CN1503059B - 光刻设备和制造器件的方法 - Google Patents

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Abstract

光刻设备和制造器件的方法,由于大气条件的变化，诸如压力、温度和扰动，使用来自二次谐波干涉仪的测量来校正干涉测量系统的测量结果。在使用SHI数据以前，去除代表SHI数据与光路长度关系的匀变。该SHI可以使用无源Q开关激光器作为光源，可以在接收模块使用布儒斯特棱镜。可以使用光纤来将光引导到探测器。反射测量束的镜子具有这样的涂层，即其厚度选择为使SHI数据对涂层厚度的变化的敏感性最小化。

Description

光刻设备和制造器件的方法
技术领域
本发明涉及一种光刻投影设备，其包括：
用于提供辐射投影束的辐射系统；
用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形来对投影束构图；
用于保持衬底的衬底台；
用于将构图的束投影到衬底的目标部分上的投影系统；
用于测量目标物体的位移的干涉测量系统，其为所述设备的一个组件；
用于沿着光路测量大气条件的二次谐波干涉仪，所述大气条件可以影响所述干涉测量系统的测量；
响应于所述二次谐波干涉仪的控制系统，用于对所述干涉测量系统的测量进行校正。
背景技术
这里使用的术语“构图装置”应该被广义地理解为指这样一种装置，即，其可以用来使入射辐射束具有构图的截面，该构图的截面相应于要在衬底的目标部分中产生的图案；术语“光阀”也可以用于这方面。通常，所述图案相应于在目标部分产生的器件中的特定功能层，例如集成电路或者其它器件(如下所示)。这样的构图装置例子包括：
掩模。掩模的概念在光刻术中是众所周知的，其包括的掩模类型为，诸如二元掩模、交互相移掩模和衰减相移掩模，以及多种混合掩模类型。这样的掩模设置在辐射束中使得施加到掩模上的辐射束根据掩模上的图案来选择性地透射(在透射型掩模的情况下)或者反射(在反射型掩模的情况下)。在掩模的情况下，支撑结构通常为掩模台，其确保掩模可以保持在入射辐射束中的所需位置，且如果需要，其可以相对于该束移动。
可编程的镜子阵列。这样的装置的一个例子是具有粘弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址的表面。这样的设备的基本原理是(例如)反射表面的寻址区域作为衍射光来反射入射光，而未寻址的区域作为非衍射光反射入射光。使用适当的滤波器，所述非衍射光可以从反射光束中滤除，只留下衍射光；这样，该束根据矩阵可寻址表面的寻址图案来构图。可编程的镜子阵列的一备选实施例使用微小镜子的矩阵结构，通过施加合适的局部电场或者通过使用压电致动装置，每个镜子可以围绕一轴独立倾斜。这些镜子又是矩阵可寻址的，这样，这些已被寻址的镜子将在和未被寻址的镜子不同的方向上反射入射辐射束；这样，该反射束根据矩阵可寻址的镜子的寻址图案来构图。所需要的矩阵寻址可以使用合适的电子装置来实现。在上述的两种情况中，该构图装置可以包括一个或者多个可编程的镜子阵列。更多有关这里涉及的镜子阵列的信息可以通过，例如，从美国专利US 5,296,891和US 5,523,193和PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中收集，这些专利通过参考在此引用。在可编程的镜子阵列的情况下，所述支撑结构可以体现为框架或者台，例如，其可以根据需要被固定或者可移动。
可编程LCD阵列。这样的结构的例子在美国专利US 5,229,872中给出，其通过参考在此引用。如上所述，这种情况下的支撑结构可以体现为框架或者台，例如，其可以根据需要被固定或者可移动。
为了简化的目的，本文的剩余部分在某些位置可以特定地指包括掩模和掩模台的例子；然而，在这样的例子中讨论的普遍原理应该在上述的构图装置的更广泛的内容中体现。
光刻投影设备可以用于，例如集成电路(IC)的生产。在这样的情况下，构图装置可以产生相应于单个的IC层的电路图案，该图案可以成像于衬底(硅片)上的目标部分上(例如，包括一个或者多个管芯)，该衬底已经涂覆有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)。通常，单个晶片将包含相邻的目标部分的整个网状结构，这些目标部分通过投影系统一次一个地相继照射。在目前的设备中，通过掩模台上的掩模来实施构图，在两种不同类型的机器之间会产生差别。在一种类型的光刻投影设备中，每个目标部分通过一下子将整个掩模图案在目标部分上曝光来照射；这样的设备通常称为晶片步进器。在一备选设备中，通常称为步进-扫描设备，每个目标部分通过这样的方式来照射，即，在给定的基准方向(“扫描”方向)上，在投影束下逐渐地扫描掩模图案，同时平行于或者反向平行于该方向同步地扫描衬底台；通常，由于该投影系统具有放大因子M(通常小于1)，衬底台被扫描的速度V是掩模台被扫描的速度的因子M倍。关于这里描述的光刻设备的更多信息可以例如从US 6,046,792中收集，其通过参考在此引用。
