KR101121260B1 - 노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스의 제조 방법 - Google Patents

노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기판 상의 일부에 액체를 공급하여 액침 영역을 형성하고, 상기 액체를 통해 상기 기판 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 장치에 있어서, 상기 액침 영역의 외주에 상기 기판 상에 액체의 일부를 유지 가능한 예비 액침 영역이 형성되는 것을 특징으로 한다. 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이에 배치되는 액체가 투영 광학계와 기판의 상대 이동에 따라 투영 광학계의 하면으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있다.

Description

노광 장치, 노광 방법, 및 디바이스의 제조 방법{EXPOSURE APPARATUS, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE PRODUCING METHOD}
본 발명은 고집적 반도체 회로 소자의 제조를 위한 리소그래피 공정 중 전사공정에서 이용되는 노광 장치에 관한 기술이다.
반도체 디바이스나 액정 표시 디바이스는 마스크 상에 형성된 패턴을 감광성기판 상에 전사하는, 소위 포토리소그래피 수법에 의해 제조된다. 이 포토리소그래피 공정에서 사용되는 노광 장치는 마스크를 지지하는 마스크 스테이지와 기판을 지지하는 기판 스테이지를 지니며, 마스크 스테이지 및 기판 스테이지를 축차 이동하면서 마스크 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사하는 것이다.
최근, 디바이스 패턴에서 한층 더 고집적화에 대응하기 위해 투영 광학계의 한층 높은 고해상도화가 요망되고 있다. 투영 광학계의 해상도는 사용하는 노광 파장이 짧아질수록 또한 투영 광학계의 개구수가 많을수록 높아진다. 그 때문에, 노광 장치에 의해 사용되는 노광 파장은 해마다 단파장화되고 있으며, 투영 광학계의 개구수도 증대되고 있다. 그리고, 현재 주류의 노광 파장은 KrF 엑시머 레이저인 248 nm이지만, 단파 길이의 ArF 엑시머 레이저인 193 nm도 실용화되고 있다. 또한, 노광을 행할 때에는 해상도와 마찬가지로 초점 심도(DOF)도 중요해진다. 해상도(R) 및 초점 심도(δ)는 각각 이하의 식으로 나타낸다.
R=k1?λ/NA …(1)
δ=±k2?λ/NA2 …(2)
여기서, λ는 노광 파장, NA는 투영 광학계의 개구수, k1, k2는 프로세스 계수이다. 식(1), (2)로부터 해상도(R)를 높이기 위해 노광 파장(λ)을 짧게 하고, 개구수(NA)를 많게 하면 초점 심도(δ)가 좁아지는 것을 알 수 있다.
초점 심도(δ)가 너무 좁아지면, 투영 광학계의 상면(像面)에 대하여 기판 표면을 합치시키는 것이 어려워지며, 노광 동작시의 마진이 부족해질 우려가 있다. 여기서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또한 초점 심도를 넓히는 방법으로서, 예컨대 하기 특허 문헌 1에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이를 물이나 유기 용매 등의 액체로 채우고, 액체 중에서의 노광광의 파장이 공기 중의 1/n(n은 액체의 굴절률로 통상 1.2~1.6 정도)이 되는 것을 이용하여 해상도를 향상시키며 초점 심도를 약 n배로 확대하는 것이다.
본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 하기 팜플렛의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
[특허 문헌 1] 국제 공개 제99/49504호 팜플렛
그런데, 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이의 액체는 투영 광학계와 기판을 상대 이동시키면 액침 영역의 액체가 기판의 이동 방향으로 끌려져 이동하기 시작한다. 특히, 작업 처리량을 향상시키기 위해 고속으로 상대 이동시키면 액체가 투영 광학계의 하면으로부터 박리되어 버리는 현상이 발생한다. 이 때문에, 액침 영역에 공급하는 액체의 유량을 증가시켜 투영 광학계의 하면으로부터 액체의 박리를 방지하고 있다.
그러나, 액체의 유량을 증가시키면 액체의 이동에 따른 진동이나 기포가 발생하여 회로 패턴의 형성에 지장을 초래하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로 투영 광학계의 하면과 기판 표면 사이에 배치되는 액체가 투영 광학계와 기판의 상대 이동에 따라 투영 광학계의 하면으로부터 박리되는 것을 방지할 수 있는 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스의 제조 방법에서는 상기과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
제1 형태는 기판(W) 상의 일부에 액체(L)를 공급하여 액침 영역(AR2)을 형성하고, 상기 액체를 통해 상기 기판 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 장치(EX)에 있어서, 상기 액침 영역의 외주에 상기 기판 상에 액체의 일부를 유지 가능한 예비 단침 영역(AR3)이 형성되도록 하였다.
또한, 투영 광학계(PL)를 갖고, 상기 광학계와 상기 기판(W) 사이에 위치하는 액체(L) 및 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판의 노광을 행함으로써 상기 소정의 패턴을 형성하고, 상기 액침 영역(AR2) 및 상기 예비 액침 영역(AR3)의 액체는 상기 투영 광학계와 상기 기판이 상대 이동하였을 때에, 상대 이동 방향을 따라 각각의 영역(AR2, AR3)의 액체의 일부가 다른쪽 영역(AR2, AR3)으로 이동할 수 있도록 하였다.
또한, 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)가 액침 영역(AR2)의 외주에 소정의 간격을 두고 설치된 액체 유지부(80, 90)에 의해 유지되도록 하였다.
또한, 액체 유지부(80, 90)가 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)에 형성된 대략 원환형 홈부(溝部, 70)의 외주에 설치되도록 하였다.
액체 유지부(80, 90)로서는, 예컨대 대략 원환형의 벽부(80)로 구성할 수 있다.
또한, 액체 유지부(80, 90)를 대략 원환형으로 배치된 복수의 돌기부(90)로 구성할 수도 있다.
또한, 액체 유지부(80, 90)가 탄성 재료에 의해 형성되도록 하였다.
또한, 액체 유지부(80, 90)가 복수 설치되도록 하였다.
또한, 액체 유지부(80, 90)에 친액성 영역이 형성되도록 하였다.
또한, 액체 유지부(80, 90)의 외주에 액체를 회수하는 액체 회수부(24)가 설치되도록 하였다.
또한, 홈부(70)의 저면(70b)에 액체(L)를 회수하는 액체 회수부(23)가 설치되도록 하였다.
기판(W)과 투영 광학계(PL) 사이를 액체(L)로 채우고, 투영 광학계(PL)와 액체(L)를 통해 기판(W) 상에 패턴상을 투영함으로써 기판(W)을 노광하는 노광 장치(EX)에 있어서, 투영 광학계(PL)의 투영 영역(AR1)을 포함하고, 노광 동작 중은 항상 액체(L)로 채워지는 액침 영역(AR2)과, 액침 영역(AR2)의 외주에 설치된 예비 액침 영역(AR3)을 구비하며, 예비 액침 영역(AR3)은 노광 중 액체(L)가 존재하는 제1 영역과 액체(L)가 존재하지 않는 제2 영역이 형성되며, 노광 동작에 따라 예비 액침 영역(AR3) 내에서의 제1 영역과 제2 영역의 위치가 변화하도록 하였다.
본 발명은 또한, 기판(W) 상의 일부에 액체(L)를 공급하여 액침 영역을 형성하고, 상기 액체를 통해 패턴상을 상기 기판 상에 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광 장치(EX)로서, 상기 액침 영역은 상기 패턴상이 투영되는 영역을 포함하는 제1 영역(AR2)과, 상기 제1 영역에 인접하며, 상기 제1 영역 사이에서 상기 액체가 서로 이동 가능한 제2 영역(AR3)을 포함하는 노광 장치도 제공한다.
본 발명은 또한, 기판(W) 상의 일부에 액체(L)를 공급하여 액침 영역을 형성하고, 상기 액체를 통해 패턴상을 상기 기판 상에 투영하여 상기 기판을 노광하는 노광 장치(EX)로서, 상기 액침 영역을 형성하기 위한 액체 유지 부재(60)를 구비하고, 상기 액침 영역은 노광시에 항상 액체가 유지되는 제1 영역(AR2)과, 노광시에 상기 액침 유지 부재 사이에서 상대 이동 가능한 제2 영역(AR3)을 포함하는 노광 장치를 제공한다.
제2 형태는 투영 광학계(PL)의 투영 영역(AR1)을 포함하는 기판(W) 상의 일부에 액체(L)를 공급하여 액침 영역(AR2)을 형성하고, 투영 광학계(PL)와 기판(W) 사이에 위치하는 액체(L) 및 투영 광학계(PL)를 통해 패턴의 상을 기판(W) 상에 투영하여 기판(W)을 노광하는 노광 방법에 있어서, 액침 영역(AR2)의 외주에 형성된 예비 액침 영역(AR3)에 기판(W) 상에 공급된 액체(L)의 일부를 배치하는 공정을 갖도록 하였다.
또한, 예비 액침 영역(AR3)에 액체(L)의 일부를 배치하는 공정이 기판(W)의 노광에 앞서서 행해지도록 하였다.
또한, 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)에 액체(L)를 공급 및 회수하는 공정을 포함하여 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)에 공급되는 액체량이 회수되는 액체량보다도 많아지도록 하였다.
제3 형태는 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스의 제조 방법에 있어서, 리소그래피 공정에서 제1 형태의 노광 장치(EX) 혹은 제2 형태의 노광 방법을 이용하도록 하였다.
본 발명에 의하면 이하의 효과를 얻을 수 있다.
제1 형태는 기판 상의 일부에 액체를 공급하여 액침 영역을 형성하고, 상기액체를 통해 상기 기판 상에 소정의 패턴을 형성하는 노광 장치에 있어서, 상기 액침 영역의 외주에 상기 기판 상에 액체의 일부를 유지 가능한 예비 액침 영역이 형성되도록 하였다. 이것에 의해 액침 영역의 외주에 액체를 유지하는 예비 액침 영역이 형성되기 때문에, 예컨대 액침 영역의 액체의 양이 부족한 경우에는 예비 액침 영역의 액체가 액침 영역에 공급되기 때문에, 액량 부족에 의한 노광 불량을 회피할 수 있다.
