TWI385708B - Exposure apparatus and exposure method - Google Patents

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Description

曝光裝置及曝光方法
本發明係關於使用投影光學系統投影既定圖案之像的曝光裝置及使用此曝光裝置之曝光方法，係適用於例如用以在製造半導體元件及液晶顯示器等各種元件之微影製程中，用以將光罩圖案轉印至基板上所使用者。
例如於半導體元件之製程之一的微影製程中，為了將形成於作為光罩之標線片(或光罩等)之圖案轉印曝光至作為基板之塗有光阻的晶圓(或玻璃板等)上，係使用步進器等一次曝光型之投影曝光裝置、及掃描步進器等掃描曝光型之投影曝光裝置等的曝光裝置。
此等曝光裝置中，進行標線片及晶圓之定位的載台、該載台之支撐機構、以及投影光學系統之支撐機構等機構部之剛性，對除振性能及曝光精度(重疊精度等)等裝置性能、機構部之重量、以及曝光裝置之製造成本會有重大影響。一般而言，具有高剛性機構部之曝光裝置，雖具有高的裝置性能，但另一方面，卻有機構部重量大、製造成本高的傾向。因此，提出了一種於必要部分維持高剛性，但為了減輕機構部整體之重量，而將標線片載台及晶圓載台之底座等以具有能分別伸縮之桿的平行連桿機構，予以獨立支撐的曝光裝置(例如，參照專利文獻1)。
此外，最近，亦開發出為提高解析度而在投影剛學系統與晶圓之間供應液體的液浸型曝光裝置(例如，參照專利文獻2)。
專利文獻1：國際公開第01/022480號小冊子專利文獻2：國際公開第99/49504號小冊子
若使用習知技術之具有複數支能分別伸縮之桿的平行連桿機構的方法的話，雖能減輕機部重量及提高載台可動部之控制精度，但亦有機構部之構成複雜化，而使載台之定位及加減速時之控制亦複雜化之虞。
又，曝光裝置中，有使用用以測量投影光學系統與晶圓載台等之位置關係的感測器，以往，該感測器係被支撐為與投影光學系統一體。然而，即使例如以高剛性支撐構件將投影光學系統與感測器支撐為一體，亦會因曝光用光之照射熱或來自地面之振動等影響，而使投影光學系統與感測器間之位置關係變動超過容許範圍之虞。再者，將投影光學系統與感測器支撐為一體之構成，例如在進行曝光裝置之組裝調整時，將兩者之位置關係設定成既定目標之位置關係所需之時間變得較長，且為進行投影光學系統及感測器之保養維修的時間亦會變得較長。
又，習知液浸型之曝光裝置，由於將液體供應至投影光學系統與晶圓間之裝置的一部分係被支撐為與投影光學系統一體，因此該液體供應裝置所產生之振動將會傳至投影光學系統，而有曝光精度降低之虞。
本發明有鑑於上述情事，其第1目的係提供一種曝光裝置，其能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構來支撐用以測量投影光學系統與既定構件間之位置關係之感測器。
又，本發明之第2目的係提供一種曝光裝置，其能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構來支撐用以將液體供應至投影光學系統與曝光對象物體間之裝置的一部分。
本發明之第1曝光裝置，係以投影光學系統(PL)投影圖案像，其特徵在於，具備：測量單元(15)，其具有用以測量該投影光學系統、與和該投影光學系統相關連定位之構件(WST)間之位置關係的感測器(12)；以及第1支撐裝置(38A,38B,38C,39A)，其具有第1柔性構造(38A)，用以將該測量單元與該投影光學系統分離懸吊支撐。
根據本發明，該第1柔性構造，較剛性構造輕量而能以低價格構成，且亦能藉由該柔性構造得到遮斷振動、消熱位移等較佳特性。因此，能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構支撐該感測器。
其次，本發明之第2曝光裝置，係以投影光學系統(PL)將圖案像投影至物體(W)上，其特徵在於，具備：液體供應裝置(61,62,63)，係用以將液體供應至該投影光學系統與該物體之間；以及第1支撐裝置(38A,38B,38C,39A)，其具有第1柔性構造(38A)，用以將該液體供應裝置之至少一部分與該投影光學系統分離懸吊支撐。
本發明中，由於亦係使用該第1柔性構造，因此能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構來支撐該液體供應裝置之一部分。
該等本發明中，可進一步具備第2支撐裝置(35A,35B,35C,36A)，此第2支撐裝置具有第2柔性構造(35A)、用以懸吊支撐該投影光學系統。據此，能提昇投影光學系統之防振性能。
其次，本發明之曝光方法係使用本發明之曝光裝置將該圖案像轉印至物體上。
又，為易於理解本發明而對應顯示一實施形態之圖面進行了說明，但本發明當然不限於該實施形態。此外，對應圖面之實施形態的構成可適當加以改良，亦可以其他構成物來取代至少一部分。
