KR20010085194A - 광학소자의 세정방법, 노광장치 및 노광방법, 및 디바이스제조방법 및 디바이스 - Google Patents

Abstract

송광계 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 의 하우징 내에, 광원 (12) 에서부터 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 자외광을 소정시간 조사한다. 이 경우, 상기 자외광의 조사시에 상기 하우징 내의 기체를 산소를 충분히 포함하는 건조공기 등에 의해 치환해둔다. 이 때문에, 하우징 내의 기체 중의 산소에 의해 자외광의 에너지가 흡수되고, 광화학 반응에 의해 오존이 발생하여, 이 오존의 산화 작용에 의해 광학소자 표면에 부착된 오염물질이 제거되어 고효율로 광학소자가 세정된다. 이것으로 인해, 광학소자를 종래에 비해 보다 단시간에 충분히 세정할 수 있게 되고, 자외광의 조사시간 자체를 단축할 수 있기 때문에, 초재의 손상을 저감시킬 수 있다.

Description

광학소자의 세정방법, 노광장치 및 노광방법, 및 디바이스 제조방법 및 디바이스{METHOD FOR CLEANING OPTICAL DEVICE, EXPOSURE APPARATUS AND EXPOSURE METHOD, METHOD FOR MANUFACTURING DEVICE, AND DEVICE}

종래로부터, 반도체소자, 액정표시소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」이라고 총칭함) 의 패턴을 웨이퍼 또는 유리플레이트 등의 기판에 전사하는 노광장치가 사용되고 있다. 이러한 종류의 노광장치로, 최근 레티클의 패턴을 투영광학계를 통해 기판 상에 전사하는 스텝·앤드·리피드 방식의 축소 투영노광장치 (소위 스텝퍼) 나, 스텝·앤드·스캔 방식의 주사노광형의 투영노광장치 (소위 스캐닝·스텝퍼) 등의 투영노광장치가 주로 사용되고 있다.

이러한 종류의 투영노광장치에서는, 필요하게 여겨지는 해상력이 높아짐에따라 노광광의 파장이 짧아져, 최근에는 파장 약 193 nm 의 ArF 엑시머레이저광을 노광용 조명광으로 사용하는 ArF 엑시머레이저 노광장치도 개발되어 있다.

그런데, 파장 200 nm 이하의 진공자외 (VUV) 광은, 광로 중에 공기 (산소) 가 존재하면 그 에너지의 대부분이 흡수되어 기판면에서는 노광에 필요한 에너지를 얻을 수 없기 때문에, 현재의 ArF 엑시머레이저 노광장치에서는, 광학계 내의 광로의 대부분을 굴절율이 1 에 가까운 기체, 예를 들면 N₂등으로 치환하고, 또 노광용 조명광으로서 산소에 의한 흡수가 적은 파장으로 협대역화한 엑시머레이저광을 사용하여, 마스크의 패턴을 기판 상에 효율적으로 전사 (노광) 하도록 되어 있다.

그런데, 투영노광장치에서는, 레티클의 패턴을 기판에 정확하게 전사하기 위해 다수의 렌즈, 거울 등의 광학소자가 사용되고 있으나, 이들 광학소자가 수납되는 하우징이나 경통(鏡筒: 투영광학계의 하우징) 자체로부터의 탈가스 및 원래 광학계 내부의 분위기 중에 존재하는 불순물에 기인하여 물이나 유기계의 오염물질이 광학소자에 미량으로 부착되는 것을 피할 수 없다. 그러나, 이들 오염물질은 ArF 엑시머레이저광에 대해 강한 흡수작용을 가지기 때문에, ArF 엑시머레이저 노광장치에 있어서는, 상기 광학소자의 표면에 부착된 미량의 오염물질에 기인하여 광학계의 투과율이 저하됨과 동시에 광학계의 결상성능이 열화되는 현상이 생기며, 이 때문에 기판에 전사된 패턴이 열화하여, 결과적으로 제조되는 집적회로 등의 마이크로 디바이스의 생산성이 저하되는 경우가 있었다.

한편, ArF 엑시머레이저광 등의 파장 200 nm 이하의 자외광을 오염물질이 부착된 광학소자 표면에 조사함으로써, 이 자외광의 에너지에 의해 유기물이 절단되며 광학소자의 세정이 가능하다는 것도 알려져 있어, 현재의 엑시머레이저 노광장치에서는, 실제의 노광동작에 앞서 노광광을 광학소자에 조사함으로써 상기 광학소자 표면에 부착된 오염물질을 제거하는 자기세정을 행하는 것이 통상적이다.

그러나, 노광광의 에너지에 의해 유기물을 절단한다고 하는 상기 자기세정 방법에서는 세정효율이 충분하지 않기 때문에, 충분한 세정효과를 얻기 위해서는 노광광을 광학소자에 장시간 조사하지 않으면 안되었다. 이 때문에 작업효율이 필요 이상으로 저하되거나, 고 에너지의 노광광을 장시간 조사하는 것에 의해 초재(硝材: 거울재)에 손상을 부여하기도 했다. 상기 작업효율의 저하는, 필연적으로 집적회로 등과 같은 마이크로 디바이스의 제조 비용의 상승요인이 된다.

본 발명은, 이러한 사정하에서 이루어진 것으로, 제 1 목적은 광학소자를 보다 단시간에 충분히 세정할 수 있는 광학소자의 세정방법을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 제 2 목적은, 마이크로 디바이스의 수율 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있는 노광장치 및 노광방법을 제공하는 것에 있다.

또, 본 발명의 제 3 목적은, 미세 패턴이 고정밀도로 형성된 마이크로 디바이스, 및 그 생산성을 향상시킬 수 있는 디바이스 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 광학소자의 세정방법, 노광장치 및 노광방법, 및 디바이스 제조방법 및 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 파장 200 nm 이하의 자외광이 조사되는 광학소자의 세정에 사용되는 적절한 세정방법, 상기 자외광을 노광용 조명광으로 사용하는 노광장치 및 노광방법, 그리고 상기 노광장치 및 노광방법을 사용하는 디바이스 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 디바이스에 관한 것이다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 노광장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도이다.

도 2 는 도 1 의 광원 유닛의 일 구성예를 나타내는 도이다.

도 3 은 도 1 의 광원 유닛의 다른 구성예를 나타내는 도이다.

도 4 는 도 1 의 빔매칭 유닛 (BMU) 의 일 구성예를 나타내는 도이다.

도 5 는 파장 193.3 nm 근방의 건조공기 분위기 중을 투과한 광강도 분포를 나타내는 선도이다.

도 6 는 도 1 의 장치의 광학계 내에 건조공기와 오존의 혼합가스를 공급하는 경우의 예에 대해서 설명하기 위한 도이다.

도 7 은 본 발명에 관한 디바이스 제조방법의 실시형태를 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 8 은 도 7 의 스텝 (404) 에서의 처리를 나타내는 플로우챠트이다.

본 발명은, 제 1 관점에서 보면, 산소를 포함하는 제 1 기체가 충전된 하우징 내에 수납된 광학소자의 세정방법에 있어서, 상기 하우징 내에 산소에 의해 흡수되는 특성을 갖는 파장의 자외광을 소정시간 조사하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법이다.

이것에 의하면, 하우징 내에 산소에 의해 흡수되는 특성을 갖는 파장의 자외광을 소정시간 조사하기 때문에, 하우징 내의 제 1 기체 (산소를 포함하는 기체) 중의 산소에 의해 자외광의 에너지가 흡수되고, 광화학 반응에 의해 오존이 발생하며, 이 오존의 산화 작용에 의해 광학소자 표면에 부착된 오염물질이 제거되어 고효율로 광학소자가 세정된다. 이로 인해 광학소자를 종래에 비해 보다 단시간으로 충분히 세정하는 것이 가능해지고 자외광의 조사시간 자체를 단축할 수 있기때문에, 초재의 손상을 저감시킬 수 있다.

또, 이 경우에서, 자외광은 하우징 내의 광학소자에 직접적으로 조사할 수도 있으나, 광학소자에 직접 조사하지 않고 하우징 내의 기체에 조사할 수도 있다. 전자의 경우에는, 자외광의 에너지에 의해 유기물이 절단되는 광학소자의 세정효과도 아울러 얻을 수 있기 때문에 보다 효율적인 세정을 기대할 수 있다. 후자의 경우에는, 초재가 받는 손상을 한층 더 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 광학소자의 세정방법으로는, 상기 자외광의 조사에 있어서, 상기 하우징 내의 제 1 기체를 이 제 1 기체에 비해 산소를 보다 많이 포함하는 제 2 기체에 의해 치환할 수도 있다. 이러한 경우에는 하우징 내에 산소가 충분히 있는 상태에서 하우징 내에 자외광이 조사되기 때문에, 광화학 반응에 의해 더욱 다량의 오존이 발생하고, 그 다량의 오존의 산화 작용에 의해 한층 고효율로 광학소자가 세정된다.

또, 본 발명에 관한 광학소자의 세정방법에서는, 상기 자외광의 조사에 있어서, 상기 하우징 내의 제 1 기체를 산소 및 오존을 포함하는 제 3 기체에 의해 치환할 수도 있다. 이러한 경우에는, 하우징 내에 산소 및 오존이 존재하는 상태에서 하우징 내에 자외광이 조사되기 때문에 광화학 반응에 의해 발생한 오존 및 기체 중에 원래 포함되는 오존의 산화 작용에 의해 보다 한층 고효율로 광학소자가 세정된다.

본 발명에 관한 광학소자의 세정방법에서는, 상기 자외광의 파장은 대략 193.23 nm 일 수도 있다. 이러한 파장은 산소에 의한 자외광의 에너지 흡수가 주변의 파장대역에 비해 크기 때문에, 상기 광화학 반응에 의한 오존의 발생확률이 높기 때문이다.

본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 마스크 (R) 의 패턴을 광학계를 통해 기판 (W) 에 전사하는 노광장치로서, 노광파장의 제 1 광과 해당 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광을 사출 가능한 광원 유닛 (12) 과; 상기 광원 유닛으로부터의 광을 마스크에 조사하는 조명용 광학계 (BMU, 14) 와; 상기 마스크로부터 출사되는 광을 상기 기판에 투사하는 투영광학계 (PL) 와; 상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 전사하는 노광 시에는, 상기 광원 유닛으로부터 상기 제 1 광이 상기 조명용 광학계를 통해 상기 마스크에 조사되도록 설정함과 동시에, 상기 조명용 광학계 및 상기 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정 시에는, 상기 광원 유닛으로부터 상기 제 2 광이 상기 조명용 광학계에 입사되도록 설정하는 제어장치 (20) 를 갖춘 제 1 노광장치이다.

여기서, 조명용 광학계는 광의의 조명광학계를 의미하고, 빔매칭 유닛 등의송광계도 포함하는 개념이다.

이것에 의하면, 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정 시에는, 제어장치에 의해 광원 유닛으로부터 노광파장의 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광이 조명용 광학계에 입사되도록 설정이 행해져, 광원 유닛으로부터의 제 2 광이 조명용 광학계 및 이를 통해 투영광학계에 조사되고, 조명용 광학계 및 투영광학계 내에서 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하며, 이 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 고효율로 세정된다. 따라서, 광학계를 종래에 비해 보다 단시간에 충분히 세정할 수 있게 되어 세정을 위한 제 2 광의 조사시간 자체를 단축하며, 초재의 손상을 저감시킴과 동시에 광학계의 결상 특성을 양호하게 유지할 수 있다.

그리고, 세정이 종료되어, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 노광시에는, 제어장치에 의해 광원 유닛으로부터 노광파장의 제 1 광이 조명용 광학계를 통해 마스크에 조사되도록 설정이 행해져, 광원 유닛으로부터의 제 1 광이 마스크에 조사되고, 이 마스크의 패턴이 투영광학계를 통해 기판에 전사된다. 따라서, 산소에 의한 흡수가 적은 노광파장의 광을 사용하여 결상 특성이 양호하게 유지된 광학계를 통해 노광이 행해져, 마스크의 패턴을 기판에 고정밀도로 전사할 수 있다. 이로 인해 마이크로 디바이스의 수율 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 제어장치 (20) 는, 상기 세정시에 상기 제 2 광이 출사될 때에는 그 세정대상의 광로 부분에 산소 및 오존의 적어도 한쪽을 포함하는 세정용 기체를 주입하도록 할 수도 있다. 산소를 포함하는 세정용 기체를 주입하는 경우에는, 세정 대상의 광로 부분에 산소를 포함하는 세정용 기체가 주입된 상태에서 제 2 광이 출사되기 때문에, 그 기체 중에 포함되는 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 그 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 단시간에 세정된다. 또, 오존을 포함하는 세정용 기체를 주입하는 경우에는, 세정대상의 광로 부분에 오존을 포함하는 세정용 기체가 주입된 상태에서 제 2 광이 출사되기 때문에, 이 세정용 기체 중에 포함되는 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 단시간에 세정된다.

본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 세정용 기체는, 산소를 충분히 포함하는 기체일 수도 있고, 또는 상기 세정용 기체는 산소 및 오존을 포함하는 기체일 수도 있다. 전자의 경우에는, 세정 대상의 광로 부분에 산소를 충분히 포함하는 기체가 주입된 상태에서 제 2 광이 출사되기 때문에, 그 기체 중에 포함되는 산소의 광화학 반응에 의해 보다 많은 오존이 발생하고, 이 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 한층 더 단시간에 세정된다. 또, 후자의 경우에는, 세정 대상의 광로 부분에 산소 및 오존을 포함하는 기체가 주입된 상태에서 제 2 광이 출사되기 때문에, 그 기체중에 포함되는 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 이 오존 및 상기 기체 중에 포함되는 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 보다 한층 단시간에 세정된다.

