CN1904737A - 图案形成装置和方法,判断位置的方法、测量设备和光刻装置 - Google Patents

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Abstract

一种产生光刻图案形成装置的方法，利用光刻投影装置把在图案形成装置中的图案转移到衬底，包括：定义形成在图案形成装置中的图案的特征，该特征具有选定的尺寸和定向以便在衬底上建立所需图像；调整特征的尺寸以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差由图案转移期间特征上的辐射的有效阴影角引入或者与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的测量装置，通过图案形成装置上的特征形成目标图象，测量装置包括用于测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的检测器，该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差。包括测量装置的光刻装置。

Description

图案形成装置和方法，判断位置的方法、测量设备和光刻装置
技术领域
本发明涉及生成光刻图案形成装置的方法、计算机程序和图案形成装置，判断目标图像在衬底上的位置或邻近衬底的位置的方法、测量设备和光刻装置。
背景技术
光刻装置是可在衬底、通常是衬底的目标部分上施加所需图案的机器。光刻装置例如可用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可采用图案形成装置来产生将形成于IC的单个层上的电路图案，该图案形成装置也称为掩模或分划板(reticle)。该图案可被转移到衬底(如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或多个管芯)上。图案的转移通常借助于成像到设于衬底上的一层辐射敏感材料(光刻胶)上来实现。通常来说，单个衬底包含被连续地形成图案的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括步进器，其中通过将整个图案一次性地曝光在目标部分上来照射各目标部分，还包括扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)由辐射光束来扫描图案并以平行于或反向平行于此方向的方向同步地扫描衬底来照射各目标部分。还可以通过将图案压印在衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底上。
为了将所需图案精确地施加到衬底的目标部分，分划板应当与衬底对准。因此，根据现有技术，通过测量并调整相对位置来精确地设置分划板相对于衬底的相对位置。根据目前工艺水平，使用两种对准操作实现图案形成装置相对于衬底的对准。
在第一操作中，衬底与装载衬底的衬底台对准，而在第二操作中，分划板与衬底台对准。作为这两种操作的结果，如预期的，分划板与衬底对准。
在使用单级机器时，在曝光位置进行第一和第二操作。在使用双级机器时，可以在远离曝光位置的第一位置进行第一操作。然后，把其上具有衬底的衬底台传送到进行第二操作的曝光位置。
第一操作可以利用两个传感器进行。第一传感器测量衬底相对于衬底台在X、Y和Rz方向上的相对位置，其中XY平面定义为基本上与衬底的表面平行的平面，X和Y方向基本上相互垂直。Z方向基本上垂直于X和Y方向，Rz代表绕Z方向在XY平面的旋转。关于该传感器更多详细的描述参见美国专利6297876。通常称作水平传感器的第二传感器根据要曝光的衬底的位置测量衬底表面的高度，根据所确定的高度创建高度图，并且也确定沿X和Y轴的旋转Rx、Ry。
接着，在第二操作，相对于衬底台对准分划板。如本领域技术人员公知的，这可以由诸如透射图像传感器(TIS)的图像传感器实现。TIS测量是通过把分划板上提供的第一对准图案(掩模对准标记)通过投影系统(透镜)成像到衬底台上提供的的第二对准图案来进行TIS测量。该对准图案可以包括许多隔离线。在衬底台内部，在第二对准图案后面提供光敏传感器、例如二极管，其测量成像的第一对准图案的光强度。当第一对准图案的投影图像精确匹配第二对准图案时，传感器测量最大强度。在不同Z平面在X和Y方向移动衬底台，同时传感器测量强度。因此，TIS事实上是空间图像传感器，其中多个扫描狭缝探测隔离线的空间图像。根据这些测量，可以确定衬底台的最佳相对位置。在下文参考图14进一步详细说明典型的TIS传感器。可以理解，除了透射图像传感器，也可以使用反射图像传感器。在这种情况下，衬底台上的第二对准图案是反射的，并且光敏传感器不位于晶片台内部。因此可以理解，虽然正文涉及透射图像传感器，但通常这也可以是任何类型的图像传感器。
发明内容
按照本发明的实施例，一种产生光刻图案形成装置的方法，该装置用于利用光刻投影装置把在图案形成装置中形成的图案转移到衬底，该方法包括：
定义形成在图案形成装置中的图案的特征，其中该特征具有选定的尺寸和定向以在图案转移期间在衬底上建立所需图像；
为图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角(shadowangle)；
根据所计算的有效阴影角调整所定义的特征，以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差。
在另一个实施例中，调制所定义的特征，以便为补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。
根据一个实施例，一种控制包括计算机可读记录媒体和记录在记录媒体上且由计算机执行的代码的计算机的计算机程序，由计算机执行该代码时使计算机产生用于在产生图案形成装置时使用的调节模型，该图案形成装置使用光刻投影装置把图案形成装置中形成的图案以光方式传输到衬底，其中，调节模型的产生包括：
分析特征的表示，其中特征具有选定的尺寸和定向以在图案转移期间在衬底上建立所需图像；
为图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角；以及
