專利名稱：光刻設備和器件制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光刻設備和一種器件制造方法。
背景技術：
光刻設備是一種施加所需圖案到襯底目標部分上的機器。例如，光刻設備可用于制作集成電路(IC)、平板顯示器、及其它涉及精細結構的器件。在常規(guī)的光刻設備中，圖案化裝置，或者稱作掩?；蚬饪贪?，可用于產(chǎn)生對應于IC(或其它器件)的單個層的電路圖案，且該圖案能成像在襯底(例如，硅晶片或玻璃基板)的目標部分上(例如，包含一個或幾個芯片的部分)，該襯底具有輻射敏感材料(例如抗蝕劑)層。代替掩模，構圖裝置可以包括產(chǎn)生電路圖案的單獨可控元件的陣列。
通常，單個襯底包含連續(xù)被曝光的相鄰目標部分的網(wǎng)絡。已知的光刻設備包含步進機，其中通過一次曝光整個圖案到目標部分上輻射各個目標部分；和掃描儀，其中通過沿給定的方向(“掃描”方向)通過射束掃描圖案來輻射各個目標部分，同時在平行或反平行該方向上同步掃描襯底。
在曝光處理之前，襯底可以經(jīng)過各種處理。例如，在曝光前，襯底通常可以用抗蝕劑處理。同樣，在曝光前，襯底可以經(jīng)過清洗、蝕刻、離子注入法(如摻雜)、金屬化、氧化、化學機械拋光、涂底料(priming)、涂抗蝕劑、軟烘烤處理、和/或測量處理。襯底也可以經(jīng)過各種曝光后處理，例如，曝光后烘烤(PEB)、顯影，硬烘烤、蝕刻、離子注入法(如摻雜)、金屬化、氧化、化學機械拋光、清洗、和/或測量處理。此外，通常需要幾層。因此，對于每一層重復整個處理程序或其變體。
利用為它們各自目的設計的工作站或模塊進行這些曝光前和曝光后處理。襯底按預定的順序經(jīng)過這些處理模塊以及光刻曝光設備。為了使在襯底上形成的器件準確發(fā)揮作用，需要那些在襯底上形成的器件的特征在特定尺寸的給定容差內(nèi)。因此，為了表征特征和圖案輪廓并創(chuàng)建質(zhì)量和均勻性的基準水平，規(guī)定關鍵屬性是標準的，所述關鍵屬性統(tǒng)稱為曝光圖案的臨界尺寸(CD)。CD的尺度可以包含如特征間的間隙、孔和/或柱的X和/或Y直徑、孔和/或柱的橢圓率、特征面積、特征側(cè)壁角、特征的頂部寬度、特征的中部寬度、特征的底部寬度、線路邊緣粗糙度等等。
在襯底上形成的特征尺寸通常由在曝光過程中接收輻射閾值劑量的襯底上的抗蝕劑面積決定。該閾值劑量受使用的抗蝕劑類型、在曝光前的處理條件、在曝光后的處理條件影響。因此，曝光前和曝光后條件的變化影響特征的尺寸，并因此影響臨界尺寸的均勻性(CDU)，從而可能損害曝光圖案的質(zhì)量。如果CDU不足，襯底可能不合格，這樣就降低產(chǎn)率。
因此，所需要的是能以改善的CDU在襯底上曝光圖案的光刻設備和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供這樣一種光刻設備，包括用于供應輻射束的照明系統(tǒng)、用于向射束的橫截面?zhèn)鬟f圖案的單獨可控元件的陣列、用于支撐襯底的襯底臺、用于將圖案化的射束投影到襯底的目標部分的投影系統(tǒng)、和一控制器，該控制器基于與要曝光在襯底上的圖案相對應的預定圖案數(shù)據(jù)和對應于襯底處理條件中至少一個的處理條件數(shù)據(jù)，設定單獨可控元件陣列上的圖案。
在一個實施例中，可補償由于曝光前和/或曝光后處理的變化導致在襯底上形成的圖案產(chǎn)生的變化。因此，可以改進給定襯底的CDU。
在一個實例中，使用光刻設備不但允許改進襯底的不同區(qū)域的CDU，而且允許改進襯底之間的CDU。
在一個實例中，控制器使用處理條件數(shù)據(jù)，以按需要調(diào)整單獨可控元件陣列上設定的圖案內(nèi)產(chǎn)生的圖案特征的尺寸。例如，如果處理條件數(shù)據(jù)表明，在不使用校正的情況下，一旦完成襯底的處理，在襯底上形成的特征將稍微過大，控制器將在單獨可控元件陣列上設定的圖案調(diào)整成略小于不進行校正時的圖案。從而，在襯底上實際產(chǎn)生的圖案更接近預定尺寸，因此改進了CDU。
在一個實例中，對應于單獨可控元件之一的圖案化射束的每一部分能被設定為至少三個輻射強度等級之一(例如提供圖案化輻射束的灰階控制)?？刂破黜憫谔幚項l件數(shù)據(jù)調(diào)整圖案亮度等級。例如，如果處理條件表明，不使用校正時在襯底上形成稍微過大特征，則通過調(diào)整單獨可控元件陣列的設置而來減小圖案化射束的相應部分的亮度級。因此，特征的較小區(qū)域達到必要的閾值劑量，并且與不作校正相比在襯底上產(chǎn)生的特征尺寸減小。
在一個實例中，可以考慮與處理條件有關的各種數(shù)據(jù)，其包括(1)施加到襯底的抗蝕劑(例如，不同類型的抗蝕劑對其它曝光前和曝光后條件將有不同的結果響應)；(2)在涂敷抗蝕劑到襯底的過程的處理條件(例如，抗蝕劑層厚度、在包含軟烘烤處理的應用處理過程中的熱分布等)；(3)在涂敷到襯底的任何其它層的涂敷過程中對應的處理條件(例如，在抗蝕劑前涂敷的BARC(底部抗反射涂層)，以減小在抗蝕劑中的駐波的產(chǎn)生來改進成像條件和CDU的性能)；(4)由于利用使用單獨可控元件陣列的光刻設備來曝光襯底花費相對長時間，將抗蝕劑涂敷到襯底和曝光之間經(jīng)過的時間，對抗蝕劑的閾值劑量有明顯的影響；這樣從襯底上首先曝光的部分到襯底上最后曝光的部分有明顯變化；(5)將抗蝕劑涂敷到襯底和曝光后處理步驟開始之間經(jīng)過的時間(例如，當其顯影時這將影響曝光的抗蝕劑的響應)；(6)在任何其它兩個過程之間經(jīng)過的或預期經(jīng)過的時間；(7)曝光后烘烤的處理條件，包含熱分布；這同樣會在其顯影時影響曝光的抗蝕劑的響應；(8)在曝光后烘烤之后，冷卻襯底的處理條件，同樣包含當其顯影時影響曝光襯底響應的熱分布；(9)襯底顯影期間的處理條件；(10)在各種處理設備之間轉(zhuǎn)移襯底期間的條件；和/或(11)隨后的蝕刻、離子注入、金屬化、氧化、化學—機械拋光和清潔處理中期望的處理條件。
