CN102566300B - 定位系统、光刻设备和用于定位控制的方法 - Google Patents

定位系统、光刻设备和用于定位控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种定位系统、光刻设备和用于定位控制的方法。一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，其中每一部件的位置由一组直角坐标定义，所述定位系统包括：测量装置，配置成在测量坐标上确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和控制器，配置成基于所述已确定的误差来控制所述另一部件在控制坐标中的移动；其中所述测量坐标不同于所述控制坐标。

Description

定位系统、光刻设备和用于定位控制的方法
技术领域
本发明涉及一种定位系统、一种光刻设备、一种用于控制光刻设备中的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法以及一种用于控制在构造成支撑图案形成装置的支撑结构和构造成保持光刻设备的衬底的衬底台之间的相对位置的方法。
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：所谓的步进机，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；以及所谓的扫描器，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)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。
已经提出将光刻投影设备中的衬底浸入到具有相对高的折射率的液体(例如水)中，以便填充投影系统的最终元件和衬底之间的空间。在一实施例中，液体为蒸馏水，尽管也可以应用其他液体。本发明的实施例将参考液体进行描述。然而，其他流体可能也是合适的，尤其是润湿性流体、不可压缩的流体和/或具有比空气高的折射率的流体，期望地是折射率比水高的流体。除气体之外的流体尤其是期望的。这样能够实现更小特征的成像，因为曝光辐射在液体中将会具有更短的波长。(液体的作用也可以看作提高系统的有效数值孔径(NA)并且也增加了焦深。)还提出了其他浸没液体，包括其中悬浮有固体颗粒(例如石英)的水，或具有纳米悬浮颗粒(例如具有最大尺寸达10nm的颗粒)的液体。这种悬浮的颗粒可以具有或不具有与它们悬浮所在的液体相似或相同的折射率。其他可能合适的液体包括烃，例如芳香烃、氟化烃和/或水溶液。
用这样的设备制造IC和其它器件通常涉及在极高的定位精度的情况下复制极精细的亚微米图案。为此，需要适当地隔离设备的各种关键部件(诸如衬底台和支撑结构(即掩模台))以例如免遭虚假运动(spuriousmotion)、振动、机械冲击等的影响。通常，这可以通过利用诸如精心设计的量测框架、空气弹簧、运动配重和阻尼器等措施来实现，它们用于隔离设备的关键部件免遭最不期望的机械影响。然而，这样的措施在消除许多不期望的影响方面不是完全有效的，诸如例如：
1.在曝光期间由于调平动作造成的衬底台的振动；
2.由掩模版遮光片的运动造成的振动；
3.由空气浴(air shower)的存在造成的谐振效应；
4.由投影系统和衬底之间的水流造成的浸没力；
5.由支撑结构的运动造成的衬底台的振动，反之亦然；和
6.衬底台上的空气浴流的影响。
虽然这些效应相对小，但是它们随着对制造不断变高的器件分辨率的需要的增加而变得越来越重要，它们现在成为了对于实现具有0.15μm或更小的数量级的临界尺寸的大面积的IC的实质性阻碍。
因此，在EP-0967525-A中提出了一种用于光刻设备的衬底台和支撑结构的控制系统，其中衬底台的位置误差由它们的作为支撑结构控制回路中的前馈控制的组成部分来补偿。具体地，衬底台误差被低通滤波，之后滤波器的输出被与支撑结构的设定点相加，且还被两次求微分，之后与支撑结构的质量和施加至支撑结构的合力相乘。这一提案基于支撑结构和衬底台的绝对位置与它们的相对位置相比重要性低的认识，且允许对衬底台误差的校正超过支撑结构的带宽。然而，这一控制系统具有性能极限，部分是由在处理衬底台误差时的不可避免的时间延迟所造成的。
在EP-1265104-A中已经提出提供用于掩模台(图案形成装置)和衬底台的控制系统，其预测瞬时衬底台位置误差且将其馈送至掩模台控制环路中，将其添加到掩模台设定点上且作为力施加至掩模台。
发明内容
支撑结构和衬底台定位精确要求由于在临界尺寸和重叠上的要求的增加而变得更加严格。由于馈通(feed-through)衬底台位置误差而作用到支撑结构上的力可能具有对图案形成装置(例如掩模)的定位误差产生的不利影响。例如，所述力可能导致振动和重叠问题，尤其如果馈通力是相对大的情形。
期望例如提供一种用于光刻设备的下级和上级部件(例如用于图案形成装置的支撑结构和衬底台)的改善的定位系统。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，其中每一部件的位置由一组直角坐标定义，所述定位系统包括：
测量装置，配置成在测量坐标中确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和
控制器，配置成基于所述已确定的误差来控制所述另一部件在控制坐标中的移动；
其中所述测量坐标不同于所述控制坐标。
根据本发明的一个方面，提供了一种定位系统，所述定位系统用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置，所述定位系统包括：
补偿测量装置，配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的经过补偿的误差，其中所述经过补偿的误差从实际误差排除由于所述下级部件和上级部件中所述一个部件的移动的至少一个频率分量而造成的误差分量；和
非补偿测量装置，配置成确定所述部件中的所述一个部件的瞬时位置相对于所述设定点位置的未补偿误差，其中所述未补偿误差包括由于所述下级部件和所述上级部件中所述一个部件的移动的所述至少一个频率分量而造成的所述误差分量。
根据本发明的一个方面，提供了一种光刻设备，包括：
支撑结构，构造成支撑图案形成装置；
衬底台，构造成保持衬底；和
用于控制支撑结构和衬底台之间的相对位置的定位系统，其中支撑结构和所述衬底台限定大致平行的x-y平面，所述定位系统包括：
测量装置，配置成确定所述衬底台的瞬时位置在z方向上相对于设定点位置的误差；和
控制器，配置成基于所述已确定的误差来控制所述支撑结构的移动。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，其中每一部件的位置由一组直角坐标来定义，所述方法包括以下步骤：
在测量坐标中确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和
基于所述已确定的误差来在控制坐标中控制所述另一部件的移动；
其中所述测量坐标不同于所述控制坐标。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，所述方法包括以下步骤：
确定所述部件中的一个部件的瞬时位置关于设定点位置的经过补偿的误差，其中经过补偿的误差从实际误差中排除由于所述下级部件和所述上级部件中的所述一个部件的移动的至少一个频率分量而造成的误差分量；和
确定所述部件中的所述一个部件的瞬时位置相对于所述设定点位置的未补偿误差，其中所述未补偿误差包括由于所述下级部件和上级部件中所述一个部件的所述至少一个移动频率分量造成的所述误差分量。
附图说明
下面仅通过示例的方式，参考示意性附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的参考标记表示相应的部件，在附图中：
