CN118435128A

CN118435128A - 用于光刻成像的方法和设备

Info

Publication number: CN118435128A
Application number: CN202280083983.2A
Authority: CN
Inventors: E·P·施密特-威尔; K·巴塔查里亚; 千东永; A·J·范莱斯特
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2024-08-02
Also published as: JP2025500951A; US20250036033A1; WO2023117263A1

Abstract

一种补偿衬底上的聚焦偏差的方法，在所述衬底上存在多个层，所述方法包括产生用于所述衬底的焦距预测图(108)。在一种方法中，通过使用对准传感器获得所述衬底上的关键性能指标(KPI)数据(106)，确定所述KPI数据与所述衬底上的位置的聚焦偏移数据(102)之间的相关性，以及使用所述相关性和所述KPI数据，产生用于所述衬底的焦距预测图。在另一方法中，通过获得第一层的第一层高度图、利用水平传感器测量覆盖所述第一层的第二层的第二层高度图、以及从所述第二高度图减去所述第一高度图以获得所述衬底的增量高度图，来产生所述预测图。

Description

用于光刻成像的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年12月20日提交的临时专利申请US 63/291,634的优先权，该临时专利申请通过引用而被整体合并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于在光刻设备中使用的量测方法和工具，并且更具体地涉及提供聚焦校正功能的方法和工具。

背景技术

光刻设备是一种将期望的图案施加至衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于产生要在IC的单层上形成的电路图案。可以将所述图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或若干个管芯)上。典型地，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网格。已知的光刻设备包括所谓的步进器和所谓的扫描器，在步进器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上来辐照每个目标部分，在扫描器中，通过在辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描图案的同时平行或反向平行于该方向同步地扫描衬底来辐照每个目标部分。还可以通过将图案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转印到衬底上。

发明内容

为了允许多个经图案化的层被定位在衬底上，期望准确地设置所述衬底相对于辐射束和图案形成装置的位置。这可以通过将所述衬底准确地定位在衬底台上并且相对于所述辐射束和所述图案形成装置定位所述衬底台来执行。

可以执行所述衬底的对准。在一个对准系统中，测量所述衬底上的多个对准标记以导出坐标系，将所述坐标系与经建模栅格进行比较以导出所述衬底上的特征的位置。所述衬底在所述衬底台上的夹持、或在非光刻过程步骤中发生的晶片变形可能导致所述衬底的变形，可以通过将测量值与栅格进行比较来监测所述衬底的变形。可以创建描述所述晶片栅格的模型，所述模型被用于曝光晶片以便补偿所述变形。

特别关注的一个性质是重叠，即在所述衬底上所形成的多个连续层的对准。可以使用如上文描述的经建模栅格来进行重叠的测量。可以产生描述在所述衬底上相对于先前层的重叠误差的栅格模型，并在控制回路中使用所述栅格模型以确保批次间一致性。

本发明涉及一种用于补偿其上存在多个层的衬底上的聚焦偏差的方法和设备，包括：使用光刻设备的对准传感器获得所述衬底上的多个对准标记中的每个对准标记的关键性能指标数据；确定所述关键性能指标数据和所述衬底上的对应于多个对准标记的位置的位置的聚焦偏移数据之间的相关性；以及使用所述相关性和所述关键性能指标数据，产生用于所述衬底的焦距预测图。在实施例中，可以使用聚焦栅格模型上的位置而不是对准标记本身的位置。

在一方面中，存在一种补偿衬底上的聚焦偏差的方法，在所述衬底上存在多个层，所述方法包括：获得所述多个层中的第一层的第一层高度图；使用水平传感器测量所述多个层中的第二层的第二层高度图，其中所述第二层覆盖所述第一层；从所述第二层高度图减去所述第一层高度图以获得所述衬底的增量高度图；以及使用所述增量高度图来产生用于所述衬底的焦距预测图。

在一方面，提供了一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案施加到一系列衬底，所述方法包括使用本文中描述的方法校正后续层的焦距，并且将所述器件图案曝光到所述衬底上。

在一方面，提供了一种包括机器可读指令的非暂时性计算机程序产品，所述机器可读指令被配置成使处理器执行本文中所描述的方法。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，其中：

图1示意性地描绘了光刻设备的实施例；

图2示意性地描绘了光刻单元或簇的实施例；

图3示意性地描绘了用作量测装置的散射仪的实施例；

图4示意性地描绘了用作量测装置的散射仪的另一实施例；

图5描绘了被形成在衬底上的复合量测目标；

图6示出了所测量的晶片品质与μDBO(基于微衍射的重叠)测量结果之间的相关性；

图7示出了根据实施例的工作流程；以及

图8示出了根据实施例的工作流程。

具体实施方式

在详细描述实施例之前，呈现可以实现实施例的示例环境是有益的。

图1示意性地描绘了光刻设备LA。所述设备包括：

-照射系统(照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束B(例如，DUV辐射束或EUV辐射束)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，所述支撑结构构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置成根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；

