表征方法、表征处理操作的方法、以及装置制造方法转让专利
申请号 : CN200610091304.9
文献号 : CN1892431B
文献日 : 2011-04-13
发明人 : C·G·M·德莫尔
申请人 : ASML荷兰有限公司
摘要 :
公开了一种系统，其中在晶片处理期间，衬底晶片的变形被监控。在一个实施例中，在每次曝光和处理操作之后，通过将多个参考标记的位置与数据库中的值相比较，测量衬底晶片中的失真。
权利要求 :
1.一种表征衬底的方法，所述方法包含：测量所述衬底上的位置，所述衬底上具有许多测量场并且每个场具有许多测量位置；
基于公式 计算测量噪声的估计方差，其
中 表示估计方差，m表示测量场的数目、n表示每个场的测量位置数目、k+1表示在测量位置的模型中使用的模型参数的数目，以及resi，j定义为场j中位置i处的残差，resi，k定义为场k中位置i处的残差；以及比较计算的估计方差和阈值量以此确定所述衬底的状态。
2.如权利要求1所述的方法，还包含：
通过实施对多个衬底的测量和计算以确定多个各自相应的估计方差，来确定阈值量；以及其中所述比较包含比较所述各自相应的估计方差的其中之一与所述多个衬底的平均估计方差。
3.如权利要求2所述的方法，还包含：
计算每个估计方差的置信区间；以及
其中所述比较还包含将所述置信区间加上或减去所述各自相应的估计方差的其中之一，以产生估计方差范围并且比较所述估计方差范围与所述阈值量。
4.如权利要求1所述的方法，还包含：
当所述计算的估计方差超过所述阈值量时，所采取的行动选自由下列行为组成的组：产生警报信号、改变处理变量、进一步检查相对应的衬底和/或丢弃所述相对应的衬底。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述测量的位置对应于光刻生产处理中在所述衬底上印刷的结构的位置。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述结构包含对准标记。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述结构包含微电子装置的部分。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述微电子装置选自由集成电路、集成光学系统、磁畴存储器、液晶显示器和/或薄膜磁头组成的组。
9.一种表征成批衬底的方法，所述方法包含：测量多批衬底的每批中每个衬底上的位置，所述衬底上具有许多测量场并且每个场具有许多测量位置；
基于公式 计算每批衬底的测量噪声的估
计方差，其中 表示估计方差，m表示测量场的数目、n表示每个场的测量位置数目、k+1表示在测量位置的模型中使用的模型参数的数目，以及resi，j定义为场j中位置i处的残差，resi，k定义为场k中位置i处的残差；以及比较计算的测量噪声的估计方差与阈值量以此确定所述批的状态。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述阈值量是所述批的估计方差的平均值。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述比较包含将每批的所述估计方差加上或减去置信区间再与所述阈值量相比较。
12.如权利要求10所述的方法，还包含，识别所述估计方差与所述阈值相差大于选择的置信区间的任何批。
13.一种监控用于测量衬底上位置的模型质量的方法，包含：选择要监控的参数、自由度和想要的置信水平；
测量所述衬底上的位置，所述衬底上具有许多测量场并且每个场具有许多测量位置；
基于公式 计算测量噪声的估计方差，其
中 表示估计方差，m表示测量场的数目、n表示每个场的测量位置数目、k+1表示在测量位置的模型中使用的模型参数的数目，以及resi，j定义为场j中位置i处的残差，resi，k定义为场k中位置i处的残差；
基于所述测量噪声的估计方差、所述自由度、和所述想要的置信水平确定所述参数的置信区间；
比较所述置信区间与阈值；以及
基于所述比较，控制光刻设备。
14.一种装置制造方法，包括：
利用图案形成结构传递在其横截面上带有图案的辐射束，所述图案包括对准标记和装置层的功能部分；
将图案化的辐射束投影到衬底的目标部分以生成潜在的图案；
显影所述潜在的图案；
处理所述衬底；
测量所述衬底上所述图案部分的相对位置，所述衬底上具有许多测量场并且每个场具有许多测量位置；
