CN112805627A - 光刻方法 - Google Patents

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R·梅杰林
T·申克拉斯
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L·J·A·凡鲍克霍文
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Abstract

一种预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转的方法，该方法包括：接收与表膜的性质有关的参数，以及接收与表膜的预期运动有关的参数。将该参数应用于预测根据这些参数而变化的表膜的偏转的模型。该模型包括涉及表膜的偏转的不同分量的多个子模型。该模型的输出可以用于预测和减少与表膜的预期偏转相关联的光刻误差。

Description

光刻方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年10月9日提交的欧洲专利申请18199310.6的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转的方法。表膜的预测的偏转然后可以用于校正光刻误差，例如，重叠误差，光刻误差在光刻曝光期间将由表膜的偏转引起。
背景技术
光刻设备是一种被构造为将期望图案施加到衬底上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如，掩模或掩模版)的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
随着半导体制造工艺的不断发展，电路元件的尺寸不断减小，同时每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量在数十年间稳定增长，这种增长所遵循的趋势通常称为“摩尔定律”。为了与摩尔定律保持一致，半导体行业正在寻求能够产生越来越小特征的技术。为了将图案投影在衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了在衬底上图案化的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备相比，使用波长在4nm至20nm的范围内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(EUV)辐射的光刻设备可以用于在衬底上形成更小的特征。
在深紫外线(DUV)光刻设备中，表膜通常附接到掩模版以防止掩模版受到污染。表膜是透射膜，其与掩模版上的图案化区域间隔开几mm，例如约5mm。在表膜上接收的污染颗粒相对于掩模的图案处于远场中，并且因此对由光刻设备投影到衬底上的图像的质量没有显著影响。如果不存在表膜，则污染颗粒将位于掩模版的图案上并且将使图案的一部分模糊。由此，防止了图案被正确地投影到衬底上。因此，表膜在防止污染颗粒对由光刻设备将图案投影到衬底上的投影产生不利影响方面起着重要作用。
尽管表膜提供有用且有价值的功能，但是表膜引起不期望的副作用，因为表膜本身将对由光刻设备投影到衬底上的图像产生影响。这是因为，表膜具有有限的厚度，且折射率大于其环境气体(例如，空气)的折射率，并且因此会导致非垂直入射到表膜上的任何辐射发生某种偏转。期望提供例如能够消除或减轻现有技术的一个或多个问题的方法，而无论该问题是否在本文中或在其他地方已经确定。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转的方法，该方法包括：接收与表膜的性质有关的第一参数，并且接收与表膜的预期运动有关的第二参数，并且将第一参数和第二参数应用于模型，该模型预测根据第一参数和第二参数而变化的表膜的偏转，其中该模型包括与表膜的偏转的不同分量相关的多个子模型。
表膜的偏转的预测使得能够确定和在先校正与表膜偏转相关联的光刻误差。由于减少了测量光刻误差所需要的时间，因此预测偏转的方法有利地增加了光刻设备的可用性。预测偏转的方法有利地避免了每次使用光刻设备执行不同曝光时都需要执行测量。与预测的表膜偏转相关联的光刻误差可以用于减少与使用不同光刻设备(例如，DUV和EUV光刻设备)曝光单个衬底相关联的匹配误差。可以按表膜类型而不是按光刻曝光类型来校准用作子模型的输入的参数，从而与已知方法相比实现更大的灵活性。
来自多个子模型的输出可以由该模型组合。该模型可以包括关于多个子模型彼此独立的设定。
多个子模型中的至少一个子模型可以涉及由表膜的运动的以下第一组方面中的至少一个方面引起的表膜的偏转的分量：表膜的加速度的变化率不为零的时间；表膜的加速度的变化率；以及表膜的加速度。
第一子模型可以被布置为使用第一组方面中的至少一个方面来将表膜的偏转模型化为由表膜的振动引起的阻尼波。
第二子模型可以被布置为使用第一组方面中的至少一个方面来将表膜的偏转模型化为由与表膜连通的气体的惯性引起的指数衰减。
多个子模型中的至少一个子模型可以涉及由表膜的运动的以下第二组方面中的至少一个方面引起的表膜的偏转的分量：表膜的速度；以及表膜的位置。
第三子模型可以被布置为使用第二组方面中的至少一个方面来将表膜的偏转模型化为由在表膜的运动期间与表膜连通的气体的压力变化引起的变形。
第二子模型可以被布置为使用第一组方面中的至少一个方面来将表膜的偏转模型化为由与表膜连通的气体的惯性引起的指数衰减，并且其中多个子模型中的至少一个子模型涉及由表膜的运动的以下第二组方面中的至少一个方面引起的表膜的偏转的分量：表膜的速度和表膜的位置。第三子模型可以被布置为使用第二组方面中的至少一个方面来将表膜的偏转模型化为由在表膜的运动期间与表膜连通的气体的压力变化引起的变形。第三子模型还可以被布置为模型化第一子模型和第二子模型不适应的表膜的偏转。
