CN117999517A - 量测方法以及相关联的量测和光刻设备 - Google Patents

量测方法以及相关联的量测和光刻设备 Download PDF

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Abstract

披露了一种确定与至少一个衬底相关的衬底变形指标的方法，所述衬底变形指标描述跨所述至少一个衬底的变形。所述方法包括：获得与使用多种照射条件对所述衬底上的多个结构进行的测量相关的对准数据；和确定所述衬底变形指标的衬底变形指标值，所述衬底变形指标值使扩展由于所述多个结构的结构变形而引起的分散所需的基矢量的数量最少化。

Description

量测方法以及相关联的量测和光刻设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年9月8日递交的欧洲申请21195563.8的优先权，并且该欧洲申请的全部内容通过引用而被合并入本文中。
技术领域
本发明涉及能够用于例如通过光刻技术来制造器件的方法和设备，并且涉及使用光刻技术来制造器件的方法。本发明更具体地涉及量测传感器和具有这种量测传感器的光刻设备。
背景技术
光刻设备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。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，图案形成装置(也被称为掩模或掩模版)可以用于生成待形成于IC的单层上的电路图案。此图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或若干个管芯)上。图案的转移通常是通过成像到设置于所述衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行的。一般而言，单个衬底将包含被连续地图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称为“场”。
在复杂器件的制造中，通常执行许多光刻图案化步骤，由此在所述衬底上的连续层中形成功能特征。因此，所述光刻设备的性能的关键方面是相对于在先前层中所铺设的特征(通过相同设备或不同光刻设备)正确且准确地放置所施加的图案的能力。为此目的，所述衬底设置有一组或更多组对准标记。每个标记都是一种结构，该结构的位置可以在稍后使用位置传感器(通常是光学位置传感器)而被测量。所述光刻设备包括一个或更多个对准传感器，通过该对准传感器可以精确地测量衬底上的标记的位置。不同类型的标记和不同类型的对准传感器是从不同的制造商和同一制造商的不同产品中已知的。
在其他应用中，量测传感器被用于测量衬底上的经曝光结构(在抗蚀剂中和/或蚀刻之后)。一种快速且非侵入式的专用检查工具是散射仪，其中，辐射束被引导到衬底的表面上的目标上，并且测量了经散射的或经反射的束的属性。已知的散射仪的示例包括在US2006033921A1和US2010201963A1中所描述的类型的角分辨散射仪。除了通过重构来测量特征形状之外，还可以使用如在已公开的专利申请案US2006066855A1中所描述的这样的设备来测量基于衍射的重叠。使用衍射阶的暗场成像而进行的基于衍射的重叠量测，能够对较小的目标进行重叠测量。可以在国际专利申请案WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到暗场成像量测的示例，这些文件的全部内容通过引用的方式而被合并入本文中。已经在已公开的专利公开案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中描述了该技术的进一步发展。这些目标可以小于照射斑，并且可以被晶片上的产品结构包围。使用复合光栅目标，可以在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请案的内容也通过引用的方式而被合并入本文中。
在一些量测应用中，诸如在一些散射仪或对准传感器中，量测目标的缺陷可能导致来自该目标的测量值的波长/偏振相关的变化即随着波长/偏振而变化。如此，有时通过使用多种不同的波长和/或偏振(或者更一般地，多种不同的照射条件)执行相同的测量来实现对这种变化的校正和/或减轻。将会期望改进使用多种照射条件进行测量的一个或更多个方面。
发明内容
本发明在第一方面中提供了一种确定与至少一个衬底相关的衬底变形指标的方法，所述衬底变形指标描述跨所述至少一个衬底的变形，所述方法包括：获得与使用多种照射条件对所述衬底上的多个结构进行的测量相关的对准数据；以及确定所述衬底变形指标的衬底变形指标值，所述衬底变形指标值使扩展由于所述多个结构的结构变形而引起的分散或色散(dispersion)所需的基矢量的数量最少化。
也披露了能够操作以执行如第一方面所述的方法的计算机程序、对准传感器和光刻设备。
通过考虑下面描述的示例，将理解本发明的上述和其他方面。
附图说明
现在将参考附图并仅通过示例的方式描述本发明的实施例，附图中：
图1描绘了光刻设备；
图2示意性地图示了图1的设备中的测量和曝光过程；
图3是根据本发明的实施例能够调适的对准传感器的示意图；和
图4构思性地或从构思上图示了来自对于对准标记的测量的衍射场。
具体实施方式
在详细描述本发明的实施例之前，呈现可以在其中实施本发明的实施例的示例性环境是有指导意义的。
