CN107850862A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种表征多个衬底的形变的方法。该方法包括以下步骤：‑针对多个n个不同对准测量参数λ并且针对多个衬底测量对准标记的位置；‑将位置偏差确定为n个对准标记位置测量值与标称对准标记位置之间的差值；‑将位置偏差分组成数据集；‑确定平均数据集；‑从数据集中减去平均数据集以获取多个可变数据集；‑对可变数据集执行盲源分离方法，由此将可变数据集分解为表示可变数据集的主成分的特征晶片集合；‑将特征晶片集合细分成标记形变特征晶片集合和衬底形变特征晶片集合。

Description

光刻设备和器件制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月13日提交的EP申请15176521.1和于2016年6月22日提交的EP申请16175702.6的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及表征多个衬底的形变的方法、用于衬底的对准方法、对准系统、光刻设备、套刻测量方法、计量系统和用于制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望的图案应用到衬底上、通常是到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在这种情况下，图案化装置，替代地被称为掩模或掩模版，可以被使用来生成要在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯部分)上。图案的转移通常是经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含连续地图案化的相邻目标部分的网络。传统的光刻设备包括所谓的步进机和所谓的扫描仪，在所谓的步进机中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分，在所谓的扫描仪中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反平行于上述方向扫描衬底来照射每个目标部分。通过将图案压印到衬底上，也可以将图案从图案化装置转印到衬底上。
通常，制造的集成电路包括包含不同图案的多个层，每一层使用如上所述的曝光工艺来生成。为了确保制造的集成电路的正确操作，连续曝光的层需要彼此正确地对准。为了实现这一点，衬底通常设置有多个所谓的对准标记(也称为对准目标)，由此使用对准标记的位置来确定或估计先前曝光的图案的位置，所述位置也被称为目标部分，因为它是用于要与先前曝光的图案一致地曝光或与其对准的后续图案的目标位置。这样，在后续层的曝光之前，对准标记的位置被确定并且被用于确定先前曝光的图案的位置。通常，为了确定这种对准标记的位置，应用对准传感器，其可以例如被配置为将辐射束投影到对准标记或目标上，并且基于反射的辐射束来确定对准标记的位置。理想地，对准标记的测量位置将对应于对准标记的实际位置。然而，各种原因可能导致测量位置与对准标记的实际位置之间存在偏差。特别地，例如由于光刻设备外部的衬底的处理而导致对准标记的形变可能导致所提及的偏差。由于对准标记的测量位置被用来确定目标位置或部分，即，后续图案需要被投影的位置，所以实际标记位置与测量标记位置之间的偏差可能引起所述目标位置的错误确定。
结果，后续层可能被投影或曝光在与先前曝光的图案不一致(即，不对准)的位置上，导致所谓的套刻(overlay)误差。在光刻处理环境中，已曝光的衬底可以例如在被配置为测量衬底上的套刻或套刻分布的计量工具或系统中进行检查。当这样的套刻或套刻分布已知时，它可以例如作为反馈应用于曝光工艺，以便提高曝光工艺的准确性。为了确定套刻，使用套刻标记，套刻标记可以以与对准标记类似的方式分布在衬底上。然而，这样的套刻测量也可能受到套刻标记形变的影响。
发明内容
期望在执行后续图案的曝光之前获取衬底上的先前曝光的图案与图案化装置的更准确对准。此外，期望提供对衬底或很多衬底上的套刻误差的更准确的评估。
根据本发明的一方面，提供了一种表征多个S个衬底的形变的方法，每个衬底包括多个m个对准标记，该方法包括步骤：
-针对多个S个衬底中的每个衬底；
-针对多个S个衬底中的相应衬底上的多个m个对准标记中的每个对准标记，执行步骤：
-针对多个n个不同对准测量参数λ中的每个对准测量参数λ，使用相应对准测量参数来测量相应对准标记的位置，以获取相应衬底上的相应对准标记的n个对准标记位置测量值；
-针对多个n个不同对准测量参数λ中的每个对准测量参数λ，将位置偏差确定为n个对准标记位置测量值与标称对准标记位置之间的差值，由此获取相应衬底的相应对准标记的n个位置偏差；
-将位置偏差分组成多个数据集；
-确定平均数据集；
-从多个数据集中的每个数据集中减去平均数据集以获取多个可变数据集；
-对可变数据集执行诸如主成分分析等盲源分离方法，由此将可变数据集分解为表示可变数据集的主成分的特征晶片集合；
-将特征晶片集合细分成标记形变特征晶片集合和衬底形变特征晶片集合。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用多个S个衬底来表征套刻测量处理的方法，每个衬底包括多个m个套刻目标，该方法包括步骤：
-针对多个S个衬底中的每个衬底；
-针对多个S个衬底中的相应衬底上的多个m个套刻目标中的每个套刻目标，执行步骤：
-通过针对多个n个不同套刻测量参数λ中的每个套刻测量参数λ，使用相应套刻测量参数来测量相应套刻目标的套刻以获取相应衬底上的相应套刻目标的n个套刻目标测量值，来得出套刻测量值集合；
-基于套刻测量值集合来确定：
-套刻测量值集合的衬底到衬底套刻变化，
-通过将使用不同套刻测量参数λ获取的套刻测量值组合的颜色到颜色套刻差异；以及
-颜色到颜色差异的衬底到衬底变化；
-将衬底到衬底套刻变化表示为颜色到颜色差异的衬底到衬底变化的加权线性组合，以获取具有权重系数的方程组；
-针对权重系数求解方程组。
附图说明
现在将仅通过举例的方式参考附图来描述本发明的实施例，其中相应的附图标记表示相应的部分，并且在附图中：
图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；
图2描绘了在应用不同测量参数时的若干可能的对准测量结果；
图3a和图3b描绘了由衬底形变或标记形变引起的若干可能的位置偏差；
图4描绘了对准标记和可能的对准标记形变的截面；
图5示意性地描绘了对准标记的位置偏差成为数据集的可能分组；
图6示意性地描绘了若干可能的特征晶片；
图7示意性地描绘了套刻测量设置；
图8示意性地描绘了套刻测量设置，由此套刻目标被形变；
图9示意性地描绘了根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备。该设备包括被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或任何其他合适的辐射)的照射系统(照射器)IL、被构造为支承图案化装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位装置PM的掩模支承结构(例如，掩模台)MT，第一定位设备PM被配置为根据某些参数准确地定位图案化装置。该设备还包括被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂布的晶片)W并且连接到第二定位设备PW的衬底台(例如，晶片台)WT或“衬底支承件”，第二定位设备PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底。该设备还包括被配置为将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如，折射式投影透镜系统)PS。
照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件、或其任何组合。
掩模支承结构支承(即，承受)图案化装置的重量。它以取决于图案化装置的取向、光刻设备的设计和其他条件(诸如例如，图案化装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案化装置。掩模支承结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案化装置。掩模支承结构可以是例如框架或台子，其可以根据需要是固定的或可移动的。掩模支承结构可以确保图案化装置例如关于投影系统处于期望的位置。本文中的术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案化装置”是同义的。
本文中使用的术语“图案化装置”应当被广义地解释为指代可以用来在辐射束的截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中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完全对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如在图案包括相移特征或所谓的辅助特征的情况下。通常，被赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中产生的器件(诸如，集成电路)中的特定功能层。
图案化装置可以是透射式的或反射式的。图案化装置的示例包括掩模、可编程镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括掩模类型(诸如，二进制、交替相移和衰减相移)以及各种混合掩模类型。可编程镜阵列的示例采用小镜子的矩阵布置，其中的每个小镜子可以单独地倾斜，以便在不同的方向上反射入射辐射束。倾斜的镜子在由镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
本文中使用的术语“投影系统”应当被广义地解释为包括适合于所使用的曝光辐射并且适合于诸如浸入液体的使用或真空的使用等其他因素的任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统或其任何组合。本文中的术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更一般的术语“投影系统”同义。
如本文中所示，该设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。可替代地，该设备可以是反射型的(例如，采用如上所述的类型的可编程镜阵列，或采用反射型掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双级)或更多衬底台或“衬底支承件”(和/或两个或更多个掩模台或“掩模支承件”)的类型。在这样的“多级”机器中，可以并行使用附加的台子或支承件，或者可以在一个或多个台子或支承件上执行预备步骤同时一个或多个其他台子或支承件被用于曝光。