图1示出根据本发明一实施例的光刻设备；
图2和图3示出用于光刻投影设备中的液体供给系统；
图4示出用于光刻投影设备中的另一种液体供给系统；
图5示出可以用在本发明的实施例中的作为浸没液体供给系统的阻挡构件的剖视图；
图6是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图7是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图8是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图9是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图10是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图11是根据本发明一实施例的控制理论电路；
图12示出根据本发明一实施例的馈通力和造成的误差；
图13示出根据本发明一实施例的馈通力和造成的误差；
图14示出根据本发明一实施例的馈通力和造成的误差；
具体实施方式
图1示意地示出了根据本发明的一种实施例的光刻设备。所述光刻设备包括：
-照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射、深紫外(DUV)辐射或EUV辐射)；
-支撑结构(例如掩模台)MT，其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MA的第一定位装置PM相连；
-衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(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W的第二定位装置PW相连；和
-投影系统(例如折射式投影透镜系统)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。
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。
所述支撑结构MT保持图案形成装置MA。支撑结构MT以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备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他条件的方式来保持图案形成装置MA。所述支撑结构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。所述支撑结构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。所述支撑结构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)。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，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被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MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置MA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。
这里使用的术语“投影系统”应该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(和/或两个或更多的图案形成装置台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，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台用于曝光。
参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和所述光刻设备可以是分立的实体(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的帮助，将所述辐射束从所述源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。
所述照射器IL可以包括配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AM。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，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。类似于源SO，照射器IL可以被考虑成或不被考虑成是形成光刻设备的一部分。例如，照射器IL可以是光刻设备的组成部分，或可以是光刻设备的分立的实体。在后者的情形中，光刻设备可以配置成允许照射器IL安装到其上。可选地，照射器IL是可拆卸的且可以被单独地提供(例如，由光刻设备制造商或另一供应商来提供)。
所述辐射束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。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束B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1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置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)的帮助来实现支撑结构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)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或者可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置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图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对准标记M1、M2可以位于所述管芯之间。
所示的设备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。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，在对支撑结构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征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分C的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分C的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一种模式中，将保持可编程图案形成装置的支撑结构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，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，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。
