CN102736440A - 光刻方法和组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光刻方法和组件。一种确定图案特征的属性对于用以提供该图案特征的光刻设备的光学像差变化的灵敏度的光刻方法。所述方法包括：控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于该第一像差状态时用该光刻设备形成图案特征的第一图像；测量图像的属性；控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态时用该光刻设备形成相同的图案特征的图像；测量图像的同一属性；和使用测量结果确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

Description

光刻方法和组件

技术领域

本发明涉及一种光刻方法和组件。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。光刻组件可以是光刻设备，或可以是光刻设备和附加的装备(例如测量工具、辐射源等)。光刻设备可用于例如集成电路(IC)制造过程中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束，所述图案对应于待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案成像或转移到衬底(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。通常，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上而实现图案的转移。通常，单一衬底将包括相邻目标部分(其可以是管芯)的网络，所述相邻目标部分被连续地图案化。已知的光刻设备包括所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述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，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)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地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。

在半导体制造工业中，不断要求更小的特征和提高特征的密度。临界尺寸(CD)迅速地减小并且变得非常靠近现有技术的诸如上述步进机和扫描器的曝光工具的理论分辨极限。传统的技术着眼于提高分辨率和最小化可印刷的CD，其包括减小曝光辐射的波长，提高光刻设备的投影系统的数值孔径(NA)，和/或包括图案形成装置中的小于曝光工具的分辨率极限的特征使得它们将不印刷在衬底上，而使得它们将产生可以改善对比度和锐化精细特征的衍射效应。

为了帮助确保应用至衬底的图案特征根据需要被应用(例如确保满足临界尺寸极限、要求或一致性)，可能期望至少部分地校正光刻设备中的像差。像差可以由于光刻设备的投影系统的一个或更多个元件因透射或反射辐射束的至少一部分而带来的升温引起，并且这种升温可以引起所述一个或更多个元件的变形等变化。替代地和/或附加地，像差可以因为一个或更多个其他原因引起，例如光学表面的行为与理论不符。

发明内容

光学像差的确定和控制对于改进光刻性能是重要的。像差的不同类型和/或幅度的影响在应用中是具体的。具体的应用(例如将图案应用至衬底)如何对特定像差产生响应可以被限定为像差灵敏度。从使用显示这些像差的光刻设备所应用的图案特征中的改变和/或像差的测量结果(即规定)确定像差灵敏度。像差灵敏度可以与像差的校正(或像差的影响)结合使用以形成像差控制回路。

像差灵敏度可以依赖于一个或更多个因素，例如光刻设备使用的照射模式、将要应用至衬底的图案特征的一个或更多个属性、衬底本身的一个或更多个特征(例如抗蚀剂的成分等)、图案形成装置的配置或品质和/或在任何给定曝光中提供的辐射剂量。

因为当应用图案至衬底时像差灵敏度是将要考虑的重要的因素，已经尝试确定这种像差灵敏度。一种确定像差灵敏度的方法是，构造模型或模拟方法，其允许以理论方式确定灵敏度。然而，在极少的情况下，可以通过实验确定像差灵敏度。用于实现这种确定的实验方法包括将图案特征应用至衬底，随后测量这些图案特征的一个或更多个属性以确定像差灵敏度。具体地，控制光刻设备建立第一像差状态(例如建立第一组像差条件)。当光刻设备处于该状态时，图案特征被应用至衬底。然后，控制光刻设备以建立不同的第二像差状态，并且当光刻设备处于该第二像差状态时第二不同的衬底被提供以图案特征。然后检查并对比被应用至不同衬底的图案特征(例如测量图案特征的一个或更多个属性)以获得像差灵敏度的测量。

虽然实验方法可以用以获得与像差灵敏度相关的信息，但是所述方法无疑是慢的且效率低的，并且可以潜在地是不精确的。

期望提供例如一种光刻方法和/或组件，其能够消除或避免现有技术的至少一个问题，不管它与这里或其它的记载是否一致，或其提供已有光刻方法或设备的替代形式。

根据第一方面，提供一种确定图案特征的属性对用以提供该图案特征的光刻设备的光学像差的改变的灵敏度的光刻方法，包括下列步骤：控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于该第一像差状态时用该光刻设备形成图案特征的第一图像；测量图像的属性；控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态时用该光刻设备形成相同的图案特征的图像；测量图像的同一属性；和使用测量结果确定图案特征的属性对像差状态的变化的灵敏度。例如，图案特征可以被成像到构成光刻设备的一部分的传感器上。图案特征可以是将要被应用至衬底上的图案特征，或者可以是对准标记。

根据第二方面，提供一种确定应用至衬底的图案特征的属性对用以施加该图案特征的光刻设备的光学像差的变化的灵敏度的光刻方法，所述方法包括下列步骤：控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于该第一像差状态时将图案特征应用至衬底的第一目标部分；控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态时将图案特征应用至同一衬底的不同的第二目标部分；测量被应用至衬底的第一目标部分的图案特征的属性；测量被应用至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性；和使用测量结果确定图案特征的属性对像差状态的变化的灵敏度。

