KR20060041791A

KR20060041791A - 투영노광장치, 디바이스 제조방법 및 센서유닛

Info

Publication number: KR20060041791A
Application number: KR1020050011076A
Authority: KR
Inventors: 타카히로 아카마츠
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-05-12
Also published as: CN100524031C; JP2005223275A; EP1562079A3; CN1655063A; EP1562079A2; TW200528937A; US20080030703A1; US7256868B2; US7522264B2; JP4018647B2; US20050200815A1; TWI255973B; KR100716135B1

Abstract

투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치는, 상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 입사광을 투과하고 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 포함하는 센서유닛을 구비하고, 상기 밀봉창과 상기 수광소자사이의 공간은, 굴절률이 1이상인 매질로 채워져 있는 것을 특징으로 한다.

Description

투영노광장치, 디바이스 제조방법 및 센서유닛{PROJECTION EXPOSURE APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD, AND SENSOR UNIT}

도 1은 본 발명의 제 1실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 개략 구성을 표시한 도면

도 2는 센서유닛의 구성을 개략적으로 표시한 도면

도 3은 센서유닛에 적용된 핀홀 패턴의 일례를 표시한 도면

도 4는 센서유닛에 적용된 복수의 바를 포함하는 패턴의 일례를 표시한 도면

도 5는 센서유닛의 다른 구성예를 개략적으로 표시한 도면

도 6은 본 발명의 제 2실시형태에 의한 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면

도 7은 본 발명의 제 3실시형태에 의한 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면

도 8은 본 발명의 제 4실시형태에 의한 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면

도 9는 본 발명의 제 5실시형태에 의한 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면

도 10은 본 발명의 제 1실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 개략 구성을 표시한 도면

도 11은 본 발명의 제 6실시형태에 의한 투영노광장치의 구성을 개략적으로 표시한 도면

도 12는 종래의 광량 센서유닛의 구성을 개략적으로 표시한 도면

도 13은 액침의 효과를 설명하기 위한 센서유닛의 단면도

도 14는 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 흐름을 나타내는 도면

도 15는 웨이퍼 프로세스의 상세한 흐름을 나타내는 도면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 레티클 2: 웨이퍼

3: 조명 광학계 4: 투영광학계

5: 레티클 스테이지 6: 얼라인먼트 광학계

7: 광학 소자 8: 웨이퍼 척

9: 미세조정 스테이지 10: X-Y스테이지

11: 액체 회수장치 12: 액체 공급장치

13, 14: 참조 미러 15: X-Y스테이지용 레이저 간섭계

16: 레티클 스테이지용 레이저 간섭계

17: X-Y스테이지 구동용 모터 18: 레티클 스테이지 구동용 모터

19, 20: 포커스 계측장치 21: 밀봉창

22: 센서 용기 23: 수광 소자

24: 불활성 액체 25: 액침용 액체

26: 콘트롤러 27: 센서유닛(광량 센서유닛 등)

28: 차광 부재 29: O링

30: 탱크 31: 송액 펌프

32: 센서 용기 33: 코팅 부재

34: 센서 용기에 충전된 액체

본 발명은, 투영노광장치, 디바이스 제조방법 및 센서유닛에 관한 것이다.

반도체소자의 미세패턴화에 따라, 노광 광원으로서는, g선의 고압 수은등으로부터 보다 파장이 짧은 i선의 광원으로 이행하고, 더욱, 보다 단파장의 KrF 엑시머 레이저 및 ArF 엑시머 레이저로 이행하고 있다. 또, 해상력을 증대시키기 위해서는, 투영 렌즈의 NA(개구수)를 크게 하지 않으면 안되고, 그 때문에, 초점심도는 감소되는 경향이 있다. 이들 관계는, 잘 알려져 있는 것처럼, 다음식으로 표현된다:

(해상력) = kl·(λ/NA)

(초점심도) = ±k2·λ/NA²

(식중, λ는 노광에 사용하는 광의 파장, NA는 투영 렌즈의 NA(개구수), k1 및 k2는 프로세스용의 계수이다.

근래에는, 파장이 짧은 KrF 및 ArF 엑시머 레이저가 사용되고, 또한, F₂엑시머 레이저나 EUV 광원, X선원의 사용도 검토되고 있다. 또는, 위상 시프트 마스크, 변형 조명 등에 의한 해상력 및 초점심도를 증대시키는 기술이 실용화되고 있다. 그러나, F₂엑시머 레이저, EUV 광원, X선 광원을 이용할 경우, 장치의 비용이 증가된다.

또, 기존의 ArF 엑시머 레이저를 이용한 투영노광장치에 대해서 액침방식을 적용하고자 시도되고 있다. 단, 이 액침방법에서는, 투영 렌즈와 웨이퍼 사이의 공간을 고굴절률을 지닌 액체로 채워, 해상력과 초점심도를 증대시키고 있다. 예를 들면, 액침식 투영노광장치는, 일본국 공개 특허 평 06-124873호 공보에 개시되어 있다.

구체적으로는, 액침 방식에서는, 도 13에 표시된 바와 같이, 투영 렌즈의 최종 단계인 광학 소자(7)와 웨이퍼(2)사이의 공간에 액체(25)를 채운다. 단, 노광광의 공기중에 있어서의 파장을 λ0, 액침에 사용하는 액체(25)의 공기에 대한 굴절률을 n, 광선의 수렴 반각을 α로 해서, NA0 = sinα라 상정하면, 액침 기술을 사용함으로써 얻어진 해상력과 초점심도는, 다음 식:

(해상력) = k1·(λ0/n)/NA0

(초점심도) = ±k2·(λ0/n)/(NA0)²

으로 표현된다. 즉, 액침의 효과는, 노광 파장을 1/n으로 설정하는 것과 등가이다. 환언하면, 같은 NA를 지닌 투영광학계를 설계했을 경우, 액침수법에 의해, 초점심도를 n배로 할 수 있다. 이 액침수법은, 모든 패턴의 형상에 대해서 적용가능하고, 또한 위상 시프트 마스크법, 변형 조명법 등과 조합해서 사용하는 일도 가능하다.

이 효과를 활용하기 위해서는, 액체의 순도, 균일성, 온도 등을 정밀하게 관 리할 필요가 있고, 스텝-앤드-리피트 동작으로 웨이퍼를 순차 노광하는 노광장치에서는, 동작중에 액체의 유동이나 진동을 최소화하는 것과, 웨이퍼를 액체내에 반입할 때에 웨이퍼 표면에 잔류하는 기포를 제거하는 것이 중요하다.

또, 액침수법을 이용하지 않는 일반적인 투영노광장치에서는, 웨이퍼의 근방에, 웨이퍼에 조사되는 노광광의 조도나 조도 불균일을 계측하는 조도 불균일 센서가 배치되어 있는 것이 일반적이다. 또, 웨이퍼의 근방에는, 교정을 위해서 투영 렌즈의 배율과 초점 위치 변동을 계측하는 센서가 설치되는 것이 일반적이다.

