CN101520609A - 检测掩模缺陷的方法,计算机程序和基准衬底 - Google Patents

Abstract

一种检测掩膜缺陷的方法，其中掩膜制造之后立刻由掩膜在基准衬底上形成图案。当IC制造发生时，将所述基准衬底储存在洁净的条件中。当怀疑掩膜有缺陷时，通过掩膜曝光使涂覆抗蚀剂的衬底、也就是测试衬底形成图案。比较基准衬底和测试衬底上的图案，以确定掩膜是否有缺陷。通过扫描图案更小的区域可以找到掩膜缺陷的位置。

Description

检测掩模缺陷的方法，计算机程序和基准衬底

本申请是申请日2003年10月27日、申请号为200310123162.6、发明名称为检测掩模缺陷的方法，计算机程序和基准衬底的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于检测在光刻处理设备中使用的图案形成装置中的错误的方法，该设备包括：

用于提供辐射投射光束的辐射系统；

用于支撑图案形成装置的支撑结构，所述图案形成装置用来依照所期望的图案构图投射光束；

用于放置衬底的衬底台面；和

用于将被组成图案的光束投射到衬底的目标区域上的投射系统。

背景技术

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广泛解释为指的是可用于对应在衬底的目标区域中待建的图案，赋予入射辐射光束以组成图案的横断面的装置；术语“光阀”也被用于上下文中。总体上，所述的图案与目标区域中将被创建的器件中的特殊功能层相对应，例如集成电路或其它器件(参见下文)。这种图案形成装置的例子包括：

-掩模。掩模的概念在光刻法中是众所周知的，并且其包括诸如二元的，交互相移的，和衰减相移的掩模类型，以及各种混合的掩模类型。在辐射光束中放置这种掩模可引起照射到掩模的辐射光束，依照掩模上的图案来有选择地透射(在透射式掩模情况下)或者反射(在反射式掩模情况下)。就掩模来说，所述支撑结构一般是掩模台面，其能够确保所述掩模被保持在入射辐射光束中的所期望的位置上，并且如果需要，它可以相对于光束移动。

-可编程镜像阵列。这种器件的一个例子是具有粘弹性控制层的可编址矩阵表面以及反射表面。这种设备之后的基本原理是(例如)反射表面的可编址区域将入射光反射成为衍射光，相反，未编址区域将入射光反射为非衍射光。使用合适的滤波器，过滤掉反射光束中所述非衍射光，只剩下衍射光线在后面；这样，光束按照可编址矩阵列表面的编址图案形成图案。所述可编程镜像阵列的可选择的实施例使用了微镜像的矩阵排列，每一个微镜像通过应用合适的局部电场，或者通过使用压电驱动装置，能够相对于轴而独立倾斜。再者，这些镜像是可编址矩阵，这种已编址镜像将在不同方向反射入射的辐射光束到未编址镜像；照这样，反射光束根据可编址镜像矩阵的编址图案来组成图案。必需的矩阵编址可利用合适的电子装置来执行。这上面所描述的两种情况中，所述图案形成装置可以包括一???个或者多个可编程镜像阵列。在此所提及的镜像阵列的信息，例如可以从美国专利US5296891和US5523193，以及PCT专利申请WO98/38597和WO98/33096中获得，这些申请在此一并作为参考。就可编程镜像阵列来说，所述支撑结构可以是诸如框架或者台面这样的器件，该支撑结构根据需要可以是固定的或可移动的。

-可编程LCD阵列。在美国专利US5229872中给出了这种结构的例子，该篇专利在此一并作为参考。如上所述，这种支撑结构可以是诸如框架或者台面的器件，该支撑结构根据需要可以是固定的或可移动的。

为简单起见，在某些地方，本文其余部分使其说明具体集中在包括掩模和掩模台面的例子上；然而，这种情况下论述的普遍原理，应该看出是如前面所提出的图案形成装置的广泛语义。

