CN100524030C - 光刻设备及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻设备包括投射系统和单独可控单元阵列，所述投射系统配置成将辐射束以子辐射束阵列的形式投射到衬底上；所述单独可控单元阵列配置成调制子辐射束。所述设备还包括包含至少一个数据变换装置的数据路径，所述数据变换装置配置成至少部分将确定所需图案的数据转换成适合于控制单独可控单元阵列的控制信号，以便在衬底上实际地形成所需图案。所述数据变换装置配置成通过把点扩展函数矩阵的伪反演形式应用于表示所需图案的列矢量来实现所述转换。点扩展函数矩阵包括有关每一个光点的点扩展函数的形状和相对位置的信息，所述光点在给定时间由子辐射束之一曝光在衬底上。

Description

光刻设备及器件制造方法

技术领域

本发明涉及光刻设备以及器件制造方法。

背景技术

光刻设备是将所需图案加在衬底(例如，工件、对象、显示器等)的目标部分上的设备。光刻设备可以用在例如集成电路(IC)、平板显示器和其他含精细结构的器件的制造上。传统光刻设备中的图案形成装置(也称为掩模或掩模原版)可用于产生与IC(或其他器件)的一个单层相对应的电路图案。所述图案可以成像在涂有一层辐射敏感材料(例如光刻胶)的衬底(例如硅晶片或玻璃板)的目标部分(例如包含管芯的一部分、一个管芯或多个管芯)上。图案形成装置可以包括单独可控单元阵列来代替掩模产生电路图案。使用这种阵列的光刻系统通常称为无掩模系统。

一般来说，单一衬底包含若干个要顺序地曝光的相邻的目标部分。已知的光刻设备有称之为步进型和扫描型的，在步进型中通过一次将整个图案曝光在目标部分上来使各目标部分受到照射；在扫描型中通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)扫描图案，与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底，从而使各目标部分受到照射。

这种设备的用户确定形成在衬底上的所需图案，所述图案用特定的剂量图(dose-map)表征。在无掩模系统中，表示所需剂量图的数据参照校正测量结果进行处理，以便获得传送给单独可控单元阵列的驱动信号。在剂量图中高图案强度区域要求衬底上曝光的斑点相互重叠。将会发现，在某些环境下，这些重叠图案区域会在所需剂量图的处理中引起误差。

将一个图案区域连接到另一个图案区域的过程称为缝合。可以进行关于来自单一个光学列(例如，接收从一个单独可控单元阵列的输入)的各图案的缝合或来自不同光学列(例如，接收每一个从一个分离的单独可控单元阵列的输入)的各图案之间的的缝合。这些情况下的缝合可以通过配置每一个重叠图案的剂量图逐渐减少重叠区域来实现。因此这种方法很难调整，特别是重叠区域很窄时。

因此，需要一种光刻设备和器件制造方法，它改善了对于超出曝光斑点重叠区域的处理。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种光刻设备，所述光刻设备包括投射系统、单独可控单元阵列和数据路径。投射系统配置成将辐射束以子辐射束阵列的形式投射到衬底上。单独可控单元阵列配置成对子辐射束进行调制。所述数据路径包括至少一个数据变换装置，所述数据变换装置配置成至少部分地将确定所需图案的数据转换成适合控制单独可控单元阵列的控制信号，以便在衬底上实际地形成所需图案。所述数据变换装置设置成通过把点扩展函数矩阵的伪反演形式应用于表示所需图案的列矢量来实现所述转换。所述点扩展函数矩阵包括有关每一个斑点的点扩展函数的形状和相对位置的信息，所述斑点在给定时间由所述子辐射束之一曝光在衬底上。

根据本发明的另一个实施例，提出一种器件制造方法，所述方法包括以下步骤：将辐射束以子辐射束阵列的形式投射到衬底上；用单独可控单元阵列调制子辐射束；以及至少部分地将确定所需图案的数据转换成适合控制单独可控单元阵列的控制信号，以便在衬底上实际地形成所需图案。所述数据转换是在数据路径中的数据变换装置中完成的。所述数据转换是通过把点扩展函数矩阵的伪反演形式应用于表示所需图案的列矢量来实现的。所述点扩展函数矩阵包括有关每一个斑点的点扩展函数的形状和相对位置的信息，所述斑点在给定时间由子辐射束之一曝光在衬底上。

