CN101629913A - 晶圆表面变量的高产量映射 - Google Patents

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CN101629913A CN200810135874A CN200810135874A CN101629913A CN 101629913 A CN101629913 A CN 101629913A CN 200810135874 A CN200810135874 A CN 200810135874A CN 200810135874 A CN200810135874 A CN 200810135874A CN 101629913 A CN101629913 A CN 101629913A
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加迪·格林伯格
科比·卡恩
耶胡达·科恩
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Abstract

一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包括：将所述表面划分为由参数变量表征的像素；以及将所述表面的方块限定为所述像素的各个组。该方法进一步包括：以利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述表面进行多个扫描的方式，照射所述像素；以及响应每个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射。对于每个扫描，响应来自每个方块中的所述像素的组的返回辐射，构造所述方块的各个方块标记。还对于每个扫描，使用所述方块的所述各个方块标记确定方块标记变量。响应所述方块标记变量，选择其中一种类型的偏振用于测试物体的随后检查。

Description

晶圆表面变量的高产量映射
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2007年7月16日提交的美国临时专利申请60/950,077的权益，在此将其结合入本申请作为参考。
技术领域
本发明主要涉及质量检查，以及更具体地涉及高产量检查。
背景技术
在晶圆制造设备中，利用光学系统进行扫描是检查晶圆缺陷、不规则等的其中一种识别方法。该扫描手段照射晶圆的所有或特定区域，例如在晶圆上的裸片(die)或单元，并且测量返回辐射，其可以为散射的、衍射的，和/或反射的辐射。所测量的参数可与其它各个假定的“标准”参数比较，通常在单元之间或裸片之间进行对比，或与之前已确定的值比较，从而确定所照射的区域是否在规格内。
现有晶圆的元件的最小特征通常具有大约数十纳米的尺寸。用于表征数量级的晶圆的系统在本领域中是公知的，例如扫描电子显微镜(SEM)、扫描X-射线显微镜(SXM)、原子力显微镜(AFM)和光学特征尺寸(OCD)工具。然而，这些系统的扫描速度通常极低，使得它们通常仅用于表征或检查晶圆的相对较小一部分。如果它们用于整个300nm晶圆，则该程序将花费多个小时或数天。
Levin等人的美国专利6,862,491，在此引入其全文作为参考。其摘要中描述了“一种方法，用于延伸半导体晶圆光学检查系统的工艺监控性能，从而能以与迄今可能的敏感度相比更高的敏感度来检测晶圆表面上的工艺变化的低分辨率效应”。
由Omori等人在Metrology，Inspection，and Process Control forMicrolithography XIX中，由Richard M.Silver等人编辑，在2005年SPIE的Proc.卷5752中的题目为“Novel inspection technology for half pitch 55nm andbelow”的文章，在此引入其作为参考。该文章涉及用于检查表面的系统。
以下美国专利和专利申请，都引入作为参考，6,512,578，6,693,293，7,027,145，7,248,354，7,298,471，7,369,224，7,372,557，2004/0239918，2006/0098189，2006/0192953，2006/0232769，2007/0046931，2008/0094628其涉及用于检查表面的系统。
然而，尽管现有的系统可用，但是期望检查表面的改进方法。
发明内容
在本发明的实施方式中，确定将用于检查物体表面的偏振辐射优化类型，该物体通常为诸如生产晶圆的晶圆。该辐射可包含线性、圆形或椭圆形偏振辐射。典型地，该表面的不同区域，包括具有周期结构的区域，根据使用的偏振辐射类型来区别地反射所偏振的辐射。
在一个实施方式中，首先利用诸如扫描电子显微镜(SEM)来表征物理参考晶圆，通常通过测量诸如线宽的受检查参数，所以产生受检查参数的参考测量。然后，利用不同类型的偏振辐射扫描参考晶圆，每个各种扫描包含聚焦点到表面上并利用该点扫描整个表面。该点将像素尺寸限定到所划分的表面中。通常，每个点有3-4个像素，但是也可能使其它数量的像素。不同类型的偏振辐射包含不同方向的线性偏振辐射、左和右圆形偏振辐射，以及具有不同离心率的左和右椭圆形偏振辐射。处理器存储来自参考晶圆的表面上的像素的明场、和/或灰场、和/或暗场返回辐射测量。处理器将像素分组成方块，通常为具有侧边为大约50个像素的矩形方块，并且对于每个方块，计算各个方块标记。