根据计算的有效阴影角，调节所定义的特征以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差。
在另一个实施例中，计算机程序用于调整特征，以便补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。
在另一个实施例中，图案形成装置利用光刻投影装置将图案形成装置中形成的图案传递到衬底，其中图案形成装置通过上述方法制造。
在另一实施例中，在光刻投影装置中确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的方法，其中通过图案形成装置上的特征形成目标图象，包括测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置；和调整目标图象的所测量的位置以补偿位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差是由图案转移期间图案形成装置的特征上的辐射的有效阴影角引起的。
确定目标图象的位置的方法也可以包括调整目标图像所测量的位置，以补偿位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。
此外，在另一个实施例，提供光刻投影装置中的测量装置用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置，其中通过图案形成装置上的特征形成目标图象，其中测量装置包括用于测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的检测器，其中该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差是由图案转移期间图案形成装置特征上的辐射的有效阴影角引起的。
也可配置并设置检测器来测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置，其中该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的图案形成装置上的特征的位置有关。
最后，提供光刻投影装置，包括：
用于调节辐射光束的照明系统；
用于支撑图案形成装置的支撑结构，该图案形成装置配置为根据所需图案使辐射光束形成图案；
用于支持衬底的衬底台；
用于把图案化的辐射光束投影到衬底目标部分的投影系统；以及
用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的光刻投影装置中的测量装置，其中通过图案形成装置上的特征形成目标图象，其中测量装置包括用于测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的检测器，其中该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差是由图案转移期间图案形成装置特征上的辐射光束的有效阴影角引起的。
光刻投影装置中的测量装置也可用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置，其中通过图案形成装置上的特征形成目标图象，测量装置包括用于测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的检测器，其中该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的图案形成装置上的特征的位置有关。
最后，提供用于利用光刻投影装置把图案形成装置中形成的图案转移到衬底上的图案形成装置，其中该图案形成装置包括具有预定结构的吸收层，其中吸收层由玻璃和玻璃陶瓷的至少一种构成。
附图说明
参照附图通过实例来描述本发明的实施例，附图中相应的参考符号表示相应的部分，其中：
附图1示出根据本发明实施例的光刻装置；
附图2示出附图1的光刻装置的侧视图；
附图3a和3b示出根据本发明实施例的图案形成装置；
附图4示出在掩模层的同心光瞳的情况，其中弯缝的中心在光轴上；
附图5示出由半径和方位角描述的狭缝的示例；
附图6示出产生阴影的掩模结构的照明；
附图7a和7b示出有效阴影投影；
附图8示出不同结构定向的有效阴影角；
附图9a和9b示出从掩模看的入口光瞳和出口光瞳；
附图10示出有效阴影角的改变怎样改变光和吸收体的相互作用；
附图11示出狭缝内的三个不同位置的密集线的强度分布；
附图12a示出对于垂直定向的隔离线作为狭缝位置的函数的临界尺寸变化的趋势；
附图12b示出对于垂直线作为狭缝位置的函数的临界尺寸位置移动的趋势；
附图13a、13b和13c示出对于三个狭缝位置沿狭缝穿过吸收体的相位(phase)变化；以及
附图14示出本发明可用的透射图像传感器。
具体实施方式
图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的光刻装置。该装置包括：构造成可调节辐射光束B(例如UV辐射或DUV辐射)且进一步构造成从源SO接收辐射的照明器IL；构造成可支撑图案形成装置(例如掩模)MA的支撑结构(例如掩模台)MT，其与构造成可按照一定参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；构造成可固定衬底(例如涂覆有光刻胶的晶片)W的衬底台(例如晶片台)WT，其与构造成可按照一定参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和构造成可将由图案形成装置MA施加给辐射光束B的图案投射在衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如折射型投影透镜系统)PL。
在图案形成装置前面的辐射路径划分为源SO和照明器IL可以是任意的。该划分与技术特征有关或者与部件和单元是由不同的厂商提供的这一事实有关。例如，源SO和光刻装置可能是由不同的厂商提供的(在激光源的情况中，这是事实)或者源SO可以集成在光刻装置内部(对于具有汞灯的UV系统，这是事实)。为方便起见，术语″照明系统″用来描述设置在图案形成装置前面的光路中的部件和单元的集合。因此，在附图1的装置中，照明系统包括源SO和照明器IL。
