專利名稱：光刻設(shè)備、控制系統(tǒng)及器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻設(shè)備、控制系統(tǒng)、以及器件制造方法。
背景技術(shù)：
光刻設(shè)備是一種把期望圖形應(yīng)用到襯底目標(biāo)部分上的機(jī)器。光刻設(shè)備可以用于例如制造集成電路(IC)。在這種環(huán)境下，可以使用圖形化裝置(或者稱為掩?；蚬饪贪?，以產(chǎn)生與IC的單個(gè)層相應(yīng)的電路圖形，并且這個(gè)圖形可以被成像到具有輻射敏感材料層(抗蝕劑)的襯底(例如硅晶片)的目標(biāo)部分(例如包含一個(gè)或多個(gè)芯片的部分)。通常，單個(gè)襯底包括連續(xù)曝光的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。已知的光刻設(shè)備包括所謂的分步投影光刻機(jī)(stepper)，通過將整個(gè)圖形一次曝光在目標(biāo)部分上來照射每個(gè)目標(biāo)部分；以及所謂的掃描儀(scanner)，其中通過沿給定方向(“掃描”方向)穿過投影束掃描圖形并且同時(shí)平行或反平行于該方向掃描襯底來照射每個(gè)目標(biāo)部分。
已知光刻設(shè)備的控制系統(tǒng)直接對(duì)諸如確定位置的常規(guī)坐標(biāo)(注意，在本說明書中術(shù)語“位置”可包含光刻設(shè)備的可移動(dòng)對(duì)象的定位[故一個(gè)位置可包含六個(gè)自由度])進(jìn)行控制和操作。此外要注意，控制系統(tǒng)可包含許多子控制系統(tǒng)，其中每個(gè)子控制系統(tǒng)被設(shè)置成控制一個(gè)可移動(dòng)對(duì)象的位置。光刻設(shè)備的相關(guān)可移動(dòng)對(duì)象的例子為透鏡元件、帶有襯底的襯底工作臺(tái)、帶有光刻版的光刻版平臺(tái)等。
目前，通過對(duì)已知靈敏度矩陣求逆，可以把光刻設(shè)備的相關(guān)可移動(dòng)對(duì)象的、在自然坐標(biāo)系(native coordinates)中表示的諸如焦距(focus)、放大率、失真等的期望成像特征，轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)坐標(biāo)系(位置/空間坐標(biāo)系)內(nèi)的傳統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)。隨后，把這樣確定的傳統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)與信息信號(hào)成份(也在常規(guī)坐標(biāo)系中表示)作比較，從而產(chǎn)生將被輸送到傳統(tǒng)控制器的傳統(tǒng)誤差信號(hào)。通常，每個(gè)傳統(tǒng)誤差信號(hào)被輸送到相應(yīng)的且唯一的傳統(tǒng)控制器，以產(chǎn)生用于控制光刻設(shè)備相應(yīng)元件的(常規(guī)坐標(biāo)系內(nèi)的)控制信號(hào)。這意味著，一個(gè)元件的位置誤差只能由用于光刻設(shè)備的該對(duì)象的唯一(局部)控制器解決。
在傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，透鏡元件和工作臺(tái)的位置與成像特征之間的關(guān)系是已知的。換而言之，如果已知這些對(duì)象的位置，可以計(jì)算對(duì)焦距和放大率等的影響?，F(xiàn)在，如果要求改變成像特征，可以計(jì)算每個(gè)單獨(dú)對(duì)象的期望位置。這些期望位置作為各個(gè)唯一的局部控制回路的設(shè)定點(diǎn)，這意味著每個(gè)待定位對(duì)象具有各自的控制回路。這種傳統(tǒng)方案存在一些缺點(diǎn)。
第一個(gè)缺點(diǎn)為，如果一個(gè)可移動(dòng)對(duì)象受到干擾，則完全依靠該對(duì)象的控制回路本身校正這種情形。例如，如果一個(gè)透鏡元件受到干擾，但恰巧所具有的伺服帶寬小，則需要一些時(shí)間使成像特征回到它們的最佳值。
第二個(gè)缺點(diǎn)為，如果一個(gè)成像特征(例如焦距)的設(shè)定點(diǎn)發(fā)生變化，該變化會(huì)引起對(duì)焦距有影響的所有元件設(shè)定點(diǎn)的改變。由于并非所有元件都以相同的速度做出反應(yīng)，則會(huì)對(duì)設(shè)定點(diǎn)沒有改變的其它成像特征產(chǎn)生干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于消除傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的這些缺點(diǎn)。特別地，本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種光刻設(shè)備，該光刻設(shè)備配備被設(shè)置成實(shí)現(xiàn)期望的或最佳曝光功能的控制系統(tǒng)，從而使得由該光刻設(shè)備所制造器件具有期望的或最佳的成像特征。
通過根據(jù)本發(fā)明的一種光刻設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)這一方面，其中該光刻設(shè)備被配置成把信息信號(hào)變換為代表諸如焦距、放大率、與/或失真的成像特征的至少一個(gè)自然反饋信號(hào)，其中該控制系統(tǒng)包含被設(shè)置成基于自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和自然反饋信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)的自然控制器(native controller)，且其中該控制系統(tǒng)被配置成基于該控制信號(hào)控制各個(gè)位置。
