CN114270271A

CN114270271A - 用于控制光刻装置的方法

Info

Publication number: CN114270271A
Application number: CN202080059125.5A
Authority: CN
Inventors: H·亚古毕扎德; 金珉锡; 崔影超; D·M·斯洛特布姆; 朴柾泫; J·科特塔尔
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2022-04-01
Also published as: US11809088B2; KR20220034902A; EP4018263B1; EP4018263A1; TW202119135A; US20220334500A1; WO2021032398A1

Abstract

一种确定光刻装置的控制设置的方法。该方法包括：基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据，获得针对当前衬底上的当前层的第一校正；以及获得针对当前衬底上的当前层的第二校正。第二校正是基于根据与当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据确定的残差而获得的。该方法还包括通过组合第一校正和第二校正来确定用于在当前衬底上图案化当前层的光刻装置的控制设置。

Description

用于控制光刻装置的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年8月22日提交的EP申请19193151.8和于2020年1月13日提交的EP申请20151440.3的优先权，这两项申请通过引用完整地并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于控制光刻装置的方法，该光刻装置用于在半导体器件制造中使用的衬底上图案化层。特别地，本发明涉及确定光刻装置的一个或多个控制设置。

背景技术

光刻装置是一种构造成将所需图案施加到衬底上的机器。光刻装置可用于例如集成电路(IC)的制造。光刻装置可以例如将在图案形成(图案化)设备(例如，掩模)处的图案(也通常称为“设计布局”或“设计”)投射到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。

为了在衬底上投影图案，光刻装置可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了可以在衬底上形成的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用波长在4-20nm范围内的极紫外(EUV)辐射的光刻装置，例如6.7nm或13.5nm的光刻装置可以用于在衬底上形成比使用波长为193nm的辐射的光刻装置更小的特征。

低-k1光刻可用于处理尺寸小于光刻装置的经典分辨率极限的特征。在此过程中，分辨率公式可以表示为CD＝k1×λ/NA，其中λ是所使用的辐射波长，NA是光刻装置中投影光学器件的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下是半间距)，k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，就越难以在衬底上再现类似于电路设计者为实现特定的电功能和性能而规划的形状和尺寸的图案。为了克服这些困难，可将复杂的微调步骤应用于光刻投影设备和/或设计布局。这些包括，例如，但不限于，NA的优化、定制照明方案、相移图案化设备的使用、设计布局的各种优化，例如设计布局中的光学邻近校正(OPC，有时也称为“光学和工艺校正”)，或通常定义为“分辨率增强技术”(RET)的其他方法。可选地，用于控制光刻装置稳定性的紧密控制回路可用于改善在低k1下的图案再现。

通常需要建立一个全面的计量测量基础设施，以根据应用于所述衬底的工艺和特性来连续测量衬底的特性。测量数据通常被馈送到被配置为稳定光刻装置的过程监控和过程控制设备。

使用光刻工艺图案化的衬底可以被分组为批次。一个批次包括在类似光刻条件下曝光的多个衬底。对先前的一批衬底进行的计量可以用于确定校正。然后，这些校正可以在光刻装置的未来曝光上实现。使用光刻装置控制和/或监视半导体制造工艺的当前方法基于例如套刻的每批校正，而不考虑衬底到衬底的可变性。

发明内容

本发明的目的是通过考虑衬底之间的变化来改进套刻误差的控制。

根据本发明的一个方面，提供了一种确定光刻装置的控制设置的方法。该方法包括：基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据，获得对当前衬底上的当前层的第一校正；基于根据与当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据确定的残差，获得针对当前衬底上的当前层的第二校正；以及通过组合第一校正和第二校正来确定用于图案化当前衬底上的当前层的光刻装置的控制设置。

可选地，第一计量数据可以包括用于至少一个先前衬底上的当前层的套刻数据。

可选地，套刻数据可以包括在多个套刻标记上执行的套刻测量。

可选地，残差可以是第二计量数据的衬底特定分量。

可选地，第二计量数据可以包括用于当前衬底上的先前层的对准数据。

可选地，对准数据可以包括当前衬底上的先前层上的多个对准标记的位置测量。

可选地，该残差可以包括当前衬底上的先前层的残差对准误差。

可选地，残差可以基于光刻装置的控制特性而被确定。

可选地，控制特性可以与光刻装置校正位置误差的能力相关，位置误差是从施加到曝光当前衬底上的先前层的光刻装置的控制设置的校正中导出的。

可选地，确定残差可以包括基于针对所述光刻装置的一个或多个特性的第一计量数据和第二计量数据之间的预期灵敏度差来修改第二计量数据。

可选地，光刻装置的一个或多个特性可以包括以下中的一个或多个：像差水平、动态性能、剂量和焦点；并且其中，灵敏度可从模拟或测量该特性的多个值的第一计量数据和第二计量数据中导出。

可选地，第二计量数据可以包括当前衬底上的先前层的套刻数据。

可选地，该残差可以包括当前衬底上的先前层的残余套刻误差。

可选地，确定第二校正可包括确定先前层的套刻误差，基于第一套刻误差确定残差，以及确定第二校正为残差的一部分(fraction)。

可选地，残差的该部分可以基本上是残差的一半。

可选地，该方法还可以包括确定当前衬底上的先前层的第一套刻误差中的一个或多个可校正分量，以及确定残差为第一套刻误差减去可校正分量。

可选地，第一校正可配置为应用于多个衬底的当前层。

可选地，第一校正可包括先进过程控制(APC)校正。

可选地，第二校正可被配置为针对多个当前衬底中的每一个分别确定。

可选地，当前衬底可包括多个曝光场。

可选地，确定控制设置可以包括为当前衬底的多个曝光场中的每一个确定控制设置。

可选地，第一校正可以是曝光场特定校正。

可选地，第一校正可以是与当前衬底相关联的高阶工艺校正。

可选地，第一校正可包括与当前衬底上的一个或多个曝光场相关联的高阶场内工艺校正。

可选地，第二校正可以是曝光场特定校正，并且其中残差是基于每个曝光场计算的。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定光刻装置的控制设置的装置，所述装置包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为执行如上所述的任何方法。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所述的装置的计量装置。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所述的装置的检查装置。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所述的装置的光刻装置。

