CN111095109A - 光刻设备调整方法 - Google Patents

Abstract

一种方法包括：确定由光刻设备的集合中的每个光刻设备引起的像差；计算光刻设备的调整，该调整将由每个光刻设备引起的像差之间的差最小化；以及将该调整应用于光刻设备来提供由光刻设备投影的图案的像差之间较佳的匹配。

Description

光刻设备调整方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月4日提交的欧洲申请17189220.1的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及可以被用来调整光刻设备的方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案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，将图案形成装置，其也被称为掩模或掩模版，可以被用来生成与IC的单独层相对应的电路图案，并且该图案可以被成像到衬底(例如，硅晶片)上目标部分(例如，包括一个或多个管芯的一部分)上，该目标部分具有辐射敏感材料(抗蚀剂)层。通常，单个衬底将包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。

用于制作集成电路的半导体制备厂将包括许多(通常在10至50之间)光刻设备。半导体衬底(其可以被称为晶片)被串联地曝光于不同的图案，以便在衬底上形成多个经图案化的层。经图案化的层的数量通常可以是30或更多。每个被投影的图案与被投影到先前层上的图案对准。这确保了由各层形成的结构正确地彼此连接。如果各层未对准，则在衬底上形成的集成电路将无法正常运行。

出现的问题是，每个光刻设备的投影系统包括一些像差，并且这引起由该光刻设备投影的图案的某种形变。像差和相关联的图案形变也可能由保持掩模的支撑结构和保持衬底的衬底台引起。由每个光刻设备引起的像差是不同的，并且可以被称为像差指纹(aberrationfingerprint)。在某些实例中，由像差指纹引起的形变可能降低可以将连续的图案层投影到衬底上的精确度。这继而可能导致衬底上形成的半导体器件不运行。

期望提供例如消除或减轻无论在本文中还是在其他地方所标识地现有技术中的一个或多个问题的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了方法，该方法包括：确定由光刻设备的集合中的每个光刻设备引起的像差；计算光刻设备的调整，该调整将由光刻设备中的每个光刻设备引起的像差之间的差最小化的；以及将该调整应用于光刻设备。

本发明提供了在由光刻设备投影的图案的像差之间较佳的匹配。结果，当图案被投影到衬底上时，图案更精准地彼此对准。换言之，图案的重叠被改进。

计算光刻设备的调整可以使用评价函数。

计算光刻设备的调整可以使用优化算法。

优化算法可以是人工智能算法。

优化算法可以是进化算法、遗传算法或模拟退火算法。

优化算法可以在调整的计算期间修改评价函数。

计算光刻设备的调整可以包括：计算由所有光刻像差引起的像差的平均值；确定性能最差的光刻设备；然后计算性能最差的光刻设备的调整，该调整使得由性能最差的光刻设备引起的像差更接近平均值。

该计算可以被迭代多次。

相对于使用该方法之前由至少一个光刻设备引起的平均像差，所计算的调整可以增加由该至少一个光刻设备引起的平均像差。

该方法可以在光刻设备的设置期间应用。像差可以经由在光刻设备的设置期间执行的测量来确定。

该方法可以周期性地被应用。

该方法可以使用由光刻设备引起的像差的移动平均值。

该方法可以在衬底的生产曝光之间被应用。像差可以周期性地被测量。

像差可以通过使用光刻设备将参考衬底曝光于图案，然后测量经曝光的图案来进行测量。

像差可以使用位于光刻设备内的传感器来测量。

该方法可以在对衬底的目标区域的曝光之间被应用。

该方法可以包括针对所选择的泽尼克，将光刻设备之间的差最小化。

所选择的泽尼克可以是泽尼克Z2和泽尼克Z3。

所选择的泽尼克可以是从Z2直到预定泽尼克数值的泽尼克。

预定的泽尼克数值可以大于30。

权重可以应用于泽尼克。

权重可以与到泽尼克的重叠的灵敏度相对应。

根据本发明的第二方面，提供了计算机程序，其包括计算机可读指令，计算机可读指令被配置为使得计算机执行根据本发明的第一方面的方法。

根据本发明的第三方面，提供了承载根据本发明的第三方面的计算机程序的计算机可读介质。

根据本发明的第四方面，提供了计算机设备，计算机设备包括：存储器，存储处理器可读指令；以及处理器，被布置为读取并执行所述存储器中存储的指令，其中所述处理器可读指令包括被布置为控制计算机来执行根据本发明的第一方面的方法的指令。

根据本发明的第五方面，提供了一个或多个集成电路，被配置为执行根据本发明的第一方面的方法。

一个或多个集成电路可以包括一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)。

根据本发明的第六方面，提供了光刻设备的集合，每个光刻设备包括：用于提供辐射束的照射系统；用于支撑图案形成装置的支撑结构，该图案形成装置用于在辐射束的截面中向辐射束赋予图案；用于保持衬底的衬底台；以及用于将经图案化的辐射束投影到衬底的目标部分上的投影系统；其中每个光刻设备均是可调整的，以在投影图案时调整由光刻设备引起的像差，并且其中设备还包括处理器，该处理器被配置为：确定由光刻设备的集合中的每个光刻设备引起的像差、计算将由每个光刻设备引起的像差之间的差最小化的光刻设备的调整，并且将该调整应用于光刻设备。

