本申请要求于2015年10月8日提交的欧洲申请15188943.3的优先权，并且通过引用而将其全文合并到本发明中。
技术领域
本发明涉及可以用于例如在通过光刻技术进行器件制造时执行量测的检查设备和方法。本发明进一步涉及一种用于这种检查设备中的照射系统，且进一步涉及使用光刻技术来制造器件的方法。本发明又进一步涉及用于实施这些方法的计算机程序产品。
背景技术：
光刻设备是将所需的图案施加至衬底(通常为衬底的目标部分)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，可替代地被称作掩模或掩模版的图案形成装置可以用于产生要在IC的单层上形成的电路图案。该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、一个或多个管芯)上。通常通过成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上实现图案的转移。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。
在使用光刻设备将图案施加至晶片之前，通常需要测量及模型化该晶片、以便在图案化期间适当地对准该晶片且校正晶片变形。光刻过程的关键性能量度为重叠：器件中的两个层中的特征的对准准确度(或同一层中通过两个图案化步骤而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。这些位置测量用以计算用于每一晶片的衬底模型。
为了改善重叠，对已经图案化的先前衬底执行额外测量，以识别和校正在图案化步骤和/或其它步骤中引入的偏差。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括用以测量诸如重叠等性能参数的扫描电子显微镜。
近来，已经开发了各种形式的散射仪用于光刻领域中，其允许大容量测量。通常，相比于可运用在图案化的过程中对当前晶片进行的对准测量而获得的空间细节，对许多之前衬底进行的这些测量提供大得多的空间细节。因此，测量的类型用于现代光刻生产设施的先进过程控制(APC)方法中。基于当前晶片的测量的衬底模型提供特定于晶片的校正，而过程模型(或多个模型)提供额外校正以校正机器中的系统性误差，例如对准误差。这些误差的原因常常在于其它处理步骤中，比如CMP(化学和机械抛光)和蚀刻，其造成对准标记的变形。标记的这种变形引起当在图案化之前在光刻设备中进行对准测量时在不同晶片间变化的对准误差。因为过程模型基于随着时间推移对许多晶片进行的取样，所以其也可以具备(例如)较大空间分辨率以及对许多其它变量的敏感度。
因为过程模型被设计为实施随着时间推移缓慢变化的变化，所以其对晶片间变化不敏感。对每一晶片进行的对准测量对晶片间变化敏感。通过除了使用衬底模型以外也使用过程模型，已有可能实现现代器件制造所需的高重叠性能。然而，仍不断地寻求甚至进一步改善光刻过程的性能。这是为了改善现有器件的良率和一致性，且允许在未来生产甚至更小的器件。
本发明人已认识到，两个模型之间的相关性可以在一些情况下引起误差的过校正或欠校正，使得原则上可校正的一些重叠误差继续存在。
技术实现要素：
本发明旨在改善光刻过程中的重叠性能。一个目标将是消除或减小已知方法中的由衬底模型与过程模型之间的相关性引起的误差的过校正或欠校正。另一目标是将迄今为止已孤立地实施的不同类型的校正和优化整合或集成到一个方法中。
根据本发明的第一方面，提供一种控制光刻设备的方法，该方法包括以下步骤：
(a)获得表示在将图案施加至多个先前衬底时光刻过程的性能的历史性能测量值；
(b)使用所述历史性能测量值计算关于所述光刻过程的过程模型；
(c)在将当前衬底加载至光刻设备中之后，测量设置在所述当前衬底上的多个对准标记的当前位置；
(d)使用测量的当前位置计算关于所述当前衬底相关的衬底模型；和
(e)将所述过程模型和所述衬底模型一起使用来控制所述光刻设备，
其中所述方法还包括：
(f)获得在处理所述先前衬底时所获得的历史位置测量值；
(g)将所述历史位置测量值和历史性能测量值一起使用计算模型映射；和
(h)应用所述模型映射修改步骤(d)中所计算的衬底模型且将被修改的衬底模型用于步骤(e)中。
本发明进一步提供一种用于光刻设备的控制系统，该控制系统包括：
用于历史性能测量值的储存器，所述历史性能测量值表示在将图案施加至多个先前衬底时光刻过程的性能；
过程模型处理器，布置用于使用所述历史性能测量值计算关于所述光刻过程的过程模型；
测量控制器，用于使得对设置于加载至所述光刻设备中的当前衬底上的多个对准标记的当前位置进行测量；
衬底模型处理器，布置用于使用测量的当前位置计算关于所述当前衬底的衬底模型；
用于历史位置测量值的储存器，所述历史位置测量值是在处理所述先前衬底时获得的；
模型映射处理器，布置用于将所述历史位置测量值和所述历史性能测量值一起使用计算模型映射；和
图案化控制器，布置成将所述过程模型和被修改的衬底模型一起使用来控制所述光刻设备。
所述控制系统的所述各种储存器、所述控制器和所述处理器是通过它们在上文的发明内容中的功能被示出，且这些功能中的两个或多于两个的功能可使用共同的硬件来实施。所述功能可以尤其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及控制器进行编程来实施。
该模型映射是所述衬底模型的参数空间与所述光刻设备所使用的用以控制图案化的参数空间之间的数学映射。通过比较历史性能数据与历史对准数据，可建立减少上文所示出的问题的模型映射。
任何参数化模型可以用作所述衬底模型和所述过程模型。在一些实施例中，所述过程模型是例如三阶或五阶多项式的二维多项式。在其它实施例中，可使用一组径向基函数。
本发明又进一步提供一种制造器件的方法，其中通过光刻过程将产品结构形成于一系列衬底上，其中通过如上文所阐述的根据本发明的第一方面的方法来测量一个或更多个被处理的衬底上的所述产品结构的属性，且其中使用测量的属性来调整所述光刻过程的参数、以用于另外衬底的处理。
本发明又进一步提供一种光刻设备，其包括如上文所阐述的根据本发明第二方面的控制系统。
