CN100582945C - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

为了补偿光刻投影设备中掩模的双折射，对掩模的双折射进行测量并将其作为双折射数据存储在数据存储装置中。将双折射补偿元件布置在光刻投影设备的光路中。按照所述调节能够在衬底级条件下最佳降低掩模双折射对极化状态的影响来确定对所述补偿元件的恰当的调节。

Description

光刻设备和器件制造方法
技术领域
本发明涉及光刻设备和器件制造方法。
背景技术
光刻设备是将所需图案加到衬底，通常是衬底的目标部分上的设备。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在所述应用情况下，图案形成装置，或者称为掩模或光罩，可用来产生要在IC各层上形成的电路图案。所述图案可成像到衬底(例如硅晶片)的目标部分(例如包括一个或数个管芯的部分)上。图案的转移通常借助于在设置在衬底上的辐射敏感材料(光刻胶)层上成像。一般来说，单一衬底会包括依次曝光的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括所谓光学分步重复器和所谓扫描器，在光学分步重复器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上，使每个目标部分受到照射；在扫描器中，通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案，同时与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底，使每个目标部分受到照射。也可以通过将图案印刷到衬底上而将图案从图案形成装置转移到衬底上。
图案的成像涉及利用电磁辐射照射图案形成装置。利用高数值孔径(NA)投射系统以及利用高NA浸没投射系统转移图案时，最好提供极化或至少部分极化的光照辐射。这样就能够以具有适合图像最佳对比度的极化状态的辐射作晶片级的图像形成。例如，当形成图像的辐射具有p极化、s极化和无极化分量时，特别是s极化的辐射分量对图像的对比度作用最大。所以，光刻设备所用的照射系统可以设置成特别提供s极化的光照辐射。但是，在照射系统下游的光学元件可能会破坏或影响通过这些元件的辐射的极化状态，例如由于在元件材料中存在剩余的或固有的光双折射，或由于元件表面上光学涂层(单层或多层)的效应。在组装光刻设备的光学系统时，对影响极化状态的参数可以进行监控和容限控制。但非光学系统固定部分的光学元件，例如具体表现为光罩的图案形成装置，会引起去极化或极化改变，影响图像的对比度超出容限。
发明内容
最好对光刻设备中的处于衬底位置处的辐射的极化状态有改进的控制。
按照本发明的一个方面，提供一种光刻设备，它设置成使用电磁辐射束将图案从图案形成装置投射到衬底上，所述设备包括：
数据存储装置，它设置成接收并存储表征图案形成装置双折射特性的数据；
操纵器，它包括布置在辐射束通过的光路中的一个或多个双折射元件并且设置成调节所述一个或多个双折射元件以便改变辐射束的极化状态；
控制器，它对所述数据作出响应并设置成控制所述调节以便补偿图案形成装置对处于衬底位置处的所述辐射束的极化状态的影响；
所述设备是步进和扫描设备，并且其中所述操纵器设置成调节多个细长的双折射元件，所述各双折射元件具有共同的伸长方向并且平行于所述共同的伸长方向布置，所述各双折射元件在垂直于所述共同的伸长方向的方向上彼此相对地位移，每个双折射元件可以沿其伸长方向移动，并且每个双折射元件具有沿所述伸长轴的一个或多个双折射特性的非均匀分布。
优选地，为补偿图案形成装置对处于衬底位置处的辐射束的极化状态的影响所进行的调节是和为衬底级条件下补偿目标辐射系统极化特性的偏差和/或目标投射系统极化特性的偏差对辐射束极化特性另外的影响而进行的调节是结合进行的。
按照本发明的另一方面，提供一种器件制造方法，所述方法包括利用电磁辐射束将图案从图案形成装置投射到衬底上，所述方法包括：
-存储表征图案形成装置双折射特性的数据；
-调节工作时所述辐射束通过的一个或多个双折射元件；
-控制所述调节，以便在衬底级条件下补偿图案形成装置对所述辐射束极化状态的影响。
附图说明
现仅以实例方式参阅所附示意图对本发明的实施例加以说明，附图中相应的参考符号表示相应的部件，附图中：
图1示出按照本发明实施例的光刻设备；
图2A示出具有表征双折射的局部快轴和慢轴的掩模；
图2B示出双折射掩模对经过所述掩模的辐射的极化状态的影响；
图2C示出使用单独的双折射元件对掩模双折射的补偿；
