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KR101230712B1 - 노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 - Google Patents

노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법 Download PDF

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KR101230712B1
KR101230712B1 KR1020077002662A KR20077002662A KR101230712B1 KR 101230712 B1 KR101230712 B1 KR 101230712B1 KR 1020077002662 A KR1020077002662 A KR 1020077002662A KR 20077002662 A KR20077002662 A KR 20077002662A KR 101230712 B1 KR101230712 B1 KR 101230712B1
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liquid immersion
optical element
region
substrate
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소이치 오와
히로유키 나가사카
류 스가와라
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가부시키가이샤 니콘
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Publication date
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Abstract

노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 를 구비하고 있고, 투영 광학계 (PL) 는 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 를 갖고 있다. 노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 형성된 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 과 제 1 광학 소자 (LS1) 사이에 제 1 액체 (LQ1) 의 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액침 기구 (1) 와, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰하는 관찰 장치 (60) 를 구비하고 있다. 액체의 액침 영역의 상태를 파악하여, 최적의 액침 노광을 실행할 수 있다.
Figure R1020077002662
노광 장치, 노광 방법, 액침 노광

Description

노광 장치, 노광 방법 및 디바이스 제조 방법{EXPOSURE EQUIPMENT, EXPOSURE METHOD AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}
기술분야
본 발명은, 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.
배경기술
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 이동시키면서 마스크의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사한다. 최근, 디바이스 패턴이 보다 더 고집적화되는 것에 대응하기 위해 투영 광학계의 고해상도화에 추가적인 향상이 요구되고 있다. 투영 광학계의 해상도는, 사용하는 노광 파장이 짧을수록, 또 투영 광학계의 개구수가 클수록 높아진다. 그 때문에, 노광 장치에서 사용되는 노광 파장은 해마다 단파장화되고 있고, 투영 광학계의 개구수도 증대되고 있다. 그리고, 현재 주류인 노광 파장은 KrF 엑시머 레이저의 248㎚ 이지만, 더욱 단파장인 ArF 엑시머 레이저의 193㎚ 도 실용화되고 있는 중이다. 또한, 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 포커스 마진이 부족해질 우려가 있다. 그래서, 실질적으로 노광 파장을 짧게 하고, 또 초점 심도를 넓히는 방법으로서, 예를 들어 국제 공개 제99/49504호 팜플렛에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은, 투영 광학계의 하면과 기판 표면의 사이를 물이나 유기용매 등의 액체로 채워 액침 영역을 형성하고, 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 확대한다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그런데, 액침법에 기초한 노광 처리를 양호하게 실시하기 위해서는, 액침 영 역을 원하는 상태로 해야만 한다. 그 때문에, 액체의 액침 영역의 상태를 파악하여, 액침 영역이 원하는 상태인 것을 확인한 후, 노광 처리하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액체의 액침 영역의 상태를 파악할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법 그리고 그 노광 장치 및 노광 방법을 사용하는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실시형태에 나타낸 각 도면에 대응시킨 이하의 구성을 채용하고 있다. 단, 각 요소에 부가 기재된 괄호안의 부호는 그 요소의 예시에 불과하며, 각 요소를 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 액침 영역 (LR1) 의 액체 (LQ1) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치로서, 투영 광학계 (PL) 로서 그 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 를 갖는 투영 광학계 (PL) 와, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 형성된 소정면 (65) 과 제 1 광학 소자 (LS1) 사이에 액체 (LQ1) 의 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 액침 기구 (12, 14 등) 와, 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰하는 관찰 장치 (60) 를 구비한 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 액침 영역 (LR2) 의 액체 (LQ2) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치로서, 투영 광학계 (PL) 로서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 와, 제 1 광학 소자 (LS1) 에 이어서 이미지면에 가까운 제 2 광학 소자 (LS2) 를 갖는 투영 광학계 (PL) 와, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이에 액체 (LQ2) 의 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 액침 기구 (32, 34 등) 와, 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하는 관찰 장치 (60) 를 구비한 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
또한 본 발명의 제 3 양태에 따르면, 액침 영역 (LR1) 의 액체 (LQ1) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치로서, 광학 소자 (LS1) 와, 광학 소자 (LS1) 의 광사출측에 배치된 소정면 (65) 과 광학 소자 (LS1) 사이를 액체로 채우기 위한 액침 기구 (12, 14 등) 와, 광학 소자 (LS1) 와 소정면 (65) 사이의 액체 (LQ1) 의 상태를 관찰하는 관찰 장치 (60) 를 구비한 노광 장치 (EX) 가 제공된다.
본 발명의 제 1∼제 3 양태에 의하면, 액침 영역의 상태를 관찰하는 관찰 장치를 형성하였기 때문에, 그 관찰 장치의 관찰 결과에 기초하여 형성된 액침 영역이 원하는 상태인지의 여부를 확인할 수 있다. 그리고, 관찰 장치의 관찰 결과에 기초하여, 형성된 액침 영역이 원하는 상태라고 판단한 후에 예를 들어 기판의 노광을 실시함으로써, 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 양호하게 노광할 수 있다. 한편, 관찰 장치의 관찰 결과에 기초하여, 형성된 액침 영역이 원하는 상태가 아니라고 판단된 경우에는, 액침 영역을 원하는 상태로 하기 위한 적절한 처치, 예를 들어 액체의 교체를 실시할 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 상기 양태의 노광 장치 (EX) 를 사용하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 제 4 양태에 의하면, 형성된 액침 영역이 원하는 상태인 것을 확인한 후에, 그 액침 영역의 액체를 통하여 디바이스를 제조하기 위한 노광 처리나 계측 처리 등을 양호하게 실시할 수 있다. 따라서, 원하는 성능을 갖는 디바이스를 제공할 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 광학 소자 (LS1 및/또는 LS2) 의 광사출측에 형성된 액침 영역 (LR1 및/또는 LR2) 의 액체 (LQ1 및/또는 LQ2) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 방법으로서, 상기 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 단계와, 노광한 기판 (P) 을 미노광 기판 (P) 과 교환하는 단계, 기판의 교환 중에, 상기 액침 영역의 액체 중의 기체 부분을 검출하는 단계를 포함하는 노광 방법이 제공된다.
본 발명의 제 5 양태에 의하면, 액침 영역의 액체 중의 기체 부분을 검출함으로써 액침 영역의 상태를 파악하고, 액침 영역에 적절히 필요한 처치를 실시함으로써 양호한 액침 영역을 유지할 수 있다. 또한, 기판의 교환시에 기체 부분의 검출을 실시하기 때문에, 기체 부분의 검출이 노광 동작에 영향을 미치는 일이 없어, 노광 장치의 원하는 스루풋을 유지할 수 있다. 또, 「액체 중의 기체 부분」은 액체 중의 기포뿐만 아니라, 액체 중의 공극 (Void) 도 포함한다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 상기 본 발명의 노광 방법에 의해 기판을 노광하는 단계와, 노광한 기판을 현상하는 단계와, 현상한 기판을 가공하는 단계를 포함하는 디바이스의 제조 방법이 제공된다. 본 디바이스 제조 방법은 본 발명의 노광 방법을 채용하고 있기 때문에, 원하는 성능을 갖는 디바이스를 제공할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 관찰 장치를 사용하여 액체의 액침 영역이 원하는 상태인 것을 확인한 후, 기판을 양호하게 노광할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2 는 기판 스테이지 및 계측 스테이지를 상방에서 본 평면도이다.
도 3 은 투영 광학계 선단 근방의 확대 단면도이다.
도 4 는 기판 스테이지와 계측 스테이지 사이에서 제 1 액침 영역이 이동하는 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는 노광 순서의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.
도 6 은 관찰 장치가 액침 영역을 관찰하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7 은 제 2 실시형태에 관련된 노광 장치를 나타내는 도면이다.
도 8 은 제 3 실시형태에 관련된 노광 장치를 나타내는 도면이다.
도 9 는 관찰 장치에 의한 관찰 타이밍의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.
도 10 은 제 4 실시형태에 관련된 노광 순서의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.
도 11 은 제 4 실시형태에 관련된 노광 장치의 요부를 나타내는 도면이다.
도 12 는 탈기 장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 13 은 조명 광원을 구비한 관찰 장치를 나타내는 개략도이다.
도 14 는 액침 영역을 조명하는 조명 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 15 는 액침 영역을 조명하는 조명 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 16 은 액침 영역을 조명하는 조명 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 17 은 액침 영역을 조명하는 조명 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 18 은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.
(부호의 설명)
1: 제 1 액침 기구 2: 제 2 액침 기구
38: 탈기 장치 51: 기판 스테이지 상면
58: 계측 스테이지 상면 60: 관찰 장치
61: 광학계 62: 조정 기구
63: 촬상 소자 64: 투명 부재
65: 투명 부재 상면 300: 기준 부재
400: 조도 불균일 센서 500: 공간 이미지 계측 센서
600: 조사량 센서 CONT: 제어 장치
DY: 표시 장치 EX: 노광 장치
LQ1: 제 1 액체 LQ2: 제 2 액체
LR1: 제 1 액침 영역 LR2: 제 2 액침 영역
LS1: 제 1 광학 소자 LS2: 제 2 광학 소자
P: 기판 PL: 투영 광학계
PST1: 기판 스테이지 PST2: 계측 스테이지
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
<제 1 실시형태>
도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 노광 장치 (EX) 를 나타내는 개략 구성도이다. 도 1 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는, 마스크 (M) 를 지지하여 이동 가능한 마스크 스테이지 (MST) 와, 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 갖고, 기판 홀더 (PH) 에 기판 (P) 을 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지 (PST1) 와, 노광 처리에 관한 계측을 실시하는 계측기를 유지하고, 기판 스테이지 (PST1) 와는 독립적으로 이동 가능한 계측 스테이지 (PST2) 와, 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하는 조명 광학계 (IL) 와, 노광광 (EL) 에 의해 조명된 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 노광 장치 (EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 (CONT) 를 구비하고 있다. 제어 장치 (CONT) 에는, 노광 처리에 관한 정보를 표시하는 표시 장치 (DY) 가 접속되어 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, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자 (LS1∼LS7) 중, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1) 과 기판 (P) 사이를 제 1 액체 (LQ1) 로 채워 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액침 기구 (1) 를 구비하고 있다. 제 1 액침 기구 (1) 는, 제 1 광학 소 자 (LS1) 의 하면 (T1) 과 기판 (P) 사이에 제 1 액체 (LQ1) 를 공급하는 제 1 액체 공급 기구 (10) 와, 제 1 액체 공급 기구 (10) 에서 공급된 제 1 액체 (LQ1) 를 회수하는 제 1 액체 회수 기구 (20) 를 구비하고 있다. 제 1 액침 기구 (1) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다.
또한, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 근방, 구체적으로는 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 단부의 광학 소자 (LS1) 의 근방에는, 제 1 액침 기구 (1) 의 일부를 구성하는 노즐 부재 (70) 가 배치되어 있다. 노즐 부재 (70) 는, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 의 상방에 있어서 투영 광학계 (PL) 의 선단 주위를 둘러싸도록 형성된 고리형 부재이다.
또한, 노광 장치 (EX) 는, 제 1 광학 소자 (LS1) 와, 제 1 광학 소자 (LS1) 에 이어서 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 가까운 제 2 광학 소자 (LS2) 사이를 제 2 액체 (LQ2) 로 채워 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액침 기구 (2) 를 구비하고 있다. 제 2 광학 소자 (LS2) 는 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상방에 배치되어 있고, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상면 (T2) 은 제 2 광학 소자 (LS2) 의 하면 (T3) 과 대향하도록 배치되어 있다. 제 2 액침 기구 (2) 는, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이로 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 제 2 액체 공급 기구 (30) 와, 제 2 액체 공급 기구 (30) 에서 공급된 제 2 액체 (LQ2) 를 회수하는 제 2 액체 회수 기구 (40) 를 구비하고 있다. 제 2 액침 기구 (2) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다.
본 실시형태에 있어서의 노광 장치 (EX) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 기판 (P) 상의 일부에 국소적으로 형성하는 국소 액침 방식을 채용하고 있다. 또한, 노광 장치 (EX) 는, 제 2 액침 영역 (LR2) 도 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상면 (T2) 의 일부에 국소적으로 형성한다. 노광 장치 (EX) 는, 적어도 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 전사하고 있는 동안, 제 1 액침 기구 (1) 를 사용하여 제 1 광학 소자 (LS1) 와 그 이미지면측에 배치된 기판 (P) 사이에 제 1 액체 (LQ1) 를 채워서 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성함과 함께, 제 2 액침 기구 (2) 를 사용하여 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이에 제 2 액체 (LQ2) 를 채워 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성한다.
또한, 계측 스테이지 (PST2) 에는, 제 1 액침 영역 (LR1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 각각의 상태를 관찰 가능한 관찰 장치 (60) 가 설치되어 있다. 관찰 장치 (60) 는 계측 스테이지 (60) 의 내부에 설치되어 있다.
본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 로서 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 주사 방향에 있어서 서로 상이한 방향 (역방향) 으로 동기 이동하면서 마스크 (M) 에 형성된 패턴을 기판 (P) 에 노광하는 주사형 노광 장치 (이른바 스캐닝 스테퍼) 를 사용하는 경우를 예로 하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 수평면 내에서 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 동기 이동 방향 (주사 방향) 을 X 축 방향, 수평면 내에서 X 축 방향과 직교하는 방향을 Y 축 방향 (비주사 방향), X 축 및 Y 축 방향과 수직이고 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 일치하는 방향을 Z 축 방향으로 한다. 또한, X 축, Y 축, 및 Z 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θX, θY, 및 θZ 방향으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「기판」은 반도체 웨이퍼 상에 레지스트 를 도포한 것을 포함하고, 「마스크」는 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.
조명 광학계 (IL) 는, 노광광 (EL) 을 사출하는 노광용 광원, 노광용 광원에서 사출된 노광광 (EL) 의 조도를 균일화하는 옵티컬 인터그레이터, 옵티컬 인터그레이터로부터 사출된 노광광 (EL) 을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 및 노광광 (EL) 에 의한 마스크 (M) 상의 조명 영역을 설정하는 시야 조리개 등을 가지고 있다. 마스크 (M) 상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계 (IL) 에 의해 균일한 조도 분포의 노광광 (EL) 으로 조명된다. 노광용 광원으로부터 사출되는 노광광 (EL) 으로는, 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 이나, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 및 F2 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공 자외광 (VUV 광) 등이 사용된다. 본 실시형태에서는 ArF 엑시머 레이저광이 사용된다.
본 실시형태에서는, 제 1 액체 공급 기구 (10) 로부터 공급되는 제 1 액체 (LQ1), 및 제 2 액체 공급 기구 (30) 로부터 공급되는 제 2 액체 (LQ2) 로서 순수가 사용된다. 즉, 본 실시형태에서는, 제 1 액체 (LQ1) 와 제 2 액체 (LQ2) 는 동일한 액체이다. 순수는 ArF 엑시머 레이저광뿐만 아니라, 예를 들어 수은 램프로부터 사출되는 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 도 투과 가능하다.
마스크 스테이지 (MST) 는 마스크 (M) 를 유지하여 이동 가능하며, 투영 광 학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소 회전이 가능하다. 마스크 스테이지 (MST) 는 리니어 모터 등을 포함하는 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 에 의해 구동된다. 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 마스크 스테이지 (MST) 상에는 마스크 스테이지 (MST) 와 함께 이동하는 이동경 (52) 이 설치되어 있다. 또, 이동경 (52) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (53) 가 형성되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 상의 마스크 (M) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (53) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (53) 의 계측 결과에 기초하여 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 를 구동함으로써 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 의 위치 결정을 실시한다.