根据本发明的第二方面，提供了一种使用光刻设备对衬底的目标部分执行扫描曝光的方法，该方法包括将掩模版和表膜装载到光刻设备中，在掩模版和表膜的扫描运动期间以及在衬底的扫描运动期间使辐射束穿过掩模版和表膜，使用光刻设备的投影系统将辐射束投影到衬底的所述目标部分上，以及在扫描曝光期间调节投影系统的透镜、衬底的扫描运动以及掩模版和表膜的扫描运动中的至少一项以补偿由于表膜的偏转而引起的光刻误差，表膜的偏转使用根据本发明的第一方面的方法来预测。
在扫描曝光期间调节投影系统的透镜、衬底的扫描运动以及掩模版和表膜的扫描运动中的至少一项以补偿光刻误差针对预期的和意外的曝光条件变化提供了鲁棒性，并且不是每次曝光都需要额外的校正时间。
根据本发明的第三方面，提供一种包括计算机可读指令的计算机程序，该计算机可读指令被配置为控制计算机执行根据本发明的第一方面和/或本发明的第二方面的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种承载根据本发明的第三方面的计算机程序的计算机可读介质。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转的计算机装置，该计算机装置包括存储处理器可读指令的存储器以及被布置为读取和执行存储在上述存储器中的指令的处理器，其中上述处理器可读指令包括被布置为控制计算机执行根据本发明的第一方面和/或本发明的第二方面的方法的指令。
根据本发明的第六方面，提供一种光刻设备，该光刻设备被布置为将图案从图案形成装置投影到衬底上，该光刻设备包括根据本发明的第五方面的计算机装置。
根据本发明的第七方面，提供了一种量测设备，该量测设备包括根据本发明的第五方面的计算机装置。
根据本发明的第八方面，提供了一种生成模型的方法，该模型用于预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转，该方法包括确定由表膜的偏转引起的光刻误差，将所确定的光刻误差转换为对应的偏转表膜形状，形成与表膜的偏转的不同分量相关的多个子模型，以及通过将所述多个子模型拟合偏转表膜形状来校准每个子模型。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中：
-图1示出了光刻设备的示意性概图；
-图2示意性地示出了由表膜的偏转引起的辐射束的偏移；
-图3更详细地示意性地示出了包括表膜的图1的光刻设备的一部分；
-图4(由图4A和4B组成)示出了在扫描曝光期间由表膜的运动引起的表膜偏转引起的重叠误差；
-图5示出了典型的曝光扫描周期所涉及的不同时间段；
-图6示出了根据本发明的实施例的预测在光刻设备中将在表膜的运动期间发生的表膜的偏转的方法；
-图7示出了根据本发明的实施例的使用光刻设备对衬底的目标部分执行扫描曝光的方法；以及
-图8示出了根据本发明的实施例的生成用于预测表膜的偏转的模型的方法。
具体实施方式
在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，波长为365、248、193、157或126nm)和EUV(极端紫外辐射，例如，波长在约5-100nm范围内)。
本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地解释为是指可以用来向入射辐射束赋予与将在衬底的目标部分中创建的图案相对应的图案化横截面的通用图案形成装置。在此上下文中也可以使用术语“光阀”。除了经典的掩模(透射或反射、二进制、相移、混合等)，其他这样的图案形成装置的示例还包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。
图1示意性地描绘了根据本发明的特定实施例的光刻设备。光刻设备包括：照射系统(“照射器”)IL，被配置为调节辐射束PB(例如，UV辐射或DUV辐射)；支撑掩模MA的支撑结构MT，支撑结构MT连接到定位装置(未示出)以相对于投影系统PS准确地定位掩模MA；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并且连接到定位装置PW以相对于投影系统PS准确地定位衬底；以及投影系统(例如，折射投影透镜)PS，被配置为将通过掩模MA施加给辐射束PB的图案成像到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
如这里描绘的，光刻设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。替代地，光刻设备可以是反射型的(例如，采用可编程反射镜阵列)。
表膜P附接到框架F，框架F又附接到掩模MA。表膜P是与掩模MA上的图案间隔开的透射膜。表膜P防止污染颗粒入射到掩模MA的图案上，并且使这样的污染颗粒远离掩模图案。表膜P可以例如与掩模图案分开几mm，例如约5mm。掩模MA、框架F和表膜P均位于由壳体20限定的环境内。
照射器IL从辐射源(未示出)接收辐射束。辐射源和光刻设备可以是分开的实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，不认为源是光刻设备的一部分，并且辐射束借助于束传输系统BD从源传输到照射器IL，束传输系统BD包括例如合适的导向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，例如，当源是水银灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源和照射器IL以及束传输系统BD(如果需要)可以一起称为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节束的角强度分布的调节装置AM。通常，可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为外部σ-和内部σ)。另外，照射器IL通常包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器C0。照射器IL提供在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布的经调节的辐射束PB。
