CN1595300B - 衬底曝光方法和光刻投影设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种把掩模(MA)图案的图像曝光到涂有抗蚀剂层的衬底(W)的方法，其中，在开始曝光后及曝光完成前，控制器(100)通过在曝光时改变衬底承载台位置(WT)而在抗蚀剂层的图像中引入受控数量的对比度损失。对比度损失影响光刻投影设备分辨率的间距依赖性，因而把对它的控制用于匹配不同光刻投影设备之间分辨率的间距依赖性。

Description

衬底曝光方法和光刻投影设备
技术领域
本发明涉及对至少部分被辐照敏感层覆盖的衬底曝光的方法，所采用的光刻投影设备包括：
----提供投影辐照线束的照明系统；
----支持图案形成装置的支撑结构，图案形成装置用来使投影线束在其截面上具有图案；
----承载衬底的衬底工作台；
----具有虚图像表面的投影系统，把具有图案的射线投影到衬底的目标部分。
背景技术
光刻设备是一种把需要的图案加到衬底目标部分的一种装置。光刻设备可以应用在诸如集成电路(IC)制造中。在此情况下，图案形成装置，如掩模，可以用于产生与IC单个分层相应的电路图案，这个图案可以映像到涂有辐照敏感材料(抗蚀剂)的衬底(如硅晶片)的目标部分(例如包括一个或几个管芯的部分)。
同时也是投影系统的照明系统一般包括定向、整形或控制投影辐照线束的部件。一般而言，投影系统包括设定投影系统数值孔径(通常称作“NA”)的装置。例如，在投影系统的瞳孔部分有一个可调节的数值孔径光栏。典型的照明系统包括用于设定掩模版上游的(在照明系统的瞳孔里)强度分布的外和/或内径向范围(通常分别称作“内-西格玛”，“外-西格玛”)的调整装置。下文中也可能把特定的外-西格玛和内-西格玛设定称为环形照明模式。在把投影物体的图像投射到衬底上时，控制照明系统瞳孔平面的空间亮度分布可以改善工艺参数。
微芯片制造涉及对器件和互连线之间、部件之间、和/或部件的元件之间，例如某个部件的两个边沿之间的空间或宽度公差的控制。更详细地说，控制IC层和器件制造中容许的最小空间公差是很重要的。所述最小空间和/或最小宽度称为关键尺寸(“CD”)。一般而言，单个衬底包括依次曝光的各相邻目标部分的网状系统。现有的光刻设备包括通过一次把整个图案曝光到目标部分来照射每个目标部分的所谓步进器和通过投影线束在给定方向(扫描方向)扫描图案并同时以平行或反平行此方向的方式同步扫描衬底来照射每个目标部分的所谓扫描器或步进扫描装置。
在传统光刻投影技术里，有一个众所周知的问题，即孤立的部件和密集的部件在CD中出现的差异可能限制工艺活动余地(即，对于给定的CD公差，与被照明的目标部分的曝光量的允许的残差量结合的可用的焦深)。这个问题的出现是因为掩模上的那些具有相同标称关键尺寸的特征(也称为标线板)会因为与间距相关的衍射效应产生与掩模上它们的间距相关的不同的制版结果(相邻部件之间是分离)。例如，由具有特定线宽的线构成的特征在处于孤立状态下时，也就是间距较大时的印制结果会与掩模上相同线宽的相同特征在与相同线宽的其他线条一起处在密集配置、即间距较小时的印制结果不同。因此，如果密集和孤立的关键尺寸的部件在同时制版的时候，制版时CD出现与间距相关的的差异。这种现象称作“孤立-密集偏差“，是光刻技术中的一个特殊问题。孤立-密集偏差以毫微米计量并且是光刻工艺的实际特性中一个重要的参数。
传统的光刻设备没有直接指出孤立-密集偏差问题。传统上，或者通过改变光学参数如投影镜头的数值孔径或内-西格玛和外-西格玛，或者通过以这样的方式设计一种掩模，即，把孤立和密集特征的制版尺寸差异最小化，来补偿孤立-密集偏差是传统光刻设备使用者的责任。例如最后面的这种技术包括标线板和/或光学邻近效应修正(以后也称为OPC)，为了简单起见，任何需要孤立-密集偏差补偿的图案都会提供标线板，可能以后也称为OPC-标线板。
