CN101008789A - 用于预测热引起的衬底变形的方法和装置以及半导体器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于校正热引起的光刻曝光衬底的区域变形的方法。第一，提供一种模型来预测热引起的多个衬底区域的区域变形信息。接着基于通过模型所预测的热引起的变形信息修改所使用的预先规定曝光信息以设置区域曝光。最后根据所修改的预先规定曝光信息将图形曝光到该区域上。通过模型预测热引起的区域变形信息包括预测衬底上选定点的变形效应。所述模型基于穿过衬底传输的能量的时间衰减特性和选定点与所述衬底边缘之间的距离。

Description

用于预测热引起的衬底变形的方法和装置以及半导体器件

技术领域

本发明涉及用于制造器件的装置和方法并且涉及一种器件。

背景技术

光刻设备是提供所需图形到衬底上，通常到衬底目标部分上的机器。例如在制造集成电路中(IC)可以使用光刻设备。在此情况下，图形化装置，其可选择地称作掩膜或分划板，可用于产生将形成在IC各个层上的电路图形。该图形可转移到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括部分、一个或几个芯片)上。图形转移一般通过图像化衬底上提供的照射敏感材料(光刻胶)层实现。总的来说，单个衬底将包含连续图形化的邻近目标部分的网络。公知的光刻设备包括所谓的步进机，其中通过在目标部分上一次曝光整个图形来照射每个目标部分；和所谓的扫描器，其中在给定方向(“扫描”方向)上通过照射束扫描图形来照射每个目标部分，同时与该方向平行或反平行地同步扫描衬底。也可以通过在衬底上刻印图形而将所述图形从图形化的器件转移到衬底。

对越来越小的半导体器件的需求使得需要光刻制造工艺获得具有较小临界尺寸的图形特征和轮廓。而且，这种器件可包括多层，需要在一个或多个先前的层上精确定位后续的层。重要的是，始终如一地复制这些具有尽可能小覆盖误差的较小器件来生产高质量器件。

然而，在光刻制造工艺期间，有很多动作导致覆盖误差且损害了曝光图形的质量。特别是已曝光的衬底遭受热能量。在光学光刻设备的情况下，热能量衬底加热可导致曝光下衬底上的区域变形。在浸入光刻设备中，通过引起每个区域变形的浸入液体蒸发引起衬底变形。这些热引起的变形可导致不可接受的覆盖和聚焦误差并显著地减少产量。

发明内容

需要提供与现有技术相比具有改进性能的用于预测热引起的衬底待曝光光刻区域变形的方法。

为了此目的，本发明提供了用于预测热引起的待曝光光刻衬底的区域变形的方法，包括：

提供预先规定的曝光信息；

基于预先规定的曝光信息，在已选定的衬底点处使用模型预测热引起的区域变形；

其中所述模型基于

穿过所述衬底传输的能量随时间衰减特性；和

选定点和所述衬底边缘之间的距离。

本发明还提供使用前述方法制造的半导体器件。

本发明另外提供用于预测热引起的衬底区域变形的装置，其特征在于：

输入端口，设置成接收预先规定的曝光信息；

连接到输入端口的处理器单元，且设置所述处理器单元以采用模型，基于接收的预先规定的曝光信息在待曝光衬底的选定点处预测热引起的区域变形，其中所述模型基于

穿过所述衬底传输的能量的时间衰减特性和基于预测的热引起的区域变形确定改进的曝光信息；和

已选定点和所述衬底边缘之间的距离。

最后，本发明还涉及用前述装置制造的半导体器件。

附图说明

现在描述本发明的实施例，仅通过例子的方式，参考示意性附图，其中相应的附图标记表示相应的部件，其中：

图1描绘了根据本发明实施例的光刻设备；

图2和3显示了在现有技术光刻投影设备中使用的液体供应系统；

图4a和4b显示了根据另一现有技术光刻投影设备的液体供应系统；

图5显示了根据现有技术光刻投影设备的液体供应系统的另一视图；

图6a-e说明各种热引起的目标区域的变形；

图7示意性地显示了在现有技术光刻投影设备中关于将被曝光衬底的投影系统的示例性轨迹；

图8示意性地显示了描绘本发明实施例的示意性功能流程图；

图9示意性地显示了根据本发明实施例的预测时间相关变形效应的分解；

图10示意性地显示了在本发明的实施例中采用的到衬底边缘距离的分解；

图11显示了根据本发明实施例的装置。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括：

设定为调节照射束B(例如UV照射或EUV照射)的照明系统(照明器)IL。

支撑结构(例如掩膜台)MT，设定为支撑图形化器件(例如掩膜)MA且连接到第一定位器PM，第一定位器PM配置成根据一些参数精确定位图形化装置；

衬底台(例如晶片台)WT，设定为保持衬底(例如涂覆光刻胶的晶片)W且连接到第二定位器PW，第二定位器PW配置成根据一些参数精确定位衬底；以及

投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，设置成通过图形化装置MA将赋予照射束B的图形投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多的芯片)上。

照明系统可包括各种类型的光学元件，例如折射、反射、磁、电磁、静电或其它类型的光学元件，或它们的任一结合，用于引导、整形或控制照射。

支撑结构支持图形化装置，即承载图形化装置的重量。在某种意义上支撑结构根据图形化装置的方向、光刻设备的设计和其它条件，例如是否图形化装置被保持在真空环境中来保持图形化装置。该支撑结构可使用机械、真空、静电或其它箝位技术来保持图形化装置。支撑结构可以是例如框架或台，所述框架或台可根据需要固定或移动。支撑结构可确保图形化装置在需要的位置，例如相对于投影系统。在此术语“分划板”或“掩膜”的任一使用可认为与更一般的术语“图形化装置”同义。

