CN101236360B - 检测掩模缺陷的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测掩模缺陷方法和设备。该方法可以包括准备具有形成在透明基板上的缺陷检测图案的掩模。该方法还可以包括准备晶片缺陷检测设备，其包括通过在掩模的表面上照射光线并且根据反射光线获得图像能够检测缺陷的缺陷检测单元以及其上面对缺陷检测单元安装掩模的掩模载物台。掩模载物台可以替换晶片缺陷检测设备的晶片载物台，并且掩模载物台可以支撑掩模使其表面高度基本上等于在晶片载物台上安装的晶片的表面高度。该方法还可以包括在掩模载物台上安装掩模，以及通过操作缺陷检测单元在掩模的表面上照射光线并且根据反射的光线获得图像来检测掩模缺陷。

Description

检测掩模缺陷的方法和设备

技术领域

本发明涉及光刻技术，特别是，涉及检测掩模缺陷的方法和设备。

背景技术

光刻处理用于形成在晶片上形成半导体器件的电路图案。在光刻处理中，使用带有要转移到晶片上的图案的掩模。掩模包括在基本上透明的掩模基板上的铬(Cr)的蔽光层或者半色调相移层的掩模层。沉积用于对掩模层进行构图的抗蚀剂层，并且电子束写入设备用于电子束曝光，在这之后进行显影并且形成抗蚀剂图案。该抗蚀剂图案用作蚀刻掩模以选择性蚀刻掩模层来形成掩模图案。为了检查是否已经精确和符合规范地形成掩模图案，要进行掩模缺陷检查。

掩模缺陷检查涉及基于来自背光的透射通过掩模的光来获得图像。由于半导体器件的设计规则不断减小，(影响产率的)缺陷尺寸也在减小。然而，现有的掩模缺陷检测设备不能有效地检测更小的缺陷。

掩模具有附着的表膜(pellicle)以保护掩模图案免受外部杂质的损害。因此，在掩模缺陷检查中，考虑到该表膜，以设定工作距离(缺陷探测器的浸没透镜单元和掩模表面之间的实际距离)。考虑到表膜的安装，检测间隔设定在约6.3mm。因此，因为检测间隔设定为一实质性的宽度，所以难于实现具有高数值孔径(NA)的浸没透镜。因为高NA难于实现，所以所获得图像的辨析度相对较低，限制了缺陷的检测。

因此，需要开发一种具有更高辨析度的检测方法，其能检测伴随精细掩模图案的更小的缺陷。

发明内容

本发明的各种实施例涉及检测掩模缺陷的方法，其可以包括：准备掩模，其具有形成在透明基板上的缺陷检测图案；准备掩模缺陷检测设备，其可以包括缺陷检测单元以及掩模载物台，缺陷检测单元通过照射光线到掩模的表面上和获得基于反射光线的图像来检测缺陷，掩模面对缺陷检测单元安装在掩模载物台上；在掩模载物台上安装掩模；以及操作缺陷检测单元照射光线到掩模的表面上和获得图像来检测掩模缺陷。

在本发明的实施例中，该方法可以包括安装存储该掩模的掩模盒在加载单元上，并且附着映像杆到该掩模盒来引导盒映像，且使得该加载单元能识别该掩模存储在该掩模盒中。

在本发明的实施例中，掩模缺陷检测设备可以通过用掩模载物台替换晶片缺陷检测设备的晶片载物台来准备，从而掩模载物台支撑掩模，使掩模的表面高度基本上等于安装在晶片载物台上的晶片的表面高度。

在本发明的实施例中，该方法可以包括：在安装晶片缺陷检测设备的晶片存储盒的加载单元上安装存储掩模的掩模盒；以及将映像杆附着到该掩模盒上以引导盒映像并且使得加载单元能够识别掩模存储在该盒中。

在本发明的实施例中，该映像杆可以是横向杆，具有等于晶片的厚度的厚度，并且安装在掩模存储在掩模盒中的位置的后面，使得在加载单元的盒映像期间该加载单元能够识别所存储的掩模为晶片。

