KR20070115859A - 노광 방법 및 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 그리고 노광장치의 평가 방법 - Google Patents

노광 방법 및 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 그리고 노광장치의 평가 방법 Download PDF

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Abstract

노광 방법은, 소정 조건 하에서 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여 기판 스테이지 (PST) 를 이동시키면서 기판 (P) 의 위치 정보를 계측하는 제 1 단계와, 계측 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구하는 제 2 단계와, 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 때의 노광 조건을 결정하는 제 3 단계와, 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광하는 제 4 단계를 갖는다. 이에 의해, 액침법에 기초하여 기판을 노광할 때, 기판을 양호하게 노광할 수 있다.
이동 제어 정밀도, 노광 조건, 액침 조건, 이동 조건, 액침법

Description

노광 방법 및 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 그리고 노광 장치의 평가 방법{EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, DEVICE MANUFACTURING METHOD AND EXPOSURE APPARATUS EVALUATING METHOD}
본 발명은, 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 방법 및 노광 장치, 디바이스 제조 방법, 그리고 노광 장치의 평가 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 등의 마이크로 디바이스 (전자 디바이스 등) 의 제조 공정의 하나인 포토리소그래피 공정에서는, 마스크 상에 형성된 패턴을 감광성 기판 상에 전사하는 노광 장치가 사용된다. 이 노광 장치는 마스크를 유지하여 이동 가능한 마스크 스테이지와, 기판을 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지를 가지며, 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 축차 (逐次) 이동하면서 마스크의 패턴 이미지를 기판에 투영한다. 마이크로 디바이스의 제조에 있어서는, 디바이스의 고밀도화를 위해 기판 상에 형성되는 패턴의 미세화가 요구되고 있다. 이 요구에 부응하기 위해 노광 장치의 더 나은 고해상도화가 요구되고 있다. 그 고해상도화를 실현하기 위한 수단의 하나로서, 하기 특허 문헌 1 에 개시되어 있는, 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 기판을 노광하는 액침 노광 장치가 안출되어 있다.
특허 문헌 1: 국제 공개 제99/49504호 팜플렛
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
액침 노광 장치에 있어서, 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 기판 스테이지를 이동하면서 기판을 노광하는 경우, 액체가 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도에 영향을 미칠 가능성이 있다. 액체에 의해 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도가 열화되면, 기판을 양호하게 노광할 수 없게 될 가능성이 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액침법에 기초하여 기판을 노광할 때, 기판을 양호하게 노광할 수 있는 노광 방법 및 노광 장치, 그리고 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 액침법에 기초하여 기판을 노광하는 노광 장치의 제어 정밀도를 평가하는 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실시 형태에 나타내는 각 도면에 대응하는 이하의 구성을 채용하고 있다. 단, 각 요소에 붙인 괄호가 있는 부호는 그 요소의 예시에 불과하며, 각 요소를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 노광광 (EL) 에 대해서 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 을 이동하면서 기판 (P) 을 노광하는 노광 방법으로서, 소정 조건 하에서 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여 기판 스테이지 (PST) 를 이동시키면서 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판의 위치 정보를 계측하는 제 1 단계와, 계측 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구하는 제 2 단계와, 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 때의 노광 조건을 결정하는 제 3 단계와, 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광하는 제 4 단계를 갖는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 1 양태에 의하면, 소정 조건 하에서 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 기판 스테이지를 이동시키면서 기판 스테이지에 유지된 기판의 위치 정보를 계측하여 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 구하고, 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 노광 조건에 기초하여 기판을 양호하게 노광할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 노광광 (EL) 의 소정의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채우면서 상기 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치로서: 소정 조건 하에서 상기 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판을 유지하여 이동하는 기판 스테이지 (PST) 와; 상기 기판 스테이지의 이동을 제어하는 제어 장치 (CONT) 와; 상기 기판 스테이지 (PST) 에 의해 유지된 기판 (P) 의 위치 정보를 계측하는 계측 장치 (90); 를 구비하고, 상기 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 이 기판 스테이지 (PST) 에 의해 이동되고 있을 때 계측 장치 (90) 에 의해 계측된 기판 (P) 의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구하고, 구해진 이동 제어 정밀도에 기초하여 노광 조건을 결정하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 의하면, 액침법에 기초하여 기판을 양호하게 노광할 수 있다. 특히, 광로 공간이 액체로 채워져 있는 상황이어도, 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 상기 양태의 노광 방법 또는 노광 장치 (EX) 를 이용하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 제 3 양태에 의하면, 액침법에 기초하여 기판을 양호하게 노광할 수 있는 노광 방법 또는 노광 장치를 사용하여 디바이스를 제조할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 기판 (P) 을 이동 가능한 기판 스테이지 (PST) 를 가지며, 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 노광광 (EL) 에 대해서 기판 (P) 을 이동하면서 노광하는 노광 장치 (EX) 의 제어 정밀도의 평가 방법으로서, 소정 조건 하에서 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여 기판 스테이지 (PST) 를 이동시키면서 기판 (P) 의 위치 정보를 계측하는 제 1 단계와, 계측 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 평가하는 제 2 단계를 갖는 평가 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 소정 조건 하에서 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 기판 스테이지를 이동시키면서 기판 스테이지에 유지된 기판의 위치 정보를 계측함으로써, 그 소정 조건에 있어서 액체가 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도에 미치는 영향을 평가할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 기판 (P) 을 이동 가능한 기판 스테이지 (PST) 를 가지며, 노광광 (EL) 에 대해서 상기 기판 (P) 을 이동하면서 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치 (EX) 의 제어 정밀도의 평가 방법으로서: 소정 노광 조건 하에서, 상기 기판 스테이지를 이동시키면서 소정 패턴 (P1, P2) 을 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 에 테스트 노광하는 테스트 노광 단계 (SB1) 와; 기판 상에 테스트 노광된 노광 패턴을 계측하는 계측 단계 (SB2) 와; 노광 패턴의 계측 결과로부터 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 평가하는 평가 단계 (SB3) 를 갖는 평가 방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 양태에 의하면, 소정 노광 조건 하에서 기판 상에 액침 노광 (테스트 노광) 된 소정 패턴을 관측 또는 계측함으로써, 그 소정 노광 조건에 있어서 액체가 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도에 미치는 영향을 평가할 수 있다.
도 1 은 노광 장치의 일 실시 형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는 마스크 스테이지를 상방으로부터 본 도면이다.
도 3 은 기판 스테이지를 상방으로부터 본 도면이다.
도 4 는 노즐 부재를 하방으로부터 본 도면이다.
도 5 는 노광 방법의 일 실시 형태를 설명하기 위한 플로우차트이다.
도 6 은 마스크와 기판의 동작을 설명하기 위한 모식도이다.
도 7 은 동기 오차를 설명하기 위한 도면이다.
도 8(A) 및 도 8(B) 는 이동 평균 및 이동 표준 편차를 설명하기 위한 도면 이다.
도 9 는 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11(A) 및 도 11(B) 는 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 13(A) 및 도 13(B) 는 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 14 는 노광 조건의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 15 는 제 3 실시 형태에 있어서의 테스트 노광을 이용한 이동 제어 정밀도의 평가 방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 16 은 제 3 실시 형태에 있어서의 테스트 노광에 이용한 패턴의 형상을 나타내는 도면이다.
도 17 은 마이크로 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 액침 기구 82 : 분출구
87 : 상면 90 : 간섭계 시스템
AR : 투영 영역 (슬릿 영역) CONT : 제어 장치
EL : 노광광 EX : 노광 장치
K1 : 광로 공간 LQ : 액체
LR : 액침 영역 M : 마스크
MR : 조명 영역 (슬릿 영역) MST : 마스크 스테이지
P : 기판 PST : 기판 스테이지
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
<제 1 실시 형태>
본 실시 형태에 관련되는 노광 장치에 대해 도 1∼도 4 를 참조하면서 설명한다. 도 1 은 노광 장치 (EX) 를 나타내는 개략 구성도, 도 2 는 마스크 스테이지 (MST) 의 평면도, 도 3 은 기판 스테이지 (PST) 의 평면도, 도 4 는 노즐 부재 (70) 를 하방으로부터 본 도면이다.
도 1 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는 패턴을 갖는 마스크 (M) 를 유지하여 이동 가능한 마스크 스테이지 (MST) 와, 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 가지며, 기판 (P) 을 유지한 기판 홀더 (PH) 를 이동 가능한 기판 스테이지 (PST) 와, 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보를 계측하는 간섭계 시스템 (90) 과, 마스크 스테이지 (MST) 에 유지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 으로 조명하는 조명 광학계 (IL) 와, 노광광 (EL) 으로 조명된 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 노광 장치 (EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 (CONT) 와, 제어 장치 (CONT) 에 접속되고, 노광에 관한 각종 정보를 기억한 기억 장치 (MRY) 를 구비하고 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 노광 장치 (EX) 의 각종 측정 장치 (예를 들어, 간섭계 시스템 (90), 포커스·레벨링 검출계 (30)), 구동 장치 (예를 들어, 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD), 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD)) 등에 접속되어 있고, 그들과의 사이에서 측정 결과나 구동 지령의 전달이 가능하다.
본 실시 형태의 노광 장치 (EX) 는, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시킴과 함께 초점 심도를 실질적으로 넓게 하기 위해 액침법을 적용한 액침 노광 장치이다. 액침 노광 장치는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 있어서의 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채우기 위한 액침 기구 (1) 를 구비하고 있다. 액침 기구 (1) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 근방에 설치되고, 액체 (LQ) 를 공급하는 공급구 (12) 및 액체 (LQ) 를 회수하는 회수구 (22) 를 갖는 노즐 부재 (70) 와, 노즐 부재 (70) 에 형성된 공급구 (12) 를 통하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (LQ) 를 공급하는 액체 공급 기구 (10) 와, 노즐 부재 (70) 에 형성된 회수구 (22) 를 통하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측의 액체 (LQ) 를 회수하는 액체 회수 기구 (20) 를 구비하고 있다. 노즐 부재 (70) 는, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 의 상방에 있어서, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자의, 적어도 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 를 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있다.
노광 장치 (EX) 는, 적어도 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 투영하고 있는 동안, 액체 공급 기구 (10) 로부터 공급된 액체 (LQ) 에 의해 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR) 을 포함하는 기판 (P) 상의 일부에, 투영 영역 (AR) 보다 크고 또한 기판 (P) 보다 작은 액체 (LQ) 의 액침 영역 (LR) 을 국소적으로 형성하는 국소 액침 방식을 채용하고 있다. 구체적으로는, 노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (LSA) 과, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 기판 (P) 의 표면 사이의 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채우고, 투영 광학계 (PL) 와 광로 공간 (K1) 에 채워진 액체 (LQ) 를 통해 마스크 (M) 를 통과한 노광광 (EL) 을 기판 (P) 에 조사함으로써, 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 에 투영한다. 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급 기구 (10) 를 사용하여 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 를 소정량 공급함과 함께, 액체 회수 기구 (20) 를 사용하여 기판 (P) 상의 액체 (LQ) 를 소정량 회수함으로써, 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 의 액침 영역 (LR) 을 국소적으로 형성한다.
본 실시 형태에서는, 노광 장치 (EX) 로서 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 주사 방향에 있어서의 서로 상이한 방향 (역방향) 으로 동기 이동하면서 마스크 (M) 에 형성된 패턴을 기판 (P) 에 노광하는 주사형 노광 장치 (소위 스캐닝 스테퍼) 를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 수평면 내에서 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 동기 이동 방향 (주사 방향) 을 Y 축 방향, 수평면 내에서 Y 축 방향과 직교하는 방향을 X 축 방향 (비주사 방향), Y 축 및 X 축 방향에 수직이고 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치하는 방향을 Z 축 방향으로 한다. 또, X 축, Y 축 및 Z 축 주위의 회전 (경사) 방향을 각각, θX, θY 및 θZ 방향으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「기판」 은 반도체 웨이퍼 등의 기재 상 에 감광재 (레지스트), 보호막 등의 막을 도포한 것을 포함한다. 「마스크」 는 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.
조명 광학계 (IL) 는, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 광속의 조도를 균일화하는 옵티컬 인터그레이터, 옵티컬 인터그레이터로부터의 노광광 (EL) 을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 및 노광광 (EL) 에 의한 마스크 (M) 상의 조명 영역 (MR) 을 설정하는 시야 조리개 등을 갖고 있다. 마스크 (M) 상의 소정의 조명 영역 (MR) 은 조명 광학계 (IL) 에 의해 균일한 조도 분포의 노광광 (EL) 으로 조명된다. 조명 광학계 (IL) 로부터 사출되는 노광광 (EL) 으로는, 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광), ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 및 F2 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공 자외광 (VUV 광) 등이 사용된다. 본 실시 형태에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광이 사용된다.
본 실시 형태에 있어서는, 액체 공급 기구 (10) 로부터 공급되는 액체 (LQ) 로서 순수가 이용되고 있다. 순수는 ArF 엑시머 레이저광 뿐만 아니라, 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 도 투과 가능하다.
마스크 스테이지 (MST) 는, 도시를 생략한 베이스 부재 상을 주사 방향 (Y 축 방향) 을 따라 이동하는 조동 스테이지 (MST1) 와, 조동 스테이지 (MST1) 상에 탑재되고, 마스크 (M) 를 유지하여 이동 가능한 미동 스테이지 (MST2) 를 갖고 있 다. 미동 스테이지 (MST2) 는, 마스크 (M) 를 진공 흡착 (또는 정전 흡착) 에 의해 유지한다. 조동 스테이지 (MST1) 및 미동 스테이지 (MST2) 를 포함하는 마스크 스테이지 (MST) 는, 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어되는 리니어 모터, 보이스 코일 모터 등을 포함하는 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 의 구동에 의해 이동 가능하다. 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 의 구동에 의해, 조동 스테이지 (MST1) 는 Y 축 방향으로 이동 가능하고, 미동 스테이지 (MST2) 는 마스크 (M) 를 유지한 상태에서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 평면내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 방향으로 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소 회전 가능하다.
