KR20030097781A - 노광장치, 노광방법, 및 디바이스 제조방법 - Google Patents

노광장치, 노광방법, 및 디바이스 제조방법 Download PDF

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KR20030097781A
KR20030097781A KR10-2003-7003314A KR20037003314A KR20030097781A KR 20030097781 A KR20030097781 A KR 20030097781A KR 20037003314 A KR20037003314 A KR 20037003314A KR 20030097781 A KR20030097781 A KR 20030097781A
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Abstract

F2레이저 광원 (12) 은 웨이퍼 (W) 표면의 레지스트를 감광시키는 파장의 진공 자외광인 주광선 (파장 157㎚) 및 부차적으로 발생하는 적색광인 부광선 (파장 630 ∼ 720㎚) 을 포함하는 광을 출사한다. 이 광은 빔 스플리터 (26) 에 의해 분기되어 주광선 및 부광선에 감도를 갖는 광센서 (41) 에 입사된다. 빔 스플리터 (26) 와 광센서 (41) 사이에는 주광선을 투과시키고 부광선을 투과시키지 않는 성질을 갖는 필터 (F1) 가 설치되어 있다. 노광에 기여하는 주광선의 광량을 정확하게 계측할 수 있게 된다.

Description

노광장치, 노광방법, 및 디바이스 제조방법{EXPOSURE SYSTEM, EXPOSURE METHOD, AND PRODUCTION METHOD FOR DEVICE}
기술분야
본 발명은 반도체소자, 액정표시소자, 촬상소자, 박막자기헤드 등의 각종 마이크로 디바이스를 제조하기 위한 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광장치 및 노광방법 그리고 이 방법을 이용하는 디바이스 제조방법에 관한 것이다.
배경기술
반도체소자, 액정표시소자, 촬상소자 (CCD 등), 박막자기헤드 등의 마이크로 디바이스를 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조할 때에, 마스크로서의 레티클 패턴의 이미지를 투영광학계를 통해 포토레지스트 등이 도포된 웨이퍼 (또는 유리플레이트 등) 위에 투영노광하는 노광장치가 사용되고 있다.
이 같은 노광장치에서는 마이크로 디바이스의 미세화에 대응하여 웨이퍼 위에 형성되는 패턴의 해상도를 높이기 위해, 노광광의 단파장화가 행해지고 있다. 그래서, 노광광으로는 기존의 고압수은램프에 의한 g 선 (파장 436㎚) 이나 i 선 (파장 365㎚) 에서, KrF 엑시머레이저 (파장 248㎚) 나 ArF 엑시머레이저 (파장 193㎚) 로 전환되어 사용되고 있다. 또한, 최근에는 더 한층 고해상도화에 대응하기 위해, F2레이저 (파장 157㎚) 의 사용이 검토되고 있다.
F2레이저가 발진하는 광은 이른바 진공 자외광으로, 대기중에서는 산소나 물, 또는 유기물 등의 물질에 의한 흡수에 의해 거의 투과할 수 없기 때문에, 이것을 노광광으로 사용하는 경우에는 그 광로를 진공으로 하거나, 또는 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr) 등의 희가스나 질소 (N2) 등의 157㎚ 정도의 파장의 광을 투과하는 불활성 가스로 채울 필요가 있다.
또한, 이 같은 노광장치에서는 웨이퍼의 각 쇼트영역내의 각 점에 대한 노광량 (적산 노광 에너지) 을 적정범위내로 유지하기 위해 행해지는 노광량 제어, 노광광 (노광영역) 이 조도 불균일이 없는 적정한 상태를 유지하고 있는지의 여부 감시, 광로가 노광광의 투과에 적합한 환경으로 보존되고 있는지의 여부 감시 등을 위해 각종 광센서 (광검지기) 가 상설적으로 부착되어 노광광의 에너지 (조도, 광량, 강도 등) 가 계측된다. 이 같은 계측을 위한 광센서로는 실리콘 포토다이오드, 초전식 또는 열식 광량계가 성능이나 비용의 관점에서 많이 이용되고 있다.
여기서, 상기 기술한 F2레이저를 광원으로 채용한 경우, F2레이저는 파장 157㎚ 의 진공 자외광 (이하, 주광선이라고도 함) 을 발진함과 동시에, 파장 630 ∼ 720㎚ 정도의 노광에는 기여하지 않는 적색광 (이하, 부광선이라고도 함) 을 부차적으로 발생하는 성질을 갖는다. 이 부광선의 강도는 F2레이저에서 출사된 직후에서 전체의 대략 5 ∼ 10% 정도이다. 부광선은 노광광의 광로를 구성하는 광학계에 의한 감쇠가 거의 없기 때문에 주광선과 함께 광센서에 도달한다.
한편, 광센서로 많이 사용되고 있는 상술한 바와 같은 실리콘 포토다이오드,초전식 또는 열식 광량계는 주광선 뿐 아니라, 부광선의 파장에까지 감도를 갖고 있기 때문에, 부광선까지도 검출하여 노광에 기여하는 주광선의 광량을 정확히 계측할 수 없으며, 따라서 노광량 제어가 적정하게 행해지지 않아 고정밀도의 패턴을 형성할 수 없는 경우가 있다는 문제가 있다.
또한, 광로 위로의 대기 진입이나 불순물 발생을 광센서의 검출결과를 이용하여 감시하고 있는 경우에는 주광선의 감쇠는 크지만 부광선은 거의 감쇠하지 않고 광센서에 의해 검출되기 때문에 본래 에러로서 운전을 정지시켜야 하는 경우에도 문제가 없는 것으로 간주하여 처리가 속행될 가능성이 있어 매우 문제이다.
발명의 개시
따라서, 본 발명의 목적은 기판을 감광시키는 파장의 주광선의 발진에 수반하여 불필요한 부광선도 부차적으로 발생하는 광원을 사용한 경우라도 주광선의 에너지를 정확히 계측하여 노광량 제어나 기타 장해 감시 등을 고정밀도로 실시할 수 있도록 하는 것이다.
이하, 이 항에 나타내는 설명에서는 이해를 쉽게 하기 위해 본 발명의 각 구성요건에 실시형태의 도면에 나타내는 참조부호를 붙여 설명하겠지만, 본 발명의 각 구성요건은 이들 참조부호에 의해 한정되는 것은 아니다.
1. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광장치는 노광대상으로서의 기판 (W) 을 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 통해 노광하는 노광장치에 있어서, 상기 기판을 감광시키는 파장의 주광선 (ML) 및 이 주광선의 발진에 수반하여 부차적으로 발생하는 이 주광선의 파장과 다른 파장의 부광선 (SL) 을 포함하는 광을 출사하는광원 (12) 과, 상기 광원으로부터의 광을 상기 마스크를 통해 상기 기판에 안내하는 주광학계와, 적어도 상기 주광선을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 광센서 (39,41) 와, 상기 광원에서 상기 광센서에 이르는 광로 위에 설치되어 상기 주광선과 상기 부광선을 분리하는 분리장치 (F1 ∼ F3, F5, M1, M2) 를 구비하여 구성된다.
본 발명에 따르면 광원에서 광센서에 이르는 광로 위에 주광선과 부광선을 분리하는 분리장치를 구비하고 있으므로, 광센서에 대해 주광선만을 입사시키도록 할 수 있어 부광선도 검출함으로써 일으키는 검출오차를 저감할 수 있다.
상기 노광장치가 주광학계로부터 상기 광의 일부를 상기 광센서로 안내하는 분기 광학계 (26) 를 구비하고 있는 경우에는 상기 분리장치 (F1 ∼ F3, F5, M1, M2) 를 상기 분기 광학계와 상기 광센서 (41) 사이에 설치할 수 있다. 광센서에 광을 안내하는 분기 광학계내에 분리장치를 설치함으로써, 주광학계로부터 보내어지는 광의 당해 분리장치에 의한 감쇠를 없앨 수 있다.
상기 노광장치는 상기 분리장치 (F1 ∼ F3, F5, M1, M2) 에 의해 분리된 상기 주광선에 기초하여 상기 기판 (W) 에 대한 적산 노광량을 제어하는 제어장치 (40) 를 추가로 구비할 수 있다. 제어장치는 광센서에 의한 주광선만의 측정결과에 기초하여 적산 노광량을 제어할 수 있으므로, 부광선에 의한 영향을 배제하여 정확한 제어를 할 수 있다.
