CN102162998B - 光刻设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光刻设备和方法，所述光刻方法包括以下步骤：基于由激光器发射至光刻设备的激光器辐射的光谱与通过所述光刻设备被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示，计算激光器度量；和使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备并将所述图案投影到所述衬底上。

Description

光刻设备和方法

技术领域

本发明涉及一种光刻设备和一种器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，诸如掩模或掩模版的图案形成装置可以用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上，该衬底具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层。通常，单个衬底将包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将整个图案在单一操作中曝光到目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过束沿给定“扫描”方向相对于衬底扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步扫描衬底来辐射每一个目标部分。

光刻设备包括配置用于产生辐射的源，该辐射用于照射图案形成装置，且由此允许将图案形成装置上出现的图案投影到衬底上。所述源可以例如是激光器，该激光器被配置成发射紫外辐射(例如，具有240nm、193nm的波长或一些其它波长的辐射)。由激光器发射的辐射可以具有在例如0.3皮米(pm)上扩展的光谱，且在一些情形中由激光器发射的辐射可以具有在例如1至2pm上扩展的光谱。该光谱可以包括多个峰。

期望提供对由激光器辐射源发射的激光器辐射的光谱的改善的控制，由此允许通过光刻设备将图案更精确地投影到衬底上。

发明内容

这一部分是出于总结本发明的一些方面的目的且用于简要地引入一些优选的实施例。可以进行简化或省略，以防止使这一部分的目的模糊化。这样的简化或省略不是要限制本发明的范围。

本发明的一个实施例是光刻方法。所述方法包括：基于由激光器发射至光刻设备的激光器辐射的光谱与通过所述光刻设备被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示，计算激光器度量；和使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备并将所述图案投影到所述衬底上。

本发明的第二实施例是光刻设备，该光刻设备包括图案形成装置和被配置成将图案从图案形成装置投影到衬底上的投影系统。光刻设备还包括控制模块，所述控制模块被配置成基于从激光器发射至所述光刻设备的激光器辐射的光谱和将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示来计算激光器度量，所述控制模块还被配置成使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。

本发明的第三实施例是被配置成发射激光器辐射的激光器，所述激光器辐射可以被光刻设备使用。所述激光器被配置成基于所述激光器辐射的光谱和被所述光刻设备投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示来计算激光器度量，所述激光器还被配置成使用所述激光器度量修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。

本发明的另外的特征和优点以及本发明的各实施例的结构和操作，被参考附图在下文进行详细描述。注意到，本发明不限于在此描述的特定实施例。这样的实施例在此处仅用于说明性的目的。基于此处包含的教导，相关领域的技术人员将明了另外的实施例。

附图说明

被包含在说明书中和构成说明书的一部分的附图以及上文给出的整体描述和下文给出的实施例的详细描述，示出了本发明的实施例，用于说明本发明的原理。在附图中：

图1示出了根据本发明的一实施例的光刻设备；

图2是显示根据本发明的一实施例的激光束的光谱和所述光谱与空间图像表示的卷积的图表；

图3是根据本发明一实施例的激光束的不同光谱与空间图像的卷积的图表；和

图4是示意性地显示激光器度量如何影响图1的光刻设备的性质的关联图。

本发明的特征和优点将在结合附图时根据下文阐述的详细描述而更加清楚，其中在全文中同样的参考符号标示相应的元件。在附图中，同样的参考标记整体上表示一致的、功能类似的和/或结构上类似的元件。

具体实施方式

将根据本发明的各“实施例”的下述描述更好地理解本发明。因此，特定的“实施例”是对本发明的认识，但是每一实施例自身并不代表整个发明。在许多情形中，来自一个特定实施例的独立的元件可以被在另一实施例中执行类似的或对应的功能的不同的元件替代。

尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本发明所属的本领域技术人员应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将此处使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具或检验工具中。在可应用的情况下，可以将此处公开内容应用于这种和其它衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如以便产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部适合类型的电磁辐射，该电磁辐射可以由激光器发射且包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、248、193、157或126nm的波长)。术语“辐射”和“束”还可以包含EUV辐射(例如具有13.5nm或6.7nm的波长)。

如在此处使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的装置。被赋予辐射束的图案可能与在衬底的目标部分上的期望图案不完全对应。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上的形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。这样，反射束被图案化。

所述支撑结构保持所述图案形成装置。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术，例如在真空条件下的静电夹持。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的，所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

如此处使用的术语“投影系统”可以广义地解释成包括各种类型的投影系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统、反射折射型光学系统，如例如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。此处使用的术语“投影透镜”可以被考虑成与更上位的术语“投影系统”同义。

所述照射系统还可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、反射折射光学部件，用于引导、成形、或控制辐射束，这样的部件还可以在下文被统称或单独地称为“透镜”。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

光刻设备还可以是衬底被浸没在相对高折射率的液体(例如水)中、以便填充投影系统的最终元件和衬底之间的空间的类型。在本领域中公知，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。

