CN108027572A - 用于控制光刻设备的方法、光刻设备以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

光刻设备使用高度传感器(LS)来获得表示跨衬底(718)的形貌变化的高度传感器数据(722)。使用(730)高度传感器数据来控制器件图案在跨衬底的多个位置处的聚焦。控制器标识高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域(A)以及高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域(B、C)。使用针对第一区域的高度传感器数据以及预期的器件特定形貌的先验知识(712)来针对第二区域计算(724)替代高度数据。使用来自传感器的高度数据和替代高度数据的组合来控制光刻设备的聚焦。

Description

用于控制光刻设备的方法、光刻设备以及器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年9月15日提交的EP申请15185333.0的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及光刻设备。本公开具体涉及使用来自高度传感器的数据控制光刻设备。本公开还涉及通过光刻来制造器件的方法，并且涉及用于实现这样的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

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常是施加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，可以使用备选地被称为掩模或掩模版的图案形成装置来生成待形成在IC的单独层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分裸片、一个或多个裸片)上。通常是经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来实现图案的转印。通常，单个衬底将包括相继被图案化的相邻目标部分(被称为“场”)的网格。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，在所谓的步进器中，通过将整个场图案一次曝光到场上来照射每个场；以及所谓的扫描器，在所谓的扫描器中，通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描场图案、同时在平行或反平行于该方向的方向上同步扫描衬底来照射每个场。

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。当将图案成像到衬底上时，期望确保衬底的最上表面(即，图案将在其上被成像的表面)位于投影系统的焦平面内。

应将图案投影在其上的衬底表面从来不是完全平坦的，而是在大尺度和小尺度上呈现出许多高度偏差。未能调整投影系统的焦点可能导致较差的图案化性能，并且因此导致总体上制造过程的较差性能。诸如临界尺寸(CD)和CD均匀性的性能参数特别地将由于较差的聚焦而降级。

为了测量这些高度偏差，高度传感器通常被集成在光刻设备中。这些典型地是光学传感器，用于在衬底被加载到光刻设备中之后，在跨整个衬底的点处测量衬底的最上表面的竖直位置。该测量结果集合以某种合适的形式存储，并且可以被称为“高度图”。然后在控制图案到衬底上的成像时使用高度图，以确保衬底的每个部分上的辐射敏感抗蚀剂层位于投影透镜的焦平面中。典型地，承载衬底的衬底支撑件的高度将在衬底上相继部分的曝光期间被连续地调整。在US 7265364 B2、US 20100233600 A1和US 2013128247 A中公开了高度传感器的示例，所有这些文献通过引用并入本文。在本文中不需要详细描述这些高度传感器。

本公开涉及当衬底在工艺依赖性下经受器件特定变化时出现的问题。现代器件类型(例如，3-D NAND存储器器件)实际上可能在器件图案内具有真实的形貌变化。然而，即使在有很少或没有实际的形貌变化的情况下，当由高度传感器读取时，在器件的不同部分处使用的材料的光学性质差异可能导致大的明显的形貌变化。这被称为传感器的工艺依赖性。实际上，由高度传感器的工艺依赖性引起的这些明显变化的幅度可能远大于真实的形貌变化。

可以使用降低测量的工艺依赖性的其他传感器测量(例如，气量计)来进行对高度图的校正。根据已公开的国际专利申请WO 2015/131969(其通过引用并入本文)，基于产品设计和工艺依赖性的先验知识，可以将进一步的校正应用于高度图。这允许根据预期存在于不同位置处的不同材料性质，应用不同的校准来从传感器信号获得高度数据。然而，附加的问题在于，工艺依赖性的影响跨衬底可能变化很大。因此，在校准针对给定场或平均场的工艺依赖性误差时，该校正可能无法在所有场上有效。场间工艺依赖性分量仍然存在。

发明内容

期望在存在具有变化的工艺依赖性的器件特定形貌的情况下改进光刻制造工艺的性能。

在第一方面，本发明提供了控制光刻设备以制造衬底上的多个器件的方法，方法包括：

(a)使用高度传感器来获得表示跨衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

(b)使用高度传感器数据来控制光刻设备的定位系统，用于在跨衬底的多个位置处施加器件图案，

其中步骤(b)包括：

(b1)标识高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域以及高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域；

(b2)使用针对第一区域的高度传感器数据以及预期的器件特定形貌的先验知识来计算针对第二区域的替代高度数据，以及

(b3)使用替代高度数据与来自传感器的高度数据的组合来控制光刻设备。

本发明进一步提供光刻设备，光刻设备包括投影系统和定位系统，定位系统用于相对于投影系统来定位图案形成装置和衬底，投影系统用于将图案施加到衬底，光刻设备包括：

高度传感器，用于获得表示跨衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

控制器，用于使用高度传感器数据来控制所述定位系统，其中所述控制器被布置为：(i)标识高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域以及高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域，(ii)使用针对第一区域的高度传感器数据以及预期的器件特定形貌的先验知识来计算针对第二区域的替代高度数据，以及(iii)在控制所述定位系统时使用替代高度数据与来自传感器的高度数据的组合。根据本公开的上述方面，尽管器件区域的工艺依赖性入射部分存在变化，但可以实现对器件特定形貌具有正确响应的聚焦控制方法。

