KR20100135215A - 노광 장치 및 노광 방법과, 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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KR20100135215A
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Abstract

광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)를, 상호 간의 거리가 일정하게 유지된 상태로 경통(12)에 고정한다. 그리고, 광파이버(33)를 통해 광원으로부터의 레이저광을 광분기 유닛에 유도하고, 빔 스플리터로 계측광과 참조광으로 분리하며, 액체(Lq) 속에서 광분기 유닛과 반사 미러 사이를 왕복한 계측광과 참조광의 합성광을 광파이버를 통해, 수광계에 유도한다. 이 수광계 내에서 계측광과 참조광을 간섭시키고, 간섭광의 광전 변환 신호에 기초하여, 계측광의 광로 길이의 변화를 계측한다. 이에 따라, 액체의 굴절률의 변화를 광학적으로 계측할 수 있다.

Description

노광 장치 및 노광 방법과, 디바이스 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 노광 장치 및 노광 방법과, 디바이스 제조 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는, 에너지빔을 이용하여 물체를 노광하는 노광 장치 및 노광 방법과, 이 노광 방법을 이용한 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자(집적 회로 등), 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스(마이크로 디바이스)를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 마스크(레티클, 포토마스크 등)에 형성된 패턴을, 투영 광학계를 통해, 레지스트 등의 감응제가 도포된 기판(웨이퍼, 유리 플레이트 등) 상에 전사하는, 예컨대 스테퍼 또는 스캐너 등의 투영 노광 장치가 이용되고 있다.
반도체 소자는, 매년 고집적화하며 디자인룰(실용 최소 선폭)이 미세화하고, 이에 따라, 투영 노광 장치에는, 매년 보다 높은 해상력(해상도)이 요구되어 왔다. 이러한 요구에 따라, 노광 장치 메이커에서는, 노광 파장의 단파장화와 함께, 투영 광학계의 개구수(NA)의 증대화(소위 고NA화)가 추진되어 왔다. 그리고, 최근에는, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또한 공기 중에 비해서 초점 심도를 크게(넓게) 하는, 특허문헌 1 등에 개시되어 있는 액침법을 이용한 액침 노광 장치가 실용화되는데 이르렀다. 특허문헌 1에 개시되어 있는 액침 노광 장치는, 투영 광학계(투영 렌즈)의 하면과 기판의 표면 사이를 물 또는 유기 용매 등의 액체로 국소적으로 채운 상태에서 노광을 행하는 국소 액침 노광 장치이다.
이러한 종류의 액침 노광 장치를 이용하여 기판의 노광을 행할 때에는, 노광광의 흡수 등에 의해 액체의 온도가 변화하고, 이러한 액체의 온도 변화에 따라 그 굴절률이 변화하며, 이 굴절률의 변화는, 투영 렌즈와 액체로 이루어지는 광학계의 광학 특성(수차 등)을 노광 중에 변화시킨다. 따라서 액체의 온도 변화를 계측하고, 이 계측 결과에 기초하여 상기 광학계의 광학 특성을 조정하는 것이 바람직하다. 그러나 투영 렌즈와 기판 표면의 간극(워킹 디스턴스)이 매우 좁아, 이 부분에 온도계를 설치하는 것은 곤란하였다. 이 결과, 투영 렌즈와 기판 표면 사이의 액체의 온도 변화(굴절률 변화)를 계측하는 것이 곤란하였다.
특허문헌1:국제공개제99/49504호
본 발명의 제1 양태에 따르면, 에너지빔에 의해 물체를 노광하여, 상기 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 장치로서, 물체를 유지하고 미리 정해진 평면을 따라 이동하는 이동체와; 상기 에너지빔을 상기 물체에 투사하는 광학계와; 적어도 상기 광학계와 상기 물체 사이의 공간에 액체를 공급하는 액체 공급 장치와; 상기 공간 내에 존재하는 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 광학적으로 계측하는 계측 장치를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
이에 따르면, 계측 장치에 의해, 광학계와 물체 사이의 공간 내에 존재하는 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화가 광학적으로 계측된다. 따라서 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화량에 따라 광학계의 광학 특성, 나아가서는 광학계와 액체로 이루어지는 투영 광학계의 광학 특성, 및/또는 투영 광학계의 광축 방향에 관한 물체의 위치 등을 조정하는 것이 가능해진다. 이 결과, 물체를 투영 광학계를 통해 에너지빔에 의해 노광함으로써, 물체 상에 정밀도 좋게 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 미리 정해진 평면을 따라 이동 가능한 이동체에 유지된 물체에, 광학 부재와 액체를 통해 에너지빔을 조사하여, 상기 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서, 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 광학적으로 계측하는 계측 공정과; 상기 계측 공정에서의 계측 결과에 따라, 상기 광학 부재와 액체를 포함하는 투영 광학계의 광학 특성, 상기 에너지빔의 파장, 상기 미리 정해진 평면에 직교하는 방향의 상기 이동체의 위치, 그리고 상기 미리 정해진 평면에 대한 상기 이동체의 경사 중 적어도 하나를 조정하는 조정 공정을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
이에 따르면, 광학 부재와 물체 사이의 공간 내에 존재하는 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 광학적으로 계측한다. 그리고 계측 결과에 따라, 광학 부재와 액체를 포함하는 투영 광학계의 광학 특성, 상기 에너지빔의 파장, 미리 정해진 평면에 직교하는 방향의 이동체의 위치, 그리고 미리 정해진 평면에 대한 이동체의 경사 중 적어도 하나를 조정한다. 이 결과, 물체를 투영 광학계를 통해 에너지빔에 의해 노광함으로써, 물체 상에 정밀도 좋게 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 본 발명의 노광 방법에 따라 물체 상에 패턴을 형성하는 공정과; 상기 패턴이 형성된 물체를 현상하는 공정을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
도 1은 일실시형태에 따른 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 액침 장치 근방의 구성 부분을 일부 단면도로 도시하는 도면이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 레이저 간섭계의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 대해서, 도 1∼도 3의 (B)에 기초하여 설명한다.
도 1에는, 일실시형태에 따른 노광 장치(100)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 이 노광 장치(100)는 스텝·앤드·스캔 방식의 투영 노광 장치, 즉 소위 스캐너이다. 또한, 노광 장치(100)는, 후술하는 바와 같이 광학계(PL)의 하면과 웨이퍼(W)의 표면 사이를 액체(Lq)로 국소적으로 채운 상태에서 노광을 행하는 국소 액침 노광 장치이다. 이하에서는, 광학계(PL)의 광축(AX)과 평행한 방향을 Z축 방향, 이에 직교하는 면 내에서 레티클(R)과 웨이퍼(W)가 상대 주사되는 방향을 Y축 방향, Z축 및 Y축에 직교하는 방향을 X축 방향으로 하고, X축, Y축 및 Z축 주위의 회전(경사) 방향을 각각 θx, θy 및 θz 방향으로 하여 설명한다.