교정용의 센서유닛으로서는, 크롬 등에 의해 도 4에 표시한 바와 같이 기준 마크 패턴이 형성된 실리카 유리하에 수광 소자를 설치하는 일이 종종 있다. 이러한 센서유닛은, 다음과 같이 이용된다. 즉, 레티클에 도 4의 기준 마크와 마찬가지의 패턴을 형성한다. 이 패턴을 기준 마크 위에 투영하고, 기준 마크를 통과한 광량을 수광 소자에 의해 계측한다. 포커스가 맞은 상태로 설정되어 있을 때는, 레티클에 형성된 패턴의 투영상과 기준 마크의 패턴이 일치하여, 수광 소자에 의해 검출되는 광량은 최대가 된다. 포커스가 어긋난 상태에서는, 레티클에 형성된 패턴이 얼룩지게 되어, 이 얼룩진 패턴이 마크 패턴 위에 투영되어, 수광 소자에 의해 검출되는 광량이 저하한다. 따라서, 수광 소자를 이용해서 광량을 검출하면서 포커스를 변동시켜, 광량이 최대가 되는 포커스가 맞는 위치를 검출함으로써 포커스교정을 수행할 수가 있다.

또, 레티클 위의 패턴 투영상에 대해서 X방향 및 Y방향으로 기준 마크가 변위되면, 이에 따라 검출 광량이 변화한다. 따라서, X방향 및 Y방향의 어긋남도 검출될 수 있다. 즉, 이러한 센서유닛은, 얼라인먼트용 센서유닛으로서도 사용 가능하다. 그 밖에도, 예를 들면, 샷(shot)내의 노광 불균일의 계측 및 유효 광원의 계측용의 다수의 화소를 포함하는 라인 센서와, 투영 렌즈의 수차 계측용의 2차원 CCD가 웨이퍼 스테이지 위에 배치되어 있어도 된다.

이 센서유닛은, 계측 정밀도 등을 고려하면, 액침식 투영노광장치에서는, 웨이퍼와 마찬가지로, 투영 렌즈밑의 공간이 액체로 채워진 상태(액침상태)에서 사용되는 것이 바람직하다.

그러나, 액침상태에서 상기 설명한 센서유닛을 사용하면, 다음과 같은 문제가 발생한다.

도 12에 종래의 조도 불균일 센서유닛을 표시한다. 조도 불균일 센서유닛에서는, 밀봉창(21)에 의해 밀폐된 센서 용기(22)안에 수광 소자(23)를 배치하고, 밀봉창(21) 위에, 핀홀을 지닌 차광 부재(28)를 배치한다. 수광 소자(23)는, 습도 등에 의해 수광 소자(23)의 특성이 열화하는 것을 방지하기 위해 밀폐 공간에 배치하고 있다. 이러한 구조를 지닌 센서유닛에 광이 입사되면, 스넬의 법칙으로서 알려져 있는 바와 같이, 공기와 밀봉창(21) 사이의 경계면, 그리고, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서 해당 광이 굴절된다.

센서유닛의 외부 공간의 굴절률을 n1, 밀봉창(21)의 굴절률을 n2, 센서유닛의 내부 공간의 굴절률을 n3, 센서유닛의 외부 공간과 밀봉창(21) 사이의 경계면에서의 광의 입사각 및 굴절각을 각각 θi1 및 θr1, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 광의 입사각 및 굴절각을 각각 θi2 및 θr2라 하면, 스넬의 법칙에 의해, 이하의 방정식이 성립된다:

n2·sin (θi2) = n3·sin (θr2).

따라서,

sin (θr2) = (n2/n3)·sin (θi2).

n2 > n3인 경우에는, sin (θi2') = n3/n2로 정의되는 θi2'(임계각) 이상의 입사각으로 입사하는 광은, 굴절되지 않고 전반사된다.

투영 렌즈의 NA는,

NA = n1·sin (θi1)

로 부여된다.

액침수법을 이용하지 않는 일반적인 투영노광장치에서는, 센서유닛의 외부 공간은 공기로 채워져 있으므로, 굴절률 n1 = 1이다. 굴절률이 1인 경우, NA는 1.0미만, 또는 기껏해야 0.9정도이다. NA = 0.83인 경우, 입사각 θi1 = 56.44˚이다. 밀봉창(21)의 재질이 실리카 유리인 경우, 굴절률 n2 = 1.56이다. 스넬의 법칙에 의해, 센서유닛의 외부 공간과 밀봉창(21) 사이의 경계면에서의 굴절각 θr1은 32.29˚이다. θr1 = θi2이므로, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 광의 입사각 θi2도 32.29˚이다. 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 임계각 θi2'는,

sinθi2' = n3/n2 = 1/1.56 = 0.64

로 부여된다. 따라서, θi2' = 39.9˚, θi2' > θi2이므로, 광은 전반사되지 않 아, 수광 소자의 표면에 도달할 수가 있다.

또는, 액침식의 투영노광장치에서는, 센서유닛의 외부 공간은 액체로 채워진다. 단, 액체는 순수인 것으로 가정한다. 순수의 굴절률은 1.44이다. 상기 예에서 굴절률 n1 = 1.44로 하면, 입사각 θi1 = 56.44˚, 굴절률 n2 = 1.56이므로, 스넬의 법칙에 의해, 센서유닛의 외부 공간과 밀봉창(21) 사이의 경계면에서의 굴절각 θr1은 50.28˚이다. θr1 = θi2이므로, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 광의 입사각 θi2도 50.28˚이 된다. 전술한 바와 같이, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 임계각 θi2'는,

sinθi2' = n3/n2 = 1/1.56 = 0.64

로 부여된다. 따라서, θi2' = 39.9˚, θi2' < θi2가 되므로, 광은 전반사된다. 39.9˚내지 50.28˚의 입사각으로 입사되는 광은 경계면에서 전반사되어, 수광 소자의 표면에 도달할 수 없다. 따라서, 전체 광속을 이용함으로써 광량을 정확하게 계측할 수가 없다고 하는 문제가 생긴다. 이러한 문제는, 조도 불균일 센서유닛뿐만 아니라, 전술한 교정용 센서유닛 등에 대해서도 악영향을 미친다.

이상의 논의는 액침식 투영노광장치에 있어서의 문제에 관한 것이다. 또는, 높은 NA를 지닌 투영노광장치에서는, 액침수법을 이용하지 않는 종래의 센서유닛의 계측 정밀도를 열화시키는 요인을 지닌다. 일반적으로, 광 센서는 수광면에서의 광의 입사각에 따라 감도가 변화한다고 하는 특성을 갖고 있다. 따라서, 종래의 투영노광장치에서는, 전반사없이 전체 광속이 수광 소자에 도달한다. 그러나, 센서의 수광면에서 큰 입사각을 지닌 광이 존재하므로, 감도의 각도 특성의 영 향을 받아 정확하게 광량을 계측할 수 없어, 문제가 생긴다.

센서 위에 배치된 복잡한 광학계가 이들 문제에 대응할 수도 있지만, 웨이퍼를 유지하면서 고속으로 이동하는 스테이지 위에 센서유닛이 배치되는 것을 생각하면, 중량 및 공간의 면에서 그 복잡한 광학계를 실현하는 것은 매우 곤란하다.

본 발명은, 상기 문제의 인식을 기초로 해서 이루어진 것으로, 높은 NA을 지닌 광학계로부터 사출한 광각의 광속을 고정밀도로 검출하는 것을 그의 예시적인 목적으로 한다.

