支撑结构、位置控制系统、光刻设备和位置控制方法

专利名称：支撑结构、位置控制系统、光刻设备和位置控制方法
技术领域：
本发明涉及一种可移动支撑结构、位置控制系统、光刻设备和一种控制可替换物体的位置的方法。
背景技术：
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上
的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ic)的制造中。在这种情
况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案成像到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、 一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向("扫描"方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
在光刻设备中，使用可移动支撑结构来保持和定位例如衬底或图案形成装置等可替换物体。在扫描类型的光刻设备中，可移动支撑结构被用来支撑衬底以便进行扫描移动。图案形成装置也可以支撑在可移动支撑结构上。可移动支撑结构能够以高精确度定位衬底或图案形成装置。
为了获得高精确度，公知的可移动支撑结构从相对于例如框架或平衡块等参考物体可移动的长行程部分和相对于长行程部分可移动地配置的
7支撑可替换物体。长行程部分的最 大行程相对于参照物体是相对大的，而短行程部分的行程相对于长行程部 分相对较小。
长行程致动器设置用于相对于参照物体驱动长行程部分。短行程致动 器设置成相对于K行程部分驱动短行程部分。这种长行程致动器可以是 (例如)线性电机，并且可以不是非常精密。长行程致动器的主要任务是 在短行程致动器可到达的范围内将可替换物体带入到所需位置。短行程致 动器设计成以高精确度定位短行程部分。
为了控制可替换物体的位置，第二支撑系统的位置由位置测量系统 (例如干涉系统或编码器系统)确定。这种测量是(例如)在三个平面自 由度内或在六个自由度内实施的。所测的位置用来与所需的位置对比。位 置误差，也就是所测的位置和所需的位置之间的差异，供给到控制器中， 所述控制器以这个信号为基础提供用来驱动短行程致动器的控制信号。
通过利用基于短行程部分和长行程部分的实际位置之间的差异的信 号作为长行程致动器控制器的输入信号来控制长行程致动器。这个控制器 的输出驱使长行程部分跟随短行程部分的移动，随之将短行程部分的所需 位置保持在短行程致动器的范围内。
短行程致动器是能够与长行程振动隔离的洛伦兹类型致动器。这种洛 伦兹类型致动器具有小的刚度。任何其他类型的具有小的刚度和高精确度 的致动器也可以用来精确地控制由可移动支撑结构支撑的可替换物体的 位置。洛伦兹致动器的输入是电流，基本上与所需的作用力成比例。通常， 响应于输入作用力的可移动支撑结构的位置有一定程度的延迟，因为所述 作用力在其进入一位置之前被积分两次。这个影响与高阶动力学一起限制 短行程控制回路的带宽。该受限的带宽对于保持在可移动支撑结构上的可 替换物体的定位的精确度/设置和调整时间具有负面效果。
在台中的作用力类型的致动器也会限制从一个台到另一个台的可获 得的前馈效果(例如将衬底台误差馈给至图案形成装置支撑结构)。在这 个前馈中， 一个台的位置误差需要微分两次以产生前馈作用力，这会花费
一个采样延迟(sample delay)。这导致另一个台的延迟响应，限制这些台 相对彼此的定位精确度。
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发明内容
本发明旨在提高由可移动支撑结构支撑的诸如衬底或图案形成装置 等可替换物体的定位的精确度和/或设置和调整时间。
根据本发明的实施例，提供一种可移动支撑结构，其构造成保持可替 换物体，所述支撑结构包括可移动地相对于参照物体设置的可移动结构、 可移动地相对于可移动结构设置并构造成保持可替换物体的物体保持装 置、构造成相对于所述参照物体移动可移动结构的致动器和构造成相对于 可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，其中极短行程致动 器的刚度基本上高于至少一个致动器的刚度。
根据本发明的实施例，提供一种用于控制保持在可移动支撑结构上的 可替换物体的位置的位置控制系统，所述位置控制系统包括构造用于测量 可移动结构的位置的位置测量系统、构造用于通过比较所测位置和所需位 置来提供误差信号的比较装置、构造用于基于所述误差信号提供控制信号 给所述致动器的控制器以及构造用于基于所述误差信号提供控制信号给 极短行程致动器的极短行程控制器。
根据本发明的实施例，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括构造用
于调节 辐射束的照射系统；构造成支撑图案形成装置的图案形成装置支撑 结构，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予给辐射束以 形成图案化的辐射束；构造用于保持衬底的衬底支撑结构；和构造成将图 案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上的投影系统，
