CN101052916A - 投影光学设备和曝光装置 - Google Patents

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Abstract

一种投影光学设备，其包括投影图案的图像的投影光学系统(PL)；具有柔性结构(36A、36B和36C)以支撑该投影光学系统的支撑设备；和具有致动器以定位该投影光学系统的定位设备。投影光学设备能够包括框架(34)，柔性结构的一端附连到该框架。该投影光学系统可通过该支撑设备从该框架悬挂，或者其可由该支撑设备从下方支撑。投影光学设备还能够包括液体供应设备(48)，其利用重力将温度受控的液体供应至该投影光学系统的侧表面，从而使得该温度受控的液体沿着该投影光学系统的侧表面流动。

Description

投影光学设备和曝光装置
交叉索引
本申请要求2004年9月30日提交的美国临时申请NO.60/614,426的优先权。该美国临时申请NO.60/614,426的全文内容在此引入以供参考。
技术领域
本发明涉及一种设置有投影光学系统的投影光学设备，该投影光学系统投影预定图案的图像，并涉及一种曝光装置，其用于将掩模图案转印在基底上，以制造各种设备，例如半导体设备、液晶显示器等。
背景技术
在用于制造半导体设备的平版印刷工艺中，使用曝光装置以将形成在中间掩模(或光掩模等)上的图案转印和曝光到由光阻材料涂敷而作为基底的晶片上(或玻璃板等)。能够使用各种类型的曝光装置，例如步进和重复曝光类型(静止曝光类型)的投影曝光装置，诸如步进式装置，以及步进和扫描曝光类型的投影曝光装置(扫描曝光装置)，诸如扫描步进式装置。
在曝光装置中，部件的刚度显著地影响诸如振动控制性能、曝光精度(重叠精度等)装置的性能、机构部分的重量和曝光装置的制造成本，所述部件为：(i)移动和定位中间掩模和晶片的平台，(ii)该平台的支撑机构，和(iii)投影光学系统的支撑机构等的机构部分。通常，具有高刚度的机构部分的曝光装置虽然提供了较高的装置性能，但是其往往具有重的机构部分和较高的制造成本。此外，机构部分的刚度还与装置性能的温度特性、相应于装置性能随着时间的变化的装置性能的稳定性有关。即，具有高刚度的机构部分的曝光装置往往在装置性能方面具有良好的稳定性和极好的温度特性，但是取决于机构部分的结构，存在一些发生相反趋势的情形。例如，在机构部分中，当具有高刚度的构件通过具有高刚度的构件彼此耦联时，振动很容易传递，在温度改变时产生双金属效应(如果不同的材料用于该构件时)，并且温度特性会劣化。
然而，由于机构部分刚度的增加，当机构部分的重量增加时，也有一种增加该设备的制造工厂的建造成本的可能性，在该工厂中安装曝光装置(为了处理曝光装置的重量)。因此，传统上，在减少装置的重量的同时，为了保持高刚度和在高速时执行定位和扫描，诸如陶瓷等具有比刚度(specific stiffness)(其值为刚度除以每单位体积的重量)的轻重量材料能够被用于构成平台的一部分构件的材料。
此外，还提出一种曝光装置，其中平台和投影光学系统由平行连杆机构独立地支撑，每个平行连杆机构具有多个能够伸展和收缩的杆。该系统在必要部分保持高刚度并且使整个机构部分的重量减轻。例如参见国际公开文件WO01/022480。
从而，在传统的曝光装置中，为了保持在振动控制性能等方面的高的设备性能，当减小机构部分的重量时，期望提高支撑机构等的机构部分的刚度。然而，在传统的技术中，关于使用具有比刚度和轻重量材料的方法，由于该材料高的制造成本、该材料的形状等，该材料仅能够用于该机构部分的一部分，因此整个机构部分的减轻尚未显著地得到改进。为了进一步减轻整个机构部分，期望改变包括投影光学系统的支撑机构的机构部分本身的结构。
同时，在使用平行连杆机构的方法中，每个平行连杆机构具有多个可伸长的杆，期望进一步地改善机构部分的减轻，并改善平台的可移动部分的控制精度。然而，因为机构部分的结构变得复杂，在扫描和平台定位时控制还有可能变得复杂。此外，尽管能够通过使用平行连杆机构支撑投影光学系统，这往往造成机构部分的结构甚至变得更为复杂。在此方面，在近来的曝光装置中，事先预测由于曝光光束的曝光量和环境温度而引起的投影光学系统的机构部分的热变形量和成像特性的波动量。根据该预测结果，在使用该装置期间执行成像特性的校正、中间掩模和晶片的定位校正等。然而，一旦机构部分变得复杂，机构部分的热变形量以及成像特性的波动量的估计精度将降低，从而可能使得曝光精度劣化。
此外，传统上，为了控制由于温度波动而引起的投影光学系统的成像特性的波动量，将冷却液供应到该投影光学系统的周围。在此情形下，为了增加曝光装置的振动控制性能，期望应该控制供应冷却液的原动力的振动。
发明内容
本发明考虑了上述问题，其第一目的在于提供一种用于投影光学系统的支撑件，其在一种状态中使用相对简单且轻的机构，在该状态中能够获得高振动隔离性能。
本发明的第二目的在于提供一种曝光装置，其能保持高的诸如定位性能等设备性能，获得所必需的高刚度，并使整个机构部分减轻。
本发明的第三目的在于在冷却液供应到投影光学系统的周围时减小振动。
在根据本发明第一方面的投影光学设备中，投影图案的图像的投影光学系统由支撑设备所支撑，该支撑设备具有柔性结构，以支撑该投影光学系统；和具有致动器的定位设备，以定位该投影光学系统。
根据本发明的这个方面，投影光学系统由预定构件(例如框架等)通过柔性结构支撑。因此，在比较简单且轻的机构中，预定构件的振动不容易传递到投影光学系统，并且该柔性结构的特征频率较低。因此，能够获得高的振动控制性能。
在此情形下，尽管柔性结构具有较低的刚度，预定构件和投影光学系统能够被认为是具有高刚度的刚性结构。根据本发明的这个方面，在该设备中由具有刚性结构的构件所占的比率减小，并且使用柔性结构。一般而言，柔性结构具有与刚性结构不同的特性，其重量轻、成本低，并取决于柔性结构的结构而能获得屏蔽振动和接收/传递热位移的优良特性。根据本发明的这个方面，刚性结构能够用于直接影响设备性能的部分，并且柔性结构能够用于将刚性结构彼此耦联的部分。由此结构，能够最小化或者完全避免热位移和振动传递的影响。因此，当该设备保持高性能时能够使机构部分减轻。
根据本发明的这个方面，在一个实施例中，柔性结构包括三个耦联构件，其中每个耦联构件在投影光学系统的垂直于光轴的方向上比平行于光轴的方向上具有较低的特征频率。通过设有三个耦联构件，能够以稳定的方式支撑投影光学系统。此外，因为该耦联构件由例如细长构件组成，该细长构件沿着光轴的方向延伸，在垂直于光轴的方向上该耦联构件的特征频率变得较低。因此，关于具有高频率部件的振动，当经由投影光学系统转印图像图案时，降低了图像位置的模糊度(对比度的降低)。
在一个实施例中，耦联构件包括在其上端部和/或其下端部设置有弯曲部的线材或杆构件。耦联构件的长度优选地为1米或更长。从而，当耦联构件的长度为1米或更长时，在与该耦联构件的光轴垂直的方向上的特征频率大致为0.5Hz或更小，于是，投影光学系统相对于外部振动被极其稳定地支撑。
此外，振动隔离部分能够设置为耦联构件的一部分，其减小在投影光学系统的光轴方向上的振动。由此，能够进一步减小与投影光学系统的光轴平行的方向上的振动。
此外，能够设置支撑耦联构件的框架和将投影光学系统定位为非接触该框架的定位设备。
根据本发明的这个方面，耦联构件具有柔性结构，于是具有刚性结构的框架和投影光学系统能够以低频率相对地位移。在此情形下，通过使用定位设备，框架和投影光学系统(即投影光学系统的支撑构件)的相对位置保持在目标位置，于是能够保持由于具有柔性结构的优选特性(机构部分重量减轻和屏蔽振动以及温度变化的影响)，并且诸如投影图像等的位置的稳定性的设备性能能够得以改善。换言之，对于能够由定位设备所控制的频率范围内的振动，投影光学系统由主动悬挂控制方法所支撑，而对于超过该频率范围的频率的振动，该投影光学系统由被动的振动隔离结构所悬挂和支撑。
定位设备还能够设置有位移传感器，其测量投影光学系统相对于框架的位移信息的六个自由度，和六自由度致动器，所述致动器相对于框架以非接触的方式定位该投影光学系统。通过使用位移传感器的测量结果，能够控制投影光学系统相对于框架的相对位置。
此外，在一个实施例中，支撑设备包括凸缘部分，其固定到投影光学系统的侧表面，并且该凸缘部分运动学上地支撑测量单元，该测量单元具有传感器，该传感器测量投影光学系统和预定构件(例如晶片平台)之间的位置关系。因此，该测量单元以一种状态支撑，其中相对于投影光学系统具有一个预定的位置关系，并且施加非常小的应力，于是能够高精度地测量投影光学系统和预定构件之间的位置关系。