下面参照附图详细说明本发明的另外的实施例、特征和优点，以及本发明各种实施例的结构和操作。

附图说明

包括在本说明书中并构成本说明书一部分的附图图解说明本发明，并与说明书一起解释本发明的原理，使本领域专业人士能制作并使用本发明。

图1描绘本发明实施例的光刻设备。

图2描绘本发明实施例的单独可控单元阵列、微透镜阵列和形成的斑点网格部分的侧视图。

图3描绘曝光的斑点网格的格式。

图4描绘数据路径中的数据变换装置。

现在将参照附图说明本发明。附图中相同标号表示相同或功能类似的部件。

具体实施方式

综述和术语

尽管本文可能特别提到集成电路(IC)制造中光刻设备的使用，但应理解此文所述的光刻设备也可以有其它应用，例如DNA芯片、微机电系统(MEMS)、微光学机电系统(MOEMS)、集成光学系统和磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、薄膜磁头、微微射流装置等的制造。专业人士将了解，在这些可选择应用的环境中，术语”晶片”或”管芯”的任何使用都可以视为分别与更广义的术语”衬底”或”目标部分”同义。这里所说的衬底可以在曝光前后，在轨道(例如，一般在衬底上涂光刻胶层并将曝光的光刻胶显影的工具)或在度量或检测的工具上处理加工。在适用的场合，这里公开的内容也可应用于这样和其它衬底处理工具。而且，所述衬底可以经过一步以上的加工，例如在制造多层IC时，使得这里使用的术语衬底也可指已包含多个加工层的衬底。

本文所用的术语”单独可控单元阵列”应广义地理解为指任何这样的装置：所述装置可以用来赋予入射辐射束以具有图案的截面，从而可以在衬底目标部分形成所需图案。”光阀”和”空间光调制器”(SLM)术语也可用在这样的语境中。这种图案形成装置的例子将在下面讨论。

可编程镜面阵列可以包括具有粘弹性控制层和反射面的矩阵可寻址表面。这种装置的基本原理在于，例如反射面选址区域将入射光反射为衍射光，而未选址区域将入射光反射为非衍射光。

使用适当的空间滤光器，所述滤光器能够滤去衍射光，留下非衍射光到达衬底。以这种方式，辐射束按照矩阵可寻址表面选址图案而图案化。将会理解，作为一种选择方案，所述非衍射光可以从反射辐射束滤去，留下衍射光到达衬底。衍射光微机电系统(MEMS)器件阵列也能以相应的方式使用。每个衍射光MEMS器件可以包括多个可以相互相对地变形的反射带，构成将入射光反射为衍射光的光栅。

又一可供选择的实施例包括采用矩阵排列的微镜的可编程镜面阵列，通过施加合适的局部化电场或使用压电执行装置可以使各微镜面单独相对于轴倾斜。镜面又是矩阵可寻址的，使得选址镜面以不同于未被选址镜面的方向反射入射的辐射束，以这种方式反射辐射束就按矩阵可寻址镜面的选址图案被图案化。所需要的矩阵选址可用适当的电子装置执行。

在上述两种情况下，单独可控单元阵列可以包括一个或多个可编程镜面阵列。有关镜面阵列更多的信息可以在例如美国专利5,296,891和5,523,193以及PCT专利申请WO 98/38597和WO98/33096中找到，上述专利文献被全面参照而结合于本申请。也可以使用可编程LCD阵列。这种结构的例子在美国专利5,229,872中给出，所述专利通过全面引用而被结合于本申请中。

应当了解，例如使用特征预偏移、光学邻近校正特征、相位变化技术和多步曝光技术，在单独可控单元阵列上”显示”的图案与最后转移到衬底的一层或衬底上的图案可以大不相同。类似地，在衬底上最后形成的图案可能并不对应于在单独可控单元阵列上任一时刻所形成的图案。这可能是这样情况，其中衬底每个部分上形成的最终图案是在一定时段内或经过给定次数的曝光后形成的，而在这过程中单独可控单元阵列上的图案和/或衬底的相对位置已变化。

此处所用的术语”辐射”和”射束”涵盖各种类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长λ约为408、355、365、248、193、157或126nm)和远紫外(EUV)辐射(例如波长范围约为5-20nm)以及粒子辐射束，例如离子辐射束或电子辐射束。

文中所用术语”投射系统”应该广义地理解为涵盖各种类型投射系统，包括折射光学系统、反射光学系统和折反射光学系统，只要适合于例如所使用的曝光辐射或例如浸没液体的使用或者真空的使用等其他条件。本文中使用的术语”透镜”可以视为与更广义的术语”投射系统”同义。

照射系统也可以包括各种类型光学部件，包括折射、反射和折反射光学部件，用于投射辐射束的导向、成形或控制，这些部件，例如”透镜”，也可以(如下文提及)是组合的或单个的。

光刻设备可以是具有两个(双级)或两个以上载物(或衬底)台(和/或两个或两个以上掩模台)的类型。在这种”多级”机器中增加的工作台可以并行地使用，即，在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个其他台进行曝光。

光刻设备也可以是这种类型：其中衬底浸入具有较高折射率的液体(例如水)，于是液体被注入投射系统的最后单元和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备的其他部分，例如可编程掩膜(即可控单元阵列)和投射系统的第一元件之间，和/或投射系统的第一元件和衬底之间。众所周知，浸没技术在现有技术中已用于增大投射系统的数值孔径。