本发明又进一步提供一种计算机程序产品，其包含用于实施如上文所阐述的根据本发明的方法中的计算步骤的机器可读指令的一个或更多个序列。
将根据对例示性实施例的以下描述和附图的考虑，了解本文中所披露的设备和方法的这些及其它方面和优点。
附图说明
现在将参考随附示意性附图、仅以示例的方式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部件，且在所述附图中：
图1描绘适合用于本发明的实施例中的光刻设备；
图2描绘其中可使用根据本发明的检查设备的光刻单元或光刻簇；
图3示意性地说明根据已知实务的、图1的设备中的测量和曝光过程；
图4是用于根据已知实务控制图1的设备的先进过程控制方法的示意图；
图5说明在图4的方法中衬底模型和过程模型的实施；
图6说明根据本发明第一实施例的用模型映射的被修改的方法的实施；和
图7说明根据本发明第二实施例的用模型映射的被修改的方法的实施。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，有指导性的是呈现可实施本发明的实施例的示例环境。
图1示意性地描绘了一种光刻设备。该光刻设备包括：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精确地定位衬底；和投影系统(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，并且用作用于设定、测量图案形成装置和衬底的位置以及在图案形成装置和衬底上的特征的位置的参考物。
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，或者它们的任意组合，用以对辐射进行引导、成形或控制。例如在使用极紫外(EUV)辐射的设备中，通常将使用反射型光学部件。
图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、以及诸如图案形成装置是否被保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的、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可以是框架或台，例如，它可以根据需要而是固定的或者可移动的。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位于期望的位置。
本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示下述任何装置：该装置能够用于将图案在辐射束的横截面中赋予辐射束，以便在衬底的目标部分中产生图案。应该注意，赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分中期望的图案完全对应(例如，如果该图案包括相移特征或者所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将会与在目标部分(例如集成电路)中形成的器件中的特定的功能层相对应。
如本文中所述，所述设备可以是透射型的(例如，使用透射式图案形成装置)。可替代地，所述设备可以是反射型的(例如，使用上文所提及类型的可编程反射镜阵列，或者使用反射掩模)。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。可以认为本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”是与更加上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”还可以解释为表示这样的装置：即以数字形式存储图案信息，以用于控制这种可编程图案形成装置。
本文中使用的术语“投影系统”应该被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、电磁型以及静电型光学系统或者它们的任意组合，如对于所使用的曝光辐射或者诸如使用浸没液体或使用真空等其它因素所适合的。可以认为本文中使用的任何术语“投影透镜”是与更加上位的术语“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，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如掩模与投影系统之间的空间。现有技术中公知的是，浸没技术能够用于增加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。该辐射源和光刻设备可以是分离开的实体(例如当辐射源是准分子激光器时)。在这种情况下，不将辐射源视为形成光刻设备的一部分，并且借助包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD来将辐射束从辐射源SO传到照射器IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备的组成部分(例如当辐射源是汞灯时)。可以将辐射源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起称作辐射系统。
照射器IL可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD、积分器IN和聚光器CO。可以将照射器用于调节辐射束，以便在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到被保持于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。在已经横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，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。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉量测装置、线性编码器、2-D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，第一定位器PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA，例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间。
