KR20010052668A - 노광장치 및 노광방법, 그리고 디바이스 및 그의 제조방법 - Google Patents
노광장치 및 노광방법, 그리고 디바이스 및 그의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본체 칼럼 (14) 을 지지하는 방진유닛 (56B, 56C) 이 베이스 플레이트 (BP1) 에 탑재되고, 스테이지 정반 (16) 을 지지하는 방진유닛 (66B, 66C) 이 베이스 플레이트 (BP1) 와는 독립하여 바닥면 (FD) 에 얹어놓여진 베이스 플레이트 (BP2) 에 탑재되어 있다. 그 때문에, 베이스 플레이트 (BP1, BP2) 상호간의 진동의 전달이 차단되어, 기판 스테이지 (WST) 의 이동시 (구동시) 의 반력이 본체 칼럼 (14) 에 지지된 투영광학계 (PL) 의 진동요인으로 되는 않는다. 따라서, 투영광학계 (PL) 의 진동에 기인하는 패턴 전사위치 어긋남이나 이미지 흐려짐 등의 발생을 효과적으로 방지하여 노광정밀도의 향상을 도모할 수 있고, 기판 스테이지 (WST) 의 고속화, 대형화가 보다 더 가능하므로 스루풋의 향상도 도모할 수 있다.
Description
종래부터 반도체 디바이스의 제조공정 중 하나인 리소그래피 공정에 있어서는 마스크 또는 레티클 (이하,「레티클」이라고 총칭함) 에 형성된 회로패턴을 레지스트 (감광제) 가 도포된 웨이퍼 또는 유리플레이트 등의 기판상에 전사하는 다양한 노광장치가 이용되고 있다.
예컨대 반도체 소자용 노광장치로서는, 최근의 집적회로의 고집적화에 수반하는 패턴의 최소선폭 (디바이스 룰) 의 미세화에 따라, 레티클의 패턴을 투영광학계를 사용하여 웨이퍼상에 축소전사하는 축소투영 노광장치가 주로 이용되고 있다.
상기 축소투영 노광장치에는 레티클의 패턴을 웨이퍼상의 복수의 쇼트영역에 순차적으로 전사하는 스텝·앤드·리피드 방식의 정지노광형의 축소투영 노광장치 (이른바 스테퍼) 나, 이 스테퍼를 개량한 것으로, 일본 공개특허공보 평8-166043 호 등에 개시되어 있는 레티클과 웨이퍼를 1 차원 방향으로 동기이동하여 레티클 패턴을 웨이퍼상의 각 쇼트영역에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식의 주사노광형 노광장치 (이른바 스캐닝·스테퍼) 가 알려져 있다.
이들 축소투영 노광장치에서는, 바닥면에 먼저 장치의 기준이 되는 베이스 플레이트가 설치되고, 그 위에 바닥 진동을 차단하기 위한 방진대를 사이에 두고 레티클 스테이지, 웨이퍼 스테이지 및 투영광학계 (투영렌즈) 등을 지지하는 본체 칼럼이 얹어놓여져 있다. 최근의 축소투영 노광장치에서는, 상기 방진대로서 내압이 제어가능한 에어마운트, 보이스 코일 모터 등의 액추에이터를 구비하고, 본체 칼럼 (메인 프레임) 에 부착된 6 개의 가속도계의 계측값에 기초하여 상기 보이스 코일 모터 등을 제어함으로써 상기 본체 칼럼의 진동을 제진하는 액티브 방진대가 채용되고 있다.
상기 스테퍼 등은 웨이퍼상의 어느 쇼트영역에 대한 노광후, 다른 쇼트영역에 대하여 순차적으로 노광을 반복하는 것이므로, 웨이퍼 스테이지 (스테퍼의 경우), 또는 레티클 스테이지 및 웨이퍼 스테이지 (스캐닝·스테퍼의 경우) 의 가속, 감속운동에 의해 생기는 반력이 본체 칼럼의 진동요인으로 되어 투영광학계와 웨이퍼 등의 상대위치오차를 발생시키는 바람직하지 못한 현상이 발생된다.
얼라인먼트시 및 노광시의 상기 상대위치오차는 결과적으로 웨이퍼상에서 설계값과 다른 위치에 패턴이 전사되거나, 그 위치오차에 진동성분을 포함하는 경우에는 이미지 흐림 (패턴선폭의 증대) 을 초래하는 원인이 된다.
따라서, 이와 같은 패턴의 전사위치 어긋남이나 이미지 흐림 등을 억제하기 위하여는, 상기 액티브 방진대 등에 의해 본체 칼럼의 진동을 충분히 감쇠시킬 필요가 있으며, 예컨대 스테퍼의 경우에는 웨이퍼 스테이지가 소망의 위치에 위치결정되어 충분히 정정 (整定) 되는 것을 기다린 후 얼라인먼트 동작이나 노광동작을 개시할 필요가 있으며, 또한 스캐닝·스테퍼의 경우에는 레티클 스테이지와 웨이퍼 스테이지의 동기 정정을 충분히 확보한 상태에서 노광을 실시할 필요가 있다. 따라서 스루풋 (생산성) 을 악화시키는 요인이 된다.
또한, 최근 웨이퍼의 대형화에 수반하여, 웨이퍼 스테이지가 대형화되어, 상기 액티브 방진대를 사용하더라도 스루풋을 어느 정도 확보하면서 고정도한 노광을 실시하기는 곤란해졌다.
이 같은 문제점을 개선하고자 하는 목적에서 일본 공개특허공보 평2-199813 호에는 기판을 지지하는 스테이지와 투영렌즈를 지지하는 투영렌즈 부착대를 별도의 방진마운트로 각각 지지하는 노광장치가 제안되어 있다.
그러나, 방진마운트를 직접 바닥면에 설치하기는 그 성질상 어려우며, 또한 장치의 기준이 되는 부재가 필요하므로, 상기 동 평2-199813 호에 개시된 노광장치에서는, 동일한 위치결정정반상에 투영렌즈를 지지하는 본체를 지지하는 본체용 마운트와, XY 스테이지를 지지하는 XY 스테이지용 마운트가 탑재되어 있다. 이 때문에, 상기 공보에 기재된 노광장치에 있어서도 XY 스테이지의 구동시의 반력에 기인한 진동이 XY 스테이지용 마운트를 통하여 위치결정정반에 전달되고, 나아가 이 진동이 본체용 마운트를 통하여 본체에 지지된 투영광학계에 전달되기 때문에 전술한 패턴 전사위치 어긋남이나 이미지 흐림 등을 완전히 방지할 수 없다.
디바이스 룰은 앞으로도 더욱 미세화되고, 또한 웨이퍼 및 레티클이 대형화되기 때문에, 스테이지 구동에 수반하는 진동이 종래보다 증가하여 보다 큰 문제가 될 것이 분명하다. 따라서, 장치 각부의 진동이 노광 정밀도에 미치는 악영향을 보다 효과적으로 억제하기 위한 신기술의 개발이 요망되고 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 첫째 목적은 노광 정밀도 및 스루풋을 함께 향상시킬 수 있는 노광장치 및 노광방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 두번째 목적은 미세패턴이 정밀도 높게 형성된 고집적도의 디바이스 및 그의 디바이스의 제조방법을 제공하는 데 있다.
발명의 개시
본 발명은 첫번째 관점에서 보면 노광용 광학계 (PL) 를 사용하여 기판 (W) 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치로서, 상기 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼 (14); 상기 본체 칼럼을 지지하는 제 1 방진장치 (56A 내지 56C); 상기 제 1 방진장치가 탑재됨과 동시에, 바닥면 (FD) 에 얹어놓여진 제 1 베이스 부재 (BP1); 상기 기판을 지지하는 기판 스테이지 (WST) 를 지지하는 스테이지 정반 (16); 상기 스테이지 정반을 지지하는 제 2 방진장치 (66A 내지 66C); 및 상기 제 2 방진장치가 탑재됨과 동시에, 상기 바닥면에 얹어놓여진 상기 제 1 베이스 부재와는 독립된 제 2 베이스 부재 (BP2) 를 구비하는 제 1 노광장치이다.
이에 따르면, 본체 칼럼을 지지하는 제 1 방진장치가 제 1 베이스 부재에 탑재되고, 스테이지 정반을 지지하는 제 2 방진장치가 제 1 베이스 부재와는 독립하여 바닥면에 얹어놓여진 제 2 베이스 부재에 탑재되어 있으므로, 제 1 및 제 2 베이스 부재 상호간의 진동의 전달이 거의 차단된다. 따라서, 스테이지 정반상에 지지된 기판 스테이지의 이동시 (구동시) 의 반력이 제 2 방진장치 및 제 2 베이스 부재까지는 전달되지만 제 1 베이스 부재측에는 전달되지 않기 때문에, 기판 스테이지의 이동시 (구동시) 의 반력이 제 1 베이스 부재상에 탑재된 본체 칼럼에 지지된 노광용 광학계의 진동요인으로 되지 않는다. 따라서, 노광용 광학계의 진동에 기인하는 기판상에 형성된 패턴의 위치 어긋남이나 선폭 균일성의 열화 등을 효과적으로 억제하여 노광 정밀도의 향상을 도모할 수 있음과 동시에 기판 스테이지의 고속화, 대형화가 보다 더 가능하므로 스루풋의 향상도 도모할 수 있다.
이 경우, 방진장치로서는 바닥면으로부터의 미진동을 절연하는 역할만을 갖는 패시브 방진장치를 사용할 수도 있지만, 상기 제 1 및 제 2 방진장치 중 적어도 일방이 본체 칼럼 또는 스테이지 정반의 진동을 적극적으로 제진(制振)할 수 있는 액티브 방진장치를 사용하는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 액티브 방진장치란, 내압이 제어가능한 에어마운트, 보이스 코일 모터 등의 액추에이터를 구비하고, 제진 대상에 부착된 진동센서 (예컨대 가속도계) 의 설계값에 기초하여 상기 보이스 코일 모터 등을 제어함으로써 제진 대상물의 진동을 제거하는 기능을 갖는 방진장치를 의미한다.
본 발명에 관계되는 제 1 노광장치는, 예컨대 상기 제 1 방진장치 (56A 내지 56C) 가 액티브 방진장치인 경우에는, 상기 제 1 베이스 부재 (BP1) 와 상기 본체 칼럼 (14) 의 상대위치를 계측하는 칼럼위치 계측장치 (98); 및 상기 칼럼위치 계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 1 방진장치를 제어하는 제어장치 (50) 를 더 구비할 수도 있다. 이러한 경우에는 칼럼위치 계측장치에 의해 계측되는 제 1 베이스 부재와 본체 칼럼의 상대위치에 기초하여 제어장치에 의해 제 1 방진장치가 제어되고, 본체 칼럼, 따라서 이것에 지지되는 노광용 광학계를 제 1 베이스 부재를 기준으로 한 안정된 위치에 유지할 수 있다. 또한, 예컨대 본체 칼럼에 마스크를 지지하는 마스크 스테이지가 탑재되는 경우가 있는데, 이 경우 마스크 스테이지의 이동에 의해 발생되는 본체 칼럼의 진동은 본체 칼럼을 지지하는 액티브 방진장치에 의해 억제 또는 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 제 1 노광장치는, 예컨대 상기 제 2 방진장치 (66A 내지 66C) 가 액티브 방진장치인 경우에는, 상기 제 1 베이스 부재 (BP1) 와 상기 스테이지 정반 (16) 의 상대위치를 계측하는 스테이지 정반 위치계측장치 (94); 및 상기 스테이지 정반 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 2 방진장치를 제어하는 제어장치 (50) 를 더 구비할 수도 있다. 이러한 경우에는 스테이지 정반 위치계측장치에 의해 계측되는 제 1 베이스 부재와 스테이지 정반의 상대위치에 기초하여 제어장치에 의해 제 2 방진장치가 제어되고, 베이스 정반을 제 1 베이스 부재를 기준으로 하는 안정된 위치에 유지할 수 있다. 또한 기판 스테이지의 이동에 의해 발생되는 스테이지 정반의 진동은 액티브 방진장치에 의해 억제 또는 제거할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치는 상기 본체 칼럼에 대하여 상기 노광용 광학계를 V 홈, 원추홈 및 평면에서 3 점 지지하는 지지부재를 더 구비할 수도 있다. 이러한 경우에는 노광용 광학계가 지지부재를 사이에 두고 본체 칼럼에 대하여 이른바 키너매틱(kinematic) 지지되므로, 본체 칼럼과 노광용 광학계 사이에서 모멘트는 물론 신축력도 거의 전달되지 않는다. 따라서, 노광용 광학계의 본체 칼럼에 대한 장착이 용이하며, 더우기 장착후의 본체 칼럼 및 노광용 광학계의 진동, 온도변화, 자세변화 등에 기인하는 응력을 가장 효과적으로 경감할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치는 상기 제 2 방진장치가 액티브 방진장치인 경우에, 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와의 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 위치관계를 광학적으로 계측하는 3 자유도 위치계측장치; 및 상기 3 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 2 방진장치를 제어하는 제어장치를 더 구비할 수도 있다. 이러한 경우에는 3 자유도 위치계측장치에 의해 노광용 광학계와 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와의 상기 노과용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 위치관계가 광학적으로 계측되고, 제어장치에서는 그 3 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 제 2 방진장치를 제어한다. 그럼으로써, 노광용 광학계와 기판 스테이지와의 노광용 광학계의 광축방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 위치관계가 조정된다. 따라서, 예컨대 기판표면의 상기 3 자유도 방향의 위치·자세의 검출이 곤란한 경우에도, 노광용 광학계와 기판 스테이지와의 3 자유도 방향의 위치관계의 조정, 즉 포커스·레벨링 제어 또는 그것을 위한 몰아넣기가 가능해진다.
이 경우, 상기 본체 칼럼은 상기 노광용 광학계의 경통을 지지하는 지지부재를 가지고, 상기 3 자유도 위치계측장치는 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와 상기 지지부재와의 사이의 거리를 상이한 3 점에서 계측하는 간섭계 (102) 를 구비하도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 간섭계는 지지부재에 고정될 수도 있고, 상기 노광용 광학계의 경통에 고정될 수도 있다.
또는 상기 3 자유도 위치계측장치는 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와 상기 노광용 광학계와의 사이의 거리를 상이한 3 점에서 계측하는 간섭계를 구비할 수도 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 본체 칼럼 (14) 에 지지되고, 상기 노광용 광학계 (PL) 에 의해 상기 기판 (W) 상에 투영되는 상기 소정의 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 지지하는 마스크 지지부재 (RST) 를 더 구비하는 경우에, 상기 마스크를 상기 마스크 지지부재에 대하여 반입 및 반출하는 마스크 반송계 (110) 와 상기 기판을 상기 기판 스테이지 (WST) 에 대하여 반입 및 반출하는 기판반송계 (112) 중 적어도 일방이 상기 제 1 베이스 부재 (BP1) 상에 탑재되고, 상기 제 1 베이스 부재와 상기 본체 칼럼과의 상대위치를 계측하는 위치계측 시스템 (98); 상기 마스크 지지부재 및 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 위치를 상기 노광용 광학계 및 본체 칼럼의 일부 중 어느 하나를 기준으로 하여 계측하는 간섭계 시스템 (46,90X,90Y); 및 상기 위치계측 시스템 및 상기 간섭계 시스템의 계측값에 기초하여 상기 제 1 베이스 부재에 탑재된 상기 반송계를 제어하는 제어장치 (50) 를 더 구비하도록 할 수 있다. 이 같이 하면 예컨대 간섭계 시스템이 마스크 지지부재의 위치를 노광용 광학계 (또는 본체 칼럼의 일부) 를 기준으로 하여 계측하는 것인 경우, 제어장치에서는 예컨대 마스크 교환시, 간섭계 시스템의 계측값과 위치계측 시스템의 계측값에 기초하여 마스크 반송계를 제어함으로써, 반송시의 제 1 베이스 부재를 기준으로 하는 마스크 지지부재의 위치를 정상적으로 일정하게 유지할 수 있고, 결과적으로 마스크 지지부재상의 소망의 위치로 마스크를 로드할 수 있다.
