CN105934717A

CN105934717A - 可操作以对衬底执行测量操作的设备、光刻设备以及对衬底执行测量操作的方法

Info

Publication number: CN105934717A
Application number: CN201480074025.4A
Authority: CN
Inventors: D·M·斯劳特布姆; P·J·克拉莫尔; M·H·A·里恩德尔斯; B·D·帕尔惠斯
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-12-05
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2034-12-05
Also published as: US9989858B2; US20160334713A1; NL2013923A; US20180364582A1; US10444632B2; KR20160111501A; KR101890227B1; CN105934717B; WO2015110210A1

Abstract

本发明披露了用于根据一种或更多种晶片对准模型在衬底上执行测量操作的设备和方法。所述一种或更多种晶片对准模型选自多种候选晶片对准模型。所述设备可以是光刻设备，包括外部接口，所述外部接口使得能在所述测量操作之前实现所述晶片对准模型的选择和/或所述晶片对准模型的改变。

Description

可操作以对衬底执行测量操作的设备、光刻设备以及对衬底执行测量操作的方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及2014年1月24日递交的欧洲专利申请No.14152452.0，并且其公开内容通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及例如在光刻过程期间对衬底执行测量操作的方法，以及涉及相关联的设备。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。通常，图案的转移是通过把图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单独的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也能够通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监控所述光刻过程，则测量图案化衬底的参数。参数可以包括例如，在形成于所述图案化衬底之中或之上的连续层与经显影的光致抗蚀剂的临界线宽之间的重叠误差。可以对产品衬底和/或对专用量测目标执行这种测量。存在着用于对形成于光刻过程中的显微结构进行测量的多种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专门工具。快速且非侵入形式的专门检测工具是散射仪，其中辐射束被引导至位于所述衬底的表面上的目标并且经散射或反射的束的特性得以被测量。通过比较所述束在已被所述衬底反射或散射之前及之后的特性，可以确定所述衬底的特性。这例如可以通过比较经反射的束与储存在与已知衬底特性相关联的已知测量的库中的数据进行比较而完成。已知两种主要类型的散射仪。分光式散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并且测量散射入特定窄角度范围内的辐射的光谱(强度是波长的函数)。角度分辨散射仪使用单色辐射束并且根据角度测量经散射的辐射的强度。

在使用光刻设备对晶片曝光之前，所述晶片需要被建模以便在曝光期间正确地对准所述晶片并且测量在曝光期间应当允许的任何晶片变形。为了正确地对所述晶片建模，应使用最适当的晶片对准模型，否则建模可能实际上向所述测量引入更多噪音。

发明内容

本发明希望提供一种在衬底的测量过程期间改进晶片对准模型的选择的设备和方法。

根据本发明的一方面，提供一种可操作以根据一种或更多种晶片对准模型对衬底执行测量操作的设备，其中所述一种或更多种晶片对准模型选自多种候选晶片对准模型；并且其中所述设备包括外部接口，所述外部接口可操作以使得实现在所述测量操作之前，从所述多种候选晶片对准模型对一种或更多种晶片对准模型的所述选择和/或对所述多种候选晶片对准模型中的一个或更多晶片对准模型的改变或变更。

所述外部接口使得在对每批次的衬底的所述测量操作之前，能够对每批次的衬底实现所述晶片对准模型的所述选择和/或所述晶片对准模型的改变或变更。

所述设备可包括所述多种候选晶片对准模型。

所述设备可操作以根据对于最佳地适合特定衬底或特定批次衬底的模型的确定从所述多种候选晶片对准模型选择一种或更多种晶片对准模型。

所述设备可操作以接收与所述一种或更多种候选晶片对准模型中的待选择的晶片对准模型相关的数据，对于最佳地适合特定衬底或特定批次衬底的模型的确定已在所述设备外部被执行。

所述设备可操作以至少部分地基于正在测量的特定衬底的衬底加工情境信息来选择所述多种候选晶片对准模型中的一种或更多种晶片对准模型。

所述衬底加工情境信息可包括与由于在特定工具上加工而施加在衬底上的已知加工特征相关的信息。

所述外部接口可以是根据SEMI装备通讯标准的接口。

所述设备可操作以至少部分地基于曝光后测量数据而选择所述多种候选晶片对准模型中的一种或更多种晶片对准模型，所述曝光后测量数据包括已从先前曝光的、在此之后正受测量和曝光的晶片获得的测量。

所述设备可操作以：测量所述衬底由此获得曝光前的测量数据；比较所述曝光后测量数据与所述曝光前测量数据；和使用所述比较的结果来选择所述多种候选晶片对准模型之一用于随后的衬底的测量。