图1示意性地显示根据本发明的一特定实施例的光刻设备。所述设备包括：

-照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束PB(例如，UV辐射)；

-支撑结构(例如支撑结构)MT，用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与相对于部件PL精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；

-衬底台(例如晶片台)WT，用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与用于相对于部件PL精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；

-投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL被配置用于将通过图案形成装置MA赋予辐射束PB的图案成像到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

如此处所述，所述设备是透射型(例如采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以是反射型(例如，采用如上文所提及的类型的可编程反射镜阵列)。

所述照射器IL接收从辐射源发出的辐射束，该辐射源在这一实施例中是激光器LA。激光器和所述光刻设备可以认为是分立的实体。通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将激光器LA发射的辐射束从激光器传到所述照射器IL。可以将所述激光器LA和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

形成光刻设备的一部分的控制模块CM连接至激光器LA。控制模块CM接收来自激光器LA的数据，该数据表示由激光器发射的激光器辐射的光谱。控制模块使用这一数据和表示被投影到衬底上的图案的空间图像的数据来计算激光器度量。控制模块可以将需要的操作参数发送至激光器，可以通过使用所计算的激光器度量来计算所述操作参数。可以调节激光器的操作，用于在需要的操作参数下提供激光器辐射。控制模块CM还可以基于所计算的激光器度量来调节光刻设备的操作。

所述照射器IL可以包括用于调整所述束的角强度分布的调整装置AM。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL通常包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。照射器提供经过调节的辐射束PB，所述辐射束PB在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束PB入射到保持在支撑结构MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上。在已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束PB穿过透镜PL，所述透镜PL将束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述束PB的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一位置传感器(未在图1中具体示出)用于相对于所述束PB的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以通过形成所述定位装置PM和PW的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现物体台MT和WT的移动。然而，在步进机的情况下(与扫描器相反)，支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置MA和衬底W。

可以将所述设备用于以下优选模式中：

1.在步进模式中，在将支撑结构MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述束PB的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后，将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述束PB的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向通过所述投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的支撑结构MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述束PB的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。

如在上文提及的，控制模块CM将需要的操作参数发送至激光器LA。所需要的操作参数可以例如包括由激光器LA产生的激光束的波长。光刻设备所需要的波长将由于光刻设备内的压力和温度的变化，而随时间变化。

所需要的操作参数还可以包括激光器LA产生的激光束的带宽。所述带宽可以例如表示成所谓的E95值。E95值规定包含激光束的95％的光谱能量的光谱的带宽。

E95值是激光器度量的例子。术语“激光器度量”是要表示激光束的性质或依赖于激光束和由光刻设备投影的图案的空间图像的性质(如在下文进一步地说明的)。其它的需要的激光器度量可以被发送至激光器，如在下文更进一步地描述的。

控制模块CM接收来自表示由激光器发射的激光束的波长的激光器LA数据和表示激光束的光谱的数据。控制模块CM执行光谱上的操作用于获得激光器度量，该激光器度量可以用于修改光刻设备的操作，由此改善图案投影到衬底W上的精度。通过使用操作获得的激光器度量可以用于调整光刻设备；例如用于确定衬底台WT在Z方向上的最佳聚焦位置。通过使用所述操作获得的激光器度量还可以用于提供反馈至激光器LA，该反馈使得激光器修改被发射的激光器辐射的光谱。例如，激光器度量可以用于确定可被发送至激光器LA的修改后的E95值，由此使得激光器发射具有修改后的光谱的激光束，该激光束将图案改善后的成像提供至衬底上。

本发明可以允许光刻设备控制激光器LA的操作，使得它产生具有更加适合于被投影到衬底上的图案的光谱(与在没有本发明的情况下将被发射的激光束的光谱相比)的激光束。

在一实施例中，将从图案形成装置MA投影到衬底W上的图案包括接触孔。接触孔在图案形成装置MA上可以被表示成多个分离的盘。在将接触孔投影到衬底W上时，可以使用“焦点打孔(focus drilling)”。焦点打孔包括在相对于焦平面的不同位置处在衬底W上形成接触孔的分图像(partial image)。参考图1，接触孔的分图像可以对于衬底在z方向上的各种不同的位置被形成在衬底W上。

在执行焦点打孔时，可以期望使用具有光谱比常规使用的激光束的光谱宽的激光束。例如，常规的光刻设备可以使用具有0.3皮米(pm)的E95值的激光束。E95值可以是固定的，使得不需要控制模块CM发送E95值至激光器LA。在这种情况下，所述波长可以是仅与改变激光器光谱相关的参数，该参数被从光刻设备发送至激光器。然而，在进行焦点打孔时，具有远大于0.3pm的E95值的激光束可能是期望的(例如1pm或更大的E95值)。

