Y방향의 위치와 Z축의 주위의 회전각(ωR)을 조정할 수 있다. 래티클 스테이지(RST)의 투영 광학계(PL)에 대한 좌표 위치(X방향, Y방향의 위치 및 회전각(ωR))는 래티클 스테이지(RST)에 고정된 이동 거울(Mr)과, 투영 광학계(PL)의 상부 측면에 고정된 참조 거울(Me)과, 이것들에 대향해 배치된 레이저 간섭계(10)에서 순서대로 계측된다. 레이저 간섭계(10)는 레이 저 간섭계 본체부(10a)와, 레이저 빔을 이동 거울(Mr)과 참조 거울(Me)로 분할하는 빔 스플리터(10b)와, 레이저 빔을 참조 거울(Me)에 공급하는 거울(10c)을 포함하고 있다.

또한, 레이저 간섭계(10)는, 실제로는 래티클 스테이지(RST)의 Y좌표를 X방향으로 떨어진 2개소에서 계측하는 레이저 간섭계(10A)(도 2 참조)와, 래티클 스테이지(RST)의 X좌표를 계측하는 레이저 간섭계(10B)(도 3 참조)를 포함하고 있다. 레이저 간섭계(10A 및 10B)는 각각 계측 프레임(15)에 고정된 센서용 칼럼(column)(34B(도 2 참조) 및 34C(도 3 참조))의 상단부에 고정되어 있다. 도 1에 있어서, 래티클 스테이지(RST)의 이동은 리니어 모터나 미동 액츄에이터 등으로 구성되는 구동계(11)에 의해서 행해진다. 레이저 간섭계(10)의 계측 정보는 스테이지 제어 유니트(14)에 공급되고, 스테이지 제어 유니트(14)는 그 계측 정보 및 장치 전체의 동작을 통할(統轄) 제어하는 컴퓨터로 이루어지는 주제어계(20)로부터의 제어정보(입력 정보)에 근거하여, 구동계(11)의 동작을 제어한다.

한편, 도 1에 있어서, 투영 광학계(PL)의 상면(像面) 측에 배치되는 웨이퍼(W)는 도시하지 않은 웨이퍼 홀더를 통하여 웨이퍼 스테이지(WST) 위에 흡착 유지되고 있다. 웨이퍼 스테이지(WST)는 주사 노광시에 적어도 Y방향으로 정속 이동 할 수 있음과 동시에, X방향 및 Y방향으로 스텝 이동할 수 있도록, 에어 베어링을 통하여 웨이퍼 베이스(WB)(도 2 참조) 위에 실어 놓인다. 웨이퍼 스테이지(WST)의 투영 광학계(PL)에 대한 좌표 위치(X방향, Y방향의 위치 및 Z축 둘레의 회전각(ωW))는 투영 광학계(PL)의 하부에 고정된 참조 거울(Mf1)과, 웨이퍼 스테이지(WST) 에 고정된 이동 거울(Mw)과, 이것에 대향해 배치된 레이저 간섭계(12)에서 순서대로 계측된다. 레이저 간섭계(10)와 마찬가지로, 레이저 간섭계(12)도 간섭계 본체부(12a)와, 빔 스플리터(12b)와, 거울(12c)을 포함하고, 있다. 레이저 간섭계(12)도 실제로는 웨이퍼 스테이지(WST)의 Y좌표를 계측하는 레이저 간섭계(12A)(도 2 참조)와, 웨이퍼(W)로의 노광 중에 웨이퍼 스테이지(WST)의 X좌표를 Y방향으로 떨어진 2개소에서 계측하는 레이저 간섭계(12C)(도 3 참조)와, 웨이퍼의 교환 중의 웨이퍼 스테이지(WST)의 X좌표를 계측하는 레이저 간섭계(12D)(도 3 참조)를 포함하고 있다. 레이저 간섭계(12A, 12C, 12D)는 각각 계측 프레임(15)에 고정된 센서용 칼럼(34A(도 2 참조) 및 34C, 34D(도 3 참조))의 하부에 고정되어 있다.

또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 예의 웨이퍼 베이스(WB) 위에는 에어 베어링을 통하여, 웨이퍼 스테이지(WST)와 독립적으로 정렬(整列)용의 복수의 기준 마크가 형성된 계측용 스테이지(29)가 도시하지 않은 구동 기구에 의해서 X방향, Y방향으로 구동할 수 있도록 실어 놓여 있다. 그리고, 도 1의 레이저 간섭계(12)에는 투영 광학계(PL)의 측면의 참조 거울(Mf2)에 대해서 계측용 스테이지(29)의 측면의 이동 거울(Mm)의 위치를 계측하는 것에 의해, 계측용 스테이지(29)의 Y좌표 및 X좌표를 계측하는 레이저 간섭계(12B 및 12E(도 3 참조))도 포함되어 있다. 또한, 계측용 스테이지(29)가 투영 광학계(PL)의 아래쪽에 위치하고 있을 때는, 도 3의 레이저 간섭계(12C)에 의해서 계측용 스테이지(29)의 X좌표가 계측된다. 레이저 간섭계(12B 및 12E)는 각각 계측 프레임(15)에 고정된 센서용 칼럼(34B(도 2 참조) 및 34E(도 3 참조))의 하부에 고정되어 있다. 또, 도 1의 레이저 간섭계(12)에는 웨이퍼 스테이지(WST)의 X축 및 Y축의 주위의 회전각을 계측하기 위한 레이저 간섭계도 포함되어 있다. 레이저 간섭계(10 및 12)는 투영 광학계(PL)와 소정의 부재로서의 웨이퍼 스테이지(WST), 래티클 스테이지(RST) 및 도 2의 계측용 스테이지(29)와의 위치 관계를 계측하기 위한 센서로 간주할 수 있다.

