CN113424108A - 量测系统、光刻装置和校准方法 - Google Patents

量测系统、光刻装置和校准方法 Download PDF

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Abstract

一种光刻装置，包括：照射系统，用以产生辐射光束；支撑件，用以支撑图案形成设备以在所述光束上赋予图案；投影系统，用以将图案化的光束投影到衬底(520)上；以及，量测系统(500)，其包括：辐射源(512)，用以产生辐射(513)；光学元件(514)，用以引导辐射(515)朝向目标(518)；检测器(528)，用以接收被目标散射的第一辐射和第二辐射并基于接收的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；以及，控制器(532)。控制器确定第一测量的校正、第一测量的校正和第一测量之间的误差、并且基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正。光刻装置使用校正来调节衬底的位置。

Description

量测系统、光刻装置和校准方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年2月15日提交的美国临时专利申请号62/806,123的优先权，通过引用将其整体并入本文。
技术领域
本公开涉及量测装置和系统，例如，用于光刻装置和系统的对准传感器。
背景技术
光刻装置是将期望的图案施加到衬底上，通常施加到衬底的目标部分上的机器。光刻装置可用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用被替代地称为掩模或掩模版的图案形成设备来生成要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干个管芯的一部分)上。图案典型地经由成像转印到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括所谓的步进器和所谓的扫描器，在步进器中，通过将整个图案一次曝光到每个目标部分上来辐射目标部分，在扫描器中，通过辐射光束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案同时平行于或反平行于该扫描方向同步地扫描目标部分来辐射每个目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成设备转印到衬底上。
另一种光刻系统是干涉式光刻系统，其中没有图案形成设备，而是将光束分成两束，并且通过使用反射系统使两束在衬底的目标部分发生干涉。干涉导致在衬底的目标部分形成线。
在光刻操作期间，不同的处理步骤可能需要在衬底上依次形成不同的层。因此，可能需要以高精度相对于其上形成的先前图案来定位衬底。一般而言，将对准标记放置在要对准的衬底上并且参照第二物体进行定位。光刻装置可以使用对准装置来检测对准标记的位置并使用对准标记对准衬底以确保从掩模准确曝光。两个不同层的对准标记之间的错位被测量为重叠误差。
为了监控光刻工艺，测量图案化衬底的参数。参数可以包括，例如，在图案化衬底中或图案化衬底上形成的连续层之间的重叠误差和显影的光敏抗蚀剂的临界线宽。该测量可以在产品衬底和/或专用量测目标上执行。有多种技术用于测量在光刻工艺中形成的微观结构，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。一种快速且非侵入形式的专用检查工具是散射计，其中将辐射光束引导到衬底表面上的目标上，并测量散射或反射光束的特性。通过比较光束在被衬底反射或散射之前和之后的特性，可以确定衬底的特性。例如，这可以通过将反射光束与存储在与已知衬底特性相关联的已知测量的库中的数据进行比较来完成。光谱散射计将宽带辐射光束引导到衬底上，并测量散射到特定窄角范围内的辐射的光谱(强度为波长的函数)。相比之下，角分辨散射计使用单色辐射光束并测量作为角度的函数的散射辐射的强度。
此类光学散射计可用于测量参数，诸如已显影的光敏抗蚀剂的临界尺寸或在图案化衬底中或图案化衬底上形成的两层之间的重叠误差(OV)。可以通过比较照射光束被衬底反射或散射之前和之后的光束的特性来确定衬底的特性。
对准组件需要准确报告目标(例如，衬底上的对准标记)的位置。因此，需要提供一种可以解决系统性变化(例如，传感器漂移)的方法，以增加和保持晶片对准过程的准确性，同时减轻由传感器校准维护引起的晶片生产停机时间。
发明内容
在一些实施例中，光刻装置包括：被配置为产生辐射光束的照射系统、被配置为支撑用于配置为在光束上赋予图案的图案形成设备的支撑件，被配置为将图案化光束投影到衬底上的投影系统，以及量测系统，该量测系统包括：被配置为产生辐射的辐射源、被配置为将辐射导向目标的光学元件、接收被目标散射的第一辐射和第二辐射并分别基于接收的第一辐射和第二辐射产生第一测量和第二测量的检测器以及控制器。控制器被配置为确定第一测量的校正、确定第一测量的校正和第一测量之间的误差、以及基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正，由此光刻装置在后续的光刻工艺中使用该校正来调节衬底的位置。
在一些实施例中，量测系统包括：被配置为产生辐射的辐射源、被配置为将辐射导向目标的光学元件、接收被目标散射的第一辐射和第二辐射并分别基于接收的第一辐射和第二辐射产生第一测量和第二测量的检测器以及控制器。控制器被配置为确定第一测量的校正、确定第一测量的校正和第一测量之间的误差、以及基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正，由此光刻装置在后续的光刻工艺中使用该校正来调节衬底的位置。
在一个示例中，一种用于校准量测系统的方法：包括将辐射导向目标；使用检测器接收由该目标散射的第一辐射和第二辐射；基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；确定第一测量的校正，确定第一测量的校正与第一测量之间的误差；以及基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正。
下面参照附图详细描述本发明的进一步特征和优点，以及本发明各种实施例的结构和操作。需要注意的是，本发明不限于这里描述的特定实施例。此类实施例在本文中仅出于说明的目的而呈现。基于本文包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是明显的。
附图说明
被并入本文并构成说明书的一部分的附图用于说明本发明，并与说明书一起进一步用于解释本发明的原理并使相关领域的技术人员能够做出并使用本发明。
图1A示出了根据示例性实施例的反射式光刻装置的横截面示意图。
图1B示出了根据示例性实施例的透射式光刻装置的横截面示意图。
图2示出了根据示例性实施例的反射式光刻装置的详细横截面示意图。
图3示出了根据示例性实施例的光刻单元的横截面示意图。
图4示出了根据示例性实施例的对准传感器的横截面示意图。
图5和6示出了根据一些示例性实施例的对准装置的截面示意图。
图7示出了根据示例性实施例的各阶之间内联偏移(ISBO，inline shift betweenorders)测量的模拟进程和两个指数滤波器的响应的图形。
图8示出了根据示例性实施例的ISBO测量的模拟阶跃进程和指数滤波器的响应的图形。
图9示出了根据示例性实施例的代表实际系统的ISBO测量的模拟进程和两个变型滤波器的响应的图形。
图10示出了根据示例性实施例的代表实际系统的ISBO测量的模拟进程和变型滤波器的响应的图形，并将其与指数滤波器的响应进行比较。
图11示出了根据示例性实施例的图10中呈现的滤波器数据的残余误差的图形。
图12示出由指数滤波器的实施产生的残余误差的直方图。
图13示出了由变型滤波器的实施产生的残余误差的直方图。
图14示出了根据示例性实施例的实际ISBO测量和指数滤波器和变型滤波器的响应的图形。
图15-18示出了根据示例性实施例的针对实际ISBO测量的集合绘制的样本自相关对样本滞后的图形。
图19示出了根据示例性实施例的针对模拟ISBO测量绘制的样本自相关对样本滞后的图形。
图20-23示出了根据示例性实施例的从图15-18中呈现的数据导出的第一差值的自相关的图形。
图24示出了根据示例性实施例的从图19中呈现的数据导出的第一差值的自相关的图形。
图25示出了根据示例性实施例的可由光刻装置或量测系统执行的示例方法步骤。
本发明的特征和优点将从下面结合附图进行的详细描述中变得更加明显，其中相同的附图标记自始至终标识相应的要素。在附图中，相同的附图标记通常指示相同、功能相似和/或结构相似的要素。此外，通常，参考编号最左边的数字标识了该参考编号首次出现的图。除非另有说明，本公开中提供的所有附图不应被解释为按比例绘制的图。
具体实施方式
本说明书公开了结合本发明特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅举例说明本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附权利要求书限定。
