CN1542553A - 光刻装置，器件制造方法，掩模以及确定掩模和/或薄膜特征的方法 - Google Patents

Abstract

一种厚薄膜被允许具有不平坦的外形并且其外形被特性化以计算用于曝光中的校正量，来补偿所述薄膜的光学效果。所述薄膜可以被设置得采用重力作用下的一维外形，以便更容易地进行补偿。

Description

光刻装置，器件制造方法，掩模以及确定 掩模和/或薄膜特征的方法

技术领域

本发明涉及光刻装置和利用光刻装置的器件制造方法。

背景技术

光刻装置是将所需图案应用于基底靶部上的一种装置。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，构图装置，如掩模可用于产生对应于IC一个单独层的电路图案，该图案可以成像在已涂敷辐射敏感材料(抗蚀剂)层的基底(例如硅晶片)的靶部上(例如包括一部分，一个或者多个管芯)。一般地，单一的晶片将包含相继曝光的相邻靶部的整个网格。已知的光刻装置包括所谓步进器，通过将整个图案一次曝光到靶部上而辐射每一靶部，已知的光刻装置还包括所谓扫描器，通过在投影光束下沿给定的方向(“扫描”方向)扫描所述图案，并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。

薄膜是一种薄而透明的膜，并通过框体附在掩模的铬边或光刻装置中使用的划线板上。所述薄膜及其框体保持在掩模的铬边附近的空间没有尘粒。这样，使得掩模附近的任何尘粒远离最佳物面并进而在焦距之外成像，不会引起任何缺陷。可是，在157nm辐射光束用作曝光辐射时，不能使用如一种聚酯薄膜的标准薄膜材料。所述聚酯薄膜不能透过该波长光束并且这种曝光辐射将使薄膜的光学特性变坏。

因此，已经寻求一种适用于157nm辐射的新型薄膜材料。迄今为止所找到的最佳结果是使用掺氟石英。这是一种无机材料。为了使其用于薄膜，必须增加薄膜的厚度，例如增加到800μm。因为薄膜材料具有和周围气体不同的折射率，所以不能忽视这样厚的薄膜所引起的成像效果。

主要结果是一种观测到的物面移动。从薄膜的后面看，目标显得比实际的要近。使用具有折射系数为1.5，厚度为800μm的薄膜，所观测到的物面位移大约为280μm。因为目标似乎已经朝投影***移动，所以可通过远离投影透镜移动掩模台大约280μm进行校正。可是，薄膜平面度或厚度中的任何偏差将引起其他的误差，所述误差对成像具有不好的作用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种光刻投影装置以及器件制造方法，其中厚的薄膜的效果能得到补偿或改善。

根据本发明的一个目的，提供一种光刻投影装置，包括：

用于提供辐射投影光束的辐射***

用于支撑构图装置的支撑结构，所述构图装置用于根据理想的图案对投影光束进行构图；

用于保持基底的基底台；和

用于将带图案的光束投影到基底的靶部上的投影***；和

一具有与周围介质不同的折射率并且对于所述投影光束基本透明的层，其处于所述构图装置和基底之间的投影光束的光路中；

其特征在于：

一存储器件，其适于存储关于所述层的物理和/或光学特性的信息；一控制器，其适于根据存储在所述存储器件中的信息控制所述投影***、所述辐射***、所述基底台和所述支撑结构中的至少一个，以补偿或改善由所述层引起的除沿装置光轴的表观掩模位置移动以外的成像偏差。

与尝试使充分平坦并具有均匀厚度的薄膜从而使对掩模成像起作用的光学特性处于可接受的限度内不同，本发明允许所述薄膜引起偏差并通过调整装置的其他部件补偿或改善这些偏差。例如，由薄膜引起的一定的偏差，如球面像差和放大偏差(尤其是在非扫描方向上)，可以通过调整投影***中的元件予以补偿。在曝光和调整装置其他部件的过程中，另外的，如扫描方向上的图像传输和放大偏差可通过控制掩膜和基底台的位置予以补偿。

所述关于薄膜的物理和/或光学特性的信息，可以包括跨过薄膜面积的厚度和折射率偏差的数据，以及三维形状，具***置倾斜值。可选地，所述信息可以包括用于通过这些数据预计算曝光中应用的修正量。

可通过离线工具，如干涉仪，典型为傅立叶变换相移干涉仪测量薄膜的特性，在这种情况中，所述装置优选提供一个用于接收与将掩模装入装置内有关的所述信息的分界面。所述分界面可以包括网络接口(network interface)器件，其用于经由制造(fab)中网络或从伴随掩模的数据载体读取信息的可移动介质读取器信息。对于这种设置，在没有增加改变掩模所用的时间并因此没有产量的降低的情况下，薄膜的特性确定和校正量的计算能根据需要被精确地完成。

可选地，所述装置可以配有适合的图像传感器，如透射图像传感器或白光干涉仪，并且所述控制器可以进一步用于控制传感器和/或掩模台以特性化原来位置的薄膜。这样，薄膜形状变化引起误差的可能性在离线特征确定和应用曝光之间被减少。

根据本发明的另一目的，提供一种器件制造方法，包括步骤：

提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；

利用辐射***提供辐射投影光束；

利用包含薄膜的掩模使投影光束的横截面具有图案，所述薄膜与掩模彼此隔开；

将带图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的靶部上，

其特征在于：

在所述投影的步骤中，校正被用于辐射***、投影***、掩模定位和基底定位中的至少一个，以补偿或改善除了由所述薄膜引起的投影***光轴方向上掩模表观位置的移动之外的偏差，所述校正已经由所述薄膜的物理和/或光学特性的相关信息予以确定。

也根据本发明的另一个目的，提供一种包含薄膜的掩模，所述薄膜和掩模彼此分开固定在框架上，其中所述薄膜沿两个平行边缘固定在所述框架上并顺着另外两个边缘设置，当在一方向上所述薄膜被用于光刻投影装置中的曝光时，使得所述薄膜在该方向上具有一维图形。

