CN108431695B - 控制图案形成过程的方法、器件制造方法、用于光刻设备的控制系统以及光刻设备 - Google Patents

Abstract

性能测量目标用于在处理多个衬底之后测量光刻过程的性能。在设定阶段，该方法通过参考图案形成过程的预期参数从多个候选标记类型中选择对准标记类型和对准选配方案。在使用图案形成过程曝光多个测试衬底之后，通过比较由参考技术测量的图案形成过程的性能的测量性能(例如，重叠)来选择优选的量测目标类型和量测选配方案。基于在实际执行图案形成过程之后对位置测量标记和性能测量目标的测量，可以修正对准标记类型和/或选配方案，从而共同优化对准标记和量测目标。替代性的批次反馈策略也可以在过程的后续操作中进行比较。

Description

控制图案形成过程的方法、器件制造方法、用于光刻设备的控 制系统以及光刻设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月24日递交的欧洲专利申请No.15202675.3的优先权，并且其公开内容通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于例如通过诸如光刻的图案形成过程来制造器件时维持性能的控制设备和控制方法。本发明还涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明又涉及用于实施这种方法的计算机程序产品。

背景技术

光刻设备是一种将所期望的图案应用到衬底上、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，包括管芯的一部分、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集合。

在使用光刻设备将图案应用到晶片之前，所述晶片通常需要被测量和建模以便在图案化期间正确地对准所述晶片并且校正晶片变形。光刻过程的关键性能测量是重叠，器件中的两层中的特征(或者在同一层中由两个图案形成步骤形成的特征之间)的对准准确度。具有多个颜色通道的对准传感器用于已知的光刻设备中，以在图案化之前尝试并获得最佳可能的位置测量。这些位置测量被用于计算每个晶片的衬底模型。

为了改善重叠和其它参数，对已经图案化的先前衬底上的性能进行附加测量，以识别和校正在图案形成步骤和/或其它步骤中引入的偏差。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括用于测量诸如重叠的性能参数的扫描电子显微镜(SEM)。然而，对于大批量制造中大部分的衬底执行SEM测量太耗时。最近，已经开发了各种形式的散射仪用于光刻领域，其允许大批量测量。通常，这些测量是在许多先前的衬底上进行的，并且在所谓的先进过程控制(APC)系统中实现对性能的连续控制。然而，先进过程控制的成功依赖于所关心的性能参数的测量的准确度。在目前的实践中，在新过程的开发期间，可能会考虑多种不同的目标类型。可以在许多测试衬底上提供多种不同的目标类型。类似地，量测传感器设置也是变化的，以获得目标类型和量测传感器响应的最佳组合。为简单起见，一组量测传感器设置可称为“量测选配方案”。

例如在公开的专利申请WO 2015101458 A1、WO 2015101459 A1、WO 2015101460A1和WO 2015101461 A2中描述了用于预测最可能的候选目标设计的自动方法。诸如TMU(总测量不确定度)和堆叠灵敏度的性能指标通过模拟和/或实验被确定以确定量测性能的准确度。然而，这些性能指标与所制造的装置的性能并不直接相关。实验样品或产品制造时的属性与设计量测目标时模拟的属性之间会产生差异。因此，目标类型和量测传感器选配方案的最佳组合通常不会在第一次尝试时实现。优化通常是在迭代的基础上完成的。对最佳参数的搜索是一个多维问题，在能够检查产品衬底性能并将其与量测传感器预测的性能进行比较之前，产品衬底必须通过一种或更多种参考技术进行处理和测量。这非常耗时，并且不能保证获得准确的结果。用于此目的的参考技术包括例如SEM(扫描电子显微镜)、TEM(透射电子显微镜)、AFM(原子力显微镜)和在公布的国际专利申请WO 2015018625A1中公开的基于不对称性的技术。

在制造设施中遇到的许多不同的产品设计和过程变化中，为获得最佳性能，需要针对每种设计采用不同的量测目标设计和不同的量测方法。因此，当开发新过程或改变过程时，进行优化过程以便针对特定应用选择量测目标和量测选配方案的最佳组合。过程之间(包括产品设计之间和产品设计中的层之间)存在变化。依赖于光刻设备和相关联设备的性能的一致性，批次之间和衬底之间也存在变化。

此外，在探索不同的量测目标类型和选配方案之前，常规地确定将用于在光刻设备中获得位置测量的对准目标的设计和对准传感器响应。使用这些位置测量，获得每个衬底的对准模型，用于以与现有图案的期望位置关系定位新的层图案。优化对准设计和对准传感器响应(对准选配方案)通常在优化量测目标之前在设置阶段执行。另一方面，制造方法的整体性能不仅受量测目标的测量性能的准确度影响，而且还受测量对准标记的准确度和两种类型的测量中的误差之间的相关性的影响。用于优化性能的常规方法限于在先前优化的对准标记和对准选配方案情况下，优化量测目标设计和量测选配方案。没有考虑到对于给定的应用，不同的对准标记和/或对准选配方案可以与不同的量测目标设计和/或选配方案组合以获得总体更好的性能的可能性。

应该理解的是，要控制的生产过程中可用的对准标记类型和量测目标类型将由图案形成装置(掩模版)上提供的内容来确定。除非这是一个可编程的图案形成装置，否则改变对准类型和量测目标类型的机会实际上非常有限。可能只有在新一代产品正在开发时才能进行更改。在开发阶段，可以提供具有对准标记和量测目标的很多不同变化的测试图案。在完成的产品设计中，器件布局中的有限空间将实质上限制可以允许的标记和目标的数量。

要优化的控制系统的另一个参数是“对准树”的选择。对准树是光刻过程控制选配方案的另一部分，该选配方案为新层确定应该使用哪个先前层的对准标记来定位应用于新层中的图案。通常潜在合适的对准标记可以在多于一个层中找到。

在已知的建立新过程的方法中，将确定用于反馈历史性能测量以计算新过程校正的特定策略。这种所谓的“批次(run-to-run)”控制策略通常在新过程开发的早期阶段设定，此时有限的真实世界数据可用。因此，随着时间的推移，所选择的策略实际上是否是所讨论的生产过程中的最佳策略变得不为人所知。常见情况可能是，不同的批次控制策略实际上会产生更好的结果。

发明内容

本发明旨在改进用于控制光刻过程中诸如重叠的参数中的性能的系统。发明人已经认识到，改进的性能可以集成迄今为止已经被单独实施的不同优化。作为特定示例，本发明提供对对准标记类型和对准选配方案、以及量测目标类型和量测选配方案的共同优化。

在另一方面，本发明旨在实现在大批量制造期间从批次控制策略的优化。

根据本发明的第一方面，提供了一种控制图案形成过程的方法，其中性能测量目标被用于在处理多个衬底之后测量图案形成过程的性能，其中该方法在设定阶段进一步包括

(i)通过参考图案形成过程的预期参数，从多个候选标记类型中选择用于图案形成过程的一种类型的位置测量标记；

(ii)使用图案形成过程将测试图案施加于多个衬底，所述测试图案包括多个候选类型的性能测量目标；和

(iii)通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能和通过其他手段测量的图案形成过程的性能来选择优选的候选类型的性能测量目标，