在一個實例中，至少一些處理條件數(shù)據(jù)對于襯底的每個區(qū)域是特定的。這允許襯底的一部分的每次曝光的曝光條件對于那個區(qū)域最佳化。因此，轉(zhuǎn)移操作數(shù)據(jù)可以包含在轉(zhuǎn)移期間關于襯底方向的任何變化的數(shù)據(jù)，使得可能確定每個襯底的每個部分的完整的處理歷史。
在一個實例中，例如通過在處理襯底時測量相關設備的條件，在處理每個襯底時可以記錄處理條件數(shù)據(jù)，。例如，由于每個襯底被涂覆抗蝕劑，在曝光處理過程中可以紀錄和考慮精確的處理條件。
在一個實例中，一些處理設備可以提供隨時間相對穩(wěn)定的處理條件。在該情況下，控制器可以存儲一組與設備相關的數(shù)據(jù)而不是接收測量的數(shù)據(jù)。例如，曝光單元可以從兩個或多個抗蝕劑涂布單元接收襯底。假如每個抗蝕劑涂布單元中的處理條件隨時間是穩(wěn)定的，那么，僅僅需要曝光單元中的控制器接收與每個襯底相關的數(shù)據(jù)，其識別哪個抗蝕劑涂層單元處理該襯底。然后，基于相關抗蝕劑涂層單元的處理條件數(shù)據(jù)可以最佳化圖案。如果在抗蝕劑涂布單元內(nèi)的襯底上處理條件改變，其也可以接收對應于該襯底定向的數(shù)據(jù)。這種安排對于補償曝光后處理的影響特別有益，因為實際的曝光后處理條件在曝光的時候不是已知的。
在一個實例中，可以更新與每個這種處理設備相關的數(shù)據(jù)。可以當一個或多個襯底被處理時，通過監(jiān)測實際的處理條件來更新該數(shù)據(jù)。
在一個實例中，從用每個處理設備處理的襯底上產(chǎn)生的特征的隨后檢查中，與該設備相關的數(shù)據(jù)所需的校正可以被推斷出來。更新與每個設備相關的數(shù)據(jù)保證了如果處理條件在相對短時間范圍是穩(wěn)定的，則既使處理條件在相對長時間范圍不穩(wěn)定，也可以提供，例如，曝光后處理條件的足夠準確的估計。
在一個實例中，在開始對襯底的任何曝光(或者，至少產(chǎn)生要形成的器件的特定層所需的曝光)之前，可以確定在單獨可控元件的陣列上設定圖案之前所需的預定圖案數(shù)據(jù)的修正。
在一個實例中，在曝光給定層的圖案的過程中可以確定必要的修正。例如，可以確定對給定襯底上一曝光的修正，同時另一個曝光繼續(xù)進行。后面的設置允許對圖案數(shù)據(jù)的修正考慮實際測得的處理條件修正圖案數(shù)據(jù)，以及例如，在襯底上涂敷抗蝕劑和進行曝光之間實際的時間。因為，在曝光步驟之前而不是匆忙地實施必要的數(shù)據(jù)處理，對于所需的數(shù)據(jù)處理時間沒有限制，因此可以使用更簡單的控制器。然而，因為有必要預先知道用于特定襯底的處理設備，所以這種系統(tǒng)可能受到限制。因此，如果需要重安排襯底的處理，也就是說它需要在不同的曝光前和曝光后設備中處理，則有必要重新計算修改。匆忙的計算避免這個問題。
在一個實例中，控制器可以包含用于存儲轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的存儲器，對于不同處理條件，在圖案設定在單獨可控元件陣列上之前，必須對要在襯底上產(chǎn)生的圖案進行的修改。
在一個實例中，存儲器可以存儲整套處理條件所需的圖案修改(例如，考慮所有處理條件和它們之間的相互作用)。
在一實例中，在第二配置中，存儲器可包含與系統(tǒng)中每個元件的圖案修改相關的數(shù)據(jù)。此情況中，可能通過將與每個元件中處理條件相關的單個修改聯(lián)系在一起來確定所需的整個圖案修改。
第一實例設置起來更簡單，且可以更精確，因為它考慮系統(tǒng)的不同部分內(nèi)處理條件的相互作用。然而，如果要考慮大量的處理參數(shù)，第二實施例需要存儲較少數(shù)據(jù)并且是更可行的。
在一個實例中，考慮一個系統(tǒng)，其中要考慮處理參數(shù)中的10個，并且每個參數(shù)有10個不同值。在第一種設置下需要存儲的完整的圖案修改數(shù)據(jù)的可能組合的總數(shù)是1010，也就是說10,000,000,000。相反，如果使用第二設置，100組圖案修改數(shù)據(jù)(也就是對于10個被監(jiān)測處理參數(shù)的每一個而言有10組)需要被存儲，然后它們以多種不同方式結合。
盡管理論上第一實例更精確，但是只要由每個參數(shù)改變引起的偏離較小并且這些參數(shù)的改變不相互作用，那么第二實施例就可以提供足夠精確的控制。通過排除一些可替換的處理選擇，可以減少在第一配置中儲存的數(shù)據(jù)數(shù)量。例如，可以限定系統(tǒng)，使得如果最初用第一設備處理襯底，則可以僅通過其它設備的有限集合(除其它設備外)實施隨后的處理操作。
在一個實例中，基于意圖在襯底上形成的圖案特征的比較和利用現(xiàn)有的圖案修改數(shù)據(jù)對襯底上隨后產(chǎn)生的實際圖案特征的檢查，可以更新存儲器里存儲的圖案修改數(shù)據(jù)。
在一個實例中，在襯底曝光期間，存儲器中圖案修改數(shù)據(jù)的相對小變化用于在襯底上不同位置處的曝光。隨后，通過隨后檢查隨后在這些位置的每一個處形成的實際圖案特征并將產(chǎn)生的實際特征與預定特征相比較，能夠確定存儲器中的圖案修改數(shù)據(jù)是否是最佳的，并且如果圖案修改數(shù)據(jù)的被測試的變化之一證明是更好的時則將其變成這種變化。如果由圖案修改數(shù)據(jù)中的這些小變化引起的CD的變化足夠小，則在襯底的制造曝光過程中可繼續(xù)使用該過程，不斷地精確化圖案修改數(shù)據(jù)。