所述设备可以使得所述比较的结果用来升级所述多种候选晶片对准模型的一种或更多种晶片对准模型。

所述设备可操作从而使得所述对比确定出模型化的曝光后测量数据是否与曝光前测量数据相关；以及如果所述模型化的曝光后测量数据与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底变形；以及如果所述模型化的曝光后测量数据并不与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底上的一个或更多测量目标的变形；以及所述设备还可操作从而使得对所述晶片对准模型的所述选择至少部分地取决于所述误差是归因于一个或更多测量目标的变形、还是归因于衬底变形。

所述设备可操作以接收在曝光后使用外部检查工具已获得的所述曝光后数据。

所述设备可包括检查工具，所述检查工具可操作以在曝光之后测量衬底以便获得所述曝光后测量数据。

所述设备可操作以从多种候选过程校正模型选择一种或更多种过程校正模型，所述过程校正模型可用于对随后衬底的校正的模型化。

所述多种候选晶片对准模型可括至少一种物理晶片对准模型，其中在模型中考虑衬底变形的实际物理性质。

所述物理晶片对准模型可操作使得在对所述衬底模型化时，对于要么本身、要么在整体地设置的测量数据的情境中具有在物理上无意义的值的测量点不加考虑或给予较少权重。

所述设备可以地构造为可操作以在所述测量操作之后对所述衬底执行光刻过程的光刻设备。

根据本发明的第二方面，提供了一种在衬底上执行测量操作的方法，包括：从多种候选晶片对准模型确定哪个晶片对准模型将会最佳地适合特定衬底或特定批次衬底；基于所述确定从所述多种候选晶片对准模型选择一种或更多种晶片对准模型；和根据所选择的一种或更多种晶片对准模型，对所述衬底或特定批次衬底执行所述测量操作；其中所述确定和选择步骤要么在每批次的衬底执行，要么在每个衬底执行。

所述确定和选择步骤可以对每个衬底执行。

所述晶片对准模型的所述选择可以经由包括于用来执行所述测量操作的光刻设备内的外部接口而执行。

所述外部接口可以是根据SEMI装备通讯标准的接口。

可以在所述光刻设备外部执行对于哪个(哪些)晶片对准模型将会最佳地适合特定衬底或特定批次衬底的所述确定。

可以在所述光刻设备内执行对于哪个(哪些)晶片对准模型将会最佳地适合特定衬底或特定批次衬底的所述确定。

所述方法可包括基于所述确定来改变所述候选晶片对准模型中一种或更多种晶片对准模型的步骤。

所述方法可包括：获得衬底加工情境信息，包括与由于在特定工具上进行加工而施加给衬底的已知加工特征相关的信息；以及至少部分地基于正在测量的特定衬底的所述衬底加工情境信息来从所述多种候选晶片对准模型进行一种或更多种晶片对准模型的所述选择。

所述方法可包括：获得曝光后测量数据，所述曝光后测量数据包括已从先前曝光的、在此之后正受测量和曝光的晶片获得的测量；以及至少部分地基于所述曝光后测量数据来进行从所述多种候选晶片对准模型进行一种或更多种晶片对准模型的所述选择。

所述方法可包括：测量所述衬底由此获得曝光前测量数据，比较所述曝光后测量数据与所述曝光前测量数据，和使用所述比较的结果来选择所述候选晶片对准模型之一用于测量随后的衬底。

所述方法可以包括使用所述比较的结果用来更新所述多种候选晶片对准模型的一种或更多种晶片对准模型。

所述比较步骤可以确定出模型化的曝光后测量数据是否与曝光前测量数据相关；并且所述方法可包括：如果所述模型化的曝光后测量数据与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底变形；如果所述模型化的曝光后测量数据并不与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底上的一种或更多种测量目标的变形；以及至少部分地根据所述误差可归因于一种或更多种测量目标的变形还是归因于衬底变形来从所述多种候选晶片对准模型进行对于一种或更多种晶片对准模型的所述选择。

所述方法可包括在曝光之后测量衬底的步骤以便获得所述曝光后测量数据。

所述多种候选晶片对准模型可包括至少一个物理晶片对准模型，其中在该模型中可以考虑衬底变形的实际物理性质。

所述物理晶片对准模型可操作使得在对所述衬底模型化时，对于要么本身、要么在整体地设置的测量数据的情境中具有物理上无意义的值的测量点可以不加考虑或可以给予较少权重。

所述方法可以包括在所述衬底上在所述测量操作之后执行光刻过程。

在本发明的第三方面，提供了一种包括机器可读指令的程度，其在运行于合适设备上时，导致所述设备执行涉及第二方面而描述的实施例中任何实施例的方法。

在第四方面，提供了一种程序载体，包括第三方面的程序。

附图说明

现在参照随附的示意性附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，其中，在附图中相应的附图标记表示相应的部件，且其中：

