專利名稱：光刻設備、器件制造方法以及用于光刻設備的投影元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光刻設備及器件制造方法。
背景技術：
光刻設備是一種把預期圖形應用到襯底目標部分的機器。光刻設備可以用于制作例如集成電路(IC)、平板顯示器、以及涉及精細結構的其它器件。在傳統(tǒng)的光刻設備中，可以使用備選地稱為掩模或分劃板的構圖裝置，以產生與IC(或其它器件)的單個層相應的電路圖形，這個圖形可以被成像到具有一輻射敏感材料層(例如抗蝕劑)的襯底(例如硅晶片、玻璃板等)上的目標部分(例如包括一個芯片或多個芯片的部分)。不使用掩模，該構圖裝置可包括用于產生電路圖形的、單個可控制元件陣列。
通常，單個襯底包括連續(xù)曝光的相鄰目標部分的網(wǎng)絡。已知的光刻設備包括步進式曝光機，其中通過在一個進程中將整個圖形曝光到目標部分以輻射每個目標部分；以及掃描器，其中通過投影束沿特定方向(“掃描”方向)掃描圖形，同時平行或反平行于這個方向同步掃描襯底，從而輻射每個目標部分。
在光學無掩模掃描器中，存在稱為微交疊的問題。該問題與下述事實相關在無掩模光刻中，通常使用投影束的兩次閃光將整個圖形或圖像投影到襯底上。相反，在基于掩模的光刻中，使用三十至四十個脈沖將該圖形或圖像投影到襯底上，由此產生無光刻掩模中不存在的平均效應。因此，在基于掩模的光刻中會出現(xiàn)微交疊，但由于這種平均效應而使該微交疊并不成為嚴重的問題。
如前所述，無掩模光刻中投影該圖形或圖像通常需要兩個脈沖。例如激光器或其它適當光源的投影束的第一脈沖或閃光基本上將代表構圖裝置上圖形的一半圖像凍結到襯底的抗蝕劑(例如印模1)上。在稍后的時間里進行該抗蝕劑(例如印模2)上相同部分的第二次曝光，從而在該抗蝕劑內獲得整個圖像。
應該了解到，印模1和2共同足以曝光該抗蝕劑以獲得完整圖像，這兩個印模被取決于整個晶片上曝光路徑的任何時間量分割。由于框架系統(tǒng)中的小幅振動，第二脈沖將不會把該圖像投影到抗蝕劑上和投影束第一脈沖相同的部分上，這意味著由于該第一脈沖和第二脈沖之間的絕對錯位而使該圖像扭曲。因此，抗蝕劑內的第一和第二印模將相互錯位，導致在該抗蝕劑上形成扭曲的圖像。
投影束的每個脈沖或閃光承載特定的空間像(aerial image)，從而將該空間像投影到襯底上的特定部分。由于上述框架系統(tǒng)中的振動，抗蝕劑將被錯位。因此，框架系統(tǒng)中的振動導致空間像和晶片(例如晶片工作臺)真實位置之間的不匹配。
在該文本中，框架系統(tǒng)中的振動是源于當光刻設備抬高和工作時光刻設備的整個機械系統(tǒng)的微小機械振動，例如基座框架、中間框架、晶片工作臺、透鏡框架結構、光學透鏡元件、工作臺定位裝置(短沖程模塊和長沖程模塊)、干涉測量裝置等的振動。
因此，需要能減小主要由振動引起的空間像相對于襯底的位置誤差的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種光刻設備，該光刻設備具有產生脈沖輻射束的輻射系統(tǒng)；用一圖形對該輻射束進行構圖以形成圖形化的輻射束的構圖裝置；具有投影元件的投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)將該圖形化的輻射束投影到襯底的目標部分。該設備包括致動器，在該輻射系統(tǒng)的至少一個脈沖期間相對于光學系統(tǒng)的光軸移動該投影元件，以平移被投影到襯底上的圖形化的輻射束，以校正襯底和投影系統(tǒng)之間的位置誤差。
在一個示例中，該光刻設備還包括致動器控制器，用于監(jiān)視關于位置誤差的信息并將該信息提供給致動器。該致動器將所提供的信息轉變成投影元件的移動，從而補償該位置誤差。
在一個示例中，該致動器控制器基于該位置誤差信號的先前值和相位延遲ρ，預計將被前饋至該致動器以移動投影元件的值。
在一個示例中，該投影元件被附著到諸如平衡質量或抑制質量的重力質量。在該示例中，由移動的投影元件所產生的加速度力作用于該重力質量。在另一個示例中，該致動器為重力質量的一部分。
在一個示例中，可以使用透鏡元件或反射鏡元件或透鏡元件和反射鏡元件的組合作為投影元件。對于使用透鏡元件的情形，該元件可繞z軸旋轉。對于使用反射鏡元件的情形，該元件可沿x軸移動。
在一個示例中，光刻設備為無掩模設備，構圖裝置為可控制元件陣列，例如SLM或可編程反射鏡陣列。
在一個示例中，預計該位置誤差信號的未來特性并將其前饋給該致動器，該致動器將所預計的位置誤差信號的未來特性轉換成該投影元件的移動。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，采用了一種方法，基于位置誤差信號的先前采樣值以及連續(xù)的后續(xù)采樣值之間的相位延遲ρ預計位置誤差信號的未來特性。
根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例，在用于光刻設備的投影系統(tǒng)內布置有例如透鏡元件或反射鏡元件的投影元件。該光刻設備具有用于提供脈沖輻射束的輻射系統(tǒng)；以及構圖裝置，用于給該輻射束賦予一圖形以形成圖形化的輻射束。該投影元件可移動地布置在該投影系統(tǒng)內，從而在該輻射系統(tǒng)的至少一個脈沖期間平移被投影到襯底上的圖形化的輻射束。
在一個示例中，該投影元件被附著到諸如平衡質量或抑制質量的重力質量，這意味著由移動的投影元件所產生的加速度力被作用于該重力質量。
下面將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的另外實施例、特征、和優(yōu)點以及本發(fā)明各個實施例的結構和操作。