본 발명의 제 1측면은, 투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 관한 것으로, 해당 장치는, 상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 입사광을 투과하고 상기 용기를 밀폐하는 밀봉창을 포함하는 센서유닛을 구비하고 있다. 상기 밀봉창과 상기 수광소자 사이의 공간은, 굴절률이 1이상인 매질로 채워져 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 센서유닛은, 해당 센서유닛에 입사하는 입사광의 전반사가 일어나는 계면을 포함하지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 매질은 액체, 바람직하게는, 불활성 액체를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 액체는, PFE(퍼플루오로에테르), PFPE(퍼플루오로폴리에테르), HFE(하이드로플루오로에테르) 및 HFPE(하이드로플루오로폴리에테르)중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 센서유닛은, 상기 수광 소자를 덮는 부재를 포함할 수 있다. 상기 부재는, 불소계 수지 및 유리중의 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 장치는, 상기 센서유닛에 상기 액체를 공급하는 공급부를 또 구비할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 장치는, 상기 센서유닛으로부터 상기 액체를 회수하는 회수부를 또 구비할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 장치는, 상기 투영광학계와 상기 기판 및 상기 센서유닛중의 어느 한쪽사이의 공간에 액체를 공급하는 액체 공급부를 또 구비할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 장치는, 상기 투영광학계와 상기 기판 및 상기 센서유닛중의 어느 한쪽사이의 공간에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 액체를 저장하는 탱크를 또 구비할 수 있고, 상기 탱크속의 상기 액체가 상기 센서유닛 및 상기 액체 공급부의 양쪽으로 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 장치는, 상기 기판을 위치 결정하기 위한 구동 수단을 또 구비할 수 있고, 상기 액체가 상기 구동 수단을 냉각하기 위한 냉매로서도 역할하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 매질이 불소계 수지 또는 유리 등의 고체 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 센서유닛은, 상기 입사광의 입사부에 소정 형상의 차광 부재를 구비할 수 있다. 상기 밀봉창은, 소정의 차광 패턴을 포함할 수 있다.

본 발명의 제 2측면은, 투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 관한 것으로, 해당 장치는, 상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기를 지닌 센서유닛을 구비하고 있다. 상기 용기는 굴절률이 1이상이고 입사광을 투과하는 고체로 채워져 있다.

본 발명의 제 3측면은, 광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 관한 것으로, 해당 유닛은, 상기 수광소자가 배치되어 있는 용기와, 입사광을 투과하고 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 구비하고 있다. 상기 밀봉창과 상기 수광소자사이의 공간은, 굴절률이 1이상인 매질로 채워져 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 유닛은, 해당 유닛에 입사하는 입사광의 전반사가 일어나는 계면을 포함하지 않도록 구성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 매질이 액체 또는 고체를 포함할 수 있고, 상기 고체 물질은, 불소계 수지 또는 유리를 포함할 수 있다.

본 발명의 제 4측면은, 광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 관한 것으로, 해당 유닛은, 상기 수광소자가 배치되어 있는 용기를 구비하고 있다. 상기 용기는, 굴절률이 1이상이고 광을 투과하는 고체로 채워져 있다.

본 발명의 제 5측면은, 투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패 턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 관한 것으로, 해당 장치는, 상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 입사광을 투과하는 동시에 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 지닌 센서유닛을 구비하고 있다. 상기 밀봉창과 상기 수광 소자사이의 공간은 액체로 채워져 있다.

본 발명의 제 6측면은, 투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 관한 것으로, 해당 장치는, 상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기를 포함하는 센서유닛을 구비하고 있다. 상기 용기는 상기 입사광을 투과하는 고체로 채워져 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 고체 물질은, 불소계 수지 또는 유리를 포함할 수 있다.

본 발명의 제 7측면은, 광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 관한 것으로, 해당 유닛은, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 입사광을 투과하는 동시에 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 구비하고 있다. 상기 밀봉창과 상기 수광 소자사이의 공간은 액체로 채워져 있다.

본 발명의 제 8측면은, 광을 검출하는 수광 소자를 구비한 센서유닛에 관한 것으로, 해당 유닛은, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 용기에 채워져 상기 입사광을 투과하는 고체를 포함하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 고체 물질은, 불소계 수지 또 는 유리를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 높은 NA를 지닌 광학계로부터 사출한 광각의 광속을 고정밀도로 검출할 수가 있다.

본 발명의 기타 특징과 이점은 첨부도면과 관련해서 취한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이고, 첨부도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 부분을 나타낸다.

우선, 본 발명의 원리를 이하에 설명한다. 도 2는, 본 발명이 적용된 센서유닛(예를 들면, 조도 불균일 센서유닛)의 개략 구성을 나타내는 도이다. 도 2에 나타낸 센서유닛은, 밀봉창(21)에 의해 밀폐된 센서 용기(22)안에 수광 소자(23)를 배치하고 있다. 해당 센서유닛의 내부 공간, 즉, 밀봉창(21)과 수광 소자(23) 사이의 공간은, 액체, 예를 들면 웨이퍼 노광의 액침에 사용하는 액체와 거의 동등한 굴절률을 가지는 액체(24)로 채워져 있다. 밀봉창(21) 위에는, 핀홀을 지닌 차광 부재(28)가 배치되어 있다. 이러한 구조를 지닌 센서유닛에 광이 입사하면, 공기와 밀봉창(21) 사이의 경계면 및 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서 광이 굴절된다.

센서유닛의 외부 공간의 굴절률을 n1, 밀봉창(21)의 굴절률을 n2, 센서유닛의 내부 공간의 굴절률을 n3, 센서유닛의 외부 공간과 밀봉창(21) 사이의 경계면에서의 광의 입사각 및 굴절각을 각각 θi1 및 θr1, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간 사이의 경계면에서의 광의 입사각 및 굴절각을 각각 θi2 및 θr2로 가정한 다.

액침식 투영노광장치에서는, 센서유닛의 외부 공간은 액체로 채워진다. 액체는 순수(굴절률 = 1.44)인 것으로 가정한다. 굴절률 n1 = 1.44, NA = 0.83이면, 입사각 θi1은 56.44˚이며, 굴절률 n2는 1.56이다. 따라서, 스넬의 법칙에 의해, 센서유닛의 외부 공간과 밀봉창(21) 사이의 경계면에서의 굴절각 θr1은 50.28˚가 된다. θr1 = θi2이므로, 밀봉창(21)과 센서유닛의 내부 공간사이의 경계면에서의 광의 입사각 θi2도 50.28˚이다. 센서유닛의 내부 공간을 1.34의 굴절률 n3을 지닌 불활성인 액체로 채웠을 경우, 밀봉창과 센서유닛의 내부 공간사이의 경계면에서의 임계각 θi2'는,

sinθi2' = n3/n2 = 1.34/1.56 = 0.86

으로 표현된다. 따라서, θi2' = 59.20˚, θi2' > θi2가 되므로, 광은 전반사되지 않고, 전체 입사광이 수광 소자(23)의 표면에 도달한다.

도 7은, 본 발명이 적용된 다른 조도 불균일 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면이다. 도 7에 표시한 센서유닛에서는, 센서 용기(22)안에 수광 소자(23)를 배치하고 있다. 수광 소자(23)를 코팅 부재(고체 물질)(33)로 코팅해서, 해당 코팅 부재(33) 위에, 핀홀을 지닌 차광 부재(28)를 배치하고 있다. 바람직하게는, 코팅 부재(33)는, 액침에 사용된 액체로부터 수광 소자(23)를 보호하고, 액침에 사용된 액체와 거의 동등 또는 그 이상의 굴절률을 지닌다. 코팅 부재(33)는, 센서유닛 내부에 공간을 형성하지 않도록 배치되는 차광창으로서 역할할 수도 있다.