在一个实施例中，其中形成有图案的构件(中间掩模)能够被一体地设置在投影光学系统中。例如当由步进和重复曝光方法转印图案时，这是有效的。在此情形下，微量移动机构能够设置成相对于该投影光学系统微量移动中间掩模。通过微量移动机构能够执行中间掩模图案的定位。
在另一个实施例中，能够设置支撑柔性结构的框架、经由振动隔离构件支撑至框架的基部和在基部上驱动其中形成有图案的构件的平台。例如，当由扫描曝光方法转印图案时，其中形成有图案的构件能够用平台扫描。此外，振动隔离构件作为柔性结构被操作，其耦联作为刚性结构的基部和框架，并且施加到基部的额外应力能够通过振动隔离构件被抑制。
在此情形下，作为一个实施例，振动隔离构件能够包括枢轴或弯曲部。枢轴或弯曲部允许旋转运动，于是它们能够作为简单的机构的振动隔离构件。
此外，为了抵消由平台的移动所产生的反作用力，还能够设置在基部上移动的平衡块构件和在基部上支撑平衡块构件的弯曲部机构。由此，在平衡块构件和基部之间的振动的传递甚至能够更加完全地被屏蔽。
根据本发明的另一方面，投影光学系统能够被设置在向下流动的环境中。该投影光学系统被支撑，于是，诸如温度受控的空气的气体通过向下流动的方法平稳地在投影光学系统的附近流动。因此，改善投影光学系统的温度稳定性。
此外，根据本发明的这个方面，测量单元设置有激光干涉仪，并且还设置有局部气体流动系统，该局部气体流动系统相对于激光干涉仪的激光束的光路执行局部的向下流动。由此，改善激光干涉仪的测量精度。
此外，能够设置管道和液体供应系统，该管道从柔性结构开始沿着投影光学系统的侧表面布置，该液体供应系统向管道供应冷却液。在此结构中，柔性结构还能够用于支撑该管道，并改善该投影光学系统的温度稳定性。
在根据本发明第二方面的投影光学设备中，投影图案的图像的投影光学系统设置有液体供应设备，其由重力驱动向该投影光学系统的侧表面供应冷却液。根据本发明的这个方面，由于重力使冷却液流动，因此几乎不产生任何振动。
根据本发明的这个方面，在一个实施例中，液体供应设备设置有管道，其绕投影光学系统的侧表面卷绕，和液体循环系统，其根据虹吸原理使冷却液循环至管道。由此结构，冷却液能够通过简单的结构循环。
曝光装置能够设置有根据本发明各个方面的投影光学设备。此种曝光装置通过投影光学系统在基底上转印和曝光图案的图像。在此曝光装置中，当设置根据本发明第一方面的投影光学设备时，在投影光学系统等所需要的部分中，能够获得高刚度，并且能够保持高的振动隔离性能等的设备性能，以及能够通过悬挂和支撑投影光学系统而使整个机构部分减轻。
此外，通过经由柔性结构将投影光学系统作为刚性结构支撑，相对于具有刚性结构的预定构件，能够实现和结合刚性与柔性结构的相应优点。因此，与传统的实施例相比，能够减小设备中由刚性结构所占据的比率，而不会降低诸如投影图像等的定位稳定性的设备性能，能够使机构部分减轻并降低制造成本。
在使用根据本发明第二方面的投影光学设备的曝光装置中，当冷却液供应到该投影光学系统的周围时，能够减小振动。
附图说明
下面结合附图对本发明进行描述，其中相同的附图标记代表相同的元件，并且其中：
图1示出了本发明的一个实施方式的投影曝光装置的示意性结构的框图；
图2示出了本发明的第一示例性实施方式的投影曝光设备的机构部分的示意性结构的立体图；
图3是从示出图2的凸缘18和投影光学系统PL的部分剖切的平面图；
图4是从示出图3的修改实施例的部分剖切的平面图；
图5A示出了图2的凸缘18和测量支架15处于耦联状态的立体图；
图5B示出了图5A的杆38A的下端部的立体图；
图5C示出了图5A的测量支架15中的凸起部和凹口部的立体图；
图6示出了能够用于替代图5A的杆38A-38C的杆43的立体图；
图7示出了本发明的第二示例性实施方式的投影曝光装置的机构部分的示意性结构的立体图；
图8示出了图7的液体供应系统的框图；
图9示出了本发明的第三示例性实施方式的投影曝光装置的机构部分的示意性结构图；
图10是从示出本发明第四示例性实施方式的投影曝光装置的机构部分的部分剖切的示意性结构图；
图11示出了从图10的平衡块59到中间构件55的放大横截面视图；
图12是从第五实施方式的投影曝光装置的一部分剖切的示意性结构图；和
图13是图12曝光装置的立体图。
具体实施方式
第一实施方式
下面参照图1-6解释本发明的第一示例性实施方式。在此实施方式中，本发明应用于步进和重复曝光类型的投影曝光装置，诸如步进式装置等，以及步进和扫描曝光类型的投影曝光装置，诸如扫描步进式装置等。
图1是构成本实施方式的投影曝光装置的不同功能单元的方框图。在图1中，省略了投影曝光装置所位于的室。在图1中，设置有激光源1，激光源1可例如是KrF受激准分子激光器(波长248纳米)或ArF受激准分子激光器(波长193纳米)。光源还可为放射诸如F2激光(波长157纳米)的紫外线范围内的振荡激光束的设备，还可为放射真空紫外线范围内的谐波激光束的设备，该谐波激光束能够通过在近红外范围内对从固态激光源(YAG或半导体激光等)供应的激光束进行波长转换而获得。还能够使用经常用于此种类型的曝光装置中的水银放电灯等。
用于曝光(曝光光线)的照射光IL作为来自激光源1的曝光光束，该曝光光束经由均化光学系统2采用均匀照射分布来照射中间掩模遮光机构7，其由透镜系统和复眼透镜系统、光束分离器3、用于调整光量的可变衰减器4、反射镜5和中继镜系统6构成。该照射光IL由中间掩模遮光机构7限制为预定形状(例如在步进和重复曝光类型中为方形，在步进和扫描曝光类型中为狭缝形)，该照射光经由成像透镜系统8照射到中间掩模R(掩模)上，并且中间掩模遮光机构7的开口的图像在中间掩模R上成像。照射光学系统9由上述均化光学系统2、光束分离器3、可变衰减器4、反射镜5、中继镜系统6、中间掩模遮光机构7和成像透镜系统8构成。
在形成于中间掩模R上的电路图案区域，由照射光所照射的部分的图像经由投影光学系统PL成像并投影在由光阻材料涂敷(光敏基底或光敏体)的晶片W(基底)上，该投影光学系统PL具有减少的投影放大率β并且是双侧远心的。例如，投影光学系统PL的投影放大率β可为1/4、1/5等，成像侧数值孔径NA可为0.7，并且视场的直径可大致为27-30毫米。投影光学系统PL是折射系统，但是还能够使用反折射系统等。中间掩模R和晶片W还可以分别被认为是第一和第二目标。在下面的解释中，Z轴定义为平行于投影光学系统PL的光轴AX，X轴在平行于图1的纸平面的方向延伸，并且垂直于Z轴，并且Y轴沿着垂直于图1的纸平面的方向延伸。当此实施例的投影曝光装置为步进和扫描曝光类型时，在扫描曝光期间中间掩模R和晶片W的扫描方向为沿着Y轴的方向(Y方向)，并且在中间掩模R上的照射区域变成沿着非扫描方向的X轴的方向(X方向)延伸的细长形状。
此外，中间掩模R设置在投影光学系统PL的目标表面侧上，该中间掩模R由真空压力保持在中间掩模平台RST(掩模平台)上。在步进和重复曝光类型的情形下，除了在X和Y方向的移动，该中间掩模平台RST(微量移动机构)在中间掩模基部(未示出)上沿着绕X方向和Y方向的旋转方向和沿Z轴方向微量移动，从而定位中间掩模R。同时，在扫描曝光装置的情形下，该中间掩模平台RST(平台)通过中间掩模基部上的空气轴承(未示出)至少沿着Y方向(扫描方向)以恒定的速度移动。中间掩模平台RST的移动坐标位置(在X和Y方向的位置，和绕Z轴的旋转角)由下列反射镜连续地测量：移动反射镜Mr，其固定到中间掩模平台RST；参考反射镜Me，其固定到投影光学系统PL的上部侧表面；和激光干涉仪系统10，其与这些反射镜相对地设置。激光干涉仪系统10包括激光干涉仪主体部分10a、光束分离器10b，其将激光束分成用于移动反射镜Mr的光束和用于参考反射镜Me的光束，和反射镜10c，其向参考反射镜Me供应激光束。此外，移动反射镜Mr、参考反射镜Me和激光干涉仪系统10实际上组成至少一个在X方向的单轴激光干涉仪系统和在Y方向的双轴或三轴激光干涉仪系统。
此外，中间掩模平台RST的移动由驱动系统11执行，该驱动系统包括直线马达、微量移动致动器等。激光干涉仪系统10的测量信息提供到平台控制单元14，并且平台控制单元14基于从主控制系统20接收的控制信息(输入信息)和测量信息来控制驱动系统11，该主控制系统20由控制整个设备运行的计算机组成。
