CN100472713C - 曝光设备和装置制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种曝光装置，其包括将掩模的图像投影至载台支承的衬底W上的投影光学系统，以及在投影光学系统和载台间形成特定气体气氛的气氛形成机构70、71，其中气氛形成机构70、71具有缓冲部件71a、71b，其削弱由载台或衬底W与气氛形成机构接触所产生的力，并抑制该力向投影光学系统PL的传递。该构造能防止因载台或衬底W与气氛形成机构70、71接触所产生的力传递至投影光学系统而损坏投影光学系统PL。

Description

曝光设备和装置制造方法
本申请要求(2003年9月23日提交的)日本专利申请No.2003-311923的优先权，其内容在此引入作为参考。
技术领域
本发明涉及制造电子装置-诸如半导体装置、液晶显示装置、成像装置(电荷耦合装置等)以及薄膜磁头-时所使用的曝光设备，并且还涉及装置制造方法。
背景技术
在通过光刻工艺制造电子装置-诸如半导体装置和液晶显示装置-时，使用投影掩模或标线片(下文通称为标线片)的图案图像的投影曝光设备，其中图案是通过投影光学系统在涂有感光材料(抗蚀剂)的衬底上的各投影(拍摄(shot))区上形成的。通过将衬底用上述投影曝光设备曝光并然后执行后处理，使得电路图案被转移到将被曝光的衬底上，从而形成电子装置的电路。
近年来，集成电路的集成水平，即电路图案的精细度一直在不断提高。因此，投影曝光设备中所使用的曝光照明光束(曝光光)的波长有变短的趋势。也就是，开始使用短波长光源，诸如KrF受激准分子激光(248nm波长)代替最近之前一直是主流光源的汞灯，使用更短波长ArF受激准分子激光(193nm)的曝光设备正进入商品化的最后阶段。此外，正在开发使用F2激光(157nm)的曝光设备，以实现更高集成水平。
波长小于约190nm的光束属于真空紫外区，这样的光束不通过空气传播。这是因为该光束的能量被空气中所包含的物质(下文通称为光吸收物质)-诸如氧、水和二氧化碳分子-吸收。
在使用真空紫外区的曝光光束的曝光设备中，沿曝光光束光程的空间中，光吸收物质必须被减少或消除，以实现曝光光束在将被曝光的衬底上的足够照明强度。因此，在曝光设备中，沿光程的空间被封如外壳中，向外壳内部提供传播曝光光束的传播气体。在此情况下，如果光程的总长为例如1000mm，那么为了实践的目的，沿光程的空间内光吸收物质的含量少于约1ppm。
然而，由于频繁的调换衬底，在沿光程的空间以及投影光学系统与衬底之间的空间中消除光吸收物质是很难的。例如，为了用外壳封住该空间，可以想到这样的构造，其中安装大型外壳，使得调换衬底的机构也能被封入。但是，在这种构造中，外壳越大，供应外壳内部所消耗的气体量就越大，并且成本负担也越大。
因而，对于曝光设备，从沿光程的空间中消除光吸收物质的技术正在考虑之中，其中形成本地气体气氛的气氛形成机构被设置在投影光学系统与衬底之间。通过该构造，气氛形成机构被设置在投影光学系统和衬底之间，其中相对于衬底的间距为几个毫米数量级(参照日本公开No.2001-210587)。
在这样的曝光设备中，用于安装衬底的载台和投影光学系统分别由不同的支承平台支承。为载台侧的支承平台与投影光学系统侧的支承平台分别提供抑制底面振动的有效振动消除设备，通过独立地驱动这些有效振动消除设备，将载台与投影光学系统之间的间距保持在规定状态中。如果有效振动消除设备出现某种故障，并且发生位移，其中投影光学系统和载台相互移近，则将出现特别严重问题的可能性很小，因为如果在投影光学系统和衬底之间没有设置气氛形成机构，该位移量与投影光学系统和衬底之间的间距相比足够小。但是，如果将以上讨论类型的气氛形成机构设置在衬底和投影光学系统之间，那么不幸地，衬底和气氛形成机构之间的间距将小于上述位移量。此外，如果有效振动消除设备出现某种故障，并且投影光学系统和载台相互移近，那么载台或衬底有可能接触到气氛形成机构。如果载台或衬底以这种方式接触到气氛形成机构，那么该接触所产生的力将通过气氛形成机构传输至投影光学系统，这对投影光学系统的成像性能将产生负面影响。
发明内容
本发明是考虑到上述问题而做出的，其目的是防止因载台或衬底接触气氛形成机构所导致的力被传输到投影光学系统而引起投影光学系统的成像性能变化。
为实现上述目的，本发明的第一方面采用的曝光设备的构造具有将掩模(R)的图像投影到载台(45)所支撑的衬底(W)上的投影光学系统(PL)，包括在投影光学系统和载台或所述衬底间形成特定流体气氛的气氛形成机构，其中气氛形成机构具有缓冲部件，用于削弱由与载台或衬底接触而产生的力并抑制该力向投影光学系统的传播。
在根据本发明的曝光设备类型中，即使气氛形成机构接触载台或衬底，缓冲部件抑制因该接触引起的力向投影光学系统的传输。
本发明的第二方面采用的构造中，缓冲部件(71a，71b)包括伸展和收缩机构，其通过伸展和收缩，使得气氛形成机构的投影光学系统侧与载台侧相对接近。
本发明的第三方面采用第二方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构包括形成特定流体气氛的气氛形成部件；并且缓冲部件还包括将气氛形成机构连接到固定投影光学系统的筒体的柔性材料。