图1示意性地描绘了光刻设备LA。该设备包括：照射系统(照射器)IL，其被配置为调节辐射束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，其被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置；两个衬底台(例如，晶片台)WTa和WTb，其分别被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且分别连接到第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为根据某些参数精确地定位衬底；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，其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，包括一个或更多个管芯)上。框架RF连接各个部件，并且用作设定和测量图案形成装置和衬底及它们上面的特征的位置的参照物。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件或其任意组合，用于引导、成形或控制辐射。
图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的定向、光刻设备的设计和其他条件(诸如图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其他夹紧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，它可以根据需要而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位置。
本文中使用的术语“图案形成装置”应该广义地解释为指的是可以用于在辐射束的横截面中赋予图案以便在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应该注意的是，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的期望图案。一般而言，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(例如集成电路)中的特定功能层。
如这里所描绘的，该设备是透射型的(例如，采用透射型图案形成装置)。替代地，该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，或采用反射型掩模)。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。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用均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”还可以被解释为指的是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。
本文中使用的术语“投影系统”应该广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，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何组合，视所使用的曝光辐射或其他因素(诸如使用浸没液体或使用真空)而定。本文中对术语“投影透镜”的任何使用均可以被认为与更上位的术语“投影系统”同义。
光刻设备还可以是如下类型：其中，衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加到光刻设备中的其他空间，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熟知的。
在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分立的实体。在这种情况下，不认为源形成光刻设备的一部分，并且辐射束借助于束传递系统BD从源SO传递到照射器IL，束传递系统BD包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器。在其他情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻设备的集成部分。源SO和照射器IL以及如果需要的话与束传递系统BD一起可以被称为辐射系统。
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，并且由图案形成装置图案化。在穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2D编码器或电容式传感器)，可以精确地移动衬底台WTa或WTb，例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如，在从掩模库机械获取之后或在扫描期间，第一定位器PM和另一个位置传感器(未在图1中明确地描绘)可以用于相对于辐射束B的路径准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。尽管如图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中(这些标记被称为划线对准标记)。类似地，在图案形成装置(例如，掩模)MA上设置多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。在器件特征之中，小对准标记也可以被包括在管芯内，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要与相邻特征有任何不同的成像或处理条件。下面进一步描述检测对准标记的对准系统。