根据本公开的另一方面，提供了一种包括如上所述的装置的光刻单元。

在本发明的另一方面，可以提供一种控制光刻装置的方法。该方法可以包括基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据获得对当前衬底上的当前层的第一校正；基于从与当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据计算的残差和光刻装置的控制特性，获得针对当前衬底上的当前层的第二校正；以及通过组合第一校正和第二校正来确定用于在当前衬底上的当前层的图案化期间控制光刻装置的设置。

附图说明

现在将参考所附的示意图，仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了光刻装置的示意性概述；

图2描绘了光刻单元的示意图；

图3描绘了表示优化半导体制造的三项关键技术之间的合作的整体光刻的示意图；

图4描绘了根据本发明实施例的控制体系结构；

图5a描绘了根据现有技术的衬底工艺流程；

图5b描绘了根据本发明实施例的衬底工艺流程；

图6描绘了确定光刻装置的控制设置的方法中的步骤的流程图。

具体实施方式

在本文件中，术语“辐射”和“束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如波长为365、248、193、157或126纳米)和EUV(极紫外线辐射，例如波长在约5-100纳米范围内)。

在本文中使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成(图案化)设备”可以被广义地解释为指代可用于为入射辐射束赋予图案化横截面的通用图案形成设备，该横截面对应于将在衬底的目标部分中创建的图案。术语“光阀”也可用于此上下文。除了经典掩模(透射式或反射式、二进制、相移式、混合式等)之外，其他此类图案形成器件的示例包括可编程镜面阵列和可编程LCD阵列。

图1示意性地描绘了光刻装置LA。光刻装置LA包括：照明系统(也称为照明器)IL，其被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射、DUV辐射或EUV辐射)；掩模支撑件(例如，掩模台)MT，其被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被构造成根据某些参数准确地定位图案形成装置MA；衬底支撑件(例如，晶片台)WT，其构造成保持衬底(例如，涂有抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为根据某些参数准确地定位衬底支撑件；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)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，包括一个或多个管芯)上。

在操作中，照明系统IL例如经由光束传送系统BD接收来自辐射源SO的辐射光束。照明系统IL可包括各种类型的光学组件，例如折射式、反射式、磁性、电磁式、静电式和/或其他类型的光学组件，或其任何组合，用于引导、成形和/或控制辐射。照明器IL可用于调节辐射束B以使其在图案形成装置MA的平面上的横截面具有所需的空间和角强度分布。

本文中使用的术语“投影系统”PS应广义地解释为包括各种类型的投影系统，包括折射、反射、折反射、变形、磁性、电磁和/或静电光学系统，或它们的任何组合，适合于所使用的曝光辐射，和/或适合于诸如使用浸没液体或使用真空的其他因素。本文中术语“投影透镜”的任何使用都可以被认为与更一般的术语“投影系统”PS同义。

光刻装置LA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，以便填充投影系统PS和衬底W之间的空间，这也被称为浸没光刻。关于浸没技术的更多信息在US6952253中给出，其通过引用并入本文。

光刻装置LA也可以是具有两个或多个衬底支撑件WT(也称为“双级”)的类型。在这种“多级”机器中，衬底支撑件WT可以并行地使用，和/或可以在位于衬底支撑件WT之一上的衬底W上执行准备衬底W后续曝光的步骤，同时在另一衬底支撑件WT上的另一衬底W正用于曝光另一衬底W上的图案。

除了衬底支撑WT之外，光刻装置LA可以包括测量台。测量台被布置成容纳传感器和/或清洁设备。传感器可被布置成测量投影系统PS的特性或辐射束B的特性。测量台可容纳多个传感器。清洁设备可被布置成清洗光刻装置的部分，例如，投影系统PS的部分或提供浸没液的系统的部分。当衬底支撑件WT远离投影系统PS时，测量台可在投影系统PS下方移动。

在操作中，辐射束B入射到图案形成装置上，例如被保持在掩模支撑件MT上的掩模MA，并且被图案形成装置MA上存在的图案(设计布局)图案化。在穿过掩模MA之后，辐射束B通过投影系统PS，该投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助第二定位器PW和位置测量系统IF，衬底支撑件WT可以精确地移动，例如，以便将辐射束B的路径中的不同目标部分C定位在聚焦和对准的位置。类似地，第一定位器PM和可能的另一位置传感器(在图1中未明确描述)可用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案化设备MA，图案化设备MA和衬底W可使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。尽管如所示的衬底对准标记P1、P2占据专用目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间中。当衬底对准标记P1、P2位于目标部分C之间时，这些标记被称为划线通道对准标记。

如图2所示，光刻装置LA可以形成光刻单元LC的一部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元或(光刻)集群，光刻单元LC通常还包括在衬底W上执行曝光前和曝光后处理的装置。通常，这些装置包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影暴露的抗蚀剂的显影器DE、例如用于调节衬底W的温度例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂的冷却板CH和烘烤板BK。衬底处理机或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底W，在不同的处理装置之间移动它们，并将衬底W传送到光刻装置LA的装载台LB。光刻机中的设备通常也被统称为磁道，通常在磁道控制单元TCU的控制下，磁道控制单元TCU本身可以由监控系统SCS控制，监控系统SCS还可以例如通过光刻控制单元LACU控制光刻装置LA。

为了正确和一致地曝光由光刻装置LA曝光的衬底W，希望检查衬底以测量图案化结构的特性，例如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。为此，检查工具(未示出)可以被包括在光刻单元LC中。如果检测到误差，则例如可以对后续衬底的曝光或对将在衬底W上执行的其他处理步骤进行调整，特别是如果在同一批次或同一批的其他衬底W仍将被曝光或处理之前进行检查。

