專利名稱：光刻裝置，器件制造、性能測(cè)量及校準(zhǔn)方法和計(jì)算機(jī)程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光刻投射裝置，其包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)，該輻射系統(tǒng)包括一脈沖輻射源；用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于根據(jù)理想的圖案使投射光束圖案化；用于保持基底的基底臺(tái)；用于將圖案化的光束投射到基底的靶部上的投射系統(tǒng)；和用于控制所述投射光束的脈沖能量的控制系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及在這種光刻裝置中測(cè)量輻射源性能的方法，和校準(zhǔn)控制系統(tǒng)的方法，并涉及用這種裝置制造器件的方法和用于指示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的計(jì)算機(jī)程序。
背景技術(shù)：
這里使用的術(shù)語“圖案形成裝置”應(yīng)廣意地解釋為能夠使入射的輻射束在截面中帶有圖案的部件，其中所述圖案與要在基底的靶部上形成的圖案一致；本文中也使用術(shù)語“光閥”。一般地，所述圖案與在靶部中形成的器件的特殊功能層相對(duì)應(yīng)，如集成電路或者其它器件(如下文)。這種圖案形成裝置的示例包括■掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二進(jìn)制型、交替相移型和衰減相移類型，以及各種混合掩模類型。這種掩模在輻射光束中的布置使入射到掩模上的輻射能夠根據(jù)掩模上的圖案而選擇性地被透射(在透射掩模的情況下)或者被反射(在反射掩模的情況下)。在使用掩模的情況下，支撐結(jié)構(gòu)一般是一個(gè)掩模臺(tái)，它能夠保證掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要該臺(tái)能夠相對(duì)光束移動(dòng)?！龀炭胤瓷溏R陣列。這種設(shè)備的一個(gè)例子是具有一粘彈性控制層和一反射表面的矩陣可尋址表面。這種裝置的理論基礎(chǔ)是(例如)反射表面的尋址區(qū)域?qū)⑷肷涔夥瓷錇檠苌涔?，而非可尋址區(qū)域?qū)⑷肷涔夥瓷錇闉榉茄苌涔?。用一個(gè)適當(dāng)?shù)臑V光器，從反射的光束中濾除所述非衍射光，只保留衍射光；按照這種方式，光束根據(jù)矩陣可尋址表面的尋址圖案而產(chǎn)生圖案。程控反射鏡陣列的另一實(shí)施例利用微小反射鏡的矩陣排列，通過使用適當(dāng)?shù)木植侩妶?chǎng)，或者通過使用壓電致動(dòng)器裝置，使得每個(gè)反射鏡能夠獨(dú)立地對(duì)于一軸傾斜。再者，反射鏡是矩陣可尋址的，以使可尋址的反射鏡以不同的方向?qū)⑷肷涞妮椛涫瓷涞椒强蓪ぶ贩瓷溏R上；按照這種方式，根據(jù)矩陣可尋址反射鏡的可尋址圖案對(duì)反射光束進(jìn)行圖案形成?？梢杂眠m當(dāng)?shù)碾娮友b置進(jìn)行該所需的矩陣尋址。在上述兩種情況中，圖案形成裝置可包括一個(gè)或者多個(gè)程控反射鏡陣列。反射鏡陣列的更多參考信息可以從例如美國專利US5,296,891和美國專利US5,523,193、和PCT專利申請(qǐng)WO 98/38597和WO 98/33096中獲得，這些文獻(xiàn)在這里引入作為參照。在使用程控反射鏡陣列的情況中，所述支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或者工作臺(tái)，例如所述結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以是固定的或者是可移動(dòng)的?！龀炭豅CD陣列，例如由美國專利US 5,229,872給出了這種結(jié)構(gòu)的示例，它在這里引入作為參照。如上所述，在這種情況下支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或者工作臺(tái)，例如所述結(jié)構(gòu)根據(jù)需要可以是固定的或者是可移動(dòng)的。
為簡(jiǎn)單起見，本文的其余部分在一定情況下涉及具有掩模和掩模臺(tái)的示例；可是，在這樣的例子中所討論的一般原理參見上述更寬范圍的圖案形成裝置的內(nèi)容。
光刻投影裝置可以用于例如集成電路(IC)的制造。在這種情況下，圖案形成裝置可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于IC每一層的電路圖案，該圖案可以成像在已涂敷輻射敏感材料(抗蝕劑)層的基底(硅片)的靶部上(例如包括一個(gè)或者多個(gè)電路小片(die))。一般的，單一的晶片將包含相鄰靶部的整個(gè)網(wǎng)格，該相鄰靶部由投影系統(tǒng)逐個(gè)相繼輻射。在目前采用掩模臺(tái)上的掩模進(jìn)行圖案形成的裝置中，有兩種不同類型的機(jī)器。一類光刻透射裝置是，通過一次曝光靶部上的全部掩模圖案而輻射每一靶部；這種裝置通常稱作晶片步進(jìn)器。另一種裝置(通常稱作分步掃描裝置)通過在投射光束下沿給定的參考方向(“掃描”方向)依次掃描掩模圖案、并同時(shí)沿與該方向平行或者逆平行的方向同步掃描基底臺(tái)來輻射每一靶部；因?yàn)橐话銇碚f，投影系統(tǒng)有一個(gè)放大系數(shù)M(通常＜1)，因此對(duì)基底臺(tái)的掃描速度V是對(duì)掩模臺(tái)掃描速度的M倍。如這里描述的關(guān)于光刻設(shè)備的更多信息可以從例如美國專利US6,046,729中獲得，該文獻(xiàn)這里作為參考引入。
在用光刻投影裝置制造方法中，(例如在掩模中的)圖案成像在至少部分由一層輻射敏感材料(抗蝕劑)覆蓋的基底上。在這種成像步驟之前，可以對(duì)基底進(jìn)行各種處理，如涂底層，涂敷抗蝕劑和軟烘烤。在曝光后，可以對(duì)基底進(jìn)行其它的處理，如后曝光烘烤(PEB)，顯影，硬烘烤和測(cè)量/檢查成像特征。以這一系列工藝為基礎(chǔ)，對(duì)例如IC的器件的單層形成圖案。這種圖案層然后可進(jìn)行不同的處理，如蝕刻、離子注入(摻雜)、鍍金屬、氧化、化學(xué)-機(jī)械拋光等完成一單層所需的所有處理。如果需要多層，那么對(duì)每一新層必須重復(fù)全部步驟或者其變型。最終，在基底(晶片)上出現(xiàn)器件陣列。然后采用例如切割或者鋸斷的其它技術(shù)將這些器件彼此分開，單個(gè)器件可以安裝在載體上，與管腳等連接。關(guān)于這些步驟的進(jìn)一步信息可從例如Peter van Zant的“微型集成電路片制造半導(dǎo)體加工實(shí)踐入門(Microchip FabricationA Practical Guide to Semiconductor Processing)”一書(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中獲得，這里作為參考引入。
為了簡(jiǎn)單起見，投影系統(tǒng)在下文稱為“透鏡”；可是，該術(shù)語應(yīng)廣意地解釋為包含各種類型的投影系統(tǒng)，包括例如折射光學(xué)裝置，反射光學(xué)裝置，和反折射系統(tǒng)。輻射系統(tǒng)還可以包括根據(jù)這些設(shè)計(jì)類型中任一設(shè)計(jì)的操作部件，該操作部件用于操縱、整形或者控制輻射的投射光束，這種部件在下文還可共同地或者單獨(dú)地稱作“透鏡”。另外，光刻裝置可以具有兩個(gè)或者多個(gè)基底臺(tái)(和/或兩個(gè)或者多個(gè)掩模臺(tái))。在這種“多級(jí)式”器件中，可以并行使用這些附加臺(tái)，或者可以在一個(gè)或者多個(gè)臺(tái)上進(jìn)行準(zhǔn)備步驟，而一個(gè)或者多個(gè)其它臺(tái)用于曝光。例如在美國專利US5,969,441和WO98/40791中描述的二級(jí)光刻裝置，這里作為參考引入。
