CN1542554A - 光刻装置，设备制造方法和角编码器 - Google Patents
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Abstract
在光刻投影装置中，用于测量投影系统PL相对于参考系RF的位置的测量系统包括相对于用于测量衬底台座WT位置的测量系统中对应传感器而刚性安装的传感器。角编码器将来自靶41的光向下发送到对倾斜具有相反敏感性的两条光路中，用该角编码器测量投影系统PL围绕其光轴的旋转。
Description
技术领域
本发明涉及光刻投影装置和设备制造方法。
本发明也涉及角编码器。
背景技术
光刻装置是一种将所希望的图案施加到衬底靶部分上的机器。光刻装置能够用于，例如，集成电路(IC)的制造。这种情况下，可以使用构图装置，例如掩模产生对应于IC各层的电路图案，并且该图案可以在具有一层辐射敏感材料(抗蚀剂)的衬底(如硅晶片)的靶部分(如包括一个或者几个管芯的一部分)上成像。通常，单个衬底包含被连续曝光的邻接靶部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的步进器，其中通过将整个图案在靶部分上一次曝光而使每个靶部分受到辐射；以及所谓的扫描器，其中通过投影束沿给定的方向(“扫描”方向)扫描图案，同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描衬底，每个靶部分因此受到辐射。
在已知的进行扫描曝光的光刻投影装置中，为了在扫描期间控制台的位置，要测量掩模台和衬底台相对于投影系统(透镜)的位置。在实际中，使用安装在刚性参考系上的干涉仪来测量这些位置，投影透镜系统刚性地连接到该参考系上。然而，在想要使用EUV辐射作为曝光辐射投影的光刻投影装置中，将投影系统，即具有正放大率的镜面系统以相对于参考系的六个自由度适应性安装，否则，对透镜动态特性的要求将会非常繁琐。这一点对于其他类型的光刻装置也同样适用。因此，有必要测量投影系统相对参考系的位置，以及台座相对参考系的位置。要做到这点需要方便的设置。
发明内容
本发明的目的是提供一种光刻装置，它具有用于测量投影系统相对于参考系位置的改进设置。
根据本发明，所提供的光刻投影装置包括：
-提供投影辐射束的辐射系统；
-支承构图设备的支承结构，该构图设备用于根据所需图案将投影束构图；
-支持衬底的衬底台座；
-将构图的束投影到衬底的靶部分上的投影系统；
-参考系；以及
-用于测量所述衬底台座相对于所述参考系的位置和/或位移的第一测量系统，所述测量系统包括多个安装在所述参考系上的、并且具有各自测量轴的第一传感器。其特征在于：
-用于测量所述投影系统相对于所述参考系的位置和/或位移的第二测量系统，所述测量系统包括多个安装在所述参考系上的、并且具有各自测量轴的第二传感器，
-其中第二测量系统中至少一个传感器具有穿过所述投影系统的一个不变点的测量轴。
通过测量在穿过不变点的测量轴上投影系统的位置，投影系统围绕该不变点的旋转不会引起图像的平移，必要的校正计算得到简化并且必要的传感器数目能够减少。
该不变点位于投影系数的物场或像场的中心，并且可以形成控制该装置所用的坐标系的原点。
优选地，第二测量系统包括三个沿穿过所述不变点的测量轴进行测量的线性传感器。以这种方式，获得了所有线性自由度的优点。以这种设置，如果构图设备刚性地或者通过伺服机构连接到投影透镜、并且投影透镜柔性地连接到参考系上，则还希望有传感器用于测量围绕投影系统光轴的旋转。
优选地，所述第二测量系统的至少一个传感器具有对应于第一测量系统的测量轴的测量轴，并且相对于第一测量系统对应的传感器刚性地安装。有的情况下，第一和第二测量系统的测量轴并不精确平行。这时，如果它们处于包含Z轴的同一个平面内，则可以认为这两个轴相一致。
优选地，将第二测量系统的传感器(测量投影系统的位置，主要测量给定的自由度)以高硬度刚性地安装在参考系上，也即，相对于第一测量系统的传感器(测量衬底台座的位置，主要测量相应的自由度)，传感器的设置可以更加紧凑，并且传感器之间的串扰可以最小化。因此，可以减少每个系统中对于传感器相对位置稳定性的要求。
