TW202205010A - 用於熱敏元件之熱機械控制之方法及用於微影生產程序之裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於經受一熱負載之一熱敏元件的熱機械控制之方法,其包含:
提供該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱負載特性與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係;
基於該非線性模型之一最佳化計算而計算一控制信號,
將一致動信號提供至加熱器,其中該致動信號至少部分地基於該控制信號,
基於該致動信號由一加熱器加熱該熱敏元件。
Description
本發明係關於一種用於熱敏元件之熱機械控制之方法及用於微影生產程序之裝置。
微影設備為經建構以將所要圖案塗覆至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如,遮罩)之圖案(亦常稱為「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如,晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
隨著半導體製造程序不斷進步,幾十年來,電路元件之尺寸已不斷地減小,而每一裝置的諸如電晶體之功能元件之量已在穩定地增加,此遵循通常稱為『莫耳定律(Moore's law)』的趨勢。為了滿足莫耳定律,半導體行業正尋求能夠產生愈來愈小特徵的技術。為將圖案投影於基板上,微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定圖案化於基板上之特徵的最小大小。當前使用之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相比於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備,使用具有在4 nm至20 nm之範圍內的波長(例如,6.7 nm或13.5 nm)之極紫外線(EUV)輻射的微影設備可用於在基板上形成較小特徵。
在晶圓之曝光期間,微影設備之物件可經受相當大的熱負載,尤其係經配置以透射或反射電磁輻射之光束之微影設備的物件可經受此熱負載。此熱負載可對微影程序中之各別元件之各別物件的性能具有負面影響。
舉例而言,鏡面用於反射所謂的投影光學器件箱(POB)中之輻射光束。此等鏡面經受由源自光源之輻射光束之DUV、EUV及/或紅外光誘發的熱量,從而導致光學表面之非所要變形。後一現象亦稱為鏡面/透鏡加熱。鏡面加熱可對微影程序之總疊對、聚焦及投影效能具有顯著影響。此影響可經由鏡面及/或載物台調整部分地補償。該補償機制稱為驅動器透鏡模型(DLM)。然而,DLM自身之校正能力不足以實現所要效能。
在微影設備之已知實施例中,熱負載由經配置以將鏡面加熱至預定溫度之鏡面加熱器補償。此預定溫度通常經選擇為鏡面材料具有相對低之熱靈敏度的溫度。應變溫度曲線之導數等於零時之溫度稱為零交叉溫度(ZCT)。通常,此ZCT係作為預定溫度之合適的溫度,由此加熱器經組態以將鏡面維持在ZCT處或接近於ZCT。
由於在每一圖案化裝置改變及照明設定對應改變之後,鏡面之反射表面耗費長時間以達至穩態溫度分佈,故主動反饋控制策略用於確保在瞬態回應期間適當地調整鏡面加熱器之功率。用於鏡面加熱之已知控制策略係基於溫度的,其中鏡面之平均溫度經調節至固定設定點。此設定點自有限負載情況集之最壞情況穩態分析獲得。因此,基於溫度的控制策略一般為保守的且不一定改良瞬態情形下之投影效能,此係因為設定點設計係僅基於最壞情況穩態分析。
本發明之一個目標為提供一種用於熱敏元件(例如,微影設備之投影光學器件箱的鏡面)之熱機械控制的方法,該熱敏元件經受照射於熱敏元件上之輻射光束的熱量,該方法提供對由輻射光束加熱熱敏元件引起的效應之更準確控制。
本發明之另一目標為提供一種用於微影生產程序之裝置(諸如,微影設備或度量衡工具),其能夠改良裝置中之熱敏元件(諸如,鏡面)之熱機械控制,該熱敏元件由裝置中所使用的輻射光束加熱。
根據本發明之一態樣,提供一種用於經受一熱負載之一熱敏元件的熱機械控制之方法,其包含:
提供該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱負載特性與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係;
基於該非線性模型之一最佳化計算而計算一控制信號,
將一致動信號提供至一加熱器,其中該致動信號至少部分地基於該控制信號,
基於該致動信號由該加熱器加熱該熱敏元件。
根據本發明之一態樣,提供一種用於一微影生產程序之裝置,其包含:
一光源,其經配置以提供一輻射光束
一熱敏元件,其經配置以由該輻射光束照射,
一加熱器,其經配置以加熱該熱敏元件以控制該熱敏元件之一溫度,
一控制裝置,其用於將一致動信號提供至該加熱器,
其中該控制裝置包含一控制器,其經配置以提供一控制信號作為該致動信號之部分,其中該控制器包含該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱敏元件上之一熱負載與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係,且其中該控制器經配置以基於該非線性模型之一最佳化計算而計算該控制信號。