또한, 투영 광학계를 갖고, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이에 위치하는 액체 및 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판의 노광을 행함으로써 상기 소정의 패턴을 형성하고, 상기 액침 영역 및 상기 예비 액침 영역의 액체는 상기 투영 광학계와 상기 기판이 상대 이동하였을 때에, 상대 이동 방향을 따라 각각의 영역 액체의 일부가 다른쪽 영역으로 이동하도록 하였기 때문에, 투영 광학계와 기판의 상대 이동에 따라 액침 영역의 액체가 투영 광학계의 하면으로부터 이동하기 시작하여도 예비 액침 영역의 액체가 투영 광학계의 하면에 공급되기 때문에, 특별한 처리를 행하지 않고 항상 투영 광학계의 하면을 액체로 채울 수 있다.
또한, 예비 액침 영역의 액체가 액침 영역의 외주에 소정의 간격을 두고 설치된 액체 유지부에 의해 유지되도록 하였기 때문에, 간이한 기구에 의해 액침 영역의 외주에 확실하게 예비 액침 영역을 형성할 수 있으므로 장치 비용의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 액체 유지부가 투영 광학계의 하면에 형성된 대략 원환형 홈부의 외주에 설치되도록 하였기 때문에, 간단한 구조에 의해 액체를 유지하는 2개의 부위, 즉 투영 광학계의 하면과 액체 유지부를 물리적으로 이격시킬 수 있고, 용이하게 액침 영역과 예비 액침 영역을 형성할 수 있다.
또한, 액체 유지부가 대략 원환형의 벽부로 구성되도록 하였기 때문에, 간단한 구조로 액침 영역의 외주에서 액체를 유지할 수 있다.
또한, 액체 유지부가 대략 원환형으로 배치된 복수의 돌기부로 구성되도록 하였기 때문에 간단한 구조로 액침 영역의 외주에서 액체를 유지할 수 있다.
또한, 액체 유지부가 탄성 재료에 의해 형성되도록 하였기 때문에, 액체 유지부와 기판 등의 간섭이 발생하였을 때의 기판 등의 손상을 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 액체 유지부가 복수 설치되도록 하였기 때문에, 보다 확실하게 액체를 유지할 수 있고, 예비 액침 영역의 외측으로 액체가 새는 것을 방지하여 노광 장치의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 액체 유지부에 친액성 영역이 형성되도록 하였기 때문에, 액체의 분자와 결합하기 쉬워지며, 액체와 밀착성이 증가하여 액체 유지력이 증가한다. 이것에 의해 예비 액침 영역의 외측으로 액체가 새는 것을 방지하여 노광 장치의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 액체 유지부의 외주에 액체를 회수하는 액체 회수부가 설치되도록 하였기 때문에, 예비 액침 영역의 외측으로 새어 나온 액체를 회수할 수 있어 노광 장치의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 홈부의 저면에 액체를 회수하는 액체 회수부가 설치되도록 하였기 때문에, 액침 영역 및 예비 액침 영역의 액체를 보다 회수하기 쉬워지며, 예비 액침 영역의 외측으로 액체가 새는 것을 방지할 수 있어 노광 장치의 문제점을 방지할 수 있다.
또한, 기판과 투영 광학계 사이를 액체로 채우고, 투영 광학계와 액체를 통해 기판 상에 패턴상을 투영함으로써 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서, 투영 광학계의 투영 영역을 포함하고, 노광 동작 중에는 항상 액체로 채워지는 액침 영역과, 액침 영역의 외주에 설치된 예비 액침 영역을 구비하며, 예비 액침 영역은 노광 중 액체가 존재하는 제1 영역과 액체가 존재하지 않는 제2 영역이 형성되며 노광 동작에 따라 예비 액침 영역 내에서의 제1 영역과 제2 영역의 위치가 변화하도록 하였다. 이것에 의해 액침 영역의 외주에 형성된 예비 액침 영역의 액체가 기판의 이동에 따라 그 위치를 변화시키고, 예컨대, 액침 영역의 액체의 양이 부족한 경우에는 예비 액침 영역의 액체가 액침 영역에 공급되며, 한편, 액침 영역으로부터 새어나온 액체를 회수함으로써, 액침 영역을 항상 액체로 채울 수 있다.
제2 형태는 투영 광학계의 투영 영역을 포함하는 기판 상의 일부에 액체를 공급하여 액침 영역을 형성하고, 투영 광학계와 기판 사이에 위치하는 액체 및 투영 광학계를 통해 패턴상을 기판 상에 투영하여 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서, 액침 영역의 외주에 형성된 예비 액침 영역에 기판 상에 공급된 액체의 일부를 배치하는 공정을 갖도록 하였다. 이것에 의해 액침 영역의 액체의 양이 부족한 때에, 예비 액침 영역의 액체가 액침 영역에 공급되기 때문에 액량 부족에 의한 노광 불량을 회피할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 예비 액침 영역에 액체의 일부를 배치하는 공정이 기판의 노광에 앞서서 행해지도록 하였기 때문에, 노광 처리의 당초부터 액량 부족에 의한 노광 불량을 회피할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 액침 영역 및 예비 액침 영역에 액체를 공급 및 회수하는 공정을 포함하여 액침 영역 및 예비 액침 영역에 공급되는 액체량을 회수되는 액체량보다도 많게 하였기 때문에, 액체의 일부가 액침 영역으로부터 넘쳐 나오지만, 예비 액침 영역에 의해 유지되기 때문에, 액체가 새는 것에 의한 노광 장치의 문제점을 회피할 수 있다. 따라서, 액침 영역의 액량을 엄밀히 일정하게 제어하지 않아도 되며 유량 제어가 용이해진다.
제3 형태는 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스의 제조 방법에 있어서, 리소그래피 공정에 있어서 제1 형태의 노광 장치 혹은 제2 형태의 노광 방법을 이용하도록 하였다. 이것에 의해 노광 불량의 발생이 억제되며, 수율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 디바이스의 제조 비용을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 노광 장치를 도시한 개략 구성도.
도 2a는 액침 영역 근방을 도시한 확대도로서, 투영 광학계(PL)를 포함하는 측면 단면도.
도 2b는 투영 광학계(PL)의 하면측을 웨이퍼 스테이지(WST)측에서 본 도면.
도 3a는 투영 광학계의 하면측을 웨이퍼 스테이지측에서 본 사시도.
도 3b는 변형예에 있어서, 액침 영역 근방을 도시한 확대도로서, 투영 광학계(PL)를 포함하는 측면 단면도.
도 4는 노광 개시시에 액침 영역 및 예비 액침 영역에 배치되는 액체의 형상예를 도시한 도면.
도 5는 액침 영역 및 예비 액침 영역의 액체의 이동 모습을 도시한 도면.
도 6은 홈부의 변형예를 도시한 도면.
도 7a는 벽부의 변형예를 도시한 도면.
도 7b는 벽부의 다른 변형예를 도시한 도면.
도 8a는 홈부의 저면에 액체를 회수하는 액체 회수 기구를 설치한 예를 도시하는 도면으로서, 투영 광학계(PL)를 포함하는 측면 단면도.
도 8b는 동예에 있어서, 투영 광학계(PL)의 하면측을 웨이퍼 스테이지(WST) 측에서 본 도면.
도 9a는 예비 액침 영역을 형성하는 벽부 등을 복수 설치한 예를 도시하는 도면으로서, 투영 광학계(PL)를 포함하는 측면 단면도.
도 9b는 동예에 있어서, 투영 광학계(PL)의 하면측을 웨이퍼 스테이지(WST) 측에서 본 도면.
도 10은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 도시한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
23 : 회수구(액체 회수부)
24 : 회수 노즐(액체 회수부)
70 : 홈부
70b : 저면
80 : 벽부(액체 유지부)
90 : 돌기부(액체 유지부)
EX : 노광 장치
PL : 투영 광학계
PLa : 하면
AR1 : 투영 영역
AR2 : 액침 영역
AR3 : 예비 액침 영역
L : 액체
R : 레티클(마스크)
AR : 패턴
W : 웨이퍼(기판)
이하, 본 발명의 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스의 제조 방법의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 노광 장치의 일 실시 형태를 도시하는 개략 구성도이다. 도 1에 있어서, 노광 장치(EX)는 디바이스 패턴이 형성된 레티클(마스크)(R)을 지지하는 레티클 스테이지(RST)와, 감광성 재료인 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(기판)(W)를 지지하는 웨이퍼 스테이지(WST)와, 레티클 스테이지(RST)에 지지되어 있는 레티클(R)을 노광광(EL)으로 조명하는 조명 광학계(IL)와, 노광광(EL)으로 조명된 레티클(R)의 패턴(AR) 상을 웨이퍼 스테이지(WST)에 지지되어 있는 웨이퍼(W)에 투영 노광하는 투영 광학계(PL)과, 노광 장치(EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치(CONT)를 구비한다.
여기서, 본 실시 형태에서는 노광 장치(EX)로서 레티클(R)과 웨이퍼(W)를 주사 방향에서 서로 다른 방향(역방향)으로 동기 이동하면서 레티클(R)에 형성된 패턴(AR)을 웨이퍼(W)에 노광하는 주사형 노광 장치(소위 스캐닝 스테퍼)를 사용하는 경우를 예로서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)과 일치하는 방향을 Z축 방향, Z축 방향에 수직인 평면 내에서 레티클(R)과 웨이퍼(W)의 동기 이동 방향(주사 방향)을 X축 방향, Z축 방향 및 X축 방향으로 수직인 방향(비주사 방향)을 Y축 방향으로 한다. 또한, X축, Y축 및 Z축 주위 방향을 각각, θX, θY 및 θZ 방향으로 한다.
