CN100498209C - 用于测量布置在基底上的薄膜的特征的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及提供一种方法和系统，以测量设置在一基底上的薄膜的特征。该方法包括识别在薄膜上的多个处理区域；测量多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；确定测量的特征中的一个的变化；以及根据测量的特征中的一个与子部分的其余处理区域相关的测量的特征的比较，设想变化的原因。该系统实现上述方法。

Description

用于测量布置在基底上的薄膜的特征的方法和系统
技术领域
本发明的领域一般涉及压印平版印刷术。更具体地，本发明涉及使用压印平版印刷术工艺测量形成图案的薄膜的特征。
背景技术
微型制造包括非常小结构、例如具有微米或更小量级的特征的制造。其中微型制造具有相当大影响的一个领域是在集成电路的处理中。由于半导体处理工业继续在为较大的产品收得率、同时增加形成在基底上的每单位面积的电路努力，微型制造变得日益重要。微型制造提供较大的处理控制，同时允许形成的结构的最小特征尺寸的减少在增长。在已使用微型制造的其它的发展领域包括生物工艺学、光学技术、机械系统等。
示范性的微型制造技术公开在授予Willson等人的美国专利第6,334,960号和由仇等人在2002年6月的Ultrafast and Direct Imprint of Nanostructures in Silicon，Nature，Col.417，pp.835-837中，它涉及激光辅助的直接压印(LADI)工艺。这两种工艺包括通过用模具压印一可流动的材料而在一基底上形成一层，然后让可流动的材料固化以形成一有图案的层。
作为由微型制造技术产生的特征的小尺寸的结果，处理诊断变得日益重要，以确定在处理过程中和处理后的薄膜的特征。在标准的半导体处理操作中已经使用许多现有技术中的处理控制和诊断技术，以便于确定薄膜特征。然而，许多现有的处理控制和诊断技术不适合用于在微型制造过程中使用的压印技术。
因此，存在着提供改进的处理和诊断技术、以用于微型制造、诸如压印平版印刷术的需要。
发明内容
本发明涉及提供一种方法和系统，以测量设置在一基底上的薄膜的特征。该方法包括识别在薄膜上的多个处理区域；测量多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；确定测量的特征中的一个的变化；以及根据测量的特征中的一个与与保存的子部分的处理区域相关的测量的特征的比较，设想变化的原因。该系统实现上述方法。下面将详细讨论这些和其它的实施例。
附图说明
图1是按照本发明的平版印刷系统的立体图；
图2是图1所示的平版印刷系统的简化的视图；
图3是材料的简化的表示，在聚合和交叉链接前，图2所示的压印层由其构成；
图4是交叉链接的聚合材料的简化的表示，在经受辐射后，图3所示的材料转换成该材料；
图5是在压印层上形成图案后与压印层分开的图1所示的模具的简化的视图；
图6是在第一压印层上的图案转换到其中后，定位在图5所示的基底上的额外的压印层的简化的视图；
图7是图1和2所示的基底的俯视图；
图8是按照本发明的传感系统的平面图；
图9是图1所示的压印头的详细的立体图；
图10是具有在其上的模具、附连在图1所示的夹持系统上的基底的详细的剖视图；
图11是图9所示的压印头的分解的立体图；
图12是显示通过图8所示的传感系统传感的反射辐射的绘图的图表，在按照本发明的频率范围内；以及
图13是显示用于按照本发明测量薄膜的特征的工艺的流程图。
具体实施方式
图1显示了按照本发明的一个实施例的平版印刷系统10，它包括一对互相分离的桥支承12和在其间延伸的桥14和台支承16。桥14和台支承16互相分离。连接于桥14的是压印头18，它从桥14朝向台支承16延伸，并提供沿Z轴线的移动。设置在台支承16上以面对压印头18的是运动台，被称作基底支承堆20。基底支承堆20配置成沿X和Y轴线相对台支承16移动。应该知道，压印头18可提供沿X和Y轴线、以及Z轴线的移动，而运动台20可提供在Z轴线上的、以及在X和Y轴线上的移动。转让给本发明的受让人的、2002年7月11日提交的、名称为“阶段的和重复的压印平版印刷系统”的美国专利申请第10/194,414号描述了一示范的基底支承堆20，其全部内容在这里被参考引用。辐射源22连接于平版印刷系统10，以便将光化辐射撞击在基底支承堆20上。如图所示，辐射源22连接于桥14，并包括连接于辐射源22的发电机24。平版印刷系统10的操作一般通过数据通信由处理机26控制。
