CN107735731A - 光刻设备、控制方法及计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

一种光刻设备获得衬底的高度图(402)和在控制所述图案到所述衬底的成像时使用所述高度图。所述光刻设备被布置用于在控制所述成像时至少部分地忽略高度异常(B)。所述高度异常可以通过处理所述高度图来识别。例如，在一些实施例中，通过使用形状识别模型来识别所述高度异常。在一些实施例中，产生所述高度图(802)的修改版本，在所述修改版本中，至少部分地去除所述高度异常，且在控制所述图像时使用所述高度图的所述修改版本。可替代地，将异常图与所述(未修改的)高度图一起使用以控制成像。

Description

光刻设备、控制方法及计算机程序产品
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月3日递交的欧洲专利申请EP 15175164.1的优先权，并且通过引用将全文并入本文中。
技术领域
本公开涉及一种光刻设备。本公开尤其涉及使用高度图控制光刻设备。本公开还涉及通过光刻术制造器件的方法，以及涉及用于实施这种设备和方法的部分的数据处理设备和计算机程序产品。
背景技术
光刻没备是一种将所需图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)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待形成于所述IC的单层上的电路图案。可以将所述图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包含一部分管芯、一个或更多个管芯)上。所述图案的转移通常经由将图案成像到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层来进行。通常，单个衬底将包含被连续地形成图案的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个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、同时沿与所述方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。
使用形成投影系统的透镜(或反射镜)将图案成像到衬底的目标部分上。当图案成像到衬底上时，需要确保衬底最上表面(即图案待成像的表面)位于投影系统的焦平面内。
图案应当被投影到其上的衬底的表面从来不是完全平坦的，而是在大尺度和较小尺度上呈现许多高度偏差。调整投影系统的聚焦的失败可以导致差的图案形成性能，且因此导致整个制造过程的差的性能。诸如重叠、临界尺寸(CD)和CD均匀性的性能参数尤其将由于差的聚焦而劣化。
为了测量这些高度偏差，通常将水平传感器集成在光刻设备中。在衬底已经加载到光刻设备中以后，这些水平传感器是用于测量在衬底上的所有点处的衬底最上表面的竖直位置的光学传感器。所述一组测量(结果)被以某种合适的形式存储且可以被称为“高度图”。之后，当控制专利到衬底上的成像时使用所述高度图，用于确保在衬底的每一部分上的辐射敏感抗蚀层位于投影透镜的焦平面中。通常在衬底上的连续部分的曝光期间，将不断调整承载衬底的衬底支撑件的高度。在US 7265364 B2、US 20100233600 A1和US2013128247 A中公开了水平传感器的示例。在本文中不需要对它们详细描述。
在光刻术中已知的问题是衬底支撑件和/或衬底本身可能被微观颗粒污染，这造成了在高度上的高度局部化的偏差。这些偏差体现在高度图中，用于控制成像操作。因此能够发生所谓的“聚焦光斑”，其中成像操作的正常控制算法可能不能实现最佳聚焦，从而导致差的成像品质和差的功能器件的生产率。在EP 1457828 A2中，处理器被布置以通过使用高度图来监控聚焦光斑的发生。为了可靠地检测聚焦光斑，处理器首先计算平均管芯形貌，并从所测量的高度图减去平均管芯形貌，以便于聚焦光斑的识别。使用所获得的信息，可以计划干预措施从光刻设备和/或受影响的衬底清除掉污染物。然而，一旦采取这些干预措施，将会折衷制造过程的性能。本领域技术人员将认识到在大容量制造中保持生产量是至关重要的，且可能不得不在减少的生产率为代价的情况下容忍某一水平的聚焦光斑一段时间。
发明内容
期望在没有不利地影响生产量的情况下改善光刻制造过程的生产率。还期望如果可能的话使用现有的光刻设备和相关硬件来获得这种改善。
在第一方面中，本发明提供了一种用于使用光学投影系统将图案成像到衬底上的光刻设备，所述光刻设备被布置以获得表示所述衬底上的形貌变化的高度图，且在控制所述图案到所述衬底上的成像时使用所述高度图，其中所述光刻设备还被布置以在控制所述成像时，至少部分地忽略(忽视)在所述高度图的局部区域中所表示的一个或更多个高度异常。
在这种情形中，高度图意味着描述图案将被施加至的衬底的所述表面上的形貌变化的任何一组数据点或参数。通常，所述高度图表示为高度值的阵列，每一高度值与所述衬底上的部位相对应。然而，可以以任何合适的形式表达形貌变化(高度变化)。(应当理解，在本领域中使用“高度”来表示所述表面位置在大体上垂直于所述衬底的平面的方向上的变化。高度并不是指相对于重力或所述地球的表面的任何特定的方向)。尤其在光学光刻术中，高度图通常通过在执行曝光之前测量所述衬底来获得。所述高度图在实际中可以包含数千个样本点。
所述高度图被用于控制在将图像成像到所述衬底上时所涉及的致动器。尤其是，在衬底的所述抗蚀剂层上正确地聚焦图像是根据所述记录的高度图来非常密切地进行控制的。