根據本發明之第1曝光裝置，能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構來支撐用以測量投影光學系統與既定構件間之位置關係之感測器。
又，根據本發明，由於測量單元(測量部)與投影光學系統係分別以不同的懸吊構件加以懸吊支撐，因此測量單元與投影光學系統係在熱傳遞上彼此分離。因此，即使於測量單元配置有熱源，來自熱源之熱亦不致傳遞至投影光學系統之鏡筒。故，由於熱所造成之變形不會產生於鏡筒，因此不致於對鏡筒內部配置之光學元件帶來不必要的應力。是以，能抑制投影光學系統之成像性能的惡化。
又，根據本發明之第2曝光裝置，其能在減少對投影光學系統之振動影響的狀態下，以較為簡單且輕量之機構來支撐用以將液體供應至投影光學系統與曝光對象物體間之裝置的一部分。
再者，本發明係將有可能成為振動源之液體供應裝置之至少一部分(例如用以供應及/或回收液體之嘴部)固定於如測量單元般之構件，將此構件與投影光學系統分別以不同之懸吊構件予以懸吊支撐。由於振動不會傳至投影光學系統之鏡筒，因此本發明之曝光裝置，能將光罩等之圖案正確的轉印至基板上。
以下，參照圖1~圖5說明本發明之較佳第1實施形態。
圖1，係將構成本例曝光裝置之投影曝光裝置之各功能單元予以方塊化所示之圖，此圖1中，收納投影曝光裝置之處理室(chamber)予以省略。圖1中，作為曝光用光源係使用KrF準分子雷射(波長248nm)或ArF準分子雷射(波長193nm)所構成之雷射光源1。作為該曝光用光源，除此之外，亦可使用F2 雷射(波長157nm)、輸出來自固態雷射光源(YAG或半導體雷射等)之高次諧波雷射光之光源、或水銀放電燈等。
來自雷射光源1之作為曝光光束(曝光用光)之曝光用照明光IL，透過由透鏡系統與複眼透鏡系統所構成之均一化光學系統2、分束器3、光量調整用可變減光器4、反射鏡5、以及中繼透鏡系統6，以均一之照度分布照射標線片遮簾(blind)機構7。本例之投影曝光裝置為掃描曝光型，標線片遮簾機構7具備用以規定狹縫狀照明區域之固定遮簾、與掃描曝光時開關該照明區域的可動遮簾。通過標線片遮簾機構7之照明光IL，透過成像透鏡8照射於作為光罩之標線片R上的照明區域。照明光學系統9，包含均一化光學系統2、分束器3、可變減光器4、反射鏡5、中繼透鏡系統6、標線片遮簾機構7、以及成像透鏡系統8而構成。又，圖1為功能方塊圖，照明光學系統9內之光路彎折用反射鏡之數量及配置，與實際之配置不同。
形成於標線片R之電路圖案中，被照明光所照射部分之像，係透過兩側遠心且投影倍率為縮小倍率(例如1/4等)之投影光學系統PL，被投影而成像於作為物體(感應基板或感光體)之塗有光阻的晶圓W上。以下，取平行於投影光學系統PL之光軸AX的軸為Z軸、於垂直於Z軸之平面內取平行於圖1紙面之方向為X軸、取垂直於圖1紙面之方向為Y軸來進行說明。本例中，沿Z軸之方向(Z方向)為垂直方向。又，沿Y軸之方向(Y方向)為掃描曝光時標線片R及晶圓W之掃描方向，標線片R上之照明區域為沿非掃描方向之X軸方向(X方向)的細長形狀，且相對光軸AX偏於掃描方向。
圖2，係從－X方向觀察圖1之曝光投影裝置之機構部的部分剖斷概略圖，如圖2所示，本例之投影光學系統PL係在鏡筒之凸部Pla內收納凹面鏡的折反射型投影光學系統，且進行Y方向正立、X方向反轉之投影。作為此種投影光學系統PL，可使用例如國際專利公開第2004/019128號小冊子所記載之折反射型投影光學系統。此外，亦可使用國際專利公開第2004/107011號小冊子及國際專利公開第2005/59617號小冊子、美國專利公開2005/0117224號公報所記載之折反射型投影光學系統。又，亦可使用折射系統來作為投影光學系統PL。
回到圖1，投影光學系統PL係以非接觸狀態配置在平板狀構件之測量框15(測量單元)之中央部開口15a內。於測量框15固定有各種感測器(詳情後敘)。測量框15之外形，如圖3之俯視圖所示，雖係以投影光學系統PL為中心之多角形狀，但亦可以是圓形等。
圖1中，配置在投影光學系統PL之物體面側的標線片R，係以真空吸附等方式保持在標線片載台RST。標線片載台RST，係透過空氣軸承於Y方向(掃描方向)在標線片基座31(參照圖2)上定速移動，且能調整X方向、Y方向之位置與繞Z軸之旋轉角ω R。標線片載台RST相對投影光學系統PL之座標位置(X方向、Y方向位置，及旋轉角ω R)，係以固定於標線片載台RST之移動鏡Mr、固定於投影光學系統PL上部側面之參照鏡Me、以及與此等對向配置之雷射干涉儀10加以逐次測量。雷射干涉儀10，包含：雷射干涉儀本體部10a、將雷射光束分割至移動鏡Mr與參照鏡Me之分束器10b、以及將雷射光束供應至參照鏡Me之反射鏡10c。
又，雷射干涉儀10，實際上包含：在X方向分離之2處測量標線片載台RST之Y座標的雷射干涉儀10A(參照圖2)、以及用以測量標線片載台RST之X座標的雷射干涉儀10B(參照圖3)。雷射干涉儀10A及雷射干涉儀10B，係固定在分別固定於測量框15之感測器用支柱34B(參照圖2)以及34C(參照圖3)之上端部。圖1中，標線片載台RST之移動係藉由以線性馬達及微動致動器等構成之驅動系統11來進行。雷射干涉儀10之測量資訊係供應至載台控制單元14，載台控制單元14根據來自主控制系統20(由統籌控制該測量資訊及裝置全體之動作的電腦構成)之控制資訊(輸入資訊)，控制驅動系統11之動作。