同时，晶片W设置在投影光学系统PL的图像平面侧上，该晶片W由一个未示出的晶片保持器吸附和保持在晶片平台WST上(基底平台)。在步进和重复曝光类型的情形下，晶片平台WST通过晶片基部上的空气轴承(未示出)沿X和Y方向步进地移动。在扫描曝光类型的情形下，在扫描曝光的同时，晶片平台WST能够至少沿Y方向以恒定的速度移动，并通过空气轴承安装在晶片基部上(未示出)，从而可以沿X和Y方向步进移动。晶片平台WST的移动坐标位置(在X和Y方向的位置，绕Z轴的旋转角)由下列反射镜连续地测量：参考反射镜Mf，其固定到投影光学系统PL的下部；移动反射镜Mw，其固定到晶片平台WST；和激光干涉仪系统12，其相对于这些反射镜设置。激光干涉仪系统12包括激光干涉仪主体部分12a、将激光束分成用于移动反射镜Mw的光束和用于参考反射镜Mf的光束的光束分离器12b和向移动反射镜Mw供应激光束的反射镜12c。移动反射镜Mw、参考反射镜Mf和激光干涉仪系统12实际上组成至少一个在X方向的单轴的激光干涉仪系统和在Y方向的双轴或三轴激光干涉仪系统。此外，激光干涉仪系统12还设置有双轴激光干涉仪，其用于绕X和Y轴的旋转角的测量。
激光干涉仪系统12(激光干涉仪)作为一个预定的构件能够被认为是一个传感器，其用于测量投影光学系统PL和晶片平台WST之间的位置关系。激光干涉仪系统12固定到测量支架15(测量单元)的底表面，该测量支架是环形平板状构件，其设置在投影光学系统PL的下部侧表面上。此外，为了减小从激光干涉仪系统12供应到移动反射镜Mw和参考反射镜Mf的激光束的光路上的空气的波动(折射率的波动)，柔性的通气管16固定到测量支架15。如图2所示，通气管16大致平行于支柱33A、上部支柱34的一侧和线材35B而延伸。诸如高清洁空气的气体以可控的温度和湿度从小空气调节设备17(参见图2)供应，并且气体通过局部向下流动方法供应到激光干涉仪系统12的激光束的光路。此外，为了将通气管16的一部分与线材35B耦联，固定架16M(支撑构件)设置在线材35B的可移动部分的附近。局部气体流动系统由小空气调节设备17和通气管16构成。由此，改善激光干涉仪系统12的测量精度。此外，还可设置多个通气管16。
在图1中，由驱动系统13执行晶片平台WST的移动，该驱动系统13包括诸如直线马达、音圈马达(VCM)等的致动器。激光干涉仪系统12的测量信息供应到平台控制单元14，并且平台控制单元14基于测量信息和从主控制系统20接收的控制信息(输入信息)来控制驱动系统13的运行。
此外，移动晶片平台WST以通过Z调平机构控制其在晶片W的Z方向的位置(聚焦位置)，该Z调平机构还控制绕X和Y轴的倾斜角。此外，斜向入射类型的多点自动聚焦传感器(23A，23B)固定到投影光学系统PL的下部侧表面的测量支架15。该斜向入射类型的多点自动聚焦传感器(23A，23B)由投影光学系统23A和光接收光学系统23B组成，该投影光学系统将狭缝图像投影在晶片W的表面上的多个测量点上，该光接收光学系统检测与图像的水平偏移量相关的信息，其中这些狭缝图像通过从表面接收反射光而重成像，并将这个信息供应到平台控制单元14。平台控制单元14通过使用狭缝图像的水平偏移量信息计算从投影光学系统PL的图像平面在多个测量点的散焦量，并通过自动聚焦方法在晶片平台WST内驱动Z调平机构，从而，聚焦量能够在曝光的时候保持在预定的控制精度内。在例如日本早期公开专利申请1-253603中披露了一种类型的斜向入射类型的多点自动聚焦传感器的详细结构。
此外，平台控制单元14包括在中间掩模侧的控制系统，其优选地基于从激光干涉仪系统10接收的测量信息来控制驱动系统11；和在晶片侧上的控制系统，其优选地基于从激光干涉仪系统12接收的测量信息来控制驱动系统13。如果此实施例的投影曝光装置为扫描曝光类型，当中间掩模R和晶片W在扫描曝光时同步扫描时，这两个控制系统协调并控制相应的驱动系统11和13。此外，主控制系统20与平台控制单元14内相应的控制系统相互采用参数和命令通信，平台控制单元14内相应的控制系统优选地根据由操作者指定的程序执行曝光处理。由此，设置有未示出的操作板单元(包括输入设备和显示设备)，并在操作者和主控制系统20之间形成界面。
此外，在曝光时，期望事先使中间掩模R与晶片W对准。因此，在图1的投影曝光装置中，设置有中间掩模对准系统(RA系统)21，其在预定位置设置中间掩模R；和离轴型对准系统22，其检测晶片W上的标记。对准系统22(标记检测系统)固定到测量支架15。多点自动聚焦传感器(23A，23B)和对准系统22能够作为一个传感器，其测量投影光学系统PL和晶片平台WST或晶片W(预定构件)之间的位置关系。
此外，当激光源1为受激准分子激光源时，设置有由主控制系统20控制的激光控制单元25。激光控制单元25控制激光源1的脉冲振荡的模式(单脉冲模式、脉冲串式、等待模式等)，并控制激光源1的放电高压，以便调整被放射的脉冲激光的平均光量。此外，光量控制单元27控制可变衰减器4，以便获得基于从光电检测器26(积分传感器)接收的信号的合适的曝光剂量，该光电检测器26接收由光束分离器3所分离的部分照射光，并向激光控制单元25和主控制系统20发送脉冲照射光的强度(光量)信息。
此外，在图1中，在步进和重复曝光类型装置的情形下，在照射光IL存在下，由投影光学系统PL将中间掩模R的图案投影在晶片W上的一个拍摄区域上，并且由晶片平台WST沿X和Y方向步进地移动晶片W的操作通过步进和重复方法而重复。同时，在扫描曝光类型装置的情形下，根据扫描曝光的操作，中间掩模R的图案图像被转印到拍摄区域，在一个状态中，设置成照射光IL照射到中间掩模R，穿过投影光学系统PL的中间掩模R的部分图案的图像被投影在晶片W上的一个拍摄区域，并且，使用投影光学系统PL的投影放大率β作为速度比，中间掩模平台RST和晶片平台WST沿Y方向同步地移动(同步扫描)。接着，通过重复操作，其中停止照射光IL的放射并且通过晶片平台WST和上述的扫描曝光操作使晶片W沿X和Y方向步进地移动，中间掩模R的图案图像通过步进和扫描方法被转印在晶片W上的所有拍摄区域上。
下面解释本发明的这个实施例的投影曝光装置的机构部分的结构的细节。这个机构部分还能够作为设置有投影光学系统PL的投影光学设备。下面描述当此实施例的投影光学装置是步进和重复曝光类型时的情形。
图2示出了此实施例的投影曝光装置的机构部分的示意性结构。在图2中，短圆柱形底座32A、32B(第三底座32C未示出)设置在位于地板平面上的三角形的顶点的三个位置处。长支柱33A、33B、33C位于相应的三个底座32A、32B、32C上。支柱以一个状态设置以使得不产生位置偏移，因而该细、长圆柱形支柱33A、33B、33C如图2所示地向内倾斜一定的角度(而不是完全垂直)。这三个支柱33A-33C设置为使得它们上部之间的间隙比它们下端之间的间隙更狭窄，并且一个大致三角框形上部支柱34固定在支柱33A-33C的上表面上。由支柱33A-33C和上部支柱34组成的支柱结构体与悬挂投影光学系统PL的框架相对应。
即，投影光学系统PL设置在由支柱33A-33C环绕的空间内，并且凸缘18(支撑构件)一体地固定到投影光学系统PL，以使得实质上环绕投影光学系统PL的Z方向的中心的侧表面。凸缘18可以与投影光学系统PL的透镜镜筒形成一体。此外，彼此相同的螺旋弹簧36A、36B、36C(振动隔离部分)的一端固定到上部支柱34的三段中的每个相应的中心部分。凸缘18通过线材35A、35B、35C耦联到螺旋弹簧36A、36B、36C的另一端，这些线材彼此相同并且由金属制成。线材35A和螺旋弹簧36A相当于一个耦联构件。以相同的方式，其它线材35B、35C和螺旋弹簧36B和36C相当于另两个耦联构件。这些耦联构件基本上彼此平行且平行于Z轴。在此实施例中，朝向地面的方向(Z方向)为竖直方向，并且垂直于Z轴的平面(XY平面)大致为水平平面。因此，投影光学系统PL和凸缘18通过三个耦联构件从上部支柱34被悬挂和支撑。
在此情形下，投影光学系统PL的光轴平行于Z轴，并且此实施例的耦联构件在垂直于投影光学系统PL的光轴的方向的特征频率低于平行于该光轴的方向的特征频率。耦联构件像钟摆一样在垂直于光轴的方向摆动，因此如果耦联构件在Z方向的长度是L，并且加速度常数是G(＝9.8m/s2)，如下所示，长度L变得越长，在垂直于光轴方向的特征频率fg变得越小。
fg = 1 2 π G / L - - - ( 1 )