并且其中所述方法在设定阶段中还包括：

(iv)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正用于测量横跨衬底的位置偏差的图案形成过程的位置测量标记类型的选择。

被控制的图案形成过程例如可以包括：

(a)测量提供在衬底上的多个位置测量标记的位置；

(b)使用所测量的位置来限定衬底校正；

(c)在控制图案形成过程中使用衬底校正来将图案施加到衬底上；

(d)使用所施加的图案中包括的多个性能测量目标，用于测量图案形成过程的性能参数；和

(e)在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正并且将所述过程校正与步骤(c)中的衬底校正一起使用。

本发明还提供一种用于光刻设备的控制系统，所述控制系统包括：

用于历史性能测量的存储器，所述历史性能测量表示将图案施加于多个先前衬底时的图案形成过程的性能；和

处理器，用于将所述历史性能测量与在当前衬底上进行的位置测量一起用于控制图案形成过程，

所述控制系统在优化系统中还包括：

用于通过参考图案形成过程的预期参数从多个候选标记类型中选择用于图案形成过程的一种类型的位置测量标记的模块；

用于通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能与通过其他手段测量的图案形成过程的实际性能从施加于一个或更多个衬底的多个候选类型的性能测量目标中来选择优选的候选类型的性能测量目标的模块，和

基于在实际执行图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量而用于修正用于测量横跨衬底的位置偏差的位置测量标记类型的选择的模块。

在上面的概述中，控制系统的各种存储器、控制器和处理器由它们的功能来识别，并且这些功能中的两个或更多个功能可以使用共同硬件来实施。它们尤其可以通过对已经存在于光刻设备、先进过程控制系统和/或量测系统内的一个或更多个处理器和控制器进行编程来实施。

在第二方面中，本发明提供了一种控制图案形成过程的方法，其中，在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正，所述过程校正在将图案施加于一系列新衬底时使用，并且其中根据所选择的性能反馈策略，响应于来自新处理的衬底的所测量的性能参数，所述过程校正被逐步更新，所述方法还包括：

(i)与使用所选择的性能反馈策略控制图案形成过程的性能并行，根据一个或更多个替代性的性能反馈策略计算替代性的过程校正，和

(ii)将使用所选择的性能反馈策略的图案形成过程的已实现的性能与使用替代性的性能反馈策略的图案形成过程的模拟性能进行比较，并切换到替代性的性能反馈策略，所述替代性的性能反馈策略的模拟性能将比已实现的性能更好。

本发明还提供了一种制造器件的方法，其中通过图案形成过程在一系列衬底上形成器件特征和量测目标，其中通过根据如上所述的本发明的第一方面和/或第二方面的的方法测量一个或更多个被处理的衬底上的量测目标的属性，并且其中所测量的属性被用于调整用于处理另外的衬底的图案形成过程的参数。

本发明还提供了一种光刻设备，所述光刻设备包括根据如上所述的本发明的第二方面的控制系统。

本发明还进一步提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包含一个或更多个机器可读指令序列，其用于实现如上所述的根据本发明的方法中的计算步骤。

通过考虑示例性实施例的以下描述和附图将会理解本文公开的设备和方法的这些和其他方面和优点。

附图说明

现在参照所附示意图，仅通过举例的方式描述本发明的实施例，其中对应的附图标记指示对应的部件，并且其中：

图1描绘了适用于本发明实施例的一种光刻设备；

图2描绘了一种光刻单元或集群，其中可以使用根据本发明的检查设备；

图3示意性地示出了根据已知实践的图1的设备中的测量和曝光过程；

图4是根据已知实践用于控制图1的设备的先进过程控制方法的示意图；

图5示出了在根据本发明实施例的方法中使用的衬底中提供多个替代对准标记和替代量测目标；

图6是根据本发明的实施例的共同优化对准标记类型、对准选配方案、量测目标类型、量测选配方案、对准树以及批次控制策略的方法的流程图；和

图7示出了在光刻生产设施的各种设备中实施图6的方法。

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的环境是有指导意义的。

图1示意地描绘一种光刻设备LA。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位器PM，该第一定位器PM配置成根据某些参数来精确地定位图案形成装置；两个衬底台(例如晶片台)WTa和WTb，每个衬底台构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且每个衬底台连接到第二定位器PW，该第二定位器PW配置成根据某些参数来精确地定位衬底；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，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。参考框架RF连接各种部件，并且用作设定和测量图案形成装置和衬底的位置以及图案形成装置和衬底上的特征的位置的基准。

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。例如，在使用极紫外(EUV)辐射的设备中，反射型光学部件将通常被使用。

图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的取向、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。图案形成装置支撑件可以使用机械技术、真空技术、静电技术或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件MT可以是例如框架或台，其可以根据需要是固定的或可移动的。图案形成装置支撑件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。

本文所使用的术语“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产生图案的任何装置。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的所期望的图案完全对应(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，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功能层相对应，诸如集成电路。

如这里所描绘的，该光刻设备是透射型的(例如，采用透射型图案形成装置)。或者，该光刻设备可以是反射型的(例如，采用上述类型的可编程反射镜阵列或采用反射式掩模)。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。术语“图案形成装置”也可以被解释为表示以数字形式存储用于控制这种可编程图案形成装置的图案信息的装置。

本文使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，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体或使用真空之类的其他因素所适合的。本文使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

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的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。在现有技术中已知浸没技术用于提高投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和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，不会将该源考虑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。

照射器IL可以例如包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD、积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有所期望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MT上的图案形成装置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，所述投影系统将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WTa或WTb，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的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

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之间的空间(这些称为划线对准标记)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所述管芯之间。小的对准标记也可以包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，经常期望所述标识尽可能地小并且无需与相邻特征不同的任何成像条件或者过程条件。下文进一步描述检测对准标识的对准系统。

所描绘的设备可以用在各种模式中。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(缩小率或)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所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿扫描方向)。现有技术中公知的其它类型的光刻设备和操作模式也是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻术中，可编程图案形成装置被保持静止但是具有改变的图案，并且衬底台WT被移动或者扫描。

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。

光刻设备LA是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa、TWb和两个站—曝光站EXP和测量站MEA—所述衬底台可以在所述两个站之间交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站上进行曝光时，另一个衬底可以被装载到测量站处的另一个衬底台上，并且执行各种预备步骤。这能够实现设备的生产量的大幅度增加。预备步骤可以包括使用水平传感器LS来绘制衬底的表面高度轮廓的地图，并且使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标识的位置。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相对于参考框架RF的位置能够在两个站处被追踪。其它布置是已知的并可被使用代替所示的双平台布置。例如，已知其中设置有衬底台和测量台的其它光刻设备。这些台在执行预备测量时被对接在一起，并且然后在衬底台经历曝光时未被对接。

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，这些设备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。衬底处理器或机械人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量和处理效率最大化。

为了使得由光刻设备曝光的衬底被正确地并且一致地曝光，期望检查被曝光的衬底以测量属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。因此，光刻单元LC所在的制造设施也包括量测系统MET，该量测系统MET接收已经在光刻单元中被处理的衬底W中的一些或者全部。将量测结果直接或者间接地提供至管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调节。