另一方面，圖1中，配置在投影光學系統PL之像面側的晶圓W，係透過未圖示之晶圓保持具吸附保持在晶圓載台WST上。晶圓載台WST係透過空氣軸承裝載在晶圓座WB(參照圖2)上，能在掃描曝光時以定速至少移動於Y方向，且能於X方向及Z方向步進移動。晶圓載台WST相對投影光學系統PL之座標位置(X方向、Y方向位置，及繞Z軸之旋轉角ω W)，係以固定於投影光學系統PL下部之參照鏡Mf1、固定於晶圓載台WST之移動鏡Mw、以及與此等對向配置之雷射干涉儀12加以逐次測量。與雷射干涉儀101同樣的，雷射干涉儀12亦包含：雷射干涉儀本體部12a、分束器12b、以及反射鏡12c。雷射干涉儀12，實際上亦包含：用以測量晶圓載台WST之Y座標的雷射干涉儀12A(參照圖2)、在對晶圓之曝光中於Y方向分離之2處測量晶圓載台WST之X座標的雷射干涉儀12C(參照圖2)、以及用以測量晶圓更換中晶圓載台WST之X座標的雷射干涉儀12D(參照圖3)。雷射干涉儀12,12C,12D，係固定在分別固定於測量框15之感測器用支柱34A(參照圖2)以及34C,34D(參照圖3)之下部。
又，如圖2所示，本例之晶圓座WB上，透過空氣軸承裝載有與晶圓載台WST分開獨立、形成有對準用複數個基準標記之測量用載台29，其能藉由未圖示之驅動機構驅動於X方向、Y方向。又，於圖1之雷射干涉儀12亦包含有雷射干涉儀12B及12E(參照圖3)，其係相對投影光學系統PL側面之參照鏡Mf2測量測量載台29側面之移動鏡Mm之位置，據以測量測量用載台29之Y座標及X座標。此外，當測量用載台29位於投影光學系統PL下方時，以圖3之雷射干涉儀12C測量測量用載台29之X座標。雷射干涉儀12B及12E係分別固定於固定在感測器用支柱34B(參照圖2)之下部。又，於圖1之雷射干涉儀12，亦包含用以測量晶圓載台WST繞X軸及Y軸之旋轉角的雷射干涉儀。雷射干涉儀10及12，可視為是用以測量投影光學系統PL與作為既定構件之晶圓載台WST、標線片載台RST、及圖2之測量用載台29間之位置關係的感測器。
晶圓載台WST及測量用載台29之移動，係以線性馬達及音圈馬達(VCM)等之致動器所構成之圖1的驅動系統13來進行。雷射干涉儀12之測量資訊供應至載台測量單元14，載台測量單元14根據該測量資訊及來自主控制系統20之控制資訊(輸入資訊)，控制驅動系統13之動作。
圖1中，於晶圓載台WST亦具備控制晶圓W之Z方向位置(聚焦位置)、與繞X軸及Y軸之傾斜角的Z調平機構。於測量框15固定有斜入射方式之多點自動聚焦感測器(23A,23B)，此自動聚焦感測器係由對晶圓W表面之複數個測量點投影狹縫像的投射光學系統23A，與接收來自該表面之反射光以檢測該等狹縫像之再成像之橫移量將其供應至載台控制單元14的受光光學系統23B所構成。作為一例，投射光學系統23A及受光光學系統23B，係如圖2所示，係固定在第1支撐部16A及第2支撐部16B，第1支撐部16A及第2支撐部16B係在Y方向隔著投影光學系統PL分別固定在測量框15之底面。自動聚焦感測器(23A,23B)亦可視為是用以測量投影光學系統PL與作為既定構件之晶圓W間之位置關係的感測器，且其詳細構成，例如已揭示於日本特開平1－253603號公報。
載台控制單元14，係使用來自自動聚焦感測器(23A,23B)之狹縫像的橫移量資訊，來算出於複數個測量點之從投影光學系統PL像面之散焦量，於曝光時以自動聚焦方式驅動晶圓載台WST內之Z調平機構，以使此散焦量在既定之控制精度內。
又，載台控制單元14，包含：根據雷射干涉儀10之測量資訊將驅動系統11控制於最佳之標線片側控制電路、與根據雷射干涉儀系統12之測量資訊將驅動系統13控制於最佳之晶圓側控制電路。此外，主控制系統20，係與載台控制系統14內之各控制電路彼此進行指令及參數之交換，依據操作員所指定之程式實施最佳的曝光處理。因此，設有作為操作員與主控制系統20之介面的未圖示之操作面板單元(包含輸入元件與輸出元件)。
進一步的，於曝光時必須預先進行晶圓W與標線片R之對準。因此，圖1之投影曝光裝置，設有用以將標線片R設定於既定位置之標線片對準系統(以下，稱RA系統)21、以及用以偵測晶圓W上之標記的離軸方式之對準系統22(標記檢測系統)。對準系統22之本體部係固定於測量框15，且將其前端部之對準用照明光導至被檢測標記、並將來自該檢測標記之光導至該本體部的送光光學系統，例如係固定於圖2之第2支撐部16B。對準系統22，可視為是用以測量投影光學系統PL與晶圓W及測量用載台29上之被檢測標記間之位置關係的感測器。