例如，光刻投影设备可以用在集成电路(IC)的制造过程中。在这种情况下，图案形成装置可以生成与IC个别层对应的电路图案，并且该图案可被映像到衬底(硅晶片)的目标区域(例如，包括一个或多个芯片)上，所述衬底已经被覆盖一层辐射敏感材料(抗蚀剂)层。总体上，单个晶片包含邻近目标区域的整个网络，所述目标区域经由投射系统连续地被辐照，每次一个。在当前的设备中，使用掩模台面上的掩模形成图案，在两种不同类型的机器之间可能形成差别。在一类光刻投影设备中，每一个目标区域都通过一下子将整个掩模图案曝光在目标区域上来进行辐射；这种设备通常称为晶片分档器。另一种可选择的设备中，通常称为步进扫描设备，每个目标区域通过在投射光束下沿着给定的基准方向(“扫描”方向)逐渐扫描掩模图案，同时与该方向平行或者逆平行地同步扫描衬底台面来进行辐照；通常，由于投射系统具有放大因数M(一般<1)，因此衬底台面被扫描时的速度V是掩模台面被扫描时速度的M倍。例如从美国专利US6046792中获得更多关于在此所描述的光刻设备的信息，该篇专利在此一并作为参考。

在使用光刻投影设备的制造过程中，图案(例如，在掩模上)被映像到至少部分覆盖了辐射敏感材料层(抗蚀剂)的衬底上。在映像步骤之前，衬底可经历各种工艺，例如漆底，涂光刻胶和软烤。曝光之后，衬底可以经受其它的工序，例如，曝后烤(PEB)、显影、硬烤和测量/检查已映像的特征。这组工序用作构成器件单独的层的图案的基础，例如，在IC上。然后，这种已构图的层可经历诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等各种处理工序，所有这些工艺都意在完成单独的层。如果需要几个层，那么每一个新层都必须重复全部工序，或者与之不同的工序。最后，一器件阵列将出现在衬底(晶片)上。这些器件通过像切割或者锯割这样的技术彼此之间相互分离，由此，独立的器件可以被安装在载体上，并连接到管脚等。例如可以从McGraw Hill于1997年出版的，作者是Peter van Zant，ISBN为0-07-067250-4的书“Microchip Fabrication：Apractical Guide to Semiconductor Processing”第三版中收集更多关于这种工艺的信息，上述内容在此一并作为参考。

为了简单起见，投射系统在下文中被称作“透镜”；然而，该术语应该被广泛解释为包括各种类型的投射系统，例如，包括折射光学系统、反射光学系统和反折射系统。所述辐射系统也可以包括依照用于引导、整型或控制辐射的投射光束的这些设计类型中的任一个进行操作的部件，并且这样的部件也可在下文中一般地或特殊地称作“透镜”。此外，所述光刻设备可以是带有两个或者更多衬底台面(和/或两个或着更多掩模台面)的类型。在这种“多级”器件中，这些附加的台面可以并行使用，或者准备步骤可以在一个或者多个台面上完成，同时一个或多个其它台面正用于曝光。例如，在US5969441和WO98/40791中描述了双级光刻设备，上述内容在这里一并作为参考。

掩模或者掩模图案中的缺陷可导致有缺陷的器件，例如IC，并因此而无法使用。掩模缺陷通常被分为三类。第一类，掩模的透光或者反射部分上的诸如污垢或污点的污染能够妨碍和/或扭曲曝光辐射并且印到衬底上就如同是图案的一部分。第二类，在掩模材料(例如，石英)上的裂纹可以妨碍或者分散辐射，因此造成变形的图案。第三类，在掩模制造过程中可能发生图案变形。这些变形包括针孔、铬点、图案延展、遗漏部分，图案中的破裂和邻接图案之间的桥。在所述缺陷的三种来源中，污染是最普遍的并且在使用期间使掩模处于清洁的条件中可以减少污染的可能性。通常在掩模上使用保护膜来减少或消除装好保护膜的掩模上的污染。

