CN108362711B - 光掩模坯的缺陷检查方法、分选方法及其制造方法 - Google Patents

光掩模坯的缺陷检查方法、分选方法及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光掩模坯的缺陷检查方法、分选方法及其制造方法。通过以下方式来检查具有在透明基板上的薄膜的光掩模坯的缺陷：将检查光线照射到光掩模坯的表面区域，经由检查光学系统收集来自照射区域的反射光以形成该区域的放大图像，提取出来自放大图像的光强度分布的特征参数，和基于与薄膜结构相结合的特征参数来识别缺陷的凸起/凹坑形状。该缺陷检查方法对于以高度可靠的方式区分凸起或凹坑形状的缺陷而言是有效的。在应用该缺陷检测方法时，可以以更低的成本和更高的成品率获得没有针孔缺陷的光掩模坯。

Description

光掩模坯的缺陷检查方法、分选方法及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于检查光掩模坯上的缺陷的方法，其中由该光掩模坯来制造在微电子器件(半导体器件)的制造中所使用的光掩模(转印掩模)，更特别地，本发明涉及一种用于检查具有10nm以下厚度薄膜的光掩模坯上的缺陷的方法，该方法对于识别薄膜中的凹坑缺陷(诸如针孔)的形状是有效的。还涉及使用该缺陷检查方法来分选和制造光掩模坯的方法。
背景技术
通过重复使用光刻技术来制造微电子器件(半导体器件)，上述光刻技术为将曝光光线照射到图案转印掩模(通常是其上具有绘制的电路图案的光掩模)，以经由缩小投影光学系统来将电路图案转印至半导体基板。随着半导体器件电路图案的不断微型化，现在的主流曝光光线变为波长193nm的氟化氩(ArF)准分子激光。现在采用多次组合曝光步骤和处理步骤结合的多重图案化处理，可以最终形成具有完全小于曝光波长的特征尺寸的图案。
通过在带有光学膜的基板(掩模坯)上形成电路图案来制造图案转印掩模。光学膜(薄膜)通常是基于过渡金属化合物的膜或基于含过渡金属的硅化合物的膜。根据具体目的，选择用作遮光膜的膜或用作相移膜的膜。还包括硬掩模膜，该硬掩模膜是旨在用于光学膜的高精度加工的加工辅助膜。
由于使用图案转印掩模(通常为光掩模)作为用于具有精细尺寸图案的半导体器件的制造的原版(original)，所以掩模必须是无缺陷的。这自然要求光掩模坯没有缺陷。通过在带有膜的光掩模坯上沉积抗蚀剂膜，及通过传统光刻法或EB光刻法处理抗蚀剂膜和基底膜以最终形成图案来形成电路图案。从这个意义上讲，也要求抗蚀剂膜没有诸如针孔之类的缺陷。在这种情况下，在用于检测光掩模或光掩模坯上的缺陷的技术方面已投入大量努力。
专利文献1和2描述了通过向基板照射激光并捕获散射的反射光来检测缺陷或异物颗粒的方法。还描述了提供具有不对称性的检测信号并识别缺陷是凸起或凹坑的技术。专利文献3公开了使用深紫外(DUV)光检查光学掩模上的图案。另外专利文献4描述了如下技术：将检查光束分成多个光斑，扫描基板上的光斑，并且通过光电检测器接收反射光束。专利文献5公开了使用接近13.5nm波长的极紫外(EUV)光来识别EUV掩模坯上的缺陷的凸起/凹坑形状的技术。
引用文献列表
专利文件1：JP-A 2001-174415
专利文件2：JP-A 2002-333313
专利文件3：JP-A 2005-265736(USP 7,379,176)
专利文件4：JP-A 2013-019766
专利文件5：JP-A 2007-219130(USP 7,630,068)
发明内容
专利文献1至4中描述的检查系统全部采用光学缺陷检测，能够在相对短的时间内进行宽范围的缺陷检查且能够识别凸起/凹坑形状的缺陷。相对于EUV掩模坯，专利文献5描述了用于识别相位缺陷是凸起还是凹坑形状的方法。
在本发明人通过结合使用原子力显微镜和电子显微镜的检查实验进行研究的时候，检查来自光掩模坯的检查信号中亮部和暗部的排布的现有技术方法有时无法识别凸起/凹坑形状。即，在一些针孔缺陷的检查信号中，用于凸起/凹坑形状辨别所需的亮部和暗部的位置排布关系是模糊的。特别是在为高级掩模加工而形成的加工辅助膜(即10nm以下厚度的硬掩模膜)的缺陷检查中，容易出现难以识别凸起/凹坑形状的问题。
