光刻装置及用于校准该光刻装置的方法

专利名称：光刻装置及用于校准该光刻装置的方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻装置和用于校准该光刻装置的方法。
背景技术：
光刻装置是一种将所需图案作用于基底的目标部分上的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，光刻构图部件，可替换地称作“掩模”或“中间掩模版”，可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在具有辐射敏感材料(即抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)的目标部分上(例如包括部分、一个或者多个管芯)。
一般地，单个基底将包含依次曝光的相邻目标部分的网格。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将全部图案一次曝光在目标部分上而辐射每一目标部分，而在所谓的扫描器中，通过投射光束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案、并同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一目标部分。
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为涉及能够给辐射束赋予带图案的截面的装置，以便在基底的目标部分上形成图案。应该注意，赋予投射光束的图案可以不与在基底的目标部分上的所需图案完全一致。一般地，赋予投射光束的图案与在目标部分中形成的器件如集成电路(IC)的特定功能层相对应。
构图部件可以是透射的或是反射的。构图部件的示例包括掩模，可编程反射镜阵列和可编程LCD控制板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子是利用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同方向反射入射的辐射束；按照这种方式，对反射光束进行构图。
光刻装置一般采用运动控制系统。该运动控制系统包括位置检测器，该位置检测器用于检测基底台在至少一个平面内即在至少两个维度的位置，和用于根据该位置检测器提供的输出信号驱动致动装置而构成的控制器。这样，该运动控制系统确保由于用位置检测器检测基底台的位置而使该基底台位于正确位置(在一定的公差范围内)，并且通过控制器的适当作用减小检测到的位置与所需位置之间的差。因此，该位置检测器和控制器构成前馈和/或反馈控制系统的一部分。
在目前的光刻装置中，基底台(有时也成为晶片台或晶片工作台)的所需精度在纳米的数量级。因此，根据现有技术情况需要位置检测器达到这种高精度。而且，对位置检测器的要求也很高，其中当根据现有技术情况的光刻装置中的基底台能够在两个维度上即在覆盖大约0.5×0.5的平面内移动时，需要该位置检测器工作的范围包括大约0.5m的移动范围。为了达到这些要求，根据现有技术的情况，位置检测器包括一个或多个干涉仪，优选的是一个干涉仪用于第一维度，一个干涉仪用于垂直于第一维度的第二维度。但是，这些干涉仪的缺点在于它们是昂贵的位置检测器。
在目前的现有技术情况下公知的另一种类型的位置检测器是光学编码器。该编码器由光源、光栅和检测器组成。通过相对于光源和检测器移动光栅，由于例如反射或透射变化，通过检测器接收的光图案发生变化。这样，将光栅放置在从光源到检测器的光路中，通过光栅的移动，由检测器接收到的图案发生变化。根据这些变化，可以计算出光栅相对于光源和检测器的位移。根据这些位移并已知起始位置，可以计算出某一位置。如本领域的技术人员已知的，上面描述了增量编码器，本领域的技术人员将熟知可以存在绝对编码器。
在共同未决的美国专利公开申请US2002/0041380中已经描述了一种特殊类型的光学编码器，其在这里引入作为参考。这种光学编码器包括衍射型编码器，其包括用于产生光束的光束发生器、第一光栅、可相对于第一光栅移动的第二光栅，和检测器，该检测器设置为检测光束在第一和第二光栅上衍射的衍射光束，这些光栅之一与基底台机械连接，另一个与光刻装置的参考基座机械连接，基底台的移动导致第一光栅相对于第二光栅的移动，并且在操作中导致衍射光束的变化。
已知的光刻装置包括用于控制基底台的移动的运动控制系统。在运动控制系统的控制下，基底台可在至少两个方向上移动。基底台的移动理解为基底台相对于投影系统的移动，即，基底台的移动导致带图案的辐射束相对于基底的移动。

发明内容
如这里具体化和概括描述的，本发明的原理提供一种校准装置，其校准在具有照射系统的光刻装置中的辐射传感器。在一个实施方案中，该光刻装置包括用于保持基底的基底保持器；用于调节辐射光束的照射器；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件给辐射光束赋予所需的图案；投影系统，其将带图案的光束投射到基底的目标部分上；以及用于控制基底台的移动的运动控制系统，该运动控制系统包括检测基底台的位置的多个位置检测器。该多个位置检测器中的至少三个包括用以提供至少六个位置值的一维或多维光学编码器，该光学编码器在三维坐标系中的不同位置处与基底台连接，为该三维坐标系的每一维度提供至少一个位置值。该运动控制系统用于根据六个位置值中至少三个的子集来计算基底台在该三维坐标系中的位置，并根据六个位置值中至少三个的另一个子集来计算基底台相对于该三维坐标系的定向。