在使用光刻投影设备的生产过程中，图案(例如掩模中的图案)成像在衬底上，该衬底至少部分覆盖一层辐射敏感材料(抗蚀剂)。在该成像步骤之前，该衬底可以经历多种过程，诸如涂底层、抗蚀剂涂覆和弱烘烤。在曝光以后，该衬底可以经历其它过程，诸如曝光后烘烤(PEB)、显影、强烘烤以及成像的部件的测量/检测。这些过程的排列用作成形器件例如IC的单层的基础。然后，这样构图的层可以经历多种过程，诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有这些意在制成一单层。如果要求几层，然后整个过程或者其变化必须对每一个新的层重复。最终，在衬底(晶片)上将呈现一个器件阵列。然后，这些器件通过一技术相互分开，诸如切割或者锯割，由此，单个器件可以安装到载体上、连接到管脚等。关于这些过程的更多信息可以从，例如由McGraw Hill出版公司于1997年出版的IBSN0-07-067250-4，由Peter van Zant撰写的“MicrochipFabrication：A Practical  Guide to Semiconductor Processing”的第三版中获得，其通过参考在此引用。
为了简化，投影系统在此可以简称为“透镜”；然而，该术语应该广泛地理解为包含各种类型的投影系统，例如包括折射光学装置、反射光学装置和反射折射系统。该辐射系统还可以包括根据用于引导、成形或者控制辐射投影束的这些结构类型中的任何一个来操作的组件，这些组件也可以在下面共同地或者单独地称为“透镜”。此外，该光刻设备可以是具有两个或者多个衬底台(和/或两个或者更多掩模台)的类型。在这样的“多级”装置中，附加的台可以平行使用，或者在使用一个或者多个其它台曝光时，在一个或者多个台上实施预备步骤。例如在US 5,969,441和WO98/40791中描述了双级光刻设备，其作为参考在此引用。
在光刻设备中，通常在六个自由度保持多个台，例如掩模台和晶片台或者其它组件的位置的精确轨迹是重要的。为此，通常使用干涉仪。在用于位置测量的干涉仪中，测量束由连接到目标物体的镜子反射，且与传播固定长度的光路的参考束干涉。目标物体的移动改变了测量束经过的光路长度，使得形成在测量束和参考束之间的干涉条纹产生偏移。该干涉条纹的移动被计数，且用来计算目标物体的移动。在外差干涉仪中，测量了条纹的多普勒位移。可以获得目标物体位移的高度精确的测量。
然而，任何大气的扰动会将误差引入测量的位移，测量束和参考束通过大气引起光路长度的变化。这样的扰动可能这样引起，即，例如由于气温或者气压的变化，或者由于气体泄漏，例如用来充溢使用辐射的设备中的投影束通路的诸如He或者N之类的气体，该气体被空气强烈地吸收。因此，为了维持通过干涉仪的位置测量的精确性，已知的方法是提供空气簇射(air shower)，用来将已知的且恒定成分、恒温以及恒压的人造气体供应到测量和参考束通路，且提供机械装置来减小扰动。
这样的结构足够用于干涉位移测量系统，该测量系统可以以10nm量级的精度测量位移，但是由于总是期望能够以更高的精度成像更小的部件，因此希望可以以更小的误差容限来测量台的位置。
由于空气很好定性的扩散，例如在F.G.Smith编辑的“Infraredand Electro-Optical System Handbook”的第二卷(U.MichiganPress，Ann Arbor)第88页中的M.E.Thomas和D.D.Duncan的“AirTransmission”所述，其作为参考在此引用，在两个足够分离的波长的光路测量可以确定压力和温度变化产生的影响。因此，然后可以校正由干涉位移测量系统测量的位移。用于测量这样的影响的二次谐波干涉仪已经在Opt.Lett.5(1980)386中的F.A.Hopf，A.Tomita以及G.A1-Jumaily的“Second-Harmonic interferometer”中所提出。使用二次谐波干涉仪的干涉位移测量装置已经在美国专利4,948,254、5,404,222、5,537,209、5,543,914和5,991,033中描述。然而，在光刻投影设备中实施双色干涉仪仍然存在实际困难。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于光刻投影设备中的干涉位移测量系统，尽管在测量和参考束的光路中有压力和温度扰动，该系统仍然具有改进的精度。