在量测系统MET中，检查设备被用于确定衬底的属性，尤其用于确定不同衬底的属性如何变化或同一衬底的不同层的属性如何从层到层变化。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了尽可能快地进行测量，期望检查设备在曝光后立即测量曝光后的抗蚀剂层中的属性。然而，并非所有的检查设备都对潜像进行的有效测量具有足够的灵敏度。因此，测量可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后烘烤步骤通常是在曝光后的衬底上进行的第一步骤，且增加抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜的。也可以在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点处对显影的抗蚀剂图像进行测量。此外，已经曝光的衬底可以被剥离并且被重新加工以提高良率，或者被丢弃，从而避免对已知有缺陷的衬底进行进一步处理。在衬底的仅仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅仅对良好的那些目标部分进行进一步曝光。

量测系统MET的量测步骤也可以在抗蚀剂图案蚀刻到产品层后完成。后一种可能性限制了有缺陷的衬底重新加工的可能性，但可以提供关于整个制造过程性能的附加信息。

对准过程背景

图3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)的步骤。首先将描述根据常规实践的过程。本公开决不限于所示类型的双平台设备。本领域技术人员将认识到，类似的操作在其他类型的光刻设备中执行，例如具有单个衬底台和对接量测台的那些设备。

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Wta、WTb中的一个衬底台将处于曝光站处，而另一个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已被加载到所述曝光站内。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。特别是对于改善重叠性能的问题，其任务是确保将新图案精确地应用于已经经历一轮或更多轮图案化和处理的衬底上的正确位置。每个图案形成步骤可以在所施加的图案中引入位置偏差，而随后的处理步骤逐渐地在衬底中和/或在施加到其上的图案中引入变形，这些变形必须被测量和校正，以获得令人满意的重叠性能。

所述先前的和/或随后的图案形成步骤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波长辐射曝光。一些层可以通过替代或补充所示光刻设备中的曝光的步骤来形成图案。这种替代和补充技术包括例如压印光刻、自对准多重图案化和定向自组装。

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WTa/WTb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使用对准传感器AS被测量。在一个实施例中使用这种测量以建立衬底模型(有时称为“晶片栅格”)，所述衬底模型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(Z)对X-Y位置的映射也使用水平传感器LS被测量。这种高度的映射主要仅仅用于实现对经曝光的图案的精确聚焦。此外，它也可以用于其它目的。

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属性。在衬底上存在对准标记的选择以及存在对准传感器的设置的选择的情况下，在选配方案数据206中的对准选配方案中定义这些选择。因此对准选配方案定义对准标记的位置如何被测量，以及哪些标记。如上所述，所有层的一组对准选配方案形成对准树。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可以被传递至曝光站EXP。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。这些对准数据刚在曝光之前取得，并被用于生成对准模型，模型的参数使得该模型与该数据拟合。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。使用的模型在测量位置之间插入位置偏差。常规的对准模型可以包括四个参数、五个参数或六个参数，一起限定不同尺寸的“理想”栅格的平移、旋转和比例缩放。如在US 2013230797A1中进一步描述的，使用更多参数的先进的模型是已知的。

在步骤210，晶片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。在图1的示例性设备中，此交换是通过在所述设备内交换支撑件Wta和WTb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WTb(之前的WTa)之间的相对位置是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’)而言所有所需要的。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，在跨所述衬底W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，这些图案关于所期望的部位、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。曝光后的衬底当前被标记为“W”，在步骤220从所述设备卸载以根据被曝光的图案来经受蚀刻或其它过程。

使用性能数据的先进过程控制

为了获得最佳性能，除了将当前衬底加载到光刻设备中时进行的测量之外，还通常使用与光刻过程有关的历史属性数据。为此，利用量测系统MET(图2)进行性能测量。可以实施不同形式的先进过程控制。图4仅举例说明了实施已知稳定性控制方法的一个示例。

图4描绘了稳定性模块300。该模块例如是在处理器上运行的应用，例如在图2的控制单元LACU或管理控制系统SCS内。示出了三个主要过程控制回路，标记为1、2、3。第一回路提供使用稳定性模块300和监控晶片对光刻设备的局部控制。示出监控晶片302从光刻单元304传送，该光刻单元304例如可以是图2的光刻单元LC。监控晶片304已经用校准图案曝光以设置聚焦和重叠的“基线”参数。稍后，量测工具306读取这些基线参数，然后由稳定性模块300解释这些基线参数，以便计算特定于该光刻单元的稳定性校正308。该性能数据可以反馈给光刻单元304，并且在执行进一步的曝光时使用。对监控晶片的曝光可以涉及在参考标记上面印制标记的图案。通过测量顶部标记和底部标记之间的重叠误差，可以测量光刻设备的性能偏差，甚至是当晶片已经从设备移除并放置在量测工具中时。

第二(APC)控制回路基于实际产品晶片上的性能参数(诸如聚焦、剂量和重叠)的测量。曝光后的产品晶片320被传递到量测工具322，该量测工具322可以与第一控制回路中的量测工具306相同或不同。在322处，例如与诸如临界尺寸、侧壁角度和重叠等参数有关的信息被确定并传递到先进过程控制(APC)模块324。该数据也被传递到稳定性模块300。过程校正326被计算并被管理控制系统(SCS)328使用，这提供对与稳定性模块300通信的光刻单元304的控制。

第三控制回路允许在例如双重图案化应用中将量测集成到第二(APC)控制回路中。被蚀刻的晶片330被传递到量测单元332，量测单元332也可以与用于第一控制回路和/或第二控制回路中的量测工具306、322相同或不同。量测工具332测量从晶片读取的性能参数，诸如临界尺寸、侧壁角度和重叠。这些参数被传递到先进过程控制(APC)模块324。该回路与第二回路一样地继续。

在每种情况下，当存在待被进行的测量时，量测目标类型的选择将已在正被控制的制造过程的开发中进行。此外，可以使用在上面列出的在先专利申请中描述的类型的模拟来执行量测目标设计和量测选配方案的详细优化。通常可以提供与APC过程或制造过程相关联的量测选配方案，以限定针对哪些参数测量哪些目标，以及针对每个目标散射仪或其它传感器的哪些设置将被使用。例如，散射仪可以提供照射轮廓、波长、偏振等的选择。所有这些参数以及分析任何捕获的散射衍射图案的方式可以在量测选配方案中指定。

集成优化方法

图5示意性地示出了衬底上的多个量测目标和多个对准标记的布置。衬底已被处理形成三层L0、L1、L2。这些可能不是衬底上仅有的层，特别是它们之间可能存在中间层，这对于测量标记位置和性能提出了挑战。尽管只显示了对准标记和量测目标，但是产品特征(不管是实际生产的产品特征，还是实验产品特征)将在衬底上其他位置的图案中限定。在一个层或更多个层中设置对准标记A1到A6以在测量横跨衬底的位置偏差时供光刻设备使用，以便后续层中的图案可以施加在正确位置。在图示的示例中，对准标记A1到A4位于最下层L0，对准标记A5到A6位于层L1。在每一层内，不同的对准标记可以用不同的设计形成，以便可以选择最佳设计并用于测量用于将图案施加在后续层中的位置。

使用下层中的标记可以确定位置的精确度将依赖于下面埋有该标记的中间层材料。掩埋标记也可以已经通过形成这些中间层的过程步骤而变形，从而给出不可靠的位置读数。标记类型和对准选配方案的选择将被进行以在这些情况下获得尽可能最好的测量结果，因此该选择在不同情况下可以有所不同。

