曝光设备、曝光法及器件制造法的制作方法

专利名称：曝光设备、曝光法及器件制造法的制作方法
技术领域：
本发明涉及曝光设备、曝光法及器件制造法，并尤其涉及制造器件如半导体器件或液晶显示器时用在光刻过程中的曝光设备和曝光法以及利用本曝光设备和曝光法的器件制造法。
在这种投影曝光设备中，为了处理更精细的集成电路并实现高分辨率，曝光波长变短。目前，KrF准分子激光器的曝光波长248nm是主流，但波长短于KrF准分子激光器的ArF准分子激光器193nm的曝光波长正进入实用阶段。对于这种曝光波长的曝光设备，由于曝光光束被空气中的物质(主要是有机物)吸收，透射率降低，有机物被曝光光束激活并黏附到透镜等上。因此，为了去除曝光光束光路上的有机物，用不包含任何有机物的空气或其它气体填充沿光路的空间被认为是有效的。
另外，当污物如尘埃或化学杂质黏附到形成有图案的掩模或分划板(以下统称“分划板”)的图案面上时，它降低该区域的透射率，这很可能也是污物转印到晶片上时曝光图案转印误差的一个原因。因此，分划板的图案面通常用一个称作胶片的薄膜元件覆盖，以便防止异物如尘埃黏附到图案面并进入焦深内。
很显然，未来需要短波长曝光。因此，正在开发这样的投影曝光设备，即，使用波长属于真空紫外波段的光源，具有短于ArF准分子激光器的短波长，如输出波长为157nm的F2激光器和输出波长为126nm的Ar2激光器，并且对这样的设备提出了建议。
但是，在此称作真空紫外波段的波长范围内的光束对光学玻璃有较低的透射率，可以用于透镜或分划板的材料限于萤石或氟化物晶体，如氟化镁或氟化锂。另外，这些光束被氧、水蒸气和典型的有机物(以下称作“吸收性气体“)很大地吸收。因此，在使用真空紫外波段的光束作为曝光光束的曝光设备中，需要用真空紫外光吸收率低的气体、即惰性气体如氮气或氦气(以下称作“低吸收性气体”)替换存在于曝光光束光路上的气体，从而降低光路上存在的吸收性气体的浓度，使其降至几PPM的范围。
但是，常规的胶片由一种主要构成为有机物如硝化纤维素的薄膜制成。因此，由于吸收曝光光束的胶片本身或从胶片脱气，当把真空紫外光用作曝光光束时，曝光光束透射率降低的可能性很大。
因此，在利用真空紫外波段的曝光光束的曝光设备中，代替使用前述的薄膜，可以使用由一种对真空紫外光有良好透射性的材料如氟化物晶体或掺氟的石英制成的较厚片状元件(例如约为300～800μm厚或更厚)制作的厚胶片(硬胶片)。当使用这种硬胶片时，整个硬胶片的厚度可以不一样，在同一张胶片中可以有局部的不同，这会由于曝光光束的折射现象而降低成象性能。
本发明考虑到了这一情况，其第一个目的在于提供一种这样的曝光设备，即，不受用于保护掩模图案面的保护性元件(胶片)厚度差的影响而进行高精度地曝光。
另外，本发明的第二个目的在于提供一种这样的曝光方法，即，不受用于保护掩模图案面的保护性元件(胶片)厚度差的影响而进行高精度地曝光。
本发明的第三个目的在于提供一种可以在制造高集成度微器件时提高产量和生产率的器件制造法。
关于本曝光设备，因为它包括一个用于探测保护掩模图案面的透光保护性元件的厚度的探测单元，所以探测单元能够根据算出的保护性元件的厚度，考虑到图象图案的成象状态的变量之后进行曝光。因此，可以进行高精确度的曝光，不受保护掩模图案面的保护性元件(胶片)厚度差的影响。
当透光保护性元件由平行片制成的透明片制作时，探测单元可以有一个辐射系统，以预定的角度经透明片从一个倾斜方向对图案面辐射探测光束；一个第一光电探测单元，接收第一反射光束和第二反射光束并输出探测信号，其中第一反射光束和第二反射光束分别从面透明片面对图案面的表面以及与该表面相对侧的表面反射；和一个计算单元，根据第一光电探测单元输出的探测信号计算透明片的厚度。
相对侧的表面是探测光束进入透明片的入射面，面对图案面的表面是探测光束从透明片出来的出射面。
在此情况下，探测单元还可以有一个第二光电探测单元，接收从图案面反射的第三反射光束并输出探测信号，并且计算单元还可以根据第一光电探测单元输出的探测信号以及从第二光电探测单元输出的探测信号计算垂直方向上图案面的位置。
在此情况下，计算单元可以包括一个第一计算单元，根据第一光电探测单元输出的探测信号计算透明片的厚度；和一个第二计算单元，根据第一计算单元算出的透明片的厚度以及第二光电探测单元输出的探测信号计算垂直方向上图案面的位置。
关于本发明的第一曝光设备，当探测单元有第一和第二光电探测单元、并且计算单元还根据这些光电探测单元的输出信号计算图案面的位置时，探测单元还可以有一个校准单元，根据第一光电探测单元输出的探测信号校准第二光电探测单元。
在此情况下，校准单元可以通过移动从图案面反射的反射光束的光轴来校准第二光电探测单元。
在此情况下，校准单元可以包括一个沿反射光束从图案面到第二光电探测单元的光路布置的平行片，平行片关于反射光束光轴的倾斜度可以改变。
关于本发明的第一曝光设备，当透光保护性元件由平行片制成的透明片形成并且探测单元有第一和第二光电探测单元时，曝光设备还可以包括一个投影光学系统，该系统布置成其光轴与垂直方向匹配，并把从掩模出射的能量束投影到基片上；和一个校正单元，根据计算单元算出的透明片的厚度，至少校正掩模与基片之间的位置关系以及投影光学系统的光学特性之一。
在此情况下，辐射系统可以把探测光束辐射到图案面上一个区域之内的多个探测点上，该区域对应于被能量束照射的投影光学系统的曝光区，可以布置多个第一光电探测单元，分别与多个探测点中的每一个对应，计算单元可以根据多个第一探测单元的探测信号计算透明片的厚度分布，校正单元可以调节掩模和基片中至少一个相对于与投影光学系统光学方向相垂直的表面的倾斜度。
根据本发明的第二方面，提供了一种将能量束辐射到掩模上并将形成在掩模上的图案转印到基片上的第二曝光设备，该设备包括具有一个辐射系统、一个光电探测单元、和一个计算单元的位置探测系统，辐射系统把探测光束以入射角α经透光透明片辐射到形成有图案的掩模的图案面上，透光透明片具有预定的厚度并保护图案面，光电探测单元接收从图案面反射的反射光束并输出探测信号，计算单元根据光电探测单元的输出计算图案面在垂直方向上的位置；和一个光轴处于垂直方向的投影光学系统，把从掩模出射的能量束投影到基片上，由此，当进入透明片的探测光束的出射角表示为β，能量束向透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、投影光学系统的投影放大率以及进入透明片的能量束的出射角设置的能量束的最大入射角表示为β’时，入射角α满足下面关系式tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’。
关于此曝光设备，因为当进入透明片的探测光束的出射角表示为β，能量束向透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、投影光学系统的投影放大率以及进入透明片的能量束的出射角设置的能量束的最大入射角表示为β’时，探测光束的入射角α设为满足tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’，所以能量束焦点位置的位移与探测光束探测位置的位移相符，无论透明片的厚度如何。因此，可以高精度地探测掩模的图案面在光轴方向的位置以及散焦量，不用重新设置探测参考位置(原始位置)，并且不受透明片的影响。因此，可以以优选的光学位置关系设置掩模的图案面和受到曝光的基片表面，并且可以没有任何散焦地进行高精度曝光。
但是在此情况下，当能量束是波长为157nm的F2激光束时，可以将波长为193nm的ArF准分子激光束用作能量束，并且最好将入射角α设置在30°～50°的范围内，优选在35°～40°的范围。
关于本发明的第二曝光设备，可以使用任何波长的光。例如，当能量束是波长为157nm的F2激光束，并且探测光束的入射角α设置在30°～50°的范围内时，探测光束可以是波长属于600nm～800nm波段的红光，并且透明片可以由掺氟石英制成。
关于本发明的第二曝光设备，还可以包括一个校正单元，根据透明片的厚度t校正投影光学系统的光学特性。
但是在此情况下，厚度t可以从外界输入，曝光设备还可以包括一个探测厚度t的探测单元。在此情况下，作为探测单元，例如可以采用具有第一光电探测单元(和第二光电探测单元)和计算单元的单元。
根据本发明的第三方面，提供了一种将能量束辐射到掩模上并将形成在掩模上的图案转印到基片上的第三曝光设备，该设备包括一个辐射系统，经透光透明片从预定倾斜角的方向向形成有图案的掩模的图案面上辐射探测光束，透光透明片有预定的厚度并保护图案面；一个位置探测单元，接收从图案面反射的反射光束并探测图案面在垂直方向的位置；和一个校准单元，根据透明片的厚度校准位置探测单元。
关于本曝光设备，校准单元根据保护掩模图案面的透明片的厚度校准位置探测单元。并且当探测光束经透明片从辐射系统向掩模照射时，反射光束被进行过校准的位置探测单元接收，并且不受透明片厚度影响地、即无论是否设置透明片地精确探测图案面在垂直方向的位置。因此，可以优选地设置掩模的图案面和受到曝光的基片表面之间的位置关系(包括光学位置关系)，并且高精度曝光成为可能。
在此情况下，当曝光设备还包括探测透明片厚度的厚度探测单元时，校准单元可以根据厚度探测单元的探测结果校准位置探测单元。
根据本发明的第四方面，提供了一种第一曝光法，其中能量束经形成有图案的掩模对基片曝光，从而把图案的图象转印到基片上，本曝光法包括一个探测过程，探测透光保护性元件的厚度，其中该透明保护性元件用于保护掩模的图案面；和一个校正过程，根据在探测过程中测得的透光保护性元件的厚度校正图案的成象状态。
关于此方法，因为探测到保护掩模图案面的透光保护性元件的厚度，并且根据保护性元件的厚度对形成在基片上的图象的成象状态进行了校正，所以可以依据算出的保护性元件的厚度考虑到图象图案的成象状态及其变化之后进行高精度地曝光。
