曝光装置和用于投影透镜的测量装置转让专利
申请号 : CN200580002853.8
文献号 : CN1938646B
文献日 : 2010-12-15
发明人 : A·埃尔曼 , U·韦格曼 , R·霍赫 , J·马尔曼 , K·H·舒斯特
申请人 : 卡尔蔡司SMT股份公司
摘要 :
本发明涉及一种微平版印刷投影曝光装置，该装置包括为浸渍操作构造的投影透镜(20)。为此，将浸渍液(34)引入位于投影透镜(20)的图像侧的末级透镜(L5；54)与待曝光的感光层(26)之间的浸渍空间(44)内。为了减小由在浸渍液(34)内出现的温度梯度导致的折射率的波动，该投影曝光装置(10)包括传热元件(50；501；502；503；504)，通过该传热元件可以指定方式加热或冷却浸渍液(34)的区域。
权利要求 :
1.一种微平版印刷投影曝光装置，该装置包括：
-用于产生投影光(13)的照射系统(12)，
-用于使掩模(24)在感光层(26)上成像的投影透镜(20)，所述投影透镜(20)包括多个光学元件(L1至L5；54)，以及-在所述投影透镜(20)的图像侧的末级光学元件(L5；54)与感光层(26)之间形成的浸渍空间(44)，该浸渍空间可充有浸渍液(34)，其特征在于，具有用于选择性地改变浸渍空间(44)的区域内的温度的传热元件(50；501；502；503；504)，所述传热元件构造成通过热传导或辐射与所述浸渍液进行热交换。
2.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件(50；501)以在浸渍操作期间与浸渍液(34)接触的方式设置在所述浸渍空间(44)内。
3.根据权利要求2所述的投影曝光装置，其特征在于，所述热元件是发热丝(501)。
4.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述浸渍空间(44)被壁(62)横向限制，所述传热元件(502)设置在该壁内。
5.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件是Peltier元件(503)。
6.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件(503)设置成与所述浸渍空间(44)相距一定距离，从而可通过热辐射在传热元件(503)与所述区域之间进行热交换。
7.根据权利要求6所述的投影曝光装置，其特征在于，具有改变热辐射的方向并设置在所述传热元件(503)与所述浸渍空间(44)之间的定向光学元件(66)。
8.根据权利要求7所述的投影曝光装置，其特征在于，所述定向光学元件(66)具有正屈光力。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件是可以被加热冷却的平面散热器(502)。
10.根据权利要求6至8中任一项所述的投影曝光装置，其特征在于，具有用于测量所述传热元件(503)的温度的热传感器(65)。
11.根据权利要求10所述的投影曝光装置，其特征在于，所述热传感器(65)连接到调节所述传热元件的加热或冷却输出的控制设备。
12.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件(504)设置在用于定位承载件(30)的晶片台(70)内，所述感光层(26)应用在该承载件上。
13.根据权利要求12所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件(504)具有与照射在所述感光层(26)上的光场(58)基本相同的对称性。
14.根据权利要求12或13所述的投影曝光装置，其特征在于，所述传热元件包括多个导管(504)，所述导管被包含在晶片台(70)内并用于引导加热或冷却介质通过所述晶片台(70)。
15.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，所述浸渍空间(44)被壁(94)限制，在该壁内设有用于进入该浸渍空间的管(36)的孔(96)，该孔(96)的尺寸比管(36)的外部尺寸大一定量，使得浸渍液(34)可进入该管(36)与壁(94)之间的间隙(98)但是由于粘附力而不能流出所述间隙(98)。
16.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，用于浸渍液(34)的容器(100)设置在浸渍空间(44)上方并与其流体连通，从而浸渍液(34)可仅由于重力而从该容器(100)流入该浸渍空间(44)。
17.根据权利要求1所述的投影曝光装置，其特征在于，具有用于检测浸渍液(34)的检测器(120)。
18.根据权利要求17所述的投影曝光装置，其特征在于，所述检测器(120)构造成其可确定浸渍液(34)是否离开预定的封闭区域。
19.根据权利要求18所述的投影曝光装置，其特征在于，所述封闭区域设置在所述感光层(26)上且位于所述投影透镜(20)下方。
20.根据权利要求18或19所述的投影曝光装置，其特征在于，所述检测器(120)包括基本相互平行设置的两个导体(122，124)。
21.根据权利要求20所述的投影曝光装置，其特征在于，所述检测器(120)包括用于测量所述导体(122，124)之间的电容的测量电路(126)。
22.用于确定微平版印刷曝光装置的投影透镜(20)的成像特性的测量装置，该装置包括设置在该投影透镜(20)的图像侧的试验光学元件(140；140’)，其特征在于，浸渍液(34)可被引入在所述投影透镜(20)的图像侧的末级光学元件(54)与试验光学元件(140；140’)之间形成的浸渍空间(44)内，以及所述测量装置包括用于选择性地改变所述浸渍空间(44)的区域内的温度传热元件(148)，所述传热元件构造成通过热传导或辐射与所述浸渍液进行热交换。
23.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，所述试验光学元件(140；140’)包括至少部分对光透明的区域(150)，并且该对光透明的区域(150)至少部分地被另一个区域(142’)围绕，该另一个区域由导热性高于构成该对光透明的区域(150)的材料的导热性的材料构成。
24.根据权利要求23所述的测量装置，其特征在于，所述试验光学元件是点衍射干涉仪的针孔掩模(140；140’)。
25.用于生产微平版印刷投影曝光装置(10)的投影透镜(20)的方法，该方法包括以下步骤：a)将多个光学元件组装成投影透镜；
b)将该投影透镜安装在测量装置内，该测量装置包括设置在该投影透镜(20)的图像侧的试验光学元件(140；140’)；
c)将浸渍液(34)引入在所述投影透镜(20)的图像侧的末级光学元件(54)与试验光学元件(140；140’)之间形成的浸渍空间(44)内；
d)利用传热元件(50；501；502；503；504)选择性地改变所述浸渍空间(44)的区域内的浸渍液(34)的温度，所述传热元件构造成通过热传导或辐射与所述浸渍液进行热交换；
e)确定所述投影透镜(20)的成像特性；
f)调节所述投影透镜(20)的至少一个光学元件的位置。
26.用于微结构元件的微平版印刷生产的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供投影透镜(20)；
b)在所述投影透镜(20)的物面(22)内设置掩模(24)；
c)将浸渍液(34)引入在所述投影透镜(20)的图像侧的末级光学元件(L5；54)与设置在所述投影透镜(20)的像面(22)内的感光层(26)之间形成的浸渍空间(44)内；
d)利用传热元件(50；501；502；503；504)选择性地改变所述浸渍空间(44)的区域内的浸渍液(34)的温度，所述传热元件构造成通过热传导或辐射与所述浸渍液进行热交换；
e)将所述掩模(24)投影到所述感光层(26)上。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，仅在其中没有发生根据权利要求e)所述的投影的时间间隔期间，利用泵使所述浸渍液(34)在所述浸渍空间内循环。
说明书 :
技术领域
本发明涉及用于制造高集成电路及其它微结构元件的微平版印刷(microlithographic)投影曝光装置。具体地，本发明涉及为浸渍操作设计的投影曝光装置。本发明还提供了用于确定投影透镜的成像特性的测量装置。
背景技术