在本發明之文件中,術語「輻射」及「光束」用於涵蓋所有類型之電磁輻射,其包括紫外輻射(例如,具有為365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外輻射(EUV,例如,具有在約5至100 nm之範圍內之波長)。
如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化裝置」可廣泛地解釋為係指可用於向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化裝置,該經圖案化橫截面對應於待在基板的目標部分中產生之圖案。術語「光閥」亦可用於此上下文中。除經典遮罩(透射或反射;二元、相移、混合式等)以外,其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA。微影設備LA包括:照明系統(亦稱為照明器) IL,其經組態以調節輻射光束B (例如,UV輻射、DUV輻射或EUV輻射);遮罩支撐件(例如,遮罩台) MT,其經建構以支撐圖案化裝置(例如,遮罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位圖案化裝置MA之第一***PM;基板支撐件(例如,晶圓台) WT,其經建構以固持基板(例如,塗佈有抗蝕劑之晶圓) W且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二***PW;及投影系統(例如,折射投影透鏡系統) PS,其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如,包含一或多個晶粒)上。
在操作中,照明系統IL例如經由光束傳送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/或控制輻射之各種類型之光學組件,諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件或其任何組合。照明器IL可用於調節輻射光束B,以在圖案化裝置MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」 PS應廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其他因素之各種類型之投影系統,其包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統或其任何組合。的可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用均與更一般術語「投影系統」 PS同義。
微影設備可屬於其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如,水)覆蓋以便填充投影系統PS與基板W之間的空間之類型-此亦稱為浸潤微影。在以引用方式併入本文中之US6952253中給出關於浸潤技術的更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT (亦稱為「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中,可並行地使用基板支撐件WT,及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟,同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除基板支撐件WT外,微影設備LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性及/或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分,例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體之系統的一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下移動。
在操作中,輻射光束B入射於固持在遮罩支撐件MT上之圖案化裝置(例如,遮罩MA)上,且藉由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)圖案化。在已橫穿圖案化裝置MA之情況下,輻射光束B穿過投影系統PS,該投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二***PW及位置量測系統PMS,可準確地移動基板支撐件WT,例如以便在聚焦且對準位置處在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地,第一***PM及可能之另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化裝置MA。可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2佔據專用目標部分,但其可位於目標部分之間的空間中。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時被稱為切割道對準標記。