一种检查装置，也可以称为计量装置，用于确定衬底W的性质，特别是不同衬底W的性质如何变化，或者与同一衬底W的不同层相关联的性质如何随层而变化。可选地，检查装置可以构造成识别衬底W上的缺陷，并且例如可以是光刻单元LC的一部分，或者可以集成到光刻装置LA中，或者甚至可以是独立设备。该检查装置可以测量潜像(曝光后的抗蚀剂层中的图像)、或半潜像(曝光后烘烤步骤PEB后的抗蚀剂层中的图像)、或显影抗蚀剂图像(其中抗蚀剂的曝光或未曝光部分已被去除)、或甚至蚀刻图像(蚀刻等图案转移步骤后)上的性质。

典型地，光刻装置LA中的图案化过程是该工艺中最关键的步骤之一，该工艺要求在衬底W上的结构的尺寸标注和放置的高精度。为了确保这种高精度，三个系统可以组合在所谓的“整体”控制环境中，如图3所示。这些系统中的一个是光刻装置LA，它(实际上)连接到计量工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的合作，以增强整个处理窗口，并提供严密的控制回路，以确保由光刻装置LA执行的图案化保持在处理窗口内。处理窗口定义了一个工艺参数范围(例如剂量、焦点、套刻)，在该范围内，特定的制造工艺产生一个定义的结果(例如功能半导体器件)--通常允许在该范围内改变光刻工艺或图案化过程中的工艺参数。

计算机系统CL可以使用将要图案化的设计布局的(一部分)来预测使用哪种分辨率增强技术，并执行计算光刻模拟和计算，以确定哪种掩模布局和光刻装置设置实现图案化处理的最大总体处理窗口(在图3中由第一尺度SC1中的双箭头描绘)。典型地，分辨率增强技术被布置成与光刻装置LA的图案形成可能性相匹配。计算机系统CL还可用于检测光刻装置LA当前在处理窗口内操作的位置(例如，使用来自计量工具MT的输入)，以预测是否可能由于例如次优处理而存在缺陷(在图3中由第二尺度SC2中指向“0”的箭头所示)。

计量工具MT可以向计算机系统CL提供输入以实现精确的模拟和预测，并且可以向光刻装置LA提供反馈以识别可能的漂移，例如在光刻装置LA的校准状态中(在图3中由第三尺度SC3中的多个箭头描绘)。

光刻装置LA被配置为将图案精确地再现到衬底上。应用特征的位置和尺寸需要在一定的公差范围内。位置误差可能由于套刻误差(通常称为“套刻”)而发生。所述套刻是在第一曝光期间相对于第二曝光期间的第二特征放置第一特征的误差。该光刻装置通过在图案化之前将每个晶片精确地对准基准来使套刻误差最小化。这是通过使用对准传感器测量衬底上对准标记的位置来完成的。关于对准过程的更多信息可以在美国专利申请公开号US20100214550中找到，其通过引用并入本文。例如，当衬底相对于光刻装置的焦平面没有正确定位时，可能会出现图案尺寸(CD)误差。这些焦点位置误差可能与衬底表面的不平坦性有关。该光刻装置通过使用水平传感器在图案化之前测量衬底表面形貌来最小化这些焦点位置误差。在随后的图案化期间应用衬底高度校正，以确保图案形成装置在衬底上的正确成像(聚焦)。关于液位传感器系统的更多信息可以在美国专利申请公开号US20070085991中找到，其通过引用并入本文。

除了光刻装置LA和计量设备MT之外，在IC生产期间也可以使用其他处理设备。蚀刻站(未示出)在将图案曝光到抗蚀剂中之后处理衬底。所述蚀刻站将所述图案从所述抗蚀剂转移到所述抗蚀剂层下面的一个或多个层中。通常，蚀刻是基于等离子体介质的应用。局部蚀刻特性可以例如使用衬底的温度控制或使用电压控制环引导等离子体介质来控制。关于蚀刻控制的更多信息可以在国际专利申请公开号WO2011081645和美国专利申请公开号美国20060016561中找到，它们通过引用并入本文。

在IC的制造过程中，使用诸如光刻装置或蚀刻台的处理设备处理衬底的处理条件保持稳定，使得特征的性质保持在一定的控制限度内，这是非常重要的。工艺的稳定性对于IC功能部件的特性、产品特性具有特别重要的意义。为了保证稳定的处理，过程控制能力需要到位。过程控制包括监视处理数据和实现用于过程校正的装置，例如基于处理数据的特性控制处理设备。过程控制可以基于计量装置MT的周期性测量，通常称为“先进过程控制”(进一步也称为APC)。关于APC的更多信息可以在美国专利申请公开号US20120008127中找到，其通过引用并入本文。典型的APC实现包括对衬底上的计量特征进行周期性测量，以监视和校正与一个或多个处理设备相关联的漂移。计量特性反映了对产品特性工艺变化的响应。与产品特性相比，计量特性对工艺变化的敏感性可能不同。在这种情况下，可以确定所谓的“计量到设备”偏移(进一步也被称为MTD)。为了模拟产品特性的行为，计量目标可以结合分段特征、辅助特征或具有特定几何和/或尺寸的特征。一个精心设计的计量指标应该以类似于产品特性的方式响应过程变化。关于计量目标设计的更多信息可以在国际专利申请公开号WO 2015101458中找到，其通过引用并入本文。

在衬底和/或图案形成装置上存在和/或测量计量目标的位置的分布通常被称为“采样方案”。典型地，基于相关工艺参数的预期指纹来选择采样方案；衬底上工艺参数预期波动的区域通常比工艺参数预期恒定的区域更密集地采样。此外，基于计量测量对光刻工艺的吞吐量的允许影响，可以执行的计量测量的数量有限制。仔细选择的采样方案对于精确地控制光刻工艺而不影响吞吐量和/或在掩模版或衬底上分配太大的面积来测量特征是很重要的。与最优定位和/或测量计量学目标有关的技术常被称为“方案优化”。关于方案优化的更多信息可以在国际专利申请公开号WO 2015110191和欧洲专利申请，申请号EP16193903.8中找到，它们通过引用并入本文。