웨이퍼 스테이지(WST) 및 계측용 스테이지(29)의 이동은 리니아 모터 및 보이스 코일 모터(VCM : Voice Coil Motor) 등의 액츄에이터로 구성되는 도 1의 구동계(13)에 의해 행해진다. 레이저 간섭계(12)의 계측 정보는 스테이지 제어 유니트(14)에 공급되고, 스테이지 제어 유니트(14)는 그 계측 정보 및 주제어계(20)로부터의 제어정보(입력 정보)에 근거하여 구동계(13)의 동작을 제어한다.

도 1에 있어서, 웨이퍼 스테이지(WST)에는 웨이퍼(W)의 Z방향의 위치(포커스 위치)와 X축 및 Y축의 주위의 경사각을 제어하는 Z 레벨링(leveling) 기구도 구비되어 있다. 그리고, 계측 프레임(15)에는 웨이퍼(W)의 표면의 복수의 계측점에 슬릿 상(像)을 투영하는 투사 광학계(23A)와, 그 표면으로부터의 반사광을 수광하여 그러한 슬릿 상의 재결상된 상의 가로 어긋남 량의 정보를 검출하여, 스테이지 제어 유니트(14)에 공급하는 수광 광학계(23B)로 구성되는 사선 입사 방식의 다점의 오토 포커스 센서(23A, 23B)가 고정되어 있다. 일례로서 투사 광학계(23A) 및 수광 광학계(23B)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각각 계측 프레임(15)의 저면(底面)에 투영 광학계(PL)를 Y방향으로 끼우도록 고정된 제1 지지부(16A) 및 제2 지지부(16B)에 고정되어 있다. 오토 포커스 센서(23A, 23B)도 투영 광학계(PL)와 소정의 부재로서의 웨이퍼(W)와의 위치 관계를 계측하기 위한 센서로 간주할 수 있음과 동시에, 그 상세한 구성에 대해서는, 예를 들면 특개평1-253603호 공보에 개시되어 있다.

스테이지 제어 유니트(14)는 오토 포커스 센서(23A, 23B)로부터의 슬릿 상의 가로 어긋남 량의 정보를 이용하여 그들 복수의 계측점에 있어서의 투영 광학계(PL)의 상면으로부터의 디포커스(defocus)량을 산출하고, 노광시에는 이 디포커스량이 소정의 제어 정밀도 내에 들어가도록, 오토 포커스 방식으로 웨이퍼 스테이지(WST) 내의 Z 레벨링 기구를 구동한다.

또, 스테이지 제어 유니트(14)는 레이저 간섭계(10)에 의한 계측 정보에 근거하여 구동계(11)를 최적으로 제어하는 래티클 측의 컨트롤 회로와, 레이저 간섭계 시스템(12)에 의한 계측 정보에 근거하여 구동계(13)를 최적으로 제어하는 웨이퍼 측의 제어 회로를 포함하고 있다. 또, 주제어계(20)는 스테이지 제어 유니트(14) 내의 각 컨트롤 회로와 서로 커맨드(command)나 파라미터(parameter)를 주고 받아, 오퍼레이터가 지정한 프로그램에 따라서 최적인 노광 처리를 실행한다. 그 때문에, 오퍼레이터와 주제어계(20)와의 인터페이스를 이루는 도시하지 않은 키보드 유니트(입력 디바이스와 표시 디바이스를 포함한다)가 설치되어 있다.

또한, 노광시에는 미리 래티클(R)과 웨이퍼(W)의 정렬을 실시해 둘 필요가 있다. 그래서, 도 1의 투영 노광 장치에는 래티클(R)을 소정 위치에 설정하기 위한 래티클 정렬계(이하, RA계라고 함)(21)와, 웨이퍼(W) 위의 마크를 검출하기 위한 오프 액시스(off axis) 방식의 정렬계(22)(마크 검출계)가 설치되어 있다. 정렬계(22)의 본체부는 계측 프레임(15)에 고정됨과 동시에, 그 선단부의 정렬용의 조 명광을 피검(被檢) 마크로 유도함과 동시에 그 피검 마크로부터의 광을 그 본체부로 유도하는 송광(送光) 광학계는, 예를 들면 도 2의 제2 지지부(16B)에 고정되어 있다. 정렬계(22)는 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W) 및 계측용 스테이지(29) 위의 피검 마크와의 위치 관계를 계측하기 위한 센서로 간주할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 예에서는 웨이퍼 스테이지(WST)와 계측용 스테이지(29)가 분리되어 있기 때문에, 도 2에 있어서, 예를 들면 웨이퍼 스테이지(WST)를 -Y방향으로 이동하여 웨이퍼 교환을 실시하고 있을 때에, 계측용 스테이지(29)를 투영 광학계(PL)의 아래쪽으로 이동하여, 계측용 스테이지(29) 위의 소정의 기준 마크를 순차차적으로, RA계(21) 및 정렬계(22)로 검출하는 것에 의해, 베이스 라인량(노광 중심과 정렬계(22)의 검출 중심과의 간격)의 계측을 실시할 수 있다. 그 후, 계측용 스테이지(29)를 +Y방향으로 대피시켜, 웨이퍼 스테이지(WST)를 투영 광학계(PL)의 아래쪽으로 이동하여 정렬계(22)를 이용하여 웨이퍼(W)의 정렬을 실시할 때에, 그 베이스 라인량을 이용하는 것으로, 고정밀도로 정렬을 행할 수 있다.

도 1에 있어서, 레이저 광원(1)이 엑시머 레이저 광원일 때는 주제어계(20)의 제어하에 있는 레이저 제어 유니트(25)가 설치되고, 이 제어 유니트(25)는 레이저 광원(1)의 펄스 발진의 모드(원 펄스 모드, 버스트 모드, 대기 모드 등)를 제어함과 동시에, 방사되는 펄스 레이저 광의 평균 광량을 조정하기 위해서 레이저 광원(1)의 방전용 고전압을 제어한다. 또, 광량 제어 유니트(27)는 빔 스플리터(3)로 분할된 일부의 조명광을 수광하는 광전 검출기(26)(인테그레이터(integrator) 센서)로부터의 신호에 근거하여, 적정한 노광량을 얻을 수 있도록 가변 감광기(4)를 제어함과 동시에, 펄스 조명광의 강도(광량) 정보를 레이저 제어 유니트(25) 및 주제어계(20)로 보낸다.

