控制透鏡像質變化的方法
2023-05-26 13:56:51
專利名稱：控制透鏡像質變化的方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術領域，特別涉及一種控制透鏡像質變化的方法。
背景技術：
光刻機在工作過程中，由於透鏡吸熱後產生形變等因素，會使曝光在矽片上的圖像相對於理想的圖像產生變化，這將導致光刻機的成像質量下降，最終影響光刻機的性能。公知的控制因透鏡熱效應引起的像質變化的辦法是通過模型預測像質參數，即建立像質參數的熱效應隨時間變化的函數模型，在實際曝光流程中預測出透鏡熱效應引起的像質參數變化，從而對預測出的像質參數變化通過軟、硬體補償，提高光刻機的成像質量。 在一定的工藝條件下，像質參數的熱效應隨時間呈指數變化，可以採用雙指數函數建立數學模型。這種技術方案的缺陷在於如果光刻機所採用的鏡頭對熱效應非常敏感，並且實際凸焊(bumping)工藝中採用的曝光劑量、曝光光強都非常大，會導致在曝光過程中，像質參數的變化可能非常快。如果從冷鏡頭開始曝光，那麼在最開始的幾個場內，像質變化太快，將使得在曝光過程中的焦面等像質參數已經變得很差。而在快門打開的過程中，是不可能對像質參數做任何校正的，即上述的模型預測方法無法作用，最終將導致曝光出來的圖像質量很差。
發明內容
本發明旨在解決現有技術中，由於光刻過程中的熱效應對曝光鏡頭的影響，因而導致光刻曝光出的圖像質量差等技術問題。有鑑於此，本發明提供一種控制透鏡熱效應引起像質變化的方法，在利用光刻機進行曝光處理前，對所述光刻機的透鏡進行預熱或預冷處理。進一步的，所述預熱或預冷處理，具體包括以下步驟確定對所述透鏡進行預熱或預冷的時機；定義熱平衡態；判斷是否進行預熱或預冷；如需預熱或預冷，則計算出預熱或預冷時間，並根據該預熱時間對所述透鏡進行預熱或預冷處理。進一步的，對所述透鏡進行預熱或預冷的時機定在曝光過程中每次切換圖像的時候。進一步的，判斷是否進行預熱或預冷的具體步驟定義像質變化為約束範圍；根據當前的熱效應參數，預先估算出在不預熱或預冷的條件下、曝光時的像質變化，如果該像質變化超出了所述約束範圍，則需要進行預熱或預冷。進一步的，所述熱平衡態的公式為C = (CXexp(-t3/Tau)+Mu*(l-exp(-t3/Tau) )XRtTransXWfCorr XDoseXAreaSize/t3) X exp (_t4/Tau)；其中，t3 為一個曝光場的曝光時間；t4為一個曝光場曝光結束到下一個曝光場曝光開始前所經歷的時間；Mu為比例因子；Tau為時間常數；RtTrans為掩模透過率；WfCorr為矽片反射率；Dose為曝光劑量； AreaSize為曝光場面積。
進一步的，根據公式計算預熱時間C/eXp(-t2/TaUl) = AXexpKl/ Tau)+Mu*(l-exp(-tl/Tau))X RtTrans XWfCorr X Dose XAreaSize/t1X exp(-t2/Tau ；計算預冷時間C/eXp(-t2/Taul) = AlXexp (-tl/Taul)；計算出預熱或預冷時間tl ；預熱或預冷結束到曝光開始所經歷的時間t2 ；其中A是當前的熱效應狀態。進一步的，對所述透鏡進行預熱或預冷處理達到比所述熱平衡態稍小的值。本發明提供的控制透鏡熱效應引起像質變化的方法，在光刻曝光過程中，採用預熱/預冷機制判斷鏡頭是否需要預熱/預冷，能夠避開像質變化最快的階段，從而更好的控制最初曝光時成像質量。
圖1所示為本發明一實施例提供的控制像質變化方法的流程圖；圖2所示為本發明一實施例中預熱或預冷處理具體步驟的流程圖；圖3所示為本發明一實施例中判斷是否進行預熱或預冷處理的具體步驟的流程圖；圖4所示為利用本發明一實施例對透鏡進行預熱過程示意圖；圖5所示為利用本發明另一實施例對透鏡進行預冷過程示意圖。
具體實施例方式為使本發明的技術特徵更明顯易懂，下面結合附圖，給出具體實施例，對本發明做進一步的描述。請參見圖1，其所示為本發明一實施例提供的控制像質變化的方法的流程圖。該控制像質變化的方法，包括以下步驟SlOO在利用光刻機進行曝光處理前，對所述光刻機的透鏡進行預熱或預冷處理。S200利用所述光刻機進行曝光工藝。對光刻機的透鏡採用預熱或預冷機制，能夠避開像質變化最快的階段，從而更好的控制最初曝光時成像質量，而傳統的模型預測方法無法校正像質變化最快階段的像質參數。在本發明實施例中，步驟SlOO的預熱或預冷處理，具體包括以下步驟，請參見圖 2 SllO確定對所述透鏡進行預熱或預冷的時機。是否需要預熱或預冷是由以下兩個像質狀態的差異決定的一是當前的像質狀態；二是當前工藝下、鏡頭最終達到熱平衡時的像質狀態。只有在這兩個像質狀態差異很大時，才有可能導致在第一次曝光的時候像質變化超出承受範圍。