专利名称：光刻装置及确定束尺寸和发散度的方法
技术领域：
本发明涉及一种光刻装置和一种在光刻装置中应用的方法，所述光刻装置包括—辐射系统，用来提供投影辐射束；—支撑结构，用于支撑作图装置，作图装置用来按所需图形对投影束作图；—衬底台，用于保持衬底；—投影系统，用于将已带图形的束投影到衬底的靶部分上；—光栅，通过该光栅辐射束被定向；—检测器，用来测量穿过光栅的辐射束的强度；—用来改变辐射束位置或瞄准方向的装置。
背景技术：
这里所用的“作图装置”一词应广义地理解为能赋于入射辐射束一个具有一定图形的截面的装置，此截面与将要在衬底的靶部分内产生的图形是相对应的；在这种意义上也可以使用“光阀”这个词。一般来说，该图形相应于在靶部分内产生的器件(例如集成电路等，见下)的一个特定功能层。这类作图装置的例子有掩模。掩模的概念在光刻中是很清楚的，它包括各种类型的掩模例如二元的，交替相移的，衰减相移的，以及各类混合型掩模。把这种掩模放到辐射束内将使照到掩模上的束按照掩模的图形产生选择性透射(对透射掩模的情况)或反射(对反射掩模的情况)。在掩模的情形下，支撑结构一般是一个掩模台，它保证掩模可处在入射辐射束所要求的位置上，而且需要的话可以相对于束移动；可编程镜阵列。这类器件的一个例子是可寻址矩阵表面，它具有一个粘弹性控制层和一个反射面。这类装置的基本原理是反射面的已寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址的区域将入射光反射为非衍射光。采用一个适当的滤波器，可将非衍射光从反射束中滤去，而只剩下衍射光；这样，就将束按照可寻址矩阵表面的寻址图形作成一定图案。可编程镜阵列的另一种实施例采用一些小镜的矩阵装置，其中每一个小镜可通过加一个适当的本地电场或采用压电执行装置而单独地围绕一条轴线倾斜。同样，镜是可按矩阵寻址的，使得已寻址镜按不同方向将入射辐射束反射到未编址镜上；这样，就将反射束按照可按矩阵寻址的镜的寻址图形作成一定图案。所需的矩阵寻址可以采用适当的电子装置完成。在上述两种情况下，作图装置可以包含一个或多个可编程镜阵列。关于这里所讲的镜阵列的更多情况可从美国专利US 5,296,891和US 5,523,193，以及PCT专利申请WO 98/38597和WO 98/33096等文件中查到，我们把它们引用于此作参考。在可编程镜阵列的情况下，上述支撑结构可以作成一个框架或一个台面等形式，它可根据需要作成固定的或活动的；可编程LCD阵列。这类结构的一个例子在美国专利US 5,229,872中给出，我们把它引用到这里作为参考。如上所述，支撑结构在这种情况下可以作成一个框架或一个台面等形式，并可根据需要作成固定的或活动的。
为简单起见，本文其余部分在某些地方可能是专门针对涉及掩模和掩模台的例子；但是，在这些例子中所讨论的一般原理应该可以从上面提出的作图装置的更广泛的角度中看得出来。
例如，光刻装置可用于制造集成电路(IC)等。在这种情况下，作图装置可以产生一个与单个IC层相应的电路图形，而且这个图形可以成象到衬底(硅晶片)的靶部分上(例如，包含一个或数个芯片)，此衬底已经涂覆了一层光照敏感材料(抗蚀剂)。通常，一个单晶片将包含相邻各靶部分的全部网络，后者通过投影系统得到成功的辐射，每次辐射一个靶部分。在目前采用的在掩模台上通过一个掩模进行作图的装置中，可以区分为两种不同类型的机器。在一种类型光刻装置中，通过一次性将整个掩模图形曝光至靶部分上而使每个靶部分得到辐射；这类装置一般称为晶片步进机或步进-重复装置。在另一种装置中—一般称作步进-扫描装置—是通过投影束在一个指定的参考方向(“扫描”方向)逐步扫描掩模图形，并同步地平行或反平行于此方向扫描衬底台而辐射每一个靶部分；因为一般来说投影系统有一个放大率M(通常＜1)，扫描衬底台的速度V将是扫描掩模台的M倍。关于这里谈到的光刻装置的更多信息可查阅US 6,046,792等文件，我们把它引用于此作参考。