在许多光刻设备中，流体(尤其是液体)设置在衬底和投影系统的最终元件之间以使得使更小的特征成像和/或增加设备的有效NA。参考这样的浸没设备在下文进一步描述了本发明，但是本发明可以同样地在非浸没设备中实现。在投影系统的最终元件和衬底之间提供液体的布置可以分成至少两种主要类别。它们是：浴器型布置和所谓的局部浸没系统。在浴器型布置中，基本上整个衬底和可选地一部分衬底台浸入到液体浴器中。所谓的局部浸没系统采用仅将液体提供到衬底的局部区域的液体供给系统。在后一种分类中，在平面视图中液体所填充的空间小于衬底的顶部表面，在由液体填充的区域保持相对于投影系统大致静止的同时，衬底在所述区域的下面移动。本发明的实施例涉及的另外的布置是液体是不受限制的全润湿方案。在这种布置中，基本上衬底的整个顶表面和衬底台的全部或一部分被浸没液体覆盖。覆盖至少衬底的液体的深度小。所述液体可以是位于衬底上的液体膜，例如位于衬底上的液体薄膜。可以在这样的系统中使用图2-5中的任意一种液体供给装置，然而，密封特征不存在，不起作用，不如正常状态有效，或者以其它方式不能有效地仅将液体仅密封在局部区域。图2-5中示出了四种不同类型的液体局部供给系统。
一种提出的用于液体供给系统的布置是利用液体限制系统仅在衬底的局部区域上和在投影系统的最终元件和衬底之间提供液体(衬底通常具有比投影系统的最终元件更大的表面积)。已经提出的用于对其进行布置的一种方式被在PCT专利申请公开出版物No.WO99/49504中公开。如图2和图3所示，液体被通过至少一个入口供给到衬底上，期望地沿着衬底相对于所述最终元件的移动方向；在已经在投影系统下面通过后，所述液体通过至少一个出口去除。也就是，当衬底在所述元件下面沿着-X方向被扫描时，液体在所述元件的+X一侧供给并且在-X一侧去除。
图2示意性地示出所述布置，其中液体通过入口供给，并在所述元件的另一侧通过与低压源相连的出口去除。衬底W上方的箭头示出液体流的方向，衬底W下方的箭头显示衬底台的移动方向。在图2的图示中，液体沿着衬底相对于所述最终元件的移动方向供给，但这不是必需的。可以在所述最终元件周围设置各种方向和数目的入口和出口，图3示出了一个示例，其中在所述最终元件的周围在两侧上以规则的重复方式设置了四组入口和出口。液体供给装置和液体回收装置中的箭头显示液体流动的方向。
在图4中示出了另一种采用液体局部供给系统的浸没式光刻方案。液体由位于投影系统PS两侧上的两个槽状入口供给，由布置在入口沿径向向外的位置上的多个离散的出口去除。所述入口和出口可以设置在板上，所述板在其中心有孔，投影束通过该孔投影。液体由位于投影系统PS的一侧上的一个槽状入口供给，由位于投影系统PS的另一侧上的多个离散的出口去除，这造成投影系统PS和衬底W之间的液体薄膜流。选择使用哪组入口和出口组合可能依赖于衬底W的移动方向(另外的入口和出口组合是不起作用的)。在图4的横截面视图中，箭头显示出液体流入入口中和流出出口的方向。
已经提出的另一种布置是为液体供给系统设置液体限制构件，所述液体限制构件沿投影系统的最终元件和衬底台之间的空间的边界的至少一部分延伸。图5中示出了这种布置。液体限制构件在XY平面中相对于投影系统是大致静止的，但是可以在Z方向上(在光轴方向上)有一些相对移动。在液体限制和衬底表面之间形成密封。在一实施例中，密封形成在液体限制结构和衬底的表面之间，和可以是诸如气体密封等无接触密封。这样的系统被在美国专利申请公开出版物No.US2004-0207824中公开。
图5示意性地描述具有流体处理结构12的液体局部供给系统。所述流体处理结构12沿投影系统PS的最终元件和衬底台WT或衬底W之间的空间的边界的至少一部分延伸。(请注意，除非特别地另外指明，在下文中提及的衬底W的表面也另外地或可替换地表示衬底台WT的表面。)流体处理结构12在XY平面内相对于投影系统PS基本上是静止的，尽管可以在Z方向上(在光轴的方向上)存在一些相对移动。在一种实施例中，在阻挡构件和衬底W的表面之间形成密封，该密封可以是无接触密封，例如流体密封，期望是气体密封。
流体处理结构12至少部分地包含在投影系统PS的最终元件和衬底W之间的空间11中的液体。对衬底W的无接触密封16可围绕投影系统的像场形成，使得液体被限制在衬底W的表面和投影系统PS的最终元件之间的空间内。所述空间至少部分地由位于投影系统PS的最终元件下面且围绕投影系统PS的所述最终元件的流体处理结构12形成。经液体入口13使液体进入到在投影系统下面且在流体处理结构12内的空间中。可通过液体出口13移除所述液体。所述流体处理结构12可延伸到略微高于投影系统PS的最终元件的位置上。液面升高至所述最终元件的上方，使得提供了液体的缓冲。在一种实施例中，所述流体处理结构12具有内周，其在上端部处与投影系统PS或其最终元件的形状紧密地一致，且例如可以是圆的。在底部处，所述内周与像场的形状紧密地一致(例如是矩形的)，但这不是必需的。
在一实施例中，所述液体可以被气体密封16保持在空间11中，在使用中所述气体密封16形成于流体处理结构12的底部和衬底W的表面之间。所述气体密封16由气体(例如空气或者合成空气，但在一实施例中，是N2或者其他惰性气体)形成。在气体密封16中的所述气体经由入口15在压力作用下被提供到介于流体处理结构12和衬底W之间的间隙。所述气体通过出口14被抽取。在气体入口15上的过压、出口14上的真空水平以及所述间隙的几何形状被布置成使得形成限制所述液体的向内的高速气流16。气体作用于流体处理结构12和衬底W之间的液体上的力把液体保持在空间11中。所述入口/出口可以是围绕空间11的环形槽。所述环形槽可以是连续的或不连续的。气流16能够有效地将液体保持在空间11中。已经在公开号为No.US2004-0207824的美国专利申请公开物中公开了这样的系统。
图5的示例是所谓的局部区域布置，其中液体在任一次仅提供至衬底W的顶表面的局部区域。其它的布置是可能的，包括流体处理系统，其利用如例如在美国专利申请公开出版物No.US 2006-0038968中所公开的单向抽取器或两相抽取器。
可能的另一布置是基于气体拖曳原理工作的布置。已经在于2008年5月8日申请的美国专利申请公开出版物No.US 2008-0212046和美国专利申请No.US 61/071,621中描述了所谓的气体拖曳原理。在所述系统中，抽取孔布置成期望地具有角的形状。所述角可以与步进方向或扫描方向对准。与如果两个出口垂直于扫描方向对准的情形相比，这减小了在步进或扫描方向上对于给定速度在流体处理结构的表面中的两个开口之间的弯液面上的力。
另外在US 2008-0212046中公开的是径向地定位在主要液体回收特征的外面的气刀。气刀俘获穿过主要液体回收特征的任何液体。这样的气刀可以设置在所谓的气体拖曳原理布置(如在US 2008-0212046中所公开的)中、设置在单相或两相抽取器布置(诸如在US-2009-0262318-A1中所公开的)中或设置在任何其它的布置中。
许多其它类型的液体供给系统是可以采用的。本发明不限于任何特定类型的液体供给系统，也不限于浸没光刻术。本发明可以同样应用在任何光刻术中。
控制系统500控制光刻设备的整个操作，且尤其是执行下文进一步地描述的优化过程。控制系统500可以体现为适合的编程的通用目的计算机，其包括中央处理单元、易失性和非易失性存储装置、诸如键盘和显示屏等输入和输出装置、对网络的连接和光刻设备的各零件的接口。应当理解，控制计算机和光刻设备之间的一对一的关系不是必须的。在本发明的一实施例中，一个计算机可以控制多个光刻设备。在本发明的另一实施例中，多个联网的计算机可以用于控制一个光刻设备。控制系统500可以配置成还控制相关的处理装置和光刻单元或簇中的衬底输送装置，光刻设备形成所述光刻单元或簇的一部分。控制系统500还可以配置成服从于光刻单元或簇的管理控制系统和/或车间的总体控制系统。