基于公式 计算测量噪声的估计方差，其
中 表示估计方差，m表示测量场的数目、n表示每个场的测量位置数目、k+1表示在测量位置的模型中使用的模型参数的数目，以及resi，j定义为场j中位置i处的残差，resi，k定义为场k中位置i处的残差；
以及比较计算的测量噪声的估计方差与阈值量以此确定所述衬底状态。
说明书 :
表征方法、表征处理操作的方法、以及装置制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及表征方法、表征处理操作的方法、以及利用光刻设备制造装置的方法。
背景技术
[0002] 光刻设备是一种将想要的图案施加到衬底的目标部分上的机器。 光刻设备可用于比如集成电路(IC)的制造。在那种情况下，可利用比如掩模的图案形成结构生成与IC的单个层对应的电路图案，并且这个图案可在具有辐射敏感材料层(光刻胶)的衬底(如硅片)上的目标部分(如包含一个或若干管芯的部分)之上成像。 一般地，单个衬底将包含被连续曝光的相邻目标部分的网络。 已知的光刻设备包括所谓的分档器和扫描器，在分档器中，通过一次使整个图案曝光到目标部分上而使每个目标部分被照射；在扫描器中，通过投影束沿给定方向(“扫描方向”)扫描图案并同时沿着与这个方向平行或反平行的方向扫描衬底而使每个目标部分被照射。
[0003] 通过光刻处理制造典型的装置通常包括各种步骤的多个循环。 这些步骤可包括利用光敏材料涂敷衬底(或以其它的方式将光敏材料施加于衬底的一个或多个表面)、将图像投影到光敏材料上、使光敏材料显影以及处理衬底，其可包括用新的材料层覆盖衬底。 光刻处理中可能会遇到的其中一个问题是连续的层未在彼此的顶部上精确成像以使存在有所谓的重叠误差。 在重叠误差已经存在时，为了避免进行到后来的、对部件的性能将是有害的步骤，在每个循环之后，将测量重叠误差。 如果重叠误差太大，则可除去最新的层并且在进行到下一步骤之前重复该步骤。
[0004] 为了将重叠误差减至最小，衬底通常配有多个参考标记以使在曝光操作之前可以精确测量投影设备中衬底工作台上的衬底位置。 这样，能够使曝光操作的精度最大化，因为衬底、光刻设备中的掩模和以前施加的图案化层的相对位置是已知的。
[0005] 与多循环光刻处理有关的另一个问题足衬底的变形，其可能会伴随特定层和/或特定图案的应用一起发生。 变形包括比如地形3维变形、参考标记的变形(形状或深度)或者沉积在晶片上的层特性或厚度的变化。 化学机械研磨(CMP)以导致衬底变形而出名。利用直径在300mm或以上的衬底晶片，可预计晶片变形将变成甚至更重要的因素。为了将变形降至最小，可期望在整个衬底面积上尽可能使处理保持一致。 衬底晶片的变形可导致晶片的成像中的误差，从而导致需要重复特定操作。 同样地，在由光刻术制造的特定部件的工艺处理的发展期间，处理可被优化以此使衬底变形的量最小或者至少保持在限度内。 减少作为衬底变形结果的重叠误差或者至少早期检测这样的误差将导致提高产量。
发明内容
[0006] 根据本发明的一个实施例，表征在其上具有多个参考标记的衬底上实施的处理操作的一种方法包含表征衬底的方法，所述方法包含：测量所述衬底上的位置，所述衬底上具有许多测量场并且每个场具有许多测量位置；基于公式计算测量噪声的估计方差，其中 表示估计方差，m表示测量场的数目、n表示每个场的测量位置数目、k+1表示在测量位置的模型中使用的模型参数的数目，以及resi，j定义为场j中位置i处的残差，resi，k定义为场k中位置i处的残差；以及比较计算的估计方差和阈值量以此确定所述衬底的状态。
[0007] 其它的实施例包括装置制造方法和数据存储介质，数据存储介质包括描述这样的方法的多组机器可执行指令。
附图说明
[0008] 现在仅通过举例的方式并参考所附示意图对本发明的实施例进行说明，其中；
[0009] 图1描述了根据本发明实施例的光刻投影设备；
[0010] 图2描述了具有参考标记的典型图案的衬底晶片；
[0011] 图3示出根据本发明实施例的方法的各种操作的示意性说明：
[0012] 图4示出了指纹数据和衬底数据的循环使用以此进行预测；
[0013] 图5a和5b是根据本发明实施例的模拟实验的测量噪声的分布；
[0014] 图6a和6b是根据本发明实施例的实验的测量噪声的标准偏差图；
[0015] 图7a和7b是来自图6a和6b的组的晶片的残差图；
[0016] 图8a和8b是依照本发明实施例的、被测量并被分析的成批晶片的测量噪声图；