본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 제어장치 (20) 는 상기 노광시에상기 제 1 광의 출사에 앞서 상기 광학계 내에 굴절율이 1 에 가까운 기체, 예를 들면 질소가스 (N₂) 를 주입할 수도 있다. 이러한 경우에는, 제 1 광으로 파장 200 nm 이하의 진공자외 (VUV) 광을 사용하여도 그 자외광의 에너지가 산소에 의해 거의 흡수되지 않고 기판면에서 충분한 광강도를 얻을 수 있음과 동시에 광학계의 결상성능이 양호하게 유지된 상태에서 노광이 행해져, 마스크의 패턴을 기판에 고정밀도로 전사할 수 있다. 이로 인해 마이크로 디바이스의 수율 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다.

본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 광원 유닛의 구성으로 여러 종류가 생각되어진다. 예를 들면, 상기 광원 유닛이 상기 제 1 광을 출사하는 제 1 광원과, 상기 제 2 광을 출사하는 제 2 광원을 갖는 경우, 상기 제어장치는 상기 제 1 광원으로부터의 제 1 광과 상기 제 2 광원으로부터의 제 2 광을 택일적으로 상기 조명용 광학계로 도입하게 할 수 있다.

또는, 상기 광원 유닛 (12) 은, 단일 광원 (12a) 과, 이 광원으로부터의 출사광의 파장을 전환하는 스위칭 기구 (18) 를 가지고 있을 수도 있으며, 이 경우, 상기 제어장치는 상기 노광시와 상기 세정시에서 상시 스위칭 기구를 통해 상기 광원으로부터의 출사광의 파장을 전환하게 할 수 있다.

이 경우에, 상기 스위칭 기구는, 상기 광원으로부터의 출사광의 파장 폭을 협대역화하는 협대역화 모듈의 일부를 구동하는 구동기구에 의해 구성할 수 있다.

또, 이 경우, 상기 협대역화 모듈이 상기 광원 유닛으로부터의 출사광의 파장폭을 변경 가능하게 할 수도 있고, 이 경우 상기 제어장치는 상기 세정시에 상기 구동기구를 통해 상기 협대역화 모듈에 의해 협대역화되는 파장폭을 산소의 흡수대역을 포함하는 파장폭으로 변경할 수 있다.

본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 제 2 광은, 파장이 대략 193.23 의 ArF 엑시머레이저광일 수도 있다. 이러한 파장은 산소에 의한 흡수가 주변의 파장대역에 비해 크기 때문에, 상기 광화학 반응에 의한 오존의 발생확률이 높아져, 한층 더 광학소자의 세정시간의 단축이 가능해진다.

본 발명에 관한 제 1 노광장치에서는, 상기 광원 유닛 (12) 으로부터 상기 마스크에 이르는 상기 광의 광로의 일부에 배치되고, 그 출사광의 강도를 조정가능한 조정장치를 추가로 구비하며, 상기 제어장치는 상기 제 2 광의 강도가 상기 제 1 광의 강도보다 높아지도록 상기 조정장치를 제어하게 할 수 있다.

이러한 경우에는, 세정시에 광학계에 조사되는 제 2 광의 강도 (피크파워) 가 노광시에 조사되는 제 1 광의 강도보다 높아지기 때문에, 광학소자의 세정을 한층 효율적으로 행할 수 있어, 더욱더 세정시간의 단축이 가능하다.

본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 마스크 (R) 의 패턴을 광학계를 통해 기판 (W) 에 전사하는 노광장치로서, 적어도 노광파장을 포함하는 소정 파장폭의 광을 출사가능한 광원 유닛 (12) 과; 상기 광원 유닛으로부터의 상기 광을 마스크에 조사하는 조명용 광학계 (BMU, 14) 와; 상기 마스크로부터 출사되는 광을 상기 기판에 투사하는 투영광학계 (PL) 와; 상기 광원 유닛으로부터 상기 마스크에 이르는 상기 광의 광로의 일부에 배치되고, 그 출사광의 강도를 조정 가능한 조정장치와;상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 전사하는 노광시에 비해 상기 조명용 광학계 및 상기 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정 시에 상기 출사광의 강도가 높아지도록 상기 조정장치를 제어하는 제어장치 (20) 를 갖춘 제 2 노광장치이다.

여기서, 조명용 광학계는, 전술한 바와 같이 광의의 조명광학계를 의미하고, 빔매칭 유닛 등의 송광계도 포함하는 개념이다.

이것에 의하면, 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정 시에는 제어장치에 의해 광원 유닛으로부터 마스크의 배치면 (마스크가 배치되는 면) 에 이르는 광의 광로의 일부에 배치된 조정장치로부터의 출사광의 강도가 노광시보다 높아지도록 조정장치가 제어된다. 이 때문에, 광원 유닛으로부터 그 강도가 높게 설정된 광 (노광파장과 동일 파장일 수도 있다) 이 조명용 광학계 및 이를 통해 투영광학계에 조사되고, 조명용 광학계 및 투영광학계 내에서 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하며, 이 오존의 산화 작용에 의해 조명용 광학계 및 투영광학계의 적어도 일부 (의 광학소자) 가 고효율로 세정된다. 이 경우, 세정용의 광의 광강도가 높아진 만큼 오존의 발생량이 많아져, 보다 커다란 세정효과가 생긴다. 따라서, 광학계를 종래에 비해 보다 단시간에 충분히 세정할 수 있게 되어 세정을 위한 광의 조사시간 자체를 단축함으로써, 초재의 손상을 저감시킴과 동시에 광학계의 결상 특성을 양호하게 유지할 수 있다.

그리고, 세정이 종료되어, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 노광시에는, 제어장치에 의해 조정장치로부터의 출사광의 강도가 세정시보다 낮은 소정 강도가 되도록 조정장치가 제어되며, 광원 유닛으로부터의 노광파장의 광이 마스크에 조사되고, 이 마스크의 패턴이 투영광학계를 통해 기판에 전사된다. 이 노광 중에는 광화학 반응에 의한 오존의 발생이 낮게 억제되기 때문에, 오존에 의한 노광광의 흡수는 낮게, 노광광의 투과율을 충분히 높게 유지하여 노광이 행해진다. 따라서, 마스크의 패턴을 기판에 고정밀도로 전사할 수 있다. 이로 인해, 마이크로 디바이스의 수율 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다.

이 경우에 있어서, 상기 조정장치의 구성은 여러가지가 생각되어지나, 예를 들면 상기 조정장치는 상기 광로의 일부로 삽입·퇴피(退避)가능하게 형성되고, 상기 광로 상을 통과하는 광다발을 분할하는 빔스플릿터를 포함하며, 상기 분할된 일측의 광다발을 지연광로에 전환시켜(회전시켜), 다시 분할된 광로로 되돌리는 지연소자를 적어도 하나 가지는 구성으로 하고, 상기 제어장치는, 상기 빔스플릿터를 상기 노광시에는 상기 광로 상에 삽입하고, 상기 세정시에는 상기 광로 상에서 퇴피시키는 것으로 할 수 있다. 이러한 경우에는, 광 세정을 행할 때에 제어장치에 의해 빔스플릿터가 상기 광로 (광원 유닛으로부터 마스크의 배치면에 이르는 광의 광로) 로부터 퇴피되기 때문에, 광원 유닛으로부터의 광이 바로 세정부로 도입된다. 이 때문에 충분한 광강도로 광세정이 행해진다. 한편, 노광시에는, 제어장치에 의해 빔스플릿터가 상기 광로 상에 삽입되기 때문에, 광지연소자를 구성하는 빔스플릿터에 의해 광원 유닛으로부터의 광다발이 분할되고, 그 분할된 일측 광다발과 타측 광다발 사이에 지연광로의 광로길이만큼 광로길이차 (광로차) 가 발생하며, 통상 지연광로의 광로길이는 광원의 가간섭길이 이상으로 설정하기 때문에, 결과적으로 피조사면 (마스크면 및 기판면) 에서의 스펙클(speckle) 및 간섭줄무늬의 발생이 저감된다. 따라서, 상면 (기판면) 에서의 조도 균일성이 양호해지고, 선폭 균일성의 향상에 의한 고정밀도의 노광이 가능해진다.

본 발명은, 제 4 의 관점에서 보면, 마스크 (R) 의 패턴을 광학계를 통해 기판 (W) 에 전사하는 노광방법으로, 상기 광학계 내부의 적어도 일부에 산소가 충분히 존재하는 상태에서 상기 광학계에 노광파장의 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 자외광을 소정시간 조사하는 제 1 공정과; 상기 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체를 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환하는 제 2 공정과; 상기 마스크에 상기 노광파장의 자외광을 조사하여 상기 마스크의 패턴을 상기 광학계를 통해 기판에 전사하는 제 3 공정을 포함하는 제 1 노광방법이다.

이 방법에 의하면, 제 1 공정에 있어서, 광학계 내부의 적어도 일부에 산소가 충분히 존재하는 상태에서 광학계에 노광파장의 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 자외광이 소정시간 조사된다. 이 때문에, 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 그 오존의 산화 작용에 의해 광학계 (내의 광학소자) 가 효율적으로 세정된다. 다음으로, 제 2 공정에 있어서, 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체가 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환된다. 그리고, 이 치환이 종료되면, 제 3 공정에 있어서, 마스크에 노광파장의 자외광을 조사하여 마스크의 패턴이 광학계를 통해 기판에 전사된다. 이렇게, 본 발명에 의하면, 광학계의 세정이 필요한 때에, 노광광의 파장을 산소에 의한 흡수가 큰 파장으로 변경하고, 광로에 광세정에 필요한 산소가 충분히 있는 상태에서 광학계 내부의 광학소자를 세정하며, 이 세정 후에 노광광의 파장과 광로 중의 산소 농도를 원래로 되돌린 상태에서 기판에 대해 마스크 패턴을 전사한다 (노광을 행한다). 이것에 의해, 기판에 전사되는 패턴 상의 열화를 방지하고, 집적회로 등의 마이크로 디바이스의 수율을 향상시키며, 생산성을 향상시킬 수 있으므로, 결과적으로 제조 비용을 낮출 수 있다.

여기서, 상기 제 1 공정에서의 처리는, 광학계 내부의 광로 전체에 산소가 충분히 존재하는 상태에서 행해질 수도 있으나, 특히 세정에 필요한 광로의 일부분, 예를 들면 광원으로부터 멀어서 세정이 어려운 기판에 가까운 광로 부분에만 산소가 충분히 존재하는 상태에서 행해질 수도 있다. 또, 제 1 공정의 처리, 즉 세정은, 노광장치 제조 직후 및, 장기 노광동작 정지후, 혹은 노광조건 또는 조명조건의 변경시 등, 광학소자 표면의 오염에 의한 결상 특성의 열화가 예상되는 경우에 행하는 것이 효율적이다.

본 발명에 관한 제 1 노광방법에서는, 상기 제 1 공정에서 조사되는 자외광의 강도를 상기 제 3 공정에서 조사되는 자외광의 강도에 비해 높게 할 수도 있다. 이러한 경우에는, 강도가 높은 자외광에 의해 고효율로 광세정을 행할 수 있다.

본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광방법으로, 노광시의 제 1 광에 비해 광의 강도가 높은 제 2 광을 상기 광학계에 소정시간 조사하는 제 1 공정과; 상기 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체를 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환하는 제 2 공정과; 상기 마스크에 노광파장의 상기 제 1 광을 조사하여 상기 마스크의 패턴을 상기 광학계를 통해 기판에 전사하는 제 3 공정을 포함하는 제 2 노광방법이다.

이 방법에 의하면, 제 1 공정에서, 광학계에 노광시의 제 1 광 (노광광) 에 비해 광의 강도가 높은 제 2 광 (노광파장과 동일 파장, 혹은 상이한 파장 중 임의의 것일 수 있다) 가 소정시간 조사된다. 광학계 내에서 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 그 오존의 산화 작용에 의해 광학계 (의 광학소자) 가 고효율로 세정된다. 이 경우, 세정용의 광의 광강도가 높아져 있는 만큼 오존의 발생량이 많아져서, 보다 큰 세정효과를 얻을 수 있다. 따라서, 광학계를 통래에 비해 보다 단시간에 충분히 세정할 수 있게 되어 세정을 위한 광의 조사시간 자체가 단축되고, 초재의 손상을 저감시킬 수 있음과 동시에 광학계의 결상 특성을 양호하게 유지할 수 있다. 다음으로, 제 2 공정에서, 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체가 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환된다. 그리고, 이 치환이 종료되면, 제 3 공정에서 마스크에 강도가 세정시보다 낮은 소정 강도의 노광파장의 제 1 광을 조사하여 마스크의 패턴이 광학계를 통해 기판에 전사된다. 이렇게 본 발명에 의하면, 광학계의 세정이 필요할 때에, 노광광의 강도를 세정효과가 보다 큰 높은 강도로 설정하여 광학계 내부의 광학소자를 고효율로 세정하고, 이 세정 후에 노광광의 강도 (및 파장) 와 광로 중의 산소 농도를 원래로 되돌린 상태에서 기판에 대해 마스크 패턴을 전사한다 (노광을 행한다). 이 노광 중에는 광화학 반응에 의한 오존의 발생이 낮게 억제되기 때문에, 오존에 의한 노광광의 흡수가 낮고, 노광광의 투과율을 충분히 높게 유지하여 노광이 행해진다. 따라서, 마스크의 패턴을 기판에 고정밀도로 전사할 수 있다. 이것으로 인해, 마이크로 디바이스의 수율 및 샌산성을 함께 향상시킬 수 있다.

또, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광방법을 사용하여 노광을 행함으로써 기판 상에 패턴을 고정밀도로 형성할 수 있고, 이것에 의해 보다 고집적도의 마이크로 디바이스를 고수율로 제조할 수 있으며, 그 생산성을 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광장치를 사용하여 노광을 행함으로써 마스크의 패턴을 기판에 고정밀도로 전사할 수 있고, 이것에 의해 마이크로 디바이스의 수율 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다. 따라서, 보다 고집적도의 마이크로 디바이스를 고수율로 제조할 수 있으며, 그 생산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 다른 관점에서 보면, 본 발명의 노광방법 또는 노광장치를 사용하는 디바이스의 제조방법이고, 또 상기 제조방법에 의해 제조된 디바이스라고 할 수도 있다.

다음에서, 본 발명의 일 실시형태를 도 1 ∼ 도 6 에 근거하여 설명한다. 도 1 에는 일 실시형태에 관한 노광장치 (10) 의 전체 구성을 개략적으로 나타내고 있다. 이 노광장치 (10) 는 스텝·앤드·스캔 방식으로 마스크로서의 레티클 (R) 의 패턴을 기판으로서의 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역에 전사하는 반도체 제조용 주사형 노광장치이다.

노광장치 (10) 는, 광원 유닛 (12), 조명광학계 (14), 마스크로서의 레티클 (R) 을 지지하는 레티클스테이지 (RST), 투영광학계 (PL), 기판으로서의 웨이퍼 (W) 를 지지하는 웨이퍼스테이지 (WST), 및 이들의 제어계 등을 갖추고 있다.

상기 광원 유닛 (12) 으로는, 여기에서는 ArF 엑시머레이저 장치가 사용되고 있다. 이 광원 유닛 (12) 은 실제로는, 설치상의 상(床:바닥)면 또는 다른 방 (예를 들면 노광장치 본체가 설치된 초 클린룸에 비해 클린도가 낮은 서비스룸, 혹은 초(超)클린룸 상(床)하에 설치된 유틸리티스페이스 등) 내에 설치되지만, 도 1 에서는 도시의 편의상 조명광학계 (14) 의 상측에 도시하고 있다. 이 광원 유닛 (12) 은, 하우징과 이 하우징 내에 배치된 광학소자 (예를 들면 복수의 가동반사경 등) 로 구성된 빔매칭 유닛으로 불리는 광학계 (BMU) 를 통해 조명광학계 (14) 에 접속되어 있다.

빔매칭 유닛 (BMU) 의 구체적인 구성예에 대해서는 후술한다.

본 실시형태에서는, 빔매칭 유닛 (BMU) 과 조명광학계 (14) 에 의해 광원 유닛 (12) 으로부터의 광을 레티클 (R) 에 조사하는 조명용 광학계가 구성되어 있다.

상기 광원 유닛 (12) 은 레이저공진기 (12a), 이 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔의 광로 상에 배치된 투과율이 97 % 정도인 빔스플릿터 (12b), 상기 빔스플릿터 (12b) 의 반사광로 상에 배치된 빔모니터 기구 (12c), 고압전원 (12d: 도 1 에서는 도시생략, 도 2, 3 참조) 등을 갖추고 있다.

도 2 에는, 광원 유닛 (12) 의 구성의 일례를 나타내고 있다. 이 도 2 에 나타낸 바와 같이, 광원 유닛 (12) 의 상기 구성각부 (12a, 12b, 12c, 12d 등) 는 하우징 (13) 내에 수납되어 있다.

이 중, 상기 레이저공진기 (12a) 는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 방전전극을 포함한 엑시머레이저 튜브 (레이저챔버: 202), 이 엑시머레이저 튜브 (202) 의 후측 (도 2 에서의 지면내 좌측) 에 배치된 전반사 거울 (리어미러: 201), 엑시머레이저 튜브 (202) 의 앞측 (도 2 에서의 지면내 우측) 에 배치된 저반사율 거울 (프론트미러: 205), 및 엑시머레이저 튜브 (202) 와 프론트미러 (205) 와의 사이에 순차 배치된 고정의 파브리·페로·에탈론 (Fabry-Perot etalon: 203) 및 가변경각의 파브리·페로·에탈론 (204) 등을 포함하여 구성되어 있다.

이 경우, 리어미러 (201) 과 프론트미러 (205) 에 의해 공진기가 구성되어, 코히런시 (coherency: 상호간섭성) 를 조금 높이도록 되어 있다.

또, 파브리·페로·에탈론 (이하, '에탈론' 이라고 칭함: 203) 과 에탈론(204) 에 의해 협대역화 모듈이 구성되어 있다. 이것을 다시 상술하면, 에탈론 (203, 204) 은 2 장의 석영판을 소정의 갭으로 평행하게 대향시킨 것으로, 일종의 밴드패스필터로서 작용한다. 에탈론 (203, 204) 중 에탈론은 조조용(粗調用)이고, 에탈론 (204) 은 미조용(微調用)이다. 이들 에탈론 (203, 204) 은 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔 (LB) 의 스펙트럼폭을, 여기서는 자연발진 스펙트럼폭의 약 1/100 ∼ 1/300 정도로 좁혀서 출력한다. 또, 에탈론 (204) 의 경각을 조정함으로써, 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔 (LB) 의 파장 (발진파장) 을 소정범위로 쉬프트할 수 있도록 되어 있다.

그밖에, 레이저공진기 (12a) 를, 예를 들면 도 3 과 같이 구성할 수도 있다. 이 도 3 의 레이저공진기 (12a) 는, 도 2 의 레이저공진기를 구성하는 조조용의 에탈론 (203) 을 제거하고, 리어미러 (201) 대신에 파장선택소자로서의 반사형 회절격자 (글레이팅: 206) 를 기울어 질 수 있게 설치한 것이다. 이 경우, 글레이팅 (206) 과 프론트미러 (205) 에 의해 공진기가 구성되어 있다. 또, 글레이팅 (206) 과 미조용의 에탈론 (204) 에 의해 전술한 것과 동일한 기능의 협대역화 모듈이 구성되어 있다. 이 도 3 의 레이저공진기 (12a) 의 경우, 글레이팅 (206) 은 파장 설정시의 조조에 사용되고, 에탈론 (204) 은 미조에 사용된다. 에탈론 (204) 및 글레이팅 (206) 중 어느 한쪽의 경사각을 변경하면, 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔 (LB) 의 파장 (발진파장) 을 소정 범위에서 변화시킬 수 있다.

또, 협대역화 모듈을, 예를 들면 프리즘과 회절격자 (글레이팅) 를 조합함으로써 구성하는 것도 가능하다.

상기 빔모니터 기구 (12c) 는 여기서는 디퓨저, 에탈론 소자, 라인센서 및 에너지 모니터 (모두 도시생략) 로 구성되어 있다. 이 빔모니터 기구 (12c) 의 검출신호는 제어장치 (20) 에 공급되도록 되어 있다. 빔모니터 기구 (12c) 를 구성하는 디퓨저를 통과한 빛은 에탈론 소자에 의해 회절하여 프린지 패턴을 형성한다. 이 프린지 패턴은 입사광의 중심파장, 스펙트럼 반값폭 (파장폭) 에 대응한 것으로 되어 있고, 라인센서로부터 이 프린지 패턴의 촬상신호가 제어장치 (20) 에 출력된다. 제어장치 (20) 에서는 이 프린지 패턴의 촬상신호에 소정의 신호처리를 실시함으로써, 빔모니터 기구 (12c) 에 대한 입사광의 광학특성에 관한 정보를 얻을 수 있게 되어 있다. 또, 동시에 제어장치 (20) 에서는 에너지 모니터의 출력에 근거하여 레이저빔 (LB) 의 에너지파워도 검출한다.

광원 유닛 (12) 에는, 상기 레이저공진기 (12a) 를 구성하는 에탈론 (204: 도 2 의 경우), 글레이팅 (206) 및 에탈론 (204: 도 3 의 경우), 혹은 글레이팅과 프리즘 등의 분광소자의 구동기구 (18) 가 병설되어 있다 (도 2, 3 참조).

그리고, 이 구동기구 (18) 가, 상기 빔모니터 기구 (12c) 에 대한 입사광의 광학특성에 관한 정보 (빔모니터 기구 (12c) 의 검출결과) 에 근거하여 제어장치 (20) 에 의해 제어되고, 중심파장 및 스펙트럼 반값폭 (파장폭) 이 원하는 범위내로 제어되도록 되어 있다. 이 경우, 중심파장은, 소정범위, 예를 들면 192.9 nm ∼ 193.6 nm 의 범위내에서 거의 연속적으로 조절가능하도록 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서는, 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔 (ArF엑시머레이저광: LB) 의 파장을 조정하는 스위치 기구가 구동기구 (18) 에 의해 구성되어 있다.

또, 제어장치 (20) 에서는, 통상의 노광시에는, 상기 빔모니터 기구 (12c) 를 구성하는 에너지 모니터의 출력에 근거하여 검출한 에너지 파워에 근거하여 광원 유닛 (12) 에서의 1 펄스 당의 에너지가 1 펄스 당 에너지의 목표치에 대응한 값이 되도록 고압전원 (12d) 에서의 전원전압을 피드백 제어한다.

그 밖에, 광원 유닛 (12) 의 하우징 (13) 내에서의 빔스플릿터 (12b) 의 조명광학계 (14) 측에는, 제어장치 (20) 로부터의 제어정보에 따라 레이저빔 (LB) 을 차광하기 위한 셔터 (12f) 도 배치되어 있다.

도 4 에는, 빔매칭 유닛 (BMU) 의 구성의 일례가 도시되어 있다. 이 빔매칭 유닛 (BMU) 의 주된 기능은, 광원 유닛 (12) 으로부터 입사되는 협대역화된 레이저빔 (이하, 적당히 '자외펄스광' 또는 'ArF 엑시머레이저광' 이라도고 함: LB) 의 광로를 다음에 서술하는 조명광학계 (14) 와의 사이에서 위치적으로 매칭시키는, 즉 조명광학계 (14) 의 광축에 대하여 항상 소정의 위치관계로 입사하도록 자외펄스광 (LB) 의 조명광학계 (14) 로의 입사위치 및 입사각도를 적절하게 조정하는 것에 있다.

이 도 4 에 나타낸 빔매칭 유닛 (BMU) 은, 자외펄스광 (LB) 의 광로 상에 순차 배치된 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 로 구성되어 있다.

이 중, 제 1 광지연소자 (52) 는, 자외펄스광 (LB) 의 광로 상에 그 광축에 직교하는 면에 대해 소정 각도를 이루는 상태로 배설되고, 자외펄스광 (LB) 의 일부를 투과시키고 남은 것을 반사하여 분할하는 빔스플릿터로서의 하프미러 (56) 와, 이 하프미러 (56) 에 의해 반사광의 광로 상에 배치되고, 상기 반사광을 소정시간 지연시키는 삼각형의 지연광로 (64) 를 구성하는 3 장의 미러 (58, 60, 62) 로 구성되어 있다. 하프미러 (56) 로는, 반사율이 약 33 % ∼ 50 % 정도의 것이 사용되고 있다. 또, 지연광로 (64) 의 광로길이는, 일례로서, 피조사면인 레티클 (R) 의 패턴면과 공역인 광원 유닛 (12) 근방의 위치에서의 공간분해능 내의 광의 파장분포로 결정되는 가간섭길이 (d) 의 2 배인 2d 로 되어 있다. 따라서, 하프미러 (56) 에서 반사된 반사광은, 미러 (58, 60, 62) 을 순차 경유하여 하프미러 (56) 를 투과한 투과광이 2d 의 광로차에 대응하는 시간 (이하, 편의상 '지연시간 (T)' 이라고 함) 만큼 지연되어 하프미러 (56) 에 되돌아간다. 그리고, 이 광은, 다시 하프미러 (56) 에서 투과광과 반사광으로 분할된다. 그리고, 이 반사광은 전술한 투과광 (기본광선) 과 동일 광로를 따라 다음단의 제 2 광지연소자 (54) 를 향해 나아간다. 이 경우, 지연광로 내를 광이 무한회수 순회하기 때문에, 원리적으로는 하프미러 (56) 로부터는 무한회광이 나오게 되지만, 하프미러의 반사율 및 미러의 반사율에 기인하여 3 ∼ 4 회전째의 광은 그 광량이 거의 제로가 된다.

상술한 바와 같이, 제 1 광지연소자 (52) 에서는, 하프미러 (56) 에 의해 분할된 광 상호간에 상기 지연시간 (T) 을 부여하기 때문에, 분할된 파련에 있어서 편광을 제거할 수 있어, 코히런시를 저감할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 경우 하프미러 (56) 를 최초로 투과하는 광선을 기본광선으로 하고 있다.

