KR20020019121A - 노광 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

노광빔의 적어도 일부의 광로상의 기체를 그 노광빔이 투과하는 기체로 치환하는 경우에, 그 치환을 안정적이면서 적은 운전비용으로 실시할 수 있는 노광방법이다. 노광장치의 빔매칭 유닛, 조명광학계, 레티클 스테이지계, 투영광학계, 또는 웨이퍼 스테이지계 등을 둘러싸는 기밀 유닛 (8) 내의 기체를 가스치환 유닛 (S) 에 의해 노광빔이 투과하는 저흡수성 가스 (GA, GB) 로 치환한다. 이 때에 기밀 유닛 (8) 내의 기체를 흡기장치 (7) 에 의해 대기압보다도 낮은 제 1 기압까지 감압하는 공정과, 그 기밀 유닛 (8) 내에 저흡수성 가스 (GA, GB) 를 그 제 1 기압과 대기압 사이의 기압까지 충전하는 공정을 소정회 반복한 후, 그 기밀 유닛 (8) 내에 저흡수성 가스 (GA, GB) 를 거의 대기압 부근까지 충전한다.

Description

노광 방법 및 장치 {EXPOSING METHOD AND APPARATUS}

반도체 집적회로 등을 제조할 때에 사용되는 투영노광장치에서는, 회로의 미세화에 대응하여 해상도를 높이기 위해 노광빔으로서의 노광광의 파장이 점차로 단파장쪽으로 옮겨가고 있다. 현재, 노광광으로는 KrF 엑시머레이저 (파장 248 nm) 가 주류로 되어 있지만, 보다 단파장의 진공자외영역의 ArF 엑시머레이저 (파장 193 nm) 도 실용화 단계에 들어서고 있다. 그리고, 더욱 단파장의 F₂레이저 (파장 157 nm) 나, Ar₂레이저 (파장 126 nm) 등과 같은 진공자외영역 중에서도 한층 더 파장이 짧은 180 nm 정도 이하의 파장대의 노광광을 사용하는 투영노광장치도 제안되고 있다.

이렇게 파장이 180 nm 정도 이하인 노광광에 대해서는 통상의 광학유리에서는 투과율이 저하되어, 굴절광학부재 및 투과형 포토마스크로서의 레티클 기판에 사용가능한 광학재료는 불소 등을 도핑한 석영유리 (SiO₂) 와, 형석 (CaF₂), 불화마그네슘 (MgF₂) 및 불화리튬 (LiF) 등의 결정 등으로 한정된다. 또, 진공자외영역과 같이 파장이 거의 200 nm 정도 이하인 노광광은, 산소, 수증기 및 탄화수소계 기체 등 (이하, 「흡수성 가스」 라고 한다) 에 의한 흡수도 대단히 크기 때문에, 예컨대 산소에 관해서는 광로 중의 평균 농도를 ppm 오더 정도까지 억제할 필요가 있다. 그래서, 진공자외광을 노광광으로 하는 경우에는 노광광의 광로를 거의 진공으로 하거나, 또는 그 광로 상의 산소 등의 흡수성 가스를 포함하는 기체를 흡수가 적은 기체로 치환할 필요가 있다. 또, 노광광의 광로 전체를 거의 진공으로 하는 경우에는, 포토마스크의 라이브러리나 피노광기판으로서의 웨이퍼의 반송라인 등은 공기 중에 있기 때문에 포토마스크나 웨이퍼의 교환을 실시하기 위한 감압실 (예비실) 을 설치할 필요가 있다. 이 때문에, 포토마스크나 웨이퍼의 교환시간이 길어지고 노광 공정의 스루풋 (throughput) 이 저하된다. 그래서 이하에서는, 노광광의 광로 상의 기체를 흡수가 적은 기체, 즉 노광광이 투과하는 기체로 치환하는 경우에 대해서 생각한다.

상기과 같이 노광광으로서, 진공자외영역 중에서도 파장이 180 nm 정도 이하인 광을 사용하는 투영노광장치에서는, 광로 상에서의 노광광의 흡수를 억제하고 웨이퍼 상에서 높은 조도를 얻기 위해 굴절광학부재 및 레티클 기판으로서 소정의 흡수가 적은 광학재료를 사용함과 동시에, 광로 상의 기체를 흡수가 적은 기체로치환할 필요가 있다. 그러나, 예컨대 노광광을 흡수하는 외기가 광로 상의 기체에 혼입되거나, 그 광로에 접하는 경통 (鏡筒) 의 내벽 등으로부터 노광광을 흡수하는 흡수성 가스를 포함하는 탈가스가 발생하거나 함으로써, 그 광로 상의 기체 중의 흡수성 가스의 잔류농도가 소정 규격치를 넘으면 웨이퍼 (피노광기판) 상에서의 노광에너지가 현저히 저하된다. 또한, 흡수성 가스의 잔류농도의 시간적 변동이나 광로내에서의 분포 불균일에 의해 광로내의 노광광의 흡수율이 변동하여 웨이퍼 상에서의 노광에너지가 불안정하게 되거나, 노광쇼트내에서의 조도 불균일이 발생할 우려도 있다.

또한, 광로의 가스치환에 관해서는, 노광광으로서의 진공자외광이 투과하는 기체 (질소, 희가스 등) 를 노광 중에 수시간에 걸쳐 계속적으로 플로우하는 방법이나, 투영노광장치의 광로를 밀폐하는 기구에 내압성을 부여하고, 우선 광로내를 거의 진공으로 하고 나서 그 기체를 충전하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 전자와 같이 그 기체를 계속적으로 플로우하는 방법에서는, 장시간 그 기체의 플로우를 실시하게 되어 소비하는 기체의 양이 많아져 운전비용이 증대한다는 문제가 있다. 특히, 그 기체로서 헬륨과 같이 고가의 기체를 사용하는 경우에는 투영노광장치의 운전비용이 대폭으로 늘어난다.

또한, 후자와 같이 광로내를 일단 거의 진공으로 하고 거기에 노광광이 투과하는 기체를 충전하는 방법에서는, 진공으로 감압하는 과정에서 광학계의 경통 등의 구성재료로부터 노광광을 흡수하는 불순물이 이탈하여, 이들이 렌즈나 미러의 표면을 오염시킨다고 하는 문제가 있다.

또, 진공 탈기를 실시하지 않고 가스치환을 실시하는 경우에도, 가스치환이 종료된 후 그 노광광이 투과하는 기체가 충만한 상태 (정상 상태) 에서 상기 구성재료의 표면에 흡착되어 있는 불순물 등의 탈리는 어떤 정도 발생한다. 이 때문에, 가스치환 완료 후에도 광로내의 기체를 순차적으로 소정 비율로 순환시킴 (치환함) 으로써 계속적으로 불순물을 제거할 필요가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여, 노광빔의 적어도 일부의 광로 상의 기체를 그 노광빔이 투과하는 기체로 치환하는 경우에, 그 치환을 안정적으로 실시할 수 있는 노광방법을 제공하는 것을 제 1 목적으로 한다.

또 본 발명은, 노광빔의 적어도 일부의 광로 상의 기체를 그 노광빔이 투과하는 기체로 치환하는 경우에, 적은 운전비용으로 그 치환을 실시할 수 있는 노광방법을 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 이와 같은 노광방법을 용이하게 또는 효율적으로 실시할 수 있는 노광장치 및 노광장치의 제조방법을 제공하는 것을 제 3 목적으로 한다.

그리고 본 발명은, 그 노광방법을 이용하여 높은 조명효율로, 나아가 높은 스루풋으로 디바이스를 제조할 수 있는 디바이스 제조방법을 제공하는 것을 제 4 목적으로 한다.

본 발명은, 예컨대 반도체 집적회로, 촬상소자 (CCD 등), 액정 디스플레이, 플라즈마 디스플레이, 또는 박막자기헤드 등의 디바이스를 리소그래피 기술을 이용하여 제조할 때에 마스크 패턴을 웨이퍼 등의 기판 상에 전사하는 공정에서 사용되는 노광방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 노광빔으로서 진공자외광 (VUV 광) 을 사용하는 경우에 적합한 것이다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태의 일례에서 사용되는 투영노광장치를 나타내는 개략구성도이다.

도 2 는, 도 1 중의 대표적인 가스치환 유닛 (S) 및 대응하는 기밀 유닛 (8) 을 나타내는 구성도이다.

도 3 는, 도 2 중의 농도계 (11A) (또는 농도계 (11B)) 의 구성예를 나타내는 도면이다.

도 4 는, 본 발명의 실시형태에 있어서, 감압공정과 저흡수성 가스의 충전공정을 반복하는 경우의 기밀 유닛내의 기압변화의 상태를 나타내는 도면이다.

도 5 는, 본 발명의 실시형태에 있어서의 기밀 유닛의 가스치환 동작을 나타내는 플로우차트이다.

본 발명에 의한 제 1 노광방법은, 노광빔으로 제 1 물체 (41) 를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체 (61) 를 노광하는 노광방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간 (BMU ∼ WST) 을 밀봉하고, 이 밀봉된 공간내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 제 1 기압 (P1) 의 근방까지 충전할 때에, 그 밀봉된 공간내의 기체를 그 제 1 기압보다도 낮은 제 2 기압 (P2) 의 근방까지 감압하는 감압공정과, 그 밀봉된 공간내에 그 소정 기체를 그제 1 기압과 그 제 2 기압 사이의 기압 (P3) 까지 공급하는 충전공정을 번갈아 복수회 반복하는 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 그 제 2 기압을 고진공으로 하지 않고 그 감압공정과 그 충전공정을 예컨대 2 회 이상 반복함으로써, 그 공간내에 예컨대 파장이 200 nm 이하인 광으로 이루어지는 노광빔이 투과하는 기체를 고순도로 채울 수 있다. 이 때에, 그 공간내는 고진공 상태로는 되지 않기 때문에 그 공간의 벽부재 등에서 발생하는 불순물을 포함하는 탈가스의 양이 적어져 그 공간내에서의 기체의 치환을 안정적으로 실시할 수 있다.

이 경우, 그 제 1 기압 (P1) 은 일례로 900 hPa ∼ 1100 hPa, 즉 거의 1 기압 (대기압) 이고, 그 제 2 기압 (P2) 은 일례로 50 Pa∼10 kPa 의 범위내, 즉 거의 0.1 ∼ 0.001 기압으로, 그 제 2 기압은 그다지 고진공으로 할 필요는 없다.

