KR20070026509A

KR20070026509A - 노광 조건의 결정 방법, 노광 방법, 노광 장치, 및디바이스 제조 방법

Info

Publication number: KR20070026509A
Application number: KR1020067024178A
Authority: KR
Inventors: 도모하루 후지와라
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: EP1780773A4; WO2006006562A1; EP1780773A1; US8654308B2; TW200615701A; CN100533661C; CN1985355A; HK1105327A1; US20070258070A1; TWI418944B; KR101266770B1

Abstract

기판의 노광에 앞서, 액체의 여러 조건 하에서 패턴 이미지를 투영하고, 패턴 이미지의 각 투영 상태에 기초하여, 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정한다. 액체를 통하여 패턴 이미지를 투영할 때, 액체의 상태에 따른 원하는 투영 상태로 기판을 양호하게 노광할 수 있다.

액침, 기판, 노광, 패턴 이미지, 온도 센서

Description

노광 조건의 결정 방법, 노광 방법, 노광 장치, 및 디바이스 제조 방법{METHOD OF DETERMINING EXPOSURE CONDITIONS, EXPOSURE METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND METHOD OF PRODUCING DEVICE}

기술분야

본 발명은, 액체를 통하여 기판을 노광하기 위한 노광 조건의 결정 방법, 및 노광 방법, 노광 장치, 그리고 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 (逐次) 이동시키면서 마스크의 패턴을 투영 광학계를 통해 기판에 전사한다. 최근, 디바이스 패턴이 한층 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 하기 특허 문헌 1 에 개시되어 있는 액침법이 제안되어 있다. 이 액침법은, 투영 광학계의 하면 (下面) 과 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 확대한다는 것이다.

특허 문헌 1: 국제 공개 제99/49504호 팜플렛

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그런데, 액침법에 의해 기판의 노광을 실시하는 경우, 액체의 조건 (예를 들어 온도) 은 노광 조건의 변동 성분의 하나가 되기 때문에, 실제로 투영 광학계와 액체를 통하여 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때에는, 액체의 조건을 계측기에 의해 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 원하는 투영 상태를 얻을 수 있도록 액체의 조건을 조정하는 것을 생각할 수 있다. 그런데, 계측기의 계측치에 오차가 있으면, 그 계측치에 기초하여 장치의 보정을 실시한 경우, 원하는 투영 상태를 얻지 못하고, 노광 정밀도가 열화될 가능성이 있다. 특히, 액체 (유체) 상태는 다이나믹하여, 액체의 조건을 높은 정밀도와 응답성으로 계측하기란 용이하지 않다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 액체를 통하여 기판을 양호하게 노광할 수 있는 노광 조건의 결정 방법, 및 그 방법에 의해 결정된 노광 조건에서 기판을 노광하는 노광 방법, 그리고 그 노광 방법을 사용하는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 투영 광학계와 액체를 통하여 패턴 이미지를 투영할 때, 원하는 투영 상태에서 기판을 양호하게 노광할 수 있는 노광 조건의 결정 방법, 및 그 방법에 의해 결정된 노광 조건에서 기판을 노광하는 노광 방법, 그리고 그 노광 방법을 사용하는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 액체를 통하여 기판을 노광할 때에, 원하는 투영 상태에서 기판을 양호하게 노광할 수 있는 노광 장치, 및 그 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실시형태에 나타낸 도 1∼도 8 에 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, 패턴 이미지를 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 상에 투영함으로써 기판 (P) 을 노광하기 위한 노광 조건을 결정하는 방법으로서, 기판 (P) 의 노광에 앞서, 액체 (LQ) 의 복수의 조건 하에서 투영 광학계 (PL) 를 통하여 패턴 이미지를 순차 투영하고, 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 기판 (P) 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정하는 것을 포함하는 노광 조건 결정 방법이 제공된다.

본 발명의 노광 조건 결정 방법에 의하면, 액체의 조건을 변경하면서 실제로 투영 광학계와 액체를 통하여 패턴 이미지를 투영하고, 그 투영 상태에 기초하여, 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정하므로, 실제의 투영 상태에 기초하여 최적인 노광 조건을 결정할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 노광광 (EL) 을 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 에 조사함으로써 기판 (P) 을 노광하기 위한 노광 조건을 결정하는 방법으로서, 기판 (P) 의 노광에 앞서, 액체 (LQ) 의 복수의 조건 하에서 액체 (LQ) 를 통하여 노광광 (EL) 을 테스트 기판 (Pt₁) 에 조사하여 테스트 기판 (Pt₁) 을 노광하고, 테스트 기판 (Pt₁) 의 노광 상태에 따라서, 기판 (P) 을 노광할 때의 노광 조건 을 결정하는 것을 포함하는 노광 조건 결정 방법이 제공된다. 본 발명의 노광 조건 결정 방법에 의하면, 액체의 조건을 변경하면서 실제로 액체를 통하여 테스트 기판을 노광하고, 그 노광 상태에 기초하여, 실제로 기판을 노광할 때의 노광 조건을 결정하므로, 최적인 노광 조건을 결정할 수 있다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 본 발명의 노광 조건 결정 방법에 의해 결정된 노광 조건에서 기판 (P) 을 노광하는 노광 방법이 제공된다. 본 발명의 노광 방법에 의하면, 최적인 노광 조건에서 기판을 노광할 수 있기 때문에, 기판을 양호하게 노광할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 노광 방법을 사용하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 디바이스 제조 방법에 의하면, 기판을 양호하게 노광하여 원하는 성능을 갖는 디바이스를 제공할 수 있다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 을 노광하는 노광 장치 (EX) 로서, 패턴 이미지를 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위한 액침 기구 (1) 와, 기판 (P) 의 노광에 앞서, 액침 영역 (AR2) 을 형성하는 액체 (LQ) 의 복수의 조건 하에서 순차 투영된 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하는 계측 장치 (500) 를 구비하는 노광 장치 (EX) 가 제공된다.

본 발명의 노광 장치에 의하면, 액침 영역을 형성하는 액체의 조건을 변경하면서 실제로 투영 광학계와 액체를 통하여 투영된 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하는 계측 장치를 설치하였기 때문에, 그 계측 결과에 기초하여, 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다.

본 발명의 제 5 양태에 따르면, 액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치 (EX) 로서, 패턴의 이미지를 상기 액체를 통하여 기판에 투영하는 투영 광학계 (PL) 와, 상기 액체의 상이한 복수의 조건에 있어서의 투영 광학계에 의한 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 노광 조건을 결정하고, 결정된 노광 조건 하에서 노광을 실행하는 제어 장치 (CONT) 를 포함하는 노광 장치가 제공된다.

액침 노광에 있어서는, 액침 영역을 통하여 패턴 이미지가 기판에 투영되어 있기 때문에 액침 영역의 상태나 액침 영역을 형성하는 액체 자체의 물리량에 의해 패턴 이미지의 투영 상태가 영향을 받을 가능성이 있다. 본 발명의 노광 장치에 의하면, 액침 노광에 있어서도 제어 장치에 의해, 액체와의 관계에서 최적 노광 조건을 결정 또는 선택하고, 그와 같이 결정된 노광 조건에서 노광을 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 본 발명의 제 4 또는 제 5 양태에 따른 노광 장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 디바이스 제조 방법에 의하면, 기판을 양호하게 노광하여 원하는 성능을 갖는 디바이스를 제공할 수 있다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 투영 광학계와 액체를 통하여 패턴 이미지를 투영할 때의 최적의 노광 조건을 결정할 수 있으므로, 그 결정된 노광 조건에서 기판을 양호하게 노광할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 실시형태와 관련된 노광 장치를 나타내는 개략 구성도이다.

도 2 는 기판 스테이지의 평면도이다.

도 3 은 본 실시형태와 관련된 노광 순서를 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 4 는 테스트 마스크의 일례를 나타내는 도면이다.

도 5 는 테스트 기판의 일례를 나타내는 도면이다.

도 6 은 액체 온도와 구면 수차와의 관계를 나타내는 모식도이다.

도 7 은 공간 이미지 계측 장치를 사용한 초점 위치 계측을 설명하기 위한 도면이다.

도 8 은 반도체 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타내는 플로우차트도이다.

(부호의 설명)

1: 액침 기구

3: 결상 특성 제어 장치

14: 온도 조절 장치

100: 형상 계측 장치

500: 공간 이미지 계측 장치

501: 수광부

CONT: 제어 장치

LQ: 액체

M: 마스크

Mt: 테스트 마스크

P: 기판

PL: 투영 광학계

Pt₁∼Pt_N: 테스트 기판

SH: 쇼트 영역

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은 본 발명과 관련된 노광 장치의 일 실시형태를 나타내는 개략 구성도이다.

도 1 에 있어서, 노광 장치 (EX) 는, 마스크 (M) 를 지지하여 이동 가능한 마스크 스테이지 (MST), 기판 (P) 을 유지하는 기판 홀더 (PH) 를 갖고, 기판 홀더 (PH) 에 기판 (P) 을 유지하여 이동 가능한 기판 스테이지 (PST), 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하는 조명 광학계 (IL), 노광광 (EL) 에 의해 조명된 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 에 투영하는 투영 광학계 (PL), 및 노광 장치 (EX) 전체의 동작을 통괄 제어하는 제어 장치 (CONT) 를 구비하고 있다. 또, 제어 장치 (CONT) 에는, 기판 (P) 상에 형성된 패턴의 형상 (패턴 선폭 등) 을 계측 가능한 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과가 출력되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 형상 계측 장치 (100) 로서 주사형 전자 현미경 (SEM) 을 사용하고 있지만, 전기 저항 방식 등의 기타 방식의 계측 장치를 사용할 수도 있다. 또 한, 형상 계측 장치 (100) 는, 노광 장치에 설치되어 있어도 되고, 노광 장치와는 별체의 장치를 이용해도 된다.

