專利名稱：光罩/掩模系統(tǒng)的自適應(yīng)實(shí)時(shí)控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體處理系統(tǒng)，具體而言，涉及用于提供光罩/掩模系統(tǒng)的溫度的實(shí)時(shí)控制的熱處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光刻在許多非常微型的器件的制造中是重要的一步。半導(dǎo)體器件、薄膜記錄頭和微機(jī)械器件是利用光刻制作的器件的示例。半導(dǎo)體器件電路正變得越來越微型化。微型化的發(fā)展使得光刻工藝的精度越來越嚴(yán)格。光刻工具是用于在半導(dǎo)體器件、薄膜記錄頭和微機(jī)械器件的生產(chǎn)中執(zhí)行光刻工藝的機(jī)械。
用于集成電路(IC)的半導(dǎo)體器件可以由二十層或更多層構(gòu)成。一般來說，每一層需要特定的光掩模。在IC設(shè)計(jì)已完成后，其必須被驗(yàn)證，然后工藝進(jìn)行到光掩模創(chuàng)建步驟中。光掩模在半導(dǎo)體制造的光刻工藝中是一個(gè)非常重要的元件。通常，光罩、光掩?；蜓谀０ò呻娐返牟煌瑢拥木軋D像的高質(zhì)量石英或玻璃板。掩模用于將這些圖像光學(xué)地轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體晶片上。
在許多情況下，在設(shè)計(jì)被驗(yàn)證后，其被轉(zhuǎn)換為GDSII格式文件，掩模制作工藝將該文件轉(zhuǎn)換為描述到掩模發(fā)生器的圖案的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。光敏抗蝕劑層被施加到空白掩模頂部的鉻層上，并且掩模發(fā)生器使用電子束或激光來將圖案寫到光敏抗蝕劑層上，以在光敏抗蝕劑層中產(chǎn)生圖案。
然后對(duì)光敏抗蝕劑的圖案化層進(jìn)行顯影。這暴露了只在期望電路圖案處的下層的鉻。然后刻透裸露的鉻。在刻蝕后，剩余的抗蝕劑被完全剝離，留下了電路圖像作為在不透明鉻膜中的透明圖案。
光掩模，“光罩”或“掩?！卑糜诩呻娐返墓饪讨圃斓膱D案。該工藝是復(fù)雜的，并且要求成像系統(tǒng)和光罩/掩模具有高度的穩(wěn)定性以確保精確成像。例如，光刻工具可以使用光掩模來印刷小于0.15微米的電路元件，并以幾個(gè)納米的精度使其對(duì)準(zhǔn)。電路元件(晶體管)產(chǎn)生在大的硅晶片上。一般來說，IC制造工藝包括將電路圖案轉(zhuǎn)移到已經(jīng)涂覆在半導(dǎo)體晶片上的抗蝕劑膜中。
IC制造工藝通常需要對(duì)電路的每層制造光掩模。用于光掩模生成的制造過程和設(shè)備需要最好的精度和已知的可再現(xiàn)的成像技術(shù)。光罩的質(zhì)量可以影響實(shí)際IC制造的產(chǎn)率。
光掩模在光掩模制造期間經(jīng)受局部溫度變化。這些溫度導(dǎo)致可能對(duì)掩模制作精度有不利影響的溫度梯度和熱應(yīng)力。這種情況下，強(qiáng)烈期望在光掩模制造期間更精確地控制光掩模的熱處理溫度。掩模制造期間掩模的溫度控制因?yàn)殡y以實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)掩模的局部溫度而變得復(fù)雜。這種溫度和其分布特性在制造過程期間不斷改變。類似地，在使用掩模來制作半導(dǎo)體器件或其他器件的工藝中的掩模溫度變化可能對(duì)光刻工藝的精度有不利影響，并且降低被制作的器件的質(zhì)量。
例如，在用于制造半導(dǎo)體器件或液晶器件(LCD)的類型的光刻工藝中，抗蝕劑涂覆在襯底上，并對(duì)所得到的抗蝕劑涂層膜進(jìn)行曝光和顯影。這一系列處理可以在涂覆/顯影系統(tǒng)中執(zhí)行。涂覆/顯影系統(tǒng)有諸如前烘單元和后烘單元之類的加熱部分。這些加熱部分中的每一個(gè)都有加熱裝置，加熱裝置內(nèi)置有電阻加熱型的加熱器。
晶片處理的關(guān)鍵要求是用于控制晶片上的特征結(jié)構(gòu)的光罩/掩模的精確性。光罩/掩模制造中的許多步驟可以導(dǎo)致產(chǎn)生不精確的光罩/掩模。例如，光罩/掩模的臨界尺寸(CD)的變化可能由熱處理步驟期間光罩/掩模上的熱分布特性的變化引起，并且熱響應(yīng)的變化也可能導(dǎo)致在不同光罩/掩模和在不同時(shí)間生產(chǎn)的光罩/掩模之間產(chǎn)生匹配問題。
光罩/掩模的制造工藝還要求施加抗蝕劑和由此導(dǎo)致的加熱步驟、曝光步驟和顯影步驟。例如，前烘和后烘是根據(jù)具有預(yù)定極限的各個(gè)工藝方案在多種熱處理?xiàng)l件下執(zhí)行的。當(dāng)光罩/掩模溫度超出可接受的溫度范圍時(shí)，無法制造出可接受的光罩/掩模。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于在熱處理系統(tǒng)中比現(xiàn)有技術(shù)更精確地控制光罩/掩模的溫度的方法和裝置。該操作熱處理系統(tǒng)的方法包括將要由系統(tǒng)處理的光罩/掩模放置在包括多個(gè)分段的加熱裝置上；創(chuàng)建系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型；利用系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型建立多個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)，其中對(duì)于加熱裝置的多個(gè)分段中的每一個(gè)創(chuàng)建至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)；以及利用至少某些智能設(shè)置點(diǎn)控制每個(gè)分段的實(shí)際溫度。加熱裝置是可以加熱或冷卻分段的溫度受控裝置。該方法尤其適用于在光罩/掩模上維持基本均勻的溫度分布特性。還提供了被配置用于執(zhí)行該方法的熱處理系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例，創(chuàng)建了包括被處理掩模的熱處理系統(tǒng)的數(shù)字仿真模型。該模型在動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)上復(fù)制了系統(tǒng)的溫度和熱梯度。該模型基于系統(tǒng)和掩模的熱流特性計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)和被處理掩模上的溫度。其計(jì)算加熱裝置的分段的“智能”設(shè)置點(diǎn)溫度(在掩模中各點(diǎn)處產(chǎn)生期望的溫度所要求的溫度)，并控制獲得所計(jì)算的設(shè)置點(diǎn)溫度的加熱系統(tǒng)參數(shù)。在系統(tǒng)中選定點(diǎn)處的實(shí)際溫度測(cè)量結(jié)果可用于檢驗(yàn)并修正計(jì)算，從而使模型對(duì)應(yīng)于在系統(tǒng)和掩模中的相應(yīng)點(diǎn)處的實(shí)際溫度。包含在模型中的算法可以理論地或經(jīng)驗(yàn)地導(dǎo)出，并且優(yōu)選地通過組合這些技術(shù)導(dǎo)出。導(dǎo)出可以通過對(duì)測(cè)試掩模進(jìn)行實(shí)際溫度測(cè)量，同時(shí)操作該系統(tǒng)經(jīng)過要控制的工藝的若干循環(huán)來完成。


并入在說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分的附示了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與上面給出的本發(fā)明的概述以及下面將要給出的詳細(xì)描述一道，用來說明本發(fā)明的原理。