一般而言，为了保证理想的设备利用率，在大规模制造厂里，相同光刻制造工艺步骤可以采用不同的光刻设备，因此(例如由于设备间的差异)就会产生制造工艺中CD之间的差异或者误差。一般来说.此类误差的实际间距依赖程度取决于图案和特征的特定布局、使用的光刻设备投影系统畸变、衬底上辐照敏感层的特性、及诸如照明设定的辐照线束特性、辐照能量的曝光量。因此，由图案形成装置产生具体图案，及通过具有特定辐照源的光刻投影设备制版，这个装置可以识别与所使用光刻系统的工艺特征的孤立-密集偏差有关的数据。对于给定装置、图案和工艺，所述数据，具体地说，作为间距的函数的CD的清单或曲线图，后面为了简单起见称为”孤立-密集偏差特性”。在相同光刻制造工艺步骤中采用不同的光刻投影设备(同类型或者不同类型)，相应的不同孤立-密集偏差特性互相匹配是一个问题，如减小发生在制造工艺中的CD偏差。
将一台设备(对工艺可以采用环形照明模式)的孤立-密集偏差特性与另一台设备的孤立-密集偏差特性匹配的现有技术将改变内-西格玛和外-西格玛的设定值，但同时保持两台设备之一的内-西格玛和外-西格玛设定之间的差异(即，同时保持照明模式的环形圈的宽度)。选择标称的西格玛设定值将使工艺活动余地最佳(更详细地说是焦深和曝光范围)。因此对机器而言这个过程有个缺点即当西格玛设定值改变的时候，工艺活动余地变小并可能小到不再有实用价值。
发明内容
本发明的目的就是提供一种曝光衬底的方法从而使孤立-密集偏差可以修改。
根据本发明，以上目的及其他目的通过对至少是部分被辐照敏感层覆盖的衬底进行曝光而达到。所用的光刻设备包括：
----提供辐照投影线束的照明系统；
----支持图案形成装置的支撑结构，图案形成装置用来使投影线束在其截面上具有图案；
----支撑衬底的衬底工作台；
----把具有图案的图像投影到衬底目标部分的投影系统，所述方法包括把所述辐照敏感层对于所述图像曝光的步骤，其特征在于：所述曝光步骤包括，在开始曝光后和曝光完成前，诱导上述图像的对比度损失，以便在目标部分改变孤立-密集偏差特性。
作为IC器件制造工艺一部分的特定光刻投影和曝光工艺步骤并在特定光刻投影设备上运行的孤立-密集偏差特性由诸如以图案印制的关键尺寸的特征的分布和形状、曝光时候的照明设定等参数确定。发明者发现，除了西格玛设定之外，一个影响孤立-密集偏差的重要参数是图案图像的对比度。更详细地说，发明者发现，由诱导的对比度变化产生的直通间距效应和由西格玛设定改变引起的直通间距效应是不同的。这两种参数变化可以独立用于改变孤立-密集偏差特性。
特征(或者特征的边缘或者一组特征)的图像对比度经常表述为归一化图像记录斜率(NILS)。投影系统有一个虚图像面，这个虚图像面通常与例如相对于NILS而言的图像对比度优化的焦点平面的某个表面(理想的是真实的平面)相一致。光刻工艺的有关的图像的NILS值与在衬底上形成在抗蚀剂层中的图案或图案的一部分的图像有关。一般来讲，在曝光时这样定位衬底，使得抗蚀剂层基本上与虚图像面重合。当目标部分抗蚀剂层区域从图像面移开的时候，沿垂直于上述虚图像面Z-方向上，抗蚀剂层的图像NILS不再是最佳的，取而代之的是某种程度降低的NILS。发明者发现这种NILS降低也会影响孤立-密集偏差特性及孤立-密集偏差特性的平滑调节可以更好地由以下的方法得到—--在开始曝光时候和曝光结束前-移动衬底的z-位置来基于曝光的完成提供至少某种程度的引起对比度平均化----或者NILS损失。
对于步进和步进-扫描光刻投影设备，通过在曝光目标部分期间在垂直于虚图像面的方向上移动承载涂敷有抗蚀剂层衬底的衬底工作台，可以提供处理孤立-密集偏差特性的额外的自由度。比如这个位移可以是震动、间歇性移动，在应用脉冲激光作为辐照源的例子里，位移操作可以在脉冲间隙或者曝光一个或一个以上幅照脉冲时，或者两种情况都有的情况下进行。根据本发明，对于步进-扫描光刻投影设备，最好可以通过相对于虚图像面绕与虚图像面平行且垂直于扫描方向的轴倾斜衬底工作台的扫描方向来提供处理孤立-密集偏差特性的额外自由度。这种倾斜具有在扫描和曝光期间改变虚像表面上图案某个部分的某个图像和衬底上目标部分相应图像之间的距离的效应。
