CN100430716C - 用于表征微电子特征部件质量的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的方法。一个高度准直的光源使用宽带多光谱光照射一个第一晶片的一个区域。然后测量从第一晶片散射的光的角分布。通常，改变光源、检测器、或二者的角度，并在每个角度进行角分布测量，产生第一晶片的散射特征标记。最后，把第一晶片的散射特征标记与一个具有良好质量的第二晶片的已知散射特征标记进行比较以确定第一晶片的质量。

Description

用于表征微电子特征部件质量的方法和装置
发明领域
本发明涉及半导体集成电路(IC)的制造。本发明具体涉及用于表征IC上的微电子特征部件质量的方法和装置。
背景技术
集成电路的制造需要各种构成器件的材料被构图为所需电路元件。这种构图操作通常是通过淀积所需材料的一个均匀膜层完成的。然后利用光敏材料在该膜上形成“掩模”，并最终把暴露的材料蚀刻掉以留下希望的电路元件。
集成电路的生产率和性能决定性地取决于所蚀刻的电路元件或特征部件的细微特征性质。这些重要的特征性质中的一些是：线宽损失(底切或“偏置”)，侧壁角(斜度)，表面粗糙度，台阶边沿处存在的残余材料(“栅栏”或“纵梁”)，和所蚀刻的特征部件的基部的接触角(“基脚”)。这些蚀刻性质来自于蚀刻化学性质、等离子体物理性质、和蚀刻系统设计和维护的复杂相互作用。
半导体设备制造者的作用是研究硬件、工艺和控制系统，使得能够可靠地、可再现地产生特定条件组以产生希望的蚀刻特征性质。研究和优化蚀刻工艺和硬件的能力决定性地取决于能够测量这些重要性质的传感器和仪器的可用性。对于不能测量的性质，也就不能被优化或可靠地再现。
此外，在蚀刻发生时的时间与在测量蚀刻性质时的时间之间的时延是非常大的。在执行蚀刻时进行的测量(例如通过终点的蚀刻速率检测)通常用于提供即时工艺反馈，并由此维持最佳结果。在蚀刻工艺之后立即执行的测量通常用于缺陷检测，并用于提供工艺偏差或硬件老化的“回合到回合”补偿。那些需要显著时延或人类交互和解释的测量通常用于基础工艺和硬件研究，但是通常不用于优化和维护该工艺。
很多细微但是决定性的蚀刻性质(例如侧壁角，纵梁形成，残余等等)目前只能通过使用扫描电子显微术(SEM)或其它复杂测试技术来监测。这些技术是费时的，非常局部化的，经常对晶片造成损害，并且需要实质性的人类评估和解释。由此，在工艺和硬件研究中集中地使用SEM表征，而在把一个工艺维持在它的最佳条件时其可用性有限。SEM在集成电路制造中的主要应用是对通过某些其它方式检测的问题(例如生产率降低)进行详细分析和评估。由于蚀刻性质中的细微变化(通常会导致生产率损失)没有被有效地监测，大量的晶片处于危险状态。
另一个用于分析晶片质量的技术是散射测量。散射测量基于对从所评估的晶片表面反射或散射的光的分析。当前可以得到的基于散射测量的传感器可以测量平均表面粗糙度，估计特征分布，和确定特征间距，周期性，和高度。这些传感器通常利用从特殊设计的周期性的、类似于衍射光栅的结构反射的单色激光来监测特征部件的性质。对于在晶片上的一个特殊测试结构的需要严重限制和复杂化了这些仪器对于工艺控制和/或实时缺陷检测的应用。而且，对于不同特征属性的测量需要不同的、特定的配置。
鉴于上述，需要一种用于提供对晶片质量的指示的方法和系统，其不费时，不损伤晶片，并且不需要实质性的人类评估和解释。而且，该方法不应需要晶片上的特殊测试结构，并且应该在经济上可行。
发明内容
本发明通过提供一种用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统和方法来满足这些需要。在一个实施例中，揭示了一种监测所蚀刻晶片的特征性质的方法，其中用来自光源的光照射第一晶片的一个区域并从被照射区域散射，并且其中光源至少以一个入射角把入射光引导到被照射区域上，该方法的特征在于：利用一个高度准直的光源照射该第一晶片的一个区域，其中来自光源的入射到被照射区域上的光是宽带多光谱光，宽带多光谱光从被照射区域散射以在各种散射角形成散射光，其中当来自光源的入射光从第一晶片的被照射区域散射时，在第一晶片上对应于第一晶片的大规模特征性质的空间信息被抑制；至少在一个第一散射角测量从第一晶片的被照射区域散射的光的强度；通过执行以下操作之一来协调照射操作和测量操作：在很多入射角执行照射操作以把入射光引导到被照射区域上，并以第一散射角为每个入射角执行测量操作，或至少在一个入射角执行照射操作以把入射光引导到被照射区域上，并以很多散射角执行测量操作以测量从第一晶片的被照射区域散射的光的强度，或以很多入射角执行照射操作以把入射光引导到被照射区域上，并以很多散射角执行测量操作以测量从第一晶片的被照射区域散射的光的强度；准备对应于第一晶片的散射特征标记，散射特征标记包括根据以下至少一种曲线图的曲线图：散射光的强度对多个入射角的曲线图，和散射光的强度对多个散射角的曲线图；和把第一晶片的散射特征标记与一个第二晶片的已知散射特征标记进行比较。
在另一个实施例中，揭示了一种一种用于监测所蚀刻晶片表面上的特征性质的装置，其中光源用光束照射第一晶片表面的一个区域，该光束从被照射区域散射形成散射光，并且设置光检测器感测散射光；所述装置的特征在于：所述光源为宽带准直光源，被设置为利用宽带多光谱光束形式的光束照射该第一晶片表面的一个区域，该光束从被照射表面散射以形成散射光，使得在从第一晶片上的大规模特征性质散射的散射光中，对应于大规模特征性质的空间信息被抑制；控制器，用于针对第一晶片表面上的特征性质使宽带多光谱光束和光检测器中的至少一个扫过角度，使得光检测器检测用于产生第一晶片的散射特征标记的数据；和计算机，被配置为把第一晶片的散射特征标记与一个第二晶片的已知散射特征标记进行比较。