特征频率fg变得越小，在垂直于投影光学系统PL的光轴的方向的振动隔离性能(防止地板的振动传递到投影光学系统PL的能力)就变得越好。因此，为了改善振动隔离性能，耦联构件的长度L变得越长，其性能越好。然而，在另一方面，为了稳定地支撑投影光学系统PL，优选地，由耦联构件悬挂的凸缘18应该固定在投影光学系统PL的Z方向的重心的附近。此外，为了优选地减小投影曝光装置的尺寸，优选地，上部支柱34的高度应该不高于投影光学系统PL的上端部。从此观点看，耦联构件的长度L为投影光学系统PL的Z方向的长度的大约1/2或更小。
作为一个实施例，耦联构件的长度L设定为约0.5米。如果将这个值应用到公式(1)中，特征频率fg变为一个小值，即0.7Hz。此外，如果耦联构件的长度L设定为1米或更长，根据公式(1)，特征频率fg变为约0.5Hz，其对于投影曝光装置中的振动隔离性能是足够低的。
fg≤0.5(Hz)                     (2)
因此，例如，如果可能考虑到投影光学系统PL的长度，优选地，耦联构件的长度设定在大约1米和几米之间。
此外，在耦联构件中的线材35A-35C的投影光学系统PL的光轴方向的特征频率变得比特征频率fg高得多。然而，例如，在由支柱33A-33C从地板传送到上部支柱34的振动中，在光轴方向的大多数振动部件被螺旋弹簧36A-36C(振动隔离部分)吸附，于是能够在平行于光轴的方向上获得高的振动隔离性能。
此外，例如，在支柱33A-33C和上部支柱34之间，可能设置诸如螺旋弹簧或空气阻尼器的振动隔离构件。在此情形下，能够省略耦联构件中的螺旋弹簧36A-36C。
此外，在此实施例中，中间掩模平台RST(这里，微量移动机构)一体地固定到投影光学系统PL的上部。中间掩模R(其中形成有图案的构件)由中间掩模平台RST所保持。中间掩模平台RST设置有固定在投影光学系统PL的基部31B；X平台31X，其能够相对于基部31在X方向微量移动；和Y平台31Y，其能够相对于X平台31X在Y方向微量移动并且保持中间掩模R。在此实施例的中间掩模R的图案生成表面上，沿X方向以预定的间隔形成一对对准标记RMA和RMB。中间掩模对准系统(RA系统)21A、21B通过相应的反射镜28A、28B设置在对准标记RMA和RMB之上。这对RA系统21A、21B对应于图1的RA系统21。
此实施例的投影曝光装置是步进和重复曝光类型的，并且在曝光之前，通过使用RA系统21A、21B而定位中间掩模R的对准标记RMA和RMB之后，不需要移动中间掩模R。由此，在图1的中间掩模侧上的激光干涉仪系统10未设置在图2的投影曝光装置中。
此外，反射镜28A、28B和RA系统21A、21B固定到与上部支柱34耦联的未示出的支柱，并且存储图1的照射光学系统9的照射系统子室19相对于该支柱固定。在此情形下，作为实施例，图1的激光源1设置在图2的支柱33A-33C的外侧的地板上，并且将要从激光源1发射的照射光IL通过未示出的光束输送系统被引导到照射光学系统9。
此外，晶片基部WB通过地板表面上的振动隔离垫(未示出)设置在投影光学系统PL之下，并且将晶片W保持在晶片基部WB上的晶片平台WST通过空气轴承可移动地设置在其上。在晶片平台WST的顶部，固定有参考标记构件29，其中形成参考标记以执行中间掩模R和晶片W的对准。
从而，此实施例的具有刚性结构的投影光学系统PL通过螺旋弹簧36A-36C和线材35A-35C相对于具有刚性结构的上部支柱34悬挂并支撑，该线材用作具有柔性结构的耦联构件。在此结构中，能够获得高的振动隔离性能，并且能够明显减轻机构部分。然而，存在一种可能性，即投影光学系统PL和上部支柱34的相对位置能够以比较低的振动频率变化。从而，为了将投影光学系统PL和上部支柱34(以及支柱33A-33C)的相对位置保持在预定状态，如图3所示，设置一种非接触类型的定位设备。
图3是图2的投影光学系统PL和凸缘18的平面图。在图3中，朝向凸缘18延伸的臂部37A、37B、37C固定到支柱33A、33B、33C。臂部37A-37C以大致120°的间隔绕投影光学系统PL的光轴AX设置。此外，在第一臂部37A和凸缘18之间，设置有在Z方向移动凸缘18的第一致动器40A和在周向方向移动凸缘18的第二致动器41A。音圈马达能够被用于致动器40A、41A。此外，例如镍钢片(EI core)类型等的非接触电磁致动器还能够用作致动器40A和41A。
此外，在臂部37A的附近的凸缘18上，设置有第一双轴加速度传感器39A，其检测Z方向和凸缘18的周向方向的加速度。由加速度传感器39A检测的双轴加速度信息供应到控制器42，并且控制器42基于加速度信息而驱动致动器40A、41A，以使得凸缘18能够相对于臂部37A(以及图2的上部支柱34)或相对于地面保持静止。在此实施方式中，加速度信息用作伺服控制致动器40A、41A，以使凸缘18(以及投影光学系统PL)保持静止。在执行伺服控制之前，凸缘18(以及投影光学系统PL)位于参考位置，在此位置凸缘18和臂部37A-37C彼此具有预定关系(例如，这样使得致动器有效地驱动凸缘)。能够基于一个或多个(例如三个)位移传感器(未示出)的输出而将凸缘18移动到参考位置，该传感器可例如为干涉仪、电容型位移传感器、涡电流位移传感器等。
在图3中，在第二臂部37B和凸缘18之间，以及同样在第三臂部37C和凸缘18之间，设置有第三和第五致动器40B和40C，其在Z方向移动凸缘18，并设置有第四和第六致动器41B和41C，其在周向方向移动凸缘18。致动器40B、41B和40C、41C的结构与致动器40A、41A的结构相同。此外，在臂部37B和37C的附近的凸缘18上，设置有第二和第三双轴加速度传感器39B和39C，其检测Z方向和凸缘18的周向方向的加速度。加速度传感器39B和39C的加速度信息还供应到控制器42，并且控制器42基于加速度信息而驱动致动器40B、41B和40C、41C，以使得凸缘18能够相对于相应的臂部37B和37C(以及图2的上部支柱34)或相对于地面保持相对静止。
能够使用位移传感器、检测由压电元件等产生的电压的压电型加速度传感器、监控CMOS转换器的例如相应于物质的位移和变型等的逻辑阈值电压的变化的半导体型加速度传感器作为加速度传感器39A-39C。使用加速度计的优点在于一旦伺服控制启动，凸缘18(以及投影光学系统PL)能够在空间内保持静止。这不同于仅相对于臂部37A-37C保持静止，由于例如振动可能从地面通过底座32A-32C传递而会略微地移动。还可以放弃使用加速度传感器39A-39C，而代替使用一个或多个直接测量凸缘18和臂部37A-37C(以及上部支柱34)之间的相对位置的位置传感器。能够使用例如涡电流位移传感器、电容型位移传感器、光学型传感器等位置传感器。
从而，投影光学系统PL和凸缘18的定位设备包括：六轴加速度传感器39A-39C(位移传感器)、六轴致动器40A-40C和41A-41C、六位置传感器和控制器42。投影光学系统PL相对于上部支柱34(假定上部支柱34不振动或者不移动)在X、Y和Z方向上的相对位置以及绕X、Y和Z轴的相对旋转角由这些定位设备保持在定常状态(预定状态)。致动器40A-40C和41A-41C的响应频率约为10Hz，因此对于达到响应频率的振动，此实施例的投影光学系统PL由主动悬挂方法支撑。此外，对于超过该频率的振动，投影光学系统PL由被动振动隔离结构悬挂并支撑。
在图3中，使用了三个支柱33A-33C。然而，如图4所示，还可使用四个支柱33A-33D。
图4示出了投影光学系统PL和凸缘18在使用四个支柱33A-33D时的平面图。在此图中，支柱33A-33D稳定地设置，以使得与支柱33A-33D的下端处相比较，其在上部的间距比其在大致为方形形状的顶点位置处的间距窄。此外，方框形上部支柱34A固定到支柱33A-33D的上部，并且悬挂凸缘18的线材35A-35C通过图2的螺旋弹簧36A-36C耦联到上部支柱34A的三个位置。
在此情形下，两个支柱33A和33B设置为在X方向夹住投影光学系统PL，并且支柱33C沿着投影光学系统PL的+Y方向设置。此外，在凸缘18和固定到支柱33A的臂部37A之间设置有第一和第二致动器40A、41A，其分别在Z和Y方向上驱动凸缘18，并且在臂部37B上设置有第三和第四致动器40B、41B，其分别在Z和Y方向上驱动凸缘18。此外，在凸缘18和固定到支柱33C的臂部37C之间设置有第五和第六致动器40C和41C，其分别在Z和X方向上驱动凸缘18。此外，双轴加速度传感器39A-39C设置在臂部37A-37C的附近的凸缘18的上部上。