-图1示出一种光刻设备；

-图2示出了光刻单元或集群；

-图3示出了第一散射仪；

-图4示出了第二散射仪；

-图5示意性示出了根据已知实践，在光刻设备中在测量和曝光过程中的平台，以及

-图6示意性示出了根据本发明实施例的在测量和曝光过程中的多个阶段。

具体实施方式

图1示意地示出了一种光刻设备。所述光刻设备包括：

照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射、深紫外(DUV)辐射)；

支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与被配置用于根据某些参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；

衬底台(例如晶片台)WT，所述衬底台WT被构造用以保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且与配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和

投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，其配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

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、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

所述支撑结构支撑即承载所述图案形成装置的重量。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，所述投影系统的类型可以包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

这里如图所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(“双平台”)或更多衬底台(和/或两个或更多掩膜台)的类型。在这种“多平台”机器中，可以平行地使用额外的台，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，而一个或多个其它的台被用于曝光。

所述光刻设备还可以是这种类型：其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备中的其他空间，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术用于提高投影系统的数值孔径在本领域是熟知的。这里使用的术语浸没摂并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。

参照图1，所述照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源SO看成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器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、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括被配置用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如整合器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过所述掩膜MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PL将辐射束B聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、2D编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束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，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位所述掩膜MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩膜台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置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WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩膜台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩膜对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩膜MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩膜MA上的情况下，所述掩膜对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将掩膜台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后使所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对掩膜台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩膜台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一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确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩膜台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT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WT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。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或者光刻集群)的一部分，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常情况下，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以对曝光后的抗蚀剂显影的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底操纵装置或机械人RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，然后将它们在不同的处理设备之间移动，然后将它们传递到光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产率和处理效率最大化。

为了使得由所述光刻设备曝光的所述衬底被正确地并且一致地曝光，理想的是检查经曝光的衬底以测量特性，诸如在随后层之间的重叠误差、线粗细，临界尺寸(CD)，等等。如果检测出误差，则可以对随后的衬底的曝光进行调节，特别是如果可以在检查即刻完成并且足够快使得同一批的其它衬底仍待曝光的情况下。同样，已曝光的衬底可以被剥离并且返工-以改进产率-或被抛弃，由此避免了对已知有缺陷的衬底执行曝光。在衬底的仅某些目标部分由缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

使用检查设备来确定所述衬底的特性，并且特别是，不同衬底或相同衬底的不同层的特征如何在层与层之间有所差异。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻元LC内，或可以是单独装置。为了能进行最迅速的测量，理想的是所述检查设备在曝光之后立即测量在经曝光的抗蚀剂层中的特性。然而，在抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度-在已曝光于辐射和尚未被曝光的抗蚀剂的部分之间的折射率中仅存在非常小的差异-且并非所有检查设备具有充足的灵敏度以对所述潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)之后进行测量，所述PEB步骤按惯例是在经曝光衬底上执行的第一步骤并且增加了在所述抗蚀剂的经曝光的和未经曝光的部分之间的对比度。在此阶段，在抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。也可能进行对经显影的抗蚀剂图像的测量-在该点处所述抗蚀剂的经曝光的或未经曝光的部分已被移除-或在图案转移步骤诸如蚀刻之后。后者的可能性限制了对有缺陷衬底进行返工的可能性但仍可提供有用信息。

图3描绘了可用于本发明中的散射仪。其包括宽带(白光)辐射投影器2，所述投影器2将辐射投射到衬底W上。经反射的辐射被传递至分光计检测器4，所述分光计检测器4测量经镜面反射的辐射的光谱10(强度是波长的函数)。基于此数据，产生所检测光谱的所述结构或轮廓可以由处理单元PU重构，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与如图3的底部处所示的仿真光谱的库的对比而实现。一般而言，对于所述重构，所述结构的一般形式是已知的，并且某些参数从对于制成所述结构的所述过程的了解而推断出，仅留下所述结构的一些参数待从所述散射仪数据确定。这样一种散射仪可以被构造为法向入射的散射仪或倾斜入射的散射仪。