在一些实施例中，至少部分地使用产品布局的知识来标识第一区域和第二区域。备选地或附加地，至少部分地使用在先前衬底上进行的测量来标识第一区域和第二区域。

第一区域可以被称为锚定区域。当器件特定形貌的可靠先验知识与锚定区域的可靠高度传感器数据结合时，可以针对其他区域计算替代高度数据(比高度传感器数据更可靠)。可以使用可靠的量测工具从先前处理的衬底的测量中获得预期的器件特定形貌的先验知识。这些可靠的量测工具不需要与大批量制造中使用的高度传感器具有相同的吞吐量。

在一些实施例中，先验知识指定第一区域和相邻的第二区域之间的高度差。第一区域和第二区域仅作为示例。如果在一个器件布局中存在若干不同类型的工艺依赖性，则可以限定第三区域、第四区域等。针对第三区域的锚定区域(第一区域)不必与针对第二区域的第一区域相同，或者它们可以相同。

可以例如使用指定的高度差以及针对紧邻第二区域的一个或多个第一区域的高度传感器数据来计算针对一个第二区域的替代高度数据。

可以使用指定的高度差以及根据针对多个第一区域(不仅是紧邻第二区域的第一区域)的高度传感器数据计算的高度模型来计算针对一个第二区域的替代高度数据。

对于其中第一区域小于高度传感器的空间分辨率的情况，可以通过利用高度传感器响应函数的解卷积来增强针对第一区域的高度传感器数据，然后用于计算针对第二区域的替代高度数据。

本发明还提供了计算机程序产品，计算机程序产品包括机器可读指令，用于使通用数据处理设备执行如上所述的根据本发明的方法的步骤。

本发明还提供了包括机器可读指令的计算机程序产品，用于使通用数据处理设备实现如上所述的根据本发明的光刻设备的控制器。

这两种情况下的计算机程序产品均可以包括非瞬态存储介质。

下面参考附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文仅出于示例的目的呈现这些实施例。基于本文中包含的教导，附加实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2示意性地示出了图1的光刻设备的使用以及形成用于半导体器件的生产设施的其他设备；

图3示意性地图示了高度传感器的操作，以及在不考虑器件特定的变化的情况下，图1的光刻设备中示例衬底上的各种形貌变化；

图4是当向图3的衬底施加图案时聚焦控制操作的示意图，其中添加了器件特定的形貌变化；

图5图示了(a)在示例衬底的两个区域处的器件特定的形貌以及(b)受器件区域内的不同部分之间以及衬底的不同区域之间的工艺依赖性变化影响的高度传感器数据；

图6图示了在图5的示例中使用指定的锚定区域来生成替代高度数据的方法；

图7是根据本发明的一个实施例的用于控制光刻设备的图6的方法的流程图；

图8图示了在示例衬底上测量的工艺依赖性中的变化，其中标识了锚定区域；

图9、图10和图11图示了计算可以在本发明的实施例中采用的替代高度数据的不同方法；以及

图12图示了当锚定区域非常小时(a)局部形貌变化与(b)高度传感器响应函数之间的关系。

具体实施方式

图1示意性地描绘了光刻设备LA。设备包括：

-被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或EUV辐射)的照射系统(照射器)IL；

-被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模或掩模版)MA并连接到第一定位器PM的支撑结构(例如，掩模台)MT，第一定位器PM被配置为根据某些参数将图案形成装置精确地定位；

-被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂布的晶片)W并连接到第二定位器PW的衬底台(例如，晶片台)WTa或WTb，第二定位器PW被配置为根据某些参数将衬底精确地定位；以及

-投影系统(例如，折射式投影透镜系统)PS，投影系统PS被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。

照射系统可以包括用于对辐射进行引导、成形或控制的各种类型的光学部件(例如，折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任何组合)。

支撑结构支撑图案形成装置(即，承受图案形成装置的重量)。支撑结构以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及其他条件(例如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。支撑结构可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望的位置处。本文中术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。

本文中所使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为指代可以用于在辐射束的截面中将图案赋予辐射束以在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应注意，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则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。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(或多个器件)中的特定功能层(例如，集成电路)。图案形成装置可以是透射式或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。

本文中所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为包括任何类型的投影系统，根据所使用的曝光辐射、或其他因素(例如，使用浸没液体或使用真空)，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电光学系统、或其任何组合。本文中术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。

如这里所描述的，设备是透射类型的(例如，采用透射型掩模)。备选地，设备可以是反射类型的(例如，采用如上所述的类型的可编程反射镜阵列或采用反射型掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这样的“多平台”机器中，可以并行使用附加的台，或者可以在一个或多个台上执行预备步骤，同时使用一个或多个其他台来进行曝光。

光刻设备也可以是如下类型，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，以填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以应用于光刻设备中的其他空间(例如，掩模和投影系统之间的空间)。浸没技术可以用于增加投影系统的数值孔径在本领域中是公知的。本文所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸入液体中，而仅意味着在曝光期间，液体位于投影系统和衬底之间。

照射器IL从辐射源SO接收辐射束。例如当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离的实体。在这样的情况下，源不被认为形成光刻设备的一部分，并且借助于射束递送系统BD，辐射束从源SO传递到照射器IL，射束递送系统BD包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器。在其他情况下，例如，当源是汞灯时，源可以是光刻设备的整体部分。源SO和照射器IL以及射束递送系统BD(根据需要)可以被称为辐射系统。