光刻设备也可以是这样一种类型：其中衬底的至少部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸入液体也可以应用于光刻设备中的其他空间，例如在掩模与投影系统之间。浸入技术可以用来增加投影系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸入”并不表示诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而仅表示在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。
参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分开的实体，例如当源是准分子激光器时。在这样的情况下，源被认为没有形成光刻设备的部分，并且辐射束借助于光束传递系统BD从源SO传送到照射器IL，光束传送系统BD包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，源可以是光刻设备的组成部分，例如当源是汞灯时。根据需要，源SO和照射器IL连同光束传递系统BD可以被称为辐射系统。
照射器IL可以包括被配置为调节辐射束的角度强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ外部和σ内部)。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B在被保持在掩模支承结构(例如，掩模台MT)上的图案化装置(例如，掩模MA)上入射，并且由图案化装置来图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位设备PW和位置传感器IF(例如，干涉测量设备、线性编码器或电容式传感器)，衬底台WT可以被准确地移动，例如以将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，可以使用第一定位设备PM和另一位置传感器(其在图1中未明确示出)来关于辐射束B的路径准确地定位掩模MA，例如，在从掩模库中机械取出之后或在扫描期间。通常，掩模台MT的移动可以借助于形成第一定位设备PM的部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WT或“衬底支承件”的移动可以使用形成第二定位器PW的部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描器相对)，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。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。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间(这些被称为划线对准标记)中。类似地，在掩模MA上设置有多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。
所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一个：
1.在步进模式中，掩模台MT或“掩模支承件”和衬底台WT或“衬底支承件”保持基本静止，同时被赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单个静态曝光)。然后衬底台WT或“衬底支承件”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，曝光场的最大尺寸限制了在单个静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，掩模台MT或“掩模支承件”和衬底台WT或“衬底支承件”被同时扫描，同时被赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上(即，单个动态曝光)。衬底台WT或“衬底支承件”相对于掩模台MT或“掩模支承件”的速度和方向可以由投影系统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在单个动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一种模式中，掩模台MT或“掩模支承件”被保持基本静止以保持可编程图案化装置，并且在被赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上的同时移动或扫描衬底台WT或“衬底支承件”。在该模式中，通常采用脉冲辐射源并且在衬底台WT或“衬底支承件”的每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可编程图案化装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案化装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程镜阵列。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或者完全不同的使用模式。
根据本发明的实施例，光刻设备还包括对准系统AS，其被配置为确定存在于衬底上的一个或多个对准标记的位置。
根据本发明的对准系统AS或者根据本发明的对准方法能够以更准确的方式获取设置在衬底上的多个对准标记的实际位置，并且因此提供在衬底(例如，在曝光工艺期间设置有图案)和图案化装置之间进行对准的改进方式。特别地，本发明提供一种通过考虑到对准标记的形变(例如，特定的不对称)来获取更准确的对准的方法。发明人已经观察到，这样的对准标记形变可能导致对准测量过程中的错误。特别地，对准标记形变可能导致测量的对准标记的位置与实际位置之间的差异。
根据本发明，所应用的对准系统AS被配置为执行多个不同的对准测量，由此获取所考虑的对准标记的多个测量的对准标记位置。在本发明的含义内，针对特定的对准标记执行不同的对准测量表示使用不同的测量参数或特性执行对准测量，在本发明的含义内，所应用的不同的测量参数或特性被表示为参数λ的不同值。这样的不同的测量参数或特性λ1、λ2、λ3、...λi可以例如包括使用不同的光学性质来执行对准测量。作为示例，应用于根据本发明的光刻设备中的对准系统可以包括对准投影系统和检测系统，对准投影系统被配置为将具有不同的特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的一个或多个对准光束投影到衬底上的对准标记位置，检测系统被配置为基于一个或多个反射离开衬底的光束来确定对准位置。
在一个实施例中，对准投影系统可以被配置为将不同的对准光束(即，具有不同的特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的光束)依次投影到衬底上的特定位置上以确定对准标记位置。
在另一实施例中，多个不同的对准光束可以被组合成具有不同的特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的一个对准光束，其被投影到衬底上以确定对准标记位置。在这样的实施例中，可能有利的是，反射离开衬底的光束在不同的情况下到达检测系统。为了实现这一点，可以使用例如分散纤维，例如在美国专利9,046,385中描述，其通过引用合并于此。可替代地，可以将包括多个不同的反射离开衬底的对准光束的反射对准光束提供给一个或多个过滤器，以分离不同的反射对准光束并且评估对准标记位置。在本发明的含义内，由对准系统应用的不同的测量参数或特性λ1、λ2、λ3、...λi至少包括所使用的对准光束的偏振差异或者频率或频率含量的差异。
因此，根据本发明的对准系统可以使用不同的测量参数或特性λ1、λ2、λ3、...λi(例如，使用具有不同颜色(即，频率或频率含量)的对准光束)来确定对准标记的位置。注意，在本发明的含义内，“颜色”不应当被理解为限于可见光，而是可以例如还包括UV或IR辐射，即，在可见光谱外部的辐射。
在一个实施例中，对准系统AS可以被配置为基于在衬底上入射的一个或多个测量光束的一个或多个衍射来执行位置测量。通常，由对准系统AS执行的这样的对准标记测量的目的是确定或估计下一曝光工艺的目标部分(诸如图1所示的目标部分C)的位置。
为了确定这些目标部分位置，测量例如被设置在围绕目标部分的划线上的对准标记的位置。通常，所应用的对准标记还可以包括所谓的管芯内标记或产品内标记，即，位于曝光图案内部的对准标记。当所测量的对准标记位置偏离标称或预期位置时，可以假定下一曝光应当发生的目标部分也具有偏离位置。使用对准标记的测量位置，可以通过建模来确定或估计目标部分的实际位置，由此确保下一曝光可以在适当的位置执行，由此将下一曝光对准目标部分。
注意，如果连续两层的图案不能正确对准，则可能导致制造的电路发生故障。两个连续层之间的这种位置偏差或位置偏移通常被称为套刻(overlay)。一旦通过曝光工艺创建了两个连续的层，就可以通过所执行的离线测量来确定这种套刻。理想地，对准过程(即，基于对准标记的位置测量来确定先前创建的图案层的位置的过程)提供对准标记的实际位置的准确确定，基于该准确确定，通过适当的建模可以确定先前曝光图案的实际位置的准确确定。这种建模涉及使用例如设置在划线中的对准标记的确定的位置来确定先前曝光图案的位置。先前曝光的图案的这个位置(即，制造的集成电路的先前曝光层的位置)然后可以被用作下一曝光工艺(即，曝光集成电路的后续层的工艺)的目标位置。这样的建模可以涉及各种数学技术，诸如将对准标记位置映射到高阶二维多项式或其他函数或者插值。在本发明的含义内，假定这种建模不会引入任何另外的偏差或误差。换言之，由于处理对准标记位置以到达目标部分的位置而引入的任何误差(该误差将引入另外的套刻)被忽略或假定不存在。针对实际的曝光过程(其假定将后续图案准确地投影到目标部分上)也是如此。
在两个连续曝光之间执行对准测量的主要原因之一是考虑到先前曝光之后可能已经发生的衬底的任何形变。通常，衬底将在两个连续图案的产生之间经历多个处理步骤，这些处理步骤可能导致衬底的形变并且因此导致对准标记的位移。对准标记的这些位移可以被表征为对准标记的位置偏差，即，对准标记的测量位置与对准标记的标称或预期位置之间的偏差。
类似于上述建模，当多个测量的对准标记位置可用并且位置偏差(即，期望的对准标记位置的偏差)被确定时，这些偏差可以例如被拟合到数学函数以便描述衬底的形变。这可以例如是描述作为(x,y)位置的函数的偏差Δ(x,y)的二维函数，x坐标和y坐标确定在由X方向和Y方向所跨越的平面中的位置。使用这样的函数，然后可以确定或估计需要投影下一层或图案的目标部分的实际位置。
通常，取决于所使用的测量参数或特性λ，例如所应用的对准光束的类型，预期所测量的对准标记位置将不会偏离。