또한, 노광 장치(EX)는 노광 파장을 실질적으로 짧게 하여 해상도를 향상시키고 초점 심도를 실질적으로 넓히기 위해 액침법을 적용한 액침 노광 장치로서, 웨이퍼(W) 상에 액체(L)를 공급하는 액체 공급 기구(10)와, 웨이퍼(W) 상의 액체(L)를 회수하는 액체 회수 기구(20)를 구비한다.
그리고, 노광 장치(EX)는 적어도 레티클(R)의 패턴(AR) 상을 웨이퍼(W) 상에 전사하고 있는 동안은 액체 공급 기구(10)로부터 공급한 액체(L)에 의해 투영 광학계(PL)의 투영 영역(AR1)을 포함하는 웨이퍼(W) 상의 일부에 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)을 형성한다. 구체적으로는, 노광 장치(EX)는 투영 광학계(PL)의 선단(하단)부의 광학 소자(2)와 웨이퍼(W) 표면 사이에 액체(L)를 채워 액침 영역(AR2)을 형성한다. 또한, 투영 광학계(PL)의 선단부에서의 광학 소자(2)의 외주에도 액체(L)를 채워 예비 액침 영역(AR3)을 형성한다. 그리고, 투영 광학계(PL) 및 액침 영역(AR2)의 액체(L)를 통해 레티클(R)의 패턴(AR) 상을 웨이퍼(W) 상에 투영하여 웨이퍼(W)를 노광한다.
또한, 액체 공급 기구(10)로부터 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)에 액체(L)를 공급하며 액체 회수 기구(20)에 의해 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)를 회수함으로써, 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)는 항상 순환되어 액체(L)의 오염 방지나 온도 관리 등이 엄밀하게 행해진다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 액체(L)에는 순수가 이용된다. 순수는, 예컨대 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선(g선, h선, i선), KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm) 등의 원자외광(DUV 광), ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm) 등의 진공 자외광(VUV 광)을 투과할 수 있다.
조명 광학계(IL)는 레티클 스테이지(RST)에 지지되어 있는 레티클(R)을 노광광(EL)에 의해 조명하는 것이며, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 광속의 조도를 균일화하는 옵티컬 인테그레이터, 옵티컬 인테그레이터(optical integrator)로부터의 노광광(EL)을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계(relay lens system), 노광광(EL)에 의한 레티클(R) 상의 조명영역을 슬릿형으로 설정하는 가변 시야 조리개 등(어디에도 도시되지 않음)을 갖고 있다. 그리고, 레티클(R) 상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계(IL)에 의해 균일한 조도 분포의 노광광(EL)으로 조명된다.
조명 광학계(IL)로부터 사출되는 노광광(EL)으로서는, 예컨대 수은 램프로부터 사출되는 자외역의 휘선(g선, h선, i선) 및 KrF 엑시머 레이저광(파장 248 nm) 등의 원자외광(DUV 광)이나 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm) 및 F2 레이저광(파장 157 nm) 등의 진공 자외광(VUV 광) 등이 이용된다. 본 실시 형태에 있어서는 ArF 엑시머 레이저광이 이용된다.
레티클 스테이지(RST)는 레티클(R)을 지지하는 것으로서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소 회전 가능하다. 레티클 스테이지(RST)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어되거나 선형 모터 등의 레티클 스테이지 구동부(RSTD)에 의해 구동된다.
레티클 스테이지(RST) 상에는 이동 거울(50)이 설치된다. 또한, 이동 거울(50)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(51)가 설치된다. 그리고, 레티클 스테이지(RST) 상의 레티클(R)의 2 차원 방향의 위치 및 회전각은 레이저 간섭계(51)에 의해 리얼 타임으로 계측되며, 계측 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다.
그리고, 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(51)의 계측 결과에 기초하여 레티클 스테이지 구동부(RSTD)를 구동함으로써 레티클 스테이지(RST)에 지지되어 있는 레티클(R)의 위치 결정을 행한다.
투영 광학계(PL)는 레티클(R)의 패턴(AR)을 소정의 투영 배율(β)로 웨이퍼(W)에 투영 노광하는 것으로서, 웨이퍼(W)측의 선단부에 설치된 광학 소자(2)를 포함하는 복수의 광학 소자로 구성되어 있으며, 이들 광학 소자는 경통(PK)에 의해 지지된다. 본 실시 형태에 있어서, 투영 광학계(PL)는 투영 배율(β)이 예컨대 1/4혹은 1/5인 축소계이다. 또한, 투영 광학계(PL)는 등배계 및 확대계 중 어느 하나라도 좋다. 또한, 투영 광학계(PL) 선단부의 광학 소자(2)는 경통(PK)에 대하여 착탈(교환) 가능하게 설치되어 있으며, 광학 소자(2)에는 액침 영역(AR2)의 액체(L)가 접촉한다.
광학 소자(2)는 형석(螢石)으로 형성된다. 형석은 물과 친화성이 높기 때문에, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)의 대략 전면에 액체(L)를 밀착시킬 수 있다. 즉 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)과 친화성이 높은 액체(물)(L)를 공급하도록 하고 있기 때문에, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)과 액체(L)의 밀착성이 높고, 광학 소자(2)와 웨이퍼(W) 사이의 광로를 액체(L)로 확실하게 채울 수 있다. 또한, 광학 소자(2)는 물과 친화성이 높은 석영이어도 좋다. 또한, 광학 소자(2)의 액체 접촉면(2a)에 친수화(친액화) 처리를 실시하여 액체(L)와 친화성을 보다 높이도록 하여도 좋다.
또한, 광학 소자(2)를 둘러싸서 유지하는 경통(PK)의 하면[이하, 액체 접촉면(PKa)이라고 함]은 친액성이 높은 재료, 예컨대, 알루마이트 처리를 실시한 알루미늄 등으로 형성되어 액체(L)와 친화성을 높일 수 있다. 이것에 의해 광학 소자(2) 및 경통(PK)의 액체 접촉면(2a, PKa)으로 이루어지는 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)과 웨이퍼(W) 사이를 액체(L)로 확실하게 채울 수 있다.
또한, 투영 광학계(PL)의 하단부에는 경통(PK)을 둘러싸도록 원환형 예비 액침 영역 형성 부재(60)(도 1에서는 도시 생략)가 고착된다. 그리고, 예비 액침 영역 형성 부재(60) 하면의 일부와 웨이퍼(W) 사이에 액체(L)가 공급되어 예비 액침 영역(AR3)이 형성된다. 경통(PK)과 마찬가지로 예비 액침 영역 형성 부재(60)는 친액성이 높은 재료로 형성되어 액체(L)와 친화성을 높일 수 있다. 이것에 의해 예비 액침 영역 형성 부재(60)와 웨이퍼(W) 사이에 채워지는 액체(L)에 의해 확실하게 유지되며, 예비 액침 영역 형성 부재(60)의 외측으로 액이 새는 것을 억제한다.
또한, 예비 액침 영역 형성 부재(60)에는 후술하는 액체 공급 기구(10)의 공급구(13)와, 액체 회수 기구(20)의 회수구(23)가 형성되고, 공급구(13) 및 회수구(23)를 통해 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)가 공급 및 회수된다.
또한, 예비 액침 영역 형성 부재(60)는 본 실시 형태에 도시하는 바와 같이 경통(PK)과 다른 부재에 의해 형성하여 투영 광학계(PL)의 하단부에 고정하여도 좋고 혹은 경통(PK)에 일체로 형성하여도 좋다.
웨이퍼 스테이지(WST)는 웨이퍼(W)를 지지하는 것으로서, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 홀더를 통해 유지하는 Z 스테이지(52)와, Z 스테이지(52)를 지지하는 XY 스테이지(53)와, XY 스테이지(53)를 지지하는 베이스(54)를 구비하고 있다. 웨이퍼 스테이지(WST)는 제어 장치(CONT)에 의해 제어되는 선형 모터 등의 웨이퍼 스테이지 구동부(WSTD)에 의해 구동된다. 그리고, Z 스테이지(52)를 구동함으로써, Z 스테이지(52)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)의 Z축 방향에 있어서의 위치(포커스 위치) 및 θX, θY 방향에 있어서의 위치가 제어된다.
또한, XY 스테이지(53)를 구동함으로써, 웨이퍼(W)의 XY 방향에 있어서의 위치[투영 광학계(PL)의 상면과 실질적으로 평행한 방향의 위치]가 제어된다. 즉 Z 스테이지(52)는 웨이퍼(W)의 포커스 위치 및 경사각을 제어하여 웨이퍼(W)의 표면을 오토포커스 방식 및 오토레벨링 방식에 의해 투영 광학계(PL)의 상면에 맞춰 넣고, XY 스테이지(53)는 웨이퍼(W)의 X축 방향 및 Y축 방향에 있어서의 위치 결정을 행한다. 또한, Z 스테이지와 XY 스테이지를 일체적으로 설치하여도 좋다.
웨이퍼 스테이지(WST)[Z 스테이지(52)] 상에는 이동 거울(55)이 설치되고, 또한, 이동 거울(55)에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계(56)가 설치된다. 그리고, 웨이퍼 스테이지(WST) 상의 웨이퍼(W)의 2 차원 방향의 위치 및 회전각은 레이저 간섭계(56)에 의해 리얼 타임으로 계측되며, 계측 결과는 제어 장치(CONT)에 출력된다.
그리고, 제어 장치(CONT)는 레이저 간섭계(56)의 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지 구동부(WSTD)를 구동함으로써 웨이퍼 스테이지(WST)에 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 위치 결정을 행한다.
또한, 웨이퍼 스테이지(WST)[Z 스테이지(52)] 상에는 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 보조 플레이트(57)가 설치되어 있다. 보조 플레이트(57)는 웨이퍼 홀더에 유지된 웨이퍼(W)의 표면과 대략 동일한 높이의 평면을 갖고 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 엣지와 보조 플레이트(57) 사이에는 1~2 mm 정도의 간극이 있지만, 액체(L)의 표면 장력에 의해 그 간극에 액체(L)가 유입되는 경우는 거의 없으며, 웨이퍼(W)의 주연부 근방을 노광하는 경우에도 보조 플레이트(57)에 의해 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)에 액체(L)를 유지할 수 있다.