在本公开的情形下，“高度异常”是指存在于所述衬底上且在所述高度图中表示的异常高度特征。例如，这包括由在所述衬底后侧和/或前侧上的污染物引起的表面特征。这些高度异常或“聚焦光斑”将在所述高度图中被表示出且可以例如占据所述高度图内的样本点的小区域。所述高度异常可以由所述已公开的设备在施加图案之前使用所述高度图来识别。所获得的信息可以被用于减小在任何物理干预之前对生产率的影响。为避免疑义，在本公开中的“高度异常”不与例如根本没有准确地表示所述表面高度的异常测量信号相关。例如，在US 2013128247 A中已知且公开了检测和校正异常测量信号的机制。
本发明的实施例可以被布置成使用所述高度测量识别由污染物引起的异常且在聚焦时去除这些异常的效应。可以使用高度图本身执行识别异常的动作。可替代地，它还可以使用一些其它形式的数据来执行，包括原始测量信号或所述高度图的一些处理后的版本。它可以使用单独获得的测量来执行。可以在使用所述高度图之前通过修改所述高度图或以一些其它形式实现(至少部分地)忽略高度异常的功能。
本发明的实施例可以被布置成例如从相邻的样本点内插新的高度值来完全忽略在高度异常区域中的高度值。可替代地，可以实施更加复杂的行为。例如在所述高度异常区域中的高度值可以与减小的权重一起使用，而不是完全地忽略它。可替代地，可以计算所述高度异常的模型，且从所述高度异常的区域中的所述测量值中减去所述高度异常的模型。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于使用光学投影系统将图案成像到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：
水平传感器，能够操作以在施加所述图案之前获得关于所述衬底上的许多部位处的所述衬底表面的高度的测量信号；
处理器，用于使用所述测量信号得到表示所述衬底的高度图的数据；和
控制器，被布置以使用所述高度图数据用于当在一个或更多个目标部位处将所述图案施加至所述衬底时控制所述投影系统的聚焦，
其中，所述处理器和控制器还被布置以直接或间接地使用所述测量信号用于识别在所述衬底表面上的高度异常，且在控制所述投影系统的聚焦时至少部分地忽略所述高度异常。
本发明还提供了一种器件制造方法，所述器件被形成在衬底上的多个层中，用于形成层的所述方法包括将图案施加到所述衬底，且使所述衬底经受一个或更多个化学和/或物理处理步骤以根据所施加的图案形成器件特征，其中对于所述层中的至少一个，施加所述图案的所述步骤包括：
获得所述衬底的高度图；且
使用所述高度图以在至少部分地忽略在高度异常时控制所述图案至所述衬底的成像。
本发明还提供了一种控制图案到衬底上的成像的方法，包括以下步骤：
获得所述衬底的高度图；和
使用所述高度图以在至少部分地忽略在所述获得的高度图中所表示的高度异常时控制所述图案至所述衬底的成像。
在一些实施例中，通过处理所述高度图来识别所述高度异常。例如，在一些实施例中，通过使用形状识别模型来识别所述高度异常。
在一些实施例中，产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中所述高度异常被至少部分地去除，且在控制所述成像时使用所述高度图的所述修改版本。在其它实施例中，产生规定所述已识别出的高度异常的部位的异常图数据，将所述异常图数据和所述高度图一起用于控制图案到所述衬底上的成像，以便减小在所述规定的部位处的所述高度图的影响。
本发明还进一步提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于控制光刻设备实施如上文所阐述的本发明的所述第一方面的机器可读指令。
本发明还进一步提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于使光刻设备实施根据如上文所阐述的本发明的方法的机器可读指令。
这种计算机程序产品可以例如采用在非瞬态存储介质中存储的指令的形式。
通过考虑附图和下附的实施例的描述，本领域技术人员将理解本发明的这些和其它方面以及优点。
附图说明
现在将仅作为举例、参考附图来描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的光刻设备；
图2示意性地示出了在图1的光刻设备中的测量和曝光过程；
图3示意性地示出了在衬底上出现污染物的情况下光学水平传感器的操作的侧视图(图3a)，和在衬底下面出现污染物的情况下的光学水平传感器的操作的侧视图(图3b)；
图4示意性地示出了根据现有技术操作的光刻设备中显示高度异常的高度图(图4a)和所获得的聚焦高度轮廓(图4b)；
图5示出了在衬底上有污染物的情况下(图5a)和在衬底下面有污染物的情况下(图5b)高度异常对根据现有技术的设备中的聚焦性能的影响的侧视图；
图6是根据本发明的第一实施例的制造器件的方法的流程图；
图7是根据本发明的第二实施例的制造器件的方法的流程图；
图8示意性地示出了根据本发明的实施例的操作的光刻设备中显示高度异常的高度图(图8a)和所获得的聚焦高度轮廓(图8b)；
图9示出了在衬底上有污染物的情况下(图9a)和在衬底下面有污染物的情况下(图9b)根据本发明的实施例操作的设备中高度异常对聚焦性能的影响的侧视图；
图10示出了在忽略高度异常的第一示例性方法中的步骤；和
图11示出了在忽略高度异常的第二示例性方法中的步骤。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，提供可以实施本发明的实施例的示例性环境是有意义的。
图1示意性地示出了一种光刻设备LA。该光刻设备包括照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；