그리고, 도 1에 있어서, 주사 노광시에는, 래티클(R)에의 조명광(IL)의 조사를 개시하여, 래티클(R)의 패턴의 일부의 투영 광학계(PL)를 통한 상을 웨이퍼(W) 위의 하나의 쇼트 영역에 투영한 상태로, 래티클 스테이지(RST)와 웨이퍼 스테이지(WST)를 투영 광학계(PL)의 투영 배율을 속도비율로서 Y방향으로 동기하여 이동(동기 주사)하는 주사 노광 동작에 의해서, 그 쇼트 영역에 래티클(R)의 패턴 상의배치가 전사된다. 그 후, 조명광(IL)의 조사를 정지하여, 웨이퍼 스테이지(WST)를 통하여 웨이퍼(W)를 X방향, Y방향에 스텝 이동하는 동작과, 상기의 주사 노광 동작을 반복하는 것에 의해서, 스텝·엔드·스캔 방식으로 웨이퍼(W) 위의 모든 쇼트 영역에 래티클(R)의 패턴 상이 전사된다.

다음에, 본 예의 투영 노광 장치의 기구부의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

도 2에 나타내는 기구부에 있어서, 바닥면(FL)에 투영 노광 장치의 설치면을 규정하도록, 대좌(臺座)로서의 크고 작은 2개의 페데스탈(pedestal)(17A 및 17B)이 설치되어 있다. 그리고, 소형의 페데스탈(17B) 위에 레이저 광원(1) 및 제1 조명 계 챔버(19A)가 고정되고, 제1 조명계 챔버(19A) 위에 제2 조명계 챔버(19B)가 연결되어 있다. 일례로서, 조명계 챔버(19A, 19B)에는 도 1의 조명 광학계(9) 중의 균일화 광학계(2)로부터 릴레이 렌즈계(6)까지의 부재가 수납되고, 조명계 챔버(19B)의 사출단부(19C) 내에는 래티클 블라이드 기구(7)의 가동 블라인드가 수납 되어 있다. 또한, 제1 조명계 챔버(19A)의 하부에는 레이저 광원(1)으로부터의 조명광을 위쪽으로 절곡하는 거울이 수납되어 있을 때에, 도 1과는 광로 절곡용의 거울의 배치 및 개수가 차이가 난다.

한편, 대형 페데스탈(17A) 위에 웨이퍼 베이스(WB)가 고정되고, 웨이퍼 베이스(WB) 위에 병렬로 웨이퍼 스테이지(WST) 및 계측용 스테이지(29)가 실어 놓여 있다. 또, 페데스탈(17A) 위에 웨이퍼 베이스(WB)를 둘러싸도록 베이스 프레임(18)(프레임)이 설치되고, 베이스 프레임(18) 위에 예를 들면 능동형의 방진 장치(30A 및 30B)(실제로는 3개소 또는 4개소에 배치되어 있다)를 통하여 래티클 베이스(31)가 실어 놓이고, 래티클 베이스(31) 위에 래티클(R)을 유지하는 래티클 스테이지(RST)가 실어 놓여 있다. 또, 래티클 베이스(31) 위에 칼럼(32)을 통하여 도 1의 결상 렌즈계(8)를 수납하는 제3 조명계 챔버(19E)가 지지되고, 제3 조명계 챔버(19E)의 입사단부(19D)에 도 1의 래티클 블라이드 기구(7)의 고정 블라인드가 수납되며, 칼럼(32)의 선단부의 개구 내의 조명광(IL)의 광로의 X방향(비주사 방향)의 양단부에 1쌍의 RA계(21)가 배치되어 있다. 이 경우, 투영 광학계(PL)는 계측 프레임(15)의 중앙부의 개구(15a) 및 베이스 프레임(18)의 상부의 개구(18a)를 통과하여, 그 선단부가 래티클 베이스(31)의 중앙부 저면의 오목부에 수납되고, 그 오목부 내에 조명광(IL)용의 개구가 형성되어 있다.

이와 같이, 투영 광학계(PL)는 계측 프레임(15) 및 베이스 프레임(18)에 대해서 비접촉 상태로 배치되어 있다. 그리고, 계측 프레임(15)에는 상술한 바와 같이, 레이저 간섭계(12A, 12D, 12E)가 고정된 짧은 센서용 칼럼(34A, 34D, 34E)(도 3 참조)과, 각각 레이저 간섭계(12B, 10A 및 12C, 10B)가 고정된 긴 센서용 칼럼(34B 및 34C)이 고정되어 있다. 긴 센서용 칼럼(34B)의 상단부는 베이스 프레임(18)의 개구(18b) 및 래티클 베이스(31)의 개구(31a) 내를 비접촉 상태로 통과하여 래티클 베이스(31) 위에 돌출하고 있고, 마찬가지로 도 3의 센서용 칼럼(34C)도, 베이스 프레임(18) 및 래티클 베이스(31)의 개구 내를 비접촉 상태로 통과하여 래티클 베이스(31) 위로 돌출하고 있다. 또, 계측 프레임(15)의 저면에는, 상술한 바와 같이 오토 포커스 센서(23A, 23B)나 정렬계(22)의 일부가 장착된 1쌍의 지지부(16A, 16B)가 고정되어 있다.

