CN101236359A - 检查方法和设备、光刻设备和光刻处理单元 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于缺陷监测和分类的检查方法，所述方法采用由散射仪检测器检测到的来自衬底表面的辐射的原始的后焦面图像数据，以确定所述原始数据的变化并将原始数据的变化与光刻设备中或对衬底表面进行图案化的工艺中的可能的缺陷相关联。所述相关联通过将原始数据的变化与已知的度量数据进行比较进行。一旦已经确定了缺陷，用户可以接到关于缺陷的提示。并且公开了一种用于缺陷监测和分类的检查设备、一种光刻设备和一种光刻处理单元。

Description

检查方法和设备、光刻设备和光刻处理单元
技术领域
本发明涉及一种例如在利用光刻技术的器件制造过程中用于检查的方法以及采用光刻技术的制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于在所述IC的单层上产生待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的部分)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过沿给定方向(“扫描”方向)的辐射束扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。
为了监测光刻工艺，典型地测量图案化的衬底的一个或多个参数，例如在衬底中或衬底上形成的连续层之间的重叠误差(overlay error)。有多种技术用于对在光刻工艺中形成的微观结构进行测量，包括采用扫描电子显微镜和各种专用的工具。专用的检查工具的一种形式是散射仪SM1，在散射仪SM1中，辐射束被引导到衬底表面上的目标上，且测量所散射或所反射的辐射束的一个或多个属性。通过比较辐射束在被衬底反射或散射之前和之后的一个或多个属性，可以确定衬底的一个或多个属性。例如，这可以通过将反射的辐射束与在与公知的衬底属性相关联的公知的测量库中存储的数据进行对比实现。两种主要类型的散射仪SM1是公知的。光谱散射仪将宽带的束辐射引导到衬底上，并测量被散射到特定的窄角范围内的辐射的光谱(作为波长函数的强度)。角度分解散射仪采用单色的辐射束，并测量作为角度的函数的散射辐射的强度。偏振光椭圆率测量仪也测量偏振状态。
典型地，散射仪用于检测在衬底上的经过曝光(即图案化)的层的缺陷，并由此潜在地检测用于在衬底上形成图案化的层的光刻设备中的一个或多个相应的缺陷。这种缺陷检测和分类(FDC)通常采用度量性能指标(例如测量在连续的图案化层中的重叠的栅极的重叠以及衬底上形成的结构的临界尺寸(CD)或侧壁角)进行。以这种方式实现的FDC在SEMI指标E133-0705中进行讨论。然而，采用散射仪确定层上结构的准确形状典型地是时间消耗和处理功率加强。
度量性能指标的一个替代方式是使用处理工具数据。实现的方式是监测处理工具的传感器和/或致动器数据。该数据(或从一次运转到下一次的数据的变量)被用作针对在相应的工艺或在之前的工艺中的可能缺陷的指示器。在FDC在度量指标方面的最为人所知的实现方式中，性能指标(例如重叠)在专用度量目标(例如在正常情况下在划线中存在的重叠目标)上的每“批(lot)”衬底中少量衬底的少数位置上被测量。
下面是对本领域内公知的缺陷测量的描述。散射仪(例如上述的散射仪)可以用于测量重叠，所述重叠是曝光后的目标相对于在之前的层上的相同衬底位置上的一个或多个之前的目标的位置。散射仪被替代地用于将原始的谱数据转换成栅极形貌参数，例如CD(即大致条状结构的宽度)和侧壁角。
然而，由于散射仪需要大量的处理能力，以便获得对在衬底表面的水平面处正在发生的一切的精确测量，所以例如上面所述的散射仪对于试图简单地确定系统是否运行良好并不十分实用。
为了减少计算时间，之前的方法已经简单地减少了在计算中使用的每个衬底的位置数。在每批衬底中采用有限数量的位置所产生的问题是：对于每个FDC性能指标仅有有限数量的数据点是可获得的。由于使用少量的数据点，所以仍可以将计算时间保持为最小。换句话说，为了减少计算时间，需要减少数据点的数量，潜在地牺牲了精度。
另一个替代方式是采用扫描电子显微镜(SEM)，主要以高精度测量打印图像的结构的宽度。然而，因为包括产品层等的衬底必须从光刻单元中去除并以每个测量所需的时间置于SEM中，所以这种确定衬底(或产品层)表面的精确测量的方法也是耗费时间的。如果目的是追踪曝光系统中可能会成为误差的变化，那么采用SEM方式在时间上是不足以满足要求的。
发明内容
为了确定光刻系统内的缺陷，不必准确地知道衬底或产品层看起来像什么；仅仅需要知道衬底或产品层随时间的变化或从一个系统到另一个系统的变化。以这样的方式，在单个系统中的逐渐变化或在多个系统范围内相同的逐渐变化可以在误差变大之前被监测到并对其处理。
例如，本发明的目的在于提供一种采用尽可能多的数据点的缺陷检测和分类系统，而不增加计算的复杂度，也不会由此增加计算时间而降低光刻设备中的衬底的产率。
根据本发明的一个方面，提供一种配置用于测量衬底属性的检查设备，包括：
检测器，配置用于在检测器的后焦面上检测从衬底上的结构改变方向的辐射；
控制系统，配置用于监测改变方向的辐射的改变，以及用于使所述改变与衬底中的缺陷相关联；以及
提示系统，配置用于在缺陷被确定时提示用户。
根据本发明的另一个方面，提供一种测量衬底的属性的方法，包括：
在衬底上形成结构；
以辐射束照射衬底上的结构；
在辐射束已经从所述结构处改变方向后，在检测器的后焦面处检测辐射束；
重复对(i)衬底上的多个管芯，或(ii)在一批中的多个衬底，或(iii)多批相似类型的衬底，或(iv)(i)-(iii)的任意组合的形成、照射和检测；
监测改变方向的辐射束的改变；
通过将所监测到的改变与已有的度量数据相对比，使所述监测到的改变与缺陷相关联；以及
生成缺陷的提示。
根据本发明的另一个方面，提供一种配置用于测量衬底的属性的光刻设备，包括：
衬底台，配置用于保持衬底；
系统，配置用于将图案转移到衬底上；