一些現(xiàn)今的光刻裝置用準(zhǔn)分子激光器作為曝光輻射用光源。這些激光器是用脈沖激發(fā)的，并且多個(gè)脈沖(稱作發(fā)射或者短脈沖串)用于完成單一曝光。在一次曝光中所傳送到基底的輻射量是每一脈沖傳送的能量的和，因此通過監(jiān)控每一脈沖的能量可以控制輻射量，并且可以改變隨后的脈沖能量以補(bǔ)償任何從額定脈沖能量的偏移。這種控制可以由改變施加到激光器諧振腔內(nèi)以激勵(lì)激光介質(zhì)的電壓而實(shí)現(xiàn)，該電壓在下文稱作激勵(lì)電壓或者高電壓HV。用于這種控制的另一種裝置是一位于光刻裝置的輻射系統(tǒng)光路中的可變衰減器。該方法迄今為止已提供足夠的效果，但為達(dá)到改進(jìn)光刻裝置性能的要求，即使當(dāng)每一曝光的脈沖數(shù)被減少時(shí)，也需要更嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范控制輻射量，以減小校正輻射量誤差的機(jī)會(huì)。
現(xiàn)在使用的準(zhǔn)分子激光器是一個(gè)復(fù)雜的器件，并在控制時(shí)顯示出其復(fù)雜性。特別是，在操作參數(shù)方面的階躍變化，例如，當(dāng)激光器啟動(dòng)開始曝光或者一系列曝光時(shí)或者當(dāng)脈沖重復(fù)頻率或者激勵(lì)電壓變化時(shí)，將導(dǎo)致脈沖能量的巨大瞬變振蕩。為了避免傳輸?shù)交灼矫孑椛淞康淖兓?，激光器的控制系統(tǒng)必須考慮到這些瞬時(shí)變化和激光器的其它復(fù)雜性，致使需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的關(guān)鍵部分是一模擬出施加到激光諧振腔的高電壓和輸出脈沖能量Ep之間的傳遞函數(shù)的增益。
精確調(diào)諧激光器控制系統(tǒng)的參數(shù)是困難的，更為困難的是考慮到時(shí)間變化的影響，例如激光諧振腔氣體的老化。調(diào)諧控制系統(tǒng)參數(shù)的一個(gè)方法是對(duì)每一脈沖能量用特定的參考型材做測(cè)試運(yùn)行。可是，這種測(cè)量不能在曝光期間進(jìn)行，所以為此花費(fèi)的時(shí)間減少了設(shè)備的生產(chǎn)量。WO99/08156已提出在曝光期間通過在脈沖能量調(diào)整點(diǎn)增加小波動(dòng)，臨時(shí)中止控制并在被測(cè)量的輸出中觀察其影響來協(xié)調(diào)控制參數(shù)。然而為了滿足輻射量的均勻性要求，干擾必須保持非常小。因此為了校準(zhǔn)脈沖能量/高電壓增益，需要花費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間的多次曝光來收集需要的信息。后面的校準(zhǔn)將在下文提及，并稱作HV-Ep校準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠更精確地控制輻射量的光刻裝置。本發(fā)明的還一目的是提供一種在光刻裝置中測(cè)量脈沖輻射源性能的方法，和甚至在曝光期間，校準(zhǔn)所述輻射源控制系統(tǒng)的方法。
如開始段落限定的本發(fā)明光刻投射裝置可達(dá)到第一和其它目的，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括最低階的閉環(huán)控制器。
通過使用最低階閉環(huán)控制器，本發(fā)明提供無差拍控制的離散時(shí)間的系統(tǒng)(即，從一個(gè)狀態(tài)變換到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)無超限運(yùn)行或者振蕩的臨界阻尼系統(tǒng))。盡管脈沖輻射源和其特性具有明顯的復(fù)雜性，但是本發(fā)明人已確定該源的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)能夠由一階模型模擬，優(yōu)選地由一階時(shí)間延遲模擬，該一階延遲時(shí)間在z域中等于z-1，其中z是一個(gè)多元變量。該源的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)不包括寄生效應(yīng)和瞬時(shí)效應(yīng)。因此該控制系統(tǒng)可以如一個(gè)簡(jiǎn)單的積分器而實(shí)現(xiàn)，例如，反向Euler(歐拉)離散時(shí)間近似Tz/(z-1)，其中T表示每一離散時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間，并且調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)來實(shí)現(xiàn)無差拍控制或非常接近無差拍控制。另外，本發(fā)明人已確定所述一階模型的有效性獨(dú)立于脈沖重復(fù)頻率，該頻率在下文中還簡(jiǎn)稱為重復(fù)頻率，該輻射源以該頻率操作。這使得重復(fù)頻率可獨(dú)立于控制設(shè)計(jì)，寄生效應(yīng)和瞬時(shí)效應(yīng)可忽略不計(jì)。因此，離散時(shí)間階段的持續(xù)時(shí)間T可以在反向Euler(歐拉)近似中忽略，以使控制系統(tǒng)成為一個(gè)加法器z/(z-1)，而不是積分器。其優(yōu)點(diǎn)為，只要提供了正確的HV-Ep校準(zhǔn)，獨(dú)立于重復(fù)頻率的恒定控制增益可以用于實(shí)現(xiàn)無差拍控制。盡管沒有特別包括如激光器的諧振頻率的寄生效應(yīng)，但是所述控制器的優(yōu)點(diǎn)超過了現(xiàn)有的控制器，在克服這些寄生效應(yīng)和不恰當(dāng)?shù)腍V-Ep校準(zhǔn)方面它更有效。
設(shè)置前饋環(huán)路能夠預(yù)先校正測(cè)瞬時(shí)影響。重復(fù)頻率獨(dú)立控制器的設(shè)計(jì)可學(xué)習(xí)獲知應(yīng)糾正的瞬時(shí)影響，這可以基于最低階模型。例如，用于前饋校正的學(xué)習(xí)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上利用所述一階時(shí)間延遲模型與加法器結(jié)合來控制，以實(shí)現(xiàn)無差拍特性。因?yàn)樗^寄生效應(yīng)(寄生效應(yīng)動(dòng)力學(xué))，所以控制系統(tǒng)可偏離完美的無差拍控制，或甚至當(dāng)一些系統(tǒng)性能變化或者未知時(shí)，提供了穩(wěn)定性，即可實(shí)現(xiàn)可靠系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的第二目的通過提供一種測(cè)量脈沖輻射源和/或光刻投射裝置的方法得以實(shí)現(xiàn)，所述光刻裝置包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)，該輻射系統(tǒng)包括一脈沖輻射源；用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于根據(jù)理想的圖案使投射光束圖案化；用于保持基底的基底臺(tái)；用于將圖案化的光束投射到該基底的靶部上的投射系統(tǒng)；所述方法包括如下步驟對(duì)于多個(gè)連續(xù)輻射脈沖，測(cè)量脈沖能量和施加在該輻射源上的控制輸入中的至少一個(gè)值；和由該測(cè)量值計(jì)算測(cè)量值與目標(biāo)值之間的移動(dòng)平均值(MA)誤差，和測(cè)量值與目標(biāo)值之間的該誤差的移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(MSD)中的至少一個(gè)的多個(gè)值；由此所述計(jì)算值表示該輻射源和/或所述光刻投射裝置的性能。