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) 의 이미지면측에 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 형성하기 위한 액침 기구 (1) 를 구비하고 있다. 액침 기구 (1) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (LQ) 를 공급하는 액체 공급 기구 (10) 와, 기판 (P) 상의 액체 (LQ) 를 회수하는 액체 회수 기구 (20) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서, 액체 (LQ) 에는 순수 (純水) 가 사용된다. 노광 장치 (EX) 는, 적어도 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 전사하고 있는 동안, 액체 공급 기구 (10) 로부터 공급된 액체 (LQ) 에 의해 투영 광학계 (PL) 의 투영 영역 (AR1) 을 포함하는 기판 (P) 상의 적어도 일부에 투영 영역 (AR1) 보다 크고 또한 기판 (P) 보다 작은 액침 영역 (AR2) 을 국소적으로 형성한다. 구체적으로는, 노광 장치 (EX) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 선단의 광학 소자 (2) 와 기판 (P) 표면 (노광면) 과의 사이에 액체 (LQ) 를 채워 액침 영역 (AR2) 을 형성하고, 이 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이의 액체 (LQ) 및 투영 광학계 (PL) 를 통해서 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 기판 (P) 상에 투영함으로써, 기판 (P) 을 노광한다.

또한, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 근방, 구체적으로는 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측 단부의 광학 소자 (2) 근방에는, 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 선단부 (先端部) 주위를 둘러싸도록 형성된 고리형상 부재이다. 또한, 노즐 부재 (70) 등을 갖는 액침 기구 (1) 는, 액침 노광을 실시할 때에만 노광 장치 (EX) 에 장착할 수 있도록 노광 장치에 착탈 가능한 구조로 할 수 있다. 즉, 노광 장치 (EX) 에 액침 기구 (1) 를 고정시켜 형성하지 않아도 된다.

여기서, 본 실시형태에서는, 노광 장치 (EX) 로서 마스크 (M) 와 기판 (P) 을 주사 방향 (소정 방향) 에서의 서로 다른 방향 (역방향) 으로 동기 (同期) 이동시키면서 마스크 (M) 에 형성된 패턴을 기판 (P) 에 노광하는 주사형 노광 장치 (이른바 스캐닝 스테퍼) 를 사용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 수평면 내에서 마스크 (M) 와 기판 (P) 의 동기 이동 방향 (주사 방향, 소정 방향) 을 X 축 방향, 수평면 내에서 X 축 방향과 직교하는 방향을 Y 축 방향 (비주사 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 레지스트를 도포한 것을 포함하고, 「마스크」는 기판 상에 축소 투영되는 디바이스 패턴이 형성된 레티클을 포함한다.

조명 광학계 (IL) 는, 마스크 스테이지 (MST) 에 지지되어 있는 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하는 것으로서, 노광용 광원, 노광용 광원으로부터 사출된 광속의 조도를 균일화하는 옵티컬 인터그레이터, 옵티컬 인터그레이터로부터 사출된 노광광 (EL) 을 집광하는 콘덴서 렌즈, 릴레이 렌즈계, 노광광 (EL) 에 의한 마스크 (M) 상의 조명 영역을 설정하는 가동 (可動) 블라인드 등을 가지고 있다. 마스크 (M) 상의 소정의 조명 영역은 조명 광학계 (IL) 에 의해 균일한 조도 분포의 노광광 (EL) 에 의해 조명된다. 조명 광학계 (IL) 로부터 사출되는 노광광 (EL) 으로는, 예를 들어, 수은 램프로부터 사출되는 휘선 (g 선, h 선, i 선) 및 KrF 엑시머 레이저광 (파장 248㎚) 등의 원자외광 (DUV 광) 이나, ArF 엑시머 레이저광 (파장 193㎚) 및 F₂ 레이저광 (파장 157㎚) 등의 진공 자외광 (VUV 광) 등이 사용된다. 본 실시형태에서는 ArF 엑시머 레이저광이 사용된다. 상기 서술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 액체 (LQ) 는 순수로서, 노광광 (EL) 이 ArF 엑시머 레이저광이라도 투과 가능하다. 또한 순수는 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 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 평면 내, 즉 XY 평면 내에서 2 차원 이동 가능 및 θZ 방향으로 미소 (微小) 회전이 가능하다. 마스크 스테이지 (MST) 는 리니어 모터 등의 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 에 의해 구동된다. 마스크 스테이지 구동 장치 (MSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 마스크 스테이지 (MST) 상에는 마스크 스테이지 (MST) 와 함께 이동하는 이동경 (40) 이 설치되어 있다. 또, 이동경 (40) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (41) 가 형성되어 있다. 마스크 스테이지 (MST) 상의 마스크 (M) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (41) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (41) 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 투영 노광하는 것으로서, 기판 (P) 측의 선단에 설치된 광학 소자 (렌즈: 2) 를 포함하는 복수의 광학 소자로 구성되어 있고, 이들 광학 소자는 경통 (PK) 에 의해 지지되어 있다.

또, 투영 광학계 (PL) 에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 소60-78454호, 일본 공개특허공보 평11-195602호 (대응하는 미국 특허 6,235,438 B1), 국제 공개 제03/65428호 팜플렛 등에 개시되어 있는, 이 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (광학 특성) 을 조정 가능한 결상 특성 제어 장치 (3) 가 설치되어 있다. 결상 특성 제어 장치 (3) 는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자의 일부를 이동 가능한 광학 소자 구동 기구를 포함한다. 광학 소자 구동 기구는, 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자 중 특정한 광학 소자를 지지하는 지지 프레임에, 독립적으로 구동 가능한 압전 소자와 같은 신축 가능한 구동 소자를 복수 개 구비한다. 이들 구동 소자를 동일 또는 상이한 변위량으로 신축시킴으로써, 특정한 광학 소자를 광축 (AX) 방향 (Z 방향) 으로 이동시키거나, 광축 (AX) 에 대해서 경사시킬 수 있다. 신축량은 정전 용량식이나 광학식의 위치 센서에서 검지 할 수 있다. 그러므로, 구동 소자의 신축량을 제어하여 목표가 되는 위치나 경사 각도가 되도록 특정한 광학 소자를 변위시켜 투영 광학계 (PL) 의 결상 상태를 조정할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 결상 상태를 최적화하는 경우에는, 제어 장치 (CONT) 가 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의한 보정량을 구하고, 그 보정량에 따라서 구동 소자를 구동하여 특정한 광학 소자를 변위시킨다. 또, 결상 특성 제어 장치 (3) 는, 광학 소자 사이의 공간의 압력을 변동시킬 수 있다. 제어 장치 (CONT) 를 사용하여 결상 특성 제어 장치 (3) 를 제어함으로써, 투영 광학계 (PL) 의 각종 수차 (투영 배율, 디스토션, 구면 수차 등) 및 이미지면 위치 (초점 위치) 등의 투영 상태를 조정할 수 있다. 결상 특성 제어 장치의 상세한 것에 대해서는 상기 기술한 미국 특허 6,235,438 B1 에 개시되어 있고, 그 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

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 것이어도 상관없다. 또한, 투영 광학계 (PL) 는, 반사 소자를 포함하지 않은 굴절계 뿐만 아니라, 굴절 소자를 포함하지 않은 반사계, 굴절 소자와 반사 소자를 포함하는 반사 굴절계를 사용할 수 있다. 또, 본 실시형태의 투영 광학계 (PL) 선단의 광학 소자 (2) 는 경통 (PK) 으로부터 노출되어 있고, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 는 광학 소자 (2) 에 접촉한다.

기판 스테이지 (PST) 는, 기판 (P) 을 기판 홀더 (PH) 를 통하여 유지하는 Z 스테이지 (52) 와, Z 스테이지 (52) 를 지지하는 XY 스테이지 (53) 를 구비하고 있 다. XY 스테이지 (53) 는 베이스 (54) 상에 지지되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 는 리니어 모터 등의 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 에 의해 구동된다. 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 는 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. Z 스테이지 (52) 는 기판 홀더 (PH) 에 유지되어 있는 기판 (P) 을 Z 축 방향, 및 θX, θY 방향 (경사 방향) 으로 이동 가능하다. XY 스테이지 (53) 는 기판 홀더 (PH) 에 유지되어 있는 기판 (P) 을 Z 스테이지 (52) 를 통하여 XY 방향 (투영 광학계 (PL) 의 이미지면과 실질적으로 평행한 방향), 및 θZ 방향으로 이동 가능하다. 또한, Z 스테이지와 XY 스테이지를 일체적으로 형성해도 됨은 물론이다.

기판 스테이지 (PST) 상에는 오목부 (50) 가 형성되어 있고, 기판 홀더 (PH) 는 오목부 (50) 에 배치되어 있다. 그리고, 기판 스테이지 (PST) 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 (PST) 의 상면 (51) 은 액체 (LQ) 에 대해서 발액성 (撥液性) 을 가지고 있다. 기판 (P) 의 주위에 기판 (P) 표면과 대략 면일한 상면 (51) 을 형성했기 때문에, 기판 (P) 의 에지 영역 (E) 을 액침 노광할 경우에 있어서도, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 액체 (LQ) 를 유지하여 액침 영역 (AR2) 을 양호하게 형성할 수 있다.

기판 스테이지 (PST) (Z 스테이지 (52)) 의 측면에는 이동경 (42) 이 설치되어 있다. 또, 이동경 (42) 에 대향하는 위치에는 레이저 간섭계 (43) 가 형성되어 있다. 기판 스테이지 (PST) 상의 기판 (P) 의 2 차원 방향의 위치, 및 회전각은 레이저 간섭계 (43) 에 의해 실시간으로 계측되고, 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다. 제어 장치 (CONT) 는 레이저 간섭계 (43) 의 계측 결과에 기초하여, 레이저 간섭계 (43) 에 의해 규정되는 2 차원 좌표계 내에서 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통하여 XY 스테이지 (53) 을 구동함으로써 기판 스테이지 (PST) 에 지지되어 있는 기판 (P) 의 X 축 방향 및 Y 축 방향에서의 위치 결정을 실시한다.

