KR20030081183A - 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

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KR20030081183A
KR20030081183A KR10-2003-0023205A KR20030023205A KR20030081183A KR 20030081183 A KR20030081183 A KR 20030081183A KR 20030023205 A KR20030023205 A KR 20030023205A KR 20030081183 A KR20030081183 A KR 20030081183A
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Abstract

본 발명은 투영 광학계의 결상(結像) 위치 및 상면(像面)을 고정밀도로 연속적으로 변경 조정할 수 있고, 정밀도가 양호하게 노광 처리할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
노광 장치(EX)는 노광광으로 조명되는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동하면서 마스크(M)의 패턴 상(像)을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 투영 노광하는 주사형 노광 장치로서, 노광광의 광로상에 패턴 상면의 위치를 Z축 방향으로 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치(10)를 포함하고 있다.

Description

노광 장치 및 노광 방법{EXPOSURE DEVICE AND EXPOSURE METHOD}
본 발명은 마스크와 감광 기판을 동기 이동하면서 마스크의 패턴 상(像)을 감광 기판에 투영 노광하는 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치나 반도체 장치 등의 전자 장치는 마스크에 설치되어 있는 패턴을 감광 기판 상에 전사하는, 소위 포토리소그래피법에 의해 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치는 패턴을 갖는 마스크를 얹어 놓고 2차원 이동하는 마스크 스테이지와 감광 기판을 얹어 놓고 2차원 이동하는 기판 스테이지를 가지며, 마스크에 설치된 패턴을 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 축차 이동하면서 투영 광학계를 통해 감광 기판에 투영 노광하는 것이다. 노광 장치로서는 감광 기판 상에 마스크의 패턴 전체를 동시에 전사하는 일괄형 노광 장치와, 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 동기 주사하면서 마스크의 패턴을 연속적으로 감광 기판 상에 전사하는 주사형 노광 장치의 2 종류가 주로 알려져 있다. 이 중, 액정 표시 장치를 제조할 때는 표시 영역의 대형화의 요구로부터 주사형 노광 장치가 주로 이용되고 있다.
주사형 노광 장치에는 복수의 투영 광학계를 인접하는 투영 영역이 주사 방향으로 소정량 변위하도록, 또한 인접하는 투영 영역의 단부끼리 주사 방향과 직교하는 방향으로 중복하도록 배치한, 소위 멀티렌즈 방식의 주사형 노광 장치(멀티렌즈 스캔형 노광 장치)가 있다. 멀티렌즈 방식의 주사형 노광 장치는 마스크를 복수의 슬릿형의 조명 영역에서 조명하고, 그 조명 영역의 배열 방향에 대하여 직교하는 방향으로 마스크와 감광 기판을 동기 주사하고, 복수의 조명 영역의 각각에 대응하여 설치된 상기 복수의 투영 광학계를 통해 마스크에 설치되는 패턴을 감광 기판 상에 노광하는 장치이다.
여기서, 마스크의 표면(패턴면)과 감광 기판의 표면(노광면)은 노광 처리시에 있어서 투영 광학계에 관해서 공역인 위치에 설정되는 것이 바람직하기 때문에, 마스크 및 감광 기판의 각각은 레벨링 장치에 의해 자세 제어되면서 노광 처리된다. 레벨링 장치는 투영 광학계의 광축을 따르는 방향으로 변위하는 복수의 액츄에이터를 가지고 있어, 액츄에이터의 각각을 적절하게 구동함으로써 마스크 또는 감광 기판을 투영 광학계의 광축을 따르는 방향으로 시프트함과 동시에 광축에 직교하는 면내의 직교 2축 주위로 회전한다.
그런데, 마스크 및 감광 기판의 표면에는 이 마스크 및 감광 기판 자체의 평면도나 스테이지의 유지 상태에 기인하는 휨의 발생 등에 의해서 요철이 존재한다. 따라서, 국소적으로 보면 마스크와 감광 기판은 투영 광학계에 관해서 공역이 되지 않는 경우가 있다.
그래서, 종래에서는 레벨링 장치로 감광 기판 등의 자세 제어를 행하면서 마스크와 감광 기판을 동기 주사함으로써, 복수의 투영 광학계의 각각의 결상 위치와감광 기판의 표면의 광축을 따르는 방향의 거리(초점 오차)가 평균적으로 저감되도록 조정하면서 노광 처리가 행해지고 있었다.
그러나, 상기 종래 기술에는 이하에 진술하는 문제가 발생하게 되었다.
즉, 레벨링 장치에 의해 복수의 투영 광학계의 각각에서의 초점 오차를 평균적으로 저감하는 조정을 행함으로써 감광 기판 상에서의 복수의 투영 광학계에 대응하는 각각의 위치에서의 초점 오차는 확실히 저감되지만, 여전히 잔류하여 제조되는 장치의 고정밀도화 및 고집적화에 대하여 한층 더 제한이 따르는 경우가 있다. 또한, 최근의 마스크 및 감광 기판의 대형화에 따라 휨에 기인하는 마스크 및 감광 기판의 표면에 생기는 요철의 발생은 현저하고, 레벨링 제어로서는 대응할 수 없게 되고 있다.
그런데, 평행 평면 유리판을 투영 광학계의 광축에 설치함으로써 투영 광학계의 결상 위치를 조정하여 초점 오차를 저감하는 기술이 종래부터 알려져 있다. 그러나, 평행 평면 유리판에서는 투영 광학계의 결상 위치를 연속적으로 조정할 수 없기 때문에, 요철이 같지 않은 마스크와 감광 기판을 동기 주사하면서 노광 처리를 하는 경우, 투영 광학계의 결상 위치나 상면과 주사하는 감광 기판의 표면과의 위치 오차를 저감할 수는 없다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 투영 광학계의 결상 위치 및 상면을 고정밀도로 연속적으로 변경 조정할 수 있어, 정밀도가 양호하게 노광 처리할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 노광 장치의 일실시예를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 도 1에 도시하는 노광 장치의 개략 사시도.
도 3은 투영 광학계를 도시하는 개략 구성도.
도 4는 감광 기판 및 투영 영역을 설명하기 위한 평면도.
도 5는 상면 조정 장치를 도시한 도면으로서, (a)는 측면도, (b)는 평면도.
도 6은 상면 조정 장치에 설치된 비접촉 장치를 도시한 도면.
도 7은 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재의 위치를 조정함으로써 결상 위치가 변화되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 8은 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재의 위치를 조정함으로써 상면의 위치가 변화되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 9는 본 발명의 노광 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 흐름도.
도 10은 상면 조정 장치에 의해 상면의 위치가 조정되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 11은 상면 조정 장치에 의해 상면의 위치가 조정되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 12는 상면 조정 장치에 의해 상면의 위치가 조정되는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 13은 본 발명의 노광 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 흐름도.
도 14는 상면 조정 장치를 구동함으로써 패턴 상이 시프트하는 모습을 설명하기 위한 도면.
도 15는 투영 광학계의 다른 실시예를 도시하는 개략 구성도.
도 16은 상면 조정 장치에 설치된 결상 위치 검출용 마크를 설명하기 위한 도면.
도 17은 반도체 장치의 제조 공정의 일례를 도시하는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 제1 광학 부재
1b: 제1 사출면(제1 경사면)
2: 제2 광학 부재
2a: 제2 입사면(제2 경사면)
5, 6: 선형 액츄에이터(구동 장치, 회전 장치)
10: 상면 조정 장치
11: 에어 베어링(비접촉 장치)
41: 촬상 센서
CONT: 제어 장치(제어부)
EX: 노광 장치
M: 마스크
P: 감광 기판
PL1∼PL5: 투영 광학계
PST: 기판 스테이지
상기한 과제를 해결하기 위해서 본 발명은 실시예에 도시한 도 1∼도 17에 대응하여 부착한 이하의 구성을 채용하고 있다.
본 발명의 노광 장치(EX)는 노광광으로 조명되는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동하면서 마스크(M)의 패턴 상을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서, 노광광의 광로상에 패턴 상면의 위치를 이 상면과 직교하는 방향(Z)으로 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치(10)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 패턴 상면의 위치를 상기 상면과 직교하는 방향으로 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치를 포함하고 있기 때문에, 상면 조정 장치는 패턴 상면의 위치를 조정함으로써 초점 오차를 저감할 수 있다. 또한, 패턴 상의 상면 경사를 조정함으로써 감광 기판이나 마스크의 표면에 요철이 존재하고 있어도 패턴 상면과 감광 기판의 표면을 일치시킬 수 있다. 따라서, 마스크와 감광 기판을 동기 주사하면서 노광 처리를 하는 경우라도 상면과 감광 기판의 표면과의 위치 오차를 저감하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
이 경우에서, 상면 조정 장치(10)는 제1 경사면(1b)을 가지고 노광광을 투과시킬 수 있는 제1 광학 부재(1)와, 제1 경사면(1b)에 대향하도록 설치되는 제2 경사면(2a)을 가지고 노광광을 투과시킬 수 있는 제2 광학 부재(2)와, 제1 경사면(1b)과 제2 경사면(2a)을 비접촉으로 대향시키는 비접촉 장치(11)와, 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)를 광로의 광축 주위에 상대적으로 회전 가능하게하는 구동 장치(5, 6)를 포함하는 구성이다. 이에 따라, 경사면을 각각 갖는 제1 광학 부재 및 제2 광학 부재의 각각을 상대적으로 회전시킴으로써, 상면의 예컨대 중앙부와 단부라는 상이한 위치에 대응하는 노광광의 광로 길이의 각각을 다르게 설정할 수 있기 때문에, 패턴 상면을 광축에 대하여 경사지게 할 수 있다. 따라서, 감광 기판에 요철이 존재하고 있더라도 이 요철에 맞춰서 상면을 경사지게 하면 되기 때문에, 감광 기판의 표면과 상면과의 위치 오차를 저감하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
본 발명의 노광 방법은 노광광으로 조명되는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동하면서 마스크(M)의 패턴 상을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서, 패턴 상면의 광축 방향의 위치를 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 제1 단계와, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동시킴과 동시에, 동기 이동에 따라 제1 단계에서 조정하는 조정량을 변화시키는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 동기 이동에 따라 결상 위치 및 패턴 상의 상면 경사를 조정함으로써, 마스크와 감광 기판을 동기 주사하면서 노광 처리할 때, 감광 기판이나 마스크의 표면에 요철이 존재하고 있어도 패턴 상면과 감광 기판의 표면을 거의 일치시키면서 노광 처리를 행할 수 있다. 따라서, 정밀도가 양호한 노광 처리를 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은 본 발명의 노광 장치의 일실시예를 도시하는 개략 구성도, 도 2는 개략 사시도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 노광 장치(EX)는 노광광으로 마스크(M)를 조명하는 조명 광학계(IL)와, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와, 노광광으로 조명된 마스크(M)의 패턴 상을 감광 기판(P) 상에 투영하는 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)와, 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)와, 레이저광을 이용하여 마스크 스테이지(MST)의 위치를 검출하는 마스크측 레이저 간섭계(39a, 39b)와, 레이저광을 이용하여 기판 스테이지(PST)의 위치를 검출하는 기판측 레이저 간섭계(43a, 43b)를 포함하고 있다. 본 실시예에 있어서의 투영 광학계는 PL1∼PL5 5개이며, 조명 광학계(IL)는 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응하는 조명 영역에서 마스크(M)를 조명한다. 또한, 감광 기판(P)은 유리 플레이트에 레지스트(감광제)를 도포한 것이다.
본 실시예에 있어서의 노광 장치(EX)는 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)와 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 감광 기판(P)을 동기 이동하면서 투영 광학계(PL)를 통해 마스크(M)의 패턴을 감광 기판(P)에 투영 노광하는 주사형 노광 장치이다. 이하의 설명에 있어서, 투영 광학계(PL)의 광축 방향을 Z축 방향으로 하고, Z축 방향으로 수직한 방향으로 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 동기 이동 방향(주사 방향)을 X축 방향으로 하고, Z축 방향 및 X축 방향으로 직교하는 방향(비주사 방향)을 Y축 방향으로 한다.
조명 광학계(IL)는 도시하지 않지만, 복수의 광원과 복수의 광원으로부터 사출된 광속을 일단 집합한 후에 균등 분배하여 사출하는 라이트 가이드와, 라이트가이드로부터의 광속을 균일한 조도 분포를 갖는 광속(노광광)으로 변환하는 옵티컬 인디케이터와, 옵티컬 인디케이터로부터의 노광광을 슬릿형으로 정형하기 위한 개구를 갖는 블라인드와, 블라인드를 통과한 노광광을 마스크(M) 상에 결상하는 집광 렌즈를 포함하고 있다. 집광 렌즈로부터의 노광광은 마스크(M)를 복수의 슬릿형의 조명 영역에서 조명한다. 본 실시예에 있어서의 광원에는 수은 램프가 이용되고, 노광광으로는 도시되지 않는 파장 선택 필터에 의해 노광에 필요한 파장인 g선(436 nm), h선(405 nm), i선(365 nm) 등이 이용된다.