在一個實例中，在測試襯底的曝光期間，可以使用圖案修改數(shù)據(jù)的較大測試變化來設置設備和產(chǎn)生圖案修改數(shù)據(jù)的初始集合。
通常，可以理解，需要在不同的處理條件下曝光多個襯底上的圖案并檢查隨后產(chǎn)生的圖案，來最初產(chǎn)生存儲器中的圖案修改數(shù)據(jù)。
在一個實例中，光刻設備包含探測器，其用于檢查在襯底上產(chǎn)生的特征，以提供自動反饋到控制器以能夠更新圖案修改數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一個實施例提供了一種器件制造方法，包括以下步驟提供襯底、利用照明系統(tǒng)提供輻射束、利用單獨可控元件向射束的橫截面提供圖案、以及將圖案化的輻射束投影到襯底的目標部分上。在單獨可控元件陣列上設定圖案基于與要曝光在襯底上的圖案相對應的預定圖案數(shù)據(jù)和與至少一個襯底處理條件相對應的處理條件數(shù)據(jù)，。
下面參照附圖，詳細描述本發(fā)明另外的實施例、特征、和優(yōu)點，以及本發(fā)明各種實施例的結構和操作。


在此結合并形成說明書的一部分的附圖解釋了本發(fā)明，并與說明書一起用于解釋發(fā)明的原理和使本領域的技術人員能實施和利用該發(fā)明。
圖1描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光刻設備。
圖2描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于在襯底上產(chǎn)生圖案的處理單元的圖示。
圖3描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的顯示臨界尺寸輪廓的襯底。
圖4描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個過程。
現(xiàn)在將參見附圖描述本發(fā)明。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的或功能相似的元件。
具體實施例方式
概述和術語雖然在本文中具體涉及光刻設備在制造集成電路(IC)中的使用，應該理解在此描述的光刻設備可以有其它的應用，諸如集成光學系統(tǒng)的制造、用于磁疇存儲器的導向和定位圖案、平板顯示器、薄膜磁頭等。本領域的技術人員應該理解，在本文中的其它應用中，在此可選擇施加上下文中熟練的技術人員可以理解，在此的使用任何術語“晶片”或“芯片”可以被認為分別與更常用的術語“襯底”或“目標部分”同義。在此所指的襯底可以在曝光前或后例如在軌道(track)(例如，一般涂敷抗蝕劑層到襯底上并且顯影曝光的抗蝕劑的工具)或計量或檢測工具中處理。在可應用的地方，在此的公開可應用到這種或其它襯底處理工具。此外，例如為了形成多層IC，可以多次處理襯底，以至于在此使用的術語襯底也可以指已經(jīng)包含多層處理層的襯底。
在此采用的術語“單獨可控元件的陣列”應該廣義地解釋為能夠為輻射束提供圖案化截面，以便能在襯底的目標部分形成所需的圖案的任何裝置。在上下文中也可以使用術語“光閥”和“空間光調(diào)制器”(SLM)。以下描述這種圖案化裝置的實施例。
可編程反光鏡陣列可包含具有粘彈性控制層的矩陣尋址表面和反射表面。這種設備的基本原理是，例如，反射表面的被尋址區(qū)將入射光反射為衍射光，而未被尋址區(qū)將入射光反射為非衍射光。利用適當空間的濾光片，從反射束中濾出非衍射光，僅留下衍射束到達襯底。以該方式，射束依據(jù)矩陣可尋址表面的尋址圖案而被圖案化。
可以理解到，作為替代，濾光片可濾掉衍射光，留下非衍射光到達襯底。還可以以相應的方式使用衍射光學微電子機械系統(tǒng)(MEMS)器件陣列。每個衍射光學MEMS器件可包含多個反射帶，這些反射帶可相對彼此變形而形成將入射光反射成衍射光的光柵。
另外的可替換實施例可以包含采用微鏡面的矩陣排列的可編程鏡面陣列，其中通過施加適當?shù)木植侩妶?，或者通過采用壓電致動裝置，每一個鏡面能夠單獨地關于一軸傾斜。再者，這些鏡面也是矩陣可尋址的，從而被尋址鏡面將以不同方向入射的輻射束反射到未被尋址鏡面上；以這種方式，反射束根據(jù)矩陣可尋址鏡面的尋址圖案被圖案化。所需的尋址矩陣可以利用合適的電裝置實施。
在上述兩種情況中，單獨可控元件陣列可以包含一個或者多個可編程鏡面陣列。關于這里涉及鏡面陣列的更多信息可以從例如美國專利US5,296,891和美國專利US5,523,193、和PCT專利申請WO98/38597和WO98/33096中得知，它們在這里引入作為參照。
可使用可編程LCD陣列。美國專利申請US5,229,872給出了這種結構的一個例子，在此引入作為參照。
應該理解到，當例如使用了特征預偏置、光學鄰近校正特征、相位變化技術和多次曝光技術時，在單獨可控元件陣列上“顯示”的圖案可能大大不同于最后傳遞至襯底的或襯底上的層的圖案。類似的，最后在襯底上產(chǎn)生的圖案可不對應于任何一瞬間形成于單獨可控元件陣列上的圖案。在如下的設置中可能出現(xiàn)這樣的情況形成在襯底的每一部分上的最后圖案是經(jīng)過給定時間段或給定曝光次數(shù)而形成的，在此期間，在單獨可控元件陣列上的圖案和/或該襯底的相對位置改變。
雖然在本文中具體涉及制造IC時的光刻設備的使用，應該理解的是本文描述的光刻設備可具有其它用途，諸如DNA芯片、MEMS、MOEMS、集成光學系統(tǒng)、磁疇存儲器的導向及檢測圖案、平板顯示器、薄膜磁頭等的制造。本領域的技術人員將會理解在在本文的這種可替換應用中，這里使用的術語“晶片”或“芯片”可以認為分別與更通用的術語“襯底”或“目標部分”是同義的。本文所指的襯底在曝光前或后在例如軌道(一般涂布感光膠層到襯底并顯影曝光的感光膠的工具)或計量工具或檢查工具中處理。在可應用的地方，本文的公開可應用于這種和其它的襯底處理工具。此外，例如為了生成多層IC，襯底可進行一次以上處理，所以本文所使用的術語“襯底”也是指已經(jīng)含有多層處理過的層的襯底。