通常通过将多个结构层应用在合适的衬底例如硅晶片上来制造集成电路及其它微结构元件。为了构造所述结构层，首先用对特定波长范围内的光例如在深紫外光(DUV)光谱范围内的光敏感的光致抗蚀剂(photoresist)覆盖所述结构层。然后使被覆盖的晶片在投影曝光装置内曝光。利用投影透镜使由位于掩模上的结构组成的图案在光致抗蚀剂上成像。由于成像比例通常小于1∶1，所以这种投影透镜常常被称为缩影透镜。
在光致抗蚀剂显象之后，对晶片进行蚀刻或沉淀处理，从而根据掩模上的图案构造最上层。然后，从该层的剩余部分除去残留的光致抗蚀剂。重复进行该过程直到将所有层应用在晶片上。
投影曝光装置的开发中的一个主要设计目标是能够平版印刷地限定具有逐渐减小的尺寸的结构。小结构引起高集成密度，这通常对使用这种装置制造的微结构元件的效率具有有利的影响。
可限定结构的尺寸主要取决于所使用的投影透镜的分辨率。由于投影透镜的分辨率随着投影光的波长变短而提高，所以一种降低分辨率的方法是使用具有越来越短的波长的投影光。目前所使用的最短的波长为193nm和157nm，即在深紫外光(DUV)光谱范围内。
另一种降低分辨率的方法是基于这样的概念：向位于投影透镜的图像侧的末级透镜与待曝光的光致抗蚀剂或另一感光层之间的空间内引入具有高折射率的浸渍液。为浸渍操作设计的并且因此也被称为浸渍透镜的投影透镜可获得大于1例如为1.3或1.4的数值孔径。但是，浸渍不仅可实现高数值孔径并因此获得提高的分辨率，而且还对聚焦深度具有有利的影响。聚焦深度越大，则对在投影透镜的像面内的晶片的精确定位的需求就越低。
从US4346164A已知一种为浸渍操作设计的投影曝光装置。为了容纳晶片，该已知投影曝光装置具有向上开口的容器，该容器具有位置比投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面高的上边缘。用于浸渍液的入口管和出口管通到该容器。这些管连接到泵、温度稳定设备以及用于清洁浸渍液的过滤器。在投影曝光装置的操作期间，浸渍液在环内循环。位于投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面与待曝光的半导体薄片之间的浸渍空间保持充有浸渍液。
还从WO99/49504已知一种具有浸渍设置的投影曝光装置。在该投影曝光装置中，浸渍液的供给管和排出管直接通到投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面上。具体地，使用多个这种例如可以围绕图像侧的末级透镜的环设置的供给管和排出管可省去环绕容器。这是因为浸渍液在横向流出时被抽走，并以使得图像侧的末级透镜与感光表面之间的浸渍空间总是保持充有浸渍液的方式被反馈。
投影曝光装置的浸渍操作的难点在于至少在浸渍液暴露在投影光下的地方保持浸渍液的光学特性恒定。必须特别注意浸渍液的吸收率和折射率。例如可能由杂质产生的吸收的局部波动会导致像面内不希望的强度波动。结果，即使成像没有很大的像差仍会发生线宽波动。
浸渍液的折射率的局部波动具有尤其不利的影响，因为这种波动直接损害投影曝光装置的成像特性。如果在暴露在投影光下的浸渍液的体积内浸渍液的折射率不均匀，则会导致通过浸渍空间的波阵面失真，例如，投影透镜的物面内的点不再在像面上清晰地成像。
液体的折射率依赖于其密度。由于液体实质上不可压缩，所以其密度 实际上与静压无关而基本仅依赖于液体的温度。因此，暴露在投影光下的浸渍空间内的浸渍液仅在该浸渍液的温度恒定时才具有均匀的折射率。此外，浸渍液内的温度波动不仅会导致折射率波动，而且还会导致相邻的光学元件，尤其是投影透镜的图像侧的末级光学元件将被不均匀地加热，从而会以几乎不能校正的方式变形。
导致浸渍空间内的温度不均匀的原因是多种多样的。导致浸渍液加热的主要原因是浸渍液对投影光的吸收。即使仅小部分投影光被浸渍液吸收，这仍会由于波长短和因此能量高的投影光而导致较高的热输入。导致浸渍液冷却的效应是在边界面处的浸渍液到周围气体的蒸发。另外，浸渍液的温度受与周围固体之间的热传递的影响。例如，这些固体可以是投影透镜的被加热的末级透镜，其壳体或待曝光的晶片。
为了使温度均匀，已提出使浸渍液在回路内循环并借助于温度稳定设备设定期望的参考温度。但是，可以这样实现的温度分布的均匀性往往是不够的。通常需要较高的流速，但较高的流速会导致干扰振动。另外，高流速会促进气泡的形成，而气泡也会对成像特性有不利影响。
此外，用于确定这种投影透镜的成像特性的测量装置也存在类似的困难。如果要测量具有大于1的数值孔径的浸渍透镜，则也必须将浸渍液引入位于投影透镜的图像侧的末级光学元件与测量装置的试验光学元件之间的浸渍空间。由于对这种装置的测量精度的要求非常高，所以不容许浸渍液内的折射率不均匀。
在光致抗蚀剂显象之后，对晶片进行蚀刻或沉淀处理，从而根据掩模上的图案构造最上层。然后，从该层的剩余部分除去残留的光致抗蚀剂。重复进行该过程直到将所有层应用在晶片上。
投影曝光装置的开发中的一个主要设计目标是能够平版印刷地限定具有逐渐减小的尺寸的结构。小结构引起高集成密度，这通常对使用这种装置制造的微结构元件的效率具有有利的影响。
可限定结构的尺寸主要取决于所使用的投影透镜的分辨率。由于投影透镜的分辨率随着投影光的波长变短而提高，所以一种降低分辨率的方法是使用具有越来越短的波长的投影光。目前所使用的最短的波长为193nm和157nm，即在深紫外光(DUV)光谱范围内。
另一种降低分辨率的方法是基于这样的概念：向位于投影透镜的图像侧的末级透镜与待曝光的光致抗蚀剂或另一感光层之间的空间内引入具有高折射率的浸渍液。为浸渍操作设计的并且因此也被称为浸渍透镜的投影透镜可获得大于1例如为1.3或1.4的数值孔径。但是，浸渍不仅可实现高数值孔径并因此获得提高的分辨率，而且还对聚焦深度具有有利的影响。聚焦深度越大，则对在投影透镜的像面内的晶片的精确定位的需求就越低。
从US4346164A已知一种为浸渍操作设计的投影曝光装置。为了容纳晶片，该已知投影曝光装置具有向上开口的容器，该容器具有位置比投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面高的上边缘。用于浸渍液的入口管和出口管通到该容器。这些管连接到泵、温度稳定设备以及用于清洁浸渍液的过滤器。在投影曝光装置的操作期间，浸渍液在环内循环。位于投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面与待曝光的半导体薄片之间的浸渍空间保持充有浸渍液。
还从WO99/49504已知一种具有浸渍设置的投影曝光装置。在该投影曝光装置中，浸渍液的供给管和排出管直接通到投影透镜的图像侧的末级透镜的下边界面上。具体地，使用多个这种例如可以围绕图像侧的末级透镜的环设置的供给管和排出管可省去环绕容器。这是因为浸渍液在横向流出时被抽走，并以使得图像侧的末级透镜与感光表面之间的浸渍空间总是保持充有浸渍液的方式被反馈。
投影曝光装置的浸渍操作的难点在于至少在浸渍液暴露在投影光下的地方保持浸渍液的光学特性恒定。必须特别注意浸渍液的吸收率和折射率。例如可能由杂质产生的吸收的局部波动会导致像面内不希望的强度波动。结果，即使成像没有很大的像差仍会发生线宽波动。
浸渍液的折射率的局部波动具有尤其不利的影响，因为这种波动直接损害投影曝光装置的成像特性。如果在暴露在投影光下的浸渍液的体积内浸渍液的折射率不均匀，则会导致通过浸渍空间的波阵面失真，例如，投影透镜的物面内的点不再在像面上清晰地成像。
液体的折射率依赖于其密度。由于液体实质上不可压缩，所以其密度 实际上与静压无关而基本仅依赖于液体的温度。因此，暴露在投影光下的浸渍空间内的浸渍液仅在该浸渍液的温度恒定时才具有均匀的折射率。此外，浸渍液内的温度波动不仅会导致折射率波动，而且还会导致相邻的光学元件，尤其是投影透镜的图像侧的末级光学元件将被不均匀地加热，从而会以几乎不能校正的方式变形。
导致浸渍空间内的温度不均匀的原因是多种多样的。导致浸渍液加热的主要原因是浸渍液对投影光的吸收。即使仅小部分投影光被浸渍液吸收，这仍会由于波长短和因此能量高的投影光而导致较高的热输入。导致浸渍液冷却的效应是在边界面处的浸渍液到周围气体的蒸发。另外，浸渍液的温度受与周围固体之间的热传递的影响。例如，这些固体可以是投影透镜的被加热的末级透镜，其壳体或待曝光的晶片。
为了使温度均匀，已提出使浸渍液在回路内循环并借助于温度稳定设备设定期望的参考温度。但是，可以这样实现的温度分布的均匀性往往是不够的。通常需要较高的流速，但较高的流速会导致干扰振动。另外，高流速会促进气泡的形成，而气泡也会对成像特性有不利影响。