然而，本发明人已经认识到，由对准系统执行的对准位置测量可能由于对准标记本身的形变或不对称而受到干扰。换言之，由于对准标记的形变或不对称，可能获得偏离的对准标记位置测量，即，与对准标记不发生形变的情况相比的偏离。在测量结果未被校正的情况下，则这种偏离的对准标记位置测量值可能导致对准标记位置的错误确定。应当注意，偏移的对准标记位置测量值的偏差是由对准标记的形变引起的，并且因此不是由对准标记本身的实际位移引起的。针对这种类型的偏差，即，由对准标记形变引起的偏差位置测量，发明人已经进行了以下观察。已经观察到，由对准标记的形变或不对称引起的偏差位置测量取决于所应用的对准测量参数或特性λ。作为示例，当使用不同的测量特性λ(例如，使用具有不同频率的对准光束)来测量对准标记位置时，这可能导致不同的结果，即，结果将被解释为对应于对准标记的不同测量位置。
这样，当使用多个不同的测量特性λ1、λ2、λ3、...λi(例如，使用具有不同频率的对准光束或包括具有不同频率的光束的单个对准光束)来测量对准标记的位置时，获得不同的结果，例如，可以基于测量来获取多个不同的对准标记位置。
从以上可以清楚看出，对准测量过程的结果应当是对实际衬底形变的评估，即，对对准标记的实际位置的评估，其然后可以用于确定后续曝光的目标部分的实际位置。
鉴于所描述的影响，特别是对准标记形变的影响，所测量的对准标记位置(即，从不同测量(即，使用不同的测量特性)得出的对准标记位置)都受到实际(未知的)衬底形变的影响以及受到发生引起偏离的对准位置测量的(未知的)标记形变的影响。这两个影响可以被解释为预期的对准标记位置和测量的对准标记位置之间的偏差。这样，当观察到位置偏差时，它可能是由实际的衬底形变或对准标记形变或其组合引起的。
图2示意性地描绘了一些可能的情况；假定执行三个测量M1、M2、M3以确定对准标记X的位置。图2(a)示意性地示出了对准标记的标称或预期位置E和测量位置M1、M2、M3。图2(a)进一步示出了对准标记的实际位置A。可以看出，所执行的测量都没有提供实际位置偏差(E-A)(即，预期位置E与实际位置A之间的差异)的准确表示。因此图2(a)所示的情况涉及与引起偏差测量的标记形变组合的对准标记的实际位移(实际对准标记位置A不同于预期位置E)。
图2(b)示出了替代情况，其中在测量值(M1、M2、M3)中观察到差值，所测量的位置与预期位置E不同，而实际位置A被假定为与期望位置E一致。在这种情况下，测量值暗示存在对准标记的位置偏差，而实际上没有，即，对准标记的位置不受衬底形变的影响。
图2(c)示意性地示出了第三种情况，其中所有三个测量值M1、M2、M3一致并且与实际位置A一致。当没有对准标记形变影响测量值时，可能发生这种情况。
从所描述的各种情况中将会清楚，需要能够区分标记形变的影响和衬底形变的影响，以便对实际的对准标记位置进行适当的评估。
关于发生的衬底形变和标记不对称或标记形变，应当注意以下内容：如上所述，在两个连续的曝光步骤(即，将特定图案连续应用到诸如图1所示的目标部分C等目标部分上)之间，衬底在光刻设备外部进行各种处理。这些处理可能导致上述衬底形变和标记形变或标记不对称。
通常使用两种类型的处理设备来处理光刻设备外部的衬底，从而以不同的方式影响衬底。
第一类型的设备可以被表征为表面修改设备，这种设备或处理工具处理衬底的曝光表面。这种工具的示例包括用于蚀刻衬底的工具或用于使顶表面实质上平坦的工具，诸如CMP(化学机械平面化)工具。
第二类型的设备可以被表征为作为整体来处理衬底或衬底的主体。这种处理例如包括衬底的热处理或衬底的机械处理。通常，这些主体修改工具可能在衬底中引入机械应力，从而导致应变，即，衬底的形变。
发明人已经观察到，第一类型的设备典型地导致对准标记本身形变，并且例如引入标记不对称。第二类型的设备已经被设计为总体上导致衬底的实际形变，由此导致对准标记关于其预期或标称位置的实际位移。
这样，通常，当衬底在被处理之后被带入到光刻设备中时，由于处理，可能已经引入了标记形变和衬底形变。
这样，随后当使用根据本发明的对准系统AS来确定衬底上的多个对准标记的位置时，位置测量值可能受到标记和衬底形变两者的影响。
关于由处理工具引起的标记形变和衬底形变，还可以注意到，这些形变不是随机分布在衬底上，而是遵循特定的模式。这些形变模式中的一些可以是规则模式，诸如例如涡流或双涡流模式，其可以被转换成相对简单的数学表达式，例如使用一个或多个二维多项式等。然而，通常需要更复杂的数学表达式来建模出现的形变。
图3a示意性地示出了一些典型的形变模式。
左侧所示的形变模式310是主导径向形变，线段312指示从测量确定的对准标记的位置偏差的幅度和方向。这种形变模式可以是例如由蚀刻工艺引起的。
右侧所示的形变模式320是主导旋转形变，线段322指示从测量确定的对准标记的位置偏差的幅度和方向。这种形变模式可以是例如由CMP工艺引起的。
可以注意到，蚀刻和CMP两者都是引起对准标记本身形变的过程，而实质上不会引起整个衬底的实际形变。因此，所示出的形变或位置偏差是衬底的表观或虚拟形变。
图3b示意性地示出了包括主导双涡流或漩涡模式的形变模式330。其中线段332指示形变的幅度和方向的这样的模式典型地是主体处理设备引起的，这整体地使衬底形变。形变模式330因此对应于实际的衬底形变。
如上所述，可以注意到，所观察到的形变模式取决于处理设备的类型或衬底所经历的处理类型。作为示例，已经经历CMP工艺的衬底可以具有与已经经历蚀刻工艺或退火工艺的衬底的形变模式不同的特定形变模式。
图4示意性地描绘了可能在衬底的处理期间发生的并且可能例如引起对准标记的表观或虚拟位置偏差的一些标记形变。图4示意性地示出了对准标记400(的部分)的截面图。
图4(a)示意性地示出了没有任何形变的对准标记400，即，具有实质上垂直的侧壁410和实质上水平的底部420。
图4(b)示意性地示出了具有斜的或倾斜的侧壁430的对准标记400。这样的斜的侧壁可能诸如由蚀刻或CMP等表面修改工艺引起。
图4(c)示意性地示出了具有倾斜的底部440的对准标记400。图4(b)和图4(c)所示的对准标记形变可能都导致偏离的对准标记位置测量，其因此可能被解释为对准标记的表观或虚拟位置偏差。
通常，可以假定在曝光之后对衬底执行的每个处理步骤可以引入特定的形变。
本发明的一个目的是以这样的方式提供对准数据的处理，该方式使得对准标记形变或不对称的影响(这些影响可能被认为是对准标记的虚拟移位)至少部分与对准标记的实际位移(即，由衬底的实际形变引起的)分离。
在一个实施例中，通过依赖以下属性来实现两个影响的分离：
如上所述，已经观察到，标记形变可能导致偏离的对准标记位置测量，由此偏差取决于对准测量特性或参数λ。另一方面，在对准标记位置偏差是由衬底形变引起的情况下，对准标记位置测量将是一致的，即，实质上相同的测量值将被获得，而不管所应用的对准测量特性或参数λ。这样，当使用不同的对准测量特性或参数λ来确定对准标记的位置并且结果不同时，可以得出结论：对准标记位置测量包含由对准标记形变或不对称引起的贡献。在本发明中，已经经历相同或相似处理步骤的多个衬底的对准数据被分析，以便至少分离对准标记形变或不对称的贡献。作为示例，可以考虑一批衬底(例如，50个衬底)，每个衬底具有25个对准标记。当应用配备的对准系统AS而使用4个不同的测量参数或特性λ来执行对准测量时，可以针对50个衬底中的每个衬底上的25个对准标记中的每个对准标记执行4个对准标记位置测量。减去标称或预期的对准标记位置会导致对准标记位置偏差的集合(或简言之位置偏差)。
使用这个对准标记位置偏差集合，可以执行统计分析(进一步参见)，使得能够至少部分地将对准标记形变或不对称的贡献与由衬底形变引起的位置偏差分离。由于该贡献不对应于实际形变或位置偏差，对该贡献的校正导致实际对准标记位置的更准确的确定。
根据本发明，对准标记位置偏差被分组在所谓的“数据集”中，对该数据集执行了统计分析。
应用于本发明的统计分析涉及应用所谓的盲源分离方法(例如，主成分分析)，这样的方法涉及处理多个数据集，也被称为观测值。特征“数据集”因此用于表示在这样的方法中使用的数据量(例如，从对准测量中得出)。
在一个实施例中，应用于本发明的对准系统AS可以例如被配置为使用具有8到16个不同波长或频率(例如，每个在2个不同的极化)的测量光束来执行对准标记位置测量。
如上所述的统计分析可以以各种方式应用于从对准数据得出的多个数据集。具体地，为了执行这种分析，对准数据可以以各种方式分组以实现所需要的多个数据集。
参考一批50个衬底S的示例，每个衬底具有25个对准标记，由此每个对准标记的位置已经使用4个不同的测量参数λ1、λ2、λ3和λ4进行测量。
注意，假定25个对准标记在50个衬底中的每个衬底上具有相同的标称位置。
因此，每个衬底上的每个对准标记使用4个不同的测量参数λ1、λ2、λ3和λ4进行测量。
当从所进行的测量值中减去每个对准标记的标称位置时，每个衬底获取4个对准标记位置偏差集合。图5示意性地描绘了批量衬底的对准标记位置偏差集合。图5示意性地示出了针对每个衬底S1至S50的4个对准标记位置偏差集合500，每个测量参数(由λ1、λ2、λ3和λ4表示)针对一个集合。因此每个集合500由25个对准标记位置偏差组成，这些偏差是通过利用特定测量参数λ测量衬底S1到S50中的特定衬底的25个对准标记获取的。注意，为了清楚起见，图5没有示出如图3a和图3b中所进行的各个对准标记位置偏差。
为了进行如上所述的统计分析，例如在图5中表示的对准数据被分组成多个数据集。
在被称为分离的数据实施例的第一实施例中，使用诸如集合500等特定测量参数针对特定衬底获取的每个对准标记位置偏差集合被认为是单独的数据集。针对上面给出的示例(具有50个衬底和4个不同的测量参数λ)，这将产生200个数据集。
在被称为分组的数据实施例的第二实施例中，对准标记位置偏差集合按每个衬底分组并且一起作为一个数据集。针对上面给出的示例，这将产生50个数据集。图5中的附图标记510表示两个这样的数据集。
应当注意，也可以考虑用于实现多个数据集的对准标记位置偏差集合的其他分组，例如，组合成对的衬底或成对的测量参数。
根据本发明，对数据集的可变或变化部分、进一步对也称为可变数据集进行统计分析。在本发明的含义内，可变数据集(即，数据集的可变部分)包括在数据集中观察到的相对于平均数据集的变化。
这样的平均数据集的计算可以取决于应用哪个分组来得到数据集而变化。此外，可以定义不同的平均数据集并且将其应用于不同的对准标记位置偏差集合。这样，取决于所使用的平均数据集，可以获取不同的可变数据集。
在分离的数据实施例的情况下，得出可变数据集的第一示例是通过针对每个对准标记取得与该对准标记相关联的所有对准标记位置偏差的平均值来计算平均数据集。参考图5，这样的平均数据集因此将是所有数据集500的平均值。
然后可以通过从每个数据集中减去平均数据集来获取可变数据集。
在与分离的数据实施例相关联的第二示例中，通过针对每个对准测量参数确定特定的平均数据集并且减去与特定测量参数相关联的每个数据集的特定的平均数据集来确定可变数据集。
参考图5，特定的平均数据集将因此通过每个列对数据集500进行求平均来获取。在这个示例中，通过对由λ1、λ2、λ3、λ4表示的各个列的数据集500求平均，可以获取4个平均数据集。
