CN1461976A - 光刻装置，器件制造、性能测量及校准方法和计算机程序 - Google Patents

Abstract

用于脉沖辐射源的控制系统是一个最低阶的闭环控制器，优选地，首先实现无差拍控制。在光刻装置中用于脉冲辐射源的性能指示量基于在靶部和实际脉冲能量之间的误差的移动平均值(MA)和移动标准偏差(MSD)。归一化指示量由下式给出：(见(1)式)(k＝N_slit－e…N_scan)和：其中Ep_ref(i)表示和Ep_err(i)对于一点i每一脉冲的参考能量和每一脉沖的能量误差。并且：(见(2)式)(k＝N_slit－e…N_scan)。

Description

光刻装置，器件制造、性能测量及校准方法和计算机程序

技术领域

本发明涉及一种光刻投射装置，其包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统，该辐射系统包括一脉冲辐射源；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于根据理想的图案使投射光束图案化；

用于保持基底的基底台；

用于将图案化的光束投射到基底的靶部上的投射系统；和

用于控制所述投射光束的脉冲能量的控制系统。

本发明还涉及在这种光刻装置中测量辐射源性能的方法，和校准控制系统的方法，并涉及用这种装置制造器件的方法和用于指示计算机系统实现本发明方法的计算机程序。

背景技术

这里使用的术语“图案形成装置”应广意地解释为能够使入射的辐射束在截面中带有图案的部件，其中所述图案与要在基底的靶部上形成的图案一致；本文中也使用术语“光阀”。一般地，所述图案与在靶部中形成的器件的特殊功能层相对应，如集成电路或者其它器件(如下文)。这种图案形成装置的示例包括：■    掩模。掩模的概念在光刻中是公知的。它包括如二进制型、交替相移型和衰减相移类型，以及各种混合掩模类型。这种掩模在辐射光束中的布置使入射到掩模上的辐射能够根据掩模上的图案而选择性地被透射(在透射掩模的情况下)或者被反射(在反射掩模的情况下)。在使用掩模的情况下，支撑结构一般是一个掩模台，它能够保证掩模被保持在入射光束中的理想位置，并且如果需要该台能够相对光束移动。■    程控反射镜阵列。这种设备的一个例子是具有一粘弹性控制层和一反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置的理论基础是(例如)反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而非可寻址区域将入射光反射为为非衍射光。用一个适当的滤光器，从反射的光束中滤除所述非衍射光，只保留衍射光；按照这种方式，光束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而产生图案。程控反射镜阵列的另一实施例利用微小反射镜的矩阵排列，通过使用适当的局部电场，或者通过使用压电致动器装置，使得每个反射镜能够独立地对于一轴倾斜。再者，反射镜是矩阵可寻址的，以使可寻址的反射镜以不同的方向将入射的辐射束反射到非可寻址反射镜上；按照这种方式，根据矩阵可寻址反射镜的可寻址图案对反射光束进行图案形成。可以用适当的电子装置进行该所需的矩阵寻址。在上述两种情况中，图案形成装置可包括一个或者多个程控反射镜阵列。反射镜阵列的更多参考信息可以从例如美国专利US5,296,891和美国专利US5,523,193、和PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096中获得，这些文献在这里引入作为参照。在使用程控反射镜阵列的情况中，所述支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。■    程控LCD阵列，例如由美国专利US 5,229,872给出了这种结构的示例，它在这里引入作为参照。如上所述，在这种情况下支撑结构可以是框架或者工作台，例如所述结构根据需要可以是固定的或者是可移动的。

为简单起见，本文的其余部分在一定情况下涉及具有掩模和掩模台的示例；可是，在这样的例子中所讨论的一般原理参见上述更宽范围的图案形成装置的内容。

光刻投影装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，图案形成装置可产生对应于IC每一层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(硅片)的靶部上(例如包括一个或者多个电路小片(die))。一般的，单一的晶片将包含相邻靶部的整个网格，该相邻靶部由投影系统逐个相继辐射。在目前采用掩模台上的掩模进行图案形成的装置中，有两种不同类型的机器。一类光刻透射装置是，通过一次曝光靶部上的全部掩模图案而辐射每一靶部；这种装置通常称作晶片步进器。另一种装置(通常称作分步扫描装置)通过在投射光束下沿给定的参考方向(“扫描”方向)依次扫描掩模图案、并同时沿与该方向平行或者逆平行的方向同步扫描基底台来辐射每一靶部；因为一般来说，投影系统有一个放大系数M(通常＜1)，因此对基底台的扫描速度V是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6,046,729中获得，该文献这里作为参考引入。

在用光刻投影装置制造方法中，(例如在掩模中的)图案成像在至少部分由一层辐射敏感材料(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底层，涂敷抗蚀剂和软烘烤。在曝光后，可以对基底进行其它的处理，如后曝光烘烤(PEB)，显影，硬烘烤和测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单层形成图案。这种图案层然后可进行不同的处理，如蚀刻、离子注入(掺杂)、镀金属、氧化、化学-机械抛光等完成一单层所需的所有处理。如果需要多层，那么对每一新层必须重复全部步骤或者其变型。最终，在基底(晶片)上出现器件阵列。然后采用例如切割或者锯断的其它技术将这些器件彼此分开，单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。关于这些步骤的进一步信息可从例如Peter van Zant的 “微型集成电路片制造：半导体加工实践入门(Microchip Fabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing)”一书(第三版，McGraw Hill Publishing Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4)中获得，这里作为参考引入。

