CN105723283A - 光刻方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对由光学系统形成的光学图像进行校正的方法,所述方法包括:获得指示所述光学系统的整个光瞳平面上的、对于在光学系统的像平面中的每个空间位置的所述光学系统的偏振相关特性的图,将指示所述光学系统的偏振相关特性的图与输入辐射束的强度和偏振的辐射图相组合以形成图像图,以及使用所述图像图来对通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统而形成的光学图像进行校正。
Description
相关申请的交叉引用
本申请主张2013年11月20日提交的美国临时申请61/906,764的权益,其通过援引而全文合并到本文中。
技术领域
本发明涉及对偏振相关光学效应进行校正的方法。所述方法可以与光刻设备结合使用。
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,可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成与所述IC的单层相对应的电路图案,并且可以将该图案成像到衬底(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,其中所述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;以及所谓的扫描器,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扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。
发明内容
使用一种投影系统将已由所述图案形成装置形成图案的辐射聚焦到所述衬底上。所述投影系统可能引入一个或多个光学像差,这可导致从衬底形成的图像偏离由所述图案形成装置所赋予的图案。
期望例如对于这样的一个或多个像差进行校正。
期望例如提供一种图像校正方法,其至少部分地解决了本领域的、无论是在本文中还是在其他地方所确定的问题中的一个或多个。
根据一方面,提供一种对由光学系统形成的光学图像进行校正的方法,所述方法包括获得所述光学系统的整个光瞳平面上的、对于在光学系统的像平面中每个空间位置指示出所述光学系统的偏振相关特性的图,将所述光学系统的偏振相关特性的图与输入辐射束的强度和偏振的辐射图相组合以形成图像图,以及使用所述图像图来对通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统而形成的光学图像进行校正。
对所述偏振相关特性的效应进行校正是有益的,这是因为其改进了由所述光学系统所形成的光学图像的精确度。本文中所称作的对光学图像进行校正可以解释为意思是所述光学图像被调整为使得其更接近于所需的的光学图像。并非旨在对所述光学图像进行调整使得其极佳地对应于所需光学图像。
在输入辐射束进入所述光学系统之前,图案可以被图案形成装置赋予给输入辐射束,所述辐射图包含与所述图案相关的信息。
通过将校正图确定为所述图像图与所述辐射图之间的差异,并且随后使用所述校正图来对通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统而形成的光学图像进行校正,则可以实现对所述光学图像的校正。
通过使用所述图像图来确定所述偏振相关特性对于通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统而形成的光学图像的影响,并且随后执行对于所述光学图像进行校正的校正,则可以实现所述光学图像的校正。
通过操纵所述光学系统的一个或多个光学元件(例如透镜),可以实现所述光学图像的校正。
通过修改所述图案形成装置的图案,则可以实现所述光学图像的校正。
获得所述偏振相关特性的图可以包括对所述偏振相关特性的图进行测量。
测量所述偏振相关特性的图可以包括依序地引导具有不同偏振状态的三个或更多个校准辐射束通过所述光学系统,对于每个校准辐射束确定从所述光学系统离开的所述辐射的特性的输出图,并且组合所述输出图以确定所述光学系统在其整个光瞳平面上的偏振相关特性的量值和方向的图。
所述光学系统的偏振相关特性可包括延迟,并且从所述光学系统离开的辐射的特性的输出图可包括波前。
可以使用剪切干涉仪来测量从所述光学系统离开的所述波前。
所述光学系统的偏振相关特性可包括双衰减,并且从所述光学系统离开的辐射的特性的输出图可包括强度图。
所述校准辐射束中的一个或多个可以具有双极强度分布并且可以在基本上与平分所述双极的两个相对扇区的线相垂直的方向上被线性地偏振,对于不同校准辐射束的双极的取向是不同的。
获得所述偏振相关特性的图可以包括使用建模软件来对所述光学系统对于所述辐射束的影响进行建模。
获得所述偏振相关特性的图可包括确定出取向泽尼克多项式(OZPs)的线性膨胀的系数。
获得所述偏振相关特性的图可以包括从存储器检索所述图。
也可以校正偏振相关效应。
所述光学系统可以是光刻设备的投影系统。
根据一方面,提供了一种光刻设备,包括照明系统、支撑结构、衬底台、投影系统、以及处理器,所述照明系统被配置成用以提供辐射束,所述支撑结构被配置成用以支撑图案形成装置,所述图案形成装置能够将图案赋予所述辐射束的截面,所述衬底台被配置成用以保持衬底,所述投影系统被配置成用以将经图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上以在其上形成图像,且所述处理器可操作以:获得所述光学系统的整个光瞳平面上的对于在光学系统的像平面中每个空间位置指示出所述光学系统的偏振相关特性的图,将所述偏振相关特性的图与光瞳平面中的输入辐射束的强度和偏振的辐射图相组合以形成光瞳平面中的图像图,以及使用所述图像图来校正由所述投影系统在其接收所述输入辐射束时所形成的图像。