图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，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特定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，构造成保持衬底W(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)且与被配置成根据特定的参数而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)PS，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(例如包括一根或更多根管芯)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。
所述图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如例如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件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)。在这里使用的任何术语“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。
本文所使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为指可用来在辐射束的横截面中赋予辐射束图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。一般而言，赋予给辐射束的图案将对应于目标部分(诸如，集成电路)中产生的器件中的特定功能层。
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。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。
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它因素所适合的。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里如所图示的，所述光刻设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述光刻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)。
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。浸没液体还可以被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。
参照图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(例如当所述源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将所述源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，例如积分器lN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。
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，并且通过图案形成装置来形成图案。已经穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统将辐射束聚焦到衬底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，干涉仪装置、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以准确地移动衬底台WT，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，例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间，可以将第一定位装置PM和另一个位置传感器(在图1中没有明确地示出)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，可以采用形成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现衬底台WT的移动。在步进机的情况下(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。
可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如掩模)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(这些公知为划线对齐标记)之间的空间中。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，掩模对准标记可以位于管芯之间。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。
所示出的设备可以用于多种模式。在扫描模式中，在对图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予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相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向可以通过投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一的动态曝光中的目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描移动的长度确定了目标部分的长度(沿扫描方向)。如本领域中公知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，已知一种步进模式。在所谓的“无掩膜”光刻术中，可编程图案形成装置保持静止但具有变动的图案，并且衬底台WT被移动或被扫描。每个目标部分通常被称作“场”并且在最终产品中包含一个或多个产品管芯。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变形，或完全不同的使用模式。
在此示例中光刻设备LA是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA，在曝光站和测量站之间衬底台可以进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站处的另一衬底台上且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器LS对衬底的表面高度进行绘图和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标识的位置。
光刻设备控制单元LACU控制所描述的各种致动器和传感器的所有移动和测量。LACU还包括信号处理和数据处理能力以实施与所述设备操作有关的所期望的计算。实际上，控制单元LACU将实现为许多子单元的系统，每个子单元处置在该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衬底定位装置PW的伺服控制。单独单元可以甚至处理粗调和微调致动器或不同轴。另一单元可以专用于位置传感器IF的读出。设备的总控制可以由中央处理单元控制，该中央处理单元与这些子系统、在光刻制造过程中涉及到的操作器和其它设备通信。可以使用合适的通信链路(未示出)在光刻设备外面的处理器上执行一些数据处理功能。
图2示出了在图1的双平台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如管芯)的步骤。将首先描述根据常规实践的过程。
在虚线框内的左手侧是在测量站MEA处执行的步骤，而右手侧示出了在曝光站EXP处执行的步骤。经常，衬底台WTa、WTb之一将处于曝光站，而另一个将处于测量站。出于描述的目的，假设衬底W已经加载到曝光站内。在步骤200，新衬底W’由未图示的机构加载到设备的测量站。这两个衬底被并行地处理以便提高光刻设备的生产量。
首先参考新加载的衬底W’，这可以是之前未经处理的衬底，为了在设备中首次曝光制备有新光致抗蚀剂。然而，一般而言，所描述的光刻过程将只是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经经过这个设备和/或其它光刻设备几次，并且也可能经历随后的过程。特别是对于改善图案形成性能的问题而言，任务在于确保以最佳聚焦在衬底上施加新图案，其中衬底已经经受了一个或更多个图案形成和处理循环。这些处理步骤逐渐地在衬底中引入变形(局部高度偏差)，之后对这些变形进行测量和校正，以实现令人满意的聚焦性能。也由于在将衬底夹持到具体衬底台上时造成的衬底变形而引入局部高度偏差。尽管这些变形很小，但是在要求极高性能时便是显著的。
可以在刚刚提到的其它光刻设备中执行之前和/或随后的图案形成步骤，并且可以甚至在不同类型的光刻设备中执行。例如，在器件制造过程中，与要求较低的其它层相比，在诸如分辨率和重叠等参数上要求非常严格的一些层可能在更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可能在浸没型光刻工具中曝光，而其它层在‘干法’型工具中曝光。一些层可能在以DUV波长工作的工具中曝光，而其它层使用EUV波长辐射曝光。
在步骤202，使用衬底标记P1等和图像传感器(未图示)的对准测量用来测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。此外，在衬底W’上的几个对准标记将使用对准传感器AS来测量。这些测量(值)在一个实施例中用来建立“晶片网格”，其很准确地绘制标记在衬底上的位置偏差，包括相对于名义矩形网格的任何变形。
在步骤204，使用水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)的图。将使用高度图来实现已曝光的图案的准确聚焦。高度图可以以不同的形式表示，但通常表示表面高度与衬底的名义平面的局部偏差。应当理解，在这种情形中“高度”是指垂直于衬底的平面的位置，且不是指地面或重力的方向。
当加载了衬底W’时，接收条件手段(recipe)数据206，该条件手段数据定义了待执行的曝光，以及晶片的性质和之前在晶片上制造的图案以及将要在晶片上制造的图案。将在步骤202、204处得到的晶片位置、晶片网格和高度图的测量值添加至这些条件手段数据，使得条件手段和测量数据的完整的集合208可以被传递到曝光站EXP。如将在下文中所解释的，在本文所描述的新方法中，条件手段和测量数据被用现有知识修改和/或补充，所述现有知识影响在每个衬底上的一个或更多个区域识别出高度异常时将如何使用高度图控制图案至衬底的成像。