本发明的第四方面采用了第二方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构包括形成特定流体气氛的气氛形成部件，和支承气氛形成机构到支承平台的支承部件；支承部件也用作伸展和收缩机构。
本发明的第五方面采用第四方面所述曝光设备的构造，其中支承部件包括：第一支承部件，包括一个附于支承平台的末端；以及第二支承部件，包括：啮合第一支承部件另一末端的末端，和附于气氛形成部件的另一末端；当气氛形成部件接触载台或衬底时，第一支承部件的另一末端和第二支承部件的一个末端脱离。
本发明的第六方面采用了第五方面所述曝光设备的构造，其中第一支承部件的另一末端包括在背离投影光学系统的方向中形成的第一凸缘部件；第二支承部件的一个末端包括第二凸缘部件，其朝向投影光学系统形成；第一支承部件和第二支承部件通过将第二凸缘部件固定到第一凸缘部件而啮合。
本发明的第七方面采用第二方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构包括形成特定流体气氛的气氛形成部件；伸展和收缩机构的一个末端附于支承平台，伸展和收缩机构的另一末端包括附于气氛形成部件的线形构件。
本发明的第八方面采用的构造中，缓冲部件(120，121和72)包括可变形部件，其通过变形使气氛形成机构的投影光学系统侧和载台侧相对接近。
本发明的第九方面采用的构造中，在可变形部件中使用弹性可变形构件(120)。
本发明的第十方面采用的构造中，在可变形部件中使用塑性可变形构件(121)。
本发明的第十一方面采用第一方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构包括形成特定流体气氛的气氛形成部件；并且为气氛形成部件的一个部分提供缓冲部件。
本发明的第十二方面采用第十一方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构通过缓冲部件支承气氛形成部件。
本发明的第十三方面采用第十一方面所述曝光设备的构造，其中为气氛形成部件在载台或衬底侧上的部分提供缓冲部件。
本发明的第十四方面采用第十三方面所述曝光设备的构造，其中缓冲部件是由塑性可变形构件或弹性可变形构件制成。
本发明的第十五方面采用第一方面所述曝光设备的构造，其中气氛形成机构包括形成特定流体气氛的气氛形成部件；缓冲部件至少形成气氛形成部件的部分，并包括脆性材料。
本发明的第十六方面采用的构造中，在气氛形成部件和投影光学系统之间提供一个间距(d)，其至少为当载台或衬底接触气氛形成机构时气氛形成部件移动的距离。
本发明的第十七方面采用的构造包括使用本专利申请发明的曝光设备的工艺，用于将掩模上所形成的装置图案转移到衬底上。
附图说明
图1是本发明适用的曝光设备的构造示意图。
图2是说明曝光设备中投影光学系统和晶片载台的示意图。
图3示出的方面中放大了根据第一实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图4示出的方面中放大了根据第一实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图5示出的方面中放大了根据第一实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图6示出的根据第一实施例的曝光设备的方面中，晶片与气氛形成部件已接触。
图7示出的方面中放大了根据第二实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图8示出的根据第二实施例的曝光设备的方面中，晶片与气氛形成部件已接触。
图9示出的方面中放大了根据第三实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图10示出的根据第三实施例的曝光设备的方面中，晶片与气氛形成部件已接触。
图11示出的方面中放大了根据第四实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图12示出的方面中放大了根据第五实施例的曝光设备的工作距离部件区域。
图13示出的根据第五实施例的曝光设备的方面中，晶片与气氛形成部件已接触。
图14示出了浸没曝光设备的气氛形成部件的构造。
图15是示出一个示例的装置制造过程的流程图。
具体实施方式
以下参照附图说明根据本发明的曝光设备和装置制造方法的实施例。此外，在下述实施例中，本发明被应用于使用真空紫外光作为曝光能量束的步进和扫描(step-and-scan)系统投影曝光设备中。
(第一实施例)
图1是应用本发明的曝光设备10的构造示意图。图中，曝光设备10的机构单元包括照明光学系统21、标线片操作单元22、投影光学系统PL以及晶片操作单元23。照明光学系统21、标线片操作单元22和投影光学系统PL分别位于照明系统室25、标线片室26和筒体27内，处于具有增强的气密性的与外界空气(这里是位于之后所述环境控制室内的气体)的隔绝状态中。另外，曝光设备10整体位于环境控制室(未示出)内，其中内部气体温度被控制，使得其被维持在规定的目标范围内。
