CN1758140B - 光刻设备和位置测量方法 - Google Patents

Abstract

在光刻设备中，利用物体位置测量系统来测量物体在环境空间中的位置，所述物体位置测量系统会受到环境空间中压力变化的影响，可以利用精确测量环境空间中的压力来校正所述位置测量结果5。可以设置参考压力容积，所述参考压力容积包括连接到环境空间的具有预定的流动特性的流体连接。测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差。将参考压力容积中的绝对压力加到所述压力差上，以便测定环境空间中的压力变化。或者，把压力差对一定时间进行积分，用以测定参考压力容积中的压力变化，并将参考压力容积中的这种压力变化加到压力差上，以测定环境空间中的压力变化。流体连接也可以是能够打开和关闭的阀门。

Description

光刻设备和位置测量方法

技术领域

本发明涉及光刻设备和方法。

背景技术

为了非常精确地测定物体位置，可以使用物体位置测量系统，例如激光干涉仪系统。激光干涉仪系统是一种增量系统，其所用的激光波长构成测量单位，在激光干涉仪系统中，测量激光束从物体反射表面的反射并将其与内部参考光程进行比较。如果物体位置的改变和激光束一致，则在参考激光束和测量激光束之间的比较就会呈现许多与位移成正比的干涉转变(transitions)(由测量光程和参考光程之间的相长干涉和相消干涉组成)。干涉转变的数量不仅与位移成正比，还与激光的波长成比例。具体地说，干涉转变的数量等于因位移引起的光程长度的改变除以波长。

光在空气中的波长取决于真空中的标称波长除以光从中传播的介质的折射率。空气中的折射率n_air可以用所谓的Edlen公式描述(B.Edlen，The refractive index of air，Metrologia，Vol.2，nr.2，pp.71-80(1966)，已作为参考包括在本文中)。

$n_{\mathrm{air}}=\frac{D\·0.104126\·{10}^{-4}\·P}{1+0.003671\·T}-0.42066\·{10}^{-9}\·F+1---\left(1\right)$

式中：

D＝0.27651754·10^-3(1+53.5·10^-8(C-300)

P对应于(空气)压力〔Pa〕

T对应于(空气)温度〔℃〕

F对应于水蒸汽分压力〔Pa〕，以及

C对应于CO₂浓度〔百万分率(ppm)〕

在下文中描述了公式(1)的另一种版本(其中参数的基本相互依赖关系未变)：K.P.Bi rch，M.J.Downs，1994，Correction of theupdated Edlen equation for the refract ive index of air，Met rologia 31，pp.315-316(已作为参考包括在本文中)。

应当指出，公式(1)中的n_air取决于空气压力以及在本发明上下文中未作更详细考虑的其它参数。

所以，在用激光干涉仪系统测量位置时，最好考虑空气压力。精确知道了压力，折射率就可精确测定。而且，在激光干涉仪系统中，干涉转变数(“条纹计数”)可以精确测定。将压力测定和条纹计数的结果结合起来，就可精确测定所寻求的位置。

从上述讨论可知，使用激光干涉仪系统或任何其它基于测定多个波长的测量系统时，为了精确地测量物体在介质(例如空气)中的位置，最好能精确地测定介质的压力。

光刻设备是一种需要高精度位置测量的工具实例。光刻设备通常采用激光干涉仪测量系统。

光刻设备是将所需图案加到衬底上(通常是加到衬底的目标部分上)的设备。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在所述应用情况下，图案形成装置(也称为掩模或光罩(reticle))可用来产生要在Ic的单独的层上形成的电路图案。所述图案可转移到衬底(例如硅圆片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或数个管芯)。图案的转移通常是通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料层(光刻胶)上。一般来说，单一衬底会包括依次形成图案的相邻目标部分的网络。

传统的光刻设备包括所谓的光学分步重复型和扫描器型，在光学分步重复型中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来使每个目标部分受到照射；在扫描器型中，借助于通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案，同时与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底来使每个目标部分受到照射。也可以通过将图案印刷到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底上。

在光刻设备中，掩模和衬底(或它们的相应的平台，通常称为光罩平台(stage)(或掩模台或图案形成支架)和晶片平台(stage)(或衬底台或衬底支架))必需精确定位。为此目的，可以使用激光干涉仪系统。在预置阶段，对准的精确度可能是有限的，因为可能的位置偏移可以用对准传感器校正，以便对先前设置在掩模和衬底上或掩模和衬底的载体上的对准标记进行定标。在预置阶段之后，当把对准位置保存下来时，对准精度一般都很高。

