CN1932650A - 光刻装置和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光刻装置，其包括用于保持基底的基底台，用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统；和配置成至少在三个自由度上测量所述基底台的位置的位移测量系统。所述位移测量系统包括配置成在第一方向测量基底台的位置的第一x－传感器和配置成在第二方向测量基底台的位置的第一和第二y－传感器。所述位移测量系统还包括第二x－传感器，其中所述第一和第二x－传感器以及所述第一和第二y－传感器是编码器型传感器，它们配置成测量每个所述传感器相对至少一个栅板的位置。所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述第一和第二x－传感器以及所述第一和第二y－传感器中的三个传感器，以在三个自由度上确定所述基底台的位置。

Description

光刻装置和器件制造方法
技术领域
本发明涉及光刻装置和制造器件的方法。
背景技术
光刻装置是将期望的图案施加到基底上通常是基底靶部上的一种装置。光刻装置例如可以用于集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图部件或者可称为掩模或中间掩模版，它可用于产生形成在IC的一个单独层上的电路图案。该图案可以被传递到基底(例如硅晶片)的靶部上(例如包括一部分，一个或者多个管芯)。通常这种图案的传递是通过成像在涂敷于基底的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。一般地，单一的基底将包含被相继构图的相邻靶部的网格。常规的光刻装置包括所谓的步进器，它通过将整个图案一次曝光到靶部上而辐射每一靶部，常规的光刻装置还包括所谓的扫描器，它通过在辐射光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并且同时沿与该方向平行或者反平行的方向同步扫描基底来辐射每一靶部。还可以通过将图案压印到基底上把图案从构图部件传递到基底上。
对于用于集成电路以及液晶显示平板的生产的微光刻法来说，最具复杂性的要求之一是工作台的定位。例如，次100nm的光刻法要求基底和掩模定位工作台具有动态精度，以及在速度达到3m/s、在所有6个自由度(DOF)达到数量级为1nm的装置之间的匹配。
对这种苛求的定位要求的一种普遍方法是将工作台定位机构细分成具有微米精度但在整个工作范围上移动的粗定位模块(例如X-Y台或机架台)，所述粗定位模块上级联一精定位模块。后者用于将粗定位模块的残差校正到几纳米，但是仅需要容许非常有限的移动范围。对于这种纳米级定位通常使用的致动器包括压电致动器或音圈型电磁致动器。当通常在所有的6个DOF上执行精模块中的定位时，对于超过2个DOF来说很少需要大范围的移动，从而使粗模块的设计相当容易。
粗定位所需的微米精度可以使用相对简单的位置传感器容易地实现，例如光学或磁性增量编码器。这些传感器可以是在一个DOF上测量的单轴器件，或者是更加新近的多(3)DOF器件，例如在Schfel等的“Integrated electro-dynamic multicoordinate drives”(ASPE年会会刊，加利福尼亚，美国，1996，456-461页)中所公开的那些器件。类似的编码器也可以从商业上获得，例如由Dr.J.HeidenhainGmbH制造的位置测量系统型PP281R。尽管这种传感器可以容易地提供次微米级的分辨率，但是却不容易在长的移动范围上获得绝对精度，特别是热稳定性。
另一方面，用于对位于精定位模块末端处的掩模和基底台的位置测量必须在所有6个DOF上实施到次纳米级分辨率，并具有纳米级精度和稳定性。通常这可以使用多轴干涉仪在所有6个DOF上测量位移来实现，同时富余的轴用于附加的校准功能(例如对基底台上干涉仪反射镜的平面度的校准)。
以上方法的一个缺点是每当工作台进入(缩回)精定位模块的范围时，都必须在六个自由度上(重新)校准工作台的位置。这将花费相当的时间，因此减小了光刻装置的处理能力。
作为干涉仪的另一种替换物，已知的是使用光学编码器，或者与干涉仪相结合。这种光学编码器例如公开于US2004/0263846A1中，在此将该文献引入作为参考。在该申请中描述的光学编码器使用一包括格栅图案的栅板，所述栅板用于确定传感器相对格栅图案的位置。在一个实施例中，传感器安装在基底台上，而栅板安装在所述光刻装置的框架上。
光学编码器型传感器的一个缺点是这种传感器的感测范围在原理上受栅板尺寸的限制。然而，这种栅板的尺寸在物理上由于格栅所需的高分辨率而受到限制。这样，实际上就限制了这种传感器的工作区域的尺寸。此外，还可能的是必须在栅板中设置小孔/开口，例如投影光束可以通过的开口。在这种小孔/开口的位置处，传感器不能确定其位置。而且，栅板可能会局部地被损坏，这将使得不能够精确地确定在该位置上的传感器位置。
发明内容
期望的是为光刻装置提供一种高精度的位移测量系统，其配置成测量在所有可能位置中的基底台的位置，从而对可能的基底台位置进行连续的测量。
根据本发明的一个实施例，提供一种光刻装置，包括：
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统；和
配置成测量所述基底台的位置的位移测量系统，其中所述位移测量系统包括至少一个编码器型x-传感器，其安装在基底台上并配置成在第一方向测量基底台相对两个或多个大体上静止的相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成当横过所述两个或多个相邻栅板之间的交叉线时连续测量所述基底台的位置。