在此情况下，当透光保护性元件由一个由平行片制作的透明片制成时，探测过程可以包括一个辐射过程，从关于图案面的法线从预定倾斜度的方向经透明片辐射探测光束；一个光电探测过程，分别接收从透明片面对图案面的表面反射的第一反射光束和从面对图案面的表面反侧上的表面相反射的第二反射光束；和一个计算过程，根据第一和第二反射光束的探测结果计算透明片的厚度。
在此情况下，在光电探测过程中，还可以接收从图案面反射的第三反射光束，并且在计算过程中，还可以根据第一、第二和第三反射光束的光电探测结果计算图案面在垂直方向上的位置。
在此情况下，计算图案面在垂直方向上的位置可以包括第一计算过程，根据第一及第二反射光束的光电探测结果计算透明片的厚度；和第二计算过程，根据透明片的计算厚度和第三反射光束的光电探测结果计算图案面在垂直方向的位置。
根据本发明的第五方面，提供了一种第二曝光法，其中对掩模辐射能量束，并经投影光学系统把形成在掩模上的图案转印到基片上，本曝光法包括辐射过程，经透光透明片以入射角α对形成有图案的掩模的图案面辐射探测光束，其中透光透明片具有预定的厚度并保护图案面；和计算过程，当接收到从图案面反射的反射光束时，根据此结果计算图案面在投影光学系统的光轴方向、即图案面的法线方向的位置，由此，当进入透明片的探测光束的出射角表示为β，能量束向透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、投影光学系统的投影放大率以及进入透明片的能量束的出射角设置的能量束的最大入射角表示为β’时，入射角α满足下面关系式tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’。
关于此方法，探测光束经透光透明片以入射角α照射到图案面，其中透光透明片有预定的厚度并保护掩模的图案面，并且根据从图案面反射的探测光束的反射光束的光电探测结果计算图案面在投影光学系统光轴方向、即透明片的法线方向上的位置。在此情况下，因为当进入透明片的探测光束的出射角表示为β，能量束向透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、投影光学系统的投影放大率以及进入透明片的能量束的出射角设置的能量束的最大入射角表示为β’时，探测光束的入射角α设为满足tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’，所以能量束焦点位置的位移与探测光束探测位置的位移相符，无论透明片的厚度如何。因此，可以根据反射光束高精度地探测掩模的图案面在光轴方向的位置以及散光量，不受透明片的影响。因此，掩模的图案面和受到曝光的基片表面可以设置成优选的光学位置关系，并且可以没有任何散焦地进行高精度曝光。
根据本发明的第六方面，提供了一种第三曝光法，其中对掩模辐射波长为157nm的能量束，并且把形成在掩模上的图案经投影光学系统转印到基片上，该曝光法包括辐射过程，以30°～50°的入射角范围对形成有图案的掩模的图案面上辐射探测光束；和计算过程，当接收到从图案面反射的探测光束的反射光束时，根据结果计算图案面在投影光学系统光轴方向上的位置。
关于此方法，当接收到以30°～50°的入射角范围入射到掩模图案面的探测光束从图案面反射的反射光束时，根据光电探测结果计算图案面在投影光学系统光轴方向上的位置。例如，当在掩模的图案面附近设置一个透明片时，通过以30°～50°的入射角范围对图案面入射探测光束，由透明片所致的图案面的位置探测误差以及由透明片所致的能量束焦点位置的位移几乎相等。这几乎消除了所有的图案面位置探测误差对曝光精确度的影响，因此，可以高精度地曝光，甚至当以类似于不设置透明片时的方式控制曝光时也是如此。
在此情况下，入射角最好处于35°～40°的范围。
根据本发明的第七方面，提供了一种第四曝光法，其中对掩模辐射能量束，并把形成在掩模上的图案转印到基片上，本曝光法包括辐射过程，经透光透明片以预定倾斜角的方向对形成有图案的掩模的图案面辐射探测光束，其中透光透明片具有预定的厚度并保护图案面；和位置探测/校正过程，当接收到了从图案面反射的反射光束时探测图案面在垂直方向上的位置，并根据透明片的厚度，校正图案面在垂直方向的位置。
关于此方法，当探测光束经透明片照射到图案面上时，通过接收反射光束探测图案面在垂直方向上的位置。并且在探测时，根据透明片的厚度校正图案面在垂直方向的位置。结果，探测到在垂直方向上位置得到校正的图案面的位置。即，精确地探测到图案面在垂直方向的位置，不受透明片的厚度影响，或者，换言之，无论是否设置透明片都没有影响。因此，可以优选地设置掩模的图案面与受到曝光的基片表面之间的位置关系(包括光学位置关系)，并且可以高精度地进行曝光。
在此情况下，当本方法还包括探测透明片的厚度的探测过程，在位置探测/校正过程中，根据在探测过程中探测到的透明片的厚度校正图案面在垂直方向的位置。
关于本发明的第四曝光法，在位置探测/校正过程中，可以利用位置探测单元探测图案面在垂直方向的位置，并且根据透明片的厚度校准位置探测单元，从而校正位置。
另外在光刻法中，通过利用本发明第一至第三曝光设备中的任何一个进行曝光，可以进行高精度地曝光，这使得能够高产量地制造高集成微器件，提高生产率。同样，在光刻法中，通过利用本发明第一至第四曝光法中的任何一个进行曝光，可以高精确度地在基片上形成图案，这使得能够高产量地制造高集成微器件，提高生产率。
因此，在本发明的其它方面，还提供了一种利用本发明第一至第三曝光设备中的任何一种的器件制造法，换言之，提供了利用本发明第一至第四曝光法中任何一种的器件制造法。
图9是图8中步骤204的过程流程图。
执行本发明的最佳模式<第一实施例>
下面参见

图1至图4对本发明第一实施例进行描述。图1表示第一实施例中曝光设备100的整体结构。曝光设备100是一种基于步进-扫描法的投影曝光设备，即所谓的扫描步进器，通过把用作真空紫外波段的能量束的照明光束EL辐射到分划板R上并在预定方向(在此情况下为图1中纸面的横向，为Y轴方向)上同步移动分划板R和晶片W，经投影光学系统PL，把用作掩模的分划板R的图案转印到作为基片的晶片W上。
曝光设备10包括一个光源和一个照明单元ILU，并且包括一个照明系统，用曝光照明光束(以下称作“曝光光束”)EL照射分划板R；一个分划板台RST，用作支承分划板R的掩模台；一个投影光学系统PL，把从分划板R发出的曝光光束EL投影到晶片W上；一个晶片台WST，用作支承晶片W的基片台；一个控制这些部分的控制系统等。
作为光源，在此情况下使用一种发射的光属于真空紫外波段的波长范围约为120nm～180nm的光源，如输出波长为157nm的氟激光器(F2激光器)。光源经光透射系统(未示出)连结到组成照明单元ILU的照明系统腔2的一端。光透射系统的一部分是被称作用于光轴调节的光束匹配单元的光学系统。实际上，光源布置在一个伺服室中或布置在清洁室底板之下的一个实用空间中，伺服室内的清洁度低于布置曝光设备主体和投影光学系统PL的清洁室的清洁度，其中曝光设备主体包括数个单元，如照明单元ILU等。作为光源，也可以使用其它的真空紫外光源，如输出波长为146nm的氪分子激光器(Kr2激光器)，或波长为126nm的氩分子激光器(Ar2激光器)或者，也可以使用输出波长为193nm的ArF准分子激光器，输出波长为248nm的KrF准分子激光器等。
照明单元ILU的结构包括隔开内部与外部的照明系统腔2；包括多个部件的照明均匀性光学系统，如包括以预定的位置关系布置在照明系统腔2内的光学积分器；和一个由多个部件组成的照明光学系统，如由中继透镜、可变ND滤波器、分划盲板和二向色镜等(均未示出)组成的照明光学系统。照明光学系统的布局类似于一些专利申请的公开，如日本专利申请公开JP10-112433和JP06-349701及对应的美国专利US5,534,970。作为光学积分器，在本实施例中实用蝇眼透镜。但是也可以实用棒状积分器(内全反射型)，衍射光学元件等。只要被提出该国际申请的指定国或选定国的国家法律允许，上述美国专利的内容在此引为参考。
照明单元ILU对分划板R上狭缝状照明区(由分划盲板设定的狭缝状区域，在X轴方向狭窄地延伸)照明，其中分划板R上通过有均匀的照明分布的曝光光束EL形成电路图案等。
当把真空紫外波段的光用作曝光光束时，必须从光路中消除强烈吸收这种波长带宽的光的气体，如氧气、水蒸气、碳氢气体以及有机物(以下称作“吸收性气体”)。因此，在本实施例中，照明系统腔2的内部用一种特殊的气体填充，这种气体对真空紫外波段的光有较低的吸收性，如氮气、稀有气体，如氦气、氩气、氖气或氪气，或者是这些气体的混合气体(以下称作“低吸收性气体”)。结果，照明系统腔2中的吸收性气体的浓度降到几PPM以内。
在本实施例中，还用低吸收性气体填充光透射系统内的光路和光源，与照明系统腔2中一样。
在分划板腔15中布置用于支承分划板R的分划板台RST。分划板腔15用隔离壁18封闭，分划板腔15与照明系统腔2以及投影光学系统PL的镜筒之间没有任何间隙地紧密连结，内部的气体与外部隔绝。分划板腔15的隔离壁18由一种脱气时只释放少量气体的材料如不锈钢(SUS)制成。
在分划板腔15的隔离壁18的顶板部分中，形成一个稍小于分划板R的矩形开口。在该开口中，布置一个光透射窗12，从而分开照明系统腔2内部的空间与分划板腔15内部的空间，其中分划板腔15中布置着准备曝光的分划板R。因为光透射窗12布置在从照明单元ILU向分划板R发出的曝光光束EL的光路上，所以该窗口由一种对充当曝光光束EL的真空紫外光有较高透射率的晶体材料制成，如萤石。
分划板台RST的结构使得其可以在分划板基底支承床(未示出)上在Y轴方向以很大的行程线性驱动分划板R，并且还在X轴方向和θZ方向(绕Z轴旋转的方向)精细地驱动分划板R。
更具体地说，分划板台RST包括一个分划板扫描台14A和一个分划板支架14B，分划板扫描台14A由一个包括线性电机等的分划板驱动系统49在分划板基底支承床(未示出)上在Y轴方向以预定的行程驱动，分划板支架14B支承着通过吸力而安置在分划板扫描台14A上的分划板R。构成的分划板支架14B可以在XY平面内由分划板驱动系统49精细地驱动。