또, 노광 장치 (EX) 는, 기판 (P) 표면의 면위치 정보를 검출하는 포커스 검출계 (4) 를 가지고 있다. 포커스 검출계 (4) 는, 투광부 (4A) 와 수광부 (4B) 를 갖고, 투광부 (4A) 로부터 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 표면 (노광면) 에 경사 방향으로부터 검출광 (La) 을 투사함과 함께, 그 기판 (P) 로부터의 반사광을 액체 (LQ) 를 통하여 수광부 (4B) 에서 수광함으로써, 기판 (P) 표면의 면위치 정보를 검출한다. 제어 장치 (CONT) 는, 포커스 검출계 (4) 의 동작을 제어함과 함께, 수광부 (4B) 의 수광 결과에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 기판 (P) 표면의 Z 축 방향에 있어서의 위치 (포커스 위치) 를 검출한다. 또, 기판 (P) 표면에 있어서 복수의 각 점에서의 각 포커스 위치를 구함으로써, 포커스 검출계 (4) 는 기판 (P) 의 경사 방향의 자세를 구할 수도 있다. 또한, 포커스 검출계 (4) 의 구성으로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 평8-37149호에 개시되어 있는 것을 사용할 수 있다.

제어 장치 (CONT) 는 기판 스테이지 구동 장치 (PSTD) 를 통하여 기판 스테이지 (PST) 의 Z 스테이지 (52) 를 구동함으로써, Z 스테이지 (52) 에 유지되어 있는 기판 (P) 의 Z 축 방향에 있어서의 위치 (포커스 위치), 및 θX, θY 방향에 있 어서의 위치를 제어한다. 즉, Z 스테이지 (52) 는, 포커스 검출계 (4) 의 검출 결과에 기초한 제어 장치 (CONT) 로부터의 지령에 기초해서 동작하여, 기판 (P) 의 포커스 위치 (Z 위치) 및 경사각을 제어하여 기판 (P) 의 표면 (노광면) 을 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면에 맞춰 넣는다.

액침 기구 (1) 의 액체 공급 기구 (10) 는, 액체 (LQ) 를 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급하기 위한 것으로서, 액체 (LQ) 를 송출 가능한 액체 공급부 (11) 와, 액체 공급부 (11) 에 그 일단부를 접속하는 공급관 (13) 을 구비하고 있다. 공급관 (13) 의 타단부는 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 액체 공급부 (11) 는, 액체 (LQ) 를 수용하는 탱크, 액체 (LQ) 중의 이물을 제거하는 필터 유닛, 및 가압 펌프 등을 구비하고 있다. 또, 액체 공급부 (11) 는, 액체 (LQ) 의 온도를 조정하는 온도 조절 장치 (14) 를 구비하고 있고, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급되는 액체 (LQ) 의 온도는 온도 조절 장치 (14) 에 의해 조정된다. 본 실시형태에 있어서 온도 조절 장치 (14) 는, 초기 상태에 있어서는 액체 (LQ) 의 온도를 23.0℃ 로 설정하고, 제어 장치 (CONT) 로부터의 지령에 기초하여 액체 (LQ) 의 온도를 10mK 마다 조정할 수 있다.

또, 액체 공급부 (11) 의 공급관 (13) 의 도중에는, 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. 이 유량 제어기 (16) 를 사용한 액체 공급량의 제어는 제어 장치 (CONT) 의 지령 신호 하에 실시된다.

액침 기구 (1) 의 액체 회수 기구 (20) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측의 액체 (LQ) 를 회수하기 위한 것으로서, 액체 (LQ) 를 회수 가능한 액체 회수부 (21) 와 액체 회수부 (21) 에 그 일단부를 접속하는 회수관 (23) 을 구비하고 있다. 회수관 (23) 의 타단부는 노즐 부재 (70) 에 접속되어 있다. 액체 회수부 (21) 는 예를 들어 진공 펌프 등의 진공계 (흡인 장치), 회수된 액체 (LQ) 와 기체를 분리하는 기액 분리기, 및 회수한 액체 (LQ) 를 수용하는 탱크 등을 구비하고 있다. 또한, 액체 공급부 (11) 의 탱크, 필터 유닛, 가압 펌프 및 온도 조절 장치 (14) 나, 액체 회수부 (21) 의 진공계, 기액 분리기, 탱크 등의 적어도 일부를 노광 장치 (EX) 에 설치하지 않고, 노광 장치 (EX) 가 배치되는 공장의 설비 등을 사용하도록 해도 된다.

투영 광학계 (PL) 를 구성하는 복수의 광학 소자 중, 액체 (LQ) 에 접하는 광학 소자 (2) 의 근방에는 노즐 부재 (70) 가 배치되어 있다. 노즐 부재 (70) 는, 기판 (P) (기판 스테이지 (PST)) 의 상방에 있어서 광학 소자 (2) 의 측면을 둘러싸도록 설치된 고리형 부재이다. 노즐 부재 (70) 와 광학 소자 (2) 사이에는 간극이 형성되어 있고, 노즐 부재 (70) 는 광학 소자 (2) 에 대해서 진동적으로 분리되도록 소정의 지지 기구에 의해 지지되어 있다. 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 은, 기판 (P) 의 표면 (기판 스테이지 (PST) 의 상면) 과 대향하고 있다. 또, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 및 광학 소자 (2) 의 하면 (2A) 각각은 대략 평탄면으로, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 과 광학 소자 (2) 의 하면 (2A) 은 대략 면일하게 되어 있다. 이것에 의해, 원하는 범위 내에 액침 영역 (AR2) 을 양호 하게 형성할 수 있다. 또, 광학 소자 (2) 중 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 와 접촉하는 액체 접촉면 (하면: 2A), 및 노즐 부재 (70) 중 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 를 접촉하는 액체 접촉면 (하면: 70A) 은, 액체 (LQ) 에 대해서 친액성을 가지고 있다.

노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에는, 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 를 공급하는 액체 공급구 (12) 가 형성되어 있다. 액체 공급구 (12) 는 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 복수 형성되어 있다. 또, 노즐 부재 (70) 의 내부에는, 공급관 (13) 의 타단부와 액체 공급구 (12) 를 접속하는 내부 유로가 형성되어 있다.

또, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에는, 기판 (P) 상의 액체 (LQ) 를 회수하는 액체 회수구 (22) 가 형성되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 액체 회수구 (22) 는 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 에 있어서, 액체 공급구 (12) 를 둘러싸도록 광학 소자 (2) 의 광축 (AX) 에 대해서 외측에 형성되어 있다. 또, 노즐 부재 (70) 의 내부에는, 회수관 (23) 의 타단부와 액체 회수구 (22) 를 접속하는 내부 유로가 형성되어 있다.

액체 공급부 (11) 및 액체 회수부 (21) 의 동작은 제어 장치 (CONT) 에 의해 제어된다. 기판 (P) 상에 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 형성할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 공급부 (11) 로부터 액체 (LQ) 를 송출하고, 공급관 (13) 및 노즐 부재 (70) 의 내부 유로를 통하여 기판 (P) 의 상방에 형성되어 있는 액체 공급구 (12) 로부터 기판 (P) 상으로 액체 (LQ) 를 공급한다. 또, 기판 (P) 상의 액체 (LQ) 는, 액체 회수구 (22) 로부터 회수되어, 노즐 부재 (70) 의 회수 유로 및 회수관 (23) 을 통하여 액체 회수부 (21) 에 회수된다. 또한, 노즐 부재 (70) 등의 액침 기구 (1) 의 구성은 상기 기술한 것에 한정되지 않고, 예를 들어, 유럽 특허 공개 제1420298호, 국제 공개 제2004/055803호, 국제 공개 제2004/057589호, 국제 공개 제2004/057590호, 국제 공개 제2005/029559호에 기재되어 있는 것도 사용할 수 있다.

또, 노즐 부재 (70) 의 소정 위치에는, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 의 온도를 계측하는 온도 센서 (60) 가 설치되어 있다. 온도 센서 (60) 는, 노즐 부재 (70) 의 하면 (70A) 중, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 에 접촉하는 위치에 설치되어 있다. 또한, 온도 센서 (60) 는, 액체 (LQ) 에 접촉하는 위치에 설치되어 있으면 되고, 예를 들어 액체 공급구 (12) 의 내측이나, 광학 소자 (2) 중 노광광 (EL) 의 광로를 방해하지 않는 위치에 설치할 수 있다. 또, 온도 센서 (60) 는 복수 배치해도 되고, 공급관 (13) 의 내부 혹은 회수관 (23) 의 내부에 설치할 수도 있다. 물론, 이들 위치의 각각에 온도 센서를 배치할 수도 있다. 온도 센서 (60) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다.

또, 노광 장치 (EX) 는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2002-14005호나 일본 공개특허공보 2002-198303호에 개시된 것과 같은, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (광학 특성) 을 계측 가능한 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 구비하고 있다. 공간 이미지 계측 장치 (500) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 슬릿부를 갖는 수광부 (501) 를 통하여 투영 광학계 (PL) 를 통과한 광 (노광광 (EL)) 을 수광하는 수광기 (503) 를 구비하고 있다. 수광부 (501) 의 상면은, 기판 스테이지 (PST) 의 상면 (51) 과 대략 면일하게 되어 있다.

공간 이미지 계측 장치 (500) 는, 상기 기술한 공개 공보에 개시되어 있는 구면 수차, 이미지면 (초점 위치), 코마 수차, 비점 수차, 디스토션, 배율 등의 결상 특성 뿐만 아니라, 패턴 이미지의 진동 상태도 계측할 수 있다.

