KR20010031972A - 노광 장치, 디바이스 제조 장치 및 노광 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 노광 장치는 전사용의 패턴이 형성된 마스크에 노광 에너지빔을 조사하는 조명계와, 마스크의 패턴이 전사되는 기판을 위치 결정하는 스테이지계를 갖고, 노광 에너지빔 광로의 적어도 일부에, 노광 에너지빔에 대한 투과율이 높고, 또한 열전도율의 양호한 기체를 공급하는 기체 공급 장치와, 기체 공급 장치로부터 노광 에너지빔의 광로 상에 공급된 후에 확산하는 기체의 적어도 일부를 회수하는 기체 회수 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

노광 장치, 디바이스 제조 장치 및 노광 장치의 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, APPARATUS FOR MANUFACTURING DEVICES, AND METHOD OF MANUFACTURING EXPOSURE APPARATUSES}

예컨대 반도체 디바이스를 제조할 때에 사용되는 스테퍼 등의 노광 장치에 있어서는, 반도체 디바이스의 집적도 및 미세도의 향상에 대응하기 위해서, 특히 해상력을 높이는 것이 요구되어 있다. 그 해상력은 거의 노광광의 파장에 비례하기 때문에, 종래부터 노광 파장은 점차로 단파장화되고 있다. 즉, 노광광은 수은램프 가시 영역의 g선(파장 436nm)에서 자외선 영역의 i선(파장 365nm)으로 대체되어, 최근에는 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm)이 사용되게 되고 있다. 그리고, 현재는, ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm), F₂레이저광(파장 157nm), 또한 Ar₂레이저광(파장 126nm)의 사용이 검토되어 있다. 더욱이, 종래부터의 X선 리소그래피의 연구에 의해서, 소위 극단 자외선(EUV 또는 XUV) 영역의 거의 X선에 가까운 파장 13nm, 11nm 또는 7nm 등의 빛, 또한 파장 1nm 정도의 X선 등의 사용도 검토되고 있다.

그러나, ArF 엑시머 레이저광 정도 이하의 파장 영역, 즉 거의 200nm 정도 이하의 진공 자외선 영역(VUV)에서는 공기중의 산소에 의한 흡수가 일어나 오존이 발생하여, 투과율이 저하해 버린다. 그래서, 예컨대 ArF 엑시머 레이저광을 사용하는 노광 장치로는, 노광광 광로의 대부분의 기체를 질소로 대체하는, 소위 질소퍼지가 실행된다. 더욱이, F₂레이저 정도 이하의 파장 영역에서는 질소라도 흡수한다. 이 경우, 질소를 통과하는 영역이 극히 좁은 영역이면, 그 흡수량이 적어 노광에는 지장이 거의 없지만, 긴 광로로서는 광량이 감소하여 적정한 노광량를 얻을 수 없게 된다. 그래서, ArF 엑시머 레이저의 파장보다도 짧은 파장 영역(190nm 정도 이하), 특히 F₂레이저의 파장 정도 이하의 파장 영역의 빛을 사용하는 경우에는 그 빛의 광로 대부분을 그 빛을 투과하는 별도의 기체(질소 이외의 불활성 가스)로 대체하든지 또는 진공으로 할 필요가 있다.

한편, 노광광이 조명 광학계 및 투영 광학계 중의 렌즈나 미러 등의 광학 소자를 통과할 때에, 이들의 광학 소자에 있어서도 열에너지의 흡수가 있다. 이와 같이 흡수되는 열에너지에 의해서 광학 소자가 열팽창하면, 배율 변화나 초점 어긋남 등의 결상 성능의 열화를 초래하게 된다. 그래서, 이러한 결상 성능의 열화를 방지하기 위해서, 종래부터 소정의 렌즈사이 공간 내에 온도 제어된 기체를 흘리거나, 렌즈의 측면이나 미러의 이면 등을 공랭 또는 액랭(液冷)하거나 하는 발열 처리가 실행되고 있다. 최근에는 결상 성능의 안정성에 대한 요구도 높아져 있기 때문에, 발열 처리에 대해서도 한층 더 높은 레벨의 처리가 필요로 되고 있다.

상기와 같이. 노광 장치에 있어서, 190nm 정도 이하의 파장 영역의 노광광을 사용하는 경우에는, 그 광로의 대부분을 질소보다도 흡수율이 작은 기체로 대체하든지 또는 진공으로 하는 것이 바람직하다. 그런데, 후자와 같이 광로의 대부분을 진공으로 하는 것은 노광 장치의 제조 비용이 상승함과 동시에, 노광 장치의 스루풋이 저하한다. 또한, 노광 장치에 있어서는 노광광의 열에너지를 보다 효율적으로 발열하는 것도 요구되고 있다.

이들 문제를 동시에 대처하기 위해서는 노광광의 광로의 대부분에 불활성으로 투과율이 높고, 열전도율이 양호함(즉, 원자량이 작음)과 아울러, 온도 제어된 기체를 공급하면 좋다. 현 상태로, 그와 같이 불활성으로 열전도율이 양호하며, 또한 안전한 기체로서 가장 고성능인 기체는 헬륨(He)이다. 그러나, 헬륨은 지각이나 대기 중에서의 존재도가 매우 낮게 고가이므로, 사용량이 증가하면 노광 장치의 운전비용이 상승한다고 하는 불합리가 있다. 또한, 헬륨은 원자량이 작기 때문에 노광 장치의 광로를 피복하는 커버 등의 틈으로부터 새기 쉽고, 단지 그 커버 내에 헬륨을 순환시키는 것만으로는 서서히 헬륨이 감소한다고 하는 불합리가 있었다.

본 발명은 이러한 점에 감안하여, 노광 에너지빔(노광광) 광로의 적어도 일부에 고투과율(불활성)로 열전도율이 양호한 기체를 공급하는 경우에, 그 기체의 사용량을 억제할 수 있는 노광 장치 및 디바이스 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기한 바와 같이, 노광 장치에 있어서, 파장이 200nm 정도 이하의 노광광을 사용할 때에, 그 노광광의 광로를 진공으로 하지 않는 경우에는, 그 노광광 광로의 대부분을 질소 등의 투과율이 양호한 기체로 대체하는 필요가 있다. 또한, 파장이 250∼200nm 정도이더라도, 양호한 투과율을 얻기 위해서는 그 노광광의 광로는 질소 등으로 대체하는 것이 바람직하다.

이것에 관해서, 노광 장치는 통상 기밀성이 양호한 상자형의 챔버 내에 수납되어 있음과 동시에, 노광 장치에는 레티클이나 웨이퍼 등의 위치 결정을 고정밀도로 실행하기 위해서, 가이드 면에 따라 에어 베어링 방식으로 비접촉으로 미끄럼 운동하는 스테이지계가 구비되고 있다. 그 때문에, 그들의 스테이지계를 사용하고 있으면, 가이드 면에 따라 분출되는 압축공기가 챔버 내로 누출되고, 이 공기가 노광광의 광로의 질소 등의 투과율의 양호한 기체에 혼입함으로써, 점차로 노광광에 대한 투과율이 저하한다고 하는 불합리가 있었다. 이와 같이 투과율이 저하하면, 웨이퍼 상에서의 조도가 저하하기 때문에, 적정 노광량을 얻기 위해서는 노광 시간을 길게 할 필요가 발생하여, 노광 공정의 스루풋이 저하해 버린다.

또한, 노광 장치에는 스테이지계 이외에도 공기를 이용하여 위치결정이나 방진 등를 하는 기기가 구비되고 있지만, 이들의 기기로부터 발생하는 공기도 노광광의 투과율을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안한 것이고, 노광 에너지빔(노광광)의 광로의 적어도 일부에 소정의 투과율이 높은 기체를 공급하는 경우에, 그 노광 에너지빔을 높은 이용효율로 웨이퍼 등의 노광 대상의 기판까지 이끌 수 있는 노광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명자 등은 엑시머 레이저 광원을 이용한 비교적 필드사이즈가 큰 투영 노광 장치에 의해서 각종의 노광 실험을 실행한 바, 예컨대 350nm 이하의 자외파장 영역의 조명광(파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저 혹은 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저 등)의 조사에 의해서, 투영 광학계 내의 광학 소자 혹은 광학 소자의 코트재(예를 들면 반사방지막 등의 박막)의 투과율 또는 반사율이 다이나믹하게 변동한다고 하는 새로운 현상을 발견했다. 이러한 투과율이 다이나믹하게 변동하는 현상은 투영 광학계 내의 광학 소자뿐만 아니라, 레티클을 조명하는 조명 광학계 또는 클린룸의 바닥 밑에 배치되는 광원으로부터 사출되는 조명광을 노광 장치 본체 내의 조명 광학계로 유도하는 송광계(送光系) 내의 광학 소자나 레티클(석영판) 자체에 대해서도 완전히 동일하게 발생할 수 있는 것을 판명했다. 또, 본 명세서에 있어서, 송광계를 포함해서 조명 광학계라고 부르는 것으로 한다.

이러한 현상은, 투영 광로 내나 조명 광로 내의 공간에 존재하는 기체(공기, 질소 가스 등) 중에 포함되는 불순물, 광학 소자를 경통(鏡筒)에 고정하기 위한 접착제 또는 충전재 등으로부터 발생하는 유기물질의 분자 혹은 그 경통의 내벽(반사 방지용의 도장면 등)으로부터 발생하는 불순물(예를 들면 물분자, 하이드로 카본의 분자 또는 이들 이외의 조명광을 확산하는 물질)이 광학 소자의 표면에 부착되거나, 조명 광로 내로 진입(부유)하여 발생되는 것으로 생각된다. 그 결과, 투영 광학계나 조명 광학계의 투과율 또는 반사율이 비교적 단시간 동안에 크게 변동한다는 중대한 문제가 일어난다.

본 발명의 목적은 투영 광학계나 조명 광학계를 구성하는 렌즈나 반사경 등의 광학 소자를 접착제 또는 충전재를 사용하지 않고 유지하도록 한 투영 노광 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 예컨대 반도체 소자, 액정 표시 소자, 촬상 소자 또는 박막 자기 헤드 등의 마이크로 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정으로 마스크 패턴을 기판 상에 전사하기 위해서 사용되는 노광 장치, 디바이스 제조 장치 및 노광 장치의 제조 방법에 관하여, 예컨대 파장 400nm 정도 이하의 자외선 영역, 특히 파장 200nm 정도 이하의 진공 자외선 영역(VUV)의 노광광을 사용하는 경우 사용하기에 적합한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 1의 투영 노광 장치, 헬륨 순환 장치의 일부 및 질소 순환 장치의 일부를 나타내는, 일부를 절결한 개략구성도,

도 2는 그 실시예의 헬륨 순환 장치 및 질소 순환 장치의 주요부를 나타내는, 일부를 절결한 개략구성도,

도 3은 본 발명의 실시예 2의 복수개의 투영 노광 장치 및 1개의 헬륨 회수 장치를 나타내는, 일부를 단면도로 한 개략구성도,

도 4는 본 발명의 실시예 1의 투영 노광 장치의 변형예를 나타내는, 일부를 단면도로 한 개략구성도,

도 5는 본 발명의 실시예 3의 일례의 투영 노광 장치 및 헬륨 공급 장치를 나타내는, 일부를 단면도로 한 개략구성도,

도 6은 도 5 중의 웨이퍼 스테이지의 주요부를 X 방향으로부터 본 단면도,

도 7은 투영 광학계의 렌즈를 판스프링으로 유지하는 경우의 개념도,

도 8은 판스프링을 이용한 압착 기구의 상세도,

도 9는 플라이 아이 렌즈의 상세를 나타내는 사시도,

도 10(a)는 플라이 아이 렌즈의 평면도, 도 10(b)는 정면도, 도 10(c)는 측면도.

본 발명에 의한 노광 장치는 전사용의 패턴이 형성된 마스크에 노광 에너지빔을 조사하는 조명계(3, 11, 13, 14, 17∼19)와, 그 마스크의 패턴이 전사되는 기판을 위치 결정하는 스테이지계(20∼24)를 갖는 노광 장치에 있어서, 그 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부에, 그 노광 에너지빔에 대한 투과율이 높고 또한 열전도율의 양호한 기체를 공급하는 기체 공급 장치(31, 43, 46)와, 이 기체 공급 장치로부터 그 노광 에너지빔의 광로 상에 공급된 후에 확산하는 그 기체의 적어도 일부를 회수하는 기체 회수 장치(33∼37, 41, 42)를 구비한 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 그 광로상에 공급된 그 기체의 일부는 회수되어 재사용(recycle)할 수 있으므로, 그 기체의 사용량을 억제할 수 있다. 따라서, 그 기체가 고가인 경우에 운전비용이 저하한다.

이 경우, 그 기체의 일예는 헬륨(He)이다. 헬륨은 안전하고, 150nm 정도 이하의 파장 영역의 노광광을 사용하는 경우라도 투과율이 높음과 동시에, 열전도율이 질소(N₂)의 약 6배 정도로 높기 때문에, 광학 소자에 대한 냉각 효과가 높다.

또한, 그 기체 회수 장치가 예컨대 공기 중에 확산된 헬륨을 회수하는 경우, 혼합 기체 중의 산소는 산소 흡수재로 처리하고, 질소는 냉각함으로써 헬륨과 분리할 수 있기 때문에, 남겨진 헬륨을 회수하면 좋다. 또는, 그 혼합 기체를 액체 공기 온도까지 냉각하여, 생성된 액체를 제거하는 것으로, 아직 기체 그대로인 헬륨만을 용이하게 회수할 수 있다.

또한, 그 기체 회수 장치는 복수의 노광 장치로 공용되는 것이 바람직하다. 이것에 의해서, 그 기체 회수 장치의 설비비가 감소된다.

또한, 그 기체 회수 장치에서 회수된 그 기체를 그 기체 공급 장치의 적어도 일부(31, 43)를 거쳐서 그 노광 에너지빔의 광로 상에 재순환시키는 것이 바람직하다.

또, 그 기체 공급 장치는 일례로서 그 기체 회수 장치로부터 공급되는 그 기체의 농도를 계측하는 농도계(44)와, 그 기체가 기체의 상태 또는 액화된 상태로 봉입된 기체원(46)과, 그 농도계의 계측 결과에 따라 기체원(46)으로부터의 기체를 그 기체 회수 장치로부터 공급되는 기체에 보충하는 제어부(43, 45, 48)를 갖는 것이다. 그 제어부는 그 농도계에서 계측되는 그 기체의 농도가 소정의 허용 레벨보다 낮게 됐을 때에, 그 기체원으로부터의 기체를 보충한다. 이것에 의해서, 그 기체원 내의 기체를 쓸데없이 사용하는 일이 없게 된다.

또한, 그 기체 공급 장치는 별도의 예로서 그 기체를 액화 보존 또는 고압 보존하는 기체원(46)과, 이 기체원 내의 액화 가스 또는 고압 가스를 그 기체로 되돌리는 변환 장치와, 그 기체원에서 그 기체가 그 노광 장치에 공급되기 전에 그 기체의 온도 및 압력을 조정하는 조정 장치(43)를 갖는 것이다. 이것에 의해서, 그 기체를 좁은 공간에 대량에 보존할 수 있다.

또한, 그 기체 회수 장치는 그 회수한 기체를 액화 또는 고압화하여 보존하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서 그 기체를 대량으로 좁은 공간에 보존할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 디바이스 제조 장치는 본 발명에 의한 노광 장치를 포함하는 복수의 노광 장치를 갖고, 이들 복수의 노광 장치에서 복수의 디바이스 패턴을 노광 대상의 기판 상에 중첩시켜 전사하여 마이크로 장치를 제조하는 것이다. 이 경우에도, 그 기체의 사용량을 억제할 수 있다.

본 발명에 의한 노광 장치는 소정의 노광 에너지빔으로 마스크(R)를 조명하여, 그 마스크에 형성된 패턴을 기판(W) 상에 전사하는 노광 장치에 있어서, 제어용의 제 1 기체를 이용하여 소정의 동작(위치 결정, 방진 등)을 하는 기체 제어식 구동 장치(123, 125A)를 구비하여, 그 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부에 투과율이 양호한 제 2 기체를 공급함과 동시에, 그 기체 제어식 구동 장치용의 그 제 1 기체로서, 그 제 2 기체와 같은 종류의 기체를 사용하는 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 그 기체 제어식 구동 장치를 구동할 때에 배기되는 기체는, 그 노광 에너지빔에 대한 투과율이 양호한 제 2 기체와 같은 종류의 기체이기 때문에, 그 노광 에너지빔의 광로 상에 공급되는 그 제 2 기체의 농도가 점차로 저하하는 일이 없게 된다. 따라서, 그 노광 에너지빔에 대한 투과율이 점차로 저하하는 일이 없게 되어, 그 노광 에너지빔을 높은 이용효율로 그 기판에 이끌 수 있다.

이 경우, 그 기체 제어식 구동 장치의 일례는, 기체 베어링 방식으로 가이드면과 접촉하는 스테이지 장치(123), 기체식의 실린더 장치 또는 기체를 완충재의 일부로 사용하는 방진대(125A)이다. 또한, 노광 장치는 통상 상자형의 챔버 내에 수납되어 사용되기 때문에, 그들의 기체 제어식 구동 장치보다 그 제 2 기체와 다른 종류의 기체가 배출되면, 그 챔버 내에서 그 노광 에너지빔의 투과율이 점차로 저하하지만, 본 발명에 의하면, 그 챔버 내에서의 그 노광 에너지빔의 투과율의 저하가 방지된다.