照射器IL可以包括用于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和/或内径向范围(通常被分别称为σ-外和σ-内)。另外，照射器IL可以包括诸如积分器IN和聚光器CO的各种其他部件。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入射在保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模MA)上，并被图案形成装置图案化。穿过掩模MA之后，辐射束B传递通过投影系统PS，投影系统PS将射束聚焦到衬底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，干涉量测装置、线性编码器或电容式传感器)，可以精确地移动衬底台WTa/WTb，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，例如在从掩模库机械获取之后、或在扫描期间，第一定位器PM和另一位置传感器(在图1中未明确描绘)可以被用于相对于辐射束B的路径来精确定位掩模MA。通常，掩模台MT的移动可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WTa/WTb的移动可以使用形成第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器，或者可以被固定。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来进行对准。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(场)之间的空间中和/或目标部分内的器件区域(裸片)之间。这些被称为划道对准标记，因为单独的产品裸片最终将通过沿这些线进行划切而彼此切割。类似地，在掩模MA上提供多于一个裸片的情况下，掩模对准标记可位于裸片之间。

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和衬底台WTa/WTb保持基本静止，同时赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后衬底台WTa/WTb沿X和/或Y方向移位，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次静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，同步扫描掩模台MT和衬底台WTa/WTb，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WTa/WTb相对于掩模台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在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在另一模式中，保持可编程图案形成装置的掩模台MT被保持为基本静止，并且在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WTa/WTb。在该模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WTa/WTb的每次移动之后或在扫描期间的相继辐射脉冲之间，根据需要更新可编程图案形成装置。该操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置(例如，上述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变型或完全不同的使用模式。

在该示例中，光刻设备LA是所谓的双平台类型，双平台类型具有两个衬底台WTa和WTb以及两个站(曝光站和测量站)，在两个站之间可以交换衬底台。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站EXP处曝光时，另一衬底可以被加载到测量站MEA处的另一衬底台上，使得可以执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用高度传感器LS来映射衬底的表面高度，并且使用对准传感器AS来测量衬底上对准标记的位置。测量非常耗时，并且提供两个衬底台使得能够显著增加设备的吞吐量。如果位置传感器IF在处于测量站以及曝光站处时不能测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器来使得能够在两个站处跟踪衬底台的位置。

设备还包括光刻设备控制单元LACU，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，以实现与设备操作相关的所需计算。在实践中，控制单元LACU将作为许多子单元的系统来实现，每个子单元操纵对设备内子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。例如，一个处理子系统可专用于衬底定位器PW的伺服控制。分离的单元甚至可以操纵粗糙和精细的致动器或者不同的轴。另一单元可能专用于读取位置传感器IF。可以由与这些子系统处理单元、操作者和光刻制造过程中涉及的其他设备进行通信的中央处理单元来控制设备的总体控制。

图2以200示出了在用于半导体产品的工业生产设施的背景下的光刻设备LA。在光刻设备(或简称为“光刻工具”200)内，在202处示出测量站MEA，并且在204处示出曝光站EXP。在206处示出控制单元LACU。在生产设施内，设备200形成还包括涂覆设备208的“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，涂覆设备208用于将光致抗蚀剂和其他涂层施加到衬底W以由设备200进行图案化。在设备200的输出侧处，提供烘烤设备210和显影设备212，以用于将经曝光的图案显影成物理抗蚀剂图案。

一旦图案被施加并显影，经图案化的衬底220被转印到如222、224、226处所示的其他处理设备。通过典型的制造设施中的各种设备来实现各种各样的处理步骤。为了示例，该实施例中的设备222是蚀刻站，并且设备224执行蚀刻后退火步骤。进一步的物理和/或化学处理步骤被应用于另外的设备226等中。可能需要许多类型的操作(例如，沉积材料、修改表面材料特性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等)来制造真实的器件。设备226实际上可以表示在一个或多个设备中执行的不同的处理步骤系列。

众所周知，半导体器件的制造涉及这样的处理的许多重复，以在衬底上逐层构建具有适当材料和图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新制备的衬底，或者它们可以是先前在该簇中或完全在另一设备中被处理的衬底。类似地，根据所需的处理，离开设备226上的衬底232可被返回，以用于在相同的光刻簇中的后续图案化操作，衬底232可被指定用于不同簇中的图案化操作，或者它们可以是待发送用于切割和封装的完成的产品。

产品结构的每个层需要不同的处理步骤集合，并且在每个层处使用的设备226可以是完全不同的类型。而且，根据待蚀刻材料的细节，不同的层需要不同的蚀刻工艺(例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻)以及特殊要求(例如，各向异性蚀刻)。

如上所述，可以在其他光刻设备中执行、甚至可以在不同类型的光刻设备中执行先前的和/或后续的处理。例如，可以在更先进的光刻工具中执行器件制造过程中对分辨率和覆盖等参数要求非常高的一些层(而不是低要求的其他层)。因此，一些层可以在浸没类型的光刻工具中曝光，而另一些层在“干式”工具中曝光。一些层可以在工作于DUV波长的工具中曝光，而另一些层则使用EUV波长辐射进行曝光。

整个设施可以在监控系统238的控制下操作，监控系统238接收量测数据、设计数据、处理选配方案等。监控系统238向每个设备发出命令，以在一个或多个衬底批次上实现制造过程。