可以以多种模式使用所描绘的设备。在扫描模式中，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WT，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向可以由投影系统PS的放大(缩小)率和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。正如本领域中熟知的，其他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”光刻中，可编程图案形成装置保持静止但具有变化的图案，并且移动或扫描衬底台WT。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变型或者完全不同的使用模式。
光刻设备LA是所谓的双平台类型，它具有两个衬底台WTa、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA——衬底台可以在这两个站之间交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站处被曝光时，另一个衬底可以在测量站处被装载到另一个衬底台上并且执行各种准备步骤。这使得设备的吞吐量能够显著增加。准备步骤可以包括：使用水平传感器LS映射(mapping)衬底的表面高度轮廓；以及使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。如果当衬底台位于测量站以及曝光站时位置传感器IF不能够测量衬底台的位置，则可以设置第二位置传感器，以使得能够相对于参考系RF在两个站处跟踪衬底台的位置。代替所示的双平台布置的其他布置是已知的且可用的。例如，已知其中设置有衬底台和测量台的其他光刻设备。在执行预备测量时，它们对接在一起，然后在衬底台进行曝光时断开对接。
图2图示了在图1的双平台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如管芯)的步骤。虚线框内的左侧是在测量站MEA处执行的步骤，而右侧示出了曝光站EXP处执行的步骤。有时，衬底台WTa、WTb中的一者将位于曝光站处，而另一者位于测量站处，如上所述。为了描述的目的，假设衬底W已经被装载到曝光站中。在步骤200处，通过未示出的机构将新的衬底W’装载到设备中。并行处理这两个衬底，以便增加光刻设备的吞吐量。
首先参考新装载的衬底W’，该衬底W’可以是先前未经处理的衬底，它是利用在设备中用于进行第一次曝光的新的光致抗蚀剂制备的。然而，通常，所描述的光刻过程将仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经多次通过该设备和/或其他光刻设备，并且也可能具有待经历的后续过程。特别是对于改善套刻性能或重叠性能的问题，任务是确保新图案准确地施加在已经经过图案化和处理的一个或更多个循环的衬底上的正确位置。这些处理步骤逐渐在衬底中引入变形，必须测量和校正这些变形，以获得令人满意的套刻性能或重叠性能。
前面和/或后面的图案化步骤可以在其他光刻设备中执行，如刚刚提到的，并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行。例如，器件制造过程中对诸如分辨率和套刻精度等参数要求非常高的一些层可以在比要求不那么高的其他层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在浸没式光刻工具中曝光，而其他层在“干式”工具中曝光。一些层可以在DUV波长下工作的工具中曝光，而其他层则使用EUV波长辐射来曝光。
在202处，使用衬底标记P1等和图像传感器(未示出)的对准测量用于测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。另外，将使用对准传感器AS测量跨衬底W’的多个对准标记。在一个实施例中使用这些测量来建立“晶片网格”，它非常准确地映射跨衬底的标记分布，包括相对于标称矩形网格的任何变形。
在步骤204处，也使用水平传感器LS测量晶片高度(Z)相对于X-Y位置的映射图。传统上，高度映射图仅用于实现曝光图案的精确聚焦。此外，它还可以用于其他目的。
当装载衬底W’时，接收选配方案数据206，该数据限定待执行的曝光、以及晶片的和先前制作的及待在晶片上制作的图案的属性。将在202、204处进行的对晶片位置、晶片网格和高度映射图的测量添加到这些选配方案数据中，使得可以将选配方案和测量数据的完整集合208传递到曝光站EXP。对准数据的测量例如包括以相对于作为光刻过程的产品的产品图案固定的或名义上固定的关系形成的对准目标的X和Y位置。这些在曝光前获取的对准数据用于生成对准模型，该模型的参数使该模型拟合到数据。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正当前光刻步骤中应用的图案的位置。所使用的模型对测量位置之间的位置偏差进行插值。传统的对准模型可能包括四个、五个或六个参数，它们一起限定不同维度的“理想”网格的平移、旋转和缩放。已知使用更多参数的先进模型。