构成第一和/或第二像差状态的像差可以是可量化的。

构成第一和/或第二像差状态的像差的类型和/或幅度在应用图案特征之前是可预测的，和/或已知的。

第一像差状态和第二像差状态之间的差异可以是构成第一和/或第二像差状态的像差的类型和幅度的差异。

光刻设备的配置的控制可以包括连续地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

光刻设备的配置的控制可以包括离散地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

光刻设备的配置的控制可以包括移动(例如向上或向下，向左或向右)光刻设备的透镜布置的一个或更多个元件或使光刻设备的透镜布置的一个或更多个元件变形，或加热透镜布置的一个或更多个部分。一个或更多个元件的移动包括改变这些元件的位置和/或方向(例如通过倾斜)。对光刻设备的配置的控制可以替代地或附加地包括移动图案形成装置或其部分(其包括改变该装置或其部分的位置和/或方向(例如通过倾斜))，调整辐射束的波长，和/或改变光学路径中使用的液体的光学属性。

衬底可以是测试衬底。

所述方法可以还包括使用所确定的灵敏度作为像差控制回路的一部分。

像差控制回路可以包括在随后将图案应用至不同衬底期间使用所确定的灵敏度来控制光刻设备的像差状态。

可以对于第三、第四或第五像差状态和衬底的对应的第三、第四或第五目标部分，或对于全部在单个衬底上总共至少5、10、15、20、50、100、200或更多的像差状态和目标部分来重复所述方法。

衬底的每个目标部分可以是管芯。

图案特征的属性可以选自下列参数中的一个或更多个：图案特征的锐度(例如图案特征的边缘)、图案特征的尺寸、图案特征的形状、图案特征的位置。“形状”包括侧壁角和高度(例如由于抗蚀剂损失)。如果图案特征没有提供到衬底上，而是成像到传感器上，所测量的图案特征可以附加地和/或替代地与形成该图像的辐射强度相关。

像差状态可以包括偶像差或奇像差。像差状态可以包括以泽尔尼克多项式表示的具体像差或通过以泽尔尼克多项式表示的具体像差来限定，例如较低阶慧差。像差状态可以包括多个泽尔尼克多项式的组合或通过多个泽尔尼克多项式的组合来限定。奇像差与面内定位/位移和不对称性的影响相关。偶像差与面外定位/位移(例如聚焦/离焦相关的像差)和不对称性的影响相关。

根据第三方面，提供一种光刻组件，包括：照射系统，用以调节辐射束；图案形成装置，用以将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束；衬底保持装置，用以保持衬底；投影系统，用以将图案化辐射束投影到衬底的目标部分上；和控制器，构造并布置成在使用中控制光刻组件的配置以建立第一像差状态用于在光刻设备处于第一像差状态时将图案特征应用至衬底的第一目标部分，和控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态用于在光刻设备处于第二像差状态时将图案特征应用至同一衬底的不同的第二目标部分。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件，且其中：

图1示意地示出与实施本发明一个实施例相关联使用的光刻设备；

图2示意地示出第一衬底的平面图，其示出与确定像差灵敏度的方法相关的原理。

图3示意地示出第二衬底的平面图，其示出与确定像差灵敏度的方法相关的另一原理。

图4示意地示出第三衬底的平面图，其示出与确定像差灵敏度的方法相关的另一原理。

图5示意地示出衬底的平面图和与根据本发明一个实施例确定像差灵敏度相关的原理。

图6示意地示出可以根据本发明一个实施例使用的在一时间段上像差的幅度变化的曲线。

具体实施方式

图1示意地示出了根据本发明一个实施例的光刻设备LA。所述设备LA包括：

-照射系统(照射器)IL，其配置成调节辐射束B(例如，例如通过受激准分子激光产生的在248nm或193nm波长条件下操作的UV辐射，或极紫外(EUV)辐射，例如通过激光点火等离子体源产生的在约13.6nm波长条件下操作的极紫外(EUV)辐射)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据特定的参数精确地定位图案形成装置MA的第一定位装置PM相连；

-衬底台(例如晶片台)WT，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据特定参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和

-投影系统(例如折射投影透镜系统)PS，其配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或更多根管芯)上。

照射系统IL可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

所述支撑结构MT保持图案形成装置。支撑结构以依赖于图案形成装置MA的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置MA是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持相应的图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置MA。所述支撑结构MT可以包括框架或台，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MT可以确保各个图案形成装置MA位于所需的位置上(例如相对于投影系统PS)。此处任何使用的术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更为上位的术语“图案形成装置”同义。