마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)는 이동 가능하게 설치되어 있고, 일차원의 주사 노광을 행하도록 X축 방향으로의 긴 스트로크와, 주사 방향과 직교하는 Y축 방향으로의 소정 거리의 스트로크를 가지고 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 마스크 스테이지(MST)에는 마스크 스테이지 구동부(MSTD)가 접속되어 있고, 마스크 스테이지(MST)는 마스크 스테이지 구동부(MSTD)의 구동에 의해 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동 가능하다. 마스크 스테이지 구동부(MSTD)는 제어 장치(제어부)(CONT)에 의해 제어된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 마스크측 레이저 간섭계는 마스크 스테이지(MST)의 X축 방향에서의 위치를 검출하는 X 레이저 간섭계(39a)와, 마스크 스테이지(MST)의 Y축 방향에서의 위치를 검출하는 Y 레이저 간섭계(39b)를 포함하고 있다. 마스크 스테이지(MST)의 +X측의 끝모서리에는 Y축 방향으로 연장하는 X 이동 거울(38a)이 설치되어 있다. 한편, 마스크 스테이지(MST)의 +Y측의 끝모서리에는 X 이동 거울(38a)에 직교하도록 X축 방향으로 연장하는 Y 이동 거울(38b)이설치되어 있다. X 이동 거울(38a)에는 X 레이저 간섭계(39a)가 대향하여 배치되어 있고, Y 이동 거울(38b)에는 Y 레이저 간섭계(39b)가 대향하여 배치되어 있다.
X 레이저 간섭계(39a)는 X 이동 거울(38a)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 X 이동 거울(38a)에서 발생한 빛(반사광)은 X 레이저 간섭계(39a) 내부의 검출기에 수광된다. X 레이저 간섭계(39a)는 X 이동 거울(38a)로부터의 반사광에 기초하여 내부의 참조 거울의 위치를 기준으로 하여 X 이동 거울(38a)의 위치, 즉 마스크 스테이지(MST)(나아가서는 마스크(M))의 X축 방향에서의 위치를 검출한다.
Y 레이저 간섭계(39b)는 Y 이동 거울(38b)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 Y 이동 거울(38b)에서 발생한 빛(반사광)은 Y 레이저 간섭계(39b) 내부의 검출기에 수광된다. Y 레이저 간섭계(39b)는 Y 이동 거울(38b)로부터의 반사광에 기초하여 내부의 참조 거울의 위치를 기준으로 하여 Y 이동 거울(38b)의 위치, 즉 마스크 스테이지(MST)(나아가서는 마스크(M))의 Y축 방향에서의 위치를 검출한다.
레이저 간섭계(39a, 39b) 각각의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(39a, 39b) 각각의 검출 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동부(MSTD)를 통해 마스크 스테이지(MST)를 구동하여, 마스크(M)의 위치 제어를 행한다.
마스크(M)를 투과한 노광광은 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 입사한다. 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 마스크(M)의 조명 영역에 존재하는 패턴 상을 감광기판(P)에 투영 노광하는 것으로, 조명 광학계(IL)에 의한 조명 영역의 각각에 대응하여 배치되어 있다. 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)와 투영 광학계(PL2, PL4)는 2열로 지그재그형으로 배열되어 있다. 즉, 지그재그형으로 배치되어 있는 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각은 인접하는 투영 광학계끼리(예컨대 투영 광학계 PL1과 PL2, PL2와 PL3)를 X축 방향으로 소정량 변위시켜 배치되어 있다. 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각을 투과한 노광광은 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 감광 기판(P) 상의 다른 투영 영역에 마스크(M)의 조명 영역에 대응한 패턴 상을 결상한다. 조명 영역의 마스크(M)의 패턴은 소정의 결상 특성을 가지고 레지스트가 도포된 감광 기판(P) 상에 전사된다.
감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)는 이동 가능하게 설치되어 있고, 일차원의 주사 노광을 행하기 위해 X축 방향으로의 긴 스트로크와, 주사 방향과 직교하는 방향으로 단계 이동하기 위한 Y축 방향으로의 긴 스트로크를 가지고 있다. 기판 스테이지(PST)에는 선형 액츄에이터를 포함하는 기판 스테이지 구동부(PSTD)가 접속되어 있고(도 1 참조), 기판 스테이지(PST)는 기판 스테이지 구동부(PSTD)의 구동에 의해 X축 방향, Y축 방향, 및 Z축 방향으로 이동 가능하다. 또한, 기판 스테이지(PST)는 X축 주위, Y축 주위 및 Z축 주위에 회전 가능하게 설치되어 있다. 기판 스테이지(PST)는 X축 주위 및 Y축 주위로 회전함으로써, 지지된 감광 기판(P)의 레벨링 제어를 행한다. 기판 스테이지 구동부(PSTD)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 기판측 레이저 간섭계는 기판 스테이지(PST)의 X축 방향에서의 위치를 검출하는 X 레이저 간섭계(43a)와, 기판 스테이지(PST)의 Y축 방향에서의 위치를 검출하는 Y 레이저 간섭계(43b)를 포함하고 있다. 기판 스테이지(PST)의 +X측의 끝모서리에는 Y축 방향으로 연장하는 X 이동 거울(42a)이 설치되어 있다. 한편, 기판 스테이지(PST)의 -Y측의 끝모서리에는 X 이동 거울(42a)에 직교하도록 X축 방향으로 연장하는 Y 이동 거울(42b)이 설치되어 있다. X 이동 거울(42a)에는 X 레이저 간섭계(43a)가 대향하여 배치되어 있고, Y 이동 거울(42b)에는 Y 레이저 간섭계(43b)가 대향하여 배치되어 있다.
X 레이저 간섭계(43a)는 X 이동 거울(42a)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 X 이동 거울(42a)에서 발생한 빛(반사광)은 X 레이저 간섭계(43a) 내부의 검출기에 수광된다. X 레이저 간섭계(43a)는 X 이동 거울(42a)로부터의 반사광에 기초하여 내부의 참조 거울의 위치를 기준으로 하여 X 이동 거울(42a)의 위치, 즉 기판 스테이지(PST)(나아가서는 감광 기판(P))의 X축 방향에서의 위치를 검출한다.
Y 레이저 간섭계(43b)는 Y 이동 거울(42b)에 레이저광을 조사한다. 레이저광의 조사에 의해 Y 이동 거울(42b)에서 발생한 빛(반사광)은 Y 레이저 간섭계(43b) 내부의 검출기에 수광된다. Y 레이저 간섭계(43b)는 Y 이동 거울(42b)로부터의 반사광에 기초하여 내부의 참조 거울의 위치를 기준으로 하여 Y 이동 거울(42b)의 위치, 즉 기판 스테이지(PST)(나아가서는 감광 기판(P))의 Y축 방향에서의 위치를 검출한다.
레이저 간섭계(43a, 43b)의 각각의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(43a, 43b)의 각각의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 기판 스테이지(PST)를 구동하여, 감광 기판(P)의 위치 제어를 행한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 마스크 스테이지(MST)의 상측에는 마스크(M)와 감광 기판(P)과의 정렬을 행하는 정렬계(49a, 49b)가 설치되어 있다. 정렬계(49a, 49b)는 도시되지 않는 구동 장치에 의해 Y축 방향으로 이동 가능하게 되어 있고, 정렬 처리시에는 조명 광학계(IL)와 마스크(M) 사이로 진입함과 동시에, 주사 노광시에는 조명 영역에서 후퇴하도록 되어 있다. 정렬계(49a, 49b)는 마스크(M)에 형성되어 있는 마스크 정렬 마크(도시되지 않음)와, 감광 기판(P)에 형성되어 있는 기판 정렬 마크(52a∼52d)(도 4참조)와의 위치를 검출한다. 정렬계(49a, 49b)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 정렬계(49a, 49b)의 검출 결과에 기초하여 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 위치 제어를 행한다.
또한, 마스크(M)에는 시프트, 회전, 스케일링 등이라는 각종 상 특성의 보정량 산출용에 이용되는 복수의 마스크 마크(도시되지 않음)가 형성되어 있다. 한편, 감광 기판(P)에도 상 특성의 보정량 산출용에 이용되는 복수의 기판 마크(도시되지 않음)가 형성되어 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 사이에는 초점 센서(20)가 설치되어 있다. 이 초점 센서(20)는 Y축 방향을 따라서 복수개 설치되어 있고, 본 실시예에서는 후술하는 바와 같이 5개 설치되어 있다. 초점 센서(20)는 마스크(M)와의 상대 거리 및 감광 기판(P)과의 상대 거리를 계측할 수 있고, 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)의 Z축 방향에서의 위치 및 기판 스테이지(PST)에 지지되어 있는 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치를 검출한다. 초점 센서(20)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되고, 제어 장치(CONT)는 초점 센서(20)의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 기판 스테이지(PST)의 위치 제어, 나아가서는 감광 기판(P)의 위치 제어를 행한다.
본 실시예에 있어서, 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 각각은 제어 장치(CONT)의 제어를 기초로 마스크 스테이지 구동부(MSTD) 및 기판 스테이지 구동부(PSTD)에 의해 독립적으로 이동 가능하게 되어 있다. 마스크(M)를 지지한 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지한 기판 스테이지(PST)는 투영 광학계(PL)에 대하여 임의의 주사 속도(동기 이동 속도)로 X축 방향으로 동기 이동한다.
기판 스테이지(PST)가 정지한 상태에서는 감광 기판(P) 상에 투영되는 것은 슬릿형(사다리꼴 형상)의 패턴 상이며, 마스크(M)에 설치되는 마스크 패턴의 일부이지만, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)를 마스크(M) 상의 조명 영역 및 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대하여 동기 주사함으로써 마스크(M)에 설치되어 있는 마스크 패턴의 전부가 감광 기판(P) 상에 전사된다.
도 3은 투영 광학계(PL1)(PL2∼PL5)의 개략 구성도이다. 여기서, 도 3에는 투영 광학계(PL1)에 대응하는 것만이 도시되어 있지만, 투영 광학계(PL1∼PL5)의각각은 동일한 구성을 가지고 있다. 또한, 본 실시예에서 투영 광학계는 등배 정립계의 광학계이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 투영 광학계(PL1)는 2조의 다이손형 광학계를 조합시킨 구성이며, 시프트 조정 기구(23)와, 2조의 반사 굴절형 광학계(24, 25)와, 상면 조정 장치(10)와, 도시되지 않는 시야 조리개와, 스케일링 조정 기구(27)를 포함하고 있다.
마스크(M)를 투과한 광속은 시프트 조정 기구(23)에 입사한다. 시프트 조정 기구(23)는 2개의 평행 평면 유리판을 가지고 있고, 도시되지 않는 구동 장치에 의해 2개의 평행 평면 유리판의 각각이 Y축 주위 및 X축 주위로 회전함으로써, 감광 기판(P) 상에서의 패턴 상을 X축 방향 및 Y축 방향으로 시프트한다.
시프트 조정 기구(23)를 투과한 광속은 1조번째의 반사 굴절형 광학계(24)에 입사한다. 반사 굴절형 광학계(24)는 마스크(M)의 패턴의 중간 상을 형성하는 것으로, 직각 프리즘(28)과, 렌즈계(29)와, 오목 거울(30)을 포함하고 있다.
직각 프리즘(28)은 Z축 주위에 회전 가능하게 설치되어 있고, 도시되지 않는 구동 장치에 의해 Z축 주위로 회전한다. 직각 프리즘(28)이 Z축 주위로 회전함으로써 감광 기판(P) 상에서의 마스크(M)의 패턴 상은 Z축 주위로 회전한다. 즉, 직각 프리즘(28)은 회전 조정 기구로서의 기능을 가지고 있다.
반사 굴절형 광학계(24)에 의해 형성되는 패턴의 중간 상 위치에는 도시되지 않는 시야 조리개가 배치되어 있다. 시야 조리개는 감광 기판(P) 상에서의 투영 영역을 설정하는 것이다. 본 실시예에서 시야 조리개는 사다리꼴 형상의 개구를 가지고, 이 시야 조리개에 의해 감광 기판(P) 상의 투영 영역이 사다리꼴 형상으로 규정된다(도 4의 참조 부호 50a∼50e 참조). 시야 조리개를 투과한 광속은 2조번째의 반사 굴절형 광학계(25)에 입사한다.
반사 굴절형 광학계(25)는 반사 굴절형 광학계(24)와 같이, 회전 조정 기구로서의 직각 프리즘(31)과, 렌즈계(32)와, 오목 거울(33)을 포함하고 있다. 직각 프리즘(31)도 도시되지 않는 구동 장치의 구동에 의해 Z축 주위로 회전하도록 되어 있고, 회전함으로써 감광 기판(P) 상에서의 마스크(M)의 패턴 상을 Z축 주위로 회전시킨다.
