CN101833246B - 光学补偿的单向掩模版弯曲器 - Google Patents

光学补偿的单向掩模版弯曲器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光学补偿的单向掩模版弯曲器。由光刻设备提供的图案化的聚焦误差被光学地校正，该聚焦误差由被图案化的衬底的拓扑产生。通过基于衬底的已绘制的拓扑围绕扫描轴线弯曲掩模版而提供在交叉扫描方向上的聚焦控制。在扫描掩模版时，可以从域至域地更新弯曲。弯曲可以是单向的(例如，仅向下)，但可以包括光学补偿元件(例如，抛光成圆柱形的透镜或反射镜或被力致动器弯曲成圆柱形的透明板或反射镜)，用于将正或负的曲率(或没有曲率)引入到辐射束的波前上，从而简化了弯曲器的机械电子学设计。

Description

光学补偿的单向掩模版弯曲器
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年12月31日递交的美国临时申请No.61/141,951的优先权，其公开的全部内容在此以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明主要涉及光刻术，尤其涉及光刻聚焦控制设备和方法。
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。可以将该图案转移到衬底(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：所谓步进机，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；以及所谓扫描器，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。也能够以通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
在通过光刻术制造器件时，将辐射束聚焦控制到衬底上是极其重要的。聚焦控制中的一个关键误差源是衬底(例如晶片)的固有不平坦性。如果衬底的局部拓扑被绘图且是已知的，那么根据衬底的已绘制的拓扑通过沿垂直方向(“z-方向”)调整图案形成装置，可以在扫描方向上部分地补偿这种不平坦性。然而，这无助于在非扫描方向(“x-方向”)上校正聚焦误差。还可以围绕平行于和垂直于扫描方向的轴线旋转图案形成装置，但这仅部分地校正在x和y方向上的聚焦误差。由于这些原因，在x方向上的聚焦控制是重大的挑战。在其它情形中，甚至图案形成装置自身的固有不平坦性可以将误差引入聚焦控制中。
发明内容
本发明的实施例涉及光刻设备的图案形成装置处理器。本发明的一个实施例提供了光刻设备，该光刻设备包括用于支撑其上具有图案的图案形成装置的支撑结构。图案形成装置构造和布置以将图案的至少一部分赋予入射的辐射束。支撑结构包括弯曲器，所述弯曲器被构造和布置以弯曲图案形成装置。光刻设备包括设置在图案形成装置和衬底位置之间的投影系统，该投影系统能够将来自图案形成装置的辐射束投影到位于衬底位置处的衬底上。
本发明的一个实施例提供了一种制造方法，该方法包括绘制衬底的拓扑，以与衬底的已绘制的拓扑相关联的方式弯曲图案形成装置。该方法包括：将辐射束引导到图案形成装置上；将图案的一部分赋予辐射束；和将来自图案形成装置的辐射束投影到衬底上。
本发明的一个实施例提供包括程序指令的计算机可读介质，其在通过基于处理器的控制系统来执行时，使得系统依照方法来控制光刻设备。所述方法包括：绘制衬底的拓扑，以与衬底的已绘制的拓扑相关联的方式用光刻设备的弯曲器来弯曲光刻设备的图案形成装置，将辐射束引导到图案形成装置上，和用光刻设备的投影系统将来自图案形成装置的辐射束投影到衬底上。
本发明的一个实施例提供了用于在光刻设备中保持其上具有图案的给定的可弯曲的图案形成装置的支撑结构。支撑结构包括被配置以基于衬底的拓已绘制的扑在第一方向上弯曲图案形成装置的弯曲器，用于校正在图案形成装置将图案的至少一部分赋予入射的辐射束时由被图案化的衬底的拓扑产生的聚焦误差。支撑结构被配置以在与第一方向相反的第二方向上光学地补偿图案形成装置的弯曲。
附图说明
上述的发明内容阐述了许多，但不是本发明的全部方面。通过结合参考附图阅读多个“实施例”的描述，本发明的其它方面对本发明所属技术领域的技术人员来说是显而易见的。在阐述下述的实施例时，通过示例的方式示出了本发明，但不是限制性的。附图中同样的参考标记表示类似的元件。
图1A和1B分别示出与本发明的一个实施例相一致的反射式和透射式的光刻设备；
图2是与本发明的一个实施例相一致的光刻单元的示意图；
图3是与本发明的一个实施例相一致的晶片的示意图；
图4是与本发明的一个实施例相一致的图案形成装置的侧视图；
图5是与本发明的一个实施例相一致的在弯曲配置中的图3的图案形成装置的侧视图；
图6是与本发明的一个实施例相一致的具有线性致动器阵列的图案形成装置的侧视图；
图7是与本发明的一个实施例相一致的具有反作用框架和致动器的支撑结构的俯视平面视图；
图8是示出与本发明的一个实施例相一致的光学补偿元件的示意图；
图9是与本发明的一个实施例相一致的被线性致动器弯曲的图案形成装置的侧视图；
图10是与本发明的一个实施例相一致的被剪切致动器弯曲的图案形成装置的侧视图；