在210处，交换晶片W’和W，使得所测量的衬底W’成为进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例性设备中，通过交换设备内的支撑件WTa和WTb来执行这种交换，使得衬底W、W’保持准确地夹紧并且定位在那些支撑件上，以保持衬底台和衬底自身之间的相对对准。因此，一旦交换了台，在曝光步骤的控制中使用衬底W(以前被称为W’)的测量信息202、204所必需的全部就是确定投影系统PS和衬底台WTb(以前被称为WTa)之间的相对位置。在步骤212处，使用掩模对准标记M1、M2执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，在衬底W上的连续目标位置处施加扫描运动和辐射脉冲，以便完成多个图案的曝光。
通过在执行曝光步骤时使用在测量站处所获得的对准数据和高度映射图，这些图案相对于期望的位置并且特别是相对于先前铺设在同一衬底上的特征精确地对准。在步骤220处，将现在标记为W”的经曝光的衬底从设备中卸载，以根据经曝光的图案进行蚀刻或其他处理。
本领域技术人员将知道，以上描述是实际制造情况的一个示例中涉及的多个非常详细的步骤的简化概述。例如，不是在单个道次中测量对准，而是经常存在使用相同或不同的标记进行粗略和精细测量的多个单独阶段。粗略和/或精细测量步骤可以在高度测量之前或之后执行，或者交错执行。
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，光刻设备的性能的关键方面是能够相对于先前层中铺设的特征(通过相同设备或不同光刻设备)正确且准确地放置所施加的图案。为此目的，衬底设置有一组或更多组标记。每个标记都是一个结构，该结构的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。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”。
光刻设备可以包括一个或更多个(例如，多个)对准传感器，通过该对准传感器可以精确地测量设置在衬底上的对准标记的位置。对准(或位置)传感器可以使用诸如衍射和干涉之类的光学现象来从形成在衬底上的对准标记获得位置信息。当前光刻设备中使用的对准传感器的示例基于如US6961116中描述的自参考干涉仪。已经开发了位置传感器的各种增强和修改例，例如US2015261097A1中所公开的。所有这些公开案的内容均通过引用的方式并入本文中。
标记或对准标记可以包括形成在设置于衬底上的层上或层中或(直接)形成在衬底中的一系列栅条。这些栅条可以被规则地间隔开并且充当光栅线，使得该标记可以被视为具有众所周知的空间周期(节距)的衍射光栅。根据这些光栅线的定向，标记可以被设计为允许沿着X轴或沿着Y轴(其基本上垂直于X轴定向)的位置的测量。包括相对于X轴和Y轴两者以+45度和/或-45度布置的栅条的标记允许使用如US2009/195768A中描述的技术进行组合的X和Y测量，该美国专利文献通过引用的方式并入本文中中。
对准传感器利用辐射的斑以光学方式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，并且从而确定衬底相对于对准传感器的位置，而对准传感器进而相对于光刻设备的参考系是固定的。可以提供与不同的(粗略的和精细的)标记尺寸相关的所谓的粗略标记和精细标记，使得对准传感器可以区分周期性信号的不同周期，以及周期内的精确位置(相位)。不同节距的标记也可以用于此目的。
测量标记的位置还可以提供关于衬底上的变形的信息，在该衬底上设置有例如呈晶片网格的形式的标记。衬底的变形可能由于例如将衬底静电夹持到衬底台和/或当衬底曝光于辐射中时加热衬底而发生。
图3是已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图。辐射源RSO提供一个或更多个波长的辐射束RB，该辐射束RB通过转向光学器件而被转向到标记(诸如位于衬底W上的标记AM)上而作为照射斑SP。在此示例中，所述转向光学器件包括斑反射镜SM和物镜OL。照射所述标记AM的照射斑SP的直径可以稍微小于所述标记自身的宽度。
由所述标记AM衍射的辐射被准直(在此示例中经由物镜OL)成信息承载束IB。术语“衍射”旨在包括互补的较高衍射阶；例如：+1和-1阶衍射(标记为+1、-1)以及可选地来自所述标记的零阶衍射(这可以被称为反射)。例如在上述US6961116中所披露的类型的自参考干涉仪SRI使束IB与其自身发生干涉，然后所述束被光电检测器PD接收。可以包括附加的光学器件(未示出)以在由所述辐射源RSO产生多于一个波长的情况下提供多个单独的束。如果期望的话，光电检测器可以是单个元件，或者它可以包括多个像素。所述光电检测器可以包括传感器阵列。
在此示例中包括斑反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从所述标记反射的零阶辐射，使得信息承载束IB仅包括来自所述标记AM的更高阶衍射辐射(这对于测量而言不是必需的，但提高了信噪比)。
SRI强度信号SSI被提供给处理单元PU。通过自参考干涉仪SRI中的光学处理和单元PU中的计算处理的组合，输出所述衬底上的相对于参考系的X和Y位置的值。
图示类型的单次测量仅将所述标记的位置固定在与所述标记的一个节距相对应的特定范围内。与此结合使用更粗略的测量技术来识别正弦波的哪个周期是包含标记位置的周期。在不同波长的情况下重复更粗略和/或更精细水平的相同过程，以供提高准确度和/或稳健地检测标记，而不管制作所述标记的材料、以及在其上面和/或下面设置所述标记的材料。下面披露了执行和处理这种多波长测量的改进。