根据本发明的一个方面，由本发明提供的调节孤立-密集偏差特性的额外的自由度可以用于把某个孤立-密集偏差特性和目标孤立-密集偏差特性的差异减到最小。在使用不同光刻投影设备进行相同光刻制造工艺的(同类型或者不同类型)的情况下，需要使不同的孤立-密集偏差特性互相匹配。这样可以使用一个或一个以上的标线板，每个标线板具有相同的图案和相同的内光学邻近效应实施例，这样使任何这类的标线板可以应用在任何不同的匹配的光刻投影设备上。这种工作方式不仅是通过对昂贵的OPC-标线板的有效利用，同时也是在不需要用高端机器运行高端应用的情况下通过对相同的制造工艺可以同时采用高端、中端、低端光刻设备实现的。这种情况下的目标孤立-密集偏差特性，例如，可能是运行在低端机器上的光刻工艺的典型孤立-密集偏差特性。发明者发现本方法提供了一种在大的间距范围改善不同孤立-密集偏差特性匹配的方法；相对应用西格玛设定值来减小孤立-密集偏差特性的差异的方法而言，使用控制曝光时图像对比度损失的方法把残余的机器间孤立-密集偏差差异降低了大约2倍。
根据本发明的其他方面，提供一种光刻投影设备，它包括：
----提供投影辐照线束的照明系统；
----支持图案形成装置的承载结构，所述图案形成装置用来使投影线束在其截面上具有图案；
----承载衬底的衬底工作台；
----具有虚图像面的投影系统，用于把具有图案的线束投影到衬底的目标部分，其特征在于还包括：用于存储目标孤立-密集偏差特性和运行于光刻投影设备上的工艺的孤立-密集偏差特性的代表数据的存储装置；以及控制装置，它构造和设置成：
-根据代表孤立-密集偏差特性和目标孤立-密集偏差特性的数据确定一个或一个以上的设备参数设定值值变化，包括衬底工作台相对于上述虚图像面的位置变化和衬底工作台绕平行于虚图像面的轴的旋转方向的变化中的至少一种变化，以及
-应用所述一个或多个设备参数设定值值的变化。
根据本发明的另一个方面，提供一种如上所述光刻投影设备，其中所述存储装置设置成用于存储代表多条目标孤立-密集偏差特性曲线的数据和表示运行在光刻投影设备上的工艺的孤立-密集偏差特性，其特征在于还包括用户界面模块，所述用户界面模块设置成适合于从所述多条目标孤立-密集偏差特性中选择一条用于确定所述设备参数设定值变化并且应用所述一种或一种以上设备参数设定值变化。对于采用不同的光刻投影设备(例如不同的类型或者不同的供应商)的制造厂，有可能根据运行在某些确定的首选不同设备上的不同特定光刻制造工艺步骤来(如上述，包含特定的图案)区分出不同的目标孤立-密集偏差特性。因此当另一个光刻投影设备装备了具有可选择的目标孤立-密集偏差特性(比如可以简单地用工艺和设备类型来区分)的特征的时候，有可能有利地快速设置装置的参数，取得与某个所述首选机器的性能匹配的孤立-密集偏差特性。
如上所述，虚图像面通常与最佳焦点平面重合。根据本发明，衬底相对于在沿所述z方向轻微移动的平面的图像曝光，以便获得修正过的孤立-密集偏差特性。上述轻微移动的平面的图像相应于最佳焦点平面被轻微散焦。然而，根据本发明的方法产生的z向位移等同于或小于光刻工艺窗口的典型焦深(DOF)。因此本发明不提出DOF增强问题.光刻工艺的DOF正常范围是最佳焦平面上下200-300nm。本发明提出并利用了发生在DOF范围内的成像效应，它可能足以利用最佳焦平面上下50nm以上的散焦范围。
尽管本文中具体涉及光刻设备在IC制造中的应用，但是，显然，本文中所述的光刻设备也可能有其他的应用，比如集成光系统的生产、磁存储器的导向和检测图案、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头、等等。本专业的技术人员将理解，任何使用“硅晶片”和“芯片”的术语在这儿都认为是更通用的术语“衬底”或者“目标部分“的同义词。因此，这儿提到的衬底可能会在曝光前或者曝光后在轨道(一种通常是把抗蚀剂层涂敷到衬底上并把曝露的抗蚀剂层显影的工具)或者计量或检查工具中进行处理。在可以应用的时候，这里公开的内容可以应用到这类或者其他衬底处理工具中。此外，为了获得多层IC，衬底可以被处理多次，因此，本文中所用的衬底这个术语也可以指已经包含多个处理后的层的衬底。
此处使用的术语“辐照”和“线束”包含所有类型的电磁辐照，包括紫外线辐照(UV)(即波长365，248，193、157或者126nm)或者远紫外线(EUV)辐照(即波长在5-20nm范围内)。
此处使用的术语“图案形成装置”应当是广泛解释为一种可以用于使投影线束在其截面具有图案以便在衬底的目标部分形成图案的一种装置。应当指出，用于投影线束的图案可能不是严格地与衬底上目标部分所要的图案相对应。一般而言，用于投影线束的图案会与目标部分上制作的器件内的特定功能层，诸如集成电路相对应。