상기 노광장치에서, 상기 분리장치 (F5) 를 상기 분기 광학계 (26) 에 의해 분기된 상기 광의 광로로부터 대피되는 제 1 위치 (P1) 및 당해 광로 위에 배치되는 제 2 위치 (P2) 사이에서 선택적으로 이동시키는 이동장치 (46) 를 구비할 수 있고, 이 경우에 상기 분리장치가 상기 제 1 위치로 이동하였을 때의 상기 광센서 (41) 의 계측결과를 상기 분리장치가 상기 제 2 위치로 이동하였을 때의 상기 광센서 (41) 의 계측결과에 기초하여 보정하는 보정장치 (45) 를 추가로 구비할 수 있다.
분리장치를 제 1 위치 (광로 위로부터 대피된 위치) 에 설정하여 광센서로 계측하면 광센서에는 주광선과 부광선이 분리되지 않은 상태의 광이 입사된다. 한편, 분리장치를 제 2 위치 (광로 위의 위치) 에 설정하여 광센서로 계측하면 광센서에는 부광선만을 입사시키도록 할 수 있다. 따라서, 양자의 계측결과를 통해 부광선을 포함하지 않는 주광선의 정확한 계측결과를 얻을 수 있다.
상기 분리장치로는 상기 주광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 투과하고, 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 감쇠하는 광학필터 (F1 ∼ F3) 를 채용하거나, 또는 상기 주광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 반사하고, 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 투과하는 반사투과형 미러 (M1,M2) 를 채용할 수 있다. 여기서,「감쇠하는」이란 완전히 차광하는 경우와, 완전하게는 차광하지 않고 일부는 투과하는 경우 (예컨대 그 투과량이 광센서의 최저 검출감도 이하인 경우) 가 포함된다.
본 발명은 상기 광원으로서 F2레이저 광원을 사용하는 경우에는 특히 바람직하다. 즉, F2레이저 광원은 상술한 바와 같이 주광선으로서 157㎚ 의 광을발진함과 동시에, 부광선으로서 적색광 (파장 630 ∼ 720㎚ 정도) 도 발생하기 때문에, 이 경우에 당해 적색광을 제외한 주광선만을 정확히 계측할 수 있고, 그 결과 적산 노광량을 적정하게 제어할 수 있게 됨과 동시에 각종 장해 감시의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
2. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광장치는 노광대상으로서의 기판 (W) 을 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 통해 노광하는 노광장치에 있어서, 상기 기판을 감광시키는 파장의 주광선 (ML) 및 이 주광선의 발진에 수반하여 부차적으로 발생하는 이 주광선의 파장과 다른 파장의 부광선 (SL) 을 포함하는 광을 출사하는 광원 (12) 과, 상기 광원으로부터의 광을 상기 마스크를 통해 상기 기판에 안내하는 주광학계와, 상기 주광선 및 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 제 1 광센서 (42) 와, 적어도 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 제 2 광센서 (43) 와, 상기 주광학계에서의 상기 광의 광로내에 배치되어 상기 광의 일부를 상기 제 1 광센서에 안내하는 제 1 분기 광학계와, 상기 주광학계 또는 상기 제 1 분기 광학계에서의 상기 광의 광로내에 배치되어 상기 광의 일부를 상기 제 2 광센서에 안내하는 제 2 분기 광학계와, 상기 제 2 분기 광학계와 상기 제 2 광센서 사이에 설치되어 상기 주광선과 상기 부광선을 분리하는 분리장치 (F4) 를 구비하여 구성된다. 이 경우에 상기 제 1 광센서에 의한 계측결과를 상기 제 2 광센서에 의한 계측결과에 기초하여 보정하는 보정장치 (44) 를 추가로 구비할 수 있다. 제 2 광센서는 상기 주광선에 감도를 갖고 있어도 된다.
제 1 광센서에는 주광선과 부광선이 분리되지 않은 상태의 광이 입사된다.한편, 제 2 광센서에는 부광선만을 입사시킬 수 있다. 따라서, 제 1 광센서에 의한 계측결과를 제 2 광센서에 의한 측정결과에 기초하여 보정함으로써, 부광선을 포함하지 않는 주광선의 정확한 계측결과를 얻을 수 있다.
3. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 노광방법은 노광대상으로서의 기판 (W) 을 감광시키는 파장의 주광선 (ML) 및 이 주광선의 파장과 다른 파장의 부광선 (SL) 을 포함하는 노광광을 이용하여 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 통해 이 기판을 노광하는 노광방법에 있어서, 상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광으로부터 이 부광선을 분리하고, 이 분리된 후의 노광광의 에너지 (광량, 강도, 조도 등) 를 계측하고, 이 계측결과에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 노광대상으로서의 기판 (W) 을 감광시키는 파장의 주광선 (ML) 및 이 주광선의 파장과 다른 파장의 부광선 (SL) 을 포함하는 노광광을 이용하여 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 통해 이 기판을 노광하는 노광방법에 있어서, 상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광의 일부를 분기하고, 이 분기된 노광광으로부터 상기 부광선을 분리하고, 이 분리한 후의 노광광의 에너지를 계측하고, 이 계측결과에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 노광대상으로서의 기판 (W) 을 감광시키는 파장의 주광선 (ML) 및 이 주광선의 파장과 다른 파장의 부광선 (SL) 을 포함하는 광에 기초하는 노광광을 이용하여 패턴이 형성된 마스크 (R) 를 통해 이 기판을 노광하는 노광방법에 있어서, 상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광의 제 1 에너지를 계측하고,상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광으로부터 상기 주광선을 분리하고, 상기 주광선을 분리한 후의 노광광의 제 2 에너지를 계측하고, 상기 제 1 에너지를 상기 제 2 에너지에 기초하여 보정하고, 보정된 상기 제 1 에너지에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 노광방법에 따르면 부광선을 포함하지 않는 주광선을 정확히 계측할 수 있다. 이 방법은 상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 광이 F2레이저 광원으로부터 출사되는 레이저광인 경우에 특히 바람직하다.
4. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디바이스 제조방법은 상기 기술한 본 발명의 노광방법을 이용하여 상기 마스크 패턴의 이미지를 상기 기판에 전사하는 단계를 갖는 것을 특징으로 한다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관한 스텝 앤드 스캔 방식의 투영노광장치의전체 구성을 나타내는 도면이고,
도 2 는 본 발명의 실시형태의 제 1 적색광 대책을 설명하기 위한 구성도이고,
도 3 은 본 발명의 실시형태의 제 1 적색광 대책에서의 필터 위치의 변경예를 나타내는 구성도이고,
도 4 는 본 발명의 실시형태의 제 2 적색광 대책을 설명하기 위한 구성도이고,
도 5 는 본 발명의 실시형태의 제 2 적색광 대책에서의 다이크로익 미러의 구성도이고,
도 6 은 본 발명의 실시형태의 제 2 적색광 대책에서의 다이크로익 미러 위치의 변경예를 나타내는 구성도이고,
도 7 은 본 발명의 실시형태의 제 3 적색광 대책을 설명하기 위한 구성도이고,
도 8 은 본 발명의 실시형태의 제 4 적색광 대책을 설명하기 위한 구성도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
[전체구성]
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관한 노광장치의 전체 구성도를 나타내는 도면이다. 이 노광장치는 스텝 앤드 스캔 방식의 축소 투영형 노광장치이다.
도 1 에서, 반도체 제조공장이 있는 층의 바닥 (B1) 위의 청정실내에 투영노광장치가 설치되고, 그 층 아래의 바닥 (B2) 위의 이른바 기계실 (유틸리티 스페이스) 내에, 층 위의 투영노광장치에, 노광광이 투과하는 기체, 예컨대 불활성 가스 (본 실시형태에서는 헬륨 가스) 를 공급하기 위한 봄베 (32; 공급장치) 나 당해 가스를 회수ㆍ정화하는 정화장치 (55) 등이 설치되어 있다.
바닥 (B1) 위의 청정실내에서, 방진대를 통해 상자 모양의 케이스 (11) 가설치되고, 케이스 (11) 내에 조명 광원으로서의 F2레이저 광원 (12; 주광선의 발진파장 157㎚), 노광본체부와의 사이에서 광로를 위치적으로 매칭시키기 위한 가동 미러 등을 포함하는 빔 매칭 유닛 (13; BMU), 및 내부를 조명광이 통과하는 차광성 파이프 (14) 가 설치되어 있다. 레이저 광원 (12) 은 버퍼 가스로서의 헬륨 가스에 불소 (F2) 를 혼합하여 봉입한 레이저 발진기 및 이 레이저 발진기의 전극에 전압을 인가하는 고압전원 등을 구비하여 구성된다.