对准树是整个对准和量测系统的另一个维度或多个维度，该整个对准和量测系统应将进行优化以实现最佳性能控制。如曲线箭头所示，当将图案施加于层L2时，可以选择是使用层L0中的对准标记作为参考，还是使用层L1中的标记。甚至可以使用这些标记的组合。在制造产品的过程中用于不同层的标记序列被称为对准树。对准树在完全开发的过程中形成对准选配方案的一部分。考虑到真实产品可以具有30个或40个待被执行的图案化步骤，限定对准树的自由度的数量可能非常大，使得通过当前方法的优化过程相当不可靠。

图5中还示出了三个量测目标R1、R2、R3。在这个示例中，所有这些量测目标都是重叠目标，这些目标被设计用于测量两个或更多个层之间的图案的对准准确度。也可以提供其他类型的量测目标以测量制造过程的其他性能参数。在该示例中，重叠目标R1包括层L0中的底部光栅R1.0和层L1中的顶部光栅R1.1。重叠目标R1因此适用于测量层L1和L0之间的重叠误差。重叠目标R2包括层L0中的底部光栅和层L2中的顶部光栅。重叠目标R3包括层L1中的底部光栅和层L2中的顶部光栅。为了测量层L2的重叠，可以选择使用重叠目标R3来测量相对于层L1的重叠，或者使用重叠目标R2来测量相对于层L0的重叠。因此，与对准树在将图案施加到给定层之前限定对准测量的方式相同，因此存在重叠树，其限定了在所述层已经被图案化后当测量过程性能时要进行的重叠测量。至少在实验衬底中，可以假定这些目标中的每一个都以各种类型提供，其中一种可以在一组情况下是最佳的，而另一种可以在另一种情况下是最佳的。因此在该示例中，可以选择两个重叠目标来测量这两层之间的重叠。这些目标可以由不同的类型制成，并且进行实验以确定哪一个在实际过程中提供了更好的测量。

应该理解的是，这种类型的对准标记和量测目标可以以比这个简单示例所示的多得多的变化形式来提供，并将被提供在横跨衬底上的并且横跨实验衬底或产品衬底的每个目标部分(场)的许多点处。虽然在该示例中对准标记和量测目标被示出为分离的，但是应该理解，在给定的曝光步骤中也可以使用重叠目标的底部光栅(或顶部光栅)作为对准标记。因此，将某些结构指定为对准标记并不排除它们是量测目标的一部分，反之亦然。

考虑到可以存在数十层，可以存在数十个对准标记的不同的标记类型和对准选配方案，以及数十种不同的量测目标设计和数十种不同的量测选配方案，将认识到，其中应该发现所有这些变体的最佳组合的“量测空间”是一个巨大的多维空间。在对准选配方案的情况下，已知的对准传感器AS允许并行捕获多个信号，从而可以从一个捕获操作比较多个选配方案。在用于重叠测量等的散射仪的情况下，一般来说，量测选配方案在波长、偏振和角度分布方面指定不同的照射条件。因此，探索各种量测目标的多种量测选配方案是非常耗时的。

图6示出了现在将描述的一种共同优化方法，在一个实验中，该方法已经将优化时间从通过已知方法的超过100小时减少到通过以下自动方法的仅几个小时。而且，在新工艺开发阶段中获得这种减少之后，图6的方法在整个生产阶段继续优化控制系统的参数。已知的方法提供了非常有限的机会来修改生产过程中的优化。

在本发明的一个实施例中，开发阶段包括以下步骤。这些步骤是在一个或更多个数据处理设备中运行的适当程序的控制下进行的。优化流程开始于步骤602。在604处，基于预期过程的信息设计n个不同对准标记的初步优化的集合。诸如在引言中引用的专利申请中描述的工具可以执行该步骤，从而模拟不同选配方案下的对准传感器的性能。

步骤604中的优化过程比较来自多个层的目标的性能，并且选择导致所关心的层中的最佳位置测量的标记类型和层。基于预期制造过程的知识，对准标记优化按照以下标准进行：

·“可印制性”，意味着光刻工具利用所有其特定成像设置在衬底上再现候选对准标记的能力。

·准确性，意味着对准标记的图案化和处理将接近印制和图案化实际产品结构(其质量是最终关心的)的程度。

·鲁棒性，意味着在晶片之间和跨越晶片的在生产过程中具有预期变化的测量位置的不敏感性。

基于这些标准，在步骤606处选择初始标记类型M＝1。在实践中，选择若干候选标记在实验晶片中生成。如果需要，这可以是两个、三个、十个或更多个标记。就可印制性和准确性而言，对准标记的优化对于特定层是特定的。对于其他方面的对准标记的优化可以针对根据对准树(在下面限定)用于与对准层对准的多个替代层完成。同样在这个阶段，可以选择对准选配方案的初始选择。选配方案的选择通常会在该方法的后续步骤中变化(优化)。

在608处，确定批次策略设置的初始设定S＝1。这些是用于确定所谓的过程校正的策略的设置，其由图4中所示的APC控制回路生成。策略设置确定在组合各种历史性能测量以实现新的校正时要应用的算法。策略的选择影响控制回路的准确性和稳定性。响应每个单独性能波动的控制回路会不当地夸大系统中的噪声。在进行更改之前平均化太多历史测量值的控制回路在校正系统误差时可能太慢。可以有多个并行计算的过程校正。例如，已知施加更高阶的过程校正，诸如三阶或五阶多项式模型，其以场间和场内为基础。过程校正的场间和场内分量每个都可以有自己的控制策略。过程模型的各个参数可以具有它们自己的控制策略，例如X方向上的放大率可以具有与Y方向上的放大率不同的控制策略，等等。

例如，步骤608中可考虑的候选批次策略是：

·一定数量的过去批次的移动平均数。

·增强的加权移动平均数，其将较大权重放置于最新批次上。

·仅对命令施加的静态校正。

应该理解的是，这些类型的策略中的每一个都根据参数进一步可变化，所述参数诸如是移动平均数中包括了多少批次和应用了什么加权分布。已知系统中不存在的是预先确定最佳批次策略的自动化方法。在新过程的开发阶段，不存在批次策略的任何更多系统性优化所基于的历史性能信息。相应地，候选策略很可能由操作员不严谨地基于过去的经验进行选择。

在610处，执行量测目标优化。基于预期过程的信息设计m个不同重叠目标的初步优化集合。

诸如在引言中引用的专利申请中描述的那些工具的工具可以用于执行步骤610，从而在不同选配方案下模拟量测工具的性能。在这个初步阶段，设计是以传统方式完成的，而不考虑对准标记类型和对准选配方案的具体选择，这将在后面的步骤中进行共同优化。

基于预期制造过程的知识，量测目标优化利用以下关于对准标记已限定的标准执行：

·可印制性。

·准确性。

·鲁棒性。

基于这些标准，在步骤610处，具有相关联的量测选配方案的初始量测目标类型R在步骤612处被选择并输出。关于多个层，可以指定具有用于每个层的标记类型和选配方案的完整对准树。在实践中，选择若干候选标记在实验晶片中生成。如果需要，这可以是少数或许多不同的目标类型和选配方案。然而，如上所述，测量每个量测目标的时间成本可能远大于测量额外对准标记的时间成本。