本实施例中，曝光光源20使用在真空紫外区生成波长157nm的脉冲激光的F2激光光源。曝光设备20的出口端附于照明系统室25的较低部分。在曝光中，从曝光光源20射入照明系统室25的曝光光IL(能量束)被镜30向上反射，通过用于校准因振动等原因而偏移的光轴的自动跟踪部件(未示出)，并通过用于成形来自照明系统的光的截面形状并控制其量的光束成形光学系统31，之后进入用作光学积分器(匀化器)的复眼(fly-eye)透镜(或棒透镜：rod lens)32。孔径光阑(未示出)位于复眼透镜32的出口表面，通过复眼透镜32和孔径光阑的曝光光IL被镜34基本偏转到水平方向，通过中继镜35，到达视场光阑(标线片遮帘：reticle blind)36。
视场光阑36所在的表面与标线片R的图案表面基本光学共轭(conjugate)，视场光阑36包括在图案表面确定细长矩形照明区域形状的固定遮帘，和限制照明区域的可动遮帘，以避免在扫描曝光开始和接尾处不必要部分的曝光。通过视场光阑36的曝光光IL然后通过中继镜37、镜38以及固定于照明系统室25尖端部分的聚光透镜系统39，并且以一致的照明强度分布照明标线片R的图案表面上矩形(狭缝状)照明区域。照明光学系统21包括通过聚光透镜系统39的曝光光源20，并且照明光学系统21内的曝光光IL的光程，即从曝光光源20通过聚光透镜系统39的光程，被照明系统室25密封。
基于来自照明光学系统21的曝光光，照明区域内标线片R的图案图像通过投影光学系统PL以投影放大率β(β是例如1/4、1/5等等)被投影到涂有感光材料(光致抗蚀剂)的晶片W(衬底)上。晶片W是盘形衬底，例如半导体(硅等)、SOI(绝缘体硅：silicon-on-insulator)等。
标线片R被固定在标线片操作单元22的标线片台40上。标线片台40与之后讨论的晶片台同步地在Y方向上微驱动标线片底座(未示出)上的标线片R。标线片台40的位置和旋转角度由高精度的激光干涉仪(未示出)测量，基于来自主控系统24的控制信号驱动标线片台40，主控系统24包括执行该测量值的监控以及整个设备运行的计算机。标线片台40和曝光光IL(未示出)的光程部分，即从聚光透镜系统39通过投影光学系统PL的光程，被标线片室26密封。
组成投影光学系统PL的多个光学元件被放置在筒体27内，从投影光学系统PL的标线片侧的光学元件通过晶片侧的光学元件的光程被密封在筒体27内。
此处，如果曝光光IL是F2激光，如本实施例，那么具有满意透射率的光学玻璃材料限于：氟石(CaF2晶体)；掺氟、氢等的石英玻璃；氟化镁(MgF2)；等等。因而，折射光学系统可使用具有满意透射率的光学玻璃材料构成。另外，如果因为高透射光学材料类型受限而难以获得期望的成像特征(色差特征等)，那么可以采用组合折光元件和反射镜的反射折射光学系统。
在晶片操作单元23中，晶片W通过吸力被固定于晶片架45的固定表面上，晶片架45被固定于晶片台46上。晶片台46同步于之后将讨论的标线片台地在Y方向上持续移动之后将讨论的晶片底盘上的晶片W，并逐步在X方向和Y方向移动晶片W。另外，晶片台46使用自动聚焦系统，从而基于自动聚焦传感器(未示出)所测量的光轴AX方向上晶片W表面位置(焦点位置)相关信息来校准晶片W表面与投影光学系统PL的图像平面。激光干涉仪47高精度地测量X方向和Y方向上的晶片W位置、绕X轴的旋转角度(倾斜量)、绕Y轴的旋转角度(旋转量)以及绕Z轴的旋转角度(偏航量)，并且载台驱动系统48基于这些测量值和主控系统24的控制信号来驱动晶片台46。此外，附于晶片台46(晶片架45)的反射镜47a反射来自激光干涉仪47的激光光束(长度测量光束)，并且可用各种构造，诸如分开的棱镜、集成的L形镜，或其中晶片台46(晶片架45)的侧表面被处理为镜面并用作镜的构造。另外，晶片操作单元23包括晶片架45、晶片台46、晶片底盘等；另外，用作传送系统的晶片装载器等(未示出)位于晶片操作单元23的一侧。
现在将参照图2所示示意图，简要说明投影光学系统PL和晶片台46的支承结构。与筒体27一体的凸缘部件101位于投影光学系统PL的筒体27的外圆周。另外，通过从上方或从侧面将筒体27插入筒体底盘104，并且啮合凸缘部件101，筒体27被筒体底盘104支承，筒体底盘104通过有效振动消除设备103被第一支承平台102基本水平地支承。另外，筒体底盘104是铸件。
有效振动消除设备103之一位于筒体底盘104的各拐角部分(注意，在纸平面远端的有效振动消除设备未示出)，且每个包括其中内压可调的空气支架(air mount)105以及音圈马达106。空气支架105和音圈马达106串连设置在第一支承平台102上。
在根据本实施例的曝光设备10中，这些有效振动消除设备103在微G水平隔离振动至投影光学系统PL的传输，该振动通过第一支承平台102被外部地传输。
晶片底盘107被提供并位于晶片台46下方。该晶片底盘107通过与上述第一支承平台102分开形成的第二支承平台108上方的有效振动消除设备109被基本水平地支承。有效振动消除设备109位于晶片底盘107的各拐角处(另外，在纸面远端的有效振动消除设备未示出)，且每个都包括平行位于第二支承平台108上的空气支架110以及音圈马达111。另外，多个为非接触式轴承的空气轴承112被安装于晶片台46的底面上，并将晶片台46悬浮支承在晶片底盘107上方，其间距例如约为几微米。另外，借助根据本发明的曝光设备10，有效振动消除设备109在微G水平隔离振动至晶片台46的传输，该振动通过第二支承平台108被外部地传输。