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。尽管衬底对准标记(如图所示)占据了专用目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间中(这些标记已知为划线对准标记)。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。小对准标记也可以在器件特征当中包括于管芯内，在此情况下，需要使标识尽可能地小且相比于邻近特征无需任何不同的成像或过程条件。下文中进一步描述检测对准标识的对准系统。
可以在多种模式中使用所描绘的设备。在扫描模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上时，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(即，单次动态曝光)。可通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度及方向。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。如在现有技术中公知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓“无掩模”光刻术中，使可编程图案形成装置保持静止，但具有改变的图案，且移动或扫描衬底台WT。
也可以使用对上文所描述的使用模式的组合和/或变形，或者使用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、WTb和两个站——曝光站EXP和测量站MEA，衬底台可以在曝光站和测量站之间进行交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站处的另一衬底台上，且执行各种预备步骤。这使得能够较大地增加设备的生产量。预备步骤可以包括使用水平传感器LS对衬底的表面高度廓线进行绘图和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标识的位置。如果位置传感器IF不能够在衬底台处于测量站以及处于曝光站的同时测量衬底台的位置，则可提供第二位置传感器以使能够在两个站处追踪衬底台相对于参考框架RF的位置。代替所示的双平台布置，其它布置是已知的且可以用的。例如，在其中设置有衬底台和测量台的其它光刻设备是已知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，且接着在衬底台经历曝光时不对接。
如图2所示，光刻设备LA构成光刻单元LC的一部分，有时也称为光刻元或光刻簇，光刻单元LC还可以包括用于在衬底上进行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理设备之间移动衬底，然后将其传送到光刻设备的进料台LB。这些装置通常统称为轨道，并且由轨道控制单元TCU控制，该轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也通过光刻术控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和处理效率。
为了正确且一致地曝光由光刻设备所曝光的衬底，期望检查曝光后的衬底、以测量诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等属性。由此，其中定位光刻元LC的制造设施也包括量测系统MET，该量测系统MET接收已在光刻元中被处理的衬底W中的一些或全部。将量测结果直接或间接地提供至管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可对后续衬底的曝光进行调整。
在量测系统MET内，使用检查设备以确定衬底的属性，且尤其是确定不同衬底或同一衬底的不同层的属性如何在不同层间变化。检查设备可以集成到光刻设备LA或光刻元LC中，或可以是单独的装置。为了实现最快速的测量，可能需要使检查设备紧接着曝光之后测量经曝光的抗蚀剂层中的属性。然而，并非所有检查设备都具有足够敏感度、以对潜影进行有用的测量。因此，可以在曝光后焙烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后焙烤步骤(PEB)通常是对经曝光的衬底进行的第一步骤，且增加抗蚀剂的经曝光部分与未经曝光部分之间的对比度。在此阶段，抗蚀剂中的图像可被称作半潜影(semi-latent)。也可能对经显影的抗蚀剂图像进行测量一此时已移除抗蚀剂的经曝光或未经曝光的部分。此外，已经曝光的衬底可被剥离且被返工以改善良率，或被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步的处理。在衬底的仅一些目标部分是有缺陷的情况下，可仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。
运用量测系统MET的量测步骤也可以在抗蚀剂图案已被蚀刻至产品层中之后完成。后一可能性限制返工有缺陷的衬底的可能性，但可提供关于制造过程整体上的性能的额外信息。
对准过程背景
图3说明用于在图1的双平台设备或双载物台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如，管芯)的步骤。首先将描述根据常规实践的过程。
