CN101320223B - 光刻设备、控制方法以及标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种光刻设备、控制方法以及标定方法。所述光刻设备包括衬底支撑件的位置控制系统，所述位置控制系统包括：位置测量系统，配置以确定衬底支撑件上传感器或传感器目标的位置；控制器，配置以基于衬底目标部分的期望位置和所确定的位置提供控制信号；以及一个或多个致动器，配置以作用于衬底支撑件上。该位置控制系统包括衬底支撑件的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括目标部分的位置改变和传感器或传感器目标的位置改变之间的差值跟施加在衬底支撑件上的力的关系。该位置控制系统配置用于至少在将图案化的辐射束投影到目标部分过程中，采用刚度补偿模型对目标部分的位置进行充分地修正。

Description

光刻设备、控制方法以及标定方法
技术领域
本发明涉及一种光刻设备，一种控制方法以及一种标定方法。
背景技术
光刻设备是将期望的图案应用到衬底上的机器，一般是应用到衬底的目标部分上。光刻设备可以用在例如集成电路(ICs)制造中。这时，使用可选择性地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置，产生要在IC的单个层上形成的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一部分、一个或多个管芯)上。典型地，图案的转移是通过在衬底上提供的一层辐射敏感材料(抗蚀剂)上成像。一般地，单个衬底包括连续地图案化的相邻目标部分的网络。传统的光刻设备包括：所谓的步进机，其中通过一次将整个图案曝光至目标部分而辐射每个目标部分；以及所谓的扫描器，其中通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、同时以与该方向平行或反向平行地同步扫描衬底而扫描图案，来辐射每个目标部分。通过将图案压印到衬底上，从而将图案形成装置上的图案转移到衬底上也是可能的。
已知的光刻设备包括用于控制衬底支撑件的位置的位置控制系统。该位置控制系统包括位置测量系统，所述位置测量系统被配置用以测量衬底支撑件的多个传感器或传感器目标位置。
在光刻设备的使用中，将在衬底支撑件上施加力。例如，在曝光阶段，也就是在将图案化光束投影到衬底水平面的目标部分上的过程中，执行调平动作，以相对于透镜柱或投影系统将衬底的上表面沿正确的取向进行定位。由于衬底支撑件的刚度有限，所以该调平动作可能引起衬底支撑件短暂的形变。这些变形可能导致聚焦误差和/或重叠中的偏移。
已知光刻设备的实施例包括液体限制系统，为了提高产品质量，所述液体限制系统提供在衬底和投影系统最终元件之间的液体，以获得这些元件之间更恰当的损坏系数。在曝光阶段，这种液体限制系统或液体本身也可以施加力至衬底从而至衬底支撑件上。这些由液体限制系统施加的外力也可能引起衬底支撑件的短暂形变，并且从而导致聚焦误差和/或在重叠中的偏移。
为了降低衬底台变形而导致聚焦误差或重叠偏移的风险，已经提出了增强衬底支撑件的刚度。但是，对于衬底支撑件定位的精确度和速度的不断增长的要求，增强衬底支撑件的刚度而不引起进一步的问题的可能性(例如相对于重量)可能已经达到其极限。
发明内容
旨在提供一种用于光刻设备的位置控制系统，在所述位置控制系统中，可以提高目标部分相对于透镜柱或投影系统定位的精确度。
在本发明的实施例中，提供了一种光刻设备，所述光刻设备包括：照射系统，所述照射系统配置用于调节辐射束；图案形成装置，所述图案形成装置将图案在其横截面上赋予辐射束以形成图案化辐射束；衬底支撑件，所述支撑件设置用来保持衬底；以及投影系统，所述投影系统设置用来将该图案化辐射束投影到衬底的目标部分上，其中该光刻设备包括位置控制系统，所述位置控制系统设置用来控制目标部分的位置，其中该位置控制系统包括：位置测量系统，所述位置测量系统设置以确定该衬底支撑件上的传感器或传感器目标的位置；控制器，所述控制器设置以基于预期位置和确定位置提供控制信号；以及一个或多个致动器，所述致动器设置以作用于该衬底支撑件上，其中该位置控制系统包括该衬底支撑件的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括施加在该衬底支撑件上的力和所产生的该目标部分的位置误差之间的关系，其中该位置控制系统设置用来至少在图案化辐射束投影到目标部分上的过程中进行大致地修正，该目标部分的位置使用了刚度补偿模型。
在本发明的实施例中，提供位置控制系统，所述位置控制系统设置以控制可移动物体上的特定位置，包括：位置测量系统，所述位置测量系统设置以确定可移动物体上传感器或传感器目标的位置；控制器，所述控制器设置以基于预期位置和确定位置提供控制信号；以及一个或多个致动器，所述致动器设置以作用于可移动物体，其中该位置控制系统包括可移动物体的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括施加在可移动物体上的力和在所述可移动物体上的特定位置所产生的误差之间的关系，以及其中该位置控制系统被设置以使用该刚度补偿模型来修正特定定位的位置。