本发明提供了在光刻设备投影的图案的像差之间较佳的匹配。结果，当图案被投影到衬底上时，图案彼此更精准地对准。换言之，图案的套刻被改进。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考所附的示意图来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部分，并且其中：

图1描绘了根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2是示意性地描绘由五个光刻设备的集合引起的像差的图；

图3是示意性地描绘使用已知方法来减小像差的图；

图4是示意性地描绘使用本发明的一个实施例来减小像差的图；

图5是可以形成本发明的实施例的一部分的优化算法的流程图；

图6和图7是示意性地描绘使用本发明的另一实施例来减小像差的图；以及

图8和图9是示意性地描绘使用本发明的又一实施例来减小像差的图。

具体实施方式

尽管在本文本中可以具体参考在IC的制造中使用光刻设备，但是应当理解，本文所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、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等)。本领域技术人员将理解，在这样的备选应用的上下文中，本文中对术语“晶片”或“管芯”的任何使用可以被认为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后例如在轨道(通常将抗蚀剂层施加到衬底上、并且将经曝光的抗蚀剂显影的工具)、或量测工具或检查工具中进行处理。在适用的情况下，本文的公开内容可以应用于此类和其他衬底处理工具。此外，衬底进行多于一次的处理，例如以便创建多层IC，使得本文所使用的术语衬底也可以指代已包含多个经处理的层的衬底。

本文使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有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)以及粒子束(例如，离子束或电子束)。

本文使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为指代可以任何这样的设备：该设备能够用于在辐射束的截面中对辐射束赋予图案，从而在衬底的目标部分中创建图案。应注意，赋予辐射束的图案可能不是恰好地与衬底的目标部分中的期望图案相对应。通常，被赋予给辐射束的图案将对应于器件中的在目标部分(诸如，集成电路)中被创建的特定功能层。

图案形成装置可以是透射型或反射型。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。掩模在光刻中是众所周知的并且包括诸如二元、交替型相移和衰减相移的掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个示例采用小反射镜的矩阵布置，小反射镜矩阵中的每个小反射镜可以单独倾斜，从而在不同方向反射入射的辐射束；以这种方式，经反射的光束被图案化。

支撑结构保持图案形成装置。支撑结构以取决于图案形成装置的定向、光刻设备的设计以及其他条件(例如，诸如图案形成装置是否保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。支撑件可以使用机械夹持、真空或其他夹持技术(例如，在真空条件下的静电夹持)。支撑结构可以是例如框架或台，其可以根据需要被固定或是可移动的、并且可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望位置处。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更一般的术语“图案形成装置”同义。

本文使用的术语“投影系统”应被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统和折反射型光学系统，其例如适用于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)的。本文中术语“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。

照射系统还可以涵盖各种类型的光学组件，包括用于对辐射束进行引导、成形或控制的折射型、反射型和折反射型光学组件，并且这样的组件在下文中也可以被统称或单称为“透镜”。

光刻设备可以是具有两个(双平台)或更多衬底台(和/或两个或更多支撑结构)的类型。在这样的“多平台”光刻设备中，附加的台可以并行使用，或者在一个或多个其他台正被用于曝光的同时，准备步骤可以在一个或多个台上执行。

光刻设备也可以是这样的类型，其中衬底被浸没到具有相对较高的折射率的液体(例如，水)中，从而填充投影系统的最终元件与衬底之间的空间。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增加投影系统的数值孔径。

图1示意性地描绘了根据本发明的特定实施例的光刻设备。设备包括：

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

-支撑结构(例如，支撑结构)MT，用以支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并且被连接到第一定位装置PM以将图案形成装置相对于项PL精确地定位；

-衬底台(例如，晶片台)WT，用于保持衬底(例如，经抗蚀剂涂覆的晶片)W，并且连接到第二定位装置PW用于将衬底相对于项PL精确地定位；以及

-投影系统(例如，折射型投影透镜)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予给辐射束PB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。

如这里所描绘的，设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，设备可以是反射型的(例如，采用如上所指出的反射型掩模或可编程反射镜阵列)。

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，并且辐射束借助于光束传输系统BD，从源SO被传递到照射器IL，光束传输系统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，源可以是设备的组成部分。源SO和照射器IL，连同光束传输系统BD(在需要的情况下)，可以被称为辐射系统。