-衬底台(例如，晶片台)WTa，所述衬底台被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置成根据某些参数准确地定位衬底的第二定位装置PW相连；以及

-投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或其任何组合，用于引导、成形或控制辐射。

所述图案形成装置支撑结构以依赖于所述图案形成装置的取向、所述光刻设备的设计和诸如所述图案形成装置是否保持在真空环境中之类的其它条件的方式保持所述图案形成装置。图案形成装置支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述图案形成装置的支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要是固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑结构可以确保所述图案形成装置(例如，相对于所述投影系统)位于期望的位置上。本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文中使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为表示可以被用于在辐射束的截面中赋予所述辐射束图案以便在所述衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应注意，被赋予至所述辐射束的图案可以不与所述衬底的目标部分中的期望的图案精确地对应(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予至所述辐射束的图案将与在所述目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层相对应。

所述图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，包括诸如二元掩模、交替相移掩模、和衰减相移掩模、以及各种混合掩模类型的掩膜类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独地倾斜以便在不同方向反射入射的辐射束。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。

在本文中所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型以及静电型光学系统或者它们的任意组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空之类的其它因素所适合的。本文中使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。

如本文中所描绘的，该设备是透射型的(例如，采用透射型掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上文所提及类型的可编程反射镜阵列，或采用反射型掩模)。

所述光刻设备可以属于具有两个台(双平台)或更多个台(例如，两个或更多个衬底台、两个或更多个图案形成装置支撑结构、或衬底台和量测台)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用额外的台，或者在一个或更多个台上执行准备步骤，而同时使用一个或更多个其它台用于曝光。

所述光刻设备还可以是如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以填充投影系统与衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至所述光刻设备中的其它空间，例如所述掩模与所述投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中公知用于增加投影系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没在液体中，而是“浸没”仅意味着在曝光期间液体位于所述投影系统与所述衬底之间。

参考图1，所述照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和所述光刻设备可以是分立的实体，例如当所述源是准分子激光器时。在这样的情况下，所述源并不被认为是构成所述光刻设备的一部分，并且所述辐射束被借助于包括例如适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD而从所述源SO传递至所述照射器IL。在其它情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如，当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL以及需要时设置的所述束传递系统BD一起称为辐射系统。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以调整所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调整所述辐射束，以便在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B入射到保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且由图案形成装置进行图案化。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B传递通过投影系统PS，所述投影系统将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、2-D编码器、或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WTa，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。通常，可以通过形成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT的移动。类似地，可以采用构成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WTa的移动。在步进器的情况下(与扫描器相反)，图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。

图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。虽然图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间(这些被称为划线对准标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于这些管芯之间。小的对准标识也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标识尽可能小且不需要任何与相邻的特征不同的成像或过程条件。下面进一步描述检测对准标识的对准系统。

所描绘的设备可以在以下模式中的至少一种中使用：

-在步进模式中，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa基本上保持静止，而赋予到辐射束的整个图案被一次投射到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后，衬底台WTa在X和/或Y方向上移动，使得可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，所述曝光场的最大大小限制了在单次静态曝光中被成像的所述目标部分C的大小。

-在扫描模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WTa相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向。在扫描模式中，所述曝光场的最大大小限制了单次动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度决定了所述目标部分C的高度(沿扫描方向)。

-在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WTa进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WTa的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可以易于被应用于利用可编程图案形成装置(诸如上述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术。

也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。

光刻设备LA是所谓的双平台类型，所述双平台类型具有两个台WTa、WTb(例如，两个衬底台)和两个站—曝光站和测量站—这两个台可以在这两个站之间交换。例如，当一个台上的衬底在曝光站上进行曝光时，另一衬底可以被装载到测量站处的另一衬底台上，并且执行各种预备步骤。所述预备步骤可以包括使用水平传感器LS来映射所述衬底的表面控制，并且使用对准传感器AS来测量所述衬底上的对准标识的位置，两个传感器都由参考框架RF支撑。如果所述位置传感器IF在所述测量站和所述曝光站处时都不能测量台的位置，则可以设置第二位置传感器以实现在两个站处追踪所述台的位置。作为另一示例，当一个台上的衬底正在所述曝光站处被曝光时，不具有衬底的另一台在所述测量站处等待(其中可选地可以发生测量动作)。该另一个台具有一个或更多个测量装置并且可以可选地具有其它工具(例如清洁设备)。当衬底已经完成了曝光时，不具有衬底的台移动至曝光站以执行例如测量，并且具有衬底的台移动至其中卸载了衬底并且装载另一衬底的部位(例如测量站)。这些多台布置能够显著增加所述设备的生产量。