在本发明的一个实施例中，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括：照射系统，所述照射系统配置用于调节辐射束；图案形成装置支撑件，所述图案形成装置支撑件设置以支撑图案形成装置，该图案形成装置可以将图案在其横截面上赋予辐射束以形成图案化辐射束；衬底台，所述衬底台设置用来保持衬底；以及投射系统，所述投影系统设置用来将该图案化辐射束投影到该衬底的目标部分上，其中该光刻设备包括位置控制系统，所述位置控制系统设置用来控制图案形成装置的图案位置，其中该位置控制系统包括：位置测量系统，所述位置测量系统设置以确定该图案设备支撑件上的传感器或传感器目标的位置；控制器，所述控制器设置以基于预期位置和确定位置提供控制信号；以及一个或多个致动器，所述致动器设置以作用于图案设备支撑件上，其中该位置控制系统包括图案形成装置支撑件的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括施加在图案形成装置支撑件上的力和图案位置所产生的位置误差之间的关系，其中该位置控制系统设置用来至少在将图案赋予辐射束的过程中进行大致修正，定位该图案位置使用了刚度补偿模型。
在本发明的实施例中，提供一种控制被支撑在衬底支撑件上的衬底的目标部分的位置的方法，该目标部分由图案化辐射束投影，其中目标部分的位置控制包括修正目标部分的位置误差，该修正包括：确定代表了施加在衬底台和/或衬底上的力的力信号，将力信号送到衬底支撑件的刚度补偿模型中，并且用刚度补偿模型的输出来修正该目标部分的位置误差。
衬底支撑件的刚度补偿模型可以包括施加在衬底支撑件上的力和目标部分所产生的位置误差之间的关系。
在本发明的实施例中，提供一种确定衬底支撑件的刚度补偿模型的标定方法。该衬底支撑件的刚度补偿模型可以包括施加在衬底支撑件上的力和衬底上的目标部分所产生的位置误差之间的关系。该方法包括：在衬底支撑件上，施加多个扰动力到衬底支撑件的多个位置中的每一个位置上；确定该扰动力和目标部分的位置产生的改变之间的频率响应函数；生成多个位置中的每一个的补偿增益矩阵，或生成补偿增益矩阵，每个补偿增益矩阵依赖于衬底支撑件的位置。
附图说明
在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中：
图1描述了根据本发明的一个实施例的光刻设备；
图2描述了根据本发明的一个实施例的光刻设备的台；
图3示意性地描述了根据图2的实施例的光刻设备的控制方案；
图4描述了根据本发明的实施例的频率传递函数矩阵，所述频率传递函数矩阵描述伺服机构和衬底支撑件上的加速度力引起的目标部分误差之间的关系，该关系由衬底支撑件的位置确定；
图5描述了根据本发明的实施例的刚度补偿模型；并且
图6描述了根据本发明的实施例的包括液体限制系统的光刻设备的控制方案。
具体实施方式
图1示意性描述了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括：照射系统(照射器)IL，设置用于调节辐射束B(如UV辐射或其它任何适合的辐射)；支撑结构或图案支撑件(如掩模台)MT，设置用于支撑图案形成装置(如掩模)MA，并且连接到配置用于根据确定的参数对图案形成装置进行精确定位的第一定位装置PM。该设备也包括衬底台(如晶片台)WT或“衬底支撑件”，设置以保持衬底(如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并且连接到根据确定的参数对衬底进行精确定位的第二定位装置PW。该设备进一步包括投影系统(如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统PS设置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(如包括一个或多个管芯)上。
该照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或任何上述部件的组合，以引导，成形或控制辐射。
该支撑结构支撑图案形成装置，即承受图案形成装置的重量。其以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计、以及诸如图案形成装置是否处于真空环境中等其它情况的方式。该支撑结构可以用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持该图案形成装置。该支撑结构可以是框架或台，例如，根据需要可以是固定或可移动的。该支撑结构可以确保图案形成装置处于期望的位置，例如相对于投影系统。在此使用的任何术语“掩模版”或“掩模”被认为是与更上位的术语“图案形成装置”同义。