在这种情况下，使用专利文献1至4中描述的检查系统的实际检查实验并不总是高精度地成功识别缺陷的凸起/凹坑形状。专利文献5的方法适用于EUV掩模坯固有的相位缺陷，但难以适用于当前主流ArF光刻中使用的光掩模坯。因此，期望建立用于以高精度识别硬掩模薄膜中的缺陷的凸起/凹坑形状的方法，这在现有技术的方法中是困难的。
本发明的目的是提供一种用于光学检查光掩模坯上的缺陷的方法，以便以高度可靠的方式识别缺陷的表面形状是凸起还是凹陷，特别是识别硬掩模薄膜(用作掩模图案加工中的加工辅助膜)中的缺陷形状是凸起还是凹坑，还提供了一种通过利用识别光掩模坯上的缺陷的凸起/凹坑形状以及排除带有针孔缺陷的基板的方法来分选和制造光掩模坯的方法。
从检查实验和模拟这两个方面对来自各种光学膜中的缺陷的检查信号的光强度分布进行了研究，本发明人已发现，缺陷观察图像中，亮/暗变化以及亮/暗部分的位置排布关系是不同的，这取决于光学膜和基底光学膜的对于检查光线的复折射率的值。本发明是基于这个发现和进一步的发现。
在另一方面，本发明提供了一种用于检查光掩模坯上的缺陷的方法，包括如下步骤：
(A1)制备在光学透明基板上具有至少一层薄膜的光掩模坯，所述光掩模坯在其表面上带有缺陷，
(A2)移动光掩模坯，以将光掩模坯表面上的缺陷移动到检查光学系统可观察的位置，将检查光线照射到带有缺陷的表面区域，并且经由光学检查系统收集来自照射区域的反射光作为该区域的放大图像，
(A3)从放大图像中提取特征参数，和
(A4)基于与光掩模坯薄膜的结构相结合的特征参数来识别缺陷的形状。
在优选实施方案中，步骤(A2)中的放大图像是由透过检查光学系统的反射光的衍射分量(diffraction component)产生的，并且作为所述衍射分量的更高级衍射分量(higher-order diffraction component)相对于反射光的零级衍射分量(镜面分量(specular component))在正侧和负侧之间是不对称的。
在优选实施方案中，步骤(A3)包括将放大图像中缺陷区域的光强度水平的变化与缺陷周边区域的光强度水平进行比较的处理步骤，从而从缺陷检查图像中提取出特征参数，该缺陷检查图像包含具有高光强度的亮部和具有低光强度的暗部之间的强度差以及亮部和暗部之间的位置排布关系。
进一步优选地，在步骤(A4)中，基于包括放大图像的特征参数和光掩模坯薄膜的结构的数据，并且参照基于光学模拟或实验数据而预先形成的能在针孔缺陷和凸起缺陷之间进行选择的表格，来识别缺陷的形状。
在优选的实施方案中，设定被检查的光掩模坯的最外表面是对检查光线透明的薄膜，当在步骤(A3)中提取出表示缺陷的放大图像是以亮部为主的图像的特征参数的情况下，检测到的缺陷被识别为针孔缺陷。
在另一优选的实施方案中，设定被检查的光掩模坯具有最外表面的薄膜具有比基底层高的对检查光线的反射率的膜结构，当在步骤(A3)中提取出的是表示缺陷的放大图像是以暗部为主的图像的特征参数的情况下，检测到的缺陷被识别为针孔缺陷。
在一个优选实施方案中，薄膜具有10nm以下的厚度；且检查光线是具有210nm至550nm波长的光。
另一方面，本发明提供了一种用于检查光掩模坯上的缺陷的方法，该光掩模坯在光学透明基板上具有至少一层薄膜，所述方法包括：
检查系统，其适于向所述薄膜的表面区域照射检查光线并且捕获来自所述照射区域的反射光，从而检查所述光掩模坯的表面上的任何缺陷；和
计算机，所述计算机中安装有用于执行如上所限定的光掩模坯缺陷检查方法中的步骤的程序。
另一方面，本发明提供了一种分选光掩模坯的方法，包括基于通过如上所限定的检查方法识别缺陷是凸起还是凹坑形状，来分选没有针孔缺陷的光掩模坯。
在又一方面，本发明提供了一种用于制造光掩模坯的方法，包括如下步骤：在光学透明基板上形成至少一层薄膜以构建光掩模坯，以及通过如上所限定的分选方法来分选没有针孔缺陷的光掩模坯。
发明有益效果
本发明的光学缺陷检查方法对于以高度可靠的方式区分光掩模坯上的凸起或凹坑形状的缺陷而言是有效的，从而识别是致命缺陷的凹坑缺陷和针孔缺陷。缺陷检查方法的应用确保排除了具有是致命缺陷的凹坑缺陷的光掩模坯，并且以较低的成本和较高的成品率获得了没有致命缺陷的光掩模坯。