为了简单起见，投影系统在下文称为“透镜”；可是，该术语应广意地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学装置，反射光学装置，和反折射系统。辐射系统还可以包括根据这些设计类型中任一设计的操作部件，该操作部件用于操纵、整形或者控制辐射的投射光束，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“透镜”。另外，光刻装置可以具有两个或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”器件中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。例如在美国专利US5,969,441和WO98/40791中描述的二级光刻装置，这里作为参考引入。

一些现今的光刻装置用准分子激光器作为曝光辐射用光源。这些激光器是用脉冲激发的，并且多个脉冲(称作发射或者短脉冲串)用于完成单一曝光。在一次曝光中所传送到基底的辐射量是每一脉冲传送的能量的和，因此通过监控每一脉冲的能量可以控制辐射量，并且可以改变随后的脉冲能量以补偿任何从额定脉冲能量的偏移。这种控制可以由改变施加到激光器谐振腔内以激励激光介质的电压而实现，该电压在下文称作激励电压或者高电压HV。用于这种控制的另一种装置是一位于光刻装置的辐射系统光路中的可变衰减器。该方法迄今为止已提供足够的效果，但为达到改进光刻装置性能的要求，即使当每一曝光的脉冲数被减少时，也需要更严格按照技术规范控制辐射量，以减小校正辐射量误差的机会。

现在使用的准分子激光器是一个复杂的器件，并在控制时显示出其复杂性。特别是，在操作参数方面的阶跃变化，例如，当激光器启动开始曝光或者一系列曝光时或者当脉冲重复频率或者激励电压变化时，将导致脉冲能量的巨大瞬变振荡。为了避免传输到基底平面辐射量的变化，激光器的控制系统必须考虑到这些瞬时变化和激光器的其它复杂性，致使需要复杂的控制系统。控制系统的关键部分是一模拟出施加到激光谐振腔的高电压和输出脉冲能量Ep之间的传递函数的增益。

精确调谐激光器控制系统的参数是困难的，更为困难的是考虑到时间变化的影响，例如激光谐振腔气体的老化。调谐控制系统参数的一个方法是对每一脉冲能量用特定的参考型材做测试运行。可是，这种测量不能在曝光期间进行，所以为此花费的时间减少了设备的生产量。WO99/08156已提出在曝光期间通过在脉冲能量调整点增加小波动，临时中止控制并在被测量的输出中观察其影响来协调控制参数。然而为了满足辐射量的均匀性要求，干扰必须保持非常小。因此为了校准脉冲能量/高电压增益，需要花费长时间的多次曝光来收集需要的信息。后面的校准将在下文提及，并称作HV-Ep校准。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够更精确地控制辐射量的光刻装置。本发明的还一目的是提供一种在光刻装置中测量脉冲辐射源性能的方法，和甚至在曝光期间，校准所述辐射源控制系统的方法。

如开始段落限定的本发明光刻投射装置可达到第一和其它目的，其特征在于所述控制系统包括最低阶的闭环控制器。

通过使用最低阶闭环控制器，本发明提供无差拍控制的离散时间的系统(即，从一个状态变换到另一个状态时无超限运行或者振荡的临界阻尼系统)。尽管脉冲辐射源和其特性具有明显的复杂性，但是本发明人已确定该源的动力学结构能够由一阶模型模拟，优选地由一阶时间延迟模拟，该一阶延迟时间在z域中等于z^-1，其中z是一个多元变量。该源的动力学结构不包括寄生效应和瞬时效应。因此该控制系统可以如一个简单的积分器而实现，例如，反向Euler(欧拉)离散时间近似Tz/(z-1)，其中T表示每一离散时间间隔的持续时间，并且调节适当的控制参数来实现无差拍控制或非常接近无差拍控制。另外，本发明人已确定所述一阶模型的有效性独立于脉冲重复频率，该频率在下文中还简称为重复频率，该辐射源以该频率操作。这使得重复频率可独立于控制设计，寄生效应和瞬时效应可忽略不计。因此，离散时间阶段的持续时间T可以在反向Euler(欧拉)近似中忽略，以使控制系统成为一个加法器z/(z-1)，而不是积分器。其优点为，只要提供了正确的HV-Ep校准，独立于重复频率的恒定控制增益可以用于实现无差拍控制。尽管没有特别包括如激光器的谐振频率的寄生效应，但是所述控制器的优点超过了现有的控制器，在克服这些寄生效应和不恰当的HV-Ep校准方面它更有效。

设置前馈环路能够预先校正测瞬时影响。重复频率独立控制器的设计可学习获知应纠正的瞬时影响，这可以基于最低阶模型。例如，用于前馈校正的学习机构结构上利用所述一阶时间延迟模型与加法器结合来控制，以实现无差拍特性。因为所谓寄生效应(寄生效应动力学)，所以控制系统可偏离完美的无差拍控制，或甚至当一些系统性能变化或者未知时，提供了稳定性，即可实现可靠系统的控制设计。

本发明的第二目的通过提供一种测量脉冲辐射源和/或光刻投射装置的方法得以实现，所述光刻装置包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统，该辐射系统包括一脉冲辐射源；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于根据理想的图案使投射光束图案化；

用于保持基底的基底台；

用于将图案化的光束投射到该基底的靶部上的投射系统；

所述方法包括如下步骤：

对于多个连续辐射脉冲，测量脉冲能量和施加在该辐射源上的控制输入中的至少一个值；和

由该测量值计算：测量值与目标值之间的移动平均值(MA)误差，和测量值与目标值之间的该误差的移动标准偏差(MSD)中的至少一个的多个值；

由此所述计算值表示该辐射源和/或所述光刻投射装置的性能。

本方法能够区别这些装置，即虽然通过基于传送到基底平面总的辐射量的常规性能测试但接近稳定边缘的装置和那些更稳定的装置。移动平均值的较大变化和移动标准偏差值的较大幅值表示控制系统相对不稳定。同时来自测试运行的所有数据，指示量的峰值可以用作性能的测量。本方法可以在在线和离线时使用，并且甚至在控制调整点在变化时也可以使用。