更优选地，将一自备组传感器安装在单个刚性架上。自备组传感器不需要参考其他传感器的位置或者位移以便提供其测量。因此，例如，如果通过两个间隔的线性干涉仪以平行于X方向的束测量Rz，则两个干涉仪都将安装在单个刚性架上。当然，干涉仪模型可以考虑环境传感器的输出，如温度、压强、湿度，其不必安装在刚性架上。
应注意的是，并不是传感器所有的部件都需要与参考系或者与其他测量系统中对应的传感器刚性连接；仅仅是关键部件，例如干涉仪和用于提供干涉仪测量系统的测量束的器件或者编码器型探测器的编码器头才需要安装在参考系上。传感器的其他部件，特别是可能产生热量、振动或者电噪声的部件，如果可能的话，可以位于远处。
优选地，主要用于测量X、Y和Z三个平移自由度的第二测量系统的传感器刚性地连接到第一测量系统中它们的对应部件。可以理解，由于本发明实施例中对体积以及布局的限制，因此不可能将传感器定位成使它们的测量轴精确平行于该装置的参考系的轴，因此，事实是给定的传感器“主要”测量一个自由度，但是它的输出要利用其它传感器的输出来校正，来补偿它的测量轴不精确平行于参考系的轴这一事实。
优选地，通过直接测量角度的传感器来测量投影系统围绕其光轴的旋转。
根据本发明的另一方面，提供了一种设备制造方法，包括以下步骤：
-在衬底台座上提供至少部分覆盖了一层辐射敏感材料的衬底；
-使用辐射系统提供投影辐射束；
-使用构图装置使投影束具有其横截面的图案；
-使用投影系统在辐射敏感材料层的靶部分上投影图案化的辐射束；
-使用第一测量系统测量所述衬底台座相对于参考系的位置和/或位移，该第一测量系统包括多个安装在所述参考系上的、并且具有各自测量轴的第一传感器；
其特征在于，还包括以下步骤：
-使用第二测量系统测量所述投影系统相对于参考系的位置和/或位移，该第二测量系统包括多个安装在所述参考系上的、并且具有各自测量轴的第二传感器；并且其中
-第二测量系统的至少一个传感器具有与第一测量系统的传感器的测量轴相对应的测量轴，并相对于第一测量系统对应的传感器刚性地安装。
本发明还提供角编码器，包括：
-靶
-光学模块，包括：引导光从所述靶进入第一和第二光路的第一分束器；位于所述光路至少一个中的光学元件，由此所述光路其中之一和所述光路中的其他相比，具有相反的倾斜敏感性；以及将来自所述第一和第二光路的光重新组合并投影所述靶的两个重叠图像的装置；
-由此所述靶和所述光学模块的相对旋转引起所述两个重叠图像的相对运动。
本设置提供了指示靶和光学模块相对旋转的单一信号，而不是之后必须处理以给出角度指示的代表线性运动的两个信号。该设备的敏感性也不受限于可在两个线性测量之间所提供的臂，相反，两条光路相反的角度敏感性用于放大该信号。
优选地，靶是光栅，因此在重叠图像上形成莫尔效应。光学元件可以包括具有五边形横截面的棱镜，其中沿一条光路传播的束经过两次内部反射并与自身交叉。
尽管在本文中，具体涉及了制造IC中使用的光刻装置，但是应该理解此处所述的光刻装置可具有其它应用，例如，它可用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，在这种可替换的用途中，此处使用的任何术语“晶片”或者“管芯”应认为分别是更普通的术语“衬底”或“靶部分”的同义词。这里提到的衬底，可以在曝光之前或者之后在例如轨道(一种典型的在衬底上涂布抗蚀剂并且将曝光的抗蚀剂进行显影的工具)或度量或检查工具上进行处理。在可适用的情况下，此处公开的内容可以应用于这些和其他衬底处理工具。此外，例如，为了产生多层IC，可以对衬底进行多次处理，因此这里使用的术语衬底还可以是指已经包含多个处理层的衬底。
此处，使用的术语“辐射”和“束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有365、248、193、157或者126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围中的波长)，和粒子束，如离子束或者电子束。
这里使用的术语“构图设备”应广义地解释为能够赋予投影束其截面图案，以便在衬底的靶部分中产生图案的设备。应指出的是，赋予投影束的图案可以不和衬底的靶部分中期望的图案完全对应。一般地，赋予投影束的图案与在靶部分中形成的器件(如集成电路)中的特殊功能层相对应。