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明實(shí)施例用于制作光罩/掩模的方法的簡(jiǎn)化流程圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理裝置的簡(jiǎn)化框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加熱裝置的示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用在模型開發(fā)中的加熱器功率以及板和掩模溫度的圖；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括多變量控制的光罩/掩模系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多輸入/多輸出(MIMO)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括智能設(shè)置點(diǎn)控制器的光罩/掩模系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的虛擬傳感器的示意性圖示；圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱受控的光罩/掩模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型的示意性圖示；圖10A和10B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的智能設(shè)置點(diǎn)的示例性圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的虛擬傳感器的測(cè)量和仿真數(shù)據(jù)；圖12示出了光罩/掩模上不同位置處的歸一化熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)；圖13-15示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有不同曲率的光罩/掩模上的不同位置處的結(jié)果；以及圖16圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于操作熱處理裝置的方法的簡(jiǎn)化流程圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，自適應(yīng)實(shí)時(shí)CD(ARCD)控制系統(tǒng)被用于克服現(xiàn)有技術(shù)的問題。ARCD控制系統(tǒng)可以包括一組核心技術(shù)包括虛擬感應(yīng)，其可以使用戶能夠通過從系統(tǒng)的虛擬模型計(jì)算光罩/掩模溫度來“測(cè)量”這些溫度，從而消除在生產(chǎn)期間用儀器測(cè)量光罩/掩模的必要；多變量實(shí)時(shí)控制，其能夠控制光罩/掩模溫度，并且包括時(shí)變的設(shè)置點(diǎn)；以及智能設(shè)置點(diǎn)控制，其能夠使整個(gè)光罩/掩模上的CD均勻。光學(xué)數(shù)字外形(ODP)技術(shù)可用于在光罩/掩模驗(yàn)證工藝期間獲得CD測(cè)量結(jié)果。
圖1示出了用于制作光罩/掩模的方法的簡(jiǎn)化流程圖。在光刻工藝期間，光罩/掩模用于將復(fù)雜的電路圖案成像到光敏材料上，光敏材料用于在半導(dǎo)體器件的處理期間提供物理阻隔層(barrier)。
過程100代表可以應(yīng)用本發(fā)明的典型工藝。過程100開始于110，掩模制作系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)移部件(未示出)，其中轉(zhuǎn)移臂機(jī)構(gòu)用于在處理站之間轉(zhuǎn)移光罩/掩模。轉(zhuǎn)移臂機(jī)構(gòu)可以包括用于夾持光罩/掩模的夾持器部分(未示出)和用于沿至少一個(gè)方向移動(dòng)夾持器部分的移動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)。
在115中，可以向空白板的一側(cè)施加阻擋層(含金屬的化合物)；空白板對(duì)于用于光刻工藝的某種類型的輻射或帶電粒子來說是透明的。一般來說，空白板是高純度石英或玻璃材料。阻擋層可以包括不透明部分和半透明部分。例如，可以使用諸如鉻之類的金屬。
在120中，可以向空白板施加抗蝕性材料?？刮g性材料可以利用旋涂器施加。例如，抗蝕性材料可以通過將光罩/掩模安裝在杯座(未示出)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)卡盤(未示出)上來施加?？梢允褂没瘜W(xué)放大抗蝕劑(CAR)。CAR可通過檢查酸性成分、淬滅成分和抑制劑淬滅劑來表征。在某些實(shí)施例中，抗反射層可以沉積在抗蝕性材料下方。在某些實(shí)施例中，可以在施加抗蝕性材料之前提供粘附層。
由于DUV輻射的低光譜能量，所以對(duì)CAR進(jìn)行顯影。對(duì)CAR顯影是為了增強(qiáng)曝光工藝。CAR包括不可溶解在顯影劑中的一種或多種成分。這些成分可以包括化學(xué)保護(hù)劑。CAR也可以包括光致酸發(fā)生劑(PAG)。在曝光步驟期間，PAG產(chǎn)生包括圖像信息的酸性分子。理想地，酸性分子保持不活動(dòng)，直到執(zhí)行曝光后烘(PEB)。PEB驅(qū)動(dòng)去保護(hù)反應(yīng)正向進(jìn)行，其中熱能使得酸與化學(xué)保護(hù)劑反應(yīng)。
在125中，可以執(zhí)行施加后烘(PAB)來固化抗蝕劑。在替換實(shí)施例中，固化步驟是不需要的。另外，可以在PAB之后執(zhí)行冷卻步驟。一般來說，處理單元(冷卻單元和加熱單元)的布置減少了單元之間的熱干擾。在替換實(shí)施例中，可以使用單個(gè)加熱/冷卻單元。
在PAB加熱單元中，可以將光罩/掩模加熱到至少高于室溫的溫度，而在冷卻單元中，可以將光罩/掩模冷卻到室溫或低于室溫的溫度。例如，加熱單元可以包括處理室，處理室可以包括內(nèi)嵌有電阻加熱器的加熱裝置。
在130中，圖案化抗蝕劑。抗蝕劑材料的屬性可以利用輻射或帶電粒子圖案化。所期望的圖案可以利用高能電子束或激光束陣列產(chǎn)生在光罩上。例如，可以使用深紫外(DUV)光刻。DUV光刻是一種關(guān)鍵技術(shù)，其可用于制造特征尺寸為0.25微米或更小的半導(dǎo)體器件。另外，可以使用受激準(zhǔn)分子激光器。受激準(zhǔn)分子激光器為用于制造特征尺寸小于0.25微米的半導(dǎo)體器件的精密DUV光刻工具提供了高能光。受激準(zhǔn)分子激光通過在室內(nèi)混合兩種氣體(如氪和氟化物(KrF)或氬和氟化物(ArF))，然后施加短時(shí)間的放電來生成。
在其他情形中，極端紫外(EUV)源可用于低于0.05微米的臨界尺寸。EUV光刻采用波長(zhǎng)范圍從約5nm到50nm(大多數(shù)情況下約為13nm)的光。
在135中，可以執(zhí)行PEB工藝來驅(qū)動(dòng)去保護(hù)反應(yīng)正向進(jìn)行。去保護(hù)反應(yīng)是酸驅(qū)動(dòng)的，并且發(fā)生在被曝光區(qū)域中。在替換實(shí)施例中，PEB步驟是不需要的。另外，可以在PEB之后執(zhí)行冷卻步驟。一般來說，處理單元(冷卻單元和加熱單元)的布置減少了單元之間的熱干擾。在替換實(shí)施例中，可以使用單個(gè)加熱/冷卻單元。
在PEB加熱單元中，可以將光罩/掩模加熱到至少高于室溫的溫度，而在冷卻單元中，可以將光罩/掩模冷卻到室溫或低于室溫的溫度。例如，加熱單元可以包括處理室，處理室可以包括內(nèi)嵌有電阻加熱器的加熱裝置。
PEB工藝在光刻工藝中扮演了一個(gè)重要的角色。熱處理抗蝕劑可能具有很多目的，從移去溶劑到催化化學(xué)放大。除了期望結(jié)果外，熱處理還可能引起大量問題。例如，抗蝕劑的光敏成分可能在一般用來移去溶劑的溫度處分解，這對(duì)于化學(xué)放大抗蝕劑來說是一個(gè)及其嚴(yán)重的問題，因?yàn)槭Ｓ嗟娜軇┖繉?duì)擴(kuò)散和放大速率有強(qiáng)烈的影響。另外，熱處理可能影響抗蝕劑的溶解屬性，從而對(duì)被顯影的抗蝕劑外形有直接的影響。
在140中，對(duì)抗蝕劑顯影。例如，可以使用顯影溶液，如2.3wt％的氫氧化四甲基銨(TMAH)溶液。另外，還可以執(zhí)行沖洗步驟。例如，顯影溶液和/或沖洗溶液可通過將光罩/掩模安裝在杯座(未示出)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)卡盤(未示出)上來施加。
在145中，圖案可以被轉(zhuǎn)移到光罩。例如，可以使用刻蝕工藝。過程100在150結(jié)束。
此外，可以檢查光罩/掩模以確定其是否已經(jīng)正確地制造。光罩/掩?？梢源鎯?chǔ)在無污染環(huán)境中，這是因?yàn)榱Ｗ涌赡軙?huì)引起成像問題。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱處理裝置的簡(jiǎn)化框圖。熱處理系統(tǒng)200包括處理室210、夾持組件220和控制器260。光罩/掩模215被示為在夾持組件220的頂部。光罩/掩模215可以利用轉(zhuǎn)移系統(tǒng)(未示出)通過可控制的開口(未示出)加載到處理室210中以及從處理室210中卸載出來。夾持組件220可以包括包含加熱元件235的加熱裝置230、隔離單元240和包括冷卻元件255的安裝組件250。夾持組件220可以包括用于測(cè)量溫度的傳感器(未示出)、用于支撐光罩/掩模的支撐裝置和用于升高和降低光罩/掩模的抬升裝置(未示出)?；蛘?，夾持組件不包括抬升裝置。
如圖2所示，控制器260可以耦合到處理室210和夾持組件220，并且可用于控制處理室210和夾持組件220。另外，控制器260可以與一個(gè)或多個(gè)附加控制器(未示出)交換數(shù)據(jù)。例如，處理系統(tǒng)控制器可以向控制器260提供前饋數(shù)據(jù)。前饋數(shù)據(jù)可以包括光罩/掩模信息，如層信息、工藝信息和度量信息。層信息可以包括層的數(shù)目、層的組成和層的厚度。工藝信息可以包括關(guān)于在先步驟的數(shù)據(jù)和用于當(dāng)前步驟的工藝方案信息。度量信息可以包括CD數(shù)據(jù)和光學(xué)數(shù)據(jù)，如折射率(n)數(shù)據(jù)和消光系數(shù)(k)數(shù)據(jù)。