而且，光刻设备可以配备有液体处理盒(cell)，以便允许液体和衬底的各受辐射部分之间相互作用(例如在有选择地将化合物加到衬底上或有选择地修改衬底的表面结构)。

光刻设备

图1示意地表示依据本发明实施例的光刻投影设备100。设备100至少包括辐射系统102、单独可控单元阵列104、载物台106(例如衬底台)和投射系统(“透镜”)108。

辐射系统102可用于提供辐射束110(例如UV辐射)，在特定情况下辐射系统也包括辐射源112。

单独可控单元阵列104(例如可编程镜面阵列)可用于将图案加在辐射束110上。一般说来，单独可控单元阵列104的位置可以是相对于投射系统108固定的。然而，在另一结构中，单独可控单元阵列104可以与定位装置(未图示)相连，从而可使阵列相对于投射系统108精确定位。如这里所述，单独可控单元阵列104为反射型(例如具有单独可控单元的反射阵列)。

载物台106可以配备有衬底夹持器(未专门示出)来固定衬底114(例如涂有光刻胶的硅晶片或玻璃衬底)，载物台106可以与定位装置116相连，以便将衬底114相对于投射系统108精确定位。

投射系统108(例如石英和/或CaF₂透镜系统或由这些材料制成的透镜单元的折反射系统或镜面系统)可以用于将从分束器118接收的具有图案的辐射束投射在衬底114的目标部分120(例如一个或多个管芯)上。投射系统108可以将单独可控单元阵列104的像投射在衬底114上。或者，投射系统108可以投射次级源的像，对于次级源来说单独可控单元阵列104的单元起快门作用。如下面将更详细讨论的，投射系统108也可以包括微透镜阵列(MLA)，用于构成次级源并将微斑点投射在衬底114上。

源112(例如三倍频的Nd:YAG激光器)可以产生辐射束122。辐射束122射入照射系统(照射器)124，或者直接射入或者穿过例如辐射束扩展器的调节装置126之后射入。照射器124可以包括调节装置128，后者用于设定调节辐射束122的斑点大小的缩放倍率。此外，照射器124一般包括各种其他单元，例如斑点产生器130和聚光器132。例如，斑点产生器130可以是(但不限于)折射或衍射光栅、分裂镜阵列、波导等。这样，照射在单独可控单元阵列104上的辐射束110在其截面上具有所需的缩放倍率、斑点大小、均匀度和强度分布。

应当指出，图1中源112可以装在光刻投影设备100的外壳内。在可供选择的实施例中，源112也可以远离光刻投影设备100。在这种情况下，辐射束122将被导入设备100(例如借助适当的导向镜面)。应当指出，这两种情况都在本发明考虑范围内。

在利用分束器118引导之后，辐射束110随后射在单独可控单元阵列104上。辐射束110受到单独可控单元阵列104的反射，穿过投射系统108，投射系统将辐射束100聚焦在衬底114的目标部分120上。

借助于定位装置116(和任选的在底座136上的干涉测量装置134，它接收经由分束器140来的干涉辐射束138)，衬底台106可以精确地移动，从而将不同目标部分120设置在辐射束110的路径上。使用时，单独可控单元阵列104的定位装置例如在扫描时可用于精确地修正单独可控单元阵列104相对于辐射束100路径的位置。一般说，载物台106的移动借助于长行程组件(粗调定位)和短行程组件(细调定位)实现，这两个组件在图1中没有画出。类似的系统也可用于定位单独可控单元阵列104。应当指出，用另一种方法/附加地，辐射束110可以是可移动的，而载物台106和/或单独可控单元阵列104可以具有固定的位置，以提供所需要的相对移动。

在本实施例的一个可选配置中，载物台106可以是固定的，而衬底114在载物台106之上可移动。若如此，载物台106在其平的上表面上具有许多开口，气体通过开口送入，以提供能支持衬底114的气垫。传统上将这称为气体支承配置。利用可以将衬底114相对于辐射束110的路径精确定位的一个或多个执行器(未图示)，在载物台106上移动衬底114。或者，通过有选择地启动和停止气体通过开口的流通，可以在载物台106上移动衬底114。

尽管这里将本发明的光刻设备100描述成用来将衬底上的光刻胶曝光，但应当指出，本发明并不限于这种应用，设备100也可在无光刻胶的光刻中投射具有图案的投影束110。

所描述的设备100可以以五种方式使用：

1.光学分步重复方式：一次(即单次”闪光”)将单独可控单元阵列104上整个图案投射在目标部分120上。载物台106沿x和/或y方向移动至不同位置，使各个目标部分120被具有图案的辐射束110照射。

2.扫描方式：除了给定目标部分120不是在单次”闪光”中曝光以外，其他基本上与光学分步重复方式相同。不同的是，单独可控单元阵列104在给定方向(所述”扫描方向”，例如y方向)以速度v移动，以扫描单独可控单元阵列104，产生具有图案的辐射束110。并行地，载物台106同时沿相同方向或相反方向以速度V＝Mv(式中M是投射系统108的放大率)移动。这样，可以曝光较大的目标部分120，而不损害分辨率。

