CN1322374C - 曝光装置和曝光方法 - Google Patents

Abstract

一种曝光装置，具有检测气压的气压计、驱动投影光学系统的透镜的透镜驱动单元、改变曝光光源的波长的光源波长驱动单元、和可以在光轴方向上驱动晶片台的晶片台驱动单元，可以通过透镜驱动单元、光源波长驱动单元和晶片台驱动单元校正由于气压变动产生的象差。这里，在该曝光装置的拍摄曝光中用透镜驱动单元和/或晶片台驱动单元校正象差，在非曝光时(拍摄之间)用光源波长驱动单元和/或透镜驱动单元和晶片台驱动单元校正象差。

Description

曝光装置和曝光方法

技术领域

本发明涉及校正由于气压变化产生的投影光学系统的象差，可以实现高精度曝光处理的技术，特别是，涉及适合于半导体曝光装置和器件制造装置的技术。

背景技术

在半导体曝光装置中，当气压变化时发生作为光学特性误差的象差。关于由于日常的缓慢的气压变化产生的象差的校正方法，例如是在日本平成8年公布的8-305034号专利公报中公开的方法。在日本平成8年公布的8-305034号专利公报中，主要用单一的玻璃材料构成投影光学系统，对每块晶片测定气压，通过与气压变化相应地改变曝光光源的波长校正象差，并且为了校正在过程间的放大倍数差在光轴方向驱动投影透镜对投影放大倍数进行校正。

近年来的IC和LSI等的半导体集成电路，其图案越来越微细化，与此相伴要求曝光成像特性高精度化。因此，即便是微小的气压变化也难以允许。关于在设置曝光装置的环境中，由于人的主要原因等产生的微小但是急剧的气压变化产生象差的校正方法，例如是在日本2001年公布的2001-085292号专利公报中公开的方法。在日本2001年公布的2001-085292号专利公报中，表示了因为存在着由于净化间中的房门开闭产生0.5hPa/sec左右的气压变动的情形，所以用响应性良好的激光干涉仪的气压计检测气压变化，通过在光轴方向驱动投影透镜校正由检测出的气压变化引起的象差的方法、和通过改变曝光光源的波长校正由检测出的气压变化引起的象差的方法。

一般，由于气压变化产生的象差，投影放大倍数和焦点非常大，通过校正使其减少的必要性很高。另一方面，因为畸变、球差、慧差、象散、像面弯曲等的象差比较小所以不成为曝光特性上的问题的情形是很多的。

但是在前面所示的日本平成8年公布的8-305034号专利公报中，没有对于由于曝光中的气压变化产生的象差进行校正的部件。又，也没有考虑不用单一的玻璃材料构成投影光学系统的情形中的象差校正部件。又，在日本2001年公布的2001-085292号专利公报中，述说了用由响应性良好的激光干涉仪构成的气压计进行校正的方法，但是存在着由激光干涉仪构成的气压计，因为由于温度和湿度的环境条件变化产生气压误差，所以不能够进行正确的象差校正的情形。

发明内容

本发明就是鉴于上述课题提出的，本发明的目的是校正由于微小的气压变化和急剧的气压变化产生的光学系统的象差，可以实现高精度的曝光处理。

为了达到上述目的的根据本发明的曝光装置备有下列构成。即，包括：使光线从掩模引导到晶片的投影光学系统；测量上述装置中的气压的压力测量部件；驱动上述投影光学系统中的透镜的透镜驱动部件；改变光波长的光源驱动部件；以及根据上述压力测量部件所输出的信号，在上述曝光装置的曝光状态下指示上述透镜驱动部件驱动透镜，仅在上述曝光装置的非曝光状态下指示上述光源驱动部件改变波长的指示部件。

又，为了达到上述目的的根据本发明的其它样态的曝光装置备有下列构成。即，检测气压绝对值的第1气压计、比上述第1气压计更高速地检测气压绝对值或相对值的第2气压计、用上述第1气压计的输出校正上述第2气压计的输出，将校正结果作为测量的气压值输出的校正部件、和根据上述校正部件输出的气压值进行象差校正的象差校正部件。

又，为了达到上述目的的根据本发明的曝光方法是一种使用曝光装置的曝光方法，所述曝光装置包括使光线从掩模引导到晶片的投影光学系统；测量所述装置中的气压的压力测量部件；驱动所述投影光学系统中的透镜的透镜驱动部件；以及改变光波长的光源驱动部件，该曝光方法具有：第1指示步骤，所述上述压力测量部件所输出的信号在所述曝光装置的曝光状态下指示所述透镜驱动部件驱动透镜；第2指示步骤，根据所述压力测量部件所输出的信号仅在所述曝光装置的非曝光状态下指示所述光源驱动部件改变波长。

又，为了达到上述目的的根据本发明的其它样态的象差校正方法是在曝光装置中校正伴随气压变动的象差的方法，备有用检测气压绝对值的第1气压计的输出，校正比上述第1气压计更高速地检测气压绝对值或相对值的第2气压计的输出，将校正结果作为测量的气压值输出的校正工序、和根据上述校正工序输出的气压值进行象差校正的象差校正工序。

