CN100526989C - 光刻设备、器件制造方法以及用于光刻设备的投影元件 - Google Patents

Abstract

公开了一种光刻设备、器件制造方法、以及用于光刻设备的投影元件。该光刻设备含有：用于提供脉冲辐射束的辐射系统、用于给该辐射束赋予一图形以形成图形化的辐射束的构图装置、以及具有用于将该图形化的辐射束投影到衬底目标部分的投影元件的投影系统。该设备进一步包括一个致动器，所述致动器用于在该辐射系统的至少一个脉冲期间移动该投影元件，以平移被投影到衬底上的图形化的辐射束。完成该操作的目的为补偿支撑衬底的衬底平台和该投影系统的空间像之间的位置误差。由于该光刻设备的框架系统中的机械振动，会出现该位置误差。

Description

光刻设备、器件制造方法以及用于光刻设备的投影元件

技术领域

本发明涉及一种光刻设备及器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种把预期图形应用到衬底目标部分的机器。光刻设备可以用于制作例如集成电路(IC)、平板显示器、以及涉及精细结构的其它器件。在传统的光刻设备中，可以使用备选地称为掩模或分划板的构图装置，以产生与IC(或其它器件)的单个层相应的电路图形，这个图形可以被成像到具有一辐射敏感材料层(例如抗蚀剂)的衬底(例如硅晶片、玻璃板等)上的目标部分(例如包括一个芯片或多个芯片的部分)。不使用掩模，该构图装置可包括用于产生电路图形的、单个可控制元件阵列。

通常，单个衬底包括连续曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括步进式曝光机，其中通过在一个进程中将整个图形曝光到目标部分以辐射每个目标部分；以及扫描器，其中通过投影束沿特定方向(“扫描”方向)扫描图形，同时平行或反平行于这个方向同步扫描衬底，从而辐射每个目标部分。

在光学无掩模扫描器中，存在称为微交叠的问题。该问题与下述事实相关：在无掩模光刻中，通常使用投影束的两次闪光将整个图形或图像投影到衬底上。相反，在基于掩模的光刻中，使用三十至四十个脉冲将该图形或图像投影到衬底上，由此产生无光刻掩模中不存在的平均效应。因此，在基于掩模的光刻中会出现微交叠，但由于这种平均效应而使该微交叠并不成为严重的问题。

如前所述，无掩模光刻中投影该图形或图像通常需要两个脉冲。例如激光器或其它适当光源的投影束的第一脉冲或闪光基本上将代表构图装置上图形的一半图像冻结到衬底的抗蚀剂(例如印模1)上。在稍后的时间里进行该抗蚀剂(例如印模2)上相同部分的第二次曝光，从而在该抗蚀剂内获得整个图像。

应该了解到，印模1和2共同足以曝光该抗蚀剂以获得完整图像，这两个印模被取决于整个晶片上曝光路径的任何时间量分割。由于框架系统中的小幅振动，第二脉冲将不会把该图像投影到抗蚀剂上和投影束第一脉冲相同的部分上，这意味着由于该第一脉冲和第二脉冲之间的绝对错位而使该图像扭曲。因此，抗蚀剂内的第一和第二印模将相互错位，导致在该抗蚀剂上形成扭曲的图像。

投影束的每个脉冲或闪光承载特定的空间像(aerial image)，从而将该空间像投影到衬底上的特定部分。由于上述框架系统中的振动，抗蚀剂将被错位。因此，框架系统中的振动导致空间像和晶片(例如晶片工作台)真实位置之间的不匹配。

在该文本中，框架系统中的振动是源于当光刻设备抬高和工作时光刻设备的整个机械系统的微小机械振动，例如基座框架、中间框架、晶片工作台、透镜框架结构、光学透镜元件、工作台定位装置(短冲程模块和长冲程模块)、干涉测量装置等的振动。

因此，需要能减小主要由振动引起的空间像相对于衬底的位置误差的系统和方法。

发明内容

根据本发明实施例，提供了一种光刻设备，该光刻设备具有产生脉冲辐射束的辐射系统；用一图形对该辐射束进行构图以形成图形化的辐射束的构图装置；具有投影元件的投影系统，该投影系统将该图形化的辐射束投影到衬底的目标部分。该设备包括致动器，在该辐射系统的至少一个脉冲期间相对于光学系统的光轴移动该投影元件，以平移被投影到衬底上的图形化的辐射束，以校正衬底和投影系统之间的位置误差。

在一个示例中，该光刻设备还包括致动器控制器，用于监视关于位置误差的信息并将该信息提供给致动器。该致动器将所提供的信息转变成投影元件的移动，从而补偿该位置误差。

在一个示例中，该致动器控制器基于该位置误差信号的先前值和相位延迟ρ，预计将被前馈至该致动器以移动投影元件的值。

在一个示例中，该投影元件被附着到诸如平衡质量或抑制质量的重力质量。在该示例中，由移动的投影元件所产生的加速度力作用于该重力质量。在另一个示例中，该致动器为重力质量的一部分。

在一个示例中，可以使用透镜元件或反射镜元件或透镜元件和反射镜元件的组合作为投影元件。对于使用透镜元件的情形，该元件可绕z轴旋转。对于使用反射镜元件的情形，该元件可沿x轴移动。