图11是与本发明的一个实施例相一致的被另外的剪切致动器弯曲的图案形成装置的侧视图；
图12是与本发明的一个实施例相一致的被耦合到反作用框架上的剪切致动器弯曲的图案形成装置的侧视图；
图13是与本发明的一个实施例相一致的制造方法的流程图；
图14是与本发明的一个实施例相一致的光刻设备的示意图；
图15是示出与本发明的一个实施例相一致的在第一配置中的可调整的光学补偿元件的示意图；
图16是示出与本发明的一个实施例相一致的在第二配置中的可调整的光学补偿元件的示意图；和
图17是示出与本发明的一个实施例相一致的在第三配置中的可调整的光学补偿元件的示意图。
具体实施方式
如在附图中所示出的，现在将参考本发明几个优选的实施例对本发明进行详细描述。在下述的描述中，为了提供对本发明的全面的理解，阐述了诸多具体细节。然而，在没有一些或全部这些具体细节的情况下可以实施本发明，这对本领域技术人员来说是显而易见的。在其它的情形中，为了防止不必要地导致本发明的晦涩，未对公知的工艺步骤进行详细描述。
同样地，示出系统的实施例的附图是半图式的和示意性的，并未按比例进行作图。为了清楚的显示，一些尺寸被夸大。
类似地，虽然为了便于描述，附图中的视图大致显示出类似的方向，但是对大部分部件来说图中的这种描绘是任意性的。可以在除了如所示出的情况之外的方向上操作所示出的设备。另外，在为了清楚和便于显示、描述和其解释，公开了和描述了具有共同的一些特征的多个实施例的情形中，彼此类似和相同的特征通常用相同的参考标记进行描述。
图1A和1B分别示意地示出了光刻设备100和光刻设备100’。光刻设备100和光刻设备100’每个包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，深紫外(DUV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其被配置用于支撑图案形成装置(例如掩模、掩模版或动态的图案形成装置)MA，并与配置用于精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连；和衬底台(例如，晶片台)WT，其被配置以保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并与配置用于精确地定位衬底W的第二定位装置PW相连。光刻设备100和光刻设备100’还具有投影系统PS，其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。在光刻设备100中，图案形成装置MA和投影系统PS是反射性的，在光刻设备100’中，图案形成装置MA和投影系统PS是透射性的。
照射系统IL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B。
支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备100和100’的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置MA。支撑结构MT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。支撑结构MT可以确保图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统PS)。
术语“图案形成装置”MA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B、以便在衬底W的目标部分C上形成图案的任何装置。被赋予辐射束B的图案将与在目标部分C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MA可以是透射式的(例如在图1B的光刻设备100’中)或反射式的(例如在图1A的光刻设备100中)。图案形成装置MA的示例包括掩模版、掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，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B。
术语“投影系统”PS可以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它因素所适合的。真空环境可以用于EUV或电子束辐射，因为其它的气体可能会吸收太多的辐射或电子。因此，可以在真空壁和真空泵的帮助下将真空环境提供给整个束路经。
光刻设备100和/或光刻设备100’可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)WT的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的衬底台WT，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它衬底台WT用于曝光。