从结合附图的下列描述，本发明的其它特点和优点将变得很清楚，其中在全部附图中在相同或相似的部件上加上相同的参照标号。

附图说明

与本专利说明书结合并构成本专利说明书一部分的附图说明本发明的实施形态，并与描述一起，用于解释本发明的原理。

图1是表示根据第1实施形态的曝光装置的构成的图。

图2是表示根据第1实施形态的校正计算单元的构成例的框图。

图3A～E是表示与第1实施形态有关的象差校正的时序图的图。

图4是表示与第3实施形态有关的曝光装置的构成的图。

图5是表示根据第3实施形态的校正计算单元的构成例的方框图。

图6是表示根据第3实施形态的校正计算单元的构成例的方框图。

图7是表示第4实施形态中的校正计算单元的构成例的方框图。

图8是表示第5实施形态中的校正计算单元的构成例的方框图。

图9是表示第1实施形态中的照明光学系统和曝光光源的构成例的方框图。

图10是表示半导体器件的制造流程的图。

图11是表示加工晶片的详细流程的图。

具体实施方式

现在我们按照附图详细描述本发明的优先实施形态。

(第1实施形态)

图1是与第1实施形态有关的曝光装置的构成图。在图1中，从曝光光源80射出的曝光光，通过照明光学系统90，照射到设置在分光板台142上的分光板(reticule)140。透过分光板140的曝光光透过投影光学系统101中的透镜组102、104、106、108、110，到达设置在晶片台130上的晶片132。这样，将在分光板140上描绘的微细的图案烧制在晶片132上的各芯片上。此外，在本构成图中，作为透镜组表示5个透镜，但是在通常的曝光装置中，装备着20～30个左右的透镜。

在曝光光源80中用KrF和ArF的激光光源的情形是很多的，曝光光源80和照明光学系统90简略地由图9所示的构成表示。

我们按照图9说明曝光光源80和照明光学系统90的构成。曝光光源80

由激光谐振腔82、透过镜84、波长选择元件86和波长选择驱动机构88构成。作为波长选择元件86，通过使用棱镜、光栅、标准具等可以使波长带窄带化，通过由波长选择驱动机构88改变波长选择元件86的角度，能够改变激光的波长。波长选择驱动机构88能够由步进马达和压电元件等构成。从曝光光源80射出的激光，在透过照明光学系统90的会聚透镜92后，由镜子94导向从而使其照射在分光板上。

现在回到图1继续进行说明。激光驱动单元70能够通过驱动前面所述的图9的波长选择驱动机构88改变曝光光源80的激光波长。透镜驱动单元50能够驱动激光驱动机构100在光轴方向上改变透镜104的位置。激光驱动机构100能够由利用空气压力的调节器和压电元件等构成。此外，在本构成图中，透镜驱动机构只表示为1个系统，但是也可以具有多个透镜驱动机构那样地进行构成。

由主控制单元60对整个曝光装置进行控制，由晶片台驱动单元65对晶片台130进行步进和反复或步进和扫描驱动。

气压计120用于测定曝光装置内的气压，也可以设置在曝光装置内的任何地方或投影光学系统101的附近或投影光学系统101的内部。将气压计120的输出信号输入到校正计算单元10。校正计算单元10根据从气压计120输入的测定值指示激光驱动单元70变更激光的波长，指示透镜驱动单元50在光轴方向上驱动透镜，指示晶片台驱动单元65在Z方向上驱动晶片台，校正由于气压变动引起的象差。

其次，我们参照图2和图3说明校正计算单元10的构成和工作。

图2是校正计算单元10的构成图。模型计算单元20对由气压计120测定的气压数据和投影光学系统101的透镜组102、104、106、108、110的气体压力的应答偏差进行补偿。一般地，投影光学系统内的透镜组的气体压力对于曝光装置内的气压变化表示出1次延迟特性。因此，当将气压计120设置在投影光学系统的外部时，预先测定气压计120中的气压特性和透镜组的气体压力特性，进行模型化。而且模型计算单元20参照该模型，补偿气压计120的测量值得到透镜组的气体压力。又，当将气压计120设置在投影光学系统内部时，因为应答偏差小，所以也可以省略模型计算单元20。此外，气压计120的检测噪声大时，需要时也可以进行滤波等的平滑化计算。

数据保持单元22根据来自主控制单元60的定时信号，保持来自模型计算单元20的信号。定时信号最好是在曝光刚结束后，我们用图3A～E说明它们的工作。

图3A～E是表示校正计算单元10的工作的时序图。图3A是用气压计120检测出的气压数据，当在模型计算单元20中完成应答偏差的补偿计算时，作为模型计算单元20的输出。图3B表示曝光即一次拍摄的接通/断开(ON/OFF)。非曝光时的象差校正用曝光结束成为断开时的气压数据。如上所述最好用曝光刚结束后的气压数据(图3A的×号)。图3E表示在数据保持单元22中保持气压数据的样子，根据来自图2的主控制单元60的定时信号保持曝光刚结束后的气压数据。我们在后面述说图3D。

现在回到图2继续说明校正计算单元10的工作。用加减法器26比较保持在数据保持单元22中的曝光刚结束后的气压数据和气压的基准值24，计算它们的差，输入到象差校正计算单元28。在象差校正计算单元28中，根据来自曝光刚结束后更新的加减法器26的气压差数据算出校正象差所需的光源的波长驱动量和透镜驱动量。

一般地，由于气压变化产生的象差，投影放大倍数和焦点非常大，通过校正使其减少的必要性很高。另一方面，因为畸变、球差、慧差、象散、像面弯曲等的象差比较小所以不成为曝光特性上的问题的情形是很多的。