또한, 예컨대 간섭계 시스템이 기판 스테이지의 위치를 노광용 광학계 (또는 본체 칼럼의 일부) 를 기준으로 하여 계측하는 것인 경우, 제어장치에서는 예컨대 기판교환시 등에 간섭계 시스템의 계측값과 위치계측 시스템의 계측값에 기초하여 기판반송계를 제어함으로써 제 1 베이스 부재를 기준으로 하는 기판 스테이지의 위치를 정상적으로 일정하게 유지할 수 있고, 결과적으로 기판 스테이지상의 소망의 위치로 기판을 로드할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 마스크를 조명하는 조명광학계 (ILU) 를 더 구비하는 경우, 상기 조명광학계는 상기 제 1, 제 2 베이스 부재와는 독립하여 상기 바닥면에 얹어놓여진 제 3 베이스 부재 (BP3) 상에 탑재될 수도 있다. 이러한 경우에는 제 1, 제 2 및 제 3 베이스 부재상에 각각 탑재된 물체 상호간의 진동의 전달을 방지할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 제 1 방진장치 (56A 내지 56C) 가 액티브 방진장치이고, 상기 소정의 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 지지함과 동시에 이 마스크를 상기 본체 칼럼 (14) 상에서 그의 면내의 3 자유도 방향으로 미소 구동하는 마스크 지지부재 (RST); 상기 마스크를 조명하는 조명광학계 (ILU); 상기 조명광학계를 지지하는 액티브 방진장치 (116); 상기 조명광학계와 상기 본체 칼럼과의 6 자유도 방향의 상대위치를 계측하는 6 자유도 위치계측장치 (120); 상기 6 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 마스크 지지부재와 상기 제 1 방진장치 및 상기 조명광학계를 지지하는 상기 액티브 방진장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치 (50) 를 더 구비하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 제어장치에서는 6 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 구한 조명광학계와 본체 칼럼의 6 자유도 방향의 상대위치에 기초하여 마스크 지지부재를 통하여 마스크를 그의 면내의 3 자유도 방향의 위치를 조정함과 동시에 제 1 방진장치 또는 상기 조명광학계를 지지하는 액티브 방진장치를 제어함으로써, 조명광학계와 마스크의 6 자유도 방향의 상대위치관계를 조정할 수 있다.
본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는 상기 마스크는 상기 노광용 광학계의 광축에 직교하는 면내에서 소정 방향으로 소정 스트로크로 이동가능하며, 상기 마스크와 상기 기판 스테이지를 동기하여 상기 소정 방향으로 구동하는 구동장치 (44,50,72) 를 더 구비하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 구동장치에 의해 마스크와 기판 스테이지가 동기하여 노광용 광학계의 광축에 직교하는 면내에서 소정 방향으로 구동됨으로써, 이른바 주사노광에 의해 노광용 광학계에 의해 마스크의 패턴이 기판상에 정밀도 높게 전사된다.
본 발명은 제 2 관점에서 보면 노광용 광학계를 사용하여 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치로서, 상기 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼; 상기 기판을 지지함과 동시에 상기 본체 칼럼과는 독립하여 지지된 기판 스테이지; 상기 기판 표면의 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출장치 (121a,121b); 상기 기판을 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향으로 구동하는 기판구동계 (88); 상기 초점검출장치와는 독립하여 설치되며, 상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지의 위치관계를 계측하는 위치계측시스템 (94,98,102); 상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지의 위치관계를 변화시키는 구동장치 (70); 및 상기 초점검출장치, 기판구동계, 상기 위치계측시스템 및 상기 구동장치에 접속된 제어장치 (50) 를 구비하고, 상기 제어장치는 노광시에 상기 위치계측시스템에 의해 계측된 값에 기초하여 상기 구동장치를 제어하여 상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지를 소정의 위치관계로 설정함과 동시에 상기 초점검출장치의 검출결과에 기초하여 상기 기판구동계를 통하여 상기 노광용 광학계의 이미지면과 상기 기판의 상대위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 제 2 노광장치이다.
노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼과 기판을 지지하는 기판 스테이지가 독립하여 지지되고 있는 경우, 양자간에 진동이 전달되기 어려운 이점이 있는 반면 양자가 각각 독립된 거동을 할 우려가 있으며, 따라서 노광시의 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어에 응답지연 (시간지연) 이 생길 우려가 있다.
그러나, 본 발명에 의하면, 노광시에, 제어장치에 의해, 위치계측시스템에 의해 계측된 값, 즉 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계의 계측결과에 기초하여 구동장치가 제어되고, 노광용 광학계와 기판 스테이지가 소정의 위치관계로 설정됨과 동시에 초점검출장치의 검출결과에 기초하여 기판구동계를 통하여 노광용 광학계의 이미지면과 기판의 상대위치가 조정된다. 즉, 초점검출장치의 검출결과에 의거하는 기판의 포커스 제어, 또는 포커스·레벨링 제어의 개시전에 위치계측시스템의 검출결과에 기초하여 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계가 소정의 위치관계로 설정되므로, 상술한 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어에 응답지연이 생기는 것을 회피할 수 있고, 고정밀도의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어, 나아가서는 노광제어의 향상이 가능하다. 이 경우에도 전술한 제 1 노광장치와 동일한 이유로, 기판 스테이지의 보다 고속화, 대형화가 가능하므로 스루풋의 향상도 도모할 수 있다.
여기서 상기 소정의 위치관계는 예컨대 기판 구동계에 의한 응답성을 고려하였을 때에 포커스의 인입이 충분히 가능하며 포커스제어에 응답지연이 생기지 않는 범위내에 기판표면이 위치하는 위치관계, 즉 기판표면이 노광용 광학계의 초점위치근방에 위치하여 항상 초점검출장치의 검출이 가능해지는 위치관계이다.
또한, 상기 기판구동계는 기판 스테이지상에 탑재되어 기판을 적어도 노광용 광학계의 광축방향으로 구동하는 것일 수도 있고, 또는 기판 스테이지를 통하여 기판을 적어도 노광용 광학계의 광축방향으로 구동하는 것일 수도 있다.
또한, 본 발명에 의하면 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레베링 제어를 위치계측시스템의 검출결과에 기초하여 실시할 수 있으므로, 초점검출장치에 의한 검출이 곤란한 이른바 더미 쇼트의 노광시나 외내(外內) 쇼트 또한 에지 쇼트의 노광시에도 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어를 실시할 수 있게 되며, 결과적으로 선폭제어성의 향상도 가능하다.
본 발명에 관한 제 2 노광장치에서는 상기 위치계측시스템은 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 상기 위치관계를 계측하도록 할 수도 있다.
이 경우, 상기 위치계측시스템은 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼에 고정될 수도 있고, 상기 노광용 광학계의 경통에 고정될 수도 있다.
본 발명에 관한 제 2 노광장치에서는, 상기 기판 스테이지를 지지하는 스테이지 지지부재를 추가로 구비하는 경우, 상기 위치계측시스템은 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재의 상기 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계를 계측하도록 할 수 있다. 이러한 경우에는 위치계측시스템에 의해 노광용 광학계와 스테이지 지지부재의 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계가 계측되므로, 결과적으로 노광용 광학계와 스테이지 지지부재에 지지된 기판 스테이지와의 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계가 계측되게 된다.
이 경우, 상기 스테이지 지지부재에는 상기 위치관계를 계측하기 위한 계측점이 3 점 형성되고, 상기 위치계측시스템은 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재 사이의 거리를 상기 3 점에서 계측하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 그 3 점에 있어서의 거리의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재와의 노광용 광학계의 광축방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향에 대하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재, 나아가서는 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계를 측정할 수 있다.
본 발명에 관한 제 2 노광장치에서는 상기 본체 칼럼을 지지하는 베이스 부재 (BP1) 를 더 구비하고, 상기 위치계측시스템은 상기 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계를 계측하는 제 1 위치계측장치 (98) 와, 상기 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재와의 위치관계를 계측하는 제 2 위치계측장치 (94) 를 가질 수도 있다. 이러한 경우에는 제 1 위치계측장치에 의해 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계가 계측되고, 제 2 위치계측장치에 의해 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재와의 위치관계가 계측되므로, 제 1 위치계측장치와 제 2 위치계측장치의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재의 위치관계, 즉 노광용 광학계와 기판스테이지의 위치관계를 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 위치계측장치 및 상기 제 2 위치계측장치 중 적어도 일방은 상기 위치관계로서 6 자유도 방향의 상대위치를 측정하도록 할 수도 있다.
본 발명은 제 3 관점에서 보면 노광용 광학계를 사용하여 이 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼과는 독립하여 지지된 기판 스테이지상의 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광방법으로서, 상기 노광용 광학계와 상기 기판스테이지의 위치관계를 계측하는 제 1 공정; 상기 제 1 공정에서 계측된 값에 기초하여 상기 노광용 광학계와 상기 기판스테이지의 위치관계를 소정의 상태로 설정하는 제 2 공정; 및 상기 제 2 공정에서 상기 소정의 상태가 설정된 상태에서 상기 기판표면의 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향의 위치의 검출결과에 기초하여 상기 노광용 광학계의 이미지면과 상기 기판표면과의 상대위치를 조정하면서 상기 기판상에 상기 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하는 노광방법이다.
상술한 바와 같이 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼과 기판을 지지하는 기판 스테이지가 독립하여 지지되어 있는 경우, 양자간에 진동이 전달되기 어렵다는 이점이 있는 반면, 노광시의 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어에 응답지연 (시간지연) 이 생길 우려가 있다.
그러나, 본 발명에 의하면 제 1 공정에서 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계가 계측되고, 제 2 공정에서 그 계측된 값, 즉 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 기판스테이지의 위치관계가 소정의 상태로 설정된다. 그리고, 제 3 공정에서 소정의 상태가 설정된 상태에서, 기판표면의 적어도 노광용 광학계의 광축방향의 위치의 검출결과에 기초하여 노광용 광학계의 이미지면과 기판표면의 상대위치를 조정하여 기판상에 패턴이 형성된다.
따라서, 제 3 공정에 있어서의 기판표면의 노광용 광학계의 광축방향의 위치의 검출결과에 의거하는 기판의 포커스 제어, 또는 포커스·레벨링 제어의 개시전에 제 2 공정에 있어서 제 1 공정의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 기판스테이지의 위치관계가 소정의 상태로 설정된다. 따라서, 상술한 기판의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어에 응답지연이 생기는 것을 회피할 수 있고, 고정밀도의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링 제어, 나아가서는 노광제어의 향상이 가능하다.
여기서 상기 소정의 상태는 예컨대 기판을 구동하는 계의 응답성을 고려하였을 때에, 포커스의 인입이 충분히 가능하며 포커스제어에 응답지연이 생기지 않는 범위내에 기판표면이 위치하는 상태, 즉 기판표면이 노광용 광학계의 초점위치근방에 위치하여 항상 초점검출장치의 검출이 가능해지는 상태이다. 이 경우에도 전술한 바와 마찬가지로 기판 스테이지의 보다 고속화, 대형화가 가능하므로 스루풋의 향상도 도모할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 공정에서는 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 상기 위치관계를 계측하도록 할 수도 있다.
본 발명에 관한 노광방법에서는 제 1 공정에 있어서 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼에 고정된 위치계측시스템을 사용하여 상기 계측을 실시할 수도 있지만, 상기 제 1 공정에서는 상기 노광용 광학계의 경통에 고정된 위치계측시스템을 사용하여 상기 계측을 실시할 수도 있다.
본 발명에 관한 노광방법에서는 상기 기판스테이지는 스테이지 지지부재에 의해 지지되고 있는 경우에는 상기 제 1 공정에서는 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재와의 상기 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계를 계측하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 제 1 공정에서 노광용 광학계와 스테이지 지지부재와의 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계가 계측되므로, 결과적으로 노광용 광학계와 스테이지 지지부재에 지지된 기판스테이지와의 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계가 계측되게 된다.
이 경우, 상기 제 1 공정에서는 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재 사이의 거리를 상기 스테이지 지지부재상에 설정된 상이한 3 점의 계측점에 있어서 계측하도록 할 수도 있다. 이러한 경우에는 그 3 점에 있어서의 거리의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재와의 노광용 광학계의 광축방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향에 대하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재, 나아가서는 노광용 광학계와 기판 스테이지의 위치관계를 측정할 수 있다.
본 발명에 관한 노광방법에서는, 상기 본체 칼럼이 베이스 부재에 의해 지지되는 경우에는, 상기 제 1 공정은 상기 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계를 계측하는 제 1 계측공정과, 상기 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재의 위치관계를 계측하는 제 2 계측공정을 포함하도록 할 수 있다. 이러한 경우에는 제 1 계측공정에서 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계가 계측되고, 제 2 계측공정에서 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재의 위치관계가 계측되므로, 제 1 계측공정과 제 2 계측공정의 계측결과에 기초하여 노광용 광학계와 스테이지 지지부재와의 위치관계, 즉 노광용 광학계와 기판스테이지의 위치관계를 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 계측공정 및 제 2 계측공정 중 적어도 일방에서는 상기 위치관계로서 6 자유도 방향의 상대위치를 측정하도록 할 수도 있다.
또한 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광방법을 사용하여 노광을 실시함으로써 기판상에에 복수층의 패턴을 중첩 정밀도 높게 형성할 수 있고, 그럼으로써 보다 고집적도의 마이크로 디바이스를 고수율로 제조할 수 있고, 그 생산성을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광장치를 사용하여 노광을 실시함으로써 기판상에 복수층의 패턴을 중첩 정밀도 높게 형성할 수 있다. 따라서, 보다 고집적도의 마이크로 디바이스를 고수율로 제조할 수 있고, 그 생산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 다른 관점에서 보면 본 발명의 노광방법 또는 본 발명의 노광장치를 사용하는 디바이스 제조방법이고, 또한 이 제조방법에 의해 제조된 디바이스라고도 할 수 있다.
본 발명은 노광장치 및 노광방법, 그리고 디바이스 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 집적회로나 액정 디스플레이 등의 반도체 디바이스를 제조할 때에 리소그래피 공정에서 사용되는 노광장치 및 노광방법, 그리고 상기 노광장치를 사용하여 제조되는 디바이스 및 상기 노광방법을 사용하여 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명의 일실시형태의 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 장치의 본체 칼럼의 일부를 구성하는 경통정반에서부터 하방의 구성 각부의 도 1 의 우측면도를 일부 단면하여 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 1 의 장치의 제어계의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4 는 도 1 의 레티클 스테이지 근방을 나타내는 사시도이다.
도 5 는 플랜지 (FLG) 에 대향하는 경통정반 부분을 나타내는 평면도이다.
도 6a 는 도 5 의 A-A 선 단면도, 도 6b 는 도 5 의 B-B 선 단면도, 도 6c 는 도 5 의 C-C 선 단면도이다.