检测器，配置用于在检测器的后焦面处检测从衬底上的结构处改变方向的辐射；
控制系统，配置用于监测改变方向后的辐射的改变，且用于使所述改变与衬底上的缺陷相关联；以及
提示系统，配置用于在缺陷被确定时提示用户。
根据本发明的另一个方面，提供一种配置用于测量衬底的属性的光刻单元，包括：
光刻设备；
衬底处理装置；
检测器，配置用于在检测器的后焦面处检测从衬底上的结构处改变方向的辐射；
控制系统，配置用于监测改变方向后的辐射的改变，且用于使所述改变与衬底中的缺陷相关联；以及
提示系统，配置用于在缺陷被确定时提示用户。
附图说明
在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部件，且其中：
图1a示出光刻设备；
图1b示出光刻单元或簇；
图2示出第一散射仪；
图3示出第二散射仪；以及
图4示出根据本发明的实施例的散射仪与光刻设备之间的关系。
具体实施方式
图1示意性地示出光刻设备。所述设备包括：
照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外辐射或极紫外辐射)；
支撑结构(例如掩模台)MT，配置用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；
衬底台(例如晶片台)WT，配置用于保持衬底(例如覆盖有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位器PW相连；以及
投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，配置用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。
所述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、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
支撑结构以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其他夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为能够用于将其横截面上的图案赋予辐射束以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底目标部分上的所需图案完全相对应(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相符，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射式的或反射式的。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液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵排列，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
应该将这里使用的术语“投影系统”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、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的支撑结构)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台或支撑结构，或可以在将一个或更多个其他台和/或支撑结构用于曝光的同时，在一个和/或更多个台或支撑结构上执行预备步骤。
所述光刻设备也可以是其中至少一部分衬底可以被具有高折射率的液体(例如水)覆盖的类型，以便填充投影系统和衬底之间的空隙。浸没液也可以应用到光刻设备中的其他空隙，例如，在掩模和投影系统之间的空隙。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域内是公知的。这里所使用的该术语“浸没”并不意味着结构(例如衬底)必须浸在液体中，而仅仅意味着在曝光过程中，液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1a，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会认为所述源是所述光刻设备的组成部分，并且通过包括例如合适的引导镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分，例如当所述源是汞灯时。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台)MT上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过图案形成装置MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述PL将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、两维编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同目标部分C定位于所述辐射束B的辐射路径中。类似地，例如在来自掩模库的机械修补之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位器PM和另一个位置传感器(图1a中未明确示出)用于将图案形成装置MA相对于所述辐射束B的辐射路径精确地定位。通常，可以通过形成所述第一定位器PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现支撑结构MT的移动。类似地，可以通过形成所述第二定位器PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述支撑结构MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用图案形成装置对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐图案形成装置MA和衬底W。尽管所示的衬底对齐标记占据了专用目标部分，但是他们可以位于目标部分之间的空隙(这些公知为划线对齐标记)上。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置MA上的情况下，所述图案形成装置对齐标记可以位于所述管芯之间。