此外，用于确定这种投影透镜的成像特性的测量装置也存在类似的困难。如果要测量具有大于1的数值孔径的浸渍透镜，则也必须将浸渍液引入位于投影透镜的图像侧的末级光学元件与测量装置的试验光学元件之间的浸渍空间。由于对这种装置的测量精度的要求非常高，所以不容许浸渍液内的折射率不均匀。
发明内容
因此，本发明的目的是改进投影曝光装置以及用于投影透镜的光学测量的测量装置，使得可减少由浸渍液内的折射率的不均匀性导致的成像缺陷。
该目的是通过使投影曝光装置和测量装置包括传热元件来实现的，使用该传热元件可以指定方式改变浸渍空间的区域内的温度。
本发明基于以下发现，即，如果以在空间上指定的方式将热提供给浸 渍液或从浸渍液抽取热，则可在浸渍空间内获得预期的温度分布。通常已知热量在何处以及在什么程度上被传递给浸渍液或从浸渍液耗散到周围介质。如果不采用另外的手段来改变温度分布，则仔细分析温度波动的原因就可确定投影光通过其中的浸渍空间的体积内的浸渍液预期将具有的温度分布。然后可基于预期的温度分布确定必须在什么位置提供或抽取热以便形成预期的温度分布。通常，目标是实现均匀的温度分布。但是，也可考虑形成尽管不均匀但是具有一定对称性的温度分布。例如，通过旋转对称的温度分布，浸渍液既可具有屈光力(refracive power)也可具有折射率透镜(index lens)的效果。
由于根据本发明局部加热或冷却浸渍液，所以如果有必要的话，可不需要浸渍液在包括温度稳定设置的回路内连续循环。这样可避免发生由浸渍液的循环引起的振动，这对于测量装置尤其有利。如果浸渍液没有以规则的间隔完全交换，则可考虑不连续循环。这意味着仅在曝光或测量暂停期间利用泵使浸渍液循环，同时浸渍液被清洁或可选地被另外冷却或加热。关于避免振动，甚至可独立于根据本发明的传热元件有利地使用这种不连续循环。
如果希望得到均匀的温度分布，则传热元件通常对应于浸渍空间对称地设置。因此，传热元件的旋转对称设置是优选的。例如，在如通过为扫描操作设计的投影曝光装置投射到晶片上的狭缝形光场的情况下，传热元件也可例如对应于光场的几何形状不同地设置。
原则上，适于通过热传导或辐射与浸渍液进行热交换的任何体均可用作传热元件。根据热量是从传热元件传到浸渍液还是相反，会发生浸渍液的局部加热或冷却。
传热元件例如可设置在浸渍空间内，以便在浸渍操作期间该传热元件与浸渍液接触。在最简单的情况下，传热元件是可电加热的发热丝，该发热丝优选地被电绝缘和化学保护层覆盖。这种发热丝的优点是实际上可具有任何预期的形状。结果，可以在浸渍空间内而在投影光从中通过的体积的外部的任何预期位置向浸渍液供热。
由于投影光通常因吸收而产生较大的热输入，所以发热丝例如可以环形构型围绕投影光从中通过的体积设置。然后，热量输出优选地选择为使得投影光从中通过的体积内的温度梯度最小。
如果作为附加参数的发热丝直径改变，则可更精确地指定热输入。这样，热量输出也可沿发热丝的纵向延伸改变。
还可使用导管来代替可电加热的发热丝作为传热元件，流体加热介质例如热水或冷水流过该导管。同样，在此情况下，可通过改变流横截面沿导管的纵向改变加热或冷却能量。
如果通过横向界定浸渍空间的壁防止浸渍液逸出，则传热元件也可设置在该壁内。同样在此情况下，可设想如可电加热的发热丝或加热介质从中流过的导管的传热元件的构型。这样，可以说壁本身形成一个大的传热元件。
为了局部冷却浸渍液，可使用Peltier元件作为传热元件。
在一个尤其有利的实施例中，传热元件以这样的方式与浸渍空间隔开，即可通过热辐射例如通过红外或微波辐射在传热元件与该区域之间进行热交换。在此情况下，传热元件的形式可以是例如优选地可电加热或冷却的平面散热器。通过辐射进行的热传递与通过传导进行的热传递相比的优点是不需要传热元件与浸渍液之间直接物理接触。因此，传热元件可设置成与浸渍液相距较大距离。在此实施例中，可避免遇到由于在窄的浸渍空间内或与其相邻地安装传热元件引起的困难。
为了使热辐射更有选择性地从传热元件指向浸渍液，在此实施例中，可在传热元件与浸渍空间之间设置一个或多个改变热辐射的方向的光学元件例如镜子或透镜。通过使用具有正屈光力的光学元件，可以指定方式将热辐射聚焦到投影透镜与晶片之间的窄间隙内以及聚焦到浸渍空间的预期区域上。
原则上，还可在投影透镜内设置一个或多个这种光学元件，以便将热辐射指引到浸渍空间的预期区域上。在此情况下，还可按以下方式将热辐射耦合到投影透镜的射束路径内，即所述热辐射与投影光分离地离开投影 透镜的图像侧的末级透镜。通过适当选择射束路径，热辐射可仅加热围绕投影光从中通过的体积的浸渍液的部分体积，从而减小此体积边缘处的温度梯度。从而，仅必须确保热辐射具有光致抗蚀剂对其不敏感的波长。
为了以不接触的方式测量浸渍液内的温度，可确定传热元件的温度，其中可仅通过与浸渍液交换热辐射来改变传热元件的温度。在这些条件下，给定已知的传热元件的热量输出和温度，可得到关于浸渍液的温度的结论。为了测量这种传热元件的温度，可将该传热元件连接到热传感器。后者继而与调节传热元件的加热或冷却输出的控制设备信号连接。
在不是以扫描模式操作而是逐步操作的投影曝光装置的情况下，根据本发明可考虑感光层的承载件可固定于其上的晶片台作为用于安装传热元件的位置。这样，承载件可从下面被局部加热或冷却。从而，也可通过热传导改变位于承载件上方的浸渍液的温度。这种构型还使得可冷却暴露在投影光下的浸渍液的体积。其它冷却手段通常比较困难，这是因为从上方或从侧面都不容易接近该体积。
根据本发明的另一个方面，上述目的可通过在投影透镜的朝向感光层的下侧设置蒸发屏障(barrier)来实现，该蒸发屏障至少部分地围绕浸渍空间。
根据本发明的该第二方面，可大大消除导致在浸渍空间内形成温度梯度的一个主要原因。蒸发屏障在很大程度上防止浸渍液蒸发到周围气体体积内。
为此，蒸发屏障可包括例如一个或多个至少大致同心的环，所述环例如具有圆形或多边形形状，并相互间隔一定距离地设置。这样，可减小与周围气体的边界面，从而可蒸发的浸渍液较少。
根据本发明的另一方面，围绕浸渍空间并与其流体连接的外部室可富含气相的浸渍液，所以可完全或至少部分地防止浸渍液蒸发。
通过使该外部室富含气相的浸渍液，该外部室内的蒸气压力可增大，直到几乎没有浸渍液从液相变为气相。在理想情况下，外部室内的气相的压力被调节为至少大约等于在外部室内的温度下的气相的饱和蒸气压力。 在此情况下，在浸渍液与气相之间的边界面处蒸发的浸渍液的量正好等于同时从气相冷凝的浸渍液的量。此平衡的结果是，在边界面附近的浸渍液的温度保持不变。
为了在外部室内产生气相的浸渍液，可设置用于将气相的浸渍液引入该外部室的供给设备。
下文说明的实施例可有利地与本发明的所有上述方面一起甚至与其独立地使用。
用于浸渍液的供给管通常牢固地连接到例如夹在或压配合到横向和向下界定浸渍空间的壁上。这会将外部的振动传递给浸渍液。为了这种避免振动，尤其是对于测量装置，可在这种壁内设置用于通入浸渍空间的管的孔。该孔的尺寸比管的外部尺寸大得多，从而浸渍液可进入该管与该壁之间的间隙但是由于粘附力而不会流出所述间隙。因此，尽管该管可在该孔内纵向移动，粘附力影响在孔的区域内的壁的密封。通过液体填充的间隙可大大减小振动从管到壁及从壁到浸渍液的传递。
另外，设置用于检测浸渍液的检测器是有利的。具体地，对于其中浸渍液没有被环或容器横向限制的投影曝光装置或测量装置，常常必须确定浸渍液是仍位于因此设置的区域内还是例如由于惯性力而离开该区域。
可借助于检测器确定浸渍液是否离开预定的封闭表面。该封闭表面优选地是投影透镜正下方的感光层上的表面。
这种检测器例如可通过优选地以环的形式围绕该封闭空间设置的两个基本平行的导体形成电容器来实现。如果浸渍液进入导体之间的空间，则会导致介电常数增大，从而电容器的电容值增大。可使用已知的合适的用于测量电容值的测量电路以简单的方式检测到电容值的增大。
上文说明的本发明的实施例主要是参照投影曝光装置说明的。但是，它们可同等有利地适用于用于确定成像特性的测量装置，这是因为用于测量投影透镜的测量装置与投影曝光装置只有微小的差别。例如，测量装置也包括一种产生测量光并将其耦合到投影透镜内的照射系统。如果在测量期间没有感光试验层曝光，则通过试验光学元件向下限制浸渍空间。例如， 对于Twyman-Green或Fizeau干涉仪，试验光学元件可以是镜子；对于Moire或Shearing干涉仪，试验光学元件可以是衍射光栅；而对于Hartmann-Shack传感器，试验光学元件可以是点栅格(grid-of-points)掩模。
