高精度温度补偿压阻式位置感测系统的制作方法

本发明涉及一种微机电系统、一种包括作为微反射镜阵列的这种微机电系统的可编程照射器、一种包括这种可编程照射器的光刻设备、一种包括这种可编程照射器的检查和/或量测设备、以及一种用于形成这种微机电系统的方法。

背景技术：

1、光刻设备是被构造成将期望的图案施加至衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(ic)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置处的图案投影至设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。如在本文中所使用的术语“图案形成装置”应广义地解释为是指可以用于向入射辐射束赋予经图案化的横截面的装置，所述经图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案；在这种情境下，也可以使用术语“光阀”。通常，图案将对应于在目标部分中产生的装置(诸如集成电路或其它装置)中的特定功能层。这样的图案形成装置的示例包括：

2、-掩模(或掩模版)。掩模的概念在光刻中是众所周知的，并且其包括诸如二元、交替相移和衰减相移的掩模类型，以及各种混合式掩模类型。这种掩模在辐射束中的放置会根据所述掩模上的图案而导致照射到所述掩模上的辐射选择性地透射(在透射型掩模的情况下)或反射(在反射型掩模的情况下)。掩模可以由诸如掩模台或掩模夹具之类的支撑结构支撑。这种支撑结构确保可以将掩模保持在入射辐射束中的期望的位置处，并且其可以在需要时相对于束移动；

3、-可编程反射镜阵列。这种装置的一个示例是具有黏弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种装置所隐含的基本原理为(例如)：反射表面的寻址区域将入射光反射为衍射光，而未寻址区域将入射光反射为非衍射光。使用适当滤波器，可以从反射束滤出非衍射光，从而仅留下衍射光；以这种方式，束变得根据矩阵可寻址表面的寻址图案而被图案化。可编程反射镜阵列的替代实施例使用微小反射镜的矩阵布置，可以例如通过施加合适的区域化电场或通过使用静电或压电致动装置而使所述反射镜中的每个围绕轴线单独的倾斜。再次，所述反射镜是矩阵可寻址的，使得经寻址反射镜将使入射辐射束在与未寻址反射镜不同的方向上反射；以这种方式，反射束根据矩阵可寻址反射镜的寻址图案来图案化反射束。可以使用合适的电子装置来执行所需的矩阵寻址。在上文中所描述的两种情形中，图案化装置可以包括一个或更多个可编程反射镜阵列。可以例如从以引用方式并入本文中的美国专利us 5,296,891和us 5,523,193以及pct专利申请wo 98/38597和wo 98/33096搜集到关于在这里提及的反射镜阵列的更多信息。这样的可编程反射镜阵列可以由可以根据需要而是固定的或可移动的支撑结构(诸如(例如)框架或台)支撑；以及

4、-可编程lcd阵列。全文以引用方式并入本文中的美国专利us 5,229,872中给出这样的构造的示例。这样的可编程lcd阵列可以由可以根据需要而是固定的或可移动的支撑结构(诸如(例如)框架或台)支撑。

5、出于简单起见，本文的其余部分在某些部位处可特定指向涉及掩模和掩模台的示例；然而，在这些情况下所论述的通用原理应在如上文所阐述的图案化装置的较宽泛情境下看待。

6、为了将图案投影于衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射(虽然波长可能不在可见范围内，但在该常常被简单地称作“光”)。这种辐射的波长确定可以形成在衬底上的特征的最小大小。相比于使用例如具有193nm的波长的辐射的光刻设备，使用具有在4nm至20nm的范围内的波长(例如6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成较小特征。

7、除所述辐射的波长(λ)和所述投影透镜的数值孔径(na)以外，所述照射源的形状，或更通常地所述照射源的角强度分布是为了实现光刻中的高分辨率的最重要参数中的一个参数。

8、包括数百或数千个微反射镜(常常在下文被简单地称作“反射镜”)的阵列的微反射镜阵列可以用于光刻设备的所述照射系统中以控制光的横截面形状和强度分布。每个微反射镜反射了光斑，并且改变所述微反射镜的角度会改变斑的位置且因而改变所述辐射束的形状。