图3示出当与扫描器一起使用时掩模上的狭缝形照射区域，
图4示出按照本发明实施例用于补偿掩模双折射的双折射元件阵列，以及按照本发明实施例沿双折射元件轴线的相位延迟曲线图；
图5示出双折射掩模的快轴方向分布；
图6示出按照本发明实施例用于沿掩模扫描方向局部补偿快轴方向变化的双折射元件；
图7示出掩模双折射测量装置；
图8示出按照本发明的一个方面用于光刻设备中的极化控制的有关实体。
具体实施方式
图1示意地示出按照本发明一个实施例的光刻设备。所述设备包括：
-照射系统(施照体)IL，它配置成调整辐射束B(例如UV辐射，例如由工作在波长193nm或157nm辐射的准分子激光器所产生的辐射)；
-支架结构(例如掩模台)MT，它构建成支承图案形成装置(例如掩模)MA并连接到第一定位装置PM，所述PM配置成按照某些参数精确定位图案形成装置；
-衬底台(例如晶片台)WT，它构建成保持衬底(例如涂有光刻胶的晶片)W并连接到第二定位装置PW，所述PW配置成按照某些参数精确定位衬底；
-投射系统(例如折射投射透镜系统)PS，它配置成将图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C上(例如包括一个或多个管芯)；
-数据存储装置DS，它设置成接收并存储表征图案形成装置双折射特性的数据；
-控制器CN，它对存储在数据存储装置DS中的数据作出响应；以及
-操纵器MN，用于将双折射元件BE布置在辐射束B中并用于调节双折射元件BE。
所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件，或是它们的任何组合，用于引导、成形或控制辐射。
支承结构支撑图案形成装置，即，承载其重量。它保持图案形成装置的方式取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及其它条件，例如图案形成装置是否要保持在真空环境中。支承结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。支承结构可以例如是框架或台面，根据需要可以是固定的或可移动的。支承结构可以确保图案形成装置处于例如相对于投射系统的所需位置。在本文中使用术语”光罩”或”掩模”可以认为与更通用的术语”图案形成装置”同义。
本文中所用的术语”图案形成装置”应广义地解释为是指能用来将图案赋予辐射束的截面以便在衬底的目标部分创建图案的任何装置。应当指出：例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，那么，赋予辐射束的图案可能并不准确地对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件中的特定功能层，诸如集成电路。
图案形成装置可以是透射的或是反射的。图案形成装置的实例包括掩模、可编程镜面阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻技术领域中众所周知，所包括的掩模类型有二进制、交互相移以及衰减相移，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列实例采用小镜面的矩阵配置，每个镜面可以单独倾斜，向不同方向反射入射的辐射束。倾斜的镜面将图案赋予由镜面矩阵反射的辐射束。
本文中所用的术语”投射系统”应广义地解释为包括任何类型的投射系统，包括折射的、反射的、折反射的光学系统，或它们的任何组合，只要适用于所用的曝光照射，或适用于其它因素，例如使用浸没液体或使用真空。本文中所用术语”投射透镜”应认为与更通用的术语”投射系统”同义。
如本文中所述，所述设备可以是透射型的(例如采用透射掩模)。或者，所述设备是反射型的(例如采用上述类型的可编程镜面阵列，或采用反射掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(两级)或多个衬底台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这种”多级”设备中，附加的台可以并行使用，或准备步骤可在一个或多个台上进行，而一个或多个其它的台用于曝光。
光刻设备还可以是这样的类型，即，至少衬底的一部分用折射率较高的液体(例如水)覆盖，以便充填投射系统和衬底之间的空间。也可将浸没液体加到光刻设备中的其它空间，例如掩模和投射系统之间。浸没液体在本专业中众所周知，用于增加投射系统的数值孔径。本文中所用的术语”浸没”不是指某个结构(例如衬底)必需浸没在液体中，而只是说曝光时液体位于投射系统和衬底之间。
