CN104303048B - 使用反射及透射图来检测光罩劣化 - Google Patents

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Abstract

在检验期间使用光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于从光罩的每一局部区域的多个子区域反射的光的多个反射强度值的平均值。还在所述检验期间使用所述光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于透射通过所述光罩的每一局部区域的所述子区域的光的多个透射强度值的平均值。通过针对每一局部区域组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值而产生组合强度分布图，使得:如果光罩尚未劣化，那么从所述组合强度分布图消除所述光罩的光罩图案；且如果所述光罩已劣化，那么不从所述组合强度分布图消除所述光罩的所述光罩图案。

Description

使用反射及透射图来检测光罩劣化
相关申请案的交叉参考
本申请案依据35 U.S.C.§ 119的规定主张卡尔E.赫斯(Carl E.Hess)等人于2012年3月20日申请的标题为“使用透射及反射强度分布图来检测掩模劣化(UsingTransmission and Reflected Intensity Maps to Detect Mask Degradation)”的第61/613,181号先前美国临时申请案的优先权，所述申请案的全文出于所有目的以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及光罩检验的领域。更特定来说，本发明涉及一种检测光罩劣化(degradation)的方法。
背景技术
一般来说，半导体制造业涉及使用被分层及图案化到衬底(例如，硅)上的半导体材料来制造集成电路的高度复杂的技术。归因于大规模的电路集成及半导体装置的持续大小减小，所制造的装置已变得对缺陷越来越敏感。即，导致装置中的故障的缺陷变得越来越小。装置在运送到终端用户或顾客之前需无故障。
集成电路通常由多个光罩制成。最初，电路设计者将描述特定集成电路(IC)设计的电路图案数据提供给光罩生产系统或光罩绘图机(reticle writer)。所述电路图案数据通常呈所制造IC装置的物理层的代表性布局的形式。所述代表性布局包含IC装置的每一物理层的代表性层(例如，栅极氧化物、多晶硅、金属化物等等)，其中每一代表性层由定义特定IC装置的层的图案化的多个多边形组成。所述光罩绘图机使用所述电路图案数据来绘制随后将用于制造特定IC设计的多个光罩(例如，通常使用电子束绘图机或激光扫描仪来暴露光罩图案)。
光罩或光掩模为含有至少透明及不透明区域且有时含有半透明及相移区域的光学元件，所述区域一起定义电子装置(例如，集成电路)中的共面特征的图案。在光刻期间使用光罩来定义用于蚀刻、离子植入或其它制造过程的半导体晶片的指定区域。
在制造每一光罩或光罩群组之后，每一新光罩通常无缺陷或劣化。然而，光罩可能在使用之后变得有缺陷或劣化。因此，不断需要改进的光罩检验技术。
发明内容
下文呈现本发明的简明概述以提供本发明的某些实施例的基本理解。此概述并非为本发明的详尽综述，且其不识别本发明的决定性/关键元件或不界定本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文中所揭示的一些概念以作为随后呈现的详细描述的序言。
在一个实施例中，揭示一种检验光刻光罩的方法。定义光罩的多个局部区域。在检验期间使用光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于从所述光罩的每一局部区域的多个子区域反射的光的多个反射强度值的平均值。还在所述检验期间使用所述光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于透射通过所述光罩的每一局部区域的所述多个子区域的光的多个透射强度值的平均值。通过针对每一局部区域组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值而产生组合强度分布图，使得：如果所述光罩尚未劣化，那么从所述组合强度分布图消除所述光罩的光罩图案；且如果所述光罩已劣化，那么不从所述组合强度分布图消除所述光罩的所述光罩图案。
在特定实施方案中，组合强度分布图指示：光罩的空间放射状图案已劣化以导致组合强度分布图包括对应于光罩上的光罩图案部分及劣化的空间放射状图案两者的多个强度值，所述多个强度值不同于对应于所述光罩的在所述光罩图案部分外的部分的多个强度值。在另一方面中，于在光刻过程中重复使用光罩之后执行检验，且由所述光刻过程导致所述空间放射状图案。在又一实施例中，组合多个反射强度值的平均值与多个透射强度值的平均值，使得组合强度分布图包括对应于光罩上的图案部分的多个强度值，所述多个强度值实质上等于此光罩上无劣化时对应于光罩上的非图案部分的多个强度值。