本方法能夠區(qū)別這些裝置，即雖然通過基于傳送到基底平面總的輻射量的常規(guī)性能測(cè)試但接近穩(wěn)定邊緣的裝置和那些更穩(wěn)定的裝置。移動(dòng)平均值的較大變化和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差值的較大幅值表示控制系統(tǒng)相對(duì)不穩(wěn)定。同時(shí)來自測(cè)試運(yùn)行的所有數(shù)據(jù)，指示量的峰值可以用作性能的測(cè)量。本方法可以在在線和離線時(shí)使用，并且甚至在控制調(diào)整點(diǎn)在變化時(shí)也可以使用。
優(yōu)選地，特別地為了比較的目的，性能指示量被歸一化。
本發(fā)明的第三方面使用上述性能指示量，以提供校準(zhǔn)如開始段落限定的光刻裝置的脈沖輻射源的控制系統(tǒng)的方法，該方法包括如下步驟根據(jù)上述方法測(cè)量所述輻射源和所述控制系統(tǒng)的性能；調(diào)節(jié)所述控制系統(tǒng)的至少一個(gè)參數(shù)；和重復(fù)所述測(cè)量和調(diào)節(jié)步驟，以降低所述計(jì)算的移動(dòng)平均值和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差值中的至少一個(gè)。
本方法有益于應(yīng)用于在實(shí)際曝光步驟期間利用所測(cè)量的性能指示量，并且因此在考慮了輻射源的老化和其它現(xiàn)象下，以提供控制系統(tǒng)在非工作狀態(tài)中的校準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)比離線校準(zhǔn)短的校正時(shí)間。
另外，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供校準(zhǔn)光刻裝置中脈沖輻射源的控制系統(tǒng)的方法，所述光刻裝置包括帶有一階閉環(huán)控制器的控制系統(tǒng)，據(jù)此，可以調(diào)節(jié)至少一個(gè)與輻射源相關(guān)的控制系統(tǒng)的參數(shù)。通常，可以調(diào)節(jié)與所述輻射源相關(guān)的多個(gè)參數(shù)，但本發(fā)明公開一種校準(zhǔn)施加給激光諧振腔的高電壓和脈沖能量之間具體傳遞函數(shù)的簡(jiǎn)單方法。用脈沖能量/高電壓增益線性化該傳遞函數(shù)，并伴有偏差，所述傳遞函數(shù)在HV-Ep校準(zhǔn)中測(cè)量。HV-Ep校準(zhǔn)的所述方法依賴輻射源的一階時(shí)間延遲模型和最低階控制設(shè)計(jì)。
在本申請(qǐng)中，本發(fā)明的裝置具體用于制造IC(集成電路)，但是應(yīng)該明確理解這些裝置可能具有其它應(yīng)用。例如，它可用于集成光學(xué)系統(tǒng)的制造，用于磁疇存儲(chǔ)器、液晶顯示板、薄膜磁頭等的引導(dǎo)和檢測(cè)圖案等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在這種可替換的用途范圍中，在說明書中任何術(shù)語“標(biāo)線板”，“晶片”或者“電路小片(die)”的使用應(yīng)認(rèn)為分別可以由更普通的術(shù)語“掩?！?，“基底”和“靶部”代替。
在本文件中，使用的術(shù)語“輻射”和“光束”包含所有類型的電磁輻射，包括紫外輻射(例如具有248，193，157或者126nm波長(zhǎng))和EUV(遠(yuǎn)紫外輻射，例如具有5-20nm的波長(zhǎng)范圍)。


現(xiàn)在通過舉例的方式，參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光刻投射裝置；圖2表示輻射源和圖1裝置的一些其它部件；圖3表示用于圖1中裝置的輻射源的控制系統(tǒng)；圖4表示在圖3的控制系統(tǒng)中增加的前饋控制器；圖5表示用于本發(fā)明第二實(shí)施例輻射源的控制系統(tǒng)；圖6表示本發(fā)明第三實(shí)施例的控制系統(tǒng)；和圖7到18是表示本發(fā)明性能測(cè)量的圖表。
在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部分。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1圖1是示意地表示本發(fā)明具體實(shí)施例光刻投射裝置1。該裝置包括輻射系統(tǒng)Ex，IL，用于提供輻射投射光束PB(例如DUV輻射)，在這種具體例子中，該裝置還包括一輻射源LA；第一目標(biāo)臺(tái)(掩模臺(tái))MT，其設(shè)有用于保持掩模R(例如標(biāo)線板)的掩模保持器，并與用于將該掩模相對(duì)于物體PL精確定位的第一定位裝置PM連接；第二目標(biāo)臺(tái)(基底臺(tái))WT，其設(shè)有用于保持基底W(例如涂敷抗蝕劑的硅晶片)的基底保持器，并與用于將基底相對(duì)于物體PL精確定位的第二定位裝置連接；投射系統(tǒng)(“透鏡”)PL(例如折射透鏡系統(tǒng))，用于使掩模R的輻射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一個(gè)或多個(gè)電路小片(die))上。
如這里指出的，該裝置屬于透射型(例如具有透射掩模)?？墒?，一般來說，它還可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，該裝置可以利用其它種類的圖案形成裝置，如上述提及的程控反射鏡陣列型。
輻射源LA(例如準(zhǔn)分子激光器)產(chǎn)生輻射光束。該光束直接或經(jīng)過如擴(kuò)束器Ex的橫向調(diào)節(jié)裝置后，再射入到照射系統(tǒng)(照射器)IL中。照射器IL可包括調(diào)節(jié)裝置AM，用于設(shè)定光束強(qiáng)度分布的外和/或內(nèi)徑向量(通常分別稱為σ-外和σ-內(nèi))。另外，它一般包括各種其它部件，如積分器IN和聚光器CO。按照這種方式，照射到掩模R上的光束PB在其模截面具有理想的均勻性和強(qiáng)度分布。
應(yīng)該注意，圖1中的輻射源LA可以置于光刻投射裝置的殼體中(例如當(dāng)源是汞燈時(shí)經(jīng)常是這種情況)，但也可以遠(yuǎn)離光刻投射裝置，其產(chǎn)生的輻射光束被(例如通過適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚍瓷溏R的幫助)引導(dǎo)至該裝置中；當(dāng)光源LA是準(zhǔn)分子激光器時(shí)通常是后面的那種情況。本發(fā)明和權(quán)利要求包含這兩種方案。
