CN108713167A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备，包括：用于调节辐射束的照射系统；用于支撑图案形成装置的支撑件，图案形成装置能够在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以形成经图案化的辐射束；被构造为保持衬底的衬底台；用于将经图案化的辐射束投射到衬底的目标部分上的投射系统；以及控制系统，控制系统被配置为：接收表征图案分布的图案数据，接收表征辐射束的辐射数据，基于图案数据和辐射数据确定图案的耗能分布，通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形，并且基于图案的变形确定用于控制设备的部件的控制信号。

Description

光刻设备和器件制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月18日提交的美国申请62/310,516的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本说明书涉及控制系统、控制光刻设备的方法、光刻设备、计算机程序产品和用于制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备可以用于制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用图案形成装置(备选地称为掩模或掩模版)来生成要形成在IC的单独层上的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或几个裸片)上。图案的转移通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含相继被图案化的相邻目标部分的网络。传统的光刻设备包括所谓的步进器和所谓的扫描器，在步进器中，通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分，在扫描器中，通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案、同时在与该方向平行或反平行的方向上扫描衬底来照射每个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底。
为了确保所制造的器件的正确操作，期望连续施加的不同图案具有准确的匹配。为了确保这种匹配，注意衬底相对于图案的图像平面在水平平面和竖直方向上适当地定位。
发明内容
成像的图案与先前施加的图案之间可能的不匹配可能是由例如图案的变形引起的。这种变形可能是由例如机械应力或诸如不均匀温度分布等热效应引起的。当已知时，这些效应可以至少部分得到补偿，例如，通过调节光刻设备的投射系统。用于评估整个成像区域上的图案的这种变形的手段是有限的。例如，可以借助于红外(IR)温度传感器确定图案形成装置的顶表面的温度，例如，在图案形成装置上的各个位置处，温度测量值随后用于确定图案形成装置的变形。
例如，期望对图案形成装置上的图案的变形提供更准确的评估。
根据一个实施例，提供了一种光刻设备，包括：
照射系统，被配置为调节辐射束；
支撑件，被构造为支撑包括图案的图案形成装置，图案形成装置能够在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以形成经图案化的辐射束；
衬底台，被构造为保持衬底；
投射系统，被配置为将经图案化的辐射束投射到衬底的目标部分上；以及
控制系统，被配置为：
接收表征图案形成装置上的图案的分布的图案数据，
接收表征辐射束的辐射数据，
基于图案数据和辐射数据确定图案的耗能分布，
通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形，
基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号，以及
基于图案布局数据确定图案的密度分布，并且基于图案的密度分布和辐射数据确定图案的耗能分布。
根据一个实施例，提供了一种用于光刻设备的控制系统，控制系统被配置为：
接收图案数据，图案数据表征用于在光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，图案数据包括图案布局数据；
接收表征要由光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定图案的耗能分布；
通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形；
基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号；以及
基于图案布局数据确定图案的密度分布，并且基于图案的密度分布和辐射数据确定图案的耗能分布。
在一个实施例中，提供了一种控制光刻设备的方法，该方法包括：
接收图案数据，图案数据表征用于在光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，图案数据包括图案布局数据；
接收表征要由光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定图案的耗能分布；
通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形；
基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号；以及