在图4的结构中，投影光学系统PL(和凸缘18)能够在X方向上由致动器41C驱动，并且投影光学系统PL(和凸缘18)能够在Y方向上和在绕Z轴的旋转方向上由致动器41A、41B驱动，于是能够容易地控制致动器41A-41C。
在图2中，在投影光学系统PL的凸缘18(支撑构件)的底表面上，环形的平坦状测量支架15(测量单元)通过三个大致平行于Z轴延伸的圆柱杆38A、38B、38C(联接构件)耦联。即，测量支架15由包括半三点支撑(semi-three-point support)的运动学支撑方法稳定地耦联到凸缘18。对准系统22、通气管16和激光干涉仪系统12固定到测量支架15。
图5A示出了一种状态，其中图2的凸缘18和测量支架15通过杆38A-38C耦联。在图5A中，直径较小的弯曲部38Ab和38Aa形成于杆38A的两个端部。弯曲部还形成于其它两个杆38B、38C的两个端部上。
如图5B所示，在杆38A的一个弯曲部38Aa中，除了在Z方向的扩展之外，可以在五个自由度位移。以相同的方式，在图5A的杆38A的另一个弯曲部38Ab和另两个杆38B、38C的两端部分的弯曲部可以在五个自由度位移。从而，实质上在凸缘18和测量支架15之间没有施加应力。因此，能够在固定到测量支架15的激光干涉仪系统12等中获得高的测量精度。
此外，在测量支架15的中心处的孔(其中插入投影光学系统PL的孔)附近的三个位置处形成有槽和垫，和三个接触投影光学系统PL的侧表面的垫。
图5C示出了作为弯曲部的测量支架15的槽15a2和垫15a1。由此结构，垫15a1允许在五个自由度的位移，其包括沿Z方向的位移和相对于投影光学系统PL的侧表面绕光轴在径向的位移、和绕Z、X和Y轴在旋转方向的位移。从而，实质上没有应力施加到测量支架15和投影光学系统PL之间，因此能够稳定地保持投影光学系统PL的成像特性。
此外，代替如图5A所示在两端部上形成有弯曲部的杆38A-38C，能够使用图6所示的杆43(联接构件)。在图6中，在杆43的上端部内，在两个垂直的方向形成有槽43a、43b，并且杆43的下端部固定到构件(在图5A的实施例中，测量支架15)，并包括槽43b、43a，其与上端部对称。即使图5A的杆38A-38C由与图6的杆43相同的三个杆替代，在杆43的两个端部内的可以在至少五个自由度位移，因此凸缘18和测量支架15以一个其中实质上没有施加应力的状态耦联(即，它们采用运动学支撑方法附连)。
在图2中，此实施例的投影曝光装置设置在向下流动的环境中，并且具有受控的温度和湿度以及受到防颗粒处理的预定气体(例如空气)通过投影光学系统PL的侧表面从照射系统子室19侧供应到晶片基部WB。此实施例的投影光学系统PL由上部支柱34悬挂和支撑，并且没有防止预定气体流动的构件挡道。因此，预定气体能够沿向下的方向平稳地供应，改善投影光学系统PL的温度稳定性，并改善成像特性的稳定性。
从而，在此实施例的图2的投影曝光装置中，刚性结构的投影光学系统PL和凸缘18通过螺旋弹簧36A-36C和线材35A-35C由主动悬挂方法悬挂和支撑，这是由于相对于具有刚性结构的上部支柱34而言，耦联构件具有柔性结构。由此，可以具有以下的优点。
(1)此实施例的投影曝光装置由极其简单的结构体构成，能够使机构部分减轻，并且能够降低制造成本。
(2)投影光学系统PL被悬挂和支撑，并且特别地在垂直于耦联构件(投影光学系统PL)的光轴的方向振动的特征频率是极低的，因此显著降低来自地板平面的振动的影响。因此，能够改善诸如振动隔离性能、曝光精度(重叠精度)等装置的性能。此外，即使振动成为一个问题，能够容易地确定振动传递路径，并且例如能够容易地执行防范措施，如其中将振动隔离构件加入到振动传递的部分等。
(3)当投影曝光装置的环境温度改变时，能够容易地预测结构体的热变形，因此通过使用温度传感器，并测量结构体的每个部件的温度，基于测量的结果，能够校正定位误差等。
(4)在投影曝光装置的附近具有一个大空间。因此，当下一代曝光装置被设计并用户化时，不需要改变平台(基部、支柱和投影光学系统的支撑机构等)。因此，对于设计的自由度变得很大，并且优选的结构能够用于所谓的模块化设计。
第二实施方式
下面参照图7和8解释本发明的第二示例性实施方式。关于此实施例的投影曝光装置，稳定投影光学系统PL温度的机构被加入到图2的投影曝光装置中。在图7和图8中，相同的编号用于与图2相应的部分，并且省略它们的详细描述。此外，在图7中，为了清楚地理解增加的结构，省略图2中的通气管16和小空气调节设备7。
图7示出了此实施例的投影曝光装置的机构部分的示意性结构。在图7中，在地板上设置有收集冷却液的回收箱45，在三角框形上部支柱34的一个凸起附近设置有存储液体的供应箱48，和在上部支柱34的另一个凸起附近设置有连接后述的管子的支撑构件49B。作为冷却液，能够使用水或氟类惰性液体(例如FLUORNERT(由美国3M公司制造))。也可使用所谓的冷却剂作为该液体。考虑到环境，水作为该液体是优选的。
回收箱45耦联到管道46A(参见图8)，该管道耦联到温度控制设备，其将穿过其内部的液体的温度调节到目标温度并且其容纳有泵47，该泵通过管道46B又耦联到供应箱48的上部。供应箱48的底部通过管道46C耦联到管道46D，该管道46C沿着线材35B向下延伸。管道46D包括从投影光学系统PL的向下方向到向上方向冷却投影光学系统PL的管道，并通过沿着凸缘部分18朝向投影光学系统PL的上部延伸的管道耦联到管道46E。管道46E包括沿着线材35A向上延伸并耦联到回收箱45的管道。管道46C的部分由固定支架49A(支撑构件)保持，该固定支架49A固定到线材35B的可移动部分，并且管道46E由附连到螺旋弹簧36A的可移动部分的固定支架(未示出)固定。在由支撑构件49B固定管道46E之后，其沿着支柱33A延伸。
管道46A-46E由具有柔性的合成树脂等制成，并且供应箱48的高度大于回收箱45的高度，因此即使管道向上和向下移动，如后所述，冷却液也能够通过虹吸原理(通过采用高度差将液体挤出的操作)在供应箱48和回收箱45之间循环。从而，液体供应设备包括回收箱45、管道46A-46E、容纳有泵47的温度控制设备和供应箱48。
图8示出了由图7的液体供应设备提供的液体流动。在图8中，回收箱45中的液体由于容纳在温度控制设备中的泵47而如箭头A1所示由管道46A抽吸。在温度控制设备中被冷却之后，液体通过管道46B如箭头A2所示供应到供应箱48。接着，供应箱48中的液体如箭头A3-A4所示流入到管道46C-46E中并由回收箱45收集。同时，根据情况，管道46E可能会穿过高于箱48的位置，但是一旦液体开始循环，就由虹吸原理保持循环。因此，当冷却液供应到投影光学系统PL的侧表面时，因为通过使用仅由高度差而引起的重力使液体挤出，所以不存在振动源，从而不会降低振动控制性能。
第三实施方式
下面参照附图9说明本发明的第三实施方式。在此实施例中，以与图2的实施方式相同的方式，本发明被应用到步进和重复曝光类型的投影曝光装置。在图9中，相同的编号用于与图2相应的部分，并且省略它们的详细描述。
图9示出了此实施例的投影曝光装置的机构部分的示意性结构。在图9中，三个支柱33A、33B(第三支柱33C未示出)固定到地板F(其还能够为位于地板上的支撑框架)，并平行于Z轴延伸。上部支柱34B通过被动型振动隔离构件51A、51B(和未示出的51C)支撑在支柱33A、33B、33C上，该振动隔离构件包括例如空气阻尼器和/或螺旋弹簧。此外，凸缘18(支撑构件)与投影光学系统PL一体形成，并固定到其上，以使其环绕投影光学系统PL沿Z方向的大致中心处的侧表面。例如板簧的振动隔离构件53A、53B、53C固定到上部支柱34B的三个位置。此外，从振动隔离构件53A、53B、53C开始，凸缘18(以及投影光学系统PL)通过杆52A、52B、52C悬挂，杆52A、52B、52C大致平行于Z轴，并且其中彼此相同的弯曲部形成在两端。
在这个情形下，振动隔离构件53A和杆52A相当于一个耦联构件。以相同的方式，另一个振动隔离构件53B、53C和杆52B、52C相当于另两个耦联构件。这些耦联构件大致彼此平行并且平行于Z轴。在此实施例中，杆52A-52C能够容易地在垂直于投影光学系统PL的光轴AX的方向位移，因此与第一实施方式相同的方式，耦联构件在垂直于光轴方向的特征频率低于在平行于投影光学系统PL的光轴AX方向的特征频率。例如耦联构件的长度L设定为约0.5米。如果将这个值应用到公式(1)中，耦联构件在垂直于光轴AX方向的特征频率变为一个小值，例如约为0.7Hz。此外，如果耦联构件的长度L设定为1米或更长时，根据公式(1)，该值约为0.5Hz或更小，其适合于投影曝光装置的特征频率。