于此使用的术语“图案形成装置”可以被广泛地理解为可以用来将图案在其横截面上赋予辐射束以在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应该注意，被赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的期望的图案严格对应，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地，被赋予辐射束的图案对应于在目标部分中所形成的器件中的特定的功能层，例如集成电路。
该图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列、可编程液晶显示(LCD)面板。在光刻中，掩模是公知的，并且包括诸如二元掩模、交替相移掩模和衰减相移掩模等掩模类型，以及多种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例应用小反射镜的矩阵排列，每个小反射镜可以单独地倾斜以沿不同方向反射入射的辐射束。被倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜阵列反射的辐射束。
可以将于此使用的术语“投影系统”广泛地理解为包含任何类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁性式、电磁式以及静电式光学系统，或它们的任何组合，例如适合于所采用的曝光辐射，或适合于诸如使用浸没液体或使用真空等其它原因。可认为于此使用的任何术语“投影透镜”与更上位的术语“投影系统”同义。
如此处描述的，该设备是透射型的(如采用透射式掩模)。可选择地，该设备可以反射型的(如采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
该光刻设备可以是包括两个(双台)或更多衬底台或“衬底支撑件”(和/或两个或更多掩模台或“掩模支撑件”)的类型。在这样的“多台”机器中，可以并行使用附加的台或支撑件，或者可以在一个或多个其它台或支撑件用作曝光的同时，在一个或多个台或支撑件上进行预备步骤。
该光刻设备也可以是其中至少衬底的一部分被液体覆盖的类型，该液体具有相对高的折射率，比如水，从而填充投影系统和衬底之间的空隙。浸没液体也可应用到光刻设备中的其它空隙中，例如掩模和投影系统之间。可使用浸没技术以增加投影系统的数值孔径。于此使用的术语“浸没”并不表示结构，例如衬底，必须浸没在液体中，而仅仅表示曝光时将液体设置在投影系统和衬底之间。
参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。该源和光刻装置可以是分离的实体，例如当该源是受激准分子激光器时。此时，不认为该源是光刻设备的组成部分，并且辐射束在束传递系统BD的辅助下从源SO传到照射器IL，该束传递系统BD包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器。在其它情况下，该源可以是光刻设备的组成部分，例如当该源为汞灯时。该源SO和照射器IL，以及如果需要时和束传递系统BD一起，称为辐射系统。
该照射器IL可包括设置以调整辐射束的角强度分布的调整器AD。一般地，可以对照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(一般分别指σ-外部和σ-内部)进行调整。另外，该照射器IL可包括其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可使用该照射器调节辐射束，以在其横截面上具备期望的均匀性和强度分布。
该辐射束B入射到被保持在支撑结构(如掩模台MT)上的图案形成装置(如掩模MA)上，并且通过图案形成装置形成图案。穿过图案形成装置(如掩模)MA后，辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束聚焦至衬底W的目标部分C上。在第二定位装置PW和定位传感器IF(例如干涉仪器件、线性编码器或电容传感器)的辅助下，可精确地移动衬底台WT，例如以便在辐射束B的路径上定位不同的目标部分C。相似地，例如在从掩模库中进行机械检索后或在扫描过程中，可使用该第一定位装置PM和另一个定位传感器(在图1中未示出)相对于辐射束B的路径精确定位图案形成装置(例如掩模)MA。通常，可在长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助下实现支撑结构或图案支撑件(如掩模台)MT的移动，所述长行程模块和短行程模块形成第一定位装置PM的一部分。同样地，可通过使用长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT或“衬底支撑件”的移动，所述长行程模块和短行程模块形成第二定位装置PW的一部分。在步进机的情况下(与扫描器的相反)，支撑结构(如掩模台)MT可以仅连接至短行程致动器，或可以被固定。可使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2使得图案形成装置(如掩模)MA和衬底W对准。尽管所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但可将它们设置在目标部分(已知的划线对准标记)之间的空间中。同样地，在掩模MA上设置了多于一个的管芯的情况下，可将掩模对准标记设置在管芯之间。