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B的横截面上赋予辐射束B、以便在衬底W的目标部分C上形成图案的任何装置。应该注意，被赋予辐射束的图案可以不与在衬底的目标部分C中想要的图案精确对应，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常赋予辐射束的图案将与在目标部分中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或反射式的。图案形成装置MA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和衰减型相移掩模类型以及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，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

这里所用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，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等其他因素所适合的。

如图所示，设备LA是透射型的(例如采用透射式掩模)。替代地，设备可以是反射型的(例如采用上述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备LA可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多个图案形成装置台)WT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WT用于曝光。

光刻设备LA还可以是至少一部分衬底可以被折射率相对高的液体(例如水)覆盖、以便填充投影系统和衬底之间的空间的类型。浸没液体还可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如在掩模和投影系统之间。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域中是公知的。如在此处所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而是仅仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，所述照射器IL接收辐射源SO发出的辐射束。所述源和光刻设备可以是分立的实体(例如当源是准分子激光器时)。在这种情况下，所述源不会被考虑成形成光刻设备的一部分，并且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，将所述辐射束B从源SO传到照射器IL。在其它情况下，所述源SO可以是光刻设备的组成部分(例如当所述源SO是汞灯时)。所述源SO和照射器IL以及在需要时的束传递系统BD一起被称为辐射系统。

所述照射器IL可以包括配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器IL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可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置MA来形成图案。已经穿过图案形成装置MA后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS将辐射束B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、线性编码器或电容传感器)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定位于所述辐射束B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和另一个位置传感器(在图1中没有明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现图案形成装置台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述图案形成装置台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。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对准标记可以位于所述管芯之间。

所示出的设备LA可以用于下列模式中的至少一种：

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，将赋予所述辐射束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。

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，将赋予所述辐射束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的速度和方向可以通过所述投影系统PS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)。

在另一模式中，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，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常可以采用脉冲辐射源，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。

为了帮助确保根据需要将图案特征应用至衬底上，可以期望至少部分地校正用以应用这些图案的光刻设备中的或光刻设备的像差。图案特征(或该图案特征的属性)如何响应于像差或像差的变化可限定为像差灵敏度。图2至4示意地示出用以确定像差灵敏度的实验方法。

图2示意地示出衬底2，例如参照图1图示并描述的衬底。光刻设备(例如参照图1描述并示出的光刻设备)的配置被控制以建立第一像差状态。这意味着光刻设备具有第一组像差条件，例如表现特定类型或幅度的一个或更多个像差。当光刻设备处于该第一像差状态时，一个或更多个图案特征被应用至衬底2上的多个目标部分4中的每一个。目标部分4可以例如是管芯。

图2示出对于目标部分4，当光刻设备处于第一像差状态AS1时已经应用已经被应用至该目标部分4的一个或更多个图案特征。

一旦已经应用图案特征并对其适当地处理，可以测量一个或更多个目标部分的图案特征的一个或更多个属性，例如图案特征的锐度、图案特征的尺寸或图案特征的形状。然后记录测量结果用于今后使用。这些属性中的一个或更多个可以包括或被更具体地描述为(例如对一维特征)：定位；宽度；侧壁角；抗蚀剂损失/高度；任何其他形状变化和/或(例如对于二维特征)抗蚀剂体积；相对位置；相对宽度；剩余在特征之间中的抗蚀剂(“桥接”)。

然后控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态。图3示意地示出第二衬底6(与图2中示出的衬底不同)。光刻设备当显现第二像差状态时被用于将一个或更多个图案特征应用至衬底6的多个目标部分8中的每一个。对于每个目标部分8，图案特征中的每一个将因此在光刻设备显现第二像差状态AS2时被应用。

一旦图案特征已经被应用并对其适当地处理，可以测量一个或更多个目标部分的图案特征的一个或更多个属性，例如图案特征的锐度、图案特征的尺寸或图案特征的形状。然后记录测量结果用于今后使用。被测量的一个属性或多个属性将与对于图2中的第一衬底的目标部分的图案特征所测量的一个属性或多个属性对应。

随后对控制光刻设备以显示的任意数量的不同的像差状态重复上述方法。例如，图4示出第三衬底10，在光刻设备显现第三像差状态AS3时已经在衬底10上的多个目标部分12中的每一个上提供一个或更多个图案特征。再次，将测量和记录图案特征的一个或更多个属性。被测量的一个属性或多个属性将对应对于图2和3中衬底目标部分的图案特征所测量的一个属性或多个属性。

使用上述测量结果，应该可以看到图案特征的一个或更多个属性如何由于像差状态的变化而改变(或保持恒定)。因此，可以确定像差灵敏度的测量。然而，所述的实验方法可以因为多个原因而并不令人满意。