在所公开的实施方式中，对于一种指定类型的偏振辐射，方块标记为方块中所有像素的返回辐射测量的函数。例如，对于左圆形偏振辐射，方块标记可以为所有像素的明场测量的算术平均。处理器比较由不同类型的偏振辐射产生的方块标记与参考测量。根据该比较，处理器选择对于参考测量的变化产生最高方块标记的偏振辐射类型，即，方块标记对参考测量中的变化具有最大敏感性的偏振辐射类型。处理器在检查或扫描测试物体中使用所选择的类型，诸如生产、校准或研究和研发晶圆，以及使用该函数产生物体的方块标记。该方块标记可以与参考测量相同的方式表征物体，以及一般具有与参考测量相同的分辨率，但是用于产生方块标记的扫描花费形成物体的参考测量所需的一小部分时间。
在可选实施方式中，对于两种或多种类型的偏振辐射，组合方块标记为方块中所有像素的返回辐射测量的生成函数。例如，组合方块标记可由第一线性偏振的第一多个明场(或灰场)测量和与第一偏振正交的线性偏振的第二多个明场(或灰场)测量的线性组合而形成，对方块中的所有像素线性组合相加，从而形成组合方块标记。一般地，组合方块标记可以为由不同类型的偏振和它们的明场、灰场和/或暗场测量来形成。处理器比较不同的组合方块标记与参考测量。根据该比较，处理器选择对参考测量具有最大敏感性的组合方块标记变化。为了检查物体，该物体具有函数所需要的偏振辐射类型，其中该函数生成所选择的组合方块标记，以及利用该函数生成物体的组合方块标记。
在又一可选实施方式中，替代使用来自物理参考晶圆的数据，处理器使用来自模拟和其它源的数据，以设置所模拟参考晶圆的属性。该处理器执行与以上对于物理参考晶圆所述的基本类似操作，例如，利用不同类型的偏振辐射来模拟照射模拟晶圆。根据所模拟的结果，处理器能确定一种或多种类型的偏振辐射，根据该辐射类型以照射物理测试物体。
通过以下对本发明的实施方式的详细描述，并根据以下简要描述的附图，将更能全面理解本发明。
附图说明
图1是根据本发明的实施方式的表面检查装置的示意性图表；
图2是根据本发明的实施方式的表面的示意性图表；
图3是根据本发明的实施方式的流程图，其描述了用于确定将用于检查产品表面的偏振类型的工艺；
图4示出了根据本发明的实施方式的在执行图3的工艺中由处理器形成的表格；
图5是根据本发明的实施方式的流程图，其描述了用于确定将用于检查产品晶圆的偏振类型的一个或多个函数；
图6示出了根据本发明的实施方式的在执行图5的工艺中由处理器形成的表格；
图7示出了根据本发明的实施方式的对于两种模式的线性偏振辐射的反射率与线宽的图表；以及
图8示出了根据本发明的实施方式的使用图5流程图的工艺获得的示例性结果。
具体实施方式
现参照图1，其示出根据本发明的实施方式的表面检查装置20的示意图。装置20用作样品物体和测试物体的表面的辐射扫描仪，该样品物体和测试物体通常是参考表面和生产晶圆。该装置包括辐射源20，其产生光束30，用于照射表面26。这里，作为实例，假设表面26包括晶圆28的表面，还应当理解本发明的实施方式可以用于实质上任何表面的照射和/或检查。晶圆28通常在其表面上形成有实质上相似的重复裸片24。每个裸片内具有多种功能部件25，诸如存储单元、逻辑单元或其组合或部件。在以下描述中，通过将字母后缀添加到识别晶圆数字来彼此区分特定的裸片24，例如裸片24A。另外，特定的晶圆或晶圆28的类型，诸如生产晶圆、或用于校准的晶圆，通过将字母后缀添加到识别晶圆数字来区分，例如生产晶圆28P和校准晶圆28C。源22通常是激光，虽然任何其他适宜辐射源，诸如适宜紫外(UV)或深紫外(DUV)源，可用于产生光束30。操作者31可控制装置20，或者任选地装置可设置为完全自动操作。
本发明的实施方式也可使用计算机模拟晶圆。在此的描述中，通过将字母前缀添加到模拟晶圆的识别晶圆数字，例如模拟晶圆S28，来区分模拟晶圆和物理晶圆。计算机模拟晶圆通常作为软件指令和/或数据存储在存储器38中。
在以下描述中，为清楚起见，假设表面26限定x-y平面，并且x轴位于纸平面中，以及y轴垂直指向纸。z轴垂直于x-y平面，如图1所示。为清楚起见，说明书还使用关于图的位置术语，诸如晶圆的左侧和下部。轴和位置术语是任意的，并且不能解释为对本发明的范围限制。
作为实例，假设光束30进入光束扫描模块34，该光束扫描模块34通常利用旋转镜和/或声光转向器沿x轴扫描光束。模块34是一组投影光学元件46的一部分。在Feldman等人的美国专利6,853,475中公知用于执行模块34的功能的多个系统，描述了所述系统的实施例，结合在此作为参考。模块34通过处理器36控制，该处理器还操作装置20的其他元件。可选地，模块34不存在于投影光学元件46中，在该情形下，装置20可设置在区域成像配置中，其中光束30照射表面26的区域。在该配置中，可通过移动晶圆扫描表面26。在两种系统中，像素尺寸，在下文更详细描述，实质上相同。本领域的技术人员将能够将此处描述作必要的修正适用于区域配置。
处理器36耦接到存储器38，其中用于操作装置的软件指令39存储在存储器38中。指令39可提供给装置20，作为计算机软件产品以电子形式或位于诸如磁存储磁盘或光盘的有形介质上，该有形介质可由计算机读取，或者通过本领域已知其他方式读取，用于电子数据的永久存储。
投影光学元件46包括一个或多个偏振元件21，在处理器36的控制下该偏振元件21可改变光束30的偏振。光束30通常被偏振，在该情形下，元件21，在此还称为偏光器21，可包括二分之一或四分之一波片，或者这些偏振片的组合，其接收光束30并改变光束出射偏振片21的特征。处理器36能旋转二分之一或四分之一波片的轴以便限定出射偏振片的光束的特征。如果光束30未被偏振，则元件21通常包括线性偏光器，其后接着是二分之一波片或四分之一波片。