测量站MEA处所执行的步骤是在虚线框内的左手侧，而右手侧示出曝光站EXP处所执行的步骤。经常，衬底台WTa、WTb中的一者将在曝光站处，而另一者是在测量站处，如上文所描述。出于此描述的目的，假定衬底W已经被加载至曝光站中。在步骤200处，通过图中未示出的机构将新衬底W’加载至所述设备。并行地处理这两个衬底，以便增加光刻设备的生产量。
最初参考新加载的衬底W’，此衬底可以是先前未被处理的衬底，是用新光致抗蚀剂制备以供在所述设备中的第一次曝光使用。然而，一般地，所描述的光刻过程将仅仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经通过此设备和/或其它光刻设备几次，且也可以经历后续过程。特别针对改善重叠性能的问题，任务将是确保新图案被正确地施加于已经经受图案化和处理的一个或更多个循环的衬底上的正确位置中。每一图案化步骤可以在所施加的图案中引入位置偏差，而后续处理步骤在衬底和/或施加至衬底的图案中渐进地引入变形，这些必须被测量和被校正、以获得令人满意的重叠性能。
可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续的图案化步骤(如刚才所提及)，且甚至可在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续图案化步骤。例如，器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠等参数上要求极高的一些层相比于要求较不高的其它层可以在更先进的光刻工具中予以执行。因此，一些层可曝光于浸没类型光刻工具中，而其它层曝光于“干式”工具中。一些层可曝光于在DUV波长下工作的工具中，而其它层是使用EUV波长辐射来曝光。一些层可通过作为所示出的光刻设备中的曝光的替代或补充的步骤而被图案化。这些替代和补充技术包括例如压印光刻术、自对准多重图案化和定向自组装。
在202处，将使用衬底标记P1等等和图像传感器(图中未示出)的对准测量用以测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。附加地，将使用对准传感器AS来测量横过衬底W’的几个对准标记。这些测量在一实施例中用以建立衬底模型(有时被称作“晶片栅格”)，该衬底模型极准确地映射横过衬底的标记的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。
在步骤204处，还使用水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)图。主要地，高度图仅用以实现经曝光图案的精确聚焦。可另外出于其它目的使用高度图。
当加载衬底W’时，接收选配方案数据206，其定义待执行的曝光，且还定义晶片、先前产生的图案和待产生于晶片上的图案的属性。将在202、204处进行的晶片位置、晶片栅格和高度图的测量值添加至这些选配方案数据，使得可以将完整的一组选配方案和测量数据208传递至曝光站EXP。对准数据的测量值例如包括以与产品图案(所述产品图案是光刻过程的产品)成固定或名义上固定的关系而形成的对准目标的X位置和Y位置。就在曝光之前获得的这些对准数据用以产生对准模型，对准模型具有将模型与数据拟合的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间使用，以校正当前光刻步骤中所施加的图案的位置。在使用中的模型内插测量的位置之间的位置偏差。传统的对准模型可能包括四个、五个或六个参数，所述参数一起以不同尺寸界定“理想”栅格的平移、旋转及缩放。如US2013230797A1中进一步所描述的，使用较多参数的先进模型是已知的。
在210处，调换晶片W’与W，使得测量的衬底W’变成衬底W而进入曝光站EXP。在图1的示例设备中，通过交换设备内的支撑件WTa和WTb来执行这一调换，使得衬底W、W’保持精确地被夹持且定位于那些支撑件上，以保持衬底台与衬底自身之间的相对对准。因此，一旦已调换所述台，为了利用用于衬底W(以前为W’)的测量信息202和204、以控制曝光步骤，就必需确定投影系统PS与衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置。在步骤212处，使用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动和辐射脉冲施加于横过衬底W的相继目标部位处，以便完成数个图案的曝光。
通过在执行曝光步骤中使用测量站处所获得的对准数据和高度图，使这些图案相对于所希望的部位精确地对准，且具体地说，相对于先前放置于同一衬底上的特征精确地对准。在步骤220处，从设备被卸除、现在被标注为W”的经曝光的衬底根据经曝光的图案使其经历蚀刻或其它过程。使用历史性能数据进行的先进过程控制
为了获得最佳性能，除了在将当前衬底加载至光刻设备中时进行的测量以外，还通常使用关于光刻过程的历史性能数据。出于此目的，使用量测系统MET(图2)进行性能的测量。可实施不同形式的先进过程控制。图4仅说明一个示例，其实施已知的稳定性控制方法。
图4描绘一种稳定性模块300。此模块为例如运行于例如图2的控制单元LACU或管理控制系统SCS内的处理器上的应用程序。示出了被标注为1、2、3的三个主过程控制回路。第一回路使用稳定性模块300和监测晶片来提供光刻设备的局部控制。监测晶片302被示出为从光刻元304穿过，光刻元304可以是例如图2的光刻元LC。监测晶片304已使用校准图案来曝光、以设定用于聚焦和重叠的“基线”参数。稍后，量测工具306读取这些基线参数，所述基线参数接着通过稳定性模块300而被解译、以便计算特定于此光刻单元的稳定性校正308。可以将此性能数据反馈至光刻元304，且当执行另外曝光时使用该性能数据。监测晶片的曝光可能涉及将标记的图案印制于参考标记的顶部上。通过测量顶部标记与底部标记之间的重叠误差，可测量光刻设备的性能的偏差，即使在晶片已从所述设备移除且将晶片置放于量测工具中时。