9、微机电系统(mems)技术可以用于制造和控制反射镜。例如，静电或压电mems系统可以用于使反射镜成角度。

10、当前，存在用于对具有在深紫外光谱(duv)内的波长(例如λ＝193nm)的光进行整形的微反射镜阵列。然而，这些微反射镜阵列不能有效地用于在极紫外光谱(euv)中的光所需的较短波长，例如λ＝13.5nm。需要新的微反射镜阵列技术以用于euv辐射。此外，期望用于这种新的微反射镜阵列技术的有利的新应用，以用于euv辐射和/或非euv辐射，例如可见光或duv辐射。

11、pct专利申请pct/ep2020/072005(其在本技术的优先权日期未公开)披露了微反射镜阵列，其使用压电致动器来控制微反射镜阵列中的反射镜的角度。反射镜设置在mems晶片中，并且用于每个反射镜的控制信号从控制电路(对于每个反射镜使用相应的多个硅穿孔tsv)传输至mems晶片。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供一种微机电系统(mems)(例如，微反射镜阵列)，所述微机电系统例如可以用于光刻设备或检查和/或量测设备的照射系统中以调节辐射束。所述微机电系统包括衬底和用于反射入射光且由所述衬底所支撑的多个mems元件(例如，反射镜)。对于每个mems元件，存在用于使连接至所述衬底的所述mems元件发生移位的至少一个压电致动器。所述微机电系统还包括控制系统，所述控制系统被布置成接收来自所述微机电系统外部的控制信号，并且基于所接收的控制信号产生一个或更多个致动器控制信号。所述致动器控制信号被传输至对应的致动器，以使得所述控制系统单独地控制所述mems元件中的每个mems元件。

2、所述mems元件中的每个mems元件也设置有用于产生指示所述mems元件的位移的模拟传感器信号的至少一个压电电阻器感测元件、和用于产生指示所述压电电阻器感测元件的温度的模拟温度信号的温度传感器。所述感测元件可以允许准确确定mems元件位置(例如，翻转和倾斜角)，这对于将反馈提供至所述压电致动器可以是重要的。例如，所述感测元件可以包括压电电阻器，所述压电电阻器被布置成使得所述mems元件的位移引起所述压电电阻器发生偏转(即，变形)。从所述压电电阻器所输出的电压可以与所述mems元件的所述位移成比例。

3、所述控制系统分别使用所述模拟传感器信号和所述模拟温度信号来产生对应的数字传感器信号和对应的数字温度信号。使用所接收的控制信号、所述数字传感器信号和数字温度信号，则所述控制系统计算目标致动器控制电压，并且接着基于所计算的目标致动器控制电压来产生所述致动器控制信号(例如，作为具有等于所述目标致动器控制电压的电压的致动器控制信号)。

4、因为所述计算是对数字信号执行的，则所述致动器控制信号的所述计算比尝试使用模拟信号将/会进行这种计算简单得多。此外，可以执行更复杂的计算，其中，例如对所述目标致动器控制信号的相关性不仅包括对数字温度信号的线性(1阶)相关性，而且优选地也包括对数字温度信号的2阶和/或3阶相关性。已发现，确定本布置中的mems元件的挠曲的准确度即精度为40ppm即百万分之40，而预先存在的系统将会通常实现约0.1％的精度。因而，可以存在约25倍的精度改善。

5、所述计算可以包括建模所述温度传感器中的应变。在这样的模型中，由数字温度信号所指示的温度值被校正以补偿所述温度传感器中的应变，所述应变影响所述温度传感器的输出。使用数字传感器信号来执行所述校正，并且所述校正可以包括对所述数字传感器信号的1阶、2阶和/或3阶相关性。

6、类似地，所述计算可以包括对表示所述压电电阻器感测元件中的温度的估计温度值进行建模。在这样的模型中，由数字传感器信号所指示的应变值被校正以补偿所述压电电阻器感测元件中的温度，所述温度影响所述数字传感器信号。使用数字温度信号来执行所述校正，并且所述校正可以包括对所述数字温度信号的1阶、2阶和/或3阶相关性。