根据本发明的另一个方面，提供一种用于根据在前的任一项权利要求校准光刻装置中的位置检测器的方法，该方法包括在基底上形成第一图案，该第一图案包括参考标记的第一矩阵；在基底上形成第二图案，该第二图案包括参考标记的第二矩阵；将参考标记的第二矩阵与参考标记的第一矩阵进行比较；确定第一矩阵的参考标记与第二矩阵的对应参考标记之间的各个位置偏移；将该位置偏移存储在校准矩阵中。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射、反射、反折射、磁、电磁和静电光学系统，或其任何组合，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如使用浸液或使用真空。这里任何术语“投影透镜”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。


现在仅仅通过例子的方式，参照附图描述本发明的各个实施方案，在图中，相应的附图标记表示相应的部件，其中图1表示根据本发明一个实施方案的光刻装置；图2a高度示意性地示出根据本发明的光刻装置的光学编码器的示范性实施方案；图2b示意性地表示三种可能的二维光栅，
图2c示意性地表示包括干涉仪编码器组合的第一6DOF测量布局；图2d示意性地表示包括干涉仪编码器组合的第二6DOF测量布局；图3a和3b都表示根据本发明各个实施方案的基底台和多个位置检测器的布局；以及图4表示用于校准光刻装置的位置检测器的方法的实施方案。
具体实施例方式
图1示意性地表示了根据本发明一个具体实施方案的光刻装置1。该装置1包括照射系统(照射器)IL用于提供辐射的投射光束PB(例如UV或EUV辐射)。
第一支撑结构(例如掩模台/保持器)MT用于支撑构图部件(例如掩模)MA，并与将该构图部件相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；基底台(例如晶片台/保持器)WT用于保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；投影系统(例如反射投影透镜)PL用于通过构图部件MA将赋予投射光束PB的图案成像在基底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
如这里指出的，该装置属于透射型(例如采用透射掩模)。可替换的是，该装置可以是反射型(例如采用上面指出的一种类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
照射系统还可以包括各种类型的光学部件，如包括用于引导、整形或者控制辐射的折射、反射、磁、电磁、静电或其他类型的光学部件或其任意组合。
支撑结构支撑构图部件，即承受构图部件的重量。该支撑结构按照如下方式保持构图部件，所述方式为根据构图部件的定向、光刻装置的设计，以及例如构图部件是否保持在真空环境中等其他条件。该支撑结构可利用机械、真空或其他夹紧技术来保持构图部件。支撑结构可以是一个框架或工作台，例如，其根据需要可以是固定的或者是可移动的。该支撑结构可以确保构图部件位于例如相对于投影系统的所需位置处。这里的任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可认为与更普通的术语“构图部件”同义。
光刻装置可以是具有两个(双台)或者多个基底台(和/或多个掩模台)的类型。在这种“多台式”装置中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。
光刻装置也可以是这样一种类型，其中基底的至少一部分由具有相对较高折射率的液体覆盖，以填充投影系统和基底之间的空间，所述液体如水。浸液也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如，掩模与投影系统之间。湿浸法在本领域是公知的，用于增大投影系统的数值孔径。这里所用的术语“浸”不意味着必须将诸如基底的结构浸没在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和基底之间。
参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。该辐射源和光刻装置1可以是单独的机构，例如当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，不认为辐射源是构成光刻装置的一部分，通常借助于例如包括适当的导向镜和/或扩束器的光束输送系统BD将辐射光束从辐射源SO传送到照射器IL。在其他情况下，辐射源可以是光刻装置的组成部分，例如当辐射源是汞灯时。辐射源SO和照射器IL，如果需要与光束输送系统BD一起，可称作辐射系统。
照射器IL可以包括调节辐射光束的角强度分布的调节器AD。一般地，至少可以调节照射器光瞳平面内强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器可包括各种其他部件，如积分器IN和聚光器CO。照射器可用于调节辐射光束，从而在该辐射光束的横截面具有所需的均匀度和强度分布。