如图2中示出的，光刻设备LA可以构成光刻单元LC的一部分，并且有时被称为光刻元或光刻簇，光刻单元还包括用于在衬底上进行一个或更多个曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的一个或更多个旋涂器SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的一个或更多个显影剂DE、一个或更多个激冷板CH和一个或更多个焙烤板BK。衬底输送装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同过程装置之间移动所述衬底，并且随后传递至所述光刻设备的进料台LB。这些装置通常被统称为轨道或涂覆显影系统，并且处于轨道或涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，所述轨道控制单元TCU本身由所述管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制所述光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和处理效率。

为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，期望检查衬底以测量一个或更多个性质，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，则可以对一个或更多个后续衬底的处理进行调整。例如，在所述检查可以很快完成且足够迅速使得同一批次的另一衬底仍处于待处理状态的情况下，这可能是特别有用的。此外，已经被曝光的衬底可以被剥离并返工以改善良率，或被丢弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行曝光。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。另一可能性是调试后续处理步骤的设置以补偿误差，例如，可以调整修整蚀刻步骤的时间以补偿由光刻过程步骤产生的衬底至衬CD变化。

在实施例中，图案形成装置MA可以设置有功能图案(即，将形成操作装置的一部分的图案)。替代地或额外地，图案形成装置可以设置有不形成功能图案的一部分的测量图案。测量图案可以例如位于功能图案的一侧。例如，测量图案可以用于测量图案形成装置相对于光刻设备的衬底台WT(参见图1)的对准，或者可以用于测量一些其它参数(例如，重叠)。本文中描述的技术可以应用于这样的测量模式。

根据本发明的各种实施例，所测量的或所模拟的晶片特征和光刻设备属性可以用于更新掩模版的设计以改善性能。在一个实例中，量测目标(测量图案)的部位可以根据晶片的所测量的及/或所模拟的特征而定位，使得减小晶片特征及设备属性的影响。替代地，晶片和/或光刻系统的类似特征可以用于更新功能图案的位置和/或取向。

通过介绍的方式，描述了利用量测目标的检查设备的操作。使用检查设备来确定衬底的一个或更多个性质，尤其是确定不同衬底或同一衬底的不同层的一个或更多个性质如何在不同层间和/或跨越衬底而变化。所述检查设备可以被集成到所述光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了实现最快速的测量，需要使检查设备紧接着曝光之后测量经曝光的抗蚀剂层中的一个或更多个特性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度-在已被辐射曝光的抗蚀剂部分与尚未被辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅存在极小折射率差-并且并非所有的检查设备都具有足够的灵敏度来对潜像进行有效测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，该步骤通常是在曝光的衬底上进行的第一步骤，并且增加抗蚀剂的曝光和未曝光部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。也可以对显影后的抗蚀剂图像进行测量-此时，抗蚀剂的被曝光的部分或未被曝光的部分已被移除，或在图案转印步骤(诸如蚀刻)之后进行被显影的抗蚀剂图像的测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底的返工的可能性，但仍可以提供例如用于过程控制的有用信息。

图3描绘了散射仪SM1的实施例。它包括将辐射投影到衬底6上的宽带(白光)辐射投影仪2。所述反射辐射被传递至光谱仪检测器4，所述光谱仪检测器测量所述镜面反射辐射的光谱10(即，作为波长的函数的强度的测量结果)。根据该数据，可以通过处理单元PU来重构产生所检测的光谱的结构或轮廓，例如通过严格耦合波分析和非线性回归、或通过与如图3的底部示出的模拟光谱库的对比来执行所述重构。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且根据对于制造所述结构的过程的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的几个参数待根据散射测量数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

图4中示出了散射仪SM2的另一实施例。在该装置中，由辐射源2发射的辐射被使用透镜系统12通过干涉滤波器13和偏振器17来聚焦，被部分反射表面16反射，并经由显微镜物镜15被聚焦到衬底W上，所述显微镜物镜15具有期望地至少0.9或至少0.95的高数值孔径(NA)。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径大于1的透镜。然后，反射辐射通过部分反射表面16传输到检测器18中，以便检测散射光谱。检测器可以位于背向投影式光瞳平面11中，所述光瞳平面位于透镜15的焦距处，然而，所述光瞳平面可以替代地用辅助光学器件(未示出)重新成像到检测器18上。所述光瞳平面是这样的平面：其中辐射的径向位置限定入射角并且角位置限定所述辐射的方位角。检测器期望是二维检测器，从而可以测量衬底目标的二维角散射光谱(即，作为散射角的函数的强度的测量)。检测器18可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以具有例如每帧40毫秒的积分时间。

参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到部分反射表面16上时，其一部分作为参考束通过所述表面朝向参考反射镜14传输。然后将参考束投影到同一检测器18的不同部分上。

一个或更多个干涉滤波器13可用于选择在例如405nm至790nm或甚至更低(例如200nm至300nm)的范围内的所关注的波长。所述干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替一个或更多个干涉滤波器，或者除了一个或更多个干涉滤波器以外可以使用光栅。