根据本发明，提供了一种光刻投影设备，其包括：用于提供辐射投影束的辐射系统；用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形来对投影束构图；用于保持衬底的衬底台；用于将构图的束投影到衬底的目标部分上的投影系统；用于测量作为所述设备的一个部件的目标物体的位移的干涉测量系统，运用具有第一波长的第一测量束进行所述测量，所述位移是由条纹数与所述第一测量束在空气中的大约波长的乘积得出的；用于沿着光路测量大气条件的二次谐波干涉仪，所述大气条件可以影响所述干涉测量系统的测量，运用具有相应第二和第三波长的第二和第三测量束进行该测量，所述第一、第二和第三波长相互均不相同；响应于所述二次谐波干涉仪并设置成从所述干涉测量系统所测得的所述位移减去由所述二次谐波干涉仪的测量得出的校正项的控制系统，所述控制系统适于在使用所述测量得出所述校正项以前，运用所述大约波长从所述二次谐波干涉仪的测量去除任何依赖于所述光路长度的因素；和过滤已经从中去除波长影响因素的二次谐波干涉仪的测量值的低通滤波器。
去除了称为“匀变(ramp)”的通路长度的线性相关以后，可以过滤二次谐波干涉仪的数据，以增强信噪比，因此不在位置测量中引入有害相位延迟的情况下，增强了补偿的精度。
传统的，该控制系统适于从所述二次谐波干涉仪的所述测量减去代表所述光路的所述长度的所需线性相关的量。在优选的实施例中，该控制系统使用以下公式校正所述干涉测量系统的测量结果：
L＝λrNr-K(λuNu-P*λrNr)
其中：
P*＝αu-αg
λrv＝(1+αr)λr是该干涉测量系统的测量束的真空波长，
K＝αr/(αu-αg)
λu是二次谐波干涉仪的短真空波长，
Nu是二次谐波干涉仪的条纹计数，以及
αr，αu，αg分别是在测量束波长，以及二次谐波干涉仪的长波长和短波长的空气的折射率差(折射率-1)。
或者，该控制系统适于用代表所述二次谐波干涉仪的所述测量结果除以所述光路的所述长度的量。
在本发明的一个实施例中，其特征在于：
所述干涉测量系统和所述二次谐波干涉仪的测量束对准所述目标物体上的相同的镜子，且被所述目标物体上的相同的镜子反射；以及
所述目标物体上的所述镜子设置有具有规定厚度的保护涂层，使得所述二次谐波干涉仪的测量相对于所述涂层的厚度的变化的敏感性最小化。
这样，消除来自涂层厚度变化的误差所必需的校准点的数目可以大大地减少，且在不影响总体补偿精度条件下，可以放宽涂层厚度的公差。
规定厚度T最好满足下述条件之一：
T＝(50±10)nm+(p×λu/ncoating)，
T＝(110±10)nm+(p×λu/ncoating)，或者
T＝(170±20)nm+(p×λu/ncoating)
其中，p是非负整数，λu是该二次谐波干涉仪的短真空波长，ncoating是该涂层在λu的折射率。
对于SiO2涂层，λu/ncoating＝182nm
脉冲激光辐射源提供了高峰值的功率，使得可以从二次谐波发生晶体获得强度足够高的二次谐波辐射，而不需要诸如聚焦元件和反射器之类的附加光学器件来形成一个腔。通过将测量与激光脉冲同步也可以提高信噪比。优选的脉冲激光源是无源Q开关激光器。
期望地，该脉冲激光源具有的脉冲重复率在5到10kHz的范围内。该频率对于充分采样扰动影响是足够高的，该扰动影响会干扰干涉测量系统的测量。
在本发明的另一个实施例中，其特征在于：
所述二次谐波干涉仪包括：
用于接收所述二次谐波干涉仪的束的第一布儒斯特棱镜，且最好在与其偏振成±45°处具有主平面；
用于接收由所述第一布儒斯特棱镜反射的辐射的第一探测器；
用于在由所述第一布儒斯特棱镜透射的两个束之间引入90°相位移的四分之一波片；
用于接收穿过所述四分之一波片的束的第二布儒斯特棱镜；
用于接收由所述第二布儒斯特棱镜反射的束的第二探测器；以及
用于接收由所述第二布儒斯特棱镜透射的束的第三探测器。
在这样的结构中的布儒斯特棱镜的使用特别简单，且使得一紧凑结构可以分离必要的信号，以测量光路中的空气密度。
在优选实施例中，由所述第一布儒斯特棱镜反射的束，和由所述第二布儒斯特棱镜反射和透射的束通过光纤被分别引导到所述的第一、第二和第三探测器上。这防止了如果在该干涉仪中发生任何角度变化而在探测器上产生束的位移，避免了由于探测器的不均匀敏感性产生的任何误差。
在优选实施例中，该二次谐波干涉仪还包括：
用于转动两个横向偏振束的偏振面的半波片，该横向偏振束穿过所述光路，且位于该第一儒斯特棱镜之前。
该半波片转动该二次谐波干涉仪的束的偏振，且允许修改该探测器结构来安装到一限定的空间。
在本发明的一种光刻投影设备中，其包括：
用于提供辐射投影束的辐射系统；
用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形来对投影束构图；
用于保持衬底的衬底台；
用于将构图的束投影到衬底的目标部分上的投影系统；