다음으로, 본 발명의 제 2 노광방법은, 노광빔으로 제 1 물체 (41) 를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체 (61) 를 노광하는 노광방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간 (BMU ∼ WST) 을 밀봉하고, 이 밀봉된 공간을 그 노광빔이 투과하는 제 1 기체로 치환하는 제 1 공정과, 이것에 이어서 그 밀봉된 공간을 그 제 1 기체와 다른 그 노광빔이 투과하는 제 2 기체로 치환하는 제 2 공정을 포함하는 것이다.

이러한 본 발명에 의하면, 그 공간내의 기체를 그 노광빔이 투과하는 기체로 치환할 때에 그 제 2 기체의 사용량을 줄일 수 있다. 따라서, 일례로 그 제 2 기체로서 그 제 1 기체보다도 고가이지만 그 제 1 기체보다도 그 노광빔에 대한 투과율이 양호한 기체를 사용함으로써 운전비용을 저감할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제 1 노광장치는, 노광빔으로 제 1 물체 (41) 를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체 (61) 를 노광하는 노광장치에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간 (BMU ∼ WST) 을 밀봉하는 기밀실 (2 ∼ 6) 과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치 (S2 ∼ S6) 를 갖추고, 그 기체공급장치는 그 소정 기체에 함유되는 산소 또는 수증기 중 적어도 한쪽을 제거하는 흡광기체 제거필터 (15) 를 포함하는 불순물 제거필터를 갖는 것이다.

이 노광장치를 사용하여, 예컨대 상기 노광방법에 따라 기체의 치환이 이루어진 후의 기밀실내의 기체를 순환시킴으로써, 그 기밀실내의 기체를 고순도의 상태로 유지할 수 있다.

또, 본 발명의 제 2 노광장치는, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간 (BMU ∼ WST) 을 밀봉하는 기밀실 (2 ∼ 6) 과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치 (S2 ∼ S6) 와, 그 기밀실내의 공간에 잔류하는 소정 잔류기체의 농도를 계측하는 기체농도 계측장치 (112) 와, 그 기밀실내의 공간과 그 기체농도 계측장치 사이의 기체 통로를 개폐하는 개폐기구 (V13, V14) 를 갖는 것이다.

이러한 제 2 노광장치에 의하면, 그 공간내의 기체의 교환을 실시하기 위해 그 공간내의 기압을 낮게 하는 경우에, 그 개폐기구를 닫아 이 기체농도 계측장치와 그 공간을 분리함으로써 그 기체농도 계측장치를 보호할 수가 있다. 따라서, 상기 본 발명의 노광방법을 실시할 때에 기밀실내의 기체농도를 안정적으로 계측할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 제 3 노광장치는, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간 (BMU ∼ WST) 을 밀봉하는 기밀실 (2 ∼ 6) 과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치 (S2 ∼ S6) 와, 이 기체공급장치에 의한 그 소정 기체의 공급로중에 설치된 개폐가 자유로운 차단밸브 (V12, V1) 와, 그 노광장치의 메인터넌스시 및 긴급시에 그 차단밸브를 닫아 그 기밀실로의 그 소정 기체의 공급을 정지시키는 제어장치 (17, 18) 를 갖는 것이다. 이러한 노광장치에 의하면, 메인터넌스시 및 긴급시에 그 차단밸브를 닫고 그 기밀실내에 외기를 도입하여 소정의 작업을 수행한 후, 다시 그 차단밸브를 개방함으로써 그 기밀실내에 단시간에 그 노광빔이 투과하는 기체를 충전할 수가 있다. 따라서, 본 발명의 노광방법을 효율적으로 실시할 수가 있다.

또한, 본 발명의 제 4 노광장치는, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서, 그노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 그 제 1 기압 근방까지 공급하는 기체공급장치를 갖추고, 이 기체공급장치는 그 기밀실내의 기체를 그 제 1 기압보다도 낮은 제 2 기압까지 감압하는 감압기구와, 그 기밀실내에 그 소정 기체를 그 제 1 기압과 그 제 2 기압 사이의 기압까지 충전하는 충전기구와, 그 감압과 그 충전을 복수회 반복함으로써 그 감압기구와 그 충전기구를 제어하는 제어장치를 갖는 것이다.

또한, 본 발명의 제 5 노광장치는, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 그 노광빔이 투과하는 제 1 기체를 그 기밀실내에 공급하는 제 1 기체공급장치와, 그 제 1 기체와는 종류가 상이함과 동시에 그 노광빔이 투과하는 제 2 기체를 그 기밀실내에 공급하는 제 2 기체공급장치와, 그 제 1 및 제 2 기체공급장치에 의한 기체의 공급량을 조정하는 조정장치를 갖춘 것이다.

이들 제 4 및 제 5 노광장치에 의해 각각 본 발명의 제 1 및 제 2 노광방법을 실시할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 디바이스 제조방법은, 본 발명의 노광방법, 또는 본 발명의 노광장치를 사용하여 디바이스 패턴을 워크피스 (61) 상에 전사하는 공정을 포함하는 것이다. 본 발명의 노광방법의 사용에 의해 노광빔의 광로의 투과율이 높게 유지되어 그 워크피스 상에서의 노광빔의 조도 (노광에너지) 가 높게 유지되기 때문에, 노광공정의 스루풋이 향상되어 디바이스를 높은 스루풋으로 생산할수 있다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 1 노광장치의 제조방법은, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하고, 이 소정 기체에 함유되는 산소 또는 수증기 중의 적어도 한쪽을 제거하는 흡광기체 제거필터를 포함하는 불순물 제거필터를 갖는 기체공급장치를 소정 위치관계로 편성하는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 제 2 노광장치의 제조방법은, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와, 그 기밀실내의 공간에 잔류하는 소정 잔류기체의 농도를 계측하는 기체농도 계측장치와, 그 기밀실내의 공간과 그 기체농도 계측장치 사이의 기체 통로를 개폐하는 개폐기구를 소정 위치관계로 편성하는 것이다.

다음으로, 본 발명에 의한 제 3 노광장치의 제조방법은, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와, 이 기체공급장치에 의한 그 소정 기체의 공급로중에 설치된 개폐가 자유로운 차단밸브와, 그 노광장치의 메인터넌스시 및 긴급시에 그 차단밸브를 닫아 그 기밀실로의 그 소정 기체의 공급을 정지시키는 제어장치를 소정 위치관계로 편성하는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 제 4 노광장치의 제조방법은, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 이 기밀실내에 그 노광빔이 투과하는 소정 기체를 제 1 기압 근방까지 공급하고, 그 기밀실내의 기체를 그 제 1 기압보다도 낮은 제 2 기압까지 감압하는 감압기구와, 그 기밀실내에 그 소정 기체를 그 제 1 기압과 그 제 2 기압 사이의 기압까지 충전하는 충전기구와, 그 감압과 그 충전을 복수회 반복함으로써 그 감압기구와 그 충전기구를 제어하는 제어장치를 갖는 기체공급장치를 소정 위치관계로 편성하는 것이다.

또한, 본 발명에 의한 제 5 노광장치의 제조방법은, 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서, 그 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과, 그 노광빔이 투과하는 제 1 기체를 그 기밀실내에 공급하는 제 1 기체공급장치와, 그 제 1 기체와는 종류가 상이함과 동시에 그 노광빔이 투과하는 제 2 기체를 그 기밀실내에 공급하는 제 2 기체공급장치와, 그 제 1 및 제 2 기체공급장치에 의한 기체의 공급량을 조정하는 조정장치를 소정 위치관계로 편성하는 것이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 본 예는, 노광빔으로서 파장이 200 nm 정도 이하의 광, 즉 거의 진공자외광 (VUV 광) 이라고 간주할 수 있는 광을 사용하는 투영노광장치로 노광을 실시하는 경우에 본 발명을 적용한 것이다.

도 1 은 본 예의 투영노광장치를 나타내는 개략구성도로서, 이 도 1 에서 노광광원 (1) 으로 발진파장이 157 nm 의 F₂레이저 (불소레이저) 가 사용되고 있다. 단, 노광광원 (1) 으로는, 파장 146 nm 의 Kr₂레이저 (클립톤다이머 레이저), 파장126 nm 의 Ar₂레이저 (아르곤다이머 레이저), 또는 YAG 레이저의 고조파 발생장치나 반도체 레이저의 고조파 발생장치 등과 같은 기타 진공자외광을 발생하는 광원을 사용할 수 있다. 노광광원 (1) 으로부터 발하여진 노광빔으로서의 자외레이저빔으로 이루어지는 노광광 (IL) 은, 빔매칭 유닛 (BMU) 및 조명광학계 (ILU) 를 통하여 마스크로서의 레티클 (41) 을 조명한다. 레티클 (41) 을 통과한 노광광 (IL) 은, 투영광학계 (PL) 를 통하여 피노광기판으로서의 웨이퍼 (wafer: 61) 상에 레티클 (41) 의 패턴의 축소상을 형성한다. 레티클 (41) 및 웨이퍼 (61) 가 각각 본 발명의 제 1 물체 및 제 2 물체에 대응하고 있다. 이하, 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 평행하게 Z 축을 취하고, Z 축에 수직인 평면내에서 도 1 의 지면에 평행하게 X 축을, 도 1 의 지면에 수직으로 Y 축을 취하여 설명한다.

우선 빔매칭 유닛 (BMU) 에서, 노광광원 (1) 으로부터의 노광광 (IL) 은 릴레이 렌즈 (21), 광로절곡용 미러 (22), 릴레이 렌즈 (23), 릴레이 렌즈 (24) 를 거쳐 조명광학계 (ILU) 로 향한다. 그리고, 조명광학계 (ILU) 에서 빔매칭 유닛 (BMU) 으로부터의 노광광 (IL) 은 옵티컬ㆍ인티그레이터 (opticalㆍintegrator: 호모지나이저) 로서의 플라이아이 렌즈 (31) 에 입사된다. 플라이아이 렌즈 (31) 의 사출면에는 조명계의 개구조리개 (σ조리개: 32) 가 배치되어 있다. 또, 플라이아이 렌즈 (31) 대신에 로드 렌즈를 사용해도 좋다.