照射器IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整部件AM。通常，照射器的光瞳平面中的至少外径向范围和/或内径向范围(通常被分别称为-外和-内)的强度分布可以被调整。附加地，照射器IL通常包括诸如积分器IN和聚光器CO的各种其他组件。照射器提供经调节的辐射束PB，经调节的辐射束PB在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束PB入射在支撑结构MT上保持的图案形成装置(例如，掩模)MA上。穿过图案形成装置MA之后，辐射束PB通过投影系统PL，投影系统PL将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉量测装置)，衬底台WT可以精确地移动，例如从而将不同的目标部分C定位在辐射束PB的路径中。类似地，例如在从掩模库机械取回之后、或在扫描期间，第一定位装置PM和另一位置传感器(在图1中未明确描绘)可以被用于将图案形成装置MA相对于辐射束PB的路径精确定位。通常，载物台MT和WT的移动可以借助于长行程模块(粗定位)和短行程模块(精细定位)来实现，长行程模块和短行程模块形成定位装置PM和PW的一部分。然而，在步进器的情况下(与扫描仪相反)，支撑结构MT可以仅连接至短行程致动器，或者可以被固定。图案形成装置MA和衬底W可以使用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2而被对准。

所描绘的设备可以用于以下优选模式：

1.在步进模式中，支撑结构MT和衬底台WT保持基本静止，同时被赋予给辐射束PB的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。衬底台WT然后沿X和/或Y方向移位，使得不同的目标部分C可以被曝光。在步进模式中，曝光场的最大大小限制了在单次静态曝光中成像的目标部分C的大小。

2.在扫描模式中，支撑结构MT和衬底台WT同步扫描，同时将被赋予给辐射束PB的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大大小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，支撑结构MT被保持为基本静止来保持可编程图案形成装置，并且在被赋予给束PB的图案被投影到目标部分C上的同时，衬底台WT被移动或扫描。在该模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WT的每次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，可编程图案形成装置根据需要被更新。该操作模式可以容易地应用于无掩模光刻，无掩模光刻利用可编程图案形成装置(例如，上面所指出的类型的可编程反射镜阵列)。

还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。

半导体衬底的每个经图案化的层可以使用不同的光刻设备来投影。一些光刻设备可以被设计为投影非常高分辨率的图案(例如，具有小于50nm的临界尺寸、例如小于40nm的临界尺寸、例如小于20nm的临界尺寸)。这些光刻设备可以例如被用来形成衬底上的前几层。其他光刻设备可以被设计为投影具有较低分辨率(例如，100nm或更大(例如，多达300nm))的图案。这种光刻设备通常用于将后续层投影到衬底上，因为这些后续层不需要像前几层那样高的分辨率(后续层可以例如提供由前几层形成的晶体管或其他组件之间的连接)。在一个示例中，光刻制备厂可以包括DUV光刻设备，其中液体被提供在投影透镜和衬底之间(被称为浸没式光刻设备)，以及其他DUV光刻设备，其中没有液体存在于投影透镜和衬底之间(被称为干式光刻设备)。浸没式光刻设备可以用于将前几个经图案化的层投影到衬底上，并且干式光刻设备可以用于投影后续的经图案化的层。在另一示例中，光刻制备厂可以包括EUV光刻设备、浸没式DUV光刻设备和干式DUV光刻设备。

期望的是，光刻设备在不将像差引入到所投影的图案中的情况下，将图案投影到衬底上。然而，在实践中，光刻设备将不能完美地操作，而是在所投影的图案中引入一些像差。光刻设备的投影系统可以被调整来减小这种像差，但是仍然会残存残余像差。由投影系统引起的像差可以被称为光刻设备的像差指纹。每个光刻设备的像差指纹将不同。这在相同类型的光刻设备(例如，浸没式光刻设备)之间适用。这也适用于不同类型的光刻设备之间(例如，在浸没式和干式光刻设备之间、以及在EUV设备和DUV设备之间)。常规地尝试将每个光刻设备的像差指纹减小到最小。

光刻设备的像差指纹可以表示为泽尼克(Zernike)多项式函数的总和。泽尼克函数通常被简称为泽尼克，并且使用命名Z2、Z3、Z4等进行标识。例如，每个光刻设备的像差指纹可以通过将特定像差泽尼克(例如，Z2或Z3)的大小最小化来减小。备选地，像差指纹可以通过将在一系列泽尼克上取得的平均值最小化来减小。被表达为泽尼克的像差指纹通常是N维的，其中N超过30(例如，36、64或多达100)。

图2示意性地描绘了五个不同的光刻设备A-E的像差指纹。光刻设备在图上描绘，该图在水平轴上示出了泽尼克Z2像差，并且在垂直轴上示出了泽尼克Z3像差。图2仅是示意性的且没有刻度被设置在轴上。可以看出，每个光刻设备具有包括Z2分量和Z3分量的像差指纹。这是出于例示目的的简化示例，并且在实践中，每个光刻设备可以具有N维像差指纹，其中N通常超过30。这同样适用于其他所示的实施例。

在常规的现有技术方案中，每个光刻设备A-E的投影系统将被调整来将针对每个光刻设备的像差Z2和Z3(在简化示例中)减小到尽可能接近零。这可以在的安装过程期间，光刻设备被安装光刻制备厂中时完成，该安装过程可以被称为设置。这种调整的结果在图3中描绘。可以看出，对于每个光刻设备，像差Z2和Z3已经被减小。