本發(fā)明的一個(gè)方面為，該光刻設(shè)備的“快速”透鏡元件(在相對(duì)較短時(shí)間內(nèi)以相對(duì)較高精確度被定位的元件)可以補(bǔ)償例如“慢速”透鏡元件的誤差。注意，如果成像特征的數(shù)目等于可調(diào)整元件的數(shù)目，通常只有這些元件的一個(gè)設(shè)定才對(duì)應(yīng)于成像特征是期望的或最佳的情形。然而，如果一個(gè)元件受到干擾，可以找到包含不理想或未達(dá)到最佳的折衷。例如，如果透鏡元件受到干擾且因此焦距大幅偏離其期望值，那么另一個(gè)透鏡元件可對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)償，代價(jià)是失真略微更大。如果與失真相比，認(rèn)為更需要焦距或焦距更重要，那么這種補(bǔ)償是有利的。此外，對(duì)于使用MIMO控制器的情形，可以改變自然坐標(biāo)(例如焦距)中的設(shè)定點(diǎn)，并且其它坐標(biāo)(例如放大率、失真)的誤差為零。稍后將在本說明書中更詳細(xì)地解釋后者。
注意，本發(fā)明也涉及一種包含適用于根據(jù)本發(fā)明的光刻設(shè)備的自然控制器的控制系統(tǒng)，以及制造器件的器件制造方法。
雖然本文中具體參照的是光刻設(shè)備在IC制造中的使用，但是應(yīng)當(dāng)理解此處描述的光刻設(shè)備還可以有其它應(yīng)用，例如，制造集成光學(xué)系統(tǒng)、磁疇存儲(chǔ)器的引導(dǎo)和檢測(cè)圖形(guidance and detectionpattern)、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。應(yīng)當(dāng)理解，在對(duì)這種可供選擇的應(yīng)用的描述中，此處術(shù)語“晶片”或“芯片”的任何使用可認(rèn)為分別與更通用的術(shù)語“襯底”或“目標(biāo)部分”同義。此處所指的襯底可以在曝光前或曝光后，在例如軌道(track)(通常將抗蝕劑涂敷到襯底上并且顯影曝光后的襯底的一種工具)或度量或檢查工具中處理。在適用的情況下，此處的公開可應(yīng)用于這種或其它襯底處理工具。此外，襯底可以被處理過不止一次(例如為了制造多層IC)，因此此處使用的術(shù)語襯底也可以指已經(jīng)包含了多個(gè)處理過的層的襯底。
此處使用的術(shù)語“輻射”和“射束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外(UV)輻射(例如，波長(zhǎng)為365、248、193、157或126nm)和極紫外(EUV)輻射(例如，波長(zhǎng)為5-20nm)，以及諸如離子束或電子束的粒子束。
此處使用的術(shù)語“圖形化裝置”應(yīng)廣泛地理解成是指可用來向射束截面?zhèn)鬟f圖形以便在襯底的目標(biāo)部分上創(chuàng)建圖形的裝置。應(yīng)當(dāng)注意，傳遞給射束的圖形可能不嚴(yán)格對(duì)應(yīng)于襯底目標(biāo)部分中的期望圖形。通常，傳遞給射束的圖形對(duì)應(yīng)于正在目標(biāo)部分中制造的器件中的特定功能層，例如集成電路。
圖形化裝置可以是透射型或反射型的。圖形化裝置的例子包括掩模、可編程反射鏡陣列以及可編程LCD面板。掩模在光刻中是眾所周知的，所包括的掩模類型有例如二進(jìn)制、交替相移以及衰減相移，以及各種混合掩模類型?？删幊谭瓷溏R陣列的一個(gè)例子采用小反射鏡的矩陣排列，每個(gè)小反射鏡可以被分別傾斜以便將入射輻射束向不同方向反射。通過這種方式，反射束被圖形化。
支撐物支撐，例如承受圖形化裝置的重量。其固定圖形化裝置的方式取決于圖形化裝置的定位、光刻設(shè)備的設(shè)計(jì)以及其它條件(例如，圖形化裝置是否在真空環(huán)境中固定)。該支撐物可以使用機(jī)械夾持、真空或其它夾持技術(shù)，例如真空條件下的靜電夾持。該支撐物可以是例如框架或工作臺(tái)，其可以按需要固定或可移動(dòng)并且可保證圖形化裝置相對(duì)于例如投影系統(tǒng)位于期望位置。本文中術(shù)語“光刻版”或“掩模”的任何使用可認(rèn)為與更通用的術(shù)語“圖形化裝置”同義。
本文中使用的術(shù)語“投影系統(tǒng)”應(yīng)廣泛地理解成包括各種類型的投影系統(tǒng)，這些投影系統(tǒng)包括折射光學(xué)系統(tǒng)、反射光學(xué)系統(tǒng)以及反射折射光學(xué)系統(tǒng)，只要對(duì)于例如所使用的曝光輻射、或者對(duì)于其它因素(例如，浸液的使用或真空的使用)是適合的即可。本文中術(shù)語“透鏡”的任何使用可認(rèn)為與更通用的術(shù)語“投影系統(tǒng)”同義。
照明系統(tǒng)也可包括各種光學(xué)部件，這些光學(xué)部件包括折射、反射和反射折射光學(xué)部件，用于反射、定形或控制輻射的投影束，并且這些部件也可在下面統(tǒng)稱或個(gè)別地稱作“透鏡”。
該光刻設(shè)備可以是具有兩個(gè)(雙級(jí))或更多襯底工作臺(tái)(和/或兩個(gè)或更多掩模工作臺(tái))的類型。在這種“多級(jí)”機(jī)器中，可以并行使用額外的工作臺(tái)，或者可以在一個(gè)或多個(gè)工作臺(tái)用于曝光時(shí)，在一個(gè)或多個(gè)其它的工作臺(tái)上進(jìn)行準(zhǔn)備步驟。
該光刻設(shè)備也可以是這種類型，其中襯底浸沒在折射率相對(duì)高的液體(例如，水)中以便填滿投影系統(tǒng)的最后元件和襯底之間的空間。浸液也可以應(yīng)用于該光刻設(shè)備中的其它空間，例如掩模和投影系統(tǒng)的第一元件之間的空間。浸沒技術(shù)用于增加光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑在本領(lǐng)域中是公知的。


