衬底、图案形成装置和量测设备的制作方法

衬底、图案形成装置和量测设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年5月29日递交的欧洲申请20177328.0的优先权，所述欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
3.本发明涉及能够在例如由光刻技术进行的器件制造中使用的方法和设备，以及涉及使用光刻技术来制造器件的方法。本发明涉及量测装置，以及更具体地，使用通常用于测量位置的量测装置(诸如对准传感器)来执行聚焦测量，和具有这种对准传感器的光刻设备。


背景技术：

4.光刻设备是一种将期望的图案施加至衬底(通常是在衬底的目标部分上)上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(ic)的制造中。在这种情况下，可以将替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于产生要在ic的单层上形成的电路图案。可以将这种图案转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个或若干管芯)上。典型地，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网格。这些目标部分通常被称为“场”。
5.在复杂的器件的制造中，典型地执行许多光刻图案化步骤，从而在所述衬底上的连续层中形成功能特征。因此，光刻设备的性能的重要方面是将被施加的图案相对于在先前的层中(通过相同的设备或不同的光刻设备)放置的特征正确地且准确地放置的能力。为此目的，所述衬底被设置有一组或更多组对准标记。每个标记是这样的结构：所述结构的位置可以稍后利用位置传感器或对准传感器(两个术语都被同义地使用)，典型地光学位置传感器，来测量。
6.所述光刻设备包括一个或更多个对准传感器，通过所述对准传感器可以准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己知来自不同的制造商和相同的制造商的不同的产品。在当前光刻设备中广泛使用的一种类型的传感器是基于如us 6961116(den boef等人)描述的自参考干涉仪。已经开发了所述位置传感器的各种改进和修改，例如如在us2015261097a1中公开的改进和修改。所有这些公开的内容通过引用并入本文。
7.已知使用这样的对准传感器来测量用于曝光特殊类型的对聚焦敏感的对准标记或聚焦标记的聚焦设置。例如，在工具鉴定、设置和恢复程序中使用的聚焦测试过程中，可能会曝光并读取许多这些标记。这样的程序需要几小时到若干小时，在此期间工具处于脱机状态。减少这些程序的时间将是有益的。


技术实现要素：

8.本发明在第一方面中提供了一种用于确定用于曝光衬底上的至少一个结构的聚
焦参数值的方法，包括：获得与所述至少一个结构的测量有关的测量数据，其中，所述至少一个结构包括每测量位置的单个周期性结构；将所述测量数据分解成包括所述测量数据的一个或更多个分量的分量数据；处理所述分量中的至少一个，以提取具有对非聚焦相关效应的降低的依赖性的处理后的分量数据；以及根据所述处理后的分量数据来确定所述聚焦参数值。
9.本发明在第二方面中提供了一种用于确定用于曝光衬底上的至少一个结构的聚焦参数值的方法，包括：获得与所述至少一个结构的测量有关的测量数据，其中，所述至少一个结构包括每测量位置的单个周期性结构；获得已经被训练以从所述测量数据推断聚焦的训练后的模型；以及根据所述训练后的模型和所述测量数据来确定所述聚焦参数值。
10.本发明在第三方面中提供了一种图案形成装置，包括用于在衬底上形成周期性结构的多个周期性特征，所述周期性特征中的每个周期性特征包括交替的第一节段和第二节段，以及其中，所述第一节段的适当子集包括对聚焦敏感的节段。
11.本发明在第四方面中提供了一种处理装置，包括：处理器；和程序存储器，所述程序存储器包括计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令能够操作以执行根据第一方面或第二方面所述的方法。
12.还公开了一种光刻设备，包括：对准传感器；图案形成装置支撑件，所述图案形成装置支撑件用于支撑图案形成装置；衬底支撑件，所述衬底支撑件用于支撑衬底；以及根据第四方面所述的处理装置。
13.将根据下文描述的示例的考虑因素来理解本发明的以上方面和其它方面。
附图说明
14.现在将仅通过举例的方式、参考随附附图来描述本发明的实施例，在附图中：
15.图1描绘了光刻设备；
16.图2示意性地图示出图1的设备中的测量和曝光过程；
17.图3是根据实施例可适用的第一对准传感器的示意图；
18.图4示出了包括测量标记的对准偏移ao相对于离焦量dz的曲线图的聚焦曲线的示例；
19.图5示出了包括对聚焦敏感的切碎条的聚焦标记的可能结构；
20.图6包括(a)针对没有重叠误差的标记和(b)针对存在重叠误差的标记的、对准传感器原始信号及其前第三谐波分量与扫描长度的曲线图；
21.图7图示出根据本发明的实施例的可使用对准传感器读取的聚焦标记；以及
22.图8是针对三个不同的离焦值的、来自单个聚焦标记的原始对准信号(幅值相对于位置)的曲线图。
具体实施方式
23.在详细地描述本发明的实施例之前，提出可以实施本发明的实施例的示例环境是有指导意义的。