在图4中示意性地描绘了使用本发明的一个实施例所获得的结果。在该实施例中，代替将像差Z2、Z3调整为尽可能接近零，像差Z2、Z3被替代地调整为使得对于五个光刻设备A-E像差Z2、Z3尽可能地彼此相似。换言之，Z2和Z3像差值的散布被共同减小到最小。如图4中示意性描绘的，五个光刻设备A-E具有彼此接近的Z2和Z3像差值。至少一些光刻设备的Z2和Z3像差值大于在试图将这些值减小到尽可能接近零的情况下的相差值。但是，Z2和Z3值彼此相似。通常，光刻设备A-E的像差指纹彼此相似。这是有利的，因为它在由光刻设备A-E所投影的图案的像差之间提供了较佳的匹配，并且作为结果，当图案被投影到衬底上时，图案更精确地彼此对准。换言之，图案的套刻被改进。

实现针对五个光刻设备A-E的像差指纹的最小散布的一个方法如下：

·设置第一光刻设备A，并且在设置期间尝试将Z2和Z3的均方根(RMS)减小为零，从而产生残留像差指纹AFA。

·设置第二光刻设备B，并且在设置期间尝试将第二光刻设备B的Z2和Z3的RMS减小为零，从而产生第二残留像差指纹AFB。

·将AFA和AFB相比较，并且使用算法来计算光刻设备A和B的调整，该调整将AFA和AFB之间的差最小化。

·将该调整应用于第一光刻设备A和第二光刻设备B。

·设置第三光刻设备C，并且在设置期间尝试将第三光刻设备C的Z2和Z3最小化为零，从而产生第三像差指纹AFC。

·将像差指纹AFA、AFB、AFC相比较，并且使用算法来计算光刻设备A、B和C的调整，以将像差指纹之间的差最小化。

·将该调整应用于第一光刻设备A、第二光刻设备B和第三光刻设备C。

·对第四光刻设备D和第五光刻设备E重复上述三个步骤。

上述方法可以被认为包括移动平均值，因为每次新的光刻设备被添加到光刻设备的集合时，平均像差指纹将改变。用于将光刻设备的像差指纹AFA-E之间的差最小化的算法试图将评价函数最小化，该评价函数是对不同光刻设备A-E的像差指纹之间的平均(或累积)距离的测量。对于所有光刻设备A-E，评价函数可以例如是泽尼克Z2值与平均值之差、以及泽尼克Z3值与平均值之差的均方根。可以使用其他评价函数。

在一个实施例中，直到给定数值的泽尼克之间的距离可以被最小化(代替仅将Z2值之间的距离、以及Z3值之间的距离最小化)。泽尼克值之间的距离可以例如针对30个泽尼克或更多(例如，直到Z36、直到Z64或直到Z100或更多)被最小化。评价函数可以例如是针对每个泽尼克确定的、针对光刻设备A-E中的每个光刻设备的泽尼克值和平均泽尼克值之间的距离的均方根。可以使用其他评价函数。

其他评价函数的示例是将光刻设备A-E的像差之间的距离的均方根最小化。在一个方案中，这可以通过生成包括如下项的和，并且设法将该和最小化来完成，该和包括针对每个泽尼克的、光刻设备A-E之间的差。

当执行根据本发明的一个实施例的方法时，评价函数中的每个泽尼克可以被给予相同的权重。备选地，不同的权重可以被给予评价函数中不同的泽尼克。例如，主要影响重叠的诸如Z2和Z3的泽尼克(相差)可以被给予比主要影响焦点的诸如Z4的泽尼克更大的权重。在一个实施例中，该方法可以包括修改被给予到评价函数中的不同泽尼克的权重。这可以使用优化算法来完成，该优化算法也试图将评价函数最小化(例如，如下面结合图5进一步描述的)。

备选评价函数的一个示例是将针对目标部分C(参见图1)中特定位置的光刻设备的指纹之间的距离最小化。目标部分C也可以称为曝光场。

用于将光刻设备的像差指纹之间的差最小化的优化算法可以使用人工智能，例如，进化算法、遗传算法或模拟退火。备选地，可以使用不使用人工智能的算法。例如，常规透镜模型，其对像差指纹的调整的效果进行建模，可以被使用。

在一个实施例中，在光刻设备A-E的设置期间使用的模型可以是二次规划(quadratic programming)方法。二次规划方法可以优化光刻设备A-E的曝光场中的像差，以及由操纵器引起的约束，该操纵器(例如，被用来调整投影系统的透镜的操纵器)可以用来调整光刻设备。经组合的设置模型可以生成，该经组合的设置模型包括所有光刻设备的所有操纵器和对应的评价函数。