在这个第二示例中的可变数据集可以通过从λ1列的数据集中减去λ1列的平均数据集，从λ2列的数据集中减去λ2列的平均数据集……等等来获取。
还可以注意到，已经发现如在第一示例中指定的平均数据集产生了对噪声不太敏感的统计分析(进一步参见)。
在分组的数据实施例的情况下，可以通过针对每个对准标记对每个测量参数λ与该对准标记相关联的所有对准标记位置偏差的平均值求平均来获取平均数据集。在该实施例中，针对上述示例，平均数据集将因此由100个平均对准标记位置偏差组成，每个平均对准标记位置偏差是50个对准标记位置偏差的平均值。换言之，在分组的数据实施例中的平均数据集可以被认为是如图5中的附图标记510所指示的全部50个数据集的平均值。所描述的平均数据集进一步也被称为一批或多个衬底的稳定的(或静态的)形变模式。针对一批或一组衬底中的每个衬底，可以将实际的对准标记位置偏差与该平均模式相比较。具体地，如上所定义的每个数据集可以与平均数据集相比较。两者之间的差异(即，可变数据集)进一步也被称为动态的(或可变的)形变模式。稳定的形变模式也被称为静态指纹，而动态的形变模式被称为动态指纹。
在本发明的含义内，稳定的形变模式或静态指纹因此是指在多个衬底上观察到的平均形变，例如，由整个一批或多个衬底的对准测量确定的平均形变(即，位置偏差)。动态指纹是指描述从衬底到衬底观察到的形变变化的形变模式；当考虑到整个一批或多个衬底的形变时，可以注意到存在这种形变中系统性的或一致的部分以及从衬底到衬底(S2S)变化的可变部分。这可以解释如下：
如上所述，由于处理设备执行的处理引入了特定的形变模式，这在所有处理后的衬底中是显而易见的，因为一批或多个衬底中的每个衬底已经经历了相同的处理。但是，由于处理条件的轻微变化或各个衬底之间的轻微物理差异，衬底之间的形变的实际幅度可能不同。这样，当一批衬底已被特定工具(例如，CMP工具或蚀刻工具)处理时，由于该处理，所处理的每个衬底将具有相似的形变模式。然后可以将衬底的平均形变模式视为静态指纹，而将S2S变化(即，相对于平均形变模式的变化)视为动态指纹。
注意，通常，静态和动态指纹都包括标记形变和衬底形变两者的影响。还可以注意到，在静态指纹和动态指纹中都可以注意到系统性或模式。
在本发明中，重点在于对动态指纹进行建模，并且校正由标记形变或标记不对称引起的S2S变化。
根据本发明，相对于平均形变模式得出S2S变化的模型。基于这个模型，可以确定标记形变的影响并且在确定衬底的对准位置时将其考虑在内。
在本发明的含义内，建议将动态指纹描述为一个或多个基础形状的组合，本文中称为“特征晶片(eigenwafers)”，每个特征晶片描述特定的形变模式。如上所述，对曝光的衬底执行的每个处理步骤可以产生特定的形变或形变模式，例如，标记形变模式或衬底形变模式或其组合。
本发明提出了一种方法，该方法能够基于在某个层的曝光之前执行的对准标记位置测量来检测或估计在衬底在两个后续层的曝光之间已经经历的整个过程期间发生的形变模式。
具体地，例如针对一批或多个衬底确定的动态指纹被分析并且被描述为一组基本形状或“特征晶片”的组合(例如，加权线性组合)，即，通过对所确定的可变数据集进行统计分析。
在本发明的一个实施例中，将所谓的主成分分析(PCA)应用于可变数据集以确定特征晶片。PCA是被称为盲源分离方法的更一般方法集合中的示例。盲源分离是指将一组源信号从一组混合信号或观察值中分离出来，而实质上没有关于源信号或混合过程的信息。这样的问题总体上是非常不确定的。盲源分离方法通常被用来分离诸如音频等多个时间信号。然而，盲信号分离也可以用于多维数据，诸如不涉及时间维度的图像或其他类型的数据。可以用于本发明的已知盲源分离方法包括PCA和ICA(独立成分分析)。PCA是一个统计过程，它使用正交变换将一组可能相关的变量的观察值转换成一组被称为主成分的线性不相关变量的值。主成分的数目小于或等于原始变量的数目。这种变换以如下方式定义：该方式使得第一主成分具有最大的可能方差(也就是尽可能多地考虑到数据的可变性)，并且与先前的成分正交(即，不相关)的每个接下来的成分在约束条件下转而具有可能的最高方差。在本发明的含义内，当使用可变数据集作为观察值执行PCA时获取的主成分对应于上述特征晶片。
如上所述的对准数据的分组和处理因此可以总结如下：
当对准数据可用于一组衬底时，由此使用不同的对准测量参数或特性来执行对准测量，可以通过以下方式来处理该数据：
-减去相应的标称对准标记位置以得到对准标记位置偏差；
-将每个衬底(分组的数据实施例)或每个衬底和每个对准测量参数(分离的数据实施例)的对准标记位置偏差分组以得到多个数据集；
-确定数据集的平均数据集(或静态指纹)和可变数据集(或动态指纹)。
关于后面的步骤，可以提及的是，可以有多种方式来确定平均数据集，从而产生不同的可变数据集。已经观察到，将PCA应用于这些不同的可变数据集产生形状非常相似的特征晶片集合。
这样的特征晶片集合可以随后被用来分析下一或后续衬底(即，不是用于确定特征晶片的一批或多个衬底的部分的衬底)的动态指纹。
所确定的每个基础形状或特征晶片可以进一步与标记形变模式或衬底形变模式相关联，如将在下面更详细解释的。因此，如果动态指纹被描述为一组基本形状或特征晶片的组合，并且每个特征晶片可以与标记形变模式或衬底形变模式相关联，则可以将标记形变的影响与衬底形变的影响分离并且校正标记形变。这样，由标记形变引起的动态指纹的部分，即，没有描述实际衬底形变的部分，可以被标识和考虑。
如上所述，静态指纹的对准标记位置偏差还包括可以归因于标记形变的部分和可以归因于实际的衬底形变的部分。然而，可以注意到，关于平均形变模式或静态指纹中的标记形变部分，这可以通过基于套刻测量的反馈来补偿。这可以理解如下：
假定动态指纹为零或不存在，即一批衬底中进行对准测量的所有衬底示出完全相同的形变模式。注意，该模式包括衬底形变和标记形变两者的影响。在区分这两种影响不费力的情况下，可以假定在曝光工艺中将产生对准误差，即，曝光图案将不会与先前提供的图案准确对准，由此产生套刻误差。这种套刻误差可以离线测量，例如，使用观察设置在曝光层中的标记(即，套刻标记)与设置在先前曝光的层中的套刻标记之间的对准的专用处理工具。当针对多个套刻标记确定套刻误差时，可以确定2D套刻误差模式。也可以针对一批衬底确定这样的2D套刻误差模式。这个二维套刻误差模式的平均值(也被称为平均套刻数据集)然后可以被用作静态指纹的标记形变部分的指示。这样的平均2D套刻误差模式或平均套刻数据集可以例如通过对每个套刻标记的套刻误差求平均来获取。在一批衬底由25个衬底组成并且每个衬底测量50个套刻标记的情况下，平均2D套刻误差模式因此将由一组50个平均套刻误差组成，每个平均套刻误差是在25个衬底上求平均的50个套刻标记的特定套刻标记的平均套刻误差。
在这方面，应当注意，假定相同的套刻标记集合(即，在衬底上具有实质上相同的标称位置的标记)被测量以获取套刻数据。
该平均套刻数据集然后可以被用在反馈环路中以校正该静态标记形变部分。上述分析一组衬底(例如，一批或多个衬底)的过程在本发明中被称为表征多个衬底S的形变的方法。这种过程可以被认为是校准或训练过程，其产生描述一组衬底的动态指纹的一组基本形状或特征晶片。在本发明的一个实施例中，该组特征晶片随后被用来校正后续衬底(即，下一批或多个衬底中的衬底)的对准数据，即对准标记位置信息。
这样的校准或训练过程可以例如由根据本发明的光刻设备的处理单元执行。通常，这种处理单元可以包括一个或多个处理器、微控制器、计算机等。通常，处理单元还包括用于接收从对准系统AS的一个或多个对准传感器获取的测量数据的输入端子。
根据本发明的实施例，这种校准或训练过程可以包括以下步骤：
在第一步骤中，该方法包括针对多个衬底中的每个衬底；以及
-针对多个衬底中的相应衬底上的多个m个对准标记中的每一个，执行：
-针对多个n个不同对准测量参数λ中的每一个，使用相应对准测量参数来测量相应对准标记的位置，以便获取对准标记位置测量；
这一步骤可以例如通过例如应用于根据本发明的光刻设备中的对准系统AS执行。然而，同样可以配备独立的离线工具来对多个衬底执行这种对准测量。
如上所述的第一步骤产生对准数据集，其包括针对一批或一组衬底中的多个衬底的对准标记位置测量值，使用多个n个不同对准测量参数λ(例如，具有不同波长和/或极化状态的多个测量光束)。
在下一步骤中，处理对准数据集，例如，通过对准系统AS的处理单元、独立离线工具或光刻设备。
根据本发明的表征多个S个衬底的形变的方法，该处理包括以下步骤：
-针对多个n个不同对准测量参数λ中的每一个，将位置偏差确定为对准标记位置测量值与标称对准标记位置之间的差值。
在该步骤中，各个对准标记的对准标记位置测量值因此被转换成对准标记位置偏差。
-然后可以根据如图5中所描述的分组的数据实施例或分离的数据实施例来将对准标记位置偏差进行分组，以便得到多个数据集。注意，该步骤也可以在确定位置偏差的步骤之前执行。
根据数据集如何被形成，下一步骤可以包括：
-针对多个衬底S上的多个对准标记m中的每一个以及针对多个n个不同对准测量参数λ中的每一个，
将平均位置偏差a(m,n)确定为多个衬底S的多个对准标记m中的对准标记m的位置偏差的平均值，或者：
-针对多个衬底S上的多个对准标记m中的每一个，将平均位置偏差a(m)确定为多个衬底S的多个对准标记m中的对准标记m的位置偏差的平均值，而不管所应用的对准测量参数λ。
注意，如上所述，对准测量值可以以不同的方式被分组，由此通过使用不同对准测量参数λ获取的对准测量值或者保持分开(在上文中被称为分离的数据实施例)或者被分组(在上文中称为分组的数据实施例)，从而产生不同类型的数据集。
这样，表示平均位置偏差的平均数据集也可以取决于对准数据是否被分组而不同，即，针对不同对准测量参数λ的特定衬底的对准数据被视为一个数据集，或者针对不同对准测量参数λ的特定衬底的对准数据被视为多个数据集，每个数据集与所使用特定的对准测量参数λ相关联。
参考图5，表示在分组的数据实施例的情况下的平均位置偏差的平均数据集将因此是所有数据集510的平均值，而在分离的数据实施例的情况下，表示平均位置偏差的平均数据集将是所有数据集500的平均值。在后一种情况下，平均位置偏差将因此独立于对准测量参数λ，而在前一种情况下，对于图5中描绘的情况，特定标记m的平均位置偏差将因此是一组4个值a(m,λ1-λ4)。
在该步骤中，由此确定多个衬底S的上述静态指纹。
在下一步骤中，通过从数据集中减去所确定的静态指纹来确定数据集的所谓的动态指纹，产生可变数据集：
-针对多个衬底S中的每个衬底，针对每个对准标记位置测量值，减去相应的平均位置偏差a(m,n)，以针对每个衬底获取包含m×n个可变位置偏差v(m,n)的可变数据集；
在该步骤中，确定多个衬底S的上述动态指纹。
-对可变位置偏差v(m,n)的可变数据集执行主成分分析、替代的盲源分离方法，由此将可变位置偏差v(m,n)的可变数据集分解成表示可变位置偏差集合v(m,n)的主成分的特征晶片集合；
-将特征晶片集合细分成标记形变特征晶片集合和衬底形变特征晶片集合。
使用主成分分析，将S衬底集合的处理后的对准数据分解成主成分或特征晶片，每个主成分或特征晶片描述特定的形变模式，例如图3所示的形变模式。