可以用于本发明的另一散射仪在图4中示出。在此装置中，由辐射源2所发射的辐射使用透镜系统12而准直并且被传输通过干扰滤光器13以及偏振器17，由部分反射表面16反射，并且经由显微物镜15而被聚焦到衬底W，所述物镜15具有高数值孔径(NA)，优选地为至少0.9并且更优选地为至少0.95。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的的透镜。经反射的辐射随后传输通过部分反射表面16进入检测器18以便检测出所述散射光谱。所述检测器可以位于背投式光瞳平面11，所述光瞳平面11处于所述透镜系统15的焦距处，然而所述光瞳平面可以替代地利用辅助光学器件(未示出)而被重新成像到所述检测器上。所述光瞳平面是其中辐射的辐射位置限定入射角并且角度位置限定所述辐射的方位角的平面。所述检测器优选地是二维检测器从而使得衬底目标30的二维角度散射光谱可以被测出。所述检测器18可以例如是CCD或CMOS传感器的阵列并且可以使用例如40毫秒每帧的积分时间。

例如通常使用参考束来测量所述入射辐射的强度。为此，当辐射束入射于分束器16上时，所述辐射束的部分通过所述分束器作为参考束而被朝向参考镜面14传输。所述参考束随后被投射到同一检测器18的不同部分上或替代地投射到不同检测器(未示出)上。

一组干扰滤光器13可用来在例如405-790nm或甚至更低的诸如200-300nm的范围内选择感兴趣的波长。所述干扰滤光器可以是可调谐的而非包括一组不同滤光器。可以使用光栅来替代干扰滤光器。

所述检测器18可以测量单波长(或狭窄波长范围)的散射光的强度，所述强度是在多个波长下分离地，或在一定波长范围上集成的。此外，所述检测器可以分离地测量横向磁偏振光和横向电偏振光的强度和/或在横向磁偏振光与横向电偏振光之间的相差。

使用宽带光源(即，具有宽范围的光频率或波长-及因此宽范围的颜色的光源)是可能的，这给出了大的集光率，允许实现多波长的混合。在所述宽带中的多个波长优选地各自具有Δλ的带宽和至少2Δλ(即两倍于带宽)的间隔。若干辐射“源”可以是已使用光纤束分离开的一扩展辐射源的不同部分。由此，角度分辨散射仪光谱可以在多个波长平行地测出。可以测出3D光谱(波长和两个不同角度)，其包含比2D光谱更多的信息。这允许测量更多信息，从而增加了量测过程鲁棒性。这在EP1，628，164A中更详细描述。

衬底W上的目标30可以是1D光栅，所述1D光栅被印刷成使得在显影之后，所述条纹由实抗蚀剂线构成。所述目标30可以是2D光栅，所述2D光栅被印刷成使得在显影之后，所述光栅由实抗蚀柱或在抗蚀剂中的过孔所形成。所述条纹、柱、或过孔可以替代地被蚀刻到所述衬底内。此图案对光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差以及照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射测量数据被用于重构所述光栅。所述1D光栅的参数，诸如线宽和形状，或所述2D光栅的参数，诸如柱或过孔宽度或长度或形状，可以被输入到所述重构过程，基于对印刷步骤和/或散射测量过程的了解，由处理单元PU执行。

图1的光刻设备LA可包括所谓的双平台类型，其具有两个衬底台和两个站——曝光站和测量站，在曝光站和测量站之间衬底台可以被进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站EXP被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站MEA处的另一衬底台上从而可以执行各种预备步骤。所述预备步骤可以包括使用水平传感器LS对衬底的表面进行测绘和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。这能够实质地增加设备的生产率。如果当衬底台处于测量站以及处于曝光站时，位置传感器IF不能测量衬底台的位置，则可以设置第二位置传感器来使得衬底台的位置能够在两个站处被追踪。本发明都可以应用于具有仅一个衬底台、或具有多于两个衬底台的设备中。

所述设备还包括光刻设备控制单元LACU，所述控制单元LACU控制所描述的多个致动器和传感器的所有运动和测量。LACU也包括信号处理和数据处理能力以实施与所述设备的操作相关的所需计算。在实践中，控制单元LACU将被实现为许多子单元的系统，所述子单元各自处理在所述设备内的子系统或部件的实时数据采集，处理和控制。例如，一个处理子系统可以专用于所述衬底定位器PW的伺服控制。分离的单元甚至可以操纵粗略和精细致动器，或不同轴线。另一单元可以专用于读出所述位置传感器IF。所述设备的总体控制可以由与这些子系统处理单元、与操作者以及与在光刻制造过程中所涉及的其它设备相通讯的中央处理单元进行控制。