在本发明的再一个实施例中，揭示了一种用于制造具有被监测特征性质的集成电路结构的方法，其中利用一个光源，通过以一个入射角把光束引导到被照射区域上，照射一个第一晶片的一个区域，其中来自光源的光束从被照射区域散射，在散射角处形成散射光，其中所述方法的特征在于：利用一个高度准直的光源照射一个第一晶片的一个区域，以一个入射角把光束引导到被照射区域上，其中来自光源的光束是宽带多光谱光，从被照射区域散射宽带多光谱光以在各种散射角形成散射光，其中当从被照射区域散射照射光时，在第一晶片上对应于第一晶片的大规模特征的、在散射单色光时会出现的空间信息被抑制；测量从第一晶片的被照射区域散射的散射光的强度；针对第一晶片的特征性质，改变宽带多光谱光束与晶片表面之间的入射角和散射光与晶片表面之间的散射角中的至少一个角度，使得该测量操作提供用于产生第一晶片的特征性质的散射特征标记的数据；和把第一晶片的散射特征标记与一个第二晶片的已知散射特征标记进行比较，以确定第一晶片的特征性质的质量。
有利地，本发明以及时的方式提供了晶片质量的指示。而且，由于可以容易地在一个计算机系统中分析散射特征标记，本发明不需要实质性的人类评估和解释。
最后，由于本发明提供晶片质量数据而无需复杂的设备，因此系统成本保持相对较低。
附图说明
通过以下结合附图的说明，可以对本发明及其进一步优点有最好的理解，其中：
图1显示根据本发明的一个实施例用于使用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统；
图2是根据本发明的另一个实施例从一个晶片的表面散射的光的散射特征标记的曲线图；
图3是根据本发明的再一个实施例具有相关质量界限的散射特征标记的曲线图；
图4是显示根据本发明的一个实施例一个“白”光源和一个单色光源的散射特征标记的曲线图；
图5A显示根据本发明的一个方面的一个固定光配置；
图5B显示根据本发明的另一个方面的一个固定检测器配置；
图5C显示根据本发明的另一个方面的一个可变配置；
图5D显示根据本发明的另一个方面的一个固定-可变配置；
图6显示根据本发明的一个实施例用于利用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统图；
图7显示根据本发明的另一个实施例的一个同轴配置；
图8是显示根据本发明的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；
图9是显示根据本发明的另一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；
图10是显示根据本发明的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图；
图11是显示根据本发明的一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法的流程图。
发明详述
所揭示的方法用于利用成角度分解的宽带白光来表征微电子特征部件的质量。在下面的说明中，给出了很多特定细节以提供对本发明的完全理解。但是，本领域技术人员应该明白，本发明可以在没有部分或全部这些特定细节的情况下实施。在其它情况下，为了不使本发明混淆，没有详细说明公知的工艺步骤。
图1显示根据本发明的一个实施例用于使用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统10。该系统10包括一个光源12，一个光检测器14，电机16，和一个计算机控制的数据采集和扫描角控制器18。优选地，如下所详细说明的，光源12被充分地进行准直校准，以产生窄范围的入射角。
在使用时，准直光源12利用一个光束22照射晶片20的区域21。光源12产生的光束22在光谱上是宽广的。如前所述，常规散射测量方法通常是使用单色光(通常来自一个激光器)执行的。本发明优选地使用一个光谱宽广的宽带光源(在约200nm到900nm的范围内)，以使得入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征分布(scattering profile)中被抑制。
接着，使用光检测器14测量从晶片20的表面散射的光的强度。在一个实施例中，电机16用于围绕晶片20扫过入射角24和散射角26。通过移动光源12，可以改变光束22与晶片20表面之间的入射角24。同样，通过移动光检测器14，可以改变散射光束28与晶片20表面之间的散射角26。
电机16由计算机控制的数据采集和扫描角控制器18控制。而且，计算机控制的数据采集和扫描角控制器18用于分析由光检测器14从散射光收集的光强度数据。
如上所述，光束22最好充分准直以确保相对于照射区域21的一侧的散射角26实质上与相对于照射区域21的另一侧的散射角26相同。优选地，高度准直的光源12的角发散小于±1°，更优选小于±0.5°。光束22的射线在从光源21传送到被照射区域21时最好是平行的，以便同等地照射晶片的每个特征部件。同样，将被检测的散射光28的射线在从被照射区域21传送到光检测器14时最好是平行的，以便在单个角度测量来自每个特征部件的光。其结果是对每个特征部件如何与光相互作用的分布的测量。
而且，由光源12产生的光束在光谱上是宽广的。如前所述，常规散射测量方法通常是使用单色光(通常由激光器产生)来执行的。本发明优选使用一个在光谱上宽广的宽带光源以确保入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征标记中被抑制。