這里使用附圖(它構成本說明書的一部分并闡述了本發(fā)明)和相關描述一起進一步解釋本發(fā)明的原理并使本領域技術人員能夠制作和使用本發(fā)明。
圖1描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光刻設備。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光刻設備的示意圖。
圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的襯底上的位置圖像誤差(例如不匹配)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，包括可移動投影透鏡元件的光刻設備內的控制系統(tǒng)。
圖5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b示出了根據(jù)本發(fā)明各種實施例的控制系統(tǒng)的控制信號。
圖9A和9B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，表示重力質量和可移動投影元件之間關系的投影系統(tǒng)。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，具有可移動反射鏡元件的投影系統(tǒng)。
現(xiàn)在將結合附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相同的數(shù)字表示相同的元件或功能相近的元件。
具體實施例方式
概述和術語盡管在本說明書中會具體地參考在集成電路(IC)制作中光刻設備的使用，但應該了解到，這里描述的光刻設備可以具有其它用途，例如集成光學系統(tǒng)、用于磁疇存儲器的引導和探測圖形、平板顯示器、薄膜磁頭、微射流裝置和宏射流裝置等的制作。技術人員將了解到，在這些備選應用的情況中，使用術語“晶片”或“芯片”可以分別看作與更普通的術語“襯底”或“目標部分”同義。這里所指的襯底在曝光之前或曝光之后可以在例如涂膠顯影(例如，通常把抗蝕劑層涂敷到襯底上并對曝光后的抗蝕劑進行顯影的一種裝置)或一個測量或檢查裝置內進行處理。在本發(fā)明可應用的場合中，這里所公開的內容可應用于這些以及其它襯底處理裝置。此外，例如，為了創(chuàng)建一個多層IC，可以不止一次地處理襯底，因此這里使用的襯底這個術語也可指已經包括多個已處理過的層的襯底。
這里所使用的術語“單個可控制元件陣列”應廣義地理解為是指，可以用來向入射的輻射束賦予一個圖形化的截面，使得可以在襯底的目標部分創(chuàng)建一個預期圖形的任何器件。在該文本中也可以使用術語“光閥”及“空間光調制器(SLM)”。下面討論了這些構圖裝置的例子。
可編程反射鏡陣列包括一個具有粘彈性控制層的矩陣可尋址表面以及反射表面。該設備的基本原理為，例如反射表面的已尋址區(qū)域把入射光反射為衍射光，而未尋址區(qū)域把入射光反射為非衍射光。使用適當?shù)目臻g濾光器，可以把所述非衍射光從反射束中過濾出來，只留下衍射光到達襯底。按照這個方式，根據(jù)矩陣可尋址表面的尋址圖形對投影束進行構圖。
將會了解到，作為一個備選，濾光器可以過濾出衍射光，只留下非衍射光到達襯底。也可以按照相應的方式使用衍射光學微機電系統(tǒng)(MEMS)器件的陣列。每個衍射光學MEMS器件可以包括多個反射帶，這些反射帶之間相對發(fā)生變形并形成把入射光反射為衍射光的光柵。
另一個備選實施例則包括采用微小反射鏡矩陣布置的可編程反射鏡陣列，通過施加合適的局部電場或采用壓電致動裝置可使每個反射鏡單獨地繞一個軸傾斜。再一次地，反射鏡為矩陣可尋址的，使得尋址反射鏡把入射輻射束反射到與未尋址反射鏡的不同方向；按照這個方式，根據(jù)矩陣可尋址反射鏡的尋址圖形對被反射的投影束進行構圖。使用適當?shù)碾娮友b置可以執(zhí)行所要求的矩陣尋址。
在上述兩個情況中，單個可控制元件陣列可包括一個或多個可編程反射鏡陣列。例如，在美國專利US 5,296,891與US 5,523,193以及PCT專利申請WO 98/38597與WO 98/33096中可以找到關于這里提到的反射鏡陣列的更多信息，這些專利在此被引用作為參考。
也可以使用可編程的LCD陣列。美國專利US 5,229,872給出了采用這種結構的示例，該專利在此被引用作為參考。
應該了解的是，在采用例如特征預偏置、光學近似校正特征、相位變化技術、以及多次曝光技術時，單個可控制元件陣列上“顯示”的圖形可能基本上不同于最終傳遞到襯底層或襯底上一層的圖形。類似地，最終形成在襯底上的圖形可能不對應于任一時刻在單個可控制元件陣列上形成的圖形。在如下配置中情況可能如此形成在襯底每個部分上的最終圖形是經過特定的時間段或由特定次數(shù)的曝光而逐步形成，而單個可控制元件陣列上的圖形和/或襯底的相對位置在這些時間段或多次曝光中發(fā)生變化。
盡管在文本中會具體地參考在IC制作中光刻設備的使用，但應該了解到，這里描述的光刻設備可以具有其它應用，例如DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光學系統(tǒng)、用于磁疇存儲器的引導和探測圖形、平板顯示器、薄膜磁頭等的制作。技術人員將了解到，在這些備選應用的情況中，使用術語“晶片”或“芯片”可以分別看作與更普通的術語“襯底”或“目標部分”同義。這里所指的襯底在曝光之前或曝光之后可以在例如涂膠顯影(通常把抗蝕劑層涂敷到襯底上并對曝光后抗蝕劑進行顯影的一種裝置)或一個測量或檢查工具內進行處理。在本發(fā)明可應用的場合中，本說明書內容可應用于這些以及其它襯底處理工具。此外，例如，為了創(chuàng)建一個多層IC，可以不止一次地處理襯底，因此這里使用的襯底這個術語也可指已經包括多個已處理過的層的襯底。