이 노광 장치(100)는, 조명계(IOP), 상기 조명계(IOP)로부터의 노광용 조명광(이하, 「조명광」 또는 「노광광」이라고 부름)(IL)에 의해 조명되는 레티클(R)을 유지하는 레티클 스테이지(RST), 레티클(R)로부터 출사된 조명광(IL)을 웨이퍼(W) 상에 투사하는 광학계(PL)를 포함하는 투영 유닛(PU), 웨이퍼 스테이지(WST), 웨이퍼 스테이지(WST) 상에 유지된 웨이퍼(W)와 광학계(PL) 사이의 공간에 액체(Lq)를 공급하는 국소 액침 장치(14), 그리고 이들의 제어계 등을 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지(WST) 상에는 웨이퍼(W)가 배치되어 있다.
조명계(IOP)는 예컨대 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 광원, 옵티컬 인티그레이터 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 레티클 블라인드 등(모두 도시하지 않음)을 포함하고 있다. 이 조명계(IOP)에서는, 레티클 블라인드로 규정된 레티클(R) 상의 슬릿형의 조명 영역을 조명광(노광광)(IL)에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 여기서, 조명광(IL)으로서는, 일례로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 ㎚)이 이용되고 있다. 또한, 옵티컬 인티그레이터로서는, 플라이아이 렌즈, 로드 인티그레이터(내면 반사형 인티그레이터) 혹은 회절 광학 소자 등을 이용할 수 있다.
레티클 스테이지(RST) 상에는, 회로 패턴 등이 그 패턴면(도 1에서의 하면)에 형성된 레티클(R)이, 예컨대 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지(RST)는, 예컨대 리니어 모터 등을 포함하는 레티클 스테이지 구동계(55)에 의해, XY 평면 내에서 미소 구동 가능하며, 미리 정해진 주사 방향(여기서는 도 1에서의 지면내 좌우 방향인 Y축 방향)으로 지정된 주사 속도로 구동 가능하게 되어 있다.
레티클 스테이지(RST)의 XY 평면 내의 위치(θz 방향의 회전을 포함)는, 레티클 레이저 간섭계(이하, 「레티클 간섭계」라고 함)(53)에 의해, 이동 거울(65)(실제로는, Y축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 Y 이동 거울과 X축 방향에 직교하는 반사면을 갖는 X 이동 거울이 마련되어 있음)을 통해, 예컨대 0.25 ㎚ 정도의 분해능으로 항상 검출된다. 이 레티클 간섭계(53)의 계측값은, 주제어 장치(50)에 보내지고, 주제어 장치(50)에서는, 이 레티클 간섭계(53)의 계측값에 기초하여 레티클 스테이지 구동계(55)를 통해 레티클 스테이지(RST)의 X축 방향, Y축 방향 및 θz 방향의 위치(및 속도)를 제어한다.
투영 유닛(PU)은, 경통(12)과, 상기 경통(12) 내에 미리 정해진 위치 관계로 유지된 복수의 광학 소자로 이루어지는 광학계(PL)를 포함한다. 광학계(PL)로서는, 예컨대 Z축에 평행한 광축(AX) 방향을 따라 배열된 복수매, 예컨대 10장∼20매 정도의 굴절 광학 소자(렌즈)를 포함하는 굴절 광학계가 이용되고 있다. 광학계(PL)는, 예컨대 양측 텔리센트릭에서 미리 정해진 축소 배율(예컨대 1/4, 1/5 또는 1/8 등)을 갖는다. 이 때문에, 노광 장치(100)에서는, 조명계(IOP)로부터의 조명광(IL)에 의해 조명 영역(IAR)이 조명되면, 패턴면이 광학계(PL)의 제1 면(물체면)과 거의 일치하여 배치되어 있는 레티클(R)을 통과한 조명광(IL)에 의해, 광학계(PL) 및 액체(Lq)[즉, 광학계(PL)와 액체(Lq)로 이루어지는 투영 광학계(PLL)]를 통해 그 조명 영역(IAR) 내의 레티클의 회로 패턴의 축소상(회로 패턴의 일부의 축소상)이, 광학계의 제2 면[상면(像面)]측에 배치되고 표면에 레지스트(감응제)가 도포된 웨이퍼(W) 상의 조명 영역(IAR)에 공역(共役)인 영역(이하, 노광 영역이라고도 부름)(IA)에 형성된다. 그리고 레티클 스테이지(RST)와 웨이퍼 스테이지(WST)의 동기 구동에 의해, 레티클을 조명 영역(IAR)[조명광(IL)]에 대하여 주사 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시키고, 웨이퍼(W)를 노광 영역(IA)[조명광(IL)]에 대하여 주사 방향(Y축 방향)으로 상대 이동시킴으로써, 웨이퍼(W) 상의 하나의 샷 영역(구획 영역)의 주사 노광이 행해지고, 그 샷 영역에 레티클(R)의 패턴이 전사된다. 즉, 본 실시형태에서는 조명계(IOP) 및 투영 광학계(PLL)에 의해 웨이퍼(W) 상에 레티클(R)의 패턴이 생성되고, 조명광(IL)에 의한 웨이퍼(W) 상의 감응층(레지스트층)의 노광에 의해 웨이퍼(W) 상에 그 패턴이 형성된다.
광학계(PL)를 구성하는 복수매의 렌즈 중, 예컨대 물체면측[레티클 스테이지(RST)측]의 복수매의 렌즈는, 도시하지 않는 구동 소자, 예컨대 피에조 소자 등에 의해, Z축 방향[광학계(PL)(및 투영 광학계(PLL))의 광축(AX) 방향]으로 시프트 구동 가능하고, XY 평면에 대한 경사 방향(θx 방향 및 θy 방향)으로 구동 가능한 가동 렌즈로 되어 있다. 그리고, 각 가동 렌즈가, 주제어 장치(50)로부터의 지시에 기초하여, 결상 특성 보정 컨트롤러(51)에 의해 개별적으로 구동됨으로써, 광학계(PL), 보다 정확하게는, 광학계(PL)와 액체(Lq)로 이루어지는 투영 광학계(PLL)의 여러 광학 특성, 예컨대 결상 특성[배율, 디스토션, 비점 수차, 코마 수차, 구면 수차, 상면(像面) 만곡(상면 왜곡 수차) 등]이 조정 가능하게 되어 있다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 액침법을 적용한 노광이 행해지기 때문에, 피츠벌(Petzval)의 조건을 만족시키기 쉽고, 또한 광학계(PL)의 대형화를 피하기 위해, 미러와 렌즈를 포함하여 구성되는 반사 굴절계(카타디·옵트릭계)를 이용할 수도 있다. 또한, 광학계(PL)의 결상 특성 조정 장치는, 광학계(PL) 중 적어도 하나의 렌즈를 이동시키는 기구(액츄에이터)로 한정되지 않고, 예컨대 조명광(IL)의 파장 특성(중심 파장, 파장폭 등)을 가변으로 하는 장치 등을 포함할 수도 있다.