또한, 그 노광 에너지빔이 250nm 이하의 파장의 자외광인 경우에, 그 제 2 기체는 질소(N₂) 또는 헬륨(He)인 것이 바람직하다. 특히 파장이 250∼200nm 정도까지는 질소의 투과율이 양호하기 때문에, 염가인 질소를 사용할 수 있다. 또한, 이들의 기체라면, 불활성이기 때문에, 광학 소자의 표면에 오염물질 등이 생성되는 일도 없어진다.

또한, 그 노광 에너지빔이 200nm 이하의 파장의 자외광인 경우에, 그 제 2 기체는 헬륨인 것이 바람직하다. 헬륨은 그와 같은 단파장의 빛에 대한 투과율이 높은 것 외에, 열전도율이 특히 양호하기 때문에, 광학부재 등의 냉각 능력이 높다. 또한, 파장 200nm 이하의 파장의 일례로서 파장 193nm의 ArF 엑시머 레이저광을 노광 에너지빔으로서 사용하고 또한 반사 굴절계로 이루어지는 투영 광학계를 사용하는 경우, 반사 굴절계는 굴절계에 비하여 렌즈매수가 적게 되고, 렌즈 간격이 널리 되기 때문에, 대기압 변동의 영향을 받기 쉽게 되어 있다. 그래서, 그 반사 굴절계로 이루어지는 투영 광학계의 내부를, 기압변화에 대한 굴절율 변화의 비율이 질소에 비해서 상당히 작은 헬륨으로 퍼지함으로써, 결상 특성의 변동량을 작게 억제할 수 있다.

또한, 노광 에너지빔이 X선(예컨대 파장 10nm∼1nm 정도)인 경우에, 그 제 2 기체의 일예는 질소 또는 헬륨이다. X선에 있어서도 짧은 거리이면, 감쇠량은 낮게 억제된다.

본 발명에 의한 노광 장치(투영 노광 장치)는 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자(9A, 9B, 11 …(109A, 109B, 111 …))를 갖고, 조명광원부터의 조명광을 마스크에 조사하는 조명 광학계와, 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자(L201, L202 …)를 갖고, 마스크(원판) 위의 패턴의 상을 감광 기판 상에 투영하는 투영 광학계(PL)를 구비한다. 그리고, 접착제를 이용하는 일없이 상기 광학 소자의 전부를 압착 기구를 이용하여 유지 부재에 유지함에 의해, 상기 목적을 달성한다.

또한, 그 압착 기구는 일예로서, 일단을 유지 부재(251)의 내주부에 고정하고, 타단에서 광학 소자(L201, L202)의 외주부를 누르는 판스프링(261)으로 한 것이다.

또한, 그 압착 기구는 별도의 예로서 유지 부재(252)의 내주부에 형성한 나사부에 결합하여, 나사식으로 전진시켜 광학 소자(L203∼L205)의 외주부를 누르는 나사고리(263)로 한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 노광 장치(투영 노광 장치)는 복수의 로드 렌즈(L260)를 묶인 플라이 아이 렌즈(11, 111)를 포함하는 복수의 광학 소자(204, 205, 206 …)를 갖고, 조명광원(201)으로부터의 조명광을 마스크에 조사하는 조명 광학계(232)와, 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자(L201, L202 …)를 갖고, 마스크(원판) 위의 패턴의 상을 감광 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비한다. 그리고, 접착제를 이용하는 일없이 복수의 로드 렌즈(L260)를 유지 장치(280)로 묶는 것에 의해, 상기 목적을 달성한다.

또한, 본 발명에 의한 노광 장치의 제조 방법에서는 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부를 거의 밀봉하는 기체실에, 노광 에너지빔의 감쇠를 감소시키는 기체를 공급하는 공급관을 접속하고, 기체실에 공급되는 기체의 적어도 일부를 회수하는 회수관을, 기체실과 기체실이 배치되는 통체와의 적어도 한쪽에 접속하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 회수되는 기체로부터 불순물을 제거하는 제거 장치에 회수관을 접속함과 동시에, 제거 장치와 공급관을 접속한다. 또한, 노광 에너지빔이 지나는 광학 소자를, 접착제를 이용하는 일없이 유지 부재에 고정하여 노광 장치에 내장한다. 또한, 노광 장치에 설치되어, 기체와 광학적인 특성이 실질적으로 같은 기체를 이용하는 기체 제어식 구동 장치와, 그 기체의 공급원을 접속하는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명에 의하면, 그 광로 상에 공급된 그 기체의 일부는 회수되어 재사용(recycle)할 수 있으므로, 그 기체의 사용량을 억제할 수 있고, 운전비용을 저하시킬 수 있는 노광 장치를 제조할 수 있다.

또, 본 발명의 구성을 설명하는 발명의 개시의 항에서는 본 발명을 이해하기 쉽게 하기 위해서 발명의 실시예의 도면을 이용했지만, 이에 따라 본 발명이 발명의 실시예에 한정되는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예 1에 관하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 본 실시예는 노광광의 광로의 대부분에 헬륨 가스가 공급되는 반도체 디바이스 제조용의 투영 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다.

도 1은 본 실시예의 투영 노광 장치 및 헬륨 순환 장치 일부의 개략 구성을 나타내고, 도 2는 그 헬륨 순환 장치의 주요부의 개략 구성을 나타내고, 도 1 및 도 2에 있어서, 반도체 제조 공장의 어떤 층계의 바닥(F1) 상의 클린룸 내에 투영 노광 장치가 설치되어, 그 아래층의 바닥(F2) 상의 소위 기계실(유틸리티 공간) 안에, 층계 위의 투영 노광 장치에 헬륨 가스를 공급하고, 또한 회수하는 헬륨 순환 장치가 설치되어 있다. 이와 같이 발진되기 쉬움과 동시에, 진동 발생원이 되기 쉬운 장치를, 투영 노광 장치가 설치되어 있는 층과 별도의 층에 설치함으로써, 투영 노광 장치가 설치되어 있는 클린룸 내의 청정도를 매우 높게 설정할 수 있음과 동시에, 투영 노광 장치에 대한 진동의 영향을 작게 할 수 있다.

단지, 헬륨 가스는 가볍고 상승하기 쉬우므로, 본 실시예의 헬륨 순환 장치를, 투영 노광 장치가 설치되어 있는 층의 단상에 두더라도 상관없다. 또한, 헬륨 순환 장치 내의 후술하는 공급 장치는 바닥(F2) 상에 배치하고, 회수 장치는 바닥(F1) 또는 그 단상에 배치한다고 하는 것 같이, 헬륨 순환 장치를 부분마다 다른 단상에 설치하여도 좋다.

우선, 도 1의 바닥(F1)상의 클린룸 내에서, 방진대(2A, 2B)를 거쳐서 상자형의 케이스(1)가 설치되어, 케이스(1) 내에 노광 광원으로서의 F₂레이저 광원(3)(발진파장 157nm), 노광 본체부와의 사이에서 광로를 위치적으로 일치시키기 위한 가동 미러 등을 포함하는 빔 매칭 유닛(BMU)(4) 및 차광성의 재료로 형성되어 내부를 노광광이 통과하는 파이프(5)가 설치되어 있다. 또한, 케이스(1)의 이웃에 상자형의 기밀성의 양호한 환경 챔버(7)가 설치되어, 환경 챔버(7) 내에서 바닥(F1) 상에, 바닥으로부터의 진동을 감쇠하기 위한 방진대(25A, 25B)를 거쳐서 정반(定盤)(24)이 설치되고, 정반(24)상에 노광 본체부(26)가 설치되어 있다. 또한, 케이스(1) 내에서 돌출하는 파이프(5)로부터 환경 챔버(7)의 내부까지 기밀성이 양호한 서브 챔버(6)가 가설되고, 서브 챔버(6) 내에 조명 광학계의 대부분이 수납되어 있다.

또, F₂레이저 광원(3)을 바닥(F1)의 아래층의 바닥(F2) 상에 배치하여도 좋다. 이 경우, 바닥(F1)상의 클린룸 내에서의 투영 노광 장치에 의한 전유면적(foot print)을 작게 할 수 있음과 동시에, 노광 본체부(26)에의 진동의 영향도 작게 할 수 있다.

또한, 노광 에너지빔(노광광)으로, ArF 엑시머 레이저광(파장 193nm) 혹은 KrF 엑시머 레이저광(파장 248nm) 또는 X선 등을 사용하는 경우에도, 그 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부에 헬륨 등을 공급하는 것과 같은 경우에는 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 본 실시예의 노광 본체부(26)는, 이하에 설명하는 바와 같이 주사 노광형, 예컨대 스텝·엔드·스캔 방식이지만, 일괄 노광형, 예컨대 스텝·엔드·리피트 방식이더라도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

우선, 노광 시에, 케이스(1) 내의 F₂레이저 광원(3)으로부터 사출된 노광광으로서의 파장 157nm의 자외 펄스광 IL은, BMU(4) 및 파이프(5)의 내부를 지나서 서브 챔버(6) 내에 이른다. 서브 챔버(6) 내에서, 자외 펄스광 IL은 광감쇠기로서의 가변 감광기(8), 렌즈계(9A, 9B)로 이루어진 빔정형 광학계를 지나서 플라이 아이 렌즈(11)에 입사한다. 플라이 아이 렌즈(11)의 사출면에는 조명 조건을 여러 가지로 변경하기 위한 조명계의 개구 교축계(12)가 배치되어 있다.

플라이 아이 렌즈(11)로부터 사출되어 개구 교축계(12) 중의 소정의 개구 교축을 통과한 자외 펄스광 IL은, 반사미러(13) 및 콘덴서 렌즈계(14)를 지나서 레티클 블라인드 기구(16) 내의 슬릿형상의 개구부를 갖는 고정조명 시야교축(고정 블라인드)(15A)에 입사한다. 또한, 레티클 블라인드 기구(16)내에는, 고정 블라인드(15A)와는 별도로 조명 시야 영역의 주사 방향의 폭을 가변으로 하기 위한 가동 블라인드(15B)가 설치되고, 이 가동 블라인드(15B)에 의해서 레티클 스테이지의 주사 방향의 이동 스트로크의 감소 및 레티클 R의 차광대 폭의 감소를 도모하고 있다.

레티클 블라인드 기구(16)의 고정 블라인드(15A)에서 슬릿 형상으로 정형된 자외 펄스광 IL은 결상용 렌즈계(17), 반사미러(18) 및 주콘덴서 렌즈계(19)를 거쳐서, 레티클 R의 회로 패턴 영역 상의 슬릿 형상의 조명 영역을 균일한 강도분포로 조사한다. 본 실시예에서는 차광성의 재료로 이루어지는 파이프(5)의 사출면에서 주콘덴서 렌즈계(19)까지가 서브 챔버(6) 내에 수납되고, 또한 파이프(5)의 내부에서 F₂레이저 광원(3)의 사출면까지의 공간도 밀폐되어, 서브 챔버(6) 내의 공간에 연결되고 있다. 그리고, 서브 챔버(6) 내의 공간에는, 층 아래의 헬륨 순환 장치로부터 배관(31)의 분지관(31a) 및 분지관(31b)을 거쳐서 2개소에서 소정의 순도 이상으로 온도 제어된 헬륨 가스(He)가 공급되고 있다. 단지, 헬륨은 분자량이 작아 누설되기 쉬우므로, 서브 챔버(6)로부터 자연스럽게 누출된 헬륨의 일부는 상승하여 환경 챔버(7)의 천장 근방의 공간(7a)에 괸다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 배관(31)에는 개폐 밸브(V11)가 설치되어 있고, 제어계(45)에 의해서 개폐 밸브(V11)의 개폐를 제어하는 것으로, 투영 노광 장치로의 헬륨 가스의 공급 및 그 정지를 전환할 수 있다. 도 1로 되돌아가, 배관(31)의 분지관(31a)에는 개폐 밸브(V13)가 설치되고, 분지관(31b)에는 투영 광학계 PL과의 사이에 개폐 밸브(V14)가, 조명 광학계(서브 챔버(6))와의 사이에 개폐 밸브(V15)가 각각 설치된다. 또한, 배관(31)의 별도의 분지관(31c)(도 2참조) 및 개폐 밸브(V12)를 거쳐서, F₂레이저 광원(3) 및 BMU(4) 등이 수납된 케이스(1) 내에, 소정 순도 이상으로 온도 제어된 헬륨 가스가 공급된다. 그리고, 도 2의 제어계(45)에 의해서 개폐 밸브(V12∼V15)를 각각 독립적으로 개폐하는 것에 의해, 케이스(1), 서브 챔버(6)(조명 광학계) 및 투영 광학계 PL 내의 소망하는 적어도 1개에 헬륨 가스를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.

자외 펄스광 IL을 기초로, 레티클 R의 조명 영역 내의 회로 패턴의 상이 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼(wafer) W 상의 레지스트층의 슬릿 형상의 노광 영역에 전사된다. 그 노광 영역은 웨이퍼 상의 복수의 슛 영역 내의 하나의 슛 영역 상에 위치하고 있다. 본 실시예의 투영 광학계 PL은, 디옵트릭계(굴절계)이지만, 이와 같은 단파장의 자외광을 투과할 수 있는 초재(硝材)는 한정되어 있기 때문에, 투영 광학계 PL을 카타 디옵트릭계(반사 굴절계) 또는 반사계로서, 투영 광학계 PL에서의 자외 펄스광 IL의 투과율을 높이도록 하여도 좋다. 이하에서는, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행하게 Z축을 취하여, Z축에 수직인 평면 내에서 도 1의 지면에 평행하게 X축, 도 1의 지면에 수직하게 Y축을 취하여 설명한다.

이 때, 레티클 R은 레티클 스테이지(20)상에 흡착 유지되고, 레티클 스테이지(20)는 레티클 베이스(21)상에 X 방향(주사 방향)에 등속 이동할 수 있음과 동시에, X 방향, Y 방향, 회전 방향에 미동할 수 있도록 탑재되어 있다. 레티클 스테이지(20)(레티클 R)의 2차원적인 위치 및 회전각은 레이저 간섭계를 구비한 도시하지 않은 구동 제어 유닛으로 제어되고 있다.

한편, 웨이퍼 W는 웨이퍼 홀더(22) 상에 흡착 유지되고, 웨이퍼 홀더(22)는 웨이퍼 스테이지(23) 상에 고정되고, 웨이퍼 스테이지(23)는 정반(24) 상에 탑재되어 있다. 웨이퍼 스테이지(23)는 자동 포커스방식으로 웨이퍼 W의 포커스 위치(Z 방향의 위치) 및 경사각을 제어하여 웨이퍼 W의 표면을 투영 광학계 PL의 상면에 맞추어 넣음과 동시에, 웨이퍼 W의 X 방향에의 등속주사 및 X 방향, Y 방향에의 스테핑을 한다. 웨이퍼 스테이지(23)(웨이퍼 W)의 2차원적인 위치 및 회전각(回轉角)도, 레이저 간섭계를 구비한 도시하지 않은 구동 제어 유닛에 제어되어 있다. 주사 노광 시에는 레티클 스테이지(20)를 거쳐서 자외 펄스광 IL의 조명 영역에 대하여 레티클 R이 +X 방향(또는 -X 방향)으로 속도 Vr로주사되는 것에 동기하여, 웨이퍼 스테이지(23)를 거쳐서 노광 영역에 대하여 웨이퍼 W가 -X 방향(또는 +X 방향)에 속도β·Vr(β는 레티클 R로부터 웨이퍼 W로의 투영배율)로 주사된다.

또한, 서브 챔버(6) 내와 마찬가지로 본 실시예의 투영 광학계 PL의 경통 내부의 공간(복수의 렌즈 소자 사이의 공간)의 전체에도, 층 아래의 헬륨 순환 장치보다 배관(31)의 분지관(31b) 및 개폐 밸브(V14)를 거쳐서, 소정의 농도 이상으로 온도 제어된 헬륨 가스가 공급되어 있다. 투영 광학계 PL의 경통으로부터 누출되는 헬륨도 상승하여, 환경 챔버(7)의 천장 부근의 공간(7a)에 괸다.

또한, 본 실시예에서는 환경 챔버(7)의 내부에 층 아래의 질소 순환 장치(33∼40, 82∼87, 89 등)로부터, 배관(88)을 거쳐서 산소의 함유량을 매우 낮게 억제함과 동시에, 온도 및 압력 제어된 질소 가스(N₂)가 공급되어 있다. 그리고, 환경 챔버(7)내를 순환한 질소 가스는, 예컨대 환경 챔버(7)의 저면 측의 배기 구멍(도시하지 않음) 및 그 환경 챔버(7)의 측면에 접속된 배관(95)을 거쳐서 배관(33)에 회수되고, 회수된 질소 가스는 후술한 바와 같이 그 질소 순환 장치에 복귀되고 있다. 배관(95)의 도중에는 개폐 밸브(V19)가 설치되어 있다.