因为仅沿两个相反的边缘固定，所述薄膜在重力作用下，采用一种导致可预测并能在曝光过程中校正的位移(偏差)的可预测薄膜。利用成像传感器，如传输成像传感器能很容易地测量所述偏差。

在本申请中，本发明的光刻装置具体用于制造IC，但是应该明确理解这里描述的光刻装置可能具有其它应用，例如，它可用于制造集成光学***、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示板(LCD)、薄膜磁头等等。本领域的技术人员将理解，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)”的使用应认为分别可以由更普通的术语“基底”或“靶部”代替。在曝光之前或之后，可以在例如轨道(通常将抗蚀剂层作用于基底并将已曝光的抗蚀剂显影的一种工具)或者计量工具或检验工具对这里提到的基底进行各种处理。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的是已经包含多个已处理的层的基底。

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365，248，193，157或者126nm的波长)和远紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm的波长范围)。

这里使用的术语“构图装置”应广义地解释为能够给投影光束赋予带图案的截面的装置，从而在基底的靶部中形成图案。应该注意，赋予投影光束的图案可以不与基底靶部中的所需图案精确一致。一般地，赋予投影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。

构图装置可以透射的或者反射的。构图装置的示例包括掩模，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示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束；按照这种方式，对反射的光束进行构图。在构图装置的每个示例中，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，并且可以确保构图装置例如相对于投影***位于所需的位置。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“构图装置”同义。

这里所用的术语“投影***”应广义地解释为包含各种类型的投影***，包括折射光学***，反射光学***，和反折射光学***，如适合于所用的曝光辐射，或者适合于其他方面，如使用浸液或使用真空。这里任何术语“镜头”的使用可以认为与更普通的术语“投影***”同义。

照明***还可以包括各种类型的光学部件，包括用于引导、整形或者控制辐射投影光束的折射，反射和反折射光学部件，这种部件在下文还可共同地或者单独地称作“镜头”。

光刻装置可以具有两个(二级)或者多个基底台(和/或两个或者多个掩模台)。在这种“多级式”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上进行准备步骤，而一个或者多个其它台用于曝光。

光刻装置也可以是这样一种类型，其中基底浸入具有相对较高折射率的液体中，如说，从而填充投影***的最后一个元件与基底之间的空间。浸液也可以应用于光刻装置中的其他空间，例如，掩模与投影***的第一个元件之间。油浸法在本领域是公知的，用于提高投影***的数值孔径。

附图说明

现在仅仅通过例子的方式，参考随附的示意图说明本发明的各个具体实施方式，其中：

图1示出根据本发明一个实施方式的光刻投影装置；

图2示出掩模和薄膜；

图3为示出由于倾斜薄膜所引起的表观掩模位置移动的图表；

图4是预测由于不均匀薄膜所引起的平均原有失真的图表；

图5是测量由于不均匀薄膜所引起的平均原有失真的图表；

图6是固定在两个平行边缘上的薄膜在重力作用下的薄膜外形的图表；

图7是具有附图6所示薄膜的位置的夹角和弯曲量的图表；

图8是以0°角固定在两个边缘上的薄膜在重力作用下的薄膜外形的图表；

图9是附图8所示薄膜的位置夹角和弯曲量的图表；

图10是以任意角固定在两个边缘上的薄膜在重力作用下的薄膜外形的图表；

图11是以最适宜夹角所固定的薄膜的位置夹角和弯曲量的图表；

图12是由本发明实施例中所使用的薄膜引起的平均原有失真的图表；

图13是本发明实施例中作用校正的平均原有失真的图表；

图14是在已经使用校正后，本发明实施例中最后平均原有失真的图表；

附图中，相同的参考标记表示对应的部件。

具体实施方式

实施方式1

图1示意性地表示了本发明一具体实施方案的一光刻装置。该装置包括：

-照明***(照明器)IL，用于提供辐射投影光束PB(例如UV辐射或DUV辐射)。

-第一支撑结构(例如掩模台)MT，用于保持构图装置(例如掩模)MA，并与用于将该构图装置相对于物体PL精确定位的第一定位装置PM连接；

-基底台(例如晶片台)WT，用于保持基底(例如涂敷抗蚀剂的晶片)W，并与用于将基底相对于物体PL精确定位的第二定位装置PW连接；以及

-投影***(例如折射投影透镜)PL，用于将通过构图装置MA赋予投影光束PB的图案成像在基底W的靶部C(例如包括一个或多个管芯(die))上。

如这里指出的，该装置属于透射型(例如采用透射掩模)。另外，该装置可以属于反射型(例如采用上面提到的可编程反射镜阵列)。

照明器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，不会认为辐射源是构成光刻装置的一部分，辐射光束借助于输送***BD从源SO传输到照明器IL，所述输送***包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其它情况下，辐射源可以是装置的组成部分，例如当源是汞灯时。源SO和照明器IL，如果需要的话连同光束输送***BD可被称作辐射***。

照明器IL可以包括调节装置AM，用于调节光束的角强度分布。一般地，至少可以调节在照明器光瞳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，照明器IL一般包括各种其它部件，如积分器IN和聚光器CO。照明器提供辐射的调节光束(conditioned beam)，称为投影光束PB，该光束在其横截面上具有所需的均匀度和强度分布。

投影光束PB入射到保持在掩模台MT上的掩模MA上。横向穿过掩模MA后，投影光束PB通过镜头PL，该镜头将光束聚焦在基底W的靶部C上。在第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉测量装置)的辅助下，基底台WT可以精确地移动，例如在光束PB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)将掩模MA相对光束PB的光路进行精确定位。一般地，借助于长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精确定位)，可以实现目标台MT和WT的移动，这两个目标台构成定位装置PM和PW的一部分。可是，在步进器(与扫描装置相对)中，掩模台MT只与短冲程致动装置连接，或者固定。掩模MA与基底W可以使用掩模对准标记M1、M2和基底对准标记P1、P2进行对准。