所述设备可操作以实施本文中所描述的方法的任意特征。
附图说明
现在将仅作为举例、参考所附的示意图来描述本发明的实施例,附图中相应的附图标记指示了相应的部件,并且其中:
-图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备;
-图2是根据本发明的实施例的对图像进行校正的方法的示意图;
-图3是根据本发明的另一实施例的对图像进行校正的方法的示意图;
-图4图示了在图2和图3中所示的方法中使用的多个校准辐射束的强度和偏振分布;
-图5A示出了用于双极照射模式的强度和偏振分布;
-图5B示出了用于四极照射模式的强度和偏振分布;
-图5C示出了用于六极照射模式的强度和偏振分布;和
-图6示出了由图案形成装置在所述六极照射模式的极上形成衍射的效果。
具体实施方式
虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs(集成电路),但是应该理解到,这里所述的光刻设备可以有其他应用,例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCDs)、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365、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(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。
这里所使用的术语“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任何装置。应当注意,被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符。通常,被赋予辐射束的图案将与在目标部分上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;照这样,被反射的束被形成图案。
所述支撑结构保持图案形成装置。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他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夹持、真空或其它夹持技术,例如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,并且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。
这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统,包括折射型光学系统、反射型光学系统和反射折射型光学系统,如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没流体或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
照射系统还可以包括各种类型的光学部件,包括折射式的、反射式的和反射折射式光学部件,用于引导、成形或控制辐射束,并且这样的部件还可以在下文中被共同地或单独地称为“透镜”。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)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。
所述光刻设备还可以是这种类型,其中衬底可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖或浸没,以便填满投影系统的最终元件与衬底之间的空间。浸没技术在本领域是熟知的,用于提高投影系统的数值孔径。
图1示意地示出了根据本发明的具体实施例的光刻设备。所述光刻设备包括:
照射系统(照射器)IL,其用于调节辐射束PB(例如,紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射);
支撑结构MT,其用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA,并与用于相对于物体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,其用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W,并与相对于物体PL精确地定位衬底的第二定位装置PW相连;和
投影系统(例如折射式投影透镜)PL,其配置成用于将由图案形成装置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。
如这里所示的,所述设备是透射型的(例如,采用透射式掩模)。替代地,所述设备可以是反射型的(例如,采用如上所述类型的可编程反射镜阵列)。
所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下,不会将该源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,将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下,所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO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。