投影光学系统的透镜，根据它的光学设计，通过在光轴方向上改变位置，可以使象差发生变化。通常，通过由透镜驱动机构使1个透镜在光轴方向上改变位置，使1个象差发生很大变化地进行设计的情形是很多的。例如，可以为了通过由图1的激光驱动机构100在光轴方向上改变透镜104的位置，使投影放大倍数变化而进行光学设计。但是，当投影放大倍数变化时，存在着虽然很小，但是其它象差，例如畸变、球差、慧差、象散、像面弯曲等发生变化的情形。最好它们在精度上不会成为问题，但是当成为问题时，需要由激光驱动机构在光轴方向上改变其它透镜的位置，减少象差。从而，一般地，进行能够通过在光轴方向上改变n组透镜的位置，校正n个象差那样地进行光学设计。另一方面，当改变曝光光的波长时，各象差发生变化。因为象差对于波长变化的灵敏度与透镜设计有关而不同，不能够一概地进行规定，即，存在着与波长变化相应地变化大的象差和仅仅微小变化的象差。

又，如上所述，当通过在光轴方向上改变n组透镜的位置，并且改变曝光光的波长进行象差校正时，能够校正n+1个象差。

例如，试着考虑通过驱动3组透镜和改变曝光光的波长，对4个象差，假定，投影放大倍数、畸变、慧差、像面弯曲进行校正的情形。通常，进行由于气压变化产生的各象差对于气压是线性的那样的光学设计。因此，假定各象差对于气压变化线性变化，具有投影放大倍数：δMag、畸变：δDist、慧差：δCm、像面弯曲：δFc的各个气压灵敏度。这时，当气压从基准值变化ΔP时，由于气压变化产生的象差，用下面的公式(1)预测ΔMag、ΔDist、ΔCm、ΔFc。当令校正这些象差所需的3组的透镜驱动量和曝光光的波长变更量为ΔL1、ΔL2、ΔL3、Δλ，将与各透镜驱动和波长变更有关的各个象差灵敏度表示为4行4列的行列式A时，用行列式计算公式(2)、(3)，通过解行列式计算公式(4)算出对由于气压变化产生的象差进行校正所需的各驱动量，ΔL1、ΔL2、ΔL3、Δλ。这里，A^-1是4行4列的行列式A的逆行列式。

$\begin{array}{cc}& \\ & \end{array}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔMag}\\ \mathrm{\ΔDist}\\ \mathrm{\ΔCm}\\ \mathrm{\ΔFc}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δMag}\\ \mathrm{\δDist}\\ \mathrm{\δCm}\\ \mathrm{\δFc}\end{array}\right]\mathrm{\ΔP}...\left(1\right)$

$\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Mag}1& \mathrm{Mag}2& \mathrm{Mag}3& \mathrm{Mag}4\\ \mathrm{Dist}1& \mathrm{Dist}2& \mathrm{Dist}3& \mathrm{Dist}4\\ \mathrm{Cm}1& \mathrm{Cm}2& \mathrm{Cm}3& \mathrm{Cm}4\\ \mathrm{Fc}1& \mathrm{Fc}2& \mathrm{Fc}3& \mathrm{Fc}4\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔL}1\\ \mathrm{\ΔL}2\\ \mathrm{\ΔL}3\\ \mathrm{\Δ\λ}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔMag}\\ \mathrm{\ΔDist}\\ \mathrm{\ΔCm}\\ \mathrm{\ΔFc}\end{array}\right]...\left(2\right)$

$A=\left[\begin{array}{cccc}\mathrm{Mag}1& \mathrm{Mag}2& \mathrm{Mag}3& \mathrm{Mag}4\\ \mathrm{Dist}1& \mathrm{Dist}2& \mathrm{Dist}3& \mathrm{Dist}4\\ \mathrm{Cm}1& \mathrm{Cm}2& \mathrm{Cm}3& \mathrm{Cm}4\\ \mathrm{Fc}1& \mathrm{Fc}2& \mathrm{Fc}3& \mathrm{Fc}4\end{array}\right]...\left(3\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔL}1\\ \mathrm{\ΔL}2\\ \mathrm{\ΔL}3\\ \mathrm{\Δ\λ}\end{array}\right]=A^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\ΔMag}\\ \mathrm{\ΔDist}\\ \mathrm{\ΔCm}\\ \mathrm{\ΔFc}\end{array}\right]...\left(4\right)$

在象差校正计算单元28中，根据来自曝光刚结束后反复发送的来自加减法器26的气压差数据，用公式(1)预测由于气压变化产生的象差，用公式(4)算出校正象差所需的透镜驱动量和曝光光的波长驱动量。在将算出的透镜驱动量输入到加法器34后，再输出到透镜驱动单元50。透镜驱动单元50按照该透镜驱动量由透镜驱动机构单元在光轴方向上改变透镜的位置。又，将由象差校正计算单元28如上所述地算出的曝光光的波长变更量输入到激光驱动单元70。激光驱动单元70，按照输入的激光波长变更量，由曝光光源80的波长选择驱动机构88变更曝光光的波长。由以上的n组透镜驱动和波长变更对n+1个象差进行校正。

