CN100498536C - 光刻设备、控制系统及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻设备，包含：照明系统，配置成提供辐射束；支撑物，配置成支持图形化装置，该图形化装置配置成向射束截面传递图形；衬底平台，配置成支撑衬底；投影系统，配置成把图形化的射束投影到衬底的目标部分上；测量系统，配置成产生信息信号，该信息信号包含与图形化装置、衬底、投影系统以及其中部件中的至少一个的位置相关的信息；以及控制所述位置的控制系统。

Description

光刻设备、控制系统及器件制造方法

技术领域

本发明涉及光刻设备、控制系统、以及器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种把期望图形应用到衬底目标部分上的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。在这种环境下，可以使用图形化装置(或者称为掩模或光刻版)，以产生与IC的单个层相应的电路图形，并且这个图形可以被成像到具有辐射敏感材料层(抗蚀剂)的衬底(例如硅晶片)的目标部分(例如包含一个或多个芯片的部分)。通常，单个衬底包括连续曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓的分步投影光刻机(stepper)，通过将整个图形一次曝光在目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描仪(scanner)，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)穿过投影束扫描图形并且同时平行或反平行于该方向扫描衬底来照射每个目标部分。

已知光刻设备的控制系统直接对诸如确定位置的常规坐标(注意，在本说明书中术语“位置”可包含光刻设备的可移动对象的定位[故一个位置可包含六个自由度])进行控制和操作。此外要注意，控制系统可包含许多子控制系统，其中每个子控制系统被设置成控制一个可移动对象的位置。光刻设备的相关可移动对象的例子为：透镜元件、带有衬底的衬底工作台、带有光刻版的光刻版平台等。

目前，通过对已知灵敏度矩阵求逆，可以把光刻设备的相关可移动对象的、在自然坐标系(native coordinates)中表示的诸如焦距(focus)、放大率、失真等的期望成像特征，转变为常规坐标系(位置/空间坐标系)内的传统设定点。随后，把这样确定的传统设定点与信息信号成份(也在常规坐标系中表示)作比较，从而产生将被输送到传统控制器的传统误差信号。通常，每个传统误差信号被输送到相应的且唯一的传统控制器，以产生用于控制光刻设备相应元件的(常规坐标系内的)控制信号。这意味着，一个元件的位置误差只能由用于光刻设备的该对象的唯一(局部)，控制器解决。

在传统控制系统中，透镜元件和工作台的位置与成像特征之间的关系是已知的。换而言之，如果已知这些对象的位置，可以计算对焦距和放大率等的影响。现在，如果要求改变成像特征，可以计算每个单独对象的期望位置。这些期望位置作为各个唯一的局部控制回路的设定点，这意味着每个待定位对象具有各自的控制回路。这种传统方案存在一些缺点。

第一个缺点为，如果一个可移动对象受到干扰，则完全依靠该对象的控制回路本身校正这种情形。例如，如果一个透镜元件受到干扰。但恰巧所具有的伺服带宽小，则需要一些时间使成像特征回到它们的最佳值。

第二个缺点为，如果一个成像特征(例如焦距)的设定点发生变化，该变化会引起对焦距有影响的所有元件设定点的改变。由于并非所有元件都以相同的速度做出反应，则会对设定点没有改变的其它成像特征产生干扰。

发明内容

本发明的一个方面在于消除传统控制系统的这些缺点。特别地，本发明的一个方面在于提供一种光刻设备，该光刻设备配备被设置成实现期望的或最佳曝光功能的控制系统，从而使得由该光刻设备所制造器件具有期望的或最佳的成像特征。

通过根据本发明的一种光刻设备可以实现这一方面，其中该光刻设备被配置成把信息信号变换为代表诸如焦距、放大率、与/或失真的成像特征的至少一个自然反馈信号，其中该控制系统包含被设置成基于自然设定点信号和自然反馈信号产生控制信号的自然控制器(native controller)，且其中该控制系统被配置成基于该控制信号控制各个位置。