이러한 구조를 지닌 센서유닛에 광이 입사하면, 공기와 코팅 부재(33) 사이 의 경계면에서 광이 굴절된다. 센서유닛의 외부 공간의 굴절률을 n1, 코팅 부재(33)의 굴절률을 n2, 센서유닛의 외부 공간과 코팅 부재(33) 사이의 경계면에서의 광의 입사각 및 굴절각을 각각 θi1 및 θr1이라 가정한다. 액침식 투영노광장치에서는, 센서유닛의 외부 공간은 액체로 채워진다. 해당 액체는 순수(굴절률 = 1.44)인 것으로 가정한다. 굴절률 n1 = 1.44, NA = 0.83이면, 입사각 θi1 = 56.44˚이다. 코팅 부재(33)의 굴절률 n2가 1.30보다 크면, 모든 입사광을 코팅 부재속으로 인도해서, 수광 소자 표면에 도달시킬 수가 있다.

도 2 및 도 7에 예시한 센서유닛을 액침식 투영노광장치에 편입시키므로, 높은 NA를 지닌 광학계로부터 센서유닛에 인가되는 광각의 입사광을 이용할 경우에도, 조도 불균일 계측 및 교정 계측에 있어서, 높은 정밀도로 해당 입사광을 검출할 수가 있다.

또, 도 2 및 도 7에 예시된 센서유닛을 액침수법을 이용하지 않는 투영노광장치에 편입시킨 경우, 조도 불균일 계측 및 교정 계측에 있어서, 높은 정밀도로 입사광을 검출할 수가 있다

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

[제 1실시형태]

도 1은, 본 발명의 제 1실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 개략 구성을 표시한 도면이다. 도 1에 표시한 노광장치는, 조명 광학계(3)를 이용해서 레티클(1)을 조명한다. 레티클(1)에 형성된 회로 패턴을 감광제가 도포된 웨이퍼(2)에 투영광학계(4)를 통해서 투영·전사한다. 조명 광학계(3)는, 웨이퍼(2) 위에 레 티클(1)의 회로 패턴을 투영하기 위한 변형조명 형성장치, 광량조절장치 등을 포함할 수 있다. 레티클(1)은, 레티클 스테이지(5) 위에 유지되어 소정 위치에 위치 결정된다. 레티클(1)의 위치는, 레티클 스테이지(5) 위에 설치된 참조 미러(14)를 이용해서 레이저 간섭계(16)에 의해 계측된다. 또, 구동 모터(18)는 상기 레티클 스테이지(5)를 구동한다.

레티클(1)의 회로 패턴과 웨이퍼(2) 위에 이미 형성되어 있는 패턴을 위치 맞춤하는데 이용되는 정보는, 얼라인먼트 광학계(6)를 이용해서 취득된다.

투영광학계(4)는, 복수의 광학 소자를 포함하고, 이들 광학소자중 최후의 것인 광학 소자(7)를 가진다. 바람직하게는, 광학 소자(7)의 아래쪽 면, 즉 웨이퍼(2)의 표면에 대향하는 면은, 평면 형상 또는 웨이퍼(2)의 표면을 향해서 볼록한 형상이다. 이것은, 광학 소자(7)와 웨이퍼(2)사이의 공간, 또는, 광학 소자(7)와 센서유닛(27) 사이의 공간을 액체로 채울 때(액침할 때)에, 광학 소자(7)의 표면에 남아 있는 공기층이나 기포를 제거하는 것에 기여한다. 또, 액침될 광학 소자(7)의 표면과, 웨이퍼(2) 위의 감광제 광량 센서유닛(27)의 표면은, 액침에 사용된 액체(25)에 대한 친화제로 피복되어 있는 것이 바람직하다.

액체 공급장치(12)가 광학 소자(7)와 웨이퍼(2)(또는 센서유닛(27)) 사이의 공간에 액체(25)를 공급함으로써 액침이 수행된다. 이 액체(25)는, 액체 회수장치(11)에 의해 회수된다.

웨이퍼 척(8)은 웨이퍼(2)를 유지한다. 이 웨이퍼 척(8)(웨이퍼(2))은, 구동 모터(17)에 의해 구동되는 X-Y스테이지(10) 및 해당 X-Y스테이지(10) 위에 배치 된 미세조정 스테이지(9)에 의해 구동된다. 미세조정 스테이지(9)는, 웨이퍼(2)의 θ방향의 위치를 보정하고, 그의 Z방향의 위치를 조정하고, 또한 그의 기울기를 보정하기 위한 틸트 기능을 가진다.

미세조정 스테이지(9)는, X방향 및 Y방향의 위치를 계측하기 위한 참조 미러(13)(Y방향에는 도시되어 있지 않음)를 지니고 있다. 이것을 이용함으로써, 레이저 간섭계(15)에 의해 미세조정 스테이지(9)의 X방향 및 Y방향의 위치가 계측된다. 포커스 계측장치(19), (20)는, 웨이퍼(2)의 Z방향의 위치 및 기울기를 계측한다.

콘트롤러(26)는 X-Y스테이지(10), 레티클 스테이지(5), 포커스 계측장치(19), (20) 등을 제어한다.

센서유닛(27)은, 본 제 1실시형태에서는, 노광광의 광량을 계측하는 광량 센서유닛으로서 역할한다. 센서유닛(27)은, 밀봉창(21)으로 밀폐된 센서 용기(22)내에 배치된 수광 소자(23)를 지니고, 센서 용기(22)의 내부 공간은 불활성 액체(24)로 채워져 있다. 센서유닛(27)은, 웨이퍼 척(8) 위나, 미세조정 스테이지(9)에 배치되어 있어도 되고, 또는 노광광의 광량을 계측할 수 있는 한 다른 장소에 배치되어 있어도 된다. 센서유닛(27)의 표면 위의 밀봉창(21)은, 핀홀을 지니는 패턴을 지니고 있다. 예를 들면, 센서유닛(27)은, 노광장치의 절대 조도 및 조도 불균일을 계측하는 데 이용될 수 있다. 또, 센서유닛(27)은, 해당 센서유닛(27)의 표면위를 광이 통과하는 부분의 형상(마스크의 형상)을 변경함으로써, 얼라인먼트 또는 교정에 사용할 수 있다.

다음에, 도 1에 표시한 노광장치의 동작을 설명한다. 노광광의 조도를 계 측할 때에는, 광량 센서유닛으로서 역할하는 센서유닛(27)은, X-Y스테이지(10)를 구동함으로써 투영광학계(4) 밑의 중심부에 위치 결정된다. 다음에, 광학 소자(7)와 센서유닛(27)과의 사이의 공간에 액체 공급장치(12)에 의해 액체(25)를 공급한다. 이 상태에서, 조명 광학계(3)에 의해 투영광학계(4)를 통해 센서유닛(27)을 노광하면서 노광광의 조도가 계측된다. 액침에 사용된 액체(25)는, 액체 공급장치(12)로부터 광학 소자(7)와 센서유닛(27) 사이의 공간에 공급되고, 또한, 액체 회수장치(11)에 의해 회수된다.