附图说明
图1A、1B和1C是带有缺陷的光掩模坯的横截面图，图1A和1B显示了其中存在针孔缺陷或凹坑缺陷的光掩模坯，图1C显示了存在凸起缺陷的光掩模坯。
图2示意性地图示了用于光掩模坯缺陷检查方法中的一个示例性检查系统。
图3A至3D图示了光掩模坯表面上的凸起缺陷及其示例性检查图像，图3A和3B是光掩模坯的缺陷区域的平面图和横截面图，图3C是凸起缺陷的检查图像，图3D是检查图像的光强度分布的横截面图。
图4A和4B图示了光掩模坯表面中的凹坑缺陷及其示例性观察图像，图4A是光掩模坯的缺陷区域的横截面图，图4B是检查图像的光强度分布的横截面图。
图5A和5B图示了第一膜实施方案的结构和检查图像的横截面轮廓，图5A是包括其中存在针孔缺陷或凹坑缺陷的最上侧膜的光掩模坯的横截面图，图5B是凹坑缺陷的检查图像的横截面轮廓。
图6A至6F示出了第一膜实施方案的结构和检查图像的横截面轮廓，图6A是包括最上侧膜及其中存在凹坑缺陷的邻接最上侧膜的膜的光掩模坯的横截面图，图6B是包括在其上沉积有异物颗粒的最上侧膜的光掩模坯的横截面图，图6C是包括在其上存在与最上侧膜相同材料的凸起缺陷的最上侧膜的光掩模坯的横截面图，图6D、6E和6F分别是如图6A、6B、和6C中所示的缺陷的检查图像的横截面轮廓。
图7A和7B图示了第二膜实施方案的结构和检查图像的横截面轮廓，图7A是包括其中存在针孔缺陷的最上侧膜的光掩模坯的横截面图，图7B是缺陷的检查图像的横截面轮廓。
图8是显示了用于检查光掩模坯上的缺陷的一个示例性方法的步骤的流程图。
图9是缺陷检查图像的特征参数、膜实施方案和缺陷形状的表格。
图10是显示了用于识别光掩模坯是合格还是不合格的一个示例性过程的步骤的流程图。
图11图示了用于检查的照射光斑的扫描。
图12A是实施例1中的具有凹坑缺陷的光掩模坯的横截面图，且图12B是显示了缺陷检查图像的光强度分布的截面图。
图13A是实施例1中的具有凸起缺陷的光掩模坯的横截面图，图13B是显示了缺陷的检查图像的光强度分布的截面图，且图13C是显示了不同尺寸缺陷的检查图像的光强度分布的截面图。
图14A是实施例2中的具有凹坑缺陷的光掩模坯的横截面图，且图14B是显示了缺陷检查图像的光强度分布的截面图。
图15A是实施例2中的具有凸起缺陷的光掩模坯的横截面图，且图15B是显示了缺陷检查图像的光强度分布的截面图。
具体实施方式
如果在光掩模坯的薄膜中存在缺陷(诸如针孔)，则该缺陷成为由该坯料制造的光掩模上的掩模图案的缺陷的原因。光掩模坯上的一个典型缺陷在图1中示出。图1A显示了光掩模坯100，其包括透明基板101和在其上形成的用作遮光膜或相移膜(在半色调相移掩模的情况下)的光学薄膜102。在薄膜102中存在针孔缺陷DEF1。图1B显示了光掩模坯100，其包括透明基板101、在其上形成的用作遮光膜或相移膜(在半色调相移掩模的情况下)的光学薄膜102、和有助于薄膜102的高精度加工的加工辅助膜103。在加工辅助膜103中存在针孔缺陷DEF2。当通过常规方法由这样的光掩模坯制造光掩模时，光掩模带有来自光掩模坯的缺陷。光掩模上的缺陷成为经由光掩模光刻曝光期间引起图案转印错误的原因。于是有必要在加工之前检测光掩模坯上的缺陷，从而排除带有缺陷的光掩模坯或纠正缺陷。
图1C显示了光掩模坯上的示例性凸起缺陷。图示的是具有在其上存在凸起缺陷DEF3的光学薄膜102的光掩模坯100。缺陷DEF3可以是与薄膜102一体化的凸起缺陷或沉积在薄膜102上的异物凸起缺陷(如异物颗粒)。当通过常规方法由这样的光掩模坯制造光掩模时，并不总是在光掩模上形成致命的针孔缺陷。沉积在膜表面上的异物缺陷如果可以通过清洁去除则不会成为致命的缺陷。
如上所述，识别光掩模坯上的缺陷是成为致命缺陷的凹坑缺陷(类似针孔)还是不必然为致命缺陷的凸起缺陷，成为保证光掩模坯的品质并控制其制造成品率的关键。因此期望一种能够以高可靠性经由短时间光学检查处理来区分缺陷的凸起/凹坑形状的方法。现在主流光刻中使用的曝光光线的波长是ArF准分子激光器的193nm，期望的是能够区分掩模坯上具有200nm以下、优选100nm以下的尺寸的缺陷的凸起/凹坑形状。