所描述的实施例以及说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“一示例实施例”等的引用表明所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括该特定特征、结构或特性。此外，这些措辞不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应当理解，结合其他实施例实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，无论是否进行了明确描述。
在此可以使用空间相对术语，例如“之下”、“下方”、“下面”、“之上”、“上方”、“上面”等来简化描述以描述一个元件或特征与如图所示的另一个(一些)元件或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的设备的不同取向。该装置可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向)，并且此处使用的空间相对描述词也可以同样相应地进行解释。
本文所用的术语“约”指示可基于特定技术而变化的给定量的值。基于特定技术，术语“约”可以指示给定量的值，该值在例如该值的10-30％(例如，该值的±10％、±20％或±30％)内变化。
本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，其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；光存储介质；闪存器件；电、光、声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。此外，固件、软件、例程和/或指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，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是由计算设备、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程、指令等引起的。
然而，在更详细地描述这样的实施例之前，呈现可以实现本公开的实施例的示例环境是有益的。
示例光刻系统
图1A和1B分别是可以实施本公开的实施例的光刻装置100和光刻装置100'的示意图示。光刻装置100和光刻装置100'各自包括以下：照射系统(照射器)IL，其被配置为调整辐射光束B(例如，深紫外或极紫外辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，其被配置为支撑图案形成设备(例如，掩模、掩模版或动态图案形成设备)MA并连接到被配置为精确定位图案形成设备MA的第一定位器PM图案形成设备；以及，衬底台(例如，晶片台)WT，其被配置为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到被配置为精确定位衬底W的第二定位器PW。光刻装置100和100'还具有投影系统PS，其被配置为将通过图案形成设备MA赋予辐射光束B的图案投影到衬底W的目标部分(例如，包括一个或多个管芯)C上。在光刻装置100中，图案形成设备MA和投影系统PS是反射式的。在光刻装置100'中，图案形成设备MA和投影系统PS是透射式的。
照射系统IL可以包括各种类型的光学组件，例如折射式、反射式、折反射式(catadioptric)、磁式、电磁式、静电式或其他类型的光学组件，或它们的任何组合，用于引导、成形或控制辐射光束B。
支撑结构MT以取决于图案形成设备MA相对于参考系的取向、光刻装置100和100'中的至少一个的设计以及其他条件(例如图案形成设备MA是否被保持在真空环境中)的方式保持图案形成设备MA图案形成设备。支撑结构MT可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成设备MA。支撑结构MT可以是框架或台，例如，根据需要其可以是固定的或可移动的。通过使用传感器，支撑结构MT可以确保图案形成设备MA例如相对于投影系统PS处于期望的位置。
术语“图案形成设备”MA应广义地解释为指代这样的任何设备：其可用于在其横截面中将图案赋予辐射光束B以便在衬底W的目标部分C中创建图案。赋予辐射光束B的图案可以对应于在目标部分C中创建的器件中的特定功能层以形成集成电路。
图案形成设备MA可以是透射式的(如图1B的光刻装置100')或反射式的(如图1A的光刻装置100)。图案形成设备MA的示例包括掩膜版、掩模、可编程反射镜阵列或可编程LCD面板。掩模在光刻领域中是众所周知的，包括诸如二元、交替相移或衰减相移之类的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜以便在不同方向反射入射的辐射光束。倾斜的反射镜在辐射光束B中赋予图案，辐射光束B被小反射镜的矩阵反射。
术语“投影系统”PS可以涵盖任何类型的投影系统，包括折射式、反射式、折反射式、磁式、电磁式和静电式光学系统，或它们的任何组合，以适用于所使用的曝光辐射，或其他因素，例如如在衬底W上使用浸液或使用真空。真空环境可用于EUV或电子束辐射，因为其他气体能够吸收过多的辐射或电子。因此，可以借助真空壁和真空泵为整个束路径提供真空环境。
光刻装置100和/或光刻装置100能够是具有两个(双级)或更多衬底台WT(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这种“多级”机器中，可以并行使用附加的衬底台WT，或者可以在一个或多个台上执行准备步骤，同时一个或多个其他衬底台WT用于曝光。在某些情况下，附加台可能不是衬底台WT。
光刻装置也可以是这样一种类型，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。浸液也可以施加到光刻装置中的其他空间，例如掩模和投影系统之间。用于增加投影系统的数值孔径的浸没技术在本领域中是众所周知的。在此使用的术语“浸没”并不意味着结构，例如衬底，必须浸没在液体中，而仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1A和1B，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射光束。例如，当源SO是准分子激光器时，源SO和光刻装置100、100'可以是分离的物理实体。在这种情况下，源SO不被认为是形成光刻装置100或100'的一部分，并且辐射光束B在光束传递系统BD的帮助下从源SO传递到照射器IL(在图1B中)，束传递系统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SO是汞灯时，源SO可以是光刻装置100、100'的集成部分。如果需要，源SO和照射器IL连同光束传输系统BD可以被称为辐射系统。
照射器IL可以包括用于调节辐射光束的角强度分布的调节器AD(在图1B中)。通常，至少可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的外径和/或内径范围(通常分别称为“σ-外”和“σ-内”)。此外，照射器IL可以包括各种其他组件(在图1B中)，例如积分器IN和聚光器CO。照射器IL可以用于调整辐射光束B以使其在横截面上具有所需的均匀性和强度分布。
参照图1A，辐射光束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的图案形成设备(例如，掩模)MA上，并由图案形成设备MA图案化。在光刻装置100中，辐射光束B从图案形成设备(例如，掩模)MA反射。在从图案形成设备(例如，掩模)MA反射之后，辐射光束B穿过投影系统PS，其将辐射光束B聚焦到衬底W的目标部分C上。在第二定位器PW和位置传感器IF2(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容式传感器)的帮助下，衬底台WT可以精确地移动(例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射光束B的路径中)。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器IF1可用于相对于辐射光束B的路径精确定位图案形成设备(例如，掩模)MA。图案形成设备(例如，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进行对准。
参照图1B，辐射光束B入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成设备(例如，掩模MA)上，并且由图案形成设备图案化。穿越掩模MA后，辐射光束B穿过投影系统PS，其将束聚焦到衬底W的目标部分C上。投影系统具有与照射系统光瞳IPU共轭的光瞳PPU。从照射系统光瞳IPU处的强度分布发出部分辐射并穿越过掩模图案而不受掩模图案处衍射的影响，并在照射系统光瞳IPU处创建强度分布的图像。