可以将所述专用设备用于以下模式的至少一种：
1.在步进模式中，在将赋予到所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上的同时，将支撑结构MT和所述衬底台WT保持为实质静止(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对支撑结构MT和衬底台WT同步地进行扫描(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于支撑结构MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL的(缩小)放大率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单一的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。
3.在另一个模式中，将保持可编程图案形成装置的支撑结构MT保持为实质静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻中。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。
如图1b所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称作光刻簇)的一部分，所述光刻单元也包括用于在衬底上实现一个或多个曝光前和曝光后工艺的设备。传统上，这些包括用于淀积抗蚀剂层的一个或多个旋涂器SC、用于对曝光过的抗蚀剂进行显影的一个或多个显影器DE、一个或多个激冷板CH、以及一个或多个烘烤板BK。衬底处理器或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，将其在不同的工艺装置之间移动，并将其传递给光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将产率和处理效率最大化。
为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一贯地曝光，需要检查经过曝光的衬底以测量一个或多个属性，例如连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸等。如果检测到误差，可以对一个或多个连续的衬底的曝光进行调整，尤其是如果检查能够即刻完成并且足够迅速到使同一批次的另一个衬底仍处于待曝光状态时。已经曝光过的衬底可以被剥离并重新工作(为提高产率)，或被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在仅仅衬底的一些目标部分存在缺陷的情况下，可以仅对完好的那些目标部分进行另一次曝光。另一种可能是设定连续的工艺步骤、以补偿误差，例如修整刻蚀步骤的时间可以被调整用于补偿由光刻工艺步骤引起的衬底到衬底的临界尺寸的变化。
检查设备被用于确定衬底的一个或多个属性，且尤其确定不同的衬底或同一衬底的不同层的一个或多个属性是怎样从层到层和/或横跨衬底变化的。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能最迅速地测量，需要检查设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层上的一个或多个属性。然而，抗蚀剂中的潜在图像具有很低的对比度(在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅有很小的折射率差)，且并非所有的检查设备都具有足够的灵敏度、以进行潜在图像的有效测量。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后的烘烤步骤(PEB)通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加了抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像被称为半潜在的。也可能(在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点上)在诸如刻蚀等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能限制了有缺陷的衬底的重新工作的可能，但是仍旧可以提供有用的信息，例如出于过程控制的目的。
图2示出可以用于本发明的实施例中的散射仪SM1。其包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影器2。所反射的辐射束被通到光谱仪检测器4上，所述光谱仪检测器4测量光谱的反射辐射的光谱10(即将强度作为波长的函数的测量)。从该数据中，产生所检测的光谱的结构或分布可以通过处理单元PU重建，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与如图2底部所示的仿真光谱库进行对比。通常，对于所述重建，已知所述结构的通常形式，且根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有结构的一些参数根据散射仪的数据确定。这种散射仪SM1可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