图2是显示辐射的光谱SM(强度I作为波长λ的函数)的图表。光谱SM是可以由激光器LA发射的光谱的例子，例如在接触孔通过使用焦点打孔而被投影到衬底W上时。光谱SM是不对称的，且扩展至小于中心波长(0pm)约0.6pm的波长，且扩展至大于中心波长约0.8pm的波长。光谱SM的E95值是约1.1pm。所述光谱包括多个峰。

虽然E95值规定了光谱SM的带宽，但是它没有规定诸如光谱的平坦性(即没有峰)或光谱的不对称性的光谱等其它性质。诸如光谱的平坦性和不对称性等性质可能对光刻设备的性能具有显著的影响。例如，这些性质可能对临界尺寸、最佳焦点、焦深和由光刻设备成像的特征的孤立-密集偏差(iso-dense bias)产生影响。临界尺寸是可以由光刻设备成像的最小尺寸。最佳焦点位于在衬底W上形成最清晰的图像所在的平面。焦深是图像将被正确地形成在衬底W上在z方向上所跨过的位置范围。孤立-密集偏差是孤立的特征的图像与在密集的环境中的同一特征的图像相比的尺寸差别。

激光束的光谱的平坦性或不对称性的变化可能引起光刻设备的成像度量的变化。成像度量包括可能变化的光刻设备的临界尺寸、最佳焦点、焦深和孤立-密集偏差。例如，可以针对于两个激光器辐射光谱看到临界尺寸和最佳焦点的显著变化，该两个激光器辐射光谱具有相同的E95值，但是具有不同的光谱形状。

控制模块CM确定了可以用于调整光刻设备的激光器度量，由此改善光刻设备的性能。控制模块还使用激光器度量来修改被发送至激光器的所需要的E95值，由此获得允许光刻设备的性能被改善的激光器光谱。

控制模块CM通过在由激光器发射的辐射光谱上进行两个操作来确定激光器度量(光谱通过激光器LA来测量，且光谱的表示被从激光器传递至控制模块CM)。第一操作是激光器光谱与参考物体的空间图像的表示(尤其是数学表示)的卷积的数学计算。第二操作是激光器光谱与被光刻设备投影到衬底上的图案的空间图像的表示的卷积的数学计算。

第一操作，光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积，用于确定激光器光谱的中心参考波长。

参考物体可以例如是用于在光刻设备中确定光刻设备的最佳焦点的图案(例如与在衬底台WT上设置的图像传感器一起使用的图案)。参考物体的空间图像的表示可以例如是具有偏移的洛伦兹(Lorentzian)函数(可以使用其它函数)。在一个例子中，参考空间图像的表示被表达成波长的函数，可以为：

$f\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{c}{1+{(\mathrm{\λ}/d)}^2}+e$ (方程1)

其中，c＝0.8312，d＝0.5354pm(皮米)和e＝0.05288。所述控制模块将激光器光谱与空间图像的表示进行卷积。如果已经计算卷积，那么所计算的卷积光谱的半高全宽(FWHM)点被确定(在这种情形下，术语“卷积光谱”是要表示激光器光谱与空间图像的卷积的结果)。对于所计算的卷积光谱，计算半高全宽点之间的中间点，且所述中间点被用作卷积光谱的中心参考波长。这也被用作激光器光谱自身的中心参考波长。可以使用其它方法来确定卷积光谱的中心参考波长，例如确定卷积光谱处于最大值处的波长，或确定40％峰值全宽(full width 40％maximum)点之间的中间点。半高全宽点之间的中间点可以被使用，这是因为已经发现它提供好的结果。在一实施例中，可以使用一系列卷积光谱来确定平均的中心参考波长。

如果激光器光谱的中心参考波长已经被确定，那么平移激光器光谱，使得光谱的波长轴线的原点(λ＝0)与中心参考波长一致。施加这种平移，是因为表示为激光器光谱的中心波长的激光器LA的波长可以从激光器光谱的中心参考波长偏移。平移中心波长提供了对这一偏移的修正，由此提供具有修正后的中心波长的激光器光谱。

第二操作是激光器光谱与将被投影到衬底W上的图案形成装置MA上的图案特征的空间图像的表示的卷积的数学计算。例如，图案形成装置MA可以设置有被配置成在衬底W上形成接触孔的特征。可以用来表示接触孔的空间图像的表示(表达成波长的函数)的例子是：

$g\left(\mathrm{\λ}\right)=e^{-a*{\mathrm{\λ}}^2}*{\left(\cos (b*\mathrm{\λ})\right)}^2$ (方程2)

其中，a＝1.280pm^-2和b＝2.521pm^-1。该空间图像的表示被与激光器光谱进行卷积。用于该卷积的激光器光谱已经被平移，以提供修正后的中心波长，如上文所述。由将空间图像与光谱卷积所获得的卷积光谱表达成图2中的曲线CE。