鉴于在预置阶段中压力对实际波长的影响，如上所述，可以用有限的(绝对)精度测量绝对压力，并用所述绝对压力相对于真空中的已知数值(例如通过公式(1)或其它版本)来测定实际波长。由于在预置阶段中利用对准标记进行了定标，所以压力测量的精度和可重复性就比较低。

但在光罩平台或晶片平台对准之后，压力的改变会直接影响各平台的定位。压力变化对激光干涉仪系统所测量波长的定标影响与实际压力相对于绝对压力的变化成正比。

使用传统的压力传感器很难以高精度测量绝对压力，也很难以足够的速度和精度测量快速的压力变化。

发明内容

本发明的实施例包括在变化的环境压力下利用物体位置测量系统来非常精确地测量物体在环境空间中的位置的方法和装置。

按照本发明的实施例，提供测量物体在环境空间中的位置的方法，所述方法包括：提供环境空间中的物体位置测量系统，用于测量物体的位置；提供参考压力容积，所述参考压力容积具有到所述环境空间的具有预定流动特性的流体连接；测量参考压力容积中的绝对压力；测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差；将参考压力容积中的绝对压力和所述压力差相加，以便确定环境空间中的压力变化；以及根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明的实施例，提供测量物体在环境空间中的位置的方法，所述方法包括：提供环境空间中物体位置测量系统，用于测量物体的位置；提供参考压力容积，所述参考压力容积具有到环境空间的具有预定流动特性的流体连接；测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差；把所述压力差对预定时间间隔进行积分，以便确定参考压力容积中的压力变化；将在所述预定时间间隔结束时的压力差和参考压力容积中的压力变化相加，以便确定环境空间中的压力变化；以及根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明的另一实施例，提供物体在环境空间中的位置的测量方法，所述方法包括：提供环境空间中的物体位置测量系统，用于测量物体的位置；提供参考压力容积，所述参考压力容积具有到所述环境空间的流体连接，且所述连接可以打开或关闭；打开所述连接；关闭所述连接之后测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定环境空间中的压力变化；以及根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明的又一实施例，提供测量物体在环境空间中的位置的方法，所述方法包括：提供环境空间中的物体位置测量系统，用于测量物体的位置；提供参考压力容积，所述参考压力容积具有到所述环境空间流体连接，且所述连接可以打开或关闭；打开所述连接；测量参考压力容积中的绝对压力；关闭所述连接之后测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定环境空间中的压力变化；以及根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明的实施例，测量物体在环境空间中的位置的方法包括：测量参考压力容积中的压力和环境空间中的环境压力之间的压力差，所述参考压力容积具有到所述环境空间的具有预定流动特性的流体连接；根据所述压力差确定环境空间中的压力变化；以及根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体的位置测量结果。

按照本发明的实施例，用于测量物体在环境空间中的位置的装置包括：物体位置测量系统，它设置在环境空间中并配置成测量物体的位置；参考压力容积，它具有到所述环境空间的流体连接，所述流体连接具有预定的流动特性；压差传感器，它配置成测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差；计算单元，它配置成根据压力差确定环境空间中的压力变化；以及校正器，它配置成根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明实施例的光刻设备包括：照射系统，它配置成调整辐射束；图案形成支架，它配置成支承图案形成装置，图案形成装置能够将图案赋予辐射束的截面，以便形成具有图案的辐射束；衬底台，它构造成保持衬底；投射系统，它配置成将具有图案的辐射束投射到衬底的目标部分上；以及位置测量装置，它配置成测量装置的位置，位置测量装置包括：物体位置测量系统，它设置在环境空间中并配置成测量物体的位置；参考压力容积，它具有到环境空间的流体连接，所述流体连接具有预定的流动特性；压差传感器，它配置成测量参考压力容积中的压力和环境空间中环境压力之间的压力差；计算单元，它配置成根据压力差确定环境空间中的压力变化；以及校正器，它配置成根据所述测定的环境空间中的压力变化，校正物体位置测量系统的位置测量结果。