在本发明的实施例中，该方法可以包括用掩模传输机械臂替换晶片缺陷检测设备的晶片传输机械臂，以将掩模从掩模盒传输到掩模载物台。

在本发明的实施例中，该方法可以包括将支撑掩模载物台的中心轴的高度降低至少晶片和掩模的厚度差，使得安装在掩模载物台上的掩模的表面高度基本上等于安装在晶片载物台上的晶片的表面高度。

在本发明的实施例中，该方法可以包括在掩模载物台上附着晶片形状的翼以预对准安装在掩模载物台上的掩模，该翼具有对应于晶片的凹槽的凹槽。

在本发明的实施例中，该方法可以包括测试标记，该测试标记在彼此相对的方向上设置在掩模的芯片管芯区域的外部区域的至少三个位置上，以使得缺陷检测单元能够识别并且映像掩模上的芯片管芯区域的位置。

在本发明的实施例中，可以这样准备掩模：在透明基板上形成掩模层；并且通过在掩模层上形成抗蚀剂层且进行显影来形成图案，其中用ADI(显影后检测)进行缺陷检测。

在本发明的另一个实施例中，掩模缺陷检测设备可以包括：晶片缺陷检测设备，包括通过照射光到晶片的表面上并且从反射光获得图像来检测缺陷的缺陷检测单元以及在其上面对缺陷检测单元安装晶片的晶片载物台；掩模，具有形成在透明基板上用于检测缺陷的图案；以及掩模载物台，安装来替换晶片载物台以支撑掩模，使掩模的表面高度等于安装在晶片载物台上的晶片的表面高度，其中缺陷检测单元操作来在掩模的表面上照射光并且获得图像来检测掩模缺陷。

在本发明的实施例中，该设备可以包括在加载单元上的掩模盒，在该加载单元上安装有晶片缺陷检测设备的晶片存储盒，掩模盒构造来存储掩模并且包括附着在其上的映像杆，以能够识别和盒映像存储的掩模。

在本发明的实施例中，该设备可以包掩模传输机械臂，安装来替换该晶片缺陷检测设备的晶片传输机械臂，该掩模传输机械臂的宽度大于晶片传输机械臂，该掩模传输机械臂将该掩模从该掩模盒传输到该掩模载物台。

在本发明的实施例中，该设备可以包括支撑该掩模载物台的中心轴，其降低了该晶片和该掩模的厚度差，以使得安装在该掩模载物台上的该掩模的表面高度基本上等于安装在该晶片载物台上的该晶片的表面高度。

在本发明的实施例中，该设备可以包括晶片形状的翼以预对准安装在该掩模载物台上的该掩模，该翼具有对应于该晶片的凹槽的凹槽。

附图说明

图1图示了根据本发明实施例的掩模缺陷检测方法的流程图。

图2图示了根据本发明实施例的掩模缺陷检测设备。

图3图示了根据本发明实施例的掩模载物台。

图4图示了根据本发明实施例的掩模盒。

图5图示了根据本发明实施例的掩模传输机械臂。

图6图示了根据本发明实施例的可以在其上进行掩模缺陷检测的掩模构造。

图7图示了根据本发明另一个实施例的可以在其上进行掩模缺陷检测的掩模的测试标记构造。

具体实施方式

掩模缺陷检测设备用于实施掩模表面上的图案缺陷的检测。晶片缺陷检测设备也可以用于检测掩模表面上的图案缺陷。例如，空闲的晶片缺陷检测设备，如KLA-Tencor’s KLA2135型，可以用来进行掩模缺陷的检测。当考虑到减缩曝光工艺(reduction exposure process)时，形成在晶片上的晶片图案比形成在掩模上的掩模图案具有更细的线宽。因此，晶片缺陷检测设备比现有的掩模缺陷检测设备具有更高的辨析度，并且可以证明能更好地检测细的掩模图案缺陷。