為闡明本發明,使用笛卡爾(Cartesian)座標系。笛卡爾座標系具有三個軸,亦即,x軸、y軸及z軸。三個軸中之每一者與其他兩個軸正交。圍繞x軸之旋轉稱為Rx旋轉。圍繞y軸之旋轉稱為Ry旋轉。圍繞z軸之旋轉稱為Rz旋轉。x軸及y軸定義水平面,而z軸處於豎直方向上。笛卡爾座標系不限制本發明且僅用於闡明。實情為,諸如圓柱形座標系之另一座標系可用於闡明本發明。笛卡爾座標系之定向可不同,例如使得z軸具有沿水平面之分量。
圖4展示包含輻射源SO及微影設備LA之微影系統的另一實例。輻射源SO經組態以產生EUV輻射光束B且將EUV輻射光束B供應至微影設備LA。微影設備LA包含照明系統IL、經組態以支撐圖案化裝置MA (例如,遮罩)之支撐結構MT、投影系統PS及經組態以支撐基板W之基板台WT。
照明系統IL經組態以在EUV輻射光束B入射於圖案化裝置MA上之前調節EUV輻射光束B。另外,照射系統IL可包括琢面化場鏡面裝置10及琢面化光瞳鏡面裝置11。琢面化場鏡面裝置10及琢面化光瞳鏡面裝置11一起提供具有所要橫截面形狀及所要強度分佈之EUV輻射光束B。作為琢面化場鏡面裝置10及琢面化光瞳鏡面裝置11之補充或替代,照明系統IL可包括其他鏡面或裝置。
在如此調節之後,EUV輻射光束B與圖案化裝置MA相互作用。由於此相互作用,產生經圖案化EUV輻射光束B'。投影系統PS經組態以將經圖案化EUV輻射光束B'投影至基板W上。出於彼目的,投影系統PS可包含經組態以將經圖案化EUV輻射光束B'投影至由基板台WT固持之基板W上之複數個鏡面13、14。投影系統PS可將縮減因數應用至經圖案化EUV輻射光束B',因此形成特徵小於圖案化裝置MA上之對應特徵的影像。舉例而言,可應用縮減因數4或8。儘管投影系統PS在圖4中說明為僅具有兩個鏡面13、14,但投影系統PS可包括不同數目個鏡面(例如,六個或八個鏡面)。
基板W可包括先前形成之圖案。在此情況下,微影設備LA使由經圖案化EUV輻射光束B'形成之影像與先前形成於基板W上之圖案對準。
可在輻射源SO中、在照明系統IL中及/或在投影系統PS中提供相對真空,亦即,處於遠低於大氣壓力之壓力下的少量氣體(例如,氫氣)。
輻射源SO可為雷射產生電漿(LPP)源、放電產生電漿(DPP)源、自由電子雷射(FEL)或能夠產生EUV輻射之任何其他輻射源。
圖4之微影設備LA之投影系統PS包含鏡面元件14以反射經圖案化輻射光束從而沿著投影路徑導引經圖案化輻射光束。經圖案化輻射光束之此反射誘發鏡面元件ME上之相當大的熱負載。此熱負載可能導致鏡面元件ME內之熱應力及由於此等熱應力之效應的變形。鏡面元件ME之變形可對微影設備之聚焦及疊對效能具有相當大的負面影響且因此應避免該負面影響。
圖2示意性地描繪投影光學器件箱POB,其為如圖1中所描繪之微影設備LA之投影系統PS的部分。投影光學器件箱POB包含數個鏡面以將輻射光束B自圖案化裝置導引至基板W。
在其他實施例中,投影光學器件箱POB可為如圖4中所描繪之微影設備LA之投影系統PS的部分。舉例而言,鏡面MI可為複數個鏡面13、14中之任一者。
鏡面MI展示為投影光學器件箱POB中之此鏡面的實例。輻射光束B進入投影光學器件箱POB由第一鏡面MI1反射且照射於鏡面MI上,尤其照射於輻射光束B經導引於其上之反射表面上。輻射光束由鏡面MI反射且離開投影光學器件箱POB。實務上,投影光學器件箱POB可包含多於兩個鏡面以導引輻射光束B。
鏡面MI經受由輻射光束B之DUV、EUV及/或紅外光誘發的熱量。由於照射於鏡面MI上之輻射光束B而產生的此加熱稱為鏡面加熱。此鏡面加熱可導致鏡面MI之反射表面的非所要變形,該等非所要變形可對微影程序之疊對、聚焦及投影效能具有顯著影響。
投影光學器件箱POB之鏡面(諸如,鏡面MI)可由具有低熱靈敏度之超低膨脹玻璃製成以減少鏡面加熱的效應。儘管具有相對較低之熱靈敏度,但照射於鏡面MI上之輻射光束B之相對較高功率仍可能導致鏡面MI之不可接受的變形。此通常為不需要的。鏡面加熱之影響可經由調整鏡面及/或基板支撐件進行部分地補償。此補償機制稱為驅動器透鏡模型DLM。然而,驅動器透鏡模型DLM自身之校正能力不足以在較高要求的微影程序中實現所需鏡面效能。存在不可校正誤差,亦即,無法藉由調整投影光學器件箱POB之鏡面及/或由DLM定位基板支撐件來補償之誤差。
為進一步減少鏡面加熱之效應,鏡面MI之溫度可受加熱器HE影響,該加熱器HE經配置以在不與鏡面MI接觸的情況下將熱量提供至鏡面MI。在所展示之實例中,加熱器HE經組態以在鏡面MI之一側上提供熱量。在其他實施例中,加熱器可經配置以在鏡面MI之相對反射側上或鏡面MI之兩側上提供熱量。此熱量可提供可調整為由輻射光束B提供之熱量之額外熱量以對鏡面MI產生受控熱負載。
在替代性實施例中,與熱敏元件(此處為鏡面MI)接觸之諸如電線之加熱器可用於將受控熱量提供至熱敏元件。
提供控制裝置CON以控制鏡面MI之變形從而藉由加熱器HE加熱而將鏡面MI之變形維持在預定位準。此加熱亦可稱為額外加熱或預加熱。舉例而言,預定變形係基於鏡面MI之熱靈敏度為最小時的溫度。舉例而言,超低膨脹玻璃之熱靈敏度包含最小值,其中應變溫度曲線之導數為零,亦即零交叉溫度(ZCT)。與此最小值相關聯之溫度為用作判定控制裝置CON之控制所針對之預定變形的基礎之適合之溫度。