반사 굴절형 광학계(25)로부터 사출된 광속은 스케일링 조정 기구(27)를 지나, 감광 기판(P) 상에 마스크(M)의 패턴 상을 정립 등배로 결상한다. 스케일링 조정 기구(27)는 예컨대, 평볼록 렌즈, 양볼록 렌즈, 평볼록 렌즈의 3장의 렌즈로 구성되고, 평볼록 렌즈와 평오목 렌즈 사이에 위치하는 양볼록 렌즈를 도시되지 않는 구동 장치에 의해 Z축 방향으로 이동시킴으로써 마스크(M)의 패턴 상의 배율(스케일링) 조정을 하도록 되어 있다.
도 4는 감광 기판(P)및 투영 영역을 도시하는 평면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 투영 광학계(PL1∼PL5)는 투영 광학계 내의 시야 조리개에 의해 투영 영역(50a∼50e)을 사다리꼴 형상으로 규정한다. 여기서, 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)의 각각에 대응하는 투영 영역은 50a, 50c, 50e이며, 투영 광학계(PL2, PL4)의 각각에 대응하는 투영 영역은 50b, 50d이다. 투영 영역(50a, 50c, 50e)의 각각이 Y축 방향을 따라서 배열되고, 투영 영역(50b, 50d)의 각각이 Y축 방향을 따라서 배열되어 있다. 그리고, 투영 영역(50a, 50c, 50e)과 투영 영역(50b, 50d)은 X축 방향으로 그 윗변(한 쌍이 평행한 근처 중 짧은 변)을 대향하여 배치되어 있다. 또한, 투영 영역(50a∼50e)의 각각은 인접하는 투영 영역의 단부(이음부)끼리가 파선으로 도시한 바와 같이 Y축 방향으로 중합시키도록 병렬 배치되어, X축 방향에서의 투영 영역의 폭의 총계가 거의 같아지도록 설정되어 있다. 즉, X축 방향으로 주사 노광했을 때의 노광량이 같아지도록 설정되어 있다. 투영 영역(50a∼50e)의 각각이 중합되는 이음부에 의해 이음부에서의 광학 수차의 변화나 조도 변화가 순조로워진다. 또한, 본 실시예의 투영 영역(50a∼50e)의 형상은 사다리꼴이지만, 육각형이나 능형, 또는 평행사변형이라도 상관없다.
노광 장치(EX)에서는 투영 영역(50a, 50c, 50e)과 투영 영역(50b, 50d)은 X축 방향으로 떨어져 설정되어 있기 때문에, Y축 방향으로 신장하는 패턴은 우선 공간적으로 분리한 이산적인 투영 영역(50a, 50c, 50e)에 의해서 노광된 후, 어느 시간을 두고 그 동안을 메우는 투영 영역(50b, 50d)에서 노광된다고 하는 것과 같이, 시간적 및 공간적으로 분할되어 노광된다.
도 1로 되돌아가, 기판 스테이지(PST) 상에는 감광 기판(P)의 노광면과 거의 동일한 높이에 촬상 센서(41)가 배치되어 있다. 촬상 센서(41)는 감광 기판(P) 상의 노광광의 광량에 관한 정보(조도, 콘트라스트)를 검출하는 센서로서 CCD 센서에 의해 구성되어 있고, 감광 기판(P) 상의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응하는 위치, 즉 투영 영역(50a∼50e)의 노광광의 조도를 2차원적으로 검출한다. 촬상 센서(41)는 기판 스테이지(PST) 상에 Y축 방향으로 배치된 가이드축(도시되지 않음)에 의해 감광 기판(P)과 동일한 평면의 높이에 설치되어 있고, 촬상 센서 구동부에 의해 Y축 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 촬상 센서(41)는 1회 또는 복수회의 노광에 앞서서, 기판 스테이지(PST)의 X축 방향의 이동과 촬상 센서 구동부에 의한 Y축 방향의 이동에 의해, 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대응하는 투영 영역(50a∼50e)의 각각의 아래로 주사한다. 따라서, 감광 기판(P) 상의 투영 영역(50a∼50e)의 조도는 촬상 센서(41)에 의해 2차원적으로 검출되도록 되어 있다. 촬상 센서(41)에 의해 검출된 노광광의 조도는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지 구동부(PSTD) 및 촬상 센서 구동부의 각 구동량에 의해 촬상 센서(41)의 위치를 검출할 수 있게 되어 있다. 또한, 제어 장치(CONT)는 촬상 센서(41)의 검출 결과에 기초하여 각 투영 영역(50a∼50e)의 각각의 형상을 구할 수 있다.
그리고, 촬상 센서(41)는 촬상 영역(50a∼50e)의 콘트라스트를 2차원적으로 검출함으로써, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 결상 위치(초점 위치) 및 상면을 검출할 수 있다. 즉, 촬상 센서(41)를 예컨대 투영 광학계(PL1)에 대응하는 투영 영역(50a)에 배치함과 동시에, 이 센서(41)를 기판 스테이지(PST)마다 Z축 방향으로 이동하면서 마스크(M)의 패턴의 콘트라스트를 측정한다. 제어 장치(CONT)는 촬상 센서(41)에 의해 촬상한 결과에 기초하여, 최대 콘트라스트를 얻을 수 있는 Z축 방향에서의 위치를 투영 광학계(PL1)의 결상 위치로 한다. 또한, 촬상 센서(41)는 투영 영역(50a)의 콘트라스트를 2차원적으로 검출할 수 있기 때문에, 투영 광학계(PL1)를 통한 패턴 상면의 위치도 검출할 수 있다. 예컨대, 투영 영역(패턴상)(50a)에서의 패턴 상이 영역 내에서 같은 콘트라스트이면 투영 광학계(PL1)의 상면과 촬상 센서(41)를 이동시킨 기판 스테이지(PST)의 주행 평면과는 평행인 것을 나타내고 있다. 한편, 투영 영역(50a)의 영역에서 같은 콘트라스트를 얻을 수 없는 경우에는 투영 광학계(PL1)의 상면이 기판 스테이지(PST)의 주행 평면에 대하여 경사져 있는 것을 나타내고 있다. 또한, 촬상 센서(41)를 투영 광학계(PL1)의 Z축 방향으로 이동시켜 패턴의 콘트라스트가 좋은 곳을 검출함으로써, 정확한 상면의 위치(결상 위치)를 계측할 수 있다.
또한, 촬상 센서(41)는 마스크(M)의 패턴의 콘트라스트를 검출함으로써, 마스크(M)의 휨량을 검출할 수 있다. 즉, 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)가 휘어져 있는 경우에는 투영 영역(50a∼50e)의 각각에서의 패턴의 콘트라스트는 같지 않게 되기 때문에, 촬상 센서(41)를 이용하여 투영 영역(50a∼50e) 각각의 영역에서의 패턴의 콘트라스트가 가장 좋은 곳을 검출함으로써, 투영 영역(50a∼50e)의 각각에 대응하는 상면의 위치의 변화를 측정할 수 있다. 여기서, 제어 장치(CONT)(또는 제어 장치(CONT)에 접속하는 기억 장치)에는 마스크(M)의 패턴을 계측한 위치와 검출에 의해 요구한 투영 광학계의 상면 위치와의 관계를 기억하도록 해 둠으로써, 패턴의 위치와 상면 위치와의 관계로부터 일반적인 마스크의 휨 및 상면 위치를 예측하는 것이 가능해진다. 또한, 촬상 센서(41)를 이용하여 시야 조리개의 개구의 형상, 즉 투영 영역의 형상의 엣지의 한변을 복수점 계측함으로써, 투영 영역의 형상 변화, 시프트 및 회전 등을 동시에 계측할 수 있다.
다음에, 도 1 및 도 4를 참조하면서 초점 센서(20)에 관해서 설명한다. 마스크(M)와 감광 기판(P) 사이의 부분으로서, 투영 영역(50a, 50c, 50e)에 대응하는 투영 광학계(PL1, PL3, PL5)와, 투영 영역(50b, 50d)에 대응하는 투영 광학계(PL2, PL4) 사이에서 도 4에서 십자선「+」으로 표시되어 있는 위치에 대응하는 위치에 있어서, Y축 방향으로 배열된 복수의 초점 센서(20)로 측정하는 경우가 표시되어 있다. 본 실시예에 있어서, 초점 센서(20)는 5개 설치되어 있다. 이들 초점 센서(20)는 마스크(M)의 표면(패턴면)과 감광 기판(P)의 표면(노광면)과의 각각에 대하여 레지스트를 감광하지 않는 파장을 갖는 검출광을 조사하여, 마스크(M) 및 감광 기판(P)에서 발생한 빛(반사광)을 검출함으로써 마스크(M)의 표면 및 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 위치를 검출한다. 초점 센서(20)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다.
그리고, 마스크(M)를 지지한 마스크 스테이지(MST) 및 감광 기판(P)을 지지한 기판 스테이지(PST)를 X축 방향으로 주사하면서, 이들 복수의 초점 센서(20)의 각각의 검출 결과에 기초하여, X축 방향에서 소정의 샘플링 피치로 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치를 검출함으로써, 스테이지의 이송량에 의해 규정되는 X축 좌표와, 초점 센서(20)의 Y축 방향에서의 설치 위치에 의해 규정되는 Y축 좌표에 대응하는 위치에 있어서의 마스크(M) 및 감광 기판(P) 각각의 Z축 방향의 위치로 이루어지는 표면 데이터를 얻을 수 있다.
이들 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 표면 데이터는 마스크(M) 및 감광 기판(P) 각각의 평면도, 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)의 유지 상태에 기인하는 휨, 스테이지의 이송의 불균일 등에 의한 마스크(M) 및 감광 기판(P)각각의 표면의 요철을 나타내는 데이터이다. 이 표면 데이터는 제어 장치(CONT), 또는 제어 장치(CONT)에 접속하는 도시되지 않는 기억 장치에 기억 유지된다.
또한, 초점 센서(20)의 측정은 연속적으로 행하도록 하더라도 좋다. 또한, 먼저 구한 마스크(M)의 상면 위치와 마스크(M)의 표면 위치와의 대응 관계를 구함으로써 마스크(M)의 표면의 위치에 기초하여 상면 위치를 축차 계측을 하지 않고도 용이하게 추측할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 2조의 반사 굴절형 광학계(24, 25) 사이의 광로상에는 투영 광학계(PL1)의 결상 위치 및 상면의 경사를 조정하는 상면 조정 장치(10)가 각각 설치되어 있다. 여기서, 상면 조정 장치(10)는 반사 굴절형 광학계(24)에 의한 중간 상이 형성되는 위치 근방에 설치되어 있다. 즉, 상면 조정 장치(10)는 마스크(M) 및 감광 기판(P)에 대하여 거의 공역인 위치에 설치되어 있다. 상면 조정 장치(10)는 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응하여 설치되어 있다.
도 5는 상면 조정 장치(10)의 외관도로서 (a)는 -Y측에서 본 도면, (b)는 +Z측에서 본 도면이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 상면 조정 장치(10)는 제1 광학 부재(제1 광학 부재)(1)와, 제2 광학 부재(제2 광학 부재)(2)와, 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)를 비접촉 상태로 지지하는 에어 베어링(비접촉 장치)(11)과, 제2 광학 부재(2)에 대하여 제1 광학 부재(1)를 이동하는 선형 액츄에이터(구동 장치)(3, 5, 6)를 포함하고 있다. 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 각각은 쐐기형으로형성되어 노광광을 투과시킬 수 있는 유리판이며, 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 구성하고 있다. 노광광은 이 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 각각을 통과한다.
제1 광학 부재(1)는 광입사면으로서의 제1 입사면(1a)과, 이 제1 입사면(1a)에 대하여 비스듬히 교차하는 광사출면으로서의 제1 사출면(제1 경사면)(1b)을 가지고 있다. 또한, 제2 광학 부재(2)는 제1 광학 부재(1)의 제1 사출면(1b)에 대향하도록 설치되어 이 제1 사출면(1b)과 대략 평행한 광입사면으로서의 제2 입사면(제2 경사면)(2a)과, 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)에 대하여 대략 평행한 광사출면으로서의 제2 사출면(2b)을 가지고 있다.
제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)는 에어 베어링(비접촉 장치)(11)에 의해 대향하는 제1 사출면(1b)과 제2 입사면(2a)이 비접촉 상태로 유지되어 있다.