在步骤614中，使用图1和图2的光刻设备和光刻单元，用两层或更多层的图案印制多个晶片。具体地，使用步骤606中确定的一种或多种对准标记类型来印制步骤612中确定的各种类型或多种类型的量测目标。产品测试图案可以与对准标记和量测目标一起印制。关于所考虑的不同对准标记类型和可能不同的选配方案，可以用对准标记类型和对准选配方案的不同组合来多次印制相同的图案。这可能需要相对大量的样品晶片。然而，依赖于所设计的图案类型，已知通过多次曝光将图案施加到相同的晶片上，每次都移位图案。

在显影晶片并且可选地蚀刻曝光后的图案之后，在步骤616中，使用量测设备、例如角度分辨散射仪来测量重叠以作为光刻过程的性能的参数。除了在这个开发阶段中可以测量多个不同的重叠目标类型并且每个重叠目标类型将使用多个不同的选配方案来测量之外，该测量以与在图4的大批量APC控制回路中相同的方式完成。例如，在一种类型的散射仪中，可以使用七个不同波长的辐射测量衍射图案，并且可以针对每个波长测量两个不同的偏振。因此，如果有七个波长、两个偏振和m个不同的目标类型，这些测量所需的时间将是每个测量点一次测量所需时间的7x2x m倍。测量点将横跨晶片分布，并由APC系统中实施的反馈模型确定数量。例如，使用上述类型的三阶多项式模型，横跨晶片上的大约100个点可能就足够了，或者200个点用于额外的抗扰性。

虽然在步骤614中印制的晶片可以是具有专用于开发该过程的测试图案的晶片，但是它们应该使用尽可能等于正在开发的成品生产过程的过程步骤以及用与类似于产品的结构来印制。在步骤614中印制的晶片可能已经是使用实际制造掩模版的产品图案。可以安装在这样的晶片上的可用对准标记类型和量测标记类型的数量可以比专用实验晶片的情况下更小，但是仍然可以执行优化，从而尽可能利用存在的自由度。此外，即使发现优化需要设计生产掩模版上不存在的对准标记和/或重叠目标，也可以制定计划在下一次修订中实施优化结构。

在步骤618，将使用候选重叠目标和选配方案(量测数据)获得的重叠测量值与由参考技术(参考数据)测量的“真实”重叠值进行比较。为此目的的参考技术可以包括例如本领域已知的SEM(扫描电子显微镜)和/或TEM(透射电子显微镜)和/或AFM(原子力显微镜)。在公开的国际专利申请WO 2015018625A1中公开了可以用作参考技术的另一种技术(单独或与刚才提到的那些技术组合)。公开了一种技术，其中在目标或标记中以两个相反的方向引入故意的不对称性。鉴于已知的不对称性，虚拟的“无不对称性”情况可以重建并用于控制。无论选择哪种参考技术都提供对重叠的直接测量，但不适合执行生产过程中所需的大批量测量。使用重叠目标获得的重叠测量可以大批量执行，但仅间接代表所关心的参数(重叠)。在比较测量的两个集合以识别量测目标和量测选配方案的最佳组合之前，将统计方法应用于测量的两个集合。

在一个实施例中，步骤618中的统计分析产生多维数据集的第一多变量分析，该多维数据集由大量不同的量测目标的重叠测量形成，该重叠测量在横跨每个晶片和多个晶片的多个点处进行，并使用量测目标类型和量测选配方案的不同组合进行。对“真实”或参考测量进行第二多变量分析，所述“真实”或参考测量被视为优化过程的设定点。为了实施第一多变量分析，例如可以在量测数据集上执行主成分分析(PCA)。PCA分析将数据集分解为多个多维分量向量。类似地，为了执行第二多变量分析，可以将PCA应用于参考数据(设定点数据)以将该多维数据集分解成分量向量。

在620处，比较两个多变量分析的结果以识别量测目标和选配方案组合，其在量测数据中报道的叠加与通过参考技术测量的叠加之间具有最佳相关性。作为这种比较的一种可能的实施方式，可以将量测数据的变化与对准数据的变化关联起来。为了使所述变化最小化，偏移(或PCA方面的距离)应该是恒定的。在这种方法的一个示例中，量测目标类型和量测选配方案的最佳组合被识别为其重叠值与参考技术报道的值之间的变化最小的那个。PCA实际上是一个坐标变换，以显示数据集中最大变化所处的位置。重叠测量误差中的这种晶片到晶片的变化比可以在过程模型或其他校准中校正的更系统的误差更令人感兴趣。最小化这个“距离”可以减少真实世界中观察到的变化。在相同的PCA空间中可以添加通过相同参数在真实世界中描述的任何类型的数据。因此，可以添加多个对准标记类型和测量结果，无论它们是使用不同选配方案被模拟的还是实际测量的。

在620处，确定在步骤618中识别的最小距离是否太大以至于不能表示最终优化的组合。在传统情况下，如果重叠性能未达到指定水平，则需要制作产品掩模的新实例。这导致开发时间的重大损失。所公开的方法因此首先搜索可行的替代方案，例如切换到已经存在于掩模上的备份标记类型，和/或改变选配方案。更具体地说，给定发现的重叠目标类型和量测选配方案，然后步骤620确定最佳对准标记类型、对准模型和对准选配方案，使得重叠的变化最小。假设每个量测目标存在多个结果，或者甚至测量了多个量测目标，则该步骤可以有效地实现对准策略和重叠测量策略的共同优化。

如果所发现的最小距离仍然过大，则流程转到步骤622，其中以类似于步骤604的方式再次运行对准目标优化器。尽管该处理类似于在步骤604中完成的处理，但该处理所基于的数据现在包括对在步骤614中印制的实际晶片进行的测量。因此，在步骤624处，可以确定新的最佳标记类型M+1。

在改变了对准标记类型之后，流程转到步骤625，其中以与步骤610类似的方式、但是以新的对准标记类型再次执行量测目标优化。在626处，由于优化步骤625，结合最佳选配方案和对准树建立新的量测目标设计。

可以注意到，通常的做法是对照由量测设备测量的重叠数据评估不同的对准标记和选配方案，以优化对准标记和选配方案。然而，在那种情况下，由量测设备报告的重叠被认为是设定点。相反，在上述方法中，通过独立参考技术测量的“真实”重叠值被用作设定值。在上述方法中，量测目标和量测选配方案以及对准标记和对准选配方案都可以一起优化。在存在针对一个或更多个后续层的对准标记和选配方案的选择的情况下，步骤612可以包括对准标记类型和对准选配方案的逐步优化，以实现完整的优化对准树。

虽然通过在图6所示的迭代回路中顺序修正对准标记和量测目标来执行共同优化，但这种顺序方法并非唯一可行的方法。顺序方法适用于在需要做出决策时不是所有数据都可用的系统。在未来的系统中，对准传感器和量测传感器可能变得更加复杂和/或彼此相似，或甚至是相同的仪器。在这种情况下，可以将对准标记类型和量测标记类型的修正组合为单个共同优化计算。