액체 공급 기구(10)는 소정의 액체(L)를 웨이퍼(W) 상에 공급하는 것으로서, 액체(L)를 공급 가능한 액체 제조부(11)와, 웨이퍼(W)의 표면에 근접하여 배치된 복수의 공급구(13)와, 액체 제조부(11)와 각 공급구(13)를 접속하는 공급관(12)을 구비한다. 또한, 복수의 공급구(13)는 전술한 예비 액침 영역 형성 부재(60)에 형성된다. 또한, 액체 제조부(11)는 순수[액체(L)]를 제조하는 초순수 장치, 액체(L) 를 수용하는 탱크 및 가압 펌프 등을 구비하고 있으며, 공급관(12) 및 공급구(13)를 통해 웨이퍼(W) 상에 액체(L)를 공급한다.
또한, 액체 공급 기구(10)를 구성하는 각 부재 중 적어도 액체(L)가 유통하는 부재는, 예컨대 폴리4불화에틸렌 등의 합성 수지에 의해 형성된다. 이것에 의해 액체(L)에 불순물이 함유되는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 액체 제조부(11)의 액체 공급 동작은 제어 장치(CONT)에 의해 제어되고, 제어 장치(CONT)는 액체 제조부(11)에 의한 웨이퍼(W) 상에 대한 단위 시간당 액체 공급량의 제어가 가능하다.
액체 회수 기구(20)는 웨이퍼(W) 상의 액체(L)를 회수하는 것으로서, 액체(L)를 흡인 가능한 액체 흡인부(21)와, 웨이퍼(W)의 표면에 근접하여 배치된 복수의 회수구(23) 및 회수 노즐(24)과, 액체 흡인부(21)와 각 회수구(23) 및 회수 노즐(24)을 접속하는 회수관(22)을 구비한다[도 1에서는 생략되어 있지만, 회수구(23)도 회수관(22)에 접속되어 있음]. 또한, 복수의 회수구(23)는 전술한 예비 액침 영역 형성 부재(60)에 형성된다. 또한, 액체 흡인부(21)는, 예컨대 진공 펌프 등의 흡인 장치 및 회수한 액체(L)를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있으며, 웨이퍼(W) 상의 액체(L)를 회수구(23) 및 회수관(22)을 통해 흡인, 회수한다.
또한, 액체 공급 기구(10)와 마찬가지로, 액체(L)에 불순물이 함유되는 것을 억제하기 위해 액체 회수 기구(20)를 구성하는 각 부재 중 적어도 액체(L)가 유통하는 부재는, 예컨대 폴리4불화에틸렌 등의 합성 수지에 의해 형성된다.
그리고, 액체 흡인부(21)의 액체 회수 동작은 제어 장치(CONT)에 의해 제어 되고, 제어 장치(CONT)는 액체 흡인부(21)에 의한 단위 시간당 액체 회수량을 제어할 수 있다.
도 2a 및 2b는 액침 영역(AR2) 근방을 상세하게 도시하는 확대도이며, 도 2a는 투영 광학계(PL)를 포함하는 측면 단면도, 도 2b는 투영 광학계(PL)의 하면측을 웨이퍼 스테이지(WST) 측에서 본 도면이다. 또한, 도 3a는 투영 광학계(PL)의 하면측을 웨이퍼 스테이지(WST) 측에서 본 사시도이다.
도 2a 및 2b, 도 3a에 도시하는 바와 같이 투영 광학계(PL)의 하단부에는 액침 영역(AR2)을 형성하는 광학 소자(2)와 경통(PK)의 일부가 배치된다.
또한, 투영 광학계(PL)의 하단부의 외주에는 예비 액침 영역(AR3)을 형성하는 예비 액침 영역 형성 부재(60)가 배치된다. 예비 액침 영역 형성 부재(60)의 하면(60a)의 내주측에는 원환형의 홈부(70)와, 홈부(70)의 외측에 배치된 원환형의 벽부(80)(원환형의 볼록부)가 형성된다.
홈부(70)는 경통(PK)을 둘러싸서 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)으로부터 Z 방향으로 소정의 간격만큼 오목하게 형성된다.
벽부(액체 유지부)(80)는 액침 영역(AR2)을 형성하는 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)으로부터 반경 방향으로 소정의 간격을 두고, 또한 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)을 둘러싸도록 홈부(70)의 저면(70b)으로부터 웨이퍼(W)를 향해 세워 설치된다. 또한, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리가 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)과 웨이퍼(W)의 거리와 대략 동일해지도록 형성된다. 단, 양자는 거리가 달라도 좋다. 예컨대, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리를 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)과 웨이퍼(W)의 거리보다도 작아지도록 하여도 좋고, 그 반대의 관계로 하여도 좋다. 또한, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)와의 거리는 가능한 한 가까운(좁은)편이 바람직하다. 거리가 가까울수록 액체(L)의 표면 장력에 의해 액체(L)를 확실하게 유지할 수 있고, 외측으로 액이 새는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 그러나, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리가 가까울수록 웨이퍼(W) 등의 간섭의 가능성이 있기 때문에, 본 실시 형태에 도시하는 바와 같이 벽부(80)의 하면(80a)이 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)과 대략 동일한 위치(Z 방향)가 되도록 형성하거나 혹은 벽부(80)를 고무 등의 탄성 재료로 형성하거나 하여도 좋다.
또한, 벽부(80)의 하면(80a)의 면적은 액체(L)의 유지량 등의 조건에 따라 설정된다. 예컨대, 하면(80a)의 면적이 클수록 액체(L)의 접촉 면적이 증가하여 유지할 수 있는 액체(L)의 액량이 증가한다. 또한, 하면(80a)은 반드시 평탄하지 않아도 된다. 예컨대, 반구형 등이라도 좋다. 표면 장력에 의해 액체(L)를 유지할 수 있으면 좋기 때문이다.
또한, 벽부(80)와 액침 영역(AR2)의 간격, 즉 홈부(70)의 폭을 조정함으로써도 유지할 수 있는 액체(L)의 액량을 증감시킬 수 있다.
예컨대, 유지하는 액체(L)의 양에도 의하지만, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리에 대하여 하면(80a)의 폭을 5배 이상으로 설정하여도 좋다. 또한, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리에 대하여 홈부(70)의 폭을 5배 이상으로 설정하여도 좋다. 이 경우, 벽부(80)의 하면(80a)과 웨이퍼(W)의 거리를 1~2 mm로 설정하였다고 하면, 하면(80a)의 폭은 5~10 mm 또는 그 이상으로 설정하면 좋고, 홈부(70)의 폭에 대해서도 5~10 mm 또는 그 이상으로 설정하면 좋다.
홈부(70)의 저면(70b)에는 액체(L)를 웨이퍼(W) 상에 공급하는 액체 공급 기구(10)의 일부인 공급구(13)와, 웨이퍼(W) 상의 액체(L)를 회수하는 액체 회수 기구(20)의 일부인 회수구(23)가 형성된다.
공급구(13)는 도 2b 및 도 3a에 도시하는 바와 같이 홈부(70)의 저면(70b)으로서, 웨이퍼(W) 주사 방향의 양측(+X 방향, -X 방향)에 투영 광학계(PL) 경통(PK)의 외주에 따른 2개의 아치형 슬릿 구멍으로서 형성된다.
또한, 회수구(23)는 도 2b 및 도 3a에 도시하는 바와 같이, 홈부(70)의 저면(70b)으로서 공급구(액체 회수부)(13)의 외주에 대략 원환형의 슬릿 구멍으로서 형성된다. 회수구(23)를 대략 원환형으로 형성하는 것은, 웨이퍼(W) 상의 액체(L)를 새지 않게 회수하기 위해서이다. 또한, 회수구(23)가 형성되는 홈부(70)의 저면(70b)은 도 3b에 도시하는 바와 같이 다공체(25)로 형성하여도 좋다. 다공체(25)를 통해 액체(L)를 회수함으로써, 회수관(22)에 기체(공기)를 흡입하기 어려워지며, 기포 혼입에 따른 진동 발생을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 홈(70)의 저면(70b)을 전체 둘레에 걸쳐 다공체(25)로 해 두고, 이 다공체(25)에 접속된 회수구(23)로부터 액체(L)를 회수하도록 하여도 좋다. 그 때, 예컨대, 회수구(23)에 접속된 액체 배출 기구(20)(도 9a, 도 9b에서는 도시 생략, 도 1 참조)에 의해 일정한 압력으로 액체(L)를 흡입하도록 해 두면, 예비 액침 영역(AR3) 내의 액체(L)가 증감하여 다공체(25)와 액체(L)의 접촉 면적이 변화하여도 다공체(25)와 접촉한 부분에서는 항상 액체(L)의 회수가 행해지기 때문에, 액체(L) 의 소정 영역 밖으로의 유출을 방지할 수 있다. 그리고, 액체(L)의 회수는 항상 다공체(25)를 통해 행해지기 때문에 회수관(22)에 기체가 흡입되기 어려워지며 기포 혼입에 따른 진동 발생도 방지할 수 있다.
또한, 벽부(80)의 외주에도 액체(L)를 회수하는 복수의 회수 노즐(액체 회수부)(24)이 배치된다. 벽부(80)의 외주측으로 새어나온 액체(L)를 회수하고, 노광 장치(EX)의 문제점 발생을 방지하기 위해서이다. 회수 노즐(24)의 형상, 배치, 수량 등은 액이 새는 양 등에 따라 적절하게 변경 가능하다.