照射器IL可以改变所述束的强度分布。所述照射器可以布置成用以限制所述辐射束的径向范围,从而使得强度分布在照射器IL的光瞳平面中的环形区域内为非零的。补充地或替代地,所述照射器IL可以是可操作的,用以限制所述束在光瞳平面中的分布、从而使得所述强度分布在光瞳平面中在多个平均地间隔开的扇区中为非零的。所述辐射束在所述照射器的光瞳平面中的强度分布可以被称为是照射模式。
所述照射器IL可以包括被配置用于调整所述束的强度分布的调整器AM。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。照射器IL可以是可操作的、用以改变所述束的角分布。例如,所述照射器可操作以改变在光瞳平面中的强度分布为非零的扇区的数目和角范围。通过调整在照射器的光瞳平面中的束的强度分布,可以实现不同照射模式。例如,通过限制在照射器IL的光瞳平面中的强度分布的径向和角范围,所述强度分布可以具有多极分布,诸如例如双极分布、四极分布或六极分布(分别参见图5A-5C)。例如,通过插入一种光学器件,其提供进入所述照射器IL的照射模式,或使用空间光调制器,则可以获得所需照射模式。
照射器IL可操作改变所述束的偏振并且可操作以使用调节器AM调节偏振。所述辐射束在所述照射器IL的整个光瞳平面上的偏振状态可以被称为是偏振模式。使用不同的偏振模式可以允许在衬底W上所形成的图像中实现更大的对比度。所述辐射束可以是非偏振化的。替代地,所述照射器可以被布置成用以线性地偏振化所述辐射束。所述辐射束的偏振方向可以在所述照射器IL的整个光瞳平面上变化。所述辐射的偏振方向可以在所述照射器IL的光瞳平面中在不同区域中不同。可以根据照射模式选择所述辐射的偏振状态。对于多极照射模式,所述辐射束的每个极的偏振可以大致与所述照射器IL的光瞳平面中的该极的位置矢量垂直。例如,对于偶极照射模式,辐射可以在基本上与平分开所述双极的两个相对扇区的线垂直的方向上被线性地偏振在(见图5A)。所述辐射束可以在可称为X偏振状态和Y偏振状态的两个不同的正交方向之一上被偏振。对于四极照射模式,在每个极的扇区中的辐射可以在基本上与平分开所述扇区的线垂直的方向上线性地偏振(见图5B)。此偏振模式可以被称为XY偏振。类似地,对于六极照射模式(见图5C),在每个极的扇区中的辐射可以在基本上与平分开所述扇区的线垂直的方向上线性地偏振。此偏振模式可以被称为TE偏振。
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。照射器提供被调节的辐射束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。已经穿过图案形成装置MA之后,所述束B通过透镜PL,所述透镜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和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述束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。
可以将所示的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的速度和方向可以通过所述投影系统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。
投影系统PL具有可以是不均匀的光学传递函数,所述光学传递函数能够影响在衬底W上所成像的图案。对于非偏振辐射,这样的效果可以是由两个纯量图或标量图而极佳地描述的,所述标量图根据其在光瞳平面中的位置的函数描述从投影系统PL离开的辐射的透射(变迹)和相对相位(像差)。这些标量图可以被称为透射图和相对相位图,且可以被表述为完整组的基础函数的线性组合。特别便利的组是泽尼克多项式,其形成在单位圆上所限定的一组正交多项式。每个标量图的确定可能包括确定这样的展开式中的系数。由于泽尼克多项式在单位圆上正交,则可以通过依次计算出所测量的标量图与每个泽尼克多项式的内积,并且将其除以该泽尼克多项式的范数的平方,来确定所述泽尼克系数。
透射图和相对的相位图是场和系统相关的。即,一般而言,每个投影系统PL将对于每个场点(即,对于其像平面的每个空间位置而言)具有不同泽尼克展开式。所述投影系统PL在其光瞳平面中的相对相位可以通过投射例如来自于投影系统PL的物平面(即,所述图案形成装置MA的平面)中的点状源的、经过所述投影系统PL的辐射并且使用剪切干涉仪来测量波前(即,具有相同相位的点的轨迹)而确定。剪切干涉仪是一种共用路径干涉仪,并且因此有利地,不需要二次参考束来测量所述波前。剪切干涉仪可以包括所述投影系统(即,衬底台WT)的像平面中的衍射光栅,例如,两维栅格,以及被布置用以检测与所述投影系统PL的光瞳平面共轭的平面中的干涉图案的检测器。干涉图案是与所述辐射的相位相对于光瞳平面中的坐标在所述剪切方向上的导数相关的。检测器可包括感测元件的阵列,诸如以电荷耦合器件(CCD)为例。
在一个实施例中,在两个垂直方向上依序扫描所述衍射光栅,所述两个垂直方向可以与所述投影系统PL的坐标系的轴线(x和y)一致或者可以与这些轴线成诸如45度的角度。可以在整数光栅周期(例如一个光栅周期)上执行扫描。所述扫描在一个方向上平均了相位变化,允许重构在另一方向上的相位变化。这允许所述波前被确定为两个方向的函数。