도 7 은 도 1 의 위치결정정반 (BP1) 과 스테이지 정반 (16) 의 상대위치를 계측하는 위치센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 관한 디바이스 제조방법의 실시형태를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9 는 도 8 의 스텝 (304) 에 있어서의 처리를 나타내는 흐름도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 일실시형태를 도 1 내지 도 7 에 기초하여 설명한다. 도 1 에는 일실시형태의 노광장치 (10) 의 전체구성이 개략적으로 도시되어 있다. 이 노광장치 (10) 는 마스크로서의 레티클 (R) 과 기판으로서의 웨이퍼 (W) 를 1차원방향 (여기서는 Y 축방향이라고 함) 으로 동기이동하면서 레티클 (R) 에 형성된 회로패턴을 투영광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역에 전사하는 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광장치, 즉 이른바 스캐닝·스테퍼이다.
노광장치 (10) 는 광원 (12), 이 광원 (12) 으로부터의 조명광에 의해 레티클 (R) 을 조명하는 조명광학계로서의 조명유닛 (ILU), 레티클 (R) 을 지지하는 마스크 지지부재로서의 레티클 스테이지 (RST), 레티클 (R) 에서 사출되는 조명광 (자외펄스광) 을 웨이퍼 (W) 상에 투사하는 노광용 광학계로서의 투영광학계 (PL), 웨이퍼 (W) 를 지지하는 기판 스테이지로서의 웨이퍼 스테이지 (WST), 투영광학계 (PL) 및 레티클 스테이지 (RST) 를 지지하는 본체 칼럼 (14), 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 지지하는 스테이지 정반 (16), 본체 칼럼 (14) 및 스테이지 정반 (16) 의 진동을 억제 또는 제거하는 방진시스템, 및 이들의 제어계 등을 구비하고 있다.
상기 광원 (12) 으로서는, 여기서는 파장 192 내지 194 ㎚ 사이에서 산소의 흡수대를 회피하도록 협대화된 ArF 엑시머 레이저광을 출력하는 ArF 엑시머 레이저광원이 사용되고 있고, 이 광원 (12) 의 본체는 방진대 (18) 를 사이에 두고 반도체 제조공장의 클린룸내의 바닥면 (FD) 상에 설치되어 있다. 광원 (12) 에는 광원제어장치 (13) (도 1 에서는 도시하지 않음, 도 3 참조) 가 병설되어 있고, 이 광원제어장치 (13) 에서는 후술하는 주제어장치 (50) (도 1 에서는 도시하지 않음, 도 3 참조) 로부터의 지시에 따라, 사출되는 자외 펄스광의 발진중심파장 및 스펙트럼 반값폭의 제어, 펄스 발진의 트리거 제어, 레이저 챔버내의 가스의 제어 등을 실시하도록 되어 있다.
그리고, 광원 (12) 을 클린룸 보다 클린도가 낮은 다른 방 (서비스 룸) 또는 클린룸의 바닥 아래에 설치된 유틸리티 스페이스에 설치해도 된다.
광원 (12) 은 차광성의 벨로스 (20) 및 파이프 (22) 를 통하여 빔 매칭 유닛 (BMU) 의 일단 (입사단) 에 접속되어 있고, 이 빔 매칭 유닛 (BMU) 의 타단 (출사단) 은 파이프 (24) 를 통하여 조명유닛 (ILU) 에 접속되어 있다.
상기 빔 매칭 유닛 (BMU) 내에는 복수의 가동반사경 (도시하지 않음) 이 설치되어 있고, 주제어장치 (50) 에서는 이들의 가동반사경을 사용하여 광원 (12) 으로부터 벨로스 (20) 및 파이프 (22) 를 통하여 입사하는 협대화된 자외펄스광 (ArF 엑시머 레이저광) 의 광로를 다음에 설명하는 조명유닛 (ILU) 과의 사이에서 위치적으로 매칭시킨다, 즉 조명유닛 (ILU) 의 광축에 대하여 항상 소정의 위치관계로 입사하도록, 자외펄스광의 조명유닛 (ILU) 으로의 입사위치 및 입사각도를 최적으로 조정한다.
상기 조명유닛 (ILU) 은 내부를 외기에 대하여 기밀상태로 하는 조명계 하우징 (26) 과, 이 조명계 하우징 (26) 내에 소정의 위치관계로 수납된 가변감광기 (28A), 빔 정형 광학계 (28B), 제 1 플라이아이렌즈계 (28C), 진동미러 (28D), 집광렌즈계 (28E), 미러 (28F), 제 2 플라이아이렌즈계 (28G), 조명계 개구 조리개판 (28H), 빔 스플리터 (28J), 제 1 릴레이 렌즈 (28K), 레티클 블라인드 기구 (28M), 제 2 릴레이 렌즈 (28N), 미러 (28Q), 및 주콘덴서 렌즈계 (28R) 등으로 구성된다.
상기 조명계 하우징 (26) 내에는 공기 (산소) 의 함유농도를 수 % 이하, 바람직하게는 1 % 미만으로 한 청정한 건조질소가스 (N2) 나 헬륨가스 (He) 가 충전되어 있다.
여기서, 조명계 하우징 (26) 내의 상기 구성 각부에 대하여 설명한다. 가변감광기 (28A) 는 자외펄스광의 펄스 마다의 평균에너지를 조정하기 위한 것으로, 예컨대 감광율이 다른 복수의 광학필터를 전환할 수 있게 구성하여 감광율을 단계적으로 변경하는 것, 또는 투과율이 연속적으로 변화하는 2 장의 광학필터의 겹치기 상태를 조정함으로써 감광율을 연속적으로 가변으로 하는 것이 사용된다. 이러한 가변감광기의 일례는 예컨대 일본 공개특허공보 평3-179357 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,191,374 호에 상세하게 개시되어 있으며, 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 가변감광기 (28A) 를 구성하는 광학필터는 주제어장치 (50) 의 관리하에 있는 후술하는 조명제어장치 (30) (도 1 에서는 도시하지 않음, 도 3 참조) 에 의해 제어되는 모터를 포함하는 구동기구 (29) 에 의해 구동된다.
빔 정형광학계 (28B) 는 가변감광기 (28A) 에 의해 소정의 피크강도로 조정된 자외펄스광의 단면형상을 이 자외펄스광의 광로 후방에 설치된 후술하는 더블 플라이아이렌즈계의 입사단을 구성하는 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 의 입사단의 전체형상과 유사해지도록 정형하여 이 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 에 효율적으로 입사시키는 것으로, 예컨대 실린더 렌즈나 빔 익스팬더 (모두 도시하지 않음) 등으로 구성된다.
상기 더블 플라이아이렌즈계는 조명광의 강도분포를 균일화하기 위한 것으로서, 빔 정형광학계 (28B) 후방의 자외펄스광의 광로상에 순차적으로 배치된 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 와, 집광렌즈 (28E) 와, 제 2 플라이아이렌즈계 (28G) 로 구성된다. 이 경우, 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 와 집광렌즈 (28E) 사이에는 피조사면 (레티클면 또는 웨이퍼면) 에 발생하는 간섭줄무늬나 미약한 스페클을 평활화하기 위한 진동미러 (28D) 가 배치되어 있다. 이 진동미러 (28D) 의 진동 (편향각) 은 도시하지 않은 구동계를 통하여 주제어장치 (50) 의 관리하에 있는 조명제어장치 (30) 에 의해 제어되도록 되어 있다.
본 실시형태와 같은 더블 플라이아이렌즈계와 진동미러를 조합한 구성에 대하여는 예컨대 일본 공개특허공보 평1-235289 호, 동 평7-142354 호 및 이들에 대응하는 미국특허 제 5,307,207 호, 제 5,534,970 호에 상세하게 개시되어 있고, 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 각 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
상기 제 2 플라이아이렌즈계 (28G) 의 사출면의 근방에 원판형 부재로 이루어지는 조명계 개구 조리개판 (28H) 이 배치되어 있다. 이 조명계 개구 조리개판 (28H) 에는 거의 등각도 간격으로 예컨대 통상의 원형 개구로 이루어지는 개구 조리개, 작은 원형 개구로 이루어지며 코히어런스 팩터인 σ값을 작게 하기 위한 개구 조리개, 윤대(輪帶)조명용 윤대형상 개구 조리개, 및 변형 광원법용으로 예컨대 4 개의 개구를 편심시켜 배치하여 이루어지는 변형 개구 조리개 등이 배치되어 있다. 이 조명계 개구 조리개판 (28H) 은 조명제어장치 (30) 에 의해 제어되는 도시하지 않은 모터 등에 의해 회전되도록 되어 있고, 그럼으로써 어느 한 개구 조리개가 자외펄스광의 광로상에 선택적으로 설정되고, 후술하는 켈러 조명에 있어서의 광원면 형상이 윤대, 소원형, 대원형, 또는 격자형 등으로 제한된다.
조명계 개구 조리개판 (28H) 후방의 자외펄스광의 광로상에, 반사율이 크고 투과율이 작은 빔 스플리터 (28J) 가 배치되고, 또한 이 후방의 광로상에, 레티클 블라인드 기구 (28M) 를 개재시켜 제 1 릴레이 렌즈 (28K) 및 제 2 릴레이 렌즈 (28N) 로 이루어지는 릴레이광학계가 배치되어 있다.
레티클 블라인드 기구 (28M) 는 레티클 (R) 의 패턴면에 대한 공액면으로부터 약간 디포커스된 면에 배치되고, 레티클 (R) 상의 조명영역을 규정하는 소정 형상의 개구부가 형성된 고정 레티클 블라인드와, 이 고정 레티클 블라인드 근방의 위치에 배치되고, 주사방향에 대응하는 방향의 위치 및 폭이 가변인 개구부를 갖는 가동 레티클 블라인드를 포함하여 구성되어 있다. 고정 레티클 블라인드의 개구부는 투영광학계 (PL) 의 원형시야내의 중앙에서 주사노광시의 레티클 (R) 의 이동방향 (Y 축방향) 과 직교한 X 축방향으로 직선적으로 신장된 슬릿형상 또는 직사각형상으로 형성되어 있는 것으로 한다.
이 경우, 주사노광의 개시시 및 종료시에 가동 레티클 블라인드를 통하여 조명영역을 더욱 제한함으로써 필요없는 부분의 노광이 방지되도록 되어 있다. 이 가동 레티클 블라인드는 도시하지 않은 구동계를 통하여 주제어장치 (50) 에 의해 제어된다.
상기 릴레이광학계를 구성하는 제 2 릴레이 렌즈 (28N) 후방의 자외펄스광의 광로상에는 제 2 릴레이 렌즈 (28N) 를 통과한 자외펄스광을 레티클 (R) 을 향하여 반사하는 미러 (28Q) 가 배치되고, 이 미러 (28Q) 후방의 자외펄스광의 광로상에 주콘덴서렌즈계 (28R) 가 배치되어 있다.
이상의 구성에 있어서, 제 1 플라이아이렌즈 (28C) 의 입사면, 제 2 플라이아이렌즈 (28G) 의 입사면, 레티클 블라인드 기구 (28M) 의 가동 레티클 블라인드의 배치면, 레티클 (R) 의 패턴면은 광학적으로 서로 공액으로 설정되고, 제 1 플라이라이렌즈계 (28C) 의 사출면측에 형성되는 광원면, 제 2 플라이아이렌즈계 (28G) 의 사출면측에 형성되는 광원면, 투영광학계 (PL) 의 푸리에 변환면 (사출 동면;射出瞳面) 은 광학적으로 서로 공액으로 설정되고, 켈러 조명계로 되어 있다.
이 같은 방법으로 구성된 조명유닛 (ILU) 의 작용을 간단하게 설명하면 광원 (12) 으로부터의 자외펄스광이 빔 매칭 유닛 (BMU) 을 통하여 조명유닛 (ILU) 내로 입사하면 이 자외펄스광은 가변감광기 (28A) 에 의해 소정의 피크강도로 조정된 후, 빔 정형광학계 (28B) 로 입사한다. 그리고, 이 자외펄스광은 빔 정형광학계 (28B) 에서 후방의 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 에 효율적으로 입사하도록 그 단면형상이 정형된다. 이어서, 이 자외펄스광이 미러 (28F) 를 통하여 제 1 플라이아이렌즈계 (28C) 에 입사하면, 제 1 플라이아이렌즈계 (28) 의 사출단측에 면광원, 즉 다수의 광원 이미지 (점광원) 로 이루어지는 2차 광원이 형성된다. 이들 다수의 점광원 각각에서 발산하는 자외펄스광은 진동미러 (28D), 집광렌즈 (28E) 를 통하여 제 2 플라이아이렌즈계 (28G) 로 입사한다. 그럼으로써 제 2 플라이아리렌즈계 (28G) 의 사출단에 다수의 미소한 광원 이미지를 소정 형상의 영역내에 균일하게 분포시킨 3차 광원이 형성된다. 이 다수의 3 차 광원에서 사출된 자외펄스광은 조명계 개구 조리개판 (28H) 상의 어느 한 개구 조리개를 통과한 후, 반사율이 크고 투과율이 작은 빔 스플리터 (28J) 에 도달한다.
이 빔 스플리터 (28J) 에서 반사된 노광광으로서의 자외펄스광은 제 1 릴레이 렌즈 (28K) 에 의해 레티클 블라인드 기구 (28M) 를 구성하는 고정 레티클 블라인드의 개구부를 균일한 강도분포로 조명한다. 단, 그 강도분포에는 광원 (12) 으로부터의 자외펄스광의 가간섭성에 의존한 간섭줄무늬나 미약한 스페클이 수 % 정도의 콘트라스트로 중첩될 수 있다. 따라서, 웨이퍼면상에는 간섭줄무늬나 미약한 스페클에 의한 노광량 불균일이 생길 수 있지만, 그 노광량 불균일은 앞서 언급한 일본 공개특허공보 평7-142354 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,534,970 호와 같이 주사노광시의 레티클 (R) 이나 웨이퍼 (W) 의 이동과 자외펄스광의 발진에 동기시켜 진동미러 (28D) 를 진동시킴으로써 평활화된다.
이와 같이 하여 고정 레티클 블라인드의 개구부를 통과한 자외펄스광은 가동 레티클 블라인드를 통과한 후, 제 2 릴레이 렌즈 (28N) 를 통과하여 미러 (28Q) 에 의해 광로가 수직 하방으로 꺾인 후, 주콘덴서 렌즈계 (28R) 를 거쳐 레티클 스테이지 (RST) 상에 지지된 레티클 (R) 상의 소정의 조명영역 (X 축방향으로 직선적으로 신장된 슬릿형상 또는 직사각형상의 조명영역) 을 균일한 조도분포로 조명한다. 여기서, 레티클 (R) 에 조사되는 직사각형 슬릿형상의 조명광은 도 1 중의 투영광학계 (PL) 의 원형 투영 시야의 중앙에 X 축방향 (비주사방향) 으로 가늘고 길게 연장되도록 설정되고, 그 조명광의 Y 축방향 (주사방향) 의 폭은 거의 일정하게 설정되어 있다.