케이스 (11) 옆에 상자 모양의 기밀성이 양호한 환경챔버 (15) 가 설치되고, 환경챔버 (15) 내에서 바닥 (B1) 위에 바닥으로부터의 진동을 감쇠하기 위한 방진대를 통해 정반 (16) 이 설치되고, 정반 (16) 위에 웨이퍼 스테이지 (38) 가 설치되어 있다. 또한, 케이스 (11) 내로부터 돌출되어 있는 파이프 (14) 에서 환경챔버 (15) 의 내부까지 기밀성이 양호한 서브챔버 (18) 가 가설되고, 서브챔버 (18) 내에 조명광학계의 대부분이 수납되어 있다.
노광시에, 케이스 (11) 내의 F2레이저 광원 (12) 에서 사출된 노광광 (주광선의 파장이 157㎚) 의 노광광 (IL; 펄스광) 은 BMU (13) 및 파이프 (14) 의 내부를 거쳐 서브챔버 (18) 내에 도달한다. 서브챔버 (18) 내에서, 노광광 (IL) 은 빔 익스팬더 (19), 가변감광기 (20), 렌즈계 (21,22) 등으로 이루어지는 빔 정형광학계를 거쳐 광로 절곡용 반사 미러 (23) 에서 반사되어 옵티컬 인테그레이터로서의 플라이아이렌즈 (24; 플라이아이렌즈 대신에 로드렌즈를 사용해도 된다) 에 입사한다.
플라이아이렌즈 (24) 는 후술하는 레티클 (R) 을 균일한 조도분포로 조명하기 위해 다수의 2 차 광원을 형성한다. 플라이아이렌즈 (24) 의 사출면에는 조명계의 개구조리개 (25) 가 배치되고, 개구조리개 (25) 내의 2 차 광원에서 사출되는 노광광 (IL) 은 반사율이 작고 또한 투과율이 큰 빔 스플리터 (26) 에 입사한다. 빔 스플리터 (26) 를 투과한 노광광 (IL) 은 콘덴서 렌즈계 (27) 를 거쳐 레티클 블리인드 기구 (28) 의 직사각형의 개구부를 통과한다.
레티클 블라인드 기구 (28) 는 레티클의 패턴면에 대한 공역면의 근방에 배치되어 있다. 또한, 레티클 블라인드 기구 (28) 내에는 슬릿형상의 개구부를 갖는 고정조명 시야조리개 (28A; 고정 블라인드), 및 이 고정 블라인드와는 별도로 조명시야영역의 주사방향의 폭을 가변으로 하기 위한 가동 블라인드 (28B) 가 설치되어 있다. 주사노광의 개시시 및 종료시에는 가동 블라인드를 통해 조명영역을 더욱 제한함으로써, 불필요한 부분으로의 노광이 방지된다.
레티클 블라인드 기구 (28) 의 고정 블라인드에 의해 슬릿형상으로 정형된 노광광 (IL) 은 결상용 렌즈계 (29), 반사 미러 (30), 및 주 콘덴서 렌즈계 (31) 를 통해 레티클 (R) 의 회로패턴영역 위의 슬릿형상의 조명영역을 균일한 강도분포로 조사한다. 본 실시형태에서는 차광성 파이프 (14) 의 사출면에서 주 콘덴서 렌즈계 (31) 까지가 서브챔버 (18) 내에 수납되고, 또한 파이프 (14) 내부에서 F2레이저 광원 (12) 의 사출면까지의 공간도 케이스 (11) 에 의해 밀폐되어 있다. 그리고, 서브챔버 (18) 및 케이스 (11) 내에는 층 아래의 헬륨 봄베 (32) 로부터배관 (33) 을 통해 소정 순도 이상으로 온도제어된 헬륨 가스 (He) 가 공급되고 있다. 배관 (33) 에는 개폐밸브 (34) 및 펌프 (35) 가 설치되어 있고, 도시하지 않은 제어계에 의해 개폐밸브 (34) 의 개폐 및 펌프 (35) 의 작동을 제어함으로써, 투영노광장치로의 헬륨 가스의 공급, 및 그 정지를 전환할 수 있게 되어 있다.
노광광 (IL) 하에서, 레티클 (R) 의 조명영역내의 회로패턴의 이미지가 투영광학계 (PL) 를 통해 웨이퍼 (W) 위의 레지스트층의 슬릿형상의 노광영역에 전사된다. 그 노광영역은 웨이퍼 (W) 위의 복수의 쇼트영역 중 하나의 쇼트영역 위에 위치하고 있다. 본 실시형태의 투영광학계 (PL) 는 디옵트릭계 (굴절계) 이지만, 이러한 단파장의 자외광을 투과할 수 있는 초재는 형석이나 합성석영 등 한정되어 있기 때문에 투영광학계 (PL) 를 카타디옵트릭계 (반사굴절계), 또는 반사계로서 투광광학계 (PL) 에서의 노광광 (IL) 의 투과율을 높이도록 하면 된다. 이하에서는 투영광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행하게 Z 축을 취하고, Z 축과 수직인 평면내에서 도 1 의 지면에 평행하게 X 축, 도 1 의 지면과 수직으로 Y 축을 취하여 설명한다.
레티클 (R) 은 레티클 스테이지 (36) 위에 흡착지지되고, 레티클 스테이지 (36) 는 레티클 베이스 (37) 위에 X 방향 (주사방향) 으로 등속이동할 수 있음과 동시에 X 방향, Y 방향, 회전방향으로 미동할 수 있게 올려놓아져 있다. 레티클 스테이지 (36; 레티클 (R)) 의 2 차원적인 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계를 구비한 도시하지 않은 구동제어유닛에 의해 제어되고 있다.
한편, 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 스테이지 (38) 위에 설치된 도시하지 않은 웨이퍼 홀더 위에 흡착지지되고 있다. 웨이퍼 스테이지 (38) 는 정반 (16) 위에 올려놓아져 있다. 웨이퍼 스테이지 (38) 는 오토 포커스 방식으로 웨이퍼 (W) 의 포커스 위치 (Z 방향 위치), 및 경사각을 제어하여 웨이퍼 (W) 표면을 투영광학계 (PL) 의 이미지면에 맞춤과 동시에, 웨이퍼 (W) 의 X 방향으로의 등속주사, 및 X 방향, Y 방향으로의 스테핑을 실시한다. 웨이퍼 스테이지 (38; 웨이퍼 (W)) 의 2 차원적인 위치, 및 회전각도 레이저 간섭계를 구비한 도시하지 않은 구동제어유닛에 의해 제어되고 있다.
주사노광시에는 레티클 스테이지 (36) 를 통해 노광광 (IL) 의 조명영역에 대해 레티클 (R) 이 ＋X 방향 (또는 －X 방향) 으로 속도 Vr 로 주사되는 것에 동기하여 웨이퍼 스테이지 (38) 를 통해 노광영역에 대해 웨이퍼 (W) 가 －X 방향 (또는 ＋X 방향) 으로 속도 βㆍVr (β는 레티클 (R) 에서 웨이퍼 (W) 로의 투영배율) 로 주사된다.
또한, 조명광학계와 레티클 (R) 및 레티클 (R) 과 투영광학계 (PL) 사이의 부분을 포함하는 공간을 덮도록 레티클실 (51) 이 형성되어 있음과 동시에, 투영광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이의 부분을 포함하는 공간을 덮도록 웨이퍼실 (52) 이 형성되어 있다. 투영광학계 (PL) 의 경통 내부의 공간 (복수의 렌즈소자간의 공간), 레티클실 (51) 및 웨이퍼실 (52) 내부에는 케이스 (11) 및 서브챔버 (18) 안과 동일하게 층 아래의 헬륨 봄베 (32) 로부터의 배관 (33) 을 통해 소정 농도 이상으로 온도제어된 헬륨 가스가 공급되고 있다. 또 환경챔버 (15) 내에는 도시하지 않은 질소 봄베로부터 질소 가스가 공급되고 있다.
환경챔버 (15) 내에서, 서브챔버 (18), 투영광학계 (PL) 의 경통, 레티클실 (51) 및 웨이퍼실 (52) 로부터 누출된 헬륨 가스는 환경챔버 (15) 내의 질소 가스보다 가볍기 때문에 상승하여 천정 부근의 공간에 머문다. 이 천정 근방의 공간내의 기체는 헬륨 가스 이외에 질소나 환경챔버 (15) 의 외부로부터 진입한 공기가 섞인 혼합 기체이다.