그리고, 공급구(13)로부터 웨이퍼(W) 상에 액체(L)를 공급함으로써, 광학 소자(2) 및 경통(PK)의 액체 접촉면(2a, PKa)으로 이루어지는 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)과 웨이퍼(W) 사이에 액체(L)가 채워져 액침 영역(AR2)이 형성된다. 또한, 액침 영역(AR2)은 도 2b에 도시하는 바와 같이, Y축 방향(비주사 방향)을 길이 방향으로 하는 직사각형상으로 설정된 투영 광학계(PL)의 투영 영역(AR1)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 광학 소자(2) 및 경통(PK)의 액체 접촉면(2a, PKa)은 액체(L)와 친화성이 높은 재료로 형성되기 때문에, 액체(L)와 밀착하여 액체(L)를 액체(L)의 표면 장력에 의해 유지한다.
또한, 공급구(13)로부터 웨이퍼(W) 상에 공급한 액체(L)는 예비 액침 영역 형성 부재(60)의 하면(60a)과 웨이퍼(W) 사이로서, 벽부(80)에 둘러싸인 영역의 일부에도 유입되고, 이 영역이 액체(L)로 채워져 예비 액침 영역(AR3)이 형성된다. 또한, 액침 영역(AR2)의 외주 영역은 전 영역이 항상 액체로 채워지는 것은 아니고, 그 일부가 액체(L)로 채워지며, 예비 액침 영역(AR3)이 형성된다(도 4 참조).
이와 같이 액침 영역(AR2)의 외주에 홈부(70)와, 또한, 그 외측에 소정의 간극을 두고 벽부(80)를 설치하였기 때문에, 액침 영역(AR2)의 외주에 액체(L)를 유지하는 예비 액침 영역(AR3)이 더 형성된다.
또한, 액침 영역(AR2)의 액체(L)와 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)는 밀접하고 있으며, 액체(L)는 액침 영역(AR2)과 예비 액침 영역(AR3) 사이를 왕래(유통)할 수 있다. 왜냐하면, 광학 소자(2) 등과 마찬가지로 벽부(80) 및 홈부(70)는 액체(L)와 친화성(친액성)이 높은 재료로 형성되기 때문에, 액침 영역(AR2)의 액체(L)와 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)가 이격하지 않고, 연속적으로 연통한 상태가 되기 때문이다.
또한, 예비 액침 영역(AR3)의 주위[액침 영역(AR2)에 접하지 않는 측]는 웨이퍼 스테이지(WST)나 투영 광학계(PL)가 설치되는 공간 내의 기체(예컨대, 공기나 질소 가스 등의 비활성 가스)와 접한 상태가 된다.
다음에, 전술한 노광 장치(EX)를 이용하여 레티클(R)의 패턴(AR) 상을 웨이퍼(W)에 노광하는 방법에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
도 4는 노광 개시시에 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)에 배치되는 액체(L)의 형상예를 도시하는 도면이다. 도 5는 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)의 이동 모습을 도시하는 도면이다.
우선, 레티클(R)이 레티클 스테이지(RST)에 로드되며, 웨이퍼(W)가 웨이퍼 스테이지(WST)에 로드되면 주사 노광 처리를 행할 때, 제어 장치(CONT)는 액체 공급 기구(10)를 동작시켜 웨이퍼(W) 상에 대한 액체 공급 동작을 시작한다.
액체 공급 기구(10)를 동작시키면 액체 제조부(11)로부터 공급된 액체(L)는 공급관(12)을 유통한 후, 예비 액침 영역 형성 부재(60)의 홈부(70)의 저면(70b)에 있어서의 주사 방향의 양측에 형성된 공급구(13)로부터 동시에 웨이퍼(W) 상에 공급된다. 웨이퍼(W) 상에 공급된 액체(L)는 경통(PK)의 표면을 따라 흘러 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)의 영역을 액체(L)로 채워 액침 영역(AR2)을 형성한다.
또한, 액침 영역(AR2)을 형성한 후에도 액체(L)를 계속해서 공급하여 도 4에 도시하는 바와 같이 액침 영역(AR2)의 외주 영역의 일부도 액체(L)로 채워 예비 액침 영역(AR3)을 형성한다.
그리고, 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)을 형성한 후에는 액체 회수 기구(20)도 동작시키고, 액체(L)의 공급량과 회수량이 대략 동일하거나 혹은 공급량이 회수량을 약간 상회하는 정도로 설정하여 그 상태를 유지한다.
이와 같이 하여, 노광 개시시에는 예컨대 액침 영역(AR2)의 액체(L)의 약 10~20% 정도 이상과 동량인 액체(L)가 예비 액침 영역(AR3)에 배치된다.
다음에, 각종의 노광 조건이 설정된 후에 제어 장치(CONT)의 관리 하에서 레티클 현미경 및 오프액시스(off-axis)?얼라이먼트 센서 등(함께 도시되지 않음)을 이용한 레티클얼라이먼트, 얼라이먼트 센서의 베이스 라인 계측 등의 소정의 준비 작업이 행해진다. 그 후, 얼라이먼트 센서를 이용한 웨이퍼(W)의 파인얼라이먼트[인핸스트?글로벌?얼라이먼트(EGA) 등]가 종료되며, 웨이퍼(W) 상의 복수의 쇼트 영역의 배열 좌표가 구해진다.
웨이퍼(W)의 노광을 위한 준비 작업이 종료하면, 제어 장치(CONT)가 얼라이 먼트 결과에 기초하여 웨이퍼(W)측의 레이저 간섭계(56)의 계측치를 모니터하면서, 웨이퍼(W)의 제1 쇼트(제1번째 쇼트 영역)의 노광을 위한 가속 개시 위치(주사 개시 위치)에 웨이퍼 스테이지 구동부(WSTD)에 지령하여 웨이퍼 스테이지(WST)를 이동시킨다.
이어서, 제어 장치(CONT)가 레티클 스테이지 구동부(RSTD) 및 웨이퍼 스테이지 구동부(WSTD)에 지령하여 레티클 스테이지(RST) 및 웨이퍼 스테이지(WST)와 X축 방향의 주사를 시작하고, 레티클 스테이지(RST), 웨이퍼 스테이지(WST)가 각각의 목표 주사 속도에 달하면 노광광(EL)에 의해 레티클(R)의 패턴 영역이 조사되며 주사 노광이 시작된다.
그리고, 레티클(R)의 패턴 영역이 다른 영역이 노광광(EL)에 의해 축차 조명되고, 패턴 영역 전면에 대한 조명이 완료됨으로써, 웨이퍼(W) 상의 제1 쇼트 영역에 대한 주사 노광이 종료한다. 이것에 의해 레티클(R)의 패턴(AR)이 투영 광학계(PL) 및 액체(L)를 통해 웨이퍼(W) 상의 제1 쇼트 영역의 레지스트층에 축소 전사된다.
이 제1 쇼트 영역에 대한 주사 노광이 종료하면, 제어 장치(CONT)에 의해 웨이퍼 스테이지(WST)가 X, Y축 방향으로 단계 이동하고, 제2 쇼트 영역의 노광을 위한 가속 개시 위치로 이동한다. 즉 쇼트 사이 단계 동작이 행해진다.
그리고, 제2 쇼트 영역에 대하여 전술한 바와 같은 주사 노광을 행한다.
이와 같이하여 웨이퍼(W) 쇼트 영역의 주사 노광과 다음 쇼트 영역의 노광을 위한 단계 동작이 반복 행해지고, 웨이퍼(W) 상의 모든 노광 대상 쇼트 영역에 레 티클(R)의 패턴(AR)이 순차 전사된다.
웨이퍼(W)의 노광 처리가 완료되면, 액체 공급 기구(10)의 동작을 정지하고, 또한 액체 회수 기구(20)에 의해 액체(L)의 회수량을 증가시켜 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(N3)의 모든 액체(L)를 회수한다.
그리고, 액체(L)의 회수 후에 웨이퍼(W)의 교환이 행해져 새로운 웨이퍼(W)의 노광 처리가 재개된다.
이러한 처리를 반복함으로써, 복수의 웨이퍼(W)의 노광이 행해진다.
전술한 바와 같이, 노광 장치(EX)는 주사 노광시에는 투영 광학계(PL)에 대하여 레티클(R)이 -X 방향(또는 +X 방향)에 속도(V)로 이동하는 것에 동기하여 XY 스테이지(53)를 통해 웨이퍼(W)를 +X 방향(또는 -X 방향)으로 속도 β?V(β는 투영 배율)로 이동시킨다. 또한, 주사 노광 후는 다음 쇼트 영역의 노광을 위한 단계 동작이 반복 행해진다. 즉 소위 단계?앤드?스캔 방식으로 웨이퍼(W)를 이동시키면서 각 쇼트 영역에 대한 주사 노광 처리를 순차 행한다.
이와 같이, 투영 광학계(PL)에 대하여 웨이퍼(W)가 XY 방향으로 이동하면 투영 광학계(PL)의 하면(PLa), 즉 액침 영역(N2)에 배치된 액체(L)는 웨이퍼(W)의 이동에 끌려져 웨이퍼(W)의 이동 방향으로 이동하기 시작한다. 특히, 노광 주사시에는 웨이퍼(W)가 고속 이동(예컨대, 300 mm/s 정도)하기 때문에 액체(L)의 이동량이 커진다.
종래의 노광 장치는 액체(L)가 웨이퍼(W)와 함께 이동하면, 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)의 일부[웨이퍼(W)의 이동 방향의 반대측]에 있어서, 액체(L)의 박리가 발생하고, 이것에 의해 노광광(EL)의 파장이 변화하여 노광 불량이 발생할 우려가 있었다.
그러나, 본 실시 형태의 노광 장치(EX)에 있어서는 액침 영역(AR2)의 외주에 또한, 예비 액침 영역(RN3)을 설치하였기 때문에 도 5에 도시하는 바와 같이 웨이퍼(W)가 이동하면 액침 영역(AR2)의 액체(L)가 웨이퍼(W) 이동 방향의 예비 액침 영역(AR3)으로 유입된다. 그것과 동시에, 웨이퍼(W) 이동 방향의 반대측 예비 액침 영역(RN3)의 액체(L)가 액침 영역(AR2)으로 유입된다.