回到图1，因为本实施例的曝光光IL是波长157nm的紫外光，所以对于曝光光IL的光吸收物质包括氧气(O2)、水(水汽：H2O)、一氧化碳(CO)、碳酸气(二氧化碳：CO2)、有机物质、卤化物等。但是，传输曝光光IL的气体(实际上不吸收能量的物质)包括氮气(N2)、氢(H2)以及包含氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和氡(Rn)的惰性气体。下文通称氮气与惰性气体为“传输气体”。
本实施例的曝光设备10包括气体供排气系统50，其向沿光程的空间-即向照明系统室25、标线片室26以及筒体27内部-供应并填充对真空紫外区光束能量吸收低的传输气体，并将其压力设定为与大气压同水平或高于大气压(例如，在高于大气压0.001-10％的范围内)。供排气系统50包括用于排气的真空泵51A、51B和51C；其中以高纯度状态存储、压缩或液化传输气体的气瓶53，受控以便打开和关闭的阀52A、52B和52C，等等。另外，其数目和安装位置不限于附图所示。氮气用作波长小于约150nm的光的光吸收物质，氦气可用作波长约100nm以下的传输气体。另外，由于氦气的导热率约为氮气导热率的六倍，并且相对于气压变化其折射率的波动量约为氮气的1/8，所以由于其高透射率、光学系统的成像特征稳定性以及冷却特征而特别优越。另外，由于氦气成本高，所以如果曝光光IL的波长等于或大于150nm，如F2激光，那么为了降低运行成本，可使用氮气作为传输气体。
此外，气氛形成机构在工作距离部件WD-即投影光学设备PL前部(出口端)和晶片W之间的空间-中形成特定流体气氛。另外，本文的说明是基于使用上述传输气体作为特定流体的。气氛形成机构包括：位于工作距离部件WD的气氛形成部件70；供气管62，其一个末端连接于流体供排气系统50的气瓶53，另一末端连接于气氛形成部件70；阀63，其被提供并位于沿供气管62的位置上；以及第一排气管61和第二排气管64，其一个末端连接到用于排气的真空泵60，另一末端连接到气氛形成部件70。另外，在本实施例中，气氛形成部件70由支承投影光学设系统PL的筒体27通过之后讨论的支承部件71支承。另外，本实施例中的筒体27用作支承气氛形成部件70的支承平台。
图3至图5示出的方面中，放大了工作距离部件WD区域。另外，图3示出了图1中X方向上看到的工作距离部件WD区域方面，图4示出了Y方向上看到的工作距离部件WD区域方面，图5示出了从上方看到的工作距离部件WD区域方面。
如图3至图5所示，气氛形成部件70被提供并位于工作距离部件WD中，使得其封住曝光光IL的光程。与供气管62的另一末端连接的供气口65以及与第一排气管61的另一末端连接的第一进气口66被提供并位于该气氛形成部件70内。供气口65和第一进气口66各自分别具有大于供气管62和第一排气管61管道直径的开口端，以使工作距离部件WD中的传输气流均匀，供气口65和第一进气口66被提供并相对放置，使得投影光学系统PL的光轴AX插入在其间。
另外，气氛形成部件70包括第二进气口67，其被设置围绕曝光光IL的光程，并位于供气口65和第一进气口66外侧，并且第二排气管64的另一末端与其连接。因而，通过在供气口65和第一进气口66的外侧上形成第二进气口67，使得其围绕曝光光IL的光程，从而从晶片W和气氛形成部件70间流出的传输气体被吸入，而不会泄露到工作距离部件WD外部，而且，试图从外部重新渗入工作距离部件WD内部的气体在到达曝光光IL的光程前被第二进气口67吸入。因此，根据本实施例的曝光设备10能可靠地将曝光光IL的光程变为传输气体气氛，并能防止传输气体泄漏到工作距离部件WD外部。
间距“d”位于气氛形成部件70的上部和投影光学系统PL的前部之间，并且至少为在晶片台46(晶片架45)或晶片W因上述有效振动消除设备各自独立驱动而接触气氛形成部件70时气氛形成部件70移动的距离。另外，尽管晶片台46(晶片架45)或晶片W在曝光设备的正常运行中不接触气氛形成部件70，但是在存在问题时-诸如大的外部振动被引入到曝光设备10中-它们可能因上述有效振动消除设备103、109的独立驱动而接触。
在根据本实施例的曝光设备10中，用于防止传输气体从间距“d”泄露的膜形构件68被安装于气氛形成部件70的上部和筒体27的尖端部分之间，使得其封住投影光学系统PL的光轴AX。该膜形构件68由传输气体不穿透的柔性材料制成，例如EVAL(商标名)等。由于膜形构件68是柔性的，所以可以抑制振动通过气氛形成部件70传输至投影光学系统PL。另外，膜形构件68组成根据本发明的缓冲机构的一部分。
支承部件71的目的是使筒体27支承气氛形成部件70，并且多个支承部件71位于筒体27和气氛形成部件70之间。各支承部件71包括第一支承部件71a，其一个末端固定于筒体27；以及第二支承部件71b，其一个末端固定于气氛形成部件70。在背离投影光学系统PL的方向上突出的第一凸缘部件71a1被形成在第一支承部件71a的另一末端，朝向投影光学系统PL光轴AX突出并从上方啮合第一凸缘部件71a1的第二凸缘部件71b1形成在第二支承部件71b的另一末端。另外，通过在第一凸缘部件71a1上固定第二凸缘部件71b1，第一凸缘部件71a1和第二凸缘部件71b1啮合，因而用筒体27支承气氛形成部件70。另外，借助根据本实施例的曝光设备10，支承部件71起根据本发明的一些缓冲部件以及伸展和收缩机构的作用。在本实施例中，膜形构件68和支承部件71，通过其相互作用，用作本发明的缓冲部件。