图2中还示出了量测设备240，量测设备240被提供用于在制造过程的期望阶段对产品的参数进行测量。现代光刻生产设施中的量测设备的常见示例是散射仪(例如，角分辨散射仪或光谱散射仪)，并且其可以被应用于在设备222中的蚀刻之前在220处测量经显影的衬底的性质。使用量测设备240，可以确定例如诸如重叠或临界尺寸(CD)的重要性能参数不满足经显影的抗蚀剂中的特定精度要求。在蚀刻步骤之前，有机会剥离经显影的抗蚀剂并且通过光刻簇对衬底220进行再处理。众所周知，来自量测设备240的量测结果242可以用于通过控制单元LACU 206随时间进行小的调整来保持光刻簇中图案化操作的精确性能，从而使产品超出规范并需要返工的风险最小化。当然，量测设备240和/或其他量测设备(未示出)可以被应用，来测量经处理的衬底232、234和进入的衬底230的性质。

为了本公开的目的，用于校准光刻设备的水平传感器LS的量测设备240的另一示例是气量计。这可以用于例如在通过光刻设备进行图案化之前，测量衬底232的代表性样本上的真实形貌(高度变化)。换言之，气量计传感器可以用作独立于工艺的测量，通过独立于工艺的测量，可以校准来自光学传感器LS的测量结果。以下将公开使用这样的独立于工艺的测量的具体方式。

现在参考图3，上面提到，光刻设备的操作中的预备步骤是通过在Z方向上相对于X-Y位置测量表面位置来获得衬底高度图。可以例如在衬底已被夹持到衬底支撑件WTa和WTb中的一个之后，使用图1的光刻设备中的高度传感器LS来获得该高度图。在图案化期间使用高度图来实现图案形成装置MA的图像到衬底上的准确聚焦。衬底支撑件被标记为WT，并且承载衬底W。高度传感器LS在该示例中是光学传感器(包括源侧光学器件LSS和检测器光学器件LSD)。

在操作中，源侧光学器件LSS生成撞击到衬底W上的一个或多个辐射(光)束310。衬底W通常具有形成在其上的不同层(通常比这里所示的层更多的层)。顶层通常是其中将形成图案的抗蚀剂层312。下面将是抗反射涂层，并且下面将是有可能在不同的布局和材料中形成的器件特征的多个层。光束310被衬底反射并由检测器侧光学器件LSD检测，以获得一个或多个信号S(x，y)，根据该信号S(x，y)可以推导在衬底上的位置(x，y)处的表面高度的测量结果。通过测量跨衬底的多个位置处的高度，可以通过控制单元LACU中的合适处理器来获得高度图h(x，y)。高度图包括高度数据，高度数据在衬底处于曝光站EXP中时使用，以控制光刻设备操作中的焦点和其他参数。用于高度感测的这些光学器件的细节以及相关联的信号处理在本领域中是已知的，并且例如在介绍中提到的现有出版物中进行了描述。本文不详细描述这些内容。本示例中使用的辐射可以是单色的、多色的和/或宽带的。其可以是P偏振或S偏振、环形偏振和/或非偏振的。

在用于控制聚焦之前，传感器信号和/或产生的高度图可能经受各种校正。如所提到的，例如，可以基于使用气量计等进行的独立于工艺的测量来应用校准。还可以基于产品设计和处理的知识来应用校正，以减少工艺依赖性。在上面提到的专利申请WO2015/131969中进一步描述了这样做的一个方法。下面在本申请中公开另一方法。如果需要，可以使用这些方法的组合。

高度图h(x，y)可以采取任何合适的形式。在一个简单的实施例中，高度图包括由跨衬底的位置坐标X和Y索引的样本值的二维阵列。在其他实施例中，高度值可以由参数曲线(拟合到所测量的样本值)表示。图3中h(x，y)的曲线314表示单个切片(例如，沿Y方向延伸某个X值)中的高度值。

在大部分的衬底表面上，高度变化通常在范围和其定位程度(空间频率)方面是相对平缓的。然而，从图3底部处的放大细节可以看出，一些不同类型的高度异常会导致实际过程中局部的形貌变化。例如，在衬底的外围区域中，朝向衬底的边缘318在区域316中可能出现更陡峭的变化。

在另一区域320中，可以在表面中看到下沉或孔322。这可能有多种原因。在一个具体的示例中，孔可以出现在被称为突节322的投影图案中存在间隙的位置处，突节通常支撑衬底的背侧。突节图案中的间隙可能是必要的，例如以允许喷射器销、空气管道或一些其他致动器或传感器存在于衬底支撑件的表面上。在另一区330中，在表面中看到凸起特征332。这也可能有多种原因。凸起特征的常见原因是污染，这里例如通过在衬底W和衬底支撑件WT之间捕获的污染物颗粒334示出。

图4图示了在具有衬底W的衬底支撑件WT已被转移到图1的光刻设备的曝光站EXP之后，在具有图3中所述类型的高度异常的衬底上执行的聚焦控制。聚焦控制系统400包括聚焦控制器402(其可以例如被实现为光刻设备控制单元LACU内的数值处理)以及设备硬件404。该示例中的硬件404包括图1中所示出的定位器PM、PW和投影系统PS的各种部件。这些部件具有与控制器402进行通信的相关联的传感器和致动器。