基于图案布局数据确定图案的密度分布，并且基于图案的密度分布和辐射数据确定图案的耗能分布。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，其包括存储在计算机可读介质上的计算机可读指令集，该指令集被配置为当在计算机上运行时使得计算机能够执行以下方法：
接收图案数据，图案数据表征用于在光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，图案数据包括图案布局数据；
接收表征要由光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定图案的耗能分布；
通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形；以及
基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号；
基于图案布局数据确定图案的密度分布，并且基于图案的密度分布和辐射数据确定图案的耗能分布。
图案的密度分布可以表示根据位置变化的每单位区域的图案化区域的量。
辐射数据可以包括辐射束强度、辐射束功率、辐射束占空比或选自上述各项的任何组合。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考所附示意图描述实施例，附图中的对应的附图标记指示对应的部分，并且在附图中：
-图1示意性地描绘了根据一个实施例的光刻设备；
-图2示意性地描绘了可以应用于光刻设备中的图案形成装置的一个实施例的截面图；
-图3示意性地描绘了图案形成装置上的图案的密度分布；
-图4描绘了表示图案的密度分布的矩阵；
-图5A和5B示意性地描绘了可以应用于一个实施例中的热机械模型的截面图和使用热机械模型确定的图案的变形；
-图6示意性地示出了根据一个实施例的控制系统；以及
-图7示意性地描绘了可以在一个实施例中应用的温度传感器阵列。
具体实施方式
图1示意性地描绘了光刻设备的一个实施例。该设备包括：被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或任何其他合适的辐射)的照射系统(照射器)IL；支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位设备PM，第一定位设备PM被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置。该设备还包括衬底台(例如，晶片台)WT或“衬底支撑件”，被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位设备PW，第二定位设备PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底。该设备还包括投射系统(例如，折射投射透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件、或其任何组合，用于引导、成形或控制辐射。
图案形成装置支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计和其他条件(诸如例如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑结构可以是例如框架或工作台，其可以根据需要是固定的或可移动的。图案形成装置支撑结构可以确保图案形成装置处于期望的位置，例如相对于投射系统。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。
本文中使用的术语“图案形成装置”应当广义地解释为指代可以用于在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能未精确地对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如，在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，被赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。
图案形成装置可以是透射的或反射的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移等掩模类型、以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵排列，每个小反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向上对入射辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
本文中使用的术语“投射系统”应当广义地解释为包括任何类型的投射系统，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学系统、或其任何组合，视所使用的曝光辐射或者其他因素(诸如浸没液体的使用或真空的使用)而定。本文中对术语“投射透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投射系统”同义。
如这里描绘的，该设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，该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，或者采用反射掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多个衬底台或“衬底支撑件”(和/或两个或更多个图案形成装置台或“图案形成装置支撑件”)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行使用附加的台或支撑件，或者可以在一个或多个台或支撑件上进行预备步骤，同时使用一个或多个其他台或支撑件进行曝光。