当前技术水平的光刻设备LA的投影系统PL可以不产生可见边缘(fringes),并且因此通过使用相位步进技术(例如移动所述衍射光栅)可以增加确定所述波前的精确度。步进可以在衍射光栅的平面中并且在与所述测量的扫描方向垂直的方向上执行。步进范围可以是一个光栅周期,并且可以使用至少三个(均匀分布的)相位阶跃(phasesteps)。因而,例如,可以在y方向执行三个扫描测量,每个扫描测量对于在x方向上的不同位置执行。衍射光栅的这种步进将相位变化有效地变换为强度变化,允许确定相位信息。光栅可以在与衍射光栅垂直的方向(z方向)上步进以校准所述检测器。
所述投影系统PL在其光瞳平面中的透射(变迹)可以通过投射例如来自于投影系统PL的物平面(即,所述图案形成装置MA的平面)中的点状源的、经过所述投影系统PL的辐射并且使用检测器来测量在与所述投影系统PL的光瞳平面共轭的平面中的辐射的强度而确定。可以使用与用来测量所述波前以确定像差的检测器相同的检测器。投影系统PL可包括多个光学(例如透镜)元件并且还可包括调整机构PA,所述调整机构PA被配置用以调整一个或更多个光学元件以便校正像差(遍及所述场的整个光瞳平面上的相位变化)。为实现这个情况,调整机构PA可操作以在所述投影系统PL内用一种或更多种方式操纵一个或更多个光学(例如透镜)元件。所述投影系统可以具有其光轴在z方向延伸的坐标系。所述调整机构PA可操作以进行下列任何组合:将一个或更多个光学元件移位;倾斜一个或更多个光学元件;和/或使得一个或更多个光学元件变形。所述光学元件的移位可以在任何方向(x、y、z或其组合)上。所述光学元件的倾斜通常在与光轴垂直的平面以外,通过绕在x或y方向上的轴线旋转而进行,尽管绕z轴线的旋转可以用于非旋转对称的非球面光学元件。光学元件的变形可以包括低频形状(例如象散)和高频形状(例如,自由形式非球面)。可以例如通过使用一个或更多个致动器施加力于所述光学元件的一个或更多个侧面上,和/或通过使用一个或更多个加热元件来加热所述光学元件的一个或更多个选定区域,来执行光学元件的变形。一般而言,不可能调整所述投影系统PL以校正变迹(在整个光瞳平面上的透射变化)。当设计一种图案形成装置(例如掩模)MA用于所述光刻设备LA时,可以使用投影系统PL的透射图。使用计算光刻技术,所述图案形成装置MA可以被设计用来至少部分地校正变迹。
对于偏振化的辐射和复杂照射模式(例如双极或四极或自由形式光瞳),偏振效应可以是显著的。本发明的实施例提供一种考虑到偏振效应的用于校正由所述光刻设备LA的所述投影系统PL所形成的光学图像的方法。
参看图2,步骤10包括特征化所述投影系统PL的一个或更多个光学特性。这可以在两个阶段12、14执行,可以按任何顺序执行。在阶段12,确定了所述投影系统PL对于传播通过所述投影系统PL的辐射的相位的影响。在阶段14,确定了所述投影系统PL对于传播通过所述投影系统PL的辐射的幅度的影响。每个阶段12、14包括确定所述投影系统P的在其光瞳平面中的偏振相关(依赖于偏振)特性的图和偏振不相关(独立于偏振)特性的图。在一实施例中,可以仅执行阶段12或14,仅导致相对应的相位相关校正和幅度相关校正。
当偏振化的辐射传播通过光学元件时,一般而言,其偏振状态可能改变。相干偏振电磁波的偏振状态可以由已知为Jones矢量的两分量复矢量表示。一般而言,电磁辐射的偏振状态可以由与传播方向垂直的平面中的椭圆表示,其为辐射的电场矢量在传播时所描绘出的点的轨迹。如果Jones矢量的两个分量的相对相位为零,则Jones矢量代表线性偏振辐射。如果Jones矢量具有相等量值的两个分量以及±π/2的相对相位差,则Jones矢量代表圆偏振辐射。Jones矢量“存在于”由偏振化辐射的偏振状态所跨越的矢量空间中。因此,不考虑消偏振效应,从光学系统离开的电磁波的偏振状态可以被表示为该光学系统的Jones矩阵与进入所述光学系统的电磁波的偏振状态的Jones矢量的乘积。Jones矩阵为2x2复矩阵并且因此包含8个标量参数。一般而言,Jones矩阵将在所述光学系统的整个光瞳平面上变化。Jones光瞳将被限定为对于光瞳和场平面的不同部分的一组Jones矩阵。
已提出了Jones矩阵的8个标量分量的各种不同参数化。一个这样的参数化使用了奇异值分解来将光学系统的Jones矩阵表达为与下列五个清楚限定的光学元件对应的项中的项的乘积:(a)部分偏振器,(b)旋转器,(c)延迟器,(d)标量相位(相移片)和(e)标量透射(灰度滤光器)。标量相位和标量透射已经如上相对于非偏振辐射而被描述,而前三个光学元件产生额外的偏振相关效应。部分偏振器导致双衰减,其中所述光学元件的透射取决于进入所述元件的辐射的偏振状态的取向。旋转器是在给定偏振状态旋转的光学元件。延迟器导致双折射,其中,一般而言,所述偏振状态的不同分量的相对相位将改变。
特别地,任意Jones矩阵可以被分解为标量透射、标量相位、对于普通部分偏振器的Jones矩阵、对于普通延迟器的Jones矩阵的乘积。对于延迟器和部分偏振器的Jones矩阵各自具有两个相互垂直的本征矢量。一般而言,这些本征矢量将是与椭圆偏振辐射对应的Jones矢量。假定在此分解中的所述部分偏振器和所述延迟器的本征状态的椭圆度是可忽略的(对于光刻投影系统的良好近似来说椭圆度是可忽略的),则一般的Jones矩阵J可以写成:
J=teiΦJpol(d,θ)·Jret(φ,β),
1)
其中t是标量透射,Φ是标量相位,Jpol(d,θ)是对于部分偏振器的Jones矩阵,并且是对于延迟器的Jones矩阵。因而,Jones矩阵因式分解为偏振相关(Jpol和Jret)以及偏振不相关(t和Φ)部分的乘积。在此近似中,Jones矩阵可以使用6个标量参数而被清楚地描述。需要注意的是,即便不持有认为两个椭圆度参数很小的假定,它们的效果也可以与上述参数分离并且单独地被处理。