如果将浸渍液引入投影透镜的图像侧的末级光学元件与这种试验光学元件之间的间隙，则还需要此浸渍液的温度稳定。由于与为扫描操作设计的投影曝光装置内的晶片不同，试验光学元件通常不在像面内移动，所以浸渍空间内的浸渍液没有因这种移动而混合，从而仍会形成较高的温度梯度。另一方面，一些上述措施尤其适合于这种测量装置，这是因为在这种测量装置的情况下不会出现由扫描运动引起的设计困难。
这种向下界定浸渍空间的静止试验光学元件使得热量可以特定的方式经由试验光学元件消散。例如，如果试验光学元件包括至少部分地对光透明的区域，并且如果此区域至少部分地被另一个区域围绕，则此另一个区域可由导热率高于构成对光透明的区域的材料的导热率的材料制成。一个示例是玻璃/金属材料组合。围绕玻璃区域的金属可确保位于该区域上方的浸渍液有效地散热。
该目的是通过使投影曝光装置和测量装置包括传热元件来实现的，使用该传热元件可以指定方式改变浸渍空间的区域内的温度。
本发明基于以下发现，即，如果以在空间上指定的方式将热提供给浸 渍液或从浸渍液抽取热，则可在浸渍空间内获得预期的温度分布。通常已知热量在何处以及在什么程度上被传递给浸渍液或从浸渍液耗散到周围介质。如果不采用另外的手段来改变温度分布，则仔细分析温度波动的原因就可确定投影光通过其中的浸渍空间的体积内的浸渍液预期将具有的温度分布。然后可基于预期的温度分布确定必须在什么位置提供或抽取热以便形成预期的温度分布。通常，目标是实现均匀的温度分布。但是，也可考虑形成尽管不均匀但是具有一定对称性的温度分布。例如，通过旋转对称的温度分布，浸渍液既可具有屈光力(refracive power)也可具有折射率透镜(index lens)的效果。
由于根据本发明局部加热或冷却浸渍液，所以如果有必要的话，可不需要浸渍液在包括温度稳定设置的回路内连续循环。这样可避免发生由浸渍液的循环引起的振动，这对于测量装置尤其有利。如果浸渍液没有以规则的间隔完全交换，则可考虑不连续循环。这意味着仅在曝光或测量暂停期间利用泵使浸渍液循环，同时浸渍液被清洁或可选地被另外冷却或加热。关于避免振动，甚至可独立于根据本发明的传热元件有利地使用这种不连续循环。
如果希望得到均匀的温度分布，则传热元件通常对应于浸渍空间对称地设置。因此，传热元件的旋转对称设置是优选的。例如，在如通过为扫描操作设计的投影曝光装置投射到晶片上的狭缝形光场的情况下，传热元件也可例如对应于光场的几何形状不同地设置。
原则上，适于通过热传导或辐射与浸渍液进行热交换的任何体均可用作传热元件。根据热量是从传热元件传到浸渍液还是相反，会发生浸渍液的局部加热或冷却。
传热元件例如可设置在浸渍空间内，以便在浸渍操作期间该传热元件与浸渍液接触。在最简单的情况下，传热元件是可电加热的发热丝，该发热丝优选地被电绝缘和化学保护层覆盖。这种发热丝的优点是实际上可具有任何预期的形状。结果，可以在浸渍空间内而在投影光从中通过的体积的外部的任何预期位置向浸渍液供热。
由于投影光通常因吸收而产生较大的热输入，所以发热丝例如可以环形构型围绕投影光从中通过的体积设置。然后，热量输出优选地选择为使得投影光从中通过的体积内的温度梯度最小。
如果作为附加参数的发热丝直径改变，则可更精确地指定热输入。这样，热量输出也可沿发热丝的纵向延伸改变。
还可使用导管来代替可电加热的发热丝作为传热元件，流体加热介质例如热水或冷水流过该导管。同样，在此情况下，可通过改变流横截面沿导管的纵向改变加热或冷却能量。
如果通过横向界定浸渍空间的壁防止浸渍液逸出，则传热元件也可设置在该壁内。同样在此情况下，可设想如可电加热的发热丝或加热介质从中流过的导管的传热元件的构型。这样，可以说壁本身形成一个大的传热元件。
为了局部冷却浸渍液，可使用Peltier元件作为传热元件。
在一个尤其有利的实施例中，传热元件以这样的方式与浸渍空间隔开，即可通过热辐射例如通过红外或微波辐射在传热元件与该区域之间进行热交换。在此情况下，传热元件的形式可以是例如优选地可电加热或冷却的平面散热器。通过辐射进行的热传递与通过传导进行的热传递相比的优点是不需要传热元件与浸渍液之间直接物理接触。因此，传热元件可设置成与浸渍液相距较大距离。在此实施例中，可避免遇到由于在窄的浸渍空间内或与其相邻地安装传热元件引起的困难。
为了使热辐射更有选择性地从传热元件指向浸渍液，在此实施例中，可在传热元件与浸渍空间之间设置一个或多个改变热辐射的方向的光学元件例如镜子或透镜。通过使用具有正屈光力的光学元件，可以指定方式将热辐射聚焦到投影透镜与晶片之间的窄间隙内以及聚焦到浸渍空间的预期区域上。
原则上，还可在投影透镜内设置一个或多个这种光学元件，以便将热辐射指引到浸渍空间的预期区域上。在此情况下，还可按以下方式将热辐射耦合到投影透镜的射束路径内，即所述热辐射与投影光分离地离开投影 透镜的图像侧的末级透镜。通过适当选择射束路径，热辐射可仅加热围绕投影光从中通过的体积的浸渍液的部分体积，从而减小此体积边缘处的温度梯度。从而，仅必须确保热辐射具有光致抗蚀剂对其不敏感的波长。
为了以不接触的方式测量浸渍液内的温度，可确定传热元件的温度，其中可仅通过与浸渍液交换热辐射来改变传热元件的温度。在这些条件下，给定已知的传热元件的热量输出和温度，可得到关于浸渍液的温度的结论。为了测量这种传热元件的温度，可将该传热元件连接到热传感器。后者继而与调节传热元件的加热或冷却输出的控制设备信号连接。
在不是以扫描模式操作而是逐步操作的投影曝光装置的情况下，根据本发明可考虑感光层的承载件可固定于其上的晶片台作为用于安装传热元件的位置。这样，承载件可从下面被局部加热或冷却。从而，也可通过热传导改变位于承载件上方的浸渍液的温度。这种构型还使得可冷却暴露在投影光下的浸渍液的体积。其它冷却手段通常比较困难，这是因为从上方或从侧面都不容易接近该体积。
根据本发明的另一个方面，上述目的可通过在投影透镜的朝向感光层的下侧设置蒸发屏障(barrier)来实现，该蒸发屏障至少部分地围绕浸渍空间。
根据本发明的该第二方面，可大大消除导致在浸渍空间内形成温度梯度的一个主要原因。蒸发屏障在很大程度上防止浸渍液蒸发到周围气体体积内。
为此，蒸发屏障可包括例如一个或多个至少大致同心的环，所述环例如具有圆形或多边形形状，并相互间隔一定距离地设置。这样，可减小与周围气体的边界面，从而可蒸发的浸渍液较少。
根据本发明的另一方面，围绕浸渍空间并与其流体连接的外部室可富含气相的浸渍液，所以可完全或至少部分地防止浸渍液蒸发。
通过使该外部室富含气相的浸渍液，该外部室内的蒸气压力可增大，直到几乎没有浸渍液从液相变为气相。在理想情况下，外部室内的气相的压力被调节为至少大约等于在外部室内的温度下的气相的饱和蒸气压力。 在此情况下，在浸渍液与气相之间的边界面处蒸发的浸渍液的量正好等于同时从气相冷凝的浸渍液的量。此平衡的结果是，在边界面附近的浸渍液的温度保持不变。
为了在外部室内产生气相的浸渍液，可设置用于将气相的浸渍液引入该外部室的供给设备。
下文说明的实施例可有利地与本发明的所有上述方面一起甚至与其独立地使用。
用于浸渍液的供给管通常牢固地连接到例如夹在或压配合到横向和向下界定浸渍空间的壁上。这会将外部的振动传递给浸渍液。为了这种避免振动，尤其是对于测量装置，可在这种壁内设置用于通入浸渍空间的管的孔。该孔的尺寸比管的外部尺寸大得多，从而浸渍液可进入该管与该壁之间的间隙但是由于粘附力而不会流出所述间隙。因此，尽管该管可在该孔内纵向移动，粘附力影响在孔的区域内的壁的密封。通过液体填充的间隙可大大减小振动从管到壁及从壁到浸渍液的传递。
另外，设置用于检测浸渍液的检测器是有利的。具体地，对于其中浸渍液没有被环或容器横向限制的投影曝光装置或测量装置，常常必须确定浸渍液是仍位于因此设置的区域内还是例如由于惯性力而离开该区域。
可借助于检测器确定浸渍液是否离开预定的封闭表面。该封闭表面优选地是投影透镜正下方的感光层上的表面。
这种检测器例如可通过优选地以环的形式围绕该封闭空间设置的两个基本平行的导体形成电容器来实现。如果浸渍液进入导体之间的空间，则会导致介电常数增大，从而电容器的电容值增大。可使用已知的合适的用于测量电容值的测量电路以简单的方式检测到电容值的增大。
上文说明的本发明的实施例主要是参照投影曝光装置说明的。但是，它们可同等有利地适用于用于确定成像特性的测量装置，这是因为用于测量投影透镜的测量装置与投影曝光装置只有微小的差别。例如，测量装置也包括一种产生测量光并将其耦合到投影透镜内的照射系统。如果在测量期间没有感光试验层曝光，则通过试验光学元件向下限制浸渍空间。例如， 对于Twyman-Green或Fizeau干涉仪，试验光学元件可以是镜子；对于Moire或Shearing干涉仪，试验光学元件可以是衍射光栅；而对于Hartmann-Shack传感器，试验光学元件可以是点栅格(grid-of-points)掩模。