此外，照射区域21最好较大以便使得光强度测量值对于晶片20内的相对管芯位置不敏感。而且，大光斑尺寸极大简化了把本发明实际地、节省成本地集成为一个生产工具。小照射区域21使得散射光对在一个特定照射区域21中照射的特定特征部件非常敏感。而且，特征尺寸的变化没有得到平衡(averagedout)。
希望在晶片20上有一个合理程度的空间平均。因此，照射区域21最好处于晶片20上存在的平均管芯尺寸的数量级。以此方式，当照射区域21在晶片20上移动时照射区域21内的特征部件不改变。优选地，照射区域21不小于晶片上的一个重复单元尺寸的50％。
而且，希望平均晶片20上的管芯之间的位置线(scribe line)，否则该工艺将对照射区域21的精确放置敏感。如果需要把照射区域21放置在一个管芯区域内而不包括任何位置线，该工艺将被限制为仅用于预定尺寸的管芯。在这种工艺中，任何较小的管芯都将包括位置线，因此，由于位置线没有被平均，将破坏测量。因此，最好使用本发明平均位置线。
为了实现这一点，通常把大约一半的照射区域21放置在一个第一管芯上，而把另一部分照射区域21放置在一个第二管芯上。以此方式，位置线被包括在测量中，其是由光检测器所记录的总散射信号中的一个相对较小部分。而且，使用一个大的照射区域21会使得散射信号中位置线所占的部分与散射信号中实际电路所占的部分之比率在整个测量过程中保持恒定。因此，使用一个大照射区域21减小了相对于晶片上的一个管芯定位照射区域21时所需的精度，并因此减小或消除了对用于照射定位的高成本图像识别系统的需要。
接着参见图2，显示了根据本发明的另一个实施例从晶片表面散射的光的散射特征标记52的曲线图50。散射特征标记52是作为散射角的函数的散射光幅度。所示的强度是从晶片表面散射的光的强度的对数。此外，0°散射角与晶片表面平行，而90°散射角与晶片表面垂直。而且，通过在改变散射角的同时使入射角固定在大约90°来产生图2的散射特征标记52。
优选地，首先为一已知的具有良好质量的样本晶片产生散射特征标记52。应该利用某个独立的验证方法(例如SEM)独立地验证该已知样本晶片的质量。然后，可以把将来晶片的散射特征标记与该已知样本晶片的散射特征标记52进行比较。
图3是根据本发明另一个实施例的具有相关质量界限64的散射特征标记62的曲线图60。可以通过观测已知的可接受晶片样本中的变化来以统计方式建立界限64。其结果是该已知的具有良好质量的样本晶片的散射特征标记62之上和之下的一组质量界限64。
然后，可以把将来晶片的散射特征标记与该已知样本晶片的散射特征标记62进行比较。如果一个将来晶片的散射特征标记在质量界限64之内，则给出该晶片具有良好质量的良好指示。而且，如在本发明中一样使用一个宽带光源，使得非常容易解释散射光数据。
图4是显示一个“白”光源的散射特征标记82和一个单色光源的散射特征标记84的曲线图80。“白”光源和单色光源的散射特征标记82和84是作为散射角的函数的散射光幅度。显示的强度是从晶片表面散射的光的强度的对数。而且，0°散射角平行于晶片表面，而90°散射角垂直于晶片表面。
曲线图80显示的单色光源的散射特征标记84包括由来自位于晶片上的特征部件的顶部和底部的衍射的衍射效应造成的宽幅摆动。由于从所淀积的膜的厚度可以知道特征部件的顶部和底部(即蚀刻深度)，因此蚀刻深度不是蚀刻质量测量的一个重要性质。使用单色光源导致由晶片上的特征部件造成的非常大的信号振荡被施加到背景信号上。这些信号振荡使得对散射数据的解释和对特征标记是否落入质量界限的确定非常困难。因此，本发明使用宽带入射光来抑制由晶片上的大规模特征部件造成的空间信息。
应该知道，本发明从实际产品晶片收集测量数据。常规散射测量技术使用特殊的测试晶片和图形以便在分析性衍射模型方面简化对测量数据的解释。在“真实”集成电路上的图形的复杂性使得这种方式是不实用的。在本发明中，通过使用宽带照射在一个大区域上积分来有意抑制传统的衍射效应。本发明的中心构成是发现根据所公开的方法和装置进行的测量对于揭示具有实际重要性的蚀刻性质的变化是足够灵敏和可再现的。
接着参见图5A-5D，显示了本发明的各种配置。图5A显示根据本发明一个方面的固定光配置100。该固定光配置100包括一个光检测器110和一个光源112。在固定光配置100中，光源112在整个检测过程中固定在一个恒定入射角114。然后，光检测器110扫描一系列的散射角116以捕获散射光数据。优选地，检测器从约-70°到+70°扫描，为每个散射角116进行一次散射光测量。
图5B显示根据本发明另一个方面的固定检测器配置102。固定检测器配置102包括一个光检测器110和一个光源112。在固定检测器配置102中，光检测器110在整个检测过程中固定在一个恒定散射角116。然后，光源112扫描经过一系列入射角114以改变入射角。优选地，光源从约70°扫描到近似0°(垂直于晶片表面)，为每个入射角114进行一次散射光测量。
图5C显示根据本发明另一个方面的可变配置104。可变配置104包括一个光检测器110和一个光源112。在可变配置104中，光检测器110和光源112都扫描经过一系列角度，同时改变入射角114和散射角116。优选地，光源和检测器都从约垂直于表面的0°扫描到70°，为每个散射角116进行一次散射光测量。在另一个实施例中，为每个入射角114以及每个散射角116进行一次散射光测量。在再一个实施例中，仅为每个入射角114进行一次散射光测量。可以改变入射角114与散射角116之间的偏角118。