한편, 빔 스플리터 (28J) 를 투과한 자외펄스광은 집광렌즈 (32) 를 통하여 광전변환소자로 이루어지는 인테그레이터 센서 (34) 로 입사하고, 여기서 광전변환된다. 그리고, 인테그레이터 센서 (34) 의 광전변환신호가 도시하지 않은 피크 홀드 회로 및 A/D 변환기를 통하여 주제어장치 (50) 에 공급된다. 인테그레이터 센서 (34) 로서는 예컨대 원자외역에서 감도가 있으면서 광원 (12) 의 펄스발광을 검출하기 위하여 높은 응답주파수를 갖는 PIN 형 포토다이오드 등을 사용할 수 있다. 이 인테그레이터 센서 (34) 의 출력과, 웨이퍼 (W) 의 표면상에서의 자외펄스광의 조도 (노광량) 와의 상관계수는 미리 측정되어 주제어장치 (50) 내의 메모리에 기억되어 있다.
또한, 조명계 하우징 (26) 내의 레티클 (R) 측으로부터의 반사광의 광로상에는 집광렌즈 (36) 및 인테그레이터 센서 (34) 와 동일한 수광소자로 이루어지는 반사광 모니터 (38) 가 배치되어 있다. 레티클 (R) 의 패턴면으로부터의 반사광은 주콘덴서 렌즈계 (28R), 미러 (28Q), 제 2 릴레이 렌즈 (28N), 가동 레티클 블라인드, 고정 레티클 블라인드의 개구부, 제 1 릴레이 렌즈 (28K) 를 거쳐 빔 스플리터 (28J) 를 투과하고, 집광렌즈 (36) 를 통하여 반사광 모니터 (38) 에 입사하고, 여기서 광전변환된다. 이 반사광 모니터 (38) 의 광전변환신호가 도시하지 않은 피크 홀드 회로 및 A/D 변환기 등을 통하여 주제어장치 (50) 에 공급된다. 이 반사광 모니터 (38) 는 주로 레티클 (R) 의 투과율 측정시에 사용된다.
그리고, 조명유닛 (ILU) 의 지지구조 등에 대하여는 뒤에서 상세히 설명한다.
상기 레티클 스테이지 (RST) 는 후술하는 본체 칼럼 (14) 을 구성하는 지지 칼럼 (40) 의 상방에 수평으로 고정된 레티클 베이스 정반 (42) 상에 배치되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는 레티클 (R) 을 레티클 베이스 정반 (42) 상에서 Y 방향으로 큰 스트로크로 직선구동함과 동시에 X 방향과 θz 방향 (X 축 주변의 회전방향) 에 관하여도 미소 구동이 가능한 구성으로 되어 있다.
이것을 더욱 상세하게 설명하면 레티클 스테이지 (RST) 는 도 4 에 도시된 바와 같이 레티클 베이스 정반 (42) 상을 한 쌍의 Y 리니어 모터 (202A), (202B) 에 의해 Y 방향으로 소정 스트로크로 구동되는 레티클 조동 스테이지 (204) 와, 이 레티클 조동 스테이지 (204) 상을 한 쌍의 X 보이스 코일 모터 (206X) 와 한 쌍의 Y 보이스 코일 모터 (206Y) 에 의해 X, Y, θz 방향으로 미소 구동되는 레티클 미동 스테이지 (208) 를 포함하여 구성되어 있다.
상기 일방의 Y 리니어 모터 (202A) 는 레티클 베이스 정반 (42) 상에 복수의 에어베어링 (에어패드) (210) 에 의해 부상지지되어 Y 축방향으로 연장되는 고정자 (212A) 와, 이 고정자 (212A) 에 대응하여 설치되어 연결부재 (216A) 를 통하여 레티클 조동 스테이지 (204) 에 고정된 가동자 (214A) 로 구성되어 있다. 타방의 Y 리니어 모터 (202B) 는 상기와 마찬가지로 복수의 에어베어링 (도시하지 않음) 에 의해 레티클 베이스 정반 (42) 상에 부상지지되어 Y 축방향으로 연장되는 고정자 (212B) 와, 이 고정자 (212B) 에 대응하여 설치되어 연결부재 (216B) 를 통하여 레티클 조동 스테이지 (204) 에 고정된 가동자 (214B) 로 구성되어 있다.
레티클 조동 스테이지 (204) 는 레티클 베이스 정반 (42) 의 중앙부에 형성된 상부 돌출부 (42a) 의 상면에 고정되어 Y 축방향으로 연장되는 한 쌍의 Y 가이드 (218A,218B) 에 의해 Y 축 방향으로 안내되도록 되어 있다. 또한, 레티클 조동 스테이지 (204) 는 이들 Y 가이드 (218A,218B) 에 대하여 도시하지 않은 에어베어링에 의해 비접촉으로 지지되어 있다.
상기 레티클 미동 스테이지 (208) 에는 그 중앙부에 개구부가 형성되어 있고, 이 개구부내에 도시하지 않은 배큠 척을 통하여 레티클 (R) 이 흡착지지 되도록 되어 있다.
이 경우, 레티클 조동 스테이지 (204) 가 레티클 미동 스테이지 (208) 와 일체로 주사방향 (Y 축방향) 으로 이동할 때에는 레티클 조동 스테이지 (204) 에 고정된 Y 리니어 모터 (202A,202B) 의 가동자 (214A,214B) 와 고정자 (212A,212B) 가 상대적으로 역방향으로 이동한다. 즉, 레티클 스테이지 (RST) 와 고정자 (212A,212B) 가 상대적으로 역방향으로 이동한다. 레티클 스테이지 (RST) 와 고정자 (212A,212B) 와 레티클 베이스 정반 (42) 과의 3 자간의 마찰이 0 인 경우에는 운동량 보존의 법칙이 성립하고, 레티클 스테이지 (RST) 의 이동에 수반하는 고정자 (212A,212B) 의 이동량은 레티클 스테이지 (RST) 전체 (레티클 조동 스테이지 (204), 연결부재 (216A,216B), 가동자 (214A,214B), 레티클 미동 스테이지 (208), 레티클 (R) 등) 와 고정자 전체 (고정자 (212A,212B), 에어베어링 (210) 등) 의 중량비로 결정된다. 따라서, 레티클 스테이지 (RST) 의 주사방향의 가감속시의 반력은 고정자 (212A,212B) 의 이동에 의해 흡수되므로, 상기 반력에 의해 레티클 베이스 정반 (42) 이 진동하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 레티클 스테이지 (RST) 와 고정자 (212A,212B) 가 상대적으로 역방향으로 이동하여 레티클 스테이지 (RST), 레티클 스테이지 정반 (42) 등을 포함하는 계의 전체의 중심위치가 소정의 위치에 유지되므로, 중심위치의 이동에 의한 편하중이 발생하지 않도록 되어 있다. 이러한 상세는 예컨대 일본 공개특허공보 평8-63231 호 및 이에 대응하는 미국특허출원 제 09/260,544 호에 개시되어 있다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허출원에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
도 1 로 되돌아가서 상기 레티클 스테이지 (RST) 의 일부에는 그 위치나 이동량을 계측하기 위한 간섭계 시스템으로서의 레티클 레이저 간섭계 (46) 로부터의 측장 빔을 반사하는 이동경 (48) 이 부착되어 있다. 레티클 레이저 간섭계 (46) 는 지지칼럼 (40) 의 상단부에 고정되어 있다.
이것을 더욱 상세히 설명하면, 도 4 에 나타낸 바와 같이 레티클 미동 스테이지 (208) 의 －Y 방향의 단부에는 코너 큐브로 이루어지는 한 쌍의 Y 이동경 (48y1,48y2) 이 고정되고, 또한 레티클 미동 스테이지 (208) 의 －X 방향의 단부에는 Y 축방향으로 연장되는 평면미러로 이루어지는 X 이동경 (48x) 이 고정되어 있다. 그리고, 이들 이동경 (48y1,48y2,48X) 에 대하여 측장 빔을 조사하는 3 개의 레이저 간섭계가 실제로는 지지칼럼 (40) 의 상단부에 고정되어 있는데, 도 1 에서는 이것들이 대표적으로 레티클 레이저 간섭계 (46), 이동경 (48) 으로서 도시되어 있다. 또한, 각 레이저 간섭계에 대응한 고정경은 투영광학계 (PL) 의 경통의 측면, 또는 각 간섭계 본체내에 설치되어 있다. 그리고, 상기 3 개의 레티클 레이저 간섭계에 의해 레티클 스테이지 (RST) (구체적으로는 레티클 미동 스테이지 (208)) 의 X, Y, θz 방향의 위치계측이 투영광학계 (PL) (또는 본체 칼럼의 일부) 를 기준으로 하여 각각 이루어지지만, 이하의 설명에서는 편의상 레티클 레이저 간섭계 (46) 에 의해 투영광학계 (PL) (또는 본체 칼럼의 일부) 를 기준으로 하여 X, Y, θz 방향의 위치계측이 동시에 개별적으로 이루어지는 것으로 한다. 또한, 이하에 있어서는 필요에 따라 상기 Y 리니어 모터 (202A,202B), 한 쌍의 X 보이스 코일 모터 (206X) 와 한 쌍의 Y 보이스 코일 모터 (206Y) 에 의해 레티클 스테이지 (RST) 를 X, Y, θz 방향으로 구동하는 구동유닛 (44) (도 3 참조) 이 구성되어 있는 것으로 하여 설명을 한다.
레티클 레이저 간섭계 (46) 에 의해 계측되는 레티클 스테이지 (RST) (즉 레티클 (R)) 의 위치정보 (또는 속도정보) 는 주제어장치 (50) 에 보내어진다 (도 3 참조). 주제어장치 (50) 는 기본적으로는 레티클 레이저 간섭계 (46) 에서 출력되는 위치정보 (또는 속도정도) 가 지령값 (목표위치, 목표속도) 과 일치하도록 상기 구동유닛 (44) 을 구성하는 리니어 모터, 보이스 코일 모터 등을 제어한다.
상기 투영광학계 (PL) 로서는, 여기서는 물체면 (레티클 (R)) 측과 이미지면 (웨이퍼 (W)) 측의 양쪽이 텔레센트릭하고 원형의 투영시야를 가지고, 석영이나 형석을 광학초재로 한 굴절광학소자 (렌즈소자) 만으로 이루어지는 1/4 (또는 1/5) 축소배율의 굴절광학계가 사용되고 있다. 따라서 레티클 (R) 에 자외펄스광이 조사되면 레티클 (R) 상의 회로패턴영역 중의 자외펄스광에 의해 조명된 부분으로부터의 결상광속이 투영광학계 (PL) 에 입사하고, 그 회로패턴의 부분 도립 이미지가 자외펄스광의 각 펄스 조사시 마다 투영광학계 (PL) 의 이미지면측의 원형시야의 중앙에 슬릿형상 또는 직사각형상 (다각형) 으로 제한되어 결상된다. 그럼으로써, 투영된 회로패턴의 부분 도립 이미지는 투영광학계 (PL) 의 결상면에 배치된 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트영역 중 하나의 쇼트 영역표면의 레지스트층에 축소전사된다.
그리고, 투영광학계 (PL) 를 일본 공개특허공보 평3-282527 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,220,454 호에 개시되어 있는 바와 같이 굴절광학소자와 반사광학소자 (오목면경이나 빔 스플리터 등) 를 조합한 이른바 카타디옵트릭계로 하여도 됨은 물론이다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이에 대응하는 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 본 실시형태에서는 주사노광시에 발생하는 다이내믹한 왜곡수차, 특히 원형시야내의 실효적인 이미지 투영영역 (고정 레티클 블라인드의 개구부로 규정) 에 형성되는 투영 이미지에 포함되는 임의의 디스토션 성분을 유효하게 저감시키기 위한 이미지 변형 보정판 (51) 이 투영광학계 (PL) 와 레티클 (R) 사이에 배치되어 있다. 이 보정판 (51) 은 수 밀리 정도의 두께를 갖는 평행한 석영판의 표면을 국소적으로 파장 오더로 연마가공하고, 그 연마부분을 통과하는 결상광속의 주광선을 미소하게 편향시키는 것이다. 이 같은 보정판의 제작방법의 일례는 일본 공개특허공보 평8-203805 호 및 이에 대응하는 미국출원번호 08/581,016 호에 상세하게 개시되어 있으며, 본 실시형태에서도 기본적으로는 그 공보 및 대응미국특허에 기재된 수법을 응용하는 것으로 한다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 투영광학계 (PL) 에는 내부의 특정한 렌즈소자를 광축방향으로 평행이동시키거나 미소 경사시킴으로써 결상특성 (투영배율이나 어떤 종류의 디스토션) 을, 노광하려는 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역의 변형상태의 검출결과, 투영광로내의 매체 (광학소자나 충전되는 기체) 의 온도변화의 검출결과, 대기압변화에 의한 투영광학계 (PL) 내의 내압변화의 검출결과에 기초하여 자동조정하기 위한 액추에이터 (51A,51B) 가 설치되어 있다. 이들 엑추에이터 (51A,51B) 는 주제어장치 (50) 의 관리하에 있는 렌즈 컨트롤러 (52) (도 1 에서는 도시하지 않음, 도 3 참조) 에 의해 제어된다.
상기 본체 칼럼 (14) 은 바닥면 (FD) 에 수평하게 얹어놓여진 장치의 기준이 되는 제 1 베이스 부재로서의 제 1 위치결정정반 (BP1) 상에 형성된 3 개의 지주 (54A 내지 54C) (단, 도 1 에서 지면 안쪽의 지주 (54C) 는 도시하지 않음, 도 2 참조) 및 이들 지주 (54A 내지 54C) 의 상부에 고정된 제 1 방진장치로서의 방진유닛 (56A 내지 56C) (단, 도 1 에서는 지면 안쪽의 방진유닛 (56C) 은 도시하지 않음, 도 2 참조) 을 통하여 거의 수평하게 지지된 경통정반 (58) 과, 이 경통정반 (58) 상에 설치된 상기 지지칼럼 (40) 으로 구성되어 있다.
상기 위치결정정반 (BP1) 으로는, 본 실시형태에서는 평면시에서 봤을 때 일부에 직사각형의 개구가 형성된 직사각형상, 즉 직사각형상의 것이 사용되고 있다.
도 2 에는 도 1 의 노광장치 (10) 의 본체 칼럼 (14) 의 일부를 구성하는 경통정반 (58) 에서부터 하방의 구성 각부의 도 1 의 우측면도가 일부 단면으로 도시되어 있다. 이 도 2 에 도시된 바와 같이 상기 방진유닛 (56B) 은 지주 (54B) 의 상부에 직렬로 배치된 내압이 조정가능한 에어마운트 (60) 와 보이스 코일 모터 (62) 를 포함하여 구성되어 있다. 나머지의 방진유닛 (56A,56C) 도 마찬가지로 지주 (54A,54C) 의 상부에 각각 직렬로 배치된 에어마운트 (60) 와 보이스 코일 모터 (62) 를 포함하여 구성되어 있다. 방진유닛 (56A 내지 56C) 에 의해 제 1 위치결정정반 (BP1) 및 지주 (54A 내지 54C) 를 통하여 경통정반 (58) 에 전달되는 바닥면 (FD) 으로부터의 미진동이 마이크로 G 수준으로 절연되도록 되어 있다.