這里使用的術語“輻射”及“投影束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如，波長為365、248、193、157、或126nm)與超紫外(EUV)輻射(例如，波長范圍為5至20nm)，以及例如離子束或電子束的粒子束。
這里使用的術語“投影系統(tǒng)”應廣泛地理解成包括各種類型的投影系統(tǒng)，例如由于所使用的曝光輻射或者諸如使用浸漬液體或使用真空的其它因素，包括折射光學系統(tǒng)、反射光學系統(tǒng)、以及反射折射光學系統(tǒng)?？梢哉J為，這里使用的術語“透鏡”與更為普通的術語“投影系統(tǒng)”同義。
照明系統(tǒng)也可包括各種類型的光學元件，包括用于導向、定形、或控制輻射束的折射、反射、及反射折射光學元件，下文中也共同地或個別地將該元件稱為“透鏡”。
光刻設備可以具有兩個襯底平臺(雙工作臺)或更多襯底平臺(和/或兩個或更多個掩模平臺)。在這些具有“多個工作臺”的機器中，可以并行地使用附加的平臺，當一個或多個平臺用于曝光時，可以在一個或多個平臺上進行準備步驟。
光刻設備也可以是這樣的類型其中襯底浸沒在具有相對較高折射率的液體(例如水)中，從而填充投影系統(tǒng)最終元件與襯底之間的間隙。浸漬液體也可用于光刻設備中的其它間隙，例如襯底與投影系統(tǒng)第一元件之間的間隙。在本技術領域中，用于提高投影系統(tǒng)數(shù)值孔徑的浸漬技術是眾所周知的。
另外，可以為該設備提供流體處理單元以允許流體和襯底的被輻照部分之間的相互作用(例如選擇性地在襯底上粘接化學制劑或選擇性地修改襯底表面結構)。
示例性的光刻投影工具圖1示意性描述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光刻投影設備100。設備100至少包括輻射系統(tǒng)102、單個可控制元件陣列104、載物臺106(例如襯底平臺)以及投影系統(tǒng)(“透鏡”)108。
輻射系統(tǒng)102可以用于提供輻射(例如UV輻射)投影束110，在該特殊情形中該輻射系統(tǒng)還包括輻射源112。
單個可控制元件陣列104(例如可編程反射鏡陣列)可以把圖形應用到投影束110。通常，單個可控制元件陣列104相對于投影系統(tǒng)108的位置是固定的。然而，在備選配置中，單個可控制元件陣列104可以被連接到定位裝置(未示出)以精確確定其相對于投影系統(tǒng)108的位置。正如這里所描述的，單個可控制元件104屬于反射類型(例如，具有單個可控制元件的反射陣列)。
載物臺106可設有用于支撐襯底114(例如涂敷了抗蝕劑的硅晶片或玻璃襯底)的襯底支架(未明確示出)，載物臺106可以連接到定位裝置116以精確定位襯底114相對于投影系統(tǒng)108的位置。
投影系統(tǒng)108(例如石英和/或CaF2透鏡系統(tǒng)或包括由這些材料制成的透鏡元件的反射折射系統(tǒng)或者反射鏡系統(tǒng))可以用于把從分束器118接收的圖形化的輻射束投影到襯底114的目標部分120(例如一個或多個芯片)。投影系統(tǒng)108可以把單個可控制元件陣列104的圖像投影到襯底114上。備選地，投影系統(tǒng)108可以投影二次光源的圖像，單個可控制元件陣列104的元件作為快門。投影系統(tǒng)108還可包括形成二次光源并把微斑點投影到襯底114上的微透鏡陣列(MLA)。
輻射源112(例如準分子激光器)可以產生輻射束122。直接地或者穿過例如射束擴展器的調節(jié)器件126之后，輻射束122被傳輸?shù)秸彰飨到y(tǒng)(照明器)124。照明器124可包括用于設定輻射束122中強度分布的外部和/或內部徑向范圍(通常分別稱為σ-外部及σ-內部)的調整器件128。此外，照明器124通常包括各種其它元件，例如積分器130與聚光器132。按照這種方式，與單個可控制元件陣列104相碰撞的投影束110其截面具有預期的均勻性和強度分布。
應該注意，對于圖1，輻射源112可以在光刻投影設備100的機殼內(例如，當輻射源112是汞燈時經常如此)。在備選實施例中，輻射源112也可能與光刻投影設備100距離甚遠。在這種情況下，輻射束122將被導向至設備100中(例如借助合適的導向反射鏡)。當輻射源112為準分子激光器時，實際情況通常為后一種情形。將會了解到，這兩種情況都落在本發(fā)明的范圍內。
使用分束器118導向投影束110之后，投影束110隨后遇到單個可控制元件陣列104。被單個可控制元件陣列104反射后，投影束110穿過投影系統(tǒng)108，其中投影系統(tǒng)108把投影束110聚焦到襯底114的目標部分120。
借助定位裝置116(與可選擇的干涉測量器件134，該器件位于底座136上并通過分束器140接收干涉束138)，可以精確移動襯底平臺106，從而在投影束110的路徑內定位不同的目標部分120。使用時，可以使用單個可控制元件陣列104的定位裝置，以精確地校準例如一個掃描內的單個可控制元件陣列104相對于投影束110路徑的位置。通常，可以借助未在圖1中明確示出的長沖程模塊(粗略定位)及短沖程模塊(精細定位)，實現(xiàn)載物臺106的移動?？梢允褂妙愃葡到y(tǒng)定位單個可控制元件陣列104。應當理解到，載物臺106和/或單個可控制元件陣列104位置固定時，投影束110備選地/附加地可移動，以提供所需要的相對移動。