如上面已经指出的，已经曝光的衬底的处理可以涉及使用多个工具的各种不同的工艺，由此每个工具可以影响整个处理后的衬底或者衬底的顶层或者两者。从主成分分析或其他盲源分离方法获取的特征晶片可以被认为表示可以与衬底已经经历的不同处理相关联的特定形变模式(或表观或虚拟形变模式)。因此每个特征晶片可以与导致实际衬底形变的处理相关联(这些特征晶片被称为衬底形变特征晶片)或者与导致虚拟或表观衬底形变的处理相关联(这些特征晶片被称为标记形变特征晶片)。在本发明的含义内，标记形变特征晶片因此可以被认为描述虚拟形变，因为它们描述所观察到的现象，即，特定偏离的对准标记位置测量值，然而其不与标记本身的实际位移相对应，但是是由标记的形变引起的。
区分表示实际衬底形变的特征晶片与表示标记形变影响的特征晶片的后面的步骤可以以各种方式进行，这将在下面更详细地描述。
这种现象是否存在于对准标记位置测量值集合中可以通过考虑已经借助于不同对准测量参数、特别是不同的波长和/或极化而执行的特定标记的对准标记位置测量值集合的一致性来评估。
针对分离的数据实施例，表征多个S个衬底的形变的上述方法可以在数学上描述如下：
当衬底在光刻设备外部被处理并且经历诸如CMP或蚀刻或热处理等各种处理步骤时，衬底可能发生形变，导致曝光层发生形变。这样的层的这种的实际形变被称为衬底形变SD，当衬底放置在台架协调系统(SCS)中的台架上时，衬底形变SD可以被描述为平均或一致的衬底形变(例如，在一批或多个衬底A上求平均的)Sav和可变部分SS2S的组合：
SD(Si)＝Sav+SS2S(Si) (1)
其中Si表示该批或多个衬底S中的衬底i。
当对这样的衬底上进行对准测量时，对准测量不仅将检测实际衬底形变SD，而且还将检测任何发生的标记形变的影响，这种影响导致表观或虚拟偏离对准标记位置。这样的标记形变MD的影响同样可以通过一致的形变(在一批衬底上求平均的)Mav和可变部分MS2S来表征：
MD(λ,Si)＝Mav(λ)+MS2S(λ,Si) (2)
注意，如上所述，标记形变影响MD取决于所使用的对准测量参数λ。
针对给定的λ，组合的衬底形变SD和标记形变MD形成被表示为特定层L1的相对于对准标记的标称或期望位置的位置偏差的对准数据：
AL(L1,λ)＝Sav+SS2S(Si)+Mav(λ)+MS2S(λ,Si) (3)
可以针对一批S衬底中的每个衬底生成这样的对准数据。
基于根据等式(3)的对准数据的该层L1的对准将由于标记形变MD的影响而引入误差，因为标记形变MD不表示衬底的实际形变。
可以注意到，所执行的对准测量通常取决于对准标记是一维(1D)还是二维(2D)对准标记而针对每个对准标记和λ的每个值提供一维或二维值。
每个测量值(1D或2D值)指示对准标记的测量位置，并且实际上可以具有4个贡献或贡献因子(例如，由等式(3)所示)，其中的两个表示虚拟形变。
对准测量值因此由两个因子(Mav(λ)和MS2S(λ,Si))扭曲，这两个因子都是由于标记形变引起的。
当一组S衬底的对准数据可用时，可以针对每个对准标记和λ的每个值确定平均位置偏差。这些平均位置偏差AV_PD是上述静态指纹的部分，并且可以表示为衬底形变SD和标记形变MD的可变部分之和。
AV_PD(λ)＝Mav(λ)+Sav (4)
针对给定的对准数据集，该平均位置偏差可以被确定并且从对准数据(等式(3))中被减去，以获取前述的动态或可变指纹或衬底到衬底位置偏差S2S_PD：
S2S_PD(λ)＝MS2S(λ,Si)+SS2S(Si) (5)
这因此构成了可以使用PCA(主成分分析)或另一种盲源分离方法(诸如ICA)来分析的上述可变数据集。
分析的目的是将可变或动态指纹S2S_PD分解成有贡献的特征晶片(EW)，特别是衬底形变特征晶片(SDEW)和标记形变特征晶片(MDEW)。这是通过使用以下假定来实现的：衬底的动态指纹可以描述为设备特定标记和衬底形变模式或形状(MDEW、SDEW)的线性加权组合，其可以使用PCA找到。
因此假定动态指纹的可变部分SS2S可以表示为衬底形变特征晶片的线性加权组合：
其中a和b是权重系数，C描述标记形变特征晶片(MDEW)对标记形变MD的可变部分的贡献实际上取决于所应用的对准测量参数λ。
在这方面，可以注意到，标记形变特征晶片MDEW被假定为具有按照第一原理不受对准测量参数λ的影响(特别是当上述参数包括所应用的测量光束波长时)的形状或图案MDEW。但是注意，形状或图案可以取决于所应用的测量光束偏振。进一步注意到，SDEW和MDEW两者可以被构造为标准化的形状。
如上所述，表示衬底到衬底位置偏差的被分组为可变数据集的动态指纹数据借助于PCA来被处理，衬底到衬底位置偏差针对多个衬底、针对多个对准测量参数λ以及针对每个衬底的多个对准标记而被收集。应当注意，在执行PCA之前，可以以不同的方式对这个动态指纹数据进行分组。
如上所述，当已经执行对准测量时，每个衬底的对准数据包含m×n个测量值，m是衬底上对准标记的数目，n是使用的对准测量参数λ的数目。
在分组的数据实施例中，动态指纹数据按每个衬底被分组。因此，当一批包含S个衬底时，存在S个数据集可用于PCA。
在分离的数据实施例中，每个衬底的动态指纹数据按每个对准测量参数λ被分组。在这样的实施例中，对S×n个数据集执行PCA。
取决于获取可变数据集的方式，这些可变数据集的尺寸或大小也是变化的。同样，特征晶片的尺寸也不相同。
图6示意性地示出了如何确定特征晶片的尺寸的一些实施例。
在图6中，附图标记600是指与图5的数据集500(即，表示特定衬底的对准标记位置偏差的数据集)相同尺寸的数据结构，其使用特定的对准测量参数或特性获取。在可变数据集被解释为具有与这样的数据集500相同尺寸的情况下，可以将特征晶片EW1解释为具有相同尺寸。
在组合多于一个如图5所示的数据集500的情况下(如在分组的数据实施例中)，特征晶片的尺寸可以对应于组合或分组的数据集的尺寸。在图6中，例如，特征晶片EW2具有与例如源自于使用4个不同对准测量参数或特性的对准测量值的对准标记位置偏差的4个数据集的组合或分组的集合相同的尺寸。在下面将更详细解释的又一实施例中，将从对准测量值中得出的对准标记位置偏差与套刻测量数据或套刻数据集组合。在这样的实施例中，也可以相应地调节特征晶片的尺寸。在图6中，附图标记610是指具有与表示套刻测量值的数据集相同尺寸的数据结构。在图6中，特征晶片EW3因此具有与EW2和表示套刻测量值的数据集的组合相同的尺寸。
在一个实施例中，将由所执行的对准测量得出的动态或可变指纹或衬底到衬底位置偏差S2S_PD与套刻数据(OV)(即，表示对衬底执行的套刻测量的数据)组合。
在这样的实施例中，假定针对所应用的一组衬底，已经针对该组S衬底中的每个衬底执行了套刻测量。因此假定存在第二层L2，即，基于对层L1上执行的对准测量而在层L1之上被曝光。层L2的这种曝光表示已经执行了层L1的特定建模，即，已经基于对层L1执行的对准测量确定了目标部分的位置。这种建模包括确定对准标记位置或位置偏差的步骤。由于每个对准标记可以有多个偏差测量值可用，所以需要对这些测量值进行挑选或选择或组合，以得到可以用于确定目标部分的位置的位置偏差。在本发明的含义内，这种对准测量的选择或组合被称为配方对准参数λrec。因此，λrec指代用于执行关于L1的层L2的对准处理的(使用一个或多个不同对准测量参数λ执行的)一个或多个对准测量值的特定选择或组合。一旦这样的层L2被曝光(使用配方λrec)，则可以通过执行套刻测量来收集表示层L2相对于层L1的对准的套刻数据。可以看出，当这些套刻测量值的动态指纹(以与对准数据的动态指纹相似的方式)被确定时，对于每个衬底可用的这个可变套刻数据集可以被认为对应于在配方对准参数λrec下得到的标记形变MD的可变部分。
这样，套刻测量值S2S_OV的动态指纹可以等同于：
等式(8)可以被认为是影响特征晶片EW的约束或条件，即，标记形变特征晶片(MDEW)应当使得如等式(8)中所描述的加权组合导致套刻测量值的动态指纹。换言之，当套刻数据的动态指纹与对准数据的动态指纹(即，从对准数据得出的可变数据集)组合时，获取可变数据集的不同集合，其也可以进行诸如PCA或ICA等盲源分离方法。
在一个实施例中，这样的组合的可变数据集可以通过将分组的数据实施例的可变数据集(例如，从图5所示的数据集510得出的可变数据集)与从套刻数据中取回的可变数据集数据(即，可变套刻数据集)组合来获取。当(例如，使用PCA)处理这种组合的可变数据集时获取的特征晶片将因此具有图6所示的特征晶片EW3的尺寸。
已经观察到，当对组合的对准和套刻数据集(等式(5)和(8))执行PCA时，可以获取更鲁邦的结果。
无论应用哪种分组，PCA或其他盲源分离方法的结果都是特征晶片EW的集合，即，可变数据集可以分解成的主成分。
这样，特定衬底的动态指纹S2S_PD可以被描述为所找到的特征晶片的加权组合(组合等式(6)和(7))。
注意，最初当已经确定特征晶片时，不清楚特征晶片EW是标记形变特征晶片(MDEW)还是衬底形变特征晶片(SDEW)。
为了至少部分地减少标记形变的影响，进行这种区分以校正对准数据是必不可少的。
本发明提出了几种不同的方式来区分MDEW和SDEW。
在一个实施例中，分析依赖于标记形变MD的上述特性与衬底形变SD的比较：在对准测量中观察到的标记形变影响取决于所应用的对准测量参数λ。因此，特定MDEW的贡献或权重应当随着对准测量参数λ而变化。这可以通过下面的示例来说明：
假定动态指纹数据按每个对准测量参数λ被分组；
假定两个参数λ1、λ2被应用；
假定存在两个特征晶片EW(1)、EW(2)。
因此，在分离的数据实施例的情况下，衬底Si的动态指纹包含两个可变数据集S2S_PD(Si,λ1)、S2S_PD(Si,λ2)。
这些中的每个可以被投影或映射到特征晶片上，即，被描述为特征晶片的加权组合：
S2S_PD(Si,λ1)＝α1x EW(1)+β1x EW(2)； (9)
S2S_PD(Si,λ2)＝α2x EW(1)+β2x EW(2)；
使用任何拟合算法，例如最小二乘拟合，可以确定权重系数α1、β1、α2、β2。
在α1＝α2和β1≠β2的情况下，可以得出结论：EW(1)具有高概率是SDEW并且EW(2)是MDEW，反之亦然。
在另一实施例中，可以应用模式识别来评估EW是MDEW还是SDEW。如上所述，从PCA得出的形变模式(表观的或虚拟的)可以与对衬底执行的处理相关联。此外，如上所述，已知特定的设备或工具影响衬底的顶层并且因此影响形状或对准标记。当这种设备的典型形变模式已知时，这些模式可以与从PCA获取的特征晶片相比较，并且当观察到对应关系时，特征晶片形变模式可以归因于特定工具，并且基于此可以确定特征晶片是MDEW还是SDEW。
在又一实施例中，可以通过考虑与套刻数据相关联的特征晶片的部分来进行评估。如上所述，在一个实施例中，用于统计分析的可变数据集可以通过将分组的数据实施例的可变数据集(例如，从图5所示的数据集510得出的可变数据集)和从套刻数据中取回的可变数据集进行组合来获取。当(例如，使用PCA)处理这种可变数据集时获取的特征晶片因此具有图6所示的特征晶片EW3的尺寸。当获取这样的一组特征晶片时，与套刻数据(即，图6的数据结构610中的数据)相关联的特征晶片的部分的大小提供特征晶片是MDEW或SDEW的指示。这可以如下理解：考虑等式(8)，可以推断与套刻数据相关联的可变数据集将被表示为与套刻数据相关联的MDEW特征晶片的部分(即，数据结构610)的线性组合，并且对基于SDEW特征晶片的该可变数据集没有贡献。这样，当特定特征晶片的数据结构610中的数据的大小为零或实质上为零时，可以得出结论：该特征晶片对套刻数据的建模没有贡献，并且因此特定的特征晶片将是SDEW。