所示的装置可以按照下面优选的模式使用：

1.在步进模式中，掩模台MT和基底台WT基本保持不动，赋予投影光束的整个图案被一次投影到靶部C上(即单次静态曝光)。然后基底台WT沿X和/或Y方向移动，从而可以曝光不同的靶部C。在步进模式中，曝光区域(exposure field)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，当赋予投影光束的图案被投影到靶部C时(即单次动态曝光)，同步扫描掩模台MT和基底台WT。晶片台WT相对于掩模台MT的速度和方向通过投影***PL的放大(缩小)和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光区域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)，而扫描移动的长度确定靶部的高度(沿扫描方向)。

3.在其他模式中，当赋予投影光束的图案投影到靶部C上时，掩模台MT基本保持不动，保持可编程构图装置，而此时基底台WT被移动或扫描。在该模式中，一般采用脉冲辐射源，并且在基底台WT每次移动之后，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装置。这种操作模式可以容易地应用于采用可编程构图装置的无掩模光刻中，所述可编程构图装置例如是上面提到的可编程反射镜阵列型。

还可以采用上述所用模式的组合和/或变化，或者采用完全不同的模式。

图2示出包括一个透明的，例如石英基底11的掩模MA，在该基底11的一个面上设有铬图案12，该图案是将要印制在基底上的图案。框架13围绕该铬图案，并支撑薄膜14，使该薄膜与掩模MA隔开。薄膜14是一个薄而透明的膜，它保护铬图案，特别是防止落在铬图案上的尘粒。框架13的尺寸被设定为使薄膜与铬图案12的平面分开距离d，例如大约5mm，这足以使粘附到薄膜的任何尘粒在曝光期间位于焦点外，并且不会印制在基底上的抗蚀剂中。

薄膜必须由对曝光辐射透射的材料制成，并应尽可能的薄；机械因素(mechanical consideration)(包括薄膜动态特性，如声振荡，扫描速度引起的变形等)确定薄膜的最小厚度。由于在157nm的曝光辐射，在更长波长使用的聚合物材料不够透明，并且迅速地从投影光束中吸收足够的能量而导致劣化。对应157nm的薄膜可以由掺氟的石英制成，但是出于机械原因必须具有大约800μm的厚度。由于这一厚度，薄膜引起铬图案表观位置(apparent position)的Z方向(平行于投影***的光轴)上的位移，或者从另外的方向看，为最佳焦平面中的位移。利用斯涅尔定律(Snell’s law)，该位移ΔOP由下式给出：

$\mathrm{\ΔOP}=\mathrm{th}[1-\frac{n_1\cos \left(i\right)}{n_2\cos \left(r\right)}]-----\left(1\right)$

或者等效地：

$\mathrm{\ΔOP}=\mathrm{th}[1-\frac{\cos \left(i\right)}{\sqrt{{\left(\frac{n_2}{n_1}\right)}^2-{\sin }^2\left(i\right)}}]---\left(1a\right)$

其中th是薄膜的厚度，n₁是周围介质(空气，真空或者冲洗气体)的折射率，n₂是薄膜的折射率，i是光束在周围介质中的角度(由照明设置NA和σ确定)，r是光束在薄膜中的角度。

此外，如果薄膜在局部不平行于掩模，那么图案的表观畸变d_r由下式给出：

$d_r=\mathrm{\α}\·\mathrm{\ΔOP}\≈\mathrm{\α}\·\mathrm{th}[1-\frac{n_1}{n_2}]----\left(2\right)$

基底水平面(substrate level)上投影图像得到的畸变通过投影***的放大率M(例如1/4)而减小，并由下式给出：

$d_w=\mathrm{\α}\·M\·\mathrm{\ΔOP}\≈\mathrm{\α}\·M\·\mathrm{th}[1-\frac{n_1}{n_2}]----\left(3\right)$

这些效果在图3中示出。

根据本发明，对薄膜形状和厚度进行测量，并对形状和厚度引入的成像效果(例如畸变(形状)，散焦(厚度))进行校正。一般地，薄膜变形(局部倾斜)导致像位移(畸变)。薄膜厚度(变化)对获得最佳物面非常重要。为了减小引起的畸变和焦点误差，进行***调整。进行这些调整(或者较好的测量或者预测薄膜形状)的好处是可以放宽用于薄膜形状方面的技术规范，同时给出能与完全平坦的薄膜相比的重叠和聚焦性能。这样可以单独测量和校正每个薄膜，提供了额外的灵活性。

在本发明的第一个实施方式中，利用一种离线工具如干涉仪来测量薄膜形状。测得的薄膜形状可以用于计算几个***修正量，如平移(x和y)，放大率(Mx)，扫描缩放比例(My)等。还可以确定由薄膜引入的对称旋转(扫描扭曲和透镜旋转)(薄膜形状＝f(x*y))。此外，可以利用干涉仪测量厚度(变化)，该厚度可用于确定相对于不存在薄膜的情况下在最佳物面中的位移。将这些可校正量(correctables)馈送到***中来调节薄膜形状。

作为示例，利用Zygo VeriFire MST 1550(TM)FTPSI(傅里叶变换相移干涉仪)仪器测量薄膜的形状和厚度。Zygo仪器是一种精密的干涉测量光学***，可以用于测量几个表面之间的距离，光程长度，折射率等。测得的形状可利用多项式拟合来描述，拟合参数转化为***的可校正量。换句话说，将测得的薄膜形状描述为(x，y，x.y，x²，y²，x⁴，x⁶，等)的函数，然后转化为(平移x，平移y，对称旋转(扫描扭曲和透镜旋转)，放大率y，放大率x，三级失真，五级失真等)的函数。

利用测得的薄膜形状的信息，对薄膜引起的畸变进行计算，并将其示于图4中。使用这种畸变标绘图来计算几个***的可校正量。计算出的可校正量的正确性(validity)用实验方法验证-参见表1和图5，并且图5与图4所示近似一致。

表1

可校正量           计算的数值Zygo测量         利用动态失真测试测得的值

平移x[nm]          -8.69                      -7.56(σ2.67)