光束PB然后與保持在掩模臺(tái)MT上的掩模R相交。由掩膜R選擇性反射的光束PB通過透鏡PL，該透鏡將光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位裝置(和干涉測(cè)量裝置IF)的輔助下，基底臺(tái)WT可以精確地移動(dòng)，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。類似的，例如在從掩模庫中機(jī)械取出掩模R或在掃描期間，可以使用第一定位裝置將掩模R相對(duì)光束PB的光路進(jìn)行精確定位。一般地，用圖1中未明確顯示的長(zhǎng)沖程模塊(粗略定位)和短行程模塊(精確定位)，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)臺(tái)MT、WT的移動(dòng)?？墒?，在晶片步進(jìn)器中(與分步掃描裝置相對(duì))，掩模臺(tái)MT可與短沖程執(zhí)行裝置連接，或者固定。掩模R和基底W可以使用掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記M1、M2和基底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記P1、P2來對(duì)準(zhǔn)。
所表示的裝置可以按照二種不同模式使用1.在步進(jìn)模式中，掩模臺(tái)MT保持基本不動(dòng)，整個(gè)掩模圖像被一次投射(即單“閃射”)到靶部C上。然后基底臺(tái)WT沿x和/或y方向移動(dòng)，以使不同的靶部C能夠由光束PB照射。
2.在掃描模式中，基本為相同的情況，但是所給的靶部C沒有暴露在單“閃射”中。取而代之的是，掩模臺(tái)MT可沿給定的方向(所謂的“掃描方向，例如y方向”)以速度v移動(dòng)，以使投射光束PB掃描整個(gè)掩模圖像；同時(shí)，基底臺(tái)WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同時(shí)移動(dòng)，其中M是透鏡PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在這種方式中，可以曝光相對(duì)較大的靶部C，而沒有犧牲分辨率。
圖2表示輻射源LA的一些部件和光刻裝置1用于解釋在曝光期間傳送到基底上的輻射量的控制。輻射源LA包括含有激光介質(zhì)例如Krf的激光諧振腔LC，該諧振腔受一個(gè)由高電壓電源HVPS提供的高電壓HV激勵(lì)。在觸發(fā)器TR的應(yīng)用下，激光諧振腔發(fā)射一個(gè)相干脈沖輻射。其能量由光電元件PC測(cè)量。由于各種原因，輻射源LA可以置于清潔房間外，光刻裝置1被保留在其中，因此通過光束傳輸管BD使投射光束PB傳送到光刻裝置中，所述光束傳輸管可以包括排氣管和反射鏡，以將投射光束PB引導(dǎo)到任何角落。
在光刻裝置1中，投射光束PB橫向穿過一個(gè)可變衰減器VAT，照射系統(tǒng)IL-O的其它光學(xué)元件，如調(diào)節(jié)裝置AM，積分器IN和聚光鏡CO，對(duì)掩模R照射。然后通過投射系統(tǒng)PL掩模圖案的圖像投射到基底W的靶部上。能量傳感器ES位于部分鍍銀的反射鏡后，并測(cè)量預(yù)定部分的能量，例如投射光束的1％，所述反射鏡位于沿投射光束在照射系統(tǒng)IL中的傳播方向的盡可能后部。點(diǎn)波束傳感器SS也可以設(shè)在晶片臺(tái)上，并用于裝置的離線校準(zhǔn)，但是不能在曝光期間進(jìn)行脈沖能量的測(cè)量。
在公知的光刻裝置中，設(shè)置輻射源以提供恒定能量的脈沖，使用基于如由光電元件PC測(cè)量的脈沖能量的反饋控制，來調(diào)整施加在激光諧振腔LC上的高電壓HV。傳送到基底上的輻射量的控制是基于由能量傳感器ES測(cè)量的光束強(qiáng)度，并利用可變衰減器VAT實(shí)現(xiàn)的。由例如50或者更多的大量脈沖形成每一曝光，并且用于曝光的理想的總輻射量由脈沖數(shù)分離成每一脈沖投射到靶部的能量。使用具有預(yù)定設(shè)置的可變衰減器實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度變化。可以理解對(duì)于掃描曝光，在掃描方向上總輻射量必須在照射狹縫的寬度上是正確的，以使輻射量在多個(gè)脈沖中是正確的，這取決于脈沖重復(fù)頻率，掃描速度和照射狹縫寬度等其它方面。
圖3表示本發(fā)明第一實(shí)施例的集成的控制系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，可變衰減器被設(shè)置成一個(gè)固定衰減度，并為清楚起見，在圖中被省略了?？刂葡到y(tǒng)10具有一個(gè)作為輸入的理想脈沖能量EPref，作為脈沖能量的給定值。從減法器14減掉上述脈沖的脈沖能量EPm，由能量傳感器ES測(cè)量，以給出脈沖能量誤差Eperr，并將其輸出給單一加法器12。一個(gè)放大器11給所加的脈沖能量誤差施加一個(gè)增益和一個(gè)偏差，相當(dāng)于HV-Ep的傳遞函數(shù)。放大器11的輸出決定施加給激光器LA的高電壓，并因此輸出一脈沖能量?？梢杂梢粋€(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)增益1/T(由于輻射源模塊的重復(fù)頻率獨(dú)立)的積分器Tz/(z-1)反向Euler(歐拉)離散時(shí)間近似而實(shí)現(xiàn)加法器12。上述部件形成一基本的反饋環(huán)，構(gòu)成控制系統(tǒng)的主要部分。該放大器11具有作為參數(shù)的增益和偏差值，所述值由以下述方式提供的輸入信號(hào)11a，11b不斷更新。
本發(fā)明人已確定激光器的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，除寄生效應(yīng)和瞬時(shí)效應(yīng)的影響外，它是一個(gè)簡(jiǎn)單的一階離散時(shí)間系統(tǒng)，即脈沖能量?jī)H取決于先前施加給激光器的最后的高電壓，并且其傳遞函數(shù)僅由z-1給定。因此，控制系統(tǒng)10的反饋環(huán)由適當(dāng)調(diào)節(jié)放大器11的增益值，而形成能夠無差拍控制的最低階。達(dá)到無差拍控制的增益值可以用移動(dòng)平均值和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差性能的測(cè)量來確定，或者用如下所述的離線或在線HV-Ep校準(zhǔn)方式來確定。
除上述反饋環(huán)外，控制系統(tǒng)10還有一個(gè)由預(yù)測(cè)器13確定的前饋校正EPoorr。如圖3所示，根據(jù)脈沖能量表示前饋校正，并在放大器11之前施加，另外，可根據(jù)高電壓校正來計(jì)算前饋校正并在放大器11之后施加。在一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)施中，前饋校正可以代表初始施加給激光諧振腔的高電壓的一階評(píng)估。由于使用這種簡(jiǎn)單的前饋校正，為了降低可能的負(fù)面影響的方案是“傾倒”第一脈沖到照射系統(tǒng)IL中的已關(guān)閉的快門或者遮光葉片上。如上所述前饋校正也可以校正瞬時(shí)影響，下面將進(jìn)行討論。
眾所周知，目前輻射源的瞬時(shí)狀態(tài)隨時(shí)間和/或輻射源的操作參數(shù)變化而變化。本發(fā)明的另一實(shí)施例，在圖4中表示的是前饋控制器，其自動(dòng)學(xué)習(xí)獲知應(yīng)預(yù)先校正的瞬時(shí)狀態(tài)。在伺服控制理論中，存在數(shù)個(gè)控制方式，如重復(fù)的，自適應(yīng)的，迭代的和學(xué)習(xí)的，也可以將它們組合。對(duì)于本控制器，可使迭代學(xué)習(xí)控制理論應(yīng)用于激光器，顯然使用重復(fù)頻率獨(dú)立的最小階模型和控制設(shè)計(jì)。使用本理論的優(yōu)勢(shì)是在控制器的設(shè)計(jì)中減少了對(duì)經(jīng)驗(yàn)依賴，但是以早期的和公知的控制方法為基礎(chǔ)。