除计量测量数据外，背景数据也可用于过程控制。上下文数据可以包括与以下中的一个或多个有关的数据：所选处理工具(从处理设备池中)、处理设备的特定特性、处理设备的设置、电路图案的设计以及与处理条件(例如晶片几何形状)有关的测量数据。将上下文数据用于过程控制目的的示例可以在欧洲专利申请，申请号EP16156361.4和国际专利申请，申请号PCT/EP2016/072363中找到，这些申请通过引用并入本文。在上下文数据与在当前控制的处理步骤之前执行的处理步骤相关的情况下，上下文数据可用于以前馈方式控制或预测处理。通常，上下文数据与产品特征属性具有统计相关性。这使得能够从实现最佳产品特征特性的角度对处理设备进行上下文驱动的控制。上下文数据和计量数据也可以组合，例如，以丰富稀疏计量数据，使更详细(密集)的数据变得可用，这对于控制和/或诊断目的更有用。关于结合上下文数据和计量数据的更多信息可以在美国临时专利申请号62/382，764中找到，其通过引用并入本文。

如上所述，监控该过程是基于获取与该过程相关的数据。所需的数据采样率(每批或每衬底)和采样密度取决于所需的图案再现精度水平。对于低-k1光刻工艺，即使是小的衬底到衬底的工艺变化也可能是显著的。然后，上下文数据和/或计量数据需要在每个衬底的基础上实现过程控制。另外，当工艺变化引起跨衬底的特性变化时，背景和/或计量数据需要充分密集地分布在衬底上。然而，考虑到过程所需的吞吐量，可用于计量(测量)的时间是有限的。这一限制使得计量工具只能在选定的衬底和衬底上的选定位置上进行测量。在欧洲专利申请，申请号EP16195047.2和EP16195049.8中进一步描述了确定需要测量什么衬底的策略，它们通过引用并入本文。

在实践中，通常需要从与工艺参数相关的稀疏测量值集(跨越衬底或多个衬底)导出与衬底相关的更密集的值映射。通常，可以结合与工艺参数的预期指纹相关联的模型从稀疏测量数据导出测量值的这种密集映射。关于建模测量数据的更多信息可以在国际专利申请公开号WO 2013092106中找到，其通过引用并入本文。

更现代的过程控制体系结构可能基于至少两个计量数据输入流。第一计量数据流通常基于经常测量的(每批测量2-4个衬底，每批通常包含25个衬底)衬底，以及另一计量数据流基于不太经常测量的数据(不是针对每批，而是通常每10-30批一次)。第一计量数据流通常包括稀疏测量的数据，例如均匀分布在衬底上的套刻误差的200个数据点。通常，第一数据流可以与在至少曝光和抗蚀剂显影步骤期间形成的计量标记上执行的计量测量相关联。这样的数据被称为开发后检验(ADI)数据，它通常被用作在一批对一批的基础上确定工艺校正的工作基准；ADI计量数据可以被建模，并用于推导出即将处理的大量衬底的校正(控制动作)。然而，第一计量数据流通常不是密集测量的，因此不太适合于导出旨在校正衬底上较小区域(例如衬底上的单个(曝光)场)上的偏差工艺行为的工艺校正。

除了第一计量数据流之外，通常还可以向过程控制和/或监控基础设施提供另一计量数据流。另外的计量数据流通常可以每5-30批仅对几个衬底测量一次，但通常包括分布在衬底上的套刻误差的400-2000个数据点。所述进一步的计量数据流更适合于导出以校正空间尺度上的套刻误差为目标的控制动作，所述空间尺度上的套刻误差不是由从所述第一计量数据导出的控制动作所拾取的。第一计量数据流可称为稀疏套刻计量数据，而另一计量数据流可称为密集套刻计量数据。

密集套刻计量数据也可以是ADI数据，但也可以是蚀刻后检测(AEI)计量数据。密集套刻计量数据可以基于对产品特征执行的测量，而不是计量标记。

通常在APC校正期间应用以校正整个衬底上的套刻误差为目标的控制动作(基于第一计量数据和/或第二计量数据)和以校正衬底上的管芯、场或其他区域上的套刻误差为目标的控制动作(基于第二计量数据)，其中稀疏套刻计量数据可被建模并用于全局衬底指纹校正，而密集套刻计量数据可被建模为场特定指纹校正(每次曝光校正CPE)。

用于描述稀疏套刻计量数据(每个衬底)的模型通常是被配置为描述衬底上套刻误差的全局形状的全局模型。用于描述密集套刻计量数据(衬底上的每个区域)的模型通常是被配置为描述一个或多个特定曝光场的套刻误差的场内(局部)高阶指纹的高阶模型。

当前，套刻控制动作是在每批的基础上定义的，例如，APC控制配方可以平等地应用于许多衬底内的所有衬底。套刻校正可以基于与先前的衬底的先前批次相关联的套刻测量。通常，在套刻标记上执行套刻测量，套刻标记包括衬底上当前层内的第一特征和衬底上先前层内的第二特征。可以通过跨衬底表面的计量装置检测导致第一和第二特征之间的相对位置偏移的套刻误差，从该套刻误差可以导出每个衬底的套刻指纹。可以针对衬底上的不同层确定不同的套刻指纹。通常，可以首先使用高阶衬底和/或高阶场内模型对套刻数据建模，而不可建模的高阶内容(通常是残差)用于定义一个或多个CPE校正。通常，套刻测量可由计量工具执行，例如散射计。