在分划板腔15的内部一直建立低吸收性气体如氦气(或氮气)的流动。这是因为在曝光波长为真空紫外波段的光波的曝光设备中，需要用低吸收性气体替代分划板R周围的气体，从而防止曝光光束被吸收性气体如氧气吸收。由此也可以将分划板腔15中的吸收性气体的浓度维持在几PPM以下。
如图1所示，供气管16和排气管17的一端均连结到分划板腔15的隔离壁18。供气管16和排气管17的另一端分别连结到氦气供给单元(未示出)。高纯度的氦气一直经供气管16从氦气供给单元供给到分划板腔15，而分划板腔15内的气体经排气管17由氦气供给单元收集。氦气以此方式循环使用。氦气供给单元与气体净化单元结合，操纵气体净化单元，从而将除氦气以外的气体(即吸收性气体，如氧气、水蒸气或有机物)的浓度维持在小于几PPM，甚至当在一个包括氦气供给单元和分划板腔15内部的循环路径中长时间循环使用氦气时也是如此。可以在分划板腔15内布置传感器，如压力传感器或吸收性气体浓度传感器，并且根据传感器的测量值，可以由控制单元(未示出)适当地控制氦气供给单元中组合的泵的启动/停止。
在分划板腔15的隔离壁18的-Y侧侧壁上布置一个光透射窗71。同样，虽然图中被省去，但光透射窗也可以布置在隔离壁18中-X侧(图1中纸面的深度方向)的侧壁上。这些光透射窗通过在隔离壁18中形成窗口(开口部分)并连结光透射元件以封闭窗口而形成，在本例中，光透射元件为普通光学玻璃。当形成窗口时，为了防止气体从构成光透射窗71的光透射元件连结到窗口的地方泄漏，用一种金属密封剂如铟或铜密封，或在连结部分施加碳氟树脂。作为碳氟树脂，优选使用在80℃温度下经过热处理2小时脱气的碳氟树脂。
在分划板支架14B的-Y侧边缘部分上，布置一个由平面反射镜组成的在X轴方向延伸的Y活动反射镜52Ry。在Y活动反射镜52Ry上，通过光透射窗71从Y轴激光干涉仪37Ry投射测量光束，其中Y轴激光干涉仪37Ry布置在分划板腔15的外部，与Y活动反射镜52Ry几乎成直角。在Y轴激光干涉仪37Ry中布置一个探测器，该探测器接收经光透射窗71从Y活动反射镜52Ry反射的光束，由此探测Y活动反射镜52Ry的位置，即分划板R的Y位置，其中以布置在Y轴激光干涉仪37Ry内的参考反射镜的位置为参考。
类似地，虽然在图中被省去，但在分划板支架14B的-X侧的边缘部分上，布置一个由平面反射镜组成的沿Y轴方向延伸的X活动反射镜。并且，与上述类似，通过X活动反射镜由X轴干涉仪(未示出)探测X活动反射镜的位置，即分划板R的X位置。上述两个激光干涉仪的探测值(测量值)提供给主控制器50，并且主控制器50根据这些干涉仪的探测值控制分划板台RST的位置。
如上所述，在本实施例中，因为在分划板腔15的内部布置激光干涉仪，或换言之，激光光源，光学元件如棱镜，和探测器等，所以即使从组成激光干涉仪如探测器的部件中产生少量的吸收性气体，对曝光也没有不利的作用。
图2表示分划板支架14B支承的分划板R。如图2所示，在分划板R的表面PF(图2和图1中的下表面)上形成一个电路图案PA。以下把形成有电路图案PA的表面称作“图案面PF”。
在图案面PF上连结一个分划板保护单元25。如图2所示，分划板保护单元25包括一个金属框26，连结到分划板R的图案面PF，从下方看时分划板为矩形；和一个硬胶片24(透明片)，固定在框架26与图案面PF相对的表面上，用作保护性元件。在此情况下，由于分划板保护单元25，或是主要通过硬胶片24，可以避免尘埃或化学杂质黏附和集聚到分划板R的图案面PF上。顺便说一下，框26可以由与保护性元件相同或不同的材料制成，在下面的说明书中给予描述。
硬胶片24平行于图案面PF地布置在分划板R图案面PF以下大约6.3mm的位置，并且例如约为300～800μm厚或更厚。
在本实施例中，作为曝光光束EL，如前所述地使用F2激光束。因为F2激光束不仅对气体如氧气和水蒸气、而且对玻璃和有机物都有较低的透射率，所以需要由对真空紫外光有较高透射率的材料制成分划板R和硬胶片。例如在本实施例中，把一种掺氟的石英用作分划板R和硬胶片24的材料，其中掺氟石英中的羟基去除到大约10PPM或以下的水平，而包含大约1％的氟。
另外，由图案面PF和框26以及保护性元件(如硬胶片24)围成的空间中的气体也需要用低吸收性气体更换。
回过来参见图1，分划板焦点位置探测系统(以下称作“分划板AF系统”)20布置在分划板台RST下面。分划板焦点位置探测系统20包括一个辐射系统20a，该系统有一个工作受主控制器50控制并从倾斜的方向向分划板R的图案面PF辐射探测光束的光源，还包括一个光电探测系统20b，探测从图案面PF等反射的光束。
如图2所示，分划板AF系统20包括辐射系统20a；光电探测系统20b，由第一光电探测单元S1和第二光电探测单元S2构成。辐射系统20a经过硬胶片24向分划板R的图案面PF辐射探测光束，或者换言之，辐射用于形成针孔或狭缝图象的成象光束。光电探测系统20b包括第一光电探测单元S1，该单元光电探测从辐射系统20a发出的成象光束被硬胶片24的上下表面经光电探测光学系统L1反射的反射光束；第二光电探测单元S2，该单元布置在光电探测光学系统L1和第一光电探测单元S1的附近，光电探测成象光束经光电探测光学系统L2从分划板R的图案面PF反射的反射光束。
辐射系统20a例如包括一个光源(未示出)，如发光二极管，发射属于600～800nm波段的红光，用作探测光束；一个孔径片，其上形成有一个针孔或狭缝状孔径；和一个辐射物镜，以预定的入射角度向分划板R的图案面PF上的照明区IAR辐射成象光束。
构成的光电探测光学系统L1包括一个光电探测物镜和其它的光学元件。另外，作为第一光电探测单元S1，例如采用licensor。第一光电探测单元S1光电探测从辐射系统20a辐射的成象光束被硬胶片24的上表面(与分划板R的图案面PF相对的面)和下表面反射的反射光束，并且给主控制器50输出每个探测信号。
光电探测光学系统L2由包括一个平行片(平面平行片)69和一个光电探测物镜的光学元件组成。并且作为第二光电探测单元S2，例如使用一个可以探测光电探测位置的光电探测装置，如一个二维CCD或一个四分的光电探测装置。第二光电探测单元S2光电探测辐射系统20a辐射的成象光束被分划板R的图案面PF反射的反射光束，并且将探测信号输出给主控制器50。另外，将平行片69布置在光电探测光学系统L2内的原因在于，通过改变平行片69相对于反射光束光轴的倾角，可以移动进入第二光电探测单元S2的反射光束的光轴。并且因此进行了对第二光电探测光学系统L2的校准(重新设置原点)。在本实施例中，主控制器50通过驱动系统(未示出)控制平行片69的倾角，并且可以根据倾角移动光轴。即，在本实施例中，形成一个校准单元，包括平行片69，用于平行片69的驱动系统和主控制器50。
虽然图1和图2中未示出，但实际上如图3所示，辐射系统20a对以预定间隔分布在分划板R图案面PF上照明区IAR(对应于投影光学系统PL的曝光区的区域，后面有叙)内的一个非扫描方向上的多个探测点(此处为三个)中的每一个辐射成象光束，并且分别对应于每个探测点设置光电探测系统20b。辐射系统20a和三个光电探测系统20b组成一个多焦点探测系统。
在此情况下，辐射系统20a可以采用一种通过光学系统把单一光源发出的光分成三束光而辐射三束成象光束的结构，或者可以采用一种利用三个光源形成每一个成象光束的结构。
从图4中显而易见，成象光束(探测光束)的辐射方向和反射方向不限于图3中所示的YZ平面，还可以设置在XZ平面内或其它平面内，只要是一个与XY平面以预定的角度交叉的平面即可。
参见图1，投影光学系统PL例如是一种双远心的缩小系统，在该系统中使用一个由多个透镜元件70a、70b等组成的折射光学系统，其中透镜元件具有在Z轴方向的一个公共光轴。投影光学系统PL的光瞳面与蝇眼透镜形成的第二光源有共轭的位置关系，并与分划板的图案面有一种基于傅立叶变换的位置关系。另外，作为投影光学系统PL，采用投影放大率γ例如为1/4、1/5或1/6的系统。因此，当如前所述地用曝光光束EL对分划板R上的照明区IAR照明时，形成在分划板R上的被缩小投影放大率γ的图案图象通过投影光学系统PL被投影并转印到晶片W的狭缝状曝光区IA上，其中晶片W的表面被涂覆一层抗蚀剂(光敏剂)。
关于上述多个透镜元件，可以独立驱动多个透镜元件，这些透镜元件包括一个最接近分划板R布置的透镜元件70a。例如，透镜元件70a由一个环形支承件76a支承，用可膨胀的驱动元件如压电元件74a、74b和74c在三点支承(驱动元件74c位于图1中纸面的深度方向，未示出)，并且还连结到镜筒部分76b。驱动元件74a、74b和74c允许透镜元件70a周围的三点沿投影光学系统PL的光轴AX方向独立地移动。即，透镜元件70a可以对应于三个驱动元件74a、74b和74c的位移量平行于光轴AX移动，并且关于垂直于光轴AX的平面以任何方式倾斜。还构成的其它可驱动透镜元件通过类似于透镜元件70a的驱动机构可沿光轴AX的方向和倾斜方向精细地驱动。在本实施例中，通过驱动透镜元件70a等，可以对例如塞德尔五种象差(畸变、象散、彗差、球差和场曲率(焦点))进行调节。在此情况下，可以对成象特性独立校正的次数与可驱动透镜元件的数量一致。
在此情况下，成象特性校正控制器78根据主控制器50的指令控制施加到驱动上述透镜元件70a等的驱动元件上的电压，并且成象特性校正控制器78控制驱动元件的位移量。另外，成象特性校正控制器78不仅调节投影光学系统PL的象差，而且还操纵维持投影光学系统PL的象差恒定为由于压力变化、照明光束被吸收等所致的象差变化。顺便说一下，在图1中，投影光学系统PL的光轴AX指透镜元件70b以及其它固定到镜筒76b的透镜元件(未示出)的光轴。
另外，在使用的光源为真空紫外光源如输出波长为157nm的F2激光器的本实施例中，需要用稀有气体如吸收少量真空紫外光的氦气或氮气(低吸收性气体)更换投影光学系统PL中沿光路的气体。另外，在包括一个真空紫外光源的曝光设备中，用作投影光学系统PL的透镜元件的材料限于晶体材料，如具有较大热膨胀系数的荧石。因此，因为透镜元件吸收曝光光束EL而出现的温度升高非常影响透镜元件和投影光学系统的成象特性，所以在本实施例中，氦气由于其较强的冷却作用而被用作上述吸收性气体。