因而，如图6所示，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70，并因此在图1所示Z方向上移动它，那么通过第一凸缘部件71a1和第二凸缘部件71b1的脱离，支承部件71在Z方向上伸展和收缩。另外，在第一凸缘部件71a1和第二凸缘部件71b1之间设置阻尼器，该阻尼器可以在Z方向上伸展和收缩。借助根据本实施例的曝光设备10，支承部件71和膜形构件68的伸展和收缩引起晶片台46(晶片架45)或晶片W(根据本发明的曝光设备的载台侧)以及气氛形成部件70(根据本发明的投影光学系统侧)相对彼此接近，因而抑制因晶片台46(晶片架45)或晶片W与气氛形成部件70接触所引起的力向投影光学系统PL的传递。因而，在根据本实施例的曝光设备10中，因晶片台46(晶片架45)或晶片W与气氛形成部件70接触而引起的力通过支承部件71和膜形构件68的伸展和收缩而被缓冲，因此能够防止投影光学系统PL成像性能发生变化。此外，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W不接触气氛形成部件70，如上所述，那么气氛形成部件70的重量被添加到晶片台46上，由于气氛形成部件70重量并不特别大，所以晶片台46不被损坏。
另外，如上所述，第一支承部件71a的一个末端不固定到筒体27是可以接受的，例如，其可固定到筒体底盘104。换句话说，筒体底盘104用作本发明的支承平台。
另外，气氛形成部件70在上述实施例中由多个支承部件71支承，但本发明并不限于此，例如，气氛形成部件70可由围绕曝光光IL光程的单筒支承部件(unitary cylindrical support part)支承。
如上所述，借助根据本实施例的曝光设备10，标线片R的图案图像在正常操作中经过其中含有传输气体气氛的光程被投影到晶片W上的各拍摄区。
(第二实施例)
以下将参照图7和图8说明根据本发明的曝光设备的第二实施例。另外，第二实施例说明的模式中，在气氛形成部件70的部分中设置有可变形部件120。此外，第二实施例中与第一实施例的元件功能相同的元件将用同样符号表示，其说明被省去或简化。
图7示出的方面是从第一实施例中说明的图1中X方向看到的工作距离部件WD区域。图7中，可变形部件120由传输气体不透过的弹性体构件(例如橡胶、弹性塑料等等)制成，并且组成气氛形成部件70的上部，即至少是供气口65的上部和第一进气口66的上部的一部分。
借助根据第二实施例的曝光设备10，可变形部件120组合伸展和收缩机构以及膜形构件68的功能，这些功能被提供给根据上述第一实施例的曝光设备10。另外，在第二实施例中，可变形部件120起根据本发明的缓冲部件和支承部件的作用。
如上组成的根据第二实施例的曝光设备10中，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70并因此在图1的Z方向上移动它，则可变形部件120自己变形，如图8所示。因而，由于晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力被缓冲，所以根据第二实施例的曝光设备10可以达到与根据第一实施例的曝光设备10同样的效果。
(第三实施例)
以下将参照图9和图10说明根据本发明的曝光设备的第三实施例。图9示出的方面是根据第三实施例的曝光设备中工作距离部件WD区域，从第一实施例中说明的图1的X方向看。图9中可变形部件121由塑性可变形构件(例如玻璃、金属等)制成，根据第三实施例的曝光设备10的构造的其他方面与第二实施例中的相同。
根据第三实施例构造的曝光设备10中，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70并因此在图1的Z方向上移动它，则可变形部件121塑性变形。例如，如果可变形部件121由玻璃制成，那么，可变形部件121将因塑性变形而毁坏，如图10所示。因而，由于晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力被缓冲，所以根据第三实施例的曝光设备10可以达到与根据第一实施例的曝光设备10同样的效果。另外，如果如上所述毁坏了可变形部件121，则有必要更换气氛形成部件70；但是，与投影光学系统PL相比，气氛形成部件70可以低成本制造。因而，与更换投影光学系统PL相比，曝光设备可以更容易返回使用。
另外，由Teflon(注册商标)等制成的薄金属盘可用作可变形部件121；在该情形中，晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力通过例如可变形部件121的弯曲而被缓冲。
另外，可变形部件121可由无塑性变形而破碎的脆性材料制成。陶瓷，诸如氧化铝、氧化锆和氮化铝可用作脆性材料。
(第四实施例)