개구조리개 (32) 를 통과한 노광광 (IL) 은, 릴레이 렌즈 (33), 광로절곡용 미러 (34), 릴레이 렌즈 (35) 를 거쳐 시야조리개 (레티클 블라인드: 36) 에 도달하고, 시야조리개 (36) 를 통과한 노광광 (IL) 은, 콘덴서 렌즈 (37), 광로절곡용 미러 (38) 및 콘덴서 렌즈 (39) 을 통하여 레티클 (41) 을 조명한다. 상기 빔매칭 유닛 (BMU) 및 조명광학계 (ILU) 는, 각각 기밀성이 높고, 또 소정의 내압성을 갖는 상자형 제 1 기밀 유닛 (2) 및 제 2 기밀 유닛 (3) 내에 외기로부터 격리된 상태로 밀봉되어 있다.

또, 레티클 (41) 은 레티클 스테이지 (42) 상에 진공흡착 등에 의해 유지되고, 레티클 스테이지 (42) 는 레티클 베이스 (43) 상을 X 방향으로 연속이동 (주사) 이 자유롭게, 또 X 방향, Y 방향, 회전방향으로 미동할 수 있도록 탑재되어 있다. 레티클 스테이지 (42) 의 X 방향, Y 방향의 위치 및 3 축 주위의 회전각은 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해 계측되고, 이 계측치 및 도시를 생략한 장치 전체의 동작을 통괄제어하는 주제어계로부터의 제어정보에 기초하여 도시를 생략한 레티클 스테이지 구동계가 레티클 스테이지 (42) 의 동작을 제어한다. 레티클 스테이지 (42) 및 레티클 베이스 (43) 로 레티클 스테이지계 (RST) 가 구성되고, 레티클 스테이지계 (RST) 는 기밀성이 높은 격벽으로 이루어지는 상자형의 레티클 스테이지실 (4) 에 의해 외기로부터 격리되도록 덮여져 있다. 레티클 스테이지실 (4) 은 제 3 기밀 유닛 (4) 이라고도 부를 수 있다.

그리고, 레티클 (41) 을 통과한 노광광 (IL) 은 레티클 (41) 상의 조명영역내의 패턴을 투영광학계 (PL) 를 통하여 투영배율 β(β은 예컨대 1/4, 1/5, 1/6 등) 로 축소된 상을 웨이퍼 (61) 상에 노광한다. 투영광학계 (PL) 는, 광축 (AX) 을 따라 레티클 (41) 측에서 순서대로 렌즈계 (51, 52, 53, 54) 를 배치하여구성되어 있다. 웨이퍼 (61) 상에는 포토레지스트 (감광재료) 가 도포되어 있고, 웨이퍼 (61) 는 예컨대 반도체 (실리콘 등) 또는 SOI (silicon on insulator) 등으로 이루어지는 원판형 기판이다. 또한, 투영광학계 (PL) 는, 기밀성이 높고 또 높은 내압성을 갖는 경통 (5) 내에 외기로부터 격리된 상태로 수납되어 있으며, 경통 (5) 은 제 4 기밀 유닛이라고도 부를 수 있다.

한편, 웨이퍼 (61) 는, 웨이퍼 홀더 (62) 상에 진공흡착 등에 의해서 유지되고, 웨이퍼 홀더 (62) 는 웨이퍼 스테이지 (63) 상에 고정되며, 웨이퍼 스테이지 (63) 는 도시를 생략한 웨이퍼 베이스 상에 X 방향으로 연속이동 (주사) 이 자유롭게, 또 X 방향 및 Y 방향으로 스텝이동이 자유롭게 탑재되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (63) 의 X 방향, Y 방향의 위치 및 3 축의 주위의 회전각 (요잉량, 피칭량, 롤링량) 은 도시를 생략한 레이저 간섭계에 의해서 계측되고, 이 계측치 및 도시를 생략한 주제어계로부터의 제어정보에 기초하여 도시를 생략한 웨이퍼 스테이지 구동계가 웨이퍼 스테이지 (63) 의 동작을 제어한다. 또 웨이퍼 스테이지 (63) 는, 도시를 생략한 오토포커스 센서의 계측치에 기초하여 웨이퍼 (61) 의 표면을 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 초점을 맞춘다. 웨이퍼 홀더 (62), 웨이퍼 스테이지 (63) 및 웨이퍼 베이스 (도시생략) 등으로 웨이퍼 스테이지계 (WST) 가 구성되고, 웨이퍼 스테이지계 (WST) 는 기밀성이 높은 격벽으로 이루어지는 상자형의 웨이퍼 스테이지실 (6) 에 의해 외기로부터 격리되도록 덮여져 있다. 웨이퍼 스테이지실 (6) 은 제 5 기밀 유닛 (4) 이라고도 부를 수 있다.

노광시에는, 레티클 (41) 을 X 방향으로 일정속도 (VR) 로 주사하는 데에 동기하여, 웨이퍼 (61) 상의 하나의 쇼트 영역을 X 방향으로 일정속도 (β·VR) (β는 투영광학계 (PL) 의 투영배율) 로 주사하는 동작과 다음 쇼트 영역을 주사개시위치로 이동하기 위해 웨이퍼 (61) 를 스텝이동하는 동작이 스텝 앤드 스캔 방식으로 반복되어, 웨이퍼 (61) 상의 전체 쇼트 영역에 대한 노광이 이루어진다. 이와 같이 본 예의 투영노광장치는 주사노광 방식이지만, 스테퍼와 같은 일괄노광형 투영노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있는 것은 말할 것도 없다.

그리고, 본 예와 같이 진공자외영역의 광을 노광광 (IL) 으로 하는 경우에는, 그 광로에서 그 노광광 (IL) 에 대한 흡수율이 큰 (즉, 투과율이 낮은) 물질, 즉 산소, 수증기 및 탄화수소계 기체 등의「흡수성 가스」를 배제할 필요가 있다. 그래서 본 예의 투영노광장치에서는, 그 광로 상에 노광광 (IL) 이 투과하는 기체, 즉 진공자외영역의 광에 대한 흡수율이 낮은 기체 (이하, 「저흡수성 가스」라고 부른다) 를 공급하는 기체공급장치를 구비하고 있다. 저흡수성 가스로서 본 예에서는, 소위 불활성 가스, 즉 질소가스 (N₂) 또는 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr), 크세논 (Xe), 또는 라돈 (Rn) 으로 이루어지는 희가스를 사용한다. 또, 그 저흡수성 가스로서 2 종류 이상의 불활성 가스의 혼합 기체를 사용해도 좋다.

여기서 본 예의 기체공급기구에 관하여 설명한다. 도 1 에 있어서, 본 예의 투영노광장치의 제 1 기밀 유닛 (2) 의 상부 및 제 2 기밀 유닛 (3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 은 반도체 제조공장의 내부의 임의의 클린룸내에 설치되어 있고, 노광광원 (1) 및 제 1 기밀 유닛 (2) 의 하부는 예컨대 이 클린룸의 아래층의 기계실에 설치되어 있다. 그리고, 이 기계실내에 진공자외영역의 광이 투과하는 제 1 저흡수성 가스 (GA) 를 발생하는 제 1 기체원 (도시생략) 과, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 와는 다른 진공자외영역의 광이 투과하는 제 2 저흡수성 가스 (GB) 를 발생하는 제 2 기체원 (도시생략) 이 설치되어 있다. 그리고, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 및 제 2 저흡수성 가스 (GB) 는 각각 제 1 배관 (9A) 및 제 2 배관 (9B) 을 통하여, 가스치환 유닛 (S2, S3, S4, S5, S6) 에 공급되고 있다. 가스치환 유닛 (S2, S3, S4, S5 및 S6) 은, 각각 급기관 (Sin) 및 배기관 (Sen) (n = 2∼6) 을 통하여 빔매칭 유닛 (BMU) 를 둘러싸는 제 1 기밀 유닛 (2), 조명광학계 (ILU) 를 둘러싸는 제 2 기밀 유닛 (3), 레티클 스테이지계 (RST) 를 둘러싸는 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 을 둘러싸는 경통 (5) 및 웨이퍼 스테이지계 (WST) 를 둘러싸는 웨이퍼 스테이지실 (6) 에 접속되며, 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 은 각각 대응하는 기밀 유닛 (기밀 유닛 (2) ∼ 웨이퍼 스테이지실 (6)) 내의 기체를 치환한다.

본 예에서는 일례로서, 그 제 1 저흡수성 가스 (GA) 로 질소가스를 사용하고, 이 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로서는, 헬륨 또는 네온의 희가스를 사용한다. 이 경우, 상기의 각 기체의 굴절율 (D 선에 관한 값) 은 각각 다음과 같이 된다.

질소 (N₂) : 1.000297

네온 (Ne) : 1.000067

헬륨 (He) : 1.000035

또한, 상기 각 기체의 0 ℃ 에서의 열전도율은 각각 다음과 같이 된다.

질소 : 2.40

네온 : 4.65

헬륨 : 14.22

이상에서 알 수 있듯이, 제 2 저흡수성 가스 (GB) (희가스) 는, 제 1 저흡수성 가스 (GA: 질소) 와 비교하여 굴절율이 작고, 기압변동 등에 대한 굴절율의 변동량도 작기 때문에 투영광학계 (PL) 의 결상특성 등이 안정된 이점이 있다. 또 제 2 저흡수성 가스 (GB) 는, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 와 비교하고 열전도율이 양호하고 방열 (放熱) 효과가 양호하기 때문에 내부의 광학부재 등의 온도 안정성에서도 우수하다. 그러나, 제 2 저흡수성 가스 (GB) 는 현실에서는 제 1 저흡수성 가스 (GA) 에 비하여 고가이기 때문에, 노광장치의 운전비용을 저감하기 위해서는 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 소비량을 저감하는 것이 바람직하다. 그래서, 제 l 운용방법으로, 예컨대 제 1 기밀 유닛 (2), 제 2 기밀 유닛 (3), 레티클 스테이지실 (4) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 과 같이 내부의 공간의 부피가 크지만 결상특성에는 그다지 영향을 주지 않는 부분에는 저렴한 제 1 저흡수성 가스 (GA) 를 주로 공급하고, 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 의 내부와 같이 내부 공간의 부피는 그다지 크지 않지만 높은 결상특성을 유지할 필요가 있는 부분에는 고성능의 제 2 저흡수성 가스 (GB) 를 주로 공급하도록 해도 좋다. 이것에 의해, 운전비용을 억제하고 높은 결상특성을 얻을 수 있다.