因此，偏光器21可将光束30转换为三个模式的偏振辐射中的一个：线性、圆或椭圆偏振辐射，其中椭圆偏振辐射的离心率在0＜e＜1的范围。处理器36能够为特定扫描选择偏振模式，并还能够限定模式的参数。处理器限定的参数取决于模式：对于线性偏置模式，该参数是偏振方向；对于圆偏振模式参数设置是否左或右圆偏振辐射；以及对于椭圆偏振模式，参数设置偏振辐射的离心率e，以及出射辐射是否朝左或朝右椭圆偏振。偏振模式的组合，以及应用于该模式的参数的组合，在下文被称为偏振类型。例如，一种类型的偏振是沿y轴线性偏振的辐射，其中该模式是线性以及该模式的参数是y轴方向。
元件46还包括其他元件，在图1中以旋转透镜42和物镜44示意性表示。投影光学元件46用于将来自光束30的辐射投影并聚焦到表面26的点49上。镜片46(optics)还包括分光器52，其允许光束30透射到表面26。
典型地，点49覆盖表面26的小区域，并且该区域的尺寸通常决定假设将表面划分成矩形像素58的尺寸。点49的尺寸，以及像素的尺寸，是包括源22的波长和镜片的数值孔径的多个因素的函数。通常根据在表面上形成裸片24中使用的设计规则来选择像素尺寸。例如，每个像素58可以是具有边长为80-160nm范围的正方形。虽然将像素58一起放置可盖住，即，完全覆盖表面26，但这并不是解释装置20必须扫描整个表面，因为在一些实施方式中仅扫描表面的所选择区域。
晶圆28安装在移动台29上，该移动台29通过处理器36控制。台29利用独立的x、y和z平移台，以及一个或多个转动台旋转并平移晶圆，以及使得晶圆聚焦。处理器36控制移动台的运动，以及控制通过模块34执行的扫描，从而实质上表面26的任意部分可被光束30照射。在下文更详细描述通过模块34和台29产生的特定运动。
从点49返回的辐射通常具有三种形式：明场辐射，其包括实质上从表面26的镜面反射，暗场辐射，其通常从表面26以相对大角度朝镜面反射辐射的路径散射，以及灰场辐射，其从表面26一般以多个角度在镜面反射辐射的路径和暗场辐射之间散射。一般地，在检查表面26时，可测量所有三种形式的返回辐射。
在装置20中，设置光束30实质上垂直于表面26入射，虽然该装置可设置在非直角入射下操作。镜子54在其中心具有孔以允许光束30自由通过，以及从点49返回的镜面辐射。来自点49的镜面反射辐射穿过物镜44，并通过分光器52反射经由透镜56到达明场检测器66。在一些实施方式中，偏振分析仪23放置在检测器66之前。物镜44、分光器52和透镜56是一组接收镜片63的一部分。
镜子54将来自点48的灰场辐射反射到一个或多个灰场检测器50。检测器48测量入射暗场辐射。在一些实施方式中，偏振分析仪27和33分别放置在各个灰场检测器和暗场检测器之前。为简单起见，图1中示出一个环状灰场检测器和两个暗场检测器，在装置20中还可以使用任意适合数量的每种类型。暗场和灰场检测器通常围绕光束30近似对称有效分布。作为实例，假设装置20包括总共6个明场、灰场和暗场检测器。
分析仪23、27和33的模式和/或参数，如果存在，由处理器36设置，通常对应偏光器21的模式和参数。
来自点49的返回辐射入射在每个检测器66、50和48上，以及反过来检测器根据它们所接收的辐射强度而产生关于每个像素58的各自信号电平。关于每个检测器的特定信号电平是被照射的像素的功能和/或结构部件的特征，以及光束30的偏振的强度和方向的特征。因此，由6个不同检测器电平，或者所接收的辐射强度级别组成的矩阵，可以与每个像素58相关，关于特定像素的该矩阵的元件数值取决于像素的功能和/或结构部件。例如，像素，其包括导电材料导线，诸如常用于半导体晶圆中，通常具有与绝缘体相关的矩阵相比明显不同的矩阵。
如上描述，装置20可监控明场、灰场和暗场返回辐射。可选地，装置20不可以监控所有这些返回辐射。除非另外说明，为简单起见，以下的描述假设仅使用来自返回明场辐射的信号，从而仅检测器66操作。本领域的技术人员将能够将该描述作必要的修正，适用于实施方式，其中使用来自明场、灰场和/或暗场的信号。
通常，处理器36尽可能快地检查表面26。处理器通常通过照射表面的连续像素来执行检查，每个像素通过沿x方向扫描光束30同时沿y轴平移表面26来进行检查。为了减少检查需要的时间，处理器36可以将光束30的扫描速率和表面26的平移速率设置为尽可能高，同时在检测器66处提供合适的信噪比，并且同时保持每个点49合适数量的像素。通常，经过表面26的机械扫描速率在80-260mm/s的范围内。
作为实例，在此的描述假设装置20使用一个光束30，其照射表面26的单个点49。本领域已知实质上同时照射表面26的多个点的方法，例如，通过将光束30分(multiplexing)成多重光束，和/或通过利用多个辐射源。本领域的技术人员将能够将此处的描述作必要修正适用于照射多个点并得出实质上同照射的表面的各个区域的测量的系统。
图2是根据本发明的实施方式的表面26的示意图。假设该表面分为实质上全等的裸片80，并且每个裸片通常最终用作诸如存储器的电子器件的一部分。使用示例性像素尺寸100nm，在以上例示的范围内，对于具有边长1mm的正方形的裸片，每个裸片包括10,000×10,000像素。作为实例，假设裸片和包括所述裸片的像素设置为笛卡尔阵列(Cartesian array)，从而任何特定裸片或任何特定像素可由x坐标和y坐标唯一识别。
在本发明的实施方式中，将相对大量像素分组成等尺寸的方块82。对于一组50×50像素形成方块82，边长1mm的每个裸片80由200×200方块组成。在一个实施方式中，方块82是一组32×32像素。然而，将理解每个方块82可以包括任意适宜数量的像素。还将理解虽然方块82通常为矩形，但不要求满足这种条件，从而方块可以形成为任何适宜的闭合数字的相邻像素。确定关于任何特定方块82的方块标记。每个方块标记由该方块的像素的测量值的直方图形成。该直方图可以是一维(1D)，例如，描绘来自方块的像素的明场返回辐射的强度的频率。任选地，直方图可以是二维(2D)，例如，描绘来自方块的像素的明场返回辐射的有序对(强度、相邻像素的强度分布)的频率。