如以上所述，本例中，由於晶圓載台WST與測量用載台29係分離，因此，圖2中，例如在使晶圓載台WST往－Y方向移動並進行晶圓更換時，可藉由將測量用載台29移動至投影光學系統PL下方，以RA系統21及對準系統22依序檢測測量載台29上之既定基準標記，即能進行基準線量(曝光中心與對準系統22之檢測中心的間隔)之測量。之後，使測量用載台28往＋Y方向退開，將晶圓載台WST移動至投影光學系統PL之下方投影光學系統PL，使用對準系統22進行晶圓對準時，即能使用該基準線量高精度的進行對準。
圖1中，當雷射光源1為準分子雷射光源時，設有在主控制系統20之控制下的雷射控制單元25，此雷射控制單元25係控制雷射光源1之脈衝振盪模式(單脈模式、叢發模式、待機模式等)，且為調整射出之脈衝雷射光之平均光量而控制雷射光源1用之放電用高電壓。又，光量控制單元27，係根據來自光電檢測器26(積分感測器，用以接收分束器3所分割之一部分照明光)之訊號控制可變減光器4以獲得適當之曝光量，且將脈衝照明光之強度(光量)資訊送至雷射控制單元25及主控制系統20。
此外，圖1中，於掃描曝光時，係開始照明光IL對標線片R之照射，在將標線片R之一部分圖案透過投影光學系統PL之像投影於晶圓W上之一個照射區域的狀態下，藉由使晶圓載台WST與標線片載台RST以投影光學系統PL之投影倍率為速度比同步移動(同步掃描)於Y方向的掃描曝光動作，將標線片R之圖案像轉印至該照射區域。之後，停止照明光IL之照射，藉透過晶圓載台WST重複進行使晶圓W步進移動於X方向、Y方向之動作，與上述掃描曝光動作，以步進掃描(step & scan)方式將標線片R之圖案像轉印至晶圓W上所有照射區域。
其次，詳細說明本例之投影曝光裝置機構部之構成。
圖2所示之機構部中，於地面FL設有大小不同的二個台座17A及17B來作為底座，以規定投影曝光裝置之設置面。於小型之台座17B上固定雷射光源1及第1照明系統室19A，於第1照明系統室19A上連結第2照明系統室19B。作為一例，於照明系統室19A,19B中收納有圖1之照明光學系統9中、從均一化光學系統2至中繼光學系統6的構件，於照明系統室19B之射出端側19C內收納有標線片遮簾機構7之可動遮簾。此外，於第1照明系統室19A之下部，收納有將來自雷射光源1之照明光彎折向上方之反射鏡，且與圖1中之光路彎折用反射鏡之配置及數量不同。
另一方面，大型台座17A上固定有晶圓座WB，於晶圓座WB上以並排方式裝載有晶圓載台WST及測量用載台29。又，於台座17A上設置圍繞晶圓座WB之基座框18(框架)，於基座框18上透過例如主動型防振裝置30A及30B(實際上係配置在3個或4個位置)裝載於標線片座31，於標線片座31上裝載用以保持標線片R之標線片載台RST。此外，於標線片座31上透過支柱32支撐供收納圖1之成像系統8的第3照明系統室19E，於第3照明系統室19E之入射端部19D收納圖1之標線片遮簾機構7之固定遮簾，於支柱32前端部開口內之照明光IL之光路的X方向(非掃描方向)兩端部配置有一對RA系統21。此情形下，投影光學系統PL係通過測量框15中央部之開口15a及基座框18上部之開口18a，其前端部收納在標線片座31之中央部底面的凹部，於該凹部內形成照明光UL用之開口。
如以上所述，投影光學系統PL係相對測量框15及基座框18以非接觸狀態配置。於測量框15，固定有短的感測器用支柱34A,34D,34E(參照圖3，於此處固定有雷射干涉儀12A,12D,12E)，以及長的感測器用支柱34B及34C(分別固定有雷射干涉儀12B,10A及12C,10B)。長的感測器用支柱34B之上端部，係以非接觸狀態通過基座框18之開口18a及標線片座31之開口31a內而突出至標線片座31之上，同樣的，圖3之感測器用支柱34C亦係以非接觸狀態通過基座框18及標線片座31之開口內而突出至標線片座31之上。此外，於測量框15之底面，如前所述，固定有一對支撐部16A,16B(安裝有自動聚焦感測器(23A,23B)及對準系統22之一部分)。
又，本例之測量框15，係與投影光學系統PL獨立分開的、從基準框18之上部底面三處透過懸吊構件(第1柔性構造)38A,38B,38C(參照圖3)懸吊支撐。本例中，作為懸吊構件38A~38C雖係使用鏈條，但亦可取代鏈條而使用金屬線、或上下端形成有彈性構造之桿構件等。此外，懸吊構件38A~38C與基準框18之間，設有用以減輕投影光學系統PL之光軸方向的Z方向振動的防振裝置39A(防振部)等(參照圖4)。由基準框18、懸吊構件38A~38C、及防振裝置39A等，構成用以懸吊支撐測量框15的第1支撐裝置。如此，藉由與投影光學系統PL獨立的以輕量的柔性構造懸吊支撐測量框15，即能減輕來自測量框15之振動(例如，構成自動聚焦系統之一部分的振動件等)對投影光學系統PL之影響，且能以簡單輕量之機構支撐具備各種感測器之測量框15。又，此構成中，雖有投影光學系統PL與測量框15之相對位置變化的可能，但由於測量框15中之雷射干涉儀12A,10A等皆係測量晶圓載台WST及標線片載台RST相對投影光學系統PL之相對位置，因此晶圓載台WST及標線片載台RST，恆能以投影光學系統PL為基準進行高精度之位置控制。