构图设备可以是透射型或者反射型。构图设备的例子包括掩模，可编程镜面阵列，和可编程LCD板。掩模在光刻领域众所周知，掩模类型包括如二元型、交替相移型、和衰减相移型，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列的一个例子是采用小型镜面矩阵排列，其每一个可以单独地倾斜从而以不同的方向反射入射束；以这种方式，反射束形成图案。构图设备的每个例子中，支承结构可以是例如框架或者台座，它能够按照要求固定或者可移动，并且可以确保构图设备处于比如相对于投影系统的期望位置。这里使用的任何术语“掩模板(reticle)”或者“掩模”应认为是更普通的术语“构图设备”的同义词。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统、和反射折射光学系统，只要适用于例如所使用的曝光辐射，或者如使用浸液或者使用真空的其他因素。这里使用的术语“透镜”应认为是更普通的术语“投影系统”的同义词。
照明系统也可以涵盖各种类型的光学组件，包括用于对投影辐射束引导、整形和控制的折射、反射、以及反射折射光学组件，并且这种光学组件在下文还可以笼统或者特别地称作“透镜”。
光刻装置可以是具有两个(双台)或者多个衬底台座(和/或两个或者多个掩模台座)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加台座，或者可以在一个或者多个台座上进行准备步骤，而一个或者多个其他台座用于曝光。
光刻装置还可以是另一种类型，其中衬底用折射率相对高的液体(如水)浸渍，使其充满衬底和投影系统的最终元件之间的空间。还可以在光刻装置的其他空间施加浸液，例如，在掩模和投影系统的第一元件之间。浸渍技术在本领域是众所周知的用于增大投影系统的数值孔径。
附图说明
下面将仅仅以示例的方式，参照下面的附图描述本发明实施例，其中：
图1示出根据本发明第一实施例的光刻投影装置；
图2和3分别示出具有-M和+M放大率的投影系统的不变点；
图4是表示本发明第一实施例中传感器的测量轴的图；
图5是表示本发明第二实施例中传感器的测量轴的图；
图6是表示本发明第三实施例中传感器的测量轴的图；
图7是表示本发明第四实施例中传感器的测量轴的图；
图8是表示本发明第五实施例中传感器的测量轴的图；
图9是表示本发明第六实施例中传感器的测量轴的图；
图10是表示本发明第七实施例中传感器的测量轴的图；
图11是表示本发明第八实施例中传感器的测量轴的图；
图12是表示本发明第九实施例中传感器的测量轴的图；
图13是根据本发明的角编码器的图；以及
图14示出了用于测量投影系统的光轴的Z位置的设置。
这些图中相应的附图标记代表相应的部件。
具体实施方式
实施例1
图1示意性地示出根据本发明具体实施例的光刻装置。该装置包括：
- 照明系统(照明器)IL，用于提供投影辐射束PB(例如UV或者EUV辐射)；
- 第一支承结构(如掩模台座)MT，用于支承构图设备(如掩模)MA，并与用于将该构图装置相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；
- 衬底台座(如晶片台座)WT，用于支持衬底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与用于将衬底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；和
- 投影系统(例如反射型投影透镜)PL，用于将通过构图装置MA赋予投影束PB的图案成像在衬底W的靶部分C(例如包括一个或多个管芯)上。
如这里所述，该装置为反射型(如采用前面提到的反射掩模或者可编程镜面阵列)。作为另一个选择，该装置可以为透射型(如采用透射掩模)。
照明器IL从辐射源SO接收辐射束。例如，源为等离子体放电源时，源和光刻装置可以是分开的实体。这种情况下，不认为源是构成光刻装置的一部分，并且，借助于包括如合适的聚光镜在内的辐射集光器和/或光谱纯度过滤器，辐射束通常从源SO传递到照明器IL。其他情况下，源可以是构成该装置的一部分，例如当源为汞灯时。可以把源SO和照明器IL称作辐射系统。
照明器IL可以包括用于调整束的角强度分布的调整装置。一般地，能够调整照明器光瞳平面内强度分布的至少外径和/或内径范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。照明器提供调节过的辐射束，称作投影束PB，其截面上具有期望的均匀性和强度分布。