亦可能使用諸如溫度參數、機械參數及/或光學參數之其他參數作為應用於控制裝置CON中之控制策略的控制目標。
在鏡面MI上或中,可提供多個溫度感測器TSE以量測表示各別溫度感測器TSE之位置處之鏡面MI的溫度之溫度信號。溫度信號經饋送至控制裝置CON中。圖2展示三個溫度感測器TSE。實務上,亦可提供更多或更少之溫度感測器TES。
控制裝置CON經配置以將致動信號提供至加熱器HE。圖2之實施例之加熱器HE包含多個加熱器段HES,其中每一加熱器段HES經配置以加熱鏡面MI之選定部分。每一加熱器段HES接收其個別致動信號,使得加熱器段HES可經個別地控制以加熱鏡面MI之相關聯部分以便獲得鏡面MI中的預定溫度分佈及/或變形。加熱器段HES之數目將基於鏡面MI之個別受控部分之所需分佈來選擇。
在先前技術實施例中,僅使用一個加熱器以加熱各別鏡面,由此基於在鏡面MI中量測之平均溫度而由單個致動信號來控制加熱器。由於在每一圖案化裝置改變及輻射光束之特性(諸如,輻射光束B之功率及功率的空間分佈)對應改變之後,鏡面的反射表面耗費較長時間以達至穩態溫度,故可能與瞬態前饋信號組合之主動反饋控制策略已用於在瞬態回應期間根據輻射光束之設定的改變來調整加熱器之功率。
隨著對微影設備之效能之需求增加,輻射光束B之功率亦可顯著地增加。此亦導致控制鏡面加熱之額外挑戰。
提供各自與鏡面MI之各別部分相關聯之多個加熱器段HES允許鏡面MI之變形的更確定控制。然而,用於基於鏡面MI之平均溫度進行之鏡面預熱的已知控制策略一般為保守的且不一定改良在具有不同輻射特性之兩個圖案化裝置之後續使用之間的瞬態情形下之投影效能,此係因為此控制策略之設定點通常僅基於最壞情況穩態分析。
因此,需要提供允許更準確控制鏡面MI之變形之控制策略以減小鏡面加熱對疊對、聚焦及投影效能之負面影響。
新穎的控制策略係基於前饋控制器,其經配置以提供前饋信號作為饋送至加熱器HE之致動信號之部分(例如,饋送至加熱器段HES之個別致動信號),其中前饋控制器包含鏡面MI之非線性熱機械3D模型,該非線性熱機械3D模型描述鏡面MI上之熱負載與鏡面MI之變形之間的動力學關係。前饋控制器經配置以基於非線性模型之最佳化計算而計算前饋信號。可使用多個溫度感測器TSE之溫度信號作為至前饋控制器中之非線性模型的輸入以計算前饋信號。
在非線性熱機械3D模型中,熱負載可藉由可良好預測、可能隨時間變化之加熱功率及空間分佈進行描述。
最佳化計算包含控制變數之時序之最佳化計算以考慮對加熱器HE之致動限制的約束而在整個預測範圍內最佳化表面變形。舉例而言,加熱器HE之致動限制包括加熱器可僅提供熱量(亦即,不具有冷卻能力)且加熱器具有最大加熱能力。
在模型預測控制方法中使用之模型可為具有例如10.000至1.000.000個狀態之高階熱機械3D模型,該模型描述鏡面MI上之熱負載與鏡面MI之變形(例如,鏡面MI的反射表面之變形)之間的動力學關係。舉例而言,模型為鏡面MI之有限元件模型,其描述鏡面MI之幾何形狀及其熱、機械及光學動態屬性。
為允許在足夠短的時間內計算最佳化計算以進行即時控制,可應用多級求解器。舉例而言,多級求解器可利用近似求解器之速度,例如,基於雅可比(Jacobi)之求解器、圖形處理單元(GPU)上之並行化、熱啟動等。
舉例而言,可對諸如GPU的並聯處理器執行最佳化計算以進行即時控制。舉例而言,並聯處理器可經配置以每1、10或100秒進行全最佳化。亦可藉由使用類似於張量處理單元(TPU)之加速器特殊應用積體電路(ASIC)或藉由使用場可程式閘陣列(FPGA)執行並行處理。
舉例而言,可在控制策略之此實施例中使用之輸入為輻射光束B之功率的功率位準及/或空間分佈。此外,可添加諸如介質(例如,氣體或冷卻水)之熱轉移係數、周圍溫度及/或影響輻射光束之光學路徑的其他參數之調節參數作為非線性模型之最佳化計算中的輸入。
替代地或另外,由功率譜密度函數模型化之零交叉溫度之空間非均一性可進一步用作控制策略的輸入。此實現可用於確保光熱機械鏡面預熱控制策略相對於ZCT非均一性具有穩固性,即,藉由在多個(唯一)實現上而非僅一個標稱例(均一的ZCT)上評估模型預測控制方案中的成本函數。
在實施例中,可能基於系統設定資料及/或系統校準資料(例如,照明系統之設定資料)更新非線性模型。
新穎的模型預測控制策略可用於依據與疊對、聚焦及投影效能密切相關之相關投影特性而直接最小化無法由DLM校正之輻射光束的誤差,諸如波前誤差。已發現,此控制策略(尤其係與可個別控制加熱段HES組合之控制策略)提供控制效能之顯著改良以用於補償鏡面加熱對微影程序之疊對、聚焦及投影效能的影響。
除溫度感測器TSE外,作為替代例,可提供一或多個感測器以量測表示輻射光束之波前像差之像差信號,其中控制裝置CON經配置以接收像差信號且使用像差信號計算前饋信號。
作為另外添加或替代地,可提供一或多個應變感測器以在熱敏元件之一或多個量測位置處量測一或多個應變信號,其中控制裝置CON經配置以接收應變信號且使用應變信號以計算前饋信號。代替使用溫度量測作為計算鏡面MI局部變形之輸入,亦可使用直接變形量測作為計算前饋信號之輸入信號。
在實施例中,前饋控制器可與反饋控制器組合以進一步改良鏡面MI之變形的控制。舉例而言,反饋控制可基於輻射光束B之波前量測,使用溫度感測器TES之鏡面MI內的溫度量測,及/或基於將與模型預測與量測(諸如,波前量測、溫度量測及/或應變量測)組合的顯式狀態觀測器。