간섭계 시스템 (90) 은, 조동 스테이지 (MST1) 의 위치 정보를 계측하는 조동 스테이지용 간섭계 (92), 및 미동 스테이지 (MST2) 의 위치 정보를 계측하는 미동 스테이지용 간섭계 (94) 를 구비하고 있다. 조동 스테이지용 간섭계 (92) 는, 조동 스테이지 (MST1) 상에 설치된 이동경 (91) 에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 조동 스테이지용 간섭계 (92) 는, 조동 스테이지 (MST1) 의 Y 축 방향 및 X 축 방향의 위치를 계측 가능하다.
미동 스테이지용 간섭계 (94) 는, 미동 스테이지 (MST2) 상에 설치된 이동경 (93) 에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 미동 스테이지용 간섭계 (94) 는, 미동 스테이지 (MST2) 의 2 차원 방향 (XY 방향) 의 위치, 및 θZ 방향의 회전각을 계측 가능하다. 또한, 미동 스테이지용 간섭계 (94) 를 이용하여 미동 스테이지 (MST2) 의 θX 및 θY 방향의 회전각을 계측하도록 해도 된다. 또, 조동 스테이지용 간섭계 (92) 및 미동 스테이지용 간섭계 (94) 는 그 일부 (예를 들어, 광 학계) 만을 이동경 (91, 93) 에 대향하여 설치하도록 해도 된다.
도 2 에 있어서, 미동 스테이지 (MST2) 의 +X 방향의 단부에는 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (93X) 이 고정 설치되어 있다. 또, 미동 스테이지 (MST2) 의 +Y 방향의 단부에는 코너큐브 (레트로 리플렉터) 로 이루어지는 2 개의 Y 이동경 (93Y, 93Y) 이 고정 설치되어 있다. 미동 스테이지용 간섭계 (94) 는, X 이동경 (93X) 에 대해서 X 축에 평행한 레이저 빔 (BMx) 을 조사하고, Y 이동경 (93Y, 93Y) 의 각각에 대해서 Y 축에 평행한 레이저 빔 (BMy, BMy) 을 조사한다. Y 이동경 (93Y, 93Y) 에서 반사된 레이저 빔 (BMy, BMy) 의 각각은, 반사 미러 (93M, 93M) 에서 반사되어 Y 이동경 (93Y, 93Y) 에 되돌아간다. 즉, 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 Y 이동경 (93Y, 93Y) 에 레이저 빔 (BMy, BMy) 을 조사하는 Y 축 간섭계는 소위 더블 패스 간섭계이며, 이에 의해, 미동 스테이지 (MST2) 가 회전해도 레이저 빔의 위치가 어긋나지 않도록 되어 있다. 또, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 상의 노광광 (EL) 으로 조명되는 조명 영역 (MR) 은, 투영 광학계 (PL) 의 시야 내에서 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 슬릿상 (직사각형상) 으로 설정되어 있다.
이와 같이, 미동 스테이지 (MST2) 상에는 X 축의 이동경 (93X), 및 2 개의 Y 축의 이동경 (93Y, 93Y) 이 설치되고, 이것에 대응하여 미동 스테이지용 간섭계 (94) 도 3 축의 레이저 간섭계로 구성되어 있지만, 도 1 에서는 그들을 대표하여 이동경 (93), 미동 스테이지용 간섭계 (94) 로 나타나 있다. 또한, 이동경 (91, 93) 을 각각 조동 스테이지 (MST1), 미동 스테이지 (MST2) 에 고정 설치하는 대신에, 예를 들어 조동 스테이지 (MST1), 미동 스테이지 (MST2) 의 단면 (측면) 을 경면 가공하여 형성되는 반사면을 이용해도 된다.
조동 스테이지용 간섭계 (92) 및 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과에 기초하여, 미동 스테이지 (MST2) (나아가서는 마스크 (M)) 의 2 차원 방향 (XY 방향) 의 위치, 및 θZ 방향의 회전각을 실시간으로 구할 수 있다. 구체적으로는, 제어 장치 (CONT) 는, 레이저 빔 (BMx) 을 측장축으로 하는 X 축 간섭계의 출력에 기초하여 미동 스테이지 (MST2) 의 X 축 방향의 위치를 구할 수 있다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 레이저 빔 (BMy, BMy) 을 측장축으로 하는 2 개의 Y 축 간섭계의 출력의 평균값에 기초하여 미동 스테이지 (MST2) 의 Y 축 방향의 위치를 구할 수 있다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 2 개의 Y 축 간섭계의 출력의 차분과 레이저 빔 (BMy, BMy) 의 간격 (L) 에 기초하여 미동 스테이지 (MST2) 의 θZ 방향의 회전각을 구할 수 있다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 조동 스테이지용 간섭계 (92) 및 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 구동하고, 조동 스테이지 (MST1) 및 미동 스테이지 (MST2) 의 위치 제어를 실시함으로써, 미동 스테이지 (MST2) 에 유지되어 있는 마스크 (M) 의 위치 제어를 실시한다. 또한, 조동 스테이지 (MST1) 및 미동 스테이지 (MST2) 를 구비한 마스크 스테이지는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-130179호 (대응하는 미국 특허 제 6,721,034호) 에 개시되어 있다.
도 1 로 돌아와, 투영 광학계 (PL) 는, 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 소정의 투영 배율 (β) 로 기판 (P) 에 투영 노광하는 것으로서, 제 1 광학 소자 (LS1) 를 포함하는 복수의 광학 소자로 구성되어 있고, 그들 광학 소자는 경통 (PK) 으로 유지되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 투영 광학계 (PL) 는, 투영 배율 (β) 이 예를 들어 1/4, 1/5 또는 1/8 의 축소계이다. 노광시에는, 마스크 (M) 의 패턴 형성 영역내의 조명 영역 (MR) 의 패턴이 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 상의 투영 영역 (AR) 에 축소 투영된다. 또한, 투영 광학계 (PL) 는 축소계, 등배계 및 확대계의 어느 것이어도 된다. 또, 투영 광학계 (PL) 는, 반사 광학 소자를 포함하지 않는 굴절계, 굴절 광학 소자를 포함하지 않는 반사계, 반사 광학 소자와 굴절 광학 소자를 포함하는 반사 굴절계의 어느 것이어도 된다. 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자의, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 는 경통 (PK) 으로부터 노출되어 있다.
기판 스테이지 (PST) 는, 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 가지며, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 있어서, 베이스 부재 (500) 상에서 이동 가능하다. 기판 홀더 (PH) 는, 예를 들어 진공 흡착 등에 의해 기판 (P) 을 유지한다. 기판 스테이지 (PST) 상에는 오목부 (86) 가 형성되어 있고, 기판 (P) 을 유지하기 위한 기판 홀더 (PH) 는 오목부 (86) 에 배치되어 있다. 그리고, 기판 스테이지 (PST) 의 오목부 (86) 이외의 상면 (87) 은, 기판 홀더 (PH) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과 거의 동일한 높이 (면일) 가 되는 평탄면 (평탄부) 으로 되 어 있다. 또한, 액침 영역 (LR) 을 양호하게 유지할 수 있으면, 기판 홀더 (PH) (기판 스테이지 (PST)) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 사이에 약간의 단차가 있어도 된다. 예를 들어, 기판 (P) 의 주위에 배치된 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 이, 기판 홀더 (PH) 에 유지된 기판 (P) 의 표면보다 약간 낮아도 된다. 또, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 일부, 예를 들어 기판 (P) 을 둘러싸는 소정 영역만, 기판 (P) 의 표면과 거의 동일한 높이로 하거나, 또는 약간 상이한 높이로 해도 된다.
기판 스테이지 (PST) 는, 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어되는 리니어 모터, 보이스 코일 모터 등을 포함하는 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 의 구동에 의해, 기판 (P) 을 기판 홀더 (PH) 를 통하여 유지한 상태에서, 베이스 부재 (500) 상에서 XY 평면 내에서 2 차원 방향 (XY 방향) 으로 이동 가능, 및 θZ 방향으로 미소 회전 가능하다. 또한 기판 스테이지 (PST) 는, XY 방향에 수직인 Z 축 방향, θX 방향 및 θY 방향으로도 이동 가능하다. 따라서, 기판 스테이지 (PST) 에 지지된 기판 (P) 의 표면은, X 축, Y 축, Z 축, θX, θY 및 θZ 방향의 6 자유도의 방향으로 이동 가능하다.
간섭계 시스템 (90) 은, 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보를 계측하는 XY 간섭계 (96) 및 Z 간섭계 (98) 를 구비하고 있다. XY 간섭계 (96) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 측면에 고정 설치된 이동경 (95) 에 대향하는 위치에 설치되어 있다. XY 간섭계 (96) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 2 차원 방향 (XY 방향) 의 위치 및 θZ 방향의 회전각을 계측 가능하다.
도 3 에 있어서, 기판 스테이지 (PST) 의 +X 측의 측면에는 Y 축 방향으로 연장되는 X 이동경 (95X) 이 고정 설치되어 있다. 또, 기판 스테이지 (PST) 의 +Y 측의 측면에는 X 축 방향으로 연장되는 Y 이동경 (95Y) 이 설치되어 있다. XY 간섭계 (96) 는, X 이동경 (95X) 에 대해서 X 축에 평행한 레이저 빔 (BPx, BPx) 을 조사하고, Y 이동경 (95Y) 에 대해서 Y 축에 평행한 레이저 빔 (BPy, BPy) 을 조사한다.
이와 같이, 기판 스테이지 (PST) 에는 X 축의 이동경 (95X), 및 Y 축의 이동경 (95Y) 이 설치되고, 이것에 대응하여 XY 간섭계 (96) 도 4 축의 레이저 간섭계로 구성되어 있지만, 도 1 에서는, 이들을 대표하여 이동경 (95), XY 간섭계 (96) 로 나타나 있다.
XY 간섭계 (96) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) (나아가서는 기판 (P)) 의 2 차원 방향 (XY 방향) 의 위치, 및 θZ 방향의 회전각을 실시간으로 구할 수 있다. 구체적으로는, 제어 장치 (CONT) 는, 레이저 빔 (BPx) 을 측장축으로 하는 X 축 간섭계의 출력에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 X 축 방향의 위치를 구할 수 있다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 레이저 빔 (BPy, BPy) 을 측장축으로 하는 2 개의 Y 축 간섭계의 출력의 평균값에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 Y 축 방향의 위치를 구할 수 있다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 2 개의 X 축 간섭계의 출력의 차분과 레이저 빔 (BPx, BPx) 의 간격 (D) 에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 θZ 방향의 회전각을 구할 수 있다.
도 1 로 돌아와, Z 간섭계 (98) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 측면에 설치된 Z 이동경 (97) 에 대향하는 위치에 설치되어 있다. XY 간섭계 (96) 와 마찬가지로, Z 간섭계 (98) 도 복수의 측장축을 갖고 있고, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향의 위치, 및 θX, θY 방향의 회전각을 계측 가능하다. Z 간섭계 (98) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향의 위치, 및 θX, θY 방향의 회전각을 실시간으로 구할 수 있다. 또한, Z 간섭계 (98) 를 구비한 노광 장치의 상세한 것은, 예를 들어 일본 공표특허공보 2001-510577호 (대응하는 국제 공개 제1999/28790호 팜플렛) 에 개시되어 있다. 또한, XY 간섭계 (96) 및 Z 간섭계 (98) 는 그 일부 (예를 들어, 광학계) 만을 이동경 (95, 97) 에 대향하여 설치하도록 해도 된다. 또, 이동경 (95, 97) 을 기판 스테이지 (PST) 에 고정 설치하는 대신에, 예를 들어 기판 스테이지 (PST) 의 일부 (측면 등) 를 경면 가공하여 형성되는 반사면을 이용해도 된다. 또한, XY 간섭계 (96) 는 3 축의 레이저 간섭계이어도 되고, 또는 XY 간섭계 (96) 를 5 축의 레이저 간섭계로 하고, Z 간섭계 (98) 대신에 θX, θY 방향의 회전각을 계측 가능하게 해도 된다.
또, 노광 장치 (EX) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-37149호 (대응하는 미국 특허 제6,327,025호) 에 개시되어 있는, 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 표면의 위치 정보를 검출하는 사입사 방식의 포커스·레벨링 검출계 (30) 를 구비하고 있다. 포커스·레벨링 검출계 (30) 는, 기판 (P) 의 표면에 경사 방향으로부터 검출광 (La) 을 조사하는 투사부 (31) 와, 검출광 (La) 에 대해 서 소정 위치 관계로 형성되고, 기판 (P) 의 표면에 조사된 검출광 (La) 의 반사광을 수광하는 수광부 (32) 를 구비하고 있고, 수광부 (32) 의 수광 결과에 기초하여, 기판 (P) 표면의 위치 정보 (Z 축 방향의 위치 정보, 및 θX, θY 방향의 경사 정보) 를 검출한다. 본 실시 형태에 있어서는, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 투사부 (31) 는, 기판 (P) 표면의 액침 영역 (LR) 내측의 복수 위치의 각각에 검출광 (La) 을 조사한다. 즉, 포커스·레벨링 검출계 (30) 는, 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 표면의 위치 정보를 검출한다. 또한, 포커스·레벨링 검출계 (30) 는, 액침 영역 (LR) 의 외측에 검출광 (La) 을 조사하고, 액체 (LQ) 를 통하지 않고 기판 (P) 표면의 위치 정보를 검출하는 형태이어도 된다. 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 계측 결과에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이를 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 (P) 표면의 위치 정보를 실시간으로 구할 수 있다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 구동하고, 기판 스테이지 (PST) 의 X 축 방향, Y 축 방향, 및 θZ 방향에 있어서의 위치 제어를 실시함으로써, 기판 스테이지 (PST) 에 유지되어 있는 기판 (P) 의 X 축 방향, Y 축 방향, 및 θZ 방향에 있어서의 위치 제어를 실시한다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과 등에 기초하여, 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 구동하고, 기판 (P) 표면의 Z 축 방향, θX 방향 및 θY 방향에 있어서의 위치 제어를 실시한다.