在利用光刻装置的制造过程中，要将一个图形(例如在掩模内的图形)成象到一个衬底上，所述衬底上至少部分地涂覆一层光照敏感材料(抗蚀剂)。在此成象步骤之前，衬底可能要经过各种工序，例如打底，抗蚀剂涂覆和弱烤等。曝光之后衬底可能要经过另一些工序，例如曝光后的烘烤(PEB)，显影，强烤，以及对成象图形的测量或检测。这一系列工序是对器件(如IC)一个单层作图的基础。这个已作好图形的层然后可能要作各种处理，如刻蚀，离子注入(掺杂)，金属化，氧化，化学-机械抛光等，这一切都是为了做成一个单层。倘若需要有几层，那么就必须对每一个新层重复这整个过程或其变型。最终将在衬底(晶片)上出现一系列器件。然后采用切割或锯等方法将这些器件彼此分开，并将单个的器件安装在与管脚相连的承载体上，等等。关于这类过程的进一步的资料可查阅Peter Van Zant的书“微芯片加工半导体工艺实用指南”第三版，McGraw Hill出版公司，1997，ISBN 0-07-067250-4，我们也引用此书作参考。
为简便起见，下面将投影系统称作“透镜”；但应从广义上把这个词理解为包含各种类型的投影系统，包括折射光学器件，反射光学器件，和反射折射系统等。辐射系统也可包括按这些结构类型中任何一种用来定向，成形，或控制入射辐射束的各种元件，而且这些元件以下也可以集体地或单个地称作“透镜”。此外，光刻装置也可是具有两个或多个衬底台面(以及/或者两个或多个掩模台面)的类型。在这类“多级”设备中，这些额外的台面可以平行使用，或者在一个或几个台面上作一些预备步骤，而让一个或几个其它的台面用来曝光。例如，在US 5,969,441和WO 98/40791中描述了双级光刻装置，我们引用这两个文件到这里作参考。
在光刻领域内为改进投影象的质量的发展过程表明，有必要对光刻装置辐射系统产生的辐射束的几个特性加以改进。总的来说，这些特性包括束的一致性和均匀性，束的尺寸和/或形状，束的瞄准方向，和束的发散度，进一步称为“束的质量特性”。至今在光刻系统中只有有限的几种选择可以确定这些束质量特性和对它们进行控制。特别是，当辐射束不具备正确的尺寸和均匀性时将造成投影束的椭圆度，从而使晶片上的水平和垂直结构具有不同的成象质量。
通常一个光刻系统包含一个辐射源(例如激光器)，它提供一个辐射束，辐射束又被引向照明系统并接着引至作图装置。这种辐射源是一个装置，它一般离光刻装置其它部分有一定距离，光刻装置包括照明系统，支撑结构，投影系统，和衬底台面。
为进一步把束引向支撑作图装置的支撑结构并控制其照度，需采用一个照明系统。这样，在普通系统中，束从辐射源引进至照明系统，在进入照明系统之前可以对束作简单的调整，例如手动调整束发散器之类的光学调节装置，以改变束在两个方向的尺寸，或用一个或数个控制镜来给束定向。
为确定通过辐射系统的辐射束尺寸，通常将一个荧光光栅靶放在束的光路内，并用肉眼了解束的尺寸或用CCD照相机将束尺寸以图形方式记录下来。美国专利US 4,916,319中给出了这种照相机装置的一个例子。从照相机得到图象以后可作进一步分析。根据这样确定的束尺寸值，可以手动调整光学调节装置。不断重复这个过程直至获得一个合适的束尺寸，因此束得到调整，直到需要对光刻系统进行新的调节。
为确定束的发散度，通常把荧光光栅靶放在束光路上至少两个位置，在这两个位置间的束尺寸之差就表示束的发散度。虽然发散度被认为与获取最佳照明条件有相当大的关系，但并不存在一种测量束发散度的快速或自动的方法，虽然束的发散度很小，但它可对系统有相当严重的影响，因为在一个光刻系统中，成象光瞳是否畸变与这些质量特性有关。
很显然，上述确定束尺寸和发散度的方法很繁锁又费时，更不用说让装置处在非生产状态所付出的代价了。
在现有的光刻装置中，一般有一个用来检测辐射束强度的检测器。这个检测器例如可以是一个能量探头(ES)，它捕获一个分裂形式的束并测量能量流入量，以提供对供给衬底靶部分的辐射剂量的控制。这类检测器的另一个例子是用于所谓的束测量装置(BMU)的位置检测器，这个BMU能确定照明系统中辐射束的位置和瞄准方向。BMU包含一些聚焦元件，它们将分裂形式的束成象在两个位置敏感器件(PSD)上，第一个PSD上的位置表示进入位置，第二PSD上的位置表示束的瞄准方向。当把PSD的输出信号进行求和或积分，就可把PSD当作测量辐射强度的检测器用。

发明内容
本发明的一个目的是提供一个光刻装置，它实现了对用于衬底照明的辐射束质量特性的测量和控制的改进。本发明的另一个目的是提供一个光刻系统，在此系统中不必对现有光刻系统作重大改变就可以测量和控制这些质量特性。本发明还有一个目的是采用能量传感器(ES)和束测量装置(BMU)来确定和控制辐射束的这些质量特性，如束尺寸和发散度等。本发明再一个目的是减少额外工具设备量和为提供这种控制所需的工作量。本发明的另一个目的是提供确定光刻装置中辐射束的束尺寸和发散度的方法，以显著地改进现有调节和调整束特性的程序。