국소 액침 장치(14)는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 노즐 유닛(국소 액침 유닛)(16), 액체 공급 장치(18), 액체 공급관(20), 액체 회수 장치(22) 및 액체 회수관(24) 등을 구비하고 있다.
노즐 유닛(16)은, 광학계(PL)를 구성하는 가장 상면(像面)측[웨이퍼(W)측]의 광학 소자, 여기서는 렌즈(이하, 「선단 렌즈」라고도 함)(26)를 유지하는 경통(12)의 하단부 주위를 둘러싸도록 배치되어 있다. 노즐 유닛(16)은, 그 중앙부에 -Z 방향을 향하여 내측 직경이 서서히 작아지도록 형성된 관통 구멍(16a)이 있는 대략 원환형의 부재이다. 그리고, 관통 구멍(16a)의 근방에는, 복수의 액체 공급로(16b)가 관통 구멍(16a)을 둘러싸도록 형성되어 있다[단, 도 2에서는, 관통 구멍(16a)의 +Y측 및 -Y측 근방에 형성된 2개의 액체 공급로(16b)만이 도시되어 있음]. 복수의 액체 공급로(16b) 각각은, 하측(-Z측)의 개구단이 관통 구멍(16a)의 내벽면에 형성되고, 상단의 개구단이 관통 구멍(16a)을 따라 마련된 환형 공급로(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 이 환형 공급로에 액체 공급관(20)의 일단이 접속되고, 액체 공급관(20)의 타단은 액체 공급 장치(18)에 접속되어 있다.
노즐 유닛(16)의 하면(-Z측의 면)에는, 원환형의 오목부로 이루어지는 액체 회수구(16c)가 형성되어 있다. 그리고, 액체 회수구(16c)의 하단부에는, 원환형의 다공 부재(28)가 부착되어 있다. 액체 회수구(16c)에는, 그 일단이, 액체 회수 장치(22)에 접속된 액체 회수관(24)의 타단이 접속되어 있다.
본 실시형태에서는, 도 2에 도시되는 바와 같이, 투영 유닛(PU)의 하방에 웨이퍼(W)가 존재하는 경우에, 주제어 장치(50)(도 1 참조)의 지시 하에, 액체 공급 장치(18)로부터, 액체 공급관(20), 환형 공급로(도시하지 않음) 및 복수의 액체 공급로(16b)를 통해, 선단 렌즈(26)와 웨이퍼(W) 사이에 액체가 공급된다. 또한, 주제어 장치(50)의 지시 하에, 공급되는 액체의 양과 동일량의 액체가, 선단 렌즈(26)와 웨이퍼(W) 사이로부터 액체 회수구(16c) 및 액체 회수관(24)을 통해, 액체 회수 장치(22)에 의해 회수된다. 이에 따라, 선단 렌즈(26)와 웨이퍼(W) 사이에 일정량의 액체(Lq)가 유지된다. 이 액체(Lq)에 의해 형성되는 액침 영역(액침 공간)은, 평면에서 보아(+Z 방향에서 보아) 원형으로 되어 있다. 이 경우, 선단 렌즈(26)와 웨이퍼(W) 사이에 유지된 액체(Lq)는, 항상 교체되고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 액체(Lq)로서, 조명광(IL)으로서 이용되는 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 ㎚의 광)이 투과하는 순수를 이용하는 것으로 한다. ArF 엑시머 레이저광에 대한 순수의 굴절률(n)은 거의 1.44이고, 이 순수 속에서는, 조명광(IL)의 파장이 193 ㎚×1/n=약 134 ㎚로 단파장화된다.
본 실시형태에서는, 선단 렌즈(26)의 하면(액체 접촉면)이 액체(Lq)와의 친액성(친수성)을 갖도록, 예컨대 선단 렌즈(26)를 순수와의 친화성이 높은 형석(螢石)으로 형성하고, 노즐 유닛(16)의 하면(액체 접촉면)이 액체(Lq)와의 친액성(친수성)을 갖도록, 예컨대 노즐 유닛(16)의 하면에 미리 정해진 친액화 처리를 시행하고 있다. 노즐 유닛(16)의 친액화 처리로서는, 예컨대, MgF2, Al2O3, SiO2 등의 친액성 재료를 노즐 유닛(16)의 하면(액체 접촉면)에 코팅하는 처리를 채용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서와 같이 액체(Lq)로서 순수를 이용하는 경우에는, 순수의 극성이 큰 것을 이용하여, 극성이 큰 분자 구조를 갖는 물질(예컨대 알코올 등)로 이루어지는 박막을 노즐 유닛(16)의 하면에 마련하는 처리를 친액화 처리로서 채용하는 것도 가능하다. 또한, 선단 렌즈(26)는, 물과의 친화성이 높은 석영으로 형성할 수도 있다. 또한, 선단 렌즈(26)의 하면에, 전술한 노즐 유닛(16)과 동일한 친액화 처리를 시행할 수도 있다.
이와 같이, 선단 렌즈(26)의 하면 및 노즐 유닛(16)의 하면이 친액성을 가짐으로써, 액체(Lq)의 표면 장력을 이용하여, 선단 렌즈(26)의 하면 및 노즐 유닛(16)의 하면과, 웨이퍼(W)의 상면(上面) 및 후술하는 발액(liquid repellent) 플레이트의 상면 사이에서 액체(Lq)의 액침 영역을 양호하게 형성할 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 광학계(PL)를 유지하는 경통(12)의 하면에 미리 정해진 위치 관계로 각각 고정된 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 포함하는 레이저 간섭계(30)가 마련되어 있다.
광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)는, 여기서는 X축 방향으로 미리 정해진 거리, 예컨대 50 ㎜ 정도 거리를 두고, 또한 선단 렌즈(26)로부터 출사되는 조명광(IL)의 조사 영역을 사이에 두도록 배치되어 있다. 또한, 광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)는, 광학계(PL)의 Y축 방향(주사 방향)의 거의 중앙[본 실시형태에서는 노광 영역(IA)의 Y축 방향의 거의 중앙에 일치]에 각각 배치되어 있다.