另外任选地，一般地，方块标记的直方图可以是n维(nD)，其中n是自然数，描绘有序n重的频率(x1，x2，x3，...xn)，其中x1...是像素测量的参数。四维直方图的实施例，其可以用于方块标记，描绘4重(Ib，Sb，Vb，Ig)的频率，其中Ib是来自方块中的特定像素的返回明场辐射强度，Sb是对于特定像素的最近邻像素的返回明场辐射强度的分布，Vb是Sb的变量，以及Ig是来自特定像素的返回灰场强度。
方块标记是表示直方图的数值的数字。例如，对于1D直方图，可以计算分布百分比、数学平均或者直方图数值的中间值，以及百分比、平均值或中间值用作方块标记。
在本发明的实施方式中，确定关于表面26上入射的辐射的偏振的具体类型的方块标记。如下文更详细描述，通常通过构造不同偏振类型的方块标记，以及确定给出关于受检查的参数或多个参数的最佳特征，最初通过校准晶圆的检查来确定偏振的具体类型。
图3是描述确定在检查生产晶圆中使用的偏振类型的工艺的流程图100，以及图4示出根据本发明的实施方式在执行该工艺中由处理器36形成的表格。假设由流程图100描述的工艺通过处理器36利用指令39执行，并将找到扫描被测试的任何物体使用的偏振辐射的类型。在下文中，作为实例，假设被测试的物体是生产晶圆28P。
由流程图100描述的工艺有两个部分：第一部分，结果生成部分101，以及第二部分，分析部分105。
在部分101中，在准备步骤102中，准备校准物体。校准物体可包括校准晶圆、其中具有校准区域的生产晶圆，或者任何其他适宜物体，其提供待测量的参数或多个参数的已知变量。在下文中，作为实例，假设校准物体包括物理制造的校准晶圆28C。在一些实施方式中，聚焦曝光矩阵(FEM)晶圆用作校准晶圆28C。如本领域已知，FEM晶圆包括晶圆，其中掩模版利用聚焦和曝光设置的多个组合将掩模曝光到已用光刻胶涂覆的晶圆上。FEM晶圆的特征是，通常具有CD-SEM(关键尺寸扫描电子显微镜)以确定光刻胶形貌和线宽，以及相应聚焦和曝光设置，其非常紧密匹配所需形貌和线宽。任选地，将校准物体的参数进行模拟。
在流程图100的描述中，假设准备步骤102包括校准晶圆28C的物理制造，本领域的技术人员将能够将该描述作必要的改进，适用于将校准晶圆的参数进行模拟的情形。
在以下描述中，除非特别说明，假设校准晶圆形成具有在生产晶圆28P上待测量的参数或多个参数的已知变量，在此也称为参数或受检查的参数。关于校准晶圆，形成有已知变量的典型参数包括，但不限于，线宽、线高和线间距。本领域的技术人员将理解其他参数，诸如线边缘粗糙度、表面粗糙度、侧壁角度、组成或掺杂量，其可以在晶圆表面上变化，以及所有这些参数包括在本发明的范围中。
作为实例，同此流程图100的描述中，假设待测量一个参数，以及假设该参数是线宽。(在下文中，流程图300，描述测量不止一个参数的工艺)。生产晶圆28P的可接受范围通常大约是偏离标称值的+/-5％内。制造晶圆28C使得线宽在该范围内变化，以及使得该变量沿晶圆的其中一个轴实质上为线性。假设变量的轴对应晶圆的y轴。
在参考步骤103中，当线宽沿晶圆的y轴变化时，处理器36生成线宽的参考校准表格150(图4)，该表格包括晶圆的y坐标和y坐标线宽的一一对应。作为实例，假设通过处理器36利用扫描电子显微镜(SEM)扫描晶圆28C的不同区域来确定导体的线宽。然后，处理器由扫描结果计算不同y值的线宽，以生成表格150，并且处理器将表格的数值存储在存储器38中，以便于由流程图100描述的工艺中的后续使用。虽然在此假设利用SEM测量变化参数，但处理器36可使用本领域已知的任何适宜系统，例如光学关键尺寸(OCD)测量或扫描X射线显微镜(SXM)，以生成参考校准表格150。
在设置偏振类型步骤104中，处理器36调整装置20的元件使得校准晶圆28C的y轴对应装置的y轴。作为实例，在下文中假设设置偏光器21产生线性偏振，以及处理器36还设置线性偏振的方向。如果存在的话，还设置分析仪23、27和/或33透射线性偏振辐射，以及透射的方向被设置为对应偏光器21设置的方向。任选地，在步骤104中设置的偏振类型可包括圆偏振或椭圆偏振。
在扫描步骤106中，处理器36扫描校准晶圆28C。处理器将在明场检测器66处测量的关于校准晶圆的每个像素的强度，以像素身份(ID)，其由每个像素的x坐标和y坐标确定，以及相应像素的强度的像素表格152A的形式，存储在存储器38中。因此表格152A包括所识别像素的唯一像素ID P1、P2、...和强度IP1A、IP2A、...的一一对应。在其他实施方式中，灰场检测器50和/或暗场检测器48测量的强度也被存储并结合在表格152中。
如由线108所示，对于不同类型偏振，处理器36重复步骤104和106，不同类型的数量通常由操作者31控制。在改变偏振步骤109中改变偏振类型。在线性偏振情形中，该类型包括至少两个不同垂直偏振。因此，在步骤106中，形成有各自数量的表格152A、152B、...，该数量对应步骤104和106中实施的不同类型偏振的数量，每个表格具有如表格152A相同的一一对应格式。在此表格152A、152B、...也一般地称为表格152。
当执行完最后扫描步骤106时结果生成部分101完成。流程图100的以后步骤包括结果分析部分105。