除标记类型和选配方案的变化之外，对准标记和量测目标的位置也可以变化并共同优化作为过程的一部分。重叠性能控制的共同优化过程可以与其他参数(例如聚焦)中的性能控制优化相结合。例如，聚焦量测的目标可以与重叠的量测目标和/或与对准标记竞争空间。可以实施所有这些变量的共同优化，以确保(例如)改进的重叠性能不会以降低的聚焦性能为代价。

假设在步骤620中发现令人满意的距离，则完成了开发阶段的方法。控制进行到步骤630，现在优化在生产阶段继续。在生产阶段，大批量的晶片被分批处理。例如，一批次可以包括25个晶片。每批将在几分钟内由高性能光刻设备进行处理，包括针对每个晶片的图3所示的整个循环。

在图6所示的外部回路中，实施批次控制策略的优化。数据处理设备被编程为确定来自多个可能候选策略中的哪个反馈策略导致所关心的层和产品的最佳可能的重叠。在本实施例中实施的批次(R2R)优化系统存在几个部件：

·如果应用了与目前在操作中应用的R2R策略不同的R2R策略，那么第一模块被设置为计算已经实现了什么叠加。

·第二模块与图4的APC控制系统并行运行，并使用数种替代性R2R反馈策略计算新的过程校正。计算这些过程校正，但不施加这些过程校正以控制生产过程。然而，在已通过光刻设备处理若干批次并通过量测系统MET进行测量之后，该模块将替代策略与当前运行的策略进行比较，并报告哪些策略会实现最佳的重叠性能。

对于设置阶段和/或生产阶段，上述模块可以在生产设施的不同计算机系统中实施。在生产阶段，外部反馈回路特别将起到执行批次控制策略优化的作用，这将在下面参照图7进行描述。第一模块和/或第二模块还可以计算如果一些批次未包含在过程较正的计算中，重叠性能是否会更好。这些批次然后被标记为“异常值批次”。基于异常值批次的这种确定，系统将在图案化衬底之前确定每个特定异常值批次是否已经由在对准数据上操作的异常值检测算法检测到。

异常值很重要，因为用于先进过程控制的反馈系统仅对缓慢变化的数据运行良好。避免将噪声数据放入R2R控制系统非常重要。为了检测异常值批次，模块可以以不同的方式运行。识别异常值的一种方式是分析来自量测系统的重叠测量，并标记重叠超出正常分布阈值的重叠测量。识别异常值的另一种方式是在将图案施加到衬底之前使用由光刻设备的对准传感器测量的对准数据。表现出高位置偏差的晶片，特别是例如未通过对准模型校正的大残差，可以被标记为异常值。虽然对准和重叠并不相同，但在统计学上，对准是重叠的预测值。此外，第二种方法的优点是对准数据可用于每个晶片，而叠加量测数据可能仅对每批次的少数样品晶片可用。无论选择哪种方法，异常值检测的阈值本身都是可以通过本文所述的方法进行优化的R2R控制策略的参数。

返回到图6的流程图，R2R优化方法的一个实施例由外部反馈回路实施，从步骤630开始。在630处，测试在当前使用的对准标记、量测目标、对准选配方案和量测选配方案的组合的情况下，当前选择的R2R控制策略是否是最优的。

如果在步骤630处的测试显示出当前使用的组合对于R2R控制不是最佳的，则流程进行到步骤632，其中对准标记优化器再次运行，类似于步骤604和步骤622。在步骤634处，对准标记类型Q被识别为优化器步骤632的结果。在上述内部反馈回路中，考虑不导致优化的对准和量测性能的对准标记类型并消除对其的考虑。相反，在外部回路中，考虑所有可用的标记类型，以尝试和寻求有效的组合。在步骤636处，由以上识别的模块之一发现新的R2R控制策略S+1，并且控制返回到625。在新的对准标记类型和批次控制策略的情况下，最佳量测目标和最佳量测选配方案再次被确定。

回顾一下，在设置阶段(原始步骤610)的选择标准是可印制性、准确性和鲁棒性。在生产阶段，现在可以获得有关该方法在多个批次上的执行情况的附加信息。因此，在步骤625中修正最佳量测目标类型时可以应用附加标准：稳定性。换句话说，当考虑到性能测量将用于不同的反馈策略时，最佳的量测目标和/或量测选配方案可以与先前选择的略有不同。

流程围绕优化过程继续进行所需的迭代次数，直到在步骤630处通过测试。在640处，用于控制生产过程或输出的参数的完整的优化集合，包括对准标记、对准树、对准选配方案、量测目标、量测选配方案和批次控制设置的最佳组合。优化流程在步骤650结束，但是处理以期望的间隔重复以受益于增加的处理量的经验。评估不同的R2R控制策略的模块可以根据需要连续运行。

除了在生产阶段优化R2R控制策略之外，原则上系统还可以重新选择对准标记类型和选配方案，和/或量测目标类型和选配方案。原则上，光刻设备内的传感器可以在线进行实验。例如，对准传感器可以已经收集对准标记的多色数据，从而可以评估不同的选配方案而无需额外的测量负担。其他类型的测量可以影响生产量，因此可能仅很少执行，如果有的话。

图7示意性地示出了实施上述控制系统的光刻生产设施的各种硬件和处理部件的交互。在左侧和右侧，可以看到光刻设备LA和量测系统MET。提供制造执行系统MES，其向光刻单元的管理控制系统SCS发出命令702以开始处理给定的批次(批)晶片。尽管在该图中仅示出单个光刻设备LA，但实际上相同的管理控制系统将与光刻设备的至少一个集群一起操作，在大批量制造环境中并行工作。使用与上述图3相关描述的各种控制回路，除了特定于每个单独工具的较正之外，还可以在所有设备上应用过程较正。

在图7中，先进过程控制模块APC与制造执行系统MES和光刻信息系统LIS分开显示。这些系统可被视为图1所示的管理控制系统SCS中的部件。它们可以在共同的计算系统中实施，或者它们可以在实践中是分离的系统。APC系统可以例如由生产设施操作员和/或量测设备供应商提供并运行，而SCS的其他元件与光刻设备更紧密地集成并且与其一起提供。在图7中，先进过程控制系统APC使用关于当前批次的历史性能数据704和上下文数据来根据有效R2R控制策略计算过程校正714。这些处理校正714被提供给光刻设备。LIS内的优化模块706在晶片已经通过光刻单元处理过之后从量测系统MET接收重叠数据708。优化模块706通过从光刻设备请求在相同晶片的处理期间收集的相应对准数据的报告710来响应重叠数据。这些对准数据不仅包括来自对准传感器的位置测量，而且包括不同颜色、偏振等的原始信号数据，其在对准标记已被测量之后保持一定时间。与从APC模块接收的上下文信息714一起，优化模块706具有执行图6的方法所需的信息，包括批次反馈控制的在线处理。上下文信息可以包括例如APC重置信号，以及将不同批次分配到具有相似特性的不同“线程(thread)”中的信息。通过这种方式，在反馈回路特定于每个线程的情况下，几种并行的产品类型和过程可以交错使用。模块APC可以在任何时间处触发计算新的曝光校正数据。