使用针对每个光刻设备的评价函数，光刻设备A-E可以被导向(steer)朝着目标性能。在此过程期间，光刻设备A-E的集合的关键性能指标(KPI)可以被确定。关键性能指标可以使用如下函数来生成，该函数接收泽尼克值作为输入，并且输出均方根、最大值、最小值、曝光场上的最大值或某些其他值。关键性能指标可以是泽尼克值本身。评价函数可以是“项”的和，项中的每个项均具有参数，该参数越高，该项在评价函数中越重要。单独评价函数的参数例如可以部分地由用户选择。例如，用户可以选择泽尼克Z3作为特别地重要，而泽尼克Z2作为较不重要等。评价函数的其他参数可以通过进化算法来选择。诸如进化算法的优化算法可以调整被应用于评价函数的参数的权重。通过在调整被应用于单独评价函数的参数的权重时查看对应KPI的改变，优化算法可以搜索最佳的权重参数的集合，以实现跨光刻设备的集合的KPI的最佳匹配。以这种方式，每个光刻设备的优化保留了具有经调节的评价函数的原始设置模型，而光刻设备的集合经由对单独光刻设备的评价函数的调节而被优化。

在本文描述的实施例中，优化算法可以被用来将光刻设备的像差指纹之间的差最小化。优化算法可以是人工智能算法。优化算法可以例如是进化算法、遗传算法或模拟退火算法。优化算法可以包括涉及例如诸如二次规划的技术的算法。

图5是可以使用的优化算法的流程图。在步骤S11中，算法接收或生成个体的初始群体。每个个体表示值的一个可能的集合，其可以被用作解决所提出的问题的解决方案。例如，如果所提出的问题是找到允许光刻设备达到给定评价函数的最小值的设定点(setpoint)指纹，则每个个体是被表达为泽尼克多项式的权重的不同设定点指纹。个体可以包括其他值或值的组合。例如，个体可以包括设定点指纹和所考虑的评价函数中存在的数值权重的集合两者。个体可以包括参考不同光刻设备的值。例如，如果要将三个光刻设备的Z2和Z3的散布最小化，独立地改变针对三个设备中的每个设备的设定点指纹，则每个个体是三个设定点指纹(每个光刻设备一个设定点指纹)的集合。

处理从步骤S11进入步骤S12。优化算法包括适应度函数，其可以备选地被称为优化函数。在优化算法的上下文中，术语“评价函数”有时被用来代替适应度函数，但为了避免与本文档中的术语“评价函数”的现有用法混淆，术语“评价函数”在本文档中未这样使用。适应度函数确定个体对于解决所提出问题的适当程度(或“适应度”)。所提出的问题可以例如是如何将光刻设备的集合中的Z2和Z3的散布最小化。在步骤S12中，适应度函数提供针对初始群体的每个个体的得分，该得分反映了根据适应度函数的每个个体对于所提出的问题的解决方案的良好程度。适应度函数的特定操作方式将取决于进化算法要解决的问题本质。在一个示例实施例中，步骤S12中的适应度函数可以通过评估固定的评价函数的散布，来确定三个光刻设备的Z2和Z3散布的良好程度。

在步骤S13中，由适应度函数分配给初始群体中的最佳个体的得分被评估，来查看其是否是满意的。如果分配给群体的最佳个体的得分是满意的，则最佳个体就是对所提出问题的期望的解决方案。如果分配给初始群体的最佳个体的得分不是满意的，则产生新的群体(如下所述)。得分是否是满意的可以通过与预定得分相比较来确定。备选地，优化算法可以在预定时间之后、或者在预定数目的个体已经产生之后、或者在预定数目的群体生成过程已经被应用于群体之后，输出群体的最佳个体。优化算法可以在达到任何期望的限制和/或获得任何期望的结果之后，输出群体的最佳个体。

在步骤S14中，新的个体的群体被生成。优化算法可以例如是进化算法，在这种情况下，进化算法经由已知的过程(例如，复制、突变、重组和选择)使得个体的群体“进化”。例如，具有最高得分的个体可以被选择以彼此复制来产生新的个体。备选地，一些个体可以被存储，而不参与复制。新的个体可以通过现有个体经历随机变化，即突变，来产生。新的个体可以经由多于一个母个体之间的重组产生。进化算法重复这些过程，直到下一代个体的群体产生。该过程可以重复预定的时间量。该过程可以重复，直到达到预定数目的过程为止。该过程可以重复，直到预定数目的群体已经生成。

优化算法可以例如是模拟退火算法，在这种情况下，模拟退火算法使用与进化算法中的突变或交叉相似的操作而移动到搜索空间中的相邻个体。以这种方式，新的个体的群体产生。在模拟退火中，概率密度函数可以是玻尔兹曼(Boltzman)概率密度函数，或者可以是某些其他概率密度函数。退火算法可以包括快速退火、玻尔兹曼退火或某种其他形式的退火。退火算法的温度更新函数可以是快速更新函数、玻尔兹曼更新函数、指数更新函数或某些其他更新函数。自适应模拟退火(ASA)可以被使用。如果自适应模拟退火被使用，则重新退火(reannealing)可以在预定数目的迭代之后发生、可以在当前状态已经被替换预定次数之后发生，或者可以根据某种其他预定间隔来发生。

