CN100524031C - 投影曝光装置、器件制造方法和传感器单元 - Google Patents

投影曝光装置、器件制造方法和传感器单元 Download PDF

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Abstract

本发明公开了经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置。该装置具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经该投影光学系统入射的光。该传感器单元被构成为包含配置有上述受光元件的容器和透过上述入射光且密闭上述容器的密封窗，用具有比1大的折射率的媒质充满了上述密封窗与上述受光元件之间。

Description

投影曝光装置、器件制造方法和传感器单元
技术领域
本发明涉及投影曝光装置、器件制造方法和传感器单元。
背景技术
随着半导体元件的微细化的进展，作为曝光光源，逐渐从高压水银灯的g线转移到波长较短的i线，进而转移到波长更短的KrF受激准分子激光、ArF受激准分子激光。此外，为了实现更高的析像能力，必须增加投影透镜的NA(数值孔径)，为此，存在焦点深度变得越来越浅的趋势。如一般众所周知的那样，可用下式来表示这些关系。
(析像能力)＝k1·(λ/NA)
(焦点深度)＝±k2·λ/NA2
在此，λ是在曝光中使用的光的波长，NA是投影透镜的NA(数值孔径)，k1、k2是与工艺有关的系数。
近年来，越来越多地使用了波长短的KrF、ArF受激准分子激光，进而也研究了F2受激准分子激光或EUV光源、X线光源的使用。此外，另一方面，由移相掩模或变形照明等获得的高析像能力、高深度化技术实现了实用化。但是，利用F2受激准分子激光或EUV光源、X线光源的方法导致装置成本的增加。
因此，对于已有的使用了ArF受激准分子激光的投影曝光装置进行了应用液浸方式的试验。在此，液浸方式是通过用高折射率的液体充满投影透镜与晶片之间的空间来得到高的解像度和深的焦点深度的方法。例如在专利文献1中公开了液浸方式的投影曝光装置。
具体地说，在液浸方式中，如图13中所示，在投影透镜的最终级的光学元件7与晶片2的间隙中充满液体25。在此，如果将曝光光束在空气中的波长定为λ0、将液浸所使用的液体25相对于空气的折射率定为n、将光线的收敛半角定为α、NA0＝sinα，则在液浸情况下的析像能力和焦点深度如下式所示。
(析像能力)＝k1·(λ0/n)/NA0
(焦点深度)＝±k2·(λ0/n)/(NA0)2
即，可以说液浸的效果与使曝光波长为1/n是等效的。换言之，在设计了相同NA的投影光学系统的情况下，利用液浸，可使焦点深度成为n倍。这一点对所有的图形形状都是有效的，进而也可与移相法或变形照明法等组合起来。
为了有效地利用该效果，必须进行液体的纯度、均匀性、温度等的精密的管理，在用分步重复动作在晶片上进行逐次曝光的曝光装置中，尽可能减少在动作中发生的液体的流动或振动和在将晶片运入液体内时如何除去在晶片表面上残留的气泡是重要的。
此外，在不是液浸方式的一般的投影曝光装置中，一般在晶片的附近安装了测量照射在晶片上的曝光光束的照度或曝光光束的照度不匀的照度不匀传感器。此外，一般在晶片的附近为了校准而设置测量投影透镜的倍率或焦点位置变动的传感器。
作为校准用的传感器单元，有在利用铬等形成了图4中示出的基准标记图形的石英玻璃之下设置了受光元件的传感器单元。如下述那样利用这样的传感器单元。即，在掩模原版上设置与图4的基准标记同样的图形，将该图形投影到基准标记上，利用受光元件测量通过了基准标记的光量。在焦点一致时，由于在掩模原版上形成的图形的投影像与基准标记的图形一致，故由受光元件测量出的光量为最大。如果焦点偏移，则由于在掩模原版上形成的图形变得模糊而投影在基准标记图形上，故由受光元件测量出的光量下降。因而，一边由受光元件测量出光量，一边使焦点变动，通过找出测量光量为最大的焦点位置，可进行焦点的校准。
此外，如果基准标记相对于在掩模原版上形成的图形的投影像在XY方向上进行位移，则测量出的光量同样地变化。因而，也可测量XY方向的偏移。即，这样的传感器单元也可用作对准用传感器单元。除此以外，也有在晶片台上安装在拍摄时的曝光不匀的测量或有效光源的测量中使用的由多个像素构成的行传感器、在投影透镜的像差测量中使用的二维CCD等的情况。
如果考虑测量精度，则在液浸式投影曝光装置中希望与晶片同样地在投影透镜下充满液体的状态(液浸状态)下使用这样的传感器单元。
但是，如果在液浸状态下使用上述这样的传感器单元，则发生以下那样的问题。
在图12中示出照度不匀传感器单元的现有例。对于照度不匀传感器单元来说，在用密封窗21密闭了的传感器容器22中配置受光元件23，在密封窗21上配置形成了针孔的遮光构件28而被构成。之所以在密闭空间中配置受光元件23，是为了防止受光元件23的特性受到湿度等的影响而恶化。如果光入射到这样的结构的传感器单元上，则如作为斯内尔定律已知的那样，在空气与密封窗21的边界面、密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面上引起折射。