本发明的一个方面为，该光刻设备的“快速”透镜元件(在相对较短时间内以相对较高精确度被定位的元件)可以补偿例如“慢速”透镜元件的误差。注意，如果成像特征的数目等于可调整元件的数目，通常只有这些元件的一个设定才对应于成像特征是期望的或最佳的情形。然而，如果一个元件受到干扰，可以找到包含不理想或未达到最佳的折衷。例如，如果透镜元件受到干扰且因此焦距大幅偏离其期望值，那么另一个透镜元件可对此进行补偿，代价是失真略微更大。如果与失真相比，认为更需要焦距或焦距更重要，那么这种补偿是有利的。此外，对于使用MIMO控制器的情形，可以改变自然坐标(例如焦距)中的设定点，并且其它坐标(例如放大率、失真)的误差为零。稍后将在本说明书中更详细地解释后者。

注意，本发明也涉及一种包含适用于根据本发明的光刻设备的自然控制器的控制系统，以及制造器件的器件制造方法。

虽然本文中具体参照的是光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解此处描述的光刻设备还可以有其它应用，例如，制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图形(guidance and detectionpattern)、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。应当理解，在对这种可供选择的应用的描述中，此处术语“晶片”或“芯片”的任何使用可认为分别与更通用的术语“衬底”或“目标部分”同义。此处所指的衬底可以在曝光前或曝光后，在例如轨道(track)(通常将抗蚀剂涂敷到衬底上并且显影曝光后的衬底的一种工具)或度量或检查工具中处理。在适用的情况下，此处的公开可应用于这种或其它衬底处理工具。此外，衬底可以被处理过不止一次(例如为了制造多层IC)，因此此处使用的术语衬底也可以指已经包含了多个处理过的层的衬底。

此处使用的术语“辐射”和“射束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为365、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长为5-20nm)，以及诸如离子束或电子束的粒子束。

此处使用的术语“图形化装置”应广泛地理解成是指可用来向射束截面传递图形以便在衬底的目标部分上创建图形的装置。应当注意，传递给射束的图形可能不严格对应于衬底目标部分中的期望图形。通常，传递给射束的图形对应于正在目标部分中制造的器件中的特定功能层，例如集成电路。

图形化装置可以是透射型或反射型的。图形化装置的例子包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，所包括的掩模类型有例如二进制、交替相移以及衰减相移，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子采用小反射镜的矩阵排列，每个小反射镜可以被分别倾斜以便将入射辐射束向不同方向反射。通过这种方式，反射束被图形化。

支撑物支撑，例如承受图形化装置的重量。其固定图形化装置的方式取决于图形化装置的定位、光刻设备的设计以及其它条件(例如，图形化装置是否在真空环境中固定)。该支撑物可以使用机械夹持、真空或其它夹持技术，例如真空条件下的静电夹持。该支撑物可以是例如框架或工作台，其可以按需要固定或可移动并且可保证图形化装置相对于例如投影系统位于期望位置。本文中术语“光刻版”或“掩模”的任何使用可认为与更通用的术语“图形化装置”同义。

本文中使用的术语“投影系统”应广泛地理解成包括各种类型的投影系统，这些投影系统包括折射光学系统、反射光学系统以及反射折射光学系统，只要对于例如所使用的曝光辐射、或者对于其它因素(例如，浸液的使用或真空的使用)是适合的即可。本文中术语“透镜”的任何使用可认为与更通用的术语“投影系统”同义。

照明系统也可包括各种光学部件，这些光学部件包括折射、反射和反射折射光学部件，用于反射、定形或控制辐射的投影束，并且这些部件也可在下面统称或个别地称作“透镜”。

该光刻设备可以是具有两个(双级)或更多衬底工作台(和/或两个或更多掩模工作台)的类型。在这种“多级”机器中，可以并行使用额外的工作台，或者可以在一个或多个工作台用于曝光时，在一个或多个其它的工作台上进行准备步骤。

该光刻设备也可以是这种类型，其中衬底浸没在折射率相对高的液体(例如，水)中以便填满投影系统的最后元件和衬底之间的空间。浸液也可以应用于该光刻设备中的其它空间，例如掩模和投影系统的第一元件之间的空间。浸没技术用于增加光学系统的数值孔径在本领域中是公知的。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考附图来描述本发明的实施方案，其中对应的参考符号表示对应的部件，其中：