상기 경통정반 (58) 은 주물 등으로 구성되어 있고, 그 중앙부의 개구 (58a) 의 내부에 투영광학계 (PL) 가 그 광축 (AX) 방향을 Z 축방향으로 하여 상방으로부터 압입되어 있다. 투영광학계 (PL) 의 경통부의 외주부에는 이 경통부에 일체화된 지지부재로서의 플랜지 (FLG) 가 설치되어 있다. 이 플랜지 (FLG) 의 소재로는 저열팽창의 재질, 예컨대 인버 (Inver ; 니켈 36 %, 망간 0.25 %, 및 미량의 탄소와 다른 원소를 함유하는 철로 이루어지는 저팽창의 합금) 가 사용되어 있고, 이 플랜지 (FLG) 는 투영광학계 (PL) 를 경통정반 (58) 에 대하여 지지하는 이른바 키너매틱 지지 마운트를 구성하고 있다.
여기서, 상기 키너매틱 지지 마운트의 구성에 대하여 도 5 및 도 6a 내지 도 6c 를 이용하여 간단하게 설명한다. 도 5 는 플랜지 (FLG) 와 마주보는 부분의 경통정반 (58) 의 평면도이고, 도 6a, 도 6b, 도 6c 는 도 5 의 A-A 선 단면도, B-B 선 단면도, C-C 선 단면도이다.
이들 도면을 종합하면 알 수 있는 바와 같이, 플랜지 (FLG) 의 하면에는 투영광학계 (PL) 와 거의 동심의 원주상에 거의 120°간격으로 3 개의 반구형상의 볼록부 (152a,152b,152c) 가 일체로 형성되어 있고, 이들 볼록부 (152a,152b,152c) 가 각각 걸어맞춤되는 원추 홈 (154a) 과 V 형 홈과 유합홈(游合溝)(내저면이 평면인 원형의 구멍) (154c) 이 경통정반 (58) 의 상면에 형성되어 있다. 그리고, 상기 3 개의 볼록부 (152a,152b,152c) 와 원추 홈 (154a), V 형 홈 (154b), 유합 홈 (154c) 이 각각 걸어맞춤된 상태에서 투영광학계 (PL) 가 플랜지 (FLG) 를 통하여 경통정반 (58) 상에 이른바 키너매틱 지지되어 있다. 이와 같은 키너매틱 지지구조를 채용하면 투영광학계 (PL) 의 경통정반 (58) 에 대한 장착이 용이하며, 또한 장착후의 경통정반 (58) 및 투영광학계 (PL) 의 진동, 온도변화, 자세변화 등에 기인하는 응력을 가장 효과적으로 경감할 수 있다는 이점이 있다.
이어서 웨이퍼 스테이지 (WST) 근방의 구성 각부에 대하여 도 1 및 도 2 에 기초하여 설명한다.
웨이퍼 스테이지 (WST) 의 저면에는 도 2 에 도시된 바와 같이 복수의 에어베어링 (에어 패드) (64) 이 고정되어 있고, 이들 에어베어링 (64) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 스테이지 정반 (16) 상에 예컨대 수 미크론 정도의 클리어런스를 사이에 두고 부상 지지되어 있다.
스테이지 정반 (16) 은 전술한 제 1 위치결정정반 (BP1) 의 직사각형의 개구부내에 배치되어 바닥면 (FD) 에 얹어놓여진 제 2 베이스 부재로서의 제 2 위치결정정반 (BP2) 의 상방에, 액티브한 액추에이터를 포함하는 3 개의 제 2 방진장치로서의 방진유닛 (66A 내지 66C) (도 1 에서는 지면 안쪽의 방진유닛 (66C) 은 도시하지 않음, 도 2 참조) 을 통하여 거의 수평하게 지지되어 있다. 방진유닛 (66B) 은 도 2 에 도시된 바와 같이 에어마운트 (68) 와 보이스 코일 모터 (70) 를 포함하여 구성되어 있다. 나머지의 방진유닛 (66A,66C) 도 마찬가지로 에어마운트 (68) 와 보이스 코일 모터 (70) 에 의해 구성되어 있다. 방진유닛 (66A 내지 66C) 에 의해 제 2 위치결정정반 (BP2) 을 통하여 스테이지 정반 (16) 에 전달되는 바닥면으로부터의 미진동이 마이크로 G 수준으로 절연될 수 있도록 되어 있다.
상기 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 2 세트의 리니어 모터를 포함하는 구동유닛 (72) (도 1 에서는 도시하지 않음, 도 3 참조) 에 의해 스테이지 정반 (16) 상을 XY 2차원 방향으로 구동하도록 되어 있다. 이것들을 더욱 상세하게 설명하면 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X 방향 구동은 도 1 에 도시된 한 쌍의 리니어 모터 (74A,74B) 에 의해 이루어진다. 이들 리니어 모터 (74A,74B) 의 고정자는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 방향 양외측으로 X 방향을 따라 연장설치되어 있고, 한 쌍의 연결부재 (76) 에 의해 양단부 상호간이 연결되어 직사각형의 테두리 (78) (도 2 참조) 가 형성되어 있다. 리니어 모터 (74A,74B) 의 가동자는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 방향 양측면에 설치되어 있다.
또한, 테두리 (78) 를 구성하는 한 쌍의 연결부재 (76) 또는 상기 리니어 모터 (74A,74B) 의 고정자의 하단면에는 도 2 에 도시된 바와 같이 전기자 유닛 (80A,80B) 이 각각 설치되어 있고, 이들 전기자 유닛 (80A,80B) 에 대응하여 한 쌍의 자석 유닛 (82A,82B) 이 Y 방향으로 연장설치되어 있다. 이들 자석 유닛 (82A,82B) 은 제 2 위치결정정반 (BP2) 의 상면에 Y 방향으로 연장설치된 한 쌍의 프레임 (84A,84B) 의 상면에 고정되어 있다. 이 경우, 상기 전기자 유닛 (80A) 과 자석 유닛 (83A) 에 의해 무빙 코일형 리니어 모터 (86A) 가 구성되고, 마찬가지로 상기 전기자 유닛 (80B) 과 자석 유닛 (82B) 에 의해 무빙 코일형 리니어 모터 (86B) 가 구성되어 있다. 그리고, 이들 리니어 모터 (86A,86B) 에 의해 테두리 (78) 와 일체로 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 Y 방향으로 구동되도록 되어 있다.
즉, 이와 같은 방법으로 2 세트의 리니어 모터 (74A,74B,86A,86B) 를 포함하는 구동유닛 (72) 이 구성되고, 이 구동유닛 (72) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 평행한 XY 평면을 따라 2 차원적으로구동되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 구동유닛 (72) 은 스테이지 정반 (16) 의 외부의 프레임 (84A,84B) 에 의해 독립적으로 지지되어 있으므로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면내에서의 가속시 또는 감속시에 발생하는 반력은 프레임 (84A,84B) 을 통하여 위치결정정반 (BP2) 에 직접 전달되지만 스테이지 정반 (16) 에 전달되지 않도록 되어 있다.
웨이퍼 스테이지의 상면에 웨이퍼 홀더 (88) 를 통하여 웨이퍼 (W) 가 진공흡착 등에 의해 고정되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 위치는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 투영광학계 (PL) 의 경통 하단에 각각 고정된 참조경 (Mr1,Mr2) 을 기준으로 하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 일부에 고정된 이동경 (Ms1,Ms2) 의 위치변화를 계측하는 레이저 간섭계 (90Y,90X) 에 의해 소정의 분해능, 예컨대 0.5 내지 1 ㎚ 정도의 분해능으로 실시간으로 계측된다. 이들 레이저 간섭계 (90Y,90X) 의 계측값은 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다. (도 3 참조). 즉, 레이저 간섭계 (90Y) 및 레이저 간섭계 (90X) 에 의해 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 투영광학계 (PL) 를 기준으로 하여 계측하는 간섭계 시스템이 구성되어 있다. 여기서, 레이저 간섭계 (90Y,90X) 의 적어도 일방은 측장축을 2축 이상 갖는 다축 간섭계이며, 따라서 주제어장치에서는 레이저 간섭계 (90Y,90X) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 위치뿐 아니라 θz 회전량, 또는 이것들과 더불어 레벨링량도 측정할 수 있도록 되어 있다.
상기 웨이퍼 홀더 (88) 는 도 2 에서는 도시가 생략되어 있지만, 실제로는 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 탑재된 도시하지 않은 홀더 구동기구에 의해 웨이퍼 (W) 를 지지하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 대하여 Z 방향 및 XY 평면에 대한 경사방향으로 미소 구동되도록 되어 있다. 이 홀더 구동기구는 예컨대 웨이퍼 홀더 (88) 의 상이한 3 점을 각각 지지함과 동시에 각 지지점을 독립적으로 Z 축방향으로 구동하는 3 개의 보이스 코일 모터 또는 피에조 소자 등으로 이루어지는 액추에이터를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 웨이퍼 홀더 (88) 와 홀더 구동기구에 의해 웨이퍼 (W) 를 Z 방향, θx 방향 (X 축 주변의 회전방향) 및 θy 방향 (Y 축 주변의 회전방향) 의 3 자유도 방향으로 구동하는 기판구동계로서의 Z·레벨링 테이블이 구성되어 있다. 이하에서는 이 웨이퍼 홀더 (88) 를 편의상 적당히「Z·레벨링 테이블 (88)」이라고 부르기로 한다. 본 실시형태에서는 이 Z·레벨링 테이블 (88) 을 구성하는 각 엑추에이터가 주제어장치 (50) 에 의해 제어되도록 되어 있다 (도 3 참조).
또한, 본 실시형태에서는 상기 Z·레벨링 테이블 (88) 에 대응하여 투영광학계 (PL) 의 초점위치와 웨이퍼 (W) 상면 (표면) 의 거리 또는 이 거리에 대응한 거리, 예컨대 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 웨이퍼 (W) 표면의 Z 축방향위치, 및 XY 면에 대한 경사를 검출하는 초점검출장치로서의 포커스 센서 (121) 가 투영광학계 (PL) 의 측면에 설치되어 있다. 이 포커스 센서 (121) 로서는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 검출광을 웨이퍼 (W) 에 비스듬히 입사시키는 투광부 (조사광학계) (121a) 와, 웨이퍼 (W) 에서 반사된 상기 검출광을 수광하는 수광부 (수광광학계) (121b) 로 구성된 다점 초점 위치검출계가 사용되고 있다. 이 포커스 센서 (121) (수광부 (121b)) 의 출력 (검출결과) 이 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있고 (도 3 참조), 주제어장치 (50) 에서는 포커스 센서 (121) 의 출력에 기초하여 웨이퍼 (W) 의 쇼트영역 (보다 정확하게는 레티클 (R) 상의 슬릿상 조명영역에 공액인 웨이퍼상의 영역) 이 항상 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 일치 (소정의 초점 심도의 범위내가 된다) 하도록 Z·레벨링 테이블 (88) 을 제어한다. 즉, 이와 같은 방법으로 포커스·레벨링 제어가 이루어지도록 되어 있다. 그리고, 포커스 센서 (121) 와 동일한 다점 초점 위치검출계에 대하여는 예컨대 일본 공개특허공보 평6-283403 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,448,332 호 등에 상세하게 개시되어 있으며, 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
그리고, 투광부 (121a) 와 수광부 (121b) 는 투영광학계 (PL) 외에 경통정반 (58) 에 고정해도 된다.
상기 스테이지 정반 (16) 에는, 도 1 및 도 2 에서는 도시가 생략되어 있지만, 실제로는 스테이지 정반 (16) 의 Z 방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서 (예컨대 가속도계) 와 XY 면내 방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서 (예컨대 가속도계) (예컨대 이 안의 2 개의 진동센서는 스테이지 정반 (16) 의 Y 방향의 진동을 계측하고, 나머지의 진동센서는 X 방향의 진동을 계측한다) 가 장착되어 있다. 이하에서는 편의상 이들 6 개의 진동센서를 총칭하여 진동센서군 (92) 이라고 부르기로 한다. 이 진동센서군 (92) 의 계측값은 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다 (도 3 참조). 따라서, 주제어장치 (50) 에서는 진동센서군 (92) 의 계측값에 기초하여 스테이지 정반 (16) 의 6 자유도 방향 (X,Y,Z,θx,θy,θz 방향) 의 진동을 측정할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 전술한 바와 같이, 일본 공개특허공보 평8-63231 호 및 이에 대응하는 미국특허출원 제 09/260,544 호에 개시되어 있는 바와 같은 이른바 카운터 웨이트 방식의 레티클 스테이지가 채용되고, 레티클 스테이지 (RST), 고정자 (212A,212B) 및 레티클 스테이지 정반 (42) 의 3 자간의 마찰이 0 이면 레티클 스테이지 (RST) 의 이동에 수반하는 반력/편하중은 이론적으로는 0 이어야 하지만 실제로는 마찰력은 0 이 아니며, 또한 힘의 작용선 등이 다른 등의 이유로 0 이 되지는 않는다.
따라서, 본체 칼럼 (14) 을 구성하는 경통정반 (58) 에는 도 1 및 도 2 에서는 도시가 생략되어 있지만, 실제로는 본체 칼럼 (14) 의 Z 방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서 (예컨대 가속도계) 와 XY 면내방향의 진동을 계측하는 3 개의 진동센서 (예컨대 가속도계) (예컨대 이 중의 2개의 진동센서는 본체 칼럼 (14) 의 Y 방향의 진동을 계측하고, 나머지의 진동센서는 본체 칼럼 (14) 의 X 방향의 진동을 계측한다) 가 장착되어 있다. 이하에서는 편의상 이들 6 개의 진동센서를 총칭하여 진동센서군 (96) 이라고 부르기로 한다. 이 진동센서군 (96) 의 계측값은 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다 (도 3 참조). 따라서, 주제어장치 (50) 에서는 진동센서군 (96) 의 계측값에 기초하여 본체 칼럼 (14) 의 6 자유도 방향의 진동을 측정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 전술한 바와 같이 스테이지 정반 (16) 과 경통정반 (58) 은 서로 다른 위치결정정반 (BP2,BP1) 에 의해 각각 지지되어 있기 때문에 스테이지 정반 (16) 과 경통정반 (58) 의 상대위치관계를 확인할 필요가 있다.
따라서, 도 2 에 도시된 바와 같이 위치결정정반 (BP1) 상에 경통정반 (58) 에 고정된 타깃 (97) 을 통하여 위치결정정반 (BP1) 에 대한 경통정반 (58) 의 위치를 계측하는 칼럼위치 계측장치 (및 위치계측 시스템) 로서의 위치센서 (98) 와, 스테이지 정반 (16) 에 고정된 타깃 (93) 을 통하여 위치결정정반 (BP1) 에 대한 스테이지 정반 (16) 의 위치를 계측하는 스테이지 정반 위치계측장치로서의 위치센서 (94) 가 설치되어 있다.
상기 타깃 (93) 으로는 예컨대 도 7 에 나타낸 바와 같이 스테이지 정반 (16) 에 기단이 고정되고, 그 선단부에 X, Y, Z 축에 각각 수직인 반사면 (93a,93b,93c) 이 형성된 L 자 부재가 사용된다. 이 경우, 위치센서 (94) 로서 반사면 (93a,93b,93c) 에 대하여 각각 측장 빔 (RIX,RIY,RIZ) 을 조사하는 레이저 간섭계를 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는 이와 같은 타깃 (93) 과 레이저 간섭계 (94) 를 복수 세트 사용하여, 적어도 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하는 스테이지 정반 (16) 의 Z 위치를 2 개소, X 위치를 2 개소, Y 위치를 2 개소에서 계측하도록 되어 있지만, 이하에서는 편의상 도 2 의 위치센서 (94) 에 의해 위치결정정반 (BP1) 과 스테이지 정반 (16) 의 상기 6 개의 상대위치가 계측되는 것으로 한다. 이 위치센서 (94) 의 계측값은 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다 (도 3 참조).