又，对焦点的校正也可以通过在光轴方向上驱动晶片台130进行校正。如下地进行由晶片台130实施的校正。首先，当由于气压变化产生焦点误差和由于上述透镜驱动和波长变更产生焦点误差时，用另一种方法在象差校正计算单元28中计算该焦点误差，得到用于焦点校正的晶片台驱动量。将该晶片台驱动量输入到加法器36，并输出到晶片台驱动单元65。晶片台驱动单元65在光轴方向上改变晶片台130的位置校正焦点。除了由上述n组的透镜驱动和波长变更进行的象差校正外，通过再加上由这种晶片台的光轴方向驱动进行的象差校正，可以校正n+2个象差。

如上那样象差校正计算单元28算出每次曝光结束时校正由于气压变化产生的象差所需的透镜驱动量和曝光光的波长变更量(和晶片台的光轴方向驱动量)。根据这些驱动量在图3C所示的那种定时进行校正。将这种校正称为拍摄(shot)间校正，根据曝光刚结束后的气压数据在每个拍摄与拍摄之间进行拍摄间校正。

此外，当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过改变曝光光的波长对全部象差进行校正。这时，象差校正计算单元28根据曝光刚结束后反复发送的来自加减法器26的气压差数据，在光学设计上，算出从对于离开线性近似的基准气压的气压变化的曝光光的波长变更量特性式算出波长变更量。而且，具有将该波长变更量输入到激光驱动单元70，由曝光光源80的波长选择驱动机构88改变波长，校正由于气压变化产生的象差那样的构成。这时，可以只对曝光光的波长驱动进行拍摄间的校正，不需要进行透镜驱动和晶片台的光轴方向的驱动。

其次，我们说明对于曝光中的气压变化的实时校正。

如图3所示，气压总是在变化的，也存在着由于人的主要原因等产生的微小但是急剧的气压变化的情形。例如，也存在着由于净化室中的房门开闭产生0.5hPa/sec左右的气压变动的情形。因此，即便根据上述拍摄间校正对由于气压变化引起的象差进行校正，如图3A那样，当曝光中气压发生变化时，由此，发生象差，不能够进行高精度的曝光。所以，在本实施形态的校正计算单元10中，能够实现与曝光中(拍摄中)的气压变动相应的实时校正驱动。

在图2的校正计算单元10中，将数据保持单元22的输出输入到加减法器26，并且也输入到加减法器30。在加减法器30中，比较数据保持单元22的输出和来自模型计算单元20的气压数据，输出它们的气压差分值。该气压差分值，如图3D所示，表示进行拍摄间校正后的气压变化，时时刻刻，即实时地输入到实时象差校正计算单元32。此外，在本实施形态中，在非曝光时，通过调整曝光光源的波长等的其它要因，使用于象差校正的透镜驱动位置回到中立位置。如果这样做，则在非曝光时使用于气压校正的透镜驱动量置零，抑制透镜驱动量的乘积值，能够在较少的透镜驱动范围内校正由于气压变化引起的象差，可以实现透镜驱动机构的简略化和小型/轻量化。

在实时校正计算单元32中，算出用于在光轴方向上改变m组透镜的位置，校正m个象差的透镜驱动量。此外，m为1组以上时，组数在拍摄间校正中使用的n组以下。

例如，试着考虑通过驱动m＝3组的透镜对3个象差，假定，投影放大倍数、畸变、慧差进行校正的情形。当令输入到校正计算单元32的气压变化为ΔP_-RT时，由于该气压变化产生的象差用下列公式(5)预测为ΔMag_RT、ΔDist_RT、ΔCm_RT。当令校正这些象差所需的3组透镜驱动量为ΔL1_RT、ΔL2_RT、ΔL3_RT，将与各透镜驱动有关的各个象差灵敏度表示为3行3列的行列式A_RT时，用行列式计算公式(6)、(7)，通过解行列式计算公式(8)算出对由于气压变化产生的象差进行校正所需的各驱动量ΔL1_RT、ΔL2_RT、ΔL3_RT。这里，A_RT ^-1是3行3列的行列式A_RT的逆行列式。

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔMag}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Dist}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Cm}}_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\δMag}\\ \mathrm{\δDist}\\ \mathrm{\δCm}\end{array}\right]\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{RT}}...\left(5\right)$

$\begin{array}{cc}& \\ \end{array}\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{Mag}1& \mathrm{Mag}2& \mathrm{Mag}3\\ \mathrm{Dist}1& \mathrm{Dist}2& \mathrm{Dist}3\\ \mathrm{Cm}1& \mathrm{Cm}2& \mathrm{Cm}3\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{L1}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{L2}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{L3}_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{Mag}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Dist}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Cm}}_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]...\left(6\right)$

$A_{\mathrm{RT}}=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{Mag}1& \mathrm{Mag}2& \mathrm{Mag}3\\ \mathrm{Dist}1& \mathrm{Dist}2& \mathrm{Dist}3\\ \mathrm{Cm}1& \mathrm{Cm}2& \mathrm{Cm}3\end{array}\right]...\left(7\right)$

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{L1}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{L2}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{L3}_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]=A_{\mathrm{RT}}^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{Mag}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Dist}}_{\mathrm{RT}}\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{Cm}}_{\mathrm{RT}}\end{array}\right]...\left(8\right)$