另一个可以与本发明的实施例一起使用的散射仪SM2如图3所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12通过干涉滤光片13和偏振器17被聚焦，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(希望至少0.9或至少0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的透镜。然后，所反射的辐射通过部分反射表面16透射入检测器4，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜15的焦距处的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在检测器4上再次成像。所述光瞳平面是在其中辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。所述检测器希望是二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射谱(即作为散射角的函数的强度测量)。检测器4可以是例如电荷耦合器件(CCD)阵列或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，且可以具有例如每帧40毫秒的积分时间。
参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到部分反射表面16上时，辐射束的一部分通过所述表面作为参考束朝向参考镜14透射。然后，所述参考束被投影到同一检测器4的不同部分上。
一个或多个干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低例如200-300nm的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调谐的而不是包括一组不同的滤光片。光栅可能被用于替代或附加在一个或多个干涉滤光片上。
检测器4可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射的辐射的强度，所述强度在多个波长上是独立的，或者所述强度集中在一个波长范围上。进而，检测器可以分立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振辐射的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振辐射之间的相位差。
能够采用给出大集光率的宽带辐射源2(即，具有宽辐射频率范围或波长以及由此具有的颜色的辐射源2)，允许多波长的混合。在宽带上的多个波长需要每个具有δλ的带宽和至少2δλ(即波长带宽的两倍)的空隙。多个辐射“源”可以是已经被用例如光纤束分割成的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，进行角度分解的散射谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量包含比二维谱更多的信息的三维谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加度量工艺的鲁棒性。这在美国专利申请公开物No.US2006-0066855中进行了更详细的描述，该文档以引用的方式并入本文中。
衬底W上的目标可以是被印刷的光栅，以使得在显影后，条纹由实体的抗蚀剂线形成。所述条纹可以替代地被刻蚀到衬底上。目标图案被选择为对于所感兴趣的参数敏感，例如聚焦、剂量、重叠、光刻设备中的色差等，以使得相关参数的变化将表示所印刷的目标的变化。例如，所述目标图案可以对光刻投影设备中的色差敏感，尤其是投影系统PL，且照射对称度和这种象差的存在将其自身表示为所印刷的目标图案的变化。相应地，所印刷的目标图案的散射测量数据被用于重建目标图案。目标图案的参数，例如线宽和形状，可以被输入到重建工艺中，所述重建工艺通过处理单元PU根据印刷步骤和/或其他散射测量处理进行。
当精确地重建目标图案(例如光栅)时，需要确定目标图案的制造中的缺陷可能出现在何处。出现在目标图案中的缺陷也可能出现在衬底上的一个或多个其他结构中，且所述目标图案因此成为确定光刻系统中的缺陷和对光刻系统中的缺陷进行分类的有用的方法。出现在光刻单元中任意处或出现在衬底经历的任何工艺中的缺陷可能对衬底表面上所印刷的结构中的误差有贡献。可能产生缺陷的工艺包括：显影、刻蚀、抛光和沉积。替代地或附加地，所述缺陷可能在衬底的对齐过程中出现或甚至在照射系统中出现，例如在图案形成装置中。
如上所述，可以在目标图案上被检测到的数据点的数量越多，对潜在的缺陷的检测就越好。然而，因为每个数据点将需要独立的检测、与已知数据相关以及与在同一位置上的先前的数据点进行比较，所以增加数据点的数量也通常会增加所需的计算。
大多数当前的度量FDC应用需要一个或多个专用的目标(例如一个或多个重叠目标)，这是因为仅有如此才能够获得“直接的”性能度量，例如重叠和临界尺寸/侧壁角的绝对测量。本发明的实施例不以直接进行测量为目标，且因此也可以被用于管芯内(in-die)测量。通过“直接的性能测量”，应当理解，所述测量在专用的测试结构上进行，例如衍射光栅。另一方面，“管芯内”测量可以在作为中间或最终产品的衬底的产品层上进行。管芯内测量节省时间，且对于直接性能测量的衬底表面空间不需要待形成的一个或多个特定的测试结构，并能够及时迅速和有效地进行。
当然，作为采用已有的印刷产品图案的替代物，所测量的结构或图案可以是专用目标，例如衍射光栅，例如具有特定的周期和相位。如果采用专用的目标，那么更容易符合具有重复结构的规范，这使得能够更容易地观察例如能够表示缺陷的重复结构的相位变化。对本发明的实施例有用的后焦面的位置不变性也在一定程度上依赖于具有重复结构。