第二(APC)控制回路基于实际产品晶片上的诸如聚焦、剂量和重叠等性能参数的测量。使经曝光的产品晶片320穿过至量测工具322，量测工具322可以与第一控制回路中的量测工具306相同或不同于第一控制回路中的量测工具306。在322处，确定关于例如诸如临界尺寸、侧壁角和重叠等参数的信息，且将所述信息传递至先进过程控制(APC)模块324。此数据也被传递至稳定性模块300。计算过程校正326，且由管理控制系统(SCS)328使用过程校正326，以提供对光刻元304的控制，与稳定性模块300连通。
第三控制回路将允许例如在双重图案化应用中将量测合并或集成至第二(APC)控制回路中。使经蚀刻的晶片330穿过至量测单元332，量测单元332再次可相同于或不同于用于第一和/或第二控制回路中的量测工具306、322。量测工具332测量从晶片读取的诸如临界尺寸、侧壁角和重叠等性能参数。将这些参数传递至先进过程控制(APC)模块324。该回路以与第二回路相同的方式继续。
衬底模型映射--背景
为了实现重叠性能，应相对于已经在衬底上的图案来正确地定位新图案，而不仅仅是定位于某名义上“正确”的位置处。从以上描述，应理解，实施几种不同机制以获得诸如重叠等参数的高性能。
图5概述这些机制，因为它们涉及在控制光刻设备LA的已知方法中对当前衬底的图案化操作。在402处，通过光刻设备使用其对准传感器AS以参考图3所描述的方式来测量当前衬底的位置偏差。在404处，根据当前衬底的位置测量值计算衬底模型SM，该衬底模型SM在施加图案时在408处允许通过光刻设备应用特定于衬底的校正(substrate-specific correction)。
另外，在412处，储存对先前衬底上的性能的测量值，以提供历史性能数据。此历史性能数据在414处用以计算一个或更多个过程模型PM，一个或更多个过程模型PM表示特定光刻设备和与当前衬底相关的其它处理设备的性能。这些计算可例如是在图4的示例的控制回路中进行的计算。
在416处，组合衬底模型和过程模型，以产生完整的衬底和过程校正模型PSM。在使用组合的模型的情况下，光刻设备408计算校正、使得可以将新图案施加至每一衬底，以不仅校正已经在衬底上的特征的位置偏差、而且校正图案化和其它处理步骤的性能的偏差。
理想地，衬底模型将仅校正未通过过程模型校正的那些偏差，反之亦然。本发明人已认识到，在已知的系统中，可以在通过衬底模型校正的对准偏差与经由过程模型校正的重叠误差之间出现相关性元素。此相关性可引起误差的过校正或欠校正。根据本公开内容，通过识别和消除这些相关性，可进一步改善(特别就重叠而言)光刻过程整体上的性能。
虽然过程模型PM和衬底模型SM可以以单数形式被提及，但本领域普通技术人员将理解，这些模型中的任一者或两者可以是两个或多于两个子模型的迭加。过程模型可以包括用于光刻设备的性能和其它处理步骤的性能的子模型，但在本公开内容中为了简单起见，基于历史性能数据的所有模型都被简单地看作过程模型。作为常见示例，过程模型可以包括场间模型和场内模型。场间模型表示与衬底上的位置相关的性能变化，而场内模型表示倾向于在衬底的每一目标部分(场)中重复的变化。这些模型中的每一者可进一步再分成子模型。这些模型中的任一者或两者可以包括特定用于特定产品设计的子模型和为数个产品设计所共有的子模型。额外模型可以为暂时效应而应用校正，诸如透镜、掩模版和/或衬底的加热。稳定性模块产生另一子模型，其表示实际性能从基于历史性能测量值的过程模型的逐日漂移。
相似地，衬底模型在实际中可以包括两个或多于两个子模型的组合。通常，例如，将首先拟合四参数(4PAR)模型。接着将具有高阶变化的第二模型拟合于4PAR模型的残差上。(残差包括未通过4PAR模型模型化的位置偏差)。高阶模型可以是例如六参数(6PAR)模型、第3阶多项式模型，或基于径向基函数的模型。因此，术语“衬底模型”涵盖两个或多于两个子模型的组合。此外，如同过程模型一样，衬底模型可以包括场内模型以及场间模型。在一示例中，针对当前衬底上的小数目的场，测量多个对准标记，且使用所述对准标记拟合场内衬底模型。在那种情况下，衬底模型实际上为三个子模型的组合：4PAR衬底模型、高阶场间衬底模型和场内衬底模型。每一相继的模型表示愈来愈小的偏差，但每一模型有助于减小重叠一另一小量，这在现代半导体制造中是关键的。
图6示出控制光刻设备的被修改的方法，其实施衬底模型映射、以解决由已知过程中的衬底模型与过程模型之间的相关性造成的问题。步骤502至516对应于图5的已知方法中的类似编号的步骤402至416。将描述用于实施衬底模型映射的一些额外步骤和细节。首先将概要地描述衬底模型映射。另外在下文中，将提供示例性实施方式的数学基础和更多的细节。
相比于图5的方法，图6的方法中的主要改变为：在步骤520处，将衬底模型映射应用于衬底模型SM，之后在步骤516处组合衬底模型SM与过程模型PM。所应用的映射在一示例中由映射矩阵M界定。在步骤514内，计算待应用的映射，以及过程模型PM。为了进行此计算，步骤514不仅接收历史性能数据512，而且接收在522处存储的对应历史位置测量值。这些对应历史位置测量值包括在先前衬底被图案化时通过(同一或另一个)光刻设备获得的对准测量值。所述对准测量值结合历史性能数据而被使用，以识别和抑制上文所描述的类型的相关性。除了历史位置测量值以外，也在步骤514中储存和使用相关历史校正524。具体地，在526处，在每一先前衬底的图案化期间所应用的校正实际上未被做(例如，从历史性能数据减去所述校正)，以在使用校正之前重新生成存在于先前衬底上的实际位置偏差。这些实际位置偏差(最佳地，它们可从先前图案化之前和之后所进行的测量中得知)表示可以在图案化每一先前衬底时已应用的最优校正。
作为对在步骤524处储存的实际校正的替代方案，可以储存的是在先前衬底的处理中所应用的模型和校正的定义。在给出与给定的先前衬底相关的历史位置数据和历史性能数据的情况下，可重新生成应该已经应用的校正。在步骤530处，比较用于每一先前衬底的实际位置偏差与测量后的位置数据，以识别上文所提及的相关性。识别的相关性用以界定在520处所应用的过程模型和衬底模型映射。在已应用映射之后的衬底模型被标注为SM’。
