KR20120064138A - 노광 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

노광 방법은, 투영 광학계의 투영 영역을 포함하는 기판 상의 적어도 일부에 액침 영역을 형성하고, 투영 광학계와 기판 사이의 액체를 통하여 마스크의 패턴의 이미지를 기판 상에 투영한다. 마스크의 패턴 분포를 계측하고 (S1), 기판을 노광할 때, 투영 광학계와 기판 사이의 액체에 입사하는 노광광의 분포에 따라서, 기판 상에 원하는 패턴 이미지가 투영되도록 조정한다 (S4?S6). 마스크의 패턴 분포에 상관없이, 높은 정밀도로 패턴에 의해 기판을 노광할 수 있다.

Description

노광 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE METHOD, EXPOSURE DEVICE, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 투영 광학계와 기판 사이에 액침 (液浸) 영역을 형성한 상태에서 기판에 패턴을 노광하는 노광 방법 및 노광 장치, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스나 액정 표시 디바이스는, 마스크 상에 형성된 패턴을 감광성의 기판 상에 전사하는, 이른바 포토리소그래피 수법에 의해 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치는, 마스크를 지지하는 마스크 스테이지와 기판을 지지하는 기판 스테이지를 갖고, 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 축차 (逐次) 이동시키면서 마스크의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사하는 것이다. 최근, 디바이스 패턴이 보다 더 고집적화되는 것에 대응하기 위해 투영 광학계의 추가적인 고해상도화가 요구되고 있다. 투영 광학계의 해상도는, 사용하는 노광 파장이 짧아질수록, 또 투영 광학계의 개구수가 클수록 높아진다. 그 때문에, 노광 장치에서 사용되는 노광 파장은 해마다 단파장화되고 있고, 투영 광학계의 개구수도 증가하고 있다. 그리고, 현재 주류인 노광 파장은 KrF 엑시머 레이저의 248㎚ 이지만, 또한 단파장인 ArF 엑시머 레이저의 193㎚ 도 실용화되고 있는 중이다. 또, 노광할 때에는, 해상도와 마찬가지로 초점 심도 (DOF) 도 중요해진다. 해상도 (R), 및 초점 심도 (δ) 는 각각 이하의 식에 의해 나타난다.
R=k1ㆍλ/NA … (1)
δ=±k2ㆍλ/NA2 … (2)
여기서, λ 는 노광 파장, NA 는 투영 광학계의 개구수, k1, k2 는 프로세스 계수이다. (1) 식, (2) 식에서, 해상도 (R) 를 높이기 위해 노광 파장 (λ) 을 짧게 하고 개구수 (NA) 를 크게 하면, 초점 심도 (δ) 가 좁아지는 것을 알 수 있다.
초점 심도 (δ) 가 지나치게 좁아지면, 투영 광학계의 이미지면에 대하여 기판 표면을 합치시키는 것이 어려워져, 노광 동작시의 마진이 부족해질 우려가 있다. 그래서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또 초점 심도를 넓히는 방법으로서, 예를 들어 국제 공개 제99/49504호에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은, 투영 광학계의 하면과 기판 표면의 사이를 물이나 유기용매 등의 액체로 채우고, 액체 중에서의 노광광의 파장이 공기 중의 1/n (n 은 액체의 굴절률로 통상 1.2?1.6 정도) 이 되는 것을 이용하여 해상도를 향상시킴과 함께, 초점 심도를 약 n 배로 확대한다는 것이다.
*그런데, 액침법을 적용한 경우, 마스크 상의 패턴의 분포 등에 따라서 투영 광학계와 기판 사이에 존재하는 액체에 입사하는 노광광에 분포가 생긴다. 이러한 노광광을 조사함으로써 액체의 온도 분포가 생기고, 그 결과, 액체를 통하여 기판 상에 형성되는 패턴 이미지의 이미지면 변화 (기울어짐 등) 나 배율ㆍ디스토션 등의 각 수차의 변동을 야기할 가능성이 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 투영 광학계와 기판 사이의 액체를 통하여 기판을 액침 노광하는 경우에 높은 정밀도로 패턴을 전사할 수 있는 노광 방법 및 노광 장치, 그리고 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실시형태에 나타내는 도 1?도 16 에 대응하는 이하의 구성을 채용하고 있다. 단, 각 요소에 부가된 괄호안의 부호는 그 요소의 예시에 불과하여, 각 요소를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 의 이미지를, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 를 통하여 기판 상에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 액체에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포에 따라서 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하는 것과,
상기 조정된 투영 상태로 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 투영 광학계와 기판 사이의 액체에 입사하는 노광광에 분포가 생겨 액체에 온도 분포가 생기더라도, 이 노광광의 분포에 따라서 노광 조건, 예를 들어, 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하거나 함으로써 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다. 본 명세서에 있어서, 「패턴 이미지의 투영 상태의 조정」이란, 패턴 이미지의 이미지면 위치뿐만 아니라, 패턴 이미지의 배율이나 디스토션 등의 결상 특성으로 대표되는 패턴 이미지의 상태를 조정하는 것을 말한다. 이 조정은, 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하기 위한 각종 조정을 포함하며, 패턴 이미지의 이미지면과 기판의 노광면의 위치 관계의 조정이나 투영 광학계의 조정뿐만 아니라, 노광광의 파장 조정, 노광광의 광로 중의 광학부재의 조정 (위치 조정, 온도 조정 등) 이나 교환, 마스크의 위치 조정, 또는 기판에 도달하기까지의 광로의 분위기, 예를 들어, 온도, 압력, 기체 농도를 조절하는 것도 포함하여, 따라서, 기판과 투영 광학계 사이에 공급되는 액체의 온도나 유량이나 성분 등을 변경 또는 조절하는 것도 포함된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 마스크의 패턴의 이미지를, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 를 통하여 기판 상에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 마스크 (M) 상의 패턴 (MP) 의 분포에 따라서 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하는 것과,
상기 조정된 투영 상태로 기판 (P) 을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 마스크 상의 패턴의 분포에 따라서 투영 광학계와 기판 사이의 액체에 입사하는 노광광에 분포가 생기고, 이것에 의해 액체에 온도 분포가 생기더라도 마스크 상의 패턴의 분포에 따라서 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하거나 함으로써, 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.
*본 발명의 제 3 양태에 따르면, 마스크의 패턴의 이미지를, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 상에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 노광에 앞서, 상기 투영 광학계 (PL) 를 통하여 상기 액체 (1) 에 입사하는 노광광의 분포 정보를 계측하는 것과,
상기 계측된 분포 정보에 기초하여 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하면서, 기판 (P) 을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 액체에 입사하는 노광광의 분포 정보를 미리 계측하고, 이 계측 결과에 기초하여 노광 중에 패턴 이미지의 투영 상태를 조정 등을 함으로써, 액체에 입사하는 노광광에 분포가 생기고 액체의 온도가 부분적으로 변화하더라도, 패턴 이미지의 투영 상태를 높은 정밀도로 조정하면서 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 기판 (P) 을 소정 방향으로 이동시키면서, 패턴의 이미지를 액체를 통하여 상기 기판 상에 투영 광학계 (PL) 에 의해 투영함으로써 상기 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 소정 방향 (X) 과 교차하는 방향 (Y) 에 있어서의 상기 액체 (1) 의 온도 분포를 계측하는 것과,
상기 계측된 온도 분포 정보에 기초하여 패턴 이미지 (MP) 의 투영 상태를 조정하는 것과,
상기 패턴 이미지 (MP) 의 투영 상태로 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판을 이동하면서 액침 노광할 때, 기판의 이동 방향과 교차하는 방향에서의 액체의 온도 분포를 계측하고, 이 계측 결과에 기초하여 노광시에 있어서의 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하거나 함으로써, 액체의 온도가 부분적으로 변화하더라도 패턴 이미지의 투영 상태를 높은 정밀도로 조정하여 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 마스크의 패턴의 이미지를, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 를 통하여 기판 상에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 기판 (1) 을 유지하여 이동가능한 기판 스테이지 (PST) 상에 배치된 온도 센서 (90, 91) 를 사용하여, 상기 액체의 온도 분포를 계측하는 것과,
기판 스테이지 상의 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판 스테이지 상에 배치된 온도 센서를 사용하여 액침 영역을 형성하는 액체의 온도 분포를 직접 계측함으로써, 액체의 온도 분포 정보를 높은 정밀도로 구할 수 있다. 그리고, 계측한 액체의 온도 분포 정보에 기초하여, 패턴 이미지의 투영 상태의 조정 등을 적절히 실시할 수 있어, 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.
여기서, 상기 조정은, 전술한 바와 같이, 투영 광학계의 결상 특성 조정 (광학 특성 조정), 투영 광학계와 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 기판의 위치 관계의 조정, 및 액침 영역을 형성하기 위한 액체의 온도 조정 (온도 분포 조정) 을 포함한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 패턴 (MP) 의 이미지를 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 상에 투영함으로써 상기 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
상기 패턴 이미지가 투영되는 기판 상의 액체의 온도 분포에 따라서 노광 조건을 설정하는 것과,
상기 설정된 노광 조건으로 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 소정 패턴 (MP) 의 이미지를 액체 (1) 를 통하여 기판에 투영함으로써 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치로서,
*상기 패턴의 이미지를 기판 (P) 에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와,
상기 투영 광학계의 이미지면 부근에 이동가능하게 배치되고, 상기 액체의 온도를 계측하는 온도 센서 (90, 91) 를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 이동가능한 온도 센서를 사용하여 액침 영역을 형성하는 액체의 온도나 온도 분포를 직접 계측할 수 있다. 따라서, 계측한 액체 온도 정보에 기초하여, 패턴 이미지의 투영 상태의 조정 등을 적절히 실시할 수 있어, 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 소정 패턴의 이미지를 액체를 통하여 기판 (P) 에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL),
노광 중에 상기 기판을 소정 방향 (X) 으로 이동시키기 위한 기판 스테이지, 및
상기 액체의 온도를 계측하기 위해서 상기 소정 방향 (X) 과 수직인 방향 (Y) 으로 서로 떨어져 배치된 복수의 센서 소자 (81a?81f, 82a?82f, 91) 를 갖는 온도 센서 (81, 82, 90) 를 구비하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
본 발명에 의하면, 기판의 이동 방향과 교차하는 방향에서의 액체의 온도 분포를 복수의 센서 소자를 사용하여 직접 계측할 수 있다. 따라서, 계측한 액체 온도 정보에 기초하여, 노광시에 있어서의 패턴 이미지의 투영 상태의 조정 등을 높은 정밀도로 실행할 수 있다.
본 발명의 제 9 양태에 따르면, 소정 패턴 (MP) 의 이미지를 액체를 통하여 기판에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와,
기판과 투영 광학계 사이에 상기 액침 영역을 형성하기 위해서, 복수의 위치 (53a?53f, 54a?54f) 로부터 각각 상이한 온도의 액체 (1) 를 공급할 수 있는 액체 공급 기구 (50, 51, 52) 를 구비하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
본 발명에 의하면, 액체 공급 기구가 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급함으로써, 액침 영역의 액체의 온도 분포를 조정하여 균일하게 할 수 있다. 따라서, 액체의 온도가 부분적으로 변화하는 것에 기인하는 패턴 열화의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 제 10 양태에 따르면, 패턴 (MP) 의 이미지를 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL),
상기 패턴의 분포를 측정하는 센서 (20, 60), 및
*상기 센서로 측정된 패턴의 분포에 기초하여, 패턴의 이미지의 투영 상태를 조정하는 제어 장치 (CONT) 를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 11 양태에 따르면, 패턴 (MP) 의 이미지를 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 에 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL),
상기 기판 상의 액체를 회수하는 액체 회수 기구 (예를 들어 52, 52a?52f), 및
상기 액체 회수 기구에 의해 회수된 액체의 온도를 계측하는 온도 센서 (예를 들어 82a?82f) 를 구비하는 노광 장치가 제공된다.
본 발명의 제 12 양태에 따르면, 상기 기재의 노광 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 또한, 본 발명의 제 13 양태에 따르면, 상기 기재의 노광 장치 (EX) 를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 양호한 패턴 전사 정밀도로 형성된 패턴을 갖고, 원하는 성능을 발휘할 수 있는 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 노광 장치의 제 1 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 노광 장치의 일부를 구성하는 액체 공급 기구 및 액체 회수 기구의 개략 구성을 나타내는 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 노광 장치의 일부를 구성하는 기판 스테이지의 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 노광 방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트도이다.
도 5 는 마스크의 패턴 분포를 계측하고 있는 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 6 은 마스크의 패턴을 기판에 액침 노광하고 있는 상태를 설명하기 위한 모식도이다.
도 7 은 액체의 온도 분포에 의해 투영 광학계 및 액체를 통과한 이미지면의 위치가 변화하는 모습을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8(a)?8(c) 는 노광광의 분포에 따른 이미지면 위치의 변화를 보정하기 위한 보정량을 구하는 순서를 나타내는 모식도이다.
도 9 는 마스크의 패턴 분포를 계측하는 다른 방법을 나타내는 모식도이다.
도 10 은 본 발명의 노광 장치의 제 2 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 11 은 본 발명의 노광 장치의 제 3 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 12 는 본 발명의 노광 장치의 제 4 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 13 은 본 발명의 노광 방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트도이다.
도 14 는 본 발명의 노광 장치의 제 5 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.
도 15 는 도 14 의 변형예를 나타내는 개략 구성도이다.
도 16 은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.
이하, 본 발명의 노광 장치의 실시형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 본 발명은 이들 실시형태에 한정되지 않는다.
제 1 실시형태
도 1 은 본 발명의 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는, 주로 마스크 (M) 를 지지하는 마스크 스테이지 (MST), 기판 (P) 을 지지하는 기판 스테이지 (PST), 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하는 조명 광학계 (IL), 노광광 (EL) 에 의해 조명된 마스크 (M) 의 패턴의 이미지를 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 에 투영 노광하는 투영 광학계 (PL), 노광 장치 (EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 (CONT), 및 제어 장치 (CONT) 에 접속되고, 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 의 분포 정보를 포함한 노광 동작에 관한 각종 정보를 기억하는 기억 장치 (MRY) 를 구비하고 있다.
본 실시형태의 노광 장치 (EX) 는, 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시킴과 함께 초점 심도를 실질적으로 넓히기 위해 액침법을 적용한 액침 노광 장치로서, 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급하는 액체 공급 기구 (10) 와, 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수하는 액체 회수 기구 (30) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서, 액체 (1) 는 순수 (純水) 를 사용했다. 노광 장치 (EX) 는, 적어도 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 전사하고 있는 동안, 액체 공급 기구 (10) 로부터 공급된 액체 (1) 에 의해 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 을 포함하는 기판 (P) 상의 적어도 일부에 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 구체적으로는, 노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 의 선단부 (先端部) 에 배치되어 있는 광학 소자 (2) 와 기판 (P) 표면 (노광면) 과의 사이에 액체 (1) 를 채우고, 이 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 및 투영 광학계 (PL) 를 통하여 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 투영하여 노광한다.