按照本发明的其它实施例，提供体现上述方法的装置。更具体地说，提供光刻设备来实现上述方法。

按照本发明的实施例，通过精确测量环境压力来实现物体位置的精确测量。

附图说明

现参阅附图仅以示例的方式对本发明的实施例加以说明，在附图中相应的参考符号表示相应的部件，附图中：

图1描绘按照本发明实施例的光刻设备；

图2示意地描绘按照本发明实施例的定位装置的一部分；

图3示意地描绘按照本发明另一实施例的定位装置的一部分；

图4示意地描绘按照本发明又一实施例的定位装置的一部分。

具体实施方式

图1示意地描绘按照本发明实施例的光刻设备。所述设备包括：照射系统(施照体)IL，它配置成调整辐射束(例如UV辐射或另一合适类型的辐射)；以及支架结构或图案形成装置支架(例如掩模台)MT，它配置成支承图案形成装置(例如掩模)MA并连接到第一定位装置PM，所述第一定位装置PM配置成按照某些参数精确确定图案形成装置的位置。所述设备还包括：衬底台或衬底支架(例如晶片台)WT，它配置成保持衬底(例如涂有光刻胶的晶片)W并连接到第二定位装置PW，所述第二定位装置PW配置成按照某些参数精确确定衬底的位置；以及投射系统(例如折射投射透镜系统)PS，它配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束的图案投射到衬底W的目标部分C上(例如包括一个或多个管芯)。

照射系统可包括各种类型的光学部件，例如折射的、反射的、磁的、电磁的、静电的或其它类型的光学部件，或是它们的任何组合，用于引导、成形或控制辐射。

支承结构支撑图案形成装置，即，承载其重量。支承结构以取决于图案形成装置的取定、光刻设备的设计以及其它条件(例如图案形成装置是否要保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。支承结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。支承结构可以例如是框架或台面，根据需要可以是固定的或可移动的。支承结构可以确保图案形成装置处于例如相对于投射系统的所需位置。在本文中使用术语”光罩”或”掩模”可以认为与更通用的术语”图案形成装置”同义。

本文中所用的术语”图案形成装置”应广义解释为是指能用来将图案赋予辐射束的截面以便在衬底的目标部分创建图案的任何装置。应当指出，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，赋予辐射束的图案可能并不准确对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(例如集成电路)中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射的或是反射的。图案形成装置的实例包括掩模、可编程镜面阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻技术领域中众所周知，所包括的掩模类型有二进制、交错相移、衰减相移以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列实例采用小镜面的矩阵配置，每个镜面可以单独倾斜，向不同方向反射入射的辐射束。倾斜的镜面把图案赋予由镜面阵列反射的辐射束。

本文中所用的术语”投射系统”应广义解释为包括任何类型的投射系统，包括折射的、反射的、折反射的、磁的、电磁的和静电的光学系统，或它们的任何组合，只要适合于所用的曝光照射，或适合于其它因素，例如使用浸没液体或使用真空。本文中所用术语”投射透镜”应认为与更通用的术语”投射系统”同义。

如本文中所述，所述设备是反射型的(例如采用反射掩模)。或者，所述设备可以是透射型的(例如采用透射掩模)。

光刻设备可以是具有两个(两级)或多个衬底台或衬底支架(和/或两个或多个掩模台或图案形成支架)的类型。在这种”多级”设备中，附加的台或支架可以并行使用，或准备步骤可在一个或多个台或支架上进行，而一个或多个其它的台或支架用于曝光。

光刻设备还可以是这种类型，即，至少衬底的一部分用折射率较高的液体(例如水)覆盖，以充填投射系统和衬底之间的空间。也可将浸没液体加到光刻设备的其它空间，例如掩模和投射系统之间。本专业中众所周知，浸没液体用于增加投射系统的数值孔径。本文中所用的术语”浸没”不是指某个结构(例如衬底)必需浸没在液体中，而只是说曝光时液体位于投射系统和衬底之间。

参阅图1，施照体IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻设备可以是单独的实体，例如当辐射源是准分子激光器时。在这些情况下，辐射源并不形成光刻设备的一部分，辐射束借助于射束传送系统(未示出)，包括例如适当的导向镜面和/或射束扩展器，从辐射源SO传送到施照体IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备整体的一部分，例如当辐射源是汞灯时。辐射源SO和施照体IL以及射束传送系统(如果需要的话)，可以统称为辐射系统。

施照体IL可包括调节器(未示出)，后者配置成调节辐射束的角强度分布。一般来说，至少在施照体光瞳平面上强度分布的外和/或内径向广延(extent)(通常分别称为σ-外和σ-内)是可以调节的。此外，施照体IL可以包括各种其它的部件，例如积分器(未示出)和聚光器(未示出)。施照体IL可以用来调整辐射束，使之在其截面上具有所需的均匀度和强度分布。