在本发明的实施例中，采用在基于散射测量的传感器的后焦面(也公知为后投影光瞳平面或傅里叶平面)上收集的原始数据。这简单地是例如CCD传感器4的强度图像。可以通过监测随着期望不改变的结构图案所获得的该图像的改变来完成对缺陷的监测。简单地，所收集的原始数据是衍射辐射的强度图像，而没有花费如上所述的不必要的时间的进一步操作。强度图像与已有的数据进行比较，以便确定在强度图像中相对于所期望的强度图像存在什么差别。在所述图像间的差别表示处理误差(例如重叠误差或成像误差)。
因为该强度图像也能被用于计算诸如临界尺寸、侧壁角等测量值，示出这些度量指标中的一个或多个的变化的数据也存在于传感器4的CCD图像中。通过这些测量值中的一个或多个的变化，本发明的实施例能够确定工艺偏差或缺陷。具体地，当进行各种曝光测试时，建立并添加对于一个或多个已知的目标形状以及形状误差的原始数据的库或数据库。因此，原始的图像数据可以与已知数据进行直接比较，并确定引起所述原始图像数据的变化的缺陷。总之，后焦面图像的强度分布是一个或多个性能测量的函数。同样地，后焦面图像的强度分布的变化表示该性能测量的改变。
一旦改变已经被检测到且与缺陷的类型相关，则系统可以产生警报以表示已经检测到的缺陷。系统也可以基于设备或工艺中缺陷出现在何处以及为了修正该缺陷需要做什么，来对缺陷进行分类。
根据本发明的实施例的检测缺陷的方法包括如图4所示的下列步骤：
1.在尽可能多的管芯或衬底W(具有相似的或最好相同的图案)上的产品管芯上或专用结构(即度量目标)上获得10散射仪SM1传感器的原始的后焦面图像；
2.产生S100对后焦面的原始图像数据的改变或变化的测量，所述后焦面的原始图像数据针对：
a)衬底W的管芯，
b)成批的衬底，
c)相似的产品的衬底批(基于无论何种可获得的工艺信息；例如处理工具或工具的设定“配方”的识别信息)，或者
d)a、b和c的任意组合；
3.通过将所述变化与已有的原始的图像数据进行比较，使对改变或变化的测量与已知的缺陷相关联S150(即，确定缺陷可能性的度量指标)，例如：
a)通过比较对于一个或多个性能测量的度量数据(例如重叠、临界尺寸、侧壁角等)，
b)通过比较已知的工艺缺陷，或
c)通过与处理工具数据相关联(例如诸如对齐晶片质量(WQ，其中WQ是来自对齐标记的信号的强度的测量)等处理工具的传感器数据)；以及
4.产生S200提示，通过：
a)采用警报30提示用户，
b)警告对涉嫌的管芯/衬底/批进行更深入的测量的FAB(制作)自动程序，
c)避免对带有涉嫌的管芯的衬底W或衬底批的进一步处理(例如曝光)，和/或
d)如果问题在之前已经出现，那么也提供缺陷的分类。
已有的度量数据可以包括一个或多个已知的工艺缺陷，例如剂量误差、聚焦误差、重叠误差和层均匀误差；或者包括作为处理工具的传感器数据的处理工具数据。替代地或附加地，已有的度量数据可以包括传感器数据、对齐数据、衬底的调平数据、所采用的曝光剂量或所采用的无线频率功率。
缺陷指示器可以以多种方法中的任何方法使用：
A)确定工艺是否在目标上运行且衬底是否可以传送到下一个步骤，例如确定是否重叠值接近零而临界尺寸接近目标值。
B)确定度量测量是否需要确定准确的工艺偏置。以这样的方式，可以避免不必要的度量测量，导致更短的循环(或每个衬底的产出)时间。
C)监测衬底上的工艺偏置，由于结构(例如具有多个自由度的产品结构)的计算复杂性，所以对于所述结构，公知的度量测量是很难的。另外，工艺偏置可能与另一个更精确的度量测量相连接，从而确定可能已经造成的多少偏置，以便以后进行比较。
所述缺陷检测和对于分类度量方法的分类系统的优势在于其提供附加的缺陷检测机制。附加地或替代地，因为不需要耗费时间的目标参数的重建，所以每次测量花费较少的时间，从而可以测量衬底W上的多个部位或管芯。
散射仪SM1传感器可以在每小时150个衬底的生产率条件下对所有衬底测量每个衬底上的多达50个部位。因为可以测量更多的部位，所以将增加缺陷选择概率。采用散射仪SM1传感器的后焦面的优势在于：对于重复结构位置不变。这意味着，在CCD图像中对改变或变化的测量的复制能力不依赖于散射仪SM1的位置精度。所述机制也可以用于在曝光系统中防止有缺陷的衬底的曝光，从而增加系统的效率。
尽管在本文中可以做出特定的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代的应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、度量工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经作出了特定的参考，在光学光刻的上下文中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层上，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含一个或更多机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质的形式(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，来描述上述公开的方法。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对上述本发明进行修改。

Claims (32)

1.一种测量衬底属性的方法，包括步骤：
在衬底上形成结构；
以辐射束照射衬底上的结构；
在辐射束已经从所述结构处改变方向之后，在检测器的后焦面处检测辐射束；
重复对(i)衬底上的多个管芯，或(ii)在一批中的多个衬底，或(iii)多批相似类型的衬底，或(iv)(i)-(iii)的任意组合的形成、照射和检测；
监测改变方向后的辐射束的改变；
通过将所监测到的改变与已有的度量数据相对比，使所述监测到的改变与缺陷相关联；以及