首先描述的是在光掩模坯的缺陷检查中有利地使用的检查系统，具体地说是用于识别光掩模坯的表面部分中的缺陷的凸起/凹坑形状的检查系统。图2是显示缺陷检查系统150的示例性基本构造的框图，该缺陷检查系统150主要包括检查光学单元151、控制单元152、记录单元153和显示单元154。检查光学单元151包括能够发射检查光线的光源ILS、分束器BSP、物镜OBL、其上放置光掩模坯MB以使其移动的台架STG、和图像传感器SE。光源ILS被设计为发射具有大约210nm至550nm的波长的检查光线BM1。来自光源ILS的检查光线BM1被分束器BSP弯曲，并被引导穿过物镜OBL照射到光掩模坯MB上的选定区域。由光掩模坯MB的表面反射的光BM2被物镜OBL收集，然后穿过分束器BSP和透镜L1，到达图像传感器SE的光接收表面。调整图像传感器SE的位置，使得在图像传感器SE的光接收表面上形成掩模坯MB的选定表面区域的放大检查图像。由图像传感器SE收集的放大检查图像的数据经历图像处理操作，由此计算出缺陷的尺寸并识别出缺陷的凸起/凹坑形状，其结果被记录为缺陷信息。在控制单元152的控制下操作检查系统150。控制单元152中已安装了控制程序和各种图像处理算法程序，且控制单元152控制用于存储检查数据的记录单元153和用于提供各种显示的显示单元154的操作。
放大检查图像可以通过使用图像传感器SE的直接方法来收集，所述图像传感器SE为如下传感器(例如，CCD照相机)的形式：包括作为像素布置的多个光电检测器，并且收集从光掩模坯表面反射的经过物镜OBL的光BM2形成的放大图像一起作为二维图像。也可采用的是如下方法：使检查光线BM1会聚在光掩模坯MB的表面上以产生照射光斑，对检查发光源ILS给予扫描功能，用一系列照射光斑扫描该表面，通过图像传感器SE顺序收集反射光BM2的光强度，进行光电转换和记录，从而产生整体的二维图像。
当收集反射光BM2以识别缺陷的凸起/凹坑形状时，可以收集反射光中更高级的衍射分量作为衍射分量，上述更高级的衍射分量相对于零级衍射分量(镜面分量)在正侧和负侧之间不对称，换句话说，在镜面反射光的中心处不对称。更具体地，可以采用引导检查光线BM1的主光线以斜向入射的方式照射光掩模坯MB的表面的方法，或者采用插入用于在保持主光线垂直照射的同时遮挡部分反射光束BM2的空间滤波器SPF的方法，并使图像传感器SE捕获放大的检查图像。通过采用这些方法之一，通常能根据检查图像光强度分布中的亮部和暗部之间的位置关系或光强度差来识别缺陷的凸起/凹坑形状。
接下来，关于检查图像，描述了检查图像的凸起和凹坑缺陷之间的差别，上述检查图像是通过以下方式获得的：在将检查光线BM1的主光线保持为垂直照明时，在光掩模坯MB的表面处会聚检查光线BM1，同时扫描且顺序收集反射光BM2的光强度。现在假设在收集反射光BM2的光强度的时候，通过空间滤波器SPF的功能屏蔽了射向图像传感器SE的反射光BM2的通量的右半部分。
图3A和3B分别是具有凸起缺陷DEF4的光掩模坯100的平面图和横截面图。光掩模坯100包括对检查光线透明的透明基板101(诸如石英基板)和在其上形成的MoSi系材料的光学薄膜102。MoSi系材料或另一材料的凸起缺陷DEF4存在于薄膜102的表面MBS上。
当用会聚的检查光线BM1照射并扫描带有凸起缺陷DEF4的光掩模坯表面MBS且通过空间滤波器SPF收集反射光时，获得了具有如图3C所示的光强度分布的检查图像。沿着图3C中的线A-A'的横截面中的光强度分布具有如图3D所示的横截面轮廓PR1。横截面轮廓PR1具有凸起缺陷的固有构造，上述凸起缺陷的固有构造包括在凸起缺陷DEF4的左侧的亮部和右侧的暗部。
类似地，图4A是具有凹坑缺陷DEF5的光掩模坯100的横截面图，且图4B是显示了由其获得的检查图像的光强度分布的横截面轮廓PR2的图。横截面轮廓PR2具有凹坑缺陷的固有构造，上述凹坑缺陷的固有构造包括在凹坑缺陷DEF5的左侧的暗部和右侧的亮部。
然而，根据光掩模坯的膜实施方案，仅依据检查图像中亮/暗部分的位置关系，存在不能正确识别缺陷是凸起还是凹坑的情况。下面描述这种情况的一个实例。
第一膜实施方案