[0017] 图9是依照本发明实施例的、被测量并被分析的许多场的均方根误差图；
[0018] 图10是依照本发明的扩展模型实施例的、被测量并被分析的许多场的均方根误差图；
[0019] 图11是依照本发明实施例的、被测量并被分析的许多场的均方根误差图；
[0020] 图12是在图9-11中测量的晶片的晶片图；以及
[0021] 图13说明了在图9-12中测量的晶片的测量噪声。
[0022] 在附图中，相应的标记符号表示各自对应的部分。
具体实施方式
[0023] 本发明实施例包括提高产量的装置制造方法。
[0024] 尽管在本文中具体参考了光刻设备在制造IC中的使用，但是应当理解，这里所描述的光刻设备可具有其他的应用，例如集成光学系统、用于磁畴存储器的制导和检测图案、液晶显示器(LCD)和薄膜磁头等的制造。熟练的技术人员将意识到：在这种可选用的应用范围中，这里的术语“晶片”或“管芯”的任何用法可被认为分别与更通用的术语“衬底”或“目标部分”是同义的。 这里提到的衬底可在曝光之前或之后通过比如导向装置(一种通常将光刻胶层施加于衬底并显影已曝光的光刻胶的工具)、测量工具或检视工具而被处理。 在可适用的地方，这里所公开的内容可适用于这种和其它的衬底处理工具。 另外，例如为了制造多层IC，衬底可经过不止一次的处理，以致这里所使用的术语衬底还可指已经包含有多个已处理层的衬底。
[0025] 在这里使用的术语“辐射”和“光束”包含了所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，其波长约为365、248、193、157或126nm)和极远紫外(EUV)辐射(例如，其波长在5-20nm的范围内)、以及粒子束(如离子束或电子束)。
[0026] 这里所使用的术语“图案形成结构”应当被广义地解释为，指可用来将带图案的投影束在其横截面上传递，以致在衬底的目标部分产生图案的结构。 应当注意的是：传递给投影束的图案可以不是与衬底的目标部分中想要的图案精确对应的。 一般地，被传递给投影束的图案将与正在目标部分中被生成的、装置中的特定功能层(如集成电路)相对应。
[0027] 图案形成结构可以是透射式的或反射式的。 图案形成机构的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。 掩模在光刻术领域中是众所周知的并包括如二进制、交替的相移和被衰减的相移这样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使用小反射镜的矩阵布置，其中的每个反射镜可以是独立倾斜的，以便以不同的方向反射入射辐射束；如此，反射束被图案化。 在每个图案形成结构的实例中，支持结构可以是比如根据需要而被固定或可移动的框架或者工作台，并且其可确保图案形成机构位于比如相对投影系统来说所期望的位置。 在这里，术语“分划板”或“掩模”的任何用法可被认为与更通用的术语“图案形成结构”是同义的。
[0028] 这里所使用的术语“投影系统”应当被广义地解释为：包含任何类型的投影系统，包括折射光学系统、反射光学系统、反射折射光学系统，适于正被使用的曝光辐射或者适于其它因素(如浸液的使用或真空的使用)。 在这里，术语“透镜”的任何用法可被认为与更通用的术语“投影系统”是同义的。
[0029] 照明系统还可包含各种类型的光学元件，包括对投影辐射束进行定向、成形或控制的折射、反射和折射反射光学元件，并且这样的元件在下面共同地或单独地还可被称为“透镜”。
[0030] 光刻设备可以是带有两个(双台)或多个衬底工作台(和/或者两个或多个掩模工作台)的类型的。 在这种“多个台”的机器中，附加的工作台可被并行使用，或者可以在一个或多个工作台上实施预备操作而一个或多个另外的工作台被用于曝光。
[0031] 光刻设备还可以是下列类型的：其中衬底被折射指数相对较高的液体(如水)所浸没，以便填充投影系统的最后一个元件和衬底之间的空间。 浸液还可以用于光刻设备的其它空间，例如掩模和投影系统第一个元件之间的空间。 浸没技术在增加投影系统的数值孔径的领域中是众所周知的。
[0032] 在欧洲专利公开出版物No.EP 0 794 465 A2中，发明者找到了光刻方法的描述，其中对准校正值由从成批中选择晶片时进行的并在相同批或下一批的其它晶片曝光时使用的重叠测量得出。
[0033] 在美国专利公开出版物No.2002/012482 A1中，发明者找到了在加工中制造和使用参考晶片以此确定晶片工作台配准性能(registration performance)的方法的描述。