对于上述与图2至4相关描述的方法不令人满意的一个可能的原因是，花费用以实施方法的时间量。为了获得用于像差状态的变化的多个数据点，使用多个衬底。通常，如果在确定像差灵敏度过程中将要使用“x”个像差状态，则使用“x”个衬底，每个像差状态对应于一个衬底。即使仅使用两个像差状态确定像差灵敏度的测量，也将需要大量的时间(相对于曝光)：卸载已经提供图案特征所在的第一衬底；装载、曝光以及卸载用于不同像差状态的第二衬底；以及随后在任何测量工具内重复这种装载和卸载过程。当然，可能期望获得多于两个数据点用以更加精确地确定像差灵敏度的趋势，尤其是如果这种趋势是非线性的情况。因此，为了获得像差状态中的10、20、30或更多的变化，在花费相关的装载、曝光以及卸载时间的情况下使用10、20、30或更多的衬底。这明显是消耗时间且非有效的过程，并且让光刻设备在该过程中不能用于生产。

使用多于一个衬底来确定像差灵敏度导致为什么上述方法可能不令人满意的另一原因。每次将衬底装载至光刻设备中时，将发生某些形式的对准，例如在光刻设备的图案形成装置和衬底本身之间的对准，或在光刻设备的图案形成装置与衬底的目标部分之间的对准。这种对准可能从来都不是精确的。此外，对准过程可以使用光学系统。光学系统可以显现像差，并且该像差本身可能会引起对准问题(例如不精确或不一致)。因此，在用在确定像差灵敏度的不同曝光过程中的不同衬底位置之间存在小的但是至关重要的位移。这是重要的，因为光刻设备中的像差本身可以引起被施加至衬底的图案特征的位移。因此，在至少一些情况下，可能是难以确定图案特征中的位移变化是否是特定像差的灵敏度的结果，或仅是该特定衬底相对于另一衬底对准过程中的误差(或至少是差异)。

根据本发明的一个实施例，已经意识到与前面的实验方法相关的一个或更多个问题可以在很大程度上被克服。在一个实施例中，代替将多个衬底用于相同数量的多个不同的像差状态，可以改变光刻设备的像差状态用于将图案特征应用于单个衬底的不同目标部分。更具体地，本发明的一个实施例涉及确定被应用至衬底的图案特征的属性对用以应用该图案特征的光刻设备的光学像差的变化的灵敏度(即像差灵敏度)。更具体地，所述方法包括控制光刻设备的配置以建立第一像差状态。当光刻设备处于该第一像差状态时，将图案特征应用至衬底的第一目标部分。接下来，控制光刻设备的配置以建立(与第一)不同的第二像差状态。然后在光刻设备处于该第二像差状态时将图案特征应用于同一衬底(即不是不同的衬底)的不同的第二目标部分。然后测量被应用至衬底的第一目标部分的图案特征的属性。然后测量被应用至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性(用于对比)。然后将测量结果用于(例如通过对比、绘图，进一步计算等)确定图案特征的属性对像差状态变化的灵敏度，即测量结果用于确定像差灵敏度。

替代地和/或附加地，光刻设备的像差状态可以描述为设备处于显现或提供特定像差的状态。期望地，像差状态将是可预测的和/或可量化的，以便帮助像差灵敏度的数值限定或确定。可以在没有这种可预测性或可量化性的情况下实施该方法，例如通过替代地了解像差的开始点和结束点以及该像差的变化如何影响图案特征的属性。然而，可预测性和可量化性增加所述方法的精确性和可重复性。像差状态的可预测属性和/或可量化属性可以是构成该像差状态的像差的幅度和/或类型。如果是可量化的或可预测的，则像差状态或构成该状态的像差可能在将图案特征应用到衬底的目标部分之前得知，使得期望的像差或像差状态可以用作在确定像差灵敏度过程中的特定的开始点、结束点或一般意义的数据点。

现在参照图5和6描述本发明的实施例。

参照图5，示出衬底20的平面图。通过使用所述单个衬底20进行确定像差灵敏度的光刻方法。光刻设备(例如如图1所示的光刻设备)用于将图案特征应用于衬底20的一个或更多个目标部分(例如管芯)22中的每一个。

最初，控制光刻设备的配置以建立第一像差状态AS1。图案特征在光刻设备处于该第一像差状态AS1时被施加于衬底20的第一目标部分。

在将图案特征应用于特定目标部分22期间，光刻设备的像差状态在图中用AS1表示第一像差状态，AS2表示第二像差状态，AS3表示第三像差状态等，如下面详细介绍的。

光刻设备的配置的控制可以包括使光刻设备的透镜布置的一个或更多个元件变形、移动光刻设备的透镜布置的一个或更多个元件和/或热控制(例如加热)透镜布置的一个或更多个部分，这是控制光刻设备中像差/像差状态的途径。移动所述一个或更多个元件的步骤包括改变这种元件的位置或方向(例如通过倾斜)。控制光刻设备的配置可以替代地或附加地包括移动图案形成装置或其一部分(包括改变该装置或其一部分的位置或方向(例如通过倾斜))，调整辐射束的波长，和/或改变用于光学路径中的液体的光学属性。