在步骤S15中，适应度函数提供针对新的个体的群体中的每个个体的得分。例如，这可以使用由进化算法所确定的评价函数来实现，其中输出使用适应度函数来评估。

在步骤S16中，由适应度函数分配给群体中最佳个体的得分被评估，以查看其是否是满意的。如果分配给群体中最佳个体的得分不是满意的，则处理返回到步骤S14。群体被再次进化，或模拟退火被使用以生成新的群体。

如果分配给群体的最佳个体的得分是满意的，则处理进入步骤S17，并且最佳个体被输出作为对所提出问题的期望解决方案。

使用优化算法是有利的，因为它在良好的优化和计算资源(由需要被执行的计算的数目确定)之间提供了合理的平衡。在一个实施例中，每个光刻设备的评价函数可以包括根据约200个操纵器而变化的约4000个像差数据点。制作例如10个光刻设备的单个模型将产生包括由根据约2000个操纵器而变化的40000个像差数据点的问题。在某些情况下，使用数据点和操纵器的这种大组合来生成优化可能需要一定的稳定性并且可能需要大量的计算资源。然而，使用诸如遗传算法、进化算法或模拟退火的优化算法在计算上相对较轻并且固有地稳定。优化算法非常适合于寻找稳定设置模型的集合(例如，针对10个光刻设备)的评价函数参数的最佳权重。

由本发明的实施例使用的评价函数可以被定义为性能最差(worstperforming)的光刻设备与制备厂中的所有光刻设备或其子集的平均像差指纹(该平均值包括性能最差的光刻设备)的距离。模型计算要被应用于该性能最差光刻设备的调整，以减少其与平均像差指纹的距离。该调整的效果被计算，并且所计算的性能最差光刻设备的像差指纹被更新。平均像差指纹也将被重新计算。新的计算然后被执行，其从重新计算的平均像差指纹来确定性能最差光刻设备。该性能最差光刻设备可以是与先前相同的光刻设备，或者可以是不同的光刻设备。该模型再次计算要被应用于该性能最差光刻设备的调整，以减小其与平均像差指纹的距离。所计算的性能最差光刻设备的像差指纹将改变，并且所计算的平均像差指纹也将改变。该迭代过程被重复。该迭代可以被重复，直到通过该模型没有看到像差指纹与平均像差指纹的距离的进一步改进。该方法可以被认为是迭代过程，其中优化的目标随时间而改变。在一些实施例(例如使用进化算法的实施例)中，评价函数可以在迭代过程中改变。

在以上示例中，算法将性能“最差”的光刻设备驱向其他光刻设备。相反，图5中所描绘的实施例适应了如果“最差”的光刻设备无法进一步改进的情况。平均群体被驱向不同的平均值，使得系统的总体散布最小化。在一些实施例中，光刻设备的像差可以在迭代之间，例如使用衬底台中提供的传感器S来测量。在这样做的情况下，性能最差的光刻设备可以使用测量值来标识，然后模型可以计算要被应用于该光刻设备的调整，以减小其与平均像差指纹的距离。在这样的实施例中，平均像差指纹将在测量之间改变，并且可以被称为移动平均值。

在另一示例中，将由不同的光刻设备A-E实现的特定光学或成像性质(例如，套刻)可以被选择作为评价函数的基础。不同的权重可以被给予到不同的泽尼克。例如，主要影响套刻的泽尼克(像差，诸如Z2和Z3)和/或其他奇数泽尼克可以被给予比主要影响焦点的泽尼克(诸如，Z4)更大的权重。

在设置光刻设备之后，光刻设备的一些性质可能随时间漂移。例如，由于衬底台的磨损，光刻设备的衬底台的形状可以非常缓慢地改变。在另一示例中，因为透镜由于胶的漂移而在其机械支撑件中缓慢移动，光刻设备的投影系统的性质可能随时间漂移。作为漂移的结果，光刻设备A-E的像差指纹AFA-AFE将随着时间改变，并且像差指纹之间的距离将增加。在图6中对此进行了示意性描绘，其中可以看到像差指纹之间的距离大于图4中的距离。

在一个实施例中，为了补偿像差指纹AFA-AFE的改变，像差指纹被周期性地测量。算法然后被用来计算光刻设备A-E的调整，以将像差指纹AFA-AFE之间的距离最小化，随后这些调整被应用。结果在图7中进行了示意性图示。在图7中，与图6中所示的距离相比，像差指纹AFA-AFE之间的距离已经减小。对于光刻设备A-E中的至少一些光刻设备，减小像差指纹AFA-AFE之间的距离增加了Z2像差的值。这似乎是不期望的，但是通过具有减小的像差指纹之间的距离而获得的优点大于增加Z2像差的缺点。这是因为所有光刻设备A-E均应用相似的Z2像差，结果在由不同光刻设备投影的图案之间实现了良好的重叠。