在一个示例中，光刻设备为无掩模设备，构图装置为可控制元件阵列，例如SLM或可编程反射镜阵列。

在一个示例中，预计该位置误差信号的未来特性并将其前馈给该致动器，该致动器将所预计的位置误差信号的未来特性转换成该投影元件的移动。

根据本发明的另一个实施例，采用了一种方法，基于位置误差信号的先前采样值以及连续的后续采样值之间的相位延迟ρ预计位置误差信号的未来特性。

根据本发明的又一个实施例，在用于光刻设备的投影系统内布置有例如透镜元件或反射镜元件的投影元件。该光刻设备具有：用于提供脉冲辐射束的辐射系统；以及构图装置，用于给该辐射束赋予一图形以形成图形化的辐射束。该投影元件可移动地布置在该投影系统内，从而在该辐射系统的至少一个脉冲期间平移被投影到衬底上的图形化的辐射束。

在一个示例中，该投影元件被附着到诸如平衡质量或抑制质量的重力质量，这意味着由移动的投影元件所产生的加速度力被作用于该重力质量。

下面将参考附图详细地描述本发明的另外实施例、特征、和优点以及本发明各个实施例的结构和操作。

附图说明

这里使用附图(它构成本说明书的一部分并阐述了本发明)和相关描述一起进一步解释本发明的原理并使本领域技术人员能够制作和使用本发明。

图1描述了根据本发明一个实施例的光刻设备。

图2为根据本发明一个实施例的光刻设备的示意图。

图3A和3B示出了根据本发明一个实施例的衬底上的位置图像误差(例如不匹配)。

图4示出了根据本发明一个实施例，包括可移动投影透镜元件的光刻设备内的控制系统。

图5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b示出了根据本发明各种实施例的控制系统的控制信号。

图9A和9B示出了根据本发明一个实施例，表示重力质量和可移动投影元件之间关系的投影系统。

图10示出了根据本发明一个实施例，具有可移动反射镜元件的投影系统。

现在将结合附图描述本发明。在附图中，相同的数字表示相同的元件或功能相近的元件。

具体实施方式

概述和术语

尽管在本说明书中会具体地参考在集成电路(IC)制作中光刻设备的使用，但应该了解到，这里描述的光刻设备可以具有其它用途，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和探测图形、平板显示器、薄膜磁头、微射流装置和宏射流装置等的制作。技术人员将了解到，在这些备选应用的情况中，使用术语“晶片”或“芯片”可以分别看作与更普通的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底在曝光之前或曝光之后可以在例如涂胶显影(例如，通常把抗蚀剂层涂敷到衬底上并对曝光后的抗蚀剂进行显影的一种装置)或一个测量或检查装置内进行处理。在本发明可应用的场合中，这里所公开的内容可应用于这些以及其它衬底处理装置。此外，例如，为了创建一个多层IC，可以不止一次地处理衬底，因此这里使用的衬底这个术语也可指已经包括多个已处理过的层的衬底。

这里所使用的术语“单个可控制元件阵列”应广义地理解为是指，可以用来向入射的辐射束赋予一个图形化的截面，使得可以在衬底的目标部分创建一个预期图形的任何器件。在该文本中也可以使用术语“光阀”及“空间光调制器(SLM)”。下面讨论了这些构图装置的例子。

可编程反射镜阵列包括一个具有粘弹性控制层的矩阵可寻址表面以及反射表面。该设备的基本原理为，例如反射表面的已寻址区域把入射光反射为衍射光，而未寻址区域把入射光反射为非衍射光。使用适当的空间滤光器，可以把所述非衍射光从反射束中过滤出来，只留下衍射光到达衬底。按照这个方式，根据矩阵可寻址表面的寻址图形对投影束进行构图。

将会了解到，作为一个备选，滤光器可以过滤出衍射光，只留下非衍射光到达衬底。也可以按照相应的方式使用衍射光学微机电系统(MEMS)器件的阵列。每个衍射光学MEMS器件可以包括多个反射带，这些反射带之间相对发生变形并形成把入射光反射为衍射光的光栅。

另一个备选实施例则包括采用微小反射镜矩阵布置的可编程反射镜阵列，通过施加合适的局部电场或采用压电致动装置可使每个反射镜单独地绕一个轴倾斜。再一次地，反射镜为矩阵可寻址的，使得寻址反射镜把入射辐射束反射到与未寻址反射镜的不同方向；按照这个方式，根据矩阵可寻址反射镜的寻址图形对被反射的投影束进行构图。使用适当的电子装置可以执行所要求的矩阵寻址。

在上述两个情况中，单个可控制元件阵列可包括一个或多个可编程反射镜阵列。例如，在美国专利US 5,296,891与US 5,523,193以及PCT专利申请WO 98/38597与WO 98/33096中可以找到关于这里提到的反射镜阵列的更多信息，这些专利在此被引用作为参考。