在此使用的术语“图形化装置”应该广泛地解释为指任何可在照射束横截面赋予一种图形，以在衬底的目标部分中产生图形的器件。应该注意赋予照射束的图形可能并不精确地对应于衬底目标部分中所需要的图形，例如如果所述图形包括相移特征或所谓的辅助特征。总的来说，赋予照射束的图形将对应于目标部分中正在制造的器件(例如集成电路)的特定功能层。

图形化装置可以是透射性或反射性的。图形化装置的例子包括掩膜、可编程反射镜阵列和可编程LCD板。在光刻中掩膜是公知的，且包括例如二元、交互相移和衰减相移和各种混合掩膜类型。可编程反射镜阵列的例子采用小反射镜的矩阵布置，其每个小反射镜可单独地倾斜以在不同的方向上反射入射照射束。倾斜的反射镜赋予将被反射镜矩阵反射的照射束一种图形。

作为适合用于曝光照射使用的、或用于其它因素例如使用浸入液体或真空的投影系统，在此使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任何类型投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学系统，或它们的任意结合。任何在此使用的术语“投影透镜”可认为与更一般的术语“投影系统”同义。

在此描绘的设备是透射型的(例如采用透射掩膜)。可替换地，所述设备也可以是反射型的(例如采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩膜)。

光刻设备可以是具有两个(双台阶)或多个衬底台(和/或两个或更多个掩膜台)的类型。在这种“多台阶”机器中，可平行地使用附加的台，或在一个或多个台上执行预备步骤而在一个或更多其它的台上执行曝光。

光刻设备还可为其中至少部分衬底由具有相对高折射系数的液体例如水覆盖以填充投影系统和衬底之间空隙的类型。浸入液体也可施加给光刻设备中的其它间隙，例如在掩膜和投影系统之间。为了增加投影系统的数值孔径，浸入技术在本领域是公知的。在此使用的术语“浸入”不意味着结构例如衬底必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间，液体位于投影系统和衬底之间。

参考图1，照明器IL接收来自照射源SO的照射束。例如光源为准分子激光器时，光源和光刻设备可以是独立的实体。在此情况下，不认为光源形成部分光刻设备，且照射束在束传递系统BD的辅助下通过源SO到达照明器IL，束传递系统例如包括适合的导向镜和/或扩束器。其它情况下，例如当光源是汞灯时，光源可以是光刻设备的组成部分。光源SO和照明器IL和束传递系统BD(如果需要)一起称作照射系统。

照明器IL可包括用于调节照射束的角强度分布的调节器AD。一般，至少可以调节在照射器的光瞳面中强度分布的外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ外和σ内)。另外，照明器IL可包括各种其它元件，例如积光器(integrator)IN和聚光器CO。照明器可用于调节照射束，以在它的横截面具有期望的均匀性和强度分布。

照射束B入射到图形化装置(例如掩膜MA)上，所述图形化装置保持在支撑结构上(例如，掩膜台MT)，且通过图形化装置来图形化照射束B。穿过掩膜MA之后，照射束B穿过投影系统PS，其聚焦该束到衬底W的目标部分C上。在第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉装置，线性编码器或电容传感器)的辅助下，可精确地移动衬底台WT，例如在照射束B的路径中定位不同的目标部分C。同样地，例如在从掩膜库(library)机械检索之后或扫描期间，可用第一定位器PM和另外的位置传感器(在图1中未示出)相对于照射束B的路径精确地定位掩膜MA。一般，在长行程模式(粗略定位)和短行程模式(精确定位)的辅助下实现掩膜台MT的移动，这样形成部分第一定位器PM。同样地，使用长行程模式和短行程模式可实现衬底台WT的移动，这样形成部分第二定位器PM。在步进机(与扫描器相对)的情况中，掩膜台MT可仅连接或固定到短行程执行器。可使用掩膜对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准掩膜MA和衬底W。尽管如所述的衬底对准标记占据专用的目标部分，但它们可位于目标部分之间的间隔中(它们公知为划线对准掩膜)。同样地，在掩膜MA上提供一个以上芯片的。情况中，掩膜对准标记可位于芯片之间。

所描绘的设备可使用下面模式的至少一种：

1.在步进模式中，基本上保持掩膜台MT和衬底台WT静止，同时一次将赋予照射束的整个图形投影到目标部分C(即单静态曝光)上。然后在X和/或Y方向移位衬底台Wt以可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，同步地扫描掩膜台MT和衬底台WT，同时将赋予照射束的图形投影到目标部分C(即单动态曝光)。可由投影系统PS的(缩小)放大率和图像的反转特性决定衬底台WT相对掩膜台MT的速度和方向。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度决定目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在其它模式中，保持可编程图形化装置的掩膜台MT基本上保持静止，移动或扫描衬底台WT，同时将赋予照射束的图形投影到目标部分C。在此模式中，一般采用脉冲照射源且在扫描期间在衬底台WT每次移动之后或在接连的照射脉冲之间根据需要更新该可编程图形化装置。该模式操作可容易施加到利用可编程图形化装置的无掩膜光刻，例如如上所述的可编程反射镜阵列类型。