24.图1示意性地描绘了光刻设备la。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)il，所述照射系统被配置成调节辐射束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，所述图案形成装置支撑件或支撑结构被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)ma，并与配置用于根据特定的参数准确地定位图案形成装置的第一定位器pm相连；两个衬底台(例如，晶片台)wta和wtb，分别被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)w，以及分别与配置成根据特定参数准确地定位衬底的第二定位器pw相连；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)ps，所述投影系统被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。
25.所述照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的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，或其任何组合。
26.所述图案形成装置mt以依赖于所述图案形成装置的方向、所述光刻设备的设计和诸如所述图案形成装置是否保持在真空环境中之类的其它条件的方式保持所述图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械、真空、静电、或其它夹持技术来保持所述图案形成装置。所述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。所述图案形成装置支撑件可以确保所述图案形成装置(例如，相对于所述投影系统)位于期望的位置处。
27.本文中使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为表示可以被用于在辐射束的截面中赋予所述辐射束图案以便在所述衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应注意，例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则被赋予至所述辐射束的图案可以不与所述衬底的目标部分中的期望的图案精确地对应。通常，被赋予至所述辐射束的图案将与在所述目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层相对应。
28.如这里描绘的，所述设备可以是透射类型的(例如，使用透射型图案形成装置)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上文所提及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。本文中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”是同义的。术语“图案形成装置”还可以被解释为表示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的装置。
29.在本文中所使用的术语“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之类的其它因素所适合的。本文中使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”是同义的。
30.所述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所述光刻设备中的其它空间，例如所述掩模与所述投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中公知用于增加投影系统的数值孔径。
31.在操作中，所述照射器il接收来自辐射源so的辐射束。例如当所述源是准分子激光器时，所述源和所述光刻设备可以是分立的实体。在这样的情况下，所述源并不被认为构成所述光刻设备的一部分，以及所述辐射束借助于包括例如适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统bd而被从所述源so传递至所述照射器il。在其它情况下，例如，当所述源是汞灯时，所述源可以是所述光刻设备的组成部分。可以将所述源so和所述照射器il以及需要时设置的所述束传递系统bd一起称为辐射系统。
32.所述照射器il可以例如包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器ad、积分器in和聚光器co。可以将所述照射器用于调整所述辐射束，以便在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。
33.所述辐射束b被入射到保持于所述图案形成装置支撑件mt上的所述图案形成装置ma上，以及由所述图案形成装置来图案化。在已横穿所述图案形成装置(例如，掩模)ma的情况下，所述辐射束b穿过所述投影系统ps，所述投影系统将所述束聚焦至所述衬底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、2d编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台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，例如在从掩模库的机械获取之后或在扫描期间，可以将第一定位器pm和另一位置传感器(图1中未明确示出)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。
34.图案形成装置(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来对准。虽然图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分(这些多个目标部分被称为划线对准标记)之间的空间中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)ma上的情形下，掩模对准标识可以位于所述管芯之间。较小的对准标记也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标记尽可能小且不需要任何与相邻的特征不同的成像或过程条件。下文中进一步描述检测所述对准标记的对准系统。