이와 같이 본 실시예에서는, F 2레이저 광원(3)의 사출면에서 주콘덴서 렌즈계(19)까지의 자외 펄스광 IL의 광로 및 투영 광학계 PL 내의 자외 펄스광 IL의 광로에, 190nm 정도 이하의 빛에 대하여도 높은 투과율을 갖는 헬륨 가스가 공급되고 있다. 또한, 주콘덴서 렌즈계(19)로부터 투영 광학계 PL의 입사면까지 및 투영 광학계 PL의 사출면에서 웨이퍼 W의 표면까지는, 190nm 정도 이하의 빛에 대해서는 그다지 투과율이 좋지 않은 질소 가스가 공급되어 있지만, 그 질소 가스 내를 통과하는 광로는 매우 짧으므로, 질소 가스에 의한 흡수량도 조금이다. 또, 질소 가스는 통상의 공기(주로 산소)에 비해서 200nm∼150nm 정도 파장의 빛에 대한 투과율이 높고 또한 질소 가스는 대기 중에 많이 존재하여 헬륨 가스에 비해서 염가이기 때문에, 특히 짧은 광로의 부분에 사용할 때의 코스트 퍼포먼스가 우수하다. 따라서, F₂레이저 광원(3)으로부터 사출된 자외 펄스광 IL은 전체로서 높은 투과율(이용 효율)로 웨이퍼 W의 표면에 이르기 때문에, 노광 시간(주사 노광 시간)을 단축할 수 있고, 노광 공정의 스루풋이 향상한다.

또한, 헬륨은 질소에 비해서 열전도율이 6배 정도 양호하므로, F₂레이저 광원(3) 내의 광학 소자, 조명 광학계 내의 광학 소자 및 투영 광학계 PL의 광학 소자에 있어서 자외 펄스광 IL의 조사에 의해서 축적된 열에너지는 헬륨 가스를 거쳐서 효율적으로 각각 케이스(1), 서브 챔버(6)의 커버 및 투영 광학계 PL의 경통으로 전도한다. 또한, 케이스(1), 서브 챔버(6)의 커버 및 투영 광학계 PL의 경통의 열에너지는 클린룸 내의 온도 제어된 공기 또는 환경 챔버(7) 내의 온도 제어된 질소 가스에 의해서 층 아래 등의 외부로 효율적으로 발열된다. 따라서, 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 광학 소자의 온도 상승이 매우 낮게 억제되고, 결상 성능의 열화가 최소한으로 억제된다. 또한, 헬륨은 기압변화에 대한 굴절율의 변화량이 매우 적기 때문에, 예컨대 투영 광학계 PL 내에서의 굴절율 변화량이 매우 적게 되고, 이런 면에서도 안정인 결상 성능이 유지된다.

다음에, 본 실시예의 헬륨 순환 장치에 관하여 상세히 설명한다. 환경 챔버(7)내에서, 서브 챔버(6)로부터 새어 나간 헬륨 및 투영 광학계 PL에서 새어 나간 헬륨은 질소에 비해서 가벼우므로 상승하여 천장 근방의 공간(7a)에 괸다. 단지, 공간(7a) 내의 기체는 헬륨 이 외에 질소나, 환경 챔버(7)의 외부에서 들어오는 공기가 섞인 혼합 기체이다.

본 실시예에서는 환경 챔버(7)의 외부에서 그 공간(7a)에 배관(33)이 접속되고, 배관(33)은 바닥(F1)에 설치된 개구를 통과하여 층 아래의 헬륨 순환 장치에 통하고 있다. 또한, 케이스(1)는 배관(92)에 의해서 배관(33)과 접속되어 있고, 배관(92)의 도중에는 개폐 밸브(V16)가 설치된다. 또한, 조명 광학계가 수납된 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내에서 헬륨이 공급되는 공간도 각각 배관(93),(94)에 의해서 배관(33)과 접속되고, 배관(93),(94)의 도중에는 각각 개폐 밸브(V17)(V18)가 설치된다. 따라서, 도 2의 제어계(45)에 의해서 개폐 밸브(V16, V17, V18)를 각각 독립적으로 개폐하는 것으로, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내의 소망하는 적어도 하나로부터, 유기물이나 진애(塵埃) 등을 포함한 헬륨 가스를 회수하는 것이 가능해지고 있다.

또한, 바닥(F1)의 저면 측의 배관(33)의 도중에 흡인용의 펌프(또는 팬)(34)가 배치되어 있고, 배관(33) 및 펌프(34)에 의해서 그 공간(7a) 및 케이스(1)의 내부 등으로부터 흡인된 혼합 기체는, 층 아래의 헬륨 순환 장치로 향한다. 그리고, 펌프(34)를 통과한 혼합 기체는 집진 배수 장치(35)에 도달하고, 여기서 후의 단열 압축 냉각 통로의 막힘 피하기 위해서, 미소한 진애 및 수분이 제거된다. 즉, 집진 배수 장치(35)에는 예컨대 HEPA 필터(high efficiency particulate air-filter) 또는 ULPA 필터(ultra low penetration air-filter)가 구비되어 있다.

또한, 집진 배수 장치(35)에서 진애나 수분 등이 제거된 혼합 기체는 배관(36)을 거쳐 불순물 제거 장치(80)에 도달하여, 여기서 혼합 기체에 포함되는 진애 및 수분 이외의 불순물(오염물질)이 제거된다. 여기서 제거되는 불순물은 F₂레이저 광원(3), 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 광학 소자의 표면에 부착되어 그 흐려짐의 원인이 되는 물질 혹은 노광광의 광로 내에 부유하여 조명 광학계나 투영 광학계 PL의 투과율(조도) 혹은 조도 분포 등을 변동시키는 물질 또는 웨이퍼 W(레지스트)의 표면에 부착하여 현상 처리 후의 패턴상을 변형시키는 물질 등이다.

본 실시예의 불순물 제거 장치(80)로서는 활성탄 필터(예컨대, 닛타 주식회사제의 기가-소프(상품명)) 또는 지오라이트 필터 혹은 이들을 조합시킨 필터를 사용할 수 있다. 이것에 의해, 환경 챔버(7), 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 내부에 존재하는 실록산(siloxane: Si-O의 사슬이 축으로 되는 물질) 또는 실라잔(silazane: Si-N의 사슬이 축으로 되는 물질) 등의 실리콘계 유기물이 제거된다.

여기서, 실록산의 하나이고, Si-0의 사슬이 축으로 된 「고리형상 실록산」이라고 하는 물질이 투영 노광 장치에서 이용되는 실리콘계의 접착제, 밀봉제, 도료 등에 포함되고 있고, 이것이 경년 변화에 의해 탈(脫) 가스로서 발생한다. 고리형상 실록산은 감광 기판이나 광학 소자(렌즈 등)의 표면에 부착하기 쉽고 또한 자외광이 닿으면 산화되어, 광학 소자 표면에서의 SiO₂계의 얼룩 물질로 된다.

또한, 실라잔으로는 레지스트 도포공정에서 전(前)처리제로서 이용되는 헥사·메틸·디·실라잔(hexamethyldisilazane: 이하「HMDS」라 함)이 있다. HMDS는 물과 반응하여 실라놀(silanol)이라는 물질로 변화(가수분해)한다. 실라놀은 감광 기판이나 광학 소자 등의 표면에 부착하기 쉽고, 또한 자외광이 닿으면 산화되어, 광학 소자 표면에서의 SiO₂계의 얼룩 물질로 된다. 또, 실라잔은 상기 가수분해로 암모니아를 발생하지만, 이 암모니아가 실록산과 공존하면 또한 광학 소자 표면을 흐리기 쉽게 한다.

그런데, 조명 광학계나 투영 광학계 PL의 광학 소자의 표면 등에 부착한 유기물(예컨대 탄화수소(hydrocarbon))이 광세정에 의해서 분해되어, 헬륨 가스에 혼입되지만, 본 실시예에서는 불순물 제거 장치(80)에 의해서 이 탄화수소도 제거된다. 또한, 전술한 실리콘계 유기물뿐만 아니라, 환경 챔버(7)내의 배선이나 플라스틱 등의 탈(脫)가스로서, 가소제(프탈산 에스테르 등), 난연제(인산, 염소계 물질)등도 발생하지만, 본 실시예에서는 이들 가소제나 난연제 등도 불순물 제거 장치(80)에서 제거된다. 또, 클린룸 내에 부유하는 암모늄 이온이나 황산 이온 등이 환경 챔버(7)내에 진입하여도, 이들 이온도 불순물 제거 장치(80)에서 제거된다. 또한, 본 실시예에서는 집진 배수 장치(35)보다도 하류 측에 불순물 제거 장치(80)를 설치했지만, 이것을 집진 배수 장치(35)보다도 상류 측에 설치하여도 좋고 혹은 집진 배수 장치(35)내의 HEPA 필터 또는 ULPA 필터와 불순물 제거 장치(80)내의 활성탄 필터 등을 일체적으로 구성하여도 좋다.

그런데, 불순물 제거 장치(80)를 통과한 혼합 기체는 배관(36)을 지나서 냉동 장치(37)에 도달하여, 여기서 단열 압축 냉각에 의해서 액체질소 온도까지 냉각된다. 이것에 의해서, 질소 및 공기의 성분은 액화하기 때문에, 액화한 질소를 포함하는 공기의 성분과 기체 그대로의 헬륨을 용이하게 분리할 수 있다. 냉동 장치(37)내에서 액화한 주로 질소(N₂)로 이루어지는 공기의 성분은 배관(38) 및 그 도중에 배치된 흡인용의 펌프(39)를 거쳐서 도 2의 봄베(40)에 회수된다. 봄베(40) 내에서 기화한 질소 등 공기의 성분은 예컨대 재활용(recycle)할 수 있다. 한편, 도 1의 냉동 장치(37)내에서 기체 그대로 존재하는 헬륨은 배관(41) 및 그 도중에 배치된 흡인용의 펌프(또는 팬)(42)를 거쳐서, 도 2의 혼합 온조(溫調) 장치(43)의 제 1 유입구로 향한다.

도 2에 있어서, 혼합 온조 장치(43)의 제 2 유입구에는, 고순도의 헬륨 가스가 고압으로 봉입된 봄베(46)로부터, 배관(47) 및 개폐 밸브(48)를 거쳐서 고순도의 헬륨 가스가 공급되어 있다. 또, 봄베(46) 내에 액화한 헬륨을 수납해 놓더라도 좋다. 또한, 도 1의 냉동 장치(37)를 거쳐서 회수한 헬륨이 통과하는 배관(41) 내의, 혼합 온조 장치(43)에 대한 유입구의 근방에 헬륨의 농도(또는 순도)를 계측하기 위한 헬륨 농도계(44)가 설치되고, 이 측정 데이터가 컴퓨터로 이루어지는 제어계(45)에 공급되어 있다. 제어계(45)는 헬륨 농도계(44)에서 측정되어 회수된 헬륨의 농도가 소정의 허용값에 달하지 않는 때에, 개폐 밸브(48)를 개방하여, 봄베(46)로부터 혼합 온조 장치(43) 내에 고순도의 헬륨을 가한다. 그리고, 헬륨 농도계(44)에서 측정된 헬륨 농도가 그 허용값 이상일 때는, 제어계(45)는 개폐 밸브(48)를 닫는다. 또한, 노광 동작이 행하여지지 않는 기간에도, 개폐 밸브(48)는 닫혀져 있다. 또, 헬륨 농도계 대신에 산소 농도를 검출하는 센서를 이용하도록 하여, 산소 농도가 그 허용값 이하일 때는 개폐 밸브(48)를 닫아 놓도록 제어하여도 좋다.

또한, 혼합 온조 장치(43)는 회수된 헬륨 및 봄베(46)로부터의 헬륨을 소정의 기압범위 내에서 혼합하고 나서 소정의 온도 및 습도로 제어하여, 온도, 압력 및 습도가 제어된 헬륨을 배관(31)에 공급한다. 집진 배수 장치(35)로부터 혼합 온조 장치(43)까지가 본 실시예의 헬륨 순환 장치를 구성하고 있다. 또한, 배관(31)은 상층의 바닥(F1)에 마련된 개구를 통과하여 상층의 클린룸 내에 이르고 있음과 동시에, 배관(31)의 도중에서 또한 바닥(F1)의 저면 측에 송풍용의 펌프(또는 팬)(32)가 설치되고, 바닥(F1)의 상면 측에 개폐 밸브(V11)가 설치되어 있다. 그리고, 혼합 온조 장치(43)에 의해서 소정의 기압의 범위 내에서, 소정의 농도 이상임과 아울러, 소정의 온도, 압력 및 습도로 제어된 헬륨 가스는 배관(31)에 공급된 후, 펌프(32)에 의해서 송풍되면서 배관(31)의 분지관(31a, 31b, 31c)을 거쳐서, 도 1의 바닥(F1)상의 투영 노광 장치의 서브 챔버(6)내, 투영 광학계 PL내 및 케이스(1)내에 각각 공급되어 있다.

또한, 도 2에 있어서, 배관(31)내의 개폐 밸브(V11)보다도 상류 측(펌프(32) 측)에, 헬륨 가스에 혼입되어 있는 불순물(전술한 실리콘계 유기물 등을 포함)의 농도를 검출하는 불순물 농도계(90)가 배치되어 있고, 그 측정값에 근거하여 제어계(45)가 개폐 밸브(V11)의 개폐, 즉 헬륨의 공급 및 그 정지를 제어하고 있다. 이 불순물 농도계(90)에서 계측되는 불순물의 한도가 소정의 허용값 이상으로 되었을 때는, 개폐 밸브(V11)를 닫아 투영 노광 장치로의 헬륨 공급을 정지하고, 예컨대 도 1의 불순물 제거 장치(80)의 필터교환을 한다. 혹은 회수한 헬륨을 불순물과 함께 그 헬륨 순환 장치 밖으로 방출한다. 그런 후, 개폐 밸브(V11)를 열어 헬륨의 공급을 재개함과 동시에, 도 1의 개폐 밸브(V12∼V18)도 열어 헬륨을 순환시킨다. 그리고, 일례로서 불순물의 농도가 허용값 보다도 낮은 것이 확인된 시점에서 개폐 밸브(V16∼V18)를 닫는다. 또한, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내에서의 헬륨의 농도가 각각 소정값에 이른 시점에서 개폐 밸브(V12∼V15)를 순차적으로 닫는다.

그리고, 도 1의 웨이퍼 스테이지(23)에 마련된 광 검출기(도시하지 않음)를 이용하여, 투영 광학계 PL의 노광광(자외 펄스광 IL)에 대한 투과율(또는 웨이퍼 W 상에서의 조도), 그 위에 레티클 R 또는 웨이퍼 W 상에서의 조도분포를 검출하여, 이들의 검출 결과에 근거하여 웨이퍼 W에의 노광을 개시한다. 또, 전술한 필터교환 또는 회수한 헬륨의 방출의 대신에, 회수한 헬륨을 보존하기 위한 봄베(후술하는 도 3 중의 봄베(50)에 상당함)를 별도의 봄베와 교환하여, 별도의 재생 공장 등에서 그 순도를 높이도록 하여, 환경 챔버(7)에는 봄베(46)내의 고순도의 헬륨을 공급하도록 하여도 좋다. 또한, 불순물 농도계(90)는 배관(31)의 내부이외의 위치에 배치하여도 좋고, 예컨대 배관(41) 내 또는 배관(36) 내에서 불순물 제거 장치(80)보다도 하류 측에 배치하여도 좋다.

또한, 본 실시예의 투영 노광 장치의 가동 시 혹은 장시간 정지 후의 재가동 시 혹은 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 광세정 개시 시 혹은 그 종료 후 등에서는 도 2의 제어계(45)에 의해서 배관(31)의 개폐 밸브(V11)를 닫고 또한 도 1의 배관(92∼94)의 개폐 밸브(V16∼V18)를 연 상태로, 펌프(34)에 의해서 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내의 기체(헬륨 등)를 흡인하는 것으로 한다. 이 때, 환경 챔버(7)의 상부공간(7a) 내의 혼합 기체가 배관(33)에 유입되지 않도록, 배관(33)의 유입구 부근에 마련되는 개폐 밸브(도시하지 않음)를 닫아 놓은 것이 바람직하다. 그런 후, 개폐 밸브(V16∼V18)를 닫음과 동시에, 개폐 밸브(V11)를 열어 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에 각각 헬륨을 공급하여, 그 내부에서의 헬륨농도가 소정값에 도달한 순서로 대응하는 개폐 밸브(V12∼V15)를 닫아 가고, 개폐 밸브(V12∼V15)가 모두 닫혀진 후에 밸브(V11)를 닫는다. 이에 따라, 웨이퍼 W의 노광 동작 또는 그 준비 동작 등의 개시가 가능해진다.