投影束PB入射到支持在掩模台座MT上的掩模MA上。经掩模MA反射后，投影束PB穿过透镜PL，该透镜将束聚焦于衬底W的靶部分C。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF2(如干涉仪设备)，能够精确地移动衬底台座WT，例如，以便将不同的靶部分C定位于束PB的路径中。类似地，例如在从掩模库中的机械式取出后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和位置传感器IF1将掩模MA相对于束PB的路径进行精确定位。一般地，借助于构成定位装置PM和PW一部分的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台座MT和WT的移动。可是，在步进器的情况中(与扫描器不同)，掩模台座MT可只与短冲程激励器连接或者固定。使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2，可以对准掩模MA和衬底W。
所示的装置可以按照下面优选模式使用：
1.在步进模式中，掩模台座MT和衬底台座WT基本保持不动，而赋予投影束的整个图案一次性地(即单次静态曝光)投影到靶部分C上。然后衬底台座WT沿X和/或Y方向移动，以便将不同的靶部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的靶部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，掩模台座MT和衬底台座WT同步进行扫描，同时，赋予投影束的图案被投影到靶部分C上(即单次动态曝光)。衬底台座WT相对于掩模台座MT的速度和方向是由投影系统PL的放大(缩小)率和图像反转特性决定的。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中靶部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了靶部分的高度(扫描方向上)。
3.在另一模式中，掩模台座MT基本保持不动地支持可编程构图设备，并将衬底台座WT移动或者扫描，而将赋予投影束的图案投影到靶部分C。在该模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在每次衬底台座WT移动之后或者在扫描期间连续的辐射脉冲之间，将可编程构图设备按要求更新。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程构图设备的无掩模光刻中，例如上面所述的可编程镜面阵列的类型中。
也可以使用上述模式的组合和/或变化，或者使用完全不同的模式。
图2和图3分别示出具有-M和+M(M＜1)放大率的投影系统的倾斜不变点的位置，以及其中衬底和构图装置的测量系统刚性地附着到参考系，并分别测量衬底和构图装置相对于投影系统底部和投影系统顶部的位置。投影系统围绕倾斜不变点的旋转不会导致图像平移。相对于倾斜不变点的平移会引起图像位移。围绕远离倾斜不变点的点的旋转可以分解为围绕倾斜不变点的旋转和平移，之后能将它们补偿。例如，M可以是1/4。具有倒像放大率(有时称作负放大率)，如图2所示，倾斜不变点ip在投影系统PL内部，且通过将参考束定位于衬底和掩模台座上面和下面的适当距离，H WS和H RS，可以制作用于测量衬底和掩模台座相对于投影系统PL位置的基于干涉仪的系统，以便自动考虑投影系统的某些刚体运动。然而，如图3所示，对于非倒像系统(正放大率)来说，倾斜不变点在衬底台下面，因此无法使用相同的设置，除非能够将参考束在掩模台座上方或者在衬底台座下方对准投影系统，也即投影系统的部分必须在掩模和衬底台座上方和下方延伸，而这是不实际的。这还应用于系统——无论是倒像、非倒像、还是在一个方向上倒像并在其他方向上非倒像——具有附着到投影透镜端部的构图设备或者衬底测量系统。因此，有必要单独测量投影透镜的位置和/或位移，并计算图像位置中的任何移动的效果，然后能够考虑这些因素来控制曝光期间的掩模和衬底台座的位置。下面将参照图4描述用于实现上述的传感器的设置10。