在本實施例的一個備選配置中，襯底平臺106被固定，而襯底114可以在襯底平臺106上移動。采用這種配置時，在平坦的最上表面上為襯底平臺106提供了許多開孔，通過這些開孔注入氣體以提供可支持襯底114的氣墊。該配置傳統(tǒng)上稱為氣浮(air bearing)配置。通過使用一個或多個致動器(未示出)，可以在襯底平臺106上移動襯底114，該致動器可以精確定位襯底114相對于投影束110路徑的位置。備選地，可以通過選擇性地開啟或停止通過開孔的氣路，可以在襯底平臺106上移動襯底114。
盡管這里把根據(jù)本發(fā)明的光刻設備100描述為用于曝光襯底上的抗蝕劑，但應當了解到，本發(fā)明不限于這個用途，設備100可以用于投影在無抗蝕劑光刻中使用的圖形化的輻射束110。
所描述的設備100可以用于四種優(yōu)選模式1.分步模式單個可控制元件陣列104上的完整圖形在一個進程中(即單次“閃光”)被投影到目標部分120上。隨后沿x和/或y方向把襯底平臺106移動到不同位置，使圖形化的投影束110輻照不同的目標部分120。
2.掃描模式基本上與分步模式相同，其不同之處在于，不是在單次“閃光”內曝光指定的目標部分120。相反地，單個可控制元件陣列104可以以速度v沿特定方向(所謂“掃描方向”，例如y方向)移動，使得圖形化的投影束110掃描過單個可控制元件陣列104。同時，沿相同或相反的方向以速度V＝Mv同步移動襯底平臺106，其中M為投影系統(tǒng)108的放大率。按照這種方式，可以曝光相對大的目標部分120而無需降低分辨率。
3.脈沖模式單個可控制元件陣列104基本上保持靜止，使用脈沖輻射系統(tǒng)102把整個圖像投影到襯底114的目標部分120。襯底平臺106以基本上固定的速度移動，使得圖形化的輻射束110掃過襯底106的一行。在輻射系統(tǒng)102的各個脈沖之間，根據(jù)需要更新單個可控制元件陣列104上的圖形，并對脈沖計時，使得襯底114的所需要位置上的連續(xù)目標部分120被曝光。因此，圖形化的輻射束110可掃過襯底114以把完整圖像曝光在襯底114的一個條上。重復該過程直到整個襯底114被逐行曝光。
4.連續(xù)掃描模式基本上與脈沖模式相同，其不同之處在于，連續(xù)掃描模式使用基本上不變的輻射系統(tǒng)102，以及在圖形化的投影束110掃過并曝光襯底114時更新單個可控制元件陣列104上的圖形。
可以采用上述模式的組合和/或變形，或者可以采用與上述模式完全不同的模式。
圖2闡述了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的光刻設備200的示意圖。該圖為沿投影系統(tǒng)208的光軸240觀察到的圖，投影系統(tǒng)208被插在可編程反射鏡陣列204和支撐晶片214的晶片平臺206之間。投影系統(tǒng)208具有16個透鏡元件242-n，其中在該示例中n＝1至16，這些透鏡元件排列在位于相互交疊并基本上垂直于光軸240的平面內，從而將可編程反射鏡陣列204上的圖像傳遞到晶片214上。盡管稱為透鏡元件，元件242可以為本領域技術人員所了解的任何光學元件例如透鏡、反射鏡等。z軸平行于投影系統(tǒng)208的光軸240。投影系統(tǒng)208中的透鏡元件242被示成垂直于y軸。示意性示出了可編程反射鏡陣列240、晶片214、輻射系統(tǒng)202、以及晶片工作臺206的透視圖。投影系統(tǒng)208中的透鏡元件242相互隔開，相互之間的距離被固定或者是可以調整的從而能夠調整將被投影到晶片214上的空間像的焦距。此外，對一個或多個透鏡元件242進行不同的定形，從而給出該空間像的預期放大率和焦距。例如，特定的透鏡元件242被定形成產生負的或正的放大率，其它透鏡元件242被定形成僅改善該空間像的焦距。
應當理解的是，為了獲得該圖像以預期的放大率和焦深在晶片214上的準確投影，透鏡元件242的精確布置是重要的。在一個示例中，投影系統(tǒng)208的放大因子為1/260，這意味著可編程構圖陣列204上的圖形或圖像被投影到晶片214上時將被縮小260倍。在一個示例中，放大因子可在1/50至1/500之間變化，這取決于投影系統(tǒng)208和/或將被投影到襯底214上的特征尺寸。
應該了解到，投影系統(tǒng)208可能具有任意的預期放大因子，例如負(-)4，這在基于掩模的系統(tǒng)中經常使用到。應該了解到，被選擇的許多透鏡元件可以是基于投影系統(tǒng)PL的預期性能的任何預期數(shù)目。
在本實施例中，中間框架244被布置成承載投影系統(tǒng)208和干涉裝置234。使用空氣彈簧(air mount)248將中間框架244和投影系統(tǒng)208與底座246分隔開，從而將投影系統(tǒng)208及中間框架244與外部影響隔離。
晶片工作臺206和投影系統(tǒng)208分別具有設在其側邊的反射鏡250和252，激光干涉儀234使用這些反射鏡測量投影系統(tǒng)208和晶片工作臺206之間的相對位置。從干涉儀234出射激光束，該激光束在反射鏡250及252上反射后回到干涉儀234，從而計算出投影系統(tǒng)208和晶片工作臺206之間的相對位置。激光干涉儀234的采樣率為5000Hz，這意味著干涉儀234每秒測量晶片工作臺206和投影系統(tǒng)208的位置5000次。