여기서, 본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 로서 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 주사 방향 (소정 방향) 과 서로 다른 방향 (역방향) 으로 동기 이동시키면서, 마스크 (M) 에 형성된 패턴 (MP) 을 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, 소정 방향) 을 X 축 방향, 수평면 내에서 X 축 방향과 직교하는 방향을 Y 축 방향 (비주사 (非走査) 방향), X 축 방향 및 Y 축 방향에 수직이고 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치하는 방향을 Z 축 방향으로 한다. 또한, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레 방향을 각각 θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. 또한, 여기서 「기판」이란, 반도체 웨이퍼 상에 레지스트와 같은 감광성 재료를 도포한 것을 포함하고, 「마스크」란, 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.
조명 광학계 (IL) 는 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하는 것으로, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출 (射出) 된 광속의 조도를 균일화하는 옵티컬 인터그레이터, 옵티컬 인터그레이터로부터 나온 노광광 (EL) 을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 노광광 (EL) 에 의한 마스크 (M) 상의 조명 영역 (조사 영역: IA) 을 슬릿형상으로 설정하는 가변 시야 조리개 등으로 구성되어 있다. 마스크 (M) 상의 소정의 조명 영역 (IA) 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 자외영역의 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 이나, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 및 F2 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공자외광 (VUV 광) 등이 사용된다. 본 실시형태에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광이 사용된다. 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에서는 액체 (1) 로 순수를 사용했기 때문에, 노광광 (EL) 이 ArF 엑시머 레이저광이어도 투과 가능하다. 순수는 자외영역의 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 도 투과 가능하다.
마스크 스테이지 (MST) 는 마스크 (M) 를 지지하는 것으로서, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 평면 내, 즉, XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능하고 θZ 방향으로 미소 회전 가능하다. 마스크 스테이지 (MST) 는 리니어 모터 등의 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 에 의해 구동된다. 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 마스크 스테이지 (MST) 상에는 이동경 (移動鏡; 50) 이 설치되어 있다. 또한, 이동경 (50) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (51) 가 형성되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 상의 마스크 (M) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (51) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (51) 의 계측 결과에 근거하여 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 구동함으로써 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 의 위치를 결정한다.
투영 광학계 (PL) 는 마스크 (M) 의 패턴을 소정의 투영 배율 (β) 로 기판 (P) 에 투영 노광하는 것으로서, 기판 (P) 측의 선단부에 설치된 광학 소자 (렌즈; 2) 를 포함하는 복수의 광학 소자로 구성되어 있다. 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 이들 광학 소자는 경통 (PK) 에 의해 지지되어 있다. 또한, 투영 광학계 (PL) 에는, 이 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (광학 특성) 을 조정 가능한 결상 특성 제어 장치 (3) 가 설치되어 있다. 결상 특성 제어 장치 (3) 는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자의 일부를 이동 가능한 광학 소자 구동 기구를 포함하여 구성되어 있다. 광학 소자 구동 기구는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자 중 특정한 광학 소자를 광축 (AX) 방향 (Z 방향) 으로 이동하거나, 광축 (AX) 에 대하여 기울어지게 할 수 있다. 또한, 결상 특성 제어 장치 (3) 는, 광학 소자 사이의 공간의 압력을 변동시킬 수 있다. 제어 장치 (CONT) 를 사용하여 결상 특성 제어 장치 (3) 를 제어함으로써, 투영 광학계 (PL) 의 투영 배율이나 디스토션 등의 각종 수차 및 이미지면 위치의 투영 상태를 조정할 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 투영 광학계 (PL) 는, 투영 배율 (β) 이 예를 들어 1/4 또는 1/5 의 축소계이다. 또, 투영 광학계 (PL) 는 등배계 및 확대계 중 어느 것도 상관없다. 또한, 본 실시형태의 투영 광학계 (PL) 의 선단부의 광학 소자 (2) 는 경통 (PK) 에 대하여 착탈 (교환) 이 가능하게 형성되어 있다. 또한, 선단부의 광학 소자 (2) 는 경통 (PK) 으로부터 노출되어 있어, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 가 광학 소자 (2) 에만 접촉한다. 이것에 의해, 금속으로 이루어지는 경통 (PK) 의 부식 등을 방지할 수 있다.
광학 소자 (2) 는 형석으로 형성되어 있다. 형석은 순수와의 친화성이 높기 때문에, 광학 소자 (2) 의 액체 접촉면 (2a) 의 거의 전체면에 액체 (1) 를 밀착시킬 수 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서는 광학 소자 (2) 의 액체 접촉면 (2a) 과의 친화성이 높은 액체 (순수; 1) 를 공급하고 있다. 또한, 광학 소자 (2) 로서, 물과의 친화성이 높은 석영을 사용해도 된다. 또한, 광학 소자 (2) 의 액체 접촉면 (2a) 에 친수화 (친액화) 처리하여, 액체 (1) 와의 친화성을 보다 높여도 된다.
또한, 노광 장치 (EX) 는, 포커스 검출계 (4) 를 갖고 있다. 포커스 검출계 (4) 는, 발광부 (4a) 와 수광부 (4b) 를 갖고, 발광부 (4a) 로부터 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 표면 (노광면) 에 비스듬한 상방향에서 검출광을 투사하고, 그 반사광을 수광부 (4b) 에서 수광한다. 제어 장치 (CONT) 는, 포커스 검출계 (4) 의 동작을 제어함과 함께, 수광부 (4b) 에서 수광 (검출) 한 결과에 근거하여, 소정 기준면에 대한 기판 (P) 표면의 Z 축 방향에서의 위치 (포커스 위치) 를 검출한다. 또한, 기판 (P) 표면의 복수의 각 점에서의 각 포커스 위치를 구함으로써, 포커스 검출계 (4) 는 기판 (P) 의 경사 방향의 자세를 구할 수도 있다.
기판 스테이지 (PST) 는 기판 (P) 을 지지하는 것으로서, 기판 (P) 을 기판 홀더를 통하여 유지하는 Z 스테이지 (52) 와, Z 스테이지 (52) 를 지지하는 XY 스테이지 (53) 와, XY 스테이지 (53) 를 지지하는 베이스 (54) 를 구비하고 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 리니어 모터 등의 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 또, Z 스테이지와 XY 스테이지를 일체적으로 형성해도 됨은 물론이다. 기판 스테이지 (PST) 의 XY 스테이지 (53) 를 구동시킴으로써, 기판 (P) 의 XY 방향에서의 위치 (투영 광학계 (PL) 의 이미지면과 실질적으로 평행한 방향의 위치) 가 제어된다.
기판 스테이지 (PST) (Z 스테이지 (52)) 상에는, 기판 스테이지 (PST) 와 함께 투영 광학계 (PL) 에 대하여 이동하는 이동경 (55) 이 설치되어 있다. 또한, 이동경 (55) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (56) 가 형성되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 상의 기판 (P) 의 2 차원 방향의 위치 및 회전각은 레이저 간섭계 (56) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (56) 의 계측 결과에 근거하여 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통해 XY 스테이지 (53) 를 구동함으로써 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향에서의 위치를 결정한다.
또한, 제어 장치 (CONT) 는 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통해 기판 스테이지 (PST) 의 Z 스테이지 (52) 를 구동함으로써, Z 스테이지 (52) 에 유지되어 있는 기판 (P) 의 Z 축 방향에서의 위치 (포커스 위치), 및 θX, θY 방향에서의 위치를 제어한다. 즉, Z 스테이지 (52) 는, 포커스 검출계 (4) 의 검출 결과에 근거한 제어 장치 (CONT) 로부터의 지령에 따라서 동작하고, 기판 (P) 의 포커스 위치 (Z 위치) 및 경사각을 제어함으로써, 기판 (P) 의 표면 (노광면) 과 투영 광학계 (PL) 및 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면을 일치시킨다.
또한, 기판 스테이지 (PST) (Z 스테이지 (52)) 상에는, 기판 (P) 을 둘러싸도록 표면이 평탄한 보조 플레이트 (57) 가 설치되어 있다. 보조 플레이트 (57) 는 그 표면이 기판 홀더에 유지된 기판 (P) 의 표면과 거의 같은 높이가 되도록 설치되어 있다. 여기서, 기판 (P) 의 에지 (edge) 와 보조 플레이트 (57) 사이에는 1?2㎜ 정도의 간극이 있지만, 액체 (1) 의 표면장력에 의해 그 간극으로 액체 (1) 가 흘러드는 일이 거의 없고, 기판 (P) 의 주연 (周緣) 근방을 노광하는 경우에도, 보조 플레이트 (57) 에 의해 투영 광학계 (PL) 아래에 액체 (1) 를 유지할 수 있다.
액체 공급 기구 (10) 는 기판 (P) 상에 소정의 액체 (1) 를 공급하는 것으로서, 주로 액체 (1) 를 송출 (유출) 가능한 제 1 액체 공급부 (11) 및 제 2 액체 공급부 (12), 제 1 액체 공급부 (11) 에 공급관 (11A) 을 통하여 접속됨과 함께 제 1 액체 공급부 (11) 로부터 송출 (유출) 된 액체 (1) 를 기판 (P) 상에 공급하는 공급구를 갖는 제 1 공급부재 (13), 및 제 2 액체 공급부 (12) 에 공급관 (12A) 을 통하여 접속됨과 함께 제 2 액체 공급부 (12) 로부터 송출 (유출) 된 액체 (1) 를 기판 (P) 상에 공급하는 공급구를 갖는 제 2 공급부재 (14) 를 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 는 기판 (P) 의 표면에 근접하여 배치되어 있고, 기판 (P) 의 면방향에서 서로 다른 위치에 설치되어 있다. 구체적으로는, 액체 공급 기구 (10) 의 제 1 공급부재 (13) 는 투영 영역 (AR1) 에 대하여 주사 방향 일방측 (－X 측) 에 형성되고, 제 2 공급부재 (14) 는 제 1 공급부재 (13) 에 대향하도록 주사 방향의 타방측 (＋X 측) 에 형성되어 있다.
제 1 및 제 2 액체 공급부 (11, 12) 는, 각각 액체 (1) 를 수용하는 탱크 및 가압 펌프 등을 구비하고 있고, 공급관 (11A, 12A) 및 공급부재 (13, 14) 를 통하여 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급한다. 또한, 제 1, 제 2 액체 공급부 (11, 12) 의 액체 공급 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 제어 장치 (CONT) 는 제 1 및 제 2 액체 공급부 (11, 12) 로부터 기판 (P) 상에 공급하는 단위 시간당 액체 공급량을 각각 독립적으로 제어 가능하다. 또한, 제 1 및 제 2 액체 공급부 (11, 12) 는, 각각 액체의 온도 조정 기구를 구비하고 있어, 장치가 수용되는 챔버 내의 온도와 거의 같은 23℃ 로 조정된 액체 (1) 를 기판 (P) 상에 안정적으로 공급할 수 있다.
액체 회수 기구 (30) 는 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수하는 것으로서, 기판 (P) 의 표면에 근접하여 배치된 회수구를 갖는 제 1, 제 2 회수부재 (31, 32) 와, 이 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 에 회수관 (33A, 34A) 을 통하여 각각 접속된 제 1 및 제 2 액체 회수부 (33, 34) 를 구비하고 있다. 제 1 및 제 2 액체 회수부 (33, 34) 는, 예를 들어, 진공 펌프 등의 흡인 장치 및 회수한 액체 (1) 를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있으며, 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 및 회수관 (33A, 34A) 을 통하여 회수한다. 제 1 및 제 2 액체 회수부 (33, 34) 의 액체 회수 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 및 제 2 액체 회수부 (33, 34) 에 의한 단위 시간 당 액체 회수량을 각각 독립적으로 제어 가능하다.
도 2 는 액체 공급 기구 (10) 및 액체 회수 기구 (30) 의 개략 구성을 나타내는 평면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 은 Y 축 방향 (비주사 방향) 을 길이 방향으로 하는 슬릿 형상 (직사각형) 으로 설정되어 있다. 또, 액체 (1) 가 채워진 액침 영역 (AR2) 은 투영 영역 (AR1) 을 포함하도록 기판 (P) 상의 일부에 형성된다. 상기 서술한 바와 같이, 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위해 사용되는 액체 공급 기구 (10) 의 제 1 공급부재 (13) 는 투영 영역 (AR1) 에 대하여 주사 방향 일방측 (－X 측) 에 형성되고, 제 2 공급부재 (14) 는 그 반대측인 주사 방향 타방측 (＋X 측) 에 형성되어 있다. 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 는, 각각 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 평면에서 볼 때 직선 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 공급구는, 각각 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 슬릿 형상으로 형성되어 있으며, 기판 (P) 의 표면을 향하도록 형성되어 있다. 액체 공급 기구 (10) 는, 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 공급구로부터 투영 영역 (AR1) 의 X 방향 양측에서 액체 (1) 를 동시에 공급한다. 이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 액체 공급 기구 (10) 에서는, 투영 영역 (AR1) 에 대하여 상이한 복수의 방향ㆍ위치로부터 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급할 수 있다.
*액체 회수 기구 (30) 의 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 는, 각각 기판 (P) 의 표면을 향하도록 원호 형상으로 그리고 연속해서 형성된 회수구를 갖고 있다. 또, 서로 마주 보도록 배치된 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 에 의해 대략 원고리 형상의 회수구가 구성된다. 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 의 각각의 회수구는, 액체 공급 기구 (10) 의 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14), 및 투영 영역 (AR1) 을 둘러싸도록 배치되어 있다. 또한, 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 의 각각의 회수구 내부에는, 복수의 구획부재 (35) 가 설치되어 있다.
제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 공급구로부터 기판 (P) 상에 공급된 액체 (1) 는, 투영 광학계 (PL) 의 선단부 (광학 소자 (2)) 의 하단면과 기판 (P) 사이에서 퍼지면서 적시듯이 공급된다. 또한, 투영 영역 (AR1) 및 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 외측으로 유출된 액체 (1) 는, 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 외측에 배치되어 있는 제 1 및 제 2 회수부재 (31, 32) 의 회수구로부터 회수된다.