根据本发明的另一个实施例，提供一种光刻装置，包括：
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统；和
配置成在六个自由度(x、y、z、Rx、Ry、Rz)上测量所述基底台的位置的位移测量系统，其中所述位移测量系统包括：
配置成在第一方向测量基底台的位置的一个x-传感器，
配置成在第二方向测量基底台的位置的两个y-传感器，和
配置成在第三方向测量基底台的位置的三个z-传感器，其中所述位移测量系统还包括第二x-传感器和第四z-传感器，其中所述第一和第二x-传感器以及所述第一和第二y-传感器是编码器型传感器，其配置成测量每个所述传感器相对至少一个栅板的位置，所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述第一和第二x-传感器以及所述第一和第二y-传感器中的三个传感器以及使用三个所述z-传感器，以在六个自由度上确定所述基底台的位置。
根据本发明的一个实施例，提供一种器件制造方法，包括：将带图案的辐射光束投影到基底上，其中所述基底至少在将带图案光束投影到基底靶部期间支撑在基底台上，其中所述基底台的位置由一位移测量系统测量，所述位移测量系统包括至少一个编码器型传感器，该传感器安装在所述基底台上并配置成在第一方向测量所述基底台相对两个或多个大体上静止的相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成当横过所述两个或多个相邻栅板之间的交叉线时连续测量所述基底台的位置。
附图说明
现在仅仅通过实例的方式，参考随附的示意图描述本发明的各个实施例，其中相应的参考标记表示相应的部件，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的光刻装置；
图2示出了根据本发明的测量系统的第一实施例；
图3示出了根据本发明的测量系统的第二实施例；和
图4示出了根据本发明的测量系统的第三实施例。
具体实施方式
图1示意性地表示了根据本发明的一个实施例的光刻装置。该装置包括：照射系统(照射器)IL，其配置成调节辐射光束B(例如UV辐射或任何其它合适的辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其配置成支撑构图部件(例如掩模)MA，并与配置成依照某些参数精确定位该构图部件的第一定位装置PM连接。该装置还包括基底台(例如晶片台)WT或“基底支座”，其构造成保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与配置成依照某些参数精确定位该基底的第二定位装置PW连接。该装置还包括投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，其配置成将由构图部件MA赋予给辐射光束B的图案投影到基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如包括用于引导、整形或者控制辐射的折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件或其它类型的光学部件，或者其任意组合。
支撑结构可以支撑即承受构图部件的重量。它可以一种方式保持构图部件，该方式取决于构图部件的定向、光刻装置的设计以及其它条件，例如构图部件是否保持在真空环境中。掩模支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来保持构图部件。掩模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。掩模支撑结构可以确保构图部件例如相对于投影系统位于期望的位置。这里任何术语“中间掩模版”或者“掩模”的使用可以认为与更普通的术语“构图部件”同义。
这里使用的术语“构图部件”应广义地解释为能够给辐射光束在其截面赋予图案从而在基底靶部中形成图案的任何装置。应该注意，赋予给辐射光束的图案可以不与基底靶部中的期望图案精确一致，例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征。一般地，赋予给辐射光束的图案与在靶部中形成的器件如集成电路的特殊功能层相对应。
构图部件可以是透射的或者反射的。构图部件的实例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD板。掩模在光刻中是公知的，它包括如二进制型、交替相移型、和衰减相移型的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个实例采用微小反射镜的矩阵排列，每个反射镜能够独立地倾斜，从而沿不同的方向反射入射的辐射光束。倾斜的反射镜可以在由反射镜矩阵反射的辐射光束中赋予图案。
这里使用的术语“投影系统”应广义地解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统，反射光学系统、反折射光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和静电光学系统，或其任何组合，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如浸没液体的使用或真空的使用。这里任何术语“投影透镜”的使用可以认为与更普通的术语“投影系统”同义。
如这里所指出的，该装置是透射型(例如采用透射掩模)。或者，该装置可以是反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻装置可以具有两个(双工作台)或者多个基底台或“基底支座”(和/或两个或者多 个掩模台或“掩模支座”)。在这种“多工作台式”装置中，可以并行使用这些附加台，或者可以在一个或者多个台或支座上进行准备步骤，而一个或者多个其它台或支座用于曝光。