投影系统PS将掩模图案MP的图像MP'投影到涂覆在衬底W上的光致抗蚀剂层上，其中图像MP'由通过来自强度分布的辐射从标记图案MP产生的衍射光束形成。例如，掩模图案MP可以包括线和间隔的阵列。阵列处的辐射衍射与零阶衍射不同，产生了偏转的衍射光束，在垂直于线的方向上改变方向。非衍射光束(即所谓的零阶衍射光束)在传播方向没有任何变化的情况下穿越过图案。零阶衍射光束穿越过投影系统PS的上透镜或上透镜组、投影系统PS的光瞳共轭PPU的上游，到达光瞳共轭PPU。光瞳共轭PPU的平面中的强度分布部分与零阶衍射光束相关联是照射系统IL的照射系统光瞳IPU中的强度分布的图像。例如，孔径装置PD被布置在或基本上布置在包括投影系统PS的光瞳共轭PPU的平面处。
投影系统PS被布置为通过透镜或透镜组L不仅捕获零阶衍射光束，而且捕获一阶或一阶和更高阶的衍射光束(未示出)。在一些实施例中，用于成像在垂直于线的方向上延伸的线图案的双极照射可用于利用双极照射的分辨率增强效果。例如，一阶衍射光束在晶片W的水平面与相应的零阶衍射光束发生干涉，从而以尽可能最高的分辨率和工艺窗口(即，可用的焦深与可容忍的曝光剂量偏差相结合)创建线图案MP的图像。在一些实施例中，可以通过在照射系统光瞳IPU的相反象限中提供辐射极(未示出)来减少像散像差。此外，在一些实施例中，可以通过阻挡与相反象限中的辐射极相关联的投影系统的光瞳共轭PPU中的零阶光束来减少像散像差。这在2009年3月31日公告的US 7,511,799 B2中有更详细的描述，其通过引用整体并入本文。
借助第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT(例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射光束B的路径中)。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(图1B中未示出)可用于相对于辐射光束B的路径准确地定位掩模MA(例如，在从掩模库机械获取之后或在扫描期间)。
通常，掩模台MT的移动可以借助于形成第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现。类似地，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衬底台WT的移动。在步进器(而不是扫描器)的情况下，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器或可以被固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管衬底对准标记(如所示的)占据专用的目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间中(称为划线对齐标记)。类似地，在掩模MA上提供不止一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。
掩模台MT和图案形成设备MA可以在真空室V中，其中真空内机器人IVR可以用于将诸如掩模之类的图案形成设备移入和移出真空室。或者，当掩模台MT和图案形成设备MA在真空室外部时，可以使用真空外机器人进行各种运输操作，类似于真空内机器人IVR。真空内机器人和真空外机器人都需要校准，以便将任何有效载荷(例如掩膜)平稳转印到转印站的固定运动支架上。
光刻装置100和100'可以用于以下模式中的至少一种：
1.步进模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT基本保持静止，而被赋予给辐射光束B的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单个静态曝光)。然后衬底台WT在X和/或Y方向上移动，从而可以曝光不同的目标部分C。
2.在扫描模式下，支撑结构(例如，掩模台)MT和衬底台WT被同步扫描，同时将被赋予给辐射光束B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(例如，掩模台)MT的速度和方向可由投影系统PS的(去)放大和图像反转特性进行确定。
3.在另一种模式中，支撑结构(例如，掩模台)MT保持基本静止以保持可编程图案形成设备，并且在将被赋予给辐射光束B的图案投影到目标部分C上的同时，移动或扫描衬底台WT。可以采用脉冲辐射源SO，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，根据需要更新可编程图案形成设备。这种操作模式可以很容易地应用于利用可编程图案形成设备(例如可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。
还可以采用所描述的使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。
在进一步的实施例中，光刻装置100包括极紫外(EUV)源，其被配置为生成用于EUV光刻的EUV辐射光束。一般而言，EUV源被配置在辐射系统中，并且相应的照射系统被配置用于调整EUV源的EUV辐射光束。
图2更详细地示出光刻装置100，其包括源收集器装置SO、照射系统IL和投影系统PS。源收集器装置SO被构造和布置成使得可以在源收集器装置SO的封闭结构220中维持真空环境。EUV辐射发射等离子体210可以由放电产生的等离子体源形成。EUV辐射可以由气体或蒸汽产生，例如Xe气体、Li蒸汽或Sn蒸汽，其中产生非常热的等离子体210以发射电磁光谱的EUV范围内的辐射。非常热的等离子体210由例如引起至少部分电离的等离子体的放电产生。为了有效地生成辐射，可能需要例如Xe、Li、Sn蒸汽或任何其他合适的气体或蒸汽的10Pa的分压。在一些实施例中，提供受激的锡(Sn)的等离子体以产生EUV辐射。
由热的等离子体210发射的辐射从源室211经由位于源室211中的开口中或后面的可选的气体阻挡部或污染物陷阱230(在某些情况下也称为污染物阻挡部或翼片阱)传递到收集器室212。污染物陷阱230可以包括通道结构。污染物陷阱230还可包括气体阻挡部或气体阻挡部与通道结构的组合。此处进一步指出的污染物陷阱或污染物阻挡部230至少包括通道结构。
收集器室212可以包括辐射收集器CO，其可以是所谓的掠入射收集器。辐射收集器CO具有上游辐射收集器侧251和下游辐射收集器侧252。穿越过收集器CO的辐射可被光栅光谱滤光片240反射以聚焦在虚拟源点IF中。虚拟源点IF通常被称为中间焦点，并且源收集器装置被布置为使得中间焦点IF位于封闭结构220中的开口219处或附近。虚拟源点IF是辐射发射等离子体210的图像。光栅光谱滤光片240具体用于抑制红外(IR)辐射。
随后，辐射穿越过照射系统IL，该照射系统IL可以包括琢面场反射镜装置222和琢面光瞳反射镜装置224，其被布置为在图案形成设备MA处提供辐射光束221的期望角分布以及在图案形成设备MA处提供期望的辐射强度的均匀性。当辐射光束221在由支撑结构MT保持的图案形成设备MA处反射时，形成图案化光束226并且图案化光束226由投影系统PS经由反射元件228、229成像到由晶片台或衬底台WT保持的衬底W上。
在照射光学单元IL和投影系统PS中通常可以存在比所示更多的元件。取决于光刻装置的类型，可以可选地存在光栅光谱滤光片240。此外，可以存在比图2中所示的更多的反射镜，例如，与图2所示的相比，在投影系统PS中可以存在一到六个附加的反射元件。
如图2所示，仅作为收集器(或收集器反射镜)的示例，收集器光学器件CO被描绘为具有掠入射反射器253、254和255的嵌套收集器。掠入射反射器253、254和255围绕光轴O轴对称布置，并且这种类型的收集器光学器件CO优选与放电产生的等离子体源(通常称为DPP源)结合使用。
图3示出了光刻单元300，有时也称为光刻单元或簇。光刻装置100或100’可以形成光刻单元300的一部分。光刻单元300还可包括一个或多个装置以在衬底上执行曝光前和曝光后工艺。常规上，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光的抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1，I/O2拾取衬底，在不同处理装置之间移动它们并将它们传送到光刻装置100或100'的装载台LB。这些装置通常被统称为轨道，受轨道控制单元TCU的控制，TCU本身由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也通过光刻控制单元LACU来控制光刻装置。因此，可以操作不同的装置以最大化生产量和处理效率。
示例性对准装置
在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，从而在衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻装置性能的一个关键方面是相对于先前层中铺设的特征(通过相同装置或不同光刻装置)正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此目的，衬底设置有一组或多组标记。每个标记都是一种其位置可以在稍后使用位置传感器(通常是光学位置传感器)进行测量的结构。位置传感器可以被称为“对准传感器”并且标记可以被称为“对准标记”。