도 3 은 기판 스테이지 (PST) 의 평면도이다. 기판 스테이지 (PST) (Z 스테이지 (52)) 의 상면의 소정 위치에는 광전 센서인 광센서 (20) 가 배치되어 있다. 도 3 에 나타내는 예에서는, 광센서 (20) 는 Z 스테이지 (52) 상의, 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 이외의 위치에 설치되어 있다. 광센서 (20) 는 조사되는 광정보를 검출하는 것으로, 구체적으로는 조사되는 광의 광량 (조도) 을 검출한다. 광센서 (20) 의 검출 신호는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, 광센서 (20) 의 검출 결과에 근거하여 조사된 광의 조도 및 조도 분포를 구한다. 또한, 이 광센서 (20) 를 기판 스테이지 (PST) 를 이동시켜 투영 광학계 (PL) 의 하방에 배치함으로써, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 의 조도 분포를 검출할 수 있다.
광센서 (20) 의 수광면 (검출 영역) 의 크기는, 투영 영역 (AR1) 과 동일하거나, 그보다도 크게 설정되어 있다. 이것에 의해, 광센서 (20) 는, 마스크 (M) 를 통과하고 또 투영 광학계 (PL) 를 통과하는 모든 노광광 (EL) 을 수광 가능하다. 이 광센서 (20) 는, 그 수광면의 Z 축 방향에서의 위치가, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (결상면) 의 Z 축 방향에 있어서의 위치와 일치하도록 설치되어 있다. 또한, 광센서 (20) 에는, 비주사 방향 (Y 축 방향) 으로 복수의 수광면이 배치되어 있다. 이들 복수의 수광면은 각각 독립적으로 조도 계측이 가능하기 때문에, 이들 복수의 수광면에서 계측된 조도의 출력치가 그대로 노광광 (EL) 의 비주사 방향의 조도 분포를 나타내게 된다.
기판 스테이지 (PST) 를 이동시켜, 광센서 (20) 와 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 의 위치를 맞춤과 함께, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 에 탑재하고, 이 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 소정의 조명 영역 (IA) 에서 조명함으로써, 광센서 (20) 에 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 이 조사된다. 마스크 (M) 는 차광부인 크롬 패턴 (MP) 을 갖고 있기 때문에, 광센서 (20) 에는 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 에 따른 조도 분포로 노광광 (EL) 이 조사된다.
광센서 (20) 는, 전술한 바와 같이, 조사되는 노광광 (EL) 의 Y 축 방향에서의 조도 분포를 검출한다. 제어 장치 (CONT) 는, 광센서 (20) 의 검출 결과에 근거하여, 조명 영역 (IA) 내에서 Y 축 방향에 있어서의 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보를 구한다.
다음으로, 상기 서술한 노광 장치 (EX) 를 사용하여 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 에 노광하는 방법에 관해서, 도 4 의 플로우차트도를 참조하면서 설명한다. 여기서, 본 실시형태에서의 노광 장치 (EX) 는, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 X 축 방향 (주사 방향) 으로 이동시키면서 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 에 투영 노광한다. 주사 노광시에는, 투영 광학계 (PL) 의 선단부 바로 아래의 슬릿 형상 (직사각형상) 의 투영 영역 (AR1) 에 조명 영역 (IA) 에 대응한 마스크 (M) 의 일부의 패턴 이미지가 투영된다. 이 때, 투영 광학계 (PL) 에 대하여, 마스크 (M) 가 －X 방향 (또는 ＋X 방향) 으로 속도 (V) 로 이동하는 데 동기하여 기판 (P) 이 XY 스테이지 (53) 를 개재하여 ＋X 방향 (또는 －X 방향) 으로 속도 (βㆍV; β 는 투영 배율) 로 이동한다. 기판 (P) 상에는 복수의 쇼트 영역 (SA) 이 설정되어 있고, 하나의 쇼트 영역 (SA) 에 대한 노광 종료 후에 기판 (P) 이 스테핑 이동하여, 기판 상의 다음 쇼트 영역 (SA) 이 주사 개시 위치로 이동한다. 이하, 스텝 앤드 스캔 방식에 의해 기판 (P) 을 이동시키면서 각 쇼트 영역 (SA) 에 대한 주사 노광 처리가 순차적으로 이루어진다.
디바이스 제조를 위한 액침 노광 처리에 앞서, 마스크 스테이지 (MST) 에 마스크 (M) 를 탑재하지 않은 상태에서, 다음과 같이 하여 노광광 (EL) 의 조도 분포를 계측한다. 제어 장치 (CONT) 는, 조명 광학계 (IL) 로부터 노광광 (EL) 을 사출하고, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 을 기판 스테이지 (PST) 상의 광센서 (20) 로 수광하도록 조명 광학계 (IL) 및 기판 스테이지 (PST) 를 제어한다. 이렇게 해서, 기판 스테이지 (PST) 상 (투영 광학계 (PL) 의 이미지면측) 에서의 노광광 (EL) 의 조도 분포를 계측한다. 이것에 의해, 마스크 (M) 를 통과하지 않은 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서의 노광광 (EL) 의 조도 (기준 조도) 가 구해진다. 계측한 기준 조도는 기억 장치 (MRY) 에 기억된다.
이어서, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 에 로드한다. 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 스테이지 (MST) 에 마스크 (M) 를 탑재한 상태에서, 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서의 노광광 (EL) 의 조도 분포를, 광센서 (20) 를 사용하여 구한다. 도 5 는, 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통한 노광광 (EL) 의 조도 분포를 광센서 (20) 로 계측하고 있는 상태를 나타내는 모식도이다. 제어 장치 (CONT) 는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 기판 스테이지 (PST) 를 이동시켜, 광센서 (20) 와 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 과의 위치 맞춤을 실시한다. 이 상태에서, 조명 광학계 (IL) 로부터 노광광 (EL) 을 사출함으로써, 광센서 (20) 에는 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 이 조사된다. 또한, 도 5 에 있어서는, 마스크 (M) 상의 패턴 에어리어 (PA) 에서, ＋Y 측의 대략 절반의 에어리어에서 크롬 패턴 (차광부; MP) 의 밀도가 높아져 있고, 패턴 에어리어 (PA) 내의 X 방향의 어느 위치에 있어서도 이러한 밀도 분포로 되어있다. 이 때, 마스크 (M) 상에서의 노광광 (EL) 의 조명 영역 (조사 영역; IA) 은, 마스크 (M) 상의 패턴 에어리어 (PA) 내에서 Y 축 방향으로 연장된 슬릿 형상으로 설정되어 있고, 그 Y 축 방향의 양단부는 차광대 (SB) 상에 위치한다. 마스크 (M) 상의 조명 영역 (IA) 내에 포함되는 부분 패턴은, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 에 투영된다. 광센서 (20) 는, 조명 영역 (IA) 내에서의 패턴 분포에 따른 노광광 (EL) 을 수광한다. 제어 장치 (CONT) 는, 광센서 (20) 의 검출 결과에 근거하여, Y 축 방향에서의 조도 분포, 즉, 액침 노광시에 있어서 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 Y 축 방향에서의 입사 에너지 분포를 구한다.
또한, 제어 장치 (CONT) 는, 조명 광학계 (IL) 및 기판 스테이지 (PST) 를 제어하여 마스크 (M) 상의 조명 영역 (IA) 에 노광광 (EL) 을 조사하면서, 노광광 (EL) 에 대하여 마스크 (M) 를 지지하는 마스크 스테이지 (MST) 를 X 축 방향으로 이동시킨다. 이것에 의해, 마스크 (M) 의 패턴 에어리어 (PA) 의 전체면에 순차적으로 노광광 (EL) 이 조사된다. 이 때, 광센서 (20) (기판 스테이지 (PST)) 는 이동하지 않는다. 마스크 (M) (마스크 스테이지 (MST)) 의 위치는 레이저 간섭계 (51) 에 의해 계측된다. 제어 장치 (CONT) 는, 레이저 간섭계 (51) 에 의해서 계측된, 마스크 (M) 의 X 축 방향에 있어서의 위치의 계측 결과와, 그 때의 마스크 (M) 의 조명 영역 (IA) 을 통과한 노광광 (EL) 의 광센서 (20) 에 의한 검출 결과에 근거하여, 마스크 (M) 의 주사 방향 (X 축 방향) 의 각 위치에 있어서의 노광광 (EL) 의 조도 분포를 구함으로써, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 의 조도 분포 정보를 구한다 (단계 S1).
이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 (M) 를 통하지 않고서 검출한 노광광 (EL) 의 조도 정보 (기준 조도) 와, 마스크 (M) 를 통하여 검출한 노광광 (EL) 의 조도 정보에 근거하여, 마스크 (M) 의 패턴 분포 (패턴의 밀도 분포) 를 구한다 (단계 S2). 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 의 조도 분포와 마스크 (M) 의 패턴 분포는 대응한다. 따라서, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 (M) 를 통하여 검출한 노광광 (EL) 의 조도 분포로부터 상기 기준 조도의 조도 분포에 상당하는 분 (分) 을 뺌으로써 마스크 (M) 의 패턴 분포를 구할 수 있다. 구한 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보는 기억 장치 (MRY) 에 기억된다.
이어서 제어 장치 (CONT) 는, 디바이스 제조를 위한 액침 노광시에 설정될 노광량 (기판 (P) 상에서의 조도), 상기에서 구한 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보, 및, 액침 노광 조건에 따라서, 액침 노광시에 있어서의 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도 변화 정보를 추정 (산출) 한다. 구체적으로는, 제어 장치 (CONT) 는, 액침 영역 (AR2) 에 있어서의 액체 온도 분포의 변화를 구한다 (단계 S3). 여기서, 액침 노광 조건 (파라미터) 은, 기판 (P) 의 이동 속도, 비열 등의 액체 (1) 의 재료 특성, 및 액체 공급 기구 (10) 로부터의 단위 시간당 액체 공급량 (유속) 을 포함한다. 또한, 상기 파라미터에 따른 마스크 (M) 의 패턴 분포와 액체 온도 변화량 (분포) 의 관계는 미리 기억 장치 (MRY) 에 기억되어 있어, 제어 장치 (CONT) 는 이 기억되어 있는 관계에 근거하여 액체 온도 분포를 추정 (산출) 한다. 또, 상기 관계는, 예를 들어, 미리 실험이나 시뮬레이션에 의해 구할 수 있다. 이하의 설명에서는, 액체 온도 변화량 및 액체 온도 분포를 합하여 「액체 온도 분포 정보」라고 적절히 칭한다. 또, 상기 파라미터로서, 액체 회수 기구 (30) 의 단위 시간당 액체 회수량을 추가해도 된다.
이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 구한 액체 온도 분포 정보에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통한 이미지면 위치 변화를 포함하는 이미지 특성 변화량 및 변화 분포를 구한다 (단계 S4). 또, 이하의 설명에서는, 이미지 특성 변화량 및 변화 분포를 합하여 「이미지 특성 변화 정보」라고 적절히 칭한다.
여기서, 도 6 및 도 7 을 참조하면서, 마스크 (M) 상의 패턴 (MP) 의 분포에 따라서 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 가 온도 변화하는 것에 대해 설명한다. 도 6 은 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 을 투영 광학계 (PL) 및 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 를 통하여 액침 노광하고 있는 상태를 나타내는 모식도, 도 7 은 액체의 온도 분포를 나타내는 모식도이다. 또, 도 6 에서는, 설명의 편의상 액체 (1) 가 도시되어 있지 않다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 마스크 (M) 상의 패턴 에어리어 (PA) 의 대략 절반이 크롬 패턴 (MP) 의 밀도가 높은 영역으로 되어 있는 경우, 고밀도 영역인 쪽이 광의 투과율이 낮기 때문에, 기판 (P) 상의 투영 영역 (AR1) 의 일방의 절반과 비교하여 타방의 절반에 보다 많은 노광광 (EL) 이 입사된다. 이것에 의해, 마스크 (M) 의 패턴 분포에 따라서, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 광량 분포 (조도 분포) 가 생김과 함께, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 액체 (1) 에 점선으로 나타낸 Y 축 방향의 온도 경사 (온도 분포의 변화) 가 생긴다. 액체 (1) 의 온도 변화는 액체 (1) 의 굴절률 변화를 일으키기 때문에, 도 7 에 나타내는 경우에는, 액체 (1) 의 온도 변화에 따라서 주로 X 축 둘레로 경사진 이미지면 변화가 생긴다. 즉, 액체의 굴절률은 액체의 온도에 의존하여 변화하기 때문에, 광이 액체에 진입하고 통과할 때의 굴절각도 또한 온도 의존성을 나타내어, 그 결과, 이미지가 일그러지게 된다 (이미지가 Y 방향으로 부분적으로 축소 또는 확대된다).
거기서, 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 (M) 상의 패턴의 분포, 나아가서는 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포에 근거하여 액체 (1) 의 온도 분포 정보를 구하고, 이 구한 온도 분포 정보에 근거하여 이미지 특성 변화 (이미지면의 위치 변화 등) 를 예측한다.
제어 장치 (CONT) 는, 구한 이미지 특성 변화 정보에 근거하여 이 이미지 특성을 보정하는 보정량 (보정 정보) 을 구한다 (단계 S5). 여기서, 도 8 을 참조하면서 보정량을 구하는 순서의 일례에 관해서 설명한다. 또, 이하에서는 설명을 간단하게 하기 위해, 액체 (1) 의 온도 분포의 변화에 의해 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면 위치가 변화하는 경우에 관해서 설명한다. 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 의 Y 축 방향에서의 조도 분포가, 예를 들어 도 8(a) 에 나타내는 바와 같이, 노광량 (조도) 이 ＋Y 방향의 임의의 위치까지는 일정하고, 그 후 소정의 값까지 증대한 후, 다시 그 소정의 값으로 일정한 경우, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면도 또한 동일하게, 온도 분포에 따라서 도 8(b) 에 나타내는 상태가 된다. 거기서, 제어 장치 (CONT) 는, 구한 이미지 특성 변화 성분 (이미지면 위치 변화 성분) 을, 도 8(c) 에 나타내는 바와 같이 오프셋 성분인 0 차 성분, 경사 성분인 1 차 성분, 및 고차 성분의 복수의 성분으로 나눔과 함께, 상기 각 성분에 관한 보정량을 각각 구한다. 보정량은, 다음과 같이 노광 장치를 제어함으로써 보정할 수 있다. 예를 들어, 이미지면 변화의 O 차 성분 및 1 차 성분에 관해서는, 기판 스테이지 (PST) 의 구동 (자세) 을 보정함으로써, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면과의 위치 관계를 보정하고, 고차 성분에 대해서는 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 제어 장치 (3) 를 구동함으로써 보정한다. 본 실시형태에서는, 투영 영역 (AR1) 은 Y 축 방향으로 연장되는 슬릿 형상이기 때문에, 주사 노광 중에 있어서의 기판 스테이지 (PST) 의 위치 조정은, 주로 Z 축 방향에 관한 위치 조정 (포커스 조정), 및, θX 방향에 있어서의 틸트 조정 (롤링 조정) 을 실시하면 된다. 물론, 투영 영역 (AR1) 의 X 축 방향의 폭이 큰 경우에는, 이미지면과 기판 표면과의 위치를 합치시키기 위해서, 주사 노광 중에 있어서 θY 방향에서의 틸트 조정 (피칭 (상하 요동) 조정) 이 이루어진다. 제어 장치 (CONT) 는, 마스크 (M) 의 주사 방향 (X 축 방향) 의 위치에 대응시킨 보정량 (보정 정보) 을 기억 장치 (MRY) 에 기억한다.