也可以采用使用上述模式的组合和/或变形或使用完全不同的模式。

为了提供使用浸入技术的光刻设备，不同的解决方案是公知的。公知的用于提供液体的系统是使用液体限定系统仅在衬底W的局部区域以及在投影系统PL的最终元件FE和衬底W之间提供液体(衬底W一般具有比投影系统PL的最终元件FE大的表面区域)。公知的用于此目的的设置方式在图2和图3中说明，其中通过至少一个入口IN将液体供给到衬底W上，优选沿着衬底W相对于最终元件FE的移动方向，以及在已经穿过投影系统PL下方之后，通过至少一个出口OUT去除液体。即，在-X方向上扫描元件下的衬底W时，在元件的+X侧供给液体且在-X侧取走液体。

图2示意性地显示了其中通过入口IN供给液体以及在元件的另一侧通过连接到低压源的出口OUT取出液体的装置。在图2中，尽管对于这种情况不是必须的，但可以沿着衬底W相对于最终元件FE的移动方向供给液体。环绕最终元件定位的各种方向和数目的入口和出口都是可能的。一个例子在图3中说明，其中环绕最终元件以方形图形提供四组在每边具有出口的入口。

提出的另一个解决方案是提供具有密封构件的液体供给系统，其中密封构件沿着在投影系统PL的最终元件FE和衬底台WT之间的空隙边界的至少一部分延伸，上述解决方案在图4中说明。尽管在Z方向上(在光轴方向)可有相对的移动，但密封构件在XY平面相对于投影系统基本上静止。在密封构件和衬底表面之间形成密封。优选密封是不接触的密封例如气封。

在浸入装置中，将液体11泵入到设备的一侧且从设备的另一侧取出。如图5所示，贮存器10对围绕投影系统PL的图像区域的衬底W形成不接触密封，以限定液体填充衬底表面和投影系统PL最终元件FE之间的空间。由定位在下面且环绕投影系统PL的最终元件FE的密封构件12形成贮存器10。液体11提供在投影系统PL下面的空隙中和密封构件12内。密封构件12延伸到投影系统的最终元件FE的下表面之上一点，且液体平面上升到最终元件FE上方以给液体11提供缓冲。填充了液体的密封构件12的空隙具有内边界，其在上端优选紧密地与投影系统PL或最终元件FE的形状一致，例如可以是圆的。尽管不是必须的，但在底部，液体填充空隙的内部边界紧密地与图像区域的形状一致，例如长方形。

通过在密封构件12的底部和衬底W表面之间的气封16，将液体11限定在贮存器10内。通过气体例如空气或合成空气但是优选N₂或其它惰性气体形成气封16，该气封在压力下经过入口15提供在密封构件12和衬底W之间的间隙，以及经过第一出口14抽出。设置气体入口15的过压、第一出口14的低压(例如真空水平)以及间隙的几何形状以产生限定液体11的向内的高速空气流。

由于在曝光期间通过衬底W吸收或损耗热能，用于在衬底W上的目标区域C投影图形的光刻曝光工艺可引起图形变形，如图形移位。这种热引起的变形可导致在衬底W上的不可接受的覆盖误差。在非浸入光刻曝光设备中，这些热引起的变形的确由吸收的热能导致，这样局部加热了衬底W。然而，在浸入系统中，由于浸入液体11的蒸发而冷却衬底W从而导致这些热引起的变形。

目标区域变形可以以不同的形式发生。它们包括平移变形(图6a)、放大率变形(图6b)、旋转变形(图6c)、形状变形(图6d)和/或它们的任一结合(图6e)。

图7示意性地显示了存在于投影系统PL之下、在衬底W之上的现有技术光刻投影设备中的贮存器10在曝光期间的示例性轨迹。衬底W包括多个目标区域C_i(i＝1，...，N)。在整个描述中，目标区域C_i代表具有一定尺寸且定位在衬底W上一定位置上的区域。然而，必须清楚目标区域C_i也可指不同于衬底W的不同衬底上的区域，例如指在一批中的随后衬底上的任何目标区域，该目标区域与衬底W上的C_i具有类似的尺寸并且出现在类似的位置上。

影响目标区域C_i的因素取决于衬底W的热特性，例如吸收、传导、照射等，以及在之前的曝光期间设定在衬底W上图形的类似热特性。

目标区域C_i的曝光也可加热环绕目标区域C_i的邻近目标区域C_i+k。因为依次曝光连续邻近的目标区域C_i+1，因此在前的目标区域C_i开始冷却，但是由于目标区域C_i+1的曝光，在前的目标区域C_i也可能经历一些残留加热。所以在衬底W上目标区域C_i的尺寸、数目和相互间隔是影响由加热导致热变形而对覆盖误差产生影响的重要参数。

此外，在浸入光刻设备中，当曝光目标区域C_i时，可由水蒸发冷却衬底W，这引起所有连续区域C₁-C_N变形。尽管目标区域C_i的尺寸、数目和相互间隔也在由冷却导致的热变形中起作用，但对于冷却工艺更重要的是曝光顺序。例如，引入不同的区域尺寸可导致其中曝光顺序改变的状态。这种改变引入另外的热变形效应。然而，如果衬底后面的路径不改变，则不同的区域尺寸不会导致不同的变形图形。注意，对于由曝光产生的衬底加热是不同的，因为在那种情况下由于衬底接收了不同能量值的事实，导致区域尺寸起重要的作用。

图8示意性地描绘了热校正工艺100的总发明概念的流程图，其根据本发明的具体实施例构建和操作。校正工艺以两个动作开始，即动作102和动作104。

在动作102中提供初始曝光方法。该曝光方法遵照制造者和曝光图形的轮廓指定的特征，将通过投影束PB聚焦的能量值分配到衬底W的每个目标区域C₁-C_N。所述曝光方法可包括曝光时间、曝光能量、曝光坐标定位和曝光顺序。