光刻设备也可以是如下类型：其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投射系统与衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备中的其他空间，例如，在掩模与投射系统之间的空间。浸没技术可以用于增加投射系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而是仅意味着液体在曝光期间位于投射系统与衬底之间。
参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是单独的实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，源不被认为形成光刻设备的一部分，并且辐射束借助于光束递送系统BD从源SO传递到照射器IL，光束递送系统BD包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，源可以是光刻设备的一体部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL以及光束递送系统BD(如果需要)可以称为辐射系统。
照射器IL可以包括被配置为调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器的光瞳面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在被保持在图案形成装置支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由图案形成装置图案化。在穿过图案形成装置MA之后，辐射束B穿过投射系统PS，投射系统PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位设备PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以准确地移动，例如以便在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位设备PM和另一位置传感器(其在图1中未明确描绘)可以用于相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置MA，例如，在从掩模库中进行机械检索之后，或者在扫描期间。通常，图案形成装置台MT的移动可以借助于形成第一定位设备PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WT或“衬底支撑件”的移动可以使用形成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描器相对)，图案形成装置台MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。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来将图案形成装置MA和衬底W对准。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划道对准标记)。类似地，当在图案形成装置MA上提供多于一个裸片的情况下，图案形成装置对准标记可以位于裸片之间。
所描绘的设备可在以下模式中的至少一种中来使用：
1.在步进模式中，图案形成装置台MT或“图案形成装置支撑件”以及衬底台WT或“衬底支撑件”基本上保持静止，而被赋予辐射束的整个图案被一次投射到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后衬底台WT或“衬底支撑件”在X和/或Y方向上移位，从而可以曝光不同的目标部分C。在步进模式下，曝光场的最大尺寸限制在单次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，同时扫描图案形成装置台MT或“图案形成装置支撑件”以及衬底台WT或“衬底支撑件”，同时将被赋予辐射束的图案投射到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT或“衬底支撑件”相对于图案形成装置台MT或“图案形成装置支撑件”的速度和方向可以通过投射系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一种模式中，图案形成装置台MT或“图案形成装置支撑件”基本上保持固定以保持可编程图案形成装置，并且衬底台WT或“衬底支撑件”被移动或扫描，同时被赋予辐射束的图案被投射到目标部分C上。在这种模式下，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WT或“衬底支撑件”的每次移动之后或者在扫描期间在相继的辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变型或完全不同的使用模式。
例如，期望通过至少部分考虑在图案形成装置上或由图案形成装置提供的图案的变形，将经图案化的辐射束更准确地投射到衬底上。在一个实施例中，关注由于耗能而引起的图案形成装置的图案的变形。