在方块形成步骤110中，处理器36选择成组的相邻像素，其被认为是各个方块。例如，在工艺流程开始之前，通过操作者31限定矩形方块的尺寸，可以在完全自动的基础上执行该选择。任选地，操作者可以，例如，在重复基础上，设置被认为是方块的成组像素的不同尺寸。虽然方块通常被选择为矩形，但这是不是必须的，从而也可限定具有非矩形形状的方块。
在方块标记步骤112中，对于步骤106中扫描的每种类型偏振，处理器36利用存储在表格152中的强度来计算像素的每个方块的方块标记BS1、BS2、...。此外，处理器36将由方块x和y坐标导出的唯一方块ID、B1、B2、...指派给每个方块。处理器使用表格152查找每个方块内的像素强度。作为实例，将给定方块的方块标记计算为该给定方块中的像素强度的数学平均。一般地，给定方块标记BSn(n是自然数)是方块Bn中的像素强度的函数。处理器36根据表格152A、152B、...生成各个表格154A、154B、...，每个表格154A、154B、...具有方块ID和方块标记BSnA、BSnB、...的一一对应。在此表格154A、154B也一般称为表格154。
在第一分析步骤116中，处理器36根据被测量参数的变量的轴，在该情形下根据方块的y坐标对方块分组。然后处理器计算具有相同y坐标的每组方块的平均方块标记，以及形成为各个表格156A、156B，y坐标的一一对应和y坐标的平均方块标记MBS1A、MS2A、...MBS1B、MBS2B。在此表格156A、156B也一般称为表格156。
在本发明的一些实施方式中，处理器36使用对于方块的不同定义重复步骤110到116，该不同定义通常包括方块的矩形尺寸的变化。任选地或额外地，方块的不同定义可以包括方块的形状变化。在流程图100中用虚线120以及改变方块定义步骤122表示所述重复。
在第二分析步骤118中，处理器36将每个表格156的平均方块标记与相应y坐标的线宽关联，如存储在表格150中。处理器使用所述关联来确定平均方块标记的哪个表格给出关于线宽变量的方块标记的最大变量。换句话说，处理器确定关于线宽变化的方块标记的最大灵敏度。典型地，关于每个表格156A、156B、...，处理器36利用表格150的受检查参数执行平均方块标记的线性回归分析，以及关于每个表格156A、156B、...，根据所述回归分析确定对应线宽的变量的方块标记的变量，以及相关系数。
在选择步骤124中，处理器确定哪个表格156A、156B、...在此定义的最佳表格156O，给出方块标记的最大灵敏度。处理器将用于生成最佳表格156O的偏振类型存储在存储器38中。处理器还将用于生成最佳表格156O的方块定义存储在存储器38中。
在最后步骤126中，处理器使用在选择步骤124中确定的偏振类型来扫描生产晶圆28P，实质上如以上关于步骤104和108的描述。处理器36通常利用步骤124的方块定义和步骤112中使用的确定方块标记的方法，由扫描结果确定晶圆28P中的方块的方块标记。在一些实施方式中，用于生产晶圆28P的方块定义改变，通常以便改善方块标记的信噪比。操作者31使用在步骤126中确定的方块标记来估计生产晶圆28P表面上的受检查参数中的变量。
然后流程图100结束。
在一些实施方式中，也(如在流程图100的步骤102中所述的)形成校准晶圆的参数以具有已知变量，可形成晶圆，使得受检查参数不随晶圆变化。在该情形下，除了使用具有已知变量的晶圆来找出对方块标记变量给予最大敏感性的偏振类型，可使用具有不变参数的晶圆来调整偏振类型和被找出用于可变参数的方块定义，以给出不变化的方块标记。在本领域的普通技术人员将能适应以上流程图100的描述，加上适当变更，从而通过，例如在步骤110和122中找出方块定义、在步骤118中找出相关系数以及在步骤124中找出给出最高相关系数的偏振类型而确定给出不变化的方块标记的最佳偏振类型。
使用诸如CD-SEM的系统进行的晶圆测量很耗时，并因此很贵，尽管该测量具有高属性分辨率。测量一块晶圆的小区域通常花费约数10分钟。如果利用CD-SEM对整片晶圆进行测量，则所需的时间如果不是数天也是多个小时。发明人发现流程图100的工艺结果与由诸如CD-SEM的晶圆测量系统产生的结果一样好，尽管通常装置20的分辨率比诸如CD-SEM的系数的属性分辨率小一个或多个数量级。另外，流程图100的工艺与CD-SEM系统的工艺相比，耗时显著减少，并且如果测量整个晶圆(这对于生产晶圆(productionwafer)是期望的)，其更加可靠。发明人已经发现可满意地扫描整个生产晶圆，给出具有良好的信号比的方块标记，且其通常需要不到一个小时。并且，流程图100的工艺可同时结合入由装置20执行的其它光学扫描测量，诸如裸片间的比较。因而，生产晶圆的单一光学扫描结果，通常花费不到一个小时，可用于产生晶圆的所有方块的方块标记，如在步骤126中所述，以及可用于执行裸片间的比较。因此，在测量生产晶圆中总节省时间是相当可观的。
图5是流程图300，其描述了用于确定将用于检查生产晶圆的偏振类型的一个或多个函数的工艺，以及图6示出了根据本发明的实施方式在执行所述工艺中由处理器36形成的表格。除了以下所述的差别之外，由流程图300所述的工艺一般类似于流程图100(图3和图4)的工艺，并且在流程图100和流程图300中在由相同附图标记表示的步骤中执行的操作一般类似。
图7示出了根据本发明的实施方式的两种模式的线性偏振辐射的反射率与线宽之间关系的两条曲线400和402。曲线400和402通过模拟制成。两条曲线绘出了反射率与线宽的关系图，该线宽为正行间隔为常数的一组平行线的宽度，给出了常数间距。曲线400示出了对于平行于该组平行线的第一模式的线性偏振辐射的反射率。曲线402示出了对于垂直于该组平行线的第二模式的线性偏振辐射的反射率。诸如由曲线400和402示出的模拟结果用于流程图300的工艺中。