平移y[nm]          19.07                      20.62(σ3.18)

扫描扭曲[μrad]    -0.31                      -0.39(σ0.04)

放大率x^*[ppm]     0.79                       0.94(σ0.12)

放大率y^*[ppm]     0.20                       0.20(σ0.09)

动态失真测试是测量像位移(重叠性能)的一种标准测试。

实施方式2

在本发明的第二个实施方式中，除薄膜形状，厚度等利用光刻装置中的仪器进行测量外，其他方面与第一实施方式相同。该实施方式有两个变型，第一是利用白光干涉仪，第二是利用多个图像传感器(TIS)测量。

在第二实施方式的第一个变型中，使用白光干涉仪(WLI)测量薄膜形状和厚度。利用这种方法，可以获得整个薄膜区域的信息。利用该形状，可以计算和实施***调整以校正由薄膜变形导致的重叠误差以及通过薄膜厚度(如上所述)在最佳物面中的位移。

商业上可利用的白光干涉仪能够精确测量光学表面的绝对高度。通过用WLI光束扫描掩模，和附着的薄膜，可获得薄膜形状的全部区域(field)信息。WLI早已配置在光刻装置中，供掩模台的设置和校准之用。

在第二实施方式的第二变型中，利用透射图像传感器(TIS传感器)，一种对光刻装置投影的图像进行检测的传感器，同时利用曝光波长和照明设置来局部探查薄膜形状。这种TIS测量通过薄膜进行。可以使用多点TIS测量为每个点确定最佳焦点，图像平移以及其他像差(例如球面的)。利用这种方法的前提是薄膜形状预先确定在一定的界线内。如果薄膜形状相对简单，那么相对较少的测量就足以预测出薄膜形状。因此，基于有限数量的测量来进行必要的校正。在下面所述的第三实施方式中，薄膜形状成为更加可预测的。仅仅需要局部的场信息(对于有限数量的场点)来预测薄膜形状，以及***可校正量。通过薄膜的标准TIS测量(确定x，y和z)仅仅提供了有关导致图像平移的薄膜整体倾斜的信息。附加的TIS HAPVAP(水平(x)对准位置-垂直(y)对准位置)测量提供了关于最佳物面(BOP)的位移的信息，以及因此提供了关于在最佳焦平面位移的信息。如果薄膜具有一维形状，那么可以利用多点TIS测量来测量其形状，并且不仅校正平移，还校正放大率，三级失真和可能的其他成像效果(例如像差控制)。

多点TIS测量的概念不仅仅对于应用薄膜校正是有益的，而且具有更加广泛的适用性。一般地，这种方法可用于校正导致焦点和重叠误差的中间掩模版变形。目前，利用TIS推导出的四点中间掩模版对准信息(four point reticlealignment information)可被用于校正曝光期间的焦点，Ry-图像倾斜，Rx-扫描倾斜以及线性滚动(螺旋形)。可是，在中间掩模版曲率例如二次楔形(quadraticwedge)和场曲率的高阶中似乎还存在较大的散焦组成部分(defocuscontributor)。为了校正这些部分，必须已知中间掩模版(沿z)的高阶形状。这可以通过沿扫描和/或狭缝方向在中间掩模版上设置附加的对准标记来实现。因此，应用多重TIS(＞4)测量的概念，例如沿扫描方向的多点信息可用于获得关于沿扫描方向的z的二次扫描倾斜(Q-楔形)和其他高阶的信息。而沿狭缝方向的多点信息可用于校正薄膜(通过狭缝的一维薄膜弯曲)和/或中间掩模版变形，积累的z数据的拟合用于前馈校正扫描期间中间掩模版的高度，和/或在可适用时的薄膜形状。中间掩模版高度在中间掩模版台上进行校正，利用几个***可调整量(adjustable)(例如透镜元件，中间掩模版台高度，焦点(在晶片水平面))来校正薄膜效应。上述多点TIS测量的概念可以独立于薄膜特性而使用，并且能够明显减小中间掩模版形状对焦点预算的影响，而不管中间掩模版的平面程度。

实施方式3

在本发明的第三实施方式中，除了在第一和第二实施方式中所用的薄膜特性以外，还控制薄膜的形状，从而使其效果更容易校正(correctable)。

以前，安装薄膜的目的是将薄膜安装到掩模上，使薄膜非常平坦。换句话说，薄膜的曲率和薄膜的楔形最小。为了实现上述目的，使用重力补偿(控制曲率)和仔细的薄膜研磨和抛光(控制楔形)。通过将薄膜附着于薄膜框架时作用一个薄膜预成形来抵消由重力引起的薄膜下垂。这种预成形旨在确保使用带薄膜的掩模时，薄膜非常平坦。

然而，在该实施方式中，提供可控制的基本上一维的薄膜形状/变形。薄膜在一个方向上具有已知的曲率，沿着照明区域或者沿着扫描方向，并且在垂直方向具有基本上不变的横截面，沿垂直方向可以保留很小的曲率数量，但是该数量优选为最小。有关重力补偿的好处是现在必须沿一个方向而不是两个方向控制薄膜形状。这在技术上具有较小的挑战性并且更容易实现。那么，沿狭缝或扫描方向的一维薄膜形状通过使用***校正得以补偿。沿扫描(y)方向校正薄膜下垂通常是最简单的，但也可以沿正交(x)方向校正下垂。利用梁的挠曲公式(例如参见《材料的外加强度(Applied Strength of Materials)》，RobertL Mott 3^rd Ed 1996 ISBN 0-13-376278-5，该文献在此引入作为参考)，得到一级和三级失真(以及其他薄膜引起的成像效果)的值。挠曲公式的导数不是常数，其与薄膜引起的像位移直接相关，因此可以估计薄膜引起的像位移。