光刻装置还可以是这样一种类型，其中至少部分基底由具有相对高的折射率的液体如水覆盖，从而填充投影系统和基底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如应用于掩模和投影系统之间。浸没技术可以用于增大投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”不表示结构如基底必须浸没在液体中，而是表示液体在曝光期间位于投影系统和基底之间。
参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。辐射源和光刻装置可以是独立的机构，例如当辐射源是准分子激光器时。在这种情况下，不认为辐射源构成了光刻装置的一部分，辐射光束借助于光束输送系统BD从源SO传输到照射器IL，所述光束输送系统包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，辐射源可以是光刻装置的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL，如果需要连同光束输送系统BD一起可以称作辐射系统。
照射器IL可以包括调节装置AD，其配置成调节辐射光束的角强度分布。一般地，至少可以调节在照射器光瞳平面上强度分布的外和/或内径向量(通常分别称为σ-外和σ-内)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射光束，从而使该光束在其横截面上具有期望的均匀度和强度分布。
辐射光束B入射到保持在掩模支撑结构(如掩模台MT)上的构图部件(如掩模MA)上，并由构图部件进行构图。横向穿过掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，该投影系统将光束聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量器件、线性编码器或电容传感器)的辅助下，可以精确地移动基底台WT，从而例如在辐射光束B的光路中定位不同的靶部C。类似地，例如在从掩模库中机械取出掩模MA后或在扫描期间，可以使用第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)来使掩模MA相对于辐射光束B的光路精确定位。一般地，借助于长行程模块(粗略定位)和短行程模决(精确定位)，可以实现掩模台MT的移动，所述长行程模块和短行程模块构成第一定位装置PM的一部分。类似地，利用长行程模块和短行程模块也可以实现基底台WT或“基底支座”的移动，其中长行程模块和短行程模块构成第二定位装置PW的一部分。在步进器的情况下(与扫描装置相对)，掩模台MT可以只与短行程致动装置连接，或者固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2对准掩模MA与基底W。尽管如所示出的基底对准标记占据了指定的靶部，但是它们也可以设置在各个靶部(这些标记是公知的划线对准标记)之间的空间中。类似地，在其中在掩模MA上提供了超过一个管芯的情况下，可以在各个管芯之间设置掩模对准标记。
所示的装置可以按照下面模式中的至少一种使用：
1.在步进模式中，掩模台MT或“掩模支座”和基底台WT或“基底支座”基本保持不动，而赋予辐射光束的整个图案被一次投影到靶部C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动基底台WT或“基底支座”，使得可以曝光不同的靶部C。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C的尺寸。
2.在扫描模式中，当赋予辐射光束的图案被投影到靶部C时，同步扫描掩模台MT或“掩模支座”和基底台WT或“基底支座”(即单次动态曝光)。基底台WT或“基底支座”相对于掩模台MT或“掩模支座”的速度和方向通过投影系统PS的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次动态曝光中靶部的宽度(沿非扫描方向)，而扫描动作的长度确定了靶部的高度(沿扫描方向)。
3.在其他模式中，当赋予辐射光束的图案被投影到靶部C上时，掩模台MT或“掩模支座”基本保持不动地支撑可编程构图部件，同时移动或扫描基底台WT或“基底支座”。在该模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在每次移动基底台WT或“基底支座”之后，或者在扫描期间两个相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程构图部件。这种操作模式可以容易地应用于采用可编程构图部件的无掩模光刻中，所述可编程构图部件例如是上面提到的可编程反射镜阵列型。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的使用模式。
图2显示了根据本发明的位移测量系统的第一实施例。该位移测量系统一般用参考数字1表示。位移测量系统1设计成在三个共面的自由度上测量基底台2的位置，即x-位置、y-位置以及绕z轴Rz的旋转(z-轴是垂直于附图中所示的x和y轴的轴线)。
所述位移测量系统1包括四个相邻的栅板3，所述栅板安装在光刻装置上，例如安装在诸如所谓的计量框架的框架上或安装在透镜上。栅板3大体上是平板，其大体上布置在沿x-轴和y-轴方向延伸的同一平面中。四个栅板3是相邻的，这表示至少每个栅板的一侧靠着另一个栅板3的一侧或者至少和另一个栅板3的一侧布置在一起。同时，四个栅板3大体上覆盖了基底台2的所有所需位置，使得测量系统1能够连续地测量基底台2的位置。