图案形成装置可以是透射性也可以是反射性的，图案形成装置的例子包括掩模、可编程镜面阵列及可编程LCD面板，掩模在光刻工艺中是众所周知的，并且包括各种掩模类型，如二进制、可变相移、减弱相移及各种混合掩模类型。例子中可编程镜面阵列采用小镜面组成的矩阵，每个镜面可以单独倾斜把不同的方向的入射辐照线束反射；在这种方式中，被反射的光束被图案化。在每个图案形成装置的例子中，承载结构可能是基于需要固定或者可以移动以确保图案形成装置在需要的位置如相对于投影系统的位置。此处使用的术语“标线板“或者“掩模”可以认为是更一般的术语“图案形成装置“的同义词。
本文中使用的术语“投影系统”也应当广泛解释为包含各种类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统、反折射光学系统，也包括使用的曝光辐照或者其他因素诸如使用浸没流体或者真空。任何对术语“镜头”的应用在这里都视为更一般的术语“投影系统“的同义词。
照明系统也可以包括用于定向、整形或者控制辐照光束的不同类型的光学部件，包括折射、反射、折反射光学部件，此类部件也可能单独或者一起称做“镜头”。
光刻设备可能是具有两个(双工作台)或两个以上衬底工作台(和/或两个或两个以上掩模工作台)。在这类“多工作台”机器中，额外的工作台可能以并行方式应用或者在一个或一个以上工作台作准备步骤的同时而其他一个或一个以上工作台用于曝光。
光刻设备也可以是衬底浸没入如水这样具有较高折射系数液体中的形式，以便投影系统的末端部件和衬底之间的空隙被液体填满。浸没液体也可以应用在光刻设备的其他空间上，如掩模和投影系统的第一个元件之间。浸没技术在用于增加投影系统的数值孔径上是广为人知的。
附图说明
下面开始描述本发明的实施例，只是作为例子，参照所附的示意图，其中相应的参照符号表示相应的部分，附图中：
图1描绘根据本发明实施例的光刻设备；
图2给出照明系统不同设定值下的孤立-密集偏差特性；
图3图解说明照明系统的不同设定值下的孤立-密集偏差的残余失配；
图4示意地图解说明利用扫描器引入对比度损失的方案；
图5给出不同的对比度损失设定值下的孤立-密集偏差特性；
图6图解说明不同对比度损失设定值下的孤立-密集偏差特性的残余失配；以及
图7示意地图解说明利用扫描器引入对比度损失的又一个方案
具体实施方式
实施例1
图1示意地描绘一种光刻设备，其中可以应用根据本发明特定实施例的方法。所述设备包括：
-照明系统(照明器)IL，用于提供辐照(如UV辐照，或波长小于270nm的DUV辐照，如波长为248、193、157、和126nm或者由激光激发的等离子体产生的波长为13.6nm辐照)的投影线束PB
-第一承载结构(如掩模工作台)MT，用于支撑图案形成装置(如掩模)MA并且连接到用于精确定位图案形成装置相对于部件PL的位置的第一定位装置PM。
-衬底工作台(如晶片工作台)WT，用于承载衬底(如涂敷了抗蚀剂层的硅晶片)W并且连接到用于精确定位图案形成装置相对于部件PL的位置的第二定位装置PW；以及
-投影系统(如折射投影镜头)PL，用于通过图案形成装置MA把给予投影线束PB的图案成像到衬底W的目标部分C(如包含一个或多个管芯)。
如本文中所述，此设备是透明类型(如采用透明掩模)，作为选择，装置可以是反射型的(如采用前述的可编程镜子阵列)。
照明器IL接收辐照源SO的辐照线束。辐照源和光刻设备可能是分开的实体，例如辐照源是准分子激光器。这种情况下不会考虑把辐照源作为光刻设备的一部分，辐照线束通过配有合适的导向镜子和/或线束扩展器的线束传递系统BD从源SO传送到照明器IL。在其他情况下，辐照源可能是装置的内部部件，例如当水银灯作为辐照源的时候。辐照源SO和照明器IL以及线束传输系统(若需要的话)可以称作辐照系统
照明器IL可能包括可调节装置AM，用于调节线束的角强度分布。一般而言至少照明器平面瞳孔密度分布的内外径向范围(通常分别指内西格玛和外西格玛)是可调节的。另外，照明器IL一般包括数种其他部件，如积分器IN和冷凝器CO。照明器提供调节的辐照线束，称作为投影线束PB，其截面上具有期望的均匀的强度分布。