图1描述了根据本发明的一个实施方案的光刻设备；

图2示出了根据本发明的控制系统的示意性概略图；

图3示意性示出了根据本发明的控制系统内的SISO自然控制器，

图4示意性示出了根据本发明的控制系统内的MIMO自然控制器，

图5A为传统光刻设备的两个透镜元件响应于焦距设定点阶跃变化的位移示意图，所述透镜元件由传统控制系统控制；

图5B为图5A的传统光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图5C为根据本发明的光刻设备的两个透镜元件响应于焦距设定点阶跃变化的位移示意图，由两个单独的SISO自然控制器分别控制所述透镜元件的焦距和放大率；

图5D为图5C的光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图5E为根据本发明光刻设备的两个透镜元件响应焦距设定点阶跃变化的移位示意图，由MIMO自然控制器同时控制该透镜元件的焦距和放大率；

图5F为图5E的光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图6A为传统光刻设备的两个透镜元件响应作用于到透镜元件的阶跃式干扰的移位示意图，该透镜元件由传统控制系统控制；

图6B为图6A的传统光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图6C为根据本发明光刻设备的两个透镜元件响应作用于透镜元件的阶跃式干扰的移位示意图，由两个单独的SISO自然控制器分别控制该透镜元件的焦距和放大率；

图6D为图6C的光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图6E为根据本发明光刻设备的两个透镜元件响应作用于透镜元件的阶跃式干扰的移位示意图，由MIMO自然控制器同时控制该透镜元件的焦距和放大率；

图6F为图6E的光刻设备的焦距和放大率特性的示意图；

图7示意性示出了根据本发明的控制系统，该控制系统包含与两个传统控制器级联的两个SISO自然控制器；

图8示意性示出了根据本发明的控制系统，该控制系统包含与两个传统控制器级联的两个MIMO自然控制器；

具体实施方式

图1示意性地描述了根据本发明一个示范性实施方案的光刻设备。该设备包含提供辐射(例如UV或EUV辐射)束PB的照明系统(照明器)IL。第一支撑物(例如掩模平台)MT支持图形化装置(例如掩模)MA，并被连接到精确定位图形化装置相对于投影系统(“透镜”)PL的位置的第一定位装置PM。衬底平台(例如晶片平台)WT支撑衬底(例如涂敷了0抗蚀剂的晶片)W，并被连接到精确定位衬底相对于投影系统PL的位置的第二定位装置PW。投影系统(例如反射投影透镜)PL把由图形化装置MA传递到射束PB的图形成像到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个芯片)。

如这里所描述的，该设备属于反射类型(例如，使用反射掩模或者上面提到类型的可编程反射镜阵列)。或者，该设备可以是透射类型(例如，使用透射掩模)的。

照明器IL接收来自辐射源SO的辐射。该辐射源与光刻设备可以为分开的实体，例如当辐射源为等离子体放电源时。在这些情况下，并不把辐射源看作光刻设备的一部分；辐射束通常借助例如包括适合的聚光镜和/或光谱纯度滤光片的辐射收集器，从辐射源SO传输到照明器IL。在其它情况下，辐射源是设备的组成部分，例如当辐射源为汞灯时。可将源SO及照明器IL称为辐射系统。

照明器IL可包括用于调整射束的角强度分布的调整装置。通常，至少可以调整照明器的光瞳面(pupil plane)内强度分布的外和/或内径向程度(通常分别称为σ-out及σ-inner)。照明器提供了经过调节的辐射束，其截面具有期望的均匀性和强度分布。

射束PB入射到固定在掩模平台MT的掩模MA上。投影束PB被掩模MA反射后穿过透镜PL，该透镜PL把射束焦距到衬底W目标部分C。借助第二定位装置PW及位置传感器IF2(例如干涉测量装置)，可以精确地移动衬底平台WT，例如，以将不同的目标部分C定位在射束PB路径内。类似地，可以使用第一定位装置PM及位置传感器IF1(例如干涉测量装置)，例如从掩模库机械获取后或在扫描时，相对于射束PB的路径来精确地定位掩模MA。通常，可以借助形成定位装置PM及PW的一部分的长冲程模块(粗略定位)及短冲程模块(精细定位)，实现载物台MT与WT的移动。然而，对于(与扫描仪相反的)分步投影光刻机，掩模平台MT可以仅连接到短冲程致动器，或者可以被固定。可以使用掩模对准标记M1、M2及衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA及衬底W。