다음으로, 액침 기구 (1) 의 액체 공급 기구 (10) 및 액체 회수 기구 (20) 에 대해 설명한다. 액체 공급 기구 (10) 는, 액체 (LQ) 를 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급한다. 액체 공급 기구 (10) 는, 액체 (LQ) 를 송출 가능한 액체 공급부 (11) 와, 액체 공급부 (11) 에 그 일단을 접속하는 공급관 (13) 을 구비하고 있다. 공급관 (13) 의 타단은 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 노즐 부재 (70) 의 내부에는, 공급관 (13) 의 타단과 공급구 (12) 를 접속하는 내부 유로 (공급 유로) 가 형성되어 있다. 액체 공급부 (11) 는, 액체 (LQ) 를 수용하는 탱크, 가압 펌프, 공급하는 액체 (LQ) 의 온도를 조정하는 온도 조정 장치, 및 액체 (LQ) 중의 이물을 없애는 필터 유닛 등을 구비하고 있다. 액체 공급부 (11) 의 액체 공급 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 또한, 액체 공급 기구 (10) 의 탱크, 가압 펌프, 온도 조정 장치, 필터 유닛 등은, 그 모두를 노광 장치 (EX) 가 구비하고 있을 필요는 없고, 노광 장치 (EX) 가 설치되는 공장 등의 설비를 대용해도 된다.
액체 회수 기구 (20) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측의 액체 (LQ) 를 회수한다. 액체 회수 기구 (20) 는, 액체 (LQ) 를 회수 가능한 액체 회수부 (21) 와, 액체 회수부 (21) 에 그 일단을 접속하는 회수관 (23) 을 구비하고 있다. 회수관 (23) 의 타단은 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 노즐 부재 (70) 의 내부에는, 회수관 (23) 의 타단과 회수구 (22) 를 접속하는 내부 유로 (회수 유로) 가 형성되어 있다. 액체 회수부 (21) 는 예를 들어 진공 펌프 등의 진공계 (흡인 장치), 회수된 액체 (LQ) 와 기체를 분리하는 기액 분리기, 및 회수한 액체 (LQ) 를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있다. 또한, 액체 회수 기구 (20) 의 진공계, 기액 분리기, 탱크 등은 그 모두를 노광 장치 (EX) 가 구비하고 있을 필요는 없고, 노광 장치 (EX) 가 설치되는 공장 등의 설비를 대용해도 된다.
액체 (LQ) 를 공급하는 공급구 (12) 및 액체 (LQ) 를 회수하는 회수구 (22) 는 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 형성되어 있다. 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 은, 기판 (P) 의 표면 및 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 과 대향하는 위치에 형성되어 있다. 노즐 부재 (70) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치되는 적어도 1 개의 광학 소자 (본 예에서는, 제 1 광학 소자 (LS1)) 의 측면을 둘러싸도록 형성된 환상 부재로서, 공급구 (12) 는, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 있어서, 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) (제 1 광학 소자 (LS1)) 을 둘러싸도록 복수 형성되어 있다.
도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 공급구 (12) 는 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 둘러싸도록 4 개 형성되어 있고, 공급구 (12) 의 각각은, 소정 길이 및 소정 폭을 갖는 평면에서 보아 원호상의 슬릿상으로 형성되어 있다. 또, 회수구 (22) 는, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 있어서, 광로 공간 (K1) 에 대해서 공급구 (12) 보다 외측에 형성되어 있고, 광로 공간 (K1) (제 1 광학 소자 (LS1)) 및 공급구 (12) 를 둘러싸도록 환상으로 형성되어 있다. 또, 본 실시 형태의 회수구 (22) 에는 다공 부재가 형성되어 있다. 다공 부재는, 예를 들어 세라믹스제 다공체, 티탄제 판상 메쉬에 의해 구성되어 있다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급 기구 (10) 를 사용하여 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 를 소정량 공급함과 함께, 액체 회수 기구 (20) 를 사용하여 기판 (P) 상의 액체 (LQ) 를 소정량 회수함으로써, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채우고, 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 의 액침 영역 (LR) 을 국소적으로 형성한다. 액체 (LQ) 의 액침 영역 (LR) 을 형성할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급부 (11) 및 액체 회수부 (21) 의 각각을 구동한다. 제어 장치 (CONT) 의 제어 하에서 액체 공급부 (11) 로부터 액체 (LQ) 가 송출되면, 그 액체 공급부 (11) 로부터 송출된 액체 (LQ) 는 공급관 (13) 을 흐른 후, 노즐 부재 (70) 의 공급 유로를 통하여 공급구 (12) 로부터 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급된다. 또, 제어 장치 (CONT) 하에서 액체 회수부 (21) 가 구동되면, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 액체 (LQ) 는 회수구 (22) 를 통하여 노즐 부재 (70) 의 회수 유로에 유입되고, 회수관 (23) 을 흐른 후, 액체 회수부 (21) 에 회수된다.
다음으로, 마스크 (M) 를 유지한 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 (P) 을 유지한 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동하면서 기판 (P) 을 노광할 때의 제어 방법의 일례에 대해 설명한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 기판 (P) 상에는 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 이 매트릭스상으로 설정되어 있고, 이들 기판 (P) 상에 설정된 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 이 순차 노광된다. 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을 액침 노광할 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 기구 (1) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채 운 상태에서, 노광광 (EL) (투영 광학계 (PL)) 에 대해서 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 을 Y 축 방향으로 이동하면서, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을 주사 노광한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR) 은 X 축 방향을 길이 방향으로 하는 슬릿상 (직사각형상) 으로 설정되어 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 노광광 (EL) 이 조사되는 투영 영역 (AR) 과, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을, 도 3 중, 화살표 y1, y2 로 나타내는 방향으로 상대적으로 이동하면서, 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을 주사 노광한다.
본 실시 형태에 있어서는, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 상에 설정된 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 의, 처음에 제 1 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광한다. 제 1 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 쇼트 영역 (S1) 을 주사 개시 위치로 이동함과 함께, 투영 영역 (AR) 과 제 1 쇼트 영역 (S1) 이 화살표 y1 로 나타내는 방향으로 상대적으로 이동하도록 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 을 이동하고, 제 1 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광한다. 제 1 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 다음의 제 2 쇼트 영역 (S2) 을 주사 노광하기 위해, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 을 X 축 방향으로 상대적으로 스테핑 이동한다. 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 을 스테핑 이동하여, 제 2 쇼트 영역 (S2) 을 주사 개시 위치로 이동함과 함께, 투영 영역 (AR) 과 제 2 쇼트 영역 (S2) 이 화살표 y2 로 나타내는 방향으로 상대적으로 이동하도록 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 을 이동하고, 제 2 쇼트 영역 (S2) 을 주사 노광한다. 제 2 쇼트 영역 (S2) 을 주사 노광한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 다음의 제 3 쇼트 영역 (S3) 을 주사 노광하기 위해, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 을 X 축 방향으로 상대적으로 스테핑 이동한다. 이하 마찬가지로, 제어 장치 (CONT) 는, 1 개의 쇼트 영역을 주사 노광한 후, 기판 (P) 의 스테핑 이동에 의해 다음의 쇼트 영역을 주사 개시 위치로 이동하고, 이하, 스텝·앤드·스캔 방식으로 기판 (P) 을 이동하면서, 제 1∼제 21 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을 순차 노광한다.
제어 장치 (CONT) 는, 1 개의 쇼트 영역을 주사 노광할 때, 그 쇼트 영역을 주사 개시 위치로 이동한 후, Y 축 방향에 관해서 가속하는 가속 상태, 일정 속도로 이동하는 정속 (定速) 상태, 및 감속하는 감속 상태의 순서로 천이되도록, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 을 구동한다. 주사 노광시에는, 투영 광학계 (PL) 의 슬릿상 (직사각형상) 의 투영 영역 (AR) 에, 마스크 (M) 상에 있어서의 노광광 (EL) 의 조명 영역 (MR) 에 따른 마스크 (M) 의 일부의 패턴 이미지가 투영된다.
상기 기술한 정속 상태에 있어서는, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 통하여 조동 스테이지 (MST1) 를 소정의 주사 속도 (Vm) 로 +Y 방향 (또는 -Y 방향) 으로 주사하는 것과 동기하여, 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통하여 기판 스테이지 (PST) 를 -Y 방향 (또는 +Y 방향) 으로 주사 속도 (Vp(=β·Vm)) 로 주사함과 함께, 이 때에 생기는 미동 스테이지 (MST2) 와 기판 스테이지 (PST) (마스크 (M) 의 패턴과 기판 (P) 의 쇼트 영역) 의 상대 위치 오차를 작게 하도록, 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 통하여 미동 스테이지 (MST2) 의 동작을 제어한다.
제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) 의 위치 정보를 계측하는 간섭계 (92, 94), 및 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보를 계측하는 XY 간섭계 (96) 의 각각의 계측 결과를 모니터하면서, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동한다.
제어 장치 (CONT) 는, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과로부터 얻어진 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보, 및 속도 정보에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 가 간섭계 시스템 (90) (XY 간섭계 (96)) 으로 규정되는 좌표계 내에서의 목표 위치에 배치되도록, 또한 기판 (P) 이 목표 속도 (Vp) 로 이동되도록, 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 제어한다. 또한 제어 장치 (CONT) 는, 예를 들어 XY 간섭계 (96) 의 계측 결과를 미분함으로써, 기판 스테이지 (PST) 의 속도 정보를 구할 수 있다. 제어 장치 (CONT) 는, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 위치와 목표 위치의 차이, 및 기판 스테이지 (PST) 의 속도와 목표 속도 (Vp) 의 차이를 작게 하기 위한 제어량 (기판 스테이지 (PST) 를 목표 속도 (Vp) 로 이동시키기 위한 제어량) 을 산출하고, 그 제어량에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 를 구동하는 등의 소위 피드백 제어를 실시한다.
또, 제어 장치 (CONT) 는, 조동 스테이지용 간섭계 (92) 의 계측 결과로부터 얻어진 조동 스테이지 (MST1) 의 위치 정보, 및 속도 정보에 기초하여, 조동 스테이지 (MST1) 가 간섭계 시스템 (90) (조동 스테이지용 간섭계 (92)) 으로 규정되는 좌표계 내에서의 목표 위치에 배치되도록, 또한 조동 스테이지 (MST1) 가 목표 속 도 (Vm) 로 이동되도록, 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 제어한다. 또한 제어 장치 (CONT) 는, 예를 들어 조동 스테이지용 간섭계 (92) 의 계측 결과를 미분함으로써, 조동 스테이지 (MST1) 의 속도 정보를 구할 수 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 조동 스테이지용 간섭계 (92) 의 계측 결과에 기초하여, 조동 스테이지 (MST1) 의 위치와 목표 위치의 차이, 및 조동 스테이지 (MST1) 의 속도와 목표 속도 (Vm) 의 차이를 작게 하기 위한 제어량 (조동 스테이지 (MST1) 를 목표 속도 (Vm) 로 이동시키기 위한 제어량) 을 산출하고, 그 제어량에 기초하여 조동 스테이지 (MST1) 를 구동하는 등의 소위 피드백 제어를 실시한다.
또, 제어 장치 (CONT) 는, 간섭계 시스템 (90) 으로 규정되는 좌표계 내에서, 미동 스테이지 (MST2) 와 기판 스테이지 (PST) 가 원하는 위치 관계가 되도록, 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과로부터 얻어진 미동 스테이지 (MST2) 의 위치 정보 및/또는 속도 정보와, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과로부터 얻어진 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보 및/또는 속도 정보에 기초하여, 마스크 스테이지 (MSTD) (미동 스테이지 (MST2)) 를 제어한다. 제어 장치 (CONT) 는, 미동 스테이지 (MST2) 와 기판 스테이지 (PST) 의 상대 위치 오차가 작아지도록, XY 간섭계 (96) 및 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과에 기초하여, 미동 스테이지 (MST2) 를 구동하는 등의 소위 피드백 제어를 실시한다.
이와 같이, 제어 장치 (CONT) 는, 간섭계 (92, 94, 96) 를 포함하는 간섭계 시스템 (90) 을 사용하여, 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 각각의 이동 정보 (위치 정보, 속도 정보, 가속도 정보의 하나 이상을 포함한다) 를 구하 고, 간섭계 시스템 (90) 으로 규정되는 좌표계 내에서 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 의 각각이 원하는 상태 (원하는 위치, 원하는 속도, 원하는 가속도) 가 되도록, 또한 마스크 (M) 와 기판 (P) (미동 스테이지 (MST2) 와 기판 스테이지 (PST)) 이 원하는 위치 관계가 되도록, 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 및 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통하여 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 의 이동을 제어한다.
또한 XY 간섭계 (96) 의 계측 결과와 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과에 기초하여 미동 스테이지 (MST2) 의 이동을 피드백 제어한 경우에도, 미동 스테이지 (MST2) 와 기판 스테이지 (PST) 사이에 미소한 동기 제어 오차가 잔류할 가능성이 있기 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, 후술하는 바와 같이, XY 간섭계 (96) 의 계측 결과와 미동 스테이지용 간섭계 (94) 의 계측 결과를 모니터하여, 그 결과를 기억 장치 (MRY) 에 기억할 수 있다.
다음으로, 상기 기술한 구성을 갖는 노광 장치 (EX) 를 이용하여 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 에 노광하는 방법에 대해 도 5 의 플로우차트도를 참조하면서 설명한다.