参阅图1，施照体IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻设备可以是单独的实体，例如当辐射源是准分子激光器时。在这些情况下，辐射源并不形成光刻设备的一部分，辐射束借助于射束传送系统BD(包括例如适当的导向镜面和/或射束扩展器)从辐射源SO传送到施照体IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备整体的一部分，例如当辐射源是汞灯时。辐射源SO和施照体IL以及射束传送系统BD(如果需要的话)，可以统称为辐射系统。
施照体IL可以包括调节器AD，用于调节辐射束的角强度分布。一般来说，至少在施照体光瞳平面上强度分布的外和/或内径向广延(extent)(通常分别称为σ-外和σ-内)是可以调节的。此外，施照体IL可以包括各种其它的部件，例如积分器IN和聚光器CO。施照体IL可以用来调整辐射束，使之在其截面上具有所需的均匀度和强度分布。
辐射束B入射到固定在支承结构上(例如掩模台MT)的图案形成装置上(例如掩模MA上)，并被图案形成装置图案化。辐射束B在通过掩模MA后，通过投射系统PS，投射系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以精确移动，例如将不同的目标部分C定位在辐射束B的光路中。同理，第一定位装置PM和另一位置传感器(图1中未示出)可以用来相对于辐射束B的光路精确定位掩模MA，例如在从掩模库中自动检索掩模之后或在扫描时。一般来说，掩模台MT的移动可以借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精细定位)来实现，这些模块形成第一定位装置PM的一部分。同理，衬底台WT的移动可以利用长行程模块和短行程模块来实现，这些模块形成第二定位装置PW的一部分。如果是光学分步重复器(和扫描器不同)，掩模台MT可以仅连接到短行程激励器，或可以是固定的。掩模MA和衬底W可以利用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准。虽然衬底对准标记如图所示占据着专用的目标部分，但它们可位于目标部分之间的间隙中(这些称为划片线对准标记)。同理，在掩模MA上设置有不止一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。
所述设备可以在以下至少一种方式下使用：
1.光学分步重复方式：掩模台MT以及衬底台WT保持基本上静止，同时将赋予辐射束的整个图案一次投射到目标部分C上(即单次静止曝光)。然后将衬底台WT向X和/或Y方向移动，以便使不同的目标部分C曝光。在光学分步重复方式下，曝光区域的最大尺寸限制着单次静止曝光中所成像的目标部分C的大小。
2.扫描方式：同步地对掩模台MT以及衬底台WT进行扫描，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投射系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描方式下，曝光区域的最大尺寸限制着单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。在下文中，扫描方向为Y方向，按图1所示坐标轴定义，在本文中，X、Y、Z坐标系统相对于所述设备是固定的。同理，x轴和y轴都与光罩或掩模图案相关联，对于和扫描器一起使用的光罩，y轴方向对应于扫描光罩的Y方向。
3.另一种方式：掩模台MT保持基本上静止以便固定可编程图案形成装置，移动或扫描衬底台WT，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上。在此方式下，通常采用脉冲辐射源，并根据需要，在每次移动衬底台WT之后或在扫描中的连续辐射脉冲之间，更新可编程图案形成装置。这种工作方式可以容易地应用到使用可编程图案形成装置(例如上所述类型的可编程镜面阵列)的无掩模光刻技术中。
也可以采用上述使用方式的组合和/或变型或完全不同的使用方式。
用于投射光刻的光罩通常由石英衬底构成，在其一个表面上设置有待成像的图案。结晶石英已知是双折射的，所以空白光罩常用熔凝石英制成。但是，即使使用熔凝石英制作空白光罩，一些剩余双折射的存在实际上是不可避免的。如图2A中示意地表示的，光罩一部分的双折射(以下称为“光罩双折射”，以RB表示)在光罩MA的点(x，y)处可以模拟为一种延迟板的双折射，所述延迟板具有快轴FA-MA和慢轴SA-MA，且具有以波长的分数表示的相位延迟。一般来说，光罩双折射RB是光罩坐标x和y的函数。快抽和慢轴(FA-MA，SA-MA)的取向以及相位延迟都可具有数值的x，y分布。这种x，y的依存关系表示为：