도 2 는 기판 스테이지 (PST) 를 상방에서 본 평면도이다. 기판 스테이지 (PST) 상에 있어서, 기판 (P) 외측의 소정 위치에는 공간 이미지 계측 장치 (500) 의 수광부 (501) 가 형성되어 있다. 수광부 (501) 는 개구 패턴인 슬릿부 (502) 를 가지고 있고, 수광부 (501) 에 조사된 광은 슬릿부 (502) 를 투과 가능하다. 슬릿부 (502) 를 투과한 광은, 릴레이 광학계 등을 통하여 기판 스테이지 (PST) 의 외측에 형성된 수광기 (503) (도 1 참조) 로 유도된다. 수광기 (503) 는 광전 변환 소자를 포함하며, 수광기 (503) 로부터의 광전 변환 신호는 신호 처리 장치를 통하여 제어 장치 (CONT) 에 출력된다.

또한, 본 실시형태에서는, 공간 이미지 계측 장치 (500) 의 수광부 (501) 는 기판 (P) 을 지지하는 기판 스테이지 (PST) 상에 형성되어 있지만, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치되어 있으면 되고, 예를 들어 일본 공개특허공보 평11-135400호에 개시된 것과 같이, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 기판 스테이지 (PST) 이외의 소정 부재 (예를 들어 기판 스테이지와는 별도의 계측용 스테이지) 에 형성되어 있어도 된다.

또한, 도시를 생략하였지만, 기판 스테이지 (PST) 상 중, 기판 (P) 외측의 소정 위치에는, 예를 들어 일본 공개특허공보 소57-117238호에 개시된 것과 같은 조도 불균일 센서, 일본 공개특허공보 평11-16816호에 개시된 것과 같은 조사량 센서 (조도 센서) 등도 설치되어 있다.

다음으로, 상기 기술한 구성을 갖는 노광 장치 (EX) 를 사용하여 기판 (P) 을 노광하는 방법에 대해, 도 3 의 플로우차트도를 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에서는, 기판 (P) 의 노광에 앞서 최적 투영 상태의 패턴 이미지를 얻기 위한 노광 조건을 결정한다. 본 실시형태에서는, 노광 조건으로서 액체 (LQ) 의 온도 조건과, 액체 (LQ) 의 온도의 영향을 받기 쉬운 초점 위치 및 구면 수차를 결정하는 방법을 설명한다. 구체적으로는, 액체 (LQ) 의 온도로서 복수 (N) 의 상이한 온도 (T₁∼T_N) 를 설정하고, 각 온도에 대해 상이한 테스트 기판 (Pt₁∼Pt_N) 을 준비한다. 그리고, 액체 (LQ) 를 제 n 온도 조건 (n = 1∼N) 에서는, 제 n 테스트 기판 (n = 1∼N) 상의 복수의 상이한 위치 각각에 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (초점 위치 및 구면 수차) 을 변경하면서, 테스트 패턴 이미지를 투영하는 테스트 노광을 실시한다. 그리고, 이 테스트 노광을 액체 (LQ) 의 제 1∼제 N 온도 조건 각각에 대해 실시하고, 그 투영된 테스트 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 디바이스를 제조하기 위한 기판 (P) 상에 디바이스 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정한다.

기판 (P) 의 노광에 앞서 우선 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 상에 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 을 반입 (로드) 한다 (단계 SA1). 또, 마스크 스테이지 (MST) 에는, 테스트 패턴을 갖는 테스트 마스크 (Mt) 가 지지되어 있다. 또한, 이 실시형태에 있어서 사용한 테스트 기판에는, 그 표면에 실제의 기판 (P) 과 동일하게 포토레지스트가 도포되어 있다.

도 4 는 테스트 마스크 (Mt) 의 일례를 나타내는 도면이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 테스트 마스크 (Mt) 에는 2 개의 테스트 패턴 (PM1, PM2) 이 형성되어 있다. 이들 제 1, 제 2 테스트 패턴 (PM1, PM2) 각각은) 각각은 (주기) 가 상이한 라인 앤드 스페이스 (L/S) 패턴이다. 제 1 테스트 패턴 (PM1) 은, X 축 방향으로 주기성을 갖고, 라인부의 폭과 스페이스부의 폭의 비 (듀티비) 가 1:1 인 L/S 패턴이다. 제 2 테스트 패턴 (PM2) 은, 제 1 테스트 패턴 (PM1) 과 동일 치수의 라인 패턴이 상이한 주기 (예를 들어, 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 피치의 1.5∼2 배 정도) 로 X 축 방향으로 정렬한 L/S 패턴이다.

제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 기구 (10) 의 온도 조절 장치 (14) 를 사용하여, 투영 광학계 (PL) 와 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 사이에 공급하는 액체 (LQ) 의 온도를 온도 센서 (60) 에서 계측되는 온도가 제 1 온도 (T₁) 가 되도록 조정하고, 이 제 1 온도 (T₁) 로 조정된 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 투영 광학계 (PL) 와 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 사이에 형성한다 (단계 SA2).

그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 온도 (T₁) 로 설정되어 있는 액체 (LQ) 와 투영 광학계 (PL) 를 통하여, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 변경하면서 테스트 마스크 (Mt) 의 테스트 패턴 이미지를 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 상 이한 위치의 각각에 순차 투영한다 (단계 SA3). 본 실시형태에서는, 제어 장치 (CONT) 는 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 중 초점 위치 및 구면 수차를 각각 변경하면서, 테스트 패턴 이미지를 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 상이한 위치의 각각에 순차 투영한다. 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 상이한 위치의 각각에 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 변경하면서 테스트 패턴 이미지를 순차 투영할 때에는, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 의 Z 축 방향의 위치를 유지한 상태로, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 을 X 축 방향 및 Y 축 방향으로 순차 스텝 이동하면서, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 상이한 위치의 각각에 테스트 패턴 이미지를 순차 투영한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에는 복수의 쇼트 영역 (SH) 가 매트릭스 형상으로 설정되고, 각 쇼트 영역 (SH) 의 각각에, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 하, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 변경하면서 테스트 패턴 이미지가 순차 투영된다. 테스트 마스크 (Mt) 의 테스트 패턴 이미지를 투영할 때, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 하나의 쇼트 영역 (SH) 에 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 이미지와 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 이미지의 각각을 투영한다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여, 복수의 쇼트 영역 (SH) 중, 예를 들어 열(列)방향 (도 5 중, X 축 방향) 에 관해서 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 중 초점 위치를 변경하면서 테 스트 패턴 이미지를 순차 투영하고, 행(行)방향 (도 5 중, Y 축 방향) 에 관해서 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 중 구면 수차를 변경하면서 테스트 패턴 이미지를 순차 투영한다. 또한 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치 조건 및 구면 수차 조건의 각각은 서로 상이한 5 조건으로 바뀌어져 있지만, 예를 들어 11 조건 등, 임의의 수의 조건으로 변경할 수 있다.

각 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 테스트 패턴 이미지가 투영된 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 은 기판 스테이지 (PST) 로부터 언로드된다. 이 후, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 은, 현상되어 테스트 패턴 이미지에 따른 요철의 테스트 패턴이 기판 상에 형성된다. 다음으로, 형상 계측 장치 (100) 가, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 각 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 테스트 패턴의 형상 (선폭) 을 계측한다 (단계 SA4). 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 투영된 테스트 패턴 이미지의 투영 상태와 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 실제로 요철 패턴으로서 형성된 테스트 패턴의 형상과는 서로 대응하기 때문에, 형상 계측 장치 (100) 를 사용하여 테스트 패턴의 형상 (선폭) 을 계측함으로써, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 결상 특성 (초점 위치 및 구면 수차) 을 변경하면서 테스트 패턴 이미지를 순차 투영했을 때의 각 테스트 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하는 것이 된다. 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과는 제어 장치 (CONT) 에 출력된다.

제어 장치 (CONT) 는, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 각 테스트 패턴 중에서, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 에 있어서, 최적의 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면과 테스트 기판 (Pt₁) 표면과의 관계, 즉 최적 초점 위치 조건을 얻을 수 있는 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의한 보정량을 구한다. 최적 초점 위치 조건에서 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 라인 패턴을 투영했을 때, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 있어서의 투영 이미지의 콘트라스트가 최대가 되고, 그 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 형성된 라인 패턴의 선폭은 가장 가늘어진다 (패턴 형상이 샤프해진다). 따라서, 제어 장치 (CONT) 는, 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과에 기초하여, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 각 라인 패턴 (테스트 패턴) 중에서 선폭이 가장 가는 라인 패턴을 갖는 쇼트 영역 (SH) 을 구하고, 그 쇼트 영역 (SH) 에 라인 패턴 이미지를 투영했을 때의 결상 특성 (초점 위치), 나아가서는 그 결상 특성 (초점 위치) 을 얻기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의한 보정량을 구할 수 있다. 또한, 선폭이 가장 가는 라인 패턴을 갖는 쇼트 영역에 한하지 않고, 원하는 선폭의 라인 패턴을 갖는 쇼트 영역 (SH) 을 구하도록 해도 된다.

또한, 제어 장치 (CONT) 가 최적 초점 위치 조건을 구할 때에는, 각 쇼트 영역 (SH) 에 투영한 제 1, 제 2 테스트 패턴 (PM1, PM2) 의 이미지 중, 일방의 테스 트 패턴의 이미지에만 기초하여 최적 결상 위치 조건을 구할 수도 있다.

또, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 각 테스트 패턴 중에서, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 에 있어서, 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통한 구면 수차가 최소가 되는 최적 구면 수차 조건, 나아가서는 그 최적 구면 수차 조건을 얻을 수 있는 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의한 보정량을 구한다. 일반적으로, 마스크 상에서 피치가 큰 패턴과 피치가 작은 패턴에서는 회절각이 서로 상이하기 때문에, 피치가 큰 패턴과 피치가 작은 패턴에서는 광축 방향 (Z 축 방향) 의 결상 위치가 상이하다. 구면 수차는 광학계의 개구수차의 하나로, 광축상의 물점 (物点) 으로부터의 여러 가지 개구를 가진 광선속이 광학계에 입사되었을 때, 그 대응한 이미지점이 1 점에 결상하지 않는 것에 기인하는 수차이다. 따라서, 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 최적 초점 위치 (Z₁) 와 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 최적 초점 위치 (Z₂) 의 차가 가장 작은 상태, 즉 테스트 기판 상에 형성된 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 선폭과 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 선폭의 차이가 가장 작은 상태가, 구면 수차가 최소가 되는 최적 구면 수차 조건이 된다. 거기서, 제어 장치 (CONT) 는 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과에 기초하여, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 복수의 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 각 제 1, 제 2 테스트 패턴 (PM1, PM2) 중에서 선폭차가 가장 작아지는 제 1, 제 2 테스트 패턴 (PM1, PM2) 을 갖는 쇼트 영역 (SH) 을 구하고, 그 쇼트 영역 (SH) 에 제 1, 제 2 테스트 패턴 (PM1, PM2) 의 이미지를 투영했 을 때의 결상 특성 (구면 수차), 나아가서는 그 결상 특성 (구면 수차) 을 얻기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의한 보정량을 구할 수 있다.

그리고 제어 장치 (CONT) 는, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 에 있어서, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상에 형성된 패턴 중, 선폭이 가장 가늘고, 제 1 테스트 패턴 (PM1) 과 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 선폭차가 가장 작아지는 최적 결상 특성 조건 (최적 초점 위치 조건 및 최적 구면 수차 조건), 나아가서는 그 최적 결상 특성 조건을 얻을 수 있는 결상 특성 제어 장치 (3) 의 최적 보정량을, 그 제 1 온도 조건 (T₁) 에 대응시켜서 기억한다 (단계 SA5).

다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 미리 정해진 액체 (LQ) 의 복수 (N) 의 온도 조건 각각에 대해, 상기 기술한 것과 동일한 처리가 완료되었는지 여부를 판단하고 (단계 SA6), 완료되어 있지 않으면, 다음의 온도 조건에서 단계 SA1∼SA5 를 실행한다. 즉, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 상에 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 을 반입한다 (단계 SA1). 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 와 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 사이에 공급하는 액체 (LQ) 의 온도를 온도 센서 (60) 에서 계측되는 액체 (LQ) 의 온도가 제 2 온도 (T₂ (=T₁＋ΔT)) 가 되도록 조정하고, 이 제 2 온도 (T₂) 로 조정된 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 투영 광학계 (PL) 와 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 사이에 형성한다 (단계 SA2). 그리고, 상 기 기술한 것과 동일하게, 제어 장치 (CONT) 는 제 2 온도 (T₂) 로 설정되어 있는 액체 (LQ) 와 투영 광학계 (PL) 를 통하여, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 변경하면서, 테스트 마스크 (Mt) 의 테스트 패턴 이미지를 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 상의 복수의 상이한 위치의 각각에 순차 투영한다 (단계 SA3). 다음으로, 형상 계측 장치 (100) 가, 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 상의 각 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 형성된 테스트 패턴의 형상 (선폭) 을 계측한다 (단계 SA4). 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과에 기초하여, 제 2 온도 조건 (T₂) 에 있어서의 최적 결상 특성 조건 (결상 특성 제어 장치 (3) 의 최적 보정량 조건) 을 구하고, 그 최적 결상 특성 조건을 제 2 온도 조건 (T₂) 에 대응시켜서 기억한다 (단계 SA5).

이하, 동일한 처리를 액체 (LQ) 의 제 3 온도 (T₃ (=T₁＋2×ΔT)) 에서부터 제 N 온도 (T_N (=T₁＋(N－1)×ΔT)) 까지의 각각에 대해 실시한다. 즉, 각각의 제 1∼제 N 온도 조건 하에서, 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치 및 구면 수차를 변경하면서 테스트 패턴 이미지를 순차 투영한다.

또한, 본 실시형태에서는, 액체 (LQ) 의 온도 조건은 23℃ 를 기준치 (중심치) 로 하여, 그 23℃ 를 기준으로 －100mK∼＋100mK 까지 ΔT=10mK 로 하여 10mK 마다 액체 (LQ) 의 온도를 변경하고 있다.

제 1∼제 N 온도 조건 각각에 대한 최적 결상 특성 조건을 구하여 기억한 후, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 기억되어 있는 최적 결상 특성 조건과 액체 (LQ) 의 온도 조건과의 관계를 도출한다 (단계 SA7). 그리고, 제어 장치 (CONT) 는 그 도출한 결과에 기초하여, 패턴 이미지를 투영할 때의 최적 결상 특성 및 액체 (LQ) 의 온도 조건, 즉 최적 노광 조건을 결정한다 (단계 SA8).

구체적으로 제어 장치 (CONT) 는, 액체 (LQ) 의 온도와 그 온도에 대응하는 결상 특성과의 관계에 기초하여, 피팅 (fitting) 등의 연산 처리를 실시한다. 도 6 에는, 액체 (LQ) 의 온도와 그 온도에 대응하는 상기에서 구한 최적 구면 수차와의 관계가 플롯되어 있고, 그 관계에 관해서 최소 제곱법 등에 기초하여 피팅되어 있다. 도 6 에 있어서는, 구면 수차가 제로가 되는 최적 구면 수차 조건을 실현하기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량이나 그 때의 액체 (LQ) 의 온도 조건이, 결정된 최적 노광 조건이 된다. 마찬가지로, 제어 장치 (CONT) 는 액체 (LQ) 의 온도와 그 온도에 대응하는 최적 초점 위치와의 관계에 기초하여, 최적 초점 위치 조건을 실현하기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량이나 그 때의 액체 (LQ) 의 온도 조건을, 최적 노광 조건으로서 결정한다. 이렇게 해서, 제어 장치 (CONT) 는, 액체 (LQ) 의 온도 조건을 변경하면서 순차 투영된 테스트 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하고, 그 계측한 테스트 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 최적 노광 조건, 즉 액체의 온도 조건, 구면 수차 및 초점 위치를 포함하는 투영 광학계의 결상 특성, 나아가서는 결상 특성 제어 장치 (3) 의 최적 보정량을 결정한다.

또한, 도 6 에 있어서는 액체의 온도와 구면 수차와의 관계가 직선적으로 변 화하고 있지만, 변화가 직선적이지 않은 경우에는, 직선 피팅할 때의 데이터점에 주의하여, 직선적인 것으로 간주할 수 있는 범위에서 피팅하는 것이 바람직하다.

다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 디바이스를 형성하기 위한 패턴을 갖는 마스크 (M) 를 마스크 스테이지 (MST) 에 반입 (로드) 함과 함께, 디바이스를 형성하기 위한 기판 (P) 을 기판 스테이지 (PST) 에 반입 (로드) 한다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 결정된 노광 조건 하에서, 조명 광학계 (IL) 를 사용하여 마스크 (M) 를 노광광 (EL) 에 의해 조명하고, 그 마스크 (M) 의 패턴 이미지를 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 상에 투영함으로써 그 기판 (P) 을 노광한다 (단계 SA9). 즉, 온도 센서 (60) 의 계측 결과가 단계 SA8 에서 결정한 액체 (LQ) 의 온도 조건 (기준치 (T₀)) 이 되도록 제어 장치 (CONT) 는 액체 공급 기구 (10) 의 온도 조절 장치 (14) 를 제어하고, 그 온도 조정된 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 또한, 그 액체 (LQ) 의 온도 조건 하에서, 최적의 결상 특성이 얻어지도록, 상기에서 구한 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 조정하면서 기판 (P) 을 노광한다.

또한, 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 의 온도는 온도 센서 (60) 의 계측치가 기준치 (T₀) 가 되도록 온도 조절 장치 (14) 에 의해 조정되어 있지만, 예를 들어 노광광 (EL) 의 조사 등에 의해 액침 영역 (AR2) 의 액체 (LQ) 의 온도가 국소적으로 변동되었을 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 최적의 투영 상태가 되도록, 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (구면 수차 및 초 점 위치) 을 제어하거나, 혹은 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면과 기판 (P) 표면이 합치하도록, 기판 (P) 을 지지한 기판 스테이지 (PST) 를 이동시킬 수 있다.

이상 설명한 것처럼, 액체 (LQ) 의 온도 조건을 변경하면서 실제로 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 패턴 이미지를 투영하고, 그 투영 상태에 기초하여 기판 (P) 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건, 구체적으로는 액체 (LQ) 의 온도 조건, 투영 광학계의 구면 수차 및 초점 위치를 포함하는 결상 특성, 또한 최적의 결상 특성을 얻기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량 (조정량) 을 결정하므로, 실제의 투영 상태에 기초하여 최적의 노광 조건을 결정할 수 있다. 그리고, 그 결정된 최적의 노광 조건으로 기판 (P) 을 노광함으로써, 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다.