現(xiàn)在將僅通過示例的方式，參考附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中對(duì)應(yīng)的參考符號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部件，其中圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的光刻設(shè)備；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)的示意性概略圖；
圖3示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)內(nèi)的SISO自然控制器；圖4示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)內(nèi)的MIMO自然控制器；圖5A為傳統(tǒng)光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)于焦距設(shè)定點(diǎn)階躍變化的位移示意圖，所述透鏡元件由傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制；圖5B為圖5A的傳統(tǒng)光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖5C為根據(jù)本發(fā)明的光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)于焦距設(shè)定點(diǎn)階躍變化的位移示意圖，由兩個(gè)單獨(dú)的SISO自然控制器分別控制所述透鏡元件的焦距和放大率；圖5D為圖5C的光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖5E為根據(jù)本發(fā)明光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)焦距設(shè)定點(diǎn)階躍變化的移位示意圖，由MIMO自然控制器同時(shí)控制該透鏡元件的焦距和放大率；圖5F為圖5E的光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖6A為傳統(tǒng)光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)作用于到透鏡元件的階躍式干擾的移位示意圖，該透鏡元件由傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制；圖6B為圖6A的傳統(tǒng)光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖6C為根據(jù)本發(fā)明光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)作用于透鏡元件的階躍式干擾的移位示意圖，由兩個(gè)單獨(dú)的SISO自然控制器分別控制該透鏡元件的焦距和放大率；圖6D為圖6C的光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖6E為根據(jù)本發(fā)明光刻設(shè)備的兩個(gè)透鏡元件響應(yīng)作用于透鏡元件的階躍式干擾的移位示意圖，由MIMO自然控制器同時(shí)控制該透鏡元件的焦距和放大率；圖6F為圖6E的光刻設(shè)備的焦距和放大率特性的示意圖；圖7示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包含與兩個(gè)傳統(tǒng)控制器級(jí)聯(lián)的兩個(gè)SISO自然控制器；圖8示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)包含與兩個(gè)傳統(tǒng)控制器級(jí)聯(lián)的兩個(gè)MIMO自然控制器；具體實(shí)施方式
圖1示意性地描述了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示范性實(shí)施方案的光刻設(shè)備。該設(shè)備包含提供輻射(例如UV或EUV輻射)束PB的照明系統(tǒng)(照明器)IL。第一支撐物(例如掩模平臺(tái))MT支持圖形化裝置(例如掩模)MA，并被連接到精確定位圖形化裝置相對(duì)于投影系統(tǒng)(“透鏡”)PL的位置的第一定位裝置PM。襯底平臺(tái)(例如晶片平臺(tái))WT支撐襯底(例如涂敷了抗蝕劑的晶片)W，并被連接到精確定位襯底相對(duì)于投影系統(tǒng)PL的位置的第二定位裝置PW。投影系統(tǒng)(例如反射投影透鏡)PL把由圖形化裝置MA傳遞到射束PB的圖形成像到襯底W的目標(biāo)部分C(例如包括一個(gè)或多個(gè)芯片)。
如這里所描述的，該設(shè)備屬于反射類型(例如，使用反射掩?；蛘呱厦嫣岬筋愋偷目删幊谭瓷溏R陣列)?；蛘?，該設(shè)備可以是透射類型(例如，使用透射掩模)的。
照明器IL接收來自輻射源SO的輻射。該輻射源與光刻設(shè)備可以為分開的實(shí)體，例如當(dāng)輻射源為等離子體放電源時(shí)。在這些情況下，并不把輻射源看作光刻設(shè)備的一部分；輻射束通常借助例如包括適合的聚光鏡和/或光譜純度濾光片的輻射收集器，從輻射源SO傳輸?shù)秸彰髌鱅L。在其它情況下，輻射源是設(shè)備的組成部分，例如當(dāng)輻射源為汞燈時(shí)?？蓪⒃碨O及照明器IL稱為輻射系統(tǒng)。
照明器IL可包括用于調(diào)整射束的角強(qiáng)度分布的調(diào)整裝置。通常，至少可以調(diào)整照明器的光瞳面(pupil plane)內(nèi)強(qiáng)度分布的外和/或內(nèi)徑向程度(通常分別稱為σ-out及σ-inner)。照明器提供了經(jīng)過調(diào)節(jié)的輻射束，其截面具有期望的均勻性和強(qiáng)度分布。