对于其本征状态具有零椭圆度(即,本征状态对应于线性偏振辐射)的延迟器的Jones矩阵由下式给出:
其中相对相位差被引入于两个正交本征状态之间,并且β是两个本征状态方向与坐标系轴线构成的角度。
对于其本征状态具有零椭圆度(即,本征状态对应于线性偏振辐射)的部分偏振器的Jones矩阵Jpol(d,θ)由下式给出:
其中d是描述对于两个本征状态的透射差异的参数,并且θ是两个本征状态方向与坐标系轴线形成的角度。
可以由如上所描述的Jones矩阵表示延迟或部分偏振。延迟改变了Jones矢量的两个单独分量的相对相位,而部分偏振改变了两个单独分量的相对量值。上述对于延迟器和部分偏振器Jpol(d,θ)的Jones矩阵各自具有两个相互垂直的本征矢量,所述本征矢量代表正交的线性偏振辐射状态。在延迟器的情况下,这些代表快、慢轴线,而在部分偏振器的情况下,它们代表明、暗轴线。在每种情况下,Jones矩阵对于电磁辐射的偏振状态的影响被描述为:参数(或d),其描述Jones矩阵的两个本征状态如何被影响;以及参数(β或θ),其描述在两个本征状态与电磁辐射状态已投影到其上的坐标系的轴线之间的实空间中的角度。因而,延迟和部分偏振可以由量值和角度代表,并且可以因此在形式上由两维矢量代表。然而,当限定这样的矢量时,需要某些考虑。
对于延迟器和对于部分偏振器Jpol(d,θ)的Jones矩阵都是在旋转π(即β至β+π或θ至θ+π)的情况下不变的,如通过分别展开上式(2)和(3)可见的。此外,旋转π/2具有交换对于Jones矢量的两个正交偏振分量的影响的效果。然而,对于两个偏振分量中每个偏振分量的影响是彼此相反的,并且因而旋转π/2等于分别进行变换至或d至-d。即,旋转π/2改变了影响的符号。这导致定向器的定义O(A,ψ),其具有在实空间中的量值A和方向ψ并且可以被表示为实空间中具备方向角2ψ的两维矢量:
以此方式限定的定向器具有下列特性,使得其适于表达延迟和/或部分偏振:(i)包围π角度的两个定向器是等同的;(ii)包围π/2角度的两个定向器是相反的(即,一个是另一个的负值);以及(iii)包围π/4角度的两个定向器是正交的(即,它们的内积为零)。
可以如下描述Jones光瞳(假定椭圆度是可忽略的):标量透射图;标量相对相位(波前)图;定向器延迟图;以及定向器双衰减图。两个标量图可以被表示为泽尼克多项式的线性组合。所述两个定向器图可以被表示为完整组的基础定向器函数的线性组合。特别便利的组是定向器泽尼克多项式(OZP),其形成在单位圆上所限定的一组正交定向器函数。每个图的确定可以包括确定泽尼克多项式或OZP的这种展开式中的系数。应注意到,由于OZP在单位圆上正交,则可以通过依次计算出所测量的标量图与每个OZP的内积,并且将其除以该OZP的范数的平方,来确定所述定向器泽尼克系数。
再次参看图2,阶段12包括确定标量相对相位(像差)图12a和定向器延迟图12b,而阶段14包括确定标量透射(变迹)图14a以及定向器双衰减图14b。因此,每个阶段12、14包括确定所述投影系统PL的偏振相关特性的图,其为延迟图或双衰减图。
为了确定所述投影系统PL在光瞳平面中的偏振相关特性的图,具有不同偏振模式的三个或更多个校准辐射束被引导通过所述投影系统PL。这可以例如通过使用照射器IL的调整器AM来实现。在此阶段12期间,对于每个校准辐射束(并且因而对于每个偏振模式),确定了从投影系统PL离开的波前。这是通过使用剪切干涉仪实现的,剪切干涉仪包括衍射光栅、以及被布置用以通过测量强度图而检测干涉图案的CCD阵列,衍射光栅是在投影系统PL(即,衬底台WT)的像平面中的两维栅格。如上所述,从所测量的干涉图案确定所述波前。在阶段14期间,对于每个校准辐射束(以及偏振模式),确定了从所述投影系统PL离开的辐射的强度图。这可以通过在阶段12期间用来检测干涉图案的相同CCD阵列来实现。
在每个阶段12中,对于三个或更多个校准辐射束的图随后被组合以确定所述光学系统在其整个光瞳平面上的偏振相关特性的量值和/或方向的图。如上所解释,延迟和双衰减可以各自通过使用两个参数而被描述(例如,在式(2)和(3)每个中的两个参数,或者定向器的量值和角方向)。因此,如果可能确定对于离开所述投影系统PL的辐射的Jones矢量的两个分量,则两个具有不同偏振模式的校准辐射束将会足以确定描述所述延迟或双衰减的两个参数。然而,在这两个阶段中,CCD阵列测量出与偏振矢量的平方相关的强度分布。因此,为了重构延迟或双衰减图,应当使用至少三个具有不同偏振模式的校准辐射束,且期望使用更多校准辐射束。
将在阶段12中确定延迟作为示例,则一般的过程如下。由以下式给出例如通过剪切干涉仪所确定的相对相位:
其中Φspeudo(r,θ)是相对相位,其为光瞳平面的坐标r和θ的函数;为所述辐射的偏振与光瞳平面的x轴线形成的角度,并且Φx,y(r,θ)为代表延迟的定向器的两个分量。根据泽尼克多项式的Φspeudo(r,θ)的展开式的一组系数可以被确定(通过依序计算所测量的标量图与每个泽尼克多项式的内积并且将其除以该泽尼克多项式的范数的平方)。代表延迟的所述定向器可以被展开为OZP的总和:
其中Rn(r)是径向多项式,m是方位相关性程度并且OZi是第i个OZP系数。所测量的泽尼克系数Zi与OZP系数有关,如下:
通过测量对于一定范围的偏振角的相对相位Φspeudo(r,θ),方程式(5)至(7)可以用来构建一种使得所测量的泽尼克系数与OZP系数相关的矩阵。通过使用至少三个偏振方向,使用例如诸如LSQ过程等最小二乘法可以解决此设计矩阵。