在动作104中，提供模型来预测衬底上多个区域的热引起的区域变形信息。模型可使用预先指定曝光信息，如动作102中提供的。预测热引起的变形信息可以模型化为：

$\mathrm{\Δr}\≈\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i{D}_i$

其中

Δr表示预测时间相关的变形效应；

T_i表示在点i的定时效应；以及

D_i表示点i的空间效应。

如图9中所示的，Δr可表示为dx_p和dy_p的函数，即Δr＝(dx_p，dy_p)，这里x_p和y_p分别是在x和y方向上预测的时间相关变形效应。

这样，随后的计算预测瞬间变形信息的组可计算如下：

${\mathrm{dx}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^x{D}_i^x$

${\mathrm{dy}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^y{D}_i^y$ 其中

T_i ^x代表在x方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

T_i ^y代表在y方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

D_i ^x代表在x方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

D_i ^y代表在y方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应。

a.曝光加热

在该情况下，由施加到先前曝光芯片上的能量引起的局部变形显著地影响了热引起变形信息的预测。因此，在由加热目标区域C_i即芯片引起变形的情况下，作为光刻曝光的结果，T_i和D_i可以表示为：

$T_i=\exp (-\frac{t-t_i}{\mathrm{\τ}})$ ，其中τ表示依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；

t表示绝对时间；和

t_i表示在目标区域C_i曝光期间的时间；和

$D_i=\mathrm{kexp}(-\frac{|r_i-r|}{x})$ ：其中

r_i表示在目标区域C_i上的在此估计覆盖的点，该点位于曝光路径上，其后是用液体11填充的贮存器10；

r表示当前正被曝光衬底W上的点；

χ表示光刻曝光部件(例如曝光卡盘、衬底处理等)的空间热特性，以及

k表示比例常数，其依赖于光刻曝光部件的热特性但是对于给定的部件组一般是常数。

能量穿过衬底W传输时，曝光目标区域C_i的热效应将随时间衰减。空间效应与在已曝光的目标区域C_i和待曝光目标区域之间的距离|r_i-r|相关。

b.浸入冷却

在该情况下，在曝光先前芯片的同时，由施加到衬底W上的能量显著影响了预测热引起的变形信息。因此，热效应T_i以用于曝光加热类似的方式模型化。然而，空间效应以不同的方式模型化。与曝光加热相比，热变形不限于在特定的时间周期期间曝光的区域C_i。液体11覆盖较大面积，液体11的蒸发可远离区域发生，例如在贮存器10的周边。由冷却现象引起的在点 上的热变形可由下式估算：

$\stackrel{\‾}{F}({\stackrel{\‾}{r}}_0,{\stackrel{\‾}{r}}_c)=\underset{i\·{\stackrel{\‾}{r}}_i\∈\mathrm{SH}\left({\stackrel{\‾}{r}}_c\right)\∩W}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{r}}_i-{\stackrel{\‾}{r}}_0)\exp (-|{\stackrel{\‾}{r}}_i-{\stackrel{\‾}{r}}_0|/\mathrm{\χ})/|{\stackrel{\‾}{r}}_i-{\stackrel{\‾}{r}}_0|$ 其中

表示估计覆盖的点；

表示投影系统PL的最终元件FE、贮存器10、液体11和密封构件12的结合，也称为“喷头”SH；

表示在衬底曝光期间喷头SH的中心位置；以及

N是积分估算所需的最大数目。

在衬底W的曝光期间，喷头SH跟随衬底曝光路径，即如图7中所示。

结果，衬底W上的覆盖效应可估算为：

$d\stackrel{\‾}{r}\left({\stackrel{\‾}{r}}_j\right)=\underset{i=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{F}({\stackrel{\‾}{r}}_j,{\stackrel{\‾}{r}}_i)T_{\mathrm{ij}}=\underset{i=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{F}({\stackrel{\‾}{r}}_j,{\stackrel{\‾}{r}}_i)\text{exp}(-|t_i-t_j\left|\right)/\mathrm{\τ}$

目前，D_i可重写为：

$D({\stackrel{\‾}{r}}_i,\stackrel{\‾}{r})=\underset{i\·{\stackrel{\‾}{r}}_j\∈\mathrm{SH}\left(\stackrel{\‾}{r}\right)\∩W}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}({\stackrel{\‾}{r}}_j-{\stackrel{\‾}{r}}_i)\exp (-|{\stackrel{\‾}{r}}_j-{\stackrel{\‾}{r}}_i|/\mathrm{\χ})/|{\stackrel{\‾}{r}}_j-{\stackrel{\‾}{r}}_i|$

这里

r_i表示目标区域C_i上的点；

r表示当前由喷头SH跟随的衬底W上的点；

χ表示光刻曝光部件的空间热特性；

N是积分估算所需的最大数目；

W是衬底。

对于在沿着用一个点为它的中心和相对另一个点的喷头的半径取得的每对点作为衬底上热效应的和来计算D_i。

然而，前述的热分析没有考虑另外由衬底W上的边缘效应导致的热引起的变形。在边缘上，衬底W对变形具有较少的约束，因此在此位置热引起的变形具有不同的特性。

因此，在本发明的一个实施例中，除了前述衬底内的邻近芯片的热干扰，在所述模型内还估算边缘效应。该估算可由下式的一个或多个计算：

1.衬底边缘的变形依赖于从衬底边缘到能量源的距离。为了估算边缘效应，考虑距离边缘点的最小距离的边缘效应。

到边缘的距离，示意性地在图10中示出，其计算为：

$x^e\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\min \left(\right|x_i-\sqrt{R^2-y_i^2}|,|x_i+\sqrt{R^2}-y_i^2\left|\right)$