35.所描绘的设备可以以各种模式来使用。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)。可以通过投影系统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的速度和方向。在扫描模式中，所述曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中所述目标部分(沿非扫描方向)的宽度，而所述扫描运动的长度决定了所述目标部分(沿扫描方向)c的高度。如本领域中公知的，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固定，但具有改变的图案，以及移动或扫描所述衬底台wt。
36.也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。
37.光刻设备la属于所谓的双平台类型，该双平台类型具有两个衬底台wta、wtb、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所述曝光站处被进行曝光时，另一衬底可以被加载到所述测量站处的另一衬底台上，以及执行各种预备步骤。这能够实现所述设备的生产量显著增加。所述预备步骤可以包括使用水平传感器ls对所述衬底的表面高度廓进行映射或绘图和使用对准传感器as测量所述衬底上的对准标记的位置。如果所述位置传感器if不能够在所述衬底台处于所述测量站以及处于所述曝光站的同时测量所述衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪所述衬底台相对于参考框架rf的位置。代替示出的双平台布置，其它布置是已知的且可用的。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，以及接着在衬底台经历曝光时脱离对接。
38.图2图示出用于在图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。在虚线框内的左手侧是在测量站mea处执行的步骤，而右手侧示出在所述曝光站exp处执行的步骤。经常，所述衬底台wta、wtb中的一个衬底台将位于所述曝光站处，而另一衬底台位于所述测量站处，如上文描述的。出于本说明书的目的，假定衬底w已经被加载至所述曝光站中。在步骤200处，通过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增加所述光刻设备的生产量。
39.首先参考新加载的衬底w’，这个衬底可以是先前未处理的衬底，是用新的光致抗蚀剂制备的以供在所述设备中的第一次曝光使用。然而，通常，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’已经穿过这个设备和/或其它光刻设备若干次，以及也可以经历后续过程。特别地，针对改善重叠性能的问题，任务将是确保新的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周期的衬底上的正确位置中。这些处理步骤逐渐在所述衬底中引入变形，这些变形必须被测量和校正，以实现令人满意的重叠性能。
40.可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续的图案化步骤(如刚刚提到的)，以及甚至可以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，在器件制造过程中，在诸如分辨率和重叠之类的参数上要求非常高的一些层相比于其它要求较不高的层可以在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，而其它层在“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，而其它层使用euv波长辐射曝光。
41.在202处，将使用所述衬底标记p1等和图像传感器(未示出)的对准测量用于测量和记录所述衬底相对于衬底台wta/wtb的对准。此外，将使用对准传感器as来测量在整个所述衬底w’上的若干对准标记。在一个实施例中这些测量结果被用于建立“晶片栅格”，所述晶片栅格非常准确地映射标记在整个所述衬底上的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。
42.在步骤204处，还使用所述水平传感器ls来测量相对于x-y位置的晶片高度(z)图。常规地，高度映射仅用于实现被曝光的图案的准确聚焦。此外，可以出于其它目的使用高度映射。
43.当加载衬底w’时，接收选配方案数据206，所述选配方案数据定义待执行的曝光，以及还定义所述晶片、先前制作的图案和待制作于晶片上的图案的性质。将在202、204处进行的晶片位置、晶片栅格和高度映射的测量结果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传递至所述曝光站exp。对准数据的测量结果例如包括以与所述产品图案(所述产品图案是所述光刻过程的产品)呈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。在曝光之前刚刚获得的这些对准数据用于产生对准模型，所述对准模型具有将所述模型与数据进行拟合的参数。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。所使用的模型在所测量的位置之间对位置偏差进行内插。常规的对准模型可以包括四个、五个或六个参数，这些参数一起以不同维度来限定“理想”栅格的平移、转动和缩放。已知使用更多参数的高级模型。