辐射束B入射到固定在支承结构上(例如掩模台MT或图案形成装置支架)的图案形成装置上(例如掩模MA上)，并被图案形成装置图化。辐射束B在掩模MA上被反射后，通过投射系统PS，投射系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF2(例如干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台或衬底支架WT可以精确移动，例如将不同的目标部分C定位在辐射束B的光路中。同理，第一定位装置PM和另一位置传感器IF1可以用来相对于辐射束B的光路精确确定掩模MA的位置，例如在从掩模库中自动检索掩模之后或在扫描时。一般来说，掩模台或图案形成装置支架MT的移动可以借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精细定位)来实现，这些模块形成第一定位装置PM的一部分。同理，衬底台WT的移动可以利用长行程模块和短行程模块来实现，这些模块形成第二定位装置PW的一部分。在光学分布重复器(和扫描器不同)的情况下，掩模台MT可以仅连接到短行程激励器，或可以固定。掩模MA和衬底W可以利用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准。虽然衬底对准标记如图所示占据着专用的目标部分，但它们可以位于目标部分之间的间隙中(这些称为划片线对准标记)。同理，在掩模MA上设置有不止一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。

可以在以下至少一种方式下使用所述设备：

光学分步重复方式：掩模台或图案形成装置支架MT以及衬底台或衬底支架WT保持基本上静止，同时将赋予辐射束的整个图案一次投射到目标部分C上(即单次静止曝光)。然后将衬底台WT向X和/或Y方向移动，以使不同的目标部分C曝光。在光学分步重复方式中，曝光区域的最大尺寸限制着单次静止曝光中所成像的目标部分C的大小。

扫描方式：同步地对掩模台或图案形成装置支架MT和衬底台或衬底支架WT进行扫描，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投射系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描方式中，曝光区域的最大尺寸限制着单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

另一种方式：掩模台或图案形成装置支架MT保持基本静止以固定可编程图案形成装置，移动或扫描衬底台或衬底支架WT，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上。在此方式下，通常采用脉冲辐射源，并根据需要，在每次移动衬底台WT后或在扫描中的连续辐射脉冲之间，更新可编程图案形成装置。这种工作方式可以容易地应用到使用可编程图案形成装置(例如上述类型的可编程镜面阵列)的无掩模光刻技术中。

也可以采用上述使用方式的组合和/或变型或完全不同的使用方式。

上述定位装置PM和PW可以各自连接到位置控制系统PCS，后者又可分别连接到激光干涉仪位置传感器IF1和IF2，以便分别精确定位掩模台或图案形成装置支架MT以及衬底台或衬底支架WT。图1中，这种连接用虚线示意表示。位置控制系统PCS可以连接到绝对压力传感器PSA1，以测定位置传感器IF1的测量区域的绝对压力。而且，位置控制系统PCS可以连接到绝对压力传感器PSA2，以测定位置传感器IF2的测量区域的绝对压力。有了绝对压力传感器PSA1、PSA2所测量的绝对压力值，就可确定位置传感器IF1、IF2分别使用的激光器波长，并对位置传感器IF1、IF2所进行的测量进行校正。

如果不为每个位置传感器IF1、IF2使用单独的绝对压力传感器PSA1、PSA2，也可以为两个位置传感器IF1、IF2使用一个绝对压力传感器。如果掩模台MT和/或衬底台WT的位置不用激光干涉仪位置传感器IF1和/或IF2而用其它系统测定，则绝对压力传感器PSA1和/或PSA2可以省略。如果掩模台MT和/或衬底台WT的初始定位完全借助于其它系统建立(例如掩模或掩模台MT上的对准标记，和/或衬底或衬底台WT上的对准标记)，而不是用激光干涉仪位置传感器IF1和/或IF2，则绝对压力传感器PSA1和/或PSA2也可省略。

位置控制系统PCS可以连接到压差传感器PSD1、PSD2，以分别测定位置传感器IF1、IF2的测量区域中的相对压力。压差传感器PSD1、PSD2的详细布局将在以下参阅图2-4加以说明。

图2示出参考压力容积20，它是关闭的，与通过具有已知流动特性的毛细管24到环境空间22的开放连接隔开。参考压力容积20(以下也称为容器20)还连接到压差传感器26(例如PSD1、PSD2)的一侧，压差传感器26的另一侧开放连接到环境空间22。在本发明的实施例中，所述另一侧基本上在与毛细管24的相同的位置。在这种配置的情况下，环境空间中的压力变化就可以迅速且精确地测定，见下述。