도 3의 (A)에는, -Y 방향에서 본 레이저 간섭계(30)의 개략적인 구성이 도시되고, 도 3의 (B)에는, +Z 방향에서 본 레이저 간섭계(30)의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 3의 (A) 및 (B)를 종합하여 보면 알 수 있듯이, 광분기 유닛(31)은, 편향 미러(절곡 미러)(31a), 빔 스플리터(31b), 평면 미러로 이루어지는 참조 거울(고정 거울)(31c) 및 하우징(31d)을 가지고 있다.
빔 스플리터(31b)는 도 3의 (B)에 도시되는 바와 같이, 그 분리면이 XZ 평면 및 YZ 평면에 대하여 45°를 이루는 상태로 배치되고, 중공의 직육면체형의 하우징(31d)의 +X측의 측벽의 일부를 겸하고 있다. 물론, 하우징(31d)의 +X측의 측벽의 일부를 빔 스플리터(31b)와 동일한 굴절률 및 열팽창률 등을 갖는 소재로 구성하여, 하우징(31d)의 내부에 빔 스플리터(31b)를 완전히 수용할 수도 있다. 빔 스플리터(31b)로서는, 편광 빔 스플리터를 사용할 수도 있고 하프 프리즘을 사용할 수도 있다.
참조 거울(31c)은 빔 스플리터(31b)의 +Y측의 면에 일체적으로 고정되어 있다.
하우징(31d)의 -X측의 측벽에는, 양방향으로 광의 전송이 가능한, 예컨대 2코어의 광파이버(33)의 일단이, XY 평면에 미리 정해진 각도 경사져서 기밀 상태로 꽂혀 있다. 광파이버(33)에 의해 유도된 광의 진행 방향이 편향 미러(31a)에 의해 +X 방향으로 편향되도록, 광파이버(33) 및 편향 미러(31a)의 자세가 설정되어 있다.
광파이버(33)의 타단측에는, 도시하지 않지만, 분기부가 마련되고, 그 분기부의 일단에 수광계가 광학적으로 접속되며, 분기부의 타단에는, 광의 역류를 저지하는 아이솔레이터를 통해 광원, 예컨대 반도체 레이저나, 그 밖의 레이저 광원이 광학적으로 접속되어 있다.
수광계는 편광자와 수광 소자[예컨대 포토 멀티플레이어 튜브(PMT) 등]를 갖는다.
이와 같이 구성된 레이저 간섭계(30)에 따르면, 광원(도시하지 않음)으로부터 출사된 레이저광이, 광파이버(33)에 의해 하우징(31d)의 내부에 유도되고, 편향 미러(31a)에 의해 +X 방향으로 편향되며, 빔 스플리터(31b)에 입사된다.
빔 스플리터(31b)에 입사된 레이저광은, 빔 스플리터(31b)의 분리면을 투과하여 +X 방향으로 진행하는 계측광과, 분리면에서 반사되어 +Y 방향으로 진행하는 참조광으로 분기된다.
+X 방향으로 진행하는 계측광은, 반사 미러(32)의 반사면에서 반사되어, 원래의 광로를 역방향으로 진행하여, 광파이버(33)로 되돌아간다.
한편, 참조광은, 참조 거울(31c)의 반사면에서 반사되고, 빔 스플리터(31b)의 분리면에서 재차 반사되어, 계측광과 동축으로 합성되어, 광파이버(33)로 되돌아간다.
그리고 광파이버(33) 내에 입사된 계측광과 참조광의 합성광은, 광파이버(33)의 전술한 분기부를 통해 수광계에 입사되고, 편광자에 의해 편향 방향이 맞춰지며, 서로 간섭하여 간섭광이 되고, 이 간섭광이 수광 소자에 의해 검출되어, 간섭광의 강도에 따른 전기 신호로 변환되고, 도시하지 않는 신호 처리 회로에서 통상의 마이컬슨 간섭계와 동일한 처리가 행해진다. 이에 따라, 신호 처리 회로로부터의 출력 신호(이하, 출력이라고 약술함)를 수신한 주제어 장치(50)는, 계측광의 광로 길이의 변화를 계측한다.
수광 소자에 입사되는 참조광과 계측광의 간섭광의 간섭 상태는, 계측광과 참조광의 광로차, 즉 참조광의 광로 길이가 거의 일정하기 때문에, 계측광의 광로 길이에 따라 변화한다. 본 실시형태에서는, 광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)가 상호 간의 물리적 거리가 일정하게 유지된 상태로 경통(12)에 고정되고, 계측광은 액체(Lq) 속을 진행한다. 이 때문에, 계측광의 광로 길이[광분기 유닛(31)과 반사 미러(32) 사이의 광학적 거리]는, 액체(Lq)의 굴절률의 변화에 따라 변화하고, 결과적으로 간섭광의 강도는, 액체(Lq)의 굴절률의 변화에 따라 변화하게 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 수광 소자로부터의 전기 신호를 처리한 신호 처리 회로로부터의 출력을 모니터함으로써, 액체(Lq)의 굴절률의 변화[이에 따른 액체(Lq)의 온도의 변화]를 검출할 수 있다. 또한, 액체의 굴절률은, 압력이 일정하면, 온도에 반비례하는(온도가 상승하면 저하하는) 것이, 일반적으로 알려져 있다.
다시 도 1을 참조하면, 웨이퍼 스테이지(WST)의 바닥면에는, 예컨대 진공 예압형 공기 정압 베어링(이하, 에어 베어링이라고 부름)이 복수 부분에 마련되어 있다. 이 복수의 에어 베어링에 의해, 웨이퍼 스테이지(WST)가, 도시하지 않는 베이스판 상에 수 ㎛ 정도의 클리어런스를 사이에 두고 비접촉으로 지지되고 있다.
웨이퍼 스테이지(WST)는, 예컨대 복수의 리니어 모터에 의해 XY 평면 내, 즉 X축 방향, Y축 방향 및 θz 방향으로 이동 가능한 스테이지 본체(91)와, 상기 스테이지 본체(91) 상의 도시하지 않는 Z·레벨링 기구(예컨대 보이스 코일 모터 등)를 통해 탑재되고, 스테이지 본체(91)에 대하여 Z축 방향, θx 방향 및 θy 방향으로 상대적으로 미소 구동되는 웨이퍼 테이블(WTB)을 포함하고 있다.
웨이퍼 테이블(WTB) 상에는, 웨이퍼(W)를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 웨이퍼 홀더(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 또한, 웨이퍼 테이블(WTB)의 상면에는, 웨이퍼 홀더 상에 배치되는 웨이퍼(W)와 거의 동일면을 형성하고, 외형(윤곽)이 직사각형이며 그 중앙부에 웨이퍼 홀더보다도 훨씬 큰 원형의 개구가 형성된 발액 플레이트(128)가 마련되어 있다.