用于使用干涉测量束来测量目标物体的位移的干涉测量系统，其为所述设备的一个部件；
用于使用二次谐波干涉仪的测量束来沿着光路测量大气条件的二次谐波干涉仪，所述大气条件可以影响所述干涉测量系统的测量；
响应于所述二次谐波干涉仪的控制系统，用于对所述干涉测量系统的测量进行校正；以及
用于空间组合所述干涉测量束和所述二次谐波干涉仪测量束的束组合器；
其特征在于：所述束组合器包括：
用于透射所述干涉测量束和反射所述二次谐波干涉仪测量束的分色镜，其位于相对于所述干涉测量束成45°处；以及
用于确保由该分色镜反射的束和透射的束的偏振是纯粹的S偏振或者P偏振的波片。
这样的结构允许该二次谐波干涉仪的束紧密耦合到由该干涉位移测量束所穿过的空间，而不引入偏振误差。
根据本发明，还提供了一种器件制造方法，其包括的步骤为：
提供一衬底，该衬底至少被一层辐射敏感材料部分地覆盖；
使用辐射系统提供辐射投影束；
使用构图装置来使所述投影束的截面具有一定图案；
将该构图的辐射束投影到该层辐射敏感材料的目标部分；
使用干涉位移测量系统测量目标物体的位移，所述测量系统具有第一波长的第一测量束，所述目标物体的位移是由条纹数和所述第一测量束的空气中的大约波长的乘积确定的；
运用二次谐波干涉仪沿着光路测量大气条件，所述大气条件可能影响所述干涉位移测量系统的测量，该二次谐波干涉仪具有第二波长的第二测量束和第三波长的第三测量束，所述第一、第二和第三波长相互均不相同；
通过从由所述干涉测量系统测得的位移减去由所述二次谐波干涉仪得出的校正项，校正所述干涉位移测量系统的测量结果；
在得出所述校正项之前，利用所述第一测量束在空气中的大约波长，从所述大气条件的测量中去除任何依赖于所述光路长度的因素；
低通过滤已经从中去除所述波长影响因素的所述测量结果。
虽然在本文中可以特定的参考在IC生产中根据本发明的设备的使用，但是应当明确地理解，这样的设备具有很多其它可能的应用。例如，其可以在生产集成光学系统、磁畴存储器的引导和探测图案、液晶显示屏、薄膜磁头等中使用。本领域的普通技术人员应该理解，在这样的可选择的应用情况下，在文中使用的任何术语“光栅”、“晶片”或者“管芯”都应该考虑分别被更通用的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”来代替。
在本文档中，术语“辐射”和“束”用来包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，波长为365、248、193、157或者126nm)和EUV(远紫外线辐射，例如，具有的波长在5-20nm范围中)，以及粒子束，诸如离子束或者电子束。
附图说明
现在通过参考附加的示意图，仅通过举例来描述本发明的实施例，其中：
图1描述了根据本发明的实施例的光刻投影设备；
图2是在本发明的实施例中使用的二次谐波干涉仪的框图；
图3是补偿中的误差作为干涉位移测量系统中的镜子上的涂层厚度的函数的图；
图4是在本发明的第二实施例中使用的补充的干涉位移测量系统中的光学部件的图；
图5是在本发明的第三实施例中用于空间组合该干涉位移测量系统的束和该二次谐波干涉仪的束的结构的图；
图6是在本发明的第三实施例的变体中用于空间组合该干涉位移测量系统的束和该二次谐波干涉仪的束的另一种结构的图；
图7示出了根据图6的另一种结构。
在这些图中，相应的标号表示相应的部件。
具体实施方式
实施例1
图1示意性地描述了根据本发明的实施例的光刻投影设备。该设备包括：
辐射系统Ex、IL，其用于提供辐射投影束PB(例如，DUV辐射)，在该特定的情况下，其还包括辐射源LA；
设置有掩模保持器的第一目标台(掩模台)MT，其用于保持掩模MA(例如，光栅)，且连接到第一定位装置，以使该掩模相对于对象PL精确定位；
设置有衬底保持器的第二目标台(衬底台)WT，其用于保持衬底W(例如，涂覆抗蚀剂的硅晶片)，且连接到第二定位装置，以使该衬底相对于对象PL精确定位；
投影系统(“透镜”)PL(例如，折射透镜系统)，用于将掩模MA的被照射的部分成像于衬底W的目标部分C(例如，包括一个或者多个管芯)上。
如这里所描述的，该设备是透射型的(例如，具有透射掩模)。然而，通常其还可以例如是反射型的(例如，具有反射掩模)。或者，该设备可以使用另一种类型的构图装置，诸如如上所述的可编程的镜子阵列类型。
源LA(例如，受激准分子激光器)产生辐射束。该束直接供给到照明系统(照明器)IL，或者在例如穿过诸如束扩展器之类的调节装置Ex之后供给到照明系统(照明器)IL。该照明器IL可以包括调节装置AM，用于设置该束中的强度分布的外部和/或内部射线范围(通常分别称为б外部和б内部)。此外，该照明器IL通常包括各种其它组件，诸如积分器IN和聚光器CO。这样，施加到掩模MA上的束PB在其截面上有所需均匀性和强度分布。