[0034] 在美国专利No.5,252,414中，发明者找到了评估光刻胶涂层的方法的描述，其中第二光刻胶层被施加于第一图案化光刻胶层顶部。 在第一和第二光刻胶层中图案之间的重叠精度给出了光刻胶涂层的量化评估。
[0035] 在美国专利申请No.5,863,680中，发明者找到了装置制造方法的描述，其中在较早处理层和曝光条件之间的信息相关重叠误差被用来校正后续层的对准。
[0036] 图1示意性地描述了根据本发明特定实施例的光刻设备。 该设备包括：
[0037] 照明系统(照明器)IL，用于提供辐射(如UV或EUV辐射)投影束PB。
[0038] 第一支持结构(如掩模工作台)MT，用于支持图案形成结构
[0039] (如掩模)MA并与第一定位装置PM相连用于相对于项目PL精确定位图案形成结构；
[0040] 衬底工作台(如晶片工作台)WT，用于支持衬底(如光刻胶涂敷的晶片)W并与第二定位装置PW相连用于相对于项目PL精确定位衬底；以及
[0041] 投影系统(如反射式投影透镜)PL，用于使图案成像到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上，该图案通过图案形成结构MA被传递给投影束PB。
[0042] 正如这里所描述的，设备是反射类型的(如使用反射掩模或如上所述类型的可编程反射镜阵列)。 另一方面，设备可以是透射类型的(如使用透射掩模)。
[0043] 照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该源和光刻设备可以是独立的实体，比如当辐射源是一个等离子体放电光源时。 在这样的情形中，不认为源是构成光刻设备的一部分，并且借助于包括有比如适当的聚光反射镜和/或光谱纯滤光片的辐射集光器，将辐射束从源SO传递至照明器IL。 在其它情形中，源可以是光刻设备的整体部分，比如，当辐射源是水银灯时。 源SO和照明器IL可被称为辐射系统。
[0044] 照明器IL可包括调节结构，用于调节投影束的角强度分布。 一般地，在照明器的光瞳平面内强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)可被调节。照明器提供了被调节的辐射束(被称为投影束PB)，其具有在其横截面内想要的均一性和强度分布。
[0045] 投影束PB入射到被支持在掩模工作台MT上的掩模MA。被掩模MA反射，投影束PB穿过透镜PL，透镜PL使投影束聚焦于衬底W的目标部分C。 借助于第二定位装置PW和位置传感器IF2(如干涉测量装置)，衬底工作台WT可被精确地移动，比如以便在投影束PB的路径中使不同的目标部分C定位。类似地，第一定位装置PM和位置传感器IF1可用来使掩模MA相对于投影束PB的路径被精确定位，比如从掩模库机械检索之后或在扫描期间。 一般地，借助于构成定位装置PM和PW的部分的长行程模块(粗糙定位)和短行程模块(精细定位)可实现物体工作台MT和WT的移动。 然而，在分档器的情形中(与扫描仪相反)，掩模工作台MT可以只和短行程致动器相连接或者可以被固定。 使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、p2，掩模MA和衬底W可以被调准。
[0046] 所描述的设备可用于下列优选模式：
[0047] 1.在分档模式中，掩模工作台MT和衬底工作台WT基本上保持不动，而被传递给投影束的整个图案被一次投射在目标部分C上(即单个静态曝光)。 接着，衬底工作台WT在X和/或Y方向上被移动，以使不同的目标部分C可被曝光。 在分档模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单个静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
[0048] 2.在扫描模式中，掩模工作台MT和衬底工作台WT被同时扫描，而被传递给投影束的图案被投射在目标部分C上(即单个动态曝光)。 衬底工作台WT相对于掩模工作台MT的速度和方向可通过投影系统PL的(缩小)放大和图像反转特征来确定。 在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单个动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