또한, 제 2 운용방법으로, 예컨대 기밀 유닛 (2, 3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 의 전부, 또는 어느 하나에 있어서, 우선 내부 기체를 저렴한 제 1 저흡수성 가스 (GA) 로 대략 치환한 후 고성능의 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로 치환하도록 해도 좋다. 이 경우, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 가 어느 정도 잔류하더라도 노광광 (IL) 의 투과율에는 거의 영향을 끼치지 않기 때문에, 제 2 저흡수성 가스 (GA) 의 치환은 그다지 엄밀히 실시할 필요는 없다. 이것에 의해, 처음부터 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로 치환하는 경우와 비교하여 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 사용량을 줄일 수 있어, 운전비용을 억제하고 높은 결상특성을 얻을 수 있다.

또한, 제 3 운용방법으로, 예컨대 기밀 유닛 (2, 3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 의 전부, 또는 어느 하나에 있어서, 저렴한 제 1 저흡수성 가스 (GA) 와 고성능의 제 2 저흡수성 가스 (GB) 를 소정 비율로 혼합한 기체로 치환하도록 해도 좋다. 이 방법에서도 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 소비량을 억제하여 비교적 높은 결상성능 등을 얻을 수 있다.

또한, 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 에는, 배기용 배관 (9C1 또는 9C2) 을 통하여 진공펌프 등을 포함하는 흡기장치 (7) 가 접속되고, 흡기장치 (7) 에 의해 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 으로부터의 흡수성 가스 등을 포함하는 기체를 배기할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 흡기장치 (7) 에 의해 배기된 기체 (GC) 는, 배관 (9D) 을 통하여 본 예의 투영노광장치가 설치되어 있는 반도체 공장내의 배기용 배관 (도시생략) 등에 배기되어 먼지나 화학물질 등의 제거가 이루어진다. 또, 저흡수성 가스를 유효하게 이용하기 위해서, 흡기장치 (7) 에 의해서 배기된 기체 (GC) 로부터 고순도의 저흡수성 가스를 분리하고, 이와 같이 분리된 저흡수성 가스를 다시 배관 (9A, 9B) 으로 되돌려 재이용하도록 해도 좋다. 특히, 재이용되는 저흡수성 가스를 레티클 스테이지실 (4) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 에 공급하고, 기밀 유닛 (2, 3) 및 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 에는 상기 제 1 또는 제 2 기체원에서 공급된 고순도의 저흡수성 가스를 공급하도록 해도 좋다. 이것에 의해 운전비용을 더욱 낮추고 노광광의 강도를 높게 유지할 수 있다.

계속해서 도 2 를 참조하여 각 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 의 상세한 구성 및 동작에 관해서 설명한다. 각 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 의 구성은 기체의 유량 등을 제외하면 서로 동일하기 때문에, 이들 중에서 임의로 선택된 하나의 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6 중 어느 하나) 에 관하여 설명한다. 또한, 가스치환 유닛 (S) 에 의해서 가스치환이 실시되는 기밀 유닛 (기밀 유닛 (2) ∼ 웨이퍼 스테이지실 (6) 중 어느 하나) 을 기밀 유닛 (8) 으로 한다.

도 2 는 가스치환 유닛 (S) 및 대응하는 기밀 유닛 (8) 을 나타내고, 이 도 2 에 있어서, 투영노광장치의 노광광의 광로의 일부를 포함하는 기밀 유닛 (8) 과 가스치환 유닛 (S) 은, 예컨대 특수한 스테인리스 스틸제의 급기관 (Si) 및 배기관 (Se) 을 통하여 접속되어 있다. 기밀 유닛 (8) 은 전술한 바와 같이 기밀 구조를 가지고, 급기관 (Si) 으로부터 공급되는 저흡수성 가스는 거의 모두가 배기관 (Se) 으로부터 배기된다. 급기관 (Si) 및 배기관 (Se) 의 중간에는 각각 개폐가 자유로운 밸브 (V12 및 V1) 가 설치되어 있다.

먼저 처음으로, 기밀 유닛 (8) 내의 가스치환을 실시할 때의 기본적인 동작에 관해서 설명하면서 가스치환 유닛 (S) 의 구성에 관하여 설명한다.

즉, 도시를 생략한 기체원에서 배관 (9A, 9B) 에 공급된 저흡수성 가스 (GA, GB) 는 각각 개폐가 자유로운 밸브 (V9, V10) 를 거쳐 공통의 개폐가 자유로운 밸브 (V11) 를 지나 온도컨트롤러 (l6) 의 유입구에 도달한다. 밸브 (V11) 를 열어 밸브 (V9, V10) 의 개폐 제어를 실시함으로써 저흡수성 가스 (GA), 저흡수성 가스 (GB) 또는 이들의 혼합 기체 중 어느 하나를 온도컨트롤러 (16) 에 공급할 수 있다. 또한, 밸브 (V11) 를 닫음으로써 배관 (9A, 9B) 으로부터의 저흡수성 가스 (GA, GB) 의 공급을 정지시킬 수도 있다. 온도컨트롤러 (16) 의 유입구에는 별도의 개폐가 자유로운 밸브 (V7) 가 장착된 배관도 접속되어 있다. 이 때, 밸브 (V7) 가 닫히고 밸브 (V12, V11) 가 열리며, 온도컨트롤러 (16) 에서 소정온도로 온도가 제어된 저흡수성 가스는, 유출구 및 급기관 (Si) 를 거쳐 기밀 유닛 (8) 내에 공급된다.

처음에 기밀 유닛 (8) 내에 공기가 잔존하고 있는 경우에는, 기밀 유닛 (8) 내로의 상기 저흡수성 가스의 유입에 따라 기밀 유닛 (8) 중의 공기가 밀려나오고, 배기관 (Se) 를 거쳐 잔류가스용 농도계 (11A) 의 유입구로 배기된다. 농도계 (11A) 의 유출구에는 개폐가 자유로운 밸브 (V2 및 V3) 가 장착된 배관이 접속되어, 밸브 (V2) 가 장착된 배관은 송풍펌프 (12) 에 접속되고, 밸브 (V3) 가 장착된 배관은 배기용 배관 (9C: 도 1 의 배관 (9C1, 9C2) 에 대응) 을 통하여 흡기장치(7) 에 접속되어 있다. 또한, 송풍펌프 (12) 는, 방진필터 (13), 케미컬필터 (14), 흡수성 가스 제거필터 (15) 및 잔류가스용 농도계 (11B) 을 거쳐 개폐가 자유로운 밸브 (V8) 가 장착된 배관, 및 밸브 (V7) 가 장착된 배관에 접속되며, 밸브 (V8) 가 장착된 배관은 배기용 배관 (9C) 을 통하여 흡기장치 (7) 에 접속되어 있다. 또한, 송풍펌프 (12) 의 유입구에는 개폐가 자유로운 밸브 (V4) 가 장착된 배관도 접속되고, 이 배관은 각각 개폐가 자유로운 밸브 (V5 및 V6) 을 통하여 배관 (9A 및 9B) 에 접속되어 있다.

농도계 (11A, 11B) 는 각각 예컨대 산소농도계와 수증기의 농도계로서의 습도계 (또는 노점계도 사용할 수 있다) 를 조합한 센서로서, 농도계 (11A, 11B) 는 각각 내부를 통과하는 기체중의 흡수성 가스 (여기서는 예컨대 산소 및 수증기) 의 농도를 계측하고, 계측결과를 마이크로 컴퓨터로 이루어지는 제어장치 (17) 에 공급한다. 단, 본 예에서는 제 1 저흡수성 가스 (GA) 로 치환을 실시한 후에 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로 치환을 실시하기 때문에, 농도계 (11A, 11B) 에는 제 1 저흡수성 가스 (GA) (질소가스) 의 농도센서도 편입되어 있다. 제어장치 (17) 는, 흡수성 가스 및 제 1 저흡수성 가스 (GA) 의 농도의 계측치 및 주제어계 (18) 로부터의 제어정보에 기초하여 밸브 (V1 ∼ V12) 의 개폐를 제어한다.

본 예에서는, 장치를 조립한 후 또는 장치의 가동전에 기밀 유닛 (8) 내의 잔류공기를 밀어내기 위한 기본적인 동작으로, 밸브 (V2) 를 닫고 밸브 (V3) 를 열어 농도계 (11A) 를 통과하여 배기된 기밀 유닛 (8) 내의 잔류공기를 배관 (9C) 을 통하여 흡기장치 (7) 에 의해 배기한다. 상기 가스공급을 수분 내지 수시간 계속함으로써, 기밀 유닛 (8) 내의 잔류공기 특히 진공자외광에 대하여 강한 흡수성을 갖는 산소나 수증기의 잔류농도를 ppm 오더로 저하시킬 수 있다.

그런데, 기밀 유닛 (8) 내를 치환하는 저흡수성 가스의 종류로는, 광로를 광학적으로 안정화시킬 목적에서 굴절율의 압력변화 특성 및 온도변화 특성이 작은 기체가 바람직하며, 또 광학계 (렌즈, 미러) 의 냉각효과의 점에서 열전도율이 큰 저분자량의 기체가 바람직하다. 그리고, 이 양쪽의 요구를 만족하는 기체로서 가장 바람직한 기체는 헬륨으로, 네온, 아르곤 등의 기타 희가스도 적합하다. 그러나, 헬륨 등의 희가스는 고가이기 때문에, 상기와 같은 계속적인 플로우에 의해 대량의 기체를 소비하는 것은 운전비용의 상승으로 인해 바람직하지 않다.

그래서 본 예에서는, 우선 가격이 저렴한 제 1 저흡수성 가스 (GA: 질소가스) 에 의한 가스공급을 실시하여 기밀 유닛 (8) 내의 흡수성 가스를 거의 배기한 후, 고성능의 제 2 저흡수성 가스 (GB: 희가스, 바람직하게는 헬륨) 에 의한 공급으로 전환하여 기밀 유닛 (8) 내에 희가스를 충전하는 방식을 채용한다. 이 경우, 질소는 노광광에 대한 흡수성이 작기 때문에, 희가스에 의한 치환 후에 질소가 수 % 의 오더로 잔존하고 있더라도 노광 광속에 악영향을 끼치지 않는다. 따라서, 희가스에 의한 치환에 필요한 고가의 희가스의 사용량을 대폭으로 절약할 수 있게 되어, 운용면에서의 기체의 비용을 대폭 삭감할 수 있다.