44.在210处，调换晶片w’和w，使得所测量的衬底w’变成进入所述曝光站ex的所述衬底w。在图1的示例设备中，通过交换所述设备内的所述支撑件wta和wtb来执行这种调换，使得所述衬底w、w’保持准确地被夹持且定位于那些支撑件上，以保持所述衬底台与衬底自身
之间的相对对准。因此，一旦已调换所述台，确定投影系统ps与衬底台wtb(以前为wta)之间的相对位置对于控制曝光步骤时利用所述衬底w(以前为w’)的测量信息202、204是必要的。在步骤212处，使用所述掩模对准标记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在整个所述衬底w上的连续目标位置处，以完成多个图案的曝光。
45.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映射，使这些图案相对于所希望的位置准确地对准，以及具体地说，相对于先前放置于同一衬底上的特征准确地对准。在步骤220处，从所述设备卸载的现在被标注为w”的曝光后的衬底根据所曝光的图案而经历蚀刻或其它过程。
46.技术人员将认识到，上文的描述是在真实制造情形的一个示例中涉及的许多非常详细的步骤的简化概述。例如，不是在单个行程或通过过程中测量对准，而是经常将存在使用相同或不同的标记进行的粗略测量和精细测量的分立的阶段。可以在所述高度测量之前或之后、或与所述高度测量交错地执行粗略对准测量步骤和/或精细对准测量步骤。
47.测量所述标记的位置还可以提供与所述衬底的变形有关的信息，所述标记例如以晶片栅格的形式被设置在所述衬底上。通过例如将所述衬底静电夹持至所述衬底台和/或当所述衬底遭受辐射时加热所述衬底，可能发生所述衬底的变形。
48.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提供具有一个或更多个波长的束rb，所述束rb被转向光学器件作为照射斑sp转向到一标记(诸如位于衬底w上的标记am)上。在这个示例中，所述转向光学器件包括斑反射镜sm和物镜ol。所述照射斑sp(所述标记am被所述照射斑sp照射)的直径可以稍微小于所述标记自身的宽度。
49.由所述标记am衍射的辐射(在这个示例中，通过所述物镜ol)被准直到信息承载束ib中。术语“衍射”旨在包括来自所述标记的零阶衍射(零阶衍射可以被称为反射)。自参考干涉仪sri(例如，属于上文提到的us6961116中公开的类型)使所述束ib与自身干涉，此后所述束被光电探测器pd接收。在所述辐射源rso产生了多于一个波长的情况下，可以包括额外的光学器件(未示出)以提供分立的束。所述光电探测器可以是单个元件，或所述光电探测器可以包括多个像素(如果期望的话)。所述光电探测器可以包括传感器阵列。
50.所述转向光学器件(所述转向光学器件在这个示例中包括所述斑反射镜sm)还可以用于阻挡从所述标记反射的零阶辐射，使得所述信息承载束ib仅包括来自所述标记am的较高阶衍射辐射(这对测量来说不是必要的，但是改善了信噪比)。
51.强度信号si被供给至处理单元pu。通过所述框sri中的光学处理和所述单元pu中的计算处理的组合，输出了在所述衬底上的相对于参考框架的x位置和y位置的值。
52.属于图示的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某一范围内。较粗略的测量技术可以与所述单次测量结合使用，以识别正弦波的哪个周期是包含所标记的位置的周期。为了增加准确度和/或稳健地检测所述标记，而不管制成所述标记的材料以及所述标记被设置在哪些材料之上和/或下方，可以在不同波长下以较粗略水平和/或较精细水平重复同一过程。
53.标记或对准标记可以包括一系列条，所述条被形成在设置在所述衬底上的层上或所述层中，或被(直接地)形成在所述衬底中。这些条被规律地间隔开并用作光栅线，使得所述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。依赖于这些光栅线的方
向，标记可以被设计用于允许沿x轴或沿y轴(y轴大致垂直于x轴定向)的位置的测量。包括相对于x轴和y轴两者呈+45度和/或-45度而布置的条的标记，允许使用如在us2009/195768a(us2009/195768a通过引用被并入)中描述的技术进行的组合式x测量和y测量。
54.所述对准传感器用辐射斑光学地扫描每个标记以获得周期性变化的信号，诸如正弦波。这种信号的相位被分析以确定所述标记的位置，并因此确定所述衬底相对于所述对准传感器的位置，所述对准传感器进而相对于光刻设备的参考框架被固定。可以提供涉及不同的(粗略的和精细的)标记尺寸的所谓的粗略标记和精细标记，使得所述对准传感器可以区分周期性信号的不同周期，而且可以区分一周期内的确切位置(相位)。也可以出于此目的而使用不同节距的标记。
55.已公开的专利申请us 2009/0135389a1描述了使用例如对准传感器来测量光刻投影设备的聚焦的已知方法，该专利申请通过引用并入本文中。首先，以预定的最佳聚焦偏移fo，用完整的晶片覆盖(验证)场来曝光晶片。聚焦偏移fo的目的在于在所谓的聚焦曲线的对聚焦最敏感的部分，如下文将更详细地解释的。用于曝光测试衬底上的多个验证场的掩模版可以包括多个聚焦标记(例如，在250个标记的区中)，所述多个聚焦标记当被曝光时，在衬底上产生可以使用对准传感器读取的相应标记，以便推断曝光期间的聚焦设置。
56.为此，(掩模版上的)标记可以包括具有一系列线宽和节距大小的切碎条。由于结构的特定尺寸，根据众所周知的泊桑(bossung)原理，切碎部的线宽将对聚焦敏感。其结果是，当这样的标记在不聚焦的情况下被曝光时，晶片上的被曝光的标记将具有对准偏移。该偏移可以用于使用对准传感器或其它合适的量测装置来确定聚焦误差(或离焦量)。