所描述的设备可以用于下述优选模式：

1、分步投影模式：掩模工作台MT和衬底工作台WT保持基本固定。而传递到投影束的整个图形一次投影到目标部分上(即，单次静态曝光)。然后，沿X方向和/或Y方向移动衬底工作台WT，以便可以曝光不同的目标部分。在分步投影模式中，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的尺寸。

2、扫描模式：当传递到射束的图形投影到目标部分上时，同步扫描掩模工作台MT和衬底工作台WT(单次动态曝光)。衬底工作台WT相对于掩模工作台的速度和方向由投影系统PL的放大(缩小)率以及图像反转特性决定。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(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定目标部分的高度(在扫描方向上)。

3、另一种模式：支持可编程图形化装置的掩模工作台MT基本保持固定，并且当传递到射束的图形投影到目标部分上时，移动或扫描衬底工作台WT。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底工作台WT的每次移动后或者在扫描期间的连续辐射脉冲之间，按需要更新可编程图形化装置。该操作模式可容易地应用于使用可编程图形化装置(例如，前述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。

可以采用上述模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的模式。

图1所示光刻设备也包括产生信息信号2(在图2中示意性地指出)的测量系统，该信息信号2包含关于照明系统IL、照明系统IL内的元件、支持图形化装置的支撑物、图形化工具MA、支持衬底的衬底平台、衬底工作台WT与/或投影系统PL与/或投影系统内元件的位置的信息。测量系统包含位置传感器IF2与IF1，它们产生分别代表衬底W(晶片)与掩模MA(掩模)各自位置的位置信号。

此外，该光刻设备包含至少基于信息信号2控制相互空间定位的控制系统1。

通常通过调整投影系统PL(透镜)内元件的位置，同时调整光刻版工作台和晶片工作台的位置，校正将光刻版图像曝光到晶片上时的重要成像特征，例如焦距、放大率、失真等。例如，在晶片曝光开始之前，可以通过对传统对准系统(多个传统对准系统的组合)所做的测量进行变换，从而确定焦距、放大率、失真等。随后，可以调整透镜元件以及工作台的位置，使得这些成像参数是最佳的。通常，这里考虑垂直位置：Z、Rx、Ry，其中Z为垂直位置，Rx为绕第一水平轴的旋转，Ry为绕与第一水平轴垂直的第二水平轴的旋转。

透镜受热效应会引起所述成像特征变化。通过模拟透镜受热的影响，可以在每次曝光开始时计算出使透镜受热对成像特征影响最小化的焦距、放大率等的校正。

本发明的一个方面在于，把常规坐标系(诸如测量信号等的信号用该坐标系表示)变换为所谓的“自然”坐标系(诸如焦距、放大率等的成像坐标)。下文中参考图2解释该基本概念。

图2中的控制系统1被设置成把信息信号2至少变换为自然反馈信号6。自然反馈信号6可以为诸如焦距、放大率、或失真信号(或它们的任意组合)的成像参数。在这个例子中，控制系统1包含完成从信息信号2到自然反馈信号6变换的独立变换单元8。

控制系统1包含自然控制器10，该控制器10被设置成基于自然反馈信号6和自然设定点信号14产生控制信号12。该控制信号被传送到产生一组控制器驱动信号18.1、18.2、18.3、18.4、及18.5的逆变换单元16，这些信号分别代表将要施加到光刻版工作台20、第一透镜元件22、第二透镜元件24、第三透镜元件26及晶片工作台28的各个驱动单元的各个驱动力的值。由测量系统29测量不同元件的最终位置，该系统29产生的测量信号2包含光刻版工作台20、晶片工作台28、以及透镜元件22、24、26的确定(此时为测量的)位置。根据一个示范实施方案，每个可移动对象具有其自身的测量子系统，该子系统测量该对象在一维或多维内(特定方向与/或取向上)的位置。

按照这种方式，控制系统1被设置成基于控制信号12控制工作台20、28以及透镜元件22、24、26的位置。

下文中将进行更加详细的讨论，其中讨论了两个不同的基本概念。首先提出了一种结构，其中“自然”控制器替代传统位置控制器。随后描述了一种结构，其中原始位置控制器附加了一组额外的自然控制器。