도시하지 않지만, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL의 내부에는 각각 헬륨 농도계 또는 산소 농도계가 마련되고 있고, 제어계(45)는 이 농도계의 출력에 근거하여 개폐 밸브(V12∼V15)의 개폐를 제어한다. 이 때, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에서 각각 헬륨의 농도가 그 허용값에 도달하거나 혹은 산소농도가 그 허용값 이하로 될 때까지 F₂레이저 광원(3)의 발진, 즉 웨이퍼 W의 노광이 금지되게 되고 있다. 또, 환경 챔버(7) 내, 특히 조명 광학계(콘덴서 렌즈(19))와 투영 광학계 PL과의 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W와의 사이에 각각 질소 농도계 또는 산소 농도계를 배치하고, 더욱이 이 농도계의 출력을 병용하여 전술한 바와 마찬가지로 F₂레이저 광원(3)의 발진을 제어하여도 좋다. 또한, 투영 노광 장치의 가동 중에 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL의 적어도 하나, 예컨대 투영 광학계 PL의 내부에서의 헬륨 농도가 소정값보다도 낮게 되었을 때는, 개폐 밸브(V11, V14)를 열어 헬륨을 공급한다. 이 때, 투영 광학계 PL 내, 특히 광학 소자 사이에서의 압력을 변화시키지 않도록, 혼합 온조 장치(43)나 펌프(32)등에 의해서 그 공급하는 헬륨 가스의 유량이나 압력 등을 조정하여 둔다. 이것은, 압력변화에 의한 투영 광학계 PL의 결상 특성의 변화 및 레티클 R 또는 웨이퍼 W 상에서의 조도 또는 그 분포의 변화를 방지하기 위함이다. 도시하지 않지만, 조명 광학계(서브 챔버(6)) 및 투영 광학계 PL의 내부에 각각 압력 센서가 마련되고 있고, 제어계(45)는 이들 압력 센서의 측정값에 근거하여 헬륨 가스의 유량이나 압력 등을 제어한다. 또, 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 내부에 각각 온도 센서 및 습도 센서를 더욱 배치하여, 그들 센서의 측정값도 이용하여 헬륨 가스의 온도나 습도를 보다 정확하게 제어하도록 하여도 좋다.

이와 같이 본 실시예에서는 투영 노광 장치의 노광광(자외 펄스광 IL) 광로의 대부분을 흐르도록 공급된 헬륨 가스의 대부분은 환경 챔버(7)의 상부공간(7a)을 거쳐 혹은 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에서 직접, 배관(33)을 통하여 층 아래의 헬륨 순환 장치로 회수되기 때문에, 고가인 헬륨의 사용량을 감소시킬 수 있다. 따라서, 노광광에 대한 투과율을 높여, 광학 소자의 냉각효율을 높인 뒤에, 투영 노광 장치의 운전비용을 감소시킬 수 있다.

또, 상기의 실시예에 있어서, 도 1의 냉동 장치(37)와 혼합 온조 장치(43) 사이에, 회수한 헬륨을 보존하기 위한 봄베(예컨대 후술하는 도 3 중의 봄베(50)에 상당하는 것)를 더욱 마련하여도 좋다. 이 경우, 대량으로 보존할 수 있도록 하기 위해서, 컴프레서에 의해 헬륨을 100∼200기압 정도로 압축하여 그 봄베에 수납하는 것이 바람직하다. 이것에 의해서 체적은 거의 1/100 내지 1/200로 감소한다. 또한, 터빈 등을 이용한 액화기에 의해 헬륨을 액화하여 축적하여도 좋다. 액화에 의해 헬륨의 부피는 거의 1/700에 감소할 수 있다. 이와 같이 고압축 또는 액화한 헬륨을 재활용할 때에, 예컨대 1기압 정도의 상태로 되돌린 때에는, 팽창에 의해서 온도가 내려가기 때문에, 히터 등에서의 가열온도 관리가 필요하게 된다. 또한, 압력을 일정하게 하기 위한 버퍼공간을 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 온조 장치(43)의 상류 측(펌프(42) 측)에 개폐 밸브를 마련하여, 회수한 헬륨을 보존하는 봄베로부터 취입하는 헬륨의 량을 조정하거나 혹은 그 유로(배관(41))의 개폐를 제어하도록 하여도 좋다. 이 개폐 밸브와 배관(47)의 개폐 밸브(48)를 병용하는 것으로, 배관(31)에 보내는 헬륨의 농도조정을 보다 한층 용이하게 실행할 수 있다.

또, 상기 실시예에서는, 헬륨 가스는 노광광의 광로의 대부분을 유통하도록 공급되어 있지만, 또한 그 광로의 전부를 피복함과 동시에, 또한 레티클 스테이지(20)나 웨이퍼 스테이지(23)의 냉각효율도 높이기 위해서, 환경 챔버(7)내의 전체에 헬륨 가스를 공급하도록 하여도 좋다. 이 경우 그렇지만, 대부분의 헬륨은 회수되기 때문에, 운전비용의 상승은 조금이다.

또한, 상기 실시예에서는, 혼합 온조 장치(43)에 의해서 회수된 헬륨과 고순도의 헬륨을 혼합하고 있지만, 회수된 헬륨의 농도(순도)가 낮은 것과 같은 경우에는, 단지 혼합하여도 급속하게는 투영 노광 장치 측에 공급되는 헬륨의 농도를 허용범위까지 높아지지 않을 우려가 있다. 이러한 경우에는, 회수된 헬륨은 별도의 봄베에 대비하여, 별도의 재생공장 등에서 순도를 높이도록 하고, 투영 노광 장치에는 봄베(46) 내의 고순도인 헬륨을 공급하도록 하여도 좋다.

또, 도 1의 투영 노광 장치에는 개폐 밸브(V11∼V18)를 이용하여, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내에 각각 헬륨을 충전(밀봉)해 놓은 것으로 했지만, 본 실시예에서는 헬륨 순환 장치를 구비하고 있기 때문에, 예컨대 개폐 밸브(V16∼V18)를 닫은 상태에서, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에서 각각 누출되는 헬륨을 보충하도록, 헬륨의 유량을 조정하면서 항상 공급하도록 하여도 좋다. 혹은, 개폐 밸브(V11∼V18)를 열어 놓은 채로 소정 유량으로 헬륨을 항상 공급하도록 하여도 좋다. 후자의 방법으로서는, 특히 개폐 밸브(V11∼V18)를 마련하지 않더라도 좋다. 이 때, 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 내부에 각각 마련되는 압력센서(도시하지 않음)의 측정값에 근거하여, 그 내부에서의 압력이 거의 일정값으로 유지되도록, 그 공급하는 헬륨의 유량이나 압력 등을 제어하면 좋다.

여기서, 전술한 바와 같이 헬륨을 상시 공급하는 경우, 불순물 농도계(90)로 계측되는 불순물의 농도가 소정의 허용값에 달한 시점에서 개폐 밸브(V11)를 닫도록 하고 있지만, 이 때 투영 노광 장치 전체의 동작을 통괄 제어하는 주제어계(도시하지 않음)는 노광 장치 본체에서의 동작을 확인하여, 예컨대 웨이퍼의 노광 처리의 도중일 때는, 제어계(45)에 대하여 그 노광 처리가 종료할 때까지 개폐 밸브(V11)를 닫는 동작(폐성(閉成))을 기다리도록 지령을 보내도록 한다. 또는, 그 주제어계는 불순물의 농도가 허용값에 도달하기 직전에서는, 다음 웨이퍼의 노광 처리를 시작시키지 않게 개폐 밸브(V11)를 닫게 하고, 전술한 바와 같이 불순물 농도를 소정값 이하에 내리는 동작을 시작시키도록 하여도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 전술한 불순물의 혼입을 고려하여, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL 내의 헬륨을 교환하거나 혹은 헬륨을 순환시키기 위해서, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL의 각각과 배관(33)을 배관(92∼94)으로 접속했다. 그러나, 회수한 헬륨을 정밀도 양호하게 정화(순화)할 수 있어, 불순물의 혼입을 무시할 수 있는 정도이며, 조명 광학계나 투영 광학계 PL의 내부에서 불순물이 거의 발생하지 않는 상태이면, 그 배관(92∼94)(및 개폐 밸브(V16∼V18))은 마련하지 않더라도 좋다. 이 때. 또한 개폐 밸브(V11∼V15)를 마련하지 않더라도 좋다. 이 경우, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에서 각각 헬륨이 누출되므로, 그것을 보충하는, 즉 헬륨 농도가 허용값 이상으로 유지되도록, 헬륨을 항상 또는 수시(또는 정기적으로) 공급하면 좋다.

더욱이, 본 실시예에서는 도 1의 F₂레이저 광원(3)과 BMU(4)를 케이스(1) 내에 수납하는 것으로 했지만, F₂레이저 광원(3)과는 별도로 BMU(4) 등을 바구니체에 수납하여, F₂레이저 광원(3)과 그 바구니체에 각각 헬륨을 공급하도록 하여도 좋다. 이 때, F₂레이저 광원(3)과 그 바구니체를 기계적으로 접속하여, 양자의 칸막이 판으로서 F₂레이저가 투과하는 유리 플레이트를 마련하면 좋다.

다음에, 본 실시예의 질소 순환 장치에 관하여 상세히 설명한다. 본 실시예에서는 도 2의 배관(88)을 거쳐서 도 1의 환경 챔버(7) 내에 질소 가스(N₂)를 공급함과 동시에, 배관(95),(33)을 거쳐서 그 환경 챔버(7)로부터 질소를 회수하고 있는, 즉 환경 챔버(7)내에서 질소를 순환시키고 있다.

그런데, 도 1의 냉동 장치(37)에서 헬륨 등으로 분리된 질소는 펌프(39)에 의해서 흡인되어 배관(38)을 통하여 도 2의 봄베(40)에 회수된다. 또한, 봄베(40)내의 질소는 펌프(83)에 의해서 흡인되어 배관(81)을 거쳐 온조 장치(86)에 보내어진다. 배관(81)의 도중에는 개폐 밸브(V21)가 마련됨과 동시에, 온조 장치(86)에 보내어지는 질소의 농도를 계측하는 질소 농도계(또는 산소 농도계)(82)가 설치되어 있고, 이 농도계의 측정값이 제어계(45)에 공급되어 있다. 제어계(45)는 농도계(82)에서 계측되는 질소농도가 소정값에 도달하고 있지 않은 때에, 질소 봄베(84)와 온조 장치(86)를 접속하는 배관(85)의 개폐 밸브(V22)를 개방하여, 봄베(84)로부터 온조 장치(86)에 고순도의 질소를 공급한다. 한편, 질소농도가 그 소정값 이상일 때는, 제어계(45)는 개폐 밸브(V22)를 닫아 둔다. 또, 농도계(82)에서 계측되는 질소농도가 극단적으로 낮을 때는, 개폐 밸브(V21)를 닫아 질소 봄베(84)부터의 질소만을 온조 장치(86)에 보내도록 하여도 좋다. 그리고, 농도계(82)에서 계측되는 질소농도가 허용값(전술한 소정값보다도 작은 값)에 도달한 시점에서, 개폐 밸브(V21)를 개방하면 좋다.

더욱이 온조 장치(86)는 회수, 정화된 질소와 질소 봄베(84)부터의 질소를 혼합하여 소정의 온도, 압력, 습도로 제어하여, 이 온도, 압력 및 습도가 제어된 질소 가스를 바닥(F1)을 관통하는 배관(88)에 공급한다. 배관(88)의 도중에서, 바닥(F1)의 저면 측에 송풍용의 펌프(또는 팬)(87)이 마련되고 있고, 이 펌프(87)에 의해서 질소가 도 1의 배관(88)의 분지관(88a),(88b)을 거쳐 환경 챔버(7) 내에 공급된다. 분지관(88a)은 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 노광광의 광로를 향해서 질소 가스를 분사하고, 분지관(88b)은 서브 챔버(6)와 투영 광학계 PL 사이의 노광광의 광로(레티클 R의 상하의 공간)를 향해서 질소 가스를 분사하고 있다.

또한, 배관(88)에는 바닥(F1)의 상면 측에 개폐 밸브(V23)가 설치되어, 개폐 밸브(V23)보다도 상류 측(펌프(87) 측)의 배관(88)내에, 질소와 혼입되어 있는 불순물(전술한 실리콘계 유기물 등을 포함함)의 농도를 검출하는 불순물 농도계(89)가 배치되어 있다. 이 불순물 농도계(89)에서 계측되는 불순물 농도가 소정의 허용값 이상으로 되었을 때는, 제어계(45)는 개폐 밸브(V23)를 닫아 투영 노광 장치에의 질소의 공급을 정지하고, 예컨대 불순물 제거 장치(80)의 필터교환을 한다. 혹은, 회수한 질소를 불순물과 함께 그 질소 순환 장치 밖으로 방출한다. 그런 후, 개폐 밸브(V23)(및 개폐 밸브(V24),(V25))를 열어 질소의 공급을 재개함과 동시에, 도 1의 배관(95)의 개폐 밸브(V19)도 열어 질소를 순환시킨다. 그리고, 불순물 농도가 허용값보다도 낮은 것이 확인된 시점에서, 개폐 밸브(V19)를 닫는다. 더욱이, 환경 챔버(7) 내에서의 질소농도가 소정값에 도달한 시점에서 개폐 밸브(V24),(V25)를 순차적으로 닫아 간다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(23)에 마련된 광 검출기(도시하지 않음)를 이용하여, 투영 광학계 PL의 투과율(또는 웨이퍼 W 상에서의 조도), 더욱이는 레티클 R 또는 웨이퍼 W 상에서의 조도분포를 검출하여, 이들의 검출 결과에 근거하여 웨이퍼 W에의 노광을 개시한다.

또, 상기 의 실시예에 있어서. 환경 챔버(7) 내에서의 질소농도가 소정값에 도달한 시점에서 질소의 공급을 정지하여, 배관(88)(또는 그 분지관(88a),(88b)) 및 배관(95)을 각각 개폐 밸브(V23)(또는 개폐 밸드(V24),(V25)) 및 개폐 밸브(V19)에서 닫음과 동시에, 환경 챔버(7) 내에서의 질소농도가 소정값보다도 낮게 된 때에, 개폐 밸브(V23)(및 개폐 밸브(V24),(V25))를 열어 질소를 공급하도록 하여도 좋다.

또한, 전술한 필터교환 또는 회수한 질소의 방출 대신에, 회수한 질소를 보존하는 봄베(40)를 별도의 봄베와 교환하여, 별도의 재생공장 등에서 그 순도를 높이도록 하여, 환경 챔버(7)에는 질소 봄베(84) 내의 고순도의 질소를 공급하도록 하여도 좋다. 또한. 불순물 농도계(89)는 배관(88)의 내부 이외의 위치에 배치하여도 좋고, 예컨대 배관(81) 내 또는 배관(36) 내에서 불순물 제거 장치(80)보다도 하류 측에 배치하여도 좋다. 특히 후자의 배치에서는 전술한 불순물 농도계(90)를 마련할 필요가 없어지고, 즉 헬륨 공급 장치와 질소 공급 장치에서 하나의 불순물 농도계를 겸용하는 것이 가능해진다.

더욱이, 도시하지 않지만, 환경 챔버(7)내에는 질소 농도계 또는 산소 농도계가 마련되고 있고, 환경 챔버(7) 내에서의 질소농도가 소정의 허용값을 하회하지 않도록, 제어계(45)는 그 농도계의 출력에 근거하여 개폐 밸브(V23∼V25)의 개폐를 제어한다. 또한, 환경 챔버(7) 내에는 온도센서, 압력센서 및 습도센서(도시하지 않음)도 배치되어 있고, 환경 챔버(7)내에서의 온도, 압력 및 습도가 각각 소정값으로 거의 유지되도록, 제어계(45)는 그들 센서의 측정값에 근거하여, 온조 장치(86)나 펌프(87) 등에 의해서 그 공급하는 질소의 유량, 온도, 압력 및 습도 등을 조정한다.

그런데, 본 실시예에서는 도 1에 있어서, 배관(88)의 제 1 분지관(88a)의 배출구를 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이의 근방에 설치하여, 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이에 질소가 흐르도록 하고 있다. 한편, 배관(88)의 제 2 분지관(88b)은 또한 2개로 분기되어, 한쪽의 배출구는 콘덴서 렌즈(19)와 레티클 R 사이의 근방에 설치되고, 다른 쪽의 배출구는 레티클 R과 투영 광학계 PL 사이에 설치되어 있다. 그래서, 분지관(88a),(88b)에서 각각 질소가 항상 분출되도록, 개폐 밸브(V19)의 개폐를 제어하여 환경 챔버(7) 내에서 질소를 순환시키면 좋다. 이 경우, 조명 광학계(콘덴서 렌즈(19))와 투영 광학계 PL 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이에 순도가 높은 질소를 우선적으로 공급할 수 있기 때문에, 레티클 R 또는 웨이퍼 W의 교환 시 등에 환경 챔버(7)의 개폐에 의해서 그 내부의 질소농도가 저하하여도, 그 교환 동작 종료 직후에 노광 동작 또는 준비 동작을 개시할 수 있어, 스루풋의 저하를 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 분지관(88a),(88b)을 마련하지 않고 배관(88)을 환경 챔버(7)에 접속한 것만으로 질소를 순환시키는 경우에 비해서 질소의 공급량을 적게 할 수 있다. 또한, 노광광의 조사시에 웨이퍼 W(레지스트 표면)부터 발생하는 비산입자(오염물질)가 투영 광학계 PL(가장 웨이퍼 측에 가까운 광학 소자의 표면)에 부착하는 것을 대폭 감소시킬 수도 있다. 또, 환경 챔버(7) 내에서 질소를 순환시키는 경우, 그 오염물질이 질소와 동시에 그 외부로 배출되어, 환경 챔버(7) 내에서의 청정도를 높일 수 있다.