检测器18可以测量单个波长(或窄波长范围)处的散射辐射的强度，分别在多个波长处的强度或在波长范围上积分的强度。此外，检测器可以分别测量横向磁(TM)偏振和横向电(TE)偏振的辐射的强度和/或横向磁偏振和横向电偏振辐射之间的相位差。

使用宽带辐射源2(即具有宽范围的辐射频率或波长并因此具有多种颜色的辐射源)是可行的，其提供大的集光率，从而允许混合多个波长。期望宽带中的多个波长各自具有δλ的带宽和至少2δλ的间距(即波长带宽的两倍)。辐射的若干“源”可以是扩展的辐射源的不同部分，其已经使用例如纤维束分隔开。以这种方式，角分辨散射光谱可以在多个波长处被并行地测量。可以测量3-D光谱(波长和两个不同的角度)，所述3-D光谱包含比2-D光谱更多的信息。这允许测量更多信息，其增加了量测过程鲁棒性。这在美国专利申请公开号US2006-0066855中更详细地描述，该文献通过引用整体并入本文中。

通过比较束在被目标重定向之前和之后的一个或更多个性质，可以确定衬底的一个或更多个性质。例如，这可以通过将改变方向后的束与使用衬底的模型计算的理论上改变方向的束进行比较并且搜索给出在测量的改变方向的束和计算的改变方向的束之间的最佳拟合的模型来完成。典型地，使用参数化的通用模型，并且改变模型的参数，例如图案的宽度、高度和侧壁角度，直到获得最佳匹配为止。

使用两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并测量散射到特定窄角度范围内的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。角分辨散射仪使用单色辐射束，并测量作为角度函数的散射辐射的强度(或在椭圆形配置的情况下的强度比和相位差)。替代地，可以分别测量不同波长的测量信号并在分析阶段进行组合。偏振辐射可以用于从同一衬底产生多于一个的光谱。

为了确定衬底的一个或更多个参数，通常在从衬底模型产生的理论光谱与作为波长(光谱散射仪)或角度(角分辨散射仪)的函数的改变方向的束产生的测量光谱之间找到最佳匹配。为了找到最佳匹配，存在可以组合的各种方法。例如，第一种方法是迭代搜索方法，其中第一组模型参数用于计算第一光谱，并将其与测量光谱进行比较。然后，选择第二组模型参数，计算第二光谱，并且将第二光谱与测量光谱进行比较。为了找到给出最佳匹配光谱的一组参数，重复这些步骤。典型地，来自对比的信息用于指导后续参数集的选择。该过程被称为迭代搜索技术。具有给出最佳匹配的所述一组参数的模型被认为是对测量的衬底的最佳描述。

第二种方法是制作光谱库，每个光谱对应于一组特定的模型参数。典型地，成组的模型参数被选择以涵盖衬底性质的所有或几乎所有可能的变化。将所测量的光谱与库中的光谱进行比较。与迭代搜索方法类似，具有对应于给出最佳匹配的光谱的一组参数的模型被认为是对测量的衬底的最佳描述。插值技术可以用于更准确地确定在所述库搜索技术中的最佳参数集。

在任何方法中，应使用在所计算的光谱中的充足的数据点(波长和/或角度)以便使得能实现准确的匹配，通常对于每个光谱而言在80至800个数据点或更多数据点之间。使用迭代方法，对于每个参数值的每次迭代将会涉及在80个或更多数据点处进行的计算。这被乘以所需的迭代次数以获得正确的轮廓参数。因此，可能需要许多计算。在实践中，这导致在准确度与处理速度之间的折衷。在库方法中，在准确度与建立所述库所需的时间之间存在类似折衷。

在如上论述的任何散射仪中，衬底W上的目标可以是光栅，其被印制成使得在显影之后，所述栅条由实体抗蚀剂线构成。所述栅条可以替代地被蚀刻到所述衬底中。所述目标图案被选择为对关注的参数诸如光刻投影设备中的聚焦、剂量、重叠、色差等敏感，从而使得相关参数的变化将表明是在所印制目标中的变化。例如，目标图案可以对光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差以及照射对称度敏感，并且这种像差的存在将表明自身在所印制的目标图案中的变化。因此，所印制的目标图案的散射测量数据被用于重构所述目标图案。所述目标图案的参数(诸如线宽和线形)可以被输入到重构过程中，所述重构过程由处理单元PU根据印制步骤和/或其它散射测量过程的知识来进行。目标中的线可以由子单元组成，包括一起限定光栅的线的近分辨率或亚分辨率特征，诸如在美国专利号7,466,413中描述的。

虽然本文中已经描述了散射仪的多个实施例，但是其它类型的量测设备可以用于一个实施例中。例如，可以使用诸如在以引用方式整体并入本文的美国专利号8,797,554中所描述的暗场量测设备。此外，那些其它类型的量测设备可以使用与散射测量完全不同的技术。