投影线束PB入射在固定于掩模工作台MT上的掩模MA。投影线束PB通过镜头PL，PL把线束聚焦到衬底W的目标部分C。在第二定位装置PW和位置传感器IF(如干涉测量装置)的辅助下衬底工作台WT可以精确移动，例如，定位到投影线束PB路径上不同的目标部分C上。与此类似，从掩模库里机械检索后或者扫描过程中，第一定装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确描述)可以用于精确确定掩模MA相对于线束PB路径的位置。目标工作台MT和WT的移动可以借助于作为定位装置PM和PW一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精确定位)实现。然而，在步进器(与扫描器相反)情形下，掩模工作台MT可能只连接到短行程激励器上或者固定。掩模MA和衬底W可以使用掩模定位标志M1，M2和衬底定位标志P1，P2进行定位。
上述设备可以用于以下的优选模式：
1.在步进模式下，掩模工作台MT和衬底工作台WT保持完全静止，同时投影线束携带整个图案被投影到目标部分C上一次(即一次静态曝光)。衬底工作台WT在X或者Y方向上移动以曝光不同的目标部分C。在步进模式下曝光区域的最大尺寸限制了单次静态曝光成像的目标部分尺寸。
2.在扫描模式下掩模工作台MT和衬底工作台WT被同步扫描，同时投影线束携带整个图案被投射到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底工作台WT相对于掩模工作台MT的速度和方向由投影系统PL的图像翻转特性和放大(缩小)倍数来决定。扫描模式下曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光目标部分的宽度(在非扫描方向)，同时扫描移动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向)。
3.其他模式下，掩模工作台MT基本上被保持在静态并承载可编程图案形成装置，衬底工作台WT在给予投影线束的整个图案被投射到目标部分C上的同时被移动或者扫描。在这种模式下，一般采用脉冲辐照源，并且，在扫描期间，在衬底工作台WT每次移动之后或者两个连续辐照脉冲之间按照要求更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以方便地应用到使用可编程图案形成装置如前面所述可编程镜面阵列的无掩模光刻。
也可以应用上述模式的组合或变形或者完全不同的模式。
光刻设备包括控制器100，用于对设备参数设定值被调整或修改做出响应而把信号提供给设备或它们的任何模块。受控制的参数设定值例如是设置在投影系统PL的瞳孔中的可调NA光阑的NA、照明系统IL(例如内外西格玛设定值)的设定值、曝光量的设定、衬底工作台WT沿z轴的位置(掩模工作台MT与之类似)、衬底工作台WT相对于z轴的倾斜(掩模工作台MT与之类似)以及投影系统PL的可调节镜头元件的位置和方向。后面的设备参数设定值可以用来控制和调整投影系统PL的光学畸变；众所周知，孤立-密集偏差特性取决于光学畸变及它们的相对幅度。控制器包括用于从输入数据120计算为获得期望的孤立-密集偏差特性所需要的设备参数设定值的计算机。这种计算可能包含基于模拟相关的任何数据，诸如与设备有关的数据、关于将被投影和制版的图案的数据、使用的抗蚀剂层的数据，预测作为间距函数的CD值的光刻工艺模拟。由图1中方框120代表的所述数据存储在存储装置110中，存储装置可以是控制器100的部件并可以被计算机读写。为了使某个孤立-密集偏差特性匹配目标孤立-密集偏差特性，数据120包含了表示所述目标孤立-密集偏差特性的数据。控制器计算使用光刻设备执行相应的光刻工艺的孤立-密集偏差特性和目标孤立-密集偏差特性之间的差异，然后通过调整一个或多个设备参数设定值应用最小化方法使这个差异最小。更详细地说，控制衬底工作台位置的参数设定值可以用于此类最小化，但从原理上说任何参数的组合(如所述的与控制西格玛参数设定值组合的参数设定值)都可以用于最小化过程。