圖2中，於投影光學系統PL側面形成有突緣部PLb，該突緣部PLb從基準框18之上部底面三處透過懸吊構件(第2柔性構造)35A,35B,35C(參照圖3)懸吊支撐。懸吊構件35A~35C之構成與懸吊構件38A~38C相同，懸吊構件35A~35C與基準框18之間，亦設有用以減輕Z方向振動的防振裝置36A(防振部)等(參照圖4)。防振裝置36A,39A之構成留待後敘。由基準框18、懸吊構件35A~35C、及防振裝置36A等，構成用以懸吊支撐投影光學系統PL的第2支撐裝置。如此，同樣的藉由輕量的柔性構造懸吊支撐投影光學系統PL，能減輕驅動晶圓載台WST及標線片載台RST時之振動、及來自地面FL之振動對投影光學系統PL之影響。此外，投影光學系統PL，亦能例如透過高剛性構件固定於基準框18或未圖示之支柱。
又，如圖3之測量框15之俯視圖所示，本例中支撐測量框15之懸吊構件38A~38C、與支撐投影光學系統PL之懸吊構件35A~35C，係於投影光學系統PL之側面配置在大致相同角度位置。藉由使懸吊構件38A~38C與懸吊構件35A~35C之相位一致，能使測量框15及投影光學系統PL易於組裝入投影曝光裝置本體，且提升測量框15及投影光學系統PL之安定性。此外，並不一定須使懸吊構件38A~38C與懸吊構件35A~35C之相位一致，例如亦可將懸吊構件35A~35C配置在懸吊構件38A~38C間之大致中間位置。再者，懸吊構件38A~38C之數量(測量框15之支撐點數)及懸吊構件35A~35C之數量(投影光學系統PL之支撐點數)可以是3個以外之例如4個以上，懸吊構件38A~38C之數量與懸吊構件35A~35C之數量亦可不同。
此構造能獲得高除振性能且能大幅減輕機構部重量，但該投影光學系統PL與基準框18之相對位置有可能以較低的頻率變化。因此，為了將投影光學系統PL與基準框18間之相對位置維持於既定狀態，於基準框18之上部底面的三處固定延伸於Z方向之支柱33A,33B,33C(參照圖3)，此等支柱33A~33C與投影光學系統PL之突緣部PLb之間設有非接觸方式之6自由度的定位裝置。
圖3中，於支柱33A,33B,33C分別固定有延伸於突緣部PLb方向之臂部37A,37B,37C。臂部37A~37C係於投影光學系統PL之光軸AX周圍以大致120°間隔配合。此外，第1臂部37A與突緣部PLb之間，設有用以使突緣部PLb往Z方向位移的第1致動器40A、與用以使突緣部PLb往圓周方向位移的第2致動器41A。作為致動器40A,41A雖可使用音圈馬達，但除此之外亦可使用例如EI鐵心方式等之非接觸電磁致動器。
又，臂部37A附近之突緣部PLb上，設有用以檢測突緣部PLb之Z方向及圓周方向之加速度之第1雙軸加速度感測器39A。以加速度感測器39A檢測之雙軸之加速度資訊被供應至控制部42，控制部42根據該加速度資訊驅動雙軸致動器40A,41A，以使該突緣部PLb相對臂部37A(進而圖2之基準框18)呈靜止。
圖3中，第2臂部37B與突緣部PLb之間、以及第3臂部37c與突緣部PLb之間，亦分別設有用以使突緣部PLb往Z方向位移之第3及第5致動器40B及40C、與使突緣部PLb往圓周方向位移之第4及第6致動器41B及41C。致動器40B,41B及40C,41C之構成分別與致動器40A,41A相同。又，臂部37B及37C附近之突緣部PLb上，分別設有用以檢測突緣部PLb之Z方向及圓周方向之加速度之第2及第3雙軸加速度感測器39B及39C。加速度感測器39B及39C之加速度資訊亦被供應至控制部42，控制部42根據該加速度資訊驅動雙軸致動器40B,41B及40C,41C，以使該突緣部PLb分別相對臂部37B及37C(進而圖2之基準框18)呈靜止。
作為位移感測器之加速度感測器39A~39C，可使用檢測於壓電元件等所產生之電壓的壓電型加速度感測器，以及例如半導體式加速度感測器(利用CMOS轉換器之邏輯闕值電壓會根據變形之大小變化)等。又，亦可取代加速度感測器39A~39C，設置用以直接測量突緣部PLb與臂部37A~37C間之相對位置的非接觸方式的位置感測器。作為此位置感測器，例如可使用渦電流位移感測器、靜電容式位移感測器、或光學式感測器等。
如前所述，包含6軸之加速度感測器39A~39C(位移感測器)、6軸之致動器40A~40C,41A~41C、以及控制部42來構成投影光學系統PL(突緣部PLb)之定位裝置。藉由此定位裝置，將投影光學系統PL相對基準框18之X方向、Y方向、Z方向之相對位置，以及繞X軸、Y軸、Z軸之相對旋轉角維持於一定狀態。本例之致動器40A~40C,41A~41C之響應頻率為10Hz程度，針對至該響應頻率之振動，本例之投影光學系統PL係以主動懸吊方式加以支撐。針對超過該頻率之振動，投影光學系統PL則係以被動防振構造加以懸吊支撐。
又，圖3中雖係使用3隻支柱33A~33C，但亦可使用4隻支柱。
其次，參照圖4及圖5說明圖2中配置在懸吊構件35A與基準框18之間的防振裝置35A之構成例。又，設於懸吊構件38A與基準框18之間的防振裝置39A之構成，亦大致與防振裝置36A相同。