如果将传感器单元的外部空间的折射率定为n1，将密封窗21的折射率定为n2，将传感器单元的内部空间的折射率定为n3，将光对于传感器单元的外部空间与密封窗21的边界面的入射角定为θi1，将折射角定为θr1，将光对于密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面的入射角定为θi2，将折射角定为θr2，则根据斯内尔定律，下式成立：
n2·sin(θi2)＝n3·sin(θr2)
因而，可得到以下的关系，
sin(θr2)＝(n2/n3)·sin(θi2)
在n2>n3的情况下，用大于等于由sin(θi2’)＝n3/n2定义的θi2’(临界角)的入射角入射的光不会折射，而是引起全反射。
投影透镜的NA用下式来求出：
NA＝n1·sin(θi1)
在不是液浸式的一般的投影曝光装置中，由于传感器单元的外部空间是空气，故折射率n1＝1。在折射率为1的情况下，NA不到1.0，实际上NA至多约为0.9。在NA＝0.83的情况下，入射角θi1＝56.44°。如果将密封窗21的材质定为石英玻璃，则折射率n2＝1.56。根据斯内尔定律，传感器单元的外部空间与密封窗21的边界面上的折射角θr1＝32.29°。根据θr1＝θi2的关系，光对于密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面的入射角θi2＝32.29°。密封窗与传感器单元的内部空间的边界面上的临界角θi2’由下式来决定：
sin(θi2’)＝n3/n2＝1/1.56＝0.64
因而，θi2’＝39.9°，由于θi2’>θi2，故不会成为全反射，光可到达受光元件表面。
另一方面，在液浸式投影曝光装置中，传感器单元的外部空间被液体所充满。在此，作为液体，设想了纯水。纯水的折射率为1.44。在上述的例子中，如果折射率n1＝1.44，则由于入射角θi1＝56.44°，折射率n2＝1.56，故根据斯内尔定律，传感器单元的外部空间与密封窗21的边界面上的折射角θr1＝50.28°。根据θr1＝θi2的关系，光对于密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面的入射角θi2＝50.28°。密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面上的临界角θi2’与上述同样，由下式来决定：
sin(θi2’)＝n3/n2＝1/1.56＝0.64
因而，θi2’＝39.9°，由于θi2’<θi2，故成为全反射。因而，由于在入射角为39.9°～50.28°的范围的光在边界面上全反射而不能到达受光元件的表面，故存在不能使用全光束进行准确测量的问题。这样的问题不止存在于照度不匀传感器单元，即使对于上述的校准用传感器单元等，也产生同样的不良影响。
以上的论述涉及液浸式投影曝光装置中的问题，但在高NA的投影曝光装置中，即使在不是液浸式的现有方式中也存在使传感器单元的测量精度恶化的重要原因。一般来说，光传感器具有灵敏度随光对于受光面的入射角而变化这样的特性。因而，在现有方式的投影曝光装置中，虽然没有光的全反射，全部光束到达受光元件，但由于存在对于传感器的受光面的入射角大的光，故存在受到灵敏度的角度特性的影响而不能进行准确的光量测量的问题。
这些问题也可通过在传感器上构成复杂的光学系统来处置，但如果考虑在保持晶片并高速地移动的载台上安装传感器单元，则在重量方面也好、在空间方面也好，其实现是非常困难的。
发明内容
本发明是以上述的课题认识为基础来进行的，以能高精度地检测从高NA的光学系统射出的宽角度的光束为例示的目的。
本发明的第1方面涉及经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，该装置具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器和透过上述入射光且密闭上述容器的密封窗，用具有比1大的折射率的媒质充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
按照本发明的优选实施例，可将上述传感器单元构成为不包含对上述入射光中进入上述传感器单元中的光进行全反射的界面。
按照本发明的优选实施例，上述媒质是液体，最好是惰性液体。
按照本发明的优选实施例，上述液体可包含PFE(全氟化醚)、PFPE(全氟化聚醚)、HFE(氢氟化醚)和HFPE(氢氟化聚醚)中的某一种。
按照本发明的优选实施例，上述传感器单元可包含覆盖上述受光元件的构件。
按照本发明的优选实施例，上述构件可包含氟类树脂和玻璃中的某一种。
按照本发明的优选实施例，上述装置可具备对上述传感器单元供给上述液体的供给部。
按照本发明的优选实施例，上述装置可具备从上述传感器单元回收上述液体的回收部。