利用高度图h(x，y)，控制器402通过多个伺服环路来控制衬底W、投影系统PS和图案形成装置MA的相对位置，使得部分场图案的空间图像406被准确地聚焦在衬底W上的抗蚀剂层312中。将理解，图4的一维截面被简化。假设常规的扫描操作模式，空间图像406采取在X和Y方向上延伸的辐射狭缝的形式，同时在图4中的截面所示的平面中形成聚焦图像。在扫描操作模式中，成像狭缝在狭缝方向(X)上的范围通常将比在扫描方向(Y)上的范围宽得多。

仍然参考图4，该图示中的衬底仍然示出区域316、320和330中的边缘、孔和凸起异常。然而，在该示例中的衬底也表现出强的器件特定形貌。这由以器件布局限定的规则图案出现的高部分440和低部分442来表示。在布局的不同部分处形成不同的功能结构会产生不同的处理效果。NAND或DRAM存储器器件例如将具有包含存储器单元阵列的大面积区域以及包含逻辑电路的外围区域，逻辑电路用于读取、写入和存储器的一般管理。

图5图示了(a)在真实衬底上存在的器件特定形貌与(b)由光学水平传感器LS可感知的相同器件特定形貌之间的对比。参考真实形貌(a)，我们看到一系列器件区域502内的高部分440和低部分442的重复图案。每个器件区域可以对应于例如施加到衬底的图案的一个场，或者若干器件区域502可以被包含在单个场内。在(b)处，迹线504指示与(a)处的实际形貌相同的竖直刻度上的高度传感器数据。在高度传感器数据中，较高部分和较低部分之间的高度步长被表示为比真实形貌中的高度步长大得多。这是因为光学高度传感器LS针对特定材料结构进行了校准，并且布局的不同部分包含不以相同方式反射水平传感器辐射310的非常不同的材料。真实形貌以虚线506的形式覆盖在高度传感器数据迹线504上。

在该示例中，假设每个器件区域502包含各自具有不同材料性质的第一区域A、第二区域B和第三区域C。仅仅通过示例示出了三个不同类型的区域，并且在实践中可以只存在所关注的两个类型的区域。将高度传感器数据504与真实形貌506进行比较，可以注意到，第一区域A中两者之间的关系非常一致。通过适当的校准，使用气量计来测量真实高度，例如可以校准高度传感器数据，以准确且一致地表示在这些第一区域中衬底表面的真实高度。通常，这些第一区域将是具有金属或“硬掩模”材料的高部分的区域。

相反，由于高度传感器辐射310与这些区域中的材料的不同相互作用，在第二区域B和第三区域C中，高度传感器数据504与真实形貌506大大偏离。为了图示，不同区域B和C被示出为具有不同程度的工艺依赖性。在以上提到的先前欧洲申请中，提出使用设计的先验知识以在这些不同的区域中应用不同的校准，来获得更接近真实形貌的经校正的水平传感器数据。然而，由于在衬底上的不同位置处可以出现工艺依赖性程度的非常大的变化，所以出现了特别的困难。因此，虽然在图5(b)中的区510中观察到区域B和C中的某些工艺依赖性，但是在另一区512中所观察的工艺依赖性是非常不同的。

校准这些跨衬底的工艺依赖性的变化变得非常复杂。而且，即使在单个批次内，在不同的衬底之间也会出现工艺依赖性程度的非常大的变化。不能简单地通过校准来解决这样的变化，因为在大批量制造中测量每个衬底的真实形貌是不实际的。备选高度传感器(例如，使用UV范围内较短波长辐射的光学高度传感器)提供了减小的工艺依赖性，并直接解决问题。然而，光刻设备的大型安装基础是使用常规光学高度传感器。期望在不需要安装新的高度传感器硬件的情况下，能够改进这些设备的性能。

图6图示了提供高度数据的备选方法，该方法克服了器件区域的一些部分中工艺依赖性的不可预测性。在该新方法中，通过将来自高度传感器数据被判断为可靠的区域A的高度传感器数据604a与高度传感器数据504被判断为不可靠的区域B和C的替代高度数据604b和604c组合，来生成高度数据604。通过将预期的器件特定形貌与来自第一区域A的高度传感器数据进行组合，来生成替代高度数据。这些区域可以被视为“锚定区域”(被用作根据其可以推导针对中介区域的替代数据的参考)。替代数据即使与真实形貌不完全匹配，也会经受较小的极端工艺依赖性以及较小的极端工艺依赖性变化。因此，可以基本消除高度数据中的显著误差。

在所示的示例中，根据器件设计和工艺历史，可以使用衬底的布局和材料性质的先验知识来标识锚定区域。在其他示例中，可以通过实验(在多个衬底上测量多个场，并且记录高度传感器数据可靠地预测真实表面高度的那些区域(将其与例如使用气量计获得的测量结果进行比较))来标识锚定区域。然后可以例如通过在与第二区域相邻的锚定区域中的点处进行测量608并将其与限定预期的器件特定形貌的先验知识相结合，来计算针对第二区域中的一个第二区域的替代高度数据604b。例如，可以通过向(或从)在相邻锚定区域处测量的高度添加(或减去)偏移来估计第二区域中的高度。在具有第二区域B和第三区域C的示例中，可以针对每个区域限定不同的偏移。因此，可以根据针对与第三区域C中的一个第三区域相邻的第一区域A的高度传感器数据获得测量结果610。可以使用预期的器件特定形貌的知识来计算替代高度数据604c。注意，替代高度数据处的锚定点测量结果608和610之间的偏移在区域510和512之间是一致的，使得替代高度数据不会经受由工艺变化和高度传感器数据504中的极端工艺依赖性导致的变化。