센서유닛(27)의 센서 용기(22)는, 예를 들면 액침에 사용된 액체(25)와 거의 동등한 굴절률을 지닌 불활성 액체(24)로 채워진다. 따라서, 높은 NA를 지닌 투영광학계(4)로부터 노광광이 인가될 경우에도, 전체의 노광광이 수광 소자(23)에 도달함으로써, 고정밀도로 조도를 계측할 수 있다.

다음에, 도 10을 참조해서 웨이퍼 노광에 대해 설명한다. 웨이퍼를 노광할 경우, 감광제가 도포되어 있는 웨이퍼(2)를 웨이퍼 반송 장치(도시되어 있지 않음)를 이용해서 웨이퍼 척(8) 위에 반송한다. 웨이퍼 척(8) 위의 웨이퍼(2)는, 진공 흡착 등의 흡착법으로 고정되어 그의 표면의 평평화가 수행된다. 다음에, 포커스 계측장치(19), (20)에 의해 웨이퍼(2)의 전체면의 포커스 및 틸트 계측이 수행된다.

다음에, 포커스 및 틸트 계측 정보에 따라, 미세조정 스테이지(9)의 위치를 제어하면서, 광학 소자(7)와 웨이퍼(2) 사이의 공간에 액체 공급장치(12)에 의해 액체(25)를 공급하고, 또, 그 공급된 액체(25)는 액체 회수장치(11)에 의해 회수한 다. 웨이퍼(2) 위에 레티클(1)의 패턴이 투영됨으로써, 웨이퍼(2)가 노광된다. 웨이퍼(2)가 완전히 노광된 후, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 미세조정 스테이지(9)로부터 웨이퍼(2)가 회수된다. 이어서, 일련의 노광 동작이 종료된다.

다음에, 도 2를 참조하면서 센서유닛(27)에 대해 상세하게 설명한다. 센서유닛(27)이 광량 센서유닛으로서 역할할 경우, 도 3에 예시한 바와 같은 핀홀을 가지는 패턴을 지니는 차광 부재(28)가 크롬 등에 의해 상부에 형성된 밀봉창(21)에 의해 센서 용기(22)를 밀폐하고, 센서 용기(22)내에 수광 소자(23)를 배치하고, 센서 용기(22)에 불활성 액체(24) 등의 액체를 채운다.

밀봉창(21)의 재질로서는, 예를 들면, 노광광을 효율적으로 투과하는 재료(예를 들면, 석영)가 바람직하다. 불활성 액체(24)로서는, 예를 들면, PFE(퍼플루오로에테르), PFPE(퍼플루오로폴리에테르), HFE(하이드로플루오로에테르), HFPE(하이드로플루오로폴리에테르) 등의 불소계 불활성 액체가 바람직하게 이용될 수 있다. 재료를 선택하기 위한 기준으로서는, 액침에 사용된 액체(25)와 거의 동등한 굴절률을 지니고, 노광광에 대해서 높은 투과율을 지니고, 또한, 노광광에 의한 열화가 거의 없고, 또, 수광 소자(23)의 특성의 열화를 일으키지 않는 것이 중요하다.

핀홀을 가지는 패턴을 형성하는 차광 부재(28)는, 예를 들면, 관통구멍을 지닌 얇은 판을 사용할 수가 있다. 이 얇은 판은, 밀봉창(21)의 표면 또는 근방에 배치될 수 있다. 또, 얼라인먼트 계측이나 교정 계측에 적합한 센서유닛은, 핀홀 을 가지는 패턴 대신에, 도 4에 예시한 바와 같이 복수의 바를 배열한 패턴을 포함한다. 물론, 상기 센서유닛을 다른 용도에 사용하는 경우에는, 그 용도에 적합한 패턴 형상을 사용하면 된다.

바람직하게는, 밀봉창(21) 및 센서 용기(22)에는, 센서유닛 내부의 불활성 액체(24)가 휘발하지 않도록 한다. 또, 도 5에 표시한 바와 같이, 밀봉창(21)과 센서 용기(22)사이의 결합부에 O링(29)을 배치해서 해당 센서유닛을 밀봉함으로써, 필요에 따라서 밀봉창(21)과 센서 용기(22)를 용이하게 분리할 수가 있다. 예를 들면, 센서유닛(27)을 웨이퍼 척(8)에 고정한 구조에 있어서는, 웨이퍼 척(8)을 노광장치로부터 탈착할 때에, 수광 소자(23)와 다른 유닛(예를 들면, 콘트롤러(26)) 사이의 전기 배선을 단선시키는 것이 곤란한 경우도 있다. 따라서, 도 5에 표시한 바와 같은 센서유닛에 있어서, 예를 들면, 밀봉창(21)을 웨이퍼척(8)에 부착하고, 센서 용기(22)를 미세조정 스테이지(9)에 부착한다. 그러므로, 수광 소자(23)로부터의 전기 배선과 무관하게 웨이퍼 척(8)을 노광장치로부터 탈착할 수 있다.

[제 2실시형태]

도 6은, 본 발명의 제 2실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면이다. 센서유닛 이외의 장치 전체의 구성 및 동작은, 제 1실시형태와 마찬가지이다. 도 6에서는, 도 3에 있어서와 같은 핀홀을 가지는 패턴을 지닌 차광 부재(28)가 크롬 등에 의해 표면에 형성되고, 순환용 포트(32a), (32b)를 지닌 센서 용기(32)에 의해 광량 센서유닛(27)의 외부 공간과 내부 공간을 나누고 있다. 상기 내부 공간에는, 수광 소자(23)가 배치되어 있다. 이 구성에서는, 센서 용기(32)의 내부 공간에 불활성 액체(24)를 공급해서 해당 공급된 불활성 액체를 순환시킨다.

또, 상기 외부 공간에는, 불활성 액체(24)를 저장하는 탱크(30)와, 해당 탱크(30)속의 불활성 액체(24)를 센서 용기(32)에 공급하는 송액 펌프(31)가 배치될 수 있다. 불활성 액체(24)는, 펌프(31)에 의해 항상 센서 용기(32)내에서 순환될 수 있다. 혹은, 불활성 액체(24)로 센서 용기(32)를 채운 상태에서 송액 펌프(31)를 정지시키고, 필요할 경우 해당 펌프(31)를 구동해서 불활성 액체(24)를 순환시켜도 된다.

상기 설명한 바와 같이, 센서 용기(32)에 불활성 액체(24)를 공급 가능한 구성에서는, 예를 들면, 밀봉창(21)과 센서 용기(32)사이의 결합부(도 5에 표시한 바와 같이 O링(29)이 배치되어 있어도 됨)에서 뜻하지 않게 생긴 틈새로부터 불활성 액체(24)가 휘발되기 때문에 센서 용기(32)가 액체(25)로 채워져 있지 않을 경우에도, 센서 용기(32)속을 다시 불활성 액체(24)로 채울 수가 있다. 또, 장시간 노광광을 조사함으로써 불활성 액체(24)의 조성이 변화되어 열화된 경우에도, 용이하게 액체를 교환할 수가 있다. 또한, 센서 용기(32)의 내벽이나 수광 소자(23)로부터 발생된 불순물에 의해 불활성 액체(24)가 오염되었을 경우에도, 용이하게 액체를 교환할 수가 있다.