辐射光束B入射到保持在支撑结构(例如掩模台MT)上的构图部件(例如掩模MA)上，并由该构图部件对其构图。穿过掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，该投影系统将该辐射光束聚焦在基底W的目标部分C上。在第二定位装置PW和位置检测器IF(根据现有技术的情况，例如是干涉测量装置、线性编码器或电容传感器，根据本发明可以是下面将要描述的一种类型的光学编码器)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，以在辐射光束B的光路中定位不同的目标部分C。
类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和另一个位置检测器(图1中未明确示出)将掩模MA相对辐射光束B的光路进行精确定位。在运动控制系统上包括定位器、位置检测器以及控制器。为了根据代表所需位置的信号和代表实际位置的位置检测器的输出信号驱动定位器而构成控制器，或者对该控制器进行编程。运动控制系统可形成例如前馈或反馈控制回路。一般地，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)来实现目标台MT的移动，所述目标台MT构成第一定位装置PM的一部分。
类似地，利用长行程模块和短行程模块可以实现基底台WT的移动，该基底台WT构成第二定位器PW的一部分。在步进器的情况下(与扫描装置相对)，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以利用掩模对准标记M1，M2和基底对准标记P1，P2进行对准。尽管如图所示的基底对准标记占据了专用的目标部分，但是它们也可以位于目标部分之间的空间中(称为划线(scribe-lane)对准标记)。类似地，在掩模MA上提供多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。
所示的装置可以按照下面优选的模式使用步进模式；掩模台MT和基底台WT基本保持不动，赋予投射光束的整个图案被一次投射到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，以便能够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在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
扫描模式同步扫描掩模台MT和基底台WT，并将赋予投射光束的图案投射到目标部分C上(即，单次动态曝光)。基底台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定目标部分的高度(沿扫描方向)。
其他模式掩模台MT基本保持不动，并保持可编程构图部件，移动或扫描基底台WT，并将赋予投射光束的图案投射到目标部分C上。在这种模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在基底台WT的每次移动之后或者在扫描期间连续的辐射脉冲之间，根据需要更换可编程构图部件。这种操作方式可以很容易地应用于无掩模光刻中，所述无掩模光刻利用可编程构图部件，如上面提到的一种类型的可编程反射镜阵列。
还可以采用在上述所用模式基础上的组合和/或变化，或者采用与所用的完全不同的模式。
在本说明书中，所用的术语方向、维度和轴意味着涉及一个和同一个坐标系。此外，术语位置值理解为表示位置检测器的输出信号，该输出信号代表位置。
图2a示出根据本发明的光刻装置的位置检测器的一个实施方案的示意图。图2a表示这种检测器的一维图。位置检测器IF包括第一光栅g1和第二光栅g2。第一光栅g1和第二光栅g2彼此平行设置。位置检测器IF进一步包括光源S，该光源产生光束LB。光束在入射到第一光栅g1上时产生衍射图，该衍射图由DIF1示意性地表示，因而产生衍射光束DLB。该衍射光束在第二光栅g2上再次产生衍射图，一部分入射辐射光束沿同一路径(如用DLB、LB表示)回到光源S。
为了检测衍射的接收到的辐射，将光源与检测辐射的光传感器LS相结合，所述辐射已经被衍射两次，即在第一光栅g1和第二光栅g2上衍射，并返回由光传感器接收。当基底台WT移动时，第一光栅g1相对于第二光栅g2移动。在图2a所示的例子中，沿x所示的方向移动。
在沿x所示的方向移动时，光束LB在第一光栅和第二光栅上的衍射图改变，从而导致返回由光传感器LS接收到的光发生变化。当第一光栅和第二光栅相对于彼此移动等于光栅间距p的距离时，将会出现相同的衍射图，因此由光传感器接收到相同数量的辐射。这样，在这两个光栅相对于彼此移动时衍射图的周期变化将导致返回由光传感器LS接收到的辐射的周期变化。在图2a中，这两个光栅用多条直线示意性地表示，这为一维位置检测器提供了一种适合的解决方案。
可以将上面公开的关于图2a的位置检测器称作一维编码器。但是下面描述的实施方案将使用一维以及二维编码器。通过利用如参考图2a描述的两个单独的位置检测器可以形成二维编码器或位置检测器，因此每个位置检测器都包括第一和第二光栅的集合。但是，在另一个实施方案中，可以采用单个二维位置检测器。在这种二维位置检测器中，光栅的公共集合用于两个位置检测器，每个位置检测器用于检测光栅在一个不同维度上的移动。
实际上，两个或多个编码器的集合使用光栅的一个公共集合，每个所述编码器都包括光源和光传感器。为了在多于一个维度上进行测量，这些光栅不是只包括沿单一方向的多条线，而是这些光栅包括一个格栅，所述格栅包括例如沿两个方向的多条线，第二方向优选垂直于第一方向。