투영 광학계 (PL) 는 마스크 (M) 의 패턴을 소정의 투영 배율 (β) 로 기판 (P) 에 투영한다. 투영 광학계 (PL) 는, 기판 (P) 측의 선단에 설치된 제 1 광학 소자 (LS1) 를 포함하는 복수의 광학 소자 (LS1∼LS7) 로 구성되어 있고, 이들 복수의 광학 소자 (LS1∼LS7) 는 경통 (PK) 에 의해 지지되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 투영 광학계 (PL) 는 투영 배율 (β) 이 예를 들어 1/4, 1/5 또는 1/8 의 축소계이다. 또, 투영 광학계 (PL) 는 등배계 및 확대계 중 어느 것도 상관없다. 또한, 투영 광학계 (PL) 는, 굴절 소자와 반사 소자를 포함하는 반사 굴절계, 반사 소자를 포함하지 않은 굴절계, 굴절 소자를 포함하지 않은 반사계 중 어느 것이나 상관없다. 조명 광학계 (IL) 로부터 사출된 노광광 (EL) 은 투 영 광학계 (PL) 에 물체면측으로부터 입사하여, 복수의 광학 소자 (LS7∼LS1) 를 통과한 후, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서 사출되어서, 기판 (P) 상에 도달한다. 구체적으로는, 노광광 (EL) 은, 복수의 광학 소자 (LS7∼LS3) 의 각각을 통과한 후, 제 2 광학 소자 (LS2) 상면 (T4) 의 소정 영역을 통과하고, 하면 (T3) 의 소정 영역을 통과한 후, 제 2 액침 영역 (LR2) 에 입사된다. 제 2 액침 영역 (LR2) 을 통과한 노광광 (EL)은, 제 1 광학 소자 (LS1) 상면 (T2) 의 소정 영역을 통과한 후, 하면 (T1) 의 소정 영역을 통과하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 에 입사된 후, 기판 (P) 상에 도달한다.
본 실시형태에서는, 제 1 광학 소자 (LS1) 는 노광광 (EL)을 투과 가능한 무굴절력의 평행 평면판으로서, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1) 과 상면 (T2) 은 대략 평행하다. 한편, 제 2 광학 소자 (LS2) 는 굴절력 (렌즈 작용) 을 갖고 있다. 또, 제 1 광학 소자 (LS1) 가 굴절력 (렌즈 작용) 을 갖고 있어도 된다.
기판 스테이지 (PST1) 는 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 갖고 있고, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서, 베이스 (BP) 상에서 이동 가능하게 설치되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 기판 스테이지 구동 기구 (PSTD1) 에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 기구 (PSTD1) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 기판 스테이지 구동 기구 (PSTD1) 는 예를 들어 리니어 모터나 보이스 코일 모터 등을 포함하고, 기판 스테이지 (PST1) 를 X 축, Y 축, 및 Z 축 방향, θX, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동 가능하다. 따라서, 기판 스테이지 (PST1) 는, 기판 홀더 (PH) 에 유지되어 있는 기판 (P) 을 X 축, Y 축, 및 Z 축 방 향, θX, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동 가능하다.
기판 스테이지 (PST1) 의 측면에는 이동경 (54) 이 설치되어 있다. 또, 이동경 (54) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (55) 가 형성되어 있다. 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (55) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (55) 의 계측 결과에 기초하여, 레이저 간섭계 (55) 에 의해 규정되는 2 차원 좌표계 내에서 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD1) 를 통하여 기판 스테이지 (PST1) 를 구동함으로써 기판 스테이지 (PST1) 에 지지되어 있는 기판 (P) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향에서의 위치 결정을 실시한다.
또, 노광 장치 (EX) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-37149호에 개시되어 있는, 기판 (P) 표면의 면위치 정보를 검출하는 사입사 (斜入射) 방식의 포커스 검출계를 가지고 있다. 포커스 검출계는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 기판 (P) 표면의 Z 축 방향에서의 위치 (포커스 위치) 를 검출한다. 또한, 기판 (P) 의 표면에 있어서 복수의 각 점에서의 각 포커스 위치를 구함으로써, 포커스 검출계는 기판 (P) 의 경사 방향의 자세를 구할 수도 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 포커스 검출계의 검출 결과에 기초하여 기판 스테이지 구동 기구 (PSTD1) 를 통해서 기판 스테이지 (PST1) 를 구동하여, 기판 (P) 의 Z 축 방향에서의 위치 (포커스 위치) 및, θX, θY 방향에서의 위치를 제어하고, 기판 (P) 의 표면 (노광면) 을 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면에 맞 춘다.
또, 포커스 검출계는 액침 영역 (LR1) 의 외측에서 액체 (LQ1) 를 통하지 않고서 기판 (P) 의 표면 위치를 검출하는 장치여도 되고, 액체 (LQ1) 를 통하여 기판 (P) 의 표면 위치를 검출하는 장치와 병용해도 된다. 또한, 일본 공표특허공보 2000-505958호 (대응 미국 특허 5,969,441) 또는 미국 특허 6,208,407 에 개시되어 있는 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 로부터 떨어진 위치에서 기판 (P) 표면의 위치 정보 (요철 정보) 를 계측해도 된다.
기판 스테이지 (PST1) 상에는 오목부 (50) 가 형성되어 있고, 기판 홀더 (PH) 는 오목부 (50) 에 배치되어 있다. 그리고, 기판 스테이지 (PST1) 상 중 오목부 (50) 이외의 상면 (51) 은, 기판 홀더 (PH) 에 유지된 기판 (P) 의 표면와 대략 동일한 높이 (면일) 로 되는 평탄면으로 되어 있다. 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 은 제 1 액체 (LQ1) 에 대해서 발액성을 가지고 있다. 기판 (P) 의 주위에 기판 (P) 표면과 대략 면일한 상면 (51) 을 형성했기 때문에, 기판 (P) 표면의 주연 (周緣) 영역을 액침 노광할 때에 있어서도, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 제 1 액체 (LQ1) 를 유지하여 제 1 액침 영역 (LR1) 을 양호하게 형성할 수 있다. 또, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 양호하게 유지할 수 있으면, 기판 홀더 (PH) 에 유지된 기판 (P) 의 표면과 상면 (51) 은 단차가 있어도 된다.
계측 스테이지 (PST2) 는 노광 처리에 관한 계측을 실시하는 각종 계측기를 탑재하고 있어, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서, 베이스 (BP) 상에서 이동 가능하게 설치되어 있다. 계측 스테이지 (PST2) 는 계측 스테이지 구동 기구 (PSTD2) 에 의해 구동된다. 계측 스테이지 구동 기구 (PSTD2) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 각각의 스테이지 구동 기구 (PSTD1, PSTD2) 를 통하여 기판 스테이지 (PST1) 및 계측 스테이지 (PST2) 의 각각을 베이스 (BP) 상에서 서로 독립적으로 이동시킬 수 있다. 계측 스테이지 구동 기구 (PSTD2) 는 기판 스테이지 구동 기구 (PSTD1) 와 동등한 구성을 갖고, 계측 스테이지 (PST2) 는, 계측 스테이지 구동 기구 (PSTD2) 에 의해서 기판 스테이지 (PST1) 와 마찬가지로, X 축, Y 축, 및 Z 축 방향, θX, θY, 및 θZ 방향의 각각으로 이동이 가능하다. 또한, 계측 스테이지 (PST2) 의 측면에는 레이저 간섭계 (57) 용의 이동경 (56) 이 설치되어 있다. 계측 스테이지 (PST2) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (57) 에 의해 실시간으로 계측되고, 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (57) 의 계측 결과에 기초하여 계측 스테이지 (PST2) 의 위치를 제어한다.
투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치되어 있는 계측 스테이지 (PST2) 상에는 개구부 (64K) 가 형성되어 있고, 그 개구부 (64K) 에는 투명 부재 (64) 가 배치되어 있다. 투명 부재 (64) 는 예를 들어 유리판에 의해서 구성되어 있다. 또, 투명 부재 (64) 의 재료는, 후술하는 촬상 소자로 유도되는 광의 파장에 따라, 형석이나 석영 등을 적절히 선택할 수 있다. 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 은 평탄면이다. 또한, 계측 스테이지 (PST2) 상 중 개구부 (64K) 이외의 상면 (58) 도 평탄면이다. 그리고, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 과, 개구부 (64K) 에 배치된 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 은 대략 동일한 높이 (면일) 가 되 도록 형성되어 있고, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 은 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 을 포함하도록 형성되어 있다. 또, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 이나 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 은 액체 (LQ) 에 대하여 발액성인 것이 바람직하다.
또한, 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 을 포함하는 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 은, 기판 (P) 의 표면을 포함하는 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 과 나란한 위치에 형성되어 있고, 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 과 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 은 대략 동일한 높이 위치가 되도록 형성되어 있다.
계측 스테이지 (PST2) 에는, 개구부 (64K) 에 접속되는 내부 공간 (66) 이 형성되어 있다. 그리고, 계측 스테이지 (PST2) 의 내부 공간 (66) 에는 관찰 장치 (60) 가 배치되어 있다. 관찰 장치 (60) 는, 투명 부재 (64) 의 하측에 배치된 광학계 (61) 와, CCD 등에 의해 구성되어 있는 촬상 소자 (63) 를 구비하고 있다. 촬상 소자 (63) 는, 액체 (LQ1, LQ2) 나 광학 소자 (LS1, LS2) 등의 광학 이미지 (화상) 를 투명 부재 (64) 및 광학계 (61) 를 통하여 취득 가능하다. 촬상 소자 (63) 는 취득한 화상을 전기 신호로 변환하여, 그 신호 (화상 정보) 를 제어 장치 (CONT) 에 출력한다. 또한, 관찰 장치 (60) 는 광학계 (61) 의 초점 위치를 조정 가능한 조정 기구 (62) 를 갖고 있다. 또한, 관찰 장치 (60) 는 제 1 액침 영역 (LR1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 의 전체를 관찰 가능한 시야를 갖고 있다. 촬상 소자 (63) 는, 예를 들어, 전하 결합 소자 (CCD) 를 사용할 수 있으며, 거기에 한정되지 않고 여러 가지 소자를 사용할 수 있다. 또, 전하 결 합 소자도 또한, 그곳에 입사되는 광 (의 파장) 에 고감도인 소자를 적절히 선택할 수 있다.
또 관찰 장치 (60) 의 전부가 계측 스테이지 (PST2) 의 내부에 배치되어 있어도 되고, 예를 들어 광학계 (61) 를 구성하는 복수의 광학 소자 중 일부의 광학 소자나 촬상 소자 (63) 등이 계측 스테이지 (PST2) 의 외측에 배치되어 있어도 된다. 또, 조정 기구 (62) 를 생략해도 된다.
또는 촬상 소자 (63) 를 생략하고, 광신호를 그대로 광섬유나 도파관을 통하여 제어 장치 (CONT) 로 유도하여, 제어 장치 내에서 광신호 자체로 처리하거나 광전 변환해도 된다. 또는, 광신호를 그 자체로 표시 장치 (DY) 로 유도하여, 표시 장치 (DY) 에서 제 1 액침 영역 (LR1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관측해도 된다.
도 2 는 기판 스테이지 (PST1) 및 계측 스테이지 (PST2) 를 상방에서 본 평면도이다. 도 2 에 있어서, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 에는, 계측기로서, 투영 광학계 (PL) 를 통한 마스크 (M) 의 패턴의 이미지에 대한 기판 (P) 의 얼라인먼트 위치를 규정하기 위해서 패턴 이미지의 투영 위치와 도시 생략된 기판 얼라인먼트계의 검출 기준과의 XY 평면 내에서의 위치 관계 (베이스라인량) 를 측정하기 위한 기준 부재 (300) 가 형성되어 있다. 그 기준 부재 (300) 에는, 기준 마크 (PFM) 과 기준 마크 (MFM) 가 소정의 위치 관계로 형성되어 있다. 기준 마크 (PFM) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평4-65603호 (대응 미국특허 제5,493,403호) 에 개시되어 있는 FIA (필드 이미지 얼라인먼트) 방식의 기판 얼라인 먼트계에 의해, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ1, LQ2) 를 통하지 않고서 검출된다. 또한 기준 마크 (MFM) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평7-176468호에 개시되어 있는 VRA (비주얼 레티클 얼라인먼트) 방식의 마스크 얼라인먼트계에 의해, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ1, LQ2) 를 통하여 검출된다. 또한, 상면 (58) 에는 계측기로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 소57-117238호에 개시되어 있는 바와 같이 조도 불균일을 계측하거나, 일본 공개특허공보 2001-267239호에 개시되어 있는 바와 같이 투영 광학계 (PL) 의 노광광 (EL) 의 투과율의 변동량을 계측하기 위한 불균일 센서 (400) 의 일부를 구성하는 상판 (401), 일본 공개특허공보 2002-14005호에 개시되어 있는 공간 이미지 계측 센서 (500) 의 일부를 구성하는 상판 (501), 및 일본 공개특허공보 평11-16816호에 개시되어 있는 조사량 센서 (조도 센서: 600) 의 일부를 구성하는 상판 (601) 이 설치되어 있다. 이들 기준 부재 (300) 의 상면이나 상판 (401, 501, 601) 의 상면은, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 및 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 과 대략 면일하게 되어 있다. 또한, 이들 기준 부재 (300) 의 상면, 상판 (401, 501, 601) 의 상면도, 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 및 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 과 동일하게 발액성으로 되어 있다.
이 실시형태에서는, 계측 스테이지 (PST2) 는 노광 처리에 관한 계측 처리를 실시하기 위한 전용 스테이지로서 기판 (P) 을 유지하지 않고, 기판 스테이지 (PST1) 는 노광 처리에 관한 계측을 실시하는 계측기를 탑재하고 있지 않다. 또, 계측 스테이지 (PST2) 에 관해서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-135400 호에 보다 상세하게 개시되어 있다.
다음으로, 도 1 및 도 3 을 참조하면서, 제 1 액침 기구 (1) 및 제 2 액침 기구 (2) 에 관해서 설명한다. 도 3 은 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 선단 근방을 나타내는 확대 단면도이다.
제 1 액침 기구 (1) 의 제 1 액체 공급 기구 (10) 는, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 의 이미지면측의 제 1 공간 (K1) 에 제 1 액체 (LQ1) 를 공급한다. 제 1 액체 공급 기구 (10) 는, 제 1 액체 (LQ1) 를 송출 가능한 제 1 액체 공급부 (11) 와, 제 1 액체 공급부 (11) 에 그 일단부가 접속된 제 1 공급관 (13) 을 구비하고 있다. 제 1 공급관 (13) 의 타단부는 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 본 실시형태에서는, 제 1 액체 공급 기구 (10) 는 순수를 공급한다. 제 1 액체 공급부 (11) 는, 순수 제조 장치, 공급하는 제 1 액체 (순수: LQ1) 의 온도를 조정하는 온조 장치, 및 공급하는 제 1 액체 (LQ1) 중의 기체 성분을 저감하기 위한 탈기 장치 등을 구비하고 있다. 또, 소정의 품질 조건을 만족한다면, 노광 장치 (EX) 에 순수 제조 장치를 형성하지 않고서 노광 장치 (EX) 가 배치되는 공장의 순수 제조 장치 (용력(用力)) 를 사용하도록 해도 된다. 마찬가지로, 온조 장치 및 탈기 장치 등 모두를 노광 장치 (EX) 에서 구비하고 있을 필요는 없고, 그들 중 적어도 일부를 대신하여 노광 장치 (EX) 가 배치되는 공장 등의 설비를 사용해도 된다.
또, 제 1 공급관 (13) 의 도중에는, 제 1 액체 공급부 (11) 로부터 송출되어, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급되는 단위 시간당 액체량을 제어하는 매스 플로우 콘트롤러로 불리는 유량 제어기 (16) 가 설치되어 있다. 유량 제어기 (16) 에 의한 액체 공급량의 제어는 제어 장치 (CONT) 의 지령 신호 하에 실시된다.