辐射束PB入射在掩模MA上，掩模MA由支撑结构MT保持。在穿过掩模MA之后，辐射束PB穿过表膜P并且然后进入投影系统PS。投影系统PS将束PB聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪)，衬底台WT可以例如被准确地运动，以便将不同目标部分C定位在束PB的路径中。类似地，例如在扫描曝光期间，支撑结构MT可以用于相对于束PB的路径准确地定位掩模MA。掩模MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。
光刻设备可以用于执行扫描曝光。在扫描曝光中，同步地扫描支撑结构MT和衬底台WT，同时将赋予束PB的图案投影到目标部分C上，即，单次动态曝光。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向由投影系统PS的缩小率和图像反转特性确定。
光刻设备还包括控制器CT。控制器CT被配置为在扫描曝光期间输出要施加到光刻设备的调节。该调节可以包括在扫描曝光期间调节投影系统PS的透镜、衬底W的扫描运动以及掩模版MA和表膜P的扫描运动中的至少一项。由控制器CT执行的调节可以至少部分补偿由表膜P的偏转引起的光刻误差。表膜P的偏转可以使用根据本发明的实施例的方法(例如，如下所述的方法)来预测。
表膜P将对穿过其的图案化辐射束PB产生影响。表膜P在扫描曝光期间动态地偏转。这种动态偏转将不希望的像差引入到由光刻设备投影到衬底W上的图像中，这又导致光刻误差，诸如重叠误差。本发明的实施例解决了这个问题并且允许减少光刻误差。
图2示意性地示出了当表膜P(或表膜的一部分)相对于光刻设备的光轴成一定角度时由表膜P引起的辐射束PB的偏移。为了帮助说明偏移，在图2中包括直角坐标。直角坐标(也用于其他图中)符合扫描光刻设备的惯例。y方向是扫描方向，即，扫描曝光期间的运动方向，x方向是在掩模平面中在非扫描方向上，z方向是光刻设备的光轴。
表膜P的折射率np大于表膜P的两侧的气体(例如，空气)的折射率n1、n2。表膜P的厚度为d。由表膜P引入的偏移符合斯涅尔定律，并且部分地由表膜P的厚度d和表膜P的折射率np确定。另外，由于表膜P相对于XY平面成角度θn，XY偏移还由表膜P相对于XY平面的角度确定。该系统的主射线Rp以点划线示出，并且相对于主射线Rp成角度θa的射线R也被示出。虚线R1示出了在没有表膜P的情况下射线R将如何传播。实线R2示出了当存在表膜P时射线R将如何传播。可以看出，与射线R1相比，射线R2在y方向上存在明显偏移Δy，如果不存在表膜P，则可以看到该偏移Δy。从图2还可以理解，射线R的位移部分取决于表膜P相对于XY平面的角度θn。与射线R相比，主射线Rp将被偏移较小量。垂直于表膜P的射线(未示出)将不会被偏移。
图3更详细地示意性地描绘了图1的光刻设备的一部分。如图1所示，表膜P固定到表膜框架F，表膜框架F又附接到掩模MA。掩模MA附接到支撑结构MT。表膜P、表膜框架F和掩模MA可以称为掩模组件MS。掩模组件MS和支撑结构MT位于由壳体20限定的环境18中。由壳体20限定的环境18可以称为掩模组件环境18。
壳体20在与掩模MA相对的上端处开口21，以接收辐射束PB(参见图1)，并且在与表膜P相对的下端处开口22，以允许图案化辐射束行进到光刻设备的投影系统PS(参见图1)。下开口22可以称为曝光狭缝22。投影系统PS(参见图1)的最上面的透镜24在图3中示意性地示出。
在掩模组件环境18中可以存在例如空气的气体。该气体可以以高于投影系统PS中的压力的压力来提供，以便抑制污染颗粒从投影系统PS行进进入掩模组件环境18。
表膜P、表膜MA和框架F包围有体积26。体积26中可以包含气体。体积26通过泄漏路径(未示出)连接到掩模组件环境18，该泄漏路径允许气体(例如，空气)在它们之间流动。泄漏路径受到限制使得气体在体积26与掩模组件环境18之间的行进速度受到限制。气体的流动速率足够低，使得在扫描曝光期间，体积26中的气体量可以被认为是固定的。
在扫描曝光期间，支撑结构MT和掩模组件MS在y方向上从壳体20的一侧快速运动到另一侧(如图3中的箭头所示)。扫描曝光可以例如在约100毫秒内执行。
如图3中示意性地所示，在掩模组件MS从左向右的扫描运动期间，掩模组件MS和支撑结构MT的右侧的气体压力将增加，因为包含该气体的体积减少。同时，掩模组件MS和支撑结构MT的左侧的压力将减小，因为包含该气体的体积增加。结果，气体在掩模组件MS和支撑结构MT周围流动，直到在掩模组件环境18中的气体压力达到平衡。这种气体流动是表膜P的偏转原因的一个示例。偏转可以在表膜P的扫描运动期间改变。偏转可以包括表膜表面的弯曲，并且这向由光刻设备投影到衬底W上的图像中引入了像差。如上面结合图2所述，当表膜P相对于掩模MA成非零角度时，这向投影图像中引入了偏移。由于表膜P弯曲并且因此相对于掩模MA具有一定角度范围，因此表膜不会引入简单偏移，而是向投影图像中引入像差。此外，由表膜P引入的像差在扫描曝光期间变化。这是因为，图案化辐射束在掩模组件MS的扫描运动期间沿表膜P扫描，并且表膜P的不同部分将以不同方式弯曲。
图4示出了在扫描曝光期间由表膜P的运动引起的表膜偏转引起的曝光场内的重叠误差。图4A示出了与表膜P沿正y方向运动的扫描曝光的一部分(即，扫描曝光的“向上扫描”部分)相关联的重叠误差。图4B示出了与表膜P沿负y方向运动的扫描曝光的一部分(即，扫描曝光的“向下扫描”部分)相关联的重叠误差。在图4的示例中，重叠误差被表示为黑色箭头的变形网格，其中箭头的大小指示衬底W的目标部分C上的给定位置处的重叠误差的大小。给定箭头的尾部指示投影图像的一部分的预期位置，并且箭头的头部指示在通过偏转表膜P向投影图像引入像差之后投影图像的该部分的实际位置。