또, 탱크(30)에 어느 정도의 양의 불활성 액체(24)를 저장해서 순환시키고 있으므로, 예를 들면 제 1실시형태에서보다도 사용된 불활성 액체(24)의 총량이 많 다. 따라서, 노광광 조사나 불순물에 의한 불활성 액체(24)의 열화를 억제할 수 있다.

또한, X-Y스테이지(10)의 냉각에 이용된 냉매가 불활성 액체(24)로서 이용될 수도 있다. 이 액체가 불활성 액체와 냉매의 양쪽으로서 이용될 경우, 센서유닛 전용의 송액 펌프와 탱크가 필요없게 된다.

도 6에 표시한 센서유닛에 있어서, 차광 부재(28)의 패턴형상은, 도 3 및 도 4에 예시한 바와 같이 용도에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 밀봉창(21)과 센서 용기(32) 사이의 결합부의 구조는, 도 5에 예시한 구성으로 변경할 수 있다.

[제 3실시형태]

도 7은, 본 발명의 제 3실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도면이다. 센서유닛 이외의 장치 전체의 구성 및 동작은 제 1실시형태와 마찬가지이다.

도 7에 표시한 구성예에서는, 센서유닛(27)은, 도 3에 예시한 바와 같은 핀홀을 가지는 패턴을 지닌 차광 부재(28), 센서 용기(22), 수광 소자(23) 및 해당 수광 소자(23)를 덮도록 센서 용기(22)내에 채워진 코팅 부재(고체 물질)(33)를 포함한다. 바람직하게는, 코팅 부재(33)는, 액침에 사용된 액체(25)와 거의 동등 또는 그것보다도 큰 굴절률을 지니고, 또, 노광광에 대해서 높은 투과율을 지니고, 노광광에 의한 열화가 거의 없고, 수광 소자(23)의 특성의 열화를 일으키지 않으며, 또한, 액침에 사용하는 액체(25)에 대해서 내성을 지닌 재료, 예를 들면, 불소계 수지나 유리로 이루어져 있다. 도 7에 표시한 바와 같은 센서유닛에 있어서, 차광 부재(28)의 패턴형상은, 도 3 및 도 4에 예시한 바와 같이 용도에 따라 변경할 수 있다.

[제 4실시형태]

도 8은, 본 발명의 제 4실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 센서유닛의 개략 구성을 표시한 도이다. 센서유닛 이외의 장치 전체의 구성 및 동작은 제 1실시형태와 마찬가지이다. 도 8에 표시한 센서유닛(27)은, 도 3에 있어서와 마찬가지의 핀홀을 가지는 패턴을 지니는 차광 부재(28)가 크롬 등에 의해 상부에 형성된 밀봉창(21), 센서 용기(22), 수광 소자(23), 해당 수광 소자(23)를 덮는 코팅 부재(33) 및 센서 용기내에 채워진 액체(34)를 포함한다.

바람직하게는, 코팅 부재(고체 물질)(33)는, 센서 용기(22)내의 액체(34)와 거의 동등 또는 그것보다도 큰 굴절률을 지니고, 또, 노광광에 대해서 높은 투과율을 지니고, 노광광에 의한 열화가 거의 없고, 수광 소자(23)의 특성의 열화를 일으키지 않으며, 또한, 센서용기내의 액체(34)에 대해서 내성을 지닌 재료, 예를 들면, 불소계 수지나 유리로 이루어져 있다.

센서 용기(22)를 채우는 액체(34)로서는, 예를 들면, 제 1 및 제 2실시형태에 기재된 불활성 액체를 이용해도 되고, 또는, 액침에 사용된 액체(25)를 그대로 이용해도 된다. 도 8에 표시한 센서유닛에 있어서, 차광 부재(28)의 패턴형상은, 도 3 및 도 4에 예시한 바와 같이 용도에 따라 변경할 수 있다. 또, 밀봉창(21)과 센서 용기(32) 사이의 결합부의 구성은, 도 5에 예시한 바와 같이 변경할 수 있다.

[제 5실시형태]

도 9는, 본 발명의 제 5실시형태에 의한 액침식 투영노광장치의 센서유닛 및 그 주변부의 개략 구성을 표시한 도면이다. 본 실시형태에 기재된 것 이외의 사항은, 제 1실시형태의 것과 마찬가지이다. 도 9에서는, 도 3에 있어서와 마찬가지의 핀홀을 가지는 패턴을 지닌 차광 부재(28)가 크롬 등에 의해 표면에 형성되고, 순환용 포트(32a), (32b)를 지닌 센서 용기(32)에 의해 광량 센서유닛(27)의 외부 공간과 내부 공간을 나누고 있다. 상기 내부 공간에는, 수광 소자(23)가 배치되어 있고, 해당 수광 소자(23)는 코팅 부재(33)로 덮여 있다. 상기 내부 공간은, 광학 소자(7)와 웨이퍼(2) 또는 센서유닛 사이의 공간에 공급되는 액체와 동일한 액체(25)로 채워져 있다.

액체(25)는, 탱크(30)에 저장되어, 송액관(40), (42)을 통해 송액 펌프(31)에 의해 액체 공급장치(12)에 공급되고, 이어서, 송액관(40), 송액관(41) 및 포트(32b)를 통해 센서 용기(32)내에 공급된다. 액체 공급장치(12)에 의해 광학 소자(7)와 웨이퍼(2) 또는 센서유닛 사이의 공간에 공급된 액체(25)는 액체 회수장치(11)에 의해 회수된다. 이어서, 회수된 액체는, 송액관(52)으로 보내지고, 그 후, 포트(32b)를 통해 센서 용기(32)에 공급된 액체(25)는, 포트(32a)를 통해 송액관(51)에 내보내지고, 해당 공급된 액체는, 송액관(50)을 통해 탱크(30)에 되돌아온다. 액체(25)는, 이 동작에 의해, 2개의 경로로 순환한다.

바람직하게는, 코팅 부재(33)는, 센서 용기(32)내의 액체(25)와 거의 동등 또는 그것보다도 큰 굴절률을 지니고, 또, 노광광에 대해서 높은 투과율을 지니고, 노광광에 의한 열화가 거의 없고, 수광 소자(23)의 특성의 열화를 일으키지 않으며, 또한, 센서 용기내의 액침에 사용된 액체(25)에 대해서 내성을 지닌 재료, 예를 들면, 불소계 수지나 유리로 이루어져 있다.

유효하게는, 송액관(41), (51)은, 액체(25)가 센서 용기(32)에 채워진 상태에서 폐쇄할 수 있는 밸브를 구비하고 있다. 이 경우, 필요에 따라, 예를 들면, 센서 용기(32)내의 액체(25)를 교환하는 경우, 밸브를 개방할 수가 있다.

상기 설명한 바와 같이, 센서 용기(32)에 액체(25)를 공급 가능한 구성에 있어서는, 예를 들면, 밀봉창(21)과 센서 용기(32) 사이의 결합부로부터 액체(25)가 휘발하기 때문에 센서 용기(32)가 액체(25)로 채워져 있지 않을 경우에도, 센서 용기(32)를 다시 액체(25)로 채우는 것이 가능하다. 또, 장시간 노광광을 조사함으로써 액체(25)의 조성이 변화되어 열화된 경우에도, 용이하게 액체를 교환할 수가 있다. 또한, 센서 용기(32)의 내벽이나 코팅 부재(33)로부터 발생된 불순물에 의해 액체(25)가 오염되었을 경우에도, 용이하게 액체를 교환할 수가 있다.