计算了卷积光谱的中心波长。所述计算可以寻找卷积光谱CE具有最大值处的波长(所述计算可以包括在数据点之间的插值)。被认为是卷积光谱CE的中心波长的所述波长在图2中由点线M表示。

在可替代的方法中，卷积光谱CE的中心波长的计算可以包括对大于阈值的卷积光谱的部分进行黎曼(Riemann)和(或其它的积分操作)，以及定位通过使用Riemann和(或其它的积分操作)所获得的面积的中点(相对于波长)。图3示意性地显示包括两个峰的卷积光谱CE的一部分。阈值T已经被施加于卷积光谱CE。在这一例子中，阈值T被施加在卷积光谱的最大强度的90％处。然而，阈值T能够被施加在最大强度的其它百分比处。卷积光谱CE和阈值T之间的面积通过使用作为波长的函数的Riemann和(或其它积分操作)来计算，面积的中点被确定。该中点可以被认为是该面积区域的“重心”。作为波长的函数的面积的中点的计算可以被表达成：

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{central}}=\frac{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{A}_j{\mathrm{\λ}}_j}{\underset{j}{\mathrm{\Σ}}{A}_j}$ (方程3)

其中A_j是大于给定波长的λ_j的阈值的面积。连续波长值之间的间隔Δλ_j是任意间隔，且可以例如是≤10fm。使用这一方法确定卷积光谱CE的中心波长相比于查看卷积光谱的最大值(如在上文进一步地描述的)的优点是：如果卷积光谱包括两个峰或包括肩部，那么它提供更好的结果。

其它准则可以用于确定卷积光谱CE的中心波长，例如确定半高全宽点之间的中点或40％峰值全宽点之间的中点。

卷积光谱的中心波长被与如通过使用上文所述的第一卷积确定的激光器光谱的修正后的中心波长(例如如由图2中的点线L表示的)进行比较。这些中心波长之间的差被计算，用于确定波长平移量(由箭头S表示)。这一波长平移量在下文被表示成卷积光谱平移量(CSS)。在图2中以pm表示的卷积光谱平移量是激光器度量。

卷积光谱平移量是一种度量，该度量提供在使参考物体成像时的光刻设备的最佳焦点与在使接触孔成像时的光刻设备的最佳焦点之间的差的表示。如果光谱是对称的，那么所述差将是零。然而，实际上光谱是不对称的，且因此具有非零的偏差。

卷积光谱平移量使得能够相对于参考物体的最佳焦点位置，确定用于使接触孔成像的最佳焦点的平面。这允许衬底台WT被从使参考物体成像的最佳焦点z位置(通过使用参考物体的测量的空间图像所确定的)移动至用于使接触孔成像的最佳焦点z位置(通过使用所计算的卷积光谱平移量所确定的衬底台WT的所需要的移动)。因此，可以相应地修正衬底台WT在z方向上的位置。

用于使参考物体成像的最佳焦点z位置是通过使用参考物体与设置在衬底台WT上的成像检测器而被测量。参考物体可以是设置在图案形成装置MA上或图案形成装置的支撑结构MT上的图案。设置在衬底台WT中的成像检测器被用于检测与激光器光谱卷积的参考物体的空间图像(即，在参考物体被激光器照射时产生的空间图像)。衬底台WT被移动穿过在z方向上的位置范围，且成像检测器记录在每一位置处的图像。用于使参考物体成像的最佳焦点z位置通过使用检测的卷积图像的在z方向上的分布来确定。

卷积光谱平移量和最佳焦点差(即，在使参考物体成像时的光刻设备的最佳焦点与在使接触孔成像时的光刻设备的最佳焦点之间的差)之间的关系可以针对光刻设备被提前确定。所述关系可以例如是线性关系、基本上线性关系或某种其它关系。因为用于使参考物体成像的最佳焦点位置和卷积光谱平移量是已知的，所以卷积光谱平移量和最佳焦点差之间的关系可以用于修正衬底台WT在z方向上的位置。

卷积光谱平移量与最佳焦点差之间的关系可以例如通过校准测量来确定。校准测量例如可以包括：对于给定的光刻设备和图案(例如接触孔)确定卷积光谱平移量；和在沿z方向具有与最佳焦点位置(通过使用如上文所述的参考物体所测量的最佳焦点位置)的不同的平移量的情况下用接触孔图案曝光一个或更多的晶片。

可替代地，卷积光谱平移量和最佳焦点差之间的关系可以通过使用对通过光刻设备使图案(例如接触孔)成像的模拟来确定。

上文描述的过程可以对于每一衬底、每一衬底批次或根据一些其它的时间间隔周期性地重复。

在可替代的实施例中，图案形成装置MA的位置在z方向上被调整，而不是调整衬底台WT的位置。在另一可替代的实施例中，图案形成装置MA和衬底台WT的位置可以在z方向上被调整。