照明系统可包括用于对辐射进行引导、成形或控制的各种类型的光学部件，例如折射式、反射式、磁式、电磁式、静电式或其它类型的光学部件或其任意组合。
在光刻装置中，照明系统可以产生照明光瞳，这与将被投影的图案形成装置上的结构(例如线或接触孔)匹配。照明器IL可包括用于调节辐射光束的角强度分布的调节装置。通常来说，至少可以调节照明器的光瞳面内的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。另外，照明器IL可以包括各种其它的器件，例如积分器和聚光器。照明器IL用来调节辐射光束，以使其在其横截面上具有所需的均匀性和强度分布
支撑结构MT支撑图案形成装置MA，即承受图案形成装置MA的重量。它以一定的方式固定住图案形成装置MA，这种方式取决于图案形成装置的定向、光刻装置的设计以及其它条件、例如图案形成装置是否保持在真空环境下。支撑结构可使用机械、真空、静电或其它夹紧技术来固定住图案形成装置。支撑结构MT例如可为框架或台，其可根据要求为固定的或可动的。支撑结构MT可保证图案形成装置MA例如相对于投影系统处于预期的位置。用语“分划板”或“掩模”在本文中的任何使用可被视为与更通用的用语“图案形成装置”具有相同的含义。
这里所用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为可用于为辐射光束的横截面施加一定图案以便在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应当注意的是，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，那么施加于辐射光束中的图案可以不精确地对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，施加于辐射光束中的图案将与在目标部分中生成的器件(如集成电路)中的特定功能层相对应。
图案形成装置MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的例子包括掩模、可编程的镜阵列和可编程的LCD面板。掩模在光刻领域中是众所周知的，其包括例如二元型、交变相移型和衰减相移型等掩模类型，还包括各种混合式掩模类型。可编程镜阵列的一个例子采用微型镜的矩阵设置，各镜子可单独地倾斜以沿不同方向反射所入射的辐射光束。倾斜镜在被镜矩阵所反射的辐射光束中施加了图案。
这里所用的术语“投影系统”应被广义地理解为包括各种类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁式、电磁式和静电式光学系统或其任意组合，这例如应根据所用的曝光辐射或其它因素如使用浸液或使用真空的情况来适当地确定。术语“投影透镜”在本文中的任何使用均应被视为与更通用的术语“投影系统”具有相同的含义。
如这里所述，此装置是反射型(例如采用了如上所述类型的可编程镜阵列，或者采用了反射掩模)。或者，此装置也可以为透射型(例如采用了透射掩模)。
光刻装置可以是具有两个(双级)或多个衬底台(和/或两个或多个支撑结构)的那种类型。在这种“多级”式机器中，附加的台可以并行地使用，或者可在一个或多个台上进行预备步骤而将一个或多个其它的台用于曝光。
光刻设备还可以是下列类型的：其中至少部分衬底可被折射指数相对较高的液体(如水)所覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸液还可以用于光刻设备的其它空间(例如掩模和投影系统之间的空间)。浸没技术在增加投影系统的数值孔径的领域中是众所周知的。这里所使用的术语“浸没”不意味着结构(如衬底)必须被浸没在液体中而是仅仅意味着在曝光期间液体位于比如投影系统和衬底之间。
参考图1，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射。如前所述，该源和光刻设备可以是独立的实体(比如，当辐射源是一个受激准分子激光器时)。在这样的情形下，不认为源构成光刻设备的一部分，并且借助于包括有比如适当的引导镜和/或光束扩展器的光束输送系统BD将辐射从源SO传递至照明器IL。
辐射光束B入射到固定于支撑结构(例如掩模台)MT上的图案形成装置(例如掩模)MA上，并通过该图案形成装置被图案化。在穿过掩模MA后，辐射光束B通过投影系统PS，其将光束投影在衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF例如干涉仪、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可精确地移动，以便例如将不同的目标部分C定位在辐射光束B的路径中。类似的，可用第一定位装置PM和另一位置传感器(例如干涉仪、线性编码器或电容传感器)来相对于辐射光束B的路径对图案形成装置MA进行精确的定位，例如在将图案形成装置从掩模库机械检索之后或在扫描期间。通常来说，借助于形成为第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精确定位)，可实现掩模台MT的运动。类似的，采用形成为第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块，可实现衬底台WT的运动。在采用步进器的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT仅可与短行程致动器相连，或被固定住。可采用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。虽然衬底对准标记显示为占据了专用目标部分，然而它们可位于目标部分之间的空间内(它们称为划线片对准标记)。类似的，在掩模MA上设置了超过一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。
所述装置可用于至少一种下述模式中：
1.在步进模式中，掩模台MT和衬底台WT基本上保持静止，而施加到投影光束上的个图案被一次性投影到目标部分C上(即单次静态曝光)。然后沿X和/或Y方向移动衬底台WT，使得不同的目标部分C被曝光。在步进模式中，曝光区域的最大尺寸限制了在单次静态曝光中所成像的目标部分C的大小。