关于图1应当理解，源LA可以在光刻投影设备的外壳中(例如，当源LA是水银灯的情况)，但是，源LA也可以远离光刻投影设备，源LA产生的辐射束被引导到设备中(例如，在合适的引导镜子的帮助下)；当源LA是受激准分子激光器时，通常是后面这种方案。本发明和权利要求书包含这两种方案。
接下来束PB与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。穿过该掩模MA之后，束PB通过透镜PL，该透镜PL将束PB聚焦到衬底W的目标部分C上。在第二定位装置(和干涉测量装置IF)的帮助下，衬底台WT可以精确地移动，例如，使得在束PB的路径中定位不同的目标部分C。类似的，例如在掩模MA从掩模库机器检索以后或者在扫描期间，可以使用第一定位装置来使掩模MA相对于束PB的路径精确地定位。通常，目标台MT、WT的移动可以在长冲程模块(粗定位)和短冲程模块(精定位)的帮助下实现，它们在图1中没有明确地描述。然而，在晶片步进器的情况下(和步进-扫描设备相对)，掩模台MT可以只连接到短冲程致动器，或者可以固定。
所述的设备可以在两种模式下使用：
在步进模式下，掩模台MT基本保持固定，整个掩模图形一下子(即，单次“闪光”)投影到目标部分C上。然后，衬底台WT在x和/或y方向上移动，使得不同的目标部分C可以被束PB照射；
在扫描模式下，基本应用相同的方案，除了给定的目标部分C不在单次“闪光”中曝光。替代的，掩模台MT以速度v在给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如y方向)上移动，这样引起投影束PB在整个掩模图形上扫描；同时，衬底台WT以速度V＝Mv在相同或者相反方向上同时移动，其中M是透镜PL的放大倍数(通常，M＝1/4或者1/5)。在这样的方式下，可以曝光相对大的目标部分C，而不需要降低分辨率。
该干涉测量装置IF的性能对整个机器的性能很重要，特别是对其重叠的性能，即处理层与前面的层的对准精度很重要。局部和整体的压力和温度变化，影响该干涉测量装置IF的测量通路中的空气的折射率。(注意，局部压力和温度变化有时称为扰动，即使实际没有涉及扰动气流。)由于空气的很好特性的扩散，在两个波长的光路长度的测量结果可以提供去除在测量的光路长度上的空气扰动和空气密度中的其它变化的影响所需要的信息。空气和大多数其它材料类似，即，当测量束的波长减小时，其折射率增加。由于局部或者整体压力或者温度的变化，折射率差(折射率减一)在所有波长显示了相同的成比例变化。同样，诸如532nm和266nm之类的两个波长的折射率的差显示了等于在任何其它波长的折射率差变化的成比例变化。(对于这两个波长，折射率的差大约为18×10-6)
通过对比一个波长显示的光路长度和一个不同波长显示的光路长度，可以推断在任何其它波长的折射率差的变化，因此可以推断光路长度的变化。根据本发明的实施例，使用二次谐波干涉仪直接测量该通路长度差别。二次谐波干涉仪(SHI)是利用在该干涉仪的输入和输出两处的倍频。二次谐波干涉仪提供一种对两种颜色的光路长度进行精确比较的方法。
在本发明中使用的二次谐波干涉仪10在图2中显示。例如无源Q开关激光器的激光器11在例如532nm的第一波长提供束。在光路的输入处，光学倍频器12将一些输入束转变为与输入长波长束同相且具有半波长(倍频)的束。这样，如果输入的长波长束是532nm，则短波长束为266nm。这两个束在相同的通路上传播，但是以两个不同的颜色传播。在该通路的末端，使用第二倍频器13来将在通路中传播的较长波长的光转化为较短波长。这两个倍频器12、13提供在较短波长的两个束，其可以在接收器14中比较，以确定在共同的光路中的空气密度的变化。空气密度的该变化可以用来校正用于大气扰动的干涉测量系统IF中的任何其它测量波长(诸如633nm)。该接收器14包括分色镜19，以结合来自光路的该短波长束。
探测器模块通过高带宽模拟链路连接到解调单元15，该解调单元15又通过低带宽模拟链路连接到包括模数转换器的处理单元。该处理单元通过高速数字链路连接到该设备的剩余部分的数字控制系统16。
随着该二次谐波干涉仪的束被安装在目标物体上的镜子反射，使用一种双通结构，使得单个例如1-4mm薄的β-硼酸钡(BBO)块或者磷酸二氢钾块(KD*P)用作输入和输出束倍频器12、13。可以进行小的角度调整，以确保长波长束和短波长束的相位匹配。这就不需要恒温器来维持该倍频器的温度在周围温度以上。
激光器11最好是无源Q开关激光器，其提供532nm的束(可以在1064nm束中使用倍频器)和5到10kHz的脉冲重复率。这提供了很短的高峰值功率的脉冲，其加倍有效地进入UV，使得能够使用小型的倍频器，同时仍然确保有用的UV脉冲能量。无源Q开关使得可以使用小型的、低成本的激光器，且脉冲重复率比可能影响光路长度的空气扰动和其它扰动的变化高很多。合适的激光器可以从法国的Nanolase of Meylan获得。最好是单个透镜的准直器，以及在输出中提供线性偏光镜。为了使系统尽量紧凑，由单片光学元件来形成激光增益介质和腔。