또, 본 예의 계측 프레임(15)은 투영 광학계(PL)와는 독립적으로 베이스 프레임(18)의 상부의 저면으로부터 3개소에서 매닮 부재(제1 유구조)(38A, 38B, 38C)(도 3 참조)를 통하여 아래로 늘어뜨려 지지되어 있다. 본 예에서는 매닮 부재(38A ~ 38C)로서는 체인이 사용되고 있지만, 그 대신에 와이어나 상하단에 플렉셔(flexure) 구조가 형성된 로드 등을 사용할 수도 있다. 또, 매닮 부재(38A ~ 38C)와 베이스 프레임(18)과의 사이에는 투영 광학계(PL)의 광축 방향인 Z방향의 진동을 경감하기 위한 방진 장치(39A)(방진부) 등(도 4 참조)이 설치되어 있다. 베이스 프레임(18), 매닮 부재(38A ~ 38C) 및 방진 장치(39A) 등을 포함하고, 계측 프레임(15)을 아래로 늘어뜨려 지지하는 제1 지지 장치가 구성되어 있다. 이와 같이 투영 광학계(PL)는 독립적으로 계측 프레임(15)을 경량인 유구조로 아래로 늘어뜨려 지지하는 것에 의해, 투영 광학계(PL)에 대한 계측 프레임(15)으로부터의 진동의 영향(예를 들면, 오토 포커스계를 구성하는 일부품인 진동기 등)을 저감할 수 있음과 동시에, 각종 센서를 구비한 계측 프레임(15)을 간단하고 경량인 기구로 지지할 수 있다. 또한, 이 구성에서는 투영 광학계(PL)와 계측 프레임(15)의 상대 위치가 변화할 우려가 있지만, 계측 프레임(15) 중의 레이저 간섭계(12A, 10A) 등은 모두 투영 광학계(PL)에 대한 웨이퍼 스테이지(WST) 및 래티클 스테이지(RST)의 상대 위치를 계측하고 있기 때문에, 웨이퍼 스테이지(WST) 및 레티클 스테이지(RST)는 항상 투영 광학계(PL)를 기준으로 하여 고정밀도로 위치 제어를 실시할 수 있다.

도 2에 있어서, 투영 광학계(PL)의 측면에는 플랜지부(PLb)가 형성되고, 그 플랜지부(PLb)가 베이스 프레임(18)의 상부의 저면으로부터 3개소에서 매닮 부재(제2 유구조)(35A, 35B, 35C(도 3 참조))를 통하여 아래로 늘어뜨려 지지되어 있다. 매닮 부재(35A ~ 35C)의 구성은 매닮 부재(38A ~ 38C)와 동일하고, 매닮 부재(35A ~ 35C)와 베이스 프레임(18)과의 사이에도 Z방향의 진동을 경감하기 위한 방진 장치(36A)(방진부) 등(도 4 참조)이 설치되어 있다. 방진 장치(36A, 39A)의 구성은 후술한다. 베이스 프레임(18), 매닮 부재(35A ~ 35C) 및 방진 장치(36A) 등을 포함하고, 투영 광학계(PL)를 아래로 늘어뜨려 지지하는 제2 지지 장치가 구성되어 있다. 이와 같이 투영 광학계(PL)도 경량인 유구조로 아래로 늘어뜨려 지지하는 것에 의해, 웨이퍼 스테이지(WST) 및 래티클 스테이지(RST)를 구동할 때의 진동이나 바닥면(FL)으로부터의 진동의 투영 광학계(PL)에 대한 영향을 저감할 수 있다. 또한, 투영 광학계(PL)는, 예를 들면 베이스 프레임(18) 또는 도시하지 않은 칼럼에 강성이 높은 부재를 통하여 고정하는 것도 가능하다.

또, 계측 프레임(15)의 평면도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 예에서는 계측 프레임(15)을 지지하는 매닮 부재(38A ~ 38C)와, 투영 광학계(PL)를 지지하는 매닮 부재(35A ~ 35C)는 투영 광학계(PL)의 측면에 있어서 거의 같은 각도 위치에 배치되어 있다. 이와 같이 매닮 부재(38A ~ 38C)와 매닮 부재(35A ~ 35C)의 위상을 맞추는 것에 의해서, 계측 프레임(15) 및 투영 광학계(PL)의 투영 노광 장치 본체로의 조립이 용이하게 됨과 동시에, 계측 프레임(15) 및 투영 광학계(PL)의 안정 성이 향상한다. 또한, 반드시 매닮 부재(38A ~ 38C)와 매닮 부재(35A ~ 35C)의 위상을 맞출 필요는 없고, 예를 들면 매닮 부재(38A ~ 38C)의 사이의 대략 중간 위치에 매닮 부재(35A ~ 35C)를 배치하여도 좋다. 또한, 매닮 부재(38A ~ 38C)의 개수(계측 프레임(15)의 지지점 수) 및 매닮 부재(35A ~ 35C)의 개수(투영 광학계(PL)의 지지점 수)는 3개 이외의 예를 들면 4개 이상으로 하여도 좋으며, 매닮 부재(38A ~ 38C)의 개수와 매닮 부재(35A ~ 35C)의 개수가 달라도 좋다.

이 구조에서는 높은 제진 성능을 얻을 수 있음과 동시에 기구부의 대폭적인 경량화가 가능하지만, 그 투영 광학계(PL)와 베이스 프레임(18)의 상대 위치가 비교적 낮은 주파수에서 변화할 우려가 있다. 그래서, 투영 광학계(PL)와 베이스 프레임(18)의 상대 위치를 소정 상태로 유지하기 위해서, 베이스 프레임(18)의 상부의 저면의 3개소에 Z방향으로 연장된 칼럼(33A, 33B, 33C(도 3 참조))이 고정되고, 이러한 칼럼(33A ~ 33C)과 투영 광학계(PL)의 플랜지부(PLb)와의 사이에 비접촉 방식의 6자유도(自由度)의 위치 결정 장치가 설치되어 있다.

도 3에 있어서, 칼럼(33A, 33B, 33C)에 각각 플랜지부(PLb)의 방향으로 연장 하는 암부(37A, 37B, 37C)가 고정되어 있다. 암부(37A ~ 37C)는 투영 광학계(PL)의 광축(AX)의 주위에 거의 120° 간격으로 배치되어 있다. 그리고, 제1 암부(37A)와 플랜지부(PLb)와의 사이에 플랜지부(PLb)를 Z방향으로 변위시키기 위한 제1 액츄에이터(40A)와, 플랜지부(PLb)를 원주 방향으로 변위시키기 위한 제2 액츄에이터(41A)가 설치되어 있다. 액츄에이터(40A, 41A)로서는 보이스 코일 모터를 사용할 수 있지만, 그 이외의 예를 들면 EI 코어 방식 등의 비접촉의 전자 액츄에이터도 사용할 수 있다.