또, 본 실시예에서는 환경 챔버(7) 내를 질소 상태로 했지만, 예컨대 불순물이 제거된 공기를 환경 챔버(7)에 공급하고, 전술한 바와 같이 조명 광학계와 투영 광학계 PL의 사이, 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W의 사이에 질소를 공급하여 그 양 공간을 질소 상태로 하는 것만이라도 좋다. 이 때, 질소 대신 헬륨을 공급하도록 하여도 좋고, 이 경우는 질소 순환 장치를 마련할 필요가 없어지고, 예컨대 배관(31)과 분지관(88a),(88b)을 접속하여, 상기 양 공간에 각각 헬륨을 공급하면 좋다. 또한, 환경 챔버(7)에 공급하는 공기로서, 전술한 유기물 등이 제거된 화학적으로 깨끗한 드라이 에어(예컨대 습도가 5% 정도 이하)를 이용하여도 좋다. 또, 이 구성은 ArF 엑시머 레이저를 노광용 광원으로서 이용하는 투영 노광 장치에 대하여 특히 유효하고, 이 경우는 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에 각각 질소를 공급하도록 하여도 좋고 혹은 케이스(1) 및 환경 챔버(7)에는 질소를 공급하고, 투영 광학계 PL에는 헬륨을 공급하도록 하여도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 환경 챔버(7)내에 질소(또는 헬륨) 등을 공급하는 것으로 했지만, 노광용 조명광의 파장 영역에 따라서는 환경 챔버(7) 내에 화학적으로 클리닝하고, 또한 온도 제어된 공기(전술한 드라이 에어)를 공급하는 것만으로도 좋다. 예컨대, 노광 파장이 190nm 정도 이상이면, 환경 챔버(7)내를 공기 상태로 하여도 좋다. 이 경우, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에 각각 공급되는 헬륨 또는 질소 등을 회수하는 순환 장치와 마찬가지로, 환경 챔버(7)에 공급되는 드라이 에어를 회수하는 드라이 에어 순환 장치를 마련하여도 좋고, 예컨대 배관(33)을 거치지 않고서 배관(95)만 따라서 환경 챔버(7)와 그 드라이 에어 순환 장치를 접속하여도 좋다.

더욱이, 전술한 헬륨 순환 장치와 마찬가지로, 회수한 질소를 컴프레서에 의해서 100∼200기압 정도로 압축하든지 혹은 터빈 등을 이용한 액화기에 의해서 액화하여 봄베(40)에 보존하도록 하여도 좋다. 또, 분지관(88a),(88b)에 각각 마련한 개폐 밸브(V24),(V25)는 조명 광학계와 투영 광학계 PL의 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W의 사이의 한쪽에만 질소를 공급 가능하게 하는 것이고, 양 공간에 질소를 동시에 공급하는 경우에는 개폐 밸브(V24),(V25)를 마련하지 않더라도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 조명 광학계와 투영 광학계 PL의 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W의 사이에 각각 질소를 흘리도록 했지만, 분지관(88a),(88b)을 마련하지 않고, 단지 환경 챔버(7)에 배관(88)을 접속하여, 환경 챔버(7) 내에서의 질소농도가 소정값 이상으로 된 시점에서 개폐 밸브(V23)를 닫도록 하여도 좋다. 또한, 분지관(88a),(88b)의 유무에 관계없이, 개폐 밸브(V23),(V19)를 연 채로 소정유량으로 질소를 공급하여 환경 챔버(7) 내에서 질소를 순환시키도록 하여도 좋다. 이 경우, 특히 개폐 밸브(V23),(V19)를 마련하지 않더라도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 조명 광학계의 대부분을 서브 챔버(6)에 수납하여, 서브 챔버(6)의 일부를 환경 챔버(7) 내에 설치했지만, 예컨대 서브 챔버(6)의 모두를 환경 챔버(7) 내에 설치하여도 좋다. 이 경우, 서브 챔버(6)로부터 누출된 헬륨의 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한, 환경 챔버(7) 외부에 설치되는 서브 챔버(6)의 일부에서 누출되는 헬륨을 회수하기 위해서, 환경 챔버(7) 외의 서브 챔버(6)를 소정의 바구니체로 덮고, 그 바구니체 상부에 배관(33)의 별도 유입구를 접속하여도 좋다.

또한, 본 실시예에서는 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에 각각 단일의 기체(질소 또는 헬륨)를 공급하는 것으로 했지만, 예컨대 질소와 헬륨을 소정 비율로 혼합한 기체를 공급하도록 하여도 좋다. 이 경우, 헬륨 순환 장치의 배관(31)에 대하여 그 개폐 밸브(V11)보다 하류측에서 질소 순환 장치의 배관(88)을 접속하면 좋다. 또, 혼합 기체는 질소와 헬륨의 조합에 한정되는 것은 아니고, 네온, 수소 등으로 조합하여도 좋다. 또한, 환경 챔버(7)에 공급하는 기체도 전술한 혼합 기체이더라도 좋다.

다음에, 본 발명의 실시예 2에 관하여 도 3을 참조하여 설명한다. 본 실시예는 복수대의 투영 노광 장치로부터의 헬륨을 1대의 헬륨 회수 장치로 회수하는 것이고, 도 3에 있어서, 도 1, 도 2에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 상세한 설명을 생략한다. 또, 도 1, 도 2 중에 나타낸 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL의 각각과 배관(33)을 접속하는 배관(92∼94) 및 환경 챔버(7)와 배관(33)을 접속하는 배관(95)은 도시를 생략하고 있다.

도 3은 본 실시예의 복수대의 투영 노광 장치 및 1대의 헬륨 회수 장치를 나타내는 단면도이고, 이 도 3에 있어서, 바닥(F1) 상에 복수개의 환경 챔버(7A),(7B),(7C)가 설치되어, 각 환경 챔버(7A),(7B),(7C) 내에 각각 도 1의 노광 본체부(26)와 마찬가지의 노광 본체부가 설치되고, 또한 도시하지 않은 노광 광원이 근접하고 배치되어 있다. 그리고, 환경 챔버(7A),(7B),(7C) 내에 각각 아래층의 도시하지 않은 헬륨 공급 장치로부터 소정 순도 이상의 헬륨 가스가 공급되고 있다. 그리고, 환경 챔버(7A),(7B),(7C) 내에 공급되어 내부의 천장 근방의 공간에 상승한 헬륨, 질소 및 공기의 혼합 기체는, 각각 배관(33A),(33B),(33C)을 거쳐서 공통배관(49)으로 유도되고 있다. 공통배관(49)은 바닥(F1)의 개구를 통과하여 아래층의 바닥(F2) 상의 헬륨 회수 장치에 통하고 있다. 공통배관(49)의 바닥(F1)의 저면 측에는 흡인용의 펌프(34)가 설치되어 있다.

층 아래의 헬륨 회수 장치에 있어서, 공통배관(49) 및 흡인용 펌프(34)를 거쳐서 회수된 헬륨, 질소 및 공기의 혼합 기체는 집진 배수 장치(35), 불순물 제거 장치(80), 배관(36)을 지나서 냉동 장치(37)에 도달하여, 냉동 장치(37)에서 액화된 질소는 봄베(40)에 회수된다. 그리고, 냉동 장치(37)에서 액화되지 않은 헬륨은 배관(41) 및 흡인용의 펌프(42)에 의해 헬륨을 축적하기 위한 봄베(50)에, 예컨대 고압으로 압축되어 회수된다. 회수된 헬륨는 봄베(50)에 마련된 배관(51)을 거쳐서, 순도를 높이기 위한 재생공장 또는 도 1 중에 나타낸 헬륨 공급 장치에 공급된다.

그런데, 전술한 실시예 1(도 1, 도 2)에서 설명한 바와 같이, 도 3 중의 헬륨 회수 장치(33A∼33C,34∼42,49,50)는 질소 회수 장치를 겸하고 있다. 그래서, 복수대의 투영 노광 장치와 1대의 질소 공급 장치(도 2중의 배관(81) 내지 배관(88)까지의 부재)를 접속하고, 이 질소 공급 장치에 의해서 봄베(40)에 보존된 질소를 복수대의 투영 노광 장치에 각각 공급하도록 하여도 좋다. 이에 따라, 복수대의 투영 노광 장치에서 1대의 질소 순환 장치를 겸용하는 것이 가능해진다.

이와 같이 본 실시예에서는 복수대의 노광 장치에 대하여 1대의 헬륨 회수 장치 및 질소 순환 장치로 대응하고 있기 때문에, 회수비용이 감소되고 있다.

다음에, 도 4를 참조하여 도 1 및 도 2의 실시예 1의 투영 노광 장치의 변형예에 관하여 설명한다. 본 실시예는 환경 챔버(7) 내에 배치되는 레티클 스테이지(20)와 웨이퍼 스테이지(23)를 각각 서브 챔버(CH1),(CH2)내에 수납한 것이며, 도 4에 있어서, 도 1에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하여 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4에 있어서, 서브 챔버(CH1)는 조명 광학계(콘덴서 렌즈(19))와 투영 광학계 PL 사이의 광로가 공기에 드러나지 않도록, 그 사이의 공간을 밀폐하여 질소 상태로 하는 것이며, 배관(88)의 분지관(88b) 및 배관(33)에 접속되는 배관(96)이 접속되어, 배관(96)에는 개폐 밸브(V20)가 설치된다. 도 4에서는 서브 챔버(CH1)는 투영 광학계 PL과 접속되어 있지만, 실제로는 서브 챔버(CH1)의 진동이 투영 광학계 PL에 전해지지 않는 구조로 되어있다. 또, 서브 챔버(CH1)는 서브 챔버(6)와 일체적으로 구성하여도 좋고, 더욱이는 서브 챔버(CH1)를 투영 광학계 PL이 고정되는 가대와는 별도의 가대를 거쳐서 바닥(F1) 상에 고정하여도 좋다.

한편, 서브 챔버(CH2)는 바닥(F1)(정확하게는 노광 장치 본체가 배치되는 베이스 플레이트) 상에 고정됨과 동시에, 투영 광학계 PL(가장 웨이퍼 측에 가까운 광학 소자)와 웨이퍼 W의 사이의 광로가 공기에 드러나지 않도록, 그 사이의 공간을 밀폐하여 질소 상태로 하는 것이며, 배관(88)의 분지관(88a) 및 배관(95)이 접속되어 있다. 또한, 서브 챔버(CH1)와 같이 서브 챔버(CH2)도 그 진동이 투영 광학계 PL에 전해지지 않는 구조로 되어있다.

또, 서브 챔버(CH1),(CH2)에서는 그 내부의 질소농도가 소정값 이상으로 된 시점에서 그 전후의 개폐 밸브(개폐 밸브(V25),(V20) 또는 개폐 밸브(V24),(V19))를 닫도록 하여도 좋고 혹은 그들의 개폐 밸브를 연 채로 소정 유량으로 질소를 순환시키도록 하여도 좋다. 또한, 서브 챔버(CH1),(CH2)에 각각 배관(31)의 분지관을 접속하여, 질소 대신 헬륨을 공급하도록 하여도 좋다.

도시하지 않고 있지만, 웨이퍼 스테이지(23)의 위치 정보를 검출하는 레이저 간섭계, 웨이퍼 W 상의 정렬마크 등을 검출하는 오프·액세스 방식의 정렬 광학계 또는 웨이퍼 W의 표면위치를 검출하는 경사 입사광 방식의 위치 검출 광학계의 적어도 일부는 서브 챔버(CH2)내에 배치되어 있다. 또, 정렬 광학계나 위치 검출 광학계의 광원 및 디텍터 등은 서브 챔버(CH2)의 외부에 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 레티클 스테이지(20) 및 웨이퍼 스테이지(23)의 위치 제어에 이용하는 레이저 간섭계(도시하지 않음)도 각각 서브 챔버(CH1),(CH2)내에 배치되어 있다.

또한, 본 실시예에서는 환경 챔버(7)는 공조기(도시하지 않음)와 접속되어 있고, 서브 챔버(6),(CH1),(CH2) 이외의 공간에서, 전술한 불순물(유기물 등)이 제거되고 또한 온도, 압력 및 습도가 제어된 공기가 순환되어, 환경 챔버(7)내의 환경(온도 등)이 거의 일정하게 유지되게 되고 있다. 또, 환경 챔버(7)내의 공기가 서브 챔버(CH1),(CH2)에 혼입하지 않도록, 서브 챔버(CH1),(CH2) 내의 압력을 환경 챔버(7)내의 압력보다도 높게 설정해 놓은 것이 바람직하다.

이와 같이 본 실시예에서는, 조명 광학계와 투영 광학계 PL의 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W 사이에서의 노광광(자외 펄스광 IL)의 감쇠를 방지할 수 있음과 동시에, 환경 챔버(7)의 내부 전체를 질소 상태로 하는 경우에 비해서 질소의 공급량(사용량)이 적고 또한 노광광의 조사에 의해서 레지스트 표면에서 발생하는 오염물질을 효율적으로 서브 챔버(CH2)의 밖으로 배출할 수 있다. 또, 본 실시예는 서브 챔버(CH1),(CH2) 및 상기 공조기 이외의 구성은 도 1과 동일하고, 실시예 1 및 2에 설명한 변형예도 그대로 적용할 수 있다. 예컨대, 서브 챔버(CH2) 내에서 분지관(88a)을 연장하여, 도 1과 같이 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W의 사이에 질소를 분사하는(흘리는) 것과 같이 하여도 좋고, 이것에 의해서 투영 광학계 PL에의 오염물질 부착량을 감소시킬 수 있고, 또한 오염물질의 회수(배출)를 효율적으로 실행할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 서브 챔버(CH1),(CH2)에 각각 질소 또는 헬륨을 공급하는 것으로 했지만, 이들 이외의 불활성 가스(네온, 수소 등) 또는 이들을 조합시킨 혼합 기체를 공급하여도 좋고, 혹은 노광광의 파장에 의해서는(예컨대, 파장이 190nm 정도 이상의 경우에는) 전술한 화학적으로 클리닝한 드라이 에어를 공급하도록 하여도 좋다. 또한, 서브 챔버(CH1),(CH2)에 각각 질소 등을 공급하는 대신에, 그 내부를 진공으로 하여도 좋다.

그런데, 도 1 내지 도 4에 나타낸 투영 노광 장치에서는 정렬 광학계나 경사 입사광 방식의 초점 검출 광학계 등을 도시하지 않지만, 조명 광학계의 대부분을 수납하는 서브 챔버(6)와 마찬가지로, 정렬 광학계 또는 초점 검출 광학계의 적어도 일부를 대응하는 바구니체 내에 수납하여, 그 바구니체 내에 질소 또는 헬륨 등을 공급하도록 구성하여도 좋다. 이 경우, 그 바구니체에 배관(31) 또는 배관(88)의 분지관을 접속하면 좋고, 또한 필요하면, 그 바구니체와 배관(33)을 접속하여도 좋다.

또한, 레티클 스테이지(20)에 레티클 R을 반송하는 레티클 로더(loader) 및 웨이퍼 스테이지(23)에 웨이퍼 W를 반송하는 웨이퍼 로더도 도시되어 있지 않지만, 레티클 로더 및 웨이퍼 로더는 각각 독립적으로 서브 챔버에 수납되고, 그들 서브 챔버는 환경 챔버(7)(도 4의 예에서는 서브 챔버(CH1),(CH2))에 접속되어 있다. 이 경우, 레티클 로더 또는 웨이퍼 로더가 배치되는 서브 챔버 내에 질소 또는 드라이 에어 등을 공급하도록, 예컨대 배관(88)의 분지관을 그 서브 챔버에 접속하여도 좋고, 혹은 그 챔버 내에는 전술한 불순물이 제거되어, 온도 등이 제어된 공기를 공급하는 것만으로도 좋다. 전자에서는, 또한 서브 챔버와 배관(33)을 접속하여 질소를 순환시키도록 구성하여도 좋고, 후자에서는 특히 환경 챔버(7)(서브 챔버(CH1),(CH2))에 질소, 헬륨 또는 드라이 에어 등이 공급되어 있을 때는, 레티클 로더 또는 웨이퍼 로더가 배치되는 서브 챔버 내의 공기가 유입되지 않도록, 그 내부 압력보다도 환경 챔버(7)(또는 서브 챔버(CH1),(CH2)) 내의 압력을 높게 설정해 놓으면 좋다.