57.为了利用这一点，可以使用预定的聚焦偏移来曝光验证场。通过观察已经在光刻设备上曝光的聚焦曲线来确定特定的聚焦偏移。图4示出了这样的曲线，所述曲线是被测量标记的对准偏移ao相对于离焦量dz的曲线图。在图4的曲线图上，示出了有用的聚焦偏移fo。围绕聚焦偏移fo，确定聚焦范围(由具有参照400的矩形指示)，对于所述聚焦范围，在对准偏移与离焦量dz之间存在唯一关系。聚焦偏移fo可以使得所有被曝光的聚焦标记将在整个曝光期间处于可用聚焦范围400内。例如，这意味着预定的聚焦偏移fo不能太靠近dz＝0轴，因为作为dz的函数的对准偏移为零，这对于该方法来说是不可用的。在实施例中，聚焦偏移fo被选择为在聚焦曲线是大致线性的工作范围400的中间，因为这是最大聚焦对对准敏感度的区域。
58.在曝光所述验证场之后，开发所述测试衬底，以及使用例如存在于所述系统中的标准对准传感器来测量所述验证标记中的每个验证标记的对准偏移。接下来，使用所谓的转置聚焦曲线，将所述验证标记中的每个验证标记的所测量的对准偏移转换成离焦数据。可以通过对光刻设备的与由矩形400指示的工作范围相对应的聚焦曲线的部分进行转置来确定该转置聚焦曲线。转置聚焦曲线实际上是设备的聚焦敏感度。
59.图5图示出合适的聚焦标记(如在掩模版上看到的)的示例，该示例目前用于如上所述的方法中。掩模版上的标记包括对准型标记，其中，所述线结构中的每个线结构的一部分(例如，一半)被“切碎”(被细分成子光栅或子周期特征)，而不是连续的。因此，标记500包括周期性特征或光栅，其中，每个单独的线或光栅特征包括实心部分510和切碎部分520。
60.根据那些结构的泊桑曲线，切碎部分520的切碎部的成像质量依赖于对比度。因此，由对准传感器看到的有效对准位置是介于连续线结构的中心与完整线结构的中心之间
的任何位置。因此，作为离焦量的函数而绘制的对准偏移量的行为类似于泊桑曲线。所得到的曲线上的峰值的位置示出最佳聚焦，而峰值的高度示出由动态误差引起的“衰落(fading)”的程度。作为算法，这样的方法可以包括：
61.1.在给定的离焦量处曝光周期性聚焦标记；
62.2.使用对准传感器(as)读出此标记；
63.3.将周期as原始信号与具有相同周期的标记的正弦波拟合；该正弦波的相移依赖于曝光期间的离焦值(f)
64.4.从测量结果中读出相移。该相移可以被称为对准偏移
65.5.聚焦曲线ao(f)由最佳聚焦(bf)附近的抛物线很好地近似，
66.因此bf是通过对聚焦曲线的项部进行拟合来测量的。
67.当前方法的一个缺点在于，相移(即，对准偏移ao)还依赖于其它不对称性贡献(诸如重叠误差ov)，并且不仅仅依赖于聚焦引发的不对称性；即
68.为了去除重叠贡献，在每个测量位置处的测量可以测量相对于彼此镜像对称的两个标记。这如图5所示，其中，存在右标记500r和左标记500l。对于这两个标记，重叠误差是相同的，而聚焦依赖性是相反的(由于l/r对称性)。数学上：
69.右标记500r的相移为以及
70.左标记500l的相移为
71.因此，通过获取左、右对准偏移(相移)之间的差，可以消除重叠误差，以及获得仅依赖于聚焦的信号。
72.这种方法存在许多缺点。大尺寸的总标记(包括两个单独的标记(l和r))使所需的读出时间和掩模版/衬底面积翻倍。花费在聚焦校准和验证上的总时间在很大程度上受此影响。而且，用于对准标记测量的当前形式的信号处理要求这两个标记抵消可能的重叠，这假定两个子标记的重叠将是相等的(可能不一定如此)。测量信号包括噪声和其它伪影。本方法现在将信号分解为傅立叶分量并计算相位差。信号的周期性假设对混叠问题不具有鲁棒性(对于傅立叶分解，不取信号的整个周期、或整数倍数个周期)；这会导致计算对准偏移时出现错误，从而导致离焦量或散焦现象。
73.原始对准信号中嵌入了更多信息，该更多信息可以用于跟踪不同标记与场之间的其它参数/变化，但目前尚未利用。下面公开的方法利用了该额外信息。
74.因此，提出了许多聚焦测量方法，这些方法能够从单个标记测量聚焦，同时仍减轻重叠误差的影响。与当前使用的信息相比，该方法利用来自对准传感器(as)的所测量的周期性原始信号中可用的额外信息。
75.在第一实施例中，在确定聚焦时使用这些谐波分量的幅值，而不是或除了一次谐波(和更高阶谐波)的相移。发明人已经确定，这些幅值不会遭受重叠误差，这与谐波分量的相位发生的情况相反。本实施例还公开了一种新的标记设计，该新的标记设计更好地利用了该方法。
76.图6图示出这一点。图6示出了(a)在不存在重叠误差的情况下和(b)存在重叠误差的情况下的、对准传感器信号as
sig
相对于扫描长度as
sl
(a)的曲线图。在每个曲线图中，示出
了原始信号as
raw
和其前第三谐波分量as
1st
、as
2nd
、as
3rd
。在当前方法中，仅使用一次谐波的相位作为对准偏移(与从左标记开始的相位组合)。当存在重叠误差时(图6(b))，相位受到显著量的影响(被偏移)，使得然而，谐波的幅值(例如，分别是一次谐波的a1和二次谐波的a2)不遭受重叠误差(即，它们不随着原始信号向后或向前偏移而改变)。
77.因此，建议通过从幅值而不是相移中得出聚焦，可以从单个标记中推断出对重叠不敏感的聚焦值。以这种方式，对于所有聚焦测试，可以实现读出时间的大致50％增益。
78.可以理解，这些幅值可能受到as原始信号的幅值漂移和变化的影响。例如，as原始信号的幅值可能受到as光源强度的变化、或用于产生原始信号的电子器件的增益的变化的影响。由于聚焦测试中的读出可能持续数小时，因此可以设想，总体as输出可能不够稳定，以使用单个幅值信号来可靠地检索聚焦值。
79.然而，参照图6，可以看出，由一次谐波幅值a1(f)与二次谐波幅值a2(f)之间的比率r(f)＝a2(f)/a1(f)给出的依赖于聚焦的信号是不依赖于重叠的聚焦信号，该不依赖于重叠的聚焦信号也不依赖于对准传感器原始信号的幅值漂移。这样，如果原始信号的幅值改变了因子c(例如，由于as光源中的漂移)，则幅值a1和a2都改变了相同的因子(变为ca1和ca2)，以及比率r＝ca2/ca1＝a2/a1保持恒定。因此，根据实施例的所提出的指标是对准信号的至少两个谐波的幅值的适当组合；例如，as原始信号的两个谐波分量的幅值之间的比率r(f)。还可以使用产生不依赖于重叠的聚焦信号的任何其它组合，该组合也可以消除对原始信号的幅值的依赖性。