照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和光刻设备100、100’可以是分立的实体(例如当该源SO为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源SO考虑成形成光刻设备100或100’的一部分，并且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(图1B)的帮助，将辐射束B从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以是所述光刻设备100、100’的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
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(图1B)。通常，可以对所述照射器IL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σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件(图1B)，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束B，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
参考图1A，辐射束B入射到保持在支撑结构(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MA来形成图案。在光刻设备100中，辐射束B被从图案形成装置(例如，掩模)MA反射。在被从图案形成装置(例如，掩模)MA反射之后，辐射束B穿过投影系统PS，其将辐射束B聚焦到衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF2(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，第一定位装置PM和另一位置传感器IF1可以被用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。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。
参考图1B，辐射束B入射到保持在支撑结构(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MA来形成图案。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将所述束聚焦到所述衬底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(图1B中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。
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的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它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)中。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。
所示的光刻设备100和100’可以用于以下模式中的至少一种中：1.在步进模式中，在将支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后，将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。2.在扫描模式中，在对支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。3.在另一个模式中，将保持可编程的图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束B的图案投影到目标部分C上。可以采用脉冲辐射源SO，并且在所述衬底台WT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)的无掩模光刻术中。
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。
在另一实施例中，光刻设备100包括极紫外(EUV)源，其被配置以产生用于EUV光刻术的EUV辐射束。通常，EUV源被配置在辐射系统中，对应的照射系统被配置以调节EUV源的EUV辐射束。
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。
如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时被称为光刻元(lithocell)或簇(cluster)，其还包括在衬底上进行曝光前和曝光后处理的设备。在一个示例中，光刻元或簇可以包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影已曝光的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理设备之间移动它们以及然后将它们传递至光刻设备的进料台LB上。通常被统称为轨道的这些装置处于轨道控制单元TCU的控制之下，该轨道控制单元TCU被管理控制系统SCS控制，该管理控制系统还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备，以最大化生产量和处理效率。