下面描述的三个实施例显示可以利用导致一级(放大率)和三级失真的二阶和四阶方程来描述一维薄膜变形。第四实施例涉及引起图像失真的更复杂的薄膜形状，所述图像失真可以利用***变量进行校正。应该注意，在下面描述的实施例中，为了清楚起见使整体的薄膜倾斜等于零。一般地，倾斜将会导致图像平移，这种平移可以自动校正(例如利用已知的对准方法的结果)。

在第一实施例中，不对薄膜应用重力补偿，在狭缝中的薄膜弯曲与重力引起的弯曲相同，如图6所示。薄膜在两个平行的边缘附着于框架上，使薄膜的倾斜等于在边缘支撑并且由于重力可以自由弯曲的薄膜的倾斜。因此薄膜以角度α在边缘固定，该角度等于自由梁挠曲的角度(图6)。薄膜挠曲y(x)由下式给出：

$y\left(x\right)=\frac{-w\·x\·(L^3-2L{x}^2+x^3)}{24E\·I}---\left(4\right)$

其中w[N/m]是每长度单位由于重力的施加作用力(applied force)，x[m]是薄膜(梁)位置，L[m]是薄膜(梁)长度，E[Pa]是杨氏模量，以及I[m⁴]是惯性矩。利用表2中出现的数据，可以估计通过狭缝的薄膜挠曲，以及用于800μm厚的掺氟石英薄膜的对应挠曲角，如图7所示。

表2-薄膜材料特性

材料特性                           值

杨氏模量(E)                        73                     [GPa]

泊松比(V)                          0.16                   [-]

密度(ρ)                           0.20±0.01             [gcm^-3]

薄膜折射率@157.6nm(n₂)            1.67                   [-]

气体折射率@157.6nm(n₁)            1.00                   [-]

重力加速度(g)                      9.8                    [m/s2]

薄膜长度(L)                        12.4                   [cm]

薄膜厚度(th)                       800                    [μm]

薄膜宽度(b)                        14.9                   [cm]

每薄膜长度的重力感应力(w)          g·(L·B·TH)·ρ/l    [N/m]

惯性矩(I)                          

          [m⁴]

可以得到 $\frac{w\·L}{I}=\frac{g\·L\·\mathrm{\ρ}}{\frac{1}{12}{\·\mathrm{th}}^2}$

为了这一目的，重写梁的挠曲公式，将点x＝0从薄膜的边缘变为中心。这样做是因为薄膜挠曲的导数，即弯曲角与引起的图像失真(M，D2，D3等)成比例(因数th(1-n₂/n₁))，图像失真可以直接由薄膜挠曲(根据狭缝中心描述失真)得到。那么薄膜挠曲和对应角由下式得到：

$y\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(\frac{5}{16}{L}^3-1.5{\mathrm{Lx}}^2+x^4/L)}{24E\·I}-----\left(5\right)$

和

$y^{\′}\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(-3\mathrm{Lx}+{4x}^3/L)}{24E\·I}-----\left(6\right)$

这给出了由于薄膜弯曲而在晶片水平面处失真d(x_w)的以下表达式：

$d\left(x_w\right)=\frac{1}{4}\frac{-w\·L\·(-3L4\left(x_w\right)+4{\left(x_w\right)}^3/L)}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]=M\·\left(x_w\right)+D3\·{\left(x_w\right)}^3---\left(7\right)$

其中，x_w[m]是晶片水平面(x_w＝x/4)处的狭缝位置，th[m]是薄膜厚度，n₁[-]是环绕薄膜的气体混合物的折射率，n₂[-]是薄膜的折射率，M[nm/mm]是薄膜引起的放大率，D3[nm/cm³]是三级失真。利用这一描述很清楚，薄膜挠曲可以用x的偶次幂来表示，产生对应于挠曲角和失真的x的奇次幂。奇数失真项特别是在目前的光刻装置中可以很容易地进行自动校正，使一维预定的薄膜形状的失真校正成为可能。对于这种情况，可以很容易地表示为：

$M=\frac{1}{4}\frac{3w\·L^2\·4}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]-----\left(8\right)$

和

$D3=\frac{1}{4}\frac{-4w{\·4}^3}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]-----\left(9\right)$

利用上面表2中给出的值，对于在157nm处的800μm薄膜，这些方程式给出了3.416ppm的放大率M和-4.740nm/cm³的三级失真D3。

根据这些，很清楚对于使用非平坦薄膜，失真并不一定是一个限制因素。假定用于挠曲的中间掩模版的Zemike系数按照在z方向的薄膜厚度变化进行调整，那么相对于完美薄膜的情况来说，引起的额外像差是可忽略的。

在第二实施例中，薄膜固定在框架上，从而沿扫描方向在框架上的倾斜角为零。这种布置示于图8中。

对于这种布置，薄膜挠曲y(x)由下式给出(参见上面的参考)：

$y\left(x\right)=\frac{-w\·x^2\·{(L-x)}^2}{24E\·I}----\left(10\right)$

其中常数和变量如上面所定义的。薄膜弯曲量和角示于图9中。而且，重写梁的挠曲公式，将点x＝0从薄膜的边缘变为中心。这样做是因为薄膜挠曲关于弯曲角的导数与引起的图像失真(M，D2，D3等)成比例(具有因数th(1-n₂/n₁))，然后图像失真可以直接由薄膜挠曲(根据狭缝中心描述失真)得到。那么薄膜挠曲和对应角由下式得到：

$y\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(\frac{1}{16}{L}^3-0.5{\mathrm{Lx}}^2+x^4/L)}{24E\·I}-----\left(11\right)$

和

$y^{\′}\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(-\mathrm{Lx}+{4x}^3/L)}{24E\·I}-----\left(12\right)$

这导致由于薄膜弯曲在晶片水平面处的失真d(x_w)：

$d\left(x_w\right)=\frac{1}{4}\frac{-w\·L\·(-L\·\left({4x}_w\right)+4\·{\left(4x_w\right)}^3/L)}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]=M\·\left(x_w\right)+D3\·{x_w}^3---\left(13\right)$