图2示意性地示出了可以应用在光刻设备中的图案形成装置100的截面图的一个实施例。如图所示的图案形成装置100具有前表面或上表面100.1和后表面或底表面100.2。在后表面100.2上，提供图案110。通常，这是在XY平面中延伸的二维图案(X方向垂直于图2的YZ平面)，二维图案被准确地投射到衬底上，例如，以维持与先前施加到衬底的图案的预定位置关系。这种图案形成装置100可以例如应用于如图1所示的光刻设备中。在使用期间，经调节的辐射束120(例如，DUV辐射)可以被投射到图案形成装置100上。图案形成装置100通常由SiO2或熔融石英制成，其对DUV辐射束120是透明的。通常，施加到图案形成装置100的后表面100.2的图案110可以是铬层。经图案化的铬层对DUV辐射120不透明，而DUV辐射120基本上被铬层吸收或耗散。耗散的辐射或耗能将被转换成热量，从而增加铬层的温度，例如，从为22℃的环境温度至26℃。然后铬层110的这种升高的温度可以借助于热传导来加热图案形成装置100。作为该加热的结果，包括图案110的图案形成装置100可能会变形。物体的变形可以是指物体上的点或位置相对于标称位置的位移。物体上的点或位置可以例如具有坐标为(x，y，z)的标称位置，并且由于加热，位移到位置(x+Δx，y+Δy，z+Δz)。这样，物体在位置(x，y，z)处的变形可以由位移矢量(Δx，Δy，Δz)来表征。由于图案形成装置100的加热(其通常可能是不均匀的)，可能发生各种类型的变形。作为这种变形的第一示例，可能存在图案110的面内变形。面内变形是在XY平面中可观察到的变形，即，基本上平行于图案110的平面。这种面内变形因此可以通过考虑图案110的不同位置的位移矢量(Δx，Δy，Δz)的X分量和Y分量来表征。
通常，当物体被加热时，可以另外地或替代地发生面外变形。这种面外变形可以例如通过考虑位移矢量(Δx，Δy，Δz)的Z分量来表征。
如上所述，图案形成装置的加热在很大程度上可以归因于图案110中的辐射束的耗能，对于如图所示的图案形成装置100，图案110位于图案形成装置100的后表面100.2上。因为图案110作为一种热源因此位于图案形成装置100的外表面100.2上，所以温度分布可能在Z方向上具有不均匀性，即，前表面100.1上的温度可以与后表面100.2处的温度不同。由于这种不均匀性，图案形成装置100可以例如弯曲。图案形成装置的这种弯曲、特别是图案的弯曲可以被表征为图案的面外变形。
从上面可以清楚地看出，图案因此在操作期间用作非均匀分布的热源，该热源引起图案形成装置、特别是图案形成装置上的图案变形。
在一个实施例中，诸如图1中示意性地示出的光刻设备被配置为确定由于这种非均匀分布的热源而引起的图案形成装置的图案的变形。在如图1所示的实施例中，光刻设备包括控制系统PrS，控制系统PrS被配置为通过以下方式确定图案的变形：
-接收表征图案形成装置的图案的分布的图案数据；
-接收表征辐射束的辐射数据；
-基于图案数据和辐射数据确定图案的耗能分布；以及
-通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形。
下面将更详细地阐释这些步骤。
根据一个实施例，控制系统还被配置为基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号。这样，所确定的图案的变形可以应用在光刻设备中以调节或控制设备的操作，以便减轻或至少部分补偿图案的变形的任何不利影响。
控制系统可以包括一个或多个处理单元，诸如微处理器或计算机等。通常，这种控制系统可以包括用于接收要处理的数据的一个或多个输入端子以及用于输出处理结果的一个或多个输出端子。下面更详细地讨论可以在实施例中应用的控制系统的一般结构。
为了确定图案的变形，在一个实施例中应用的控制系统利用图案数据和辐射数据，图案数据表征在光刻设备中应用的图案形成装置的图案的分布，辐射数据表征由光刻设备施加的辐射光束。
在一个实施例中，表征图案形成装置的图案的分布的图案数据是指可以用于评估特定位置处的图案的密度的信息，即，在特定位置的每单位区域的由图案覆盖的区域的量。这样，在一个实施例中，图案数据可以包括图案的密度分布。在这样的实施例中，图案数据可以例如针对图案的例如2×2mm2的每个区域提供图案化区域的百分比，即，被图案(例如，铬层)覆盖的区域的百分比。在这样的实施例中，图案的密度分布可以由二维表来表示，该二维表包括每个区域的图案化区域的百分比。
图3示意性地示出了这种密度分布的表示。在图3中，示意性地示出了图案的轮廓200，轮廓内的区域被细分为例如2×2mm2的子区域210。在所示的实施例中，图案因此被细分为2×2mm2的9×18个子区域的网格。当实际图案已知时，可以在每个子区域中确定图案化区域的百分比。在图3中，该百分比由子区域中施加的光栅示意性地表示，其中例如在子区域210.1中施加的密集光栅指示例如90％的图案化区域，而例如在子区域210.2中施加的较小密度的光栅可以指示例如10％的图案化区域。如图3中示意性地示出的密度分布可以例如通过如图4中所示的矩阵DD以数字表示，9×18矩阵中的每个值指示如图3所示的9×18个子区域的网格的对应子区域中的图案化区域的百分比。
如本领域技术人员将清楚的，表示施加在图案形成装置上的实际图案(即，图案的实际布局)的图案数据也可以被认为是以如下方式表征图案形成装置上的图案的分布的图案数据的示例：该方式使得其可以用于评估特定位置处的图案的密度。当图案的实际布局已知时，该信息还可以用于确定图案的密度分布，以获取期望的分辨率。这样，在一个实施例中，图案数据包括图案布局数据，并且控制系统被配置为基于图案布局数据确定图案的密度分布。然而，在实践中，可能难以获得关于在图案形成装置上施加的图案的实际布局的信息，因为该信息可能由图案的开发者保密。在一个实施例中，不需要图案的实际布局。相反，使用可以从其导出图案的密度分布的数据或表示这种密度分布的数据。可以指出，用于表示图案的密度分布的分辨率可以相对较小，即，与实际图案的结构的典型尺寸相比，用于细分图案的网格中应用的子区域的尺寸可以相对较大。通常，可以应用尺寸范围为1至25mm2的子区域，以利用足够的准确度表示图案的密度分布。