투영 광학계 (PL) 및 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면의 위치를 합치시키기 위한 보정량을 구한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 구한 보정량에 기초하여 기판 (P) 의 자세 (기판 (P) 의 경사, Z 축 방향의 위치) 를 조정하면서, 액침 노광 처리한다 (단계 S6). 즉, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 반송계를 사용하여 기판 (P) 을 기판 스테이지 (PST) 에 로드한 후, 액체 공급 기구 (10) 를 구동하여 기판 (P) 상에 대한 액체 공급 동작을 개시한다. 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위해 액체 공급 기구 (10) 의 제 1 및 제 2 액체 공급부 (11, 12) 각각으로부터 송출된 액체 (1) 는, 공급관 (11A, 12A), 그리고 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 를 통하여 기판 (P) 상에 공급되어, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 이 때, 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 공급구는 투영 영역 (AR1) 의 X 축 방향 (주사 방향) 양측에 배치되어 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급 기구 (10) 의 공급구로부터 투영 영역 (AR1) 의 양측에서 기판 (P) 상으로 액체 (1) 를 동시에 공급하도록 제어를 실행한다. 이것에 의해, 기판 (P) 상에 공급된 액체 (1) 는, 적어도 투영 영역 (AR1) 보다 넓은 범위의 액침 영역 (AR2) 을 기판 (P) 상에 형성한다.
본 실시형태에 있어서, 투영 영역 (AR1) 의 주사 방향 양측에서부터 기판 (P) 에 대하여 액체 (1) 를 공급할 때, 제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 기구 (10) 의 제 1 및 제 2 액체 공급부 (11, 12) 의 액체 공급 동작을 제어하여, 주사 방향에 관해서 투영 영역 (AR1) 의 바로 앞에서 공급하는 단위 시간 당 액체 공급량을 그 반대측에서 공급하는 액체 공급량보다 많도록 설정한다. 예를 들어, 기판 (P) 을 ＋X 방향으로 이동시키면서 노광 처리하는 경우, 제어 장치 (CONT) 는 투영 영역 (AR1) 에 대하여 －X 측 (즉, 공급구 (13A)) 으로부터의 액체량을 ＋X 측 (즉, 공급구 (14A)) 으로부터의 액체량보다 많게 한다. 반대로, 기판 (P) 을 －X 방향으로 이동시키면서 노광 처리하는 경우, 투영 영역 (AR1) 에 대하여 ＋X 측으로부터의 액체량이 －X 측으로부터의 액체량보다 많게 한다.
또한, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 회수 기구 (30) 의 제 1 및 제 2 액체 회수부 (33, 34) 를 제어하여, 액체 공급 기구 (10) 에 의한 액체 (1) 의 공급 동작과 병행하여 기판 (P) 상의 액체 회수 동작을 실시한다. 이것에 의해, 제 1 및 제 2 공급부재 (13, 14) 의 공급구로부터 공급되어 투영 영역 (AR1) 의 외측으로 흘러 나가는 기판 (P) 상의 액체 (1) 는, 제 1 및 제 2 회수부재 (33, 34) 의 회수구에서 회수된다. 이와 같이, 액체 회수 기구 (30) 는, 투영 영역 (AR1) 을 둘러싸도록 회수구가 형성되어 있으므로, 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수구로부터 효율적으로 회수할 수 있다.
그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 기억 장치 (MRY) 에 기억되어 있는 보정 정보와 포커스 검출계 (4) 에서 검출된 기판 (P) 표면의 위치 정보 검출 결과에 근거하여, 결상 특성 제어 장치 (3) 와 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통하여 기판 (P) 과 이미지면과의 Z 축 방향의 위치 및 경사의 관계를 제어하면서 액침 노광한다.
이것에 의해, 마스크 (M) 의 패턴 분포, 즉, 투영 영역 (AR1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포에 따른 액체 (1) 의 온도 분포의 변화로 인해 이미지면 위치가 변화하는 경우에도, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면 (노광면) 을 거의 일치시키면서, 기판 (P) 상의 쇼트 영역 (SA) 을 주사 노광할 수 있다. 이것에 의해, 기판 (P) 상에 원하는 패턴을 높은 정밀도로 형성하는 것이 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 의 분포 정보에 기초하여 기판 (P) 상에 원하는 패턴 이미지가 투영되도록, 액침 주사 노광 중의 기판 (P) 의 위치 및 자세의 조정, 그리고 결상 특성 제어 장치를 사용한 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 위치의 조정 등과 같은 투영 상태를 조정함으로써, 높은 정밀도로 패턴을 전사할 수 있다.
또, 상기 도 6 및 도 7 에 나타낸 예에서는, 마스크 (M) 상에서의 조명 영역 (IA) 내의 패턴 분포가 마스크 (M) 의 이동에 동반하여 그다지 변화하지 않은 경우에 관해서 설명하였지만, 통상은 마스크 (M) 상에서 노광광 (EL) 의 조명 영역 (IA) 내에 있어서의 패턴 분포가 마스크 (M) 의 이동에 동반하여 변화한다. 이 경우, 그 마스크 (M) 의 이동에 동반하여 투영 영역 (AR1) (액체 (1)) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포가 변화한다. 이 노광광 (EL) 의 분포의 변화에 기인하여 액체 (1) 의 온도 분포가 변화하기 때문에, 이미지면의 위치도 액체 (1) 의 온도 분포에 따라서 변화한다. 이것에 의해, 기판 (P) 상에 투영되는 패턴 이미지가 열화될 우려가 있다.
그러나, 본 실시형태에서는, 제어 장치 (CONT) 는 마스크 (M) 의 주사 방향 (X 축 방향) 의 위치에 대응한 보정 정보가 기억되어 있고, 기판 (P) 의 쇼트 영역 (SA) 의 노광 중에 마스크 (M) 의 위치 (레이저 간섭계 (51) 의 계측 결과) 에 따라서 그 보정 정보를 판독하도록 하고 있기 때문에, 정확하게 기판 (P) 의 표면 (노광면) 을 이미지면에 맞춰 넣을 수 있게 된다.
본 실시형태에서는, 마스크 (M) 의 비주사 방향 (Y 축 방향) 의 패턴 분포의 변화가 적은 경우, 마스크 (M) 의 이동에 동반되는 조명 영역 (IA) 내의 패턴 분포의 변화, 즉, 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 강도 변화만을 고려하도록 해도 된다. 이 경우, 제어 장치 (CONT) 는, 광센서 (20) 로 계측한 투영 영역 (AR1) 의 Y 축 방향 (길이 방향) 에 있어서의 조도 분포를 X 축 방향에 관해서 적산한 적산치 (적산 광량 분포) 를 구하고, 구한 적산치를, 마스크 (M) 의 X 축 방향의 위치와 대응시켜 구함으로써, 마스크 (M) 의 이동에 동반되는 조명 영역 (IA) 내의 패턴 분포의 변화를 구할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 액체 (1) 의 온도 변화에 기인하는 이미지면의 변화에 따라서 기판 (P) 의 표면 위치를 조정하거나, 결상 특성 제어 장치를 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 일부의 광학 소자를 이동시키거나 광학 소자 사이의 공간의 압력을 변동함으로써, 이미지면 위치를 조정하도록 하고 있지만, 기판 (P) 의 표면 위치의 조정과 이미지면 위치의 조정 중 어느 한쪽만을 실시하도록 해도 된다. 또, 마스크 스테이지 (MST) 에서 마스크 (M) 의 위치를 이동시키거나 노광광의 파장을 미세 조정하여 이미지면 위치를 조정하도록 해도 된다. 이미지면 위치의 조정은, 조명 광학계 (IL) 의 일부의 광학부재를 움직이거나 교환함으로써 달성할 수도 있다. 그리고 노광광 (EL) 의 광로 중의 광학부재 (투영 광학계 (PL) 포함) 의 온도를 조정하도록 해도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 액체 (1) 의 온도 (분포) 변화에 기인하는 이미지면의 변화의 보정에 관해서 설명하였지만, 이미지면뿐만 아니라, 배율이나 디스토션 등과 같은 결상 특성이 액체 (1) 의 온도 분포에 따라서 변화하는 경우에 대해서도, 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 의 분포 정보 (즉, 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포) 에 따라서, 패턴 이미지의 결상 특성을 조정하면 된다. 결상 특성의 조정은, 이미지면 위치의 조정과 마찬가지로, 투영 광학계 (PL) 의 일부의 광학 소자를 이동하거나, 광학 소자 사이의 공간의 압력을 조정함으로써 달성할 수 있다. 또한, 마스크 (M) 를 이동시키거나, 노광광 (EL) 의 파장을 미세 조정함으로써도 달성할 수 있다. 또한, 결상 특성의 조정은, 조명 광학계 (IL) 의 일부의 광학부재를 움직이거나 교환함으로써 달성할 수도 있다. 그리고, 노광광 (EL) 의 광로 중의 광학부재 (투영 광학계 (PL) 포함) 의 온도를 조정하도록 해도 된다. 또, 결상 특성의 조정으로서, 노광광 (EL) 의 편광 상태나 파면 (波面) 상태를 조정하도록 해도 된다.
본 실시형태에서는, 액침 주사 노광 중에 기판 (P) 표면과 투영 광학계 (PL) 및 액체 (1) 를 통한 이미지면과의 위치를 조정할 때, 포커스 검출계 (4) 로 기판 (P) 표면 위치 정보를 검출하고, 이 포커스 검출계 (4) 의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 (PST) 를 구동시켜 기판 (P) 의 위치 및 자세를 조정하고 있다. 여기서, 포커스 검출계 (4) 의 투광부 (4a) 에서 기판 (P) 표면에 대하여 비스듬한 상방으로부터 투사되는 검출광은 액체 (1) 중을 통과하게 되는데, 액체 (1) 의 온도 변화에 따라서 굴절률이 변화하여, 기판 (P) 표면의 포커스 검출치에 오차가 생길 가능성이 있다. 이 경우, 기억 장치 (MRY) 에, 액체 (1) 의 온도 (온도 변화량) 와 굴절률 (굴절률 변화량) 의 관계를 미리 기억해 두고, 단계 S3 에서 구한 액체 (1) 의 온도 변화 정보와 상기 관계에 근거하여 액체 (1) 의 굴절률을 구한다. 액체 (1) 의 두께를 고려한 다음, 구한 굴절률에 따라서 포커스 검출치를 보정한다. 이것에 의해, 액체 (1) 의 온도가 변화한 경우라도, 기판 (P) 표면 위치 정보를 구할 수 있기 때문에, 보다 정확하게 기판 (P) 의 표면과 이미지면의 맞춤을 실시할 수 있다. 또, 기억 장치 (MRY) 에 기억된 액체 (1) 의 온도와 굴절률의 관계에 근거하여, 포커스 검출계 (4) 의 검출치에 근거한 이미지면과 기판 표면과의 위치 관계의 조정량을 보정하도록 해도 된다.
상기 서술한 마스크 (M) 의 패턴 분포의 계측이나, 그 계측 결과에 기초하는 액체 온도 분포 정보 및 이미지 특성 변화 정보를 구하는 것은, 적어도 마스크 (M) 가 변경될 때마다 실시하면 되지만, 마스크 (M) 가 변경되지 않는 경우라도 정기적으로 실시하도록 해도 된다. 또, 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보를 기억 장치 (MRY) 에 기억시켜 둠으로써, 소정의 마스크 (M) 를 사용한 후 일단 언로드하고 다시 그 마스크 (M) 를 사용할 때에, 마스크 (M) 의 패턴 분포 계측을 생략하고, 기억 장치 (MRY) 에 기억시켜 놓은 패턴 분포 정보를 그대로 사용할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보를 구하고 있지만, 광센서 (20) 에서 계측된 조도 분포 정보를 그대로 사용하여, 액체의 온도 분포의 변화를 구하도록 해도 된다. 이 경우, 액체 (1) 의 온도는, 마스크 (M) 의 패턴 밀도나 노광용 광원의 출력, 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위한 단위 시간 당 액체 공급량 (또는 유속), 액체나 기판 (P) 의 비열 등, 여러 가지 파라미터에 따라서 변화한다. 기억 장치 (MRY) 에는, 이들 파라미터를 고려한 조도 분포와 액체 온도 변화량의 관계가 데이터 테이블로서 미리 기억되어 있으면 된다. 조도 분포와 액체 온도 변화량의 관계는, 미리 실험하여 검증해 놓아도 된다. 또, 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (1) 의 종류를 변경 가능한 액침 노광 장치인 경우에는, 이들 각 액체에 따른 데이터 테이블을 기억 장치 (MRY) 에 미리 기억시켜 두면 된다.
투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 배치되는 액체 (1) 의 온도는, 노광광 (EL) 의 기판 (P) 표면에서의 반사광에 따라서 변화하는 경우가 있다. 이러한 경우, 이 기판 (P) 의 표면의 반사율을 상기 데이터 테이블의 파라미터의 하나로 해도 된다.
또, 본 실시형태에서는, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 상에 탑재한 후에, 기판 스테이지 (PST) 상에 탑재되어 있는 광센서 (20) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 를 통한 노광광 (EL) 의 분포 정보를 계측함과 함께, 그 계측 결과에 기초하여 마스크 (M) 의 패턴 (MP) 의 분포를 계측하고 있지만, 예를 들어, 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보 (예를 들어, 마스터의 각 위치마다의 밀도, 투과율) 를 설계치로부터 구하고, 그 값을 기억 장치 (MRY) 에 기억하여, 액침 주사 노광할 때에 이 기억해 둔 분포 정보를 고려하여 액체 (1) 의 온도 변화나 온도 분포의 변화를 예측하고, 그 예측 결과에 기초하여 이미지 특성 조정이나 기판 위치 조정과 같은 투영 상태를 조정하도록 해도 된다.