按照本发明，上述及其它的目的将在如权利要求1的前序部分所指的一个光刻装置中实现，这个光刻装置包含一个处理器，它与所述装置耦连以改变辐射束的位置，从而改变通过光栅的辐射束的强度(通过辐射束和光栅的相对运动来实现)，此处理器还与用来测量强度的检测器耦连，并用于计算束尺寸与所测得的强度和相对运动之间的函数关系。
本发明提供一种识别这些相关特性的简单方法，因而不必因为拆卸照明系统并安装单独的工具设备(这种设备在实际的光刻过程中不起作用)而长时间停机。通过减少/增加穿过光栅的那部分辐射束，可降低/增加入射到检测器上的辐射强度。因此，用简单方法在测量入射辐射束量时确定光栅和辐射束的相对位移，就可确定束的尺寸。这意味着辐射束的位置或光栅的位置都可以改变。所以，采用本发明的光刻系统可以对光束质量特性进行更好的真正在线的控制。
在一个优选实施例中，把处理器调整成能在辐射束的第一相对位置接收第一相对强度，在辐射束的第二相对位置接收第二相对强度；该处理器用于计算出第一和第二相对位置以及第一和第二相对强度之差的比，就是束的尺寸。因为对于矩形束截面，在辐射完全关断和完全穿过之间的中间位置上，位移和测出能量之间存在线性关系，所以很容易用外插法从这个关系确定总的束尺寸。
在另一个实施例中，这个用来改变辐射束位置及通过光栅的强度的装置包含一个与处理器耦连的第一可倾斜控制镜。在这种装置中，处理器可计算出反射辐射束的相对运动与该控制镜倾斜度的函数关系，以及与在控制镜和光栅之间的预定束行进长度的函数关系。如前所述，这个控制镜可能已经存在于系统中，这时只要经过简单的调整并由已知的束行在长度测出倾斜角，就可以确定辐射束在光栅处的位置。此处“束行进长度”表示辐射束在控制镜和光栅之间走过的光学距离。
在这种控制镜装置中，可把处理器调整成能在辐射束的第三相对位置接收第三相对强度，这时辐射束至少部分地(但最好是50％)在光栅的第一边与光栅重叠；同时能在辐射束的第四相对位置接收第四相对强度，这时辐射束至少部分地(但最好是50％)在光栅的与其第一边相对的第二边与光栅重叠；处理器用于计算出束行进长度与第三和第四倾斜角以及光栅相对两边间的预定长度之间的函数关系。
通常，该控制镜可在两个不同方向倾斜，以便能确定在两个正交方向的束尺寸。
在普通的照明系统中，可通过控制束的角向分布来进一步调整辐射束；这通常是利用一个所谓衍射光学元件(DOE)来进行的。虽然应用本发明的这个方法时，可以利用处于辐射束光路中的任何光栅来确定束尺寸，但在一种优选实施例中，让辐射束穿过的光栅是由这样一个DOE的不透光框格形成的。在那种情况下，该光栅的尺寸约为50×32mm。因此，作为一个优选实施例，本发明的光刻系统装备着一个位于离光栅比较远的普通控制镜，一个用作光栅的普通DOE，和一个原来就有的用来检测传送给衬底的能量大小的普通ES，所以根据本发明的方法和装置来确定束的尺寸时，不需要对照明系统作很大的改变。
在另一个优选实施例中，本发明的装置还包含一个用来改变辐射束的束尺寸的光学元件，所述光学元件与所述的处理器耦连以将辐射束调整至所要求的束尺寸。这样，就可以形成一个直接反馈回路来控制束尺寸，因而不必为了改变束尺寸而作不精确的手动调节和光学元件调整。
还有一种本发明的优选实施例，它可设置一种具有预定聚焦能力的聚焦元件来将辐射束或其一部分聚焦在一个焦面上，光栅被安置在该聚焦元件的焦面内，后面接一个检测器(如位置检测器)。按照本发明，可以用一个处理器来确定该聚焦辐射束的尺寸(例如，通过让光栅相对该聚焦束运动的方法)；该处理器还用于计算辐射束的束发散度与该聚焦辐射束的尺寸的函数关系。由于这个聚焦元件可能已经存在，故只要对检测和控制系统稍加修改，本发明就可提供一种很好的测量束发散度的可能方法。因而，除了先前所说的测量束尺寸的装置外，在该优选实施例中还可以测量束的发散度，这是基于下述事实一个平行束在聚焦后产生一个点状光斑，而一个发散束聚焦后产生一个非零尺寸的光斑；因此，不平行度即发散度的大小就反映在这个光斑的尺寸上；所以利用聚焦元件(如聚焦透镜或镜子)就可确定发散度。确定聚焦的辐射束的尺寸和束的发散度的另一可选方法是改变束的瞄准方向，例如，倾斜离光栅较近的第二控制镜并确定第一瞄准方向(此时穿过光栅的束强度比较低，例如10％)和第二瞄准方向(此时穿过光栅的束强度比较高，例如90％)。然后可根据这些第一和第二瞄准方向以及在这些瞄准方向所检测到的相对强度之间的差直接计算束的发散度。