[0049] 3.在另一个模式中，支持可编程图案形成结构的掩模工作台MT基本上保持不动，衬底工作台WT被移动或被扫描，而被传递给投影束的图案被投射在目标部分C上。在这种模式中，一般地，在扫描期间，使用脉冲辐射源并且在衬底工作台WT每次移动之后或者在连续辐射脉冲之间根据需要对可编程图案形成结构进行更新。 可以很容易地将这种操作模式应用于利用可编程图案形成结构(如上面提到的可编程反射镜阵列的类型)的无掩模光刻术。
[0050] 还可以使用上述模式的组合和/或变化或者是完全不同的模式。
[0051] 图2以平面图的形式说明了具有已经施加于上表面的多个参考标记20的衬底W。 在双台光刻投影设备中，参考标记20的数目可以是每个衬底W约为25左右。 在将这样的设备用于衬底W上每个参考标记20的相对位置的精确测量时，大量的时间花费在测量操作上。
[0052] 图3说明了该方法的操作。该方法的第一操作是测量操作S1，其中衬底W上某些或全部参考标记20的每一个的相对位置被测量。可在光刻投影设备中实施这个操作，其中在任何情形中，针对衬底W到衬底工作台WT的对准以及水准测量，可测量参考标记20的位置，或者可在独立的机器中对其实施测量。 用于测量操作S1的机器可能与用于测量衬底W上两个连续层之间对准的重叠验证的机器是相同的。这个重叠验证操作S3将在后面讨论。
[0053] 在测量操作S1期间，测量系统在控制器的控制下测量衬底W上多个参考标记20的相对位置。 处理器被用来比较测量S1的结果和数据库中的信息/值。
[0054] 取决于测量结果和存储在数据库中的信息之间的比较结果，该方法的若干变化是可能的。例如，如果比较表明衬底W的变形超出了预定限度，可激活操作员报警器。这样的报警器可包括比如灯或声音指示器、或者是计算机监视器或控制站上的消息。 另外，比较结果可被控制器用来控制衬底W的后续曝光。 在任一种情形中，测量操作结果和比较操作结果可以被自动保存在数据库中以便帮助建立衬底处理期间衬底变形如何变化的历史同时增加信息。 这对于用作该特定衬底的历史以及用于比较不同衬底随时间如何变形是有用的。
[0055] 在测量操作S1之后，晶片在光刻投影设备中被曝光并随后被显影(图3中的操作S2)。 通常参考标记20在曝光和显影操作S2结束时被显现(或者如果通过叠加层可见的话则可使其保持被覆盖)，以使利用那些参考标记20可实施另外的测量，包括其中重叠精度被估计的重叠验证S3。
[0056] 下一个操作S4是图案迁移操作，其可包含在未被光敏材料覆盖的(即在显影期间被除去的)衬底面积上层的沉积或掺杂(通过比如离子辐射)或蚀刻。 在光刻投影设备中下一次曝光之前，利用参考标记20可测量衬底W相对于支持结构的位置和取向，支持结构支持图案形成结构(其本身可用来为由辐射系统生成的投影束形成想要的图案)。通过投影系统可将投影束投射到衬底W的目标部分。
[0057] 在一个实施例中，前馈环路FF被用来控制曝光和显影操作S2的曝光操作以此考虑测量的变形和操作S1中的比较结果。
[0058] 在曝光和显影操作S2之后，对准测量操作S3被实施，其中在连续循环期间在衬底W上沉积的两个后续层的对准被测量。这个处理确保了：如果最后的层与其前面的层的对准不令人满意，可去掉最后的层并且沉积新的层以使没有不必要的努力花费在将另外的后续层施加到衬底W上，即使在层之间的检测的失准将致使这样的衬底无用时。
[0059] 图3示出的是可选用或附加的测量操作S5，其中参考标记20的位置彼此相对被测量，并且将结果与数据库中的信息相比较。 在某些类型的设备中，同时实施对准测量操作S3和测量操作S5可能是便利的，以便光刻投影设备免予曝光已经被测量的衬底(以点线表示)。 另外，在操作S4之后，但是与操作S5无关，可实施测量操作S3。 曝光操作S2的前馈控制也是可能的(在图3中标注为AFF)。 接着，在操作S1中，为了对准投影设备中衬底W相对于掩模的位置，只测量少量的参考标记20可能是足够的。
[0060] 测量、曝光、显影、对准测量以及图案迁移操作S1、S2、S3、S4形成了根据衬底W上想要的结构、如需要可被实施多次的循环。 每个测量操作S1、S5的结果可由自动存储器自动存储在数据库中。 如此，衬底W的变形历史在其处理期间可被建立。 这允许工艺工程师识别多个曝光、显影和处理操作S2、S4中的哪一个导致了不能允许的衬底W的变形量。