2.在扫描模式中，掩模台MT和衬底台WT被同步地扫描，同时施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向由投影系统PS的放大(缩小)和图像倒转特性来确定。在扫描模式中，曝光区域的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分的宽度(非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(扫描方向上)。
3.在另一模式中，掩模台MT基本上固定地夹持了可编程图案形成装置，而衬底台WT在施加到投影光束上的图案被投影到目标部分C上时产生运动或扫描。在这种模式中通常采用脉冲辐射源，可编程图案形成装置根据需要在衬底台WT的各次运动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间进行更新。这种操作模式可容易地应用于采用可编程图案形成装置、例如上述类型的可编程镜阵列的无掩模式光刻技术。
还可以采用上述模式的组合和/或变型，或者采用完全不同的模式。
附图2以侧视图示出适于使用在EUV范围内的辐射的光刻装置的更多细节。源SO配备了辐射源LA，该辐射源LA可使用气体或蒸气(例如Xe气体或Li蒸气)，其中生成非常热的放电等离子体，以便在电磁辐射光谱的EUV范围内发射辐射。通过使放电的部分离子化的等离子体坍缩到光轴OA上而产生放电等离子体。有效产生辐射需要分压为0.1mbar的Xe、Li蒸气或任何其它合适的气体或蒸气。由辐射LA发射的辐射经由气体阻挡层或箔陷阱9从辐射源室7进入集光器室8。气体阻挡层结构包括举例来说在美国专利6614505和6359969中详细描述的通道结构，在此引入其内容作为参考。
集光器室8包括辐射集光器10，辐射集光器10可由比如掠入射集光器构成。经过集光器10的辐射穿过按照本发明的光谱纯滤光片11。由集光器10传递的辐射由光栅光谱过滤器11反射，以便聚焦在集光器室8的孔径处的虚源点12上。从集光器室8，辐射光束B在照明系统IL中由正入射反射器13、14反射到位于掩模台MT上的掩模MA。形成图案化的辐射光束17，图案化的辐射光束17由反射元件18、19投射到衬底台WT上。通常在照明系统IL和投影系统PL中存在比所示出的更多的元件。
附图3a示出适用于EUV波长的掩模MA的结构。掩模MA包括多层叠层52之上的图案化的吸收层50和缓冲层51。多层叠层可以包括40层或更多层例如Mo/Si或Mo/Be，以产生用于EUV辐射的反射面。选择例如Cr或TaN或TaBN的吸收层50以强烈地吸收辐射光束B，图案吸收层50和反射性多层叠层的组合形成掩模MA。在掩模制造期间缓冲层51用作蚀刻终止，以便在蚀刻吸收层50期间防止蚀刻多层叠层52。用于缓冲层的适当材料是SiO2、SiO3和Cr。
附图3b示出另一可能的掩模MA结构。这里有选择地蚀刻反射EUV辐射的多层叠层52以产生槽54。因为从多层叠层52的反射依赖于相长反射，通过蚀刻损坏多层叠层52造成EUV辐射被槽54的区域吸收而不是被反射。这里反射和吸收区域联合形成掩模MA。
使用掩模和装置参数，可以构造模型来分析掩模的特征和投影到衬底上的图像之间的相互作用。
在EUV波长、例如13.5nm，需要具有多层涂层的反射光学元件和非零入射角(AOI)。另外，对于大视场的光刻扫描系统，光学元件是离轴的，这意指入射到掩模MA上的辐射光束B形成弯缝。虽然离轴光学元件可能具有不同的设计，但大部分设计的共同特征是同心光学元件光瞳，参见图4，其中全部的主光线位于光轴OA上的一个高度处。换句话说，在环视场范围内的所有点的光路穿过同样的光学元件的光瞳。附图4示出在掩模MA层次的情况，其中弯缝的中心位于光轴OA上。对于狭缝的任何半径，参见附图5，所有的入射光有相同的入射角。
虽然掩模坐标系是笛卡尔(Cartesian)的，但是与圆形狭缝结合的系统最好在极坐标系中描述。
由于同心光瞳和狭缝的离轴位置，所以视场(field)位置可以由半径和方位角描述，如附图5所示。在边界的最大方位角可以设计达到约30度。狭缝的高度导致从照明的视场的最小半径到最大半径的轻微角变化。就光刻步进和扫描装置而言，扫描在狭缝高度上积分消除了角变化，从而为所有方位角保留有效角。这个有效角称作主光线入射角(CRAO)且具有6°的典型值。
如前面所述，掩模结构包含具有特定吸收叠层高度的吸收叠层，参见附图6，并且主入射角不等于零。由此，如附图6所示，掩模结构的照明产生阴影。附图6也示出代表光束的一部分的投影光束，其特征在于与掩模MA的图案相互作用的平面。因为掩模MA上的结构在笛卡尔座标系中定向，但是入射面跟随狭缝半径，在结构处的阴影随狭缝内的结构定向和位置而变。在附图7a和7b中示出该有效阴影投影。在附图7a中，示出主光线投影到结构的垂直和水平侧壁，这与投影到弧矢面和子午面相等。在掩模坐标中，沿Y方向的垂直线等于扫描方向，水平线平行于X方向并垂直于扫描方向。在附图7b中，光束示为相对于狭缝位置上的结构在掩模MA层的投影，该结构相对于光束旋转例如45°。
有效阴影角(ESA)可以表示为：
        ESA＝CRAO.cos(azimuth+ω)(1)
其中CRAO是由狭缝的中心半径定义的角，方位角限定了在狭缝内的当前位置，并且ω是根据掩模坐标系的结构的旋转。使用标准掩模坐标系，其中X方向(参见图4)垂直于狭缝并因此垂直于扫描方向，水平线(即在X轴方向的线)在等式(1)中的值为0°，垂直线值为90°。在垂直线和CRAO等于6°，沿方位角的ESA示出从3.0°线性下降至-3.0°。对于水平线，ESA示出围绕CRAO的二次行为(quadratic behavior)，其具有两个在狭缝的左边和右边的接近5.0°的最小值。附图8中给出了用于不同结构定向ω的ESA的概貌。
为了更好地理解照明和沿光锥的相关角分布，从用于附图4的视图到横截面的步骤是有帮助的，在横截面上掩模MA是两个光瞳之间的光学元件。投影系统PS的同心光瞳和掩模MA的定向彼此平行。光瞳由虽然不平行于掩模的照明系统形成。在附图9a和9b中示出从掩模MA看的进口光瞳和出口光瞳的示意图。通过多层ML进行掩模MA的反射镜功能。在掩模MA上的吸收层的3D特征取决于定义掩模MA的图案的结构901、902的高度。附图9a和9b示出在结构901、902的边缘由ESA限定的锥的边界射线和中心射线，以说明对于进口光瞳和出口光瞳的不同情况。对于每个视场点，照明锥体是相同的，但是对于不同的视场点，中心是变化的。出口光瞳的最大角由取决于结构尺寸的衍射限定。