如前所述，當光刻系統(tǒng)200工作時框架系統(tǒng)會振動。這些振動源于光刻系統(tǒng)200的所有機械部件。例如，在中間框架244、投影系統(tǒng)208、透鏡元件242、投影系統(tǒng)208上的干涉儀反射鏡250、干涉儀234、底座246等中會發(fā)生微小的振動。例如，底座246的振動例如通過空氣彈簧248傳遞到中間框架244和投影系統(tǒng)208，從而放大了中間框架/投影透鏡系統(tǒng)中的整體振動。
在一個示例中，測量和計算表明框架系統(tǒng)中的這些機械振動是低頻的。在一個示例中，底座的主要振動頻率約為100Hz，下文中將該主要振動頻率定義為本征頻率。投影系統(tǒng)208相對于中間框架244的本征頻率約為150Hz。干涉儀234和干涉儀反射鏡250及252的本征頻率分別約為350Hz和500Hz。
在一個示例中，從圖6可以看出，來自框架系統(tǒng)的機械振動的最大頻率成分小于500Hz，這將在下文中更加詳細地討論。
在一個示例中，框架系統(tǒng)內的機械振動導致晶片工作臺206和投影系統(tǒng)208之間的位置誤差。晶片工作臺206上的晶片214和投影系統(tǒng)208之間的該位置誤差或不匹配將暗示空間像投影到晶片214上時將被錯位。干涉儀234的激光254或256測量到的投影系統(tǒng)空間像和晶片工作臺206之間的相對位置將包括由于上述振動引起的、導致投影到晶片214上的圖像不匹配的位置誤差。
在另一個示例中，該不匹配是由基于干涉儀234的測量結果而將晶片工作臺/晶片移動到相對于該空間像的預期位置的晶片工作臺伺服控制的有限有效性所引起，將在下文中結合圖4描述這一點。
示例圖像誤差圖3A和3B示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，襯底314上的位置圖像誤差(例如不匹配)。在該實施例中，從上方沿z軸可看到被投影到晶片314上的特定目標部分/芯片320的圖像360。在一個示例中，在抗蝕劑的目標部分/芯片320內曝光圖像360，該圖像具有圖形P。
參考圖3A，由于框架系統(tǒng)中的振動以及晶片工作臺伺服控制的有限的有效性，圖形P和印模362及364在晶片抗蝕劑上的位置明顯地相互錯位。
參考圖3B，圖形P被曝光在近似相同的部分上，這允許更精確地形成圖形P。
回到圖3A，圖像P和晶片314上印模362和/或364之間的明顯錯位或不匹配為距離D，例如D可達到約8nm，這是由于機械振動以及部分地由伺服控制誤差引起的。因此，由激光源發(fā)出的承載待投影到晶片314的特定區(qū)域/部分/芯片320上的特定空間像的每個激光脈沖沿x和y方向的位置錯位可高達8nm，這主要是由框架系統(tǒng)內的機械振動引起的。
示例控制系統(tǒng)圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，包括可移動投影透鏡元件442-2的光刻設備400內的控制系統(tǒng)466。投影系統(tǒng)408內諸如透鏡元件442-2的可移動透鏡元件442和用于控制晶片工作臺406相對投影系統(tǒng)408移動的控制系統(tǒng)466之間存在交互作用?；跍y量到的投影系統(tǒng)408的空間像與晶片工作臺406之間的不匹配，由致動器468平移可移動透鏡元件442-2從而補償該不匹配。
在一個示例中，透鏡元件442-2的移動具有六個自由度。這六個自由度是指沿x、y、z方向的移動以及繞x、y、z軸的旋轉移動。當在該文本中討論例如透鏡或反射鏡等的透鏡元件442-2的移動時，如果沒有詳細說明方向或旋轉，則總是指具有至少六個自由度的移動。
圖5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b示出了根據(jù)本發(fā)明各種實施例的控制系統(tǒng)的控制信號。在描述圖4的實施例時將參考圖5a、5b、6a、6b、6c、7a、7b、8a、及8b中所描述的信號，其中各圖的y軸表示電壓振幅。
在上文中已經結合圖2進行描述，干涉儀434測量投影系統(tǒng)408相對于晶片工作臺406的相對位置。用圖5a所示的信號表示的該測量信號I被傳輸?shù)郊臃ㄆ?69。在計算機470中編程晶片工作臺406相對于投影系統(tǒng)408的一組點，這組點定義了晶片工作臺406相對于投影系統(tǒng)408的預期或標稱移動。由圖5b所示信號表示一組點的控制信號II被傳輸?shù)郊臃ㄆ?69、晶片工作臺控制器471、和透鏡致動器控制器472。
在圖5b所示的示例中，該組點為描述晶片工作臺406相對于投影系統(tǒng)408的預期移動的三角波信號II。然而，圖5a中的信號I示出了由干涉儀234測量的晶片工作臺406相對于投影系統(tǒng)408的真實移動。由于框架系統(tǒng)的機械振動以及操縱晶片工作臺406移動的控制系統(tǒng)466內的誤差，該三角形信號I疊加了波紋和噪聲，如圖5a所示。
圖6a、6b、及6c示出了信號III，該信號為信號I與II之差。信號I和II一起被加至加法器469以獲得信號的減數(shù)。信號III代表投影系統(tǒng)408和晶片工作臺406之間的位置誤差，該信號被傳輸?shù)骄ぷ髋_控制器471和透鏡致動器控制器472。
在該示例中，位置誤差信號III主要具有低頻分量，如圖6a所示。從圖6a可看出，該信號在高達大約500Hz的不同頻率處具有共振。例如在100、200、300、400、及500Hz附近出現(xiàn)振幅峰值。圖6b闡述了與圖6a相同的信號，但是在時域而非頻域內描述。前述的干涉儀采樣在圖6b中被示成與位置誤差信號III交叉的線。