本文使用的術語“輻射”和“射束”包含所有形式的電磁輻射，包含紫外線(UV)輻射(例如，波長365、248、193、157或126nm)和極紫外線(EUV)輻射(例如，波長5-20nm)，以及如離子束或電子束的粒子束。
適當?shù)?，例如對于所使用的曝光輻射，或其它因素，諸如使用浸沒液體或使用真空，在此使用的術語“投影系統(tǒng)”應廣義地理解為包含多種形式的投影系統(tǒng)，包含折射光學系統(tǒng)、反射光學系統(tǒng)和反射折射光學系統(tǒng)。此處使用的術語“透鏡”可以認為與更常用的術語“投影系統(tǒng)”是同義的。
照明系統(tǒng)也可以包含各種形式的光學部件，這些光學部件包括折射、反射和反射折射光學部件，用于引導、整形或控制輻射束，而這些部件在下面也可總體的或單獨的稱為“透鏡”。
該光刻設備可能是具有兩個(雙級)或更多個襯底臺(和/或兩個或多個掩膜臺)的類型。在這種“多級”機器中，可并列使用另外的臺，或者在一個或多個臺上實施預備步驟的同時，一個或多個其它臺被用于曝光。
該光刻設備也可以是這種類型的設備其中襯底被浸沒在(例如水的)具有相對高折射率的液體中，以便填充投射系統(tǒng)的最后元件與襯底之間的空間。浸液也可以應用于該光刻設備中的其它空間，例如，單獨可控元件陣列與該投影系統(tǒng)的第一元件之間的空間。用于增大投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑的浸沒技術在本領域是公知的。
此外，該設備可以設有允許液體和襯底的被輻射部分之間的相互作用(例如選擇性的將化學物質(zhì)帖附于襯底或選擇性改變襯底的表面結構)的液體處理單元。
光刻投影設備圖1示意性描述根據(jù)本發(fā)明實施例的光刻投影設備100。設備100包含至少一個輻射系統(tǒng)102、單獨可控元件104陣列、載物臺106(如襯底臺)、以及投影系統(tǒng)(“透鏡”)108。
輻射系統(tǒng)102可用于提供輻射束110(如UV輻射)，其在該特殊情況下也包含輻射源112。
單獨可控元件陣列104(如可編程鏡面陣列)可用于施加圖案到射束110。通常，可相對投影系統(tǒng)108固定單獨可控元件104陣列的位置。然而，在可選擇的排列方式中，單獨可控元件104陣列可以連接到用于相對投影系統(tǒng)108對其準確定位的定位裝置(未示出)。如此處所述，單獨可控元件104是反射型的(例如有單獨可控元件的反射陣列)。
載物臺106可具有用于支持襯底114(例如涂布了抗蝕劑的硅晶片或玻璃襯底)的襯底支持器(沒有具體示出)，并且襯底臺106可以連接到用于相對投影系統(tǒng)108準確定位襯底114的定位裝置116。
投影系統(tǒng)108(例如，石英和/或CaF2透鏡系統(tǒng)或包含由這種材料制成的透鏡元件的反射折射系統(tǒng)、或鏡面系統(tǒng))可以將從分束器118接收的圖案化的射束投影到襯底114的目標部分120(例如一個或多個芯片)上。投影系統(tǒng)108可以將單獨可控元件104陣列的圖像投影到襯底114上?；蛘?，投影系統(tǒng)108可以投影次級光源的圖像，對于該光源單獨可控元件104陣列的元件作為光閘。投影系統(tǒng)108也可以包含微透鏡陣列(MLA)以形成次級光源并將微光點投影到襯底114上。
光源112(例如，受激準分子激光器)能產(chǎn)生輻射束112。射束112直接或通過(如擴束器126的)調(diào)節(jié)裝置126之后，饋入到照明系統(tǒng)(照明器)124中。照明器124可以包含用于設定射束122中亮度分布的外部和/或內(nèi)部徑向長度(通常分別稱為б-外部和б-內(nèi)部)的調(diào)整裝置128。此外，照明器124通常包含各種其它部件，例如積分器130和聚光器132。以這種方式，照射到單獨可控元件104的陣列上的射束110在其橫截面有所需的均勻性和強度分布。
應該注意到，關于圖1，光源112可以在光刻設備100的外殼內(nèi)(例如當光源112是汞燈時經(jīng)常是這種情況)。在可選擇的實施例中，光源112也可以是遠離光刻裝置100。在這種情況中，輻射束122照射到設備100中(例如借助合適的定向反射鏡)。后者的方案常是光源112是受基準分子激光器的情況?？梢岳斫膺@兩個方案都被認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在利用分束器118定向后，射束110隨后與單獨可控元件104的陣列交叉。由單獨可控元件104陣列反射后，射束110通過投影系統(tǒng)108，其將射束110聚焦到襯底114的目標部分120上。
借助定位裝置116(以及可選的基板136上的干涉測量裝置134，其通過分束器140接收干涉射束138)，襯底臺106可以被準確地移動，以便于在射束110路徑中定位不同的目標部分120。在使用時，例如在掃描期間，可使用單獨可控元件104陣列的定位裝置，來準確校正單獨可控元件104陣列相對射束110的路徑的位置。通常，借助于長沖程模塊(粗定位)和短沖程模塊(精細定位)實現(xiàn)載物臺106的移動，其在圖1中沒有詳細描述。相似的系統(tǒng)也可以被用于定位單獨可控元件104的陣列?？梢岳斫?，或者/另外射束110是可移動的，同時襯底臺106和/或單獨可控元件104陣列可以有固定位置，以提供所需的相對移動。