关于如上所述的分离的数据实施例，值得注意的是，可以借助于诸如PCA等第二统计分析来确定如等式(7)中所应用的系数C。等式(7)的系数C表示特定MDEW如何对使用特定对准测量参数λ获取的可变数据集做出贡献。已经观察到，存在优选的或最优的一组这样的系数，其可以通过使用可变数据集和作为输入数据而得出的特征晶片执行进一步的PCA来获取。这样的另外的PCA因此能够确定用于校准方法中的一批衬底的系数C的最优值。
一旦已经确定并且细分了特征晶片，就可以应用该信息来提供新的或另外的衬底的改进的对准。
因此，根据本发明的一个方面，提供了一种由光刻设备执行的对准方法，在一个实施例中，该方法包括以下步骤：
由光刻设备中的对准系统接收衬底；
针对一个或多个对准标记执行多个对准标记位置测量，并且将对准标记位置偏差确定为对准标记位置测量值与标称对准标记位置之间的差值；
通过执行根据本发明的表征一组衬底的形变的方法来获取特征晶片集合；
基于在执行根据本发明的表征一组衬底的形变的方法时得出的平均位置偏差来确定衬底的可变位置偏差集合；
将衬底的可变位置偏差集合映射或拟合到特征晶片集合，由此获取衬底的可变位置偏差集合的表达式作为标记形变特征晶片和衬底形变特征晶片的加权组合。
从可变位置偏差中减去标记形变特征晶片的加权组合，由此获取实质上没有标记形变引起的影响的衬底的已修改的可变位置偏差集合；
使用已修改的可变位置偏差集合来执行衬底的对准。
根据实施例的对准方法利用导致特征晶片集合的所执行的一组衬底的形变的表征。
当需要对准新的衬底时，可以使用先前处理的该组衬底的平均或静态指纹来确定该新衬底的动态指纹(该动态指纹被称为衬底的可变位置偏差)。可替代地，可以使用先前处理的一组或一批衬底和新衬底来确定新的平均或静态指纹。一旦已经确定了新衬底的动态指纹，就可以使用特征晶片集合将该动态指纹分析和细分成衬底形变部分(表示实际形变)和标记形变部分(表示表观形变)，例如由等式(6)和(7)表示。
当这完成时，可以从动态指纹中减去标记形变特征晶片的贡献。
作为替代方案，可以使用衬底形变特征晶片的贡献来代替动态指纹，由此也可以获取用于执行对准的校正对准数据。在后一种情况下，衬底形变特征晶片的贡献因此被添加到静态指纹。
在一个实施例中，新引入的衬底及其对准数据(即，对准测量)可以成为用于得出特征晶片的一组衬底的部分。
在这样的实施例中，表征一组衬底的形变的方法实际上对包括在新衬底之前可用或处理的一组衬底和新衬底的集合执行。技术人员将会认识到，这样的实施例允许实质上遵循静态指纹的小的变化。
在一个实施例中，新衬底可以例如替换之前已经可用的一组衬底中的一个衬底，由此保持该组中衬底的数目不变。
在如上所述的实施例中，对准测量已经被评估，并且提出了一种方法来校正或改善这种测量。特别地，所描述的方法能够更准确地确定对准标记的实际位置，由此考虑对准标记的可能形变。
可以指出，以类似的方式，用于评估两个连续层之间的套刻的标记也可能受到影响。通常，由于套刻标记设置在衬底上提供，它们经受与对准标记相同的处理。可以指出，套刻标记可以例如设置在划线中或作为管芯内套刻标记。结果，以与以上关于对准测量所讨论的实质上相似的方式，套刻测量也可能受到这种标记形变的影响。在这方面，可以指出，已经发现由所应用的套刻标记或标记的形变引起的套刻测量的偏差取决于在套刻测量期间所应用的测量参数。
根据本发明的一个方面，提供了一种被配置为使用套刻测量系统OMS对衬底执行套刻测量的计量系统，由此套刻测量系统被配置为通过向套刻标记投影测量光束来测量在衬底上的连续层之间在衬底上设置有套刻标记的各种位置处的套刻。根据本发明，所应用的套刻测量系统OMS被配置为执行多个不同的套刻测量，由此获取所考虑的套刻标记的多个套刻测量结果。在本发明的含义内，对特定套刻标记执行不同的套刻测量表示使用不同的测量参数或特性来执行套刻测量，所应用的不同的测量参数或特性在本发明的含义内表示为参数λ的不同值。这样的不同的测量参数或特性λ1、λ2、λ3、...λi可以例如包括使用不同的光学属性来执行套刻测量。作为示例，在根据本发明的计量系统中应用的套刻测量系统可以包括：被配置为将具有不同特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的一个或多个套刻测量光束投影到衬底上的套刻标记位置的套刻投影系统、以及被配置为基于反射离开衬底的一个或多个光束来确定套刻测量结果的检测系统。在一个实施例中，如下面将更详细地解释的，套刻测量系统可以被配置为引导实质上垂直于衬底表面的套刻测量光束，并且基于反射离开衬底的光束来评估套刻。具体地，在一个实施例中，可以通过考虑反射的套刻测量光束的+1和-1反射阶来评估两个连续层之间的套刻。
图7中示意性地示出了可以使用套刻测量系统OMS进行的套刻测量。
图7a示意性地示出了衬底700上的套刻标记的截面图，该套刻标记包括位于衬底700的顶层720上的第一图案710和位于衬底700的下层740上的第二图案730。当测量光束750被应用到套刻标记上时，反射光束的+1和-1阶(分别由箭头752和754指示)可以被捕获并且其强度被评估。在图案710和730两者处于如图7a的截面图所示的对准位置的情况下，强度的差异应当实质上等于零。在图案相对于彼此移位的情况下，例如，如图7b所示，可以注意到在由箭头756指示的+1反射阶和由箭头758指示的-1反射阶之间的强度差异。注意，所示箭头的长度表示反射光束的强度。基于这种差异，可以确定两个图案之间的相对位移d，该位移表征层720和层740之间的套刻。
图8示意性地示出了在套刻测量上的标记的形变的可能影响。图8示意性地示出了衬底800上的套刻标记的截面图，套刻标记包括在衬底800的顶层820上的第一图案810和在衬底800的下层840上的第二图案830，由此第二图案830不再是对称的，但是具有某种类型的形变。在所示的实施例中，第二图案830的侧壁之一具有类似于图4(b)中所示的对准标记400的倾斜表面835或侧壁。注意，套刻标记的其他类型的形变也可能发生并且影响套刻测量值，例如，如图4所示的其他类型的形变。还可以指出，影响套刻测量值的形变可以发生在顶层820、底层840或两者中。图8进一步示出了两个测量光束850.1和850.2的应用，例如，测量光束具有不同的测量特性或参数λ以及两个测量光束的+1和-1反射阶数。更具体地，反射光束852.1表示来自测量光束850.1的+1阶反射光束，反射光束854.1表示来自测量光束850.1的-1阶反射光束，而反射光束852.2表示来自测量光束850.2的+1阶反射光束，反射光束854.2表示来自测量光束850.2的-1阶反射光束。
在检查如所指示的反射光束时，可以注意到在测量光束850.1的+1阶852.1和-1阶854.1之间的强度差(由图中的箭头的长度表示)，尽管第一图案810和第二图案830实质上对准。同时，测量光束850.2的+1阶852.2和-1阶854.2之间的强度(由图中箭头的长度表示)实质上没有差别。这样，可以得出结论：测量光束850.2对形变835不敏感，如图所示，而形变835影响使用测量光束850.1的测量。这样，当仅使用测量光束850.1进行套刻测量时，这将导致图案830和图案810之间的套刻的错误确定。
在一个实施例中，套刻测量系统可以被配置为将不同的套刻测量光束(即，具有不同特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的光束)投影到衬底上设置有套刻标记的特定位置上以确定套刻测量结果。
在另一实施例中，多个不同的套刻测量光束可以组合成具有不同的特性或参数λ1、λ2、λ3、...λi的一个测量光束，其被投影到衬底上以确定套刻测量结果。在这样的实施例中，可能有利的是，布置反射离开衬底的光束以在不同的情况下到达检测系统。为了实现这一点，可以使用例如分散纤维，例如在美国专利9,046,385中描述的，其通过引用合并于此。可替代地，可以将包括多个不同的反射离开衬底的测量光束的反射测量光束提供给一个或多个过滤器，以分离不同的反射测量光束并且评估套刻。在本发明的含义内，由套刻测量系统应用的不同的测量参数或特性λ1、λ2、λ3、...λi至少包括所使用的测量光束的偏振差异或者频率或频率含量的差异。
鉴于以上所述，针对本领域技术人员将显而易见的是，通过使用测量特性λ的测量值获取的套刻OV的值可以被写为：
OV(λ)＝OV0+OVerror(λ) (10)
其中：
OV(λ)＝从测量值得出的套刻测量结果；
OV0＝实际套刻值；
OVerror(λ)＝套刻误差，即，不是由所考虑的套刻标记的实际相对位移引起的套刻测量值的成分或部分。套刻误差可能例如是由所讨论的套刻标记的形变引起的，但是也可能是由所应用的层堆叠的变化引起的。如图所示，套刻误差OVerror(λ)被认为取决于所应用的测量特性λ(如图8所示)。
具体地，每个套刻配方λ的测量套刻(以与上述对准配方类似的方式使用的配方，例如指定所应用的测量光束的波长和/或偏振)OV(λ)可以被划分为与测量配方λ无关的“真实”或实际套刻套刻OV0和当目标形变时为非零并且取决于所应用的测量配方λ的套刻误差OVerror(λ)。
从等式(10)可以看出，当考虑套刻测量值之间的差异时，真实的或实际的套刻OV0推测出：
OV(λ1)-OV(λ2)＝OVcol2col＝OVerror(λ1)-OVerror(λ2)＝OVerror,col2col (11)
其中：
λ1、λ2＝所应用的测量特性或参数或配方；
OVcol2col＝是在使用不同的测量参数λ时获取的套刻差异的简称，也称为当使用不同的测量参数时颜色到颜色套刻差异。(col2col可以被认为是颜色到颜色，参考其中测量参数λ的不同值表示不同的波长并且因此表示不同的颜色的一个实施例)。
OVerror,col2col＝是使用不同测量特性(例如，不同颜色)所进行的测量之间的套刻误差的差异的简称。
基于等式(11)，可以得出结论：可以使用OVcol2col来监测不同配方λ1、λ2的套刻标记不对称。
可以进一步指出，从以上关于对准标记形变的影响的示例中也可以清楚地看出，套刻标记形变或不对称不仅仅是随机的形变模式。相反，由于这些形变是由衬底经受的各种工艺引起的，衬底的套刻标记或套刻目标形变可以被描述为一个或多个不同图案的组合。如上所述，参考对准标记形变，衬底所经受的每个处理可能导致整个衬底的形变、衬底上存在的标记的形变或两者。由特定处理引起的这些形变可以具有特定的形状，例如，如图3所示。在以上给出的对准标记形变的示例中，这些特定形状是使用主成分分析确定的，这些形状随后被称为“特征晶片”。
可以指出，一组衬底的套刻数据可以以类似的方式进行处理，以得到特征晶片集合，其表示由不同的处理步骤引起的特定形变或形变形状。