图5A是带有凹坑缺陷的光掩模坯100的横截面图。光掩模坯100包括对检查光线透明的透明基板101(诸如石英基板)和在基板上依次形成的MoSi系材料的光学薄膜112、Cr系材料的光学薄膜113以及对于检查光线基本上透明的材料(诸如氧化硅)的且具有约5至10nm厚度的硬掩模薄膜114，其中在硬掩模薄膜114中存在凹坑缺陷DEF6(诸如针孔缺陷)。当用会聚的检查光线照射并扫描带有凹坑缺陷DEF6的光掩模坯表面且通过空间滤波器SPF收集反射光时，获得检查图像。检查图像的光强度分布具有如图5B所示的横截面轮廓PR3。检查图像的光强度分布在凹坑缺陷DEF6的点位处基本上仅包括亮部。没有呈现如图4所示的典型的凹坑缺陷的检查图像的光强度分布中的亮/暗部分的位置关系。
值得注意的是，即使当膜结构与图5A中所示的结构相同时，根据缺陷的类型，也获得如图6中所例示的各种检查图像。如图6A所示，在Cr系材料的光学薄膜113中已经存在凹坑缺陷，在光学薄膜113上形成厚度均匀的无缺陷的硬掩模薄膜114，结果，在薄膜114的表面上存在凹坑形状的缺陷DEF7。图6B显示了，尽管硬掩模薄膜114直到其形成结束为止都没有缺陷，但基于硅的异物颗粒作为凸起缺陷DEF8沉积在硬掩模薄膜114的表面上。此外，图6C显示硬掩模薄膜114的表面局部隆起作为凸起缺陷DEF9。这些缺陷DEF7、DEF8和DEF9的检查图像的横截面轮廓是图6D中所示的轮廓PR4、图6E中所示的轮廓PR5及图6F中所示的轮廓PR6。轮廓PR4是存在典型的凹坑缺陷、但是最外表面处硬掩模薄膜114是无缺陷的检查图像；轮廓PR5是典型凸起缺陷的检查图像；并且轮廓PR6看上去是凹坑缺陷的检查图像，但是当由第一膜实施方案获得该轮廓PR6时，其是对检查光线透明的硬掩模薄膜114中的凸起缺陷。
由前述可知，当在第一膜实施方案中获得以亮部为主的检查图像作为缺陷检查图像时，能够识别存在致命缺陷的针孔缺陷。第一膜实施方案中的凸起/凹坑缺陷之间的识别标准不同于图3和图4中所示的典型凸起和凹坑缺陷情况下所使用的标准。这是第一膜实施方案固有的识别标准。在对检查光线实质透明的材料的膜具有减小的厚度(例如，10nm以下的厚度，特别是5nm至10nm的厚度)的情况下，该标准更加有效。
第二膜实施方案
图7A是带有凹坑缺陷的光掩模坯100的横截面图。光掩模坯100包括对检查光线透明的透明基板101(诸如石英基板)和在基板上依次形成的MoSi系材料的光学薄膜122、具有约10nm厚度的Cr系材料的硬掩模薄膜123，其中，在硬掩模薄膜123中存在凹坑缺陷DEF10(诸如针孔缺陷)。第二膜实施方案的特征在于，硬掩模薄膜123具有比光学薄膜122高的检查光线反射率。当用会聚的检查光线照射并扫描带有凹坑缺陷DEF10的光掩模坯表面且通过空间滤波器SPF收集反射光时，获得了具有如图7B所示的横截面轮廓PR7的光强度分布的检查图像。检查图像的光强度分布在凹坑缺陷DEF10的点位处基本上仅包括暗部。没有呈现如图4所示的典型的凹坑缺陷的检查图像的光强度分布中的亮/暗部分的位置关系。为何凹坑缺陷仅作为暗部被观察到的原因在于，凹坑缺陷DEF10是浅的，使得来自缺陷侧的反射光的量是小的，且检查光线的反射率对光强度的变化的影响变得更有意义。
值得注意的是，在硬掩模薄膜123上存在凸起缺陷的情况下，其检查图像是具有等同于图3D所示的轮廓PR1的亮部和暗部位置关系的检查图像。
由前述可知，当在第二膜实施方案中获得以暗部为主的检查图像作为缺陷检查图像时，能够识别存在作为致命缺陷的针孔缺陷。第二膜实施方案中的凸起缺陷和凹坑缺陷之间的识别标准不同于图3和图4中所示的典型凸起缺陷和凹坑缺陷情况下所使用的标准。这是第二膜实施方案中的具体识别标准。
接下来，根据图8的流程图更详细地描述本发明的缺陷检查方法。第一步骤(A1)是准备具有待检查缺陷的光掩模坯(本文以下称为被检查的光掩模坯)(步骤S201)。然后确定表示光掩模坯上的缺陷的位置坐标的数据(步骤S202)。作为缺陷的位置坐标，可以利用通过公知的缺陷检查方法单独确定的缺陷的位置坐标。