在實施例的可選擇結構中，可以固定襯底臺106，襯底114可在襯底臺106的上方移動。這樣做的話，襯底臺106在平坦的最上表面設有多個開口，氣體直通該開口以提供能支撐襯底114的氣體緩沖器。這常稱為氣體支承裝置。襯底114在襯底臺106上方利用一個或多個驅(qū)動器(未示出)移動，其能相對射束110路徑準確定位襯底114?；蛘?，可以通過選擇性地起動和停止氣體穿過開口使襯底114在襯底臺116上移動。
盡管在此描述的根據(jù)本發(fā)明的光刻設備100用于曝光襯底上的抗蝕劑，可以理解到本發(fā)明并不限于這種使用，且設備100可用于無抗蝕劑(resistless)光刻中投影圖案化的射束110。
設備100可以用于以下四種優(yōu)選模式1、步進模式在單獨可控元件104陣列上的整個圖案被一次性(即，單“閃”)投影到一個目標部分120上。然后沿x和/或y方向?qū)⒁r底臺106移動到不同位置，以通過圖案化的射束110輻射不同的目標部分。
2、掃描模式除了給定目標部分120不是單“閃”曝光外，與步進式模式基本相同。相反地是，單獨可控元件104陣列在給定方向(所謂“掃描方向”，例如，y方向)是可以速度v移動，從而導致圖案化的射束110在單獨可控元件104陣列上掃描。同時，襯底臺106是以速度V＝Mv沿相同或相反方向同時移動，在其中M是投影系統(tǒng)108的放大倍數(shù)。以這種方式，可以曝光相對大的目標部分120，而不必犧牲分辨率。
3、脈沖模式單獨可控元件104陣列基本保持靜止，整個圖案利用脈沖輻射系統(tǒng)102投影到襯底114的目標部分120上。襯底臺106基本恒速移動，使圖案化的射束110在襯底106掃描一行。在輻射系統(tǒng)102的脈沖之間按需要更新單獨可控元件104陣列上的圖案，并且對脈沖定時使得在襯底114上所需位置曝光連續(xù)的目標部分120。因此，圖案化的射束110能在整個襯底114上掃描以曝光襯底114的一條的完整圖案。重復此過程直到完整襯底114被一行一行地曝光。
4、連續(xù)掃描模式與脈沖模式基本相同，只是使用基本恒定輻射系統(tǒng)102，并且當圖案化的射束110在襯底114上掃描并對其曝光時，更新單獨可控元件104陣列上的圖案。
也可以利用上述描述模式的結合和/或變化或完全不同的模式。
在圖1所示的實施例中，單獨可控元件104陣列是可編程鏡面陣列?？删幊嚏R面陣列104包含微小鏡面的矩陣排列，其每一個可以關于一軸獨立傾斜。傾斜度限定每個鏡面的狀態(tài)。當元件沒有缺陷時，通過來自于控制器的適當控制信號可制控這些鏡面。每個無缺陷元件可控制成采用一系列狀態(tài)的任何一個，以便于調(diào)節(jié)投影輻射圖案中它對應象素的亮度。
在一個實施例中，一系列狀態(tài)包含(a)黑狀態(tài)，由鏡面反射的輻射最小，或甚至對它相應象素的亮度分布的貢獻為零；(b)最白狀態(tài)，其中反射輻射作出最大貢獻；以及(c)其間的多個狀態(tài)，這些狀態(tài)中反射輻射作出中間貢獻。這些狀態(tài)被分成用于普通射束圖案化/印刷的普通設置，以及補償缺陷元件影響的補償設置。普通設置包含黑狀態(tài)和第一組中間狀態(tài)。該第一組將描述為灰狀態(tài)，且它們可選擇從最小黑值到某一普通最大值逐步提供對相應象素亮度增加的貢獻。該補償設置包含剩余的第二組中間狀態(tài)和最白狀態(tài)，該第二組中間狀態(tài)將被描述為白狀態(tài)，且他們可選擇提供比普通的最大值更大的貢獻，逐步增加到對應于最白狀態(tài)的真實最大值。盡管第二組中間狀態(tài)被描述為白狀態(tài)，可以理解這僅僅是為了便于區(qū)別普通和補償曝光步驟?；蛘?，所有這多個狀態(tài)可描述為黑和百之間的灰狀態(tài)序列，可選擇使得能夠進行灰度印刷。
圖2描述根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于在襯底上產(chǎn)生圖案的處理單元的示意圖。在處理單元11中，用抗蝕劑涂布襯底。在處理單元12中，用圖案化的輻射束曝光抗蝕劑。在處理單元13中，在曝光后烘烤(PEB)裝置中烘烤襯底和其曝光的抗蝕劑。在處理單元14中，冷卻襯底。在處理單元15中，顯影襯底。
可以理解，還可以進行額外的處理。在一個實施例中，上面的額外處理可以在專用的設備中進行。在另一實施例中，兩個或多處理可以在相同的設備中進行。例如，曝光后烘烤步驟和冷卻步驟可在組合的設備中實施。此外，襯底必須在不同處理設備之間和/或在每個設備內(nèi)被轉(zhuǎn)移，例如，如果一設備在該設備的不同部分實施處理步驟。
抗蝕劑對曝光的響應將受每一階段的處理條件影響。其效果是曝光輻射的閾值劑量將改變。因此，沒有補償?shù)那闆r下，在襯底上產(chǎn)生的特征也許不是預定的精確特征。例如，如果閾值輻射劑量減小，則大部分抗蝕劑將接收閾值輻射劑量，并且在襯底上產(chǎn)生的圖案化特征將相應地比預定的大。
在生產(chǎn)設施中，可以有用于進行處理的多臺設備。例如，可以有兩臺或更多臺抗蝕劑涂布設備，用于將涂布了抗蝕劑的襯底提供給每臺曝光設備，或者，可以有多臺抗蝕劑涂布設備，其中任何一臺將涂布了抗蝕劑的襯底提供給多臺曝光設備的任何一臺。相同的設備可能有不同的處理條件。此外，在特定的處理設備中的處理條件在一個襯底上也可能有變化。例如，在曝光后烘烤設備中對于襯底的一部分的熱分布(例如溫度隨時間的變化)可以不同于同一襯底的另一部分。處理條件也可以在每個設備內(nèi)隨時間變化。
因為每個襯底或襯底的每一部分可以經(jīng)過不同的處理條件，對于每個襯底(或部分襯底)，抗蝕劑對曝光輻射的響應將是不同的。如果在襯底的兩個不同部分或兩個不同襯底上曝光相同的輻射圖案，實際產(chǎn)生的兩個圖案將稍微不同。例如，由圖案的CD測量的在一個上的圖案特征的尺寸可能比預定圖案特征大一些，而在另一個上的那些可能稍微小些。因此，人們通常發(fā)現(xiàn)CD從襯底到襯底并且在每一襯底上變化。