按照本发明的优选实施例，上述装置可具备对上述投影光学系统与上述基板和上述传感器单元中的某一个之间的间隙供给液体的液体供给部。
按照本发明的优选实施例，上述装置可具备对上述投影光学系统与上述基板和上述传感器单元中的某一个之间的间隙供给液体的液体供给部以及储存上述液体的罐，可对上述传感器单元和上述液体供给部这两者供给上述罐内的上述液体。
按照本发明的优选实施例，上述装置可具备定位上述基板的驱动装置，上述液体可被兼用作冷却上述驱动装置的冷却剂。
按照本发明的优选实施例，上述媒质可包含固体、例如氟类树脂和玻璃中的某一种。
按照本发明的优选实施例，上述传感器单元在上述入射光的入射部上可具有预定形状的遮光构件。
按照本发明的优选实施例，上述密封窗可包含预定的遮光图形。
本发明的第2方面涉及一种经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，其特征在于：具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器，用具有比1大的折射率并透过上述入射光的固体充满了上述容器。
本发明的第3方面涉及一种包含检测光的受光元件的传感器单元，其特征在于：包含配置有上述受光元件的容器和透过上述入射光且密闭上述容器的密封窗，用具有比1大的折射率的媒质充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
按照本发明的优选实施例，上述传感器单元可被构成为不包含对入射光中进入上述传感器单元中的光进行全反射的界面。
按照本发明的优选实施例，上述媒质可包含液体或固体。
本发明的第4方面涉及包含检测光的受光元件的传感器单元，该单元包含配置有上述受光元件的容器，用具有比1大的折射率并透过上述入射光的固体充满了上述容器。
本发明的第5方面涉及一种经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，其特征在于：具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器和透过上述入射光且密闭上述容器的密封窗，用液体充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
本发明的第6方面涉及一种经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，其特征在于：具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器，用透过上述入射光的固体充满了上述容器。
按照本发明的优选实施例，上述固体包含氟类树脂和玻璃中的某一种。
本发明的第7方面涉及包含检测光的受光元件的传感器单元，该单元包含配置有上述受光元件的容器和透过入射光且密闭上述容器的密封窗，用液体充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
本发明的第8方面涉及包含检测光的受光元件的传感器单元，该单元包含配置有上述受光元件的容器和在上述容器中充满了的、透过上述入射光的固体。
按照本发明的优选实施例，上述固体可包含氟类树脂和玻璃中的某一种。
按照本发明，可高精度地检测从高NA的光学系统射出的宽角度的光束。
通过参照与附图结合的后述的本发明的详细的说明，本发明的其它的特征和优点会变得明白，附图中的相同的参照符号表示整个图中相同的或类似的部分。
附图说明
附图被引入说明书中并构成说明书的一部分，附图描述本发明的实施例并与该描述一起来说明本发明的原理。
图1是示出与本发明的第1实施例有关的液浸式投影曝光装置的概略结构的图。
图2是概略地示出传感器单元的结构例的图。
图3是例示性地示出能应用于传感器单元的针孔图形的图。
图4是例示性地示出能应用于传感器单元的用多个横条构成的图形的图。
图5是概略地示出传感器单元的另一结构例的图。
图6是示出本发明的第2实施例的传感器单元的概略结构的图。
图7是示出本发明的第3实施例的传感器单元的概略结构的图。
图8是示出本发明的第4实施例的传感器单元的概略结构的图。
图9是示出本发明的第5实施例的传感器单元的概略结构的图。
图10是示出与本发明的第1实施例有关的液浸式投影曝光装置的概略结构的图。
图11是概略性地示出与本发明的第6实施例有关的投影曝光装置的结构的图。
图12是概略性地示出现有的光量传感器单元的结构的图。
图13是用于说明液浸效果的传感器单元的剖面图。
图14是示出半导体器件的整体制造工艺的流程图。
图15是示出晶片工艺的详细流程图。
具体实施方式
首先，说明本发明的原理。图2是示出应用了本发明的传感器单元(例如照度不匀传感器单元)的概略结构的图。图2中示出的传感器单元是这样构成的：在用密封窗21密闭了的传感器容器22中配置受光元件23，用液体、例如具有与在晶片曝光的液浸中使用的液体大致同等的折射率的液体24充满传感器单元的内部空间、即密封窗21与受光元件23之间的空间。在密封窗21上配置了形成了针孔的遮光构件28。如果光入射到这样的结构的传感器单元上，则在空气与密封窗21的边界面和密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面上引起折射。