光刻装置可以包括一个或更多个(例如多个)对准传感器，通过这些对准传感器可以准确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用光学现象，例如衍射和干涉，以从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻装置中使用的对准传感器的示例基于如US6961116中所述的自参考干涉仪。已经开发了位置传感器的各种增强和修改，例如在US2015261097A1中公开的。所有这些出版物的内容通过引用整体并入本文。
标记或对准标记可包括形成在设置在衬底上的层上或层中或(直接)形成在衬底中的一系列栅条。这些栅条可以有规律地间隔开并充当光栅线，从而可以将标记视为具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。根据这些光栅线的取向，可以设计标记以允许测量沿X轴或沿Y轴(其取向基本上垂直于X轴)的位置。包括相对于X轴和Y轴以+45度和/或-45度布置的栅条的标记使得使用US2009/195768A中描述的技术进行组合X和Y测量，US2009/195768A在此将其整体通过引用而并入。
对准传感器用辐射光斑光学扫描每个标记以获得周期性变化的信号，例如正弦波。分析该信号的相位，以确定标记的位置，从而确定衬底相对于对准传感器的位置，进而相对于光刻装置的参考系固定对准传感器。可以提供与不同(粗细)标记尺寸有关的所谓的粗标记和细标记，以便对准传感器可以区分周期性信号的不同周期，以及周期内的准确位置(相位)。为此也可以使用不同节距的标记。
测量标记的位置还可以提供关于在其上例如以晶片网格的形式设置标记的衬底的变形的信息。衬底的变形可以通过例如当衬底曝光于辐射时加热衬底和/或将衬底静电夹持到衬底台而发生。
图4示出了根据示例性实施例的对准传感器AS的横截面示意图。类似的对准传感器的描述可以在例如美国专利No.6961116号中找到，其全文以引用方式并入本文。辐射源RSO提供一个或多个波长的辐射光束RB，其通过转向光学器件被转向到标记上，例如位于衬底W上的标记AM，作为辐射光斑SP。在该示例中，转向光学器件包括光斑反射镜SM和物镜OL。标记AM被照射的照射光斑SP的直径可以比标记本身的宽度稍小。
由标记AM衍射的辐射被准直(在本示例中经由物镜OL)为携带信息的光束IB。术语“衍射”旨在包括来自标记的零阶衍射(其可称为反射)。自参考干涉仪SRI，例如上面提到的US6961116中公开的类型的自参考干涉仪SRI将光束IB与其自身干涉，然后由光电检测器PD接收光束。在辐射源RSO产生不止一种波长的情况下，可以包括附加的光学器件(未示出)以提供单独的光束。如果需要，光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括多个像素。光电检测器可以包括传感器阵列。
在该示例中包括光斑反射镜SM的转向光学器件还可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得携带信息的光束IB仅包括来自标记AM的更高阶衍射辐射(这不是测量所必需的，但提高了信噪比)。
将强度信号SI供应给处理单元PU。通过块SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出衬底上相对于参考系的X和Y位置的值。
所示类型的单次测量仅将标记的位置固定在与标记的一个节距对应的某个范围内。与此结合使用更粗略的测量技术来标识正弦波的哪个周期是包含标记位置的周期。可以在不同波长重复较粗略和/或较精细级别的相同过程，以提高准确度和/或可靠地检测标记，而不管制作标记的材料如何，以及在其上或者之下设置标记的材料。波长可以被光学复用和解复用以便同时处理，和/或它们可以通过时分或频分复用。
在该示例中，对准传感器和光斑SP保持静止，而移动的是衬底W。对准传感器因此可以刚性且精确地安装到参考系，而在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在该移动中，通过将其安装在衬底支撑件上并且衬底定位系统控制衬底支撑件的移动来控制衬底W。衬底支撑位置传感器(例如干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在一些实施例中，在衬底支撑件上设置一个或多个(对准)标记。对设置在衬底支撑件上的标记的位置的测量使得校准由位置传感器确定的衬底支撑件的位置(例如，相对于对准系统连接到的框架)。对设置在衬底上的对准标记的位置的测量使得确定衬底相对于衬底支撑件的位置。
图5示出了根据示例性实施例的可实施为光刻装置100或100'的一部分的对准装置500的横截面示意图。在该实施例的示例中，对准装置500可以被配置为相对于图案形成设备(例如，图案形成设备MA)对准衬底(例如，衬底W)。对准装置500还可被配置为检测衬底上对准标记的位置，并使用检测到的对准标记的位置将衬底相对于光刻装置100或100'的图案形成设备或其他组件对准。衬底的这种对准可确保衬底上的一个或多个图案的准确曝光。
在一实施例中，对准装置500可以包括照射系统512、分束器514、干涉仪526、检测器528、光束分析器530和重叠计算处理器532。
照射系统512可以被配置为提供具有一个或多个通带的电磁窄带辐射光束513。在一示例中，一个或多个通带可以在大约500nm到大约900nm之间的波长光谱内。在另一示例中，一个或多个通带可以是在约500nm至约900nm之间的波长光谱内的离散窄通带。照射系统512还可以被配置为提供一个或多个在很长时段内(例如，在照射系统512的寿命期间)具有基本恒定的中心波长(CWL)值的通带。如上所述，照射系统512的这种配置可以帮助防止实际CWL值与当前对准系统中的期望CWL值发生偏移。此外，作为结果，与当前的对准装置相比，使用恒定的CWL值可以提高对准系统(例如，对准装置500)的长期稳定性和准确性。
在一个示例中，分束器514可以被配置为接收辐射光束513并将辐射光束513分成至少两个辐射子束。在一示例中，辐射光束513可以分成辐射子束515和517，如图5所示。分束器514可以进一步配置为将辐射子束515引导到放置在台522上的衬底520上。在一个示例中，台522可沿方向524移动。辐射子束515可以被配置为照射位于衬底520上的对准标记或目标518。在该实施例的示例中，对准标记或目标518可以涂覆有辐射敏感膜。在另一示例中，对准标记或目标518可具有一百八十度(即，180°)对称性。即，当对准标记或目标518围绕垂直于对准标记或目标518的平面的对称轴旋转180°时，旋转的对准标记或目标518可以与未旋转的对准标记或目标518基本相同。衬底520上的目标518可以是(a)包括由实心抗蚀剂线形成的栅条的抗蚀剂层光栅，或(b)产品层光栅，或(c)包括在产品层光栅上叠加或者交错的抗蚀剂光栅的重叠目标结构中的复合光栅堆叠。可选地，栅条可以被蚀刻到衬底中。该图案对光刻投影装置中的色差敏感，尤其是投影系统PL，并且照射对称性和这种像差的存在将在印刷光栅的变化中表现出来。
在装置制造中使用的用于测量线宽、节距和关键尺寸的一种内联方法利用了一种被称为“散射测量”的技术。Raymond等人在“Multiparameter Grating Metrology UsingOptical Scatterometry”,J.Vac.Sci.Tech.B,Vol.15,no.2,第361-368页(1997)以及Niu等人在“Specular Spectroscopic Scatterometry in DUV Lithography”,SPIE,Vol.3677(1999)中描述了散射测量的方法，它们的全部内容以引用方式并入本文。在散射测量中，光被目标中的周期性结构反射，并检测给定角度的作为结果的反射光谱。例如使用严格耦合波分析(RCWA)或通过与模拟导出的图案库进行比较，来重构产生反射光谱的结构。因此，印刷光栅的散射测量数据用于重构光栅。根据印刷步骤和/或其他散射测量过程的知识，可以将诸如线宽和形状之类的光栅参数输入到由处理单元PU执行的重构过程。
在一个示例中，分束器514可以进一步配置为接收衍射辐射光束519并将衍射辐射光束519分成至少两个辐射子束。在一示例中，衍射辐射光束519可以分成衍射辐射子束529和539，如图5所示。
应当注意的是，尽管分束器514被示为将辐射子束515引导向对准标记或目标518并且将衍射辐射子束529引导向干涉仪526，但本公开并不限于此。对于相关领域的技术人员来说明显的是，可以使用其他光学布置来获得照射衬底520上的对准标记或目标518并检测对准标记或目标518的图像的类似结果。