구체적인 방법으로는, 우선 도 5 의 스텝 201 에 있어서, 도 2 중의 밸브 (V9, V11, V12, V1, V3) 를 열고 밸브 (V10, V7, V2) 를 닫아, 기밀 유닛 (8) 내에 제 1 저흡수성 가스 (GA) 를 공급한다. 그리고, 스텝 202 에 있어서, 농도계(11A) 에서 계측되는 산소, 수증기 등의 흡수성 가스의 농도가 소정치 (DAl: 예컨대 5 ppm) 이하가 된 단계에서 스텝 203 로 이행하고, 밸브 (V9) 를 닫고 밸브 (V10) 를 열어, 기밀 유닛 (8) 내에 공급하는 기체를 제 2 저흡수성 가스 (GB: 희가스) 로 전환한다. 그리고, 스텝 204 에서 계측되는 제 1 저흡수성 가스 (GA)의 잔류농도가 허용치 (DA2: 예컨대 수 %) 이하가 될 때까지 그 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 공급을 계속한다. 이것에 의해, 기밀 유닛 (8) 내의 기체는 고농도의 제 2 저흡수성 가스 (GB) 에 의해 치환되고, 기밀 유닛 (8) 내의 광로를 통과하는 노광광의 투과율이 높게 유지된다. 이 상태로 스텝 205 에서 노광이 실시된다.

또, 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 공급 후의 제 1 저흡수성 가스 (GA) 의 잔류농도에 관해서는 수 % 의 잔류가 있더라도 특별히 문제는 없기 때문에, 공급시간의 관리만으로 제 2 저흡수성 가스 (GB) 의 공급을 종료하는 것도 가능하다. 이와 같이 공급시간의 관리만을 실시하는 경우에는, 농도계 (11A, 11B) 에 제 1 저흡수성 가스 (GA)의 농도의 계측기능을 갖게 할 필요가 없기 때문에 장치구성이 간소화된다.

그런데, 상기 가스 공급에 의한 가스치환에서는 흡수성 가스의 잔류농도를 충분히 저하시키기 위해 장시간을 필요로 하는 경우도 있다. 이를 해결하기 위해서는, 가스 치환에 있어서 우선 기밀 유닛 (8) 의 내부를 진공으로 하고 거기에 저흡수성 가스 (GA, GB) 를 충전하는 방법도 있다. 물론 이 경우에는, 각 기밀 유닛 (기밀 유닛 (2, 3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5),웨이퍼 스테이지실 (6)) 이 내부의 진공과 외부의 거의 대기압과의 차압에 견딜 수 있도록 강고한 구조이어야 한다.

이와 같이, 진공으로 한 후에 가스 치환을 실시하는 방법은 소요시간이 짧고 필요한 저흡수성 가스의 양도 적다는 장점이 있지만, 기밀 유닛 (8) 내를 진공으로 하는 과정에서 기밀 유닛 (8) 내의 각종 구성물로부터 불순물을 포함하는 탈가스가 발생하고, 발생된 불순물이 렌즈, 미러 등의 광학부재의 표면에 부착하여 광학부재의 표면에 흐림 물질이 형성되어 노광광의 투과율을 저하시키는 우려가 있다.

따라서 본 예에서는, 가스치환을 단시간에 실시하기 위한 동작으로, 그 최초의 감압에서의 기밀 유닛 (8) 내의 기압을 각종 구성물로부터의 탈가스가 발생하지 않을 정도의 저진공으로 억제하여, 광학부재의 오염을 방지하는 방법을 채용한다.

구체적으로, 감압을 시작하기 전의 기밀 유닛 (8) 내의 기압을 P1 (P1 은 거의 1 기압, 즉 P1 은 900 hPa ∼ 1100 hPa 정도이다) 으로 하고, 도 5 의 스텝 211 에 있어서 기밀 유닛 (8) 내를 소정 기압 (P2: P2 은 P1 보다 낮다) 까지 감압하기 위해, 도 2 의 밸브 (V7, V11, V2) 를 닫고 밸브 (V12, V1, V3) 를 열어, 배기용 배관 (9C) 의 연장상의 흡기장치 (7) 를 작동시킨다. 이 때에, 흡기능력을 향상시키고, 흡기장치 (7) 내의 흡기기구로부터의 발유 (發油) 등을 억제하기 위해 배관 (9C) 상의 밸브 (V3) 의 근방에 진공펌프 (드라이펌프) 를 추가로 설치하고, 이 진공펌프를 사용하여 감압을 해도 좋다. 또한, 기밀 유닛 (8) 내의 기압을 계측하는 압력계 (19) 를 밸브 (V12) 로부터 기밀 유닛 (8) 까지의 배관내, 기밀 유닛 (8) 으로부터 밸브 (V1) 까지의 배관내, 또는 기밀 유닛 (8) 의 내부의 임의의 장소에 설치해 두고, 압력계 (19) 로 계측되는 기압을 제어장치 (17) 에 공급한다. 제어장치 (17) 는, 그 기압의 계측치에 기초하여 감압 및 가압의 제어를 실시한다.

본 예에서는, 도 4 의 실선의 꺾인선으로 나타낸 바와 같이 기밀 유닛 (8) 내의 기압을 변화시킨다. 도 4 에 있어서, 횡축은 경과시간 (t), 종축은 기밀 유닛 (8) 내의 기압 (P) 을 나타내고 있다. 그리고, 스텝 211 에서의 감압은 도 4 의 시점 (t0) 에서 개시되고, 시점 (t1) 에서 기밀 유닛 (8) 내의 기압 (P) 이 소정 기압 (P2) 에 도달할 때까지 실시된다. 이 후, 도 2 의 밸브 (V3) 를 닫아 감압이 정지된다. 그 소정 기압 (P2) 은 각종 구성물로부터의 탈가스가 발생하지 않을 정도의 저진공 기압으로서, 수치로는 50 Pa 에서 10 kPa 정도이다.

다음으로, 도 5 의 스텝 212 로 이행하여, 도 4 의 시점 (t2) 에 있어서, 도 2 의 밸브 (V3) 를 닫고 밸브 (V10 또는 V9) 및 밸브 (V11) 를 열어 기밀 유닛 (8) 내에 저흡수성 가스 (GB 또는 GA) 를 공급하고, 기밀 유닛 (8) 내에 그 저흡수성 가스를 기압 (P2) 보다 높은 기압 (P3) 까지 충전한다. 기압 (P3) 은 기압 (P1) 보다 낮은 기압이다. 시점 (t3) 에서 기밀 유닛 (8) 의 내부가 기압 (P3) 으로 된 후, 밸브 (V10 또는 V9) 및 밸브 (V11) 를 닫아 흡수성 가스의 충전을 종료한다. 다음에 계속되는 스텝 213 에 있어서, 스텝 211, 212 를 소정 회수인 m 회 (m 은 2 이상의 정수로, 본 예에서는 m = 3) 반복했는지 여부를 판정하여 m 회에 도달하지 않은 경우에는 스텝 211 로 되돌아가고, 시점 (t4) 에서 다시 밸브 (V3) 를 열어 기밀 유닛 (8) 의 내부를 기압 (P2) 까지 감압한다 (시점 (t5)).그 후 스텝 212 에서 시점 (t6) 에서 (t7) 까지 기밀 유닛 (8) 의 내부에 저흡수성 가스를 기압 (P3) 까지 충전한다.

그 후, 본 예에서는 스텝 211, 212 를 시점 (t8) 으로부터 시점 (t10) 를 넘는 시점까지 반복하여 실행한 후 스텝 214 로 이행하고, 최종적으로 기밀 유닛 (8) 내에 저흡수성 가스 (GB 또는 GA) 를 최초의 기압 (P1) 이 될 때까지 충전한다. 이 결과, 시점 (t11) 에서 기밀 유닛 (8) 안이 기압 (P1) 으로 되어 가스치환이 완료된다. 그 후, 스텝 215 에서 노광이 실시된다. 그 최종적으로 노광이 실시될 때의 기압 (P1) 은, 통상적으로는 대기압 (거의 1기압) 으로 하는 것이 바람직하지만, 진공자외영역에서도 F₂레이저보다 단파장의 광을 노광광으로 사용할 때에는, 가스에 의한 흡수를 피하기 위해 대기압보다도 낮은 기압으로 설정하는 것이 바람직하다.

본 방식에서는, 기밀 유닛 (8) 의 내부를 고진공까지는 감압하지 않기 때문에 내부 구조물로부터의 탈가스의 발생을 방지할 수 있다. 한편, 저진공 (기압 (P2)) 까지의 감압에서는 기밀 유닛 (8) 의 내부에 흡수성 가스가 잔존하지만, 본 예에서는 그 기압 (P2) 까지의 감압과 그보다 높은 기압 (P3) 까지의 저흡수성 가스의 충전을 m 회 반복하는 것에 의해 그 흡수성 가스의 잔류농도를 기압비 (= P2/P3) 의 m 승 (반복 횟수의 누승 (累乘)) 으로 저감시킬 수 있다.

그런데, 상기 실시형태에서는, 도 2 에 있어서 잔류가스용 농도계 (11A, 11B) 가 사용되고, 농도계 (11A, 11B) 내에는 산소농도계, 수증기농도계 등의 센서부가 포함되어 있다. 그 센서부에는 그 구조상 감압에 견딜 수 없는 것도 존재한다. 예컨대, 폴라로그래프 (polarograph) 식 산소농도계 및 지르코니아식 산소농도계 등은 감압에 견딜 수 없는 구조이다. 따라서, 도 5 의 스텝 211 ∼ 214 와 같이 감압과정을 거쳐 가스치환을 실시하는 동작을 실행하는 경우에, 또한 감압에 견딜 수 없는 센서부를 구비하고 있는 경우에는 가스 유로의 주간 (主幹) 유로로부터 밸브 등으로 분리가능한 위치에 농도계 (11A) 의 센서부를 설치할 필요가 있다.

도 3 은 이러한 설치방법을 나타내는 도면으로, 이 도 3 의 잔류가스용 농도계 (11A) 에 있어서, 거기로 유입되는 기체용 배관 (ll3) 과 유출되는 기체용 배관 (116) 의 사이에 제어장치 (17) 의 제어하에 동작하는 2 개의 전환식 밸브 (V13, V14) 가 설치되고, 양 밸브 (V13, V14) 사이의 한쪽 배관을 주간 유로 (114) 로, 다른쪽 배관을 부 (副) 유로 (115) 로 하는 것이다. 그리고, 산소농도계, 수증기농도계 및 질소농도계를 포함하는 잔류가스의 센서부 (112) 는 이 부 유로 (115) 상에 설치한다.