在晶片对准的情境中，正在使用或已经提出了以下方法来校正标记不对称性的标记位置(所述对准标记的不对称性导致位置误差或偏移)：OCW(最优颜色加权，如在美国公开案US2019/0094721 A1中更详细地描述的，该美国公开案通过引用的方式而被合并入本文中)、OCIW(最优颜色和强度加权，如在PCT公开案WO 2017032534 A2中更详细地描述的)和WAMM(晶片对准模型映射，如在PCT公开案WO 2019001871 A1和WO 2017060054 A1中更详细地描述的)。在这些情况中的各种情况下，都需要或期望进行参考数据的训练。这意味着，只有在如果有足够的训练数据可用并且如果所述训练数据中的过程变化代表了需要被校正的晶片中的变化的情况下，才能准确地执行这些校正。此参考数据可以由参考传感器测量，例如事后的套刻数据或重叠数据。
为了解决这个问题，已经提出使用(多个)色散模型和/或(多个)色散等式和/或(多个)色散近似式，诸如(多个)Forouhi-Bloomer色散等式/近似式、基于洛伦兹振荡器的色散模型、一个或更多个Kramers-Kronig色散关系式和/或一个或更多个Plemelj色散关系式，以在针对标记不对称的位置校正中转换所测量的强度不对称性信息(通常针对有限数量的波长而进行测量)。在WO2021/122016中披露了这样的方法，该文献通过引用的方式而被合并入本文中。这样的方法可以包括：以数学方式将强度不对称值计算成对应于标记不对称性的相位偏移值(例如，使用物理原理根据强度不对称性计算所述相位偏移)。这可以在具有测量正衍射阶和负衍射阶的强度的功能性的对准传感器上(但替代地也在套刻传感器即重叠传感器、聚焦传感器和/或调平传感器上)实现。如此，本情境中的强度测量与衍射阶+1、-1(而不是图3中的SRI强度信号SSI)相关。这种(这些)基于色散模型和/或色散等式和/或色散近似式的方法产生了基于物理第一原理的方法，它的益处在于它避免了(或至少部分地避免)对由除了所述对准传感器自身之外的传感器获得的参考数据进行训练的需要。
对准标记的不对称性导致相位偏移，该相位偏移是对由所述对准传感器测量的相位数据中被编码的位置信息的附加。强度不对称性仅由标记不对称性引起。因此，本文中所提出的方法可以使用每个衍射阶(例如，+1和-1衍射阶)的色散模型来描述所测量的强度不对称性(或相关参数，诸如幅值不对称性)，但是替代地，也可以组合衍射阶对，例如求和或相减。通过将色散模型拟合到所测量的强度数据(例如，对于许多照射条件，诸如波长/偏振或其组合)，则可以确定等效于强度/幅值不对称性的相位偏移的估计(每种波长，或所有波长共有的)。此相位偏移可以被用于确定对应的位置偏移或校正。可以并行地或顺序地执行不同照射条件的情况下的强度不对称性的测量。
注意，对确定相位偏移值或相位偏移的任何提及均可以被理解为确定位置校正，因为这些术语是同义的。
确定通用色散模型可以包括：使用来自每个波长和偏振组合的测量数据对每个目标的折射率(或类似的参数)相对于波长/偏振(或材料中的传播方向)的变化进行建模。然后，所述模型可以包括作为传递函数的所述目标的模型。
图4图示了对准标记AM的测量。示例性叠层ST包括一个或更多个层L，每个层均具有相应的属性，诸如折射率和厚度，以及这些层L下方的对准标记AM。使用由(与频率ω相关的)电场Eill(ω)所描述的对准照射来测量所述叠层，并且分别由电场E-(ω)、E+(ω)描述所捕获的衍射阶。这些场变量(通常)是复数值变量，包括电(标量)场的幅值和相位信息。对于可选的(全)矢量电场处理，可以依次单独地处理每个(正交)电场分量。此外，这些单独的问题可以可选地耦合，以便利用共性(例如共同的色散模型参数)。
在Lucas等人发表于AIP Advances 2，032144(2012)中的近期的论文“A fastFourier transform implementation of the Kramers-Kronig relations:Applicationto anomalous and left handed propagation”中(该论文通过引用的方式而被合并入本文中)，已经从简单的因果关系考虑导出了Kramers-Kronig关系。采用此教导并且将其应用于来自对准标记的复数场，对准标记的相位偏移以及因此的对准位置偏差(APD)Δ(ω)可以仅用所测量的强度来表示：
其中，HT是Hilbert变换：请参见上述Lucas的论文中的II.A和II.B部分。注意，Im()算子不是必需的，添加它是为了抑制数值噪声。
此公式在WO2021/122016中被用于基于在多种不同照射条件下在特定对准标记上所测量的强度不对称性来计算预期的对准误差。此文档描述了使用基于Kramers-Kronig的色散关系将所测量的强度不对称性信息转换为相位/位置信息，反之亦然。此类方法利用了存在于所测量的光瞳强度不对称性和由于标记变形(目标变形或结构变形)而引起的位置误差之间的色散变换关系。通过将所测量的强度不对称性转换为位置校正，这使得能够针对任何标记变形来校正所测量的对准标记位置。
然而，WO2021/122016中所披露的方法中存在缺陷。虽然其中所描述的构思背后的物理原理是合理的，但是当将这些构思应用于现实世界环境中的对准量测时存在实际限制。特别地，仅存在有限数量的波长(例如，可见光范围内的12个离散波长)可用于测量。这可能导致色散洛伦兹振荡器(仅)在可见波长范围之外的错误的或部分的解释、以及色散摆动曲线的欠采样。这些问题的根本原因是色散关系变换(为了完全准确)需要了解(例如)所有波长(从零到无穷大)的测量输入数据(例如，强度不对称性)。
因为可以用傅立叶变换来表示所述色散变换，则这些色散关系是线性的(如同傅立叶变换的情形)。如此，本文中提出仅(或主要地)利用所述色散关系的线性，而(主要地)不使用所述色散变换关系自身。这允许将对于(例如，通常是整个晶片的)未知的晶片变形的计算作为(例如)秩最小化问题来提出。为了利用线性度，则所提出的方法需要测量位于单个晶片或更多个晶片上的多个对准标记。