将理解，可以选择待用作参考的测量结果来在第二区域或第三区域中的一个区域中生成替代高度数据。根据布局，可用的锚定区域可能很少并且远离。下面将参考图9、图10和图11进一步描述在这些情况下适用的方法的不同修改。

图7是使用先前结合图6解释的原理来控制光刻设备的方法的流程图。在步骤702中，诸如气量计的量测设备被用于在代表性数量的经先前处理的衬底705上测量统计上显著数量的器件区域704的真实形貌。从步骤706处对数据的这一收集，获得预期的器件特定形貌708。通过标识在器件区域(场)之间重复的形貌分量而有效地获得预期的器件特定形貌708。一个简单的方法是将每个场的经测量的形貌与经测量的形貌的平滑副本进行比较，并在场的代表性样本上取比较结果的平均值。换言之，获得平均场形貌作为获得观察到特定于器件图案的形貌变化的表示的方式。器件特定的形貌可以被看作是一种场内指纹。如上所述，器件区域可以与场区域、场图案内的子区域相同。

在步骤710中，使用预期的器件特定形貌708来组装先验知识712，以限定例如将要在锚定区域和其他区域之间施加的高度偏移。同样在先验知识712中，第一区域(锚定区域)的定义与所限定的高度偏移相关联地使用。如已提及的，可以仅在所测量的形貌704的统计性质上执行第一区域的标识。备选地或附加地，来自设计数据库716的布局知识可以用于标识锚定区域。

随后，将高度传感器测量结果与先验知识712一起使用，以控制光刻设备对一个或多个新衬底718的操作。在图2所示的过程的背景下，衬底718可以是已经历了对多个器件层的图案化和处理的衬底232中的一个。在720处，在衬底718被加载到光刻设备中之后，设备的高度传感器LS被操作，以获得高度传感器数据722。高度传感器数据具有图5和图6的示例中的高度传感器数据504的形式。高度传感器数据表示衬底本身的长范围和局部失真，以及器件特定形貌的上升和下降步骤。如图5(b)所示，由于器件布局的区域之间工艺依赖性的差异，器件特定形貌的步长尺寸被放大，并且由于衬底不同区之间的工艺依赖性的变化而变得不可预测。

在724处，将针对当前衬底的高度传感器数据722与表示预期的器件特定形貌、并标识锚定区域和其他区域的先验知识712组合。对于其他区域，使用针对锚定区域的高度传感器数据722来计算替代高度数据。原则上，可以使用所测量的高度传感器数据和来自锚定区域的数据的加权组合来计算针对其他区域的高度数据。但是，在许多示例中，针对其他区域的高度传感器数据将被简单地判断为不可靠，并且将仅使用替代高度数据。

根据步骤724，生成经修改或合成的高度数据726，其中根据针对那些区域的高度传感器数据直接导出针对锚定区域的高度值，并且针对其他区域的高度值是替代高度数据(利用针对相邻锚定区域的高度传感器数据、使用先验知识而导出)。在730处，经修改的高度数据726被用于光刻设备的聚焦控制算法，以如上参考图4所描述的方式控制用于空间图像的适当聚焦的定位系统。现在被标记为718’的经图案化的衬底从光刻设备中出来、准备进行显影、蚀刻和随后的处理。

通过使用替代高度数据代替不可靠的高度传感器数据，空间图像(图4中的406)的聚焦比常规方法更精确，并且因此衬底718'上的器件的质量和成品率得到改善。

图8示出了承载3-D NAND器件结构的示例晶片上所测量的高度偏差的图。这些图仅被提供用于示出定性信息，但是原始彩色图当然提供了定量信息。诸如3-D NAND的技术可能经受大的工艺变化。氧化层可能在场、晶片和批次之间变化数百纳米。这些变化发生在光刻非关键层上，但这些层位于平坦化之后暴露的关键层下方。在这些关键层上，高度传感器辐射310与下面的层相互作用。这导致非常大的高度传感器工艺依赖性(有时在几十纳米的量级)。

在图8的(a)处，绘制了所有晶片上的平均变化。在(b)处绘制了晶片之间的变化幅度。中等灰度颜色表示非零工艺依赖性，而是以该比例缩放的平均工艺依赖性。更黑和更白的区域表示工艺依赖性的变化。器件区域之间的划道808在图中示出为白色，因为在该处没有进行测量。尽管阴影比例未示出这些变化的绝对比例，但是在所示的示例中，在(b)处的晶片-晶片变化的幅度大约是(a)处的平均场间变化的一半。换言之，这些曲线确认了工艺依赖性是很大的影响，并且晶片内和晶片之间的工艺依赖性的变化也是很大的影响。另一方面，从图8的曲线中也可以看出，器件图案内存在某些区域802，在区域802中，工艺依赖性和工艺依赖性的变化远低于其他部分804。在所示的3-D NAND示例中，本领域技术人员将认识到，具有较低工艺依赖性的可变性的区域是包含逻辑电路的外围区域，而工艺依赖性的更极端可变性的区域位于存储器单元区域中。可以通过设计工艺历史的知识和/或基于所示曲线的经验观察来将这些区域标识为第一区域(锚定区域)和第二区域(其他区域)。