如果将浸渍液引入投影透镜的图像侧的末级光学元件与这种试验光学元件之间的间隙，则还需要此浸渍液的温度稳定。由于与为扫描操作设计的投影曝光装置内的晶片不同，试验光学元件通常不在像面内移动，所以浸渍空间内的浸渍液没有因这种移动而混合，从而仍会形成较高的温度梯度。另一方面，一些上述措施尤其适合于这种测量装置，这是因为在这种测量装置的情况下不会出现由扫描运动引起的设计困难。
这种向下界定浸渍空间的静止试验光学元件使得热量可以特定的方式经由试验光学元件消散。例如，如果试验光学元件包括至少部分地对光透明的区域，并且如果此区域至少部分地被另一个区域围绕，则此另一个区域可由导热率高于构成对光透明的区域的材料的导热率的材料制成。一个示例是玻璃/金属材料组合。围绕玻璃区域的金属可确保位于该区域上方的浸渍液有效地散热。
附图说明
参照下文结合附图进行的详细说明可更容易地理解本发明的各个特征和优点，在附图中：
图1以不按比例的非常简化的视图示出通过根据本发明的投影曝光装置的子午线部分；
图2示出图1中所示的投影曝光装置的放大部分，其中可见凹入投影透镜的图像侧的壳体内的形式为可加热环的传热元件；
图3是根据本发明的另一个实施例的浸渍空间的透视图，其中传热元件是设置在浸渍空间内的发热丝；
图4示出通过图3中所示的浸渍空间的轴向部分；
图5是对应于图3的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元 件集成在横向界定浸渍空间的壁内；
图6是对应于图4的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元件是热辐射体；
图7是对应于图4的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元件凹入用于固定晶片的晶片台内；
图8是对应于图4的根据本发明的另一个方面的视图，其中蒸发屏障横向围绕浸渍空间以减少蒸发；
图9示出通过根据本发明的另一个方面的投影曝光装置的局部子午线部分，其中浸渍液的饱和蒸气相位于浸渍液上方以减少蒸发；
图10示出图9中所示的投影曝光装置的一部分，其中示出入口管的浮动固定；
图11是基于图9的根据本发明的另一方面的投影曝光装置的视图，其中浸渍液通过重力的影响而循环；
图12是对应于图3的本发明的另一个实施例的视图，其中设有用于检测横向逸出的浸渍液的检测器；
图13示出通过图12中所示的浸渍空间的轴向部分；
图14示出通过根据第一实施例的点衍射干涉仪的浸渍空间的轴向部分；
图15示出对应于图14的根据本发明的点衍射干涉仪的第二实施例的轴向部分。
图1以不按比例的非常简化的视图示出通过根据本发明的投影曝光装置的子午线部分；
图2示出图1中所示的投影曝光装置的放大部分，其中可见凹入投影透镜的图像侧的壳体内的形式为可加热环的传热元件；
图3是根据本发明的另一个实施例的浸渍空间的透视图，其中传热元件是设置在浸渍空间内的发热丝；
图4示出通过图3中所示的浸渍空间的轴向部分；
图5是对应于图3的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元 件集成在横向界定浸渍空间的壁内；
图6是对应于图4的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元件是热辐射体；
图7是对应于图4的根据本发明的另一个实施例的视图，其中传热元件凹入用于固定晶片的晶片台内；
图8是对应于图4的根据本发明的另一个方面的视图，其中蒸发屏障横向围绕浸渍空间以减少蒸发；
图9示出通过根据本发明的另一个方面的投影曝光装置的局部子午线部分，其中浸渍液的饱和蒸气相位于浸渍液上方以减少蒸发；
图10示出图9中所示的投影曝光装置的一部分，其中示出入口管的浮动固定；
图11是基于图9的根据本发明的另一方面的投影曝光装置的视图，其中浸渍液通过重力的影响而循环；
图12是对应于图3的本发明的另一个实施例的视图，其中设有用于检测横向逸出的浸渍液的检测器；
图13示出通过图12中所示的浸渍空间的轴向部分；
图14示出通过根据第一实施例的点衍射干涉仪的浸渍空间的轴向部分；
图15示出对应于图14的根据本发明的点衍射干涉仪的第二实施例的轴向部分。
具体实施方式
图1以非常简化的视图示出通过总体上用10指示的微平版印刷投影曝光装置的子午线部分。投影曝光装置10包括用于产生投影光13的照射系统12，该系统包括光源14、照射光学器件16和光阑18。在所示的示例性实施例中，投影光13的波长λ为193nm。投影曝光装置10还包括包含多个透镜元件的投影透镜20，为了清楚起见，在图1中仅作为示例示出一些投影元件并用L1至L5指示。
投影透镜20用于使设置在投影透镜20的物面22内的掩模24以减小的比例在感光层26上成像。可由例如光致抗蚀剂构成的感光层26设置在投影透镜20的像面28内并应用在承载件30上。
承载件30固定在盆状、向上开口的容器32的底部上，该容器可借助于横动设备(以未详细示出的方式)平行于像面28移动。容器32中填充有一定液面的浸渍液34，在该液面处在投影曝光装置10的操作期间投影透镜20的图像侧的末级透镜L5浸渍在浸渍液34内。投影透镜20的图像侧的末级光学元件例如可以是平面平行端板而不是透镜。浸渍液34的折射率与感光层26的折射率大致相同。在投影光的波长为193nm或248nm的情况下，例如可使用高纯度去离子水作为浸渍液34。对于较短的波长例如157nm，可使用例如商标包括Demnum和Fomblin的可从市场上买到的全氟聚醚(PEPE)。
容器32经由入口管36和出口管38连接到调节设备40，该调节设备内容纳包括循环泵和用于清洁浸渍液34的过滤器的元件。调节设备40、入口管36、出口管38和容器32共同形成用42指示的浸渍设备，浸渍液34在浸渍设备42内循环同时被清洁且保持处于恒定的温度。应尽可能准确地设定浸渍液34的绝对温度，因为在偏离参考温度的情况下聚焦误差和图像外层(image shell)缺陷会损害投影透镜20的成像。这种成像缺陷会继而导致可用于曝光的处理窗口的尺寸减小。
图2示出图1中所示的投影曝光装置的放大部分，其中可看到另外的细节。在图2中，下文被称为浸渍空间的间隙用44指示，该间隙位于投影透镜20的图像侧的末级透镜L5与感光层26之间。为了清楚起见，浸渍空间44的高度h，即投影透镜20的图像侧的末级光学元件与感光层26之间的轴向距离，如图2和其它附图内所示被大大放大；实际上，高度h的大小仅大约为1毫米或几毫米。在所示实施例中，浸渍空间44完全充满浸渍液34，浸渍液34沿用46表示的循环方向流过投影透镜20。
投影光13经由图像侧的末级透镜L5进入浸渍液34，并通过在图2内灰色阴影体积48的区域内的所述浸渍液34。体积48的形状依赖于投影透 镜20的数值孔径NA和被投影透镜20投射到感光层26上的光场的几何形状。由于浸渍液34可吸收给定波长的投影光13——尽管只有一小部分，所以一部分投影光13被吸收到体积48内。除非采用合适的对策，否则这样释放的热会流入围绕体积48的浸渍空间44的区域，这是因为该处的温度较低。
向外消散的热还会导致在体积48内形成温度梯度。由于浸渍液34的折射率与温度有关，所以体积48内的该温度梯度会使折射率内产生对应的梯度。这种梯度会导致表现为成像缺陷的屈光力，如果成像缺陷超过一定程度则是不允许的。如果浸渍空间44内的浸渍液34不移动或者仅缓慢移动则会发生尤其强的这种效果，这是因为体积48内的吸收产生的热没有或者仅少部分被对流带走。为此，其中浸渍液没有以高流速循环或者没有永久地以高流速循环的浸渍设备尤其会受到这些热诱发的效果的影响。
另外，浸渍液34与例如可以是空气或诸如氦或氮的惰性气体的周围气体或气体混合物之间的边界面也有助于温度梯度的形成。在图1和图2中用47指示的这些边界面处，浸渍液34蒸发，这会消耗蒸发热。这样，浸渍液34在边界表面47处被连续冷却，而体积48被投影光13加热。
为了减少乃至完全避免伴随温度梯度产生的成像缺陷，提供传热元件。在图1和图2的实施例中，该传热元件实现为可加热环50，该可加热环凹入浸渍在浸渍液34内的投影透镜20的下侧49。从环50发出的热如图2中的箭头52所示通过热传导传递到浸渍液34。这样，围绕体积48的浸渍空间44的区域也被加热，抵制温度梯度的形成。环50的几何形状可适合于体积48的形状。例如，在矩形光场的情况下，传热元件50也可构造成矩形环。当然，也可用在投影透镜20的下侧49上分布的具有对应几何形状的多个单个传热元件代替连续环。