为了易于理解，掩模反射属性被转移到等效的透射。附图10说明ESA的改变如何改变光和吸收体的相互作用。在附图10中，示出了两个边界的情况，光锥到达在底部和入口侧的吸收体的边缘。吸收体左边的入射角(图10中未示出)由通过ESA倾斜的照明孔Naill定义。在出口侧(即图10的右侧)，该角由衍射角、ESA和照明孔Naill定义。多层ML包括顶层(即具有虚焦点)，其中顶层定义穿过吸收体和由此光的出口点的路径长度。
上面介绍了照明和狭缝几何结构、掩模和系统坐标系、掩模结构产生的有效阴影以及掩模吸收体几何机构。如附图8所示，ESA的变化取决于狭缝内部的结构定向和位置。结构产生的阴影直接与吸收体高度和有效阴影角ESA相关，例如参见附图6中。该阴影减少了在掩模MA和由此在衬底W上的临界距离(CD)。所以，根据本发明的一方面，提供一种产生光刻图案形成装置、例如掩模的方法，该装置利用光刻投影装置把在图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，其中调整掩模图案的特征以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差由图案转移期间特征上的辐射的有效阴影角引入。图案的特征可以例如通过调节特征的尺寸或位置来调节。
参见附图9a和9b，如果吸收体是金属、例如TaN或Cr，则吸收体对EUV不会是完全不透明的，或多或少的EUV光穿过吸收体，这取决于所选择的材料和厚度。吸收材料的特点在于相位移δ和强度衰减。在当前EUV掩模上的吸收体厚度大约为10nm或更低。另外，如图9a和9b所示，穿过吸收体不同长度的光路由ESA和光锥的角限定。
为了说明光-掩模系统的相互作用，对EUV系统对来自具有角等于NA＝0.03125的照明器IL的光锥进行计算。作为第一个例子，为垂直线计算所有不同光路上的平均强度，对于4x系统该垂直线在掩模层为200nm或在晶片为50nm。平均值是假定非相干照明和小角度变化时的近似值。附图11示出对于在狭缝内三个不同位置(即三个不同的方位角)的作为沿两个结构901、902之间的距离的位置1(参见图9a)的函数的结构的强度分布。位置在狭缝的左边(方位角＝-30°)，在狭缝的中心(方位角＝0°)和在狭缝右边(方位角＝30°)。对于计算，假定多层ML内的反射光的虚焦点在多层ML顶部之下80nm处。
在附图11中照明-掩模系统相互作用的两个效果作用是明显的。第一，线的重心移动了方位角，对于系统性能这变成结构和狭缝位置覆盖术语。该移动从左侧向右侧为线性的，对于给定的实例在掩模层大约为5nm。第二，在0°的方位角(狭缝中心)的位置与隙缝的端位置相比包含相对于结构的更多能量。这意味着存在穿过图案的传输光的ESA相关变化。该传输光的变化如何在晶片级产生CD变化取决于要成像的线是隔离线还是密集线(dense line)。通过理解在光瞳的强度谱来解释密度和隔离线的差别。对于隔离线，假定光谱为连续的。传输全部频率直到光瞳被切断。对于在附图9a、9b和10中的给定例子的大隔离线(即宽线)，掩模上图案的强度一对一地传输到衬底W上。然而对于密集线，在光瞳处的采样是离散的并限于一种，或者对于包括NA为0.25并使用13.5nm波长的投影光学元件大于54nm，或者限于两个离散的顺序(order)。如附图11所示，离散采样意味着不传输强度曲线的形式，无限周期性延伸的图案减小为正弦图案，改变了占空系数。密集线的占空系数不再是1∶1，而是大约0.9∶1.1(400nm节距且清楚部分(clear part)降低40nm)。这个比率变化可以看成是剂量的变化。因此，该能量变化对衬底W的CD的影响取决于曝光宽容度。再次参考附图11，也可以看出在结构边缘的吸收体的效果不受结构尺寸的影响。在吸收体高度(或透射)没有适当改变的情况下，缩小结构尺寸意味着通过狭缝的预期CD改变将更明显。为了说明该点，附图12a示出对于垂直定向的隔离线(即在Y方向的线)CD变化的趋势。在附图12a中，由小正方形表示作为方位角的函数的CD变化的所计算的值(即ΔCD)。通过计算的值合适的线如虚线所示。最大CD变化、即附图12a中的偏移量在掩模MA约为10nm。
附图12b示出对于CD等于200nm的垂直线作为狭缝位置的函数的临界尺寸位置的移动的趋势。附图12b示出指示CD的重心(这为要被修正的位置移动)的直的下降线为大约为5nm。
对于穿过吸收体的相变化，在计算用于在入口光瞳和出口光瞳处光锥内部角的相位时，需要叠加。为显现对于三个狭缝位置沿狭缝的改变，为照明光锥的两个最大角计算沿200nm线结构的相位，如附图13a到13c所示。在附图13a-13c中，光锥左侧的相位(参见附图10)由白点示出，光锥右侧的相位用黑点示出。
输出光波相位变化的总量取决于结构尺寸。对于恒定的吸收体厚度和缩小线宽，对光波的相位影响将增加。相位对图案转移的影响也取决于能量或强度的数量，这在相位改变的同时在图案的边缘非常迅速地降低。
如上所述，EUV照明系统的光学设计特征，如狭缝几何结构或入射光的角度要求调节掩模的几何结构。光学设计特征导致在掩模MA上结构阴影的变化。该变化也取决于用于在掩模MA上建造结构的吸收材料的透明度。所以，根据实施例，使用定义吸收体的强度衰减和/或特征的吸收体的厚度来调节掩模的特征。
可以通过使用有效阴影角ESA描述结构阴影的变化，有效阴影角ESA依赖于狭缝位置和结构定向。结构的强度变化示出CD变化和沿依赖结构定向的狭缝的CD位置变化。在不改变高度和透射性的吸收体属性的情况下，掩模MA线宽的缩小加强了这种依赖。所以，为了预测在衬底W上最终投影图像的尺寸和位置，仅仅知道掩模上特征的尺寸和位置以及投影系统的缩小率是不够的。最好是在使用掩模MA曝光之前调节掩模MA的特征。
在本发明的一个实施例中，当掩模用在光刻装置中的曝光时，根据特征在狭缝中的尺寸和它们的位置与定向，通过改变特征的尺寸和位置，在掩模本身上修正CD变化和CD位置变化。实际上，这不是对如何投影掩模上的特征的限制，因为要被投影的掩模上的管芯区域尺寸总是等于或小于狭缝长度。因此掩模上的管芯区域总是能够被定位，使得总是通过特定掩膜的特征以相同的方式对辐射的狭缝进行图案化。基于ESA通常简单地进行所需修正值的计算。