将传感器单元的外部空间的折射率定为n1，将密封窗21的折射率定为n2，将传感器单元的内部空间的折射率定为n3，将光对于传感器单元的外部空间与密封窗21的边界面的入射角定为θi1，将折射角定为θr1，将光对于密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面的入射角定为θi2，将折射角定为θr2。
在液浸式投影曝光装置中，用液体充满传感器单元的外部空间。在此，作为液体，设想了纯水(折射率＝1.44)。如果折射率n1＝1.44，则NA＝0.83中的入射角θi1＝56.44°，由于折射率n2＝1.56，故根据斯内尔定律，传感器单元的外部空间与密封窗21的边界面上的折射角θr1＝50.28°。根据θr1＝θi2的关系，光对于密封窗21与传感器单元的内部空间的边界面的入射角θi2＝50.28°。对于密封窗与传感器单元的内部空间的边界面上的临界角θi2’来说，如果考虑用折射率n3＝1.34的惰性液体充满了传感器单元的内部空间的情况，则下式：
sin(θi2’)＝n3/n2＝1.34/1.56＝0.86
因而，θi2’＝59.20°，由于θi2’>θi2，故不会成为全反射，全部的入射光可到达受光元件23的表面。
图7是示出应用了本发明的另一照度不匀传感器单元的概略结构的图。图7中示出的传感器单元是这样构成的：在传感器容器22中配置受光元件23，用被覆构件(固体物质)33被覆受光元件23，在被覆构件33上配置形成了针孔的遮光构件28。被覆构件33起到保护受光元件23使之不受液浸中使用的液体的影响的功能，被覆构件33的折射率最好与液浸中使用的液体的折射率大致同等或大于等于该折射率。被覆构件33也可作为被配置成在传感器单元内部不产生空间的遮光窗来掌握。
如果光入射到这样的结构的传感器单元上，则在空气与被覆构件33的边界面上引起折射。将传感器单元的外部空间的折射率定为n1，将被覆构件33的折射率定为n2，将光对于传感器单元的外部空间与被覆构件33的边界面的入射角定为θi1，将折射角定为θr1。在液浸式投影曝光装置中，用液体充满传感器单元的外部空间。在此，作为液体，设想了纯水(折射率＝1.44)。如果折射率n1＝1.44，则NA＝0.83中的入射角θi1＝56.44°。如果被覆构件33的折射率n2比1.30大，则将全部的入射光引导到被覆构件中，可使入射光到达受光元件的表面。
通过将图2、图7中例示地示出的传感器单元装入液浸式投影曝光装置中，即使是从高NA的光学系统射出并入射到传感器单元中的宽角度的入射光，在照度不匀测量或校准测量中，也能以高的精度检测该入射光。
此外，即使在将图2、图7中例示地示出的传感器单元装入液浸式以外的投影曝光装置中的情况下，在照度不匀测量或校准测量中，也能以高的精度检测入射光。
〔第1实施例〕
图1是示出与本发明的第1实施例有关的液浸式投影曝光装置的概略结构的图。对于图1中示出的曝光装置来说，由照明光学系统3对掩模原版1进行照明，经投影光学系统4将在掩模原版1上形成的电路图形投影并转移到涂敷了感光剂的晶片2上。照明光学系统3可具备用于将掩模原版1的电路图形投影到晶片2上的变形照明形成装置和调光装置。掩模原版1由掩模原版台5保持，被定位在预定的位置上。利用在掩模原版台5上设置的参照镜14由激光干涉计16来测量掩模原版1的位置。此外，由驱动电机18来驱动掩模原版台5。
使用对准光学系统6来取得用于对准掩模原版1的电路图形与在晶片2上已形成的图形的信息。
投影光学系统4包含多个光学元件而被构成，具有光学元件7作为这些元件中最终级的光学元件。光学元件7的下表面、即与晶片2的表面对置的面最好被构成为平面形状或朝向晶片2的表面呈凸的形状。这有助于在用液体充满光学元件7与晶片2之间的空间或光学元件7与传感器单元27之间的空间时(液浸时)不使空气层或气泡残留在光学元件7的表面。此外，最好对被液浸的光学元件7的表面、晶片2上的感光剂光量传感器单元的表面进行与液浸中使用的液体25具有亲和性的被覆处理。
通过液体供给装置12对光学元件7与晶片2(或传感器单元27)之间的空间供给液体25来进行液浸。由液体回收装置11回收该液体25。
晶片2由晶片卡具8来保持。利用由驱动电机17驱动的XY载台10和在XY载台10上配置的微动台9来驱动晶片卡具8(晶片2)。微动台9具有校正晶片2的θ方向位置的功能、调整晶片2的Z位置的功能和用于校正晶片2斜度的倾斜功能。
在微动台9上安装了用于测量X方向和Y方向的位置的参照镜13(Y方向的参照镜未图示)，利用这些参照镜并由干涉计15测量微动台9的X方向和Y方向的位置。焦点测量装置19、20测量晶片2的Z方向的位置和晶片2的斜度。
由控制器26来控制XY载台10、掩模原版台5、焦点测量装置19、20等。