웨이퍼 테이블(WTB)의 +Y 단면과 -X 단면에는, 각각 경면 가공이 시행되어 반사면이 형성되어 있다. 이들 반사면에는, 간섭계 시스템을 구성하는 웨이퍼 스테이지 위치 계측용의 X축 간섭계 및 Y축 간섭계[도 1에서는, Y축 간섭계(116)만을 도시]로부터의 간섭계 빔(측정빔)이 조사되고, 그 반사광을 각 간섭계에서 수광함으로써, 각 반사면의 기준 위치[일반적으로는 투영 유닛(PU) 측면에 마련된 고정 거울의 경면을 기준면으로 함]로부터의 변위가 계측되며, 이 계측값이 주제어 장치(50)에 공급된다. 이에 따라, 주제어 장치(50)는 웨이퍼 스테이지(WST)의 2차원 위치를 계측할 수 있다.
본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 도시가 생략되어 있지만, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제6-283403호 공보(대응하는 미국 특허 제5,448,332호 명세서) 등에 개시되는 것과 동일한 조사계와 수광계로 이루어지는 경사 입사 방식의 다초점 위치 검출계가 더 마련되어 있다.
본 실시형태의 노광 장치에서의 제어계는, 장치 전체를 통괄적으로 제어하는 마이크로 컴퓨터(또는 워크 스테이션)로 이루어지는 주제어 장치(50)를 중심으로 하여 구성되어 있다.
전술한 바와 같이 구성된 본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 주제어 장치(50)에 의해, 사전에 행해진 예컨대 EGA(Enhanced Global Alignment) 등의 웨이퍼 얼라인먼트의 결과 등에 기초하여, 웨이퍼 스테이지(WST) 상의 웨이퍼(W)에 대한 스텝·앤드·스캔 방식의 노광이 행해진다. 이 스텝·앤드·스캔 방식의 노광은, 웨이퍼(W) 상의 각 샷 영역의 노광을 위한 주사 개시 위치(가속 개시 위치)로 웨이퍼 스테이지(WST)를 이동시키는 샷 간 이동 동작과, 각 샷 영역에 대하여 레티클(R)의 패턴을 주사 노광 방식으로 전사하는 전술한 주사 노광 동작을 반복함으로써 행해진다.
도 1에는, 웨이퍼 스테이지(WST) 상의 웨이퍼(W)에 대한 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작이 행해지고 있는 상태가 도시되어 있다.
그리고, 웨이퍼(W)에 대한 노광이 종료된 단계에서, 주제어 장치(50)는, Y축 간섭계(116)를 포함하는 간섭계 시스템의 계측값에 기초하여, 웨이퍼 스테이지(WST)를 미리 정해진 웨이퍼 교환 위치를 향하여 구동하는 동작을 개시한다. 이와 같이 하여, 주제어 장치(50)에 의해 웨이퍼 스테이지(WST)가 구동되면, 그 웨이퍼 스테이지(WST)의 이동에 따라, 투영 유닛(PU)의 선단 렌즈(26)와 웨이퍼(W) 사이에 유지되어 있던 액체(Lq)가, 웨이퍼(W) 상으로부터 발액 플레이트(128) 상으로 이동하고, 발액 플레이트(128)의 일부에 마련되어 있는 미리 정해진 영역과 선단 렌즈(26) 사이에 액체(Lq)가 유지된 상태가 된다.
주제어 장치(50)는, 웨이퍼 교환 위치에서, 웨이퍼 스테이지(WST) 상의 웨이퍼(W)를 다음 노광 대상의 웨이퍼로 교환한다. 그 후, 주제어 장치(50)는, 새로운 웨이퍼에 대하여 웨이퍼 얼라인먼트와, 스텝·앤드·스캔 방식의 노광 동작을 실행하고, 웨이퍼 상의 복수의 샷 영역에 레티클 패턴을 순차 전사한다. 이후, 같은 동작을 반복하여 행한다.
본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 전술한 주사 노광 중에, 동시에 전술한 다초점 위치 검출계의 출력과, 레이저 간섭계(30)의 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호를 처리한, 신호 처리 회로로부터의 출력[이하, 간단히 레이저 간섭계(30)의 출력이라고 약술함]에 기초하여, 주제어 장치(50)에 의해, 노광 영역(IA)에 대응하는 웨이퍼(W)의 표면을 광학계(PL)의 초점 심도의 범위 내에 극력 일치시키도록, 웨이퍼 테이블(WTB)을 Z축 방향, θx 방향 및 θz 방향으로 미소 구동하는 웨이퍼(W)의 포커스·레벨링 제어가 행해지고 있다.
전술한 포커스·레벨링 제어와 동시에, 주제어 장치(50)는 레이저 간섭계(30)의 출력에 기초하여, 결상 특성 보정 컨트롤러(51)를 통해 적어도 1매의 가동 렌즈를 구동하고, 광학계(PL)와 액체(Lq)로 이루어지는 투영 광학계(PLL)의 결상 특성, 예컨대 배율, 디스토션, 비점 수차, 코마 수차, 구면 수차, 및 상면 만곡(상면 왜곡 수차) 중 적어도 하나를 조정할 수도 있다. 여기서, 주제어 장치(50)는, 상기 결상 특성을 조정할 때에, 가동 렌즈의 구동에 더하여 혹은 그 대신에, 조명광(IL)의 파장을 조정할 수도 있다.
여기서, 레이저 간섭계(30)의 출력이 나타내는 현상, 즉 레이저 간섭계(30)의 계측광의 액체(Lq) 속의 광로 길이의 변화[즉, 액체(Lq)의 굴절률의 변화]와 투영 광학계(PLL)의 광학 특성의 관계는, 실험(시뮬레이션을 포함) 등에 의해 미리 구해져, 주제어 장치(50) 내부의 메모리(도시하지 않음)에 기억되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 노광 장치(100)에서는, 선단 렌즈(26)를 투과한 노광광(IL)의 광로에 교차하도록 레이저 간섭계(30)의 계측광의 광로가 설정되어 있기 때문에, 주제어 장치(50)는, 레이저 간섭계(30)의 수광 소자로부터 출력되는 전기 신호를 처리한, 신호 처리 회로로부터의 출력에 기초하여, 노광광(IL)의 광로 상에 있는 액체(Lq)의 굴절률, 보다 정확하게는 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31)으로부터의 계측광의 광로 상의 액체의 평균 굴절률(의 변화)을 계측할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 노광 장치(100)에 따르면, 노광 동작 중에, 다초점 위치 검출계의 출력과, 레이저 간섭계(30)의 출력에 기초하여, 주제어 장치(50)에 의해, 노광 영역(IA)에 대응하는 웨이퍼(W)의 표면을 광학계(PL)의 초점 심도의 범위 내에 극력 일치시키는 포커스·레벨링 제어가 행해진다.