图5D显示根据本发明另一个方面的固定-可变配置106。固定-可变配置106包括一个光检测器110，一个光源112，和一个光束分离器115。在固定-可变配置106中，光检测器110和光源112都扫描经过一系列角度，同时改变入射角114和散射角116。优选地，光源和检测器都从约-70°扫描到+70°，为每个入射角116进行一次散射光测量。但是，与可变配置104不同，入射角114与散射角116之间的偏角保持恒定为0°。
图6A显示根据本发明的一个实施例用于使用宽带白光表征微电子特征部件的质量的系统图200。系统图200包括系统的俯视图202，系统的侧视图204(图6B)，和系统的正视图206(图6C)。该系统包括连接到光源臂212的良好准直的光源210，和连接到检测器臂216的光检测器214。此外，光源臂212和检测器臂216都可围绕晶片220移动。
在使用时，光源臂212用于把光源210围绕晶片220移动。同样，检测器臂216用于把光检测器214围绕晶片220移动。有利地，系统图200中显示的装置能够围绕晶片220的表面移动光源210，而同时把光检测器214保持在一个相对于晶片220表面的固定角度，并且反之亦然。此外，系统图200中显示的装置能够围绕晶片220的表面、以一个固定偏角或一个可变偏角同时移动光源210和光检测器214。因此，图6的装置在测量来自晶片220表面的散射光方面提供了很大程度的自由。
接着参见图7，显示了根据本发明一个实施例的同轴配置300。同轴配置300包括一个光源302，一个光检测器304，一个光束分离器306，一个准直器308，一个可旋转反射镜310，和一个连接到可旋转反射镜310的电机312。同轴配置300用于收集来自晶片314的表面的散射数据，而无需移动实际光源302或光检测器304。
在操作中，光从光源302经过光束分离器306传送到准直器308，准直器308使光准直。然后，准直光传送到可旋转反射镜310，在可旋转反射镜310与晶片314的表面之间进行光反射。可旋转反射镜310能够利用电机312围绕一个轴旋转。由于可旋转反射镜310能够围绕一个轴旋转，反射镜310用于引导光束横跨过晶片314的表面。以此方式，光源302和光检测器304可以保持静止而同时仍然能够收集在变化的入射角和散射角的散射光数据。希望以这种方式进行检测是因为：如果需要光源302和光检测器304是可移动的，那么它们有电源供给、冷却需要和可能增加系统复杂性的其他系统。
而且，同轴配置300允许使用一个准直器308。光束和散射信号都经过相同的光学元件，使用该相同的光学元件两次。首先是作为一个用于把光传送到晶片314的光束形成器，其次是作为一个用于把散射信号从晶片314传送到光检测器304的望远镜式光学元件。以此方式，自动地匹配这两个发散(divergences)。
而且，为了实现较高的信噪比和消除暗电流和其他噪声，最好以特定频率对光进行闪断。使检测与该频率同步以利用锁相环的等效结构。
图8是显示根据本发明一个实施例用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法400的流程图。在初始操作402中，执行预处理操作。预处理操作包括制备一个用于蚀刻的晶片，并蚀刻该晶片。
在固定角度操作404中，固定一个良好准直的光源光学角。把该准直光源光学角固定为一个相对于晶片表面的预定角度。然后使用光源来照射晶片的表面上的一个区域。如上所述，光源可以直接照射晶片表面，或者使用一个反射镜间接照射晶片表面。
而且，由光源产生的光束在光谱上是宽广的。如前所述，通常使用单色光(通常来自一个激光器)执行常规散射测量。本发明最好使用一个光谱上宽广的宽带光源以使入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征标记中被抑制。
此外，照射区域最好较大以使得光强度测量对于晶片内的相对管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸极大简化了把本发明实际地、节省成本地集成为一个生产工具。小照射区域使得散射光对在一个特定照射区域中照射的特定特征部件非常敏感，而特征尺寸的变化没有得到平衡。希望在晶片上有一个合理程度的空间平均。因此，照射区域最好处于晶片上存在的平均管芯尺寸的数量级，使得当照射区域在晶片上移动时照射区域内的特征部件的分布不改变。
而且，希望平均晶片上的管芯之间的位置线，否则该工艺将对照射区域的精确放置敏感。如果需要把照射区域放置在一个管芯区域内而不包括任何位置线，该工艺将被限制为仅用于特定尺寸的管芯。在这种工艺中，任何较小的管芯都将在测量中包括位置线，因此将破坏测量。因此，最好使用本发明平均位置线。
为了实现这一点，通常把大约一半的照射区域放置在一个第一管芯上，而把另一部分照射区域放置在一个第二管芯上。以此方式，位置线被包括在测量中，其是由光检测器所记录的总散射信号中的一个相对较小部分。使用一个大的照射区域会使得散射信号中位置线所占的部分与散射信号中实际电路所占的部分之比率在整个测量过程中保持恒定。因此，使用一个大照射区域减小了相对于晶片上的一个管芯定位照射区域时所需的精度，并因此减小或消除了对用于照射定位的图像识别系统的需要。
接着，在收集操作406中，光检测器收集从晶片表面散射的光。优选地，光是良好准直的，以使得从被照射区域的一侧传送的散射光线平行于从被照射区域的另一侧传送的散射光线。与光源一样，光检测器可以直接检测来自晶片表面的散射光，或者使用一个反射镜间接检测。