此外，在耦联构件中的杆52A-52C在光轴方向AX的特征频率显著地大于在垂直于光轴AX方向的特征频率。然而，例如，从地板传递到支柱33A、33B、33C的大多数振动由振动隔离构件51A、51B、51C衰减，并从而在光轴AX方向的振动几乎不传递到上部支柱34B。从而，投影光学系统PL被稳定地支撑。
此外，为了控制凸缘18和投影光学系统PL相对于支柱33A、33B、33C的相对位置，在支柱33A、33B和33C与凸缘18之间设置有双轴致动器54A和54B(以及未示出的54C)，其控制在Z方向和周向方向的相对位置。此外，用于测量六个自由度位置的位置传感器(未示出)设置在凸缘18上。基于位置传感器的测量信息，通过驱动六轴致动器而控制凸缘18和投影光学系统PL的相对位置。
该结构的其它部件与图2的第一实施方式相同。同样在此实施例中，微量移动中间掩模R的中间掩模平台RST一体地固定到投影光学系统PL，并且测量支架15通过三个杆38A-38C由运动学支撑方法从凸缘18的底表面被支撑。激光干涉仪系统12等固定到测量支架15。此外，整个中间掩模R图案的图像通过投影光学系统PL转印到晶片W上相应的拍摄区域。
根据此实施例，投影光学系统PL由上部支柱34B悬挂和支撑。因此，以与第一实施方式相同的方式，能够改善振动隔离性能，并且能够使机构部分减轻。此外，杆52A-52C被用作耦联构件，从而即使当投影光学系统PL很重时，也能够稳定地支撑投影光学系统PL。
第四实施方式
下面参照附图10和11解释本发明的第四示例性实施方式。在此实施例中，本发明应用到扫描曝光类型的投影曝光装置中。在图10和11中，相同的编号用于与图2和9的部分相对应的部分，并且省略对它们的详细描述。
图10示出了此实施例的投影曝光装置的机构部分的示意性结构。在这个图中，三个支柱33A、33B(第三支柱33C未示出)固定到地板F(或者位于地板上的框架)，并平行于Z轴延伸。中间构件55通过被动型振动隔离构件51A、51B(和未示出的51C)支撑在支柱33A-33C上，该中间构件具有平坦的形状并且能够某种程度地弹性变形，并且投影光学系统PL的端部插入在该中间构件内的孔中。此外，凸缘18(支撑构件)与投影光学系统PLA一体地设置，并固定到其上，从而在该实施例的投影光学系统PLA的Z方向的大致中心处环绕该侧表面。凸缘18和投影光学系统PLA通过三个杆52A、52B、52C(杆52B以与图9中实施例的同样的方式定位在投影光学系统PLA的前方，未在图10中示出)悬挂，其彼此相同并从中间构件55在三个位置大致平行于Z轴延伸。弯曲部形成于杆52A-52C的两个端部上。在此情形下，杆52A-52C相当于三个耦联构件，并且包括支柱33A、33B、33C、振动隔离构件51A、51B、51C和中间构件55的支柱机构体相当于悬挂这些耦联构件的框架。
此外，例如，在中间构件55的上表面的三个位置处通过可转动的枢轴58A、58B(第三枢轴58C未示出)(振动隔离构件)设置有中间掩模基部57，其是厚的平板，并且其中形成有孔，用于穿过照射光束IL。在中间掩模基部57上，通过空气轴承设置有中间掩模平台60，其吸附并保持该中间掩模R，从而在XY平面内可以移动。在该实施例的扫描曝光期间，中间掩模R的扫描方向是Y方向(与图10的纸面垂直的方向)，并且为了抵消当中间掩模平台60在Y方向上被驱动时所产生的反作用力，矩形框架形平衡块59设置在中间掩模基部57上，从而环绕中间掩模平台60。此外，第一Y轴直线马达61由位于中间掩模平台60的+X方向端部处的可移动部件61A和位于平衡块59上(或者其内)的定子61B构成。与该直线马达61对称，第二Y轴直线马达62由位于中间掩模平台60的-X方向端部处的可移动部件62A和位于平衡块59上(或者其内)的定子62B构成。第一和第二Y轴直线马达61和62都在Y方向上相对于平衡块59驱动中间掩模平台60。此时，平衡块59在相反方向上移动，于是驱动反作用力被抵消，并且得以控制振动的产生。但是，中间掩模平台60还能设置有绕X、Y和Z轴旋转方向的微量移动机构，这里未示出。
此外，测量支架56固定到中间构件55，并且在该测量支架56内，基于投影光学系统PLA的侧表面上的参考反射镜Me(参见图11)，结合有激光干涉仪系统10(与图1类似)，其测量在绕着中间掩模平台60的X、Y和Z轴的旋转方向的位置。此外，驱动中间掩模R的中间掩模平台系统RSTA包括中间构件55、中间掩模基部57、中间掩模平台60、平衡块59和测量支架56。
图11示出了图10的从平衡块59到中间构件55的构件的放大的横截面视图。在图11中，平衡块59通过多个空气垫62A、62B(其余的省略)设置在中间掩模基部57上。在此结构中，空气垫62A、62B通过空气轴承方法在中间掩模基部57上平滑地移动。此外，平衡块59的底表面和空气垫62A、62B通过作为具有小横截面积的构件的弯曲部63(弯曲机构)以一种可能达到一定程度的相对旋转的状态彼此耦联。
在图10中，同样在此实施例中，为了控制凸缘18和投影光学系统PLA相对于支柱33A、33B、33C在六个自由度内的相对位置，设置有六轴非接触致动器54A、54B(其余的双轴致动器未示出)。其它机构与图9的实施方式中的相同，并且测量支架15通过运动学支撑方法耦联到凸缘18的底表面，并且激光干涉仪系统12等固定到测量支架15。
在此实施例中，中间掩模R的图案经由投影光学系统PLA由步进和扫描方法而转印和曝光到晶片W上相应的拍摄区域上。同时，投影光学系统PLA从中间构件55悬挂和支撑，于是以与第一实施方式相同的方式，能够改善振动隔离性能，并且能够使机构部分减轻。
此外，在此实施例中，设置有平衡块59，从而抵消当中间掩模平台60在Y方向上以高速驱动时所产生的反作用力。此时，若平衡块59简单地设置在中间掩模基部57上，存在承受反作用力的平衡块59以高频率产生振动的可能性，，这将使得中间掩模基部57振动，并且中间掩模平台60的位置测量精度可能会劣化。为了避免这种情况，在此实施例中，如图11所示，平衡块59(刚性结构)和空气垫62A、62B(刚性结构)通过弯曲部63(柔性结构)耦联，于是由平衡块59产生的振动几乎不会传递到中间掩模基部57，并且中间掩模平台60的位置和速度能够以高精度的方式控制。
如图10所示，以同样的方式，中间构件55和中间掩模基部57(刚性结构)通过枢轴58A、58B(柔性结构)耦联，于是中间掩模基部57的振动不会传递到设置有激光干涉仪系统的测量支架56。因此，同样由此观点，中间掩模平台60的位置和速度能够以高精度的方式控制。
换言之，在此实施例中，通过弯曲部63执行柔性耦联，使得平衡块59的振动的力矩不会传递到中间掩模基部57，该中间掩模基部是另一个结构体。此外，通过枢轴58A、58B实现柔性耦联，使得中间掩模基部57的振动的力矩不会传递到中间构件55，该中间构件55是另一个结构体。由此，还能够使用弯曲机构代替枢轴58A、58B。通过此类柔性结构的支撑还能够称为“动力学支撑”(包括半动力学和伪动力学支撑，用于避免应力集中和振动衰减)。
在此情形下，如图10所示，例如，当中间掩模基部57振动时，第一振动模式的节点的位置不位移。仅产生旋转力矩，并且实现柔性耦联，由于枢轴58A、58B，允许该柔性耦联旋转。因此，实质上没有振动能量传递到中间构件55或传递到测量支架56。
使用这种类型的结构，并且在中间构件55中而不是在中间掩模基部57中，设置有具有激光干涉仪系统的测量支架56，该激光干涉仪系统监控中间掩模平台60的位置。因此，例如，能够减小由于中间掩模基部57的凹度而产生的阿贝(Abbe)误差(由弯曲角的正弦值确定的误差)。此外，投影光学系统PLA从中间构件55悬挂，于是在水平方向上实现柔性耦联，其进一步屏蔽了振动传递。
同时，在竖直方向(Z方向)的振动屏蔽效应比较小。从而，理想地，期望一种结构，其中中间掩模基部57装载在振动隔离构件上，并且得以主动地控制其位置。为此目的，例如，在图10中，中间掩模基部57能够由三个主动型振动隔离构件支撑在未示出的支柱上。这些主动振动隔离构件包括空气阻尼器和电磁阻尼器(诸如音圈马达)，其在Z方向上产生可变的推力。在此结构中，相对于用于中间掩模基部57的三个主动振动隔离构件，在竖直方向上仅有三个自由度(Z方向的位置、俯仰角和横摇角)能够相对于投影光学系统PLA而控制。该控制波段范围例如约为10Hz。