또, 암부(37A)의 근방의 플랜지부(PLb) 위에 플랜지부(PLb)의 Z방향 및 원주 방향의 가속도를 검출하기 위한 제1의 2축의 가속도 센서(39A)가 설치되어 있다. 가속도 센서(39A)에서 검출되는 2축의 가속도 정보는 제어부(42)로 공급되고, 제어부(42)는 그 가속도 정보에 근거하여 그 플랜지부(PLb)가 암부(37A)(나아가서는 도 2의 베이스 프레임(18))에 대해서 상대적으로 정지하고 있도록 2축의 액츄에이터(40A, 41A)를 구동한다.

도 3에 있어서, 제2 암부(37B)와 플랜지부(PLb)와의 사이 및 제3 암부(37C)와 플랜지부(PLb)와의 사이에도 각각 플랜지부(PLb)를 Z방향으로 변위시키기 위한 제3 및 제5 액츄에이터(40B 및 40C)와, 플랜지부(PLb)를 원주 방향으로 변위시키기 위한 제4 및 제6 액츄에이터(41B 및 41C)가 설치되어 있다. 액츄에이터(40B, 41B 및 40C, 41C)의 구성은 각각 액츄에이터(40A, 41A)와 동일하다. 또, 암부(37B 및 37C)의 근방의 플랜지부(PLb) 위에 각각 플랜지부(PLb)의 Z방향 및 원주 방향의 가속도을 검출하기 위한 제2 및 제3의 2축의 가속도 센서(39B 및 39C)가 설치되어 있 다. 가속도 센서(39B 및 39C)의 가속도 정보도 제어부(42)에 공급되고, 제어부(42)는 그 가속도 정보에 근거하여 그 플랜지부(PLb)가 각각 암부(37B 및 37C)(나아가서는 도 2의 베이스 프레임(18))에 대해서 상대적으로 정지하고 있도록 2축의 액츄에이터(40B, 41B 및 40C, 41C)를 구동한다.

변위 센서로서의 가속도 센서(39A ~ 39C)로서는 압전소자(피에조 소자 등)에서 발생하는 전압을 검출하는 압전형의 가속도 센서나, 예를 들면 변형의 크기에 따라 CMOS 컨버터의 논리 문턱값 전압이 변화하는 것을 이용하는 반도체식의 가속도 센서 등을 사용할 수 있다. 또, 가속도 센서(39A ~ 39C) 대신에, 플랜지부(PLb)와 암부(37A ~ 37C)의 상대 위치를 직접 계측하기 위한 비접촉 방식의 위치 센서를 설치하여도 좋다. 그 위치 센서로서는, 예를 들면 와전류 변위 센서, 정전(靜電) 용량식 변위 센서 또는 광학식 센서 등을 사용할 수 있다.

이와 같이 6축의 가속도 센서(39A ~ 39C)(변위 센서)와, 6축의 액츄에이터(40A ~ 40C, 41A ~ 41C)와, 제어부(42)를 포함하여 투영 광학계(PL)(플랜지부(PLb))의 위치 결정 장치가 구성되어 있다. 이 위치 결정 장치에 의해서, 베이스 프레임(18)에 대한 투영 광학계(PL)의 X방향, Y방향, Z방향의 상대 위치 및 X축, Y축, Z축의 주위의 상대 회전각은 일정한 상태로 유지된다. 본 예의 액츄에이터(40A ~ 40C, 41A ~ 41C)의 응답 주파수는 10Hz정도이고, 그 응답 주파수까지의 진동에 대해서는, 본 예의 투영 광학계(PL)는 액티브·서스펜션 방식으로 지지되고 있다. 그리고, 그것을 넘는 주파수의 진동에 대해서는, 투영 광학계(PL)는 패시브(passive) 방진 구조에 의해서 아래로 늘어뜨려 지지되어 있다.

또한, 도 3에서는 3개의 칼럼(33A ~ 33C)을 이용하고 있지만, 4개의 칼럼을 이용하여도 좋다.

다음에, 도 2에 있어서 매닮 부재(35A)와 베이스 프레임(18)과의 사이에 설치되어 있는 방진 장치(36A)의 구성예에 대해 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 또한, 매닮 부재(38A)와 베이스 프레임(18)과의 사이에 설치되어 있는 방진 장치(39A)의 구성도 거의 방진 장치(36A)와 동일하다.

도 4는 매닮 부재(35A) 및 방진 장치(36A)를 나타내는 일부를 절개한 확대도, 도 5는 도 4의 방진 장치(36A)를 나타내는 사시도이며, 도 4에 있어서, 베이스 프레임(18)의 저면에 중앙에 원형 개구가 형성됨과 동시에 양단부에 스페이서부가 형성된 지지 부재(55)가 고정되고, 지지 부재(55)의 저면에 그 원형 개구를 덮도록 원통 모양으로 저면이 폐색된 실린더(52)가 고정되어 있다. 또, 실린더(52) 내에 있는 정도의 틈을 벌려 원통 모양의 피스톤(54)이 상하(±Z방향)로 이동이 자유로운 상태로 배치되고, 피스톤(54)의 상부가 3개소의 각각 외측에서 아래쪽으로 절곡된 암(53a, 53b, 53c(도 5 참조))을 통하여, 실린더(52)의 아래쪽에 배치된 원판 모양 부재(52)에 연결되고, 원판 모양 부재(52)의 저면에 L자형의 연결 부재(51B)를 통하여 매닮 부재(35A)가 연결되어 있다. 매닮 부재(35A)는 투영 광학계(PL)의 플랜지부(PLb)에 대해서는 역L자형의 연결 부재(51A)를 통하여 연결되고 있다. 이와 같이 매닮 부재(35A)가 체인인 경우에는 종단 처리가 지극히 용이함과 동시에, 그 길이의 조정도 용이하다.