如图5所示，干涉仪526可以被配置为通过分束器514接收辐射子光束517和衍射辐射子光束529。在示例实施例中，衍射辐射子束529可以是能够从对准标记或目标518反射的辐射子束515的至少一部分。在该实施例的示例中，干涉仪526包括任何合适的光学元件组，例如可以被配置为基于接收的衍射辐射子束529形成对准标记或目标518的两个图像的棱镜的组合。应当理解，不需要形成良好质量的图像，但是应当分辨对准标记518的特征。干涉仪526还可以被配置为将两个图像中的一个相对于两个图像中的另一个旋转180°并且以干涉测量方式重组旋转的和未旋转的图像。
在一些实施例中，当对准装置500的对准轴521通过对准标记或目标518的对称中心(未示出)时，检测器528可以被配置为经由干涉仪信号527接收重组的图像并且检测作为重组的图像的结果的干涉。根据示例实施例，这种干涉可能是由于对准标记或目标518是180°对称的，并且重组图像相长或相消地干扰。基于检测到的干涉，检测器528可以进一步被配置为确定对准标记或目标518的对称中心的位置并且因此检测衬底520的位置。根据一示例，对准轴521可以与垂直于衬底520并穿过图像旋转干涉仪526的中心的光束对准。检测器528还可被配置为通过实施传感器特性并与晶片标记工艺变化相互作用来估计对准标记或目标518的位置。
在又一实施例中，检测器528通过执行一个或多个以下测量来确定对准标记或目标518的对称中心的位置：
1.测量各种波长的位置变化(颜色之间的位置偏移)；
2.测量不同阶的位置变化(衍射阶之间的位置偏移)；和
3.测量各种偏振的位置变化(偏振之间的位置偏移)。
该数据可以例如使用任何类型的对准传感器获得，例如SMASH(智能对准传感器混合)传感器，如美国专利No.6,961,116中所述，其采用具有单个检测器和四种不同波长的自参考干涉仪，并以软件或Athena(使用高阶对准增强的先进技术)提取对准信号，如美国专利第6,297,876号中所述，其将七个衍射阶中的每一个引导至专用检测器，这些专利均通过引用将其整体并入本文。
在一些实施例中，光束分析器530可以被配置为接收和确定衍射辐射子光束539的光学状态。光学状态可以是光束波长、偏振或光束轮廓的量度。光束分析器530还可被配置为确定台522的位置并将台522的位置与对准标记或目标518的对称中心的位置相关联。如此，对准标记或目标518的位置以及因此衬底520的位置可以参考台522而准确地获知。或者，光束分析器530可以被配置为确定对准装置500或任何其他参考元件的位置，使得可以参考对准装置500或任何其他参考元件知道对准标记或目标518的对称中心。光束分析器530可以是具有某种形式的波段选择性的点或成像偏振计。在一个实施例中，光束分析器530可以直接集成到对准装置500中，或者通过根据其他实施例的若干种类型(保偏单模、多模或成像)的光纤连接。
在一些实施例中，光束分析器530可以被进一步配置为确定衬底520上的两个图案之间的重叠数据。这些图案之一可以是参考层上的参考图案。另一个图案可以是曝光层上的曝光图案。参考层可以是已经存在于衬底520上的蚀刻层。参考层可以由光刻装置100和/或100'在衬底上曝光的参考图案产生。曝光层可以是与参考层相邻的曝光的抗蚀剂层。曝光层可以由光刻装置100或100'在衬底520上曝光的曝光图案产生。衬底520上的曝光图案可对应于衬底520通过台522的移动。在一些实施例中，测量的重叠数据还可以指示参考图案和曝光图案之间的偏差。测量的重叠数据可用作校准数据以校准光刻装置100或100’曝光的曝光图案，使得在校准后，曝光层与参考层之间的偏差能够最小化。
在一些实施例中，光束分析器530可以进一步被配置为确定衬底520的产品堆叠轮廓的模型，并且可以被配置为在单次测量中测量目标518的重叠、临界尺寸和焦点。产品堆叠轮廓包含关于堆叠的产品的信息，例如对准标记、目标518或衬底520，并且可以包括随照射变化而改变的标记过程变化引起的光学识别标志量测。产品堆叠轮廓还可以包括产品光栅轮廓、标记堆叠轮廓和标记不对称信息。光束分析器530的示例是由荷兰Veldhoven的ASML制造的YieldstarTM，如美国专利No.8,706,442中所述，该专利通过引用整体并入本文。
光束分析器530还可以被配置为处理与该层中曝光图案的特定属性相关的信息。例如，光束分析器530可以处理层中所描绘图像的重叠参数(该层相对于衬底上前一层的定位精度或第一层相对于衬底上的标记的定位精度的指示)、聚焦参数，和/或临界尺寸参数(例如，线宽及其变化)。其他参数是与曝光图案的所描绘图像的质量相关的图像参数。
在一些实施例中，检测器阵列(未示出)可以连接到光束分析器530，并且使得准确堆叠轮廓检测成为可能，如下所讨论。例如，检测器528可以是检测器阵列。对于检测器阵列，可以有多种选择：一束多模光纤、每个通道的离散引脚检测器，或CCD或CMOS(线性)阵列。出于稳定性原因，使用一束多模光纤使得任何耗散元件都能够远程定位。分立式引脚检测器提供较大的动态范围，但每个都需要单独的前置放大器。因此元件的数量是有限的。CCD线性阵列提供了许多可以高速读出的并且如果使用相位阶跃检测尤其令人感兴趣的元件。
图6图示了根据示例性实施例可以被实现为光刻装置100或100'的一部分的对准装置的横截面视图的示意图。在图6中以类似的参考标记标明了与图5中的那些实体具有类似功能或属性的实体，最左边的数字指示它们所属的图。
在一些实施例中，第二光束分析器630'可以被配置为接收和确定衍射的辐射子光束629的光学状态，如图6所示。光学状态可以是光束波长、偏振或光束轮廓的量度。第二光束分析器630’可以与光束分析器630相同。或者，第二光束分析器630'可以被配置为至少执行光束分析器630的所有功能，例如确定台622的位置并将台622的位置与对准标记或目标618的对称中心的位置相关联。如此，对准标记或目标618的位置以及因此衬底620的位置可以参考台622而准确地获知。
第二光束分析器630'还可以被配置为确定对准装置600或任何其他参考元件的位置，使得可以参考对准装置600或任何其他参考元件获知对准标记或目标618的对称中心。
第二光束分析器630’可以被进一步配置为确定两个图案之间的重叠数据和衬底620的产品堆叠轮廓的模型。第二光束分析器630’也可以被配置为在单次测量中测量目标618的重叠、临界尺寸和焦点。
在一些实施例中，第二光束分析器630'可以直接集成到对准装置600中，或者根据其他实施例它可以经由若干种类型(保偏单模、多模或成像)的光纤连接。或者，第二光束分析器630’和光束分析器630可以组合以形成单个分析器(未示出)，其被配置为接收和确定衍射的辐射子光束629和639的光学状态。
在一些实施例中，处理器632从检测器628和光束分析器630接收信息。例如，处理器632可以是重叠计算处理器。该信息可以包括由光束分析器630构建的产品堆叠轮廓的模型。或者，处理器632可以使用接收到的关于产品标记的信息来构建产品标记轮廓的模型。在任一情况下，处理器632使用或结合产品标记轮廓的模型来构建堆叠产品和重叠标记轮廓的模型。然后使用堆叠模型来确定重叠偏差，并使得对重叠偏差测量的频谱影响最小化。
处理器632可以基于从检测器628和光束分析器630接收的信息创建基本校正算法，包括但不限于照射光束的光学状态、对准信号、相关位置估计和光瞳中的光学状态、图像和附加平面。光瞳平面是定义入射角的辐射的径向位置和定义辐射的方位角的角位置的平面。处理器632可以利用基本校正算法参照晶片标记和/或对准标记618来表征对准装置600。
在一些实施例中，处理器632还可被配置为基于从检测器628和光束分析器630接收的信息，确定相对于每个标记的传感器估计的印刷图案位置偏差误差。该信息包括但不限于每个对准标记或目标618在衬底620上的焦点、产品堆叠轮廓、重叠测量以及临界尺寸。
处理器632可利用聚类算法将标记分组为相似的恒定偏差误差的集合，并基于该信息创建对准误差偏移校正表。聚类算法可以基于重叠测量、位置估计和与每组偏差误差相关联的附加的光学堆叠过程信息。为多个不同标记，例如，围绕程序化重叠偏差具有正偏置和负偏置的重叠目标，计算重叠。将测量最小重叠的目标作为参考(因为它以最佳精度测量)。从这个测量的小重叠和其相应目标的已知程序化重叠，可以推导出重叠误差。表1说明了这是如何执行的。所示示例中的最小测量重叠为-1nm。然而，这与具有-30nm程序化重叠的目标有关。因此，该过程必定引入了29nm的重叠误差。
Figure BDA0003211137200000221
可以将最小值作为参考点，并且相对于此，可以计算测量出的重叠与由于程序化重叠而预期的重叠之间的偏差。该偏差确定每个标记或具有相似偏差的标记的集合的重叠误差。因此，在表1示例中，最小测量重叠为-1nm，在目标位置处，程序化重叠为30nm。将其他目标处的预期重叠和测量重叠之间的差值与该参考进行比较。还可以从不同照射设置下的标记和目标618获得诸如表1的表，可以确定和选择导致最小重叠误差的照射设置及其对应的校准因子。在此之后，处理器632可以将标记分组为类似重叠误差的集合。可以根据不同的过程控制来调节标记分组的标准，例如，不同过程的不同容错度。
在一些实施例中，处理器632可以确认该组的所有或大多数成员具有相似的偏差误差，并且基于其附加的光学堆叠量测将来自聚类算法的单独偏差校正应用于每个标记。处理器632可以确定每个标记的校正并将校正反馈回光刻装置100或100'以校正重叠中的误差，例如，通过将校正馈送到对准装置600。