接下来的步骤(A2)是，使缺陷的位置对准检查光学单元的检查部位，且经由物镜从光掩模基板的上方照射检查光线(步骤S203)，并收集通过物镜的来自检查光线照射区域的反射光作为缺陷周边区域的放大图像(步骤S204)。也可以通过将被检查的光掩模坯放置在可在平面方向上移动的台架上，根据被检查的光掩模坯件上的缺陷的位置坐标在平面方向上移动台架，且将缺陷保持在检查光学单元的物镜的聚焦平面上，来实现对准。
接着，由这样收集的放大图像的光强度分布(图像数据或横截面轮廓)，提取缺陷区域处的检查图像中的光强度变化部分的特征(即放大图像的特征量)(步骤S205)。
之后，步骤(A4)是，基于在步骤S205中提取的放大图像的特征量和光掩模坯的膜结构(或膜实施方案)(步骤S206)来识别缺陷的凸起/凹坑形状。稍后将描述凸起/凹坑形状识别步骤的实施例。值得注意的是，可以由检查图像的公知图像处理来预测缺陷尺寸。将缺陷的凸起/凹坑形状和缺陷尺寸的预测值与缺陷位置坐标一起记录为缺陷信息(步骤S207)。
接下来，基于先前确定的缺陷位置坐标的数据来识别是否对所有缺陷完成了检查(识别D201)。如果未完成，则分配新的缺陷位置(步骤S208)，过程返回至步骤S203，重复检查图像数据的收集以及缺陷的凸起/凹坑形状之间的识别。如果确定对所有先前确定的缺陷已完成检查(D201)，则缺陷检查结束。
接下来，描述凸起/凹坑形状之间的识别步骤。如图2中所示连接到缺陷检查系统的控制单元152的记录单元153存储缺陷数据和如图9中所示的表格，该表格表征了经缺陷检测的检查信号的特征与各种光掩模坯的光学膜(薄膜)结构之间的关系。检查信号的特征包括其中在缺陷区域处亮部为主的图像、其中在缺陷区域处暗部为主的图像，由左侧亮部和右侧暗部组成的图像、和由左侧暗部和右侧亮部组成的图像。光学膜(薄膜)的结构包括：例如，作为上述膜实施方案1的膜结构A，即，在最外表面处形成了对检查光是透明且具有10nm以下厚度的硬掩模薄膜的结构；作为上述的膜实施方案2的膜结构B，即，形成于最外表面处的具有10nm以下厚度的硬掩模薄膜具有比基底光学薄膜高的对检查光线的反射率的结构；膜结构C，即，在最外表面形成MoSi系材料的光学薄膜的结构；和膜结构D，即，在最外表面形成具有至少20nm厚度的Cr系材料的光学薄膜的结构。
参考图9的表格，对于各种膜结构中的任一种，提取从缺陷检查获得的检查图像的特征使得可以区分膜上的缺陷是致命的针孔缺陷还是凸起缺陷。也就是说，由于在先前的步骤S205中提取了放大图像的特征量，所以通过参考用于识别来自被检查的基板的膜结构的缺陷类型和放大图像的特征的图9的表格，用于识别缺陷的凸起/凹坑形状的步骤S206能够区分缺陷的凸起/凹坑形状。特别是，能识别缺陷是否是致命的针孔缺陷。
值得注意的是，在一些情况下，图9的表格中的凹坑缺陷的识别标准根据空间滤波器SPF的遮光程度而变化。例如，在膜结构C和D中，当空间滤波器的遮光部分被左右反转(inverse)设置时，对应于作为放大图像特征的亮部和暗部的位置排布的凹坑缺陷或凸起缺陷的识别也是反转的。
该表不限于检查图像的横截面轮廓，并且可以是二维光强度分布的图像。此外，还可能的是与过往缺陷检查结果和新的膜实施方案的引入相应的后续添加。
接下来，根据图10的流程图来描述使用本发明的缺陷检查方法来分选光掩模坯的方法。首先，准备被检查的光掩模坯(步骤S211)。随后，对光掩模坯进行上述缺陷检查，并且记录包括检测到的所有缺陷的凸起/凹坑形状和尺寸的缺陷数据(步骤S212)。然后，检验记录的缺陷数据中是否包含凹坑缺陷(诸如针孔缺陷)(识别D211)。如果包含凹坑缺陷，则将该光掩模坯分选为不合格品(步骤S213)。如果不包含凹坑缺陷，并且进一步如果识别出缺陷的预测尺寸不大于预定的允许值(识别D212)，则该光掩模坯被分选为合格品(步骤S214)。相反，如果识别出缺陷的预测尺寸大于预定的允许值(识别D212)，则将该光掩模坯分选为不合格品(步骤S213)。
在光掩模坯具有10nm以下的厚度的薄膜、典型是在最外表面处形成的硬掩模薄膜的情况下，缺陷检查方法是能够通过提取缺陷检查图像(放大图像)的特征量并参考用于确定与膜实施方案固有关联的缺陷的凸起/凹坑形状的表，来以高度可靠性水平区分缺陷的凸起/凹坑形状。