在另一实施例中，从获自光学光罩检验工具的反射强度图像获得每一局部区域的多个反射强度值的平均值，且从获自光学光罩检验工具的透射强度图像获得每一局部区域的多个透射强度值的平均值。在此方面中，组合强度分布图呈组合所述反射强度图像与所述透射强度图像两者的图像的形式。在另一方面中，每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的像素。在另一方面中，每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的小块，其中每一小块具有多个像素。
在又一实施方案中，通过对来自多个反射强度值及多个透射强度值的特定值进行加权而组合所述多个反射强度值的平均值与所述多个透射强度值的平均值。在另一方面中，多个局部区域实质上包括光罩的整个作用区域，且针对光罩的整个作用区域产生组合强度分布图。在另一实施例中，当护膜(pellicle)安装于光罩上时执行检验，且组合强度分布图指示光罩的护膜是否已随时间逝去而劣化超过预定义水平。
在某些实施例中，本发明涉及一种用于检验光刻光罩的检验系统。所述系统包含用于产生入射光束的光源及用于将所述入射光束引导到样本上的照明光学模块。所述系统还具有集光模块，所述集光模块用于将响应于所述入射光束而从所述样本反射的反射输出光束及响应于所述入射光束而透射通过所述样本的透射输出光束引导到至少一个传感器。至少一个传感器经配置以检测所述反射输出光束且产生所述反射输出光束的反射强度图像或信号，且检测所述透射输出光束且产生所述透射输出光束的透射强度图像或信号。所述系统进一步包含控制器，所述控制器经配置以执行上述操作中的至少若干者。在其它实施例中，本发明涉及计算机可读媒体，其上存储有用于执行上述操作中的至少若干者的指令。
下文参考图式而进一步描述本发明的这些及其它方面。
附图说明
图1A为经历使用高功率的深紫外(UV)光的光刻暴露的光罩部分的概略侧视图。
图1B为说明归因于重复光刻暴露的掩模特征劣化的图1A的光罩的概略侧视图。
图1C说明出现在重复光刻暴露过程期间的MoSi光罩部分的劣化。
图2说明归因于清洁过程的光罩特征的腐蚀。
图3A为具有由护膜框架包围的作用区域的光罩的俯视概略图。
图3B展示图3A的光罩及护膜的概略侧视图。
图4为根据本发明的一个实施例的从光罩上的简单不透明图案获得的组合强度分布图的示意表示。
图5为说明根据本发明的一个实施例的光罩检验过程的流程图。
图6A为根据本发明的实施例的对应于光罩的两个“扫描带”的两组强度数据的示意表示。
图6B为根据特定实施方案的对应于被分成小块的扫描带的强度数据组的示意说明。
图6C说明对应于光罩的特定扫描带的特定小块的多个像素或点的多个强度值。
图7A说明根据本发明的特定实施方案的组合来自实质上无劣化的光罩的反射图像与透射图像的结果。
图7B说明根据本发明的特定实施方案的组合来自具有显著劣化的光罩的反射图像与透射图像的结果。
图8为其中可实施本发明的技术的实例检验系统的示意表示。
图9A为根据某些实施例的用于将掩模图案从光掩模转印到晶片上的光刻系统的简化示意表示。
图9B提供根据某些实施例的光掩模检验设备的示意表示。
特定实施方式
在以下描述中，阐述许多特定细节以提供对本发明的完全理解。可在无这些特定细节的部分或全部的情况下实践本发明。在其它情况下，未详细描述众所周知的过程操作或设备组件以免不必要地混淆本发明。虽然将结合特定实施例而描述本发明，但将了解，并不希望将本发明限于所述实施例。
术语“光罩”大体上包含透明衬底(例如，玻璃、硼硅酸盐玻璃、石英或熔融硅石)，其具有形成于其上的一层不透明材料。所述不透明(或实质上不透明)材料可包含完全或部分阻挡光刻光(例如，深UV)的任何适宜材料。实例材料包含铬、硅化钼(MoSi)、硅化钽、硅化钨、玻璃上不透明MoSi(OMOG)等等。还可在所述不透明层与所述透明衬底之间添加多晶硅膜以提高粘着性。可在所述不透明材料上形成低反射性膜，例如氧化钼(MoO2)、氧化钨(WO2)、氧化钛(TiO2)或氧化铬(CrO2)。
术语“光罩”是指不同类型的光罩，其包含(但不限于)透明场(clear-field)光罩、暗场光罩、二元光罩、相移掩模(PSM)、交替PSM、衰减或半色调PSM、三元衰减PSM及无铬相位光刻PSM。透明场光罩具有透明的场或背景区域，且暗场光罩具有不透明的场或背景区域。二元光罩为具有透明或不透明的图案化区域的光罩。例如，可使用由具有由铬金属吸附膜定义的图案的透明熔融硅石坯料制成的光掩模。二元光罩不同于相移掩模(PSM)，其一个类型可包含仅部分地透射光的膜，且这些光罩可统称为半色调或嵌入式相移掩模(EPSM)。如果相移材料被放置于光罩的交替净空间上，那么所述光罩被称为交替PSM、ALT PSM或Levenson PSM。应用于任意布局图案的一种类型的相移材料被称为衰减或半色调PSM，其可通过用部分透射或“半色调”的膜替换不透明材料而制造。三元衰减PSM为还包含完全不透明特征的衰减PSM。
光罩可随时间逝去而以许多不同方式受损。在第一劣化实例中，光刻暴露过程可导致所述光罩的不透明材料的物理性劣化。例如，用在所述光罩上的高功率光束(例如，193纳米的高功率深紫外(UV)光束)可物理地导致所述光罩上的不透明材料受损。还可由其它波长导致损坏，例如248纳米的UV光束。实际上，UV光束可物理地导致所述光罩上的不透明图案因磨毁不透明特征的拐角且致使所述特征平坦化而崩移(slump)。此特定物理效应可对所述光罩的临界尺寸(CD)产生负面影响。