도 6은 비접촉 장치로서의 에어 베어링(11)을 도시한 도면으로서, 제1 광학 부재(1)의 제1 사출면(1b)의 평면도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 에어 베어링(11)은 제1 광학 부재(1)의 제1 사출면(1b)에 형성된 복수의 양압 홈(1c)와, 복수의 부압 홈(1d)를 포함하고 있다. 본 실시예에서는 도 6에 도시한 바와 같이, 양압 홈(1c)를 끼워 양측에 각각 부압 홈(1d)를 배치한 것이 제1 사출면(1b)의 양단부 근방의 2곳에 배치되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 양압 홈(1c)의 각각은 유로를 통해 도시되지 않는 양압 공급원(압축 가스 공급 장치)(V1)에 접속되어 있고, 양압 공급원(V1)이 구동함으로써 압축 가스(압축 공기)가 양압 홈(1c)에 공급되어, 제1 광학 부재(1)를제2 광학 부재(2)에 대하여 이격(부상)시키는 방향으로 힘을 더한다. 한편, 부압 홈(1d)는 유로를 통해 도시되지 않는 부압 공급원(진공 흡인 장치)(V2)에 접속되어 있고, 부압 공급원(V2)이 구동함으로써 부압 홈(1d) 내의 가스가 진공 흡인되어, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 근접(접촉)시키는 방향으로 힘을 더한다.
양압 공급원(V1)과 부압 공급원(V2)을 적절하게 제어하여 양압 홈(1c)에 의한 반발력과 부압 홈(1d)에 의한 흡인력을 소정치로 유지함으로써, 제1 광학 부재(1)의 제1 사출면(1b)과 제2 광학 부재(2)의 제2 입사면(2a)이 일정한 갭(G)을 유지한 상태로 대향한다. 여기서, 갭(G)의 크기는 노광 장치(EX)에서 허용할 수 있는 광학적 수차에 기초하여 설정된다. 즉, 갭(G)이 지나치게 커지면 광학적인 수차가 발생하여 버리기 때문에, 예컨대 수㎛∼수10㎛ 정도로 설정되는 것이 바람직하다.
여기서, 제2 광학 부재(2)의 제2 입사면(2a)에는 크롬막 등의 접촉 방지막(9)이 구형으로 형성되어 있고, 에어 베어링(11)이 구동하지 않은 상태로 제1 광학 부재(1)의 제1 사출면(1b)과 제2 광학 부재(2)의 제2 입사면(2a)의 직접적인 접촉을 방지하고 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 광학 부재(1)에는 이 제1 광학 부재(1)의 +X측 단부면에 접속하는 선형 액츄에이터(3)와, 제1 광학 부재(1)의 +Y측 단부면에 접속하는 선형 액츄에이터(구동 장치)(5) 및 선형 액츄에이터(구동 장치)(6)를 포함하고 있다. 선형 액츄에이터(5)는 제1 광학 부재(1)의 +Y측 단부면 중 +X측 단부에 접속하고, 선형 액츄에이터(6)는 제1 광학 부재(1)의 +Y측 단부면 중 -X측 단부에 접속하고 있다.
또한, 제1 광학 부재(1)에는 이 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 슬라이드 가능하게 지지하는 도시되지 않는 가이드부가 접속되어 있다. 한편, 제2 광학 부재(2)는 도시되지 않는 프레임 등에 의해 고정되어 있다. 또한, 제1 광학 부재(1)를 고정하여 제2 광학 부재(2)를 이동 가능하게 구성하고, 또는 제1 및 제2 광학 부재(1, 2)의 쌍방을 이동 가능하게 구성하는 것도 물론 가능하다.
선형 액츄에이터(3)가 구동함으로써 제1 광학 부재(1)는 제1 사출면(1b)을 제2 광학 부재(2)의 제2 입사면(2a)에 대하여 슬라이드시키도록 X축 방향으로 이동한다.
여기서, 선형 액츄에이터(3)의 구동량 및 구동 속도(즉 제1 광학 부재(1)의 이동량 및 이동 속도)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다. 제1 광학 부재(1)의 -X측 단부면에는 제1 광학 부재(1)의 X축 방향에서의 위치를 검출할 수 있는 전위차계나 선형 엔코더로 이루어지는 위치 검출 장치(4)가 설치되어 있고, 위치 검출 장치(4)는 이동하는 제1 광학 부재(1)의 기준 위치에 대한 이동량, 즉 X축 방향에서의 위치를 검출한다. 위치 검출 장치(4)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되게 되어 있고, 제어 장치(CONT)는 위치 검출 장치(4)의 검출 결과에 기초하여 제1 광학 부재(1)의 X축 방향에서의 위치를 구한다. 그리고, 제어 장치(CONT)는 상기 구한 결과에 기초하여 선형 액츄에이터(3)를 구동하여, 제1 광학 부재(1)를 X축 방향에서 소정의 위치에 위치 결정한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 단위 시간당의 제1광학 부재(1)의 이동량에 기초하여 제1 광학 부재(1)의 이동 속도도 구할 수 있다.
한편, 선형 액츄에이터(5) 및 선형 액츄에이터(6) 중 적어도 어느 한쪽이 구동함으로써 제1 광학 부재(1)는 제1 사출면(1b)을 제2 광학 부재(2)의 제2 입사면(2a)에 대하여 슬라이드시키도록 Z축 주위(광축 주위)로 회전 이동한다. 여기서, 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동량(이동량)이 동일하면 제1 광학 부재(1)는 Y축 방향으로 이동하고, 구동량이 다르면 제1 광학 부재(1)는 Z축 주위로 회전한다.
선형 액츄에이터(5, 6)의 각각의 구동량 및 구동 속도(즉 제1 광학 부재(1)의 회전량 및 회전 속도)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어된다. 제1 광학 부재(1)의 -Y측 단부면에는 제1 광학 부재(1)의 Y축 방향에서의 위치를 검출할 수 있는 전위차계나 선형 엔코더로 이루어지는 위치 검출 장치(7, 8)가 설치되어 있다. 위치 검출 장치(7)는 제1 광학 부재(1)의 -Y측 단부면에 있어서의 +X 측단부에 접속하고 있고, 위치 검출 장치(8)는 제1 광학 부재(1)의 -Y측 단부면에 있어서의 -X측 단부에 접속하고 있다. 위치 검출 장치(7, 8)의 각각은 이동하는 제1 광학 부재(1)의 기준 위치에 대한 이동량, 즉 Y축 방향에서의 위치를 검출한다. 위치 검출 장치(7, 8)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력되게 되어 있고, 제어 장치(CONT)는 2개의 위치 검출 장치(7, 8)의 각각의 검출 결과에 기초하여, 제1 광학 부재(1)의 Z축 주위에서의 회전량(Z축 주위에 관한 위치)을 구한다. 그리고, 제어 장치(CONT)는 상기 구한 결과에 기초하여 선형 액츄에이터(5) 또는 선형 액츄에이터(6)를 구동하여, 제1 광학 부재(1)를 Z축 주위에서 소정량 회전하여 위치 결정한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 단위 시간당의 제1 광학 부재(1)의 회전량에 기초하여 제1 광학부재(1)의 회전 속도도 구할 수 있다.
도 7은 제2 광학 부재(2)에 대하여 제1 광학 부재(1)를 X축 방향으로 슬라이드했을 때에 투영 광학계의 결상 위치가 변화되는 모습을 설명하는 도면이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제1 광학 부재를 파선으로 도시하는 위치(부호 1' 참조)로부터 실선으로 도시하는 위치(부호 1 참조)에 슬라이드함으로써, 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)과 제2 광학 부재(2)의 제2 사출면(2b)의 상대 치수(두께)가 변경된다. 그렇게 하면, 결상 위치는 거리 δ만큼 변경된다. 즉, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1 광학 부재(1)가 -X측으로 이동하여 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)과 제2 광학 부재(2)의 제2 사출면(2b)의 상대 치수가 커지면 결상 위치는 -Z측에 시프트한다. 한편, 상대 치수가 작아지면 결상 위치는 +Z측에 시프트한다. 따라서, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 슬라이드함으로써 상면 조정 장치(10)는 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치를 조정할 수 있다.
도 8은 선형 액츄에이터(3, 5, 6)의 각각을 이용하여 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 이동했을 때의 상면의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 8(a1)에 도시한 바와 같이, 제1 광학 부재(1)를 파선으로 도시하는 위치(부호 1' 참조)로부터 실선으로 도시하는 위치(부호 1 참조)까지 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 슬라이드 이동함으로써 도 8(a2)에 도시한 바와 같이, 패턴 상면의 위치는 Z축 방향, 즉 상면과 직교하는 방향으로 이동한다. 도 8(a1)에도시하는 예에서는 제1 광학 부재(1)가 +X측으로 이동함으로써 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)과 제2 광학 부재(2)의 제2 사출면(2b)의 상대 치수는 작아지기 때문에 상면은 +Z측으로 이동한다.
여기서, 상면의 Z축 방향에서의 이동량(δ)은 선형 액츄에이터(3)의 구동량(보정량)에 기초한다. 선형 액츄에이터(3)의 구동량과 상면의 Z축 방향에서의 이동량(δ)과의 관계는 예컨대 실험적 또는 수치 계산을 이용하여 미리 구할 수 있다. 그리고, 상기 관계는 제어 장치(CONT)에 접속하는 기억 장치에 기억된다.
도 8(b1)에 도시한 바와 같이, 제1 광학 부재(1)를 파선으로 도시하는 위치(부호 1' 참조)로부터 실선으로 도시하는 위치(부호 1 참조)까지 제2 광학 부재(2)에 대하여 Z축 주위로 회전시킴으로써, 즉 회전 장치(구동 장치)로서의 선형 액츄에이터(5, 6)를 이용하여 한 쌍의 쐐기형 광학 부재인 제1, 제2 광학 부재(1, 2)를 이것을 관통하는 광로의 광축 주위에 상대적으로 회전시킴으로써 도 8(b2)에 도시한 바와 같이 패턴 상면은 X축과 Y축으로 이루어지는 XY 평면에 대하여 경사진다(X축 주위로 회전한다). 즉, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 회전시킴으로써 도 8(b1)에 도시한 바와 같이 상면 조정 장치(10) 중, -Y측 단부에 있어서의 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)과 제2 광학 부재(2)의 제2 사출면(2b)의 상대 치수는 작아지고, 한편, +Y측 단부에 있어서의 제1 광학 부재(1)의 제1 입사면(1a)과 제2 광학 부재(2)의 제2 사출면(2b)의 상대 치수는 커진다. 그리고, 이 상대 치수는 -Y측 단부로부터 +Y측 단부에 걸쳐 연속적으로 변화되기 때문에, 도 8(b2)에 도시한 바와 같이 패턴 상면은 XY 평면에 대하여 경사진다.
여기서, 상면의 Y축에 대한 회전량(r)은 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동량(보정량)에 기초한다. 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동량과 상면의 Y축에 대한 회전량(r)과의 관계는 예컨대 실험적 또는 수치 계산을 이용하여 미리 구할 수 있다. 그리고, 상기 관계는 제어 장치(CONT)에 접속하는 기억 장치에 기억된다.
또한, 본 실시예에 있어서, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 회전시키는 회전 장치는 2개의 선형 액츄에이터(5, 6)에 의해 구성되어 있지만, 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)를 상대적으로 회전 가능하면 임의의 장치를 이용할 수 있다.
다음에, 전술한 구성을 갖는 노광 장치(EX)를 이용하여 마스크(M)의 패턴 상을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 투영 노광하는 방법의 제1 실시예에 관해서 도 9를 참조하면서 설명한다.
우선, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PST)에 설치되어 있는 촬상 센서(41)를 이용하여 투영 영역(50a∼50e)의 콘트라스트를 검출하여, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치 및 상면 경사를 검출한다(단계 SA1).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)에 마스크(M) 및 감광 기판(P)을 적재하지 않은 상태로, 조명 광학계(IL)로부터 노광광을 사출한다. 이와 동시에, 촬상 센서(41)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하여 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 대응한 투영 영역(50a∼50e)을 주사한다. 주사하는 촬상 센서(41)에 의해 각 투영 영역(50a∼50e)에서의 콘트라스트가 2차원적으로 검출된다. 촬상 센서(41)는 투영영역(50a∼50e)의 콘트라스트의 검출 결과를 제어 장치(CONT)에 출력한다.
여기서, 제어 장치(CONT)는 투영 영역(50a∼50e)의 각각 촬상 센서(41)를 배치한 상태로, 기판 스테이지(PST)를 Z축 방향으로 이동하면서 콘트라스트 검출을 행함으로써 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치(상면의 Z축 방향에서의 위치)를 검출한다. 또한, 제어 장치(CONT)는 투영 영역(50a∼50e)의 각각의 콘트라스트를 촬상 센서(41)에 의해서 2차원적으로 검출함으로써 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각의 상면 경사를 검출한다.
예컨대, 투영 광학계(PL1)의 결상 위치(상면의 Z축 방향에서의 위치)를 검출할 때는 제어 장치(CONT)는 촬상 센서(41)를 투영 영역(50a)에 배치하고, 기판 스테이지(PST)와 동시에 Z축 방향으로 이동하면서 콘트라스트 검출을 행하여, 최대 콘트라스트를 검출하는 Z축 방향에서의 위치를 결상 위치로 한다. 한편, 상면 경사를 검출할 때는 제어 장치(CONT)는 촬상 센서(41)로 투영 영역(50a)의 복수점의 결상 위치의 계측에 기초하여 구한다.