因此，在實際工作過程中，需要考慮兩種情形1、曝光過程中，出現過長的非曝光階段，或者說快門關閉時間過長。2、曝光過程中，出現工況的切換，導致與熱效應相關的參數，如掩模透過率、視場面積、佔空比(duty cycle)等發生改變。基於上述考慮，透鏡進行預熱或預冷可以在曝光過程中每次曝光前進行，在本發明的實施例中，將所述透鏡進行預熱或預冷的時機具體選定在曝光過程中每次切換掩模圖像的時候。S120設置熱平衡態的閾值。熱平衡態是指在前一片矽片(wafer)曝光完畢，下一片矽片曝光時，第一個場的吸熱和散熱達到平衡的狀態。這樣定義熱平衡態帶來的結果是1.後續在計算預熱或預冷時間所需的時間參數可以估計；2.熱平衡態的計算過程相對簡單，只要考慮矽片中的一個曝光場(die)的熱效應即可；在對熱平衡態定義中，對熱平衡態的估計偏高是模型中的一個主要誤差。在實際計算中，可以通過定義閾值來減小這個誤差。閾值可以定義為熱平衡態的百分比，該百分比即為閾值。這樣做的實際含義是預熱時不需要加熱到平衡態，只需要達到一個比平衡態稍小的值即可，比如熱平衡態的80%。考慮到預熱、預冷過程都需要持續一定的時間才有意義。如果時間太小，預熱的作用體現的並不明顯，並且硬體對時間的控制可能也做不到。所以在定義熱平衡態閾值的同時，還可以定義一個可接受的最小時間範圍，即處理時間閾值。如果計算出的預熱或預冷時間比該處理時間閾值小，則無需執行預熱或預冷。S130判斷是否進行預熱或預冷。在本發明實施例中，S130判斷是否進行預熱或預冷的具體步驟，請參見圖3 S131定義像質變化的約束範圍。S132根據當前的熱效應參數，預先估算出在不預熱或不預冷的條件下、曝光時的像質變化，如果該像質變化超出了所述約束範圍，則需要進行預熱或預冷。S140如需預熱或預冷，則計算出預熱或預冷時間，並根據該預熱時間對所述透鏡進行預熱或預冷處理。請參見圖4，其所示為利用本發明一實施例對透鏡進行預熱過程示意圖。如圖4所示，預熱過程中熱平衡態的計算需要考慮以下幾個時間段的熱效應。1.預熱時間tl2.預熱後的延遲(預熱結束到曝光開始所經歷的時間):t23. 一個曝光場(die)的曝光時間t34. 一個曝光場曝光結束到下一個曝光場曝光開始前所經歷的時間(die todie) 時間t4記A、B、C為圖4中開始預熱、預熱結束、曝光開始三個時刻對應的熱效應狀態表徵參數，其中曝光開始時對應的熱效應狀態C也是熱平衡態，熱平衡方程採用雙指數模型， Al、A2，Bi、B2，Cl、C2分別為A、B、C對應的雙指數模型中兩個指數分支中的熱效應狀態標徵參數。熱效應參數記為比例因子Mu ；時間常數Tau ；掩模透過率=RtTrans ；矽片反射率=WfCorr ；曝光劑量=Dose ；曝光場面積AreaSize。以上這些熱效應參數均可以由儀器設備測得。預熱時間tl的計算思路為首先對時間t2、t3、t4進行估計，然後根據熱效應方程計算出熱平衡態C，最後根據A到C的熱效應方程求出tl。具體計算過程如下
1.熱平衡態計算，即計算熱效應狀態C。根據熱平衡態定義，熱平衡方程可寫為Cl = (Cl X exp(-t3/Taul)+Mul*(1-exp(-t3/Taul)) X RtTrans XfffCorr XDose XAreaSize/t3) Xexp(_t4/Taul)；C2 = (C2 X exp(-t3/Tau2)+Mu2*(1-exp(-t3/Tau2)) X RtTrans XWfCorr X Dose XAreaSize/t3) Xexp(_t4/Tau2)；根據上面兩個方程可以求出C1、C2，將兩者相加即求出了熱平衡態C。2.建立A到C的熱效應方程，求解預熱時間tl。首先建立A到B的熱效應方程Bl = Al X exp (-tl/Taul)+Mul*(1-exp(-tl/Taul))X RtTrans XfffCorr X Dose X AreaSize/tl ；B2 = A2 X exp(-t1/Tau2)+Mu2*(1-exp(-t1/Tau2))X RtTrans X WfCorr X Dose X AreaSize/tl ；再建立B到C的熱效應方程Cl = BlXexp(_t2/Taul)；C2 = B2Xexp(-t2/Tau2)；上述方程中，A是當前的熱效應狀態，這個是有記錄的，只有tl是未知數。求解指數方程中的11，便得到了預熱時間。其中，B到C的熱效應方程中的C可以替換為熱平衡態 C與熱平衡態閾值Y的積，即閾值熱平衡態表徵參數Cy，以克服前述熱平衡態估計偏高的誤差，對應的，Cyl、Cy2分別為Cy對應的雙指數模型中兩個指數分支的熱效應狀態標徵參數。同理可以計算出預冷時間，請結合參見圖5。預冷和預熱的過程是類似的，不同的是在A到C的過程中是一個一直下降的過程。 因此，熱平衡態的計算和預熱過程是完全一樣的。只是A到C的熱效應方程中，B的求解方式不同。B的求解過程為Bl = Al X exp (-tl/Taul)；B2 = A2Xexp(_tl/Tau2)；其它計算公式與預熱時一樣，求解指數方程中的tl，便得到了預冷時間。為了說明本發明提供的控制透鏡像質變化的方法能更好的控制最初曝光時成像質量，請參見表1。表 1