본 실시 형태에 있어서는, 디바이스 제조를 위한 기판 (P) 의 실제 노광을 실시하기 전에, 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구하고, 기판 (P) 의 노광 조건을 결정한다. 액침 노광 장치 (EX) 에 있어서, 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서, 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여, 광로 공간 (K1) (노광광 (EL)) 에 대해서 기판 스테이지 (PST) (기판 (P)) 를 이동하면서 기판 (P) 을 노광하는 경우, 액체 (LQ) 의 점성 저항, 액체 (LQ) 에서 기인하는 진동 등에 의해, 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도가 변동 (열화) 될 가능성이 있다. 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도에는, XY 방향에 관한 이동 제어 정밀도와, Z 축 방향에 관한 이동 제어 정밀도가 포함된다.
기판 스테이지 (PST) 의 XY 방향에 관한 이동 제어 정밀도는, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 의 동기 오차를 포함한다. 동기 오차는, 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 소정의 주사 방향에 관해서 동기 이동시켰을 때, 간섭계 시스템 (90) 으로 규정되는 좌표계 내에서의 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 의 상대적인 위치 어긋남량 (위치 오차) 을 포함한다.
또, 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST) 를 이동시킬 때의 조건에 따라, 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 그 조건에는, 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채울 때의 액침 조건이 포함되고, 액침 조건에 따라 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 여기에서, 액침 조건은, 액침 기구 (1) 가 광로 공간 (K1) 에 액체 (LQ) 를 공급하기 위한 공급 조건, 및 액체 (LQ) 를 회수하기 위한 회수 조건의 하나 이상을 포함한다. 보다 구체적으로는, 액침 조건에는, 예를 들어 광로 공간 (K1) 에 대한 단위 시간당의 액체 공급량, 또는 단위 시간당의 액체 회수량이 포함된다.
그래서, 본 실시 형태에 있어서는, 기판 (P) 의 노광을 실시하기 전에, 각각의 복수의 조건 하에서 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구하고, 각 조 건 하에서의 이동 제어 정밀도를 평가하고, 이동 제어 정밀도 (오차) 가 작아지는 최적의 노광 조건을 결정하는 처리를 실시한다.
간단하게 하기 위해, 이하의 설명에 있어서는, 기판 스테이지 (PST) 의 XY 방향에 관한 이동 제어 정밀도, 구체적으로는 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동할 때의 동기 오차를 평가하고, 동기 오차가 가장 작아지는 노광 조건을 결정하는 경우를 예로 들어 설명한다. 또, 노광 조건 (액침 조건) 으로서, 동기 오차가 작아지는 광로 공간 (K1) 에 대한 단위 시간당의 액체 공급량을 결정하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 조건 하에서의 동기 오차를 구하기 위한 준비를 실시한다 (단계 SA1). 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) 에 마스크 (M) 를 로드함과 함께, 기판 스테이지 (PST) 에 기판 (P) 을 로드한다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 기구 (1) 를 사용하여, 제 1 조건 하에서 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채우고, 노광 장치 (EX) 를 제 1 조건으로 설정한다 (단계 SA2). 여기에서는, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 기구 (1) 를 사용하여 광로 공간 (K1) 에 단위 시간당 B1 [리터] 의 액체 (LQ) 를 공급하는 것으로 한다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 조건 하에서 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서, 목표 정보 (목표 위치 및/또는 목표 속도) 를 출력하고, 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여, 마스크 (M) 를 유지 한 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 (P) 을 유지한 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동시킨다. 본 실시 형태에 있어서는, 동기 오차를 구하기 위한 동기 이동은, 디바이스를 제조하기 위한 실제 노광과 마찬가지로, 도 3 을 참조하여 설명한 바와 같이, 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각을 스텝·앤드·스캔 방식으로 노광하도록 실시된다.
또한, 이하의 설명에 있어서는, 간섭계 시스템 (90) 을 사용한, 마스크 스테이지 (MST) 의 미동 스테이지 (MST2) (마스크 (M)) 와 기판 스테이지 (PST) (기판 (P)) 의 각각의 위치 정보의 계측은, 각 쇼트 영역의 노광과 병행하여 실시되는 것처럼 기재하고 있지만, 실제로 기판 (P) 에 노광광 (EL) 은 조사되어 있지 않다.
제어 장치 (CONT) 는, 먼저, 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광하도록, Y 축 방향에 관해서 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동하면서, 간섭계 시스템 (90) 을 사용하여, 마스크 스테이지 (MST) 의 미동 스테이지 (MST2) (마스크 (M)) 와 기판 스테이지 (PST) (기판 (P)) 의 각각의 위치 정보를 계측한다 (단계 SA3).
제어 장치 (CONT) 는, 간섭계 시스템 (90) 의 계측값, 구체적으로는 미동 스테이지용 간섭계 (94) 및 XY 간섭계 (96) 각각의 계측값을 소정의 샘플링 간격으로 동시에 취득한다. 즉, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) 및 기판 스테이지 (PST) 각각의 위치 정보를 소정의 샘플링 간격으로 동시에 취득한다. 제어 장치 (CONT) 는, 취득한 계측값 (미동 스테이지 (MST2) 및 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보) 을, 쇼트 영역 (S1) 의 노광 개시 시점을 기준으로 한 시간 (시각) 에 대응하여 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
이런 점을 도 6 의 모식도를 참조하면서 설명한다. 기판 (P) 상의 어느 쇼트 영역 (예를 들어, 쇼트 영역 (S1)) 을 노광할 때, 투영 광학계 (PL) 에 대한 마스크 (M) 및 기판 (P) 의 각각의 위치는 시간의 경과와 함께 변화된다. 즉, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 노광 개시 시점인 시각 (t1) 에 있어서 투영 영역 (AR) 의 중심에 기판 (P) 상의 점 (L1) 이 있고, 이후, 시각 (t2, t3, …, tn, …) 과 시간이 경과함에 따라 투영 영역 (AR) 의 중심에 기판 (P) 상의 각 점 (L2, L3, …, Ln, …) 이 순차 이동한다. 제어 장치 (CONT) 는, 시각 (t1) 을 기준으로 하여, 간섭계 시스템 (90) 의 계측값 (미동 스테이지용 간섭계 (94) 및 XY 간섭계 (96) 의 계측값) 을 각 시각 (t2, t3, …, tn, …) 에 대응하여 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 복수의 쇼트 영역 (S2∼S21) 을 순차 주사 노광하도록, 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 이동함과 함께, 간섭계 시스템 (90) 의 계측값을 순차 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동하면서 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 위치 정보를 간섭계 시스템 (90) 을 사용하여 계측한 계측 결과에 기초하여, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 의 동기 오차 를 도출한다 (단계 SA4). 구체적으로는, 제어 장치 (CONT) 는, 기억 장치 (MRY) 에 동 시각으로 기억되어 있는 간섭계 (94, 96) 의 계측 결과에 기초하여, X 축 방향, Y 축 방향 및 θZ 방향의 각 방향에 대한, 미동 스테이지 (MST2) (마스크 (M)) 와, 기판 스테이지 (PST) (기판 (P)) 의 동기 오차 (ErrX, ErrY, Errθ) 를 구한다. 상기 기술한 바와 같이, 동기 오차는, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동시켰을 때의, 간섭계 시스템 (90) 으로 규정되는 좌표계 내에서의 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 의 원하는 상대 위치 관계로부터의 어긋남량 (상대 위치 오차) 이므로, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 및 기판 스테이지 (PST) 각각의 2 차원 방향 (XY 방향) 의 위치 정보 및 회전 정보를 계측 가능한 간섭계 (94, 96) 의 계측 결과에 기초하여, X 축, Y 축 및 θZ 방향의 각 방향에 관한 동기 오차를 구할 수 있다.
이 결과, 하나의 쇼트 영역에 관해서, X 축 방향, Y 축 방향 및 θZ 방향의 각각의 방향마다, 예를 들어 도 7 에 나타나는 동기 오차의 변화를 나타내는 그래프가 얻어진다. 여기에서, 도 7 에 나타내는 그래프의 종축은 동기 오차이며, 횡축은 시간이다. 또한 도 7 의 그래프에 있어서, 횡축은 시간축이지만, 간섭계 시스템 (90) 으로 규정되는 기판 (P) 상의 좌표축 (예를 들어 Y 축) 이어도 된다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 모두에 대해 동기 오차를 구한다.
다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 구한 동기 오차에 기초하여, 기판 (P) 상의 쇼트 영역내의 임의의 점 (Ln) 이 슬릿 영역으로서의 조명 영역 (MR), 즉 조명 영역 (MR) 과 공액인 투영 영역 (AR) 에 들어가고 나서 나올 때까지의 동기 오차의 평균값 (이하, 적당히 「이동 평균」 이라고 한다), 및 동기 오차의 평균값 주위의 산포도 (산재 정도) 로서의 표준 편차 (이하, 적당히 「이동 표준 편차」 라고 한다) 를 구한다(단계 SA5).
이동 평균 (MA: moving average) 및 이동 표준 편차 (MSD: moving standard deviation) 는, 이하의 (1), (2) 식을 이용하여 구할 수 있다. 또한 여기에서는, 점 (Ln) 이 투영 영역 (AR) 에 들어가고 나서 나올 때까지의 데이터의 입력 횟수, 즉 n 번째 데이터를 중심으로, 슬릿폭 (투영 영역 (AR) 의 주사 방향의 폭: 예를 들어 8㎜) 으로 데이터를 취득했을 때의 데이터수를 m 회로 한다.
Figure 112007013781999-PCT00001
(1) 식에 있어서, Av(ErrX)n, Av(ErrY)n, Av(Errθ)n 은 각각 X 축 방향, Y 축 방향 및 θZ 방향의 이동 평균을 나타낸다.
Figure 112007013781999-PCT00002
(2) 식에 있어서, σ(ErrX)n, σ(ErrY)n, σ(Errθ)n 은 각각 X 축 방향, Y 축 방향 및 θZ 방향의 이동 표준 편차를 나타낸다.
이 결과, 하나의 쇼트 영역에 관해서, X 축 방향, Y 축 방향 및 θZ 방향의 각각의 방향마다, 도 8(A) 에 나타내는 이동 평균의 변화를 나타내는 그래프, 및 도 8(B) 에 나타내는 이동 표준 편차의 변화를 나타내는 그래프가 얻어진다. 여기에서, 도 8 에 나타내는 그래프의 종축은 동기 오차이며, 횡축은 쇼트 좌표계의 Y 축이다. 도 8(A) 의 횡축 (Ln) 의 점에 대응하는 점 (Q) 은 상기 기술한 도 7 의 동기 오차의 그래프 중의 점 (Ln-(m-1)/2) 내지 점 (Ln+(m-1)/2) 의 구간의 평균값에 상당한다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 복수의 쇼트 영역 (S1∼S21) 각각의 모두에 대해, 이동 평균 및 이동 표준 편차를 구한다.
제어 장치 (CONT) 는, 동기 오차, 그 동기 오차로부터 도출된 이동 평균 및 이동 표준 편차에 관한 정보를 기억 장치 (MRY) 에 기억한다 (단계 SA6).
이상에 의해, 제 1 조건에 있어서의 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차가 구해진다. 제 1 조건에 있어서의 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차를 구한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 조건과는 상이한 제 2 조건 하에서, 상기 기술한 단계 SA2∼단계 SA6 과 동일한 처리를 실시한다.
구체적으로는, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 기구 (1) 를 사용하여 광로 공간 (K1) 에 단위 시간당 B2 [리터] 의 액체 (LQ) 를 공급하면서 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동하고, 그 때의 간섭계 시스템 (90) 의 계측 결과에 기초하여, 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각과 대응시켜 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차 등을 도출한다. 제 2 조건에 있어서의 액체 공급량 B2 는, 제 1 조건에 있어서의 액체 공급량 B1 과는 상이한 값이다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 조건 하에서의 동기 오차, 그 동기 오차로부터 도출된 이동 평균, 및 이동 표준 편차에 관한 정보를 기억 장치 (MRY) 에 기억한다. 이하 마찬가지로, 제어 장치 (CONT) 는, 서로 상이한 임의의 N 가지 각각의 조건 하 (공급량 B1∼BN) 에서, 상기 기술한 단계 SA2∼단계 SA6 과 동일한 처리를 실시한다. 제어 장치 (CONT) 는, 각각의 조건 하에서 동기 오차, 그 동기 오차로부터 도출된 이동 평균 및 이동 표준 편차에 관한 정보를 기억 장치 (MRY) 에 기억한다 (단계 SA7, SAl0).
제어 장치 (CONT) 는, 기억 장치 (MRY) 에 기억되어 있는 기억 정보, 즉, 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차에 관한 정보의 하나 이상에 기초하여, 디바이스를 제조하기 위한 기판 (P) 을 노광할 때의 노광 조건을 결정한다 (단계 SA8).
즉, 소정 조건 (여기에서는 단위 시간당의 액체 공급량) 을 변화시킨 경우, 예를 들어 액체 (LQ) 에 접촉하는 물체 (기판 (P), 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87), 제 1 광학 소자 (LS1), 노즐 부재 (70) 등) 에 작용하는 힘, 진동 상태 등이 변동될 가능성이 있다. 그리고, 그 물체에 작용하는 힘, 진동 상태 등의 변동에 수반하여, 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차가 변동될 가능성이 있다. 그래서, 제어 장치 (CONT) 는, 단계 SA6 에 있어서 기억된 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차의 하나 이상에 기초하여, 최적의 노광 조건 (단위 시간당의 액체 공급량) 을 결정한다. 즉, 제어 장치 (CONT) 는, 각 조건 하에서의 최적의 노광 조건을 결정한다.
또한, 상기 기술한 이동 평균은 동기에 있어서의 저주파의 어긋남 성분에 해당하고, 그 이동 평균에 의해, 동기 오차가 기판 (P) 상에 투영되는 패턴의 이미지의 위치 어긋남, 즉 패턴 이미지의 동적인 디스토션에 미치는 영향을 어느 정도 정량적으로 평가할 수 있다. 또, 상기 기술한 이동 표준 편차는, 동기에 있어서 의 고주파의 어긋남 성분에 해당하고, 이동 표준 편차에 의해, 동기 오차가 기판 (P) 상에 투영되는 패턴 이미지의 분해능의 열화, 이미지 콘트라스트 (해상도) 의 열화에 어느 정도의 영향을 미치는지를 어느 정도 정량적으로 평가할 수 있다.