계속해서, 제어 장치(CONT)는 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)를 이용하여 상면의 위치를 보정한다(단계 SA2).
즉, 제어 장치(CONT)는 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 이동함과 동시에, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 Z축 주위로 회전시키면서 촬상 센서(41)에 의해 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각 관해서 콘트라스트 검출을 행하여, 이 검출 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각의 결상 위치가 Z축 방향에서 동일한 위치가 되도록, 또한 투영 영역(50a∼50e)의 각각이 소정의 사다리꼴 형상을 갖도록 상면의 위치를 보정한다. 이에 따라, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z 방향에서의 위치는 동일하게 되고, 또한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 광축과 상면은 직교한다.
그리고, 제어 장치(CONT)는 이 때의 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 X축 방향 및 Z축 주위에 관한 위치(자세)를 초기 위치로서 설정하여, 기억 장치에 기억한다. 이렇게 해서, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치가 서로 같아지도록, 또한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 광축이 직교하도록 캘리브레이션이 행해진다.
또한, 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 초기 위치로서는 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향 및 X축 주위에 관한 위치를 일치시키는 위치일 필요는 없다. 바꾸어 말하면, 캘리브레이션은 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치가 서로 같아지도록, 또한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 광축이 직교하도록 행할 필요는 없고, 예컨대 감광 기판(P)의 표면 형상에 따라서 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치를 서로 다르게 설정하거나, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 광축을 경사지게 하여 설정하는 캘리브레이션을 행하더라도 좋다.
계속해서, 마스크 스테이지(MST)에 대하여 마스크(M)가 로드된다(단계 SA3).
또한, 이 때 감광 기판(P)은 기판 스테이지(PST)에 로드되어 있지 않다.
마스크(M)가 로드되면, 제어 장치(CONT)는 마스크(M)의 휨량을 검출한다(단계 SA4).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)에 의해 마스크(M)를 노광광으로 조명하면서, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 촬상 센서(41)를 갖춘 기판 스테이지(PST)를 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대하여 X축 방향으로 동기 이동한다. 제어 장치(CONT)는 주사하는 마스크(M)를 통한 노광광을 촬상 센서(41)로 검출함으로써, 마스크(M)의 주사 방향에서의 복수 위치를 통한 노광광에 기초하는 투영 영역(50a∼50e)의 패턴의 콘트라스트를 검출한다. 촬상 센서(41)의 검출 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다. 제어 장치(CONT)는 촬상 센서(41)로 검출한 투영 영역(50a∼50e) 각각의 패턴의 콘트라스트에 기초하여, 마스크(M)의 휨량을 구한다. 즉, 마스크 스테이지(MST)에 지지되어 있는 마스크(M)가 휘어져 있는 경우에는 마스크(M)를 통한 노광광에 기초하는 투영 영역(50a∼50e) 각각의 패턴은 결상하지 않기 때문에, 촬상 센서(41)는 투영 영역(50a∼50e) 각각의 패턴의 콘트라스트가 좋은 위치를 검출함으로써, 투영 영역(50a∼50e)의 각각에 대응하는 상면의 위치를 검출할 수 있다. 여기서, 상면의 위치란, Z축 방향에서의 위치, 및 Y축에 대한 경사 방향에서의 위치를 포함한다.
제어 장치(CONT)(또는 제어 장치(CONT)에 접속하는 기억 장치)에는 마스크(M)의 휨량과, 그 때의 투영 광학계의 상면 위치와의 관계가 미리 기억되어 있고, 제어 장치(CONT)는 이 관계에 기초하여 주사 방향의 복수 위치에 있어서의 마스크(M)의 휨량으로부터 상면 위치를 구할 수 있다. 또한, 마스크(M)의 휨량에 관해서는 마스크(M)가 변하더라도 크게 변하는 것이 적기 때문에, 미리 기억된 휨량에 대응하여 상면 조정 장치(10)가 조정되어 있고, 휨량이 다른 마스크가 사용되었을 때는 그 차분을 상면 조정 장치로 보정하도록 하면 좋다. 또한, 기준이 되는 마스크를 이용하여 상면 위치를 조정할 때에 상면 조정 장치(10)의 구동 위치는 중립의 위치가 되도록 해 두고, 그 외에 부속되는 광학계 또는 투영 광학계의 일부의 광학 부재를 조정함으로써 상면 위치의 조정을 행한다. 결과적으로 상면 조정 장치(10)의 구동 마진을 확보할 수 있다. 또한, 초기 설정도 단시간에 행할 수 있다. 또한, 마스크측의 초점 센서(20)를 이용함으로써 노광 중이라도 마스크의 휨량을 계측할 수 있어, 노광 중에도 마스크의 휨량에 기초하여 수시 상면 위치를 구할 수 있고, 이에 따라 상면 조정 장치(10)에 의해 보정할 수 있다. 또한, 마스크의 휨에 기초하는 상면 위치의 제어에 맞춰서 감광 기판(P)의 노광면을 초점 센서(20)로 계측해 두고, 상면 위치와 감광 기판(P)의 노광면이 거의 일치하도록 상면 조정 장치(10)를 제어하도록 하면 마스크(M)의 패턴을 정밀도가 양호하게 감광 기판(P)에 결상할 수 있다.
그리고, 주사 방향의 복수 위치에 있어서의 마스크(M)의 휨량에 기초하여 제어 장치(CONT)는 마스크(M)의 표면의 근사 곡면을 산출한다(단계 SA5).
계속해서, 감광 기판(P)이 기판 스테이지(PST)에 로드된다(단계 SA6).
감광 기판(P)이 기판 스테이지(PST)에 로드되면 제어 장치(CONT)는 노광 처리를 하기 전의 예비 주사를 행한다. 즉, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)에 의한 조명을 행하지 않은 상태로, 예컨대 조명 광학계(IL)의 조명광을 도시되지 않는 셔터에 의해 차단한 상태로, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 감광기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)를 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대하여 X축 방향으로 동기 이동한다. 이 예비 주사 중에 정렬계(49a, 49b)가 마스크(M)와 감광 기판(P)의 정렬을 행한다.
우선, 제어 장치(CONT)는 정렬계(49a, 49b)를 이용하여 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 X축 방향 및 Y축 방향에서의 상대적인 위치(자세) 검출을 행한다(단계 SA7).
구체적으로는, 정렬계(49a, 49b)가 소정의 검출 위치인 조명 광학계(IL)와 마스크(M) 사이에 진입하여, 감광 기판(P)의 기판 정렬 마크(52c, 52b)가 투영 영역(50a, 50e)의 위치에 왔을 때에, 정렬계(49a, 49b)에 의해 기판 정렬 마크(52c, 52b)와 이들에 대응하는 마스크(M)에 형성되어 있는 마스크 정렬 마크와의 상대적인 위치 어긋남이 검출되고, 계속해서, 감광 기판(P)의 기판 정렬 마크(52d, 52a)가 투영 영역(50a, 50e)의 위치에 왔을 때에 정렬계(49a, 49b)에 의해 기판 정렬 마크(52d, 52a)와 이들에 대응하는 마스크(M)에 형성되어 있는 마스크 정렬 마크와의 상대적인 위치 어긋남이 검출된다.
제어 장치(CONT)는 정렬계(49a, 49b)의 검출 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동부(MSTD) 및 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)를 구동하여, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 위치 정렬한다(단계 SA8).
한편, 상기 단계 SA7의 처리와 병행하여, 초점 센서(20)가 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리 검출을 행한다(단계 SA9).
제어 장치(CONT)는 예비 주사 중에 초점 센서(20)를 이용하여 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리의 검출, 즉 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에 있어서의 위치 검출을 행한다. 구체적으로는, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 주사하면서 복수의 초점 센서(20)의 각각 의하는 감광 기판(P)에 관한 초점 신호에 기초하여 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치를 소정의 피치로 샘플링함으로써, 제어 장치(CONT)는 바둑판형으로 규정된 소정의 X 좌표 및 Y 좌표에 대응하는 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 상대 거리를 표면 데이터로서 기억 장치에 기억한다. 이 표면 데이터의 X축 방향에서의 샘플링 위치는 도 4에 있어서, 십자선 및 십자점선으로 표시된 위치이다. 또한, 감광 기판(P)의 X축 방향에서의 샘플링수를 많게 할수록 표면 데이터 정밀도는 향상하지만, 신호 처리나 연산 처리에 필요한 시간 등의 관계를 고려하여 적절히 설정된다.
또한, 바둑판형의 센서를 사용하면 실시간으로 계측할 수 있기 때문에 라인으로 계측할 수 있다.
제어 장치(CONT)는 기억 장치에 기억되어 있는 XY 평면 내에서의 이산적인 위치에 있어서의 Z축 방향의 상대 거리의 집합으로서의 표면 데이터에 기초하여, 감광 기판(P)의 표면 형상의 근사 곡면을 최소 제곱법 등의 근사 방법을 이용하여 산출한다(단계 SA10).
즉, 제어 장치(CONT)는 초점 센서(20)에 의한 감광 기판(P)의 복수 위치에 있어서의 검출 결과에 기초하여 감광 기판(P)의 평면도를 구한다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 단계 SA5에서 구한 마스크(M)의 표면 형상에 관한 정보와, 단계 SA10에서 구한 감광 기판(P)의 표면 형상에 관한 정보에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)과의 Z축 방향에서의 상대 거리를 구하여, 이것을 표면 데이터로 한다(단계 SA11).
제어 장치(CONT)는 상기 구한 결과(표면 데이터)에 기초하여 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각 관한 초점 오차, 및 상면과 감광 기판 표면과의 위치 오차(상면 위치 오차)를 구한다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 레벨링 제어량을 산출한다(단계 SA12).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 단계 SA2에서 설정한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치(촛점 거리)와, 단계 SA11에서 구한 표면 데이터에 기초하여 초점 오차(투영 광학계(PL1∼PL5)의 결상 위치와 표면 데이터와의 Z축 방향에서의 거리)가 Y축 방향에 걸쳐 최소가 되는 기판 스테이지(PST)의 X축 주위의 회전량 및 Z축 방향에서의 시프트량을 산출하여, 이것을 기판 스테이지(PST)의 자세를 조정하는 기판 스테이지 구동부(PSTD)에 대한 레벨링 제어량으로 한다. 또한, 기판 스테이지(PST)의 Y축 주위에의 회전에 관해서도 보정 제어하는 경우에는, 이 Y축 주위의 회전량을 마찬가지로 산출하여, 이것도 포함시켜 기판 스테이지 구동부(PSTD)에 대한 레벨링 제어량으로 한다. 이 레벨링 제어량은 기판 스테이지(PST)의 X축 방향에의 이송량(이동량)에 따라서 소정의 이송량마다 산출된다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 단계 SA12에서 산출한 레벨링 제어량에 기초하여 단계 SA11에서 산출한 표면 데이터를 보정하여, 새로운 표면 데이터를 구한다(단계SA13).
제어 장치(CONT)는 단계 SA2에서 설정한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치와, 단계 SA13에서 구한 새로운 표면 데이터에 기초하여 잔류하는 초점 오차를 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치의 보정량을 구한다(단계 SA14).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 잔류하는 초점 오차를 저감하도록 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치를 보정하는 보정량(도 8 부호 δ 참조)을 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)의 제2 광학 부재(2)에 대한 X축 방향에서의 위치, 즉 선형 액츄에이터(3)의 구동량(보정량)을 구한다.
여기서, 제어 장치(CONT)는 요철을 갖는 표면 데이터에 맞춰서, 즉 동기 이동하는 감광 기판(P) 표면의 예컨대 바둑판형으로 설정된 복수 위치의 각각과 투영 광학계(PL1∼PL5)의 결상 위치가 일치하도록 동기 이동에 맞춰서 보정하는 제1 광학 부재(1)에 대한 제2 광학 부재(2)의 X축 방향에 관한 위치, 즉 선형 액츄에이터(3)의 구동량을 설정한다.
또한, 제어 장치(CONT)는 단계 SA2에서 설정한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 경사와, 단계 SA13에서 구한 새로운 표면 데이터에 기초하여 상면과 표면 데이터(감광 기판(P)표면)의 위치 오차를 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 경사의 보정량을 구한다(단계 SA15).
구체적으로는, 제어 장치(CONT)는 요철을 갖는 표면 데이터와 투영광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면을 일치시키도록, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 경사를 보정하는 보정량(도 8 부호 r 참조)을 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)의 제2 광학 부재(2)에 대한 Z축 주위에 관한 위치, 즉 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동량(보정량)을 구한다.