产生缺陷提示。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成在衬底上的所述结构是产品结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，形成在衬底上的所述结构是特定的测量目标结构。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，已有的度量数据包括关于先前的性能测量的数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，先前的性能测量步骤包括对重叠在衬底上的第二层中的第二结构上的衬底上的第一层中的第一结构的重叠测量。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，先前的性能测量步骤包括衬底上的结构相对于衬底外部的对齐目标结构的对齐测量。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，先前的性能测量步骤包括对衬底上的结构的临界尺寸和侧壁角的测量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，已有的度量数据包括已知的工艺缺陷。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，已知的工艺缺陷是从包括剂量误差、聚焦误差、重叠误差和层均匀误差的组中所选出的一个或多个。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，已有的度量数据包括处理工具数据。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述处理工具数据是处理工具的传感器数据。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述已有的度量数据包括传感器数据。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述已有的度量数据包括对齐数据。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述已有的度量数据包括衬底的调平数据。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述已有的度量数据包括所应用的曝光剂量。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述已有的度量数据包括所应用的射频功率。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测到的辐射是原始图像数据。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺陷提示表现为警报的形式。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺陷提示采用对衬底上涉嫌的管芯进行更多数量的深入测量的检测系统发出警告的形式。
20.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：防止对包括具有检测到的缺陷的管芯的衬底进一步处理。
21.根据权利要求1所述的方法，还包括步骤：为先前缺陷已经出现的管芯、衬底或衬底批提供分类。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，所述衬底上的结构是衍射光栅。
23.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺陷产生在衬底的处理过程中的工艺步骤中。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述工艺步骤是从包括显影、刻蚀、抛光和沉积的组中选出的一个或多个。
25.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺陷产生在衬底对齐过程中。
26.根据权利要求1所述的方法，其中，所述缺陷产生在照射系统中。
27.一种配置用于测量衬底属性的检查设备，包括：
检测器，被配置用于在检测器的后焦面处检测从衬底上的结构处改变方向的辐射；
控制系统，被配置用于监测改变方向的辐射的改变和使所述改变与衬底中的缺陷相关；以及
提示系统，被配置用于在确定有缺陷时提示用户。
28.根据权利要求27所述的检查设备，其中，所述检测器被配置用于输出与所检测到的辐射相对应的原始图像数据，而所述控制系统被配置用于监测原始图像数据的改变，以便监测改变方向后的辐射的改变。
29.一种配置用于测量衬底的属性的光刻设备，包括：
衬底台，被配置用于保持衬底；
系统，被配置用于将图案转移到衬底上；
检测器，被配置用于在检测器的后焦面处检测从衬底上的结构处改变方向的辐射；
控制系统，被配置用于监测改变方向后的辐射的改变，且用于使所述改变与衬底上的缺陷相关联；以及
提示系统，被配置用于在确定有缺陷时提示用户。
30.根据权利要求29所述的光刻设备，其中，所述检测器被配置用于输出与所检测到的辐射相对应的原始图像数据，而所述控制系统被配置用于监测原始图像数据的改变，以便监测改变方向后的辐射的改变。
31.一种配置用于测量衬底的属性的光刻单元，包括：
光刻设备；
衬底处理装置；
检测器，被配置用于在检测器的后焦面处检测从衬底上的结构处改变方向的辐射；
控制系统，被配置用于监测改变方向后的辐射的改变，且用于使所述改变与衬底上的缺陷相关联；以及
提示系统，被配置用于在确定有缺陷时提示用户。
32.根据权利要求30所述的光刻单元，其中，所述检测器被配置用于输出与所检测到的辐射相对应的原始图像数据，而所述控制系统被配置用于监测原始图像数据的改变，以便监测改变方向后的辐射的改变。
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