또, 단계 SA8 에 있어서는, 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차의 각각이 상대적으로 작아지는 조건을 노광 조건으로서 결정해도 되고, 동기 오차, 이동 평균, 및 이동 표준 편차 중에서 중요한 오차 정보 (여기에서는 1 개 또는 2 개) 를 선택하고, 그 선택된 오차가 가장 작아지는 조건을 노광 조건으로서 정하도록 해도 된다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 결정된 노광 조건에 기초하여, 디바이스를 제조하기 위한 기판 (P) 을 노광한다 (단계 SA9). 디바이스를 제조하기 위한 기판 (P) 을 노광할 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 에 디바이스를 제조하기 위한 기판 (P) 을 로드한다. 그리고, 단계 SA8 에서 결정된 노광 조건 하에서, 패턴을 갖는 마스크 (M) 를 유지한 마스크 스테이지 (MST) 와, 기판 (P) 을 유지한 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동한다. 이에 의해, 노광광 (EL) 으로 조명된 슬릿상의 조명 영역 (MR) 에 대해서 마스크 (M) 가 +Y 방향 (또는 -Y 방향) 으로 주사되는 것과 동기하여 조명 영역 (MR) 과 공액인 투영 영역 (AR) 에 대해서 기판 (P) 이 투영 광학계 (PL) 의 축소 배율 (β) 에 따른 속도로 -Y 방향 (또는 +Y 방향) 으로 주사되고, 마스크 (M) 의 패턴 형성 영역에 형성된 패턴이 기판 (P) 상의 쇼트 영역에 축차 전사된다. 또, 하나의 쇼트 영역의 노광이 종료되면, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 를 비주사 방향 (X 축 방향) 으로 소정 거리 이동하여, 다음 쇼트의 주사 개시 위치로의 스테핑 동작을 실시한 후, 주사 노광을 실시하고, 이와 같이 하여 스텝·앤드·스캔 방식으로 노광을 실시한다.
이상, 노광 조건 (공급 조건) 으로서 단위 시간당의 액체 공급량을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 동기 오차는, 다른 액침 조건의 차이에 따라서도 변동될 가능성이 있다. 예를 들어, 복수의 공급구 (12) 의 각각으로부터의 단위 시간당의 액체 공급량에 따라서도 변동될 가능성이 있기 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, 공급 조건으로서 복수의 공급구 (12) 의 각각으로부터의 단위 시간당의 액체 공급량을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 복수의 공급구 (12) 의 각각으로부터의 단위 시간당의 액체 공급량을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 동기 오차는, 액체 (LQ) 를 회수할 때의 회수 조건에 따라서도 변동될 가능성이 있다. 회수 조건에는, 예를 들어 단위 시간당의 액체 회수량이 포함된다. 또, 본 실시 형태에 있어서는, 회수구 (22) 에는 다공 부재가 형성되어 있고, 액침 기구 (1) 는 회수구 (22) 로부터 액체 (LQ) 만을 회수하는 것이 가능하지만, 회수구 (22) 로부터 액체 (LQ) 와 기체를 함께 회수할 가능성도 있다. 그 때문에, 회수 조건에는 회수구 (22) 로부터 액체 (LQ) 를 회수할 때의 액체와 기체의 비율도 포함된다. 제어 장치 (CONT) 는, 상기 기술한 회수 조건을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 회수 조건을 포 함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 액체의 공급 위치와 회수 위치의 하나 이상을 변화시킨 경우에도 동기 오차는 변동될 가능성이 있다. 따라서, 액체의 공급 위치와 회수 위치의 하나 이상이 가변인 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 액체의 공급 위치와 회수 위치의 적어도 일방을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다.
또, 투영 영역 (AR) 에 있어서의 액체 (LQ) 의 흐름 방향을 변화시킨 경우에도 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 투영 영역 (AR) 에 있어서의 액체 (LQ) 의 흐름 방향은, 예를 들어 액체의 공급 위치와 회수 위치의 하나 이상을 변화시킴으로써 바꿀 수 있다. 따라서, 액체 (LQ) 의 흐름 방향이 가변인 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 액체의 흐름 방향을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다.
또, 도 9 의 모식도에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재 (70) 를 둘러싸도록, 회수구 (22) 와는 다른 제 2 회수구 (22') 를 갖는 제 2 노즐 부재 (70') 를 형성하는 구성을 생각할 수 있다. 여기에서, 제 2 회수구 (22') 는, 회수구 (22) 에서 다 회수하지 못한 액체 (LQ) 를 회수하기 위한 것이며, 이에 의해, 광로 공간 (K1) 의 액체 (LQ) 의 누출이 방지되고 있다. 그리고, 제 2 회수구 (22') 를 통한 흡인력 등을 포함하는 회수 조건에 따라 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 회수구 (22') 에 의한 회수 조건을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 동기 오차는 기판 (P) 의 이동 조건에 따라 변동될 가능성도 있다. 기판 (P) 의 이동 조건은, 기판 (P) 의 이동 속도, 가감 속도, 및 이동 방향 (이동 궤적) 의 하나 이상을 포함한다. 도 10 은 하나의 쇼트 영역을 주사 노광할 때의 기판 (P) 의 이동 상태의 일례를 나타내는 그래프로서, 횡축은 시간, 종축은 기판 (P) 의 속도이다. 도 10 에 나타내는 바와 같이, 하나의 쇼트 영역을 주사 노광할 때, Y 축 방향에 관해서, 가속하는 가속 상태, 일정 속도로 이동하는 정속 상태, 및 감속하는 감속 상태의 순서로 천이되도록, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 이 이동한다. 제어 장치 (CONT) 는, 예를 들어 기판 (P) 의 이동 속도를 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 이동 속도를 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 기판 (P) 의 가속 상태에 따라서도 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 구체적으로는, 정속 상태에서의 동기 오차는, 기판 (P) 의 가속 상태에 있어서의 가속도에 따라 변동될 가능성이 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 의 가속도를 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 가속도를 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다. 또, 도 10 에 있어서, 제 1 가속도 프로파일 (AC1) 에서 가속된 경우와, 제 2 가속도 프로파일 (AC2) 에서 가속된 경우에는, 그 후의 정속 상태에 있어서의 이동 속도가 동일해도, 정속 상태에서의 동기 오차가 서로 상이할 가능성이 있다. 그래서, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 의 가속도 프로파일을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 가속도 프로파일을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
마찬가지로, 기판 (P) 의 감속 상태 (감속도 및 감속 프로파일의 하나 이상을 포함한다) 에 따라서도, 정속 상태에 있어서의 동기 오차가 변동될 가능성이 있기 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 의 감속 상태를 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 감속 상태를 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 동기 오차는, 광로 공간 (K1) 에 대한 기판 (P) 의 이동 방향 (이동 궤적) 에 따라서도 변동될 가능성이 있기 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 의 이동 방향 (이동 궤적) 을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 이동 방향 (이동 궤적) 을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다. 또한, 기판 (P) 의 이동 방향 (이동 궤적) 은, 예를 들어 각 쇼트 영역을 주사 노광할 때의 기판 (P) 의 이동 방향 (+Y 방향, -Y 방향), 스테핑 이동 중의 기판 (P) 의 이동 방향, 이동 거리, 이동로 등이 포함된다.
또, 동기 오차는, 광로 공간 (K1) 과 기판 스테이지 (PST) (기판 (P)) 의 위 치 관계에 따라 변동될 가능성이 있다. 즉, 광로 공간 (K1) 과 기판 스테이지 (PST) 의 위치 관계에 따라, 광로 공간 (K1) 에 채워진 액체 (LQ) 를 포함하는 기판 스테이지 (PST) 의 중심 위치가 변동되고, 그 중심 위치의 변동에 수반하여 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 예를 들어, 광로 공간 (K1) (액체 (LQ)) 과 기판 스테이지 (PST) 가 도 11(A) 에 나타내는 위치 관계에 있는 경우와, 도 11(B) 에 나타내는 위치 관계에 있는 경우에는, 액체 (LQ) 를 포함하는 기판 스테이지 (PST) 의 중심 위치가 서로 상이하다. 또한, 도 11(A) 는, 예를 들어 제 7 쇼트 영역 (S7) 근방을 주사 노광하고 있는 상태이며, 도 11(B) 는, 예를 들어 제 15 쇼트 영역 (S15) 근방을 주사 노광하고 있는 상태이다. 따라서, 상기 기술한 바와 같이, 기판 (P) 상의 쇼트 영역 (S1∼S21) 에 대응하는 동기 오차를 구함으로써, 광로 공간 (K1) 과 기판 스테이지 (PST) 의 위치 관계에 따른 동기 오차의 변동을 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.
또, 상기 기술한 바와 같이 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각에 대응하여 동기 오차를 구한 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 쇼트 영역에 따른 동기 오차의 평가 결과에 기초하여, 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 마다, 액침 영역 (LR) 을 형성한 상태에서의 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여, 기판 (P) 상의 각 쇼트 영역 (S1∼S21) 을 노광할 수 있다.
또, 도 12 의 모식도에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재 (70) 를 둘러싸도록, 광로 공간 (K1) 의 외측으로부터 광로 공간 (K1) 을 향하여 기체를 분사하는 분출구 (82) 를 갖는 제 3 노즐 부재 (80) 를 형성하는 구성을 생각할 수 있다. 분 출구 (82) 는, 광로 공간 (K1) 을 향하여 기체를 분사함으로써, 광로 공간 (K1) 의 액체 (LQ) 의 누출을 방지한다. 그리고, 분출구 (82) 로부터 광로 공간 (K1) 을 향하여 기체를 분사할 때의 분사 조건에 따라 동기 오차가 변동될 가능성이 있다. 여기에서, 분사 조건은, 분출구 (82) 로부터 분출되는 단위 시간당의 기체의 양, 광로 공간 (K1) 에 대해서 기체를 분사하는 방향 등을 포함한다. 제어 장치 (CONT) 는, 기체의 분사 조건을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 동기 오차가 가장 작아지는 기체의 분사 조건을 포함하는 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또, 동기 오차는, 액체 (LQ) 에 접촉하는 물체의 조건에 따라 변동될 가능성이 있다. 물체는, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P), 또는 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 주위에 배치된 부재 (기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 등) 를 포함한다. 또, 물체의 조건에는, 액체 (LQ) 와의 접촉각 (전락각 (轉落角) 을 포함한다) 에 관한 조건이 포함된다.
도 13(A) 는 기판 (P) 의 단면도의 일례이다. 도 13(A) 에 있어서, 기판 (P) 은, 기재 (100) 와, 그 기재 (100) 의 상면 (100A) 에 형성된 막 (101) 을 갖고 있다. 기재 (100) 는 반도체 웨이퍼를 포함한다. 막 (101) 은 감광재 (레지스트) 에 의해 형성되어 있고, 기재 (100) 상면 (100A) 의 중앙부의 대부분을 차지하는 영역에 소정 두께로 피복되어 있다. 또한, 도 13(A) 에 있어서, 기재 (100) 상면 (100A) 의 주연부의 감광재 (막) (101) 는 제거되어 있다. 도 13(A) 에 있어서는, 막 (감광재) (101) 이 기판 (P) 의 최상층에 형성되어 있고, 이 막 (101) 이 액침 노광시에 있어서 액체 (LQ) 와 접촉하는 액체 접촉면이 된다.
도 13(B) 는 기판 (P) 의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 13(B) 에 있어서, 기판 (P) 은 막 (101) 의 표면을 덮는 제 2 막 (102) 을 갖고 있다. 제 2 막 (102) 은 톱코트막으로 불리는 보호막에 의해 형성되어 있다. 도 13(B) 에 있어서는, 제 2 막 (보호막) (102) 이 기판 (P) 의 최상층에 형성되어 있고, 이 제 2 막 (102) 이 액침 노광시에 있어서 액체 (LQ) 를 접촉하는 액체 접촉면이 된다.
기판 (P) 의 액체 (LQ) 와 접촉하는 막이 변화되면, 기판 (P) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각에 관한 조건이 변화되는 경우가 있다. 즉, 기판 (P) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각은, 기판 (P) 의 표면이 레지스트막이나 톱코트막 등에 따라서도 변화될 가능성이 있고, 레지스트막이나 톱코트막의 종류에 따라 변화되는 경우도 있다. 액체 (LQ) 와 기판 (P) 의 접촉각은, 액체 (LQ) 의 압력을 변화시키는 요인이 되기 때문에, 동기 오차는, 기판 (P) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각에 관한 조건에 따라 변동될 가능성이 있다.
따라서, 상기 기술한 실시 형태와 같이, 디바이스 제조에 사용되는 기판 (P) 상에 액침 영역 (LR) 을 형성한 상태에서 동기 오차를 구함으로써, 디바이스 제조를 위해 기판 (P) 을 주사 노광할 때 생길 수 있는 동기 오차의 변동을 양호한 정밀도로 평가할 수 있다.
또, 기판 (P) 의 주연 영역에 형성된 쇼트 영역을 노광할 때 등에 있어서는, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 액체 (LQ) 의 액침 영역 (LR) 은, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 주위에 배치된 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 에 걸치도록 하여 동시에 형성될 가능성이 있다. 기판 (P) 표면의 액체 (LQ) 와의 접촉각 (친화성) 과 기판 스테이지 (PST) 상면 (87) 의 액체 (LQ) 의 접촉각 (친화성) 이 상이한 경우, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면에만 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차와, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면에 동시에 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차는 서로 상이할 가능성이 있다.
또, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 에 있어서의 액체 (LQ) 와의 접촉각은 100 도 이상 (예를 들어 100°∼130°) 인 것이 바람직하다. 단, 기판 (P) 의 표면에 있어서의 액체 (LQ) 와의 접촉각은, 기판 스테이지 (PST) 에 반입되는 기판 (P) 표면의 막 (보호막, 감광재) 에 의해, 예를 들어 30°∼110°의 범위에서 변화될 수 있으므로, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 에 있어서의 액체 (LQ) 의 접촉각과 기판 (P) 표면에 있어서의 액체 (LQ) 의 접촉각의 차이가 동기 오차에 영향을 미칠 가능성이 있다.
따라서, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 에 걸쳐 형성되는 상태에서도 동기 오차를 계측해 두는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 에 걸쳐 형성되는 상태에서, 액침 조건, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 의 이동 조건 등을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 (P) 의 주연 부근에 형성된 쇼트 영역을 노광할 때의 최적의 조건을 결정할 수 있다.
또, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면에만 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차와, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면에 동시에 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차의 쌍방을 작게 하도록, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면에만 형성되어 있는 상태에서 기판 (P) 을 노광할 때의 조건과, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면에 동시에 형성되어 있는 상태에서 기판 (P) 을 노광할 때의 조건을 서로 상이한 조건으로 설정해도 된다.
또, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 상면 (87) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각을 바꾸면서, 상기 기술한 단계 SA2∼SA6 과 동일한 처리를 실시함으로써, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각에 관한 조건을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정하고, 그 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 노광할 수 있다.
또한, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각을 바꾸는 경우에는, 예를 들어 서로 상이한 물성 (접촉각) 을 갖는 소정 재료를 상면 (87) 에 피복하도록 하면 된다. 또는, 상면 (87) 을 형성하는 플레이트 부재를 기판 스테이지 (PST) 의 기재와 교환 가능하게 형성해 두고, 서로 상이한 접촉각을 갖는 플레이트 부재를 복수 준비해 둠으로써, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각을 바꿀 수 있다. 또는, 기판 스테이지 (PST) 의 상 면 (87) 을 플라즈마 가공 등의 기계적 처리나 화학 약품을 이용한 화학적 처리를 실시해도 된다. 또한, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 액체 (LQ) 에 대한 접촉각을 변경할 수 있는 경우에는, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 의 액체 (LQ) 와의 접촉각과, 기판 (P) 표면의 액체 (LQ) 와의 접촉각을 거의 동일한 값으로 함으로써, 기판 (P) 의 표면을 포함하는 기판 스테이지 (PST) 상의 접촉각 분포를 균일화할 수 있으므로, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면에만 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차와, 액침 영역 (LR) 이 기판 (P) 의 표면과 기판 스테이지 (PST) 의 상면에 동시에 형성되어 있는 상태에서의 동기 오차의 차이를 작게 할 수 있다.
이상과 같이, 액침 조건, 기판의 이동 조건 등, 동기 오차가 변동될 가능성이 있는 조건을 열거했지만, 이들 조건의 모두에 관해서 동기 오차의 변화를 계측, 평가하지 않아도 되고, 필요에 따라, 이들 조건의 하나의 조건을 변화시키면서, 또는 복수의 조건 각각을 변화시키면서 동기 오차를 계측하여 기판 (P) 의 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다.
또 상기 기술한 실시 형태와 같이, 디바이스 제조를 위한 실제 노광에서 사용되는 기판 (P) 을 기판 스테이지 (PST) 에 유지한 상태에서 동기 오차를 구하여 최적의 노광 조건을 결정하는 것이 바람직한데, 실제 노광에 사용되는 기판 (P) 과 다른 평가용 기판을 기판 스테이지 (PST) 에 유지하여 동기 오차를 구하도록 해도 된다. 이 경우, 기판 (P) 과 동일한 막이 표면에 형성된 평가용 기판을 기판 스테이지 (PST) 에 유지하여 동기 오차를 구하도록 해도 된다. 또, 상기 기술 한 바와 같이, 표면의 막에 의해 액체 (LQ) 와의 접촉각이 바뀌고, 동기 오차가 생기는 방법도 변화될 가능성이 있으므로, 표면의 막이 상이한 복수종의 평가용 기판을 순차로 기판 스테이지 (PST) 에 유지하고, 복수종의 평가용 기판의 각각에 대해 액침 조건, 기판의 이동 조건 등을 바꾸면서 동기 오차를 구하고, 디바이스 제조에 사용되는 기판 (P) 을 노광할 때, 그 기판 (P) 표면의 막조건과 동일 또는 유사한 평가용 기판에 관한 동기 오차의 평가 결과에 기초하여, 최적의 노광 조건을 결정하도록 해도 된다.
또 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 동기 오차의 이동 평균과 이동 표준 편차를 구하고 있지만, 어느 일방을 구하는 것만이어도 되고, 어느 쪽도 구하지 않고, 도 7 에 나타낸 동기 오차를 구하여 노광 조건을 결정해도 된다.
또 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 노광 장치 (EX) 는 조동 스테이지용 간섭계 (92) 와 미동 스테이지용 간섭계 (94) 를 구비하고 있지만, 조동 스테이지용 간섭계 (92) 를 생략하고, 미동 스테이지용 간섭계 (94) (및 XY 간섭계 (96)) 의 계측 결과에 기초하여 조동 스테이지 (MST1) 와 미동 스테이지 (MST2) 의 위치 제어를 실시하도록 해도 된다. 또, 마스크 스테이지 (MST) (조동 스테이지 (MST1) 와 미동 스테이지 (MST2)) 및 기판 스테이지 (PST) 의 제어도 상기 기술한 제어에 한정되지 않고, 각종 제어 방법을 채용할 수 있다. 또한, X 축, Y 축 및 θZ 방향으로 미동 가능한 미동 스테이지를 기판 스테이지 (PST) 에 설치하고, 제어 장치 (CONT) 는 주사 노광시, 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 상대 위치 오차가 작아지도록, 미동 스테이지 (MST2) 대신에, 또는 그것과 조합하여 기판 스테이지 (PST) 의 미동 스테이지를 구동해도 된다. 또한, 기판 홀더 (PH) 를, 기판 스테이지 (PST) 의 일부 (예를 들어 Z 축, θX 및 θY 방향으로 미동되는 테이블) 와 일체로 구성해도 된다.
또, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 마스크 스테이지 (MST) 는, 조동 스테이지 (MST1) 와 미동 스테이지 (MST2) 를 구비하고 있지만, 국제 공개 제2004/073053호 팜플렛 (대응하는 미국 특허 공개 제2005/0248744호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 조동 스테이지와 미동 스테이지로 분리되어 있지 않은 마스크 스테이지를 이용할 수도 있다.
또, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 마스크 스테이지 (MST) 에, 디바이스 제조를 위한 본 노광에서 사용되는 마스크 (M) 를 유지한 상태에서 동기 오차를 구하도록 하고 있지만, 본 노광에서 사용되는 것과는 상이한 마스크를 이용해도 되고, 마스크 스테이지 (MST) 에 아무 것도 탑재하지 않아도 된다.
또, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 기판 (P) 을 노광할 때의 쇼트 영역의 배치로 규정되는 모든 쇼트 영역 (S1∼S21) 의 각각에 대응시켜 동기 오차를 구하고 있지만, 일부의 하나 이상의 쇼트 영역 (예를 들어, 도 3 중의 4 모서리의 쇼트 영역 (S1, S3, S19, S21) 과, 중앙부의 쇼트 영역 (S11)) 에 대응시켜 동기 오차를 구하도록 해도 된다. 또, 기판 (P) 을 노광할 때의 쇼트 영역의 배치 정보를 사용하지 않고, 기판 (P) 상의 소정 위치 (바람직하게는 복수 위치) 에서 동기 오차를 구하도록 해도 된다.
<제 2 실시 형태>
이상, 기판 스테이지 (PST) 의 XY 방향에 관한 이동 제어 정밀도, 즉 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 Y 축 방향에 관해서 동기 이동할 때의 동기 오차를 평가하고, 최적의 노광 조건을 결정하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 광로 공간 (K1) 에 채워진 액체 (LQ) 에 의해, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향에 관한 이동 제어 정밀도가 변동 (열화) 될 가능성도 있다. 이하의 설명에 있어서, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향에 관한 이동 제어 정밀도를 적당히 「포커스 제어 정밀도 (오차)」 라고 한다.
제 2 실시 형태에 있어서는, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구하고, 그 포커스 제어 정밀도 (오차) 가 작아지는 노광 조건을 결정한다. 여기에서, 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도는, 기판 스테이지 (PST) 상의 소정면과, 그 소정면을 일치시켜야 할 목표면의 위치 오차를 포함한다. 기판 스테이지 (PST) 상의 소정면은, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 표면, 또는 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 주위에 배치된 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 을 포함한다. 또한, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 주위 (기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87) 등) 에 노광 처리에 관한 계측기가 탑재되어 있는 경우도 있다.
기판 (P) 을 노광하는 경우, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 표면의 위치 정보를 포커스·레벨링 검출계 (30) 를 사용하여 검출하고, 그 검출 결과에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 와 광로 공간 (K1) 에 채워진 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면과, 기판 (P) 의 표면이 일치하도록 기판 스테이지 (PST) 를 제어한다. 여기에서, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면의 위치 정보는 미리 구해져 있고, 제어 장치 (CONT) 는, 미리 구해져 있는 이미지면과 기판 (P) 의 표면을 일치시키도록, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시한다. 그런데, 제어 장치 (CONT) 가 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과 이미지면을 일치시키기 위해 기판 스테이지 (PST) 의 위치 제어를 실시하고 있음에도 불구하고, 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과 이미지면 사이에 위치 오차가 생길 가능성이 있다.
그래서, 제 2 실시 형태에 있어서는, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 기판 (P) 의 실제 노광을 실시하기 전에, 각각의 복수의 조건 하에서 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구하고, 각 조건 하에서의 포커스 제어 정밀도를 평가하고, 그 포커스 제어 정밀도가 양호해지는 (즉 포커스 제어 오차가 작아지는) 최적의 노광 조건을 결정하는 처리를 실시한다.
또한 간단하게 하기 위해, 제 2 실시 형태에 있어서도, 노광 조건으로서 단위 시간당의 액체 공급량을 결정하는 경우를 예로 들어 설명한다.
먼저, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 기구 (1) 를 사용하여, 광로 공간 (K1) 에 단위 시간당 B1 [리터] 의 액체 (LQ) 를 공급하는 등의 제 1 조건 하에서, 기판 (P) 상의 쇼트 영역 (S1) 을 주사 노광하도록, 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동함과 함께, 포커스·레벨링계 (30) 의 검출 결과에 기초하 여, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시한다. 또한, 그 위치 제어 후에 잔류한 투영 영역 (AR) 내에 있어서의 기판 (P) 의 표면과 이미지면의 어긋남량 (잔류 오차) 을 소정의 샘플링 간격으로 취득한다. 제어 장치 (CONT) 는, 취득한 잔류 오차를 포커스 제어 정밀도로서, 쇼트 영역 (S1) 의 노광 개시점을 기준으로 한 시간 (또는 웨이퍼 상의 위치) 과 대응하여 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
동일하게 하여, 제어 장치 (CONT) 는, 나머지의 쇼트 영역 (S2∼S21) 을 순차 주사 노광하도록, 포커스·레벨링계 (30) 의 검출 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시하면서, 마스크 스테이지 (MST) (미동 스테이지 (MST2)) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동하여, 나머지의 쇼트 영역 (S2∼S21) 의 각각에 대응하는 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
이와 같이 하여, 제 1 조건 하에서의 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 구한 후, 제어 장치 (CONT) 는 제 2 조건 (단위 시간당의 액체 공급량 B2 [리터]) 하에서 쇼트 영역 (S1∼S21) 에 대응하는 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 구하여 기억 장치 (MRY) 에 기억한다. 이후 동일하게 하여, 제어 장치 (CONT) 는, 서로 상이한 N 가지의 조건 (단위 시간당의 액체 공급량 B1∼BN) 하에서 쇼트 영역 (S1∼S21) 에 대응하는 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 구하여 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
제어 장치 (CONT) 는, 기억 장치 (MRY) 에 기억되어 있는 포커스 제어 오차 (잔류 오차) 에 기초하여, 디바이스 제조를 위해서 기판 (P) 을 노광할 때의 최적의 노광 조건을 결정한다.
즉, 액침 영역 (LR) 을 형성한 상태에서 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동할 때의 조건 (예를 들어, 단위 시간당의 액체 공급량) 을 변화시킨 경우, 제 1 실시 형태에서 설명한 동기 오차와 마찬가지로, 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 가 변동될 가능성이 있기 때문에, 기억 장치 (MRY) 에 기억된 포커스 제어 정밀도에 기초하여, 포커스 잔류 오차가 작아지도록, 단위 시간당의 액체 공급량을 포함하는 최적의 노광 조건을 결정한다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 결정된 노광 조건에 기초하여, 디바이스 제조를 위한 기판 (P) 을 스텝·앤드·스캔 방식으로 노광한다.
또한 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 포커스 제어 정밀도는, 단위 시간당의 액체 공급량 뿐만 아니라, 그 외의 액침 조건, 기판 (기판 스테이지 (PST)) 의 이동 조건 등의 각종 조건에 따라 변화될 가능성이 있다. 따라서, 제 1 실시 형태에서 열거한 각종 조건의 하나 이상을 필요에 따라 선택하고, 그 선택된 조건을 변화시키면서 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 구하여 최적의 노광 조건을 결정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 기술한 설명에 있어서는, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시하면서, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과에 기초하여 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 구하도록 하고 있지만, Z 간섭계 (98) 를 사용할 수도 있다. 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 정보는, Z 간섭계 (98) 에 의해 계측되고 있다. 그 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 위치를 제어하거나, 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구할 수 있다. 예를 들어 제어 장치 (CONT) 는, 기판 (P) 의 표면 형상 (요철 정보) 을 미리 구해 둠으로써, 기판 (P) 의 표면과, 미리 구해져 있는 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면을 일치시키도록, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 위치 제어를 실시하면서, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과로부터 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구할 수 있다.
또, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시하면서, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과로부터 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구하도록 해도 된다.
또, 제어 장치 (CONT) 는, 포커스·레벨링 검출계 (30) 를 사용하여 검출한 기판 스테이지 (PST) 상의 기판 (P) 표면의 Z 축, θX, θY 방향에 관한 위치 정보와, Z 간섭계 (98) 를 사용하여 검출한 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축, θX, θY 방향에 관한 위치 정보에 기초하여, 기판 스테이지 (PST) 의 위치 제어를 실시함과 함께, 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과와 Z 간섭계 (98) 의 계측 결과의 하나 이상에 기초하여, 포커스 제어 정밀도를 구할 수 있다.
또, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST) 의 상면 (87)) 의 면위치를 실시간으로 검출 가능한 포커스·레벨링 검출계 (30) 를 생략하고, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향, θX 방향, θY 방향의 위치 제어를 실시하면서, Z 간섭계 (98) 의 계측 결과로부터 기판 스테이지 (PST) 의 포커스 제어 정밀도를 구하도록 해도 된다.
또한, 상기 기술한 제 2 실시 형태와 같이, 디바이스 제조를 위한 노광에서 사용되는 기판 (P) 을 이용하는 경우, 기판 (P) 표면의 막의 영향, 기판 (P) 표면의 요철의 영향 등도 가미된 포커스 제어 정밀도를 구할 수 있기 때문에, 보다 최적의 노광 조건을 결정할 수 있는데, 제 1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 실제 노광에 사용되는 기판 (P) 과 다른 평가용 기판을 기판 스테이지 (PST) 에 유지하여 포커스 제어 정밀도를 구하도록 해도 된다.
또, 상기 기술한 제 2 실시 형태에 있어서는, 포커스 제어 정밀도를 구하기 위해, 마스크 스테이지 (MST) 와 기판 스테이지 (PST) 를 동기 이동하도록 하고 있는데, 기판 스테이지 (PST) 만을 움직여 포커스 제어 정밀도를 구하도록 해도 된다.
또한, 제 2 실시 형태에 있어서는, 포커스 제어 정밀도에 대해서만 설명했지만, 제 1 실시 형태에서 설명한 동기 오차 (이동 평균, 이동 표준 편차의 하나 이상을 포함한다) 를 구할 때, 포커스 제어 정밀도 (잔류 오차) 를 동시에 구하도록 해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
<제 3 실시 형태>
또 상기 기술한 제 1 및 제 2 실시 형태에 있어서는, 간섭계 시스템 (90) 의 계측 결과나 포커스·레벨링 검출계 (30) 의 검출 결과에 기초하여 동기 오차나 포커스 제어 정밀도를 구하고 있지만, 상기 기술한 각종 조건 하에서 기판 (P) 을 테스트 노광하고, 그 노광 결과에 기초하여 동기 오차나 포커스 제어 오차를 평가해도 된다.
도 15 의 플로우차트에, 테스트 액침 노광에 의한 이동 제어 정밀도의 평가 방법의 공정을 나타낸다. 이 방법에서는, 상기 기술한 액침 조건을 포함하는 각 노광 조건 하에서, 소정 패턴으로 테스트 노광을 실시한다 (SB1). 이 패턴으로는, 예를 들어 도 16 에 나타내는 바와 같이, 길이 방향이 대략 주사 방향을 향한 쐐기상의 제 1 패턴 (P1) 과, 길이 방향이 주사 방향과 거의 직교하는 방향을 향한 쐐기상의 제 2 패턴 (P2) 을 조합하여 이용할 수 있다. 이어서, 얻어진 기판 상의 테스트 패턴을 현상하여 패턴 (P1 및 P2) 의 형상 또는 사이즈를 계측한다 (SB2). 마지막으로, 그 계측 결과에 기초하여 동기 오차나 포커스 제어 정밀도 등의 이동 제어 정밀도를 결정 또는 평가할 수 있다. 제 1 패턴 (P1) 의 길이는 주사 방향에 직교하는 방향의 동기 어긋남에 의한 영향을 주로 받고, 제 2 패턴 (P2) 의 길이는 주사 방향의 동기 어긋남에 의한 영향을 주로 받는 것을 알 수 있다. 그러므로, 제 1 패턴 (P1) 의 치수를 상이한 노광 조건마다 구함으로써 노광 조건의 상이에 따른, 특히 액침 조건의 상이에 따른 동기 오차를 구할 수 있다. 또, 제 1 패턴 (P1) 과 제 2 패턴 (P2) 의 길이의 차이나 비율에 의해 그들 패턴의 길이를 비교함으로써 현상 프로세스의 변동에 의한 레지스트 패턴의 치수 변화의 영향을 배제하여 마스크와 기판의 동기 오차를 더욱 정확하게 구할 수 있다. 일본 공개특허공보 평11-354420호에는, 테스트 노광된 기판 상의 패턴의 길이를 계측함으로써 동기 오차를 계측하는 방법의 일례가 개시되어 있다. 또한, 여기에서는 테스트 노광이 실시된 기판을 현상하여 얻어지는 패턴 (레지스트 이미지) 을 계측하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 현상을 실시하지 않고 테스트 노광에 의해 기판에 형성되는 패턴 (잠상), 또는 현상 및 에칭을 거쳐 얻어지는 패턴을 계측해도 된다.
이상과 같이, 동기 오차나 포커스 제어 정밀도는 여러 가지 조건에 따라 변화된다. 이들 여러 가지 조건을 최적화하는 경우에는, 예를 들어 먼저 프로세스에 따라 기판 (P) 표면의 막이 결정된다. 결정된 기판 (P) 표면의 막에 관한 조건 하에서, 광로 공간 (K1) 에 액체 (LQ) 를 유지 가능 (액체 (LQ) 의 누출 없음) 하고, 또한 동기 오차, 포커스 제어 정밀도, 결상 성능 등의 각종 성능이 최선의 상태가 되는, 최적의 기판 (P) 의 이동 조건, 액침 조건 등이 결정된다.
또한, 결상 성능의 파라미터의 하나로서, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 패턴 이미지의 파면 수차를 들 수 있다. 액침 조건을 변경한 경우, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 패턴 이미지의 파면 수차가 변동될 가능성이 있다. 예를 들어 상기 기술한 바와 같이 각종 조건 하에서 테스트 노광을 실시하고, 그 테스트 노광에 의해 얻어진 기판 (P) 에 형성된 패턴 형상의 계측 결과에 기초하여, 동기 오차나 포커스 제어 정밀도를 구함과 함께, 파면 수차, 최선의 상태가 되는 노광 조건을 구할 수 있다. 또한, 파면 수차를 구할 때, 예를 들어 국제 공개 제2005/043607호 팜플렛에 개시되어 있는 소정의 파면 수차 계측기를 이용하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 복수의 조건 하에서 노광광 (EL) 의 광로 공간 (K1) 을 액체 (LQ) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST) 를 이동시키면서 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 의 위치 정보를 계측함으로써, 각 조건에 있어서 액체 (LQ) 가 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도에 미치는 영향을 평가하거나, 각 조건에서의 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도를 구할 수 있다. 그리고, 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다. 그리고, 결정된 노광 조건에 기초하여 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다. 이에 의해, 기판 스테이지 (PST) 의 이동 제어 정밀도에서 기인하는, 노광 불량의 발생을 회피할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 상기 실시 형태에 있어서의 액체 (LQ) 는 순수를 이용하였다. 순수는, 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있음과 함께, 기판 (P) 상의 포토레지스트, 광학 소자 (렌즈) 등에 대한 악영향이 없는 이점이 있다. 또, 순수는 환경에 대한 악영향이 없음과 함께, 불순물의 함유량이 매우 낮기 때문에, 기판 (P) 의 표면, 및 투영 광학계 (PL) 의 선단면에 설치되어 있는 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다. 또한 공장 등으로부터 공급되는 순수의 순도가 낮은 경우에는, 노광 장치가 초순수 제조기를 갖도록 해도 된다.
그리고, 파장이 193㎚ 정도인 노광광 (EL) 에 대한 순수 (물) 의 굴절률 (n) 은 대략 1.44 로 알려져 있고, 노광광 (EL) 의 광원으로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 을 이용한 경우, 기판 (P) 상에서는 1/n, 즉 약 134㎚ 로 단파장화되어 높은 해상도가 얻어진다. 또한, 초점 심도는 공기 중에 비해 약 n 배, 즉 약 1.44 배로 확대되기 때문에, 공기 중에서 사용하는 경우와 동일한 정도의 초점 심도를 확보할 수 있으면 되는 경우에는, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 더욱 증가시킬 수 있고, 이 점에서도 해상도가 향상된다.
상기 실시 형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 제 1 광학 소자 (LS1) 가 장착되고 있고, 이 렌즈에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 예를 들어 수차 (구면 수차, 코마 수차 등) 의 조정을 실시할 수 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 장착하는 광학 소자로는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성의 조정에 이용하는 광학 플레이트이어도 된다. 또는 노광광 (EL) 을 투과 가능한 평행 평면판이어도 된다.
또한, 액체 (LQ) 의 흐름에 의해 생기는 투영 광학계 (PL) 선단의 광학 소자와 기판 (P) 사이의 압력이 큰 경우에는, 그 광학 소자를 교환 가능하게 하는 것이 아니라, 그 압력에 의해 광학 소자가 움직이지 않도록 견고하게 고정해도 된다. 또한, 노즐 부재 (70) 등의 액침 기구 (1) 의 구조는, 상기 기술한 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 유럽 특허 공개 제1420298호, 국제 공개 제2004/055803호, 국제 공개 제2004/057590호, 국제 공개 제2005/029559호에 기재되어 있는 것도 이용할 수 있다.
또, 상기 실시 형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 표면 사이는 액체 (LQ) 로 채워져 있지만, 예를 들어 기판 (P) 의 표면에 평행 평면판으로 이루어지는 커버 유리를 장착한 상태에서 액체 (LQ) 를 채워도 된다.
또, 상기 기술한 실시 형태의 투영 광학계는, 선단의 광학 소자의 이미지면측의 광로 공간을 액체로 채우고 있지만, 국제 공개 제2004/019128호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 선단의 광학 소자의 마스크측의 광로 공간도 액체로 채우는 투영 광학계를 채용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태의 액체 (LQ) 는 물 (순수) 이지만, 물 이외의 액체이어도 되고, 예를 들어 노광광 (EL) 의 광원이 F2 레이저인 경우, 이 F2 레이저광은 물을 투과하지 않으므로, 액체 (LQ) 로는 F2 레이저광을 투과 가능한, 예를 들어 과불화 폴리에테르 (PFPE), 불소계 오일 등의 불소계 유체이어도 된다. 이 경우, 액체 (LQ) 와 접촉하는 부분에는, 예를 들어 불소를 함유하는 극성이 작은 분자 구조의 물질로 박막을 형성함으로써 친액화 처리한다. 또, 액체 (LQ) 로는, 그 외에도, 노광광 (EL) 에 대한 투과성이 있어 가능한 한 굴절률이 높고, 투영 광학계 (PL) 나 기판 (P) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대해서 안정적인 것 (예를 들어 시더우드 오일) 을 이용하는 것도 가능하다. 또, 액체 (LQ) 로는, 굴절률이 1.6∼1.8 정도인 것을 사용해도 된다. 또한, 석영 및 형석보다 굴절률이 높은 재료 (예를 들어 1.6 이상) 로 광학 소자 (LS1) 를 형성해도 된다. 액체 (LQ) 로서 여러 가지의 액체, 예를 들어 초임계 유체를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 상기 실시 형태에서는 간섭계 시스템 (90) 을 이용하여 마스크 스테 이지 (MST) 나 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보를 계측하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 인코더 시스템을 이용해도 된다. 인코더 시스템을 이용하여 기판 스테이지 (PST) 의 위치 정보를 계측하는 경우, 예를 들어 기판 스테이지 (PST) 의 상면에 1 차원의 회절 격자를 소정 방향을 따라 형성하고, 또한 그 소정 방향과 교차하여 헤드 유닛을 배치하는 것으로 해도 된다. 또, 간섭계 시스템과 인코더 시스템의 양방을 구비하는 하이브리드 시스템으로 하고, 그 하나 이상의 계측 결과를 이용하여 마스크 스테이지 (MST) 나 기판 스테이지 (PST) 의 위치 제어를 실시하도록 해도 된다. 예를 들어, 적어도 노광 동작 중에는 인코더 시스템의 계측 결과를 이용하여 스테이지의 위치 제어를 실시하고, 그 외의 동작 (기판의 교환 등) 에서는 간섭계 시스템의 계측 결과를 이용하여 스테이지의 위치 제어를 실시해도 된다. 이 경우, 간섭계 시스템의 계측 결과를 이용하여 인코더 시스템의 계측 결과의 교정 (캘리브레이션) 을 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 각 실시 형태의 기판 (P) 으로는, 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼 뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스용 유리 기판, 박막 자기 헤드용 세라믹 웨이퍼, 또는 노광 장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다.
노광 장치 (EX) 로는, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기 이동하여 마스크 (M) 의 패턴을 주사 노광하는 스텝·앤드·스캔 방식의 주사형 노광 장치 (스캐닝 스테퍼) 외에, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 정지시킨 상태에서 마스크 (M) 의 패턴을 일괄 노광하고, 기판 (P) 을 기판 스테이지 등을 이용하여 순차로 스텝 이동시키는 스텝·앤드·리피트 방식의 투영 노광 장치 (스테퍼) 에도 적용할 수 있다.