也可以使用可编程的LCD阵列。美国专利US 5,229,872给出了采用这种结构的示例，该专利在此被引用作为参考。

应该了解的是，在采用例如特征预偏置、光学近似校正特征、相位变化技术、以及多次曝光技术时，单个可控制元件阵列上“显示”的图形可能基本上不同于最终传递到衬底层或衬底上一层的图形。类似地，最终形成在衬底上的图形可能不对应于任一时刻在单个可控制元件阵列上形成的图形。在如下配置中情况可能如此：形成在衬底每个部分上的最终图形是经过特定的时间段或由特定次数的曝光而逐步形成，而单个可控制元件阵列上的图形和/或衬底的相对位置在这些时间段或多次曝光中发生变化。

尽管在文本中会具体地参考在IC制作中光刻设备的使用，但应该了解到，这里描述的光刻设备可以具有其它应用，例如DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和探测图形、平板显示器、薄膜磁头等的制作。技术人员将了解到，在这些备选应用的情况中，使用术语“晶片”或“芯片”可以分别看作与更普通的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底在曝光之前或曝光之后可以在例如涂胶显影(通常把抗蚀剂层涂敷到衬底上并对曝光后抗蚀剂进行显影的一种装置)或一个测量或检查工具内进行处理。在本发明可应用的场合中，本说明书内容可应用于这些以及其它衬底处理工具。此外，例如，为了创建一个多层IC，可以不止一次地处理衬底，因此这里使用的衬底这个术语也可指已经包括多个已处理过的层的衬底。

这里使用的术语“辐射”及“投影束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为365、248、193、157、或126nm)与超紫外(EUV)辐射(例如，波长范围为5至20nm)，以及例如离子束或电子束的粒子束。

这里使用的术语“投影系统”应广泛地理解成包括各种类型的投影系统，例如由于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸渍液体或使用真空的其它因素，包括折射光学系统、反射光学系统、以及反射折射光学系统。可以认为，这里使用的术语“透镜”与更为普通的术语“投影系统”同义。

照明系统也可包括各种类型的光学元件，包括用于导向、定形、或控制辐射束的折射、反射、及反射折射光学元件，下文中也共同地或个别地将该元件称为“透镜”。

光刻设备可以具有两个衬底平台(双工作台)或更多衬底平台(和/或两个或更多个掩模平台)。在这些具有“多个工作台”的机器中，可以并行地使用附加的平台，当一个或多个平台用于曝光时，可以在一个或多个平台上进行准备步骤。

光刻设备也可以是这样的类型：其中衬底浸没在具有相对较高折射率的液体(例如水)中，从而填充投影系统最终元件与衬底之间的间隙。浸渍液体也可用于光刻设备中的其它间隙，例如衬底与投影系统第一元件之间的间隙。在本技术领域中，用于提高投影系统数值孔径的浸渍技术是众所周知的。

另外，可以为该设备提供流体处理单元以允许流体和衬底的被辐照部分之间的相互作用(例如选择性地在衬底上粘接化学制剂或选择性地修改衬底表面结构)。

示例性的光刻投影工具

图1示意性描述了根据本发明一个实施例的光刻投影设备100。设备100至少包括辐射系统102、单个可控制元件阵列104、载物台106(例如衬底平台)以及投影系统(“透镜”)108。

辐射系统102可以用于提供辐射(例如UV辐射)投影束110，在该特殊情形中该辐射系统还包括辐射源112。

单个可控制元件阵列104(例如可编程反射镜阵列)可以把图形应用到投影束110。通常，单个可控制元件阵列104相对于投影系统108的位置是固定的。然而，在备选配置中，单个可控制元件阵列104可以被连接到定位装置(未示出)以精确确定其相对于投影系统108的位置。正如这里所描述的，单个可控制元件104属于反射类型(例如，具有单个可控制元件的反射阵列)。

载物台106可设有用于支撑衬底114(例如涂敷了抗蚀剂的硅晶片或玻璃衬底)的衬底支架(未明确示出)，载物台106可以连接到定位装置116以精确定位衬底114相对于投影系统108的位置。

投影系统108(例如石英和/或CaF₂透镜系统或包括由这些材料制成的透镜元件的反射折射系统或者反射镜系统)可以用于把从分束器118接收的图形化的辐射束投影到衬底114的目标部分120(例如一个或多个芯片)。投影系统108可以把单个可控制元件阵列104的图像投影到衬底114上。备选地，投影系统108可以投影二次光源的图像，单个可控制元件阵列104的元件作为快门。投影系统108还可包括形成二次光源并把微斑点投影到衬底114上的微透镜阵列(MLA)。

辐射源112(例如准分子激光器)可以产生辐射束122。直接地或者穿过例如射束扩展器的调节器件126之后，辐射束122被传输到照明系统(照明器)124。照明器124可包括用于设定辐射束122中强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部及σ-内部)的调整器件128。此外，照明器124通常包括各种其它元件，例如积分器130与聚光器132。按照这种方式，与单个可控制元件阵列104相碰撞的投影束110其截面具有预期的均匀性和强度分布。

应该注意，对于图1，辐射源112可以在光刻投影设备100的机壳内(例如，当辐射源112是汞灯时经常如此)。在备选实施例中，辐射源112也可能与光刻投影设备100距离甚远。在这种情况下，辐射束122将被导向至设备100中(例如借助合适的导向反射镜)。当辐射源112为准分子激光器时，实际情况通常为后一种情形。将会了解到，这两种情况都落在本发明的范围内。