遇到的另一个问题是使用图像传感器的对准。如上所述，掩模MA相对于衬底W的对准可以用两个动作完成。首先衬底W相对于衬底台WT对准，在第二动作中掩模MA相对于衬底台WT对准。作为这两个动作的结果，掩模和衬底的相对位置是已知的并且可以设置以确保图案形成装置所需的图像。
可以应用这里描述的本发明的至少一些实施例来提供与第二动作相关问题的解决方案，即掩模MA相对于衬底台WT的对准。因此，根据附图14来进一步说明用于该点的通常使用的传感器、TIS传感器。
附图14示出TIS传感器一部分的简化示例图。这里示出的投影系统PL是透射型的以简化说明和绘图。附图14示出具有掩模对准标记M1的掩模MA。附图进一步示出衬底台WT和位于分划板MA和衬底台WT之间的投影系统PL。投影系统PL示为单透镜，但可以理解也可能是多个透镜。为了方便起见，投影系统PL称为透镜PL。
衬底台WT包括具有衬底台对准标记W1的TIS传感器。对准标记W1后具有光敏传感器S、如二极管。传感器S可以具有将所测量的数据传输到处理器20的电缆C。设置处理器20与存储装置21通讯。在下面，TIS传感器和处理器20也可称为检测器。
通过提供到掩模对准标记M1的对准光束AB，并通过透镜PL将掩模对准标记M1成像到衬底台对准标记W1上进行对准测量。对准光束AB最好来源于用于对衬底W进行曝光的相同辐射源SO(附图14未示出)。
衬底台对准标志W1是透射型的，标记M1和W1都有预定的对应图案，使得通过透镜PL投影到衬底台对准标记W1的掩模对准标记M1的图案和衬底台对准标记W1的图案匹配。如果分划板MA和衬底台WT的相对位置是正确的，则这意味着光的最大量穿过衬底台对准标记W1。在这种情况下，传感器S将会检测到光的最大值。
现在，通过在三个方向(X、Y、Z)移动衬底台WT进行对准，举例来说，通过在X和Y方向进行扫描运动并在Z方向的不同位置进行这些扫描，同时持续地测量传感器S接收到的光强度。通过定位装置、例如附图1中描述的第二定位装置PW(附图14中未示出)来进行衬底台WT的移动。通过处理器20控制这些定位装置PW。
其中传感器S测量光的最大量的衬底台WT的位置被认为是衬底台WT相对于分划板MA的最佳相对位置。
利用离轴环场光刻装置的图像传感器检测的使用包括几个问题。第一对准图案与要在衬底上成像的图案结构的特征相比具有不同的特征、定向和尺寸。CD尺寸和位置的狭缝位置相关性意味着投影系统可以将对准图案投影到与图案结构的特征相比不同的位置。另外，投影的第一对准图案的CD可以根据狭缝中的位置而变化。这些中的任一个都会导致在横向(XY平面)和轴向(Z方向)所测量的对准位置的偏移。
另外，第二对准图案存在问题。如上所述假定当第一对准图案与第二对准图案精确匹配时，传感器测到最大强度。但是，第一对准图案的特征、定向和尺寸随第一对准图案所在的狭缝中的位置而变化。
对准序列通常包括多个单点对准。单点对准的结果等于X、Y和Z位置对准。当多个点被对准时，可以根据点之间的相对位置计算旋转。由于对不同的位置所测量的位置不同，因而对于不同的狭缝位置，图像传感器对单个点的对准有不同的影响。所以，可以预期所有参数的偏移量。
因此，根据本发明的一个方面，配置并设置上述检测器来测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置，其中该检测器补偿目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的图案形成装置上的特征的位置有关。在这个实施例中，根据掩模用于光刻装置的曝光时特征在狭缝中所占的位置和定向和它们的尺寸、以及其特征和图案形成结构上的特征之间尺寸和定向之间的差异，通过改变特征的尺寸和位置通过修正掩模本身上的对准图案来减少对准参数偏移量。
根据一个实施例，基于ESA进行对准参数的修正。
在本发明的另一实施例中，基于狭缝中掩模对准标记的位置、掩模对准特征的尺寸和定向、以及在图案形成装置上的特征和掩模对准特征之间的尺寸和定向的差异，通过计算误差来修正所测量的对准位置。
也希望对掩模上的特征尺寸进行一些修正，并且在曝光期间实现修正，因为这增加了灵活性。
在本发明的另一实施例中，通过使用更高效的吸收层(例如玻璃或玻璃陶瓷的非导电材料，其不会发出危险的气味—掩膜本身和光学元件/镜的使用期和污染方面)减少狭缝位置依赖。这可以是例如ZERRODURO，其可以溅射到多层表面并蚀刻来产生特征。或者，可以产生在多层上且随后被蚀刻。
根据本发明的一方面，提供一种产生光刻图案形成装置的方法，该装置用于利用光刻投影装置把在图案形成装置中形成的图案转移到衬底，该方法包括：定义形成在图案形成装置中的图案的特征，其中该特征具有选定的尺寸和定向以便在图案转移期间在衬底上建立所需图像；调整特征的尺寸以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差是由图案转移期间特征上的辐射的有效阴影角引起的或与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。也提供光刻投影装置中的测量装置(例如TIS)用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置，其中通过图案形成装置上的特征形成目标图象，测量装置包括用于测量目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的检测器，其中该检测器补偿目标图像的所测量的位置的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差是由图案转移期间图案形成装置的特征上的辐射的有效阴影角引起的或与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。而且也提供包括上述测量装置的光刻投影装置。