参看图1和2，包括在压印头18里的是卡盘28，具有在其上的模具32的模板30安装在卡盘28上。转让给本发明的受让人的、2002年11月13日提交的、名称为“用于调整基底形状的卡盘系统”的美国专利申请第10/293,224号描述了压印头18和卡盘28，并被参考引用，以及转让给本发明的受让人的、2002年12月11日提交的、名称为“用于调整基底形状的方法”的美国专利申请第10/316,963号，并被参考引用。模具32包括一由多个分离的凹槽34和突出36限定的特征。多个特征限定了一原始图案，该图案形成了准备转印给位于运动台20上的晶片38的图案的基础。为此，压印头18和/或运动台20可改变模具32和晶片38之间的距离“d”。这样，在模具32上的特征可如下面详细讨论的压印入晶片38的易流动的区域。辐射源22这样设置：使模具32定位在辐射源22和晶片38之间。结果，模具32由一种材料制成，该材料允许它对于由辐射源22产生的辐射基本上是透明的。
参看图2和3，一易流动区域、诸如压印层40设置在呈现基本上平坦外形的表面42的一部分。易流动区域可由任何已知的技术、诸如美国专利第5,772,905所述的热模压印工艺(其全文在这里被参考引用)，或由仇等人在2002年6月的Ultrafast and Direct Imprint of Nanostructure in Silicon，Nature，Col.417，pp.835-837中所述的样板的激光辅助的直接压印(LADI)工艺。然而，在本发明里，易流动区域包括作为材料46的多个互相分离的不连续的珠子44沉积在晶片38上的压印层40(将在下文中详细讨论)。用于沉积珠子44的一个示范的系统公开在转让给本发明的受让人的、2002年7月9日提交的、名称为“分配液体的系统和方法”的美国专利申请第10/191,749号中，其全部内容在此被参考引用。压印层40由材料46形成，它可被有选择地聚合和交叉链接，以将原始图案纪录在其上，形成纪录的图案。材料46的示范的成分公开在2003年6月16日提交的、名称为“用于减少在适合的区域和模具的图案之间的粘结的方法”的美国专利申请第10/463,396号中，其全文在此被参考引用。材料46显示在图4中，其在点48处被交叉链接，形成交叉链接的聚合材料50。
参看图2、3和5，通过与模具32机械接触部分地产生纪录在压印层40上的图案。为此，减少距离“d”，以允许压印珠子44与模具32机械接触，展开珠子44，从而形成带有在表面42上的材料46的毗邻形状的压印层40。在一个实施例里，减少距离“d”，以允许压印层40的分支部分52进入和充填凹槽34。
为便于充填凹槽34，材料46提供有必备的特征以完全充填凹槽34，同时用材料46的毗邻形状覆盖表面42。在本实施例里，在与突出36叠印的压印层40的分支部分54在理想的、通常是最小的距离“d”达到后得以保存，留下的分支部分52具有厚度t1，而分支部分54具有厚度t2。厚度t1和t2根据用途可是任何需要的厚度。
参看图2、3和4，在达到理想的距离“d”之后，辐射源22产生光化辐射，以聚合和交叉链接材料46，形成交叉链接的聚合材料50。结果，压印层40的成分由材料46转换成固体的交叉链接的聚合材料50。特别是，交叉链接的聚合材料50被固化，以提供带有与模具32的表面58的形状一致的形状的压印层40的侧面56，如图5所清楚显示的。在压印层40转换成如图4所示的交叉链接的聚合材料50之后，图2所示的压印头18移动以增加距离“d”，从而模具32和压印层40分开。
参看图5，可使用附加的处理，以完成晶片38上的图案。例如，晶片38和压印层40可被蚀刻，以将压印层40的图案转移至晶片38，以提供有图案的表面60，如图6所示。为便于蚀刻，形成压印层40的材料可改变，以根据需要形成相对于晶片38的相对的蚀刻速率。压印层40相对于晶片38的相对的蚀刻速率可在约1.5:1至约100:1范围内。
参看图7和8，通常使用阶段的和重复的工艺在整个晶片38上形成图案的。阶段的和重复的工艺包括在晶片38上形成多个区域(如a-1所示)，其中，将纪录模具32上的原始图案。模具32上的原始图案可与模具32的整个表面共同延伸，或简单地位于它的分支部分。本发明将相对于与面向晶片38的模具32表面共同延伸的原始图案进行讨论。阶段的和重复的工艺的适当执行可包括模具32与各区域a-1适当对齐。为此，模具32包括对齐标记(未画出)。一个或多个区域a-1包括基准标记(未画出)。通过确保对齐标记(未画出)与基准标记(未画出)适当地对齐，确保模具32与与其叠印的区域a-1之一适当对齐。为此，可使用传感装置62(下面详细讨论)。这样，模具32相继地与各处理区域a-1接触，以在其上纪录图案。