또, 노광 장치 (EX) 로는, 제 1 패턴과 기판 (P) 을 거의 정지시킨 상태에서 제 1 패턴의 축소 이미지를 투영 광학계 (예를 들어 1/8 축소 배율로 반사 소자를 포함하지 않는 굴절형 투영 광학계) 를 이용하여 기판 (P) 상에 일괄 노광하는 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 또한 그 후에, 제 2 패턴과 기판 (P) 을 거의 정지시킨 상태에서 제 2 패턴의 축소 이미지를 그 투영 광학계를 이용하여, 제 1 패턴과 부분적으로 겹쳐 기판 (P) 상에 일괄 노광하는 스티치 방식의 일괄 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또, 스티치 방식의 노광 장치로는, 기판 (P) 상에서 2 개 이상의 패턴을 부분적으로 겹쳐 전사하고, 기판 (P) 을 순차로 이동시키는 스텝·앤드·스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이들 방식의 노광 장치에 있어서도 본 발명에 따라 액침 노광시의 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 유효하게 구할 수 있다. 또, 상기 실시 형태에서는 투영 광학계 (PL) 를 구비한 노광 장치를 예로 들어 설명해 왔지만, 투영 광학계 (PL) 를 이용하지 않은 노광 장치 및 노광 방법에 본 발명을 적용할 수 있다. 이와 같이 투영 광학계 (PL) 를 이용하지 않은 경우에도, 노광광은 렌즈 등의 광학 부재를 통하여 기판에 조사되고, 그러한 광학 부재와 기판 사이의 소정 공간에 액침 영역이 형성된다.
또, 본 발명은 일본 공개특허공보 평10-163099호, 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국 특허 제6,341,007호, 제6,400,441호, 제6,549,269호 및 제6,590,634호), 일본 공표특허공보 2000-505958호 (대응 미국 특허 제5,969,441호) 또는 미국 특허 제6,208,407호 등에 개시되어 있는 복수의 기판 스테이지를 구비한 트윈 스테이지형 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우에는, 일방의 기판 스테이지에서 액침 상태에 있어서의 동기 오차 등을 계측하도록 해도 되고, 양방의 기판 스테이지에서 액침 상태에 있어서의 동기 오차 등을 계측하도록 해도 된다. 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한, 상기 트윈 스테이지형 노광 장치에 관한 공개 공보 및 미국 특허의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.
또한, 일본 공개특허공보 평11-135400호, 일본 공개특허공보 2000-164504호 (대응하는 미국 특허 제6,897,963호) 등에 개시되어 있는 바와 같이, 기판을 유지하는 기판 스테이지와 기준 마크가 형성된 기준 부재, 및/또는 각종 광전 센서를 탑재한 계측 스테이지를 구비한 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한, 상기 계측 스테이지를 구비하는 노광 장치에 관한 미국 특허의 개시를 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.
또한, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 기판 스테이지 (PST) 를 사용하여 동기 오차 등을 계측하고 있지만, 계측 스테이지를 구비하고 있는 경우에는, 계측 스테이지 상에 액침 영역을 형성한 상태에서 계측 스테이지를 이동시키면서 계측 스테이지의 이동 제어 정밀도 (동기 오차 등) 를 구하고, 그 결과에 기초하여 노광 조건을 결정하도록 해도 된다.
또, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이 에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 본 발명은 일본 공개특허공보 평6-124873호, 일본 공개특허공보 평10-303114호, 미국 특허 제5,825,043호 등에 개시되어 있는 노광 대상의 기판 표면 전체가 액체 중에 잠겨 있는 상태에서 노광을 실시하는 액침 노광 장치에도 적용 가능하다. 그러한 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 미국 특허 제5,825,043호에 상세하게 기재되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령에서 허용되는 한, 이 미국 특허의 기재 내용을 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.
노광 장치 (EX) 의 종류로는, 기판 (P) 에 반도체 소자 패턴을 노광하는 반도체 소자 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 또는 디스플레이 제조용 노광 장치, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD) 혹은 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 상기 기술한 실시 형태에 있어서는, 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴·감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크를 이용했지만, 이 마스크 대신에, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크를 이용해도 된다.
또, 국제 공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭 무늬를 기판 (P) 상에 형성함으로써, 기판 (P) 상에 라인·앤드·스페이스 패턴을 노광하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 예를 들어 일본 공표특허공보 2004-519850호 (대응하는 미국 특허 제6,611,316호) 에 개시되어 있는 바와 같이, 2 개의 마스크 패턴을, 투영 광학계를 통하여 웨이퍼 상에서 합성하고, 1 회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 하나의 쇼트 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본원 실시 형태의 노광 장치 (EX) 는, 본원 청구의 범위에서 예시된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 실시된다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 말할 필요도 없다. 각종 서브 시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료되면, 종합 조정이 실시되어 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린 룸에서 실시하는 것이 바람직하다.
반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 단계 201, 이 설계 단계에 기초한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 202, 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 203, 상기 기술한 실시 형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하고, 노광된 기판을 현상하는 기판 처리 (노광 처리) 단계 204, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 프로세스를 포함한다) 205, 검사 단계 206 등을 거쳐 제조된다.
본 발명에 의하면, 액침법에 기초하여 기판 스테이지에 유지된 기판을 이동하면서 노광할 때, 기판을 양호하게 노광할 수 있다. 그러므로, 본 발명은, 반도체 소자, 액정 표시 소자 또는 디스플레이, 박막 자기 헤드, CCD, 레티클 (마스크) 과 같은 광범위한 제품을 제조하기 위한 노광 장치에 매우 유용하게 된다.

Claims (36)

  1. 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 노광광에 대해서 기판 스테이지에 유지된 기판을 이동하면서 상기 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    소정 조건 하에서 상기 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 기판 스테이지를 제어하여 상기 기판 스테이지를 이동시키면서 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 위치 정보를 계측하는 제 1 단계와,
    상기 계측 결과에 기초하여 상기 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 구하는 제 2 단계와,
    상기 구한 이동 제어 정밀도에 기초하여 상기 기판을 노광할 때의 노광 조건을 결정하는 제 3 단계와,
    상기 결정된 노광 조건에 기초하여 상기 기판을 노광하는 제 4 단계를 갖는, 노광 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에 있어서, 패턴을 갖는 마스크를 이동 가능한 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지를 소정의 주사 방향에 관해서 동기 (同期) 이동하면서 상기 기판이 노광되고,
    상기 이동 제어 정밀도는, 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지의 동기 오차를 포함하는, 노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주사 방향에 관해서 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지를 이동하면서 상기 마스크와 상기 기판의 위치 정보를 계측하고, 상기 계측 결과에 기초하여 상기 동기 오차를 구하는, 노광 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 마스크 상의 소정의 슬릿 영역을 상기 노광광으로 조명하고, 상기 동기 오차에 기초하여, 상기 기판 상의 임의의 점이 상기 슬릿 영역에 들어가고 나서 나올 때까지의 상기 동기 오차의 평균값, 및 상기 동기 오차의 평균값 주위의 산재 정도 중 하나 이상을 구하는, 노광 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 소정의 2 차원 방향으로 이동 가능하고,
    상기 이동 제어 정밀도는, 상기 2 차원 방향에 관한 이동 제어 정밀도를 포함하는, 노광 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 소정의 2 차원 방향으로 이동 가능하고,
    상기 이동 제어 정밀도는, 상기 2 차원 방향에 수직인 방향에 관한 이동 제 어 정밀도를 포함하는, 노광 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 2 차원 방향에 수직인 방향에 관한 이동 제어 정밀도는, 상기 기판 스테이지 상의 소정면과 그 소정면을 일치시켜야 할 목표면의 위치 오차를 포함하는, 노광 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 소정면은, 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 표면, 및 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 주위에 배치된 부재 표면 중 하나 이상을 포함하는, 노광 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 4 단계에 있어서, 상기 노광광은, 상기 기판과 투영 광학계 사이의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 기판 상에 조사되고,
    상기 목표면은, 상기 투영 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면에 기초하여 결정되는, 노광 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 광로 공간을 액체로 채움으로써, 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 표면과 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 주위에 배치된 부재 표면 중 적어도 일방에 액침 영역이 형성되는, 노광 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 상기 광로 공간을 액체로 채우기 위한 액침 조건을 포함하는, 노광 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액침 조건은, 상기 광로 공간에 액체를 공급할 때의 공급 조건, 및 액체를 회수할 때의 회수 조건 중 하나 이상을 포함하는, 노광 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 상기 기판의 이동 조건을 포함하는, 노광 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 이동 조건은, 상기 기판의 이동 속도, 가감 속도, 및 이동 방향 중 하나 이상을 포함하는, 노광 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 이동 조건은, 상기 광로 공간과 상기 기판 스테이지의 위치 관계를 포 함하는, 노광 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 상기 액체에 접촉하는 물체의 조건을 포함하는, 노광 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체는, 상기 기판 스테이지에 유지된 기판, 및 상기 기판 스테이지에 유지된 기판의 주위에 배치된 부재의 적어도 일방을 포함하는, 노광 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체의 조건은, 상기 액체와의 접촉각에 관한 조건을 포함하는, 노광 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체의 조건은, 상기 물체 표면의 막에 관한 조건을 포함하는, 노광 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 상기 광로 공간의 외측으로부터 상기 광로 공간을 향하여 기체를 분사할 때의 분사 조건을 포함하는, 노광 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 단계 및 제 2 단계는, 상기 소정 조건을 바꾸어 복수회 실시되는, 노광 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 소정 조건은, 상기 광로 공간을 액체로 채우기 위한 액침 조건, 상기 기판의 이동 조건, 상기 액체와 접촉하는 물체의 조건, 및 상기 광로 공간의 외측으로부터 상기 광로 공간을 향하여 기체를 분사할 때의 분사 상태 중 하나 이상을 포함하는, 노광 방법.
  23. 제 1 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판을 노광하는 것과;
    노광된 기판을 현상하는 것과;
    현상된 기판을 가공하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
  24. 노광광의 소정의 광로 공간을 액체로 채우면서 상기 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서:
    소정 조건 하에서 상기 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 기판을 유지하여 이동하는 기판 스테이지와;
    상기 기판 스테이지의 이동을 제어하는 제어 장치와;
    상기 기판 스테이지에 의해 유지된 기판의 위치 정보를 계측하는 계측 장치; 를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 기판이 기판 스테이지에 의해 이동되고 있을 때 계측 장치에 의해 계측된 기판의 위치 정보에 기초하여, 상기 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 구하고, 구해진 이동 제어 정밀도에 기초하여 노광 조건을 결정하는, 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    추가로 패턴을 갖는 마스크를 이동 가능한 마스크 스테이지를 구비하고, 상기 제어 장치는 상기 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 소정의 주사 방향으로 동기 이동하면서 상기 기판이 노광되도록, 상기 마스크 스테이지와 기판 스테이지를 제어하고, 상기 이동 제어 정밀도는, 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지의 동기 오차를 포함하는, 노광 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 계측 장치는 상기 주사 방향으로 상기 마스크 스테이지와 상기 기판 스테이지를 이동하면서 상기 마스크와 상기 기판의 위치 정보를 계측하고, 상기 제어 장치는 상기 계측 결과에 기초하여 상기 동기 오차를 구하는, 노광 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 마스크 상의 소정의 슬릿 영역이 상기 노광광으로 조명되고 있을 때, 상기 동기 오차에 기초하여, 상기 기판 상의 임의의 점이 상기 슬릿 영역에 들어가고 나서 나올 때까지의 상기 동기 오차의 평균값, 및 상기 동기 오차의 평균값 주위의 산재 정도 중 하나 이상을 구하는, 노광 장치.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 기판 스테이지는 소정의 2 차원 방향으로 이동 가능하고,
    상기 이동 제어 정밀도는, 상기 2 차원 방향 또는 거기에 수직인 방향에 관한 이동 제어 정밀도를 포함하는, 노광 장치.
  29. 제 24 항에 있어서,
    추가로 투영 광학계를 구비하고, 상기 노광광은, 상기 기판과 투영 광학계 사이의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 기판 상에 조사되는, 노광 장치.
  30. 제 24 항에 있어서,
    추가로 상기 광로 공간의 외측으로부터 상기 광로 공간을 향하여 기체를 분사하는 장치를 구비하는, 노광 장치.
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 액침 조건, 상기 기판의 이동 조건, 상기 액체에 접촉하는 물체의 조건, 상기 광로 공간의 외측으로부터 상기 광로 공간을 향하여 기체를 분사할 때의 분사 조건 중 하나 이상을 포함하는, 노광 장치.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정 조건은, 액침 조건, 상기 기판의 이동 조건, 상기 액체와 접촉하는 물체의 조건, 상기 광로 공간의 외측으로부터 상기 광로 공간을 향하여 기체를 분사할 때의 분사 상태 중 하나 이상을 포함하는, 노광 장치.
  33. 제 24 항에 기재된 노광 장치를 이용하는 디바이스 제조 방법.
  34. 기판을 이동 가능한 기판 스테이지를 가지며, 노광광의 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 노광광에 대해서 상기 기판을 이동하면서 노광하는 노광 장치의 제어 정밀도의 평가 방법으로서,
    소정 조건 하에서 상기 광로 공간을 액체로 채운 상태에서 상기 기판 스테이지를 제어하여 상기 기판 스테이지를 이동시키면서 상기 기판의 위치 정보를 계측하는 제 1 단계와,
    상기 계측 결과에 기초하여 상기 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 평가하는 제 2 단계를 갖는, 평가 방법.
  35. 기판을 이동 가능한 기판 스테이지를 가지며, 노광광에 대해서 상기 기판을 이동하면서 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치의 제어 정밀도의 평가 방법으로서,
    소정 노광 조건 하에서, 상기 기판 스테이지를 이동시키면서 소정 패턴을 액체를 통하여 기판에 테스트 노광하는 테스트 노광 단계와;
    기판 상에 테스트 노광된 노광 패턴을 계측하는 계측 단계와;
    노광 패턴의 계측 결과로부터 기판 스테이지의 이동 제어 정밀도를 평가하는 평가 단계를 갖는, 평가 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 기판과 소정 패턴의 마스크를 소정의 주사 방향으로 동기 이동시키면서 상기 액체를 통하여 기판이 노광되고, 상기 소정 패턴이, 상기 주사 방향에 직교하는 방향으로 연장되는 패턴을 포함하는, 평가 방법.
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