즉 예비 액침 영역(AR3)이 액침 영역(AR2)의 예비 탱크와 같이 기능하여 웨이퍼(W)의 이동에 따라 액침 영역(AR2)으로부터 넘친 액체(L)를 회수하고, 한쪽에서는 액침 영역(AR2)을 향해 액체(L)를 공급한다. 이것에 의해 액침 영역(AR2)의 액체(L)의 부족을 보충하며, 항상 액침 영역(AR2)을 액체(L)로 채울 수 있다. 또한, 예비 액침 영역(AR3)이 형성되는 영역, 즉 벽부(80)에 둘러싸인 영역은 전 영역이 완전히 액체(L)로 채워져 있지 않기 때문에, 액침 영역(AR2)으로부터 예비 액침 영역(AR3)에 회수된 액체(L)가 벽부(80)의 외측으로 새는 일 없이 벽부(80)에 둘러싸인 영역 내에 저류할 수 있다.
그리고, 또한, 웨이퍼(W)의 이동 방향이 반전된 경우 등에는, 예비 액침 영역(AR3)에 회수된 액체(L)가 액침 영역(AR2)으로 복귀되고, 한편, 액침 영역(AR2)의 액체(L)가 예비 액침 영역(AR3)으로 복귀되도록 이동한다. 또한, 웨이퍼(W)가 비주사 방향으로 왕복 이동하는 경우나, 주사 방향의 이동과 비주사 방향의 이동을 반복하는 경우에도 마찬가지로 액체(L)는 액침 영역(AR2)과 예비 액침 영역(AR3) 사이에서 오고가며 항상 액침 영역(AR2)을 액체(L)로 채울 수 있다.
이와 같이, 액침 영역(AR2)의 외주에 예비 액침 영역(AR3)을 더 설치함으로써, 웨이퍼(W)의 이동에 따른 액침 영역(AR2)의 액체(L)의 부족을 용이하며, 또한 확실하게 회피하여 액침 영역(AR2)을 항상 액체(L)로 채울 수 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 이동 방향이 변화되어도 액침 영역(AR2)과 예비 액침 영역(AR3)에 배치된 액체(L)가 상호 액침 영역(AR2)과 예비 액침 영역(AR3) 사이를 오고가며 항상 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)을 액체(L)로 채워 노광광(EL)의 파장을 일정하게 유지할 수 있다. 이것에 의해 노광 불량의 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 종래의 노광 장치와 같이 웨이퍼(W)의 이동 방향이나 속도에 따라 복수의 공급구로부터 공급하는 액체(L)의 유량을 공급구마다 개별로 제어하는 등의 특별한 처리를 행하지 않아도 되며, 제어 장치(CONT)에의 부담을 적게 할 수 있어 노광 장치(EX)의 설비 비용을 억제할 수 있다.
그런데, 노광 처리 중에 액침 영역(AR2) 및 예비 액침 영역(AR3)에 배치되는 액체(L)의 액량은 항상 일정할 필요는 없다. 즉 액체 공급 기구(10)로부터 공급되는 액체(L)의 공급량과 액체 회수 기구(20)에 의해 회수되는 액체(L)의 회수량이 동일하여도 좋고, 공급량을 회수량보다도 많게 하여도 좋다. 예컨대, 노광 개시시에는 예비 액침 영역(AR3)에 액침 영역(AR2) 액체(L)의 약 10~20% 정도의 액량과 동량의 액체(L)를 배치하고, 노광 처리 중에는 예비 액침 영역(AR3)에 공급되는 액체(L)를 서서히 증가시키며, 그리고, 웨이퍼(W)의 노광 처리가 완료될 때에는 예비 액침 영역(AR3)이 완전히 액체(L)로 채워지도록 하여도 좋다.
이와 같이, 액체(L)의 공급량을 회수량보다도 많이 할 수 있으면, 종래의 노광 장치의 경우와 같이 액침 영역(AR2)으로부터 액이 새는 것 및 액체 부족을 방지하기 위해 공급량과 회수량을 엄밀히 대략 일정하게 제어하지 않아도 되며, 제어 장치(CONT)에의 부담이 적어진다.
따라서, 노광 장치(EX)에 있어서는 액체(L)의 공급량이 회수량을 밑돌지 않게 조심하면서, 노광 처리에 따른 액체(L)의 온도 상승이 소정 범위 내가 되도록 최저한의 유량 제어를 행하면 좋고, 노광 장치(EX)의 제어(운전)를 용이화할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)에 결함 등이 있으면, 이 웨이퍼(W) 상에 액체(L)가 공급되었을 때에, 액체(L) 내에 기포가 발생하는 경우가 있다. 그리고, 웨이퍼(W)의 이동에 따라 이 기포가 액침 영역(AR2)에 달하면, 노광에 영향을 부여할 가능성이 있다. 그러나, 본 실시 형태에 의하면, 기포가 예비 액침 영역(AR3)의 외측에 위치하는 경우에는 웨이퍼(W)의 이동에 따라 웨이퍼(W)에 생긴 기포가 액침 영역(AR2)을 향하여 오더라도 그 앞측에 위치하는 예비 액침 영역(AR3)에서 기포를 보충할 수 있다. 그 때문에, 기포의 액침 영역(AR2)에의 침입을 저지할 수 있고, 노광에의 영향을 회피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)을 항상 액체(L)로 채울 수 있다. 그리고, 액체(L)가 순수이기 때문에 반도체 제조 공장 등에서 용이하게 대량으로 입수할 수 있으며, 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트나 광학 소자(렌즈) 등에 대한 악영향이 없다는 이점이 있다. 또한, 순수는 환경에 대한 악영향이 없으며, 불순물의 함유량이 매우 적기 때문에 웨이퍼(W)의 표면 및 투영 광학계(PL)의 하면(PLa)을 세정하는 작용도 기대할 수 있다.
그리고, 파장이 193 nm 정도인 노광광(EL)에 대한 순수(물)의 굴절율(n)은 대략 1.47이기 때문에, 노광광(EL)의 광원으로서 ArF 엑시머 레이저광(파장 193 nm)을 이용한 경우에는 웨이퍼(W) 상에서 1/n, 즉 약 131 nm로 단파장화되어 높은 해상도를 얻을 수 있다. 또한, 초점 심도는 공기 중에 비해서 약 n 배, 즉 약 1.47 배로 확대되기 때문에 공기 중에서 사용하는 경우와 같은 정도의 초점 심도가 확보되면 좋은 경우에는 투영 광학계(PL)의 개구수를 보다 증가시킬 수 있고, 이 점에서도 해상도가 향상한다.
또한, 전술한 실시 형태에 있어서 도시한 동작 순서 혹은 각 구성 부재의 여러 가지 형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주지로부터 일탈하지 않는 범위에서 프로세스 조건이나 설계 요구 등에 기초하여 여러 가지 변경 가능하다. 본 발명은, 예컨대 이하와 같은 변경도 포함하는 것으로 한다.
또한, 도 6은 홈부(70)의 변형예를 도시하는 도면, 도 7a 및 7b는 벽부(80)의 변형예를 도시하는 도면, 도 8a 및 8b는 공급 노즐(14)을 벽부(80)의 외주에 배치한 예를 도시하는 도면, 도 9a 및 9b는 예비 액침 영역(AR3)을 형성하는 벽부(80) 등을 복수 설치한 예를 도시하는 도면이다.
예비 액침 영역(AR3)에 배치되는 액체(L)의 양(유지량)은 웨이퍼(W)의 이동속도에 의해 조정하는 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 이동 속도가 고속일수록 액침 영역(AR2)과 예비 액침 영역(AR3) 사이를 이동하는 액체(L)의 액량이 많아지기 때 문에 다량의 액체(L)를 예비 액침 영역(AR3)에 유지해야 하기 때문이다.
예컨대, 비주사 방향의 웨이퍼(W)의 이동 속도가 주사 방향의 이동 속도에 비해서 고속인 경우에는 도 6에 도시한 바와 같이, 주사 방향의 홈부(70)의 폭을 비주사 방향의 폭보다도 크게 하여도 좋다.
또한, 본 실시 형태에서는 벽부(80)가 원환형으로 폐쇄된 형상의 경우에 대해서 설명하였지만, 이것에 한정되는 것은 아닌다. 도 7a에 도시하는 바와 같이, 벽부(80)에 간극이 형성되어 있어도 좋다. 액체(L)의 표면 장력에 의해 액체(L)가 유지되는 정도의 간극이면 액이 샐 문제가 없기 때문이다. 이와 같이, 벽부(80)에 간극을 형성한 경우에는 그 간극에 회수 노즐(24)을 배치하여도 좋다.
또한, 대략 원환형 벽부(80)로 바꾸어, 도 7b에 도시하는 바와 같이 대략 원환형으로 배치된 복수의 돌기부(액체 유지부)(90)를 형성하여도 좋다. 각 돌기부(90)의 간격이 충분히 좁으면, 액체(L)의 표면 장력에 의해 액체(L)를 유지할 수 있기 때문이다.
또한, 본 실시 형태에서는 홈부(70)의 저면(70b)에 액체 공급 기구(10)의 공급구(13) 및 액체 회수 기구(20)의 회수구(23)를 설치하는 경우에 대해서 설명하였지만, 도 8a 및 8b에 도시하는 바와 같이 공급 노즐(14) 및 회수 노즐(24)을 벽부(80)의 외주에 배치하여도 좋다.
또한, 도시하지 않지만, 공급구(13) 및 회수구(23)를 벽부(80)의 하면(80a)에 설치하여도 좋다.
또한, 예비 액침 영역(AR3)을 형성하는 홈부(70) 및 벽부(80)를 복수 설치하여도 좋다. 도 9a 및 9b에 도시하는 바와 같이, 벽부(80)의 외주에 다시 액체(L)를 유지하는 벽부(80) 등을 복수개 설치함으로써, 예비 액침 영역(AR3)의 액체(L)를 유지하는 유지력이 증가하여 예비 액침 영역(AR3)의 외측으로 액이 새는 것을 더욱 방지할 수 있기 때문이다.