强度不对称测量结果表明跨整个所述晶片对所述标记变形引起的色散进行分解所需的色散特征矢量的数量。错误地计算的晶片变形将很可能增加色散特征矢量的这种数量。当包括两种偏振和/或当每个晶片位置测量多于一种目标类型(多目标)时，甚至可以更好地观察到这种增加。
所描述的主要实施例涉及强度不对称性信息的使用，以及因此涉及能够测量强度不对称性的对准传感器。然而，应该明白，本文中所描述的秩最小化方法也暗示了在不存在强度不对称性测量数据的情况下可以采用相同方法的可能性；例如，当使用诸如图3所示的基于SRI的对准传感器时。
现在将描述本文(和WO2021/122016)中所披露的构思背后的一些基本物理原理。返回参考图4，可以通过以下方式描述所衍射的(复数)场E-(ω)、E+(ω)：
对准传感器可以测量衍射阶相位差从而产生所测量的位置偏差：
其中，P是标记节距。
这样测量的位置偏差是晶片变形ΔWD和标记变形ΔMD(ω)的组合，晶片变形ΔWD是机械性的且因此不是与波长相关的，而标记变形ΔMD(ω)是与波长相关的：
Δ(ω)＝sgn(ω)·ΔWD+ΔMD(ω)
所述晶片变形是关注的参数，而标记变形是多余的参数。因此，所提出的方法的目的是确定所述晶片变形自身，而不受标记变形的影响。
除了测量相位差之外，对准传感器可以包括对准通道，以单独地测量每个衍射阶的强度I+(ω)、I-(ω)，或者两个或更多个正衍射阶和负衍射阶的强度之和。强度通道对于标记变形ΔMD(ω)是敏感的，而对于晶片变形ΔWD是不敏感的，因为晶片变形(即，光栅位置移位)仅影响衍射阶相位。
傅立叶变换F-1{E±(ω)}(t)是因果关系，并且可以在数学上证明F-1{log(E±(ω))}(t)是因果关系。基于所测量的信号 可以构建具有因果傅立叶变换F-1{G(ω)}(t)的耦合函数G(ω)：
G(ω)＝α(ω)+i(Δ(ω)-sgn(ω)·ΔWD)
其中，α(ω)是所测量的不对称性指标：
ΔMD(ω)和α(ω)的单位是相等的，并且α(-ω)＝α(ω)，这遵循时间反转对称性。因果信号满足g(t)＝u(t)g(t)，其中，脉冲响应对此进行傅立叶变换而产生卷积：
其中，H{}表示Hilbert变换。
插入所述耦合函数G(ω)＝α(ω)+i·(Δ(ω)-sgn(ω)·ΔWD)产生了两个Plemelj色散关系式：
Δ(ω)-sgn(ω)·ΔWD＝H{α(ω)}(ω)，
α(ω)＝-H{Δ(ω)-sgn(ω)·ΔWD}(ω)
这些色散关系式将所测量的不对称性指标α(ω)转化为未知的标记变形Δ(ω)-sgn(ω)·ΔWD，反之亦然。将这些色散关系式中的第一个色散关系式重写为它的Kramers-Kronig积分形式而得到：
这两个Plemelj关系式(以及因此标记变形色散)是线性的；即，
如果ΔMD,1(ω)＝H{α1(ω)}(ω)并且ΔMD,2(ω)＝H{α2(ω)}(ω)，则b1·ΔMD,1(ω)+b2·ΔMD,2(ω)＝H{b1·α1(ω)+b2·α2(ω)}(ω)，以及
如果α1(ω)＝-H{ΔMD,1(ω)}(ω)并且α2(ω)＝-H{ΔMD,2(ω)}(ω)，则b1·α1(ω)+b2·α2(ω)＝-H{b1·ΔMD,1(ω)+b2·ΔMD,2(ω)}(ω)。
引入矢量符号：G＝α+i·Δ MD，其中，测量角频率(波长)A，使得因此，可以明白的是，任何/>均可以仅使用A基矢量v而被分解为G＝b1·ν 1+b2·ν 2+…+bA·v A，假定对于每个基矢量：Im(v(ω))＝H{Re(v(ω))}(ω)，其中，Im和Re分别指代虚部和实部。
如此，提出使熵最小化以计算标记变形。使用矩阵表示符号：
其中，S部位已经在晶片上被测量，并且因此经由强度通道来测量α 1…α n，并且经由所测量的相位偏移/>来测量Δ 1…Δ S；ΔWD,1…ΔWD,S是正在寻找的参数。
可以明白，本文中所披露的算法所基于的所述耦合函数同时作用于所有所使用的波长。如此，所提出的方法可以基于使用所测量的不对称性指标α(ω)和位置偏差数据Δ(ω)(它们可以被统称为对准数据)作为输入数据，并且利用相关的关系的线性(而不是对这些关系的全面求解)来求解所述晶片变形。
另外，虽然前述WO2021/122016一次使用一个测量结果来计算晶片变形，但是在此实施例中同时使用多个测量结果(例如，来自整个晶片，尽管它们可以来自晶片的一部分或多于一个晶片)。如此，虽然所提出的方法不再执行全面的Hilbert变换，但是这是通过使用更多测量结果来补偿的。这样，可以利用有限数量的基函数来描述整个晶片。
所提出的算法(在示例中，为了简单起见，示出了单个偏振和单个目标类型)包括：将所述晶片变形确定为使的秩最小化：
正确的晶片变形使扩展单个晶片的所述标记变形色散所需的基矢量(例如，独立的基矢量和/或至少不完全相关的基矢量)的数量最少化。此算法构思可以被扩展到两种偏振(单目标类型)，例如，通过使每个偏振状态的的秩之和最小化：
所述算法构思也可以被扩展以处理不同的目标类型。为此，提出了两种选择。第一种选择是将每个另外的目标类型视为刚刚提出的等式中的附加偏振态。第二种选择是将每个另外的目标类型视为附加波长。所述第一种选择包括：单独地确定针对偏振和目标类型的每个组合的秩。然后，使所有rank()函数的总和最小化。为了使算法有效地从多个目标类型中获取附加信息，则它们应该在所述晶片上足够靠近，使得可以假设两个目标类型的晶片变形在每个目标位置上是相等的。
作为进一步的补充，也可以测量多于一对互补的衍射阶。这也导致了对于相位差和强度不对称性组合的附加测量。
通过简单的示例，考虑只有一种类型的标记变形的情况，例如底板倾斜，它的响应相对于几何变形的大小是线性的(或至少假设是线性的)并且跨晶片而变化。在这样的示例中，一个基矢量v 1将足以扩展整个晶片上的所述标记变形色散。回顾一下：