其中所述图案形成装置支撑结构和/或所述衬底支撑结构是可移动支 撑结构，所述可移动支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动 结构、相对于可移动结构可移动地设置并构造成保持各个图案形成装置或 衬底的物体保持装置、构造成相对于所述参照物体移动可移动结构的致动 器和构造成相对于可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器， 其中极短行程致动器的刚度基本上高于至少一个致动器的刚度。
根据本发明的实施例，提供一种控制由可移动支撑结构保持的可替换 物体的位置的方法，所述支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可 移动结构、相对于可移动结构可移动地设置并构造成保持可替换物体的物体保持装置、构造成相对于所述参照物体移动可移动结构的致动器和构造 成相对于可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，其中极短 行程致动器的刚度基本上高于至少一个致动器的刚度，所述方法包括测量 可移动结构的位置、通过对比所测的位置和所需的位置提供误差信号、基 于所述误差信号提供控制信号给所述致动器以及基于所述误差信号提供 控制信号给极短行程致动器。


下面参照附加的示意性附图，仅以实例的方式对本发明的实施例进行 描述，在附图中相同的附图标记表示相应的部分，在附图中 图1示出根据本发明实施例的光刻设备；
图2示出根据本发明的实施例的可移动支撑结构的示意性侧视图； 图3示出图2中的根据本发明实施例的可移动支撑结构的控制方法； 图4示出根据本发明实施例的可移动支撑结构；
图5示出根据本发明实施例的衬底台和图案形成装置台的控制方案。
具体实施例方式
图1示意地示出了根据本发明的一个实施例的一种光刻设备。所述光 刻设备包括配置用于调节辐射束B (例如，紫外(UV)辐射或任何其 他合适的辐射)的照射系统(照射器)IL，构造用于支撑图案形成装置(例 如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第 一定位装置PM相连的图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT。所述 设备还包括构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并与配置用 于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连的衬底台(例 如晶片台)WT或"衬底支撑结构"。所述设备还包括配置用于将由图案形 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 (例如包括 一根或多根管芯)上的投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS。
所述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、或其任意组合，以引导、 成形、或控制辐射。
10所述图案形成装置支撑结构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保持在真空环境中等其他条件的方式 保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑结构可以采用机械的、真空的、 静电的或其他卡盘技术保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑结构可 以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述图案 形成装置支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于 投影系统)。在这里任何使用的术语"掩模版"或"掩模"都可以认为与 更上位的术语"图案形成装置"同义。
这里所使用的术语"图案形成装置"应该被广义地理解为表示能够用 于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束，以便在衬底的目标部分上形成 图案的任何装置。应当注意，赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部 分上所需的图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特 征)。通常，赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的 功能层相对应，例如集成电路。