3.脉冲方式：单独可控单元阵列104保持基本上静止，利用脉冲辐射系统102将整个图案投射在衬底114的目标部分120上。载物台106以基本上恒定的速度移动，这样使具有图案的辐射束110横过衬底106进行线扫描。在辐射系统102的脉冲之间按需要更新单独可控单元阵列104上图案，并且将脉冲这样定时，以便将衬底114上所需位置的顺序的目标部分120曝光。因此，具有图案的辐射束110可以横过衬底114扫描，以便将完整的图案曝光在一条衬底114上。重复所述过程，直至整个衬底114被逐行曝光。

4.连续扫描方式：基本上与脉冲方式相同，不同之处在于使用基本上不变的辐射系统102，并且随着具有图案的投影束110横过衬底114扫描和曝光衬底而更新单独可控单元阵列104上的图案。

5.像素网格成像方式：通过由斑点产生器130形成的射向阵列104的斑点的连续曝光而实现在衬底114形成的图案。所述曝光斑点具有基本相同的形状。印刷以大体上网格的形式印刷一个衬底114的斑点。在一个例子中，斑点的尺寸比印刷的像素网格的间距大，但是比曝光的斑点网格小很多。通过改变印刷的斑点强度，就能获得图案。可以在曝光的闪光之间改变斑点上的强度分布。

也可以使用上述方式的组合和/或变型或者完全不同的方式。

成像系统

图2示出根据本发明的实施例的单独可控单元阵列104的一种配置。根据所示的配置，将阵列104中各单元组一起以”超像素”10的形式成像。但是，将单像素各自成像(不是用超像素)的方案仍然在本发明的范围内。每一个(超)像素10产生子辐射束35，所述子辐射束通过光学系统30，所述光学系统30简化为由两块单透镜31和32组成，在两个透镜之间配置有孔径光栏33。所述位置上的孔径光栏33用于减小到达衬底114的无用的辐射的电平。在通过光学系统30后，每一个(超)像素10的辐射落在微透镜阵列16中的微透镜15上，微透镜15将每一个子辐射束35聚焦在衬底114表面的局部区域或”斑点”(20a-20d)上。图中示出超像素10的典型配置并包括一个5x5单元的方形网格。通过控制单独可控单元阵列104中组成每一个(超)像素10的单元的倾斜度可以控制入射激光的每一次闪光在斑点网格20中每一个斑点的强度。

在斑点网格20中斑点的间隔可以有300微米左右，这个数据比典型的临界尺寸(CD)(最小成像特征的度量)大很多，所述临界尺寸通常在3微米左右。可以实现局部曝光(“曝光的斑点网格”)更大密度的图案，其方法是：利用周期性闪光的激光源并且沿扫描方向Y移动衬底，同时，使矩形斑点网格的轴22之一相对于扫描轴Y偏离一个小角度(见图3)。根据所述实施例，所述激光器配置成以50KHz的频率闪光，衬底以每秒62.5mm速度移动。所述结果在于，在Y方向上局部曝光的间隔为1.25微米。在与扫描方向Y垂直的X方向上的间隔依赖于斑点网格相对于扫描轴Y的角度。(这些值和其它实施例提供的值都用实例提供，没有限制。)

图3示意地示出表示配置成在衬底114上产生均匀剂量图或图案的斑点网格的实时快照的配置。实心圆圈表示给定时间斑点网格中各斑点的位置，而空心圆圈表示前面几次被写入的斑点(即它们表示”曝光斑点”，也称为曝光网格中的”局部曝光”)。虽然所示图例在感兴趣的区域没有重叠，但是每一个斑点的强度剖面通常都与其邻域重叠。图中衬底114沿Y轴相对于投射系统108和斑点网格向前移动，所述斑点网格保持与页面固定。为清楚起见，轴22与Y轴的夹角被跨大了，用于工作设备的角度可以小很多(斑点间隔24与斑点间隔26的比值也将相应的比例子中所示的大很多)。斑点20a至斑点20d与图2用相同方式编号的聚焦辐射束对应，而与沿轴线22观察到的不同。

根据所述配置，Y方向的邻域斑点(例如，斑点41和42)以相对密集的间隔时间成像，所述间隔时间是由激光束的周期(0.02ms)隔开的。另一方面，X方向的邻域斑点(例如，斑点43和44)，是以完全不同的间隔时间成像。例如，在斑点网格中斑点之间的间隔为320微米的情况下，曝光斑点的距离为1.25微米时将需要256次闪光，以便对X方向上的下一个邻域曝光。