像差状态可以包括：偶像差或奇像差。像差状态可以包括以泽尔尼克多项式表示的具体像差或通过以泽尔尼克多项式表示的具体像差限定，例如较低阶的慧差。该像差状态可以包括多个泽尔尼克多项式的组合或通过多个泽尔尼克多项式的组合限定。奇像差与面内定位/位移和不对称性的影响相关。偶像差与面外定位/位移(例如聚焦/离焦相关的像差)和不对称性相关。像差状态可以包括具体像差或通过具体像差限定，所述具体像差可以包括泽尔尼克系数或多项式或通过泽尔尼克系数或多项式限定。像差状态可以替代地或附加地被控制以提供具体场分布，例如偏移、倾斜、曲率等。

随后，控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态AS2。第一像差状态和不同的第二像差状态AS2之间的差异可以是构成第一和第二像差状态的像差的幅度和/或类型的差异。也许更可能的是该差异将是给定像差的幅度的差异，其可以允许该将要确定的像差的像差灵敏度的趋势。可以对不同类型的像差(可以在同一衬底的不同组的目标部分上)重复该方法。像差可以增大或减小在第一像差状态和第二像差状态之间的幅度。像差状态可以以连续的方式变化以提供第一像差状态，并且随后在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。替代地，光刻设备的配置的控制可以包括使像差状态离散地变化以提供第一像差状态，并且在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

在像差状态的连续变化过程中，可以通过在相对像差状态的变化速率的短的时间段内将图案应用至衬底来获得“固定的”像差状态，由此将针对于将图案特征应用至衬底的该目标部分的像差状态进行固定。当使光刻设备的配置离散地变化时，可以以步进的或类似的方式对衬底的相继的目标部分(例如管芯)离散地进行变化。

当光刻设备处于第二像差状态AS2时，图案特征被应用至同一衬底20的不同的第二目标部分。

控制光刻设备的配置以建立不同的像差状态的过程和随后在所述设备显现该像差状态时将图案特征应用至衬底的不同的目标部分可以被重复任意次数。例如，图5示出，图案特征已经被应用于衬底20的12个不同的目标部分22中的每一个，当所述设备处于12个不同的像差状态AS1-AS12中的一个时每一个不同的目标部分被提供有图案特征。12个目标部分和12个像差状态仅是通过示例的方式示出。可以使用少于12个像差状态确定或更精确地确定像差灵敏度。替代地，可以使用更大数量的像差状态确定或更精确地确定像差灵敏度，尤其是如果像差灵敏度是非线性的。

像差状态的数量可以通过控制光刻设备的配置以显现这些不同的像差状态的能力所限制，和/或通过不经意引入的附加(例如寄生)像差限制。然而，这种限制是可以避免的或克服的。根据本发明一个实施例，存在一种所需要的像差状态和实际的像差状态。所需要的像差状态可以在被实现(即被实施)时被引入或与附加的(例如寄生)像差相关联。被应用的图案特征可能对所有这些像差(例如包括寄生像差)敏感。通过对于给定的所需要的像差的不同幅度将图案特征应用于目标部分，并随后测量这些图案特征的属性，可以获得与所述实际的像差状态和寄生像差相关的信息。如果假定由于寄生像差带来的任何影响是线性的(这对于小的、寄生像差水平是预期的)，则可以基于实际的像差状态来实现基变换，由此允许对于所需要的像差状态提取灵敏度(即排除寄生的附加部分)。

替代地或附加地，可以用于确定像差灵敏度的像差状态数量可能受到在衬底上可应用的目标部分的数量的限制。例如，目标部分的数量可以受到衬底尺寸的限制，或受到衬底的可用的可图案化面积的限制，例如受到使用该衬底可用的管芯数量的限制。例如，目标部分(例如管芯)的数量可以是至少5、10、15、20、50、100、200或更多，其可以允许使用相同数量的像差状态来确定像差灵敏度。在一个示例中，图案特征可以在光刻设备显现给定的像差状态时被应用至衬底的多于一个目标部分。这可以允许通过使用这些不同的目标部分来验证随后的测量结果用于甚至更精确地或可靠地确定像差灵敏度。

一旦在光刻设备处于相应的合适数量的不同像差状态时所有需要的目标部分已经被提供以图案特征，将测量被应用至衬底的图案特征的一个或更多个相同属性。例如，可以测量被应用至衬底第一目标部分的图案特征的属性，并且可以测量被应用至衬底不同的第二目标部分的图案特征的同一属性(并且类似地，对于所有不同的目标部分和/或用于提供这些目标部分的像差状态)。随后测量结果可以被用以确定图案特征的属性对像差状态变化的灵敏度。可以通过例如光学检查工具等测量工具进行测量。

被测量的属性可以是例如选自下列参数中的一个或多个：图案特征的锐度、特征的尺寸、图案特征的形状和/或图案特征的位置。这些属性中的一个或更多个的变化可以与构成控制光刻设备显现的不同的像差状态的像差类型和/或幅度的变化相联系。