照射器IL可以被配置成用来依序产生具有一定范围的不同偏振模式的校准辐射束。因为在旋转通过π/2弧度的实际角度的情况下延迟和双衰减改变符号,因此,足以产生在π/2弧度的角度范围内的偏振状态。在一个实施例中,照射器IL被配置成用以产生双极照射模式的校准辐射束。校准辐射束在基本上与平分开双极的两个相对扇区的线垂直的方向上线性地偏振。对于不同校准辐射束的两极的取向是不同的。取向方向可以变化通过π/2弧度范围。在图4中示出了对于这样的实施例的校准辐射束的照射和偏振模式。在此实施例中,使用了七个不同的偏振状态,在偏振方向与y轴线之间的角度由θn=nπ/12给出,其中n=0、1、2、3、4、5或6。在一实施例中,照射器IL可以被配置成用以依序产生具有不同偏振模式但具有相同照射模式的校准辐射束(即,对于这样的实施例,所述偏振模式与所述照射模式无关地被改变)。
所述投影系统PL的延迟和双衰减图包含了用以确定输入辐射束的偏振将如何被所述投影系统PL改变的信息。所述投影系统的延迟和双衰减图可以被储存在存储器中。储存器可以例如形成包含所述投影系统PL的光刻设备的一部分,或与所述光刻设备相关联。所述投影系统的延迟和双衰减图可以随后从存储器获取。
在所述光刻设备LA的随后的操作期间,辐射源SO产生辐射束,所述辐射束被照射器IL调节以产生具有所希望的照射和偏振模式的辐射束PB。即,所述辐射束PB将具有在照射器IL的光瞳平面中的特定强度和偏振分布。例如,所述照射模式可以是如图5A所示的两极分布42,如图5B所示的四极分布44,或如图5C所示的六极分布45。所述两极分布42包括两个直径上相对的极区域43,这两个极区域43中强度非零且由圆的两个直径上相对的扇区和环面的交叉部所限定。将两个相对的扇区平分开的线大致沿x方向,并且所述辐射是在y方向上线性地被偏振。四极分布44包括与图5A所示相似的第一双极分布和相对于第一双极分布旋转π/2弧度但在其他方面与其等同的第二双极分布。因此,四极分布44包括强度非零的四个极区域43。在每个极区域中的辐射在大致与平分其的线垂直的方向上线性地偏振。这个偏振模式可以被称为XY偏振并且与衬底W上所形成的图像对比可以实现良好结果。六极分布45包括绕圆分布的六个极区域43。在每个极区域中的辐射在大致与平分其的线垂直的方向上线性地偏振。此偏振模式可以被称为TE偏振。例如当形成孔的阵列或块的阵列的图像时,可以使用具有TE偏振的六极照射。
再次参看图2,在步骤20确定了在投影系统PL的光瞳平面中的辐射束PB的辐射图22,所述辐射图22包括强度分量22a和偏振分量22b。在图2中所图示的实施例中,没有图案被施加到束(例如,在光刻设备中不存在图案形成装置)。因而,所述辐射束PB的强度22a和偏振22b单独地由照射器IL所确定。照射器IL可以配置成用于以可预料并且可复制的方式产生具有固定强度和偏振模式的辐射。对于这样的实施例,因此可以知晓所述辐射束PB的强度22a和偏振22b。替代地,可以测量所述辐射束PB的强度22a和偏振22b。可以用与确定所述投影系统PL的变迹类似的方式确定辐射束PB的强度22a。辐射可以通过在投影系统PL的物平面(即,所述图案形成装置MA的平面)中的孔口被投影,并且可以使用检测器来测量在与所述投影系统PL的光瞳平面共轭的平面中的辐射的强度。为了确定所述强度22a,使用了较大孔口,而不是在物平面中的点式源。再次地,可以使用与用来测量所述波前以确定变迹的检测器相同的检测器。若所述物平面中的孔口包括偏振选择装置(诸如仅透过具有给定偏振方向的辐射的分析器),则以类似方式可以确定所述辐射束PB的偏振22b。例如,通过将所述分析器旋转到多个不同方向并且使用所述检测器测量辐射的强度,则可以确定辐射束PB的偏振22b状态。
参考图3,在一实施例中,图案形成装置MA存在于光刻设备LA中并且将图案施加到所述辐射束。因而,在步骤20确定所述投影系统PL的光瞳平面中的辐射束PB的强度22a和偏振22b的辐射图,这取决于照射器模式及取决于所述图案形成装置MA的图案。辐射束PB的强度22a和偏振22b可以如上相对于图2中所图示的实施例而被测量。
参考图2和图3二者,在步骤30,所述投影系统PL的延迟图12b和/或双衰减图14b与所述辐射束PB的辐射图22相组合以形成所述投影系统PL的光瞳平面中的图像图31、32。即,所述辐射束PB的强度和偏振与所述延迟和/或双衰减图相组合以形成图像图31、32,所述图31、32描述了所述辐射的偏振状态的两个分量的相对相位和/或幅值将如何受所述投影系统PL影响。所述图像图31、32因此包含关于待由所述投影系统PL投影到衬底台WT上的衬底W上的辐射的偏振状态的信息。
每个图像图31、32然后用来确定校正图41、51,所述校正图41、51描述了在该图像图31、32与辐射图22之间的差异。对于其Jones矩阵是在整个光瞳平面上的单位矩阵的理想投影系统而言,将期望所述图像图与所述辐射图相同,即,对于为零的校正图而言。然而,对于实际投影系统PL而言,至少一个校正图41、51将为非零并且将代表与理想投影系统的偏差。
当所述辐射束PB被引导通过所述投影系统PL时,所述校正图41、51可用来校正在所述衬底台WT处(例如,在衬底W上)所形成的光学图像。一般而言,所述投影系统PL使得相位相关因素(像差和延迟)可以被调节但透射相关因素(变迹和双衰减)不能被调节。因此,对形成于所述衬底W上的图像进行校正的机制可以在两种情况下不同,如现在将描述的。在一实施例中,可以在没有对透射相关因素(变迹和双衰减)进行校正的情况下对相位相关因素(像差和延迟)进行校正。在一实施例中,可以在没有对相位相关因素(像差和延迟)进行校正的情况下对透射相关因素(变迹和双衰减)进行校正。在一实施例中,可以一起对透射相关因素(变迹和双衰减)和相位相关因素(像差和延迟)二者一起进行校正。