80.图7是根据实施例的用于利用该替代聚焦信号r(f)的所提出的标记的示意图。这样的标记使幅值比率信号r(f)的聚焦响应最大化。换句话说，这样的标记对于幅值比率信号r(f)给出了良好的聚焦曲线(例如，具有足够的捕获范围和幅值的曲线)。当前的聚焦标记被设计为给出良好的聚焦曲线即，在相移(或对准偏移)方面的良好聚焦曲线，以及在幅值比率r(f)方面不一定产生良好的聚焦曲线。
81.掩模版上的标记700包括周期性结构，其中，每两个条中的一个条是对聚焦敏感的。这样，标记可以包括由空间705分开的实心条710和对聚焦敏感的条或切碎条720的重复图案；例如，具有50％的占空比。该设计的原理是具有一标记，该标记可以用聚焦改变其谐波含量(即，其幅值谱)。当切碎条720以大于要清除的剂量在不聚焦oof的情况下被曝光时，则抗蚀剂725中的效应更接近于空间(被完全曝光的抗蚀剂)的效应，使得其可以被读取为空白或空间。因此，对晶片的影响类似于具有周期p且具有25％的占空比(例如，三个空白730和一实心条735的重复)的标记。另一方面，当切碎条720以最佳聚焦bf曝光时，其在抗蚀剂中的效果更类似于条的效应(以及因此将被读取为这样的效应)。因此，在最佳聚焦下，晶片上的标记740将表现得更接近于在周期p中具有两个条735和两个空白730的标记，即，更接近于具有周期p/2的标记。这种行为将改变as原始信号的谐波频谱。在离焦的情况下的一次谐波(周期性p)将高于在最佳聚焦的情况下的一次谐波(周期性p)，而在最佳聚焦的情况下的信号的二次谐波将增加(p/2周期性)。
82.具体布置可能与图7所示的标记不同，图7所示的标记仅是示例。可以使用被设计为增加测量信号的至少两个谐波的幅值比率(或其它组合)的响应的任何对准标记类型。掩模上的这种标记可以包括(但不限于)交替的反射节段和吸收节段(例如，分别为空白和
条)，其中，所述条中的一个条(或更多个条)(和/或所述空白中的一个空白)包括对聚焦敏感的子分段条(切碎条)。切碎条以对聚焦敏感的方式调制peb之后的抗蚀剂高度，而完整的条和空白则通过聚焦而几乎相等地调制抗蚀剂高度。这样，曝光标记的光谱含量通过聚焦进行调制。例如，标记可以具有p/3长度的条，p/3长度的条被设计为调制三次谐波。可选地，标记可以具有不同尺寸的两组特征，例如交替的长度p/3特征和长度p/2特征以调制二次谐波和三次谐波。交替的尺寸可以应用至对聚焦敏感的(切碎)条和实心条。应理解，最佳信号可能不一定是二次谐波幅值/一次谐波幅值比率，但有时是其它比率或谐波幅值的组合。
83.曝光后焙烤(peb)之后，切碎区域几乎被完全曝光。这意味着在peb期间，该区中的抗蚀剂将几乎完全被去保护，从而降低抗蚀剂高度。当抗蚀剂以最佳聚焦被曝光时，观察到相反的行为。这里，切碎区域下方的抗蚀剂的部分保持被保护，以及将几乎不会缩减。厚度的损失允许peb后抗蚀剂由对准传感器读出，这是因为抗蚀剂中的高度变化充当衍射光栅(所谓的“潜在读出”，这是因为抗蚀剂不必为了给出对准信号而被显影)。注意，as信号包括标记本身的谐波分量。
84.通过具体的示例，对于各个离焦值和图7的示例标记可以示出，当从离焦移动到最佳聚焦时，二次谐波增加以及一次谐波减少。因此，二次谐波与一次谐波之间的比率r(f)产生在最佳聚焦时最大的聚焦曲线。通过在几个离焦位置对其进行采样，然后通过找到曲线达到其最大值的离焦值(例如，通过用抛物线来拟合采样数据)，该曲线可以用于确定抗蚀剂中的最佳聚焦。
85.现在将描述第二实施例，第二实施例用于处理从每测量位置仅从一个标记收集的原始对准信号，同时将重叠与聚焦解耦。该实施例还示出了使用本设计的标记的良好性能，避免了任何标记设计变化(除了，可选地，在每个测量位置不使用第二镜像标记)。
86.该实施例包括无监督学习方法。这种方法可以包括将线性或非线性降维方法应用于与不同测量位置和聚焦偏移有关的测量数据，以便将公共传感器噪声、重叠和其它伪影与与聚焦偏移具有期望关系的潜在信号解耦。合适的降维方法可以包括例如主成分分析(pca)、等距映射或统一流形逼近与投影(umap)。
87.所述方法可以包括获得包括来自不同测量位置的原始对准信号的测量数据，每个原始对准信号对应于已经在所述不同位置处以变化的聚焦偏移而形成的多个相似的单个标记结构中的一个。然后，该测量数据data可以以下列矩阵形式堆叠：
[0088][0089]
其中，m表示晶片上具有不同聚焦偏移的测量位置的总数，n是离散化对准信号的总长度。data矩阵的行是晶片上的每个标记部位的对准测量结果，列是每个对准信号的离散化x值。
[0090]
将降维方法应用于该数据矩阵，将常见的传感器噪声、重叠和其它伪影与和聚焦偏移具有期望的关系的潜在信号解耦。然后可以将数据矩阵分解为两个矩阵a和b：
[0091]
data
(m
×
n)
＝a
(m
×n′
)b(n
′×
n)
+mean(data)，其中，n
′
≤n
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0092]
矩阵a是具有正交基的空间中的data矩阵的代表，可能具有比n更低的维数n’。然后，该方法包括检查该矩阵a以识别其列中的哪一列与聚焦偏移具有预期关系，例如，期望
的抛物线关系。该列表示纯化对准或聚焦信号数据，纯化对准或聚焦信号数据已经从有噪音的且可能重叠污染的原始对准信号中提取。已经观察到，仅映射到第一分量就足以实现离焦量的非常准确的表示，而没有来自其它因素的显著贡献。然后可以通过绘制的所选列a与所设定的聚焦偏移来构造聚焦曲线。可以从曲线中找到所选列的最大值，以及可以将最佳聚焦(bf)定义为其相应的聚焦偏移。
[0093]