并且，利用这一描述很清楚，薄膜挠曲可以用x的偶次幂来表示，产生对应于挠曲角和失真的x的奇次幂。奇数失真项特别是在目前的光刻装置中可以很容易地进行自动校正，使一维预定的薄膜形状的失真校正成为可能。对于这种情况，可以很容易地表示为：

$M=\frac{1}{4}\frac{w\·L^2\·4}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]-----\left(14\right)$

和

$D3=\frac{1}{4}\frac{-4w{\·4}^3}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]-----\left(15\right)$

利用上面表2中给出的值，对于在157nm处的800μm薄膜，这些方程式给出了1.139ppm的放大率M和-4.740nm/cm³的三级失真D3。

并且，很清楚对于使用非平坦薄膜，失真并不一定是一个限制因素。假定用于挠曲的薄膜的Zernike系数按照在z方向薄膜下垂引起的厚度变化进行调整，那么相对于完美薄膜的情况来说，引起的额外像差是可忽略的。在第三实施例中，薄膜以任意角α固定在框架上。这种布置示于图10中。通过将点x＝0移动到薄膜中心，薄膜挠曲和对应角由下式给出：

$y\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(\frac{1}{16}{L}^3-0.5{\mathrm{Lx}}^2+x^4/L)}{24E\·I}+\mathrm{\α}\·\left[\frac{x^2-\frac{1}{4}{L}^2}{L}\right]-----\left(16\right)$

和

$y^{\′}\left(x\right)=\frac{-w\·L\·(-\mathrm{Lx}+{4x}^3/L)}{24E\·I}+\mathrm{\α}\·\left(\frac{2x}{L}\right)---\left(17\right)$

这导致由于薄膜弯曲在晶片水平面处的失真d( x _w )：

$d\left(x_w\right)=\frac{1}{4}[\frac{-w\·L\·(-L\·\left({4x}_w\right)+4\·{\left({4x}_w\right)}^3/L)}{24E\·I}+\mathrm{\α}\·\left(\frac{2\·\left({4x}_w\right)}{L}\right)]\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]=M{\·x}_w+D3\·{x_w}^3----\left(18\right)$

注意，仅仅放大率项取决于起始角α，不取决于D3项。这意味着当薄膜具有一维形状时，在四个标记上进行的标准对准过程足以获得放大率校正(不管所使用的α)，只要其适合调节薄膜引起的D3项。D3项可从标准的梁的挠曲公式中知道，另外可以通过使用有限的元件计算予以获得。

根据上述公式，可以确定最佳安装角，并通过下式给出，所述最佳安装角导致最小的观测到的最大薄膜倾斜：

$\mathrm{\α}=\frac{-w\·L\·\left(\frac{1}{8}{L}^2\right)}{24E\·I}=\frac{-w\·L^3}{192E\·I}------\left(20\right)$

这个最佳安装角也等于观测到的最大薄膜倾斜，并导致最小的图像位移。利用如上面表2中出现的数据，可以得到-55μrad的最佳角。对应该安装角的薄膜挠曲和倾斜示于图11中。还可以表示为：

$M=\frac{4}{4}[\frac{{w\·L}^2}{24E\·I}+\frac{2\mathrm{\α}}{L}]\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]----\left(21\right)$

和

$D3=\frac{1}{4}\frac{-4w\·4^3}{24E\·I}\·\mathrm{th}\·[1-\frac{n_1}{n_2}]----\left(22\right)$

利用上面表2中给出的值，对于157nm处的800μm薄膜来说，这些方程式给出了0.854ppm的放大率M和-4.740nm/cm³的三级失真D3。

上述三个实施例阐明照明狭缝中的薄膜曲率。但是，同样的方程式也可以应用于沿扫描方向的薄膜曲率，仅仅改变L的值。

在第四实施例中，采用更复杂的薄膜形状。一般地，给出的薄膜形状可以表示为x和y的函数，S(x，y)，由下式给出：

S(x，y)＝c+t_x·x+t_y·y+m_x·x²+my·y²+symrot·(xy)+d3_x·x⁴+NCE(x，y)dxdy    (23)

其中，拟合参数t_x，t_y，m_x，m_y，symrot，d3_x和NCE(x，y)分别与***参数平移x，平移y，放大率x，放大率y，对称旋转(扫描扭曲和透镜旋转)，关于x的三级失真和关于重叠的不可校正误差(Non-Correctable Error)有关。

以任意形状存在的薄膜，可以有两种方法。在这两种方法中，以方程式(23)的形式表现其形状，并确定适配参数的值，然后在曝光期间用于进行校正。在第一方法中，利用最小二乘拟合来选择拟合参数的值，以使整个成像区域上的不可校正误差NCE(x，y)dxdy的值最小。另一种方法是选择拟合参数，使成像区域中的NCE(x，y)dxdy的最大值尽可能小。也可以采用其他的最优化准则。例如，可以最优化薄膜形状从而使图像衰减最小。

当利用放大率和三级分布校正来考虑基本上一维的薄膜形状时，发生图像衰减。应用校正来考虑沿狭缝方向(垂直于扫描方向)的薄膜引入效果，但是引入沿扫描方向的误差。这些误差由于扫描而平均为零，但是替换了因为扫描期间表观特征位置改变因素而引起的图像衰减。图像衰减的量取决于扫描过程中场点的移动标准偏差(MSD)。一般地，只要MSD小于相关构造尺寸的10％，成像衰减就不是问题。可以计算最佳的薄膜安装角使图像衰减最小，并且该角可以为负，即薄膜中心比边缘更接近掩模。小于临界尺寸10-20％的MSD的极限可以用于确定薄膜安装角的容许范围。

另外，方程式23可以用在薄膜形状的设计中。薄膜形状不限制为前面实施例的简单形式，而可以是可校正形状的线性组合，即导致失真的形状，这些失真可通过光刻装置的可利用控制参数进行校正。换句话说，薄膜形状可以是满足下面方程式的任何形状：

S(x，y)＝c+t_x·x+t_y·y+m_x·x2+m_y·y²+symrot·(xy)+d3_x·x⁴    (24)