在该辐射束的光路中，可以把第一控制镜放在离光栅比较远的地方，然后把第二控制镜放在离光栅比较近的地方，这样第一控制镜使该辐射束的相对位置产生很大变化，而第二控制镜使该辐射束的瞄准方向产生很大变化。在这种装置中，束尺寸和束发散度两者都可以被确定。
本发明的另一方面提供一种确定光刻装置中辐射束的束尺寸的方法，它包括提供一个辐射束；提供一个光栅；提供一个检测器，其用于测量穿过该光栅的辐射束强度；改变该辐射束相对该光栅的位置；测量穿过光栅的辐射束相对于最大强度的强度，它是辐射束相对位移的函数；根据测得的强度与相对位移的函数关系，计算辐射束的束尺寸。
在按本发明这种方法的第一个实施例中，该方法可包括检测在辐射束第一相对位置处的第一相对强度；在辐射束第二相对位置处的第二相对强度；计算束尺寸，它是第一和第二相对位置以及第一和第二相对强度之差的比值。优选地此第一和第二相对位置相当于辐射束10％和90％的相对强度。该方法还包括提供一个第一可倾斜控制镜；
用该控制镜反射辐射束；测量该反射辐射束的相对运动，它是控制镜倾角的函数，还是在控制镜和光栅之间的预定束行进长度的函数。
在这种装置中，该方法可能包括测量辐射束在第三相对位置处的第三相对强度(与控制镜的第三相对倾角相对应)，这时辐射束至少部分地与光栅在第一边处重叠；检测辐射束在第四相对位置处的第四相对强度(与控制镜的第四相对倾角相对应)，这时辐射束至少部分地在光栅的与第一边相对的第二边上和光栅重叠；并计算束行进长度，它是第三和第四倾角以及光栅的相对两边之间预定距离的函数。第三和第四相对强度可相应于50％的辐射束相对强度。束尺寸可在两个不同的方向测量，更具体地说，辐射束可以相对光栅在两个不同的方向移动。
在另一个优选实施例中，该方法可能包括提供一个辐射束；提供一个聚焦元件；通过聚焦元件将辐射束聚焦在焦平面内；确定辐射束斑在该焦平面内的尺寸，它可作为束发散度的一个度量。
优选用一种与上述束尺寸测量类似的光斑尺寸测量方法来进行测量；但本发明并不对此作限制，也可以采用其它确定辐射束的束发散度的测量方法。
在一种优选实施例中，辐射束的(绝对)发散度可根据测得的强度(它是瞄准方向的函数)计算出来。
这样，就提供了一种很好的测量束发散度的方法。所述聚焦辐射束可以辐射在一个位置检测器(如位置敏感器件(PSD))上，后者被置于该聚焦元件的焦面内或附近处。聚焦辐射束在该位置检测器上的相对入射位置一般就代表辐射束的平均方向。这个位置检测器可包含一个固定光栅，其尺寸约为9×9mm。
虽然本文中是具体参照本发明装置在IC制造中的应用。但很明显，这类装置还可以有很多其它的应用。例如，它可用于集成光学系统的制造，磁畴存储器的导向和检测模式，液晶显示板，薄膜磁头，等等。本专业技术人员知道，在这些不同的应用中，所用的术语“标线板”，“晶片”或“芯片”，应认为已被本文中更通用的术语“掩模”，“衬底”和“靶部分”所分别代替。
在本文件中，术语“辐射”和“束”用来包括一切类型的电磁辐射，如紫外(UV)辐射(波长为365，248，193，157或126nm等)和极紫外(EUV)辐射(其波长在5-20nm之间)，以及粒子束(如电子束和离子束)。


现在将参照附图通过实例来描述本发明的一些实施例，图中相同的参考符号表示相同的零件，这些附图中图1表示按照本发明一个实施例的一个光刻装置；图2表示图1中LA-Ex-2-IL的各元件；图3为ES信号相对于控制镜倾角的示意图；该图下面是相应的辐射束和光栅的相对位置；图4是在两个方向按X-方向和Y-方向的相对倾角测得的能量信号；图5表示图2中示出的束测量装置的详图；图6表示平行(a)，发散(b)，和会聚辐射束(c)的聚焦情况；图7表示改变X-方向的束瞄准的测量结果；图8表示改变Y-方向的束瞄准的测量结果。
具体实施例方式
实施例1-测量束尺寸图1为按本发明的一个特殊实施例的光刻装置1的示意图。该装置包括·辐射系统LA，Ex，2，IL，用来提供一个投影辐射束PB(例如在深紫外区的光线)。