환경챔버 (15) 의 측벽의 이 천정 근방에는 배관 (53) 의 일단이 접속되고, 배관 (53) 의 타단은 바닥 (B1) 에 형성된 개구를 통과하여 층 아래의 정화장치 (55) 에 접속되어 있다. 바닥 (B1) 의 바닥면측의 배관 (53) 도중에 흡인용 펌프 (54; 또는 팬) 가 배치되어 있고, 배관 (53) 및 펌프 (54) 에 의해 회수계가 구성되고, 환경챔버 (15) 의 상부공간으로부터 흡인된 혼합기체는 층 아래의 정화장치 (55) 로 보내진다.
정화장치 (55) 는 상세한 도시는 생략하였지만, 혼합기체로부터 미세한 진애나 수분을 제거하는 집진배수장치, 혼합기체를 단열압축냉각에 의해 액체질소온도로까지 냉각시켜 질소만을 액화시키고 기체의 헬륨을 분리하는 냉각분리장치, 분리된 헬륨 가스에 잔존하는 오염물질을 더 제거하는 화학필터 등을 구비하여 구성된다. 정화장치 (55) 에 의해 정화된 헬륨 가스는 배관 (56) 및 밸브 (57) 를 통해 헬륨 봄베 (32) 로 되돌아가 재공급에 대비한다.
본 실시형태에서, 노광장치 본체 (17) 는 웨이퍼 (W) 를 지지하는 웨이퍼 스테이지 (38), 투영광학계 (PL), 레티클 (R) 을 지지하는 레티클 스테이지 (36), 조명광학계의 적어도 일부 (예컨대 환경챔버 (15) 내에 배치되는 조명광학계의 일부)로 구성된다.
[노광량 제어]
웨이퍼 스테이지 (38) 위의 웨이퍼 (W) 근방에는 광전변환소자로 이루어지는 광센서로서의 조도계 (39) 가 설치되어 있다. 이 조도계 (39) 의 수광면은 웨이퍼 (W) 의 표면과 같은 높이로 설정되어 있다. 조도계 (39) 로는 원자외영역에 감도가 있고 또한 펄스 조명광을 검출하기 위해 높은 응답주파수를 갖는 실리콘 포토다이오드 등을 사용할 수 있다. 또 조도계 (39) 로는 초전식 또는 열식 광량계 등을 사용해도 된다. 조도계 (39) 의 검출신호는 도시하지 않은 피크홀드회로 및 아날로그/디지털 (A/D) 변환기를 통해 노광 콘트롤러 (40) 에 공급된다.
한편, 빔 스플리터 (26) 에 의해 반사된 노광광 (IL) 은 도시하지 않은 집광렌즈를 통해 광전변환소자로 이루어지는 광센서로서의 인테그레이터 센서 (41) 에 의해 수광되고, 인테그레이터 센서 (41) 의 광전변환신호는 도시하지 않은 피크홀드회로 및 A/D 변환기를 통해 출력 DS (디지털 신호) 로서 노광 콘트롤러 (40) 에 공급된다. 또 인테그레이터 센서 (41) 로는 실리콘 포토다이오드, 초전식 또는 열식 광량계 등을 사용할 수 있다. 또 본 실시형태에서는 레이저 광원 (12) 에서 웨이퍼 (W) 에 이르는 광학계를 주광학계라고 하고, 빔 스플리터 (26) 에 의해 주광학계로부터 분기되어 인테그레이터 센서 (41) 에 이르는 광학계를 분기 광학계라고 하는 경우가 있다.
인테그레이터 센서 (41) 의 출력 DS 와, 웨이퍼 (W) 의 표면 (이미지면) 위에서의 노광광 (IL) 의 단위면적당 펄스에너지 (노광량) 와의 상관관계는 인테그레이터 센서 (41) 의 계측값과 조도계 (39) 의 계측값 등에 기초하여 미리 구해져 노광 콘트롤러 (40) 내에 기억되어 있다. 이 상관관계를 구하기 위한 계측은 노광처리 개시전에 또는 필요에 따라 행해진다. 노광 콘트롤러 (40) 는 도시하지 않은 스테이지 콘트롤러로부터의 스테이지계의 동작정보에 동기하여 제어정보 (TS) 를 레이저 광원 (12) 에 공급함으로써 광원 (12) 의 발광 타이밍 및 발광 파워 등을 제어한다. 또한 노광 콘트롤러 (40) 는 가변감광기 (20) 의 필터를 전환함으로써 투과율을 제어한다. 도시하지 않은 스테이지 콘트롤러는 스테이지계의 동작정보에 동기하여 블라인드 기구 (28) 의 가동 블라인드의 개폐동작을 제어한다.
이어서, 주사노광시의 기본적인 노광량 제어에 대해 설명한다. 노광 콘트롤러 (40) 는 인테그레이터 센서 (41) 의 출력 DS 를 직접 피드백함으로써 레이저 광원 (12) 의 다음의 펄스발광시의 펄스에너지의 목표값을 설정한다. 즉, 예컨대 오퍼레이터에 의해 입력되는 웨이퍼 (W) 위에 도포되어 있는 포토레지스터의 기지의 감도에 따라, 웨이퍼 (W) 위의 각 점에 대한 적산 노광량의 목표값인 목표노광량 S0이 정해짐과 동시에 레이저 광원 (12) 의 펄스에너지의 기지의 편차, 및 미리 설정되어 있는 필요한 노광량 제어 재현 정밀도에 기초하여 웨이퍼 (W) 위의 각 점에 대한 노광광 (IL) 의 최소 노광 펄스수 Nmin이 정해진다.
이들 파라미터에 기초하여 노광 콘트롤러 (40) 는 가변감광기 (20) 의 투과율을 적절히 설정하여 실제로 레이저 광원 (12) 에 소정 회수 펄스 발광을 행하게하여 인테그레이터 센서 (41) 를 통해 웨이퍼 (W) 위에서의 평균적인 펄스에너지 P 를 계측하고, 이 계측결과로 그 적산 노광량의 목표값 S0을 나눔으로써 노광 펄스수 N 을 구한다. 또 실제로는 S0/P 가 반드시 정수로 되는 것은 아니기 때문에, S0/P 를 정수화한 값이 사용된다. 여기서는 간단하게 하기 위해 S0/P 를 정수인 것으로 하여 설명한다.
그리고, 구해진 노광 펄스수 N 이 이미 Nmin이상이면 그대로 노광으로 이행되지만, 노광 펄스수 N 이 Nmin보다 작을 때에는 노광 콘트롤러 (40) 는 그 노광 펄스수 N 이 Nmin이상이 되는 범위에서 가변감광기 (20) 의 투과율을 높인다. 이 때의 투과율을 T 라 하면 노광 펄스수 N 은 (S0/(PㆍT)) 가 된다. 실제로는 (S0/(PㆍT)) 가 반드시 정수로 되는 것은 아니기 때문에 정수화가 필요하지만, 여기서는 간단하게 하기 위해 정수인 것으로 한다. 그 결과 1 펄스당 목표에너지는 S0/N 이 된다.
또한, 도 1 에 나타내는 웨이퍼 (W) 위의 슬릿형상의 노광영역의 주사방향의 폭 (슬릿폭) 을 D, 레이저 광원 (12) 의 발진주파수 (또는 펄스의 반복주기의 역수) 를 F, 주사노광시의 웨이퍼 (W) 의 주사속도를 V 라 하면 펄스 발광간에 웨이퍼 (W) 가 이동하는 간격은 V/F 이므로, 그 노광 펄스수 N 은 다음 식으로 표현된다.
N ＝ D/(V/F)…(1)
즉, 그 노광펄스수 N 이 얻어지도록 슬릿폭 D, 및 발진주파수 F 등을 재설정할 필요가 있다. 단, 통상 그 슬릿폭 D 는 일정하기 때문에 식 (1) 이 성립하도록 발진주파수 F 및 주사속도 V 중 적어도 일방이 설정되고, 주사속도 V 의 정보는 스테이지 콘트롤러에 공급된다.