여기서, 제어 장치(CONT)는 요철을 갖는 표면 데이터에 맞춰서, 즉 동기 이동하는 감광 기판(P) 표면의 예컨대 바둑판형으로 설정된 복수 위치의 각각과 투영 광학계(PL1∼PL5)의 상면이 일치하도록 동기 이동에 맞춰서 보정하는 제1 광학 부재(1)에 대한 제2 광학 부재(2)의 Z축 주위에 관한 위치, 즉 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동량을 설정한다.
제어 장치(CONT)는 단계 SA14 및 단계 SA15에서 구한 보정량에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동에 맞춰서 보정하는 상면 조정 장치(10)에서의 보정량, 즉 선형 액츄에이터(3) 및 선형 액츄에이터(5, 6)의 보정량을 예컨대 상기 바둑판형으로 설정한 위치에 맞춰서 설정하여, 이 설정한 보정량을 제어맵으로서 기억 장치에 기억한다(단계 SA16).
또한, 제어 장치(CONT)는 상기 단계 SA2 등에서 설정한 동기 이동 속도에 따라서 마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동에 맞춰서 상면과 표면 데이터(감광 기판(P) 표면)가 일치하도록, 상면의 보정 속도, 즉 상면의 Z축 방향에서의 단위 시간당의 이동량, 및 상면의 Y축에 대한 단위 시간당의 회전량(경사량)을 설정한다. 제어 장치(CONT)는 설정한 상면의 보정 속도에 기초하여 선형 액츄에이터(3) 및 선형 액츄에이터(5, 6)의 구동 속도를 설정하여, 이 설정한 구동 속도(보정 속도)도제어맵으로서 기억 장치에 기억한다.
마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동에 맞춰서 보정하는 상면 조정 장치(10)에서의 보정량을 미리 제어맵으로서 기억 장치에 기억하면, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)의 셔터에 의한 조명광의 차단을 해제함과 동시에, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)를 동기 이동하면서, 마스크(M)의 패턴 상을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 전사하는 주사 노광을 시작한다(단계 SA17).
주사 노광을 할 때, 우선, 제어 장치(CONT)는 기억 장치에 기억되어 있는 상기 제어맵에 기초하여 패턴 상면의 Z축 방향에서의 위치를 조정함과 동시에, 상면 경사를 조정한다(단계 SA18).
그리고, 제어 장치(CONT)는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 이동함과 동시에, 이 동기 이동에 따라 미리 구한 제어맵에 기초하여 상면 조정 장치(10)에서의 보정량을 변화시키면서 주사 노광을 행한다(단계 SA19).
제어 장치(CONT)는 동기 이동 방향에서의 레벨링 제어량에 기초하여 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 적절하게 구동하여 레벨링 제어를 행함과 동시에, 상기 제어맵에 기초하여 상면 조정 장치(10)를 구동함으로써 각 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면을 감광 기판(P)의 표면과 일치시키면서 감광 기판(P)에 대하여 노광 처리를 행한다(단계 SA20).
본 실시예의 노광 장치(EX)에 의하면, 도 10(a)에 도시한 바와 같이 마스크(M)가 Y축 방향(비주사 방향)으로 휘어, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 감광 기판(P) 표면이 일치하지 않는 경우라도, 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 표면 형상에 따라서 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 이동함으로써 도 10(b)에 도시한 바와 같이 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치와, 감광 기판(P)의 표면을 맞출 수 있다.
그리고, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 Z축 주위로 회전시킴으로써 도 10(c)에 도시한 바와 같이 상면이 경사지기 때문에 요철이 있는 감광 기판(P)이라도 이 감광 기판(P)과 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면을 거의 일치시킬 수 있다.
또한, 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 표면을 측정하는 초점 센서를 투영 영역에 3점 이상 설치하면 표면의 경사를 정확히 측정할 수 있고, 그에 대하여 상면을 경사지도록 하면 좋다.
또한, 도 11(a)에 도시한 바와 같이 마스크(M) 또는 감광 기판(P)이 X축 방향(주사 방향)으로 휘어, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 감광 기판(P) 표면이 일치하지 않는 경우라도, 감광 기판(P)의 표면 형상에 따라서 동기 이동에 따라 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 이동함으로써 도 11(b)에 도시한 바와 같이 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치와, 감광 기판(P)의 표면을 맞출 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 투영 영역(50a∼50e)의 X축 방향에서의 폭은 좁기 때문에 X축에 대한 상면 경사는 행하지 않는 구성으로 되어 있어, 상면의 Z축 방향에서의 위치 조정으로 주사 방향에 관해서는 감광 기판(P) 표면과 상면을 일치시킬 수 있다.
그리고, 도 12(a)에 도시한 바와 같이 주사 노광 중에 기판 스테이지(PST)를 X축 주위로 회전시키면서 레벨링 제어량에 기초하여 레벨링 제어함으로써 감광 기판(P)의 표면의 각 위치에 있어서의 초점 오차를 평균적으로 작게 할 수 있다. 그리고, 이에 덧붙여서, 이 레벨링 제어에 의해서도 또 잔존하는 초점 오차를 전술한 바와 같이 상면 조정 장치(10)에 의해 상면의 위치를 Z축 방향으로 조정함과 동시에, 패턴 상의 상면 경사를 조정함으로써, 투영 광학계 자신의 상면 위치 조정으로 상면과 감광 기판(P) 표면의 위치 오차를 개별적으로 작게 할 수 있다. 이와 같이, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 기판 스테이지(PST)의 Y축 방향에서의 기울기(레벨링)를 조정하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
마찬가지로, 도 12(b)에 도시한 바와 같이 기판 스테이지(PST)를 Y축 주위로 회전시키면서 레벨링 조정을 행할 수도 있고, 이 경우도 감광 기판(P)의 표면의 각 위치에 있어서의 초점 오차를 평균적으로 작게 할 수 있다. 즉, 제어 장치(CONT)는 기판 스테이지(PSTD)를 통해 기판 스테이지(PST)의 X축 방향에서의 기울기를 조정하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
여기서, 도 12에 있어서 파선으로 도시하는 감광 기판(P)은 레벨링 제어를 행하고 있지 않은 상태를 도시하는 것이고, 실선으로 도시하는 감광 기판(P)은 레벨링 제어를 행하고 있는 상태를 도시하는 것이다.
또한, 본 실시예에서는 투영 영역(50a∼50e)의 X축 방향에서의 폭은 좁기 때문에 X축 방향에서의 기울기를 조정하면서 주사 노광을 하지 않더라도 기판 스테이지(PST)의 Z축 방향에 관한 위치 조정만으로 주사 방향에 관해서는 감광 기판(P) 표면과 상면을 일치시킬 수 있다.
또한, 각 투영 광학계에 포함된 상면 조정 장치(10)의 상면 조정 범위가 되도록 감광 기판(P)의 레벨링 조정을 행하여, 함께 연동시키는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 패턴 상면의 위치를 Z축 방향으로 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치(10)를 갖추었기 때문에, 상면 조정 장치(10)는 패턴 상면의 위치를 조정함으로써 초점 오차를 저감할 수 있다. 또한, 패턴 상의 상면 경사를 조정함으로써 감광 기판(P)이나 마스크(M)의 표면에 요철이 존재하고 있더라도 패턴 상면과 감광 기판(P)의 표면을 일치시킬 수 있다. 따라서, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 동기 주사하면서 노광 처리를 하는 경우라도 상면과 감광 기판(P)의 표면과의 위치 오차를 저감하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
상면 조정 장치(10)는 제1 사출면(1b)을 갖는 제1 광학 부재(1)와 제1 사출면(1b)에 대향하는 제2 입사면(2a)을 갖는 제2 광학 부재(2)로 이루어지는 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 가지고 있고, 이들을 Z축 주위에 상대적으로 회전시키는 것만으로, 패턴 상면을 Z축에 대하여 간단히 경사지게 할 수 있다. 따라서, 감광 기판(P)에 요철이 존재하고 있더라도 이 요철에 맞춰서 상면을 경사지게 하면 좋기 때문에, 감광 기판(P)의 표면과 상면의 위치 오차를 저감하면서 정밀도가 양호한 주사 노광을 행할 수 있다.
촬상 센서(41)를 이용하여 마스크(M)의 주사 방향에서의 휨량을 미리 구하여, 이 요구한 휨량에 기초하여 상면 조정 장치(10)가 제어되기 때문에, 마스크(M)의 휨에 기인하여 상면의 위치가 변화되더라도 상면과 감광 기판(P)의 위치 오차를 저감할 수 있다.
또한, 촬상 센서(41)는 조도와 콘트라스트를 측정하도록 나타내고 있지만, 조도를 측정하는 전용의 센서를 별도 설치하도록 하더라도 좋다. 또한, 촬상 센서(41)로 베이스 라인의 계측을 하도록 해도 좋고, 마스크의 위치 측정이나 마스크 패턴의 위치 측정을 투영 광학계를 통한 상에 의해 행하도록 해도 좋다.
제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)는 에어 베어링(11)에 의해 비접촉 상태로 일정한 간격으로 대향하도록 유지되어 있기 때문에, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 위치를 고정밀도로 미조정할 수 있는 동시에, 비접촉이기 때문에 시간 경과적인 열화도 적고, 장기간에 걸쳐 정밀도가 양호한 조정을 행할 수 있다.
또한, 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)를 비접촉 상태로 유지하는 비접촉 장치로서는 상기 실시예에서 나타낸 바와 같은 부압에 의한 흡인력과 양압에 의한 반발력과의 조합에 의한 에어 베어링 외에, 예컨대, 자력에 의한 흡인력과 양압에 의한 반발력을 조합한 것이나, 부압에 의한 흡인력과 자력에 의한 반발력을 조합한 것이라도 좋다. 또한, 자력에 의한 흡인력과 자력에 의한 반발력을 조합한 것이라도 좋고, 또한 중력, 스프링에 의한 압박력 등과 상기한 양압 또는 부압, 자력 등을 적절히 조합한 것이라도 좋다.
상기 실시예에 있어서, 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)는 에어 베어링(11)에 의해 비접촉 상태로 되어 있지만, 반드시 비접촉 상태일 필요는 없다. 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 접촉 상태로 하고, 이 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 관통하는 광로의 광축 주위에 각각을 상대적으로 회전 가능하게 하는 회전 장치로서의 선형 액츄에이터(5, 6)에 의해 한 쌍의 쐐기형 광학 부재가 상대적으로 회전하도록 해도 좋다. 한편, 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 비접촉 상태로 상대적으로 회전시킴으로써 광학 부재의 열화를 억제할 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 레벨링 제어 및 상면 조정은 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 상대 거리에 관한 표면 데이터에 기초하여 행하도록 설명했지만, 마스크(M)에 관한 표면 데이터에 기초해서만, 또는 감광 기판(P)에 관한 표면 데이터에 기초해서만 행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 있어서, 주사 노광을 할 때, 레벨링 제어는 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)에 관해서 행해지도록 설명했지만, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)를 X축 주위 및 Y축 주위로 회전 가능하게 하고, 마스크 스테이지(MST)를 마스크 스테이지 구동부(MSTD)를 이용하여 레벨링 제어하면서 주사 노광을 하도록 해도 좋다.
상기 실시예에서는 촬상 센서(41)에 의해 마스크(M)의 근사 곡면을 구한 후, 초점 센서(20)에 의해 감광 기판(P)의 근사 곡면을 구하여, 이들 근사 곡면에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 상대 거리에 관한 표면 데이터를 산출하고, 산출한 표면 데이터에 따라서 상면 조정 장치(10)를 제어하는 구성이지만, 마스크(M)나 감광 기판(P)의 휨량을 이들 마스크(M)나 감광 기판(P)의 크기, 형상, 및 재질, 스테이지의 지지 위치 등에 기초하여, 예컨대 수치 계산 등을 이용하여 이론적으로구하여, 이 구한 마스크(M)나 감광 기판(P)의 휨량에 기초하여 상면 조정 장치(10)를 제어하도록 해도 좋다.
상기 실시예에 있어서, 마스크(M)의 표면 형상은 촬상 센서(41)의 검출 결과에 기초하여 구하고, 감광 기판(P)의 표면 형상은 초점 센서(20)의 검출 결과에 기초하여 구하여, 이들 각각 구한 표면 형상에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 상대 거리로부터 표면 데이터가 산출되는 구성이다.
한편, 초점 센서(20)가 마스크(M)의 표면과 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리 검출을 하도록 해도 좋다.
제어 장치(CONT)는 예비 주사 중에 초점 센서(20)를 이용하여 마스크(M) 및 감광 기판(P) 각각의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리의 검출, 즉 마스크(M) 및 감광 기판(P) 각각의 표면의 Z축 방향에서의 위치 검출을 행한다. 구체적으로는, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 주사하면서 복수의 초점 센서(20)의 각각에 의한 마스크(M) 및 감광 기판(P)에 관한 초점 신호에 기초하여 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치를 소정의 피치로 샘플링함으로써, 제어 장치(CONT)는 바둑판형으로 규정된 소정의 X 좌표 및 Y 좌표에 대응하는 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 상대 거리를 표면 데이터로서 기억 장치에 기억한다. 그리고, 마스크(M) 및 감광 기판(P)각각 관한 Z축 방향에서의 위치에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 상대 거리를 구하여 이것을 표면 데이터로 한다.