图6示出了根据本发明一实施例的控制方案的控制理论视图。该控制方案由根据本发明一实施例的定位系统来执行。在一实施例中，控制系统500根据该控制方案控制定位系统。定位系统是用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置。每一部件的位置可以由一组直角坐标来定义。
定位系统包括测量装置61，该测量装置61配置成确定一个部件的瞬间位置xWS关于测量坐标中的设定点位置r的误差eWT。定位系统还包括配置成基于所确定的误差eWT控制其它部件在控制坐标中的移动。所述测量坐标不同于所述控制坐标。
其目的是另一部件沿特定方向或旋转方向的移动可以考虑部件中的一个部件沿不同的方向或旋转方向的位置误差。这通过考虑在控制部件在它们的不同坐标上的移动时的更多的信息改善了部件相对于彼此的移动的控制精度。
光刻设备中的下级部件和上级部件可以是光刻设备中的任何两个部件，对于这两个部件，期望控制它们的移动。在本发明实施例中，下级部件是衬底台WT，上级部件是支撑结构MT。为了简便起见，在下文以衬底台WT和支撑结构MT描述本发明的实施例。然而，应当理解，本发明不限于衬底台WT和支撑结构MT，除非具体地进行说明。
在一实施例中，所述部件限定了大致平行的x-y平面。测量坐标和控制坐标是x、y和z方向中的一个。
根据已知的系统，基于衬底台WT的位置中的已确定的误差施加在支撑结构MT上的馈通力被针对于x、y和z方向独立地实施。例如，衬底台WT在x方向上的位置误差被用于确定在x方向上作用到支撑结构MT上的馈通力。
本发明涉及衬底台WT在一个方向或旋转方向上的位置误差与支撑结构MT在不同方向或旋转方向上的移动之间的交叉项(cross term)。
在一实施例中，由测量装置61确定误差所沿的测量方向是z方向。作用到支撑结构MT上的馈通力的作用在考虑了衬底台WT在z方向上的位置误差时变得更加关键。例如，一些寄生扭矩响应于z方向的馈通出现到支撑结构MT上。这导致了支撑结构MT在x和y方向上的位置误差。本发明通过包括基于衬底台WT在z方向上的位置误差在x和y方向上作用到支撑结构MT上的馈通力分量来解决这一问题。
在一实施例中，测量坐标和/或控制坐标是表示衬底台WT相对于x、y和z轴中的一个的倾斜的坐标。衬底台WT的整体位置和方向不仅可以借助x、y和z方向进行描述，而且还可以通过衬底台WT相对于这些轴中的每一个的倾斜来进行描述。衬底台WT的倾斜可能影响支撑结构MT的位置误差。根据本发明，这些作用可以通过在x、y和z方向上和在依赖于衬底台WT的倾斜的倾斜旋转方向上作用到支撑结构MT上的馈通力分量来考虑。
测量装置61可以配置成确定在所述一组直角坐标中的每一坐标中的误差。控制器62可以配置成基于在至少一个其它坐标中的已确定的误差eWT来控制支撑结构MT在每一坐标中的移动。在所有三种笛卡尔坐标和所有三个倾斜方向被考虑的情形中，支撑结构MT的移动和方向可以由控制器62在所述六个坐标中的每一个坐标中来控制。控制器62可以基于衬底台WT的六个已确定的误差(对于每一坐标，一个确定的误差)来控制支撑结构MT在每一坐标中的移动。
图6显示3×3矩阵63，其显示在x、y和z方向中的每一方向上作用到支撑结构MT上的馈通力系数，其中每一力分量基于衬底台WT在x、y和z中的每一方向上的已确定的位置误差eWT。如果倾斜方向也被考虑，那么这一矩阵63可以被扩展成6×6矩阵。因此，坐标可以包括6维坐标系统，包括三维笛卡尔坐标系统和表示衬底台WT和支撑结构MT相对于每一笛卡尔轴线的倾斜的三个坐标。
定位系统可以包括多输入和多输出(MIMO)系统，其配置成在测量装置61和控制器62之间对每一坐标上的已确定的误差eWT进行通信。信号线可以携带关于多个方向或旋转方向的信息，而不是仅一个方向的信息。矩阵63将通过误差补偿器65计算的力与支撑结构MT上的实际力相关联。
在一实施例中，定位系统包括多输入和多输出系统，其配置成在测量装置和控制器之间对每一坐标上的已确定的误差通信。
图6的视图的顶部环路代表了对支撑结构MT的控制。光刻设备可以包括支撑结构控制器CMT和机械传递HMT。机械传递HMT代表了被施加以将支撑结构MT移动至其位置xMT的力的传递函数。基于衬底台WT的位置误差eWT的馈通力由误差补偿器65计算且基于支撑结构MT的位置误差eMT的反馈与由子控制器CMT确定的力组合。支撑结构MT的位置误差eMT由支撑结构MT的瞬时位置xMT和等于4倍r的支撑结构设定点位置之间的差别来计算，这表明，由于投影光学装置的放大系数，支撑结构MT移动如同四倍于衬底台WT移动一样。
在图6的视图中显示的底部环路是对衬底台WT的控制。衬底台控制环路可以包括衬底台控制器CWT和机械传递HWT。
支撑结构接收设定点4r，其是衬底台WT的设定点r的四倍，而其输出仅在相关的相对误差ewr中仅以1/4计算。这反映了图案图像以M＝1/4的放大系数由投影系统PS投影且支撑结构MT以衬底台WT的速度的四倍的速度进行扫描的事实。
注意到，在本描述中，放大系数被采用是4，其是当前的工业标准。然而，本发明决不依赖于放大系数。因此，在图中使用了数字4时，其可以依赖于光刻设备的放大系数由任何其它的数字替代。
定位系统可以包括设定点产生器(未显示)，该设定点产生器配置成产生用于衬底台WT的衬底台设定点位置r和产生用于支撑结构MT的支撑结构设定点位置4r。衬底台设定点位置r与支撑结构设定点位置4r的差别在于放大系数，使得衬底台WT和支撑结构MT的移动的差别在于放大系数。定位系统可以包括独立的设定点发生器，用于产生支撑结构MT和衬底台WT的设定点。在该情形中，独立的设定点发生器配置成产生设定点，使得衬底台WT和支撑结构MT之间的位置关系在曝光过程期间与投影系统的放大比例匹配。
在一实施例中，设定点发生器配置成产生部件中的一个的连续的设定点位置，其中控制器配置成基于已确定的误差和随后的设定点位置来控制所述部件中的另一个的移动。
部分地由从衬底台WT至支撑结构MT的高馈通力造成的支撑结构MT的高的加速度可能导致密集或孤立的成像结构的拖尾问题和重叠。该馈通力可能是例如达15N，且可以由频率的衬底台WT或其至编码器头的连接件中的例如在3kHz以上的谐振造成。这些高馈通力可能导致在光刻设备的其它部件(诸如支撑结构MT上的掩模MA的连接件)中的谐振，导致了上述的问题。
该馈通力可能激励支撑结构MT的本征频率。这可能导致成像误差。此外，在加速期间的大的峰值力可能导致图案形成装置MA的滑动。
为了减小拖尾和重叠问题，可以将滤波器应用至来自衬底台WT的误差信号和/或应用至由已确定的误差eWT计算的补偿控制信号。例如，图6显示了应用至从衬底台WT馈通的误差信号的滤波器HFC。图6还显示另一滤波器HFF，其应用至补偿控制信号，该补偿控制信号被添加至用于支撑结构MT的反馈环路。
图7显示了根据本发明的一实施例的控制方案的控制理论图。控制方案由根据本发明一实施例的定位系统执行。在一实施例中，控制系统500(在图1中示出)根据控制方案控制定位系统。定位系统是用于控制在光刻设备的支撑结构MT和衬底台WT之间的相对位置。
定位系统包括设定点发生器，该设定点发生器配置成产生用于衬底台WT的随后的设定点位置r(k)。定位系统还包括测量装置61，所述测量装置61配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于瞬时设定点位置r(k)的误差eWT。定位系统还包括控制器62，所述控制器62配置成基于已确定的误差eWT和随后的设定点位置r(k+1)来控制支撑结构MT的移动。
其目的是由其设定点r造成的衬底台WT的位置误差可以更早地被馈通至控制器62。这允许支撑结构MT对衬底台WT的位置误差eWT的反作用的时滞被补偿。
所使用的随后的设定点位置可以是紧接着的设定点位置r(k+1)。可替代地，该时滞可能对应于大量的设定点样本，使得设定点位置的另外的后续的值可以被使用，例如r(k+2)或r(k+3)，其中k代表所述一系列的设定点中的样本号。