그 후의 주사노광시에 노광 콘트롤러 (40) 는 레이저 광원 (12) 에 펄스발광을 개시하는 지령을 발한 후, 일례로서 발광 펄스수가 Nmin(또는 소정 수) 에 도달할 때까지는 인테그레이터 센서 (41) 에 의해 검출되는 웨이퍼 (W) 위에서의 각 펄스에너지의 평균값이 S0/N 이 되도록 레이저 광원 (12) 에 주파수 F 로 펄스 발광을 행하게 한다. 이와 평행하여 노광 콘트롤러 (40) 는 각 펄스광마다 인테그레이터 센서 (41) 로부터의 출력 DS 로부터 웨이퍼 (W) 위에서의 노광량 Pi를 구하고, 이 노광량 Pi를 적산하여 웨이퍼 (W) 위에서의 실제 적산 노광량 (이동 합) 을 구한다. 그리고 발광펄스수가 Nmin에 도달한 후부터는 순차적으로 일련의 Nmin펄스분의 적산 노광량 (이동 윈도) ST 가 항상 다음 목표값이 되도록, 레이저 광원 (12) 의 다음 펄스 발광시의 인가전압을 제어한다. Nmin펄스분의 시간은 제어계에 있어서는 단위시간으로 간주할 수도 있다. 또 그 전압은 레이저 광원 (12) 의 레이저 공진기내의 가스 상태 및 레이저 공진기의 상태 등을 고려하여 결정된다.
ST ＝ Nminㆍ(S0/N) …(2)
그리고, k 번째, (k＋1) 번째, (k＋2) 번째, …의 펄스 발생시에는 각각 그 때까지의 Nmin펄스분의 적산 노광량 ST 가 식 (2) 에 근접하도록 고전압원에 의한 인가전압이 제어되고, 레이저 광원 (12) 에서의 1 펄스당 에너지의 미세조정이 행해진다. 그럼으로써, 주사노광후의 웨이퍼 (W) 위의 각 점에는 필요한 노광량 제어정밀도로 목표값 S0이 되는 적산 노광량이 주어진다.
[적색광 대책]
이 실시형태의 광원은 버퍼 가스로서 헬륨 가스를 사용한 F2레이저 광원이기 때문에, 파장 157㎚ 의 주광선을 발진할 때에 부차적으로 파장 630 ∼ 720㎚ 정도의 적색광 (부광선) 도 발생시킨다. 그리고, 이 실시형태의 각종 광센서 (조도계 (39), 인테그레이터 센서 (41)) 는 그러한 적색광에 감도를 갖는 포토다이오드 등을 채용하고 있다. 따라서, 그 검출값에는 노광에 기여하는 주광선 뿐 아니라, 노광에 기여하지 않는 부광선도 포함하여 검출해버리기 때문에, 특히 주광선과 부광선에서는 광로중에 있어서의 감쇠율이 달라지는 경우도 있어 (주광선이 감쇠율이 높다) 검출결과에 오차를 발생시키고, 그 검출결과에 기초하여 상기 기술한 바와 같은 노광량 제어 등을 행하면 충분히 고정밀도의 패턴을 형성할 수 없는 경우가 있다. 이하, 이 대책에 대해 설명한다.
[제 1 대책]
도 2 는 제 1 적색광 대책을 나타내는 도면으로, 도 1 에 나타낸 노광장치의요부를 나타내고 있다. 이 예에서는 분기 광학계에서의 노광광의 광로내, 즉 빔 스플리터 (26) 와 인테그레이터 센서 (41) 사이에 필터 (F1) 를 설치하고 있다. 이 필터 (F1) 는 형석 등의 진공 자외광을 적은 손실로 투과시키는 모재의 편면 또는 양면에 유전체 박막, 유전체 다층막, 금속 박막, 금속 다층막, 유전체와 금속의 복합막 등을 형성하여 구성되고, 파장 157㎚ 전후의 파장대역을 포함하는 짧은 파장대역 (예컨대 190㎚ 이하) 의 광을 투과하고, 파장 630 ∼ 720㎚ 정도의 파장대역을 포함하는 긴 파장대역 (예컨대 190㎚ 이상) 의 광을 흡수, 산란, 또는 반사시키는 광학특성을 갖는 광학필터이다. 또 이 필터 (F1) 는 패브리페로형 공진기, 프리즘, 회절격자 등을 사용하여 상기 광학특성을 실현하도록 한 것을 채용해도 된다.
레이저 광원 (12) 에서 출사되고, 빔 스플리터 (26) 에 의해 반사된 광은 파장 157㎚ 의 주광선 (ML) 과 부광선 (SL) 로서의 적색광을 포함하고 있지만, 필터 (F1) 에 의해 주광선 (ML) 과 부광선 (SL) 이 분리됨과 동시에, 부광선 (SL) 이 제거되어 주광선 (ML) 이 차지하는 비율이 많은 광이 투과된다. 따라서, 인테그레이터 센서 (41) 에는 적색광을 포함하지 않는 주광선만 입사되므로, 광센서 (41) 가 적색광에 감도를 갖는 것이라도 당해 적색광의 영향에 의한 검출 오차를 작게 할 수 있다. 따라서, 당해 검출결과를 이용하여 노광량 제어를 보다 정확히 할 수 있게 된다. 또 필터에 의해 적색광을 100% 분리하는 것은 실제로 불가능하므로, 광센서 (41) 의 검출결과에 악영향을 미치지 않을 정도로 감쇠시킬 수 있으면 된다.
또한, 광센서 (41) 의 검출결과를 이용하여 빔 스플리터 (26) 에서 투영광학계 (PL) 의 웨이퍼측의 광학소자까지의 사이에서의 광학부재 (렌즈 (27), 투영광학계를 구성하는 복수의 렌즈나, 반사 미러 (30) 등을 포함) 에 의해 생기는 노광광의 감쇠율 (상기 렌즈의 투과율, 반사 미러의 반사율 포함) 이나, 광학부재 사이의 공간, 레티클 (R) 을 수용하는 레티클실 (51) 내에 존재하는 노광흡광물질 (산소, 이산화탄소 등의 기체나 물, 유기물질 등) 에 의해 발생하는 노광광의 흡수율, 또는 웨이퍼면 위에서의 노광영역내의 조도 불균일의 감시를 행하는 경우에도 그 감시의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
예컨대 도 1 의 케이스 (11), 서브챔버 (18), 투영광학계 (PL) 의 경통 등의 기밀성이 저하되어 외기 (산소, 물 등 주광선을 흡수하는 노광장치 설치환경의 대기) 가 적어도 하나의 공간에 진입한 경우에는 그 공간을 통과하는 주광선의 투과율이 낮아지므로, 시간적인 조도 내지 광량의 변화를 검출할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 스테이지 위의 조도계 (39) 에는 주광선 (ML) 과 부광선 (SL) 을 포함하는 광이 입사된다.
그러나, 적색광은 적어도 하나의 공간내에 외기가 침입하여도 적색광 자신의 투과율에 거의 변화가 일어나지 않는다. 따라서, 광센서 (41) 가 부광선 (SL) 을 제거한 후의 주광선 (ML) 이 차지하는 비율이 많은 광을 검출하고 있기 때문에, 광센서 (39) 에서 부광선 (SL) 및 주광선 (ML) 에 감도를 갖고 있더라도 빔 스플리터 (26) 에서 광센서 (39) 에 도달하는 주광선 (ML) 이 차지하는 비율이 많은 광의 도달률 (바꿔 말하면 광학부재 및 광로중의 공간에 존재하는 흡광물질에 의해 감쇠율) 을 정확히 검출할 수 있다.
즉, 주광학계의 광로내의 적어도 하나의 공간에 대해 외기의 침입이 있거나, 광학부재 표면의 노광광이 통과하는 영역의 오염상태를 경미한 단계에서 정밀도 양호하게 검출할 수 있게 된다. 또한 진공 자외광의 빔 스플리터 (26) 로부터 광센서 (39) 사이에 배치되는 광학부재의 표면에 대한 진광자외광의 조사를 정지하면 그 공간내에 존재하는 불순물질 (여기서는 흡광물질을 나타냄) 이 광학부재 표면에 부착된다. 그러나, 다시 진공 자외광의 조사를 개시하면 광학부재 표면에 부착되어 있던 불순물질이 표면에서 탈리되는, 소위 광세정효과가 일어난다. 본 실시형태에서는 이러한 광세정의 효과가 광센서 (39) 와 광센서 (41) 의 출력에 의해 정확히 확인할 수 있다.
또, 조도계 (39) 에 입사하는 적색광을 주광선으로부터 분리하고, 주광선 (ML) 이 차지하는 비율이 많은 광을 조도계 (39) 가 검출할 수 있도록 주광학계내에 당해 필터를 별도로 설치해도 된다. 당해 필터를 인테그레이터 센서 (41), 조도계 (39) 의 바로 앞에 설치하는 경우에는 당해 필터를 인테그레이터 센서 (41), 조도계 (39) 의 일부로 하여 일체로 설치하도록 해도 된다.