또한, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 마스크 스테이지 (MST) 와는 별도의 위치에, 마스크 (M) 의 패턴 분포를 계측하는 패턴 계측 장치 (60) 를 설치하도록 해도 된다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 패턴 계측 장치 (60) 는, 지지부 (66) 에 지지된 마스크 (M) 의 상방에 설치되고, 마스크 (M) 에 계측광을 조사하는 투광부 (61) 와, 마스크 (M) 의 하방에 설치되어 마스크 (M) 에 조사된 계측광에 기초하여 마스크 (M) 를 투과한 광을 수광하는 수광부 (62) 를 구비하고 있다. 마스크 (M) 는 투광부 (61) 및 수광부 (62) 에 대하여 X 축 방향으로 상대적으로 이동하면서 투광부 (61) 로부터 계측광을 조사한다. 수광부 (62) 는 투광부 (61) 와 동기 이동하면서 마스크 (M) 의 투과광을 수광함으로써, 마스크 (M) 의 패턴 에어리어 (PA) 전체면에 있어서의 계측광의 투과광을 수광한다. 여기서, 마스크 (M) 와 투광부 (61) 및 수광부 (62) 의 상대 이동은, 투광부 (61) 및 수광부 (62) 의 위치를 고정시킨 상태에서 마스크 (M) 를 지지부 (66) 와 함께 X 축 방향으로 이동시키는 구성이어도 되고, 마스크 (M) 의 위치를 고정시킨 상태에서 투광부 (61) 및 수광부 (62) 를 X 축 방향으로 동기 이동시키는 구성이어도 되며, 마스크 (M) 와 투광부 (61) 및 수광부 (62) 의 쌍방을 X 축 방향으로 서로 반대 방향으로 이동시키는 구성이어도 된다.
수광부 (62) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력됨과 함께, 제어 장치 (CONT) 는 수광부 (62) (패턴 계측 장치 (60)) 의 계측 결과에 기초하여 마스크 (M) 의 패턴 분포를 구한다. 패턴 계측 장치 (60) 에서 계측한 마스크 (M) 의 패턴 밀도에 관한 정보는 기억 장치 (MRY) 에 기억된다. 그리고, 액침 주사 노광할 때에는, 이 기억시켜 둔 패턴 분포로부터 구한 보정 정보에 기초하여 이미지 특성 조정이나 기판 위치 조정 (투영 상태의 조정) 이 실시된다.
또한, 마스크 스테이지 (MST) 에 지지된 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통하여 기판 스테이지 (PST) (투영 광학계 (PL) 의 이미지측) 에 도달하는 노광광 (EL) 의 조도 분포가, 마스크 (M) 의 패턴 (패턴 분포) 과 대응하지 않는 경우가 있다. 그러나, 이러한 경우라도, 전술한 바와 같이 기판 스테이지 (PST) 상의 광센서 (20) 에서 계측된 조도 분포로부터 마스크의 패턴 분포를 구하는 대신에 액체의 온도 분포의 변화를 직접 구하고, 이미지 특성이나 기판 (P) 의 자세를 조정함으로써, 패턴을 기판 (P) 에 양호하게 전사할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 광센서 (20) 로서 비주사 방향으로 복수의 수광면을 갖는 것을 사용했지만, 작은 수광면을 갖는 광센서 (20) 를 기판 스테이지 (PST) 에 의해 X 축 방향 또는 Y 축 방향 또는 그 양쪽으로 움직이고, 노광광 (EL) 의 조도 분포를 구하도록 해도 된다.
제 2 실시형태
다음으로, 도 10 을 참조하면서 본 발명의 노광 장치의 제 2 실시형태에 관해서 설명한다. 본 실시형태에 있어서는, 마스크 (M) 의 패턴 분포 (투영 영역 (AR1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포) 에 의해서 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 에 온도 분포가 생기지 않도록, 즉, 액체 (1) 의 온도 분포를 균일화하도록 조정함으로써 투영 상태를 조정한다. 특히, 주사 방향 (X 축 방향) 과 직교하는 방향인 Y 축 방향에서의 온도 분포를 균일화하도록 조정한다. 또한, 본 실시형태에서는, 액체 공급 기구 이외에는 제 1 실시형태와 동일한 구성을 갖고 있다. 여기서, 이하의 설명에 있어서 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략하게 하거나 또는 생략한다.
도 10 에 있어서, 액체 공급 기구 (50) 는, 제 1 액체 공급부 (51) 와 제 2 액체 공급부 (52) 를 구비하고 있다. 제 1 액체 공급부 (51) 에는, 복수의 공급관 (51a, 51b, 51c, 51d, 51e, 51f) 의 일단부가 접속되어 있고, 그 타 단부에는, 기판 (P) 에 근접하고, 비주사 방향 (Y 축 방향) 을 따라서 배치된 복수의 공급구 (53a, 53b, 53c, 53d, 53e, 53f) 가 형성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 액체 공급부 (52) 에는, 복수의 공급관 (52a, 52b, 52c, 52d, 52e, 52f) 의 일단부가 접속되어 있고, 그 타단부에는, 기판 (P) 에 근접하고, 비주사 방향 (Y 축 방향) 을 따라 배치된 복수의 공급구 (54a, 54b, 54c, 54d, 54e, 54f) 가 형성되어 있다. 액체 공급 기구 (50) 의 공급구 (53a?53f, 54a?54f) 는, 투영 영역 (AR1) (의 중심) 에 대하여 복수의 방향으로 상이한 거리를 두고 형성되어 있다. 본 실시형태에서의 공급구 (53a?53f, 54a?54f) 는 각각 Y 축 방향으로 정렬하여 배치되어 있고, Y 축 방향으로 떨어진 복수의 위치로부터 각각 액체 (1) 를 공급한다.
또한, 제 1 및 제 2 액체 공급부 (51, 52) 는, 각 공급관 (51a?51f, 52a?52f) 에 접속된 복수의 온도 조정 기구를 구비하고 있어, 각 공급구 (53a?53f, 54a?54f) 로부터 각각 상이한 온도의 액체 (1) 를 기판 (P) 상에 공급할 수 있게 되어 있다. 즉, 본 실시형태에서의 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위해서 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급하는 액체 공급 기구 (50) 는, 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체 (1) 를 공급할 수 있고, 액체 (1) 의 공급은 복수의 위치에서 이루어져, 액체 공급 위치, 즉 공급구 (53a?53f, 54a?54f) 의 각각의 위치에 따라서 액체 (1) 의 온도를 다르게 할 수 있다. 공급구 (53a?53f, 54a?54f) 는, 각각 주사 방향인 X 축 방향에 수직인 방향인 Y 축 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치로부터, 각각 상이한 온도의 액체 (1) 를 공급할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 액체 (1) 의 공급은 제 1 액체 공급부 (51) 와 제 2 액체 공급부 (52) 양쪽에서 동시에 실시하지 않고, 기판 (P) 의 주사 방향에 따라서 전환하여 사용된다. 즉, 기판 (P) 을 ＋X 방향으로 이동시키면서 주사 노광하는 경우에는, 제 1 액체 공급부 (51) 를 동작시켜 공급구 (53a?53f) 로부터 액체를 공급하고, 기판 (P) 을 －X 방향으로 이동시키면서 주사 노광을 하는 경우에는, 제 2 액체 공급부 (52) 를 동작시켜 공급구 (54a?54f) 로부터 액체 (1) 를 공급한다.
액체 공급 기구 (50) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해서 제어된다. 기억 장치 (MRY) 는, 미리 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보를 기억하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 마스크 (M) 의 패턴 분포에 따라서, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포도 변화한다. 본 실시형태에서는, 제어 장치 (CONT) 는, 노광광 (EL) 의 분포에 상관없이 액체 (1) 의 온도 분포가 균일화되도록, 마스크 (M) 의 패턴 분포 정보에 근거하여 액체 공급 기구 (50) 의 각 공급구 (53a?53f) (또는 54a?54f) 로부터 공급되는 액체의 온도를 제어한다.
예를 들어, 기판 (P) 을 ＋X 방향으로 이동시키면서 기판 (P) 상의 쇼트 영역 (SA) 을 주사 노광하는 경우에는, 마스크 (M) 의 패턴 분포 (액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포) 를 고려하여, 공급구 (53d, 53e, 53f) 로부터 챔버 내 온도와 거의 동일한 23℃ 의 액체 (1) 를 공급하고, 공급구 (53a, 53b, 53c) 로부터 공급구 (53d, 53e, 53f) 에서 공급되는 액체보다도 낮은 온도의 액체를 공급한다. 이것에 의해, 입사하는 노광광 (EL) 의 분포 (조도 분포) 에 편차가 있는 경우 (예를 들어, 도 8(a) 참조) 라도, 노광광 (EL) 이 통과하는 액체 (1) 의 온도 분포를 균일화함으로써 투영 상태를 조정할 수 있기 때문에, 마스크 (M) 의 패턴의 이미지를 높은 정밀도로 기판 (P) 상에 투영할 수 있다.
다음으로, 도 10 을 참조하면서 액침 영역에 있어서의 액체의 온도를 균일화하여 투영 상태를 조정하는 방법에 관해서 설명한다. 우선, 액침 노광하기 전에, 도 4 를 참조하여 설명한 바와 같이, 미리 액체 (1) 에 입사하는 노광광 (EL) 의 분포를 구하고 (단계 S1), 또 마스크 (M) 의 패턴 분포 (단계 S2) 및 액체 (1) 의 온도 분포를 구해 둔다 (단계 S3). 이 경우, 단계 S3 에서는, 특히 주사 방향 (X 축 방향) 과 교차하는 방향인 Y 축 방향 (비주사 방향) 에 있어서의 액체 (1) 의 온도 분포 정보를 구한다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 구한 액체 온도 분포 정보에 기초하여, 각 공급구 (53a?53f) 에서 공급하는 액체의 온도를 각각 조정한다. 이것에 의해, 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (1) 의, 특히 Y 축 방향에 있어서의 온도를 균일화함과 함께, 액체의 온도 분포에 기인하는 패턴 이미지의 열화를 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서는, 기판 (P) 상에 공급하는 액체 (1) 의 온도를 조정하여, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (1) 의 온도를 균일화하도록 하고 있지만, 노광광의 입사가 적은 부분에 비노광광 (레지스트를 감광하지 않은 적외선 등) 을 입사시켜 그 부분의 액체를 가열함으로써, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도 분포를 균일화하도록 해도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서, 마스크 (M) 의 패턴 분포에 따라 기판 상에 투영되는 이미지를 조정 (투영 상태의 조정) 할 때, 본 실시형태에 있어서의 조정 방법과, 제 1 실시형태에 있어서의 조정 방법을 조합해도 상관없다. 예를 들어, 도 8 을 참조하여 설명한 이미지면 위치 변화의 O 차 성분에 관해서는, 기판 스테이지 (PST) 를 사용하여 기판 (P) 표면의 위치를 조정함으로써 보정한다. 또한, 이미지면 위치 변화의 1 차 성분에 관해서는, 결상 특성 제어 장치 (3) 등을 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지 특성을 조정함으로써 보정한다. 그리고, 이미지면 위치 변화의 고차 성분에 관해서는, 복수의 공급구 (53a?53f) 로부터 각각 공급되는 액체의 온도를 조정함으로써 보정한다.
또한, 본 실시형태에서는, 각 공급구 (53a?53f) 로부터 공급되는 액체 (1) 의 온도를 서로 변경함으로써, 액침 영역 (AR2) 의 비주사 방향에 있어서의 액체 온도 분포를 균일화하는 구성으로 하였지만, 예를 들어, 각 공급구 (53a?53f) 로부터 각각 단위 시간 당 공급하는 액체의 공급량을 변경함으로써, 액침 영역 (AR2) 의 비주사 방향에서의 액체 온도 분포를 균일화할 수도 있다. 이 경우, 단위 시간 당 액체의 공급량이 많은 지점일수록 액체의 온도 상승이 억제되고, 반대로 단위 시간 당 액체의 공급량이 적은 지점일수록 액체의 온도 상승이 촉진된다. 또, 각 공급구 (53a?53f) 로부터 공급되는 액체의 공급량에 따라서 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (1) 가 기판 (P) 에 부여하는 압력이 변화하여 기판 (P) 의 표면과 패턴 이미지의 결상면과의 위치 맞춤에 오차가 생기는 경우에는, 각 공급구 (53a?53f) 로부터 공급되는 액체의 공급량에 따라서 기판 (P) 의 표면과 패턴 이미지의 결상면과의 위치 관계를 보정해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 각 공급구 (53a?53f) 로부터 공급되는 액체 (1) 의 온도를 서로 변경함으로써, 액침 영역 (AR2) 의 비주사 방향에 있어서의 액체 온도 분포를 균일화하도록 하고 있지만, 패턴 이미지의 투영 상태를 원하는 상태로 조정하기 위해, 액침 영역 (AR2) 의 비주사 방향에 있어서의 액체 온도 분포가 불균일해지도록 각 공급구 (53a?53f) 로부터 공급되는 액체 (1) 의 온도를 각각 조정할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 에 대하여 X 축 방향 (주사 방향) 의 일측에서 액체 (1) 를 공급하는 구성으로 하였지만, 투영 영역 (AR1) 에 관해서 X 축 방향 (주사 방향) 의 양측에서 액체 (1) 를 공급하도록 해도 된다. 또, 추가로 Y 축 방향 (비주사 방향) 의 일측 또는 양측에 액체 공급구를 형성하여, X 축 및 Y 축 방향에서 액체 (1) 를 공급하도록 해도 된다. 그리고, 이들 액체 공급구를 복수 형성하고, 각 공급구로부터 상이한 온도의 액체를 각각 공급하도록 해도 된다.