图1A为经历使用高功率的深紫外(UV)光108的光刻暴露的光罩部分100的概略侧视图。光罩部分100包含形成于透明衬底102上的不透明图案104a及104b。不透明部分104a及104b实质上阻挡光108，而透明部分将光108传递到下伏晶片(图中未展示)以暴露对入射光108做出反应的此晶片上的光刻膜。在进一步处理(例如，蚀刻工艺)以移除暴露(或未暴露)的膜部分之后，所述膜的暴露区域形成所述晶片上的图案。
如图所展示，不透明图案结构104a及104b分别经设计且形成有临界尺寸(CD)宽度106a及106c。类似地，不透明特征104a与104b之间的间隔具有CD宽度106b。特定CD值一般会影响在光刻过程中将此特定光罩特征转印到晶片的方式，且此CD经选择以优化此转印过程。换句话说，如果某一光罩特征的CD值在指定CD范围内，那么此CD值将导致制造对应晶片特征，其允许根据电路设计者的意愿适当操作所得集成电路。特征通常以导致可操作电路的最小尺寸而形成，从而节省集成芯片区域。
在每一暴露期间，将具有相对较高功率的深UV光施加到光罩。UV光束可致使不透明特征的表面起泡及扭曲以产生粗糙化表面(图中未展示)。在此粗糙化效应之后，所述高功率UV光趋于“下压”不透明特征以导致更圆形化更平坦化的不透明特征。掩模特征尺寸(例如，图1A的106a到106c)可最初具有满足预定义规格的CD值。然而，在重复暴露于例如深UV之后，掩模特征会劣化，使得CD值不再在所述预定义规格内。此类型的劣化被称为“铬”劣化，这是因为此类型的问题通常出现在铬型光罩中。
图1B为说明归因于重复光刻暴露的掩模特征的物理型劣化的图1A的光罩的概略侧视图。如图所展示，劣化特征154a及154b展示显著更改的尺寸156a及156c，并且影响间隔宽度156b。如图所展示，不透明特征154a及154b分别具有比原始宽度106a及106c显著更大的宽度156a及156c，而此类不透明特征之间的间隔具有比原始宽度106b明显更小的宽度156b。由于此劣化，特征CD值可能已显著改变以便影响晶片良率。例如，掩模特征宽度156a及156c可显著大于原始线宽度CD，而间隔宽度156b可显著小于原始线间隔宽度CD。
特定来说，另一类型的劣化出现在MoSi光罩中，但也可出现在其它类型的光罩中。图1C说明在重复光刻暴露过程期间出现的MoSi光罩部分的劣化。在暴露期间，光与MoSi特征164a及164b起化学反应以便导致氧化层174a及174b形成于此类MoSi特征上。即，光导致光催化化学反应以便电离化来自MoSi材料的氧且导致此类MoSi特征的表面氧化。此氧化致使不透明MoSi特征因沿着边缘的氧化堆积而变圆。此MoSi氧化还导致CD改变。例如，MoSi特征164a及164b与额外氧化材料174a及174b一起分别导致更大特征宽度CD 176a及176c及更小间隔CD 176b。
在另一劣化实例中，可由于清洁过程而使不透明特征变小。来自空气或其它来源的化学污染物可形成于光罩表面上以引起“混浊”。通常，需从光罩清除此混浊。然而，此清洁过程可能致使光罩特征受腐蚀。图2说明归因于清洁过程的光罩特征的腐蚀。在清洁之前，光罩包含透明衬底202上的特定大小及形状的光罩特征204a及204b。在清洁期间，清洁溶液可导致这些光罩特征受腐蚀以形成腐蚀特征206a及206b。清洁型劣化也可影响晶片良率，尤其在CD变得越来越小(例如，200纳米或更小)时。
光罩的护膜也可随时间逝去而劣化。图3A为具有由护膜框架302包围的作用区域304的光罩的俯视概略图。图3B展示图3A的光罩及护膜的概略侧视图。护膜包含护膜框架302及由护膜框架302支撑的透明膜306。护膜安装于所述光罩上以保护作用区域304免受污染。
因为光刻系统具有相对较高的数值孔径，所以光罩背部上的小污染物不会集中且通常不影响暴露特性。然而，护膜可能在暴露期间随时间逝去而变暗或以其它方式改变。虽然可例如在清洁过程之后用新膜替换表层膜306，但在清洁之间监视护膜劣化将是有益的。护膜劣化趋于随时间逝去而呈放射状且可对晶片制造产生负面影响。
某些实施例提供使用针对样本(例如，光罩)所获得的反射强度分布图及透射强度分布图的组合来检测光罩的劣化(例如，铬、MoSi、护膜或清洁型劣化)的技术及系统。劣化趋于导致横跨组合图的空间变化签名，且此签名因重复光刻暴露而变得愈加明显。
图4为根据本发明的一个实施例的从简单光罩图案获得的组合强度分布图418的示意表示。如图所展示，获得含有简单双十字图案的光罩区域的反射图像402。反射图像402将趋于具有对应于透明光罩区域的暗区410，这是因为光穿透光罩的透明部分且没有被反射回到检测器。相比来说，反射图像402将展现所述两个不透明光罩的十字形图案的更亮区域408a及408b，光从所述区域反射回到检测器。
对应透射图像406将趋于具有与反射图像402相反的强度图案。如图所展示，透射图像406包含不透明光罩图案的暗十字部分414a及414b及透明光罩部分的亮区412。
组合图像418可由反射图像及透射图像形成。例如，将反射图像与透射图像一起平均化会导致相对灰色的组合图像418。即，除图案边缘416a及416b之外，大部分的不透明光罩图案将被从组合图像消除。虽然从组合图像消除光罩图案是有缺陷的，但宽区域平均化可导致对组合强度分布图的图案影响大大减小。
当来自光罩图案的影响被最小化时，可在组合图中容易地看出劣化。例如，与透射图像相比，铬劣化将趋于导致反射图像中的不平衡影响。铬劣化可导致不透明光罩材料的反射率显著减小且不会对应地改变透射图像。接着，可在组合图中突显此不平衡，这是因为在劣化光罩部分中也未消除光罩图案。