光罩/掩模215和夾持組件220可以具有方形形狀。另外，加熱裝置230可以具有方形形狀，并且可以包括多個(gè)分段232。另外，每個(gè)分段232可以包括加熱元件235。例如，單獨(dú)可控加熱元件可以位于加熱裝置的各段內(nèi)。在替換實(shí)施例中，加熱裝置可以包括冷卻元件和/或組合的加熱/冷卻元件。此外，加熱裝置230可以包括多個(gè)溫度傳感器。例如，溫度傳感器(未示出)可以位于加熱裝置230的每個(gè)分段內(nèi)。另外，一個(gè)或多個(gè)附加溫度傳感器可以耦合到夾持組件220。
熱處理系統(tǒng)200可以包括傳感器(未示出)，該傳感器可以是物理傳感器和/或虛擬傳感器。這些傳感器是控制器260所用的溫度數(shù)據(jù)的源，并且代表各部分232和掩模215中的各點(diǎn)的實(shí)際溫度，控制器260根據(jù)該實(shí)際溫度進(jìn)行判定以控制向加熱裝置230的各部分232的加熱元件235施加的功率和其溫度。例如，由軟件計(jì)算并且維護(hù)在控制器260的存儲(chǔ)器中的動(dòng)態(tài)熱模型可以包括溫度組分，用于確定光罩/掩模215的溫度分布特性，該溫度分布特性部分是由所計(jì)算的掩模中各點(diǎn)處的溫度的實(shí)時(shí)值構(gòu)成的。這些計(jì)算值可以當(dāng)作虛擬傳感器的輸出，這些虛擬傳感器是動(dòng)態(tài)熱模型的元件，并且用來代替不能可靠使用的實(shí)際物理傳感器。然而，優(yōu)選地采用多個(gè)實(shí)際物理傳感器來測(cè)量室組件的溫度，并對(duì)掩模采取非接觸式溫度測(cè)量。來自這些物理傳感器的數(shù)據(jù)可被控制器260用來調(diào)整并校正動(dòng)態(tài)熱模型中的計(jì)算。另外，熱處理系統(tǒng)200可以包括至少一個(gè)壓力傳感器。
控制器260可以從附加控制器接收置入的光罩/掩模的前饋數(shù)據(jù)。前饋數(shù)據(jù)是與要放置在夾持組件220上的下一掩模215的屬性和參數(shù)有關(guān)的數(shù)據(jù)?？刂破?60可以使用前饋數(shù)據(jù)來估計(jì)整個(gè)光罩/掩模的應(yīng)力?？刂破?60可以包括用于確定光罩/掩模平整度的裝置?？刂破骺梢曰谄浣邮盏降那梆仈?shù)據(jù)來預(yù)測(cè)對(duì)置入的光罩/掩模的熱響應(yīng)。然后，控制器可以對(duì)多個(gè)加熱裝置分段中的每一個(gè)創(chuàng)建智能設(shè)置點(diǎn)。智能設(shè)置點(diǎn)是由控制器260對(duì)于每個(gè)分段232所計(jì)算的設(shè)置點(diǎn)溫度，該溫度是控制器260要控制加熱器235實(shí)現(xiàn)的溫度。這些設(shè)置點(diǎn)可以是動(dòng)態(tài)的或變化值的，該值是控制器260基于動(dòng)態(tài)熱模型的分析確定的。然后，置入的光罩/掩模以均勻的方式被加熱，這是因?yàn)橐延?jì)算了智能設(shè)置點(diǎn)以補(bǔ)償光罩/掩模的各種獨(dú)特屬性(包括其外形)。
例如，控制器260可以包括微處理器、存儲(chǔ)器(例如，易失性和/或非易失性存儲(chǔ)器)和能夠控制熱處理組件的數(shù)字I/O端口。另外，存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的程序可用于根據(jù)工藝流程控制熱處理系統(tǒng)的前述組件。另外，控制器可被配置用于分析所測(cè)得的數(shù)據(jù)，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)與目標(biāo)數(shù)據(jù)相比較，并使用比較結(jié)果來改變工藝和/或控制熱處理系統(tǒng)200的組件。另外，控制器可被配置用于分析所測(cè)得的數(shù)據(jù)，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比較，并使用比較結(jié)果來預(yù)測(cè)和/或聲明故障。
熱處理系統(tǒng)200還可以包括用于控制處理室210內(nèi)的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)控制系統(tǒng)(未示出)。另外，熱處理系統(tǒng)200還可以包括用于向處理室210提供處理氣體的氣體供應(yīng)系統(tǒng)(未示出)。在替換實(shí)施例中，熱處理系統(tǒng)200可以包括監(jiān)視設(shè)備(未示出)。監(jiān)視設(shè)備例如可以對(duì)光罩/掩模進(jìn)行光學(xué)監(jiān)視。
在替換實(shí)施例中，熱處理系統(tǒng)200還可以包括快門組件(未示出)?？扉T可以在處理期間位于不同位置處，以改變光罩/掩模的熱響應(yīng)。例如，快門可用于控制當(dāng)在光刻工藝中通過掩模對(duì)半導(dǎo)體晶片曝光時(shí)來自光罩/掩模的輻射能，或者在掩模制造期間到達(dá)光罩/掩模的輻射能。通過控制這種快門，在掩模中各點(diǎn)處的溫度和掩模中的熱梯度可以以這樣的方式控制，該方式最好地維持了所期望的溫度分布特性、溫度均勻性和熱應(yīng)力分布。曝光序列的示例由圖3中所示的分段的數(shù)字序列示出。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加熱裝置的示意圖。在圖3中，示出的方形加熱裝置230具有多個(gè)方形段232。在圖3中示出了25個(gè)分段，但是這并不是本發(fā)明所要求的。加熱裝置可以包括不同數(shù)目的分段，分段的形狀也可以不同。例如，可以使用矩形、六邊形和/或圓形。在圖示實(shí)施例中，加熱裝置的每個(gè)分段包括加熱元件(未示出)，并且每個(gè)加熱元件可以被獨(dú)立控制。
圖3中的每個(gè)分段232標(biāo)有數(shù)字，該數(shù)字代表其在曝光序列中的位置。圖示編號(hào)的序列不是本發(fā)明所要求的?？商鎿Q地，可以使用不同編號(hào)的序列。在實(shí)現(xiàn)序列時(shí)，控制器260可以設(shè)置傳遞到分段的能量的量，或者可以設(shè)置曝光的光強(qiáng)度，或者以其它方式設(shè)置從分段到分段的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)?；蛘?，控制器260可以確定最好地實(shí)現(xiàn)了控制目的的序列。
用于光罩/掩模的熱處理步驟與用于晶片處理系統(tǒng)的熱處理步驟類似。然而，存在許多區(qū)別。例如，光罩/掩?？梢允欠叫蔚?；加熱裝置可以是方形的；光罩/掩模比晶片厚；光罩/掩模可以包括不同材料；并且光罩/掩?？梢园ú煌膶咏Y(jié)構(gòu)。另外，光罩/掩模的較大的熱容使得其行為與晶片不同。
下面的表1提供了典型系統(tǒng)的尺寸、材料類型和配置。
表1

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用在模型開發(fā)中的加熱器功率以及板和掩模溫度的圖。例如，物理溫度傳感器可以位于加熱裝置內(nèi)，和/或儀器化的測(cè)試光罩/掩模內(nèi)。該圖示出了施加到加熱器的測(cè)試信號(hào)以及加熱裝置和/或光罩/掩模的動(dòng)態(tài)溫度響應(yīng)。采樣每秒進(jìn)行。
圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括多變量控制的光罩/掩模系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。本發(fā)明包括創(chuàng)建系統(tǒng)的熱響應(yīng)模型。該動(dòng)態(tài)模型可以包括加熱器分段、加熱裝置和/或光罩/掩模之間的相互作用。于是，動(dòng)態(tài)模型可用于創(chuàng)建實(shí)時(shí)控制所估計(jì)的光罩/掩模溫度的多變量控制器。在各種實(shí)施例中，儀器化的光罩/掩?？捎糜趧?chuàng)建和/或驗(yàn)證該動(dòng)態(tài)模型。
例如，對(duì)于要處理的各種光罩/掩模類型可以創(chuàng)建一組模型-這可以考慮到光罩曲率，并且可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償熱響應(yīng)中的變化。在一種情況下，分析包括3種光罩/掩模類型(例如，每種不同的已知曲率)。
本發(fā)明可以應(yīng)用這些技術(shù)來減小光罩/掩模上臨界尺寸(CD)的變化，減小光罩/掩模上特征結(jié)構(gòu)外形的變化，最小化光罩/掩模曲率的影響，并提高一個(gè)光罩/掩模與另一個(gè)的匹配性。CD和外形的測(cè)量可以應(yīng)用到特征結(jié)構(gòu)、過孔和層。例如，可以對(duì)于曝光工藝創(chuàng)建智能設(shè)置點(diǎn)控制(ISC)方法。ISC方法(下面將說明)可以概括如下1)創(chuàng)建光罩/掩模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型。