可替换的是，光栅也可以配置为所谓的“棋盘”图案。在这种图案中，为了检测沿x和y方向的位移，二维位置检测器包括两个光源S和两个光传感器LS，其中一个光源和一个光传感器的组合检测沿x方向的位移，一个光源和一个光传感器的组合检测沿y方向的位移。
另一种可能性是利用二维格栅。图2b示意性地表示这种格栅的三种可能布置。第一种布置(A)包括两个单独的一维光栅12、14。第二种布置(B)包括结合为一个二维光栅的两个一维光栅16、18。第三种布置(C)示出二维格栅结构20。当使用二维光栅时，光束的垂直入射(垂直于图2b中表示的X和Z方向)能够提供二维衍射。在图2b的布置A中，为每个维度提供一个单独的光栅。布置B示出二维光栅，入射到该二维光栅上的光束可以在两个平面中衍射第一个平面包括法向向量(垂直于所示的X和Z方向)和X轴，第二个平面包括法向向量和Z轴。布置C示出二维格栅结构20，该结构可用作衍射图。22表示的是二维格栅结构的可替换定向。这种格栅结构可导致在下列平面中的衍射平面1包括法向向量和X轴，平面2包括法向向量和Z轴，平面3和平面4分别包括法向向量和相对于X轴成+45度和-45度且位于XZ平面中的向量。
二维格栅也可用作干涉仪的反射器目标。在这种布局中，二维或三维位置检测器可以与同一个目标一起工作。
二维格栅可包括相对于光源的引入波前位于不同水平面的一个或两个反射表面。当使用编码器时，在第一和第二反射表面上反射的光之间的光程长度之差一般选择为四分之一波长，以便降低零级反射。假如由第一和第二反射器表面反射的零级垂直入射光的干涉时于驱动该系统完全没有损害并具有驱动该系统的足够强度，那么该二维格栅可作为平面镜干涉仪系统的反射器。通过改变格栅的第一和第二反射表面之间的距离、使用不同的波长或改变格栅像素区域的尺寸，可以进行结合，使平面镜干涉仪的干涉仪光束的反射产生充分的信号调制，从而可以检测垂直于这些光束的格栅的位移。因而，可以实现用于测量物体位置的干涉仪编码器组合。一般来说，这种干涉仪编码器组合可包括一维或二维编码器，所述编码器包括一维或二维光栅(或格栅)、光学传感器和具有干涉仪光束的干涉仪系统，其设置为用光栅作为反射器。
如参考图2描述的位置检测器IF包括衍射型编码器，源S也可称作光束发生器，光传感器LS也可称作检测器。
本领域的技术人员将理解，代替上述衍射型编码器或者除了上述衍射型编码器之外，还可以使用其他类型的编码器。而且，在图2描述的例子中，位置检测器IF包括增量编码器，但也可以使用绝时编码器。
如下面将变得更加显而易见的，上述衍射型编码器的优点在于在这种特殊类型的编码器中，光栅之间的距离，即沿图2中用z表示的方向的距离可以在很大范围内变化，因此使其特别适合与基底台一起使用，因为基底台通常能够在大约0.5×0.5米的平面内移动。因此能够以彼此相距一段短距离来设置这些光栅，但是也可以将其设置为相隔几十厘米，乃至0.5米。
当基底或晶片台WT的位移范围非常大时，可以在各种类型的一维和二维编码器中使用衍射类型的位置检测器，如下面将参考图3a、3b所说明的。假如晶片台WT可在由坐标x和y定义的平面内移动，那么衍射型编码器可适用于检测基底台沿任何方向的移动。这种衍射型编码器可应用于这样一种布局中，在这种布局中，图2的x方向对应于x维度，用z表示的方向对应于例如垂直于晶片台WT的移动的x-y平面的方向。
在另一个实施方案中，该衍射型编码器应用于这样一种布局也是可以的，在该布局中，如图2中所示，z方向对应于x轴或y轴。在这种情况下，沿z表示的方向的位移与晶片台WT的移动范围一样大。在此情况下，衍射型编码器的不允许光栅g1和g2之间发生距离变化的特征变得特别有利。
不同的实施方案可以获得二维或三维位置测量单元，该位置测量单元包括与平面镜干涉仪结合的一种或两种衍射型编码器，其中二维格栅用作反射目标。图2c示意性表示了在XY平面内的6DOF测量布局。在该实施方案中，位置检测器P1、P2和P3与基底台的侧面相连，目标与该基底台周围的参考框架相连。可将位置检测器(或传感器)P1和P2设置在基底台的侧面1，位置检侧器(或传感器)P3设置在侧面2。如图所示，位置检测器P1能够沿x、y和z维度进行基底台的位置测量，位置检测器P2能够沿z和y维度进行基底台的位置测量，位置检测器P3能够沿x维度进行基底台的位置测量。因而，传感器P1的目标可以是能够沿X和Z维度进行位置测量的二维格栅，同时，为了沿Y方向进行位置测量，如上所述将所述格栅设置为反射器。传感器P2的目标例如可以是编码器格栅，该编码器格栅设置为测量基底台的Z位置并进一步设置为将光束反射到传感器P2以测量Y位置。传感器P3例如可以包括平面镜干涉仪，因而，传感器P3的目标可以是编码器格栅(如上所述)或反射平面镜。在示出的布置中，与传感器配合的格栅和这些传感器基本上可设置在同一个XY平面内。可替换的是，这些传感器可与参考框架相连，而组合的编码器、干涉仪格栅板可与基底台相连。
图2d示意性地表示了包括三个二维测量头P1、P2、P3的6DOF垂直布局的可能实施方案。所述测量头可设置为与反射二维格栅配合，该反射二维格栅例如能够与邻近测量头布置的顶面T设置的参考框架相连。该测量头和格栅设置为每个读出头都可以提供相对于Z方向和额外方向(X或Y)的位置信息，如图2d中所示。因而，该二维格栅充当反射面，从而能够通过测量头接收反射的光束以提供相对于Z位置的位置信息。可以获得相对于额外方向(X或Y)的位置信息。