图5为说明根据本发明的一个实施例的光罩检验过程500的流程图。在制造光罩之后，此光罩可在操作502中用于一或多个光刻过程中。然而，不必在检验所述光罩之前使用所述光罩。无论是否使用所述光罩，均可在操作504中获得所述光罩的反射及透射图像。
接着，可在操作506中获得反射图像的每一局部区域的平均反射强度值。同样，还可在操作508中获得透射图像的每一局部区域的平均透射强度值。每一光罩图像可大体上被分成从其获得来自多个点的多个强度值的多个局部区域。在一个实例中，每一局部区域对应于像素。在另一实例中，每一局部区域对应于包含多个像素的小块部分。在以下实例中，使用小块部分，但任何适宜类型及大小的局部区域可与本发明的技术一起使用。
光罩的小块部分可经扫描以获得此强度数据。取决于特定系统及应用要求，所述小块部分可具有任何大小及形状。一般来说，可通过以任何适宜方式扫描光罩而获得每一小块部分的多个强度值。举例来说，可通过光栅扫描光罩而获得每一小块部分的多个强度值。替代地，可通过用任何适宜图案(例如，圆形或螺旋形图案)扫描光罩而获得图像。当然，传感器(一或多个)必须经不同布置(例如，呈圆形图案)及/或光罩可在扫描期间以不同方式移动(例如，旋转)以从光罩扫描圆形或螺旋形形状。
在下文所说明的实例中，随着光罩移动经过传感器，从光罩的矩形区域(本文中称为“扫描带”)检测光，且此所检测光被转换为每一小块中的多个点处的多个强度值。在此实施例中，扫描仪的传感器布置成矩形图案以接收从光罩反射及透射的光且从所述光产生对应于光罩的小块的扫描带的强度数据。在特定实例中，每一扫描带可为约1百万像素宽及约1000像素到2000像素高，而每一小块可为约2000像素宽及1000像素高。在一个实例中，每一像素具有72纳米的大小。
图6A为根据本发明的实施例的对应于光罩600的两个“扫描带”602a及602b的两组强度数据(例如，反射数据及透射数据)的示意表示。每一组强度数据可对应于光罩600的“扫描带”。可通过以迂回或光栅图案依序扫描来自光罩的扫描带而获得每一组强度数据。例如，通过光学检验系统的光束从左到右扫描光罩600的第一扫描带602以获得第一组强度数据。接着，从右到左扫描第二扫描带604以获得第二组强度数据。图6B为对应于被分成小块的扫描带的强度数据组602a的示意说明。如图所展示，强度数据602a进一步包含多个小块的强度数据，例如对应于光罩的扫描带的小块的强度数据组652a、652b、652c及652d。
在针对每一扫描带的每一小块中的多个点收集强度数据期间或之后，还可针对例如每一反射及透射图像的每一小块或每一组一或多个小块而确定平均强度值。图6C说明对应于光罩的特定扫描带的特定小块652a的多个像素或点的多个强度值(例如，672a、672b、672c、672d、672e及672f)。例如，对应于所述光罩的小块的反射强度数据组652a可包含反射强度值26、25、25、25、24、25等等。每一小块的全部反射强度值可一起被平均化以确定此小块的平均反射强度值(例如，25)。
可使用以任何适宜方式设置的光学检验工具来获得每一小块的反射强度值及透射强度值。例如，光学检验工具一般设置有一组操作参数或用于获得反射强度值及透射强度值两者的“配方”。配方设定可包含以下设定中的一或多者：用于以特定图案扫描光罩的设定、像素大小、用于从单个信号分组邻近信号的设定、聚焦设定、照明或检测孔径设定、入射光束的角度及波长设定、检测器设定、反射或透射光量的设定、空中建模参数等等。
返回参考图5，在操作510中，可组合每一局部区域(例如，小块或像素)的平均反射与透射强度值以产生组合反射(R)及透射(T)图像或图。例如，可将每一像素、小块或每一组小块的R及T平均值加在一起或平均化。
还可对特定R及/或T值进行加权。例如，可以不同方式对不同R或T强度值进行加权，使得组合图像或图中的光罩不透明图案的消除得以优化(例如，最小光罩图案保留在组合图像中)。在一个实施方案中，可以不同方式对不同R强度值进行加权以便最大化图案消除。如果无劣化的光罩导致具有对应于光罩的图案部分的特定强度值(色彩)的反射图像，那么可对这些特定R强度值进行加权以便与对应于相同光罩图案部分的T强度值相消。
在一些情况中，特定区域的R及T信号可能具有相同符号，而非相反符号，其可指示：结果在相关联区域中不一致且不可信。因此，如果不足够可信，那么R及T的组合可在类似区域中被减小权重或从计算移除。
可通过分析来自已被验证为实质上无劣化或缺陷的已知良好光罩的检验结果而获得加权值。可通过任何适宜方式而将光罩验证或定义为实质上无劣化或缺陷。例如，新造光罩的购买者可假定：所述光罩已被制造者验证为无缺陷或劣化。或者，可用光学或扫描电子显微镜检验所述光罩以例如通过执行裸片到数据库检验而确定所述光罩上是否存在任何CD均匀性缺陷或所述光罩是否已劣化。可在清洁以移除混浊以及其它类型的劣化及缺陷之后以类似方式检验光罩。
在提供组合强度分布图之后，接着可在操作512中分析此图以确定光罩是否具有超出规格的劣化。接着，可在操作514中基于此图而确定光罩是否通过检验。例如，用户可确定：组合图图像上存在任何空间变化签名表示光罩的劣化，这是因为尚未劣化的光罩将趋于产生均匀强度的组合图像。或者，自动过程可确定任何空间变动是否具有高于(或低于)预定义阈值的相关联平均强度值。如果平均强度值高于(或低于)所述预定义阈值，那么可更仔细地检查对应光罩部分以确定所述光罩是否有缺陷且不能再被使用。例如，SEM可用于检查有缺陷区域以确定临界尺寸(CD)是否超出规格。