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、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻 中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型 相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的 示例采用小反射镜的矩阵布置，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿 不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射 镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语"投影系统"广义地解释为包括任意类型的投 影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光 学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如 使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的任何术语 "投影透镜"可以认为是与更上位的术语"投影系统"同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替 代地，所述设备可以是反射型的(例如，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)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台或"衬底支撑结
11构"(和/或两个或更多的掩模台或"掩模支撑结构")的类型。在这种"多 台"机器中，可以并行地使用附加的台或支撑结构，或可以在将一个或更 多个其它台用于曝光的同时，在一个或更多个台或支撑结构上执行预备步 骤。
光刻设备也可以是这种类型，其中衬底的至少一部分被具有相对较高 的折射率的液体覆盖，例如水，以充满投影系统和衬底之间的空隙。浸没 液体也可以应用到光刻设备的其他空隙，例如在掩模和投影系统之间的空 隙。浸没技术能够用于提高投影系统的数值孔径。这里用到的术语"浸没" 并不意味着结构(例如衬底)必须浸入到液体中，仅意味着曝光过程中液 体位于投影系统和衬底之间。
参照图l，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述 光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情 况下，不会将该源考虑成光刻设备的组成部分，而是通过包括例如合适的 定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射从所述源SO 传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部 分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如 果需要时的所述束传递系统BD—起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器 AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部 和/或内部径向范围(一般分别称为c-外部和a-内部)进行调整。此外， 所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。所述 照射器可以用来调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀度和强 度分布。
所述辐射束B入射到保持在图案形成装置支撑结构(例如，掩模台) MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成 装置来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影 系统PS，所述PS将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定 位装置PW和位置传感器IF (例如，干涉仪器件、线性编码器或电容传感 器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部 分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之