供給學(xué)習(xí)算法一脈沖能量誤差矢量[Eperr，b]，該矢量包含一個(gè)完整脈沖串的至少一部分的Eperr＝(Epref-Epm)的時(shí)間系列，其中b表示脈沖數(shù)，[x]是一個(gè)矢量x的表達(dá)式。根據(jù)所學(xué)習(xí)獲知的該誤差矢量的校正量[fb+1]，并將其儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器MEM中，依照下述更新規(guī)則[fb+1]＝Q(z)*(λ[fb]+μ[Eperr，b])(1)其中Q(z)是離散時(shí)間過濾器，μ是學(xué)習(xí)因子，λ是遺忘因子，Q(z)*[x]表示矢量[x]用離散時(shí)間過濾器Q(z)過濾。在下一個(gè)脈沖串時(shí)所存儲(chǔ)的校正量被用作前饋校正量，并通過預(yù)測(cè)濾波器B(z)注入控制環(huán)中。如果未知初始瞬時(shí)補(bǔ)償可以在第一脈沖串(即b＝1)時(shí)提供，那么存儲(chǔ)器可以定義為零(即[fb＝1]是一個(gè)零矢量)，其實(shí)際上表明在該第一脈沖串期間沒有瞬時(shí)補(bǔ)償。注意矢量[Eperr，b]的長(zhǎng)度可以等于一個(gè)脈沖串的脈沖數(shù)。為了降低資源需要在完成學(xué)習(xí)算法時(shí)，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的計(jì)算能力，優(yōu)選矢量[Eperr，b]的長(zhǎng)度采用最大值。當(dāng)一脈沖串比該最大值包含多個(gè)脈沖時(shí)，那么校正量[fb]的最后取樣r被線性強(qiáng)制到零。該作用過程防止在控制系統(tǒng)中在矢量[fb]的端部注入對(duì)光刻裝置的(輻射量)性能產(chǎn)生負(fù)面影響的分步干擾。在具體實(shí)施例中，最大矢量[Eperr，b]的長(zhǎng)度在50到1000脈沖之間變化，并且r在10和100之間。只要矢量[Eperr，b]-r的最大長(zhǎng)度包括輻射源的瞬時(shí)狀態(tài)，對(duì)于這些參數(shù)學(xué)習(xí)算法的表現(xiàn)不是非常靈敏?，F(xiàn)有的激光系統(tǒng)，r等于50的最大長(zhǎng)度為300似乎是安全的選擇。
學(xué)習(xí)和遺忘因子(分別是μ和λ)可以適當(dāng)調(diào)整，遺忘因子λ可選擇比用于計(jì)算輻射源瞬時(shí)變化特性的1小。例如，為主動(dòng)忘記已變成不相關(guān)的部分瞬時(shí)狀態(tài)(應(yīng)該預(yù)先校正)。學(xué)習(xí)因子μ是一個(gè)新信息的權(quán)重因數(shù)，與[fb]中存在的信息相比該新信息包含在[Eperr，b]中。通過選擇μ小于1，學(xué)習(xí)算法在誤差信號(hào)[Eperr，b]中出現(xiàn)的寬帶噪聲中不起大作用，但在另一方面獲得較低的學(xué)習(xí)速度。注意在標(biāo)準(zhǔn)ILC應(yīng)用中，當(dāng)學(xué)習(xí)獲知了足夠的重復(fù)干擾校正量后，學(xué)習(xí)算法(或者更新規(guī)則)將被關(guān)閉。這不適合輻射源瞬時(shí)補(bǔ)償，因?yàn)槠渌矔r(shí)狀態(tài)是變化的，例如超時(shí)和/或具有操作參數(shù)的變化時(shí)。后者促進(jìn)了如學(xué)習(xí)和遺忘因子的協(xié)調(diào)參數(shù)的引入，在前饋控制器的特定實(shí)施例中，使用λ＝0.85和μ＝0.5的參數(shù)值。
盡管學(xué)習(xí)算法出現(xiàn)在輻射源中是寄生的動(dòng)態(tài)的，但是穩(wěn)定過濾器Q(z)保證學(xué)習(xí)算法會(huì)集。歸一化乃奎斯特頻率的過濾器Q(z)的設(shè)計(jì)使學(xué)習(xí)的前饋校正方法重復(fù)頻率獨(dú)立。特別注意穩(wěn)定過濾器Q(z)的相特性。當(dāng)通過這種過濾作用引入的相能夠破壞校正量的計(jì)時(shí)部分時(shí)，使用零相過濾或具有線性相特性的過濾器。由于下一校正量[fb+1]在脈沖間歇中計(jì)算，所以這種技術(shù)的應(yīng)用是可能的。在特定實(shí)施例中，穩(wěn)定過濾器Q(z)是一個(gè)二階低通過濾器，它具有0.25倍重復(fù)頻率的截止頻率。用這種過濾器進(jìn)行正向和反相數(shù)字過濾，以使結(jié)果具有精確的零相變形，并由過濾器的幅值響應(yīng)(即，實(shí)際上是四階過濾)的平方修正其大小。過濾器的初始條件要特別注意，如在開始校正矢量[fb+1]時(shí)，過濾器瞬時(shí)作用對(duì)信息內(nèi)容沒有負(fù)面影響。注意在穩(wěn)定過濾器Q(z)，學(xué)習(xí)因子μ和遺忘因子λ之間具有一定的相關(guān)性。
預(yù)測(cè)過濾器B(z)的實(shí)現(xiàn)直接取決于輻射源的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)和最低階控制設(shè)計(jì)(以實(shí)現(xiàn)無差拍控制)。根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)ILC，過濾器B(z)被理論上設(shè)計(jì)成操作靈敏度的倒數(shù)，即對(duì)于輻射源z(z/(z-1))。因?yàn)樵撨^濾器的一部分等于加法器，在控制器12(該控制器是加法器z/(z-1))之前引入校正量時(shí)，它可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為B(z)＝z。注意在預(yù)測(cè)過濾器B(z)直接變化時(shí)，校正量也可以根據(jù)圖3中前饋量Epcorr的引入點(diǎn)，在圖4中在控制器12后引入。通常，由于例如沒有最小相特性，預(yù)測(cè)過濾器的設(shè)計(jì)必須近似理想預(yù)測(cè)過濾器?？墒牵?yàn)橄鄬?duì)輻射源發(fā)現(xiàn)了最低階模型和與之相伴的控制設(shè)計(jì)，(理想)預(yù)測(cè)過濾器簡(jiǎn)化成在前一步預(yù)測(cè)。這種在前一步預(yù)測(cè)的校正量易于實(shí)現(xiàn)，由于校正量[fb+1]在脈沖串間歇中計(jì)算，并且在下一脈沖串開始時(shí)也完全可以。
只要無瞬時(shí)效應(yīng)和/或寄生效應(yīng)的出現(xiàn)，上述提供的學(xué)習(xí)前饋校正算法可被認(rèn)為是實(shí)時(shí)的方法，并且對(duì)(無差拍)控制的激光系統(tǒng)的性能不引起測(cè)量的負(fù)面影響。
實(shí)施例2本發(fā)明的第二實(shí)施例與第一實(shí)施例除了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之外是相同的，下面進(jìn)行描述。
如圖5所示，第二實(shí)施例有一個(gè)集成控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)基于由能量傳感器ES測(cè)量的脈沖能量，用一個(gè)控制器20提供閉環(huán)反饋控制?？刂破?0操縱一個(gè)加入一算法的控制策略，來計(jì)算每一脈沖的靶部能量，以將理想的輻射量傳送到基底平面上，并在隨后脈沖中補(bǔ)償先前脈沖能量的誤差，該算法還計(jì)算必須施加給激光諧振腔LC的激勵(lì)電壓HV，以傳送所需能量的脈沖?？刂频乃惴ㄒ部梢耘c前饋算法結(jié)合，來補(bǔ)償在激光器中干擾的影響和預(yù)測(cè)及出現(xiàn)在能量傳感器ES后部的其它影響，例如，由于透鏡發(fā)熱的影響。該控制器20也可以控制可變的衰減器VAT。當(dāng)所需的Ep的衰減幅度變得足夠大時(shí)，且導(dǎo)致激光器持續(xù)工作在其運(yùn)行Ep的范圍外一段時(shí)間，能夠使用該可變的衰減器。另外，可變衰減器可以用于實(shí)現(xiàn)相對(duì)低的頻率變化，同時(shí)高電壓能夠用于實(shí)現(xiàn)相對(duì)高頻率的變化。