支撑结构MT对衬底台WT的位置误差eWT的反作用的时滞部分是由于基于误差信号施加至支撑结构MT的力的计算所需要的时间，该误差信号被从衬底台WT馈通。为此，设定点补偿器64被包含在图6示出的控制系统中。通过使用设定点补偿器64，衬底台WT的更早的设定点位置可以被提供以调整支撑结构MT的设定点位置。例如，可以基于衬底台的误差信号来调整支撑结构MT的设定点位置，该误差信号是比计算用于调整施加至支撑结构的力的补偿控制信号所依据的样本更晚的两个设定点样本。优选地，从设定点补偿器64的输入至其输出的时滞匹配于由误差补偿器65引入的时滞、HMT对其的响应以及系统中可能的其它延迟。该时滞可以例如是两个样本。
衬底台WT的位置误差可以被考虑成包括两个分量，即由设定点r产生的一个分量和不是由设定点r产生的分量。由设定点r产生的分量对于衬底台WT在z方向上的位置误差是尤其重要的。在曝光程序期间，衬底台沿z方向移动以将非平坦的衬底W保持在投影光学装置的焦平面中。馈送至衬底台WT的设定点r由衬底W的高度水平规定，其不是恒定的。
由于衬底台WT上执行的调平操作，衬底台WT的位置误差eWT的响应可以被预测，这是因为设定点位置r和随后发生的误差之间的关系在很大程度上是已知的。因此，通过了解将被馈送至衬底台WT的设定点样本(其通常是提前已知的多个样本)，可以提前通过几个样本预测衬底台WT的位置误差。
如图7中显示的本发明是对已知系统的改进，在于由设定点r造成的位置误差eWT的分量可以提前一个或更多的样本被馈送至控制器62，由此减小了支撑结构MT对衬底台WT的位置误差eWT的反作用的时滞。
定位系统还可以包括误差预测器71，该误差预测器71配置成对衬底台WT的随后的位置相对于随后的设定点位置r(k+1)的随后的误差进行预测。控制器62配置成基于已确定的误差eWT和所预测的随后的误差来移动支撑结构MT。所预测的随后误差由误差预测器71输出。
定位系统可以包括前馈误差计算器72，该前馈误差计算器72配置成通过组合所预测的随后误差和已确定的误差eWT来计算前馈误差eFT。控制器62配置成基于前馈误差eFT来控制支撑结构MT的移动。馈通误差eFT之后替代在图6中被馈送至滤波器HFC的误差信号。
由设定点r产生的误差可以由下述表达式计算，eWT＝Herr。Her在很大程度上是已知的，且可以在软件中实现以预测作为设定点r的函数的衬底台误差eWT。
实际发生的误差可以被馈送至衬底台WT，但是不包括已经被预测的由设定点r产生的误差的分量。馈通误差eFT可以被如下计算：eFT(k)＝eWT(k)+(1-z-1)Herr(k+1)。
根据图7中显示的实施例，支撑结构MT可以通过控制器62进行控制以更快速地响应于衬底台WT的位置误差。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备中的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，所述定位系统包括配置成产生用于所述部件中的一个的随后的设定点位置的设定点发生器、配置成确定所述部件中的所述一个的瞬时位置相对于瞬时设定点位置的误差的测量装置、和配置成基于所述已确定的误差和随后的设定点位置来控制所述部件中的另一个的移动的控制器。
在定位系统的一实施例中，所述部件限定了大致平行的x-y平面，所述测量装置配置成确定z方向上的所述误差。
在一实施例中，定位系统包括配置成预测所述部件中的所述一个的随后的位置相对于所述随后的设定点位置的随后的误差的误差预测器，其中所述控制器配置成基于所确定的误差和所预测的随后的误差来移动所述部件中的所述另一部件。
在一实施例中，定位系统还包括前馈误差计算器，该前馈误差计算器配置成通过组合所预测的随后的误差和所确定的误差来计算前馈误差，其中所述控制器配置成基于所述前馈误差来控制所述另一分量的移动。
在一实施例中，所述定位系统的测量装置是补偿测量装置，所述补偿测量装置配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的经过补偿的误差，其中所述经过补偿的误差从实际误差将由于所述下级部件和上级部件中的所述一个的移动的至少一个频率分量而造成的误差分量排除，其中所述定位系统还包括非补偿的测量装置，所述非补偿的测量装置配置成确定所述部件中的所述一个部件的瞬时位置相对于所述设定点位置的未补偿的误差，其中所述未补偿的误差包括由于所述下级部件和所述上级部件中的所述一个的移动的所述至少一个频率分量而造成的所述误差分量。
图8是根据本发明一实施例的控制方案的控制理论图。控制方案由根据本发明的一实施例的定位系统执行。在一实施例中，控制系统500(在图1中显示)根据控制方案来控制定位系统。定位系统是用于控制光刻设备的支撑结构MT和衬底台WT之间的相对位置。定位系统包括补偿测量装置，所述补偿测量装置配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于设定点位置r的补偿误差eWT。测量装置81测量衬底台WT的补偿的瞬时位置。所测量的补偿瞬时位置与设定点位置r相比较以确定经过补偿的误差eWT。所述经过补偿的误差eWT将由于衬底台WT的移动的至少一个频率分量而造成的误差分量从实际误差中排除。
定位系统还包括非补偿测量装置，所述非补偿测量装置配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于设定点位置r的未补偿误差。测量装置82配置成测量衬底台WT的未补偿瞬时位置。衬底台WT的未补偿瞬时位置与由测量装置81测量的衬底台WT的经过补偿的瞬时位置相比较。比较的结果代表了由于衬底台WT的移动的所述至少一个频率分量而造成的位置分量。这一分量被添加至经过补偿的误差eWT以确定所述未补偿误差。所述未补偿误差包括由于衬底台WT的移动的所述至少一个频率分量导致的误差分量。
所述至少一个频率分量可以对应于衬底台WT的扭转模式。确定经过补偿物，例如扭转模式补偿，很大程度上将扭转模式从衬底台WT在至少z方向上的测量位置去除。
例如，测量装置81可以配置成通过测量在衬底台WT的一部分处的补偿位置来测量衬底台WT的补偿位置，衬底台WT的所述部分处是扭转模式(或哪一移动模式对应于所述至少一个频率分量)的节点。可替代地，测量装置81将衬底台WT的位置测量转换成在扭转模式的节点处的点。当然，本发明不限于扭转模式的补偿。还可以补偿其它模式。
测量装置81可以确定在衬底W的中心处的在扭转模式频率处衬底台WT在z方向上的位置，而不是从直接在投影系统PS的最终元件下面的位置。其目的是从测量中消除扭转模式。其是有效的，因为衬底台WT的中心是扭转模式的节点。
消除扭转模式的目的是如果考虑了扭转模式，那么可能有衬底台WT的位置控制的伺服稳定性问题。考虑由于扭转模式造成的衬底台WT的移动，极难控制衬底台WT在高频下的移动。衬底台WT具有动态性质，其导致了在特定频率下的谐振。如果谐振频率太高(如对于扭转模式的情形)，那么这一谐振可能不能由衬底台控制器CWT来补偿。
相比而言，支撑结构MT的移动至少部分地由控制器62所提供的馈通信号来驱动，且不完全依赖于支撑结构控制器CMT。因此，高频(诸如在例如650Hz至800Hz下的扭转模式)不能由衬底台控制器CWT来补偿，可以至少部分地由控制器62补偿。
为此，期望还计算衬底台WT直接在投影系统PS的最终元件下面的实际位置。这由非补偿测量装置82来进行。因此，可以另外计算在透镜下面的z位置(在衬底W经过该位置时)且将如由衬底台控制器CWT使用的z位置的差别馈送至支撑结构MT。这样，衬底台控制器CWT的伺服稳定性问题被避免，而支撑结构MT可以追踪实际误差和补偿误差之间的差别，由此补偿扭转模式。这被在图8中示出。在一实施例中，所述未补偿误差被直接从测量装置82传送以被用作馈通误差eFT。这是因为eFT代表了设定点位置r和测量装置82的输出之间的差别。因此，eFT等于衬底台WT的未补偿的位置误差。
衬底台WT的编码器头可以执行对衬底台WT的z位置的测量。与非补偿的测量装置82相比，通过补偿测量装置81使用不同的转换。测量装置82可以配置成测量在衬底台的一部分处的衬底台WT的未补偿的位置，其不是扭转模式(或对应于所述至少一个频率分量的移动的其它模式)的节点。