RB＝RB[A，N]
A＝A(x，y)，以及    方程(1)
N＝N(x，y)
式中A是Y轴和快轴之间的角度，N是以辐射束波长的分数表示的相位延迟。
图2B中示意地图解说明角度A对在光罩MA上点(x，y)处通过光罩的辐射的极化状态的影响。入射光线20的输入极化是线性极化状态。在图2中，输入辐射是平行于y轴的线性极化，如箭头21所示。在与光罩交汇的点(x，y)处，入射光线的快轴FA-MA相对于Y方向有角度A，且光罩的存在对所述光线的影响为：光线以结果椭圆极化的形式从光罩射出，如椭圆22所示。描述椭圆22的确切形状和定向的参数取决于点(x，y)处的角度A(x，y)和相位延迟N(x，y)。在点(x，y)附近掩模图案的特征(图2B中未示出)处的辐射衍射效应不改变双折射对极化状态的影响：结果衍射光线都具有所述椭圆极化。具有沿y方向延伸的特征的图案导致x-z平面上的衍射的倾斜射线。没有双折射时，这些倾斜射线是p极化的。光罩的影响在于：现在以椭圆形式的(因此不是完全p极化的)辐射完成图像形成，导致图像对比度降低。
描述A(x，y)和N(x，y)的数据例如可以通过测量光罩双折射来获得，并可提供到数据存储装置DS中。在本实施例中，这些数据用来首先计算A和N的平均值，以Aav和Nav表示，将这些数值在包含掩模图案的光罩MA的面积上平均即可获得平均值。
可以通过一些方法来补偿具有以Aav和Nav为特征的平均双折射的光罩对通过所述光罩的辐射极化的影响：在辐射束B的光路中布置延迟板BE，延迟板BE的延迟选择为等于Nav，其相对于z轴的旋转取向选择为使元件BE的慢轴SA-BE平行于代表光罩双折射的快轴FA-MA的平均方向Aav。元件BE和光罩MA的这种配置示于图2C，并且这种配置还导致光罩MA和延迟板BE的组合具有平均零(或至少显著地降低的)相位延迟。于是，光罩对晶片级的极化状态的影响被减小，图像对比度得以改进。
存储在数据存储装置DS中代表A(x，y)和N(x，y)的所选光罩双折射数据由控制器CN检索。控制器CN设置成：计算平均值Aav和Nav；从多个可用的预选结晶石英延迟板(具有相应预选的多个相位延迟)中识别最符合相位延迟Nay的延迟板BE；以及指示操纵器MN获取所述选择的延迟板BE并将所述延迟板BE布置在辐射束所经过的光路中。与其快轴FA-BE和其慢轴SA-BE的取向有关地校准每个延迟板BE。操纵器MN包括电动可旋转支架，用以将延迟板BE固定在预选的(其快轴和慢轴的)旋转取向，且操纵器MN设置成使所选延迟板BE旋转，对代表Aav的信号作出响应使其慢轴SA-BE与光罩的方向Aav对准。这种对准所需的旋转量由控制器CN确定，并可以在延迟板BE布置到光路中之前、之中或之后由操纵器MN加到延迟板BE上。
多个光罩的双折射数据可以存储在数据存储装置DS中，以便在使用特定光罩时可以以上述方式提供对双折射的相应的适当的补偿。
补偿延迟板BE在光路中的布置位置并不严格。主要由以下几个方面确定：所述设备中可供操纵器MN用的空间；以及延迟板元件BE所需通光孔径的侧向广延。后一参数是光学系统的设计参数，且沿光轴的不同位置各不相同。对于分别步进和扫描的光学分步重复设备，光罩附近位置上的所需通光孔径具有这样的值，使得狭缝形照射区域中的掩模图案被完全包含在所述通光孔径之内。
沿光路的某一位置上的通光孔径越小，延迟板元件的直径就可越小。由于结晶石英延迟板元件的成本随直径而增加，所以偏向于将延迟板BE布置在所需通光孔径比较小的位置上。在采用杆型光学积分器的设备的情况下，积分器杆出口面的孔径是比较小的通光孔径。图1中图解说明的本发明实施例示意地示出延迟板BE布置在此优选位置。
但是，应当指出，也可以把延迟板的位置选择在例如与光罩共轭的平面上或光罩本身附近(光罩的上游或下游)，或者在照射系统IL或投射透镜PS的光瞳平面上。
如果没有多个预选延迟板可用，也可以只用一个延迟板BE，如果有关的光罩组的双折射特性Aav和Nay分布在足够小的带宽中的话。
按照本发明的一个方面，极化元件BE可以具体体现为可变相位延迟板。可变相位延迟板的实例为Babinet和Soleil补偿器，它们配置成将相位延迟调节到相位延迟的预选数值。除了所述可旋转支架外，操纵器MN还包括驱动器，用于根据控制器CN所提供的代表待补偿的平均相位延迟Nav的信号而将可变延迟板设定到所需的相位延迟。利用所述实施例，缓和了对具有相应的多个相位延迟的多个延迟板的需求。电光和压电光学材料也可以用作延迟板衬底，因为它们的双折射可以分别通过改变衬底中的电场或压力加以改变。