2)在動(dòng)態(tài)熱模型中并入光罩/掩模曲率。
3)將擴(kuò)散-放大模型耦合到動(dòng)態(tài)熱模型中。
4)創(chuàng)建光罩/掩模系統(tǒng)的至少一個(gè)多變量控制器。
5)將標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)參數(shù)化到包括智能設(shè)置點(diǎn)在內(nèi)的向量中，并創(chuàng)建工藝敏感性矩陣。
6)利用高效優(yōu)化方法和工藝數(shù)據(jù)創(chuàng)建智能設(shè)置點(diǎn)。
7)創(chuàng)建方法來選擇運(yùn)行期間的設(shè)置點(diǎn)和適當(dāng)模型。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多輸入/多輸出(MIMO)系統(tǒng)300的簡(jiǎn)化框圖。通常，實(shí)際系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)復(fù)雜的，并且是非線性的。其瞬時(shí)響應(yīng)對(duì)于性能來說是重要的，并且常常難以確定。系統(tǒng)的控制輸出，如運(yùn)行時(shí)溫度傳感器304或確定的方法305，受未知擾動(dòng)303的影響。通常，對(duì)于MIMO系統(tǒng)，每個(gè)輸入(例如功率)301可以影響多個(gè)輸出(例如氣流、膜厚)302。
圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例包括智能設(shè)置點(diǎn)控制器的光罩/掩模系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。在圖示實(shí)施例中，示出了受控設(shè)備(DUC)以及虛擬傳感器、多變量控制器和智能設(shè)置點(diǎn)控制器。例如，DUC可以是熱受控的光罩/掩模系統(tǒng)。
另外，示出了第一工藝和第一傳感器。例如，第一工藝可以是熱工藝，第一傳感器可以提供來自第一工藝的輸出數(shù)據(jù)和/或誤差數(shù)據(jù)，如溫度數(shù)據(jù)，以用于使加熱裝置控制光罩/掩模的溫度。另外，示出了第二工藝和第二傳感器。例如，第二工藝可以是顯影工藝，第二傳感器可以提供來自第二工藝的輸出數(shù)據(jù)和/或誤差數(shù)據(jù)。在一種情況下，第二傳感器可以是ODP傳感器，并且CD、外形和均勻性數(shù)據(jù)可以由ODP傳感器提供。在另一種情況下，第二傳感器可以是掃描電子顯微鏡(SEM)?？商鎿Q地或另外地，第二或第三工藝可以是曝光工藝。
智能設(shè)置點(diǎn)控制器可以計(jì)算時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)(TVS)，并向多變量控制器提供TVS。智能設(shè)置點(diǎn)控制器和多變量控制器可以包括硬件和軟件組件。虛擬傳感器可以向多變量控制器提供計(jì)算的光罩/掩模溫度和/或加熱裝置溫度，多變量控制器可以控制向加熱裝置分段內(nèi)的加熱元件施加功率的操作。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的虛擬傳感器的示意性圖示。在圖示實(shí)施例中，示出的虛擬傳感器包括例如代表掩模內(nèi)的溫度的動(dòng)態(tài)模型組分、測(cè)量物理變量(如加熱裝置或另一個(gè)室組件上的一點(diǎn)處的溫度)的物理傳感器組分、調(diào)控諸如施加到加熱器的電壓或功率之類的變量的被操作變量組分和將動(dòng)態(tài)模型組分與來自物理傳感器和被操作變量的信息相關(guān)聯(lián)的軟件算法組分。虛擬傳感器可視作包括來自多個(gè)“物理”傳感器的信息的基于算法的合并的復(fù)合設(shè)備。虛擬傳感器是可以提供歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的自適應(yīng)設(shè)備。
虛擬傳感器允許利用所測(cè)得的加熱裝置溫度來“測(cè)量”和控制光罩/掩模溫度。構(gòu)建的模型詳細(xì)描述了加熱裝置和光罩/掩模之間的相互作用，包括光罩/掩模的成分和光罩/掩模平整度(曲率)的變化。虛擬感應(yīng)提供了一種用于實(shí)時(shí)獲得光罩/掩模溫度的方法。
虛擬傳感器消除了在生產(chǎn)期間用儀器測(cè)量光罩/掩模的必要。例如，對(duì)于光罩/掩?？梢砸淮蝿?chuàng)建動(dòng)態(tài)“黃金(Gold)”模型和虛擬傳感器；可以在特定設(shè)備的初始鑒定期間利用可重寫的測(cè)試光罩/掩模來調(diào)節(jié)模型；然后系統(tǒng)準(zhǔn)備好用于生產(chǎn)?；诜?wù)器的軟件可用于任何再調(diào)節(jié)。
圖9圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱受控的光罩/掩模系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型的示意性圖示。在圖示實(shí)施例中，示出了四個(gè)節(jié)點(diǎn)或模型組分(M1、M2、M3和M4)。然而，在本發(fā)明的替換實(shí)施例中，可以使用不同數(shù)目的模型組分，并且模型組分可以不同的體系結(jié)構(gòu)布置。
另外，動(dòng)態(tài)模型接收諸如加熱器功率之類的控制輸入(U)和諸如不可測(cè)量的變化之類的擾動(dòng)輸入(D)，并確定諸如光罩/掩模溫度之類的被調(diào)控輸出(Z)和諸如熱板溫度之類的測(cè)量輸出(Y)。模型結(jié)構(gòu)可以表示為Z＝M1U+M3D和Y＝M2U+M4D?；蛘?，可以使用不同的模型結(jié)構(gòu)表達(dá)。
在圖9中，控制輸入可以包括加熱器功率數(shù)據(jù)；擾動(dòng)輸入可以是不可測(cè)量的變化；測(cè)量輸出可以是加熱裝置溫度；被調(diào)控輸出可以是光罩/掩模溫度。
動(dòng)態(tài)模型跟蹤系統(tǒng)的“狀態(tài)”，并實(shí)時(shí)地將輸入與輸出相關(guān)。例如，可以測(cè)量U、Y，并且通過模型，利用Y＝M2U+M4Dest可以估計(jì)D，利用Zest＝M1U+M3Dest可以估計(jì)Z。
當(dāng)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型時(shí)，光罩/掩模曲率和PAC擴(kuò)散-放大效應(yīng)可以并入到模型中。多變量控制器可用于計(jì)算斜坡和穩(wěn)定模式期間段與段的相互作用。智能設(shè)置點(diǎn)控制器可用于將多個(gè)標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)參數(shù)化到包括多個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)的向量中；利用高效優(yōu)化方法和工藝數(shù)據(jù)確定智能設(shè)置點(diǎn)；并選擇運(yùn)行期間的設(shè)置點(diǎn)和適當(dāng)模型。
在構(gòu)造智能設(shè)置點(diǎn)控制器的智能設(shè)置點(diǎn)控制(ISC)方法中的一步是創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型，該動(dòng)態(tài)模型描述了諸如熱受控的光罩/掩模系統(tǒng)之類的處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為。這種模型可用于設(shè)計(jì)多變量控制器，然后用于創(chuàng)建敏感性矩陣和智能設(shè)置點(diǎn)。
多種方法可用于創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型，包括但不限于基于熱傳遞、氣流和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的第一原理模型和利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)創(chuàng)建的在線模型，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是從諸如熱處理系統(tǒng)之類的處理系統(tǒng)收集到的。