在本实施例中，将传感器单元27作为测量曝光光束的光量的光量传感器单元来构成。传感器单元27具有在用密封窗21密闭的传感器容器22内配置的受光元件23，用惰性液体24充满了传感器容器22内的空间。可将传感器单元27配置在晶片卡具8上，也可配置在微动台9上，只要能测量曝光光束的光量，也可配置在其它的场所。在光量传感器单元27的表面的密封窗21上形成了具有针孔的图形，传感器单元27可用于例如曝光光束的绝对照度或照度不匀的测量。通过变更传感器单元27的表面光通过部分的形状(掩模的形状)，也可将传感器单元27使用于对准或校准的用途。
其次，说明图1中示出的曝光装置的动作。在曝光光束的照度测量时，通过驱动XY载台17，将作为光量传感器单元构成的传感器单元27定位在投影光学系统4的中心之下。其次，利用液体供给装置12对光学元件7与传感器单元27之间的空间供给液体25。在该状态下，一边利用照明光学系统3通过投影光学系统4对传感器单元27进行曝光，一边测量曝光光束的照度。从液体供给装置12对光学元件7与传感器单元27之间的空间供给液体25，同时由液体回收装置11回收该液体25。
用具有与液体、例如在液浸中使用的液体25大致同等的折射率的惰性液体24充满传感器单元27的传感器容器22内。因而，即使是来自高的NA的投影光学系统4的曝光光束，其全部的曝光光束也能到达受光元件23从而能进行高精度的测量。
其次，一边参照图10，一边说明晶片的曝光。在对晶片进行曝光时，首先利用未图示的晶片运送装置将预先涂敷了感光剂的晶片2运送到晶片卡具8上。利用真空吸附等的吸附法来固定在晶片卡具8上放置的晶片2并对其进行平面校正。其次，利用焦点测量装置19、20对于晶片2的整个面进行有关焦点和倾斜的测量。
其次，按照有关焦点和倾斜的测量信息，一边控制微动台9的位置，一边利用液体供给装置12对光学元件7与传感器单元27之间的空间供给液体25，同时由液体回收装置11回收该液体25，与此同时，将掩模原版1的图形投影到晶片2上，由此晶片2被曝光。如果晶片2的曝光结束，则利用未图示的晶片运送装置从微动台9上回收晶片2，一系列的曝光动作结束。
其次，一边参照图2，一边更详细地说明传感器单元27。在将传感器单元27构成为光量传感器单元的情况下，通过利用由铬等在表面上形成了构成具有图3中例示性地示出的针孔的图形的遮光构件28的密封窗21，密闭传感器容器22并在传感器容器22内配置受光元件23，同时在传感器容器22内充满惰性液体24等的液体，从而构成传感器单元27。
作为密封窗21的材质，例如石英等高效地透过曝光光束的材料是较为理想的。作为惰性液体24，例如PFE(全氟化醚)、PFPE(全氟化聚醚)、HFE(氢氟化醚)和HFPE(氢氟化聚醚)等氟类惰性液体是合适的。作为选择的标准，具有与在液浸中使用的液体25大致同等的折射率、对于曝光光束具有良好的透射率、而且因曝光光束引起的性能恶化少、而且对于受光元件23不引起特性恶化这几点是重要的。
形成具有针孔的图形的遮光构件28例如可使用形成了贯通孔的薄板，可将该薄板配置在密封窗21的表面或附近。此外，可通过配置排列了例如在图4中例示性地示出的多个横条的图形代替具有针孔的图形来构成对准测量或校准测量中合适的传感器单元。当然，在使用于其它用途的情况下，采用适合于该用途的图形形状即可。
希望将密封窗21和传感器容器22作成传感器单元内部的惰性液体24不挥发的结构。此外，如果象图5中所示作成在密封窗21与传感器容器22的结合部中配置了O形环29来密封的结构，则可根据需要容易地分离密封窗21与传感器容器22。例如，在将光量传感器单元27固定在晶片卡具8上的结构中，在从曝光装置取下晶片卡具8时，可设想分离受光元件23与其它的单元(例如，控制器26)之间的电布线是困难的情况。因此，在图5中示出的结构的传感器单元中，例如，如果作成将密封窗21安装在晶片卡具8上、将传感器容器22安装在微动台9上的结构，则可在不留意来自受光元件23的电布线的情况下从曝光装置取下晶片卡具8。
〔第2实施例〕
图6是示出与本发明的第2实施例有关的液浸式投影曝光装置的传感器单元的概略结构的图。传感器单元以外的装置整体的结构和动作与第1实施例是同样的。在图6中，在光量传感器单元27中，利用具有由铬等在表面上形成了构成具有图3中例示性地示出的针孔的图形的遮光构件28的密封窗21和具有循环用口32a、32b的传感器容器32从外部空间隔开了内部空间。在内部空间中配置了受光元件23。该结构例具有对传感器容器32的内部空间供给惰性液体24而使之循环的结构。
在外部空间中可配置储存惰性液体24的罐30和对传感器容器32内供给罐30内的惰性液体24的送液泵31。可利用泵31使惰性液体24总是在传感器容器32内循环。或者，也可在惰性液体24充满了传感器容器32内的状态下使泵31停止、只在必要时驱动泵31使惰性液体24循环。
按照能以这种方式对传感器容器32内供给惰性液体24的结构，例如，即使在惰性液体24从密封窗21与传感器容器32之间无意地产生的间隙挥发而传感器容器32未被液体25充满的情况下，也能再次用惰性液体24充满传感器容器32内。此外，即使在惰性液体24的组成因长时间的曝光光束的照射而变化从而引起性能恶化的情况下，也能容易地更换为新的液体。此外，即使在惰性液体24因传感器容器32的内壁或来自受光元件23的杂质的发生而受到污染的情况下，也能容易地更换为新的液体。