도 5에 있어서, 지지 부재(55)에는 중앙의 원형 개구를 둘러싸도록 3개소에 직사각형의 개구(55a, 55b, 55c)가 형성되고, 이러한 개구(55a ~ 55c) 내에 각각 암(53a ~ 53c)이 삽입하여 통해져 있다.

도 4로 돌아와, 실린더(56)의 측면에는 개구(56a)가 형성되어 있다. 그리고, 외부의 에어 콤프레셔(도시 생략)가 급기(給氣)관(57)을 통하여 개구(56a)에 연결되고, 급기관(57)으로부터 실린더(56)와 피스톤(54)과의 사이의 공간(B1)에 고도로 제진된 압축공기가 공급되고 있다. 이것에 의해서, 실린더(56)와 피스톤(54)은 에어 베어링을 통하여 비접촉으로 Z방향으로 슬라이딩한다. 또, 그 압축공기는 실린더(56) 내의 피스톤(54)의 저면 측의 공간(B2)에 유입하기 때문에, 이 압축공기에 의해서 실린더(56)에 대해서 피스톤(54) 및 매닮 부재(35A)를 위쪽(+Z방향)으로 밀어 올려져 지지되어 있다. 이 구성에 의해서, 베이스 프레임(18)과 매닮 부재(35A)는 비접촉으로 연결되어 있다. 지지 부재(55), 실린더(56), 피스톤(54), 암(53a ~ 53c), 원판 모양 부재(52) 및 급기관(57)을 포함하여 방진 장치(36A)가 구성되어 있다.

이 방진 장치(36A)에 있어서, 실린더(56)와 피스톤(54)과의 사이의 공간을 위쪽으로 빠지는 압축공기는 피스톤(54)의 위쪽으로 빠져나가게 된다. 또한, 이 위쪽으로 빠져나가는 압축공기를 실린더(56)의 측면에서부터 도시하지 않은 배기관을 통하여 외부로 취출하는 구성도 가능하다. 그리고, 본 예에서는 실린더(56)와 피스톤(54)과의 간격에 대해서, 지지 부재(55)와 암(53a ~ 53c)과의 간격(g1)이 좁게 설정되어 있고, 그 간격(g1)이 일정하게 되도록 급기관(57)으로부터 공급되는 압축공기의 압력이 제어된다. 따라서, 피스톤(54) 및 매닮 부재(35A), 나아가서는 도 2 의 투영 광학계(PL)는 항상 실질적으로 일정한 압력으로 부상하도록 지지된다. 그 때문에, 가령 베이스 프레임(18)이 Z방향으로 진동하여도 매닮 부재(35A)에 그 진동이 전해지지 않기 때문에, 연직 방향으로도 높은 제진 성능을 얻을 수 있다.

또, 급기관(57)으로부터 공급되는 압축공기의 압력을 저하시키면, 암(53a ~ 53c)이 지지 부재(55)의 저면 위에 실어 놓여, 매닮 부재(35A) 및 투영 광학계(PL)의 그 이상의 강하가 방지된다.

또, 도 2의 계측 프레임(15)을 매달기 위한 도 3의 매닮 부재(38A(38B, 38C도 마찬가지))와 베이스 프레임(18)과의 사이에 설치되는 방진 장치(39A)도, 도 4의 방진 장치(36A)와 거의 동일한 구성이다. 다만, 방진 장치(39A)에 있어서는 암(53a ~ 53c)과 지지 부재(55)와의 간격(g2)이 방진 장치(36A)의 경우의 간격(g1)보다도 넓게(예를 들면 0.5 ~ 1mm정도 넓게) 설정되어 있다. 이 결과, 예를 들면 노광 공정을 정지하도록 하는 경우에는 급기관(57)으로의 압축공기의 공급을 정지하는 것에 의해, 도 2의 계측 프레임(15)은 투영 광학계(PL)로부터 약간 떨어지는 방향으로 이동한다. 즉, 방진 장치(39A)는 계측 프레임(15)을 투영 광학계(PL)의 광축 방향에 따라서 이동시키는 이동 기구로 하여도 작동하고 있다. 이것에 의해서, 투영 광학계(PL)와 계측 프레임(15)과의 접촉이 확실히 방지된다.

또한, 방진 장치(39A)로서는, 예를 들면 변위량이 1mm정도의 전자 액츄에이터 등도 사용할 수 있다. 또한, 방진 장치(36A)로서는, 본 예와 같이 대기압을 이용하는 기구 외에 코일 스프링을 이용하는 기계적인 기구, 보이스 코일 모터 등의 비접촉의 전자 액츄에이터를 이용하는 기구 또는 그것들을 조합한 기구 등도 이용 할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 예의 투영 노광 장치에 있어서는, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 강구조의 베이스 프레임(18)에 대해서 유구조의 매닮 부재(35A ~ 35C 및 38A ~ 38C)를 통하여, 각각 투영 광학계(PL) 및 각종 센서가 장착된 계측 프레임(15)이 액티브·서스펜션 방식으로 아래로 늘어뜨려 지지되어 있다. 이 때문에 이하와 같은 이점이 있다.

1) 투영 광학계(PL)와 계측 프레임(15)을 모듈 방식으로 조립하여 조정한 상태를 조립 후에도 유지할 수 있기 때문에, 결과적으로, 조립 후의 정밀도 확인 공정을 짧게 할 수 있다.

2) 노광 장치의 제조 공장 또는 반도체 디바이스 등의 제조 공장에 있어서의 투영 광학계(PL) 및/또는 계측 프레임(15)의 교환 시에 그것들 이외의 부분의 조정 상태로 변화를 가져올 가능성이 실질적으로 없게 되기 때문에, 교환 후의 조정 공정(복귀 공정)을 짧게 할 수 있다.

3) 투영 광학계(PL)와 계측 프레임(15)과의 분리에 의해서, 계측의 기준은 「투영 광학계(PL)의 경통 외부」에 일원화된다. 따라서, 계측 프레임(15)의 강성이나 열팽창 특성에 설계상에서 주의할 필요가 없어져, 계측 프레임(15)을 염가인 재료로 구성할 수 있게 된다.