因此，对于这样的示例：
如果一个或更多个晶片变形[ΔWD,1 ΔWD,2 … ΔWD,S]是错误的，则可能需要多于一个基矢量。如此，所述强度不对称性的已知原点被传达到位置数据的未知原点。测量至少两种偏振态将有助于排除错误的解，测量多于一种目标类型和/或从接近正确解开始所述算法也将如此。
所提出的最小化可以在复数域中执行，因为这改善了强度差(例如，输入数据或所测量的不对称性指标)与标记变形之间的耦合。跨晶片的变化受到少数统计上独立的因素的限制。因此，很可能只需要一个或两个基矢量来描述这种变化。
所提出的方法描述了执行的秩最小化(例如，每个偏振)以确定晶片变形(无标记变形)。然而，秩最小化是计算密集型过程，而对准量测应该被尽可能快地执行，因为它确定了待在所述对准量测之后立即使用的前馈校正，以供在同一晶片上进行曝光。如此，仅有限的时间可计算所述晶片变形。为了解决这个问题，在实施例中，所述秩最小化步骤可以近似(并且因此被替换为)/>的核范数的最小化。核范数最小化(NNM)通常用于通过相等地收缩所有奇异值来近似该矩阵秩。因此，这种方法可以包括使/>的所有奇异值的总和最小化。如此，所提出的算法(对于单个偏振和单目标类型)可以包括确定：
其中，
并且：
其中，A≤S
其中，σa包括的奇异值。再次，对于[ΔWD,1 … ΔWD,S]T以开始估计的良好初始估计，所述算法将表现得更好。可以执行所述方法的多于一次的迭代，其中，在第一次迭代之后的每次迭代中，从前一次迭代输出的所确定的衬底变形指标值被用作下一次迭代的所估计的衬底变形指标值。
上述公开内容以基于图像的传感器和强度测量(例如，强度不对称性数据)为基础。然而，也可以仅使用来自基于自参考干涉仪的装置的相位通道数据(即，没有强度不对称性数据)来应用本文中所披露的方法。如此，所述方法至少使用相位偏移数据，所述相位偏移数据可以与强度不对称性数据是互补的。
尽管上面已经描述了本发明的具体实施例，但是将明白的是，可以用不同于所描述的方式来实践本发明。
虽然已根据晶片对准描述了以上构思，但是它们适用于其他量测方面，诸如例如：1)套刻量测或重叠量测、2)聚焦量测和3)晶片调平。
尽管以上已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻的情境中的使用，但是将明白的是，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在背景允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上创建的图案。图案形成装置的形貌可以被压入供应到衬底的抗蚀剂层中，随后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置从抗蚀剂移出，而在抗蚀剂中留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有等于或大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在1-100nm范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在情境允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。反射型部件可能用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。
可以通过以下方面来进一步描述本公开的实施例。
1.一种确定与至少一个衬底相关的衬底变形指标的方法，所述衬底变形指标描述跨所述至少一个衬底的变形，所述方法包括：
获得与使用多种照射条件对所述衬底上的多个结构进行的测量相关的对准数据；和
确定所述衬底变形指标的衬底变形指标值，所述衬底变形指标值使扩展由于所述多个结构的结构变形而引起的分散所需的基矢量的数量最少化。
2.根据方面1所述的方法，其中，所述对准数据至少包括：
不对称性数据，所述不对称性数据与由每个所述结构衍射的辐射的至少一对互补衍射阶、或至少一对互补衍射阶的总和的相应相位和/或强度或幅值之间的差异或失衡相关；和
相位偏移数据，所述相位偏移数据与所述至少一对互补衍射阶之间的相位偏移相关。
3.根据方面2所述的方法，其中，确定衬底变形指标值的步骤包括：确定使线性耦合函数的一个或更多个奇异值的秩或核范数或总和最小化的衬底变形指标值，所述线性耦合函数描述所述不对称性数据与所述结构变形之间的关系。
4.根据方面3所述的方法，其中，所述多个照射条件与多个照射和/或检测偏振状态相关；并且
所述确定衬底变形指标值包括：确定使每个所述偏振态的线性耦合函数的秩最小化的衬底变形指标值。
5.根据方面3或4所述的方法，其中，所述线性耦合函数耦合来自所有所述结构的所述对准数据。
6.根据方面3至5中任一项所述的方法，其中，所述线性耦合函数耦合在所有所述照射条件下的所述对准数据。
7.根据方面3至6中任一项所述的方法，其中，所述不对称性数据与多对互补衍射阶的相应相位和/或强度或幅值之间的差异或失衡相关；并且
所述线性耦合函数耦合遍及所有所述多对互补衍射阶的所述对准数据。
8.根据方面3至7中任一项所述的方法，其中，所述线性耦合函数包括多个秩、核范数和/或其奇异值之和的组合。
9.根据前述方面中任一项所述的方法，其中，所述多个照射条件与多个波长相关。
10.根据方面9所述的方法，其中，所述波长的数量多于所述衬底上的结构的数量。
11.根据方面9或10所述的方法，其中，所述多个结构的数量多于所述多个波长。
12.根据前述方面中任一项所述的方法，所述方法包括估计所述衬底变形指标值的初始步骤，并且所述方法包括在确定衬底变形指标值的所述步骤中使用所估计的衬底变形指标值。