优选地，特别地为了比较的目的，性能指示量被归一化。

本发明的第三方面使用上述性能指示量，以提供校准如开始段落限定的光刻装置的脉冲辐射源的控制系统的方法，该方法包括如下步骤：

根据上述方法测量所述辐射源和所述控制系统的性能；

调节所述控制系统的至少一个参数；和

重复所述测量和调节步骤，以降低所述计算的移动平均值和移动标准偏差值中的至少一个。

本方法有益于应用于在实际曝光步骤期间利用所测量的性能指示量，并且因此在考虑了辐射源的老化和其它现象下，以提供控制系统在非工作状态中的校准，可实现比离线校准短的校正时间。

另外，根据本发明的另一方面，提供校准光刻装置中脉冲辐射源的控制系统的方法，所述光刻装置包括带有一阶闭环控制器的控制系统，据此，可以调节至少一个与辐射源相关的控制系统的参数。通常，可以调节与所述辐射源相关的多个参数，但本发明公开一种校准施加给激光谐振腔的高电压和脉冲能量之间具体传递函数的简单方法。用脉冲能量/高电压增益线性化该传递函数，并伴有偏差，所述传递函数在HV-Ep校准中测量。HV-Ep校准的所述方法依赖辐射源的一阶时间延迟模型和最低阶控制设计。

在本申请中，本发明的装置具体用于制造IC(集成电路)，但是应该明确理解这些装置可能具有其它应用。例如，它可用于集成光学系统的制造，用于磁畴存储器、液晶显示板、薄膜磁头等的引导和检测图案等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途范围中，在说明书中任何术语“标线板”，“晶片”或者“电路小片(die)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“掩模”，“基底”和“靶部”代替。

在本文件中，使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有248，193，157或者126nm波长)和EUV(远紫外辐射，例如具有5-20nm的波长范围)。

附图说明

现在通过举例的方式，参照附图描述本发明的实施例，其中：

图1表示根据本发明第一实施例的光刻投射装置；

图2表示辐射源和图1装置的一些其它部件；

图3表示用于图1中装置的辐射源的控制系统；

图4表示在图3的控制系统中增加的前馈控制器；

图5表示用于本发明第二实施例辐射源的控制系统；

图6表示本发明第三实施例的控制系统；和

图7到18是表示本发明性能测量的图表。

在图中相同的附图标记表示相同的部分。

具体实施方式

实施例1

图1是示意地表示本发明具体实施例光刻投射装置1。该装置包括：

辐射系统Ex，IL，用于提供辐射投射光束PB(例如DUV辐射)，在这种具体例子中，该装置还包括一辐射源LA；

第一目标台(掩模台)MT，其设有用于保持掩模R(例如标线板)的掩模保持器，并与用于将该掩模相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；

第二目标台(基底台)WT，其设有用于保持基底W(例如涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底保持器，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置连接；

投射系统(“透镜”)PL(例如折射透镜系统)，用于使掩模R的辐射部分成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个电路小片(die))上。

如这里指出的，该装置属于透射型(例如具有透射掩模)。可是，一般来说，它还可以是例如反射型(例如具有反射掩模)。另外，该装置可以利用其它种类的图案形成装置，如上述提及的程控反射镜阵列型。

辐射源LA(例如准分子激光器)产生辐射光束。该光束直接或经过如扩束器Ex的横向调节装置后，再射入到照射系统(照射器)IL中。照射器IL可包括调节装置AM，用于设定光束强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，它一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。按照这种方式，照射到掩模R上的光束PB在其模截面具有理想的均匀性和强度分布。

应该注意，图1中的辐射源LA可以置于光刻投射装置的壳体中(例如当源是汞灯时经常是这种情况)，但也可以远离光刻投射装置，其产生的辐射光束被(例如通过适当的定向反射镜的帮助)引导至该装置中；当光源LA是准分子激光器时通常是后面的那种情况。本发明和权利要求包含这两种方案。

光束PB然后与保持在掩模台MT上的掩模R相交。由掩膜R选择性反射的光束PB通过透镜PL，该透镜将光束PB聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB的光路中定位不同的靶部C。类似的，例如在从掩模库中机械取出掩模R或在扫描期间，可以使用第一定位装置将掩模R相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，用图1中未明确显示的长冲程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可以实现目标台MT、WT的移动。可是，在晶片步进器中(与分步扫描装置相对)，掩模台MT可与短冲程执行装置连接，或者固定。掩模R和基底W可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2来对准。

所表示的装置可以按照二种不同模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT保持基本不动，整个掩模图像被一次投射(即单“闪射”)到靶部C上。然后基底台WT沿x和/或y方向移动，以使不同的靶部C能够由光束PB照射。

2.在扫描模式中，基本为相同的情况，但是所给的靶部C没有暴露在单“闪射”中。取而代之的是，掩模台MT可沿给定的方向(所谓的“扫描方向，例如y方向”)以速度v移动，以使投射光束PB扫描整个掩模图像；同时，基底台WT沿相同或者相反的方向以速度V＝Mv同时移动，其中M是透镜PL的放大率(通常M＝1/4或1/5)。在这种方式中，可以曝光相对较大的靶部C，而没有牺牲分辨率。

