CN100504608C - 光刻过程中晶片热形变的优化校正 - Google Patents
光刻过程中晶片热形变的优化校正 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了校正光刻曝光衬底的热致区域形变的方法和装置。在一个实施方案中,该方法包含,按照预定曝光信息把图形曝光到衬底的多个区域,并测量所述区域的属性以评估曝光过程的热效应引起的区域形变。该方法进一步包含基于测得的属性确定校正信息,并基于改校正信息调整预定的曝光信息以补偿热致区域形变。其它实施方案包含使用预计模型以预计区域上的热致效应,并包含热像成像以确定整个衬底上的温度变化。
Description
技术领域
本发明涉及光刻装置,尤其涉及在光刻装置中校正晶片衬底的形变。
背景技术
光刻装置是一种把预期图形应用到衬底的目标部分或者目标区域的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制作。在这种情况下,可使用制图器件(patterning device),诸如掩模(即光刻版),产生一个对应于IC的单独一层的电路图形,且该图形可以被成像到具有辐射敏感材料层(抗蚀剂)的衬底(例如硅晶片)上的目标区域(例如包含一个或多个芯片的部分)。
通常,单个衬底包含连续曝光的相邻目标部分或区域的网络。已知的光刻装置包含所谓的“步进式投影光刻机(stepper)”,其中使用静态照明通过把整个图形曝光到目标区域以照射各个目标区域;以及所谓的“扫描器(scanner)”,其中由投射束沿特定方向(例如,“扫描”方向)扫描图形,同时平行或反平行于这个方向同步扫描衬底,从而照射各个目标区域。
尽管在本说明书中会具体地参考在IC制作中使用光刻装置,但应该理解的是,这里描述的光刻装置可以具有其它应用,例如集成光学***、磁畴存储器的引导和检测图形、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制作。技术人员将会理解,在这些可选应用的情况下,术语“晶片”或“芯片”的使用都可以分别看作与更普通的术语“衬底”或“目标部分/区域”同义。这里所指的衬底在曝光前或曝光后可以在例如轨道(通常把抗蚀剂应用到衬底上并对曝光后的抗蚀剂进行显影的一种工具)或度量或检查工具内得到处理。
适用时,本说明书内容可应用于这些以及其它衬底处理工具。此外,例如,为了创建一个多层IC,可以不止一次地处理衬底,因此这里使用的术语衬底也可指已经包含多个已经处理过的层的衬底。
这里使用的术语“辐射”及“射束”包含所有类型的电磁辐射,包括紫外(UV)辐射(例如,波长为365、248、193、157或126nm)与极紫外(EUV)辐射(例如,波长范围为5-20nm),以及例如离子束或电子束的粒子束。
这里使用的术语“制图器件”应广泛地理解成是指,可用于向投射束截面传递图形以在衬底目标区域创建图形的器件。应该注意的是,传递给投射束的图形可能不与衬底目标区域的预期图形精确对应。通常,传递给投射束的图形对应于在目标区域内创建的器件的特定功能层,诸如集成电路。
制图器件可以是透射的或是反射的。制图器件的例子包括掩模、可编程的反射镜阵列、及可编程的LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的,它包含诸如二进制、交变相移、衰减相移、以及各种混合掩模类型。一个可编程反射镜阵列的例子采用小反射镜的矩阵排列,每个小反射镜可分别倾斜,从而把入射辐射束反射到不同方向;这样,反射束被图形化。
支撑结构支撑制图器件(即承受其重量)。支撑结构支撑制图器件的方式取决于制图器件的方向、光刻装置的设计、以及例如该制图器件是否保持在真空环境等其它条件。该支撑可以是使用机械固定(clamping)、真空、或者例如真空条件下静电固定的其它固定技术。例如,支撑结构可以是可按要求固定或移动的框架或平台,它们可以确保制图器件(例如)相对投影***位于预期位置。可以认为,这里使用的术语“光刻”或“掩模”与更为普通的术语“制图器件”同义。
这里使用的术语“投影***”应广泛地理解成包含各种类型的投影***,包括折射光学***、反射光学***、以及反射折射光学***,只要它们适合于例如所采用的曝光辐射、或其它因素(诸如浸渍液体(immersion fluid)的使用或真空的使用)。可以认为,这里使用的术语“透镜”与更为普通的术语“投影***”同义。
照明***也可包括各种类型的光学元件,包括用于引导、定型、或控制辐射的投射束的折射、反射、及反射折射光学部件,这些部件在下文中也统称为或简称为“透镜”。
光刻装置可以具有两个(双级(dual stage))或更多衬底平台(和/或两个或更多个掩模平台)。在这些具有“多个平台”的机器中,可以并行地使用附加的平台,当一个或多个平台用于曝光时,可以在其它一个或多个平台上进行准备步骤。
光刻装置也可以是这样的类型:其中衬底浸没在具有相对较高的折射率的液体(例如,水)中,以填充投影***最终元件与衬底的空隙。浸渍液体也可用于光刻装置中的其它空隙,例如掩模与投影***第一元件之间的空隙。在本技术领域中,浸渍技术用于提高投影***的数值孔径是众所周知的。
对越来越小的半导体器件的需求,驱使光刻制作过程需要获得临界尺寸(CD)更小的图形特征和轮廓。而且,如前所示,这些器件可包含多个层,要求在先前的层上精确地定位连续各层。不必说,重要的是,这些更小的器件始终以尽可能小的叠加误差(overlay error)被复制,以生产出高质量的晶片衬底W。