当然要注意，该方程式的精确形式取决于给定光刻投影装置的可利用的***参数，这些***参数可用于调整薄膜引起的失真。校正薄膜引起的失真也可以与校正其他因素相结合。

一旦确定了薄膜形状，就必须以这样一种方式将其安装到掩模上，所述方式为在使用中采用所需的形状，并且制造用于掩模图案的密封外壳，从而防止掩模图案的粒子污染。可以采用实现这个目的的几个方案。

第一，薄膜所设计采用的外形基于薄膜适用的框架或在框架中予以形成，使得环绕整个周边形成密封。

第二，仅仅沿两个边缘支撑薄膜，可以沿框架的非支撑边缘设置直立的轮缘或凸缘，从而使其非常接近但是不接触薄膜的边缘。这样一个轮缘还可以成形为充当阻流板(spoiler)，以减小薄膜上可以改变薄膜形状的与扫描速度有关的力(例如从伯努利效应中得到)。当然，当确定薄膜在使用中采用的预期形状以及由此应用的校正时，可以考虑这力。

第三，根据在使用中要采用的形状的薄膜，例如通过毛细管渗透技术可以将密封材料引入框架和薄膜之间的任何空隙。

实施例

图12，13和14示出本发明的一个实施例。确定安装的样品薄膜从而引起图12所示的失真，该薄膜具有相对于边缘为0°角的一维形状。利用合适的***可校正量，作用如图13所示的补偿失真。空间像中得到的网格失真显著减小，实际上被消除，如图14所示。

实施方式4

在本发明的第四实施方式中，使装置补偿在扫描期间可能使薄膜失真的伯努利效应。

在进行扫描曝光的光刻装置中，因为掩模是晶片的4或5倍大，因此移动4或5倍快，并且需要具有高产量，因此掩模台移动的速度非常高。已经计算出0.6ms^-1数量级的速度，这导致小的但是可接受的薄膜变形。然而该效应与扫描速度的平方成比例，因此扫描速度增加到2ms^-1引起薄膜上的压力差增大10倍。

由于压力差在薄膜区域上的不同点处变化，因此这导致依赖速度的薄膜失真。可以进行各种测量来改善或补偿最后得到的图像效果。

首先，薄膜框架可以配有一个或多个阻流板，或者成形为具有一个或多个阻流板的作用，该阻流板使薄膜上的压力差最小。阻流板还可以附于掩模或被替换附在掩膜，薄膜或掩模台上。第二，可以设置吹扫气***，从而在平行于或者沿着与扫描速度相同的方向有吹扫气流。这可能在相反方向的扫描之间需要反向的吹扫气流。如果吹扫气流随同掩模台扫描运动，那么可以降低通过大气的该台的相对速度，以及因此的伯努利效应。第三，一次扫描或投影的图像的过程中，薄膜形状改变的影响可以预先计算出来或测量出来，并按照与其他薄膜效应相同的方式进行适当的校正。

实施方式5

在本发明的第五实施方式中，解决了在将薄膜安装到掩模的过程中可能产生的问题。

在上文，已经显示如果适当地控制薄膜形状，那么由薄膜引起的重叠误差与Ax+Bx³成比例，并且可通过调整放大率和三级失真进行校正。但是，如果薄膜坐标系的原点偏移掩模坐标系的原点，那么出现附加项，并且像位移与z¹(x)成比例，其中：

Z¹(x)＝(-2Ac+4Bc³)+2(A+6Bc²)x+3(-4Bc)x²+4(B)x³

其中c是薄膜原点相对于掩模原点的位移。这些附加项能够导致不可校正的叠层误差(non-correctble overlay error)。

如果薄膜在其两个边缘的安装角不相等，那么也会产生更多的误差。这样一种情况会导致不对称的薄膜形状，但是可以通过具有偏移的原点的公式形式来表示：公式Z¹(x)＝Ax²+Bx⁴。

在该实施方式中，通过校正薄膜相对于掩模的位移可使上述问题最小化。因此，在安装步骤之前和/或过程中测量薄膜形状。计算薄膜的最佳位置-最佳位置可以是使像位移最小或者使非可校正的像位移最小的位置-薄膜在最佳位置处固定到掩模上。

可以通过例如傅里叶变换相移干涉仪进行薄膜形状的测量。在薄膜和掩模上配置例如光刻领域中已知的适当对准标记，然后可以利用已知的技术进行两者的对准。

实施方式6

在本发明的第六实施方式中，掩模由可编程构图装置(也称作空间光调制器)如可编程反射镜阵列或可编程LCD阵列(有时称作光阀)来代替。关于适当的可编程反射镜阵列的更多信息可以从US5,296,891、US5,523,193、WO98/38597和WO 98/33096中获得，关于适当的LCD阵列的更多信息可以从US5,229,872中获得，这些文献在这里引入作为参考。

可编程构图装置，特别地如果是可编程反射镜阵列，对灰尘和其他污染物非常敏感，因此容纳在箱子或包中，这些部件安装在箱子或包中，并且在仍然密封的光刻装置中使用。投影光束通过一个或多个窗进入和离开组件，所述窗对于投影光束基本是可以透射的，但具有不可忽略的厚度以及具有与周围介质不相同的折射率，并可能引起不期望的光学效果。至少可编程构图装置下游的窗口的效果可以用上述第一至第五实施例中相同的方法被特性化和补偿。