图2表示辐射源LA的一些部件和光刻装置1用于解释在曝光期间传送到基底上的辐射量的控制。辐射源LA包括含有激光介质例如Krf的激光谐振腔LC，该谐振腔受一个由高电压电源HVPS提供的高电压HV激励。在触发器TR的应用下，激光谐振腔发射一个相干脉冲辐射。其能量由光电元件PC测量。由于各种原因，辐射源LA可以置于清洁房间外，光刻装置1被保留在其中，因此通过光束传输管BD使投射光束PB传送到光刻装置中，所述光束传输管可以包括排气管和反射镜，以将投射光束PB引导到任何角落。

在光刻装置1中，投射光束PB横向穿过一个可变衰减器VAT，照射系统IL-O的其它光学元件，如调节装置AM，积分器IN和聚光镜CO，对掩模R照射。然后通过投射系统PL掩模图案的图像投射到基底W的靶部上。能量传感器ES位于部分镀银的反射镜后，并测量预定部分的能量，例如投射光束的1％，所述反射镜位于沿投射光束在照射系统IL中的传播方向的尽可能后部。点波束传感器SS也可以设在晶片台上，并用于装置的离线校准，但是不能在曝光期间进行脉冲能量的测量。

在公知的光刻装置中，设置辐射源以提供恒定能量的脉冲，使用基于如由光电元件PC测量的脉冲能量的反馈控制，来调整施加在激光谐振腔LC上的高电压HV。传送到基底上的辐射量的控制是基于由能量传感器ES测量的光束强度，并利用可变衰减器VAT实现的。由例如50或者更多的大量脉冲形成每一曝光，并且用于曝光的理想的总辐射量由脉冲数分离成每一脉冲投射到靶部的能量。使用具有预定设置的可变衰减器实现高强度变化。可以理解对于扫描曝光，在扫描方向上总辐射量必须在照射狭缝的宽度上是正确的，以使辐射量在多个脉冲中是正确的，这取决于脉冲重复频率，扫描速度和照射狭缝宽度等其它方面。

图3表示本发明第一实施例的集成的控制系统。在该系统中，可变衰减器被设置成一个固定衰减度，并为清楚起见，在图中被省略了。控制系统10具有一个作为输入的理想脉冲能量EP_ref，作为脉冲能量的给定值。从减法器14减掉上述脉冲的脉冲能量EP_m，由能量传感器ES测量，以给出脉冲能量误差Epe_rr，并将其输出给单一加法器12。一个放大器11给所加的脉冲能量误差施加一个增益和一个偏差，相当于HV-Ep的传递函数。放大器11的输出决定施加给激光器LA的高电压，并因此输出一脉冲能量。可以由一个具有标准增益1/T(由于辐射源模块的重复频率独立)的积分器Tz/(z-1)反向Euler(欧拉)离散时间近似而实现加法器12。上述部件形成一基本的反馈环，构成控制系统的主要部分。该放大器11具有作为参数的增益和偏差值，所述值由以下述方式提供的输入信号11a，11b不断更新。

本发明人已确定激光器的动力学结构，除寄生效应和瞬时效应的影响外，它是一个简单的一阶离散时间系统，即脉冲能量仅取决于先前施加给激光器的最后的高电压，并且其传递函数仅由z^-1给定。因此，控制系统10的反馈环由适当调节放大器11的增益值，而形成能够无差拍控制的最低阶。达到无差拍控制的增益值可以用移动平均值和移动标准偏差性能的测量来确定，或者用如下所述的离线或在线HV-Ep校准方式来确定。

除上述反馈环外，控制系统10还有一个由预测器13确定的前馈校正EP_oorr。如图3所示，根据脉冲能量表示前馈校正，并在放大器11之前施加，另外，可根据高电压校正来计算前馈校正并在放大器11之后施加。在一个简单的实施中，前馈校正可以代表初始施加给激光谐振腔的高电压的一阶评估。由于使用这种简单的前馈校正，为了降低可能的负面影响的方案是“倾倒”第一脉冲到照射系统IL中的已关闭的快门或者遮光叶片上。如上所述前馈校正也可以校正瞬时影响，下面将进行讨论。

众所周知，目前辐射源的瞬时状态随时间和/或辐射源的操作参数变化而变化。本发明的另一实施例，在图4中表示的是前馈控制器，其自动学习获知应预先校正的瞬时状态。在伺服控制理论中，存在数个控制方式，如重复的，自适应的，迭代的和学习的，也可以将它们组合。对于本控制器，可使迭代学习控制理论应用于激光器，显然使用重复频率独立的最小阶模型和控制设计。使用本理论的优势是在控制器的设计中减少了对经验依赖，但是以早期的和公知的控制方法为基础。

供给学习算法一脉冲能量误差矢量[Epe_rr，b]，该矢量包含一个完整脉冲串的至少一部分的Ep_err＝(Ep_ref-Ep_m)的时间系列，其中b表示脉冲数，[x]是一个矢量x的表达式。根据所学习获知的该误差矢量的校正量[f_b+1]，并将其储存在存储器MEM中，依照下述更新规则：

[f_b+1]＝Q(z)*(λ[f_b]+μ[Ep_err，b])                    (1)