또, 탱크(30)에 어느 정도의 양의 액체(25)를 저장해서 순환시키고 있으므로, 제 4실시형태보다도 사용되는 액체(25)의 총량이 많다. 따라서, 노광광 조사나 불순물에 의한 액체(25)의 열화를 억제할 수 있다.

도 9에 표시한 센서유닛에 있어서, 차광 부재(28)의 패턴형상은, 도 3 및 도 4에 예시한 바와 같이 용도에 따라 변경할 수 있다. 또, 밀봉창(21)과 센서 용기(32) 사이의 결합부의 구성은, 예를 들면, 도 5에 예시한 바와 같이 변경할 수 있다.

또, 센서 용기(32)내에 채우는 액체는, 제 1 및 제 2실시형태와 같이 불활성 액체이어도 된다. 이 경우, 액체 공급장치(12) 및 액체 회수장치(11)에 각각 통하는 송액관(42), (52)은 생략하는 것이 일반적이다. 또한, X-Y스테이지(10)의 냉각에 이용되는 냉매가 불활성 액체로서 역할하는 것도 가능하다. 액체가 불활성 액체와 냉매의 양쪽으로서 역할할 경우, 센서유닛 전용의 수송 펌프나 탱크는 필요없게 된다.

[제 6실시형태]

도 11은, 본 발명의 제 6실시형태에 의한 투영노광장치의 구성도이다. 이 투영노광장치는, 액침식 투영노광장치가 아니라, 광학 소자(7)와 웨이퍼 사이의 공간이 가스로 채워진 조건 또는 감압 조건하에 웨이퍼에 대해 노광을 행하는 투영노광장치로서 역할한다.

도 11에 표시한 노광장치는, 조명 광학계(3)를 이용해서 레티클(1)을 조명한다. 레티클(1)위에 형성된 회로 패턴을 감광제가 도포된 웨이퍼(2)에 투영광학계(4)를 통해서 투영·전사한다. 조명 광학계(3)는, 웨이퍼(2) 위에 레티클(1)의 회로 패턴을 투영하기 위한 변형조명 형성장치, 광량조절장치 등을 포함할 수 있다. 레티클(1)은, 레티클 스테이지(5)에 의해 유지되어, 소정 위치에 위치 결정된다. 레티클(1)의 위치는, 레티클 스테이지(5) 위에 설치된 참조 미러(14)를 이용해서 레이저 간섭계(16)에 의해 계측된다. 또, 구동 모터(18)는 상기 레티클 스테이지(5)를 구동한다.

레티클(1)의 회로 패턴과 웨이퍼(2) 위에 이미 형성되어 있는 패턴을 위치 맞춤하는 데 이용되는 정보는, 얼라인먼트 광학계(6)를 이용함으로써 취득된다.

웨이퍼(2)는, 웨이퍼 척(8)에 의해 유지된다. 이 웨이퍼 척(8)(웨이퍼(2))은, 구동 모터(17)에 의해 구동되는 X-Y스테이지(10) 및 해당 X-Y스테이지(10) 위에 배치된 미세조정 스테이지(9)에 의해 구동된다. 미세조정 스테이지(9)는, 웨이퍼(2)의 θ방향 위치를 보정하고, 웨이퍼(2)의 Z위치를 조정하며, 또한, 웨이퍼(2)의 기울기를 보정하기 위한 틸트 기능을 포함한다.

미세조정 스테이지(9)에는, X방향 및 Y방향의 위치를 계측하기 위한 참조 미러(13)(Y방향에는 도시되어 있지 않음)가 장착되어 있다. 이것을 이용함으로써, 레이저 간섭계(15)에 의해 미세조정 스테이지(9)의 X방향 및 Y방향의 위치가 계측된다. 포커스 계측장치(19), (20)는, 웨이퍼(2)의 Z방향의 위치 및 기울기를 계측한다.

콘트롤러(26)는, X-Y스테이지(10), 레티클 스테이지(5), 포커스 계측장치(19), (20) 등을 제어한다.

센서유닛(27)은, 본 제 6실시형태에서는, 노광광의 광량을 계측하는 광량 센서유닛으로서 역할한다. 센서유닛(27)은, 밀봉창(21)으로 밀폐된 센서 용기(22)내에 배치된 수광 소자(23)를 지닌다. 또, 센서 용기(22)의 내부 공간은 불활성 액체(24)로 채워져 있다. 센서유닛(27)은, 웨이퍼 척(8)위에, 또는 미세조정 스테이지(9)에 배치되어 있어도 되고, 또는, 노광광의 광량을 계측할 수 있는 한 다른 장소에 배치되어 있어도 된다. 센서유닛(27)의 표면의 밀봉창(21)에는, 핀홀을 가지는 패턴을 지니고 있다. 센서유닛(27)은, 예를 들면 노광장치의 절대 조 도나 조도 불균일의 계측에 이용될 수 있다. 또, 센서유닛(27)의 표면에 광이 통과하는 부분의 형상(마스크 형상)을 변경함으로써, 센서유닛(27)을 얼라인먼트 혹은 교정의 용도에 사용할 수가 있다.

다음에, 도 11에 표시한 노광장치의 동작을 설명한다. 노광광의 조도를 계측할 경우, 광량 센서유닛으로서 역할하는 센서유닛(27)은, X-Y스테이지(10)를 구동함으로써 투영광학계(4) 밑의 중심부에 위치 결정된다. 다음에, 조명 광학계(3)에 의해 투영광학계(4)를 통해 센서유닛(27)을 노광하면서 노광광의 조도가 계측된다.

센서유닛(27)의 센서 용기(22)속에는 굴절률이 1보다 큰 액체(24)가 채워져 있으므로, 높은 NA를 지닌 투영광학계(4)로부터 노광광이 인가되어도, 그 전체의 노광광이 수광 소자(23)에 도달함으로써, 고정밀도 조도를 계측할 수 있다.

다음에, 도 11을 참조하면서 웨이퍼 노광에 대해 설명한다. 웨이퍼를 노광할 경우, 미리 감광제로 도포되어 있는 웨이퍼(2)를 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)를 이용해서 웨이퍼 척(8) 위에 적재한다. 웨이퍼 척(8) 위의 웨이퍼(2)는, 진공 흡착 등의 흡착법으로 고정되어 해당 웨이퍼의 표면 평평화가 수행된다. 다음에, 포커스 계측장치(19), (20)에 의해 웨이퍼(2)의 전체 면의 포커스 및 틸트 계측을 행하는 동시에, 미세조정 스테이지(9)의 위치를 제어하면서 노광을 행한다.

웨이퍼(2)가 완전히 노광되면, 웨이퍼 반송 장치(도시하지 않음)에 의해 미세조정 스테이지(9)로부터 웨이퍼(2)를 회수한다. 이어서, 일련의 노광 동작이 종료한다. 센서유닛(27)의 동작은, 제 1실시형태에 있어서 설명한 바와 마찬가지 이다. 또, 센서유닛(27)은, 제 1 내지 제 4실시형태에 있어서 예시한 구성을 지닐 수 있다. 또, 제 5실시형태에 있어서도, 액체 공급장치(12) 및 액체 회수장치(11)에 각각 접속된 경로(송액관(42), (52))를 제거할 수 있다.