在步骤210，晶片W’和W互换，使得测量的衬底W’变成进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过在设备内交换支撑件WTa和WTb来执行这种互换，使得衬底W、W’保持准确地夹持和定位于这些支撑件上，以保持在衬底台与衬底本身之间的相对对准。因此，一旦所述台已经被互换，确定在投影系统PS与衬底台WTb(之前是WTa)之间的相对位置所需要做的就是在控制曝光步骤时利用衬底W(之前是W’)的测量信息202、204。在步骤212，使用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218，在衬底W上的连续目标部位处施加扫描运动和辐射脉冲，以便完成多个图案的曝光。
通过在执行曝光步骤时使用在测量站获得的对准数据和高度图，这些图案相对于所期望的部位和相对于之前位于同一衬底上的特征被准确地成像且准确地对准。已经曝光的衬底，现标记为W”在步骤220从设备卸载，以根据已经曝光的图案经历蚀刻或其它过程。
图3(a)示意性地示出了在光刻设备LA的示例中的水平传感器LS的操作。衬底支撑件中的一个被标记为WT，且承载衬底W。在本示例中水平传感器LS是光学传感器，包括源侧光学装置LSS和检测器光学装置LSD。在操作中，源侧光学装置LSS产生射到衬底W上的一个或更多个光束310。衬底W通常具有形成在其上的不同层，和通常存在比此处图示的多很多的层。顶层通常是抗蚀剂层312，在抗蚀剂层中将形成图案。在顶层下方将是防反射涂层，并且在其下方将可能是在以不同布局和材料形成的器件特征的许多层。
光束310由衬底反射并且由检测器侧光学装置LSD检测以获得信号S(x，y)，从所述信号S(x，y)能得到在衬底上的位置(x，y)处的表面高度的测量(值)。通过在衬底上的许多位置测量高度，可以由合适的处理器(未示出)获得高度图h(x，y)，并且在曝光站使用以在光刻设备的操作中控制聚焦和其它参数。用于水平感测的这些光学装置的细节以及相关的信号处理在本领域中是已知的并且例如在背景技术中提到的现有公开出版物中被描述。将不在本文中详细地描述它们。在本示例中使用的辐射可以是单色的、多色的和/或宽波段的。辐射可以P偏振的或S偏振的、圆偏振的和/或未偏振的。
高度图h(x，y)可以采用任何适当的形式。在简单的实施例中，高度图包括由衬底上的位置的X和Y坐标所索引的样本值的二维阵列。在其它实施例中，高度值可以由与测量的样本值拟合的参数曲线表示。
在图3(a)中的h(x，y)的曲线图314表示例如在某一X值在Y方向上延伸的单个切片中的高度值。对于衬底表面的大部分来说，高度变化在范围和其局部程度(空间频率)上是相对平缓的。然而，在图示中，污染物的颗粒316出现在衬底表面上。因此，出现了可以在高度图中识别出的高度异常318。从控制图案到衬底上的抗蚀剂层中的成像的角度来看，这些高度异常被认为是不期望的“聚焦光斑”。
类似地，在图3(b)中污染物的颗粒326出现在衬底的下方。该颗粒可能在加载衬底之前就已经存在于衬底支撑件WT上。可替代地，所述颗粒可以是在衬底加载到设备中之前已经附着在该衬底背侧或后侧的某个事物。在任一情况下，高度图曲线图324再次揭示了高度异常328。
图4(a)示出了使用不同水平的阴影表示在X-Y图上的高度值的高度图的部分。换言之，图像包括许多矩形像素，且每个像素的阴影表示在某X、Y位置处所测量的高度偏差。在所述图示中，由于专利附图的限制，仅可以区别出几个阴影水平。在真实的示例中，高度图可以更加精细地表示表面轮廓。虚线轮廓402内的高度图的部分可以表示由光刻设备LA将图案施加至的场或一个目标部分的区域。在标示为区域A的场区域的大部分之上，高度变化均是相对小的且平缓的。在另一方面，在区域B处，由于小局部区域内限制的更加极端的高度变化，可以识别出高度异常。
现在参考图5(a)，在示意性的侧视图中我们看到高度异常(例如污染物)对在抗蚀剂层312中形成正确地聚焦的图像的影响。虚线框502示意性地表示图案形成装置MA的空间图像的位置或部位。在步进式光刻设备中，空间图像502的尺寸将对应于整个场的尺寸。在扫描式光刻设备中，空间图像502对应于当图案形成装置和衬底相对于投影系统PS执行同步移动时在场区域上扫描的窄带或“狭缝”。在图4(b)中由虚线框404表示该狭缝。在图4(b)中由宽白色箭头指示扫描运动。再次参考图5(a)，将了解到在X-Z平面或在Y-Z平面中可以看到以横截面所示出的空间图像502。在任一情况下，光刻设备的各个子系统控制图案到衬底上的成像，使得空间图像502尽可能准确地位于位置502’，以可靠地将图像压印在抗蚀剂层312中。
由于在任何给定的时间空间图像在X和Y方向中的每一个上具有显著大的范围，因此在当前正在成像的位置或部位处基于在高度图中表示的高度值的移动平均值来执行对空间图像502的定位和方向的控制。在步进式方法的情况下，产生静态平均值。任何短尺度的高度异常可以影响在宽的区域之上的所述平均值，且因此尤其逐渐削弱对聚焦的控制和通常逐渐削弱对成像的控制。
返回到图4(b)，这是在使用通常的控制技术时，在扫描操作期间所述场之上的聚焦高度轮廓图。对于所述场的上部(如在图中所见到的)，在区域A中的平滑的高度变化并不会造成聚焦控制功能有问题，该聚焦控制功能不得不平均狭缝404上的高度值。在另一方面，在扫描到达场的下部时，在区域B中的高度异常造成平均聚焦高度在整个缝隙404上升高。因此，在区域C中，所述场的相对大的部分偏离理想聚焦。
在图5(a)的左手侧，我们看到在污染物颗粒316出现在衬底表面上的情况下的结果。在将在高度图402中的高度异常用于控制空间图像502”的形成时，空间图像被定位在抗蚀剂层312的平面之外。因此，在抗蚀剂材料中图案的不良聚焦和因此图案的不良形成导致在将图案施加到该区域中的抗蚀剂时的不良性能。与在右手侧示出的标记为OK的正常性能部位相比，这由标记为NOK的区域表示。图5(b)示出了在污染物颗粒326位于衬底W下面时，产生的类似结果。