图3和图4分别示出根据另一个实施例的投影曝光装置的局部透视图和轴向截面图。在该实施例中，浸渍液34不是位于容器32内而仅通过粘附力保持在浸渍空间44内。在所示实施例中，投影透镜20的图像侧的末级光学元件不是透镜而是平面平行端板54。该端板上显示横截面大致为矩 形的投影光束56。在通过端板54和位于所述端板54下方的浸渍空间44内的浸渍液34之后，投影光束56在感光层26上产生矩形光场58。
在该实施例中，温度梯度甚至比图1和图2中所示的温度梯度更陡，这是因为浸渍液34与周围气体之间的边界面距离体积48更近，该边界面47由于蒸发而较冷。另外，在该实施例中，浸渍液34没有循环而是在浸渍空间44内保持较长的一段时间。在这种情况下，仅通过由横向运动60导致的浸渍液34的混合来提供温度分布的一定均匀性，该横向运动由箭头60指示，通过该横向运动在曝光期间使感光层26移过投影透镜20。
为了抵制大的温度梯度的形成，在图3和图4所示的实施例中，经由环形发热丝501向浸渍液34供热，该发热丝被在化学上惰性且电绝缘的外壳围绕。发热丝501连接到控制单元62，在该控制单元内集成有用于供电的电池和控制装置。所述控制单元62的作用是根据预定值调整发热丝501的热输出。可提供包括用于测量浸渍液34的温度的温度传感器的温度控制系统来代替该控制装置。
在所示实施例中，发热丝501的形式为围绕投影光束56从中通过的体积48放置的环，从而可通过发热丝501均匀地加热位于体积48外部的浸渍液34。发热丝501还可围绕体积48更紧密地设置。此外，当然，在本申请的上下文内设想除圆形之外其它形状的发热丝501。
图5基于图3的视图示出另一个实施例，示出可如何构造传热元件以减小温度梯度。在该实施例中，浸渍空间44被固定在投影透镜20的下侧49上的环62横向限制。环62仅沿轴向向下延伸至使得在横向移动60期间感光层26可在环62下方移动通过该环62。环62的效果是对于较快的横向移动60，浸渍液34不会从浸渍空间44选出。另外，与周围气体或气体混合物的边界面47大大减小，这是因为浸渍液34只能经由保持在环62下方的高度为d的窄间隙蒸发。
为了使温度分布均匀，环62可加热。为此，在环62的下部内设置环形导管502，载热体例如被加热的水或热空气可在该导管内循环。
图6示出根据另一个实施例的投影曝光装置的局部轴向截面图。在该 实施例中，传热元件实现为平面散热器503，所述散热器可电加热并且围绕投影透镜20的周向分布。平面散热器503在其朝向浸渍液34的侧面上具有黑面而在相对侧具有镜面，从而热辐射仅主要指向浸渍液34。当被加热到大约40℃和80℃之间的温度时，平面散热器503主要发出波长在微波范围内的热辐射，用作浸渍液34的水易吸收该热辐射。但是，可选择地，传热元件可以是发射电磁辐射的其它元件例如半导体二极管或半导体激光器。热传感器用65指示，使用所述热传感器可测量平面散热器503的温度。
每个平面散热器503均与会聚透镜66相关联，该会聚透镜聚焦平面散热器503产生的热辐射并使其指向浸渍空间44。浸渍液34主要在边界面47的区域内吸收热辐射并被局部加热。这样，在浸渍液34内热通过蒸发散失的位置处精确地产生热。对热辐射的波长范围的吸收系数越大，则集中于边界面47的区域上的加热就越强。
在上述操作模式的实践版本中，图6中所示的设置还可用于冷却浸渍液34。在此情况下，仅需例如借助于Peltier元件确保平面散热器503被冷却。在此情况下，通过从浸渍液34的较热区域到被冷却的平面散热器503的热辐射来实现热传递。
图6中所示的设置还可被修改成以这样的方式将平面散热器503设置在投影透镜20内，即，使得发出的热辐射通过合适的出射窗沿轴向通过浸渍液34。在测量装置的情况下可特别考虑这种设置，这是因为不存在热辐射的任何短波谱分量会促使感光层26曝光的危险。
图7示出根据另一个实施例的投影曝光装置的类似部分。与图4和图6不同，图7示出感光层26的承载件30附装在其上的晶片台70。传热元件安装在该晶片台70内，所述传热元件在所示实施例中实现为相互平行设置的导管504。当热流体例如水流过导管504时，承载件30和感光层26的位于导管504上方的区域被加热。热量从所述区域进入位于所述区域上方的浸渍液34。由于导管504相对于体积48的轴向位置横向偏离，所以热传递主要局限于围绕体积48的浸渍空间44内的区域。这样，浸渍空间44内的浸渍液34被基本均匀地加热，这可防止形成大的温度梯度。
图8示出其中不存在传热元件的投影曝光装置的一部分的轴向截面。在此情况下，由于总体上用72指示的蒸发屏障固定在投影透镜20的下侧49上，所以可使浸渍液34内的温度分布均匀。蒸发屏障72包括总共4个同心设置的环741、742、743和744，所述环横向即垂直于光轴界定浸渍空间44。环741至744沿轴向方向的宽度为使得环741至744的自由端与感光层26间隔开，这与图5中所示的实施例的情况类似。这样，感光层不会被蒸发屏障72损坏。通过粘附力防止位于浸渍空间44内的浸渍液34通过环741与感光层26之间保留的间隙76选出。
通过环741至744的交错设置，还可防止周围气体或气体混合物在间隙76流动并由此促进蒸发。相反，蒸发的浸渍液34主要保留在环741至744之间的间隙内，从而在该位置浸渍液的蒸气压力增大。由于蒸发随着周围气体的蒸气压力的增大而减少，所以这样还可实现抑制蒸发的效果。这继而导致仅在浸渍空间44内形成较小的温度梯度。
图9示出类似于图1所示的投影曝光装置10’的一部分。但是，在投影曝光装置10’的情况下，浸渍液34位于其中的容器32被室78容纳，室78在周围被气密地密封。室78主要由具有开口82的罩状盖子80形成，投影透镜20通过该开口通过盖子80。
另外，投影曝光装置10’包括供给单元84，在该供给单元内容纳有包括用于浸渍液34的贮存器86和蒸发器88的器件。供给单元84的作用是将气相的浸渍液引入室78以便增大其中的蒸气压力。为此，从贮存器86抽出的浸渍液在蒸发器88内蒸发并经由导管90供给室78。可经由出口92以阀控制方式从室78排出气相的浸渍液。
由于室78内的蒸气压力增大，所以只有少量的浸渍液34在液相与气相的浸渍液34之间的边界面47处蒸发。当室78内达到在该室内的温度下的饱和蒸气压力时，在边界面47处蒸发的浸渍液34的量正好与从周围气相相反地冷凝的浸渍液34一样多。因此，当室78内达到饱和蒸气压力时，不会消耗使位于容器32内的浸渍液34冷却的蒸发热。这样，可获得与图8中所示的实施例类似的效果而不需要设置蒸发屏障72。因此，投影曝光 装置10’使得可在闭式循环内引导浸渍液34通过浸渍空间44。
图10示出图9中所示的投影曝光装置10’的放大部分A。在图10中可见容器32的壁94，用于浸渍液34的入口管36穿过该壁。为此，在壁94内设置开口96，入口管36通过该开口进入容器32内部。开口96的尺寸选择为使得在入口管36与壁94之间留有周向间隙98，浸渍液34可渗透过该间隙。另一方面，间隙98窄得使浸渍液34不会通过该间隙98从容器32逸出。这样，由支承件99保持的入口管36安装成在容器32的壁94内的流体内“浮动”。结果，例如由入口管内的流动紊流或处理单元40内的泵导致的入口管36的振动不会传递到容器32。入口管和出口管的上述振动隔离安装对于测量装置尤其重要。
图11示意性地示出总体上用10”指示的投影曝光装置的另一个实施例的一部分。在投影曝光装置10”内，为了避免振动，没有利用泵而是仅通过重力引导浸渍液34进入并通过容器32。为此，在浸渍空间44上方设置用于浸渍液34的贮存器100。可从贮存器100将由阀104控制的浸渍液34导入容器32。因此，投影曝光装置10”内不会出现使用泵通常不能完全避免的流速的周期性波动以及由此导致的振动。
在此实施例中，来自容器32的出口管38连接到截流箱106，在该截流箱内收集流过第二阀108的浸渍液34。借助于泵110使浸渍液从该截流箱经由调节单元40”返回贮存器100。由于泵110经由贮存器100和截流箱106与容器32内的浸渍液34隔绝，所以泵110引起的流速波动局限于截流箱106与贮存器100之间的管道系统。
避免泵引起的振动的另一种可行方法是仅在投影暂停期间使浸渍液34在容器32内循环。从而可省略图11中所示的容器100和106。
图12和图13分别示出根据另一个实施例的投影曝光装置10的透视图和轴向截面图。投影曝光装置10包括总体上用120指示的检测器，使用该检测器可检测不希望的浸渍液34从浸渍空间44的逸出。为此，检测器120具有沿轴向方向相互平行地设置并连接到测量电路126的导电环122、124。