各阶之间内联偏移
量测装置(例如，对准传感器/装置)依赖于其报告目标的正确位置的能力。然而，当量测装置或其周围设备和系统(例如，光刻单元)的意外变化将意外偏差引入测量位置时，量测装置的可靠性会受到不利影响。漂移是报告的位置与真实位置的系统性偏差的例子，它随着时间的推移而形成。由于移动部件、机械应力、热应力、涂层退化和温度变化等原因，可能会产生这种系统性偏差。漂移对光刻装置和工艺的精度是有害的，因为如已知的，漂移对机器重叠具有直接的1:1影响。
为了减轻系统性偏差，需要经常通过在批次操作之间进行干预来重复静态校准。静态校准(例如，维护动作)是在执行维护动作时停止批量操作的校准。维护动作会降低机器的可用性。
更好的方法是根据需要经常进行在线校准(例如，在批量操作期间)，以估计和补偿不断变化的漂移。
在一些实施例中，考虑到漂移的校正可以应用于量测装置报告的位置。各阶之间内联偏移(ISBO)就是这样一种校正机制。ISBO测量给定光通道报告的位置与参考光通道报告的位置之间的偏差。在各阶间偏移(SBO)的上下文中，术语“阶”是指不仅包括衍射级(例如，由光栅目标上的散射辐射产生的)，还包括波长和偏振的光通道。光学通道可以通过将辐射向量测装置散射的目标的特定部分来进一步区分。
因此，量测装置可以包括具有不同辐射配置的多个光学通道。例如，具有红色波长、第5衍射级和X偏振辐射的光通道可以用作参考光通道，而其他通道可以使用其他配置。
在理想的量测系统中，每个光通道将报告目标的相同位置，因此光通道(例如SBO)之间的差值将为零。然而，在一些实施例中，每个光通道可能报告略微不同的位置，这不是想要的。此外，除了漂移之外，每个光通道还经历随机噪声。
如果量测系统完全无噪声，则有效校正将仅等于最新测量的ISBO(即，最新测量值具有100％置信度)。但实际系统中的困难之一是设计用于处理噪声的方法。本公开中的实施例的目标之一是减少噪声的影响并确定量测系统的准确SBO。
前面提到过，量测系统可能会更频繁地进行ISBO测量(例如，在晶片加载之间)，目的是延迟或消除静态校准的需要。ISBO测量在经常执行时可能会受到噪声的影响，因为可能没有经过足够的时间来感知对噪声的漂移效应。一种已知的处理噪声的方法是使用所谓的指数滤波器(或估计器)。指数滤波器通过考虑加权的、过去的ISBO测量来降低噪声的影响。在一些实施例中，指数滤波器可以通过以下等式建模：
yn＝(1-α)yn-1+αxn. (1)
在等式1中，yn是用于第n个ISBO测量的校正。下标n是“时间”索引，其表示ISBO测量的实例或迭代。因此，例如，yn-1是在紧挨着第n个ISBO测量之前的ISBO测量中使用的校正。xn是第n个ISBO测量，α是修改(例如，加权)yn-1和xn的系数。系数α被定义为2/(N+1)，其中N是与N阶等效移动平均滤波器相关的常数(即N个样本上的箱车(boxcar)平均值)。N是等式1中唯一可调节的(例如，旋钮)参数。N可用于微调滤波器。因此，等式1是一种使用量测系统的“历史”知识并分配权重来计算ISBO的校正估计的算法。
为了更好地理解指数滤波器是如何工作的，让我们考虑极端情况-没有噪声的理想情况。在这种情况下，最近的ISBO测量应该被认为是值得信赖的。因此，只需要最近的测量(即，相当于设置N＝1，因此α＝1)。正如预期的那样，等式1将折叠为yn＝xn，这表明最近的ISBO测量值具有100％的可信度用于提供准确的校正。
然而，当引入噪声时，低N值会降低指数滤波器的平均效果。而且，因为平均化是一种处理噪声的技术，所以低N值会导致滤波器跟踪噪声。相比之下，高N值在降低噪声的同时，会导致滤波器对量测系统的实际漂移的延迟响应(这就是N可以称为延迟常数的原因)。如果SBO经历突然且大量的漂移，则高N值尤其有害。
图7示出了根据示例性实施例的ISBO测量的模拟进程和两个指数滤波器的响应的图形700。图形700的垂直轴代表量测系统的示例比例(非限制性)中的SBO。所述量测系统可用于例如检查光刻工艺的结果。绘图线702代表模拟的ISBO进程，ISBO进程包括一阶跃。该阶跃旨在模拟突然且大量的系统性偏差(例如漂移)。图形700的水平轴代表测量迭代或实例(例如，跟踪索引n)。
模拟的ISBO 702在测量80到81之间阶跃。绘图线704和706表示指数滤波器对模拟ISBO 702的响应。指数滤波器响应704和706使用等式1并且分别被设置为N＝13和N＝60。指数滤波器响应704(N＝13)示出了对模拟的ISBO 702的SBO跳跃的延迟响应。残差708(例如，差异、误差)代表在给定测量实例模拟的ISBO 702和指数滤波器响应704之间的差值。
符号“ε”可用于此处的数学表达式中以表示残差。可以看出，从阶跃的时刻开始，指数滤波器响应704(N＝13)需要大约30-40次测量才能显著减少残差708。指数滤波器响应706(N＝60)示出了更慢的响应，如残差710所示。残差710代表模拟的ISBO 702和指数滤波器响应706之间的差值。对系统性偏差具有这种延迟响应的指数滤波器对于保持量测系统的精度是不合需要的。
为了抵消这种延迟，可以减小N的值。然而，如前所述，减少N会导致滤波器密切跟踪测量中的噪声，从而产生不良影响。
图8示出了根据示例性实施例的ISBO测量的模拟进程和指数滤波器的响应的图形800。图形800中的垂直轴代表量测系统的示例比例(非限制性)中的SBO。绘图线802表示包括随机游走的模拟ISBO进程。随机游走旨在模拟比模拟的ISBO 702(图7)描绘的阶跃更真实的系统性漂移。图形800的横轴代表时间。模拟的ISBO 802模拟以规则时间间隔进行的ISBO测量。虚线表示模拟ISBO 802的移动平均。绘图线804表示具有低N(N＝3)的指数滤波器(例如，等式1)的响应。可以看出，低N导致指数滤波器804密切跟踪模拟的ISBO 802的随机游走(例如，噪声)，这是不希望的。为ISBO滤波器寻找N的最佳值可能会有问题，因为大的N会因滤波器滞后而引入误差，而小的N会导致滤波器跟踪测量噪声而不是减轻其影响。
本公开中的实施例提供解决该问题的方法和装置。在一些实施例中，等式1中的指数滤波器被修改为包含如下误差项：
yn＝(1-α)yn-1+αxn-βεn-1. (2)
在等式2中，系数β是可调的(例如，旋钮)。新引入的项εn-1是紧挨着第n个测量之前的测量的误差(例如，残差)。之前的误差εn-1被定义为εn-1＝yn-1-xn-1。在一些实施例中，误差类似于图7中的残差708和710。等式2中的其他量与等式1中使用的量使用相同的定义。
图9示出了根据示例性实施例的代表实际系统的ISBO测量的模拟进程和两个变型滤波器的响应的图形900。为了便于比较和辨别差异，图900使用与图7中使用的那些相同的轴、标度和模拟的ISBO进程(例如，阶跃)。绘图线902代表模拟的ISBO进程。绘图线904和906表示变型滤波器对模拟ISBO 902的响应。变型滤波器响应904和906使用等式2并且分别设置为N＝13和N＝60，并且都设置为β＝0.25。与指数滤波器响应704(图7)相比，变型滤波器响应904(N＝13)示出对模拟ISBO 902的SBO跳跃的响应的延迟大大减少。
与指数滤波器响应706(图7)相比，变型滤波器响应906(N＝60)的差异甚至更加明显。之前，即使在从阶跃的那一刻起进行了80次测量之后，指数滤波器响应706也不能减少间隙(即，残差710)。然而现在，可以看出变型滤波器响应906能够在少于大约20次测量迭代中基本上接近间隙。
图10示出了根据示例性实施例的代表实际系统的ISBO测量的模拟进程和变型滤波器的响应的图形1000，并且将其与指数滤波器的响应进行比较。为了便于比较和辨别改进，图形1000使用与图8中使用的相同的轴(略有不同的比例)和类似的模拟ISBO进程(例如，随机游走)。绘图线1002表示包含随机游走的模拟ISBO进程。随机游走旨在模拟比模拟的ISBO 902(图9)中描绘的阶跃更真实的系统性漂移。模拟的ISBO 1002模拟以规则时间间隔进行的ISBO测量。虚线表示模拟的ISBO 1002的移动平均值。绘图线1004表示具有N＝13的设置的指数滤波器(例如，等式1)的响应。绘图线1006表示具有N＝13和β＝0.25的设置的变型滤波器(例如，等式2)的响应。为清楚起见，插图1008和1010放大了图形1000的相应部分。在插图1008和1010中观察到，变型滤波器能够通过减少滤波器滞后来尽可能快地跟踪模拟的噪声漂移。例如，插图1008的圆圈强调部分示出变型滤波器(黑色实线1006)响应迅速，同时还抑制了噪声。插图1008和1010还表明指数滤波器明显滞后于变型滤波器和模拟的噪声漂移，如插图1010中的箭头所强调的。
变型滤波器(例如，等式2)还能够减少残差。
图11示出了图10中呈现的滤波器数据的示例性残差的图形1100。绘图线1102示出了对应于图10中的指数滤波器的数据的残差(例如，εn＝yn-xn)。类似地，绘图线1104示出了对应于图10中变型滤波器的数据的残差。通过使用图11的数据创建残差的直方图，可以执行残差的统计分析。