如图1所示，供气管30和排气管31的一端均连结到投影光学系统PL的镜筒。供气管30的另一端连结到用于排出镜筒内气体的气体循环单元(未示出)的一端，而排气管31的另一端连结到气体循环单元的另一端。气体循环单元通过供气管30和排气管31一直在投影光学系统PL中建立一条氦气流，使得镜筒内的气体用高纯度的氦气替代。关于此操作，镜筒内吸收性气体的浓度一直维持在几PPM以下。另外，气体循环单元中结合一个气体净化单元(未示出)，甚至当在包括气体循环单元和投影光学系统PL的镜筒内部在内的循环路径中长时间循环使用氦气时，也操纵维持镜筒内吸收性气体的浓度在几PPM以下。可以在镜筒内布置传感器，如压力传感器或吸收性气体浓度传感器，并且根据传感器的测量值，通过控制单元(未示出)适当地控制组合到气体循环单元中的泵的启动/停止操作。
晶片台WST布置在晶片腔40中。晶片腔40被一个与投影光学系统PL的镜筒无任何间隙地连结的隔离壁41覆盖，隔开了内部与外部的气体。晶片腔40的隔离壁41由一种在脱气时只释放少量气体的材料如不锈钢(SUS)制成。并且在晶片腔40的内部水平地布置一个基底BS。
晶片台WST的结构包括一个XY台34和一个晶片支架35。XY台34在Y轴方向、即扫描方向上和X轴方向上(垂直于图1纸面的方向)被线性电机等二维地驱动，X轴方向垂直于Y轴方向。晶片支架35安置在XY台34上，晶片支架35通过静电吸力(或真空夹具)等固定晶片W。晶片支架35例如用三个致动器(如音圈电机)在三点支承，并且可以在Z轴方向被独立地驱动。这样的操作能够进行Z轴方向上的位置(焦点位置)调节以及关于晶片W的XY平面的倾斜调节。在图1中，这些部件如驱动XY台34的线性电机和驱动晶片支架35的致动器集中地表示为晶片台驱动部分56。
在使用真空紫外波段的波长曝光的曝光设备中，如本实施例中，也需要用氮气或稀有气体更换从投影光学系统PL到晶片W的光路，从而避免曝光光束被吸收性气体如氧气吸收。
如图1所示，供气管32和排气管33的一端均连结到晶片腔40的隔离壁41。供气管32和排气管33的另一端均连结到氦气供给单元(未示出)。高纯度的氦气一直经供气管32从氦气供给单元提供给晶片腔40，而晶片腔40中的气体经排气管33由氦气供给单元收集。以这样方式循环使用氦气。氦气供给单元中结合一个气体净化单元，操纵气体净化单元，从而甚至在包括氮气供给单元和晶片腔40内部在内的循环路径中长时间循环使用氦气时，也可以将除氦气以外的气体(即，吸收性气体，如氧气、水蒸气或有机物)的浓度维持在几PPM以下。可以在晶片腔40内布置传感器，如压力传感器或吸收性气体浓度传感器，并且根据传感器的测量值，通过控制单元(未示出)适当地控制组合到氦气供给单元中的泵的启动/停止操作。
在晶片腔40的隔离壁41的-Y侧侧壁上布置一个光透射窗38。同样，虽然图中被省去，但光透射窗也可以布置在隔离壁41中-X侧(图1中纸面的深度方向)的侧壁上。这些光透射窗通过在隔离壁41中形成窗口(开口部分)并连结光透射元件以封闭窗口而形成，在本例中，光透射元件为普通光学玻璃。当形成窗口时，为了防止气体从构成光透射窗38的光透射元件连结到窗口的地方泄漏，用一种金属密封剂如铟或铜密封，或在连结部分施加碳氟树脂。作为碳氟树脂，优选使用在80℃温度下经过热处理2小时脱气的碳氟树脂。
在晶片支架35的-Y侧边缘部分上，布置一个由平面反射镜组成的在X轴方向延伸的Y活动反射镜52Wy。在Y活动反射镜52Wy上，通过光透射窗38从Y轴激光干涉仪37Wy投射测量光束，其中Y轴激光干涉仪37Wy布置在晶片腔40的外部，与Y活动反射镜52Wy几乎成直角。在Y轴激光干涉仪37Wy中布置一个探测器，该探测器接收经光透射窗38从Y活动反射镜52Wy反射的光束，由此探测Y活动反射镜52Wy的位置，即晶片W的Y位置，其中以布置在Y轴激光干涉仪37Wy内的参考反射镜的位置为参考。
类似地，虽然在图中被省去，但在晶片支架35的-X侧的边缘部分上，布置一个由平面反射镜组成的沿Y轴方向延伸的X活动反射镜。并且，与上述类似，通过X活动反射镜由X轴干涉仪(未示出)探测X活动反射镜的位置，即晶片W的X位置。上述两个激光干涉仪的探测值(测量值)提供给主控制器50，并且主控制器50根据这些干涉仪的探测值经晶片台驱动部分56控制晶片台WST的位置。
如上所述，在本实施例中，因为在晶片腔40的外部布置激光干涉仪，即激光光源，光学元件如棱镜和探测器等，所以即使从组成激光干涉仪的部件如探测器中产生少量的吸收性气体，对曝光也没有不利的作用。
在上述内容中，分划板腔15和晶片腔40的氦气供给单元中结合了气体净化单元，但是也可以采用不同的结构，如不结合气体净化单元，并且分划板腔15和晶片腔40中的气体经工厂管道排出。同样，布置在投影光学系统PL中的气体循环单元可以有类似的结构。
另外，投影光学系统PL的镜筒内表面最好例如用碳氟树脂涂覆，或者通过等离子溅射涂覆形成一种在脱气时只释放少量气体的硬膜(如陶瓷膜或不锈钢膜)，或者最好通过电场抛光进行化学清洁处理。另外，作为镜筒内表面的材料，可以使用化学清洁材料，如不锈钢或特氟隆(注册商标)。
另外，如图1所示，在本实施例的曝光设备100中设置一个多焦点位置探测系统(以下称作“晶片AF系统”)60。此系统是基于斜入射法，由一个辐射系统60a和一个光电探测系统60b组成，辐射系统60a有一个由主控制器50控制开/关操作并从相对于投影光学系统PL的光轴以预定角度的入射方向对投影光学系统PL的成象表面辐射很多成象光束、从而形成针孔或狭缝图象的光源，而光电探测系统60b光电探测从晶片W的表面反射的成象光束并探测每个探测点的Z位置。在日本专利申请公开JP06-283403和对应的美国专利US5,448,332中公开了类似于本实施例中晶片AF系统的多焦点位置探测系统的详细结构。晶片AF系统60的输出发送给主控制器50。只要适用该国际申请的指定国或选定国的国家法律允许，上述日本专利申请和美国专利全部在此引为参考。
控制系统主要由主控制器50形成，如图1所示。主控制器50的结构包括一个由诸如CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)组成的微电脑(或工作站)。主控制器50执行如上所述的各种控制操作。另外，主控制器50还控制这些操作，如对分划板R和晶片W的同步扫描，晶片W的步进操作等，从而进行精确地曝光。
更精确地说，例如，在扫描曝光期间，主控制器50通过分划板台驱动部分49和晶片台驱动部分56控制分划板台RST和晶片台WST的位置和速度；根据激光干涉仪37Ry和37Wy的测量值，使得分划板R经分划板台RST在+Y方向(或-Y方向)以速度VR＝V被扫描，同时，晶片W经晶片台WST在-Y方向(或+Y方向)关于曝光区IA以速度VW＝γ·V(γ是从分划板R到晶片W的投影放大率)扫描。并且事实上，主控制器50根据分划板X干涉仪和晶片X干涉仪(二者均未示出)的测量值控制分划板支架14B，从而防止在分划板R和晶片W之间出现误差。
另外，在进行步进操作时，主控制器50根据激光干涉仪37Wy和晶片X干涉仪(未示出)的测量值通过晶片台驱动部分56控制晶片台WST的位置。
除上述操作之外，例如在进行扫描曝光(后文描述)时，主控制器50根据分划板AF系统20和晶片AF系统60的探测结果，通过经晶片台驱动部分56控制Z位置和向晶片支架35的XY平面的倾斜度来进行自动聚焦(自动焦点调节)和自动调平。另外，在曝光操作之前，主控制器50根据分划板AF系统20的测量结果设置分划板AF系统20的探测偏差(或利用偏差进行校准)，并调节投影光学系统PL的成象特性。下面对这些进行描述。
首先，对设置分划板AF系统中探测偏差的方法及设置偏差的原因进行说明。
简言之，设置分划板AF系统20中偏差的原因在于，在本实施例的曝光设备100中，如前所述，硬胶片24连结到分划板R，这样就影响探测分划板R的Z位置时的精确度。
更具体地说，在下面的描述中，为了方便起见，使曝光设备100有这样一种配置，即分划板R可以在Z轴方向自由地驱动。另外，在曝光设备中既没有设置硬胶片24、也没有设置胶片(软胶片)的状态下，其中胶片由一种膜片组成，而膜片主要由一种比硬胶片24薄很多的有机物制成，假设在最初设置时进行分划板AF系统20的校准，如图4所示，使得投影光学系统PL在分划板一侧(物平面侧)的焦点BF与反射光束FB2在第二光电探测单元S2上的入射位置以及探测参考点O一致。在上述假设中，通过使曝光光束EL的投影光学系统PL的数值孔径N.A.和投影放大率γ决定的入射角在图案面PF上入射角为最大值α’来设置焦点BF，并且反射光束FB2是分划板AF系统20的辐射系统20a发出的成象光束(探测光束)FB1在图案面PF反射的反射光束。
在此状态下，当如图4所示地插入硬胶片24时，投影光学系统PL在分划板一侧(物平面侧)的焦点BF向上(+Z方向)移动ΔZ1，到达BF’位置。但当插入硬胶片时，入射到图案面上的成象光束FB1的光轴变为FB1’，而从图案面反射的反射光束FB2的光轴变为FB2’。这意味着当分划板R的图案面处于图4中标为PF’的位置时，分划板AF系统20确认探测参考点O。因此，当根据第二光电探测单元S2的探测结果不用在分划板AF系统20(第二光电探测单元S2)中设置任何探测偏差地将分划板R控制在Z轴方向时，分划板R将被向上(在+Z方向)驱动ΔZ2，并且图案面PF的位置将被设置在参考位置PF’。
但是在此情况下，被认为是校准靶的分划板一侧上的焦平面是一个表示为PF″的表面。因此，这样就建立了ΔZ1-ΔZ2＝ΔZ的散焦状态，要解决散焦状态，需要根据分划板AF系统20的探测结果对Z靶值设置偏差ΔZ，分划板在该值处被对齐。
即，通过对第二光电探测单元S2的探测结果增加偏差ΔZ而设置对齐靶值，并且当完成设置时，根据靶值在Z轴方向上驱动分划板R。通过这种配置，可以使分划板R的图案面PF与分划板一侧上投影光学系统PL的焦平面重合，由于硬胶片24的插入，该焦平面移到表面PF”。