虽然，以上已描述本发明的具体实施方案，但应当理解本发明除上述之外，可以采用其他方式进行实施。例如，虽然已经根据镀铬的掩模说明了本发明，但也可以使用其他类型的掩模，包括无铬和其他类型的相移掩模。而且，本发明可以适用于上述薄膜或软薄膜及其他由不完善平面平行板，例如浸没式光刻中所使用的液体薄膜所引起的成像效果。对于浸没式光刻，晶片图(wafermap)和侵入透镜元件的外形能被用来补偿浸没介质的外形。本发明也适用于邻接掩模之外的薄膜；例如在EUV中，薄膜可被用在基底和投影透镜之间以便保护投影透镜免于抗蚀剂所发出的杂质污染。通常，成像效果与厚度成比例。对于相对厚的薄膜(如800μm的硬薄膜)，很明显仅需要考虑最佳物面中的位移施用校正。可是，所述校正策略并不限于硬薄膜，也适用于薄的薄膜或光路中的其他平行板，如液体薄膜。同样也应当注意到，尽管所述实施例涉及照明区域的形变，同样在扫描方向上的(一维)形变可使用，例如同样可以校正的扫描速度予以校正。进一步，虽然之前已经关于曝光波长说明了本发明，所述波长需要使用厚或硬的薄膜，如微粒，但上述薄膜及本发明可以在可应用薄或软的薄膜的多种曝光波长处使用，在这种情况中优选使用一种硬的薄膜，因为其很少受伯努利(Bernoulli)效应的影响，所以可以被重新使用和清洁。本说明不作为本发明的限定。

Claims (19)

1.一种光刻投影装置，包括：

用于提供辐射投影光束的辐射***

用于支撑构图装置的支撑结构，所述构图装置用于根据所需的图案对投影光束进行构图；

用于保持基底的基底台；和

用于将带图案的光束投影到基底的靶部上的投影***；和

具有与周围介质不同的折射率并且对于所述投影光束基本透明的层，其处于所述构图装置和基底之间的投影光束的光路中；

其特征在于：

一存储器件，其适于存储关于所述层的物理和/或光学特性的信息；

一控制器，其适于根据存储在所述存储器件中的信息控制所述投影***、所述辐射***、所述基底台和所述支撑结构中的至少一个，以补偿或改善由所述层引起的除沿装置光轴的表观掩模位置移动之外的成像偏差。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述构图装置是掩模，所述支撑结构为掩模台以及所述层为一种与之分开设置的薄膜。

3.根据权利要求2所述的装置，进一步包括一用于接收与将掩模装入装置内有关的所述信息的界面。

4.根据权利要求2所述的装置，进一步包括一用于测量固定在由所述掩模台支撑的掩模上的薄膜的物理和/或光学特性的传感器，并且所述控制器还用来控制上述传感器和/或掩模台，以便确定所述薄膜的特征以产生要被存储在所述存储设备中的信息。

5.根据权利要求4所述的装置，其中所述传感器是传输成像传感器。

6.根据权利要求4所述的装置，其中所述传感器是白光干涉仪。

7.根据权利要求2至6中任一所述的装置，进一步包括附在所述掩模台、掩模、薄膜和任意框架中一个上的阻流板，将所述薄膜设置在掩模上，其中所述阻流板被成形为可减少伯努力效应，当所述掩模在曝光过程中移动时，所述效应另外使所述薄膜变形。

8.根据权利要求2至7中任一所述的装置，进一步包括吹扫气体供给***，其被用来供给吹扫气体到所述掩模的附近，使得吹扫用气体流平行于扫描曝光中的掩模移动并与其具有相同的意义。

9.根据权利要求2至8中任一所述的装置，其中所述存储器件存储关于扫描曝光过程中图像偏差与掩模移动速度的相关性的信息。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述构图装置为可编程构图装置，并且所述涂层是包含所述可编程构图装置的箱盒中的窗。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述涂层为投影***和基底之间的液体膜。

12.一种掩模，所述掩模具有与其分开固定在框架上的薄膜，其中所述薄膜被固定在框架上使得，在使用中，其采用一种引起偏差的外形，所述偏差基本通过将要使用上述掩模的光刻装置的可调***参数的调整予以补偿。

13.根据权利要求12所述的掩模，其中所述薄膜沿两个平行边缘固定在所述框架上并顺着另外两个边缘设置，使得当在一方向上所述薄膜被用于光刻投影装置中的曝光时，所述薄膜在该方向上采用大致一维图形。

14.根据权利要求13所述的掩模，其中所述薄膜在所述两个平行边缘以一定角度固定在所述框架上，其中所述角度等于这样的角度，即如果采用这样的角度，允许薄膜在重力的作用下自由弯曲。

15.根据权利要求13所述的掩模，其中所述薄膜以0°角在两个平行边缘处固定到所述框架上。

16.一种将薄膜附加到掩模上的方法，包括：

测量所述薄膜的外形；

确定所述薄膜关于所述掩模的最佳位置；

基本在所述最佳位置处将所述薄膜附加到掩模上；

17.一种确定模和/或与所述掩模分开固定的薄膜的特征的方法，所述方法包括：

将掩模装到光刻投影装置中，该掩模可任选具有一与其分开固定的薄膜；

用曝光辐射照射所述掩模；

投影受照射的掩模的空间图像；

利用图像传感器测量许多对准标记图像的最佳聚焦平面；其特征在于：

所述许多对准标记在扫描方向或光刻装置的照明区域的方向上被间隔分开。

18.一种器件制造方法，包括：

提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；

利用辐射***提供辐射投影光束；

利用包含薄膜的掩模使投影光束的横截面具有图案，所述薄膜与掩模彼此隔开；

将带图案的辐射光束投影到辐射敏感材料的层的靶部上，

其特征在于：

在曝光之前，所述掩模的外形由权利要求16中所述的方法确定特征并在曝光过程中进行适合的校正。

19.一种器件制造方法，包括：

提供一至少部分覆盖一层辐射敏感材料的基底；

利用辐射***提供辐射投影光束；

利用包含薄膜的掩模使投影光束的横截面具有图案，所述薄膜与掩模彼此隔开；

将带图案的辐射光束投影到辐射敏感材料层的靶部上，

其特征在于：

在所述投影步骤中，校正被用于辐射***、投影***、掩模定位和基底定位中的至少一个，以补偿或改善由所述薄膜引起的除投影***光轴方向上掩模表观位置移动之外的偏差，所述校正已经由与所述薄膜的物理和/或光学特性相关的信息予以确定。

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