也可使用传感装置62以便进行诊断。为此，传感装置62包括光源64和光具组66，以便将光聚焦在晶片38。传感装置62构造成将区域a-1反射的对齐辐射聚焦在一单一焦平面P，其中，光学传感器68可被定位。结果，光具组66可构造成提供依赖波长的焦距，假如所使用的是理想的和不同的波长。光可用现有技术中已知的任何方式产生。例如，以光70显示的单一的光的宽带源可产生侵入光具组66的波长。光学带通滤波器(未画出)可设置在宽带源和对齐标记(未画出)之间。
此外，可使用多个光源(未画出)，各个光源产生截然不同的光波长。光70通过光具组66聚焦，以侵入区域a-1的一个或多个区域，如所示的区域R1和R2。光从区域R1和R2反射，如反射光72所示，并由聚光透镜74收集。聚光透镜74将所有波长的反射光72聚焦在平面P，从而光学传感器68检测到反射的光72。反射光包含与使用众所周知技术的压印层40的特征有关的信息。例如，诸如薄膜厚度、图案质量、图案对齐、图案临界尺寸改变等特征可通过由传感器68传感的光获得。由传感器68传感的信息传送给处理机26，使其量子化，以产生测量量子化。处理机26然后可将从传感器68接受的信息与包含在查阅表中(例如，在一存储器106中)的先验的信息比较，以确定是否在区域a-1的压印层40中存在异常。
参看图1和7，如果在处理区域a-1中产生的图案中发现异常，则发现阶段的和重复的压印工艺便于确定异常的源。例如，如果发现基本上类似的异常在各个处理区域a-1中被发现，则可以推论出压印头18是异常的原因。为了确定压印头18的哪个分支系统构成或发生异常，分支系统可以系统地更换。
例如，参看图9和10，压印头18包括许多分支系统，诸如头壳体76，模板30通过包括卡盘体28的卡盘系统80与其连接。特别是，模板30包括相对的表面84和86以及在它们之间延伸的圆周表面88。表面86面向卡盘系统80，以及模具32从表面84延伸。为了确保从图2所示的珠子44来的流体不扩散超过模具32的区域，模具32的表面58与模板30的表面84分开一在微米范围内的、例如15微米的距离。一校准系统90连接于压印头壳体76，而卡盘本体28将模板30连接于与屈曲系统92面对面的校准系统90。校准系统90便于在模板30和晶片38之间适当的定向对齐，如图2所示，由此获得它们之间的基本均匀的间隙距离“d”。
参看图9和11，校准系统90包括多个致动器94、96和98以及底板100。特别是，致动器94、96和98连接在壳体76和底板100之间。屈曲系统92包括屈曲弹簧102和屈曲环104。屈曲环104连接在底板100和屈曲弹簧102之间。致动器94、96和98的运动定向屈曲环104，这可允许屈曲弹簧102以及因此卡盘本体28和模板30的粗校准。致动器94、96和98还便于屈曲环104平移至Z轴线。屈曲弹簧102包括多个直线弹簧，它们便于在X-Y平面内的万向节状的运动，这样，可在晶片38和模板30之间获得适当的定位对齐，如图2所示。
参看图1、10和11，为了确定模具32是否属于异常，可更换模板30。在异常不存在的情况下，然后可推断模具32是该异常的源。在异常仍然存在的情况下，可更换压印头18的另一个分支系统，诸如屈曲弹簧102。在异常的发现在其它区域a-1的图案中不存在的情况下，然后可推断屈曲弹簧102是该源。在异常仍然存在的情况下，可更换其它的分支系统，诸如卡盘本体28、致动器94、96和98、屈曲环104等。
在观察到异常只存在于处理区域的一个的情况下，然后可推断基底支承堆20是异常的原因。如上述的相对于压印头18的讨论，基底支承堆20的分支系统可被单独地更换，以便鉴别造成异常的分支系统。
然而，还应该知道，诸多异常和它们的根源可在不使用阶段的和重复的压印、例如用完整的晶片图案形成技术的情况下被确定。为此，批量的基底在处理过程中被检查，以确定是否有异常存在于连续的基底。在发现基本上相同的异常存在于相同的区域的情况下，或相同的异常在连续的晶片38的不同区域的情况下，可以推断模具32或卡盘28的缺陷的原因。这可通过更换模具32查证。在异常仍然存在的情况下，可以推断异常的原因是卡盘28。在更换模具32后没有发现异常重复的情况下，可以推断模具32是异常的原因。在观察到异常存在于有限数量或一个晶片38的情况下，然后可推断晶片38是异常的原因。