在定位系统的一实施例中，补偿测量装置配置成通过测量在所述部件中的所述一个部件的一部分处的经过补偿的误差来确定所述经过补偿的误差，所述一个部件的该部分是对应于所述至少一个频率分量的移动模式的节点。
在一实施例中，定位系统包括非补偿测量装置，其配置成通过测量在所述部件中的所述一个部件的一部分处的未补偿误差来确定所述未补偿误差，所述一个部件的该部分不是对应于所述至少一个频率分量的移动模式的节点。
在一实施例中，定位系统还包括配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于瞬时设定点位置的瞬时误差的测量装置、配置成确定在所述部件中的所述一个部件的瞬时位置和所述部件中的另一部件的瞬时位置之间的相对误差的相对误差测量装置、配置成基于已确定的相对误差来对瞬时误差进行增益控制的可变增益控制器、配置成基于受增益控制的所述瞬时误差来控制所述部件中的所述另一部件的移动的控制器。
图9是根据本发明一实施例的控制方案的控制理论图。控制方案是通过根据本发明一实施例的定位系统来执行。在一实施例中，控制系统500(在图1中示出)根据控制方案来控制定位系统。定位系统包括配置成确定在衬底台WT的瞬时位置和支撑结构MT的瞬时位置之间的相对误差eWR的相对误差测量装置91。控制器62配置成基于已确定的相对误差eWR来控制支撑结构MT的移动。
其目的是在支撑结构MT和衬底台WT的位置之间的相对误差比支撑结构MT和衬底台WT中的任一个的位置相对于设定点r或4r的绝对误差更加重要。
定位系统还可以包括配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于瞬时设定点位置r的瞬时误差的测量装置61。该测量装置61如上文所述与图6、7和8相关。控制器62配置成基于已确定的相对误差eWR和已确定的瞬时误差eWT来控制支撑结构MT的移动。
优选地，定位系统包括可变增益控制器92，所述可变增益控制器92配置成基于已确定的相对误差eWR来确定误差增益X和基于已确定的误差增益X来调整已确定的瞬时误差eWT。因此，在衬底台WT和支撑结构MT的位置之间的相对误差eWR大时可以增加馈通增益。这驱使相对误差eWR更加快速地达到零。优选地，提供了滤波器HVGC，用于在相对误差eWR和已确定的瞬时误差eWT之间产生正确的相位行为。
如图9所示，可变的增益控制可以涉及确定经过滤波的相对误差eWR的绝对值。之后，经过滤波的相对误差的绝对值可以乘以系数K，以避免相对误差在纳米量级而因此给不出增益值的适合的表示的情况。一旦乘以系数K，最终的值可以增加1以确保增益至少是1，使得可变增益控制器92起作用以增加馈通误差，而不是减小馈通误差。测量装置91可以配置成测量支撑结构MT和衬底台WT的位置误差之间的差别，而不是它们的绝对值。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，所述定位系统包括配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于瞬时设定点位置的瞬时误差的测量装置、配置成确定在所述部件中的所述一个部件的瞬时位置和所述部件中的另一部件的瞬时位置之间的相对误差的相对误差测量装置、配置成基于已确定的相对误差对瞬时误差进行增益控制的可变增益控制器和配置成基于经过增益控制的瞬时误差来控制所述部件中的所述另一部件的移动的控制器。
在定位系统的一实施例中，可变增益控制器配置成对已确定的相对误差进行滤波和计算经过滤波的相对误差的绝对值。
在定位系统的一实施例中，可变增益控制器配置成将经过滤波的相对误差的绝对值加一和使所得的值乘以乘法系数，由此计算用于对瞬时误差进行增益控制的误差增益值。
在一实施例中，定位系统包括测量装置，所述测量装置配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差，其中所述控制器配置成基于所述已确定的误差的第三阶或更高阶导数来控制所述部件中的另一部件的移动。
图10是根据本发明一实施例的控制方案的控制理论图。控制方案是由根据本发明一实施例的定位系统执行。在一实施例中，控制系统500根据控制方案控制定位系统。定位系统用于控制光刻设备的支撑结构MT和衬底台WT之间的相对位置。定位系统包括测量装置61，该测量装置61配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于设定点位置r的误差。定位系统还包括控制器62，所述控制器62配置成基于已确定的误差的第三阶或更高阶导数来控制支撑结构MT的移动。优选地，控制器62配置成基于已确定的误差的第四阶或更高阶导数控制支撑结构MT的移动。
误差补偿器65可以通过计算已确定的误差的第二阶导数并乘以支撑结构MT的质量来对支撑结构传递函数HMT的倒数进行近似。这例如在图6中显示，其中误差补偿器65被显示用于计算4ms2。根据本发明的一实施例，“舍去”项ds4也被包含在由误差补偿器65执行的计算中，其中s代表了已确定的误差的导数的阶数。
结果，馈通力可能对于更高频率是更加有效的，其中支撑结构MT的动态性质变得更加重要。还可以使用已确定的误差的其它阶的导数。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，该定位系统包括配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差的测量装置和配置成基于已确定的误差的第三阶或更高阶导数来控制所述部件中的另一部件的移动的控制器。
在定位系统的一实施例中，控制器配置成基于已确定的误差的第四阶或更高阶导数来控制所述部件中的另一部件的移动。
在一实施例中，定位系统包括：测量装置，所述测量装置配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；误差补偿器，所述误差补偿器配置成基于已确定的误差产生用于控制所述部件中的另一部件的移动的补偿控制信号；和限幅器，配置成限制所述补偿控制信号，其中所述控制器配置成基于经过限制的补偿控制信号来控制所述部件中的另一部件的移动。
图11是根据本发明一实施例的控制方案的控制理论图。控制方案由根据本发明一实施例的定位系统来执行。在一实施例中，控制系统500根据控制方案控制定位系统。定位系统用于控制光刻设备的支撑结构MT和衬底台WT的相对位置。定位系统包括：测量装置61，所述测量装置61配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于设定点位置r的误差；和误差补偿器65，所述误差补偿器65配置成基于已确定的误差eWT产生用于控制支撑结构MT的移动的补偿控制信号。衬底台WT的瞬时位置的误差通过测量衬底台WT的位置并比较测量位置与设定点位置r来确定。定位系统还包括：限幅器111，所述限幅器111配置成限制补偿控制信号；和控制器62，所述控制器62配置成基于经过限制的补偿控制信号控制支撑结构MT的移动。
通过使用限幅器111，可以限制馈通误差和力的峰值。优选地，这种限制在补偿控制信号被误差补偿器65计算且通过滤波器HFF滤波之后来执行。这样，限制动作自身将不会导致这些滤波器上的任何动态瞬变效应。
滤波器的内部状态可以仅被逐渐地改变，用于防止“振铃”或“阻尼振荡(ringing)”，如参考图13在下文更详细地描述的。
优选地，设置了两个限幅器，对于至支撑结构MT的馈通路径的每个分叉设置一个。限幅器111中的一个可以被定位在设定点补偿器64的输出之后，另一限幅器设置在滤波器HFF的输出之后，所述滤波器HFF对误差补偿器65的输出进行滤波。优选地，两个限幅器是大致相同的。限幅器111可以彼此通信，用于保证设定点调节与馈通力调节匹配。