射束PB入射到固定在掩模平臺(tái)MT的掩模MA上。投影束PB被掩模MA反射后穿過透鏡PL，該透鏡PL把射束焦距到襯底W目標(biāo)部分C。借助第二定位裝置PW及位置傳感器IF2(例如干涉測(cè)量裝置)，可以精確地移動(dòng)襯底平臺(tái)WT，例如，以將不同的目標(biāo)部分C定位在射束PB路徑內(nèi)。類似地，可以使用第一定位裝置PM及位置傳感器IF1(例如干涉測(cè)量裝置)，例如從掩模庫機(jī)械獲取后或在掃描時(shí)，相對(duì)于射束PB的路徑來精確地定位掩模MA。通常，可以借助形成定位裝置PM及PW的一部分的長(zhǎng)沖程模塊(粗略定位)及短沖程模塊(精細(xì)定位)，實(shí)現(xiàn)載物臺(tái)MT與WT的移動(dòng)。然而，對(duì)于(與掃描儀相反的)分步投影光刻機(jī)，掩模平臺(tái)MT可以僅連接到短沖程致動(dòng)器，或者可以被固定?？梢允褂醚谀?duì)準(zhǔn)標(biāo)記M1、M2及襯底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記P1、P2來對(duì)準(zhǔn)掩模MA及襯底W。
所描述的設(shè)備可以用于下述優(yōu)選模式1、分步投影模式掩模工作臺(tái)MT和襯底工作臺(tái)WT保持基本固定，而傳遞到投影束的整個(gè)圖形一次投影到目標(biāo)部分上(即，單次靜態(tài)曝光)。然后，沿X方向和/或Y方向移動(dòng)襯底工作臺(tái)WT，以便可以曝光不同的目標(biāo)部分。在分步投影模式中，曝光場(chǎng)的最大尺寸限制在單次靜態(tài)曝光中成像的目標(biāo)部分的尺寸。
2、掃描模式當(dāng)傳遞到射束的圖形投影到目標(biāo)部分上時(shí)，同步掃描掩模工作臺(tái)MT和襯底工作臺(tái)WT(單次動(dòng)態(tài)曝光)。襯底工作臺(tái)WT相對(duì)于掩模工作臺(tái)的速度和方向由投影系統(tǒng)PL的放大(縮小)率以及圖像反轉(zhuǎn)特性決定。在掃描模式中，曝光場(chǎng)的最大尺寸限制單次動(dòng)態(tài)曝光中目標(biāo)部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度決定目標(biāo)部分的高度(在掃描方向上)。
3、另一種模式支持可編程圖形化裝置的掩模工作臺(tái)MT基本保持固定，并且當(dāng)傳遞到射束的圖形投影到目標(biāo)部分上時(shí)，移動(dòng)或掃描襯底工作臺(tái)WT。在這種模式中，通常采用脈沖輻射源，并且在襯底工作臺(tái)WT的每次移動(dòng)后或者在掃描期間的連續(xù)輻射脈沖之間，按需要更新可編程圖形化裝置。該操作模式可容易地應(yīng)用于使用可編程圖形化裝置(例如，前述類型的可編程反射鏡陣列)的無掩模光刻中。
可以采用上述模式的組合和/或變化，或者采用完全不同的模式。
圖1所示光刻設(shè)備也包括產(chǎn)生信息信號(hào)2(在圖2中示意性地指出)的測(cè)量系統(tǒng)，該信息信號(hào)2包含關(guān)于照明系統(tǒng)IL、照明系統(tǒng)IL內(nèi)的元件、支持圖形化裝置的支撐物、圖形化工具M(jìn)A、支持襯底的襯底平臺(tái)、襯底工作臺(tái)WT與/或投影系統(tǒng)PL與/或投影系統(tǒng)內(nèi)元件的位置的信息。測(cè)量系統(tǒng)包含位置傳感器IF2與IF1，它們產(chǎn)生分別代表襯底W(晶片)與掩模MA(掩模)各自位置的位置信號(hào)。
此外，該光刻設(shè)備包含至少基于信息信號(hào)2控制相互空間定位的控制系統(tǒng)1。
通常通過調(diào)整投影系統(tǒng)PL(透鏡)內(nèi)元件的位置，同時(shí)調(diào)整光刻版工作臺(tái)和晶片工作臺(tái)的位置，校正將光刻版圖像曝光到晶片上時(shí)的重要成像特征，例如焦距、放大率、失真等。例如，在晶片曝光開始之前，可以通過對(duì)傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)(多個(gè)傳統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的組合)所做的測(cè)量進(jìn)行變換，從而確定焦距、放大率、失真等。隨后，可以調(diào)整透鏡元件以及工作臺(tái)的位置，使得這些成像參數(shù)是最佳的。通常，這里考慮垂直位置Z、Rx、Ry，其中Z為垂直位置，Rx為繞第一水平軸的旋轉(zhuǎn)，Ry為繞與第一水平軸垂直的第二水平軸的旋轉(zhuǎn)。
透鏡受熱效應(yīng)會(huì)引起所述成像特征變化。通過模擬透鏡受熱的影響，可以在每次曝光開始時(shí)計(jì)算出使透鏡受熱對(duì)成像特征影響最小化的焦距、放大率等的校正。
本發(fā)明的一個(gè)方面在于，把常規(guī)坐標(biāo)系(諸如測(cè)量信號(hào)等的信號(hào)用該坐標(biāo)系表示)變換為所謂的“自然”坐標(biāo)系(諸如焦距、放大率等的成像坐標(biāo))。下文中參考圖2解釋該基本概念。
圖2中的控制系統(tǒng)1被設(shè)置成把信息信號(hào)2至少變換為自然反饋信號(hào)6。自然反饋信號(hào)6可以為諸如焦距、放大率、或失真信號(hào)(或它們的任意組合)的成像參數(shù)。在這個(gè)例子中，控制系統(tǒng)1包含完成從信息信號(hào)2到自然反饋信號(hào)6變換的獨(dú)立變換單元8。
控制系統(tǒng)1包含自然控制器10，該控制器10被設(shè)置成基于自然反饋信號(hào)6和自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)14產(chǎn)生控制信號(hào)12。該控制信號(hào)被傳送到產(chǎn)生一組控制器驅(qū)動(dòng)信號(hào)18.1、18.2、18.3、18.4、及18.5的逆變換單元16，這些信號(hào)分別代表將要施加到光刻版工作臺(tái)20、第一透鏡元件22、第二透鏡元件24、第三透鏡元件26及晶片工作臺(tái)28的各個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的各個(gè)驅(qū)動(dòng)力的值。由測(cè)量系統(tǒng)29測(cè)量不同元件的最終位置，該系統(tǒng)29產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)2包含光刻版工作臺(tái)20、晶片工作臺(tái)28、以及透鏡元件22、24、26的確定(此時(shí)為測(cè)量的)位置。根據(jù)一個(gè)示范實(shí)施方案，每個(gè)可移動(dòng)對(duì)象具有其自身的測(cè)量子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)測(cè)量該對(duì)象在一維或多維內(nèi)(特定方向與/或取向上)的位置。