图4给出了本发明与之有关的数据路径部分的结构说明。如上所述，控制信号沿数据路径70被发送给阵列104。在数据路径中设置单元，以便通过输入装置400(通常以附有说明的形式提供，例如基于矢量的形式)把光刻设备的用户所需的剂量图或辐射图案转换成信号，所述信号将使阵列104在衬底114上产生所需剂量图。这些单元包括图4说明的数据变换装置50，所述数据变换装置配置成分析输入数据流(包括(通常部分处理的)所需图案版本)，并把需要的信号输出给阵列104或在数据流传送给阵列104之前处理数据流的装置。数据变换装置50的部分功能包括为所需剂量图的每一个像素(例如，所述像素能够在与衬底114相对的点网格上确定)确定阵列104的哪一个超像素需要驱动及驱动的程度。所述数据变换装置50能有效地计算最佳子辐射束的强度，用于在衬底114上执行各个局部曝光。然后在超时后由局部曝光阵列生成所需剂量图，所述局部曝光阵列是随斑点网格在衬底114的表面移动而产生的。为阵列104提供最佳子辐射束强度的过程因每一次激光器闪光而复杂化，每一个超像素在衬底上产生(不均匀)的照射区域比衬底网格单元的照射区域大，使得对于每一次局部曝光，所需的子辐射束强度将取决于在局部曝光周围区域中所需剂量图。

所需剂量图可以表示为包括单元的列矢量，所述列矢量表示在衬底114的每一个网格位置上的列所需的强度。用度量学体系的坐标系统中相对于它们的坐标：x_mF、y_mF能够规定在所需剂量图中的所述网格的位置。如上所述，根据来源于阵列104中超像素的曝光斑点集可以生成所需剂量图。所有这些斑点都将具有确定的点扩展函数，描述截面强度之间的空间相关性。此外，在斑点网格中期望位置的所有斑点的位置中将出现变化，所述变化是由用于对斑点聚焦的微透镜阵列的不规则性引起的。斑点位置和斑点的点扩展函数的形状都可以通过校正数据级装置52输入给数据变换装置50。

用此方法构成图像的过程称为像素网格成像。所述过程包括通过衬底114上所有可能的网格位置中各斑点的贡献生成所需剂量图。数学上，所需剂量图等于每个曝光斑点上所有可能曝光的斑点所需强度乘以每个曝光斑点的点扩展函数之和。它可以用以下方程表示：

$D(x_{\mathrm{MF}},y_{\mathrm{MF}})=\underset{n}{\overset{\mathrm{all\; exp\; osedspots}}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n\·{\mathrm{PSE}}_n((x_{\mathrm{MF}}-x_n),(y_{\mathrm{MF}}-y_n)),$

其中，I_n表示曝光斑点n所需的单个曝光斑点的强度，PSF_n((x_MF-x_n)，(y_MF-y_n))表示点扩展函数(曝光斑点n的位置x_MF，y_MF上的强度贡献)，x_n和y_n表示单个曝光斑点的位置，而D(x_MF，y_MF)表示所需剂量图。

数据变换装置50要解决的问题有：给定所需剂量图和点扩展函数的信息(作为校正数据给出)，需要提供给图像尽可能精确的所需剂量图的单个曝光斑点的强度是多少？

上述方程可以用矢量形式写作为：

[D]＝[K]·[I]

其中列矢量[D]表示离散(即在具体的衬底网格位置上规定的)的所需剂量图，列矢量[I]表示单个曝光斑点的强度，而矩阵[K]表示离散的点扩展函数。

矩阵[K]包含有关每单个曝光斑点的点扩展函数(位置和形状两者的)。因此，根据本发明，需要以下信息以便产生矩阵[K]：

1)扫描速度/激光选通脉冲频率；

2)微透镜阵列斑点的位置；

3)微透镜阵列点扩展函数的形状；以及

4)微透镜阵列相对于衬底扫描方向(Y轴)的旋转位置。

为了解决上述问题，数据变换装置50配置成确定单个曝光斑点的强度，使[D]-[K]·[I]最小。为了估计这个最小值需要进行归一化。由于所述方法适用于管道环境(例如，不是所有曝光斑点读同时写入衬底)的事实和MLA斑点用于印刷许多曝光斑点(利用许多不同的激光脉冲)的事实，就需要使用通用的归一化，在所述归一化中不能使用所需图案的具体知识。这些具体知识的应用原则上可被组合，但是将增加设备的成本。

这样，最小二乘法可以适用，由数据变换装置50解决的问题可以表示为：

${\min }_{I_n}{\left|\right|\left[D\right]-\left[K\right]\·\left[I\right]\left|\right|}_2.$

有几种方法可以用于求解通用型的最小二乘法问题：

1)几何方法，利用Jacobians(一种迭代法)方法等；

2)代数法，利用迭代方法(例如Gauss-Seidel)；以及

3)代数法，利用直接方法(例如Gauss-Jordan方法，利用矩阵反演)。

本实施例使用的方法属于第三类。相对于选择需要的迭代和实时有效实现最小二乘法拟合，本方法具有更快(一旦确定反演矩阵)的优点。此外，它显示确定的性能：在各种各样的条件下具有可预测的收敛性和更快的速度。相反迭代方案常常不能高精度地预测在可接受的误差限度内为解决收敛问题它需要多长时间。而且，对于避免重用中间结果的本方法，由数据路径中硬件的有限字长引起的舍入问题最小。最后，由于准备计算困难(例如，矩阵反演等)可以脱机在大字长域(例如浮点域)中执行，而不是在实际成像过程中(当数据路径正在处理大量数据时)不得不实现额外计算。