在一个实施例中，图案数据与表征在光刻设备中施加的辐射束的辐射数据一起使用以确定在操作期间(即，在经图案化的辐射束到衬底上的投射期间)在图案形成装置中发生的耗能。特别地，根据一个实施例，控制系统还被配置为将图案数据和辐射数据转换为图案的耗能分布，即，在图案中发生的耗能的分布。在一个实施例中，图案耗能是指由图案吸收的能量的量，例如，辐射束的能量、引起图案和图案形成装置升温的能量。在一个实施例中，图案的耗能分布的确定基于作为辐射数据的所施加的辐射束的操作数据。例如，这样的操作数据可以包括辐射束的强度或功率、随时间的强度或功率分布、辐射束的占空比等。
基于这样的操作辐射数据，控制系统可以例如针对如图3所示的图案的每个子区域来确定在操作期间发生的耗能。在一个实施例中，针对在图案的密度分布中应用的每个子区域，图案的耗能分布指示平均耗能，平均耗能是指在一段时间内求平均的发生的耗能。备选地，图案的耗能分布可以描述根据时间变化的在每个子区域中发生的耗能。通常，所确定的耗能分布将具有与图案的密度分布类似的分布。
在光刻设备的操作期间，例如由如图1所示的照射系统IL提供的经调节的辐射束因此被投射到提供图案的图案形成装置上，从而导致图案形成装置中的耗能。因为，通常，施加在图案形成装置上的图案可能具有不均匀的密度，图案的耗能的分布(也称为图案的耗能分布)将具有相同的不均匀性。此外，由于图案通常施加在图案形成装置的外表面上，所以耗能不会发生在图案形成装置的中心位置，而是发生在图案形成装置的外表面，如图2所示。根据一个实施例，这种非均匀分布的热源因此通过图案的耗能分布来建模。
使用所确定的耗能分布，光刻设备的控制系统PrS可以借助于图案形成装置的热机械模型来确定图案的变形。
在一个实施例中，使用三维有限元模型来确定图案形成装置的图案的变形。在这样的实施例中，在考虑应用于模型的边界条件的情况下求解一组偏微分方程。可以应用于模型的不同部分的热边界条件可以包括表达给定温度、给定热通量和/或与环境的对流条件。在这种模型中，可以实现一种或多种材料特性，诸如密度、比热和/或导热率。这些特性通常取决于温度。可以在考虑边界条件和材料特性的情况下求解该组偏微分方程，用于求解这样的一组方程的软件可以被称为热解算器，从而导致在建模物体上的温度分布。在下一步骤中，可以确定由于温度分布而引起的物体的弹性变形，例如，通过使用结构解算器(即，被配置为求解描述物体的热弹性行为的一组偏微分方程的软件)求解一组微分方程。可以指出，分别用于例如基于物体上的给定热负荷来确定物体的温度分布以及用于确定物体中发生的应力或应变(其可能导致物体变形)的热解算器和结构解算器是已知的。还可以注意到，结构解算器或热解算器不需要基于偏微分方程，而是也可以基于线性方程，例如，描述胡克定律。
图5A示意性地示出了可以应用于实施例中以确定图案的变形的热机械模型500(例如，三维有限元模型)的截面图。模型500包括图案形成装置510的有限元模型，图案形成装置510被建模为具有诸如热膨胀系数α和热导率λ1等特定特性的材料。该模型还包括表示在图案形成装置510上的图案中发生的耗能的热源520，热源被建模为分布在底表面510.1上，例如，根据基于图案数据和辐射数据所确定的耗能分布，如上所述。在模型500中，传热系数h用于建模从图案形成装置510朝向环境(例如，周围的气体)的热通量。在所示的实施例中，假定图案形成装置510安装到被配置为在操作期间保持图案形成装置的一对夹具，例如，真空夹具530。这种夹具可以用导热率λ2建模。使用包括作为热源520的耗能分布的模型500，可以确定由热膨胀引起的图案形成装置的变形。图5B示意性地示出了使用模型510建模的图案形成装置560的可能的(放大的)变形550。基于图案形成装置560的变形550，可以确定存在于图案形成装置560的外表面560.1上的图案570的变形。在一个实施例中，这种变形通过针对图案上的多个位置(x，y，z)考虑描述实际位置(x+Δx，y+Δy，z+Δz)与标称位置(x，y，z)之间的差异的位移矢量(Δx，Δy，Δz)来表征。例如，这样的位移矢量(Δx，Δy，Δz)可以针对图案570上的位置的矩形网格来确定。基于位移矢量或图案相对于位移矢量的的分布，可以分析或评估图案的变形，并且可以采取适当的动作来解决形变。
特别地，根据一个实施例，控制系统PrS还被配置为基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号。取决于已经确定的类型或变形，可以应用由不同控制信号指定的不同动作。
作为第一示例，图案570在Z方向上的变形可以由根据一个实施例的光刻设备使用来控制图案形成装置560在Z方向上的位置，以便保持在设备的期望焦平面中的图案。
作为第二示例，可以考虑图案在XY平面中的变形(X方向垂直于图5的YZ平面)，例如，基于位移矢量的(Δx，Δy)分量。例如，XY平面中的这种变形可以包括以下中的一项或多项：
-图案在X或Y方向上相对于标称位置的位移；
-图案相对于其标称尺寸的放大；
-在相对于其标称尺寸放大的图案顶上的图案内的特征的位置相关的位移。
在第一种情况下，可以通过控制图案形成装置(例如，如图1所示的图案形成装置MA)相对于如图1所示的衬底W的位置来校正或至少部分补偿相对于标称位置的位移。在第二种情况下，可以调节投射系统的放大系数(通常为1/4或1/5)以考虑放大。第三种情况可以涉及第一种和第二种情况的校正组合。