12后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(在 图l中未明确地示出)用于将图案形成装置(例如掩模)MA相对于所述辐 射束B的路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一 部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现图案 形成装置支撑结构(例如掩模台)MT的移动。类似地，可以采用形成所 述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底 台WT或"衬底支撑结构"的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)， 所述图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相 连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、 M2和衬底对准标记P1、 P2来对准图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对准 标记占据了专用的目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空间(这 些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模 MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。 可以将所述设备用于以下模式的至少一种
1. 在步进模式中，在将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部 分C上的同时，将图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或"掩模支 撑结构"和衬底台WT或"衬底支撑结构"保持为基本静止(即，单一的 静态曝光)。然后将所述衬底台WT或"衬底支撑结构"沿X和/或Y方向 移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺 寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2. 在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上 的同时，对图案形成装置支撑结构(例如掩模台)MT或"掩模支撑结构" 和衬底台WT或"衬底支撑结构"同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。 衬底台WT或"衬底支撑结构"相对于图案形成装置支撑结构(例如掩模 台)MT或"掩模支撑结构"的速度和方向可以通过所述投影系统PS的
(縮小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺 寸限制了单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而
所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。
3. 在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装 置(例如掩模台)MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT或"衬底支撑结构"进 行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台
WT或"衬底支撑结构"的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉
冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应 用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列) 的无掩模光刻中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
图2示出根据本发明的实施例的衬底台的侧视图。衬底台用附图标记 l表示，其包括长行程部分2。长行程部分支撑短行程部分3，并且短行程 部分支撑物体保持结构或物体保持装置4。物体保持结构或物体保持装置 4 (例如衬底台)支撑可替换物体，例如衬底5。
长行程部分2是相对于参照物体6(例如框架或平衡块)可移动地安 装的。长行程致动器7设置成相对于参照物体6移动长行程部分2。短行 程致动器8设置成相对于长行程部分2移动短行程部分3。短行程致动器 8在相对于长行程部分2定位短行程部分3方面具有相对高的精确度，但 是工作范围受到限制。长行程致动器7具有大的工作范围(通常是衬底台 1的整个工作空间)和相对低的精确度。长行程致动器8的主要任务是在 短行程致动器8的范围内将衬底台1移动到所需的位置，使得短行程致动 器8可以以高精确度定位衬底。
位置测量系统11设置成测量短行程部分3的位置。位置测量系统可 以是任何能够以高精确度测量短行程部分3的位置的任何系统，例如干涉
仪系统或编码器测量系统。
为了将短行程部分3与长行程部分2或参照物体的振动隔离，短行程 致动器8是具有低刚度的类型。这样的致动器可以是例如洛伦兹电机。这 种类型的致动器的输入是电流，与所需的作用力成比例。响应于输入作用 力的位置有一定程度的延迟，因为在其进入一位置前作用力被积分两次。 这个效应与更高阶动力学一起限制了短行程控制回路的带宽，这依次限制 了可获得的台定位精确度。