按照這種方式，控制系統(tǒng)1被設(shè)置成基于控制信號(hào)12控制工作臺(tái)20、28以及透鏡元件22、24、26的位置。
下文中將進(jìn)行更加詳細(xì)的討論，其中討論了兩個(gè)不同的基本概念。首先提出了一種結(jié)構(gòu)，其中“自然”控制器替代傳統(tǒng)位置控制器。隨后描述了一種結(jié)構(gòu)，其中原始位置控制器附加了一組額外的自然控制器。
圖3示出了包含兩個(gè)自然SISO(單輸入單輸出)控制器10.1與10.2的控制系統(tǒng)1。每個(gè)控制器10.i產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)12.i(i＝1，2)。控制信號(hào)被傳輸?shù)阶儞Q單元16，該單元16產(chǎn)生兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如，力信號(hào))18.1與18.2以分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)透鏡元件30.i(i＝1，2)。由于相關(guān)驅(qū)動(dòng)力作用在透鏡元件30.i上，因此透鏡元件30.i(i ＝1，2)被移動(dòng)。測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量該位移，并產(chǎn)生包含透鏡元件位置信息的位置信號(hào)2.i(i＝1，2)。這種情況下，就產(chǎn)生了兩個(gè)位置信號(hào)，它們共同形成了信息(或測(cè)量)信號(hào)。該測(cè)量信號(hào)被傳輸?shù)接?jì)算出反饋信號(hào)的變換單元8，該反饋信號(hào)包含第一自然坐標(biāo)系內(nèi)的第一自然信號(hào)6.1以及第二自然坐標(biāo)系內(nèi)的第二自然信號(hào)6.2。各個(gè)反饋信號(hào)6.i被反饋并從各個(gè)自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)14.i(i＝1，2)中被減去，后者產(chǎn)生各個(gè)自然誤差信號(hào)32.i(i＝1，2)。這些誤差信號(hào)可以代表焦距誤差、放大率誤差等。這些誤差形成各個(gè)控制器10.i(i＝1，2)的輸入。各個(gè)控制器通過產(chǎn)生這些自然坐標(biāo)之一中的控制信號(hào)而處理該“自然”坐標(biāo)。
變換單元8可以使用矩陣T變換(傳統(tǒng)的)二維矢量-位置-信號(hào)(包含位置分量2.1與2.2)，以計(jì)算出二維矢量反饋信號(hào)(包含自然坐標(biāo)系內(nèi)的分量6.1與6.2)。
單元16使用矩陣T-1把控制器輸出(在這個(gè)例子中為二維矢量控制信號(hào)12.1與12.2)變換成控制器力(這種情況下為二維矢量信號(hào)18.1與18.2)。可以設(shè)計(jì)出該思想的各種不同形式，這將在本說明書中隨后示出。
作為對(duì)控制方面的進(jìn)一步解釋，將更加詳細(xì)地闡述圖3的例子。分別用L1與L2表示兩個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)(例如，兩個(gè)透鏡元件30.1與30.2)的機(jī)制，相應(yīng)的控制器10.1與10.2分別用CL1與CL2表示。在這個(gè)例子中，焦距和放大率為兩個(gè)要控制的成像參數(shù)。此外，假設(shè)待控制對(duì)象7只由可移動(dòng)的質(zhì)量描述(無額外的動(dòng)力學(xué))。透鏡元件30.i(i＝1，2)的位置y1與相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)18.i(i＝1，2)施加的控制力F1之間的關(guān)系為yi=1mis2Fi.]]>該例子中要用到的控制原理為帶有低通濾波器的PID控制概念，其輸出U與位置誤差e的關(guān)系為
U=Kp(1+12πfis)(2πfds+1)(1s2(2πfLP)2+2βLPs(2πfLP)+1)e]]>其中

(利用逆變換單元16)通過變換矩陣T-1把PID輸出U變換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)18.i(及將作用到相關(guān)可移動(dòng)對(duì)象的相應(yīng)的力)。
這些參數(shù)的調(diào)整取決于選定的帶寬，使用因子α確定與帶寬fBW相關(guān)的積分器頻率、微分器頻率、以及低通濾波器頻率的設(shè)定Kp=m(2πfBW)2α]]>fi=fd=fBWα]]>fLP＝fBW·α注意，積分器頻率較高(傳統(tǒng)上選用的該頻率小于微分器頻率，但在本例子中為了改善對(duì)干擾的抑制，選用的積分器頻率與微分器頻率相同)。此外，α選定為3，低通濾波器阻尼β選定為0.7。在本例子中，假設(shè)L1質(zhì)量為20kg，同時(shí)L2質(zhì)量為10kg。最后，假設(shè)L1控制回路的帶寬為25Hz，同時(shí)L2控制回路的帶寬為50Hz。
考慮到焦距和放大率對(duì)透鏡元件位置的靈敏度，選用矩陣T=0.80.20.20.8.]]>這意味著兩個(gè)元件對(duì)焦距和放大率都有影響。
圖3的例子中的控制器10.1與10.2分別控制焦距和放大率。為每個(gè)控制器提供最適合每個(gè)坐標(biāo)的特征。例如，如果認(rèn)為焦距比放大率更重要，可以為焦距控制器提供比放大率控制器更大的帶寬。