在执行图6的优化方法之后，优化模块将曝光校正数据716递送到光刻设备以用于图案化许多晶片。模块APC根据在过去的晶片上进行的性能测量并根据当前的批次策略提供过程校正数据718。类似地，优化模块706将量测选配方案数据720提供给量测系统MET，以在图案化之后在晶片上测量重叠。这些测量的结果形成供模块APC使用的新的历史性能数据704。

一旦生产正在进行中，批次(R2R)优化也由图6中的外部反馈回路执行。在所示示例中，提供了线内R2R优化模块740，其对应于上文关于图6所述的第二模块。该模块与生产过程并行运行，使用从光刻信息系统LIS提供的实时上下文数据752。上下文和性能数据752可以包括例如批次报告、对准数据、使用哪种曝光校正、测量的重叠数据和来自模块APC的上下文数据。自然地，上下文数据和性能数据是指已经处理的晶片，但是在相似条件下对类似批次的晶片的处理正在进行、并且在例如小于一个小时的短时间内可以受到R2R优化器影响的意义下，上下文数据和性能数据被认为是“实时”的。

通过上述方法，线内R2R模块740分析是否可以通过使用不同的批次控制策略来改进某些性能参数。在识别出替代性R2R控制策略的情况下，可以生成报告744并将其传递给APC模块。该报告可以自动用于实施未来批次的改进策略。自动的实施可以是全自动的，或者可以向操作人员呈现提示以确认策略的改变，和/或在多种替代性策略之间进行选择。

在所示示例中，示出了离线R2R优化模块750，其对应于上述第一模块。这可以在任何时间运行，因此它将触发LIS递送包括例如批次报告、对准数据、使用哪种曝光校正、测量的重叠数据和来自模块APC的上下文数据在内的历史上下文和性能数据752。生成报告754，以评估替代性R2R的控制策略。

如果通过这些模块740、750中的任一个发现所有策略都不稳定，则系统可以使用生产数据和可能的额外测量来触发(或提示)包括步骤622和625的内回路的重新运行，以搜寻替代性位置测量标记类型和选配方案和/或替代性量测目标类型和选配方案。

结论

通过本文公开的技术，可以改进用于优化对准标记和量测目标的设计和使用的当前现有的方法。执行共同优化，以获得更优的标记和设置组合。不仅更可靠地获得最佳组合，而且可以比已知技术更快地获得。可以基于所关心的性能参数(例如重叠和/或聚焦)的任何组合来确定最佳组合。

尽管通过在图6的示例方法中顺序地修正对准标记和量测目标来执行共同优化，但是这种顺序方法并不是必需的。在其他实施例中，对准标记类型和量测标记类型的修正可以组合为单个共同优化计算。因此，权利要求不应被解释为需要严格的顺序方法。

该方法可以容易地整合到现有的开发过程中，并且可以整合到正在进行的先进过程控制回路中。为了实现改进的性能，新硬件并不是必需的。

与光刻设备和光刻单元LC的硬件相关联，实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含一个或更多个机器可读指令的序列，用于使得光刻制造系统的处理器实施如上所述的模型映射和控制的方法。该计算机程序例如可以在用于图像计算/控制过程的单独的计算机系统中执行。或者，计算步骤可以完全或部分地在量测工具的处理器和/或图1和图2的控制单元LACU和/或管理控制系统SCS内执行。还可以提供数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，其具有以非瞬态形式存储在其中的这种计算机程序。

本发明可以进一步使用以下方面进行描述：

1.一种控制图案形成过程的方法，包括：

(a)测量提供在衬底上的多个位置测量标记的位置；

(b)使用所测量的位置来限定衬底校正；

(c)在控制所述图案形成过程中使用所述衬底校正来将图案施加到所述衬底上；

(d)使用所施加的图案中包括的多个性能测量目标，用于测量所述图案形成过程的性能参数；和

(e)在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正并且将所述过程校正与步骤(c)中的所述衬底校正一起使用，

其中所述方法还包括，在设定阶段中，

(i)通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记；

(ii)使用所述图案形成过程将测试图案施加于多个衬底，所述测试图案包括多个候选类型的性能测量目标；和

(iii)通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能和通过其他手段测量的图案形成过程的性能来选择优选的候选类型的性能测量目标，

并且其中所述方法在设定阶段中还包括：

(iv)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正用于控制步骤(c)中的图案形成过程的位置测量标记类型的选择。

2.根据方面1所述的方法，其中，至少在所述设定阶段期间在每个衬底上提供多个候选标记类型。

3.根据方面1或2所述的方法，其中，除了在不同类型的位置测量标记之间进行选择之外，步骤(i)和/或(iv)还包括在用于位置测量方法的不同选配方案之间进行选择。

4.根据方面1或2或3所述的方法，其中，步骤(ii)包括：通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个类型中为所述图案形成过程选择一个或更多个候选类型的性能测量目标。

5.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述方法在所述设定阶段中还包括：

(v)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正用于控制步骤(c)中的图案形成过程的性能测量目标类型的选择。

6.根据前述任一方面所述的方法，其中，除了在不同类型的性能测量目标之间进行选择之外，步骤(ii)和/或(v)还包括在用于性能测量方法的不同选配方案之间进行选择。

7.根据前述任一方面所述的方法，其中，在步骤(e)中，在生产阶段，根据所选择的性能反馈策略，响应于来自新处理的衬底的所测量的性能参数，所述过程修正被逐步更新。

8.根据方面7所述的方法，还包括：

(vi)与使用所选择的性能反馈策略控制所述图案形成过程的性能并行，根据一个或更多个替代性的性能反馈策略计算替代性的过程校正，和(vii)将使用所选择的性能反馈策略的图案形成过程的已实现的性能与使用替代性的性能反馈策略的图案形成过程的模拟性能进行比较，并切换到替代性的性能反馈策略，所述替代性的性能反馈策略的模拟性能将比已实现的性能更好。

9.根据方面8所述的方法，还包括：

(viii)在切换到替代性的性能反馈策略之后，通过比较使用不同类型的性能测量标记测量的新性能反馈策略图案形成过程的稳定性来修正对优选的候选类型的性能测量目标的选择。

10.一种控制图案形成过程的方法，其中性能测量目标被用于在处理多个衬底之后测量图案形成过程的性能，其中所述方法在设定阶段中还包括：

(i)通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记；

(ii)使用所述图案形成过程将测试图案施加于多个衬底，所述测试图案包括多个候选类型的性能测量目标；和

(iii)通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能与通过其他手段测量的图案形成过程的性能来选择优选的候选类型的性能测量目标，

并且其中所述方法在所述设定阶段中还包括：

(iv)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正在所述图案形成过程中使用的、用于测量横跨衬底的位置偏差的位置测量标记类型的选择。

11.一种控制图案形成过程的方法，其中，在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正，所述过程校正在将图案施加于一系列新衬底时使用，并且其中根据所选择的性能反馈策略，响应于来自新处理的衬底的所测量的性能参数，所述过程校正被逐步更新，所述方法还包括：

(i)与使用所选择的性能反馈策略控制所述图案形成过程的性能并行，根据一个或更多个替代性的性能反馈策略计算替代性的过程校正，和(ii)将使用所选择的性能反馈策略的图案形成过程的已实现的性能与使用替代性的性能反馈策略的图案形成过程的模拟性能进行比较，并切换到替代性的性能反馈策略，所述替代性的性能反馈策略的模拟性能将比已实现的性能更好。