在第一原理熱模型中，光罩/掩模和加熱裝置可以包括多個(gè)元，并且光罩/掩模和加熱裝置以及環(huán)境之間的熱傳遞可以針對(duì)每個(gè)元建模。例如，光罩/掩?？梢员粍澐譃閚個(gè)方形元，并且下面的方程示出了第k個(gè)這種元的熱響應(yīng)ρCpVkdTkdt=-KaAkδk(Tk-Tp)-hAk(Tk-Ta)-kpCkdk(Tk-Tk-1)-kpCk+1dk+1(Tk-Tk+1)]]>其中參數(shù)是kp光罩/掩模熱導(dǎo)率3.91W cm-1℃-1Vk第k個(gè)元的體積Ak第k個(gè)元的面積dk第k和第(k-1)個(gè)元之間的距離Ck第k和第(k-1)個(gè)元之間的接觸面積δk第k個(gè)元和加熱裝置之間的空氣間隙ρ光罩/掩模密度 8.8g/cm3Cp光罩/掩模熱容 0.385J g-1℃-1Ta環(huán)境溫度 20℃h 對(duì)環(huán)境的熱傳遞系數(shù)ka空氣間隙熱導(dǎo)率 0.0003W cm-1℃-1L 光罩/掩模厚度 0.635cmTp板溫度 130℃δ空氣間隙(距離) 0.11mmT 光罩/掩模溫度 (仿真參數(shù))參數(shù)δk依賴于元的位置，并且可以根據(jù)光罩/掩模的形狀指定。類似地，加熱裝置也可以被劃分為多個(gè)方形元，并且可以由類似的數(shù)學(xué)關(guān)系式來描述。
在一個(gè)用于對(duì)ISC建模的實(shí)施例中，假定熱耦與加熱裝置中的加熱器并存，并且與熱耦相關(guān)聯(lián)的任何動(dòng)態(tài)參數(shù)(例如，熱耦響應(yīng)的時(shí)間常數(shù))都不包括在模型中。實(shí)際上，模型采用瞬時(shí)溫度測(cè)量?；蛘撸瑹狁畈⒉慌c加熱裝置中的加熱器并存，和/或與熱耦相關(guān)聯(lián)的任何動(dòng)態(tài)參數(shù)可以包括在模型中。實(shí)際上，模型采用瞬時(shí)溫度測(cè)量。板和光罩/掩模之間的熱傳遞是經(jīng)由空氣間隙進(jìn)行的。每個(gè)元的空氣間隙依賴于光罩/掩模的曲率，并且可以在模型中設(shè)置。
第一原理動(dòng)態(tài)模型定義了一組n個(gè)微分方程。這些方程可以通過方程T·=f(T,Tp,Ta)]]>以簡(jiǎn)潔形式表達(dá)。這里，T是代表n個(gè)光罩/掩模元溫度的向量。利用這些微分方程進(jìn)行的仿真可用于示出由于光罩曲率引起的光罩/掩模上的熱響應(yīng)的變化，以及因而引起的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的變化。
在替換實(shí)施例中，ISC可由在線熱模型描述。例如，一種獲得動(dòng)態(tài)模型的方法可以使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)收集。在這種實(shí)時(shí)模型中，動(dòng)態(tài)模型是基于例如從加熱裝置收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)創(chuàng)建的。一種用于收集光罩/掩模溫度的方法是使用儀器化的光罩/掩模。在該光罩/掩模溫度收集方法中，可以獲得相對(duì)傳感器時(shí)間常數(shù)的設(shè)置點(diǎn)軌跡。選擇設(shè)置點(diǎn)軌跡以模擬系統(tǒng)的熱行為。系統(tǒng)的整個(gè)響應(yīng)記錄在日志文件中，日志文件可以提供傳感器設(shè)置點(diǎn)、傳感器時(shí)間常數(shù)、加熱器功率和光罩/掩模溫度的同步時(shí)間軌跡。所測(cè)得的光罩/掩模溫度可用于驗(yàn)證ISC模型的準(zhǔn)確性?；蛘?，也可以使用光罩/掩模溫度的光學(xué)測(cè)量結(jié)果。
在線熱模型可以定義一種以加熱器功率作為輸入、以各種溫度、晶片以及傳感器作為輸出的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，并且該模型可由一組線性微分方程來表示T·=f(T,P),]]>其中函數(shù)f(T，P)是線性的。為了獲得閉環(huán)系統(tǒng)，可以圍繞該組方程應(yīng)用已知的控制器來獲得閉環(huán)響應(yīng)。該方法可以提供光罩/掩模溫度熱響應(yīng)的更高保真度的模型?；蛘?，在線熱模型可由多個(gè)線性模型描述，這多個(gè)線性模型描述了很寬的溫度范圍上的熱行為。為此，可以在多個(gè)溫度范圍內(nèi)測(cè)量光罩/掩模溫度，并且可以按需要?jiǎng)?chuàng)建從一個(gè)溫度范圍切換到下一溫度范圍的模型。
光罩/掩模曲率可以并入到上述的第一原理模型或在線熱模型中，以建立智能設(shè)置點(diǎn)控制。對(duì)于第一原理模型，對(duì)于每個(gè)光罩/掩模元素加熱裝置和光罩/掩模之間的間隙可以直接建模。例如，如果rc被定義為光罩/掩模的曲率半徑，則光罩/掩模對(duì)著角度θ=wdrc.]]>基于該角度，給定半徑位置處的空氣間隙可以計(jì)算為
δk=rc(1-cosθk).]]>在在線熱模型方法中，可以利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的在線建模創(chuàng)建具有多種已知曲率分布特性的模型庫，并且可以利用一組模型覆蓋所預(yù)期的光罩/掩模曲率范圍。
在模型開發(fā)期間，包括光罩/掩模曲率的熱模型的第一原理模型可以以合適的軟件仿真應(yīng)用(如Matlab)數(shù)字地實(shí)現(xiàn)在合適的微處理器上。軟件應(yīng)用駐留在合適的電子計(jì)算機(jī)或微處理器上，電子計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行操作以便執(zhí)行物理性能近似。然而，其他的數(shù)值方法也為本發(fā)明所預(yù)想。
圖10A和10B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的智能設(shè)置點(diǎn)的示例性圖形。在圖示實(shí)施例中，示出了基線數(shù)據(jù)以及時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)。在圖中，示出了單個(gè)時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)，但這不是本發(fā)明所要求的。在本發(fā)明中，可以使用多個(gè)設(shè)置點(diǎn)，并且這些時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)可以位于工藝期間的各個(gè)時(shí)刻。另外，對(duì)于每個(gè)加熱器分段，可以使用一個(gè)或多個(gè)時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)。
圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的虛擬傳感器的仿真和測(cè)量數(shù)據(jù)。圖中示出了光罩/掩模的一個(gè)分段(區(qū)域)的測(cè)量數(shù)據(jù)和虛擬傳感器溫度數(shù)據(jù)的比較結(jié)果。使用動(dòng)態(tài)模型來創(chuàng)建虛擬傳感器，并且使用了施加的加熱器功率和所測(cè)得的加熱裝置溫度。圖中示出虛擬傳感器可以跟蹤光罩/掩模溫度。
一旦獲得了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型，就可以使用熱響應(yīng)來確定化學(xué)放大抗蝕劑(CAR)反應(yīng)的化學(xué)放大和擴(kuò)散特性。為此，熱模型可以增加有上述反應(yīng)的模型。
曝光后烘(PEB)工藝是一種熱激活工藝，并且在光抗蝕劑處理中用作多個(gè)目的。首先，烘烤的溫度升高驅(qū)動(dòng)了光生產(chǎn)物的擴(kuò)散。少量的擴(kuò)散可有助于最小化駐波效應(yīng)，駐波效應(yīng)是膜的整個(gè)深度中曝光劑量的周期性變化，其來源于入射和反射輻射的干涉。PEB的其他主要目的是驅(qū)動(dòng)酸催化反應(yīng)，該反應(yīng)改變了許多化學(xué)放大抗蝕劑中的聚合物的溶解性。
化學(xué)放大是非常重要的，這是因?yàn)槠湓试S單個(gè)光生產(chǎn)物引起許多溶解性變化反應(yīng)，從而提高這些光抗蝕劑系統(tǒng)的敏感性。一定量的酸輸運(yùn)是必要的，這是因?yàn)槠湓试S單種酸移動(dòng)到許多反應(yīng)性聚合物位點(diǎn)。然而，從標(biāo)稱曝光到未曝光區(qū)域的酸輸運(yùn)可以使得抗蝕劑特征尺寸的控制復(fù)雜化。經(jīng)過這些反應(yīng)性系統(tǒng)的酸輸運(yùn)在力學(xué)上是復(fù)雜的測(cè)量結(jié)果顯示在起始材料(對(duì)酸有反應(yīng)性)和產(chǎn)物材料(不再有反應(yīng)性)之間酸的遷移率有非常大的差異。
熱處理的影響一般是經(jīng)由三個(gè)活化過程建模的擴(kuò)散、放大和酸損耗。擴(kuò)散和放大的活化能相比于酸損耗來說都比較高。反應(yīng)速率由常用的阿侖尼烏斯(Arrhenius)方程給出rate=C exp(-EaKT)]]>例如，對(duì)于示例性抗蝕劑，參數(shù)在下面的表2中給出表2

CAR反應(yīng)可以并入到熱模型中，以確定在PEB工藝期間光罩/掩模中的各個(gè)位置處的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)。熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)計(jì)算可通過包括熱軌跡的斜坡上升、穩(wěn)定、處理和冷卻部分來進(jìn)行，并且相比于僅僅進(jìn)行“定溫(at-temperature)”計(jì)算這種計(jì)算可能更為精確。