7、所述控制系统可以包括电桥元件，所述电桥元件是包括被维持于不同相应电压处的两个电压供应端子、输入端子和输出端子、以及连接在对应的端子对之间的多个电阻器(例如，全部具有相同电阻值)的类型。例如，可以存在三个电阻器：两个电阻器分别被连接在电压供应端子与输出端子之间，并且一个电阻器被连接在输入端子与电压端子中的一个电压端子之间。

8、所述压电电阻器感测元件被电连接在所述电压供应端子中的一个电压供应端子与所述输入端子之间，使得所述压电电阻器感测元件将传感器信号传输至所述电桥元件。所述压电电阻器感测元件中的应变将修改所述压电电阻器感测元件的电阻，并且将导致所述电桥的输入端子与输出端子之间的经修改的电压(信号)差。输入端子与输出端子之间的电压可以被传递至模拟-数字转换器(adc)，所述模拟-数字转换器通过数字化所述电桥的输入信号与输出信号之间的差而产生数字传感器信号。

9、所述电桥元件的温度也可能影响经修改的传感器信号，因此所述电桥元件优选地包括至少一个电桥温度传感器(例如，每电阻器至少一个传感器)，所述至少一个电桥温度传感器被布置成产生指示所述电阻器中的至少一个电阻器的温度的电桥温度信号。所述(多个)电桥温度信号由adc转换成数字电桥温度信号，并且用于对所述目标致动器控制电压的计算中。

10、所述电桥元件和/或所述adc可以是诸如集成电路之类的控制单元的部分，所述集成电路可以是专用集成电路(asic)。所述控制单元可以接近所述致动器，例如在微机电系统中处于相同高度，其中，高度是垂直于水平平面而限定的，水平平面可以被限定为所述衬底的平面或mems元件的平面(例如，反射镜的平面)。例如，所述控制单元可以与所述(多个)致动器设置在同一晶片上。

11、相比之下，所述控制系统可以包括至少一个控制器单元，所述至少一个控制器单元是被安装在所述衬底上且被布置成计算所述目标致动器控制电压的集成电路。所述控制器单元可以是在所述衬底的背对所述mems元件的表面上且由穿过衬底的过孔连接至所述控制单元的集成电路。可选地，每mems元件可以存在一个控制单元，并且可选地，每控制单元可以存在多于一个控制器，例如，用于计算所有控制单元的目标致动器控制电压的单个控制器。

12、所述温度传感器可以被设置呈双极晶体管的形式。双极晶体管的基极与集电极可以被电连接，使得双极晶体管作为二极管来操作。

13、所述压电电阻器感测元件可以被设置成位于在一个端部处锚固至所述衬底的挠性材料即柔性材料条带(感测梁)上。所述压电电阻器感测元件可以呈压电材料的两个相邻细长本体(诸如折叠式压电电阻器)的形式。所述温度传感器可以被设置在所述压电材料的本体之间。由于上述压电电阻器感测元件与温度传感器的紧密相邻，则它们之间的任何温度差是非常小的。压电电阻器感测元件和温度传感器优选地尽可能接近锚固点放置以在测量期间限制温度摆动。

14、所述温度传感器和所述压电电阻器可以被形成为诸如柔性材料条带之类的单件式半导体本体中的嵌入层。

15、也可以使用柔性材料条带来实施用于每个mems元件的所述(多个)压电致动器。实际上，这可以是其中形成温度传感器和压电电阻器的柔性材料条带。为了形成所述压电致动器，所述条带可以承载至少一个压电层和用于将所产生的致动器控制信号施加至所述压电层的电极。所述压电电阻器可以具有：被连接至所述衬底的一个(固定)端部，和被连接至mems元件的反射镜或位移结构、压电致动器、或将压电致动器连接至反射镜或位移结构的导柱中的一个或更多个另一(移动)端部。