然而,光刻制作过程中的许多行为会增加叠加误差,并损害曝光图形的质量。实际上,正是用于把图形投影到单个目标区域C的光刻曝光过程可能会增加叠加误差。特别地,曝光时施加在目标区域C的能量以热能的形式被晶片衬底W吸收。吸收的热能会导致曝光中的目标区域C发生变形。这种形变可能导致无法接受的叠加和聚焦误差,并大幅降低产量。
典型地,为尽力减小图形移位及晶片衬底形变,光刻制作方案采用偏移校正程序,以确定和补偿诸多与加工相关的误差。这些程序基于平均目标区域Cave的参数的确定,以及随后平均目标区域Cave的校正偏移的确定。随后把校正偏移反馈到执行偏移的工艺控制模块中,从而再校准各个过程以遵从平均目标区域Cave的特性。然而已经证明,考虑到曝光中可能发生的热致形变,基于平均目标区域Cave对这种形变的校正在许多情况下即使不是不足的,也是不最佳的。
发明内容
这里所具体表达及概括地描述的与本发明原理相一致的***、装置、及方法,提供了对光刻曝光过程中由衬底热效应引起的衬底形变的校正。本发明的一个实施方案包含,依照预定曝光信息把一个图形曝光到衬底的多个区域上,并测量这些区域的属性以评估曝光过程中热效应引起的这些区域的形变。该方法进一步包含根据所测量的属性来确定校正信息,并基于该校正信息调整预定曝光信息以补偿热致区域形变。
一些实施方案包含了根据经验推导出热校正模型,以补偿目标区域的形变。其它实施方案包含了使用预计模型,在曝光之前预计各区域的热致效应。预计模型包含:基于热模型及基于能量传输通过所述晶片时的时间衰减特性来预计各个所述区域内选定点的形变效应。
另外的其它实施方案包含,测量曝光之前整个衬底上的温度变化以提供一形变分布图。可使用热像成像测量温度变化。
尽管在本说明书中具体地参考在IC制作中使用本发明的装置,但应该清楚地理解,这种装置具有许多其它可能的应用。例如,它可以用于集成光学***、磁畴存储器的引导和检测图形、液晶显示面板、薄膜磁头等的制作。技术人员将了解到,在这些可供选择的应用的情况中,本说明书中术语“光刻”、“晶片”、“芯片”的任何使用应被认为可以分别替换为更为普通的术语“掩模”、“衬底”、“目标部分/目标区域”。
附图说明
现在将仅通过例子的方式,参考附图来描述本发明的实施方案,其中:
图1A描述了根据本发明的一个实施方案的光刻装置;
图1B描述了根据本发明的一个实施方案的光刻装置;
图1C至图1G示出了各种热致目标区域形变;
图2A示出了描述本发明一个实施方案的示意性功能流程图;
图2B示出了描述本发明另一个实施方案的示意性功能流程图;
图3示出了描述本发明另一个实施方案的示意性功能流程图;
图4A-4B示出了描述本发明另一个实施方案的示意性功能流程图;
图5A-5B示出了描述本发明另一个实施方案的示意性功能流程图;以及
图6示出了描述本发明另一个实施方案的示意性功能流程图。
在这些图中,相应的参考符号表示相应的部分。
具体实施方式
如上所述,用于把图形投影到单个目标区域的光刻曝光过程,可能会由于曝光时作用于目标区域C的能量以热能的形式被晶片衬底W吸收而导致图形偏移以及目标区域C的形变。这些形变会导致晶片衬底W中难以接受的叠加误差。
正如下面将更为详细描述的,本发明通过考虑这些形变的特性并确定曝光校正信息,周密考虑了多种可以减轻光刻***中热致形变的实施方案。随后各个实施方案适应性地应用曝光校正来补偿形变,从而使得叠加误差降低。
图1A示意性地描述了根据本发明的一个特定实施方案的光刻装置100。光刻装置100包含:
照明***:用于提供辐射(例如UV或EUV辐射)的投射束PB的照明器IL;
第一支撑结构:MT(例如掩模平台或掩模支架),用于支撑制图器件(例如掩模)MA并连接到第一定位机械装置机械装置PM以精确地相对PL定位制图器件;
衬底平台:WT(例如晶片平台、晶片支架),用于支撑衬底(例如涂抹了抗蚀剂的晶片)W并连接到第二定位机械装置机械装置PW以精确地相对PL定位衬底;以及
投影***:PL(例如反射投影透镜),用于把通过制图器件MA传递到投射束PB的图形成像到衬底W的目标区域C(例如包含一个或多个芯片)。
如图1A所示,光刻装置100属于反射类型(例如,采用如上所述类型的反射掩模或可编程反射镜阵列)。或者,该装置可以为透射类型(例如,采用透射掩模)。
照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源与光刻装置100可以为分开的实体,例如当辐射源为等离子体放电源时。在这些情况下,并不把辐射源看作光刻装置100的一部分;通常借助例如包含适合的聚光镜和/或光谱纯度滤光片的辐射收集器,将辐射束从辐射源SO传到照明器IL。在其它情况下,辐射源SO是装置100的主要部分,例如当辐射源为汞灯时。可将源SO及照明器IL称为辐射***。
照明器IL包含用于调整射束角强度分布的调整机械装置。一般而言,至少可以调整照明器的光瞳面(pupil plane)内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-outer及σ-inner)。照明器提供了称为投射束PB的调整为良好状态的辐射束,其截面具有期望的均匀性和强度分布。
投射束PB入射到固定在掩模平台MT上的掩模MA上。投射束PB被掩模MA反射后穿过将该射束聚焦到衬底W目标区域C上的透镜PL。借助于第二定位机械装置PW及位置传感器IF2(例如干涉测量器件),可以精确地移动衬底平台WT,例如,以在射束PB的路径内定位不同的目标区域C。类似地,可以使用第一定位机械装置PM及位置传感器IF1,例如从掩模库机械取回(retrieval)后或在扫描时,以精确地定位掩模MA相对于射束PB路径的位置。通常,可以借助形成为定位机械装置PM及PW一部分的长冲程模块及短冲程模块,实现载物台MT及WT的移动。然而,对于(与扫描器相反的)分步光刻机,掩模平台MT可以只连接到短冲程传动器(actuator),或者可以被固定。可以使用掩模对准标记M1及M2与衬底对准标记P1及P2来对准掩模MA及衬底W。