环境空间中的压力可以用时间函数P(t)来代表，容器中的压力可用P_v(t)来代表，压差传感器26上的差分压力可以用ΔP(t)来代表。于是：

ΔP(t)＝P(t)-P_v(t)

所述公式等效于：

$\mathrm{\ΔP}\left(t\right)=P\left(t\right)-P\left(t\right)\·\frac{1}{\mathrm{sRV}+1}$

式中：

s对应于微分运算符d/dt

R对应于毛细管24的流阻〔Pa*s*m^-3〕；以及

V对应于容器的容量〔m³*Pa^-1〕

可知：

$P\left(t\right)=\mathrm{\ΔP}\left(t\right)+\frac{1}{\mathrm{RV}}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{\ΔP}\left(u\right)\mathrm{du}+P_0---\left(2\right)$

式中P₀(积分常数)为t＝0时的压力。

在t＝t₁(自从t＝t₀之后)的压力变化ΔP_since-t0(t₁)现为：

ΔP_since-t0(t₁)＝P(t₁)-P₀

$\mathrm{\Δ}{P}_{\sin \mathrm{ce}-t0}\left(t_1\right)=\mathrm{\ΔP}\left(t_1\right)+\frac{1}{\mathrm{RV}}\underset{0}{\overset{t1}{\∫}}\mathrm{\ΔP}\left(u\right)\mathrm{du}$

从上述公式(2)可知，当常数P₀、R和V为已知时，环境空间22中的实际压力P(t)就可计算出来。P₀可以用绝对压力传感器(例如PSA1、PSA2)测定。R和V根据所选择的设计确定。

要计算实际压力的变化，常数P₀不必已知。在要由干涉仪系统测定的位置在时间t₀时已知，且容器的压力变化已知(所述压力变化可用压差传感器测量值结合已知的毛细管流阻来测定，因为毛细管流阻与压差成正比)时，这是个很大的优点。

可以观察到由于绝对压力的变化，流过毛细管24的气体性质也会变化，所以根据计算参考压力容积20的压力变化而进行的流动预测精度只能在绝对压力的有限范围内得到保证。

如图3所示，容器30也可以通过示意绘出的阀门34连接到环境空间32，阀门34可以通过例如受控激励器按已知方式打开和关闭。在图3所示位置，阀门34是关闭的，从而使容器30与环境空间32隔离。容器30和环境空间32之间的压力差可以用压差传感器36测定。阀门34打开时，在压差传感器36上没有压力差，当阀门34关闭时，就可以在压差传感器36上建立压力差。

当阀门34关闭时，环境空间32中的实际压力可以用P₀和差压ΔP(t)之和来测定。P₀可以用绝对压力传感器(例如PSA1、PSA2)测定。

要计算环境空间中的压力变化，常数P₀不必已知。在要由干涉仪系统测定的位置在时间t₀时已知，且环境空间的压力变化已知(所述压力变化可用压差传感器测量值来测定)时，这是个很大的优点。阀门34可以在测量前打开，而在时间t₀和测量时关闭。

在本发明的又一实施例中，毛细管和阀门可以并联，其中阀门可以在测量前打开，确保在压差传感器上的压力差等于零(如图3所示)，而在时间t₀和测量时阀门关闭(如图2所示)。

观察到容器20(图2)和容器30(图3)的温度应非常稳定(例如在1mK数量级或更少)，以便减小因温度变化引起的压力变化。而且，相反情况也应避免，即，容器20、30中的温度变化(特别是容器20中由于流过毛细管24的气体)在容器中引起的绝热温度效应。当容器中气体由于环境压力减小而膨胀时，气体的温度会因绝热膨胀而下降。在本发明的实施例中，容器20、30可以包括高传导材料的密网，其温度可以调整，以提供温度稳定性。

还可以观察到容器20、30的容积会因诸如温度和力等外部效应而变化。在本发明的实施例中，容器20、30用非膨胀材料制成(不因温度变化而膨胀，且不因外力而膨胀)，以防止容器20、30的容积变化。厚壁的殷钢或碳纤维容器可以用在本发明的实施例中。这些材料具有高刚度和低热膨胀系数。作为另一种可供选择的方案和/或为了改善性能，可以使用无源型(隔离)和/或有源型(温度受调整)的热隔离。