實(shí)施例3本發(fā)明的第三實(shí)施例與第一實(shí)施例除了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之外是相同的，下面進(jìn)行描述并如圖6所示。在該系統(tǒng)中，利用兩個(gè)控制器21，22形成內(nèi)和外控制環(huán)。內(nèi)控制環(huán)包括激光諧振腔LC，光電元件PC和內(nèi)控制環(huán)21。內(nèi)控制環(huán)進(jìn)行反饋控制，以輸出一個(gè)作為由光電元件PC測(cè)量的具有能量的脈沖，該脈沖等于一個(gè)由外控制環(huán)提供的定值PCref，外控制環(huán)由可變衰減器VAT，光學(xué)照射元件IL-O，能量傳感器ES和外控制器22組成。如第二實(shí)施例，控制算法也可以與前饋算法結(jié)合，來補(bǔ)償干擾在激光器中的影響，和預(yù)測(cè)及出現(xiàn)在能量傳感器ES后部的其它影響，例如，由于透鏡發(fā)熱的影響。外環(huán)控制環(huán)也可以是一個(gè)反饋環(huán)，接著外部提供的定值ESref表示每一脈沖所需要的平均能量，以在基底平面上傳送理想的輻射量。這種布置的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)和外控制環(huán)能夠分別設(shè)計(jì)，測(cè)試和校準(zhǔn)，并且外控制環(huán)能夠用于不同的源。
性能測(cè)量為了大致測(cè)量本發(fā)明控制環(huán)和/或(能量)控制輻射系統(tǒng)的性能，定義移動(dòng)平均值和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差性能的測(cè)量，使用一定的參數(shù)如下設(shè)置，如下Vscan＝掃描速度[mm/s]；Wslit-e＝有效照射域?qū)抂mm]；Wslit-t＝總照射域?qū)抂mm]；Ldie＝靶部長(zhǎng)度[mm]；Wdie＝靶部寬度[mm]；
RR＝激光重復(fù)頻率[Hz].
在狹縫中理想的強(qiáng)度具有近似梯形的橫截面。Wslit-e是半平穩(wěn)強(qiáng)度的寬度，而Wslit-t是梯形底部的寬度。那么在有效狹縫中的脈沖數(shù)，Nslit-e是(忽略脈沖量子化的影響)Nslit-e=FLOOR(Wslit-eVscan·RR)---(2)]]>Nslit-t=FLOOR(Wslit-tVscan·RR)---(3)]]>類似地，在總狹縫中的脈沖數(shù)，Nslit-t是操作器FLOOR使操作數(shù)向下(趨向零地)四舍五入到最接近整數(shù)。在電路小片掃描中脈數(shù)Nscan是Nscan=FLOOR(Ldie+Wslit-tVscan·RR)---(4)]]>注意掃描的總長(zhǎng)度是由下式給出Lscan＝Ldie+Wslit-t(5)每一脈沖基底的位移δ以毫米表示是δ=VscanRR---(6)]]>我們能夠?qū)㈦x散時(shí)間矢量與離散位置矢量聯(lián)合如下T=[t0:1RR:t0+NscanRR];tk=t0+kRR(k=0...Nscan)---(7)]]>X＝[x0δLscan]；xk＝x0+k·δ (k＝0...Nscan)用矢量的表達(dá)式[開始值增量值尾端值]，其中將兩個(gè)連續(xù)矢量元素之間的差值定為增量值。這樣，曝光時(shí)脈沖數(shù)k表示曝光的一定時(shí)間例如tk，和在靶部上的一定位置xk。嚴(yán)格地，兼?zhèn)涿恳幻}沖基底的一定位移δ的xk和靶部寬度Wdie與在靶部上以[mm2]表示的一定位置區(qū)域Ak結(jié)合Ak＝Wdie·((x0+k·δ)-(x0+(k-1)·δ))＝Wdie·δ (k＝1...Nscan)(8)
當(dāng)然其具有恒定的大小。
k＝0是最后時(shí)間情況或只在掃描前的位置，且沒有脈沖發(fā)射。這與區(qū)域AK的定義一致，但沒有定義A0(參照上述公式)。
k＝Nslit-t是在靶部的第一區(qū)域已接收全部輻射量的時(shí)刻。它表示區(qū)域A1-ANslit-t-1沒有接收全部輻射量，并因此部分靶部由標(biāo)線板掩模葉片遮擋，所述葉片在曝光開始時(shí)打開照射區(qū)域。
k＝Nscan-(Nslit-1)是靶部上的相應(yīng)區(qū)域接收全部輻射量的最后時(shí)刻。換言之，是給出遍及整個(gè)狹縫寬度的脈沖的最后時(shí)刻。從Nscan-(Nslit-t-1)+1脈沖開始，標(biāo)線板掩模葉片逐漸關(guān)閉(即封閉照射區(qū)域)。
k＝Nscan是在靶部曝光的最后脈沖時(shí)刻。在該時(shí)刻后標(biāo)線板掩模葉片全部關(guān)閉。
在靶部xk位置上由抗蝕劑接收的輻射量D(xk)近似為脈沖能量EP(i)的和D(xk)=Σi=k-(Nslit-e-1)kEp(i)(k=Nslit-e...Nscan)---(9)]]>在位置xk處這些以[mJ]表示的輻射量誤差DE(xk)由下式給出DE(xk)=Σi=k-(Nslit-e-1)k(Ep(i)-Epref(i))=Σi=k-(Nslit-e-1)kEperr(i)(k=Nslit-e...Nscan)]]>(10)該DE(xk)與在狹縫中每一脈沖能量誤差的移動(dòng)平均值(MA)密切相關(guān)MAE(xk)≡1Nslit-e·Σi=k-(Nslit-e-1)kEperr(i)=1Nslit-e·DE(xk)---(11)]]>為了找到輻射量誤差的歸一化表達(dá)式，DE(xk)被除以所需輻射量。得出上述MAE(xk)的歸一化形式MAE,n(xk)=1Σi=k-(Nslit-e-1)kEpref(i)·Σi=k-(Nslit-e-1)kEperr(i)(k=Nslit-e...Nscan)---(12)]]>其中Epref(i)和Eperr(i)表示對(duì)于一點(diǎn)i，每一脈沖的參考能量和每一脈沖的能量誤差。如式(12)給出的被歸一化的每一脈沖的能量誤差的移動(dòng)平均值MAE,n(xk)是一個(gè)在靶部位置xk的相對(duì)輻射量誤差的指示量。該指示量的值能夠以百分?jǐn)?shù)表達(dá)，例如0-5％。
除了輻射量誤差外，脈沖能量誤差在曝光期間有高頻變化。該影響的特征是移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(MSD)，它等于能量脈沖誤差相對(duì)移動(dòng)平均值(MA)誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以[mJ]表示MSDE(xk)=1Nslit-e-1Σi=k-(Nslit-e-1)k[Eperr(i)-MAE(xk)]2(k=Nslit-e...Nscan)]]>(13)該指示量的歸一化形式，不取決于每一脈沖Epref所需能量的吸收值，并由下式供給出MSDE,n(xk)=1Nslit-e-1Σi=k-(Nslit-e-1)k[Eperr(i)Epref(i)-MAE,n(xk)]2(k=Nslit-e...Nscan)]]>(14)該指示量的值也能夠以百分?jǐn)?shù)表達(dá)，例如0-100％。
對(duì)于k＝0，當(dāng)沒有脈沖發(fā)射時(shí)，對(duì)MA和MSD數(shù)不作定義。與區(qū)域A0不作定義實(shí)際上一致。
對(duì)于k＝[1…(Nslit-e-1]，當(dāng)?shù)侥壳盀橹?，在靶部上沒有區(qū)域接收到全部輻射量時(shí)，定義MA和MSD數(shù)等于零MAE,n(xk)≡0，MSDE,n(xk)≡0。