$y^e\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\min \left(\right|y_i-\sqrt{R^2-x_i^2}|,|y_i+\sqrt{R^2-x_i^2}|)$ 这里

x^e表示在x方向上到衬底W边缘的距离；

y^e表示在y方向上到衬底W边缘的距离；

x_i表示r_i的x坐标；

y_i表示r_i的y坐标；以及

R表示衬底W的半径。

那么边缘覆盖效应将估算为：

$d\tilde{x}\left({\stackrel{-}{r}}_i\right)=\frac{d\stackrel{-}{r}\stackrel{-}{{\left(r_i\right)}_x}}{|d\stackrel{-}{r}\stackrel{-}{\left(r_i\right)}|}/(p_1^x+p_2^x{x}_i^e)$

$d\tilde{y}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\frac{d\stackrel{\‾}{r}{\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}_y}{\left|d\stackrel{\‾}{r}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)\right|}/(p_1^y+p_2^y{y}_i^e)$

其中

和

为分别在x方向和y方向上的边缘覆盖效应的第一次估算；

为由在点

处具有浸入液体11的投影系统PL导致的变形，其中

和

分别是x和y分量；以及

P_1，2 ^x，y是通过拟合(fit)获得的分别在x方向和y方向的各自第一和第二参数。

2.在浸入冷却的情况下，边缘变形还与在衬底W和投影系统PL之间从衬底W传输到浸入液体11的能量值相关。在浸入液体保持在衬底W上期间，可以估算该相关与周期的对数成比例。在该模型中，其可认为是：

${\mathrm{dx}}_{\mathrm{edge}}\left(\stackrel{-}{r_i}\right)=\log (f_i+1)\frac{d\tilde{x}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}{\log \left(M\right)}$

${\mathrm{dy}}_{\mathrm{edge}}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\log (f_i+1)\frac{d\tilde{y}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}{\log \left(M\right)},$ 这里

和

表示分别在x方向和y方向上边缘覆盖效应的进一步估算，其中考虑对由贮存器10中的液体11带来的能量值的相关性。

f_i表示根据曝光路径曝光的点的系数；以及

M表示总的点数目。

当

变得更接近于衬底W的边缘时，可以看出

和

将大大地增长。为了避免这个情况，引入最小边缘距离校正，其可采用形式：

$Y\left(\stackrel{-}{r_i}\right)=\max \left(\right|\stackrel{-}{r_i}|,0.95\·R),$ 这里

表示最小边缘距离校正。

用这种校正，分别在x方向和y方向到衬底W边缘的距离可表示为：

$x^e\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\min \left(\right|x_i/Y\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)-\sqrt{R^2-y_i^2/Y^2\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}|,|x_i/Y\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)+\sqrt{R^2-y_i^2/Y^2\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}\left|\right)$ 和

$y^e\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)=\min \left(\right|y_i/Y\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)-\sqrt{R^2-x_i^2/Y^2\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}|,|y_i/Y\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)+\sqrt{R^2-x_i^2/Y^2\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right)}\left|\right)$

然后总的覆盖校正集合可表示为：

${\mathrm{dx}}_i^{\mathrm{total}}=\mathrm{dx}({\stackrel{\‾}{r}}_i,C_1^x,C_2^x,{\mathrm{\χ}}^x,{\mathrm{\τ}}^x,p_1^x,p_2^x)=C_1^{x}d\stackrel{\‾}{r}{({\stackrel{\‾}{r}}_i,{\mathrm{\χ}}^x,{\mathrm{\τ}}^x)}_x+C_2^x{\mathrm{dx}}_{\mathrm{edge}}({\stackrel{\‾}{r}}_i,d\stackrel{\‾}{r}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right),p_1^x,p_2^x)$

${\mathrm{dy}}_i^{\mathrm{total}}=\mathrm{dy}({\stackrel{\‾}{r}}_i,C_1^y,C_2^y,{\mathrm{\χ}}^y,{\mathrm{\τ}}^y,p_1^y,p_2^y)=C_1^{y}d\stackrel{\‾}{r}{({\stackrel{\‾}{r}}_i,{\mathrm{\χ}}^y,{\mathrm{\τ}}^y)}_y+C_2^y{\mathrm{dy}}_{\mathrm{edge}}({\stackrel{\‾}{r}}_i,d\stackrel{\‾}{r}\left({\stackrel{\‾}{r}}_i\right),p_1^y,p_2^y)$

其中

dx_i ^toal和dy_i ^total表示在点r_i分别在x方向和y方向上的总覆盖校正；

τ^x和τ^y分别表示在x方向和y方向上的依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；

χ^x和χ^y分别表示在x方向和y方向上的光刻曝光部件(例如曝光卡盘、衬底处理等)的空间热特性；和

C_1，2 ^x，y是分别在x方向和y方向的各自第一和第二常数，其中第一常数对应于由体效应导致的相关于覆盖校正的项(term)，第二常数对应于边缘效应导致的覆盖校正相关的项。

接着热校正工艺100进行到动作106，即基于如模型预测的热引起变形信息修改预先规定的曝光信息。这样，通过关于穿过晶片衬底W传输能量时热效应如何使目标区域C_i变形的预测，对于每个目标区域C₁-C_N为了减少在区域C_i中的覆盖误差的机会，该预测的变形信息可用于修改预先规定的曝光信息。修改后的预先规定曝光信息可包括计算的曝光位置偏移，以调节曝光坐标位置或其它可调节曝光参数。