在前述各段提到的各种效应引发的问题可以使用绝对压力传感器28、38分别与容器20、30流体连接来解决，如图2、3中分别用虚线表示的。绝对压力传感器通常基于谐振元件，后者受到膜片或波纹管的压力，膜片或波纹管的一侧是待测的压力，另一侧是真空。谐振元件以典型的与压力有关的本征频率振荡。本征频率用高精度的内部时钟和专用的电子电路精确测定。可用于测量的时间间隔越长，就可越精确地测定频率以及绝对压力。由于容器20、30中的压力变化非常慢，所以绝对压力传感器28、38可以以更新之间的长时间间隔(大约为数秒)(低刷新速率)和高精度(例如比寻常高出10倍)来测量。另一方面，可以以10到100Hz或更高的刷新速率来使用差分传感器26、36，因为测量范围可能相对较小而相对测量误差不必非常小。于是，同时采用绝对压力传感器28、38和压差传感器26、36的组合，就可以实现同时提高精度和刷新速率。由于从一个绝对压力传感器更新到随后一个的压力变化(梯度)很小，所以在每次更新压差传感器时，绝对压力传感器所测量的压力就可以从绝对压力传感器以前两次更新的外推中精确地估算出来。这样获得的高效刷新速率的一个大优点是能够进行动态压力测量，特别是在环境空间压力较迅速变化的条件下，例如在暴风雨天气时发生的情况。

使用毛细管24时，在改进的实施例中，公式(2)的积分在数秒钟内进行(而不是通常较长的时间)，并用绝对压力传感器的更新来校准积分算法。

如图4所示，扫描器/光学分布重复器投射透镜可以用作参考压力容积40，以节省提供单独容积的成本。应当在透镜出口上形成从容积40到压差传感器的连接42，以免透镜被压差传感器污染。在本发明的实施例中，在透镜连接之后约10到20mm处形成所述连接，以便使通过所述连接的流量最小，且至少与通过投射透镜的净化流分隔开。

图4示出透镜气体系统44，透镜气体系统44具有：流量计45；毛细管46；压差传感器47；绝对压力传感器48；以及任选的又一压差传感器49，用于测量容器40与除了压差传感器47位置之外的各种其它位置之间的压力差。压差传感器可以用来测定环境空间中一个或多个维度上的压力梯度，例如沿激光干涉仪系统的激光束光路上的压力梯度。

在本发明的实施例中，图4的位置测量装置包括计算单元，后者配置成根据压力差来测定环境空间中的压力变化。在本发明的实施例中，计算单元可包括积分器和加法器，它们配置成进行上述不同的运算。

本发明的实施例还包括位置测量校正器，它配置成对位置测量系统的位置测量进行校正。

按照本发明实施例的精确快速的环境空间压力测量允许对物体位置测量系统(例如激光干涉仪系统)在环境空间中所进行的位置测量进行校正，其中位置测量受到环境空间压力变化的影响。在环境空间和参考压力容积之间使用了流体连接，例如毛细管或阀门。在任一种情况，可以测定或不测定参考压力容积中的绝对压力。

虽然在本文中具体参考了光刻设备在IC制造中的使用，但应理解上述光刻设备可以有其它应用，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。本专业的技术人员应理解，在这些不同的应用中，使用术语”晶片”或”管芯”可以认为分别和更通用的术语”衬底”或”目标部分”同义。此处所提到的衬底可以在曝光之前或之后，在例如轨道(通常在衬底上加光刻胶层并显影已曝光的光刻胶的工具)中，或在计量工具和/或检测工具中进行处理加工。在适用的场合，本文公开的内容也可应用于这些和其它衬底处理工具。而且，衬底可以不止一次地进行处理，例如为了形成多层IC，所以此处所用的术语”衬底”也可以指已含有多个已处理层的衬底。

虽然在本文中具体参考了本发明的实施例在光刻中的使用，但应理解本发明可以使用在其它应用中，例如刻印平版印刷，且如果上下文允许，不限于光刻。在刻印平版印刷中，图案形成装置的外形定义了在衬底上创建的图案。可将图案形成装置的外形压入衬底上所提供的光刻胶层中，然后应用电磁辐射、热、压力或它们的组合使光刻胶固化。光刻胶固化后，将图案形成装置从光刻胶中取出，就在光刻胶中留有图案。

本文中所用的术语”辐射”和”射束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长在或大约在365、248、193、157或126nm)和超紫外(EUV)辐射(例如波长在5-20nm范围内)，以及粒子射束，例如离子射束或电子射束。

术语”透镜”，如果上下文允许，可以指各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射的、反射的、磁的、电磁的以及静电的光学部件。