使用分束器118导向投影束110之后，投影束110随后遇到单个可控制元件阵列104。被单个可控制元件阵列104反射后，投影束110穿过投影系统108，其中投影系统108把投影束110聚焦到衬底114的目标部分120。

借助定位装置116(与可选择的干涉测量器件134，该器件位于底座136上并通过分束器140接收干涉束138)，可以精确移动衬底平台106，从而在投影束110的路径内定位不同的目标部分120。使用时，可以使用单个可控制元件阵列104的定位装置，以精确地校准例如一个扫描内的单个可控制元件阵列104相对于投影束110路径的位置。通常，可以借助未在图1中明确示出的长冲程模块(粗略定位)及短冲程模块(精细定位)，实现载物台106的移动。可以使用类似系统定位单个可控制元件阵列104。应当理解到，载物台106和/或单个可控制元件阵列104位置固定时，投影束110备选地/附加地可移动，以提供所需要的相对移动。

在本实施例的一个备选配置中，衬底平台106被固定，而衬底114可以在衬底平台106上移动。采用这种配置时，在平坦的最上表面上为衬底平台106提供了许多开孔，通过这些开孔注入气体以提供可支持衬底114的气垫。该配置传统上称为气浮(air bearing)配置。通过使用一个或多个致动器(未示出)，可以在衬底平台106上移动衬底114，该致动器可以精确定位衬底114相对于投影束110路径的位置。备选地，可以通过选择性地开启或停止通过开孔的气路，可以在衬底平台106上移动衬底114。

尽管这里把根据本发明的光刻设备100描述为用于曝光衬底上的抗蚀剂，但应当了解到，本发明不限于这个用途，设备100可以用于投影在无抗蚀剂光刻中使用的图形化的辐射束110。

所描述的设备100可以用于四种优选模式：

1.分步模式：单个可控制元件阵列104上的完整图形在一个进程中(即单次“闪光”)被投影到目标部分120上。随后沿x和/或y方向把衬底平台106移动到不同位置，使图形化的投影束110辐照不同的目标部分120。

2.扫描模式：基本上与分步模式相同，其不同之处在于，不是在单次“闪光”内曝光指定的目标部分120。相反地，单个可控制元件阵列104可以以速度v沿特定方向(所谓“扫描方向”，例如y方向)移动，使得图形化的投影束110扫描过单个可控制元件阵列104。同时，沿相同或相反的方向以速度V＝Mv同步移动衬底平台106，其中M为投影系统108的放大率。按照这种方式，可以曝光相对大的目标部分120而无需降低分辨率。

3.脉冲模式：单个可控制元件阵列104基本上保持静止，使用脉冲辐射系统102把整个图像投影到衬底114的目标部分120。衬底平台106以基本上固定的速度移动，使得图形化的辐射束110扫过衬底106的一行。在辐射系统102的各个脉冲之间，根据需要更新单个可控制元件阵列104上的图形，并对脉冲计时，使得衬底114的所需要位置上的连续目标部分120被曝光。因此，图形化的辐射束110可扫过衬底114以把完整图像曝光在衬底114的一个条上。重复该过程直到整个衬底114被逐行曝光。

4.连续扫描模式：基本上与脉冲模式相同，其不同之处在于，连续扫描模式使用基本上不变的辐射系统102，以及在图形化的投影束110扫过并曝光衬底114时更新单个可控制元件阵列104上的图形。

可以采用上述模式的组合和/或变形，或者可以采用与上述模式完全不同的模式。

图2阐述了根据本发明一个实施例的光刻设备200的示意图。该图为沿投影系统208的光轴240观察到的图，投影系统208被插在可编程反射镜阵列204和支撑晶片214的晶片平台206之间。投影系统208具有16个透镜元件242-n，其中在该示例中n＝1至16，这些透镜元件排列在位于相互交叠并基本上垂直于光轴240的平面内，从而将可编程反射镜阵列204上的图像传递到晶片214上。尽管称为透镜元件，元件242可以为本领域技术人员所了解的任何光学元件例如透镜、反射镜等。z轴平行于投影系统208的光轴240。投影系统208中的透镜元件242被示成垂直于y轴。示意性示出了可编程反射镜阵列240、晶片214、辐射系统202、以及晶片工作台206的透视图。投影系统208中的透镜元件242相互隔开，相互之间的距离被固定或者是可以调整的从而能够调整将被投影到晶片214上的空间像的焦距。此外，对一个或多个透镜元件242进行不同的定形，从而给出该空间像的预期放大率和焦距。例如，特定的透镜元件242被定形成产生负的或正的放大率，其它透镜元件242被定形成仅改善该空间像的焦距。

应当理解的是，为了获得该图像以预期的放大率和焦深在晶片214上的准确投影，透镜元件242的精确布置是重要的。在一个示例中，投影系统208的放大因子为1/260，这意味着可编程构图阵列204上的图形或图像被投影到晶片214上时将被缩小260倍。在一个示例中，放大因子可在1/50至1/500之间变化，这取决于投影系统208和/或将被投影到衬底214上的特征尺寸。

应该了解到，投影系统208可能具有任意的预期放大因子，例如负(-)4，这在基于掩模的系统中经常使用到。应该了解到，被选择的许多透镜元件可以是基于投影系统PL的预期性能的任何预期数目。