在衬底W的曝光期间，当支撑结构MT(或掩模版台)沿扫描方向(例如，y方向)来回运动时，通过表膜P的偏转触发图4所示的重叠误差。从图4A和图4B的比较可以看出，由向上扫描和向下扫描运动引起的重叠误差彼此不同。表膜P的偏转在向上扫描和向下扫描运动中可以基本相同，只是当从向上扫描切换为向下扫描时，表膜P相对于目标部分的取向发生改变。也就是说，表膜P在扫描曝光的向上扫描部分中的偏转(图4A)可以基本是表膜P在扫描曝光的向下扫描部分中的偏转(图4B)的镜像。替代地，表膜P在向上扫描运动期间的偏转可以与表膜P在向下扫描运动期间的偏转不同。可能导致表膜在向上扫描运动与向下扫描运动之间经历的偏转之间的差异的因素可以包括例如通过表膜投影的图像、表膜P和/或掩模版MA的局部环境18的性质(例如，掩模版台环境18的几何形状和/或局部压力变化)等。
由于掩模版台MT的运动是相关的，因此并非衬底W的所有目标部分都会经历相同的重叠误差。经历部分曝光的衬底W的目标部分C尤其如此。在被曝光的目标部分C的行和/或列改变之后进行曝光的第一目标部分C也尤其如此。例如，当第一列目标部分已经暴露于辐射时，衬底台WT可以在再次开始曝光之前运动到目标部分C的相邻一列。与衬底台WT从一列的一个目标部分C到同一列的另一目标部分C的运动相比，该运动花费额外的时间。与在两次曝光之间行/列不变的情况相比，该额外的时间可能会导致在被曝光的目标部分C的一行和/或列在曝光之间发生改变之后，表膜P的性质有所不同。
表膜的环境18内的压力变化不是表膜偏转的唯一来源。表膜P的运动的不同方面对在曝光扫描期间表膜P经历的总偏转做出贡献。图5示出了典型的曝光扫描周期所涉及的不同时间段。曝光扫描可以分解成掩模版台MT和表膜P的不同运动时段。在图5的示例中，掩模版台MT和表膜P的第一运动时段T1是衬底W的目标部分C的先前曝光的结束。也就是说，图像到衬底W的先前目标部分C上的投影刚刚结束。在先前曝光结束期间，掩模版和表膜以恒定速度运动。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以大于约0.5ms-1的速度运动。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以小于约10ms-1的速度运动。图5的曝光扫描周期中的下一时间段是第一急动时段T2，在此期间，表膜P的加速度的变化率不为零。第一急动时段T2可以例如具有大于约0.001s的持续时间。第一急动时段T2可以例如具有小于约0.03s的持续时间。第一急动时段T2之后可以是减速时段T3，在此期间，掩模版台MT和表膜P经历恒定减速。在减速时段T3期间，掩模版MA和表膜P可以经历例如大于约50ms-2的绝对加速度。在减速时段T3期间，掩模版MA和表膜P可以经历例如小于约200ms-2的绝对加速度。减速时段T3可以例如具有大于约1ms的持续时间。减速时段T3可以例如具有小于约50ms的持续时间。减速周期T3之后可以是第二急动时段T4，在此期间，表膜的加速度的变化率不为零。第二急动时段T4可以例如具有大于约0.001s的持续时间。第二急动时段T4可以例如具有小于约0.03s的持续时间。第一急动时段T2、减速阶段T3和第二急动时段T4可以组合以形成掩模版和表膜的第一加速度曲线。掩模版MA和表膜P的第一加速度曲线可以在衬底W的曝光期间对表膜P经历的偏转具有相对较大的影响。因此，第一加速度曲线可以包括在对表膜P的偏转模型化时要考虑的一个或多个重要参数。第一加速度曲线可以例如具有大于约1ms的持续时间。第一加速度曲线可以例如具有小于约10ms的持续时间。
第二急动时段T4之后可以是掩模版台MT和表膜P在扫描方向上的行进T5结束。也就是说，掩模版台MT沿扫描方向达到其最大距离并且变得静止。在行进时段T5结束时，表膜P开始在相对扫描方向上运动。下一时段可以是第三急动时段T6，在此期间，表膜P的加速度的变化率不为零。第三急动时段T6可以例如具有大于约1ms的持续时间。第三急动时段T6可以例如具有小于约30ms的持续时间。第三急动时段T6之后可以是加速时段T7，在此期间，表膜经历恒定加速。在加速时段T7期间，掩模版MA和表膜P可以经历例如大于约50ms-2的绝对加速度。在加速时段T7期间，掩模版MA和表膜P可以经历例如小于约200ms-2的绝对加速度。加速时段T7可以例如具有大于约1ms的持续时间。加速时段T7可以例如具有小于约50ms的持续时间。表膜P在整个加速时段T7和加速时段中经历恒定加速度大小，只是表膜的运动方向在这些时段之间改变。加速时段T7之后可以是第四急动时段T8，在此期间，表膜P的加速度的变化率不为零。第四急动时段T8可以例如具有大于约1ms的持续时间。第四急动时段T8可以例如具有小于约30ms的持续时间。第三急动时段T6、加速时段T7和第四急动时段T8可以组合以形成掩模版MA和表膜P的第二加速度曲线。掩模版MA和表膜P的第二加速度曲线可以对在衬底W的曝光期间表膜P经历的偏转具有相对较大的影响。因此，第二加速度曲线可以包括在对表膜P的偏转模型化时要考虑的一个或多个重要参数。第二加速度曲线可以例如具有大于约1ms的持续时间。第二加速度曲线可以例如具有小于约10ms的持续时间。
第四急动时段T8之后可以是稳定时段，在此期间，表膜P经历恒定速度。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以大于约0.5ms-1的速度运动。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以小于约10ms-1的速度运动。在稳定时段T9期间，衬底W的目标部分C不暴露于辐射。稳定时段T9可以在衬底W的下一目标部分C的曝光发生之前，给予一些时间以使表膜P的偏转部分地稳定。稳定时段T9之后可以是曝光时段T10，在此期间，掩模版台MT(和表膜P)以恒定速度运动，同时图像通过表膜P被投影到衬底W的目标部分C上。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以大于约0.5ms-1的速度运动。掩模版MA和表膜P可以沿扫描方向以小于约10ms-1的速度运动。一旦图像被投影到衬底W的目标部分C上，曝光时段就结束，并且曝光扫描周期可以从先前曝光的结束再次开始，以准备曝光衬底W的不同目标部分C。稳定时段T9、曝光时段T10和先前曝光的结束可以例如具有大于约10ms的总持续时间。稳定时段T9、曝光时段T10和先前曝光的结束可以例如具有小于约100ms的总持续时间。曝光扫描周期的总持续时间可以至少部分取决于衬底W的目标部分C的尺寸和/或掩模版台MT的扫描速度。
