CN102375344B - 控制透镜像质变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露了一种控制透镜像质变化的方法，在利用光刻机进行曝光处理前，对所述光刻机的透镜进行预热或预冷处理，该方法，在光刻曝光过程中，采用预热/预冷机制判断镜头是否需要预热/预冷，能够避开像质变化最快的阶段，从而更好的控制最初曝光时成像质量。

Description

控制透镜像质变化的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种控制透镜像质变化的方法。

背景技术

光刻机在工作过程中，由于透镜吸热后产生形变等因素，会使曝光在硅片上的图像相对于理想的图像产生变化，这将导致光刻机的成像质量下降，最终影响光刻机的性能。

公知的控制因透镜热效应引起的像质变化的办法是通过模型预测像质参数，即建立像质参数的热效应随时间变化的函数模型，在实际曝光流程中预测出透镜热效应引起的像质参数变化，从而对预测出的像质参数变化通过软、硬件补偿，提高光刻机的成像质量。在一定的工艺条件下，像质参数的热效应随时间呈指数变化，可以采用双指数函数建立数学模型。

这种技术方案的缺陷在于：如果光刻机所采用的镜头对热效应非常敏感，并且实际凸焊(bumping)工艺中采用的曝光剂量、曝光光强都非常大，会导致在曝光过程中，像质参数的变化可能非常快。如果从冷镜头开始曝光，那么在最开始的几个场内，像质变化太快，将使得在曝光过程中的焦面等像质参数已经变得很差。而在快门打开的过程中，是不可能对像质参数做任何校正的，即上述的模型预测方法无法作用，最终将导致曝光出来的图像质量很差。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中，由于光刻过程中的热效应对曝光镜头的影响，因而导致光刻曝光出的图像质量差等技术问题。

有鉴于此，本发明提供一种控制透镜热效应引起像质变化的方法，在利用光刻机进行曝光处理前，对所述光刻机的透镜进行预热或预冷处理。

进一步的，所述预热或预冷处理，具体包括以下步骤：确定对所述透镜进行预热或预冷的时机；定义热平衡态；判断是否进行预热或预冷；如需预热或预冷，则计算出预热或预冷时间，并根据该预热时间对所述透镜进行预热或预冷处理。

进一步的，对所述透镜进行预热或预冷的时机定在曝光过程中每次切换图像的时候。

进一步的，判断是否进行预热或预冷的具体步骤：定义像质变化为约束范围；根据当前的热效应参数，预先估算出在不预热或预冷的条件下、曝光时的像质变化，如果该像质变化超出了所述约束范围，则需要进行预热或预冷。

进一步的，所述热平衡态的公式为C＝(C×exp(-t3/Tau)+Mu*(1-exp(-t3/Tau))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t3)×exp(-t4/Tau)；其中，t3为一个曝光场的曝光时间；t4为一个曝光场曝光结束到下一个曝光场曝光开始前所经历的时间；Mu为比例因子；Tau为时间常数；RtTrans为掩模透过率；WfCorr为硅片反射率；Dose为曝光剂量；AreaSize为曝光场面积。

进一步的，根据公式：计算预热时间C/exp(-t2/Tau1)＝A×exp(-t1/Tau)+Mu*(1-exp(-t1/Tau))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t1×exp(-t2/Tau；计算预冷时间C/exp(-t2/Tau1)＝A1×exp(-t1/Tau1)；计算出预热或预冷时间t1；预热或预冷结束到曝光开始所经历的时间t2；其中A是当前的热效应状态。

进一步的，对所述透镜进行预热或预冷处理达到比所述热平衡态稍小的值。

本发明提供的控制透镜热效应引起像质变化的方法，在光刻曝光过程中，采用预热/预冷机制判断镜头是否需要预热/预冷，能够避开像质变化最快的阶段，从而更好的控制最初曝光时成像质量。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的控制像质变化方法的流程图；

图2所示为本发明一实施例中预热或预冷处理具体步骤的流程图；

图3所示为本发明一实施例中判断是否进行预热或预冷处理的具体步骤的流程图；

图4所示为利用本发明一实施例对透镜进行预热过程示意图；

图5所示为利用本发明另一实施例对透镜进行预冷过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合附图，给出具体实施例，对本发明做进一步的描述。