在本方法的实施例中，对于印刷含有130nm CD的特征，采用两个不同的装置运行间距范围从300nm到600nm的图案的选定光刻工艺。两个机器的西格玛的初始设定都是内西格玛＝0.55和外西格玛＝0.85。一台光刻投影设备是NA＝0.75系统、连接到193nm波长、1.3pm带宽的准分子激光器。另外一个“高端”光刻投影设备是NA＝0.85系统、连接193nm波长、0.8pm带宽的准分子激光器。图1示意地表示这个高端系统，此系统是与NA＝0.75系统的给定光刻工艺系统匹配的孤立-密集偏差系统。如图2所示，两个装置有不同的孤立-密集偏差特性。图2中的图形1表示运行在NA＝0.75系统的光刻工艺的孤立-密集偏差特性，而描述这个图形的作为间距函数的CD的数据表示目标孤立-密集偏差特性。图2中的图形2代表运行在高端NA＝0.85系统的光刻工艺的孤立-密集偏差特性。随着间距的增大，孤立-密集偏差特性的匹配降低；在600nm的间距上CD的差异大约是10nm。利用作为目标孤立-密集偏差特性的孤立-密集偏差图形1，把分别利用内西格玛＝0.59、外西格玛＝0.89和内西格玛＝0.63、外西格玛＝0.93的内和外西格玛设定值变化加到高端系统，产生图2中的孤立-密集偏差特性3和4。图3中的图形32给出了两个系统之间的初始失配(在把西格玛设定值变化加到高端系统之前)，而图形33和图形34分别给出孤立-密集偏差特性3和4与目标孤立-密集偏差特性1的残余失配。有一个问题是对孤立的间距而言存在一个非零的最大可以达到3nm的直通间距失配。本发明者发现投影线束辐射能量的光谱分布是孤立-密集偏差特性的关键参数。高端系统和NA＝0.75系统激光束的波谱峰值的带宽的差异是孤立-密集偏差特性1和2失配的主要贡献者。本发明基于对图像比度损失现象的深入理解，所述现象是由以下原因引起的：可以通过在曝光开始后和曝光结束前引入在所述虚图像面上图案的至少一部分的图像和衬底的目标部分的相应的图像之间沿Z-方向(基本上垂直于投影镜头的虚图像面)距离的变化来模拟有限激光带宽。这就产生了受控的图案图像对比度损失和抗蚀剂层的曝光，以这种方式产生的图案映象做到孤立-密集偏差特性的匹配是可能的。图4示意地图解说明用于产生受控的图案图像的对比度损失的方案。掩模MA上图案的FE部分被映象为虚图像面IP上的图案FE’。FE部分可能包含一组图案的特征，并使用步进-扫描光刻投影设备投影到衬底W上。掩模MA在衬底W顶上的辐照敏感层曝光期间沿方向41扫描。硅晶片沿方向43被扫描。起初，特征组FE位于相应的投影镜头PL的位置421。扫描期间特征组FE分别横穿位置422和423之间。这些位置中的任意一个由投影线束PB进行照明。位于421、422、423位置的图案被分别投影到位于421’、422’、423’位置的目标部分。由衬底工作台(未显示)承载的硅晶片W和由掩模工作台MT承载的掩模MA以上述方式被同步扫描，使421’、422’、423’位置的曝光合计成一个单次动态曝光。衬底工作台的扫描方向围绕大约垂直于扫描方向43的轴轻微倾斜，倾斜的角度为相对于最佳焦平面IP的角度44。因此，在曝光时沿着完全垂直于图像平面IP的z方向，在FE部分的图像FE’(在图像平面IP)和衬底目标部分的相应图像之间的距离相对于位置423’的某个有限值从位置421’的有限值改变为422’位置的大约为零。一旦图案FE的曝光完成，就获得FE的结果动态单次曝光的受控的集成对比度损失。类似地，在投影和曝光期间，图案任何其他部分经历同样的受控对比度损失。因此可以调整运行在光刻设备上且作为其一部分的FE的图案的光刻工艺的孤立密集偏差特征。基于本实施例的高端装置的孤立-密集偏差特性的调整结果见图5的图形1(NA＝0.75系统的孤立-密集偏差特性)实际上隐藏在图形52的后面，它是高端装置的孤立-密集偏差特性并运行在于NA＝0.75系统相同的西格玛设定值，它的扫描方向43相对于图像面IP倾斜了48微弧度。作为参考也给出了0倾斜的承载衬底的衬底工作台的原始孤立-密集偏差特性2。相似地，图形53给出了在扫描方向上倾斜78微弧度的孤立-偏差特征，这个倾斜对于此例可能校正过度，但却清楚地表示了本方法的极端效应。图6示出了孤立-密集偏差特性的残余失配。图形62作为参考并代表了分别运行在NA＝0.85和NA＝0.75的光刻工艺任何缺乏孤立-密集偏差匹配的失配。图形63给出了与通过如上所述的衬底扫描方向作48微弧度倾斜而得到的孤立-密集偏差特性关联的本实施例的残余失配。