基于來自加法器469的位置誤差信號III以及來自計算機470的信號II，晶片工作臺控制器471計算被傳輸給長沖程及短沖程模塊473的控制信號IV。晶片工作臺控制器471內的信號處理模塊(未示出)，例如積分器、微分器、陷波濾波器、以及其它曲線定形算法，分別處理信號II和III，其輸出為晶片工作臺控制信號IV，該信號在DAC 474內由數(shù)字信號被轉換為模擬信號。信號IV主要具有低頻分量，如圖7a和7b所示，其中的振幅峰值出現(xiàn)在約100Hz處。信號IV在放大器475內被放大并被發(fā)送到長沖程和短沖程模塊473，用于將晶片工作臺406移動至考慮到對位置誤差信號III進行補償?shù)念A期位置。
由干涉儀234、加法器469、晶片工作臺控制器471、DAC 474、放大器475、以及移動晶片工作臺406的長沖程和短沖程模塊473所代表的反饋環(huán)路被用于補償投影系統(tǒng)408和晶片工作臺406之間的不匹配。然而，框架系統(tǒng)內的振動以及例如由于干涉儀測量結果通過晶片工作臺控制器471反饋至長沖程和短沖程模塊473的延遲引起的反饋環(huán)路中伺服誤差的影響仍然會導致空間像之間高達約8nm的不匹配。
因此在本示例中，致動器控制器472、致動器468、以及可移動的透鏡元件442-2的一個目的是補償上述反饋環(huán)路中的預期誤差以及框架系統(tǒng)內的振動。通過平移透鏡元件442-2完成該補償，從而將該空間像引導至晶片414的正確部分，例如如圖3b所示?？刂破骺刂破?72、致動器468、以及可移動透鏡元件442-2可看作是前饋環(huán)路，在下文中將參考圖6b、6c、8a、和8b所示的信號進行更詳細的描述。
在一個示例中，用于前饋補償?shù)脑O定點信號II和位置誤差信號III被傳輸給透鏡致動器控制器472?；诿枋鼍ぷ髋_406相對投影系統(tǒng)408的預期移動/位置的該設定點以及該設定點和晶片工作臺406相對于投影系統(tǒng)408的真實移動之間的誤差信號，致動器控制器472將計算或預測在特定時間點應如何移動透鏡元件442-2的數(shù)值，從而補償在該時間點的晶片工作臺誤差。
在一個示例中，在圖6c中示出了圖6b中用虛線圓A圍繞的位置誤差信號III的一部分，為了顯示清楚而將在圖6c中放大該部分。致動器控制器472含有關于在過去時間內干涉儀采樣期間誤差信號III的時間和振幅位置的信息，例如在圖6b中用和位置誤差信號III相交的線1至7所示。
如前所述，在一個示例中，已經示出了該位置誤差信號III的頻率分量大體上低于500Hz。由于干涉儀434的測量采樣為5000Hz，相位延遲(未在圖中示出)將不會超過約500/5000×360°＝36°。因此，由于位置誤差信號III具有低頻分量且干涉儀434的采樣頻率遠高于位置誤差信號III的最高頻率，因此利用過去時間在先前采樣處的誤差信號值以及關于延時P1、P2的知識，可以外推和近似或預計位置誤差信號III。
在圖6c所示的示例中，(由具有有限采樣頻率的干涉儀434的測量結果、加法器469內的求和、晶片工作臺控制器471內的信號處理、通過長沖程和短沖程模塊473將電信號轉變成晶片工作臺406的機械移動、以及該系統(tǒng)為數(shù)字式這一純粹事實所代表的)信號處理系統(tǒng)總是滯后于實時的當前狀況，在時間軸上用T表示該滯后，在誤差振幅軸上用A表示該滯后。因此，信號處理系統(tǒng)只具有關于該實時當前狀況T，A之前的兩個采樣的位置誤差信號III的誤差振幅的信息。例如在一預期情形中，該信號處理系統(tǒng)只滯后用延時ρ1和ρ2表示的一個或兩個采樣，如圖6c所示。
在一個示例中，致動器控制器471的目的是通過預計位置誤差信號III在實際當前時間T處的實時當前振幅A而補償數(shù)字信號處理系統(tǒng)的該不足。從任意數(shù)目的先前采樣1、2、3、4、5、6、7處的任意數(shù)目的先前誤差信號值以及延時ρ1和ρ2外推可得到在時間點T處用A(pred)(見圖6c中的虛線)表示的位置誤差信號III的預期特性。
例如，當兩個采樣P2存在延時時，該外推是基于采樣1至7或更多采樣處的誤差值，其中用從采樣1處的誤差值P2開始，結束于時間點T的誤差值A(pred)的虛線表示該外推。應該意識到，時間點T處的當前誤差值A和預期值A(pred)之間誤差振幅的差代表了剩下的殘余誤差δ。預期誤差值A(pred)和采樣1處的誤差值ρ2之間的差代表了該外推的改善。
將會了解到，如果該信號處理系統(tǒng)只滯后一個采樣ρ1，該外推將會更好且殘余誤差δ將會減小，這是因為該外推是基于更短的時間段(僅為一個采樣延時)以及采樣1至7或更多個采樣的相同數(shù)目的誤差值。
還會了解到，更小的位置誤差信號III的預定頻率和更小的相位延遲(未在圖中示出)其結果產生更好的預計結果。例如，如果位置誤差信號的主要頻率約為100Hz，相位延遲為100/5000×360＝7.2°，這可給出甚至比圖6c所示結果更好的預計結果。所預計的位置誤差信號值A(pred)被致動器控制器472前饋至致動器468，從而被用于操縱可移動的透鏡元件442-2以補償當前不匹配。
在一個示例中，對于干涉儀采樣的每個干涉儀采樣或采樣組，在致動器控制器472中預計新的預計位置誤差信號A(pred)且該信號被前饋給致動器468。例如，如果由于框架系統(tǒng)中的振動而使該空間像在X方向上錯位幾個nm，則致動器468基于從致動器控制器472前饋的信號V將透鏡元件442-2沿相同的或另一個方向移動，使得該空間像被投影至更靠近晶片414上的預期位置(例如見圖3b)。
如前所述，透鏡元件442-2的移動可以是沿所有六個自由度的移動。在一個示例中，透鏡元件442-2的移動可以是圍繞z軸的旋轉移動從而將投影束引導到晶片414上的預期部分。在另一個示例中，該移動可以是透鏡元件442-2圍繞y或x軸的傾斜。