[0061] 在没有与数据库比较的情形下，在衬底W已经被曝光之前，可以实施第一测量操作。在这种情况下，由于曝光或处理导致的衬底W的变形没有发生，因为还没有发生曝光或处理。
[0062] 在某些情形中，在比较操作中，只比较存储在数据库中的值可能是有利的，存储在数据库中的值来自相同批衬底W中的衬底W。这可能是不同批衬底以不同的方式对给定的曝光、显影和处理操作起反应，以使只有来自相同批衬底的值将形成有效比较。操作员报警器的激活可向操作员指示光刻投影设备的设置中的漂移或已经经受了太大变形的衬底W。
[0063] 数据库中的值可以是在考虑当中的特定衬底W上的以前测量操作S1、S5的值。如果比较表明循环之间的变形、或总体上、超出了预定值，则可激活操作员报警器或者由控制器控制曝光操作S2以解决变形。
[0064] 控制器可控制曝光操作S2以解决位置偏移或非正交变形(自动地或通过向操作员报警以便进行手工校正)乃至更高次变形(即非线性变形)。
[0065] 图4示出了在大批量之上平均的、与特定循环(如循环n)相关的指纹数据和在给定批(如批m)的衬底上平均的衬底数据如何可用来预测给定批上特定循环的结果。
[0066] 识别有差异的衬底的统计方法使用基于下列模型的线性回归分析：
[0067] Δ＝β0+β1x+β2y+残差
[0068] 其中Δ是在(x、y、z)下的测量位置和预计位置之间的差。 一般地，模型拟合不是很理想，这将导致每次测量的残差。 这个残差可被认为由两个分量组成：即所谓的不可校正分量和随机分量。 不可校正分量是常数，根据定义，其不能被所应用的模型描述。 随机分量还可被称为测量噪声，其由真实的测量装置相关的噪声以及比如测量目标质量中的随机变化组成。
[0069] 测量噪声的方差(σ2)可用作估计模型参数的可靠度的测量。 此外，噪声级还影响了测量质量。 作为结果，发明者已经确定，通过估计方差以及确定方差对变化条件的敏感性，可获得有用的度量。
[0070] 在实际中，多路线性回归被应用于许多实体，其中一个实体可以是包含每批多个衬底的多次对准测量的衬底。因此，建模的衬底数据将导致每个测量位置的残差。 通过在全部衬底上平均每次测量的残差，可获得该位置的不可校正误差的估计值。 在处理变化的情况下，误差比如衬底工作台上的颗粒、或层与层之间相互作用、不可校正误差的型式将改变并且可被检测。
[0071] 在特定实施例中，可获得测量噪声的方差估计值。 例如，通过对来自每个测量场(m)的大量测量位置(n)的每一个的剩余方差求和，并用n-(k+1)除这个结果，可估计该量，其中的量k+1为在模型中使用的参数的数目，将resi，j定义为场j中位置i处的残2
差，用于估计σ 的公式如下：
差，用于估计σ 的公式如下：
[0072]
[0073] 估计的标准偏差(估计的方差的平方根)的可靠度或置信区间可表述如下：
[0074]
[0075] 其中 为估计的标准偏差，α代表置信水平(例如对于95％的置信水平α＝0.05)，zα/2为概率P(z≤zα/2)等于1-α/2时的z值，可从标准正态分布表中获得概率，c由下式确定：
[0076] 上面的表达式适用于其中随机分量接近正态的情形。 然而，当分布变为低峰态时(也就是，分布偏离正态变化，但是峰度相对较小，其中峰度是从平均值和σ导出的参数)，则c趋向更小并且上面定义的可靠度趋向接近1。
[0077] 作为实例，针对44个测量场、每个测量场25个点以及三个模型参数，c近似等于0.023。
[0078] 通过在双台光刻投影设备中使用根据本发明至少一个实施例的方法，其中第一衬底的测量与第二衬底上的曝光操作同时实施，在没有减少生产量的情形下可监控制造期间的衬底变形，因为测量参考标记相对位置的操作要比曝光操作花费更少的时间，并且在某些场合无论如何需要执行该测量操作以便于测量衬底相对于在曝光操作中使用的协议的定位。 可使用这样的方法以允许在其他工具上执行的处理操作的效果在用于图案形成的光刻设备中被监控。
[0079] 如果比较的结果大于预定最大值，则可向操作员报警。 因为已经发生变形并超过一定量的衬底在执行进一步的曝光、显影和处理操作之前将被拒绝，这可提高客户的产量。 此外，在利用光刻术制造装置的多操作处理的显影期间，导致不可接受的衬底变形的那些操作可在早期阶段被识别。 本发明的实施例可用来警告该设备的用户是否设备漂移以致低于标准的衬底正在被制造。 要注意的是，在下面的本发明实施例的实例中，在图5a和5b中示出的数据被模拟和/或建模并且不一定反映实际的测量和测试。
[0080] 实例1