图5图示出用来在图1的双平台设备中在衬底W上曝光目标位置(例如，管芯)的已知步骤。在左侧的虚线框内是在测量站MEA处执行的步骤，而在右侧示出了在曝光站EXP处执行的步骤。时常地，所述衬底台之一将处于曝光站处，而其它衬底台处于测量站处，如上所述。为此说明的目的，假定衬底W已被定位到所述曝光站内。在步骤200，新的衬底W’由未示出的机构加载到所述设备。这两个衬底被并行地处理以便增加所述光刻设备的生产率。初始地参考新加载的衬底W’，这可以是先前未经加工的衬底，利用新的光致抗蚀剂制备以用于在所述设备中的首次曝光。然而，一般而言，所描述的所述光刻过程将仅仅是一系列曝光和加工步骤中的一个步骤，从而使得衬底W’已通过这个设备和/或其它光刻设备若干次，并且也可以经历随后的过程。

所述先前的和/或随后的过程可以在其它光刻设备中执行，如刚提及的，并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行。例如，在所述器件制造过程中在诸如分辨率和重叠这样的参数方面要求很高的某些层可以较之更低要求的其它层以更先进的光刻工具执行。因此某些层可以在浸没类型的光刻工具中曝光，而其它层在“干式”工具中曝光。某些层可以在工作于DUV波长的工具中曝光，而其它层使用EUV波长辐射而曝光。

在202处，使用衬底标记P1等以及图像传感器(未示出)的对准测量被用来相对于衬底台测量和记录所述衬底的对准。另外，跨越整个衬底W’上的若干对准标记将被测量，以建立“晶片栅格”，所述晶片栅格对标记跨所述衬底的分布非常精确地进行映射/测绘，包括相对于标称矩形栅格的任何扭曲。在步骤204，晶片高度对X-Y位置的映射也被测量，用于对经曝光的图形的精确聚焦。

当加载了衬底W’时，接收到选配方案数据206，所述选配方案数据206限定了待执行的曝光、以及晶片和先前制成于其上的图案和待在其上做出的图案的特性。向这些选配方案数据添加了在步骤202、204处做出的对于晶片位置、晶片栅格和高度映射的测量，从而使得完整组的选配方案和测量数据208可以被传递至曝光平台。对准数据的测量例如包括了以与作为所述光刻过程的产品的产品图案的固定的或标准固定的关系而形成的对准目标的X和Y位置。这些对准数据仅在曝光之前取得，被组合并且插值以提供对准模型的参数。这些参数和所述对准模型将在曝光操作期间使用以对在当前光刻步骤中所施加的图案的位置进行校正。常规的对准模型可包括四个、五个或六个参数，一起限定成不同尺寸的“理想”栅格的平移、旋转和比例缩放。如下文进一步描述的，使用更多参数的先进的模型是已知的。

在步骤210，衬底W’和W被交换，从而使得所测量的衬底W’变为进入所述曝光站EXP的衬底W。此交换是通过在所述设备内更改支撑件而执行的，从而使得所述衬底W、W’保持精确地受夹持并且定位于那些支撑件上，以在衬底台和衬底本身之间保持相对对准。相应地，一旦所述台已被交换，则确定在投影系统PS和衬底台之间的相对位置对于在所述曝光步骤的控制中利用所述测量信息202、204用于所述衬底W(之前的W’)而言是必需的。在步骤212，使用掩膜对准标记M1、M2执行掩膜版对准。在步骤214、216、218，在跨过所述衬底W上的连续目标位置处实施扫描动作和辐射脉冲，以便完成对一定数目的图案的曝光。通过使用在测量站处在所述曝光步骤的执行中所获得的对准数据和高度映射，这些图案关于所需位置、并且特别地关于先前在同一衬底上布设的特征而言精确地对准。经曝光的衬底当前被标记为“W”，在步骤220从所述设备卸载以根据经曝光的图案来经受蚀刻或其它过程。

在衬底的测量期间，执行标准的一组测量以表征每个晶片和先前沉积于其上的图案。这些测量可以根据晶片对准模型而执行，晶片对准模型可以呈一定数目的不同形式之一。第一类型的对准模型可以是线性对准模型，其具有例如四个或六个参数。另外，存在着更先进的对准模型。对于当前在进行显影的要求最高的过程而言，实现所需重叠性能需要对于所述晶片栅格的更详细校正。已为此目的显影了先进对准模型。在此情境下，“先进”对准模型是指具有较之所述标准的六个参数而言更大复杂程度的所有类型的模型。尽管标准模型可使用少于十个参数，但是先进对准模型通常使用多于15个参数，或多于30个参数。先进模型的实例是高阶晶片对准(HOWA)模型，基于区域对准(ZA)和径向基函数(RBF)的对准模型。