圖3展示可用於控制鏡面MI之加熱之模型預測控制(MPC)方案的實施例,該方案在圖3中結合加熱器HE及溫度感測器TES指示作為鏡面系統MIS。控制方案使用鏡面MI內之變形的熱機械非線性模型。非線性模型亦包含於控制裝置CON之狀態估計器SES中。狀態估計器SES之輸入為溫度感測器TES之溫度信號Temp。狀態估計器SES之輸出為輻射光束B之估計擾動Distest
。輻射光束B之此估計擾動Distest
饋送至控制單元CU中,該控制單元CU將致動信號ACT提供至加熱器段HES中之每一者以加熱鏡面MI(由圖3中之MIS指示)。
在每一時間步處,進行最佳化計算。此最佳化計算之目標為在有限時間範圍內尋找輸入序列,該輸入序列最小化給定成本函數同時遵守相關約束,諸如加熱器段HES之最大功率且加熱器HE不能夠冷卻。成本函數可針對不同效能指示符。舉例而言,均方根成本函數可用於最佳化變形,澤尼克函數可用於最佳化投影效能及/或圖案移位、最佳聚焦、臨界尺寸均一性可用於最佳化成像參數。
由於基於由溫度感測器TES量測之最近溫度感測器的溫度信號Temp在每一時間步處更新及解決最佳化計算,故僅可在實際系統MIS上實現所得輸入序列的第一條目。
在控制策略之此實施例中,控制方案之成本函數表示考慮DLM之校正能力的相關輻射特性。更特定言之,可由DLM校正之輻射光束誤差(亦即,投影/波前誤差)之部分係基於經預測的鏡面變形估計且將不包括於成本函數中,此係因為輻射光束誤差之此部分可由DLM有效地校正。在圖3中之該控制方案中,展示鏡面變形DEF將由DLM基於參考變形DEFref
進行校正,從而導致不可校正影像失真IMD。
由於鏡面MI之超低膨脹玻璃之溫度應變關係為非線性,故有限範圍最佳化計算一般為非凸的。為確保閉環系統收斂至所要穩態且避免閉環回應中之非所要振盪,以參考ref饋送控制單元CU。此參考ref包含處於穩態下的所要輸入信號及不可校正輻射光束誤差,其可經由可在輻射光束實際曝光於基板之前進行的單獨最佳化計算而獲得。
替代地或另外,控制單元CU可進一步饋送由功率譜密度函數模型化之零交叉溫度的空間非均一性。此實現可用於確保光熱機械鏡面預熱控制策略相對於ZCT非均一性具有穩固性,即,藉由在多個(唯一)實現上而非僅一個標稱例(均一的ZCT)上評估模型預測控制方案中的成本函數。
使用非線性模型預測控制方案之挑戰中之一者係處理運算複雜度,此係因為在每一時間步處,需要在合理時間內進行最佳化計算。此問題通常經由模型還原技術解決。模型縮減中之關鍵假設為可能輸入之數目顯著小於原始模型之狀態的數目。此假設不適用於鏡面加熱控制,此係因為許多不同輻射光束設定/用例係可能的,例如由於照明系統之可能設定。儘管此時僅有一個用例係有效的,且因此每次曝光可忽略其他用例,但運算經減階模型自身一般為運算昂貴程序。出於此原因,在控制方案中使用全階模型(例如,全階有限元件模型)係有意義的。模型縮減技術不用於最佳化計算。
藉由應用零空間方法,就變數之數目而言,需要在每一時間步處求解之最佳化計算的大小可顯著地減少。因此,最佳化計算自身可以毫秒級求解。然而,此方法確實要求需要在線上運算之特定系統回應。此特定系統回應可使用多級求解器有效地獲得。由於全階模型之大小,有效地運算特定回應係不重要的。幸而,可利用全階模型之稀疏屬性以便使用反覆方法(例如,經預調節共軛梯度法)有效地獲得解。
此反覆方法之效率由預調節器之選擇控管。適應性緊縮為適合之預調節器,此係因為其允許利用並行/GPU運算之益處。在適應性緊縮中,藉由來自可相對快速地運算之較低維問題之解校正全階反覆來加速尋找全階系統的解。此等較低維問題可例如藉由在適當正交分解(POD)基礎上之投影而獲得。對於所提出之模型預測控制策略,POD基礎可自經預運算之零空間矩陣中所含有之資訊及先前獲得之解(諸如,在對動態系統之時域解進行求解時之先前時間步的解或在對動態系統之頻率域進行求解時之先前頻率點的解)中導出。使用POD基礎之此獨特選擇且藉由運用在先前時間步所獲得之解熱啟動求解器,僅需要一個反覆以獲得特定回應。因此,運算工作量可接近於用於獲得全階有限元件模型之解所需的理論最小工作量。
替代地或另外,預調節共軛梯度法使用經組態以運用來自方程式之線性系統之較低維近似的解來校正方程式之全維線性系統之反覆的多級或多柵格方法。多級或多柵格方法可使用上文所描述之適應性緊縮方法。
在一個實施例中,預調節器包含將每一反覆處之殘差投影至低維空間以便獲得當前反覆與實際解之間的差值之估計。此估計可用於校正當前反覆且藉此改良預調節器方法之收斂。在另一實施例中,調適適應性緊縮方法可視為一種多級/多柵格方法。
作為適應性緊縮方法之替代例,可使用其他模型階數縮減技術,諸如模態截斷、平衡及截斷或克利洛夫(Krylov)子空間方法。
在數個模擬中,經提出之光熱機械模型預測控制策略已與基於溫度之控制策略進行比較,該基於溫度之控制策略用於具有單個加熱器之加熱器實施例及具有多個可個別控制加熱器段之加熱器實施例,如圖2中所展示。對於單個加熱器實施例,基於溫度之控制器為PID控制器。對於具有熱量段之實施例,每一加熱器段使用多個PID控制器,旨在將與各別加熱器段相關聯之每一部分中的平均溫度調節至零交叉溫度。對於兩種負載情況(亦即,輻射光束之兩種不同設定)作出模擬。
模擬展示,相對於由基於溫度值控制策略產生之疊對及聚焦效能,尤其係結合具有多個加熱器分段之實施例,使用非線性光機械模型的光熱機械控制策略顯著改良疊對及聚焦效能,此係因為此進一步改良鏡面MI之變形之可控性。