如上所述，在象差校正计算单元32中，从加减法器30实时地发送经过拍摄间校正后的气压变化数据，即气压差分值。而且，象差校正计算单元32根据实时地发送过来的气压变化数据(在本实施形态中为从上次拍摄结束时的气压变化)，用公式(5)预测由于气压变化产生的象差，用公式(8)实时地算出校正象差所需的透镜驱动量。将算出的透镜驱动量输入到加法器34，加上前面说明的由拍摄间校正产生的透镜驱动量，输出到透镜驱动单元50。透镜驱动单元50通过透镜驱动机构单元在光轴方向上实时地改变透镜的位置，实时地校正由于气压变化产生的象差。

又，也可以通过在光轴方向上驱动晶片台实现对焦点的校正。所以，也可以具有通过在光轴方向上改变晶片台130的位置对焦点进行校正的构成。这时，当由于气压变化数据而发生焦点误差和由于上述透镜驱动而发生焦点误差时，用另一种方法在象差校正计算单元32中计算该焦点误差，实时地得到用于校正焦点的晶片台驱动量。将该晶片台驱动量输入到加法器36，并加上来自象差校正计算单元28的焦点校正信号(拍摄间用的校正信号)，输出到晶片台驱动单元65。这样，可以具有通过在光轴方向上改变晶片台130的位置，校正焦点的构成。

此外，这时，通过m组的透镜驱动和晶片台的光轴方向驱动，可以校正m+1个象差，当m＝n组时，能够实时地校正n+1个象差。

如上那样象差校正计算单元32算出校正由于曝光中的气压变化产生的象差所需的透镜驱动量(和晶片台的光轴方向驱动量)。根据这些驱动量，对由于曝光处理中的气压变动产生的象差进行校正，即在图3D所示的那种定时进行象差校正。将这种校正称为实时校正。这样，在本实施形态中，通过曝光刚结束后的拍摄间校正，完成象差校正，能够通过实时地校正由于拍摄间发生气压变化引起的象差进行校正。

如以上说明的那样，如果根据第1实施形态，则当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过n组的透镜驱动、光源的波长驱动和晶片台的光轴方向驱动，在由于气压变化产生的象差中在拍摄间对n+2个象差进行校正，可以在拍摄中实时地校正n+1个象差。又，当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过n组的透镜驱动、光源的波长驱动和晶片台的光轴方向驱动，在由于气压变化产生的象差中，在拍摄间通过驱动曝光光的波长对全部象差进行校正，可以在拍摄中通过n组的透镜驱动和晶片台的光轴方向驱动实时地校正n+1个象差。

因此，在用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜的情形中和不是那样的情形中，能够实时地校正由于曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化产生的象差，能够构成可以实现高精度曝光的曝光装置。

(第2实施形态)

其次，我们说明第2实施形态。在第1实施形态中，在拍摄间和拍摄中切换象差校正工作，但是在第2实施形态中通过在粗的时间间隔中进行象差校正和在细的时间间隔中进行象差校正，切换象差校正工作。

在下面说明的第2实施形态中，在细的时间间隔中的象差校正中，通过透镜的光轴方向驱动对象差进行校正，而在粗的时间间隔中的象差校正通过曝光光的波长驱动或透镜的光轴方向驱动和曝光光的波长驱动对象差进行校正。这里，在到晶片曝光处理中的曝光中和当非曝光时反复实施在细的时间间隔中的象差校正，而当晶片交换处理时实施在粗的时间间隔中的象差校正。

第2实施形态中的校正计算单元10的构成与第1实施形态(图2)相同。在第2实施形态中，来自主控制单元60的定时信号是不同的。

即，在1个晶片的曝光处理全部结束后向图2中的数据保持单元22发出来自主控制单元60的定时信号，在该定时，将来自模型计算单元20的信号保持在数据保持单元22中。当晶片交换时间长时，也可以在该期间数次发出定时信号，更新数据保持单元22的气压数据。将与该定时信号相应地实施的象差校正作为粗的时间间隔的象差校正。所以，粗的时间间隔的象差校正与第1实施形态中的拍摄间校正相同。

当晶片交换结束，开始对新装载的晶片进行曝光处理时，直到对该晶片的曝光处理全部结束，不输出来自主控制单元60的定时信号。所以，保持单元22保持气压数据不变，在1个晶片的曝光中和非曝光时的气压变化引起的象差的校正成为反复进行与第1实施形态的实时校正相同的校正。将该象差校正作为细的时间间隔的象差校正。

如以上那样，在第2实施形态中，当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过n组的透镜驱动、光源的波长驱动和晶片台的光轴方向驱动，在由于气压变化产生的象差中，在晶片交换间时对n+2个象差进行校正，可以在拍摄中和拍摄间实时地校正n+1个象差。又，当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过n组的透镜驱动、光源的波长驱动和晶片台的光轴方向驱动，在由于气压变化产生的象差中，在晶片交换间时通过驱动曝光光的波长对全部象差进行校正，可以在拍摄中和拍摄间实时地校正n+1个象差。

因此，在用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜的情形中和不是这样的情形中，也能够实时地校正由于在曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化产生的象差，能够构成可以实现高精度曝光的曝光装置。

(第3实施形态)

其次，我们说明根据本发明第3实施形态。在第3实施形态中，因为比第1实施形态和第2实施形态更迅速并且高精度地进行象差校正，所以能够达到使用于检测气压变动的气压计的高精度化和高速化的目的。

图4是与本发明的第3实施形态有关的曝光装置的构成的图。在进行与第1实施形态(图1)相同的工作的构成单元上加上相同的标号，并省略对它们的说明。下面，我们详细说明与第1实施形态不同的构成单元。