상기 실시예에서는 레벨링 제어와 상면 조정 장치(10)에 의한 상면 위치 조정을 병용하도록 설명했지만, 물론, 상면 조정 장치(10)만이라도 상면과 감광기판(P)(표면 데이터)의 위치 오차를 저감할 수 있다. 단, 상면과 감광 기판(P)의 위치 오차가 큰 경우 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)(또는 제2 광학 부재(2))의 이동량을 크게 해야 하기 때문에, 노광 장치 내의 부재와 간섭하여 버리는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 레벨링 제어를 병용함으로써 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)(또는 제2 광학 부재(2))의 이동량을 억제할 수 있다.
상기 실시예에서는 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 각각은 X축 방향을 향해서 점차 두께가 변화되는 형상이며, 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 경사면인 제1 사출면(1b) 및 제2 입사면(2a)은 X축 방향으로 경사져 있다. 이에 따라, 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)를 Z축 주위에 상대적으로 회전시킴으로써, 도 8을 이용하여 설명한 바와 같이 상면은 Y축에 대하여 경사진다. 한편, 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 각각을 Y축 방향을 향해서 점차 두께가 변화되는 형상으로 하여, 즉 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 경사면인 제1 사출면(1b) 및 제2 입사면(2a)을 Y축 방향으로 경사지도록 설정하여, 이 형상을 갖는 제1 광학 부재(1)와 제2 광학 부재(2)를 Z축 주위에 상대적으로 회전시킴으로써, 상면을 X축에 대하여 경사지게 할 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 투영 영역(50a∼50e)의 X축 방향에서의 폭이 커져, 마스크(M)가 X축 방향으로 휘어 주사 방향에서도 상면 경사조정을 할 필요가 생긴 경우라도 감광 기판(P)(표면 데이터)과 상면을 일치시키면서 주사 노광을 행할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 투영 영역(50a∼50e)의 각각은 Y축 방향(비주사방향)으로 긴 형상이며, X축 방향에 대해서는 폭이 좁기 때문에, X축 방향에 관해서는 감광 기판(P)의 표면의 요철에 따라서 상면 경사 조정을 하지 않더라도 Z축 방향에서의 상면 위치 조정을 하는 것만으로 감광 기판(P)의 표면과 X축 방향에서의 상면을 대략 일치시킬 수 있다.
또한, X축 방향으로 경사지는 경사면을 각각 갖는 제1, 제2 광학 부재를 갖춘 상면 조정 장치와, Y축 방향으로 경사지는 경사면을 각각 갖는 제1, 제2 광학 부재를 갖춘 상면 조정 장치의 쌍방을 노광광의 광로상에 설치하여, 이들 2개의 상면 조정 장치에 의해서 상면을 Y축 및 X축의 각각 대하여 경사지게 하면서 노광 처리를 하는 구성으로 할 수도 있다.
다음에, 도 13을 참조하면서 노광 방법의 제2 실시예에 관해서 설명한다. 여기서, 이하의 설명에 있어서 상기 제1 실시예와 동일 또는 동등한 구성 부분에 관해서는 그 설명을 간략 또는 생략한다.
마스크(M)가 마스크 스테이지(MST)에 로드된다(단계 SB1).
다음에, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)에 의해 마스크(M)를 노광광으로 조명하여, 이 마스크(M)를 통한 노광광에 기초하는 투영 영역(50a∼50e)의 조도를 기판 스테이지(PST)에 설치되어 있는 촬상 센서(41)로 검출한다(단계 SB2).
촬상 센서(41)는 투영 영역(50a∼50e)의 조도의 검출 결과를 제어 장치(CONT)에 출력한다. 제어 장치(CONT)는 투영 영역(50a∼50e)의 각각의 조도를 촬상 센서(41)에 의해서 2차원적으로 검출함으로써, 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각의 상의 콘트라스트를 검출하여, 상면의 위치(Z축 방향에서의 위치 및 Y축에 대한경사 방향의 위치)를 구한다.
계속해서, 제어 장치(CONT)는 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)를 이용하여 상면의 위치를 보정한다(단계 SB3).
즉, 제어 장치(CONT)는 상면 조정 장치(10)의 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 X축 방향으로 이동함과 동시에, 제1 광학 부재(1)를 제2 광학 부재(2)에 대하여 Z축 주위로 회전시키면서, 촬상 센서(41)에 의해 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 관해서 조도 검출을 행하여, 이 검출 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각의 결상 위치가 Z축 방향에서 동일한 위치가 되도록, 또한 투영 영역(50a∼50e)의 각각이 소정의 사다리꼴 형상을 갖도록 상면의 위치를 보정한다. 이에 따라, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z 방향에서의 위치는 동일하게 되고, 또한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 광축과 상면은 직교한다.
그리고, 제어 장치(CONT)는 이 때의 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 제1 광학 부재(1) 및 제2 광학 부재(2)의 X축 방향 및 Z축 주위에 관한 보정량(선형 액츄에이터(3, 5, 6)의 구동량)을 기억 장치에 기억한다. 이렇게 해서, 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면의 Z축 방향에서의 위치가 서로 같아지도록, 또한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면과 광축이 직교하도록 캘리브레이션이 행해져, 이 때의 동기 이동에 따르는 상면 조정 장치(10)의 보정량이 설정되어, 기억된다.
즉, 제1 실시예에서는 단계 SA2에서 설명한 바와 같이, 상면 조정 장치(10)에 의해 투영 광학계 단독에서의 상면 위치 조정(캘리브레이션)을 행하는 구성이지만, 제2 실시예에서는 마스크(M)를 통한 빛을 이용하여 상면 위치 조정이 행해진다. 즉, 제2 실시예에서는 마스크(M)의 휨량에 기인하는 상면 위치 변화를 포함시켜 보정하는 캘리브레이션이 행해진다.
계속해서, 감광 기판(P)이 기판 스테이지(PST)에 로드된다(단계 SB4).
감광 기판(P)이 기판 스테이지(PST)에 로드되면, 제어 장치(CONT)는 노광 처리를 하기 전의 예비 주사를 행한다. 즉, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)에 의한 조명을 행하지 않은 상태로 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)를 투영 광학계(PL1∼PL5)에 대하여 X축 방향으로 동기 이동한다. 이 예비 주사 중에 정렬계(49a, 49b)가 마스크(M)와 감광 기판(P)의 정렬을 행한다.
제어 장치(CONT)는 정렬계(49a, 49b)를 이용하여 마스크(M) 및 감광 기판(P)의 X축 방향 및 Y축 방향에서의 상대적인 위치(자세)검출을 행한다(단계 SB5).
제어 장치(CONT)는 정렬계(49a, 49b)의 검출 결과에 기초하여, 마스크 스테이지 구동부(MSTD) 및 기판 스테이지 구동부(PSTD)를 통해 마스크 스테이지(MST) 및 기판 스테이지(PST)를 구동하여, 마스크(M)와 감광 기판(P)을 위치 정렬한다(단계 SB6).
한편, 상기 단계 SB5의 처리와 병행하여, 초점 센서(20)가 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리 검출을 행한다(단계 SB7).
제어 장치(CONT)는 예비 주사 중에 초점 센서(20)를 이용하여 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 상대 거리의 검출, 즉 감광 기판(P)의 표면의 Z축 방향에서의 위치 검출을 행한다.
제어 장치(CONT)는 단계 SB7에서 구한 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치에 관한 데이터에 기초하여, 감광 기판(P)의 표면 형상의 근사 곡면을 최소 제곱법 등의 근사 방법을 이용하여 산출하여, 표면 데이터로 한다(단계 SB8).
제어 장치(CONT)는 상기 표면 데이터에 기초하여, 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각 관한 초점 오차, 및 상면과 감광 기판(P) 표면과의 위치 오차(상면 위치 오차)를 구한다.
다음에, 제어 장치(CONT)는 레벨링 제어량을 산출한다(단계 SB9).
제어 장치(CONT)는 단계 SB9에서 산출한 레벨링 제어량에 기초하여, 단계 SB8에서 산출한 표면 데이터를 보정하여, 새로운 표면 데이터를 구한다(단계 SB10).
제어 장치(CONT)는 단계 SB3에서 설정한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치와, 단계 SB10에서 구한 새로운 표면 데이터에 기초하여 잔류하는 초점 오차를 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 결상 위치의 보정량을 구한다(단계 SB11).
또한, 제어 장치(CONT)는 단계 SB3에서 설정한 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 경사와, 단계 SB10에서 구한 새로운 표면 데이터에 기초하여 상면과 표면 데이터(감광 기판(P)표면)의 위치 오차를 구하여, 이 구한 결과에 기초하여 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각의 상면 경사의 보정량을 구한다(단계 SB12).
즉, 단계 SB3에서 구한 마스크(M)의 휨에 기인하는 상면 위치 변화를 보정하기 위한 보정량에 감광 기판(P)의 표면 형상에 대하여 상면을 일치시키기 위한 보정량이 가산된다.
제어 장치(CONT)는 단계 SB11 및 단계 SB12에서 구한 보정량에 기초하여 마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동에 맞춰서 보정하는 상면 조정 장치(10)에서의 보정량, 즉 선형 액츄에이터(3) 및 선형 액츄에이터(5, 6)의 보정량을 예컨대 상기 바둑판형으로 설정한 위치에 맞춰서 설정하여, 이 설정한 보정량을 제어맵으로서 기억 장치에 기억한다(단계 SB13).
마스크(M)와 감광 기판(P)의 동기 이동에 맞춰서 보정하는 상면 조정 장치(10)에서의 보정량을 미리 제어맵으로서 기억 장치에 기억하면, 제어 장치(CONT)는 조명 광학계(IL)의 셔터에 의한 조명광의 차단을 해제함과 동시에, 마스크(M)를 지지하는 마스크 스테이지(MST)와 감광 기판(P)을 지지하는 기판 스테이지(PST)를 동기 이동하면서, 마스크(M)의 패턴 상을 투영 광학계(PL1∼PL5)를 통해 감광 기판(P)에 전사하는 주사 노광을 행한다(단계 SB14).
이상 설명한 바와 같이, 마스크(M) 및 복수의 투영 광학계(PL1∼PL5) 각각을 통한 노광광을 촬상 센서(41)로 검출하여, 이 검출 결과에 기초하여 상면 위치 조정을 행하여, 마스크(M)의 휨에 기인하는 상면 위치 변화를 보정하기 위한 보정량을 미리 구해 둠으로써, 예컨대, 마스크(M)를 교환하지 않고 감광 기판(P)을 순차 교환하면서 노광 처리를 행하는 경우, 마스크(M)의 휨에 기인하는 상면 위치 변화를 보정하기 위한 보정량의 도출은 한 번 행하면 되기 때문에, 공정수를 줄일 수 있어 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 초점 센서(20)를 이용하여 감광 기판(P)의 표면 형상 데이터를 구하고, 이 감광 기판(P)의 표면과 상면을 일치시키기 위한 보정량을 구하여, 이 구한 감광 기판에 대한 보정량과 마스크에 대한 보정량을 맞춘 보정량으로 상면 위치 조정을 행함으로써 상면과 감광 기판(P)을 정밀도가 양호하게 일치시키면서 주사 노광을 행할 수 있다.
또한, 상기 제2 실시예에서는 초점 센서(20)에 의해 감광 기판(P)의 Z축 방향에서의 위치를 검출하고, 이 검출 결과로부터 감광 기판(P)의 표면 데이터(근사 곡면)를 구하고, 이 구한 결과에 기초하여 제어맵을 작성하고, 이 제어맵에 기초하여 상면 조정 장치(10)에 의해 상면 위치 조정을 하도록 설명했지만, 제어맵을 작성하지 않고서 감광 기판(P)의 표면 형상을 투영 광학계로부터 동기 이동 방향 전방측에 설치된 미리 읽기 센서로 검출하면서 주사 노광을 행하고, 미리 읽기 센서의 검출 결과에 기초하여 상면 조정 장치(10)의 제어나 레벨링 제어를 행하도록 해도 좋다. 즉, 제어맵을 작성하지 않고서 미리 읽기 센서로 감광 기판(P)의 표면 형상을 검출하면서 상면 조정을 행하도록 해도 좋다.
상기 각 실시예에 있어서 상면 조정 장치(10)에 의해서 상면 위치 조정을 행함으로써 감광 기판(P) 상에서의 패턴 상이 예컨대 X축 방향으로 이동하거나 하는 경우가 있다. 이 경우, 마스크(M)와 감광 기판(P)의 상대적인 상 특성(시프트, 회전, 스케일링)에 관한 보정을 행하면서, 주사 노광한다.