再次参考图4，曝光时段可以被认为包括三个子时段：初始扫描子时段41、中间扫描子时段42和最终扫描子时段43。这三个子时段41-43在图4A(向上扫描)和图4B(向下扫描)上被指示。初始扫描子时段41可以对应于以上结合图5讨论的第二加速度曲线。中间扫描子时段42可以对应于以上结合图5讨论的稳定时段T9、曝光时段T10和先前曝光的结束。最终扫描时段43可以对应于以上结合图5讨论的第一加速度曲线。如从图4可以看出，曝光时段T10的不同子时段41-43与不同重叠误差相关联。与表膜P的偏转相关联的重叠误差可以例如大于约0.1nm。与表膜P的偏转相关联的重叠误差可以例如小于约6nm。
表膜P的净偏转可以理解为由不同来源引起的偏转的组合，例如，表膜P的环境的压力变化和由表膜P的运动的变化引起的偏转。可能很难对表膜偏转进行整体模型化，因为整体模型可能涉及大量相依的变量，这些变量需要大量数据和处理能力以准确模型化。发明人已经意识到，表膜P所经历的总偏转可以理解为是，响应于表膜P的运动的不同方面，表膜P的偏转的不同分量的组合。也就是说，发明人已经意识到，表膜P的偏转响应可以根据其来源(即，表膜的运动的对表膜的偏转做出贡献的方面)而拆分，并且可以通过模型来分别处理。表膜的偏转的每个分量可以由其自己的子模型模型化。每个子模型可以被配置为预测表膜的偏转的给定分量对总表膜偏转的贡献。然后，例如，通过组合每个子模型的输出，同时设定子模型彼此独立，可以组合每个子模型的预测以预测表膜P的总偏转。可以针对每个子模型来校准对表膜P的偏转做出贡献的参数，并且可以针对每个子模型来计算对总表膜偏转的贡献。
图6示出了根据本发明的实施例的预测在光刻设备中将在表膜P的运动期间发生的表膜P的偏转的方法。在图6的示例中，已经生成了模型。关于如何生成模型的讨论可以在下面结合图8找到。该方法的第一步骤S1包括：接收与表膜P的性质有关的参数，以及接收与表膜P的预期运动有关的参数。
关于表膜P的性质的第一参数可以包括例如表膜类型、表膜P被保持在表膜框架F中时的张力或拉伸应力、表膜的厚度d、当表膜P被表膜框架F保持时表膜P的谐振频率等。关于表膜P的性质的第一参数可以被测量和/或模型化。例如，可以在实验室中测量当表膜P被表膜框架F保持时表膜P的谐振频率。表膜P被保持在表膜框架F中时的张力可以例如大于1MPa。表膜P被保持在表膜框架F中时的张力可以例如小于约15MPa。表膜P的厚度d可以例如大于约100nm。表膜P的厚度d可以例如小于约1000nm。当表膜P被表膜框架F保持时表膜P的谐振频率可以例如大于约5Hz。当表膜P被表膜框架F保持时表膜P的谐振频率可以例如小于约50Hz。
关于表膜P的预期运动的第二参数可以包括例如表膜的加速度的变化率不为零的时间、表膜P的加速度的变化率(即，急动)、表膜P的加速度、表膜P的速度、表膜P的位置等。关于表膜P的预期运动的第二参数可以被测量和/或模型化。表膜P的急动可以例如大于约10000ms-3。表膜P的急动可以例如小于约20000ms-3。表膜P的加速度可以例如大于约50ms-2。表膜P的加速度可以例如小于约200ms-2。表膜P的速度可以例如大于约0.5ms-1。表膜P的速度可以例如小于约10ms-1。
该方法的第二步骤S2包括将第一参数和第二参数应用于预测根据第一参数和第二参数而变化的表膜P的偏转的模型。该模型包括涉及表膜P的偏转的不同分量的多个子模型。在图6的示例中，该模型包括三个子模型，每个子模型由一个图表表示，该图表示出了由于由子模型表示的表膜P的偏转分量而引起表膜如何偏转。
第一子模型51将表膜P的偏转模型化为由表膜P的偏转的振动分量引起的阻尼波。第一子模型51可以称为振动子模型。表膜P的加速度的变化率不为零的表膜P的运动时段可以以表膜P的谐振频率(即，表膜P的本征频率或谐振频率)来激发表膜的振动，其中振动的边界由与表膜框架F的接触区域限定。例如，以上关于典型曝光扫描周期讨论的第一急动时段T2、第二急动时段T4和第三急动时段T6中的每个可以引起表膜P的振动。在目标部分C在曝光时段T10期间暴露于辐射之前，所引起的振动可能尚未消退。因此，所引起的振动可以有助于将像差引入到投影到衬底W的目标部分C上的图像。
表膜P的不同运动可能会导致由第一子模型51模型化的表膜P的偏转的振动分量。例如，由急动时段引起的表膜P的振动大小至少部分取决于表膜P的加速度和/或表膜P的加速度的变化率。在表膜P的整个运动中的不同时间引起的表膜P的振动可能彼此干扰，并且因此影响表膜P经历的总偏转。例如，给定振动的相位可以至少部分取决于非零急动引起给定振动的时间。振动的相位可以至少部分取决于急动时段结束的时间。例如，图5的曝光扫描周期包括四个急动时段。第一子模型51可以至少部分用于将这四个振动加在一起，并且由此确定表膜P的振动的总激发。这四个振动的相对相位可以至少部分取决于每个急动时段结束的时间。每个振动的时间段可以至少部分取决于当表膜P被表膜框架F保持时表膜P的谐振频率。例如，由第一子模型51模型化的表膜P的偏转可以至少部分通过表膜P的振动的总激发和表膜框架系统F中的表膜P的谐波(例如，二次谐波)的组合(例如，卷积)来确定。第一子模型51可以接收与表膜P的预期运动有关的以下一组参数中的至少一个参数：表膜的加速度的变化率不为零的时间，即，曝光扫描中的非零急动的一个或多个时间段，诸如结合图5讨论的第一急动时段T2和/或第二急动时段T4；表膜P的加速度的变化率；以及表膜P的加速度。这些参数中的每个可以对表膜P的所引起的振动以及表膜P的相关联的偏转做出贡献。