例如，在第k個(gè)元素的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)可以計(jì)算為Dk=∫t0tfCexp(-EaKTk(t))dt.]]>在上述計(jì)算中，溫度時(shí)間軌跡Tk(t)可以從上述的多節(jié)熱模型獲得。
熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的向量D在每個(gè)元素位置處定義。
D=D1···Dn]]>向量d中的變化可利用動(dòng)態(tài)設(shè)置點(diǎn)軌跡最小化?？梢允褂没谀Ｐ偷木€性或非線性多變量控制方法對(duì)反應(yīng)供應(yīng)量建模，其中控制器包括要控制的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。多變量控制器可以基于現(xiàn)代的控制設(shè)計(jì)方法中的任何一種，如線性二次高斯(LQG)方法、線性二次調(diào)節(jié)器(LQR)方法、H無限(H-inf)方法等。熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)模型可以是線性的或非線性的，也可以是SISO或MIMO的。多變量控制方法(即MIMO)考慮到了所有輸入和其對(duì)輸出的影響。也可采用用于對(duì)熱劑量建模的若干種其他方法，如物理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。
在典型工藝方案中，在給定時(shí)段內(nèi)設(shè)置點(diǎn)保持恒定。然而，允許設(shè)置點(diǎn)在標(biāo)稱值附近的足夠小的溫度“窗口”內(nèi)變化提供了在實(shí)現(xiàn)最終運(yùn)行的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)均勻性的附加自由度。一種用于對(duì)熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)建模的這樣的方法是對(duì)于熱處理使用“智能的”時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)軌跡。為此，溫度設(shè)置點(diǎn)可被參數(shù)化為智能設(shè)置點(diǎn)的向量；并且可以定義向量r，其包含在標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)附近作時(shí)變擾動(dòng)的智能設(shè)置點(diǎn)r=r1···rm]]>工藝敏感性矩陣M可通過在每個(gè)控制分段的斷點(diǎn)處進(jìn)行微小的溫度擾動(dòng)來創(chuàng)建。然后，所得到的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)中的擾動(dòng)可以寫為d1···dn=Mr1···rm]]>現(xiàn)在，優(yōu)化任務(wù)變?yōu)檎业较蛄縭的適當(dāng)值，從而使所得到的d消除在從標(biāo)稱曲線獲得的光罩/掩模的反應(yīng)供應(yīng)量向量D的變化。
例如，對(duì)于具有25個(gè)控制分段和每個(gè)分段有3個(gè)斷點(diǎn)的系統(tǒng)，可以通過在每個(gè)控制分段的每個(gè)斷點(diǎn)處進(jìn)行1℃的擾動(dòng)，來確定敏感性矩陣M。
當(dāng)創(chuàng)建智能設(shè)置點(diǎn)時(shí)，所得到的關(guān)于光罩/掩模的CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)明顯依賴于溶解速率，溶解速率又依賴于各個(gè)位置處的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)。用于計(jì)算光罩/掩模上各個(gè)位置處的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)以及熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)對(duì)溫度設(shè)置點(diǎn)變化的敏感性的方法已在上面描述。CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)可以認(rèn)為正比于熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)Ci＝α·Di。因而，CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)的變化也可以認(rèn)為正比于熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的變化。因而，CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)的變化可以寫為
d1···dn=α·Mr1···rm]]>因此，光罩/掩模上CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)的變化可以通過利用敏感性矩陣M計(jì)算至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)來減小。智能設(shè)置點(diǎn)可以通過解決受約束二次優(yōu)化問題來優(yōu)化，該問題由下式給出minr||d-α·Mr||,rmin<r,r<rmax]]>從而，找到智能設(shè)置點(diǎn)的過程變?yōu)?)利用標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)運(yùn)行工藝，并且在選定位置處進(jìn)行光罩/掩模上的CD、外形和/或均勻性測(cè)量。CD、外形和/或均勻性測(cè)量可以利用若干種方法進(jìn)行一種這樣的方法使用ODP。或者，CD、外形和/或均勻性測(cè)量數(shù)據(jù)可以從前饋數(shù)據(jù)獲得。
2)選擇CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)的期望值并創(chuàng)建變化向量d，變化向量d是期望值和測(cè)量數(shù)據(jù)之間的差。例如，期望值可以是平均值、最小值、最大值、3∑值或另外的計(jì)算值。
3)解上面所示的優(yōu)化問題來找到智能設(shè)置點(diǎn)r。
4)利用在前述步驟中找到的設(shè)置點(diǎn)更新工藝方案，并重新運(yùn)行工藝。例如，更新值可通過運(yùn)行更新工藝方案獲得。
5)進(jìn)行迭代直到獲得了期望的CD、外形和/或均勻性數(shù)據(jù)。例如，期望的均勻性可以包括熱劑量變化的3∑值、光罩/掩模溫度變化的3∑值、臨界尺寸變化的3∑值、外形測(cè)量變化的3∑值和均勻性測(cè)量變化的3∑值中的至少一個(gè)。另外，期望的均勻性值可以小于或等于大約1％。
一旦迭代收斂并且獲得了期望的CD和/或外形均勻性，就可以存儲(chǔ)結(jié)果以供以后使用。
為了說明該過程，使用了上面計(jì)算的敏感性矩陣和仿真模型。如所預(yù)期的，熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)被直接使用(其正比于CD)。對(duì)于標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)，光罩/掩模上的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)有4.5％的3∑變化。
圖12示出了光罩/掩模上不同位置處的歸一化熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的圖。利用這些示例性設(shè)置點(diǎn)，熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的變化從14.5％的3∑減小到4.5％。利用其他的時(shí)變?cè)O(shè)置點(diǎn)組，變化預(yù)期小于1.0％。
圖13-15示出了具有不同曲率的光罩/掩模上的不同位置處的結(jié)果。圖13示出了平坦光罩/掩模的結(jié)果。圖14示出了中間部分低于外圍部分的拋物線形光罩/掩模的結(jié)果；圖15示出了中間部分高于外圍部分的拋物線形光罩/掩模的結(jié)果。示出了光罩/掩模溫度相對(duì)于時(shí)間的示例性圖。示出了設(shè)置點(diǎn)相對(duì)于時(shí)間的示例性圖。另外，示出了具有不同曲率的光罩/掩模上的不同位置處的歸一化熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的示例性圖。