如本文中所描述的量测目标可以例如是被设计用于Yieldstar独立或集成的量测工具的重叠目标、和/或诸如那些典型地与TwinScan光刻系统一起使用的对准目标，二者都可以从荷兰维德霍温的ASML公司购得。

通常，与这些系统一起使用的量测目标应被印制在所述晶片上，其尺寸满足对待被成像在所述晶片上的特定微电子器件的设计规格。随着过程继续推进朝向先进过程节点中的光刻设备成像分辨率的极限，设计规则和过程兼容性要求将重点放在选择适当的目标上。随着所述目标自身变得更加先进，则经常需要使用分辨率增强技术，诸如相移掩模和光学邻近效应校正，过程设计规则内的目标的可印制性变得更不确定。因此，可能使所提出的标记经受测试，以便从可印制性和可检测性的角度两者确认其可行性。在商业环境中，良好的重叠标记可检测性可以被视为较低的总测量不确定度和较短的“移动-采集-移动”时间的组合，这是因为慢的采集对生产线的总吞吐量不利即有害。现代以微衍射为基础的重叠目标(μDBO)在一侧上可以是10μm量级，这与40×160μm²的目标(诸如用于监测晶片的情境中所使用的目标)相比提供固有地较低的检测信号。

另外，一旦已选择满足以上标准的标记，则存在可检测性将相对于过程变化而改变的可能性，所述过程变化诸如是膜厚度变化、各种蚀刻偏置、以及通过蚀刻和/或抛光过程引发的几何不对称性。因此，选择针对各种过程变化具有低可检测性变化和低重叠/对准变化的目标可能是有用的。同样地，待被用于产生待成像的微电子器件的特定机器的指纹即特征标识(印制特性，包括例如透镜像差)将通常影响所述目标标记的成像和产生。因此，确保标记耐受指纹的影响可能是有用的，这是由于一些图案将或多或少地被特定的光刻指纹即光刻特征标识影响。

图5描绘了根据已知实践在衬底上被形成的复合量测目标。所述复合目标包括紧密地定位在一起的四个光栅32、33、34、35，使得它们都将在由所述量测设备的所述照射束形成的测量斑31内。因而，四个目标都被同时地照射并且被同时地被成像在传感器4、18上。在专用于重叠测量的一示例中，光栅32、33、34、35自身是由重叠光栅形成的复合光栅，所述重叠光栅在被形成在衬底W上的半导体器件的不同层中被图案化。光栅32、33、34、35可以具有被不同地偏置的重叠偏移，以便于促成测量各层之间的重叠，在所述层中形成所述复合光栅的不同部分。光栅32、33、34、35也可以在它们的取向上不同，如所示出的，以便在X方向和Y方向上衍射入射辐射。在一个示例中，光栅32和34分别是具有+d、-d偏置的X方向光栅。这意味着，光栅32具有其重叠分量，所述重叠分量被布置成使得如果它们都恰好被印制在它们的名义部位上，则所述重叠分量之一将会相对于另一重叠分量被偏移距离d。光栅34具有其分量，所述分量被布置成使得如果被完好地印制则应是d的偏置，但是在与所述第一光栅的相反的方向上，等等。光栅33和35可以分别是具有偏置+d和–d的Y方向光栅。虽然图示出四个光栅，但另一实施例可能包括更大的矩阵以获得期望的准确度。例如，九个复合光栅的3×3阵列可具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。这些光栅的单独的图像可以在由传感器4、18所捕捉的图像中被识别。

对准传感器的示例是透射图像传感器，被用于确定掩模和衬底相对于彼此的位置。所述掩模包括掩模标记。所述掩模标记的图像由所述投影系统形成到被放置在衬底台中的透射图像传感器(TIS)上，所述图像使用辐射束而被形成。所述透射图像传感器(TIS)包括具有透射型和反射型(或吸收)元件(例如铬层中的透射型图案)的光栅结构。当所述图像在所述光栅结构处聚焦并且与所述光栅结构对准时，所述透射型元件对应于所述图像。检测器(诸如光电二极管)被定位于所述光栅结构后面，所述检测器被构造成测量所述光栅结构后面的辐射的强度。

如果所述图像聚焦在所述结构处并且与所述结构对准，则所有辐射都传递穿过所述结构，从而在所述检测器处产生最大强度。如果所述图像未聚焦在所述光栅结构处或与所述结构未对准，则所述辐射的一部分落在反射型(或吸收)元件上，并且由所述结构后面的所述检测器所测量的强度将较低。