제 1 액침 기구 (1) 의 제 1 액체 회수 기구 (20) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측의 제 1 액체 (LQ1) 를 회수한다. 제 1 액체 회수 기구 (20) 는, 제 1 액체 (LQ1) 를 회수 가능한 제 1 액체 회수부 (21) 와, 제 1 액체 회수부 (21) 에 그 일단부가 접속된 제 1 회수관 (23) 을 구비하고 있다. 제 1 회수관 (23) 의 타단부는 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 제 1 액체 회수부 (21) 는 예를 들어 진공 펌프 등의 진공계 (흡인 장치), 회수된 제 1 액체 (LQ1) 와 기체를 분리하는 기액 분리기 및 회수한 액체 (LQ) 를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있다. 또 진공계, 기액 분리기, 탱크 등의 적어도 일부를 노광 장치 (EX) 에 설치하지 않고, 노광 장치 (EX) 가 배치되는 공장의 설비를 사용하도록 해도 된다.
투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 근방에는 고리형 부재인 노즐 부재 (70) 가 배치되어 있다. 노즐 부재 (70) 와 투영 광학계 (PL) 의 경통 (PK) 사이에는 간극이 형성되고 있고, 노즐 부재 (70) 는 투영 광학계 (PL) 에 대해서 진동적으로 분리되도록 소정의 지지 기구에 의해 지지되어 있다. 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 은, 기판 (P) 의 표면 (기판 스테이지 (PST1) 의 상면) 과 대향하고 있다.
노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에는, 기판 (P) 상으로 제 1 액체 (LQ1) 를 공급하는 제 1 공급구 (12) 가 형성되어 있다. 제 1 공급구 (12) 는 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 복수 형성되어 있다. 또한, 노즐 부재 (70) 의 내부에 는 제 1 공급관 (13) 의 타단부와 제 1 공급구 (12) 를 접속하는 내부 유로 (14) 가 형성되어 있다. 내부 유로 (14) 의 일단부는 제 1 공급관 (13) 의 타단부에 접속되어 있고, 내부 유로 (14) 의 타단부는 복수의 제 1 공급구 (12) 의 각각에 접속하도록 도중에서 분기되어 있다.
또, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에는, 기판 (P) 상의 제 1 액체 (LQ1) 를 회수하는 제 1 회수구 (22) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 회수구 (22) 는, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에서 제 1 공급구 (12) 를 둘러싸도록, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 대하여 제 1 공급구 (12) 의 외측에 고리 형상으로 형성되어 있다. 또한, 노즐 부재 (70) 의 내부에는 제 1 회수관 (23) 의 타단부와 제 1 회수구 (22) 를 접속하는 내부 유로 (24) 가 형성되어 있다. 내부 유로 (24) 는, 고리형의 제 1 회수구 (22) 에 따라 형성된 고리형 유로 (24K) 와, 고리형 유로 (24K) 의 일부와 제 1 회수관 (23) 의 타단부를 접속하는 매니폴드 유로 (24M) 를 갖고 있다. 또한 본 실시형태에서는, 제 1 회수구 (22) 에는 다공질체 (22P) 가 형성되어 있다. 또, 노즐 부재 (70) 의 구성 (공급구의 위치, 회수구의 위치 등) 은 상기 서술한 것에 한정되지 않고 각종 구성의 노즐 부재를 사용할 수 있으며, 그 일례가 미국 특허공개 제2004/0165159호에 개시되어 있다.
제 1 액체 공급부 (11) 및 제 1 액체 회수부 (21) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 제 1 공간 (K1) 에 제 1 액체 (LQ1) 의 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 액체 공급부 (11) 로부터 제 1 액체 (LQ1) 를 송출하고, 제 1 공급관 (13) 및 노즐 부재 (70) 의 내부 유로 (14) 를 통하여, 기판 (P) 의 상방에 형성되어 있는 제 1 공급구 (12) 로부터 기판 (P) 상에 제 1 액체 (LQ1) 를 공급한다. 또한, 제 1 공간 (K1) 의 제 1 액체 (LQ1) 는 제 1 회수구 (22) 로부터 회수되고, 노즐 부재 (70) 의 내부 유로 (24) 및 제 1 회수관 (23) 을 통하여 제 1 액체 회수부 (21) 에 회수된다.
본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 는, 기판 (P) 의 노광 중에, 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR) 을 포함하는 기판 (P) 상의 일부에 투영 영역 (AR) 보다 크고 또한 기판 (P) 보다 작은 제 1 액침 영역 (LR1) 을 국소적으로 형성하는 국소 액침 방식을 채용하고 있다. 여기서, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A), 및 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1) 의 각각은 대략 평탄면이고, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 와 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1) 은 대략 면일하게 되어 있다. 이것에 의해, 원하는 범위 내에 제 1 액침 영역 (LR1) 을 양호하게 형성할 수 있다. 또한, 제 1 광학 소자 (LS1) 중 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 와 접촉하는 하면 (T1), 및 노즐 부재 (70) 중 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 와 접촉하는 하면 (70A) 은 제 1 액체 (LQ1) 에 대하여 친액성을 갖고 있다.
제 2 액침 기구 (2) 의 제 2 액체 공급 기구 (30) 는, 제 2 액체 (LQ2) 를 투영 광학계 (PL) 의 제 2 광학 소자 (LS2) 와 제 1 광학 소자 (LS1) 사이의 제 2 공간 (K2) 에 공급한다. 제 2 액체 공급 기구 (30) 는, 제 2 액체 (LQ2) 를 송출 가능한 제 2 액체 공급부 (31) 와, 제 2 액체 공급부 (31) 에 그 일단부가 접속 된 제 2 공급관 (33) 을 구비하고 있다. 제 2 액체 공급부 (31) 는 제 1 액체 공급부 (11) 와 대략 동등한 구성을 갖고 있다. 즉, 제 2 액체 공급부 (31) 는, 순수 제조 장치, 공급하는 제 2 액체 (순수: LQ2) 의 온도를 조정하는 온조 장치, 및 공급하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기체 성분을 저감하기 위한 탈기 장치 등을 구비하고 있다. 제 2 공급관 (33) 의 타단부는 경통 (PK) 의 내부에 형성된 공급 유로 (34) 의 일단부에 접속되어 있다. 또한, 공급 유로 (34) 의 타단부는 경통 (PK) 의 내측 (내부 공간) 에 배치된 공급 부재 (35) 에 접속되어 있다. 공급 부재 (35) 에는 제 2 액체 (LQ2) 가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있고, 공급 부재 (35) 의 소정 위치에는 상기 내부 유로에 접속되고, 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 제 2 공급구 (32) 가 형성되어 있다. 즉, 제 2 공간 (K2) 에 대해서는, 온도 조정되고, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 가 제 2 공급구 (32) 로부터 공급된다. 또, 순수 제조 장치, 온조 장치, 탈기 장치 등의 모두를 노광 장치 (EX) 에 형성하지 않고, 그들 중 적어도 일부를 대신하여 노광 장치 (EX) 가 설치되는 공장 등의 설비를 이용해도 된다.
또한, 제 2 공급관 (33) 의 도중에는, 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 송출되어, 제 2 공간 (K2) 에 공급되는 단위 시간당 액체량을 제어하는 유량 제어기 (매스 플로우 콘트롤러: 36) 가 설치되어 있다. 유량 제어기 (36) 에 의한 액체 공급량의 제어는 제어 장치 (CONT) 의 지령 신호 하에서 실시된다.
제 2 액침 기구 (2) 의 제 2 액체 회수 기구 (40) 는, 투영 광학계 (PL) 의 제 2 광학 소자 (LS2) 와 제 1 광학 소자 (LS1) 사이의 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액 체 (LQ2) 를 회수한다. 제 2 액체 회수 기구 (40) 는, 제 2 액체 (LQ2) 를 회수 가능한 제 2 액체 회수부 (41) 와, 제 2 액체 회수부 (41) 에 그 일단부가 접속된 제 2 회수관 (43) 을 구비하고 있다. 제 2 액체 회수부 (41) 는 제 1 액체 회수부 (21) 와 대략 동등한 구성을 갖고 있다. 제 2 회수관 (43) 의 타단부는 경통 (PK) 의 내부에 형성된 회수 유로 (44) 의 일단부에 접속되어 있다. 회수 유로 (44) 의 타단부는 경통 (PK) 의 내측 (내부 공간) 에 배치된 회수 부재 (45) 에 접속되어 있다. 회수 부재 (45) 에는 제 2 액체 (LQ2) 가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있고, 회수 부재 (45) 의 소정 위치에는 상기 내부 유로에 접속되고, 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 회수하는 제 2 회수구 (42) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 회수 부재 (45) 는 제 2 액침 영역 (LR2) 을 둘러싸는 고리형 부재로서, 제 2 회수구 (42) 는 회수 부재 (45) 중 제 2 액침 영역 (LR2) 을 향하는 면에 복수 형성되어 있다. 또 제 2 액침 기구 (2) 의 구성은 상기 서술한 것에 한정되지 않고, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 광로를 제 2 액체 (LQ2) 로 채우는 것이 가능하면, 각종 구성을 채용할 수 있다.
제 2 액체 공급부 (31) 및 제 2 액체 회수부 (41) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 제 2 공간 (K2) 에 제 2 액체 (LQ2) 의 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 제 2 액체 (LQ2) 를 송출하고, 제 2 공급관 (33), 공급 유로 (34), 공급 부재 (35) 의 내부 유로를 통해, 제 2 공급구 (32) 로부터 제 2 공간 (K2) 에 제 2 액체 (LQ2) 를 공급한다. 또한, 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 는 제 2 회수구 (42) 로부터 회수되고, 회수 부재 (45) 의 내부 유로, 회수 유로 (44), 및 제 2 회수관 (43) 을 통하여 제 2 액체 회수부 (41) 에 회수된다.
또, 제 1 액체 공급부 (11), 및 제 2 액체 공급부 (31) 의 탈기 장치로는 예를 들어 국제공개 제2004/053950호에 개시되어 있는 장치를 적용할 수 있어, 그 구조에 관해서는 도 12 와의 관계에서 뒤에 상세히 설명한다.
또한 본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 는, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상면 (T2) 중 노광광 (EL)이 통과하는 영역 (AR') 을 포함하는 일부의 영역에만 제 2 액체 (LQ2) 의 제 2 액침 영역 (AR') 을 국소적으로 형성한다.
본 실시형태에서는, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1) 측의 제 1 공간 (K1) 과, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 제 2 공간 (K2) 과는 독립된 공간이다. 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 액침 기구 (1) 에 의한 제 1 공간 (K1) 에 대한 제 1 액체 (LQ1) 의 공급 동작 및 회수 동작과, 제 2 액침 기구 (2) 에 의한 제 2 공간 (K2) 에 대한 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작 및 회수 동작을 서로 독립적으로 실시할 수 있어, 제 1 공간 (K1) 및 제 2 공간 (K2) 의 일방에서 타방으로의 액체 (LQ1, LQ2) 의 출입은 일어나지 않는다.
그리고, 제 1 광학 소자 (LS1) 하면 (T1) 측의 제 1 공간 (K1), 및 상면 (T2) 측의 제 2 공간 (K2) 의 각각의 광로 공간을 제 1 액체 (LQ1) 및 제 2 액체 (LQ2) 로 채움으로써, 제 2 광학 소자 (LS2) 의 하면 (T3) 이나 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상면 (T2) 에서의 반사 손실이 저감되어, 큰 상측 개구수를 확보한 상태 에서 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제 1 광학 소자 (LS1) 는 경통 (PK) 에 대하여 용이하게 장착ㆍ탈착 가능 (교환 가능) 하게 되어 있기 때문에, 제 1 광학 소자 (LS1) 가 오염된 경우에는 청정한 제 1 광학 소자 (LS1) 와 교환함으로써, 광학 소자의 오염에 기인하는 노광 정밀도 및 투영 광학계 (PL) 를 통한 계측 정밀도의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 밑에 형성된 제 1 액침 영역 (LR1) 은, 기판 스테이지 (PST1) 상과 계측 스테이지 (PST2) 상 사이에서 이동 가능하게 되어 있다. 제 1 액침 영역 (LR1) 을 이동할 때에는, 제어 장치 (CONT) 는 스테이지 구동 기구 (PSTD1, PSTD2) 를 사용하여, 기판 스테이지 (PST1) 와 계측 스테이지 (PST2) 를 접촉 또는 접근시킨 상태에서 기판 스테이지 (PST1) 와 계측 스테이지 (PST2) 를 XY 방향으로 함께 이동하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 기판 스테이지 (PST1) 의 상면과 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 사이에서 이동시킨다. 이렇게 함에 따라, 기판 스테이지 (PST1) 와 계측 스테이지 (PST2) 의 간극 (갭) 으로부터 제 1 액체 (LQ1) 의 유출을 억제하면서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 제 1 공간 (K1) (광로 공간) 을 제 1 액체 (LQ1) 로 채운 상태에서 기판 스테이지 (PST1) 상과 계측 스테이지 (PST2) 상 사이에서 제 1 액침 영역 (LR1) 을 이동시킬 수 있다.
따라서, 예를 들어 기판 (P) 의 교환 등을 위해 기판 스테이지 (PST1) 가 투영 광학계 (PL) 의 밑으로부터 이동하는 경우에는, 제 1 액침 영역 (LR1) 은 기판 스테이지 (PST1) 상에서 계측 스테이지 (PST2) 상으로 이동하여, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 와 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 사이에서 제 1 액체 (LQ1) 를 유지하면서, 관찰 장치 (60), 기준 부재 (300), 불균일 센서 (400), 공간 이미지 계측 센서 (500), 조사량 센서 (600) 중 적어도 하나를 사용한 동작을 제 1 액체 (LQ1) 를 통하여 실행한다. 이 경우, 그 동작의 결과가 그 후의 노광 동작 등에 반영된다. 또한, 기판 스테이지 (PST1) 가 투영 광학계 (PL) 의 밑으로 이동하는 경우에는 제 1 액침 영역 (LR1) 이 계측 스테이지 (PST2) 상에서 기판 스테이지 (PST1) 상으로 이동하여, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 와 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (기판 (P) 표면 포함) 사이에서 제 1 액체 (LQ1) 를 유지하면서, 기판 (P) 의 노광 동작 등을 실행한다.
다음으로, 상기 서술한 구성을 갖는 노광 장치 (EX) 를 사용하여 기판 (P) 을 노광하는 순서에 대해 도 5 의 플로우차트도, 및 도 6 을 참조하면서 설명한다.
우선, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 와 계측 스테이지 (PST2) 상의 투명 부재 (64) 를 대향시킨 상태에서 제 1 액침 기구 (1) 및 제 2 액침 기구 (2) 의 각각을 구동하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 각각을 형성한다 (단계 SA1). 이것에 의해, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 을 포함하는 계측 스테이지 (PST2) 의 상면 (58) 상에 제 1 액침 영역 (LR1) 이 형성된다.
제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 투명 부재 (64) 상에 형성된 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰한다 (단계 SA2). 관찰 장치 (60) 는, 투명 부재 (64) 의 상면 (65) 상의 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 투명 부재 (64) 를 통하여 관찰한다. 또, 관찰 장치 (60) 가 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰하고 있을 때에는, 계측 스테이지 (PST2) 는 거의 정지되어 있다. 투명 부재 (64) 하측의 내부 공간 (66) 에는 관찰 장치 (60) 의 광학계 (61) 가 배치되어 있고, 촬상 소자 (63) 는, 투명 부재 (64) 상에 있는 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액체 (LQ1) 의 화상을 투명 부재 (64) 및 광학계 (61) 를 통하여 취득한다. 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 조정 기구 (62) 를 사용하여 광학계 (61) 의 초점 위치를 제 1 액침 영역 (LR1) 의 Z 축 방향의 위치에 맞춘다. 따라서, 촬상 소자 (63) 는 투명 부재 (64) 상에 있는 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하고 있는 제 1 액체 (LQ1) 의 화상을 양호하게 취득 가능하다. 또한, 관찰 장치 (60) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 보다 큰 시야를 갖고 있기 때문에, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액체 (LQ1) 의 화상을 일괄하여 취득이 가능하다.
또, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 크기는 제 1 액침 기구 (1) 에 의한 액체 공급량이나 액체 회수량에 따라서 변화될 가능성이 있지만, 관찰 장치 (60) 는 예상되는 최대의 제 1 액침 영역 (LR1) 을 관찰할 수 있는 시야를 갖고 있다.
촬상 소자 (63) 에서 취득된 제 1 액침 영역 (LR1) 에 관한 화상 정보는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다 (단계 SA3). 제어 장치 (CONT) 는 촬상 소자 (63) 로부터 출력된 신호 (화상 정보) 에 기초하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하고 있는 제 1 액체 (LQ1) 의 화상을 표시 장치 (DY) 에서 표시한다.
다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰한다 (단계 SA4). 관찰 장치 (60) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 및 제 1 광학 소자 (LS1) 를 통하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰한다. 또, 관찰 장치 (60) 가 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있을 때에도 계측 스테이지 (PST2) 는 거의 정지되어 있다. 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰 장치 (60) 를 사용하여 관찰할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 조정 기구 (62) 를 사용하여 광학계 (61) 의 초점 위치를 제 2 액침 영역 (LR2) 의 Z 축 방향의 위치에 맞춘다. 따라서, 촬상 소자 (63) 는 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하고 있는 제 2 액체 (LQ2) 의 화상을 양호하게 취득 가능하다. 또한, 관찰 장치 (60) 는 제 2 액침 영역 (LR2) 보다 큰 시야를 갖고 있기 때문에, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 의 화상을 일괄하여 취득이 가능하다.
촬상 소자 (63) 에서 취득된 제 2 액침 영역 (LR2) 에 관한 화상 정보는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다 (단계 SA5). 제어 장치 (CONT) 는 촬상 소자 (63) 로부터 출력된 신호 (화상 정보) 에 기초하여, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하고 있는 제 2 액체 (LQ2) 의 화상을 표시 장치 (DY) 에서 표시한다.
또 여기서는, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰한 후, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있지만, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰한 후에 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰하도록 해도 된다.
제어 장치 (CONT) 는, 단계 SA3, 및 단계 SA5 에 있어서, 촬상 소자 (63) 로 부터 출력된 신호를 연산 처리 (화상 처리) 하고, 그 처리 결과에 기초하여, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태인지의 여부를 판별한다 (단계 SA6). 제어 장치 (CONT) 는, 특히 액체 (LQ1, LQ2) 에 파티클이나 기체 부분 (가스 덩어리나 기포 등) 이 존재하고 있지 않은가 여부를 판별한다. 예를 들어, 제어 장치 (CONT) 는 촬상 소자 (63) 로부터 출력을 받아 화소마다 명암을 판단하고, 고립된 화소 또는 화소의 집단을 액체 중의 기포의 존재로 간주하여, 그와 같은 화소 또는 화소 집단의 수로부터 기포의 수나 양을 구할 수 있다. 또는, 제어 장치 (CONT) 는, 기포의 수나 양을 미리 알고 있는 복수의 액체 샘플의 화상 데이터를 제어 장치 (CONT) 의 메모리에 기억해 두고, 그 데이터와의 비교에 있어서 기포의 수나 양을 판단해도 된다. 이 경우에, 화상 데이터는 화소의 명부 (明部) 또는 암부 (暗部) 의 평균 면적이나 평균수를 기포의 수나 양에 대응시켜도 된다. 화상 데이터나 기준 데이터는 제어 장치의 메모리에 저장해도 되고, 또는 노광 장치에 별도 형성된 메모리에 기억해도 된다. 또 동일한 방법으로, 또는 액체 중의 공극의 위치나 크기를 검지할 수도 있다.
예를 들어, 제 1 액침 기구 (1) 가 제 1 액침 영역 (LR1) 의 형성 동작을 시작한 직후 (제 1 액체 (LQ1) 의 공급을 시작한 직후) 에 있어서는, 제 1 액침 영역 (LR1) 이 투영 영역 (AR) 을 충분히 덮고 있지 않은 상태 (액 끊김 상태) 가 발생되어 있거나, 또는 제 1 액체 (LQ1) 중에 기포가 혼입되는 등의 문제가 발생하는 가능성이 높아진다. 또한, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 형성 동작을 시작한 직후에 한정되지 않고, 제 1 액침 기구 (1) 의 동작 상태 등에 따라서도 제 1 액침 영 역 (LR1) 의 상태가 변동하여 상기와 같은 문제가 발생할 가능성이 있다. 그와 같은 문제가 발생되어 있는 상태의 제 1 액침 영역 (LR1) 을 통하여 노광 처리나 계측 처리를 실시한 경우, 양호한 노광 정밀도나 계측 정밀도를 얻기가 불가능해진다. 본 실시형태에서는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 관찰함으로써 제 1 액침 영역 (LR1) 에 문제가 발생되어 있는지 여부를 파악할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 액침 영역 (LR2) 에 있어서도 액 끊김 상태가 발생하거나 기포가 혼입되는 등의 문제가 발생할 가능성이 있지만, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰함으로써 제 2 액침 영역 (LR2) 에 문제가 발생되어 있는지 여부를 파악할 수 있다. 또, 본 실시형태에 있어서 관찰 장치 (60) 는, 예를 들어 직경이 0.1㎜ 이상인 기포를 관찰 (검출) 할 수 있지만, 관찰 장치 (60) 의 관찰 (검출) 능력은 노광 장치 (EX) 에서 기판 (P) 상에 형성되는 패턴의 선폭 등에 따라서 정하면 되고, 예를 들어 0.01㎜ 이상의 기포를 관찰할 수 있도록 해도 된다.
제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태라고 판단한 경우, 제어 장치 (CONT) 는, 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재된 각 계측기를 사용하여 계측 처리를 실시한다 (단계 SA7). 즉, 제어 장치 (CONT) 는, 계측 스테이지 (PST2) 를 XY 방향으로 이동하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 투명 부재 (64) 상에서부터 기준 부재 (300), 상판 (401), 상판 (501), 및 상판 (601) 중 어느 하나의 위로 이동시킨다. 예를 들어, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 투명 부재 (64) 상에서 조도 불균일 센서 (400) 의 상판 (401) 상으로 이동시켰을 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL), 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 통하여 상판 (401) 상에 노광광 (EL)을 조사하고, 노광광 (EL)의 조도 불균일을 조도 불균일 센서 (400) 를 사용하여 계측한다. 마찬가지로, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 기준 부재 (300) 상, 상판 (501) 상 및 상판 (601) 상으로 순차 이동시키고, 기준 부재 (300), 공간 이미지 계측 센서 (500) 및 조사량 센서 (600) 의 각각을 사용하여 계측 처리를 실시한다. 그리고, 상기 각 계측기를 사용한 계측 결과에 기초하여, 제어 장치 (CONT) 는 투영 광학계 (PL) 의 캘리브레이션 처리 등을 적절히 실시한다.
또, 단계 SA7 의 각종 계측 동작과 병행하거나 또는 계측 동작의 전후에, 기준 부재 (300) 상의 기준 마크 (PFM) 가 도시하지 않은 기판 얼라인먼트계에 의해 검출되어, 베이스라인량이 결정된다.
한편, 제 1 액침 영역 (LR1) 및 제 2 액침 영역 (LR2) 중 적어도 어느 일방이 원하는 상태가 아니라고 판단한 경우, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 서술한 문제 (액 끊김 상태, 기포의 혼입 등) 가 해소될 때까지 대기 시간을 두거나, 상기 문제를 해소하기 위해서, 원하는 상태가 아니라고 판단된 액침 영역이 형성된 공간에 대한 액체 공급을 정지함과 함께 액체의 회수를 실시하고, 재차 액체를 공급하여, 액침 영역을 만들어내는 처치를 강구한다. 또는 상기 문제를 해소하기 위해서 제 1, 제 2 액침 기구 (1, 2) 의 동작 상태를 변경하는 등의 적절한 처치를 강구한다 (단계 SA8). 여기서, 제 1, 제 2 액침 기구 (1, 2) 의 동작 상태의 변경이란, 예를 들어 제 1, 제 2 액침 기구 (1, 2) 의 제 1, 제 2 액체 공급 기구 (10, 30) 에 의한 단위 시간당 액체 공급량의 변경, 제 1, 제 2 액체 공급 기구 (10, 30) 에 설치되어 있는 탈기 장치의 조정 등을 포함한다. 그리고, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 상태를 다시 관찰하여 (단계 SA2, SA4), 상기 문제가 해소된 것을 확인한 후, 계측 처리 (단계 SA7) 를 실시한다.
계측 스테이지 (PST2) 를 사용한 계측 처리가 완료된 후, 도 4 를 참조하여 설명한 바와 같이, 제어 장치 (CONT) 는, 계측 스테이지 (PST2) 상에 형성되어 있는 제 1 액체 (LQ1) 의 제 1 액침 영역 (LR1) 을 기판 (P) 을 지지하고 있는 기판 스테이지 (PST1) 상으로 이동시킨다. 그리고, 기판 스테이지 (PST1) 상에 제 1 액침 영역 (LR1) 을 이동시킨 후, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL), 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2), 및 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 를 통하여 기판 (P) 상에 노광광 (EL) 을 조사해서, 그 기판 (P) 을 노광한다 (단계 SA9).
또, 표시 장치 (DY) 에 표시되어 있는 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 화상에 기초하여, 예를 들어 작업자가 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태인지의 여부를 판단하도록 해도 된다. 이 경우는, 작업자 등이 다음 동작을 제어 장치 (CONT) 에 지령한다.
이상 설명한 바와 같이, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 상태를 관찰하는 관찰 장치 (60) 를 형성하였기 때문에, 그 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 형성된 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태인지의 여부를 확인 할 수 있다. 그리고, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 형성된 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태라고 판단한 후, 기판 (P) 의 노광을 실시함으로써, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 제 1, 제 2 액체 (LQ1, LQ2) 를 통하여 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다. 한편, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 형성된 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 에 기체 (기포) 가 혼입되어 있는 등 원하는 상태가 아니라고 판단한 경우, 이러한 상태의 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 을 통하여 노광 처리나 계측 처리한 경우에는 양호한 노광 정밀도나 계측 정밀도를 얻기가 불가능해진다. 그래서, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 을 원하는 상태로 하기 위한 적절한 처치를 실시하고, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 이 원하는 상태가 된 것을 확인한 후, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 제 1, 제 2 액체 (LQ1, LQ2) 를 통하여 기판 (P) 을 노광함으로써 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다.
또한, 제 1 액침 영역 (LR1) 은 투영 광학계 (PL) 와 그 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 투명 부재 (64) 사이에 형성되고, 관찰 장치 (60) 는 투명 부재 (64) 를 통하여 제 1 액침 영역 (LR1) 을 관찰하기 때문에, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 양호하게 관찰할 수 있다.
<제 2 실시형태>
도 7 은 제 2 실시형태를 나타내는 도면이다. 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일 또는 동등한 구성 요소에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 간략 또는 생략한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하지 않고, 제 2 액침 기구 (2) 를 구동하여 제 2 액침 영역 (LR2) 만을 형성하도록 해도 된다. 이 경우에서도, 관찰 장치 (60) 는 제 1 광학 소자 (LS1) 를 통하여 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰할 수 있다.
또한, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 관찰은, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 관찰 전 또는 후에, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성한 상태 또는 제 2 액침 영역을 형성하지 않은 상태에서 실행된다.
<제 3 실시형태>
도 8 은 제 3 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 8 에 있어서, 관찰 장치 (60) 는 기판 스테이지 (PST1) 의 내부 공간 (66') 에 설치되어 있다. 그리고, 기판 스테이지 (PST1) 상면 (51) 의 일부에는 내부 공간 (66') 에 접속하도록 개구부 (64K') 가 형성되어 있고, 그 개구부 (64K') 에 투명 부재 (64) 가 배치되어 있다. 이와 같이, 투명 부재 (64) 및 관찰 장치 (60) 를, 기판 (P) 을 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지 (PST1) 에 형성해도 된다.
또, 상기 서술한 각 실시형태에서는 관찰 장치 (60) 는 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 보다 큰 시야를 갖고 있지만, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 보다 작은 시야를 갖고 있어도 된다. 그 경우, 투영 광학계 (PL) 에 대하여, 관찰 장치 (60) 가 탑재된 계측 스테이지 (PST2) (또는 기판 스테이지 (PST1)) 를 XY 방향으로 이동시키면서, 즉, 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 과 관찰 장치 (60) 의 시야를 상대적으로 이동시키면서 관찰함으로써 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 각각의 전역을 양호하게 관찰할 수 있다.
또한, 관찰 장치 (60) 에 줌 광학계를 탑재하여, 액침 영역 (LR1) 을 관찰할 때와 액침 영역 (LR2) 을 관찰할 때에 있어서 관찰 시야의 크기를 변화시키거나, 액침 영역의 일부분을 확대하여 관찰하도록 해도 된다.
또 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 관찰 장치 (60) 의 촬상 소자 (63) 에서 취득된 화상 정보에 기초하여 제어 장치 (CONT) 가 표시 장치 (DY) 에 제 1, 제 2 액침 영역 (LR1, LR2) 의 화상을 표시시키고 있지만, 관찰 장치 (60) 가 화상 처리 기능이나 표시 장치 (DY) 를 갖고 있어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서, 제어 장치 (CONT) 는 제 1 액침 기구 (1, 2) 가 제 1 액침 영역 (LR1, LR2) 을 형성하였을 때에, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 관찰 동작을 실행하도록 하고 있지만, 소정 시간 간격마다 또는 소정 기판 처리 매수마다 관찰 동작을 실행하도록 해도 된다.
또한, 기판 (P) 의 교환 (예를 들어, 노광한 기판과 미노광 기판의 교환) 중에, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 와 계측 스테이지 (PST2) 사이에 액체 (LQ1) 가 유지되어 있는 상태에서 관찰 동작을 실행할 수도 있다. 이 경우, 기판 (P) 의 교환마다 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 동작을 실행할 수도 있지만, 소정의 기판 처리 매수마다 관찰 동작을 실행해도 된다. 도 9 는 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 타이밍의 일례를 나타내는 것으로, 4 장의 기판의 노광 처리마다 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 동작을 실행하는 순서를 나타낸다. 또, 도 9 에 있어서는, 도 5 의 플로우차트에서 설명한 단계 SA9 의 노광 (첫번째 기판의 노광) 에 이어지는 처리 순서를 나타낸다.
단계 SA9 에서 첫번째 기판의 노광 처리후, 기준 부재 (300) 를 사용항 베이스라인량의 계측이 실행된다 (단계 SA10). 다음으로, 2 번째 기판의 노광 처리가 실행되고 (단계 SA11), 그 후에 불균일 센서 (400) 를 사용한 투과율 변동량의 계측이 실행된다 (단계 A12). 다음으로, 3 번째 기판의 노광 처리가 실행되고 (단계 SA13), 그 후에, 공간 이미지 계측 센서 (500) 를 사용한 상면 위치 계측이 실행된다 (단계 SA14). 다음으로, 4 번째 기판의 노광 처리가 실행되고 (단계 SA15), 그 후에 관찰 장치 (60) 에 의한 액침 영역 (LR1) 의 관찰이 실행된다 (단계 SA16). 다음으로, 5 번째 기판의 노광 처리가 실행되고 (단계 SA17), 이후 단계 SA10∼SA17 이 반복하여 실시된다. 또, 도 9 의 플로우차트는 일례에 불과하며, 관찰 장치 (60), 기준 부재 (300), 센서 (400, 500) 를 사용한 각 동작의 순서는 적절히 교체하는 것이 가능하고, 각 동작의 실행 빈도도 필요에 따라서 결정할 수 있다.