因此，甚至当曝光设备是一种设计使用无需硬胶片24的分划板R的设备时，或是一种设计使用图案面受软胶片保护的分划板R的设备时，可以使用一种包括硬胶片24的分划板R，没有任何由于投影光学系统PL和分划板R之间的相对空间的变化带来的问题。
顺便说一下，代替设置偏差ΔZ，可以通过如前所述调节图2所示光电探测系统L2中平行片的倾角并如图4中箭头A所示地移动反射光束的光轴ΔM(＝ΔZ·sinα)来重新校准分划板AF系统，其中ΔM对应于偏差ΔZ。
光轴的移动量ΔM和偏差ΔZ唯一地设置，与硬胶片24的厚度t对应。即，当利用曝光光束EL的入射角α’，进入硬胶片24的曝光光束EL的出射角β′(根据硬胶片24对曝光光束EL的折射率n以及入射角α’，通过折射原理唯一地设置)，和厚度t时，前述的ΔZ1可以表示为下列函数ΔZ1＝f1(α’，β’，t)...(1)顺便说一下，在第二实施例中将对函数f1做进一步的描述。
在本实施例的情况下，因为入射角α’是一个已知的常数，并且掺氟石英24对曝光光束EL(波长为157nm的氟激光器)的折射率n也是已知的，所以出射角β’也是一个常数，可以通过计算很容易地得到。因此，ΔZ1可以表示为下面的方程(2)ΔZ1＝K1·t...(2)在此情况下，K1是一个根据上面的α’和β’设置的比例常数。
同样，可以有下列表达式ΔZ2＝K2·t...(3)在此情况下，K2是一个根据探测光束的入射角α和进入硬胶片24的探测光束的出射角β设置的比例常数。
因此，偏差ΔZ可以表达为下列方程(4)ΔZ＝ΔZ1-ΔZ2＝(K1-K2)·t＝K·t ...(4)在此情况下，K是一个由K＝K1-K2定义的比例常数。
因此，一旦知道硬胶片24的厚度t，就可以通过方程(4)立刻得到偏差ΔZ。
在本实施例的分划板AF系统20中，第一光电探测单元S1接收辐射系统20a辐射的成象光束在硬胶片24的上下表面反射的反射光束，并且将探测信号输出给主控制器50。并且，根据从第一光电探测单元S1发出的探测信号，主控制器50可以计算从硬胶片24的上下表面反射的反射光束在光电探测单元S1的探测面上的入射点之间的距离δ(参见图2)。
因此，从图2所示的几何关系中可知，当光电探测系统L1的投影放大率设置为D时，δ满足下列方程关系(5)δ＝2t·D·tanβ·cosα ...(5)当改进方程(5)时，可以如下表达t＝δ/(2D·tanβ·cosα) ...(5)′把方程(5)′带入到方程(4)中，可以得到如下方程ΔZ＝K·δ/(2D·tanβ·cosα) ...(6)当把κ/(2D·tanβ·cosα)表示为一个比例常数C时，方程(6)可以表示成方程(7)ΔZ＝C·δ...(7)
因此，在本实施例中，提前获得比例常数C，并将其与方程(7)一起储存到主控制器50的RAM中。因此，主控制器50根据第一光电探测单元S输出的探测信号计算上述的δ，并且还可以根据方程(7)，通过立即设置分划板AF系统20的探测偏差ΔZ、或通过控制光电探测光学系统L2中平行片69的倾斜度来进行分划板AF系统20的校准，使得反射光束的光轴只移动ΔM＝(ΔZ·sinα)。从方程(5)和方程(5)’显而易见，因为δ正比于硬胶片24的厚度t，所以测量δ就意味着测量厚度t。
在上述说明中，为方便起见沿Z轴方向驱动分划板R，但是在本实施例中，因为曝光设备100没有Z轴方向驱动机构，所以实际上主控制器50在曝光前根据硬胶片24的厚度的探测结果对分划板AF系统20进行上述校准。并且，当进行扫描曝光时，主控制器50根据被进行校准的分划板AF系统20中第二光电探测单元S2的探测结果计算分划板R的图案面PF的散焦量。然后，考虑探测结果，主控制器50根据晶片AF系统60的测量值，通过晶片台驱动部分56控制晶片支架35的Z位置，使得分划板R(的图案面)和晶片W(的表面)之间的光学距离得以维持，或换言之，分划板R和晶片W之间的共轭关系得以维持。下面对此做更详细的说明。
另外，在本实施例的曝光设备100中，在被辐射分划板R图案面PF的曝光光束EL的照明区中设置三个分划板AF系统20的探测点(成象光束的辐射点)。因此，当图案面PF在非扫描方向倾斜时(在非扫描方向有调平误差时)，可以探测。但是，当硬胶片24的厚度在非扫描方向上不同时，探测结果可以类似于在图案面PF的非扫描方向有调平误差的情况。因此，甚至在这种情况下，为了探测每个探测点处图案面PF的散焦量，探测对应于每个探测点的硬胶片24的厚度t，并且根据探测结果执行第二光电探测单元S2的校准(或设置探测偏差)。
另外，当提前精确地获得硬胶片的厚度t时，不需要探测硬胶片的厚度t。即，当在对曝光设备加载具有硬胶片的分划板之前，测量硬胶片的厚度t，然后操作者可以把提前测得的硬胶片的厚度t经输入/输出单元如操纵台输入到曝光设备中(或更精确地讲，输入到主控制器50的RAM中)。并且根据输入，可以执行第二光电探测单元S2的校准。或者，替代操纵者执行输入，可以把硬胶片的厚度t储存为分划板上的条形码信息，并且当把具有硬胶片的分划板载入到曝光设备中时，可以用条形码阅读器读出条形码信息。
另外，当插入硬胶片24时，不仅投影光学系统PL的象面一侧上的焦点位置发生变化，而且成象特性如球差、慧差、畸变和场曲率等也发生变化。因此在本实施例中，把做为参数的胶片(图案保护性元件)厚度t和用于校正上述每一象差的投影光学系统PL的透镜元件的驱动量之间的关系式提前储存到RAM中。通过把实际图案曝光到晶片W上、通过投影光学系统PL测量图案图像以及提前进行的光学模拟等实验获得本关系式。并且在曝光之前，主控制器50根据在分划板AF系统20的上述校准时测得的胶片的厚度(当三个探测点处的厚度不同时，再根据三个探测点的平均厚度、两端探测点的平均厚度和中心探测点的厚度中的一个)给予成象特性校正控制器78指令，以校正投影光学系统PL的上述每个象差。当驱动透镜元件以校正投影光学系统PL的成象特性时，做为副效应，导致焦点的变化；但是，这种变化如此之小，以致于可以不予理会。另外，在本实施例中，主控制器50还可以通过给予成象特性校正控制器78指令并沿Z轴方向驱动多个构成投影光学系统PL的透镜元件70a、70b等中的至少一个来调节分划板R的图案面PF相对于分划板一侧上焦平面的位置(参见图4)。
当完成了投影光学系统PL的上述象差校正时，开始以下列方式进行曝光过程的操作。
首先，进行预备操作，如利用分划板显微镜(未示出)和离轴校准传感器(未示出)进行分划板校准以及通过校准传感器的基线测量等。然后，利用校准传感器进行晶片W的细校准(如EGA(增强的全方位校准))，并且获得晶片W上多个拍摄区的分布坐标。
在日本专利申请公开JP04-324923和对应的美国专利US5,243,195中披露了如上述分划板校准和基线测量等的预备操作的细节。至于后面的操作，EGA，在日本专利申请公开JP61-44429和对应的美国专利US4,780,617也有所描述。只要适用该国际申请的指定国或选定国的国家法律允许，上述每件专利文献的内容都在此引为参考。
当以上述方式完成了曝光晶片W的预备操作之后，主控制器50根据校准结果将晶片台WST移到起始位置(加速起始位置)，以对晶片W上的第一拍摄区扫描曝光，同时监测晶片一侧的Y轴激光干涉仪37Wy的测量值和X激光干涉仪(未示出)。
然后，主控制器50开始在Y方向扫描分划板台RST和晶片台WST，并且当两个台达到它们的目标扫描速度时，曝光光束EL开始对分划板R的图案区照明，开始扫描曝光。
主控制器50同步控制分划板台RST和晶片台WST，尤其在上述扫描曝光期间，使得分划板台RST在Y轴方向的移动速度VR和晶片台WST在Y轴方向的移动速度VW维持在一个与投影光学系统PL的投影放大率γ对应的速度比例。
然后，用紫外脉冲光连续照明分划板R的图案区的不同区域，并且当照明整个图案区时，就完成了对晶片W上第一拍摄区的扫描曝光。通过这种操作，分划板R的电路图案经投影光学系统PL被缩小并转印到第一拍摄区上。
当以上述方式完成了第一拍摄区的扫描曝光时，主控制器50在X轴和Y轴方向移步晶片台WST，并把晶片台WST移到对第二拍摄区上扫描曝光的起始位置。当进行移步操作时，主控制器根据在晶片一侧Y轴激光干涉仪37Wy以及X激光干涉仪的测量值实时测量晶片台WST在X、Y和θz方向上的位移。然后根据测量结果，主控制器50控制晶片台WST的位置，使得XY位移处于预定的状态。
另外，根据θz方向上晶片台WST的位移信息，主控制器50旋转控制分划板支架14B，从而补偿晶片W侧上的旋转位移误差。
然后，主控制器50进行在第二拍摄区上的扫描曝光，与上述扫描曝光一样。
在上述方式中，重复进行扫描曝光和步进操作，以对后面的拍摄区曝光，并且连续地把分划板R的电路图案转印到经过对晶片W曝光的所有拍摄区。
在扫描曝光期间，主控制器50以下列方式进行焦点调平控制。即，当第二光电探测单元S2探测到的分划板R的图案面PF从探测参考位置的位移表示为Rz，并且由晶片AF系统(60a和60b)的传感器探测到的离探测参考位置的位移表示为Wz，或者其相邻区域表示为Wz时，其中第二光电探测单元是已经完成校准的分划板AF系统20的任意一个单元(为了简便，称作“S21”)，晶片AF系统的传感器的探测点是晶片W上对应于第二光电探测单元S21的探测点的探测点，焦点位移ΔF可以表示如下ΔF＝Rz×γ2-Wz(8)然后主控制器50在Z轴方向移动晶片支架35，使得在分划板AF系统20的所有探测点上ΔF都变为零，由此进行焦点调平控制，使得分划板R和晶片W之间的光学位置关系保持恒定。
如前所述，在本实施例中，主控制器50构成一个计算单元以及组成计算单元的一个第一计算单元和一个第二计算单元。同时，主控制器50和分划板AF系统20组成一个探测单元，探测保护分划板R图案面PF的硬胶片24的厚度。另外，晶片支架35、晶片台驱动部分56和主控制器50组成一个校正单元，校正分划板R和晶片W之间的位置关系，而成象特性校正控制器78和主控制器50组成一个校正单元，校正投影光学系统PL的光学特性。