图12和13分别示出了由指数滤波器和变型滤波器的实现产生的残余误差的示例性直方图1200和1300。图中示出了指数滤波器在跟踪图10中的噪声信号的过程中，产生了9.84nm的3σ分布(例如，3个标准偏差)，而变型滤波器将3σ减少到6.32nm—减少了36％。
当滤波器应用于实际测量而不是模拟时，每个滤波器性能的差异与图7-13中看到的行为一致。
图14示出了根据示例性实施例的实际测量和指数滤波器和变型滤波器的响应的图形1400。为了便于比较和辨别差异，图1400使用与图8和图10中使用的相同的轴(略有不同的比例)。
绘图线1402表示由用于光刻装置的量测系统执行的实际ISBO测量。ISBO测量1402是在24小时的时间段内以规则的时间间隔进行的。绘图线1404表示具有N＝13设置的指数滤波器(例如，等式1)的响应。绘图线1406表示具有N＝13和β＝0.25的设置的变型滤波器(例如，等式2)的响应。
为清楚起见，插图1408和1410放大了所指示的图形1400的相应部分。在插图1408和1410中观察到，变型滤波器能够通过减少滤波器滞后来尽可能快地跟踪模拟的噪声漂移。插图1408示出了变型滤波器能够跟踪快速和大的漂移，同时抑制测量噪声。插图1408还示出了具有更快跟踪的能力～0.03nm的改进。类似地，插图1410示出了当漂移快速且显著时，变型滤波器减少了由于滤波器滞后引起的估计误差。在插图1410中可以观察到跟踪误差改善了～0.05nm。预计变型滤波器将有益于已知具有较差的精度和稳定性的量测系统，因为这些系统需要更高的N值来补偿更高的噪声。通过比较图7和图9之间的改进，这种期望是合理的，图7和图9示出了在N＝60设置下滤波器响应延迟和残差的显著减少。
技术人员可以研究(1)随机游走模拟是否与现实世界的改进相关，以及(2)高阶误差项(例如，更加过去的)是否可以用于改进变型滤波器，这是由于图7-14都示出了仅使用刚过去的一个误差项(例如，εn-1)的变型滤波器的差异。
在一个示例中，可以使用自相关和样本区分技术。图15-19分别示出了根据示例性实施例的针对一组新的实际或模拟ISBO测量而绘制的样本自相关对样本滞后的图形1500、1600、1700、1800和1900。
图形1500对应于由使用具有红色波长(例如，635nm±3nm)和X和Y偏振的辐射的光通道进行的实际测量。图形1600类似于图形1500，但使用了具有绿色波长(例如，532nm±50pm)的辐射。图形1700类似于图形1500，但使用具有近红外(NIR)波长(例如，780nm±10nm)的辐射。图形1800类似于图形1500，但使用具有远红外(FIR)波长(例如，838nm±10nm)的辐射。图形1900对应于模拟的ISBO测量(波长和偏振是任意的)。图形1900中的水平轴是任意时间尺度，其中以规则间隔执行ISBO测量。为清楚起见，在图形1500、1600、1700和1800中，X和Y偏振已被人为地垂直偏置0.25nm。
然后，对图15-19中表示的每个数据集取一阶导数(数值)。最后，计算数据中第一差值的自相关性。图20-24分别示出了从图15-19中的数据导出的所述自相关(例如，垂直轴)。
图20-24中的水平轴分别与图15-19中的相同。在图20-24中可见，数据的第一差值“扁平化”了大于1个样本的所有滞后的自相关。这种特性在实际和模拟的ISBO数据集中都可以看到。
总而言之，图15-24示出随机游走(例如，模拟的)模型在统计上捕获了在测量数据中看到的系统性漂移的关键特征。这验证了随机游走模型适合仿真系统性漂移。此外，第一差值足以使数据“平稳”(例如，绘制数据的扁平化)并且独立且同分布。这表明仅使用一步滞后(例如yn-1和εn-1)的指数滤波器和变型滤波器的设计是最优的或基本最优的。也就是说，相比仅使用刚过去一个样本，更加过去的超过一个样本的值(例如，εn-2)可能不会提供大量噪声和滤波器延迟减少。
除了噪声和延迟降低之外，本公开的实施例可以提供其他结果。
其一，等式1的指数滤波器是线性系统。等式2的变型滤波器是该线性系统的线性扩展。线性系统的结果之一是可以证明它们的稳定性。在线性/非线性系统的背景下，稳定性可以理解为系统收敛于期望结果(例如，“真实”漂移)的倾向。
相反，非线性系统很难理解，而是针对一些特殊情况。非线性系统可以被描述为那些行为因输入值在阈值之内(或之外)而变化的系统。证明非线性系统的稳定性是一项艰巨且通常不可能的任务。非线性系统可能会产生与所需结果有分歧的结果的可能性本身就带来了风险，可能会破坏大量已处理的衬底。因此，与非线性方法相比，本公开的实施例提供了改进光刻工艺的更高程度的确定性。
各阶之间内联偏移的实现
为简单起见，在本文中，测量的第[n-1]个实例可被称为“第一”实例(例如，第一测量)。相应地，测量的第n个实例可以被称为“第二”实例(例如，第二测量)。
图25示出了根据示例性实施例的用于校准量测系统的方法步骤。在步骤2502中，将辐射导向目标。在步骤2504中，使用检测器接收由目标散射的第一辐射和第二辐射。在步骤2506中，分别基于接收的第一辐射和第二辐射产生第一测量和第二测量。在步骤2508中，确定对第一测量的校正。在步骤2510中，确定第一测量的校正与第一测量之间的误差。在步骤2512中，基于第一测量的校正、第二测量和误差来确定第二测量的校正。
在一些实施例中，误差是第一校正和第一测量之间的差值。第一系数基于延迟常数。第二测量的校正进一步基于第二测量与第一测量的校正和具有所述误差的差值的组合。第二测量的校正还进一步基于使用第一系数来修改第一测量的校正和第二测量，并使用第二系数来修改误差。
在一些实施例中，量测系统包括衬底台并且目标是衬底台的基准。第二测量的校正抵消量测系统的漂移。第二测量的校正应用于另一个目标的后续测量。
在一些实施例中，上述操作可以由适当的硬件(例如，处理器、控制器)来执行。处理器或控制器可以是量测系统的一部分。在一些实施例中，量测系统可以是光刻装置或集群的一部分。
可以使用以下条款进一步描述实施例：
1.一种光刻装置，包括：
照射系统，被配置为照射图案形成设备的图案；
投影系统，被配置为将图案的图像投影到衬底上；和
量测系统，包括：
辐射源，被配置为生成辐射；
光学元件，被配置为将辐射导向目标；
检测器，被配置为接收由该目标散射的第一辐射和第二辐射，并基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；和
控制器，被配置为
确定第一测量的校正，
确定第一测量的校正与第一测量之间的误差，以及
基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正，光刻装置由此在后续的光刻工艺中使用该校正来调节衬底的位置。
2.根据条款1所述的光刻装置，其中所述误差是第一测量的校正与第一测量之间的差值。
3.根据条款1所述的光刻装置，其中第二测量的校正进一步基于第二测量与第一测量的校正以及具有所述误差的差值的组合。
4.根据条款1所述的光刻装置，其中第二测量的校正进一步基于使用第一系数来修改第一测量的校正和第二测量，并且使用第二系数来修改误差。
5.根据条款1所述的光刻装置，还包括衬底台，其中所述目标是所述衬底台的基准。
6.根据条款1所述的光刻装置，其中第二测量的校正抵消量测系统的漂移。
7.根据条款1所述的光刻装置，其中第二测量的校正被应用于所述衬底上的目标的后续测量。
8.根据条款1所述的光刻装置，其中所述第一系数基于延迟常数。
9.一种量测系统，包括：
辐射源，被配置为生成辐射；
光学元件，被配置为将辐射导向目标；
检测器，被配置为接收由该目标散射的第一辐射和第二辐射，并基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；和
控制器，被配置为
确定第一测量的校正，
确定第一测量的校正与第一测量之间的误差，以及
基于对第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正，光刻装置由此在后续的光刻工艺中使用该校正来调节衬底的位置。
10.根据条款9所述的量测系统，其中所述误差是第一测量的校正与第一测量之间的差值。
11.根据条款9所述的量测系统，其中第二测量的校正进一步基于第二测量与第一测量的校正以及具有所述误差的差值的组合。
12.根据条款9所述的量测系统，其中第二测量的校正进一步基于使用第一系数来修改第一测量的校正和第二测量，并且使用第二系数来修改误差。
13.根据条款9所述的量测系统，还包括衬底台，其中所述目标是所述衬底台的基准。
14.根据条款9所述的量测系统，其中第二测量的校正抵消量测系统的漂移。
15.根据条款9所述的量测系统，其中第二测量的校正被应用于所述衬底上的目标的后续测量。
16.根据条款9所述的量测系统，其中所述第一系数基于延迟常数。
17.一种校准量测系统的方法，该方法包括：
将辐射导向目标；
使用检测器接收由该目标散射的第一辐射和第二辐射；
基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；
确定第一测量的校正，
确定第一测量的校正与第一测量之间的误差；以及
基于第一测量的校正、第二测量和误差确定第二测量的校正。
18.根据条款17所述的方法，其中所述误差是第一测量的校正与第一测量之间的差值。
19.根据条款17所述的方法，其中第二测量的校正进一步基于第二测量与第一测量的校正以及具有所述误差的差值的组合。