위치센서 (98) 도 위치센서 (94) 와 동일하게 구성되고, 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하는 경통정반 (58) 의 Z 위치를 2 개소, X 위치를 2 개소, Y 위치를 2 개소에서 계측하도록 되어 있지만, 이하에서는 편의상 도 2 의 위치센서 (98) 에 의해 위치결정정반 (BP1) 과 경통정반 (58) 의 상기 6 개의 상대위치가 계측되는 것으로 한다. 이 위치센서 (98) 의 계측값도 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있다 (도 3 참조).
따라서, 주제어장치 (50) 에서는 위치센서 (94) 의 계측값에 기초하여 위치결정정반 (BP1) 과 스테이지 정반 (16) 의 6 자유도 방향의 상대위치를 측정할 수 있음과 동시에 위치센서 (98) 의 계측값에 기초하여 위치결정정반 (BP1) 과 경통정반 (58) 의 6 자유도 방향의 상대위치를 측정할 수 있다.
본 실시형태에서는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동시의 반력이 그대로 스테이지 정반 (16) 에 전달되지는 않지만, 그 반력이 프레임 (84A,84B) 에서 위치결정정반 (BP2) 을 통해 스테이지 정반 (16) 으로 약간 전달되어 스테이지 정반 (16) 의 진동요인이 되는 경우가 있다. 이 같은 경우, 주제어장치 (50) 에서는 진동센서군 (92) 의 계측값에 기초하여 측정한 스테이지 정반 (16) 의 6 자유도 방향의 진동을 제거하기 위하여 방진유닛 (66A 내지 66C) 의 속도제어를 예컨대 피드백 제어에 의해 실시하여 스테이지 정반 (16) 의 진동을 확실하게 억제할 수 있다. 또한 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 스테이지 정반 (16) 상에서 이동함으로써 스테이지 정반 (16) 의 중심위치가 이동하여 편하중이 발생한다. 따라서, 레이저 간섭계 (90X,90Y) 로부터의 위치신호에 기초하여 편하중으로 인해 발생하는 스테이지 정반 (16) 의 경사를 보정할 수 있다. 이 같이 방진유닛 (66A 내지 66C) 으로서 이른바 액티브 방진대가 채용되고 있다. 또한 주제어장치 (50) 에서는 위치센서 (94) 의 계측값에 기초하여 스테이지 정반 (16) 의 위치결정정반 (BP1) 에 대한 6 자유도 방향의 상대위치를 측정하고 이 상대위치의 정보를 이용하여 방진유닛 (66A 내지 66C) 을 제어함으로써 스테이지 정반 (16) 을 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하여 정상적으로 안정된 위치로 유지할 수 있게 되어 있다.
또한, 주제어장치 (50) 에서는 예컨대 레티클 스테이지 (RST) 의 이동시 등에는 진동센서군 (90) 의 계측값에 기초하여 측정한 본체 칼럼 (14) 의 6 자유도 방향의 진동을 제거하기 위하여 방진유닛 (56A 내지 56C) 의 속도제어를 예컨대 피드백 제어 또는 피드백 제어 및 피드포워드 제어에 의해 실시하여 본체 칼럼 (14) 의 진동을 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 방진유닛 (56A 내지 56C) 으로서 이른바 액티브 방진장치가 사용되고 있다. 또한 주제어장치 (50) 에서는 위치센서 (98) 의 계측값에 기초하여 본체 칼럼 (14) 의 위치결정정반 (BP1) 에 대한 6 자유도 방향의 상대위치를 측정하여 이 상대위치의 정보를 이용하여 방진유닛 (56A 내지 56C) 을 제어함으로써 경통정반 (58) 을 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하여 정상적으로 안정된 위치로 유지할 수도 있게 되어 있다.
또한 본 실시형태에서는 도 2 에 도시된 바와 같이 투영광학계 (PL) 의 플랜지 (FLG) 의 상이한 3 개소에 3 개의 레이저 간섭계 (102) 가 고정되어 있다 (단, 도 2 에서는 이들 레이저 간섭계 중 하나가 대표적으로 도시되어 있다).
이들 3 개의 간섭계 (102) 와 마주보는 경통정반 (58) 의 부분에는 개구 (58b) 가 각각 형성되어 있고, 이들 개구 (58b) 를 통하여 각각의 레이저 간섭계 (102) 에서 Z 축방향의 측장 빔이 스테이지 정반 (16) 을 향해 조사되고 있다. 스테이지 정반 (16) 의 상면의 각 측장 빔의 대향위치에는 반사면이 각각 형성되어 있다. 따라서 상기 3 개의 레이저 간섭계 (102) 에 의해 스테이지 정반 (16) 의 상이한 3 점의 Z 위치가 플랜지 (FLG) 를 기준으로 하여 각각 계측된다. 단, 도 2 에서는 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (W) 중앙의 쇼트영역이 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 의 바로 아래에 있는 상태가 도시되어 있기 때문에 측장 빔이 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 의해 가려진 상태로 되어 있다. 그리고, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상면에 반사면을 형성하여 이 반사면상의 상이한 3 점의 Z 방향위치를 투영광학계 (PL) 또는 플랜지 (FLG) 를 기준으로 하여 계측하는 간섭계를 설치해도 된다.
또한 3 개의 레이저 간섭계 (102) 를 플랜지 (FLG) 에 고정하는 대신에 경통정반 (58) 에 고정하여 경통정반 (58) 을 기준으로 스테이 정반 (16) 또는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Z 방향위치를 계측하는 구성으로 해도 된다.
상기 레이저 간섭계 (102) 의 계측값도 주제어장치 (50) 에 공급되도록 되어 있고 (도 3 참조), 주제어장치 (50) 에서는 예컨대 웨이퍼 주변부의 노광시 등에 투영광학계 (PL) 와 스테이지 정반 (16) 의 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 방향 및 광축 직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향 (Z,θx,θy) 의 위치관계를 측정할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 레이저 간섭계 (102) 와 주제어장치 (50) 에 의해 3 자유도 위치계측장치가 구성되어 있다.
도 1 로 되돌아가서 위치결정정반 (BP1) 상에는 레티클 (R) 을 레티클 스테이지 (RST) 에 대하여 반입 및 반출하는 마스크 반송계로서의 레티클 로더 (110) 와, 웨이퍼 (W) 를 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 대하여 반입 및 반출하는 기판 반송계로서의 웨이퍼 로더 (112) 도 탑재되어 있다. 레티클 로더 (110), 웨이퍼 로더 (112) 는 주제어장치 (50) 의 관리하에 놓여져 있다 (도 3 참조).
주제어장치 (50) 에서는 예컨대 레티클 교환시에는 레티클 레이저 간섭계 (46) 의 계측값과 위치센서 (98) 의 계측값에 기초하여 레티클 로더 (110) 를 제어함으로써 반송시의 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하는 레티클 스테이지 (RST) 의 위치를 정상적으로 일정하게 유지할 수 있고, 결과적으로 레티클 스테이지 (RST) 상의 소망의 위치로 레티클 (R) 을 로드할 수 있다.
마찬가지로, 주제어장치 (50) 에서는 웨이퍼 교환시 등에 있어서도 레이저 간섭계 (90X,90Y) 의 계측값과 위치센서 (94) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 로더 (112) 를 제어함으로써 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 정상적으로 일정하게 유지할 수 있고, 결과적으로 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 소망의 위치에 웨이퍼 (W) 를 로드할 수 있다.
상기 조명유닛 (ILU) 은 제 1, 제 2 위치결정정반 (BP1,BP2) 과는 독립하여 바닥면 (FD) 에 얹어놓여진 제 3 베이스 부재로서의 위치결정정반 (BP3) 상에 3 점 지지의 방진대 (116) 를 통하여 탑재된 지지 칼럼 (118) 에 의해 지지되어 있다. 이 방진대 (116) 로서도 방진유닛 (56A 내지 56C, 66A 내지 66C) 과 마찬가지로 에어마운트와 보이스 코일 모터 (액추에이터) 와 지지 칼럼 (118) 에 장착된 진동검출센서 (예컨대 가속도계) 를 구비한 액티브 방진장치가 사용되고 있고, 이 액티브 방진장치 (116) 에 의해 바닥면 (FD) 으로부터의 진동이 마이크로 G 수준으로 절연된다.
또한 본 실시형태에서는 조명유닛 (ILU) 과 레티클 베이스 정반 (42) 의 6 자유도 방향의 상대위치를 계측하는 6 자유도 위치계측장치로서의 베이스 간섭계 (120) (도 3 참조) 를 구비하고 있다.
이것을 더 상세하게 설명하면, 도 4 에 도시된 바와 같이 레티클 베이스 정반 (42) 의 상면에는 조명유닛 (ILU) 과 대향하여 배치된 전술한 타깃 (93) 과 동일한 L 자형 부재로 이루어지는 한 쌍의 타깃 (230A,230B) 이 고정되어 있고, 이들 타깃 (230A,230B) 의 X, Y, Z 방향의 위치를 각각 계측하는 합계 6 개의 레이저 간섭계 (도 4 에서는 도시하지 않음) 가 조명유닛 (ILU) 의 조명계 하우징 (26) 에 고정되어 있다. 이들 6 개의 레이저 간섭계에 의해 도 3 의 베이스 간섭계 (120) 가 구성되어 있다. 이 베이스 간섭계 (120) 로부터의 6 개의 계측값, 즉 X, Y, Z 방향의 각 2 개의 위치정보 (변위정보) 는 주제어장치 (50) 에 보내지도록 되어 있다. 그리고, 주제어장치 (50) 에서는 상기 베이스 간섭계 (120) 로부터의 6 개의 계측값에 기초하여 조명유닛 (ILU) 과 레티클 베이스 정반 (42) 의 6 자유도 방향 (X,Y,Z,θx,θy,θz 방향) 의 상대위치를 측정할 수 있도록 되어 있다.
따라서, 주제어장치 (50) 에서는 상기 베이스 간섭계 (120) 로부터의 계측값에 기초하여 측정한 6 자유도 방향의 상대위치에 기초하여 구동유닛 (44) 을 통하여 레티클 스테이지 (RST) (레티클 미동 스테이지(208)) 의 XY 면내의 위치를 조정함과 동시에 방진유닛 (56A 내지 56C) 또는 액티브 방진장치 (116) 를 제어함으로써 조명유닛 (ILU) 과 레티클 (R) 의 6 자유도 방향의 상대위치관계를 미조정한다.
또한, 주제어장치 (50) 에서는 진동센서군 (96) 의 계측값에 기초하여 방진유닛 (56A 내지 56C) 을 제어함으로써 본체 칼럼 (14) 의 거친 진동을 억제하고, 베이스 간섭계 (120) 의 계측값에 기초하여 레이클 스테이지 (RST) (레티클 미동 스테이지 (208)) 의 위치를 제어함으로써 본체 칼럼 (14) 의 미세 진동도 효과적으로 억제할 수 있다.
도 3 에는 상술한 노광장치 (10) 의 제어계의 구성이 간단하게 도시되어 있다. 이 제어계는 워크 스테이션 (또는 마이크로 컴퓨터) 으로 이루어지는 제어장치로서의 주제어장치 (50) 를 중심으로 하여 구성되어 있다. 주제어장치 (50) 는 지금까지 설명한 각종 제어를 실시하는 외에 장치 전체를 통괄적으로 제어한다.
이어서, 상술한 바와 같이 구성된 노광장치 (10) 에 있어서의 노광동작에 대하여 설명한다.
전제로서 웨이퍼 (W) 상의 쇼트영역을 적정노광량 (목표 노광량) 으로 주사노광하기 위한 각종 노광조건이 미리 설정되어 있다. 또한, 도시하지 않은 레티클 현미경 및 도시하지 않은 오프액시스·얼라인먼트 센서 등을 사용한 레티클 얼라인먼트, 베이스라인 계측 등의 준비작업이 이루어지고, 그 후 얼라인먼트 센서를 사용한 웨이퍼 (W) 의 파인 얼라인먼트 (EGA (인핸스드·글로벌·얼라인먼트) 등) 가 종료되고, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트영역의 배열좌표가 측정된다.
이와 같이 하여 웨이퍼 (W) 의 노광을 위한 준비동작이 종료되면, 주제어장치 (50) 에서는 얼라인먼트 결과에 기초하여 레이저 간섭계 (90X,90Y) 의 계측값을 모니터하면서 구동유닛 (72) 을 제어하여 웨이퍼 (W) 의 제 1 쇼트의 노광을 위한 주사개시위치로 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킨다.
그리고, 주제어장치 (50) 에서는 구동유닛 (44,72) 을 통하여 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 방향의 주사를 개시하고, 양스테이지 (RST,WST) 가 각각의 목표 주사속도에 도달하면, 자외펄스광에 의해 레티클 (R) 의 패턴영역이 조명되기 시작하여 주사노광이 개시된다.
상기 주사노광의 개시에 앞서, 광원 (12) 의 발광은 개시되어 있지만, 주제어장치 (50) 에 의해 레티클 블라인드 기구 (28M) 를 구성하는 가동 블라인드의 각 블레이드의 이동이 레티클 스테이지 (RST) 의 이동과 동기제어되고 있기 때문에, 레티클 (R) 상의 패턴 영역 밖으로의 자외펄스광의 조사가 차광되는 것은 통상의 스캐닝·스테퍼와 동일하다.
주제어장치 (50) 에서는 특히 상기 주사노광시에 레티클 스테이지 (RST) 의 Y 축방향의 이동속도 (Vr) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 Y 축방향의 이동속도 (Vw) 가 투영광학계 (PL) 의 투영배율 (1/5 배 또는 1/4 배) 에 따른 속도비로 유지되도록 구동유닛 (44), 구동유닛 (72) 을 통하여 레티클 스테이지 (RST) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 동기제어한다. 즉, 본 실시형태에서는 구동유닛 (44), 구동유닛 (72) 및 주제어장치 (50) 에 의해 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 Y 축방향을 따라 동기이동시키는 구동장치가 구성되어 있다.
그리고, 레티클 (R) 의 패턴영역이 상이한 영역이 자외펄스광으로 순차적으로 조명되고, 패턴영역 전면에 대한 조명이 완료함으로써 웨이퍼 (W) 상의 제 1 쇼트의 주사노광이 종료된다. 그럼으로써, 레티클 (R) 의 패턴이 투영광학계 (PL) 를 통하여 제 1 쇼트에 축소전사된다.
이와 같이 하여 제 1 쇼트의 주사노광이 종료되면, 주제어장치 (50) 에 의해 구동유닛 (72) 을 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 X, Y 축방향으로 스텝이동되고, 제 2 쇼트의 노광을 위한 주사개시위치로 이동된다. 이 스테핑시에 주제어장치 (50) 에서는 레이저 간섭계 (90X,90Y) 의 계측값에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 X, Y, θz 방향의 위치변위를 실시간으로 계측한다. 이 계측결과에 기초하여 주제어장치 (50) 에서는 구동유닛 (72) 을 제어하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 위치 변위가 소정의 상태가 되도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 제어한다.
또한, 주제어장치 (50) 에서는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 θz 방향의 변위의 정보에 기초하여 구동유닛 (44) 을 제어하고, 그 웨이퍼 (W) 측의 회전변위의 오차를 보상함으로써 레티클 스테이지 (RST) (레티클 미동 스테이지 (208)) 를 회전제어한다.