16、所述条带和所述压电材料层可以形成悬臂，所述悬臂在一个(相对于所述衬底固定的)端部处被锚固至所述衬底且在相反的(移动的)端部处经由所述导柱而被连接至所述mems元件的反射镜或位移结构。替代地，所述导柱可以直接地被连接至mems元件上的另一结构(例如，柔性衬底、多层反射器、或表膜边界)，以便通过使mems元件移位来使所述结构变形。通过将电压施加至所述压电材料层，则所述层可以扩展或收缩且由此对所述条带加应力且导致其发生弯曲。每个压电致动器也可以包括铰链，所述铰链被连接至所述条带的端部且被连接至所述导柱。所述铰链在所述条带的伸长方向上具有比所述条带更小的横截面(即，在所述条带处在端点看到的横截面)。例如，所述铰链可以由与所述柔性材料条带相同的材料(通常是硅)形成，但被图案化以具有较小横截面从而增大其柔性且由此导致其充当所述条带与所述导柱之间的铰链。与柔性材料条带相比，减小的横截面积也可以减低铰链的热导率，这因此可以有利于防止所述压电致动器的加热。所述导柱可以包括热隔离层(例如氧化物)以减少或防止热传递至所述压电致动器(例如，从反射镜)。所述导柱也可以被配置成使所述反射镜或位移结构与所述压电致动器电隔离。这可以防止积聚在所述反射镜或位移结构上的电荷影响所述压电致动器。所述柔性条带充当高温反射镜与低温锚固点之间的热电阻器。

17、优选地，所述微机电系统针对每个mems元件包括四个压电致动器，所述四个压电致动器被布置成能够实现对所述mems元件的翻转和倾斜位移控制。

18、所述微机电系统也可以针对每个mems元件包括用于扩散来自所述mems元件的热的热扩散器。在使用中，所述微机电系统可以从入射光吸收一些能量，这增大了所述装置的温度。这种温度增大可能既降低装置性能。通常，诸如微反射镜阵列之类的所述微机电系统旨在在气体压力远小于大气压的环境中操作，实际上通常大致在真空中操作，因此热对流大致为零。替代地，所述热扩散器允许将热传导出去，诸如至所述衬底。通常，所述热扩散器包括被连接在所述mems元件与所述衬底之间且被布置成在所述mems元件被移动时发生挠曲的柔性元件。应注意，在所述热扩散器的增大的柔性与所述热扩散器将热传导远离所述mems元件的增大的能力之间存在折衷。使用压电致动器会允许将增大的力施加至所述柔性元件，继而允许选择所述热扩散器来提供改善的热导率。

19、在一个示例中，所述热扩散器可以包括散热件和将所述散热件连接至所述mems元件的导热柱。所述散热件可以包括柔性隔膜，所述柔性隔膜允许所述柱在所述mems元件被移位时发生枢转。所述柔性隔膜可以是经图案化的硅层，其具有易于可以用于cmos制造过程中而无需另外的掩模或过程步骤的优点。所述柔性隔膜可以包括通过所述柔性隔膜且从所述散热件的外边缘朝向所述导热柱延伸的凹槽。所述凹槽(其可以是弯曲凹槽)增大所述隔膜的柔性以便不妨碍所述mems元件的运动。优选实施例的所述压电致动器被选择以提供一定力水平即一定程度的力，所述力水平大于一些常规系统中所使用的静电致动器的力水平且足以使所述柔性构件变形，即使其具有足够横截面积(例如，如在所述柔性构件与圆筒状表面(轴线与所述柱的轴线重合)的相交处所测量的)，以允许热扩散比针对常规反射镜阵列所提供的热扩散更大。这允许本微机电系统可以用在常规反射镜阵列将不适用的应用中。

20、所述散热件可以包括诸如铝之类的金属层，其与硅相比具有较高热导率。所述金属层也可以保护散热件免受等离子体影响。所述导热柱也可以是导电的且被连接至地即接地，以便防止电荷积聚在mems元件上，否则其可能妨碍对mems元件的位移控制。