虽然以上已对本发明的具体实施例作了说明，但应理解本发明可以不用上述方法实现。例如，本发明可以采取包括描述上述方法的一个或多个序列机器可读指令的计算机程序的形式，或采取存储有这种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。

上述说明旨在进行描述而非作为限制。所以对本专业的技术人员来说，显然可以对本发明作出各种修改而不背离以下提出的权利要求书的范围。

Claims (33)

1.一种利用物体位置测量系统测量物体在环境空间中的位置的方法，所述环境空间与参考压力容积通过具有已知特性的毛细管或者一关闭的阀隔开，所述方法包括：

(a)测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(b)测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中的环境压力之间的压力差；

(c)将所述参考压力容积中的绝对压力和所述压力差相加，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(d)根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的位置测量结果。

2.如权利要求1所述的方法，其中在所述环境空间中至少两个位置上测定所述参考压力容积中的压力和环境压力之间的压力差，并且在所述至少两个不同位置上测定压力变化。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述至少两个位置位于沿物体位置测量系统的测量路径上。

4.一种利用物体位置测量系统测量物体在环境空间中的位置的方法，所述环境空间与参考压力容积通过具有已知特性的毛细管隔开，所述方法包括：

(a)测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中的环境压力之间的压力差；

(b)把所述压力差对预定时间间隔进行积分，以便确定所述参考压力容积中的压力变化；

(c)把在所述预定时间间隔结束时的所述压力差和在所述参考压力容积中的所述压力变化相加，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(d)根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的位置测量结果。

5.如权利要求4所述的方法，其中还包括在测量所述压力差之前测量所述环境空间中的初始环境压力，并将所述初始环境压力加到在所述预定时间间隔结束时的所述压力差和在所述参考压力容积中的所述压力变化上。

6.如权利要求4所述的方法，其中还包括测量所述参考压力容积中的绝对压力，并利用所述参考压力容积中的所述绝对压力测量值来校准所述积分。

7.一种利用物体位置测量系统测量物体在环境空间中的位置的方法，所述环境空间与参考压力容积具有流体连接，所述流体连接可以打开和关闭，所述方法包括；

(a)打开所述流体连接；

(b)关闭所述连接后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(c)根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的位置测量结果。

8.如权利要求7所述的方法，其中还包括在测量所述压力差之前测量所述环境空间中的初始环境压力，并将所述初始环境压力加到所述压力变化上。

9.一种利用物体位置测量系统测量物体在环境空间中的位置的方法，所述环境空间与参考压力容积具有流体连接，所述流体连接可以打开和关闭，所述方法包括：

(a)打开所述流体连接；

(b)测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(c)关闭所述连接后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(d)根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的位置测量结果。

10.一种用于测量物体在环境空间中的位置的装置，它包括：

(a)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(b)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

(c)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(d)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中所述环境压力之间的压力差；

(e)加法器，它配置成将所述参考压力容积中的所述绝对压力加到所述压力差上，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(f)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述物体位置测量系统包括激光干涉仪系统。

12.如权利要求10所述的装置，其中所述连接包括毛细管。

13.如权利要求10所述的装置，其中包括至少两个压差传感器，它们配置成在位于所述物体位置测量系统的测量路径上的至少两个位置上测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差。

14.如权利要求10所述的装置，其中所述参考压力容积包括传导材料。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述传导材料包括高传导材料的密网。

16.如权利要求14所述的装置，其中对所述传导材料进行温度调节。

17.如权利要求10所述的装置，其中所述参考压力容积由非膨胀材料制成。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述参考压力容积由殷钢制成。

19.如权利要求17所述的装置，其中所述参考压力容积由碳纤维制成。

20.一种用于测量物体在环境空间中的位置的装置，所述装置包括：

(a)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(b)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

(c)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中所述环境压力之间的压力差；

(d)积分器，它配置成把所述压力差对预定时间间隔积分，以便确定所述参考压力容积中的压力变化；

(e)加法器，它配置成将所述预定时间间隔结束时的所述压力差加到所述参考压力容积中的所述压力变化上，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(f)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

21.如权利要求20所述的装置，其中还包括绝对压力传感器，所述绝对压力传感器配置成测量所述环境空间中的环境压力，所述加法器配置成进一步加上所述环境压力以便确定所述环境空间中的压力变化。

22.一种用于测量物体在环境空间中的位置的装置，所述装置包括：

(a)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(b)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(c)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化，以及

(d)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

23.一种用于测量物体在环境空间中的位置的装置，所述装置包括：

(a)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(b)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(c)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(d)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化，以及