各個(gè)控制器10.1與10.2“看到”兩個(gè)透鏡元件的組合。如果焦距控制器輸出正確的力，則兩個(gè)透鏡元件都開始移動(dòng)。然而，這也會(huì)引起必須由放大率控制器處理的放大率干擾。這是由于，該過程現(xiàn)在已經(jīng)變?yōu)橐粋€(gè)非對(duì)角的多輸入多輸出系統(tǒng)TL100L2T-1=TLT-1]]>不再是對(duì)角矩陣。
圖4示出了包含MIMO(多輸入多輸出)控制器10的控制系統(tǒng)1。控制器10產(chǎn)生包含兩個(gè)分量12.i(i＝1，2)的控制信號(hào)。該控制信號(hào)被傳輸?shù)阶儞Q單元16，該單元計(jì)算出包含兩個(gè)分量18.i(i＝1，2)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
MIMO概念提供了提供與對(duì)角矩陣相對(duì)應(yīng)的過程的可能性。這可以防止自然坐標(biāo)之間的串?dāng)_。例如，當(dāng)焦距設(shè)定點(diǎn)改變時(shí)，兩個(gè)透鏡元件都將移動(dòng)到一個(gè)新位置，使得在該移動(dòng)期間所有其它坐標(biāo)(例如放大率)保持不變。
在隨后的公式中用CFM表示控制器10，該控制器10包含具有四個(gè)子控制器的矩陣CFM=c11(s)c12(s)c21(s)c22(s).]]>只需要設(shè)計(jì)兩個(gè)控制器(焦距和放大率)；另外兩個(gè)控制器遵從去耦要求(decoupling demand)，即開環(huán)矩陣TLT-1CFM為對(duì)角矩陣。選擇這個(gè)矩陣等于待設(shè)計(jì)對(duì)角控制器矩陣S乘以原始的對(duì)角過程矩陣LTLT-1CFM＝LSCFM＝(TLT-1)-1LS＝TL-1T-1LSS可以為包括分開的焦距和放大率控制器的原始對(duì)角矩陣S=CF00CM.]]>可以分別為透鏡力學(xué)傳遞函數(shù)L1與L2設(shè)計(jì)該控制器。于是由上述方程得到待實(shí)現(xiàn)的CFM。
注意，當(dāng)要求閉環(huán)行為而非開環(huán)行為為對(duì)角時(shí)，會(huì)出現(xiàn)類似的要求。同樣地在這種情況下，該控制器必須為TL-1T-1和對(duì)角矩陣(此時(shí)等于Q(1-Q)-1，其中Q為所要求的閉環(huán)行為)的乘積。因此，這導(dǎo)致對(duì)控制器矩陣的相同要求。
為了充分地了解本發(fā)明，示出了兩個(gè)例子，其中給出了特定實(shí)施方案的模擬結(jié)果。
結(jié)合圖5A至5F，示出了第一例子的一些模擬結(jié)果，其中給出了焦距設(shè)定點(diǎn)的0.1m階躍式變化，并將其與傳統(tǒng)情形進(jìn)行比較。
結(jié)合圖6A至6F，示出了第二例子的一些模擬結(jié)果，其中給出了在透鏡元件30.1上施加1N的干擾力的響應(yīng)，并將其與傳統(tǒng)情形進(jìn)行比較。
在這兩個(gè)例子中，透鏡元件30.1的控制器帶寬為25Hz；透鏡元件30.2的帶寬為50Hz；焦距的帶寬為25Hz；放大率的帶寬為50Hz。
圖5A至5F示出了焦距階躍響應(yīng)。圖5A與5B示出了使用局部透鏡元件控制器的傳統(tǒng)情形。圖5A、5C、與5E示出了透鏡元件30.1與30.2的移動(dòng)。圖5B、5D、與5F示出了產(chǎn)生的焦距和放大率。圖5C、5D示出了使用SISO焦距和SISO放大率控制器的情形。圖5E、5F示出了MIMO焦距和放大率控制器。
可以觀察到，使用局部透鏡控制器時(shí)，當(dāng)焦距設(shè)定點(diǎn)給定時(shí)，放大率干擾效應(yīng)明顯。使用焦距和放大率控制器，放大率干擾變小，但并未消失。使用MIMO控制器，實(shí)際上不再出現(xiàn)任何放大率干擾。因此，焦距設(shè)定點(diǎn)變化僅僅引起焦距變化而不影響放大率。
圖6A至6F示出了控制器行為的另一個(gè)例子，即對(duì)在透鏡元件30.1上施加1N的階躍式干擾的響應(yīng)。使用局部控制器，受干擾透鏡元件30.1也影響放大率，因此放大率干擾也明顯(圖6B)。當(dāng)使用自然控制器時(shí)，特別是使用MIMO控制器時(shí)，可降低該效應(yīng)?？梢郧宄乜闯觯褂肕IMO控制器時(shí)，透鏡元件30.2被移動(dòng)(圖6E)，從而最小化由透鏡元件30.1的干擾引入的放大率誤差(圖6F)。
圖7與圖8中示出了自然控制器和傳統(tǒng)控制器的級(jí)聯(lián)。要提及的是，由于各種原因，可能需要保持透鏡元件和工作臺(tái)的傳統(tǒng)或原始控制回路(諸如回路36.1與36.2)。例如，這些控制器可運(yùn)行于不同的運(yùn)動(dòng)控制器計(jì)算機(jī)上，或者各種元件的動(dòng)力學(xué)比目前為止所假設(shè)的要復(fù)雜得多。在這些情況下，理想的是保持原始控制器。
圖7示出了包含與兩個(gè)傳統(tǒng)控制器級(jí)聯(lián)的兩個(gè)自然SISO(單輸入單輸出)控制器10.1與10.2的控制系統(tǒng)1。這兩個(gè)單獨(dú)的控制器10.1與10.2產(chǎn)生兩個(gè)獨(dú)立的控制信號(hào)12.1與12.2。控制信號(hào)(12.1、12.2)被傳送到計(jì)算出驅(qū)動(dòng)信號(hào)18(包含兩個(gè)分量18.1與18.2)的變換單元16。驅(qū)動(dòng)信號(hào)18的單獨(dú)的分量18.1與18.2被當(dāng)作單獨(dú)的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，分別輸入到控制器36.1與36.2。傳統(tǒng)控制器對(duì)傳統(tǒng)的位置坐標(biāo)操作。
注意，前一段中描述的圖7所示的結(jié)構(gòu)存在與先前所討論的相同的問題焦距和放大率控制器“看到”一個(gè)非對(duì)角系統(tǒng)，引起干擾之間的串?dāng)_。在這里同樣地，解決的辦法在于把這些控制器擴(kuò)展為如圖6所示的2×2結(jié)構(gòu)(即2×2的控制器矩陣)。