然后在判决操作408中，判定是否已经收集到足够的散射数据以产生晶片的良好散射特征标记。如果已经收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法400继续一个分析操作410。如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法400继续一个步进操作412。
如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，在步进操作412中把检测器角步进到下一个检测角。光检测器最好扫描经过一系列散射角以捕获用于产生晶片的散射特征标记的散射光数据。优选地，检测器从约-70°扫描到+70°。如上所述，最好利用一个连接到一计算机控制系统的电机移动光检测器以提供希望的检测角与实际检测角之间的精确相关。在把检测器角步进后，方法400继续收集操作406。
在分析操作410中，分析所收集的散射数据。本发明使用散射数据来产生晶片的散射特征标记。该散射特征标记可以用于多种目的。首先，散射特征标记可以用作一个已知的良好质量晶片的散射特征标记的一个例子。优选地，利用另一种技术(例如SEM)独立地验证该已知的良好质量晶片。其次，散射特征标记可以用于产生质量界限以产生一个限制良好质量晶片散射特征标记的包络。第三，可以把散射特征标记与一个良好质量晶片的散射特征标记进行比较以确定当前晶片的质量。优选地，使用由良好质量晶片的统计分析所产生的质量界限来进行该比较。如果当前晶片的散射特征标记在该质量界限内，那么可以认为当前晶片具有良好质量。
最后，在操作414，可以使用该分析结果来辅助进一步处理晶片或管芯。该进一步处理可以包括使用质量信息来校正蚀刻工艺，或验证该工艺是按希望方式进行的。
图9是显示根据本发明另一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法500的流程图。在初始操作502中，执行预处理操作。预处理操作包括制备一个用于蚀刻的晶片，并蚀刻该晶片。
在固定角操作504中，固定一个光检测器光学角。优选地，所检测的光是良好准直的，以使得从被照射区域的一侧传送的散射光线平行于从被照射区域的另一侧传送的散射光线。如上所述，光检测器可以直接检测来自晶片表面的散射光，或者使用一个反射镜间接检测。
接着，在收集操作506中，一个良好准直的光源照射晶片的表面，并且光检测器收集散射光数据。准直光源光学角开始时是相对于晶片表面的一个预定角度。然后使用该光源照射晶片表面上的一个区域。如上所述，光源可以直接照射晶片表面，或者使用一个反射镜间接照射晶片表面。
优选地，光是良好准直的，以使得从被照射区域的一侧传送的散射光线平行于从被照射区域的另一侧传送的散射光线。与光源一样，光检测器可以直接检测来自晶片表面的散射光，或者使用一个反射镜间接检测。
而且，由光源产生的光束在光谱上是宽广的。如前所述，通常使用单色光(通常来自一个激光器)执行常规散射测量方法。本发明最好使用一个在光谱上宽广的宽带光源以使入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征标记中被抑制。
此外，照射区域最好较大以使得光强度测量对于晶片内的相对管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸极大简化了把本发明实际地、节省成本地集成为一个生产工具。小照射区域使得散射光对在该特定照射区域中照射的特定特征部件非常敏感，而特征尺寸的变化没有得到平衡。希望在晶片上有一个合理程度的空间平均。因此，照射区域最好处于晶片上存在的平均管芯尺寸的数量级，使得当照射区域在晶片上移动时照射区域内的特征部件的分布不改变。
而且，希望平均晶片上的管芯之间的位置线，否则该工艺将对照射区域的精确放置敏感。如果需要把照射区域放置在一个管芯区域内而不包括任何位置线，该工艺将被限制为仅用于特定尺寸的管芯。在这种工艺中，任何较小的管芯都将在测量中包括位置线，因此将破坏测量。因此，最好使用本发明平均位置线。
为了实现这一点，通常把大约一半的照射区域放置在一个第一管芯上，而把另一部分照射区域放置在一个第二管芯上。以此方式，位置线被包括在测量中，其是由光检测器所记录的总散射信号中的一个相对较小部分。使用一个大的照射区域会使得散射信号中位置线所占的部分与散射信号中实际电路所占的部分之比率在整个测量过程中保持恒定。因此，使用一个大照射区域减小了相对于晶片上的一个管芯定位照射区域时所需的精度，并因此减小或消除了对用于照射定位的图像识别系统的需要。
然后在判决操作508中，判定是否已经收集了足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记。如果已经收集了足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法500继续一个分析操作510。如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法500继续一个步进操作512。
如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，在步进操作512中把照射入射角步进到下一个入射角。光源最好扫描经过一系列入射角，在每个入射角进行一次散射光测量以产生晶片的散射特征标记。优选地，光源从约70°扫描到接近0°(与晶片表面垂直)。如上所述，最好利用一个连接到一计算机控制系统的电机移动光源以提供希望的照射角与实际照射角之间的精确相关。在把照射角步进后，方法500继续另一个收集操作506。