(e)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

24.一种光刻设备，它包括：

(a)照射系统，它配置成调整辐射束；

(b)图案形成装置支架，它配置成支承图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予所述辐射束的截面，形成具有图案的辐射束：

(c)衬底支架，它构造成支承衬底；

(d)投射系统，它配置成将所述具有图案的辐射来投射到所述衬底的目标部分上；以及

(e)位置测量装置，它配置成测量所述支架之一的位置，所述位置测量装置包括：

(i)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(ii)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

(iii)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(iv)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

(v)加法器，它配置成将所述参考压力容积中的所述压力加到所述压力差上，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(vi)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

25.如权利要求24所述的光刻设备，其中所述参考压力容积是所述投射系统的投射透镜。

26.一种光刻设备，它包括：

(a)照射系统，它配置成调整辐射束；

(b)图案形成装置支架，它配置成支承图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予所述辐射束的截面，形成具有图案的辐射束；

(c)衬底支架，它配置成保持衬底；

(d)投射系统，它配置成将所述具有图案的辐射束投射到所述衬底的目标部分上；

(e)位置测量装置，它配置成测量所述支架之一的位置，所述位置测量装置包括：

(i)激光干涉仪系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(ii)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

(iii)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

(iv)积分器，配置成把所述压力差对预定时间间隔进行积分，以便确定所述参考压力容积中的压力变化；

(v)加法器，它配置成将所述预定时间间隔结束时的所述压力差加到所述参考压力容积中的所述压力变化上，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(vi)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述激光干涉仪系统的所述位置测量。

27.一种光刻没备，它包括：

(a)照射系统，它配置成调整辐射束；

(b)图案形成装置支架，它配置成支承图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予所述辐射束的截面，形成具有图案的辐射束；

(c)衬底支架，它配置成保持衬底；

(d)投射系统，它配置成将所述具有图案的辐射束投射到所述衬底的目标部分上；

(e)位置测量装置，它配置成测量所述支架之一的位置，所述位置测量装置包括：

(i)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(ii)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(iii)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化；

(iv)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

28.一种光刻设备，它包括：

(a)照射系统，它配置成调整辐射束；

(b)图案形成装置支架，它配置成支承图案形成装置，所述图案形成装置能够将图案赋予所述辐射束的截面，形成具有图案的辐射束；

(6)衬底支架，它构造成保持衬底；

(d)投射系统，它配置成将所述具有图案的辐射束投射到所述衬底的目标部分上；

(e)位置测量装置，它配置成测量所述支架之一的位置，所述位置测量装置包括：

(i)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(ii)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(iii)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(iv)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

(v)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

29.一种设置成将图案从图案形成装置转移到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：

(a)在环境空间中的可移动的物体；

(b)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(c)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接：

(d)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(e)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

(f)加法器，它配置成将所述参考压力容积中的所述绝对压力加到所述压力变化上，以便确定所述环境空间中的压力变化；

(g)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

30.一种设置成将图案从图案形成装置转移到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：

(a)在环境空间中的可移动的物体；

(b)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(c)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

(d)压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

(e)积分器，它配置成把所述压力差对预定时间间隔进行积分，以便确定所述参考压力容积中的压力变化；

(f)加法器，它配置成将所述预定时间间隔结束时的所述压力差加到所述参考压力容积中的所述压力变化上，以便确定所述环境空间中的压力变化；以及

(g)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述激光干涉仪系统的所述位置测量。

31.一种设置成将图案从图案形成装置转移到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：

(a)在环境空间中的可移动的物体；

(b)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(c)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(d)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化；

(e)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

32.一种设置成将图案从图案形成装置转移到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：

(a)在环境空间中的可移动的物体；

(b)物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

(c)参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接，所述流体连接包括可以打开和关闭的阀门；

(d)绝对压力传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的绝对压力；

(e)压差传感器，它配置成在关闭所述阀门后测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差，以便确定所述环境空间中的压力变化；

(f)位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

33.一种用于测量物体在环境空间中的位置的装置，所述装置包括：

物体位置测量系统，它设置在所述环境空间中并配置成测量所述物体的位置；

参考压力容积，它具有连接到所述环境空间的流体连接；

压差传感器，它配置成测量所述参考压力容积中的压力和所述环境空间中环境压力之间的压力差；

计算单元，它配置成根据所述压力差确定所述环境空间中的压力变化；以及

位置测量校正器，它配置成根据所述确定的所述环境空间中的压力变化，校正所述物体位置测量系统的所述位置测量结果。

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