또, 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재되는 계측 부재나 계측 장치는 상기 서술한 것에 한정되지 않고, 각종 계측 부재나 계측 장치를 필요에 따라 탑재하면 된다. 예를 들어, 국제공개 제99/60361호 팜플렛 (대응 US 출원 제09/714,183호), 일본 공개특허공보 2002-71514호, US 특허 제6650399호 등에 개시되어 있는 파면 수차 측정 장치나, 예를 들어 일본 공개특허공보 소62-183522호에 개시되어 있는 반사부를 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 기판 스테이지 (PST1) 의 기판 교환 동작의 전후에 있어서, 기판 스테이지 (PST1) 및 계측 스테이지 (PST2) 의 일방에서 타방으로 제 1 액침 영역 (LR1) 을 이동시키기 위해서 기판 스테이지 (PST1) 와 계측 스테이지 (PST2) 를 접촉 또는 접근시키고 있지만, 그 밖의 동작시에도 필요에 따라서 2 개의 스테이지를 접촉 또는 접근시켜도 된다. 예를 들어, 기판 (P) 의 노광을 시작하기 전에 기판 (P) 상의 복수의 얼라인먼트 마크를 검출하는 얼라인먼트 처리가 실행되지만, 그 얼라인먼트 처리 중에 제 1 액침 영역 (LR1) 의 일부가 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 으로부터 벗어날 우려가 있는 경우에는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 유지하기 위해서 2 개의 스테이지를 접촉 또는 접근시켜도 된다. 또한, 기판 (P) 의 노광 중에 제 1 액침 영역 (LR1) 의 일부가 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 으로부터 벗어날 우려가 있는 경우에는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 유지하기 위해서 2 개의 스테이지를 접촉 또는 접근시켜도 된다. 이와 같이 함으로써, 기판 스테이지 (PST1) 의 상면 (51) 의 면적이 작더라도 제 1 액침 영역 (LR1) 을 유지할 수 있다.
또, 도 9 의 플로우차트에는 명기되어 있지 않지만, 각 단계 사이에서는 일방의 스테이지 상에서 타방의 스테이지 상으로의 제 1 액침 영역 (LR1) 의 이동이 이루어지고 있고, 또한, 단계 SA10, SA12, SA14, SA16 에서의 각 동작과 병행하여, 노광된 기판과 다음에 노광될 기판과의 교환 동작이 기판 스테이지 (PST1) 를 사용하여 실행되고 있다.
또한, 관찰 장치 (60) 를 사용한 관찰 동작시마다 제 1 액침 영역 (LR1) 과 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰할 필요는 없고, 어느 쪽인지 일방만을 관찰하도록 해도 된다.
<제 4 실시형태>
제 4 실시형태에 관해서 설명한다. 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 제어 장치 (CONT) 는 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여 액침 영역이 원하는 상태인지의 여부를 판별하고 (도 5 의 단계 SA6), 액침 영역이 원하는 상태가 아니라고 판단한 경우, 문제를 해소하기 위한 여러 가지 처치를 강구하고 있는데 (도 5 의 단계 SA8), 본 실시형태에서는, 액침 영역을 형성하는 액체 중에 기포 등의 기체 부분이 있는 경우, 제어 장치 (CONT) 는 그 기체 부분을 저감 또는 소실시키기 위한 처치로서 탈기된 액체 (LQ) 를 소정 시간 공급한다. 즉, 제어 장치 (CONT) 는, 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재된 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 예를 들어 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기체 부분이 있다고 판단하였을 때, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 제 2 공간 (K2) 으로 소정 시간 공급함과 함께, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 공급량에 따라서 제 2 공간 (K2) 으로부터 소정량의 제 2 액체 (LQ2) 를 회수하도록 제 2 액침 기구 (2) 를 제어한다. 전술한 바와 같이, 제 2 액침 기구 (2) 의 제 2 액체 공급부 (31) 는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기체성분을 저감하기 위한 탈기 장치를 구비하고 있기 때문에, 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 액체 공급부 (31) 에 형성된 탈기 장치를 사용하여 제 2 액체 (LQ2) 를 충분히 탈기시킨 후, 제 2 액침 기구 (2) 를 제어하여 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 제 2 공간 (K2) 에 공급할 수 있다. 그리고, 충분히 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 대하여 소정 시간 공급함으로써, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기체 부분 (기포) 을 제 2 액체 (LQ2) 중에 녹여 넣어서 저감 또는 소실시킬 수 있다.
도 10 은 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 소정 시간 공급하는 동작의 일례를 설명하기 위한 플로우차트도이다. 여기서는, 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 동작이 제 2 액체 (LQ2) 를 교환할 때에 실행되는 경우를 예로 들어 설명한다. 제 2 액체 (LQ2) 의 교환이란, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 제 2 공간 (K2) 에 제 2 액체 (LQ2) 가 채워져 있는 경우에 있어서, 제 2 액침 기구 (2) 에 의한 제 2 공간 (K2) 에 대한 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작과 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 회수 동작을 병행하여 실시하여, 앞서 제 2 공간 (K2) 에 채워져 있는 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 으로부터 회수함과 함께, 소정 온도로 조정된 청정한 새로운 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 공급하는 동작을 말한다.
본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환 동작은 기판 (P) 의 로트마다 (소정 기판 처리 매수마다) 실시되는 것으로 한다. 그리고, 기판 (P) 의 노광 중에 있어서는, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 제 2 공간 (K2) 에 제 2 액체 (LQ2) 가 채워지지만, 제 2 액침 기구 (2) 에 의한 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작 및 회수 동작은 실시되지 않는다. 이렇게 함으로써, 기판 (P) 의 노광 중에 있어서, 제 2 액침 기구 (2) 에 의한 액체 공급 동작 및 회수 동작에 기인하는 진동의 발생을 방지할 수 있다. 그리고, 기판 (P) 의 로트마다 (소정 기판 처리 매수마다) 에 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환 동작을 실시함으로써, 제 2 공간 (K2) 을 원하는 온도의 제 2 액체 (LQ2) 로 채울 수 있다.
또한, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 교환할 때에는, 제 2 공간 (K2) 으로부터 제 2 액체 (LQ2) 를 완전히 제거하지 않고, 항상 제 2 공간 (K2) 에 제 2 액체 (LQ2) 가 채워져 있도록, 앞서 제 2 공간 (K2) 에 채워져 있는 제 2 액체 (LQ2) 와 새로운 제 2 액체 (LQ2) 를 서서히 교체시키는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환에 수반하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중에 기체 부분 (기포) 가 생성되는 것을 억제할 수 있다.
소정 로트의 최종 기판 (P) 의 노광이 완료된 후 (단계 SA18), 제어 장치 (CONT) 는 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환을 실시한다 (단계 SA19). 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 교환하기 위해서, 제 2 액침 기구 (2) 에 의한 제 2 공간 (K2) 에 대한 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작과 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 회수 동작을 병행하여 실시한다. 또한, 소정 로트의 최종 기판 (P) 의 노광이 완료된 후, 제어 장치 (CONT) 는 계측 스테이지 (PST2) 를 투영 광학계 (PL) 와 대향하는 위치로 이동시켜, 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재된 관찰 장치 (60) 로 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 관찰할 수 있는 상태에서 제 2 액체 (LQ2) 의 교환 동작을 시작한다.
제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환이 완료된 후, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰한다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중에 기체 부분 (기포) 가 있는지 여부를 판별한다 (단계 SA20).
단계 SA20에 있어서, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 없다고 판단한 경우, 제어 장치 (CONT) 는 다음 로트의 기판 (P) 의 노광을 실행한다 (단계 SA21).
한편, 단계 SA20에 있어서, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단한 경우, 제어 장치 (CONT) 는, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 소정 시간 공급하도록 제 2 액침 기구 (2) 를 제어한다 (단계 SA22). 여기서, 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량과, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 교환할 때의 단위 시간당 액체 공급량은 대략 동일해도 되고, 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량이, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 교환할 때의 단위 시간당 액체 공급량보다 많아도 된다.
도 11 은, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단된 후, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 가 제 2 공간 (K2) 에 공급되어 있는 상태를 나타내는 도면이다. 도 11 에 나타내는 바와 같이, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 에 의해 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하면서, 제 2 액침 기구 (2) 의 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 대하여 공급한다. 도 11 에 있어서는, 제 1 액침 영역 (LR1) 은 형성되어 있지 않다. 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 로 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하면서, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 크기 또는 양이 소정 레벨 이하가 될 때까지, 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 충분히 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 대하여 공급함과 함께, 제 2 액체 회수부 (41) 에 의해 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 를 회수한다. 충분히 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 소정 시간 계속해서 공급함으로써, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포를 저감 또는 소실시킬 수 있다. 또한, 예를 들어 기포가 제 1 광학 소자 (LS1) 의 상면 (T2) 이나 제 2 광학 소자 (LS2) 의 하면 (T3) 에 부착되어 있는 상태라도, 충분히 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 소정 시간 계속해서 공급함으로써 그 기포를 소실시킬 수 있다.
기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 공급되는 제 2 액체 (LQ2) 는, 기판 (P) 을 노광할 때에 제 2 공간 (K2) 에 채워지는 액체와 동일한 액체이다. 본 실시형태에서는, 제 2 액체 공급부 (31) 에 형성된 탈기 장치 (38) 는, 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 공급하는 제 2 액체 (LQ2) 의 용존 기체 농도가 5ppm 이하가 되도록 제 2 액체 (LQ2) 를 탈기한다. 더욱 구체적으로는, 탈기 장치 (38) 는, 용존 산소 농도 5ppm 이하, 용존 탄산 가스 농도 5ppm 이하, 및 용존 질소 농도 5ppm 이하 중 적어도 하나의 조건을 만족하도록 제 2 액체 (LQ2) 를 탈기시킨다. 제 2 공간 (K2) 에 공급하는 제 2 액체 (LQ2) 의 용존 기체 농도를 5ppm 이하로 억제함으로써, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포를 제 2 액체 (LQ2) 중으로 녹여 저감 또는 소실시킬 수 있다.
도 12 는 탈기 장치 (38) 의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 하우징 (171) 의 내부에 통 형상의 중공사 다발 (172) 이 소정 공간 (173) 을 사이에 두고 수용되어 있다. 중공사 다발 (172) 은 스트로우 형상을 가진 복수의 중공사막 (174) 을 평행하게 묶은 것으로서, 각 중공사막 (174) 은, 소수성이 높고 기체 투과성이 (가) 우수한 소재 (예를 들어, 폴리4메틸펜텐1) 로 형성되어 있다. 하우징 (171) 의 양단에는 진공 캡 부재 (175a, 175b) 가 고정되어 있고, 하우징 (171) 의 양단 외측에 밀폐 공간 (176a, 176b) 이 형성되어 있다. 진공 캡 부재 (175a, 175b) 에는 도시하지 않은 진공 펌프에 접속된 탈기구 (177a, 177b) 가 형성되어 있다. 또한, 하우징 (171) 의 양단에는, 중공사 다발 (172) 의 양단만이 밀폐 공간 (176a, 176b) 에 연결되도록 밀봉부 (178a, 178b) 가 형성되어 있고, 탈기구 (177a, 177b) 에 접속된 진공 펌프에 의해 각각의 중공사막 (174) 의 내측을 감압 상태로 할 수 있다. 중공사 다발 (172) 의 내부에는 소정의 액체 공급원에 접속된 관 (179) 이 배치되어 있다. 관 (179) 에는 복수의 액체 공급 구멍 (180) 이 형성되어 있어, 밀봉부 (178a, 178b) 및 중공사 다발 (172) 로 둘러싸인 공간 (181) 에 액체 공급 구멍 (180) 으로부터 액체 (LQ) 가 공급된다. 액체 공급 구멍 (180) 으로부터 공간 (181) 에 액체 (LQ) 의 공급이 계속되면, 액체 (LQ) 는 평행하게 묶인 중공사막 (174) 의 층을 가로질러서 외측을 향하여 흘러, 액체 (LQ) 가 중공사막 (174) 의 외표면과 접촉한다. 전술한 바와 같이 중공사막 (174) 은 각각 소수성이 높고 기체 투과성이 우수한 소재로 형성되어 있기 때문에, 액체 (LQ) 는 중공사막 (174) 의 내측으로 침입하는 일 없이, 각 중공사막 (174) 사이를 통과하여 중공사 다발 (172) 의 외측 공간 (173) 으로 이동한다. 한편, 액체 (LQ) 중에 용해되어 있는 기체 (분자) 는, 중공사막 (174) 의 내측이 감압 상태 (20Torr 정도) 로 되어 있기 때문에, 각 중공사막 (174) 의 내측으로 이동한다 (흡수된다). 이와 같이, 중공사막 (174) 의 층을 가로지르는 동안에 액체 (LQ) 로부터 제거 (탈기) 된 기체 성분은, 화살표 183 으로 나타내는 바와 같이, 중공사 다발 (172) 의 양단으로부터 밀폐 공간 (176a, 176b) 을 통하여 탈기구 (177a, 177b) 로부터 배출된다. 또한, 탈기 처리된 액체 (LQ) 는, 하우징 (151) 에 형성된 액체 출구 (182) 로부터 제 2 공급관 (33) (제 2 공간 (K2)) 에 공급된다. 본 실시형태에서는, 제 2 액체 공급부 (31) 는, 탈기 장치 (38) 를 사용하여 제 2 공간 (K2) 에 공급하는 제 2 액체 (LQ2) 의 용존 기체 농도를 5ppm 이하로 한다.
또한, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 크기나 기포의 양을 구할 수 있 기 때문에, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 크기 또는 양에 따라서 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 시간을 조정해도 된다. 제어 장치 (CONT) 에는 타이머 (TM) 가 접속되어 있고, 제어 장치 (CONT) 는 타이머 (TM) 에 의해서 시간을 관리할 수 있어, 시간을 관리하면서 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 대하여 소정 시간 공급함으로써, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포를 저감 또는 소실시킬 수 있다. 구체적으로는, 기포의 크기가 크거나 또는 기포의 양이 많은 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 시간을 길게 하고, 기포의 크기가 작거나 또는 기포의 양이 적은 경우에는 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 시간을 짧게 한다. 이렇게 함으로써, 기포의 크기가 크거나 또는 기포의 양이 많은 경우에는 그 기포를 확실하게 저감 또는 소실시킬 수 있고, 기포의 크기가 작거나 또는 기포의 양이 적은 경우에는 기포가 저감 또는 소실되었음에도 불구하고 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 게속해서 공급하는 낭비를 생략할 수 있다.
또한, 제어 장치 (CONT) 는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 크기 또는 양에 따라서 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량을 조정할 수도 있다. 예를 들어, 기포의 크기가 크거나 또는 기포의 양이 많은 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량을 많게 하고, 기포의 크기가 작거나 또는 기포의 양이 적은 경우에는 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량을 적게 한다.
그리고, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 소정 시간 공급한 후, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 크기 또는 양이 소정 레벨 이하가 된 것을 확인한 후, 다음 로트의 기판 (P) 의 노광을 시작한다.
또 본 실시형태에서는, 제어 장치 (CONT) 는 관찰 장치 (60) 로 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하면서, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 소정 시간 공급하고 있지만, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 공급하고 있는 동안, 항상 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있지 않아도 된다. 예를 들어 제 1 시점에 있어서, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고, 그 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 의 관찰 동작을 행하지 않고, 제 2 액체 공급부 (31) 로부터 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 소정 시간 공급하도록 해도 된다. 그리고, 소정 시간 경과 후, 제 2 시점에 있어서, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포가 저감 또는 소실되었는지 여부를 확인함으로써, 제어 장치 (CONT) 는, 다음 로트의 기판을 노광할지, 또는 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 공급을 추가로 계속할지를 판단할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 시점에서의 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여 제 2 액침 영역 (LR2) 중의 기포의 크기 또는 양을 구할 수 있기 때문에, 그 기포의 크기 또는 양에 따라서 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급하는 공급 시간을 조정할 수 있다. 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 시간을 조정하는 경우, 제어 장치 (CONT) 는 타이머 (TM) 을 모니터하면서 공급 시간을 조정할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환이 완료된 후, 관찰 장치 (60) 가 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있지만, 물론, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환을 실시하면서 관찰 장치 (60) 에 의한 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태의 관찰을 실시하도록 해도 된다.
또, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 관찰 장치 (60) 가 계측 스테이지 (PST2) 에 설치되어 있는 경우에는, 관찰 장치 (60) 의 관찰 동작과 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 의 교환 동작 (소정 로트의 최종 기판과 다음 로트의 기판과의 교환 동작) 을 병행하여 실시할 수 있다. 한편, 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이, 관찰 장치 (60) 가 기판 스테이지 (PST1) 에 설치되어 있어도 된다. 이 경우에는, 관찰 장치 (60) 의 관찰 동작의 전 또는 후에 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 의 교환 동작을 실시할 수 있다. 또한, 도 11 에서는 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있을 때에는 제 1 액침 영역 (LR1) 은 형성되어 있지 않지만, 제 1 액침 영역 (LR1) 이 형성되어 있어도 된다. 이 경우, 관찰 장치 (60) 는, 제 1 액침 영역 (LR1) 의 제 1 액체 (LQ1) 를 통하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰한다. 한편, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상태를 관찰하고 있을 때에는, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하지 않은 것에 의해, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포의 유무를 보다 고정밀하게 관찰할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환 동작을 기판 (P) 의 로트마다 (즉 마스크 스테이지 (MST) 에 대한 마스크 (M) 의 교환마다) 실시하고 있지만, 소정 시간 간격마다, 또는 소정 기판 처리 매수마다 실시하도록 해도 된다.
또한 본 실시형태에서는, 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 동작은 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환시마다 실시하고 있지만, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환시 이외의 타이밍에서 실시하도록 해도 된다. 예를 들어, 제 2 액체 (LQ2) 가 없는 상태의 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때에, 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰을 실시하도록 해도 된다. 또는, 하나의 로트의 도중이라도, 기판 스테이지 (PST1) 상의 기판 (P) 교환을 실시하고 있을 때에는 투영 광학계 (PL) 와 계측 스테이지 (PST2) 가 대향하기 때문에, 계측 스테이지 (PST2) 에 관찰 장치 (60) 가 설치되어 있는 구성의 경우에는, 그 로트 도중의 기판 교환시에 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰할 수 있다. 그리고, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단하였을 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST1) 에 로드된 기판 (P) 의 노광을 실시하지 않고, 제 2 액침 영역 (LR2) 중의 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 대하여 소정 시간 공급할 수 있다.
또 본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 교환 동작은 로트마다 (또는 소정 시간 간격마다, 소정 기판 처리 매수마다) 실시되지만, 기판 (P) 의 노광 중에라도, 제 2 액침 기구 (2) 는 제 2 공간 (K2) 에 대한 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작 및 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액체 (LQ2) 의 회수 동작을 항상 실시하도록 해도 된다. 이 경우, 기판 (P) 의 교환 중 등과 같이 비노광 동작시에 제 2 액침 영역 (LR2) (제 2 액체 (LQ2)) 의 상태를 관찰하여, 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단된 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 다음 기판 (P) 의 노광을 시작하지 않고, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 동작과 회수 동작을 실시하여 제 2 액체 (LQ2) 중의 기포를 저감 또는 소실시킨다. 이 때, 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 대하여 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량과, 기판 (P) 을 노광할 때에 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량은 동일해도 되고, 기포를 저감 또는 소실시키기 위해서 제 2 공간 (K2) 에 대하여 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량을, 기판 (P) 을 노광할 때에 제 2 공간 (K2) 에 대하여 제 2 액체 (LQ2) 를 공급할 때의 단위 시간당 액체 공급량보다 많게 해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단하였을 때에, 그 기체 부분을 저감 또는 소실시키기 위해서 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 소정 시간 공급하도록 하고 있지만, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 액체 공급 시간을 관리하지 않고서, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단하였을 때에, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 으로 공급하면서 관찰 장치 (60) 에 의해 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 를 연속적 또는 단속적으로 관찰하여, 제 2 액체 (LQ2) 중의 기체 부분이 노광이나 계측에 영향이 없을 정도로 저감 또는 소실되었다고 판단한 시점에서 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 의 공급 정지, 및/또는 노광광 (EL) 의 조사를 실행하도록 해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 형성하는 제 2 액체 (LQ2) 중에 기포가 있다고 판단하였을 때, 탈기된 제 2 액체 (LQ2) 를 제 2 공간 (K2) 에 소정 시간 공급하고 있지만, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 의 관찰 결과에 기초하여 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액체 (LQ1) 중에 기포가 있다고 판단하였을 때, 탈기된 제 1 액체 (LQ1) 를 소정 시간 공급하도록 제 1 액침 기구 (1) 를 제어하도록 해도 된다. 제 1 액침 기구 (1) 의 제 1 액체 공급부 (11) 도 탈기 장치를 구비하고 있기 때문에, 제 1 액침 기구 (1) 의 제 1 액체 공급부 (11) 는 탈기된 제 1 액체 (LQ1) 를 공급 가능하다.
<제 5 실시형태>
상기 서술한 각 실시형태에 있어서, 관찰 장치 (60) 를 사용한 관찰 동작을 실행할 때에, 이 실시형태에서 설명하는 것처럼 액침 영역 (LR1, LR2) 을 광원으로부터의 광에 의해 조명하도록 해도 된다. 이 실시형태에서는 여러 가지 조명 방법 및 이를 위한 장치ㆍ구조를 설명한다. 예를 들어, 조명광으로서 노광광 (EX) 을 사용할 수 있고, 이 경우에는 노광광 (EX) 의 강도를 저하시켜도 된다. 또한, 투명 부재 (64) 의 재료로서 노광광 (EX) 의 파장에 따라서 투명한 재료 (예를 들어 형석이나 석영 등) 를 적절히 선택한다. 또한, 노광광 (EX) 의 파장에 따라서 고감도인 촬상 소자나 검출 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
도 13 에 나타내는 바와 같이, 관찰 장치 (60) 에 조명용의 광원 (67) 을 갖게 해도 된다. 조명용의 광원으로는, 예를 들어 LED (백색 LED 등) 이나 EL 소자 (무기 EL 시트등) 을 사용할 수 있다. 또한 조명광의 조명 방법으로는 암시야 조명법나 명시야 조명법을 사용할 수 있고, 암시야 조명법와 명시야 조명법을 전환 가능하게 하는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들어, 명시야 조명법을 사용하여 공간 (K1, K2) 이 액체 (LQ1, LQ2) 로 충분히 채워져 있는지 여부를 관찰하고, 암시야 조명법을 사용하여 액체 (LQ1, LQ2) 중에 작은 기포나 파티클이 혼입되어 있지 않은지 여부를 관찰할 수 있다.
또한, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 제 2 액침 영역 (LR2) 을 조명하기 위한 조명 장치 (68) 를, 제 2 액침 영역 (LR2) 의 상방, 즉 제 2 액침 영역 (LR2) 을 사이에 두고 관찰 장치 (60) 와 대향하는 위치에 배치하고, 제 2 액침 영역 (LR2) 에 대하여 상방으로부터 조명광을 조사하도록 해도 된다. 조명 장치 (68) 는, 예를 들어 LED (백색 LED 등) 이나 EL 소자 (무기 EL 시트 등) 에 의해 구성 가능하다. 도 14 에 나타내는 조명 장치 (68) 는, 노광광 (EL) 의 광로 공간에 대하여 진퇴 가능하게 설치되어 있고, 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰하는 경우, 조명 장치 (68) 를 노광광 (EL) 의 광로 공간에 배치하여, 조명 장치 (68) 로부터 사출된 조명광을 제 2 액침 영역 (LR2) 에 대하여 상방으로부터 조사한다. 조사 장치 (68) 로부터 사출된 조명광은, 투영 광학계 (PL) 의 각 광학 소자를 통과한 후, 제 2 공간 (K2) 의 제 2 액침 영역 (LR2) 을 조명할 수 있다. 그리고, 기판 (P) 을 노광할 때 등, 투영 광학계 (PL) 에 노광광 (EL) 을 통과시키는 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는 조명 장치 (68) 를 노광광 (EL) 의 광로 공간으로부터 퇴피시킨다. 도 14 에 나타내는 예에서는, 조명 장치 (68) 는 마스크 스테이지 (MST) (마스크 (M)) 와 투영 광학계 (PL) 사이에 배치되지만, 마스크 스테이지 (MST) (마스크 (M)) 의 상방에 배치되어도 된다.
또한, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치 (68) 를 마스크 스테이지 (MST) 의 하면에 장착해도 된다. 이렇게 함으로써도, 제 2 액침 영역 (LR2) 에 대하여 상방으로부터 조명광을 조사할 수 있다. 제어 장치 (CONT) 는, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 제 2 액침 영역 (LR2) 을 관찰하는 경우, 마스크 스테이지 (MST) 를 구동하고, 조명 장치 (68) 를 투영 광학계 (PL) 의 상방에 배치하여, 조명 장치 (68) 로부터 사출된 조명광을 투영 광학계 (PL) 의 각 광학 소자를 통하여 제 2 액침 영역 (LR2) 에 대하여 상방으로부터 조사한다.
또한, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 형광 부재 (형광판: 69) 를 마스크 스테이지 (MST) 에서 유지하고, 형광판 (69) 으로부터 발생한 광 (조명광) 을 제 2 액침 영역 (LR2) 에 대하여 상방으로부터 조사하도록 해도 된다. 마스크 스테이지 (MST) 에는 노광광 (EL) 을 통과시키기 위한 개구부 (Km) 가 형성되어 있지만, 형광판 (69) 으로부터 발생한 광은 그 개구부 (Km) 를 통과한 후, 투영 광학계 (PL) 의 각 광학 소자를 통하여 제 2 액침 영역 (LR2) 에 조사된다. 형광판 (69) 을 형광시키기 위해서는, 예를 들어 형광판 (69) 에 노광광 (EL) 을 조사하면 된다. 또는, 마스크 스테이지 (MST) 의 일부에 개구부 (Km) 와는 별도의 형광판용 개구부를 형성하고, 그 형광판용 개구부에 형광판을 고정하도록 해도 된다.
또, 도 14∼도 16 을 참조하여 설명한 조명광을 사용하여 제 1 액침 영역 (LR1) 을 조명하는 것도 가능하다.
또한, 도 17 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치 (68) 를 노즐 부재 (70) 근방에 설치하고 그 조명 장치 (68) 로부터 조명광을 사출함으로써, 그 조명광은 제 1 액침 영역 (LR1) 을 경사 방향으로부터 조명할 수 있다. 도 17 에 나타내는 예에서는, 조명 장치 (68) 는 제 1 지지 기구를 통하여 노광 장치 (EX) 의 바디 (칼럼: 100) 의 일부에 지지되어 있다. 칼럼 (100) 은 투영 광학계 (PL) 의 경통 (PK) 에 형성된 플랜지 (PF) 를 지지하고 있다. 또한, 칼럼 (100) 은, 제 2 지지 기구 (82) 를 통하여 노즐 부재 (70) 를 지지할 수 있다.
또한, 상기 서술한 설명에 있어서는 투명 부재 (64) 를 통하여 액침 영역 (LR1, LR2) 을 형성하는 액체 (LQ1, LQ2) 의 상태를 관찰하고 있지만, 도 17 에 나타낸 조명 장치 (68) 대신에 관찰 장치 (예를 들어, 촬상 장치나 기포 검출기) 를 설치하여, 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액체 (LQ1) 를 측방으로부터 관찰하도록 해도 된다. 이러한 관찰 장치로서, 예를 들어, WO 2004/053958 에 개시되어 있는 기포 검출기를 사용해도 된다. 이 기포 검출기는 투영 광학계의 광축으로부터 떨어진 위치에 설치된 투사계와 검출계를 갖고 있다. 보다 구체적으로는, 투사계와 검출계는 투영 광학계의 투영 영역을 사이에 끼워서 주사 방향 (X 방향) 으로 설치되어 있고, 투사계의 복수의 투사부에서 액침 영역에 검출광이 사입사되어, 액침 영역에 기포가 존재하지 않는 경우에는 액침 영역의 저면 또는 계면 (본원에서는 투명 부재 (64) 의 상면) 에서 반사되고 수광계에서 수광된다. 액침 영역에 기포가 존재하는 경우에는 기포에 의해 광이 산란하기 때문에, 수광계와는 상이한 위치에 설치된 별도의 수광계에 의해 광이 수광되고, 그 수광량에 기초하여 기포의 양이 구해진다 (암시야 검출). 기포 검출기, 그 검출 방법 및 검출 결과에 근거하는 제어에 관해서는, WO 2004/053958 의 개시를 원용하여 이 출원의 기재의 일부로 한다. 또한, 계측 스테이지 (PST2) 가 투영 광학계 (PL) 와 대향하지 않고 있는 상태에서 제 1 액침 영역 (LR1) 을 형성하는 제 1 액체 (LQ1) 의 상태를 측방으로부터 관찰 (체크) 할 수 있는 관찰 장치를 계측 스테이지 (PST2) 에 설치해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 기판 스테이지 (PST1) 에 유지되어 있는 기판 (P) 의 노광 중에도, 기판 스테이지 (PST1) (기판 (P)) 상에 형성되어 있는 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태 (액체 (LQ1) 중의 기포의 유무나 액체 (LQ1) 의 누설 등) 를 계측 스테이지 (PST2) 에 설치한 관찰 장치를 사용하여 체크할 수 있다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 제 1 광학 소자 (LS1) 하면 (T1) 측의 제 1 공간 (K1) 과 상면 (T2) 측의 제 2 공간 (K2) 의 각각을 액체로 채운 상태에서 사용되는 투영 광학계 (PL) 를 채용하고 있지만, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 하면 (T1) 측의 제 1 공간 (K1) 만을 액체로 채운 상태에서 사용 되는 투영 광학계 (PL) 를 채용할 수도 있다. 이 경우, 관찰 장치 (60) 에 의한 관찰 대상은 제 1 액침 영역 (LR1) 만이 된다.
또한, 관찰 장치 (60) 를 액침 영역 (LR1, LR2) 의 관찰뿐만 아니라, 투영 광학계 (PL) 의 제 1 광학 소자 (LS1) 하면 (T1) 의 관찰이나 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 이나 도시하지 않은 기판 얼라인먼트계의 대물 렌즈 하면의 관찰에 사용할 수도 있다. 이 경우, 관찰 장치 (60) 를 사용하여 취득된 화상으로부터, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 하면 (T1), 제 1 광학 소자 (LS1) 의 유지부, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 등의 오염 상태를 확인하거나, 기판 얼라인먼트계의 대물 렌즈 하면이나 기판 얼라인먼트계의 케이스체 등에 액체 (물) 가 부착되어 있는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 서술한 각 실시형태에 있어서의 액체 (LQ) 로는 순수를 사용하였다. 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 없음과 함께 불순물의 함유량이 매우 낮기 때문에, 기판 (P) 의 표면 및 투영 광학계 (PL) 의 선단면에 설치되어 있는 광학 소자의 표면을 세정하는 작용도 기대할 수 있다. 또한 공장 등에서 공급되는 순수의 순도가 낮은 경우에는, 노광 장치가 초순수 제조기를 가지도록 해도 된다.