下面的表1列举了一定数目的这些对准模型，且具有它们的某些优点和缺点：

表1

决定使用哪个或哪些模型，以及因而校正哪个标志特征标志特征fingerprint，可以基于对准测量(在曝光之前由所述光刻设备执行)与重叠测量(在曝光之后通常使用光谱测定器件或类似检查工具而执行)之间的相关性的确定。原则上，(同一产品/层的)每批次和/或每个晶片可以使用一种(或多种)不同的模型。然而，晶片对准模型不能经由外部接口(即，根据SEMI装备通信标准(SECS)的接口面)对批次到批次(或晶片到晶片)的改变。所述SEMI装备通信标准(SECS)由半导体装备和材料国际组织(SEMI)颁布。其限定了在工厂装备的单元与客户端计算机之间的计算机对计算机通讯接口或界面。缺乏这样的外部界面意味着在测量之前以以每个区块批次的基础上调整晶片对准模型，这是非常耗费劳动力的工作。此管理任务应该离线地完成或在机器本身上完成。这通常是过于冗繁的任务，并且因此用户经常选择进最适合待前来的所有批次的内容的模型。

SECS接口设置于光刻设备的曝光侧上以能使得所述晶片对准模型在曝光期间以每个晶片为基础改变。没有这样的SECS接口或任何外部接口存在于所述光刻设备的测量侧上。因此以每批次为基础改变所述晶片对准模型是非常耗费劳动力的，并且实际上不可能在测量侧上以每个晶片为基础(在所述晶片预曝光的测量之前)改变所述晶片对准模型(除非使用单批次晶片，将为工厂产生大量管理工作，降低了生产率)。

因此建议提供一种光刻设备，其包括外部接口，诸如SECS接口、或根据当前使用的方法用于与ASML的TwinScan设备相通讯的接口，所述外部接口可操作以允许以每批次为基础实现晶片对准模型改变，并且在实施例中，在晶片测量之前以每个晶片为基础实现晶片对准模型改变。在所述光刻设备为双平台类型的情况下，所述接口可以设置于所述测量侧上。然而本发明不限于这样的双平台设备。

所述模型可以基于反馈而被选择和/或改变，其中一种检查工具(即，散射仪)用来测量任何重叠误差(或其它误差)从而使得通过选择一种(或多种)更好地执行的晶片对准模型，所测量的误差针对未来的晶片/批次被最小化。替代地，或补充地，所述模型可以基于在晶片测量之前向前馈送至所述光刻设备的加工情境信息而被选定。

加工情境信息可以包括关于通过加工步骤或特定加工工具施加到晶片栅格上的已知标志特征的信息。晶片可以在加载到所述光刻设备上以用于测量和曝光之前经过一定数目的加工步骤。这些步骤可以包括蚀刻、抗蚀剂涂覆、退火、外延生长技术、特定层设计的方向定向等等。晶片加工是在产品上的重叠的情况下晶片栅格变形的主因。由特定晶片承担的加工步骤，以及用于每个步骤的特定加工工具是已知的。如果特定工具施加特定扭曲，则同样也将已知的是扭曲图案或标志特征。此信息可用于选择特定的晶片对准模型或模型组合。

通过具体实例，在加工设备内可能存在着一定数目的蚀刻工具，并且已知的是，一种工具施加了与适合于由其他蚀刻工具所施加的标志特征的晶片对准模型相比使用不同的晶片对准模型而更好地建模的标志特征。外部接口意思是：适合于由这一个工具所施加的标志特征的晶片对准模型可以针对由该特定工具加工的每个晶片、以每个晶片为基础而被选择。

图6是示出这样一种布置可以如何操作的流程图。图示出了光刻设备600，预曝光晶片605被加载到所述光刻设备600内。所述光刻设备包括外部接口610，诸如SECS接口，允许在晶片测量之前以每个区块批次和/或每个晶片为基础选择和/或改变所述晶片对准模型。所述光刻设备能够基于在外部接口610处接收的信息选择合适的晶片对准模型并且在经加载的晶片605上执行对准/测量和曝光操作。经曝光的晶片615被从光刻设备600卸载并且加载到检查设备620上。检查设备620的输出是重叠量测数据625。晶片对准模型选配方案630是根据重叠量测数据625而确定的并且被馈送到所述外部接口610内。对于从所述光刻设备600输出的对准数据640和所述重叠量测数据625执行相关操作635。所述相关操作的结果可以被用来辨识新的标志特征用于更新所述晶片对准模型菜单645。所述对准模型菜单645可实际包括于光刻设备600内。最终，最佳地描述所述晶片的该合适的晶片对准模型(或模型的组合)基于对准数据640和/或过程情境数据655和/或相关操作635的结果从所述模型菜单645选定650。所确定的模型随后经由外部接口610被馈送到所述光刻设备600。