回到图5，假定流程图300描述的工艺使用指令30由处理器36来执行。该工艺找出了被用来扫描生产晶圆28p的多种偏振类型，并且确定将用于产生晶圆的方块标记的多种偏振类型的表达式。
在准备步骤102中，产生模拟校准晶圆S28C。例如，假定将于S28C具有沿着线宽的x-轴的线性变量，以及沿着线高的y-轴的线性变量。
在参考步骤301中，其通常类似于参考步骤103，线宽变量设定为偏离标称线宽的+/-11％内。线高变量设定为偏离标称线高的+/-10％内。处理器36产生两个参考校准表格350X和350Y，表格350X具有在晶圆的x坐标与线宽之间的对应，表格350Y具有在晶圆的y坐标与线高之间的对应(图5)。
模拟扫描步骤302替代流程图100中的步骤104、108和109。在步骤302中，处理器36执行晶圆S28C的多个模拟扫描，每个扫描使用不同类型的偏振。在以下文中，例如，假定多种类型的偏振由偏振方向平行于晶圆S28C中的一组线的线性偏振辐射的第一扫描，和偏振方向垂直于模拟晶圆中的一组线的线性偏振辐射的第二扫描组成。两个扫描产生表格352和353，其分别平行于和垂直于辐射。每个表格一般类似于其中一个表格152，其具有像素强度P1、P2……与从像素返回的辐射强度之间的对应。假定表格352的强度为A1、A2、A3、……；假定表格353的强度为E1、E2、E3、……。
然而，并不需要在步骤302中仅使用两种类型的偏振辐射，或者不需要所使用的类型与模拟晶圆的该组线具有任何特殊联系，并且一般地可使用多于两种类型。因而，对于线性偏振辐射，可将偏振方向选择为相对于所检查的那组线的实质上任何两个或多个方向，并且对于椭圆偏振辐射，长短轴比可设置为在0到1之间的任意值。
步骤110一般描述为流程图100。
步骤304替换步骤112.在步骤304中，在步骤110中所限定的方块的标记计算为由表格352和353中的强度值形成的组合标记。例如，包含像素P1、P2、P3的方块的方块组合标记使用强度A1、E1、A2、E2、A3、E3。一般地，对于方块Bn中的像素，组合方块标记CBSn为来自表格352和353的强度的函数。
在步骤304中，处理器36形成一组表格354，通常在操作器31的引导下，每个表格具有方块特性和组合标记的一一(one to one)对应。表格354一般类似于表格154。例如，在图7中示出了三个表格354A、354B和354C，但是一般地在表格组中表格的数量可以大于或等于2的任何便利整数。
对于任何特殊表格354，用于形成表格的组合方块标记的表达式通常为表格352和353的像素强度的线性表达式。然而，其它表达式，诸如像素强度的二次或其它非线性表达式，可用于形成组合方块标记。
处理器36通常根据以上描述的流程图100来实施步骤116、122和118。然而，在步骤118中的相关性通过使表格354与在步骤102中产生的每个参考表格相关联来执行。
另外，在步骤116中形成的表格通过根据在参考晶圆S28C中使用的不同轴来分组表格354的方块而形成。因而，自步骤116中，方块根据x坐标以及跟组y坐标来分组，形成表格356。每个表格354形成为具有x坐标与在x坐标的平均方块标记的一一对应的一个表格，和具有y坐标与在y坐标的平均方块标记一对应的第二表格。因而，表格354A产生x坐标表格356XA和y坐标表格356YA；表格354B产生x坐标表格356XB和y坐标表格356YB；以及表格354C产生x坐标表格356XC和y坐标表格356YC。
选择步骤306一般类似于以上对流程图100描述中的步骤124。然而，在流程图300中，对于步骤306，处理器36确定两个最佳表格。第一最佳表格356XO，选自表格356XA、356XB、……，具有对于表格350X的参数的最大敏感性；第二最佳表格356YO，选自表格356YA、356YB、……，具有对于表格350Y的参数的最大敏感性。处理器存储用于产生存储器38中的最佳表格356XO和356YO的偏振类型，以及还存储在步骤304中使用来形成最佳表格的各个表达式。另外，处理器存储用于产生存储器中的最佳表格的方块定义。
在一些实施方式中，在测试生产晶圆之前，通过在以上参考流程图100描述的诸如FEM晶圆的物理校准上进行的测试，处理器36优化偏振类型、表达式和存储在步骤124中的方块定义。该优化在优化步骤308中执行，并且将由优化步骤所确定的值存储在存储器38中。步骤308的可选特征由图5中的虚线表示。
处理器36执行最终步骤126，一般如对流程图100的描述，使用在存储器38中存储的值在生产晶圆28P上进行。由于存储多个偏振类型，所以使用已经在步骤306中确定的所有偏振类型来扫描晶圆28P。以各种不同类型偏振进行的多个扫描通常连续执行。在一些实施方式中，多个扫描同时执行，例如通过使用多个同时光束来照射表面26。
根据使用多个扫描产生的结果，处理器36使用存储在存储器中的表达式来确定晶圆的组合方块标记，如在步骤304中所述。操作器31使用组合方块标记以评估在生产晶圆28P上的受检查参数的变量。
然后流程图300结束。
图8示出了根据本发明的实施方式使用流程图300的工艺而获得的示例性结果。
最佳表格356XO通过在步骤304中使用第一线性方程(1)得出：
In＝3.5En-An    (1)
最佳表格356YO通过在步骤304中使用第二线性方程(2)得出：
In＝En+0.6An    (2)
在方程式(1)和(2)中，n为像素标识符，以及In为由像素产生的组合强度。步骤304的组合方块标记通过将方块的所有像素上的In值相加而形成。
栅格阵列502和504绘出了在垂直轴上的线高和在水平轴上的线宽，该值对应于模拟晶圆校准晶圆S28C的那些值(参照流程图300中的步骤103在以上所述)。