如果光罩未通过检验，那么可在操作516中舍弃或在可能的情况下修复光罩。例如，可从光罩清除某些缺陷。在修复之后，可在任何时间对光罩执行检验且重复过程500。
任何适宜机构可用于存储及/或显示呈任何适宜形式的组合反射与透射强度分布图。例如，强度分布图可在文字上表示为光罩的每一区域的平均强度变动值列表。可在对应光罩区域坐标旁边列出每一组合平均强度值。还可由例如网格点差值的标准偏差或方差等度量表示每一组合强度值。替代地或另外，可视觉上表示组合强度分布图，使得不同强度变动值或范围展示为不同视觉方式，例如不同色彩的光罩区域、不同条形图高度、不同图形值或三维表示等等。可用不同网格点取样大小或由对不同函数形式的拟合(例如，多项式拟合或傅立叶变换)表示组合强度分布图。还可例如在视觉上或数量上表示个别反射及透射图。
当光罩上尚未出现劣化时，组合反射及透射图像趋于主要呈灰色，这是因为不透明图案导致反射与透射图像中的相反强度值。图7A说明根据本发明的特定实施方案的组合来自实质上无劣化的光罩的反射图像与透射图像的结果。如图所展示，反射图像702与透射图像704被组合成使每一局部区域的反射及透射强度值平均化的组合图像706。所得组合图像706具有实质上均匀的灰色外观。
图7B说明根据本发明的特定实施方案的组合来自具有显著劣化的光罩的反射图像与透射图像的结果。如图所展示，反射图像774的显著劣化比透射图像772的显著劣化明显。所得组合图像776展示此实质放射状劣化以及尚未从所述组合图像消除的光罩图案的区域。
某些组合强度分布图实施例说明光罩的空间维度上的强度变化。例如，组合强度分布图对应于光罩的特定较大区域的透射与反射光的平均值。此组合强度分布图说明平均空间变动且无需以精细标度分辨率解决缺陷。另外，在可在反射及/或透射图像中清楚看见适度劣化之前，此劣化可展示于组合强度图像中。还可容易地产生组合强度分布图且将其应用于非重复光罩特征以及重复光罩特征。
本发明的某些实施例还可允许比其它检验技术(例如，用SEM所执行)取样更多的点。因为SEM检验非常慢，所以通常使用稀疏取样(例如，通常不超过2000个点)。在本发明的一个实例实施方案中，每一小块(1kx2k)含有约2百万个像素，其经扫描以获得每一像素的全部2百万个点的强度值。如果获得每一小块的平均值，那么取样2百万个点。在另一实例中，平均化2个小块中的点导致每一2小块网格的1百万个点被取样。如果平均化50个小块，那么每一50小块网格的40,000个点被取样。平均化200个小块导致10,000个点被取样，其仍远高于希望在SEM检验中取样的点的最大数目。
在确定每一小块的平均强度值之前或之后，对应于反射光的强度值可与透射光的强度值组合。例如，可确定每一点或像素的反射与透射强度值的平均值。或者，可单独计算小块的反射与透射强度值的平均值。接着，每一小块的经单独计算的反射平均值与透射平均值可组合在一起或一起被平均化。在一个实例实施方案中，可通过(T-R)/2而组合反射(R)与透射(T)值。还可将R与T平均值相加。反射信号通常为与透射信号符号相反的符号。因此，减去两个图会使所述信号加在一起。因为T与R的噪声源不同，所以噪声可趋于得出组合信号的平均值。
当附接护膜时或在移除护膜(例如被替换)之后，可产生光罩的作用区域的组合强度分布图。作用区域为用于在光刻过程期间在晶片上产生对应图案的光罩图案部分。即，光罩作用区域用于产生晶片的多个裸片区域。如果存在护膜，那么所述组合强度分布图可展示光罩作用区域、护膜或以上两者的劣化。
组合强度分布图将趋于仅展示不均匀劣化。例如，强度差图可展示横跨光罩或护膜的放射状劣化图案。强度可基于作用区域的不同密度水平而变动。例如，相同劣化可更明显地展示于对应于光罩的更高密度作用区域的区域中的组合强度分布图中。
可产生组合强度分布图以便补偿图案密度效应。因为强度变化取决于边缘像素的数目，所以可基于边缘像素的平均数目而缩放每一小块的强度值。例如，可使每一特定小块平均值缩放(缩小或放大)达光罩中的全部小块的边缘像素的平均数目除以边缘像素的特定小块数目。如果小块不具有边缘(例如，空白)，那么将不对此小块执行此缩放以便不除以零。
可在硬件及/或软件的任何适宜组合中实施本发明的技术。图8为其中可实施本发明的技术的实例检验系统800的示意表示。检验系统800可从检验工具或扫描仪(图中未展示)接收输入802。检验系统还可包含用于分布所接收输入802的数据分布系统(例如804a及804b)、用于处理所接收输入802的特定部分/小块的强度信号(或小块)处理系统(例如，小块处理器及存储器806a及806b)、用于产生组合强度分布图的图产生器系统(例如，图产生器处理器及存储器812)、用于允许检验系统组件之间的通信的网络(例如，交换网络808)、任选的大容量存储装置816及用于检查反射、透射及组合强度分布图的一或多个检验控制及/或检查站(例如810)。检验系统800的每一处理器通常可包含一或多个微处理器集成电路，且还可含有接口及/或存储器集成电路，且可另外耦合到一或多个共享及/或全局存储器装置。
用于产生输入数据802的扫描仪或数据获取系统(图中未展示)可采用任何适宜仪器的形式(例如，本文中所进一步描述)以获得光罩的强度信号或图像。例如，扫描仪可建构光学图像或基于被反射、透射或以其它方式引导到一或多个光传感器的所检测光的一部分而产生光罩的一部分的强度值。接着，扫描仪可输出所述强度值，或可从所述扫描仪输出图像。