在急动时段期间被引起之后，表膜P的振动由于诸如抵抗由与表膜P连通的气体引起的表膜运动的阻力等损失而随时间被衰减或阻尼。与可以使用第一子模型51校准的表膜P的偏转有关的参数包括：表膜P的所引起的振动的频率、作用于所引起的振动的阻尼的强度、在已知加速度和/或已知加速度变化率的情况下的振动大小等。这些参数在图6的方法中被使用之前可以使用例如计算流体动力学来模型化。
第二子模型52将表膜P的偏转模型化为由与表膜P连通的气体(即，如关于图3讨论的由表膜P、掩模MA和框架F封闭的气体)的惯性引起的指数衰减分量。第二子模型52可以称为惯性子模型。在表膜P的扫描运动开始时，沿表膜P的压力梯度被引起。压力梯度的大小可以至少部分取决于表膜P的加速度和/或表膜P的加速度变化率。由压力梯度引起的表膜P的偏转与表膜P的其他偏转之间的干扰可以至少部分取决于引起压力梯度的时间，例如表膜经历非零急动的时间。第二子模型52至少部分用于将指数衰减分量与和表膜P的一个或多个加速度曲线(例如，关于图5讨论的第一和第二加速度曲线)相关联的参数结合。由第二子模型52模型化的表膜的偏转可以例如至少部分通过指数衰减分量与表膜框架系统F中的表膜P的谐波(例如，二次谐波)的结合(例如，卷积)来确定。因此，第二子模型51可以接收与表膜P的预期运动有关的以下一组参数中的至少一个参数：1)表膜的加速度的变化率不为零的时间，即，曝光扫描中的非零急动的一个或多个时间段，诸如结合图5讨论的第一急动时段和/或第二急动时段；2)表膜P的加速度的变化率；以及3)表膜P的加速度。
所引起的压力梯度呈指数松弛。压力梯度的指数衰减的时间常数可以例如在约5ms至约50ms之间，例如，约20ms。可以使用第二子模型52来校准的参数包括：压力梯度的衰减率、在已知加速度条件下和/或在由压力梯度导致的已知压力条件下的重叠误差的大小等。这些参数在图6的方法中使用之前可以使用例如计算流体动力学来模型化。
第三子模型53将表膜P的偏转模型化为由在表膜P的运动过程中与表膜P连通的气体的压力变化引起的变形分量。第三子模型53可以称为压力变化模型。如以上关于图3讨论的，气体在掩模组件MS和支撑结构MT周围流动，从而引起表膜P的偏转。在图6的示例中，与第三子模型53相关联的表膜偏转被模型化为三次函数形式。与第三子模型53相关联的表膜偏转可以采取其他形式，例如二次函数。表膜P的该偏转分量的大小随着表膜P的速度的增加而增加。表膜偏转的大小可以与增大到大于或等于约一又二分之一的能值的表膜P的速度成比例。表膜偏转的大小可以与增大到小于或等于约二又二分之一的能值的表膜P的速度成比例。例如，表膜偏转的大小可以与表膜P的速度的平方成比例。表膜P的速度被增大到的值可以被调节，以调节和改善模型的准确性。因此，第三子模型53可以接收与表膜P的预期运动有关的以下参数中的至少一个参数：表膜P的速度；以及表膜P的位置。可以使用第三子模型53校准的参数是由于压力变化而引起的在已知速度(例如，表膜P在曝光扫描期间的最大速度)时表膜P的偏转引起的重叠误差。
第三子模型53还可以被配置为模型化第一子模型51和第二子模型52不适应的表膜P的偏转。例如，可以从与所有表膜偏转相关联的总光刻误差中减去与由第一子模型51和第二子模型52描述的表膜偏转相关联的光刻误差，例如，图4所示的重叠误差，并且可以使任何剩余光刻误差适合于第三子模型53。作为另一示例，可以从表膜P的总偏转中减去由第一子模型51预测的表膜偏转和由第二子模型52预测的表膜偏转的组合大小，从而对表膜的剩余偏转模型化。
关于表膜P的性质的第一参数也可以对由三个子模型51-53描述的表膜偏转做出贡献。例如，表膜P被保持在表膜框架F中的张力可以至少部分确定由第一子模型51描述的所引起的振动的频率、由第二子模型52描述的压力梯度的指数衰减的时间常数和/或由第三子模型53描述的偏转程度。因此，该模型接收这些参数，以便准确地预测表膜P的偏转和由此产生的光刻误差。
在图6的示例中，该方法包括组合子模型51至53的输出的可选的第三步骤S3。可以在设定子模型彼此独立的情况下组合子模型51至53的输出。也就是说，设定由每个子模型51-53预测的对表膜偏转的贡献足够独立，则可以将由每个子模型51-53预测的对表膜偏转的贡献加在一起。技术人员将理解，实际上，每个子模型对表膜P的偏转的贡献实际上是相依的。例如，由第二子模型52和第三子模型53描述的表膜P的偏转影响表膜P经历的张力，这又影响如第一子模型51描述的表膜P经历的振动。然而，发明人已经意识到，由子模型51-53的相依性导致的表膜偏转是微不足道的，并且可以被忽略而不会显著不利地影响表膜偏转模型的准确性。如前所述，该设定有利地有助于简化否则将是表膜变形的复杂模型的内容。
该方法可以用于预测在向上扫描运动期间和/或在向下扫描运动期间的表膜偏转。也就是说，例如，如果关于表膜P的预期运动的第二参数在向上扫描运动与向下扫描运动之间不同，则该方法可以被使用两次。该方法的首次使用可以包括使用与向上扫描运动相关联的第一组第二参数来预测表膜P在向上扫描运动期间的偏转。该方法的第二次使用可以包括使用与向下扫描运动相关联的不同的一组第二参数来预测表膜P在向下扫描运动期间的偏转。