图8示出了针对不同离焦水平的来自单个结构标记的原始对准读出信号。可以观察到，不同的离焦水平将不同的形状编码到对准信号中。如已经描述的，当前的方法使用相移来实现标量对准偏移，所述标量对准偏移又用于创建聚焦曲线以估计最佳聚焦(或聚焦均匀性验证测试(fuv)中的未知聚焦)。然而，这种方式在很大程度上受到标记的实际未知重叠的影响。如上一章节所述，我们使用我们的无监督学习技术来映射对准信号的形状，同时对相位/x偏移不敏感。
[0094]
已经表明，即使当数据有噪声以及标记具有变化的重叠偏移时，使用线性pca来映射原始对准信号(到一维空间中)也足以构造准确的聚焦曲线并推断出最佳聚焦。非线性方法(例如，等距映射和umap)可以被示出为构造更清晰或锐利的曲线，并提供更具区分性的最佳聚焦确定。
[0095]
在另一实施例中，提出基于重叠和测量噪声独立于聚焦的假设，对具有不同聚焦偏移的多个测量使用独立成分分析(ica)。使用该假设，原始对准信号可以分解为(加权)聚焦信号和其它分量。为了找到聚焦分量，可以将约束添加到ica方法的优化中，使得其寻找具有某些预期特性的信号；例如，与所施加的设定聚焦值相对应的范围和符号改变。然后可以如前一示例那样处理该信号以获得最佳聚焦值。
[0096]
现在将描述利用监督学习方法的实施例。这样的方法可以基于具有不同的所引发的聚焦偏移的多个场上的聚焦测试(这样的测试布局可以类似于上文关于图8和fuv布局所描述的聚焦测试布局)。一旦被曝光和测量，原始对准信号ali和相应的(已知的)设定聚焦值fi就可以用于训练合适的模型以从原始对准数据推断聚焦。这种模型可以包括例如核回归模型或简单的神经网络(例如，仅具有一个隐藏层)。输入数据可以包括每样本(例如，在测量位置处的每个单个结构标记)：一行向量，所述行向量包含对准测量的长度(每x)上的量化/离散值，具有相应的参考标签(设置每样本的聚焦偏移值)。在实施例中，可以将总数据集划分成训练集、验证集和测试集，以避免过拟合。
[0097]
在训练之后，训练后的(例如，非线性)模型可以被存储以及用于从原始对准信号(来自单个聚焦标记；例如，关于fuv(聚焦均匀性验证)测试中的验证场)推断聚焦。
[0098]
总之，本文公开的构思描述了使用对准传感器的读出的多个方法，使得测量是对重叠不敏感的以及消除了两个镜像对称标记(左和右)的需要。这将利用聚焦测试方法的所有测试的读出时间减少了两倍，即减小到二分之一。这(通过缩短设置和鉴定时间)减少了系统组装的周期时间，减少了每当机器需要这样的测试(例如，恢复、重新校准或特定于用户的测试)时的维护时间，从而导致增加的可用性并减少了掩模版上的聚焦标记的基板面。
[0099]
还公开了一种图案形成装置，包括用于在衬底上形成周期性结构的多个周期性特征，所述周期性特征中的每个周期性特征包括交替的第一节段和第二节段，以及其中，所述第一节段的适当子集包括对聚焦敏感的第一节段。所述对聚焦敏感的节段包括子分段节段。所述第一节段可以包括吸收节段以及所述第二节段包括反射节段；或者所述第一节段
包括反射节段以及所述第二节段包括吸收节段。所述第一节段可以包括交替的不敏感的第一节段和所述对聚焦敏感的第一节段，所述不敏感的第一节段不具有显著的聚焦敏感度。所述对聚焦敏感的节段在基本上不以聚焦曝光时近似于衬底上的相应的空白，以及在以最佳聚焦曝光时近似于衬底上的相应的条。
[0100]
虽然本发明的具体实施例已经在上文中描述过，但是应当理解，本发明可以用并非所描述的方式实践。
[0101]
在本文中所使用的术语“辐射”和“束”包括全部类型的电磁辐射，包括：紫外(uv)辐射(例如具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如具有在1nm至100nm的范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
[0102]
在情境允许的情况下，术语“透镜”可以表示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。反射型部件可以用于在uv和/或euv范围内操作的设备中。
[0103]
本发明的广度和范围不应受到上文描述的任何的示例性实施例的限制，而应仅由随附的权利要求及其等同物来限定。
[0104]
在以下被编号的方面中阐述本发明的其它方面：
[0105]
1.一种用于确定用于曝光衬底上的至少一个结构的聚焦参数值的方法，包括：
[0106]
获得与所述至少一个结构的测量有关的测量数据，其中，所述至少一个结构包括每测量位置的单个周期性结构；
[0107]
将所述测量数据分解成包括所述测量数据的一个或更多个分量的分量数据；
[0108]
处理所述分量中的至少一个，以提取具有对非聚焦相关效应的降低的依赖性的处理后的分量数据；以及
[0109]
根据所述处理后的分量数据来确定所述聚焦参数值。
[0110]
2.根据方面1所述的方面，其中：
[0111]
所述分解步骤包括分解所述测量数据以获得所述测量数据的至少两个谐波分量；以及
[0112]
所述处理步骤包括确定所述至少两个谐波分量中的每个谐波分量的幅值的组合。
[0113]
3.根据方面3所述的方面，其中，所述组合包括所述至少两个谐波分量中的每个谐波分量的幅值的比率。
[0114]
4.根据方面2或3所述的方面，其中，所述谐波分量包括一次谐波分量和二次谐波分量。
[0115]
5.根据方面2至4中任一项所述的方面，其中，所述至少一个结构包括至少一个周期性结构，所述至少一个周期性结构增加所述至少两个谐波分量的幅值的组合对所述聚焦参数的响应。
[0116]
6.根据方面5所述的方面，包括：
[0117]
使用包括具有交替的第一节段和第二节段的至少一个相应的周期性特征的掩模版来曝光所述至少一个周期性结构，以及其中，所述第一节段的适当子集包括对聚焦敏感的第一节段。
[0118]
7.根据方面6所述的方面，其中，所述对聚焦敏感的节段包括子分段节段。
[0119]
8.根据方面6或7所述的方面，其中，所述第一节段包括吸收节段并且所述第二节
段包括反射节段；或者所述第一节段包括反射节段并且所述第二节段包括吸收节段。