一種用于創(chuàng)建模型庫的方法已在上面描述，這些模型解決了期望的光罩/掩模曲率，并且對(duì)于給定光罩/掩模曲率最小化了光罩/掩模上的CD和/或外形變化。對(duì)于給定光罩/掩模，控制器可以選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ鸵詰?yīng)用到熱控制。若干種方法可用于實(shí)現(xiàn)這一目的。在一種方法中，模型通過檢查光罩/掩模和加熱裝置的實(shí)時(shí)響應(yīng)來確定彎曲量；基于響應(yīng)，其會(huì)選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀Ｔ诹硪环N方法中，光罩/掩模的成分?jǐn)?shù)據(jù)(可以包括n、k值)可以饋送到控制器；基于成分?jǐn)?shù)據(jù)，控制器可以確定光罩/掩模應(yīng)力和關(guān)聯(lián)的光罩/掩模曲率，并選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ汀?br> 圖16圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于操作熱處理裝置的方法的簡(jiǎn)化流程圖。過程1600開始于1610。
在1620中，熱處理裝置接收置入光罩/掩模的前饋數(shù)據(jù)。前饋數(shù)據(jù)可以包括CD數(shù)據(jù)、外形數(shù)據(jù)、均勻性數(shù)據(jù)、光學(xué)數(shù)據(jù)(如折射率(n)數(shù)據(jù)和消光系數(shù)(k)數(shù)據(jù))和層信息，層信息可以包括層的數(shù)目、層位置、層的組成、層均勻性、層密度和層厚度。另外，前饋數(shù)據(jù)可以包括抗蝕劑數(shù)據(jù)、空白數(shù)據(jù)、掩模數(shù)據(jù)和/或抗反射涂層(ARC)數(shù)據(jù)。
在1630中，可以利用前饋數(shù)據(jù)估計(jì)光罩/掩模應(yīng)力。光罩/掩模應(yīng)力可用于確定光罩/掩模外形。例如，光罩/掩模可以具有非均勻的外形，如拋物線形外形。
在1640中，動(dòng)態(tài)熱模型也可用于基于估計(jì)的光罩/掩模應(yīng)力來預(yù)測(cè)置入光罩/掩模的熱響應(yīng)。
在1650中，對(duì)于與加熱裝置相關(guān)聯(lián)的多個(gè)分段中的每一個(gè)確定智能設(shè)置點(diǎn)。這樣，即使光罩/掩模具有不平坦的外形時(shí)，也在光罩/掩模上提供了均勻的溫度。
在1660中，過程1600結(jié)束。例如，在已經(jīng)確定了設(shè)置點(diǎn)后，可以利用設(shè)置點(diǎn)值對(duì)加熱裝置加熱，并且光罩/掩?？梢晕挥诩訜嵫b置上。即使光罩/掩模是彎曲的，光罩/掩模也會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)間量?jī)?nèi)被均勻加熱到期望溫度。
在熱處理系統(tǒng)中，可以使用各種類型的溫度傳感器。例如，傳感器可以包括熱耦、溫度指示電阻器、輻射型溫度傳感器等等。可以使用雙金屬型熱耦?？梢允褂脺囟戎甘俱K電阻器。另外，傳感器可以包括接觸型傳感器和非接觸型傳感器。另外，加熱器可以具有多個(gè)電阻加熱元件，并且電阻加熱元件可以排列在加熱裝置的區(qū)域內(nèi)，傳感器也可以排列在加熱裝置的區(qū)域內(nèi)。
根據(jù)上述教導(dǎo)可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行大量修改和變化。因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，而不是這里具體描述的。
權(quán)利要求
1.一種操作熱處理系統(tǒng)的方法，包括將光罩/掩模放置在包括多個(gè)分段的加熱裝置上；創(chuàng)建所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型；利用所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型建立多個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)，其中對(duì)于所述加熱裝置的每個(gè)分段創(chuàng)建至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)；以及利用所述至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)控制每個(gè)分段的實(shí)際溫度，從而在所述光罩/掩模上建立受控的溫度分布特性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括接收前饋數(shù)據(jù)，所述前饋數(shù)據(jù)包括將放置在所述加熱裝置上的光罩/掩模的屬性或參數(shù)信息；利用所述前饋數(shù)據(jù)估計(jì)光罩/掩模應(yīng)力；創(chuàng)建對(duì)于所述光罩/掩模和所述加熱裝置之間的間隙的熱模型，其中所述間隙的熱響應(yīng)是基于所估計(jì)的光罩/掩模應(yīng)力預(yù)測(cè)的；以及將所述對(duì)于所述間隙的熱模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述光罩/掩模應(yīng)力的估計(jì)包括使用從所述前饋數(shù)據(jù)提取的折射率(n)數(shù)據(jù)和消光系數(shù)(k)數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述前饋數(shù)據(jù)包括層信息，所述層信息包括層的數(shù)目、層位置、層的組成、層均勻性、層密度和層厚度中的至少一個(gè)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述前饋數(shù)據(jù)包括所述光罩/掩模的臨界尺寸(CD)數(shù)據(jù)、外形數(shù)據(jù)和均勻性數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述前饋數(shù)據(jù)包括所述光罩/掩模上多個(gè)位置的臨界尺寸(CD)數(shù)據(jù)、所述光罩/掩模上多個(gè)位置的外形數(shù)據(jù)和所述光罩/掩模上多個(gè)位置的均勻性數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個(gè)位置是非徑向地定位在所述光罩/掩模上的。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述多個(gè)位置是徑向地定位在所述光罩/掩模上的。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括檢查所述光罩/掩模和加熱裝置的實(shí)時(shí)響應(yīng)；利用所述實(shí)時(shí)響應(yīng)估計(jì)光罩/掩模應(yīng)力；創(chuàng)建對(duì)于所述光罩/掩模和所述加熱裝置之間的間隙的熱模型，其中所述間隙的熱響應(yīng)是基于所估計(jì)的光罩/掩模應(yīng)力預(yù)測(cè)的；以及將所述對(duì)于所述間隙的熱模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括估計(jì)光罩/掩模曲率；創(chuàng)建對(duì)于所述光罩/掩模和所述加熱裝置之間的間隙的熱模型，其中所述間隙的熱響應(yīng)是基于所估計(jì)的光罩/掩模曲率預(yù)測(cè)的；以及將所述對(duì)于所述間隙的熱模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)所述加熱裝置的分段之間的熱相互作用建模；以及將所述熱相互作用的模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括創(chuàng)建用于估計(jì)所述光罩/掩模的溫度的虛擬傳感器；以及將所述虛擬傳感器并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括對(duì)所述加熱裝置和外部環(huán)境之間的熱相互作用建模；以及將所述熱相互作用的模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括創(chuàng)建擴(kuò)散-放大模型；以及將所述擴(kuò)散-放大模型并入到所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型中。