然而，尽管晶片缺陷检测设备被构造成能够进行晶片的缺陷检测，但是它难于直接加载掩模进行掩模缺陷检测。不附着表膜的掩模的厚度约为6.3mm，这远大于约0.725mm的晶片厚度。因此，在晶片缺陷检测设备上难于直接加载掩模。

例如，在晶片缺陷检测设备的情况下，卡盘加载的晶片的表面和缺陷检测单元的浸没透镜之间的距离设定为约0.863mm(34mil)。因此，直接卡盘加载掩模是不可能的。因为该设定是针对盒式加载单元或者晶片盒式加载单元而校准的，所以当直接加载掩模盒时，存储的掩模的厚度差异阻止执行加载映像(load mapping)。具体地讲，用于加载的映像传感器设定为根据晶片的厚度识别晶片，从而映像传感器不能识别较厚的掩模。此外，晶片搬运机械臂形成为适合于搬运晶片的叉形状，而不适合于掩模的几何形状。当采用晶片搬运机械臂搬运掩模时，存在掩模脱离、落下和被损坏的危险。此外，因为掩模是平坦的矩形或者正方形，而晶片为带有凹槽的圆形，所以当掩模安装在卡盘载物台(stage)上时，不能将其进行缺陷检测的预对准。

根据在此所描述的本发明的实施例，晶片缺陷检测设备可以便于变成与掩模缺陷检测相兼容。

根据要附着到掩模上的表膜对检测间隔的设定进行修改，以执行对没有附着表膜的掩模表面的缺陷检测。由于没有考虑表膜的附着，掩模表面和缺陷检测单元的浸没透镜之间的距离可以被实质上减小以获得更高的NA。例如，该距离可以减小约0.863mm(34mil)。由于更高的NA，可以改善图像的辨析度，允许检测更小尺寸的缺陷。

为了进一步改善检测缺陷图像的辨析度，在掩模的表面上照射光线，并且基于反射光而生成图像。通过基于反射光线获得的图像，而不是基于穿过掩模的光线，可以得到高的NA，从而可以检测更精细尺寸的缺陷。因此，可以达到改善掩模的制造产率并且随之改善晶片的制造产率。

参照图1，掩模缺陷检测方法可以包括在透明基板110上制备掩模，其带有缺陷检测图案。如图6所示，掩模可以包括在透明基板221上带有铬蔽光层或者半色调相移层的掩模层223，并且在掩模层223上可以制备掩模220，其通过抗蚀剂图案225被电子束写入曝光和显影。就是说，就在显影之后，它可以制备为掩模220。同样，掩模层223可以根据抗蚀剂图案225的形状被选择性蚀刻，并且被制备为带有构图的结构的掩模。为了在形成用于检测缺陷的表面图案图像的过程中获得高的NA，取消了表膜的附着。因此，掩模220被准备成直接检测图案225的形成表面的缺陷。

再次参照图1，可以提供晶片缺陷检测设备，该晶片缺陷检测设备具有用于晶片表面缺陷检测单元和用于安装晶片的晶片卡盘载物台(操作120)。该晶片缺陷检测设备可以构造成晶片图案缺陷检测设备，并且可以构造成在晶片制造工艺期间使用的设备。晶片缺陷检测设备可以使用一种状态，其能够根据半导体器件的设计规则分类为闲置的设备(idleapparatus)。例如，可以提供一种设备(例如KLA-Tencor’s KLA2135型)，其用于制造具有较大晶片图案的半导体器件。

高辨析度的晶片缺陷检测设备可以用于检测掩模缺陷，或者与实际的晶片缺陷检测设备的缺陷检测单元具有相同结构的掩模缺陷检测设备可以设计来进行缺陷检测。通过利用传统的闲置的晶片缺陷检测设备，可以降低设备成本，并且可以实现重复使用资源。