圖3描述了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例示出臨界尺寸輪廓的襯底。有許多區(qū)域，每個由不同CD表征。在一個實例中，第一區(qū)域21的CD可以是100nm，第二區(qū)域22的CD可以是105nm，第三區(qū)域23的CD可以是110nm，第四區(qū)域24的CD可以是105nm，第五區(qū)域25的CD可以是100nm。在這個實例中，在不同區(qū)域里形成的器件的性能是不同的。如果變化太大，形成在襯底的一些區(qū)域里的器件不合格。因此，為了保證制造過程的產(chǎn)氯充足，將有必要保證每個襯底上以及襯底之間的CD變化最小化。這是稱為CD均勻性(CDU)。
再參見圖2，該過程的每個部分都將對CDU有影響。例如，在抗蝕劑涂布單元11里的處理條件在涂布設備之間可能變化，在一個涂布設備內(nèi)可能隨時間而變化，且對于給定的涂布襯底的不同部分可能變化。此外，例如由在襯底上事先形成的其它圖案層導致的襯底上的變化也對CDU有貢獻。因此，有必要最小化每一步驟對CDU的減的貢獻和/或補償那些貢獻的每一個。
圖4描述根據(jù)本發(fā)明的示例性處理系統(tǒng)。控制器30在曝光步驟期間控制曝光設備31。為了在單獨可控元件陣列上設定所需的圖案，控制器30訪問預定的圖案數(shù)據(jù)32，該圖案數(shù)據(jù)32表示每個曝光期間意圖在襯底上產(chǎn)生的圖案。控制器30也訪問處理條件數(shù)據(jù)33，該數(shù)據(jù)表示襯底已經(jīng)和/或?qū)⒁艿降牟⑶铱赡苡绊慍DU的處理條件。在圖4示的示例性系統(tǒng)中，控制器30也可以訪問轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34，例如，該數(shù)據(jù)存儲在控制器30內(nèi)的存儲器中，并且對應于必須應用到預定圖案數(shù)據(jù)32的變化以補償由處理數(shù)據(jù)33表示的處理條件。修改的圖案數(shù)據(jù)被用于設定用于曝光的單獨可控元件的陣列。因此，在襯底上形成的最終圖案比不進行校正的情況更相似于預定圖案。
對于圖案的修改可以在單獨可控元件陣列的任何控制階段中實現(xiàn)。在一個實例中，基本的圖案數(shù)據(jù)本身可以被修改。在另一個實例中，在圖案數(shù)據(jù)已經(jīng)轉(zhuǎn)換成對應于每個象素的數(shù)據(jù)(即，位圖數(shù)據(jù))之后，可以進行修改。在另外的實例里，一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用于設定單獨可控元件陣列的控制信號就可以進行修改。
可以理解，可以結合使用這些實例。例如，對CDU的一些影響的補償可以在基礎圖案數(shù)據(jù)中最容易實現(xiàn)。然而，對CDU的影響的其它補償可能更容易在獨立可控元件陣列的控制信號上實現(xiàn)。因此，對每一個可使用單獨調(diào)節(jié)。
在一個實施例中，處理條件數(shù)據(jù)33可以包含表示多個不同處理條件的數(shù)據(jù)。然而，它也可以僅與單個處理條件有關，例如，如果單個處理條件對CDU的影響比其它任何處理條件大得多。通常，被用于調(diào)整單獨可控元件陣列上的設定圖案的處理條件數(shù)據(jù)33是對CDU影響最大和/或能夠充分測量以被有效補償?shù)哪切┨幚項l件。處理條件數(shù)據(jù)33可以包含與襯底先前處理歷史相關的襯底歷史數(shù)據(jù)35、與在曝光前發(fā)生的處理步驟有關的曝光前處理數(shù)據(jù)36、與在曝光步驟后發(fā)生的處理步驟相關的期望曝光后處理數(shù)據(jù)37。
示例性處理條件數(shù)據(jù)33可以是但不限于以下任何一種(1)先前在襯底上產(chǎn)生的至少一層圖案層的CD歷史；(2)涂敷到襯底的抗蝕劑的類型；(3)在襯底上施加抗蝕劑期間的工藝條件；(4)將抗蝕劑施加到襯底和曝光襯底之間的時間；(5)將抗蝕劑施加到襯底和曝光后的襯底處理之間的期望時間；(6)曝光后發(fā)生的襯底的烘烤期間的工藝條件；(7)在隨后冷卻襯底期間的工藝條件；和/或(8)在顯影襯底期間的工藝條件。
此外，處理條件數(shù)據(jù)可以包含處理中使用的不同設備之間的襯底的轉(zhuǎn)移期間和/或各處理之間襯底的任何存儲期間的條件的細節(jié)。應該理解，可能影響CDU并因此被包含在處理條件數(shù)據(jù)33中的其它處理條件，對本領域普通技術人員是顯而易見的。
處理條件可以在每個襯底上變化。例如，在曝光后烘烤期間，熱分布(例如，溫度隨時間的變化)對于襯底的不同部分是不同的。在一個實例中，記錄處理條件數(shù)據(jù)并且對于襯底的每一部分控制器30可使用這些數(shù)據(jù)。因此，對于襯底的每一部分的圖案修改對于其已經(jīng)經(jīng)受的處理條件是適當?shù)模@允許襯底上的CDU得到改進。在該實例中，處理條件數(shù)據(jù)也可以包含與每個設備內(nèi)襯底的定向相關的數(shù)據(jù)和/或與在運送操作期間襯底方向的任何改變相關的數(shù)據(jù)，這樣使得在設備內(nèi)的不同位置處的處理條件對于襯底的每一部分能被相應地記錄。