图5中示出的衬底可以是测试衬底(或换句话说是参照衬底)，不必用于制造器件或类似物。例如，可能不期望的是，针对产品衬底的不同目标部分改变像差状态，因为已经知道这种改变影响被应用至该衬底的图案特征。

上述的方法可以使用或进一步用作为像差控制回路的一部分。控制回路将包括使用所确定的像差灵敏度，以随后在随后的将图案应用至不同的衬底期间控制光刻设备的像差状态。例如，不同的衬底将是产品衬底。之前已经确定的像差灵敏度可以用以帮助确保在将图案应用至该衬底期间光刻设备的像差被正确地控制或最小化。替代地或附加地，之前已经确定的像差灵敏度可以用于至少帮助确保以更加精确或一致的方式将图案应用至衬底。替代地或附加地，像差灵敏度可以被用以计算(即在应用图案特征之前)可能被应用至衬底的图案特征对特定像差的响应。这可以用在控制回路的附加的或不同的执行过程中，即，使用像差灵敏度来计算像差可能对图案特征的影响，并在实际将图案特征应用至衬底时控制光刻设备的配置以控制该影响。

为了执行本发明的一个实施例，光刻设备具有一配置，所述配置可以被控制以改变像差状态，并期望地被控制为可量化的和/或可预测的像差状态(在构成该像差状态的像差的类型和/或幅度方面)。控制的性质、控制的类型、像差的类型、像差变化的类型等可以是任何的现在已知的或将来已知的。正如上面讨论的，通过控制构成光刻设备的透镜布置(或所述设备的任何其他布置)的一个或更多个元件的配置(例如位置、方向、升温(即温度)、折射系数等)可以控制像差状态。实现或描述配置中的这种改变的其他方式可以是通过透镜布置的适当的调整或失调，例如通过对每次曝光应用泽尔尼克过程校正来实现，其可以是优化的透镜像差状态的像差偏移。在其他示例中，可以进行过程校正以改变像差状态。在此仅通过示例的方式来描述可以如何控制像差状态的示例。

光刻设备的控制器可以使用光学元件热(例如透镜加热)控制算法。该算法可以包括两个部分。第一部分可以涉及基于透镜像差如何根据使用而改变的知识来预测光学元件热效应(例如，由于透射或反射用于施加图案的辐射束造成的升温)。这些知识用于用公式表示一组时间常数(τ)和比例因子(μ)。第二部分可以涉及补偿模型，其基于所预测的光学元件热效应为一个或更多个光学元件致动器计算一个或更多个最优的设定点。这导致光学元件调整(例如，一个或更多个合适的致动器的移动)和系统的残余像差状态的报道。然而，该算法及其执行可以有利地执行本发明的一个实施例，即提供所需要的像差状态。具体地，所述算法以及其具体的补偿模型部分可以被提供以光学元件热(例如透镜升温)信息，所述光学元件热信息不指示对像差的校正而是被具体选择以导致引入或建立所需要的像差状态。

在一个示例中，可以根据下面的方程来实现光学元件热(例如透镜升温)诱发的像差，该方程是经验方程，其描述透镜升温引起的像差的动力学(基于投影透镜模型)：

Zn_k(t)＝μ1(1-exp(-t/τ1))+μ2(1-exp(-t/τ2))

其中：

Zn是第n个泽尔尼克式(n通常等于2-25)；

k是投影透镜模型的跨过曝光狭缝的Zn的多项式拟合的阶数(k通常等于1-4)；

μ1和μ2比例因子；

τ1和τ2是时间常数；和

t是时间(单位为秒)。

可以通过改变μ1和/或μ2的值和/或τ1和/或τ2的值引入随时间改变的特定像差。例如，在像差Z90的情况下，通过设定μ1＝128、μ2＝150、τ1＝80秒、τ2＝800秒，在15秒(其为单个通常的衬底的所有目标部分(管芯)的通常的曝光时间)内Z9_0可以实现40nm的几乎线性的漂移。这种漂移在图6中的曲线中示出。因此，在这个时间段上在提供一个或更多个图案特征至不同的目标部分过程中可以以可量化的且可预测的方式采用不同的像差状态。对于不同的像差状态测量被应用的图案特征的属性变化将允许确定像差灵敏度。

在因而进一步描述的实施例中，已经描述一种施加图案特征至衬底的方法。然而，在相关的实施例中，图案特征可以被成像以便确定像差灵敏度。根据本发明的一方面或实施例，提供一种确定图案特征的属性对于用以提供该图案特征的光刻设备的光学像差变化的灵敏度的光刻方法。该方法包括步骤：控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和当光刻设备处于第一像差状态(例如在传感器上)时用该光刻设备形成图案特征的第一图像，以及(例如使用该传感器)测量图像的属性。该方法还包括步骤：控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态(例如在传感器上)时用该光刻设备形成相同图案特征的图像，以及(用该传感器)测量图像的同一属性。该方法还包括使用测量结果确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。例如，图案特征可以被成像到构成光刻设备的一部分的传感器上。所述图案特征可以是将要被施加至衬底的图案特征，或可以替代地是对准标记。所形成的图像可以是空间图像。如果，例如图案特征被提供成像到传感器上而不是被设置到衬底上，被测量的图案特征可以附加地和/或替代地与形成该图像的辐射强度相关联。