또한, 전술한 실시예에서는 환경 챔버(7) 또는 서브 챔버(CH1),(CH2)에 질소 또는 헬륨을 공급하는 것으로 했기 때문에, 그 내부에 설치되는 산소 농도계의 측정값이 소정값(예컨대 공기 중의 산소 농도와 같은 정도)을 하회하고 있을 때는 오퍼레이터가 환경 챔버(7) 또는 서브 챔버(CH1),(CH2)를 개방할 수 없도록 그 문이 잠겨 지도록 되어 있다. 또한, 전원의 공급이 정지되었을 때 등은, 질소 또는 헬륨의 공급이 자동적으로 정지되고 또한 회수용 배관(95) 등으로는 별도의 환경 챔버(7) 또는 서브 챔버(CH1),(CH2)에 접속되는 배기 덕트의 개폐 밸브(노말·크로스·밸브)가 개방되어, 그 내부의 질소 또는 헬륨의 농도를 내리도록 되어 있다. 더욱이, 오퍼레이터가 환경 챔버(7) 또는 서브 챔버(CH1),(CH2)를 열 때는, 질소 또는 헬륨의 공급이 정지됨과 동시에, 그 내부에 산소가 공급되도록 산소 봄베가 접속되어 있다. 이에 따라, 산소 농도가 전술한 소정값에 달하기까지의 시간을 단축할 수 있다. 여기서, 전술한 불활성 가스(질소 또는 헬륨 등)의 공급 정지는 환경 챔버(7), 서브 챔버(6),(CH1),(CH2) 및 케이스(1)의 개방 시, 즉 노광 장치(예컨대, F₂레이저 광원(3), 조명 광학계, 투영 광학계 PL, 레티클 스테이지(20) 및 웨이퍼 스테이지(23) 등)의 유지 보수 시, 웨이퍼 카셋트 또는 레티클 케이스의 교환 시 및 노광 장치에의 전원 공급 정지 시 등에 실행된다. 이 때, 불활성 가스의 공급 정지와 동시에, 케이스(1), 서브 챔버(6) 및 투영 광학계 PL에 각각 전술한 화학적으로 클리닝한 드라이 에어를 공급하도록 하여, 불활성 가스의 공급 정지에 따르는 광학 소자 표면에서의 얼룩 발생을 방지하는 것이 바람직하다. 또, 배관(95) 등과는 별도로 환경 챔버(7)에 접속하는 전술한 배기 덕트는 환경 챔버(7) 내의 산소 농도를 빨리 전술한 소정값 이상으로 하기 위해서, 배관(95) 등에 비해서 그 배기 능력이 매우 크다. 또한, 그 배기 덕트의 다른 쪽 단부는 클린룸(반도체 공장)외, 즉 대기 중에 개방하도록 하여도 좋지만, 대용량의 탱크 등에 접속하여 불활성 가스를 회수하도록 구성해 놓은 것이 바람직하다. 이 탱크에 회수된 불활성 가스는 배관을 통하여 전술의 헬륨 회수 장치에 보내도록 하여도 좋고 혹은 재생 장치에서 그 순도를 높이도록 하여도 좋다.

또한, 상기의 실시예에서는, 노광 에너지빔에 대한 투과율이 높고(불활성이고), 또한 열전도율이 양호한 기체로서 헬륨 가스가 사용되고 있지만, 그와 같은 기체로서 헬륨 이외의 기체(예컨대 네온(Ne), 수소(H₂) 또는 헬륨과 질소의 혼합 기체 등)를 사용하는 경우에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 예컨대 파장이 190nm 정도 이상인 노광광을 이용하는 노광 장치에서는 투영 광학계 PL 등에 공급하는 기체로서 질소(특히, 순도가 높은 것)도 사용할 수 있지만, 이 경우에도 본 발명을 적용하여도 좋다.

또한, 상기 실시예에서는 F₂레이저를 노광용 광원으로서 이용했지만, 예컨대 KrF 엑시머 레이저(파장 248nm), ArF 엑시머 레이저(파장 193nm), Kr₂레이저(파장 147nm) 또는 Ar₂레이저(파장 126nm) 등을 이용하여도 좋고, 이들의 광원을 구비한 노광 장치에 대하여도 본 발명을 적용할 수 있다. 단지, 예컨대, KrF 엑시머 레이저를 이용하는 노광 장치에서는 투영 광학계 내의 공기를 질소 또는 헬륨 등으로 치환할 필요는 없고, KrF 엑시머 레이저 광원 및 조명 광학계 내의 공기를 질소 등으로 치환하는 것만으로 좋다. 또한, 환경 챔버(7)에 공급하는 기체는 질소 등일 필요는 없고, 전술한 불순물이 제거된 공기를 이용할 수 있다. 이와 같이 광원과 조명 광학계와 혹은 조명 광학계만으로 질소 등을 공급하는 노광 장치에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 이러한 종류의 노광 장치로는 질소 대신에, 전술한 화학적으로 깨끗한 드라이 에어를 이용할 수도 있지만, 이 드라이 에어를 이용하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 엑시머 레이저 대신에, 노광광으로서 예컨대 파장 248nm, 193nm, 157nm의 어느 것이든지 또는 이들 근방에 발진 스펙트럼을 갖는 YAG 레이저 등의 고체 레이저의 고조파를 이용하는 경우에도 본 발명이 적용된다. 또한, 노광광으로서, 예컨대 DFB 반도체 레이저 또는 화이버 레이저로부터 발진되는 적외선 영역 또는 가시광선 영역의 단일파장 레이저를, 예컨대 에루븀(Er)(또는 에루븀과 이테루븀(Yb)의 양 쪽)이 도핑된 화이버 앰프로 증폭하여, 비선형 광학결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 이용하는 경우에도 본 발명이 적용된다.

구체적으로는, 단일파장 레이저의 발진파장을 1.51∼1.59㎛의 범위 내라고 하면, 발생 파장이 189∼199㎚의 범위 내인 8배 고조파 또는 발생 파장이 151∼159㎚의 범위 내인 10배 고조파가 출력된다. 특히 발진파장을 1.544∼1.553㎛의 범위 내라고 하면, 193∼194㎚의 범위 내의 8배 고조파, 즉 ArF 엑시머 레이저와 거의 동일 파장으로 되는 자외광를 얻을 수 있고, 발진파장을 1.57∼1.58㎛의 범위 내라고 하면, 157∼158㎚의 범위 내의 10배 고조파, 즉 F₂레이저와 거의 동일 파장으로 되는 자외광를 얻을 수 있다.

또한, 발진파장을 1.03∼1.12㎛의 범위 내라고 하면, 발생 파장이 147∼160㎚의 범위 내인 7배 고조파가 출력되고, 특히 발진파장을 1.099∼1.106㎛의 범위 내라고 하면, 발생 파장이 157∼158㎚의 범위 내의 7배 고조파, 즉 F₂레이저와 거의 동일 파장으로 되는 자외광를 얻을 수 있다. 또, 단일파장 발진 레이저로서는 이테루븀·도프·화이버 레이저 등을 이용할 수 있다.

더욱이, 본 발명을 적용하는 노광 장치는 일괄 노광형(예컨대, 스텝·엔드·리피트 방식) 또는 주사 노광형(예컨대, 스텝·엔드·스캔 방식)의 어떤 것이라도 좋다. 또한, 미러 프로젝션 방식 또는 프록시머티 방식의 노광 장치에 대하여도 본 발명을 적용할 수 있다. 또, 투영 광학계가 사용되는 경우, 그 광학계는 굴절계, 반사계 또는 반사 굴절계의 어떤 것이라도 좋고, 또 축소계, 등배계 또는 확대계의 어떤 것이라도 좋다.

더욱이, 반도체 소자, 액정 표시 소자(디스플레이 장치), 박막 자기 헤드 및 촬상 소자(CCD) 등의 마이크로 디바이스의 제조에 이용되는 노광 장치뿐만 아니라, 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해서, 유리 기판 또는 실리콘웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 여기서, DUV(원자외)광이나 VUV(진공 자외)광 등을 이용하는 노광 장치로는 일반적으로 투과형 레티클이 이용되고, 레티클 기판으로서는 석영 유리, 불소가 도핑된 석영 유리, 형석, 불화 마그네슘, 또는 수정 등이 이용된다. 또한, EUV 광(극단 자외광)을 노광 에너지빔으로 하는 노광 장치로는 반사형 마스터가 이용되고, 프록시머티 방식의 X선 노광 장치 또는 전자선 노광 장치 등으로는 투과형 마스크(스텐실 마스크, 멘브렌 마스크)가 이용되고, 마스크 기판으로는 실리콘웨이퍼 등이 이용된다.

그런데, 복수의 광학 소자로 구성되는 조명 광학계 및 투영 광학계를 노광 장치 본체에 내장하여 광학조정을 함과 동시에, 다수의 기계부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광 장치 본체에 장착하여 배선이나 배관을 접속함과 동시에, 케이스(1), 조명 광학계(서브 챔버(6)),투영 광학계 PL 및 환경 챔버(7)를 각각 헬륨 순환 장치나 질소 순환 장치 등과 접속하고, 더욱이 총합 조정(전기 조정, 동작 확인 등)을 함에 의해 상기 실시예의 노광 장치를 제조할 수 있다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린룸에서 실행하는 것이 바람직하다.

또한, 반도체 디바이스는 장치의 기능·성능 설계를 하는 단계, 이 설계 단계에 기초를 둔 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시예의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 단계, 디바이스 조립하는 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.

계속해서, 본 발명의 실시예 3의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예는 노광광의 광로 대부분에 헬륨 가스가 공급되는 반도체 소자 제조용의 스텝·엔드·스캔 방식의 투영 노광 장치에 본 발명을 적용한 것이다.

도 5는 본 실시예의 투영 노광 장치 및 헬륨 공급 장치의 개략 구성을 나타내고, 이 도 5에 있어서, 반도체 제조 공장의 어떤 층의 바닥(F101) 상의 클린룸 내에 투영 노광 장치가 설치되어, 그 아래층의 바닥(F102)상의 소위 기계실(유틸리티 공간)안에, 층위의 투영 노광 장치에 헬륨 가스를 공급하는 헬륨 공급 장치 및 그 헬륨 가스의 일부를 회수하는 회수 장치가 설치되어 있다. 이와 같이 발진이 쉬움과 동시에, 진동 발생원이 되기 쉬운 장치를, 투영 노광 장치가 설치되어 있는 층과 별도의 층에 설치함으로써, 투영 노광 장치가 설치되어 있는 클린룸 내의 청정도를 매우 높게 설정할 수 있음과 동시에, 투영 노광 장치에 대한 진동의 영향을 작게 할 수 있다.

우선, 바닥(F102) 상에 압축된 헬륨 가스를 축적한 봄베(132)가 설치되고, 봄베(132)로부터 층위의 바닥(F101)에 마련된 관통공을 통과하는 배관(131)에, 온도 제어된 소정 압력의 헬륨이 공급되어 있다. 배관(131) 바닥(F101)의 저면 측에 전자식의 개폐 밸브(134) 및 송풍 팬(133)이 설치되고, 이들에 의해 헬륨의 공급량이 제어되어 있다.

다음에, 바닥(F101) 상의 클린룸 내에서, 방진대(102A),(102B)를 거쳐서 상자형의 케이스(101)가 설치되어, 케이스(101)내에 노광 광원으로서의 F₂레이저 광원(103)(발진파장 157㎚), 노광 본체부와의 사이에서 광로를 위치적으로 일치시키기 위한 가동 미러 등을 포함하는 빔매치 유닛(BMU)(104) 및 내부를 노광광이 통과하는 차광성의 파이프(105)가 설치되어 있다. 또, 노광 광원으로는 KrF 또는 ArF 등의 엑시머 레이저 광원 등도 사용할 수 있다. 또한, 케이스(101)의 이웃에 상자형의 기밀성이 양호한 환경 챔버(107)가 설치되어, 환경 챔버(107)내에서 바닥(F101) 상에 위로부터의 진동을 감쇠하기 위해한 방진대(125A),(125B)를 거쳐서 정반(124)이 설치되고, 정반(124) 상에 노광 본체부(126)가 설치되어 있다. 또한, 케이스(101) 내에서 돌출하고 있는 파이프(105)로부터 환경 챔버(107)의 내부까지 기밀성이 양호한 서브 챔버(106)가 가설되고, 서브 챔버(106)내에 조명 광학계의 대부분이 수납되어 있다.

도 5에 있어서, 노광 시에, 케이스(101) 내의 F₂레이저 광원(103)으로부터 사출된 노광광으로서의 파장 157㎚의 자외 펄스광 IL은 BMU(104) 및 파이프(105)의 내부를 지나서 서브 챔버(106) 내에 이른다. 서브 챔버(106) 내에서, 자외 펄스광 IL은 광 감쇠기로서의 가변 감광기(108), 렌즈계(109A),(109B)로 이루어지는 빔정형 광학계를 지나서 플라이 아이 렌즈(111)에 입사한다. 플라이 아이 렌즈(111)의 사출면에는 조명 조건을 여러 가지로 변경하기 위한 조명계의 개구 교축계(112)가 배치되어 있다.

플라이 아이 렌즈(111)로부터 사출되어 개구 교축계(112) 중 소정의 개구 교축을 통과한 자외 펄스광 IL은 반사미러(113) 및 콘덴서 렌즈계(114)를 지나서 레티클 블라인드 기구(116) 내의 슬릿 형상의 개구부를 갖는 고정 조명 시야 교축(고정 블라인드)(115A)에 입사한다. 또한, 레티클 블라인드 기구(116) 내에는 고정 블라인드(115A)와는 별도로 조명 시야 영역의 주사 방향의 폭을 가변으로 하기 위한 가동 블라인드(115B)가 마련되어, 이 가동 블라인드(115B)에 의해서 레티클 스테이지의 주사 방향의 이동 스트로크의 감소 및 레티클 R의 차광대 폭의 감소를 도모하고 있다.

레티클 블라인드 기구(116)의 고정 블라인드(115A)에서 슬릿 형상으로 정형된 자외 펄스광 IL은 결상용 렌즈계(117), 반사미러(118) 및 주콘덴서 렌즈계(119)를 거쳐서, 레티클 R의 회로 패턴 영역 상의 슬릿 형상의 조명 영역을 균일한 강도 분포로 조사한다. 본 실시예에서는 차광성의 파이프(105)의 사출면에서 주콘덴서 렌즈계(119)까지가 서브 챔버(106)내에 수납되고, 더욱이 파이프(105)의 내부에서 F₂레이저 광원(103)의 사출면까지의 공간도 밀폐되어, 서브 챔버(106) 내의 공간에 연결되어 있다. 그리고, 서브 챔버(106) 내의 공간에는 층 아래의 헬륨 공급 장치로부터 배관(131)의 분지관(131a) 및 분지관(131b)을 거쳐서 2개소에서 소정의 순도 이상으로 온도 제어된 헬륨 가스가 공급되어 있다. 단지, 헬륨은 분자량이 작아 누출되기 쉬우므로, 서브 챔버(106)로부터 자연스럽게 누출된 헬륨의 일부는 상승하여 환경 챔버(107)의 천장 근방의 공간(107a)에 괸다.

자외 펄스광 IL의 근원이고, 레티클 R의 조명 영역 내의 회로 패턴의 상이 투영 광학계 PL을 거쳐서 웨이퍼 W 상의 레지스트 층의 슬릿 형상의 노광 영역에 전사된다. 그 노광 영역은 웨이퍼 상의 복수의 슛 영역 중 하나의 슛 영역 상에 위치하고 있다. 본 실시예의 투영 광학계 PL은 디옵트릭계(굴절계)이지만, 이러한 단파장의 자외광을 투과할 수 있는 초재(硝材)는 한정되어 있기 때문에, 투영 광학계 PL을 카타 디옵트릭계(반사 굴절계) 또는 반사계로서, 투영 광학계 PL에서의 자외 펄스광 IL의 투과율을 높이도록 하여도 좋다.

그리고, 서브 챔버(106) 내와 같이 본 실시예의 투영 광학계 PL의 경통 내부의 공간(복수의 렌즈 소자 사이의 공간)의 전체에도, 층 아래의 헬륨 공급 장치보다 배관(131)의 분지관(131b)을 거쳐서, 소정의 농도 이상으로 온도 제어된 헬륨 가스가 공급되어 있다. 투영 광학계 PL의 경통으로부터 누출되는 헬륨도 상승하여, 환경 챔버(107)의 천장 부근의 공간(107a)에 괸다. 이하에서는, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행하게 Z축을 취하여, Z축에 수직인 평면 내에서 도 5의 지면에 평행하게 X축, 도 5의 지면에 수직하게 Y축을 취하여 설명한다.

이 때, 레티클 R은 레티클 스테이지(120)상에 흡착 유지되고, 레티클 스테이지(120)는 레티클 베이스(121) 상에 X방향(주사 방향)으로 등속 이동할 수 있음과 동시에, X방향, Y방향, 회전 방향으로 미동할 수 있도록 탑재되어 있다. 레티클 스테이지(120)(레티클 R)의 2차원적인 위치 및 회전각은 레이저 간섭계를 갖춘 도시하지 않은 구동 제어 유닛으로 제어되고 있다.

한편, 웨이퍼 W는 도시하지 않은 웨이퍼 홀더 상에 흡착 유지되고, 이 웨이퍼 홀더는 시료대(122)상에 고정되어, 시료대(122)는 XY 스테이지(123) 상에 고정되고, XY 스테이지(123)는 정반(124) 상에 탑재되어 있다. 시료대(122), XY 스테이지(123) 및 도시하지 않은 가이드부재로 웨이퍼 스테이지가 구성되어 있고, 시료대(122)는 오토 포커스 방식으로 웨이퍼 W의 포커스 위치(Z 방향의 위치) 및 경사각을 제어하여 웨이퍼 W의 표면을 투영 광학계 PL의 상면에 맞추어 넣는다. 또한, XY 스테이지(123)는 웨이퍼 W의 X 방향에의 등속 이동 및 X 방향, Y 방향으로의 단계 이동을 한다. XY 스테이지(123)(웨이퍼 W)의 2차원적인 위치 및 회전각도, 레이저 간섭계를 갖춘 도시하지 않은 구동 제어 유닛에 제어되어 있다. 주사 노광 시에는, 레티클 스테이지(120)를 거쳐서 자외 펄스광 IL의 조명 영역에 대하여 레티클 R이 +X 방향(또는 -X 방향)에 속도 Vr로 주사되는 데 동기하여, XY 스테이지(123)를 거쳐서 노광 영역에 대하여 웨이퍼 W가 -X 방향(또는 +X 방향)에 속도β·Vr(β는 레티클 R에서 웨이퍼 W로의 투영배율)로 주사된다.