在分析操作510中，分析所收集的散射数据。本发明使用散射数据来产生晶片的散射特征标记。该散射特征标记可以用于多种目的。首先，散射特征标记可以用作一个已知的良好质量晶片的散射特征标记的一个例子。优选地，利用另一种技术(例如SEM)独立地验证该已知的良好质量晶片。其次，散射特征标记可以用于产生质量界限以产生一个限制良好质量晶片散射特征标记的包络。第三，可以把散射特征标记与一个良好质量晶片的散射特征标记进行比较以确定当前晶片的质量。优选地，使用由良好质量晶片的统计分析所产生的质量界限来进行该比较。如果当前晶片的散射特征标记在该质量界限内，那么可以认为当前晶片具有良好质量。
最后，在操作514，可以使用该分析结果来辅助进一步处理晶片或管芯。该进一步处理可以包括使用质量信息来校正蚀刻工艺，或验证该工艺是按希望方式进行的。
图10是显示根据本发明一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法600的流程图。在初始操作602中，执行预处理操作。预处理操作包括制备一个用于蚀刻的晶片，并蚀刻该晶片。而且，为一个准直光源和一个光检测器设置初始预定角。如前所述，光源和光检测器可以直接照射晶片表面和收集来自晶片表面的数据，或使用一个反射镜间接地进行。
由光源产生的光束在光谱上是宽广的。如前所述，通常使用单色光(通常来自一个激光器)执行常规散射测量。本发明最好使用一个光谱上宽广的宽带光源以使入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征标记中被抑制。
此外，照射区域最好较大以使得光强度测量对于晶片内的相对管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸极大简化了把本发明实际地、节省成本地集成为一个生产工具。小照射区域使得散射光对在该特定照射区域中照射的特定特征部件非常敏感，而特征尺寸的变化没有得到平衡。希望在晶片上有一个合理程度的空间平均。因此，照射区域最好处于晶片上存在的平均管芯尺寸的数量级，使得当照射区域在晶片上移动时照射区域内的特征部件的分布不改变。
而且，希望平均晶片上的管芯之间的位置线，否则该工艺将对照射区域的精确放置敏感。如果需要把照射区域放置在一个管芯区域内而不包括任何位置线，该工艺将被限制为仅用于特定尺寸的管芯。在这种工艺中，任何较小的管芯都将在测量中包括位置线，因此将破坏测量。因此，最好使用本发明平均位置线。
为了实现这一点，通常把大约一半的照射区域放置在一个第一管芯上，而把另一部分照射区域放置在一个第二管芯上。以此方式，位置线被包括在测量中，其是由光检测器所记录的总散射信号中的一个相对较小部分。使用一个大的照射区域会使得散射信号中位置线所占的部分与散射信号中实际电路所占的部分之比率在整个测量过程中保持恒定。因此，使用一个大照射区域减小了相对于晶片上的一个管芯定位照射区域时所需的精度，并因此减小或消除了对用于照射定位的图像识别系统的需要。
在收集操作604中，光源照射晶片表面上的一个区域，光检测器收集从被照射区域散射的光。优选地，光是良好准直的，以使得从被照射区域的一侧传送的散射光线平行于从被照射区域的另一侧传送的散射光线。
然后在判决操作606中，判定是否已经收集到足够的散射数据以产生晶片的良好散射特征标记。如果已经收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法600继续一个分析操作608。如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法600继续一个步进光源操作610。
如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，在步进光源操作610中把照射入射角步进到下一个入射角。光源最好扫描经过一系列入射角，在每个入射角进行一次散射光测量，以产生晶片的散射特征标记。优选地，光源从约垂直于表面的0°扫描到70°。如上所述，最好利用一个连接到一计算机控制系统的电机移动光源以提供希望的照射角与实际照射角之间的精确相关。
接着，在步进检测器操作612中，把检测器角步进到下一个检测角。光检测器最好扫描经过一系列散射角以捕获用于产生晶片的散射特征标记的散射光数据。优选地，检测器从约-70°扫描到+70°。可以改变光源与光检测器之间的偏角以产生晶片散射特征标记。与光源一样，最好利用一个连接到一计算机控制系统的电机移动光检测器以提供希望的检测角与实际检测角之间的精确相关。在把检测器角步进后，方法600继续另一个收集操作604。
在分析操作608中，分析所收集的散射数据。本发明使用散射数据来产生晶片的散射特征标记。该散射特征标记可以用于多种目的。首先，散射特征标记可以用作一个已知的良好质量晶片的散射特征标记的一个例子。优选地，利用另一种技术(例如SEM)独立地验证该已知的良好质量晶片。其次，散射特征标记可以用于产生质量界限以产生一个限制良好质量晶片散射特征标记的包络。第三，可以把散射特征标记与一个良好质量晶片的散射特征标记进行比较以确定当前晶片的质量。优选地，使用由良好质量晶片的统计分析所产生的质量界限来进行该比较。如果当前晶片的散射特征标记在该质量界限内，那么可以认为当前晶片具有良好质量。
最后，在操作614，可以使用该分析结果来辅助进一步处理晶片或管芯。该进一步处理可以包括使用质量信息来校正蚀刻工艺，或验证该工艺是按希望方式进行的。
图11是显示根据本发明一个实施例的用于监测所蚀刻晶片的特征性质的方法700的流程图。在初始操作702中，执行预处理操作。预处理操作包括制备一个用于蚀刻的晶片，并蚀刻该晶片。此外，最初为准直光源和光检测器设置一个预定角度。优选地，在准直光源和光检测器之间设置一个固定偏角。而且，该偏角最好被设置为0°以便为光源和光检测器二者使用相同的光学元件。如上所述，光源和光检测器可以直接照射晶片表面和收集来自晶片表面的数据，或者使用一个反射镜间接进行。