图3示出了包含两个自然SISO(单输入单输出)控制器10.1与10.2的控制系统1。每个控制器10.i产生一个控制信号12.i(i＝1，2)。控制信号被传输到变换单元16，该单元16产生两个驱动信号(例如，力信号)18.1与18.2以分别驱动两个透镜元件30.i(i＝1，2)。由于相关驱动力作用在透镜元件30.i上，因此透镜元件30.i(i＝1，2)被移动。测量系统测量该位移，并产生包含透镜元件位置信息的位置信号2.i(i＝1，2)。这种情况下，就产生了两个位置信号，它们共同形成了信息(或测量)信号。该测量信号被传输到计算出反馈信号的变换单元8，该反馈信号包含第一自然坐标系内的第一自然信号6.1以及第二自然坐标系内的第二自然信号6.2。各个反馈信号6.i被反馈并从各个自然设定点信号14.i(i＝1，2)中被减去，后者产生各个自然误差信号32.i(i＝1，2)。这些误差信号可以代表焦距误差、放大率误差等。这些误差形成各个控制器10.i(i＝1，2)的输入。各个控制器通过产生这些自然坐标之一中的控制信号而处理该“自然”坐标。

变换单元8可以使用矩阵T变换(传统的)二维矢量-位置-信号(包含位置分量2.1与2.2)，以计算出二维矢量反馈信号(包含自然坐标系内的分量6.1与6.2)。

单元16使用矩阵T^-1把控制器输出(在这个例子中为二维矢量控制信号12.1与12.2)变换成控制器力(这种情况下为二维矢量信号18.1与18.2)。可以设计出该思想的各种不同形式，这将在本说明书中随后示出。

作为对控制方面的进一步解释，将更加详细地阐述图3的例子。分别用L₁与L₂表示两个单独的系统(例如，两个透镜元件30.1与30.2)的机制，相应的控制器10.1与10.2分别用C_L1与C_L2表示。在这个例子中，焦距和放大率为两个要控制的成像参数。此外，假设待控制对象7只由可移动的质量描述(无额外的动力学)。透镜元件30.i(i＝1，2)的位置y_i与相应于驱动信号18.i(i＝1，2)施加的控制力F_i之间的关系为：

$y_i=\frac{1}{m_i{s}^2}{F}_i.$

该例子中要用到的控制原理为带有低通滤波器的PID控制概念，其输出U与位置误差e的关系为：

$U=\mathrm{Kp}(1+\frac{1}{2\mathrm{\π}{f}_{i}s})({2\mathrm{\πf}}_{d}s+1)\left(\frac{1}{s^2/{\left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{LP}}\right)}^2+2{\mathrm{\β}}_{\mathrm{LP}}s/\left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{LP}}\right)+1}\right)e$

其中：

 

K<sub>p</sub>	比例增益
		f<sub>i</sub>	积分器频率
f<sub>d</sub>	微分器频率
		f<sub>LP</sub>	低通滤波器截止频率
β<sub>LP</sub>	低通滤波器阻尼比率

(利用逆变换单元16)通过变换矩阵T^-1把PID输出U变换为驱动信号18.i(及将作用到相关可移动对象的相应的力)。

这些参数的调整取决于选定的带宽，使用因子α确定与带宽f_BW相关的积分器频率、微分器频率、以及低通滤波器频率的设定：

$\mathrm{Kp}=m\frac{{\left(2\mathrm{\π}{f}_{\mathrm{BW}}\right)}^2}{\mathrm{\α}}$

$f_i=f_d=\frac{f_{\mathrm{BW}}}{\mathrm{\α}}$

f_LP＝f_BW·α

注意，积分器频率较高(传统上选用的该频率小于微分器频率，但在本例子中为了改善对干扰的抑制，选用的积分器频率与微分器频率相同)。此外，α选定为3，低通滤波器阻尼β选定为0.7。在本例子中，假设L₁质量为20kg，同时L₂质量为10kg。最后，假设L₁控制回路的带宽为25Hz，同时L₂控制回路的带宽为50Hz。

考虑到焦距和放大率对透镜元件位置的灵敏度，选用矩阵 $T=\left[\begin{array}{cc}0.8& 0.2\\ 0.2& 0.8\end{array}\right].$ 这意味着两个元件对焦距和放大率都有影响。

图3的例子中的控制器10.1与10.2分别控制焦距和放大率。为每个控制器提供最适合每个坐标的特征。例如，如果认为焦距比放大率更重要，可以为焦距控制器提供比放大率控制器更大的带宽。