为了进一步提高位置检测器的精度，位置检测器的光栅可包括由低热膨胀材料制成的板，优选包括玻璃或陶瓷。此外，这些光栅可包括与流体循环系统相连的通道，所述流体循环系统包括热稳定化单元，该单元用于通过对流体循环系统中流体的温度起作用而使光栅的温度稳定。按照这种方式，可以使光栅的温度稳定，即通过流体循环系统中的流体加热或冷却该光栅。
现在将参考图3a和3b来描述包括本发明的多个位置检测器的光刻装置的有利布局。如参考图3a和3b描述的实施方案可使用如上所述的衍射型编码器，但是也可以使用其他类型的编码器。
图3a表示基底或晶片台WT的顶视图。在该实施方案中的晶片台WT包括五个(5)位置检测器p1-p5，优选是上述编码器类型的位置检测器。晶片台WT包括第一侧，其在图3中用基本上平行于坐标系的x轴的侧1来表示。晶片台WT还包括第二侧，在图3a中用基本上平行于坐标系的y轴的侧2来表示。晶片台WT还包括第三侧，在图3a中用与第一侧相对并因此也基本上平行于x轴的侧3来表示。
第一位置检测器p1和第二位置检测器p2与第一侧中心的两侧连接。第一位置检测器p1包括二维编码器，并设置为用于测量晶片台WT沿x维度和z维度的位置(因此提供x和z维度的位置值)，其中z维度垂直于x和y维度。第二位置检测器p2配置为一维编码器，并设置为测量沿z维度的位置。
对运动控制系统(图3a、3b中未示出)进行编程，用以根据第一位置检测器p1的输出信号确定晶片台WT沿x维度的位置，并根据第一和第二位置检测器p1、p2的输出信号确定晶片台WT绕y轴的旋转。
类似的是，第三位置检测器p3和第四位置检测器p4与第二侧中心的两侧相连，该第二侧在图3中用侧2表示。第三编码器p3配置为沿y维度和z维度的二维编码器，而第四编码器p4是沿z维度的一维编码器。
运动控制系统根据第三位置检测器p3的输出信号确定沿y维度的位置，并根据第三和第四位置检测器p3、p4的组合输出信号确定晶片台WT相对于x轴的旋转。
第五位置检测器p5与在图3中用侧3表示的第三侧机械相连，并设置为测量晶片台WT沿x维度的位置。对运动控制系统进行编程，用以从第一和第五位置检测器p1、p5的输出信号获得晶片台WT相对于z轴的旋转。作为如参考图3a所描述的布局的可替换布局，其多种变化是可能的，即将p3和p4放置在与第二侧相对的晶片台WT的一侧，改变p3和p4的位置等。
这样，位置检测器p1-p5提供了总数为7个的输出信号，即位置值p1和p3的每一个都提供两个位置值(p1和p3都是二维编码器)，而p2、p4和p5的每一个都提供一个位置值(p2、p4和p5都是一维编码器)，运动控制系统利用这些位置值计算位置和定向。
第一和第二位置检测器可以使用一个公共光栅，类似地，第三和第四位置检测器可以使用一个公共光栅。这样，第一和第二位置检测器共用两个光栅组成的一组光栅，第三和第四位置检测器共用两个光栅组成的一组光栅。
在实际的实施中，晶片台WT沿x和y维度(即沿基底表面的平面)的移动范围将大于或基本上大于垂直于x和y维度的方向上(即z维度)的移动范围。这样，如通过两个位置检测器(例如p1和p2，或者p3和p4)共用的光栅将具有分别沿x轴(p1、p2)和y轴(p3、p4)的大尺度，但是由于沿z轴的移动范围较小因此仅需要沿z轴的较小尺度。
而且，在实际的实施方案中，将在x和y方向上校准这些编码器(例如使用校准矩阵)。这是因为沿z方向的移动范围较小，这些编码器的固有校准精度已经足够，因此通常避免了用于提高精度的校准。
为了提高精度，尽可能使两对位置检测器p1、p2和p3、p4隔开。另一方面，增大这些位置检测器之间的间隔需要增大在与该对位置检测器相关联的光栅的x(p1、p2)或y(p3、p4)方向的长度，从而避免减小该对位置检测器的可用移动范围(以及因此避免减小晶片台WT的可用移动范围)。这样，实际上，需要在这些要求之间的折衷方案。
此外，可以省略位置检测器p2，这导致晶片台WT位于其最右边位置附近时精度减小。这是因为在最右边的位置，p3和p4的精度随p3和p4的光栅之间的距离增大而减小。
图3b表示依照本发明另一个实施方案的晶片台WT和多个光学位置检测器的顶视图。在图3b中，在该图的中心位置(即，在第一、第二和第三维度上相对于移动范围的中心)示出可移动的晶片台WT。在该实施方案中，第一位置检测器p10与晶片台WT的第一侧即侧1相连。第一侧即侧1基本上平行于第一维度。
第一位置检测器p10包括设置为提供沿第一(x)和第三(z)维度的位置值的二维编码器。第一位置检测器p10的光栅g10沿第一侧即侧1的长度延伸。光栅g10与晶片台WT机械连接，以跟随晶片台WT的移动。优选将第一位置检测器p10或其至少一个光源(没有在图3b中详细示出)的位置设为当晶片台WT位于其中心位置时朝格栅g10的中心引导光束。因此，可使在x轴方向上的移动范围很大。也就是，可使移动基本上等于第一侧即侧1的长度，同时光源和光学检测器在移动的全程与光栅g10工作接触。
位置检测器p10优选包括如上所述的衍射型编码器，因此可包括第二光栅(未示出)，该第二光栅不跟随晶片台WT的移动，即该第二光栅相对于晶片台WT静止。
图3b进一步示出在第二侧即侧2的第二位置检测器p11，该第二侧基本上垂直于第一侧。第二位置检测器p11配置为包括格栅g11的二维编码器，并提供沿第二(y)和第三(z)维度的位置信号。
并且，图3b示出在第三侧即侧3的第三位置检测器p12。该第三侧位置检测器p12配置为包括格栅g12的二维编码器，并提供沿第一(x)和第三(z)维度的位置信号。与上面参考第一编码器g10概括的相同的特征也适用于第二和第三编码器。