상기 제 2 광지연소자 (54) 는 제 1 광지연소자 (52) 로부터 출사되는 자외펄스광 (LB) 의 광로상에 배설된 빔스플릿터로서의 하프미러 (66), 및 삼각형상의 지연광로 (68) 를 형성하도록 배치된 3 장의 미러 (70, 72, 74) 에 의해 전술한 제 1 광지연소자 (52) 와 거의 동일하게 구성되어 있다. 이 경우, 하프미러 (66) 면의 법선 방향과, 전술한 하프미러 (56) 면의 법선 방향과는 수직으로 교차하는 방향으로 하프미러 (66) 가 배치되어 있다. 따라서, 전술한 지연광로 (64) 에 의해 형성되는 면과, 지연광로 (68) 에 의해 형성되는 면은 직교한다. 또, 지연광로 (68) 의 광로길이는, 전술한 지연광로 (64) 의 광로길이의 3 배인 6d 로 설정되어 있다.

따라서, 하프미러 (66) 에서 반사된 반사광은, 미러 (70, 72, 74) 를 순차 경유하여, 하프미러 (66) 를 투과한 투과광으로부터 6d 의 광로차에 대응하는 시간 (3T) 만큼 지연되어 하프미러 (56) 로 되돌아간다. 그리고, 이 광은, 다시 하프미러 (56) 에서 투과광과 반사광으로 분할되고, 이 반사광은 전술한 투과광과 동일 광로 상을 후술하는 조명광학계 (14) 내의 도시를 생략한 빔정형광학계를 향하여 나아간다. 이 경우도, 분할된 파련에서 편광을 제거할 수 있어, 코히런스를 저감할 수 있도록 되어 있다. 또, 이 경우, 하프미러 (56) 를 최초로 투과하는 광선을 기본광선으로 하고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 빔매칭 유닛 (BMU) 에서는, 2 개의 하프미러 (56, 66) 의 편각을 도시를 생략한 오토콜리메이터를 통해 제어장치 (20) 에 의해 조장함으로써, 조명광학계 (14) 의 광축에 대해 통상 소정 위치관계로 입사하도록 자외펄스광 (LB) 의 조명광학계 (14) 로의 입사위치나 입사각도를 적절하게 조정하는, 소위 광축매칭을 행하도록 되어 있다. 하프미러 (56, 66) 의 편각 조정과 아울러, 미러 (58, 60, 62) 및 미러 (70, 72, 74) 의 편각의 조정이 제어장치 (20) 에 의해 도시를 생략한 오토콜리메이터를 통해 행해진다.

또, 광지연소자 (광지연광로) 에 대해서는, 일본 특허출원 평 10-117434 호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허출원 (시리얼 No.) 09/300660 호 (출원일 1999 년 4 월 27 일) 에 개시되어 있다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서, 상기 공보 및 미국 특허출원에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

또, 본 실시형태에서는, 도 4 중의 화살표 (C, C'), 화살표 (D, D') 로 각각 나타내고 있는 바와 같이, 하프미러 (56, 66) 는 각각 도시를 생략한 슬라이드 기구에 의해 자외펄스광 (LB) 의 광로에 대해 삽입·이탈 (출몰) 이 자유로운 구조로 되어 있다. 이 슬라이드 기구를 제어장치 (20) 에 의해 후술하는 바와 같이 제어된다. 하프미러 (56, 66) 가 자외펄스광 (LB) 의 광로 상에서 도 4 중에 가상선으로 각각 나타내는 위치까지 퇴피된 상태에서는, 광원 유닛 (12) 으로부터의 레이저빔 (자외펄스광: LB) 이 바로 조명광학계 (14) 에 입사하는 것은 물론이다.

도 1 로 되돌아가, 상기 조명광학계 (14) 는, 예를 들면 일본 공개특허공보 평 4-196513 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제 5,473,410 호 등에 상세하게 개시된 것처럼, 하우징 내에 소정의 위치관계로 배치된 빔정형광학계 (실린더렌즈 및 빔엑스팬더로 구성된다), 에너지 조조기, 플라이아이렌즈 등을 포함하는 2 차 광원형성 광학계, 집광 렌즈계, 레티클블라인드 및 결상렌즈계 등 (모두 도시생략) 으로 구성되어 있다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서, 상기 공보 및 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

이 조명광학계 (14) 는, 조도분포가 거의 균일한 노광용 조명광으로 레티클 (R) 상의 직사각형 (혹은 원호 형상) 의 조명영역을 조명한다. 이 조명광학계 (14) 내의 2 차 광원형성 광학계와 결상 렌즈계와의 사이에는, 투과율이 97 % 정도인 빔스플릿터 (14a) 가 배치되어 있다. 이 빔스플릿터 (14a) 의 반사광로 상에는, 광전변환소자로 이루어지는 인티글레이터 센서라고 불리는 입사광량 계측기 (22) 가 배치되어 있다. 이 입사광량 계측기 (22) 로부터의 광전변환신호가 제어장치 (20) 에 공급되도록 되어 있다. 입사광량 계측기 (22) 의 출력은, 미리 도시를 생략한 기준조도계의 출력에 대해 캐리블레이션되어 있다. 또, 입사광량 계측기 (22) 의 출력에 대해 전술한 에너지 모니터의 출력이 캐리블레이션되어 있고, 이 때 양 출력값의 변환계수 (또는 변환함수) 가 미리 구해져, 이 변환계수가 제어장치 (20) 안의 메모리에 격납되어 있다.

상기 레티클스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 이, 예를 들면 정전흡착에 의해 고정되어 있다. 또, 이 레티클스테이지 (RST) 는 도시를 생략한 레티클베이스 상을 리니어모터 등을 포함하는 레티클 구동부 (24) 에 의해 소정의 주사방향 (여기서는 Y 축 방향이라고 함) 으로 지정된 주사속도로 구동가능하게 되어 있다. 또, 이 레티클스테이지 (RST) 는, 레티클 구동부 (24) 에 의해 Y 축으로 직교하는X 축 방향 및 XY 면내에서 직교하는 Z 축 주위의 회전방향 (θ방향) 으로도 미소 구동가능한 구성으로 되어 있다.

레티클스테이지 (RST) 의 위치는, 레티클레이저 간섭계 (이하, '레티클 간섭계' 라고 함: 25) 에 의해 예를 들면 0.5 ∼ 1 nm 정도의 분해능에서 항상 검출된다. 이 레티클 간섭계 (25) 로부터의 레티클스테이지 (RST) 의 위치정보 (또는 속도정보) 는 제어장치 (20) 로 보내지고, 제어장치 (20) 에서는 레티클스테이지 (RST) 의 위치정보 (또는 속도정보) 에 근거하여 레티클 구동부 (24) 를 통해 레티클스테이지 (RST) 를 제어한다.

상기 투영광학계 (PL) 는, 레티클스테이지 (RST) 의 도 1 에서의 하측에 배치되어 그 광축 (AX) 방향이 Z 방향으로 되고, 여기서는 양측 텔렌센트릭한 미소광학계로서, 경통 (하우징) 내에 광축 AX 방향을 따라 소정 간격으로 배치된 복수장의 렌즈엘리먼트로 이루어지는 굴절광학계가 사용되고 있다. 이 투영광학계 (PL) 의 투영배율은, 예를 들면 1/5 (혹은 1/4) 이다. 이 때문에, 조명광학계 (14) 로부터의 조명광에 의해 레티클 (R) 의 조명 영역이 조명되면, 이 레티클 (R) 을 통과한 조명광에 의해 투영광학계 (PL) 를 통해 레티클 (R) 의 조명영역 내의 회로패턴의 축소상 (부분 도립상) 이 표면에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 상기 조명영역과 공역인 노광영역에 형성된다.

상기 웨이퍼스테이지 (WST) 는, 투영광학계 (PL) 의 하측에 배치되고, 리니어모터, 혹은 자기부상형 평면모터 등을 포함하는 구동장치 (26) 에 의해 도시를 생략한 웨이퍼 베이스 상을 XY 2 차원 평면내에서 구동된다. 이 웨이퍼스테이지 (WST) 의 상면에 도시를 생략한 웨이퍼 홀더를 통해 기판으로서의 웨이퍼 (W) 가 예를 들면 정전흡착에 의해 고정되어 있다.

또, 이 웨이퍼스테이지 (WST) 의 상면에는 이동거울 (28) 이 설치되고, 이 이동거울 (28) 에 측장빔을 조사하는 웨이퍼레이저 간섭계 (이하, '웨이퍼 간섭계'라고 함: 30) 에 의해 웨이퍼스테이지 (WST) 의 XY 면내의 위치가 예를 들면 0.5 ∼ 1 nm 정도의 분해능에서 항상 검출된다. 이 웨이퍼 간섭계 (30) 로부터의 웨이퍼스테이지 (WST) 의 위치정보 (또는 속도정보) 는 제어장치 (20) 로 보내지고, 제어장치 (20) 에서는 웨이퍼스테이지 (WST) 의 위치정보 (또는 속도정보) 에 근거하여 구동장치 (26) 를 통해 웨이퍼스테이지 (WST) 를 제어한다.

또, 웨이퍼스테이지 (WST) 의 상면에는, 광전변환소자로 이루어지는 출사광량 계측기 (32) 가 고정되어 있다. 이 출사광량 계측기 (32) 의 수광면은, 웨이퍼 (W) 의 표면과 거의 동일 높이로 설정되어 있다. 출사광량 계측기 (32) 로부터의 광전변환신호는 제어장치 (20) 로 공급되도록 되어 있다.

출사광량 계측기 (32) 의 출력은, 전술한 입사광량 계측기 (22) 의 출력에 대해 미리 캐리블레이션되어 있고, 양 출력의 변환계수 (또는 변환함수) 는 미리 구해져 제어장치 (20) 의 메모리 내에 격납되어 있다.

또한, 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는, 상기 광학계, 즉 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 및 투영광학계 (PL) 각각에 급기배관계와 배기배관계가 각각 접속되어 있다.

이를 더욱 상세하게 서술하면, 급기배관계는, 제 1, 제 2 및 제 3 의 급기배관 (34A, 34B, 34C) 를 포함하여 구성되어 있다. 이들 제 1, 제 2 및 제 3 급기배관 (34A, 34B, 34C) 각각의 일단은, 빔매칭 유닛 (BMU) (의 하우징), 조명광학계 (14) (의 하우징) 및 투영광학계 (PL) (의 경통) 에 각각 접속되어 있다. 또, 이들 3 개의 급기배관 (34A, 34B, 34C) 의 타단측은 각각 이고(二股: 두 다리) 형상으로 분지되고, 각 이고형상의 분지부의 각각의 한쪽에는 도시를 생략한 가스탱크 (이 내부에는, 질소가스 N₂(산소함유량 1 % 이하) 가 수용되어 있다.) 에 접속되고, 각각의 타측은 내부에 건조공기 (Dry Air) 가 수용된 도시를 생략한 공기탱크에 접속되어 있다.

제 1 급기배관 (34A) 의 타단측의 이고형상의 분지부 각각의 도중에는, 해당 각 분지부의 관로 (기체통로) 를 개폐하는 제 1, 제 2 전자(電磁)밸브 (38A, 38B) 가 각각 설치되어 있다. 마찬가지로, 제 2 급기배관 (34B) 의 타단측의 이고형상의 분지부 각각의 도중에는, 해당 각 분지부의 관로 (기체통로) 를 개폐하는 제 3, 제 4 전자밸브 (38C, 38D) 가 각각 설치되어 있다. 마찬가지로, 제 3 급기배관 (34C) 의 타단측의 이고형상의 분지부 각각의 도중에는, 해당 각 분지부의 관로 (기체통로) 를 개폐하는 제 5, 제 6 전자밸브 (38E, 38F) 가 각각 설치되어 있다.

상기 제 1 ∼ 제 6 전자밸브 (38A ∼ 38F) 는 제어장치 (20) 에 의해 개폐 제어된다 (이에 대해서는 후술한다).

상기 배기배관계는, 각각의 일단이 빔매칭 유닛 (BMU) (의 하우징), 조명광학계 (14) (의 하우징), 투영광학계 (PL) (의 경통) 에 각각 접속된 제 1, 제 2 및 제 3 배기관 (40A, 40B, 40C) 과, 이들 3 개의 배기관 (40A, 40B, 40C) 의 타단이 각각 접속된 배기체관 (42) 을 갖추고 있다.

제 1, 제 2 및 제 3 배기관 (40A, 40B, 40C) 에는, 각각 배기관의 관로 (기체통로) 내를 흐르는 기체의 산소농도를 검출하는 제 1, 제 2 및 제 3 산소센서 (44A, 44B, 44C) 가 각각 설치되어 있다. 이들 3 개의 산소센서 (44A, 44B, 44C) 의 검출결과는 제어장치 (20) 에 공급되어 있다.

상기 제어장치 (20) 는, 마이크로컴퓨터 (혹은 워크스테이션) 를 중심으로 구성되고, 상술한 노광장치 (10) 의 구성 각부의 동작 및 상기 제 1 ∼ 제 6 전자밸브 (38A ∼ 38F) 의 개폐를 제어한다. 또, 이 제어장치 (20) 는, 예를 들면 입사광량 계측기 (22) 의 출력과 빔모니터 기구 (12c) 를 구성하는 에너지 모니터의 출력에 근거하여 광원 유닛 (12) 으로부터 빔스플릿터 (14a) 의 위치까지의 광학계의 투과율 (이하, 적당히 '제 1 투과율' 이라고 함) 을 산출하고, 또 입사광량 계측기 (22) 의 출력과 출사광량 계측기 (32) 의 출력에 근거하여 빔스플릿터 (14a) 의 위치에서 웨이퍼면까지의 광학계의 투과율 (이하, 적당히 '제 2 투과율'이라 함) 을 산출하는 연산기능도 갖는다.