若使用由这种类型的主动振动隔离构件的柔性耦联，在中间掩模基部57(中间掩模平台60)和投影光学系统PLA之间没有振动能量的相对干涉、波动负载和热位移。此外，执行刚性结构的主动相对定位，于是由于柔性耦联，不会产生问题。特别地，在该实施例的扫描曝光装置的情形下，如果设置有一种功能，其中中间掩模基部57和投影光学系统PLA通过上述柔性机构耦联，并且相对于彼此执行主动定位，支撑中间掩模基部57和投影光学系统PLA的支撑机构不需要具有高刚度，这有助于设备的减轻、温度稳定性以及大空间的获得。
此外，根据图10的实施方式，投影光学系统PLA从上部的中间构件55悬挂，于是从中心到下部没有任何事物干涉到空气的流动。由此，通过例如向下流动方法能够有效地执行该设备的空气调节。此外，获得大的空间，于是能够增加用于设计设置在测量支架15和56内的各种传感器等的自由度。此外，在替换投影光学系统PLA的情形下，投影光学系统PLA能够很容易地由一种方法引入并取出，该方法中具有测量支架15的投影光学系统PLA从杆52A-52C(耦联构件)取下，并穿过未示出的门形支柱。若使用此种结构，事先调节测量系统和投影光学系统PLA之间的定位关系，并且可以按照原样地结合到该设备中。从而，能够实现装配过程的减少和成本的降低。
第五实施方式
下面参照图12和13解释本发明的第五实施方式。在此实施例中，通过使用具有杆的支撑结构从下方支撑投影光学系统PL。在图12和13中，相同的编号用于与图1到11相应的部分。于是，这里省略这些部分的详细解释。投影光学系统PL的凸缘18安装到设置有开口的基部模制件64。该基部模制件64由支撑机构从基板BP支撑。支撑机构通过基部模制件在Z方向上柔性地支撑投影光学系统PL，并同样在水平方向(XY方向)柔性地支撑投影光学系统PL。在此实施方式中，支撑机构设置有：三个杆65，所述杆在Z方向是刚性的，并且在水平方向(XY方向)是柔性的；弯曲部66A、66B，其形成于杆65的两端部；和耦联部分，其将基部模制件64与弯曲部66A的上部侧相连接。此外，在此实施方式中，杆65和弯曲部66A一体地形成，但是，使用板簧等将它们分开也是可以接受的。此外，在此实施方式中，杆65的长度是1m或更长。
相对于弯曲部66A、66B，以与图5所示的弯曲部38Aa、38Ab相同的方式，除了Z方向的延伸之外，可以有在五个自由度的位移。由此，几乎没有任何施加的力作用在基部模制件64和基板BP之间。因此，来自于基板BP的振动等不容易使基部模制件64变形。
此外，本实施方式的支撑机构设置有振动隔离垫67，其设置在基板BP上，并且这抑制从基板BP传递的Z方向的振动。例如，空气弹簧能够用作该振动隔离垫67。
此外，在此实施方式中，如图13所示，基部模制件64由三个支撑机构支撑。
此外，在此实施方式中，如图13所示，中间掩模基部57由四个支柱33A-33D支撑。包括构成致动器54A的定子的竖直线圈和水平线圈的未示出的线圈设置在支柱33A和33C之间，与基部模制件64相对。以同样的方式，包括构成致动器54B的定子的竖直线圈和水平线圈的未示出的线圈设置在支柱33B和33D之间，与基部模制件64相对。构成致动器54A、54B的可移动元件的永磁铁设置在基部模制件64内。
致动器54A、54B由三个在Z方向上移动基部模制件64的致动器和三个在周向方向上移动基部模制件的致动器构成。致动器54A、54B控制基部模制件64的六个自由度。
若投影光学系统PL由平行连杆机构支撑，则投影光学系统PL在Z方向和水平方向(XY方向)刚性地支撑。与此相反，如上所述，本实施方式的支撑机构在Z方向和水平方向(XY方向)柔性地支撑投影光学系统PL，则能够使得支撑机构的重量变轻，并且能够有效地隔绝投影光学系统PL的振动。
此外，在此实施方式中，投影光学系统PL由基部模制件64支撑，但是也能够直接地支撑投影光学系统PL。在此情形下，支撑机构能够例如通过使用投影光学系统PL的凸缘18直接支撑投影光学系统PL。
此外，使用本实施方式的支撑机构，能够从上方悬挂投影光学系统PL。此外，在上述实施方式中，使用线材或杆支撑投影光学系统PL，但是还能够使用链条支撑投影光学系统。本实施方式的曝光装置能够应用到上述静止曝光类型的曝光装置中，或者应用到扫描类型的曝光装置中。
上述实施方式的投影曝光装置能够通过下列步骤制造：结合并光学地调节照射光学系统，该照射光学系统包括多个透镜和曝光装置主体内的投影曝光系统；并将包括多个机械部件的晶片平台和中间掩模平台安装到曝光装置的主体上；连接线材和管道；并执行总体调节(电调节、操作检查等)。此外，优选地，投影曝光装置的制造在温度和清洁度受控的清洁房间内进行。
此外，当通过使用上述实施方式的投影曝光装置制造半导体设备时，该半导体设备通过下列步骤制造：设计设备的性能和功能的步骤，基于设计步骤来制造中间掩模的步骤，从硅材料形成晶片的步骤，通过上述实施方式的曝光装置执行对准并在晶片上曝光中间掩模的图案的步骤，形成电路图案例如蚀刻等的步骤，装配设备的步骤(包括切割过程、粘结过程、包装过程)，测试步骤等。
本发明能够应用到例如制造如国际公开No.WO 99/49504中披露的曝光装置的液晶面板。此外，本发明能够应用到使用具有波长为几纳米到100纳米的极紫外光(EUV光)作为曝光光束的投影曝光装置。
此外，本发明不限于制造半导体设备的曝光装置的应用中。例如，本发明能够应用到用于制造各种设备的曝光装置，这些设备诸如形成于方形玻璃板上的液晶显示元件，或者诸如等离子显示器等的显示设备，或者成像元件(CCD)、微电机、薄膜磁头、DNA芯片等。此外，本发明能够应用到曝光工艺(曝光装置)中，其中具有各种设备的掩模图案的掩模(光掩模、中间掩模等)通过使用光刻工艺形成。
根据本发明的一些方面，当作为刚性结构的投影光学系统相对于作为刚性结构的预定构件通过作为柔性结构的耦联构件而悬挂和支撑时，存在一种使用刚性和柔性结构两者的优点的可能性。因此，相对于传统的实施例，能够减小刚性结构所占的比率，于是不会降低设备的性能，能够使机构部分减轻，并能够降低成本。
如图所示，与附连到凸缘18的上表面不同，耦联构件能够穿过支撑构件(凸缘18)内的孔延伸并附连到凸缘18的下表面，或者能够附连到凸缘18的内部。
尽管已经参照本发明的示例性的优选实施方式对其进行了描述，需要理解的是，本发明不限于优选的实施方式和结构。本发明试图覆盖各种改进和设置。此外，尽管以各种示例性的组合形式和构造示出了优选实施方式的各个元件，包括或多或少或者仅有单个元件的其它组合形式和构造也落入本发明的精神和范围内。

Claims (55)

1.一种投影光学设备，包括：
投影光学系统，其投影图案的图像；
支撑设备，其具有柔性结构以支撑所述投影光学系统；和
定位设备，其具有致动器以定位所述投影光学系统。
2.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述柔性结构在垂直于所述投影光学系统的光轴的方向的特征频率低于在平行于所述投影光学系统的光轴的方向的特征频率。
3.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述柔性结构包括线材。
4.如权利要求3所述的投影光学设备，其中所述柔性结构包括耦联到所述线材的弯曲部。
5.如权利要求4所述的投影光学设备，其中所述弯曲部是弹簧。
6.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述柔性结构的长度至少为1米。
7.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述柔性结构包括杆构件和设置在所述杆构件的至少一端上的弯曲部。
8.如权利要求7所述的投影光学设备，其中在所述杆构件的两端上设置有弯曲部。
9.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述支撑设备从所述投影光学系统的上侧支撑所述投影光学系统。
10.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述支撑设备从所述投影光学系统的下方支撑所述投影光学系统。