圖8示出了包含與兩個(gè)傳統(tǒng)控制器級(jí)聯(lián)的MIMO(多輸入多輸出)控制器10的控制系統(tǒng)1。控制器10產(chǎn)生包含兩個(gè)分量12.i(i＝1，2)的控制信號(hào)。該控制信號(hào)被傳送到計(jì)算出驅(qū)動(dòng)信號(hào)18(包含兩個(gè)分量18.i(i＝1，2))的變換單元16。驅(qū)動(dòng)信號(hào)18的單獨(dú)的分量18.1與18.2被當(dāng)作單獨(dú)的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，分別輸入到傳統(tǒng)控制回路36.1與36.2。傳統(tǒng)控制器對(duì)傳統(tǒng)的位置坐標(biāo)進(jìn)行操作。
基本上，用于計(jì)算圖6中控制器10(該控制器用2×2矩陣CFM表示)的四個(gè)元件的公式可以與結(jié)合圖4所說明的公式相同。然而，不使用表示透鏡力學(xué)的矩陣L，而是必須要應(yīng)用閉環(huán)透鏡傳遞函數(shù)的矩陣PCFM＝TP-1T-1PS。因此，必須計(jì)算出閉環(huán)傳遞的矩陣P，該方法比結(jié)合圖4所討論的方法稍微復(fù)雜。
結(jié)合上述實(shí)施方案做出一些注釋。
首先，矩陣T無需保持不變，它可以取決于諸如照明設(shè)置(數(shù)值孔徑、sigma等)與透鏡受熱效應(yīng)的外部因素。如果根據(jù)這些因素(只要已知這些因素)更新T，則不需要調(diào)整設(shè)定點(diǎn)。例如，考慮到透鏡受熱?；谕哥R的熱模型與已知的光刻版和照明參數(shù)，得知系統(tǒng)焦距發(fā)生漂移。實(shí)際上，矩陣T漂移。因此，備選地，可以基于透鏡受熱模型調(diào)整T，而焦距、放大率、及其它成像特征設(shè)定點(diǎn)保持不變。
第二，可以在自然控制器內(nèi)建立更高的智能。例如，如前所速，假設(shè)一個(gè)透鏡元件受到某些力的干擾。該透鏡元件干擾引起焦距、放大率、及其它成像特征誤差的組合。只有把這一個(gè)透鏡元件恢復(fù)到其期望位置才能解決這個(gè)特定的誤差組合。然而，“更高的智能”會(huì)判定焦距誤差的重要性相對(duì)大于例如放大率誤差的重要性。該“更高的智能”于是決定，以放大率誤差為代價(jià)，使用例如具有更高控制帶寬的其它透鏡元件，快速地解決焦距問題。已經(jīng)在前面的一個(gè)段落中提到了這一原理的基本形式，該段落提到焦距和放大率控制器的帶寬可以表示它們的相對(duì)重要性。更詳細(xì)的版本可以對(duì)作為自然參數(shù)誤差(焦距等)的函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估，并動(dòng)態(tài)地調(diào)整透鏡元件以最小化該標(biāo)準(zhǔn)。
第三，可移動(dòng)透鏡元件可能比要控制的自然控制器多。在這種情況下，可以使用額外的可用自由度，以最小化干擾對(duì)某個(gè)其它透鏡元件的影響。最終的結(jié)果優(yōu)于沒有額外(多個(gè))透鏡元件的情形。
第四，類似地，可移動(dòng)透鏡元件可能比要控制的自然坐標(biāo)少。在這種情況下，控制器10的輸入多于輸出，并可以被設(shè)計(jì)成使得當(dāng)可移動(dòng)透鏡元件數(shù)目太少時(shí)，可以獲得最優(yōu)性能以產(chǎn)生所需要的行為。
第五，應(yīng)該注意，所述實(shí)施方案中并不包含前饋。通常給出這些前饋的目的為在對(duì)象移動(dòng)期間最小化控制器誤差。類似于把控制器坐標(biāo)從傳統(tǒng)位置改變成自然坐標(biāo)，前饋使用的坐標(biāo)也可以被轉(zhuǎn)變?yōu)樽匀蛔鴺?biāo)。也可以只把前饋轉(zhuǎn)變成自然坐標(biāo)，而讓位置控制器仍工作于傳統(tǒng)坐標(biāo)系。
自然控制器方案有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)1.對(duì)特定特征(例如焦距)的誤差有貢獻(xiàn)的一個(gè)元件的誤差，可以通過調(diào)整其它透鏡元件(部分地)得到校正，從而保持總體成像性能是最佳的。
2.當(dāng)自然坐標(biāo)(焦距等)之一的設(shè)定點(diǎn)改變時(shí)，MIMO控制器引起的其它坐標(biāo)的誤差為零。例如，元件移動(dòng)期間焦距變化引起的放大率的誤差為零。
盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施方案，將會(huì)了解到，可以以不同于所描述的方式來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。該描述并非意圖限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種光刻設(shè)備，包含照明系統(tǒng)，配置成提供輻射束；支撐物，配置成支持圖形化裝置，該圖形化裝置配置成向射束截面?zhèn)鬟f圖形；襯底平臺(tái)，配置成支撐襯底；投影系統(tǒng)，配置成把圖形化的射束投影到襯底的目標(biāo)部分上；測(cè)量系統(tǒng)，配置成產(chǎn)生信息信號(hào)，該信息信號(hào)包含與圖形化裝置、或襯底、或投影系統(tǒng)、或該投影系統(tǒng)的部件、或其任何組合的位置相關(guān)的信息；以及控制系統(tǒng)，配置成把該信息信號(hào)變換為代表該光刻設(shè)備的成像特征的至少一個(gè)自然反饋信號(hào)，所述控制系統(tǒng)設(shè)置成基于自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和該自然反饋信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，該控制系統(tǒng)基于該控制信號(hào)控制所述位