还应该注意的是，作用力类型的短行程致动器8还限制可获得的从衬 底台到图案形成装置台的前馈效果，反之亦然。在这种前馈中， 一个台的
14位置误差被微分两次以产生前馈作用力，这花费一个采样延迟(sample dday)。这导致另一台的延迟响应，限制了台相对于彼此的定位精确度。
此外，由于短行程致动器8的低的刚度，在台的加速过程中，加速第 二和物体保持结构或物体保持装置所需的全部作用力不得不通过短行程 致动器8来施加。同时，短行程致动器不得不能够以高精确度施加小的作 用力以精确定位短行程部分3。这对短行程致动器8和例如放大器等驱动 电子装置要求更高。
随着对成像精确度和产量的要求不断提高，人们希望在定位例如衬底 或图案形成装置等可替换物体时提高精确度并减少设置和调整时间。
根据本发明的实施例，提供一种极短行程致动器9以在短行程部分3 和物体保持结构或物体保持装置4之间引起移动。物体保持结构或物体保 持装置4是被安置在设置于短行程部分3上的多个凸起(burls)10上的台。 台通过在凸起10之间的间隔中产生的真空作用力保持在短行程部分3上。 在台的一边，短行程部分3和物体保持结构或物体保持装置4之间设置多 个极短行程致动器9。这些极短行程致动器9具有相对高的刚度并且是(例 如)当被激励时会伸长或縮短的压电元件。作用在台上的合力导致凸起的 小的弹性变形，随之在短行程部分3和物体保持结构或物体保持装置4之 间产生移动。这种变形通常小于大约土100nm，例如士10nm或更小。
因为误差的隔离已经通过短行程致动器8和(可能地)长行程致动器 7完成，极短行程致动器9可以具有高的刚度。优选地，致动器是位置类 型致动器，也就是它直接根据位置响应。这种位置类型致动器的示例是根 据电压的直接结果给出变形的压电元件。
极短行程致动器9可以用来校正短行程致动器8的误差。这种误差可 以是(例如)由作用力类型短行程致动器8的迟滞响应引起的伺服误差， 下面将进行说明。
图3示出图2中的台1的控制方案。控制方案设定成以高精确度定位 由台1支撑的衬底。位置测量系统11以高精确度测量短行程部分的位置 po&。设定点产生装置SPss生成表示所需位置的设定点信号给短行程控制 回路。比较装置从所需位置中减去所测的位置posss，得到误差信号ess，也 就是所需位置和所测位置之间的差值。该误差信号ess供给至基于误差信
15号ew提供控制信号^给短行程致动器8的短行程控制器Css，这是图3中 用Pw表示的短行程控制回路的机械结构的一部分。由于短行程致动器8 的驱动，衬底以高精确度移动朝向所需的位置。值得注意的是，控制信号 ^包括加入到控制器输出的前馈分量ffss。
为了将所需的位置保持在短行程致动器8的工作范围内，短行程部分 的实际位置posss与第一衬底支撑结构的实际位置posk进行比较。相对于 第一衬底支撑结构的短行程部分的相对位置可以通过传感器直接测量。作 为替换，可以使用干涉仪系统的位置测量信号。两个位置posss和posls 之间的差值作为长行程控制回路的误差信号^提供给长行程控制器Cls以 提供控制信号als。这个控制信号ds提供给长行程致动器7以移动长行程 部分2，使得衬底的所需的位置落入短行程致动器8的工作范围内。此外， 长行程控制回路的控制信号als可以包括加入到控制器的输出中的前馈分 量ffss。
如上面所述，短行程部分对于短行程控制器Css的控制信号的反应 时间对于进一步提高短行程控制器的性能是至关重要的。此外，短行程致 动器8和/或第二和物体保持结构或物体保持装置3和4的结合的其他性能 限制会妨碍进一步提高由物体保持结构或物体保持装置4支撑的可替换物 体的定位的精确度。这些影响的示例是放大器的噪音、支撑结构3和4之 间的电连接和其他连接的寄生刚度。
基于这些原因，设置极短行程致动器9。图3中示出的极短行程致动 器9，部分极短行程机械结构Puss，由极短行程控制器Cuss提供的控制信号 a^驱动。给极短行程控制器Cuss的输入信号是误差信号ess，也就是由设 定点产生装置SP^给出的短行程部分3的所需位置和所测位置posss之间的 差值。通过将误差信号ess提供给极短行程控制器C^，就可以提供驱动极 短行程致动器9的控制信号auss，以相对于短行程部分3将物体保持结构 或物体保持装置4移动一段基本上与短行程部分3的位置误差一致的距 离，随之基本上减小可替换物体5的实际误差。因为极短行程致动器9是 位置类型致动器，也就是根据位置改变直接响应在输入信号上的致动器， 由作用力类型的短行程致动器8的反应时间导致的误差可以基本上得到补 偿。
16因而，更普遍地，极短行程控制回路用来补偿短行程控制回路的误差。 极短行程控制器CuM可以仅包括增益K^。这个增益相对于台1的内 部动力学行为被校准，尤其是物体保持结构或物体保持装置4相对于短行
程部分3的挠性(flexibility)。在这个方面，值得注意的是，在常规的光 刻设备中希望使短行程部分3和物体保持结构或物体保持装置4之间的连 接装置尽可能地具有刚性，以避免由于这种挠性带来的任何误差。在本发 明的实施例中，希望具有一些挠性，以使通过极短行程控制回路进行误差 补偿变得可能。