在本实施例中，基底台2布置在栅板3下方。基底台2上面布置有两个x-传感器4、5和两个y-传感器6、7。x-传感器4、5可以在x-方向测量基底台的位置。y-传感器6、7可以在y-方向测量的基底台位置。可以使用两个x-传感器和两个y-传感器(x，x；x，y或y，y)中的一对传感器的信号来确定围绕z-轴的旋转(在x-y平面中的旋转)。这样，利用两个x-传感器4、5和两个y-传感器6、7中的三个传感器，可以在三个共面的自由度(x、y、Rz)上确定在基底台2的所有可能位置中基底台的位置。结果，对基底台2的连续的高精度测量(纳米或次纳米的分辨率)是可能的。
x-传感器4、5和y-传感器6、7是编码器型传感器，它们可以确定各个传感器相对格栅的位置，所述格栅布置在栅板3上。x-传感器和y-传感器中的每个传感器例如可以设计为在US申请US2004/0263846A1中所描述的传感器，在此将该文献引入作为参考。
在本实施例中，由于栅板3的物理尺寸受到限制，因此使用了四个栅板。实际上要生产具有工作区的尺寸的栅板是非常困难的或者至少非常昂贵，所述栅板具有带一定分辨率的格栅，以便获得本申请所需的精度。当基底台使用的工作范围大体上大于这种栅板3的最大物理尺寸时，将工作区细分为四个区域，每个区域具有其各自的栅板3。
如上所指出的栅板3相邻地布置。这使得传感器从一个栅板3到另一个栅板3的接管是可能的。在这种传感器的接管过程中，即起初与第一栅板3配合的传感器后来与第二栅板3配合，另一个传感器可提供信号以使连续的测量成为可能。当第一传感器处于另一个栅板3的范围中时，可能在重新初始化之后，该传感器可以再次提供表示基底台位置的信号。
尽管将工作区细分成具有其各自栅板3的四个子区使得能够以一种相对有效的方式覆盖基底台2的所有所需位置，但是栅板3之间的交叉使得难以使用单个传感器连续地测量基底台2的位置。此外，小孔或开口(例如在四个栅板3的中心容纳部分投影系统的开口8)的存在，或者栅板3中的损坏区域可能导致在该位置上的单个传感器不能够测量基底台2相对栅板3中的一个栅板的位置。
如上所述两个x-传感器4、5和y-传感器6、7中的三个传感器使其能够在三个共面的自由度上确定基底台的位置。因此还富余一个传感器。该额外的传感器有利地可以在其它传感器处于栅板3的范围之外而不能使用其它传感器的情况下使用。例如，可能的是x-传感器或y-传感器中的一个直接定位在一个栅板3与另一个栅板3的交会处下方。在这种情况下，相应的传感器(例如当x-传感器4位于两个栅板3之间的交叉线3下方时，如果基底台2沿x方向移动)不能为基底台2的x-位置或y-位置发送相应的信号。然而，其它三个传感器(在该实例中是x-传感器5和y-传感器6、7)可以在三个共面的自由度上确定基底台2的位置，从而保持连续的高精度位移/位置测量。
当基底台2进一步沿x-方向移动时，第一x-传感器4在另一个栅板3(在该实例中栅板3位于图2的顶部右手边)下方移动。然后，x-传感器4可以在重新初始化之后再次提供表示基底台2的x-位置的信号。但是，y-传感器6现在位于两个栅板3的交会处下方。该y-传感器6在这种情况下不能用于获得表示基底台2的y-位置的信号。然而，由于x-传感器4现在位于一个栅板3的下方，因此该x-传感器4可以和x-传感器5以及y-传感器7组合使用，从而在三个自由度上确定基底台2的位置。通过选择性地使用一组三个的传感器，每个传感器可以适当地确定表示在x-方向或y-方向的位置的信号，由此获得连续的控制。通过选择设备执行相应的x-传感器和y-传感器的选择。相应栅板3的选择/选定取决于基底台的位置。当所有四个传感器能够发送信号时，富余的信号例如可以用于校准测量系统。
在本实施例中，栅板3大体上为矩形板，并彼此靠着布置。这些栅板的侧面沿x-方向和y-方向定向。因此优选的是两个x-传感器4、5和两个y-传感器6、7沿x-方向和y-方向相对彼此(在x-y平面中)隔开。换句话说，在基底台2的这个实施例中，x-传感器4、5和y-传感器6、7的布置为使得四个传感器4、5、6、7中没有一个沿x-方向布置在同一条线上，也没有沿y-方向布置在同一条线上。通过这种方式，当沿x-方向或y-方向横过交叉线3a时，四个传感器中仅有一个处于栅板3的范围之外。
在可替换的实施例中，可能的是彼此靠着定位的栅板侧面没有沿x-方向和y-方向布置，而是沿x-y平面中的一个或多个其它方向布置。在此这些其它方向定义为栅板交叉线方向。在这种情况下优选的是两个x-传感器4、5和两个y-传感器6、7沿一个或多个这些交叉线方向彼此隔开。
进一步地，应该注意可能的是，在某种理论上在基底台2的工作范围内，两个x-传感器4、5和/或y-传感器6、7中的多个传感器不能同时确定相应的传感器相对栅板3中的一个的位置。例如可能的是x-传感器沿x-方向定位在栅板3的交叉线下方，同时另一个x-传感器定位在沿y-方向延伸的交叉线下方。这种情况是非常不期望的，因为这将导致仅有两个传感器能够确定基底台2的位置。因此不再能够在两个自由度上导出基底台2的位置。
通过提供更多的传感器可以避免上面不期望的情形，所述传感器定位在所述基底台2的不同位置上。另一种用于该情形的技术方案是以这样一种方式限制基底台的移动，在本实施例中，所述方式是基底台2一次仅可以横过一条交叉线的方向，或者至少不会处于哪些已知位置，是上述情况不会发生。后一种技术方案通常是优选的，因为提供多个传感器将增加成本和基底台2的重量。
因此在这两种情况下可以确保，在光刻装置的使用过程中，测量系统可以确定基底台2在基底台2的所有所需位置中的位置。这些位置例如包括用于曝光的范围，移入曝光范围和从曝光范围移出的范围，用于交换所述基底的范围以及用于其它功能、对准等等的范围。