21、微机电系统可以是微反射镜阵列，其中，所述多个mems元件中的每个mems元件与用于反射入射光的反射镜相关联。所述阵列中的每个反射镜优选地适于反射具有在约13nm的范围内的波长的光，诸如基本上以13.5nm为中心的窄范围。这能够使得所述微反射镜能够与在极紫外(euv)光谱中操作的光刻设备一起使用。

22、除所述微反射镜阵列之外，所述微机电系统(mems)也可以用于光刻设备和/或检查和/或量测设备的其它部分中。例如，mems可以通过将多个mems元件定位在反射镜表面下方且使反射镜表面变形而与单个(宏)反射镜一起使用。因此，所述mems还可以包括连续反射层，其中，mems元件的位移使得所述连续反射层变形，以便重定向入射到所述连续反射层上的光。所述反射层例如在用于所述图案形成装置或正入射反射镜中时可以是多层反射器，或例如在用于掠入射反射镜中时可以是单个金属箔。

23、mems元件在一些情况下可以被直接地结合至所述连续反射层或所述连续反射层所位于的连续衬底(例如，直接地附接至压电致动器的导柱可以被直接地结合至所述反射层的背面)。替代地，每个mems元件可以包括用于支撑所述连续反射层且用于将一个或更多个压电致动器的位移转换至所述连续反射层的位移结构。所述位移结构可以被形成在单独的晶片中，并且被结合至所述mems的另一部分。所述位移结构可以是矩形层或区块，其在由所述压电致动器移位时被翻转且倾斜。取决于所需的上覆结构的变形的类型，所述位移结构的其它形状当然也是可能的(例如，在水平平面中的六边形)。

24、根据本发明的第二方面，提供一种可编程照射器，包括用于调节辐射束的根据本发明的第一方面的作为微反射镜阵列的微机电系统。

25、所述可编程照射器还可以包括位移控制反馈系统，所述位移控制反馈系统被配置成针对所述微反射镜阵列中的每个反射镜确定所述反射镜的位置且基于所确定的位置和基于所述反射镜的预定义目标位置来调整被施加至相关联的压电致动器的电压。所述压电致动器的性能可能随着时间推移而改变，使得对所施加的电压的位移的初始校准不再有效，并且所述位移控制反馈系统可以用于基于所测量的反射镜位置调适所施加的电压。所述反馈系统可以包括或利用所述微反射镜阵列的所述感测元件以确定反射镜位置。

26、根据本发明的第三方面，提供一种被布置成将图案从图案形成装置投影至衬底上的光刻设备。所述光刻设备包括用于调节用以照射所述图案形成装置的辐射束和/或用于调节用以测量所述衬底上的目标结构的辐射束的根据本发明的所述第二方面的可编程照射器。所述可编程照射器中的所述微反射镜阵列可以用于例如光刻设备的照射系统中，以控制或调节用于照射所述图案形成装置的光或辐射束的横截面形状和/或强度分布。替代地或另外，所述可编程照射器中的所述微反射镜阵列可以分别用于所述光刻设备的对准系统和/或重叠测量系统中，以分别控制或调节用于测量所述衬底上的对准标记(标识)或目标结构的位置的光或辐射束的光谱分布和/或空间分布和/或执行对所述衬底上的标记(标识)或目标结构的重叠测量。

27、根据本发明的第四方面，提供一种检查和/或量测设备，包括根据本发明的第二方面的可编程照射器，用于调节被用于测量衬底上的目标结构的辐射束。例如，所述可编程照射器中的所述微反射镜阵列可以被用于控制或调节由所述检查和/或量测设备用于测量所述衬底上的目标结构(例如标记(标识))的光或辐射束的光谱分布和/或空间分布，以便出于对准的目的而确定所述目标结构的位置和/或以便执行重叠测量。