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，其中控制系統(tǒng)包含自然前饋控制器，該自然前饋控制器配置成基于自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)產(chǎn)生前饋控制信號(hào)，由該前饋控制信號(hào)確定所述控制信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，進(jìn)一步包含致動(dòng)器，配置成基于該控制信號(hào)，對(duì)支撐物、襯底平臺(tái)、投影系統(tǒng)、和/或投影系統(tǒng)的部件中的至少一個(gè)施加控制力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，其中該投影系統(tǒng)包含具有第一位置的第一透鏡元件和具有第二位置的第二透鏡元件，該單獨(dú)的第一位置和第二位置分別由所述控制系統(tǒng)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，其中該控制系統(tǒng)包含自然控制器，所述自然控制器包含單輸入單輸出控制器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的光刻設(shè)備，其中自然控制器包含配置成產(chǎn)生第二控制信號(hào)的第二單輸入單輸出控制器，其中根據(jù)自然坐標(biāo)的相對(duì)權(quán)重選擇各個(gè)控制器的帶寬。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的光刻設(shè)備，其中該自然控制器包含配置成產(chǎn)生至少兩個(gè)控制信號(hào)的多輸入多輸出控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，其中該控制系統(tǒng)包含配置成對(duì)傳統(tǒng)坐標(biāo)進(jìn)行操作的傳統(tǒng)控制器，以及與該傳統(tǒng)控制器級(jí)聯(lián)的自然控制器。
9.一種用于光刻設(shè)備的控制系統(tǒng)，該光刻設(shè)備包括照明系統(tǒng)，配置成提供輻射束；支撐物，配置成支持圖形化裝置，該圖形化裝置配置成向射束截面?zhèn)鬟f圖形；襯底平臺(tái)，配置成支撐襯底；投影系統(tǒng)，配置成把圖形化的射束投影到襯底的目標(biāo)部分上；測(cè)量系統(tǒng)，配置成產(chǎn)生信息信號(hào)，該信息信號(hào)包含與圖形化裝置、或襯底、或投影系統(tǒng)、或該投影系統(tǒng)的部件、或其任何組合的位置相關(guān)的信息；，該控制系統(tǒng)包含控制器，配置成把信息信號(hào)變換為代表該光刻設(shè)備的成像特征的至少一個(gè)自然反饋信號(hào)，所述控制器配置成基于自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和自然反饋信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制器基于該控制信號(hào)控制所述位置。
10.用光刻設(shè)備制造器件的器件制造方法，該方法包含把圖形化的輻射束投影到襯底的目標(biāo)部分上；產(chǎn)生信息信號(hào)，該信息信號(hào)包含與用于圖形化輻射束的圖形化裝置、或襯底、或用于投影圖形化射束的投影系統(tǒng)、或該投影系統(tǒng)的部件、或其任何組合的位置有關(guān)的信息；把該信息信號(hào)變換為代表該光刻設(shè)備的成像特征的至少一個(gè)自然反饋信號(hào)；基于自然設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和該自然反饋信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)；以及基于該控制信號(hào)控制所述位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包含對(duì)圖形化裝置的支撐物、襯底的襯底平臺(tái)、以及該投影系統(tǒng)和/或該投影系統(tǒng)的部件中的至少一個(gè)施加控制力。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該投影系統(tǒng)包含具有第一位置的第一透鏡元件與具有第二位置的第二透鏡元件，該方法進(jìn)一步包含控制該第一和第二位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的光刻設(shè)備，其中該成像特征可包含焦距、放大率、與/或失真中的至少一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的控制系統(tǒng)，其中該成像特征可包含焦距、放大率、與/或失真中的至少一個(gè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該成像特征可包含焦距、放大率、與/或失真中的至少一個(gè)。
全文摘要
一種光刻設(shè)備，包含照明系統(tǒng)，配置成提供輻射束；支撐物，配置成支持圖形化裝置，該圖形化裝置配置成向射束截面?zhèn)鬟f圖形；襯底平臺(tái)，配置成支撐襯底；投影系統(tǒng)，配置成把圖形化的射束投影到襯底的目標(biāo)部分上；測(cè)量系統(tǒng)，配置成產(chǎn)生信息信號(hào)，該信息信號(hào)包含與圖形化裝置、襯底、投影系統(tǒng)以及其中部件中的至少一個(gè)的位置相關(guān)的信息；以及控制所述位置的控制系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1721994SQ200510064168
公開日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月14日
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