图3示出了根据本发明的测量系统10的第二实施例。在该实施例中，测量系统配置成以高的精度水平确定两个基底台11、12的位置。在每个基底台11、12上安装相同数量和类型的传感器，以便在六个自由度上获得基底台11、12的位置。基底台11、12定位在两个栅板13之一或者两者的下方。这些栅板13大体上覆盖了基底台11、12的整个工作范围，使得测量系统10可以以高的精度水平在六个自由度上连续地确定基底台11、12的位置。当基底台11、12都直接位于栅板13下方时，所述栅板用于在六个自由度上确定每个基底台的位置，每个基底台11、12的位置测量不受基底台12、11中的另一个的妨碍。因此，根据本发明的测量系统10非常适合于在具有两个基底台的所谓的双工作台式光刻装置中确定基底台的位置。
每个基底台11、12包括两个x-传感器14、15和两个y-传感器16、17，用于如参考图2的实施例所说明的在三个(共面)自由度上确定相应基底台11、12的位置。两个x-传感器和两个y-传感器中的一个是富余的，当根据三个传感器信号确定三个自由度时，两个x-传感器和两个y-传感器中的一个是富余的。此外，每个基底台11、12包括四个z-传感器18，用于在z方向确定基底台的位置。利用这四个z-传感器18中三个传感器的信号，可以确定另外三个自由度，即x-位置、围绕x轴(Rz)的旋转，以及围绕y-轴(Ry)的旋转。
编码器型x-传感器14、15和y-传感器16、17可以是上面关于图2的实施例所描述的类型。z-传感器18优选是干涉仪，但是也可以是下文所论述的合适类型。
当在每个所述基底台11、12上提供四个z-传感器18时，一个z-传感器是富余的。这样在两个x-传感器14、15和两个y-传感器16、17中的一个传感器以及z-传感器18中的一个传感器不能相对栅板13确定其位置的情况下，也可以在六个自由度上确定基底台11、12的位置。
进一步地，为了使得沿如图3所示的x-方向横过交叉线13a成为可能，x-传感器14、15和y-传感器16、17以这样一种方式布置，即每个传感器14、15、16、17沿垂直于交叉线13a方向的方向与其它三个传感器在x-y平面中隔开，在本实施例中所述方向是y-方向，而交叉线13a的方向是x-方向。此外，为了使得沿y-方向横过交叉线成为可能，每个传感器14、15、16、17沿垂直于该交叉线的y-方向的方向与其它三个传感器隔开。应该注意，在本实施例中传感器14、15、16、17的后一种布置不是严格必需的，因为在y-方向没有交叉线。
此外由于相同的原因，每个传感器18在垂直于x-方向以及垂直于y-方向的两个方向上与其它传感器18在x-y平面中隔开。通过这种方式，当横过沿x-方向或y-方向的交叉线(后者在如图3所示的实施例中没有出现)时，z-传感器18中最大的一个将不能够确定相对栅板13上的格栅光栅的位置。
x-传感器14、15，y-传感器16、17和z-传感器18有利地布置在内矩形和外矩形的拐角上，由此在每个矩形的四个拐角上布置-个x-传感器14、15，一个y-传感器16、17以及两个布置在相对拐角的z-传感器18。此外，内矩形的z-传感器布置在与外矩形的z-传感器不同的拐角。利用这种布置，两个x-传感器和两个y-传感器中的每个传感器沿垂直于x-方向以及垂直于y-方向的两个方向与x-传感器和y-传感器中的其它传感器在x-y平面中隔开，并且每个z-传感器18在垂直于x-方向以及垂直于y-方向的两个方向与其它z-传感器18在x-y平面中隔开。此外，这种布置在基底台11、12上需要相对小的空间。在这种布置中，优选的是X和Y传感器以最大距离布置，从而可以更加精确地进行Rz测量。
图4示出了根据本发明的测量系统21的第四实施例，其使用了编码器型传感器测量基底的位置。在该实施例中，格栅光栅由大量的栅板23(为了清楚的原因仅仅用参考数字23指出了三个栅板)形成，这些栅板覆盖了基底台22的全部工作范围。栅板以虚线示出。栅板23例如可以是晶片，其上布置有格栅光栅。这种晶片的尺寸受到限制(通常是300mm)，但是利用光刻曝光处理可以以非常高的精度将光栅布置在晶片上。然而，由于栅板23的尺寸受到限制，因此如将要说明的，基底台22上传感器的另一种布置是优选的。
基底台22包括六组每组两个传感器(两组用于每个拐角)，它们是两个x-传感器24、25，四个y-传感器26、27以及六个z-传感器28，从而对于在基底台22上出现的每个传感器来说，基底台22包括富余的传感器。
在基底台22的三个拐角中，基底台22包括两个x-传感器24、25或两个y-传感器26、27和两个z-传感器28，即两个传感器组，每组包括一个x-传感器24、25或一个y-传感器26、27和一个z-传感器28。优选地，所有四个传感器布置在比一个栅板23的区域小的区域。如果位于基底台22的拐角上的四个传感器中的一个不能确定其相对格栅光栅的位置，则使用所述四个传感器中相应的另一个来确定基底台22的位置。例如当x-传感器24、25中的一个位于交叉线下方时，可以使用另一个x-传感器25、24来确定基底台22的x-位置。
在每个拐角的四个传感器有利地以这样一种方式布置，即布置在单个拐角中的所有四个传感器沿垂直于x-方向和y-方向的方向在x-y平面彼此隔开。此外，在一个拐角中的x-传感器或y-传感器与在另一拐角中的z-传感器对准，使得例如当基底台沿x-方向横过交叉线时，最多两个传感器同时横过该交叉线，由此传感器中的一个是x-传感器或y-传感器，而另一个传感器是z-传感器。
由于非常富余以及测量系统21更加坚固，可以在基底台22上提供其它传感器。特别地，在基底台22的第四拐角中提供另外两个x-传感器和两个y-传感器。
x-传感器、y-传感器和z-传感器还可以设计为参考图2和图3的实施例所描述的传感器。