在第3实施形态(图4)中，在图1的构成中，加上新的气压计122，设置校正计算单元10a。这里，为了说明方便起见，将气压计120称为第1气压计122，将气压计122称为第2气压计。

第1气压计120是高精度地测定气压绝对值的气压计(具有与环境相应的校正功能的气压计)，第2气压计122是比第1气压计120更高速地测定气压绝对值或相对值的气压计。测定气压绝对值的第1气压计可以不受温度和湿度的影响高精度地测定气压，但是为了除去温度和湿度的影响输出气压测定值，作为传感器的应答速度慢。另一方面，测定气压绝对值或相对值的第2气压计，例如，用由激光干涉仪构成的波长跟踪器(Wave Length Tracker)测定气压，它的应答速度极高。波长跟踪器是利用激光测定媒质，即，空气的折射率的测量器，能够对于不同的气压、温度和湿度高速地输出气压。

当令n：折射率、压力：P[Torr]、温度：T[℃]、相对湿度：H[％]时，用Elden公式，将由HeNe激光器构成的波长跟踪器的输出公式表示如下。

n＝1+a×P×[{1+P×(c-d×T)×10^-6}/(1+b×T)]-e×F  …(9)

F＝H×f_sat/100  …(10)

f_sat＝4.07859739+0.44301857×T+0.00232093×T²+0.00045785×T³  …(11)

a＝3.83639×10^-7

b＝0.003661

c＝0.817

d＝0.0133

e＝5.607943×10^-8

从上述公式(9)，因为如果温度T和相对湿度H恒定，则波长跟踪器输出的折射率n随气压P变化，所以通过从该折射率倒算过来能够算出气压P，可以将波长跟踪器作为气压计进行构成。

但是，因为该波长跟踪器对于温度和相对湿度也具有灵敏度，所以当用作气压计时，这些环境条件必须恒定。波长跟踪器对于温度变动0.01℃作为气压计的气压误差为0.034hPa，对于湿度变动1％作为气压计的气压误差为0.045hPa。因此，为了通过减少气压测定误差得到高精度的气压变化对象差进行校正，至少需要将温度变化抑制在0.01℃以下，将湿度变化抑制在1％以下。

一般地，我们考虑因为在曝光装置内部为了维持装置精度要在0.01℃左右以下的精度进行温度控制，所以温度变化十分小，能够忽略温度变化引起的波长跟踪器的测量误差。另一方面，关于湿度，不进行有效控制的情形很多，存在着虽然微小但是缓慢变化的情形。这时，我们从公式(9)和公式(10)可以看到，由于湿度变化，从波长跟踪器输出的折射率变化，产生气压误差。

又，即便当湿度变动小时，因为出现湿度使折射率偏移20的情况，所以通过更正确地检测湿度值，根据公式(9)和公式(10)，当不对由于湿度引起的折射率偏移进行校正时，不能够算出正确的气压值。

因此，在第3实施形态中，作为第1气压计120，设置应答速度慢但是不受温度和湿度的影响，检测气压绝对值的气压计，作为第2气压计122，设置高速检测气压的绝对值或相对值，但是容易受温度和湿度的影响的气压计。而且，根据应答速度慢但是能够高精度地检测气压绝对值的第1气压计120的输出，对应答速度快但是对于湿度等的气压以外的环境变化也具有灵敏度的第2气压计122的输出进行校正。因此，通过高速并且高精度地检测在曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化，实时地校正由于气压变化引起的象差，能够构成可以实现高精度曝光的曝光装置。

图5是与第3实施形态有关的校正计算单元10a的构成图。在进行与第1实施形态的校正计算单元10(图2)相同的工作的构成单元上加上相同的参照标号，并省略对它们的说明。在校正计算单元10a中新设置校正计算单元18。

我们参照图6说明校正计算单元18的工作。将第1气压计120的输出输入到平均化处理单元14，将第2气压计122的输出输入到平均化处理单元12。由平均化处理单元12、14对各气压数据进行平均化，并输入到计算单元15。在计算单元15中，算出第2气压计122的输出的平均化处理单元12的输出数据的、对于根据第1气压计120的输出的平均化处理单元14的输出数据的偏移量。具体地说，计算来自平均化处理单元14和平均化处理单元12的各数据的差。将由计算单元15算出的偏移输入到校正单元16。校正单元16用来自计算单元15的偏移信号对从第2气压计122时时刻刻，即实时地发送过来的气压数据实施校正，作为正确的气压数据输出到模型计算单元20。

这里，平均化处理单元12和14中的平均化时间既可以是数十秒～数分钟左右，也可以是数十分～数小时。例如，在湿度变动可能以数分钟～数十分钟的速度变化的情形中，在进行1个晶片的曝光处理期间对各气压数据进行平均化，在进行晶片交换期间通过用计算单元15算出偏移，更新这个值。而且，在晶片曝光处理中，用该更新的偏移对来自第2气压计122的数据进行校正。如果这样做，则对于每个晶片由计算单元15算出作为校正数据的偏移值进行更新，能够校正第2气压计122的数据。又，在湿度变动小的情形中，当交换分光板时和当曝光装置工作时，最好用平均化处理单元12和14进行数分钟左右的平均化处理，用计算单元15算出偏移，更新并保持这个值，用校正单元16校正第2气压计122的数据。