在本发明的实施例中，光刻设备是扫描器，并且操纵器MN设置成调节多个双折射元件，以便在衬底级条件下补偿光罩对辐射束极化状态的与电场有关的极化影响。在扫描器中，照射系统IL这样成形辐射束B，使得光罩MA上的狭缝形区域30被照射，见图3。狭缝沿X方向延伸，与对应于扫描方向的Y方向垂直。其宽度用SLW表示，如图3所示，且相对于X、Y、Z坐标系是固定的。
光罩双折射RB的任何x相关性可能引起衬底级的光罩对(x方向上)辐射束极化状态的与电场有关的极化影响。虽然类似地在Y方向上RB的y相关性引起衬底级的与电场有关的极化影响，但是在许多实例中，在大约宽度SLW的距离上光罩的双折射变化可以忽略不计或在容限之内，而在大约狭缝长度的距离上的变化可能超出容限。如图4所示，为了补偿这种超出容限的变化，在本实施例中极化元件BE设置为部件40，后者包括多个双折射指状物，即，多个细长的双折射元件BEi(指数i从1到指状物总数)。双折射元件BEi具有共同的伸长方向(例如沿扫描y方向)并布置成平行于所述共同的伸长方向。而且，它们在与所述共同的伸长方向的垂直方向上彼此相对地位移。每个双折射元件BEi设置成可沿其伸长方向移动，如图4中箭头41所示，并且每个双折射元件BEi具有沿伸长轴的一个或多个双折射特性的非均匀分布。
例如，双折射元件BEi可以具有沿指状物长度方向线性改变的相位延迟Ni(y’)。y’是与指状物关联的沿伸长轴的坐标，见图4中的N-y’图。用双折射结晶石英衬底制成的且具备楔形的指状物(以便获得沿其长尺寸方向的线性改变的厚度)提供这种沿其伸长轴的相位延迟的非均匀(线性改变的)分布。
指形物组件40可以布置在光罩附近，或者布置在与光罩光学共轭的平面上或其附近，使得在静态状态下每个指形物只有一部分被照射(如图4中所示)，并且调节41可以有效地提供双折射特性的局部改变。
对于每个元件BEi，代表所述一个或多个双折射特性沿伸长轴的特定非均匀分布的数据存储在存储装置DS中。对于指形物BEi，这些数据可代表例如Ai(y’)和/或N i(y’)的数值。对于光罩MA上的各个点(xi，yi)的网格，可以以数值RB(A(xi，yi)，N(xi，yi))的形式提供光罩双折射数据RB。坐标xi可以选择为与指形物BEi的x位置一致。扫描时，狭缝区域30会依次穿越坐标yi的阵列。所以，坐标yi代表相对于被照射狭缝区域30所述光罩的不同扫描位置。对于每个扫描位置yi，控制器CN计算相对于狭缝区域30的多个指形物BEi的多个所需位置，以便使受照射的那部分指形物BEi的特性Ai(y’)和Ni(y’)能最佳补偿相应的局部光罩双折射的RB(A(xi，yi)，N(xi，yi))。操纵器MN则根据为元件BEi所计算的多个所需位置来调节设定值，如图4中箭头41所示。
按照本发明的一个方面，指形物的慢轴可以相互平行，且每个指形物的相位延迟可以是y’的线性函数，如上所述。指形物组件40可以设置在可旋转支架中，可旋转支架是操纵器MN的一部分，这样原则上所述慢轴与光罩快轴FA-MA的平均方向Aav的对准(在方向Aav的有限范围内)就有可能。而且，通过最佳地确定元件Bei的位置，在扫描时，在整个区域内光罩的任何超过容限的相位延迟N(x，y)都可被补偿。
典型的光罩双折射分布示意地示于图5中。图像的对比度损失主要由局部的快轴A(x，y)取向的x、y变化所引起，而相位延迟N(x，y)的峰值足够狭窄，出现在平均值Nav处，可以认为它是个常数，与x、y无关。所以，为了补偿这类光罩双折射，用RB(A(x，y)，Nav)模拟，每个指形物BEi最好具有相位延迟Nav，且慢轴(Ai(y’)+π/2)的方向最好在指形物上各不相同，即，根据扫描过程中相应的随后光罩点(xi，yi)被照射时影响晶片级极化状态的随后的A(xi，yi)数值而改变。
如图6中示意地说明的，在xi＝常数的线上可以识别许多分立的快轴方向Ai，在指形物BEi中这些都是要考虑在内的。在图6中沿xi＝常数的线上要被操作和调节的指形物BEi可以具体体现为双折射结晶石英段62的阵列，每个段具有相位延迟Nay，从而连续的各段62的慢轴与沿xi＝常数的线上光罩处局部快轴的相应的连续的各方向对准。所述情况在图6中以线段61(代表慢轴方向)平行于线段50(代表光罩处的局部快轴方向)表示。
在上述任一实施例中，双折射元件BE以及指形物BEi都可用透射上述波长辐射的双折射材料制成，例如结晶石英、CaF2和MgF2。