다음으로, 상술한 바와 같이 하여 구성된 노광장치 (10) 에서의 광학계 (빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL)) 의 자기세정 동작, 보다 정확하게는 상기 광학계를 구성하는 광학소자 (렌즈, 빔스플릿터 등) 의 자기세정 동작에 대해 제어장치 (20) 의 제어동작을 중심으로 설명한다.

전제조건으로, 제 1 ∼ 제 6 전자밸브 (38A ∼ 38F) 는 닫혀 있으나, 배기배관계 및 광학계의 내부에는, 산소를 1 % 이하로 포함하는 고농도의 질소가스 (제 1 기체) 가 잔존하고 있는 것으로 한다.

자기세정 동작의 개시에 있어서, 제어장치 (20) 에서는, 제 2, 제 4 및 제 6 전자밸브 (38B, 38D, 38F) 를 연다. 이것에 의해, 도시를 생략한 공기탱크로부터 건조공기 (제 2 기체) 가 제 1, 제 2 및 제 3 급기관 (34A, 34B, 34C) 을 각각 통해 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14) 및 투영광학계 (PL) 내에 공급되기 시작한다.

다음으로, 제어장치 (20) 에서는, 광원 유닛 (12) 내의 고압전원 (12d) 에 대한 트리거펄스의 출력을 개시하여 레이저공진기 (12a) 로부터의 레이저빔 (LB) 의 발광을 개시한다. 이 때는 아직 광원 유닛 (12) 내의 셔터 (12f) 는 닫혀 있는 것으로 한다.

상기 레이저빔 (LB) 의 발광개시에 의해 레이저빔 (펄스자외광: LB) 이 빔스플릿터 (12b) 를 통해 빔모니터 기구 (12c) 에 입사하고, 빔모니터 기구 (12c) 에서 전술한 프린지 패턴의 촬상신호 및 펄스에너지값의 정보가 제어장치 (20) 에 공급된다.

다음으로, 제어장치 (20) 에서는, 빔모니터 기구 (12c) 로부터의 정보에 근거하여 레이저빔의 파장을 거의 193.23 nm 으로 변경하기 위해, 구동기구 (18) 를 통해 레이저공진기 (12a) 를 구성하는 에탈론 (204) (또는 글레이팅 (206)) 의 각도를 조정한다. 이것에 의해 레이저공진기 (12a) 로부터 출사되는 레이저빔(LB) 의 파장이 193.23 nm 으로 변경된다.

여기서, 상기 ArF 엑시머레이저광의 파장을 193.23 nm 으로 조정하는 이유에 대해서 설명한다. 도 5 에는, 파장 193.3 nm 근방의 건조공기 분위기 중을 투과한 ArF 엑시머레이저광의 광강도 분포가 나타나 있다. 이 도 5 에서, 횡축은 광의 파장 (nm) 이고, 종축은 광강도 (에너지 강도) 이다. 즉, 이 도 5 는 ArF 엑시머레이저광의 산소흡수 스펙트럼을 실질적으로 나타내는 것이다.

이 도 5 에서 분명한 것처럼, 파장 193 nm 근방은, 미소한 파장의 차이로 산소에 의한 광의 흡수가 크게 변화한다. 이 도 5 의 광강도 분포를 일견하면, 193.02 nm 근방이 광강도가 가장 작고 산소에 의한 흡수량이 최대인 것처럼 보인다. 그러나, 파장 192.9 nm ∼ 193.6 nm 의 파장대역에서는, ArF 엑시머레이저 광원으로부터의 블로드 (협대역화 전) 의 광강도 분포는 거의 산형(볼록형)으로 되어 있어, 파장 193.02 nm 근방에서는 원래 광강도가 작다. 이 때문에, 이 파장근방으로 ArF 엑시머레이저광의 파장을 조정하여도 산소에 의한 흡수 에너지량은 그다지 커지지 않는다. 이에 비해 상기의 파장 193.23 nm 근방은 원래 광강도가 크고, 게다가 건조공기 분위기 중을 투과한 ArF 엑시머레이저광의 광강도가 그 전후의 파장대역과 비교하여 작아져 있기 때문에, 결론적으로는 조정가능한 파장대역 중에서 산소에 의한 흡수 에너지량이 가장 커지는 파장이라고 할 수 있다. 그러므로, 본 실시형태에서는 ArF 엑시머레이저광의 파장을 193.23 nm 으로 조정함으로써 산소에 의해 최대한 효율적으로 ArF 엑시머레이저광의 광 에너지를 흡수시키고, 광화학 반응에 의해 최대한 오존 (O₃) 을 발생시켜 그 오존의 산화 작용에 의해 광학소자를 효과적으로 세정하고자 하는 것이다.

또, 상기의 파장변경과 거의 병행하여, 제어장치 (20) 에서는, 빔매칭 유닛 (BMU) 을 구성하는 하프미러 (56, 66) 를 도시를 생략한 슬라이드 기구를 통해 도 4 중에 화살표 (C,D) 로 나타내는 방향에서 구동하여 도 4 중에 가상선으로 나타내는 빔레이저 (LB) 의 광로 밖의 위치로 퇴피시킨다. 이렇게 하는 것은, 다음에 설명하는 광세정 시에, 광원 유닛 (12) 으로부터의 파장을 193.23 nm 의 레이저빔 (LB: 제 2 광) 이, 빔매칭 유닛 (BMU) 을 구성하는 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54: 각 광학소자) 를 통하지 않고 바로 조명광학계 (14) 내에 입사하도록 하기 위해서이다. 그 이유는, 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 를 통하면, 그만큼 조명광학계 (14) 이후에 조사되는 레이저빔 (LB) 의 강도가 저하되고, 이로 인해 오존을 발생하는 광화학 반응의 정도가 낮아짐과 동시에 오존의 산화 작용에 의한 광학소자의 광세정 효과가 저하되기 때문에, 이를 피하기 위해서이다. 즉, 레이저빔의 피크파워를 최대한 높게 유지하여 효율적인 광학소자의 세정을 행하고, 세정시간의 단축화를 꾀하기 위해서이다.

상기의 파장변경 및 하프미러 (56, 66) 의 퇴피 후, 제어장치 (20) 에서는, 광원 유닛 (12) 내의 셔터 (12f) 를 연다. 이것에 의해, 광원 유닛 (12) 으로부터 레이저빔 (LB) 의 출사가 개시되고, 이 레이저빔 (LB) 이 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 의 내부공간의 기체, 및 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 를 구성하는 각 광학소자에 대해 조사된다. 이것에 의해 파장 193.23 nm 인 ArF 엑시머레이저광 (제 2 광) 에 의해 자기세정이 개시된다. 이 자기세정이 개시되는 직전 혹은 직후에는 광학계 내부의 제 1 기체는 건조공기로 거의 치환된다.

상기 자기 세정개시 직후에, 제어장치 (20) 에서는, 간섭계 (30) 의 출력을 모니터하면서 구동장치 (26) 를 제어하여 출사광량 계측기 (32) 가 투영광학계 (PL) 의 바로 밑에 위치하도록 웨이퍼스테이지 (WST) 를 이동시킨다. 그리고, 이 때의 입사광량 계측기 (22) 의 출력, 빔모니터 기구 (12c) 를 구성하는 에너지 모니터의 출력, 및 출사광량 계측기 (32) 의 출력을 동시에 수용하여 전술한 제 1 투과율 및 제 2 투과율을 산출한 다음, 출사광량 계측기 (32) 가 투영광학계 (PL) 의 바로 밑에서 퇴피하도록 웨이퍼스테이지 (WST) 를 이동시킨다. 이후, 소정시간 간격으로, 상기 출사광량 계측기 (32) 의 투영광학계 (PL) 바로 밑으로의 위치결정, 및 이 투영광학계 (PL) 의 바로 밑의 위치에서 퇴피하기 위한 웨이퍼스테이지 (WST) 의 이동, 그리고 제 1, 제 2 투과율의 측정·산출을 반복 실행한다.

상기 상태에서, 레이저공진기 (12a) 로부터의 레이저빔 (LB) 의 출력을 속행하면, 조명광학계 (14) 및 투영광학계 (PL) 의 광학소자 표면에 부착한 오염물질 중의 유기물이 레이저 에너지에 의해 절단됨과 동시에, 산소의 광화학 반응에 의해 발생한 오존에 의한 산화 작용에 의해 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 의 광학소자 표면에 부착한 오염물질이 세정되기 때문에, 광학계의 투과율이 서서히 상승한다.

그리고, 제어장치 (20) 에서는 전술한 바와 같이, 소정시간 간격으로 구한 제 1, 제 2 투과율의 변화를 감시하고, 이들 투과율의 변화율이 함께 소정값 이하, 예를 들면 거의 제로로 되었을 때, 즉, 제 1, 제 2 투과율의 시간 변화가 포화상태로 되었을 때, 광학소자의 세정이 끝났다고 판단하여 광원 유닛 (12) 내의 셔터 (12f) 를 닫고, 광원 유닛 (12) 내의 고압전원 (12d) 에 대한 트리거펄스의 출력을 정지한다.

본 실시형태에서는 이상과 같은 광학소자의 세정 동작을 광학계 내의 광학소자에 오염이 부착하기 쉬워 세정의 필요성이 높을 때, 예를 들면 노광장치 제조직후, 장기간의 운전정지 후, 혹은 노광조건 또는 조명조전의 변경시 (구체적으로는, 조명광학계 (14) 내의 개구 조리개(쓰로틀)의 교환시, 레티클 교환시, 투영광학계 (PL) 내의 동개구(瞳開口) 변경시 등) 등에 행하도록 되어 있고, 장치의 운전 중의 다운타임의 증가를 가장 최소한으로 하여 효율적인 광학소자의 세정을 행하며, 노광장치 본래의 성능을 항상 끌어내도록 하고 있다.

다음으로, 노광장치 (10) 에서의 노광동작의 흐름에 대해 간단하게 설명한다.

우선, 제어장치 (20) 의 관리하에 있는 도시를 생략한 레티클 로더 및 웨이퍼 로더에 의해 레티클 로드 및 웨이퍼 로드가 행해진다.

상기의 레티클 로드에 앞서 상술한 광학계의 자기 세정이 행해지고 있고, 이 자기 세정의 종료후, 다음과 같이 하여 엑시머레이저광의 파장 조정, 및 광학계 내의 건조공기를 질소가스로 치환하는 가스 치환 등이 행해진다.

즉, 제어장치 (20) 에서는, 광학소자의 세정이 종료했다고 전술한 바와 같이 판단하면, 광원 유닛 (12) 내의 셔터 (12f) 를 닫고, 빔모니터 기구 (12c) 의 출력을 모니터하면서 레이저공진기 (12a) 로부터 출력되는 레이저빔 (LB) 의 파장이 노광 파장인 193.3. nm 이 되도록 구동기구 (18) 를 제어한다. 이것에 의해 셔터 (12f) 를 열면, 광원 유닛 (12) 으로부터 노광파장의 레이저빔 (LB) (제 1 광) 이 출력되게 된다. 단, 이 단계에서 셔터 (12f) 는 아직 닫혀 있다.

또, 제어장치 (20) 에서는, 상기의 셔터의 닫힘과 거의 동시에, 제 2, 제 4 및 제 5 전자밸브 (38B, 38D, 38F) 를 닫음과 동시에 제 1, 제 3 및 제 5 전자밸브 (38A, 38C, 38E) 를 연다. 이것에 의해, 도시를 생략한 가스탱크로부터 산소함유량이 1 % 이하의 고농도의 질소가스 (제 1 기체) 가 제 1, 제 2 및 제 3 의 급기관 (34A, 34B, 34C) 을 각각 통해 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14) 및 투영광학계 (PL) 내로 공급되고, 소정시간 경과 후에 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14) 및 투영광학계 (PL) 내에 잔존하고 있던 건조공기가 질소가스로 거의 완전하게 치환된다. 이 경우, 제어장치 (20) 에서는, 제 1, 제 2, 제 3 산소 센서 (44A, 44B, 44C) 의 출력이 함께 산소농도 1 % 이하로 된 시점을 가지고 광학계 내 기체의 질소가스로의 치환이 완료됐다고 판단한다.

또한, 제어장치 (20) 에서는, 상기 셔터 (12f) 의 닫힘과 거의 동시에, 도시를 생략한 슬라이드 기구를 통해 빔매칭 유닛 (BMU) 을 구성하는 하프미러 (56, 66) 를 도 4 중의 화살표 (C', D') 로 각각 나타내는 방향으로 구동하여, 도 4 중에 실선으로 나타내는 레이저빔 (LB) 의 광로 상의 위치에 삽입한다. 이 경우,전술한 광축 매칭 및 이에 부수하는 미러 (58, 60, 62, 70, 72, 74) 의 경각 조정은 미리 행해지고, 하프미러 (56, 66) 및 미러 (58, 60, 62, 70, 72, 74) 의 경각은 그 때의 상태로 유지되어 있는 것으로 한다.