·第一物件台(掩模台)MT，包含一个用来保持掩模MA(如标线板)的掩模保持器，同时与第一定位装置PM相连，后者用来精确地使掩模相对于装置PL定位；·第二物件台(衬底台)WT，包含一个用来保持衬底W(如涂了抗蚀剂的硅晶片)的衬底保持器，同时与第二定位装置PW相连，后者用来精确地使衬底相对于装置PL定位；·投影系统(“透镜”)PL，用来将掩模MA受到辐射的部分成象于衬底W和靶部分C(例如，可包括一个或多个芯片)。
如图中所示，该装置是一个反射型装置(即有一个反射掩模)。但通常也可以是透射型的(带一个透射掩模)。或者，该装置也可采用其它类型的作图装置，如上面提到的可编程镜阵列等。
辐射源LA(如准分子激光源)产生一个辐射束。这个束被直接或者在穿过光学调整装置(如束发散器Ex，或一个或多个定向镜2)之后送入照明系统(照明器)IL。照明器IL可包含调节装置AM，后者用来设定束内强度分布的外和/或内径向范围(一般分别称为σ-外和σ-内)。此外，一般还会包含各种别的元件，如积分器IN，和聚光镜CO。这样，打到掩模MA上的束PB在其截面内将具有要求的均匀性和强度分布。
关于图1应该指出，源LA可以处于光刻装置的外壳之内(例如当源LA为水银灯时就往往是这种情形)，但也可以远离该光刻装置，而将它所产生的束引导至该装置内(例如借助于适当的定向镜2)；当源LA是一个准分子激光器时就往往是后一种情形。定向镜和光学调整系统Ex(如束发散器)不一定是物理上分开的系统，它们也可以结合在一起，例如束发散器可能就包括一个定向镜。本发明及权利要求书包括这两种情形。
束PB后来与保持在掩模台MT上的掩模MA相交。它穿过掩模MA后再通过透镜PL，后者将束PB聚焦于衬底W的靶部分C。借助于第二定位装置PW(以及干涉测量装置IF)，衬底台WT可以精确移动，以使不同的靶部分C定位于束PB的路径上。类似地，在掩模MA从掩模库机械取回后或在扫描过程中，可以利用第一定位装置PM使掩模MA相对于束PB的路径精确地定位。通常可借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现物件台MT，WT的移动。但是，在晶片步进器的情况下(与步进-扫描装置不同)，掩模台MT可能只与短行程执行器相连，或者可能是固定的。可以利用掩模对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来使掩模MA和衬底W对准。
所示的装置可以两种不同的模式使用1.在步进模式中，掩模台MT基本保持固定，整个掩模象是一次性(即一个单次“闪光”)投影到靶部分C上。然后在X和/或Y方向移动衬底台WT，使束PB可以辐射不同的靶部分C；2.在扫描模式中，基本上和上面的情况一样，只是有一个给定靶部分C不在单次“闪光”中曝光。相反掩模台MT在一个给定方向(所谓“扫描方向”，如Y方向)以速度V移动，使得投影束PB在掩模象上扫描；与此同时，衬底台WT以速度V＝Mv(M为透镜PL的放大率，一般M＝1/4或1/5)在同一方向或者相反方向同时移动。这种方式可以曝光比较大的靶部分C而不影响分辨率。
在光刻装置1中，辐射束3可被引导穿过设在照明系统IL中的光栅4；定向镜2用来使辐射束3穿过光栅4，检测器ES(如能量传感器)用来检测穿过光栅的辐射束的强度。为确定束尺寸，在以前的系统中是采用一个光栅靶，为此它被人工专门放在照明系统IL内。这个过程很费时，且由于采用UV辐射存在安全风险，同时还可能污染照明系统。此外，光栅靶所获得的象不容易读出。
在图2中，更详细地表示了图1中的LA-Ex-2-IL各元件。图中的辐射源LA是一个深紫外(DUV)受激准激分子激光器，虽然本发明也可用于其它类型的辐射源。另外，从激光器发射的光束可由光学调节装置Ex调整，它是一个调节X-和Y-方向束尺寸的装置。通常此装置包括手动调节透镜系统，透镜系统可沿光轴方向移动，透镜的位置就决定X-和/或Y-方向的束尺寸。在光学调节装置Ex中，还有一个可倾斜的控制镜21，它一倾斜就使束在光栅4附近产生X-或Y-方向的横向位移(与旋转轴线有关)。这样就可以使束3穿过光栅4，在本实施例中光栅4是由自动DOE变换器内的一个衍射光学元件(DOE)的框格边缘形成的。可以从这个变换器中选出一个DOE来进一步按需要的方式调整束。这种调整一般包括控制束的角向分布。
在照明系统IL中，一部分辐射束被引导至束测量装置8，装置8用来测量辐射束的位置和瞄准方向，下面将参照图5对它作进一步的说明。大部分束穿过DOE和光栅4被引导至变焦旋转三棱镜(ZoomAxicon)AM，后者用来设定束强度分布的外和/或内径向范围(通常分别叫做σ-外和σ-内)。一部分光束能量被引导至能量探头ES，剩下的部分被引导至照明装置的其它元件，如积分器IW和聚光镜CO。