在图2中示出的实施例中，物体保持结构或物体保持装置4相对于短 行程部分3的挠性通过支撑物体保持结构或物体保持装置4的凸起10的 挠性来获得。因而，增益K^给出通过在与短行程部分3的位置误差基本 上相同的间距上的、凸起10的弹性变形而相对于短行程部分3移置物体 保持结构或物体保持装置4所需的作用力与短行程部分3的误差之间的关 系。增益可以K^ (例如)容易地以10%或更小精确度校准。利用图3中 的控制方法中的增益可以获得由可移动支撑结构1支撑的可替换物体5的 位置精确度至少十倍的精确度提高。
应该注意的是，虽然凸起10的挠性被用来补偿短行程控制回路的位 置误差，短行程部分3和物体保持装置4之间的连接装置的刚度仍然需要 较大，以便将来自短行程部分3的加速作用力传递给物体保持装置4。相 对地，极短行程致动器9的刚度必须相对较大以容易在短行程部分3的加 速过程中加速物体保持装置4并补偿误差。极短行程控制器的刚度包括致 动器自身的刚度以及短行程部分和物体保持装置之间的连接装置的刚度， 在本示例中为凸起IO的刚度。
优选地，刚度基本上比短行程致动器的相对低的刚度大。高的刚度还
有利于致动器9的响应速度，因为支撑结构4的第一本征频率等于一J^，
c是支撑结构3和4之间的连接装置的总刚度，m是支撑结构4的质量。 因而，更高的刚度导致更高的本征频率和更快的响应。另一方面，当凸起 的总的刚度减小致动器范围减小。因为极短行程致动器需要的致动器范围 极小，这是足够的。
17在应用于光刻设备中的本发明的实施例中，短行程控制回路的最大误
差等于大约士 100 nm的最大值，并且典型地小于大约土 10 nm。因而，极 短行程控制器的工作范围相对较小。在应用典型地提供其自身尺寸的1/10 尺寸的最大尺寸改变的压电元件的情形中，压电元件具有大约l-10mm范 围或更小的尺寸。这样的压电元件容易结合到现有的光刻设备原理中。
极短行程控制器的增益KuM可以被设定为位置依赖于可移动支撑结构 的具体位置，例如短行程部分或衬底5相对于投影系统的位置。当物体保 持装置相对于短行程部分的移动是相对地小，衬底5的位置通常将与短行 程部分的位置一致。这种依赖位置的增益可以(例如)用来补偿依赖位置 的交叠影响。
附加地或可替换地，是可能应用极短行程致动器来补偿物体保持装置 内的变形，其中变形可以(例如)是由温度差异引起的。
图4示出了极短行程致动器9的可替换的实施例。在图4中，仅示出 了短行程部分3和物体保持装置4。在本实施例中，剪切压电元件9被用 作极短行程致动器。这种剪切压电元件当被施加电流时会改变形状，典型 地从矩形基本形状变成平行四边体的形状。这种相对刚性的压电元件是位 置类型致动器，因为它响应于电压直接改变形状。因而，物体保持装置4 相对于短行程部分3的位置根据极短行程致动器9的驱动直接地改变。
在可替换的实施例中，可以应用其他具有相对大的刚度并且优选地是 位置类型的致动器。这样的致动器的示例是并行地具有相关的刚性弹簧的 洛伦兹致动器。这样的结合也行使位置致动器的功能电流通过致动器的 线圈导致弹簧的快的位置改变。
图5示出了用于光刻设备的图案形成装置台和衬底台结合的位置控制 方案。应该认识到，在图像投影过程中，承载图案形成装置的图案形成装 置台，和承载图案形成装置的图像投影于其上的衬底的衬底台被完全对准 以避免成像误差。
在图5的控制方案中，图案形成装置台和衬底台都包括相对于长行程 部分可移动地设置的短行程部分。每个图案形成装置台和衬底台的短行程 部分和长行程部分的位置控制用短行程和长行程控制回路控制，如参考图 3的方式说明的那样。
18图案形成装置台包括具有相对高的刚度的极短行程致动器，例如多个 压电元件。极短行程致动器由极短行程控制器C^驱动。极短行程控制器 Cuss的输入等于图案形成装置台的位置误差加上衬底台的位置误差。通过 考虑图案形成装置台的位置误差和衬底台的位置误差，图案形成装置和衬 底可选地彼此对准。
应该注意的是，这里使用的术语"长行程"、"短行程"和"极短行程" 表示这些术语之间的相对的差异。通常，术语"长行程"指的是可移动支 撑结构的全部工作范围。短行程范围对应于短行程致动器的范围。术语"极 短行程"通常对应于短行程致动器的控制回路的误差范围。
在上面所述的可移动支撑结构的实施例中，长行程致动器描述成在短 行程致动器的范围内移动可移动支撑结构的长行程部分。在不需要这种长 行程致动器的情形中，也就是可移动支撑结构的工作范围等于或小于短行 程致动器的工作范围时，长行程部分和长行程致动器可以被省略。
这里上面描述了位置测量和控制。在实际执行中，也可能依赖位置的 信号被用来确定或控制可移动支撑结构的位置。因而，在本申请的范围内， 术语"位置"还包括依赖位置的信号，例如用来确定或控制位置的速度或 加速度，或可移动支撑结构的依赖位置的变量。
此外，如上所述的极短行程控制器仅具有与支撑结构3的位置误差有
关的输入。没有描述支撑结构4的位置测量。然而，为了确保更高的精确 度，可以增加测量支撑结构4相对于支撑结构3、或相对于外部参照物的 位置的位置传感器。这个额外的位置测量值可以输入到极短行程控制器以 进一步减小支撑结构4的误差。