光刻装置100可以用于下述优选模式:
分步模式:掩模平台MT与衬底平台WT基本上保持静止,而传递到投射束的完整图像一次被投影到目标区域C(即,单次静态曝光)。随后沿X和/或Y方向平移衬底平台WT,以曝光不同的目标区域C。在分步模式中,曝光区域的最大尺寸限制了单次静态曝光中被成像的目标区域C的尺寸。
扫描模式:传递到投射束的图形被投影到目标区域C(即,单次动态曝光)时,同步扫描掩模平台MT及衬底平台WT。由投影***PL的(缩小)放大及图像反向特性确定衬底平台WT相对掩膜平台MT的速率和方向。扫描模式中,曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标区域的宽度(沿非扫描方向),而扫描动作的长度决定了目标区域C的高度(沿扫描方向)。
其它模式:传递到投射束的图形被投影到目标区域C时,保持掩模平台MT基本上静止支撑可编程制图器件,并且衬底平台WT被移动或扫描。在该模式下,通常使用脉冲辐射源,且在每次移动衬底平台WT之后或者在扫描中的连续辐射脉冲之间按需要更新可编程制图器件。该工作模式可以容易地应用于使用可编程制图器件(诸如上面提及的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。
光刻装置100也可采用上述各使用模式的组合和/或变化或完全不同的使用模式。
如上所述,光刻装置可以设置为透射型装置(例如,使用透射掩膜)。图1B示意性地描述了具有透射型配置的光刻装置150,包含:
照明***:用于提供辐射(例如UV辐射或其它辐射)投射束PB的照明器IL;
第一支撑结构:MT(例如掩模平台或掩模支架),用于支撑制图器件(例如掩模)MA并连接到第一定位机械装置PM以精确地定位制图器件相对PL的位置;
衬底平台:WT(例如晶片平台、晶片支架),用于支撑衬底(例如涂敷了抗蚀剂的晶片)W并连接到第二定位机械装置PW以精确地定位衬底相对PL的位置;以及
投影***:PL(例折射投影透镜),用于把制图器件MA传递到投射束PB的图形成像到衬底W的目标区域C(例如包含一个或多个芯片)。
照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源与光刻装置150可以是分开的实体,例如当辐射源为激准分子激光器时。在这些情况下,并不把辐射源看作光刻装置150的一部分;借助例如包含适合的导向反射镜和/或光束扩展器的射束传递***BD,辐射束由辐射源SO传递到照明器IL。在其它情况下,辐射源SO是装置100的集成部分,例如当辐射源为汞灯时。可将辐射源SO、照明器IL、以及如果需要时的射束传递***BD一起称为辐射***。
照明器IL包含用于调整射束角强度分布的调整机械装置AM。一般而言,至少可以调整照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-outer及σ-inner)。此外,照明器通常包含诸如积分器IN和聚光器CO的各种其它部件。照明器提供了称为投射束PB的调整为良好状态的辐射束,其截面具有预期的均匀性和强度分布。
投射束PB入射到支撑在掩模平台MT上的掩模MA上。穿过掩模MA后,投射束PB穿过把该射束聚焦到衬底W目标区域C上的透镜PL。借助于第二定位机械装置PW及位置传感器IF(例如干涉测量器件),可以精确地移动衬底平台WT,例如,以在射束PB的路径内定位不同的目标区域C。类似地,可以使用第一定位机械装置PM及其它位置传感器IF1(未在图1中明确示出),例如从掩模库机械取回后或在扫描时,以精确地定位掩模MA相对于射束PB路径的位置。通常,可以借助形成为定位机械装置PM及PW一部分的长冲程模块及短冲程模块,实现载物台MT及WT的移动。然而,对于(与扫描器相反的)分步光刻机,掩模平台MT可以只连接到短冲程传动器,或者可以被固定。可以使用掩模对准标记M1及M2与衬底对准标记P1及P2来对准掩模MA及衬底W。
光刻装置150可以用于下述优选模式:
分步模式:掩模平台MT与衬底平台WT基本上保持静止,而传递到投射束的完整图像一次被投影到目标区域C(即,单次静态曝光)。随后沿X和/或Y方向平移衬底平台WT,以曝光不同的目标区域C。在分步模式中,曝光区域的最大尺寸限制了单次静态曝光中被成像的目标区域C的尺寸。
扫描模式:传递到投射束的图形被投影到目标区域C(即,单次动态曝光)时,同步扫描掩模平台MT及衬底平台WT。由投影***PL的(缩小)放大及图像反向特性确定衬底平台WT相对掩膜平台MT的速率和方向。扫描模式中,曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标区域C的宽度(沿非扫描方向),而扫描动作的长度决定了目标区域C的高度(沿扫描方向)。
其它模式:传递到投射束的图形被投影到目标区域C时,保持掩模平台MT基本上静止支撑可编程制图器件,并且衬底平台WT被移动或扫描。在该模式下,通常使用脉冲辐射源,且在每次移动衬底平台WT之后或者在扫描中的连续辐射脉冲之间按需要更新可编程制图器件。该工作模式可以容易地应用于使用可编程制图器件(诸如上面提及的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。
光刻装置150也可采用上述各使用模式的组合和/或变化或完全不同的使用模式。