能量探头的输出信号与入射到晶片台的晶片上的能量大小有关，所述能量大小则与光刻中所用的光敏材料有关。在这个实施例中，束3的尺寸是由处理器5来测量，处理器与控制镜21相连接，测出倾角与从能量探头ES测得的能量信号的关系。
参考图3，它表示控制镜21的倾角与ES测出的能量信号的关系。为了通过辐射束和光栅的相对运动来改变穿过光栅的辐射束强度，将处理器与控制镜21相连接并进而与测量强度的检测器ES相连。图2的处理器5根据所得到的能量值和角向位移的函数关系来计算束尺寸。
图3可以这样来理解从将束倾斜至位置固定的光栅4的最左边开始，束被光栅4的边缘6所阻挡。然后顺时针方向旋转控制镜21，通过DOE 4的束强度按照图上方曲线所示的函数关系增大。这样继续旋转下去，束3就被光栅4的相对边下分阻挡直至最终完全阻挡。
现在可以把确定束尺寸31的步骤归纳如下首先，根据能量曲线中50％的点(它相当于图3所示的倾角α)确定束行进长度 然后，测量控制镜21的两个转动位置之间的角度差，其中在第一个位置测得的强度比较低(例如，最大强度的10％)，在第二个位置测得的强度比较高(例如，最大强度的90％)。在光栅第一边处的这两个角向位置确定β1，而在第二相对边处的这两个角向位置确定β2。β1和β2的平均值称为β，β在以后用来按照下面的公式计算束尺寸束尺寸＝C·tan(β)·束行进长度 [2]式中常数C取决于在第一和第二位置上特定的相对强度。在本特定情况下，实际上只测量了80％(即10％-90％的点)的束尺寸，因而C＝1.25，这时假定能量强度和角向位移基本为线性关系(这对矩形束截面是对的)。处理器可根据第一和第二相对位置以及第一和第二相对强度之差的比值计算出来尺寸。
在图4中，表示一个光刻系统中实际测量结果的二维图形，其中对一个25×25倾角的矩阵测量了能量强度。从这个二维图可以计算沿一个截面的束尺寸，这时10％，50％和90％的点是用线性内插法确定的。可以看出，辐射束在X-方向的尺寸比Y-方向的大些，因为Y-方向的10％和90％相对强度线离得近一些。
典型的束尺寸测量结果见表1
表1

接下去，用一个装在BMU内的普通照相工具和一个面对光栅靶的框格咬合取样器来测量束尺寸，以进行校验。所得结果(37mm)与表1的计算值非常一致。
实施例2-测量束发散度图5是一个束测量装置BMU 8的详图。通过非耦合镜9从在变焦旋转三棱镜AM方向传播的辐射束3(DUV激光束)分离出1％。被分离出来的束10穿过透镜11并经反射镜12进入另一个半反射镜13，后者将DUV激光束10分裂成两半。其中穿过镜13的部分被透镜14成象在一个荧光屏15(在本例中为YAG:Ce)上。被镜13反射的另一部分束被透镜16聚焦在另一荧光靶17上。两个光路的结构使得透镜11和14的组合在荧光YAG:Ce靶15上形成一个DUV激光束的象，而透镜11和16的组合将DUV激光束10聚焦在荧光靶17上。因此，透镜组合11和14是用来测量束的位置，而透镜组合11和16是用来测量激光束的瞄准方向。DUV光被吸收在YAG:Ce晶体内。该晶体发射出可见光，后者通过透镜20按1∶1成象在位置敏感装置(PSD)18和19上。
在具有完全平行束及透镜11和16恰当对准/定位的情况下，辐射束将被聚焦在靶17上的一个点状束斑上(见图6a)。如果束是发散的或会聚的，聚焦束将成为一个非零尺寸的斑点(分别参看图6b和6c)。靶17上这个束斑的尺寸是束的发散度或收敛度的一个度量，并可通过用第二束控制镜22使束斑在靶17前面或在PSD 18前面的膜片21上扫描而测出来，如参照实施例1所说明的那样。为确定这个发散度，应把瞄准PSD 18的总信号当作穿过光栅的总辐射强度的质量。
下面将束发散度的测定结果示于图7和8。图7的结果列于表2。倾角已从旋转编码器的步数转换为mrad。
表2参数 左边倾角左边倾角右边倾角右边倾角[步数] [mrad] [步数] [mrad]10％ -1703 -3.0431403.5950％ -1070 -1.9125804.5990％ -508-0.9120095.56α6.50mradβ 2.13mrad 1.97mrad角度β是第二控制镜22在两个位置(即瞄准PSD 18最大信号的10％和90％处)之间倾角之差，而且是X-和Y-方向束发散度的直接度量。角度β[mrad]可从经过标准定标过程之后的束控制镜22的旋转位置[步数]导出。