在所述掩模与衬底平台之间的若干相对位置处，由检测器测量已经传递通过所述掩模标记和所述光栅的辐射的强度，以找到所测量强度为最大的位置。此相对位置对应于所述掩模标记在透射图像传感器(TIS)的结构处聚焦并且与透射图像传感器(TIS)的结构对准。替代实施例是可能的。例如，可以在所述掩模台上或在所述掩模台上的基准部分上设置标记，以便将所述掩模台与所述衬底台对准。若干标记也可以存在于所述掩模上或掩模台上，或者若干基准部分可以存在于所述掩模台上，以使投影系统合格。这可以例如通过使用所述光栅结构和所述检测器一个接一个地测量所述掩模上的若干掩模标记的图像的位置并且将所测量的位置之间的距离与所述掩模上的若干标记的距离进行比较，来确定所述投影系统的放大率来实现。在所述衬底台上也可以存在若干光栅结构，以确定所述掩模相对于所述衬底台的旋转。

可以被使用的另一类型的对准传感器是测量所述对准标记的位置的衍射对准传感器。在对准期间，利用对准辐射束照射所述对准标记。对准辐射束被所述对准标记衍射成若干衍射阶，诸如1、-1、2和-2。使用光学元件，每组相对应的衍射阶(例如+1和-1)被用于将所述对准标记的图像形成到参考板上。所述参考板包括用于待测量的每组相对应的衍射阶的参考光栅。在每个参考光栅后面，布置单独的检测器以测量穿过所述参考光栅的图像中的辐射的强度。通过相对于所述参考板移动所述对准标记，找到一个或更多个图像的具有最高强度的位置，这给出了经对准的位置。

到达所述检测器的呈“零衍射阶”的辐射(例如，从斑反射镜的边缘散射的辐射、从表面粗糙部散射的辐射(随机散射)、从目标边缘散射的辐射等，这些辐射不包含关于正在被测量的参数的信号信息)限制所述传感器的动态范围。所述晶片品质(WQ)将由于这些结构的存在而变化，并且因此可以显著地被降低。晶片品质是实际的对准信号强度相对于由基准标记所产生的信号的量度(比率)。

为了增强性能，可以测量若干图像的强度，并且对准辐射束可以由多种颜色组成。

另一类型的对准传感器是自参考传感器，其例如在欧洲专利EP 1 372 040中详细解释，该欧洲专利通过引用而被整体合并入本文。

当晶片上的层的数目增加时，可能存在跨越整个所述晶片表面的材料厚度变化的累积。也就是说，对于晶片的一些部分或部位，可能存在具有比在其它部位更厚的一个或更多个层的部分。这可能是由于跨越整个管芯具有不同厚度的单个层，或者彼此堆叠的若干层，每个层跨越整个管芯具有变化的厚度。厚度的变化可以足够大，使得系统聚焦在表面上的能力受到影响。较厚部分可以在负z方向上散焦，而较薄部分可以在正z方向上散焦。

通常，晶片品质由于所述晶片上存在多层的结构而降低。所述对准标记通常在所述晶片的基础层上，并且因而在它们被沉积时由后续层部分地或完全地覆盖。因而，例如，由于层之间的折射率的变化，可能存在由传递穿过层并且在界面处部分地反射的对准光的相互作用所引起的干涉。同样，表面粗糙度、材料类型、和其它考虑因素可能影响由所述对准系统获得的信号的强度。

在一些应用中，相关对准标记可以在基础层上方的层上，并且实际上最顶部的一组对准标记可以被放置在晶片上的若干层中的任何层上。

发明人已经确定，监测所述晶片品质可以提供关于所述晶片的表面上的膜厚度的信息。特别地，可以确定信号强度和/或衍射效率与所述晶片上的所述结构的厚度之间的相关性，并且然后可以使用该相关性来校正用于后续层成像的焦距。虽然晶片品质或信号强度构成可以被用于表征所述对准系统测量的响应的一个关键性能指标，但是原则上可以使用其它关键性能指标。

在根据实施例的方法中，使用例如在每晶片的多个点上的μDBO测量来收集其上设置有多个层的晶片的原始焦距数据。在典型的应用中，每个晶片可以测量数十个(例如，40个)点，可以使用一个或更多个对准波长、以及一个或更多个对准光偏振来测量每个点。对于给定的对准波长和偏振，然后可以拟合将μDBO测量结果与晶片品质进行相关的函数，如图6中示出的。所述函数可以是例如如所示出的2D一阶多项式函数，但是可以适当地或酌情使用更高阶函数。

在实施例中，可以组合使用多个波长和/或偏振。例如，可以利用与所述晶片的中心部分不同的对准系统波长来测量所述晶片的边缘部分。

μDBO数据可以相对于所述晶片的表面上的位置而被映射。使用先前所确定的相关性，可以使用晶片品质数据来校正焦距，并且可以产生改进的性能均匀性。

在产生晶片品质数据时，包括考虑场内高度数据的步骤可能是有用的。在晶片的表面上，通常将在制造过程期间产生若干基本相同的管芯。每个管芯可以在其内具有一定量的高度变化，但是这种变化应从管芯到管芯均匀地重复。因而，对于每个成像场，存在表面高度变化，但是此变化跨越多个场是一致的。