为了避免制造有缺陷的器件，应该尽可能的检测出有缺陷的掩模，以便使其可以被修补或替换。按照惯例，当怀疑在掩模和/或保护膜上有缺陷或者部分需要维修时，将掩模从光刻设备上移走并检查。如果掩模和/或保护膜没有被损坏，那么将该掩模返回到所述设备继续生产。如果掩模和/或保护膜被损坏，那么修补或者替换掩模和/或保护膜，然后将它们返回到光刻设备。然而，从光刻设备移走掩模的过程中，掩模和保护膜会遭受增加污染和/或损坏的可能性。另外，在对缺陷进行检查的过程中，器件的生产将滞后或停止，因此在不损害精确度的情况下尽可能快的检测和检查是有利的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种检测图案形成装置中错误的改进方法。

此目的和其它目的是根据本发明的用于检测图案形成装置中的缺陷的方法而实现的，所述方法包括：

在光刻处理过程中使用图案形成装置在基准衬底上印刷基准图案；

在光刻处理过程中使用所述图案形成装置在不同于基准衬底的生产衬底上曝光用于制造器件的图案；

在光刻处理过程中使用所述图案形成装置在测试衬底上印刷测试图案；

比较所印刷的测试图案和所印刷的基准图案，以检测图案形成装置中的缺陷。

由于图案形成装置的曝光可以发生在原地的图案形成装置中，所述原地也就是在光刻装置中的洁净条件下，因此图案形成装置不会再遭受由于移动和替换而增加污染或损坏的可能性。而且，因为图案形成装置(例如，掩模)不需要从洁净条件中移走，所以器件的产量实际上未受影响。在测试衬底曝光的同时生产衬底曝光，而且生产进行时，可以进行测试衬底的任何进一步检测。

由于光刻处理方法得到很好的发展，所以发明人已经发现了由带有SiO₂层的硅片构成的衬底可成为很好的基准衬底。具有氮化层的晶片也可以成为好的基准衬底。对所属技术领域的技术人员来说显而易见的是，其它材料也可以用来例如生产具有强烈对照的精确图案。然后可以采用用于制造器件的光刻处理方法，并且高精确度的图案被蚀刻到SiO₂或其它层。

为了避免污染，基准衬底和图案形成装置都应该储存在洁净的条件中。按照本发明的实施例，只有当检测到缺陷时，才需要将图案形成装置从洁净的条件中移走。

为了方便比较，测试衬底可以是基准衬底。尤其是测试衬底通过曝光一层辐射敏感材料(抗蚀剂)来形成图案。一旦测试衬底被扫描，抗蚀剂被移走，测试衬底可以重新使用。

基准图案最好是被印刷到基准衬底的多个不同的位置，并且每一个基准图案之间有足够的空间，以便允许单个测试图案被印刷到每一个基准图案旁边。

为了比较基准图案和测试图案，例如，依靠视觉比较，所述已形成图案的测试衬底和基准衬底可能同时被至少一个光学缺陷检查工具扫描。所述光学缺陷检查工具例如可以是显微镜或诸如KLA检查系统(例如KLA-Tencor的2139系统或KLA-Tencor的ES20系列)的使用扫描电子显微镜的系统。可以执行基准图案和测试图案之间的多种比较，并且多数表决可以确定缺陷的位置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种检查系统，该系统包括：

用于检查第一和第二图案的装置；和

用于比较所述第一和第二图案的装置。

用于检查第一和第二图案的装置最好包括两个检查工具来同时检查所述第一和第二图案。

根据本发明的另一个方面，提供了包括程序代码装置的计算机程序，该计算机程序用于命令光刻投射设备使用图案形成装置在基准衬底上印刷基准图案，然后，使用所述图案形成装置在同一基准衬底上印刷测试图案。