衬底模型映射可例如以矩阵M的形式来表达，如下文进一步所描述。衬底模型映射可以是线性投影，或非线性投影。一般而言，将在由各自的参数集合界定的多维空间中表达每一模型SM、PM。所述参数集合可以是第一阶变换参数，诸如界定简单旋转和放大的公知的6PAR模型。该参数集合可以用于高阶模型，诸如第三阶或第五阶多项式模型。多项式可以在笛卡尔坐标系X和Y中，或它们可以在提供旋转对称性模式(诸如泽尔尼克多项式等)的坐标中。在一些实施例中，模型映射可以是从被衬底模型占据的多维空间至被过程模型占据的不同的多维空间的映射。
模型映射可以是子空间映射。衬底模型中的自由度的数目可不同于过程模型中的自由度的数目。通常，在步骤402或502处对每一当前衬底进行的测量的数目远低于可对脱机量测工具306、322、332中的几个衬底进行的测量的数目。因此，精细空间细节通常将集中于场间和场内过程模型中，而衬底模型SM描述较广的偏差。在现代示例性过程中，衬底模型可以是例如第三阶多项式模型。空间维度X和Y中的第三阶多项式可具有大约二十个参数，每一参数表示一不同自由度。(在此模型内实际上存在两个10参数模型；一个模型用于在X方向上的偏差，一个模型用于在Y方向上的偏差。可以用另一模型一起表示在两个方向上的偏差)。过程模型PM可以是例如第五阶模型，其具有42个参数，结果相比于衬底模型具有更大数目的自由度。组合的衬底和过程模型PSM将具有相似数目的自由度。在一些示例中，过程模型的参数为衬底模型的参数的超集，使得步骤416处的组合为简单相加。在其它情况下，可能需要在相加之前执行多维空间之间的某种变换。此为实施的细节。在任一情况下，在步骤520处的衬底模型映射可利用这些额外自由度，以减小上文所提及的相关性的效应。
在模型映射之后，衬底模型SM’的维度的数目不增加，且它们可均匀地减少。然而(在线性映射的示例中)，现在依据组合的衬底和过程模型PSM的较高维参数空间中的基向量来表达衬底模型SM’的维度，且不将衬底模型SM’的维度约束至原始衬底模型的自由度。如所提及，也可以设想非线性映射，且线性映射仅用作一示例。过程模型相比于衬底模型具有更多自由度的情况仅为典型情形，且并不要求受益于本文中所披露的模型映射方法。
在将子空间映射用于步骤520中之前，可进一步减少子空间映射的维度。如下文中所解释，这可以用以消除不显著分量或可能放大成品模型中的过程改变的效应的分量。如下文进一步所解释，可通过执行模型映射矩阵的奇异值分解(SVD)和修改该奇异值分解的缩放矩阵中的某些分量来减少维度。SVD仅为合适方法的一个示例，且可使用其它方法，诸如主成份分析、典型变量分析(CVA)(也被称为典型相关性分析(CCA))或离散经验内插法(DEIM)。
衬底模型映射--数学基础和实施
为了解释上文所描述的技术的理论和实施，我们以一些定义和标记法开始。出于方便的原因以及对半导体处理的熟悉，我们应参考晶片作为衬底的示例。衬底模型SM可被称作晶片对准模型。本文中所披露的方法可以应用于其它类型的衬底，而不仅是半导体晶片。
我们假定矩阵X是从对多个晶片上的对准传感器测量而获得的晶片对准模型参数。例如，这些参数可以是用于第三阶多项式模型的二十个系数。因此，矩阵的维度是晶片的数目乘以晶片对准模型中的参数的数目(X＝[nwafers×nparams])。应该注意的是，模型可以被界定为表示从理想栅格的偏差，或被设计为表示晶片上的点的完全绝对位置。对于不同子模型，两者都是可以的。在一示例中，我们让模型包含完全绝对位置(名义位置加位置偏差)，但我们在4PAR模型中捕捉名义位置。高阶模型(例如，多项式或径向基函数)则仅表示残差。此仅为一项实施选择。我们将OVL定义为与用于相同晶片的重叠测量结果(历史性能数据)相对应的参数(例如，第五阶多项式系数)。为了论据简单起见，我们假定晶片对准模型参数是重叠模型参数的子集(或子空间)，使得我们可执行简单操作，比如使其相加/相减。(若晶片对准模型参数不为重叠模型参数的子集，则它们将需要在被相加/相减之前被变换)。
在光刻设备步骤408/508中，从上文所描述的模型导出校正。我们接着将晶片对准校正表示为Cwa，它们是针对每一晶片从晶片对准模型(图4和图5中的衬底模型SM)导出的曝光校正。接着将过程校正(例如通过图4的APC控制回路所计算的)表示为Capc。应该注意的是，所有这些校正是描述多个晶片的参数的矩阵，正如X。从这些参数，我们可以将最优校正Y的最优估计导出为：
Y＝Cwa+Capc-OVL (1)
如已经参考图6所解释的，最优校正是为了获得完美重叠而应在图案化(曝光)期间已进行校正的(以基于历史性能数据的事后之见)。应该注意的是，尽管以这些矩阵表示多个晶片，但此方程式基于单一晶片计算“最佳”校正。矩阵X的每一列表示一不同参数，该矩阵的每一行表示一不同晶片：X＝[nwafers×nparams]。OVL之前的负号来自如下事实：在重叠测量期间，被测量的是第二层中的特征的位置减去第一层中的特征的位置。晶片对准是基于在施加图案之前的仅第一层的测量。应该注意的是，不可能在图案化步骤中使用这些“最优校正”Y，因为在可测量OVL误差之前进行曝光。然而，如在图4的方法中的APC控制回路中看到，来自先前衬底的重叠和对准数据可以用以校正对当前和未来衬底的操作。
已知的APC控制回路目的在于基于来自先前晶片的对准和重叠数据计算最优校正，以试图通过基于当前晶片(衬底模型SM)的测量的变形的衬底校正加使用APC控制回路(过程模型PM)从历史数据所获得的过程校正的组合而尽可能地近似“真实晶片变形”Y：
当前通过线内校准来更新APC控制回路中的过程校正，其可以以简化方式被写为：
其中表示多个晶片上的X的平均值，Capc-new是对于未来晶片的被新校准的过程校正，且是过去晶片的实际应用的过程校正。
现在，图6中所说明的被修改的方法是通过用新方程式替换用于已知过程校正(方程式(2))的近似方法而组成的：
方程式(4)涉及矩阵乘法以及APC过程校正。矩阵M可被认为是模型映射矩阵，其界定从晶片对准模型参数空间(X)至重叠模型参数空间(Y)的映射。通过添加该模型映射步骤(步骤520)，被修改的控制方法相比于来自方程式(2)的当前方法具有更进一步改善重叠的潜力。控制回路中的校准计算可以被修改、以不仅计算过程校正Capc，而且计算模型映射矩阵M。若需要使用非线性映射，则可使用较普遍的映射函数而非映射矩阵。