[0120]
9.根据方面6至8中任一项所述的方面，其中，，所述第一节段包括交替的不敏感的第一节段和所述对聚焦敏感的第一节段，所述不敏感的第一节段不具有显著的聚焦敏感度。
[0121]
10.根据方面6至9中任一项所述的方面，其中，所述对聚焦敏感的节段在基本上不以聚焦曝光时近似于衬底上的相应的空白，以及在以最佳聚焦曝光时近似于衬底上的相应的条。
[0122]
11.根据方面6至10中任一项所述的方面，包括：
[0123]
以不同的聚焦参数值曝光多个所述结构；
[0124]
测量所述结构以获得所述测量数据；
[0125]
使用所述测量数据来确定聚焦曲线；以及
[0126]
使用所述聚焦曲线来推断在抗蚀剂中所述聚焦参数值的最佳值。
[0127]
12.根据方面1所述的方面，其中：
[0128]
所述测量数据与不同的测量位置和用针对所述聚焦参数的变化的设定值形成的所述结构有关；
[0129]
所述分解步骤和/或处理步骤包括应用线性或非线性降维方法以将与所述聚焦参数具有期望关系的潜在信号从所述非聚焦相关效应解耦。
[0130]
13.根据方面12所述的方面，其中，所述降维方法包括以下各项中的至少一项：主成分分析、等距映射或统一流形逼近与投影。
[0131]
14.根据方面12或13所述的方面，其中，所述方法包括：
[0132]
将所述测量数据堆叠成mxn数据矩阵，其中，m为测量位置的总数，n为来自每个测量位置的每个离散测量信号的长度；
[0133]
将所述数据矩阵分解成至少两个分解矩阵，其中，所述至少两个分解矩阵中的第一分解矩阵包括所述数据矩阵在具有正交基的空间中的表示；以及
[0134]
确定显示与所述聚焦参数的预期关系的所述第一分解矩阵的列。
[0135]
15.根据方面14所述的方面，包括：通过绘制所述第一分解矩阵的所确定的列相对于所设置的聚焦参数值来构造聚焦曲线；以及
[0136]
根据所述聚焦曲线来确定最佳聚焦参数值。
[0137]
16.根据方面12所述的方面，其中，所述降维方法包括独立成分分析。
[0138]
17.根据方面16所述的方面，包括：基于所述非聚焦相关效应独立于所述聚焦参数的假设，对包括具有不同聚焦参数值的多个测量的所述测量数据执行所述独立成分分析。
[0139]
18.根据方面16或17所述的方面，其中，所述分解步骤包括将所述测量数据分解成聚焦参数分量和其它分量。
[0140]
19.根据方面17所述的方面，其中，所述分解步骤包括，为了找到所述聚焦参数分量，施加独立成分分析优化的约束，使得所述优化寻求识别具有指示所述聚焦参数的预期特性的信号。
[0141]
20.根据方面19所述的方面，其中，所述预期特性包括与所施加的设定聚焦参数值相对应的范围和符号的变化。
[0142]
21.一种用于确定用于曝光衬底上的至少一个结构的聚焦参数值的方法，包括：
[0143]
获得与所述至少一个结构的测量有关的测量数据，其中，所述至少一个结构包括每测量位置的单个周期性结构；
[0144]
获得已经被训练以从所述测量数据推断聚焦的训练后的模型；以及
[0145]
根据所述训练后的模型和所述测量数据来确定所述聚焦参数值。
[0146]
22.根据方面21所述的方法，其中，所述训练后的模型包括核回归模型或神经网络。
[0147]
23.根据方面21或22所述的方面，包括关于训练测量数据来训练所述训练后的模型的初始步骤；所述训练测量数据包括与在不同的测量位置处且用针对所述聚焦参数的变化的设定值形成的多个单个周期性结构有关的测量数据，所述训练测量数据用所述设定值来标记。
[0148]
24.根据方面23所述的方面，其中，所述训练测量数据包括每测量位置一行向量，所述行向量包含在与所述测量位置相对应的测量信号的长度上的离散值，所述离散值用所述相应的设定值来标记。
[0149]
25.根据方面23或24所述的方面，其中，所述训练测量数据被划分成训练集、验证集和测试集，以避免在所述训练期间过拟合。
[0150]
26.根据任一前述方面所述的方面，其中，所述测量数据包括使用对准传感器测量的对准数据。
[0151]
27.一种图案形成装置，包括用于在衬底上形成周期性结构的多个周期性特征，所述周期性特征中的每个周期性特征包括交替的第一节段和第二节段，以及其中，所述第一节段的适当子集包括对聚焦敏感的第一节段。
[0152]
28.根据方面27所述的图案形成装置，其中，所述第一节段包括交替的不敏感的第一节段和所述对聚焦敏感的第一节段，所述不敏感的第一节段不具有显著的聚焦敏感度。
[0153]
29.一种计算机程序，包括程序指令，所述程序指令能够操作以当在合适的设备上运行时执行根据方面1至26中任一项所述的方法。
[0154]
30.一种非暂时性计算机程序载体，所述载体包括根据方面29所述的计算机程序。
[0155]
31.一种处理装置，包括：
[0156]
处理器；和
[0157]
程序存储器，所述程序存储器包括计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令能够操作以执行根据方面1至5或12至25中任一项所述的方法。
[0158]
32.一种光刻设备，包括：
[0159]
对准传感器；
[0160]
图案形成装置支撑件，所述图案形成装置支撑件用于支撑图案形成装置；
[0161]
衬底支撑件，所述衬底支撑件用于支撑衬底；以及
[0162]
根据方面31所述的处理装置。
[0163]
33.根据方面32所述的光刻设备；还能够操作以执行根据方面6至11中任一项所述的方法。
[0164]
34.根据方面32或33所述的光刻设备，还能够操作以使用所述对准传感器来测量所述至少一个结构以获得所述测量数据。
[0165]
35.根据方面32至34中任一项所述的光刻设备，其中，所述图案形成装置支撑件包
括支撑在其上的根据方面27或28所述的图案形成装置。
[0166]
36.一种包括多个周期性结构的衬底，所述多个周期性结构已经使用根据方面27或28所述的图案形成装置在所述衬底上被曝光。