两个导电环122、124形成电容器，该电容器的电容值依赖于包括位于这两个导电环122、124之间的介电材料的因素。例如，如果浸渍液是去离子水而周围气体是空气，则介电常数的差大约为80。如果浸渍液34如128指示地从浸渍空间44进入导电环122、124之间的间隙，则在该位置处导电环122、124之间存在的介质的介电常数局部增大。测量电路126检测伴随的由导电环122、124形成的电容器的电容值的增加。如果超过预定阈值，则测量电路126可例如产生指示浸渍液已通过由导电环122、124限定的区域外部的信号。
已针对投影曝光装置讨论了上述实施例。但是，它们可在适当时经过微小修改后转换到用于确定投影透镜的光学成像特性的测量装置。这种测量装置通常包括试验光学元件，该试验光学元件代替感光层26的支承件30而设置在投影透镜20的图像侧。该试验光学元件可以是例如镜子、衍射光栅、CCD传感器或感光试验层。这种测量装置常常还包括单独的光源，该光源代替投影曝光装置的照射系统。
本发明的一些上述实施例和方面可尤其有利地用于某些测量装置。对于Shearing干涉仪，情况是例如图3至5中所示的变型和图10中所示的管的浮动安装；图11中所示的使用重力的循环对于Moire干涉仪尤其有利。
图14以轴向截面示意性地示出点衍射干涉仪(PDI)的针孔掩模。这种点衍射干涉仪和由此必需的针孔掩模在现有技术内是已知的，从而可省略其另外细节的说明。针孔掩模140包括玻璃体142，半透明层144应用在该玻璃体上。半透明层144内的小针孔开口146位于针孔掩模140的大致中心。
为了能够加热在围绕暴露在测量光之下的体积48的区域内所述半透明层144上方的浸渍空间44内的浸渍液34，在玻璃体142内装有流体加热介质例如被加热的水可从中流过的导管148。这样，玻璃体142的周边被均匀加热，从而位于该玻璃体上方的浸渍液34的温度局部升高。
此实施例中，针孔掩模140’包括金属载体142’，玻璃插入件150安装在该金属载体的中心。形式可以为例如截锥的玻璃插入件150的尺寸使得测量光可通过玻璃插入件150而不会到达环绕的金属载体142’的金属。
由于测量光主要从中通过的体积48经由半透明层144与金属载体142’接连，并且只有该体积的一小部分与玻璃插入件150接连，所以由对测量光的吸收导致的体积48内释放的热经由金属载体142’有效地消散。这样，金属载体142’的高导热性有助于浸渍空间44内仅出现小的温度梯度。
投影透镜20用于使设置在投影透镜20的物面22内的掩模24以减小的比例在感光层26上成像。可由例如光致抗蚀剂构成的感光层26设置在投影透镜20的像面28内并应用在承载件30上。
承载件30固定在盆状、向上开口的容器32的底部上，该容器可借助于横动设备(以未详细示出的方式)平行于像面28移动。容器32中填充有一定液面的浸渍液34，在该液面处在投影曝光装置10的操作期间投影透镜20的图像侧的末级透镜L5浸渍在浸渍液34内。投影透镜20的图像侧的末级光学元件例如可以是平面平行端板而不是透镜。浸渍液34的折射率与感光层26的折射率大致相同。在投影光的波长为193nm或248nm的情况下，例如可使用高纯度去离子水作为浸渍液34。对于较短的波长例如157nm，可使用例如商标包括Demnum和Fomblin的可从市场上买到的全氟聚醚(PEPE)。
容器32经由入口管36和出口管38连接到调节设备40，该调节设备内容纳包括循环泵和用于清洁浸渍液34的过滤器的元件。调节设备40、入口管36、出口管38和容器32共同形成用42指示的浸渍设备，浸渍液34在浸渍设备42内循环同时被清洁且保持处于恒定的温度。应尽可能准确地设定浸渍液34的绝对温度，因为在偏离参考温度的情况下聚焦误差和图像外层(image shell)缺陷会损害投影透镜20的成像。这种成像缺陷会继而导致可用于曝光的处理窗口的尺寸减小。
图2示出图1中所示的投影曝光装置的放大部分，其中可看到另外的细节。在图2中，下文被称为浸渍空间的间隙用44指示，该间隙位于投影透镜20的图像侧的末级透镜L5与感光层26之间。为了清楚起见，浸渍空间44的高度h，即投影透镜20的图像侧的末级光学元件与感光层26之间的轴向距离，如图2和其它附图内所示被大大放大；实际上，高度h的大小仅大约为1毫米或几毫米。在所示实施例中，浸渍空间44完全充满浸渍液34，浸渍液34沿用46表示的循环方向流过投影透镜20。
投影光13经由图像侧的末级透镜L5进入浸渍液34，并通过在图2内灰色阴影体积48的区域内的所述浸渍液34。体积48的形状依赖于投影透 镜20的数值孔径NA和被投影透镜20投射到感光层26上的光场的几何形状。由于浸渍液34可吸收给定波长的投影光13——尽管只有一小部分，所以一部分投影光13被吸收到体积48内。除非采用合适的对策，否则这样释放的热会流入围绕体积48的浸渍空间44的区域，这是因为该处的温度较低。
向外消散的热还会导致在体积48内形成温度梯度。由于浸渍液34的折射率与温度有关，所以体积48内的该温度梯度会使折射率内产生对应的梯度。这种梯度会导致表现为成像缺陷的屈光力，如果成像缺陷超过一定程度则是不允许的。如果浸渍空间44内的浸渍液34不移动或者仅缓慢移动则会发生尤其强的这种效果，这是因为体积48内的吸收产生的热没有或者仅少部分被对流带走。为此，其中浸渍液没有以高流速循环或者没有永久地以高流速循环的浸渍设备尤其会受到这些热诱发的效果的影响。
另外，浸渍液34与例如可以是空气或诸如氦或氮的惰性气体的周围气体或气体混合物之间的边界面也有助于温度梯度的形成。在图1和图2中用47指示的这些边界面处，浸渍液34蒸发，这会消耗蒸发热。这样，浸渍液34在边界表面47处被连续冷却，而体积48被投影光13加热。
为了减少乃至完全避免伴随温度梯度产生的成像缺陷，提供传热元件。在图1和图2的实施例中，该传热元件实现为可加热环50，该可加热环凹入浸渍在浸渍液34内的投影透镜20的下侧49。从环50发出的热如图2中的箭头52所示通过热传导传递到浸渍液34。这样，围绕体积48的浸渍空间44的区域也被加热，抵制温度梯度的形成。环50的几何形状可适合于体积48的形状。例如，在矩形光场的情况下，传热元件50也可构造成矩形环。当然，也可用在投影透镜20的下侧49上分布的具有对应几何形状的多个单个传热元件代替连续环。
图3和图4分别示出根据另一个实施例的投影曝光装置的局部透视图和轴向截面图。在该实施例中，浸渍液34不是位于容器32内而仅通过粘附力保持在浸渍空间44内。在所示实施例中，投影透镜20的图像侧的末级光学元件不是透镜而是平面平行端板54。该端板上显示横截面大致为矩 形的投影光束56。在通过端板54和位于所述端板54下方的浸渍空间44内的浸渍液34之后，投影光束56在感光层26上产生矩形光场58。
在该实施例中，温度梯度甚至比图1和图2中所示的温度梯度更陡，这是因为浸渍液34与周围气体之间的边界面距离体积48更近，该边界面47由于蒸发而较冷。另外，在该实施例中，浸渍液34没有循环而是在浸渍空间44内保持较长的一段时间。在这种情况下，仅通过由横向运动60导致的浸渍液34的混合来提供温度分布的一定均匀性，该横向运动由箭头60指示，通过该横向运动在曝光期间使感光层26移过投影透镜20。
为了抵制大的温度梯度的形成，在图3和图4所示的实施例中，经由环形发热丝501向浸渍液34供热，该发热丝被在化学上惰性且电绝缘的外壳围绕。发热丝501连接到控制单元62，在该控制单元内集成有用于供电的电池和控制装置。所述控制单元62的作用是根据预定值调整发热丝501的热输出。可提供包括用于测量浸渍液34的温度的温度传感器的温度控制系统来代替该控制装置。
在所示实施例中，发热丝501的形式为围绕投影光束56从中通过的体积48放置的环，从而可通过发热丝501均匀地加热位于体积48外部的浸渍液34。发热丝501还可围绕体积48更紧密地设置。此外，当然，在本申请的上下文内设想除圆形之外其它形状的发热丝501。
图5基于图3的视图示出另一个实施例，示出可如何构造传热元件以减小温度梯度。在该实施例中，浸渍空间44被固定在投影透镜20的下侧49上的环62横向限制。环62仅沿轴向向下延伸至使得在横向移动60期间感光层26可在环62下方移动通过该环62。环62的效果是对于较快的横向移动60，浸渍液34不会从浸渍空间44选出。另外，与周围气体或气体混合物的边界面47大大减小，这是因为浸渍液34只能经由保持在环62下方的高度为d的窄间隙蒸发。
为了使温度分布均匀，环62可加热。为此，在环62的下部内设置环形导管502，载热体例如被加热的水或热空气可在该导管内循环。