图9、图10和图11图示了根据锚定区域中的高度传感器数据计算替代高度数据的方法的变化。回想在图6中，描述了其中来自相邻锚定点的高度测量结果608被用于限定针对相邻的第二区域的替代高度数据604b的简单方法。可以对这样的方法进行改进，例如将测量噪声的影响最小化，和/或更好地反映器件特定形貌背后的局部和大比例形貌。

在图9中，每个第二或第三区域902至916具有通过在区域的任一侧的锚定点测量之间内插而生成的替代高度数据。锚定点测量由黑色圆圈表示。内插的替代高度数据由箭头表示。内插的线或表面由虚线表示。该线被示出为具有从衬底表面高度的偏移，仅为了在图表中创建空间。内插可以是一维或二维的线性内插。锚定点测量可以取自高度传感器数据中的单个测量样本(像素)，或者可以是几个像素的平均。此处仅图示使用直线内插法在Y方向上的变化，但可以类似地计算X方向上的变化。对于跨二维区域的内插，可以基于区域外围周围的锚定点测量，使用双三次模型或近似平面模型。从最右侧的区域916可以看出，内插方法能够跨第二区域施加斜率，以反映背后的形貌。

图10图示了其中内插区域1002跨若干锚定区域和其他区域延伸的变化，这对于减小个体高度样本(像素)中的随机噪声的影响可能是有用的。可以看到锚定点测量结果从真实表面高度随机变高或降低。通过导出内插线或表面1010来将这些随机变化平均掉。内插区域1002可以被实现为移动窗口，其中相继区域1002'、1002”如图所示重叠(将理解，通过在较大内插区域上进行平均而对随机噪声进行过滤以对如图4所示的局部异常的响应为代价。)

图11图示了其中内插区域1102在若干锚定区域1104上延伸的另一变化。内插区域1102可能不是非常大，但是可用的锚定区域1104非常小，并且内插线或表面1110被拟合为在不同区域1104处的若干测量，以在不对噪声过度敏感的情况下捕获背后的形貌。备选地，内插区域1102可以跨整个衬底延伸，并且可以使用合适的参数模型(例如，多项式或径向拟合模型)来描述将根据其计算替代高度数据的场间形貌。

图12图示了当发现锚定区域非常小并且小于高度传感器的测量点时、可以应用的方法的改进。示出了两个图(a)和(b)，两个图均具有相同的水平比例。图12(a)图示了在其任一侧上具有锚定区域604a和其他区域604b和604c的真实形貌。在图12(b)中，线1202示出了示例光刻设备中高度传感器LS的空间响应函数f。注意，空间响应函数的有效宽度1204比提供锚定区域604a的物理特征的宽度1206宽得多。因此，操作中的高度传感器LS不“感知”狭窄锚定区域的真实高度。在这种情况下，针对锚定区域的高度传感器数据504还包含来自非锚定区域的高度信息(依赖于工艺)。由于该原因，锚定区域上的高度测量也变得依赖于工艺，并且易受衬底上工艺依赖性变化的影响。为了计算将要在区域604b和604c中使用的替代高度数据，锚定区域604a的真实高度应与已知的高度差一起使用。因此，在一个实施例中，图7的方法利用(假定的)高度传感器响应函数1202来应用对高度传感器数据504的解卷积。如此，可以获得精确的高度传感器数据。可以看出，这种经解卷积的高度传感器数据更精确地捕获了比高度传感器的空间分辨率小的特征的真实高度。

总之，通过计算将要在高度传感器数据被认为不可靠的区域中使用的替代高度数据，可以提供更准确地表示真实器件特定形貌的高度数据，以用于聚焦控制。本文所公开的技术可以单独使用或与其他技术组合使用，以改进用于控制光刻设备的高度数据的准确性和实用性。在考虑本公开之后，本领域技术人员将能够根据需要将教导适配用于不同类型的高度传感器数据以及不同的产品设计和过程。

在真实衬底上，真实器件特定形貌的幅度可能在衬底区域上略微变化。是否作为近似而假设器件特定形貌在整个衬底上恒定、或者是否备选地在先验知识712中捕获幅度的变化并将其用于改进所组合的高度数据726的准确度是一个设计选择的问题。尽管幅度变化在大部分衬底区域上可能较小，但是在某些情况下，器件特定形貌可能在外围场中变得突出。在这种情况下，可以使用径向拟合模型来修改用于生成替代高度数据的高度差。

在本公开的范围内可以设想上述示例的许多其他变型。

尽管在本文中可以具体参考光刻设备在IC制造中的使用，但是应当理解，本文描述的光刻设备可以具有其他应用，例如，集成光学系统的制造、用于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。

本文使用的术语“辐射”和“射束”包括所有类型的电磁辐射(包括紫外(UV)辐射(例如，具有或约365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有5nm-20nm范围内的波长))以及诸如离子束或电子束的粒子束。

以上描述旨在图示而非限制。因此，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不脱离以下阐述的权利要求的精神和范围的情况下，对所描述的本发明进行修改。另外，应理解，本文中任一实施例中示出或描述的结构特征或方法步骤也可以用于其他实施例。

Claims (19)

1.一种控制光刻设备以制造衬底上的一个或多个器件的方法，所述方法包括：

(a)使用高度传感器来获得表示跨所述衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

(b)使用所述高度传感器数据来控制所述光刻设备的定位系统，用于在跨所述衬底的多个位置处施加器件图案，

其中步骤(b)包括：

(b1)标识所述高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域以及所述高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域；