请参见图1，其所示为本发明一实施例提供的控制像质变化的方法的流程图。

该控制像质变化的方法，包括以下步骤：

S100在利用光刻机进行曝光处理前，对所述光刻机的透镜进行预热或预冷处理。

S200利用所述光刻机进行曝光工艺。

对光刻机的透镜采用预热或预冷机制，能够避开像质变化最快的阶段，从而更好的控制最初曝光时成像质量，而传统的模型预测方法无法校正像质变化最快阶段的像质参数。

在本发明实施例中，步骤S100的预热或预冷处理，具体包括以下步骤，请参见图2：

S110确定对所述透镜进行预热或预冷的时机。

是否需要预热或预冷是由以下两个像质状态的差异决定的：一是当前的像质状态；二是当前工艺下、镜头最终达到热平衡时的像质状态。

只有在这两个像质状态差异很大时，才有可能导致在第一次曝光的时候像质变化超出承受范围。

因此，在实际工作过程中，需要考虑两种情形：

1、曝光过程中，出现过长的非曝光阶段，或者说快门关闭时间过长。

2、曝光过程中，出现工况的切换，导致与热效应相关的参数，如掩模透过率、视场面积、占空比(duty cycle)等发生改变。

基于上述考虑，透镜进行预热或预冷可以在曝光过程中每次曝光前进行，在本发明的实施例中，将所述透镜进行预热或预冷的时机具体选定在曝光过程中每次切换掩模图像的时候。

S120设置热平衡态的阈值。

热平衡态是指在前一片硅片(wafer)曝光完毕，下一片硅片曝光时，第一个场的吸热和散热达到平衡的状态。

这样定义热平衡态带来的结果是：

1.后续在计算预热或预冷时间所需的时间参数可以估计；

2.热平衡态的计算过程相对简单，只要考虑硅片中的一个曝光场(die)的热效应即可；

在对热平衡态定义中，对热平衡态的估计偏高是模型中的一个主要误差。在实际计算中，可以通过定义阈值来减小这个误差。阈值可以定义为热平衡态的百分比，该百分比即为阈值。这样做的实际含义是：预热时不需要加热到平衡态，只需要达到一个比平衡态稍小的值即可，比如热平衡态的80％。

考虑到预热、预冷过程都需要持续一定的时间才有意义。如果时间太小，预热的作用体现的并不明显，并且硬件对时间的控制可能也做不到。所以在定义热平衡态阈值的同时，还可以定义一个可接受的最小时间范围，即处理时间阈值。如果计算出的预热或预冷时间比该处理时间阈值小，则无需执行预热或预冷。

S130判断是否进行预热或预冷。

在本发明实施例中，S130判断是否进行预热或预冷的具体步骤，请参见图3：

S131定义像质变化的约束范围。

S132根据当前的热效应参数，预先估算出在不预热或不预冷的条件下、曝光时的像质变化，如果该像质变化超出了所述约束范围，则需要进行预热或预冷。

S140如需预热或预冷，则计算出预热或预冷时间，并根据该预热时间对所述透镜进行预热或预冷处理。

请参见图4，其所示为利用本发明一实施例对透镜进行预热过程示意图。

如图4所示，预热过程中热平衡态的计算需要考虑以下几个时间段的热效应。

1.预热时间：t1

2.预热后的延迟(预热结束到曝光开始所经历的时间)：t2

3.一个曝光场(die)的曝光时间：t3

4.一个曝光场曝光结束到下一个曝光场曝光开始前所经历的时间(die todie)时间：t4

记A、B、C为图4中开始预热、预热结束、曝光开始三个时刻对应的热效应状态表征参数，其中曝光开始时对应的热效应状态C也是热平衡态，热平衡方程采用双指数模型，A1、A2，B1、B2，C1、C2分别为A、B、C对应的双指数模型中两个指数分支中的热效应状态标征参数。热效应参数记为：

比例因子：Mu；时间常数：Tau；掩模透过率：RtTrans；硅片反射率：WfCorr；曝光剂量：Dose；曝光场面积：AreaSize。以上这些热效应参数均可以由仪器设备测得。

预热时间t1的计算思路为：首先对时间t2、t3、t4进行估计，然后根据热效应方程计算出热平衡态C，最后根据A到C的热效应方程求出t1。具体计算过程如下：

1.热平衡态计算，即计算热效应状态C。根据热平衡态定义，热平衡方程可写为：

C1＝(C1×exp(-t3/Tau1)+Mu1*(1-exp(-t3/Tau1))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t3)×exp(-t4/Tau1)；

C2＝(C2×exp(-t3/Tau2)+Mu2*(1-exp(-t3/Tau2))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t3)×exp(-t4/Tau2)；

根据上面两个方程可以求出C1、C2，将两者相加即求出了热平衡态C。

2.建立A到C的热效应方程，求解预热时间t1。

首先建立A到B的热效应方程：

B1＝A1×exp(-t1/Tau1)+Mu1*(1-exp(-t1/Tau1))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t1；