국소 액침 노광 장치에서, 전술한 포커스·레벨링 제어를 행할 때에는, 액체(Lq)의 온도 변화를 감도 1/1000 ℃ 정도로 계측할 필요가 있는데, 액체(Lq)의 온도가 1/1000 ℃ 변화하면, 레이저 간섭계(30)의 계측광의 광로 길이가 10 ㎚ 정도 변화한다. 일반적으로 레이저광을 이용한 간섭계에서는, 분해능이 1 ㎚ 정도 이하이기 때문에, 노광 장치(100)에서는, 액체(Lq)의 온도 변화를 감도 1/10000 ℃ 정도로 계측하는 것이 가능하다. 이 때문에, 고정밀도로 포커스·레벨링 제어를 행할 수 있고, 웨이퍼(W) 상의 각 샷 영역에 정밀도 좋게 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시형태의 노광 장치(100)에서는, 온도 센서 등에 비해서, 각별히 소형으로 제작 가능한 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 광학계(PL)의 하단면에 부착하기만 하면 되기 때문에, 노광광(IL)의 광로 상의 액체(Lq)의 흐름을 거의 저해하는 일 없이, 액체(Lq)의 온도(굴절률)를 계측할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 노광 장치(100)가 1조의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 갖는 레이저 간섭계(30)를 구비하고 있는 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 이로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 복수조의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 마련하고, 이들을 광학계(PL)의 경통(12)의 하면에 있어서, 주사 방향이 다른 위치[노광 영역(IA)을 가로 지르는 위치와 노광 영역(IA) 외의 위치 중 어느 것이어도 됨]에 배치하며, 각각의 위치에서, 계측광의 광로 길이의 변화[액체(Lq)의 굴절률(온도)의 변화]를 계측할 수도 있다. 이 경우, 주제어 장치(50)는, 웨이퍼 스테이지(WST)의 주사 방향의 이동에 따른 타이밍에, 복수의 계측 광로 상의 각 2점 간에서, 계측광의 광로 길이의 변화[액체(Lq)의 굴절률(온도)의 변화]를 계측할 수도 있다. 이 경우에, 주제어 장치(50)는, 예컨대 웨이퍼 테이블(WTB)의 경사 구동의 제어 지연을 고려하여, 다초점 위치 검출계를 이용한 웨이퍼의 면위치의 선(先)판독 제어와 마찬가지로, 액체(Lq)의 굴절률 변화에 기초한 웨이퍼의 면위치의 선판독 제어를 행할 수도 있다. 또한, 예컨대, Y축 방향으로 이동하는 웨이퍼(W)의 노광 영역(IA) 상의 액체(Lq)의 굴절률의 계측 오차를, 복수의 계측 결과로 보완할 수도 있다.
이 외에, 복수조의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 Z축 방향 또는 X축 방향으로 이격하여 배치할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)가 경통(12)에 고정되어 있는 것으로 하였지만, 이로 한정되는 것은 아니며, 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)가, 예컨대 노즐 유닛(16), 또는 도시하지 않는 지지 부재(예컨대, 메트롤로지 프레임 등)에 의해 지지될 수도 있다. 중요한 점은, 광분기 유닛(31)으로부터의 계측광의 광로가 액체(Lq) 중에 설정되어 있으면 된다는 것이다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)가 노광광(IL)의 광로를 사이에 두도록 배치되어 있지만, 반드시 계측광의 광로가 노광광(IL)의 광로와 교차하고 있을 필요는 없다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31) 및 반사 미러(32)를 경통(12)에 고정하고, 2코어의 광파이버(33)에 의해 광분기 유닛(31)과 광원 및 수광계를 광학적으로 접속하는 것으로 하였다. 그러나, 이로 한정되지 않고, 광원으로부터 광분기 유닛(31)에 입사되는 레이저광의 광로와, 광분기 유닛(31)으로부터 수광계로 되돌아가는 합성광의 광로가 제각각의 광로로 되는 광분기 유닛의 구성[이러한 구성은, 빔 스플리터(31b)로서 편광 빔 스플리터를 이용하고, 4분의 1 파장판을 적절하게 배치함으로써 실현됨]을 채용하며, 그 광분기 유닛과 반사 미러(32)를, 경통(12)에 고정하고, 광원과 수광계를 노즐 유닛(16)의 하면에 고정하며, 광원과 광분기 유닛 사이, 그리고 광분기 유닛과 수광계 사이에서, 광의 소위 공중 전송[이 경우 액체(Lq) 속의 전송]을 행할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, X축 방향(스캔 방향에 직교하는 방향)을 따라, 레이저 간섭계(30)의 광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)가 배치되어 있지만, 이로 한정되는 것은 아니며, 광분기 유닛(31)과 반사 미러(32)는 Y축 방향을 따라 배치될 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 레이저 간섭계(30)의 출력과 다초점 위치 검출계의 출력에 기초하여, 주사 노광 중 등에 웨이퍼(W)의 포커스·레벨링 제어를 행하는 것으로 하였지만, 웨이퍼(W)의 포커스·레벨링 제어에, 반드시 다초점 위치 검출계를 이용해야 하는 것은 아니다. 즉, 사전에(노광에 앞서, 예컨대 웨이퍼의 얼라인먼트 시 등에), 면위치 센서 등을 이용하여, 투영 광학계의 광축 방향에 관한 웨이퍼 표면의 위치 정보(면위치 정보)를, Z센서를 이용하여 계측되는 웨이퍼 테이블 표면의 면위치 정보(또는 Z간섭계 등을 이용하여 계측되는 웨이퍼 테이블의 Z위치 정보)를 기준으로 하여 계측해 두고, 노광 시에, 그 계측 정보와 Z센서(또는 Z간섭계)에 의한 실제의 계측 정보를 이용하여, 전술한 바와 같은 제어를 행할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼가 대향하여 배치되는 하면을 갖는 노즐 유닛을 이용하는 것으로 하였지만, 이로 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 국제 공개 제99/49504호에 개시된 바와 같이, 노즐을 다수 갖는 구성을 채용할 수도 있다. 