如图7中图示的，使用利用系统100的μDBO测量结果来收集原始焦距数据102。然后从所述原始数据去除场内数据103以产生经平滑化的场间数据104。然后使用经平滑化的场间数据来修改焦距预测图，以用于对后续层进行成像。也就是说，通过添加利用经平滑化的场间数据所获得的信息来修改将会用于产生针对所述后续层的焦距选配方案的普通调平和晶片品质数据106，并且产生增量焦距预测108。

图8图示出根据实施例的结合有焦距校正的生产过程。如在常规成像过程中一样，光刻系统110获得调平和晶片品质信息。应用如上文所例示的焦距映射以产生所述增量焦距预测108。然后，所述增量焦距预测108可以被用作对所述后续层的成像过程的校正，并且所述系统产生焦距校正的晶片112。在实施例中，所述增量焦距预测可以仅基于如上文描述的所述晶片品质数据进行，或者其可以与额外测量的水平传感器数据组合进行。

在实施例中，可以更直接地产生增量焦距图。在此方法中，产生或获得用于第一较下层(其可以例如是最底层)的调平图。原则上，此层可以是具有堆叠在其上的多个的任何层，并且不必严格地是最底层。通常，在所述叠层中作为最顶部并且也包含对准标记的层是将会被用于产生基线高度图的层。在典型的应用中，一旦已覆盖了较低水平，则可能难以获得该层的测量结果，但是如果在先前的步骤中已经产生了高度图，则可以将其存储或以其它方式使其可用于稍后的阶段。此基线测量可以使用例如水平传感器来进行，但是可以使用包括空气压力计的任何高度映射传感器来产生。同样地产生用于第二较上层(其可以例如是最顶层)的调平图。通常，所述第二层可以是直接地或间接地覆盖所述第一层的任何层。最顶层通常是最容易测量的层，但原则上其它层可以被用作第二层。各图之间的差异是增量焦距图，所述增量焦距图能够以与由先前所描述的方法所产生的相同前馈的方式而使用。

如本文中所论述的对比度对于实施空间图像而言包括图像对数斜率(ILS)和/或归一化图像对数斜率(NILS)，并且对于抗蚀剂而言包括剂量灵敏度和/或曝光宽容度。

如本文中使用的术语“优化(“optimize”、“optimizing”和“optimization”)”指的是或意味着调整光刻、光刻过程、参数，使得光刻的结果和/或过程具有更期望的特性，诸如衬底上的设计布局的更高的投影准确度、更大的过程窗口等。

本发明的实施例可以采取包含一个或更多个描述本文公开的方法的机器可读指令序列的计算机程序或于其中存储所述计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)的形式。此外，所述机器可读指令可以嵌入两个或更多个计算机程序中。所述两个或更多个计算机程序可以存储在一个或更多个不同的存储器上或数据存储介质上。

该计算机程序可以例如与图1的成像设备一起被包括或被包括在其内，和/或与图2的控制单元LACU一起被包括或被包括在其内。在现有设备(例如图1和图2中示出的类型)已经在生产和/或使用中的情况下，可以通过提供更新的计算机程序产品来实现实施例，以使设备的处理器执行如本文所述的方法。

当位于光刻设备的至少一个部件内的一个或更多个计算机处理器读取一个或更多个计算机程序时，本文描述的任何控制器可以每个或组合地可操作。控制器可以各自或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或更多个处理器被配置为与至少一个控制器通信。例如，每个控制器可以包括一个或更多个处理器，用于执行包括用于上述方法的机器可读指令的计算机程序。控制器可以包括用于存储这种计算机程序的数据存储介质，和/或用于容纳这种介质的硬件。因此，控制器可以根据一个或更多个计算机程序的机器可读指令操作。

虽然上文已经在使用辐射的光刻术的背景下使用实施例进行了具体的参考，但是应理解，本发明的实施例可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下，不限于使用辐射的光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了产生在衬底上的图案。图案形成装置的形貌可以被压印到供给至所述衬底的抗蚀剂层中，由此所述抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后所述图案形成装置被移出所述抗蚀剂，从而在其中留下图案。

另外，虽然本文具体提及的是光刻设备用于集成电路的制造中，但是，应理解，这里所述的光刻设备可以具有其它应用，例如集成光学系统的制造、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。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。可以在曝光之前或之后在例如涂覆显影系统或轨道(通常将抗蚀剂层施加至衬底且显影经曝光的抗蚀剂的工具)、量测工具和/或检查工具中处理本文中提到的衬底。在适用时，可以将本文中的公开内容应用于这样的衬底处理工具和其它衬底处理工具。另外，可以将衬底处理一次以上，例如以便产生多层IC，使得本文中所使用的术语衬底也可以指已经包含多个处理后的层的衬底。

本文中描述的图案形成装置可以被称为光刻图案形成装置。因此，术语“光刻图案形成装置”可以被解释为意指适合于在光刻设备中使用的图案形成装置。

在本文中所使用的术语“辐射”和“束”包括全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在情境允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。