卷积光谱平移量将随时间变化。因此它可以被周期性地确定和相应地被周期性地用于修正衬底台WT在z方向上的位置。

可以期望将卷积光谱平移量保持在预定值的范围内。预定值的范围可以被限制，使得衬底台WT在z方向上的位置(相对于通过使用参考物体测量的最佳焦点)的修正是不必要的。例如，可以期望将卷积光谱平移量保持接近零，其实际上意味着激光器光谱是对称的或是基本上对称的。在一实施例中，这可以通过指示激光器LA将卷积光谱平移量保持在预定值范围内来实现。例如，以32nm节点，当使直径为80nm且孔间距在120至350nm的范围内的接触孔成像时，可以期望保持卷积光谱平移量的绝对值小于约30fm(例如在诸如60秒的周期上被平均)。当以28nm节点使接触孔成像时，可以期望卷积光谱平移量的相同的或相似的绝对值。当以45nm节点使接触孔成像时，可以期望保持卷积光谱平移量的绝对值小于约60fm(例如在诸如60秒的周期上被平均)。

在光刻设备的操作期间，可以例如用这一指令通过光刻设备设置激光器LA。可替代地，激光器可以被配置使得其操作规格确保卷积光谱平移量保持在需要的范围内(例如激光器被设立，使得卷积光谱平移量保持在需要的范围内)。卷积光谱平移量的测量可以通过光刻设备和/或通过激光器来执行。

由将卷积光谱平移量保持成接近零所带来的优点是，因为激光器光谱是对称的或是基本上对称的，所以保持了由激光器光谱提供的焦深。如果卷积光谱平移量太大，那么可能由于激光器光谱的不对称性而丧失由高带宽的激光器辐射提供的任何焦深优势。将卷积光谱平移量保持成接近零避免了这一缺点。

由将卷积光谱平移量保持成接近零带来的另外的优点是，它避免了对提供反馈回路以修正衬底台WT在z方向上的位置的需要(如在上文进一步地描述的)，由此简化了光刻设备的操作。

除了卷积光谱平移量之外或替代卷积光谱平移量，还可以确定卷积光谱CE的半高全宽。这在下文中被称为卷积带宽，且在图2中由双向箭头CBW表示。在图2中被用pm表示的卷积带宽是激光器度量。

已经通过试验确定了与E95值相比，卷积带宽具有与光刻设备的I临界尺寸强得多的相关性。因此，控制卷积带宽将提供比仅控制E95值更好的光刻设备的临界尺寸性能。

虽然上述的对卷积带宽的计算包括光谱的平移，使得光谱的波长轴线的原点(λ＝0)与中心参考波长一致，但是在计算卷积带宽时不需要所述平移。卷积带宽可以通过将被投影的特征的空间图像与如从激光器接收的光谱进行卷积来计算，而无需对光谱施加波长修正。

如果是被发送至激光器LA的仅有的参数是波长和E95值的情形，那么控制模块CM不能发送请求至激光器，以提供具有特定的卷积带宽的光谱。替代地，控制模块CM使用E95值来控制激光束的光谱，用于获得期望的卷积带宽(或调整光谱，使得它具有更接近期望的卷积带宽的卷积带宽)。一种关系存在于E95值和卷积带宽之间，使得如果E95值被调整，就会发生卷积带宽的比例缩放(至一阶近似)。因此，可以计算在修改后的E95值被请求时可能被预期的卷积带宽的变化。因此，如果激光器辐射的卷积带宽与期望值不同，那么可以将修改后的被请求的E95值发送至激光器LA，该激光器LA被期望提供与期望值差异更小的卷积带宽。可以迭代地重复这一过程，使得卷积带宽更接近期望值。

存在于E95值和卷积带宽之间的关系对于不同的激光器是不同的，且还将随时间而变化。这是因为卷积带宽随着由激光器发射的激光器辐射的光谱的形状变化而变化。为此，不能确定E95和卷积带宽之间的固定关系。这是可以使用迭代过程通过E95值调整卷积带宽的原因。

虽然上文描述使用接触孔图案的一个例子，但是可以将本发明的实施例应用于任何适合的图案。

在本发明的可替代的实施例中，控制模块CM没有试图使用E95值来控制由激光器LA发射的激光束的卷积带宽，而是将被请求的卷积带宽发送至激光器。之后激光器产生具有请求的卷积带宽的激光束。如上文所说明的，对激光束的卷积带宽的计算需要与由光刻设备投影的图案的空间图像的卷积。为此，激光器LA需要关于被投影的图案的来自光刻设备的信息。控制模块CM可以将表示被投影的图案的空间图像的数据发送至激光器LA。可替代地，可以将这些数据提供给激光器制造商，相应地修改由激光器使用的软件来计算被请求的卷积带宽。