可以基于历史数据(例如，与一个或多个先前批次相关联的套刻数据)来确定套刻控制动作(其也可以被称为套刻校正)。基于与一个或多个先前大量衬底相关联的套刻数据确定的控制动作可用于在当前衬底的当前批次上的当前层图案化期间控制光刻装置。套刻校正可以被馈送到未来批次的衬底上。

上面段落中描述的套刻控制动作不考虑衬底到衬底的变化。基于与先前批次的衬底相关联的历史数据的相同控制动作可以应用于当前批次中的每个衬底，因为历史数据不能考虑当前批中衬底之间的变化。然而，套刻误差的衬底到衬底的变化可出现在一个批次的不同衬底之间。

因此，建议使用与当前衬底相关的数据来确定用于暴露当前衬底上的当前层的控制设置。在一个示例中，数据可以包括用于当前衬底的对准数据。可以通过衬底对准测量来识别/拾取面内衬底变形(例如由于处理)，衬底对准测量可以指示当前批次中衬底之间的显著变化。如果控制动作不考虑与当前衬底相关的数据，则这些差异可能被认为是不可校正的内容。在另一示例中，数据可以包括用于当前衬底的套刻数据。可以使用当前衬底的一个或多个先前层的套刻测量来推断当前衬底上的先前层上的残余图案化误差。可以前馈所推断的图案化误差，以确定用于在当前衬底上图案化当前层的控制设置。

本文中提供了用于确定光刻装置的控制设置的方法，例如在图6的流程图中所示。该方法可以包括确定600用于当前衬底上的当前层的第一校正。第一校正可以基于与一个或多个先前的衬底相关联的第一计量数据，例如如上所述的先前的一批衬底。该方法还包括确定602用于当前衬底上的当前层的第二校正，其中第二校正基于当前衬底上的先前层的残差。残差可以基于与当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据来确定。然后，可以通过组合第一校正和第二校正来确定604用于图案化当前衬底上的当前层的光刻装置的控制设置。

基于历史数据的第一校正和基于当前衬底的数据的第二校正来确定控制设置意味着可以应用衬底特定的校正。该方法的一个优点可能是它允许控制设置考虑到不能使用与先前衬底相关联的历史数据来校正的残差。因此，该方法可以使得特定于衬底的校正能够被确定和应用，作为曝光当前衬底上的当前层的光刻装置的控制设置的一部分。

如上所述，第一校正可涉及基于历史数据的校正，例如来自先前批次的暴露的衬底的稀疏和/或密集套刻计量数据。第一校正可以是非衬底特定的，并且相同的第一校正可以应用于当前衬底批次中的每个衬底。第一计量数据可以包括从存在于先前衬底上的一个或多个套刻计量标记获得的计量数据。

第二校正可涉及为当前衬底上的先前层确定的残差。该残差可以是当前衬底上的先前层的图案化误差的不可建模的分量。该残差可以是在应用了处理校正(例如，基于对准的台和/或透镜控制校正、基于先前批次套刻测量的APC控制校正等)之后仍然存在的误差。残差可以特定于每个衬底。可以基于与当前衬底上的至少一个先前层有关的知识来计算残差。所述知识可以包括与当前衬底上的先前层的一个或多个曝光特性(例如，对准、套刻)相关的计量数据。可以通过将当前衬底上的先前层中的至少一个层的知识与关于当前衬底的其他信息相结合来确定残差。该信息例如可以包括用于先前层的光刻装置的一个或多个控制特性。先前层可以是紧接在要暴露在当前衬底上的当前层下面的光刻暴露层。控制特性可以包括例如控制架构的属性、致动器的空间分辨率(例如对准和/或套刻的空间变化的控制限制)、致动器的时间限制(例如致动器的速度和/或迟滞)、光刻装置的配置，例如软件配置(例如，一些软件包可能不能实现所有类型的校正，例如高阶校正)。

在第一实施方式中，可使用当前衬底上的先前层的对准数据来确定当前衬底上的当前层的校正，以及用于配置为曝光当前衬底上的当前层的光刻装置的相关控制设置。用于对在包括在当前批次内的衬底的对先前层进行图案化的光刻装置通常提供所谓的对准残差。这些残差表示在由光刻装置施加校正之后的剩余位置误差(指纹)。可能发生的情况是，衬底变形具有不能通过致动器(投影透镜机械手和掩模版(reticle)/晶片台控制在空间和时间上致动)完全校正的几何形状。由于残差可能在衬底之间变化，因此在提供当前层期间(通过潜在的不同光刻装置)不可能最佳地校正它们，因为套刻校正不区分当前批次内的各个衬底。针对当前衬底上的先前层测量的对准残差可以被认为是不可校正的误差，或者残余对准误差，即，在曝光当前衬底上的先前层的光刻装置的控制设置中未被校正的对准误差的分量。

因此，建议通过将与先前层的对准相关联的残差向前馈送到用于提供当前层的光刻装置的控制器来提供更先进的APC控制架构。控制器还接收基于每批次的历史套刻测量的过程控制输入，并合并(组合)每批次(套刻误差)和每衬底(对准残差)校正，以导出用于图案化当前衬底上的当前层的每衬底优化校正。

通常，对准测量可由光刻装置的对准测量系统执行，该对准测量系统对当前衬底的先前层进行图案化。对准测量系统测量分布在衬底上的多个对准标记的位置信息。通常，与套刻标记中包括的第二特征相比，对准标记可以显示出对光刻装置的特性的不同灵敏度，例如投影透镜像差、工作台动力学参数、剂量误差、聚焦误差。因此，优选地，基于对准标记与套刻标记的第二特征相比对光刻装置的所述特性的变化的灵敏度的差异来修改对准测量数据。灵敏度差与有关特性值(例如，光刻装置的像差水平)的信息相结合，可用于导出修改的对准剩余数据，该数据与套刻标记读数更好地相关，因此与套刻控制动作(校正)数据更兼容。