在一個示例中，致動器控制器472內例如積分器、微分器、陷波濾波器、及其它曲線定形算法的信號處理模塊(未示出)分別處理信號II和III，其輸出為在DAC 476內從數(shù)字信號轉換為模擬信號的預計控制信號V。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，被前饋至致動器468的預計控制信號V。如圖4所示，控制信號V在放大器478內被放大至適用于致動器468的電平。
在各種示例中，致動器468可以是壓電類型或洛倫茲類型。
對于壓電類型的情形，致動器468將由透鏡致動器控制器472提供的控制信號V的電壓值轉變成透鏡元件442-2的機械移動。
對于洛倫茲類型的情形，致動器468將由透鏡致動器控制器472提供的控制信號V的電壓值轉變成洛倫茲線圈的磁場變化，其中該洛倫茲線圈移動被附著在其上的洛倫茲磁鐵和透鏡元件442-2。
在一個示例中，透鏡元件442-2設計成被致動器468容易地移動和照亮。將會了解到，在投影系統(tǒng)408中可以使用許多可移動的透鏡元件442和相關致動器468。然而，在本實施例中只討論了一個可移動透鏡元件442-2及其相關致動器330?？梢苿油哥R元件442-2被設計成在晶片W焦平面上產生x和y平移而不導致晶片焦平面上波前像差的顯著增大。
實驗室環(huán)境中的實驗已經表明，可以得到在晶片W焦平面處波前像差的增大不超過約0.05nm的這種透鏡元件。已經表明，更高階的澤爾尼克(zernike)項不會受小波前像差所需要的小于約1μm的微小透鏡平移所影響。已進行的測試表明，透鏡元件442-2平移約86nm會導致在晶片414上沿x和y方向約1.5nm的平移，由此形成約為0.017的靈敏度。因此，為了校正虛線圖像P和圖像P之間8nm的x和y方向錯位，例如如圖3a所示，透鏡元件442-2的平移S不應超過460nm。
示例投影系統(tǒng)在一個示例中，包括致動器468、移動的透鏡元件442-2、以及例如電纜、冷卻系統(tǒng)、噪聲等對投影系統(tǒng)408施加力的所有其它部件的投影系統(tǒng)408的加速度不應超過約0.5mm/s2。投影系統(tǒng)408的更大加速度將使例如元件242的投影元件發(fā)生形變。如果來自例如透鏡元件442-2的力導致過大的加速度，采用平衡質量或抑制質量將減小對投影系統(tǒng)408所施加的力。在六個自由度上快速移動例如反射鏡元件或透鏡元件的投影元件442-2當然會對投影系統(tǒng)408產生大的力，使得投影系統(tǒng)408的整體加速度超過約0.5mm/s2。
在一個示例中，通過使用平衡或抑制質量解決該問題。在該示例中，由移動透鏡元件442-2和移動致動器468產生的加速度力將被作用于平衡或抑制質量，而非投影系統(tǒng)408及中間框架444。
圖9A和9B示出了例如根據(jù)本發(fā)明各種實施例，表明重力質量980和可移動投影元件942-2之間關系的投影系統(tǒng)。例如，圖9A和9B公開了布置在投影系統(tǒng)908內具有重力質量980的兩種不同實施例。
圖9A公開了布置在投影系統(tǒng)908內支撐結構981上作為平衡質量的重力質量980。磁鐵982附著到透鏡元件942-2。來自致動器控制器472的控制信號V將改變附著到平衡質量980的線圈983的磁場，使得磁鐵982和附著到磁鐵982的透鏡元件942-2移動距離S。同時，平衡質量980通過元件984在支撐結構981上相對于磁鐵982沿相反方向移動。因此，透鏡元件942-2的加速度力被作用于平衡質量980。
圖9b示出了用作抑制質量的重力質量980′。抑制質量980′通過彈簧裝置986附著到投影系統(tǒng)908的壁985上。其原理和圖9a相同，但這種情況下磁鐵982和所附著的透鏡元件942-2的移動將導致抑制質量980′沿相反方向的移動，這會使彈簧裝置986被壓縮或解壓縮。加速度力將被作用于彈簧裝置986及投影系統(tǒng)908的壁985。
將會了解到，盡管圖9A和/或9B只示出了一個移動的透鏡元件942-2，但其它實施例可允許一個或多個其它元件942移動。根據(jù)圖9A和/或9B實施例的重力質量的相同原理適用于所有類型的投影元件，包括但不限于反射鏡元件或透鏡元件。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例，具有可移動反射鏡元件1042的投影系統(tǒng)1008。圖10為包括基本上和圖1及圖4所公開元件相同的元件(即使未全部示出這些元件)的本發(fā)明備選實施例。然而，在圖10中，基于透鏡的可移動透鏡元件942-2已經被基于反射鏡的可移動透鏡元件1042所代替。因此，結合前述各圖討論的投影空間像P以及補償振動和伺服控制誤差的原理同樣適用于圖10所公開的實施例。
在本實施例中，致動器1068連接至可移動的反射鏡元件1042，其目的為以和結合前述各圖所解釋的相同方法補償框架系統(tǒng)中的振動以及晶片工作臺的伺服控制誤差。在一個示例中，如前所述，反射鏡元件1042沿所有六個自由度移動。由于反射鏡元件1042反射投影束110，反射鏡元件1042的預期移動為沿x軸的平移/移動，從而將投影束110引導到晶片的預期目標部分。
在一個示例中，許多反射鏡元件1042可以和其相關的致動器一起使用。
同樣地，在一個示例中，可以使用如圖4所示的可移動透鏡元件442和如圖10所示的可移動反射鏡元件1042的組合，以獲得預期的圖像誤差校正。