参考系和测量系统的其他设置可以具有其他倾斜不变点。例如，如果投影系统是非刚性地耦合到带有两个测量系统的参考系上——一个用于测量衬底或者构图设备相对于框架的位置，一个用于测量投影系统相对于框架的位置——那么在像场或者物场的中心将存在一个倾斜不变点。具有三个测量系统可以确定两个不变点。
应该注意，投影系统PL及其框架(如下可称作投影光学盒)并非刚性地连接到参考系。相反，存在如具有频率约30Hz的适应性连接，并允许例如100nm数量级的位移。之后进行从投影系统PL和目标台座WT、MT的位置的参考系中采取的测量。
在这个实施例中，衬底台座WT和投影系统PL底部的位置的测量相对于笛卡尔(XYZ)坐标系进行，该坐标系原点在投影系统PL的光轴和它的焦平面相交处。图4用环形示出了下方的不变点ip1。如图所示，利用安装在传感器块11、12和13上并且具有测量轴Sx、Sy、Sz1、Sz2和SRz的传感器，在X、Y和Z三个平移方向以及围绕Z轴的旋转方向即Rz测量衬底台的位置和取向。由于不方便设置经过原点的Z测量轴，故使用了两个Z轴测量传感器。传感器块11、12和13是参考系RF中是非常稳定的部件。例如，可以由低CTE材料，如ZerodurTM、ULETM、ClearCeramTM、Invar等的嵌入物在参考系内形成传感器块。如果采用了有效稳定(温度控制)，还可以使用其他构成材料如不锈钢、铝。如果参考系的热时间常数显著长于物像偏移的校准时间，或者如果使用前馈模型预测由热引起的偏移的话，还可以使用其他的材料。
同时，测量掩模台座MT和投影系统PL的顶部相对于笛卡尔坐标系的位置，该坐标系原点在投影系统的光轴上且在标称的物平面内。使用具有测量轴Mx、My、Mz1和Mz2的传感器，以类似于测量衬底台座WT位置的方式来测量掩模台座MT的位置。如下面的例子所述，掩模台座围绕Z轴的旋转(MRz)可以通过结合两个Y测量或者以角编码器提供。
投影系统的底部上，提供了一组传感器10用于测量投影系统PL相对于下方的不变点ip1的位置。这些传感器有L1到L6六个测量轴，它们成对分组：L1/L4、L2/L5、L3/L6。每对测量轴中之一，即L1、L2、L3穿过下方的原点ip1，同时适宜地，每对测量轴中另一个，即L4、L5、L6基本上正交。因而能够将来自这些传感器的信号结合在一起确定投影系统PL底端相对于下方不变点ip1的位置。这些传感器可以包括三个二维(或者三对一维)编码器，这些编码器在相隔大约120°的位置上安装在参考系RF上。
投影系统PL的顶部上，提供了类似的设置，具有测量轴L7到L12的传感器。它们也成对，每对中的一个测量轴穿过上方的不变点ip2(图4中环形)，并且每对中另一测量轴基本上与每对中的第一个测量轴正交。
显然，上面所述的系统有相当多的测量冗余，其可以被精简。
实施例2
如下所述，在本发明的第二实施例中，其同第一实施例一样，使用了单个参考系。
图5示出投影系统PL底部上的设置——其基本上和第一实施例一样，具有安装在传感器块21、22、23上的传感器20。然而，投影系统PL顶部没有安装传感器，代替地，用安装在投影透镜上的干涉仪(未示出)来测量掩模台座的位置。这种设置减少了冗余的传感器数目，但测量的精确度依赖于掩模级和衬底级之间的、穿过参考系的相对长的路径。因此必须进一步减少参考系的温漂和动态运动。
实施例3
如下所述，同本发明的第一实施例一样，本发明的第三实施例中，用于测量投影系统位置的传感器刚性地且热稳定地相对于相应的衬底台座位置传感器进行安装。
如图6所示，通过以实施例1中相同的方式设置的具有测量轴Sx、Sy、Sz1Sz2和SRz的传感器，测量在X、Y、Z和Rz中的衬底台座位置。
图6还示出了通过具有测量轴L1到L4的传感器来测量投影系统PL在相同的4个自由度上的位置和取向。轴L1由装在测量块32上的传感器测量，用于测量Y方向中衬底台座位移的传感器安装在该测量块上，并主要测量投影系统PL在Y方向的位移。测量轴L1必要地倾向于Y方向，因此该测量部分地依赖于Z位移，根据参考轴L2和L3上的测量将这个位移减掉。同样，在测量轴L2和L3进行测量的、主要测量X和Z方向上位移的传感器安装在传感器块31和33上，其上还安装有用于测量衬底台座X和Z位移的传感器。测量轴L4直接测量投影透镜关于Z轴的旋转角度，它由安装在传感器块32上的传感器测量，衬底台座的Rz移动的传感器也连接在传感器块32上。下面描述适于这种测量的角编码器。