改进的控制体系结构如图4所示。光刻装置410被调度用于图案化当前批次的衬底402上的当前层。先前批次的衬底414(也包括衬底412)通过计量工具415进行套刻测量。工艺控制器409接收来自计量工具415的套刻校正输入和每个衬底修改的残差数据405，用于在当前批次的衬底402的图案化期间提供光刻装置的优化控制，所述当前批次的衬底402经受图案化过程400，所述图案化过程400被配置为在当前批次的衬底402上提供先前层。与对准标记相关联的残差数据的修改可进一步基于数据和计算407，包括组合例如对准标记的投影透镜像差和套刻标记的底光栅的位置敏感度的差异，以及在图案化过程400期间使用的光刻装置的投影透镜的实际像差电平，以获得更匹配的对准残差集合(在该组与套刻测量数据更兼容的意义上更匹配)。

图5a描绘了符合根据现有技术的过程控制体系结构的情况，例如，其中过程校正是批次特定的，但不是衬底特定的。当前层的衬底特定位置校正仅基于与所述当前层相关联的每个衬底可用的对准测量数据。图5a描绘了第一曲线500，第一曲线500描述了表示跨多个衬底(晶片W1、W2、…Wn)的先前层的特征的定位误差残差的轮廓。通过在曲线500的顶部绘制的晶片特定线的方向以简化的方式描绘残余轮廓变化。曲线510描绘了类似的晶片到晶片残余轮廓变化，但现在与当前层相关联。从穿过曲线500和510的线的方向可以导出，预计将发生显著的套刻误差；跨晶片的位置残余轮廓在当前层和先前层之间不匹配。在图5a的示例中，仅对于晶片505，套刻数据将由计量工具测量。对于这些晶片，套刻误差并不代表整个批次(由于剩余对准误差导致的预期套刻误差在批次中的不同晶片(衬底)之间显著变化)，基于批次的APC校正将不是最佳的。

图5b描绘了根据本发明的实施例的情况。曲线500和与曲线相交的线与曲线500相同，如图5a所示。曲线520示出了在先前层的剩余位置误差(对准数据)被前馈的情况下，与当前层相关联的剩余位置误差指纹。基于每批校正和每衬底(残差)校正的组合的控制设置，在当前层和先前层的定位误差分布之间提供了更好的匹配。因此，对于包括在当前批次中的大多数或所有晶片(衬底)，预期的套刻误差将显著减小。由于套刻误差对于批次中的不同衬底更加相似，因此从对晶片515的套刻测量得到的套刻校正将侵入性更小(由于每个晶片对准残余前馈注入，各层已经更好地匹配)，并且在使用本发明的控制架构对衬底进行图案化的情况下，对于当前和未来批次的衬底更具有代表性。

在本发明的一个实施例中，提供了一种控制光刻装置的方法，该方法包括：基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据，获得对当前衬底上的当前层的第一校正；基于从与所述当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据计算的残差和所述光刻装置的控制特性，获得针对所述当前衬底上的所述当前层的第二校正；以及通过组合所述第一校正和第二校正来确定用于在所述当前衬底上的所述当前层的图案化期间控制所述光刻装置的设置。

在一个实施例中，第一计量数据包括当前层和先前层之间的套刻误差的值。

在一个实施例中，第二计量数据包括对准标记的位置测量值，并且控制特性涉及光刻装置校正从第二计量数据导出的位置误差的能力。位置误差可以从曝光先前层期间来自光刻装置的校正(内部和/或外部)导出。位置误差可以是在应用校正之后在曝光中剩余的残余误差。

在一个实施例中，第一校正被配置为应用于与当前衬底相关联的许多衬底中的所有衬底上的当前层。

在实施例中，第一校正是先进过程控制(APC)校正。

在一个实施例中，第二校正被配置为专门应用于当前衬底上的当前层。

在一个实施例中，当前和一个或多个衬底包括多个曝光场。

在实施例中，用于控制光刻装置的设置是针对当前晶片上的多个曝光场中的曝光场而特定的。

在一个实施例中，第一校正是与当前衬底相关联的高阶工艺校正。

在实施例中，第一校正是与当前衬底上的一个或多个曝光场相关联的高阶场内处理校正。

在一个实施例中，第一校正被配置为曝光场特定校正。

在一个实施例中，第一计量数据与在套刻标记上执行的套刻测量相关联，套刻标记包括提供给先前层的第一特征和提供给当前层的第二特征，并且第二计量数据与提供给先前层的第三特征上执行的位置测量相关联。

在一个实施例中，可从光刻装置获得位置测量值，且可从计量工具获得套刻测量值。

在一个实施例中，该方法还包括基于第三特征的位置与第一特征的位置相比，对光刻装置的一个或多个特征的变化的灵敏度的预期差来修改第二计量数据。

在一个实施例中，修改包括计算第三特征相对于第一特征的位置偏移量，并将计算出的位置偏移量添加到位置测量值。

在一个实施例中，所述特征是以下中的一个或多个：像差水平、动态性能、剂量、焦点，并且灵敏度可从模拟或测量在特性的多个值处的第一特征和第三特征的位置中导出。

在一个实施例中，结合第一校正和第二校正是基于每个衬底的。

在一个实施例中，第二校正是基于每个曝光场，并且残差是基于每个曝光场计算的。

在本文所述的确定光刻装置的控制设置的方法的第二实现中，第二计量数据可以包括当前衬底上的至少一个先前层的套刻数据。在当前衬底上的先前层和当前层之间的套刻误差可以是这些层中的每一层上的个别图案化误差的结果。所述图案化误差可由用于先前层的图案化过程的任何步骤中的误差产生，例如在光刻曝光中和/或在蚀刻工艺中。

在示例实现中，第一层被图案化为具有套刻误差P1，并且暴露在第一层顶部的第二层被图案化为具有套刻误差P2。如果不应用控制或校正，第一层和第二层之间的套刻误差可能等于P2-P1。为了减小该误差，在暴露第二层之前估计P2-P1的值可能是有益的，以便可以将校正C应用于第二层(P2+C)，以减小套刻误差P2-P1+C的大小。在应用校正C之后剩余的套刻误差，即P2-P1+C，可以被称为第一层和第二层之间的剩余套刻误差。