根据本发明的另一方面，提供一种控制包括计算机可读记录媒体和记录在记录媒体上且由计算机执行的代码的计算机的计算机程序，当计算机执行该代码时使计算机产生用于在产生图案形成装置时使用的调节模型，该图案形成装置使用光刻投影装置把图案形成装置中形成的图案以光方式传输到衬底，调节模型的产生包括分析特征的表示，其中特征具有选定的尺寸和定向以便在图案转移期间在衬底上建立所需图像；为图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角；以及根据所计算的有效阴影角，调节所定义的特征以补偿所需图像的位移误差和尺寸误差。
计算机程序还可用于调整特征，以便补偿所需图像的位移误差和尺寸误差，该位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的特征的位置有关。
虽然在本文中具体地参考了IC制造中的光刻装置的使用，然而应当理解，这里所介绍的光刻装置还可具有其它应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的制造。本领域的技术人员可以理解，在这种替代性应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在这里的任何使用分别被视为与更通用的术语“衬底”或“目标区域”具有相同的含义。这里所指的衬底可在曝光前或曝光后例如在轨道(一种通常在衬底上施加光刻胶层并对暴露出来的光刻胶层进行显影的工具)或度量和/或检查工具中进行加工。在适当之处，本公开可应用于这些和其它衬底加工工具中。另外，衬底可被不止一次地加工，例如以形成多层IC，因此，这里所用的术语“衬底”也可指已经包含有多层已加工的层的衬底。＜0}
尽管上面具体提到了本发明的实施例在光学光刻的范围中的使用，但是应当意识到：本发明可用于其它的应用(如压印光刻)，并且在范围允许的地方，本发明不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的图像限定在衬底上生成的图案。图案形成装置的图像可被压入提供给衬底的光刻胶层，随后通过应用电磁辐射、加热、加压或其中的组合使光刻胶固化。在光刻胶被固化后，使图案留在光刻胶上而将图案形成装置移离光刻胶。
在这里使用的术语“辐射”和“光束”包含了所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，其波长约为365、355、248、193、157或126nm)、X-射线和极远紫外(EUV)辐射(例如，其波长在5-20nm的范围内)、以及粒子束(如离子束或电子束)。
在上下文允许的地方，术语“透镜”可指各种类型的光学元件中的任何一个或组合，包括折射的、反射的、磁的、电磁的和静电的光学元件。
虽然在上面对本发明的具体实施例进行了描述，但是将会意识到：可采用与所述的不同的方式实施本发明。例如，应理解上述修正也可使用非弯缝来实现。在这种情况下，需要类似的修正。而且，应注意不是使用TIS传感器，而是使用其它类型传感器、例如基于散射技术的检测器。
上面这些描述是示例性而非限制性的。因此，对本领域的技术人员来说很明显，在不脱离下述权利要求的范围的前提下，可以对所述的本发明进行修改。

Claims (16)

1、一种产生光刻图案形成装置的方法，所述装置利用光刻投影装置把在所述图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，所述方法包括：
定义形成在所述图案形成装置中的图案内的特征，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；
为所述图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角；
根据所计算的有效阴影角调整所定义的特征，以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差。
2、根据权利要求1所述的产生光刻图案形成装置的方法，其中使用下面的至少一种方式调整所定义的特征：
-用于定义所述特征的吸收层的厚度；
-所述吸收层的强度衰减。
3、一种产生光刻图案形成装置的方法，所述装置利用光刻投影装置把在所述图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，所述方法包括：
定义形成在所述图案形成装置中的图案内的特征，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；以及
调整所定义的特征的尺寸以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述特征的位置有关。
4、根据权利要求3所述的产生光刻图案形成装置的方法，其中使用下面的至少一种方式调整所定义的特征：
-用于定义所述特征的吸收层的厚度；
-所述吸收层的强度衰减。
5、一种控制计算机的计算机程序，所述计算机包括计算机可读记录媒体和记录在所述记录媒体上且由所述计算机执行的代码，所述计算机执行所述代码使所述计算机产生用于在产生图案形成装置时使用的调整模型，所述图案形成装置使用光刻投影装置把所述图案形成装置中形成的图案以光学方式转移到衬底上，其中，所述调整模型的产生包括：
分析特征的表示，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；
为所述图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角；以及
根据所计算的有效阴影角调整所定义的特征，以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差。
6、一种控制计算机的计算机程序，所述计算机包括计算机可读记录媒体和记录在所述记录媒体上且由所述计算机执行的代码，所述计算机执行所述代码使所述计算机产生用于在产生图案形成装置时使用的调整模型，所述图案形成装置使用光刻投影装置把所述图案形成装置中形成的图案以光学方式转移到衬底上，其中，所述调节模型的产生包括：
分析形成在所述图案形成装置中的图案内的特征，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；以及
调整所述特征以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述特征的位置有关。