图6清楚地说明本发明的重要性。图表6中图形63的间距依赖性比图表3中图形33的间距依赖性较小且更平滑；因此，如前面所述，采用受控的对比度损失的孤立-密集偏差匹配相对于采用西格玛设定值进行匹配更优越。相对于图3所示的失配，利用根据本发明的方法，残余失配大大减小了。在本实施例里也演示了因素3对匹配的改善。如图6中的图形63所示，本实施例中的任何残余失配是1nm。图形64给出了衬底扫描方向75微弧度倾斜产生的前面提到的“过度修正”匹配。基于本实施例的方法的一个更重要的优点是倾斜角44小到足以对工艺窗口不产生任何显著影响。更详细地说，不存在对曝光范围的影响。由于本发明提出和采用了在曝光时产生在焦点工作深度的散焦区引入对比度-或者NILS-损失的图像(例如最佳焦平面上下300nm)，后者的优点不仅仅限于本实施例，但却是本发明任何实施例的特征。
本方法实施例(同上，光刻投影设备是步进扫描设备)的另一个方案包括为在目标部分的扫描曝光期间通过倾斜图案形成装置和图案形成装置的扫描方向来改变沿z扫描方向的距离，引入扫描方向上所述虚图像面的倾斜。图7图解说明这个过程，其中角度441指明了所述的引入的倾斜。正如图7中示意地表示的，虚图像面IP是与倾斜的掩模MA上的图案相联系的最佳焦平面。倾斜掩模可在与承载图案的掩模表面平行的倾斜方向411移动。倾斜的掩模MA和相应引入的虚图像面IP的倾斜441之间的关系是沙依姆弗勒(Scheimpflug)条件的一级近似。
实施例2
根据本发明的实施例，通过在曝光目标部分时在与虚图像面垂直的方向移动承载涂有抗蚀剂层的衬底或者承载图案形成装置的支撑结构来得到更大孤立-密集偏差特性的操作自由度。这个位移可以是诸如循环运动(震动)的连续动作。移动的准确循环形态(例如与时间的正弦或者时间的三角函数)的选择决定所述沿z-方向的距离的分布，就像每个与曝光整合在一起的曝光的目标部分经历的那样。分布的形状影响对比度损失的均值结果，并可能作为设计参数或者控制参数来调整所述对比度损失(因此得以调整孤立-密集偏差特性结果)
或者，上述沿z-方向的距离的改变可以设置成为常数变化率，实现锯齿形状的移动。在使用脉冲激光作为辐照源的情形下，可以使用间歇动作，位移可以在两个脉冲之间或者在曝光一个或一个以上辐照脉冲或者两种情况下完成。在这种类型的移动的情况下，大多个连续位置上衬底的定位可以根据预设的z-位置分布来进行。对于采用一种设计参数或者控制参数的分布类型调整孤立-密集偏差特性，这个选择可以有效实现高斯分布。
实施例3
在目标部分曝光时候，承载涂有抗蚀剂层衬底的衬底工作台或者承载图案形成装置的支撑结构沿z方向(与虚图像面垂直)移动，此处位移是循环移动(震动)，本实施例特别适合于步进扫描装置这个观点是可靠的。一般而言，目标部分的点上经历的衬底面上的曝光能量在曝光时候不是不变的。由于照明系统的阴影效应及激光辐照的脉冲使扫描方向可能发生变化。因此，上述距离的循环变化在扫描目标部分曝光时最好包含大量的循环，从平均角度而言可以在目标部分上扫描方向上一条线上的不同点的相同的z-位置分布得到相同的集成曝光能量。结果在扫描方向上获得改善的平均对比度损失，因而改善了对孤立-密集偏差特性的控制。
尽管这里描述了特定的实施例，但是应当指出，本发明可以用其他方法实现。这里的描述不是为了限制本发明。

Claims (14)

1.一种用于对至少部分涂敷辐照敏感层的衬底曝光的方法，使用的光刻投影设备包括：
-提供投影辐照线束的照明系统；
-支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用来使所述投影辐照线束在其截面具有图案，所述图案包括孤立部件和密集部件；
-支撑衬底的衬底工作台；和
-用于把所述图案的图像投影到所述衬底的目标部分的投影系统，
所述方法包括相对于所述图像曝光所述辐照敏感层的曝光步骤，
其特征在于：所述曝光步骤包括在开始曝光之后和曝光完成之前，引入所述图像的对比度损失来修正所述孤立部件和所述密集部件的孤立-密集偏差特性，