各个控制器10.1与10.2“看到”两个透镜元件的组合。如果焦距控制器输出正确的力，则两个透镜元件都开始移动。然而，这也会引起必须由放大率控制器处理的放大率干扰。这是由于，该过程现在已经变为一个非对角的多输入多输出系统： $T\left[\begin{array}{cc}{L}_1& 0\\ 0& L_2\end{array}\right]T^{-1}={\mathrm{TLT}}^{-1}$ 不再是对角矩阵。

图4示出了包含MIMO(多输入多输出)控制器10的控制系统1。控制器10产生包含两个分量12.i(i＝1，2)的控制信号。该控制信号被传输到变换单元16，该单元计算出包含两个分量18.i(i＝1，2)的驱动信号。

MIMO概念提供了提供与对角矩阵相对应的过程的可能性。这可以防止自然坐标之间的串扰。例如，当焦距设定点改变时，两个透镜元件都将移动到一个新位置，使得在该移动期间所有其它坐标(例如放大率)保持不变。

在随后的公式中用C_FM表示控制器10，该控制器10包含具有四个子控制器的矩阵： $C_{\mathrm{FM}}=\left[\begin{array}{cc}{c}_{11}\left(s\right)& c_{12}\left(s\right)\\ c_{21}\left(s\right)& c_{22}\left(s\right)\end{array}\right].$ 只需要设计两个控制器(焦距和放大率)；另外两个控制器遵从去耦要求(decoupling demand)即开环矩阵TLT^-1C_FM为对角矩阵。选择这个矩阵等于待设计对角控制器矩阵S乘以原始的对角过程矩阵L：

${\mathrm{TLT}}^{-1}{C}_{\mathrm{FM}}=\mathrm{LS}\⇒C_{\mathrm{FM}}={\left({\mathrm{TLT}}^{-1}\right)}^{-1}\mathrm{LS}={\mathrm{TL}}^{-1}{T}^{-1}\mathrm{LS}$

S可以为包括分开的焦距和放大率控制器的原始对角矩阵： $S=\left[\begin{array}{cc}{C}_F& 0\\ 0& C_M\end{array}\right].$ 可以分别为透镜力学传递函数L₁与L₂设计该控制器。于是由上述方程得到待实现的C_FM。

注意，当要求闭环行为而非开环行为为对角时，会出现类似的要求。同样地在这种情况下，该控制器必须为TL^-1T^-1和对角矩阵(此时等于Q(1-Q)^-1，其中Q为所要求的闭环行为)的乘积。因此，这导致对控制器矩阵的相同要求。

为了充分地了解本发明，示出了两个例子，其中给出了特定实施方案的模拟结果。

结合图5A至5F，示出了第一例子的一些模拟结果，其中给出了焦距设定点的0.1m阶跃式变化，并将其与传统情形进行比较。

结合图6A至6F，示出了第二例子的一些模拟结果，其中给出了在透镜元件30.1上施加1N的干扰力的响应，并将其与传统情形进行比较。

在这两个例子中，透镜元件30.1的控制器带宽为25Hz；透镜元件30.2的带宽为50Hz；焦距的带宽为25Hz；放大率的带宽为50Hz。

图5A至5F示出了焦距阶跃响应。图5A与5B示出了使用局部透镜元件控制器的传统情形。图5A、5C、与5E示出了透镜元件30.1与30.2的移动。图5B、5D、与5F示出了产生的焦距和放大率。图5C、5D示出了使用SISO焦距和SISO放大率控制器的情形。图5E、5F示出了MIMO焦距和放大率控制器。

可以观察到，使用局部透镜控制器时，当焦距设定点给定时，放大率干扰效应明显。使用焦距和放大率控制器，放大率干扰变小，但并未消失。使用MIMO控制器，实际上不再出现任何放大率干扰。因此，焦距设定点变化仅仅引起焦距变化而不影响放大率。

图6A至6F示出了控制器行为的另一个例子，即对在透镜元件30.1上施加1N的阶跃式干扰的响应。使用局部控制器，受干扰透镜元件30.1也影响放大率，因此放大率干扰也明显(图6B)。当使用自然控制器时，特别是使用MIMO控制器时，可降低该效应。可以清楚地看出，使用MIMO控制器时，透镜元件30.2被移动(图6E)，从而最小化由透镜元件30.1的干扰引入的放大率误差(图6F)。