图3示意性地显示出晶片10，该晶片10典型地具有300mm的直径。在一个实施例中，晶片10细分成多个域20，为了清楚起见，仅显示其中的一些。在一个实施例中，域20在晶片上为26×32mm。光刻设备可以具有4倍的缩小因子，意思是图案形成装置上的对应的域是晶片上的域20的4倍。在其它的实施例中，光刻设备可以具有不同的缩小因子、没有缩小因子，或者图案形成装置上的域可以比晶片上的对应的域小。在一个实施例中，在每个域中沿Y方向扫描曝光狭缝30。
因为晶片是固有不平坦的，所以在沿Y方向扫描所述束时导致了聚焦误差。为了应对晶片10的内在的不平坦性，光刻设备可以包括用于绘制晶片的拓扑的传感器。在本领域中这样的传感器是已知的，且能够绘制小至纳米尺度的拓扑。可以响应于局部绘制的晶片拓扑垂直地(在Z方向上)对掩模版进行移位。“局部”可以表明直接在曝光狭缝30的当前位置处、曝光狭缝所占据的每个域20的平均值或在给定区域中的一些其它的平均拓扑上。这种垂直的移位对沿y方向进行聚焦误差校正起到相当好的作用，但不能在交叉扫描方向或x方向上校正聚焦误差。为此目的，掩模版可以被倾斜(围绕x、y或甚至z轴线)。这种倾斜有助于补偿一些聚焦误差，但它仅是“一阶”校正。
更高阶的校正可能来自于投影系统(例如，补偿或可调节的透镜可扭曲束的波前，以偏置晶片的局部拓扑)、掩模版自身(掩模版可以根据晶片10的局部拓扑而向上或向下弯曲)或补偿式投影系统和可弯曲的掩模版的组合。理论上，补偿式投影系统和可弯曲的掩模版系统的几个组合可以在x方向上对聚焦误差进行校正，但是实际上，财政和工程关注对实际上可用的制造施加了限制。将更加详细地对这些关注和解决它们的方案进行讨论。
用于弯曲图案形成装置的一个方法是在图案形成装置的边缘上施加相等的和相反的力，以便产生弯曲力矩。图4显示出由已知的图案形成装置处理器(为了简化没有示出)的支撑件50支撑的通用的图案形成装置40。支撑件50可以对应于图1A和图1B中显示的支撑结构MT的一部分。在恰好即将平行于图案形成装置40的中心轴线70施加力的一位置点处示出一对相等且相反的力(由箭头显示的)60。可以由弯曲器(未示出)来供给力60。在一个实施例中，可以在图案形成装置40的顶(或底)边缘和中心轴线70之间的一半位置处施加力60。
如果压力60施加到中心轴线70的上方(如图4显示的)，那么将产生弯曲力矩，如图5所示在图案形成装置40上产生正(中心向下)曲率。为了清楚起见，所显示的曲率被明显地夸大。如果力施加到中心轴线70的下方，那么将产生负的曲率(中心向上，未示出)。
在另一实施例中，可以施加拉力(与压力相反)。如果拉力施加到中心轴线70的上方，将产生弯曲力矩，从而导致负的曲率-与图5中显示的相反。如果拉力施加到中心轴线70的下方，那么导致了正的曲率(未显示)。
在图4和图5中，围绕大致平行于y轴线(扫描方向)的轴线出现弯曲。这样，图案形成装置40沿x轴线(交叉扫描方向)是弯曲的。这允许与响应于在图案形成装置40下方的局部的不平坦的晶片表面仅倾斜图案形成装置的情况相比，有更高阶的校正。
如所提及的，弯曲器可以施加压力或拉力到图案形成装置40上，以便导致曲率。施加压力相对容易。另一方面，施加拉力(拖拉图案形成装置)较困难。因为典型的光刻设备中的图案形成装置通常仅被临时性地连接，所以根据本发明的一个示例性实施例，可以将薄夹具(例如真空夹具或弹性夹具)或粘性表面用于施加拉力。考虑到图案形成装置的尺寸和弯曲它所需的力的大小，根据本发明的一个示例性实施例，在实践中实施压力可能更加有效和更便宜。
因为施加压力更为容易，所以产生正和负的曲率(以便应对晶片的不平坦性)使得问题更困难。如果使用单向(例如仅推类型的线性致动器)的线性致动器，那么可以在中心轴线70的上方设置一排致动器80，和可以在中心轴线70的下方设置一排致动器85，如图6所示。如果使用复杂的双向的线性致动器(例如推/拉类型的致动器)，那么单排推/拉致动器可以完成双向弯曲，但是每个致动器将必须激励杠杆，例如将在中心平面上方的拉作用转换成在中心平面下方的推作用(未示出)。每个使弯曲器复杂的因素可能使得所述设计期望较小，因为期望弯曲器是紧凑的重量轻的装置，以便防止支撑结构的动力学的妥协。与本发明的一个实施例相一致，理想地，期望弯曲器具有快响应时间，以便周期性地改变图案形成装置的曲率，例如从一个曝光域到下一曝光域。
理想地，期望弯曲器将纯力(pure force)施加到根据本发明的一个实施例的图案形成装置上。在一个实施例中，术语“纯力”是指弯曲器不给图案形成装置或用于支撑它的支撑结构增加可感知的刚度的情形。实现其的一种方式是如图7的平面视图所显示的将致动器阵列140和150耦合至弯曲器120的反作用框架130上。在所显示的本发明的实施例中，显示出反作用框架130仅运动性地耦合至支撑结构110。在操作中，在图案形成装置160的相对边缘面上的来自致动器140和150的相等和相反的力在反作用框架130内部基本上相互抵消。