栅格阵列502示出了组合方块标记的近似值，其使用最佳表格356XO确定，即，基于方程式(1)的组合方块标记。栅格阵列502的方块标记的检查示出组合方块标记对于线宽变化具有高敏感性，而随着线高变化基本不变化。因而，随着线宽变化，甚至在存在线高变化下，方程式(1)产生了用于检查的良好组合像素强度和相应的组合方块标记。
栅格阵列504示出了组合方块标记的近似值，其使用最佳表格356YO确定，即，基于方程式(2)的组合方块标记。栅格阵列504的方块标记的检查示出组合方块标记对于线高变化具有高敏感性，而随着线宽变化基本不变化。因而，随着线高变化，甚至在存在线宽变化下，方程式(2)产生了用于检查的良好组合像素强度和相应的组合方块标记。
本发明的实施方式利用与SEM或可比系统相比快数个数量级的方法来替代诸如SEM的耗时测量系统，并且发明人发现来自两种类型的系统的结果使可比较的。由于它们的耗时属性，诸如SEM或OCD测量器件的系统通常仅用于部分晶圆。本发明实施方式的较快操作意味着可以在相对短的时间内测量整个晶圆。
本发明的实施方式可广泛用于其中需要对周期结果进行测量的应用中。部分该应用在美国临时专利申请60/950,077中列出，在此结合上述专利作为参考。
由于本发明的实施方式使用相对短的时间，所以它们可应用于前馈和后馈系统。例如，现有晶圆的检查可产生表示线宽接近可允许范围边界的方块标记，在该情形下，可应用诸如增加或降低在晶圆上的辐射强度的处理器36的后馈。
将理解以上所述的实施方式是以示例性时候粗，并且本发明不限于以上特别示出和描述的内容。并且，本发明的范围包括以上所述各种特征的组合和次组合，以及本领域的普通技术人员根据阅读签署说明可发生且在现有技术中没有公开的其变形和修改。

Claims (21)

1.一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包含：
将所述表面划分为由参数变量表征的像素；
将所述表面的方块限定为所述像素的各个组；
在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述表面进行多个扫描中，照射所述像素；
响应各个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射；
对于每个扫描，响应来自每个方块中的所述像素的组的返回辐射，构造所述方块的各个方块标记；
对于每个扫描，使用所述方块的所述各个方块标记来确定方块标记变量；以及
响应所述方块标记变量，选择其中一种类型的偏振用于测试物体的随后检查。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述像素盖住所述表面，以及其中所述方块包含相邻像素的各个组。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以及包含通过利用比由所述辐射确定的照射分辨率高一个或多个数量级的表征分辨率测量参数，表征所述参数变量。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述偏振类型包含以下至少两种：具有第一偏振方向的第一线性偏振、具有不同于所述第一偏振方向的第二偏振的第二线性偏振、左圆偏振、右圆偏振、第一椭圆偏振，和不同于所述第一椭圆偏振的第二椭圆偏振，所述第一和第二椭圆偏振的离心率在0到1之间。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测所述返回辐射包含检测明场辐射、灰场辐射和暗场辐射的至少其中之一。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构造所述各个方块标记包含：限定来自指定方块中的所述像素的所述返回辐射的各个强度的方块标记函数，并评估所述方块的所述方块标记函数。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方块标记函数包含所述各个强度的算术平均值。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述测试物体的检查包含：形成测试物体像素的测试物体方块，以及评估来自所述测试物体像素的返回辐射的各个测试物体强度的所述方块标记函数。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述方块标记变量包含确定最高方块标记变量，以及其中选择其中一种类型的偏振包含选择具有所述最高方块标记变量的所述扫描的所述偏振类型。
10、一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包含：
将所述表面划分为由参数变量表征的像素；
将所述表面的方块限定为所述像素的各个组；
在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述表面进行多个扫描中，照射所述像素；
响应每个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射；
响应来自每个方块中的所述像素组的返回辐射，构造所述块的各个组合方块标记；
使用所述方块的所述方块标记确定组合方块标记变量；以及
响应所述组合方块标记变量，选择两种或多种所述类型的偏振用于测试物体的随后检查。