激光器LA可以计算激光束的卷积带宽，该激光束被以上文描述的方式发射。如果这一卷积带宽不与被请求的卷积带宽相对应，那么激光器的操作被调整，以便使得卷积带宽更接近被请求的卷积带宽。可以连续地由激光器执行对卷积带宽的监控和对激光器的操作调整，或可以由激光器周期性地执行对卷积带宽的监控和对激光器的操作调整。

在本发明的可替代实施例中，控制模块CM将被请求的卷积带宽发送至激光器。控制模块CM之后在光刻设备的操作期间监控卷积带宽，且将所述卷积带宽发送至激光器LA。如果所监控的卷积带宽与被请求的卷积带宽不对应，那么调整激光器的操作，以便使得所监控的卷积带宽更接近被请求的卷积带宽。

在一实施例中，可以在光刻设备的操作期间组合使用卷积带宽和卷积光谱平移量。通过一起使用卷积带宽和卷积光谱平移可以允许实现比卷积带宽或卷积光谱平移量被独立地使用的情况更好的焦点打孔。在一实施例中，控制模块CM可以将被请求的卷积带宽和被请求的卷积光谱平移量发送至激光器LA。

其它激光器度量可以与卷积带宽和卷积的光谱平移量组合使用。可以使用基于卷积带宽或卷积光谱平移量的激光器度量。

图4是示意性地显示卷积光谱平移量CSS和卷积带宽CBW的相关图，上述两者是激光器度量LM的例子。图4还显示光刻设备的成像度量IM，即光刻设备的最佳焦点BF、焦深DoF、在最佳焦点处的临界尺寸CDBF、在最佳焦点处的临界尺寸均匀性CDUBF和在最佳焦点处的孤立-密集偏差IDBBF。激光器度量LM和成像度量IM之间的关系被显示为箭头。如图4所示，最佳焦点BF主要与卷积光谱平移量CSS相关。在最佳焦点处的临界尺寸CDBF、在最佳焦点处的临界尺寸均匀性CDUBF和在最佳焦点处的孤立-密集偏差IDBBF都主要与卷积带宽CBW相关。焦深DoF与卷积光谱平移量CSS和卷积带宽CBW相关。

可以期望将光刻设备的成像度量保持在预定范围内。通过使用成像度量和激光器度量之间的关系，可以计算可以将成像度量保持在预定范围内的激光器度量的值。

可以确定每一衬底、每一衬底批次(例如13个衬底、25个衬底或某些其它数量的衬底)或每一其它时间间隔的激光器度量。可以在将图案投影到衬底上期间确定激光器度量。使用激光器度量来调整激光器和/或光刻设备，可以在将图案投影到衬底上期间被执行。

上文描述的本发明的实施例使用特定的激光器度量，即卷积光谱平移量和卷积带宽。然而，本发明可以附加地地或替代地使用除去这些激光器度量中的一种或更多种之外的其它激光器度量。例如，可以确定表示光谱的不对称性的另一激光器度量。这可以例如通过确定卷积光谱CE的每一侧的斜度和将所述斜度相加来计算。可以例如在卷积光谱的40％峰值全宽处(或在卷积光谱上的一些其它点处)确定所述斜度。对由本发明的实施例使用的激光器度量的选择，可以依赖于将由光刻设备进行成像的图案的尺寸和/或形状。

虽然以上描述涉及使用卷积来确定基于激光器辐射的光谱和空间图像的激光器度量，但是可以使用其它数学过程。

可以被使用的可替代的激光器度量是E95的平方(或E95的均方根(RMS))。光刻设备的临界尺寸均匀性(对比度变化)可以与E95的平方成比例地缩放。类似地，不同光刻设备之间的临界尺寸的变化还可以与E95的平方的变化成比例缩放。因此，通过使用E95的平方，激光器度量可以提供改善的图案成像(与使用E95的传统现有技术相比)。临界尺寸与E95平方的比例缩放由与激光器波长对聚焦的线性依赖性相结合的光刻设备的柏桑(Bossung)曲线的二次形式产生。

使用本发明确定的数据可以表示成表格形式，即一组波长和相关值。可替代地，使用本发明确定的数据可以表示成参数形式，即作为具有相关参数的函数。与将数据表示成表格形式相比，将数据表示成参数形式可以提供更大的精度。

在计算激光器度量时，上述的本发明的实施例使用接触孔的空间图像的表示，这是因为光刻设备将接触孔成像到衬底W上。如果光刻设备将一些其它图案成像到衬底上，那么在计算激光器度量时使用所述图案的空间图像的表示。在计算激光器度量时考虑被成像的图案，提供了改善的光刻设备的性能。在这种情形中，术语“图案”不是要限制成设置在图案形成装置MA上的整个图案，而是可以例如解释成表示设置在图案形成装置上的一特征或一组特征。