运动控制系统(在图3b中没有详细示出)设置为根据第一、第二和第三位置检测器p10、p11、p12提供的位置值计算晶片台WT沿三维坐标系的所有三个维度的位置以及定向，即晶片台WT相对于所有三个维度的旋转位置。
优选的是，在第四侧即侧4提供另外的第四位置检测器p13，该第四侧基本上平行于第二侧。第四位置检测器配置为包括格栅g13的二维编码器，并提供沿第三(z)维度的位置信号。当晶片台WT在其最右边位置附近时(如在附图平面中观察)，第四编码器特别有用，因为在该位置，一方面光源和第二位置检测器p11的检测器之间的距离，另一方面光源和格栅g11之间的距离位于或接近其最大值，由此降低了第二位置检测器p11的精度。
在这样一个位置，一方面光源和第四位置检测器p13的检测器之间的距离，另一方面光源及其格栅g13之间的距离位于或接近最小值。因此，在晶片台WT的最右边位置或其附近，第四位置检测器p13的精度不会降低。另一个作用是晶片台WT朝其最右边位置移动得越多，则p1、p2和p3的位置信号提供的位于一条线上的位置就越多，代替提供位于形成三角形的三个点的位置(因为测量一个位置的p11处的有效点移动到图面的右边)，由此降低了运动控制系统根据p10、p11和p12的z位置信号确定多维信息的能力。这样，该运动控制系统优选更注重基底台最右边位置附近的第四编码器p13的位置信息，并对例如通过p11提供的z位置信息重视少一些。
如图3a和3b中表示的布局能够利用最小数量的位置检测器来测量晶片台WT在所有自由度的位置，即在维度x、y和z以及绕x、y和z轴的定向，所述定向即相对于x、y和z轴的旋转位置。此外，如上面参考图2所说明的，如用在本发明的光刻装置中的编码器，不仅允许沿测量方向(在图2中用x表示)的大位移范围，而且允许沿与其垂直的方向(在图2中用y表示)的大位移范围。
在实际的实施方案中，如图3a和3b中表示的晶片台WT沿x方向具有大约0.5m的移动范围，沿y方向具有0.5m的移动范围。对于至少位置检测器p1-p4来说，这样的移动范围导致特定检测器的光栅相对于彼此的可能距离范围(即，根据图2的距离z的变化)大约为0.5m。当上述衍射型编码器能够在光栅之间的这样大的距离范围精确工作时，如参考图3a和3b描述的布局可在所述的移动范围精确工作，由此从这种类型的光学编码器的特定优点受益。
如图3a和3b中所示的示范性实施方案提供了本发明几个方面的一些例子，但是许多变化是可能的。该运动控制系统可以包括专用的硬件和/或可以包括适当编程的可编程器件，如微控制器、微处理器等。
坐标系可包括任何正交或非正交的坐标系。由于该坐标系不是“物理存在”的，因此可以自由选择该坐标系的维度(即每个轴的方向)，以便满足本文中的要求。
在本发明的另一个实施方案中，光刻装置包括位于x-y平面中的二维编码器。由于沿x以及y方向的大移动范围，这种编码器的光栅将很大，在实际的实施方案中近似等于基底表面的尺寸。由于不希望这些光栅与带图案的辐射光束发生干涉，因此在该实施方案中的编码器将位于紧接着基底台的基底区域，因此实际上近似为基底台的尺寸的两倍。
为了进一步提高在上面任一个实施方案中的每个编码器的精度，可以对这些编码器进行校准。校准值(例如位置校正值或因数)可存储在一维(为了提供沿一条线的位置校准)或多维(为了提供在一个平面或多维空间中的校准)校准矩阵中。当绝对误差倾向于成为编码器中相比较大的误差来源时，校准有效地提高了精度，而例如热稳定性的其他误差可通过其他装置大大抑制，如使用如上所述的低热膨胀材料。
现在将参考图4来描述根据本发明用于校准光刻装置中的位置检测器的方法。在任务100中，利用参考光刻装置，在基底上形成第一图案，该第一图案包括参考标记的第一矩阵。然后，在任务101中，利用包括将要校准的位置检测器的光刻装置，在同一个基底上形成第二图案，第二图案包括参考标记的第二矩阵。
在任务102中，将参考标记的第二矩阵与参考标记的第一矩阵相比。如果在该步骤中检测到参考标记的第一矩阵和第二矩阵之间完全匹配，那么程序的这一步骤提供了完全匹配，即，不需要校正，但是通常确定在第一矩阵的参考标记和第二矩阵的相应参考标记之间有位置偏移，参见任务103。那么，在校准矩阵中存储该位置偏移(任务104)。如果观察到没有位置偏移，那么在校准矩阵中存储零值。通常，对参考标记的第一和第二矩阵中的各个参考标记重复任务102-104，但是，也可以对多个参考标记并行地执行这些步骤。
利用根据本发明的方法，可以在各种光刻装置之间形成高度(high amount)匹配。可以绝对地校准参考光刻装置，但是该参考光刻装置也可能已经获得没有特定高度精确绝对的校准，根据本发明的方法导致在具有将要校准的位置检测器的光刻装置与参考光刻装置之间的高度匹配在光刻中，各种光刻装置之间的匹配通常比例如所指的每个装置的绝对精度具有更大的重要性。
根据本发明的方法还可以与单个光刻装置一起使用，即，第二光刻装置是第一光刻装置。在这种情况下，通过将基底旋转基本上90或180°来形成第二图案，形成的第二图案具有在同一个晶片上的参考标记的相同矩阵。通过旋转基本上90°，可以得到所谓的x到y或y到x的校准。利用根据本发明的校准方法，通过旋转基本上180°，可实现位置误差的平均。
并且，当使用单个光刻装置时，即，第二光刻装置是第一光刻装置时，可以使用所谓的鱼骨(fishbone)技术，在形成第一图案之后且形成第二图案之前，基底或晶片平移基本上一个参考标记的距离，或者多个参考标记的距离。按照这种方式，第二图案在理想情况下相对于第一图案移动一个参考标记的距离。