图7示出了根据本发明的实施例的使用光刻设备对衬底W的目标部分C执行扫描曝光的方法。该方法的第一步骤S11包括将掩模版MA和表膜P装载到光刻设备中。该方法的第二步骤S12包括在掩模版MA和表膜P的扫描运动期间以及在衬底W的扫描运动期间，使辐射束PB穿过掩模版MA并且穿过表膜P。如上所述，表膜P的运动将引起表膜P的偏转。该方法的第三步骤S13包括使用光刻设备的投影系统PS将辐射束PB投影到衬底W的目标部分C上。如上所述，表膜P的偏转向由投影辐射束PB承载的图像中引入像差。该方法的第四步骤S14包括：接收与表膜P的性质有关的第一参数，以及接收与表膜P的预期运动有关的第二参数。如前所述，可以接收不同的第一和第二参数以进行向上扫描运动和向下扫描运动。该方法的第五步骤S15包括将第一参数和第二参数应用于模型，该模型根据第一参数和第二参数而变化的表膜P的偏转。如上所述，与向上扫描运动相关联的第二参数可以用于预测在向上扫描运动期间的表膜偏转，并且与向下扫描运动相关联的第二参数可以用于预测在向下扫描运动期间的表膜偏转。图7的方法的第四步骤S14和第五步骤S15与图6的方法的第一步骤S1和第二步骤S2相对应。可以使用物理方法，例如，经由光学像差模型，将预测的表膜偏转转换为光刻误差。当将表膜偏转转换为光刻误差时可以使用的参数可以例如包括表膜P与掩模版MA之间的距离、表膜P的折射率等。表膜P与掩模版MA之间的距离可以例如大于约1mm。表膜P与掩模版MA之间的距离可以例如小于约20mm。表膜P的折射率可以例如大于约0.5。表膜P的折射率可以例如小于约2。
该方法的第六步骤S16包括调节投影系统PS的透镜、衬底W的运动以及掩模版MA和表膜P的运动中的至少一项以补偿光刻误差。调节的类型和/或调节的范围在扫描过程中可以有所不同。例如，可以相对于掩模版MA调节透镜在投影系统PS中的位置，可以对投影系统PS的一个或多个透镜施加压力，可以加热或冷却投影系统PS的一个或多个透镜，等等。
一些光刻过程涉及：使用包括表膜P的光刻设备(例如，DUV光刻设备)执行衬底W的第一组曝光；以及使用不包括表膜P的光刻设备执行衬底W的另一组曝光。表膜偏转的影响在一组曝光中存在，而在另一组曝光中不存在。这种差异可能导致所谓的匹配误差。匹配误差可能会导致严重的光刻误差，例如重叠误差，特别是在单个衬底W上使用表膜P曝光的图案和不使用表膜P曝光的图案之间的重叠误差。通过在其中存在表膜P的曝光期间使用图7的方法预测表膜偏转并且补偿相关联的光刻误差，可以显著减小匹配误差。
图8示出了根据本发明的实施例生成用于预测表膜P的偏转的模型的方法。该方法的第一步骤S21包括确定由表膜P的偏转引起的光刻误差。第一步骤S21可以包括使表膜P沿扫描方向运动以引起表膜P的偏转，同时通过表膜P投影图像并且测量投影图像，以确定由表膜P的偏转引起的光刻误差。光刻误差可以借助于传感器(例如，使用干涉仪)来测量，该传感器在投影图像通过表膜P之后接收投影图像，和/或光刻误差可以通过使用投影图像曝光抗蚀剂并且将形成在抗蚀剂上的图像与预期图像进行比较来测量。当确定所得到的光刻误差时，可以考虑光刻设备的投影系统PS的缩小率和/或图像反转特性。可以确定多个光刻误差。例如，可以确定与不同加速度曲线相关联的不同重叠误差。可以改变表膜P的运动以同时改变表膜P的偏转和所得到的光刻误差。例如，可以改变表膜P的运动，使得表膜P在整个曝光扫描期间的不同时间和/或位置经历不同的加速度变化率、不同的加速度和不同的速度。通常，增加表膜P的运动变化量并且确定所得到的光刻误差可以提高模型的准确性，因为该模型将具有大量的用于进行预测的相关信息。
该方法的第二步骤S22包括将光刻误差转换为对应的偏转表膜形状。第二步骤S22可以涉及例如使用关于图2讨论的斯涅尔定律使用物理方程式将所确定的光刻误差转换为表膜的对应的偏转形状。例如，可以沿掩模版台MT的扫描方向确定表膜P的z位置的变化(或表膜的“高度”)。另外地或替代地，可以确定表膜P的表面法线与光刻设备的光轴(即，z轴)之间的角度沿掩模版台MT的扫描轴的变化。可以使用独立装置和/或光刻设备来确定影响表膜P的偏转的相关物理参数。
该方法的第三步骤S23包括形成涉及表膜P的运动的不同方面的多个子模型。多个子模型可以例如对应于关于图6讨论的三个子模型，例如，振动子模型51、惯性子模型52和压力变化模型53。
该方法的第四步骤S24包括通过使子模型适合于偏转表膜形状来校准每个子模型。第四步骤S24可以例如包括执行非线性卡方拟合以减小(或最小化)由子模型预测的表膜P的偏转与使用在第一步骤S21中讨论的光刻误差而确定的表膜P的偏转之间的差异。拟合的结果可以提供准确的模型以预测表膜的例如根据表膜P和掩模版载物台MT的扫描方向而变化的偏转。
一旦第四步骤S24完成，所生成的模型随后可以用于通过接收与表膜P的性质有关的参数和与表膜P的预期运动有关的参数的任何给定组合作为模型输入(即，图6所示的方法的第一步骤S1)来预测表膜P的偏转。可以多次执行图8的方法以生成不同模型。例如，图8的方法可以使用与向上扫描运动相关联的参数来执行，以便生成用于预测表膜P在向上扫描运动期间的偏转的模型。作为另一示例，图8的方法可以使用与向下扫描运动相关联的参数来执行，以便生成用于预测表膜P在向下扫描运动期间的偏转的模型。然后，通过图8的方法生成的模型可以用于预测各种扫描运动的表膜偏转，并且该模型的结果可以用于至少部分预测与这些不同扫描运动相关联的光刻误差。然后，例如，通过调节投影系统PS的透镜、衬底W的运动、以及掩模版MA和表膜P的运动中的至少一项，可以至少部分考虑所预测的光刻误差。从而，可以减小实际光刻误差。
尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC的制造中的使用，但是应当理解，本文所述的光刻设备可以具有其他应用。其他可能的应用包括集成光学系统的制造、磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、表膜磁头等的图案的引导和检测。
尽管在本文中可以在光刻设备的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以在其他设备中使用。本发明的实施例可以形成掩模检查设备、量测设备、或者测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)等对象的任何设备的一部分。这些设备通常可以称为光刻工具。这样的光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