由此，图4和5示出了可以在常规控制方法中由高度异常产生的成像性能的损失，尤其是聚焦性能的损失。现在将描述如例如在图1的设备中实施的光刻设备的控制的修改例。
图6以示意性的流程图的形式示出了根据本公开的实施例的器件制造方法。例如，可以将修改后的控制程序加载到光刻设备控制单元LACU中，以便实施随后的步骤。在该图中没有示出可以进行的各种离线设置程序。
在“线上”制造过程中，在步骤601，将衬底(例如半导体晶片)加载到光刻设备的测量站MEA中，且在步骤602，以在图4(a)和(b)中所描述的方式使用水平传感器，用于获得与在衬底上的许多部位处的衬底表面的高度相关的测量信号S(x，y)。在步骤603，处理器(例如控制单元LACU的主处理器或与高度映射(mapping)函数或功能相关的单独的处理器)接收测量信号S(x，y)。
在步骤604，处理器通过使用合适的算法将所述测量信号转换成局部高度值来得到衬底上的每一点的高度值。以这样的方式，获得具有类似于图4(a)中示出的形式的高度图，但是在整个衬底之上延伸。在这一阶段，可以检测和消除例如由设备中的噪音所引起的异常信号，使得高度图精确地表示晶片上的物理特征。
在步骤605，检查高度图以检测任何高度异常，在现有技术中也被称为“聚焦光斑”。可以由在一维或二维上的空间频率滤波和/或图案识别执行该步骤。参考图10和11，在下文示出了简单的示例。例如，可以应用从EP 1457828A2了解的技术。熟知的软件提供了具有许多可替换的形状识别算法的图像处理工具箱。无论以任何方式，处理器识别高度图的区域(诸如在图4(a)中的区域B)，且将这些区域识别为高度异常，所述高度异常在控制成像过程中将被忽视。
在步骤606，在本示例中，产生已修改的高度图h’(x，y)，其中高度异常已经被去除，并且被在相邻和/或邻近于已识别出的高度异常区域的位置处的高度值而得到的值替换。换句话说，处理器忽视(忽略)或打折处理(discount)来自已识别的高度异常区域的高度值，且基于在一个或更多个相邻的区域中进行的测量来执行该区域上的高度值的内插或外插。
在步骤607，将已修改的高度图h’(x，y)“传递”至光刻设备控制单元LACU(或者，如果执行所述步骤的处理器已经是控制单元的部分，将所述已修改的高度图传递至用于控制曝光的适当功能(部))。当衬底位于曝光站EXP时，使用已修改的高度图以控制投影系统的聚焦。
在步骤608，在将图案已经施加到衬底上的所有场之后，显影承载转移的图案的抗蚀剂层，且之后使该抗蚀层遭受在下面材料中形成器件特征所需要的任何化学和物理过程。所述过程步骤将依赖于所述应用而变化。在步骤608之后，可以在步骤609完成器件或者可以经由步骤610回到步骤601以用于图案化和处理另外的层。对于每次重复，所述过程可能将不同的一组区域识别为高度异常，且可能应用相同或不同的算法和校正以减少那些高度异常对曝光的控制的影响。对于聚焦是不关键的一些层，可以在不识别高度异常的情况以惯常的方式控制设备。
在相同衬底每次加载到光刻设备中时特定区域显示出高度异常的情况下，这可能是因为由附着到衬底的背面的污染物引起高度异常。在另一情况下，可能在不同衬底的相同位置出现高度异常，表明可能在衬底支撑件上存在污染物。因此，关于在步骤605中所检测的高度异常的信息在以统计的方式累计和分析时可以用于监控污染物水平且触发(手动地或自动地)对设备和/或衬底的维护和清洁的干预。
如已经提及的其它实施方式也是可行的。注意到，可以在将原始信号S转变为高度值h之前、期间或之后实施识别高度异常的功能。也可以以不同的方式实现对成像操作的修改控制。
图7示出了识别高度异常的可替代的示例。作为修改高度图本身的替代方案或除修改高度图本身之外，将关于高度异常的性质和部位的信息用于影响使用高度图控制聚焦的方式。图7中的过程包括非常近似地对应于图6示出的步骤601至610的步骤701至710。将不再详细地描述这些步骤。再次，目的是使用已识别的高度异常的知识减少在控制将图案施加到衬底的成像操作时高度异常的影响。在之前的示例(图6)中，这是通过修改高度图数据以去除或减少高度异常并且之后在惯常的聚焦控制过程中使用修改的高度图来完成。在图7的示例中，在步骤706，将(可能未修改的)高度图与识别已经检测出高度异常的区域的部位和/或其它性质的单独数据一起传递至光刻设备控制单元LACU。所述单独数据可以被称为“异常图”，不限于所述数据的任何特定的表达形式。在使用异常图以减少高度图数据在已识别出的高度异常区域中的影响时，已修改的聚焦控制功能707控制光刻设备的曝光站以基于高度图数据控制聚焦。
如所提到的，可以自由选择异常图的形式。作为简单的示例，可以产生二元掩模M(x，y)。所述掩模是部位(x，y)的其它函数或像素值的阵列，其值决定在计算最佳聚焦时将多少权重给予在所述部位的高度图数据h(x，y)。因此，例如掩模M(x，y)可以是简单的二元函数，使得‘0’将使得对应的高度图条目(entry)被聚焦控制忽略。以这种方式，将以函数M(x，y)编码的现有知识用于识别在高度异常区域中的高度值。已修改的聚焦控制步骤707确保在平均化过程中忽略这些测量，由此避免由局部高度异常引起的空间图像的干扰。替代简单的二元掩模，可以提供分级(graduated)加权函数。在所述情况下，可以在不完全去除高度异常的情况下减少高度异常对于成像的影响。
图6的方法的优点可以是为在任何光刻设备中的关键的实时过程的聚焦控制过程607不受干扰，且通过高度图的之前处理实现改进的聚焦。在另一方面，图7的方法可以允许更加直接的聚焦优化，如果需要的话考虑其他因素。如果需要的话，可以在相同的曝光或当在相同衬底上曝光不同层时一起使用两种类型的过程。