在本实施例中，中间框架244被布置成承载投影系统208和干涉装置234。使用空气弹簧(air mount)248将中间框架244和投影系统208与底座246分隔开，从而将投影系统208及中间框架244与外部影响隔离。

晶片工作台206和投影系统208分别具有设在其侧边的反射镜250和252，激光干涉仪234使用这些反射镜测量投影系统208和晶片工作台206之间的相对位置。从干涉仪234出射激光束，该激光束在反射镜250及252上反射后回到干涉仪234，从而计算出投影系统208和晶片工作台206之间的相对位置。激光干涉仪234的采样率为5000Hz，这意味着干涉仪234每秒测量晶片工作台206和投影系统208的位置5000次。

如前所述，当光刻系统200工作时框架系统会振动。这些振动源于光刻系统200的所有机械部件。例如，在中间框架244、投影系统208、透镜元件242、投影系统208上的干涉仪反射镜250、干涉仪234、底座246等中会发生微小的振动。例如，底座246的振动例如通过空气弹簧248传递到中间框架244和投影系统208，从而放大了中间框架/投影透镜系统中的整体振动。

在一个示例中，测量和计算表明框架系统中的这些机械振动是低频的。在一个示例中，底座的主要振动频率约为100Hz，下文中将该主要振动频率定义为本征频率。投影系统208相对于中间框架244的本征频率约为150Hz。干涉仪234和干涉仪反射镜250及252的本征频率分别约为350Hz和500Hz。

在一个示例中，从图6可以看出，来自框架系统的机械振动的最大频率成分小于500Hz，这将在下文中更加详细地讨论。

在一个示例中，框架系统内的机械振动导致晶片工作台206和投影系统208之间的位置误差。晶片工作台206上的晶片214和投影系统208之间的该位置误差或不匹配将暗示空间像投影到晶片214上时将被错位。干涉仪234的激光254或256测量到的投影系统空间像和晶片工作台206之间的相对位置将包括由于上述振动引起的、导致投影到晶片214上的图像不匹配的位置误差。

在另一个示例中，该不匹配是由基于干涉仪234的测量结果而将晶片工作台/晶片移动到相对于该空间像的预期位置的晶片工作台伺服控制的有限有效性所引起，将在下文中结合图4描述这一点。

示例图像误差

图3A和3B示出了根据本发明一个实施例，衬底314上的位置图像误差(例如不匹配)。在该实施例中，从上方沿z轴可看到被投影到晶片314上的特定目标部分/芯片320的图像360。在一个示例中，在抗蚀剂的目标部分/芯片320内曝光图像360，该图像具有图形P。

参考图3A，由于框架系统中的振动以及晶片工作台伺服控制的有限的有效性，图形P和印模362及364在晶片抗蚀剂上的位置明显地相互错位。

参考图3B，图形P被曝光在近似相同的部分上，这允许更精确地形成图形P。

回到图3A，图像P和晶片314上印模362和/或364之间的明显错位或不匹配为距离D，例如D可达到约8nm，这是由于机械振动以及部分地由伺服控制误差引起的。因此，由激光源发出的承载待投影到晶片314的特定区域/部分/芯片320上的特定空间像的每个激光脉冲沿x和y方向的位置错位可高达8nm，这主要是由框架系统内的机械振动引起的。

示例控制系统

图4示出了根据本发明一个实施例，包括可移动投影透镜元件442-2的光刻设备400内的控制系统466。投影系统408内诸如透镜元件442-2的可移动透镜元件442和用于控制晶片工作台406相对投影系统408移动的控制系统466之间存在交互作用。基于测量到的投影系统408的空间像与晶片工作台406之间的不匹配，由致动器468平移可移动透镜元件442-2从而补偿该不匹配。

在一个示例中，透镜元件442-2的移动具有六个自由度。这六个自由度是指沿x、y、z方向的移动以及绕x、y、z轴的旋转移动。当在该文本中讨论例如透镜或反射镜等的透镜元件442-2的移动时，如果没有详细说明方向或旋转，则总是指具有至少六个自由度的移动。

图5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b示出了根据本发明各种实施例的控制系统的控制信号。在描述图4的实施例时将参考图5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b中所描述的信号，其中各图的y轴表示电压振幅。

在上文中已经结合图2进行描述，干涉仪434测量投影系统408相对于晶片工作台406的相对位置。用图5a所示的信号表示的该测量信号I被传输到加法器469。在计算机470中编程晶片工作台406相对于投影系统408的一组点，这组点定义了晶片工作台406相对于投影系统408的预期或标称移动。由图5b所示信号表示一组点的控制信号II被传输到加法器469、晶片工作台控制器471、和透镜致动器控制器472。

在图5b所示的示例中，该组点为描述晶片工作台406相对于投影系统408的预期移动的三角波信号II。然而，图5a中的信号I示出了由干涉仪234测量的晶片工作台406相对于投影系统408的真实移动。由于框架系统的机械振动以及操纵晶片工作台406移动的控制系统466内的误差，该三角形信号I叠加了波纹和噪声，如图5a所示。