또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 조명광학계의 광로중에서 빔 익스팬더 (19) 의 하류측 (웨이퍼 (W) 측) 에 필터 (F3) 을 설치해도 된다. 이 구성에서는 필터 (F3) 를 빔 스플리터 (26) 보다 상류측 (광원 (12) 측) 에 설치하였으므로, 인테그레이터 센서 (41) 및 조도계 (39) 의 양자에 대해 1 개의 필터로 대처할 수 있는 점에서, 비용적으로나 광학특성상으로도 유리 (감쇠가 적음) 하다고 할 수있다. 또한, 필터 (F3) 를 빔 익스팬더 (19) 의 하류측에 배치함으로써, 노광광의 단면적이 빔 액스팬더 (19) 에 의해 확대되어 에너지 밀도가 저하되므로, 필터 (F3) 의 수명을 길게할 수 있다. 단, 필터를 배치하는 위치는 빔 익스팬더 (19) 보다 상류측의 위치 (예컨대 도 3 에 부호 F2 로 나타냄) 에 배치하는 것도 물론 가능하다.
또한, 상기 기술한 실시형태에서는 필터 (F3) 는 1 개를 설치하는 것으로 하고 있으나, 복수개의 필터를 광로 위에 집합적으로 1 군데에, 또는 이산적으로 배치하도록 해도 된다.
[제 2 대책]
도 4 는 도 2 의 적색광 대책을 나타내는 도면으로, 도 1 에 나타낸 노광장치의 요부를 나타내고 있다. 이 실시형태에서는 제 1 대책에서 사용한 필터 (F1) 대신에 분기 광학계로서의 빔 스플리터 (26) 에 의해 분기된 광로내, 즉 빔 스플리터 (26) 와 인테그레이터 센서 (41) 사이에 다이크로익 미러 (M1) 를 설치하고 있는 점에서 다르다. 그 밖의 구성 및 작용에 대해서는 제 1 대책과 동일하므로 설명을 생략한다.
이 다이크로익 미러 (M1) 는 파장 157㎚ 전후의 파장대역을 포함하는 짧은 파장대역 (예컨대 190㎚ 이하) 의 광을 반사하고, 파장 630 ∼ 720㎚ 정도의 파장대역을 포함하는 긴 파장대역 (예컨대 190㎚ 이상) 의 광을 투과시키는 광학특성을 갖는 반사투과형 미러이다.
이 다이크로익 미러 (M1) 는 예컨대 도 5 에 나타내는 바와 같이, 형석 등의진공 자외광을 적은 손실로 투과시키는 모재 (48) 의 표면에 플루오르화물로 이루어지는 유전체 다층막 (49) 을 형성하여 구성되어 주광선 (ML) 을 반사하고 부광선 (SL; 적색광) 을 투과한다.
또 변형예로서 다이크로익 미러 (M1) 를 분기 광학계의 광로내에 배치하지 않고, 도 6 에 나타내는 바와 같이 반사 미러 (33) 대신에 다이크로익 미러 (M2) 를 설치해도 된다. 이 구성에서는 다이크로익 미러 (M2) 는 빔 익스팬더 (19) 의 하류측 (웨이퍼 (W) 측) 에 배치되어 있으므로, 빔 익스팬더 (19) 의 상류측 (레이저 광원 (12) 측) 에 설치하는 경우에 비해 노광광의 에너지밀도가 낮으므로 다이크로익 미러 (M2) 의 수명을 길게 할 수 있다. 단, 다이크로익 미러를 배치하는 위치는 빔 익스팬더 (19) 보다 상류측의 위치에 설치하도록 해도 된다.
또 상기 기술한 실시형태에서는 다이크로익 미러 (M2) 는 1 개를 설치하는 것으로 하고 있으나, 복수개의 다이크로익 미러를 분기 광학계의 노광광의 광로 위에 이산적으로 배치하거나, 또는 상기 기술한 광학필터 (F1 ∼ F3) 와 조합하여 설치하도록 해도 된다.
[제 3 대책]
도 7 은 제 3 적색광 대책을 나타내는 도면으로, 인테그레이터 센서 (41) 및 그 근방을 나타낸다. 이 실시형태에서는 도 1 의 인테그레이터 센서 (41) 로서 동일한 광센서 (42,43; 인테그레이터 센서 (41) 와 같은 것) 를 서로 인접하게 2 개 배치하고 있다. 그리고, 도 1 에서 빔 스플리터 (26) 에 의해 분기된 분기 광학계를 다시 둘 (등분) 로 분기시켜 일방을 광센서 (42) 에, 타방을 광센서 (43)에 입사시키도록 하여 광센서 (43) 의 광로 위에 필터 (F4) 를 설치하고 있다.
이 필터 (F4) 는 상기 기술한 필터 (F1 ∼ F3) 와 거의 반대의 광학특성을 갖고 있어 파장 630 ∼ 720㎚ 정도의 파장대역을 포함하는 긴 파장대역 (예컨대 190㎚ 이상) 의 광을 투과하고, 파장 157㎚ 전후의 파장대역을 포함하는 짧은 파장대역 (예컨대 190㎚ 이하) 의 광을 흡수, 산란, 또는 반사시키는 광학특성을 갖는 광학필터이다.
이 필터 (F4) 로는 광학 초자, 합성 석영, 아크릴판, 플라스틱판, 염화 나트륨판 등을 채용할 수 있고, 적색광의 투과율이 높은 것이 바람직하다. 또한 광센서 (43) 에 대한 광로 위에 산소, 물, 이산화탄소, 일산화탄소, 유기물, 규소화합물 등의 진공 자외광을 현저히 감쇠시키는 가스를 도입하거나, 어떠한 용기에 봉입하여 설치하도록 해도 된다.
광센서 (42) 의 수광면 (42A) 에는 주광선 (ML) 및 부광선 (SL) 의 양자를 포함하는 광이 입사되고, 광센서 (43) 의 수광면 (43A) 에는 필터 (F4) 에 의해 주광선 (ML) 이 분리된 부광선 (SL) 이 차지하는 비율이 많은 광이 입사되게 된다.
광센서 (42) 및 광센서 (43) 의 각각의 검출값은 보정장치 (44) 에 공급된다. 보정장치 (44) 는 광센서 (42) 에 의한 검출값 (주광선 및 부광선의 양자를 포함하는 검출값) 으로부터 광센서 (43) 에 의한 검출값 (부광선만 포함하는 검출값) 을 감산함으로써, 주광선의 광정보 (예컨대 광강도, 광량, 조도 등) 에 대한 검출값을 산출하고, 이것을 인테그레이터 센서 (41) 에 의한 검출결과 DS 로 하여 노광 콘트롤러 (40) 에 공급한다.
이 실시형태의 필터 (F4) 는 주광선 (ML) 에서 부광선 (SL) 을 분리하여 부광선 (SL) 을 투과하는 분리장치이고, 일반적으로 진공 자외광을 투과시키는 물질은 한정되어 있고, 반대로 이것을 흡수하는 물질은 각종 물질이 있으므로 진공 자외광을 투과시키고 적색광을 투과시키지 않기 위한 필터 (F1 ∼ F3) 와 비교하여 그 구성이 간략하며 그 비용도 저렴한 점에서 유리하다고 할 수 있다.
또 상술한 설명에서는 한쌍의 광센서 (42,43) 에 대해 주광학계로부터 빔 스플리터 (26) 에 의해 분기시킨 분기 광학계를 다시 둘로 분기시켜 광을 각각 안내하는 것으로 설명하였으나, 분기 광학계를 둘로 분기시키지 않고, 광센서 (42,43) 의 수광면 (42A,43A) 을 분기광의 단면적보다 작게 하여 당해 분기광을 각각의 수광면 (42A,43A) 에 동시에 입사하도록 구성해도 된다.
또 상술한 내용은 인테그레이터 센서 (41) 에 대한 설명이지만, 조도계 (39) 에 대해서도 동일한 구성을 적용할 수 있다.
[제 4 대책]
도 8 은 제 4 적색광 대책을 나타내는 도면으로, 인테그레이터 센서 (41) 및 그 근방을 나타내고 있다. 이 대책에서는 도 3 에 나타낸 것과 거의 동일한 구성이지만, 도 3 의 필터 (F3) 대신에 필터 (F5) 를 인테그레이터 센서 (41) 의 수광면 (41A) 의 바로 앞에 배치하고 있다. 이 필터 (F5) 는 상기 기술한 필터 (F4) 와 동일하게 주광선을 분리하여 부광선만을 투과하는 필터이므로, 그 설명은 생략한다.