在本发明中使用的典型系统包括周期为2μm或更小的格栅光栅，其具有2DOF的干涉读取(编码器)头以及对于每个象素来说具有20,000个因子的内插器(interpolator)。
为了测量其余3个DOF，也就是Z、Rx和Ry，可以采用各种短距离位移感测技术，包括光学三角测量、纤维光学反散射、干涉传感器(其在空气中具有非常短的光路，因此对环境波动更加不敏感)、电容或感应传感器。
目前，电容和光学传感器比其它测量原理更优选，尽管其它原理可能在本发明的一些应用中是合适的。使用紧靠Zerodur(商标)微晶玻璃卡盘的感应传感器存在一些问题，因为对于传感器来说需要导电目标。另一方面，气动近程式传感器(气体测微仪)受有限的分辨率和工作距离的影响，以及受施加在目标上的有限作用力的影响。
无论是用干涉仪测量还是作三角测量，光学传感器都可以设计成具有相对大的(几毫米)工作距离，这有助于减小装配公差。与电容传感器相比，光学传感器通常具有更大的带宽，并且可以配置为绝对距离传感器。然而，作为一个绝对传感器，它们会由于需要周期性校准的机械漂移(热或其它)而经受长时间的稳定性问题。
另一方面，电容传感器可以设计为具有非常高的稳定性的绝对传感器。此外，可以在相对大的目标表面上进行距离测量，这有助于减小目标表面局部不均匀的任何效应。
基于编码器的纳米定位系统为干涉测量法提供了一种有利的替换，并且更加容易实施。例如通过以下方法，即将X-Y平面中的测量格栅永久地固定在计量框架上，所述计量框架在实施成零-CTE材料如Zerodur微晶玻璃时，其尺寸长时间不变并且对热不敏感，由此实现较好的测量稳定性。这可以相当地减轻对直接围绕干涉光束的光路的区域的环境控制的严格要求，特别是在应用了157nm或更小的波长的光刻投影装置中。这种设备需要用气体进行净化，所述气体不会吸收光束(该光束在空气中会被强烈吸收)，并且通过免除干涉光束的长度上的气体簇射，本发明大体上可以减小净化气的消耗。
也可以在编码器的技术方案中确定相对投影光学器件掩模位置，而不依赖于不同的结构。尽管将读取头直接布置在投影光学器件上会对读取头的热耗散提出更多的要求，但是可以获得使热耗散最小例如主动冷却或远离光源和与光纤连接的检测器的技术，并且已经将该技术应用于现有技术的干涉系统中。基于纳米定位系统的编码器还可以如下地进行布置：将第一传感器头布置在基底台上，第一光栅安装在投影系统或框架上。在一个实施例中，这种框架至少相对投影系统是静止的，这意味着投影系统和连接到第一光栅的框架部分的相对位移是可以忽略的。如果不能够实现，那么可以设想，同样地可以测量框架相对投影系统的位移。还可以设想，在这种情况下，认为框架是大体上静止的，同样可以测量框架相对投影系统的位移，从而确保可以忽略实际的相对位移。
第一传感器头可以安装在基底台顶部，向上面对第一光栅，所述第一光栅安装在投影系统或框架上。传感器头和第一光栅以这样一种方式布置，即在基底台的所有移动过程中，第一传感器头和第一光栅能够配合基底台相对投影系统的测量移动。
在这种布置中，测量系统还可以包括第一z-传感器。该z-传感器和第一光栅配合地沿第三测量方向确定基底台相对投影系统的位移，所述第三测量方向垂直于由第一测量方向和第一光栅线的方向限定的平面。例如，当第一测量方向是x-方向时，传感器头沿z-方向将偏振的辐射光束发射到第一光栅，第一光栅线沿y-方向延伸。在这种情况下，由第一测量方向和第一光栅线方向限定的平面是x-y-平面。在这种情况下，第三测量方向是垂直于x-y-平面的方向，也就是z-方向。因此，在这种情况下，第一光栅不仅可用于在x-方向测量基底台相对投影系统的位移，还可以用于在z-方向测量基底台相对投影系统的位移。
可以设想，z-传感器可以是干涉仪，第一光栅具有与该干涉仪配合的反射表面。可能的是光栅包括两个相互平行的反射表面，例如由于光栅的性质。如果光栅包括两组平行线就是这种情况。在这种情况下，沿光路对第一和第二表面上的反射(或者反射表面)之间的差值优选是干涉仪光束波长的N倍，N是正整数(1，2，3，4，...)。
可替换地，z-传感器可以是电容传感器。为了起作用，电容传感器需要导电的相对板(counter plate)，其沿测量方向与电容传感器相距较小的间距如几毫米布置。通过使至少部分第一光栅导电，第一光栅用作电容传感器的相对板。已知的是用玻璃制成光栅，用铬制成线。通过使这些线相互连接并使其接地，这种光栅可以和电容传感器一起使用。
在根据本发明的光刻投影系统中，减小了测量基底台相对投影系统的位移所使用的干涉仪的数量。通过这种方式，减小了测量系统和基底台的成本。可以设想，可使用传感器头或读取头沿第一方向和第二方向测量基底台相对投影系统的位移。在该实施例中，光刻装置具有一包括第一传感器头和第二传感器头的测量系统。为此，第一光栅不仅包括第一组相互平行的线，所述第一组线垂直于第一测量方向延伸，还包括第二组相互平行的线，所述第二组线垂直于第二测量方向延伸。第一光栅具有棋盘图案，用于与第一和第二传感器头相关联。在这种情况下，光和棋盘图案的暗区域之间的过渡可接管光栅的平行线的功能。可替换地，可以存在一单独的第二光栅，以供第二传感器头使用。第一和第二传感器头优选集成在单个传感器单元中。
在另一个实施例中，通过使用传感器头，测量系统适于在所有三个自由度上测量在由第一和第二测量方向限定的平面中基底台相对投影系统的位移。如果该平面是x-y-平面，这表示可以使用传感器头测量基底台在x-方向、在y-方向的平移以及沿z-方向围绕轴的旋转位移。
为此，在该实施例中的测量系统包括第一、第二和第三传感器头。使用这些传感器头中的两个在第一测量方向测量基底台的位移，使用另一个编码器在第二测量方向测量基底台的位置。当然，也可以通过其它方式。传感器头以公知的相对间距布置，使得可以根据传感器头的测量结果确定基底台围绕轴的任何旋转，所述轴沿第三测量方向延伸。