图6示出根据另一个实施例的投影曝光装置的局部轴向截面图。在该 实施例中，传热元件实现为平面散热器503，所述散热器可电加热并且围绕投影透镜20的周向分布。平面散热器503在其朝向浸渍液34的侧面上具有黑面而在相对侧具有镜面，从而热辐射仅主要指向浸渍液34。当被加热到大约40℃和80℃之间的温度时，平面散热器503主要发出波长在微波范围内的热辐射，用作浸渍液34的水易吸收该热辐射。但是，可选择地，传热元件可以是发射电磁辐射的其它元件例如半导体二极管或半导体激光器。热传感器用65指示，使用所述热传感器可测量平面散热器503的温度。
每个平面散热器503均与会聚透镜66相关联，该会聚透镜聚焦平面散热器503产生的热辐射并使其指向浸渍空间44。浸渍液34主要在边界面47的区域内吸收热辐射并被局部加热。这样，在浸渍液34内热通过蒸发散失的位置处精确地产生热。对热辐射的波长范围的吸收系数越大，则集中于边界面47的区域上的加热就越强。
在上述操作模式的实践版本中，图6中所示的设置还可用于冷却浸渍液34。在此情况下，仅需例如借助于Peltier元件确保平面散热器503被冷却。在此情况下，通过从浸渍液34的较热区域到被冷却的平面散热器503的热辐射来实现热传递。
图6中所示的设置还可被修改成以这样的方式将平面散热器503设置在投影透镜20内，即，使得发出的热辐射通过合适的出射窗沿轴向通过浸渍液34。在测量装置的情况下可特别考虑这种设置，这是因为不存在热辐射的任何短波谱分量会促使感光层26曝光的危险。
图7示出根据另一个实施例的投影曝光装置的类似部分。与图4和图6不同，图7示出感光层26的承载件30附装在其上的晶片台70。传热元件安装在该晶片台70内，所述传热元件在所示实施例中实现为相互平行设置的导管504。当热流体例如水流过导管504时，承载件30和感光层26的位于导管504上方的区域被加热。热量从所述区域进入位于所述区域上方的浸渍液34。由于导管504相对于体积48的轴向位置横向偏离，所以热传递主要局限于围绕体积48的浸渍空间44内的区域。这样，浸渍空间44内的浸渍液34被基本均匀地加热，这可防止形成大的温度梯度。
图8示出其中不存在传热元件的投影曝光装置的一部分的轴向截面。在此情况下，由于总体上用72指示的蒸发屏障固定在投影透镜20的下侧49上，所以可使浸渍液34内的温度分布均匀。蒸发屏障72包括总共4个同心设置的环741、742、743和744，所述环横向即垂直于光轴界定浸渍空间44。环741至744沿轴向方向的宽度为使得环741至744的自由端与感光层26间隔开，这与图5中所示的实施例的情况类似。这样，感光层不会被蒸发屏障72损坏。通过粘附力防止位于浸渍空间44内的浸渍液34通过环741与感光层26之间保留的间隙76选出。
通过环741至744的交错设置，还可防止周围气体或气体混合物在间隙76流动并由此促进蒸发。相反，蒸发的浸渍液34主要保留在环741至744之间的间隙内，从而在该位置浸渍液的蒸气压力增大。由于蒸发随着周围气体的蒸气压力的增大而减少，所以这样还可实现抑制蒸发的效果。这继而导致仅在浸渍空间44内形成较小的温度梯度。
图9示出类似于图1所示的投影曝光装置10’的一部分。但是，在投影曝光装置10’的情况下，浸渍液34位于其中的容器32被室78容纳，室78在周围被气密地密封。室78主要由具有开口82的罩状盖子80形成，投影透镜20通过该开口通过盖子80。
另外，投影曝光装置10’包括供给单元84，在该供给单元内容纳有包括用于浸渍液34的贮存器86和蒸发器88的器件。供给单元84的作用是将气相的浸渍液引入室78以便增大其中的蒸气压力。为此，从贮存器86抽出的浸渍液在蒸发器88内蒸发并经由导管90供给室78。可经由出口92以阀控制方式从室78排出气相的浸渍液。
由于室78内的蒸气压力增大，所以只有少量的浸渍液34在液相与气相的浸渍液34之间的边界面47处蒸发。当室78内达到在该室内的温度下的饱和蒸气压力时，在边界面47处蒸发的浸渍液34的量正好与从周围气相相反地冷凝的浸渍液34一样多。因此，当室78内达到饱和蒸气压力时，不会消耗使位于容器32内的浸渍液34冷却的蒸发热。这样，可获得与图8中所示的实施例类似的效果而不需要设置蒸发屏障72。因此，投影曝光 装置10’使得可在闭式循环内引导浸渍液34通过浸渍空间44。
图10示出图9中所示的投影曝光装置10’的放大部分A。在图10中可见容器32的壁94，用于浸渍液34的入口管36穿过该壁。为此，在壁94内设置开口96，入口管36通过该开口进入容器32内部。开口96的尺寸选择为使得在入口管36与壁94之间留有周向间隙98，浸渍液34可渗透过该间隙。另一方面，间隙98窄得使浸渍液34不会通过该间隙98从容器32逸出。这样，由支承件99保持的入口管36安装成在容器32的壁94内的流体内“浮动”。结果，例如由入口管内的流动紊流或处理单元40内的泵导致的入口管36的振动不会传递到容器32。入口管和出口管的上述振动隔离安装对于测量装置尤其重要。
图11示意性地示出总体上用10”指示的投影曝光装置的另一个实施例的一部分。在投影曝光装置10”内，为了避免振动，没有利用泵而是仅通过重力引导浸渍液34进入并通过容器32。为此，在浸渍空间44上方设置用于浸渍液34的贮存器100。可从贮存器100将由阀104控制的浸渍液34导入容器32。因此，投影曝光装置10”内不会出现使用泵通常不能完全避免的流速的周期性波动以及由此导致的振动。
在此实施例中，来自容器32的出口管38连接到截流箱106，在该截流箱内收集流过第二阀108的浸渍液34。借助于泵110使浸渍液从该截流箱经由调节单元40”返回贮存器100。由于泵110经由贮存器100和截流箱106与容器32内的浸渍液34隔绝，所以泵110引起的流速波动局限于截流箱106与贮存器100之间的管道系统。
避免泵引起的振动的另一种可行方法是仅在投影暂停期间使浸渍液34在容器32内循环。从而可省略图11中所示的容器100和106。
图12和图13分别示出根据另一个实施例的投影曝光装置10的透视图和轴向截面图。投影曝光装置10包括总体上用120指示的检测器，使用该检测器可检测不希望的浸渍液34从浸渍空间44的逸出。为此，检测器120具有沿轴向方向相互平行地设置并连接到测量电路126的导电环122、124。
两个导电环122、124形成电容器，该电容器的电容值依赖于包括位于这两个导电环122、124之间的介电材料的因素。例如，如果浸渍液是去离子水而周围气体是空气，则介电常数的差大约为80。如果浸渍液34如128指示地从浸渍空间44进入导电环122、124之间的间隙，则在该位置处导电环122、124之间存在的介质的介电常数局部增大。测量电路126检测伴随的由导电环122、124形成的电容器的电容值的增加。如果超过预定阈值，则测量电路126可例如产生指示浸渍液已通过由导电环122、124限定的区域外部的信号。
已针对投影曝光装置讨论了上述实施例。但是，它们可在适当时经过微小修改后转换到用于确定投影透镜的光学成像特性的测量装置。这种测量装置通常包括试验光学元件，该试验光学元件代替感光层26的支承件30而设置在投影透镜20的图像侧。该试验光学元件可以是例如镜子、衍射光栅、CCD传感器或感光试验层。这种测量装置常常还包括单独的光源，该光源代替投影曝光装置的照射系统。
本发明的一些上述实施例和方面可尤其有利地用于某些测量装置。对于Shearing干涉仪，情况是例如图3至5中所示的变型和图10中所示的管的浮动安装；图11中所示的使用重力的循环对于Moire干涉仪尤其有利。
图14以轴向截面示意性地示出点衍射干涉仪(PDI)的针孔掩模。这种点衍射干涉仪和由此必需的针孔掩模在现有技术内是已知的，从而可省略其另外细节的说明。针孔掩模140包括玻璃体142，半透明层144应用在该玻璃体上。半透明层144内的小针孔开口146位于针孔掩模140的大致中心。
为了能够加热在围绕暴露在测量光之下的体积48的区域内所述半透明层144上方的浸渍空间44内的浸渍液34，在玻璃体142内装有流体加热介质例如被加热的水可从中流过的导管148。这样，玻璃体142的周边被均匀加热，从而位于该玻璃体上方的浸渍液34的温度局部升高。
此实施例中，针孔掩模140’包括金属载体142’，玻璃插入件150安装在该金属载体的中心。形式可以为例如截锥的玻璃插入件150的尺寸使得测量光可通过玻璃插入件150而不会到达环绕的金属载体142’的金属。
由于测量光主要从中通过的体积48经由半透明层144与金属载体142’接连，并且只有该体积的一小部分与玻璃插入件150接连，所以由对测量光的吸收导致的体积48内释放的热经由金属载体142’有效地消散。这样，金属载体142’的高导热性有助于浸渍空间44内仅出现小的温度梯度。