图6a、6b、及6c示出了信号III，该信号为信号I与II之差。信号I和II一起被加至加法器469以获得信号的减数。信号III代表投影系统408和晶片工作台406之间的位置误差，该信号被传输到晶片工作台控制器471和透镜致动器控制器472。

在该示例中，位置误差信号III主要具有低频分量，如图6a所示。从图6a可看出，该信号在高达大约500Hz的不同频率处具有共振。例如在100、200、300、400、及500Hz附近出现振幅峰值。图6b阐述了与图6a相同的信号，但是在时域而非频域内描述。前述的干涉仪采样在图6b中被示成与位置误差信号III交叉的线。

基于来自加法器469的位置误差信号III以及来自计算机470的信号II，晶片工作台控制器471计算被传输给长冲程及短冲程模块473的控制信号IV。晶片工作台控制器471内的信号处理模块(未示出)，例如积分器、微分器、陷波滤波器、以及其它曲线定形算法，分别处理信号II和III，其输出为晶片工作台控制信号IV，该信号在DAC474内由数字信号被转换为模拟信号。信号IV主要具有低频分量，如图7a和7b所示，其中的振幅峰值出现在约100Hz处。信号IV在放大器475内被放大并被发送到长冲程和短冲程模块473，用于将晶片工作台406移动至考虑到对位置误差信号III进行补偿的预期位置。

由干涉仪234、加法器469、晶片工作台控制器471、DAC474、放大器475、以及移动晶片工作台406的长冲程和短冲程模块473所代表的反馈环路被用于补偿投影系统408和晶片工作台406之间的不匹配。然而，框架系统内的振动以及例如由于干涉仪测量结果通过晶片工作台控制器471反馈至长冲程和短冲程模块473的延迟引起的反馈环路中伺服误差的影响仍然会导致空间像之间高达约8nm的不匹配。

因此在本示例中，致动器控制器472、致动器468、以及可移动的透镜元件442-2的一个目的是补偿上述反馈环路中的预期误差以及框架系统内的振动。通过平移透镜元件442-2完成该补偿，从而将该空间像引导至晶片414的正确部分，例如如图3b所示。控制器控制器472、致动器468、以及可移动透镜元件442-2可看作是前馈环路，在下文中将参考图6b、6c、8a、和8b所示的信号进行更详细的描述。

在一个示例中，用于前馈补偿的设定点信号II和位置误差信号III被传输给透镜致动器控制器472。基于描述晶片工作台406相对投影系统408的预期移动/位置的该设定点以及该设定点和晶片工作台406相对于投影系统408的真实移动之间的误差信号，致动器控制器472将计算或预测在特定时间点应如何移动透镜元件442-2的数值，从而补偿在该时间点的晶片工作台误差。

在一个示例中，在图6c中示出了图6b中用虚线圆A围绕的位置误差信号III的一部分，为了显示清楚而将在图6c中放大该部分。致动器控制器472含有关于在过去时间内干涉仪采样期间误差信号III的时间和振幅位置的信息，例如在图6b中用和位置误差信号III相交的线1至7所示。

如前所述，在一个示例中，已经示出了该位置误差信号III的频率分量大体上低于500Hz。由于干涉仪434的测量采样为5000Hz，相位延迟(未在图中示出)将不会超过约500/5000×360°＝36°。因此，由于位置误差信号III具有低频分量且干涉仪434的采样频率远高于位置误差信号III的最高频率，因此利用过去时间在先前采样处的误差信号值以及关于延时P1、P2的知识，可以外推和近似或预计位置误差信号III。

在图6c所示的示例中，(由具有有限采样频率的干涉仪434的测量结果、加法器469内的求和、晶片工作台控制器471内的信号处理、通过长冲程和短冲程模块473将电信号转变成晶片工作台406的机械移动、以及该系统为数字式这一纯粹事实所代表的)信号处理系统总是滞后于实时的当前状况，在时间轴上用T表示该滞后，在误差振幅轴上用A表示该滞后。因此，信号处理系统只具有关于该实时当前状况T，A之前的两个采样的位置误差信号III的误差振幅的信息。例如在一预期情形中，该信号处理系统只滞后用延时ρ₁和ρ₂表示的一个或两个采样，如图6c所示。

在一个示例中，致动器控制器471的目的是通过预计位置误差信号III在实际当前时间T处的实时当前振幅A而补偿数字信号处理系统的该不足。从任意数目的先前采样1、2、3、4、5、6、7处的任意数目的先前误差信号值以及延时ρ₁和ρ₂外推可得到在时间点T处用A_(pred)(见图6c中的虚线)表示的位置误差信号III的预期特性。

例如，当两个采样P2存在延时时，该外推是基于采样1至7或更多采样处的误差值，其中用从采样1处的误差值P2开始，结束于时间点T的误差值A_(pred)的虚线表示该外推。应该意识到，时间点T处的当前误差值A和预期值A_(pred)之间误差振幅的差代表了剩下的残余误差δ。预期误差值A_(pred)和采样1处的误差值ρ₂之间的差代表了该外推的改善。

将会了解到，如果该信号处理系统只滞后一个采样ρ1，该外推将会更好且残余误差δ将会减小，这是因为该外推是基于更短的时间段(仅为一个采样延时)以及采样1至7或更多个采样的相同数目的误差值。