如上所述，关于第一实施例的曝光设备100，因为它包括一个用于探测保护分划板R图案面PF的硬胶片24的厚度的探测单元(20和60)，所以可以根据由探测单元探测到的硬胶片24的厚度精确地探测分划板R的图案面PF在Z方向的位置。另外，可以执行考虑了在分划板R的电路图案PA图像的成象状态中由于硬胶片24引起了变化的曝光。因此，可以高精确度地进行曝光，不受硬胶片24的厚度(或厚度差)的影响。
另外，硬胶片24由一个透明片制成，透明片是一个平行片，并且探测单元的结构包括一个辐射系统20a，经硬胶片24向图案面PF上从相对于其法向倾斜预定角度α的方向辐射探测光束；第一光电探测单元S1，接收从硬胶片24上面对图案面PF的一侧以及相反侧表面上反射的反射光束并输出探测信号；和主控制器50，根据第一光电探测单元S1发出的探测信号计算硬胶片24的厚度。因此，主控制器50可以根据第一光电探测单元S1的探测信号探测硬胶片24以及其它元件、如根据需要设置的图案保护性元件的厚度。
关于硬胶片24的厚度，绝不需要硬胶片有相同的厚度，可以采用没有胶片的分划板。但在本实施例中，因为曝光设备100有探测硬胶片厚度的能力，所以不仅可以使用没有胶片的分划板，而且也可以使用多种类型的胶片，如带有一个硬胶片的分划板，或带有不同厚度的软胶片的分划板，没有严重问题。
另外，在本实施例中，探测单元包括第二光电探测单元S2，用于接收从图案面PF反射的反射光束并输出探测信号，并且第二光电探测单元S2可以根据硬胶片24的厚度进行校准。另外，构成探测单元的主控制器50可以根据第一光电探测单元S1输出的探测信号计算图案保护性元件如硬胶片24的厚度，并且根据算出的厚度和第二光电探测单元S2输出的探测信号，主控制器50还可以计算图案面PF的实际Z位置(法线方向的位置)和散焦量，其中分划板R的图案面PF由于图案保护性元件厚度的影响所致的位置移动得到校正。
另外，如前所述，本实施例中根据基于第一光电探测单元S1的输出获得的保护性元件如硬胶片24的厚度，在曝光之前进行分划板AF系统20的校准(或探测偏差的设置)以及投影光学系统PL的光学特性的校正。另外，当进行扫描曝光时，考虑到分划板AF系统20的探测值后校正(调节)分划板R和晶片W之间的位置关系(光学位置关系)，其中分划板AF系统上已进行了上述校准等。因此，可以不会由于散焦而降低曝光精度地进行高精密性的曝光。
另外，在本实施例中，辐射系统20a对图案面PF中与投影光学系统PL的曝光区IA对应的区域中的多个探测点辐射探测光束，并且对应于多个探测点地设置第一和第二光电探测单元S1和S2。然后，在本实施例中，主控制器50根据多个第一光电探测单元S1发出的探测信号计算保护性元件如硬胶片24的厚度分布，并调节晶片W相对垂直于投影光学系统PL的光轴方向的表面的倾斜度，即进行水平调节。因此，可以不受硬胶片厚度分布影响地进行高精密度地曝光。
另外，在本实施例中，因为用波长为157nm的属于真空紫外波段的能量束如F2激光进行曝光，所以投影光学系统的分辨率得以提高，这因此使得能够将精细的图案以高分辨率转印到晶片上。
再者上述第一实施例中，做为校正由硬胶片厚度所致的效应的一种方法，可以采用调节分划板和晶片的位置关系或通过驱动投影光学系统中的透镜元件而调节投影光学系统的光学特性的方法。但是，本发明不限于上述方法，这些方法可以结合使用以进行总调节。<第二实施例>
接下来，参见图5至图7对本发明的第二实施例进行描述。在本实施例中，与第一实施例相同或一致的结构和组件采用相同标号，对它们的描述也从简或省去。
在第二实施例中，采用的曝光设备与第一实施例中的曝光设备10结构类似，除了设置图5中的分划板AF系统120代替分划板AF系统20，并且主控制器50的控制功能对应于不同系统稍微不同。因此，下面的描述主要集中在不同之处。
图5表示分划板AF系统120的整体结构。如图所示，分划板AF系统120包括一个辐射系统120a和一个光电探测系统120b，其中辐射系统120a的结构类似于辐射系统20a，并且经硬胶片24向分划板R的图案面PF上辐射探测光束，换言之，辐射成象光束(属于600至800nm波段的红光)以形成针孔或狭缝图像，并且光电探测系统120b的结构包括一个光电探测单元S3等，用于接收从辐射系统120a发出的成象光束被分划板R的图案面PF反射的经光电探测光学系统L2的反射光束。
做为光电探测单元S3，使用与第二光电探测单元S2类似的光电探测装置。光电探测单元S3接收辐射系统120a辐射的成象光束被分划板R的图案面PF反射的反射光束，并且将探测信号输出给主控制器50。根据探测信号，主控制器50探测分划板R的图案面PF在光轴方向的位置。即，在本实施例中，分划板AF系统120和主控制器50组成一个位置探测系统。
虽然图5中未示出，但实际上，辐射系统120a分别向以预定间隔沿非扫描方向(x轴方向)布置在分划板R图案面PF的照明区IAR中的多个探测点辐射成象光束，并且对应于每个探测点地设置光电探测系统120b。照明系统120a和多个光电探测系统120b组成一个多焦点探测系统。
其它组件的结构类似于第一实施例。在第二实施例的曝光设备中，从辐射系统120a发出的探测光束(成象光束)的入射角α设置在35°～40°的范围。下面对把入射角α设置在35°～40°范围的原因给予说明。
假设如图6A所示，在曝光设备中既没有硬胶片24、也不设置软胶片的状态下，在初始设置中进行分划板AF系统120上的校准，使得投影光学系统PL在分划板一侧(物平面一侧)的焦点BF与反射光束FB2在第三光电探测单元S3上的入射位置以及探测参考点O重合。在上面的假设中，通过使由数值孔径N.A.和曝光光束EL的投影光学系统PL的投影放大率γ决定的入射角在图案面PF处为最大角α’来设置焦点BF，并且反射光束FB2是分划板AF系统120的辐射系统120a发出的成象光束(探测光束)从图案面PF反射的反射光束。
在此状态下，当如图6B所示地插入硬胶片(平行玻璃片)24时，投影光学系统PL在分划板一侧(物平面一侧)的焦点BF向上(+Z方向)移动ΔZ1，到达BF’位置。在此情况下，当利用曝光光束EL的入射角α’，进入硬胶片24的曝光光束EL的出射角β’(根据硬胶片24对曝光光束EL的折射率n和入射角α’，依据折射定律唯一地设置)以及厚度t时，ΔZ1可以表示为前述方程(1)中的函数f1。
但是，可以知道，由于在物平面(或象平面)附近插入厚度为t的平行玻璃片所致的成象光束焦点位置的变化量Z可以表示成一个典型的方程，即表示成包括一个平行玻璃片的光学系统的焦点位置的位移，如方程(9)所示Z＝t(1-tanθ2/tanθ1) ...(9)在此情况下，θ1是每个光束到平行片的入射角，θ2是进入平行玻璃片的每个光束的出射角。当平行玻璃片的折射率设为n时，依据折射定律，θ1和θ2之间的关系可以表达如下sinθ1＝n·sinθ2...(10)焦点位置Z的位移可以表示成图7所示的曲线。
从上述的说明中显而易见，方程(1)中的函数f1不是别的，正是上述方程(9)中的函数Z，用θ1＝α’和θ2＝β’替代。因此ΔZ1＝f1(α’，β’，t)＝t(1-tanβ’/tanα’) ...(1)’另外，当入射到图案面上的成象光束FB1的光轴由于硬胶片24的插入变为FB1’，并且图案面PF在+Z方向移动ΔZ2时，成象光束被分划板R的图案面反射的反射光束FB2’被光电探测单元S3的原点O接收。
在此状态下，因为方程(9)与光束的波长无关，所以可以表示为方程(11)ΔZ2＝t(1-tanβ/tanα)...(11)在此情况下，α是探测光束在硬胶片24上的入射角，而β是进入硬胶片24(该光束在玻璃内部被折射)的探测光束的出射角。
但是，因为在分划板AF系统120中设置的偏差ΔZ是ΔZ＝ΔZ1-ΔZ2，所以，当ΔZ1＝ΔZ2时，即当下列方程(12)成立时，将不需要设置偏差。
t(1-tanβ’/tanα’)＝t(1-tanβ/tanα) ...(12)从此方程中明显看出，当入射角α满足下列方程时tanβ’/tanα’＝tanβ/tanα ...(12)’不需要分划板AF系统120的偏差设置。因此，在下面的说明中，将具体得到本实施例中采用的α。
在投影光学系统PL中，晶片一侧上的数值孔径(N.A.)通常设置在0.60～0.80的范围内，而分划板一侧上的数值孔径(N.A.)是晶片侧数值孔径的γ倍(投影放大率)(或从晶片一侧到分划板一侧的倍数为1/成象放大率)。因此，因为投影放大率γ是1/4或1/5，所以分划板一侧上的数值孔径为0.60×1/5～0.8×1/4，即约为0.12～0.20。
因为数值孔径＝sin(入射角)＝sinα’，所以按如下计算曝光光束在分布于分划板R附近的硬胶片(平行玻璃片)24上入射角的最大值α’＝sin-1(0.20)≈11.5° ...(13)例如，当曝光光束EL是波长为157nm的F2激光束，并且硬胶片24的材料为掺氟石英时，在本实施例中，掺氟石英对F2激光束的折射率为1.65，因此tanα’≈tan(11.5°)≈0.203 ...(14)由于折射定律β’＝sin-1(sinα’/n)≈sin-1(sin(11.5°)/1.65)≈6.94°...(15)tanβ’≈tan(6.94°)≈0.122 ...(16)从这些结果中可以将方程(1)’表示如下ΔZ1≈t(1-0.122/0.203)＝0.400×t...(17)
即，在此情况下，投影光学系统PL的焦点在分划板一侧的移动量约为厚度t的40.0％。
做为分划板AF系统120探测分划板R位置的探测光束，使用波带范围约为600nm～800nm的红光。在典型的透镜材料中，长波光的折射率小于短波光的折射率。例如，掺氟石英对波带范围约为600～800nm的红光的折射率约为1.45～1.46，小于使用F2激光束的情形—1.65。
因此，当设置辐射系统120a发出的探测光束的入射角α，使得ΔZ2＝t(1-tanβ/tanα)与曝光光束(F2激光束)的ΔZ1(＝0.400t)一致时，由于硬胶片24的插入而发生的曝光光束(F2激光束)的焦点位置的位移与探测光束(红光)的探测位置的位移一致，无论硬胶片24的厚度如何。在此情况下，上述方程(12)’是成立的。
即，当根据由分划板AF系统120得到的对图案位置的探测结果而进行焦点校正时，可以避免由于硬胶片24的不同厚度所致的误差。