제 3 실시형태
다음으로, 본 발명의 노광 장치 (EX) 의 제 3 실시형태에 관해서, 도 11을 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 액체 공급 기구 및 액체 회수 기구를 다음과 같이 변경하였다. 도 11 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는, X 축 방향에 수직 방향인 Z 축 방향으로 2 개가 정렬하여 설치된 공급관 (71, 72) (공급구 (71A, 72A)) 을 갖는 액체 공급 기구 (10) 와, 공급관 (71, 72) 에 대향하도록 Z 축 방향으로 2 개가 정렬하여 설치된 회수관 (73, 74 (회수구 (73A, 74A)) 을 갖는 액체 회수 기구 (30) 를 구비하고 있다. 액체 공급 기구 (10) 는, 각 공급구 (71A, 72A) 로부터 각각 온도가 다른 액체를 공급할 수 있다. 이것에 의해, 액침 영역 (AR2) 에 있어서, 서로 온도가 다른 2 개의 액체층 (LQ1, LQ2) 을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같은 방법으로 액체를 공급함으로써, 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 선단부의 광학 소자 (2) 에 접촉하는 상층의 액체층 (LQ1) 을 형성하기 위한 액체 (1) 를 항상 거의 같은 온도로 공급하고, 노광광 (EL) 이 조사되어 온도가 상승되기 쉬운 기판 (P) 표면에 접촉하는 하층의 액체층 (LQ2) 의 액체 (1) 온도를, 마스크 (M) 의 패턴 분포 (입사되는 노광광의 분포) 에 따라서 변경하면서 공급할 수 있다. 상층의 액체층 (LQ1) 을 형성하기 위한 액체 (1) 를 항상 거의 일정한 온도로 조정함으로써, 기판 (P) 으로부터 나오는 열에 의한 열 변화가 투영 광학계 (PL) 선단부의 광학 소자 (2) 에 전달되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 하층의 액체층 (LQ2) 을 형성하기 위해서 공급하는 액체를, 상층의 액체층 (LQ1) 을 형성하기 위해서 공급하는 액체보다 온도를 낮게 하도록 해도 된다. 물론, 상층의 액체층 (LQ1) 을 형성하는 액체 (1) 의 온도를 마스크 (M) 의 패턴 분포 (입사되는 노광광의 분포) 에 따라서 변경하도록 해도 된다. 또, 각 공급구 (71A, 72A) 로부터 공급되는 액체의 온도는, 상층의 액체층 (LQ1) 의 액체 온도와 하층의 액체층 (LQ2) 의 액체 온도가 거의 동일해지도록 조정해도 되고, 온도차가 생기도록 조정해도 된다.
또, 본 실시형태에 있어서, 공급관 및 회수관은 Z 축 방향으로 각각 2 개가 설치되어 있지만, 3 개 이상의 임의의 수의 공급관 및 회수관을 각각 Z 축 방향으로 정렬시켜 배치해도 된다. 이것에 의해, 액체 공급 기구 (10) 는, Z 축 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체 (1) 를 공급할 수 있다. 또한, 도 11 에 있어서는, X 축 방향으로 서로 떨어져 있는 공급관 (71, 72) 과 회수관 (73, 74) 의 1 세트만을 나타내고 있지만, 복수조의 공급관과 회수관을 Y 축 방향으로 정렬하여 배치해도 된다. 또, 본 실시형태에 있어서도, 각 공급구 (71A, 72A) 로부터 각각 단위 시간 당 공급하는 액체의 공급량을 다르게 할 수 있다. 이 경우, 액체층 (LQ1) 의 액체와 액체층 (LQ2) 의 액체의 온도가 동일해지도록, 또는 원하는 온도차가 생기도록 공급구 (71A) 와 공급구 (71B) 의 공급량을 다르게 할 수 있다. 또한, 액체층 (LQ1) 의 액체의 흐름과 액체층 (LQ2) 의 액체의 흐름이 거의 동일한 속도가 되도록, 또는 원하는 속도차가 생기도록 공급구 (71A) 와 공급구 (71B) 의 공급량을 다르게 할 수도 있다.
제 4 실시형태
다음으로, 본 발명의 노광 장치 (EX) 의 제 4 실시형태에 관해서, 도 12 를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 다음과 같은 액체의 온도 계측기 (센서) 를 설치함과 함께, 제 1 및 제 2 액체 공급부를 액체 회수 기구로서 사용하는 구성으로 하였다. 도 12 에 나타내는 바와 같이, 노광 장치 (EX) 는, 액체의 온도를 계측하기 위해서 Y 축 방향으로 서로 떨어진 복수의 센서 소자 (81a?81f) 를 갖는 온도 센서 (81), 및 센서 소자 (82a?82f) 를 갖는 온도 센서 (82) 를 구비하고 있다. 센서 소자 (81a?81f) 는 각각 공급관 (51a?51f) 에 형성되어 있다. 또한, 센서 소자 (82a?82f) 는 각각 공급관 (52a?52f) 에 형성되어 있다.
본 실시형태의 제 1 액체 공급부 (51), 제 2 액체 공급부 (52) 는, 각각 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수하는 액체 회수 기구로서 기능한다. 즉, 제 1 및 제 2 액체 공급부 (51, 52) 는, 공급구 및 공급관을 통하여 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 흡인 및 회수할 수 있다. 예를 들어, 제 1 액체 공급부 (51) 가 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급하고 있는 동안, 제 2 액체 공급부 (52) 는 액체 회수 기구로서 기능하여 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수한다. 회수된 액체 (1) 는, 공급관 (회수관: 52a?52f) 을 통과할 때, 센서 소자 (82a?82f) 에 의해 온도가 계측된다. 즉, 액체 회수 기구로서 기능하는 제 2 액체 공급부 (52) 에 있어서, Y 축 방향으로 떨어진 복수의 위치에 형성된 회수구 (공급구: 54a?54e) 에 의해 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수함과 함께, 복수의 센서 소자 (82a?82f) 에 의해서 복수의 위치에서 회수된 액체 (1) 의 온도를 각각 계측할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 액체 공급부 (52) 가 기판 (P) 상에 액체 (1) 를 공급하고 있는 동안, 제 1 액체 공급부 (51) 는 액체 회수 기구로서 기능하여 기판 (P) 상의 액체 (1) 를 회수한다. 회수된 액체 (1) 는, 공급관 (회수관: 51a?51f) 을 통과하여 흐를 때, 센서 소자 (81a?81f) 에 의해 온도가 계측된다.
다음으로, 도 12 에 나타낸 노광 장치 (EX) 를 사용한 액침 노광의 순서를 도 13 에 나타낸 플로우차트도를 참조하면서 설명한다. 우선, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 상에 로드함과 함께, 기판 (P) 을 기판 스테이지 (PST) 상에 로드한다. 이어서, 제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 기구 (50) 및 액체 회수 기구 (30) 를 구동하여, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 이어서, 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하여, 기판 (P) 에 대하여 테스트 노광한다 (단계 SB1). 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 는, 노광광 (EL) 에 의해 Y 축 방향을 길이 방향으로 하는 슬릿 형상의 투영 영역 (AR1) 에 따른 영역만 조사되기 때문에, 주로 Y 축 방향으로 온도 분포가 생기게 된다. 여기서, 기판 (P) 으로 디바이스 제조용 기판과는 별도의 테스트용 기판을 사용해도 된다.
예를 들어, 기판 (P) 을 －X 방향으로 이동시키면서 액침 노광하기 위해서, 제 2 액체 공급부 (52) 에 의해 액체가 공급되어 있는 경우, 제 1 액체 공급부 (51) 가 액체 회수 기구로서 기능한다. 그 때문에, 기판 (P) 상의 액체 (1) 는 회수관 (공급관: 51a?51f) 을 통하여 회수된다. 회수관 (51a?51f) 을 각각 통과하는 액체의 온도는, 각 센서 소자 (81a?81f) 에 의해 계측된다. 각 센서 소자 (81a?81f) 의 온도의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는, Y 축 방향으로 정렬된 복수의 센서 소자 (81a?81f) 의 각각의 검출 결과에 기초하여, 액체 (1) 의 Y 축 방향에서의 온도 분포를 구한다 (단계 SB2). 여기서, 액체 회수 기구로서 기능하는 제 1 액체 공급부 (51) 는, 액체 온도를 계측 가능한 양의 액체를 회수하는 구성으로 할 수 있다.
*제어 장치 (CONT) 는, 단계 SB2 에서 구한 액체 온도 분포에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 상에 원하는 패턴 이미지가 투영되도록, 즉 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 Y 축 방향에서의 온도가 균일해지도록, 제 2 액체 공급부 (52) 에 접속하는 각 공급구 (54a?54f) 로부터 공급되는 액체의 온도에 대한 보정량을 구한다 (단계 SB3).
이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 구한 액체 온도의 보정량에 기초하여, 각 공급구 (54a?54f) 로부터 기판 (P) 상에 공급하는 액체 (1) 의 온도를 조정하면서, 실제의 디바이스 제조를 위한 액침 노광 (이하, 본 (本) 노광이라고 한다) 한다 (단계 SB4). 또, 본 노광시에는, 제 1 액체 공급부 (51) 는 액체 회수부로서 기능하지 않는다 (기능이 해제된다).
한편, 기판 (P) 을 ＋X 방향으로 이동하면서 노광할 때에는, 제 2 액체 공급부 (52) 가 액체 회수 기구로서 기능하고, 상기 서술한 순서와 동일한 순서로 테스트 노광 및 본 노광이 이루어진다.
또, 본 실시형태에서는, 투영 상태의 조정 방법으로서, 액체 (1) 의 온도 분포를 구한 후 (단계 SB2), 원하는 패턴 이미지가 기판 (P) 상에 투영되도록 공급하는 액체 (1) 의 온도를 조정했지만, 전술한 바와 같이, 액체 (1) 의 단위 시간 당 공급량의 조정, 기판 (P) 의 위치 및 자세의 조정, 투영 광학계 (PL) 의 이미지 특성의 조정 등을 실시해도 상관없다. 또한, 이들 각종 조정을 조합하여 실시해도 상관없다. 또한, 본 실시형태에 있어서는, 복수의 센서 소자 (81a?81f) 각각의 검출 결과에 기초하여, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도가 균일해지도록 각 공급구로부터 공급되는 액체 온도를 조정하고 있지만, 테스트 노광에 의해서 기판 (P) 상에 형성된 패턴을 해석한 후에, 각 공급구로부터 공급되는 액체 온도의 보정량을 결정해도 된다. 이 경우, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도가 불균일해지도록 각 공급구로부터 공급되는 액체 온도를 조정해도 된다.
제 5 실시형태
다음으로, 본 발명의 노광 장치 (EX) 의 제 5 실시형태에 관해서 도 14 를 사용하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 더미 기판을 사용하여 액체의 온도 분포를 구하는 구성으로 하였다. 도 14 에 나타내는 바와 같이, 더미 기판 (DP) 의 표면에 복수의 온도 센서 (90) 가 설치되어 있다. 더미 기판 (DP) 은, 디바이스 제조용 기판 (P) 과 거의 동일한 크기 및 형상을 갖고 있고, 기판 (P) 을 유지하여 이동 가능한 가동부재인 기판 스테이지 (PST) 에 배치 (유지) 할 수 있게 되어 있다. 더미 기판 (DP) 은, 기판 스테이지 (PST) 에 대하여 탈착이 가능하다. 즉, 더미 기판 (DP) 상의 온도 센서 (90) 도 기판 스테이지 (PST) 에 대하여 탈착이 가능해진다.
온도 센서 (90) 는, 더미 기판 (DP) 의 표면에 형성된 복수의 센서 소자 (91) 를 갖고 있다. 센서 소자 (91) 는, 예를 들어 열전대 (熱電對) 에 의해 구성되어 있다.
더미 기판 (DP) 상에는, 쇼트 영역 (SA) (도 6 참조) 에 따른 복수의 센서 배치 영역 (SC) 이 설정되어 있다. 이 센서 배치 영역 (SC) 은, 각각 디바이스 패턴이 노광되는 쇼트 영역 (SA) 의 크기 (형상) 및 배치와 대략 동일하게 설정되어 있다. 본 실시형태에서는 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 3 군데씩 (3×3), 합계 9 군데의 센서 배치 영역 (SC) 이 대략 매트릭스 형상으로 설정되어 있다.
센서 소자 (91) 는, 각 센서 배치 영역 (SC) 에 각각 평면에서 보아 매트릭스 형상으로 복수 배치되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 센서 소자 (91) 는, 1 군데의 센서 배치 영역 (SC) 에, X 축 방향 및 Y 축 방향으로 각각 5 개씩 (5×5), 합계 25 개가 배치되어 있다. 즉, 더미 기판 (DP) 상의 온도 센서 (90) 는, 적어도 기판 (P) (더미 기판 (DP)) 의 비주사 방향 (Y 축 방향) 으로 서로 떨어진 복수의 센서 소자 (91) 를 갖고 있다.
온도 센서 (90) 의 센서 소자 (91) 의 검출부 (프로브) 는 더미 기판 (DP) 의 표면에 노출되어 있고, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도를 검출할 수 있다. 이 온도 센서 (90) 를 구비한 더미 기판 (DP) 을 기판 스테이지 (PST) 에 의해 유지함으로써, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도를 계측하는 온도 센서 (90) 를 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 부근으로 이동 가능하게 배치할 수 있다.
또한, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 을 포함하는 쇼트 영역 (SA) 에 배치되는 센서 소자 (91) 는, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 및 그 근방에 배치되게 된다. 센서 소자 (91) 가 투영 영역 (AR1) 에 관해서 비주사 방향 (Y 축 방향) 으로 복수 배치되어 있는 것에 의해, 투영 영역 (AR1) 의 적어도 비주사 방향 (Y 축 방향) 에 있어서의 온도 분포를 계측할 수 있다.
또한, 각 센서 배치 영역 (SC) 에는, 센서 소자 (91) (온도 센서 (90)) 의 온도 검출 신호를 제어 장치 (CONT) 에 보내는 신호 전달선 (케이블; 93) 이 접속되어 있다. 신호 전달선의 일단부는, 각 센서 배치 영역 (SC) 의 센서 소자 (91) (온도 센서 (90)) 에 접속되고, 타단부는, 더미 기판 (DP) 외부 (기판 스테이지 (PST) 외부) 의 제어 장치 (CONT) 에 접속되어 있다. 신호 전달선 (93) 은 더미 기판 (DP) 에 매설되어 있고, 더미 기판 (DP) 의 단부로부터 나온 신호 전달선 (93) 이 제어 장치 (CONT) 에 접속되어 있다.
또한, 더미 기판 (DP) 의 표면에 형성된 각 센서 배치 영역 (SC) 은, 서로 다른 광반사율을 갖도록 표면 처리되어 있다. 구체적으로는, 각 센서 배치 영역 (SC) 의 각각에 대하여 서로 다른 광반사율을 갖는 재료막이 코팅되어 있다. 이것에 의해, 각 센서 배치 영역 (SC) 에 배치된 센서 소자 (91) (온도 센서 (90)) 는, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (1) 를 통하여 노광광 (EL) 이 조사될 때, 서로 다른 광반사 조건하에서 액체 (1) 의 온도를 계측할 수 있다.
또한, 더미 기판 (DP) 상에는, 각 센서 배치 영역 (SC) 마다 센서 배치 영역 (SC) 을 소정 위치에 대하여 위치 맞춤하기 위한 얼라인먼트 마크 (94) 가 형성되어 있다. 얼라인먼트 마크 (94) 는, 도시하지 않은 얼라인먼트계에 의해 검출된다. 얼라인먼트계는 얼라인먼트 마크 (94) 의 위치 검출 결과에 기초하여, 센서 배치 영역 (SC) 에 배치된 온도 센서 (90) (센서 소자 (91)) 에 대한 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 의 위치 정보를 구한다. 이어서, 얼라인먼트 마크 (94) 를 사용하여, 각 센서 배치 영역 (SC) 의 센서 소자 (91) 와 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 을 위치 맞춤한다. 구체적으로는, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 내에 센서 배치 영역 (SC) 에 있어서 매트릭스 형상으로 배치된 센서 소자 (91) 중의 비주사 방향 (Y 축 방향) 으로 정렬한 센서 소자 (91) 가 배치되도록, 즉, 복수의 센서 소자 (91) 의 Y 축 방향의 정렬 방향과 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 의 길이 방향이 일치하도록, 위치 맞춤 처리된다.