28、根据本发明的第五方面，提供被布置成在将图案从图案形成装置投影至衬底上时在暗场成像模式中操作的光刻设备。所述设备包括图案形成装置(其可以替代地被称为掩模或掩模版)，所述图案形成装置包括根据本发明的第一方面的第一mems，其中，所述第一mems包括连续反射层，诸如设置有用于图案化所述入射辐射束的图案的多层反射器。所述设备还包括反射镜，所述反射镜用于投影来自所述图案形成装置的所述图案且包括根据第一方面的第二mems(例如，微反射镜阵列)，其中，所述反射镜包括被布置成使得用于照射所述图案形成装置的所述辐射束通过的开口。所述开口允许所述辐射束在所述图案形成装置上具有正入射即法向入射或垂直入射。所述第一mems被配置成重定向来自所述图案形成装置的一阶衍射，否则所述阶衍射将会落在开口内且落在反射镜上。所述第二mems被配置成补偿所述重定向以便校正所述经投影的图案。在所述图案形成装置上的任一点处的衍射角取决于所述图案形成装置的特征在该点处的的密度或节距。大节距产生小衍射角，并且需要所述图案形成装置的表面的较大变形以重定向所述一阶衍射至所述反射镜上。所述第一mems可以被预先设置成提供跨越整个所述图案形成装置的适当局部变形，并且可以接着在整个图案化/扫描过程中保持固定。上述第二mems(即，所述投影反射镜上的mems)需要在跨越整个所述图案形成装置扫描所述辐射束时动态地更新所述mems元件的位移，以便正确地补偿所述辐射束所入射到的图案形成装置的局部变形。

29、根据本发明的第六方面，提供一种掩模组件，包括：表膜(薄膜)，所述表膜被布置成保护图案形成装置的表面免于污染；和表膜框架，所述表膜框架被配置成支撑所述表膜且被配置成相对于所述图案形成装置固定所述表膜。所述框架包括根据本发明的第一方面的mems，并且所述mems被配置成使所述表膜的部分移位以便将应力施加至所述表膜。mems可以使所述表膜的边界区域/部分移位以增大应力，这可以防止膜发生松弛且需要替换，由此延长所述表膜和所述掩模组件的寿命。mems元件中的传感器可以被用于确定所述表膜中的应力，并且mems元件可以单独地受控制以跨越所述表膜的不同区段局部地施加应力。

30、根据本发明的第七方面，提供一种被布置成将图案从图案形成装置投影至衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括根据本发明的第六方面的掩模组件。

31、根据本发明的第八方面，提供一种用于反射具有在约75°至89°的范围内的入射角的光的掠入射反射镜。所述反射镜包括根据本发明的第一方面的mems。所述mems可以包括微反射镜或优选地包括连续反射层，诸如金属箔。所述连续层可以防止入射辐射从所述微反射镜的边缘散射，并且也可以防止在间隙中和微反射镜下方形成等离子体。

32、根据本发明的第九方面，提供一种用于收集来自光源的光以形成辐射束的收集器。所述收集器包括多个根据本发明的第八方面的掠入射反射镜。

33、根据本发明的第十方面，提供一种检查和/或量测设备，包括根据本发明的第八方面的掠入射反射镜，所述掠入射反射镜被配置成允许调整辐射束在诸如晶片之类的衬底上的聚焦。

34、根据本发明的第十方面，提供一种控制根据本发明的第一方面的微机电系统的方法。所述控制方法包括：使用从mems外部(例如，经由所述控制器的通信接口)所接收的控制信号以及数字传感器信号和数字温度来计算目标致动器控制电压；和基于所计算的目标致动器控制电压来产生致动器控制信号。mems通常是微反射镜阵列，但可以替代地是单个(宏)反射镜、或表膜框架的部分。

35、根据本发明的第十二方面，提供一种形成微机电系统的方法。所述方法可以用于形成根据本发明的第一方面的mems。形成mems的方法包括：提供衬底；形成多个mems元件；和对于每个mems元件，形成用于使所述mems元件移位且被连接至所述衬底的至少一个压电致动器。所述方法还可以包括形成一个或更多个导柱以用于将所述至少一个压电致动器连接至反射镜或位移结构。