束发散度≡β＝C·|倾角10％-倾角90％| [3]当倾角采用与总束发散度10％和90％相应的值时，上式的C值等于1.25。
表3表示按本发明测得的典型发散度与传统发散度测量结果的比较，后者是在辐射束光学路径内预定数目的位置上用光学记录得到的。我们注意到，按本发明的方法测得的束发散度与传统的束发散度测量方法是一致的。
表3参数 按本发明的方法 传统方法[mrad] [mrad]束发散度X 1.25*2.15＝2.692.9±0.2束发散度Y 1.25*0.21＝0.260.14±0.2必须指出，在上述实施例中，在测量束尺寸时在一个方向只进行了单次扫描；但实际上为了得到束截面的准确2D视觉印象，可能要对束尺寸扫描多次。还应指出，在本文某些地方用到光学或聚焦元件这个词时，它可能是一个能提供同样效果的复合元件或一组分开的物件。虽然上面描述了本发明的一些具体实施例，但应明白本发明也可以按与上面所述不同的方式实施。上面的描述并不意味着对本发明的限制。
权利要求
1.一种光刻装置，包括—辐射系统，用来提供投影辐射束；—支撑结构，用于支撑作图装置，所述作图装置用来按照所需的图形将投影束作出图形；—衬底台，用来保持衬底；—一个投影系统，用来将已作成一定图形的束投影至衬底的靶部分上；—光栅，通过该光栅辐射束被定向；—检测器，用来测量穿过所述光栅的辐射束强度；—改变辐射束位置的装置；所述光刻装置的特征在于，它还包含括与改变辐射束位置的装置耦连的处理器，以通过辐射束和光栅的相对运动来改变穿过光栅的辐射束强度，该处理器还与所述检测器耦连，以由所测量的强度和相对运动计算辐射束的束尺寸。
2.如权利要求1所述的光刻装置，其特征在于，所述处理器用于辐射束的第一相对位置接收第一相对强度，在辐射束的第二相对位置接收第二相对强度，并计算出束的尺寸，束的尺寸就是第一和第二相对位置以及第一和第二相对强度之差的比值。
3.如权利要求2所述的光刻装置，其特征在于，所述第一和第二相对位置相应于辐射束的10％和90％的相对强度，且束尺寸是根据第一和第二相对位置之间的距离计算的。
4.如权利要求1-3任一项所述的光刻装置，其特征在于，改变辐射束位置的装置包括可倾斜的控制镜，该控制镜离光栅比较远而且和处理器耦连；所述处理器用来计算反射辐射束的相对运动，它是所接收的控制镜倾角的函数，也是控制镜和光栅间预定的束行进长度的函数。
5.如权利要求4所述的光刻装置，其特征在于，所述处理器用来接收在辐射束的第三相对位置上的第三相对强度，在该位置辐射束至少部分地在光栅第一边与光栅重叠，和在辐射束的第四相对位置上的第四相对强度，在该位置辐射束至少部分地在和第一边相对的光栅第二边上与光栅重叠，所述处理器还用来计算束的行进长度，它是与辐射束第三和第四相对位置相应的第三和第四倾角以及光栅相对两边间的预定距离的函数。
6.如权利要求4～5中任一项所述的光刻装置，其特征在于，所述控制镜可以在两个方向倾斜。
7.如权利要求1～6中任一项所述的光刻装置，其特征在于，所述光栅是由衍射光学元件框格的边缘形成的。
8.如权利要求1～7中任一项所述的光刻装置，还包括用来改变辐射束的束尺寸的光学元件，所述光学元件与所述处理器耦连，以将辐射束调整至所要求的尺寸。
9.一种光刻装置，包括—辐射系统，用来提供投影辐射束；—支撑结构，用于支撑作图装置，所述作图装置用来按照所需的图形将投影束作成该图形；—衬底台，用来保持衬底；—投影系统，用来将已作成一定图形的束投影至衬底的靶部分上；—聚焦元件，用于将一部分辐射束聚焦至焦面上；—光栅，它安置于所述聚焦元件的焦面上；—检测器，用来检测穿过光栅的辐射束强度；—改变辐射束瞄准方向的装置；所述光刻装置的特征在于，它还包括与改变辐射束瞄准方向装置相连的处理器，以通过改变辐射束的瞄准方向来改变穿过光栅的辐射束强度，所述处理器还与检测器耦连，所述处理器用于由测得的强度和瞄准方向计算出辐射束的束发散度。
10.如权利要求9所述的光刻装置，其特征在于，所述改变辐射束瞄准方向的装置还包括控制镜，该控制镜能在两个方向倾斜并处在离光栅较近的位置，以通过使控制镜倾斜来显著地改变辐射束的瞄准方向。