在一個實例中，處理條件數(shù)據(jù)33可以包含對于要被曝光襯底已經(jīng)測量的數(shù)據(jù)。例如，可以測量在襯底曝光之前發(fā)生的處理步驟的處理條件。然而，處理條件數(shù)據(jù)不必與每個襯底的測量相對應。例如，處理條件數(shù)據(jù)可以是與一臺或多臺設備(例如，在給定設備存在的已知的處理條件)相關的數(shù)據(jù)。如果在設備內(nèi)的處理條件不隨時間明顯變化，這將是所理想的。因此，對于要在給定設備內(nèi)實施的給定處理步驟，對于襯底或襯底的一部分的處理條件是預先知道的。如果在設備內(nèi)的處理條件隨時間逐步變化，那么在設備內(nèi)的實際處理條件將被監(jiān)測，且按需要更新為該設備記錄的數(shù)據(jù)?？紤]在曝光后發(fā)生的處理的處理條件是理想的，因為不可能基于沒有發(fā)生的處理步驟的處理條件修改曝光條件。在這種情況中，有必要基于隨后的處理步驟里期望的處理條件的任何修改，也就是說，與襯底按計劃要在其中處理的設備相關的處理條件數(shù)據(jù)33。如果多臺設備可用于隨后的處理步驟，那么可以決定在哪臺設備中處理襯底，以便專用于那臺設備的數(shù)據(jù)可以決定必要的圖案調(diào)整。
在一個實例中，在襯底曝光之前可獲得處理條件數(shù)據(jù)33。那么，能在曝光前決定圖案調(diào)整。因此，可以不用特別考慮計算速度進行計算?；蛘撸梢陨晕⒃谄毓馇盎蛟谝r底上實施曝光時決定圖案數(shù)據(jù)的修改。因為需要更快地進行任何必要的計算，這需要更復雜的控制器。然而，可以考慮在曝光之前剛剛記錄的和/或在曝光時(例如，在將抗蝕劑施加到襯底上和發(fā)生曝光之間的時間)記錄的處理條件數(shù)據(jù)33。此外，如果在曝光前匆忙或很短時間決定所述調(diào)整，那么不必預先知道每個襯底的時間表。因此，如果時間表改變，圖案調(diào)整不必重新計算。例如，在處理設施中，可以有兩臺或多臺涂布設備。如果要在曝光前決定圖案調(diào)整，那么需知道襯底計劃要在哪個設備中涂布抗蝕劑。
一旦決定每個襯底或襯底的每一部分的處理條件，就修改圖案數(shù)據(jù)。修改的目的是改變設定在單獨可控元件陣列上的圖案，使得考慮到將因改變處理條件發(fā)生的失真，在襯底上實際產(chǎn)生的圖案是實際預定的圖案或十分地接近，并且在襯底上形成的器件產(chǎn)率是可接受的(例如形成在襯底上的足夠數(shù)量的器件的性能足夠好)。這可通過改變單獨可控元件陣列上設定的圖案的圖案特征尺寸來實現(xiàn)。例如，如果襯底的一部分的處理條件是這樣的，即，對于設定在單獨可控元件陣列上的給定圖案，在襯底上形成的實際圖案比預期的小，實際上設定在單獨可控元件陣列上的圖案比非這種情況下設定的大(例如，只利用預定圖案化數(shù)據(jù))，使得一旦已經(jīng)在襯底上產(chǎn)生圖案，它就與預定尺寸一致。
在一個實例中，當利用帶有單獨可控元件陣列的設備時，所述元件能將圖案化的輻射束的不同部分的強度設定為多個級別(例如灰階)的任一級，可通過將單獨可控元件陣列上的圖案亮度設定成不同于單獨利用預定圖案數(shù)據(jù)所設定的來調(diào)整圖案。例如，如果處理條件數(shù)據(jù)是這樣的，即，在襯底上實際產(chǎn)生的圖案化特征的尺寸比預定的(例如，只使用預定圖案數(shù)據(jù))小，在單獨可控元件陣列上設定的圖案特征的亮度被增強。因此，在襯底上的較大區(qū)域接收輻射閾值劑量且圖案特征的尺寸相應增加，補償了由處理條件導致的尺寸減小?？梢岳斫?，可以使用這些圖案修改的結合，也就是說改變設定在單獨可控元件陣列上的圖案尺寸和亮度。
再參見圖4，在這個實施例中，在襯底已經(jīng)被曝光或處理后，可利用檢查單元38檢查。CD確定單元39能確定在襯底上實際產(chǎn)生圖案的CD和/或在襯底上CD的改變。
在一個實例中，如果臨界尺寸均勻性(CDU)是在要求的容差范圍內(nèi)，襯底被接受。否者，如果CDU不是在要求的容差范圍內(nèi)，利用處理單元40其可以被拒絕。
在任一情況中，所確定的襯底的CD分布可以用于更新用于修改圖案數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34。例如，如果圖案修改不能對圖案特征尺寸進行期望的補償，則改變轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34。
在一個實例中，在設備被用于全面生產(chǎn)之前，可以曝光和檢查帶有變化的圖案、變化的處理條件、及變化的圖案修改數(shù)據(jù)的多個測試襯底，以便產(chǎn)生最初的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34。例如，對于一組給定的處理條件數(shù)據(jù)，可將不同轉(zhuǎn)換(例如，用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)表示)用于不同的曝光和/或曝光的不同部分，以便決定哪一個圖案調(diào)整用于補償一組給定的處理條件最有效。
在一個實例中，制造期間可以使用相似設置。例如，在襯底上的不同部分或在不同曝光期間，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34的小的變化可以被用于調(diào)整圖案。假設轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的這些變化導致的CD的變化足夠小，這不會有害地影響全部的CDU。然而，這些變化足以決定轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34的哪一個變化是最有效的，并且隨后存儲最有效的一個作為新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34。以這種方式，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34可以逐步地修改和最佳化。