机械刚性致动器(例如压电换能器)可以将反作用框架130的扭曲转移到图案形成装置160上，因此是不期望的。纯力致动器的示例是洛伦茨(Lorentz)致动器和磁阻致动器。最简单和最紧凑的磁阻致动器，电磁铁，将在本发明的一个实施例中用最小的功率消耗来提供所需的力。然而，这种致动器是单向的，因此为了提供正和负的曲率，可以沿着图案形成装置160的每个面设置两排这样的致动器。
为了避免使两排致动器在图案形成装置160的每个面上的额外的成本和复杂性，在本发明的一个实施例中，可以将单向弯曲器(即，能够具有仅正或仅负的曲率)和光学补偿元件组合，以完成更复杂弯曲器可以实现的相同的聚焦控制。能够实现上述功能的方案是将图案形成装置160的单向弯曲转换成之后被投影到晶片10上的束的波前的双向弯曲。这在根据本发明的一个实施例的图8中示意性地显示出。在图8的左侧，显示出三个实际的图案形成装置的形状。参考标记210表示平坦的图案形成装置，参考标记240显示略微的弯曲的图案形成装置，参考标记270显示出达到最大偏斜的图案形成装置。注意到，在这种情形中，图案形成装置仅在一个方向上向下弯曲。在图8的右手侧上，在参考标记230、260和290处显示出在晶片上所看到的弯曲的波前的投影。
在图8中，光学补偿元件200是“固定的”光学补偿元件。“固定的”元件将恒定的补偿弯曲(大小和方向)施加到入射束上。在显示的例子中，弯曲器产生正的曲率(在图8的左手侧上)的同时，光学补偿元件200产生固定大小的负曲率。离开未弯曲的图案形成装置210的波前220穿过光学补偿元件200并在晶片上被弯曲成形状230。注意到，形状230具有与弯曲器能够产生的任意曲率相反的曲率(例如，负曲率)。这样，波前的双向弯曲可以在本发明的一个实施例中实现。
如果弯曲器产生大小与由光学补偿元件200产生的固定的校正相等(但是相反的)的略微弯曲的图案形成装置240，那么波前250将被弯曲，使得其在晶片上的投影260是平坦的。这将对应于曝光狭缝位于局部的平坦晶片上方的情形。在弯曲器处于其最大偏斜270时，穿过补偿元件的波前280将被弯曲，使得晶片10显示出略微弯曲的波前290。
如从图8所理解到的，弯曲器可以被配置用于在第一方向上单向弯曲。在所示的实施例中，该方向是向下的(参见240和270)。光学补偿元件200被配置以在不同于第一方向和与第一方向相关的方向上弯曲所述束的波前。在所示出的实施例中，所述方向与第一方向(参见260和290)相反。
在一个实施例中，光学补偿元件200可以与投影系统(例如在图1A和图1B所显示的投影系统PS)合并。在一个实施例中，固定的光学补偿元件包括抛光成大致圆柱形的透镜。在另一实施例中，固定的光学补偿元件可以包括抛光成大致圆柱形的反射镜。在通常不希望弯曲的情形中，在晶片10是平坦的时，固定的补偿有时包括弯曲。为了应对这种情况，图案形成装置240的略微弯曲用于通过光学补偿元件200将它在晶片上转换成大致平坦的波前260。
在与本发明相一致的另一实施例中，与被固定的情况相反，光学补偿元件200可以是可调节的。在这种情形中，弯曲器可以不是必需的，因为可调节的光学补偿元件可产生大小变化的正曲率和负曲率。
然而，包含可调节的补偿元件带来必须解决的许多挑战。首先，重要的是，弯曲器的响应时间基本上不小于可调节的光学系统的响应时间。通过举例的方式，如图8所示的系统的响应时间可以在小于50ms的量级上。这是指如果在没有弯曲器的情况下使用可调节的补偿元件(例如可调节的透明平坦的板或平坦的反射镜)且元件的响应时间远大于50ms，那么在曝光狭缝移动至具有不同曲率的新的晶片区域时，光刻过程将停下来，直到可调节的系统能够做出响应。第二，可调节的光学补偿元件也比固定的光学补偿元件昂贵得多，尤其是如果设计成非常快速地调整或在非常精细的步骤中进行调整。另一方面，慢的可调节的光学补偿元件或仅在两个固定的状态(例如恒定的弯曲或大致平坦)之间操作的补偿元件可以优选地是永久固定的补偿元件，因为它将允许光刻设备的使用者对于特殊的处理方案选择根本不使用弯曲的掩模版或对于其它的处理方案使用弯曲。
存在满足上述的挑战的几种可调节的光学补偿元件设计。在与本发明相一致的一个实施例中，在其自由状态下，可调节的光学补偿元件是大致平坦的光学元件。使用至少一个力致动器可将大致平坦的光学元件弯曲成大致圆柱形。合适的力致动器包括例如低摩擦的气压缸，其中由活塞施加的力大致与输入压力成比例。在一个实施例中，大致平坦的光学元件是透明的平坦板。在另一实施例中，大致平坦的光学元件是大致平坦的反射镜。
在与本发明相一致的一个实施例中，可以改变由力致动器产生的力的大小。在一个实施例中，在由力致动器产生的力大致为零时，可调节的光学补偿元件将处于其自由状态，意即它是大致平坦的(即，具有大致零曲率)。在与本发明相一致的一个实施例中，由一个或多个致动器产生的力的大小将在可调节的光学补偿元件中产生不同大小的曲率。在该可调节的元件中产生的曲率可以与施加的力成比例。在一个实施例中，不仅可以改变施加的力的大小，而且还可以改变其方向。颠倒所施加的力的方向，能在可调节的光学补偿元件中颠倒所产生的曲率的方向。
图15示意性地显示出可调节的光学补偿元件1510。显示出处于其自由状态的(即，大致平坦的)可调节的补偿元件1510。至少一个力致动器1520被耦合至元件1510，所述至少一个力致动器1520被配置以将具有给定的大小和方向的力施加到元件1510上。在所示出的实施例中，力致动器基本上未产生力。