所描述的设备可以用在下面模式中的至少一个中：
1. 在步进模式中，在将赋予辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将支撑结构(如掩模台)MT或“图案支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”保持实质静止(即单静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动该衬底台WT或“衬底支撑件”，从而可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了单静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2. 在扫描模式中，在将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，同步扫描支撑结构(如掩模台)MT或“图案支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”(即单动态曝光)。借助于投影系统PS的放大率(或缩小率)和图像反转特性，可以确定衬底台WT或“衬底支撑件”相对于支撑结构(如掩模台)MT或“图案支撑件”的速度和方向。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，但扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3. 在其它模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(如掩模台)MT或“掩模支撑件”保持实质静止，并且在将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，移动或扫描衬底台WT或“衬底支撑件”。在该模式中，一般使用脉冲辐射源，在衬底台WT或“衬底支撑件”每次移动之后或在扫描过程中连续的辐射脉冲之间，根据需要更新可编程图案形成装置。该操作模式易于应用于无掩模光刻中，所述无掩模光刻利用了可编程图案形成装置，比如上述类型的可编程反射镜阵列。
也可以使用是上述使用模式的组合和/或变体或使用完全不同的使用模式。
图2显示了用于支撑衬底2的衬底支撑件1。将该衬底细分成许多如图1所示的目标部分3，随后用投影系统4将图案化的辐射束投影到该目标部分3上。
为了随后相对于投影系统4将衬底2的不同的目标部分3定位，提供位置控制系统以控制衬底支撑件2的位置。因此，该衬底支撑件1在多个自由度上是可移动的，所述自由度典型为三个共面的自由度(在与衬底基本平行的平面内)或六个自由度。
该位置控制系统包括：位置测量系统5，所述位置测量系统5用于测量在合适的自由度上的衬底支撑件的位置；控制器6，所述控制器6用于至少以位置测量系统所测量的位置为基础提供控制信号；以及一个或多个致动器7，所述一个或多个致动器7在期望的方向上驱动衬底支撑件1。
提供位置测量系统5以测量该衬底支撑件1的位置，位置测量系统5例如可以是干涉仪系统或编码器型测量系统。该位置测量系统5包括安装在衬底支撑件1上的多个传感器8，例如编码器型传感器，以及完全安装在基本固定的框架10上的多个传感器目标9。在可选实施例中，当该传感器目标安装在衬底支撑件1上时，可以将该传感器安装在量测框架10上。可以采用具有高精度(纳米精度)的、适合测量衬底支撑件位置的任何其它类型的测量方法。
该控制器包括减法器，其中从例如由选定点发生器给出的期望的位置减去衬底支撑件2的实际位置。所得到的信号被称为伺服误差，将所得到的信号送入控制器单元，所述控制器单元基于控制器单元的输入提供控制信号，所述控制信号被送入致动器以驱动衬底支撑件1到期望的位置。
该控制器可进一步包括前馈装置，这种前馈装置可基于选定点信号或其它参考信号提供前馈信号。在这种情况下，通常在控制器单元和致动器之间设置附加装置，其中控制信号和前馈信号相加以提供馈送到致动器7的第二控制信号。
该致动器7可以是可在期望的方向上移动衬底支撑件2的任何致动器。配置该致动器以在一个或多个自由度上驱动衬底支撑件。可以提供两个或更多致动器，以实现在衬底支撑件1上在不同自由度上的驱动或不同位置上的驱动。这些致动器及其布置是本领域公知的。
上述位置控制系统已经相对于一个自由度进行了描述。在实际中，将配置位置控制系统以在多个自由度上控制衬底支撑件的位置，所述多个自由度典型为三个共面的自由度或六个自由度。因此，位置控制系统3可包括配置用于在期望的数量的自由度上测量衬底支撑件的位置的一维或多维传感器布置，以及用于使得衬底支撑件在可能的需要的所有自由度上定位的一维或多维致动器。