在一实施例中，仅提供一个限幅器111。在这一情形中，限幅器111可以被直接设置在滤波器HFC的前面或直接设置在滤波器HFC的后面。然而，这可能导致馈通滤波器的“振铃”或“阻尼振荡”。所述限幅器可以配置成例如通过削波或通过饱和化处理来对补偿控制信号进行限制。
限幅器111可以配置成基于衬底台和/或支撑结构MT的移动来限制补偿控制信号。尤其是，限幅器可以配置成基于支撑结构和/或衬底台WT的扫描状态进行限制。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，所述定位系统包括：测量装置，该测量装置配置成确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；误差补偿器，所述误差补偿器配置成基于所确定的误差产生用于控制所述部件中的另一个部件的移动的补偿控制信号；限幅器，所述限幅器配置成限制补偿控制信号；和控制器，所述控制器基于所述经过限制的补偿控制信号控制所述部件中的另一个部件的移动。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成基于下级部件和/或上级部件的移动来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述误差补偿器配置成通过计算已确定的误差的第二阶或更高阶导数来产生补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成通过削波来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述上级部件是构造成支撑图案形成装置的支撑结构，所述下级部件是构造成保持衬底的衬底台，所述限幅器配置成基于支撑结构和/或衬底台的扫描状态来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成通过在扫描操作外部将信号限制至零来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成通过在扫描操作之前立即逐渐从零增加信号来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成在扫描器操作之后立即逐渐地将信号降低至零来限制补偿控制信号。
在定位系统的一实施例中，所述限幅器配置成基于下级部件和/或上级部件的加速状态来限制补偿控制信号。
在一实施例中，定位系统还包括设定点发生器，所述设定点发生器配置成产生用于下级部件的下级部件设定点位置和产生用于上级部件的上级部件设定点位置，其中下级部件设定点位置与上级部件设定点位置以放大系数而形成差异，使得下级部件和上级部件的移动相差的倍数为所述放大系数。
在一实施例中，定位系统包括：误差补偿器，所述误差补偿器配置成基于已确定的误差产生用于控制所述部件中的另一个部件的移动的补偿控制信号；和设定点补偿器，所述设定点补偿器配置成基于已确定的误差产生用于调整上级部件设定点位置的补偿设定点信号。
在定位系统的一实施例中，所述上级部件是构造成支撑图案形成装置的支撑结构，所述下级部件是在支撑结构下方构造成保持衬底的衬底台。
图12示出根据本发明一实施例的馈通力和所形成的误差。如图12示出的，馈通力被接通且因此仅在扫描操作期间是有效的。因此，限幅器111配置成通过在扫描操作的外部将信号限制成零来限制补偿控制信号。限幅器111可以连接至光刻设备的同步总线控制器，其提供了扫描操作是否处于处理中的信息。
在图12-14中，实心图线代表了由于馈通力造成的位置误差，规则的虚线代表了馈通力的权重(即在规则虚线处于零时，馈通力是不存在的)，点划线代表了衬底台WT和支撑结构MT的加速图线。
如图12所示，误差馈通力在扫描周期外部是零，即在周期T1和T3期间是零。在扫描器周期期间，即T2期间，误差由于馈通力是非零的。
通过控制馈通力系统使得其仅在扫描器周期期间是有效的，减小了馈通力误差峰值。还减小了峰值馈通力。该方法尤其是实现了在扫描移动的加速阶段期间由误差造成的馈通力分量的显著减小。
然而，如在图12中所见，在从T1至T2和从T2至T3的过渡时间段中具有馈通力误差的突然的截止。这可以导致支撑结构MT位置误差的“振荡”或“振铃”。所述“振荡”或“振铃”是由于输入信号的突然变化而导致且造成了部件控制中的误差。
图13显示根据本发明的一实施例的馈通力和形成的误差。图13对应于图11中示出的实施例，其中限幅器111配置成通过在扫描操作之前立即逐渐地从零增大信号来限制补偿控制信号。这通过设置在T1’和T2’之间的过渡时间段中存在的减小的且非零的误差和由倾斜的规则的虚线在图13中显示。
期望地，限幅器111配置成通过在扫描操作之后立即逐渐将信号减小至零来限制补偿控制信号。这由T2’和T3’之间的过渡时间段中的被减小的但非零的误差和通过倾斜的规则虚线来表示。
如利用图12中限制性显示的方法，图13中显示的方法导致了在扫描器操作期间的馈通峰值误差的显著减小(尽管不是如图12中显示的方法那样非常显著的减小)。具有在扫描周期T2’外部的定位误差的平滑化。对于该方法，馈通峰值力具有显著的减小。在扫描周期T2’之前和之后的误差的平滑化减小了不被期望的“振荡”或“振铃”效应。
图14示出了根据本发明的一实施例的馈通力和造成的误差。在这一实施例中，限幅器111配置成基于衬底台WT和/或支撑结构MT的加速状态限制补偿控制信号。尤其是，馈通力的水平可以依赖于衬底台WT和/或支撑结构MT的加速度而被加权。在加速度为零时，馈通力被设定成100％。在加速度是最大值时，馈通力是零。馈通力被依赖于这两个极值之间的加速度的水平而加权。
图14中示出的方法具有在加速期间减小馈通力峰值误差的作用。还减小了峰值馈通力，尽管没有如图12和13显示的方法减小那么多。
优选地，定位系统包括：误差补偿器65，所述误差补偿器65配置成基于已确定的误差产生用于控制支撑结构MT的移动的补偿控制信号；和设定点补偿器64，所述设定点补偿器64配置成基于已确定的误差产生用于调整支撑结构设定点位置的补偿设定点信号。
在本发明的一实施例中，光刻设备包括支撑结构MT、衬底台WT和定位系统，该定位系统包括上述的测量装置61和配置成基于已确定的误差eWT来控制支撑结构MT的移动的上述控制器62。支撑结构MT和衬底台WT限义了大致平行的x-y平面。测量装置61配置成确定衬底台WT的瞬时位置相对于z方向上设定点位置r的误差eWT。在已知的系统中，馈通力可以被沿着x和y方向施加。本发明通过还使用z方向提供了来自馈通力的好的结果，用于校正支撑结构MT和衬底台WT的相对位置。
优选地，控制器62配置成基于已确定的误差控制支撑结构在z方向上的移动。这是用于补偿支撑结构MT和衬底台WT的相对的z位置。当然，用于依赖与衬底台WT的z方向误差来控制支撑结构MT的x和y方向移动的交叉项还可以被使用，如上文所述。放大系数可能对于不同方向是不同的。尤其是，与x和y方向相比，放大系数在z方向上可以是不同的。例如，依赖于投影光学装置的类型，在z方向上的放大系数可能是以二次方增大，例如16。
根据一实施例，提供了一种光刻设备，包括：构造成支撑图案形成装置的支撑结构；构造成保持衬底的衬底台；和用于控制支撑结构和衬底台之间的相对位置的定位系统，其中支撑结构和衬底台限定了大致平行的x-y平面，所述定位系统包括测量装置和控制器，所述测量装置配置成确定衬底台的瞬时位置相对于设定点位置在z方向上的误差，所述控制器配置成基于已确定的误差控制支撑结构的移动。