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括創(chuàng)建變化向量d，其中所述變化向量包括測(cè)量數(shù)據(jù)和期望值之間的差；將至少一個(gè)標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)參數(shù)化到包括至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)的向量r中；利用所述動(dòng)態(tài)熱模型創(chuàng)建敏感性矩陣；以及通過解優(yōu)化問題來確定所述至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)，所述優(yōu)化問題包括minr||d-α·Mr||,]]>其中rmin＜r，r＜rmax，r是包括所述至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)的向量，M是所述敏感性矩陣，α是將所述測(cè)量數(shù)據(jù)與所述敏感性矩陣M相關(guān)聯(lián)的比例常數(shù)，d是所述變化向量。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括利用所述至少一個(gè)確定的智能設(shè)置點(diǎn)更新工藝方案；運(yùn)行所述更新工藝方案；獲得經(jīng)更新的測(cè)量數(shù)據(jù)；以及進(jìn)行迭代直到獲得期望均勻性。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述期望均勻性包括小于約1％的3∑變化。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述期望均勻性包括小于約1.5％的3∑變化。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括接收前饋數(shù)據(jù)；從所述前饋數(shù)據(jù)獲得所述測(cè)量數(shù)據(jù)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括臨界尺寸測(cè)量結(jié)果、外形測(cè)量結(jié)果和均勻性測(cè)量結(jié)果中的至少一個(gè)；以及確定所述期望值，其中所述期望值包括期望臨界尺寸、期望外形和期望均勻性中的至少一個(gè)。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括利用對(duì)于所述加熱裝置的每個(gè)分段具有至少一個(gè)標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)的工藝方案來運(yùn)行工藝；從所述被運(yùn)行的工藝中獲得所述測(cè)量數(shù)據(jù)，其中所述測(cè)量數(shù)據(jù)包括臨界尺寸測(cè)量結(jié)果、外形測(cè)量結(jié)果和均勻性測(cè)量結(jié)果中的至少一個(gè)；以及確定所述期望值，其中所述期望值包括期望臨界尺寸、期望外形和期望均勻性中的至少一個(gè)。
21.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括對(duì)所述加熱裝置的每個(gè)分段進(jìn)行溫度擾動(dòng)；以及利用所述溫度擾動(dòng)的結(jié)果建立所述敏感性矩陣M。
22.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括利用儀器化的光罩/掩模來建立所述敏感性矩陣M。
23.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括確定在每個(gè)徑向元位置處的熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)的向量D，其中D=D1···Dn;]]>以及將所述熱劑量(反應(yīng)供應(yīng)量)中的擾動(dòng)的特征定義為d1···dn=Mr1···rm;]]>以及確定所述向量r的值，從而使所述向量d消除光罩/掩模上的所述向量D的差異。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括當(dāng)獲得了所述期望CD均勻性時(shí)存儲(chǔ)經(jīng)更新的工藝方案。
25.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述光罩/掩模放置在加熱裝置上的操作包括將所述掩模放置所述加熱裝置上，以由所述系統(tǒng)進(jìn)行處理。
26.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述光罩/掩模放置在加熱裝置上的操作包括將所述掩模放置在所述加熱裝置上，以由所述系統(tǒng)通過其處理襯底。
27.一種熱處理系統(tǒng)，包括用于將要由所述系統(tǒng)處理的光罩/掩模放置在包括多個(gè)分段的加熱裝置上的裝置；用于創(chuàng)建所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型的裝置；用于利用所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型建立多個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)的裝置，其中對(duì)于所述加熱裝置的每個(gè)分段創(chuàng)建至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)；以及用于利用所述至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)控制每個(gè)分段的實(shí)際溫度，從而在所述光罩/掩模上建立預(yù)定的溫度分布特性的裝置。
28.一種處理系統(tǒng)，包括包括多個(gè)分段的溫度受控裝置；結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于將光罩/掩模支撐在所述溫度受控裝置上以由所述系統(tǒng)進(jìn)行處理或由所述系統(tǒng)通過其處理晶片；被編程用于提供所述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)熱模型，并且由此對(duì)所述溫度受控裝置的分段建立多個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)的控制器；并且所述溫度受控裝置的每個(gè)分段的實(shí)際溫度響應(yīng)于所述至少一個(gè)智能設(shè)置點(diǎn)。
29.如權(quán)利要求28所述的處理系統(tǒng)，其中所述加熱裝置包括方形形狀，并且所述多個(gè)分段包括多個(gè)均勻間隔的方形形狀的分段。
30.如權(quán)利要求29所述的處理系統(tǒng)，其中每個(gè)分段包括用于加熱或冷卻以建立相應(yīng)的實(shí)際溫度的加熱元件。
31.如權(quán)利要求30所述的處理系統(tǒng)，其中所述加熱元件包括電阻加熱器。
32.如權(quán)利要求30所述的處理系統(tǒng)，其中所述加熱裝置還包括冷卻元件。
33.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱裝置包括矩形形狀，并且所述多個(gè)分段包括多個(gè)均勻間隔的矩形分段。
34.如權(quán)利要求1所述的方法，其中至少一個(gè)分段包括用于測(cè)量所述加熱裝置的溫度的傳感器元件。
35.如權(quán)利要求28所述的處理系統(tǒng)，其中所述溫度受控裝置還包括可操作來向所述控制器輸入所述系統(tǒng)的至少一個(gè)可變參數(shù)的至少一個(gè)物理傳感器；所述控制器被編程用于維護(hù)所述動(dòng)態(tài)熱模型，所述動(dòng)態(tài)熱模型包括經(jīng)計(jì)算的所述系統(tǒng)和所述光罩/掩模的溫度數(shù)據(jù)，以計(jì)算所述智能設(shè)置點(diǎn)從而控制所述溫度受控裝置的分段，以便使所述光罩/掩模維持在預(yù)定溫度分布。
全文摘要
本發(fā)明給出了一種包括多變量控制器(260)的自適應(yīng)實(shí)時(shí)熱處理系統(tǒng)。通常，方法(1600)包括創(chuàng)建熱處理系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型(1630)；將光罩/掩模曲率并入到動(dòng)態(tài)模型中；將擴(kuò)散－放大模型耦合到動(dòng)態(tài)熱模型中；創(chuàng)建多變量控制器；將標(biāo)稱設(shè)置點(diǎn)參數(shù)化到智能設(shè)置點(diǎn)的向量中(1650)；創(chuàng)建工藝敏感性矩陣；利用高效優(yōu)化方法和工藝數(shù)據(jù)創(chuàng)建智能設(shè)置點(diǎn)；并建立工藝方案，該工藝方案在運(yùn)行期間選擇了適當(dāng)?shù)哪Ｐ秃驮O(shè)置點(diǎn)。
文檔編號(hào)G03F1/00GK1910517SQ200580003080
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月30日
發(fā)明者薩恩吉夫·考沙爾, 帕迪普·帕恩戴伊, 杉島賢次 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社