还会了解到，更小的位置误差信号III的预定频率和更小的相位延迟(未在图中示出)其结果产生更好的预计结果。例如，如果位置误差信号的主要频率约为100Hz，相位延迟为100/5000×360＝7.2°，这可给出甚至比图6c所示结果更好的预计结果。所预计的位置误差信号值A(pred)被致动器控制器472前馈至致动器468，从而被用于操纵可移动的透镜元件442-2以补偿当前不匹配。

在一个示例中，对于干涉仪采样的每个干涉仪采样或采样组，在致动器控制器472中预计新的预计位置误差信号A_(pred)且该信号被前馈给致动器468。例如，如果由于框架系统中的振动而使该空间像在X方向上错位几个nm，则致动器468基于从致动器控制器472前馈的信号V将透镜元件442-2沿相同的或另一个方向移动，使得该空间像被投影至更靠近晶片414上的预期位置(例如见图3b)。

如前所述，透镜元件442-2的移动可以是沿所有六个自由度的移动。在一个示例中，透镜元件442-2的移动可以是围绕z轴的旋转移动从而将投影束引导到晶片414上的预期部分。在另一个示例中，该移动可以是透镜元件442-2围绕y或x轴的倾斜。

在一个示例中，致动器控制器472内例如积分器、微分器、陷波滤波器、及其它曲线定形算法的信号处理模块(未示出)分别处理信号II和III，其输出为在DAC 476内从数字信号转换为模拟信号的预计控制信号V。

图8示出了根据本发明一个实施例，被前馈至致动器468的预计控制信号V。如图4所示，控制信号V在放大器478内被放大至适用于致动器468的电平。

在各种示例中，致动器468可以是压电类型或洛伦兹类型。

对于压电类型的情形，致动器468将由透镜致动器控制器472提供的控制信号V的电压值转变成透镜元件442-2的机械移动。

对于洛伦兹类型的情形，致动器468将由透镜致动器控制器472提供的控制信号V的电压值转变成洛伦兹线圈的磁场变化，其中该洛伦兹线圈移动被附着在其上的洛伦兹磁铁和透镜元件442-2。

在一个示例中，透镜元件442-2设计成被致动器468容易地移动和照亮。将会了解到，在投影系统408中可以使用许多可移动的透镜元件442和相关致动器468。然而，在本实施例中只讨论了一个可移动透镜元件442-2及其相关致动器330。可移动透镜元件442-2被设计成在晶片W焦平面上产生x和y平移而不导致晶片焦平面上波前像差的显著增大。

实验室环境中的实验已经表明，可以得到在晶片W焦平面处波前像差的增大不超过约0.05nm的这种透镜元件。已经表明，更高阶的泽尔尼克(zernike)项不会受小波前像差所需要的小于约1μm的微小透镜平移所影响。已进行的测试表明，透镜元件442-2平移约86nm会导致在晶片414上沿x和y方向约1.5nm的平移，由此形成约为0.017的灵敏度。因此，为了校正虚线图像P和图像P之间8nm的x和y方向错位，例如如图3a所示，透镜元件442-2的平移S不应超过460nm。

示例投影系统

在一个示例中，包括致动器468、移动的透镜元件442-2、以及例如电缆、冷却系统、噪声等对投影系统408施加力的所有其它部件的投影系统408的加速度不应超过约0.5mm/s²。投影系统408的更大加速度将使例如元件242的投影元件发生形变。如果来自例如透镜元件442-2的力导致过大的加速度，采用平衡质量或抑制质量将减小对投影系统408所施加的力。在六个自由度上快速移动例如反射镜元件或透镜元件的投影元件442-2当然会对投影系统408产生大的力，使得投影系统408的整体加速度超过约0.5mm/s²。

在一个示例中，通过使用平衡或抑制质量解决该问题。在该示例中，由移动透镜元件442-2和移动致动器468产生的加速度力将被作用于平衡或抑制质量，而非投影系统408及中间框架444。

图9A和9B示出了例如根据本发明各种实施例，表明重力质量980和可移动投影元件942-2之间关系的投影系统。例如，图9A和9B公开了布置在投影系统908内具有重力质量980的两种不同实施例。

图9A公开了布置在投影系统908内支撑结构981上作为平衡质量的重力质量980。磁铁982附着到透镜元件942-2。来自致动器控制器472的控制信号V将改变附着到平衡质量980的线圈983的磁场，使得磁铁982和附着到磁铁982的透镜元件942-2移动距离S。同时，平衡质量980通过元件984在支撑结构981上相对于磁铁982沿相反方向移动。因此，透镜元件942-2的加速度力被作用于平衡质量980。

图9b示出了用作抑制质量的重力质量980′。抑制质量980′通过弹簧装置986附着到投影系统908的壁985上。其原理和图9a相同，但这种情况下磁铁982和所附着的透镜元件942-2的移动将导致抑制质量980′沿相反方向的移动，这会使弹簧装置986被压缩或解压缩。加速度力将被作用于弹簧装置986及投影系统908的壁985。

将会了解到，尽管图9A和/或9B只示出了一个移动的透镜元件942-2，但其它实施例可允许一个或多个其它元件942移动。根据图9A和/或9B实施例的重力质量的相同原理适用于所有类型的投影元件，包括但不限于反射镜元件或透镜元件。