또, 이 때 제어장치 (20) 에서는, 필요하다면 셔터 (12f) 를 열어, 도시를 생략한 오토콜리메이터를 통해 전술한 광축 매칭, 및 이것에 부수하는 미러 (58, 60, 62, 70, 72, 74) 의 경각의 조정을 행한 다음, 셔터 (12f) 를 닫도록 할 수도 있다.

어떠한 경우에도, 이어서 셔터 (12f) 가 열리면, 광원 유닛 (12) 으로부터 출력된 노광파장의 레이저빔 (LB) (제 1 광) 이 빔매칭 유닛 (BMU) 을 구성하는 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 를 경유하여 조명광학계 (14) 안으로 도입되게 된다. 이것으로 인해, 조사면인 레티클 (R) 의 패턴면 등에서의 가간섭성의 저감이 도모된다.

상기 레이저파장의 전환, 광학계 내 가스의 질소가스 치환 및 하프미러 (56, 66) 의 광로 상으로의 삽입 (및 광축조정 등) 이 종료되면, 제어장치 (20) 에 의해 도시를 생략한 레티클 현미경, 웨이퍼스테이지 (WST) 상의 도시를 생략한 기준마크판, 도시를 생략한 얼라이먼트 검출계를 사용하여 레티클 얼라이먼트, 베이스라인 계측 등의 준비작업이 소정의 수순을 따라 행해진다. 이 때, 제어장치 (20) 에서는, 상기의 레티클 얼라이먼트를 셔터 (12f) 를 열고 노광파장의 광을 사용하여 행한다. 또, 레티클 얼라이먼트, 베이스라인 계측 등의 준비작업에 대해서는, 예를 들면 일본 공개특허공보 평 4-324923 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제5,243,195 호에 상세하게 개시되어 있다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서 상기 공보 및 이에 대응하는 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

또, 레티클 얼라이먼트를 노광파장 이외의 파장의 광으로 행하는 경우에는, 상기 레이저 파장의 전환, 광학계 내 가스의 질소가스 치환 등을 상기 준비작업과 병행하여 행할 수도 있다.

그 후, 제어장치 (20) 에 의해, 도시를 생략한 얼라이먼트 검출계를 사용하여 예를 들면 일본 공개특허공보 소 61-44429 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제 4,780,617 호 등에 상세하게 개시되는 EGA (엔허스트·글로벌·얼라이먼트) 등의 얼라이먼트 계측이 실행된다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택된 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서, 상기 공보 및 이에 대응하는 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

상기 얼라이먼트 계측의 종료 후, 다음과 같은 방법으로 스텝·앤드·스캔 방식의 노광동작이 행해진다.

이 노광동작에 있어서, 우선 제어장치 (20) 에서는, 웨이퍼 (W) 의 XY 위치가 웨이퍼 (W) 상의 최초의 쇼트영역 (퍼스트 쇼트) 의 노광을 위한 주사개시 위치가 되도록 웨이퍼스테이지 (WST) 를 이동한다. 동시에, 제어장치 (20) 에서는, 레티클 (R) 의 XY 위치가 주사개시 위치가 되도록 레티클스테이지 (RST) 를 이동한다. 또, 제어장치 (20) 에서는, 레티클 간섭계 (25) 에 의해 계측된 레티클 (R) 의 XY 위치정보, 웨이퍼 간섭계 (30) 에 의해 계측된 웨이퍼 (W) 의 XY 위치정보에 근거하여, 레티클 구동부 (24) 및 구동장치 (26) 를 통해 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 투영광학계 (PL) 의 투영배율에 따른 속도비로 상호 역방향으로 Y 축 방향을 따라 동기이동시킴으로써 주사노광을 행한다. 이 주사노광 중의 광량 제어는, 입사광량 계측기 (22) 의 출력 및 에너지 모니터의 출력에 근거하여, 예를 들면 레이저공진기 (12a) 로부터 출력되는 레이저빔의 펄스 에너지, 혹은 레이저공진기 (12a) 의 발진주파수를 조정함으로써 행해진다.

이렇게 해서, 하나의 쇼트 영역에 대한 레티클 패턴의 전사가 종료하면, 웨이퍼스테이지 (WST) 가 1 쇼트영역분만큼 스테핑되고, 다음의 쇼트영역에 대한 주사노광이 행해진다. 이렇게 해서 스테핑과 주사노광이 순차로 반복되어, 웨이퍼 (W) 상에 필요한 쇼트수의 패턴이 전사된다.

상기 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트영역에 대한 주사노광에 있어서, 미리 광학계 내의 광학소자가 세정되고, 그 광학성능을 최대한 발휘할 수 있는 상태로 되어 있기 때문에, 주사노광 시에서의 광학계의 결상 특성의 열화에 기인하는 웨이퍼 상의 전사패턴의 열화를 방지할 수 있다. 또, 주사노광 중에는, 빔매칭 유닛 (BMU) 을 구성하는 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 의 가간섭성의 저감 기능에 의해, 피조사면인 레티클 (R) 의 패턴면 및 이에 공역인 웨이퍼 (W) 의 피노광면에서의 간섭줄무늬나 스펙클의 발생이 효과적으로 제어되기 때문에, 패턴 선폭의 제어성이 향상되어 있다.

지금까지의 설명에서 알 수 있듯이, 본 실시형태에서는, 상기 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 와, 이 광지연소자 (52, 54) 를 각각 구성하는 빔스플릿터 (56,66) 를 레이저빔 (LB) 의 광로 상에 삽입·이탈하는 도시를 생략한 슬라이드 기구에 의해, 광원 유닛 (12) 으로부터 레티클 (R) 의 배치면에 도달하는 광의 광로의 일부에 배치되고, 그 출사광의 강도를 조정가능한 조정장치가 구성되어 있다.

이상에서 상세하세 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 노광장치 (10) 에 의하면, 광학계 (빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL)) 의 자기세정 동작, 보다 정확하게는 상기 광학계를 구성하는 하우징 내의 광학소자 (렌즈, 빔스플릿터 등) 의 자기세정 동작을 산소에 의한 에너지 흡수가 최대로 되는 파장의 레이저빔에 의해 행하고, 이 때에 광학계 내에 산소를 적극적으로 포함하는 건조공기를 주입하여 광로 전체에 산소가 충분히 있는 상태에서 행하기 때문에, 레이저빔의 에너지에 의한 유기물 절단에 부가하여, 산소의 광화학 반응에 의해 발생한 오존의 산화 작용에 의해 광학소자에 부착한 오염물질을 세정할 수 있어, 단시간에 효율적으로 세정을 행할 수 있다. 또, 이 세정 시에는, 세정에 사용되는 레이저빔의 강도가 노광 시에 비해 높아지도록 하프미러 (56, 66) 가 광로상에서 퇴피되기 때문에, 보다 큰 세정효과를 얻을 수 있다. 따라서, 작업효율의 향상에 의해 집적회로 등의 마이크로 디바이스의 제조 비용의 저감이 가능하게 됨과 동시에, 고 에너지빔 (ArF 엑시머레이저광) 의 조사에 의한 초재의 손상을 적게 할 수 있다.

또, 노광에 있어서는, 미리 (그 직전에) 광학계의 광학소자의 자기세정을 행하여 그 투과율을 최상으로 유지한 상태에서 노광을 행하기 때문에, 웨이퍼 상의 전사패턴의 열화를 방지할 수 있다.

또, 이 노광시에는, 레이저빔의 광로 상에 빔스플릿터 (56, 66) 를 삽입하고, 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 에 의한 광지연을 행하여, 피조사면에서의 가간섭성을 최대한 저감한다. 이것에 의해 웨이퍼면 (상면) 에서의 미약한 간섭줄무늬나 스펙클의 발생이 효과적으로 제어되고, 웨이퍼 상에 전사되는 패턴 선폭의 제어성 (예를 들면 선폭 균일성) 이 향상된다. 또, 이 경우, 레이저빔이 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 를 경유함으로써 노광시에 조사되는 노광광의 강도가 저하되기 때문에, 그만큼 하우징 내의 질소 중에 극소 (1 % 이하) 이기는 하지만 포함되는 산소의 광화학 반응의 발생이 억제되고, 그 오존에 의한 노광광의 흡수를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 노광광의 투과율의 저하를 방지할 수 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 최종적으로 제조되는 집적회로 등의 마이크로 디바이스의 수율이 향상하고, 이러한 의미에서도 마이크로 디바이스의 제조 비용의 저감이 가능하다.

또, 본 실시형태의 노광장치 (10) 에서는, 광학계의 일부, 즉, 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 중 어느 하나 또는 둘 만의 광학소자의 세정도 간단하게 행할 수 있다.

예를 들면, 가장 세정이 곤란한 레이저공진기 (12a) 로부터 멀리, 투영광학계 (PL) 내의 광학소자만을 세정하는 경우에는, 제 1 전자밸브 (38A) 및 제 3 전자밸브 (38C) 를 연 상태로 (이 경우, 제 2 전자밸브 (38B), 및 제 4 전자밸브 (38D) 는 닫힘 상태로 되어 있다), 제 5 전자밸브 (38E) 를 닫고 제 6 전자밸브 (38F) 를 연 상태에서 자기세정을 행하면 된다. 이렇게 하면, 상측의 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14) 내부에 질소가스가 항상 흘러들어가 있는 상태에서, 또 투영광학계 (PL) 내에 산소가 충분히 있는 상태에서 자기세정이 개시되기 때문에, 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (14) 내에서의 산소에 의한 레이저빔의 에너지 흡수를 거의 방지한 상태에서 투영광학계 (PL) 내의 광학소자를 효율적으로 세정하는 것이 가능해진다.

또, 상기 실시형태에서는, 광학계 내의 질소가스 (제 1 기체) 를 건조공기 (산소를 충분히 포함하는 제 2 기체의 일례) 에 의해 치환한 상태에서 광학소자의 세정을 행하는 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 급기관 (34A, 34B, 34C) 을 통해 건조공기를 대신하여 건조공기와 오존 (O₃) 과의 혼합가스 (산소 및 오존을 포함하는 제 3 기체의 일례) 를 공급가능한 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 빔매칭 유닛 (BMU) 및 조명광학계 (14) 의 하우징, 및 투영광학계 (PL) 의 경통 (하우징의 일종) 내의 질소가스가 건조공기와 오존의 혼합가스에 의해 치환된 상태에서 상기 각 하우징 내에 파장 193.23 nm 의 ArF 엑시머레이저광 (진공자외광) 이 조사되기 때문에, ArF 엑시머레이저광의 에너지에 의해 광학소자 표면에 부착된 오염물질 중의 유기물이 절단되고, 산소의 광화학 반응에 의해 발생한 오존 및 혼합가스 중에도 원래 포함되는 오존의 산화 작용에 의해 한층 더 고효율로 광학소자가 세정된다.

또, 상기 실시형태에서는, 광학계 내의 광학소자를 세정할 때에, 빔매칭 유닛 (BMU) 및 조명광학계의 하우징, 및 투영광학계 (PL) 의 경통 (하우징의 일종)내의 질소가스를 건조공기로 치환한 상태에서 세정을 행하는 경우에 대해서 설명했으나, 이에 한정되지는 않고, 이러한 가스 치환을 행하지 않고, 즉 각 하우징 내에 질소가스를 공급한 채의 상태에서 광원 유닛 (12) 으로부터 출력되는 레이저빔의 파장을 193.23 nm 으로 전환하여, 이 파장의 레이저빔을 소정시간 조사하여 광학소자의 자기세정을 행할 수도 있다. 이 경우에도, 하우징 내의 질소에는 극소 (1 % 이하) 이기는 하지만 산소가 포함되어 있기 때문에, 그 산소에 의해 레이저빔 (에너지) 가 흡수되어 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 그 오존의 산화 작용에 의해 광학소자 표면에 부착한 오염물질이 제거되어, 종래의 노광파장인 채로 세정을 행한 경우에 비해 고효율로 광학소자가 세정된다. 따라서, 광학소자를 종래에 비해 보다 단시간에 충분히 세정을 할 수 있어 자외광의 조사시간 자체를 단축할 수 있기 때문에, 초재의 손상을 저감시킬 수 있다.

또, 상기의 가스치환을 행하지 않는 경우에서, 상기 실시형태와 마찬가지로 조명광학계 (14) 안 등에 조사되는 레이저빔의 강도를 노광시보다 높게 하는 것이라면, 광원 유닛 (12) 으로부터 출사되는 레이저빔 (LB) 의 파장의 전환을 반드시 행하지 않아도 된다. 이러한 경우라도, 하우징 내의 질소에는 극소 (1 % 이하) 이기는 하나 산소가 포함되어 있기 때문에, 그 산소에 의해 레이저빔 (에너지) 이 흡수되어, 광화학 반응에 의해 오존이 발생하며, 그 오존의 산화 작용에 의해 광학소자 표면에 부착한 오염물질이 제거되어, 노광시와 동일한 강도의 광에 의해 자기세정을 행하는 경우와 비교하여 고효율로 광학소자가 세정된다. 또, 이 경우, 노광시에 조사되는 노광광의 강도는 세정시에 비해 저하되기 때문에, 그만큼하우징 내의 질소중에 극소 (1 % 이하) 이기는 하나 포함되는 산소의 광화학 반응의 발생이 억제되고, 그 오존에 의한 노광광의 흡수를 억제할 수 있다. 이것에 의해, 노광광의 투과율의 저하를 방지할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 조명광학계 (14), 투영광학계 (PL) 등의 광학소자의 세정에 있어서, 자외광을 소정시간 광학계 하우징 내의 광학소자에 조사하는 경우에 대해서 설명했으나, 반드시 이렇게 하지 않아도 된다. 즉, 전술한 빔매칭 유닛 (BMU) 내의 각 광학소자의 세정과 동일하게 이들의 하우징 내의 기체에 자외광을 조사하도록 할 수도 있다. 하우징 내에 산소가 충분히 있는 상태라면, 그 광학계 내의 광학소자에 직접 맞닿지않은 상태에서 그 하우징 내의 기체에 자외광을 조사함으로써 그 기체중의 산소의 광화학 반응에 의해 오존이 발생하고, 그 오존의 산화 작용에 의해 광학소자를 세정하는 것이 가능하기 때문이다.