在一个实施例中，图案的耗能可以通过一组模式形状的温度响应来描述，例如，热本征模式；模式形状由幅度和对应的时间常数定义。在这个实施例中，在第一步骤中，可以计算预期的温度响应，例如，使用有限元方法离线地进行计算，接着是第二步骤，其中通过(3D)热模式来拟合响应，每个热模式具有时间常数和形状。这种拟合将产生可以用于计算随时间的温度分布的模态幅度。
在一个实施例中，在光刻设备中应用的控制系统PrS被配置为实时地确定图案的变形。在这样的实施例中，图案的耗能分布(表示根据时间变化)可以用作热机械模型的输入，热机械模型被配置为基于时间相关的耗能分布，来确定根据时间变化的在图案形成装置中发生的温度分布和热应力。在这样的实施例中，图案的变形可以被计算为时间的函数并且被应用以对光刻设备的一个或多个操作参数进行适当的调节。例如，光刻设备的这种操作参数的示例可以包括图案形成装置MA相对于衬底W的位置设定点、图案形成装置的Z位置设定点、和/或投射系统PS的光学部件的设定点，例如，影响设备的焦平面的位置或投射系统PS的放大率。由于根据时间变化的耗能分布可以预先知道，所以也可以预先确定图案变形，即，离线地。这样，在一个实施例中，提供了一种用于光刻设备的控制系统，该控制系统被配置为：
-接收表征用于在光刻设备中使用的图案形成装置的图案的分布的图案数据；
-接收表征要由光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
-基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定图案的耗能分布；
-通过在图案形成装置的热机械模型中应用耗能分布来确定图案的变形；以及
-基于图案的变形确定用于控制光刻设备的部件的控制信号。
在这样的实施例中，例如，控制系统可以被配置为基于图案中发生的平均耗能来确定图案的平均(随时间)变形。替代地或另外地，控制系统可以被配置为确定根据时间变化的图案的变形，例如，基于根据时间变化的耗能分布。在这样的实施例中，控制系统可以被配置为针对具有特定图案的给定图案形成装置来确定图案的变形并且将其存储在数据库中。在一个实施例中，控制系统被配置为针对不同的操作条件确定图案的变形。例如，这些不同的操作条件包括辐射束(例如，图2的辐射束120)的施加的辐射功率或强度。这些不同的操作条件还可以与在曝光过程中由光刻设备施加的速度或加速度有关。例如，在曝光过程中施加到图案形成装置的速度或加速度可以影响在热机械模型中应用的传热系数h。
图6示意性地示出了控制系统600的一个实施例。这种控制系统600可以作为独立工具应用，或者可以并入光刻设备中。
如图6中示意性地示出的控制系统600包括用于接收诸如如上所述的图案数据或者操作条件或参数等输入数据900的输入端子600.3。接收的输入数据900可以被提供给控制系统600的处理器600.1。这样的处理器600.1可以例如是用于处理诸如接收的输入数据900等数据的微处理器、计算机等。在所示的实施例中，控制系统还包括存储器600.2或存储器单元，用于存储诸如接收的输入数据等数据或者存储处理器600.1的处理的计算结果。这样，存储器600.2可以例如用作用于存储由处理器600.1确定的图案变形的数据库，例如，针对各种操作条件。在如图所示的实施例中，控制系统600还包括用于输出信号910(例如，表示图案变形)的输出端子600.4。
在一个实施例中，控制系统600(特别是控制系统600的处理器600.1)可以被配置为基于图案的变形确定光学控制信号，光学控制信号用于调节光刻设备的照射系统或投射系统的设置。替代地或另外地，控制系统600可以被配置为确定位置控制信号，位置控制信号用于控制图案形成装置(例如，由光刻设备中的支撑件保持的图案形成装置)相对于衬底(例如，由光刻设备中的衬底台保持的衬底)的位置。在这样的实施例中，控制系统600的输出端子600.4因此被配置为容易地输出用于控制光刻设备的操作的控制信号。在这样的实施例中，控制系统600可以例如集成在光刻设备的控制系统中。
如上所述，使用热机械模型来确定图案形成装置上的图案的变形；这些模型的示例可以包括有限元模型、边界元模型、模态形状等。
如本领域技术人员将理解的，这种建模的成果或结果的准确性或可靠性可以取决于在模型中使用的参数。特别地，当参考图5时，如图所示在模型中应用的传热系数h可以确定图案形成装置510中的温度分布，并且因此确定对应的变形550。为了更准确地建模图案形成装置上的图案的温度分布和对应的变形，控制系统的一个实施例利用测量数据、特别是图案形成装置的温度测量值。在这样的实施例中，控制系统因此可以被配置为接收表示图案形成装置的温度的测量数据，并且应用测量数据以至少部分表征图案形成装置的热机械模型。
在一个实施例中，光刻设备包括用于确定图案形成装置的温度或温度分布的一个或多个温度传感器。一个或多个温度传感器的这种布置在图7中示意性地示出。图7示意性地示出了图案形成装置700以及红外(IR)温度传感器阵列710，图案形成装置700具有前表面700.1和后表面700.2，红外(IR)温度传感器阵列710被布置为通过测量从图案形成装置700发出的红外辐射来评估图案形成装置700的温度。例如，通过温度传感器阵列710测量的辐射可以被提供给处理单元720，以确定图案形成装置700的温度。通过提供图案形成装置700与传感器阵列710之间在Y方向上的相对位移，可以建立图案形成装置的二维温度分布，即，XY平面中的温度分布。然后，在一个实施例中，可以使用该测量的温度分布来更准确地预测图案形成装置的图案的变形。在这样的实施例中，所应用的热机械模型可以例如通过以下迭代过程进行调节：
步骤1：通过选择模型参数的初始值来初始化热机械模型。
步骤2：通过使用耗能分布作为输入求解热机械模型，来确定图案形成装置的表面(例如，上表面)的温度分布。
步骤3：将确定的温度分布与测量的温度分布相比较，并且基于比较调节模型的任何模型参数。