此外，所描述的可移动支撑结构的位置的确定和控制是在一个自由度 上进行的。在实际应用中，通常在两个或多个自由度上控制位置。典型地， 光刻设备的台在三个共面的自由度或六个自由度上进行控制。
虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs (集成电路)，但是应该理
解到这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如制造集成光学系统、磁 畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁 头等。本领域技术人员应该看到，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"
19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"
也可以表示己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，本发明的实施例可以有其它的应用，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(UV)辐射(例如具有约365、 248、 193、 157或126 nm的波长) 和深紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)以及粒子束，例 如离子束或电子束。
这里使用的术语"透镜"可以认为是一个或多种类型的光学元件的组 合体，包括折射型、反射型、磁学型、电磁型和静电型光学部件。
上面已经描述了本发明的特定的实施例，但应该理解本发明可以应用 到除上面所述以外的情形。例如，本发明可以采用包含至少一个可机读的 指令序列的计算机程序的形式描述一种如上面公开的方法，或具有存储其 中的所述的计算机程序的数据存储媒介(例如半导体存储器、磁盘或光 盘)。
上面描述的内容是例证性的，而不是限定的。因而，应该认识到，本 领域的技术人员在不脱离给出本发明的权利要求的范围，可以对上述本发 明进行更改。
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权利要求
1. 一种构造成保持可替换物体的可移动支撑结构，所述支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动结构；相对于所述可移动结构可移动地设置并构造成保持可替换物体的物体保持装置；构造成相对于所述参照物体移动所述可移动结构的致动器；和构造成相对于所述可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，其中所述极短行程致动器的刚度基本上大于致动器的刚度。
2. 如权利要求1所述的可移动支撑结构，其中所述极短行程致动器是 位置类型致动器。
3. 如权利要求1所述的可移动支撑结构，其中所述极短行程致动器包 括压电致动器。
4. 如权利要求1所述的可移动支撑结构，其中所述可移动结构包括长 行程部分和短行程部分，其中所述长行程部分和所述短行程部分相对于彼 此可移动地设置，其中所述短行程部分构造成保持所述物体保持装置，和 其中所述致动器是构造成相对于所述长行程部分移动所述短行程部分的 短行程致动器，所述可移动支撑结构还包括构造成相对于所述参照物体移 动所述长行程部分的长行程致动器。
5. 如权利要求4所述的可移动支撑结构，其中所述短行程致动器包括 洛伦兹致动器。
6. 如权利要求4所述的可移动支撑结构，其中所述长行程部分是台， 所述短行程部分是卡盘，并且所述物体保持装置是可替换物体台。
7. 如权利要求1所述的可移动支撑结构，其中可移动结构包括构造成 保持所述物体保持装置的夹持装置。
8. 如权利要求7所述的可移动支撑结构，其中所述夹持装置是真空夹 具、或静电夹具、或真空夹具和静电夹具两者。
9. 如权利要求7所述的可移动支撑结构，其中所述夹持装置包括多个凸起，所述物体保持装置夹持在所述凸起上，所述凸起在可移动结构和所述物体保持装置之间提供挠性。
10. —种用于控制保持在可移动支撑结构上的可替换物体的位置的位置控制系统，所述可移动支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动结构，相对于所述可移动结构可移动地设置并且构造成保持所述可替换物体的物体保持装置，构造成相对于所述参照物体移动所述可移动结构的致动器，和构造成相对于所述可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，极短行程致动器的刚度基本上比所述致动器的刚度大，所述位置控制系统包括位置测量系统，所述位置测量系统构造成测量所述可移动结构的位置；比较装置，所述比较装置构造成通过对比所述可移动结构的所述测量位置与所需的位置来提供误差信号；控制器，所述控制器构造成基于所述误差信号提供控制信号给所述致动器；和极短行程控制器，所述极短行程控制器构造成基于所述误差信号提供控制信号给所述极短行程致动器。