当补偿光刻设备A-E的漂移时，一种尝试可能使得像差指纹AFA-AFE回到其先前值(即，尝试使得它们回到如在图4中示意性描绘的在设置期间所获得的值)。然而，由于光刻设备A-E的性质的漂移，不可能将像差指纹AFA-AFE完全恢复到那些值。结果，像差指纹AFA-AFE之间的距离将不会被最小化。像差指纹的散布将增加，并且这将对图案彼此投影的精确度产生不利影响(重叠将不如使用本实施例获得的重叠良好)。通过代替地使用算法来计算光刻设备A-E的调整，其提供具有经最小化的差的新的像差指纹AFA-AFE，像差指纹的更紧密聚集可以被实现。这改进了图案可以彼此投影的精确度(套刻被改进)。这是移动平均值的一个示例，因为当应用该方法时，像差指纹AFA-AFE的平均值被改变变为不同的平均值。

在一个实施例中，一个或多个参考衬底可以周期性地(例如，每三天之后或某个其他时间段)通过光刻设备A-E。参考衬底被曝光和显影。经显影的衬底允许由每个光刻设备A-E所引起的像差被确定(即，允许像差指纹AFA-AFE被测量)。该信息然后可以用于计算要被应用于每个光刻设备的调整，该调整将光刻设备的像差指纹的散布最小化。

用以补偿漂移的光刻设备A-E的周期性调整可能花费几分钟(例如，少于10分钟)、可能花费几秒钟(例如，少于10秒)、可能花费不到一秒或可能花费少于500毫秒。

所应用的调整可以基于可用于应用那些调整的时间来选择。例如，花费几分钟的调整可以在测量已经使用参考衬底被执行之后(例如，以1天或更长时间的间隔)被应用。这样的调整的一个示例是投影系统的透镜元件的z方向移动。

在另一示例中，花费数秒(例如，10秒或更短)的调整可以在光刻设备的正常生产期间进行，而不影响产量。这样的调整可以在所谓的一组(lot)衬底之间进行，或者在光刻设备将已经被图案化的衬底交换为将要被图案化的衬底时进行。这样的调整的示例是透镜元件或反射镜的x或y方向移动，以及透镜元件或反射镜的旋转(例如，关于x、y或z轴)。

在另一示例中，花费少于50毫秒的调整可以在连续的目标区域的曝光之间进行。光刻设备在连续的目标区域之间移动所花费的时间可以是约50毫秒。这样的调整的一个示例是将投影系统的所选择的透镜元件倾斜(所选择的透镜元件被提供有致动器，该致动器能够在50毫秒内移动透镜元件)。可以分阶段执行相对较快(例如，大约100毫秒或更短)的、但比用以在连续目标区域之间移动所花费的时间慢的调整。调整的第一部分可以在连续目标区域之间的第一移动期间进行，并且该调整可以在另外的连续目标区域之间的第二移动期间完成。该调整通常可以例如在若干曝光之间或在若干衬底的曝光之间分阶段被执行。

光刻设备的透镜可以被更换(例如，如果确定现有透镜不能正常运行)。新透镜将具有与旧透镜不同的像差指纹。两步过程可以被用来将光刻设备的像差指纹之间的距离最小化。这在图8和图9中示意性地图示。光刻设备C的透镜被更换。

在第一步骤中，在具有该新透镜光刻设备C的设置期间，调整被应用于光刻设备，该调整将该光刻设备的Z2和Z3与其他光刻设备A、B、D、E的Z2和Z3的平均值之间的差最小化。在图8中示意性地描绘结果，其中可以看到，与其他光刻设备的像差指纹AFA、AFB、AFD、AFE相比，具有新透镜的光刻设备C的像差指纹AFC是离群值。

在第二步骤中，所有光刻设备的像差指纹AFA-AFE进行比较，并且算法被用于计算光刻设备A-E的调整以将像差指纹之间的差最小化。在图9中示意性地描绘了该结果。在该示例中，具有新透镜的光刻设备C的Z3像差已经略微地改变，但是其他光刻设备A、B、D、E的Z3像差已经显著改变，并且对于至少某些光刻设备而言变得更大。通常，当将已操作的光刻设备与具有新透镜的光刻设备的像差指纹之间的差最小化时，至少一个光刻设备的像差指纹可能恶化。这是移动平均值的另一示例，因为当应用方法时，像差指纹AFA-AFE的平均值变为不同的平均值。

在一个备选方案中，代替使用上述两步方法，单步方法可以使用。在单步方法中，当设置具有更换透镜的光刻设备C时，针对所有光刻设备的、将像差指纹之间的差最小化的像差指纹AFA-AFE可以被确定并且作为设置过程的一部分。这可能比两步法更难以实现，因为正被设置的光刻设备C可能具有使用光刻设备调整来减小像差值的潜在可实现的方式的相对较大范围。可能难以将这些与使用针对已操作的光刻设备A、B、D、E的光刻设备调整的潜在可实现的像差值减小的较小范围一起容纳在算法中。这是移动平均值的另一示例。