根据本发明的另一个方面，提供了包括程序代码装置的计算机程序，该计算机程序用于命令检查系统检查第一和第二图案，并且比较所述第一和第二图案。

根据本发明的又一个方面，提供了一种基准衬底，该基准衬底包含在其上具有图案形成装置的图案的已印刷的基准图像的衬底，并且在所述基准图像上没有更多的已形成图案的层。

如这里所使用的，术语“印刷”和“已印刷的”包括曝光。这些术语也可以包括抗蚀剂的曝光和显影，或者抗蚀剂的曝光、显影和蚀刻。虽然在制造IC过程中利用依照本发明的设备在本文中作为具体参考，但是应该清楚的理解，这种设备有许多其它可能的应用。例如，它可以用于制造集成的光学系统、磁畴存储器的图案制导和检测、液晶显示器面板、薄膜磁头等等。有经验的技术人员将意识到，在这些可选择的应用的内容中，本文中任何使用的术语“划线板”、“晶片”或“芯片”应该认为可由更通用术语“掩模”，“衬底”和“目标区域”来分别代替。

在本文中，术语“辐射”和“光束”被用于包括各种类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如具有365，248，193，157或126nm波长的紫外线)和EUV(超紫外辐射，例如具有5-20nm范围内波长)，还有诸如离子束或电子束这样的粒子束。

附图说明

现在仅为举例而参照所附示意图来描述本发明的实施方式，其中：

图1描述了依照本发明实施例的光刻投射设备；

图2描述了在组合的基准衬底和测试衬底上的基准图案和测试图案的排列；以及

图3是依照本发明实施例的用于测试图案形成装置中缺陷的方法的流程图。

图中相应的参考标记指示相应的部件。

具体实施方式

图1示意性的描述了用于本发明中的光刻的投射设备。该设备包括：

-辐射系统Ex，IL，用于提供辐射的投射束PB(例如，EUV辐射)，所述辐射系统在该此特定情况下还包括辐射源LA；

-被提供有掩模架的第一对象台面(掩模台面)MT，所述掩模架用于容纳掩模MA(例如，划线板)，并且连接到用于相对于项目PL对掩模进行精确定位的第一定位装置；

-被提供有衬底架的第二对象台面(衬底台面)WT，所述衬底架用于容纳衬底W(例如，涂有抗蚀剂的硅片)，并且连接到用于相对于项目PL对衬底进行精确定位的第二定位装置；

-投射系统(“透镜”)PL(例如，折射透镜系统组)，用于使掩模MA的照射部分在衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个芯片)上成像；

-检验系统IS。

如这里所描述的，所述设备属于反射类型(例如，有反射式掩模)。然而，一般而言，该设备也可能是透射类型，举个例子(例如，用透射式掩模)。作为选择，该设备也可以使用其它类型的图案形成装置，诸如上面提到的可编程镜像阵列类型。

该源LA(例如，激光产生的或者释放等离子体源)产生一束辐射光。该光束直接或者穿过例如像光束扩展器Ex一样的经反转的调节装置之后，被送入照明系统(发光器)IL。该发光器IL可以包括用于设置光束中强度分布的外部和/或内部的径向范围(通常分别叫做σ-outer和σ-inner)的调节装置AM。此外，该发光器通常还包括其他部件，例如，积分器IN和冷凝器CO。这样，射在掩模MA上的光束PB在其横断面上具有理想的均匀性和强度分布。

关于图1应该注意的是，所述光源LA可以位于所述光刻投射设备的外壳里面(例如，当所述光源LA是汞灯时，这种情况很常见)，但是该光源可以远离所述光刻投射设备，其产生的辐射光束被引入所述设备(例如，借助于适当的导向镜)；当所述光源LA是受激准分子激光器时，后面这种情况比较常见。本发明和权利要求书包括这两种情况。

随后，光束PB相交于掩模台面MT上放置的掩模MA。经过掩模MA后，光束PB通过透镜PL，透镜PL聚焦所述光束PB到衬底W的目标区域C上。借助于第二定位装置(和干涉仪测量装置IF)，所述衬底台面WT可以被精确地移动，例如，如此以便在光束PB的路径上定位不同的目标区域C。同样地，例如，从掩模库机械地检索出掩模MA之后，或者在扫描期间，第一定位装置可以用于相对于光束PB的路径来对掩模MA进行精确定位。一般而言，对象台面MT、WT的移动可以借助于长行程组件(粗定位)和短行程组件(精定位)来实现，所述长行程组件和短行程组件在图1中没有明确地描述。然而，就晶片分档器(与步进扫描设备相对)来说，所述掩模台面MA正好连接到短行程执行器，或者可以被固定。