在上文中,描述一種控制策略以控制微影設備之投影光學器件箱POB之鏡面MI的變形。該方法亦可用於控制投影光學器件箱POB之其他鏡面中之變形,其中單獨地控制每一鏡面的變形。此外,在控制策略中,投影光學器件箱POB之第一鏡面之鏡面加熱的效應可藉由控制投影光學器件箱(POB)之另一鏡面中之變形以最佳化由鏡面反射之輻射光束的波前來補償。
此外,模型預測控制策略可用於補償無法由DLM校正之基板內效應,此係因為僅在新的波前量測為可用之時刻運算及應用DLM校正。晶圓內效應可導致聚焦誤差,其可由數個鏡面引起,尤其係鏡面組件之較小鏡面。藉由應用如上文所描述之可個別控制加熱器段及模型預測控制策略,可校正晶圓內效應。當此等鏡面相對較小時,此等鏡面之熱行為之時間刻度將相對較小。因此,應用於此等相對較小鏡面上之控制策略可具有顯著大於較大鏡面之帶寬且藉此更適合於校正晶圓內效應。
上文對於投影光學器件箱之鏡面所描述之控制策略亦可應用於控制用於微影生產程序的微影設備或度量衡工具之其他熱敏元件之變形,該微影生產程序經受照射於熱敏元件之輻射光束的熱量。
儘管可在本文中特定地參考微影設備在IC之製造中的使用,但應瞭解,本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影設備之上下文中的本發明之實施例,但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成遮罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化裝置)之物件的任何設備之部分。此等設備可通常稱為微影工具。此種微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可能已特定地參考在光學微影之上下文中對本發明之實施例的使用,但應瞭解,本發明在上下文允許之情況下不限於光學微影,且可用於其他應用(例如,壓印微影)中。
在上下文允許之情況下,可以硬體、韌體、軟體或其任何組合實施本發明之實施例。本發明之實施例亦可實施為儲存於機器可讀媒體上之指令,該等指令可由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸呈可由機器(例如,運算裝置)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言,機器可讀媒體可包括唯讀記憶體(ROM);隨機存取記憶體(RAM);磁性儲存媒體;光學儲存媒體;快閃記憶體裝置;電學、光學、聲學或其他形式之傳播信號(例如,載波、紅外信號、數位信號等),及其他者。另外,韌體、軟體、常式、指令可在本文中描述為執行特定動作。然而,應瞭解,此類描述僅出於方便起見,且此等動作實際上由運算裝置、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等之其他裝置所引起,且在執行此操作時可使得致動器或其他裝置與實體世界互動。
雖然上文已描述本發明之特定實施例,但應瞭解,可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性,而非限制性的。因此,對於熟習此項技術者將顯而易見,可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
1. 一種用於經受一熱負載之一熱敏元件的熱機械控制之方法,其包含:
提供該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱敏元件上之該熱負載與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係;
基於該非線性模型之一最佳化計算而計算一控制信號,
將一致動信號提供至一加熱器,其中該致動信號至少部分地基於該控制信號,
基於該致動信號由該加熱器加熱該熱敏元件。
2. 如條項1之方法,其中該控制信號為一前饋信號。
3. 如條項1或2之方法,其中該最佳化計算包含控制變數之一時序之最佳化計算,以考慮對該加熱器之致動限制的約束而在整個一預測範圍內最佳化該熱敏元件之該變形。
4. 如前述條項中任一項之方法,其中該非線性模型包含該熱敏元件之一3D模型,該3D模型描述該熱負載與該熱敏元件之該變形之間的一空間非均一動力學關係。
5. 如前述條項中任一項之方法,其中該熱負載包含照射於該熱敏元件上之一輻射光束之熱量及由該加熱器提供之熱量。
6. 如條項5之方法,其中該方法包含:
量測表示該輻射光束之波前像差的像差信號,及
使用該像差信號以計算該控制信號。
7. 如前述條項中任一項之方法,其中該方法包含:
量測該熱敏元件之一或多個量測位置之一或多個溫度信號,及
使用該溫度信號以計算該控制信號。
8. 如前述條項中任一項之方法,其中該加熱器包含多個加熱器段,該等加熱器段可經個別地控制且經配置以加熱該熱敏元件之不同部分,
其中將該致動信號提供至該加熱器之步驟包含將一個別致動信號提供至該等加熱器段中的每一者。
9. 如前述條項中任一項之方法,其中該加熱器為一非接觸式加熱器,其經配置以在該加熱器與該熱敏元件之間無直接機械接觸的情況下加熱該熱敏元件。
10. 如條項1至9中任一項之方法,其中該加熱器包含與該熱敏元件機械接觸之加熱元件,諸如安裝於熱敏元件上或中的電線。
11. 如前述條項中任一項之方法,其中該方法包含:
在該熱敏元件之一或多個量測位置處量測一或多個應變信號,其中該一或多個應變信號表示該熱敏元件在該一或多個量測位置處之變形,及
使用該應變信號以計算該控制信號。
12. 如前述條項中任一項之方法,其中該方法包含:
量測該熱敏元件之一或多個量測位置之一或多個溫度信號,及
基於該等溫度信號判定一反饋信號,其中該反饋信號為提供至該加熱器之該致動信號的部分。
13. 如前述條項中任一項之方法,其中該熱敏元件為一微影設備之一投影系統的一鏡面或透鏡。
14. 如條項13之方法,其中該最佳化計算旨在最小化導致該輻射光束之波前誤差之熱機械效應。
15. 如條項13或14之方法,其中該最佳化計算包括對掃描器及成像特性(諸如,一微影程序之疊對、聚焦及臨界尺寸)之最佳化。
16. 如前述條項中任一項之方法,其中該方法包含基於系統設定資料及/或系統校準資料更新該非線性模型之步驟。
17. 如前述條項中任一項之方法,其中該非線性模型為一全階模型。
18. 如條項17之方法,其中該最佳化計算包含使用較低維度問題之解以校正全階計算之一反覆計算方法。
19. 如前述條項中任一項之方法,其中該最佳化計算包含使用一成本函數以在一有限時間範圍內尋找最小化該成本函數之一輸入序列。
20. 如條項19之方法,其中該成本函數包含以下函數中之任一者:均方根成本函數、任尼克函數、圖案移位、最佳聚焦或臨界尺寸均一性。
21. 如前述條項中任一項之方法,其中該方法包含在諸如GPU的並聯處理器上執行該最佳化計算以進行即時控制。
22. 一種用於一微影生產程序之裝置,其包含:
一光源,其經配置以提供一輻射光束
一熱敏元件,其經配置以由該輻射光束照射,
一加熱器,其經配置以加熱該熱敏元件以控制該熱敏元件之一溫度,
一控制裝置,其用於將一致動信號提供至該加熱器,
其中該控制裝置包含一控制器,其經配置以提供一控制信號作為該致動信號之部分,其中該控制器包含該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱敏元件上之一熱負載與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係,且其中該控制器經配置以基於該非線性模型之一最佳化計算而計算該控制信號。
23. 如條項22之裝置,其中該控制信號為一前饋信號。
24. 如條項22或23之裝置,其中該最佳化計算包含控制變數之一時序之最佳化計算,以考慮對該加熱器之致動限制的約束而在整個一預測範圍最佳化該熱敏元件之該變形。
25. 如條項22至24中任一項之裝置,其中該非線性模型包含該熱敏元件之一3D模型,該3D模型描述該熱負載與該熱敏元件之該變形之間的一空間非均一動力學關係。
26. 如條項22至25中任一項之裝置,其中該熱負載包含照射於該熱敏元件上之該輻射光束之熱量及由該加熱器提供之熱量。
27. 如條項26之裝置,其中該裝置包含一或多個感測器以量測表示該輻射光束之波前像差的像差信號,且其中該控制裝置經配置以接收該像差信號且使用該像差信號以計算該控制信號。
28. 如條項22至27中任一項之裝置,其中該裝置包含一或多個溫度感測器以在該等熱敏元件的一或多個量測位置處量測表示該熱敏元件之一溫度的一或多個溫度信號,其中該控制裝置經配置以接收該一或多個溫度信號且使用該一或多個溫度信號以計算該控制信號。
29. 如條項22至28中任一項之裝置,其中該加熱器包含多個加熱器段,該等加熱器段可經個別地控制且經配置以加熱該熱敏元件之不同部分,其中該控制裝置經配置以將個別致動信號提供至該等加熱器段中的每一者。
30. 如條項22至29中任一項之裝置,其中該加熱器為一非接觸式加熱器,其經配置以在該加熱器與該熱敏元件之間無直接機械接觸的情況下加熱該熱敏元件。
31. 如條項22至30中任一項之裝置,其中該加熱器包含與該熱敏元件機械接觸之加熱元件,諸如安裝於熱敏元件上或中的電線。
32. 如條項22至31中任一項之裝置,其中該裝置包含一或多個應變感測器以在該熱敏元件之一或多個量測位置處量測一或多個應變信號,且其中該控制裝置經配置以接收該應變信號且使用該應變信號以計算該控制信號。
33. 如條項22至32中任一項之裝置,其中該裝置包含一或多個溫度感測器以在該熱敏元件之一或多個量測位置處量測表示該熱敏元件之一溫度的一或多個溫度信號,其中該控制裝置經配置以接收該一或多個溫度信號且基於該一或多個溫度信號判定一反饋信號,其中該反饋信號為提供至該加熱器之該致動信號的部分。
34. 如條項22至33中任一項之裝置,其中該裝置為一微影設備且其中該熱敏元件為該微影設備之一投影系統的一鏡面或透鏡。
35. 如條項34之裝置,其中該最佳化計算旨在最小化導致該輻射光束之波前誤差之熱機械效應。
36. 如條項34或35之裝置,其中該最佳化計算包括對掃描器及成像特性(諸如,一微影程序之疊對、聚焦及臨界尺寸)之最佳化。
37. 如條項22至36中任一項之裝置,其中該控制裝置經組態以基於系統設定資料及/或系統校準資料更新該非線性模型。
38. 如條項22至37中任一項之裝置,其中該非線性模型為一全階模型。
39. 如條項38之裝置,其中該最佳化計算包含使用對於較低維度問題之解以校正全階反覆。
40. 如條項22至39中任一項之裝置,其中該最佳化計算包含使用一成本函數以在一有限時間範圍內尋找最小化該成本函數之一輸入序列。
41. 如條項40之裝置,其中該成本函數包含以下函數中之任一者:均方根成本函數、任尼克函數、圖案移位、最佳聚焦或臨界尺寸均一性。