基于历史数据进行的模型映射的计算可通过任何合适的训练方法来进行。可使用以下方程式应用相似于温纳滤波器(Wiener filter)的方法：
其中pinv表示伪反函数，且‘指示矩阵的转置。方程式(5)中的第二行被呈现为仅用以说明与温纳滤波器的相似性。可使用来自过去的重叠和晶片对准测量(例如作为被修改的APC控制回路的一部分)训练模型映射矩阵M和过程校正Capc两者。该训练有效地识别晶片对准与重叠之间的相关性。使用模型映射会从衬底模型有效地移除将经由过程模型而被校正的贡献。过校正或通过被映射的衬底模型，但消除了相关贡献的过校正和欠校正。
子空间映射
如上文所提及，也可以例如通过应用已知统计技术而减少被映射的衬底模型的维度。通过将奇异值分解应用于例如矩阵M，可以将方程式(4)写为：
其中U和V是正交坐标变换矩阵，S是包含矩阵M的奇异值的对角矩阵。表达式XU和YV在此情况下可分别被认为是X和Y的参数空间的子空间。每一子空间具有由基向量依据参数空间的参数而界定的维度。来自XU的每一单基向量以来自S的对应奇异值作为缩放因子而被映射至单一基向量YV上。通过删除选定的奇异值(将它们设定为零)，可以将映射限于原始模型参数空间的线性子空间。
删除奇异值等效于移除矩阵U和V的列。应该注意的是，S、XU和YV中的值可以用以选择拒绝哪些“子空间”参数以及维持哪些“子空间”参数。例如，S提供参数的缩放。若缩放因子极低(接近0)，则这意味着子空间基向量对于重叠不相关，且可被舍弃。舍弃这些项有助于减少处理，且使显著贡献更可见(若希望获得对重叠误差的原因的洞察力)。例如，当前层中的由光刻设备引入的位置偏差的图案实际上可与在曝光先前层时由同一设备引入的偏差的图案相同。这是可能存在、但与重叠不相关且因此不应通过衬底模型而被校正(即使在衬底的测量中出现，且初看起来就可以在衬底模型中被校正)的误差的示例。较显著地，如果结合XU中的极弱模型参数，S提供(极其)大奇异值(缩放因子)，则可能想要删除此基向量。这样的贡献并不是鲁棒性的或可靠的，且可以在输入测量中存在随机变化的情况下引入相对大误差。
在运用或不运用子空间映射的情况下，一旦已针对历史数据计算模型映射矩阵M，就可以将该模型映射矩阵M递送至光刻设备，以用于以图6中所示的方式映射衬底模型。因此，改善当前衬底上的重叠。可以将模型映射例如作为图3中所看到的选配方案数据206的一部分来传送。
作为额外益处，该方法也可以改善在衬底模型中不可直接校正(归因于受限制的自由度)、但与衬底模型的参数相关的特定于晶片的变形的校正。
应用于多颜色对准
被修改的方法可以用以实施将另外在控制方法中需要特定步骤的改善。作为一示例，已知的是，对准传感器AS的响应在不同波长(颜色)是不同的，且每一应用依赖于特定材料和给定衬底的处理而需要一不同颜色或颜色的组合。难以“看到”对准标记，这是因为它们内埋于后续产品层的下方。此外，标记自身可以在处理期间发生变形，从而使对准传感器结果为更依赖于颜色。用以处理该问题的一种方法是在对准传感器中使用多个颜色，且从所述颜色中选择“最佳”信号，或使用颜色的加权组合。例如在已公开的专利申请WO2014146906A2中描述此传感器的示例。在一些实施例中，除了不同颜色以外，还可以使用不同偏振。
如图7中所示，模型映射方法可易于适合于实施不同颜色信号的选择和加权。该方法的步骤和组成与在图6中的相同，但在对准传感器和衬底模型中示出四个颜色通道。所述颜色通道被标注为红色(R)、绿色(G)、近红外线(NIR)和远红外线(FIR)。另一对准传感器可能具有更多通道。每一颜色通道具有其自有的、具有全参数集合的衬底模型SM。训练方法可简单地从组合中的所有颜色信号导出最佳衬底模型，而不是分别地尝试以确定用于给定衬底的最佳通道。在使用奇异值分解的实施例中，产生最可靠的位置信号的颜色通道将以矩阵S中的最强缩放因子而结束。另一通道将具有较低缩放因子，或为零。
如所提及，除了用于不同颜色的通道，另一对准传感器还可以具有用于光的不同偏振的通道。在本说明书中，不同颜色可仅仅被视为使用辐射的不同特性的一个示例。这些不同特性可由它们的波长、偏振、照射分布或可发现在不同过程条件下能用于区别对准标记的任何其它参数的组合来界定。
在以下编号的方面中提供根据本发明的另外实施例：
1.一种控制光刻设备的方法，该方法包括以下步骤：
(a)获得表示在将图案施加至多个先前衬底时的光刻过程的性能的历史性能测量值；
(b)使用所述历史性能测量值计算关于该光刻过程的过程模型；
(c)在将当前衬底加载至光刻设备中之后，测量设置在该当前衬底上的多个对准标记的当前位置；
(d)使用测量的所述当前位置计算关于该当前衬底的衬底模型；和
(e)将该过程模型和该衬底模型一起使用来控制该光刻设备，其中该方法还包括：
(f)获得在处理所述先前衬底时所获得的历史位置测量值；
(g)将所述历史位置测量值和所述历史性能测量值一起使用计算模型映射；和
(h)应用该模型映射修改步骤(d)中所计算的该衬底模型且将被修改的衬底模型用于步骤(e)中。
2.如方面1所述的方法，其中该模型映射是子空间映射，从被该衬底模型占据的多维空间映射至被所述过程模型占据的多维空间的子空间。
3.如方面2所述的方法，其中步骤(f)还包括在将该子空间映射用于步骤(g)中之前减少该子空间映射的维度。
4.如方面3所述的方法，其中减少所述维度包括：执行子空间映射矩阵的奇异值分解；和修改该奇异值分解的缩放矩阵中的某些分量。
5.如方面4所述的方法，其中修改该缩放矩阵的某些分量包括将那些分量设定为零。
6.如方面3所述的方法，其中缩减所述维度包括执行如下各项中的至少一项：主成份分析、典型变量分析、典型相关性分析和离散经验内插法。
7.如方面1至6中任一方面所述的方法，其中在步骤(g)中，将所述历史性能测量值和所述历史位置测量值与表示在处理所述先前衬底时所应用的校正的历史校正数据一起使用。
8.如方面1至7中任一方面所述的方法，其中相比于该过程模型，以较少自由度计算该衬底模型。
9.如方面8所述的方法，其中该模型映射使用与该过程模型相同的自由度来表达该衬底模型。
10.如方面8或9所述的方法，其中该过程模型的所述自由度是该衬底模型的所述自由度的超集。
11.如方面1至10中任一方面所述的方法，其中该过程模型包括场间模型和场内模型。