이 구성에 있어서, 가스치환에 있어서 감압을 실시하는 경우에는 전환식 밸브 (V13, V14) 에 의해 주간 유로 (114) 를 유입용 배관 (113) 과 유출용 배관 (116) 에 연통시키고, 부 유로 (115) 와 유입용 배관 (113) 및 유출용 배관 (116) 의 사이를 차단한다. 즉, 부 유로 (115) 를 주간 유로 (114) 로부터 분리하여 잔류가스의 센서부 (112) 가 감압되는 것을 피한다. 그리고, 가스치환 종료후에는, 전환식 밸브 (Vl3, V14) 에 의해 부 유로 (115) 를 유입용 배관 (113) 과 유출용 배관 (116) 에 연통시켜, 도 2 의 기밀 유닛 (8) 으로부터 흘러 들어 오는 기체중의 잔류가스 (흡수성 가스) 의 농도를 계측한다.

또, 잔류가스의 센서부 (112) 의 종류에 따라서는, 고농도의 잔류가스에 노출된 경우, 파손 (예컨대 황인 발광식 산소센서) 또는 감도 열화 (예컨대 폴라로그래프식 산소농도계, 지르코니아식 산소농도계) 가 발생하는 것도 있다. 그래서, 감압과정을 거치지 않은 방식, 즉 가스공급만에 의한 가스치환을 실시하는 장치라도 잔류가스의 농도계 (llA) 의 구성은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 잔류가스의 센서부 (112) 를 주간 유로 (114) 로부터 분리가 가능하게 해두는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 가스치환의 초기에 고농도의 잔류가스가 잔류가스의 센서부 (112) 로 흘러 들어 오는 것에 의한 파손 또는 감도 열화를 방지할 수 있다. 또한, 잔류가스의 센서부 (112) 의 부 유로 (115) 만을 별도 가스공급에 의해 치환할 수 있는 구조로 해두면 더욱 좋다.

또, 전술한 바와 같이 노광광의 광로내에 충전하는 기체로는, 헬륨를 비롯한 희가스가 가장 바람직하지만, 고가이기 때문에 가스치환이 필요한 노광장치내의 각 기밀 유닛 (기밀 유닛 (2, 3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5), 웨이퍼 스테이지실 (6)) 중 성능에 특히 영향을 미치는 기밀 유닛에 대해서만 헬륨 등의 희가스에 의한 치환을 실시하고, 그다지 영향을 주지 않은 유닛에 관해서는 저렴한 질소에 의한 치환을 실시하는 것도 가능하다. 예컨대, 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 내는, 압력의 요동이나 온도 변동에 따른 가스의 굴절율 변화, 노광광의 흡수에 따른 렌즈부재의 온도상승이 결상 성능에 미치는 영향이 크기 때문에 헬륨에 의한 치환을 실시하지만, 빔매칭 유닛 (BMU) 을 둘러싸는 기밀 유닛 (2) 및 조명광학계 (ILU) 를 둘러싸는 기밀 유닛 (3) 에 관해서는 이들 영향에 둔감하기 때문에 질소로 치환해도 좋다.

또한, 레티클 스테이지실 (4), 웨이퍼 스테이지실 (6) 에 관해서는, 결상 광로의 광로길이가 짧고 요동의 영향을 쉽게 받지 않기 때문에 치환가스를 질소로 해도 좋다. 단, 도시를 생략한 위치계측용 간섭계의 계측 결과로의 압력 요동 및 온도 요동의 악영향을 피하기 위해 헬륨 등의 희가스로 치환을 하는 쪽이 바람직하다.

또, 상기 실시형태에서는, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 로 질소를 사용하고 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로 희가스를 사용하고 있지만, 제 1 저흡수성 가스 (GA) 로 희가스 중에서도 비교적 굴절율이 크고 열전도율이 낮은 기체인 아르곤 등을 사용하고, 제 2 저흡수성 가스 (GB) 로 그 밖의 희가스 (헬륨이나 네온 등) 를 사용해도 좋다.

이상의 과정에 의해, 기밀 유닛 (8) 내의 흡수성 가스의 농도가 소정치 이하에 도달하면 노광광의 투과율이 향상하고 안정되며, 노광장치는 노광동작으로 들어 갈 수 있다.

단, 기밀 유닛 (8) 내의 구조물 표면 (금속 표면이나 렌즈, 미러의 표면, 전기부품용 기판 등) 으로부터는, 진공으로 할 때와 비교하면 극히 미량이지만, 계속적으로 불순물 가스가 발생 (탈리) 하여 기밀 유닛 (8) 내의 광로상의 기체를 오염시키고, 노광광의 투과율을 저하시켜 나간다.

그래서, 이들 불순물을 계속적으로 제거하기 위해 광로상의 기체의 불순물을 제거하면서 순환시킬 필요가 있다. 이 가스순도 유지를 위한 가스공급에도, 상기한 바와 같이 배관 (9A, 9B) 으로부터 공급되는 가스를 계속 사용해도 좋지만, 그러면 대량의 가스를 소비하기 때문에 운전 비용이 상승한다. 따라서 이하의 실시형태에서는, 기밀 유닛 (8) 내의 기체를 가스 순도를 유지하면서 순환시키는 기구에 관하여 설명한다.

도 2 중의 가스유로중, 밸브 (V2) 로부터 송풍펌프 (12) 를 거쳐 밸브 (V7)까지의 기구는 이 가스순환에 사용하는 기구로서, 이하 상세하게 설명한다.

기밀 유닛 (8) 내의 흡수성 가스의 농도가 소정치 이하로 도달한 후에는 밸브 (V9, V10, V11, V3, V4, V5, V6, V8) 를 닫고 밸브 (V2, V7) 를 열어, 기밀 유닛 (8) 내부의 기체의 순환을 개시한다. 기밀 유닛 (8) 으로부터 배기된 기체는, 잔류가스의 농도계 (11A), 밸브 (V2) 를 거쳐 송풍펌프 (12) 에 의해 가압되고, HEPA 필터 (high efficiency particulate air-filter) 또는 ULPA 필터 (ultra low penetration air-filter) 등의 방진필터 (13) 에 의해 먼지 등이 제거된 후, 세라믹이나 산화금속분말 등으로 이루어지는 유기물 제거필터 및 암모니아 제거필터 등의 화학물질 제거용 케미컬필터 (14) 에 의해 순화된다. 그리고, 케미컬필터 (14) 를 통과한 기체는 금속분말 등으로 이루어지는 산소 제거필터 및 수증기 제거필터를 포함하는 흡수성 가스 제거필터 (15) 에서 산소 및 수증기가 각각 ppm 오더까지 제거된 후, 잔류가스 농도계 (11B) 에서 잔류가스의 농도가 체크된다. 농도계 (11B)를 통과한 기체는, 밸브 (V7) 를 거쳐 온도컨트롤러 (16) 로 온도제어된 후, 밸브 (V12) 를 지나서 기밀 유닛 (8) 으로 급기된다. 방진필터 (13) 로부터 흡수성 가스 제거필터 (15) 까지가 본 발명의 불순물 제거필터에 대응된다.

본 예에서는 기체를 가압하는 송풍펌프 (12) 로부터는 발유의 우려가 있기 때문에, 그 배치는 유기물 제거필터를 포함하는 케미컬필터 (14) 보다도 상류에 배치되어 있다. 또한, 케미컬필터 (14: 유기물 제거필터) 는 산소 등을 발생할 우려가 있기 때문에, 흡수성 가스 제거필터 (15) 보다 상류에 설치되어 있다.

이상의 가스순환은 반드시 모든 기체를 100 % 순환시킬 필요가 있는 것은 아니고, 순환하는 기체로부터 어느 정도 양의 기체를 배기관 (9C) 에 배기하고, 그 만큼의 가스를 배관 (9A, 9B) 으로부터 보급할 수도 있다.

또, 이러한 가스순환기구 (밸브 (V2) 로부터 송풍펌프 (12) 를 거쳐 밸브 (V7) 까지의 기구) 도 내부에 다량의 기체를 가지며 또한 각종 필터내에도 다량의 기체가 잔존하기 때문에, 기밀 유닛 (8) 의 가스치환의 완료와 동시에 기밀 유닛 (8) 에 가스순환기구를 접속하고 내기 순환을 실시하기 위해서는, 미리 가스순환기구내의 기체에 대해서도 저흡수성 가스로 치환을 실시해 둘 필요가 있다.

밸브 (V5, V6) 로 이어지는 배관 (9A, 9B) 및 밸브 (V8) 가 장착된 배기용 배관 (배관 (9C) 에 접속되어 있다) 은, 이 가스순환기구내의 기체를 치환하기 위한 설비이다. 단, 가스순환기구내의 가스치환방법에 관해서는, 밸브 (V5, V6, V4, V8, V7) 를 각각 밸브 (V9, V10, V11, V3, V2) 에 대응시켜 보면, 상기에서 설명한 기밀 유닛 (8) 내의 가스치환과 같은 각종 방법으로 실시할 수 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.

또한, 잔류가스의 농도계 (11B) 의 구조도, 도 3 에 나타낸 잔류가스의 농도계 (11A) 와 동일하게 하는 것이 바람직하다.

이상의 가스치환은 투영노광장치의 반도체 제조공장 등에서의 조립조정 완료시에만 필요한 것이 아니라, 예컨대 가동중의 투영노광장치의 메인터넌스후의 복구시에도 필요하다. 특히 웨이퍼 스테이지실 (6) 내나 레티클 스테이지실 (4) 내는 메인터넌스의 필요빈도가 높아, 메인터넌스후의 조기복구는 장치의 가동율을 높이기 위해서 매우 중요하다.

그래서, 본 예에서는 메인터넌스를 위해 각 기밀 유닛 (기밀 유닛 (2, 3) ∼ 웨이퍼 스테이지실 (6)) 의 가스치환을 중단할 때에, 외기 (공기) 가 침입하는 공간을 가능한 한 한정하여, 메인터넌스후의 복귀 (재가스치환) 가 단시간에 가능한 구성으로 하였다.