应指出的是，在图6中概略示出的过程是示例性的并且反馈环例如并非必不可少的。可以有益的是单独基于加工情境数据655而选择合适模型。同样，也可以有益的是单独基于重叠量测数据625和对准数据640而选定合适模型。

相关操作步骤635可以包括使用与在测量期间所用的相同的晶片对准模型来在散射仪620上建模每个经处理的晶片615。散射仪620使用与光刻设备600对准系统所用目标不同的目标，并且因此该步骤应在最接近于所述晶片对准掩膜的所述散射仪掩膜上执行。来自所述散射仪620的建模的数据可以随后与来自所述光刻设备600建模的数据进行对比。

可以在所述光刻设备600内部或外部执行所述优选的晶片对准模型确定所基于的分析。所述方法也可包括基于对准数据640和/或过程情境数据655和/或相关操作635的结果来确定最佳的过程校正模型。

可能影响到一个晶片对准模型是否最合适的一个问题在于是否误差可归因于晶片栅格变形或晶片对准目标变形。诸如HOWA这样的晶片对准模型在存在着晶片栅格扭曲的情况下是有益的，但如果用于具有非常小的晶片栅格扭曲的晶片上时则实际上引入噪声，诸如当大多数误差源自晶片对准目标变形时。因此，在相关操作步骤635中，可以确定是否所述散射仪模型类似于所述光刻设备模型。如果是，则任何误差可归因于晶片栅格变形，并且(如有必要)可以使用HOWA。如果所述模型结果是不同的，则很可能是晶片对准目标变形并且应避免HOWA。在另一实施例中，可能已知的是特定加工工具向晶片施加晶片对准目标变形，并且此信息可以作为加工情境数据655而被向前馈送，基于该加工情境数据655可确定模型。

现在考虑所述晶片对准模型菜单内容，所述晶片栅格可能变形存在若干理由。这包括：

-由于如下原因由应力和应变所导致的晶片栅格扭曲：

·温度步骤(退火)

·蚀刻技术

·外延生长技术

·材料沉积

·特定层设计的方向取向

-由于与加工无关的物理变形而导致的晶片栅格扭曲

·夹持

·扫描器或轨的热效应。

晶片对准功能性应针对这些效应进行校正。

也存在引入了伪晶片栅格变形的若干效应。晶片加工和测量假象是产品上的重叠误差的主因中的两个主因。这些效应包括：

-由于以下原因由对准假象所导致的明显晶片栅格扭曲：

·CMP(化学机械抛光)

·材料沉淀

·蚀刻技术

-由于测量系统误差(镜面/栅格板、传感器)导致的晶片栅格扭曲。

-由于污染由污点造成的局部变形。

晶片对准功能性不应针对这些效应加以校正，因为这些仅由晶片对准传感器所检测到，且并不会由重叠量测检测到。这些效应也可导致平均标志特征以及从晶片到晶片变化的标志特征。全局和局部效应的存在以及现有模型的不良行为是搜索更佳替代物的原因。为此原因，六参数模型已被扩展利用于高阶模型，包括在x和y的更高程度的多项式项(x²、xy、y²等等)。然而，这些高阶模型可执行得比预期更糟。通过使用多项式代替物理模型，所述晶片对准模型旨在使用数学模型描述物理变形。因此：

a.当前的晶片对准模型不能在真实晶片栅格扭曲与由对准假象所造成的伪效果之间进行区分，所述对准假象即应被校正的误差以及不应被校正的误差(噪声)。

b.在所述晶片的边缘上，所述模型的贡献有时由于公知的Runge现象而过大：在间隔的边缘处当具有更高的N阶值的多项式被用于插值时发生的振荡的问题。

c.适配更高阶的标志特征将导致甚至更多的测量点。

因此，在实施例中，提出了：当执行所述相关步骤635和/或测量所述晶片时，使用物理晶片对准模型来代替纯数学模型，诸如基于数学级数展开的模型。描述晶片变形的物理晶片对准模型不易于受到晶片对准目标变形并且因此应是所述晶片对准模型菜单的部分。

所述物理模型考虑到晶片加工的物理性质。代替用相等权重拟合的所有对准目标，仅适配了根据晶片变形的物理性质而行动的那些目标。没有根据经变形晶片或物理模型的物理性质而行动的任何对准目标必定随后自身变形且应被忽略。例如，如果晶片上的所有测量点，除了一个以外，指示出了晶片扩展，那么该单个点必定是错的且应被忽略。在物理上，在整个晶片上除了一点对其扩展是不可能的。然而，纯数学模型将会配合所述点、将其与其他点同样地处理。