(b2)使用针对所述第一区域的所述高度传感器数据以及预期的器件特定形貌的先验知识，来计算针对所述一个或多个第二区域的替代高度数据，以及

(b3)使用所述替代高度数据与来自所述传感器的所述高度数据的组合来控制所述光刻设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(b1)中，至少部分地使用产品布局的知识来标识所述第一区域和所述第二区域。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(b1)中，至少部分地使用在先前衬底上进行的测量来标识所述第一区域和所述第二区域。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中在步骤(b2)中，预期的器件特定形貌的所述先验知识指定第一区域和相邻的第二区域之间的高度差。

5.根据权利要求4所述的方法，其中使用所指定的高度差以及针对紧邻所述第二区域的一个或多个第一区域的高度传感器数据，来计算针对一个第二区域的所述替代高度数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其中使用所指定的高度差以及根据针对多个第一区域的高度传感器数据计算的高度模型，来计算针对一个第二区域的所述替代高度数据，所述多个第一区域不仅是紧邻所述第二区域的第一区域。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤(b2)中，在用于计算针对第二区域的所述替代高度数据之前，通过利用高度传感器响应函数进行解卷积来增强针对第一区域的所述高度传感器数据。

8.一种光刻设备，所述光刻设备包括投影系统和定位系统，所述定位系统用于相对于所述投影系统对图案形成装置和衬底进行定位，所述投影系统用于将图案施加到衬底，所述光刻设备包括：

高度传感器，用于获得表示跨所述衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

控制器，用于使用所述高度传感器数据来控制所述定位系统，其中所述控制器被布置为：(i)标识高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域以及所述高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域，(ii)使用针对所述第一区域的高度传感器数据以及预期的器件特定形貌的先验知识来计算针对所述第二区域的替代高度数据，以及(iii)在控制所述定位系统时使用所述替代高度数据与来自所述传感器的所述高度数据的组合。

9.根据权利要求8所述的光刻设备，其中所述控制器被布置为：至少部分地使用产品布局的知识来标识所述第一区域和所述第二区域。

10.根据权利要求8或9所述的光刻设备，其中所述控制器被布置为：至少部分地使用在先前衬底上进行的测量来标识所述第一区域和所述第二区域。

11.根据权利要求8、9或10所述的光刻设备，其中预期的器件特定形貌的所述先验知识指定第一区域和相邻的第二区域之间的高度差。

12.根据权利要求11所述的光刻设备，其中所述控制器被布置为：使用所指定的高度差以及针对紧邻所述第二区域的一个或多个第一区域的高度传感器数据，来计算针对一个第二区域的所述替代高度数据。

13.根据权利要求11所述的光刻设备，其中所述控制器被布置为：使用所指定的高度差以及根据针对多个第一区域的高度传感器数据计算的高度模型，来计算针对一个第二区域的所述替代高度数据，所述多个第一区域不仅是紧邻所述第二区域的第一区域。

14.根据前述权利要求中任一项所述的光刻设备，其中所述控制器被布置为：在计算针对第二区域的所述替代高度数据之前，通过利用高度传感器响应函数进行解卷积来增强针对第一区域的所述高度传感器数据。

15.一种光刻设备，所述光刻设备包括投影系统和定位系统，所述定位系统用于相对于所述投影系统对图案形成装置和衬底进行定位，所述投影系统用于将图案施加到衬底，所述光刻设备被布置为通过根据权利要求1至7中任一项所述的方法来控制所述定位系统。

16.一种计算机程序产品，包括机器可读指令，所述机器可读指令用于使通用数据处理设备执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

17.一种计算机程序产品，包括机器可读指令，所述机器可读指令用于使通用数据处理设备实现根据权利要求8至14中任一项所述的光刻设备的所述控制器。

18.一种控制光刻设备以制造衬底上的一个或多个器件的方法，所述方法包括：

(a)获得表示跨所述衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

(b)使用所述高度传感器数据来控制所述光刻设备的定位系统，用于在所述衬底上的位置处施加器件图案，

其中所述方法还包括：

(b1)标识所述高度传感器数据被判断为可靠的所述衬底中的一个或多个第一区域以及所述高度传感器数据被判断为不太可靠的所述衬底中的一个或多个第二区域；

(b2)使用针对所述一个或多个第一区域的所述高度传感器数据，来确定针对所述一个或多个第二区域的替代高度数据，以及

(b3)使用所述高度数据和所述替代高度数据的组合来控制所述光刻设备。

19.一种光刻设备，所述光刻设备包括投影系统和定位系统，所述定位系统用于相对于所述投影系统对图案形成装置和衬底进行定位，所述投影系统用于将图案施加到衬底，所述光刻设备包括：

高度传感器，用于获得表示跨所述衬底的形貌变化的高度传感器数据；以及

控制系统，被配置为使用所述高度传感器数据来控制所述定位系统，其中

所述控制系统被布置为

(i)标识所述高度传感器数据被判断为可靠的一个或多个第一区域以及所述高度传感器数据被判断为不太可靠的一个或多个第二区域；

(ii)使用针对所述一个或多个第一区域的所述高度传感器数据，来确定针对所述一个或多个第二区域的替代高度数据，以及

(iii)当控制所述定位系统时，使用所述高度数据和所述替代高度数据的组合。