通过将第二矩阵的适当参考标记与第一矩阵的适当参考标记进行比较，可以获得在两个矩阵的参考标记之间的位置偏移。将该位置偏移存储在校准矩阵中。利用这种鱼骨技术，和如上所述的校准方法的实施方案相反，图案通常比基底的表面积小。
根据在本文中较早描述的实施方案，可以使用例如100×100个参考标记的矩阵，而根据鱼骨技术，利用例如3×3个参考标记或4×4个参考标记的矩阵。这样，如上所述的鱼骨校准的各个步骤仅仅覆盖基底的一小部分表面。因此，利用光刻装置在基底上形成另外的图案，每个图案都相对于前一个图案平移基本上一个或多个参考标记的距离。
按照这种方式，可以进行逐步校准，通过将一个图案的参考标记与前一个图案的参考标记进行比较，确定这些参考标记之间的位置偏移，并将其存储在校准矩阵的适当位置。本领域的技术人员很清楚，利用鱼骨技术需要一个图案的参考标记与前一个图案的参考标记重叠，因此在实践中，当应用例如3×3个参考标记或4×4个参考标记的矩阵时，基本上平移1、2或3个参考标记的距离。
作为如上所述的变形的补充，也可以通过将位置检测器安装在光刻装置中来校准光刻装置的位置检测器，该光刻装置包括如上所述的用于检测基底台的位置的干涉仪位置检测器以及编码器。现在能够利用该干涉仪来校准编码器。并且，作为这种校准的另一种变形，可以根据所述的方法利用为位置检测器所确定的校准矩阵，作为在另一个光刻装置中的第二位置检测器校准的起始值。已经证实这是有利的，并且提供了在实际中作为位置检测器之间匹配的有效起始点，特别是在同一个生产批次中生产时，似乎是很重要的。
在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这种光刻装置可能具有许多其它应用，例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“晶片”或者“管芯”的使用应认为分别与更普通的术语“基底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以在例如轨迹器(通常将抗蚀剂层作用于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)或者计量工具和/或检验工具对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里的公开可应用于这种和其他基底处理工具。另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指的是已经包含多个已处理层的基底。
本发明各个实施方案用于光学光刻范围内，但是应该理解，本发明也可以用在其他应用中，例如压印光刻，和上下文允许的范围，不限于光学光刻。在压印光刻中，构图部件中的表面形貌限定了在基底上形成的图案。构图部件的表面形貌可以印制在供给基底的抗蚀剂层中，在该抗蚀剂层上，通过作用电磁辐射、热、压力或其组合来固化该抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后，可以将构图部件从抗蚀剂处移开，留下其中的图案。
这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有或大约为365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长)，以及粒子束，如离子束或者电子束。
上下文中涉及的术语“投影系统”可以指各种类型的光学部件的任一种或组合，包括折射、反射、磁、电磁和静电光学部件。
尽管上面已经描述了本发明的各个具体实施方案，但是应该理解，本发明可以按照不同于所述的方式实施。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含描述如上面公开的方法的一个或多个机器可读的指令序列，或者采取其中存储这种计算机程序的数据存储媒体的形式(例如半导体存储器、磁盘或光盘)。
尽管上面已经描述了本发明的各个具体实施方案，但是应该理解，本发明可以按照不同于所述的方式实施。说明书不意味着限制本发明，本发明的范围由随附的权利要求书限定。
权利要求
1.一种光刻装置，包括用于保持基底的基底台；用于调节辐射光束的照射器；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件给辐射光束赋予所需的图案；投影系统，其将带图案的光束投射到基底的目标部分上；以及用于控制基底台的移动的运动控制系统，该运动控制系统包括检测基底台的位置的多个位置检测器，该多个位置检测器中的至少三个各包括用以提供至少六个位置值的一维或多维光学编码器，该光学编码器在三维坐标系中的不同位置处与基底台连接，其中为该三维坐标系的每一维度提供至少一个位置值，以及其中该运动控制系统用于根据六个位置值中至少三个的子集来计算基底台在该三维坐标系中的位置，并用于根据六个位置值中至少三个的另一个子集来计算基底台相对于该三维坐标系的定向。
2.根据权利要求1的光刻装置，其中该运动控制系统包括用于校准位置检测器的校准矩阵。
3.根据权利要求1的光刻装置，其中位置检测器包括第一个二维编码器，用于测量基底台在三维坐标系的第一和第三维度的位置，第一编码器与基底台的第一侧机械连接，其中第一侧基本上平行于第一维度，第二个一维编码器，用于测量在三维坐标系的第三维度的位置，第二编码器与基底台的第一侧机械连接，其中第一和第二编码器连接到第一侧上关于第一侧中间相对的部分，以及其中运动控制系统根据第一编码器的位置值确定在第一维度的位置，并根据第一和第二编码器的位置值确定基底台绕第二维度的旋转。