扫描仪或检验工具可操作以在入射光束扫描横跨光罩的每一小块时检测及收集反射及透射光。如上文所提及，入射光束可扫描横跨各自包括多个小块的光罩扫描带。响应于此入射光束，从每一小块的多个点或子区域收集光。
扫描仪或检验工具通常可操作以将此所检测光转换为对应于强度值的检测信号。所述检测信号可采用具有对应于光罩的不同位置处的不同强度值的振幅值的电磁波形的形式。所述检测信号还可采用强度值及相关联光罩点坐标的简单列表的形式。所述检测信号还可采用具有对应于光罩上的不同位置或扫描点的不同强度值的图像的形式。可在光罩的全部位置被扫描且转换为检测信号之后产生反射及透射图像，或可在用扫描整个光罩后完成的最终反射及透射图像扫描每一光罩部分时产生反射及透射图像的部分。
检测信号还可采用空中图像的形式。即，空中成像技术可用于模拟光刻系统的光学效应以便产生暴露于晶片上的光致抗蚀剂图案的空中图像。一般来说，光刻工具的光学装置经仿真以便基于来自光罩的检测信号而产生空中图像。所述空中图像对应于由穿过光刻光学装置及光罩而到晶片的光致抗蚀剂层上的光产生的图案。另外，还可仿真特定类型的光致抗蚀剂材料的光致抗蚀剂暴露过程。
可使入射光或所检测光穿过任何适宜空间孔径以产生具有任何适宜入射角的任何入射或检测光轮廓。举例来说，可编程照明或检测孔径可用于产生特定光束轮廓，例如偶极、四极、类星体、圆环等等。在特定实例中，可实施光源掩模优化(SMO)或任何像素化照明技术。
可由数据分布系统经由网络808而接收强度或图像数据802。所述数据分布系统可与一或多个存储器装置(例如，RAM缓冲器)相关联以保存所接收数据802的至少一部分。优选地，总存储器足够大以保存数据的整个样本。例如，一千兆字节的存储器很好地运用于1百万个像素或点乘1000个像素或点的样本。
数据分布系统(例如，804a及804b)还可控制所接收输入数据802的部分到处理器(例如，806a及806b)的分布。例如，数据分布系统可将第一小块的数据路由到第一小块处理器806a，且可将第二小块的数据路由到小块处理器806b。还可将多个小块的多组数据路由到每一小块处理器。
小块处理器可接收强度值或图像(其对应于光罩的至少一部分或小块)。小块处理器还可各自耦合到一或多个存储器装置(图中未展示)(例如，提供局部存储器功能的DRAM装置)或与所述一或多个存储器装置集成以例如保存所接收的数据部分。优选地，存储器足够大以保存对应于光罩的小块的数据。例如，八兆字节的存储器很好地运用于对应于512个像素乘1024个像素的小块的强度值或图像。或者，小块处理器可共享存储器。
每一处理器可确定及存储每一组一或多个小块的平均小块强度值。例如，每一处理器可确定一个小块的平均值或每一组多个小块的平均值。例如，可确定每一组1个、2个、50个或200个小块的平均值。当然，小块(其平均值被确定)的数目影响取样粒度。即，每一平均计算的较高数目个小块与较低取样数目相关联。然而，噪声随较多小块用于确定每一平均值而减少。
每一组输入数据802可对应于光罩的扫描带。一或多组数据可存储于数据分布系统的存储器中。可由数据分布系统内的一或多个处理器控制此存储器，且可将所述存储器分成多个分区。例如，数据分布系统可将对应于扫描带的一部分的数据接收到第一存储器分区(图中未展示)中，且数据分布系统可将对应于另一扫描带的另一数据接收到第二存储器分区(图中未展示)中。优选地，数据分布系统的每一存储器分区仅保存将被路由到与此存储器分区相关联的处理器的数据部分。例如，数据分布系统的所述第一存储器分区可保存第一数据且将所述第一数据路由到小块处理器806a，且所述第二存储器分区可保存第二数据且将所述第二数据路由到小块处理器806b。
数据分布系统可基于数据的任何适宜参数而定义及分布数据的每一组数据。例如，可基于光罩上的小块的对应位置而定义及分布数据。在一个实施例中，每一扫描带与对应于所述扫描带内的像素的水平位置的列位置的范围关联。例如，所述扫描带的列0到256可对应第一小块，且这些列内的像素将包括路由到一或多个小块处理器的第一图像或第一组强度值。同样，所述扫描带的列257到512可对应于第二小块，且这些列中的像素将包括路由到(若干)不同小块处理器的第二图像或第二组强度值。
图9A为根据某些实施例的可用于将掩模图案从光掩模M转印到晶片W上的典型光刻系统900的简化示意表示。此类系统的实例包含扫描仪及步进器，更明确来说，购自荷兰费尔德霍芬(Veldhoven，Netherlands)的ASML的PAS 5500系统。一般来说，照明源903通过照明光学装置907(例如，透镜905)而将光束引导到位于掩模平面902中的光掩模M上。照明透镜905在所述平面902处具有数值孔径901。数值孔径901的值影响所述光掩模上的何种缺陷为光刻显著缺陷及何种缺陷并非为光刻显著缺陷。穿过光掩模M的光束的一部分形成通过成像光学装置913而引导到晶片W上以起始图案转印的图案化光学信号。
图9B提供根据某些实施例的具有包含成像透镜及在光罩平面952处的相对较大数值孔径951b的照明光学装置951a的实例检验系统950的示意表示。所描绘的检验系统950包含检测光学装置953a及953b，其包含经设计以例如提供60到200或更大的放大倍率以增强检验的显微镜放大光学装置。例如，检验系统的光罩平面952处的数值孔径951b可比光刻系统900的光罩平面902处的数值孔径901大很多，其将导致测试检验图像与实际印刷图像之间的差异。