또, 상기 실시형태에서는, 노광파장의 제 1 광 (파장 193.30 nm 의 펄스자외광) 과 상기 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광 (파장 192.23 nm 의 펄스자외광) 을 제어장치 (20) 가 구동기구 (18) 를 통해 단일의 광원 유닛 (12) 으로부터 출력되는 광의 파장을 전환하여 출력하는 경우에 대해서 설명했으나, 이에 한정되지는 않고, 예를 들면 노광파장의 제 1 광을 출사하는 제 1 광원과, 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광을 출사하는 제 2 광원을 설치하고, 제어장치 (20) 가 이들 제 1 광원으로부터의 제 1 광과 제 2 광원으로부터의 제 2 광을 택일적으로 조명용 광학계 (BMU, 14) 로 도입하도록 할 수도 있다. 이 경우, 제어장치 (20) 는 제 1, 제 2 광원 또는 이에 부속하는 셔터를택일적으로 온·오프하도록 할 수도 있으나, 각 광원과 조명광학계 (14) 와의 사이의 광로상에 적절한 광로전환장치를 설치하여 이를 전환하도록 하는 구성을 할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 노광파장의 제 1 광 (상기 실시형태에서는 파장 193.30 nm 의 펄스자외광) 과 상기 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광 (상기 실시형태에서는 파장 192.23 nm 의 펄스자외광) 의 전환을, 광원 유닛 (12) 으로부터 출력되는 광의 파장을 전환하는, 파장시프트에 의해 행하는 경우를 설명했으나, 이에 한정되지는 않고, 예를 들면 도 2 에 나타내는 레이저공진기 (12a) 를 사용하는 경우, 협대역화 모듈을 구성하는 미조용 에탈론 (204) 을 화살표 (A, A') 로 나타낸 것과 같이, 제어장치 (20) 에 의해 제어되는 구동기구 (18) 에 의해 광로 중에 삽탈이 가능하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 에탈론 (204) 을 광로 상에서 제거함으로써, 파장폭이 산소흡수역을 포함하는 파장폭으로 변경된다. 이것에 의해, 상기 노광파장의 제 1 광과 상기 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광의 전환을 실현할 수 있다.

또는, 예를 들면 도 3 에 나타내는 레이저공진기 (12a) 를 사용하는 경우에는, 노광시에 사용되는 에탈론 (204) 과는 별도로, 도 3 중에 점선으로 나타내는 광세정시 전용의 에탈론 (207) 을 준비해두고, 제어장치 (20) 에 의해 제어되는 구동기구 (18) 에 의해, 노광시와 세정시에서 에탈론 (204) 과 에탈론 (207) 을 도 3 중의 화살표 (B, B') 로 나타내도록 교환가능하게 구성할 수도 있다. 이 경우, 에탈론 (207) 은, 산소흡수역을 포함하는 파장역을 추출할 수 있는 것이면 된다.이렇게 함으로써 광원 (엑시머레이저 챔버 (202)) 으로부터의 출사광의 파장폭이 변경되어, 제 1 광과 제 2 광의 전환을 실현할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 삼각형상의 지연광로를 갖는 제 1, 제 2 광지연소자 (52, 54) 를 빔매칭 유닛 (BMU) 내에 포함하는 경우에 대해서 설명했으나, 이에 한정되지 않고, 사각형상의 지연광로를 갖는 광지연소자를 사용할 수도 있다. 이 경우, 이 광지연소자를 4 장의 미러에 한하지 않고, 4 개의 프리즘 등의 반사광학소자를 사용하여 구성할 수도 있다.

또, 상기 실시형태의 노광장치에 있어서, 광세정을 행할 때에, 광의 파장을 전환하는 파장 시프트, 파장폭의 변경, 광 강도의 변경 중 어느 하나를 행할 수도 있고, 혹은 이들중 2 이상을 임의로 조합하여 행할 수도 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 본 발명이 ArF 엑시머레이저 장치를 광원으로 하는 반도체 제조용의 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광장치 (스캐닝·스텝퍼) 에 적용된 경우에 대해서 설명했으나, 본 발명의 적용범위가 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 ArF 엑시머레이저 장치를 광원으로 하는 스텝·앤드·리피드 방식의 투영노광장치 (스텝퍼) 는 물론, 액정용의 ArF 엑시머레이저 스텝퍼, ArF 엑시머레이저 스캐닝·스텝퍼 등에 바람직하게 적용할 수 있다. 또, ArF 엑시머레이저와 동일한 진공자외역에 속하는 F₂레이저의 파장대역에서도 산소에 의한 흡수가 파장에 의해 상이한 현상이 생긴다고 예상되기 때문에, 노광광원으로서 F₂레이저 광원을 사용하는 노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 노광장치에서는, 광학계 내부, 조명광학계와 투영광학계와의 사이 및 투영광학계와 기판과의 사이의 공기가 헬륨가스로 치환되기 때문에, 세정시에는 157 nm 근방의 파장대역 중에서 산소에 의한 레이저광의 흡수가 커다란 파장으로 설정하고, 광학계의 각 하우징 내에 산소를 포함하는 기체 (산소와 오존을 포함하는 기체를 포함함) 를 공급하여 그 헬륨가스를 그 기체로 치환하며, 상기 실시형태와 동일하게 하여 광학소자의 자기세정을 행함으로써 동등한 효과를 기대할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 노광시에 광로 상에 공급되는 가스를 질소로 했으나, 이것에 한정되지 않고, 다른 불활성 가스, 예를 들면 헬륨, 네온, 알곤, 크립톤, 크세논, 라돈으로 이루어지는 희(稀)가스를 사용할 수도 있으며, 또는 이들 가스를 2 종류 이상 혼합한 혼합가스를 사용할 수도 있다.

또, 투영광학계는, 모든 광학소자가 굴절계 렌즈에 한정되지 않고, 반사소자 (미러) 로 구성되는 것이나, 굴절계의 렌즈와 반사소자로 이루어지는 반사굴절계일 수도 있다. 또, 투영광학계는 축소계에 한정되지 않고, 등배계, 확대계일 수도 있다.

상기 반사굴절형의 투영광학계로는, 예를 들면 일본 공개특허공보 평 8-171054 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제 5,668,672 호, 및 일본 공개특허공보 평 10-20195 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제 5,835,275 호 등에 개시되는, 반사광학소자로서 빔스플릿터와 오목면 거울을 갖는 반사굴절계를 사용할 수 있다. 또, 일본 공개특허공보 평 8-334695 호 및 이에 대응하는 미국 특허 제 5,689,377 호, 및 일본 공개특허공보 평 10-3039 호 및 이에 대응하는 미국 특허출원 제873,605 호 (출원일: 1997 년 6 월 12 일) 등에 개시되는, 반사광학소자로서 빔스플릿터를 사용하지 않고 오목면 거울 등을 갖는 반사굴절계를 사용할 수 있다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서, 상기 각 공보 및 이들에 대응하는 미국 특허, 및 미국 특허출원에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

이밖에, 미국 특허 제 5,031,976 호, 제 5,488,229 호, 및 제 5,717,518 호에 개시되는, 복수의 굴절광학소자와 2 장의 거울 (오목면 거울인 주거울과, 굴절소자 또는 평행평면판의 입사면과 반대측에 반사면이 형성되는 뒷거울인 부거울) 을 동일축 상에 배치하고, 그 복수의 굴절광학소자에 의해 형성되는 레티클 패턴의 중간상을, 주거울과 부거울에 의해 웨이퍼 상에 재결상시키는 반사굴절계를 사용할 수도 있다. 이 반사굴절계에서는, 복수의 굴절광학소자에 이어서 주거울과 부거울이 배치되고, 조명광이 주거울의 일부를 통해 부거울, 주거울의 순으로 반사되며, 다시 부거울의 일부를 통해 웨이퍼 상에 도달하게 된다. 본국 제출원에서 지정한 지정국 또는 선택한 선택국의 국내 법령이 허락하는 한에서, 상기 미국 특허에서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.

또한, 반사굴절형의 투영광학계로는, 예를 들면 원형 이미지 필드를 가지고, 또 물체면측, 및 상면측이 함께 텔레센트릭임과 동시에, 그 투영배율이 1/4 배 또는 1/5 배가 되는 축소계를 사용할 수도 있다. 또, 이 반사굴절형의 투영광학계를 갖춘 주사형 노광장치의 경우, 조명광의 조사영역이 투영광학계의 시야내에서 그 광축을 거의 중심으로 하고, 또 레티클 또는 웨이퍼의 주사방향과 거의 직교하는 방향을 따라서 뻗어있는 직사각형 슬릿상으로 규정되는 타입일 수도 있다. 이러한 반사굴절형의 투영광학계를 갖춘 주사형 노광장치에 의하면, 예를 들면 파장 157 nm 의 F₂레이저광을 노광용 조명광으로 사용하여도 100 nmL/S 패턴 정도의 미세패턴을 웨이퍼 상에 고정밀도로 전사하는 것이 가능하다.

또, 엑시머레이저 대신에, 예를 들면 파장 248 nm, 193 nm, 157 nm 중 어느 하나에 발진 스펙트럼을 갖는 YAG 레이저 등의 고정레이저의 고주파를 사용하도록 할 수도 있다. DFB 반도체 레이저 또는 화이버레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들면 에르븀 (또는 에르븀과 이트륨(yttrium)의 양쪽) 이 도프된 화이버앰프로 증폭하고, 비선형 광학결정을 사용하여 자외광으로 파장변환한 고주파를 사용할 수도 있다.

예를 들면, 단일 파장 레이저의 발진파장을 1.51 ∼ 1.59 ㎛ 의 범위 내로 하면, 발생파장이 189 ∼ 199 nm 의 범위 내인 8 배 고주파, 또는 발생파장이 151 ∼ 159 nm 범위내인 10 배 고주파가 출력된다. 특히, 발진파장을 1.544 ∼ 1.553 ㎛ 의 범위내로 하면, 발생파장이 193 ∼ 194 nm 의 범위 내의 8 배 고주파, 즉 ArF 엑시머레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어지고, 발진파장을 1.57 ∼ 1.58 ㎛ 의 범위 내로 하면, 발생파장이 157 ∼ 158 nm 의 범위내의 10 배 고주파, 즉 F₂레이저와 거의 동일파장이 되는 자외광이 얻어진다.

또, 발진파장을 1.03 ∼ 1.12 ㎛ 의 범위내로 하면, 발생파장이 147 ∼ 160 nm 의 범위내인 7 배 고주파가 출력되고, 특히 발진파장을 1.099 ∼ 1.106 ㎛ 의범위로 하면 발생파장이 157 ∼ 158 ㎛ 의 범위내의 7 배 고주파, 즉 F₂레이저와 거의 동일 파장이 되는 자외광이 얻어진다. 또, 단일파장 발진레이저로서는, 이테르븀·도프·화이버레이저를 사용한다.

또, 노광광원으로는, 파장 146 nm 의 Kr₂레이저 (클립톤·다이머레이저), 파장 126 nm 의 Ar₂레이저 (알곤·다이머레이저), 또는 YAG 레이저의 고주파 발생장치나 반도체 레이저의 고주파 발생장치 등의 진공자외광을 발생하는 광원을 사용할 수도 있다.

또, 복수의 렌즈로 구성되는 조명광학계, 투영광학계를 노광장치 본체에 장치하여 광학조정을 함과 동시에, 다수의 기계부품으로 이루어지는 레티클스테이지와 웨이퍼스테이지를 노광장치 본체에 설치하여 배선 및 배관을 접속하고, 또 종합조정 (전기조정, 동작확인 등) 을 함으로써 본 실시형태의 노광장치를 제조할 수 있다. 노광장치의 제조는 온도 및 청정도 등이 관리된 클린룸에서 행하는 것이 바람직하다.

또, 반도체 디바이스는, 디바이스의 기능· 성능 설계를 행하는 스텝, 이 설계 스텝에 의한 레티클을 제조하는 스텝, 실리콘 재료로부터 웨이퍼를 제조하는 스텝, 전술한 실시형태의 노광장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 스텝, 디바이스 조립스텝 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사스텝 등을 거쳐 제조된다.

다음에서, 디바이스 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

(디바이스 제조방법)

다음에서, 상술한 노광장치 및 노광방법을 리소그래피 공정에서 사용한 디바이스의 제조방법의 실시형태에 대해서 설명한다.