다음으로, 도 14 에 나타낸 온도 센서 (90) 로 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도를 계측하는 순서에 관해서 설명한다. 디바이스 제조를 위한 액침 노광 처리를 하기 전에, 우선, 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 에 로드함과 함께, 상기 서술한 온도 센서 (90) 를 구비한 더미 기판 (DP) 을 기판 스테이지 (PST) 에 로드한다. 이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 서술한 얼라인먼트 마크 (94) 의 위치를 검출하여, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 과 센서 배치 영역 (SC) 의 온도 센서 (90) 의 위치 관계를 구하고, 투영 영역 (AR1) 의 길이 방향 (Y 축 방향) 과 센서 소자 (91) 의 Y 축 방향에 관한 정렬 방향을 일치시킨다. 이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급 기구 (50) 및 액체 회수 기구 (30) 를 각각 구동하여 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 액침 영역 (AR2) 을 형성함과 함께, 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명한다. 마스크 (M) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 노광광 (EL) 이 액체 (1) 에 조사됨으로써, 액체 (1) 에 그 노광광 (EL) 의 조도 분포에 기인하는 온도 분포가 생긴다. 제어 장치 (CONT) 는, 디바이스 제조시의 동작과 마찬가지로, 마스크 (M) 를 지지한 마스크 스테이지 (MST) 와, 더미 기판 (DP) 을 지지한 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 주사 이동시키면서, 기판 스테이지 (PST) 상에 배치된 온도 센서 (90) 를 사용하여 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도 분포를 계측한다. 쇼트 영역 (SA) (투영 영역 (AR1)) 의 Y 축 방향의 온도 분포, 나아가서는 마스크 (M) 의 Y 축 방향의 패턴 분포는, Y 축 방향으로 정렬한 각 센서 소자 (91) 의 검출 결과에 근거하여 계측된다. 한편, 쇼트 영역 (SA) 의 X 축 방향의 온도 분포, 나아가서는 마스크 (M) 의 X 축 방향의 패턴 분포는, 투영 영역 (AR1) 에 대하여 X 축 방향으로 주사 이동하는 센서 배치 영역 (SC) 에 X 축 방향으로 배치된 복수의 센서 소자 (91) 의 각 검출 결과에 따라서 계측된다. 이것에 의해, 1 개의 쇼트 영역 (SA) 에 대한 XY 방향에 있어서의 액체 (1) 의 온도 분포를 계측할 수 있다.
이 때, 제어 장치 (CONT) 는, 더미 기판 (DP) 상에 복수 설정된 각 센서 배치 영역 (SC) 에 관해서 온도 분포 계측을 한다. 센서 배치 영역 (SC) 은 광반사율이 각각 다르도록 설정되어 있기 때문에, 예를 들어, 디바이스 제조시에 광반사율 (구체적으로는 포토레지스트의 종류) 이 다른 기판 (P) 을 사용할 때, 각 기판 (P) 에 따른 광반사 조건에 있어서의 액체 온도 분포 정보를 계측할 수 있다.
제어 장치 (CONT) 는, 더미 기판 (DP) 상에 형성된 온도 센서 (90) 를 사용하여 계측된 액체 (1) 의 온도 정보 (온도 분포 정보) 에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 기판 (P) 상에 원하는 패턴 이미지가 투영되도록 전술한 바와 같은 각종 동작을 실행할 수 있다. 예를 들어, 결상 특성 제어 장치 (3) 의 구동을 보정하는 보정량을 구하거나, 주사 노광시에 있어서의 기판 스테이지 (PST) 의 이동 (자세) 을 보정하는 보정량을 구한다. 또한, 상기 제 2 실시형태와 같이, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도가 균일해지도록 각 공급구 (54a?54f (53a?53f)) (도 10참조) 로부터 공급하는 액체의 온도를 보정하는 보정량을 구한다. 이들 구한 보정량은, 기억 장치 (MRY) 에 기억된다.
제어 장치 (CONT) 가 상기 보정량을 구하는 처리를 하고 있는 동안, 더미 기판 (DP) 이 기판 스테이지 (PST) 로부터 언로드됨과 함께, 디바이스 제조용 기판 (P) 이 기판 스테이지 (PST) 에 로드된다. 이어서, 제어 장치 (CONT) 는, 구한 보정량에 기초하여, 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위해서 공급하는 액체 (1) 의 온도를 조정하거나, 투영 광학계 (PL) 의 이미지 특성을 조정하거나, 또는 기판 스테이지 (PST) 의 이동 (자세) 을 조정함으로써, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (1) 를 통하여 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면과의 위치 관계를 조정하면서, 기판 (P) 에 대하여 액침 주사 노광한다.
도 15 는, 온도 센서 (90) 를 구비하는 더미 기판 (DP) 의 별도 실시예이다. 도 15 에 있어서, 더미 기판 (DP) 상에 온도 센서 (90) 의 온도 검출 신호를 기억하는 기억 소자 (95) 가 배치되어 있다. 구체적으로는, 기억 소자 (95) 는 더미 기판 (DP) 에 매설되어 있다.
도 15 에 나타낸 더미 기판 (DP) 을 사용하여 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도를 검출하는 경우, 더미 기판 (DP) 이 기판 스테이지 (PST) 에 유지된 상태에서 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도가 검출되고, 그 검출 결과는 기억 소자 (95) 에 기억된다. 이어서, 이 테스트 노광한 후, 더미 기판 (DP) 을 기판 스테이지 (PST) 로부터 언로드하고, 기억 소자 (95) 에 기억되어 있는 온도 검출 결과를 추출한다 (판독한다). 제어 장치 (CONT) 는, 디바이스 제조를 위한 액침 노광 처리할 때에, 추출한 액체의 온도 정보에 기초하여, 상기 실시형태와 동일하게 투영 광학계 (PL) 의 이미지 특성을 조정하기 위한 보정량을 구하거나, 또는 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (1) 의 온도를 조정하기 위한 보정량을 구한다. 더미 기판 (DP) 에 대하여 기억 소자 (95) 를 탈착 가능하게 설치해 두고, 액체 (1) 의 온도를 검출한 후, 이 기억 소자 (95) 를 더미 기판 (DP) 에서 떼어내어, 기억 소자 (95) 에 기억되어 있는 액체 온도의 검출 결과를 추출하도록 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 이동 가능한 기판 스테이지 (PST) 상에 온도 센서 (90) 를 설치한 기판을 배치함으로써, 노광광 (EL) 에 대하여 주사 이동하면서 액체 온도 계측을 할 수 있기 때문에, 디바이스 제조를 위한 쇼트 영역 (SA) 에 따른 액침 영역 (AR2) 의 액체 온도 분포를 계측할 수 있다. 또한, 디바이스 제조용의 기판 (P) 과 대략 동일한 형상의 더미 기판 (DP) 에 온도 센서 (90) 를 설치함으로써, 투영 광학계 (PL) 와 더미 기판 (DP) 사이에 액침 영역 (AR2) 을 양호하게 형성한 상태로, 즉, 디바이스 제조시의 액침 노광 조건과 대략 동일한 조건으로 온도 계측할 수 있다. 그리고, 이 계측 결과에 기초하여, 액침 노광시에 있어서의 액체 (1) 의 온도를 높은 정밀도로 조정할 수 있다.
또한, 액침 영역 (AR2) 의 온도 분포는, 전술한 바와 같이 주로 노광광 (EL) 의 조사에 기인하여 생기지만, 예를 들어, 노광 장치 주위 (액침 영역 주위) 의 온도 환경에 의해서도 생기는 경우도 있다. 이 경우, 본 실시형태와 같이, 온도 센서 (90) 에 의해 액체 온도를 직접 계측함으로써, 노광 장치 주위의 온도 환경이 변동하더라도 액침 영역 (AR2) 의 액체 온도 분포를 높은 정밀도로 계측할 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (1) 의 온도를 검출하는 온도 센서 (90) 는, 기판 스테이지 (PST) 에 대하여 탈착 가능한 더미 기판 (DP) 상에 설치했지만, 직접 기판 스테이지 (PST) 의 소정 위치에 설치해도 된다. 또, 기판 스테이지 (PST) 의 소정 위치에 대하여 탈착 가능하게 설치해도 된다. 또는, 기판 스테이지 (PST) 상의 소정의 영역 내에서, 이 온도 센서 (90) 를 이동 가능하게 형성해도 된다. 또는, 투영 광학계 (PL) 선단부의 광학 소자 (2) 근방에, 액침 영역 (AR2) 의 액체 온도를 검출하는 온도 센서를 설치해도 된다. 또, 상기 서술한 각 실시형태에 있어서는, 주로 투영 상태를 조정하기 위해서 각 공급구로부터 공급되는 액체의 온도를 조정하고 있지만, 다른 목적을 위해 각 공급구로부터 공급되는 액체의 온도를 조정하더라도 상관없다. 예를 들어, 기판 (P) 이 원하는 온도 분포가 되도록 각 공급구로부터 공급되는 액체의 온도를 조정할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 실시형태에서의 액체 (1) 는 순수를 사용했다. 순수는 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있음과 함께, 기판 (P) 상의 포토레지스트나 광학 소자 (렌즈) 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다. 또한, 순수는 환경에 대한 악영향이 없는 것과 함께 불순물의 함유량이 매우 낮기 때문에, 기판 (P) 의 표면, 및 투영 광학계 (PL) 의 선단면에 배치된 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다.
그리고, 파장이 193㎚ 정도인 노광광 (EL) 에 대한 순수 (물) 의 굴절률 n 은 거의 1.44 정도로 알려져 있고, 노광광 (EL) 의 광원으로서 ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 을 사용한 경우, 기판 (P) 상에서는 1/n, 즉 약 134㎚ 정도로 단파장화되어 높은 해상도가 얻어진다. 또, 초점 심도는 공기 중과 비교하여 약 n 배, 즉 약 1.44 배 정도로 확대되기 때문에, 공기 중에서 사용하는 경우와 동일한 정도의 초점 심도를 확보할 수 있으면 되는 경우에는 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 보다 증가시킬 수 있어, 이 점에 있어서도 해상도가 향상된다.
본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 광학 소자 (2) 가 장착되어 있고, 이 렌즈에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 예를 들어 수차 (구면 수차, 코마 수차 등) 를 조정할 수 있다. 그리고, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 장착되는 광학 소자로는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성의 조정에 사용되는 광학 플레이트여도 된다. 또는, 노광광 (EL) 을 투과할 수 있는 평행 평면판으로 해도 된다. 액체 (1) 와 접촉하는 광학 소자를 렌즈보다 저렴한 평행 평면판으로 함으로써, 노광 장치 (EX) 의 운반, 조립, 조정시 등에 있어서 투영 광학계 (PL) 의 투과율, 기판 (P) 상에서의 노광광 (EL) 의 조도, 및 조도 분포의 균일성을 저하시키는 물질 (예를 들어 규소계 유기물 등) 이 그 평행 평면판에 부착되어도 액체 (1) 를 공급하기 직전에 그 평행 평면판을 교환하기만 하면 되어, 액체 (1) 와 접촉하는 광학 소자를 렌즈로 하는 경우와 비교하여 그 교환 비용이 낮아진다는 이점이 있다. 즉, 노광광 (EL) 의 조사에 의해 레지스트로부터 발생하는 비산 (飛散) 입자, 또는 액체 (1) 중의 불순물의 부착 등에 기인하여 액체 (1) 에 접촉하는 광학 소자의 표면이 더러워지기 때문에 그 광학 소자를 정기적으로 교환할 필요가 있지만, 이 광학 소자를 저렴한 평행 평면판으로 함으로써, 렌즈에 비하여 교환 부품의 비용이 낮고, 또 교환에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어, 유지관리 비용 (유지 비용) 의 상승이나 작업처리량의 저하를 억제할 수 있다.
또, 액체 (1) 의 흐름에 의해 발생하는 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.
또, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 표면 사이가 액체 (1) 로 채워져 있는 구성이지만, 예를 들어 기판 (P) 의 표면에 평행 평면판으로 이루어지는 커버 글라스를 장착한 상태로 액체 (1) 를 채우는 구성이어도 된다.
또, 본 실시형태의 액체 (1) 는 물이지만, 물 이외의 액체일 수도 있고, 예를 들어 노광광 (EL) 의 광원이 F2 레이저인 경우, 이 F2 레이저광은 물을 투과하지 못하기 때문에, 액체 (1) 로는 F2 레이저광을 투과 가능한 예를 들어 불소계 오일 등의 불소계 유체여도 된다. 또한, 액체 (1) 로는, 그 밖에도 노광광 (EL) 에 대한 투과성이 있고 가능한 한 굴절률이 높으며, 투영 광학계 (PL) 나 기판 (P) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정적인 것 (예를 들어 시더유 (ceder oil)) 를 사용할 수도 있다. 이 경우에도 사용하는 액체 (1) 의 극성에 따라서 표면 처리가 실시된다.
또, 상기 각 실시형태의 기판 (P) 으로는, 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스용의 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용의 세라믹 웨이퍼, 또는 노광 장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 규소 웨이퍼) 등이 적용된다.
노광 장치 (EX) 로는, 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 동기 이동시켜 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 순차 스텝 이동시키는 스텝?앤드?리피트 방식의 투영 노광 장치 (스테퍼) 에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 기판 (P) 상에서 2 개 이상의 패턴을 부분적으로 겹쳐서 전사하는 스텝?앤드?스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또, 본 발명은, 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형의 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국 특허 6,341,007, 6,400,441, 6,549,269 및 6,590,634), 일본 특허공표공보 2000-505958호 (대응 미국 특허 5,969,441) 또는 미국 특허 6,208,407 에 개시되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한도 내에서 이들 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.
노광 장치 (EX) 의 종류로는, 기판 (P) 에 반도체 소자 패턴을 노광하는 반도체 소자 제조용의 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 또는 디스플레이 제조용의 노광 장치나, 박막 자기 헤드, 촬상 소자 (CCD) 또는 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.