图7与图8中示出了自然控制器和传统控制器的级联。要提及的是，由于各种原因，可能需要保持透镜元件和工作台的传统或原始控制回路(诸如回路36.1与36.2)。例如，这些控制器可运行于不同的运动控制器计算机上，或者各种元件的动力学比目前为止所假设的要复杂得多。在这些情况下，理想的是保持原始控制器。

图7示出了包含与两个传统控制器级联的两个自然SISO(单输入单输出)控制器10.1与10.2的控制系统1。这两个单独的控制器10.1与10.2产生两个独立的控制信号12.1与12.2。控制信号(12.1、12.2)被传送到计算出驱动信号18(包含两个分量18.1与18.2)的变换单元16。驱动信号18的单独的分量18.1与18.2被当作单独的设定点信号，分别输入到控制器36.1与36.2。传统控制器对传统的位置坐标操作。

注意，前一段中描述的图7所示的结构存在与先前所讨论的相同的问题：焦距和放大率控制器“看到”一个非对角系统，引起干扰之间的串扰。在这里同样地，解决的办法在于把这些控制器扩展为如图6所示的2×2结构(即2×2的控制器矩阵)。

图8示出了包含与两个传统控制器级联的MIMO(多输入多输出)控制器10的控制系统1。控制器10产生包含两个分量12.i(i＝1，2)的控制信号。该控制信号被传送到计算出驱动信号18(包含两个分量18.i(i＝1，2))的变换单元16。驱动信号18的单独的分量18.1与18.2被当作单独的设定点信号，分别输入到传统控制回路36.1与36.2。传统控制器对传统的位置坐标进行操作。

基本上，用于计算图6中控制器10(该控制器用2×2矩阵C_FM表示)的四个元件的公式可以与结合图4所说明的公式相同。然而，不使用表示透镜力学的矩阵L，而是必须要应用闭环透镜传递函数的矩阵P：C_FM＝TP^-1T^-1PS。因此，必须计算出闭环传递的矩阵P，该方法比结合图4所讨论的方法稍微复杂。

结合上述实施方案做出一些注释。

首先，矩阵T无需保持不变，它可以取决于诸如照明设置(数值孔径、sigma等)与透镜受热效应的外部因素。如果根据这些因素(只要已知这些因素)更新T，则不需要调整设定点。例如，考虑到透镜受热。基于透镜的热模型与已知的光刻版和照明参数，得知系统焦距发生漂移。实际上，矩阵T漂移。因此，备选地，可以基于透镜受热模型调整T，而焦距、放大率、及其它成像特征设定点保持不变。

第二，可以在自然控制器内建立更高的智能。例如，如前所述，假设一个透镜元件受到某些力的干扰。该透镜元件干扰引起焦距、放大率、及其它成像特征误差的组合。只有把这一个透镜元件恢复到其期望位置才能解决这个特定的误差组合。然而，“更高的智能”会判定焦距误差的重要性相对大于例如放大率误差的重要性。该“更高的智能”于是决定，以放大率误差为代价，使用例如具有更高控制带宽的其它透镜元件，快速地解决焦距问题。已经在前面的一个段落中提到了这一原理的基本形式，该段落提到焦距和放大率控制器的带宽可以表示它们的相对重要性。更详细的版本可以对作为自然参数误差(焦距等)的函数的标准进行评估，并动态地调整透镜元件以最小化该标准。

第三，可移动透镜元件可能比要控制的自然控制器多。在这种情况下，可以使用额外的可用自由度，以最小化干扰对某个其它透镜元件的影响。最终的结果优于没有额外(多个)透镜元件的情形。

第四，类似地，可移动透镜元件可能比要控制的自然坐标少。在这种情况下，控制器10的输入多于输出，并可以被设计成使得当可移动透镜元件数目太少时，可以获得最优性能以产生所需要的行为。

第五，应该注意，所述实施方案中并不包含前馈。通常给出这些前馈的目的为在对象移动期间最小化控制器误差。类似于把控制器坐标从传统位置改变成自然坐标，前馈使用的坐标也可以被转变为自然坐标。也可以只把前馈转变成自然坐标，而让位置控制器仍工作于传统坐标系。