当如上所述地使用由掺氟石英制成的硬胶片24和F2激光束时，在辐射系统120a发出的探测光束的入射角α处于35°～40°(对应于折射率为1.45～1.46)的情况下，对硬胶片24的厚度t的探测误差约为40.0％。为了可视地表示此点，在图6B和6C中将曝光光束EL的入射角α’设置为11°，并将探测光束的入射角α设置为40°。从图6B和6C中显而易见，通过设置探测光束的入射角α使得上述方程(12)’成立，由于硬胶片24的插入所致的曝光光束(F2激光束)的焦点位置的位移与探测光束(红光)的探测位置的位移一致，无论硬胶片24的厚度如何。
在本实施例中，通过将探测光束的入射角α设置在35°～40°的范围内，曝光光束EL的Z值与分划板AF系统120的探测光束的Z值一致，形成一个可以忽略由于硬胶片的厚度变化所致的误差的情形。
这种关系不限于把F2激光束用作光源并由掺氟石英制备平行片的情形。例如，甚至当使用ArF准分子光源和由石英或萤石制备的硬胶片时，通过优化各种条件下探测光束的入射角α、使得曝光光束的上述Z值与辐射系统辐射的探测光束的工作一致时，由分划板AF系统的探测光束获得的分划板R的探测值基本上不受硬胶片厚度(或各种厚度)导致的误差的任何影响，与上述类似。
另外，当用F2激光器做为光源时，硬胶片的材料不仅限于上述掺氟石英，而是也可以使用一些典型类型的石英，包含少量羟基的石英或加氢的石英。另外，也可以使用氟化物晶体，如萤石，氟化镁或氟化锂。
另外，在第二实施例的曝光设备中，在分划板R的被辐射曝光光束EL的图案面PF上的照明区中设置分划板AF系统120的三个探测点(成象光束的辐射点)，并且每个成象光束(探测光束)的入射角设置在30～40°的范围。因此，接收每个探测光束的反射光束的光电探测单元S3可以精确地探测相应探测点的散焦量，不用设置探测偏差(和执行前述的重新校准)，并且不用考虑是否在设备中设置硬胶片24。因此，当图案面PF在非扫描方向倾斜时(当在非扫描方向发生调平误差时)，可以探测到这种状态。
但是，当插入硬胶片24时，不仅投影光学系统PL在象平面一侧的焦点改变，而且成象特性如球差、慧差、畸变和场曲率也改变。因此，为了校正投影光学系统的成象特性，需要关于硬胶片24的厚度t的信息。在本实施例中，通过操作者经输入单元如操纵台(未示出)输入厚度t的信息。
在第二实施例中，把用作参数的胶片(图案保护性元件)厚度t和用于校正上述每项象差的投影光学系统PL的透镜元件的驱动量之间的关系提前储存到RAM中，与第一实施例中相同。并且，当曝光之前通过输入装置如操纵台(未示出)输入关于硬胶片24的厚度t的信息时，主控制器50给予成象特性校正控制器78指令，校正投影光学系统PL的上述每种象差。顺便说一下，当驱动透镜元件以校正投影光学系统PL的成象特性时，做为一个副作用，导致焦点的变化；但变化很小，以致于可以忽略。
然后，在类似于第一实施例的程序中，执行曝光过程中的操作，并且在扫描曝光期间，主控制器50执行类似于第一实施例的焦点调平控制并在Z轴方向移动晶片支架35，使得通过使上述方程(8)中的ΔF在分划板AF系统120的所有探测点处为零，来恒定地维持分划板R和晶片W之间的光学位置关系。
如前所述，根据本发明的第二实施例，分划板AF系统120可以高精度地探测分划板图案面的散焦量，不受是否设置图案保护性元件如硬胶片24的影响，并且不受设置图案保护性元件时的厚度(或厚度差)影响。并且，因为考虑了分划板AF系统120的探测值之后进行分划板R和晶片W之间的位置关系(光学位置关系)校正(调节)，所以可以高精度地进行曝光，没有由散焦所致的曝光精度的任何减弱。
另外，在第二实施例中，因为用属于真空紫外波段的能量束进行曝光，如使用波长为157nm的F2激光器，所以可以提高投影光学系统PL的分辨率，并且可以高精度地把精细图案转印到晶片上。
在上述第二实施例中，探测光束入射到分划板R上的入射角α设置在35°～40°的范围内，但本发明不限于这一范围，该范围也可以设置在30°～50°的范围内。
在第二实施例中，根据操纵者经操纵台等(未示出)输入的硬胶片24的厚度t信息执行投影光学系统中成象特性变化的校正。但本发明不限于此，并且可以通过利用分划板AF系统测量硬胶片24的厚度并根据测量值进行校正来校正投影光学系统中成象特性的变化，其中使用的分划板AF系统具有与第一实施例中的分划板AF系统20类似的结构。
另外，在上面的每一实施例中，进行焦点控制(包括调平控制)时驱动晶片W(晶片支架)。但是，本发明不限于此，可以用驱动分划板R来代替。例如在此情况下，分划板台的结构可以包括一个分划板R粗移动台，由线性电机在扫描方向驱动；一个分划板细移动台，布置在分划板粗移动台上并具有矩形框架，在XY平面由音圈电机等精细地驱动；和一个分划板支架，通过吸力固定分划板R并被支承在分划板细移动台上的三点处，可由电磁驱动源如音圈电机在相对于XY平面倾斜的方向和Z方向上驱动。并且当进行焦点控制(包括调平控制)时，可以驱动分划板支架。
另外，在上述每一实施例中，都描述了在分划板AF系统中根据图案保护性元件如硬胶片24的厚度设置探测偏差或在分划板AF系统中进行校准的情况。但本发明不限于此，当根据图案保护性元件如硬胶片24的厚度在晶片AF系统中进行设置探测偏差的操作时可以获得类似的操作效果。
另外，在上述每一实施例中，已经描述了通过驱动构成投影光学系统PL的透镜元件来校正投影光学系统PL的光学特性的情形。但本发明不限于此，可以通过在分划板AF系统20或分划板AF系统120的捕获范围内根据主控制器50给予的指令垂直移动分划板R来校正象差，并且分划板的位置被认做是从那时起的参考位置。
在上述每一实施例中，分别描述了焦点的校正、投影光学系统PL中成象特性的校正以及调平校正，但实际上也可以根据分划板AF系统的探测结果合并这些操作以综合进行。
在上述每一实施例中，在分划板AF系统中设置三个光电探测系统(和辐射系统)，但本发明不限于此。另外，在上述每一实施例中，通过多个分划板AF系统测量硬胶片的厚度分布的方向是非扫描方向，但本发明不限于此，测量方向可以在扫描方向上，或者是扫描方向/非扫描方向的对角线方向。
另外，可以通过在扫描方向上相对于分划板AF系统的三个光电探测系统移动分划板来测量硬胶片的厚度。
另外，在上述每一实施例中，还可以用低吸收性气体代替图案面PF和框架26围成的空间中的气体。但是，在探测保护性元件的厚度时，使用属于600～800nm波带范围的红光，因此，不必用低吸收性气体置换该空间。
另外，在上述实施例中，描述了用氦气置换分划板腔15的内部、晶片腔40的内部以及投影光学系统PL的镜筒内部的结构。但本发明不限于此，也可以用氮气置换这些内部，或只用氦气置换投影光学系统PL的镜筒内部。
上述实施例中曝光设备的光源不限于F2激光源、ArF准分子激光源、KrF准分子激光源等。例如，可以用一个谐波做为光源，这通过放大DFB半导体激光器或光纤激光器发射的红外或可见范围的单波长激光束并利用非线性光学晶体将该波长转换为紫外光而获得，其中光纤放大器例如是掺铒(或掺铒和镱)。另外，投影光学系统PL的放大率不限于缩小系统，也可以使用等放大率或扩大放大率的系统。
在上述实施例中，描述了把本发明应用到基于步进-扫描法的扫描曝光设备的情形。本发明自然不限于此。即本发明也可以适当地应用到基于步进-重复法的缩小投影曝光设备。
另外，做为晶片台WST和分划板台RST的悬置方法，可以采用利用气流产生的悬浮力的方法，以此取代磁悬浮法，但在这种情况下，为台座悬浮提供的气体最好是填充每个台腔的低吸收性气体。
本发明涉及的上述实施例中的曝光设备，如曝光设备100，可以通过如下方式制成把由多个透镜和投影光学系统组成的照明光学系统组合到曝光设备的主体中并进行光学调节、同时把由各种机械元件制成的晶片台(以及在扫描曝光设备情况下的分划板台)组合到曝光设备的主体中、连接导线和管线、组装构成分划板腔和晶片腔的每个隔离壁、连接气体管道系统、把每个部分连接到控制系统并进行总调节(电学调节、操作调节)等。曝光设备最好在温度、清洁度等受到控制的清洁室中制造。<器件制造法>
下面对光刻法中利用上述曝光设备的器件制造法实施例进行描述。
图8是制造器件(如IC或LSI的半导体芯片、液晶板、CCD、薄磁头、微型机械等)的实例流程图。如图8所示，在步骤201(设计步骤)，设计器件的功能/性能(如半导体器件的电路设计)和设计执行该功能的图案。在步骤202(掩模制造步骤)，制造一个其上形成有设计的电路图案的掩模，在步骤203(晶片制造步骤)，利用硅材料等制作晶片。
在步骤204(晶片制作步骤)，通过光刻等利用步骤201至203制作的掩模和晶片在晶片上形成一个实际的电路。接下来，在步骤205(器件组装步骤)，利用步骤204中处理过的晶片组装一个器件。根据需要，步骤205包括这些处理，如切削、粘结和包装(芯片封装)。
最后，在步骤206(检测步骤)，执行对器件的操作测试、耐久性测试等。这些步骤之后即完成了一个器件并装运。
图9是上述制作半导体器件的步骤204的详情流程图。参见图9，在步骤211(氧化步骤)，氧化晶片的表面。在步骤212(CVD步骤)，在晶片表面上形成一个绝缘膜。在步骤213(电极形成步骤)，通过蒸汽沉积在晶片上形成一个电极。在步骤214(离子置入步骤)，把离子置入到晶片中。上述的步骤211至214构成对晶片处理中各个步骤的预处理，并且根据各个步骤所需的处理有选择地执行。
当在晶片处理的各个步骤中完成上述预处理时，进行如下后处理，首先，在步骤215(抗蚀剂形成步骤)，用光敏剂涂敷晶片。接下来，在步骤216，通过上述实施例中所述的光刻系统(曝光设备)和曝光法把掩模上的电路图案转印到晶片上。并且在步骤217(显影步骤)中对已经曝光的晶片显影。然后，在步骤218(蚀刻步骤)，通过蚀刻去除除了剩余抗蚀剂的区域以外的曝光件。最后，在步骤219(抗蚀剂去除步骤)，当蚀刻结束时，去除不再需要的抗蚀剂。
通过重复进行这些预处理和后处理步骤，在晶片上形成多个电路图案。