进一步，在控制系统内指挥上述位置控制系统3以控制衬底支撑件的位置。可提供相似的系统以控制速度、加速度或其它与衬底支撑件的位置相关的物理量。
上述位置测量系统5一般是公知的。但是，该位置控制系统可以不考虑衬底支撑件的内部柔性。当在衬底支撑件上施加力时，该衬底支撑件可能暂时会变形。结果，衬底支撑件的一个定位位置的位置变化不会自动地引起衬底支撑件另一个位置的相应的变化。由衬底支撑件的内部柔性引起的这些不同可以在同一个自由度中，也可在不同的自由度中，这就是所谓的串扰效应(cross-talk effect)。
通常，当必须考虑衬底支撑件的柔性时，衬底支撑件上有与衬底支撑件上的位置控制有关的三个相关定位位置。第一个定位是安装在衬底支撑件上的传感器或传感器目标的位置。在该定位位置上，可以确定衬底支撑件的实际位置。由于衬底支撑件的位置控制的目的是控制目标部分3相当于投影系统4的位置，所以第二个重要定位位置是衬底目标部分的定位位置。第三个重要定位位置是在衬底支撑件上施加力的位置。
当将驱动力或其它力施加在衬底支撑件上时，由于衬底支撑件的内部柔性，第一个定位位置和第二个定位位置的位置变化可能是不同的。该控制器通常在第一个定位位置的基础上控制衬底支撑件的位置，该第一个定位位置是位置测量系统的传感器或传感器目标的位置。这样的修正例如是利用前馈装置进行的。
但是，尽管该控制动作可以充分改善第一定位位置的定位，但它对第二定位位置的效果可能不同。由于第三定位位置和第二定位位置之间的衬底支撑件的柔性与第一定位位置和第二定位位置之间的衬底支撑件的柔性可能不同。然而，需要实际控制第二位置，即目标部分，因为这是图像在衬底上所投影的实际位置。
为了考虑衬底支撑件的有限的刚度，也就是柔性，该位置控制系统包括刚度补偿模型，该刚度补偿模型包含了施加在衬底支撑件上的力与所导致的目标部分和传感器或传感器目标的位置改变的差别之间的关系。该刚度补偿模型可以设置在控制环的前馈部分或反馈部分中，或在前馈或反馈的组合中。从控制稳定性的角度考虑，前馈环的布置是优选的。
在图3中，示出了位置控制系统的多元控制方案，所述位置控制系统包括在前馈装置中的刚度补偿模型。
图3所示的控制方案，设计用于补偿目标部分位置的误差，该误差是由在将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上的阶段的过程中为调平动作所施加的力和衬底台柔性的共同作用引起的。这些水平致动是考虑到衬底上表面的不规则形貌而进行的。在所谓的测量阶段中，在投影阶段之前，衬底目标部分的高度图是由这些不规则形貌构成，并且在投影阶段移动该衬底以相对于投影系统的恰当地定位衬底。这种调平在美国专利No.6,924,884中有详细描述，于此并入其内容作为参考，以及在美国专利No.7,019,815中，于此并入其内容作为参考。
在图3所示的控制方案中，选定点发生器SG生成衬底支撑件的位置选定点sp-pos和加速度选定点sp-acc。在减法器中，位置选定点减去由该位置测量系统测量的该衬底支撑件的实际位置，并将计算结果送入到控制器单元CU，所述控制器单元CU基于该实际位置和选定点位置之间的差值，也就是伺服误差，提供控制力信号。将该选定点发生器SG的加速度选定点sp-acc送入加速度前馈单元FFacc，所述加速度前馈单元FFacc生成前馈信号，该前馈信号被加到该控制信号中，并将控制信号送入致动器力转换部件CAFT，该CAFT转换将解耦的控制器力转换为独立的致动器的力信号以对该衬底支撑件的六自由度MIMO机构进行解耦，以便减小串扰耦合矩阵。将所得信号送入该衬底支撑件的一个致动器或多个致动器，所述一个致动器或多个致动器用于将衬底支撑件ST驱动到期望的位置。
进而，在前馈装置中，提供刚度补偿模型FFcomp以补偿衬底支撑件在传感器的定位位置上的变形和在目标部分的位置上的变形之间的差异，所述差异由被施加到衬底支撑件上的力所导致，所述力用于衬底支撑件ST的调平。由于(多维)加速度选定点信号是衬底支撑件上的驱动力的代表性信号，所以该加速度选定点信号用作被送入刚度补偿矩阵的力信号。在实际送入补偿增益矩阵之前，该加速度选定点通过滤波器AF，如作为二次微分器工作的二级高通滤波器，以转化表示目标部分上的位置变化的加速度选定点信号，所述位置变化是由衬底支撑件柔性引起的。
该补偿增益矩阵包括6×6矩阵Kcomp，所述6×6矩阵Kcomp包含了补偿增益，所述补偿增益与在六个自由度之一上的力和在六个自由度之一上的目标部分的位置所得到的补偿之间的每种关系相对应。由于补偿量也依赖于衬底支撑件的实际位置，所以矩阵应该针对衬底支撑件的多个位置设定。由于在扫描过程中衬底支撑件的移动在垂直于投影轴向(一般称为z方向)的平面内主要为二维，补偿增益矩阵针对该二维平面(x-y平面)内的衬底支撑件的多个位置而设定。可提供实时计算装置以针对确定补偿增益矩阵所针对的多个位置之间的位置，计算补偿增益。