7、一种图案形成装置，所述装置利用光刻投影装置把在所述图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，其中所述图案形成装置的制造方法包括：
定义形成在所述图案形成装置中的图案内的特征，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；
为所述图案形成装置上的多个点计算在所定义特征上的辐射的有效阴影角；以及
根据所计算的有效阴影角调整所述特征，以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差。
8、一种图案形成装置，所述装置利用光刻投影装置把在所述图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，其中所述图案形成装置的制造方法包括：
定义形成在所述图案形成装置中的图案内的特征，其中所述特征具有选定的尺寸和定向，以便在图案转移期间在所述衬底上建立所需图像；以及
调整所述特征以补偿所述所需图像的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述特征的位置有关。
9、一种在光刻投影装置中确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的方法，其中通过图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述方法包括：
测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置；以及
调整所述目标图象的所测量的位置以补偿位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差是由图案转移期间所述图案形成装置的特征上的辐射的有效阴影角引起的。
10、一种在光刻投影装置中确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的方法，其中通过图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述方法包括：
测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置；以及
调整所述目标图象的所测量的位置以补偿位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述图案形成装置上的所述特征的位置有关。
11、一种在光刻投影装置中用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的测量装置，其中通过图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述测量装置包括：
检测器，配置为测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置，其中所述检测器补偿所述目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差是由图案转移期间所述图案形成装置的所述特征上的辐射的有效阴影角引起的。
12、一种在光刻投影装置中用于确定目标图象在衬底上的位置或接近衬底的位置的测量装置，其中通过图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述测量装置包括：
检测器，配置并设置为测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置，其中所述检测器补偿所述目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述图案形成装置上的所述特征的位置有关。
13、一种光刻投影装置，包括：
配置为调节辐射光束的照明系统；
配置为支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置配置为根据所需图案使辐射光束形成图案；
配置为支持衬底的衬底台；
配置为把图案化的辐射光束投影到衬底的目标部分的投影系统；以及
配置为在光刻投影装置中确定目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置的测量装置，其中通过所述图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述测量装置包括配置为测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置的检测器，其中所述检测器补偿所述目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差是由图案转移期间所述图案形成装置的所述特征上的辐射光束的有效阴影角引起的。
14、一种光刻投影装置，包括：
配置为调节辐射光束的照明系统；
配置为支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置配置为根据所需图案使辐射光束形成图案；
配置为支持衬底的衬底台；
配置为把图案化的辐射光束投影到衬底的目标部分的投影系统；以及
配置为确定目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置的测量装置，其中通过所述图案形成装置上的特征形成所述目标图象，所述测量装置包括配置并设置为测量所述目标图象在所述衬底上的位置或接近所述衬底的位置的检测器，其中所述检测器补偿所述目标图像的所测量位置的位移误差和尺寸误差，所述位移误差和尺寸误差与图案转移期间曝光狭缝内的所述图案形成装置上的所述特征的位置有关。
15、一种图案形成装置，所述装置利用光刻投影装置把在所述图案形成装置中形成的图案转移到衬底上，其中所述图案形成装置包括具有预定结构的吸收层，其中所述吸收层由玻璃和玻璃陶瓷的至少一种制成。
16、根据权利要求15所述的图案形成装置，其中所述吸收层是ZERODUR制成的。
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