즉, 도 2 에 있어서, 기밀 유닛 (8) 내부의 장치 (도 1 의 빔매칭 유닛 (BMU) ∼ 웨이퍼 스테이지계 (WST)) 의 메인터넌스를 실시할 때는, 가스치환 유닛 (S) 과 기밀 유닛 (8) 을 접속하는 급기관 (Si) 및 배기관 (Se) 중의 밸브 (V12, V1) 를 닫아, 메인터넌스시에 기밀 유닛 (8) 내에 흘러 들어 오는 공기가 가스치환 유닛 (S) 내에는 유입되지 않도록 한다. 그리고 메인터넌스 종료시에는, 전술한 가스치환과 같은 방법으로 기밀 유닛 (8) 을 가스치환한다. 이것에 의해, 공기가 가스치환 유닛 (S: 가스순환기구) 안까지 유입되는 것을 방지할 수 있기 때문에 복귀에 필요한 시간이 단축된다.

또한, 가스순환기구측을 메인터넌스할 필요도 발생하지만, 이 경우에도 메인터넌스시에 밸브 (V2, V7) 등을 닫아, 혼입되는 공기의 기밀 유닛 (8) 중으로의 침입을 막음으로써 복귀에 필요한 시간의 단축을 꾀할 수 있다.

또한, 가스순환기구내의 송풍펌프 (12) 나 각종필터 (13, 14, 15) 사이에 밸브나 저흡수성 가스의 급기 및 배기용 배관을 설치하고, 각각의 부분을 독립시켜 가스치환이 가능한 구성으로 해두어도 좋다. 이것에 의해, 메인터넌스 또는 부품교환시의 복귀시간을 한층 단축시킬 수도 있다.

다음으로, 투영노광장치가 설치되는 공장내에서, 전원공급이 차단된 경우, 저흡수성 가스의 공급이 정지된 경우, 저흡수성 가스의 순도가 저하된 경우, 또는 지진 등의 재해가 발생한 경우에는 상기 가스의 순환을 계속함으로써 오히려 장치내의 저흡수성 가스의 순도를 저하시킬 우려가 있다.

그래서, 이들 긴급사태의 발생에 동기하여, 밸브 (V12, V1, V2, V4, V7, V8) 등을 닫아, 내부 기체를 각 부내에 봉하여 두는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도시를 생략한 전원모니터, 배관 (9A, 9B) 에 설치한 압력계, 유량계 및 불순물 농도계, 공장내의 화재경보기, 지진계 등에 연동하여 각 밸브를 닫는 기구를 설치하면 좋다.

또, 이상의 실시형태에서 서술한 밸브의 개폐는, 모두 노광장치의 제어장치 (17) 로부터의 지령에 기초하여 자동으로 실시되는 것으로, 각 밸브의 동작 시퀀스도 주제어계 (18) 의 프로그램에 의한 것임은 말할 필요도 없다.

또한, 상기 실시형태의 노광장치에서는, 광로를 포함하는 공간내의 기체를 산소 등의 흡수성 가스의 잔류농도가 수 ppm 이하 정도가 되도록 저흡수성 가스로치환할 필요가 있기 때문에, 사용하는 저흡수성 가스에 함유되는 산소 등의 흡수성 가스의 농도는 1 ppm 이하 정도로 억제되어 있어야 한다. 따라서, 노광장치가 설치되는 공장에서 공장 배관에 의해 공급되는 저흡수성 가스가 이 조건을 만족시키지 못하는 경우에는, 공장 배관과 공급용 배관 (9A, 9B) 사이에 산소 제거필터, 수증기 제거필터 등의 가스순화기를 설치할 필요가 있다.

또, 상기 실시형태에 있어서, 예컨대 기밀 유닛 (8) 의 내부의 구조재료의 표면적이 클수록 부착되어 있는 흡광물질의 분자수는 많아지기 때문에, 그 표면적이 작아지도록 광로 공간은 미세한 구조를 가지지 않도록 설계하는 것이 좋다. 또, 동일한 이유에서 기계연마, 전해연마, 버프연마, 화학연마 또는 GBB (Glass Bead Blasting) 이라는 방법에 의해 연마하여 구조 재료의 표면조도를 저감시켜 두는 것이 바람직하다. 이들 처리를 실시한 후에, 초음파세정, 클린드라이에어 등의 유체 분사, 진공가열 탈가스 (베이킹) 등의 수법에 의해 회로패턴의 노광전에 구조재료 표면을 세정해 두고, 구조재료 표면으로부터의 탈가스량을 저감해 두는 방법을 강구해두면 좋다.

또, 광로 공간중에 존재하는 전선피복물질이나 시일재 (O 링 등), 접착제 등에서 탄화수소, 할로겐화물 등과 같은 흡광물질이 방출되는 것도 알려져 있다. 상기 실시형태에 있어서는, 탄화수소나 할로겐화물을 포함하는 전선피복물질이나 시일재 (O 링 등), 접착제 등을 광로 공간중에 가능한 한 설치하지 않거나, 또는 방출가스가 적은 소재를 이용하는 등의 대처를 실시하여, 근본적으로 흡광물질의 발생량을 억제해 두면 그 물분자에 대한 처리와 마찬가지로 본 발명의 효과를 한층더 얻을 수 있게 된다.

또, 도 1 에 있어서 기밀 유닛 (2) 으로부터 웨이퍼 스테이지실 (6) 을 구성하는 케이스체 (통형체 등도 가능) 나 헬륨가스 등을 공급하는 배관은, 불순물 가스 (탈가스) 가 적은 재료, 예컨대 스테인리스강 (부가적으로 이 내부를 산화하여 산화크롬 등을 형성해 두어도 좋다), 4 불화 에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-테르플루오로 (알킬비닐에테르), 또는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로펜 공중합체 등의 각종 폴리머로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 각 케이싱체내의 구동기구 (레티클 블라인드나 스테이지 등) 등에 전력을 공급하는 케이블 등도, 마찬가지로 상술한 불순물 가스 (탈가스) 가 적은 재료로 피복하는 것이 바람직하다.

또, 상기의 실시형태에 있어서, 도 1 의 조명광학계 (ILU) 를 구성하는 복수의 광학소자, 또는 투영광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학소자 사이의 공간을 각각 밀봉된 렌즈실 (기밀실에 대응한다) 로 하고, 이들 렌즈실마다 가스치환 유닛으로부터의 급기관 (Si) 및 배기관 (Se) 을 형성하여 렌즈실마다 독립적으로 저흡수성 가스에 의한 치환을 실시하도록 해도 좋다.

그리고, 도 1 의 조명광학계 (ILU) 를 둘러싸는 기밀 유닛 (3), 레티클 스테이지실 (4), 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 의 내부 공간 및 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (61) 사이의 공간 (웨이퍼 스테이지실 (6)) 에 있어서는, 흡광물질의 농도 관리를 서로 다른 허용 농도로 실시해도 좋다. 이 때, 레티클 스테이지실 (4) 이나 웨이퍼 스테이지실 (6) 에서는 스테이지 등의 가동기구를 구비하고 있기 때문에, 레티클 스테이지실 (4) 이나 웨이퍼 스테이지실 (6) 에서는 기밀 유닛 (3) 및 투영광학계 (PL) 의 내부에서의 허용 농도보다도 높은 허용 농도로 흡광물질의 관리를 실시하도록 해도 좋다.

또한, 레티클 스테이지실 (4) 이나 웨이퍼 스테이지실 (6) 에는 스테이지의 위치 계측을 실시하기 위한 레이저 간섭계가 형성되어 있다. 이 경우, 그 레이저 간섭계의 계측용 광빔의 광로중에서 저흡수성 가스의 농도가 변화하면 광로 요동의 요인이 될 가능성이 있다. 그래서, 그 광로중에 저흡수성 가스의 농도센서를 배치하고, 이 계측치에 따라 그 광로 근방의 저흡수성 가스의 농도 관리를 실시하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 투영노광장치뿐만 아니라, 프록시미티 방식의 노광장치나 컨택트 방식의 노광장치 등에도 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.

또, 상기 실시형태에서는 투영광학계 (PL) 로서 굴절계가 사용되고 있지만, 투영광학계 (PL) 로서 반사계 또는 반사굴절계를 사용해도 좋다. 특히, 투영광학계 (PL) 로서, 본건 출원인에 의한 일본 특허출원 평 10-370143 호에 개시되어 있는 바와 같이, 굴절계와 각각 광축 근방에 개구를 갖는 2 장의 반사경을 포함하는 반사굴절계를 사용한 경우에는 굴절계와 같이 직통형으로 구성할 수 있기 때문에, 그 내부의 저흡수성 가스에 의한 치환을 효율적으로 실시할 수 있다. 또, 투영광학계의 배율은 축소계뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이라도 좋다.

또, 상기 실시형태의 투영노광장치는, 조명광학계나 투영광학계의 조정을 실시하는 동시에 각 구성요소를 전기적, 기계적 또는 광학적으로 연결하여 편성된다. 그리고, 도 1 에 있어서, 빔매칭 유닛 (BMU), 조명광학계 (ILU), 레티클 스테이지계 (RST) 및 웨이퍼 스테이지계 (WST) 를 각각 둘러싸도록 기밀 유닛 (2),기밀 유닛 (3), 레티클 스테이지실 (4) 및 웨이퍼 스테이지실 (6) 을 조립하여, 투영광학계 (PL) 의 경통 (5) 의 내부를 기밀화한다. 이것과 병행하여, 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 등을 조립한 후에, 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 과 대응하는 기밀 유닛과의 사이에 급기관 (Sin) (n = 2∼6) 및 배기관 (Sen) 을 접속하고, 가스치환 유닛 (S2 ∼ S6) 에 배관 (9A, 9B, 9C1, 9C2) 을 접속함으로써, 흡광물질를 포함하는 기체를 저흡수성 가스로 치환하기 위한 시스템이 편성된다. 이 경우의 작업은 온도관리가 이루어진 클린룸내에서 실시하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명에서의 밀봉된 공간은, 내부공간과 외부공간의 사이에서 기체의 유통이 없는 상태, 또는 내부공간과 외부공간의 사이에서 기체의 유통은 있지만 외부공간에서 내부공간으로의 기체 유입이 억제되고, 내부공간에서 외부공간으로 기체가 유출되도록 내부공간의 압력이 외부공간의 압력보다 높게 설정되어 있는 상태를 나타낸다.