采用这种设置的传感器，将用于投影系统位置的传感器安装在投影系统底部的平面内并靠近衬底台座位置传感器的平面。可以使用有效范围与分辨率的比率在103到104范围内的传感器，这意味着可以使用各种传感器，如干涉仪或者编码器(线性或者2D)。
可以理解，如果投影透镜系统相对于参考系在给定方向(如Rx、Ry)的移动可以假定足够小，那么可以忽略该方向上的测量。
实施例4
如下所述，同第三实施例一样，本发明的第四实施例使用用于测量投影系统PL位置和/或位移的传感器的改进设置。图7示出了不同的设置40。
本发明的第四实施例中，测量轴L1和L4和第三实施例中一样。但是，作为代替，用于测量轴L2的传感器安装在附着了衬底台的Y传感器的传感器块42上，和用于测量轴L1的传感器隔开。因此测量轴L1和L2用于测量投影系统的Y和Z位置。用于测量轴L3的传感器安装在载有衬底台座的X传感器的传感器块41上，并且校正Z位移，提供信息以便投影系统在X方向上移动。因此，将用于测量Y和Z两个线性自由度的传感器结合在单个传感器块上，使得不再需要在传感器块43上定位投影系统传感器，其中传感器块43载有用于衬底台座的第二Z传感器。这样使得传感器的设置更加紧凑，并且允许了附加的设计自由度。这样的设置也使得对参考系的热漂移和动态特性具有更低的敏感度。
实施例5
如下所述，同第三实施例一样，本发明的第五实施例省略了某些测量，并且可以用于投影系统预期很小的相应运动的场合。
如图8所示，传感器系统50包括同实施例3一样的衬底台座位置传感器。这些用于投影系统的位置传感器安装在传感器块51、52上，相应的衬底台座传感器也安装在传感器块51、52上，但是仅仅分别使用测量轴L2、L1和L3测量投影系统的X、Y和Rz移动。不需要进行投影系统的Rx、Ry和Z的位置测量，因此，本实施例只是应用于这些方向的移动可以假设为足够小的场合。
实施例6
本发明的第六实施例是基于第五实施例，但是附加地测量了投影系统Rx和Ry位置。
从图9可以看出，第六实施例和第五实施例相同，除了传感器系统60额外包括测量轴L5和L6，其在Z上和轴L1和L2隔开的位置上测量投影系统的X和Y移动，因而可以用于得出Rx和Ry上投影系统的移动的测量。这些相应的传感器分别装在传感器块61、62的刚性延伸64、65上。如图11和12所示，通过提供两个对准附着到投影透镜任一侧的镜面的测量轴Sz1和Sz2，可以包括Z透镜测量。
实施例7
如图10所示，同第三实施例一样，下面所述的本发明第七实施例使用传感器的另一个可选择的设置70用于投影系统测量。
在第七实施例中，使用干涉仪测量投影系统PL的平移自由度。测量轴L1和L2向XY平面倾斜并且由干涉仪测量。该干涉仪将束分别从传感器块72和71引导到安装在参考系的延伸(未示出)上的镜面。传感器块72还载有组件以将干涉仪束导向关于投影系统中心对称的两个位置，从而对投影系统的Z位置进行不同的测量。
实施例8
同第一实施例一样，下面所述的本发明第八实施例采用用于校正衬底与X中投影系统位置测量的轴之间的阿贝臂的传感器系统80。本实施例中，从参考系到投影透镜和衬底台座测量X、Y、Rz和Rx，同时在投影透镜和台座之间直接测量Z和Ry。
图11示出传感器系统80，该系统采用同实施例1中一样的衬底台位置测量系统。
该投影系统测量系统具有分别用于Y和X的测量轴L1和L2，以及用于Rx和Rz的轴L3和L4。
轴L1、L3和L4由安装在传感器块82上的传感器测量，该传感器块还安装有用于测量衬底台座Y和Rz位置，即Sy和SRz的传感器。这些传感器包括具有对准于安装在投影系统PL上镜面的束的干涉仪。为了布局方便，这些镜可以在投影系统PL底部的下方延伸。用于Rx和Rz的干涉仪包括两束，每束(用空心箭头表示)对准在正交于其测量旋转所围绕的轴的方向中间隔位置上的镜面。
轴L2由安装在传感器块81上的干涉仪测量，该传感器块81还安装有用于衬底台座测量轴Sx1、Sx2的传感器，其测量衬底台的Ry。干涉仪方便地将其束对准于用于衬底台座Z测量的水平镜85、86之一。这两个Z轴测量相对于投影光学盒的衬底台的Ry。镜85和86固定在投影光学盒上，而传感器块81、82和83固定在参考系上。
为了校正阿贝臂，使用已知的将投影光学盒围绕Y轴旋转，即Ry-POB。X上的变化由Ry-POB和阿贝臂的乘积给出，也即是从测量轴L2到像场中心的Z上的距离。
这种设置中，所有干涉仪区域是正交的，这简化了位置信息的计算并避免了自由度之间的串扰。