중요한 것은, 광학계(PL)를 구성하는 최하단의 광학 부재(선단 렌즈)(26)와 웨이퍼(W) 사이에 액체를 공급할 수 있고, 또한 그 액체에 의해 형성되는 액침 영역에 존재하는 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 광학적으로 계측하기 위한 장치의 일부를, 액침 영역에 적어도 일부가 접한 상태로 배치할 수 있기만 하면, 그 구성에는 제한이 없다. 예컨대, 국제 공개 제2004/053955호에 개시되어 있는 액침 기구, 유럽 특허 공개 제1420298호 공보에 개시되어 있는 액침 기구도 본 실시형태의 노광 장치에 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 웨이퍼 스테이지(WST)가, 스테이지 본체(91)와 웨이퍼 테이블(WTB)을 포함하는 것으로 하였지만, 이로 한정되지 않고, 6자유도로 이동 가능한 단일의 스테이지를 웨이퍼 스테이지(WST)로서 채용할 수도 있다. 또한, 반사면 대신에, 웨이퍼 테이블(WTB)에 평면 미러로 이루어지는 이동 거울을 설치할 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 액체로서 순수를 이용하는 것으로 하였지만, 본 발명이 이로 한정되지 않는 것은 물론이다. 액체로서는, 화학적으로 안정적이며, 조명광(IL)의 투과율이 높고 안전한 액체, 예컨대 불소계 불활성 액체를 사용할 수도 있다. 이 불소계 불활성 액체로서는, 예컨대 Fluorinert(미국 쓰리엠사의 상품명)를 사용할 수 있다. 이 불소계 불활성 액체는 냉각 효과의 관점에서도 우수하다. 또한, 액체로서, 조명광(IL)에 대한 굴절률이 순수(굴절률은 1.44 정도)보다도 높은, 예컨대 1.5 이상인 액체를 이용할 수도 있다. 이 액체로서는, 예컨대, 굴절률이 약 1.50인 이소프로판올, 굴절률이 약 1.61인 글리세롤(글리세린) 등의 C-H 결합 혹은 O-H 결합을 갖는 소정 액체, 헥산, 헵탄, 데칸 등의 소정 액체(유기 용제)를 들 수 있다. 혹은, 이들 소정 액체 중 임의의 2종류 이상의 액체를 혼합한 것일 수도 있고, 순수에 상기 소정 액체가 첨가(혼합)된 것일 수도 있다. 혹은, 액체로서는, 순수에, H+, Cs+, K+, Cl-, SO4 2-, PO4 2- 등의 염기 또는 산을 첨가(혼합)한 것이어도 좋다. 또한, 순수에 Al 산화물 등의 미립자를 첨가(혼합)한 것이어도 좋다. 이들 액체는, ArF 엑시머 레이저광이 투과할 수 있다. 또한, 액체로서는, 광 흡수 계수가 작고, 온도 의존성이 적으며, 광학계(선단 렌즈), 및/또는 웨이퍼의 표면에 도포되어 있는 감광제[또는 보호막(톱코트막) 혹은 반사 방지막 등]에 대하여 안정적인 것이 바람직하다. 또한, F2 레이저를 광원으로 하는 경우는, 폼브린 오일(fomblin oil)을 선택하면 된다.
또한, 상기 실시형태에서, 회수된 액체를 재이용하도록 하여도 좋고, 이 경우에는 회수된 액체로부터 불순물을 제거하는 필터를 액체 회수 장치, 또는 회수관 등에 마련해 두는 것이 바람직하다. 또한, 상기 실시형태에서는 노광 장치가 전술한 국소 액침 장치(14) 전부를 구비하는 것으로 하였지만, 국소 액침 장치(14)의 일부(예컨대, 액체 공급 장치 및/또는 액체 회수 장치 등)에 대해서는, 노광 장치가 구비하고 있을 필요는 없고, 예컨대 노광 장치가 설치되는 공장 등의 설비를 대용하여도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 스텝·앤드·스캔 방식 등의 주사형 노광 장치에 본 발명이 적용된 경우에 대해서 설명하였지만, 이로 한정되지 않고, 스테퍼 등의 정지형 노광 장치에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또한, 예컨대 일본 특허 공개 평성 제10-163099호 공보 및 일본 특허 공개 평성 제10-214783호 공보(대응 미국 특허 제6,590,634호), 일본 특허 공표 제2000-505958호 공보(대응 미국 특허 제5,969,441호), 미국 특허 제6,208,407호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 웨이퍼 스테이지를 구비한 멀티 스테이지형의 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 투영 광학계(PLL)의 하방에, 항상, 어느 하나의 웨이퍼 스테이지를 교환적으로 배치함으로써, 계측 스테이지와 액침 유닛[광학계(PL)] 사이에 액체를 유지하는 것으로 하여도 좋다. 이에 따라, 웨이퍼를 교환할 때마다, 액체의 회수와 공급을 행하는 동작이 불필요하게 되고, 작업 처리량을 향상시킬 수 있으며, 광학계(PL)의 선단 렌즈의 표면에 물얼룩(워터마크)이 발생하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 예컨대 국제 공개 제2005/074014호, 국제 공개 제1999/23692호, 미국 특허 제6,897,963호 명세서 등에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 스테이지와는 별도로 계측 스테이지를 마련하고, 웨이퍼의 교환 동작시 등에 웨이퍼 스테이지와의 교환에 의해 계측 스테이지를 투영 광학계(PLL)의 바로 아래에 배치하여 계측 스테이지와 액침 유닛 사이에 액체를 유지할 수도 있다. 이 경우에도, 웨이퍼를 교환할 때마다, 액체의 회수와 공급을 행하는 동작이 불필요하게 되고, 작업 처리량을 향상시킬 수 있으며, 선단 렌즈 표면에 워터마크가 발생하는 것을 회피할 수 있다.
또한, 상기 실시형태의 노광 장치에서의 투영 광학계는, 축소계뿐만 아니라 등배계 및 확대계 중 어느 것일 수도 있고, 투영 광학계는 굴절계, 반사 굴절계뿐만 아니라 반사계일 수도 있으며, 그 투영상은 도립상일 수도 있고 정립상일 수도 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 광투과성의 기판 상에 미리 정해진 차광 패턴(또는 위상 패턴·감광 패턴)을 형성한 광투과형 마스크(레티클)를 이용하였지만, 이 레티클 대신에, 예컨대 미국 특허 제6,778,257호 명세서에 개시되어 있는 바와 같이, 노광할 패턴의 전자 데이터에 기초하여, 투과 패턴 또는 반사 패턴, 혹은 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크[가변 성형 마스크라고도 불리며, 예컨대 비발광형 화상 표시 소자(공간 광 변조기)의 일종인 DMD(Digital Micro-mirror Device) 등을 포함]를 이용하여도 좋다.