11. 如权利要求IO所述的位置控制系统，其中所述极短行程控制器是前馈控制器。
12. 如权利要求11所述的位置控制系统，其中所述极短行程控制器包括校准增益。
13. 如权利要求12所述的位置控制系统，其中所述增益依赖于所述可移动结构的所述位置。
14. 如权利要求IO所述的位置控制系统，其包括构造用于测量所述物体保持装置相对于所述可移动结构的位置的第二位置测量系统，所述物体保持装置的所述测量的位置被提供给所述控制器、或所述极短行程控制器、或所述控制器和所述极短行程控制器两者。
15. 如权利要求10所述的位置控制系统，其中所述可移动结构包括长行程部分和短行程部分，其中所述长行程部分和短行程部分相对于彼此是可移动地设置的，其中所述短行程部分构造成保持所述物体保持装置，其中所述位置测量系统构造成测量所述短行程部分的位置，和其中所述致动器是构造成相对于所述长行程部分移动所述短行程部分的短行程致动器，所述可移动支撑结构还包括构造用于相对于所述参照物体移动所述长行程部分的长行程致动器。
16. —种光刻设备，其包括照射系统，所述照射系统构造成调节辐射束；图案形成装置支撑结构，所述图案形成装置支撑结构构造成支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案在辐射束的横截面上赋予到所述辐射束上以形成图案化的辐射束；衬底支撑结构，所述衬底支撑结构构造成保持衬底；和投影系统，所述投影系统构造成将图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上，其中至少一个所述支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动结构；相对于所述可移动结构可移动地设置并且构造成保持各自的衬底或图案形成装置的物体保持装置；构造成相对于所述参照物体移动所述可移动结构的致动器；和构造成相对于所述可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，其中所述极短行程致动器的刚度基本上比所述致动器的刚度大。
17. 如权利要求16所述的光刻设备，其中所述参照物体是平衡块或框架。
18. 如权利要求16所述的光刻设备，其包括位置控制系统，所述位置控制系统包括位置测量系统，所述位置测量系统构造成测量所述可移动结构的位置；比较装置，所述比较装置构造成通过对比所述可移动结构的所述测量的位置与所需的位置来提供误差信号；控制器，所述控制器构造成基于所述误差信号提供控制信号给所述致动器；和极短行程控制器，所述极短行程控制器构造成基于所述误差信号提供控制信号给所述极短行程致动器。
19. 如权利要求18所述的光刻设备，其中所述极短行程致动器的所述控制信号是基于所述误差信号和第二误差信号，所述第二误差信号是所述图案形成装置支撑结构和所述衬底支撑结构中的另一个的真实位置和所需位置之间的差异。
20. —种控制由可移动支撑结构保持的可替换物体的位置的方法，所述支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动结构，相对于所述可移动结构可移动地设置并且构造成保持所述可替换物体的物体保持装置，构造成相对于所述参照物体移动所述可移动结构的致动器，和构造成相对于所述可移动结构移动所述物体保持装置的极短行程致动器，所述极短行程致动器的刚度基本上比至少一个致动器的刚度大，所述方法包括测量所述可移动结构的位置，通过对比所述测量的位置与所需的位置提供误差信号，基于所述误差信号提供控制信号给所述致动器，以及基于所述误差信号提供控制信号给所述极短行程致动器。
21. 如权利要求20所述的方法，其中提供控制信号给所述极短行程致动器的步骤包括前馈乘以增益的误差信号。
22. 如权利要求21所述的方法，其中所述增益通过校准获得。
23. 如权利要求20所述的方法，其中提供给所述极短行程致动器的所述控制信号依赖于所述可移动支撑结构的所述位置。
24. 如权利要求20所述的方法，其中提供给所述极短行程致动器的所述控制信号依赖于所述物体保持装置中的内部变形。
25. 如权利要求20所述的方法，包括测量所述物体保持装置的位置；通过对比所述测量的位置与所需的位置提供物体保持装置误差信号；和基于所述物体保持装置误差信号提供控制信号给所述致动器，或基于所述物体保持装置误差信号提供控制信号给所述极短行程致动器，或基于所述物体保持装置误差信号提供控制信号给所述致动器和所述极短行程致动器两者。
全文摘要
本发明公开一种可移动支撑结构、位置控制系统、光刻设备和位置控制方法。根据本发明的可移动支撑结构构造成保持可替换物体。该支撑结构包括相对于参照物体可移动地设置的可移动结构、相对于可移动结构可移动地设置并构造成保持可替换物体的物体保持装置、构造成用于相对于参照物体移动可移动结构的致动器、以及构造用于相对于可移动结构移动物体保持装置的极短行程致动器，其中极短行程致动器的刚度基本上比至少一个致动器的刚度大。
文档编号G03F7/20GK101510052SQ200910004109
公开日2009年8月19日 申请日期2009年2月12日 优先权日2008年2月13日
发明者汉斯·巴特勒 申请人:Asml荷兰有限公司