步骤10可以被认为对于给定投影系统PL特征化了所述场点,并且步骤20可被认为描述了光刻工艺的多个方面(其不具有场或投影系统相关性或依赖性)。步骤30组合这些组成部分以形成可应用的投影系统、场和光刻工艺相关校正图(41,51)。
对于相位相关校正,在步骤40,标量相对相位(像差)图12a和延迟校正图41被组合并且通过使用此组合,所述投影系统PL的调整机构PA被用来校正所投影的光学图像。动态光学元件(透镜)模型可以用来计算所述投影系统PL应如何被调整以实施校正。处理器可以用来计算所述投影系统PL应如何被调整以实施校正。
可以经由不同途径(route)来确定所述校正。在第一途径中,所述延迟被平移到像差内。由于延迟是场相关的,这导致场相关像差目标(即,取决于照射模式的目标)。图案形成装置MA可以存在于所述光刻设备中并且施加图案。如果是这种情况,则所述延迟将取决于所述图案形成装置MA的图案和照射模式。更详细地,集合了一个或更多个(投影系统、场和光刻工艺相关)目标延迟图。这些被转换为像差目标图(使用式(5)至(7))。即,取向泽尼克被转换为泽尼克。所述延迟是场相关的(即,取决于所述照射模式和所述图案形成装置MA(若存在))。因而,基于所述光刻工艺条件(步骤20),确定出如何由每个泽尼克系数影响每个目标像差图。动态光学元件模型使得每个泽尼克系数的改变与光学元件配置的改变相关。其计算所述光学元件应如何被操纵从而实现所述像差目标图。
在第二途径中,所述延迟和像差被转换为一个或更多个光刻参数,诸如位移和散焦。即,确定了延迟和像差对于一个或更多个光刻参数的影响。这导致了一个或更多个线性相关性或依赖性:在一个或更多个光刻参数与像差(表示为泽尼克系数)之间的关系,以及在一个或更多个光刻参数与延迟之间的关系(表示为取向泽尼克系数)。再次,延迟图与这些相关性或依赖性相组合以创建光刻目标图。在所述动态光学元件模型内,优化了所述像差以匹配所述目标图。
作为对相位相关校正的补充或替代,可以应用幅度相关校正。对于幅度相关校正,在步骤50,标量透射(变迹)图14a和双衰减校正图51被组合并且此组合被用来通过改变进入所述投影系统PL的输入辐射束而至少部分地校正所述图像。这可以通过所述图案形成装置MA的图案的合适设计且使用一个或更多个计算光刻技术(诸如例如光学邻近模拟)而实现。即,当计算图案从图案形成装置MA通过所述投影系统PL转移到衬底图像时,直接地考虑所述双衰减(在没有图案存在的情况下在步骤14b处测量)。在光刻模拟器(其可以呈运行于计算机上的软件的形式)中执行此计算。事实是,双衰减取决于所述投影系统PL并且场点使得这样的计算复杂化。因此,在某些实施例中,所述计算仅可考虑所述双衰减的基本上与投影系统PL和场无关的一部分。
在使用所述光刻设备LA对衬底W进行曝光期间,在所述辐射束传播通过所述投影系统PL之前,所述图案形成装置MA将施加图案至所述辐射束。典型的图案可包括一系列线和/或两维特征。所述图案形成装置MA的图案可导致所述辐射束的衍射。在图3中所示的实施例中,在步骤20中使用所述图案形成装置MA,所述图案形成装置MA被用来图案化所述输入辐射束,所述输入辐射束用来在衬底W上形成图像。特别地,所述图案形成装置信息与来自照射器IL的信息相组合以形成组合的辐射图22。所组合的辐射图22包括所述投影系统PL的光瞳平面中的辐射束PB的强度分量22a和偏振分量22b(包括来自图案形成装置MA的图案的信息)。这对于其中所述图案形成装置MA的图案包括两维特征且偏振模式包括不同偏振(例如,如图5C所示,TE偏振)的实施例来说尤其有益的。这是因为在这些实施例情况下,由于所述图案形成装置MA引起的衍射可能导致来自不同极的辐射的混合,其可以具有不同偏振。这在图6中被示意性地图示,其示出了通过图案形成装置图案引起的六极模式的单个极区域60的衍射可以如何导致来自该极的辐射混合入其它极。图案形成装置图案可以例如是块的阵列,其导致在由箭头63所指示的方向上的衍射。因而,在图6的左侧的极区域60中的辐射被衍射到图6的右侧顶部和右侧底部处的极区域61、62内。通过将所述图案形成装置MA图案信息与来自照射器IL的强度和偏振信息相组合,所述延迟和双衰减图将考虑到由所述图案形成装置MA所导致的这样的衍射影响。
图案形成装置的图案没有被应用于图2中所示的实施例中。因而,没有在延迟和双衰减图中考虑图案形成装置对进入所述投影系统PL的辐射的偏振的衍射效果。然而,所述图指示着对于不同照射模式发生的延迟和双衰减,并且因而可以提供有用的延迟和双衰减校正。尽管所提供的校正可能不像考虑到所述图案形成装置MA信息的校正般精确,但是与若没有应用对于延迟和双衰减的校正的情形相对比,其可以提供显著的改善。
尽管在上述的实施例中,通过调整所述投影系统PL而校正了像差和延迟,但是替代地或补充地,这些影响可以至少部分地在使用计算光刻的图案形成装置设计中被校正。
在上述方法中,所述步骤可以一次执行。替代地,步骤10和/或步骤20可以周期性地执行。如果周期性地执行,则可以按不同速率执行步骤10和20。每次步骤10和/或步骤20被执行时,步骤30和步骤40和/或步骤50可以被执行。
尽管在上述实施例中,所述方法校正所述投影系统PL的偏振相关和偏振不相关特性二者,然而实施例可以仅校正偏振相关效应。
尽管在上述实施例中,所述方法校正可以通过调整所述投影系统PL而校正的效应以及可以由合适的图案形成装置设计校正的效应二者,然而,替代实施例可以仅校正一个或另一个。例如,所述方法可以仅通过调整所述投影系统PL而校正延迟效应。