此外，通过在罐30中储存一定量的惰性液体24并使之循环，由于例如与第1实施例相比使用总量多的惰性液体24，故也具有可抑制因曝光光束照射或杂质引起的惰性液体24的性能恶化的优点。
再者，也可使用在XY载台10的冷却中使用的冷却媒质作为惰性液体24。通过共同地使用惰性液体和冷却媒质，具有没有必要具有传感器单元专用的送液泵或罐的优点。
在图6中示出的传感器单元中，例如象图3或图4中例示性地示出的那样，可将遮光构件28变更为与用途对应的图形形状。此外，可将密封窗21与传感器容器32的结合结构例如变更为图5中例示性地示出的结构。
〔第3实施例〕
图7是示出与本发明的第3实施例有关的液浸式投影曝光装置的传感器单元的概略结构的图。传感器单元以外的装置整体的结构和动作与第1实施例是同样的。
在图7中示出的结构例中，传感器单元27包含构成具有图3中例示性地示出的针孔的图形的遮光构件28、传感器容器22、受光元件23和以覆盖受光元件23的方式在传感器容器22内被充满了的被覆构件(固体物质)33。被覆构件33最好具有与液体25大致同等或比其大的折射率，此外，最好用对于曝光光束具有良好的透射率、而且因曝光光束引起的性能恶化少、而且对于受光元件23不引起特性恶化等、而且具有对抗液浸中使用的液体25的性能的材料、例如氟类树脂或玻璃类的材料来构成。在图7中示出的传感器单元中，例如象图3或图4中例示性地示出的那样，可将遮光构件28变更为与用途对应的图形形状。
〔第4实施例〕
图8是示出与本发明的第4实施例有关的液浸式投影曝光装置的传感器单元的概略结构的图。传感器单元以外的装置整体的结构和动作与第1实施例是同样的。图8中示出的传感器单元27包含由铬等在表面上形成了构成具有图3中例示性地示出的针孔的图形的遮光构件28的密封窗21、传感器容器22、受光元件23、覆盖受光元件23的被覆构件33和在传感器容器内被充满了的液体34。
被覆构件(固体物质)33最好具有与在传感器容器22内被充满了的液体34大致同等或比其大的折射率，此外，最好用对于曝光光束具有良好的透射率、而且因曝光光束引起的性能恶化少、而且对于受光元件23不引起特性恶化等、而且具有对抗在传感器容器22内被充满了的液体34的性能的材料、例如氟类树脂或玻璃类的材质来构成。
作为充满传感器容器22内的液体34，例如可以是在第1、第2实施例中被提示了的惰性液体，也可以按原样使用在液浸中使用的液体25。在图8中示出的传感器单元中，例如象图3或图4中例示性地示出的那样，可将遮光构件28变更为与用途对应的图形形状。此外，可将密封窗21与传感器容器32的结合结构例如变更为图5中例示性地示出的结构。
〔第5实施例〕
图9是示出与本发明的第5实施例有关的液浸式投影曝光装置的传感器单元及其周边部的概略结构的图。在此提及的事项以外，可按照第1实施例。图9中示出的光量传感器单元27具有由铬等在表面上形成了构成具有图3中例示性地示出的针孔的图形的遮光构件28的密封窗21和具有循环用口32a、32b的传感器容器32从外部空间隔开了内部空间的结构。在内部空间中配置受光元件23，用被覆构件33覆盖了受光元件23。利用与对光学元件7与晶片2或传感器单元之间的空间供给的液体为同一的液体25充满内部空间。
液体25被储存在罐30中，通过送液管40、42由送液泵31供给液体供给装置12，同时通过送液管40、42、孔32b供给传感器容器32内。由液体回收装置11回收由液体供给装置12对光学元件7与晶片2或传感器单元之间的空间供给的液体25并送给送液管52，此外，通过口32b对传感器容器32的液体25通过口32a送给送液管51，通过送液管50返回到罐30。液体25以这种方式在2个路径中循环。
被覆构件33最好具有与在传感器容器32内被充满了的液体25大致同等或比其大的折射率，此外，最好用对于曝光光束具有良好的透射率、而且因曝光光束引起的性能恶化少、而且对于受光元件23不引起特性恶化等、而且具有对抗在传感器容器内被充满了的在液浸中使用的液体25的性能的材料、例如氟类树脂或玻璃类的材质来构成。
在送液管41、51中设置阀门、在液体25充满了传感器容器32内的状态下可关闭该阀门的结构也是有用的，此时，在更换传感器容器32内的液体25等的情况下，只在必要时可打开该阀门。
按照以这种方式能对传感器容器32内供给液体25的结构，例如，即使在液体25从密封窗21与传感器容器32的结合部等挥发而传感器容器32未被液体25充满的情况下，也能再次用液体25充满传感器容器32内。此外，即使在液体25的组成因长时间的曝光光束的照射而变化从而引起性能恶化的情况下，也能容易地更换为新的液体。此外，即使在液体25因传感器容器32的内壁或来自被覆构件33等的杂质的发生而受到污染的情况下，也能容易地更换为新的液体。