4.根据权利要求3的光刻装置，其中位置检测器进一步包括第三个二维编码器，用于测量基底台在三维坐标系的第二和第三维度的位置，第三编码器与基底台的第二侧机械连接，其中第二侧基本上平行于第二维度，第四个一维编码器，用于测量在三维坐标系的第三维度的位置，第四编码器与基底台的第二侧机械连接，其中第三和第四编码器连接到第二侧上关于第二侧中间相对的部分，其中运动控制系统根据第三编码器的位置值确定在第二维度的位置，并根据第三和第四编码器的位置值确定基底台绕第一维度的旋转。
5.根据权利要求3的光刻装置，进一步包括第五个一维编码器，用于测量基底台在第一维度的位置，第五编码器与基底台的第三侧的端部机械连接，第三侧基本上平行于第一维度，并与基底台的第一侧相对，运动控制系统根据第一和第五编码器的位置值确定基底台绕第三维度的旋转。
6.根据权利要求1的光刻装置，其中位置检测器包括第一个二维光学编码器，用于提供沿三维坐标系的第一和第三维度的位置值，该第一光学编码器与基底台的第一侧连接，该第一侧基本上平行于第一维度；第二个二维光学编码器，用于提供沿三维坐标系的第二和第三维度的位置值，该第二光学编码器与基底台的第二侧连接，该第二侧基本上平行于第二维度；第三个二维光学编码器与基底台的第三侧连接，该第三侧基本上平行于第一维度且与第一维度相对。
7.根据权利要求6的光刻装置，进一步包括第四个一维光学编码器，用于提供在第三维度的位置值，该第四光学编码器与基底台的第四侧连接，该第四侧基本上平行于第二维度且与第二维度相对。
8.根据权利要求1的光刻装置，其中光学编码器包括衍射型编码器，包括用于产生光束的光束发生器，第一光栅；第二光栅，该第二光栅可相对于第一光栅移动，以及检测器，该检测器设置为用于检测光束在第一和第二光栅上衍射的衍射光束，这些光栅之一与基底台机械连接，另一个与光刻装置的参考基座机械连接，其中基底台的移动导致第一光栅相对于第二光栅的移动，并且在操作中导致衍射光束的变化。
9.根据权利要求8的光刻装置，其中光栅包括由低热膨胀材料制成的板。
10.根据权利要求8的光刻装置，其中光栅包括与流体循环系统连接的通道，该流体循环系统包括通过对流体循环系统中的流体的温度起作用而使光栅的温度稳定的热稳定单元。
11.根据权利要求1的光刻装置，其中至少一个位置检测器包括二维光学编码器，包括光栅，与基底台机械连接，以随着基底台移动，以及两个光学检测器，每个光学检测器都与光栅配合以便检测光栅沿不同维度的移动。
12.根据权利要求11的光刻装置，其中光栅包括由低热膨胀材料制成的板。
13.根据权利要求11的光刻装置，其中光栅包括与流体循环系统连接的通道，该流体循环系统包括通过对流体循环系统中的流体的温度起作用而使光栅的温度稳定的热稳定单元。
14.一种用于校准位置检测器的方法，包括在基底上形成第一图案，该第一图案包括参考标记的第一矩阵；在基底上形成第二图案，该第二图案包括参考标记的第二矩阵；将参考标记的第二矩阵与参考标记的第一矩阵进行比较；确定第一矩阵的参考标记与第二矩阵的对应参考标记之间的各个位置偏移；以及将该位置偏移存储在校准矩阵中。
15.根据权利要求14的方法，其中在形成第二图案之前使基底基本上旋转90或180度。
16.根据权利要求14的方法，其中在形成第二图案之前使基底基本上平移一个或多个参考标记的距离。
17.一种光刻装置，包括用于支撑基底的基底台；用于调节辐射光束的照射器；用于支撑构图部件的支撑结构，所述构图部件给辐射光束赋予所需的图案；投影系统，其将带图案的光束投射到基底的目标部分上；以及用于控制基底工作台或支撑结构的移动的运动控制系统，该运动控制系统包括检测基底台或支撑结构的位置的多个位置检测器，其中至少一个位置检测器是包括一维或二维编码器格栅、光学传感器和干涉仪的干涉仪编码器组合，其中该一维或二维编码器格栅构成和设置为作为干涉仪的反射目标而配合。
18.根据权利要求17的光刻装置，其中将干涉仪和光学传感器安装在基底台或支撑结构上，其中该一维或二维编码器格栅设置在参考框架上。
19.根据权利要求17的光刻装置，其中多个位置检测器包括至少三个干涉仪编码器的组合，每个组合都包括一维或二维编码器格栅、光学传感器和干涉仪，其中该一维或二维编码器格栅构成和设置为作为干涉仪的反射目标而配合，将光学传感器安装在基底台或支撑结构上，并将该一维或二维编码器格栅安装在参考框架上，从而以六个自由度确定基底台或支撑结构相对于参考框架的位置。
全文摘要
光刻装置，包括基底台和用于控制基底台的移动的运动控制系统。该运动控制系统包括至少三个位置检测器，用于检测基底台的位置。为了测量基底台的位置和定向，每个位置检测器都包括一维或多维类型的光学编码器，这些光学编码器设置为共同提供至少六个位置值，为三个维度中的每一个维度提供至少一个位置值。至少三个光学编码器的三个或更多在三维坐标系中的不同位置处与基底台相连。运动控制系统设置为根据六个位置值中至少三个的子集来计算基底台在该三维坐标系中的位置，并根据六个位置值中至少三个的另一个子集来计算基底台相对于坐标系的定向。此外，描述了用于校准位置检测器的方法。
文档编号G03F7/00GK1728002SQ20051008765
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者E·R·鲁普斯特拉, L·M·勒瓦斯尔, R·奥斯特霍特 申请人:Asml荷兰有限公司