圖4係顯示懸吊構件35A及防振裝置36A之構成例的部分剖斷放大圖，圖5係圖4之防振裝置36A的立體圖，圖4中，於基準框18之底面，固定有中央形成圓形開口且兩端部形成有間隔部支撐構件55，於支撐構件55之底面固定有圓筒狀、底面封閉的圓筒52以覆蓋該圓形開口。又，於圓筒52內隔著若干間隙、以能在上下(±方向)方向移動自如之狀態配置有活塞54，活塞54之上部分別在3處之外側透過彎折下方之臂部53a,53b,53c(參照圖5)連結於配置在圓筒52下方之圓板狀構件52，於圓板狀構件52之底面透過L字型之連結構件51B連結懸吊構件35A。懸吊構件35A，係透過倒L字型之連結構件51A連結於投影光學系統PL之突緣部PLb。當懸吊構件35A為鏈條時，不僅終端處理極為容易，且其長度調整亦容易。
圖5中，於支撐構件55以圍繞中央圓形開口之方式形成有矩形開口55a,55b,55c，於此等開口55a~55c內部分別插通臂部53a~53c。
回到圖4，於圓筒56之側面形成有開口56a。外部之空氣壓縮機(未圖示)透過供氣管57連結於開口56a，從供氣管57對圓筒56與活塞57之間的空間供應已高度除塵之壓縮空間。據此，圓筒56與活塞54即透過空氣軸承以非接觸方式往Z方向滑動。又，由於該壓縮空間流入圓筒56內之活塞54底面側之空間B2，因此，藉由此壓縮空氣相對圓筒56將活塞54及懸吊構件35A頂向上方(＋Z方向)加以支撐。藉由此構成，基準框18與懸吊構件35A即以非接觸方式連結。包含支撐構件55、圓筒56、活塞54、臂部53a~53c、圓板狀構件52、以及供氣管57來構成防振裝置36A。
此防振裝置36A中，穿過圓筒56與活塞54間之空間往上方之壓縮空氣，釋出至活塞54之上方。又，亦可將此往上方釋出之壓縮空氣從圓筒56之側面透過未圖示之排氣管送至外部。本例中，支撐構件55與臂部53a~53c間之間隔g1，係設定成窄於圓筒56與活塞54間之間隔，控制供氣管54所供應之壓縮空氣之壓力以使該間隔g1一定。因此，活塞54及懸吊構件35A、進而連圖2之投影光學系統PL，皆被支撐為恆能以實質上一定之壓力浮起。是以，即使基準框18往Z方向振動，該振動亦不致傳至懸吊構件35A，因此於垂直方向亦能獲得高的除振性能。
又，當降低供氣管57所供應之壓縮空氣之壓力時，臂部53a~53c即被裝載於支撐構件55之底面上，而防止懸吊構件35A投影光學系統PL進一步降低。
又，設置在用以懸吊圖2之測量框15之圖3的懸吊構件38A(38B,38C亦同)、與基準框18之間的防振裝置39A，亦與圖4之防振裝置36A大致同樣的構成。不過，防振裝置39A中，臂部53a~53c與支撐構件55間之間隔g2係設定成較防振構件36A時之間隔g1寬(例如0.5~1mm程度)。其結果，例如在停止曝光步驟之情形時，藉由停止壓縮空氣對供氣管57之供應，圖2之測量框15即往略微離開投影光學系統PL之方向移動。亦即，防振裝置39A，亦具有使測量框15沿投影光學系統PL之光軸方向移動之移動機構的作用。據此，能確實防止投影光學系統PL與測量匡15之接觸。
又，作為防振裝置39A，可使用例如位移量1mm程度之電磁致動器等。再者，作為防振裝置39A，除本例之利用大氣壓之機構外，使用螺旋彈簧之機械性機構、使用音圈馬達等之非接觸電磁致動器等之機構、或組合該等之機構等的使用皆可。
如以上所述，本例之投影曝光裝置中，如圖2及圖3所示，係對剛性構造之基準框18透過柔性構造之懸吊構件35A~35C及38A~38C，以主動懸吊方式分別懸吊支撐投影光學系統PL及裝有各種感測器之測量框15。因此，具有以下優點。
(1)由於在組裝後，亦能維持以模組方式組裝投影光學系統PL與測量框15並加以調整的狀態，其結果，能縮短組裝後之精度確認步驟。
(2)在曝光裝置之製造工廠或半導體元件等之製造工廠進行投影光學系統PL及/或測量框15之更換時，由於對該等以外之部分的調整狀態造成變化之可能性實質上完全消除，因此能縮短交換後之調整步驟(復歸步驟)。
(3)藉由投影光學系統PL與測量框15之分離，測量之基準，可統一為「投影光學系統PL之鏡筒外部」。因此，在設計上無須注意測量框15之剛性及熱膨脹特性，能以廉價材料構成測量框15。
由於無須以測量框15支撐投影光學系統PL，因此能使測量框15輕量化、小型化，就結果而言，能將設計之自由度運用於曝光裝置內之溫空調系統。其結果，能實現曝光裝置全體之輕量化，亦能期待組裝時間之縮短及出貨運送容易等之優點。
又，本實施形態中，將晶圓側之雷射干涉儀12B與標線片側之雷射干涉儀10A加以一體化固定於感測器用支柱34B，但本發明並不限於本實施形態。例如，可將兩者分離而僅將其中一方以感測器用支柱34B加以支撐，另一方則支撐於其他位置。此時，可採用將標線片側之雷射干涉儀10A配置於標線片座31而非感測器用支柱34B的構成。
其次，參照圖6說明本發明之第2實施形態。本例之投影曝光裝置，係將圖2之投影曝光裝置作成液浸型者。圖6中對應圖2之部分係賦予相同符號並省略詳細之說明。