在考虑尺寸减缩和曝光时，在掩模上形成的掩模图案在尺寸上基本上大于实际的晶片图案，从而即使过去产生的晶片缺陷检测设备的缺陷检测单元被用于执行掩模缺陷检测，也可以检测细小的缺陷。

参照图1和2，为了适应掩模的几何形状，相对于晶片缺陷检测设备的缺陷检测单元210安装的卡盘载物台(或者晶片载物台)用掩模载物台230替换(图1中的130)。掩模载物台230安装成能够加载掩模220。

缺陷检测单元210可以构造来获得缺陷检测区域的表面图像。例如，缺陷检测单元210可以形成有用于获得图像的浸没透镜单元211和浸没图像装置213。可以包括在掩模220的表面上照射光的发光单元215。照射的光可以从掩模的表面上反射，提供入射在浸没透镜单元211上的图像。

缺陷检测单元210包括预对准检测单元217，用于预对准在掩模载物台230上安装的掩模220。发光单元215、浸没透镜单元211和预对准检测单元217可以设置和安装在基本上对应于晶片缺陷检测设备中这些元件的构造的构造中。

掩模载物台230安装来使得其上的掩模220和浸没透镜211之间的距离基本上保持为等于晶片和浸没透镜单元之间的距离。在例如KLA2135型的情况下，该距离为约0.863mm(34mil)。在此情况下，为了保持掩模220和浸没透镜单元211之间的距离具有约50X的放大率，可以调整掩模载物台230的高度。换言之，当晶片缺陷检测设备用于掩模缺陷检测时，掩模载物台230可以安装来保持掩模220的表面高度在基本上与晶片载物台上安装的晶片的表面高度相同的水平。

没有表膜的掩模220的厚度为约6.3mm，该值明显大于为约0.725mm的晶片的厚度。因此，可以制造在卡盘载物台形式方面具有低于晶片载物台的减小厚度的掩模载物台230，或者支撑掩模载物台230的中心轴231可以在高度方面减小，从而掩模220可以安装在与晶片载物台上安装的晶片的表面高度基本上相同的水平上。

同样，作为晶片和掩模之间在几何形状上的差别，难于采用晶片缺陷检测设备的预对准检测单元217预对准掩模220。当没有进行预对准时，难于实际执行缺陷检测工艺。参照图3，可以将晶片形状的翼233添加到掩模载物台230(图1的操作140)，以允许通过晶片检测设备的预对准单元217预对准掩模载物台230。

通过附着翼233，整个掩模载物台230的平面形状具有对应于晶片形状的形状。同样，检测引导凹槽235可以提供在翼233上以对应于晶片的凹槽。检测引导凹槽235可以安装成对应于晶片的平坦区域。通过使用预对准光对检测引导凹槽235进行检测，预对准检测单元217可以视掩模220为晶片，并且执行对掩模载物台230上安装的掩模220的预对准。

晶片和掩模是不同的，从而掩模盒240与晶片盒的构造不同。当利用晶片缺陷检测设备时，代替晶片盒的掩模盒240可以加载在加载单元250上(在图2中)(图1操作步骤150)。

难于采用晶片缺陷检测设备的映像检测单元251加载和安装存储的掩模220。映像检测单元251不能识别掩模220，这是由于掩模220和晶片之间几何形状上的差别。为了防止这种情形，引导映像杆(guide mapping bar)249可以安装来使得晶片缺陷检测设备的映像检测单元251能够识别掩模220为晶片。

参照图4，引导映像杆249可以安装在映像检测单元251的掩模盒240之后。引导映像杆249可以安装成对应于晶片盒的第十四个插槽，以使映像检测单元251识别存在一个晶片。