如前所述,由于引起被曝光目标区域C中的热致形变及图形偏移,光刻曝光过程可能会增加叠加误差。通常,当曝光目标区域Ci时,其吸收热能并局部加热,吸热和加热的方式依赖于晶片衬底W的吸收、辐射及传导等热学性质。同样地,曝光目标区域Ci也会加热目标区域Ci周围的相邻目标区域Ci+k。随着连续的、相邻的目标区域Ci+k依次被曝光,先前的目标区域Ci开始冷却,但由于目标区域Ci+1的曝光而仍受到一些残余加热。
目标区域C经历的许多加热及冷却阶段以及晶片衬底W的热学性能会导致目标区域的大量畸变。目标区域的这些形变发生的形式可能为平移形变(参见图1C)、放大形变(参见图1D)、旋转形变(参见图1E)、形状形变(参见图1F),和/或这些形变任何组合(参见图1G)。
第一实施方案
图2A示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程200的一般发明概念。如图2A所示,校正过程200从提供初始曝光配方的程序任务P202开始。依照制造者规定的特征及曝光图形的轮廓,曝光配方指明投射束PB聚焦到晶片衬底W各个目标区域Ci至CN的能量的量。将会理解,对于一些实施方案,理想的是保持晶片衬底W的目标区域Ci至CN接收的能量剂量不变。然而,即使在这些实施方案中,假设总能量剂量保持不变,可以把曝光时间(即扫描速度)与曝光能量(例如激光功率)设置为曝光配方中的可调整参数,从而减少热效应。
曝光配方可能还包含关联的曝光位置信息,该信息识别各个目标区域Ci至CN的区域上投射束PB将被聚焦的预定坐标。曝光配方可能进一步包含相关的曝光顺序信息,该信息识别投射束PB曝光各个目标区域Ci至CN的预定顺序。
热校正过程200随后前进到程序任务P204,其中光刻装置100、150使用期望图形连续曝光晶片衬底W的目标区域Ci至CN,曝光的方式与上面的描述一致,且遵从包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位及曝光排序的曝光配方。
曝光之后,校正过程200随后前进到程序任务P206,其中被曝光的晶片衬底W经过一个测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象。这些被测量的属性可能包含,例如,单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙、目标区域孔和/或柱在X和/或Y方向的直径、目标区域孔和/或柱的椭圆率、目标区域特征的面积、特征顶部的宽度、特征中部的宽度、特征底部的宽度、特征的侧壁角等。
这些测量的一部分可以在内部进行;也就是说,通过采用光刻曝光装置100、150内的各种机械装置(例如对准传感器及标记器的组合或是设置成用于该目的的专用传感器)进行测量。备选地,也可以使用外部设备执行这些测量,例如,扫描电子显微镜(SEM)、椭偏仪、反射计、电线宽度测量(ELM)、聚焦离子束(FIB)、电子束、原子力显微镜(AFM)、椭圆偏振光谱仪、缺陷检测工具、叠加测量工具、或是其它适合该目的的工具。
在程序任务P208中,热校正过程200基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,根据经验导出一热校正模型以补偿目标区域Ci至CN的形变。热校正模型可表征为:
Ti=Ti(t,ti,C);以及 (2)
Di=Di(r,ri,G) (3)
Ti代表曝光目标区域Ci的热效应,其中t为当前时间,ti为目标区域Ci的曝光时间,C=(c1,c2,K,cn)代表被校准的参数的矢量,它对应光刻曝光部件关于时间的热学性能。
Di代表已曝光目标区域Ci与当前要被曝光目标区域的间距引起的效应,其中r为晶片衬底W当前正被曝光的点,ri为目标区域Ci上的一个点,而G=(g1,g2,K,gm)代表被校准的参数的矢量,它对应光刻曝光部件关于距离的热学性能。
在一实施方案中,Ti可以采取时间衰减函数的形式,例如 其中C≡τ。换而言之,τ代表与光刻曝光部件的热学性质有关的时间灵敏度常数。类似地,Di可以采取距离衰减函数的形式,例如 ,其中G≡x。也就是说,x代表光刻曝光部件的空间热学性质。
可以理解,可以重复程序任务P202至P208许多次,直到被曝光的目标区域Ci至CN的测量属性达到预定义的阈值质量水平。热校正过程200随后通过把相应的热校正参数馈到后续晶片衬底W的曝光过程来应用推导出的热校正模型。例如,可以按照推导出的热校正模型将相应参数应用于曝光配方以调整曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、以及曝光排序。
第二实施方案
图2B示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程250的一般发明概念。如图2B所示,校正过程250从提供初始曝光配方的程序任务P252开始。如前所述,曝光配方可能包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、以及曝光排序信息。
热校正过程250随后前进到程序任务P254,其中光刻装置100、150使用期望图形连续曝光晶片衬底W的目标区域Ci至CN,曝光的方式与上面的描述一致且遵从曝光配方。
曝光之后,校正过程250随后前进到程序任务P256,其中被曝光的晶片衬底W经过一个测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象(artifacts)。这些被测量的属性可能包含,例如,单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙、目标区域孔和/或柱在X和/或Y方向的直径、目标区域孔和/或柱的椭圆率、目标区域特征的面积、特征顶部的宽度、特征中部的宽度、特征底部的宽度、特征的侧壁角等。