기판 스테이지 (PST) 나 마스크 스테이지 (MST) 에 리니어 모터를 사용하는 경우에는, 에어 베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기 부상형 중 어느 것을 사용해도 상관없다. 또, 각 스테이지 (PST, MST) 는, 가이드를 따라서 이동하는 타입일 수도 있고, 가이드를 형성하지 않은 가이드리스 타입일 수도 있다. 스테이지에 리니어 모터를 사용한 예는, 미국 특허 5,623,853 및 5,528,118 에 개시되어 있고, 이들 개시를, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한도내에서 본문 기재의 일부로서 원용한다.
각 스테이지 (PST, MST) 의 구동 기구로는, 2 차원으로 자석을 배치한 자석 유닛과, 2 차원으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력에 의해 각 스테이지 (PST, MST) 를 구동하는 평면 모터를 사용해도 된다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 임의의 일방을 스테이지 (PST, MST) 에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 타방을 스테이지 (PST, MST) 의 이동면측에 형성하면 된다.
기판 스테이지 (PST) 의 이동에 의해 발생하는 반력 (反力) 은, 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록 프레임부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수도 있다. 이 반력의 처리 방법은, 예를 들어 미국 특허 5,528,118호 (일본 공개특허공보 평8-166475호) 에 상세히 개시되어 있고, 이들 개시를, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한도 내에서 본문 기재의 일부로서 원용한다.
마스크 스테이지 (MST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은, 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록 프레임부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수도 있다. 이 반력의 처리 방법은, 예를 들어 미국 특허 5,874,820호 (일본 공개특허공보 평8-330224호) 에 상세하게 개시되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 나라의 법령에서 허용되는 한도 내에서 본문 기재의 일부로 한다.
이상과 같이, 본원 실시형태의 노광 장치 (EX) 는, 본원 특허청구의 범위에 열거된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 관해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 관해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 관해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 이루어진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에 대한 조립 공정은, 각종 서브 시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에 대한 조립 공정 전에, 각 서브 시스템 각각의 조립 공정이 있음은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치에 대한 조립 공정이 종료되면 종합 조정이 실시되어, 노광 장치 전체적으로 각종 정밀도가 확보된다. 또, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린 룸에서 실시하는 것이 바람직하다.
반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는, 도 16 에 나타내는 바와 같이 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능을 설계하는 단계 (201), 이 설계 단계에 기초한 마스크 (레티클) 을 제작하는 단계 (202), 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 (203), 전술한 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 처리 단계 (204), 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다; 205), 검사 단계 (206) 등을 거쳐 제조된다.
본 발명에 의하면, 노광광의 분포 또는 패턴의 분포에 의해 액침 영역을 형성하는 액체에 온도 분포가 생기더라도, 노광광의 분포 또는 패턴의 분포에 기초하여 패턴 이미지의 투영 상태를 조정함으로써 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다. 이것에 의해, 고성능의 디바이스를 제조할 수 있다. 또한, 액침 영역을 형성하는 액체의 온도를 투영 광학계의 이미지면 부근에 배치한 온도 센서로 직접 계측함으로써, 이 계측 결과에 기초하여 액침 영역을 형성하는 액체를 원하는 온도 상태로 조정할 수 있기 때문에, 패턴을 기판 상에 원하는 상태로 전사할 수 있다.

Claims (66)

  1. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    마스크에 형성된 패턴의 분포를 측정하는 센서, 및
    상기 센서에 의해 측정된 패턴의 분포에 기초하여, 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하는 제어 장치를 구비하는 노광 장치.
  2. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 기판을 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지 상에 배치된 온도 센서를 사용하여, 상기 액체의 온도 분포를 계측하는 것과,
    상기 기판 스테이지 상의 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 기판 스테이지에 탈착가능한 노광 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포는 상기 노광광의 조사에 의해서 생기는 노광 방법.
  5. 광학계 및 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 광학계의 이미지면 부근에 이동 가능하게 배치되고, 상기 액체의 온도를 계측하는 온도 센서를 구비하는 노광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 센서를 유지하는 가동부재를 더 구비하는 노광 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 가동부재에 대하여 탈착가능한 노광 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 가동부재는, 상기 기판을 유지하여 이동가능한 기판 스테이지인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판 상에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 액체 공급 기구는 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여, 상기 기판 상에 공급되는 액체의 온도를 조정하는 노광 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 기판은 소정 방향으로 이동하면서 노광되고,
    상기 온도 센서는, 상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어져 배치된 복수의 센서 소자를 갖는 노광 장치.
  11. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    노광 중에 상기 기판을 소정 방향으로 이동시키기 위한 이동 스테이지, 및
    상기 액체의 온도를 계측하기 위해서 상기 소정 방향과 수직인 방향으로 서로 떨어져 배치된 복수의 센서 소자를 갖는 온도 센서를 구비하는 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    마스크에 형성된 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계를 가지고,
    상기 복수의 센서 소자는, 상기 투영 광학계의 투영 영역 근방에 배치되는 노광 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치에서 상기 기판 상의 액체를 회수하는 액체 회수 기구를 더 구비하고,
    상기 복수의 센서 소자는, 상기 복수의 위치에서 회수된 액체의 온도를 각각 계측하는 노광 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 상에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 액체 공급 기구는 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여, 상기 기판 상에 공급되는 액체의 온도를 조정하는 노광 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 온도 센서를 사용하여 계측된 상기 액체의 온도 정보에 기초하여, 상기 투영 광학계와 상기 액체를 통하여 상기 기판 상에 상기 패턴의 이미지가 투영되도록 상기 패턴의 이미지의 투영 상태를 조정하는 조정 수단을 더 구비한 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 조정 수단은, 상기 투영 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 상기 기판 표면의 위치 관계를 조정하는 노광 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 기판 상에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 조정 수단은, 상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여 상기 액체 공급 기구로부터 공급되는 액체의 온도를 조정하는 노광 장치.
  18. 제 5 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 기판 상에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 액체 공급 기구는 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급하는 노광 장치.
  19. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포를 계측하는 온도 센서와 상기 액체를 접촉시키고,
    상기 온도 센서를 사용하여 상기 액체의 온도 분포를 계측하는 것을 포함하는 노광 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 계측된 온도 분포 정보에 기초하여, 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하는 노광 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 노광광은, 광학계 및 상기 액체를 통하여 상기 기판에 조사되고,
    상기 투영 상태의 조정은, 상기 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 상기 기판의 노광면의 위치 관계의 조정을 포함하는 노광 방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 투영 상태의 조정은, 상기 액체의 온도 조정을 포함하는 노광 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 노광광은, 마스크에 형성된 패턴, 투영 광학계 및 상기 액체를 통하여 상기 기판에 조사되고,
    상기 투영 상태는, 상기 기판 자세의 조정, 상기 기판 위치의 조정, 상기 투영 광학계의 결상 특성의 조정, 상기 마스크 위치의 조정 및 상기 노광광의 파장의 조정 중 적어도 하나를 포함하는 노광 방법.
  24. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포를 계측하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서를 유지하여 상기 액체에 접촉시키는 센서 유지 장치를 갖는 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 온도 센서는, 상기 기판과 동일 형상의 더미 기판과, 상기 더미 기판의 표면에 형성된 복수의 센서 소자를 갖는 노광 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 더미 기판은, 매트릭스 형상으로 배치된 센서 배치 영역을 가지며,
    상기 센서 소자는, 상기 센서 배치 영역에 배치되는 노광 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 센서 배치 영역은, 상기 노광광으로 노광되는 상기 기판의 노광 영역에 대응되는 크기를 갖는 노광 장치.
  28. 제 26 항 또는 제 27 항에 있어서,
    상기 더미 기판은, 상기 센서 배치 영역을 소정 위치에 위치 결정하기 위한 얼라인먼트 마크를 갖는 노광 장치.
  29. 액침 노광 장치에서 이용되며 액체의 온도를 검출하는 온도 검출 장치에 있어서,
    디바이스 제조용 기판에 대응되는 형상을 갖는 더미 기판 및,
    상기 더미 기판에 형성된 복수의 센서 소자를 갖는 온도 센서를 구비하는 온도 검출 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 더미 기판은, 매트릭스 형상으로 배치된 센서 배치 영역을 가지며,
    상기 센서 소자는 상기 센서 배치 영역에 배치되는 온도 검출 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 센서 배치 영역은, 노광광으로 노광되는 상기 기판의 노광 영역에 대응되는 크기를 갖는 온도 검출 장치.
  32. 제 30 항 또는 제 31 항에 있어서,
    상기 더미 기판은, 상기 센서 배치 영역을 소정 위치에 위치 결정하기 위한 얼라인먼트 마크를 갖는 온도 검출 장치.
  33. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 기판 상의 액체를 회수하는 액체 회수 기구, 및
    상기 액체 회수 기구에 의해 회수된 액체의 온도를 계측하는 온도 센서를 구비하는 노광 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 기판 상에 액체를 공급하는 액체 공급 기구를 더 구비하고,
    상기 온도 센서의 계측 결과에 기초하여, 상기 액체 공급 기구로부터 공급되는 액체의 온도가 조정되는 노광 장치.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 액체 회수 기구에 의해 회수된 액체의 온도를 계측한 계측 결과에 기초하여, 공급하는 액체의 온도를 조정하는 조정 수단을 더 구비한 노광 장치.
  36. 제 33 항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 액체 회수 기구의 회수관 내에 배치되는 노광 장치.
  37. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 액체의 온도 분포에 따라서 패턴 이미지의 투영 상태를 설정하는 것과,
    상기 설정된 투영 상태로 상기 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포를 상기 기판에 투영되는 패턴의 분포로부터 구하는 노광 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    또한, 상기 패턴의 분포를, 패턴에 광조사하여 패턴의 투과율을 측정함으로써 구할 수 있는 노광 방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 투영 상태는, 이미지 특성 보정량을 포함하고,
    또한, 상기 액체의 온도 분포 정보에 기초하여 이미지 특성 변화 정보를 구하고, 이미지 특성 변화 정보로부터 이미지 특성 보정량을 구하는 것을 포함하며,
    구한 이미지 특성 보정량에 기초하여 상기 투영 상태를 조정하고 상기 기판을 노광하는 노광 방법.
  41. 제 37 항에 있어서,
    상기 투영 상태는, 상기 기판 자세의 조정, 상기 기판 위치의 조정, 마스크에 형성된 패턴을 상기 기판에 투영하는 투영 광학계의 결상 특성의 조정, 상기 마스크 위치의 조정 및 상기 패턴을 조사하는 광의 파장 조정 중 적어도 하나를 포함하는 노광 방법.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 투영 상태는 상기 기판 상에 공급하는 액체의 온도를 포함하는 노광 방법.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상이한 온도의 액체를 복수의 공급구로부터 기판 상에 공급함으로써 상기 액체의 온도를 조절하는 노광 방법.
  44. 제 37 항에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포를 온도 센서로 측정하는 노광 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    온도 센서는, 쇼트 영역에 대응하는 복수의 검출부를 갖는 더미 기판인 노광 방법.
  46. 제 2 항 또는 제 37 항에 기재된 노광 방법을 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  47. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상기 액체의 온도 분포에 따라서 패턴 이미지의 투영 상태를 조정하는 조정 장치를 구비하는 노광 장치.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 노광광은, 광학계 및 상기 액체를 통하여 상기 기판에 조사되고,
    상기 조정 장치는, 상기 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 상기 기판의 노광면의 위치 관계를 조정하는 노광 장치.
  49. 제 47 항에 있어서,
    상기 조정 장치는, 상기 액체의 온도를 조정하는 노광 장치.
  50. 제 47 항에 있어서,
    상기 노광광은, 마스크에 형성된 패턴, 투영 광학계 및 상기 액체를 통하여 상기 기판에 조사되고,
    상기 조정 장치는, 상기 기판의 자세, 상기 기판의 위치, 상기 투영 광학계의 결상 특성, 상기 마스크의 위치 및 상기 노광광의 파장 중 적어도 하나를 조정하는 노광 장치.
  51. 광학계와 기판 사이에 액침 영역을 형성하는 노광 장치로서,
    상기 액침 영역을 형성하기 위해서, 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급할 수 있는 액체 공급 기구를 구비하는 노광 장치.
  52. 제 51 항에 있어서,
    상기 기판은 소정 방향으로 이동하면서 노광되고,
    상기 액체 공급 기구는, 상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급하는 노광 장치.
  53. 제 51 항에 있어서,
    상기 복수의 위치는, 상기 기판 표면에 대하여 수직인 방향으로 서로 떨어져 있는 노광 장치.
  54. 제 51 항에 있어서,
    상기 복수의 위치는 상기 광학계와 기 기판 사이에서 상기 기판측의 위치와 상기 광학계측의 위치를 포함하는 노광 장치.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 기판측의 위치에 공급되는 상기 액체의 온도는 상기 광학계측의 위치에 공급되는 상기 액체의 온도보다 낮은 노광 장치.
  56. 제 51 항에 있어서,
    상기 기판은 소정 방향으로 이동하면서 노광되고,
    상기 액체 공급 기구는 상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급하는 노광 장치.
  57. 제 1 항, 제 5 항, 제 11 항, 제 33 항 및 제 51 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법.
  58. 광학 부재 및 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 광학 부재와 상기 기판 사이에, 서로 상이한 온도의 액체를 공급하고, 공급된 액체를 통하여 상기 기판을 노광하는 것을 포함하는 노광 방법.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 서로 상이한 온도의 액체는, 상이한 위치로부터 각각 공급되는 노광 방법.
  60. 제 59 항에 있어서,
    상기 상이한 위치는, 상기 기판과 상기 광학 부재 사이에 있어서, 상기 기판측의 위치와 상기 광학 부재측의 위치를 포함하는 노광 방법.
  61. 제 59 항에 있어서,
    상기 기판은 소정 방향으로 이동하면서 노광되고,
    상기 상이한 위치는, 상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어진 위치를 포함하는 노광 방법.
  62. 제 58 항 내지 제 61 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판을 노광하는 노광 조건에 기초하여, 상기 액체의 온도를 조정하는 노광 방법.
  63. 액체를 통한 노광광으로 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서,
    상이한 온도의 액체를 상기 기판 상에 공급하는 액체 공급 장치를 구비하는 노광 장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 기판은 소정 방향으로 이동하면서 노광되고,
    상기 액체 공급 장치는, 상기 소정 방향에 수직인 방향으로 서로 떨어진 복수의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급하는 노광 장치.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 액체 공급 장치는, 상기 기판과 상기 광학 부재 사이에 있어서, 상기 기판측의 위치와, 상기 광학 부재측의 위치로부터 각각 상이한 온도의 액체를 공급하는 노광 장치.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 기판측의 위치로부터 공급되는 상기 액체의 온도는, 상기 광학 부재측으로부터 공급되는 액체의 온도보다 낮은 노광 장치.
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