在可选择实施例中，提供单补偿增益矩阵，其中补偿增益是衬底支撑件实际位置的函数。
选择该补偿增益，以使得目标部分位置的变化量和安装在衬底支撑件上的传感器位置的变化量之间的差值被补偿以将由投影系统所照射的目标部分定位在基本正确的位置上，其中目标部分位置的变化量和安装在衬底支撑件上的传感器位置的变化量由被施加到衬底支撑件上的驱动力所导致。由于该补偿矩阵是多维矩阵，所以该修正可在相同的自由度上进行，例如y方向的驱动和修正，但是也可在不同的方向上，例如Rz方向上的扭矩驱动和z方向上的修正。一般在每个受控的自由度上的驱动会引起在相同自由度上或自由度相互之间的位置修正。
通过使用图3所示的控制方案进行的上述位置修正，改善了被支撑在衬底支撑件上的目标部分的位置控制，得到更好的重叠和/或聚焦。
在本发明实施例中，可以使用标定方法以得到上述刚度补偿模型。本领域技术人员可以意识到，为了获得目标部分正确的位置控制，即误差补偿，该刚度补偿模型的补偿增益必须被确定。下面将更详细描述用于获得刚度补偿模型的该衬底支撑件的标定方法。
图4示出了伯德图(bode plot)的6×6矩阵，所述伯德图描述了与衬底支撑件上衬底目标部分的误差(虚线)相比的六个输入力/加速度(Fx，Fy，Frz，Fz，Frx，Fry)到伺服误差(实线)的六个位置输出(x，y，Rz，z，Rx，Ry)的频率传递函数。可以从能够测量传感器(伺服)位置和目标部分(晶片)位置的布置中得到这些传递函数，由此随后将特定的输入力引入到衬底台。尤其是，在非对角线的传递函数中，即从一个自由度上的输入到另一个自由度上的输出中，衬底支撑件的柔性变得清楚。该传递函数示出对于一些输入输出组合，传感器(伺服)和目标部分(晶片)的定位位置上的灵敏度差异会高至3dB甚至10dB。显著的是，在800-1500Hz以上的高频率下，内部本征频率开始在传递函数中起主导作用。
对于衬底支撑件上的不同位置，可以得到相似的传递函数。由于至少在曝光阶段中，该衬底支撑件主要在x-y平面内移动，该传递函数可由x-y平面上的多个位置确定。显著的是，由于在这些衬底支撑件的位置中，在投影系统下定位并照射该特定的目标部分，因此衬底支撑件的确定数量的位置与特定的目标部分相关联。
在基本相同的布置中，能够得到被施加在衬底或衬底支撑件上的其它力在传感器和目标部分上的效果。
下一步，将包括作为力/加速度的函数的位置变形的传递函数矩阵，转化为补偿矩阵。这可以通过用期望的理想传递函数乘以衬底支撑件(或更普遍地，为受控的可移动的物体的机构)的复数逆传递函数来实现。得到的补偿模式(如实线所示)是对于每个测量所得的衬底支撑件x-y位置的依赖于频率的传递函数矩阵。期望得到更紧凑的补偿矩阵。可以通过在计算的补偿矩阵(虚线)上拟合实际函数而得到这种矩阵。该对角线传递函数(从一个自由度的输入到同一个自由度的输出)具有相应频率范围之上的单位增益。非对角线项可以由+40dB/10倍斜率(decade slope)的二次高通滤波器逼近。
基于这些所计算的补偿矩阵的逼近，可得到衬底支撑件的每个x-y位置的实际补偿矩阵。
可以提供运算法则，例如插值运算法，以计算针对衬底支撑件非测量位置的补偿矩阵，其中例如该计算基于衬底支撑件的相邻的测量位置的值。
关于上述标定方法，显著的是，在一些自由度的标定过程中，关于目标部分位置测量的任何缺失的信息，缺失的频率响应函数可以基于其它自由度上的信息被拟合。但是，优选是测量目标部分以及传感器/传感器目标两者的位置以得到最优补偿。
根据本发明实施例的该位置控制系统也可被用于衬底支撑件的目标部分的位置误差补偿，所述位置误差由施加在衬底或衬底支撑件上的另一个力的效果和衬底支撑件的柔性相结合而引起。例如，在其中使用液体限制系统在衬底目标部分和投影系统最后透镜元件之间提供一定量的液体的光刻设备中，液体限制系统可在衬底和/或衬底支撑件上施加力。该力是由液体限制系统自身的运动、所述系统内的液流、用于将液体保持在期望的位置上的气体的效应、或衬底支撑件相对于液体限制系统的运动引起的。
公知的是，通过使用液体限制系统的位置/伺服误差和液体限制系统的位置控制系统的控制信号，估计液体限制系统施加在衬底支撑件上的力。在申请号为11/022,950、公开号为US2006/139613的美国专利申请中描述了这种估计模型，于此并入其全部内容作为参考。
在US11/022,950描述的控制系统中，为了给施加在衬底支撑件上的力提供补偿力，将估计得到的力前馈到衬底支撑件的位置控制系统。但是，在该控制系统中，并未考虑衬底支撑件的有限的刚度/柔性，而所述有限的刚度/柔性有可能引起聚焦和/或重叠误差。
图6示出了根据本发明实施例的(简化)控制方案。该控制方案示出用于液体限制系统的位置控制的控制方案部分CONliq，所述控制方案部分CONliq包括选定点发生器SGliq，控制器单元Cliq和液体限制系统的机构Pliq。施加在液体限制系统上的扰动力(用Fd表示)也从相反方向施加到衬底/衬底支撑件上。在伺服误差e和控制器单元Cliq的控制信号ctrl的基础上，扰动估计器Dest估计扰动力Fdest。