在动作108中，通过选择是否用预先规定曝光信息的第一次曝光作为在将曝光的动作106中的修改，继续热校正工艺100。应该注意在本发明的其它实施例中，可经常应用这种选择，且不局限于第一次曝光。此外，应该清楚，第一次曝光不局限于具体衬底的第一次曝光。第一次曝光也可指在一批衬底上待曝光具体图形的第一次曝光。如果它是第一次曝光，则热校正工艺100前进到动作110，即在衬底W上用预先规定曝光信息作为在动作106中所修改的曝光区域C₁-C_N。这样用所需图形通过光刻设备根据修改的预先规定曝光信息，包括施加的剂量、曝光坐标定位和曝光顺序曝光每个目标区域C₁-C_N。应该清楚，可以没有动作108。在这种情况下，在动作106中修改预先规定的曝光信息之后，本方法根据动作110直接继续曝光区域。

最后，对于本领域技术人员清楚的是，所描述的方法不必应用到一批内的所有衬底上。基于由模型预测的热引起的变形信息在修改预先规定曝光信息之后，即动作106，可用所修改的相同的预先规定曝光信息曝光一批内经受相同曝光的所有衬底。

前述修改不补偿所有热引起的变形也是可以的。因此，通过在动作112中测量在衬底W上的已曝光区域的属性，可进一步改善热校正工艺100。对测量进行配置以测量目标区域C₁-C_N和/或衬底W的表明例如冷却的热效应的不同属性和人工效应。这种测量属性可包括，例如单个目标区域C的尺寸、具体测试图形、层相关对准标记、在目标区域C特征之间的间隙、目标区域的X和/或Y直径、孔和/或柱等，且可通过光刻曝光设备内部的机构或通过外部装置执行这些测量。

基于测量的曝光目标区域C₁-C_N的属性，热校正工艺100决定在动作114中的校正信息，以修改预测的热引起的变形信息。这意味着通过测量属性获得的那些信息可更新在每个目标区域C_i内多个选定点的预测信息集合。

在动作116中，可使用在动作114中所确定的在每个目标区域C_i内多个选定点的更新预测变形集合，以调制预先规定的曝光信息，所述预先规定的曝光信息已经在动作106中修改了。然后将校正信息偏移反馈到修改的预先规定曝光信息以用于调节，因此在动作110中，对于后续曝光，可使用已修改和已调节的预先规定曝光信息，例如对于一批衬底中的后续衬底。

应该清楚，可替换地，在动作110中，可用所修改的预先规定信息曝光单个目标区域C_i。在动作112中，接着测量目标区域C_i的属性，且在动作114中，基于这些已测量属性可确定校正信息。接着在动作116中可基于这个校正信息调节已修改的该预先规定曝光信息。最后，在动作110等中可用已修改和调节的预先规定曝光信息曝光相同衬底W上的后续区域C_i。

预先规定的曝光信息可包括曝光时间、曝光顺序和曝光坐标信息。在热校正工艺100中的动作110、112、114、116可重复几次，例如对于一批衬底中的后续衬底，直到通过原始预先规定曝光信息在衬底上区域C₁-C_N内曝光的图形获得由制造者规定的理想特征和轮廓。接着通过根据重复工艺的最后结果修改和调节的预先规定曝光信息来曝光随后的衬底。

在动作108和动作116之间的箭头表示经受与第一衬底相同曝光的一批衬底中的衬底的情况，对于所述第一衬底来讲基于在动作114和112中分别测量的属性确定了校正信息。基于前述校正信息已经调节作为已修改的预先规定曝光信息，可直接使用动作110中的后面的曝光信息曝光这些衬底。

图11说明根据本发明实施例的光刻设备201。在该实施例中，将用光刻设备201曝光的衬底传送到测量台202(通过路径在显影之后)。该测量台202连接到包括处理器204和存储器205的处理器单元203。该测量台202测量衬底上提供的多个区域的属性。设置测量台202以获得测量数据且将这些测量数据提供到处理器单元203。在处理器单元203的存储器205中，存储关于衬底W上待曝光图形的预先规定曝光信息。通过比较从测量台202接收的测量数据和在存储器205中存储的预先规定曝光信息，处理器单元203的处理器204用于确定模型以预测衬底W的多个区域的热引起的变形信息。确定的模型可以存在存储器205中。用确定的模型，处理器单元203能够预测热引起的区域变形信息并且修改该预先规定的信息。处理器单元203可将已经修改的预先规定曝光信息提供给光刻设备201。光刻设备201可在随后衬底W的曝光中使用这个信息。

在本发明的可替换的实施例中，这些参数的导出值不供给光刻设备201，而是给不同的实体，如路径(track)、计算机终端或显示器。在后面的情况中，负责光刻设备201操作的操作员接着可校验是否预测的覆盖误差落入预置覆盖要求内。

在本发明的另外实施例中，与处理器单元203相比可在不同的实体中存储数学模型。在本发明的实施例中，为了有效地控制光刻设备202的参数，可将光刻设备201和测量台202连接到同一路径。

尽管在IC制造中对于使用光刻设备可使用本文中具体的参数，但应该清楚在此描述的光刻设备可具有其它应用，例如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检测图形、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域的技术人员应该清楚在这些替换应用的关系中，认为在此任一使用的术语“晶片”或“芯片”分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。可以在曝光之前或之后，例如路径(一般施加光刻胶层到衬底并且显影曝光的光刻胶的工具)中，度量工具和/或检查工具中处理在此提到的衬底。在可应用的地方，本公开可应用到这些和其它的衬底处理工具。另外，例如为了制造多层IC，可不只一次地处理衬底，因此在此使用的术语衬底也可指已经包括多个处理层的衬底。