此外，通过在罐30中储存某种程度的量的液体25并使之循环，由于例如与第4实施例相比使用总量多的液体25，故也具有可抑制因曝光光束照射或杂质引起的液体25的性能恶化的优点。
在图9中示出的传感器单元中，例如象图3或图4中例示性地示出的那样，可将遮光构件28变更为与用途对应的图形形状。此外，可将密封窗21与传感器容器32的结合结构例如变更为图5中例示性地示出的结构。
此外，也可如第1和第2实施例那样使在传感器容器32内充填的液体为惰性液体。此时，一般可省略分别通过液体供给装置12、液体回收装置11的送液管42、52。再者，也可使用在XY载台10的冷却中使用的冷却媒质作为惰性液体。通过共同地使用惰性液体和冷却媒质，具有没有必要具有传感器单元专用的送液泵或罐的优点。
〔第6实施例〕
图11是示出与本发明的第6实施例有关的投影曝光装置的结构图。该投影曝光装置作为不是液浸法的、在用气体充满了光学元件7与晶片之间的环境或减压环境下进行曝光的投影曝光装置来构成。
对于图11中示出的曝光装置来说，由照明光学系统3对掩模原版1进行照明，经投影光学系统4将在掩模原版1上形成的电路图形投影并转移到涂敷了感光剂的晶片2上。照明光学系统3可具备用于将掩模原版1的电路图形投影到晶片2上的变形照明形成装置和调光装置。掩模原版1由掩模原版台5保持，被定位在预定的位置上。利用在掩模原版台5上设置的参照镜14由激光干涉计16来测量掩模原版1的位置。此外，由驱动电机18来驱动掩模原版台5。
使用对准光学系统6来取得用于使掩模原版1的电路图形与在晶片2上已形成的图形进行对准的信息。
晶片2由晶片卡具8来保持。利用由驱动电机17驱动的XY载台10和在XY载台10上配置的微动台9来驱动晶片卡具8(晶片2)。微动台9具有校正晶片2的θ方向位置的功能、调整晶片2的Z位置的功能和用于校正晶片2的斜度的倾斜功能。
在微动台9上安装了用于测量X方向和Y方向位置的参照镜13(Y方向的参照镜未图示)，利用这些参照镜并由干涉计15测量微动台9的X方向和Y方向的位置。焦点测量装置19、20测量晶片2的Z方向的位置和晶片2的斜度。
由控制器26来控制XY载台10、掩模原版台5、焦点测量装置19、20等。
在本实施例中，将传感器单元27作为测量曝光光束的光量的光量传感器单元来构成。传感器单元27具有在用密封窗21密闭的传感器容器22内配置的受光元件23，用惰性液体24充满了传感器容器22内的空间。可将传感器单元27配置在晶片卡具8上，也可配置在微动台9上，只要能测量曝光光束的光量，也可配置在其它的场所。在光量传感器单元27的表面的密封窗21上形成了具有针孔的图形，传感器单元27可用于例如曝光光束的绝对照度或照度不匀的测量。通过变更传感器单元27的表面光通过部分的形状(掩模的形状)，也可将传感器单元27使用于对准或校准的用途。
其次，说明图11中示出的曝光装置的动作。在曝光光束的照度测量时，通过驱动XY载台17，将作为光量传感器单元构成的传感器单元27定位在投影光学系统4的中心之下。其次，利用照明光学系统3通过投影光学系统4对传感器单元27进行曝光，一边测量曝光光束的照度。
由于折射率比1大的液体35充满了传感器单元27的传感器容器22内，故即使是来自高的NA的投影光学系统4的曝光光束，其全部的曝光光束也能到达受光元件23从而能进行高精度的测量。
其次，一边参照图11，一边说明晶片的曝光。在对晶片进行曝光时，首先利用未图示的晶片运送装置将预先涂敷了感光剂的晶片2运送到晶片卡具8上。利用真空吸附等的吸附法来固定在晶片卡具8上放置的晶片2并对其进行平面校正。其次，一边利用焦点测量装置19、20对于晶片2的整个面进行有关焦点和倾斜的测量，一边控制微动台9的位置，同时进行曝光。
如果晶片2的曝光结束，则利用未图示的晶片运送装置从微动台9上回收晶片2，一系列的曝光动作结束。传感器单元27的动作与在第1实施例中已说明的相同。此外，作为传感器单元27的结构，可采用作为第1～第4实施例例示性地已说明的结构。此外，即使对于第5实施例来说，也可采用除去了分别与液体回收装置11连接的路径(送液管42、52)的结构。
〔第7实施例〕
作为第1～第6实施例例示性地已说明的传感器单元的遮光构件28可被变更为与用途对应的图形或结构，也可在特定的用途中被除去。此外，密封窗也可例如包含基准标记图形等的图形而被构成。即，也可除了密封窗外不设置遮光构件，密封窗本身具有图形(遮光构件)。此外，密封窗除了板形状外，也可被变更为各种各样的形状。
此外，在传感器单元中使用的受光元件的种类不限定于特定的种类，可用单一的光二极管来构成，也可作为一维或二维CCD等的线或面积传感器来构成，也可用其它的形式来构成。
〔应用例〕
其次，说明利用了上述的曝光装置的半导体器件的制造工艺。图14是示出半导体器件的整体的制造工艺的流程图。在步骤1(电路设计)中进行半导体器件的电路设计。在步骤2(掩模制作)中根据已设计的电路图形来制作掩模。另一方面，在步骤3(晶片制造)中使用硅等的材料制造晶片。步骤4(晶片工艺)称为前工序，使用上述的掩模和晶片利用光刻技术在晶片上形成实际的电路。下一个步骤5(组装)称为后工序，是使用由步骤4制作的晶片形成半导体芯片的工序，包含装配工序(划片、键合)、封装工序(封入芯片)等的组装工序。在步骤6(检查)中进行在步骤5中制作的半导体器件的动作确认测试、耐久性测试等的检查。经过这样的工序完成半导体器件，将其出厂(步骤7)。