这些测量的一部分可以在内部进行;也就是说,通过采用光刻曝光装置100、150内的各种机械装置(例如对准传感器及标记器的组合或是设置成用于该目的的专用传感器)进行测量。或者,也可以使用外部器件执行这些测量,例如,扫描电子显微镜(SEM)、椭圆偏振光谱仪、反射计、电线宽度测量(ELM)、聚焦离子束(FIB)、电子束、原子力显微镜(AFM)、散射仪、缺陷检测工具、叠加测量工具、或是其它适合该目的的工具。
在程序任务P258中,基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,热校正过程250确定热校正信息以补偿目标区域Ci至CN的不均匀性及形变。在这个实施方案中,热校正信息采取校正曝光位置偏移的形式。也就是说,在曝光过程中,投射束PB聚焦在各个目标区域Ci至CN的预定的坐标。由于目标区域的形变至少部分是基于,目标区域Ci曝光坐标对热能及目标区域Ci周围的相邻目标区域Ci+k吸收的残余热能的局部响应方式,所以调整各个目标区域Ci至CN的曝光坐标可减小目标区域形变的发生。同样地,在程序任务P258中,热校正过程250计算各个目标区域Ci至CN的校正曝光位置偏移,以最小化热致目标区域形变。
如程序任务P260所示,热校正过程250随后通过把校正位置偏移反馈到曝光配方以修正和更新相关的曝光坐标信息来应用这些校正位置偏移。可供选择的修正包含如前所述的调整曝光时间、曝光能量、及曝光排序。可以重复过程250好几次,直到曝光图形获得制造者规定的特征及轮廓。
第三实施方案
图3示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程300的一般发明概念。如图3所示,校正过程300从提供初始曝光配方的程序任务P302开始。如前面关于其它公开的实施方案所述的,曝光配方可包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、以及曝光排序信息。
热校正过程300随后前进到确定热校正的程序任务P304。在这个实施方案中,热校正信息采取基于整体膨胀模型(global expansionmodel)的预计形变信息的形式。特别地,例如,如图1G所示,各个目标区域Ci内选定点(x,y)的热效应所致形变可以模型化为:(x+Δx,y+Δy),其中Δx、Δy分别代表目标区域点沿x及y方向的真实形变。真实形变可包含平移、放大、旋转效应及其组合。
真实的x、y形变Δx、Δy可以用预计形变(dxp,dyp)来近似,其如下计算:
dxp:代表沿x轴的预计形变;
dxmax:代表最后一个目标区域曝光后,晶片衬底W沿x方向的预计总形变;
x:代表晶片衬底W上一点的x坐标;
rw:代表晶片衬底W的半径;
Ni:代表当前目标区域的索引号;
Ntot:代表目标区域的总数;
dyp:代表沿y轴的预计形变;
dymax:代表最后一个目标区域曝光后,晶片衬底W沿y方向的预计总形变;以及
y:代表晶片衬底W上一点的y坐标。
按照这样,可以预计各个目标区域Ci面积内各个选定点(x,y)将形变为(x+dxp,y+dyp)。同样地,程序任务P304计算出各个目标区域Ci的多个选定点的一组预计形变(x+dxp,y+dyp)。
热校正过程300随后前进到程序任务P306,其中这组计算得到的预计形变信息被应用于曝光配方的曝光信息,以补偿预计形变。换而言之,通过预计各个目标区域Ci的选定点是如何响应曝光过程中目标区域Ci吸收的局部及残余热能而发生形变,预计的形变信息可以用于调整各个目标区域Ci至CN的曝光信息,以减小产生目标区域形变的可能性。被调整的曝光信息可包含计算曝光位置偏移以调整曝光坐标位置或其它可调整的曝光参数。
应用预计位置偏移之后,过程300在程序任务P308中,光刻装置100、150使用预期图形连续曝光各个目标区域Ci至CN,曝光的方式与上面的描述一致,且遵从包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位及曝光排序的曝光配方。
曝光之后,校正过程300随后前进到程序任务P310,其中被曝光的晶片衬底W经历一测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象。如前所述,这些被测量的属性可能包含,例如,单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙、目标区域孔和/或柱在X和/或Y方向的直径等;而且可以通过光刻曝光装置100、150的内部机械装置或通过外部设备进行这些测量。
在程序任务P312中,基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,热校正过程300确定偏移信息以修正预计形变信息(x+dxp,y+dyp)。也就是说,利用测得的属性信息,可以重新计算方程(4)、(5),以产生各个目标区域Ci内多个选定点的更新的一组预计形变。该预计形变信息偏移可以反馈到曝光配方以修正和更新曝光信息,例如曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、及曝光排序信息。可以重复过程300好几次,直到曝光图形获得制造者规定的特征及轮廓。
第四实施方案
图4A示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程400的一般发明概念。如图4A所示,校正过程400从提供初始曝光配方的程序任务P402开始。如前面的其它公开的实施方案所述,曝光配方可包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、以及曝光排序信息。