상기 실시형태에 있어서 기포를 관측하는 경우에 촬상 소자나 투과율 센서를 사용하는 경우에는, 그들 소자나 센서의 감도를 향상시키기 위해서 첨가물을 첨가 해도 된다. 예를 들어, 기포 액체의 구별을 명확히 하기 위해서 액체 중에 색소를 첨가해도 된다. 이 경우, 노광광에 대하여 흡수대를 갖지 않는 색소인 것이 바람직하다. 이러한 첨가물을 첨가한 액체를 액침 상태를 관측하는 경우에 사용하고, 실제 노광시에는 첨가물을 첨가하지 않은 순수를 사용해도 된다.
그리고, 파장이 193㎚ 정도인 노광광 (EL) 에 대한 순수 (물) 의 굴절률 n 은 대략 1.44 로 알려져 있어, 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 점에서도 해상도가 향상된다.
또, 액침법에 있어서 개구수를 높이기 위해서는 굴절률이 높은 액체, 예를 들어 굴절률이 1.6 이상인 액체를 사용하는 방법이 있다. 이 경우, 투영 광학계 (PL) 의 크기 (직경) 를 억제하기 위해서, 투영 광학계의 일부 렌즈 (특히 이미지면에 가까운 렌즈) 를 고굴절률 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 투영 광학계 (PL) 중의 광학 소자 중 제 2 액체 (LQ2) 에 접하는 제 2 광학 소자 (LS2) 를 CaO (산화칼슘) 및 MgO (산화마그네슘) 중 적어도 일방의 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 실현 가능한 사이즈 하에서 높은 개구수를 실현할 수 있다. 예를 들어 ArF 엑시머 레이저 (파장 193㎚) 를 사용한 경우에도 1.5 정도, 또는 그 이상의 높은 개구수를 실현하는 것이 가능해진다.
상기 서술한 각 실시형태에서는, 가장 이미지면측 (기판 (P) 측) 에 가까이 배치되는 제 1 광학 소자 (LS1) 가 굴절력을 갖지 않은 평행 평면판의 형태이지만, 이 제 1 광학 소자 (LS1) 가 굴절력을 갖는 경우에는, 이 가장 이미지면측에 가까이 배치되는 제 1 광학 소자 (LS1) 를 CaO 및 MgO 중 적어도 일방의 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 이미지면측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판 상에 물체의 이미지를 투영하는 투영 광학계가, 가장 이미지면측에 가까이 배치되고 CaO (산화칼슘) 및 MgO (산화마그네슘) 중 적어도 일방의 재료로 형성된 제 1 광학 소자를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 이미지면측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판 상에 물체의 이미지를 투영하는 투영 광학계가, 가장 이미지면측에 가까이 배치된 제 1 광학 소자와, 제 1 광학 소자의 물체측에 인접하여 배치된 제 2 광학 소자를 구비하고, 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자의 적어도 일방이 CaO (산화칼슘) 및 MgO (산화마그네슘) 중 적어도 일방의 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제 1 광학 소자 (LS1) 및 제 2 광학 소자 (LS2) 의 일방을 CaO (산화칼슘) 로 형성하고, 타방을 MgO (산화마그네슘) 로 형성할 수 있다.
또, 제 1 광학 소자 (LS1) 가 굴절력을 갖는 경우, 제 1 광학 소자 (LS1) 와 제 2 광학 소자 (LS2) 사이의 광로 공간은 제 2 액체 (LQ2) 로 채우지 않아도 된다.
또한, CaO (산화칼슘) 및 MgO (산화마그네슘) 는 노광광 (EL) 의 파장 (예를 들어 193㎚) 에 있어서 고유 복굴절을 갖지만, 고유 복굴절의 부호는 CaO (산화칼 슘) 와 MgO (산화마그네슘) 에서 서로 역방향이다. 따라서, 투영 광학계의 이미지면측 (기판 (P) 측) 에 가까운 광학 소자 중 하나를 CaO 또는 MgO 로 형성한 경우, 당해 광학 소자 근방의 광학 소자를 MgO 또는 CaO 로 형성하고, 이들 광학 소자의 광축 방향의 두께를 고유 복굴절의 영향을 저멸시키도록 정하는 것이 바람직하다. 여기서, 이들 광학 소자의 결정 방향이 일정하게 되어 있는 것이 바람직하다. 또한, CaO 로 형성된 광학 소자와 MgO 로 형성된 광학 소자가 인접하고 있지 않아도 된다.
예를 들어 제 2 광학 소자 (LS2) 를 MgO (또는 CaO) 로 형성하고, 또한 제 3 광학 소자 (LS3) 를 CaO (또는 MgO) 로 형성한 경우를 생각하면, 이들 제 2 광학 소자 (LS2) 의 광축 방향의 두께와 제 3 광학 소자 (LS3) 의 광축 방향의 두께를, CaO 및 MgO 가 갖는 고유 복굴절값의 역수에 대략 비례하도록 정하는 것이 바람직하다. 상기 서술한 경우, 가장 이미지면측 (기판 (P) 측) 에 가까이 있는 제 1 광학 소자 (LS1) 를 석영 유리로 형성할 수 있다.
또한, 제 1 광학 소자 (LS1) 가 굴절력을 갖고 있는 경우에는, 제 1 광학 소자 (LS1) 를 MgO (또는 CaO) 로 형성하고, 또한 제 2 광학 소자 (LS2) 를 CaO (또는 MgO) 로 형성하며, 제 1 광학 소자 (LS1) 의 광축 방향의 두께와 제 2 광학 소자 (LS2) 의 광축 방향의 두께를 CaO 및 MgO 가 갖는 고유 복굴절값의 역수에 대략 비례하도록 정하게 해도 된다.
그런데, CaO (산화칼슘) 로 광학 소자를 형성하는 경우에는, 당해 광학 소자의 광학면 상에 MgO (산화마그네슘) 를 함유하는 반사 방지 코트를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, MgO (산화마그네슘) 로 광학 소자를 형성하는 경우에는, 당해 광학 소자의 광학면 상에 CaO (산화칼슘) 를 함유하는 반사 방지 코트를 형성하는 것이 바람직하다.
또, 상기 서술한 바와 같이 액침법을 사용한 경우에는, 투영 광학계의 개구수 (NA) 가 0.9∼1.5 가 되는 경우도 있다. 이렇게 투영 광학계의 개구수 (NA) 가 커지는 경우에는, 종래부터 노광광으로서 사용되고 있는 랜덤 편광광에서는 편광 효과에 의해 결상 성능이 악화되는 경우도 있기 때문에 편광 조명을 사용하는 것이 바람직하다. 그 경우, 마스크 (레티클) 의 라인 앤드 스페이스 패턴의 라인 패턴의 길이 방향에 매칭시킨 직선 편광 조명을 실시하여, 마스크 (레티클) 의 패턴으로부터는 S 편광 성분 (TE 편광 성분), 즉 라인 패턴의 길이 방향을 따른 편광 방향 성분의 회절광이 많이 사출되도록 하면 된다. 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 표면에 도포된 레지스트의 사이가 액체로 채워져 있는 경우, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 표면에 도포된 레지스트의 사이가 공기 (기체) 로 채워져 있는 경우와 비교하여 콘트라스트의 향상에 기여하는 S 편광 성분 (TE 편광 성분) 의 회절광의 레지스트 표면에서의 투과율이 높아지기 때문에, 투영 광학계의 개구수 (NA) 가 1.0 을 초과하는 경우라도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다. 또한, 위상 시프트 마스크나 일본 공개특허공보 평6-188169호에 개시되어 있는 라인 패턴의 길이 방향에 매칭시킨 사입사 조명법 (특히 다이폴 조명법) 등을 적절히 조합하면 더욱 효과적이다. 특히, 직선 편광 조명법과 다이폴 조명법의 조합은, 라인 앤드 스페이스 패턴의 주기 방향이 소정의 일방향으로 한정되어 있는 경우나, 소정의 일방향을 따라서 홀 패턴이 밀집되어 있는 경우에 유효하다. 예를 들어, 투과율 6% 의 하프톤형 위상 시프트 마스크 (하프 피치 45㎚ 정도의 패턴) 를 직선 편광 조명법과 다이폴 조명법을 병용하여 조명하는 경우, 조명계의 동공면에 있어서 다이폴을 형성하는 2 광속의 외접원에 의해 규정되는 조명 (σ) 을 0.95, 그 동공면에서의 각 광속의 반경을 0.125σ, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 NA=1.2 로 하면, 랜덤 편광광을 사용하는 것보다도 초점 심도 (DOF) 를 150㎚ 정도 증가시킬 수 있다.
또한, 직선 편광 조명과 소(小) σ 조명법 (조명계의 개구수 (NAi) 와 투영 광학계의 개구수 (NAp) 와의 비를 나타내는 σ 값이 0.4 이하가 되는 조명법) 의 조합도 유효하다.
또한, 예를 들어 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계 (PL) 를 사용하여 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴 (예를 들면 25∼50㎚ 정도의 라인 앤드 스페이스) 을 기판 (P) 상에 노광하는 경우, 마스크 (M) 의 구조 (예를 들어 패턴의 미세도나 크롬의 두께) 에 따라서는 Wave guide 효과에 의해 마스크 (M) 가 편광판으로서 작용하여, 콘트라스트를 저하시키는 P 편광 성분 (TM 편광 성분) 의 회절광보다 S 편광 성분 (TE 편광 성분) 의 회절광이 많이 마스크 (M) 로부터 사출되게 된다. 이 경우, 상기 서술한 직선 편광 조명을 사용하는 것이 바람직하지만, 랜덤 편광광으로 마스크 (M) 를 조명하더라도, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 가 0.9∼1.3 과 같이 큰 경우에서도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
또한, 마스크 (M) 상의 극미세한 라인 앤드 스페이스 패턴을 기판 (P) 상에 노광하는 경우, Wire Grid 효과에 의해 P 편광 성분 (TM 편광 성분) 이 S 편광 성분 (TE 편광 성분) 보다 커질 가능성도 있지만, 예를 들면 ArF 엑시머 레이저를 노광광으로 하고, 1/4 정도의 축소 배율의 투영 광학계 (PL) 를 사용하여 25㎚ 보다 큰 라인 앤드 스페이스 패턴을 기판 (P) 상에 노광하는 경우에는, S 편광 성분 (TE 편광 성분) 의 회절광이 P 편광 성분 (TM 편광 성분) 의 회절광보다 많이 마스크 (M) 로부터 사출되기 때문에, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 가 0.9∼1.3 과 같이 큰 경우에서도 높은 해상 성능을 얻을 수 있다.
그리고, 마스크 (레티클) 의 라인 패턴의 길이 방향에 매칭시킨 직선 편광 조명 (S 편광 조명)뿐만 아니라, 일본 공개특허공보 평6-53120호에 개시된 것과 같이, 광축을 중심으로 한 원의 접선 (둘레) 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 사입사 조명법의 조합도 효과적이다. 특히, 마스크 (레티클) 의 패턴이 소정 일방향으로 연장되는 라인 패턴뿐만 아니라, 복수의 상이한 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재 (주기 방향이 상이한 라인 앤드 스페이스 패턴이 혼재) 하는 경우에는, 마찬가지로 일본 공개특허공보 평6-53120호에 개시되어 있는 바와 같이, 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 윤대 조명법을 병용함으로써, 투영 광학계의 개구수 (NA) 가 큰 경우라도 높은 결상 성능을 얻을 수 있다. 예를 들어, 투과율 6% 의 하프톤형 위상 시프트 마스크 (하프 피치 63㎚ 정도의 패턴) 를 광축을 중심으로 한 원의 접선 방향으로 직선 편광하는 편광 조명법과 윤대 조명법 (윤대비 3/4) 을 병용하여 조명하는 경우, 조명 (σ) 을 0.95, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 NA=1.00 로 하면, 랜덤 편광광을 사용하는 것보다 초점 심도 (DOF) 를 250㎚ 정도 증가시킬 수 있고, 하프 피치 55㎚ 정도의 패턴이며 투영 광학계의 개구수 NA=1.2 에서는 초점 심도를 100㎚ 정도 증가시킬 수 있다.
그리고, 상기 서술한 각종 조명법에 추가하여, 예를 들어 일본 공개특허공보 평4-277612호나 일본 공개특허공보 2001-345245호에 개시되어 있는 누진 초점 노광법이나, 다파장 (예를 들어 2파장) 의 노광광을 사용하여 누진 초점 노광법과 같은 효과를 얻는 다파장 노광법을 적용하는 것도 유효하다.
상기 서술한 각 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 광학 소자 (LS1) 가 장착되어 있고, 이 렌즈에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 예를 들어 수차 (구면 수차, 코마 수차 등) 를 조정할 수 있다. 또, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 장착되는 광학 소자로는 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성 조정에 사용되는 광학 플레이트여도 된다. 또는 노광광 (EL) 을 투과 가능한 평행 평면판이어도 된다.
그리고, 액체 (LQ) 의 흐름에 의해 생기는 투영 광학계 (PL) 선단의 광학 소자와 기판 (P) 사이의 압력이 큰 경우에는, 그 광학 소자를 교환 가능하게 하는 것이 아니라, 그 압력에 의해 광학 소자가 움직이지 않도록 견고하게 고정시켜도 된다.
또, 상기 서술한 각 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 표면 사이가 액체 (LQ) 로 채워져 있는 구성이지만, 예를 들어 기판 (P) 의 표면에 평행 평면판으로 이루어지는 커버 유리를 장착한 상태에서 액체 (LQ) 를 채우는 구성이어도 된다.
또, 상기 서술한 각 실시형태의 액체 (LQ) 는 물, 특히 순수이지만, 물 이외의 액체일 수도 있다. 예를 들어 노광광 (EL) 의 광원이 F2 레이저인 경우, 이 F2 레이저광은 물을 투과하지 못하기 때문에, 액체 (LQ) 로는 F2 레이저광을 투과 가능한 예를 들어 과불화폴리에테르 (PFPE) 나 불소계 오일 등의 불소계 유체여도 된다. 이 경우, 액체 (LQ) 와 접촉하는 부분에는, 예를 들어 불소를 함유하는 극성이 작은 분자 구조의 물질로 박막을 형성함으로써 친액화 처리한다. 또, 액체 (LQ) 로는, 그 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) 을 사용할 수도 있다. 이 경우도 표면 처리는 사용하는 액체 (LQ) 의 극성에 따라서 실시된다. 또한, 액체 (LQ) 인 순수 대신에, 원하는 굴절률을 갖는 각종 유체, 예를 들어 초임계 유체나 고굴절률의 기체를 사용하는 것도 가능하다.
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, 실리콘 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, 노광 장치 (EX) 로는, 제 1 패턴과 기판 (P) 을 대략 정지시킨 상태에서 제 1 패턴의 축소 이미지를 투영 광학계 (예를 들어 1/8 축소 배율로 반사 소자를 포함하지 않은 굴절형 투영 광학계) 를 사용하여 기판 (P) 상에 일괄 노광하는 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 그 후에 다시 제 2 패턴과 기판 (P) 을 대략 정지시킨 상태에서 제 2 패턴의 축소 이미지를 그 투영 광학계를 사용하여, 제 1 패턴과 부분적으로 겹쳐서 기판 (P) 상에 일괄 노광하는 스티치 방식의 일괄 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 스티치 방식의 노광 장치로는, 기판 (P) 상에서 적어도 2 개의 패턴을 부분적으로 겹쳐서 전사하고, 기판 (P) 을 순차 이동시키는 스텝 앤드 스티치 방식의 노광 장치에도 적용할 수 있다.