如上所述，如果根据校正计算单元18，则用来自应答速度慢但是可以高精度地检测气压绝对值的第1气压计120的数据，对来自应答速度快但是由于湿度变化等产生气压测定误差的第2气压计122的数据进行校正，结果，能够得到应答速度快并且高精度的气压数据。又，如图5所示，模型计算单元20以后的构成与第1和第2实施形态相同。

所以，用从校正计算单元18高速并且高精度地得到的气压数据，如第1实施形态中说明的那样，可以在拍摄之间和实时地并且精密地对由于气压变化引起的象差进行校正。或者如第2实施形态中说明的那样，可以在粗的时间间隔和细的时间间隔中对象差进行校正。

例如，如果将第1实施形态的象差校正方法应用于第3实施形态，则当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以通过n组的透镜驱动、光源的波长驱动和晶片台的光轴方向驱动，在由于气压变化产生的象差中在拍摄间对n+2个象差进行校正，可以在拍摄中通过n组的透镜驱动和晶片台的光轴方向驱动，实时地校正n+1个象差。又，当用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜时，可以在拍摄间通过驱动曝光光的波长对由于气压变化产生的全部象差进行校正，可以在拍摄中通过n组的透镜驱动和晶片台的光轴方向驱动实时地对n+1个象差进行校正。

特别是，如果根据第3实施形态的气压测量，则通过用应答速度慢但是能够高精度地检测气压绝对值的第1气压计120的输出，对来自应答速度快但是对湿度等的气压以外的环境变化也具有灵敏度的第2气压计122的气压绝对值或相对值输出进行校正，能够高速并且高精度地检测在曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化。因此，既在用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜的情形中也在不是那样的情形中，都能够实时地校正由于曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化产生的象差。

此外，如上所述能够将第2实施形态的象差校正方法应用于第3实施形态，这是不言而喻的。这时，可以具有通过在细的时间间隔中的透镜驱动和晶片台的光轴方向驱动对象差进行校正，通过在粗的时间间隔中的曝光光的波长驱动或透镜驱动和曝光光的波长驱动对象差进行校正的构成。又，这里，细的时间间隔能够作为在对晶片进行曝光处理时的曝光中和非曝光时进行的校正间隔。又，粗的时间间隔也可以作为在对晶片进行交换处理时的非曝光时进行的校正间隔。

(第4实施形态)

其次，我们说明第4实施形态。在第4实施形态中，我们说明在用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜，或者，具有看作单一的玻璃材料的特性的情形中的象差校正。所以，在第4实施形态中，通过变更激光波长总是能够对全部象差实时地进行校正。

图7是与第4实施形态有关的校正计算单元10b的构成图。第4实施形态的校正计算单元具有与第3实施形态(图5)的校正计算单元10a比较除去数据保持单元22、加减法器单元30、象差校正计算单元32的构成。又，象差校正计算单元32b与象差校正计算单元28类似，但是只向激光驱动单元70输出用于波长驱动的信号。

构成第4实施形态的投影光学系统101的透镜是用单一的玻璃材料构成的，或者，具有看作单一的玻璃材料的特性。因为将透镜看作是单一的玻璃材料，所以可以通过驱动曝光光的波长对由于气压变化产生的全部象差进行校正。

根据来自第1气压计120的数据对由校正计算单元18实时地发送过来的来自第2气压计122的数据进行校正，需要时用模型计算单元20进行模型化计算。而且，与气压基准值24比较，由加减法器26得到它们的差。象差校正计算单元28b从对于气压的测量值(模型计算单元20的输出)的，离开基准气压(基准值24)的变化的曝光光的波长变更量特性式算出波长变更量。将算出的波长变更量输入到激光驱动单元70。激光驱动单元70与波长变更量相应，由曝光光源80的波长选择驱动机构88改变波长。这样，校正由于气压变化产生的象差。这时，可以只对曝光光的波长变更进行实时校正，不需要进行透镜驱动和晶片台的光轴方向的驱动。

如以上那样，如果根据第4实施形态，则在用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜的情形中，通过在拍摄间和实时校正以及通过曝光光的波长驱动对由于气压变化产生的象差进行校正。特别是，通过用应答速度慢但是能够高精度地检测气压绝对值的第1气压计120的输出，对来自应答速度快但是对湿度等的气压以外的环境变化也具有灵敏度的第2气压计122的输出(气压绝对值或相对值)进行校正，能够高速并且高精度地检测在曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化，所以能够实时地校正由于气压变化引起的象差，能够构成可以实现高精度曝光的曝光装置。

(第5实施形态)

其次，我们说明根据本发明的第5实施形态。第5实施形态说明不用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜的情形。

图8是与第5实施形态有关的校正计算单元10c的构成图。第5实施形态的校正计算单元具有用象差校正计算单元28c置换第4实施形态(图7)的校正计算单元10b的象差校正计算单元28b的构成。象差校正计算单元28c与象差校正计算单元28相同，为了校正由于气压变化产生的象差，向透镜驱动单元输出透镜驱动信号，向晶片台驱动单元65输出晶片台的光轴方向驱动信号，向激光驱动单元70输出用于波长驱动的信号。

在第5实施形态中，不用单一的玻璃材料构成投影光学系统的透镜。因此，在象差校正计算单元28c中，根据实时发送的来自加减法器26的气压差数据，用公式(1)预测由于气压变化产生的象差，用公式(4)算出校正象差所需的透镜驱动量和曝光光的波长驱动量。将算出的透镜驱动量输出到透镜驱动单元50，由透镜驱动机构单元在光轴方向上改变透镜的位置，校正由于气压变化产生的象差。又，通过将算出的曝光光的波长驱动量输入到激光驱动单元70，由曝光光源80的波长选择驱动机构88改变波长，校正由于气压变化产生的象差。