在各種實例中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34可以以多種方式設置。例如，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34可以表示對于每個處理條件的每個可能值對圖案數(shù)據(jù)做的修改。在此情況中，圖案完整的修改通過對所考慮的每一個處理條件連續(xù)應用轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34產(chǎn)生?；蛘?，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34可以對應于對一整套處理條件要求的圖案修改。換句話說，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)34可以包含為所考慮的每個處理條件的每個可能值的每個可能組合設定的修改數(shù)據(jù)。也可以使用兩個設置的組合。
結束語雖然上述已經(jīng)描述本發(fā)明的各種實施例，但是應該理解它們只是通過實例來表示，而不是限制。對本領域的普通技術人員來說，不脫離本發(fā)明的精神和范圍在形式和內(nèi)容上作出各種變化是顯而易見的。因此，本發(fā)明的寬度和范圍不應該由上述的特殊實施例限制，而是應該僅根據(jù)以下的權利要求和它們的等同替換來限定。
權利要求
1.一種光刻設備包含照明系統(tǒng)，其提供輻射束；圖案化射束的單獨可控元件的陣列；投影系統(tǒng)，其將圖案化的射束投影到襯底的目標部分上；控制器，其使用(a)對應于要曝光到襯底上的圖案的預定圖案數(shù)據(jù)，及(b)對應于至少一個襯底處理條件的處理條件數(shù)據(jù)，控制使用單獨可控元件陣列形成的圖案。
2.如權利要求1的光刻設備，其中，控制器基于處理條件數(shù)據(jù)，控制與由預定圖案數(shù)據(jù)規(guī)定的圖案尺寸相關的圖案的至少一個特征的尺寸。
3.如權利要求1的光刻設備，其中圖案化射束的強度被設定為至少三個強度等級中的任何一個；且控制器控制基于處理條件數(shù)據(jù)，控制圖案化射束中圖案的至少一個特征設定成該至少三個強度等級中的哪一個，以與為預定圖案數(shù)據(jù)中的該至少一個特征規(guī)定的強度等級相關。
4.如權利要求1的光刻設備，其中處理條件數(shù)據(jù)包含對應于至少下述之一的數(shù)據(jù)涂敷到襯底的抗蝕劑的類型；將抗蝕劑涂敷到襯底的工藝條件；與至少兩個處理操作相關聯(lián)的時間段；在曝光后烘烤襯底的工藝條件；在烘烤襯底后冷卻襯底的工藝條件；顯影襯底的工藝條件；在光刻設備和在襯底上進行其它處理的設備之間襯底的轉(zhuǎn)移；以及在隨后的蝕刻、離子注入法、金屬化、氧化、化學機械拋光、和/或清洗處理中的期望工藝條件。
5.如權利要求1的光刻設備，其中對應于至少一個工藝條件的處理條件數(shù)據(jù)在襯底上的兩個或多個區(qū)域上是不同的；且當在單獨可控元件陣列上設定圖案以曝光襯底上的目標部分時，控制器選擇和使用對應于所述目標部分的處理條件數(shù)據(jù)。
6.如權利要求1的光刻設備，其中，根據(jù)先前記錄的并且與先前處理的襯底的處理過程中的工藝條件相對應的數(shù)據(jù)產(chǎn)生處理條件數(shù)據(jù)的至少一部分，所述工藝條件是已經(jīng)對該襯底進行過處理的設備和計劃要對該襯底進行處理的設備之一的工藝條件。
7.如權利要求1的光刻設備，其中，在襯底上圖案層曝光開始之前，對于襯底上圖案層的曝光的每一部分，確定要被設定在單獨可控元件陣列上的圖案。
8.如權利要求1的光刻設備，其中，在襯底上圖案層曝光期間，對于襯底上圖案層的曝光的至少一部分，確定要被設定在單獨可控元件陣列上的圖案。
9.如權利要求1的光刻設備，其中，控制器包含存儲器，其對于給定的處理條件數(shù)據(jù)，存儲對應于在預定圖案數(shù)據(jù)中規(guī)定的圖案數(shù)據(jù)和要由單獨可控元件陣列設定的圖案之間區(qū)別的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
10.如權利要求9的光刻設備，其中，基于要在襯底上產(chǎn)生的至少一個特征的比較和在襯底上隨后產(chǎn)生的相應的至少一個特征的檢查，更新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
11.權利要求10的光刻設備，其中，襯底上圖案層曝光期間，控制器在襯底上的多個位置處使用給定處理條件數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的一個或多個修改版本。
12.權利要求10的光刻設備，還包含探測器，其檢測在襯底上產(chǎn)生的至少一個圖案特征，其中，控制器將至少一個被檢查的圖案特征與相應的至少一個預定圖案特征比較，并且更新轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。
13.一種器件制造方法，包含利用(1)對應于要曝光在襯底上的圖案的預定圖案數(shù)據(jù)，以及(2)對應于襯底的至少一個處理條件的處理條件數(shù)據(jù)，使用單獨可控元件的陣列形成圖案；利用在單獨可控元件陣列上形成的圖案來圖案化輻射束；且將圖案化的射束投影到襯底的目標部分上。
全文摘要
提供一種光刻設備，其使用單獨可控元件陣列圖案化輻射束。通過調(diào)整提供給單獨可控元件的圖案數(shù)來補償工藝變化，使用該設備圖案化的襯底的臨界尺寸均勻性得到改善。
文檔編號G06F17/50GK1737691SQ20051010989
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權日2004年7月26日
發(fā)明者A·J·布里克, W·T·特 申請人:Asml荷蘭有限公司