이 필터 (F5) 는 이동장치에 의해 인테그레이터 센서 (41) 의 수광면 (41A)의 바로 앞에 위치하는 제 2 위치 (P2) 와 이 제 2 위치 (P2) 에서 대피되는 제 1 위치 (P1) 로 선택적으로 이동되도록 구성되어 있다. 즉, 필터 (F5) 는 홀더 (47) 에 고정되어 있고, 홀더 (47) 는 구동모터 (46) 에 의해 회전구동되도록 되어 있다. 구동모터 (46) 에 의해 필터 (F5) 를 구동함으로써, 필터 (F5) 를 제 1 위치 (P1) 와 제 2 위치 (P2) 사이에서 고속으로 이동시킬 수 있다. 또 이동장치로는 당해 필터 (F5) 를 제 1 위치 (P1) 와 제 2 위치 (P2) 사이에서 직선적으로 슬라이드시키는 것을 채용해도 된다.
필터 (F5) 가 제 1 위치 (P1) 에 있을 때에는 인테그레이터 센서 (41) 의 수광면 (41A) 에는 주광선 (ML) 및 부광선 (SL) 의 양자를 포함하는 광이 입사되고, 한편 필터 (F5) 가 제 2 위치 (P2) 에 있을 때에는 인테그레이터 센서 (41) 의 수광면 (41A) 에는 필터 (F5) 에 의해 주광선 (ML) 이 분리된 부광선 (SL) 의 비율이 많은 광이 입사되게 된다.
이 대책에서는 인테그레이터 센서 (41) 의 검출값은 보정장치 (45) 를 통해 노광 콘트롤러 (40) 에 공급되도록 되어 있다. 보정장치 (45) 는 필터 (F5) 가 제 1 위치 (P1) 에 있을 때의 인테그레이터 센서 (41) 에 의한 검출값 (주광선 및 부광선의 양자를 포함하는 검출값) 으로부터, 필터 (F5) 가 제 2 위치 (P2) 에 있을 때의 인테그레이터 센서 (41) 에 의한 검출값 (부광선만 포함하는 검출값) 을 감산함으로써, 주광선에 대한 검출값을 산출하고, 이것을 인테그레이터 센서 (41) 에 의한 검출결과 DS 로 하여 노광 콘트롤러 (40) 에 공급한다.
이 실시형태의 필터 (F5) 는 상기 기술한 필터 (F4) 와 동일하게 주광선(ML) 로부터 부광선 (SL) 을 분리하여 부광선 (SL) 을 투과하는 분리장치이고, 일반적으로 진공 자외광을 투과시키는 물질은 한정되어 있고, 반대로 이것을 흡수하는 물질은 각종 물질이 있으므로, 진공 자외광을 투과시키고 적색광을 투과시키지 않기 위한 필터 (F1 ∼ F3) 와 비교하여 그 구성이 간략하고 그 비용도 저렴한 점에서 유리하다고 할 수 있다. 또한, 이와 더불어 상기 기술한 제 4 대책과 같이 광센서 (42,43) 를 2 개 설치할 필요가 없어 구성이 보다 간단해진다.
또 이동장치 (46,47) 에 의한 필터 (F5) 의 위치 전환의 제어는 도시하지 않은 제어장치에 의해 이루어지지만, 전환주기는 될 수 있는 한 빠른 것이 좋다. 예컨대 레이저 광원 (12) 에 의한 펄스발진의 1 펄스마다 위치 (P1,P2) 가 전환되는 주기로 행하도록 하면 된다. 노광광의 조도는 시간이 경과함에 따라 변화되므로, 빠른 주기로 전환하는 것이 검출결과의 정밀도를 향상시킬 수 있기 때문이다. 또한 검출결과를 장해 감시에 이용하는 경우에는 장해의 발생을 보다 조기에 검출할 수 있기 때문이다.
또 상기 기술한 내용은 인테그레이터 센서 (41) 에 대한 설명이지만, 조도계 (39) 에 대해서도 동일한 구성을 적용할 수 있다.
[기타]
이상 설명한 실시형태는 본 발명의 이해를 쉽게 하기 위해 기재된 것으로, 본 발명을 한정하기 위해 기재된 것은 아니다. 따라서, 상기 실시형태에 개시된 각 요소는 본 발명의 기술적 범위에 속하는 모든 설계변경이나 균등물도 포함하는 취지이다.
상기 기술한 내용은 인테그레이터 센서 (41) 또는 조도계 (39) 에 대한 설명이지만, 그 밖에 노광장치에는 각종 광센서가 설치된다. 예컨대 웨이퍼 스테이지 (38) 위에는 조도계 (39) 이외에 동일한 광전변환소자로 이루어지는 조도 불균일 센서도 설치되는데, 이 같은 조도 불균일 센서에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
본 실시형태에서 사용되는 광센서의 수광면에는 커버 유리가 배치되어 있다. 이 커버 유리는 본 실시형태에서의 노광장치의 광학계를 구성하는 초재와 동일한 초재로 형성된다.
이 커버 유리는 광로내의 공간, 즉 불활성 가스로 채워진 공간내에 배치되어 있다. 따라서, 커버 유리의 표면은 진공 자외광의 조사에 의한 광세정효과에 의해 유리 표면에 부착된 흡광물질의 탈리가 일어난다. 또한, 진공 자외광의 조사를 정지하였을 때에, 그 공간중에 존재하는 흡광물질이 커버 유리 표면에 부착되는 현상이 발생한다. 이 흡광물질은 센서 자체를 구성하는 각종 부품 (배선이나 회로기판 등) 에서 발생되는 아웃 가스가 포함된다. 따라서, 흡광물질의 부착 및 광세정에 의해 광센서의 출력이 변동될 가능성이 있다. 따라서 광세정효과에 의해 커버 유리 표면에 흡광물질이 부착되지 않은 상태에서 검출한 노광광의 광정보를 레퍼런스로서 기억해 두고, 소정 타이밍에서 실제 계측값과, 기억된 레퍼런스를 비교하는 것이 바람직하다.
또한 비교 결과, 값이 차이나는 경우에는 캘리브레이션하는 것이 바람직하다. 센서를 캘리브레이션하는 경우에는 미리 노광장치에 부착되어 있는 광센서와 동일한 검출감도를 갖는 기준 광센서를 준비하고, 이 기준 광센서의 검출결과에 기초하여 노광장치에 부착되어 있는 광센서를 캘리브레이션해도 된다.
인테그레이터 센서라면 1 펄스마다 비교할 수도 있고, 또한 조도계는 조도검출시, 예컨대 웨이퍼를 교환할 때마다 비교할 수 있다.
상기 기술한 실시형태는 노광광의 광로를 헬륨 가스로 치환하는 구성에 대한 설명이지만, 질소, 아르곤, 네온, 크립톤 등의 가스, 또는 이들의 혼합 가스로서, 진공 자외영역의 광에 대한 흡수성이 적은 특성을 갖는 가스 (불활성 가스라고 함) 를 사용해도 된다. 또한, 노광광의 광로를 복수로 분할하고, 각 분할된 광로마다 가스의 종류를 다르게 해도 된다. 예컨대 조명광학계, 레티클실, 투영광학계, 웨이퍼실로 하여 투영광학계를 헬륨 가스로 치환하고, 조명광학계, 웨이퍼실 및 레티클실을 질소 가스로 치환해도 된다. 또한 웨이퍼실을 형성하지 않고 투영광학계와 웨이퍼 사이에 가스를 항상 흐르게 하는 구성이어도 된다.
또한, 노광장치의 광학계를 구성하는 초재로서, 형석, 석영 등 이외에 플루오르화 리튬, 플루오르화 마그네슘, 플루오르화 스트론튬, 리튬-칼슘-알루미늄-플로라이드, 및 리튬-스트론튬-알루미늄-플로라이드 등의 결정이나, 지르코늄-바륨-란탄-알루미늄으로 이루어지는 플루오르화 유리나, 불소를 도핑한 석영유리, 불소에 더하여 수소도 도핑된 석영유리, OH 기를 함유시킨 석영유리, 불소에 더하여 OH 기를 함유한 석영유리 등의 개량된 석영을 사용해도 된다.
또한 상기 기술한 내용은 스텝 앤드 스캔 방식의 축소 투영형 노광장치 (스캐닝 스테퍼) 에 대한 설명이지만, 레티클과 웨이퍼를 정지시킨 상태에서 레티클패턴의 전체면에 노광광을 조사하여 그 레티클 패턴이 전사되는 웨이퍼 위의 하나의 구획영역 (쇼트영역) 을 정지노광하는 스텝 업 리피드 방식의 축소 투영형 노광장치 (스테퍼) 에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 스텝 앤드 스티치 방식의 축소 투영형 노광장치나 미러 프로젝션 얼라이너 등에도 적용할 수 있다.