例如，异常可能是薄膜厚度变化。为此，可使用大量薄膜厚度测量的任何一种、诸如椭圆光度法、宽扫描测量法和宽带光谱测定法等。用于测量薄膜厚度的一种示范性技术基于从宽带光谱测定法获得的反射辐射的快速傅里叶变换(FFT)，它公开在名称为“在压印平版印刷术中用于在透明模板和基底之间的高精度间隙定向传感的方法”的美国专利申请第09/920,341号，它在此被全文参考引用。对于多层薄膜，该技术可通过测量在处理区域a-1的一个中的预定数量的分支部分、例如1000个分支部分提供各薄膜的平均厚度和它的厚度变化。
使用FFT厚度测量技术，反射辐射被数字化/量子化以及获得波数。然后量子化的数据映入频率范围，并使用FFT算法处理它。在该频率范围内，获得一个或多个峰值，如图12中的p1和p2所示，其中一个可符合在处理区域a-1中的一个的分支部分中的一个的薄膜厚度。为了清楚地限定单个峰值、例如p1，薄膜厚度(t)可是峰值p1环绕其定中心的频率的函数。这可得自或确定自先验的信息。
例如，在若干或全部分支部分获得薄膜厚度测量之后，一平均值来自这些厚度测量。然后，将各薄膜厚度测量与该平均值比较。如果任何一个厚度测量不同于该平均值而大于预定的阀值，则可以确定存在相对于与处理区域a-1相关的薄膜厚度测量的异常。此外，可以确定在处理区域内的异常的位置。该阀值的实际值可是任何需要的，并典型地取决于若干因素，诸如图案的设计公差、薄膜的厚度等。此外，已经发现确定将异常作为是对平均值的标准偏差的变化。为此，将对平均值的标准偏差、第一、第二和第三标准偏差等的任一个与预定的阀值比较。通过上面所述，在各处理区域a-1中的薄膜厚度可确定，以及薄膜厚度异常是否存在。
参看图1和13，操作中，在步骤200识别多个处理区域。在步骤202，测量多个处理区域的子部分的特征。该子部分可包括全部处理区域a-1。在步骤204，使用上述的一个或多个测量技术确定一个或多个测量的特征的变化。在目前的例子里，假定在处理区域b中发现异常。在步骤206，基于与处理区域a和c-1相关的测量的特征的比较确定在处理区域b中的变化的原因。为便于上述的操作，处理机26与一存储器106连接，存储器106储存准备供处理机26操作的编码。该编码包括控制传感装置62(如图8所示)的第一子程序，以便将光学辐射碰撞多个处理区域a-1和发现从那里反射的光学辐射。还包括第二子程序，以控制传感装置的操作，以获得在所述多个处理区域a-1的一个中的预定数量的测量，并量子化预定数量的测量，以获得一平均值，并通过将平均值与预定的阀值比较用第一子程序确定该变化，该预定的阀值可按照需要和/或根据用途建立。
上述的本发明的实施例是示范性的。虽然本发明关于测量薄膜厚度异常进行了描述，但也可确定其它的异常。例如，图案中的变形可能形成在压印层里并可被传感，而使用本发明可确定它的原因。结果，可使用该系统来发现图案特征的临界尺寸变化中的异常，以及在区域至区域和/或层至层对齐中的误差。用这种信息可使用适合的控制，以纠正/补偿这种异常。这些测量可在现场或后处理中进行。此外，本发明还关于放置在压印平版印刷机上进行了讨论。然而，本发明可通过分离的机器和远离压印平版印刷处理执行。
结果，对于上述的描述可作出许多变化和改进，同时保持在本发明的范围内。因此，本发明的范围不限于上面描述，相反，本发明的范围应由附后的权利要求书和其等价物的全部范围一起确定。

Claims (8)

1.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的方法，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述方法包括：
识别在所述薄膜上的多个处理区域；
测量所述多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；
确定在所述测量的特征中的异常，所述异常包括缺陷、对齐误差和临界尺寸变化；以及
根据在所述测量的特征中的所述异常与在所述处理区域其余的特征的比较，设想所述异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷，
其中，测量还包括获得在所述多个处理区域的一个中的预定数量的测量，以及将所述预定数量的测量量子化和获得一平均值，而确定所述变化还包括将所述平均值与一预定的阀值比较。
2.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的方法，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述方法包括：
识别在所述薄膜上的多个处理区域；
测量所述多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；
确定在所述测量的特征中的异常，所述异常包括缺陷、对齐误差和临界尺寸变化；以及