图2示出了该二次谐波干涉仪10相对于干涉位移测量系统IF的结构，该干涉位移测量系统IF把测量束IF-B对准设置在衬底台WT的侧面上的镜子(通常称为镜子块)。原则上，二次谐波干涉仪应该提供给干涉位移测量系统IF的每一个测量束和参考束。然而，对于足够短和/或防止扰动的测量束可以省略该二次谐波干涉仪，在两个或者多个测量束靠近的地方，一个二次谐波干涉仪可以为两个或者多个测量轴提供校正。因为参考束通常是短的且很好防止扰动的束，所以它们通常不需要二次谐波干涉仪。
可以看出，包括激光器11和接收器14的模块在干涉位移测量系统IF附近定位，镜子17将该二次谐波干涉仪的束耦合到测量束IF-B的通路附近的通路，以及从测量束IF-B的通路附近的通路耦合。在用作倍频器12、13的非线性光学晶体和该台的镜子之间的是双频波片18。这里在短波长引入了四分之一波长的延迟，在较长波长引入全波长或者(零)延迟，使得在短波长产生了两个横向偏振的束。
在接收模块14中，入射的横向偏振的266nm束的偏振被半波片141转动，使得偏振面相对于布儒斯特片(棱镜)142、144的主平面为±45°。来自第一布儒斯特棱镜142的反射包含各266nm束的相等的、S偏振的部分。这两个束在第一探测器145处形成干涉信号。然而，透射束包含S偏振和P偏振的光。该透射的束从第一布儒斯特棱镜142出现，垂直于该棱镜的第二表面。在两个布儒斯特棱镜142、144之间的四分之一波片143将第一266nm束相对于第二266nm束增加90°相移。另外的S偏振光从第二布儒斯特棱镜144反射到第二探测器146上，在该第二探测器146处探测到干涉信号。该第二信号与第一干涉信号异相。剩余的束透射过该第一表面，且到达第三探测器147上。透射过该布儒斯特棱镜到达第三探测器147上的束主要是P偏振的。该第三束与在探测器145和146处的相位又不同的相位干涉。
在上述结构中，每个布儒斯特棱镜的第一表面以布儒斯特角取向，但是第二表面不需要，其还可以垂直于束。
当在测量通路中的空气的量变化时，这三个探测到的信号将在三维空间中描绘出椭圆形的通路。使用下面所述的简单校准顺序，来自接收器的这三个探测到的信号允许根据逐个脉冲来实时校正计算由大气引起的相位延迟。三个干涉信号的使用允许不依赖于第一和第二UV束的强度来计算相位延迟。
由二次谐波干涉仪测量的相位与在测量通路中的空气量直接成比例。由于在通路中的扰动、整体压力或者温度变化以及实际通路长度的变化使得相位产生变化。
因为该三通道的测量是正弦曲线的抽样，所以它们是周期性的。因为当实际通路长度变化时，二次谐波干涉仪的相位可以通过2π的倍数来改变，因此，需要计数器来追踪目前的相位值。
设置增益、调制度以及依赖于接收器的三个测量的每个的相对相位。使用校准顺序可以为每个接收器确定这些值。将台移动一小段距离，使得二次谐波干涉仪的相位通过2π。在各测量通道中记录的值可以处理为产生相对增益、调制度以及各通道的相位。使用该信息来确定3×3矩阵变换以及偏移矢量。这两个量将校准数据映射到以原点为中心的单位圆。
在操作期间，在校准期间确定的该3×3矩阵变换和偏移矢量应用到相应于单个激光脉冲的三个探测的信号。单个变换将接收的数据放入“单位圆”空间，且二次谐波干涉仪的相位通过使用反正切容易计算。信号的衰减不影响计算的相位。衰减只是将变换的数据在空间中朝着原点或者离开原点移动，这样的移动不影响反正切计算的结果。
当系统的温度和/或光学对准可能变化时，要重新进行该校准。重新校准之间的周期依赖于在台区域中的温度控制。
干涉位移测量系统IF和二次谐波干涉仪两者都计数条纹。在已有技术中，干涉位移测量系统的条纹计数乘以空气中的激光波长的估计值，以确定通路的长度(如在真空中测量的)，如下所述：
L＝λrNr
其中，
λr是测量束IF-B在空气中的波长，以及
Nr是在空气中的条纹计数。
因为该通路长度估计值使用从传感器获得的空气中的波长值，该传感器用来测量空气特性且不靠近测量通路，而且因为该估计值更新的速率比扰动的带宽要低，所以该通路长度估计值只是近似的。
在本发明的实施例中，通过将测量束IF-B的真空波长乘以空气中的条纹计数，使用该干涉位移测量装置的条纹计数来计算空气中的光路长度。然后，通过减去测量束IF-B的通路中实时测量的空气量，可以使用该二次谐波干涉仪来产生该光路长度在真空中的更好估计，如下所述：
L＝λrvNr-KλuNu    (1)
其中，
λrv＝(1+αr)λr是测量束IF-B的真空波长，
K＝αr/(αu-αg)是乘以二次谐波干涉仪系统的系数(注意，K为一对压力和温度不敏感的较好近似值)，