当确定这样的特征晶片时，可以例如将套刻误差描述为这样的特征晶片的线性加权组合，更具体地：
OVerror(λ)＝a1(λ)F1+a2(λ)F2+... (12)
其中：
α1、α2＝配方相关的权重因子；
F1、F2＝表示衬底上的套刻标记形变分布的特定形变或形变形状。在等式(12)中应用的形变形状Fi不描述衬底整体的形变，它们是“目标形变指纹”，即，形变的指纹或分布。
以类似的方式，使用不同特征或配方λ的测量值之间的套刻的差异也可以被描述为使用不同的权重系数的相同形变形状的线性加权组合：
OVcol2col＝OVerror,col2col＝b1F1+b2F2+... (13)
其中：
b1、b2＝针对每种颜色到颜色组合(即，针对特征或配方λ的每个不同组合)而不同的权重系数。
不是如关于对准标记形变所描述的那样求解方程组以便得到特征晶片或形变形状并且使用它们来确定由等式(12)给出的套刻误差，提出了一种替代方法，其不需要确定等式(12)和(13)的形变形状FI。
相反，如果可用的测量特性λ的数目大于形变形状Fi的数目，当等式(11)和(13)被组合时，形变形状Fi可以从等式中取出并且特定配方(即，由套刻测量系统应用并且被称为处理上记录或POR的特定配方)的套刻误差可以被写为颜色到颜色套刻差值的线性加权组合。更具体地：
其中：
OVerror(POR)＝处理上记录配方的套刻误差；
OVcol2col i＝使用不同的配方或特征λ可获取的不同的颜色到颜色套刻差异或变化。
关于套刻的颜色到颜色差异OVcol2col i或套刻误差OVerror,col2col，值得一提的是定义这些差异的方式有所不同。
定义颜色到颜色套刻差异或变化的第一种方式是应用类似于等式(11)的等式，即，通过取得使用不同配方或特性λ获取的套刻测量值的差异。
当三个特征λ1、λ2、λ3可用时，可以由此将颜色到颜色套刻差异确定为：
可替代地，可以将作为在相应配方下进行的套刻测量与使用不同的配方的平均套刻测量(被称为colormeanOV)之间的差异的颜色到平均颜色差异确定为颜色到颜色套刻差异。这可以表述如下：
其中Nλ是用于执行套刻测量的测量特性的数目。
考虑到等式(14)并且考虑到可以基于使用不同配方(如等式(15)和(16)所示)的套刻测量来直接确定颜色到颜色差异，可以确认OVerror(POR)能够在等式(14)中的系数c已知时被确定。
在本发明的一个实施例中，提出了使用衬底或晶片的训练集合来确定系数c1、c2、…。此外，以与上面关于对准测量所描述的类似的方式，提出了使用等式(14)来确定从衬底到衬底的套刻误差变化(s2s)。在衬底的训练集合中，假定测量的套刻的s2s变化(即，衬底到衬底的套刻差异)由测量不准确主导，即：
其中：
OVs2s＝训练集合中的两个衬底之间的测量套刻的差异。
使用这个假定，等式14可以重写为：
现在，由于OVs2s和都可以直接从对衬底的训练集合进行的套刻测量中测量或确定，因此可以确定系数c1、c2、…。
在本发明的一个实施例中，使用线性回归来确定衬底的训练集合的方程组(18)。
因为从等式(18)可以清楚地看出，只有与颜色到颜色差异的衬底到衬底变化相关的套刻衬底到衬底变化部分被校正，等式17的假定可以部分地放松。
在本发明的一个实施例中，因此提出了具有以下步骤的方法：
-针对衬底的训练集合，使用不同的配方或测量特征λ进行套刻测量。
-使用套刻测量，可以确定从衬底到衬底的套刻变化OVs2s、以及颜色到颜色套刻差异的衬底到衬底变化
-使用等式(18)，然后可以将OVs2s表示为颜色到颜色套刻差异的衬底到衬底变化的加权线性组合并且求解系数c1、c2的方程组。
-当权重系数被确定时，可以用它们来校正新衬底的套刻误差。假定使用相同的一组配方来对新衬底执行套刻测量，则等式(18)能够使用颜色到颜色差异的衬底到衬底变化(其可以通过测量来确定)和系数c1、c2、…来确定新衬底的衬底到衬底套刻误差。
-然后可以通过从测量的套刻中减去计算的误差来校正新衬底的测量套刻。通过这样做，可以提高测量套刻的准确度。这个更接近实际或真实套刻OV0的经校正的套刻然后可以被用作对曝光衬底的光刻设备的反馈。
关于上述内容，可以指出，在参考衬底到衬底的套刻差异或者测量的套刻的变化时，这些变化可以指代从衬底到衬底的测量差异，或者它们可以指代相对于在一组衬底(例如，训练衬底的集合)上测量的平均套刻的变化。在这方面，新衬底的OVs2s可能因此指代新衬底的测量套刻与(例如，在训练衬底的集合上)平均套刻之间的差异。
当描述所描述的方法时的衬底和数据的可能的流程在图9中示意性地示出。图9示意性地示出了衬底900的流程，例如在处理工具902(例如，蚀刻机或CMP)中处理的训练衬底或生产衬底。随后由扫描器904或光刻设备处理由处理工具处理的衬底910，以将衬底暴露于特定图案。然后可以由测量系统906(例如，被配置为使用多个不同的配方或测量特性来测量套刻的测量系统)处理由扫描器处理的衬底920。然后可以将套刻测量值940提供给计算平台908，计算平台908可以被包含在测量系统906中或者是专用的独立平台。在计算平台908中，套刻测量值可以例如用于在训练衬底的情况下确定系数c1、c2，或者在生产衬底的情况下确定衬底的套刻误差，以便校正套刻。衬底950的经校正的套刻然后可以例如在控制系统912控制扫描器904的处理时使用，如由控制数据960所指示的。使用校正的套刻950作为反馈，可以实现扫描器或光刻设备904的反馈控制。
一组衬底的套刻数据的上述处理可以有利地应用于以下一个或多个目的：
所提出的方法可以用于选择最合适的配方或测量特性。在这个使用情况下，可以例如确定衬底的训练集合的经校正的套刻，并且将其与所有配方的测量结果相比较。给出与最接近经校正的套刻相匹配的测量结果的配方可以用于未来的测量。一旦建立了优选配方，可以例如仅使用优选配方来确定衬底的套刻，例如，使用如图9所示的测量系统906。可替代地，可以选择利用多个不同的配方继续测量套刻以便监测工艺稳定性。
为了建立权重系数c1、c2，可以使用例如表示套刻参考的器件套刻(例如，由SEM测量)或产量测量值(例如，由电测量)。在这些套刻参考在训练衬底上可用的情况下，不再需要等式(17)的假定。
可以使用专用的校准衬底来确定权重系数c1、c2，而不是使用一组训练衬底。在这样的实施例中，可以例如有意地使校准衬底经历处理工具(例如，蚀刻机)的极端设置，以便在校准衬底中引起相对较高的工艺变化。使用这样的衬底可以使得能够更准确地得出权重系数c1、c2。
在另一使用情况下，通过使用模型中的对准标记形变来进一步扩展应用于表达套刻误差的模型，或者更具体地，套刻误差的衬底到衬底可校正变化OVs2s。本发明人已经设想了对准标记形变(例如，如上所述)也可能导致实际套刻OV0的衬底到衬底可校正变化。这样，可以例如通过将它们与套刻衬底到衬底相比较来校正对准测量，例如使用一组测量特性的最佳加权。这种方法在假定为零的情况下工作良好。在实际情况中，在不等于零的情况下，对准标记形变影响(其影响OV0,s2s并且可以用测量)以及套刻目标或标记形变影响(其影响并且可以用测量)二者可以被包括在建模中并且等式18可以概括为：
其中：
以与上文针对套刻测量所描述的类似的方式使用多个配方或测量特征可以从实际对准测量值得出的对准测量值AL的颜色到颜色差异的衬底到衬底变化。
在等式(19)中，系数d1、d2、...用于校正对准标记形变影响，而系数c1、c2、...用于校正套刻目标形变影响。
使用一组训练衬底的套刻和对准测量二者，可以确定系数d1、d2和系数c1、c2。在这方面，可以指出，这种扩展建模在和彼此独立时表现最好。实际上，当使用间接对准时就是这种情况。即使在直接对准的情况下，由于对准标记和套刻目标或标记的不同设计，对标记的处理效果可能不同。
除了使用在套刻或对准测量中观察到的颜色到颜色差异之外，不同测量特性的强度不对称测量(例如，从光刻设备中的在线计量传感器或离线计量系统获取)可以用于表征衬底到衬底套刻误差。
尽管在本文中可以具体地参考在制造IC中使用光刻设备，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器、平板示出器、液晶示出器(LCD)、薄膜磁头等的引导和检测模式。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在本文中的任何使用可以被认为与更一般的术语“衬底”或“目标部分”分别同义。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后在例如轨道(通常向衬底应用抗蚀剂层并且使曝光的抗蚀剂显影的工具)、计量工具和/或检查工具中被处理。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他的衬底处理工具。此外，衬底可以被处理多于一次，例如以便形成多层IC，使得本文中使用的术语衬底还可以指代已经包含多个已处理层的衬底。
虽然以上已经在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用进行了具体的参考，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌定义了在衬底上形成的图案。图案化装置的形貌可以被压入提供给衬底的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合被固化。在抗蚀剂固化之后，图案化装置从抗蚀剂中移出，以留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有作为或大约365、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)以及诸如离子束或电子束等粒子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件中的任何一个或其组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但是应当认识到，本发明可以以与上述不同的方式实施。例如，本发明可以采取包含描述以上公开的方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序或者其中存储有这样的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。
以上描述旨在说明而非限制。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在不偏离下面阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。

Claims (27)

1.一种表征多个S个衬底的形变的方法，每个衬底包括多个m个对准标记，所述方法包括步骤：
-针对所述多个S个衬底中的每个衬底；
-针对所述多个S个衬底中的相应衬底上的所述多个m个对准标记中的每个对准标记，执行步骤；
-针对多个n个不同对准测量参数λ中的每个对准测量参数λ，使用相应对准测量参数来测量相应对准标记的位置，以获取相应衬底上的相应对准标记的n个对准标记位置测量值；