其中Q(z)是离散时间过滤器，μ是学习因子，λ是遗忘因子，Q(z)*[x]表示矢量[x]用离散时间过滤器Q(z)过滤。在下一个脉冲串时所存储的校正量被用作前馈校正量，并通过预测滤波器B(z)注入控制环中。如果未知初始瞬时补偿可以在第一脉冲串(即b＝1)时提供，那么存储器可以定义为零(即[f_b＝1]是一个零矢量)，其实际上表明在该第一脉冲串期间没有瞬时补偿。注意矢量[Ep_err，b]的长度可以等于一个脉冲串的脉冲数。为了降低资源需要在完成学习算法时，对应存储器和计算机系统的计算能力，优选矢量[Ep_err，b]的长度采用最大值。当一脉冲串比该最大值包含多个脉冲时，那么校正量[f_b]的最后取样r被线性强制到零。该作用过程防止在控制系统中在矢量[f_b]的端部注入对光刻装置的(辐射量)性能产生负面影响的分步干扰。在具体实施例中，最大矢量[Ep_err，b]的长度在50到1000脉冲之间变化，并且r在10和100之间。只要矢量[Ep_err，b]-r的最大长度包括辐射源的瞬时状态，对于这些参数学习算法的表现不是非常灵敏。现有的激光系统，r等于50的最大长度为300似乎是安全的选择。

学习和遗忘因子(分别是μ和λ)可以适当调整，遗忘因子λ可选择比用于计算辐射源瞬时变化特性的1小。例如，为主动忘记已变成不相关的部分瞬时状态(应该预先校正)。学习因子μ是一个新信息的权重因数，与[f_b]中存在的信息相比该新信息包含在[Ep_err，b]中。通过选择μ小于1，学习算法在误差信号[Ep_err，b]中出现的宽带噪声中不起大作用，但在另一方面获得较低的学习速度。注意在标准ILC应用中，当学习获知了足够的重复干扰校正量后，学习算法(或者更新规则)将被关闭。这不适合辐射源瞬时补偿，因为其瞬时状态是变化的，例如超时和/或具有操作参数的变化时。后者促进了如学习和遗忘因子的协调参数的引入，在前馈控制器的特定实施例中，使用λ＝0.85和μ＝0.5的参数值。

尽管学习算法出现在辐射源中是寄生的动态的，但是稳定过滤器Q(z)保证学习算法会集。归一化乃奎斯特频率的过滤器Q(z)的设计使学习的前馈校正方法重复频率独立。特别注意稳定过滤器Q(z)的相特性。当通过这种过滤作用引入的相能够破坏校正量的计时部分时，使用零相过滤或具有线性相特性的过滤器。由于下一校正量[f_b+1]在脉冲间歇中计算，所以这种技术的应用是可能的。在特定实施例中，稳定过滤器Q(z)是一个二阶低通过滤器，它具有0.25倍重复频率的截止频率。用这种过滤器进行正向和反相数字过滤，以使结果具有精确的零相变形，并由过滤器的幅值响应(即，实际上是四阶过滤)的平方修正其大小。过滤器的初始条件要特别注意，如在开始校正矢量[f_b+1]时，过滤器瞬时作用对信息内容没有负面影响。注意在稳定过滤器Q(z)，学习因子μ和遗忘因子λ之间具有一定的相关性。

预测过滤器B(z)的实现直接取决于辐射源的动力学结构和最低阶控制设计(以实现无差拍控制)。根据设计标准ILC，过滤器B(z)被理论上设计成操作灵敏度的倒数，即对于辐射源z(z/(z-1))。因为该过滤器的一部分等于加法器，在控制器12(该控制器是加法器z/(z-1))之前引入校正量时，它可以进一步简化为B(z)＝z。注意在预测过滤器B(z)直接变化时，校正量也可以根据图3中前馈量Ep_corr的引入点，在图4中在控制器12后引入。通常，由于例如没有最小相特性，预测过滤器的设计必须近似理想预测过滤器。可是，因为相对辐射源发现了最低阶模型和与之相伴的控制设计，(理想)预测过滤器简化成在前一步预测。这种在前一步预测的校正量易于实现，由于校正量[f_b+1]在脉冲串间歇中计算，并且在下一脉冲串开始时也完全可以。

只要无瞬时效应和/或寄生效应的出现，上述提供的学习前馈校正算法可被认为是实时的方法，并且对(无差拍)控制的激光系统的性能不引起测量的负面影响。

实施例2

本发明的第二实施例与第一实施例除了控制系统的结构之外是相同的，下面进行描述。

如图5所示，第二实施例有一个集成控制系统。该控制系统基于由能量传感器ES测量的脉冲能量，用一个控制器20提供闭环反馈控制。控制器20操纵一个加入一算法的控制策略，来计算每一脉冲的靶部能量，以将理想的辐射量传送到基底平面上，并在随后脉冲中补偿先前脉冲能量的误差，该算法还计算必须施加给激光谐振腔LC的激励电压HV，以传送所需能量的脉冲。控制的算法也可以与前馈算法结合，来补偿在激光器中干扰的影响和预测及出现在能量传感器ES后部的其它影响，例如，由于透镜发热的影响。该控制器20也可以控制可变的衰减器VAT。当所需的Ep的衰减幅度变得足够大时，且导致激光器持续工作在其运行Ep的范围外一段时间，能够使用该可变的衰减器。另外，可变衰减器可以用于实现相对低的频率变化，同时高电压能够用于实现相对高频率的变化。

实施例3

本发明的第三实施例与第一实施例除了控制系统的结构之外是相同的，下面进行描述并如图6所示。在该系统中，利用两个控制器21，22形成内和外控制环。内控制环包括激光谐振腔LC，光电元件PC和内控制环21。内控制环进行反馈控制，以输出一个作为由光电元件PC测量的具有能量的脉冲，该脉冲等于一个由外控制环提供的定值PC_ref，外控制环由可变衰减器VAT，光学照射元件IL-O，能量传感器ES和外控制器22组成。如第二实施例，控制算法也可以与前馈算法结合，来补偿干扰在激光器中的影响，和预测及出现在能量传感器ES后部的其它影响，例如，由于透镜发热的影响。外环控制环也可以是一个反馈环，接着外部提供的定值ES_ref表示每一脉冲所需要的平均能量，以在基底平面上传送理想的辐射量。这种布置的优点是内和外控制环能够分别设计，测试和校准，并且外控制环能够用于不同的源。

性能测量

为了大致测量本发明控制环和/或(能量)控制辐射系统的性能，定义移动平均值和移动标准偏差性能的测量，使用一定的参数如下设置，如下：

V_scan＝扫描速度[mm/s]；

W_slit-e＝有效照射域宽[mm]；

W_slit-t＝总照射域宽[mm]；

L_die＝靶部长度[mm]；

W_die＝靶部宽度[mm]；

RR＝激光重复频率[Hz].