又，对焦点的校正也可以通过在光轴方向上驱动晶片台130进行校正。如下地进行由晶片台130实施的校正。通过晶片台130实施的校正如下进行。首先，当由于气压变化发生焦点误差和由于上述透镜驱动和波长驱动发生焦点误差时，用另一种方法在象差校正计算单元28c中计算该焦点误差，得到用于焦点校正的晶片台驱动量。将该晶片台驱动量输出到晶片台驱动单元65。晶片台驱动单元65在光轴方向上改变晶片台130的位置，校正焦点。除了通过上述n组的透镜驱动和波长变更校正象差(校正n+1个象差)外，再加上通过这种晶片台的光轴方向驱动校正象差，可以校正n+2个象差。

第5实施形态的象差校正计算单元28c，不管在曝光中和非曝光时，总是算出校正由于气压变化产生的象差所需的透镜驱动量和曝光光的波长驱动量(和晶片台的光轴方向驱动量)。特别是，通过用应答速度慢但是能够高精度地检测气压绝对值的第1气压计120的输出，对来自应答速度快但是对湿度等的气压以外的环境变化也具有灵敏度的第2气压计122的输出(气压绝对值或相对值)进行校正，能够高速并且高精度地检测在曝光中和非曝光时的微小的气压变化和急剧的气压变化，所以，能够实时地校正由于气压变化引起的象差，能够构成可以实现高精度曝光的曝光装置。

[对半导体制造装置的应用]

其次我们说明利用上述说明的曝光装置的器件制造方法的实施形态。图10表示微小器件(IC和LSI等的半导体芯片、液晶面板、CCD、薄膜磁头、微小机器等)的制造流程。

在步骤S101(设计电路)，进行半导体器件的电路设计。在步骤S102(制作掩模)，制作形成设计的电路图案的掩模。另一方面，在步骤S103(制造晶片)，用硅等材料制造晶片。在步骤S104(加工晶片)，称为前工序，用上述准备好的掩模和晶片，用光刻技术在晶片上形成实际的电路。其次，步骤S105(组装)，称为后工序，是用在步骤S104制作的晶片实施半导体芯片化的工序，包含装配工序(切割、焊接)、包装工序(封入芯片)等的工序。在步骤S106(检查)，进行在步骤S105制作的半导体器件的工作确认试验、耐久性试验等的检查。经过这些工序完成半导体器件，运出半导体器件(步骤S107)。

图11表示上述晶片加工的详细流程。在步骤S111(氧化)，对晶片表面进行氧化。在步骤S112(CVD)，在晶片表面上形成绝缘膜。在步骤S113(形成电极)，通过蒸涂在晶片上形成电极。在步骤S114(注入离子)，将离子注入晶片。在步骤S115(抗蚀剂处理)，在晶片上涂敷感光剂。在步骤S116(曝光)，用上述说明的曝光装置在晶片上烧结并曝光掩模的电路图案。在步骤S117(显影)，对曝光过的晶片实施显影。在步骤S118(刻蚀)，除去经过显影的抗蚀剂像以外的部分。在步骤S119(剥离抗蚀剂)，完成刻蚀除去变得不需要的抗蚀剂。通过反复进行这些步骤，在晶片上形成多重电路图案。

如以上说明的那样，如果根据本发明，则校正由于微小的气压变化和急剧的气压变化产生的光学系统的象差，可以实现高精度的曝光处理。

因为在不脱离本发明的精神和范围的条件下能够形成许多明显的非常不同的实施形态，所以我们应该懂得本发明不限于这里所说的具体实施形态，除了在附加的权利要求书中定义的那些实施形态外。

Claims (5)

1.一种曝光装置，其特征在于，包括：

使光线从掩模引导到晶片的投影光学系统；

测量上述装置中的气压的压力测量部件；

驱动上述投影光学系统中的透镜的透镜驱动部件；

改变光波长的光源驱动部件；以及

根据上述压力测量部件所输出的信号，在上述曝光装置的曝光状态下指示上述透镜驱动部件驱动透镜，仅在上述曝光装置的非曝光状态下指示上述光源驱动部件改变波长的指示部件。

2.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：上述投影光学系统在非曝光状态下被校正的象差数量比在曝光状态下多。

3.按照权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：上述指示部件在曝光状态和非曝光状态下都指示上述透镜驱动部件驱动透镜。

4.根据权利要求1所述的曝光装置，其特征在于：还包括用于移动晶片的移动部件，

其中，上述指示部件根据信号在曝光状态下指示上述移动部件移动晶片。

5.一种使用曝光装置的曝光方法，所述曝光装置包括使光线从掩模引导到晶片的投影光学系统；测量所述装置中的气压的压力测量部件；驱动所述投影光学系统中的透镜的透镜驱动部件；以及改变光波长的光源驱动部件，该曝光方法的特征在于，具有：

第1指示步骤，根据所述压力测量部件所输出的信号在所述曝光装置的曝光状态下指示所述透镜驱动部件驱动透镜；

第2指示步骤，根据所述压力测量部件所输出的信号仅在所述曝光装置的非曝光状态下指示所述光源驱动部件改变波长。

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