本发明的实施例可以在硬件、固件、软件、或它们的任意组合中被实施。本发明的实施例也可实施为储存于机器可读取介质上的指令,其可以由一个或更多个处理器读取并且执行。机器可读取介质可包括用于以可由机器(例如,计算装置)读取的形式储存或传输信息的任何机制。例如,机器可读取介质可包括:只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);磁盘储存介质;光学储存介质;闪速存储器装置;电、光、声或其它形式的传播信号(例如,载波,红外信号,数字信号,等等),以及其它。此外,固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行特定动作。然而,应理解到,这样的描述仅仅是为了便利起见并且这样的动作实际上源自计算装置、处理器、控制器、或执行所述固件、软件、例程、指令等的其它装置。
尽管本发明的具体实施例已在上面描述,将理解到本发明可以用如所描述以外的其它方式实践。说明书并非旨在限制本发明。
Claims (19)
1.一种用于对由光学系统所形成的光学图像进行校正的方法,所述方法包括:
获得指示横跨所述光学系统的整个光瞳平面的、对于在所述光学系统的像平面中的每个空间位置的所述光学系统的偏振相关特性的图;
将指示所述光学系统的偏振相关特性的图与输入辐射束的强度和偏振的辐射图相组合以形成图像图;以及
使用所述图像图来对通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统而形成的光学图像进行校正。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在所述输入辐射束进入所述光学系统之前,图案被图案形成装置赋予所述输入辐射束,并且其中所述辐射图包含与所述图案相关的信息。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其中通过将校正图确定为所述图像图与所述辐射图之间的差异,并且随后使用所述校正图来对通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统所形成的光学图像进行校正,而实现对所述光学图像的校正。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其中通过使用所述图像图来确定所述偏振相关特性对于通过引导所述输入辐射束经过所述光学系统所形成的所述光学图像的影响,并且随后执行对于该光学图像进行校正的校正,而实现对所述光学图像的校正。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法,其中通过操纵所述光学系统的光学元件而实现对所述光学图像的校正。
6.根据从属于权利要求2的权利要求3或权利要求4所述的方法,其中通过修改所述图案形成装置的图案,实现对所述光学图像的校正。
7.根据前述任一权利要求所述的方法,其中获得指示所述偏振相关特性的图包括对指示所述偏振相关特性的图进行测量。
8.根据权利要求7所述的方法,其中测量指示所述偏振相关特性的图包括:
依序地引导具有不同偏振状态的三个或更多个校准辐射束通过所述光学系统;
对于每个校准辐射束确定从所述光学系统离开的所述辐射的特性的输出图;以及
组合所述输出图以确定指示横跨所述光学系统的光瞳平面的光学系统的偏振相关特性的量值和方向的图。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述光学系统的偏振相关特性包括延迟,并且从所述光学系统离开的辐射的特性的输出图包括波前。
10.根据权利要求9所述的方法,其中使用剪切干涉仪来测量从所述光学系统离开的波前。
11.根据权利要求8所述的方法,其中所述光学系统的偏振相关特性包括双衰减,并且从所述光学系统离开的辐射的特性的输出图包括强度图。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法,其中所述校准辐射束中的一个或多个具有双极强度分布并且在基本上与平分开所述双极的两个相对扇区的线垂直的方向上被线性地偏振,对于不同校准辐射束的双极的取向是不同的。
13.根据前述任一权利要求所述的方法,其中获得指示所述偏振相关特性的图包括使用建模软件来对所述光学系统对于所述辐射束的影响进行建模。
14.根据前述任一权利要求所述的方法,其中获得指示所述偏振相关特性的图包括确定取向泽尼克多项式(OZPs)的线性展开式中的系数。
15.根据前述任一权利要求所述的方法,其中获得指示所述偏振相关特性的图包括从存储器获取所述图。
16.根据前述任一权利要求所述的方法,其中也对偏振不相关效果进行校正。
17.根据前述任一权利要求所述的方法,其中所述光学系统是光刻设备的投影系统。
18.一种光刻设备,包括:
衬底台,所述衬底台被配置成用以保持衬底;
投影系统,所述投影系统被配置成用以将具有图案的辐射束投影到所述衬底的目标部分上以在其上形成图像;以及
处理器,所述处理器可操作以:
获得指示横跨所述光学系统的光瞳平面的、对于在所述投影系统的像平面中的每个空间位置的所述投影系统的偏振相关特性的图;
将指示所述偏振相关特性的图与所述光瞳平面中的输入辐射束的强度和偏振的辐射图相组合以形成所述光瞳平面中的图像图;以及
当所述投影系统接收所述输入辐射束时,使用所述图像图来校正由所述投影系统所形成的图像。
19.根据权利要求18所述的光刻设备,其中所述设备可操作以实施根据权利要求1-16中任一项所述的方法。
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