그리고, 주제어장치 (50) 에서는 제 2 쇼트에 대하여 상기와 동일한 주사노광을 실시한다.
이와 같이 하여 웨이퍼 (W) 상의 쇼트의 주사노광과 다음 쇼트노광을 위한 스테핑 동작이 반복 실시되고, 웨이퍼 (W) 상의 노광 대상 쇼트의 전부에 레티클 (R) 의 패턴이 순차적으로 전사된다.
그런데 상기에서는 특별히 설명을 하지 않았지만, 최근의 스캐닝·스테퍼와 마찬가지로 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역에 대한 주사노광 중, 주제어장치 (50) 에서는 포커스 센서 (121) 의 계측값에 기초하여 전술한 바와 같은 포커스·레벨링 제어를 실시하고, 초점 심도 수백 ㎚ 이하에서 포커스를 맞춰 노광을 실시하도록 되어 있다.
그러나, 본 실시형태에서는 투영광학계 (PL) 를 지지하는 본체 칼럼 (14) 과 웨이퍼 (W) 를 지지하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 독립하여 지지되고 있으므로, 양자간에 진동이 전달되기 어렵다는 이점이 있는 반면, 본체 칼럼 (12) 과 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 지지하는 스테이지 정반 (16) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 가 각각 독립된 거동을 할 우려가 있으며, 이 때문에 노광시의 웨이퍼 (W) 의 포커스 제어 또는 포커스·레벨링제어에 응답지연 (시간지연) 이 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는 웨이퍼 (W) 의 노광시에는 상술한 포커스 센서 (121) 의 계측값에 기초하여 Z·레벨링 테이블 (88) 을 통한 웨이퍼 (W) 의 포커스·레벨링 제어와 병행하여 주제어장치 (50) 가 레이저 간섭계 (102) 의 계측값에 기초하여 투영광학계 (PL) 와 스테이지 정반 (16) 의 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향 (Z,θx,θy 방향) 의 위치관계를 측정한다. 그리고, 주제어장치 (50) 에서는 이 위치관계에 기초하여 방진유닛 (66A 내지 66C), 구체적으로는 각 보이스 코일 모터 (70) 를 피드백 제어하여, 스테이지 정반 (16) 이 투영광학계 (PL) 또는 경통정반 (58) 과 일정한 위치관계를 유지하도록 하고 있다.
상기 일정한 위치관계는 예컨대 Z·레벨링 테이블 (88) 의 응답성을 고려하였을 때에 포커스의 인입이 충분히 가능하며 포커스제어에 응답지연이 생기지 않는 범위내에 웨이퍼 (W) 표면이 위치하는 위치관계, 즉 웨이퍼 (W) 표면이 투영광학계 (PL) 의 초점위치근방에 위치하여 항상 포커스 센서 (121) 의 검출이 가능해지는 위치관계이다.
환언하자면 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는 웨이퍼 (W) 의 포커스·레벨링 제어를 실시함에 있어서, 레이저 간섭계 (102) 의 계측값에 기초하여 방진유닛 (66A 내지 66C) 을 제어하여 스테이지 정반 (16) 및 이것을 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 (W) 의 Z 위치를 어느 정도의 범위내로 몰아넣는 포커스·레벨링의 개략적인 조정과, 포커스센서 (121) 에 의해 검출된 웨이퍼 (W) 의 표면상태의 검출결과에 기초하여 Z·레벨링 테이블 (88) 을 제어하여 웨이퍼 (W) 를 투영광학계 (PL) 의 이미지면의 초점 심도의 범위내로 일치시키는 포커스·레벨링의 미세 조정을 실시하도록 되어 있다.
따라서, 노광장치 (10) 에서는 웨이퍼 (W) 의 내부에 위치하는 쇼트영역을 순차적으로 노광할 때의 그 쇼트영역 사이의 스테핑 동작 중에는 스테이지 정반 (16) 이 투영광학계 (PL) 또는 경통정반 (58) 이 상술한 일정한 위치관계로 유지되므로, 포커스·레벨링 제어에 응답지연이 발생하지 않음은 물론, 소위 외내 쇼트 또한 에지 쇼트의 노광시에도 포커스의 인입이 가능해진다. 여기서 에지 쇼트란 웨이퍼 (W) 의 주변부에 위치하는 쇼트영역을 의미하고, 외내쇼트란 레티클 (R) 상의 슬릿형상 조명영역과 공액인 조명영역이 웨이퍼 (W) 의 외측에서 내측을 향해 상대주사되는 쇼트영역을 의미한다.
그리고, 상술한 투영광학계 (PL) 와 스테이지 정반 (16) 의 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향 (Z,θx,θy 방향) 의 위치관계는 위치센서 (98) 및 위치센서 (94) 의 계측값에 의해서도 측정할 수 있다. 즉, 위치센서 (98) 의 계측값에 기초하여 위치결정정반 (BP1) 과 경통정반 (58) 의 6 자유도 방향의 상대위치가 측정되고, 위치센서 (94) 의 계측값에 기초하여 위치결정정반 (BP1) 과 스테이지 정반 (16) 의 6 자유도 방향의 상대위치가 측정된다. 따라서, 주제어장치 (50) 에서는 노광시에 이들 상대위치로부터 경통 (58) (투영광학계 (PL)) 과 스테이지 정반 (16) 의 상대위치를 측정하도록 하여도 된다.
어느 쪽이든 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는 투영광학계 (PL) (경통정반 (58)) 와 스테이지 정반 (16) 의 투영광학계 (PL) 의 광축 AX 방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향 (Z,θx,θy 방향) 의 위치관계를 소정의 위치관계로 유지한 상태에서 포커스 센서 (121) 및 Z·레벨링 테이블 (88) 을 사용하여 웨이퍼 (W) 의 쇼트영역 (보다 구체적으로는 레티클 (R) 상의 슬릿형 조명영역에 공액인 영역) 을 투영광학계 (PL) 의 이미지면의 초점 심도의 범위내로 일치시킬 수 있다. 그럼으로써 고정도의 포커스·레벨링제어가 가능해진다.
그러나, 이와 같은 웨이퍼 (W) 의 쇼트의 주사노광 중의 포커스 제어만으로는 디바이스 룰이 더욱 더 미세화되는 오늘날에 있어서는 웨이퍼 (W) 상에 전사된 패턴이미지의 선폭의 균일성을 고정도로 확보하기가 곤란해지고 있다. 그 이유는 웨이퍼 주변의 쇼트의 경우, 그 인접 쇼트가 존재하지 않는 쪽과 그렇지 않은 쪽에서는 이른바 플레어의 영향의 상위 등에 기인하여 패턴 이미지의 선폭이 다르기 때문이다. 이러한 문제점의 발생을 미연에 방지 또는 억제하기 위하여는 웨이퍼 (W) 상의 주변 쇼트의 더욱 외측으로 가상의 쇼트를 상정한 더미 노광을 실시하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시형태에서는 상기 더미 노광시에 전술한 레이저 간섭계 (102) 의 계측값에 기초하여 투영광학계 (PL) 와 스테이지 정반 (16) 의 투영광학계 (PL)의 광축 (AX) 방향 및 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향 (Z,θx,θy 방향) 의 위치관계를 측정하여 방진유닛 (66A 내지 66C) 등을 제어함으로써 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 포커스·레벨링 제어를 실시하도록 되어 있다. 따라서 상기 더미 노광시에도 고정도의 포커스 제어가 가능하며, 결과적으로 선폭제어성의 향상도 가능하다.
그리고, 1 장의 웨이퍼 (W) 에 대하여 복수의 더미 쇼트 (상기 웨이퍼 (W) 의 주변 쇼트의 더욱 외측으로 상정되는 가상의 쇼트) 를 상정하고, 각각의 더미 쇼트에 대하여 더미 노광을 실시하는 경우에는 각 더미 쇼트의 노광시 마다 전술한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 포커스·레벨링 제어를 실시하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 1 장의 웨이퍼 (W) 에 대하여 복수회 (복수 레이어) 의 노광을 실시하는 경우에도 더미 쇼트의 노광시 마다 전술한 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 포커스·레벨링 제어를 실시하는 것이 바람직하다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이 본 실시형태의 노광장치 (10) 에 의하면 본체 칼럼 (14) 을 지지하는 방진유닛 (56A 내지 56C) 이 위치결정정반 (BP1) 에 탑재되고, 스테이지 정반 (16) 을 지지하는 방진유닛 (66A 내지 66C) 이 위치결정정반 (BP1) 과는 독립적으로 바닥면 (FD) 에 얹어놓여진 위치결정정반 (BP2) 에 탑재되어 있으므로, 위치결정정반 (BP1,BP2) 상호간의 진동의 전달이 거의 차단된다. 따라서, 스테이지 정반 (16) 상에 지지된 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동시 (진동시) 의 반력이 위치결정정반 (BP1) 에 전달되지 않아서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동시 (진동시) 의 반력이 위치결정정반 (BP1) 상에 탑재된 본체 칼럼 (14) 에 지지된 투영광학계 (PL) 의 진동요인이 되는 경우가 없다.
또한, 방진유닛 (56A 내지 56C) 으로서 액티브 방진대가 채용되고, 주제어장치 (50) 가 위치결정정반 (BP1) 과 본체 칼럼 (14) 의 상대위치를 계측하는 위치센서 (98) 의 계측값에 기초하여 방진유닛 (56A 내지 56C) 을 제어하도록 되어 있기 때문에, 본체 칼럼 (14), 따라서 이것에 지지되는 투영광학계 (PL) 를 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 한 안정된 위치로 유지할 수 있다. 또한, 본체 칼럼 (14) 에 레티클 스테이지 (RST) 가 탑재되어 있는데, 이 레티클 스테이지 (RST) 로서 카운터 웨이트 방식의 스테이지가 채용되어 있으므로, 레티클 스테이지 (RST) 의 이동에 의한 반력에 의한 본체 칼럼 (14) 의 진동은 아주 적다. 또한 이 아주 적은 본체 칼럼 (14) 의 진동도 본체 칼럼 (14) 을 지지하는 방진유닛 (56A 내지 56C) 에 의해 억제 또는 제거할 수 있다.
또한, 방진유닛 (66A 내지 66C) 으로서 액티브 방진대가 채용되고, 주제어장치 (50) 가 위치결정정반 (BP1) 과 스테이지 정반 (16) 의 상대위치를 계측하는 위치센서 (94) 의 계측값에 기초하여 방진유닛 (66A 내지 66C) 을 제어하도록 되어 있기 때문에 스테이지 정반 (16) 을 위치결정정반 (BP1) 을 기준으로 한 안정된 위치로 유지할 수 있다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 이동에 의해 발생하는 스테이지 정반 (16) 의 진동은 방진유닛 (66A 내지 66C) 에 의해 억제 또는 제거할 수 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 투영광학계 (PL) 의 진동에 기인하는 패턴전사위치 어긋남이나 이미지 흐림 등의 발생을 효과적으로 방지하여 노광 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한 상술한 여러 가지의 연구를 통해 장치 각부의 진동이나 응력을 저감시키고, 장치 각 부간의 상대위치관계를 보다 고정도로 유지·조정할 수 있으므로, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 더욱 고속화, 대형화할 수 있으며, 그럼으로써 스루풋의 향상도 도모할 수 있다는 효과가 있다.
그리고, 상기 실시형태에서는 주제어장치 (50) 에 의해 방진유닛, 방진대, 레티클 로더 및 웨이퍼 로더의 모두가 제어되는 경우에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 이것들을 각별하게 제어하는 컨트롤러를 각각 설치하여도 되고, 또는 이것들의 임의의 조합을 복수의 컨트롤러로 제어하도록 하여도 된다.
또한 상기 실시형태에서는 방진유닛, 방진대의 모두가 액티브 방진대인 경우에 대하여 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않음은 물론이다. 즉, 이들 모두, 이것들 중 어느 하나, 또는 임의의 복수가 패시브 방진대일 수도 있다.
그리고, 상기 실시형태에서는 본 발명이 스캐닝, 스테퍼에 적용된 경우에 대하여 설명하였지만 마스크와 기판을 정지시킨 상태에서 마스크의 패턴을 기판에 전사함과 동시에 기판을 순차적으로 스테퍼 이동시키는 스텝·앤드·리피드 방식의 축소 투영 노광장치나, 투영광학계를 사용하지 않고 마스크와 기판을 밀접시켜 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 프록시미티 노광장치에도 본 발명은 적합하게 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 반도체 제조용 노광장치에 국한되지 않고, 예컨대 각형의 유리 플레이트에 액정표시소자 패턴을 전사하는 액정용 노광장치나, 박막자기헤드를 제조하기 위한 노광장치에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 본 발명의 노광장치의 노광용 조명광으로는 ArF 엑시머 레이저광에 국한되지 않고, g 선 (436 ㎚), i 선 (365 ㎚), KrF 엑시머 레이저광 (248 ㎚), F2레이저광 (157 ㎚), X 선 및 전자선 등과 같은 하전입자선을 사용할 수 있다. 예컨대 전자선을 사용하는 경우에는 전자총으로서 열전자 방사형 란탐헥사보라이트 (LaB6), 탄탈 (Ta) 을 사용할 수 있다.
또한, 전자선을 사용하는 경우에는 마스크를 사용하는 구성으로 해도 되고, 마스크를 사용하지 않고 전자선에 의한 직접 묘화에 의해 기판상에 패턴을 형성하는 구성으로 해도 된다. 즉, 본 발명은 노광용 광학계로서 전자광학계를 사용하는 전자 빔 노광장치라면 펜슬 빔 방식, 가변 성형 빔 방식, 셀 프로젝션 방식, 블랭킹 애퍼처 방식, 및 EBPS 중 어떤 타입이라도 적용할 수 있다.
또한 투영광학계의 배율은 축소계뿐아니라 등배 및 확대계 중 어떤 것이라도 좋다. 투영광학계로는 엑시머 레이저 등의 원자외선을 사용하는 경우에는 초재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과하는 재료를 사용하고, F2레이저나 X 선을 사용하는 경우에는 반사굴절계 또는 반사계의 광학계로 하고 (레티클도 반사형 타입의 것을 사용한다), 또한 전사선을 사용하는 경우에는 광학계로서 전자렌즈 및 편향기로 이루어지는 전자광학계를 사용하면 된다. 그리고, 전자선이 통과하는 광로는 진공상태로 해야 함은 물론이다.