根据在所述测量的特征中的所述异常与在所述处理区域其余的特征的比较，设想所述异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷，
其中，测量还包括获得在所述多个处理区域的一个中的预定数量的测量，以及将所述预定数量的测量量子化和获得一平均值和一来自所述平均值的标准偏差，而确定所述变化还包括将所述标准偏差与一预定的阀值比较。
3.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的方法，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述方法包括：
识别在所述薄膜上的多个处理区域；
测量所述多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；
确定在所述测量的特征中的异常，所述异常包括缺陷、对齐误差和临界尺寸变化；以及
根据在所述测量的特征中的所述异常与在所述处理区域其余的特征的比较，设想所述异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷，
其中，设想还包括确定在所述子部分的其余处理区域中的、具有与所述变化共有的特征的额外的变化，并将所述原因与模板缺陷和压印头缺陷中的一个联系起来。
4.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的方法，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述方法包括：
识别在所述薄膜上的多个处理区域；
测量所述多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；
确定在所述测量的特征中的异常，所述异常包括缺陷、对齐误差和临界尺寸变化；以及
根据在所述测量的特征中的所述异常与在所述处理区域其余的特征的比较，设想所述异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷，
其中，设想还包括发现在所述变化和所述子部分的其余处理区域中的特征之间没有类似处，并将所述原因与支承堆缺陷和基底缺陷中的一个联系起来。
5.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的方法，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述方法包括：
识别在所述薄膜上的多个处理区域；
测量所述多个处理区域的一子部分的特征，形成测量的特征；
确定在所述测量的特征中的异常，所述异常包括缺陷、对齐误差和临界尺寸变化；以及
根据在所述测量的特征中的所述异常与在所述处理区域其余的特征的比较，设想所述异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷，
其中，测量还包括使光学辐射碰撞在所述多个处理区域上并传感从所述薄膜反射的、包括对应于所述特征的信息的光学辐射。
6.一种测量设置在一基底上的薄膜的特征的系统，所述特征包括薄膜厚度、图案质量、图案对齐和图案临界尺寸改变，所述系统包括：
一基底支承堆；
一设置在所述所述基底支承堆上的基底；
一压印头；
一设置在所述压印头上的模板；
一传感装置；以及
一用来识别多个处理区域的装置，所述处理区域的一子部分具有与其相关的特征，通过将所述多个处理区域的所述一个的特征与与所述子部分的其余处理区域相关的特征比较，确定在所述多个处理区域的一个的特征中的异常的原因，所述原因包括压印头缺陷，支承堆缺陷，模板缺陷和基底缺陷。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，用来识别的所述装置还包括一处理机和一储存准备在所述处理机上操作的编码的储存装置，而所述编码包括第一子程序，以控制所述传感装置，以便将光学辐射碰撞在所述子部分的多个处理区域，并发现来自它的反射的光学辐射。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述编码还包括第二子程序，以控制所述传感装置的操作而获得在所述多个处理区域的所述一个中的预定数量的测量，并将所述预定数量的测量进行量子化，以获得一平均值和来自所述平均值标准偏差，同时所述第一子程序通过将所述标准偏差值与一阀值比较来确定所述异常。
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