在上下文允许的情况下，本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的实施例还可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁存储介质；光学存储介质；闪存设备；电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)等。此外，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。然而，应当意识到，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程、指令等导致的，并且这样做可能导致致动器或其他设备与现实世界互动。
尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员很清楚的是，在不脱离下面阐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)

1.一种预测在光刻设备中由表膜的运动引起的所述表膜的偏转的方法，所述方法包括：
接收包括所述表膜的性质的第一参数；
接收包括所述表膜的预期运动的性质的第二参数；以及
将所述第一参数和所述第二参数应用于模型，所述模型被布置为预测根据所述第一参数和所述第二参数而变化的所述表膜的所述偏转，
其中所述模型包括多个子模型，每个子模型涉及所述表膜的所述偏转的不同分量，并且每个子模型提供输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型被布置为组合所述多个子模型的所述输出，并且其中所述模型包括所述多个子模型彼此独立的设定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述多个子模型中的至少一个子模型涉及所述表膜的取决于所述表膜的所述运动的以下第一组方面中的至少一个方面的所述偏转的分量：
所述表膜的加速度的变化率不为零的时间；
所述表膜的加速度的变化率；以及
所述表膜的加速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其中第一子模型被布置为使用所述第一组方面中的至少一个方面来将所述表膜的所述偏转模型化为取决于所述表膜的振动的阻尼波。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中第二子模型被布置为使用所述第一组方面中的至少一个方面来将所述表膜的所述偏转模型化为取决于与所述表膜连通的气体的惯性的指数衰减。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的方法，其中所述多个子模型中的至少一个子模型涉及所述表膜的取决于所述表膜的所述运动的以下第二组方面中的至少一个方面的所述偏转的分量：
所述表膜的速度；以及
所述表膜的位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其中第三子模型被布置为使用所述第二组方面中的至少一个方面来将所述表膜的所述偏转模型化为取决于在所述表膜的运动期间与所述表膜连通的气体的压力变化的变形。
8.根据权利要求4所述的方法，其中第二子模型被布置为使用所述第一组方面中的至少一个方面来将所述表膜的所述偏转模型化为取决于与所述表膜连通的气体的惯性的指数衰减，并且其中所述多个子模型中的至少一个子模型涉及所述表膜的取决于所述表膜的所述运动的以下第二组方面中的至少一个方面的所述偏转的分量：
所述表膜的速度；以及
所述表膜的位置，
其中第三子模型使用所述第二组方面中的至少一个方面来将所述表膜的所述偏转模型化为取决于在所述表膜的运动期间与所述表膜连通的气体的压力变化的变形，其中所述第三子模型还模型化所述第一子模型和所述第二子模型不适应的所述表膜的所述偏转。
9.一种在光刻设备内对衬底的目标部分执行扫描曝光的方法，所述方法包括：
将掩模版和表膜装载到所述光刻设备中；
在所述掩模版和所述表膜的扫描运动期间以及在所述衬底的扫描运动期间，使辐射束穿过所述掩模版和所述表膜；
使用所述光刻设备的投影系统将所述辐射束投影到所述衬底的所述目标部分上；以及
在所述扫描曝光期间调节所述投影系统的透镜、所述衬底的所述扫描运动以及所述掩模版和所述表膜的扫描运动中的至少一项，以补偿由于所述表膜的所述偏转而引起的光刻误差，其中所述表膜的所述偏转通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法来预测。
10.一种包括计算机可读指令的计算机程序，所述计算机可读指令被配置为控制计算机执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
11.一种计算机可读介质，承载根据权利要求10所述的计算机程序。
12.一种用于预测在光刻设备中由表膜的运动引起的所述表膜的偏转的计算机装置，包括：
存储器，存储处理器可读指令；以及
处理器，被布置为读取和执行存储在所述存储器中的指令，其中所述处理器可读指令包括被布置为控制所述计算机执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的指令。
13.一种光刻设备，被布置为将图案从图案形成装置投影到衬底上，所述光刻设备包括根据权利要求12所述的计算机装置。
14.一种量测设备，包括根据权利要求12所述的计算机装置。
15.一种生成用于预测在光刻设备中由表膜的运动引起的所述表膜的偏转的模型的方法，所述方法包括：
确定由所述表膜的所述偏转引起的光刻误差；
将所确定的光刻误差转换为对应的偏转表膜形状；
形成与所述表膜的所述偏转的不同分量相关的多个子模型；以及
通过将所述多个子模型拟合所述偏转表膜形状来校准每个子模型。
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