可能的是，每个传感器头与其各自的光栅相关联，这表示在这种情况下测量系统包括第一、第二和第三光栅。然而，在某些实施例中，至少两个传感器头共用一个光栅，该光栅适合于在两个方向的测量，例如由于棋盘图案的存在。
可以设想，可以使用没有z-传感器的测量系统，所述测量系统通过使用如上所述的传感器头用于在所有三个自由度上测量基底在由第一和第二测量方向限定的平面中相对投影系统的位移。
在另一个可替换的实施例中，测量系统具有第一、第二和第三z-传感器。这些z-传感器以公知的相对位置布置，使得通过传感器的测量结果可以确定基底台围绕第一测量方向和围绕第二测量方向的任何旋转。优选地所有z-传感器在测量基底台相对投影系统的位移的过程中与一光栅配合。这样可以获得能够在6个自由度(6DOF)上进行位置测量的测量系统。
上文已经描述了用于确定基底台的位置的测量系统。然而这种测量系统可以用于任何其它的可动目标，其位置可以高的精度水平进行确定。在这方面，测量系统可以成功地用于确定光刻装置中的构图部件支座的位置。特别地，所述系统可以用于以高的精度水平在六个自由度上确定构图部件支座的位置。描述的测量系统的所有特征还可以应用于其它可动目标的测量系统，例如构图部件支座。
尽管在本申请中可以具体参考使用该光刻装置制造IC，但是应该理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，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、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等等。本领域技术人员应该理解，在这种可替换的用途范围中，这里任何术语“晶片”或者“管芯(die)”的使用可以认为分别与更普通的术语“基底”或“靶部”同义。在曝光之前或之后，可以在例如涂布显影装置(通常将抗蚀剂层施加于基底上并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)、计量工具和/或检验工具中对这里提到的基底进行处理。在可应用的地方，这里的公开可应用于这种和其他基底处理工具。另外，例如为了形成多层IC，可以对基底进行多次处理，因此这里所用的术语基底也可以指已经包含多个已处理的层的基底。
尽管在上面可以具体参考在光学光刻法中使用本发明的实施例，但是应该理解本发明可以用于其它应用，例如压印光刻法，在本申请允许的地方，本发明不限于光学光刻法。在压印光刻法中，构图部件中的外形限定了在基底上形成的图案。构图部件的外形还可以挤压到施加于基底上的抗蚀剂层中，并在基底上通过施加电磁辐射、热、压力或上述方式的组合使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，可以将构图部件从抗蚀剂中移出而留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“光束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有大约365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
本申请使用的术语“透镜”可以表示任何一个各种类型的光学部件或其组合，包括折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件和静电光学部件。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是应该理解可以不同于所描述的实施本发明。例如，本发明可以采取计算机程序的形式，该计算机程序包含一个或多个序列的描述了上面所公开的方法的机器可读指令，或者包含其中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)。
上面的描述是为了说明，而不是限制。因此，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离下面描述的权利要求的范围的条件下，可以对所描述的发明进行各种修改。

Claims (23)

1.一种光刻装置，包括：
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统；和
配置成测量所述基底台的位置的位移测量系统，其中所述位移测量系统包括至少一个编码器型x-传感器，其安装在基底台上并配置成在第一方向测量基底台相对两个或多个大体上静止的相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成当横过所述两个或多个相邻栅板之间的交叉线时连续测量所述基底台的位置。
2.如权利要求1所述的光刻装置，其中所述两个或多个栅板覆盖了所述基底台的所有可能位置，使得可对所述基底台进行连续位置测量。
3.如权利要求1所述的光刻装置，其中所述位移测量系统包括一第二编码器型x-传感器，其安装在所述基底台上并配置成在所述第一方向测量基底台相对所述两个或多个相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述第一和第二x-传感器之一，以在所述第一方向确定所述基底台的位置。
4.如权利要求3所述的光刻装置，其中所述位移测量系统配置成在至少三个共面的自由度(x、y、Rz)上测量所述基底台的位置，其中所述位移测量系统还包括：
第一和第二编码器型y-传感器，其安装在所述基底台上并配置成在第二方向测量基底台相对所述两个或多个相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述第一和第二x-传感器和所述第一和第二y-传感器中的三个传感器，以在所述三个自由度上确定所述基底台的位置。