本实施例面对的一个问题是矩阵[K]不是一个方阵。其大小由曝光斑点n的数目和离散的网格点数目确定，在网格点中规定了所需剂量图(列矢量[D]的长度)。这样，就不能利用标准数学方法计算矩阵[K]的反演。但是能够通过计算”伪反演”来实现(例如见”LinearAlgebra and its Application“，第三版，Gilbert Strang，pages 449和450，上述内容被全面参照而结合在本申请中)。在以下的说明中，伪反演被表示为[K]⁺。例如可以使用Moore-Penrose定义的伪反演，但是也可使用其它模拟的定义。下面进行详细说明。

Moore-Penrose矩阵的反演称为”矩阵1-反演”的伪反演一般类型中的特殊情况。有时称为”一般化的反演”，或简称为”伪反演”。矩阵[K]的Moore-Penrose反演[K]⁺应满足以下关系：

[K][K]⁺[K]＝[K]，

[K]⁺[K][K]⁺＝[K]⁺，

([K][K]⁺)^T＝[K][K]⁺，以及

([K]⁺[K])^T＝[K]⁺[K]。

问题[D]＝[K]·[I]的最短的最小二乘法的解(表示为

${\min }_{I_n}{\left|\right|\left[D\right]-\left[K\right]\·\left[I\right]\left|\right|}_2,$

见上面)可以写成以下形式：[I]＝[K]⁺·[D]。

如果([K]^T[K])的反演存在，那么伪反演[K]⁺就可以表示为：

[K]⁺＝([K]^T[K]^-1[K]^T，

其中[K]^T为矩阵的转置。这可以通过在方程[D]＝[K]·[I]的两边乘以[K]^T生成方阵([K]^T[K])来说明，对所述方阵进行反演可以得到：

[I]＝([K]^T[K])^-1[K]^T·[D]≡[K]⁺·[D].

本发明实施例使用的激光模式为TEM₀₀，所述模式给出了Gauss形状的强度剖面图，所述剖面图维持到通过光学系统一直到衬底114的整个路径。但是也可以使用其它激光模式和强度剖面图。连续的强度图案由排列成稍有重叠的相邻曝光斑点实现。如上所述，根据本发明的一个实施例最小的曝光斑点间隔为1.25微米，其Gaussian标准差为0.75微米。在与给定的光学列相关的斑点网格的行(沿与扫描方向Y的衬底最接近平行的斑点网格轴确定)中，X方向(与衬底的扫描方向Y垂直)上曝光斑点之间重叠的程度可以通过改变围绕与投射系统108的光学轴平行的轴的光学列的旋转角度控制。但是所需剂量图的特征沿X方向从斑点网格的第一行成像的区域扩展到从斑点网格的第二行的成像区域，并不能再用机械的方式把每一行产生的图案之间的重叠控制在所需的范围内，以便在连接点的区域中产生均匀的剂量图。因此，需要把斑点网格的每一行的图案都”缝合”在一起以便产生均匀的剂量图的方法。由于缝合是与一起连接同一光学列的不同部分产生的图案，因而这种缝合称作”列内缝合”。

“内部列缝合”需要把图案从第一光学列成像区域扩展到由第二光学列成像区域。在上述缝合中，重叠可以出现在明显比标称范围更大范围的曝光斑点之间。当为了增加曝光强度人为地将衬底扫描速度减慢时就出现第三种相关情况。其中扫描方向上曝光斑点的重叠增加(例如激光频率保持恒定)。

当为达到给定所需剂量图计算所需的曝光斑点的强度时，增加曝光斑点重叠的上述例子就会出现问题。具体地说，根据本发明的实施例使用点扩展函数的伪反演，彼此非常接近的曝光斑点将导出奇异矩阵[K]，当计算伪反演时将得到数值不稳定性。这会对数据变换装置50的有效性和可靠性产生负面影响。

在列内缝合的情况下，不稳定性问题可以明显地观察到，即，带有相同点扩展函数的两个曝光斑点完全重叠。这种情况导致矩阵[K]两行相同，这意味着矩阵是奇异的和不可反演的(最小的奇异值为0-奇异值由参照奇异值分解(SVD)方法确定的；见”Digital ImageProcessing”，by Kenneth R.Castleman，page 642，上述文献被全面参照结合于本申请)。十分接近(但没有精确重叠)的曝光斑点将导出非常小的奇异值和高的奇异矩阵。所述数值不稳定性的一种实际影响在于需要给硬件提供大的动态范围，以便执行精确的数值计算，所述数值的幅度变化很大。如果相关的数值在大小上很接近，则计算可以更加有效地实现。对于给定矩阵情况下的范围可以由称为与矩阵相关的”条件数字”量度，矩阵给出了有关矩阵是怎样奇异的信息。条件数字定义为最大的奇异值λ_max与最小的奇异值λ_min的比值。