在狭缝中理想的强度具有近似梯形的横截面。W_slit-e是半平稳强度的宽度，而W_slit-t是梯形底部的宽度。那么在有效狭缝中的脉冲数，N_slit-e是(忽略脉冲量子化的影响)： $N_{\mathrm{slit}-e}=\mathrm{FLOOR}(\frac{W_{\mathrm{slit}-e}}{V_{\mathrm{scan}}}\·\mathrm{RR})---\left(2\right)$ $N_{\mathrm{slit}-t}=\mathrm{FLOOR}(\frac{W_{\mathrm{slit}-t}}{V_{\mathrm{scan}}}\·\mathrm{RR})---\left(3\right)$ 类似地，在总狭缝中的脉冲数，N_slit-t是：操作器FLOOR使操作数向下(趋向零地)四舍五入到最接近整数。在电路小片扫描中脉数N_scan是： $N_{\mathrm{scan}}=\mathrm{FLOOR}(\frac{L_{\mathrm{die}}+W_{\mathrm{slit}-t}}{V_{\mathrm{scan}}}\·\mathrm{RR})---\left(4\right)$ 注意扫描的总长度是由下式给出：

L_scan＝L_die+W_slit-t             (5)每一脉冲基底的位移δ以毫米表示是： $\mathrm{\δ}=\frac{V_{\mathrm{scan}}}{\mathrm{RR}}---\left(6\right)$ 我们能够将离散时间矢量与离散位置矢量联合如下： $T=[t_0:\frac{1}{\mathrm{RR}}:t_0+\frac{N_{\mathrm{scan}}}{\mathrm{RR}}];t_k=t_0+\frac{k}{\mathrm{RR}}(k=0...N_{\mathrm{scan}})---\left(7\right)$

X＝[x₀：δ：L_scan]；    x_k＝x₀+k·δ  (k＝0...N_scan)

用矢量的表达式：[开始_值：增量_值：尾端_值]，其中将两个连续矢量元素之间的差值定为增量_值。这样，曝光时脉冲数k表示曝光的一定时间例如t_k，和在靶部上的一定位置x_k。严格地，兼备每一脉冲基底的一定位移δ的x_k和靶部宽度W_die与在靶部上以[mm²]表示的一定位置区域A_k结合：

A_k＝W_die·((x₀+k·δ)-(x₀+(k-1)·δ))＝W_die·δ   (k＝1...N_scan)    (8)

当然其具有恒定的大小。

k＝0是最后时间情况或只在扫描前的位置，且没有脉冲发射。这与区域A_K的定义一致，但没有定义A₀(参照上述公式)。

k＝N_slit-t是在靶部的第一区域已接收全部辐射量的时刻。它表示区域A₁-A_Nslit-t-1没有接收全部辐射量，并因此部分靶部由标线板掩模叶片遮挡，所述叶片在曝光开始时打开照射区域。

k＝N_scan-(N_slit-1)是靶部上的相应区域接收全部辐射量的最后时刻。换言之，是给出遍及整个狭缝宽度的脉冲的最后时刻。从N_scan-(N_slit-t-1)+1脉冲开始，标线板掩模叶片逐渐关闭(即封闭照射区域)。

k＝N_scan是在靶部曝光的最后脉冲时刻。在该时刻后标线板掩模叶片全部关闭。

在靶部x_k位置上由抗蚀剂接收的辐射量D(x_k)近似为脉冲能量E_P(i)的和： $D\left(x_k\right)=\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Ep}\left(i\right)(k=N_{\mathrm{slit}-e}...N_{\mathrm{scan}})---\left(9\right)$

在位置x_k处这些以[mJ]表示的辐射量误差D_E(x_k)由下式给出： $D_E\left(x_k\right)=\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Ep}\left(i\right)-{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{ref}}\left(i\right))=\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{err}}\left(i\right)(k=N_{\mathrm{slit}-e}...N_{\mathrm{scan}})$

                                       (10)

该D_E(x_k)与在狭缝中每一脉冲能量误差的移动平均值(MA)密切相关： ${\mathrm{MA}}_E\left(x_k\right)\≡\frac{1}{N_{\mathrm{slit}-e}}\·\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{err}}\left(i\right)=\frac{1}{N_{\mathrm{slit}-e}}\·D_E\left(x_k\right)---\left(11\right)$

为了找到辐射量误差的归一化表达式，D_E(x_k)被除以所需辐射量。得出上述MA_E(x_k)的归一化形式： ${\mathrm{MA}}_{E,n}\left(x_k\right)=\frac{1}{\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}E{p}_{\mathrm{ref}}\left(i\right)}\·\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{err}}\left(i\right)(k=N_{\mathrm{slit}-e}...N_{\mathrm{scan}})---\left(12\right)$

其中Ep_ref(i)和Ep_err(i)表示对于一点i，每一脉冲的参考能量和每一脉冲的能量误差。如式(12)给出的被归一化的每一脉冲的能量误差的移动平均值MA_E,n(x_k)是一个在靶部位置x_k的相对辐射量误差的指示量。该指示量的值能够以百分数表达，例如0-5％。