액침 노광 장치의 투영 광학계 (PL) 를 설계하는 경우, 사용하는 액체 (LQ) 의 온도를 설계치로서 정하고, 그 설계치 상의 액체 (LQ) 의 온도 조건에 기초하여 최적의 결상 특성을 얻을 수 있도록 투영 광학계 (PL) 를 설계하는 방법이 있다. 그리고, 실제로 투영 광학계 (PL) 와 액체 (LQ) 를 통하여 기판 (P) 을 노광할 때에는, 온도 센서 (60) 의 계측치가 설계치 상의 액체 (LQ) 의 온도 조건이 되도록, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급하는 액체 (LQ) 의 온도가 온도 조절 장치 (14) 에서 조정된다. 그런데, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급하는 액체 (LQ) 의 온도를 온도 조절 장치 (14) 를 사용하여 고정밀하게 조정할 수 있었다고 해도, 공급되는 액체 (LQ) 의 온도의 절대치를 온도 센서 (60) 의 계측치에 기 초하여 1mK, 10mK 의 정밀도로 아는 것은, 온도 센서의 계측 능력 등의 관점에서 곤란하다. 따라서, 그러한 온도 센서 (60) 의 계측치에 기초하여 액체 (LQ) 의 온도를 조정하는 것으로는, 이상적인 투영 상태를 얻을 수 없을 우려가 있다. 거기서 본 실시형태에서는, 실제로 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통하여 패턴 이미지를 투영하고, 그 투영 상태를 계측하여, 원하는 투영 상태를 얻을 수 있을 때의 온도 센서 (60) 에서 계측된 액체 (LQ) 의 온도, 및 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성을 얻기 위한 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량을 구해 그 상태를 유지함으로써, 최적인 노광 조건 하에서 기판 (P) 을 양호하게 노광할 수 있다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 기판 (P) 의 Z 축 방향의 위치를 유지한 상태로 기판 (P) 을 XY 방향으로 스텝 이동하면서, 액체 (LQ) 의 제 1∼제 N 온도 조건 각각에서 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (초점 위치) 을 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하고, 이들 각 제 1∼제 N 온도 조건 각각에서 투영된 복수의 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 노광 조건을 결정하고 있지만, 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (초점 위치) 을 변경하는 대신에, 기판 (P) 의 Z 축 방향의 위치를 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하도록 해도 된다. 즉, 액체 (LQ) 의 제 1∼제 N 온도 조건 각각에서, 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통하여 형성되는 이미지면에 대한 패턴 이미지가 투영되는 기판 (P) 표면의 위치를 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하고, 이들 각 제 1∼제 N 온도 조건 각각에서 투영된 복수의 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 노광 조건을 결정하도록 해도 된다. 투영 광학계 (PL) 에 의해 형성되는 이미지면과 패턴 이미지가 투영되는 기판 (P) 표면과의 위치 관계를 변경하기 위해서는, 예를 들어 기판 스테이지 (PST) 를 Z 축 방향으로 이동시키면 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 단계 SA4, 및 단계 SA5 가 완료된 후에, 다음의 액체 (LQ) 의 조건 (온도 조건) 에서의 단계 SA1∼SA3 을 실행하도록 하고 있지만, 다음의 액체 (LQ) 의 조건 (온도 조건) 에서의 단계 SA1∼SA3 과, 앞의 액체 (LQ) 의 조건 (온도 조건) 에서의 단계 SA4, SA5 를 병행하여 실행하도록 해도 된다. 물론, 모든 액체 (LQ) 의 조건에서 N 매의 테스트 기판을 노광한 후에, 각 테스트 기판 상에 형성된 패턴의 형상 (선폭) 을 계측하도록 해도 된다.

또, 상기 기술한 실시형태에서는, 제 1 온도 조건 (T₁) 일 때에는 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 을 사용하고, 제 2 온도 조건 (T₂) 일 때에는 제 2 테스트 기판 (Pt₂) 을 사용하고, 제 N 온도 조건 (T_N) 일 때에는 제 N 테스트 기판 (Pt_N) 을 사용하고 있지만, 예를 들어 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 을 사용하고 있을 때, 액체 (LQ) 의 온도 조건을 변경하면서, 제 1 테스트 기판 (Pt₁) 상의 쇼트 영역 (SH) 의 각각에 패턴 이미지를 투영하도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 테스트 기판 상에 패턴 이미지를 투영하여, 그 테스트 기판 상에 형성된 현상 패턴의 형상을 계측하고 있지만, 현상을 실시하지 않아도, 예를 들어 감광된 잠상 (潛像) 을 계측하는 것도 가능하다. 또, 상기 실시형태에서는, 패턴 이미지의 투영 상태를 형상 계측 장치 (100) 에 의 해 계측하고 있지만, 상기 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하여 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하도록 해도 된다. 상기 기술한 바와 같이, 공간 이미지 계측 장치 (500) 는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 수광부 (501) 를 통하여 패턴 이미지를 광전 검출하는 것이다.

예를 들어, 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통한 최적 결상 위치를 계측하는 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자 (2) 와 기판 스테이지 (PST) 상의 수광부 (501) 를 대향시키고, 이 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자 (2) 와 기판 스테이지 (PST) 상의 수광부 (501) 사이에, 액침 기구 (1) 를 사용하여 온도 센서 (60) 의 계측치가 제 1 온도 (T₁) 가 되도록 조정된 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 도 4 에 나타낸 테스트 마스크 (Mt) 의 제 1 테스트 패턴 (PM1) 에만 노광광 (EL) 이 조사되도록, 조명 광학계 (IL) 에 설치되어 있는 가동 블라인드를 구동 제어하여 조명 영역을 규정한다. 이 상태에서, 제어 장치 (CONT) 는, 테스트 마스크 (Mt) (제 1 테스트 패턴 (PM1)) 에 노광광 (EL) 을 조사하고, 기판 스테이지 (PST) 를 X 축 방향으로 주사하면서, 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하여 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 공간 이미지 계측을 슬릿 스캔 방식에 의해 실시한다. 이 때, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향의 위치를 유지한 상태로, 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치를 변경하면서 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 공간 이미지 계측을 복수 회 반복하여, 각 회의 광강도 신호 (광전 변환 신호) 를 기억한다. 혹은, 결상 특성 제어 장치 (3) 의 구동을 정지한 상태로, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향의 위치를 소정의 스텝 피치로 변화시키면서 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 공간 이미지 계측을 복수 회 반복하여, 각 회의 광강도 신호 (광전 변환 신호) 를 기억하도록 해도 된다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 상기 반복에 의해 얻어진 복수의 광강도 신호 (광전 변환 신호) 를 각각 푸리에 변환하여, 각각의 1 차 주파수 성분과 0 차 주파수 성분의 진폭비인 콘트라스트를 구한다. 이러한 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하면, 도 7 에 나타낸 것과 같은 광강도 신호를 얻을 수 있다. 이 경우, 이 광강도 신호의 신호 파형의 피크 위치를 직접 찾아냄으로써, 그 점의 Z 위치를 최적 초점 위치 (Z₀) 로 해도 되고, 혹은 광강도 신호를 소정의 슬라이스 레벨 라인 (SL) 으로 슬라이스하여, 광강도 신호와 슬라이스 레벨 라인 (SL) 과의 2 개의 교점의 중점 Z 위치를 최적 초점 위치 (Z₀) 로 해도 된다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 그 콘트라스트가 최대가 되는 광강도 신호에 대응하는 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량 (혹은 Z 스테이지 (52) 의 Z 위치) 을, 제 1 온도 조건 (T₁) 에 있어서, 최적 초점 위치 조건을 얻을 수 있는 결상 특성 제어 장치 (3) 의 최적 보정량으로서 기억한다. 그리고, 상기 기술한 처리와 동일한 처리를, 액체 (LQ) 의 제 2∼제 N 온도 조건 각각에 대해서도 실시함으로써, 최적의 노광 조건, 즉 최적의 액체 온도 조건 및 최적 초점 위치 조건을 결정할 수 있다.

또, 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통한 구면 수차를 계측하는 경우에는, 제어 장치 (CONT) 는, 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자 (2) 와 기판 스테이지 (PST) 상의 수광부 (501) 를 대향시키고, 이 투영 광학계 (PL) 의 광학 소자 (2) 와 기판 스테이지 (PST) 상의 수광부 (501) 사이에, 액침 기구 (1) 을 사용하여 온도 센서 (60) 의 계측치가 제 1 온도 (T₁) 가 되도록 조정된 액체 (LQ) 의 액침 영역 (AR2) 을 형성한다. 또, 제어 장치 (CONT) 는, 도 4 에 나타낸 테스트 마스크 (Mt) 의 제 1 테스트 패턴 (PM1) 에만 노광광 (EL) 이 조사되도록, 조명 광학계 (IL) 에 설치되어 있는 가동 블라인드를 구동 제어하여 조명 영역을 규정한다. 이 상태에서, 제어 장치 (CONT) 는, 노광광 (EL) 을 테스트 마스크 (Mt) (제 1 테스트 패턴 (PM1)) 에 조사하고, 슬릿 스캔 방식에 의해 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하여 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 이미지의 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통한 공간 이미지 계측을 실시한다. 이 때, 제어 장치 (CONT) 는, 기판 스테이지 (PST) 의 Z 축 방향의 위치를 유지한 상태로, 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치를 변화시키면서 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 공간 이미지 계측을 복수 회 반복하여, 각 회의 광강도 신호 (광전 변환 신호) 를 기억한다. 다음으로, 제어 장치 (CONT) 는, 노광광 (EL) 이 제 2 테스트 패턴 (PM2) 에 조사되도록 가동 블라인드를 구동 제어하고, 상기와 동일하게, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 에 대해, 결상 특성 제어 장치 (3) 에 의해 초점 위치를 변경하면서 슬릿 스캔 방식으로 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 이미지의 투영 광학계 (PL) 및 액체 (LQ) 를 통한 공간 이미지 계측을 실시한다. 그리고, 이들 처리를 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (구면 수차) 을 변경하면서 반복하여 실행한다. 그리고, 액체 (LQ) 의 제 1 온도 조건 (T₁) 에 대한 계측이 종료된 후, 상기 기술한 처리와 동일한 처리를 액체 (LQ) 의 제 2∼제 N 온도 조건 각각에 대해서도 실시한다. 그리고, 제어 장치 (CONT) 는, 제 1 테스트 패턴 (PM1) 의 최적 초점 위치와 제 2 테스트 패턴 (PM2) 의 최적 초점 위치와의 차가 가장 작고 (구면 수차가 가장 작고), 또한 광강도 신호의 콘트라스트가 최대가 되는 액체 (LQ) 의 온도, 및 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량을, 최적의 노광 조건으로서 기억한다. 이렇게 하여, 구면 수차를 최소로 하는 결상 특성 제어 장치 (3) 의 보정량이나 액체 (LQ) 의 온도 조건이 구해진다.