如上所述，对于列内缝合，人们通常关心一个光学列中两行曝光斑点之间重叠的缝合。在最坏的情况下，斑点网格行之间的重叠区域可以小到4个曝光斑点。重叠数量由微透镜阵列的角位置、载物台106的角位置和单个斑点的位置误差确定。原则上可以使用逐渐缩减的方式(其中，在重叠区域上每一个重叠行的强度逐渐减小)，但是实际上由于逐渐缩减的剖面相对于点扩展函数倾斜非常多，重叠区域要包括这样少的曝光斑点也是很困难的。在这种情况下，要避免产生大的误差是很困难的(或者如果这些误差被减小至少会明显增加制造成本)。这就是为什么把逐渐缩减看作是本实施例提供低分辨率的主要原因。

处理大量曝光斑点重叠问题可以使用三种方法。

首先，附加平衡方程可以在它作为附加行变换之前加到矩阵[K]中，所述行包含从获得的反演矩阵移去平衡方程。包含的附加行使两个曝光斑点可以有效地与加给每一个的权重结合在一起。

第二，与每一个光学列相关的较小的核(即单独的伪反演矩阵)在它们用于列间缝合的重叠区域，通过逐渐缩减重叠区域中相关的每一个光学列的强度贡献而被缝合在一起。

第三，正如下面将详细说明的，奇异值分解(SVD)方法可以在矩阵反演之前用于将矩阵[K]分解为正交的特征矢量和奇异值。一旦用所述方法曝光/鉴别，所述小的奇异值(所述奇异值是数值问题引起的)可以清除，使反演过程有效地实现。被清除的小奇异值可以是，例如幅度小于阈幅度的奇异值(例如，幅度值比最大奇异值幅度的10％还小的奇异值)。其结果能更有效地处理重叠区域，也加快了实时实现最小二乘法拟合的速度。两个效应改善了光刻设备的性能。

平衡方程的应用有效地处理曝光斑点，所述曝光斑点作为具有减小的权重的分离的曝光斑点靠近在一起或重叠。例如，两个精确重叠的曝光斑点可以分裂成分离的曝光斑点，这些曝光斑点在稍微不同的位置上，辐射强度降低了50％(也可以选择其它有关权重)。可惜的是用这种方法会出现一些副作用。也许这些问题中最重要的是与这样的事实有关，即，用两个分离和加权的曝光斑点表示的新实体不再象单个曝光斑点那样具有相同的空间强度分布(有效地改变了点扩展函数)。由于没有恰当的考虑把所需剂量图变换成应用于单独可控单元阵列的信号，以及由于这种计算依赖于多少具有一些相同的点扩展函数的单个曝光斑点，这种反常特性将引起误差。

一般地说，平衡方程将起与相邻的曝光斑点强度连接在一起的作用，并生成大的有效曝光斑点和/或用各向异性的方式扩展有效曝光斑点。这方面的一个结果是，这样的曝光斑点的强度将需要考虑比通常的曝光斑点所需更大范围的剂量图。

SVD方法不会产生与以上讨论的相同的问题，并可以用于列内缝合、列间缝合(其中大矩阵[K]用于表示两个或两个以上的光学列，并且其中一个认为是由同一矩阵表示的光学列之间的重叠)，及增加由减小扫描速度引起的Y方向的重叠。

忽略小奇异值的方法在处理MURA问题上优于其它方法。作为平板显示器应用中的特殊问题的MURA是明显的缺点，所述缺点是由于显示区域比其它区域更容易确定而出现的。由于给定区域曝光斑点的高强度允许所需剂量图达到更高的精度，所述缺点可以出现在缝合情况下，或出现在慢速扫描引起的扫描方向中减小曝光斑点间距的情况下。例如在列内缝合的情况下，通常每300微米左右(与斑点网格重复距离对应)就可发现这样的增加的曝光斑点稠密度。剂量图的分辨率中获得的周期性变化可以是很明显的。忽略小奇异值的方法具有保持衬底上更加恒定的曝光斑点强度的作用，因而避免了MURA现象。所述方法的另一个优点是，它对光学列的角位置中的移动的灵敏度比基于逐渐缩减的方法的灵敏度低。

列间缝合的问题与列内缝合的问题不同，列间缝合中的重叠区域大很多。典型的重叠可以大大地大于1mm，所述间距与大约800个曝光斑点对应。因而在不出现遇到的相同精度问题的情况下，如果逐渐缩减用于列内缝合时，逐渐缩减可以用于由不同光学列产生的图案中间。但是使用[K]⁺的直接矩阵反演的方法特别适用这种情况。这是因为矩阵[K]没有作为整体(结合所有光学列)被反演，而是利用很小的核(每一个光学列一个，它们的组合构成矩阵[K])计算出来。这些较小的核可以逐一地反演并缝合在一起(利用重叠区域的逐渐缩减)，以便得到被缝合矩阵