20.根据条款17所述的方法，其中第二测量的校正进一步基于使用第一系数来修改第一测量的校正和第二测量，并且使用第二系数来修改误差。
21.根据条款17所述的方法，其中所述量测系统包括衬底台并且所述目标是所述衬底台的基准。
22.根据条款17所述的方法，其中第二测量的校正抵消量测系统的漂移。
23.根据条款17所述的方法，其中第二测量的校正被应用于另一目标的后续测量。
24.根据条款17所述的方法，其中所述第一系数基于延迟常数。
虽然在本文中可以具体参考光刻装置在IC制造中的使用，但应该理解，本文描述的光刻装置可以具有其他应用，例如用于制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、LCD、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在此类替代应用的上下文中，本文中术语“晶片”或“管芯”的任何使用可被认为分别与更一般的术语“衬底”或“目标部分”同义。在曝光之前或之后，可以在例如跟踪单元(通常将抗蚀剂层施加到衬底上并显影曝光的抗蚀剂的工具)、量测单元和/或检查单元中处理本文所指的衬底。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，衬底可以被处理不止一次，例如为了创建多层IC，因此这里使用的术语衬底也可以指已经包含多个处理层的衬底。
尽管上文已经对本公开的实施例在光学光刻的上下文中的使用进行了具体参考，但是应当理解，本公开可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成设备中的形貌定义了在衬底上创建的图案。可以将图案形成设备的形貌压入被提供给衬底的抗蚀剂层，由此通过施加电磁辐射、热、压力或它们的组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案形成设备移出抗蚀剂，在其中留下图案。
应当理解，本文中的措辞或术语是为了描述的目的而非限制性的，使得本说明书的术语或措辞应由(多个)相关领域的技术人员根据本文的教导来解释。
如本文所用，术语“衬底”描述其上添加有材料层的材料。在一些实施例中，衬底本身可以被图案化，并且添加在其顶部的材料也可以被图案化，或者可以保持没有图案化。
本公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合来实现。本公开的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，其可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；光存储介质；闪存装置；电、光、声或其他形式的传播信号等。此外，固件、软件、例程和/或指令在本文中可以被描述为执行某些动作。然而，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是由计算装置、处理器、控制器或其他设备执行固件、软件、例程和/或指令引起的。
以下示例是对本公开的实施例的说明性而非限制性的。本领域中通常遇到的并且对(多个)相关领域的技术人员明显的各种条件和参数的其他合适的变型和调整在本公开的精神和范围内。
尽管在本文中可以具体参考根据本公开的装置和/或系统在IC的制造中的使用，但是应当明确理解，这样的装置和/或系统具有许多其他可能的应用。例如，它可用于制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、LCD、薄膜磁头等。技术人员将理解，在此类替代应用的上下文中，本文中对术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用应被视为分别被更一般的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”替代。
虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，可以不同于所描述的方式来实践本发明。该描述并非旨在限制本发明。
应当理解，具体实施方式部分，而不是发明内容和摘要部分，旨在用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐述发明人所设想的本发明的一个或多个但不是所有示例性实施例，因此，并不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
上面已经借助功能构建块描述了本发明，该功能构建块说明了特定功能及其关系的实现。为便于描述，本文已任意定义了这些功能构建块的边界。只要适当地执行指定的功能及其关系，就可以定义替代边界。
具体实施例的上述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以至于其他人可以通过应用本领域内的知识，容易地修改和/或适配这些具体实施例的各种应用，而无需过度实验，而不会偏离从本发明的一般概念。因此，基于本文中呈现的教导和指导，此类适配和修改旨在处于所公开实施例的等效物的含义和范围内。
本发明的广度和范围不应受限制于上述示例性实施例中的任一个，而应仅根据所附权利要求及其等效物来定义。

Claims (16)

1.一种光刻装置，包括：
照射系统，被配置为照射图案形成设备的图案；
投影系统，被配置为将所述图案的图像投影到衬底上；和
量测系统，包括：
辐射源，被配置为生成辐射；
光学元件，被配置为将所述辐射导向目标；
检测器，被配置为接收由所述目标散射的第一辐射和第二辐射，并基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；和
控制器，被配置为
确定所述第一测量的校正，
确定所述第一测量的校正与所述第一测量之间的误差，以及
基于所述第一测量的校正、所述第二测量和所述误差确定第二测量的校正，所述光刻装置由此在后续的光刻工艺中使用所述校正来调节所述衬底的位置。
2.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述误差是所述第一测量的校正与所述第一测量之间的差值。
3.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述第二测量的校正进一步基于所述第二测量与所述第一测量的校正和具有所述误差的差值的组合。
4.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述第二测量的校正进一步基于：使用第一系数来修改所述第一测量的校正和所述第二测量，并且使用第二系数来修改所述误差。
5.根据权利要求1所述的光刻装置，还包括衬底台，其中，所述目标是所述衬底台的基准。
6.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述第二测量的校正抵消所述量测系统的漂移。
7.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述第二测量的校正被应用于所述衬底上的目标的后续测量。
8.根据权利要求1所述的光刻装置，其中，所述第一系数基于延迟常数。
9.一种量测系统，包括：
辐射源，被配置为生成辐射；
光学元件，被配置为将所述辐射导向目标；
检测器，被配置为接收由所述目标散射的第一辐射和第二辐射，并基于接收到的第一辐射和第二辐射分别产生第一测量和第二测量；和
控制器，被配置为确定所述第一测量的校正，
确定所述第一测量的校正与所述第一测量之间的误差，以及
基于所述第一测量的校正、所述第二测量和所述误差确定所述第二测量的校正，所述光刻装置由此在后续的光刻工艺中使用所述校正来调节衬底的位置。
10.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述误差是所述第一测量的校正与所述第一测量之间的差值。
11.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述第二测量的校正进一步基于所述第二测量与所述第一测量的校正和具有所述误差的差值的组合。
12.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述第二测量的校正进一步基于使用第一系数来修改所述第一测量的校正和所述第二测量，并且使用第二系数来修改所述误差。
13.根据权利要求9所述的量测系统，还包括衬底台，其中，所述目标是所述衬底台的基准。
14.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述第二测量的校正抵消所述量测系统的漂移。
15.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述第二测量的校正被应用于所述衬底上的目标的后续测量。
16.根据权利要求9所述的量测系统，其中，所述第一系数基于延迟常数。
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