또한, 공간 이미지 계측 장치 (500) 를 사용하는 경우에도, 결상 특성 제어 장치 (3) 를 사용하여 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치를 변경하는 대신에, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 공간 이미지 계측 장치 (500) 의 표면 위치를 변경하도록 해도 된다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 액체 (LQ) 의 조건으로서 액체 (LQ) 의 온도 조건을 변경하면서 투영 광학계 (PL) 를 통하여 패턴 이미지를 순차 투영하고 있지만, 첨가물을 추가하여 액체 (LQ) 의 굴절률을 변경하면서 테스트 패턴의 이미지를 투영해도 되고, 예를 들어, 액체 공급구 (12) 를 통하여 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 공급되는 단위 시간당 액체 공급량 (유속) 이나, 액체 (LQ) 의 공급 위치나 회수 위치 등의 조건을 변경하면서 투영 광학계 (PL) 를 통하여 패턴 이미지를 순차 투영하고, 그 때의 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 기판 (P) 상에 디바이스 패턴을 투영할 때의 노광 조건을 결정하도록 해도 된다. 상기 단위 시간당 액체 공급량이나 액체 (LQ) 의 공급 위치나 회수 위치에 따라서도 패턴 이미지의 투영 상태 (진동 상태를 포함한다) 가 변화할 가능성이 있기 때문에, 액체 (LQ) 의 온도 조건 이외의 다른 조건을 변경하면서 투영 광학계 (PL) 를 통하여 패턴 이미지를 순차 투영함으로써, 그 때의 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 기판 (P) 상에 디바이스 패턴을 투영할 때의 최적 노광 조건을 결정할 수 있다.

상기와 같이, 액침 노광에 있어서는, 액침 영역을 통하여 패턴 이미지가 기판에 투영되어 있으므로 액침 영역 상태나 액침 영역을 형성하는 액체 자체의 물리량에 의해 패턴 이미지의 투영 상태가 영향을 받는다. 특히, 액체의 공급 및 회수에 의해 유지되어 있는 다이나믹한 액침 영역에 있어서는, 액체의 유동, 또는 액침 영역의 깊이나 폭도 패턴 이미지의 투영 상태에 영향을 미칠 가능성이 있다. 본 실시형태에 있어서 「액체의 조건」이란, 액체의 온도, 압력, 굴절률, 밀도, 성분 (조성 및 순도) 등의 액체 그 자체의 물리량 뿐만 아니라, 액침 영역을 형성하기 위한 액체의 공급량 또는 회수량, 공급 위치 또는 회수 위치 등에 의존하는 액침 영역의 상태 (유속 등) 나, 액침 영역의 두께, 폭 (사이즈) 등의 액침 영역 상태도 포함하는 개념이다. 그러므로, 액체의 온도나 온도 분포에 한정되지 않고, 상기한 액체의 조건의 하나 혹은 그들의 조합을 변경하면서 패턴 이미지의 투 영 상태를 계측하고, 액체의 조건과 투영 상태의 대응 관계로부터 최적 노광 조건을 결정하여 메모리에 기억해 두는 것은 의의가 있다.

또한, 상기 기술한 실시형태에서는, 노광 조건을 결정하기 위해서, 테스트 마스크 (Mt) 에 형성된 테스트 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 마스크 (M) 에 형성된 디바이스 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정하고 있지만, 노광 조건을 결정할 때, 테스트 마스크 (Mt) 의 테스트 패턴을 사용하지 않고서 마스크 (M) 에 형성된 디바이스 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하고, 그 계측 결과에 기초하여 노광 조건을 결정하도록 해도 된다. 또, 마스크 스테이지 (MST) 상의 마스크 (M) 탑재 위치의 근방에 고정되고, 테스트 패턴이 형성된 투과 부재를 사용하도록 해도 된다.

또, 상기 기술한 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 초점 위치 및 구면 수차를 변경하면서 테스트 패턴의 이미지를 투영하도록 하고 있지만, 임의의 일방을 변경하면서 테스트 패턴의 이미지를 투영하도록 해도 되고, 디스토션 등의 다른 결상 특성을 변경하면서 테스트 패턴의 이미지를 투영하도록 해도 된다. 또, 편광 상태나 파면 수차 상태를 변경하면서 테스트 패턴의 이미지를 투영하도록 해도 된다. 이 경우, 공간 이미지 계측 장치 (500) 대신에, 혹은 공간 이미지 계측 장치 (500) 에 추가하여 편광 상태나 파면 수차의 계측 장치를 탑재하고, 이들을 사용하여 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하도록 해도 된다.

또, 상기 기술한 패턴 이미지의 투영 상태의 계측을, 조명 조건 (4 극 조명, 2 극 조명, 윤대 (輪帶) 조명, 직선 편광 조명, 원편광 조명 등) 마다 액체 (LQ) 의 조건을 변경하면서 실행해도 되고, 마스크 (M) 의 특성 (종류 (바이너리형, 위상 시프트 등), 패턴 밀도, 패턴 분포 등) 마다 액체 (LQ) 의 조건을 변경하면서 실행할 수도 있다.

또 상기 기술한 실시형태에서는, 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과의 정보가 노광 장치 (EX) 의 제어 장치 (CONT) 로 송신되도록 되어 있지만, 테스트 기판을 노광했을 때의 조건 (액체 조건이나 투영 광학계 (PL) 의 결상 특성 (초점 위치나 구면 수차) 등) 의 정보와 형상 계측 장치 (100) 의 계측 결과의 정보를, 외부의 호스트 컴퓨터 등에 수집하여 최적의 노광 조건을 결정하도록 해도 된다.

전술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 액체 (LQ) 는 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. 이러한 견지에서 보면, 투영 광학계의 결상 상태를 각종 순도를 갖는 순수로 각각 계측하고, 순도에 따른 노광 조건을 결정하여 기억해 두는 일은 의의가 있다.

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, 상기 서술한 바와 같이 액침법을 사용한 경우에는, 투영 광학계의 개구수 (NA) 가 0.9∼1.3 이 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 실시하고, 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 (斜入射) 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 밀집하고 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, 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 일 방향으로 연장되는 라인 패턴 뿐만 아니라, 복수의 상이한 방향으로 연장되는 라인 패턴이 혼재 (주기 방향이 상이한 라인 앤드 스페이스 패턴이 혼재) 하는 경우에는, 역시 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 것 보다도 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.

본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 선단에 광학 소자 (2) 가 장착되어 있고, 이 렌즈에 의해 투영 광학계 (PL) 의 광학 특성, 예를 들어 수차 (구면 수차, 코마 수차 등) 를 조정할 수 있다. 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 고정해도 된다.

또, 본 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. 이 경우, 커버 유리와 기판 사이에는 액체를 채워도 되고, 또는 채우지 않아도 된다.

본 실시형태의 액체 (LQ) 는 물이지만, 물 이외의 액체일 수도 있으며, 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 과불화폴리에테 르 (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 (cedar oil)) 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 유체를 사용하는 것도 가능하며, 본원에서는 이러한 유체를 액체로 간주한다. 이와 같이 액체 (LQ) 로서 광원이나 용도 등에 따라서 각종 액체를 사용 가능하기 때문에, 본 발명에 따라서 「액체의 조건」으로서 액체 종(種) 마다 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하고, 최적 노광 조건을 각각 구해 둘 수 있다. 그리고, 사용하는 액체에 따라서 제어 장치 (CONT) 가 최적 노광 조건이 되도록, 결상 특성 등을 제어할 수 있다.

또, 상기 각 실시형태의 기판 (P) 으로는, 반도체 디바이스 제조용의 반도체 웨이퍼 뿐만 아니라, 디스플레이 디바이스용의 유리 기판이나, 박막 자기 헤드용의 세라믹 웨이퍼, 또는 노광 장치에서 사용되는 마스크 또는 레티클의 원판 (합성 석영, 실리콘 웨이퍼) 등이 적용된다. 또, 상기 서술한 실시형태에서는, 광투과성 기판 상에 소정의 차광 패턴 (또는 위상 패턴ㆍ감광 패턴) 을 형성한 광투과형 마스크 (레티클) 를 사용했지만, 이 레티클을 대신하여 예를 들어 미국 특허 제6,778,257호에 개시되어 있는 바와 같이, 노광해야 할 패턴의 전자 데이터에 기초 하여 투과 패턴 또는 반사 패턴, 또는 발광 패턴을 형성하는 전자 마스크를 사용해도 된다.

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. 또, 국제 공개 제2001/035168호 팜플렛에 개시되어 있는 바와 같이, 간섭줄무늬를 기판 (P) 상에 형성함으로써, 기판 (P) 상에 라인 앤드 스페이스 패턴을 형성하는 노광 장치 (리소그래피 시스템) 에도 본 발명을 적용할 수 있고, 패턴의 이미지를 기판 (P) 상에 투영하기 위한 투영 광학계를 생략할 수도 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.

본 발명은 트윈 스테이지형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 트윈 스테이지형 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-163099호 및 일본 공개특허공보 평10-214783호 (대응 미국 특허 6,341,007, 6,400,441, 6,549,269 및 6,590,634), 일본 공표특허공보 2000-505958호 (대응 미국 특허 5,969,441) 또는 미국 특허 6,208,407 에 개시되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 이들의 개시를 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, 투영 광학계 (PL) 와 기판 (P) 사이에 국소적으로 액체를 채우는 노광 장치를 채용하고 있지만, 본 발명은, 일본 공개특허공보 평6-124873호 및 일본 공개특허공보 평10-303114호에 개시되어 있는, 노광 대상인 기판을 유지한 스테이지를 액조 중에서 이동시키는 액침 노광 장치에도 적용 가능하다. 그러한 액침 노광 장치의 구조 및 노광 동작은, 미국 특허 제5,825,043호 등에 상세하게 기재되어 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 이 미국 특허의 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.