所述方法还具有这样的优点，在不需要为每一个光学列重新产生反演矩阵的情况下，两个光学列之间(沿X和Y)小的移动可以校正。不同的是，所述校正可以建立用于确定逐渐缩减的函数。所述校正可以应用于例如空间变换算法，所述算法涉及设计的图案坐标系统和曝光的图案坐标系统(即，从载物台校准系统/控制系统提供的参数集导出的扫描移动坐标系统)之间的变换。根据空间变换算法的结构可以配置成提供带有所需剂量图[D]的每一个较小的核，所述所需剂量图将与计算网格对准，所述计算网格用于产生用于光学列集

的反演的逐渐缩减矩阵。

与缝合相关的又一个问题是关于曝光图案中缝合区域的标识。如上所说，用像素网格成像，衬底114上的曝光图案在超时后建立，使得忽略的曝光斑点通常以不同的时间曝光。由于它可能不知道光学印刷的图案在哪里，所以，所述方案很难鉴别受缝合影响的图案区域。这就产生了一个问题，即，什么时候评估缝合策略的有效性，更一般的说是什么时候评估写入衬底的图案的图像质量。

可以通过在将实现缝合的地方附近断开具体像素来解决这个问题。由于缝合是因硬件特征而出现(对于列内缝合和列间缝合)，所以选择的像素很容易鉴别。死像素的故意引入导致在曝光图案上沿着扫描方向形成平行的细线，并且这些平行线可以用于表示扫描区域的缝合位置。例如，可以选择靠近斑点网格中给定行(之前确定的行，沿与扫描方向Y最平行的斑点网格的轴)末端的像素表明列间缝合，靠近单独光学列边缘的像素可以用于表示列间缝合。缝合区域的这种标记可以在与激活单独可控单元阵列，而不是与数据路径的结构部分相关的硬件中执行。由于特别容易实现，所以作为例子给出了直平行线，但是可以将硬件编程以便提供其它标记特征(例如虚线)以便表示出现缝合的地方。

结论

虽然以上描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，只是以举例的方式介绍这些实施例，并不构成限制。本专业的技术人员显然清楚可以做出形式和细节上的变化而并不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明的广度和范围应该不受上述任何示范性实施例的限制，而应按照后附的权利说明书及其等价物确定。

详细说明部分主要是用来解释权利要求书。综述和摘要部分描述一个或多个，但不会是发明者考虑的本发明的所有示范性实施例，因而没有局限于权利要求书的范围。

Claims (10)

1.一种光刻设备，它包括：

投射系统，它配置成将辐射束以子辐射束阵列的形式投射到衬底上：

单独可控单元阵列，它配置成调制所述子辐射束；以及

包括至少一个数据变换装置的数据路径，所述至少一个数据变换装置配置成至少部分地将确定所需图案的数据转换成适合控制所述单独可控单元阵列的控制信号，以便在所述衬底上实际地成所述所需图案，

其中，所述至少一个数据变换装置配置成通过将点扩展函数矩阵的伪反演形式应用于表示所述所需图案的列矢量来实现所述转换，所述点扩展函数矩阵包括有关斑点的点扩展函数的形状和相对位置的信息，所述斑点在给定时间由所述子辐射束之一在衬底上曝光。

2.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述伪反演形式是通过所述点扩展函数矩阵的奇异值分解而获得的形式。

3.如权利要求2所述的光刻设备，其中，在反演前排除幅度小于阈幅度的所述点扩展函数的奇异值。

4.如权利要求3所述的光刻设备，其中，所述阈幅度等于最大奇异值幅度的50％。

5.如权利要求1所述的光刻设备，其中，所述列矢量表示在所述衬底上多个网格位置确定的所述所需图案。

6.一种器件制造方法，它包括：

将辐射束以子辐射束阵列的形式投射到衬底上；

用单独可控单元阵列调制所述子辐射束；以及

在数据路径上的数据变换装置中至少部分地将确定所需图案的数据转换成适合于控制所述单独可控单元阵列的控制信号，以便在所述衬底上实际地形成所述所需图案，

其中，通过将点扩展函数矩阵的伪反演形式应用于表示所述所需图案的列矢量来进行数据的至少部分转换，所述点扩展函数矩阵包括有关斑点的点扩展函数的形状和相对位置的信息，所述斑点在给定时间由所述子辐射束之一曝光在所述衬底上。

7.如权利要求6所述的器件制造方法，其中伪反演矩阵是通过以下步骤获得的：

利用奇异值分解法分解点扩展函数矩阵并获得奇异值；以及

根据分解的点扩展函数矩阵获得点扩展函数矩阵的伪反演形式。

8.如权利要求7所述的器件制造方法，其中，在反演之前排除幅度小于阈幅度的点扩展函数矩阵的奇异值。

9.如权利要求8所述的器件制造方法，其中，所述阈幅度等于最大奇异值的幅度的10％。

10.如权利要求1所述的器件制造方法，其中，所述列矢量表示在所述衬底上多个网格位置确定的所述所需图案。

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