以下将参照图11说明根据本发明的曝光设备的第四实施例。图11示出的方面是根据第四实施例的曝光设备中的工作距离部件WD区域，从第一实施例中说明的图1的X方向看。如图所示，借助根据第四实施例的曝光设备10，在根据第二和第三实施例的曝光设备10中说明的可变形部件120(121)被提供在气氛形成部件70的下部部分，即至少供气口65的下部和第一进气口66的下部部分。另外，在第四实施例中，气氛形成部件70的上部直接固定于筒体27，因而具有支承气氛形成部件70的结构；另外，气氛形成部件70的上部具有根据本发明的支承部件的功能。此外，可变形部件120(121)起根据本发明的缓冲部件的作用。另外，上述组成元件之外，根据第四实施例的曝光设备的构造与第一实施例的相同。
根据第四实施例构造的曝光设备10中，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70并因此在图1的Z方向上移动它，则可变形部件121弹性变形或塑性变形。因而，由于晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力被缓冲，所以根据第四实施例的曝光设备10可以达到与根据第一实施例的曝光设备10同样的效果。
(第五实施例)
以下将参照图12和图13说明根据本发明的曝光设备的第五实施例。另外，第五实施例说明的模式中，根据本发明的曝光设备具有与气氛形成部件70分离的可变形支承部件72。
图12示出的方面是根据第五实施例的曝光设备的工作距离部件WD区域，从第一实施例中说明的图1中X方向看。如图12所示，根据第五实施例的曝光设备具有可变形支承部件72，而不是第一实施例中说明的支承部件71，构造的其他方面与第一实施例中相同。线形构件，例如链条，可用作可变形支承部件72。
根据第五实施例构造的曝光设备10中，如果晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70并因此在图1的Z方向上移动它，则支承部件72变形，如图13所示。因而，由于晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力被缓冲，所以根据第五实施例的曝光设备10可以达到与根据第一实施例的曝光设备10同样的效果。
以上参照附图说明了根据本发明的曝光设备的实施例，但本发明当然并不限于上述的实施例。很明显，本领域技术人员可以在权利要求书所述的技术概念范围内想到各种修改或修正，可以理解这些修改或修正当然属于本发明的技术范围。
另外，上述实施例说明的示例中，晶片台46(晶片架45)或晶片W与气氛形成部件70垂直接触。但是，即使该接触是倾斜的，晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力也被缓冲。
另外，根据上述实施例的曝光设备可以配备有用于检测晶片台46(晶片架45)或晶片W接触气氛形成部件70所产生的力被缓冲的传感器。另外，可提供紧急停止装置，其基于从该传感器所获得的信息，暂时停止曝光设备的运行。
另外，根据上述实施例的整个气氛形成部件可由第二、第三和第四实施例中说明的可变形部件120(121)组成。
另外，根据本发明的气氛形成机构可调整适用于浸没曝光设备。
上述模式说明的构造中，向投影光学系统PL的前端和晶片W之间的空间中供应传输气体作为特定流体。但是，如果本发明被调整用于浸没曝光设备，则供应浸没曝光的液体，代替传输气体。如果供应了浸没曝光的液体，那么使用供液管代替供气管62，使用第一排水管和第二排水管代替第一排气管61和第二排气管64。
另外，现在将参照图14说明另一实施例，其中根据本发明的气氛形成机构被调整用于浸没曝光设备。借助浸没曝光设备，作为构成投影光学系统PL的前部的光学元件2F比筒体27被曝光更多，并接触浸没区AR中的液体LQ。气氛形成部件150包括连接到供液机构(未示出)并向工作距离部件WD供应液体LQ的供液通道151、以及连接到液体回收机构(未示出)并从工作距离部件WD回收液体LQ的液体回收通道152。供液通道151包括被设置使得其相对于衬底W表面的供液口151A，液体回收通道152包括被设置使得其相对于衬底W表面的液体回收口152A。供液口151A位于X轴两侧位置处，使得投影光学系统PL的投影区AR位于其间，液体回收口152A位于供液口151A相对于投影光学系统PL的投影区AR的外侧，使得其围绕投影区AR。这样构成的气氛形成部件150能在投影光学系统PL和晶片W之间在包括投影区AR的部分衬底W上形成大于投影区AR并小于衬底W的液体气氛。因而，形成液体气氛的气氛形成部件150可由第一实施例中说明的支承部件71支承，或可以由第二和第三实施例中说明的可变形部件120、121构成。另外，整个或至少部分气氛形成部件150(例如晶片台46侧)可由比构成筒体27、晶片台46(晶片架45)等的材料更容易破碎的脆性材料(例如玻璃或陶瓷，诸如氧化铝、氧化锆和氮化铝)制成，使得当晶片台46(晶片架45)与气氛形成部件150接触时气氛形成部件150的部分碎裂。
另外，如果调整本发明以适应浸没曝光设备，可采用在组成投影光学系统的光学元件的图像平面(晶片)侧光学元件(平面平行盘)与物体平面(标线片)侧上的光程的空间中填充液体的投影光学系统，如PCT国际公开No.WO2004/019128所公开的。另外，晶片台46包括日本公开No.H11-135400中所公开类型的测量台。