[0081] 如图5a和5b所示，本发明的估计方差方法可能对测量中较小的变化非常敏感。图5a说明了一批10,000个模拟实验，其中每个实验包括44个场、每个场25个测量点以及三个模型参数的测量。 正如在图中可以看到的，标准偏差σ近似为1nm，c近似为
0.0229。在图5b中，批已经被修改为每个实验中包括25nm偏移误差。正如从图中可看到的，第二批具有的σ近似为1.26nm以及c近似为0.0269。结果，很容易辨别该两批，并且实际上，两条曲线一点也不重叠。因此，这个实例证明了 的分辨率适用于解决测试结果、假定适当的测试设计(即适当的场数、每个场的点数以及模型参数的选择)。
0.0229。在图5b中，批已经被修改为每个实验中包括25nm偏移误差。正如从图中可看到的，第二批具有的σ近似为1.26nm以及c近似为0.0269。结果，很容易辨别该两批，并且实际上，两条曲线一点也不重叠。因此，这个实例证明了 的分辨率适用于解决测试结果、假定适当的测试设计(即适当的场数、每个场的点数以及模型参数的选择)。
[0082] 实例2
[0083] 图6a和6b说明了依照本发明实施例的、其中已经测量了44个场、每个场25个点的一批25个晶片的、分别在X和Y方向上的标准偏差。 对于图6a和6b中所绘制的每个点，误差条表示其与3σ或99.7％的置信区间相对应。 从X图中可以看到晶片4、6和22大大超出了标准之外，而在Y图中，晶片4、6、9和22完全超出了标准之外。 这些发现可通过图7a和7b所示的残差图确定。
[0084] 图7a是说明晶片1的残差图。 正如所看到的，晶片1上的残差矢量相对较短，这表示良好的重叠性能。 相反，图7b是说明晶片22的类似的图。 正如所看到的，在X＝100nm和Y＝25nm的区域中，存在着不连续，这可能是比如晶片上的污点或者是其他起源的重叠问题。 在任一种情形中，图6a和6b所示的度量可以很容易从数量上将优质晶片1同劣质晶片22区分开来，并向操作员或计算机控制器提供适当的处理反馈。
[0085] 实例3
[0086] 在可替换的实施例中，本发明可应用于生产环境。 在这个环境中，晶片对准可与测量和建模重叠场相比较并且由多个晶片对准组成的批可与重叠晶片相比较。 因此，可估计每批的测量噪声。 为了便于这个分析，测量的对准标记从晶片到晶片应当是连续的。正如图8a所示的，对于11批各25个晶片，使用12个划线初级标记对(SPM对)，选择三参数模型，设置c＝0.048，值(在置信区间内)位于最佳拟合线的大约0.1nm内。相反，正如图8b所示的，被添加到批数7中的一个晶片的一个标记的30nm偏移使得该批可以清楚和容易地从其他批中被区分出来，因为它位于距代表11批平均值的线大约5nm处。
[0087] 一种类型的生产缺陷将是在晶片工作台的卡盘上出现颗粒。 这样的颗粒往往导致晶片对准中的系统性变化，从而降低了这里所描述的基于方差分析的有效性。 然而，通过跟踪系统性变化中的改变，在理论上可以确定这些误差的来源或者监控变化的处理条件。
[0088] 实例4
[0089] 模型本身的质量可以利用本发明实施例来监控。 具体地说，对于给定的参数βi，可定义置信区间 其中估计参数的标准误差 是 每个场的测量点数以及那些点的位置(在x和y上)的函数。 置信区间的另一个系数tv，α/2从t-分布的表中或计算器中可获得，并且其根据自由度(v)和想要的置信水平(α)而变化。 作为实例，对于95％的置信水平以及每个场的大量的点，tv，α/2近似为2(即置信区间约为标准误差的两倍)。 利用置信限度 其可确定是否估计参数统计上等于(或不等于)零，该信息可用于比如更新光刻装置中的机器常数。
[0090] 因此，给定精确估计或测量噪声的测量，可获得参数βi的置信区间。已知各种参数的置信区间可允许比如在某些参数不可靠时或者如上所注意的可能导致系统性误差应当被调查和/或机器常数应当被改变的确定时，将其丢弃。
[0091] 此外，基于每场的估计结果，针对每个参数，可计算标准偏差。 在进行这种计算时，如果注意到有明显的偏离相应标准误差的偏差，则这个信息可用来确定是否存在有另一个导致方差的明显机制。 例如，由测量噪声，随机曝光误差将产生相对于标准偏差期望值的升高的标准偏差。
[0092] 实例5
[0093] 利用本发明的另一个实施例，可限定晶片图数据。 在这个实施例中，如同那个前述的实施例一样，对每个场采取大量的测量。 所测量的场可对应于光刻设备的曝光场，但是这不是必需的。另外，每个场内标记的布局应当是连续的。这些约束确保了不可校正误差从场到场基本上是恒定的，从而确保了从预计的用途来看 是有效量度。