圖6係顯示本例之投影曝光裝置之機構部的概略構成，此圖6中，於基準框18之上部底面透過柔性構造之三處的懸吊構件35A~35C懸吊支撐投影光學系統PL，透過柔性構造之三處的懸吊構件38A~38C懸吊支撐測量框15。於測量框15之底面以在Y方向(掃描方向)隔著投影光學系統PL前端部之方式固定有支撐部16A及16B。
又，於地面FL上設置液體之供應部61及回收部67，從供應部61供應之純水等之液體64，透過具有可撓性之管線62及金屬性之供應用嘴部63供應至投影光學系統PL與晶圓W之間，藉由在此狀態下進行曝光，能提升投影光學系統PL之解析度，亦能改善焦深。此外，所供應之液體64，透過金屬性之回收用嘴部65及具有可撓性之管線66被吸引回收至回收部67。包含供應部61、管線62、及供應用嘴部63來構成液體供應裝置，包含回收用嘴部65、管線66、及回收部67來構成吸引回收液體之回收裝置。又，液體供應裝置及回收裝置之具體構成，例如已揭示於國際專利公開第99/49504號小冊子等。
本例中，液體供應裝置之一部分的供應用嘴部63係固定於＋Y方向之支撐部16B，回收裝置之一部分的回收用嘴部65則係固定於－Y方向之支撐部16A。此構成中，由於液體64係流向－Y方向，因此晶圓載台WST(晶圓W)亦係掃描於－Y方向。承上所述，由於係於＋Y方向掃描晶圓載台WST以進行液浸曝光，因此於支撐部16A側亦固定供應用嘴部(未圖示)，於支撐部16B亦固定回收用嘴部(未圖示)，此等嘴部亦分別連結於供應部61及回收部67。其他構成與圖1及圖2之投影曝光裝置相同，於圖6之測量框15固定有用以收納雷射干涉儀12A及雷射干涉儀12B等之感測器用支柱34A及34B等。
如以上所述，藉由將供應用嘴部63及回收用嘴部65分別透過支撐部16B及16A固定於測量框15，即能降低從供應部61流向回收部67之液體對投影光學系統PL之振動的影響，提升曝光精度。
此外，例如回收用嘴部65，亦可以設於基準框18之支柱等加以支撐。又，亦能以測量框15來支撐管線62及66之一部分。
又，上述實施形態之投影曝光裝置，可藉由將由複數個光學構件構成之照明光學系統、投影光學系統組裝入曝光裝置本體並進行光學調整，將由多數個機械零件構成之標線片載台及晶圓載台安裝於曝光裝置本體並連接線路與管路後，進行綜合調整(電氣調整、動作確認等)來加以製造。又，該投影曝光裝置之製造最好是在溫度及清潔度等皆受到管理之潔淨室進行。
又，使用上述實施形態之投影曝光裝置來製造半導體元件時，該半導體元件係經過元件之功能、性能設計的步驟、根據此步驟製作標線片的步驟、從矽材料形成晶圓的步驟、使用上述實施形態之投影曝光裝置進行對準後將標線片之圖案曝光至晶圓的步驟、蝕刻等形成電路圖案的步驟、元件組裝步驟(包含切割步驟、接合步驟、封裝步驟)、以及檢查步驟等來加以製造。
又，本發明亦能適用於步進器等一次曝光型之投影曝光裝置。再者，亦能適用於使用反射系統來作為投影光學系統，且使用波長數nm~100nm程度之極紫外光(EUV光)來作為曝光用光束的投影曝光裝置。
又，本發明並不限於適用至半導體元件製造用之曝光裝置，例如，亦能廣泛適用於形成在方型玻璃板之液晶顯示元件、或電漿顯示器等顯示裝置用之曝光裝置，以及用以製造攝影元件(CCD)、微機械、薄膜磁頭、及DNA晶片等各種元件的曝光裝置。此外，亦能適用於採用微影製程來製造形成有各種元件之光罩圖案的光罩(光罩、標線片等)時之曝光製程(曝光裝置)。
如以上所述，本發明不限於上述實施形態，在不脫離本發明要旨範圍內可有各種構成。又，本申請案係完全援用2005年10月5日提出之日本特願2005－292186號、以及2006年10月4日提出之日本特願2006－273493號之包含說明書、申請專利範圍、圖式及摘要的所有揭示內容。
藉由本發明之曝光裝置之使用，曝光裝置之組裝調整將變得容易，且除振性能獲得提升而能提升曝光精度，因此能廉價的且高精度的製造包含微細圖案之各種元件。
15．．．測量框架
18．．．基座框
35A~35C．．．懸吊構件
36A,39A．．．防振裝置
38A~38C．．．懸吊裝置
40A~40C,41A~41C．．．致動器
61．．．供應部
63．．．供應用嘴部
65．．．回收用嘴部
67．．．回收部
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
PL．．．投影光學系統
W．．．晶圓
圖1，係顯示本發明第1實施形態之投影曝光裝置之概略構成的圖。
圖2，係顯示該第1實施形態之投影曝光裝置機構部之概略構成的部分剖斷圖。
圖3，係顯示圖2中之測量框架15及投影光學系統PL之部分剖斷俯視圖。
圖4，係顯示圖2中之懸吊構件35A及防振裝置36A之構成例的部分剖斷放大圖。
圖5，係顯示圖5之防振裝置36A的立體圖。
圖6，係顯示本發明第2實施形態之投影曝光裝置機構部之概略構成的部分剖斷圖。
1．．．雷射光源
10A．．．雷射干涉儀
12A,12B．．．雷射干涉儀
15．．．測量框架
16A．．．第1支撐部
16B．．．第2支撐部
17A,17B．．．台座
18．．．基座框
18a,18b．．．基座框之開口
19A,19B．．．第1照明系統室
19C．．．射出端部