步骤4：重复步骤2和3，直到确定的温度分布基本上对应于测量的温度分布。
如图7中所示的温度传感器布置被配置为确定图案形成装置的上表面处的温度分布，而底表面处的温度或温度分布(底表面设置有图案)可以被认为更相关。然而，应当指出，由于以下原因，底侧的温度分布可能难以测量：
-可以在图案形成装置的底表面附近提供薄膜以保护图案；
-图案将通常具有与图案形成装置的块材料不同的反射率，
这可能影响在底表面处执行的IR温度测量。
在图案形成装置的前表面或上表面(即，不包含图案的表面)处执行温度测量与对图案中发生的耗能分布进行建模的组合因此避免了对于包括对图案本身的更复杂的温度测量的需要。然而，应当注意，在一个实施例中，确定图案形成装置上的图案的变形的方法也可以包括其他温度测量。这样的温度测量可以例如包括使用安装到图案形成装置的温度传感器，或者例如在通过引用整体并入本文的欧洲专利申请号16159723.2中描述的，可以包括使用干涉仪装置在一个或多个位置处确定图案形成装置的宽度上的平均温度。使用这样的干涉仪装置，可以确定图案形成装置的温度分布，温度分布表示在图案形成装置上的特定测量位置处、在图案形成装置的宽度或厚度上的平均温度，而不是在图案形成装置的外表面上的温度。在一个实施例中，这种测量可以以与上述类似的方式应用，以改进或调节在热机械模型中应用的参数。
在一个实施例中，另外地或替代地，应用对温度测量的替代测量，以提高对图案的变形的评估的准确性。特别地，控制系统还可以被配置为接收表示图案形成装置的变形的测量数据，并且使用该测量数据来设置或调节热机械模型的参数。
在这样的实施例中，测量数据可以例如包括在图案形成装置上执行的厚度测量，例如，在多个位置处。这种厚度测量可以例如使用在通过引用整体并入本文的欧洲专利申请号16159723.2中描述的干涉仪装置来获得。
所描述的各种实施例使得能够确定由于在操作期间图案的升温而引起的图案形成装置上的图案的变形。这种变形可以被描述为稳态变形，例如，基于图案中出现的平均耗能，或者考虑到图案中的实际的时间相关耗能，这种变形可以被描述为瞬态的时间相关的变形。当发生图案的变形并且不采取措施时，图案在衬底上(即，在诸如图1中所示的目标部分C等目标部分上)的投射可能是不准确的。特别地，图案的面内变形可能例如导致投射图案与衬底上先前施加的图案之间的对准误差，而面外变形可能例如导致图案的图像在曝光期间离焦，即，有些模糊。
在发生图案的变形并且确定变形(即，将其量化到某种程度)的情况下，可以采取措施来改善图案到衬底上的曝光或投射。这些措施可以是包括调节曝光设备的照射系统(例如，如图1所示的照射器IL)或投射系统(例如，如图1所示的投射系统PS)的设置。替代地或另外地，可以基于所确定的图案的变形来控制图案形成装置和衬底的相对位置。特别地，在一个实施例中，光刻设备可以包括定位设备，诸如定位设备PW或PM或其组合，定位设备基于图案的变形(例如基于图案的平面内变形)来控制衬底台相对于支撑件的位置。在这样的实施例中，定位设备可以例如被配置为借助于设定点来控制衬底台相对于图案形成装置支撑件的位置。这样的设定点可以例如被提供给定位设备的控制系统，设定点取决于图案的变形。
因此，本发明的一个实施例可以例如能够提供图案形成装置的图案到衬底上的改进投射。该改进可以产生与先前投射的图案化层的改善对准，和/或产生所成像的图案的改善聚焦。
尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测模式、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本领域技术人员将理解，在这样的替代应用的上下文中，本文中的术语“晶片”或“裸片”的任何使用可以被视为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文中提到的衬底可以在曝光之前或之后使用例如轨道(通常向衬底施加抗蚀剂层并且显影曝光的抗蚀剂的工具)、量测工具和/或检查工具来进行处理。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他的衬底处理工具。此外，衬底可以被处理一次以上，例如以便产生多层IC，使得本文中使用的术语衬底也可以指代已经包含多个经处理的层的衬底。
尽管以上可以已经在光学光刻的上下文中对实施例的使用进行了具体参考，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压入被提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案形成装置移出抗蚀剂，在其中留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为或约为365、248、193、157或126nm、)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5至20nm的范围内)、以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以用不同于所描述的方式来实施。例如，本发明的一个实施例可以采用包含描述上述方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序或者其中存储有这样的计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器，磁盘或光盘)的形式。
以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员很清楚的是，在不脱离下面陈述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本发明进行修改。