当利用本实施例中到目前为止所述的器件制造法时，因为上述实施例中的曝光设备用在曝光过程(步骤216)中，所以可以高精度地把分划板图案转印到晶片上。因此可以提高高集成微器件的生产率(产量)。
工业实用性如上所述，本发明的第一至第三曝光设备以及第一至第四曝光法适于进行高精度地曝光，不受用于保护掩模图案面的透光保护性元件厚度的影响。另外，本发明涉及的器件制造法适于制造高集成度的微器件。
权利要求
1.一种对掩模辐射能量束并将形成在所述掩模上的图案转印到基片上的曝光设备，所述曝光设备包括一个探测单元，探测一个透光保护性元件的厚度，其中所述透光保护性元件用于保护其上形成有图案的所述掩模的图案面。
2.如权利要求1所述的曝光设备，其特征在于所述透光保护性元件由平行片制成的透明片制作，并且所述探测单元具有一个辐射系统，以预定的角度经所述透明片从一个倾斜方向对所述图案面辐射探测光束；一个第一光电探测单元，接收第一反射光束和第二反射光束并输出探测信号，其中第一反射光束和第二反射光束分别从所述透明片面对所述图案面的表面以及与所述表面相反侧的表面反射；和一个计算单元，根据所述第一光电探测单元输出的所述探测信号计算所述透明片的厚度。
3.如权利要求2所述的曝光设备，其特征在于所述探测单元还有一个第二光电探测单元，其接收从所述图案面反射的第三反射光束并输出探测信号，和所述计算单元还根据从所述第一光电探测单元输出的探测信号以及从所述第二光电探测单元输出的探测信号计算垂直方向上所述图案面的位置。
4.如权利要求3所述的曝光设备，其特征在于所述计算单元包括一个第一计算单元，根据从所述第一光电探测单元输出的探测信号计算所述透明片的厚度；和一个第二计算单元，根据所述第一计算单元算出的所述透明片的厚度以及从所述第二光电探测单元输出的探测信号计算所述图案面在垂直方向上的位置。
5.如权利要求3所述的曝光设备，其特征在于所述探测单元还有一个校准单元，根据从所述第一光电探测单元输出的探测信号校准所述第二光电探测单元。
6.如权利要求5所述的曝光设备，其特征在于所述校准单元通过移动从所述图案面反射的反射光束的光轴来校准所述第二光电探测单元。
7.如权利要求6所述的曝光设备，其特征在于所述校准单元包括一个沿从所述图案面到所述第二光电探测单元的所述反射光束光路布置的平行片，所述平行片关于所述反射光束光轴的倾斜度可以改变。
8.如权利要求2所述的曝光设备，还包括一个投影光学系统，该系统布置成其光轴与所述垂直方向匹配，并把从所述掩模出射的所述能量束投影到所述基片上；和一个校正单元，根据所述计算单元算出的所述透明片的厚度，校正所述掩模与所述基片之间的位置关系以及所述投影光学系统的光学特性中的至少一个。
9.如权利要求8所述的曝光设备，其特征在于所述辐射系统把探测光束辐射到所述图案面上一个区域之内的多个探测点的每一个上，其中该区域对应于被所述能量束照射的所述投影光学系统的曝光区，布置多个所述第一光电探测单元，分别与所述多个探测点中的每一个对应，所述计算单元根据所述多个第一探测单元的探测信号计算所述透明片的厚度分布，和所述校正单元调节所述掩模和所述基片中至少一个相对于与所述投影光学系统光轴方向相垂直表面的倾斜度。
10.一种对掩模辐射能量束并将形成在所述掩模上的图案转印到基片上的曝光设备，所述曝光设备包括一个位置探测系统，其具有一个辐射系统，把探测光束以入射角α经透光透明片辐射到形成有图案的所述掩模的图案面上，其中透光透明片具有预定的厚度并保护所述图案面，一个光电探测单元，接收从所述图案面反射的反射光束并输出探测信号，和一个计算单元，根据所述光电探测单元的输出计算所述图案面在垂直方向上的位置；和一个光轴处于所述垂直方向的投影光学系统，把从所述掩模出射的所述能量束投影到所述基片上，由此，当进入所述透明片的所述探测光束的出射角表示为β，所述能量束向所述透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、所述投影光学系统的投影放大率以及进入所述透明片的所述能量束的出射角设置的所述能量束的最大入射角表示为β’时，所述入射角α设置为满足下面关系式tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’。
11.如权利要求10所述的曝光设备，其特征在于所述能量束是波长为157nm的F2激光束，并且将所述入射角α设置在30°～50°的范围内。
12.如权利要求11所述的曝光设备，其特征在于将所述入射角α设置在35°～40°的范围内。
13.如权利要求11所述的曝光设备，其特征在于所述探测光束是波长属于600nm～800nm波段的红光，并且所述透明片由掺氟石英制成。
14.如权利要求10所述的曝光设备，还包括一个校正单元，根据所述透明片的厚度t校正所述投影光学系统的光学特性。
15.如权利要求14所述的曝光设备，还包括一个探测所述厚度t的探测单元。
16.一种对掩模辐射能量束并将形成在所述掩模上的图案转印到基片上的第三曝光设备，所述曝光设备包括一个辐射系统，经透光透明片从预定倾斜角的方向向形成有所述图案的所述掩模的图案面上辐射探测光束，其中透光透明片有预定的厚度并保护所述图案面；一个位置探测单元，接收从所述图案面反射的反射光束并探测所述图案面在垂直方向的位置；和一个校准单元，根据所述透明片的厚度校准所述位置探测单元。
17.如权利要求16所述的曝光设备，还包括一个探测所述透明片厚度的厚度探测单元，其中所述校准单元根据所述厚度探测单元的探测结果校准所述位置探测单元。
18.一种包括光刻工艺的器件制造法，其特征在于在所述光刻工艺中利用权利要求1～17中任一所述的曝光设备进行曝光。
19.一种曝光法，其中能量束经形成有图案的掩模对基片曝光，从而把所述图案的图象转印到所述基片上，所述曝光法包括一个探测过程，探测透光保护性元件的厚度，其中该透光保护性元件用于保护所述掩模的图案面；和一个校正过程，根据在所述探测过程中测得的所述透光保护性元件的所述厚度校正所述图案的成象状态。
20.如权利要求19所述的曝光法，其特征在于所述透光保护性元件由一个由平行片制作的透明片制成，和探测过程包括一个辐射过程，从相对于所述图案面的法线有预定倾斜度的方向经所述透明片辐射探测光束；一个光电探测过程，分别接收从所述透明片面对所述图案面的表面反射的第一反射光束和从面对所述图案面的表面相反侧上的表面反射的第二反射光束；和一个计算过程，根据所述第一和第二反射光束的探测结果计算所述透明片的所述厚度。
21.如权利要求20所述的曝光法，其特征在于在所述光电探测过程中，还接收从所述图案面反射的第三反射光束，并且在所述计算过程中，还根据所述第一、第二和第三反射光束的光电探测结果计算所述图案面在所述垂直方向上的位置。
22.如权利要求21所述的曝光法，其特征在于计算所述图案面在所述垂直方向上的位置包括第一计算过程，根据所述第一及第二反射光束的所述光电探测结果计算所述透明片的厚度；和第二计算过程，根据所述透明片的所述计算厚度和所述第三反射光束的光电探测结果计算所述图案面在所述垂直方向的所述位置。
23.一种曝光法，其中对掩模辐射能量束，并经投影光学系统把形成在所述掩模上的图案转印到基片上，所述曝光法包括辐射过程，经透光透明片以入射角α对形成有所述图案的所述掩模的图案面辐射探测光束，其中透光透明片具有预定的厚度并保护所述图案面；和计算过程，当接收到从所述图案面反射的反射光束时，根据此结果计算所述图案面在所述投影光学系统的光轴方向、即所述图案面的法线方向的位置，由此，当进入所述透明片的所述探测光束的出射角表示为β，所述能量束向所述透明片的最大入射角表示为α’，由数值孔径、所述投影光学系统的投影放大率以及进入所述透明片的所述能量束的出射角设置的所述能量束的最大入射角表示为β’时，所述入射角α设置为满足下面关系式tanβ/tanα＝tanβ’/tanα’。
24.一种曝光法，其中对掩模辐射波长为157nm的能量束，并且把形成在所述掩模上的图案经投影光学系统转印到基片上，所述曝光法包括辐射过程，以30°～50°的入射角范围对形成有所述图案的所述掩模的图案面上辐射探测光束；和计算过程，当接收到从所述图案面反射的所述探测光束的反射光束时，根据结果计算所述图案面在所述投影光学系统光轴方向上的位置。
25.如权利要求24所述的曝光法，其特征在于所述入射角处于35°～40°的范围。
26.一种曝光法，其中对掩模辐射能量束，并把形成在所述掩模上的图案转印到基片上，所述曝光法包括辐射过程，经透光透明片以预定倾斜角的方向对形成有所述图案的所述掩模的图案面辐射探测光束，其中透光透明片具有预定的厚度并保护图案面；和位置探测/校正过程，当接收到从所述图案面反射的反射光束时探测所述图案面在垂直方向上的位置，并根据透明片的厚度校正所述图案面在所述垂直方向上的所述位置。
27.如权利要求26所述的曝光法，还包括探测所述透明片的厚度的探测过程，并且在所述位置探测/校正过程中，根据在所述探测过程中探测到的所述透明片的厚度校正所述图案面在所述垂直方向的所述位置。
28.如权利要求26所述的曝光法，其特征在于在所述位置探测/校正过程中，利用位置探测单元探测所述图案面在所述垂直方向的所述位置，并且根据所述透明片的厚度校准所述位置探测单元，从而校正所述位置。
29.一种包括光刻工艺的器件制造法，其特征在于在所述光刻工艺中，利用权利要求19至28中任一所述的曝光法进行曝光。
全文摘要
在曝光设备(100)中，主控制器(50)根据从辐射系统(20a)辐射的探测光束从保护性元件的前后表面反射的第一和第二反射光束、并由光电探测系统(20b)接收的探测信号计算保护掩模(R)的图案面的透光保护性元件的厚度。这样能够考虑进依据保护性元件计算出厚度的图像图案成象状态的变化进行曝光。因此，可以高精度地曝光，保护掩模图案面的保护性元件的厚度差不影响曝光。另外，当探测光束的入射角得到优化时，将不需要在光电探测系统中设置探测偏差或重置原点。
文档编号G03F7/20GK1476629SQ01819363
公开日2004年2月18日 申请日期2001年11月21日 优先权日2000年11月22日
发明者白石直正 申请人:株式会社尼康