또한, 본 실시예의 웨이퍼 스테이지 중의 XY 스테이지(123)는 가이드면을 따라 정압 기체 베어링 방식을 이용하여 비접촉으로 미끄럼 운동하는 방식이며, 그 정압 기체 베어링의 기체로서, 자외 펄스광 IL의 광로에 공급되어 있는 기체와 동일한 헬륨이 사용되고 있다. 또한, 정반(124)을 지지하는 방진대(125A),(125B)는기체 용수철 방식이며, 그 기체 용수철용의 기체로서도 헬륨이 사용되고 있다. 그 때문, 환경 챔버(107)내에 일시 축적 봄베(127)가 설치되어, 일시 축적 봄베(127)에 층 아래의 헬륨 공급 장치에서 배관(131)의 분지관(131c)을 거쳐 헬륨이 공급되어, 일시 축적 봄베(127)로부터 가교성이 높은 배관(128)(실제로는 복수의 배관으로 이루어짐)을 거쳐서 XY 스테이지(123)에 헬륨이 공급되고, 이것과 병렬로 가교성이 높은 배관(129)(실제로는 복수의 배관으로 이루어짐)을 거쳐 방진대(125A),(125B)에도 헬륨이 공급되어 있다. XY 스테이지(123)의 정압 기체 베어링 기구에 대해서는 후술한다.

더욱이, 본 실시예에서는, 환경 챔버(107)의 내부에 층 아래의 도시하지 않은 질소 순환 장치로부터, 산소의 함유량을 매우 낮게 억제함과 동시에, 온도 제어된 질소 가스(N₂)가 공급되고 있다. 그리고, 환경 챔버(107) 내를 순환한 질소 가스는, 예컨대 환경 챔버(107)의 저면 측의 배기 구멍(도시하지 않음)으로부터 그 질소 순환 장치로 복귀되고 있다. 또, 환경 챔버(107) 내부의 전체에도, 질소 가스 대신 헬륨을 순환시키더라도 좋다.

다음에, 환경 챔버(107) 내에서, 서브 챔버(106)로부터 누출된 헬륨 및 투영 광학계 PL이나 XY 스테이지(123)등으로부터 누출된 헬륨은, 환경 챔버(107)의 외부에서 혼입되는 공기나 질소에 비해서 가벼우므로, 상승하여 천장 근방의 공간(107a)에 괸다. 본 실시예에서는, 환경 챔버(107)의 외부에서 그 공간(107a)에 배관(135)이 접속되고, 배관(135)은 바닥(F101)에 마련된 개구를 통과하여 층 아래의 헬륨 회수 장치에 통하고 있다. 바닥(F101)의 저면 측의 배관(135) 도중에 흡인용의 팬(136)이 배치되어 있고, 배관(135) 및 팬(136)에 의해서 그 공간(107a)에서 흡인된 기체는 층 아래의 바닥(F102) 상의 회수용의 봄베(137)에 회수된다. 봄베(137) 내에는 집진 배수 장치 및 헬륨과 그 밖의 기체를 분리하는 분리 장치 등도 구비되고, 분리된 헬륨이 축적되어, 필요에 따라서 또한 순도를 높이기 위한 공정에 공급된다.

다음에, 본 실시예의 웨이퍼 스테이지 측의 XY 스테이지(123)의 정압 기체 베어링 기구에 관하여 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 도 5 중의 웨이퍼 스테이지의 일부를 X 방향으로부터 본 단면도를 나타내고, 이 도 6에 있어서, 웨이퍼 W는 시료대(122)를 거쳐서 상판(141)에 고정되고, 상판(141)의 저면에 바닥판(142)이 고정되어, 바닥판(142)은 정반(124)이 평탄하게 연마된 상면에 탑재되어 있다. 또한, 바닥판(142)을 Y 방향 사이에 두도록 베어링판(143A),(143B)이 고정되고, 베어링판(143A),(143B)을 Y 방향 사이에 두도록 X 방향을 따라서 평행하게 2자루의 X가이드바(144A),(144B)가 가설되어 있다. 상판(141), 바닥판(142) 및 베어링판(143A),(143B)으로 XY 스테이지(123)가 구성되고, XY 스테이지(123)는 도시하지 않은 리니어 모터에 의해서 X가이드바(144A),(144B)를 따라 X 방향으로 구동된다. 또한, X가이드바(144A),(144B)는 일체로 되어, Y 방향으로 신장하도록 배치된 2자루의 Y가이드바(145A)(이미 1개는 전방에 배치되어 있음)에 따라 도시하지 않은 리니어 모터에 의해서 Y 방향으로 구동된다.

또한, 상판(141)으로부터 베어링판(143A)에 걸쳐서 공기통(147A)이 형성되어, 상판(141) 측의 공기통(147A)에 배관(128A)을 거쳐서 도 5의 일시 축적 봄베(127)로부터 소정 압력으로 압축된 헬륨이 공급되어 있고, 그 헬륨은 베어링판(143A)의 분출 구멍(147Aa)에서 X가이드바(144A)로 분출되어 있다. 마찬가지로, 상판(141) 측의 공기통(147B)에 배관(128B)을 거쳐서 도 5의 일시 축적 봄베(127)로부터 소정 압력으로 압축된 헬륨이 공급되고 있고, 그 헬륨은 베어링판(143B) 내의 분출 구멍(147Ba)에서 X가이드바(144B)로 분출되어 있다. 이것에 의해서, 베어링판(143A),(143B)은 X가이드바(144A),(144B) 사이에 소정의 갭을 두어 사이를 막고 비접촉으로 지지된다.

또한, 상판(141)으로부터 바닥판(142)에 걸쳐서 공기 통풍 구멍(148)이 형성되어, 상판(141) 측의 공기 통풍 구멍(148)에 배관(128C)을 거쳐서 도 5의 일시 축적 봄베(127)로부터 소정 압력으로 압축된 헬륨이 공급되어 있고, 그 헬륨은 바닥판(142)의 저면에 설치되는 분출 구멍(148a)으로부터, 정반(124) 상으로 분출되어 있다. 바닥판(142) 저면의 분출 구멍(148a)을 포함하는 영역에는 잔여 기체 포켓부(142a)가 형성되어 있고, 이 기체 포켓부(142a)에 괸 압축된 헬륨에 의해서, XY 스테이지(123)는 정반(124)의 상면에 부상한다. 단지, XY 스테이지(123)가 지나치게 부상하지 않도록, 바닥판(142)의 저면의 기체 포켓부(142a)의 주위에 흡기 구멍(149a)이 형성되고, 흡기 구멍(149a)은 바닥판(142) 및 상판(141) 내에 마련된 공기 통풍 구멍(149)에 통하여 있다. 공기 통풍 구멍(149)은 가소성이 큰 배관(146)을 거쳐서 도시하지 않은 진공 펌프에 접속되어, 이 진공 펌프에 의해서 바닥판(142)의 흡기 구멍(149a)으로부터 정반(124)상의 기체(주로 헬륨)를 흡인함으로써, XY 스테이지(123)는 정반(124) 상에 비접촉으로 안정하게 지지된다.

이와 같이 본 실시예의 XY 스테이지(123)는 정반(124)에 대하여 Z 방향으로 헬륨을 이용한 기체 베어링 방식으로 접촉하지 않게 탑재되고, X가이드바(144A),(144B)에 대하여 Y 방향으로 헬륨을 이용한 기체 베어링 방식으로 접촉하지 않게 배치되기 때문에, 정반(124) 상을 X 방향, Y 방향으로 매우 작은 구동력에 의해 고속으로 이동할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 실시예에서는, 도 5의 F₂레이저 광원(103)의 사출면에서 주콘덴서 렌즈계(119)까지의 자외 펄스광 IL의 광로 및 투영 광학계 PL 내의 자외 펄스광 IL의 광로로, 150㎚ 정도 이하의 빛에 대하여도 높은 투과율을 갖는 헬륨 가스가 공급되어 있다. 또한, 주콘덴서 렌즈계(119)로부터 투영 광학계 PL의 입사면까지 및 투영 광학계 PL의 사출면으로부터 웨이퍼 W의 표면까지는 150㎚ 정도 이하의 빛에 대해서는 그다지 투과율이 좋지 않은 질소가 공급되어 있지만, 그 질소 가스 내를 통과하는 광로는 매우 짧으므로, 질소에 의한 흡수량도 조금이다. 따라서, F₂레이저 광원(103)으로부터 사출된 자외 펄스광 IL은 전체로서 높은 투과율(이용 효율)로 웨이퍼 W의 표면에 도달하기 때문에, 노광 시간(주사 노광 시간)을 단축할 수 있고, 노광 공정의 스루풋이 향상한다.

또한, 본 실시예에서는 웨이퍼 측의 XY 스테이지(123)에 사용되고 있는 정압 기체 축받이용의 기체는 헬륨으로 함과 아울러, 방진대(125A),(125B)에 사용되고 있는 기체도 헬륨이다. 그 때문에, 노광 중에 정압 기체 베어링 등의 사용에 의해서, 자외 펄스광 IL 광로에서의 헬륨의 순도가 저하하는 일이 없음과 동시에, 그 이외의 자외 펄스광 IL의 광로에서도 투과율이 낮은 기체의 증가가 방지되기 때문에, 자외 펄스광 IL의 전체로서의 투과율이 저하하는 것이 없다.

또한, 질소 및 헬륨은 불활성이기 때문에, 자외 펄스광 IL의 광로 상의 광학부재에 화학반응에 의한 얼룩 물질이 부착되는 일이 없다.

또한, 헬륨은 질소에 비해서 열전도율이 6배정도 양호하기 때문에, 조명 광학계 내의 광학 소자 및 투영 광학계 PL의 광학 소자에 있어서 자외 펄스광 IL의 조사에 의해 축적된 열에너지는 헬륨을 거쳐서 효율적으로 각각 서브 챔버(106)의 커버 및 투영 광학계 PL의 경통에 전도된다. 또한, 서브 챔버(106)의 커버 및 투영 광학계 PL의 경통의 열에너지는 클린룸 내의 온도 제어된 공기 또는 환경 챔버(107) 내의 온도 제어된 질소 가스에 의해서 아래층 등의 외부에 효율적으로 발열된다. 따라서, 조명 광학계 및 투영 광학계 PL의 광학 소자의 온도 상승이 매우 낮게 억제되고, 결상 성능의 열화가 최소한으로 억제된다. 더욱이, 헬륨은 기압 변화에 대한 굴절율의 변화량이 매우 적기 때문에, 예컨대 투영 광학계 PL 내에서의 굴절율 변화량이 매우 적어져, 이 면에서도 안정적인 결상 성능이 유지된다.

또, 투영 노광 장치에 사용되고 있는 기기 중에서 기체를 사용하는 것으로서는, 예컨대 레티클 로더계나 웨이퍼 로더계 등으로 반송 등에 사용되고 있는 기체식의 실린더 장치도 있다. 이 실린더 장치는 다수의 피스톤을 갖추고 있고, 소정의 피스톤을 기체에 의해 신축시킴으로써 소정의 물체를 이동시키는 것이다. 이러한 실린더 장치용의 기체로서도 헬륨을 사용하는 것이 바람직하다. 이것에 의해 자외 펄스광 IL의 투과율이 더욱 향상한다.

또, 상기의 실시예에서는 노광 에너지빔으로서 F₂레이저광이 사용되고 있지만, 노광 에너지빔으로서, ArF 엑시머 레이저광(파장 193㎚) 혹은 KrF 엑시머 레이저광(파장 248㎚) 또는 X선 등을 사용하는 경우에도, 그 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부에 투과율이 양호한 기체로서의 헬륨 또는 질소와 같은 불활성 가스를 공급하는 경우에는 본 발명을 적용할 수 있다. 특히, KrF 엑시머 레이저광과 같이 파장이 250㎚∼200㎚ 정도의 노광광을 사용하는 경우에는, 투과율이 양호한 기체로서 염가인 질소를 사용할 수 있다. 이와 같이 질소를 사용하는 경우에는, 도 6의 XY 스테이지(123)의 정압 기체 베어링용의 기체 및 도 5의 방진대(125A),(125B)용의 기체로서 질소를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 노광광으로서 파장 193㎚의 ArF 엑시머 레이저광을 사용하는 투영 노광 장치에 있어서, 투영 광학계를 반사 굴절 광학계로 구성하는 경우는, 그 광학계 내에 퍼지하는 기체로서는 굴절율의 변화가 적은 헬륨을 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 조명 광학계 내에는 질소 또는 헬륨 중 어떤 것을 퍼지하여도 좋지만, 투영 광학계 내와 동일한 기체, 즉 헬륨을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, ArF 엑시머 레이저광을 사용하여, 또한 굴절 광학계로 이루어지는 투영 광학계를 사용하는 경우에는, 그 투영 광학계 내에 퍼지하는 기체로서 질소를 사용하여도 좋지만, 헬륨을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서는 정압 기체 베어링 기구(도 6), 에어 실린더 장치 등으로 사용하는 기체로서, 조명 광학계 및 투영 광학계 PL에 공급하는 퍼지용의 불활성 가스(헬륨 또는 질소 등)로 동일한 것을 이용한다고 했지만, 예컨대 투영 광학계 PL 등에는 헬륨을 공급하여, 또한 환경 챔버(107) 내에는 질소를 공급하는 경우, 조명 광학계와 투영 광학계 PL과의 사이 및 투영 광학계 PL과 웨이퍼 W와의 사이는 각각 질소 상태로 되기 때문에, 전술한 정압 기체 베어링 기구 등으로 질소를 이용하도록 하여도 좋다. 이 때, 질소와 헬륨을 소정 비율로 혼합한 기체를 정압 기체 베어링 기구 등으로 사용하여도 좋다.

또한, 전술한 정압 기체 베어링 기구 등으로 사용하는 제 1 기체는 조명 광학계 및 투영 광학계 PL에 공급하는 퍼지용의 제 2 기체(질소, 헬륨 등의 불활성 가스) 또는 환경 챔버(7)에 공급하는 제 2 기체(불활성 가스 또는 화학적으로 깨끗한 드라이 에어 등)로 그 조성이 완전히 동일한 필요는 없고, 혹은 조성이 동일이더라도 그 순도(농도)까지 동일한 필요는 없다. 예컨대, 제 2 기체를 포함하는 두 가지 이상의 기체(불활성 가스)를 혼합한 혼합 기체 또는 제 2 기체와 동일 종류로, 또한 그 순도가 제 2 기체보다도 낮은 기체를 제 1 기체로서 이용하여도 좋다.

또한, 노광광의 감쇠 등을 감소할 수 있는 기체(불활성 가스)이면, 그 기체가 제 2 기체와 다르더라도 제 1 기체로서 이용하여도 좋다. 즉, 제 2 기체와 종류가 다르더라도 그 광학적인 특성(투과율 등)이 제 2 기체와 동일 또는 가까운 기체이면, 그 기체를 제 1 기체로서 이용할 수 있다. 예컨대, 파장이 200㎚ 정도 이하인 진공 자외선 영역의 노광광을 이용하는 노광 장치에서 제 2 기체로서 헬륨을 이용할 때, 제 1 기체로서 헬륨 이외의 적어도 1종류의 불활성 가스(질소 등)를 이용하여도 좋다. 또한, 예컨대 파장이 190㎚ 정도 이상인 노광광을 이용하는 노광 장치에서, 제 2 기체로서 질소를 이용할 때, 제 1 기체로서 질소 이외의 적어도 1 종류의 불활성 가스 또는 화학적으로 깨끗한 드라이 에어(건조 공기)를 이용하여도 좋다. 여기서, 화학적으로 깨끗하다는 것은 전술한 실리콘계 유기물 등을 포함하는 불순물이 제거되어 있는 것을 의미한다.

또한, 본 실시예의 노광 본체부(126)는 스텝·엔드·스캔 방식이지만, 일괄 노광형 또는 프록시머티 방식 등이더라도 본 발명이 적용되는 것은 말할 필요도 없다.

또, 상기의 실시예에서는 F₂레이저 광원(103)의 사출면에서 주콘덴서 렌즈계(119)까지의 자외 펄스광 IL의 광로 및 투영 광학계 PL 내의 자외 펄스광 IL의 광로에 헬륨 가스가 공급되어, 주콘덴서 렌즈계(119)로부터 투영 광학계 PL의 입사면까지 및 투영 광학계 PL의 사출면에서 웨이퍼 W의 표면까지는 질소가 공급되어 있지만, 실시예 1 및 실시예 2에 나타낸 헬륨 순환 장치 및 질소 순환 장치를 본 실시예에 적용할 수도 있다. 또한, 실시예 1 및 실시예 2로 설명한 변형예도 그대로 적용할 수 있다.