도 7 에는, 디바이스 (1C 및 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로머쉰 등) 의 제조예의 플로우챠트를 나타내고 있다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 우선 스텝 (401: 설계스텝) 에 있어서, 디바이스의 기능·성능설계 (예를 들면, 반도체 디바이스의 회로설계 등) 를 행하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴설계를 행한다. 이어서, 스텝 (402: 마스크제조 스텝) 에서, 설계한 회로패턴을 형성한 마스크를 제조한다, 한편, 스텝 (403; 웨이퍼 제조스텝) 에서 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.

다음에서, 스텝 (404: 웨이퍼 처리 스텝) 에서, 스텝 (401) ∼ 스텝 (403) 에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여, 후술하는 바와 같이 리소그래피 기술 등에 의해 웨이퍼 상에 실제의 회로 등을 형성한다. 이어서, 스텝 (405: 디바이스 조립 스텝) 에서, 스텝 (404) 에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 디바이스 조립을 행한다. 이 스텝 (405) 에는, 다이싱 공정, 본딩 공정, 및 패키지 공정 (칩 봉입) 등의 공정이 필요에 따라 포함된다.

마지막으로, 스텝 (406: 검사스텝) 에서, 스텝 (405) 에서 제조된 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 행한다. 이러한 공정을 거친 다음 디바이스가 완성되고, 이것이 출하된다.

도 8 에는, 반도체 디바이스의 경우에 있어서의, 상기 스텝 (404) 의 상세한플로우예를 나타내고 있다. 도 8 에서, 스텝 (411: 산화스텝) 에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 (412: CVD 스텝) 에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 (413: 전극형성 스텝) 에서는 웨이퍼 상에 전극을 증착에 의해 형성한다. 스텝 (414: 이온 주입 스텝) 에서는 웨이퍼 상에 이온을 주입한다. 이상의 스텝 (411) ∼ 스텝 (141) 각각은, 웨이퍼 처리의 각 단계의 전처리 공정을 구성하고 있고, 각 단계에서 필요한 처리에 따라 선택되어 실행된다.

웨이퍼 프로세스의 각 단계에 있어서 상술한 전처리 공정이 종료하면, 다음과 같이 하여 후처리 공정이 실행된다. 이 후처리 공정에서는, 우선 스텝 (415: 레지스트 형성 스텝) 에서 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 이어서, 스텝 (416: 노광스텝) 에서, 위에서 설명한 노광장치 및 노광방법에 의해 마스크의 회로패턴을 웨이퍼에 전사한다. 다음에서, 스텝 (417: 현상 스텝) 에서는 노광된 웨이퍼를 현상하고, 스텝 (418: 에칭 스텝) 에서 레지스트가 잔존되어 있는 부분 이외의 부분의 노출부재를 에칭에 의해 제거한다. 그리고, 스텝 (419: 레지스트 제거 스텝) 에서, 에칭이 끝나고 불필요하게 된 레지스트를 제거한다.

이들 전처리 공정과 후처리 공정을 반복 실행함으로써, 웨이퍼 상에 다중으로 회로패턴이 형성된다.

이상 설명한 본 실시형태의 디바이스 제조방법을 사용하면, 노광공정 (스텝 (416)) 에 있어서 상기 각 실시형태의 노광장치 및 그 노광방법이 사용되기 때문에, 투영광학계의 투과율을 최고로 유지한 상태에서 노광을 실행하여, 웨이퍼 상의 전사 패턴의 열화를 방지할 수 있다. 또, 피조사면에서의 가간섭성을 최대한저감하여 웨이퍼 상에 전사되는 패턴 선폭의 제어성 (예를 들면 선폭균일성) 을 향상시킬 수 있다. 따라서, 겹침정밀도의 향상을 포함하는 노광정밀도의 향상이 가능해지고, 고집적도의 디바이스를 고수율로 생산할 수 있다.

또, 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 또 각 실시형태의 각각을 필요에 따라 조합한 구성을 채용할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 광학소자의 세정방법은, 광학소자를 단시간에 충분하게 세정하는데 적합하다. 본 발명에 관한 노광장치 및 노광방법은, 집적회로 등의 마이크로 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에 있어서 미세패턴을 웨이퍼 등의 기판상에 고정밀도로 형성하는데 적합하다. 또, 본 발명에 관한 디바이스 제조방법은, 미세한 패턴을 갖는 디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (31)

1. 산소를 포함하는 제 1 기체가 충전된 하우징 내에 수납된 광학소자의 세정 방법에 있어서, 상기 하우징 내에, 산소에 의해 흡수되는 특성을 갖는 파장의 자외광을 소정시간 조사하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자외광의 조사시에, 상기 하우징 내의 제 1 기체를 이 제 1 기체에 비해 산소를 많이 포함하는 제 2 기체로 치환하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자외광의 조사시에, 상기 하우징 내의 제 1 기체를 산소 및 오존을 포함하는 제 3 기체로 치환하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 자외광의 파장은 거의 193.23 nm 인 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
5. 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광장치로서,

   노광파장의 제 1 광과 이 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광을 출사가능한 광원 유닛과;

   상기 광원 유닛으로부터의 광을 마스크에 조사하는 조명용 광학계와;

   상기 마스크로부터 출사되는 광을 상기 기판에 투사하는 투영광학계와;

   상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 전사하는 노광시에는, 상기 광원 유닛으로부터 상기 제 1 광이 상기 조명용 광학계를 통해 상기 마스크에 조사되도록 설정함과 동시에, 상기 조명용 광학계 및 상기 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정시에는, 상기 광원 유닛으로부터 상기 제 2 광이 상기 조명용 광학계에 입사되도록 설정하는 제어장치를 갖춘 노광장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제어장치는, 상기 세정시에, 상기 제 2 광이 출사될 때에는, 그 세정대상의 광로 부분에 산소 및 오존 중 적어도 일방을 포함하는 세정용 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정용 기체는, 산소를 충분히 함유하는 기체인 것을 특징으로 하는 노광장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정용 기체는, 산소 및 오존을 포함하는 기체인 것을 특징으로 하는 노광장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 제어장치는, 상기 노광시에, 상기 제 1 광의 출사에 앞서, 상기 광학계 내에 굴절율이 1 에 가까운 기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    상기 광원 유닛은, 상기 제 1 광을 출사하는 제 1 광원과, 상기 제 2 광을 출사하는 제 2 광원을 갖고,

    상기 제어장치는, 상기 제 1 광원으로부터의 제 1 광과 상기 제 2 광원으로부터의 제 2 광을 택일적으로 상기 조명용 광학계로 도입하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
11. 제 5 항에 있어서,

    상기 광원 유닛은, 단일의 광원과, 이 광원으로부터의 출사광의 파장을 전환하는 스위칭 기구를 갖고,

    상기 제어장치는, 상기 노광시와 상기 세정시에 상기 스위칭 기구를 통해 상기 광원으로부터의 출사광의 파장을 전환하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 스위칭 기구는, 상기 광원으로부터의 출사광의 파장폭을 협대역화하는 협대역화 모듈의 일부를 구동하는 구동기구인 것을 특징으로 하는 노광장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 협대역화 모듈은, 상기 광원으로부터의 출사광의 파장폭을 변경 가능하고,

    상기 제어장치는, 상기 세정시에 상기 구동기구를 통해, 상기 협대역화 모듈에 의해 협대역화되는 파장폭을 산소의 흡수대역을 포함하는 파장폭으로 변경하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
14. 제 5 항에 있어서,

    상기 제 2 광은 파장이 거의 193.23 nm 의 ArF 엑시머레이저광인 것을 특징으로 하는 노광장치.
15. 제 5 항에 있어서,

    상기 광원 유닛으로부터 상기 마스크에 이르는 상기 광의 광로의 일부에 배치되고, 그 출사광의 강도를 조정가능한 조정장치를 추가로 구비하며,

    상기 제어장치는, 상기 제 2 광의 강도가 상기 제 1 광의 강도보다 높아지도록 상기 조정장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
16. 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광장치로서,

    적어도 노광파장을 포함하는 소정 파장폭의 광을 출사 가능한 광원 유닛과;

    상기 광원 유닛으로부터의 상기 광을 상기 마스크에 조사하는 조명용 광학계와;

    상기 마스크로부터 출사되는 광을 상기 기판에 투사하는 투영광학계와;

    상기 광원 유닛으로부터 상기 마스크의 배치면에 이르는 상기 광의 광로의 일부에 배치되며, 그 출사광의 강도를 조정 가능한 조정장치와;

    상기 마스크의 패턴을 상기 기판에 전사하는 노광시에 비해 상기 조명용 광학계 및 상기 투영광학계의 적어도 일부를 세정하는 세정시에 상기 출사광의 강도가 높아지도록 상기 조정장치를 제어하는 제어장치를 구비하는 노광장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 조정장치는, 상기 광로의 일부에 삽입·퇴피가능하게 형성되고, 상기 광로 상을 통과하는 광다발을 분할하는 빔스플리터를 포함하며, 상기 분할된 일방의 광다발을 지연광로로 돌리고, 다시 분할된 광로로 되돌리는 광지연소자를 적어도 하나 갖고,

    상기 제어장치는 상기 빔스플릿터를 상기 노광시에는 상기 광로 상에 삽입하고, 상기 세정시에는 상기 광로 상으로부터 퇴피시키는 것을 특징으로 하는 노광장치.
18. 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광방법으로서,

    상기 광학계 내부의 적어도 일부에 산소가 충분히 존재하는 상태에서 상기 광학계에 노광파장의 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 자외광을 소정시간 조사하는 제 1 공정과;

    상기 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체를 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환하는 제 2 공정과;

    상기 마스크에 상기 노광파장의 자외광을 조사하여 상기 마스크의 패턴을 상기 광학계를 통해 기판에 전사하는 제 3 공정을 포함하는 노광방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 제 1 공정에서 조사되는 자외광의 강도는, 상기 제 3 공정에서 조사되는 자외광의 강도에 비해 높은 것을 특징으로 하는 노광방법.
20. 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광방법으로서,

    노광시의 제 1 광에 비해 광의 강도가 높은 제 2 광을 소정시간 조사하는 제 1 공정과;

    상기 광학계 내부의 적어도 일부에 존재하는 산소를 포함하는 기체를 굴절율이 1 에 가까운 가스로 치환하는 제 2 공정과;

    상기 마스크에 노광파장의 상기 제 1 광을 조사하여 상기 마스크의 패턴을상기 광학계를 통해 기판에 전사하는 제 3 공정을 포함하는 노광방법.
21. 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

    상기 리소그래피 공정에서, 제 5 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재한 노광장치를 사용하여 노광을 행하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
22. 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스 제조방법으로서,

    상기 리소그래피 공정에서, 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재한 노광방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 기재된 디바이스 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 디바이스.
24. 광원으로부터 출사된 노광파장의 제 1 광을, 패턴이 형성된 마스크를 통해 기판에 조사하는 노광장치에 구비되고, 또 상기 광원과 상기 기판의 사이에 배치되는 적어도 하나의 광학소자의 세정방법에 있어서,

    상기 제 1 광에 대해, 광의 강도, 광의 파장 및 광의 파장폭 중 적어도 하나를 변경한 제 2 광을, 상기 광학소자에 소정시간 조사하는 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
25. 제 24 항에 있어서,

    상기 제 2 광은, 상기 제 1 광에 비해, 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 광인 것을 특징으로 하는 광학소자의 세정방법.
26. 광원으로부터 출사된 노광파장의 제 1 광을, 패턴이 형성된 마스크를 통해 기판에 조사하는 노광장치로서,

    상기 광원과 상기 기판의 사이에 배치된 적어도 하나의 광학소자를 세정하는 세정시에, 상기 제 1 광에 대해, 광의 강도, 광의 파장 및 광의 파장폭 중 적어도 하나를 변경한 제 2 광을 상기 광학소자에 입사하도록 설정하는 제어장치를 구비하는 노광장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    상기 제 2 광은, 상기 제 1 광에 비해, 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 광이고,

    상기 제어장치는, 상기 광원과, 상기 제 2 광을 출사하는 광원을 택일적으로 상기 광학소자로 도입하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
28. 광원으로부터 출사되는 노광파장의 제 1 광원에서, 마스크의 패턴을 광학계를 통해 기판에 전사하는 노광방법으로서,

    상기 제 1 광에 대해, 광의 강도, 광의 파장 및 광의 파장폭 중 적어도 하나를 변경한 제 2 광을, 상기 광원과 상기 기판의 사이에 배치되는 적어도 하나의 광학소자에 소정시간 조사하는 제 1 공정과;

    그 후, 상기 마스크에 상기 제 1 광을 조사하여, 상기 마스크의 패턴을 상기 광학계를 통해 기판에 전사하는 제 2 공정을 포함하는 노광방법.
29. 노광파장의 제 1 광을 출사하는 광원 유닛으로서,

    출사되는 제 1 광을, 이 제 1 광에 비해 산소에 의한 흡수가 큰 파장의 제 2 광으로 전환하는 스위칭 기구를 구비하는 광원 유닛.
30. 제 29 항에 있어서,

    이 광원 유닛은, 마스크의 패턴을 기판에 전사하는 노광장치에 부착되고,

    상기 제 1 광은, 상기 마스크의 패턴을 기판에 전사할 때에 출사되고,

    상기 제 2 광은, 상기 광원 유닛과 상기 기판의 사이에 배치되는 적어도 하나의 광학소자를 세정할 때에 출사되는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.
31. 제 30 항에 있어서,

    상기 스위칭 기구는, 상기 노광장치의 동작을 제어하는 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 광원 유닛.