이 경우, 인접하는 홈부(70)끼리의 사이에 있는 벽부(80)의 하면(80a)의 폭을 넓게(면적을 크게) 하면, 액침 영역(AR2)에서의 액체(L)의 유지에 유용하다.
그 때, 복수의 벽부(80)에 있어서의 각 하면(80a)의 폭은 모두 같게 하지 않아도 되며, 예컨대, 내측 벽의 하면의 폭을 넓혀도 좋고, 그 반대의 관계로 하여도 좋다.
또한, 각 벽부(80)는 그 벽면이 웨이퍼(W)의 표면과 수직이 되도록 형성되지 않아도 되며, 웨이퍼(W)의 표면과 교차하는 기울기를 가진 면이라도 좋다.
또한, 도 9a 및 9b에 도시하는 바와 같이, 액체(L)을 공급하는 공급구(13)를 가장 내측인 홈부(70)의 저면(70b)에 설치하고, 한편, 액체(L)를 회수하는 회수구(23)를 2번째 홈부(70)의 저면(70b)에 설치하도록 하여도 좋다. 이와 같이, 공급구(13) 및 회수구(23)의 배치, 수 등은 적절하게 변경 가능하다.
전술한 실시 형태에서는 투영 광학계(PL)의 선단에 광학 소자(2)로서 렌즈가 부착되어 있으며, 이 렌즈에 의해 투영 광학계(PL)의 광학 특성, 예컨대 수차(구면 수차, 코마 수차 등)의 조정을 행할 수 있지만, 광학 소자(2)로서는 렌즈보다 저렴한 평행 평면판으로 하는 것도 가능하다.
광학 소자(2)를 평행 평면판으로 함으로써, 노광 장치(EX)의 운반, 조립, 조 정 시간 등에 있어서 투영 광학계(PL)의 투과율, 웨이퍼(W) 상에서의 노광광(EL)의 조도 및 조도 분포의 균일성을 저하시키는 물질(예컨대 실리콘계 유기물 등)이 그 평행 평면판에 부착되어도 액체(L)를 공급하기 직전에 그 평행 평면판을 교환하는 것만으로 좋고, 액체(L)와 접촉하는 광학 소자를 렌즈로 하는 경우에 비해서 그 교환 비용이 낮아진다는 이점이 있다. 즉 노광광(EL)의 조사에 의해 레지스트로부터 발생하는 비산 입자, 또는 액체(L) 중 불순물의 부착 등에 기인하여 액체(L)에 접촉하는 광학 소자의 표면이 더러워지기 때문에, 그 광학 소자를 정기적으로 교환해야하지만, 이 광학 소자를 저렴한 평행 평면판으로 함으로써, 렌즈에 비해 교환부품의 비용이 낮고, 또한 교환에 필요한 시간을 짧게 할 수 있어 보수 비용(운전 비용)의 상승이나 작업 처리량의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 액체(L)의 흐름에 의해 발생하는 투영 광학계(PL) 선단의 광학 소자(2)와 웨이퍼(W) 사이의 압력이 큰 경우에는, 그 광학 소자(2)를 교환 가능하게 할 뿐만 아니라, 그 압력에 의해 광학 소자(2)가 움직이지 않도록 견고히 고정하여도 좋다.
또한, 전술한 실시 형태에서는 액체(L)로서 물을 이용한 경우에 대해서 설명하였지만, 물 이외의 액체라도 좋은, 예컨대, 노광광(EL)의 광원이 F2 레이저인 경우에는 F2 레이저광은 물을 투과하지 않기 때문에, 액체(L)로서는 F2 레이저광을 투과 가능한 예컨대 불소계 오일 등의 불소계 유체라도 좋다. 이 경우, 액체(L)와 접촉하는 부분에는, 예컨대 불소를 함유하는 극성이 작은 분자 구조의 물질로 박막을 형성함으로써, 친액화 처리하는 것이 바람직하다.
또한, 액체(L)로서는 그 외에도 노광광(EL)에 대한 투과성이 있어서 가능한 한 굴절율이 높고, 투영 광학계(PL)나 웨이퍼(W) 표면에 도포되어 있는 포토레지스트에 대하여 안정적인 것[예컨대 시더우드유(cedarwood oil)]을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우도 표면 처리는 이용하는 액체(L)의 극성에 따라 행해진다.
또한, 전술한 실시 형태에서는 투영 광학계(PL)와 기판(P) 사이에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 내에서 이동시키는 액침 노광 장치나, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조를 형성하여 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 노광 대상의 기판을 유지한 스테이지를 액조 내에서 이동시키는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작에 대해서는, 예컨대 특허 공개 평성 제6-124873호 공보에, 스테이지 상에 소정 깊이의 액체조를 형성하여 그 속에 기판을 유지하는 액침 노광 장치에 대해서는, 예컨대 특허 공개 평성 제10-303114호 공보나 미국 특허 제5,825,043호에 각각 개시되어 있다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 공보 또는 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 본 발명은 특허 공개 평성 제11-135400호에 개시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼 등의 피처리 기판을 유지하여 이동 가능한 노광 스테이지와, 각종 계측 부재나 센서를 구비한 계측 스테이지를 구비한 노광 장치에도 적용할 수 있다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 공보에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 전술한 액침법을 적용한 노광 장치는 투영 광학계(PL)의 종단 광학 부재 사출측의 광로 공간을 액체(순수)로 채워 웨이퍼(W)[기판(P)]를 노광하는 구성으로 되어 있지만, 국제 공개 제2004/019128호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이 투영 광학계의 종단 광학 부재의 입사측 광로 공간도 액체(순수)로 채우도록 하여도 좋다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 팜플렛에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 전술한 바와 같이 액침법을 이용한 경우에는 투영 광학계의 개구수(NA)가 0.9~1.3이 되는 경우도 있다. 이와 같이 투영 광학계의 개구수(NA)가 많아지는 경우에는, 종래로부터 노광광으로서 이용되고 있는 랜덤 편광광에서는 편광 효과에 의해 결상 성능이 악화되는 경우도 있기 때문에, 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 마스크(레티클)의 라인?앤드?스페이스 패턴의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명을 행하고, 마스크(레티클)의 패턴으로부터는 S 편광 성분(TE 편광 성분), 즉 라인 패턴의 길이 방향에 따른 편광 방향 성분의 회절광이 많이 사출되도록 하면 좋다. 투영 광학계(PL)와 기판(P) 표면에 도포된 레지스트 개구부가 액체로 채워져 있는 경우, 투영 광학계(PL)와 기판(P) 표면에 도포된 레지스트 개구부가 공기(기체)로 채워져 있는 경우에 비해서 콘트라스트의 향상에 기여하는 S 편광 성분(TE 편광 성분) 회절광의 레지스트 표면에서의 투과율이 높아지기 때문에 투영 광학계의 개구수(NA)가 1.0을 넘는 경우에도 높은 결 상 성능을 얻을 수 있다. 또한, 위상 시프트 마스크나 특허 공개 평성 제6-188169호에 개시되어 있는 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 사입사 조명법(특히 다이폴 조명법) 등을 적절하게 조합하면 보다 효과적이다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 공보에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계(PL)를 사용하여, 미세한 라인?앤드?스페이스 패턴(예컨대 25~50 nm 정도의 L/S)을 기판(P) 상에 노광하는 경우, 마스크(M)의 구조(예컨대 패턴의 미세도나 크롬의 두께)에 의해서는, 웨이브 가이드(Wave guide) 효과에 의해 마스크(M)가 편광판으로서 작용하고, 콘트라스트를 저하시키는 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다 S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 많게 마스크로부터 사출되게 된다. 이 경우도, 전술한 바와 같은 직선 편광 조명을 이용하는 것이 바람직하지만, 랜덤 편광광으로 마스크(M)를 조명하여도 개구수(NA)가 0.9~1.3과 같이 큰 투영 광학계를 사용하여 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크(M) 상의 극미세 라인?앤드?스페이스 패턴을 기판(P) 상에 노광하는 경우에는, 와이어 그리드(Wire Grid) 효과에 의해 P 편광 성분(TM 편광 성분)이 S 편광 성분(TE 편광 성분)보다도 커질 가능성도 있지만, 예컨대 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계를 사용하여 25 nm보다 큰 라인?앤드?스페이스 패턴을 기판(P) 상에 노광하는 조건이면, S 편광 성분(TE 편광 성분)의 회절광이 P 편광 성분(TM 편광 성분)의 회절광보다도 많게 마 스크로부터 사출되기 때문에, 투영 광학계의 개구수(NA)가 0.9~1.3과 같이 큰 경우에도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크(레티클)의 라인 패턴의 길이 방향에 맞춘 직선 편광 조명(S 편광 조명)뿐만 아니라 광축을 중심으로 한 원의 접선(둘레) 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 사입사 조명법의 조합도 효과적이다. 특히, 마스크(레티클)의 패턴이 소정의 한 방향으로 연장되는 라인 패턴뿐만 아니라, 복수의 다른 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재하는 경우에는, 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향에 직선 편광하는 편광 조명법과 환형 조명법을 병용함으로써, 투영 광학계의 개구수(NA)가 많은 경우에도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)로서는 반도체 디바이스 제조용 반도체 웨이퍼뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스용 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용 세라믹 웨이퍼 등이 적용된다.