衬底支撑件的控制方案部分CONsub，包括选定点发生器SGsub，控制器单元Csub，以及衬底支撑件的机构Psub。在控制方案中，该扰动力Fd作为-Fd加入，这是由于该力是和施加在液体限制系统上的力方向相反的。
为了补偿衬底支撑件的位置，如美国专利申请No.11/022,950所描述的，从衬底支撑件控制器Csub的控制信号中减去估计出的扰动力Fdest以补偿施加在衬底支撑件上的扰动力。但是，该补偿力可以不考虑衬底支撑件的有限的刚度。
因此，根据本发明的实施例，也将该估计出的力送入到刚度补偿模型SCMsub中以计算被送入到衬底支撑件控制环的补偿信号。通过考虑衬底支撑件的柔性，可以更精确地定位该目标部分，其结果是充分降低了聚焦和/或重叠误差的可能性。
由于刚度补偿模型的值依赖于衬底支撑件的实际位置，所以至少在x-y平面内，也将该定点位置送入刚度补偿模型SCMsub。在可选实施例中，可以将衬底支撑件的实际位置送入刚度补偿模型SCMsub。
进一步，对送入刚度补偿模型的力进行计算或测量，而不是基于伺服误差和液体限制系统的位置控制系统的控制信号对该力进行估计。
在上述描述中，为补偿由柔性引起的该衬底目标位置的位置误差，描述了刚度补偿模型。为获得该刚度补偿模型描述了标定方法。任何其它适合获得刚度补偿模型的方法，例如有限元模型，均可以使用，并认为其落入本发明的保护范围之内。
在上述实施例中，至少在光刻设备的曝光阶段，为将被支撑在衬底支撑件上的衬底的目标部分进行定位，已经相对于被施加在衬底支撑件上的力考虑了衬底支撑件的柔性。这些力的示例有用于调平的驱动力和液体限制系统施加的力。本领域技术人员可意识到，当可以计算、测量或估计外力以便可将外力送入刚度补偿模型时，对于任何其它施加在衬底支撑件上的外力，根据本发明实施例的刚度补偿模型都可用于目标部分的位置补偿。认为所有的此类实施例都落入本发明的范围之内。
如果考虑可移动物体的有限的刚度/柔性，则根据本发明实施例的位置控制系统也可用于该可移动物体的特定位置的位置控制。
该位置控制系统可以被实现为计算机程序中的软件，被实现为硬件控制系统或其组合，或者被实现为任何其它类型的适合的控制系统。
尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头等的制造。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (24)

1.一种光刻设备，包括：
照射系统，所述照射系统配置用于调节辐射束；
图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在其横截面上赋予辐射束以形成图案化的辐射束；
衬底支撑件，所述衬底支撑件设置用于保持衬底；
投影系统，所述投影系统配置用于将该图案化的辐射束投影到该衬底的目标部分上；和
位置控制系统，所述位置控制系统配置用于控制该衬底的该目标部分的位置，该位置控制系统包括：
位置测量系统，所述位置测量系统设置用于确定该衬底支撑件上的传感器或传感器目标的位置，
控制器，所述控制器设置用于基于该目标部分的期望的位置和所确定的位置提供控制信号；以及
一个或多个致动器，所述致动器配置用于作用于该衬底支撑件上，
其中该位置控制系统包括该衬底支撑件的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括被施加在该衬底支撑件上的力和该目标部分所产生的位置变形之间的关系，该位置控制系统配置用于至少在将图案化的辐射束投影到目标部分上的过程中，采用刚度补偿模型充分地修正该目标部分的位置。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括用于该衬底支撑件的多个位置的一个或多个补偿增益，每个补偿增益依赖于力信号和该目标部分所产生的位置变形之间的关系。
3.如权利要求2所述的光刻设备，其中每个补偿增益基于力信号到该目标部分所产生的位置变形的传递函数。
4.如权利要求1所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括施加在该衬底支撑件上的力同该目标部分的位置变形和传感器或传感器目标的位置变形间所产生的差值之间的关系。
5.如权利要求4所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括用于该衬底支撑件的多个位置的一个或多个补偿增益，每个补偿增益依赖于力信号同该目标部分的位置变形和传感器或传感器目标的位置变形之间所产生的差值的关系。
6.如权利要求5所述的光刻设备，其中每个补偿增益基于力信号到该目标部分的位置变形和该传感器或传感器目标的位置变形之间所产生的差值的传递函数。
7.如权利要求2所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括补偿增益，该补偿增益，对于衬底支撑件的多个位置中的每一个，基于在六个自由度上的力信号和在六个自由度上的该目标部分所产生的位置改变之间的每种关系来设置。