또 본 발명은 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형 노광 장치의 경우에는, 기판을 유지하는 두개의 기판 스테이지의 각각에 관찰 장치 (60) 의 적어도 일부를 형성해도 되고, 일방의 기판 스테이지에만 관찰 장치 (60) 의 적어도 일부를 형성할 수도 있다. 트윈 스테이지형 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국 특허 제6,341,007호, 제6,400,441호, 제6,549,269호 및 제6,590,634호), 일본 공표특허공보 2000-505958호 (대응 미국 특 허 제5,969,441호) 또는 미국 특허 제6,208,407호에 개시되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 이들의 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는 계측 스테이지와 기판 스테이지를 구비한 노광 장치에 본 발명을 적용한 경우에 관해서 설명하였지만, 계측 스테이지를 구비하지 않고서, 하나의 기판 스테이지만을 구비한 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에는, 상기 서술한 제 3 실시형태에서 설명한 바와 같이 기판 스테이지에 관찰 장치 (60) 의 적어도 일부가 탑재된다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 기판 스테이지나 계측 스테이지에 투명 부재 (64) 와 광학계 (61) 와 촬상 소자 (63) 가 탑재되어 있지만, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-284412호에 개시된 것과 같이, 투명 부재 (64) 를 스테이지에 배치함과 함께, 스테이지와는 분리하여 형성된 부재 (예를 들어 베이스 (BP)) 에 촬상 소자 (63) 를 배치하여, 투명 부재 (64) 를 통해 촬상 소자 (63) 에서 광을 받아서, 액침 영역 (LR1, LR2) 을 형성하는 액체 (LQ1, LQ2) 의 상태를 관찰하도록 해도 된다.
또한, 도 8 에 나타낸 제 3 실시형태에 있어서는, 기판 스테이지 (PST1) 에 투명 부재 (64) 와 광학계 (61) 와 촬상 소자 (63) 가 탑재되어 있지만, 투명 부재 (64) 와 제 1 송광계 (送光系) 를 기판 스테이지 (PST1) 에 배치함과 함께, 제 2 송광계와 촬상 소자 (63) 를 계측 스테이지 (PST2) 에 탑재하고, 기판 스테이지 (PST1) 와 계측 스테이지 (PST2) 가 소정의 위치 관계에 있는 상태에서, 투명 부재 (64) 를 통하여 제 1 송광계에 입사된 광을 제 2 송광계를 통하여 촬상 소자 (63) 에서 수광하여, 액침 영역 (LR1, LR2) 을 형성하는 액체 (LQ1, LQ2) 의 상태를 관찰하도록 해도 된다.
또한, 상기 서술한 제 4 실시형태에 있어서는, 촬상 소자 (63) 를 갖는 관찰 장치 (60) 를 사용하여 기포 (기체 부분) 을 검출하고, 기포가 검출된 경우에 탈기시킨 액체를 흐르게 해서 기포를 저감 또는 소멸시키도록 하고 있지만, 기포 (기체 부분) 를 검출하는 방식은 촬상 소자 (63) 를 사용하는 방식에 한정되지 않고, 다른 방식으로 기포를 검출하고 탈기시킨 액체를 흘리도록 해도 된다. 예를 들어, 촬상 소자를 대신하여 수광 소자를 설치하고, 액침 영역에 제 5 실시형태에서 예시한 것과 같은 방법으로 광을 조사하여 액침 영역을 투과한 광의 투과율을 수광 소자에 의해 검출할 수도 있다. 이 경우, 기포가 허용 범위 내인 경우의 투과율을 미리 기준치로서 구해 두고, 기준치에 대한 검출치를 비교함으로써 기포량을 판단할 수 있다. 또, 그와 같은 수광 소자의 설치 위치는, 투영 광학계의 하방 (광축 위치) 에 한정되지 않고, 전술한 WO 2004/053958 에 개시되어 있는 기포 검출기와 같이 투영 광학계의 광축으로부터 벗어난 위치에 설치해도 된다.
그리고, 관찰 장치 (60) 의 일부 또는 전부를 계측 스테이지나 기판 스테이지에 대하여 탈착 가능하게 구성할 수도 있다.
또한, 전술한 제 1 액침 영역 (LR1) 의 상태를 측방으로부터 관찰하는 관찰 장치는, 노광 장치 (EX) 내에 배치해도 되고 (노광 장치의 파트로 해도 되고), 또는 노광 장치와는 별도의 유닛 (예를 들어 옵셔널 모듈) 이어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 본 발명은, 노광 대상인 기판의 표면 전체가 액체로 덮어지는 액침 노광 장치에도 적용 가능하다. 노광 대상인 기판의 표면 전체가 액체로 덮어지는 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평6-124873호 및 일본 공개특허공보 평10-303114호, 미국 특허 제5,825,043호 등에 상세하게 기재되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 이 문헌의 기재 내용을 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.
또 상기 서술한 실시형태에는 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴ㆍ감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크를 사용하였지만, 이 마스크를 대신해서, 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호에 개시되어 있듯이, 노광할 패턴의 전자 데이터에 기초하여 투과 패턴 또는 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크를 사용해도 된다.
또한, 본 발명의 노광 장치는 투영 광학계를 갖지 않은 타입의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 광원으로부터의 노광광이 광학 소자를 통과하여 액침 영역에 조사되게 된다. 국제공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있 는 바와 같이, 간섭 무늬를 기판 (P) 상에 형성함으로써 기판 (P) 상에 라인 앤드 스페이스 패턴을 노광하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
이상과 같이, 본원 실시형태의 노광 장치 (EX) 는, 본원의 특허청구범위에 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 실시된다. 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 개개의 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 18 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능을 설계하는 단계 (201), 이 설계 단계에 기초한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 (202), 디바이스의 기재인 기판을 제조하는 단계 (203), 전술한 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노 광하는 노광 처리 단계 (204), 디바이스 조립 단계 (205: 다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 공정을 포함), 검사 단계 (206) 등을 거쳐 제조된다. 또한, 노광 처리 단계에는 도 5, 9 및 10 에서 설명한 액침 영역의 관찰이나 처치 등 프로세스나 기판의 현상 프로세스를 포함된다.
산업상이용가능성
본 발명에 의하면, 액침 영역의 상태, 특히 액침 영역의 액체 중의 기체의 존재를 파악하여 적절히 처치함으로써, 실제 노광시의 액침 영역의 상태를 최적화할 수 있고, 그것에 의해 양호한 액침 노광을 실현할 수 있다.

Claims (52)

  1. 투영 광학계와 상기 투영 광학계의 이미지면측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 투영 광학계는, 상기 투영 광학계의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학 소자를 갖고,
    상기 투영 광학계의 이미지면측에 배치된 소정면과 상기 제 1 광학 소자 사이에 액체의 액침 영역을 형성하는 액침 기구와,
    상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상에 기초하여 상기 액침 영역의 상태를 관찰하는 관찰 장치를 구비한, 노광 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 배치된 소정면을 통하여 상기 액침 영역의 상태를 관찰하는, 노광 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소정면은 투명 부재의 표면을 포함하고, 상기 관찰 장치는 상기 투명 부재를 통하여 상기 액침 영역을 관찰하는, 노광 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 이미지면측에서 이동 가능한 스테이지를 갖고, 상기 스테이지의 상면은 상기 소정면을 포함하는, 노광 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 관찰 장치의 적어도 일부는 상기 스테이지의 내부에 설치되어 있는, 노광 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 기판을 유지하여 이동 가능한, 노광 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 스테이지는, 서로 독립적으로 이동 가능한 제 1 스테이지 및 제 2 스테이지를 포함하고, 상기 제 1 스테이지는 상기 기판을 유지하여 이동하고, 상기 제 2 스테이지는 노광 처리에 관한 계측을 실시하는 계측기를 유지하여 이동하고, 상기 제 2 스테이지의 상면이 상기 소정면을 포함하는, 노광 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 투영 광학계는, 그 투영 광학계의 이미지면에 상기 제 1 광학 소자 다음으로 가까운 제 2 광학 소자를 갖고,
    상기 액침 기구는, 상기 제 1 광학 소자와 상기 소정면 사이에 제 1 액침 영역을 형성하는 제 1 액침 기구와, 상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 사이에 제 2 액침 영역을 형성하는 제 2 액침 기구를 포함하고,
    상기 관찰 장치는, 상기 제 1 액침 영역 및 상기 제 2 액침 영역 각각을 관찰 가능한, 노광 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 제 1 광학 소자를 통하여 상기 제 2 액침 영역을 관찰하는, 노광 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 그 관찰 장치의 광학계의 초점 위치를 조정 가능한 조정 기구를 갖고, 상기 초점 위치를 조정함으로써 상기 제 1 액침 영역 및 상기 제 2 액침 영역 각각을 관찰하는, 노광 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는 상기 액침 영역보다 큰 시야를 갖는, 노광 장치.
  12. 제 1 항 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는 상기 액침 영역보다 작은 시야를 갖고,
    상기 액침 영역과 상기 시야를 상대적으로 이동하면서 관찰하는, 노광 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 화상을 표시하는 표시 장치를 포함하는, 노광 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는 촬상 소자를 포함하는, 노광 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 액침 영역을 형성하는 액체 중의 기체의 혼입 상태를 관찰하는, 노광 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액침 기구는 액체를 탈기하는 탈기 장치를 갖고,
    상기 관찰 장치의 관찰 결과에 기초하여, 상기 액침 영역을 형성하는 액체 중에 기체 부분이 있다고 판단하였을 때, 탈기된 액체를 공급하도록 상기 액침 기구를 제어하는 제어 장치를 갖는, 노광 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 탈기 장치는, 용존 기체 농도 5ppm 이하가 되도록 액체를 탈기하는, 노광 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 관찰 장치로 상기 액침 영역의 상태를 관찰하면서 상기 탈기된 액체를 공급하는, 노광 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 액침 영역 중의 기체 부분의 크기 또는 양에 따라서 상기 탈기된 액체를 공급하는 시간을 조정하는, 노광 장치.
  20. 투영 광학계와 상기 투영 광학계의 이미지면측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광장치로서,
    상기 투영 광학계는, 상기 투영 광학계의 이미지면에 가장 가까운 제 1 광학소자와, 상기 제 1 광학 소자 다음으로 상기 이미지면에 가까운 제 2 광학 소자를 갖고,
    상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자 사이에 액체의 액침 영역을 형성하는 액침 기구와,
    상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상에 기초하여 상기 액침 영역의 상태를 관찰하는 관찰 장치를 구비한, 노광 장치.
  21. 제 1 항 내지 제 10 항 및 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 조명 장치를 포함하는, 노광 장치.
  22. 제 8 항에 있어서,
    제 1 광학 소자가 CaO 및 MgO 중 하나로 형성되어 있고, 제 2 광학 소자가 CaO 및 MgO 중 다른 하나로 형성되어 있는, 노광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    CaO 로 형성된 광학 소자의 표면에 MgO 의 반사 방지 코트를 갖고, MgO 로 형성된 광학 소자의 표면에 CaO 의 반사 방지 코트를 갖는, 노광 장치.
  24. 광학 소자와 상기 광학 소자의 광사출측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    상기 광학 소자의 광사출측에 배치된 소정면과 상기 광학 소자 사이를 액체로 채우기 위한 액침 기구와,
    상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상에 기초하여 상기 광학 소자와 상기 소정면 사이의 액체의 상태를 관찰하는 관찰 장치를 구비한, 노광 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    추가로 투영 광학계를 구비하고, 상기 광학 소자는, 상기 투영 광학계의 이미지면에 가장 가까운 광학 소자인, 노광 장치.
  26. 제 1 항 내지 제 10 항, 제 20 항, 제 24 항 및 제 25 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치를 사용하는, 디바이스 제조 방법.
  27. 광학 소자의 광사출측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
    상기 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 단계와,
    노광한 기판을 미노광 기판과 교환하는 단계와,
    기판의 교환 중에, 상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상에 기초하여 상기 액침 영역의 액체 중의 기체 부분을 검출하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 액침 영역의 액체 중에 기체 부분이 검지된 경우에, 액침 영역 중의 기체 부분을 저감하는 처치를 실시하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 처치가, 탈기한 액체를 액침 영역에 공급하면서 액침 영역의 액체를 회수하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    제 1 스테이지 상에서 상기 기판의 노광 및 교환을 실시하고, 제 2 스테이지 상에서 액침 영역의 액체 중의 기체 부분의 검출을 실시하는, 노광 방법.
  31. 제 30 항에 있어서,
    추가로, 제 1 스테이지와 제 2 스테이지 사이에서 상기 액침 영역을 이동하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  32. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 소자가, 노광시에 기판에 보다 가까운 순서로 배치되는 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자를 포함하고, 제 1 광학 소자와 기판 사이의 제 1 공간 및 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자 사이의 제 2 공간의 적어도 일방의 공간에 액침 영역이 형성되는, 노광 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    제 2 공간에 형성된 액침 영역의 액체 중의 기체 부분을, 제 2 공간에 형성된 액침 영역의 액체의 교환시에 검출하는 단계를 포함하는, 노광 방법.
  34. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    소정 매수의 기판의 노광 처리가 완료될 때마다, 상기 액침 영역의 액체 중의 기체 부분을 검출하는, 노광 방법.
  35. 제 27 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 기재된 노광 방법에 의해 기판을 노광하는 단계와,
    노광한 기판을 현상하는 단계와,
    현상한 기판을 가공하는 단계를 포함하는, 디바이스의 제조 방법.
  36. 제 5 항에 있어서,
    상기 관찰 장치의 적어도 일부는, 상기 화상을 취득하기 위한 촬상 소자를 포함하는, 노광 장치.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 투명 부재를 통하여 상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상을 상기 촬상 소자로 취득하는, 노광 장치.
  38. 제 4 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 액침 영역보다도 큰 시야를 갖는, 노광 장치.
  39. 제 4 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 상기 액침 영역보다도 작은 시야를 갖고,
    상기 액침 영역과 상기 시야를 상대적으로 이동하면서 관찰하는, 노광 장치.
  40. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정면은 상기 광학 소자의 광사출측에 배치된 투명 부재의 표면을 포함하는, 노광 장치.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 관찰 장치는, 촬상 소자를 포함하고, 상기 투명 부재를 통하여 상기 광학 소자와 상기 소정면 사이의 상기 액체의 화상을 상기 촬상 소자로 취득하는, 노광 장치.
  42. 제 24 항에 있어서,
    상기 소정면은 투명 부재의 표면을 포함하고,
    상기 관찰 장치는 상기 투명 부재를 통하여 상기 액침 영역을 관찰하는, 노광 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 광학 소자의 광사출측에서 이동 가능한 스테이지를 갖고,
    상기 스테이지의 상면은 상기 소정면을 포함하는, 노광 장치.
  44. 제 43 항에 있어서,
    상기 관찰 장치의 적어도 일부는 상기 스테이지의 내부에 설치되어 있는, 노광 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 관찰 장치의 적어도 일부는, 상기 화상을 취득하기 위한 촬상 소자를 포함하는, 노광 장치.
  46. 광학 소자의 광사출측에 형성된 액침 영역의 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치에 사용되는 화상 취득 방법으로서,
    상기 광학 소자의 상기 광사출측에 배치된 소정면과 상기 광학 소자 사이에 액체의 액침 영역을 형성하는 것과,
    상기 액침 영역을 형성하는 상기 액체의 화상을 취득하는 것을 포함하는, 화상 취득 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    취득된 상기 화상에 의해 상기 액침 영역의 상태를 관찰하는 것을 추가로 포함하는, 화상 취득 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    상기 소정면은 투명 부재의 표면을 포함하고,
    상기 투명 부재를 통하여 상기 액침 영역의 상태가 관찰되는, 화상 취득 방법.
  49. 제 48 항에 있어서,
    상기 노광 장치는 상기 광학 소자의 광사출측에서 이동 가능한 스테이지를 갖고,
    상기 스테이지의 상면은 상기 소정면을 포함하는, 화상 취득 방법.
  50. 제 49 항에 있어서,
    상기 화상을 취득하기 위한 촬상 소자가 상기 스테이지의 내부에 설치되어 있는, 화상 취득 방법.
  51. 제 1 항 내지 제 10 항, 제 20 항 및 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 액침 영역이 형성되는, 노광 장치.
  52. 제 2 항에 있어서,
    상기 투영 광학계의 이미지면측에서 이동 가능한 스테이지를 갖고, 상기 스테이지의 상면은 상기 소정면을 포함하는, 노광 장치.
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