无论使用哪种方法，图8和图9示出了相对于图4和5所见到的惯常方法，本文所公开的设备和方法的改进的成像性能。在图8(a)中，示出了与图4(a)的高度图对应的但在已识别出的高度异常区域B中去除了高度值的已修改的高度图802。在图8(b)中，我们可以看到在忽略(或替代)在高度异常区域中的高度值时所实现的聚焦高度轮廓。在图9中，我们看到通过使用已修改的高度图和/或高度图和异常图所获得的空间图像902不会由于高度异常(污染物)的存在而受到过多地干扰。正如在图5中，与在右手侧所显示的标记为OK的正常性能部位相比，在抗蚀剂材料中的图案的不良聚焦并且因此的不良形成由标记为NOK的区域表示。即使在污染物的紧邻处，聚焦可能受到干扰(NOK)，但是成功地实现成像的区域表现出比使用已知技术更大的场区域的部分。在实际和商业术语上，衬底上的较大比例的器件将形成有令人满意的性能。尤其在场包含许多较小器件区域的情况下，这种改进可能导致在制造过程结束时功能器件的较大生产率。
图10和11详细地示出了放弃高度异常的高度值的处理。在图10(a)中示出了二维高度图h(x，y)的一维切片，所述一维切片包括一系列的高度值样本，仅为了图示起见，已经针对所述高度值样本拟合出曲线。通过高通滤波和/或图案识别，在区域1002中识别出高度异常。示出异常图1004的部分，其中黑色斑表示已识别出的高度异常区域。在图10(b)中，我们看到具有经由高度异常区域(像素)1006内的圆圈识别的高度值的高度图数据。它们是将被放弃的高度值。在(c)处，我们看到已修改的高度图数据h’(x，y)的示例，其中已经从周围样本内插新的高度值1006’。可以通过任何合适的技术进行内插，例如线性内插法、双三次插值法等等。
用于识别高度异常的精确滤波法是设计选择的问题。可以使用二维(2D)低通滤波器。可替换地，可以将高度异常定义为包括超过紧密围绕区域中的像素的高度预定量的任何样本(像素)。在图11中，应用更加复杂的方法以获得修改后的高度图。首先，如在(a)处示出的，定义了具有预期的高度异常的数学模型1102，该高度异常可以具有固定的尺寸、或由诸如高度、在X上的范围和在Y上的范围(单个范围值可以是足够的，因为典型的聚焦光斑在X和Y上具有类似的范围)的参数定义的尺寸。之后在(b)处，应用将异常模型的一个或更多个例子拟合至在高度图h(x，y)中发现的高度异常的图案匹配。在异常模型具有一个或更多个可变参数的情况下，将这些参数调整以对在每一部位观察到的高度异常进行最佳拟合。之后在(c)处，替代简单地放弃异常中的高度值，从测量的高度值中减去拟合后的异常模型以获得修改后的高度图h’(x，y)。在本示例中的处理过程比在图10的示例中更加复杂。另一方面，假设高度异常具有很好定义的且可预测的形式，图11的方法具有尽可能多地保留下层的高度信息的益处。也就是说，在修改后的高度图中被修改的值，不是仅从相邻的像素中内插得到，而是在理论上保留一些来自异常区域内所进行的测量的信息。
也可以将识别出的异常区域用于校正重叠图。例如重叠图包括二维矢量图，其中每个矢量表示重叠尺寸和方向，即在两个已图案化的层之间的未对准的尺寸和方向。高度异常可以对在所述部位处测量的重叠产生影响。例如，在第一层中未识别出高度异常且在后续的层中识别出高度异常的情况下，测量的重叠可以呈现出在高度异常的部位处的重叠异常区域，在该重叠异常区域中重叠矢量(值)主要在尺寸上偏离周围的重叠矢量。以如上描述的相同的方式，例如，可以通过至少部分地忽略重叠异常、通过由在邻近于或相邻于重叠异常区域的部位处测量的重叠替代在重叠异常区域中的测量的重叠(值或矢量)、通过将模型化的高度异常从在重叠图中的重叠值和/或矢量减去，或通过将不同的(例如减小的)权重(因子)用于在重叠异常区域中的测量的重叠(值或矢量)，来修改具有重叠异常区域的重叠图。类似地，其他参数图可以包括对应于高度异常区域的这样的异常区域，例如临界尺寸(CD)值的图，和可以以如上描述的类似的方式修改这些参数图。
在所描述的方法中的每一方法中，可以应用在现有专利申请EP 1457828 A2中描述的用于聚焦光斑监控的技术，以改善检测的可靠度和准确度。换句话说，用于改善准确度的一种选择是从高度图计算平均管芯形貌，且从高度图中将其减去，作为在高度异常识别中的预备或开始步骤。其益处在于：在产品自身由于在之前的处理步骤中功能器件特征的布局和处理而具有局部高度异常的情况下，可以忽略这些局部高度异常以避免错误地将它们识别为由污染物等造成的聚焦光斑。
类似地，除了本文所公开的技术以外，可以应用在背景技术中提到的现有出版物的任何技术以改善水平感测性能和成像性能。例如，可以将US 2013128247 A的技术用于在计算高度图之前去除异常测量样本。
总之，本公开提供了在光刻制造过程期间实现改善的聚焦和改善的图案形成性能的方法。本方法减小了高度异常的影响，诸如由在衬底上方和/或下方的污染物引起的高度异常的影响。此外，新方法不要求改变光刻系统的硬件，且不要求除了那些通常提供为光刻制造过程的部分之外的任何输入数据测量。所述方法可以包括产生更准确的高度图(仅意味着高度图被修改以实现关键特征的更好的优化聚焦)，和/或修改将高度图数据用在实际聚焦控制过程中的方式。
本发明的实施例可以通过使用包含一个或更多个的机器可读指令的序列的计算机程序来实施，所述机器可读指令描述如上所述的使用高度图数据控制光刻设备的方法。这个计算机程序可以例如在图2的控制单元LACU内或者某些其它处理器或控制器内执行。还可以提供其中存储了这样的计算机程序的非瞬态数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。