虽然本文具体参考光刻设备在制造IC中的应用，但是应该理解，这里所述的光刻设备可以具有其他应用，例如制造集成光学系统、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。本领域技术人员将会认识到，在这样替换的应用情形中，任何使用的术语“晶片”或“管芯”可以分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开的内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

虽然上文已经做出了具体参考，将本发明的实施例用于光学光刻术的情况中，应该注意到，本发明可以用在其它的应用中，例如压印光刻术，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的形貌印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置被从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。

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

在允许的情况下，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，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学部件。

尽管本发明的具体实施例已在上面描述，将理解到本发明可以用如所描述以外的其它方式实践。例如，本发明可以采取如下形式：计算机程序，包含对如上所披露方法加以描述的一种或更多种机器可读指令序列；或数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，其中储存有这样的计算机程序。

以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域的技术人员来说清楚的是，在不背离下面提出的权利要求书的范围的情况下，可以对所描述的发明进行修改。

Claims

1.一种能够操作以根据一种或更多种晶片对准模型对衬底执行测量操作的设备，其中所述一种或更多种晶片对准模型选自多种候选晶片对准模型；并且其中所述设备包括外部接口，所述外部接口能够操作以使得实现在所述测量操作之前，从所述多种候选晶片对准模型对一种或更多种晶片对准模型的所述选择和/或对所述多种候选晶片对准模型中的一个或更多晶片对准模型的变更。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述外部接口使得在对每批次的衬底的所述测量操作之前，能够对每批次的衬底实现所述晶片对准模型的所述选择和/或所述晶片对准模型的变更。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述外部接口使得在对每个衬底的所述测量操作之前，能够对于每个衬底实现所述晶片对准模型的所述选择和/或所述晶片对准模型的变更。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备能够操作以根据对于哪些模型最佳地适合特定衬底或特定批次衬底的确定从所述多种候选晶片对准模型选择一种或更多种晶片对准模型。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备能够操作以至少部分地基于正在被测量的所述特定衬底的衬底加工情境信息选择所述多种候选晶片对准模型中的一种或更多种晶片对准模型。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述外部接口是根据SEMI装备通讯标准的接口。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备能够操作以至少部分地基于曝光后测量数据而选择所述多种候选晶片对准模型中的一种或更多种晶片对准模型，所述曝光后测量数据包括已从先前曝光的晶片、在其受测量和曝光之后进行的测量结果。

8.根据权利要求7所述的设备，所述设备能够操作以：

测量所述衬底由此获得曝光前的测量数据；

比较所述曝光后测量数据与所述曝光前测量数据；和

使用所述比较的结果来选择所述多种候选晶片对准模型之一用于随后的衬底的测量。

9.根据权利要求8所述的设备，所述设备能够操作从而使得所述对比确定出模型化的曝光后测量数据是否与曝光前测量数据相关；以及

如果所述模型化的曝光后测量数据与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底变形；以及

如果所述模型化的曝光后测量数据并不与所述曝光前测量数据相关，则将误差归因于衬底上的一个或更多测量目标的变形；

所述设备还能够操作从而使得对所述晶片对准模型的所述选择至少部分地取决于所述误差是归因于一个或更多测量目标的变形、还是归因于衬底变形。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备能够操作以从多种候选过程校正模型选择一种或更多种过程校正模型，所述过程校正模型能够用于对随后衬底的校正模型化。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述多种候选晶片对准模型包括至少一种物理晶片对准模型，其中在模型中考虑衬底变形的实际物理性质。

12.根据权利要求11所述的设备，其中所述物理晶片对准模型能够操作使得在对所述衬底模型化时，对于要么本身、要么在整体地设置的测量数据的情境中具有在物理上无意义的值的测量点不加考虑或给予较少权重。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备具体地构造为能够操作以在所述测量操作之后对所述衬底执行光刻过程的光刻设备。

14.一种对衬底执行测量操作的方法，所述方法包括：

从多种候选晶片对准模型确定哪个晶片对准模型将会最佳地适合特定衬底或特定批次衬底；

基于所述确定从所述多种候选晶片对准模型选择一种或更多种晶片对准模型；和

根据所选择的一种或更多种晶片对准模型，对所述衬底或特定批次衬底执行所述测量操作；

其中所述确定和选择步骤要么对每批次的衬底执行，要么对每个衬底执行。

15.一种包括机器可读指令的程序载体，当运行于合适设备上时导致所述设备执行根据权利要求14所述的方法。