在光刻设备的一实施例中，控制器配置成基于已确定的误差来控制支撑结构在z方向上的移动。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，所述方法包括以下步骤：产生所述部件中的一个部件的随后的设定点位置；确定所述部件中的所述一个部件的瞬时位置相对于瞬时设定点位置的误差；和基于所述已确定的误差和随后的设定点位置来控制所述部件中的另一个部件的移动。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，包括以下步骤：确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于瞬时设定点位置的瞬时误差；确定所述部件中的所述一个部件的瞬时位置和所述部件中的另一个部件的瞬时位置之间的相对误差；基于所述已确定的相对误差来对所述瞬时误差进行增益控制；和基于所述经过增益控制的瞬时误差来控制所述部件中的所述另一个部件的移动。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，所述方法包括以下步骤：确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和基于所述已确定的误差的第三阶或更高阶导数来控制所述部件中的另一个部件的移动。
根据一实施例，提供了一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，包括以下步骤：确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；基于所述已确定的误差产生用于控制所述部件中的另一个部件的移动的补偿控制信号；限制所述补偿控制信号；和基于所述经过限制的补偿控制信号来控制所述部件中的另一个部件的移动。
根据一实施例，提供了一种用于控制支撑结构和衬底台之间的相对位置的方法，所述支撑结构构造成支撑图案形成装置，所述衬底台构造成保持光刻设备的衬底，其中所述支撑结构和衬底台限定了大致平行的x-y平面，所述方法包括以下步骤：确定所述衬底台的瞬时位置相对于在z方向上的设定点位置的误差；和基于所述已确定的误差来控制所述支撑结构的移动。
如所认识到的，任何上述的特征可以与任何其它特征一起使用，其不仅是具体描述的这些组合，其被覆盖在本申请中。例如，在图11中显示的限幅器111可以被应用在上述的所有其它的控制方案中，且被在图6至10中示出。在另一实施例中，下级部件可以例如是与主动式透镜或反射镜子系统相关联，所述主动式透镜或反射镜子系统被耦接至投影系统PS的透镜系统且(优选地)被在6个自由度上进行控制。在这样的实施例中，上级部件的误差可以被假定成对透镜或反射镜子系统的位置设定点和/或加速度设定点。这可能是有利的，因为透镜或反射镜子系统与上级部件相比重量是相对轻的，导致了更高的内在频率，且因此导致了更高的控制伺服带宽。
虽然在本文中详述了光刻设备用在IC(集成电路)的器件制造中，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(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”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、248、193、157或126nm的波长)。
在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或组合，包括折射式的和反射式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多的机器可读指令序列的计算机程序的形式，或具有存储其中的这样的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。另外，机器可读指令可以内嵌于两个或更多的计算机程序中。所述两个或更多的计算机程序可以被储存在一个或更多的不同的存储器和/或数据存储介质中。
上述的控制器可以具有任何适合的配置，用于接收、处理和发送信号。例如，每个控制器可以包括一个或更多的处理器，用于执行包括用于上文描述的方法的机器可读指令的计算机程序。控制器还可以包括用于存储这样的计算机程序的数据存储介质和/或容纳这样的介质的硬件。
本发明的一个或更多的实施例可以应用到任何浸没式光刻设备，尤其是但不限于上面提到的那些类型的光刻设备，不论浸没液体是否以浴器的形式提供，或仅在衬底的局部表面区域上提供，或在衬底和/或衬底台上是非限制的。在非限制的布置中，浸没液体可以在所述衬底台和/或衬底的表面上流动，使得基本上衬底台和/或衬底的整个未覆盖的表面都被浸湿。在这种非限制浸没系统中，液体供给系统可以不限制浸没流体，或者其可以提供一定比例的浸没液体限制，但不是基本上完全地对浸没液体进行限制。
这里提到的液体供给系统应该被广义地解释。在某些实施例中，液体供给系统可以是一种机构或多个结构的组合，其提供液体到投影系统与衬底和/或衬底台之间的空间。液体供给系统可以包括一个或更多的结构、一个或更多的液体入口，一个或更多的气体入口、一个或更多的气体出口、或提供液体至所述空间的一个或更多的液体出口的组合。在一实施例中，所述空间的表面可以是衬底和/或衬底台的一部分，或者所述空间的表面可以完全覆盖衬底和/或衬底台的表面，或者所述空间可以包围衬底和/或衬底台。所述液体供给系统可以可选地进一步包括用于控制液体的位置、数量、品质、形状、流量或其它任何特征的一个或更多的元件。
以上描述旨在进行说明，而不是限制性的。因而，本领域普通技术人员可以理解，在不背离所附权利要求的保护范围的前提下可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (9)

1.一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的定位系统，其中每一部件的位置由一组直角坐标定义，所述定位系统包括：
测量装置，配置成在测量坐标中确定所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和
控制器，配置成基于所述已确定的误差来控制另一部件在控制坐标中的移动；
其中所述测量坐标不同于所述控制坐标。
2.根据权利要求1所述的定位系统，其中：
所述部件限定大致平行的x-y平面；和
所述测量坐标和所述控制坐标中的每一个坐标是所述x、y和z方向中的一个。
3.根据权利要求1所述的定位系统，其中所述部件限定大致平行的x-y平面，所述测量方向是所述z方向。
4.根据权利要求1所述的定位系统，其中：
所述部件限定大致平行的x-y平面；和
所述测量坐标和/或所述控制坐标是表示所述部件相对于所述x、y和z轴的倾斜的坐标。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的定位系统，其中：
所述测量装置配置成确定所述一组直角坐标中的每一坐标中的误差；和
所述控制器配置成，在每一坐标中，基于其它坐标中的至少一个坐标中的已确定的误差来控制所述另一部件的移动。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的定位系统，其中所述坐标包括六维坐标系，所述六维坐标系包括三维笛卡尔坐标系，其中所述部件限定了大致平行的x-y平面，三个坐标表示所述部件相对于所述笛卡尔轴线中的每个轴线的倾斜。
7.一种光刻设备，包括：
支撑结构，构造成支撑图案形成装置；
衬底台，构造成保持衬底；和
根据权利要求1-6中任一项所述的定位系统；
其中所述上级部件是所述支撑结构，所述下级部件是所述衬底台。
8.根据权利要求7所述的光刻设备，其中所述定位系统包括测量装置，所述测量装置配置成确定所述衬底台的瞬时位置相对于设定点位置在所述z方向上的误差。
9.一种用于控制光刻设备的上级部件和下级部件之间的相对位置的方法，其中每一部件的位置由一组直角坐标来定义，所述方法包括以下步骤：
确定在测量坐标中所述部件中的一个部件的瞬时位置相对于设定点位置的误差；和
基于所述已确定的误差来在控制坐标中控制另一部件的移动；
其中所述测量坐标不同于所述控制坐标。
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