引入所述图像的对比度损失包括改变在投影系统的虚图像面上图案的至少一部分的图像与衬底的目标部分的相应的图像之间沿与投影系统的虚图像面相垂直的z方向的距离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光刻投影设备还包括用于沿z方向移动承载衬底的所述衬底工作台的装置；以及所述沿z方向改变距离包括改变所述衬底工作台沿z方向的位置。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光刻投影设备还包括用于沿z方向移动所述图案形成装置的装置；以及所述沿z方向改变距离包括改变所述图案形成装置沿z方向的位置。
4.如权利要求1-3中任意一个所述的方法，其特征在于：所述改变沿z方向的距离是所述距离的循环变化。
5.如权利要求1-3中任意一个所述的方法，其特征在于：所述改变沿z方向的距离是以固定的变化速率进行的。
6.如权利要求1-3中任意一个所述的方法，其特征在于：所述改变沿z方向的距离是以间歇移动的方式进行的。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述改变沿z方向的距离包括根据z位置的高斯分布来确定所述衬底的位置。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：光刻投影设备是步进扫描设备，其中，所述衬底在扫描方向上是可移动的，所述改变沿z方向的距离包括相对于扫描方向上虚图像面倾斜所述扫描方向和所述目标部分。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光刻投影设备是步进扫描设备，其中，所述衬底在扫描方向是可移动的，所述改变沿z方向距离是所述距离的循环变化，所述距离的循环变化包括在扫描曝光目标部分期间的多次循环，以便提供扫描方向上对比度损失的改善的均匀性。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光刻投影设备是步进扫描设备，其中，所述图案形成装置在扫描方向是可移动的，所述方法包括引入扫描方向上所述虚图像面的倾斜，以便通过倾斜所述图案形成装置和所述图案形成装置的扫描方向来改变扫描曝光所述目标部分期间沿z方向的距离。
11.如权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于还包括将所述孤立-密集偏差特性和目标孤立-密集偏差特性之间的差异减到最小的步骤。
12.如权利要求1-3中任何一个所述的方法，其特征在于：所述改变距离包含20nm到50nm的距离变化。
13.一种光刻投影设备，它包括：
-提供投影辐照线束的照明系统；
-支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置使所述投影辐照线束在其截面上具有图案；
-支撑衬底的衬底工作台；和
-具有虚图像面的投影系统，用于把所述具有图案的投影辐照线束投影到所述衬底的目标部分，
其特征在于还包括：
存储装置，用于存储代表目标孤立-密集偏差特性和表示运行在所述光刻投影设备的工艺的孤立-密集偏差特性的数据，所述图案包括孤立部件和密集部件；以及控制器，所述控制器构造和设置成：
-根据代表所述孤立部件和密集部件的孤立-密集偏差特性和目标孤立-密集偏差特性的数据确定一个或多个设备参数设定值变化，所述设备参数设定值变化包括以下变化中的至少一种：所述衬底工作台相对于所述虚图像面沿基本上与所述虚图像面相垂直的z方向的位置变化以及所述衬底工作台绕基本上平行于所述虚图像面并且基本上垂直于扫描方向的轴的旋转方向变化，以及
-应用所述一种或一种以上设备参数设定值变化。
14.如权利要求13所述的光刻投影设备，其特征在于：所述存储装置设置成用于存储代表多条目标孤立-密集偏差特性曲线和表示运行于所述光刻投影设备上的工艺的目标孤立-密集偏差特性的数据；以及所述光刻投影设备还包括用户界面模块，它设置成适合于从所述多条目标孤立-密集偏差特性曲线中选择一条用于确定所述设备参数设定值变化并且应用所述一种或一种以上设备参数设定值变化。
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