可以以与关于上面应用图案特征至衬底相同的方式执行该相关的方面。该相关方面可以用作光刻设备的内部控制回路，但是起初描述的方面可以用作外部控制回路(因为测量结果承受像差对外部实体(形成在衬底上的图案特征)的影响)。外部控制回路可以是优选的，因为其可以考虑导致所施加的图案特征的所测量的属性形式的实际的物理结果。

根据相关的方面，可以提供一种组件以执行上述方法的至少一部分。尤其是，可以提供一种光刻组件，包括：照射系统，用以调节辐射束；图案形成装置，用以将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束；衬底保持装置，用以保持衬底；和投影系统，用以将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上。还提供一种控制器，该控制器构造并布置成在使用中控制光刻组件的配置(例如透镜布置的配置，包括该布置的一个或更多个部分的位置、方向和/或热变化(例如升温)的程度)。实施控制以建立第一像差状态用于在光刻组件处于该第一像差状态时将图案特征应用至衬底的第一目标部分。实施另一控制以控制光刻组件的配置以建立不同的第二像差状态，用于在光刻组件处于该不同的第二像差状态时将图案特征应用至同一衬底的不同的第二目标部分。该组件可以包括具有前述特征的光刻设备和其他设备。所述其他设备可以包括测量工具(例如光学检查工具)，用于测量被应用至衬底的图案特征的属性。可以提供处理布置以使用测量结果确定像差灵敏度。可以提供存储装置(例如存储器)以存储像差灵敏度(或这种灵敏度的库)用于随后施加图案。控制器可以包括相同设备或者是相同设备的一部分，作为一个或更多个处理器和存储装置，并且例如可以是计算机等。

控制器可以构造并布置成在使用中根据此处所述的任何实施例或方面来控制光刻组件的配置。

虽然本说明书详述了光刻设备在制造IC中的应用，但是应该理解到，这里描述的光刻设备可以在制造具有微米尺度、甚至纳米尺度的特征的部件方面有其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将这里使用的任何术语“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)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层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”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)或极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)。

在允许的情况下术语“透镜”可以表示不同类型的光学构件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学构件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的一个或更多个计算机程序的形式，或具有存储其中的所述一个或更多个计算机程序的一个或更多个数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。

本发明还可以使用以下方面描述：

1.一种确定图案特征的属性对于用以提供该图案特征的光刻设备的光学像差的变化的灵敏度的光刻方法，包括下列步骤：

控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于该第一像差状态时用该光刻设备形成图案特征的第一图像；

测量图像的属性；

控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态时用该光刻设备形成相同的图案特征的图像；

测量图像的同一属性；和

使用测量结果确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

2.如方面1所述的光刻方法，其中图案特征是已经或将要被施加至衬底的图案特征，使得该方法包括下列步骤：

控制光刻设备的所述配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分；

控制光刻设备的所述配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于第二像差状态时将图案特征应用至同一衬底的不同的第二目标部分；

测量被应用至衬底的第一目标部分的图案特征的属性；

测量被应用至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性；和

使用所述测量结果来确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

3.如方面1或2所述的光刻方法，其中构成第一和/或第二像差状态的像差是可量化的。

4.如方面1-3中任一方面所述的光刻方法，其中构成第一和/或第二像差状态的像差的类型和幅度在施加或提供该图案特征之前是可预测的和/或已知的。

5.如方面1-4中任一方面所述的光刻方法，其中在第一像差状态和第二像差状态之间的差异是构成第一和/或第二像差状态的像差的类型和幅度的差异。

6.如方面1-5中任一方面所述的光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括连续地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

7.如方面1-5中任一方面所述的光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括离散地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

8.如方面1-7中任一方面所述的光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括移动光刻设备的透镜布置的元件或使之变形，或改变透镜布置的一部分的温度。

9.如方面2-8中任一方面所述的光刻方法，其中衬底是测试衬底。

10.如方面2-9中任一方面所述的光刻方法，在引用方面2的情况下，所述光刻方法还包括使用所确定的灵敏度作为像差控制回路的一部分。

11.如方面10所述光刻方法，其中像差控制回路包括：在随后将图案施加至不同衬底期间使用所确定的灵敏度来控制光刻设备的像差状态。

12.如方面2-11中任一方面所述的光刻方法，在引用方面2的情况下，其中所述方法对于第三、第四或第五像差状态和衬底的对应的第三、第四或第五目标部分，或至少总共5、10、15、20、50、100、200或更多的像差状态和目标部分重复进行。