图16示意性地显示被暴露至来自致动器1520的中等力的光学补偿元件1510。元件1510呈现出具有中等曲率的大致圆柱形。图17示意性地显示被暴露至来自致动器1520的最大力的光学补偿元件1510。在这种情形中，元件1510呈现出具有最大曲率的大致圆柱形。
在至少一个力致动器1520颠倒所施加的力的方向时，在元件1510中产生的曲率的方向也颠倒。这将产生如图16和17所显示的类似大小的曲率，但曲率的方向将被颠倒。这样，可调节的光学补偿元件1510的曲率可以在任一方向(即，向上或向下的曲率)上从零变化至中等或最大曲率。
在图15-17中对可调节的光学补偿元件的描绘并不意味着仅仅三个大小的曲率是可以的。作出这种描绘是为了便于说明，而不是限制性的。相反，(通过改变所施加的力的大小)可以在零和完全偏斜之间无限地改变在元件1510中产生的曲率的大小。另外，可以通过颠倒来自致动器1520的所施加的力的方向，来颠倒曲率的方向。这样，可以根据特定的光刻过程方案来控制可调节的光学补偿元件1510的曲率。
单向弯曲的一个主要优点是简化了图案形成装置弯曲器的机械电子学设计。这将使得弯曲器更小和更轻，从而最小化其对支撑结构动力学的负面影响，并且因此最大化其性能。
支撑结构的动力学要求是能够在小于1nm的精度范围内在6个自由度上定位图案形成装置以在小于1nm的精度范围内保持支撑结构相对于晶片的位置，以及很快完成定位(例如以达150晶片/小时的速度处理)。
另外地，在控制支撑结构来校正晶片的不平坦性的任何时候，都可能激发共振模。为了应对这一情况，可以对用于命令支撑结构进行精细校正(例如使用短行程定位装置)的输入信号进行滤波以防止共振模。如果共振模低，那么将牺牲控制的带宽，因此性能受损。为此，期望共振模高。另外，重要的是从一个支撑结构至下一支撑结构具有动力学的再现性。对于所有这些原因，都迫使采用“简单的”设计。
另外，单向弯曲比使用双向弯曲器(需要额外的致动器或部件)或使用可调节的光学补偿系统(其可能非常昂贵)更为经济。
另外，当前的光刻设备已经应对了图案形成装置在透镜系统中的重力下垂(gravity sag)问题，例如，它们采用了抛光的透镜以抵消重力下沉。替代地，例如，可以简单地对对应于弯曲的图案形成装置的中度的偏斜大小(或相反的方向)的新的“下垂轮廓”进行抛光。因此，可以在小的困难和成本的情形下将单向的弯曲器添加到当前的系统中。
返回至参考图9，在一个实施例中，弹簧刀片310在支撑结构300(其可以包括卡盘)和用于支撑图案形成装置330的夹具320之间延伸。术语“弹簧刀片”是通用术语，其用于描述在其自身的平面(图9中显示的实施例中的x-y平面)中是基本刚性但易于允许在平面外运动(例如z方向)的结构。弹簧刀片310限制了在x-y平面中的运动，但允许沿z轴线的变形。夹具320可以相当薄和由能够使图案形成装置330的局部拓扑变形的材料形成。夹具320可以是机械夹具、真空夹具和/或静电夹具。
线性致动器阵列可以从反作用框架340延伸。在显示的实施例中，为了正的曲率，一排线性致动器350定位在图案形成装置330的中心轴线的上方，为了负的曲率，一排线性致动器360定位在图案形成装置330的中心轴线的下方。在这个实施例中，弹簧刀片310中的一个或两个可以期望在x方向上被削弱，以允许在图案形成装置330弯曲时有自由度。
线性致动器350和360可以是洛仑兹致动器、磁阻致动器或压电线性致动器。选择的性致动器必须考虑行程、热量损耗和刚度。通常，线性压电致动器可能引入了太多的实际使用的刚度，除非有特定的考虑。
在图9中显示的实施例中，图案形成装置330可以经受一定压缩。因此，可以发生双折射，因为诸如石英和熔融硅石的通常用作图案形成装置的许多材料具有随应力变化的折射率。
在图10显示的实施例中，使用剪切压电致动器370来代替线性致动器和力框架，来完成如在图8显示的实施例中所完成的操作。在这个实施例中，剪切压电致动器370的向外偏斜产生了扭矩，所述扭矩使图案形成装置330向下弯曲。如果可以颠倒剪切压电致动器370的偏斜作用，那么可以产生相反的曲率。在这个实施例中，弹簧刀片310可能不需要被削弱来允许在x方向有额外的自由度。另外，剪切压电致动器370的刚度不是个非常重要的问题，因为它们不触摸图案形成装置330。然而，因为弯曲可能降低针对y加速所能利用的力，所以确保图案形成装置330和支撑结构300之间不出现滑动是重要的。这是至关重要的，因为典型地仅测量支撑结构300自身的位置(例如用光学解码器)。或者说，假定图案形成装置的位置相对于支撑结构300的已知的位置是恒定的。如果这种假定被滑动所破坏，那么光刻过程的最终产品将是不可用的。
可以添加支撑结构的可移除的部件400，以便容纳另一组夹具430、弹簧刀片420和剪切压电致动器410。如图11所示，经由顶部和底部的弯曲导致了在图案形成装置330中引起的大致纯扭矩。这样，可基本上减少双折射。另外，夹具力被加倍，导致减小了在y加速期间产生滑动的可能性。在图11中显示的设备中，上夹具430可能不得不被缩回，以便装载或卸载图案形成装置。
为了防护支撑结构免受弯曲扭矩，剪切压电致动器可被连接至力框架440，所述力框架440被运动学地耦合至支撑结构300，如图12所示。这样，支撑结构300将基本上不受弯矩。在这个实施例中，可以将顶部剪切压电致动器410连接至力框架440的可移动部分450。这使得上夹具430可以滑到图案形成装置330的路径之外，用于装载和卸载。为了装载或卸载图案形成装置，可移动部分450向外滑动(未示出)，从而提供了无障碍地接近图案形成装置330的操作。