在上述任一实施例中，光刻设备还可以包括双折射测量装置，用于测量图案形成装置(例如光罩)的双折射分布RB(x，y)。测量结果可以在光罩曝光之前获取并存储在装置DS中。双折射测量装置可以是光罩操作系统或是光罩级的一部分。图7示意地示出双折射测量装置BMD。所述装置为反射型；HeNe激光器(图7中未示出)产生探测射束74，射束74在形成掩模MA上的掩模图案的铬特征70处被反射，并在从掩模表面反射后由辐射检测器(图7中未示出)捕获。常用的极化测量装置包括线性极化器、四分之一波片以及分析器，分别为图7中元件71、72和73。利用HeNe激光器产生的探测射束74，用极化测量装置对掩模衬底抽样，其中极化器71与四分之一波片成45度角。围绕与分析器探测射束一致的轴线的旋转角度给出了光罩双折射的信息。其它双折射测量方法(透射或反射)也可使用。
按照本发明的一个方面，双折射测量装置BMD包括报警系统，在被探测的光罩在光罩的双折射方面超出容限的情况下，报警系统就产生一个标志来提醒所述设备的用户。或者，光刻设备可以配备包括报警系统的双折射测量装置BMD，而不再包括提供补偿光罩双折射的装置。这样就可以避免使用超出光罩双折射容限的光罩。
按照本发明的一个方面，把为在衬底级条件下补偿图案形成装置对辐射束极化状态的影响所进行的调节与为在衬底级条件下补偿目标辐射系统极化特性的偏差和/或目标投射系统极化特性的偏差对辐射束极化特性另外的影响而进行的调节相结合。
目标辐射系统极化特性例如可以表述为描述掩模级所需辐射极化状态的一组预选Stokes参数，也称为Stokes矢量。或者，目标辐射系统极化特性例如可以表述为预选的Mueller矩阵，所述矩阵以Stokes参数和Mueller矩阵系数描述了系统对通过所述系统的辐射束极化状态的影响。例如，如果从源SO发出的辐射极化状态已完全确定，那么，辐射系统极化特性的这种可供选择的定义更适用于本发明，在此情况下照射系统IL和/或射束传送系统BD的所需极化特性可以用相应的Mueller矩阵来描述。同理，投射系统PS的目标投射系统极化特性也可以用相应的Mueller矩阵来描述。
目标辐射系统极化特性以及目标投射系统极化特性的偏差可以例如因以下可能性引起：例如，在照射系统或投射系统的透镜元件的曲面上折射后，辐射的s极化分量和p极化分量之间发生辐射能量传输的差异。由于射线束(它将掩模级的点成像到衬底级的点上)的入射角和折射角随掩模级的点(X，Y)的坐标X、Y而变化(并通过在所述装置的X、Y、Z坐标系中光罩的位置，随光罩上相应物体点的坐标x和y而变化)，所述传输的s和p极化辐射之间的差异通常与X、Y有关。类似的效应也发生在通过辐射系统(包括源SO、射束传送系统BD以及照射系统IL，如图1所示)的辐射上。结果，衬底级的极化状态通常与X、Y有关(即特性Stokes参数是X、Y的函数)，而目标辐射系统极化特性以及目标投射系统极化特性可以是不随空间而变的，例如为了确定在管芯区域上有所需的光刻过程均匀度。
图8示出按照本发明一个方面用于光刻设备中极化控制的有关实体。系统包括数据存储装置DS、控制器CN以及操纵器MN(所述操纵器MN包括布置在辐射束经过的光路的一个或多个双折射元件，并设置成调节所述一个或多个双折射元件以改变辐射束的极化状态，见图1)，此系统以下称为极化均匀度控制器，在图8中以元件PUC表示。类似于用于补偿光罩双折射RB的与x，y有关的效应，如方程1所表述，极化均匀度控制器PUC可以用来在衬底级条件下补偿因辐射系统极化特性和/或投射系统极化特性的X、Y相关性而对辐射束极化状态的与X、Y有关的影响，如上所述。
为了控制辐射系统的极化特性，可以将极化操纵器PMA布置在辐射系统的光路中，见图8。例如，为了校正射束传送系统BD中光学元件的剩余双折射效应，可能需要这种控制，因为当激光器辐射穿过射束传送系统BD时，所述剩余双折射会将准分子激光器SO发送的线性极化光转换为轻微椭圆的极化光。操纵器PMA可以包括半波片和四分之一波片，所述半波片和四分之一波片各自可以围绕平行于辐射系统光轴OA的轴线旋转(见图8)，将所述椭圆极化光转换回线性极化光(通过调节四分之一波片快轴和慢轴相对于代表所述椭圆极化的长轴和短轴的旋转位置)。操纵器PMA还可以设置成按照线性极化的所需方向旋转线性极化光的极化轴(通过调节半波片快轴和慢轴相对于照射到半波片上线性极化光的方向的旋转位置)。结果，就可将线性极化光提供到照射系统IL上，其中线性极化光的极化方向是按照优选的照射方式预选的。例如，如果双极照射是所选的照射方式，线性极化的优选定向可以是垂直于两个极连线的方向，这样就可将s极化的轴外照射辐射提供到掩模MA上，从而改善掩模图案中特征图像的对比度。