图10示出了根据本发明一个实施例，具有可移动反射镜元件1042的投影系统1008。图10为包括基本上和图1及图4所公开元件相同的元件(即使未全部示出这些元件)的本发明备选实施例。然而，在图10中，基于透镜的可移动透镜元件942-2已经被基于反射镜的可移动透镜元件1042所代替。因此，结合前述各图讨论的投影空间像P以及补偿振动和伺服控制误差的原理同样适用于图10所公开的实施例。

在本实施例中，致动器1068连接至可移动的反射镜元件1042，其目的为以和结合前述各图所解释的相同方法补偿框架系统中的振动以及晶片工作台的伺服控制误差。在一个示例中，如前所述，反射镜元件1042沿所有六个自由度移动。由于反射镜元件1042反射投影束110，反射镜元件1042的预期移动为沿x轴的平移/移动，从而将投影束110引导到晶片的预期目标部分。

在一个示例中，许多反射镜元件1042可以和其相关的致动器一起使用。

同样地，在一个示例中，可以使用如图4所示的可移动透镜元件442和如图10所示的可移动反射镜元件1042的组合，以获得预期的图像误差校正。

在一个示例中，具有光学元件的所有投影系统，例如步进式曝光机、扫描器、无掩模系统、用于制造平板显示器的投影系统等，可以采用上述思想，即平移包括但不限于反射镜或透镜元件的投影元件从而平移空间像以补偿框架系统中的振动和伺服控制误差。

结论

上面已经描述了本发明的各种实施例，但应该理解到，仅仅是以例子的方式示出这些实施例，这些实施例并非用于限制本发明。对本领域技术人员而言，在不离开本发明的精神和范围下可以进行各种形式或细节上的变化。因此，本发明的广度和范围不受任何前述示例实施例限制，而应该只由所附权利要求书及其等效表述所定义。

将会了解到，只由详细的说明书部分而非本文档的总结和摘要部分来解释所附权利要求。

Claims (16)

1.一种光刻设备，包括：

产生脉冲辐射束的辐射系统；

用一图形对该辐射束进行构图以形成图形化的辐射束的构图装置；

具有投影元件的投影系统，该投影系统将该图形化的辐射束投影到衬底平台上的衬底目标部分；以及

致动器，在该辐射系统的至少一个脉冲期间移动该投影元件以平移被投影到衬底上的图形化的辐射束，从而补偿衬底平台和投影系统的空间像之间的位置误差；

致动器控制器，监控和衬底平台与该投影系统的空间像之间的位置误差相关的信息，并将该信息作为位置误差信号提供给致动器，其中致动器响应于所提供的信息而移动投影元件；

其中该致动器控制器确定随后的位置误差信号值并将这些值传递给致动器；

该致动器控制器使用位置误差信号的先前值和延时确定随后的位置误差值，这些位置误差值被传递给致动器以移动该投影元件；

并且，用于获得所述位置误差的采样值的采样频率远高于所述位置误差信号的最高频率。

2.权利要求1的光刻设备，其中该致动器包括压电装置或洛伦兹装置之一。

3.权利要求1的光刻设备，进一步包括：

耦合到该投影元件的重力质量，其中由该投影元件的移动所产生的加速度力被该重力质量吸收。

4.权利要求3的光刻设备，其中该重力质量形成该致动器的一部分。

5.权利要求3的光刻设备，其中该重力质量包括平衡质量或抑制质量。

6.权利要求1的光刻设备，其中该投影元件为透镜元件。

7.权利要求6的光刻设备，其中该透镜元件执行围绕z轴的旋转移动。

8.权利要求1的光刻设备，其中该投影元件为反射镜元件。

9.权利要求8的光刻设备，其中该反射镜元件执行沿x轴的平移移动。

10.权利要求1的光刻设备，其中使用了多个投影元件且其中投影元件包括透镜元件或反射镜元件或透镜元件与反射镜元件的组合。

11.权利要求1的光刻设备，其中该构图装置包括单个可控制元件阵列。

12.权利要求11的光刻设备，其中该单个可控制元件阵列为空间光调制器或可编程反射镜阵列。

13.一种器件制造方法，包括：

使用构图装置图形化的辐射束；

使用投影系统的投影元件将该图形化的辐射束投影到衬底平台上的衬底的目标部分；以及

通过移动该投影元件，在该辐射束的至少一个脉冲期间平移该图形化的辐射束，以补偿衬底平台和该投影系统的空间像之间的位置误差；

使用该位置误差信号的先前采样值以及延时值预计该位置误差信号的未来特性；

并且，用于获得所述位置误差的采样值的采样频率远高于所述位置误差信号的最高频率。

14.权利要求13的器件制造方法，进一步包括：

监控和衬底平台与该投影系统之间的位置误差相对应的信息；以及

使所述信息与该投影元件的移动相关联。

15.权利要求13的器件制造方法，进一步包括：

预计该位置误差信号的未来特性；

将该位置误差信号的所述未来特性前馈至致动器；以及

将该位置误差信号的所述未来特性和该投影元件的移动相对应。

16.权利要求13的器件制造方法，其中由于框架系统中的振动而出现该衬底平台和该投影系统的空间像之间的位置误差。

Images