除了辐射量误差外，脉冲能量误差在曝光期间有高频变化。该影响的特征是移动标准偏差(MSD)，它等于能量脉冲误差相对移动平均值(MA)误差的标准偏差，以[mJ]表示 ${\mathrm{MSD}}_E\left(x_k\right)=\sqrt{\frac{1}{N_{\mathrm{slit}-e}-1}\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{err}}\left(i\right)-{\mathrm{MA}}_E\left(x_k\right){]}^2}(k=N_{\mathrm{slit}-e}...N_{\mathrm{scan}})$

                            (13)

该指示量的归一化形式，不取决于每一脉冲Ep_ref所需能量的吸收值，并由下式供给出： ${\mathrm{MSD}}_{E,n}\left(x_k\right)=\sqrt{\frac{1}{N_{\mathrm{slit}-e}-1}\underset{i=k-(N_{\mathrm{slit}-e}-1)}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}[\frac{{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{err}}\left(i\right)}{{\mathrm{Ep}}_{\mathrm{ref}}\left(i\right)}-{\mathrm{MA}}_{E,n}\left(x_k\right){]}^2}(k=N_{\mathrm{slit}-e}...N_{\mathrm{scan}})$

                            (14)

该指示量的值也能够以百分数表达，例如0-100％。

对于k＝0，当没有脉冲发射时，对MA和MSD数不作定义。与区域A₀不作定义实际上一致。

对于k＝[1…(N_slit-e-1]，当到目前为止，在靶部上没有区域接收到全部辐射量时，定义MA和MSD数等于零：MA_E,n(x_k)≡0，MSD_E,n(x_k)≡0。

如开始部分所述，在狭缝中的强度具有一个近似梯形的横截面。这种梯形形状，或者其它任何形状能够通过将在狭缝N_slit-t中的总脉冲数相加和应用每一脉冲的适当的权重因数，在性能指示量例如等式(12)和(14)中采用。通过上述提炼的MA_E,n(x_k)的计算，将得到具有在基底上与真实辐射量误差更接近相似性的性能指示量。

在具体装置中，随着激光器不同的设定(脉冲能量，重复频率等)进行一系列测试运行。在测试运行期间，脉冲能量由能量传感器ES和在基底平面的位置传感器SS测量。移动平均值MA和移动标准偏差MSD指示量由能量传感器数据并分别从位置传感器数据计算。它能够确定由能量传感器测量的MA和MSD的计算结果和在基底平面MA和MSD计算结果之间的关系。然后，从能量传感器输出的已计算的MA和MSD值在曝光期间提供在线的性能测量。

这些指示量的用途在图7到18中表示，下面进行讨论。

图7和8表示由光刻装置的辐射量的精度和再现性测试得到的原有高电压HV和脉冲能量Ep的数据，同时图9和10表示使用Ep_ref＝2.35(mJ/脉冲)/cm²和N_slit-e＝50以如上所述计算方式得出的MA和MSD值。测试包括通过位于基底适当位置的位置传感器代替基底，从而具有不同辐射量设定的一系列测试曝光。所测试的装置通过常规测试，例如，因为传送到靶部中的总的辐射量在1％的限制内是好的。然而尽管在测试期间进行改进，但是脉冲间的大的变化表示控制系统接近稳定的边缘。这由MA值定量表示，MA值也表示脉冲间的大的变化，MSD值在开始测试时是高的，并在系统改进稳定性后降低。一些MA值接近或者高于在开始扫描时可接受的性能极限。

在装置的再校准后进行的第二测试组的结果在图11到14中表示，它们分别与图7到10相应。在再校准后，与常规测试的结果非常类似，但是可以看到原有HV和Ep数据变化大大小于第一测试，说明控制系统更加稳定，进一步反映在MA值的更小变化和MSD值的更小幅度中。

如上所述，常规测试不能区别在重新校准前处于稳定边缘的装置和在重新校准后处于更稳定的装置。尽管第一装置在常规测试特定的限制中工作，它在变化的条件下是易损坏的，如激光器响应的变化或者在狭缝宽度上脉冲数的降低，它们使其性能超出其极限。这能够在本发明的MA和MSD指示量中表示。图15到18表示来自如上所述的第一和第二测试的MA和MSD值，但是用狭缝中的脉冲数重新计算，N_slit-e是25而不是50。可以看到MA值由第一测试的结果而被重新计算，如图15所示，增加较大，同时由第二测试重新计算的MA值，如图17所示，保持相对小。类似地，对于第一测试重新计算MSD值，如图16所示，具有较高峰值和显示出较大的变化性，同时由第二测试重新计算的MSD值，如图17所示，保持成较低和相对恒定。

如上所述可以理解当完整的MA和MSD两者能够给出装置性能的较完整的图像时，每一峰值还给出装置性能的好的指示量。

控制系统的校准

上述性能指示量可以很好地调整控制系统，以使其能够提供无差拍控制，即在状态间变化中具有无过运行或者振荡的临界阻尼系统。在激光器的响应是一个简单的数据延迟z^-1下，独立于激光发射脉冲的重复频率时，控制系统如一个加法器z/(z-1)，其参数可以参照MA和MSD的性能指示量调节。

在频率范围内MA性能指示量的解释提供了另一种确定性能主要参数和发射源校准的方法，例如，如何精确的要求近似无差拍控制，或者脉冲能量参考信号的什么变化类型被认为是有意义的。例如所示校准的主要参数可以解释成用于HV-Ep校准精度需要的的主要参数。MA性能指示量的解释在频率范围的使用将影响控制的完整设计和所用激光器系统的用途，并且比单独HV-Ep校准的精确参数影响要大。