所描述的设备可以用于两种不同的模式中：

1.在步进模式中，掩模台面MT基本上是保持固定的，并且整个掩模图案一次投射(即，单“闪”)到目标区域C上。然后，所述衬底台面WT以X和/或Y方向移动，以便不同的目标区域C能够被光束PB照射到；

2.在扫描模式中，除了给定的目标区域C没有在单“闪”中曝光，基本上应用相同的环节。作为代替，掩模台面MT在给定的方向(所谓的“扫描方向”，例如Y方向)以速度v移动，以至引起投射光束PB在掩模图像上扫描；同时，衬底台面WT在相同或相反的方向上以速度V＝Mv同步移动，其中M是透镜PL的放大率(通常，M＝1/4或1/5)。照这样，在不必损坏清晰度的情况下，可以曝光相对比较大的目标区域C。

当第一次在光刻设备中安装时，假定掩模是没有被破坏的且是洁挣的，并且依照本发明实施例，掩模安装完之后，通过将所述掩模的图案曝光在基准位置来印刷基准衬底10。掩模安装之后，基本上可直接印刷基准衬底。基准衬底10提供“理想的”图案，该图案用来和将来可能出现缺陷的图案相比较。在这个实施例中，所述基准衬底10由具有已知纯度和厚度的SiO₂外层的硅衬底形成。所述衬底由抗蚀涂层覆盖。为了印刷所述基准衬底10，已经安装在光刻设备中但还没有用于生产诸如IC的器件的掩模，被用来使投射光束形成图案以曝光抗蚀涂层。如图2所示，一个或者多个的实质上相同的基准图案R1，R2，R3，R4……以一定间隔距离被曝光。抗蚀涂层的材料被显影以显示在下面的SiO₂，然后，例如使用氢氟酸来对其进行蚀刻。当剩下的抗蚀涂层被移走时，所述图案以SiO₂上的已蚀刻图案被显影。然后将基准衬底10保存在洁净的条件中直到需要的时候。

举个例子，当怀疑掩模有缺陷的时候，在步骤S1中，给基准衬底10涂上一层抗蚀涂层。在步骤S2中，为了将实质上相同的测试图案T1，T2，T3，T4……印刷到紧邻基准图案R1，R2，R3，R4……的所述基准/测试衬底上，所述掩模使投射光束形成图案以曝光抗蚀涂层。在步骤S3中，显影抗蚀涂层并且蚀刻已曝光的SiO₂之后，在步骤S4中，每对基准图案和测试图案分别被一个或者多个相应的显微镜同步或顺序扫描。依靠抗蚀涂层的类型、层叠等，调节显微镜或其它检查工具的灵敏度以获得基准图案和测试图案之间的最高对比。其间，所述光刻设备可以继续生产。在步骤S5和S6中，考虑T1和R1的扫描结果，看它们是否相同。如果它们不相同，那么掩模中可能存在缺陷，或者作为选择，在T1或R1的单次曝光中可能存在随机错误。因此再比较T2和R2，如果它们相同，那么可以假定T1和R1之间的不同是由于随机错误引起的并且掩模是没有缺陷的。如果T2和R2不相同，可以比较T3和R3、T4和R4等。关于T1和R1，T2和R2，T3和R3等的比较可使用多数表决，以确定掩模是否有缺陷。如果存在缺陷，T1和R1可以被更详细的扫描，以便通过确定T1和R1的小区域是否不同来确定缺陷的准确位置。如果存在缺陷，在步骤S7中，从设备中移走掩模并对掩模进行清洁、修补或替换。所述基准/测试衬底可以通过在与基准图案R1，R2，R3，R4……相邻或接近的不同位置上印刷测试图案T1，T2，T3，T4……而再生。所述基准衬底10退回以储存在洁净条件下。