尽管，在光刻的情况下，可以特定参考本发明实施例的使用，但应该清楚，可以在其它应用中使用本发明，例如刻印(imprint)光刻，且在本文允许的情况下不局限于光刻。在刻印光刻中，图形化装置中的外形可挤压到施加在衬底上的光刻胶层中，通过施加电磁辐射、加热、加压或它们的结合固化衬底上的光刻胶。在固化光刻胶之后，从光刻胶中去除图形化装置，在光刻胶中保留了图形。

尽管，具体参考了本发明实施例的使用，以补偿在浸入光刻设备中由浸入液体蒸发导致的冷却，但应该清楚，也可以使用本发明的几个实施例来补偿在传统光刻设备中由于照射导致衬底加热而造成的热引起的变形，即不存在浸入液体的光刻设备。

在此使用的术语“照射”和“束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)照射(例如具有波长约为365、355、248、193、157或126nm)和深紫外(EUV)照射(例如具有5-20nm范围的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

本文允许的地方，术语“透镜”可指多种类型光学元件中的任一种或结合，包括折射、反射、磁、电磁和静电光学组件。

虽然本发明的具体实施例已在上面公开，但应该清楚，可以以不同于上述实施例的方式实施本发明。例如，本发明可采用包括一个或多个的描述上述公开方法的机器可读指令序列，或具有其中存储这种计算机程序的数据存储媒介(例如，半导体存储器，磁的或光盘)的形式。

上述描述是说明性的，而不是限制性的。对于本领域技术人员显而易见的是，在没有背离权利要求书范围的情况下可以对本发明进行修改。

Claims (30)

1.一种用于预测热引起的待曝光光刻衬底的区域变形的方法，包括：

提供预先规定的曝光信息；

基于预先规定的曝光信息在已选定的衬底点处使用模型来预测热引起的区域变形；

其中所述模型基于

穿过所述衬底传输的能量随时间衰减特性；和

在已选定点和所述衬底边缘之间的距离。

2.权利要求1的方法，其中该模型进一步基于选定点和能量源之间的距离。

3.权利要求1或2的方法，包括：

基于预测的热引起的区域变形，确定改进的曝光信息。

4.权利要求3的方法，其中所述确定改进的曝光信息包括调节曝光区域定序信息。

5.权利要求3或4之一的方法，进一步包括：

使用改进的曝光信息曝光多个区域。

6.权利要求5的方法，其中所述多个区域的每个区域具有一个或多个选定的点。

7.权利要求5或6的方法，其中该方法在所述曝光之后进一步包括：

收集关于所述多个区域的第一区域属性的测量结果；

使用测量结果评估由所述曝光的热效应引起的所述第一区域的变形；

基于评估的变形确定校正信息；

基于所述校正信息校正该改进的曝光信息。

8.权利要求6或7的方法，其中在所述模型中，在选定点的预测变形表示为：

${\mathrm{dx}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^x{D}_i^x;$ 和

${\mathrm{dy}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^y{D}_i^y;$ 这里

T_i ^x代表在x方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

T_i ^y代表在y方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

D_i ^x代表在x方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

D_i ^y代表在y方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

dx_p表示沿着x轴的预测变形；和

dy_p表示沿着y轴的预测变形；

和这里

$T_i=\exp (-\frac{t-t_i}{\mathrm{\τ}}),$ 其中

t表示绝对时间；

t_i表示在目标区域C_i曝光期间的时间；

τ表示依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；和

$D_i=\mathrm{kexp}(-\frac{|r_i-r|}{\mathrm{\χ}}):$ 表示在x或y方向中由在曝光区域和当前待曝光区域之间的距离|r_i-r|引起的效应；

r_i表示在目标区域C_i上的点；

r表示衬底W上当前曝光的点；

χ表示光刻曝光部件的空间热特性；

k表示依赖于光刻曝光部件热特性的比例常数。

9.前述权利要求之一的方法，其中所述预先规定的曝光信息包括曝光能量信息、曝光时间信息、曝光区域位置信息、曝光区域定序信息和曝光区域变形信息中的至少一个。

10.前述权利要求之一的方法，其中所述模型进一步基于从衬底传输到在第一周期期间与衬底接触的第一材料的能量值。

11.权利要求10的方法，其中所述能量值被模型化成与所述周期的对数成比例。

12.权利要求10或11的方法，其中该材料是浸入液体且由浸入液体蒸发导致的衬底冷却造成所述热引起的区域变形。

13.权利要求10-12之中的任一权利要求，其中在所述模型中，基于时间衰减特性的在选定点处的所述预测变形表示为：

${\mathrm{dx}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^x{D}_i^x$

${\mathrm{dy}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^y{D}_i^y;$ 其中

T_i ^x代表在x方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

T_i ^y代表在y方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

D_i ^x代表在x方向上由在曝光目标区域D_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

D_i ^y代表在y方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

dx_p表示沿着x轴的预测变形；和

dy_p表示沿着y轴的预测变形；

和这里

$T_i=\exp (-\frac{t-t_i}{\mathrm{\τ}}),$ 其中

t表示绝对时间；

t_i表示在目标区域C_i曝光期间的时间；

τ表示依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；和

$D(\stackrel{\‾}{r_i},\stackrel{\‾}{r})=\underset{i\·\stackrel{\‾}{r_j}\∈\mathrm{SH}\left(\stackrel{\‾}{r}\right)\∩W}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i})\exp (-|\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i}|/\mathrm{\χ})/|\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i}|:$ 表示由距离|r_i-r|引起的效应；