11.如权利要求1所述的投影光学设备，还包括振动隔离部分，其减小所述投影光学系统在光轴方向的振动，所述振动隔离部分设置在所述柔性结构的一端处。
12.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述支撑设备包括框架，所述柔性结构的一端附连到所述框架，使得所述投影光学系统通过所述柔性结构从所述框架悬挂。
13.如权利要求12所述的投影光学设备，其中致动器相对于所述框架以非接触的方式定位所述投影光学系统。
14.如权利要求13所述的投影光学设备，其中所述定位设备包括：
位移传感器，其测量所述投影光学系统相对于所述框架的六个自由度的位移信息。
15.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述支撑设备通过固定到所述投影光学系统的侧表面的凸缘部分支撑所述投影光学系统；并且还包括测量单元，其相对于所述凸缘部分被动力学地支撑，并且其设置有用于测量所述投影光学系统和预定构件之间的位置关系的传感器。
16.如权利要求1所述的投影光学设备，其中形成有图案的构件一体地固定到所述投影光学系统。
17.如权利要求16所述的投影光学设备，还包括微量移动机构，其相对于所述投影光学系统微量移动形成有图案的所述构件。
18.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述支撑设备包括框架，所述柔性结构的一端附连到所述框架，使得所述投影光学系统通过所述柔性结构从所述框架悬挂；并且还包括：
基部，其通过振动隔离构件由所述框架支撑；和
平台，其在所述基部上驱动形成有图案的构件。
19.如权利要求18所述的投影光学设备，其中所述振动隔离构件包括枢轴和弯曲部中的一个。
20.如权利要求18所述的投影光学设备，还包括：
平衡块，其在所述基部上移动，从而抵消由所述平台的运动所产生的反作用力；和
弯曲部，其在所述基部上支撑所述平衡块。
21.如权利要求1所述的投影光学设备，其中所述投影光学系统设置在向下流动的环境中。
22.如权利要求15所述的投影光学设备，其中所述测量单元包括激光干涉仪，并且还包括局部气体流动系统，所述局部气体流动系统执行气体相对于由所述激光干涉仪所使用的激光束的光路的局部向下流动。
23.如权利要求1所述的投影光学设备，还包括：
管子，其沿着所述投影光学系统的侧表面设置；和
液体供应设备，其向所述管子供应冷却液。
24.具有根据权利要求1所述的投影光学设备的曝光装置，其中所述图案的图像通过所述投影光学系统转印并曝光到基底上。
25.一种投影光学设备，包括：
投影光学系统，其投影图案的图像；和
液体供应设备，其利用重力将温度受控的液体供应至所述投影光学系统的侧表面，从而使得所述温度受控的液体沿着所述投影光学系统的所述侧表面流动。
26.如权利要求25所述的投影光学设备，其中所述液体供应设备包括：
管子，其绕所述投影光学系统的所述侧表面卷绕；和
液体循环系统，其由虹吸原理使所述温度受控的液体通过所述管子循环。
27.具有根据权利要求25所述的投影光学设备的曝光装置，其中所述图案的图像通过所述投影光学系统转印并曝光到基底上。
28.如权利要求25所述的投影光学设备，其中所述液体供应设备包括：
液体储存器，其设置为邻近于所述投影光学系统的竖直向上部分；
管子，其绕所述投影光学系统的所述侧表面卷绕，所述管子与所述液体储存器相连通；和
液体返回通道，流经所述管子的液体通过所述液体返回通道返回到所述液体储存器。
29.如权利要求28所述的投影光学设备，其中所述液体返回通道包括温度控制系统，其控制所述液体的温度，所述温度控制系统包括泵，其将所述液体泵送到所述液体储存器。
30.一种控制投影光学系统温度的方法，所述投影光学系统在投影光学设备中投影图案的图像，所述方法包括：
利用重力将温度受控的液体供应至所述投影光学系统的侧表面，从而使得所述温度受控的液体沿着所述投影光学系统的所述侧表面流动。
31.如权利要求30所述的方法，其中：
通过管子供应所述温度受控的液体，所述管子绕所述投影光学系统的所述侧表面卷绕，从而控制所述投影光学系统的温度；并且还包括：
由虹吸原理使冷却液通过所述管子而循环。
32.如权利要求30所述的方法，还包括：
提供液体储存器，所述液体储存器设置为邻近于所述投影光学系统的竖直向上部分；
向所述管子供应所述温度受控的液体，所述管子从所述液体储存器开始绕着所述投影光学系统的所述侧表面卷绕；和
使流经所述管子的所述流体由所述液体返回通道返回到所述液体储存器。
33.如权利要求32所述的方法，还包括：
通过使用温度控制系统控制所述液体返回通道中的所述液体的温度；和
通过使用泵将所述液体泵送穿过所述液体返回通道并进入到所述液体储存器中。
34.一种支撑投影光学系统的方法，所述投影光学系统在投影光学设备中投影图案的图像，所述方法包括：
由支撑设备的柔性结构支撑所述投影光学系统；和
通过定位设备的致动器定位所述投影光学系统。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述柔性结构在垂直于所述投影光学系统的光轴的方向的特征频率低于在平行于所述投影光学系统的光轴的方向的特征频率。
36.如权利要求34所述的方法，其中所述柔性结构包括线材。
37.如权利要求36所述的方法，其中所述柔性结构包括耦联到所述线材的弯曲部。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述弯曲部是弹簧。
39.如权利要求34所述的方法，其中所述柔性结构的长度至少为1米。
40.如权利要求34所述的方法，其中所述柔性结构包括杆构件和设置在所述杆构件的至少一端上的弯曲部。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述杆构件具有设置在所述杆构件两端上的弯曲部。
42.如权利要求34所述的方法，其中所述支撑设备从所述投影光学系统的上侧支撑所述投影光学系统。
43.如权利要求34所述的方法，其中所述支撑设备从所述投影光学系统的下方支撑所述投影光学系统。
44.如权利要求34所述的方法，还包括：
在所述柔性结构的一端处设置振动隔离部分，所述振动隔离部分减小所述投影光学系统在光轴方向的振动。
45.如权利要求34所述的方法，其中所述支撑设备包括框架，所述柔性结构的一端附连到所述框架，使得所述投影光学系统由所述柔性结构从所述框架悬挂。
46.如权利要求45所述的方法，其中所述致动器相对于所述框架以非接触的方式定位所述投影光学系统。
47.如权利要求46所述的方法，其中所述致动器测量所述投影光学系统相对于所述框架的六个自由度的位移信息。
48如权利要求34所述的方法，其中所述支撑设备由固定到所述投影光学系统的侧表面的凸缘部分支撑所述投影光学系统；并且还包括：
提供测量单元，其相对于所述凸缘部分被动力学地支撑并且其包括用于测量所述投影光学系统和预定构件之间的位置关系的传感器。
49.如权利要求34所述的方法，还包括：
提供微量移动机构，其相对于所述投影光学系统微量移动形成有所述图案的构件。
50.如权利要求34所述的方法，其中所述支撑设备包括框架，所述柔性结构的一端附连到所述框架，使得所述投影光学系统由所述柔性结构从所述框架悬挂；并且还包括：
提供基部，所述基部通过振动隔离构件由所述框架支撑；和
提供平台，所述平台在所述基部上驱动形成有所述图案的构件。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述振动隔离构件包括枢轴和弯曲部中的一个。
52.如权利要求50所述的方法，还包括：
提供在所述基部上移动的平衡块，从而抵消由所述平台的运动所产生的反作用力；和
提供在所述基部上支撑所述平衡块的弯曲部。
53.如权利要求34所述的方法，还包括：
将所述投影光学系统设置在向下流动的环境中。
54.如权利要求48所述的方法，其中所述测量单元包括激光干涉仪，并且还包括：
提供局部气体流动系统，所述局部气体流动系统执行气体相对于由所述激光干涉仪所使用的激光束的光路的局部向下流动。
55.如权利要求34所述的方法，还包括：
提供沿着所述投影光学系统的侧表面设置的管子；和
提供向所述管子供应冷却液的液体供应设备。
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