[0094] 一种对不可校正误差的方差问题的可能的解决方案是利用残差分析扩展回归模型。 图9提供了一个实例，其中有五个晶片在共同的夹盘上被测量。 均方根误差(单位nm)被绘制在图9曲线图的y轴上。正如在图中可以看到的，场7、28、36和57各自表现为具有大的不规则性(irregularity)。 一旦将那些场去
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掉，则依照Δ＝β0+β1x+β2y+β3x+β4y+β5xy+残差，考虑回归模型中的二次项和交叉项，从而去掉不可校正误差，可计算新的平均残差。图10示出了依照扩展模型绘制的相同数据。 正如可以看到的，数据通常更平滑，大的不规则性比图9中的更突出，并且平均值比图9中的要小。在本实例中，最大的不规则性(场28)涉及晶片识别标记。如果扫描区域的几何特征被改变以此避免这个标记，例如通过限制扫描半径至比如140nm，那么数据甚至变得更加均匀。正如在图11中所看到的，伴随着该变化，单个大的不规则在场57处较其他突出。 图12是包括场57的晶片图，其可在该图的右上角看到并且通常表示在100处，其中250nm高聚焦光斑被定位。 至于前面的实例，本发明的方法考虑到存在特定场内误差的容易辨别的指示器。 正如前面提到的，这个确定可接着使操作员或控制系统进一步调查以此确定可能的误差来源或者控制光刻处理以便将其考虑进去。
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掉，则依照Δ＝β0+β1x+β2y+β3x+β4y+β5xy+残差，考虑回归模型中的二次项和交叉项，从而去掉不可校正误差，可计算新的平均残差。图10示出了依照扩展模型绘制的相同数据。 正如可以看到的，数据通常更平滑，大的不规则性比图9中的更突出，并且平均值比图9中的要小。在本实例中，最大的不规则性(场28)涉及晶片识别标记。如果扫描区域的几何特征被改变以此避免这个标记，例如通过限制扫描半径至比如140nm，那么数据甚至变得更加均匀。正如在图11中所看到的，伴随着该变化，单个大的不规则在场57处较其他突出。 图12是包括场57的晶片图，其可在该图的右上角看到并且通常表示在100处，其中250nm高聚焦光斑被定位。 至于前面的实例，本发明的方法考虑到存在特定场内误差的容易辨别的指示器。 正如前面提到的，这个确定可接着使操作员或控制系统进一步调查以此确定可能的误差来源或者控制光刻处理以便将其考虑进去。
[0095] 图13说明了具有和不具有聚焦光斑的情况下(分别为上部或下部线)的测量噪声。 发明者已经确定标准偏差中的差异部分地是由光斑的高度造成的，以及部分地是由(通常更小)不规则性造成的。
[0096] 所测量的信息可包含通常与衬底相关和/或与所关注的特定层相关的任何种类的数据以及统计测量。 例如，信息可包括原始位置数据；表示衬底标记的原始传感器数据；和/或来自数据的计算结果，如放大、平移、旋转或单独测量相对于由参数描述的参考栅格的差。
[0097] 如果存储在数据库中的信息包括前面测量操作的结果，则能够根据来自平均测量结果的偏差接受或拒绝衬底，或者突出处理条件中的变化或与设备或处理条件有关的问题。 优选地，在这样的情形中，信息包括对同一批衬底的衬底进行的前面的测量操作的结果，以使那些衬底已经全部经历了相同的处理是已知的，当然，可进行其他比较。例如，用于比较的数据库中的信息可以是来自不同批晶片中相同层的值。 批是一组经受了相同操作的晶片。
[0098] 优选地，根据本发明实施例的方法包含将所述测量和/或比较操作的结果自动存储进所述数据库的操作，以使结果的历史被保存。 作为用于工程师调查以优化产量为目的的特定处理的诊断工具，这可能是有用的。
[0099] 还能够根据前面循环的比较操作的结果控制曝光操作。 因此，可控制曝光操作以注意已经被测量的衬底的变形，从而确保曝光操作使衬底以解决出现在衬底中的变形这样的一种方式曝光。
[0100] 虽然在上面已经对本发明的特定实施例进行了描述，但是将会意识到，还可以除所述之外的方式实施本发明。 本发明实施例还包括计算机程序(如一组或多组或序列指令)来控制光刻设备以实施这里所描述的方法，以及包括存储介质(如磁盘、半导体存储器)用来以机器可读的形式存储一个或多个这样的程序。 本说明不打算限制本发明。