表示投影系统的最终元件、提供有密封构件的贮存器的结合且所述贮存器设置成填充有浸入液体，所述结合也成为“喷头”；

r_i表示在目标区域C_i上估算覆盖的点；

r表示当前由喷头跟随的衬底上的点；和其中

χ表示光刻曝光部件的空间热特性；

N表示用于积分估算所需的最大数目；和

W是衬底。

14.一种根据前述权利要求中的任一个的方法制造的半导体器件。

15.一种用于预测热引起的衬底区域变形的装置，其特征在于：

输入端口，设置成接收预先规定的曝光信息；

连接到输入端口的处理器单元，且设置所述处理器单元以采用模型，基于接收的预先规定的曝光信息在待曝光衬底的选定点处预测热引起的区域变形，其中所述模型基于

穿过所述衬底传输的能量的时间衰减特性和基于预测的热引起的区域变形确定改进的曝光信息；和

已选定点和所述衬底边缘之间的距离。

16.权利要求15的装置，其特征在于：

所述装置包括路径。

17.权利要求15或16的装置，其中该模型进一步基于选定点和能量源之间的距离。

18.权利要求15-17中任一项的装置，其特征在于：

设置处理器以基于预测的热引起的区域变形确定改进的曝光信息。

19.权利要求18的装置，其特征在于：

设置处理器以通过调节曝光区域定序信息确定改进的曝光信息。

20.权利要求18或19的装置，其特征在于：

设置所述装置以使用改进的曝光信息曝光多个区域。

21.权利要求20的装置，其中所述多个区域的每个区域具有一个或多个选定点。

22.权利要求20或21的装置，其特征在于：

测量端口，设置成接收关于所述多个区域的已曝光第一区域属性的测量结果；

连接到测量端口的处理器单元，所述处理器单元设置成

使用测量结果评估由所述曝光的热效应引起的所述第一区域的变形；

基于评估的变形确定校正信息；

基于所述校正信息校正该改进的曝光信息。

23.权利要求22的装置，其特征在于：

连接到测量端口的测量台，所述测量台设置成获得关于已曝光衬底的测量数据，该已曝光衬底包括使用预先规定的曝光信息曝光的图形。

24.权利要求21到23的任一装置，其中在所述模型中，在选定点的预测变形表示为：

${\mathrm{dx}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^x{D}_i^x;$ 和 ${\mathrm{dy}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^y{D}_i^y;$ 这里

T_i ^x代表在x方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

T_i ^y代表在y方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

D_i ^x代表在x方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

D_i ^y代表在y方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

dx_p表示沿着x轴的预测变形；和

dy_p表示沿着y轴的预测变形；

和这里 $T_i=\exp (-\frac{t-t_i}{\mathrm{\τ}}),$ 其中

t表示绝对时间；

t_i表示在目标区域C_i曝光期间的时间；

τ表示依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；和

$D_i=\mathrm{kexp}(-\frac{|r_i-r|}{\mathrm{\χ}}):$ 表示在x或y方向中由在曝光区域和当前待曝光区域之间的距离|r_i-r|引起的效应；

r_i表示在目标区域C_i上的点；

r表示衬底W上当前曝光的点；

χ表示光刻曝光部件的空间热特性；

k表示依赖于光刻曝光部件热特性的比例常数。

25.前述权利要求之一的装置，其特征在于：

所述预先规定的曝光信息包括曝光能量信息、曝光时间信息、曝光区域位置信息、曝光区域定序信息和曝光区域变形信息中的至少一个。

26.前述权利要求之一的装置，其中所述模型进一步基于从衬底传输到在第一周期期间与所述衬底接触的第一材料的能量值。

27.权利要求26的装置，其中所述能量值模型化成与所述周期的对数成比例。

28.权利要求26或27的装置，其特征在于：

该材料是浸入液体且由浸入液体蒸发导致的衬底冷却造成所述热引起的区域变形。

29.权利要求26-28中任一个的装置，其中在所述模型中，在选定点处基于时间衰减特性的所述预测变形表示为：

${\mathrm{dx}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^x{D}_i^x;$ 和

${\mathrm{dy}}_p=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{T}_i^y{D}_i^y;$ 其中

T_i ^x代表在x方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

T_i ^y代表在y方向上曝光目标区域C_i的定时效应；

D_i ^x代表在x方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

D_i ^y代表在y方向上由在曝光目标区域C_i范围内的点和在当前待曝光目标区域的点之间的距离引起的空间效应；

dx_p表示沿着x轴的预测变形；和

dy_p表示沿着y轴的预测变形；

和这里

$T_i=\exp (-\frac{t-t_i}{\mathrm{\τ}}),$ 其中

t表示绝对时间；

t_i表示在目标区域C_i曝光期间的时间；

τ表示依赖光刻曝光部件热特性的时间敏感性常数；和

$D(\stackrel{\‾}{r_i},\stackrel{\‾}{r})=\underset{i\·\stackrel{\‾}{r_j}\∈\mathrm{SH}\left(\stackrel{\‾}{r}\right)\∩W}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i})\exp (-|\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i}|/\mathrm{\χ})/|\stackrel{\‾}{r_j}-\stackrel{\‾}{r_i}|:$ 表示由距离|r_i-r|引起的效应；

表示投影系统的最终元件、提供有密封构件的贮存器的结合且所述贮存器设置成填充有浸入液体，所述结合也成为“喷头”；

r_i表示在目标区域C_i上估算覆盖的点；

r表示当前由喷头跟随的衬底上的点；和其中

χ表示光刻曝光部件的空间热特性；

N表示用于积分估算所需的最大数目；和

W是衬底。

30.一种使用根据任一前述权利要求中的方法制造的半导体器件。

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