예컨대, 제1 실시예에 있어서의 단계 SA7 등에 있어서 제어 장치(CONT)는 상기 마스크 정렬 마크 및 기판 정렬 마크(52a∼52d)의 검출 순서와 같은 순서에 의해, 상 특성 보정용의 도시되지 않는 마스크 마크와 기판 마크를 순차 중합시키면서 정렬계(49a, 49b)가 마크 위치를 검출한다. 제어 장치(CONT)는 마스크(M)와 감광 기판(P)을 위치 정렬하기 위해서 정렬계(49a, 49b)를 이용하여 마스크 마크 및 기판 마크의 위치 정보를 검출하여, 얻어진 위치 정보에 대하여 통계 연산을 하여 감광 기판(P) 상에 설정된 모든 패턴의 위치를 구한다. 그리고, 구한 위치 정보와 이상 위치(이상 격자)에 기초하여 패턴 상 특성, 즉 시프트, 회전, 스케일링, 나아가서는 감광 기판(P)의 변형량을 구한다. 그리고, 먼저 감광 기판(P)에 형성되어 있는 패턴에 대하여 다음 패턴을 소정의 위치 관계로 중첩할 수 있도록 투영 광학계(PL1∼PL5)의 각각에 설치되어 있는 시프트 조정 기구(23), 회전 조정 기구(28, 31), 스케일링 조정 기구(27) 각각의 보정량, 즉 이들 각 조정 기구를 구동하는 구동 장치의 구동량을 설정한다. 그리고, 설정한 각 조정 기구의 보정량에 기초하여 상 특성을 보정하면서 주사 노광을 행할 수 있다.
이렇게 함으로써, 상면 조정 장치(10)의 조정에 의해 패턴 상(투영 영역)이 감광 기판(P) 상에 있어 원하는 위치에 대하여 어긋나는 경우가 있더라도 상기 조정 기구를 이용하여 패턴 상을 보정함으로써, 원하는 위치에 패턴 상을 투영할 수 있다.
또한, 예컨대 시프트 조정을 행할 때, 시프트 조정 기구(23)를 이용하지 않고서 도 14(a)에 도시한 바와 같이 상면 조정 장치(10) 전체를 예컨대 Y축 주위로 회전시킴으로써, 도 14(b)에 도시한 바와 같이 감광 기판(P) 상에서의 투영 영역(50a)(50b∼50e)은 상면 조정 장치(10)의 회전 각도(θ)에 따른 시프트량(X50a)만큼 X축 방향으로 시프트할 수 있다. 또한, 이 때의 투영 영역(50a)의 이동 속도(단위 시간당의 이동량)(VX50a)는 상면 조정 장치(10)의 회전 속도(단위 시간당의 회전량)(Vθ)에 기초한다.
상기 실시예에서는 상면 조정 장치(10)는 반사 굴절형 광학계(24)와 반사 굴절형 광학계(25) 사이에 설치되어 있는 구성이지만, 도 15에 도시한 바와 같이 상면 조정 장치(10)는 마스크(M)의 근방에 설치되어도 좋다. 또는, 상면 조정 장치(10)는 감광 기판(P) 근방에 설치되어도 좋다. 또한, 상면 조정 장치(10)는 마스크(M) 및 감광 기판(P) 근방에 설치되어도 좋다.
도 16에 도시한 바와 같이 상면 조정 장치(10) 중 제1 광학 부재(1) 또는 제2 광학 부재(2)에 투영 광학계의 결상 위치 검출용 마크(60)를 설치할 수 있다. 상면 조정 장치(10)는 마스크(M) 및 감광 기판(P)에 대하여 광학적으로 거의 공역인 위치에 설치되어 있고, 이 결상 위치 검출용 마크(60)를 촬상 센서(41)로 검출함으로써 투영 광학계의 결상 위치를 구할 수 있다. 예컨대, 촬상 센서(41)를 기판 스테이지(PST)와 동시에 Z축 방향으로 이동하면서 결상 위치 검출용 마크(60)를 검출하여, 결상 위치 검출용 마크(60)가 예컨대 원형인 경우 상이 최소 직경이 되는 촬상 센서(41)의 Z축 방향에서의 위치가 투영 광학계의 결상 위치가 된다.
또한, 상기 실시예에 있어서의 노광 장치(EX)는 서로 인접하는 복수의 투영 광학계를 갖는, 소위 멀티렌즈 주사형 노광 장치이지만, 투영 광학계가 하나인 주사형 노광 장치에 관해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 노광 장치(EX)의 용도로서는 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자패턴을 노광하는 액정용의 노광 장치에 한정되는 일없이, 예컨대, 반도체 제조용의 노광 장치나, 박막 자기 헤드를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다.
본 실시예의 노광 장치(EX)의 광원은 g선(436 nm), h선(405 nm), i선(365 nm)뿐만 아니라, KrF 엑시마 레이저(248 nm), ArF 엑시마 레이저(193 nm), F2레이저(157 nm)를 이용할 수 있다.
투영 광학계(PL)의 배율은 등배계뿐만 아니라, 축소계 및 확대계의 어느 것이라도 좋다.
투영 광학계(PL)로서는 엑시마 레이저 등의 원자외선을 이용하는 경우는 초재로서 석영이나 형석 등의 원자외선을 투과시키는 재료를 이용하고, F2레이저를 이용하는 경우는 반사 굴절계 또는 굴절계의 광학계로 한다.
기판 스테이지(PST)나 마스크 스테이지(MST)에 선형 모터를 이용하는 경우는 에어 베어링을 이용한 에어 부상형 및 로렌츠 힘 또는 리액턴스 힘을 이용한 자기 부상형의 어느 쪽을 이용해도 좋다. 또한, 스테이지는 가이드에 따라서 이동하는 타입이라도 좋고, 가이드를 설치하지 않는 가이드가 없는 타입이라도 좋다.
스테이지의 구동 장치로서 평면 모터를 이용하는 경우 자석 유닛과 전기자 유닛 중 어느 한쪽을 스테이지에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 다른쪽을 스테이지의 이동면측(베이스)에 설치하면 좋다.
기판 스테이지(PST)의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 특허 공개 평8-166475호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 마루(대지)에 밀어내더라도 좋다. 본 발명은 이러한 구조를 갖춘 노광 장치에도 적용할 수 있다.
마스크 스테이지(MST)의 이동에 의해 발생하는 반력은 일본 특허 공개 평8-330224호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 마루(대지)에 밀어내더라도 좋다. 본 발명은 이러한 구조를 갖춘 노광 장치에도 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본원 실시예의 노광 장치는 본원 특허청구의 범위에 들었던 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해서 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정은 각종 서브 시스템 서로의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정 전에 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치에의 조립 공정이 종료하면 종합 조정이 행해져, 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행하는 것이 바람직하다.
반도체 장치는 도 17에 도시한 바와 같이 장치의 기능·성능 설계를 행하는단계 201, 이 설계 단계에 기초한 마스크(레티클)를 제작하는 단계 202, 장치의 기재인 기판(웨이퍼, 유리 플레이트)을 제조하는 단계 203, 전술한 실시예의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 노광하는 웨이퍼 처리 단계 204, 장치 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함) 205, 검사 단계 206 등을 거쳐서 제조된다.
본 발명에 따르면 패턴 상면의 위치를 이 상면과 직교하는 방향으로 조정함과 동시에 패턴 상의 상면 경사를 조정하도록 했기 때문에, 감광 기판의 전역에 걸쳐 최적 초점에 가까운 상태로 주사 노광을 행할 수 있다. 따라서, 고정밀도로 신뢰성이 높은 장치를 저비용으로 제조할 수 있다.

Claims (22)

  1. 노광광으로 조명되는 마스크와 감광 기판을 동기 이동하면서 상기 마스크의 패턴 상(像)을 투영 광학계를 통해 상기 감광 기판에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 마스크와 상기 감광 기판 사이의 노광광의 광로상에 위치하며, 상기 패턴 상면(像面)의 위치를 이 상면과 직교하는 방향으로 조정함과 동시에 상기 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는,
    제1 경사면을 가지며 상기 노광광을 투과시킬 수 있는 제1 광학 부재와,
    상기 제1 경사면에 대향하도록 설치되는 제2 경사면을 가지며 상기 노광광을 투과시킬 수 있는 제2 광학 부재와,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면을 비접촉으로 대향시키는 비접촉 장치와,
    상기 제1 광학 부재와 상기 제2 광학 부재를 상기 광로의 광축 주위에 상대적으로 회전 가능하게 하는 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 한 쌍의 쐐기형 광학 부재로 이루어지고, 상기 한 쌍의 쐐기형 광학 부재를 관통하는 상기 광로의 광축 주위에 각각을 상대적으로 회전 가능하게 하는 회전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크 또는 상기 감광 기판의 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크 또는 상기 감광 기판에 대하여 광학적으로 공역인 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 투영 광학계는 복수개 설치되고, 상기 상면 조정 장치는 상기 복수의 투영 광학계의 각각에 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크에 설치된 패턴을 상기 감광 기판을 얹어 놓는 기판 스테이지에 설치된 촬상 센서에 의해 촬상한 결과나 상기 마스크의 휨량을 계측하는 휨 센서의 계측 결과에 기초하여 구동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는 상기 마스크의 휨량에 기초하여 상기 상면 조정 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제어부는 상기 마스크와 상기 감광 기판의 상기 동기 이동에 맞춰서 상기 상면 조정 장치에서의 보정량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 마스크와 상기 감광 기판의 상기 동기 이동에 맞춰서 보정하는 상기 상면 조정 장치에서의 보정량을 미리 제어맵으로서 기억하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  11. 노광광으로 조명되는 마스크와 감광 기판을 동기 이동하면서 상기 마스크의 패턴 상을 투영 광학계를 통해 상기 감광 기판에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 패턴 상면의 광축 방향의 위치를 조정함과 동시에 상기 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 제1 단계와,
    상기 마스크와 상기 감광 기판을 동기 이동시킴과 동시에, 상기 동기 이동에 따라 상기 제1 단계에서 조정하는 조정량을 변화시키는 제2 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 단계에 의해 상기 동기 이동에 따라 변화시키는 상기 조정량을 상기 동기 이동 전에 미리 계측하는 제3 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  13. 제3항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크 또는 상기 감광 기판의 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  14. 제3항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크 또는 상기 감광 기판에 대하여 광학적으로 공역인 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제3항에 있어서, 상기 투영 광학계는 복수개 설치되고, 상기 상면 조정 장치는 상기 복수의 투영 광학계의 각각에 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제3항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크에 설치된 패턴을 상기 감광 기판을 얹어 놓는 기판 스테이지에 설치된 촬상 센서에 의해 촬상한 결과나 상기 마스크의 휨량을 계측하는 휨 센서의 계측 결과에 기초하여 구동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  17. 제4항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크에 설치된 패턴을 상기감광 기판을 얹어 놓는 기판 스테이지에 설치된 촬상 센서에 의해 촬상한 결과나 상기 마스크의 휨량을 계측하는 휨 센서의 계측 결과에 기초하여 구동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제5항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는 상기 마스크에 설치된 패턴을 상기 감광 기판을 얹어 놓는 기판 스테이지에 설치된 촬상 센서에 의해 촬상한 결과나 상기 마스크의 휨량을 계측하는 휨 센서의 계측 결과에 기초하여 구동 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 노광광으로 조명되는 마스크와 감광 기판을 동기 이동하면서 상기 마스크의 패턴 상을 투영 광학계를 통해 상기 감광 기판에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 감광 기판의 표면 형상을 계측하는 계측 장치와,
    상기 마스크와 상기 감광 기판 사이의 상기 노광광의 광로상에 위치하며, 상기 패턴 상면의 위치를 상기 상면과 직교하는 방향으로 조정함과 동시에, 상기 계측 장치로 계측한 상기 감광 기판의 표면 형상과 일치하도록 상기 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 상면 조정 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 계측 장치는 상기 동기 이동 방향의 전방에 설치됨과동시에, 상기 패턴이 노광되는 영역의 직전에 상기 감광 기판의 표면 형상을 계측하고,
    상기 상면 조정 장치는 노광시의 직전에 상기 계측 장치로 계측한 상기 감광 기판의 표면 형상과 일치하도록 상기 패턴 상의 상면 경사를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  21. 제19항에 있어서, 상기 마스크의 표면 형상의 휨량을 계측하는 휨 계측 장치를 포함하고,
    상기 상면 조정 장치는 상기 휨 계측 장치로 계측된 마스크의 표면 형상의 휨량을 보정하도록 상기 상면 경사를 조정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 제1항 또는 제19항에 있어서, 상기 상면 조정 장치는,
    한 쌍의 쐐기형 광학 부재와,
    상기 쐐기형 광학 부재를 구동하는 구동 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
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