可在各种经特殊配置的检验系统(例如，图9B中所示意性说明的系统)上实施本文中所描述的检验技术。所说明的系统950包含照明源960，其产生通过照明光学装置951a而引导到光罩平面952中的光掩模M上的光束。光源的实例包含相干激光光源(例如，深UV或气体激光产生器)、滤光灯、LED光源等等。在一个实例中，光源为193纳米激光。如上文所解释，检验系统950可在光罩平面952处具有数值孔径951b，其可大于对应光刻系统的光罩平面数值孔径(例如，图9A中的元件901)。待检验的光掩模M被放置于光罩平面952处的掩模平台上且被暴露于光源。
通过光学元件953a的集合而引导来自掩模M的图案化图像，光学元件953a将图案化图像投影到传感器954a上。在反射系统中，光学元件(例如，分束器976及检测透镜978)俘获反射光且将反射光引导到传感器954b上。虽然展示两个传感器，但可使用单个传感器来在相同光罩区域的不同扫描期间检测反射及透射光。适宜传感器包含电荷耦合装置(CCD)、CCD阵列、时间延迟积分(TDI)传感器、TDI传感器阵列、光倍增管(PMT)及其它传感器。
可通过任何适宜机构相对于掩模平台而移动照明光学装置列及/或相对于检测器或相机而移动平台以便扫描光罩的小块。例如，马达机构可用于移动平台。举例来说，所述马达机构可由螺杆驱动及步进马达、具有反馈位置的线性驱动或带致动器及步进马达形成。
可由计算机系统973或更一般来说由一或多个信号处理装置处理由每一传感器(例如，954a及/或954b)俘获的信号，所述一或多个信号处理装置可各自包含经配置以将来自每一传感器的模拟信号转换为用于处理的数字信号的模/数转换器。计算机系统973通常具有耦合到输入/输出端口的一或多个处理器及经由适当总线或其它通信机构的一或多个存储器。
计算机系统973还可包含用于提供用户输入(例如，改变焦距及其它检验配方参数)的一或多个输入装置(例如，键盘、鼠标、操纵杆)。计算机系统973还可连接到用于控制例如样本位置(例如，聚焦及扫描)的平台且连接到其它检验系统组件以用于控制其它检验参数及此类检验系统组件的配置。
计算机系统973可经配置(例如，利用编程指令)以提供用于显示所得强度值、图像及其它检验结果的用户接口(例如，计算机屏幕)。计算机系统973可经配置以分析反射及/或透射的所感测光束的强度、相位及/或其它特性。计算机系统973可经配置(例如，利用编程指令)以提供用于显示所得强度值、图像及其它检验特性的用户接口(例如，位于计算机屏幕上)。在某些实施例中，计算机系统973经配置以实施上文所详述的检验技术。
因为可在经特殊配置的计算机系统上实施此类信息及程序指令，所以此系统包含用于执行本文中所描述的各种操作的程序指令/计算机代码(其可存储于计算机可读媒体上)。机器可读媒体的实例包含(但不限于)：磁性媒体，例如硬盘、软盘及磁带；光学媒体，例如CD-ROM光盘；磁光媒体，例如光盘；以及硬件装置，其经特殊配置以存储及执行程序指令，例如只读存储器(ROM)装置及随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含例如由编译器产生的机器代码及含有可由计算机使用解释器来执行的更高级代码的文件两者。
在某些实施例中，用于检验光掩模的系统包含至少一个存储器及至少一个处理器，其经配置以执行本文中所描述的技术。检验系统的一个实例包含购自加利福尼亚苗必达(Milpitas，California)的KLA-Tencor的经特殊配置的TeraScanTM DUV检验系统。
虽然已为了清楚理解的目的而详细描述本发明，但应了解，可在所附权利要求书的范围内实践某些改变及修改。应注意，存在实施本发明的过程、系统及设备的许多替代方式。因此，本发明实施例应被视为说明性的而非限制性的，且本发明不限于本文中所给出的细节。

Claims (20)

1.一种检验光刻光罩的方法，所述方法包括：
定义光罩的多个局部区域；
在检验期间使用光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于从所述光罩的每一局部区域的多个子区域反射的光的多个反射强度值的平均值；
在所述检验期间使用所述光学光罩检验工具来针对每一局部区域获得对应于透射通过所述光罩的每一局部区域的所述多个子区域的光的多个透射强度值的平均值；以及
通过针对每一局部区域组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值而产生组合强度分布图，使得：如果所述光罩尚未劣化，那么从所述组合强度分布图消除所述光罩的光罩图案；且如果所述光罩已劣化，那么不从所述组合强度分布图消除所述光罩的所述光罩图案。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合强度分布图指示：所述光罩的空间放射状图案已劣化以导致所述组合强度分布图包括对应于所述光罩上的光罩图案部分及劣化的空间放射状图案两者的多个强度值，所述多个强度值不同于对应于所述光罩的在所述光罩图案部分外的部分的多个强度值。
3.根据权利要求2所述的方法，其中于在光刻过程中重复使用所述光罩之后执行所述检验，且由所述光刻过程导致所述空间放射状图案。