引导映像杆249可以是横向杆，其基本上在厚度和直径方面对应于晶片，从而当掩模220存入时，映像检测单元251可以将该掩模识别为晶片。映像检测可以通过发射和收集光来操作。掩模盒240可以包括在底板241上的四个开口圆柱(slit column)243和用于支撑引导构件247的引导柱(guides post)245，该引导构件247用于引导存储的掩模220的向上传输。引导构件247通过具有倾斜表面可以引导被存储的掩模220，从而掩模220可以通过滑动安装。把手242可以相对地安装在侧表面上。引导映像杆249可以安装在任一侧上的引导构件247之间。

为了将存储在掩模盒240中的掩模220传输到掩模载物台230，图2中的传输机械臂260构造为图5所示，并且在图1的操作步骤170中安装。由于掩模220在尺寸和重量上与晶片不同，从而当传输机械臂传输掩模220时，掩模220容易脱离，并且落下和损坏。参照图5，为了防止损坏掩模，采用叉型掩模传输机械臂260，其形状和尺寸基本上对应于掩模。因此，可以安全处理掩模220。

参照图1和6，在操作步骤180(图1)中，将掩模220(在图6中)加载到图2中的掩模缺陷检测设备上，并且在操作步骤190(图1)中操作缺陷检测单元210(在图2中)来检测掩模缺陷。参照图2，缺陷检测单元210在掩模220的表面上照射光线，并且用浸没透镜211聚集反射的光线。可以采用捕获装置213获得伴随所聚集光线的表面图像，并且根据该图像可以检测掩模220的表面上的缺陷。

参照图7，掩模220还可以包括测试标记229，其设置在设置图案的芯片管芯区域(chip die region)227的外部区域的对角线方向上(例如，划线道区域)。测试标记229可以起到对准键的作用，并且至少设置在三个点上。例如，当芯片管芯区域为3×3的构造时，可以执行缺陷检测单元210的对准来获得表面图像。例如，在掩模220中芯片管芯区域227为2×2的构造的情况下(而不是3×3构造)，附加测试掩模229可以提供来作为附加对准键。因此，当采用晶片缺陷检测设备来检测掩模缺陷时，缺陷检测单元210可以构造为像在晶片识别中一样的操作设定作业或者设定数据。

参照图2至5，采用本发明的掩模缺陷检测设备执行掩模缺陷检测得到与传统高辨析度掩模缺陷检测设备类似的灵敏度水平。同样，本发明的掩模缺陷检测设备可以用传统掩模缺陷检测设备的约三分之一的时间执行检测，传统掩模缺陷检测设备的平均检测时间为约20分钟。另外，由于采用反射光线来检测缺陷，可以检测没有构图的例如铬层的挡光层或者半色调相移层，允许例如空白掩模检查或者显影后检查(ADI-after developinspection)。当执行ADI时，抗蚀剂图案在检测前后的线厚度的变化位于公差范围内，并且因此可以忽略。

当采用程序掩模、对于单元阵列的单元对单元法以及随机/管芯对管芯法时，缺陷检测的灵敏度变化的范围为约150nm至450nm。此外，在ArF光源半色调相移掩模的情况下，可以对甚至保留有铬层的约80nm的掩模进行缺陷检测，其中检测灵敏度为约200nm。在去除了铬层的KrF光源半色调掩模中，能够对约100nm掩模进行缺陷检测，其中检测灵敏度为约200nm。这些比较结果显示出当采用本发明的方法和设备时可以获得更高的检测能力。

上面已经描述了根据本发明的用于检测精细掩模的掩模缺陷检测方法和设备。同样，使用依赖于透射光的检测方法所不能检测的空白掩模检测或者ADI可以采用在此提供的方法和设备。此外，精细掩模的缺陷检测可以低成本实现。

尽管对本发明已经参照具体实施例进行了描述，但是本领域的技术人员应当理解的是，可以对其进行各种变化和修改，而不脱离如权利要求所限定的本发明的精神和范围。

本申请要求2007年2月2日提交的韩国专利申请第10-2007-0011154号的优先权，其全文在此引用作为参考。

Claims (13)