这里必须强调，当对每一所应用的脉冲能量改变基准Ep_ref时，本发明所述的所有方法将仍然完全有效。

基于包括一阶闭环控制器的控制系统，可以实现用两个不同方法来确定脉冲能量/高电压增益和与之相伴的偏离值(HV-Ep校准)。两种方法由包括使用测试运行(表示离线HV-Ep校准)步骤的第一方法，和用在实际曝光期间(即在生产期间，表示在线HV-Ep校准)获得的数据进行HV-Ep校准的第二方法来区分。

离线HV-Ep校准提供了一个正弦信号，施加给每一脉冲的参考能量(或在控制环中的另一点注入一正弦信号)并且在所控制的系统中监控特定的信号。然后，从所述施加的正弦信号和被监控的(中间)信号之间的关系，结合电流控制器和HV-Ep校准设定，计算新的HV-Ep校准参数(增益和偏离值)。该施加的正弦信号相应频率，振幅和周期数而被调整这种所提供的新的离线HV-Ep校准的方式比现有HV-Ep校准方法的改进处是，在相同精度下减少了校准所需的时间和脉冲。

在线HV-Ep校准的目的是利用已经包含在光刻装置中被控制的辐射源的脉冲间的数据信息。由于在每一辐射源的每一脉冲能量上产生的峰值间变化，在所述脉冲间的数据中已包含信息。结合脉冲间数据(从正常暴光期间的控制系统中的特殊信号获得)与最低阶控制系统的结构知识结合能够得到HV-Ep校准参数，例如，通过应用提前预测误差技术。为了进一步改进HV-Ep校准，预选信号的精度，可以在所控制的系统中注入例如高频率正弦，，以在控制系统上向数据赋予附加信息的数据。该被注入的信号被设计成以使它不影响辐射量的控制参数。这种信号的设计由上面所定义的性能测量指导。

以上已描述本发明的具体实施例，可以理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施，本说明不作为本发明的限定。

Claims (17)

1.一种光刻投射装置，其包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统，该辐射系统包括一脉冲辐射源；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于根据理想的图案使投射光束图案化；

用于保持基底的基底台；

用于将图案化的光束投射到该基底的靶部上的投射系统；和

用于控制所述投射光束的脉冲能量的控制系统，

其特征在于，所述控制系统包括最低阶的闭环控制器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述闭环控制器是一阶控制器。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述闭环控制器包括放大器和一阶积分器。

4.如权利要求1，2或3所述的装置，其特征在于，所述控制系统实现无差拍控制，或者接近近似的无差拍控制。

5.如权利要求1，2，3或4所述的装置，其特征在于，所述控制系统独立于所述脉冲辐射源的重复频率。

6.如上述任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述控制系统还包括前馈控制器，以用于提供校正以便补偿在条件变化下出现的瞬时效应。

7.一种测量脉冲辐射源和/或光刻投射装置的性能的方法，所述光刻投射装置包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统，该辐射系统包括一脉冲辐射源；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于根据理想的图案使投射光束图案化；

用于保持基底的基底台；

用于将图案化的光束投射到该基底的靶部上的投射系统；

所述方法包括如下步骤：

对于多个连续辐射脉冲，测量脉冲能量和施加在该辐射源上的控制输入中的至少一个值；和

由该测量值计算：测量值与目标值之间的移动平均值(MA)误差，和测量值与目标值之间的该误差的移动标准偏差(MSD)中的至少一个的多个值；

由此所述计算值表示该辐射源和/或所述光刻投射装置的性能。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算步骤包括归一化所述计算值的步骤。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述脉冲辐射源是一准分子激光器，所述的控制输入是一个施加在该激光器的激光介质上的激励电压。

10.如权利要求7，8或9所述的方法，其特征在于，测量脉冲能量的所述步骤使用设在所述辐射系统中的能量传感器实现。

11.一种校准在光刻装置中的脉冲辐射源的控制系统的方法，所述光刻装置包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统，该辐射系统包括一脉冲辐射源；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用于根据理想的图案使投射光束图案化；

用于保持基底的基底台；

用于将图案化的光束投射到该基底的靶部上的投射系统；

所述方法包括步骤：

根据权利要求7到10中任一项所述的方法，测量所述辐射源和/或所述光刻投射装置的性能；

调节与所述辐射源相关的所述控制系统的至少一个参数；和

重复所述测量和调节步骤，以降低所述计算的移动平均值和移动标准偏差值中的至少一个。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量步骤至少在所述基底靶部的曝光期间进行。

13.根据权利要求2所述的光刻装置中的脉冲辐射源的控制系统的校准方法，该方法包括：

调节与所述辐射源相关的所述控制系统的至少一个参数。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述脉冲辐射源是一准分子激光器，所述控制系统的参数包括一模拟出施加在该激光谐振腔上的高电压和脉冲能量之间的传递函数的增益。

15.一种器件的制造方法，其包括以下步骤：

提供一至少部分地覆盖一层辐射敏感材料的基底；

使用包括一脉冲辐射源的辐射系统来提供一投射的辐射光束；

使用图案形成装置使该投射光束在截面中带有图案；

将图案化的辐射光束投射到具有该辐射敏感材料层的靶部上，

其特征在于，所述步骤使用最低阶的闭环控制器来控制所述辐射源。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述闭环控制器是一阶控制器。

17.一种包括程序编码装置的计算机程序，当在计算机系统上执行对光刻投射装置的控制时，该程序指示所述计算机系统进行如权利要求7到14中任一项所述方法的步骤。

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