또한, 반도체소자나 액정표시소자의 제조에 사용되는 노광장치 뿐 아니라, 플라스마 디스플레이, 박막자기헤드, 촬상소자 (CCD 등), 마이크로 머신, DNA 칩 등의 제조에 사용되는 노광장치, 및 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해 유리기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로패턴을 전사하는 노광장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 즉 본 발명은 노광장치의 노광방식이나 용도 등에 관계없이 적용할 수 있다.
또한, 상기 기술한 실시형태에서는 노광장치의 광원으로서 F2레이저 광원을 예시하였으나, 노광에 사용하는 주광선 이외에 부차적으로 불필요한 광 (부광선) 을 발생하는 광원이라면 본 발명을 적용할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시형태에 관한 노광장치 (도 1) 는 웨이퍼 (W) 를 고정밀도로 고속으로 위치제어할 수 있고, 스루풋을 향상시키면서 높은 노광 정밀도로 노광이 가능해지도록 광원 (12), 필터 (F1 ∼ F5) 또는 다이크로익 미러 (M1 ∼ M3) 를 포함하는 각종 광학소자 내지 광학장치를 포함하여 구성되는 조명광학계, 인테그레이터 센서 (41) 및 조도계 (39) 를 포함하는 에너지 제어계, 레티클 스테이지 (36) 를 포함하는 마스크 얼라인먼트계, 웨이퍼 스테이지 (38) 를 포함하는웨이퍼 얼라인먼트계, 투영광학계 (PL) 등의 도 1 에 나타낸 각 요소들이 전기적, 기계적, 또는 광학적으로 연결되어 만들어진 후, 종합조정 (전기조정, 동작확인 등) 함으로써 제조된다. 또 노광장치는 온도 및 청정도 등이 관리된 청정실에서 제조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시형태에 관한 노광장치를 사용하여 디바이스 (IC 나 LSI 등의 반도체 칩, 액정 패널, CCD, 박막자기헤드, 마이크로 머신 등) 를 생산하기 위해서는 먼저 설계 단계에서, 디바이스의 기능을 설계 (예컨대 반도체 디바이스의 회로 설계 등) 하고, 그 기능을 실현하기 위한 패턴을 설계한다. 이어서 마스크 제작 단계에서, 설계된 회로패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 한편, 웨이퍼 제조 단계에서, 실리콘 등의 재료를 사용하여 웨이퍼를 제조한다.
다음에, 웨이퍼 프로세스 단계에서, 상기 단계에서 준비한 마스크와 웨이퍼를 사용하여 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에 실제 회로 등을 형성한다. 이어서, 조립 단계에서, 웨이퍼 프로세스 단계에서 처리된 웨이퍼를 사용하여 칩화한다. 이 조립 단계에는 어셈블리 공정 (다이싱, 본딩), 패키징 공정 (칩 봉입) 등의 공정이 포함된다. 마지막으로 검사 단계에서, 조립 단계에서 제작된 디바이스의 동작확인 테스트, 내구성 테스트 등의 검사를 한다. 이러한 공정을 거친 후에 디바이스가 완성되고 이것이 출하된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 노광에 기여하는 주광선 및 이 주광선의 파장과 다른 부광선을 포함하는 광을 출사하는 광원을 사용한 경우라도 주광선의 에너지를 정확하게 계측할 수 있고, 그 결과 노광량 제어나 기타 장해 감시등을 고정밀도로 행할 수 있게 된다는 효과가 있다.
본 개시는 2000 년 9 월 19 일에 제출된 일본국 특허출원 제 2000-282980 호에 포함된 주제에 관련된 것으로, 그 개시 내용은 모두 여기에 참조사항으로 명백하게 포함된다.

Claims (15)

  1. 노광대상으로서의 기판을 패턴이 형성된 마스크를 통해 노광하는 노광장치로서,
    상기 기판을 감광시키는 파장의 주광선 및 이 주광선의 발진에 수반하여 부차적으로 발생하는 이 주광선의 파장과 상이한 파장의 부광선을 포함하는 광을 출사하는 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 상기 마스크를 통해 상기 기판으로 안내하는 주광학계;
    적어도 상기 주광선을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 광센서; 및
    상기 광원으로부터 상기 광센서에 이르는 광로 위에 설치되어, 상기 주광선과 상기 부광선을 분리하는 분리장치를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주광학계내에 배치되어, 상기 광의 일부를 상기 광센서로 안내하는 분기광학계를 구비하고,
    상기 분리장치를 상기 분기광학계와 상기 광센서와의 사이에 설치한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분리장치에 의해 분리된 상기 주광선에 기초하여, 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 제어장치를 갖는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리장치를 상기 분기광학계에 의해 분기된 상기 광의 광로로부터 대피되는 제 1 위치 및 당해 광로 위에 배치되는 제 2 위치와의 사이에서 선택적으로 이동시키는 이동장치를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리장치가 상기 제 1 위치로 이동했을 때의 상기 광센서의 계측결과를, 상기 분리장치가 상기 제 2 위치로 이동했을 때의 상기 광센서의 계측결과에 기초하여 보정하는 보정장치를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리장치는 상기 주광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 투과시키고, 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 감쇠시키는 광학필터인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리장치는 상기 주광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 반사하고,상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역의 광을 투과시키는 반사투과형 미러인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 노광대상으로서의 기판을 패턴이 형성된 마스크를 통해 노광하는 노광장치로서,
    상기 기판을 감광시키는 파장의 주광선 및 이 주광선의 발진에 수반하여 부차적으로 발생하는 이 주광선의 파장과 상이한 파장의 부광선을 포함하는 광을 출사하는 광원;
    상기 광원으로부터의 광을 상기 마스크를 통해 상기 기판으로 안내하는 주광학계;
    상기 주광선 및 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 제 1 광센서;
    적어도 상기 부광선의 파장을 포함하는 파장대역에 감도를 갖는 제 2 광센서;
    상기 주광학계에서의 상기 광의 광로내에 배치되어, 상기 광의 일부를 상기 제 1 광센서로 안내하는 제 1 분기광학계;
    상기 주광학계 또는 상기 제 1 분기광학계에서의 상기 광의 광로내에 배치되어, 상기 광의 일부를 상기 제 2 광센서로 안내하는 제 2 분기광학계; 및
    상기 제 2 분기광학계와 상기 제 2 광센서와의 사이에 설치되어, 상기 주광선과 상기 부광선을 분리하는 분리장치를 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 광센서에 의한 계측결과를 상기 제 2 광센서에 의한 계측결과에 기초하여 보정하는 보정장치를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 노광장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원은 F2레이저 광원인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  11. 노광대상으로서의 기판을 감광시키는 파장의 주광선 및 이 주광선의 파장과 상이한 파장의 부광선을 포함하는 노광광을 이용하여, 패턴이 형성된 마스크를 통해 상기 기판을 노광하는 노광방법으로서,
    상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광으로부터 상기 부광선을 분리하고,
    이 분리된 후의 노광광의 에너지를 계측하고,
    이 계측결과에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  12. 노광대상으로서의 기판을 감광시키는 파장의 주광선 및 이 주광선의 파장과 상이한 파장의 부광선을 포함하는 노광광을 이용하여, 패턴이 형성된 마스크를 통해 상기 기판을 노광하는 노광방법으로서,
    상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광의 일부를 분기하고,
    이 분기된 노광광으로부터 상기 부광선을 분리하고,
    이 분리한 후의 노광광의 에너지를 계측하고,
    이 계측결과에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  13. 노광대상으로서의 기판을 감광시키는 파장의 주광선 및 이 주광선의 파장과 상이한 파장의 부광선을 포함하는 광에 기초하는 노광광을 이용하여, 패턴이 형성된 마스크를 통해 상기 기판을 노광하는 노광방법으로서,
    상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광의 제 1 에너지를 계측하고,
    상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 상기 노광광으로부터 상기 주광선을 분리하고,
    상기 주광선을 분리한 후의 노광광의 제 2 에너지를 계측하고,
    상기 제 1 에너지를 상기 제 2 에너지에 기초하여 보정하고, 보정된 상기 제 1 에너지에 기초하여 상기 기판에 대한 적산 노광량을 제어하는 것을 특징으로 하는 노광방법.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주광선 및 상기 부광선을 포함하는 광은 F2레이저 광원으로부터 출사되는 레이저광인 것을 특징으로 하는 노광방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 노광방법을 이용하여 상기 마스크의 패턴의 이미지를 상기 기판에 전사하는 스텝을 갖는 디바이스 제조방법.
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