但是，如上所述，剩余极化误差(即本实例中线性极化的偏差)会因上述目标辐射系统极化特性的偏差而出现在照射到掩模上的照射辐射中。按照本发明，极化均匀度控制器PUC提供对这种极化误差的补偿，其方式和对因如方程1所述的存在光罩双折射RB的光罩极化误差所作的补偿相同。
现场的极化测量装置PMDA和PMDB(见图8)可以用来获得表征目标辐射系统极化特性和目标投射系统极化特性的偏差的数据。例如，照射系统IL可以包括内置极化监控器，对通过镜面的各s极化和p极化辐射具有不同反射率的部分反射镜面PRM布置在光路中，从辐射束中分出部分辐射，并将所述部分辐射引导到测量装置PRMA所包括的检测器上，以检测所述部分辐射的强度信号。所述强度信号可用来估算辐射束的s极化相对于p极化的比率。测量装置PRMA还可以包括极化和/或极化状态改变元件的系统(例如可旋转延迟波片和线性极化分析器元件)，并设置成利用众所周知的分析辐射极化状态的椭圆对称技术来测量Stokes矢量的分量。测量的Stokes矢量分量可以作为数据存储在存储器装置DS中并且可以与预选的目标极化特性进行比较。测量的Stokes矢量分量和这些分量的目标值之间的差有效地等效于表征光罩双折射特性的数据。所以，按照本发明，操纵器MN(包括布置在辐射束经过的光路中的一个或多个双折射元件，并设置成调节所述一个或多个双折射元件以改变辐射束的极化状态)可以用来在衬底级条件下补偿目标辐射系统极化特性的偏差对辐射束极化状态另外的影响，而对所述数据作出响应的控制器CN设置成控制所述调节。
按照本发明的一个方面，还获得表征投射系统极化特性偏差的数据。提供在衬底级条件下测量极化状态的补充极化监控器PMDB来获取这些数据，见图8。所述现场衬底级极化测量装置PMDB例如可以具体体现为成像极化计，后者利用众所周知的椭圆对称技术来分析辐射极化状态。传统的傅里叶分析可用来计算描述辐射极化状态的Stokes矢量。极化计装置PMDB可以包括：极化元件系统，所述系统包括延迟波片，后者可以围绕垂直于延迟波片的快轴和慢轴的轴线旋转(在一个实施例中可以对应于围绕平行于图8中光轴OA的轴线旋转)；以及固定的分析器。所述延迟波片和固定分析器在图8中均未示出。在极化计PMBD的实施例中，分析器的旋转位置可以由系统PMDB整体围绕图8中光轴OA的附加旋转来选择。通过将投射系统PS的光瞳PU的图像形成到空间析像检测器80上(如图8中虚线所示)，例如电荷耦合器件(CCD)上，就可对CCD的多个检测器像素以及对光学连接到检测器像素的光瞳中相应的多个区域进行椭圆对称分析。可以通过设置透镜物镜系统(图8中的元件LS)将光瞳PU的图像投射到CCD的检测器表面上而实现图像形成。透镜物镜系统LS的数值孔径最好大于投射系统PS的数值孔径，以减少极化计PMDB相对于投射系统PS的定位和对准要求。衬底级极化监控器PMDB可以具体体现为固定到和/或结合在图1中的衬底支架WT上的装置，或者，它可以具体体现为便携式装置，在需要极化状态测量时将其设置在衬底支架WT上。
利用极化计PMDB所获得的测量结果可以用类似于上述对利用极化测量装置PMDA所获得的数据的处理和使用方式进行处理和使用。
虽然在本文中具体参考了光刻设备在IC制造中的应用，但是，应当理解，上述光刻设备可以有其它应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本专业的技术人员应理解，在这些不同应用的上下文中，使用术语”晶片”或”管芯”可以认为分别和更通用的术语”衬底”或”目标部分”同义。此处所提到的衬底可以在曝光之前或之后，在例如轨道(通常在衬底上涂敷光刻胶层并显影已曝光的光刻胶的工具)中，或在计量工具和/或检测工具中进行处理加工。在适用的场合，本文公开的内容也可应用于这些和其它衬底处理工具。而且，衬底可以不止一次地进行处理，例如为了形成多层IC，所以此处所用的术语”衬底”也可以指已含有多个已处理层的衬底。
本文中所用的术语”辐射”和”射束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长在或大约在365、355、248、193、157或126nm)。
词语”透镜”，在上下文许可处，可以指各种类型光学部件中的任何一种或其组合，包括折射的和反射的光学部件。
虽然以上已对本发明的具体实施例作了说明，但是应当理解，本发明可以不用上述方法实现。例如，本发明可以采取包含描述上述方法的一个或多个序列机器可读指令的计算机程序的形式，或采取存储这种计算机程序的数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。