노광 장치(EX)로서는 레티클과 웨이퍼를 동기 이동하여 레티클의 패턴을 주사 노광하는 단계?앤드?스캔 방식의 주사형 노광 장치(스캐닝 스테퍼) 외에, 레티클과 웨이퍼를 정지한 상태로 레티클의 패턴을 일괄 노광하고, 웨이퍼를 순차 단계 이동시키는 단계?앤드?리피트 방식의 투영 노광 장치(스테퍼)에도 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 웨이퍼 상에서 적어도 2개의 패턴을 부분적으로 겹쳐 전사하는 단계?앤드?스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 특허 공개 평성 제10-163099호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제6,341,007호, 특허 공개 평성 제10-214783호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제6,341,007호, 특허 공표 제2000-505958호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,696,441호 등에 개시되어 있는 트윈스테이지형 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 공보에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
노광 장치(EX)의 종류로서는, 웨이퍼에 반도체 소자 패턴을 노광하는 반도체소자 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 액정 표시 소자 제조용 또는 디스플레이 제조용 노광 장치나, 박막 자기 헤드, 촬상 소자(CCD) 혹은 레티클 또는 마스크 등을 제조하기 위한 노광 장치 등에도 널리 적용할 수 있다.
또한, 웨이퍼 스테이지나 레티클 스테이지에 선형 모터를 이용하는 경우는, 에어 베어링을 이용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 이용한 자기 부상형 중 어느 쪽을 이용하여도 좋다. 또한, 스테이지는 가이드에 따라 이동하는 타입이어도 좋고, 가이드를 설치하지 않는 가이드레스 타입이어도 좋다. 또한, 스테이지의 구동 장치로서 평면 모터를 이용하는 경우, 자석 유닛(영구 자석)과 전기자 유닛 중 어느 한쪽을 스테이지에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 다른쪽을 스테이지의 이동면측(베이스)에 설치하면 좋다.
웨이퍼 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은, 특허 공개 평성 제8-166475호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,528,118호에 기재되어 있는 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내도록 하여 투영 광학계(PL)에 전달되지 않도록 하여도 좋다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선 택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
레티클 스테이지의 이동에 의해 발생하는 반력은, 특허 공개 평성 제8-330224호 공보 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,874,820호에 기재되어 있는 프레임 부재를 이용하여 기계적으로 바닥(대지)으로 밀어내도록 하여 투영 광학계(PL)에 전달되지 않도록 하여도 좋다. 본 국제 출원에서 지정한 지정국(또는 선택한 선택국)의 국내 법령에 의해 허가되는 한, 상기 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서 기재의 일부로 한다.
또한, 본 발명이 적용되는 노광 장치는 본원 청구의 범위에서 인용된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브 시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립하는 것으로 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해 이 조립의 전후에는 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계 시스템에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기 시스템에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정은 각종 서브 시스템 상호의 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브 시스템으로부터 노광 장치에의 조립 공정 앞에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있는 것은 물론이다. 각종 서브 시스템의 노광 장치에의 조립 공정이 종료하면 종합 조정이 행해져 노광 장치 전체로서의 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린룸에서 행하는 것이 요망된다.
또한, 반도체 디바이스 등의 마이크로 디바이스는 도 10에 도시하는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능?성능 설계를 행하는 단계 201, 이 설계 단계에 기초한 마스크(레티클)를 제작하는 단계 202, 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 203, 전술한 실시 형태의 노광 장치(EX)에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 처리 단계 204, 디바이스 조립 단계(다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함함) 205, 검사 단계 206 등을 거쳐 제조된다.

Claims (28)

  1. 기판 상의 일부에 액체를 공급하여 제1 액침 영역을 형성하고, 상기 액체를 통해 상기 기판 상에, 투영 광학계를 통해 소정의 패턴의 상을 형성하는 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광학 소자와 상기 기판의 사이에 상기 제1 액침 영역이 형성되고,
    상기 제1 액침 영역의 외주에서, 상기 기판 상에 액체의 일부에 의해 제2 액침 영역이 형성되고,
    상기 투영 광학계의 하단부의 외주에는, 상기 제2 액침 영역을 형성하는 환형의 액침 영역 형성 부재가 배치되고,
    상기 액침 영역 형성 부재의 하면과 상기 기판의 사이에 상기 제2 액침 영역이 형성되고,
    상기 액침 영영 형성 부재의 하면에는 환형의 홈부와, 그 홈부의 외측에 배치된 환형의 벽부가 형성되고,
    상기 벽부의 하면에, 상기 기판 상에 액체를 공급하는 공급구와 상기 공급구로부터 공급된 액체를 회수하는 회수구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투영 광학계와 상기 기판의 사이에 위치하는 액체 및 상기 투영 광학계를 통해 상기 기판의 노광을 행함으로써 상기 소정의 패턴을 형성하고,
    상기 제1 액침 영역 및 상기 제2 액침 영역의 액체는, 상기 투영 광학계와 상기 기판이 상대 이동하였을 때에, 상대 이동 방향을 따라 각각의 영역의 액체의 일부가 다른쪽 영역으로 이동하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 액침 영역의 액체는, 상기 제1 액침 영역의 외주에 소정의 간격을 두고 설치된 상기 벽부에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 벽부는 원환형으로 배치된 복수의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 벽부는 탄성 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 벽부가 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 벽부에는 친액성 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 벽부의 외주에 상기 액체를 회수하는 액체 회수부가 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  9. 투영 광학계의 투영 영역을 포함하는 기판 상의 일부에 액체를 공급하여, 상기 투영 광학계와 상기 기판의 사이에 제1 액침 영역을 형성하고, 상기 투영 광학계와 상기 기판 사이에 위치하는 액체 및 상기 투영 광학계를 통해 패턴상을 상기 기판 상에 투영하여, 상기 기판을 노광하는 노광 방법에 있어서,
    상기 투영 광학계의 하단부의 외주에 배치된 환형의 액침 영역 형성 부재와 기판의 사이에 제2 액침 영역을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 액침 영역 형성 부재의 하면에는 환형의 홈부와, 그 홈부의 외측에 배치된 환형의 벽부가 형성되고,
    상기 벽부의 하면에, 상기 기판 상에 액체를 공급하는 공급구와 상기 공급구로부터 공급된 액체를 상기 기판 상으로부터 회수하는 회수구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 벽부의 외주에 설치된 액체 회수부에 의해, 상기 벽부의 외측에서 흘러나온 액체를 회수하는 단계를 더 포함하는 것인, 노광 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 기판 상의 각 쇼트 영역은, 상기 기판을 주사 방향으로 이동하면서 노광시키고,
    상기 액체 회수부는, 상기 주사 방향에 있어서, 상기 액침 영역 형성 부재의 양측에서, 상기 벽부의 외측에서 흘러나온 액체를 회수하는 것인, 노광 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 기판 상의 각 쇼트 영역은, 상기 기판을 주사 방향으로 이동하면서 노광시키고,
    상기 액체 회수부는, 상기 주사 방향에 수직한 비주사 방향에 있어서, 상기 액침 영역 형성 부재의 양측에서, 상기 벽부의 외측에서 흘러나온 액체를 회수하는 것인, 노광 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제1 액침 영역의 액체와 상기 제2 액침 영역의 액체는 밀접(密接)하고 있는 것인, 노광 방법.
  14. 기판 상의 일부에 액체를 공급하여 제1 액침 영역을 형성하고, 상기 액체를 통해 상기 기판 상에, 투영 광학계를 통해 소정의 패턴의 상을 형성하는 노광 장치에 있어서,
    상기 투영 광학계의 광학 소자와 상기 기판의 사이에 상기 제1 액침 영역이 형성되고,
    상기 제1 액침 영역의 외주에서, 상기 기판 상에 액체의 일부에 의해 제2 액침 영역이 형성되고,
    상기 투영 광학계의 하단부의 외주에는, 상기 제2 액침 영역을 형성하는 환형의 액침 영역 형성 부재가 배치되고,
    상기 액침 영역 형성 부재의 하면과 상기 기판의 사이에 상기 제2 액침 영역이 형성되고,
    상기 액침 영역 형성 부재에는, 상기 기판 상에 액체를 공급하는 공급구와, 상기 공급구로부터 공급된 액체를 회수하는 회수구가 설치되고,
    상기 액침 영역 형성 부재의 외측에, 액체를 회수하는 액체 회수부가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제1 액침 영역 및 상기 제2 액침 영역의 액체는, 상기 투영 광학계와 상기 기판이 상대 이동하였을 때에, 상대 이동 방향을 따라 각각의 영역의 액체의 일부가 다른쪽 영역으로 이동하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제2 액침 영역의 액체는, 상기 제1 액침 영역의 외주에 소정의 간격을 두고 설치된 액체 유지부에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 것인 노광 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 액체 유지부는, 상기 액침 영역 형성 부재의 하면에 형성된 환형의 홈부의 외주에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회수구는 상기 홈부에 배치되어 있는 것 특징으로 하는 노광 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 액체 유지부는 환형으로 배치된 복수의 돌기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 액체 유지부는 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 액체 유지부에는 친액성 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
  22. 제16항에 있어서, 상기 액체 회수부는, 상기 액체 유지부의 외측에서 흘러나온 액체를 회수하는 것인, 노광 장치.
  23. 제14항에 있어서, 상기 회수구는 다공(多孔) 부재를 통해 액체를 회수하는 것인, 노광 장치.
  24. 제14항에 있어서, 상기 액침 영역 형성 부재의 하면에는 환형의 홈부가 형성되고,
    상기 회수구는 상기 홈부에 설치되어 있는 것인, 노광 장치.
  25. 제14항에 있어서, 상기 기판 상의 각 쇼트 영역은, 상기 기판을 주사 방향으로 이동하면서 노광시키고,
    상기 액체 회수부는 상기 주사 방향에 있어서, 상기 액침 영역 형성 부재의 양측에 배치되어 있는 것인, 노광 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 액체 회수부는, 상기 주사 방향에 수직한 비주사 방향에 있어서, 상기 액침 영역 형성 부재의 양측에 배치되어 있는 것인, 노광 장치.
  27. 리소그래피 공정을 포함하는 디바이스의 제조 방법에 있어서, 상기 리소그래피 공정에 제1항 내지 제8항 및 제14항 내지 제26항 중 어느 한 항에 기재한 노광 장치, 또는 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에에 기재한 노광 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조 방법.
  28. 삭제
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