權利要求
1.一種控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，在利用光刻機進行曝光前，對所述光刻機的透鏡進行預熱或預冷處理。
2.根據權利要求1所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，所述預熱或預冷處理，具體包括以下步驟設置熱平衡態的閾值Y;判斷是否進行預熱或預冷；如需預熱或預冷，則根據熱平衡態表徵參數C和所述熱平衡態的閾值Y計算出預熱或預冷時間，並根據所述預熱或預冷時間對所述透鏡進行預熱或預冷處理。
3.根據權利要求1或2所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，對所述透鏡進行預熱或預冷在曝光過程中每次切換掩模圖像時進行。
4.根據權利要求2所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，所述熱平衡態是指在前一片基底曝光完畢，下一片基底曝光時，第一個場的吸熱和散熱達到平衡的狀態。
5.根據權利要求2所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，所述熱平衡態的閾值Y為小於或等於1的正數。
6.根據權利要求5所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，所述熱平衡態的閾值的取值範圍是0.8彡1。
7.根據權利要求2所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，判斷是否進行預熱或預冷的具體步驟定義像質變化的約束範圍；根據當前的熱效應狀態標徵參數，預先估算出在不預熱或不預冷的條件下、曝光時的像質變化，如果該像質變化超出了所述約束範圍，則需要進行預熱或預冷。
8.根據權利要求2所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，計算所述熱平衡態表徵參數C的熱效應方程為C = (CXexp(-t3/Tau)+Mu*(l-exp(-t3/Tau)) X RtTrans XWfCorr XDose XAreaSiζ e/t3)Xexp(_t4/Tau)；其中，t3為一個曝光場的曝光時間；t4為一個曝光場曝光結束到下一個曝光場曝光開始前所經歷的時間；Mu為比例因子；Tau為時間常數；RtTrans為掩模透過率；WfCorr為矽片反射率；Dose為曝光劑量；AreaSize為曝光場面積。
9.根據權利要求8所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，Cy= CXY，其中Cy 為閾值熱平衡態表徵參數。
10.根據權利要求9所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，根據公式計算預熱時間Cy/exp (-t2/Tau) = AX exp (_tl/Tau)+Mu* (l_exp (_tl/Tau)) XRtTransXfffCorrXD ose XAreaSize/tl ；計算預冷時間Cy/exp (-t2/Tau) = AXexp (-tl/Tau)；計算出預熱或預冷時間tl ；預熱或預冷結束到曝光開始所經歷的時間t2 ；其中A是當前的熱效應狀態表徵參數。
11.根據權利要求2或10所述的控制透鏡像質變化的方法，其特徵在於，設定處理時間閾值，當上述計算出預熱或預冷時間大於或等於處理時間閾值時，進行上述預熱或預冷處理。
全文摘要
本發明揭露了一種控制透鏡像質變化的方法，在利用光刻機進行曝光處理前，對所述光刻機的透鏡進行預熱或預冷處理，該方法，在光刻曝光過程中，採用預熱/預冷機制判斷鏡頭是否需要預熱/預冷，能夠避開像質變化最快的階段，從而更好的控制最初曝光時成像質量。
文檔編號G03F7/20GK102375344SQ20101025622
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月18日 優先權日2010年8月18日
發明者虞曄 申請人:上海微電子裝備有限公司