图15是示出上述的晶片工艺的详细流程图。在步骤11(氧化)中使晶片的表面氧化。在步骤12(CVD)中在晶片的表面上对绝缘膜进行成膜。在步骤13(电极形成)中利用蒸镀在晶片上形成电极。在步骤14(离子注入)中将离子注入晶片中。在步骤15(抗蚀剂处理)中在晶片上涂敷感光剂。在步骤16(曝光)中利用上述的曝光装置将电路图形转移到晶片上。在步骤17(显影)中对被转移了图形的晶片上的感光剂进行显影。在步骤18(刻蚀)中通过用显影留下的抗蚀剂像的开口部进行刻蚀。在步骤19(抗蚀剂剥离)中除去刻蚀完成后成为不需要的抗蚀剂。通过重复进行这些步骤，在晶片上形成多个电路图形。
由于在不偏离本发明的精神和范围的情况下可形成本发明的许多范围宽的不同的实施例，故应理解，除了在权利要求书中被定义的内容外，本发明不限定于这些特定的实施例。

Claims (17)

1.一种经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，其特征在于：
具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，
上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器和透过上述入射光且密闭上述容器的密封窗，用包含液体的媒质充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
2.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述传感器单元被构成为不包含对上述入射光中进入上述传感器单元中的光进行全反射的界面。
3.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述液体是惰性液体。
4.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述液体包含PFE(全氟化醚)、PFPE(全氟化聚醚)、HFE(氢氟化醚)和HFPE(氢氟化聚醚)中的某一种。
5.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
具备对上述传感器单元供给上述液体的供给部。
6.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
具备从上述传感器单元回收上述液体的回收部。
7.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
具备对上述投影光学系统与上述基板和上述传感器单元中的某一个之间的间隙供给液体的液体供给部。
8.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
具备对上述投影光学系统与上述基板和上述传感器单元中的某一个之间的间隙供给液体的液体供给部以及储存上述液体的罐，对上述传感器单元和上述液体供给部这两者供给上述罐内的上述液体。
9.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
具备定位上述基板的驱动装置，上述液体被兼用作冷却上述驱动装置的冷却剂。
10.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述传感器单元在上述入射光的入射部上具有预定形状的遮光构件。
11.如权利要求1中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述密封窗包含预定的遮光图形。
12.一种器件制造方法，其特征在于：
包含利用权利要求1中所述的投影曝光装置将图形投影到基板上的工序。
13.一种经投影光学系统将图形投影到基板上的投影曝光装置，其特征在于：
具备包含受光元件的传感器单元，上述受光元件检测经上述投影光学系统入射的光，
上述传感器单元包含配置有上述受光元件的容器，用透过上述入射光的固体充满了上述容器。
14.如权利要求13中所述的投影曝光装置，其特征在于：
上述固体包含氟类树脂和玻璃中的某一种。
15.一种器件制造方法，其特征在于：
包含利用权利要求13中所述的投影曝光装置将图形投影到基板上的工序。
16.一种包含检测光的受光元件的传感器单元，其特征在于：
包含配置有上述受光元件的容器和透过入射光且密闭上述容器的密封窗，用包含液体的媒质充满了上述密封窗与上述受光元件之间。
17.如权利要求16中所述的传感器单元，其特征在于：
上述传感器单元被构成为不包含对入射光中进入上述传感器单元中的光进行全反射的界面。
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