由光源产生的光束在光谱上是宽广的。如前所述，通常使用单色光(通常来自一个激光器)执行常规散射测量。本发明最好使用一个光谱上宽广的宽带光源以使入射照射的相干长度较短。以此方式，对应于大规模结构(例如电路图形的细节)的晶片空间信息在散射特征标记中被抑制。
此外，照射区域最好较大以使得光强度测量对于晶片内的相对管芯位置不敏感。而且，大的光斑尺寸极大简化了把本发明实际地、节省成本地集成为一个生产工具。小照射区域使得散射光对在该特定照射区域中照射的特定特征部件非常敏感，而特征尺寸的变化没有得到平衡。希望在晶片上有一个合理程度的空间平均。因此，照射区域最好处于晶片上存在的平均管芯尺寸的数量级，使得当照射区域在晶片上移动时照射区域内的特征部件的分布不改变。
而且，希望平均晶片上的管芯之间的位置线，否则该工艺将对照射区域的精确放置敏感。如果需要把照射区域放置在一个管芯区域内而不包括任何位置线，该工艺将被限制为仅用于特定尺寸的管芯。在这种工艺中，任何较小的管芯都将在测量中包括位置线，因此将破坏测量。因此，最好使用本发明平均位置线。
为了实现这一点，通常把大约一半的照射区域放置在一个第一管芯上，而把另一部分照射区域放置在一个第二管芯上。以此方式，位置线被包括在测量中，其是由光检测器所记录的总散射信号中的一个相对较小部分。使用一个大的照射区域会使得散射信号中位置线所占的部分与散射信号中实际电路所占的部分之比率在整个测量过程中保持恒定。因此，使用一个大照射区域减小了相对于晶片上的一个管芯定位照射区域时所需的精度，并因此减小或消除了对用于照射定位的图像识别系统的需要。
在收集操作704中，光源照射晶片表面上的一个区域，光检测器收集从被照射区域散射的光。优选地，光是良好准直的，以使得从被照射区域的一侧传送的散射光线平行于从被照射区域的另一侧传送的散射光线。
然后在判决操作706中，判定是否已经收集到足够的散射数据以产生晶片的良好散射特征标记。如果已经收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法700继续一个分析操作708。如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，方法700继续一个步进光源操作710。
如果没有收集到足够散射数据以产生晶片的良好散射特征标记，在步进光源操作710中把照射入射角和检测角步进到下一个角度。应该注意，在方法700中光源和光检测器之间的偏角保持恒定。
而且，光源和光检测器最好扫描经过一系列角度，在每个入射角进行一次散射光测量以产生晶片的散射特征标记。优选地，光源和检测器从约-70°扫描到+70°。如上所述，最好利用连接到一计算机控制系统的电机移动光源和光检测器以提供希望的照射和检测角与实际角度之间的精确相关。在把检测器角步进后，方法700继续另一个收集操作704。
在分析操作708中，分析所收集的散射数据。本发明使用散射数据来产生晶片的散射特征标记。该散射特征标记可以用于多种目的。首先，散射特征标记可以用作一个已知的良好质量晶片的散射特征标记的一个例子。优选地，利用另一种技术(例如SEM)独立地验证该已知的良好质量晶片。其次，散射特征标记可以用于产生质量界限以产生一个限制良好质量晶片散射特征标记的包络。第三，可以把散射特征标记与一个良好质量晶片的散射特征标记进行比较以确定当前晶片的质量。优选地，使用由良好质量晶片的统计分析所产生的质量界限来进行该比较。如果当前晶片的散射特征标记在该质量界限内，那么可以认为当前晶片具有良好质量。
最后，在操作614，可以使用该分析结果来辅助进一步处理晶片或管芯。该进一步处理可以包括使用质量信息来校正蚀刻工艺，或验证该工艺是按希望方式进行的。
虽然以几个优选实施例描述了本发明，在本发明范围内有很多改变、变换和等效。还应该注意，有很多实现本发明的方法和装置的另选方式。因此，应把后附的权利要求解释为包括所有落入本发明的真实精神和范围内的改变、变换和等效。

Claims (16)

1.一种监测所蚀刻晶片的特征性质的方法，其中用来自光源(12)的光(22)照射第一晶片(20)的一个区域(21)并从被照射区域(21)散射，并且其中光源(12)至少以一个入射角把入射光(22)引导到被照射区域(21)上，该方法的特征在于：
利用一个高度准直的光源(12)照射该第一晶片(20)的一个区域(21)，其中来自光源(12)的入射到被照射区域(21)上的光(22)是宽带多光谱光，宽带多光谱光从被照射区域(21)散射以在各种散射角形成散射光(28)，其中当来自光源(12)的入射光(22)从第一晶片的被照射区域(21)散射时，在第一晶片上对应于第一晶片(20)的大规模特征性质的空间信息被抑制；
至少在一个第一散射角测量从第一晶片(20)的被照射区域(21)散射的光(28)的强度；
通过执行以下操作之一来协调照射操作和测量操作：
在很多入射角执行照射操作以把入射光(22)引导到被照射区域(21)上，并以第一散射角为每个入射角执行测量操作，或
至少在一个入射角执行照射操作以把入射光(22)引导到被照射区域(21)上，并以很多散射角执行测量操作以测量从第一晶片(20)的被照射区域(21)散射的光(28)的强度，或
以很多入射角执行照射操作以把入射光(22)引导到被照射区域(21)上，并以很多散射角执行测量操作以测量从第一晶片(20)的被照射区域(21)散射的光(28)的强度；