上面的系统使用计算机进行配置，该计算机使用诸如图案设计、层叠和抗蚀刻类别等细节以优化系统。而且计算机程序可以分别管理基准和测试衬底上的基准和测试图案的布局。

在上面的实施例中，基准衬底10是测试衬底，但是本发明并不局限于此，基准和测试衬底可以是不同的。当基准衬底和测试衬底是不同的衬底时，基准衬底依照一个或多个基准图案R1，R2，R3等来进行印刷。这个基准衬底然后被用于与一个或者多个测试衬底相比较。然后，印刷单独的测试衬底，以用于与所述基准衬底相比较。当比较完成时，剥去测试衬底上的抗蚀涂层，以便使测试衬底可以为附加的测试图案再生。

在上面的实施例中，基准和测试衬底在被显微镜扫描之前已经被曝光、显影和蚀刻。作为选择，基准和测试衬底也可以只曝光或者曝光和显影，尤其是当基准衬底和测试衬底是不同衬底的时候。作为选择，除了使用SiO₂表面外，能够给出具有鲜明对比度的图案的表面都可以使用。发明人发现硅上面的氮化物层是特别好的。

在一实施例中，图案形成装置是EUV掩模，诸如是反射掩模。

虽然上面已经描述了本发明的具体实施例，但应当清楚本发明可以不同于所描述的那样进行实施。上述描述不用于限制本发明。

Claims (9)

1.一种检测图案形成装置中的缺陷的方法，包括以下步骤：

在光刻处理过程中，使用图案形成装置来在一种基准衬底上印刷一种基准图形；

接着在光刻处理过程中，使用同一所述图案形成装置来在一种不同于所述基准衬底的生产衬底上曝光一种用于制造器件的图案；

在光刻处理过程中，使用同一所述图案形成装置来在一种测试衬底上印刷一种测试图案；

比较所印刷的测试图案和所印刷的基准图案，以检测出所述图案形成装置中的缺陷，

所述基准图案被印刷在基准衬底上的多个不同位置上；

在比较已印刷的测试图案和已印刷的基准图案中，通过至少一个光学缺陷检查工具来扫描已形成图案的测试衬底和基准衬底；

多个比较发生在多个已印刷的基准图案和多个已印刷的测试图案之间；

多数表决确定在图案形成装置中缺陷的位置；

所述测试衬底就是所述基准衬底；

在利用所述图案形成装置来在基准衬底上印刷一种基准图形之前，所述基准衬底是由抗蚀涂层覆盖，其中在基准衬底上印刷基准图形之后和在基准衬底上印刷测试图案之前，显影所述抗蚀涂层并且显示所印刷的基准图形。

2.如权利要求1所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：所述基准衬底是硅片。

3.如权利要求1或2所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：所述基准衬底是具有SiO₂层的硅片并且已经印刷的基准图案被蚀刻到SiO₂层中。

4.如权利要求1或2所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：所述所印刷的测试图案是显影的抗蚀涂层中的图案。

5.如权利要求1或2所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：单个印刷的基准图案是分隔开的，以便单个测试图案可以被印刷在每个单个印刷的基准图形的旁边。

6.如权利要求1所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：在比较已印刷的测试图案和已印刷的基准图案中，已形成图案的测试衬底和基准衬底分别通过光学缺陷检查工具同步进行扫描。

7.如权利要求1或2所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：所述图案形成装置是光刻处理掩模。

8.如权利要求1所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：在基准衬底上印刷基准图形之后和在基准衬底上印刷测试图案之前，基准衬底保持处于清洁的条件中。

9.如权利要求1或8所述的检测图案形成装置中的缺陷的方法，其特征在于：在显示所印刷的基准图形之后和在基准衬底上印刷测试图案之前，所述基准衬底是由抗蚀涂层覆盖。

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