12.一种用于光刻设备的控制系统，所述控制系统包括：

用于历史性能测量的存储器，所述历史性能测量表示将图案施加于多个先前衬底时的图案形成过程的性能；和

处理器，用于将所述历史性能测量与在当前衬底上进行的位置测量一起用于控制图案形成过程，

所述控制系统在优化系统中还包括：

用于通过参考所述图案形成过程的预期参数从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记的模块；

用于通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能与通过其他手段测量的图案形成过程的实际性能从施加于一个或更多个衬底的多个候选类型的性能测量目标中来选择优选的候选类型的性能测量目标的模块，和

基于在实际执行图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量而用于修正用于测量横跨衬底的位置偏差的位置测量标记类型的选择的模块。

13.一种制造器件的方法，其中通过图案形成过程在一系列衬底上形成器件特征和量测目标，其中通过根据方面1至12中任一项所述的方法测量一个或更多个经处理的衬底上的量测目标的属性，并且其中所测量的属性被用于调节用于处理其他衬底的图案形成过程的参数。

14.一种光刻设备，包括测量系统、图案形成系统和控制系统，所述控制系统是根据方面12所述的控制系统。

15.一种计算机程序产品，包含用于实施方面1至11中任一项所述的方法的步骤的一个或更多个机器可读指令序列。

16.一种计算机程序产品，包含用于使处理装置或处理装置的系统实施方面12所述的控制系统的一个或更多个机器可读指令序列。

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，应该理解到，本发明可以用在其它的图案化应用中，例如压印光刻术。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压到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其后通过施加电磁辐射、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。

以上对具体实施方式的描述将充分揭示本发明的一般性质，使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识且无需过度实验以及不背离本发明的一般构思的情况下能容易地修改和/或适应各种应用，例如这些具体实施方式。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的适应和修改意在处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应该理解的是，本文中的措辞或术语是出于通过示例而非限制的描述的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。

本发明的宽度和范围不应该受到任何上述示例性实施例的限制，而是应该仅根据以下权利要求及其等同物来限定。

Claims (15)

1.一种控制图案形成过程的方法，包括：

(a)测量提供在衬底上的多个位置测量标记的位置；

(b)使用所测量的位置来限定衬底校正；

(c)在控制所述图案形成过程中使用所述衬底校正来将图案施加到所述衬底上；

(d)使用所施加的图案中包括的多个性能测量目标，用于测量所述图案形成过程的性能参数；和

(e)在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正并且将所述过程校正与步骤(c)中的所述衬底校正一起使用，

其中所述方法还包括，在设定阶段中，

(i)通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记；

(ii)使用所述图案形成过程将测试图案施加于多个衬底，所述测试图案包括多个候选类型的性能测量目标；和

(iii)通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能和通过其他手段测量的图案形成过程的性能来选择优选的候选类型的性能测量目标，

并且其中所述方法在设定阶段中还包括：

(iv)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正用于控制步骤(c)中的图案形成过程的位置测量标记类型的选择。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，至少在所述设定阶段期间在每个衬底上提供多个候选标记类型。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，除了在不同类型的位置测量标记之间进行选择之外，步骤(i)和/或(iv)还包括在用于位置测量方法的不同选配方案之间进行选择。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(ii)包括：通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个类型中为所述图案形成过程选择一个或更多个候选类型的性能测量目标。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法在所述设定阶段中还包括：

(v)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正用于控制步骤(c)中的图案形成过程的性能测量目标类型的选择。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，除了在不同类型的性能测量目标之间进行选择之外，步骤(ii)和/或(v)还包括在用于性能测量方法的不同选配方案之间进行选择。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤(e)中，在生产阶段，根据所选择的性能反馈策略，响应于来自新处理的衬底的所测量的性能参数，所述过程修正被逐步更新。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括：

(vi)与使用所选择的性能反馈策略控制所述图案形成过程的性能并行，根据一个或更多个替代性的性能反馈策略计算替代性的过程校正，和

(vii)将使用所选择的性能反馈策略的图案形成过程的已实现的性能与使用替代性的性能反馈策略的图案形成过程的模拟性能进行比较，并切换到替代性的性能反馈策略，所述替代性的性能反馈策略的模拟性能将比已实现的性能更好。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

(viii)在切换到替代性的性能反馈策略之后，通过比较使用不同类型的性能测量标记测量的新性能反馈策略图案形成过程的稳定性来修正对优选的候选类型的性能测量目标的选择。

10.一种控制图案形成过程的方法，其中性能测量目标被用于在处理多个衬底之后测量图案形成过程的性能，其中所述方法在设定阶段中还包括：

(i)通过参考所述图案形成过程的预期参数，从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记；

(ii)使用所述图案形成过程将测试图案施加于多个衬底，所述测试图案包括多个候选类型的性能测量目标；和

(iii)通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能与通过其他手段测量的图案形成过程的性能来选择优选的候选类型的性能测量目标，

并且其中所述方法在所述设定阶段中还包括：

(iv)基于实际执行步骤(ii)中的图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量，修正在所述图案形成过程中使用的、用于测量横跨衬底的位置偏差的位置测量标记类型的选择。

11.一种控制图案形成过程的方法，其中，在处理多个衬底之后，使用所测量的性能参数来计算过程校正，所述过程校正在将图案施加于一系列新衬底时使用，并且其中根据所选择的性能反馈策略，响应于来自新处理的衬底的所测量的性能参数，所述过程校正被逐步更新，所述方法还包括：

(i)与使用所选择的性能反馈策略控制所述图案形成过程的性能并行，根据一个或更多个替代性的性能反馈策略计算替代性的过程校正，和

(ii)将使用所选择的性能反馈策略的图案形成过程的已实现的性能与使用替代性的性能反馈策略的图案形成过程的模拟性能进行比较，并切换到替代性的性能反馈策略，所述替代性的性能反馈策略的模拟性能将比已实现的性能更好。

12.一种用于光刻设备的控制系统，所述控制系统包括：

用于历史性能测量的存储器，所述历史性能测量表示将图案施加于多个先前衬底时的图案形成过程的性能；和

处理器，用于将所述历史性能测量与在当前衬底上进行的位置测量一起用于控制图案形成过程，

所述控制系统在优化系统中还包括：

用于通过参考所述图案形成过程的预期参数从多个候选标记类型中选择用于所述图案形成过程的一种类型的位置测量标记的模块；

用于通过比较使用不同类型的性能测量目标测量的图案形成过程的性能与通过其他手段测量的图案形成过程的实际性能从施加于一个或更多个衬底的多个候选类型的性能测量目标中来选择优选的候选类型的性能测量目标的模块，和

基于在实际执行图案形成过程之后的位置测量标记和性能测量目标的测量而用于修正用于测量横跨衬底的位置偏差的位置测量标记类型的选择的模块。

13.一种光刻设备，包括测量系统、图案形成系统和控制系统，所述控制系统是根据权利要求12所述的控制系统。

14.一种数据存储介质，其上存储有用于实施如权利要求1、10或11中任一项所述的方法的步骤的一个或更多个机器可读指令序列。

15.一种数据存储介质，其上存储有用于使处理装置或处理装置的系统实施如权利要求12所述的控制系统的一个或更多个机器可读指令序列。

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