另外，各实施例说明了使用筒体27作为支承气氛形成部件70、150的支承平台的示例，但本发明不限于此构造。例如，筒体底盘104可用作支承平台。在这种情况下，气氛形成部件可以这样的状态附于筒体底盘104，其中振动被隔离，使得在供应或吸入传输气体时所产生的气氛形成部件70自身的振动或在供应或回收液体时所产生的气氛形成部件150自身的振动不对投影光学系统PL产生不良影响。
如果ArF受激准分子激光(193nm波长)被用作浸没曝光设备中的曝光光，那么供应纯水作为浸没曝光的液体LQ。对于波长约为193nm的曝光光，纯水(水)的折射率n据说大约为1.44，波长被缩短1/n的因子，即约为134nm，并且在衬底上获得高分辨率。在半导体制造工厂等地可容易地获得大量纯水，而且纯水的好处在于其对衬底(晶片)上的光致抗蚀剂、光学元件(透镜)等没有不良影响。另外，因为纯水对环境没有不良影响，而且杂质含量百分比极低，所以也可以期望具有清洗衬底表面和位于投影光学系统前表面的光学元件表面的效果。
因此，如果使用ArF受激准分子激光作为曝光光的光源，那么景深可提高约n倍，即约为空气中景深的1.44倍。
另外，也可使用相对于曝光光可传播的、具有尽可能高折射率的、相对投影光学系统与衬底表面上所涂覆的光致抗蚀剂稳定的液体。
另外，如果使用F2激光作为曝光光，那么可以使用能传播F2激光的氟基液体(fluorine based liquid)，如氟基油(fluorine based oil)、全氟聚醚油(PFPE)等作为液体LQ。
另外，根据本发明的曝光设备不仅能调整适用于扫描曝光类型投影曝光设备，也适用于整晶片(full-wafer)曝光类型(步进类型：steppertype)投影曝光设备等。另外，投影光学系统的放大率不仅可为缩放，也可一致放大或扩放。
另外，根据本发明的曝光设备也可调整使用以下光作为能量束：ArF受激准分子激光(193nm波长)、Kr2激光(146nm波长)、Ar2激光(126nm波长)以及波长约为200-100nm的真空紫外光，诸如YAG激光等的更高谐波以及半导体激光等的更高谐波。
另外，代替受激准分子激光、F2激光等，可以通过使用掺有例如铒(Er)(或铒和镱(Yb))的光纤放大器来放大红外区或可见区中、由DFB(分布反馈)半导体激光器或光纤激光器激发的单波长激光，并之后使用非线性光学晶体将波长转换为紫外光，使用更高谐波。
另外，曝光设备的应用不限于用于半导体制造的曝光设备，并且可广泛运用于例如用于液晶的曝光设备，其中用液晶显示装置图案曝光矩形玻璃盘，以及用于制造薄膜磁头的曝光设备。
本实施例的曝光设备，如上所述，是通过组装各种子系统制造的，包括本申请权利要求中陈述的各组成元件，以保持规定的机械、电子和光学精度。为了确保保持这些不同精度，在组装前后执行以下调整：调整以实现各光学系统的电子精度、调整以实现各机器系统的机械精度、以及调整以实现各电气系统的光学精度。由各子系统组装曝光设备的过程包括多个子系统间的机械连接、电子电路布线、气氛压力线路的铺管等。当然，在由多个子系统组装曝光设备的过程前，存在组装各独立子系统的过程。在完成由多个子系统组装曝光设备后，执行整体调整从而确保曝光设备作为整体的各精度。另外，优选地洁净的场所制造曝光设备，其中控制温度、洁净度等。
另外，如图15所示，按以下步骤制造装置，诸如半导体装置：设计装置的功能和性能的步骤201；基于设计步骤制造掩模(标线片)的步骤202；用硅材料制造晶片的步骤203；晶片处理步骤204，其中根据本发明的曝光设备用标线片的图案曝光晶片；装置组装步骤205(包括切片过程、粘结过程以及封装过程)；检验步骤206；等等。
工业实用性
根据本实施例，即使气氛形成机构接触载台或衬底，也可以防止因载台或衬底与气氛形成机构接触所产生的力传输至投影光学系统而改变投影光学系统的性能。

Claims (30)

1.一种曝光设备，包括将掩模的图像投影至载台所支撑的衬底上的投影光学系统，以及在所述投影光学系统和所述载台或所述衬底之间形成特定流体气氛的气氛形成机构，其中
所述气氛形成机构具有缓冲部件，用于削弱由所述载台或所述衬底与所述气氛形成机构接触而产生的力，并抑制所述力向所述投影光学系统的传播。
2.根据权利要求1的曝光设备，其中
所述缓冲部件包括伸展和收缩机构，用于通过伸展和收缩，使得所述气氛形成机构的所述投影光学系统侧与所述载台侧相对接近。
3.根据权利要求2的曝光设备，其中
所述气氛形成机构包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件；并且
所述缓冲部件还包括将所述气氛形成部件与支持所述投影光学系统的透镜镜筒连接的柔性材料。
4.根据权利要求2的曝光设备，其中
所述气氛形成机构包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件，和支承所述气氛形成部件到支承平台的支承部件；并且
所述支承部件也作为所述伸展和收缩机构。
5.根据权利要求4的曝光设备，其中
所述支承部件包括：
第一支承部件，包括：
一个末端，附接于所述支承平台；和
另一末端；以及
第二支承部件，包括：
一个末端，啮合所述第一支承部件的所述另一末端；和
另一末端，附接于所述气氛形成部件；并且