42. 如條項22至41中任一項之裝置,其中該控制裝置包含多個並聯處理器以執行該最佳化計算以進行即時控制。
10:琢面化場鏡面裝置
11:琢面化光瞳鏡面裝置
13:鏡面
14:鏡面
ACT:致動信號
B:輻射光束
B':經圖案化EUV輻射光束
BD:光束傳送系統
C:目標部分
CON:控制裝置
CU:控制單元
DEF:鏡面變形
DEFref
:參考變形
Distest
:估計擾動
DLM:驅動器透鏡模型
HE:加熱器
HES:加熱器段
IL:照明系統
IMD:影像失真
LA:微影設備
M1:遮罩對準標記
M2:遮罩對準標記
MA:圖案化裝置
ME:鏡面元件
MI:鏡面
MI1:第一鏡面
MIS:鏡面系統
MT:遮罩支撐件
P1:基板對準標記
P2:基板對準標記
PM:第一***
PMS:位置量測系統
POB:投影光學器件箱
PS:投影系統
PW:第二***
ref:參考
SES:狀態估計器
SO:輻射源
Temp:溫度信號
TSE:溫度感測器
W:基板
WT:基板支撐件
現在將參考隨附示意性圖式而僅藉助於實例來描述本發明之實施例,在該等隨附示意性圖式中:
- 圖1描繪微影設備之示意性概述;
- 圖2描繪根據本發明之實施例的投影光學器件箱之實施例;及圖1之微影設備的一部分之詳細視圖;及
- 圖3示意性地描繪本發明之控制策略之實施例的控制方案。
- 圖4描繪EUV微影設備之示意性概述。
B:輻射光束
CON:控制裝置
HE:加熱器
HES:加熱器區段
MI:鏡面
MI1:第一鏡面
POB:投影光學器件箱
TSE:溫度感測器
Claims (15)
- 一種用於經受一熱負載之一熱敏元件的熱機械控制之方法,其包含: 提供該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱敏元件上之該熱負載與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係; 基於該非線性模型之一最佳化計算而計算一控制信號, 將一致動信號提供至一加熱器,其中該致動信號至少部分地基於該控制信號, 基於該致動信號由該加熱器加熱該熱敏元件。
- 如請求項1之方法,其中該控制信號為一前饋信號。
- 如請求項1或2之方法,其中該最佳化計算包含控制變數之一時序之最佳化計算,以考慮對該加熱器之致動限制的約束而在整個一預測範圍內最佳化該熱敏元件之該變形。
- 如請求項1或2之方法,其中該非線性模型包含該熱敏元件之一3D模型,該3D模型描述該熱負載與該熱敏元件之該變形之間的一空間非均一動力學關係。
- 如請求項1或2之方法,其中該熱負載包含照射於該熱敏元件上之一輻射光束的熱量及由該加熱器提供之熱量, 其中該方法包含: 量測表示該輻射光束之波前像差的像差信號,及 使用該像差信號以計算該控制信號。
- 如請求項1或2之方法,其中該方法包含: 量測該熱敏元件之一或多個量測位置的一或多個溫度信號,及 使用該溫度信號以計算該控制信號。
- 如請求項1或2之方法,其中該加熱器包含多個加熱器段,該等加熱器段可經個別地控制且經配置以加熱該熱敏元件之不同部分, 其中將該致動信號提供至該加熱器之步驟包含將一個別致動信號提供至該等加熱器段中的每一者。
- 如請求項1或2之方法,其中該方法包含: 在該熱敏元件之一或多個量測位置處量測一或多個應變信號,其中該一或多個應變信號表示該熱敏元件在該一或多個量測位置處之變形,及 使用該應變信號以計算該控制信號。
- 如請求項1或2之方法,其中該方法包含: 量測該熱敏元件之一或多個量測位置的一或多個溫度信號,及 基於該等溫度信號判定一反饋信號,其中該反饋信號為提供至該加熱器之該致動信號的部分。
- 如請求項1或2之方法,其中該熱敏元件為一微影設備之一投影系統的一鏡面或透鏡, 其中該最佳化計算旨在最小化引起該輻射光束之波前誤差之熱機械效應,及/或 其中該最佳化計算包括對掃描器及諸如一微影程序之疊對、聚焦及臨界尺寸的成像特性之最佳化。
- 如請求項1或2之方法,其中該方法包含基於系統設定資料及/或系統校準資料更新該非線性模型之步驟。
- 如請求項1或2之方法,其中該非線性模型為一全階模型, 其中該最佳化計算包含使用較低維度問題之解以校正全階計算之一反覆計算方法。
- 如請求項1或2之方法,其中該最佳化計算包含使用一成本函數以在一有限時間範圍內尋找最小化該成本函數之一輸入序列。
- 如請求項13之方法,其中該成本函數包含以下函數中之任一者:均方根成本函數、任尼克函數(Zernike functions)、圖案移位、最佳聚焦或臨界尺寸均一性。
- 一種用於一微影生產程序之裝置,其包含: 一光源,其經配置以提供一輻射光束 一熱敏元件,其經配置以由該輻射光束照射, 一加熱器,其經配置以加熱該熱敏元件以控制該熱敏元件之一溫度, 一控制裝置,其用於將一致動信號提供至該加熱器, 其中該控制裝置包含:一控制器,其經配置以提供一控制信號作為該致動信號之部分,其中該控制器包含該熱敏元件之一非線性熱機械模型,該非線性熱機械模型描述該熱敏元件上之一熱負載與該熱敏元件之變形之間的一動力學關係,且其中該控制器經配置以基於該非線性模型之一最佳化計算而計算該控制信號, 其中該控制裝置經組態以執行如前述申請專利範圍中任一項之用於經受一熱負載之一熱敏元件的熱機械控制之方法。
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