1.一种用于检测掩模缺陷的方法，包括：

准备掩模，具有形成在透明基板上的缺陷检测图案；

准备掩模缺陷检测设备，其包括缺陷检测单元和掩模载物台；

在该掩模载物台上安装该掩模；以及

通过操作该缺陷检测单元以照射光到该掩模的表面上并且根据反射的光获得图像来检测掩模缺陷；

其中该掩模缺陷检测设备是通过用该掩模载物台替换晶片缺陷检测设备的晶片载物台来准备的，从而该掩模以表面高度基本上等于安装在该晶片载物台上的晶片的表面高度安装在该掩模载物台上。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

用掩模盒替换晶片存储盒，存储该掩模，以及在加载单元上安装该掩模盒；以及

将映像杆附着到该掩模盒以引导盒映像，并且使该加载单元能够识别该掩模存储在该掩模盒中。

3.如权利要求2所述的方法，其中该映像杆为横向杆，具有基本上等于该晶片的厚度的厚度，并且附着到该掩模存储在该掩模盒中的位置的后面，以使得在该加载单元的盒映像期间该加载单元能够识别该存储的掩模为该晶片。

4.如权利要求2所述的方法，还包括用掩模传输机械臂替换该晶片缺陷检测设备的晶片传输机械臂，其中该掩模传输机械臂的尺寸和形状基本上对应于该掩模的尺寸和形状，以将该掩模从该掩模盒传输到该掩模载物台。

5.如权利要求1所述的方法，还包括将支撑该掩模载物台的中心轴的高度降低至少该晶片和该掩模的厚度之差，以使得安装在该掩模载物台上的该掩模的表面高度等于安装在该晶片载物台上的该晶片的表面高度。

6.如权利要求1所述的方法，还包括在该掩模载物台上附着晶片形状的翼，以预对准安装在该掩模载物台上的该掩模，该翼具有对应于该晶片的凹槽的凹槽。

7.如权利要求1所述的方法，还包括测试标记，该测试标记以彼此相对的方向设置在该掩模上的芯片管芯区域的外部区域的至少三个位置上，以使得该缺陷检测单元能够识别并且映像该掩模上的该芯片管芯区域的位置。

8.如权利要求1所述的方法，其中准备掩模包括：

在该透明基板上形成掩模层；以及

通过在该掩模层上形成抗蚀剂层并且进行显影来形成该图案，其中该缺陷检测用显影后检测进行。

9.一种掩模缺陷检测的设备，包括：

晶片缺陷检测设备，包括缺陷检测单元和掩模载物台；以及

掩模，具有形成在透明基板上的用于检测缺陷的图案；

其中该掩模载物台安装来替换晶片载物台，并且该掩模载物台支撑该掩模，使得其表面高度基本上等于安装在该晶片载物台上的晶片的表面高度；

其中操作该缺陷检测单元以照射光到该掩模的该表面上并且获得图像来检测掩模缺陷。

10.如权利要求9所述的设备，还包括安装在该晶片缺陷检测设备的加载单元上的掩模盒，其中该掩模盒安装来替换晶片存储盒，

其中该掩模盒构造来存储该掩模，并且包括附着到该掩模盒的映像杆以能够识别和盒映像所存储的掩模。

11.如权利要求10所述的设备；还包掩模传输机械臂，安装来替换该晶片缺陷检测设备的晶片传输机械臂，该掩模传输机械臂的尺寸和形状基本上对应于该掩模的尺寸和形状，其中该掩模传输机械臂将该掩模从该掩模盒传输到该掩模载物台。

12.如权利要求9所述的设备，还包括支撑该掩模载物台的中心轴，该中心轴降低了该晶片和该掩模的厚度差，以使得安装在该掩模载物台上的该掩模的表面高度基本上等于安装在该晶片载物台上的该晶片的表面高度。

13.如权利要求9所述的设备，其中该掩模载物台还包括晶片形状的翼以预对准安装在该掩模载物台上的该掩模，该翼具有对应于该晶片的凹槽的凹槽。

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