在计算激光器度量期间使用的空间图案可以是函数近似。术语“空间图像”是要包含空间图像的任何适合的表示。

本发明的实施例可以与使用光刻设备进行焦点打孔一起结合使用。在焦点打孔被执行时本发明的实施例可以提供改善的对最佳焦点的确定，由此减少了光刻设备偏离到焦点值的期望范围之外的可能性。

在执行焦点打孔时，本发明的实施例允许不同的光刻设备之间的改善的匹配。在这种情形中，术语“改善的匹配”是要表示在两个不同的光刻设备中使用同一图案形成装置MA而被形成在衬底上的图案，与未被使用本发明的情形相比，彼此更加相似。改善的匹配可以不依赖于所使用的激光器LA的类型。改善的匹配可以减少手动地监控激光器LA的性能的需要，由此降低使用光刻设备进行焦点打孔的维护和监控成本。

本发明的实施例确定激光器度量，所述激光器度量基于激光器辐射的光谱和被从图案形成装置投影到衬底上的特征的空间图像。激光器度量可以用于修正光刻设备的一个或更多的性质，和/或修改激光器辐射的光谱，使得它提供改善的光刻设备的操作。

可以通过使用下述方面进一步描述本发明：

1.一种光刻方法，包括以下步骤：

基于由激光器发射至光刻设备的激光器辐射的光谱与通过所述光刻设备被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示，计算激光器度量；和

使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备，并将所述图案投影到所述衬底上。

2.根据方面1所述的方法，其中所述激光器度量是通过将所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示进行卷积且之后通过获得所形成的卷积光谱的宽度的测量值来计算的。

3.根据方面2所述的方法，其中所述卷积光谱的宽度被测量为所述卷积光谱的半高全宽。

4.根据方面1所述的方法，其中所述激光器度量通过以下步骤来计算：经由所述光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积来确定所述光谱的中心参考波长；经由所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示的卷积来确定所述光谱的第二中心波长；和计算所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差。

5.根据方面4所述的方法，其中所述方法还包括：使用所述光刻设备的最佳焦点同计算得出的所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差之间的关系，来确定所述光刻设备用于将所述图案投影到所述衬底上的最佳焦点。

6.根据方面4所述的方法，其中所述第二中心波长通过以下步骤来确定：将阈值施加至所述光谱与将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的所述表示的卷积、执行积分操作以确定所述卷积和所述阈值之间的面积以及确定作为波长的函数的所述面积的中点。

7.根据方面4所述的方法，其中所述激光器被指示以将所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差保持在预定值的范围内。

8.根据方面4或5所述的方法，其中所述参考物体是通过所述光刻设备的投影系统成像到传感器上的图案。

9.一种光刻方法，所述光刻方法包括根据方面2所述的方法且还包括根据方面4所述的方法。

10.根据方面1所述的方法，其中所述激光器度量至少部分地依赖于所述激光器辐射的光谱的不对称性。

11.根据方面1所述的方法，其中所述修改所述激光器的操作步骤修改所述激光器辐射的光谱。

12.根据方面1所述的方法，其中所述激光器度量由所述激光器来计算。

13.根据方面1所述的方法，其中所述激光器度量由所述光刻设备计算。

14.根据方面13所述的方法，其中所述光刻设备计算另外的激光器度量和将所述另外的激光器度量发送至所述激光器。

15.根据方面14所述的方法，其中所述另外的激光器度量是E95、E95的平方或E95的均方根。

16.一种光刻设备，所述光刻设备包括：

图案形成装置；

投影系统，所述投影系统被配置成将来自所述图案形成装置的图案投影到衬底上；

控制模块，所述控制模块被配置成基于从激光器发射至所述光刻设备的激光器辐射的光谱和将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示来计算激光器度量，所述控制模块还被配置成使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。

17.根据方面16所述的光刻设备，其中所述控制模块被配置成通过将所述光谱与将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的所述表示进行卷积且之后获得所形成的卷积光谱的宽度的测量值来计算所述激光器度量。

18.根据方面17所述的光刻设备，其中所述卷积光谱的宽度被测量为所述卷积光谱的半高全宽。

19.根据方面16所述的光刻设备，其中所述控制模块被配置成通过经由所述光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积确定所述光谱的中心参考波长、经由所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示的卷积确定所述光谱的第二中心波长以及计算所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差来计算所述激光器度量。

20.根据方面19所述的光刻设备，其中所述控制模块被配置成使用所述光刻设备的最佳焦点同计算得出的所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差之间的关系，来确定所述光刻设备用于将所述图案投影到所述衬底上的最佳焦点。

21.根据方面19所述的光刻设备，其中所述参考物体是被所述光刻设备的投影系统成像到传感器上的图案。

22.根据方面16所述的光刻设备，其中所述激光器度量至少部分地依赖于激光器辐射的光谱的不对称性。

23.根据方面16所述的光刻设备，其中修改所述激光器的操作使得所述激光器辐射的光谱被修改。

24.根据方面16所述的光刻设备，其中所述控制模块被配置成计算另外的激光器度量且将所述另外的激光器度量发送至所述激光器。

25.根据方面24所述的光刻设备，其中所述另外的激光器度量是E95、E95的平方或E95的均方根。

26.一种被配置成发射由光刻设备使用的激光器辐射的激光器，其中所述激光器被配置成基于所述激光器辐射的光谱和通过所述光刻设备投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示来计算激光器度量，所述激光器还被配置成使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。