19D．．．第3照明系統室之入射端部
19E．．．第3照明系統室
21．．．標線片對準系統
23A．．．投射光學系統
23B．．．受光光學系統
29．．．測量用載台
30A,30B．．．防振裝置
31．．．標線片座
31a．．．標線片座之開口
32．．．支柱
33B,33C．．．支柱
34A,34B．．．感測器用支柱
35A~35C．．．懸吊構件
36A,39A．．．防振裝置
38A~38C．．．懸吊裝置
AX．．．光軸
FL．．．地面
IL．．．照明光
Mr．．．移動鏡
Me．．．參照鏡
Mf1,Mf2．．．參照鏡
R．．．標線片
RST．．．標線片載台
PL．．．投影光學系統
Pla．．．鏡筒凸部
PLb．．．投影光學系統之突緣部
W．．．晶圓
WB．．．晶圓座
WST．．．晶圓載台

Claims (19)

  1. 一種曝光裝置，係以投影光學系統投影圖案像，其特徵在於，具備：測量單元，其具有用以測量該投影光學系統、與和該投影光學系統相關連定位之構件間之位置關係的感測器；以及第1支撐裝置，其具有第1柔性構造，用以將該測量單元與該投影光學系統分離懸吊支撐。
  2. 如申請專利範圍第1項之曝光裝置，其進一步具備第2支撐裝置，此第2支撐裝置具有第2柔性構造、用以懸吊支撐該投影光學系統。
  3. 如申請專利範圍第2項之曝光裝置，其中，該第1支撐裝置支撐該測量單元之支撐點數，與該第2支撐裝置支撐該投影光學系統之支撐點數相同；該第1、第2支撐裝置於該投影光學系統之側面，係實質上配置在相同角度位置。
  4. 如申請專利範圍第2或3項之曝光裝置，其中，該第1、第2支撐裝置包含金屬線或鏈。
  5. 如申請專利範圍第2或3項之曝光裝置，其中，於該第2支撐裝置之一部分設有用以減輕該投影光學系統之光軸方向振動的防振部。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之曝光裝置，其具備以非接觸方式將該投影光學系統加以定位的定位裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項之曝光裝置，其中，該第1支撐裝置具有支撐該第1柔性構造的框架；該定位裝置，係相對該框架定位該投影光學系統。
  8. 如申請專利範圍第7項之曝光裝置，其中，該定位裝置具備：位移感測器，係用以測量該投影光學系統相對該框架之6自由度位移資訊；以及6自由度致動器，係根據該位移感測器之測量結果，相對該框架將該投影光學系統以非接觸方式加以定位。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之曝光裝置，其中，該第1支撐裝置具備移動機構，其係使該測量單元沿該投影光學系統之光軸方向移動。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之曝光裝置，其具備保持物體並進行移動的第1載台，該物體係以該投影光學系統進行投影之該圖案像所投影處；該測量單元之該感測器，包含用以測量該第1載台之位置的第1雷射干涉儀，與測量該物體表面之該投影光學系統光軸方向之位置的焦點位置測量裝置中之至少一者。
  11. 如申請專利範圍第10項之曝光裝置，其具備保持形成有該圖案之光罩並移動的第2載台；該測量單元之該感測器，包含用以測量該第2載台之位置的第2雷射干涉儀。
  12. 一種曝光裝置，係以投影光學系統將圖案像投影至物體上，其特徵在於，具備：液體供應裝置，係用以將液體供應至該投影光學系統與該物體之間；以及第1支撐裝置，其具有第1柔性構造，用以將該液體供應裝置之至少一部分與該投影光學系統分離懸吊支撐。
  13. 如申請專利範圍第12項之曝光裝置，其具備用以吸引該投影光學系統與該物體間之該液體的回收裝置；該回收裝置之至少一部分，係被支撐於該第1支撐裝置。
  14. 如申請專利範圍第12或13項之曝光裝置，其中，係以該第1支撐裝置支撐一感測器，該感測器係用以測量該投影光學系統、與和該投影光學系統相關連定位之構件間的位置關係。
  15. 如申請專利範圍第12或13項之曝光裝置，其進一步具備第2支撐裝置，此第2支撐裝置具有第2柔性構造、用以懸吊支撐該投影光學系統。
  16. 如申請專利範圍第15項之曝光裝置，其中，該第1支撐裝置支撐該液體供應裝置之支撐點數，與該第2支撐裝置支撐該投影光學系統之支撐點數相同；該第1、第2支撐裝置於該投影光學系統之側面，係實質上配置在相同角度位置。
  17. 如申請專利範圍第15項之曝光裝置，其中，該第1、第2支撐裝置包含金屬線或鏈；於該第2支撐裝置之一部分設有用以減輕該投影光學系統之光軸方向振動的防振部。
  18. 如申請專利範圍第12或13項之曝光裝置，其具備以非接觸方式將該投影光學系統加以定位的定位裝置。
  19. 一種曝光方法，其特徵在於：係使用申請專利範圍第1至18項中任一項之曝光裝置，將該圖案像轉印至物體上。
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