그리고, 상기한 바와 같이 노광이 실시된 웨이퍼가, 현상공정, 패턴형성공정, 본딩공정, 패키징공정 등을 거침으로써 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 또, 본 발명은 반도체 디바이스 뿐만 아니라, 액정표시소자나 플라즈마 디스플레이 등의 표시소자, 그리고 박막자기헤드 등을 제조하는 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 반도체 소자 등을 제조하는 디바이스 제조용 노광장치에서 사용하는레티클 또는 마스크를, 예컨대 원자외광 (DUV 광) 또는 진공자외광 (VUV 광) 을 사용하는 노광장치에서 제조하는 경우에도 상기 실시형태의 투영노광장치를 적합하게 사용할 수가 있다.

또한, 본 발명은, 예컨대 원자외광 또는 진공자외광을 노광용 조명광으로 사용하는 스텝 앤 스캔 방식의 축소 투영노광장치에도 적용할 수 있다.

또, 노광용 조명광으로서의 DFB 반도체 레이저 또는 화이버 레이저로부터 발진되는 적외영역 또는 가시영역의 단일파장 레이저를, 예컨대 에르븀 (Er) (또는 에르븀과 이테르븀 (Yb) 의 양쪽) 이 도핑된 화이버앰프로 증폭하고, 비선형 광학결정을 사용하여 자외광으로 파장변환한 고조파를 사용해도 좋다. 예컨대, 단일파장 레이저의 발진파장을 1.544 ∼ 1.553 ㎛ 의 범위내로 하면, 193 ∼ 194 nm 범위내의 8 배 고조파, 즉 ArF 엑시머레이저와 거의 동일파장이 되는 자외광이 얻어지고, 발진파장을 1.57 ∼ 1.58 ㎛ 의 범위내로 하면, 157 ∼ 158 nm 범위내의 10 배 고조파, 즉 F₂레이저와 거의 동일파장이 되는 자외광이 얻어진다.

또, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않은 범위에서 각종 구성을 취할 수 있다. 또한, 명세서, 특허청구범위, 도면 및 요약을 포함하는 1999 년 7 월 23 일자 제출된 일본국 특허출원 제 11-209870 호의 모든 개시 내용은 그대로 인용하여 여기에 포함되어 있다.

본 발명의 제 1 노광방법에 의하면, 노광빔의 적어도 일부의 광로를 포함하는 공간내의 기체를 그 노광빔이 투과하는 기체로 치환하는 경우에, 그 공간 주위에서 발생하는 탈가스 등을 적게 할 수 있기 때문에, 그 치환을 안정적으로 실시할 수 있다. 따라서, 특히 진공자외영역의 파장의 광을 사용하는 노광장치에 있어서, 그 광로를 포함하는 공간을 효율적으로 저흡수성 가스로 치환하는 것이 가능해지고 노광빔에 대한 흡수를 억제할 수 있게 됨으로써, 충분한 노광광의 파워를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 노광방법에 의하면, 노광빔의 광로를 포함하는 공간내의 기체를 미리 제 1 기체로 치환한 후 제 2 기체로 치환함으로써, 예컨대 고성능의 제 2 기체의 소비량을 줄일 수 있다. 따라서, 가스 치환에 필요한 운전비용을 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명의 노광장치에 의하면, 상기 본 발명의 노광방법을 용이하고 또는 효율적으로 실시할 수 있다.

그리고, 본 발명의 디바이스 제조방법에 의하면, 극히 단파장의 노광빔의 사용에 의해 극히 미세한 회로 패턴을 구비한 디바이스를 제조할 수 있음과 동시에, 노광빔의 강도를 높게 유지할 수 있기 때문에 스루풋이 향상된다.

Claims (20)

1. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광방법에 있어서,

   상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하고,

   이 밀봉된 공간내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 제 1 기압 근방까지 충전할 때에,

   상기 밀봉된 공간내의 기체를 상기 제 1 기압보다도 낮은 제 2 기압 근방까지 감압하는 감압공정과,

   상기 밀봉된 공간내에 상기 소정 기체를 상기 제 1 기압과 상기 제 2 기압 사이의 기압까지 공급하는 충전공정을 번갈아 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 노광빔은 파장이 200 nm ∼ 100 nm 인 광이고, 상기 소정 기체는 질소가스 또는 희가스인 동시에,

   상기 제 1 기압은 900 hPa ∼ 1100 hPa 의 범위내이고, 상기 제 2 기압은 50 Pa ∼ 10 kPa 의 범위내인 것을 특징으로 하는 노광방법.
3. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광방법에 있어서,

   상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하고,

   이 밀봉된 공간을 상기 노광빔이 투과하는 제 1 기체로 치환하는 제 1 공정과,

   이것에 이어서 상기 밀봉된 공간을 상기 제 1 기체와 다른 상기 노광빔이 투과하는 제 2 기체로 치환하는 제 2 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 노광빔은 파장이 200 nm ∼ 100 nm 인 광이고,

   상기 제 2 기체는 상기 제 1 기체보다도 상기 노광빔에 대한 투과율이 양호한 것을 특징으로 하는 노광방법.
5. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,

   상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

   이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치를 갖추고,

   상기 기체공급장치는 상기 소정 기체에 함유되는 산소 또는 수증기 중 적어도 한쪽을 제거하는 흡광기체 제거필터를 포함하는 불순물 제거필터를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 불순물 제거필터는 상기 소정 기체에 함유되는 먼지를 제거하는 집진필터와, 상기 소정 기체에 함유되는 유기물을 제거하는 유기물 제거필터를 추가로 가지고,

   상기 소정 기체가 흐르는 방향을 따라 상기 집진필터, 상기 유기물 제거필터, 및 상기 흡광기체 제거필터의 순으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 기체공급장치는 상기 소정 기체를 상기 기밀실내에 보내는 송풍장치, 상기 소정 기체의 온도를 제어하는 온도조정기구를 가지고,

   상기 소정 기체가 흐르는 방향을 따라, 상기 송풍장치, 상기 불순물 제거필터 및 상기 온도조정기구의 순으로 배치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
8. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,

   상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

   이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와,

   상기 기밀실내의 공간에 잔류하는 소정 잔류기체의 농도를 계측하는 기체농도 계측장치와,

   상기 기밀실내의 공간과 상기 기체농도 계측장치 사이의 기체 통로를 개폐하는 개폐기구를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 기체농도 계측장치는 산소 또는 수증기 중 적어도 한쪽의 농도를 계측하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
10. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와,

    이 기체공급장치에 의한 상기 소정 기체의 공급로중에 설치된 개폐가 자유로운 차단밸브와,

    상기 노광장치의 메인터넌스시 및 긴급시에 상기 차단밸브를 닫아 상기 기밀실로의 상기 소정 기체의 공급을 정지시키는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
11. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 제 1 기압 근방까지 공급하는 기체공급장치를 갖추고,

    이 기체공급장치는 상기 기밀실내의 기체를 상기 제 1 기압보다도 낮은 제 2기압까지 감압하는 감압기구와, 상기 기밀실내에 상기 소정 기체를 상기 제 1 기압과 상기 제 2 기압 사이의 기압까지 충전하는 충전기구와, 상기 감압과 상기 충전을 복수회 반복하도록 상기 감압기구와 상기 충전기구를 제어하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
12. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    상기 노광빔이 투과하는 제 1 기체를 상기 기밀실내에 공급하는 제 1 기체공급장치와,

    상기 제 1 기체와는 종류가 상이함과 동시에 상기 노광빔이 투과하는 제 2 기체를 상기 기밀실내에 공급하는 제 2 기체공급장치와,

    상기 제 1 및 제 2 기체공급장치에 의한 기체의 공급량을 조정하는 조정장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 노광장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 조정장치는 상기 제 1 기체공급장치를 구동하여 상기 기밀실내에 상기 제 1 기체를 공급한 후, 상기 제 2 기체공급장치를 구동하여 상기 기밀실내에 상기 제 2 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법을 이용하여 디바이스 패턴을 워크피스 상에 전사하는 공정을 포함하는 디바이스 제조방법.
15. 제 5 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 노광장치를 이용하여 디바이스 패턴을 워크피스 상에 전사하는 공정을 포함하는 디바이스 제조방법.
16. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하고, 이 소정 기체에 함유되는 산소 또는 수증기 중 적어도 한쪽을 제거하는 흡광기체 제거필터를 포함하는 불순물 제거필터를 갖는 기체공급장치를 소정 위치관계로 편성하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
17. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와,

    상기 기밀실내의 공간에 잔류하는 소정 잔류기체의 농도를 계측하는 기체농도 계측장치와,

    상기 기밀실내의 공간과 상기 기체농도 계측장치 사이의 기체 통로를 개폐하는 개폐기구를 소정 위치관계로 편성하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
18. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 공급하는 기체공급장치와,

    이 기체공급장치에 의한 상기 소정 기체의 공급로중에 설치된 개폐가 자유로운 차단밸브와,

    상기 노광장치의 메인터넌스시 및 긴급시에 상기 차단밸브를 닫아 상기 기밀실로의 상기 소정 기체의 공급을 정지시키는 제어장치를 소정 위치관계로 편성하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
19. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    이 기밀실내에 상기 노광빔이 투과하는 소정 기체를 제 1 기압 근방까지 공급하고, 상기 기밀실내의 기체를 상기 제 1 기압보다도 낮은 제 2 기압까지 감압하는 감압기구와, 상기 기밀실내에 상기 소정 기체를 상기 제 1 기압과 상기 제 2 기압 사이의 기압까지 충전하는 충전기구와, 상기 감압과 상기 충전을 복수회 반복하도록 상기 감압기구와 상기 충전기구를 제어하는 제어장치를 갖는 기체공급장치를 소정 위치관계로 편성하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.
20. 노광빔으로 제 1 물체를 조명하고, 이 제 1 물체의 패턴을 통과한 노광빔으로 제 2 물체를 노광하는 노광장치의 제조방법에 있어서,

    상기 노광빔의 광로의 적어도 일부를 포함하는 공간을 밀봉하는 기밀실과,

    상기 노광빔이 투과하는 제 1 기체를 상기 기밀실내에 공급하는 제 1 기체공급장치와,

    상기 제 1 기체와는 종류가 상이함과 동시에 상기 노광빔이 투과하는 제 2 기체를 상기 기밀실내에 공급하는 제 2 기체공급장치와,

    상기 제 1 및 제 2 기체공급장치에 의한 기체의 공급량을 조정하는 조정장치를 소정 위치관계로 편성하는 것을 특징으로 하는 노광장치의 제조방법.