自然控制器方案有两个主要优点：

1.对特定特征(例如焦距)的误差有贡献的一个元件的误差，可以通过调整其它透镜元件(部分地)得到校正，从而保持总体成像性能是最佳的。

2.当自然坐标(焦距等)之一的设定点改变时，MIMO控制器引起的其它坐标的误差为零。例如，元件移动期间焦距变化引起的放大率的误差为零。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施方案，将会了解到，可以以不同于所描述的方式来实现本发明。该描述并非意图限制本发明。

Claims (14)

1.一种光刻设备，包含：

照明系统，配置成提供辐射束；

支撑物，配置成支持图形化装置，该图形化装置配置成向辐射束截面传递图形；

衬底平台，配置成支撑衬底；

投影系统，配置成把图形化的辐射束投影到衬底的目标部分上；

测量系统，配置成产生信息信号，该信息信号包含与图形化装置、或衬底、或投影系统、或该投影系统的部件、或前述所列各项的任何组合的位置相关的信息；以及

控制系统，配置成把该信息信号变换为代表该光刻设备的成像特征的至少一个自然反馈信号，所述控制系统设置成基于自然设定点信号和该自然反馈信号产生控制信号，该控制系统基于该控制信号控制所述位置。

2.根据权利要求1的光刻设备，进一步包含：致动器，配置成基于该控制信号，对支撑物、衬底平台、投影系统、和投影系统的部件中的至少一个施加控制力。

3.根据权利要求1的光刻设备，其中该投影系统包含具有第一位置的第一透镜元件和具有第二位置的第二透镜元件，该单独的第一位置和第二位置分别由所述控制系统控制。

4.根据权利要求1的光刻设备，其中该控制系统包含自然控制器，所述自然控制器包含单输入单输出控制器。

5.根据权利要求4的光刻设备，其中自然控制器包含配置成产生另一控制信号的另一单输入单输出控制器，其中根据自然坐标的相对权重选择各个控制器的带宽。

6.根据权利要求4的光刻设备，其中该自然控制器包含配置成产生至少两个控制信号的多输入多输出控制器。

7.根据权利要求1的光刻设备，其中该控制系统包含配置成对传统坐标进行操作的传统控制器，以及与该传统控制器级联的自然控制器。

8.根据权利要求1的光刻设备，其中该成像特征可包含焦距、放大率、与失真中的至少一个。

9.一种用于光刻设备的控制系统，该光刻设备包括：照明系统，配置成提供辐射束；支撑物，配置成支持图形化装置，该图形化装置配置成向辐射束截面传递图形；衬底平台，配置成支撑衬底；投影系统，配置成把图形化的辐射束投影到衬底的目标部分上；测量系统，配置成产生信息信号，该信息信号包含与图形化装置、或衬底、或投影系统、或该投影系统的部件、或前述所列各项的任何组合的位置相关的信息；该控制系统包含：

控制器，配置成把信息信号变换为代表该光刻设备的成像特征的至少一个自然反馈信号，所述控制器配置成基于自然设定点信号和自然反馈信号产生控制信号，所述控制器基于该控制信号控制所述位置。

10.根据权利要求9的控制系统，其中该成像特征可包含焦距、放大率、与失真中的至少一个。

11.用光刻设备制造器件的器件制造方法，该方法包含：

把图形化的辐射束投影到衬底的目标部分上；

产生信息信号，该信息信号包含与用于图形化辐射束的图形化装置、或衬底、或用于投影图形化辐射束的投影系统、或该投影系统的部件、或其任何组合的位置有关的信息；

把该信息信号变换为代表该光刻设备的成像特征的至少一个自然反馈信号；

基于自然设定点信号和该自然反馈信号产生控制信号；以及

基于该控制信号控制所述位置。

12.根据权利要求11的方法，进一步包含：

对图形化装置的支撑物、衬底的衬底平台、以及该投影系统和该投影系统的部件中的至少一个施加控制力。

13.根据权利要求11的方法，其中该投影系统包含具有第一位置的第一透镜元件与具有第二位置的第二透镜元件，该方法进一步包含：控制该第一和第二位置。

14.根据权利要求11的方法，其中该成像特征可包含焦距、放大率、与失真中的至少一个。

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