λu是二次谐波干涉仪的波长，
Nu是二次谐波干涉仪的条纹计数，以及
αr，αu，αg分别是在测量束IF-B的波长，以及二次谐波干涉仪的长波长和短波长的空气的折射率差。
在等式(1)中的各项包含“匀变”，其限定为空气对光路长度的影响。该匀变的影响可以从两项中去除。只要从两项中去除了相同的匀变，通过这样的匀变去除不会引入误差。
L＝λrNr-K(λuNu-P*λrNr)    (2)
其中，
P*＝αu-αg是由在二次谐波干涉仪的波长的空气特性确定的“匀变去除系数”。
这样的匀变去除的优势在于，来自二次谐波干涉仪的数据可以被低通滤波，以提高信噪比，且引起的扰动信号可以被送到台移动控制系统，而没有由于数据延迟产生重大的误差。此外，因为该扰动项(在上面的等式(2)中的第二项)较小(10nm或者更小)，在系数K中的小误差对测量的扰动有很小的影响。
为了避免引入误差，用来确定K、λr和P*＝αu-αg的信息应该一致。这意味着，系数必须同时更新，且应该用一致的信息来实施该更新。该系数可以从由温度、压力和湿度传感器提供的数据，或者从由干涉位移测量系统IF或者二次谐波干涉仪10提供的数据来更新。
影响二次谐波干涉仪的相位的大气现象在不同的时间阶段出现。整体压力和温度变化可以在以小时计的时间段出现。由工具或者加工中的事件引起的较小的“整体”压力变化可以在几分之一秒出现。在局部规模上的扰动主要出现在10Hz频率以下(取决于气流)。由于台的运动，空气柱的长度的变化比扰动要快，且在扫描的末端可以具有尖锐的不连续性。
扰动的有限带宽提供了一个机会，以通过过滤在激光脉冲重复频率(大约5kHz)处获得的二次谐波干涉仪的数据来充分增加该二次谐波干涉仪的精度。然而，过滤由于台的运动在二次谐波干涉仪的相位中产生的快速变化会引入误差。通过使用来自干涉位移测量系统IF的台的运动信息来去除台的运动的影响。通过插入台的位置可以确定在无源Q开关激光脉冲时的台的位置到达必需的精度。
如图2所示，干涉位移测量系统IF和二次谐波干涉仪10两者的束对准设置在目标物体的侧面上的镜子，在该实施例中该目标物体为晶片台。由于干涉测量系统IF的精度很强地依赖于该镜子的平整度(任何不平整将引起自由度之间的串扰)，所以该镜子通过金属化台的侧面来形成，其由微晶玻璃(Zerodur)或者类似的材料制成，且加工到高度的平整度。任何剩余的不平整度被映射且补偿到台的位置的计算中。为了防止金属化产生氧化和物理损害(例如，划擦)，有必要提供涂层，例如SiO2或者MgF涂层，且厚度为几百nm。
由于涂层材料在该二次谐波干涉仪中使用的长波长和短波长的不同折射率差，该涂层在该二次谐波干涉仪的长波长和短波长束中引入不同的相位延迟。如果不考虑该相位差，其作为相当大的误差出现在由该二次谐波干涉仪测量的光路长度中。该误差作为SiO2涂层的涂层厚度的函数在图3中显示。
如果涂层厚度在整个镜子的区域上是恒定的，那么对其校正是很容易的事情，即，从该二次谐波干涉仪的输出处减去恒定的值。然而，图3中示出了在该涂层厚度中的甚至较小的变化也导致在该二次谐波干涉仪的输出处的大误差。甚至1nm的厚度变化可以导致产生10nm的误差。根据本发明的一个方面，规定的涂层厚度选择为在该二次谐波干涉仪对涂层厚度的敏感性较低的区域，最好是敏感性为零的区域。可以看出，有几种SiO2涂层的厚度范围满足这样的标准，这些厚度以大约180nm的周期重复。它们是大约50、110或者170(+n×180)nm的厚度，其中n是非负整数。最好是170+n×180nm的规定厚度，因为对厚度变化的敏感性较低的该厚度的范围是最大的。
对于其它涂层材料的合适规定厚度范围可以凭经验确定，或者通过模拟试验确定。
对厚度变化的敏感性较低的规定厚度的选择可以结合厚度变化的校准或者映射和通过检查表的补偿，正如在干涉测量装置IF中为镜子的不平整实施的措施。
如上所述，倍频器12、13的短波长产生效率对它们相对于输入束的角度敏感。这是因为在倍频器中使用的非线性晶体在平行和垂直于它们的光轴处具有不同的折射率。该倍频器设置为一角度，使得它们在长波长和短波长的折射率相等，这样，该长波长和短波长束同相地传播，避免了在非线性晶体中的不同位置产生的短波长辐射之间产生破坏性的干涉。
根据本发明的一方面，该光学倍频器由一非线性晶体叠层制成，且相邻的晶体绕着入射辐射的方向旋转180°，如图4所示。这样的叠层减小了倍频器的角度敏感性，如图所示，一三块晶体叠层可以理论上具有完全的角度不敏感性，其中中间的晶体的厚度是两个外部晶体厚度的两倍。使用一很多等厚度的晶体叠层也可以获得类似的效果。
角度敏感性可以选择地校正或者另外在软件中或者通过主动的光束控制来校正。通过使用具有接近90°的相位匹配角度的非线性晶体，诸如KD*P，可以使该问题最小化。
实施例2