8.如权利要求2所述的光刻设备，其中该目标部分的多个位置在两个自由度上延伸。
9.如权利要求2所述的光刻设备，其中该控制器包括前馈装置，该刚度补偿模型是该前馈装置的一部分，该前馈装置配置用于通过将力信号或其等效物送入刚度补偿模型以提供前馈信号。
10.如权利要求1所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型被设置在控制器的反馈环中。
11.如权利要求1所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型以该控制器的前馈环和反馈环的组合设置。
12.如权利要求1所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括计算装置，该计算装置设置用于计算对于衬底支撑件的多个位置之间的衬底支撑件的位置的补偿增益。
13.如权利要求1所述的光刻设备，其中施加在衬底支撑件上的力表示由该衬底支撑件的所述一个或多个致动器中的一个施加的力。
14.如权利要求1所述的光刻设备，其中施加在衬底支撑件上的力表示由浸没装置施加在衬底支撑件或衬底上的力。
15.如权利要求1所述的光刻设备，其中该位置控制系统包括滤波器装置，该滤波器装置配置用于在将力信号送入刚度补偿模型之前获得所需的力信号频率成分。
16.如权利要求1所述的光刻设备，其中使用有限元模型确定该刚度补偿模型。
17.一种配置用于控制可移动物体上的定位位置的位置控制系统，该系统包括：
位置测量系统，所述位置测量系统配置用于确定可移动物体上的传感器或传感器目标的位置；
控制器，所述控制器配置用于基于在可移动物体上的定位位置的预期位置和所确定的位置提供控制信号；
一个或多个致动器，所述一个或多个致动器配置用于作用于可移动物体，以及
可移动物体的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括施加在可移动物体上的力和可移动物体上的定位位置所产生的位置变形之间的关系，该位置控制系统配置用于使用该刚度补偿模型来修正定位位置。
18.一种光刻设备，包括：
照射系统，所述照射系统配置用于调节辐射束；
图案支撑件，所述图案支撑件构造用于支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在其横截面上赋予辐射束以形成图案化的辐射束；
衬底支撑件，所述衬底支撑件设置用于保持衬底；
投影系统，所述投影系统配置用于将该图案化的辐射束投影到该衬底的目标部分上；和
位置控制系统，所述位置控制系统配置用于控制该图案形成装置的图案位置，该位置控制系统包括：
位置测量系统，所述位置测量系统设置用于确定该图案支撑件上的传感器或传感器目标的位置，
控制器，所述控制器设置用于基于该图案位置的期望的位置和所确定的位置提供控制信号；以及
一个或多个致动器，所述致动器配置用于作用于该图案支撑件上，
其中该位置控制系统包括该图案支撑件的刚度补偿模型，该刚度补偿模型包括被施加在该图案支撑件上的力和该图案位置所产生的位置变形之间的关系，该位置控制系统配置用于至少在将图案赋予辐射束的过程中，采用刚度补偿模型充分地修正该图案位置的位置。
19.如权利要求18所述的光刻设备，其中该刚度补偿模型包括用于该图案支撑件的多个位置的一个或多个补偿增益，每个补偿增益依赖于力信号和该图案位置所产生的位置变形之间的关系。
20.如权利要求19所述的光刻设备，其中每个补偿增益基于力信号到该图案位置所产生的位置变形的传递函数。
21.一种用于控制被支撑在衬底支撑件上的衬底的目标部分的位置的方法，该目标部分由图案化的辐射束照射，该方法包括修正该目标部分的位置变形的步骤，所述修正步骤包括如下步骤：
确定表示被施加在衬底支撑件和/或衬底上的力的力信号，
将力信号送入该衬底支撑件的刚度补偿模型中，该刚度补偿模型包括施加在衬底支撑件上的力和该目标部分所产生的位置变形之间的关系；以及
用刚度补偿模型的输出来修正该目标部分的位置变形。
22.一种用于确定光刻设备中衬底支撑件的刚度补偿模型的标定方法，该衬底支撑件设置用于保持包含目标部分的衬底，该刚度补偿模型包括被施加在衬底支撑件上的力和该目标部分所产生的位置变形之间的关系，该方法包括以下步骤：
在衬底支撑件上，对于衬底支撑件的多个位置中的每一个施加多个扰动力；
确定该扰动力和该目标部分的位置所产生的变化之间的频率响应函数；以及
对于所述多个位置中的每一个，生成补偿增益矩阵，每个补偿增益矩阵依赖于该衬底支撑件的位置。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述生成步骤包括：
通过拟合缺失的位置信号的传递函数来补偿缺失的位置信号的步骤。
24.如权利要求22所述的方法，其中该方法进一步包括步骤：
通过插值法确定对于衬底支撑件的多个位置之间的衬底支撑件位置的补偿增益矩阵。
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