13.如方面2-12中任一方面所述的光刻方法，在引用方面2的情况下，其中衬底的每个目标部分是管芯。

14.如方面1-13中任一方面所述的光刻方法，其中所述属性选自下列参数中的一个或更多个：图案特征的锐度、图案特征的尺寸、图案特征的形状、图案特征的位置和/或图案特征的一部分的强度。

15.如方面1-14中任一方面所述的光刻方法，其中像差状态包括奇像差和/或偶像差。

16.一种确定施加至衬底的图案特征的属性对于用以施加该图案特征的光刻设备的光学像差的变化的灵敏度的光刻方法，所述方法包括下列步骤：

控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于该第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分；

控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于该第二像差状态时将图案特征施加至同一衬底的不同的第二目标部分；

测量被施加至衬底的第一目标部分的图案特征的属性；

测量被施加至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性；和

使用测量结果来确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

17.一种光刻组件，包括：

衬底保持装置，用以保持衬底；

投影系统，用以将图案化辐射束投影到衬底的目标部分上；和

控制器，构造并布置成在使用中控制光刻组件的配置以建立第一像差状态用于在光刻设备处于第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分，和控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态用于在光刻设备处于第二像差状态时将图案特征施加至同一衬底的不同的第二目标部分。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种确定图案特征的属性对于用以提供所述图案特征的光刻设备的光学像差变化的灵敏度的方法，所述方法包括下列步骤：

控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于所述第一像差状态时用该光刻设备形成图案特征的第一图像；

测量图像的属性；

控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于所述第二像差状态时用该光刻设备形成相同的图案特征的图像；

测量所述图像的同一属性；和

使用测量结果以确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

2.如权利要求1所述光刻方法，其中图案特征是已经或将要被施加至衬底的图案特征，使得所述方法包括下列步骤：

控制光刻设备的所述配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分；

控制光刻设备的所述配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于第二像差状态时将图案特征施加至同一衬底的不同的第二目标部分；

测量被施加至衬底的第一目标部分的图案特征的属性；

测量被施加至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性；和

使用测量结果来确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

3.如权利要求1所述光刻方法，其中构成第一和/或第二像差状态的像差的类型和/或幅度在施加或提供该图案特征之前是可预测的和/或已知的。

4.如权利要求1所述光刻方法，其中第一像差状态和第二像差状态之间的差异是构成第一和/或第二像差的像差状态的类型和/或幅度的差异。

5.如权利要求1所述光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括：连续地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

6.如权利要求1所述光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括：离散地改变像差状态以提供第一像差状态和在稍后的时刻提供不同的第二像差状态。

7.如权利要求1所述光刻方法，其中对光刻设备的配置的控制包括：移动光刻设备的透镜布置的元件或使之变形，或改变透镜布置的一部分的温度。

8.如权利要求2所述光刻方法，还包括：使用所确定的灵敏度作为像差控制回路的一部分。

9.如权利要求8所述光刻方法，其中像差控制回路包括：在随后将图案施加至不同衬底期间，使用所确定的灵敏度来控制光刻设备的像差状态。

10.如权利要求2所述光刻方法，其中所述方法对于第三、第四或第五像差状态和衬底的对应的第三、第四或第五目标部分或者至少总共5、10、15、20、50、100、200或更多的像差状态和目标部分进行重复。

11.如权利要求2所述光刻方法，其中衬底的每个目标部分是管芯。

12.如权利要求1所述光刻方法，其中所述属性选自下列参数中的一个或更多个：图案特征的锐度、图案特征的尺寸、图案特征的形状、图案特征的位置和/或图案特征的一部分的强度。

13.如权利要求1所述光刻方法，其中像差状态包括奇像差和/或偶像差。

14.一种确定施加至衬底的图案特征的属性对于用以施加该图案特征的光刻设备的光学像差变化的灵敏度的光刻方法，所述方法包括下列步骤：

控制光刻设备的配置以建立第一像差状态，和在光刻设备处于所述第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分；

控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态，和在光刻设备处于所述第二像差状态时将图案特征施加至同一衬底的不同的第二目标部分；

测量被施加至衬底的第一目标部分的图案特征的属性；

测量被施加至衬底的第二目标部分的图案特征的同一属性；和

使用测量结果来确定图案特征的属性对于像差状态变化的灵敏度。

15.一种光刻组件，包括：

衬底保持装置，用以保持衬底；

投影系统，用以将图案化辐射束投影到衬底的目标部分上；和

控制器，构造并布置成在使用中控制光刻组件的配置以建立第一像差状态用于在光刻设备处于第一像差状态时将图案特征施加至衬底的第一目标部分，和控制光刻设备的配置以建立不同的第二像差状态用于在光刻设备处于第二像差状态时将图案特征施加至同一衬底的不同的第二目标部分。

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