当将能够以高可靠性水平区分缺陷的凸起/凹坑形状的本发明的缺陷检查方法应用于光掩模坯制造工艺时，可以通过以高可靠性水平去除具有凹坑缺陷(诸如针孔缺陷)的那些光掩模坯，来分选出没有凹坑缺陷(诸如针孔缺陷)的光掩模坯。在本发明的缺陷检查方法中获得的缺陷的凸起/凹坑形状的数据可以例如通过粘贴检查标签而被赋予光掩模坯。
在现有技术中，由于针孔缺陷的观察图像根据膜结构而不同的理解是不充分的，因此有可能没注意到致命的针孔缺陷，或者将具有不必然为致命缺陷的缺陷的光掩模坯作为不合格品而排除。这是低成品率的原因。根据本发明的缺陷检查方法(在该方法中，选择性地排除了具有作为致命缺陷的凹坑缺陷的那些光掩模坯)，以高成品率获得了符合产品规格的光掩模坯。
实施例
下面通过说明而非限制的方式给出本发明的实施例。
实施例1
对具有凹坑缺陷和凸起缺陷的第一膜实施方案的光掩模坯进行缺陷检查。所使用的检查系统是如图2所示的包括检查光学单元151的系统150。光源ILS发射波长532nm的检查光线BM1。物镜OBL具有0.95的数值孔径NA。检查光线BM1从上方会聚穿过物镜OBL照射光掩模坯MB。如图11所示，通过扫描构件(图中未示出)，用会聚的光线作为照射光斑单向扫描含缺陷DEF6的光掩模坯MB(或100)的表面MBS。另一方面，在垂直于扫描方向的方向上间歇地或连续地移动在其上放置有光掩模坯MB的台架STG。通过照射光斑的扫描与台架的移动的组合，以二维方式用照射光斑扫描包含缺陷的预定区域。来自各照射光斑处的光掩模坯的反射光通过穿过物镜OBL、用于遮蔽反射光的右半部的空间滤波器SPF和透镜L1并会聚，由此通过图像传感器SE检测反射光的强度。如此收集的光强度以二维方式排布在照射光斑的位置处，产生缺陷的检查图像(放大图像)。掩模坯表面上的照射光斑具有大约400nm的尺寸，并且包含缺陷的二维扫描区域是大约30μm×30μm的矩形区域。
图12A是具有针孔缺陷的第一膜实施方案的光掩模坯100的横截面图，光掩模坯100包括对检查光线透明的石英基板101和形成在其上的具有75nm厚度的MoSi系材料的光学薄膜112、具有44nm厚度的Cr系材料的光学薄膜113和具有10nm厚度的氧化硅硬掩模薄膜114，其中在硬掩模薄膜114中存在具有直径W1的针孔缺陷DEF6。假设缺陷具有尺寸(或直径)W1＝80nm和300nm，则用照射光斑扫描包含这样的缺陷的区域，由此获得放大检查图像作为对应于扫描位置的反射光强度序列。图12B是包含缺陷的区域的放大检查图像的横截面轮廓。这个放大图像的特征在于，对于每个缺陷尺寸W1，出现基于无缺陷区域的反射光强度实质上不出现暗部并且以亮部为主的轮廓。由于硬掩模薄膜114对检查光线基本上是透明的，因此其起到减反射膜的作用。因此，硬掩模膜114在其表面处具有减小的反射率，针孔缺陷区域的反射率高于周边部分的反射率，上述针孔缺陷区域为穿过该区域暴露了基底层的表面的区域。结果，检查图像中的针孔部分成为亮部。尽管在检查光掩模坯时台架处的缺陷的真实凸起/凹坑形状是不清楚的，但是基于被检测的光掩模坯是第一膜实施方案的光学薄膜结构以及缺陷观察图像(放大图像)的特征是亮部为主，参考图9的表格，缺陷被识别为针孔缺陷。
图13A是具有与图12A相同的第一膜实施方案的膜结构但是具有凸起缺陷DEF8的光掩模坯100的横截面图。作为凸起缺陷部分的组分，指定了两种组分：与由氧化硅形成的硬掩模薄膜114相同的组分和非晶硅(Si)。假设凸起缺陷DEF8具有80nm的宽度W1以及10nm和30nm的高度H1，图13B是包含该缺陷的区域的放大检查图像的横截面图。在具有W1＝80nm的凸起缺陷的放大检查图像中，尽管强度水平随着高度和组分而变化，但是缺陷区域给出了暗部为主的检查图像，其轮廓不同于图12B中所示的针孔缺陷的检查图像。因此，凸起缺陷区别于针孔缺陷。
假设凸起缺陷具有W1＝400nm的尺寸，图13C图示了包含该缺陷的区域的放大检查图像的横截面轮廓。还假设当该缺陷组分为氧化硅时其具有H1＝30nm的高度，当该缺陷组分为非晶硅时其具有H1＝10nm的高度。当组分是氧化硅时，获得了缺陷区域变成暗部的检查图像，并且当组分是非晶硅时，获得了缺陷区域给出了其中亮部和暗部并置的检查图像。这两个图像都不同于针孔缺陷的检查图像，因此与其区分开来。