当所述气氛形成部件接触所述载台或所述衬底时，那么所述第一支承部件的所述另一末端和所述第二支承部件的所述一个末端脱离。
6.根据权利要求5的曝光设备，其中
所述第一支承部件的所述另一末端包括第一凸缘部件，其在背离所述投影光学系统的方向上形成；
所述第二支承部件的所述一个末端包括第二凸缘部件，其朝向所述投影光学系统形成；并且
通过将所述第二凸缘部件设置到所述第一凸缘部件，啮合所述第一支承部件和所述第二支承部件。
7.根据权利要求2的曝光设备，其中
所述气氛形成机构包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件；并且
所述伸展和收缩机构的一个末端附接于所述支承平台，所述伸展和收缩机构的另一末端包括附接于所述气氛形成部件的线形构件。
8.根据权利要求1的曝光设备，其中
所述缓冲部件包括可变形部件，其通过变形使所述气氛形成机构的所述投影光学系统侧和所述载台侧相对接近。
9.根据权利要求8的曝光设备，其中
在所述可变形部件中使用弹性可变形构件。
10.根据权利要求8的曝光设备，其中
在所述可变形部件中使用塑性可变形构件。
11.根据权利要求1的曝光设备，其中
所述气氛形成机构包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件；并且
为所述气氛形成部件的一部分提供所述缓冲部件。
12.根据权利要求11的曝光设备，其中
所述气氛形成机构通过所述缓冲部件支承所述气氛形成部件。
13.根据权利要求11的曝光设备，其中
为所述气氛形成部件在所述载台侧或所述衬底侧上的部分提供所述缓冲部件。
14.根据权利要求12或权利要求13的曝光设备，其中
所述缓冲部件由塑性可变形构件或弹性可变形构件制成。
15.根据权利要求1的曝光设备，其中
所述气氛形成机构包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件；并且
通过在所述气氛形成部件的至少一部分中使用脆性材料而形成所述缓冲部件。
16.根据权利要求1的曝光设备，其中
所述气氛形成部件包括形成所述特定流体气氛的气氛形成部件；并且
在所述气氛形成部件和所述投影光学系统之间提供这样的间距，其中所述间距至少为当所述载台或所述衬底接触所述气氛形成机构时所述气氛形成部件移动的距离。
17.一种装置制造方法，包括：
使用根据权利要求1到16中任何一条的曝光设备，并将所述掩模上形成的装置图案转移到所述衬底上。
18.一种经由流体曝光衬底的曝光设备，其中所述曝光设备包括：
具有多个光学元件的光学系统；
支撑所述衬底的载台；
气氛形成部件，用于在所述光学系统和所述载台或所述衬底之间形成所述流体的气氛，其中至少所述气氛形成部件的一部分被设置在所述光学系统和所述载台或所述衬底之间；以及
支承部件，用于支承所述气氛形成部件，其中
通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触，所述气氛形成部件的一部分和所述支承部件的一部分中至少之一变形。
19.根据权利要求18的曝光设备，其中所述气氛形成部件包括可变形部分，其中所述可变形部分通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触而变形。
20.根据权利要求19的曝光设备，其中所述可变形部分具有弹性构件。
21.根据权利要求19的曝光设备，其中所述可变形部分具有塑性可变形构件。
22.根据权利要求19的曝光设备，其中所述可变形部分由脆性材料形成。
23.根据权利要求18的曝光设备，其中所述支承部件附接到所述支承平台，所述支承部件的至少一部分通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触而变形。
24.根据权利要求23的曝光设备，其中所述支承部件包括伸展和收缩机构，所述伸展和收缩机构通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触而伸展或收缩。
25.根据权利要求24的曝光设备，其中所述伸展和收缩机构包括附接于所述支承平台的第一凸缘部件和附接于所述气氛形成单元的第二凸缘部件，所述第一凸缘部件和所述第二凸缘部件相互啮合，所述第一凸缘部件和所述第二凸缘部件的啮合通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触而释放。
26.根据权利要求25的曝光设备，其中在所述第一凸缘部件和所述第二凸缘部件之间提供阻尼器。
27.根据权利要求23的曝光设备，其中所述支承部件包括线形构件，其中所述线形构件通过所述气氛形成部件或所述支承部件与所述载台或所述衬底的接触而变形。
28.根据权利要求27的曝光设备，其中所述线形构件具有链条。
29.根据权利要求23的曝光设备，其中所述支承平台包括筒体或筒体底盘，所述筒体支持所述光学系统，所述筒体底盘支持所述筒体。
30.根据权利要求18的曝光设备，其中
所述流体包括液体，并且
所述气氛形成部件在所述光学系统和所述载台或所述衬底之间形成液体浸没区域。
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