为了确定设置校正C的值，可以在暴露第二层之后测量套刻误差P2-P1。优选地，在第二层的所有处理步骤已经完成(例如，蚀刻、显影)之后测量套刻误差，从而可以将所有处理步骤对套刻误差的贡献包括在测量中并考虑在内。该套刻值可以提供给不同衬底的未来曝光。然而，这种确定校正值C的方法是基于来自先前衬底的历史数据，并且不考虑衬底特定的套刻误差。

例如，由于设备和工艺特性随时间的漂移，在光刻装置、图案形成工具(例如，沉积工具、蚀刻室、卡盘等)中发生的随机、不可预测的误差，可能会出现衬底特定的套刻误差。可以估计或确定每个单独工具和设备的特性以考虑这种变化。然而，套刻误差仍可能包括随机分量，该随机分量可能不会被其他衬底的模型和/或测量所捕获。套刻误差的随机分量例如可以包括扫描仪再现性。扫描仪再现性可以包括指示光刻装置LA能够一致地传递所请求的参数值(例如，在X、Y和/或Z方向中的工作台位置、焦点、剂量、像差水平等)的程度的度量。该度量可以例如包括多个获得的参数值上的(3)-σ值和/或最大混合值。然而，将理解，其他值可被确定为再现性的度量。

如上所述，与当前衬底上的一个或多个先前层有关的对准数据可用于将衬底特定校正应用于光刻装置的控制设置。然而，对准计量数据和套刻计量数据可能对光刻装置的特性具有不同的灵敏度。例如，对准测量对像差的灵敏度可以不同于套刻测量对那些像差的灵敏度。此外，可基于对准标记获得对准计量数据，对准标记可具有与图案化产品特征不同的尺寸。衬底上对准标记的数量可能是有限的，因为对准标记占用的空间对于产品特征是不可用的。

因此，本文提出使用与当前衬底上的一个或多个先前层有关的套刻数据来计算当前衬底上的当前层的曝光校正。所述校正可用于校正残余套刻误差，例如，校正套刻误差的不可预测的衬底特定分量。如上所述，P1可以表示第一层的图案化误差，并且P2可以表示第二层的图案化误差，其中第一层和第二层属于同一衬底。第二层可以是当前层，即，将要由光刻装置曝光的下一层，并且正在为其确定控制设置。第一层可以是先前层，也就是说，当前衬底上刚好在当前层下面的层。

套刻数据可用于推断当前衬底上的先前层的图案化误差P1。先前层可以是紧接在待曝光的当前层下面的光刻图案化层。套刻数据可以是套刻计量数据，其可以从衬底上的先前层上存在的套刻标记被测量。推断的图案化误差随后可用于确定用于当前衬底上的当前层的光刻曝光的一个或多个控制设置。

先前层的套刻测量可以表示由先前层的图案化误差P1和先前层下面的层的图案化误差P0引起的套刻误差P1-P0。由于它们作为相同图案化过程的一部分被光刻曝光，图案化误差P0和P1可以假定为相似的大小。

如本文所公开的，当前衬底上的先前层的加权套刻误差w*(P1-P0)可以作为校正C应用于当前层的套刻，即校正C＝w*(P1-P0)。当前层的剩余套刻误差随后变成

P2-P1+C＝P1+w(P1-P0)

权重w可以是一个正的、真实的因素。

权重w施加的因子可以是一半(0.5)，使得当前层的剩余套刻误差变成

P2-P1+C＝P1+1/2(P1-P0)＝P2-((P1+P0))/2由于P0和P1代表随机误差，((P1+P0))/2只有P1方差的一半(平方标准差)。这意味着与没有校正(P2-P1)的残余套刻误差相比，残余套刻误差可以显著减小。将用于当前衬底上的先前层的套刻误差的一半作为对用于光刻曝光当前层的控制设置的校正的优点在于，可以从当前层上的残余套刻误差中去除先前层的图案化误差的贡献的大体上一半。

可以应用0.5以外的权重因子。例如，0.25的权重因子可能会产生一个具有方差0.625的项(3P1+P0)/4，低于非加权情况下的方差1。理论上，0.5的权重可以提供最低的方差，因此残余误差的最大减少。然而，在实践中，权重值w略微偏离0.5(高或低)可以为光刻装置LA提供更好的成品率。例如，基于使用不同权重值执行的多个测试，可以通过实验确定导致残差的最佳减少的权重值w。

在下面的编号项的列表中公开了进一步的实施例：

1.一种确定光刻装置的控制设置的方法，所述方法包括：

基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据，获得对当前衬底上的当前层的第一校正；

基于基于与当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据确定的残差，获得针对当前衬底上的当前层的第二校正；和

通过组合第一校正和第二校正来确定用于图案化当前衬底上的当前层的光刻装置的控制设置。

2.根据项1的方法，其中所述第一计量数据包括用于至少一个先前衬底上的当前层的套刻数据。

3.根据项2的方法，其中套刻数据包括在多个套刻标记上执行的套刻测量。

4.根据上述任一项的方法，其中残差是第二计量数据的衬底特定成分。

5.根据上述任何项的方法，其中第二计量数据包括用于当前衬底上的先前层的对准数据。

6.根据项5的方法，其中对准数据包括在当前衬底上的先前层上的多个对准标记的位置测量。

7.根据项5-6中任一项所述的方法，其中所述残差包括当前衬底上的先前层的残差对准误差。

8.根据项5-7中任一项所述的方法，其中所述残差是基于所述光刻装置的控制特性来确定的。

9.根据项8所述的方法，其中所述控制特性与所述光刻装置校正位置误差的能力有关，所述位置误差是从应用到曝光当前衬底上的先前层的光刻装置的控制设置的校正中导出的。

10.根据项5-9中任一项所述的方法，其中确定残差包括基于针对所述光刻装置的一个或多个特性的所述第一计量数据和所述第二计量数据之间的预期灵敏度差来修改所述第二计量数据。