4) 계측 프레임(15)으로 투영 광학계(PL)를 지지할 필요가 없어지기 때문에, 계측 프레임(15)을 소형화·경량화할 수 있어, 결과적으로 설계의 자유도를 노광 장치 내의 온(溫)공조 시스템에 사용할 수 있게 된다. 그 결과, 노광 장치 전체의 경량화를 실현할 수 있어, 조립 시간 단축이나 출하 반송이 용이하게 되는 등의 이점도 기대할 수 있다.

또, 본 실시의 형태에서는 웨이퍼 측의 레이저 간섭계(12B)와 래티클 측의 레이저 간섭계(10A)를 일체화하여 센서용 칼럼(34B)에 고정하고 있지만, 본 발명은 본 실시의 형태로 한정되지 않는다. 예를 들면, 양자를 분리하여 한쪽만을 센서용 칼럼(34B)으로 지지하고, 다른 쪽은 다른 위치에서 지지하도록 하여도 좋다. 이 경우, 래티클 측의 레이저 간섭계(10A)를 센서용 칼럼(34B)은 아니고 래티클 베이스(31)에 배치하는 구성으로 할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 도 6을 참조하여 설명한다. 본 예의 투영 노광 장치는 도 2의 투영 노광 장치를 액침형으로 한 것이고, 도 6에 있어서 도 2에 대응하는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 그 상세한 설명을 생략한다.

도 6은 본 예의 투영 노광 장치의 기구부의 개략 구성을 나타내고, 이 도 6에 있어서, 베이스 프레임(18)의 상부의 저면에 유구조의 3개소의 매닮 부재(35A ~ 35C)를 통하여 투영 광학계(PL)가 아래로 늘어뜨려 지지되고, 유구조의 3개소의 매닮 부재(38A ~ 38C)를 통하여 계측 프레임(15)이 아래로 늘어뜨려 지지되어 있다. 그리고, 계측 프레임(15)의 저면에 투영 광학계(PL)의 선단부를 Y방향(주사 방향)에 끼우도록 지지부(16A 및 16B)가 고정되어 있다.

또, 바닥면(FL) 위에 액체의 공급부(61) 및 회수부(67)가 설치되고, 공급부(61)로부터 공급되는 순수(純水) 등의 액체(64)는 가요성을 가지는 배관(62) 및 금속성의 공급용 노즐부(63)를 통하여 투영 광학계(PL)와 웨이퍼(W)와의 사이에 공 급되고, 이 상태로 노광을 실시하는 것으로, 투영 광학계(PL)의 해상도가 향상해, 초점 심도(深度)도 개선된다. 그리고, 그 공급된 액체(64)는 금속성의 회수용 노즐부(65) 및 가요성을 가지는 배관(66)을 통하여 회수부(67)에 흡인하여 회수된다. 공급부(61), 배관(62) 및 공급용 노즐부(63)를 포함하고, 액체 공급 장치가 구성되며, 회수용 노즐부(65), 배관(66) 및 회수부(67)를 포함하여 액체를 흡인 회수하는 회수 장치가 구성되고 있다. 또한, 액체 공급 장치 및 회수 장치의 보다 구체적인 구성은, 예를 들면 국제 특허 공개 제99/49504호 팜플렛 등에 개시되어 있다.

본 예에서는, 액체 공급 장치의 일부의 공급용 노즐부(63)가 +Y방향의 지지부(16B)에 고정되고, 회수 장치의 일부의 회수용 노즐부(65)가 -Y방향의 지지부(16A)에 고정되어 있다. 이 구성에서는 액체(64)가 -Y방향에 흐르기 때문에, 웨이퍼 스테이지(WST)(웨이퍼(W))도 -Y방향으로 주사된다. 따라서, 웨이퍼 스테이지(WST)를 +Y방향으로 주사하여 액침 노광을 실시하기 위해서, 지지부(16A) 측에도 공급용 노즐부(도시 생략)가 고정되고, 지지부(16B) 측에도 회수용 노즐부(도시 생략)가 고정되어 있으며, 이러한 노즐부도 각각 공급부(61) 및 회수부(67)에 연결되어 있다. 이 외의 구성은 도 1 및 도 2의 투영 노광 장치와 동일하며, 도 6의 계측 프레임(15)에도 레이저 간섭계(12A 및 12B) 등이 수납된 센서용 칼럼(34A 및 34B) 등이 고정되어 있다.

이와 같이, 공급용 노즐부(63) 및 회수용 노즐부(65)를 각각 지지부(16B 및 16A)를 통하여 계측 프레임(15)에 고정하는 것에 의해, 공급부(61)로부터 회수부(67)로 흐르는 액체의 투영 광학계(PL)에 대한 진동의 영향이 저감되어, 노광 정 밀도가 향상한다.

또한, 예를 들면 회수용 노즐부(65)는 베이스 프레임(18)에 설치한 칼럼 등에서 지지하는 것도 가능하다. 또, 배관(62 및 66)의 일부를 계측 프레임(15)으로 지지하는 것도 가능하다.

또한, 상술한 실시 형태의 투영 노광 장치는 복수의 광학 부재로 구성되는 조명 광학계, 투영 광학계를 노광 장치 본체에 조립하여 광학 조정을 하여, 다수의 기계부품으로 이루어지는 래티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광 장치 본체에 장착하여 배선이나 배관을 접속하고, 종합 조정(전기 조정, 동작 확인 등)을 하는 것에 의해 제조할 수 있다. 또한, 그 투영 노광 장치의 제조는 온도 및 클린(clean)도 등이 관리된 클린룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

또, 상기한 실시 형태의 투영 노광 장치를 이용하여 반도체 디바이스를 제조하는 경우, 이 반도체 디바이스는 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 스텝, 이 스텝에 근거하여 래티클를 제조하는 스텝, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 형성하는 스텝, 상기의 실시 형태의 투영 노광 장치에 의해 정렬을 행하여 래티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 스텝, 에칭 등의 회로 패턴을 형성하는 스텝, 디바이스 조립 스텝(다이싱(dicing) 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다) 및 검사 스텝 등을 거쳐 제조된다.