通过添加用于测量压电致动器的精确位置的光学编码器500、501、502和503，可克服压力致动器的固有滞后。然而，重要的信息是可弯曲的图案形成装置330的实际位置。幸运的是，压电坐标500-503和在可弯曲的图案形成装置330上的位置之间存在线性关系。这种关系是由图案形成装置、夹具和力框架440的刚度来确定的。这种关系可被校准以将4个解码器信号与相关的图案形成装置参数(在x方向上的膨胀、在x方向上的平移以及曲率)相关联。这样，可以从已知的压电坐标推出可弯曲的图案形成装置330的位置。
剪切压电致动器具有在5ms的量级上的快速的反应时间，使得它们对于更新在不平坦的晶片10的域之间的期望的弯曲量是足够快的。致动器足够快，使得甚至可以在域(“域内(intrafield)”)之内更新弯曲。
图13中公开了在光刻设备中利用图案形成装置弯曲器来制造器件的方法。在块1200中，所述方法包括：提供一种光刻设备，该光刻设备包括其上具有图案的图案形成装置、配置以支撑图案形成装置的支撑结构、配置以弯曲图案形成装置的弯曲器、衬底以及投影系统。在块1210中，使用传感器来绘制衬底的拓扑。使用传感器绘制衬底在本领域是已知的。在一个实施例中，衬底可以是晶片。在块1220中，以与衬底的所绘制的拓扑相关的方式，用弯曲器来弯曲图案形成装置。可以配置支撑结构以在扫描方向上移动，块1220中的弯曲可以围绕大致平行于扫描方向的轴线进行。在块1220中，所述弯曲可在第一方向上进行，投影系统可包括配置用于在与第一方向相反的第二方向上弯曲辐射束的波前的光学补偿元件。光学补偿元件可以是固定的光学补偿元件，例如被抛光成大致圆柱形的透镜。在块1230中，将辐射束引导到图案形成装置上。在块1240中，将图案的一部分赋予给辐射束。在块1250中，用投影系统将辐射束从图案形成装置投影到衬底上。
所述方法可以进一步包括块1260中的停止辐射束的步骤、块1270中的相对于衬底扫描支撑结构至衬底的域的步骤、块1280中的绘制域的拓扑的步骤以及块1290中的以与域的所绘制的拓扑相关联的方式来弯曲图案形成装置的步骤。这样，弯曲器可以从衬底的域至域更新图案形成装置的弯曲。在另一实施例中，弯曲器可以在给定的域内更新图案形成装置的弯曲。
本发明的实施例可以采用包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式或采用具有在其中存储了这种计算程序的数据存储介质或计算机可读介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。这样的程序或计算机可读介质可存储在与光刻设备相关联的控制系统或计算机系统中。在一个实施例中，可以将程序或计算机可读介质存储在图2中所显示的管理控制系统SCS中。
图14示意性地显示出光刻设备1300的一个实施例。光刻设备1300具有用于支撑其上具有图案的图案形成装置的支撑结构1310。支撑结构1310包括能够弯曲图案形成装置的弯曲器1320。弯曲器1320可以包括反作用框架和一个或更多个致动器。致动器可以是线性致动器或剪切致动器，例如剪切压电致动器。在一个实施例中，光刻设备1300包括辐射源1350。在另一实施例(未示出)中，可以使用外部辐射源。辐射源产生辐射束。投影系统1330位于支撑结构1310和衬底1340之间。可由衬底台(未示出)来支撑衬底1340。支撑结构1310和衬底台中的任一个或两个可以相对于投影系统移动。
光刻设备1300包括用于绘制衬底1340的一部分的拓扑的传感器1350；所述绘制如箭头1355所表示。在一个实施例中，绘制了衬底1340的域。之后可以将所绘制的拓扑输入到弯曲器1320上。如箭头1325所示的将所绘制的拓扑输入到弯曲器。依次，弯曲器以与衬底1340的拓扑相关联的方式来弯曲图案形成装置。之后，辐射源1350(或外部辐射源)产生入射到图案形成装置上的辐射束。将图案的一部分赋予辐射束，所述辐射束之后由投影系统1330投影到衬底1340上。投影系统1330可以包括光学补偿元件1360，所述光学补偿元件1360可以在将它投影到衬底1340上之前弯曲辐射束的波前。在一个实施例中，光学补偿元件1360是固定的补偿元件。
在衬底1340的整个域被辐射束曝光之后，可以停止所述辐射束，直到支撑结构移动到新的域和新的域的拓扑被传感器1350绘制为止，所述传感器1350依次以与新的域的拓扑相关联的方式更新用于重新配置图案形成装置的弯曲器1320。这可以重复直到衬底的整个目标区域被暴光。这样，相对已有的方法，可以极大地改善在固有的不平坦的衬底上的聚焦控制。