또한, 파장 200 ㎚ 정도 이하의 진공자외광 (VUV 광) 을 사용하는 노광장치에서는 투영광학계로서 반사굴절계를 사용할 수도 있다. 이 반사굴절형 투영광학계로는 예컨대 일본 공개특허공보 평8-171054 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,668,672 호, 동 평10-20195 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,835,275 호 등에 개시된 반사광학소자로서 빔 스플리터와 오목면경을 갖는 반사굴절계를 사용할 수 있다. 또한, 동 평8-334695 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,689,377 호, 및 동 평10-3039 호 및 이에 대응하는 미국특허출원 제 873,605 호 (출원일 : 1997 년 6 월 12 일) 등에 개시된 반사광학소자로서 빔 스플리터를 사용하지 않고 오목면경 등을 갖는 반사굴절계를 사용할 수 있다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 이것들에 대응하는 미국특허 및 미국특허출원에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
기타, 미국특허 제 5,031,976 호, 제 5,488,229 호, 및 제 5,717,518 호에 개시된 복수의 굴절광학소자와 2 장의 미러 (오목면경인 주경과, 굴절소자 또는 평행평면판의 입사면과 반대측에 반사면이 형성되는 이면경인 부경) 를 동일축상에 배치하고, 그 복수의 굴절광학소자에 의해 형성되는 레티클 패턴의 중간 이미지를 주경과 부경에 의해 웨이퍼상에 재결상시키는 반사굴절계를 사용해도 된다. 이 반사굴절계에서는 복수의 굴절광학소자에 계속하여 주경과 부경이 배치되고, 조명광이 주경의 일부를 일부를 통하여 부경, 주경의 순으로 반사되고, 나아가 부경의 일부를 통하여 웨이퍼상에 도달하게 된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한 반사굴절형 투영광학계로서는 예컨대 원형 이미지 필드를 가지고, 또한 물체면측, 및 이미지면측이 모두 텔레센트릭함과 동시에 그 투영배율이 1/4 배 또는 1/5 배가 되는 축소계를 사용해도 된다. 또한 이 반사굴절형 투영광학계를 구비한 주사형 노광장치의 경우, 조명광의 조사영역이 투영광학계의 시야내에서 그 광축을 거의 중심으로 하고, 또한 레티클 또는 웨이퍼의 주사방향과 거의 직교하는 방향을 따라 연장되는 직사각형 슬릿형상으로 규정되는 타입이어도 좋다. 이러한 반사굴절형 투영광학계를 구비한 주사형 노광장치에 의하면, 예컨대 파장 157 ㎚ 의 F2레이저광을 노광용 조명광으로 사용하여도 100 ㎚L/S 패턴 정도의 미세패턴을 웨이퍼상에 고정도로 전사할 수 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지나 레티클 스테이지의 구동계로서 미국특허 제 5,623,853 호 또는 미국특허 제 5,528,118 호 등에 개시되는 리니어 모터를 사용해도 되고, 이러한 경우에는 에어베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기부상형 중 어떤 것을 사용하여도 된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 스테이지의 구동장치로서 평면 모터를 사용하는 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 일방을 스테이지에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 타방을 스테이지의 이동면측에 설치하면 된다.
또한, 스테이지는 가이드를 따라 이동하는 타입일 수도 있고, 가이드를 설치하지 않은 가이드레스 타입일 수도 있다.
레티클 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은 예컨대 일본 공개특허공보 평8-330224 호 및 이에 대응하는 미국특허 제 5,874,820 호에 개시된 바와 같이 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (FD) (대지) 으로 빠져나가게 해도 된다. 본 국제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내법령이 허용하는 한, 상기 공보 및 미국특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 복수의 렌즈로 구성되는 조명광학계, 투영광학계를 노광장치 본체에 장착하는 광학조정을 함과 동시에 다수의 기계부품으로 이루어지는 레티클 스테이지나 웨이퍼 스테이지를 노광장치 본체에 부착하여 배선이나 배관을 접속하고, 나아가 종합조정 (전기조정, 동작확인 등) 을 함으로써 상기 실시형태의 노광장치를 제조할 수 있다. 그리고, 노광장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 하는 것이 바람직하다.
또한, 반도체 디바이스는 디바이스의 기능·성능설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 의거한 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시형태의 노광장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 포함), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.
이하, 디바이스 제조방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
《디바이스 제조방법》
이어서, 상술한 노광장치를 리소그래피 공정에서 사용한 디바이스의 제조방법의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 8 에는 디바이스 (IC 나 LSI 등의 반도체 칩, 액정패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로 머신 등) 의 제조예의 흐름도가 도시되어 있다. 도 8 에 도시된 바와 같이, 먼저 단계 (301) (설계 단계) 에 있어서, 디바이스의 기능·성능설계 (예컨대 반도체 디바이스의 회로설계 등) 를 실시하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴설계를 실시한다. 이어서, 단계 (302) (마스크 제작 단계) 에 있어서, 설계한 회로패턴을 형성한 마스크 (레티클) 를 제작한다. 한편, 단계 (303) (웨이퍼 제조 단계) 에 있어서, 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.
이어서, 단계 (304) (웨이퍼 처리 단계) 에 있어서, 단계 (301) 내지 단계 (303) 에서 준비한 마스크 (레티클) 와 웨이퍼를 사용하여, 후술하는 바와 같이 리소그래피 기술 등에 의해 웨이퍼상에 실제 회로 등을 형성한다. 이어서, 단계 (305) (디바이스 조립 스텝) 에 있어서, 스텝 (304) 에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 디바이스 조립을 실시한다. 이 단계 (305) 에는 다이싱 공정, 본딩 공정, 및 패키징 공정 (칩 봉입) 등의 공정이 필요에 따라 포함된다.
마지막으로, 단계 (306) (검사 단계) 에 있어서, 단계 (305) 에서 제작된 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 실시한다. 이 같은 공정을 거친 후에 디바이스가 완성되며 이것이 출하된다.
도 9 에는 반도체 디바이스의 경우에 있어서의 상기 단계 (304) 의 상세한 흐름예가 도시되어 있다. 도 8 에서 단계 (311) (산화 단계) 에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 단계 (312) (CVD 단계) 에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 단계 (313) (전극형성 단계) 에서는 웨이퍼상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 단계 (314) (이온 주입 단계) 에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 이상의 단계 (311) 내지 단계 (314) 각각은 웨이퍼 처리의 각 단계의 전처리공정을 구성하고 있고, 각 단계에서 필요한 처리에 따라 선택되어 실행된다.
웨이퍼 공정의 각 단계에 있어서, 상술한 전처리공정이 종료되면, 다음과 같은 방법으로 후처리공정이 실행된다. 이 후처리공정에서는 먼저, 단계 (315) (레지스트 형성 단계) 에 있어서, 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 이어서, 단계 (316) (노광 단계) 에 있어서, 위에서 설명한 노광장치 (10) 를 사용하여 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 전사한다. 이어서, 단계 (317) (현상 단계) 에 있어서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 단계 (318) (에칭 단계) 에 있어서, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출부재를 에칭에 의해 제거한다. 그리고, 단계 (319) (레지스트 제거 단계) 에 있어서, 에칭이 완료되어 필요 없게 된 레지스트를 제거한다.
이들 전처리공정과 후처리공정을 반복하여 실시함으로써 웨이퍼상에 다중으로 회로패턴이 형성된다.
이상, 설명한 본 실시형태의 디바이스 제조방법에 의하면, 노광공정 (단계 (316)) 에 있어서, 상기 실시형태의 노광장치 (10) 를 사용하여 노광이 이루어지므로, 노광 정밀도의 향상에 의해 고집적도의 디바이스를 고수율로 생산할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 노광장치 및 노광방법은 집적회로 등의 마이크로 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에 있어서, 미세패턴을 웨이퍼 등의 기판상에 정밀도 높게 복수층 겹쳐 형성하는 데 적합하다. 또한, 본 발명에 관한 디바이스 제조방법은 미세한 패턴을 갖는 디바이스의 제조에 적합하다.
Claims (31)
- 노광용 광학계를 사용하여 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치로서,상기 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼;상기 본체 칼럼을 지지하는 제 1 방진장치;상기 제 1 방진장치가 탑재됨과 동시에, 바닥면에 얹어놓여진 제 1 베이스 부재;상기 기판을 지지하는 기판 스테이지를 지지하는 스테이지 정반;상기 스테이지 정반을 지지하는 제 2 방진장치; 및상기 제 2 방진장치가 탑재됨과 동시에, 상기 바닥면에 얹어놓여진 상기 제 1 베이스 부재와는 독립된 제 2 베이스 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 방진장치 중 적어도 일방이 액티브 방진장치인 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 방진장치가 액티브 방진장치이고,상기 제 1 베이스 부재와 상기 본체 칼럼의 상대위치를 계측하는 칼럼위치 계측장치; 및상기 칼럼위치 계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 1 방진장치를 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 방진장치가 액티브 방진장치이고,상기 제 1 베이스 부재와 상기 스테이지 정반의 상대위치를 계측하는 스테이지 정반 위치계측장치; 및상기 스테이지 정반 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 2 방진장치를 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 본체 칼럼에 대하여, 상기 노광용 광학계를 V 홈, 원추홈 및 평면에서 3 점 지지하는 지지부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 방진장치가 액티브 방진장치이고,상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와의 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 위치관계를 광학적으로 계측하는 3 자유도 위치계측장치;상기 3 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 제 2 방진장치를 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 본체 칼럼은 상기 노광용 광학계의 경통을 지지하는 지지부재를 갖고,상기 3 자유도 위치계측장치는, 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와 상기 지지부재 사이의 거리를 상이한 3 점에서 계측하는 간섭계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 간섭계는 상기 노광용 광학계의 경통에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 3 자유도 위치계측장치는, 상기 스테이지 정반 및 상기 기판 스테이지 중 어느 하나와 상기 노광용 광학계 사이의 거리를 상이한 3 점에서 계측하는 간섭계를 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 본체 칼럼에 지지되고, 상기 노광용 광학계에 의해 상기 기판상에 투영되는 상기 소정의 패턴이 형성된 마스크를 지지하는 마스크 지지부재를 더 구비함과 동시에,상기 마스크를 상기 마스크 지지부재에 대하여 반입 및 반출하는 마스크 반송계와 상기 기판을 상기 기판 스테이지에 대하여 반입 및 반출하는 기판반송계 중 적어도 일방이 상기 제 1 베이스 부재상에 탑재되고,상기 제 1 베이스 부재와 상기 본체 칼럼의 상대위치를 계측하는 위치계측 시스템;상기 마스크 지지부재 및 상기 기판 스테이지 중 적어도 일방의 위치를 상기 노광용 광학계 및 본체 칼럼의 일부 중 어느 하나를 기준으로 하여 계측하는 간섭계 시스템; 및상기 위치계측 시스템 및 상기 간섭계 시스템의 계측값에 기초하여 상기 제 1 베이스 부재에 탑재된 상기 반송계를 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 마스크를 조명하는 조명광학계를 더 구비하고,상기 조명광학계는, 상기 제 1 및 제 2 베이스 부재와는 독립하여 상기 바닥면에 얹어놓여진 제 3 베이스 부재상에 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 방진장치가 액티브 방진장치이고,상기 소정의 패턴이 형성된 마스크를 지지함과 동시에, 이 마스크를 상기 본체 칼럼상에서 그의 면내의 3 자유도 방향으로 미소 구동하는 마스크 지지부재;상기 마스크를 조명하는 조명광학계;상기 조명광학계를 지지하는 액티브 방진장치;상기 조명광학계와 상기 본체 칼럼의 6 자유도 방향의 상대위치를 계측하는 6 자유도 위치계측장치;상기 6 자유도 위치계측장치의 계측값에 기초하여 상기 마스크 지지부재와 상기 제 1 방진장치 및 상기 조명광학계를 지지하는 상기 액티브 방진장치 중 어느 하나를 제어하는 제어장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 마스크는, 상기 노광용 광학계의 광축에 직교하는 면내에서 소정 방향으로 소정 스트로크로 이동가능하며,상기 마스크와 상기 기판 스테이지를 동기하여 상기 소정 방향으로 구동하는 구동장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 노광용 광학계를 사용하여 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광장치로서,상기 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼;상기 기판을 지지함과 동시에, 상기 본체 칼럼과는 독립하여 지지된 기판 스테이지;상기 기판 표면의 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향의 위치를 검출하는 초점검출장치;상기 기판을 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향으로 구동하는 기판구동계;상기 초점검출장치와는 독립하여 설치되며, 상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지의 위치관계를 계측하는 위치계측시스템;상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지의 위치관계를 변화시키는 구동장치; 및상기 초점검출장치, 기판구동계, 상기 위치계측시스템 및 상기 구동장치에 접속된 제어장치를 구비하고,상기 제어장치는, 노광시에, 상기 위치계측시스템에 의해 계측된 값에 기초하여 상기 구동장치를 제어하여 상기 노광용 광학계와 상기 기판 스테이지를 소정의 위치관계로 설정함과 동시에, 상기 초점검출장치의 검출결과에 기초하여 상기 기판구동계를 통하여 상기 노광용 광학계의 이미지면과 상기 기판의 상대위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 위치계측시스템은, 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 상기 위치관계를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 위치계측시스템은, 상기 노광용 광학계의 경통에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 기판 스테이지를 지지하는 스테이지 지지부재를 더 구비하고,상기 위치계측시스템은, 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재의 상기 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 17 항에 있어서,상기 스테이지 지지부재에는 상기 위치관계를 계측하기 위한 계측점이 3 점 형성되고,상기 위치계측시스템은, 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재 사이의 거리를 상기 3 점에서 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 본체 칼럼을 지지하는 베이스 부재를 더 구비하고,상기 위치계측시스템은, 상기 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계를 계측하는 제 1 위치계측장치와, 상기 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재와의 위치관계를 계측하는 제 2 위치계측장치를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 제 1 위치계측장치 및 상기 제 2 위치계측장치 중 적어도 일방은, 상기 위치관계로서 6 자유도 방향의 상대위치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
- 노광용 광학계를 사용하여, 이 노광용 광학계를 지지하는 본체 칼럼과는 독립하여 지지된 기판 스테이지상의 기판상에 소정의 패턴을 형성하는 노광방법으로서,상기 노광용 광학계와 상기 기판스테이지의 위치관계를 계측하는 제 1 공정;상기 제 1 공정에서 계측된 값에 기초하여 상기 노광용 광학계와 상기 기판스테이지의 위치관계를 소정의 상태로 설정하는 제 2 공정;상기 제 2 공정에서 상기 소정의 상태가 설정된 상태에서, 상기 기판표면의 적어도 상기 노광용 광학계의 광축방향의 위치의 검출결과에 기초하여 상기 노광용 광학계의 이미지면과 상기 기판표면의 상대위치를 조정하면서 상기 기판상에 상기 패턴을 형성하는 제 3 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 공정에서는, 상기 노광용 광학계의 광축방향 및 상기 광축직교면에 대한 경사방향의 3 자유도 방향의 상기 위치관계를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 제 1 공정에서는, 상기 노광용 광학계의 경통에 고정된 위치계측시스템을 사용하여 상기 계측을 실시하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 기판스테이지는 스테이지 지지부재에 의해 지지되고,상기 제 1 공정에서는, 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재와의 상기 노광용 광학계의 광축방향에 관한 위치관계를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 24 항에 있어서,상기 제 1 공정에서는, 상기 노광용 광학계와 상기 스테이지 지지부재 사이의 거리를 상기 스테이지 지지부재상에 설정된 상이한 3 점의 계측점에서 계측하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 21 항에 있어서,상기 본체 칼럼은 베이스 부재에 의해 지지되고,상기 제 1 공정은, 상기 베이스 부재와 상기 노광용 광학계의 위치관계를 계측하는 제 1 계측공정과, 상기 베이스 부재와 상기 스테이지 지지부재의 위치관계를 계측하는 제 2 계측공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 제 26 항에 있어서,상기 제 1 계측공정 및 제 2 계측공정 중 적어도 일방에서는, 상기 위치관계로서 6 자유도 방향의 상대위치를 구하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
- 소정의 패턴이 형성된 디바이스로서,제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 소정의 패턴이 형성된 디바이스로서,제 13 항에 기재된 노광장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 소정의 패턴이 형성된 디바이스로서,제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스의 제조방법으로서,상기 리소그래피 공정에서 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법을 사용하여 노광을 실시하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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