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(UV)辐射(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。
本发明的覆盖度和范围不应该受到上述的示例性实施例中的任一个限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物限定。

Claims (18)

1.一种用于使用光学投影系统将图案成像到衬底上的光刻设备，所述光刻设备被布置以获得表示所述衬底上的形貌变化的高度图，且所述光刻设备包括被布置以在控制所述图案到所述衬底上的成像时使用所述高度图的控制器，其中所述光刻设备还被布置以当控制所述成像时，至少部分地忽略在所述高度图的局部区域中所表示的高度异常。
2.如权利要求1所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以从所获得的高度图识别所述高度异常。
3.如权利要求1或2所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以通过形状识别模型识别所述高度异常。
4.如前述权利要求中的任一项所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以产生所述高度图的修改版本且在控制图案在衬底上的成像时使用所述高度图的所述修改版本，在所述修改版本中所述高度异常被至少部分地去除。
5.如前述权利要求中的任一项所述光刻设备，其中所述光刻设备被布置以产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中在高度异常区域中的高度值由从在相邻于所述高度异常区域的部位处的高度值所得到的值替代。
6.如前述权利要求中任一项所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中从在所述高度异常区域中的高度值减去模型化的高度异常。
7.如前述权利要求中任一项所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中将减小的权重应用至在所述高度异常区域中的高度值。
8.如权利要求1、2或3所述的光刻设备，其中所述光刻设备被布置以将规定所识别的高度异常的部位的异常图数据供应至所述控制器，且所述控制器被布置以在减小在所述规定的部位处的高度图数据的所述影响的同时，在控制图案到所述衬底上的成像时将所述高度图数据和所述异常数据一起使用。
9.如前述权利要求中任一项所述的光刻设备，还包括被布置以在将所述衬底已经加载到所述光刻设备中之后，通过测量所述衬底获得所述高度图的水平感测布置。
10.一种控制图案在衬底上的成像的方法，包括以下步骤：
获得所述衬底的高度图；和
使用所述高度图以在至少部分地忽略在所获得的高度图中所表示的高度异常时控制所述图案至所述衬底的成像。
11.如权利要求10所述的方法，其中使用所述高度图的所述步骤包括产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中所述高度异常的表示被至少部分地去除，且在控制所述成像时使用所述高度图的所述修改版本。
12.如权利要求10所述的方法，其中使用所述高度图的所述步骤包括产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中在所述高度图的高度异常区域中的高度值由从在相邻于所述高度异常区域的部位处的高度值所获得的值替代。
13.如权利要求10所述的方法，其中使用所述高度图的所述步骤包括产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中从在所述高度图中的高度值中减去模型化的高度异常。
14.如权利要求10所述的方法，其中使用所述高度图的所述步骤包括产生所述高度图的修改版本，在所述修改版本中将减小的权重应用至在所述高度异常区域中的高度值。
15.如前述权利要求10至14中的任一项所述的方法，其中使用所述高度图的所述步骤包括产生规定所述已识别出的高度异常的部位的异常图数据，且将所述异常图数据与所述高度图一起使用来控制所述图案在所述衬底上的成像，以便减小在所述规定的部位处的所述高度图的影响。
16.如权利要求10至15中任一项所述的方法，还包括产生重叠图、使用所述高度图和所述已识别出的高度异常区域以识别重叠异常区域以及产生所述重叠图的修改版本的步骤，通过所述以下步骤中的任一步骤产生所述重叠图的修改版本：
至少部分地忽略重叠异常，或
将在所述重叠图的所述重叠异常区域中的重叠值或矢量由从在相邻于所述重叠异常区域的部位处的重叠值或矢量所得到的值或矢量替代；或
将模型化的高度异常从在所述重叠图中的重叠值或矢量中减去；或
将减小的权重应用至在所述重叠异常区域中的重叠值或矢量。
17.一种计算机程序产品，所述计算机产品包括用于使光刻设备实施根据权利要求10至16中的任一项所述的方法的机器可读指令。
18.一种用于使用光学投影系统将图案成像到衬底上的光刻设备，所述光刻设备包括：
水平传感器，能够操作以在施加所述图案之前获得关于所述衬底上的许多部位处的所述衬底表面的高度的测量信号；
处理器，被布置以使用所述测量信号获得表示所述衬底的高度图的数据；和
控制器，被布置以使用所述高度图数据用于当在一个或更多个目标部位处将所述图案施加至所述衬底时控制所述投影系统的聚焦，
其中，所述处理器和控制器还被布置以直接或间接地使用所述测量信号以识别在所述衬底表面的高度异常，且当控制所述投影系统的聚焦时至少部分地忽略所述高度异常。
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