13.根据方面12所述的方法，其中，估计所述衬底变形指标值的所述初始步骤包括：执行所述方法的多于一次的迭代，并且在第一次迭代之后的每次迭代中，使用从前一次迭代输出的所确定的衬底变形指标值作为所估计的衬底变形指标值。
14.根据前述方面中任一项所述的方法，其中，所述多个结构包括多于一种类型的结构。
15.根据前述方面中任一项所述的方法，其中，所述确定衬底变形指标值的步骤是在复数域中执行的。
16.根据前述方面中任一项所述的方法，其中，所述多个结构包括多个对准标记。
17.根据方面16所述的方法，包括：基于所确定的衬底变形指标值来确定对后续光刻曝光的对准校正。
18.一种计算机程序，包括程序指令，所述程序指令当在合适的设备上运行时能够操作以执行根据方面1至17中任一项所述的方法。
19.一种非暂时性计算机程序载体，包括根据方面18所述的计算机程序。
20.一种处理系统，包括处理器和储存装置，所述储存装置包括根据方面18所述的计算机程序。
21.一种对准传感器，包括根据方面20所述的处理系统。
22.一种光刻设备，包括：
用于支撑图案形成装置的图案形成装置支撑件；
用于支撑衬底的衬底支撑件；和
根据方面21所述的对准传感器。
本发明的广度和范围不应该受到任何上述示例性实施例的限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等同物来限定。

Claims (19)

1.一种确定与至少一个衬底相关的衬底变形指标的方法，所述衬底变形指标描述跨所述至少一个衬底的变形，所述方法包括：
获得与使用多种照射条件对所述衬底上的多个结构进行的测量相关的对准数据；和
确定所述衬底变形指标的衬底变形指标值，所述衬底变形指标值使扩展由于所述多个结构的结构变形而引起的分散所需的基矢量的数量最少化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对准数据至少包括：
不对称性数据，所述不对称性数据与由每个所述结构衍射的辐射的至少一对互补衍射阶、或至少一对互补衍射阶的总和的相应相位和/或强度或幅值之间的差异或失衡相关；和
相位偏移数据，所述相位偏移数据与所述至少一对互补衍射阶之间的相位偏移相关。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定衬底变形指标值的步骤包括：确定使线性耦合函数的一个或更多个奇异值的秩或核范数或总和最小化的衬底变形指标值，所述线性耦合函数描述所述不对称性数据与所述结构变形之间的关系。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述多个照射条件与多个照射和/或检测偏振状态相关；并且
所述确定衬底变形指标值包括：确定使每个所述偏振态的线性耦合函数的秩最小化的衬底变形指标值。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述线性耦合函数耦合来自所有所述结构的所述对准数据。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中，所述线性耦合函数耦合在所有所述照射条件下的所述对准数据。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，所述不对称性数据与多对互补衍射阶的相应相位和/或强度或幅值之间的差异或失衡相关；并且
所述线性耦合函数耦合遍及所有所述多对互补衍射阶的所述对准数据。
8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，所述线性耦合函数包括多个秩、核范数和/或其奇异值之和的组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个照射条件与多个波长相关。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括估计所述衬底变形指标值的初始步骤，并且所述方法包括在确定衬底变形指标值的所述步骤中使用所估计的衬底变形指标值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，估计所述衬底变形指标值的所述初始步骤包括：执行所述方法的多于一次的迭代，并且在第一次迭代之后的每次迭代中，使用从前一次迭代输出的所确定的衬底变形指标值作为所估计的衬底变形指标值。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个结构包括多于一种类型的结构。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多个结构包括多个对准标记。
14.根据权利要求13所述的方法，包括：基于所确定的衬底变形指标值来确定对后续光刻曝光的对准校正。
15.一种计算机程序，包括程序指令，所述程序指令当在合适的设备上运行时能够操作以执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
16.一种非暂时性计算机程序载体，包括根据权利要求15所述的计算机程序。
17.一种处理系统，包括处理器和储存装置，所述储存装置包括根据权利要求15所述的计算机程序。
18.一种对准传感器，包括根据权利要求17所述的处理系统。
19.一种光刻设备，包括：
用于支撑图案形成装置的图案形成装置支撑件；
用于支撑衬底的衬底支撑件；和
根据权利要求18所述的对准传感器。
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