[제 7실시형태]

제 1 내지 제 6실시형태에서 예시된 센서유닛의 차광 부재(28)의 패턴 혹은 구조는, 용도에 따라 변경될 수 있고, 또는, 특정의 용도에 따라 제거되어도 된다. 또, 밀봉창은, 기준 마스크패턴 등의 패턴을 포함해도 된다. 즉, 밀봉창 이외에 차광 부재를 설치하는 대신에, 밀봉창 자체가 패턴(차광 부재)을 지녀도 된다. 또, 밀봉창은, 판형상 외에도, 각종 형상을 지녀도 된다.

또, 센서유닛에 사용되는 수광 소자의 종류는, 특정의 것으로 한정되지 않는다. 이 수광소자는, 단일의 포토 다이오드, 1차원 또는 2차원 CCD 등의 리니어 센서 또는 에어리어 센서 등을 포함해도 된다.

[응용예]

다음에, 상기 노광장치를 이용한 반도체 디바이스의 제조 프로세스를 설명한다. 도 14는, 반도체 디바이스의 전체적인 제조 프로세스의 흐름을 표시한 도면이다. 스텝 1(회로설계)에서는, 반도체 디바이스 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 형성)에서는, 설계한 회로패턴에 의거해서 마스크를 작성하고, 스텝 3(웨이퍼형성)에서는, 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 형성한다. 전(前)공정이라고 불리는 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는, 상기 마스크와 웨이퍼를 이용해서 리소그라피에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 이어서, 후공정이라고 불리는 스텝 5(조립)에서는, 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 이용해서 반도체칩을 형성하고, 어셈블리 공정(예를 들면, 다이싱, 본딩)과 패키징 공정(칩봉인) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스에 대해 동작확인 시험 및 내구성 시험 등의 검사를 행한다. 이들 스텝 후에, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).

도 15는, 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는, 웨이퍼 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광장치에 의해 웨이퍼 위에 회로패턴을 노광하고, 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼 위의 감광제를 현상하고, 스텝 18(에칭)에서는 현상된 레지스트 상의 개구부를 통해 레지스트를 에칭하고, 스텝 19(레지스트 제거)에서는, 에칭후의 불필요한 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로패턴이 형성된다.

본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 본 발명의 다수의 명백하게 광범위한 다른 실시형태를 행할 수 있으므로, 본 발명은, 특허청구범위에 규정된 것을 제외하고 그의 구체적인 실시형태로 한정되지 않는 것으로 이해할 필요가 있다.

이 출원은, 여기에 참고로 편입된 2004년 2월 9일자로 출원된 일본국 특허출원 제 2004-032450호로부터 우선권을 주장한 것이다.

Claims

투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 있어서,

상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 입사광을 투과하고 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 포함하는 센서유닛을 구비하고,

상기 밀봉창과 상기 수광소자 사이의 공간은, 굴절률이 1이상인 매질로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 센서유닛은, 해당 센서유닛에 입사하는 입사광의 전반사가 일어나는 계면을 포함하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 매질이 액체인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 액체가 불활성 액체인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 액체는, PFE(퍼플루오로에테르), PFPE(퍼플루오로폴 리에테르), HFE(하이드로플루오로에테르) 및 HFPE(하이드로플루오로폴리에테르)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 센서유닛은, 상기 수광 소자를 덮는 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 6항에 있어서, 상기 부재는, 불소계 수지 및 유리중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 센서유닛에 상기 액체를 공급하는 공급부를 또 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 센서유닛으로부터 상기 액체를 회수하는 회수부를 또 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 기판 및 상기 센서유닛중의 어느 한쪽사이의 공간에 액체를 공급하는 액체 공급부를 또 구비한 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 투영광학계와 상기 기판 및 상기 센서유닛중의 어느 한쪽사이의 공간에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 액체를 저장하는 탱크를 또 구비하고, 상기 탱크속의 상기 액체가 상기 센서유닛 및 상기 액체 공급부의 양쪽으로 공급되는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 3항에 있어서, 상기 기판을 위치 결정하기 위한 구동 수단을 또 구비하고, 상기 액체가 상기 구동 수단을 냉각하기 위한 냉매로서도 역할하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 매질이 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 13항에 있어서, 상기 고체는, 불소계 수지 및 유리의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 센서유닛은, 상기 입사광의 입사부에 소정 형상의 차광 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 있어서, 상기 밀봉창은, 소정의 차광 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 1항에 기재된 투영노광장치를 이용해서 기판위에 패턴을 투영하는 공정과;

상기 패턴이 투영되어 있는 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 있어서,

상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기를 지닌 센서유닛을 구비하고,

상기 용기는 굴절률이 1이상이고 입사광을 투과하는 고체로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 있어서,

상기 수광소자가 배치되어 있는 용기와;

입사광을 투과하고 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 구비하고,

상기 밀봉창과 상기 수광소자사이의 공간은, 굴절률이 1이상인 매질로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
제 19항에 있어서, 상기 유닛은, 해당 유닛에 입사하는 입사광의 전반사가 일어나는 계면을 포함하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
제 19항에 있어서, 상기 매질이 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
제 19항에 있어서, 상기 매질이 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
제 22항에 있어서, 상기 고체는, 불소계 수지 및 유리중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 있어서,

상기 수광소자가 배치되어 있는 용기를 구비하고,

상기 용기는, 굴절률이 1이상이고 광을 투과하는 고체로 채워져 있는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 있어서,

상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기와, 상기 입사광을 투과하는 동시에 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 지닌 센서유닛을 구비하고,

상기 밀봉창과 상기 수광 소자사이의 공간을 액체로 채운 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
투영광학계를 지니고, 해당 투영광학계를 통해서 패턴을 기판에 투영하는 투영노광장치에 있어서,

상기 투영광학계를 통해서 입사하는 광을 검출하는 수광 소자와, 상기 수광 소자가 배치된 용기를 지닌 센서유닛을 구비하고,

상기 용기를 상기 입사광을 투과하는 고체로 채운 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 26항에 있어서, 상기 고체는, 불소계 수지 및 유리중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
제 25항에 기재된 투영노광장치를 이용해서 기판위에 패턴을 투영하는 공정과;

상기 패턴이 투영되어 있는 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
제 26항에 기재된 투영노광장치를 이용해서 기판위에 패턴을 투영하는 공정과;

상기 패턴이 투영되어 있는 기판을 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
광을 검출하는 수광 소자를 포함하는 센서유닛에 있어서,

상기 수광 소자가 배치된 용기와,

입사광을 투과하는 동시에 상기 용기를 밀폐하기 위한 밀봉창을 구비하고,

상기 밀봉창과 상기 수광 소자사이의 공간을 액체로 채운 것을 특징으로 하는 센서유닛.
광을 검출하는 수광 소자를 구비한 센서유닛에 있어서,

상기 수광 소자가 배치된 용기와,

상기 용기에 채워져 상기 입사광을 투과하는 고체를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서유닛.
제 31항에 있어서, 상기 고체는, 불소계 수지 및 유리중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서유닛.