如開始部分所述，在狹縫中的強(qiáng)度具有一個(gè)近似梯形的橫截面。這種梯形形狀，或者其它任何形狀能夠通過將在狹縫Nslit-t中的總脈沖數(shù)相加和應(yīng)用每一脈沖的適當(dāng)?shù)臋?quán)重因數(shù)，在性能指示量例如等式(12)和(14)中采用。通過上述提煉的MAE,n(xk)的計(jì)算，將得到具有在基底上與真實(shí)輻射量誤差更接近相似性的性能指示量。
在具體裝置中，隨著激光器不同的設(shè)定(脈沖能量，重復(fù)頻率等)進(jìn)行一系列測(cè)試運(yùn)行。在測(cè)試運(yùn)行期間，脈沖能量由能量傳感器ES和在基底平面的位置傳感器SS測(cè)量。移動(dòng)平均值MA和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差MSD指示量由能量傳感器數(shù)據(jù)并分別從位置傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算。它能夠確定由能量傳感器測(cè)量的MA和MSD的計(jì)算結(jié)果和在基底平面MA和MSD計(jì)算結(jié)果之間的關(guān)系。然后，從能量傳感器輸出的已計(jì)算的MA和MSD值在曝光期間提供在線的性能測(cè)量。
這些指示量的用途在圖7到18中表示，下面進(jìn)行討論。
圖7和8表示由光刻裝置的輻射量的精度和再現(xiàn)性測(cè)試得到的原有高電壓HV和脈沖能量Ep的數(shù)據(jù)，同時(shí)圖9和10表示使用Epref＝2.35(mJ/脈沖)/cm2和Nslit-e＝50以如上所述計(jì)算方式得出的MA和MSD值。測(cè)試包括通過位于基底適當(dāng)位置的位置傳感器代替基底，從而具有不同輻射量設(shè)定的一系列測(cè)試曝光。所測(cè)試的裝置通過常規(guī)測(cè)試，例如，因?yàn)閭魉偷桨胁恐械目偟妮椛淞吭?％的限制內(nèi)是好的。然而盡管在測(cè)試期間進(jìn)行改進(jìn)，但是脈沖間的大的變化表示控制系統(tǒng)接近穩(wěn)定的邊緣。這由MA值定量表示，MA值也表示脈沖間的大的變化，MSD值在開始測(cè)試時(shí)是高的，并在系統(tǒng)改進(jìn)穩(wěn)定性后降低。一些MA值接近或者高于在開始掃描時(shí)可接受的性能極限。
在裝置的再校準(zhǔn)后進(jìn)行的第二測(cè)試組的結(jié)果在圖11到14中表示，它們分別與圖7到10相應(yīng)。在再校準(zhǔn)后，與常規(guī)測(cè)試的結(jié)果非常類似，但是可以看到原有HV和Ep數(shù)據(jù)變化大大小于第一測(cè)試，說明控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定，進(jìn)一步反映在MA值的更小變化和MSD值的更小幅度中。
如上所述，常規(guī)測(cè)試不能區(qū)別在重新校準(zhǔn)前處于穩(wěn)定邊緣的裝置和在重新校準(zhǔn)后處于更穩(wěn)定的裝置。盡管第一裝置在常規(guī)測(cè)試特定的限制中工作，它在變化的條件下是易損壞的，如激光器響應(yīng)的變化或者在狹縫寬度上脈沖數(shù)的降低，它們使其性能超出其極限。這能夠在本發(fā)明的MA和MSD指示量中表示。圖15到18表示來自如上所述的第一和第二測(cè)試的MA和MSD值，但是用狹縫中的脈沖數(shù)重新計(jì)算，Nslit-e是25而不是50?？梢钥吹組A值由第一測(cè)試的結(jié)果而被重新計(jì)算，如圖15所示，增加較大，同時(shí)由第二測(cè)試重新計(jì)算的MA值，如圖17所示，保持相對(duì)小。類似地，對(duì)于第一測(cè)試重新計(jì)算MSD值，如圖16所示，具有較高峰值和顯示出較大的變化性，同時(shí)由第二測(cè)試重新計(jì)算的MSD值，如圖17所示，保持成較低和相對(duì)恒定。
如上所述可以理解當(dāng)完整的MA和MSD兩者能夠給出裝置性能的較完整的圖像時(shí)，每一峰值還給出裝置性能的好的指示量。
控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)上述性能指示量可以很好地調(diào)整控制系統(tǒng)，以使其能夠提供無差拍控制，即在狀態(tài)間變化中具有無過運(yùn)行或者振蕩的臨界阻尼系統(tǒng)。在激光器的響應(yīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)延遲z-1下，獨(dú)立于激光發(fā)射脈沖的重復(fù)頻率時(shí)，控制系統(tǒng)如一個(gè)加法器z/(z-1)，其參數(shù)可以參照MA和MSD的性能指示量調(diào)節(jié)。
在頻率范圍內(nèi)MA性能指示量的解釋提供了另一種確定性能主要參數(shù)和發(fā)射源校準(zhǔn)的方法，例如，如何精確的要求近似無差拍控制，或者脈沖能量參考信號(hào)的什么變化類型被認(rèn)為是有意義的。例如所示校準(zhǔn)的主要參數(shù)可以解釋成用于HV-Ep校準(zhǔn)精度需要的的主要參數(shù)。MA性能指示量的解釋在頻率范圍的使用將影響控制的完整設(shè)計(jì)和所用激光器系統(tǒng)的用途，并且比單獨(dú)HV-Ep校準(zhǔn)的精確參數(shù)影響要大。
這里必須強(qiáng)調(diào)，當(dāng)對(duì)每一所應(yīng)用的脈沖能量改變基準(zhǔn)Epref時(shí)，本發(fā)明所述的所有方法將仍然完全有效。
基于包括一階閉環(huán)控制器的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用兩個(gè)不同方法來確定脈沖能量/高電壓增益和與之相伴的偏離值(HV-Ep校準(zhǔn))。兩種方法由包括使用測(cè)試運(yùn)行(表示離線HV-Ep校準(zhǔn))步驟的第一方法，和用在實(shí)際曝光期間(即在生產(chǎn)期間，表示在線HV-Ep校準(zhǔn))獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行HV-Ep校準(zhǔn)的第二方法來區(qū)分。
離線HV-Ep校準(zhǔn)提供了一個(gè)正弦信號(hào)，施加給每一脈沖的參考能量(或在控制環(huán)中的另一點(diǎn)注入一正弦信號(hào))并且在所控制的系統(tǒng)中監(jiān)控特定的信號(hào)。然后，從所述施加的正弦信號(hào)和被監(jiān)控的(中間)信號(hào)之間的關(guān)系，結(jié)合電流控制器和HV-Ep校準(zhǔn)設(shè)定，計(jì)算新的HV-Ep校準(zhǔn)參數(shù)(增益和偏離值)。該施加的正弦信號(hào)相應(yīng)頻率，振幅和周期數(shù)而被調(diào)整這種所提供的新的離線HV-Ep校準(zhǔn)的方式比現(xiàn)有HV-Ep校準(zhǔn)方法的改進(jìn)處是，在相同精度下減少了校準(zhǔn)所需的時(shí)間和脈沖。
在線HV-Ep校準(zhǔn)的目的是利用已經(jīng)包含在光刻裝置中被控制的輻射源的脈沖間的數(shù)據(jù)信息。由于在每一輻射源的每一脈沖能量上產(chǎn)生的峰值間變化，在所述脈沖間的數(shù)據(jù)中已包含信息。結(jié)合脈沖間數(shù)據(jù)(從正常暴光期間的控制系統(tǒng)中的特殊信號(hào)獲得)與最低階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識(shí)結(jié)合能夠得到HV-Ep校準(zhǔn)參數(shù)，例如，通過應(yīng)用提前預(yù)測(cè)誤差技術(shù)。為了進(jìn)一步改進(jìn)HV-Ep校準(zhǔn)，預(yù)選信號(hào)的精度，可以在所控制的系統(tǒng)中注入例如高頻率正弦，，以在控制系統(tǒng)上向數(shù)據(jù)賦予附加信息的數(shù)據(jù)。該被注入的信號(hào)被設(shè)計(jì)成以使它不影響輻射量的控制參數(shù)。這種信號(hào)的設(shè)計(jì)由上面所定義的性能測(cè)量指導(dǎo)。