12.如方面1至11中任一方面所述的方法，其中该衬底模型包括场间模型和场内模型。
13.一种用于光刻设备的控制系统，该控制系统包括：
用于历史性能测量值的储存器，所述历史性能测量值表示在将图案施加至多个先前衬底时的光刻过程的性能；
过程模型处理器，布置成使用所述历史性能测量值以计算关于该光刻过程的过程模型；
测量控制器，用于使得对设置于加载至该光刻设备中的当前衬底上的多个对准标记的当前位置进行测量；
衬底模型处理器，布置成使用测量的当前位置计算关于该当前衬底的衬底模型；
用于历史位置测量值的储存器，所述历史位置测量值是在处理所述先前衬底时获得的；
模型映射处理器，布置成将所述历史位置测量值和所述历史性能测量值一起使用来计算模型映射；和
图案化控制器，布置成将该过程模型和该被修改的衬底模型一起使用来控制该光刻设备。
14.如方面13所述的控制系统，其中该模型映射是子空间映射，从被该衬底模型占据的多维空间映射至被该过程模型占据的多维空间的子空间。
15.如方面14所述的控制系统，其中该模型映射处理器进一步布置成在该子空间映射用以修改该衬底模型之前减少该子空间映射的维度。
16.如方面14所述的控制系统，其中减少该维度包括：执行子空间映射矩阵的奇异值分解；和修改该奇异值分解的缩放矩阵中的某些分量。
17.如方面16所述的控制系统，其中修改该缩放矩阵的某些分量包括将那些分量设定为零。
18.如方面15所述的控制系统，其中减少该维度包括执行如下各项中的至少一项：主成份分析；典型变量分析；典型相关性分析；和离散经验内插法。
19.如方面13至18中任一方面所述的控制系统，其中为了计算该模型映射，将所述历史性能测量值和所述历史位置测量值与表示在处理所述先前衬底时所应用的校正的历史校正数据一起使用。
20.如方面13至19中任一方面所述的控制系统，其中相比于所述过程模型，以较少自由度计算所述衬底模型。
21.如方面20所述的控制系统，其中所述模型映射使用与所述过程模型相同的自由度来表达所述衬底模型。
22.如方面20或21所述的控制系统，其中所述过程模型的所述自由度是所述衬底模型的所述自由度的超集。
23.如方面13至22中任一方面所述的控制系统，其中所述过程模型包括场间模型和场内模型。
24.如方面13至23中任一方面所述的控制系统，其中所述衬底模型包括场间模型和场内模型。
25.一种制造器件的方法，其中通过光刻过程将器件特征和量测目标形成于一系列衬底上，其中通过如方面1至12中任一方面所述的方法来测量一个或更多个被处理的衬底上的所述量测目标的属性，且其中使用测量的属性调整所述光刻过程的参数、以用于另外衬底的处理。
26.一种光刻设备，包括测量系统、图案化系统和控制系统，所述控制系统是如方面13至24中任一方面所述的控制系统。
27.一种包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序产品，所述机器可读指令用于实施如方面1至12中任一方面所述的方法的步骤。
28.一种包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序产品，所述机器可读指令用于使处理装置或处理装置的系统实施如方面13至24中任一方面所述的控制系统。
结论
通过本文中所披露的技术，可运用模型映射来修改用于校正所接收的衬底中和图案化过程中的位置偏差的当前现有方法。这样，该方法可更好地建立晶片对准与重叠之间的相关性，且避免系统性的过校正和欠校正。
可使用在图案化之后对先前衬底所测量的历史性能数据和在图案化之前对先前衬底所测量的对准数据一起训练模型映射和过程校正两者。训练计算可集成于现有的先进过程控制回路中或新控制系统中。无需新硬件就能获得改善的重叠性能。
分解模型映射矩阵可被应用以带来另外的益处。在使用例如奇异值分解的情况下，可选择相关的子空间。可以在优化所获的重叠的同时避免不必要的处理。
如果衬底模型包括用于多个传感器通道的模型参数，例如，不同对准颜色或不同信号处理算法，则模型映射也可以使用标记变形的颜色间和形状信息属性(“本征晶片”)来解决关于过程相依性和/或标记变形的问题。
可分析来自模型映射(例如来自奇异值分解)的信息，以获得对变形和重叠误差的性质及潜在地变形和重叠误差的根本原因的洞察力。
与光刻设备和光刻元LC的硬件相关联地，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令用于使光刻制造系统的处理器实施如上文所描述的模型映射和控制的方法。可例如在用于图像计算/控制过程的单独计算机系统中执行此计算机程序。替代地，可全部地或部分地在处理器、量测工具内和/或图1至图2的控制单元LACU和/或管理控制系统SCS内执行计算步骤。也可以提供其中储存有呈非暂时形式的这样的计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。
尽管上文可以对在光学光刻术的情形中对本发明的实施例的使用做出了具体参考，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用(例如压印光刻术)中。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌印制到被提供至衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。
以上对特定实施例的描述将充分地揭示本发明的一般性质，使得在不背离本发明的整体构思且不过度试验的情况下其他人可以通过应用本领域内的知识、针对各种应用容易地修改和/或适应这些特定的实施例。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的适应和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应该理解的是，这里的措辞或术语是出于举例描述的目的而不是限制性的，因此本说明书中的术语或措辞应该由本领域的技术人员根据所述教导和指导进行解释。
本发明的广度和范围不应该受到上述任何的示例性实施例的限制，而应该仅由随附的权利要求书及其等同物来限定。