기판 스테이지 (PST) 나 마스크 스테이지 (MST) 에 리니어 모터를 사용하는 경우에는, 에어 베어링을 사용한 에어 부상형 및 로렌츠력 또는 리액턴스력을 사용한 자기 부상형 중 어느 것을 사용해도 상관없다. 또, 각 스테이지 (PST, MST) 는, 가이드를 따라서 이동하는 타입일 수도 있고, 가이드를 설치하지 않은 가이드리스 타입일 수도 있다. 스테이지에 리니어 모터를 사용한 예는 미국 특허 5,623,853 및 5,528,118 에 개시되어 있고, 각각 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 이들 문헌의 기재 내용을 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

각 스테이지 (PST, MST) 의 구동 기구로는, 2 차원으로 자석을 배치한 자석 유닛과 2 차원으로 코일을 배치한 전기자 유닛을 대향시켜 전자력 (電磁力) 에 의해 각 스테이지 (PST, MST) 를 구동하는 평면 모터를 사용해도 된다. 이 경우, 자석 유닛과 전기자 유닛 중 임의의 일방을 스테이지 (PST, MST) 에 접속하고, 자석 유닛과 전기자 유닛의 타방을 스테이지 (PST, MST) 의 이동면측에 형성하면 된다.

기판 스테이지 (PST) 의 이동에 의해 발생하는 반력 (反力) 은, 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-166475호 (미국 특허 5,528,118) 에 기재된 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수도 있고, 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 미국 특허 5,528,118 의 기재 내용을 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

마스크 스테이지 (MST) 의 이동에 의해 발생하는 반력은, 투영 광학계 (PL) 에 전해지지 않도록, 일본 공개특허공보 평8-330224호 (미국 특허 제5,874,820) 에 기재된 바와 같이, 프레임 부재를 사용하여 기계적으로 바닥 (대지) 으로 빠져나가게 할 수도 있다. 본 국제 출원에서 지정 또는 선택된 국가의 법령이 허용되는 한도 내에서 미국 특허 제5,874,820 의 기재 내용을 원용하여 본문 기재의 일부로 한다.

이상과 같이, 본원의 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 8 에 나타내는 바와 같이, 마이크로 디바이스의 기능ㆍ성능을 설계하는 단계 (201), 이 설계 단계에 기초한 마스크 (레티클) 를 제작하는 단계 (202), 디바이스의 기재인 기판 (웨이퍼) 을 제조하는 단계 (203), 전술한 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 의해 마스크의 패턴을 기판에 노광하는 노광 처리 (웨이퍼 처리) 단계 (204), 디바이스 조립 단계 (205: 다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함), 검사 단계 (206) 등을 거쳐 제조된다. 또한, 웨이퍼 처리 단계 (204) 에 있어서, 도 3 의 플로우차트에서 설명한 단계 SA1∼SA9 가 포함된다.

산업상이용가능성

본 발명에 의하면, 액침 영역의 존재 하에서의 패턴 이미지의 투영 상태를 최적화할 수 있기 때문에, 고해상도의 디바이스 패턴을 갖는 디바이스를 액침 노광에 의해 제공할 수 있다.

Claims

패턴 이미지를 투영 광학계와 액체를 통하여 기판 상에 투영함으로써 상기 기판을 노광하기 위한 노광 조건을 결정하는 방법으로서,

상기 기판의 노광에 앞서, 상기 액체의 복수의 조건 하에서 상기 투영 광학계를 통하여 패턴 이미지를 순차 투영하고,

상기 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 상기 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 노광 조건을 결정하는 것을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 액체의 조건을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 투영 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 상기 기판과의 위치 관계를 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 상기 투영 광학계의 결상 특성을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 투영 광학계의 결상 특성은 구면 수차를 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 투영 광학계의 결상 특성은 초점 위치를 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 액체의 조건은, 상기 액체의 온도 조건을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 액체의 조건을 변경하면서 순차 투영된 복수의 패턴 이미지의 투영 상태의 계측을 추가로 포함하고,

그 계측된 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 상기 노광 조건을 결정하는, 노광 조건 결정 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 액체의 조건을 변경하면서 패턴 이미지를 테스트 기판 상의 상이한 위 치에 순차 투영하고,

상기 투영 상태의 계측은, 상기 테스트 기판 상에 형성된 복수의 패턴 이미지의 투영 상태의 계측을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 9 항에 있어서,

상기 투영 상태의 계측은, 상기 테스트 기판 상에 형성된 패턴 이미지의 형상의 계측을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 투영 상태의 계측은, 상기 액체의 조건을 변경하면서 순차 투영되는 패턴 이미지를, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 배치된 수광부를 통하여 광전 검출하는 것을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 액체의 제 1 조건에서, 상기 투영 광학계의 결상 특성을 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하고,

상기 액체의 제 2 조건에서, 상기 투영 광학계의 결상 특성을 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하고,

상기 제 1 조건에서 투영된 복수의 패턴 이미지와 상기 제 2 조건에서 투영된 복수의 패턴 이미지에 기초하여, 상기 노광 조건을 결정하는, 노광 조건 결정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 액체의 제 1 조건 및 제 2 조건 각각에서, 상기 투영 광학계의 구면 수차를 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하는, 노광 조건 결정 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 액체의 제 1 조건 및 제 2 조건 각각에서, 상기 투영 광학계에 의해 형성되는 이미지면과 패턴 이미지가 투영되는 투영면과의 위치 관계를 변경하면서 패턴 이미지를 순차 투영하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 액체의 제 1 조건에서, 상기 투영 광학계에 의해 형성되는 이미지면과 패턴 이미지가 투영되는 투영면과의 위치 관계를 변경하면서, 그 투영면 상에 패턴 이미지를 순차 투영하고,

상기 액체의 제 2 조건에서, 상기 투영 광학계에 의해 형성되는 이미지면과 패턴 이미지가 투영되는 투영면과의 위치 관계를 변경하면서, 그 투영면 상에 패턴 이미지를 순차 투영하고,

상기 제 1 조건에서 투영된 복수의 패턴 이미지와, 상기 제 2 조건에서 투영된 복수의 패턴 이미지에 기초하여, 상기 노광 조건을 결정하는, 노광 조건 결정 방법.
노광광을 액체를 통하여 기판에 조사함으로써 기판을 노광하기 위한 노광 조건을 결정하는 방법으로서,

기판의 노광에 앞서, 액체의 복수의 조건 하에서 액체를 통하여 노광광을 테스트 기판에 조사하여 테스트 기판을 노광하는 것과,

그 테스트 기판의 노광 상태에 따라서, 기판을 노광할 때의 노광 조건을 결정하는 것을 포함하는, 노광 조건 결정 방법.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 결정된 노광 조건에서 상기 기판을 노광하는, 노광 방법.
제 17 항에 기재된 노광 방법을 사용하는, 디바이스 제조 방법.
액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,

패턴 이미지를 상기 액체를 통하여 기판 상에 투영하는 투영 광학계,

상기 투영 광학계의 이미지면측에 액침 영역을 형성하기 위한 액침 기구, 및

상기 기판의 노광에 앞서, 상기 액침 영역을 형성하는 액체의 복수의 조건 하에서 순차 투영된 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하는 계측 장치를 구비한 것을 특징으로 하는, 노광 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 계측 장치에서 계측된 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여, 상기 기판을 노광할 때의 노광 조건을 결정하는 제어 장치를 포함하는, 노광 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 액체의 조건을 포함하는, 노광 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 투영 광학계와 상기 액체를 통하여 형성되는 이미지면과 상기 기판과의 위치 관계를 포함하는, 노광 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 기판 상에 패턴 이미지를 투영할 때의 상기 투영 광학계의 결상 특성을 포함하는, 노광 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 투영 광학계의 결상 특성은 구면 수차를 포함하는, 노광 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 투영 광학계의 결상 특성은 초점 위치를 포함하는, 노광 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 액침 기구는, 상기 액체의 온도를 조정하는 온도 조절 장치를 갖고,

상기 액체의 조건은, 상기 액체의 온도 조건을 포함하는, 노광 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 계측 장치는, 상기 투영 광학계의 이미지면측에 배치된 수광부를 통하여 패턴 이미지를 광전 검출하는, 노광 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 계측 장치에 의해 계측된 패턴 이미지의 투영 상태와 액체의 조건과의 관계를 기억하는 메모리를 추가로 구비하는, 노광 장치.
제 19 항에 있어서,

상기 액체의 조건은, 액체의 물리량 및 액침 영역 상태의 적어도 일방을 포함하는, 노광 장치.
액체를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,

패턴의 이미지를 상기 액체를 통하여 기판에 투영하는 투영 광학계와,

상기 액체의 상이한 복수의 조건에 있어서의 투영 광학계에 의한 패턴 이미지의 투영 상태에 기초하여 노광 조건을 결정하고, 결정된 노광 조건 하에서 노광을 실행하는 제어 장치를 포함하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 액체의 물리량 및 액침 영역 상태의 적어도 일방을 포함하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 노광 조건은, 상기 투영 광학계의 결상 특성을 포함하는, 노광 장치.
제 32 항에 있어서,

투영 광학계의 결상 특성을 조정하는 결상 특성 조정 장치를 추가로 포함하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 액체의 상이한 복수의 조건에 있어서의 투영 광학계에 의한 패턴 이미지의 투영 상태를 계측하는 계측 장치를 추가로 구비하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 투영 광학계의 이미지면측에 액침 영역을 형성하는 액침 기구를 추가로 구비하는, 노광 장치.
제 35 항에 있어서,

상기 액침 기구가, 액침 영역에 공급하는 액체의 온도를 조절하는 온도 조절 장치를 구비하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

액체의 온도를 측정하는 온도 센서를 추가로 구비하는, 노광 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 액체의 조건과 거기에 대응하는 패턴 이미지의 투영 상태를 기억하는 메모리를 추가로 구비하는, 노광 장치.
제 19 항 또는 제 30 항에 기재된 노광 장치를 사용하는, 디바이스 제조 방법.