또한, 예컨대 특허 공표 제2004-519850호 공보(대응 미국 특허 제6,611,316호)에 개시되어 있는 바와 같이, 2개의 레티클 패턴을 투영 광학계를 통해 웨이퍼 상에서 합성하고, 1회의 스캔 노광에 의해 웨이퍼 상의 1개의 샷 영역을 거의 동시에 이중 노광하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서 패턴을 형성할 물체(에너지빔이 조사되는 노광 대상의 물체)는 웨이퍼로 한정되지 않고, 유리 플레이트, 세라믹 기판, 필름 부재, 혹은 마스크 블랭크(mask blanks) 등의 다른 물체일 수도 있다.
노광 장치의 용도로서는 반도체 제조용의 노광 장치로 한정되지 않고, 예컨대, 각형의 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사 형성하는 액정용의 노광 장치, 유기 EL, 박형 자기 헤드, 촬상 소자(CCD 등), 마이크로 머신 및 DNA칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스뿐만 아니라, 광노광 장치, EUV 노광 장치, X선 노광 장치 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 지금까지의 설명에서 인용한 노광 장치 등에 관한 모든 공보, 국제 공개 공보, 미국 특허 출원 공개 명세서 및 미국 특허 명세서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.
또한, 반도체 디바이스는, 디바이스의 기능·성능 설계를 행하는 단계, 이 설계 단계에 기초한 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제작하는 단계, 상기 실시형태의 노광 장치로, 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 등의 물체 상에 전사하는 리소그래피 단계, 노광된 웨이퍼(물체)를 현상하는 현상 단계, 레지스트가 잔존하고 있는 부분 이외의 부분의 노출 부재를 에칭에 의해 제거하는 에칭 단계, 에칭이 끝나고 불필요해진 레지스트를 제거하는 레지스트 제거 단계, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다. 이 경우, 리소그래피 단계에서, 상기 실시형태의 노광 장치를 이용하여, 전술한 노광 방법에 따라, 웨이퍼 상에 디바이스 패턴이 형성되기 때문에, 고집적도의 디바이스의 생산성을 향상시키는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은, 웨이퍼 등의 물체의 노광에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은 마이크로 디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (20)

  1. 에너지빔에 의해 물체를 노광하여, 상기 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 장치로서,
    물체를 유지하고 미리 정해진 평면을 따라 이동하는 이동체;
    상기 에너지빔을 상기 물체에 투사하는 광학계;
    적어도 상기 광학계와 상기 물체 사이의 공간에 액체를 공급하는 액체 공급 장치;
    상기 공간 내에 존재하는 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 광학적으로 계측하는 계측 장치
    를 구비하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계측 장치는 상기 에너지빔의 경로 중 적어도 일부를 사이에 둔 2점 사이에서, 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 물리량은 상기 2점 사이의 계측광의 광로 길이인 것인 노광 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 2점은 상기 액체 속의 상기 미리 정해진 평면에 대략 평행한 계측 광로 상에 위치하는 것인 노광 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이동체는, 상기 물체에 대한 패턴을 형성하기 위해, 상기 에너지빔에 대하여 상기 미리 정해진 평면 내의 주사 방향으로 상대 이동하고,
    상기 계측 광로는 상기 미리 정해진 평면에 평행한 면 내에서 상기 주사 방향에 직교하는 것인 노광 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 계측 장치는, 상기 주사 방향으로 떨어져 있는 복수의 계측 광로 상의 각 2점 사이에서, 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 계측 장치는, 상기 이동체의 상기 주사 방향의 이동에 따른 타이밍에서, 상기 복수의 계측 광로 상의 각 2점 사이에서, 상기 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계측 장치의 계측 결과에 기초하여, 상기 광학계와 액체를 포함하는 투영 광학계의 광학 특성 및 상기 에너지빔의 파장 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 조정하는 조정 장치를 더 구비하는 노광 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계측 장치의 계측 결과에 기초하여, 상기 미리 정해진 평면에 직교하는 방향의 상기 이동체의 위치 및 상기 미리 정해진 평면에 대한 상기 이동체의 경사 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 노광 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 계측 장치는, 상기 물체에 대향하는 상기 투영 광학계의 대향면의 일단부 근방에 마련된 반사면에 수직으로 계측광을 조사하는 간섭계인 것인 노광 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 간섭계는, 상기 투영 광학계의 상기 대향면의 타단부 근방에 마련되고, 레이저광을 상기 계측광과 참조광으로 분리하는 분기 소자를 갖는 광학 유닛을 포함하는 것인 노광 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 간섭계는 상기 레이저광을 상기 광학 유닛까지 유도하는 광파이버를 포함하는 것인 노광 장치.
  13. 미리 정해진 평면을 따라 이동 가능한 이동체에 유지된 물체에, 광학 부재와 액체를 통해 에너지빔을 조사하여, 상기 물체 상에 패턴을 형성하는 노광 방법으로서,
    상기 액체의 굴절률에 관련하는 물리량의 변화를 광학적으로 계측하는 계측 공정;
    상기 계측 공정에서의 계측 결과에 따라, 상기 광학 부재와 액체를 포함하는 투영 광학계의 광학 특성, 상기 에너지빔의 파장 특성, 상기 미리 정해진 평면에 직교하는 방향의 상기 이동체의 위치, 그리고 상기 미리 정해진 평면에 대한 상기 이동체의 경사 중 하나 이상을 조정하는 조정 공정
    을 포함하는 노광 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 계측 공정에서는, 상기 에너지빔의 경로의 적어도 일부를 사이에 둔 2점 사이에서, 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 물리량은 상기 2점 사이의 계측광의 광로 길이인 것인 노광 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 2점은 상기 액체 속의 상기 미리 정해진 평면에 대략 평행한 계측 광로 상에 위치하는 것인 노광 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 이동체는, 상기 물체에 대한 패턴을 형성하기 위해, 상기 에너지빔에 대하여 상기 미리 정해진 평면 내의 주사 방향으로 상대 이동하고,
    상기 계측 광로는 상기 미리 정해진 평면에 평행한 면 내에서 상기 주사 방향에 직교하는 것인 노광 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 계측 공정에서는, 상기 주사 방향으로 떨어져 있는 복수의 계측 광로 상의 각 2점 사이에서, 상기 액체의 굴절률에 관련되는 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 계측 공정에서는, 상기 이동체의 상기 주사 방향의 이동에 따른 타이밍에, 상기 복수의 계측 광로 상의 각 2점 사이에서, 상기 물리량의 변화를 계측하는 것인 노광 방법.
  20. 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법에 따라 물체 상에 패턴을 형성하는 공정;
    상기 패턴이 형성된 물체를 현상하는 공정
    을 포함하는 디바이스 제조 방법.
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