5.如权利要求4所述的光刻装置，其中所述每个x-传感器和y-传感器与其它的所述x-传感器和y-传感器至少在垂直于所述交叉线方向的方向上隔开。
6.如权利要求4所述的光刻装置，其中所述每个x-传感器和y-传感器与其它的所述x-传感器和y-传感器至少在垂直于所述第一和/或所述第二方向的方向上隔开。
7.如权利要求4所述的光刻装置，其中所述位移测量系统包括四个z-传感器，其用于在垂直于第一和第二方向的方向上测量基底台的位置，所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述四个z-传感器中的三个，以在另外三个自由度(z、Rx、Ry)上确定所述基底台的位置。
8.如权利要求7所述的光刻装置，其中所述四个z-传感器的每个与其它的所述z-传感器至少在垂直于所述交叉线方向的方向上隔开。
9.如权利要求7所述的光刻装置，其中所述四个z-传感器的每个与其它三个所述z-传感器至少在垂直于第一和/或第二方向的方向上隔开。
10.如权利要求7所述的光刻装置，其中所述z-传感器是干涉仪。
11.如权利要求7所述的光刻装置，其中在所述基底台的每个拐角安装所述第一和第二x-传感器或所述第一和第二y-传感器中的一个以及所述四个z-传感器中的一个。
12.如权利要求7所述的光刻装置，其中所述两个x-传感器、两个y-传感器和四个z-传感器布置在内外矩形的拐角，每个矩形包括一个x-传感器、一个y-传感器和两个z-传感器，所述z-传感器布置在所述内矩形的相对拐角上和所述外矩形的其它两个相对拐角上。
13.如权利要求1所述的光刻装置，其中所述光刻装置包括两个或多个基底台，其中在每个基底台上安装至少一个x-传感器。
14.如权利要求7所述的光刻装置，其中在所述栅板的每至少三个位置上布置两个传感器组，每个传感器组包括一个x-传感器或一个y-传感器和一个z-传感器。
15.如权利要求1所述的光刻装置，其中在所述第一和第二方向上所述至少一个栅板的尺寸小于在所述第一和第二方向上所述基底台的尺寸。
16.如权利要求1所述的光刻装置，其中每个所述两个或多个栅板是晶片，晶片上设有格栅光栅。
17.一种光刻装置，包括：
用于保持基底的基底台；
用于将带图案的光束投影到基底靶部的投影系统；和
配置成在六个自由度(x、y、z、Rx、Ry、Rz)上测量所述基底台的位置的位移测量系统，其中所述位移测量系统包括：
配置成在第一方向测量基底台的位置的一个x-传感器，
配置成在第二方向测量基底台的位置的两个y-传感器，和
配置成在第三方向测量基底台的位置的三个z-传感器，其中所述位移测量系统还包括第二x-传感器和第四z-传感器，其中所述第一和第二x-传感器以及所述第一和第二y-传感器是编码器型传感器，它们配置成测量每个所述传感器相对至少一个栅板的位置，所述位移测量系统配置成根据所述基底台的位置，选择性地使用所述第一和第二x-传感器以及所述第一和第二y-传感器中的三个传感器以及使用三个所述z-传感器，以在六个自由度上确定所述基底台的位置。
18.一种器件制造方法，包括：将带图案的辐射光束投影到基底上，其中所述基底至少在将带图案光束投影到基底靶部期间支撑在基底台上，其中所述基底台的位置由一位移测量系统测量，所述位移测量系统包括至少一个编码器型传感器，该传感器安装在所述基底台上并配置成在第一方向测量所述基底台相对两个或多个大体上静止的相邻栅板的位置，所述位移测量系统配置成当横过所述两个或多个相邻栅板之间的交叉线时连续测量所述基底台的位置。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述两个或多个相邻栅板覆盖了所述基底台的所有可能位置，使得可对所述基底台进行连续位置测量。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述位移测量系统包括一第二编码器型传感器，其安装在所述基底台上并配置成在与所述第一编码器型传感器相同的方向测量基底台相对所述两个或多个相邻栅板的位置，并且其中如果所述编码器型传感器之一布置在一个位置，而在该位置不能确定其相对两个或多个相邻栅板的位置，则根据另一个编码器型传感器的信号确定所述基底台的位置。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述位移测量系统配置成使用位移测量系统在至少三个自由度(x、y、Rz)上测量位置，所述位移测量系统包括：
配置成在第一方向测量基底台的位置的第一和第二x-传感器，
配置成在第二方向测量基底台的位置的第一和第二y-传感器，
其中所述x-传感器和所述y-传感器是编码器型传感器，其配置成测量每个所述传感器相对所述两个或多个相邻栅板的位置，
其中如果x-传感器或y-传感器中之一布置在一个位置，而在该位置不能确定其相对至少一个相邻栅板的位置，则根据所述第一和所连第二x-传感器以及所述第一和所述第二y-传感器中另外三个传感器的信号在三个自由度上确定所述基底台的位置。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述基底台的移动以这样一种方式进行限制，即仅有所述两个x-传感器和两个y-传感器中的一个传感器布置在一已知的位置，在该位置各个传感器不能确定其相对至少一个栅板的位置。
23.如权利要求21所述的方法，其中在六个自由度上测量所述基底的位置，所述位移测量系统还包括四个z-传感器，该z-传感器配置成在第三方向测量所述基底台的位置，其中如果z-传感器之一布置在一不能确定其相对至少一个栅板的位置，则根据所述四个z-传感器中的另外三个传感器的信号在其它三个自由度(z、Rx、Ry)上测量所述基底台的位置。
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