또한, 본 발명은 스텝퍼 등의 일괄 노광형의 투영 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 투영 광학계로서 반사계를 이용함과 동시에, 파장 수nm ~ 100nm정도의 극단 자외광(EUV광)을 노광 빔으로서 이용하는 투영 노광 장치에도 적 용할 수 있다.

또, 본 발명은 반도체 디바이스 제조용 노광 장치로의 적용으로 한정되지 않고, 예를 들면, 각형(角形)의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시소자 혹은 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용의 노광 장치나, 촬상 소자(CCD등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 넓게 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크(포토 마스크, 래티클 등)를 포트 리소그라피 공정을 이용하여 제조할 때의, 노광 공정(노광 장치)에도 적용할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 구성을 취할 수 있다. 또, 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약을 포함한 2005년 10월 5일 제출한 일본특원2005-292186호, 이와 더불어 2006년 10월 4일 제출한 일본특원2006-273493호의 모든 개시 내용은, 전부 그대로 인용하여 본원에 포함되어 있다.

본 발명의 노광 장치를 이용하는 것에 의해서, 노광 장치의 조립 조정이 용이하게 되어, 제진 성능이 향상하여 노광 정밀도가 향상하기 때문에, 미세 패턴을 포함한 각종 디바이스를 염가로 또한 고정밀도로 제조할 수 있다.

Claims (19)

1. 투영 광학계에 의해 패턴의 상(像)을 투영하는 노광(露光) 장치에 있어서,

   상기 투영 광학계와, 이 투영 광학계에 관련하여 위치 결정되는 부재와의 위치 관계를 계측하는 센서를 구비한 계측 유니트와,

   제1 유구조(柔構造)를 가지고, 상기 계측 유니트를 상기 투영 광학계와는 분리하여 아래로 늘어뜨려 지지하는 제1 지지 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   제2 유구조를 가지고, 상기 투영 광학계를 아래로 늘어뜨려 지지하는 제2 지지 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1 지지 장치가 상기 계측 유니트를 지지하는 지지점 수와 상기 제2 지지 장치가 상기 투영 광학계를 지지하는 지지점 수는 동일하고,

   상기 제1, 제2 지지 장치는 상기 투영 광학계의 측면에 있어서 실질적으로 동일한 각도 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 제1, 제2 지지 장치는 와이어 또는 체인을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 제2 지지 장치의 일부에 상기 투영 광학계의 광축 방향의 진동을 경감하는 방진부(防振部)를 설치한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 투영 광학계를 비접촉으로 위치 결정하는 위치 결정 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 제1 지지 장치는 상기 제1 유구조를 지지하는 프레임을 가지고,

   상기 위치 결정 장치는 상기 프레임에 대해서 상기 투영 광학계를 위치 결정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 위치 결정 장치는,

   상기 프레임에 대한 상기 투영 광학계의 6자유도의 변위 정보를 계측하는 변위 센서와,

   상기 변위 센서의 계측 결과에 근거하여 상기 프레임에 대해서 상기 투영 광학계를 비접촉으로 위치 결정하는 6자유도의 액츄에이터를 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 제1 지지 장치는 상기 계측 유니트를 상기 투영 광학계의 광축 방향에 따라서 이동시키는 이동 기구를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 투영 광학계에 의해 상기 패턴의 상이 투영되는 물체를 유지하여 이동하는 제1 스테이지를 더 구비하고,

    상기 계측 유니트의 상기 센서는 상기 제1 스테이지의 위치를 계측하는 제1 레이저 간섭계와 상기 물체의 표면의 상기 투영 광학계의 광축 방향의 위치를 계측하는 초점 위치 계측 장치 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
11. 청구항 10에 있어서,

    상기 패턴이 형성된 마스크를 유지하여 이동하는 제2 스테이지를 더 구비하고,

    상기 계측 유니트의 상기 센서는 상기 제2 스테이지의 위치를 계측하는 제2 레이저 간섭계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
12. 투영 광학계에 의해 패턴의 상을 물체 위에 투영하는 노광 장치에 있어서,

    상기 투영 광학계와 상기 물체와의 사이에 액체를 공급하는 액체 공급 장치와,

    제1 유구조를 가지고, 상기 액체 공급 장치의 적어도 일부를 상기 투영 광학계와는 분리하여 아래로 늘어뜨려 지지하는 제1 지지 장치를 구비하고,

    상기 제1 지지 장치는 상기 투영 광학계에 관련하여 위치 결정되는 부재의 위치에 관한 정보를 구하는 센서를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 투영 광학계와 상기 물체와의 사이의 상기 액체를 흡인하는 회수 장치를 더 구비하고,

    상기 회수 장치의 적어도 일부는 상기 제1 지지 장치에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
14. 청구항 12에 있어서,

    상기 투영 광학계에 관련하여 위치 결정되는 상기 부재는, 상기 물체를 지지 가능한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 청구항 12에 있어서,

    제2 유구조를 가지고, 상기 투영 광학계를 아래로 늘어뜨려 지지하는 제2 지지 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 제1 지지 장치가 상기 액체 공급 장치를 지지하는 지지점 수와 상기 제2 지지 장치가 상기 투영 광학계를 지지하는 지지점 수와는 동일하고,

    상기 제1, 제2 지지 장치는 상기 투영 광학계의 측면에 있어서 실질적으로 동일한 각도 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
17. 청구항 15에 있어서,

    상기 제1, 제2 지지 장치는 와이어 또는 체인을 포함하고,

    상기 제2 지지 장치의 일부에 상기 투영 광학계의 광축 방향의 진동을 경감하는 방진부를 설치한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
18. 청구항 12에 있어서,

    상기 투영 광학계를 비접촉으로 위치 결정하는 위치 결정 장치를 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
19. 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 기재한 노광 장치를 이용하여 상기 패턴의 상을 물체 위에 전사(轉寫)하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.

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