11.如权利要求9-10中任一项所述的光刻装置，其特征在于，所述检测器包括能量探头和位置检测器中的一个。
12.检测光刻装置中辐射束的束尺寸的方法，该方法包括—提供辐射束；—提供光栅；—提供检测器，用来测量穿过所述光栅的辐射束强度；—改变辐射束相对于光栅的位置；—测量穿过光栅的辐射束相对于最大强度的强度，它是辐射束相对运动的函数；—由作为相对运动的函数的所测出的强度计算辐射束的束尺寸。
13.如权利要求12的方法，其特征在于，计算束尺寸包括—确定在辐射束第一相对位置处的第一相对强度；—确定在辐射束第二相对位置处的第二相对强度；—计算束的尺寸，它是第一和第二相对位置以及第一和第二相对强度之差的比值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一和第二相对位置相应于辐射束10％和90％的相对强度。
15.如权利要求12-14中任一项所述的方法，还包括—提供一放在离光栅较远处的可倾斜控制镜；—用控制镜使辐射束反射，以通过倾斜控制镜显著地改变辐射束在光栅处的位置；—计算被反射的辐射束的相对运动，它是控制镜倾角的函数，也是在控制镜和光栅间的预定行进长度的函数。
16.在权利要求12-15所述的方法中，所述控制镜可在两个不同方向倾斜，束尺寸在两个不同的方向测量。
17.如权利要求12-16所述的方法还包括—改变辐射束的束尺寸，以将该辐射束调整至所需的束尺寸。
18.如权利要求15所述的方法，还包括—测量相应于控制镜第三相对倾角的辐射束第三相对位置处的第三相对强度，其中辐射束至少部分地与光栅在第一边上重叠；—测量相应于控制镜第四相对倾角的辐射束第四相对位置处的第四相对强度，其中辐射束至少部分地与光栅在与第一边相对的第二边重叠；—由所述第三和第四倾角以及光栅相对边的预定距离计算束行进长度。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述辐射束的第三和第四相对位置相应于穿过光栅的50％相对强度。
20.测定光刻装置中辐射束的束发散度的方法，该方法包括—提供辐射束；—提供聚焦元件；—提供处于所述聚焦元件焦面上的光栅；—提供检测器，用来测量穿过所述光栅的辐射束强度；—将部分所述辐射束通过聚焦元件聚焦在焦面上；—改变所述辐射束的瞄准方向；—测量穿过光栅的辐射束相对于最大强度的强度，它是辐射束瞄准方向的函数；和—由作为瞄准方向的函数的所测出的强度计算辐射束的束发散度。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，计算束发散度包括—确定在辐射束的第一瞄准方向上的第一相对强度；—确定在辐射束的第二瞄准方向上的第二相对强度；和计算出束发散度，它是第一和第二瞄准方向以及第一和第二相对强度之差的比值。
22.如权利要求20-21中任一项所述的方法，其特征在于，所述检测器包含能量探头和位置检测器中的一个。
23.如权利要求20-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述辐射束瞄准方向是通过将辐射束反射到离光栅比较近的控制镜上而改变的，并让控制镜在两个不同方向倾斜，以显著地改变辐射束的瞄准方向。
24.在权利要求12-23中任一条所述的方法中，所述辐射束的束尺寸和束行进长度是通过倾斜第一控制镜而测量的；且辐射束的束发散度是通过倾斜第二控制镜确定的，所述第一控制镜在辐射束的光路上处于第二控制镜前面，因而第一控制镜明显地改变辐射束的相对位置，而第二控制镜明显地改变辐射束的瞄准方向。
全文摘要
一种光刻装置，包括辐射系统，用来提供投影辐射束；光栅，通过该光栅辐射束被定向；检测器，用来测量穿过光栅的辐射束强度；聚焦元件；和用来使辐射束定向通过光栅的装置。按本发明的光刻装置包含与使辐射束定向的装置耦连的处理装置，以通过相对运动或辐射束瞄准方向的变化来改变穿过光栅的辐射束的强度。该处理装置还与测量强度的检测器相连接，以通过测得的强度和相对运动计算束尺寸或束发散度。本发明的光栅提供一种简单而可靠的确定束质量特性如束尺寸和/或束发散度的方法。
文档编号G01T1/29GK1500911SQ200310114318
公开日2004年6月2日 申请日期2003年11月12日 优先权日2002年11月13日
发明者L·J·H·G·W·蒂乌文, L J H G W 蒂乌文 申请人:Asml荷兰有限公司