实施例9
本发明的第九实施例和第四实施例类似，除了用于衬底台座Z测量的参考镜安装在投影系统PL上之外。
图12示出传感器设置90。对于衬底台座位置测量，用于测量轴Sx和Sz1的传感器附着到传感器块91上，用于SRz和Sy的传感器附着到传感器块92上，用于Sz2的传感器附着到传感器块93上。这些用于投影系统测量轴L1、L2和L4的传感器附着到传感器块92上，且L3附着到传感器块91上。传感器块91、92和93都固定在参考系上，而镜面94和95固定到投影光学盒上。
角编码器
图13示出在上述实施例中、并在光刻和以及其他技术领域的其他应用中可使用的角编码器。
编码器包括安装在将测量其相对角位置的两部分上的光学模块100和靶101。注意编码器测量相对角度的变化，对于绝对角度的测量则需要校准。例如，可以将靶101安装在投影系统上，光学模块100安装在参考系上，或者反之亦然。在本实施例中，靶101是光栅，或者是从后面照射的透射型光栅、或者是前面照射的反射型光栅。来自光栅的光进入光学模块100，光在其中由第一分束器102分成沿两条光路传播。第一光路中的光直接传递到重新组合两条光路中的束的第二分束器103。第二光路由第三分束器104折叠，并在通过第二分束器103与第一光路重新组合之前穿过棱镜105。棱镜105横截面为五边形，设置其使得跟随第二光路的束在棱镜中经过两次内部反射并与自身交叉。
从图中可以看出，实线轨迹代表光栅101处于实线所示位置的情形，虚线轨迹代表光栅处于虚线101’所示位置的情形，比较这两种情形，第一和第二光路对靶101和光学模块100之间的相对角运动(倾斜)具有相反的敏感性。因而，当通过适当的光学元件(未示出)将来自两条光路中的束聚焦到靶的像上时，由两条光路产生的靶的像将以相反的方向移动。在重叠的图像中形成莫尔图案，并且该图案可以容易地检测出来，由此测量靶与光学模块之间的倾斜改变和倾斜。
投影系统Z运动的测量
图14示出了用于测量投影系统的光轴的Z位置的设置。它可以用于本发明上述任何一个实施例中。输入/输出束201提供至平面镜、具有内部参考镜的双束干涉仪202。将测量束沿测量束路径209引导，其中棱镜203引导束改变90°进入安装在投影透镜上的角隅棱镜204，并且将返回束引导回测量路径209。弯曲镜205以90°将束引导至1/4波片207，之后到达装在投影透镜上的反射镜208。角隅棱镜204和反射镜208都安装在距点划线所示的光轴距离为1的位置上。干涉仪202、棱镜203和弯曲镜205均安装在和参考系相连的子框架SF上。
上面已经描述了具体的实施例，可以理解，本发明可以与不同于所述的方式来实施。例如，已经描述了用于测量衬底台座位置和/或位移的传感器的各种不同的设置，也可以采用适当的变形方式来应用这些设置，以便测量掩模台座的位置和/或位移。所记载的内容不意味着对本发明作出限制。
Claims (20)
1.一种光刻投影装置，包括：
-提供投影辐射束的辐射系统；
-支承构图设备的支承结构，该构图设备用于根据所需图案将投影束进行构图；
-支持衬底的衬底台座；
-将构图的束投影到衬底靶部分的投影系统；
-参考系；以及
-用于测量所述衬底台座相对于所述参考系的位置和/或位移的第一测量系统，所述测量系统包括多个安装在所述参考系上、并且具有各自测量轴的第一传感器，其特征在于：
-用于测量所述投影系统相对于所述参考系的位置和/或位移的第二测量系统，所述测量系统包括多个安装在所述参考系上、并且具有各自测量轴的第二传感器，
-其中第二测量系统中至少一个传感器具有穿过所述投影系统的不变点的测量轴。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述投影系统是非倒像的。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述的第二测量系统包括三个沿穿过所述不变点的测量轴进行测量的线性传感器。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述三个线性传感器中的第一个和第二个刚性地安装到间隔位置处的同一装配上。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中所述三个线性传感器是线性编码器。