Claims (15)

1.一种光刻设备，包括：
照射系统，被配置为调节辐射束；
支撑件，被构造为支撑图案形成装置，所述图案形成装置能够在所述辐射束的截面中向所述辐射束赋予图案，以形成经图案化的辐射束；
衬底台，被构造为保持衬底；
投射系统，被配置为将所述经图案化的辐射束投射到所述衬底的目标部分上；以及
控制系统，被配置为：
接收表征所述图案形成装置上的所述图案的分布的图案数据，所述图案数据包括图案布局数据，
接收表征所述辐射束的辐射数据，
基于所述图案数据和所述辐射数据确定所述图案的耗能分布，
通过在所述图案形成装置的热机械模型中应用所述耗能分布来确定所述图案的变形，以及
基于所述图案的变形确定用于控制所述光刻设备的部件的控制信号，并且所述控制系统被配置为基于所述图案布局数据确定所述图案的密度分布并且基于所述图案的所述密度分布和所述辐射数据确定所述图案的所述耗能分布。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述图案数据包括所述图案的密度分布，并且所述控制系统被配置为基于所述图案的所述密度分布和所述辐射数据来确定所述图案的所述耗能分布。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述控制系统被配置为：基于所述图案的变形来确定用于调节所述照射系统或所述投射系统的设置的光学控制信号，作为所述控制信号。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制系统被配置为：基于所述图案的变形来确定用于控制所述衬底台相对于所述支撑件的位置的位置控制信号，作为所述控制信号。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括被配置为捕捉所述图案的图像的图像传感器，并且其中所述控制系统被配置为接收所述图像作为所述图案数据。
6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述热机械模型包括所述图案形成装置的三维有限元模型。
7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述辐射数据包括辐射束强度、辐射束功率、辐射束占空比或选自以上各项的任何组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述控制系统还被配置为：接收表示所述图案形成装置的温度的测量数据，并且基于所述测量数据设置所述图案形成装置的所述热机械模型的参数。
9.根据权利要求8所述的设备，还包括被配置为提供所述测量数据的温度传感器。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述温度传感器包括：红外温度传感器阵列，被配置为测量所述图案形成装置的表面的温度，并且将所述表面的温度的测量值作为所述测量数据提供给所述控制系统。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述红外温度传感器阵列被配置为测量所述图案形成装置的前表面的温度，所述图案设置在所述图案形成装置的与所述前表面相对的后表面上。
12.一种控制光刻设备的方法，所述方法包括：
接收图案数据，所述图案数据表征用于在所述光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，所述图案数据包括图案布局数据；
接收表征要由所述光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定所述图案的耗能分布；
通过在所述图案形成装置的热机械模型中应用所述耗能分布来确定所述图案的变形；
基于所述图案的变形确定用于控制所述光刻设备的部件的控制信号；以及
基于所述图案布局数据确定所述图案的密度分布，并且基于所述图案的所述密度分布和所述辐射数据确定所述图案的所述耗能分布。
13.一种用于光刻设备的控制系统，所述控制系统被配置为：
接收图案数据，所述图案数据表征用于在所述光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，所述图案数据是图案布局数据；
接收表征要由所述光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定所述图案的耗能分布；
通过在所述图案形成装置的热机械模型中应用所述耗能分布来确定所述图案的变形；
基于所述图案的变形确定用于控制所述光刻设备的部件的控制信号；以及
基于所述图案布局数据确定所述图案的密度分布，并且基于所述图案的所述密度分布和所述辐射数据确定所述图案的所述耗能分布。
14.一种计算机程序产品，包括存储在计算机可读介质上的计算机可读指令集，所述指令集被配置为当在计算机上运行时使得所述计算机能够执行以下方法：
接收图案数据，所述图案数据表征用于在光刻设备中使用的图案形成装置上的图案的分布，所述图案数据是图案布局数据；
接收表征要由所述光刻设备施加的辐射束的辐射数据；
基于所接收的图案数据和所接收的辐射数据确定所述图案的耗能分布；
通过在所述图案形成装置的热机械模型中应用所述耗能分布来确定所述图案的变形；
基于所述图案的变形确定用于控制所述光刻设备的部件的控制信号；以及
基于所述图案布局数据确定所述图案的密度分布，并且基于所述图案的所述密度分布和所述辐射数据确定所述图案的所述耗能分布。
15.一种器件制造方法，包括使用光刻设备将经图案化的辐射束投射到衬底上，其中在投射所述经图案化的辐射束之前，根据权利要求12控制所述设备。
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