또, 전술한 실시예 1 내지 3에서는, 옵티컬 인터그레이터(호모 지나이저)로서 플라이 아이 렌즈를 이용하는 것으로 했지만, 플라이 아이 렌즈의 대신에 로드 인터그레이터를 이용하여도 좋고 혹은 플라이 아이 렌즈와 로드 인터그레이터를 조합하여 이용하도록 하여도 좋다.

도 7은 도 1의 실시예 1, 도 4에 나타낸 실시예 2 및 도 5에 나타낸 실시예 3에 있어서의 투영 광학계 PL의 광학 소자의 유지 구조가 바람직한 일례를 모식적에 도시한 도면이다.

통 형상의 경통(LB) 내에는 5장의 굴절형 렌즈(L201∼L205)가 렌즈 유지 상자(251),(252)을 거쳐서 유지되어, 경통(LB)의 레티클 측단에는 디스토션, 특히 비회전 대칭 성분을 보정하는 평행 평면판(L211)이 렌즈 유지통(253)을 거쳐서 유지되고, 경통(LB)의 웨이퍼 측단에는 구면수차를 보정하는 평행 평면판(L212)과 편심 코마 수차를 보정하는 평행 평면판(L213)이 렌즈 유지 부재(254)를 거쳐서 유지되어 있다.

렌즈(L201),(L202)는 판스프링(261)에 의해 유지 상자(251)에 눌려 유지되어 있다. 도 8에 상세를 도시하는 바와 같이, 판스프링(261)의 한쪽 단부는 렌즈 유지 상자(251)의 돌기부(251a)에 볼트(262)에 의해 나사식으로 부착되어, 다른 쪽 단부는 렌즈(L201)의 외주부의 누름 평면부에 눌려지고, 이에 따라, 렌즈(L201)가 돌기부(251a)에 눌려 부착된다. 렌즈(L202)도 마찬가지로 해서 렌즈 경통(LB)에 고정된다. 렌즈(L201)도 렌즈(L202)도 접착제(또는 충전재)는 전혀 이용하지 않고 유지 상자(251)를 거쳐서 렌즈 경통(LB)에 유지된다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 렌즈(L203∼L205)는 나사 고리(263)로 유지 상자(252)에 눌려 유지되어 있다. 유지 상자(252)의 내벽에는 암나사가 각설(刻設)되어, 나사 고리(263)가 나사식으로 결합되어 있다. 나사 고리(263)를 전진시켜 그 단면을 렌즈(L203∼L205) 외주부의 누름 평면부에 누르면, 렌즈(L203∼L205)는 유지 상자(252)의 돌기부(252a)에 눌려 끼워진다. 렌즈(L203∼L205)도 접착제(또는 충전재)는 전혀 사용하지 않고 유지 상자(252)를 거쳐서 렌즈 경통(LB)에 유지된다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 평행 평면판(L211)은 판스프링(271)으로 유지 상자(253)에 눌려 유지되어 있다. 유지 상자(253)는 경통(LB)에 나사식으로 부착되어 있다. 판스프링(271)의 한쪽 단부는 유지 상자(253)에 볼트(272)에 의해 나사식으로 부착되고, 다른 쪽 단부는 평행 평면판(L211)의 외주부에 눌리고, 이에 따라, 평행 평면판(L211)이 유지 상자(253)에 눌려 끼워진다. 평행 평면판(L211)도 접착제(또는 충전재)는 전혀 이용하는 일없이 유지 상자(253)를 거쳐서 렌즈 경통(LB)에 유지된다.

도 7에 도시하는 바와 같이 평행 평면판(L212)은 판스프링(273)으로 유지 상자(254)에 눌려 유지되어 있다. 판스프링(273)의 한쪽 단부는 유지 상자(254)에 볼트(274)에 의해 나사식으로 부착되고, 다른 쪽 단부는 평행 평면판(L212)의 외주부에 눌리고, 이에 따라, 평행 평면판(L212)이 유지 상자(254)에 눌려 끼워진다. 유지 상자(254)는 유지 상자(252)와 경통(LB) 사이에 끼워져 있다. 평행 평면판 (L213)은 평행 평면판(L211)과의 사이에 스페이서 링(275)을 사이에 둬 유지 상자(254)에 고정된다. 평행 평면판(L212),(L213)도 접착제(또는 충전재)는 일체 이용하는 일없이 유지 상자(254)를 거쳐 경통(LB)에 유지된다.

또, 판스프링(261),(271),(273)으로서 링 형상 판스프링을 사용할 수 있지만, 띠 형상의 복수의 판스프링을 소정 각도마다 배치하여도 좋다. 또한 이상에서는 판스프링 혹은 나사 고리에 의해 광학 소자를 유지 상자에 압착 유지하도록 했지만, 다른 형태의 요소로 광학 소자를 유지하여도 좋다.

다음에 도 9, 도 10에 의해 플라이 아이 렌즈(11),(111)의 상세를 설명한다.

도 9, 도 10에 도시하는 바와 같이, 플라이 아이 렌즈(11),(111)는 4각 기둥형상의 복수개의 로드 렌즈(L260)를 도 10(b)에 도시하는 바와 같이, 매트릭스 형상으로 배치하여 유지 장치(280)에서 묶어 구성한 것이다. 유지 장치(280)는 내측에 로드 렌즈(L260)를 묶어 수용하는 직사각형 고리형상의 테두리(281),(282)와 테두리(281),(282)로 묶여져 있는 로드 렌즈(L260)를 4방의 측면으로 누르는 누름판(283∼286)과, 로드 렌즈(L260)의 한쪽 단면에 배치되어 로드 렌즈(L260)의 광축 방향의 위치를 가지런히 하기 위한 석영판(287)과, 누름판(283∼286)을 거쳐서 로드 렌즈(L260)를 측방으로부터 누르기 위한 누름 블럭(288∼291)과, 일단이 누름 블럭(288∼291)에 고정되고, 타단에서 석영판(287)을 누르는 누름판(292∼295)을 구비한다. 누름 블럭(288∼291)은 도시하지 않는 고정 금속구에 장착되고 있다. 이와 같이, 로드 렌즈(L260)는 접착재(또는 충전재)를 전혀 이용하는 일없이 묶여 유지되어 있다. 또, 도 10(b)에 있어서, 사선 부분 이외의 영역이 플라이 아이 렌즈로서 효율적으로 사용되는 영역이다.

이와 같이, 렌즈나 반사경 등의 광학 소자는 접착제를 이용하는 일없이 판스프링이나 나사 고리에 의해 유지 상자 등의 유지 부재에 유지된다. 따라서, ArF 엑시머 레이저의 조사에 의해 접착제의 유기용제가 기화하는 일이 없게 되고, 유기물질에 의해 광학 소자의 표면이 오염되는 것이 방지된다. 그 결과, 광학계의 투과율의 저하가 방지된다. 또한, 광학 소자의 표면에 부착된 오염물질은 엑시머 레이저에 의한 광세정 효과에 의해 광학 소자 표면에서 박리되어, 노광 시간이 경과함과 아울러 투과율이 상승하여, 엑시머 레이저의 조사가 정지되면 다시 부착되어 투과율이 저하하는 현상이 알려져 있지만, 광학 소자를 접착제를 사용하지 않고서 유지 부재에 유지하는 것에 의해, 오염물질 자체의 발생이 억제되어, 광학계의 투과율의 변동을 억제할 수 있다.

이상 설명한 투영 광학계의 일례와 청구의 범위의 요소와의 대응에 있어서, 각종 렌즈(9A(109A), 9B(109B), 11(111), 13(113), L201, L202 …)가 광학 소자를, 유지 상자(251, 252, 253, 254) 등이 유지 부재를, 판스프링(261, 271, 273)이나 누름 고리(263)가 압착 기구를 각각 구성한다.

본 발명의 노광 장치 및 디바이스 제조 장치에 의하면, 노광 에너지빔(노광광)에 대한 투과율이 높고 열전도율이 양호한 기체의 적어도 일부를 회수하고 있기 때문에, 노광 에너지빔의 이용효율을 높여, 또한 노광 장치의 광학부재 등의 냉각효율을 높인 뒤에, 그 기체의 사용량을 억제할 수 있는 이점이 있다. 즉, 그 기체를 어떤 정도까지 리사이클 할 수 있어, 노광 장치의 운전비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 그 기체가 헬륨인 경우에는, 헬륨은 투과율이 높고, 열전도율이 높은 경우에 안전하기 때문에, 특히 노광 에너지빔의 이용 효율을 높여 냉각 효율도 높일 수 있다. 한편, 헬륨은 존재도가 낮아 고가이므로, 본 발명에 의한 운전비용의 감소 효과는 특히 크다.

또한, 기체 회수 장치는 복수의 노광 장치에서 공용되는 경우에는 회수 비용을 더욱 감소시킬 수 있다.

또한, 기체 회수 장치에서 회수된 기체를 기체 공급 장치의 적어도 일부를 거쳐서 노광 에너지빔의 광로 상에 재순환시키는 경우에는, 보충용의 기체 량을 감소시킬 수 있다.

또한, 기체 공급 장치는 기체 회수 장치로부터 공급되는 기체의 농도를 계측하는 농도계와, 그 기체가 밀봉된 기체원과, 그 농도계의 계측 결과에 따라 그 기체원으로부터의 기체를 그 기체 회수 장치로부터 공급되는 기체에 보충하는 제어부를 갖는 경우에는, 노광 에너지빔의 광로 상에 소정의 순도(농도) 이상의 그 기체를 항상 공급할 수 있는 이점이 있다. 또한, 그 기체를 고압으로 압축하거나 또는 액화하여 보존할 때에는, 좁은 공간에 그 기체를 대량 보존할 수 있다.

또, 본 발명의 노광 장치에 의하면, 노광 에너지빔(노광광) 광로의 적어도 일부에 소정의 투과율이 높은 기체(제 2 기체)를 공급하는 경우에, 기체 제어식 구동 장치용의 기체를 그 투과율이 높은 제 2 기체와 동종으로 하고 있다. 따라서, 그 제 2 기체의 농도가 낮아지지 않기 때문에, 그 노광 에너지빔을 높은 효율로 기판까지 유도할 수 있어, 노광 공정의 스루풋이 향상하는 이점이 있다.

또한, 기체 제어식 구동 장치는 기체 베어링 방식으로 가이드면과 접촉하는 스테이지 장치인 경우에는, 이 스테이지는 마스크나 기판에 가까운 위치에 배치되기 때문에, 특히 노광 에너지빔의 투과율이 높게 유지된다.

또한, 그 노광 에너지빔이 250㎚ 이하 파장의 자외광인 경우에, 그 제 2 기체를 질소 또는 헬륨으로 하는 경우, 질소는 염가임과 아울러, 헬륨은 투과율이 높고, 또한 열전도율이 양호하다.

또한, 그 노광 에너지빔이 X선인 경우에, 그 제 2 기체를 질소 또는 헬륨으로 하는 경우, X선이 그들의 기체를 통과하는 거리가 짧으면 어떤 정도의 투과율를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 노광 장치에 의하면, 조명 광학계와 투영 광학계의 광학 소자의 모두를 접착제를 이용하는 일없이 압착 기구에 의해 유지 부재에 유지하도록 했기 때문에, 자외광의 조사에 의해 접착제의 유기 용제가 기화하여 광학 소자의 표면을 오염하는 것이 방지되어, 투과율의 저하나 변동을 억제할 수 있다. 또한, 복수의 로드 렌즈로 구성되는 플라이 아이 렌즈를 접착제를 사용하지 않고서 묶이도록 했기 때문에, 자외광의 조사에 의해 접착제의 유기 용제가 기화하여 광학 소자의 표면을 오염하는 것이 방지되어, 투과율의 저하나 변동을 억제할 수 있다.

Claims (21)

1. 전사용의 패턴이 형성된 마스크에 노광 에너지빔을 조사하는 조명계와, 상기 마스크의 패턴이 전사되는 기판을 위치 결정하는 스테이지계를 갖는 노광 장치에 있어서,

   상기 노광 에너지빔의 광로의 적어도 일부에, 상기 노광 에너지빔에 대한 투과율이 높고, 또한 열전도율이 양호한 기체를 공급하는 기체 공급 장치와,

   상기 기체 공급 장치로부터 상기 노광 에너지빔의 광로 상에 공급된 후에 상기 기체의 적어도 일부를 회수하는 기체 회수 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체 회수 장치는,

   복수의 노광 장치에서 공용되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체 회수 장치에서 회수된 상기 기체를 상기 기체 공급 장치의 적어도 일부를 거쳐서 상기 노광 에너지빔의 광로 상에 재순환시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 기체 공급 장치는,

   상기 기체 회수 장치로부터 공급되는 상기 기체의 농도를 계측하는 농도계와,

   상기 기체가 기체의 상태 또는 액화된 상태로 밀봉된 기체원과,

   상기 농도계의 계측 결과에 따라 상기 기체원으로부터의 기체를, 상기 기체 회수 장치로부터 공급되는 기체에 보충하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체 공급 장치는,

   상기 기체를 액화 보존 또는 고압 보존하는 기체원과,

   상기 기체원 내의 액화 가스 또는 고압 가스를 상기 기체로 되돌리는 변환 장치와,

   상기 기체원으로부터 상기 기체가 상기 노광 장치에 공급되기 전에 상기 기체의 온도 및 압력을 조정하는 조정 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 기체 회수 장치는,

   상기 회수한 기체를 액화 또는 고압화하여 보존하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
8. 제 1 항에 기재된 노광 장치를 포함하는 복수의 노광 장치를 갖고, 상기 복수의 노광 장치에서 복수의 디바이스 패턴을 노광 대상의 기판 상에 중첩시켜 전사하여 마이크로 디바이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 장치.
9. 소정의 노광 에너지빔으로 마스크를 조명하여, 상기 마스크에 형성된 패턴을 기판 상에 전사하는 노광 장치에 있어서,

   제어용의 제 1 기체를 이용하여 소정의 동작을 하는 기체 제어식 구동 장치를 포함하며,

   상기 노광 에너지빔 광로의 적어도 일부에 투과율이 양호한 제 2 기체를 공급함과 동시에,

   상기 기체 제어식 구동 장치용의 상기 제 1 기체로서, 상기 제 2 기체와 동일한 종류의 기체를 사용하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 기체 제어식 구동 장치는,

    기체 베어링 방식으로 가이드면과 접촉하는 스테이지 장치, 기체식의 실린더 장치 또는 기체를 완충재의 일부로 사용하는 방진대인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 노광 에너지빔이 250nm 이하 파장의 자외광인 경우에, 상기 제 2 기체는 질소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
12. 제 9 항에 있어서,

    상기 노광 에너지빔이 200nm 이하 파장의 자외광인 경우에, 상기 제 2 기체는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
13. 제 9 항에 있어서,

    상기 노광 에너지빔이 X선인 경우에, 상기 제 2 기체는 질소 또는 헬륨인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
14. 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자를 갖고, 조명 광원으로부터의 조명광을 마스크에 조사하는 조명 광학계와, 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자를 갖고, 상기 마스크상의 패턴의 상을 감광 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하는 노광 장치에 있어서,

    접착제를 이용하는 일없이 상기 광학 소자의 전부를 압착 기구를 이용하여 상기 유지 부재에 유지하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 압착 기구는,

    일단을 상기 유지 부재의 내주부에 고정하고, 타단에서 상기 광학 소자의 외주부를 누르는 판스프링인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 압착 기구는,

    상기 유지 부재의 내주부에 형성한 나사부에 나사식으로 결합하여, 전진시켜 상기 광학 소자의 외주부를 누르는 나사 고리인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
17. 복수의 로드 렌즈를 묶은 플라이 아이 렌즈를 포함하는 복수의 광학 소자를 가지고, 조명 광원으로부터의 조명광을 마스크에 조사하는 조명 광학계와, 유지 부재에 유지되는 복수의 광학 소자를 갖고, 상기 마스크상의 패턴의 상을 감광 기판 상에 투영하는 투영 광학계를 구비하는 노광 장치에 있어서,

    접착제를 이용하는 일없이 상기 복수의 로드 렌즈를 유지 장치로 묶은 것을 특징으로 하는 노광 장치.
18. 마스크에 노광 에너지빔을 조사함과 동시에, 상기 마스크를 거쳐서 상기 노광 에너지빔으로 기판을 노광하는 장치의 제조 방법에 있어서,

    상기 노광 에너지빔 광로의 적어도 일부를 거의 밀봉하는 기체실에, 상기 노광 에너지빔의 감쇠를 감소하는 기체를 공급하는 공급관을 접속하고,

    상기 기체실에 공급되는 기체의 적어도 일부를 회수하는 회수관을, 상기 기체실과, 상기 기체실이 배치되는 바구니체의 적어도 한쪽에 접속하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 제조 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 회수되는 기체로부터 불순물을 제거하는 제거 장치에 상기 회수관을 접속함과 동시에, 상기 제거 장치와 상기 공급관을 접속하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 제조 방법.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

    상기 노광 에너지빔이 지나는 광학 소자를, 접착제를 이용하는 일없이 유지 부재에 고정하여 상기 노광 장치에 내장하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 제조 방법.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노광 장치에 마련되어, 상기 기체와 광학적인 특성이 실질적으로 같은 기체를 이용하는 기체 제어식 구동 장치와, 상기 기체의 공급원을 접속하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 제조 방법.