热校正过程400随后前进到确定热校正的程序任务P404。在这个实施方案中,热校正信息采取预计热形变信息的形式。特别地,施加于先前曝光芯片的能量对局部形变的影响重大。这种影响可以模型化为:
Δr代表预计的与时间有关的形变效应;
τ代表与光刻曝光部件的热学性质有关的时间灵敏度常数;
x代表光刻曝光元件的空间热学性质;
k代表与光刻曝光部件(例如,曝光卡盘、晶片加工等)的热学性质有关的比例常数,但对于给定的元件组,该常数通常是不变的。
如图4B所示,因为Δr=(dxp+dyp),方程(3)可以用其x、y分量来表示,可以对其计算以提供如下一组计算出的预计时间形变信息:
热校正过程400随后前进到程序任务P406,其中这组计算得到的预计时间形变信息被应用于曝光配方的曝光信息,以补偿预计形变。换而言之,通过预计能量传过晶片衬底W时热效应是如何使目标区域Ci发生形变,预计的形变信息可以用于调整各个目标区域Ci至CN的曝光信息,以减小发生目标区域形变的可能性。被调整的曝光信息可包含计算曝光位置偏移以调整曝光坐标位置或其它可调整的曝光参数。
应用预计位置偏移之后,过程400在程序任务P408中,光刻装置100、150使用预期图形连续曝光各个目标区域Ci至CN,曝光的方式与上面的描述一致,且遵从包含所施加的剂量、曝光坐标定位及曝光排序的曝光配方。
曝光之后,校正过程400随后前进到程序任务P410,其中被曝光的晶片衬底W经历一测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象。如前所述,这些被测量的属性可包含,例如,单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙、目标区域孔和/或柱在X和/或Y方向的直径等;而且可以通过光刻曝光装置100、150的内部机械装置或通过外部器件进行这些测量。
在程序任务P412中,基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,热校正过程400确定偏移信息以修正预计形变信息(dxp,dyp)。也就是说,利用测得的属性信息,可以重新计算方程(4a)、(4b),以产生各个目标区域Ci内多个选定点的更新的一组预计形变。预计形变信息偏移可以反馈到曝光配方以修正和更新曝光信息,例如曝光次数、曝光排序、曝光坐标信息。可以重复过程400好几次,直到曝光图形获得制造者规定的特征及轮廓。
第五实施方案
图5A示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程500的一般发明概念。如图5A所示,校正过程500从提供初始曝光配方的程序任务P502开始。如前面的其它公开的实施方案所述,依照制造者规定的特征及曝光图形的轮廓,曝光配方指明投射束PB聚焦到晶片衬底W的各个目标区域Ci至CN上的能量的量。曝光配方还包含关联的曝光位置信息,该信息识别各个目标区域Ci至CN上投射束PB将被聚焦的预定坐标;以及相关的曝光顺序信息,该信息识别投射束PB曝光各个目标区域Ci至CN的预定顺序。
热校正过程500随后进行到确定热校正的程序任务P504。在这个实施方案中,热校正信息采取基于预计形变信息的曝光排序信息的形式。特别地,可以使用任何上面讨论的预计模型,例如基于方程(1)、(2)、(4a)、(4b)的计算出的形变信息,根据曝光配方提供的包含曝光顺序的初始曝光信息,以预计目标区域Ci至CN对曝光如何响应。
热校正过程500随后前进到程序任务P506,其中这组计算得到的预计时间形变信息被应用于曝光配方的曝光信息,以补偿预计形变。即,通过了解热效应是如何使整个晶片衬底W上的目标区域Ci至CN发生形变,对于给定的初始曝光顺序,预计的形变信息可以用于调整目标区域Ci至CN的曝光顺序。
例如,如图5B所示,热校正过程500可以根据这组计算得到的预计形变信息,确定按如下顺序曝光晶片衬底W的目标区域Ci至CN将最小化热效应并改善平均区域校正:Cc→Ch→Cd→Cg→Ca→Cf→CN-1→Cd→...等。
应用预计形变信息之后,过程500在程序任务P508中,光刻装置100、150使用预期图形连续曝光各个目标区域,曝光的方式与上面的描述一致,且遵从基于预计形变信息的曝光顺序。
曝光之后,校正过程500随后前进到程序任务P510,其中被曝光的晶片衬底W经历一测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象。如前所述,这些被测量的属性可包含,例如,单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙、目标区域孔和/或柱在X和/或Y方向的直径等;而且可以通过光刻曝光装置100、150的内部机械装置或通过外部设备进行这些测量。
在程序任务P512中,基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,热校正过程500确定偏移信息以修正曝光顺序信息。也就是说,利用测得的属性信息,通过重新计算预计模型以产生更新的一组预计形变,或者通过基于晶片衬底W上测得的属性的分布来调整顺序,可以进一步改善曝光顺序。可以重复过程500好几次,直到曝光图形获得制造者规定的特征及轮廓。
第六实施方案
图6示意性地描述了按照本发明的一个特定实施方案来构建及操作的热校正过程600的一般发明概念。如图6所示,校正过程600从提供初始曝光配方的程序任务P602开始。如前面的其它公开的实施方案所述,曝光配方可包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位、及曝光排序信息。