在一個示例中，具有光學元件的所有投影系統(tǒng)，例如步進式曝光機、掃描器、無掩模系統(tǒng)、用于制造平板顯示器的投影系統(tǒng)等，可以采用上述思想，即平移包括但不限于反射鏡或透鏡元件的投影元件從而平移空間像以補償框架系統(tǒng)中的振動和伺服控制誤差。
結論上面已經描述了本發(fā)明的各種實施例，但應該理解到，僅僅是以例子的方式示出這些實施例，這些實施例并非用于限制本發(fā)明。對本領域技術人員而言，在不離開本發(fā)明的精神和范圍下可以進行各種形式或細節(jié)上的變化。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不受任何前述示例實施例限制，而應該只由所附權利要求書及其等效表述所定義。
將會了解到，只由詳細的說明書部分而非本文檔的總結和摘要部分來解釋所附權利要求。
權利要求
1.一種光刻設備，包括產生脈沖輻射束的輻射系統(tǒng)；用一圖形對該輻射束進行構圖以形成圖形化的輻射束的構圖裝置；具有投影元件的投影系統(tǒng)，該投影系統(tǒng)將該圖形化的輻射束投影到襯底平臺上的襯底目標部分；以及致動器，在該輻射系統(tǒng)的至少一個脈沖期間移動該投影元件以平移被投影到襯底上的圖形化的輻射束，從而補償襯底平臺和投影系統(tǒng)的空間像之間的位置誤差。
2.權利要求1的光刻設備，進一步包括致動器控制器，監(jiān)控和襯底平臺與該投影系統(tǒng)的空間像之間的位置誤差相關的信息，并將該信息作為位置誤差信號提供給致動器，其中致動器響應于所提供的信息而移動投影元件。
3.權利要求2的光刻設備，其中該致動器控制器確定隨后的位置誤差信號值并將這些值傳遞給致動器。
4.權利要求3的光刻設備，其中該致動器控制器使用位置誤差信號的先前值和延時確定隨后的位置誤差值，這些位置誤差值被傳遞給致動器以移動該投影元件。
5.權利要求1的光刻設備，其中該致動器包括壓電裝置或洛倫茲裝置之一。
6.權利要求1的光刻設備，進一步包括耦合到該投影元件的重力質量，其中由該投影元件的移動所產生的加速度力被該重力質量吸收。
7.權利要求6的光刻設備，其中該重力質量形成該致動器的一部分
8.權利要求6的光刻設備，其中該重力質量包括平衡質量或抑制質量。
9.權利要求1的光刻設備，其中該投影元件為透鏡元件。
10.權利要求9的光刻設備，其中該透鏡元件執(zhí)行圍繞Z軸的旋轉移動。
11.權利要求1的光刻設備，其中該投影元件為反射鏡元件。
12.權利要求11的光刻設備，其中該反射鏡元件執(zhí)行沿x軸的平移移動。
13.權利要求1的光刻設備，其中使用了多個投影元件且其中投影元件包括透鏡元件或反射鏡元件或透鏡元件與反射鏡元件的組合。
14.權利要求1的光刻設備，其中該構圖裝置包括單個可控制元件陣列。
15.權利要求14的光刻設備，其中該單個可控制元件陣列為空間光調制器或可編程反射鏡陣列。
16.一種器件制造方法，包括使用構圖裝置圖形化的輻射束；使用投影系統(tǒng)的投影元件將該圖形化的輻射束投影到襯底平臺上的襯底的目標部分；以及通過移動該投影元件，在該輻射束的至少一個脈沖期間平移該圖形化的輻射束，以補償襯底平臺和該投影系統(tǒng)的空間像之間的位置誤差。
17.權利要求16的器件制造方法，進一步包括監(jiān)控和襯底平臺與該投影系統(tǒng)之間的位置誤差相對應的信息；以及使所述信息與該投影元件的移動相關聯(lián)。
18.權利要求16的器件制造方法，進一步包括預計該位置誤差信號的未來特性；將該位置誤差信號的所述未來特性前饋至致動器；以及將該位置誤差信號的所述未來特性和該投影元件的移動相對應。
19.權利要求16的器件制造方法，進一步包括使用該位置誤差信號的先前采樣值以及延時值預計該位置誤差信號的未來特性。
20.權利要求16的器件制造方法，其中由于框架系統(tǒng)中的振動而出現(xiàn)該襯底平臺和該投影系統(tǒng)的空間像之間的位置誤差。
21.一種布置在投影系統(tǒng)中用于光刻設備的投影元件，所述光刻設備包括提供脈沖輻射束的輻射系統(tǒng)；以及用一圖形對該輻射束進行構圖以形成圖形化的輻射束的構圖裝置；其中該投影元件被可移動地布置在該投影系統(tǒng)內，從而在該輻射系統(tǒng)的至少一個脈沖期間平移被投影到襯底上的該圖形化的輻射束。
22.權利要求21的投影元件，其中該投影元件被附著到抑制質量或平衡質量，其中由該投影元件的移動所產生的加速度力被吸收到該抑制質量或平衡質量內。
23.權利要求22的投影元件，其中該投影元件包括反射鏡元件或透鏡元件。
24.權利要求23的投影元件，其中該反射鏡元件為沿著x軸的平移。
25.權利要求23的投影元件，其中該透鏡元件繞Z軸旋轉。
全文摘要
公開了一種光刻設備、器件制造方法、以及用于光刻設備的投影元件。該光刻設備含有用于提供脈沖輻射束的輻射系統(tǒng)、用于給該輻射束賦予一圖形以形成圖形化的輻射束的構圖裝置、以及具有用于將該圖形化的輻射束投影到襯底目標部分的投影元件的投影系統(tǒng)。該設備進一步包括一個致動器，所述致動器用于在該輻射系統(tǒng)的至少一個脈沖期間移動該投影元件，以平移被投影到襯底上的圖形化的輻射束。完成該操作的目的為補償支撐襯底的襯底平臺和該投影系統(tǒng)的空間像之間的位置誤差。由于該光刻設備的框架系統(tǒng)中的機械振動，會出現(xiàn)該位置誤差。
文檔編號H01L21/027GK1782883SQ20051012677
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月18日 優(yōu)先權日2004年11月22日
發(fā)明者A·J·布里克, D·J·P·A·弗蘭肯, M·L·內森, S·勞西 申請人:Asml荷蘭有限公司, Asml控股有限公司