11.根据项10的方法，其中所述光刻装置的一个或多个特性包括以下中的一项或多项：像差水平、动态性能、剂量和焦点；并且其中，所述灵敏度可从模拟或测量所述特性的多个值的第一计量数据和第二计量数据中导出。

12.根据上述任一项的方法，其中第二计量数据包括当前衬底上的先前层的套刻数据。

13.根据上述任一项的方法，其中所述残差包括当前衬底上的先前层的残余套刻误差。

14.根据项12-13中任一项的方法，其中确定第二校正包括确定先前层的套刻误差，基于第一套刻误差确定残差，以及确定第二校正为残差的一部分。

15.根据项14的方法，其中残差的部分基本上是残差的一半。

16.根据项14-15中任一项所述的方法，进一步包括确定当前衬底上的先前层的第一套刻误差中的一个或多个可校正分量，以及确定作为第一套刻误差减去可校正分量的残差。

17.根据上述任一项的方法，其中第一校正被配置为应用于多个衬底的当前层。

18.根据项17的方法，其中所述第一校正包括先进过程控制(APC)校正。

19.根据上述任一项的方法，其中第二校正被配置为针对多个当前衬底中的每一个分别确定。

20.根据上述任一项的方法，其中所述当前衬底包括多个曝光场。

21.根据项20的方法，其中确定控制设置包括为当前衬底的多个曝光场中的每一个确定控制设置。

22.根据项20-21中任一项所述的方法，其中所述第一校正是曝光场特定校正。

23.根据项21的方法，其中所述第一校正是与所述当前衬底相关联的高阶工艺校正。

24.根据项23的方法，其中所述第一校正包括与所述当前衬底上的一个或多个曝光场相关联的高阶场内处理校正。

25.根据项20-24中任一项所述的方法，其中所述第二校正是特定于曝光场的校正，并且其中，在每个曝光场的基础上计算所述残差。

26.一种用于确定光刻装置的控制设置的装置，所述装置包括一个或多个处理器，所述处理器被配置为执行项1-25中任一项的方法。

27.一种计量装置，包括根据项26的装置。

28.一种检查装置，包括根据项26的装置。

29.一种光刻装置，包括根据项26的装置。

30.一种光刻单元，包括根据项26的装置。

31.一种包括计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令被配置为在适当的装置上执行时执行项1至25中任一项的方法。

尽管在本文中可以具体地参考在制造IC中使用光刻装置，但应当理解，本文中描述的光刻装置可以具有其他应用。其他可能的应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的制导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。

尽管在本文中可在光刻装置的上下文中具体参考本发明的实施例，但本发明的实施例可用于其他装置中。本发明的实施例可以形成掩模检查装置、计量装置或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成设备)的对象的任何装置的一部分。这些装置通常称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。

尽管上面已经具体地参考了在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，但是将理解，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以在其他应用中使用，例如压印光刻。

尽管上文已经描述了本发明的具体实施例，但将理解，本发明可以以不同于所描述的方式实施。上面的描述旨在说明性的，而不是限制性的。因此，对本领域技术人员来说，显而易见的是，可以如所描述的那样对本发明进行修改，而不偏离所附的权利要求的范围。

Claims

1.一种确定光刻装置的控制设置的方法，所述方法包括：

基于与一个或多个先前衬底相关联的第一计量数据，获得针对当前衬底上的当前层的第一校正；

基于残差，获得针对所述当前衬底上的所述当前层的第二校正，所述残差是基于与所述当前衬底上的先前层相关联的第二计量数据而被确定的；以及

通过组合所述第一校正和所述第二校正，来确定用于图案化所述当前衬底上的所述当前层的所述光刻装置的所述控制设置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一计量数据包括针对至少一个先前衬底上的当前层的套刻数据，并且其中所述第二计量数据包括针对所述当前衬底上的所述先前层的对准数据，并且其中所述残差包括所述当前衬底上的所述先前层的残余对准误差。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述残差是所述第二计量数据的衬底特定分量。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述残差是基于所述光刻装置的控制特性而被确定的。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述控制特性与所述光刻装置校正位置误差的能力有关，所述位置误差是从应用于曝光所述当前衬底上的所述先前层的光刻装置的控制设置的校正中导出的。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述残差包括：基于针对所述光刻装置的一个或多个特性的所述第一计量数据和所述第二计量数据之间的预期灵敏度差，来修改所述第二计量数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述光刻装置的所述一个或多个特性包括以下中的一项或多项：像差水平、动态性能、剂量和焦点；并且其中所述灵敏度能够从对所述特性的多个值的第一计量数据和第二计量数据进行模拟或测量而导出。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述残差包括所述当前衬底上的所述先前层的残余套刻误差。

9.根据权利要求8所述的方法，其中确定所述第二校正包括确定所述先前层的套刻误差，基于所述第一套刻误差确定所述残差，以及确定所述第二校正为所述残差的部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述残差的所述部分基本上是所述残差的一半。

11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括：确定所述当前衬底上的所述先前层的所述第一套刻误差中的一个或多个可校正分量，以及确定所述残差为所述第一套刻误差减去所述可校正分量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一校正被配置为被应用于多个衬底的当前层，例如先进过程控制(APC)校正。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二校正被配置为针对多个当前衬底中的每个衬底而被分别确定。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二校正是曝光场特定校正，并且其中所述残差是基于每个曝光场而被计算的。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述当前衬底包括多个曝光场，并且其中确定控制设置包括：为所述当前衬底的多个曝光场中的每个曝光场确定控制设置，其中所述第一校正是曝光场特定校正。

16.一种计算机程序产品，包括计算机可读指令，所述计算机可读指令被配置为在适当的装置上执行时，执行权利要求1所述的方法。