11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，构造所述各个组合方块标记包含：限定来自所述多个扫描中的至少两个和来自指定方块中的所述像素的所述返回辐射的强度的组合方块标记函数，以及评估所述方块的所述组合方块标记函数。
12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测试物体的检查包含：形成测试物体像素的测试物体方块，以及评估来自所述测试物体像素的返回辐射的各个测试物体强度的所述组合方块标记函数。
13、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，确定所述组合方块标记变量包含确定最高组合方块标记变量，以及其中选择所述两种或多种所述类型的偏振包含选择相应于形成所述最高组合方块标记变量的所述扫描的所述偏振类型。
14、一种用于表征样品物体的表面的装置，包含：
处理器，其配置用于：
将所述表面划分为由参数变量表征的像素，以及
将所述表面的方块限定为所述像素的各个组；以及
辐射扫描器，其配置用于：
在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述表面进行多个扫描中，照射所述像素，以及
响应每个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射，
其中所述处理器进一步配置用于：
对于每个扫描，响应来自每个方块中的所述像素组的返回辐射，构造所述方块的各个块标记；
对于每个扫描，使用所述方块的所述方块标记来确定方块标记变量；以及
响应所述方块标记变量，选择其中一种类型的偏振用于测试物体的随后检查。
15、一种用于表征样品物体的表面的装置，包含：
处理器，其配置用于：
将所述表面划分为由参数变量表征的像素，以及
将所述表面的方块限定为所述像素的各个组；以及
辐射扫描器，其配置用于：
在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述表面进行多个扫描中，照射所述像素，以及
响应每个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射，
其中所述处理器进一步配置用于：
响应来自每个方块中的所述像素组的所述返回辐射，构造所述方块的各个组合方块标记；
使用所述方块的所述方块标记来确定组合方块标记变量；以及
响应所述组合方块标记变量，选择两种或多种所述类型的偏振用于测试物体的随后检查。
16、一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包含：
将所述表面模拟为模拟表面，以及限定所述模拟表面的模拟属性；
将所述模拟表面划分为由参数变量表征的像素；
将所述模拟表面的方块限定为所述像素的各个组；
模拟在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述模拟表面进行多个扫描中所述像素的照射；
模拟响应每个所述扫描而对来自所述像素的返回辐射的检测；
对于每个扫描，响应来自每个方块中的所述像素组的返回辐射，构造所述方块的各个方块标记；
对于每个扫描，使用所述方块的所述方块标记确定方块标记变量；以及
响应所述方块标记变量，选择其中一种所述类型的偏振用于测试物体随后的物理检查。
17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，确定所述方块标记变量包含确定最高方块标记变量，以及其中选择其中一种所述类型的偏振包含选择具有最高方块标记变量的所述扫描的所述偏振类型。
18、一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包含：
将所述表面模拟为模拟表面，以及限定所述模拟表面的模拟属性；
将所述模拟表面划分为由参数变量表征的像素；
将所述模拟表面的方块限定为所述像素的各个组；
模拟在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述模拟表面进行多个扫描中所述像素的照射；
模拟响应每个所述扫描而对来自所述像素的返回辐射的检测；
响应来自每个方块中的所述像素组的所述返回辐射，构造所述方块的各个组合方块标记；
使用所述方块的所述方块标记来确定组合方块标记变量；以及
响应所述组合方块标记变量，选择两种或多种类型的偏振用于测试物体随后的物理检查。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，确定所述方块标记变量包含确定最高组合方块标记变量，以及其中所述两种或多种类型的偏振包含选择相应于形成所述最高组合方块标记变量的所述扫描的所述偏振类型。
20、一种用于表征样品物体的表面的方法，该方法包含：
将所述表面划分为由具有非变化参数表征的像素；
将所述表面的方块限定为所述像素的各个组；
在利用具有不同、各种类型偏振的辐射对所述模拟表面进行多个扫描中照射所述像素；
响应每个所述扫描，检测来自所述像素的返回辐射；
对于每个扫描，响应来自每个方块中的所述像素组的所述返回辐射，构造所述方块的各个方块标记；
对于每个扫描，使用所述方块的所述方块标记来确定方块标记变量；以及
响应所述方块标记变量，选择其中一种类型的偏振用于测试物体的随后检查。
21、根据权利要求20所述的方法，其特征在于，确定所述方块标记变量包含：对于每个扫描，形成所述方块的所述方块标记与所述非变化参数之间的相关系数，以及其中选择其中一种类型的偏振包含选择具有最高相关系数的所述扫描的偏振类型。
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