6.根据权利要求3、4或者5所述的装置，其中所述的第二测量系统还包括直接测量角的传感器。
7.根据权利要求3、4、5或者6所述的装置，其中所述第二测量系统还包括三个另外的传感器，每个传感器的测量轴基本上正交于所述三个线性传感器中相应一个的测量轴，从而构成能够测量六个自由度的测量系统。
8.根据前面权利要求中任何一个所述的装置，其中所述第二测量系统中的至少一个传感器具有和第一测量系统的测量相对应的测量轴，并且相对于第一测量系统的相应传感器刚性地安装。
9.根据权利要求8所述的装置，其中主要测量三个平移自由度X、Y和Z的第二测量系统的传感器稳定地连接到第一测量系统中其相应的对应部件。
10.根据权利要求8或者9所述的装置，其中相对于第一测量系统中对应部件而稳定地安装的第二测量系统的传感器安装在相同的材料块上作为其对应部件。
11.根据权利要求10所述的装置，其中所述材料是具有低热膨胀系数的材料，如ZerodurTM、ULETM、ClearCeramTM等。
12.根据权利要求9所述的装置，其中相对于第一测量系统中对应部件而稳定地安装的第二测量系统的所述传感器安装在提供了有效温度稳定的子框架上。
13.根据权利要求8到12任一所述的装置，其中所述第二测量系统包括主要用于在Y方向测量的传感器，并且该传感器刚性地安装在用于在Y方向测量衬底台座位置的第一测量系统的传感器上，还包括主要用于在X和Z方向上测量的两个传感器，并且这两个传感器刚性地连接到在X和Z方向测量的第一测量系统的传感器上。
14.根据权利要求8到12任一所述的装置，其中所述第二测量系统包括主要用于在X方向测量的传感器，并且该传感器刚性地安装在用于在X方向测量衬底台座位置的第一测量系统的传感器上，还包括主要用于在Y和Z方向上测量的两个传感器，并且这两个传感器刚性地连接到在Y方向测量的第一测量系统的传感器上。
15.根据权利要求8到12任一所述的装置，其中所述第二测量系统包括主要用于在Y方向测量的第一干涉仪，并且该第一干涉仪刚性地安装在用于在Y方向测量衬底台座位置的第一测量系统的传感器上，还包括主要用于在X方向上测量的第二干涉仪，并且该第二干涉仪刚性地连接到在X方向测量的第一测量系统的传感器上，以及单纯在Z方向上测量的第三干涉仪，该第三干涉仪刚性地连接到在Y方向测量的第一测量系统的传感器上。
16.根据前面任一权利要求所述的装置，其中所述第二测量系统包括角编码器，包括：
-靶；
-光学模块，包括：用于引导光从所述靶进入第一和第二光路的第一分束器；位于所述光路至少一个中的光学元件，由此所述光路其中之一和所述光路中的其他相比具有对倾斜的相反敏感性；以及将来自所述第一和第二光路的光重新组合并投影所述靶的两个重叠图像的装置；
-由此所述靶和所述光学模块的相对旋转引起所述两个重叠图像的相对运动。
17.一种设备制造方法，包括以下步骤：
-在衬底台座上提供至少部分覆盖有一层辐射敏感材料的衬底；
-使用辐射系统提供投影辐射束；
-使用构图装置使投影束具有其横截面的图案；
-使用投影系统将构图的辐射束投影在辐射敏感材料层的靶部分上；和
-使用第一测量系统测量所述衬底台座相对于参考系的位置和/或位移，该第一测量系统包括多个安装在所述参考系上、并且具有各自测量轴的第一传感器；其特征在于，还包括以下步骤：
-使用第二测量系统测量所述投影系统相对于参考系的位置和/或位移，该第二测量系统包括多个安装在所述参考系上、并且具有各自的测量轴的第二传感器；并且其中
-第二测量系统的至少一个传感器具有与第一测量系统的传感器的测量轴相对应的测量轴，并相对于第一测量系统的对应传感器刚性地安装。
18.一种角编码器，包括：
-靶；
-光学模块，包括：用于引导光从所述靶进入第一和第二光路的第一分束器；位于所述光路至少一个中的光学元件，由此所述路径其中之一和所述光路中的其他相比，具有对倾斜的相反敏感性；以及将来自所述第一和第二光路的光重新组合并投影所述靶的两个重叠图像的装置；
-由此所述靶和所述光学模块的相对旋转引起所述两个重叠图像的相对运动。
19.根据权利要求18所述的角编码器，其中所述靶包括光栅。
20.权利要求18或者19所述的角编码器，其中所述光学元件包括具有五边形横截面的棱镜，由此在所述第二光路中传播的光在所述棱镜中经历两次内部反射，并且与自身交叉。
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