本发明的第二实施例使用光纤来将光引导到位于远处的探测器，该实施例与第一实施例相同，参考图5省略为如下所述。
该第二实施例解决这样的问题，即，用来测量二次谐波干涉仪的两个束之间的干涉图案的强度的光探测器在它们的表面上有不同的特性。这样，如果束的位置发生变化，它们的输出就会变化。由于在目标物体上的镜子中的不平整性，所以会出现这样的位置变化，该位置变化引起返回束的角度变化，从而引起在探测器上的干涉束的位置的变化，特别是在束的直径较小的地方。在该第二实施例中，探测器145-147设置在远处，通过光纤24-26将干涉束引导到探测器上。设置透镜21-23将干涉束引导到光纤24-26。
实施例3
在本发明的第三实施例中，使用45°的镜子来空间组合干涉位移测量系统的束和二次谐波干涉仪的束，该第三实施例与第一或者第二实施例相同，省略为如下所述。如果各束确实在遭受扰动的区域中的相同的光路中传送，该二次谐波干涉仪可以很精确地校正该干涉测量系统。
这些束使用分色镜组合，该分色镜透射干涉仪的束IF-B，但是反射二次谐波的长波长和短波长束。过去，使用定位在垂直于干涉仪的束IF-B附近的分色镜来最小化各束的偏振状态的扰动。然而，这样的结构占据相对大的体积，这是不方便的。
根据本实施例，在图6中所示的束组合器30包括定位成相对于干涉仪的束IF-B成45°处的用于组合三个束的分色镜31、在组合的束的通路中的三色波片32，以及在干涉仪的束通路IF-B的通路中的四分之一波片33。当通过分色镜时，该四分之一波片33将由干涉仪IF发出的圆偏振光转化为在S或者P方向上的线性偏振光。该三色波片32相对于二次谐波干涉仪的长波长束是半波片，相对于二次谐波干涉仪的短波长束和干涉仪束IF-B是四分之一波片。该三色波片确保了由目标上的镜子反射的返回束也只是P偏振或者S偏振。
该三色波片只需要确实位于该二次谐波干涉仪的短波长束的波长，在其它波长形成实际厚度的一些散射可以容忍。在二次谐波干涉仪的长波长的稍微偏移会引起第二次通过倍频器的效率增加，但是没有测量误差。在干涉仪的束IF-B的波长的稍微偏移会引起一些强度的损耗，但是又没有测量误差。合适的三色波片可以由石英或者MgF制成。
如果干涉测量系统IF发射线性偏振束，可以省略该四分之一波片33，这样可以将该干涉测量系统IF设置在干涉仪的输出处。
在图7中示出了不同的束组合器40。替代在组合束通路中的三色波片和在干涉仪的束通路中的四分之一波片，使用了两个校正的波片42、43。
波片42定位在二次谐波干涉仪SHI和分色镜41之间的通路中，且波片42在长波长的束中给予接近0的延迟，在短波长束中给予1/4λ+φ1的延迟。波片43定位在干涉仪的束IF-B的通路中，且给予1/4λ+φ2的延迟。φ1和φ2是为分色镜上的涂层确定的校正延迟。
虽然上面描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以不同于所述的内容来实施。例如，由于温度变化、压力变化、湿度变化和扰动(“天气”)，上述的二次谐波干涉仪用来校正干涉位移测量系统输出。然而，所述的二次谐波干涉仪还可以用作独立于和/或远离干涉位移测量系统的温度、压力等的传感器。本说明书不是意在限制本发明。在1/pλ波片使用的地方，当然也可以使用(1/p+q/2)λ波片，其中q是正整数。

Claims (3)

1.一种光刻投影设备，其包括：
用于提供辐射投影束的辐射系统；
用于支撑构图装置的支撑结构，该构图装置用于根据所需图形来对投影束构图；
用于保持衬底的衬底台；
用于将构图的束投影到衬底的目标部分上的投影系统；
用于测量目标物体的位移的干涉测量系统，其为所述设备的一个部件；
用于沿着光路测量大气条件的二次谐波干涉仪，所述大气条件可以影响所述干涉测量系统的测量；
响应于所述二次谐波干涉仪的控制系统，用于对所述干涉测量系统的测量进行校正；
其特征在于：所述干涉测量系统和所述二次谐波干涉仪的测量束对准所述目标物体上的相同的镜子，且被所述目标物体上的相同的镜子反射；以及
所述目标物体上的所述镜子设置有具有规定厚度的保护涂层，使得所述二次谐波干涉仪的测量相对于在所述涂层的厚度的变化的敏感性最小化。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：所述规定厚度T满足下述条件之一：
T＝(50±10)nm+(p×λu/ncoating)，
T＝(110±10)nm+(p×λu/ncoating)，或者
T＝(170±20)nm+(p×λu/ncoating)
其中，p是非负整数，λu是该二次谐波干涉仪的短真空波长，ncoating是该涂层在λu的折射率。
3.根据权利要求1或者2所述的设备，其特征在于：所述涂层由SiO2制成。
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