如果新的光刻设备被安装在制备厂中，则可以使用与上述等效的方法。这是移动平均值的另一示例。

尽管已参考五个光刻设备描述了本发明的实施例，但是本发明可以针对任何数目的光刻设备(例如，制造厂中的所有光刻设备)来实现。应用该方法的光刻设备可以被称为光刻设备的集合。术语“集合”并不旨在将光刻设备的数目限制为任何特定数量的光刻设备，并且可以解释为涵盖两个或更多个光刻设备。在一些实施例中，光刻设备的集合可以是均位于相同半导体制备厂中的多个光刻设备。在一些实施例中，光刻设备的集合可以是被用来制备特定集成电路的多个光刻设备。换言之，光刻设备的集合中的不同光刻设备可以被用来将不同的层投影到相同衬底上。

以上描述参考调整光刻设备的投影系统来减小光刻设备的像差之间的差。光刻设备的其他性质也可以被调整以减少像差。例如，衬底台WT和投影系统PL之间的间隔可以被调整，衬底台可以被旋转等。在另一示例中，图案形成装置MA和投影系统PL之间的间隔可以被调整，图案形成装置可以被旋转等。

在一些实施例中，该方法可以使用预测的像差来执行。例如，可以制作其中光刻设备的集合的透镜操纵器未对准准的模型，然后该方法被用来将经建模的光刻设备彼此相互导向，使得像差指纹之间的差被最小化。

在一些实施例中，在该方法的给定步骤期间，仅光刻设备的一些像差被测量。这可以被称为部分测量的像差集合。光刻设备的优化可以使用该部分测量的像差集合、以及使用先前测量的像差来确定。先前测量的像差被修改，以在像差被测量之后、将它们应用于优化之前将已被应用于光刻设备的调整的效果考虑在内。

来自制备厂中的所有光刻设备(或光刻设备的子集)的测量数据可以与光刻设备的操纵器的当前位置一起被存储在中心位置。该数据可以被周期性地从光刻设备发送给中心位置和/或可以在从中心位置接收到请求时被发送。中央控制器可以执行针对所有光刻设备的优化，并且输出要被应用于光刻设备的操纵器调整。操纵器调整可以由光刻设备自动接收和应用。

本发明的实施例可以使用移动平均值。例如，平均像差指纹可以随时间变化，光刻设备的像差指纹的围绕该平均像差指纹成组。这与如下方案相比提供了改进的性能(例如，改进的套刻)：在其中平均像差指纹是固定的且不改变的、光刻设备的像差指纹的围绕该平均像差指纹成组的方案。由于考虑到由例如衬底台的磨损或透镜的逐渐移动而引起的光刻设备随时间的漂移，实现了改进的性能。

本发明的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本发明的实施例还可以被实现为机器可读介质上存储的指令、该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算设备)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存存储器设备；电、光学、声学或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)以及其他。另外，固件、软件、例程、指令可以在本文中描述为执行某些动作。但是，应当理解，这样的描述仅仅是为了方便，并且这样的动作实际上由执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器或其他设备引起。

尽管上面已描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，可以以不同于所描述的方式来实践本发明。该描述不旨在限制本发明。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

确定由光刻设备的集合中的每个光刻设备引起的像差；

计算所述光刻设备的调整，所述调整将由所述光刻设备中的每个光刻设备引起的所述像差之间的差最小化；以及

将所述调整应用于所述光刻设备。

2.根据权利要求1所述的方法，其中计算所述光刻设备的调整使用评价函数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中计算所述光刻设备的调整使用优化算法。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述优化算法是进化算法、遗传算法或模拟退火算法。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中所述优化算法在所述调整的计算期间修改所述评价函数。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中计算所述光刻设备的调整包括：计算由所有的所述光刻像差引起的像差的平均值；确定性能最差的光刻设备；然后计算所述性能最差的光刻设备的调整，所述性能最差的光刻设备的所述调整使得由所述性能最差的光刻设备引起的像差更接近所述平均值。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中相对于所述方法被使用之前由至少一个光刻设备引起的平均像差，所计算的所述调整增加了由所述至少一个光刻设备引起的平均像差。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法在所述光刻设备的设置期间被应用，并且其中所述像差经由在所述光刻设备的设置期间被执行的测量来确定。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法被周期性地应用。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法使用由所述光刻设备引起的所述像差的移动平均值。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述方法在衬底的生产曝光之间被应用，并且其中所述像差被周期性地测量。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述像差使用位于所述光刻设备内的传感器来测量。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述方法包括针对所选择的泽尼克，使得所述光刻设备之间的差最小化。

14.根据权利要求13所述的方法，其中权重被应用于所述泽尼克。

15.一种光刻设备的集合，每个光刻设备包括：

用于提供辐射束的照射系统；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用以在所述辐射束的截面中向所述辐射束赋予图案；

用于保持衬底的衬底台；以及

用于将经图案化的所述辐射束投影到所述衬底的目标部分上的投影系统；其中

每个光刻设备是可调整的，以在投影图案时调整由所述光刻设备引起的像差；并且其中

所述设备还包括处理器，所述处理器被配置为：确定由所述光刻设备的集合中的每个光刻设备引起的像差；计算所述光刻设备的调整，所述光刻设备的所述调整将由所述光刻设备中的每个光刻设备引起的所述像差之间的差最小化；以及将所述调整应用于所述光刻设备。

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