4.根据权利要求1所述的方法，其中组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值，使得所述组合强度分布图包括对应于所述光罩上的图案部分的多个强度值，所述多个强度值实质上等于此光罩上无劣化时对应于所述光罩上的非图案部分的多个强度值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中从由所述光学光罩检验工具获得的反射强度图像获得每一局部区域的多个反射强度值的所述平均值，且从由所述光学光罩检验工具获得的透射强度图像获得每一局部区域的多个透射强度值的所述平均值，且其中所述组合强度分布图呈组合所述反射强度图像与所述透射强度图像两者的图像的形式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的像素。
7.根据权利要求5所述的方法，其中每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的小块，其中每一小块具有多个像素。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过对来自所述多个反射强度值及所述多个透射强度值的特定值进行加权而组合所述多个反射强度值的所述平均值与所述多个透射强度值的所述平均值。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个局部区域实质上包括所述光罩的整个作用区域，且针对所述光罩的所述整个作用区域产生所述组合强度分布图。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在护膜安装于所述光罩上时执行所述检验，且所述组合强度分布图指示所述光罩的护膜是否已随时间逝去而劣化超过预定义水平。
11.一种用于检验光刻光罩的检验系统，所述系统包括：
光源，其用于产生入射光束；
照明光学模块，其用于将所述入射光束引导到样本上；
集光模块，其用于将响应于所述入射光束从所述样本反射的反射输出光束及响应于所述入射光束透射通过所述样本的透射输出光束引导到至少一个传感器；
至少一个传感器，其用于检测所述反射输出光束且产生所述反射输出光束的反射强度图像或信号，且检测所述透射输出光束且产生所述透射输出光束的透射强度图像或信号；以及
控制器，其经配置以执行以下操作：
定义光罩的多个局部区域；
针对每一局部区域且在检验期间，从所述反射输出光束获得对应于从所述光罩的每一局部区域的多个子区域反射的光的多个反射强度值的平均值；
针对每一局部区域且在所述检验期间，从所述透射输出光束获得对应于透射通过所述光罩的每一局部区域的所述多个子区域的光的多个透射强度值的平均值；以及
通过针对每一局部区域组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值而产生组合强度分布图，使得：如果所述光罩尚未劣化，那么从所述组合强度分布图消除所述光罩的光罩图案；且如果所述光罩已劣化，那么不从所述组合强度分布图消除所述光罩的所述光罩图案。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述组合强度分布图指示：所述光罩的空间放射状图案已劣化以导致所述组合强度分布图包括对应于所述光罩上的光罩图案部分及劣化的空间放射状图案两者的多个强度值，所述多个强度值不同于对应于所述光罩的在所述光罩图案部分外的部分的多个强度值。
13.根据权利要求12所述的系统，其中于在光刻过程中重复使用所述光罩之后执行所述检验，且由所述光刻过程导致所述空间放射状图案。
14.根据权利要求11所述的系统，其中组合多个反射强度值的所述平均值与多个透射强度值的所述平均值，使得所述组合强度分布图包括对应于所述光罩上的图案部分的多个强度值，所述多个强度值实质上等于此光罩上无劣化时对应于所述光罩上的非图案部分的多个强度值。
15.根据权利要求11所述的系统，其中从获自所述反射输出光束的反射强度图像获得每一局部区域的多个反射强度值的所述平均值，且从获自所述透射输出光束的透射强度图像获得每一局部区域的多个透射强度值的所述平均值，且其中所述组合强度分布图呈组合所述反射强度图像与所述透射强度图像两者的图像的形式。
16.根据权利要求15所述的系统，其中每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的像素。
17.根据权利要求15所述的系统，其中每一局部区域对应于所述反射强度图像及所述透射强度图像的小块，其中每一小块具有多个像素。
18.根据权利要求11所述的系统，其中通过对来自所述多个反射强度值及所述多个透射强度值的特定值进行加权而组合所述多个反射强度值的所述平均值与所述多个透射强度值的所述平均值。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个局部区域实质上包括所述光罩的整个作用区域，且针对所述光罩的所述整个作用区域产生所述组合强度分布图。
20.根据权利要求11所述的系统，其中在护膜安装于所述光罩上时执行所述检验，且所述组合强度分布图指示所述光罩的护膜已随时间逝去而劣化超过预定义水平。
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