B2＝A2×exp(-t1/Tau2)+Mu2*(1-exp(-t1/Tau2))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t1；

再建立B到C的热效应方程：

C1＝B1×exp(-t2/Tau1)；

C2＝B2×exp(-t2/Tau2)；

上述方程中，A是当前的热效应状态，这个是有记录的，只有t1是未知数。求解指数方程中的t1，便得到了预热时间。其中，B到C的热效应方程中的C可以替换为热平衡态C与热平衡态阈值Y的积，即阈值热平衡态表征参数Cy，以克服前述热平衡态估计偏高的误差，对应的，Cy1、Cy2分别为Cy对应的双指数模型中两个指数分支的热效应状态标征参数。

同理可以计算出预冷时间，请结合参见图5。

预冷和预热的过程是类似的，不同的是在A到C的过程中是一个一直下降的过程。因此，热平衡态的计算和预热过程是完全一样的。只是A到C的热效应方程中，B的求解方式不同。

B的求解过程为：

B1＝A1×exp(-t1/Tau1)；

B2＝A2×exp(-t1/Tau2)；

其它计算公式与预热时一样，求解指数方程中的t1，便得到了预冷时间。

为了说明本发明提供的控制透镜像质变化的方法能更好的控制最初曝光时成像质量，请参见表1。

表1

表1所示为光刻机透镜不进行预热(冷镜头)与不同预热时间下像质参数比较表。

以透镜不进行预热(冷镜头)与预热600秒比较为例，据表可知，对透镜预热600秒后，对产生的倍率、场曲、Z6等像质参数的控制效果明显高于预热前的冷镜头的像质。

综上所述，本发明实施例提供的控制透镜像质变化的方法，在光刻曝光过程中，采用预热/预冷机制判断镜头是否需要预热/预冷，能够避开像质变化最快的阶段，从而更好的控制最初曝光时成像质量。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种控制透镜像质变化的方法，其特征在于，在利用光刻机进行曝光前，对所述光刻机的透镜进行预热或预冷处理，所述预热或预冷处理，具体包括以下步骤：

设置热平衡态的阈值Y；

判断是否进行预热或预冷；

如需预热或预冷，则根据热平衡态表征参数C和所述热平衡态的阈值Y计算出预热或预冷时间，并根据所述预热或预冷时间对所述透镜进行预热或预冷处理。

2.根据权利要求1所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，对所述透镜进行预热或预冷在曝光过程中每次切换掩模图像时进行。

3.根据权利要求1所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，所述热平衡态是指在前一片基底曝光完毕，下一片基底曝光时，第一个曝光场的吸热和散热达到平衡的状态。

4.根据权利要求1所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，所述热平衡态的阈值Y为小于或等于1的正数。

5.根据权利要求4所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，所述热平衡态的阈值的取值范围是0.8≤Y≤1。

6.根据权利要求1所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，判断是否进行预热或预冷的具体步骤：

定义像质变化的约束范围；

根据当前的热效应状态标征参数，预先估算出在不预热或不预冷的条件下、曝光时的像质变化，如果该像质变化超出了所述约束范围，则需要进行预热或预冷。

7.根据权利要求1所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，计算所述热平衡态表征参数C的热效应方程为

C＝(C×exp(-t3/Tau)+Mu*(1-exp(-t3/Tau))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t3)×exp(-t4/Tau)；

其中，t3为一个曝光场的曝光时间；t4为一个曝光场曝光结束到下一个曝光场曝光开始前所经历的时间；Mu为比例因子；Tau为时间常数；RtTrans为掩模透过率；WfCorr为硅片反射率；Dose为曝光剂量；AreaSize为曝光场面积。

8.根据权利要求7所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，Cy＝C×Y，其中Cy为阈值热平衡态表征参数。

9.根据权利要求8所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，根据公式：

计算预热时间

Cy/exp(-t2/Tau)＝A×exp(-t1/Tau)+Mu*(1-exp(-t1/Tau))×RtTrans×WfCorr×Dose×AreaSize/t1；

计算预冷时间

Cy/exp(-t2/Tau)＝A×exp(-t1/Tau)；

计算出预热或预冷时间t1；预热或预冷结束到曝光开始所经历的时间t2；其中A是当前的热效应状态表征参数。

10.根据权利要求1或9所述的控制透镜像质变化的方法，其特征在于，设定处理时间阈值，当上述计算出预热或预冷时间大于或等于处理时间阈值时，进行上述预热或预冷处理。

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