上述说明旨在说明而非限制。所以对本专业技术人员来说，显然可以对本发明作出各种修改而不背离以下提出的权利要求书的范围。

Claims (16)

1.一种光刻设备，它设置成使用电磁辐射束将图案从图案形成装置投射到衬底上，所述设备包括：
数据存储装置，它设置成接收和存储表征所述图案形成装置双折射特性的数据，
操纵器，它包括布置在所述辐射束通过的光路中的多个双折射元件，并设置成调节所述多个双折射元件以便改变所述辐射束的极化状态；以及
控制器，它对所述数据作出响应并设置成控制所述调节以便补偿所述图案形成装置对处于衬底位置处的所述辐射束的极化状态的影响；
所述设备是步进和扫描设备，并且其中所述操纵器设置成调节多个细长的双折射元件，所述各双折射元件具有共同的伸长方向并且平行于所述共同的伸长方向布置，所述各双折射元件在垂直于所述共同的伸长方向的方向上彼此相对地位移，每个双折射元件可以沿其伸长方向移动，并且每个双折射元件具有沿所述伸长轴的一个或多个双折射特性的非均匀分布。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述图案形成装置的所述双折射特性是相位延迟。
3.如权利要求2所述的光刻设备，其中所述调节包括改变或选择所述多个双折射元件的相位延迟。
4.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述图案形成装置的所述双折射特性是快轴的方向。
5.如权利要求4所述的光刻设备，其中所述调节包括改变所述多个双折射元件的快轴方向。
6.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述非均匀分布是相位延迟的分布。
7.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述非均匀分布是慢轴方向的分布。
8.如权利要求1所述的光刻设备，其中还包括双折射测量装置，用于测量所述图案形成装置的双折射并提供表征所述图案形成装置的双折射特性的所述数据。
9.如权利要求1所述的光刻设备，其中，为补偿所述图案形成装置对处于衬底位置处的所述辐射束的极化状态的影响而进行的调节是和为补偿目标辐射系统极化特性的偏差和目标投射系统极化特性的偏差中的至少一种偏差对处于衬底位置处的所述辐射束的极化特性另外的影响而进行的调节结合进行的。
10.如权利要求9所述的光刻设备，其中还包括：辐射系统，用于将所述辐射束提供到所述图案形成装置上；布置在所述辐射系统光路中的极化操纵器，它设置成控制所述辐射系统的极化特性；以及极化测量装置，它设置成测量所述目标辐射系统极化特性的偏差。
11.如权利要求10所述的光刻设备，其中还包括：照射系统，它设置成调整所述辐射束，其中对各个经过镜面的s极化和p极化辐射具有不同反射率的部分反射镜面布置在所述辐射束经过的光路中，以便将所述辐射束的一部分射向所述极化测量装置。
12.如权利要求10所述的光刻设备，其中所述极化操纵器包括半波片和四分之一波片，所述半波片和四分之一波片各自可以围绕平行于所述辐射束光轴的轴线旋转。
13.如权利要求9所述的光刻设备，其中还包括：投射系统，它设置成将所述图案形成装置赋予所述辐射束的图案投射到所述衬底的目标部分上；以及极化测量装置，它设置成测量所述目标投射系统极化特性的偏差。
14.如权利要求13所述的光刻设备，其中将所述极化测量装置设置在衬底位置处，并且所述极化测量装置包括：延迟波片，它能够围绕垂直于所述延迟波片的快轴和慢轴的轴线旋转；以及线性极化分析器部件。
15.如权利要求14所述的光刻设备，其中所述极化测量装置还包括空间析像检测器以及透镜物镜系统，所述透镜物镜系统设置成将所述投射系统的光瞳图像投射到所述空间析像检测器上。
16.一种器件制造方法，所述方法包括使用电磁辐射束将图案从图案形成装置投射到衬底上，所述方法还包括：
存储表征所述图案形成装置双折射特性的数据；
调节工作时所述辐射束通过的多个细长的双折射元件，所述各双折射元件具有共同的伸长方向并且平行于所述共同的伸长方向布置，所述各双折射元件在垂直于所述共同的伸长方向的方向上彼此相对地位移，每个双折射元件可以沿其伸长方向移动，并且每个双折射元件具有沿所述伸长轴的一个或多个双折射特性的非均匀分布；
控制所述调节，以便补偿所述图案形成装置对处于衬底位置处的所述辐射束的极化状态的影响。
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