热校正过程600随后进行到确定热校正的程序任务P604。在这个实施方案中,热校正信息采取基于获得温度信息的形变信息的形式。特别地,制作晶片衬底W的热像图像,例如使用红外热像摄影机作为传感器,以获得其表面的温度分布图。然后基于如下模型,局部温度变化信息被转换为目标区域Ci至CN的一组形变信息(即,形变分布图):
dxp:代表沿x轴的预计形变;
xi:代表区域i的x坐标;
c:代表比例常数(热膨胀系数);
Ni:代表计入总和的区域数目;
k:代表沿晶片中心与区域i连线的相关区域的总数;
Tk:代表区域k的测量温度;
Tnom:代表机器被设置的标称温度;
yi:代表区域i的y坐标;以及
dyp:代表沿y轴的预计形变。
热校正过程600随后前进到程序任务P606,其中形变分布图被应用于曝光配方的曝光信息,以补偿预计形变。即,通过了解热效应是如何使晶片衬底W上的目标区域Ci至CN发生形变,对于给定的晶片衬底温度变化,该形变信息可以用于调整例如包含曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位及曝光排序信息等的曝光过程参数。
应用预计形变信息之后,过程600在程序任务P608中,光刻装置100、150使用期望图形连续曝光各个目标区域,曝光的方式与上面的描述一致,且遵从基于形变信息的曝光信息。
曝光之后,校正过程600随后前进到程序任务P610,其中被曝光的晶片衬底W经历一测量过程。配置该测量过程以测量表明晶片加热效应的目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W的各种属性和后生现象。如前所述,这些被测量的属性可能包含单个目标区域C的尺寸、特定的测试图形、与层相关的对准标记、目标区域C特征之间的间隙等;而且可以通过光刻曝光装置100、150的内部机械装置或通过外部设备进行这些测量。
同样地,可以制作曝光后的热像图像,以建立目标区域Ci至CN和/或晶片衬底W在曝光之后的温度差异。可以使用该温度差异估计曝光时的温度分布。
当温度差异不是逐渐变化时,即发现热点时,晶片衬底与晶片平台之间的热接触可能不良。这可能表明晶片或晶片平台的沾污,因此可以使用该温度差异的测量来探测沾污。
在程序任务P612中,基于测量到的被曝光的目标区域Ci至CN的属性,热校正过程600确定偏移信息以修正形变信息分布图。利用测得的属性信息,修正和更新形变信息分布图以反映测得的属性的分布。随后使用这些被修正的形变信息,进一步调整曝光参数,例如包含曝光能量、曝光次数、曝光排序、曝光坐标信息等。可以重复过程600好几次,直到曝光图形获得制造者规定的特征及轮廓。
虽然上面描述了本发明的具体实施方案,但可以理解,本发明的实施可以与上述实施方案不同。上述实施方案可以改为与附图所示各实体中软件、固件、及硬件的不同实施方案来实现。例如,部分公开的程序任务可以由曝光工具控制器来执行,或者由专用的处理设备来执行。
同样地,该描述不是想要限制本发明。已经描述了本发明的设置、工作、及行为,但是应了解到,已知本说明书所给出的细节程度,对这些实施方案的改变和变化是可能的。因此,前述详细描述并非想要或打算以任何方式限制本发明,本发明的范围由所附权利要求定义。
Claims (28)
1.一种校正光刻曝光衬底的热致区域形变的方法,包括:
按照预定曝光信息把图形曝光到衬底的多个区域上;
测量所述区域的属性以评估由所述曝光的热效应引起的所述区域的形变;
基于所述测得的属性确定校正信息;以及
基于所述校正信息调整所述预定曝光信息,以补偿热致区域形变,
其中所述曝光信息至少包含下述信息之一:曝光能量信息、曝光时间信息、曝光区域位置信息、曝光区域排序信息、及曝光区域形变信息,并且
所述方法进一步包含:
提供模型以预计热致区域形变信息;以及
基于所述预计的热致形变信息,在曝光之前修改所述预定曝光信息。
2.权利要求1的方法,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:根据通过所述校正信息确定的位置偏移信息,对预定曝光区域位置信息进行调整。
3.权利要求1的方法,其中所述预定曝光信息的调整包含:根据通过所述校正信息确定的预计偏移信息,在所述曝光之后对所述修改过的预定曝光信息进行调整。
4.权利要求1的方法,其中所述预计热致区域形变信息包含:基于整体膨胀模型预计各个区域内选定点的形变效应。
5.权利要求4的方法,其中所述预计模型是基于
dxp:代表沿x轴的预计形变;
dxmax:代表最后一个目标区域曝光后,光刻曝光衬底沿x方向的预计总形变;
x:代表光刻曝光衬底上一点的x坐标;
rw:代表光刻曝光衬底的半径;
Ni:代表当前目标区域的索引号;
Ntot:代表目标区域的总数;
dyp:代表沿y轴的预计形变;
dymax:代表最后一个目标区域曝光后,光刻曝光衬底沿y方向的预计总形变;以及
y:代表光刻曝光衬底上一点的y坐标。
6.权利要求5的方法,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于所述预计的热致区域形变信息,对所述曝光区域排序信息进行调整。
7.权利要求1的方法,其中所述热致区域形变信息包含:基于能量传过所述衬底时的时间衰减特性来预计各个所述区域内选定点的形变效应。
8.权利要求7的方法,其中预计模型是基于:
t:代表当前时间;
ti:代表目标区域Ci的曝光时间;
τ:代表取决于光刻曝光衬底的热学性质的时间灵敏度常数;
r:代表当前被曝光的光刻曝光衬底上的点;
ri:代表目标区域Ci上的点;
χ:代表光刻曝光衬底的空间热学性质;
k:代表取决于光刻曝光衬底的热学性质的比例常数;
dxp:代表沿x轴的预计形变;以及
dyp:代表沿y轴的预计形变。