准备对应于第一晶片(20)的散射特征标记(52)，散射特征标记(52)包括根据以下至少一种曲线图的曲线图：
散射光(28)的强度对多个入射角的曲线图，和
散射光(28)的强度对多个散射角的曲线图；和
把第一晶片(20)的散射特征标记(52)与一个第二晶片(20)的已知散射特征标记(52)进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其中照射操作的特征还在于，提供的光源(12)为一个具有200nm到900nm范围的宽带多光谱光(22)的光源。
3.根据权利要求1所述的方法，其中照射操作的特征还在于，照射第一晶片(20)，使得被照射区域(21)的尺寸值处于第一晶片(20)上存在的平均管芯尺寸的数量级。
4.根据权利要求3所述的方法，其中照射操作的特征还在于，照射第一晶片(20)，使得一半被照射区域在第一晶片的一个第一管芯上，而一部分被照射区域在第一晶片的一个第二管芯上。
5.根据权利要求1所述的方法，其中第一晶片(20)的特征性质包括要由入射光(22)照射的一个表面上的多个管芯，并且其中照射操作的特征还在于照射第一晶片(20)，使得一半被照射区域(21)在第一晶片(20)表面的一个管芯上，而被照射区域(21)的另一部分在第一晶片(20)表面的另一个管芯上。
6.根据权利要求1所述的方法，其中照射操作的特征还在于，以很多入射角把入射光(22)引导到被照射区域(21)上，并且其中入射角在垂直于晶片表面的0°到与表面成70°的范围内。
7.根据权利要求1所述的方法，其中测量操作的特征还在于，以很多散射角测量从第一晶片(20)的被照射区域(21)散射的光(28)的强度，这些散射角在与晶片表面成-70°到+70°的范围内。
8.根据权利要求1所述的方法，其中第三执行操作的特征还在于，在每个特定入射角与散射角之间有一个固定偏角。
9.根据权利要求8所述的方法，其中该固定偏角是0°。
10.一种用于监测所蚀刻晶片表面上的特征性质的装置，其中光源用光束照射第一晶片(20)表面的一个区域(21)，该光束从被照射区域散射形成散射光，并且设置光检测器(14)感测散射光；所述装置的特征在于：
所述光源为宽带准直光源(12)，被设置为利用宽带多光谱光束(22)形式的光束照射该第一晶片(20)表面的一个区域(21)，该光束(22)从被照射表面散射以形成散射光(28)，使得对应于第一晶片(20)上的大规模特征性质的空间信息在散射特征分布中被抑制；
控制器(18)，用于针对第一晶片(18)表面上的特征性质使宽带多光谱光束(22)和光检测器(14)中的至少一个扫过角度，使得光检测器(14)检测用于产生第一晶片(20)的散射特征标记(52)的数据；和
计算机(18)，被配置为把第一晶片的散射特征标记(52)与一个第二晶片(20)的已知散射特征标记进行比较。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征还在于，包括一电机(16)，其响应控制器(18)以改变光束(22)与晶片(20)表面相交的入射角。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征还在于，包括一电机(16)，其响应控制器(18)以改变感测从晶片(20)的被照射表面散射的光(28)所用的散射角。
13.根据权利要求10所述的装置，其中光源(12)的特征还在于，照射第一晶片(20)，使得一半被照射区域(21)在第一晶片的一个第一管芯上，而一部分被照射区域在第一晶片的一个第二管芯。
14.根据权利要求10所述的装置，其中第一晶片(20)的特征性质包括要由入射光束(22)照射的第一晶片(21)表面上的多个管芯，并且其中光源(12)的特征还在于，照射第一晶片(20)，使得被照射区域(21)的尺寸一半在第一晶片(20)表面的一个管芯上，而被照射区域(21)的另一部分在第一晶片(20)表面的另一个管芯。
15.一种用于制造具有被监测特征性质的集成电路结构的方法，其中利用一个光源，通过以一个入射角把光束引导到被照射区域上，照射一个第一晶片(20)的一个区域，其中来自光源的光束从被照射区域散射，在散射角处形成散射光，其中所述方法的特征在于：
利用一个高度准直的光源(12)照射一个第一晶片(20)的一个区域(21)，以一个入射角把光束(22)引导到被照射区域(21)上，其中来自光源(12)的光束(22)是宽带多光谱光(22)，从被照射区域(21)散射宽带多光谱光(22)以在各种散射角形成散射光(28)，其中当从被照射区域(21)散射照射光(22)时，在第一晶片上对应于第一晶片的大规模特征的、在散射单色光时会出现的空间信息被抑制；
测量从第一晶片(20)的被照射区域散射的散射光(28)的强度；
针对第一晶片的特征性质，改变宽带多光谱光束(22)与晶片表面之间的入射角和散射光(28)与晶片表面之间的散射角中的至少一个角度，使得该测量操作提供用于产生第一晶片(20)的特征性质的散射特征标记(52)的数据；和
把第一晶片(20)的散射特征标记(52)与一个第二晶片(20)的已知散射特征标记(52)进行比较，以确定第一晶片(20)的特征性质的质量。
16.根据权利要求15所述的方法，其中：
该比较操作使用第二晶片(20)的已知散射特征标记(52)，该已知散射特征标记包括用于限定良好质量散射特征标记(52)的包络的质量界限，和
该比较操作把第一晶片(20)的散射特征标记(52)与该质量界限进行比较以确定第一晶片(20)的特征性质的质量。
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