-针对所述多个n个不同对准测量参数λ中的每个对准测量参数λ，将位置偏差确定为所述n个对准标记位置测量值与标称对准标记位置之间的差值，由此获取相应衬底的相应对准标记的n个位置偏差；
-将所述位置偏差分组成多个数据集；
-确定平均数据集；
-从所述多个数据集中的每个数据集中减去所述平均数据集以获取多个可变数据集；
-对所述可变数据集执行诸如主成分分析等盲源分离方法，由此将所述可变数据集分解为表示所述可变数据集的主成分的特征晶片集合；
-将所述特征晶片集合细分成标记形变特征晶片集合和衬底形变特征晶片集合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述位置偏差分组的步骤包括：
-将每个衬底S和每个对准测量参数的所述位置偏差分组成数据集，由此获取S×n个数据集，每个数据集包括m个位置偏差。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述位置偏差分组的步骤包括：
-将每个衬底S的所述位置偏差分组成数据集，由此获取S个数据集，每个数据集包括m×n个位置偏差。
4.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述平均数据集的步骤包括：
-针对所述多个S个衬底上的所述多个对准标记m中的每个对准标记以及针对所述多个n个不同对准测量参数λ中的每个对准测量参数λ，
-针对对准标记集合中的每个对准标记，将平均位置偏差a(m,n)确定为所述多个S个衬底的所述对准标记集合中的对准标记m的位置偏差的平均值；
5.根据权利要求4所述的方法，其中获取所述可变数据集的步骤包括：
-针对所述多个衬底S中的每个衬底，针对所述对准标记位置测量值中的每个对准标记位置测量值，减去相应的平均位置偏差a(m,n)，以针对所述衬底中的每个衬底获取m×n个可变位置偏差的可变数据集v(m,n)；
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述特征晶片集合细分的步骤包括将所述特征晶片集合映射到一个或多个可变位置偏差集合v(m,λ)上，由此获取所述特征晶片的加权组合并且评估所述对准测量参数与所述加权组合之间的相关性。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中将所述特征晶片集合细分的步骤包括对所述特征晶片执行模式识别步骤，由此将所述特征晶片的模式与一个或多个已知形变模式相比较。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：
-针对所述多个S个衬底中的每个衬底获取套刻数据集，所述套刻数据集包括在用于所述多个S个衬底上的先前曝光的图案的多个套刻测量位置处的套刻测量值，由此根据对准测量参数λrec执行用于所述先前曝光的图案的对准处理；
-确定所述多个S个衬底的套刻数据的平均数据集；
-从所述多个套刻数据集中的每个套刻数据集中减去所述平均数据集以获取多个可变套刻数据集；
并且由此执行盲源分离方法的步骤包括：
-根据所述对准测量参数λrec来约束所述标记形变特征晶片集合的加权组合以匹配所述可变套刻数据集。
9.根据权利要求3所述的方法，还包括：
针对所述多个S个衬底中的每个衬底获取套刻数据集，所述套刻数据集包括在用于所述多个S个衬底上的先前曝光的图案的多个套刻测量位置处的套刻测量值，由此根据对准测量参数λrec执行用于所述先前曝光的图案的对准处理；
-确定所述多个S个衬底的套刻数据的平均套刻数据集；
-从所述多个套刻数据集中的每个套刻数据集中减去所述平均套刻数据集以获取多个可变套刻数据集；由此执行所述盲源分离方法的步骤包括：
-组合每个衬底的所述可变数据集和所述可变套刻数据集以获取组合的可变数据集以及对所述组合的可变数据集执行所述盲源分离方法，由此将所述组合的可变数据集分解成表示所述组合的可变数据集的主成分的特征晶片集合。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述特征晶片集合细分成标记形变特征晶片集合和衬底形变特征晶片集合的步骤包括评估与所述可变套刻数据集相关联的特征晶片的一部分的幅度。
11.一种用于光刻设备的对准方法，所述方法包括步骤：
-由所述光刻设备中的对准系统接收衬底；
-针对一个或多个对准标记执行多个对准标记位置测量，以及将对准标记位置偏差确定为所述对准标记位置测量与标称对准标记位置之间的差值；
-通过执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法来获取特征晶片集合；
-基于在执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法时得出的所述平均位置偏差来确定包括所述衬底的可变位置偏差的可变数据集；
-将所述可变数据集映射到所述特征晶片集合，由此获取所述可变数据集的表达式作为所述标记形变特征晶片和所述衬底形变特征晶片的加权组合。
-从所述可变位置偏差中减去所述标记形变特征晶片的加权组合，由此获取没有标记形变引起的影响的所述衬底的已修改的可变位置偏差集合；
-使用所述已修改的可变位置偏差集合来执行所述衬底的对准。
12.一种用于光刻设备的对准方法，所述方法包括步骤：
-由所述光刻设备中的对准系统接收衬底；
-针对一个或多个对准标记执行多个对准标记位置测量
-通过执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法来获取特征晶片集合；
-基于在执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法时得出的所述平均位置偏差来确定包括所述衬底的可变位置偏差的可变数据集；
-将所述可变数据集映射到所述特征晶片集合，由此获取所述可变数据集的表达式作为所述标记形变特征晶片和所述衬底形变特征晶片的加权组合。
-使用所述衬底形变特征晶片的加权组合作为可变位置偏差来执行所述衬底的对准。
13.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：应用在执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法时得出的所述平均数据集来执行所述对准。
14.根据权利要求11或12所述的方法，还包括：
基于所述衬底的所述平均位置偏差和所述对准标记位置偏差来确定已修改的平均数据集，以及应用所述已修改的平均数据集来执行所述对准。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，还包括：
-针对所述多个S个衬底中的每个衬底获取套刻数据集，所述套刻数据集包括在用于所述多个S个衬底上的先前曝光的图案的多个套刻测量位置处的套刻测量值，由此根据对准测量参数λrec执行用于所述先前曝光的图案的对准处理；
-确定所述多个S个衬底的套刻数据的平均套刻数据集；以及在所述对准之前应用所述平均套刻数据集作为反馈校正。
16.一种对准系统，被配置为执行根据权利要求11至15中任一项所述的方法。
17.根据权利要求16所述的对准系统，包括：
-对准投影系统和被配置为执行所述对准标记位置测量的对准检测系统，所述对准投影系统被配置为将具有n个不同对准测量参数λ的多个对准光束投影到衬底上。
18.一种光刻设备，包括：
照射系统，被配置为调节辐射束；
支承件，被构造为支承图案化装置，所述图案化装置能够在所述辐射束的截面中将图案赋予所述辐射束以形成图案化的辐射束；
衬底台，被构造为保持衬底；
投影系统，被配置为将所述图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上，以及
根据权利要求16或17所述的对准系统。
19.一种器件制造方法，包括：
-通过执行根据权利要求11至15中任一项所述的对准方法来对准衬底的目标部分和图案化的辐射束；以及
-将图案化的辐射束投影到所述衬底的目标部分上。
20.一种使用多个S个衬底来表征套刻测量处理的方法，每个衬底包括多个m个套刻目标，所述方法包括步骤：
-针对所述多个S个衬底中的每个衬底；
-针对所述多个S个衬底中的相应衬底上的所述多个m个套刻目标中的每个套刻目标，执行步骤：
-通过针对多个n个不同套刻测量参数λ中的每个套刻测量参数λ，使用相应套刻测量参数来测量相应套刻目标的套刻以获取相应衬底上的相应套刻目标的n个套刻目标测量值，来得出套刻测量值集合；
-基于所述套刻测量值集合来确定：
-所述套刻测量值集合的衬底到衬底套刻变化OVs2s，
-通过将使用不同套刻测量参数λ获取的套刻测量值组合的颜色到颜色套刻差异；以及
-所述颜色到颜色差异的衬底到衬底变化
-将所述衬底到衬底套刻变化OVs2s表示为所述颜色到颜色差异的衬底到衬底变化的加权线性组合，以获取具有权重系数的方程组；
-针对所述权重系数求解所述方程组。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述衬底到衬底变化表示关于从所述套刻测量值集合得出的所述多个S个衬底的平均套刻的变化。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其中所述颜色到颜色套刻差异是关于所述多个S个衬底中的衬底的平均套刻的套刻差异。
23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，还包括步骤：
-针对所述多个S个衬底，获取使用多个不同的测量特性获取的对准测量值集合；
-基于所述对准测量值集合来确定颜色到颜色差异的衬底到衬底变化
-将所述衬底到衬底套刻变化OVs2s表示为所述颜色到颜色差异的衬底到衬底变化和所述颜色到颜色差异的衬底到衬底变化的加权线性组合，以获取具有权重系数的方程组。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，其中所述方程组使用多重线性回归来被求解。
25.一种确定衬底的套刻误差的方法，所述方法包括步骤：
-针对所述衬底上的多个m个套刻目标中的每个套刻目标，使用多个n个不同套刻测量参数来确定相应套刻目标的套刻，以获取所述衬底上的相应套刻目标的n个套刻目标测量值；
-针对所述衬底，基于所述套刻目标测量值来确定颜色到颜色差异的衬底到衬底变化
-使用根据权利要求20至24中的任一项所述的方法来获取权重系数集合；
-使用所述权重系数来将所述衬底的衬底到衬底套刻误差确定为所述颜色到颜色差异的衬底到衬底变化的加权组合。
26.一种套刻测量系统，包括：
-物体台，被配置为支承衬底；
-套刻测量装置，包括投影系统和被配置为执行套刻测量的检测系统，所述投影系统被配置为将具有n个不同对准测量参数λ的多个套刻测量光束投影到所述衬底上的目标位置上。
-控制系统，被配置为控制所述套刻测量装置以执行根据权利要求20至25中任一项所述的方法。
27.一种光刻设备，包括根据权利要求26所述的套刻测量系统。
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