9.权利要求8的方法,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于所述预计的热致区域形变信息,对所述曝光区域排序信息进行调整。
10.权利要求1的方法,进一步包含:
在曝光之前测量所述衬底的表面上的温度变化;以及
基于所述测得的衬底温度变化产生形变分布图。
11.权利要求10的方法,进一步包含,基于所述形变分布图在曝光之前修改所述预定曝光信息。
12.权利要求11的方法,其中所述温度变化测量包含热像成像。
13.权利要求10的方法,其中所述形变分布图可表征为:
其中:
dxp:代表沿x轴的预计形变;
xi:代表区域i的x坐标;
rw:代表光刻曝光衬底的半径;
c:代表比例常数;
Ni:代表计入总数的区域数目;
k:代表沿光刻曝光衬底中心与区域i之间的连线的相关区域上的总数;
Tk:代表区域k的测量温度;
Tnom:代表机器被设置的标称温度;
yi:代表区域i的y坐标;以及
dyp:代表沿y轴的预计形变。
14.权利要求11的方法,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于通过所述校正信息确定的形变偏移信息,在所述曝光之后对所述修改过的预定曝光信息进行调整。
15.光刻***,包含:
配置成提供辐射束的照明***;
配置成支撑用来把图形传递到所述辐射束截面的制图器件的支撑结构;
配置成支撑包含多个目标区域的衬底的衬底支架;
配置成把所述图形化的射束曝光到衬底的至少一个所述目标区域的投影***;以及
配置成测量所述被曝光的目标区域属性的测量站,
其中按照预定曝光信息对所述曝光目标区域进行曝光,所述测量站测量所述区域以评估所述曝光的热效应引起的所述区域的形变,以及
其中基于所述测得的区域形变确定校正信息,并基于所述校正信息调整所述预定曝光信息以补偿热致区域形变,
其中所述曝光信息至少包含下述信息之一:曝光能量信息、曝光时间信息、曝光区域位置信息、曝光区域排序信息、以及曝光区域形变信息,以及
所述光刻***进一步包含:
提供模型以预计热致区域形变信息;以及
基于所述预计热致形变信息,在曝光之前修改所述预定曝光信息。
16.权利要求15的光刻***,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于通过所述校正信息确定的位置偏移信息,调整所述预定曝光区域位置信息。
17.权利要求15的光刻***,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于通过所述校正信息确定的预计偏移信息,在所述曝光之后调整所述修改过的预定曝光信息。
18.权利要求15的光刻***,其中所述预计热致区域形变信息包含:基于整体膨胀模型预计各个所述区域内选定点的形变效应。
19.权利要求18的光刻***,其中预计模型是基于:
dxp:代表沿x轴的预计形变;
dxmax:代表最后一个目标区域曝光后,光刻曝光衬底沿x方向的预计总形变;
x:代表光刻曝光衬底上一点的x坐标;
rw:代表光刻曝光衬底的半径;
Ni:代表当前目标区域的索引号;
Ntot:代表目标区域的总数;
dyp:代表沿y轴的预计形变;
dymax:代表最后一个目标区域曝光后,光刻曝光衬底沿y方向的预计总形变;以及
y:代表光刻曝光衬底上一点的y坐标。
20.权利要求19的光刻***,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于所述预计热致区域形变信息,调整所述曝光区域排序信息。
21.权利要求15的光刻***,其中所述热致区域形变信息包含:基于当能量传输通过所述衬底时的时间衰减特性来预计各个所述区域内选定点的形变效应。
22.权利要求21的光刻***,其中所述预计模型是基于:
代表曝光一个目标区域Ci的热效应,能量沿x方向或y方向传输通过衬底时它将随时间衰减;
t:代表当前时间;
ti:代表目标区域Ci的曝光时间;
τ:代表取决于光刻曝光衬底的热学性质的时间灵敏度常数;
r:代表当前被曝光的光刻曝光衬底的点;
ri:代表目标区域Ci上的点;
χ:代表光刻曝光衬底的空间热学性质;
k:代表取决于光刻曝光衬底的热学性质的比例常数;
dxp:代表沿x轴的预计形变;以及
dyp:代表沿y轴的预计形变。
23.权利要求22的光刻***,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于所述预计的热致区域形变信息,调整所述曝光区域排序信息。
24.权利要求15的光刻***,进一步包含:
在曝光之前测量所述衬底的表面的温度变化;以及
基于所述测得的衬底温度变化产生形变分布图。
25.权利要求24的光刻***,进一步包含,基于所述形变分布图在曝光之前修改所述预定曝光信息。
26.权利要求24的光刻***,其中所述温度变化测量包含热像成像。
27.权利要求24的光刻***,其中该形变分布图可表征为:
其中:
dxp:代表沿x轴的预计形变;
xi:代表区域i的x坐标;
rw:代表光刻曝光衬底的半径;
c:代表比例常数;
Ni:代表计入总数的区域数目;
k:代表沿光刻曝光衬底中心与区域i之间的连线的相关区域的总数;
Tk:代表区域k的测量温度;
Tnom:代表机器被设置的标称温度;
yi:代表区域i的y坐标;以及
dyp:代表沿y轴的预计形变。
28.权利要求25的光刻***,其中所述预定曝光信息的所述调整包含:基于通过所述校正信息确定的形变偏移信息,在所述曝光之后调整所述修改过的预定曝光信息。
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