以上已描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，可以理解本發(fā)明除上述之外，可以采用其他方式進(jìn)行實(shí)施，本說明不作為本發(fā)明的限定。
權(quán)利要求
1.一種光刻投射裝置，其包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)，該輻射系統(tǒng)包括一脈沖輻射源；用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于根據(jù)理想的圖案使投射光束圖案化；用于保持基底的基底臺(tái)；用于將圖案化的光束投射到該基底的靶部上的投射系統(tǒng)；和用于控制所述投射光束的脈沖能量的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括最低階的閉環(huán)控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述閉環(huán)控制器是一階控制器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述閉環(huán)控制器包括放大器和一階積分器。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無差拍控制，或者接近近似的無差拍控制。
5.如權(quán)利要求1，2，3或4所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)獨(dú)立于所述脈沖輻射源的重復(fù)頻率。
6.如上述任一權(quán)利要求所述的裝置，其特征在于，所述控制系統(tǒng)還包括前饋控制器，以用于提供校正以便補(bǔ)償在條件變化下出現(xiàn)的瞬時(shí)效應(yīng)。
7.一種測(cè)量脈沖輻射源和/或光刻投射裝置的性能的方法，所述光刻投射裝置包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)，該輻射系統(tǒng)包括一脈沖輻射源；用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于根據(jù)理想的圖案使投射光束圖案化；用于保持基底的基底臺(tái)；用于將圖案化的光束投射到該基底的靶部上的投射系統(tǒng)；所述方法包括如下步驟對(duì)于多個(gè)連續(xù)輻射脈沖，測(cè)量脈沖能量和施加在該輻射源上的控制輸入中的至少一個(gè)值；和由該測(cè)量值計(jì)算測(cè)量值與目標(biāo)值之間的移動(dòng)平均值(MA)誤差，和測(cè)量值與目標(biāo)值之間的該誤差的移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(MSD)中的至少一個(gè)的多個(gè)值；由此所述計(jì)算值表示該輻射源和/或所述光刻投射裝置的性能。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟包括歸一化所述計(jì)算值的步驟。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述脈沖輻射源是一準(zhǔn)分子激光器，所述的控制輸入是一個(gè)施加在該激光器的激光介質(zhì)上的激勵(lì)電壓。
10.如權(quán)利要求7，8或9所述的方法，其特征在于，測(cè)量脈沖能量的所述步驟使用設(shè)在所述輻射系統(tǒng)中的能量傳感器實(shí)現(xiàn)。
11.一種校準(zhǔn)在光刻裝置中的脈沖輻射源的控制系統(tǒng)的方法，所述光刻裝置包括用于提供輻射投射光束的輻射系統(tǒng)，該輻射系統(tǒng)包括一脈沖輻射源；用于支撐圖案形成裝置的支撐結(jié)構(gòu)，所述圖案形成裝置用于根據(jù)理想的圖案使投射光束圖案化；用于保持基底的基底臺(tái)；用于將圖案化的光束投射到該基底的靶部上的投射系統(tǒng)；所述方法包括步驟根據(jù)權(quán)利要求7到10中任一項(xiàng)所述的方法，測(cè)量所述輻射源和/或所述光刻投射裝置的性能；調(diào)節(jié)與所述輻射源相關(guān)的所述控制系統(tǒng)的至少一個(gè)參數(shù)；和重復(fù)所述測(cè)量和調(diào)節(jié)步驟，以降低所述計(jì)算的移動(dòng)平均值和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差值中的至少一個(gè)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量步驟至少在所述基底靶部的曝光期間進(jìn)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光刻裝置中的脈沖輻射源的控制系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法，該方法包括調(diào)節(jié)與所述輻射源相關(guān)的所述控制系統(tǒng)的至少一個(gè)參數(shù)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述脈沖輻射源是一準(zhǔn)分子激光器，所述控制系統(tǒng)的參數(shù)包括一模擬出施加在該激光諧振腔上的高電壓和脈沖能量之間的傳遞函數(shù)的增益。
15.一種器件的制造方法，其包括以下步驟提供一至少部分地覆蓋一層輻射敏感材料的基底；使用包括一脈沖輻射源的輻射系統(tǒng)來提供一投射的輻射光束；使用圖案形成裝置使該投射光束在截面中帶有圖案；將圖案化的輻射光束投射到具有該輻射敏感材料層的靶部上，其特征在于，所述步驟使用最低階的閉環(huán)控制器來控制所述輻射源。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述閉環(huán)控制器是一階控制器。
17.一種包括程序編碼裝置的計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上執(zhí)行對(duì)光刻投射裝置的控制時(shí)，該程序指示所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行如權(quán)利要求7到14中任一項(xiàng)所述方法的步驟。
全文摘要
用于脈沖輻射源的控制系統(tǒng)是一個(gè)最低階的閉環(huán)控制器，優(yōu)選地，首先實(shí)現(xiàn)無差拍控制。在光刻裝置中用于脈沖輻射源的性能指示量基于在靶部和實(shí)際脈沖能量之間的誤差的移動(dòng)平均值(MA)和移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差(MSD)。歸一化指示量由下式給出(見(1)式)(k＝N
文檔編號(hào)H01S3/134GK1461976SQ0314075
公開日2003年12月17日 申請(qǐng)日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月10日
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