虽然在本文中详述了光刻设备用在制造IC(集成电路)，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以在制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件方面有其它的应用，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(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将此处使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”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，可以将此处公开内容应用于这种和其它衬底处理工具中。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”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
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、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在5-20nm范围内的波长)以及粒子束(例如离子束或电子束)。
在允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一个或组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。
以上描述旨在进行说明，而不是限制性的。因而，在不偏离所附权利要求的保护范围的前提下可以对上述的本发明进行修改，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (15)

1.一种包括图案形成装置处理器的光刻设备，所述光刻设备包括：
支撑结构，所述支撑结构配置以支撑其上具有图案的给定的图案形成装置，所述图案形成装置被配置以将所述图案的至少一部分赋予入射的辐射束，所述支撑结构包括被配置以弯曲所述图案形成装置的弯曲器，所述弯曲器通过施加基本上平行于所述图案形成装置的中心轴线的力来弯曲所述图案形成装置；和
投影系统，所述投影系统设置在所述图案形成装置和衬底位置之间，所述投影系统能够将来自所述图案形成装置的所述辐射束投影到位于所述衬底位置处的衬底上。
2.根据权利要求1所述的光刻设备，其中，所述支撑结构被配置以在扫描方向上移动，和所述弯曲器被配置以围绕大致平行于所述扫描方向的轴线来弯曲所述图案形成装置。
3.一种包括图案形成装置处理器的光刻设备，所述光刻设备包括：
支撑结构，所述支撑结构配置以支撑其上具有图案的给定的图案形成装置，所述图案形成装置被配置以将所述图案的至少一部分赋予入射的辐射束，所述支撑结构包括被配置以弯曲所述图案形成装置的弯曲器；和
投影系统，所述投影系统设置在所述图案形成装置和衬底位置之间，所述投影系统能够将来自所述图案形成装置的所述辐射束投影到位于所述衬底位置处的衬底上，所述弯曲器被配置和布置以响应于所述衬底的一部分的已绘制的拓扑来弯曲所述图案形成装置。
4.根据权利要求3所述的光刻设备，其中，所述衬底的已绘制的部分对应于所述衬底的域。
5.根据权利要求3所述的光刻设备，其中，所述弯曲器被配置用于在第一方向上单向弯曲。
6.根据权利要求5所述的光刻设备，其中，所述投影系统包括光学补偿元件，所述光学补偿元件配置以在不同于所述第一方向和与所述第一方向相关联的方向上弯曲所述辐射束的波前。
7.根据权利要求6所述的光刻设备，其中，所述光学补偿元件包括从由透镜和反射镜构成的组中选出的至少一个元件，且所述光学补偿元件被抛光成大致圆柱形。
8.根据权利要求6所述的光刻设备，其中，所述光学补偿元件在其自由状态中是从由透明平坦板和平坦反射镜构成的组中选出的大致平坦的光学元件，且所述光学补偿元件被配置以能够通过使用力致动器来弯曲成大致圆柱形。
9.根据权利要求8所述的光刻设备，其中，由所述致动器产生的力的大小可以被改变，以在所述光学补偿元件中产生不同大小的曲率。
10.根据权利要求9所述的光刻设备，其中，在所述力改变成大致为零时，所产生的曲率大致为零。
11.根据权利要求9所述的光刻设备，其中，由所述致动器产生的所述力的方向是可颠倒的。
12.根据权利要求6所述的光刻设备，其中，所述光学补偿元件能够弯曲所述辐射束的波前，以大致抵消所述图案形成装置的弯曲幅度和弯曲形状，使得在穿过所述光学补偿元件之后，所述辐射束具有大致平坦的波前。
13.根据权利要求3所述的光刻设备，其中，所述弯曲器包括运动学地耦合至所述支撑结构的反作用框架。
14.一种制造方法，该方法包括步骤：
绘制衬底的拓扑；
以与所述衬底的已绘制的拓扑相关联的方式来弯曲图案形成装置；
将辐射束投影引导到所述图案形成装置上；
将图案的一部分赋予所述辐射束；和
将来自所述图案形成装置的所述辐射束投影到所述衬底上。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括步骤：
停止所述辐射束；
相对于所述衬底扫描支撑结构至所述衬底的域；
绘制所述域的拓扑；和
响应于所述域的已绘制的拓扑来弯曲所述图案形成装置；
其中，所述支撑结构被配置以在扫描方向上移动和所述支撑结构包括围绕大致平行于所述扫描方向的轴线弯曲所述图案形成装置的弯曲器；和其中所述弯曲在第一方向上进行，所述投影系统包括光学补偿元件，所述光学补偿元件被配置以在与第一方向相反的第二方向上弯曲所述辐射束的波前。
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