结论

应当理解，“具体实施方式”部分，而不是发明内容和摘要部分，是要用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述一个或更多的如由发明人所设想的本发明的一个或多个示例性实施例，但不是如由发明人所设想的本发明的全部示例性实施例，因此它们不是要以任何方式限制本发明和随附的权利要求。

在说明特定功能和其关系的实施方式的功能构建块的帮助下，在上文描述了本发明。这些功能构建块的界限为了便于描述在此处被任意地限定。只要特定功能和其关系被适当地实现，可以限定可替代的界限。

上述的特定实施例的描述将完全揭露本发明的整体构思，该构思可以其它人通过应用本技术领域中的知识轻易地修改和/或适合于各种应用(诸如特定的实施例)而没有过度的试验、没有背离本发明的整体想法。因此，基于此处显示的教导和引导，这样的适应和修改是要在公开的实施例中的等同物的意思和范围内。应当理解，此处的措词或术语是用于描述的目的且不是限制性的，使得在依照教导和引导的情况下本领域技术人员将理解本发明的术语或措词。

已经在上文描述了本发明的各种实施例。应当理解，它们仅通过举例的方式来显示，而不是限制性的。相关领域中的技术人员将明白，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以由这些具体地描述的内容进行形式和细节上的各种变化。因此，本发明的宽度和范围不应当仅通过上文描述的示例性实施例的方式进行限制，而是仅根据所附的权利要求和它们的等同物来限定。

Claims (16)

1.一种光刻方法，包括以下步骤：

基于由激光器发射的激光器辐射的光谱与被投影到光刻设备内的衬底上的图案的空间图像的表示进行卷积，计算激光器度量；

使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备；和

将所述图案投影到所述衬底上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光器度量的计算步骤还包括获得所形成的卷积光谱的宽度的测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述卷积光谱的宽度被测量为所述卷积光谱的半高全宽。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光器度量的计算步骤还包括：

经由所述光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积来确定所述光谱的中心参考波长；

在所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示之间确定所形成的卷积光谱的第二中心波长；和

计算所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述激光器度量的计算步骤还包括：

经由所述光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积来确定所述光谱的中心参考波长；

在所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示之间确定所形成的卷积光谱的第二中心波长；和

计算所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述方法还包括：使用计算得出的所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差来确定所述光刻设备用于将所述图案投影到所述衬底上的最佳焦点。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二中心波长是通过以下步骤来确定的：施加阈值至所述光谱与将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的所述表示的卷积、执行积分操作以确定所述卷积和所述阈值之间的面积以及确定作为波长的函数的所述面积的中点。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述激光器被指示以将所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差保持在预定值的范围内。

9.根据权利要求4或6所述的方法，其中所述参考物体是通过所述光刻设备的投影系统成像到传感器上的图案。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述激光器度量至少部分地依赖于所述激光器辐射的光谱的不对称性。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改所述激光器的操作步骤修改所述激光器辐射的光谱。

12.一种光刻设备，所述光刻设备包括：

图案形成装置；

投影系统，所述投影系统被配置成将来自所述图案形成装置的图案投影到衬底上；和

控制模块，所述控制模块被配置成基于从激光器发射的激光器辐射的光谱和将被投影到所述衬底上的图案的空间图像的表示进行卷积来计算激光器度量，所述控制模块还被配置成使用所述激光器度量来修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。

13.根据权利要求12所述的光刻设备，其中所述控制模块还被配置成获得所形成的卷积光谱的宽度的测量值。

14.根据权利要求12所述的光刻设备，其中所述控制模块还被配置成通过以下步骤来计算所述激光器度量：

经由所述光谱与参考物体的空间图像的表示的卷积确定所述光谱的中心参考波长；

在所述光谱与将被投影到所述衬底上的所述图案的空间图像的所述表示之间确定所形成的卷积光谱的第二中心波长；以及

计算所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差。

15.根据权利要求14所述的光刻设备，其中所述控制模块还被配置成使用计算得出的所述中心参考波长和所述第二中心波长之间的差来确定所述光刻设备用于将所述图案投影到所述衬底上的最佳焦点。

16.一种被配置成发射被光刻设备使用的激光器辐射的激光器，其中所述激光器被配置成基于所述激光器辐射的光谱和被投影到光刻设备内的衬底上的图案的空间图像的表示进行卷积来计算激光器度量，所述激光器还被配置成使用所述激光器度量修改所述激光器的操作或调整所述光刻设备。