所描述的实施例以及在说明书中提到的“实施例”、“示例”等指示所描述的实施例可以包括具体的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不一定包括所述具体的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定指同一实施例。另外，当结合实施例来描述具体的特征、结构或特性时，应理解，无论是否明确描述，与其它实施例相结合来实现这样的特征、结构或特性均在本领域技术人员的知识范围内。

上文的描述旨在是示例性的而非限制性的。因此，本领域的技术人员将明白，可以对如所描述的本发明进行修改，而在不脱离下文阐述的权利要求的范围。例如，一个或更多个实施例的一个或更多个方面可以适当地与一个或更多个其它实施例的一个或更多个方面组合或替代。因此，基于本文中提出的教导和指导，这样的适应和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应理解，本文中的措辞或术语是出于举例描述的目的而不是限制性的，因此本说明书中的术语或措辞应由本领域的技术人员根据所述教导和指导进行解释。发明的广度和范围不应受到上文描述的任何的示例性实施例的限制，而应仅由随附的权利要求及其等同物来限定。在以下经编号的方面中阐述本发明的其它方面：

1.一种补偿衬底上的聚焦偏差的方法，在所述衬底上存在多个层，所述方法包括：

使用光刻设备的对准传感器获得所述衬底上的多个对准标记中的每个对准标记的关键性能指标数据；

确定所述关键性能指标数据与所述衬底上的位置的聚焦偏移数据之间的相关性；以及

使用所述相关性和所述关键性能指标数据，产生用于所述衬底的焦距预测图。

2.根据方面1所述的方法，其中，所述衬底上的所述位置对应于所述多个对准标记的位置。

3.根据方面1所述的方法，其中，所述衬底上的所述位置对应于由用于所述衬底的聚焦模型定义的位置。

4.根据方面1所述的方法，其中，所述关键性能指标数据是信号强度数据。

5.根据方面1所述的方法，其中，所述相关性是依赖于过程的和依赖于层的。

6.根据方面1所述的方法，其中，所述相关性被表示为数学函数。

7.根据方面6所述的方法，其中，所述相关性被表示为一阶2D多项式函数。

8.根据方面1所述的方法，还包括：

在确定相关性之前，从所述关键性能指标数据去除场内焦距数据的至少一部分以产生经平滑化的场间焦距数据，其中使用所述相关性和所述关键性能指标数据包括使用所述经平滑化的场间焦距数据。

9.根据方面1所述的方法，其中，使用对准传感器辐射的多个波长来获得所述多个对准标记中的每个对准标记的所述关键性能指标数据。

10.根据方面1所述的方法，其中，所述产生还包括使用从所述衬底测量的水平传感器数据。

11.根据方面1所述的方法，还包括：使用所述焦距预测图来调整用于所述衬底的后续层的成像过程的焦距。

12.一种补偿衬底上的聚焦偏差的方法，在所述衬底上存在多个层，所述方法包括：

获得所述多个层中的第一层的第一层高度图；

使用水平传感器测量所述多个层中的第二层的第二层高度图，其中所述第二层覆盖所述第一层；

从所述第二层高度图减去所述第一层高度图以获得所述衬底的增量高度图；以及

使用所述增量高度图来产生用于所述衬底的焦距预测图。

13.根据方面12所述的方法，其中，获得第一层高度图包括读取所述第一层的被存储的高度图数据。

14.根据方面12所述的方法，其中，使用水平传感器获得所述第一层高度图。

15.根据方面12所述的方法，其中，所述第一层是包括对准标记或重叠量测标记的最顶层，并且所述第二层是待在后续曝光操作中被曝光的层。

16.根据方面12所述的方法，还包括：使用所述焦距预测图来调整用于所述衬底的后续层的成像过程的焦距。

Claims

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底上的所述位置对应于所述多个对准标记的位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底上的所述位置对应于由用于所述衬底的聚焦模型定义的位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述关键性能指标数据是信号强度数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相关性是依赖于过程的和依赖于层的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相关性被表示为数学函数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述相关性被表示为一阶2D多项式函数。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用对准传感器辐射的多个波长来获得所述多个对准标记中的每个对准标记的所述关键性能指标数据。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产生还包括使用从所述衬底测量的水平传感器数据。

11.根据权利要求1所述的方法，还包括：使用所述焦距预测图来调整用于所述衬底的后续层的成像过程的焦距。

获得所述多个层中的第一层的第一层高度图；

使用所述增量高度图来产生用于所述衬底的焦距预测图。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，获得第一层高度图包括读取所述第一层的被存储的高度图数据。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，使用水平传感器获得所述第一层高度图。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一层是包括对准标记或重叠量测标记的最顶层，并且所述第二层是待在后续曝光操作中被曝光的层。

16.根据权利要求12所述的方法，还包括：使用所述焦距预测图来调整用于所述衬底的后续层的成像过程的焦距。