通过利用检查图像的轮廓和对比度进行算术运算，可以从检查图像预测缺陷尺寸。当在掩模坯制造的检查步骤中获得了图13C中所示的检查图像时，估计缺陷尺寸具有超过300nm的值。例如，假设可允许的缺陷尺寸为100nm，则识别所存在的凸起缺陷不是致命针孔缺陷但超过允许值。然后光掩模坯被分选为不合格品。
如上可以理解，在包括形成在光学薄膜上的具有减反射膜功能的硬掩模薄膜的光掩模坯中，当缺陷的检查图像具有亮部为主的光强度分布时，该缺陷是致命针孔缺陷，且当缺陷的检查图像具有暗部为主或亮部在左暗部在右的光强度分布时，该缺陷是凸起缺陷。这些数据被存储在图9的表格中，作为用于膜结构A的放大检查图像的特征。在第一膜实施方案中的缺陷检查中，通过参考表中的膜结构A，可以在凸起和凹坑形状之间进行正确识别，即，可以识别出致命针孔缺陷。
实施例2
对具有凹坑缺陷和凸起缺陷的第二膜实施方案的光掩模坯进行缺陷检查。所使用的检查系统是如图2所示的包括检查光学单元151的系统150。检查光学单元提供了比实施例1中所用的单元高的分辨率，且照射光斑具有约380nm的尺寸，上述检查光学单元中，检查光线BM1的波长为355nm，且物镜OBL具有0.85的数值孔径NA。二维扫描区域与实施例1中相同。图14A是光掩模坯100的横截面图，光掩模坯100包括对检查光线透明的石英基板101和形成在其上的具有75nm厚度的MoSi系材料的光学薄膜122、和具有10nm厚度的Cr系材料的硬掩模薄膜123，其中在硬掩模薄膜123中存在凹坑缺陷DEF10(诸如针孔缺陷)。
假设凹坑缺陷DEF10具有80nm的宽度和5nm的深度D2(凹坑缺陷部分穿透硬掩模薄膜123)和10nm的深度D2(凹坑缺陷贯穿硬掩模薄膜123)，图14B是包含该缺陷的区域的检查图像的光强度的横截面图。在任何一个深度处，缺陷检查图像都具有暗部为主且没有亮部出现的轮廓。
图15A是具有与图14A所示的第二膜实施方案相同的膜结构但是具有凸起缺陷DEF11的光掩模坯100的横截面图。作为凸起缺陷DEF11的组分，指定了两种组分：与由Cr系材料形成的硬掩模薄膜123相同的组分和异物颗粒(硅粒子)。假设凸起缺陷DEF11具有80nm的宽度W2以及10nm的高度H2，图15B是包含该缺陷的区域的放大检查图像的横截面图。在凸起缺陷的放大检查图像中，对于这两种组分，缺陷区域给出了亮部在左暗部在右的检查图像。尽管强度水平随着组分而变化，但是获得了类似于图3D中所示的凸起缺陷的典型光强度分布(横截面轮廓PR1)的亮部和暗部之间的位置关系。
如上可以理解，在包括形成在光学薄膜上的由高反射率材料组成的薄膜(诸如硬掩模薄膜)的光掩模坯中，当缺陷的检查图像具有暗部为主的光强度分布时，该缺陷是致命针孔缺陷，且当缺陷的检查图像具有亮部在左暗部在右的光强度分布时，该缺陷是凸起缺陷。
这些检查波长355nm处的数据被存储在图9的表格中，作为用于膜结构B的放大检查图像的特征。在第二膜实施方案中的缺陷检查中，通过参考表中的膜结构B，可以在凸起和凹坑形状之间进行正确识别，即，可以识别出致命针孔缺陷。

Claims (9)

1.一种用于检查光掩模坯上的缺陷以识别针孔缺陷的方法，包括如下步骤：
(A1)制备在光学透明基板上具有至少一层薄膜的光掩模坯，所述光掩模坯在其表面上带有缺陷，
(A2)移动所述光掩模坯，以将所述光掩模坯表面上的所述缺陷移动到检查光学系统可观察的位置，将检查光线照射到带有缺陷的表面区域，并且经由所述检查光学系统收集来自照射区域的反射光作为该区域的放大图像，
(A3)从所述放大图像中提取特征参数，和
(A4)基于包括所述放大图像的所述特征参数和所述光掩模坯薄膜的结构的数据，并且参照基于光学模拟或实验数据而预先形成的能在针孔缺陷和凸起缺陷之间进行选择的表格，来识别所述缺陷是否为针孔缺陷,
其中步骤(A2)中的所述放大图像是由透过所述检查光学系统的所述反射光的衍射分量所产生的，并且作为所述衍射分量的更高级衍射分量相对于所述反射光的零级衍射分量在正侧和负侧之间是不对称的。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(A3)包括将所述放大图像中缺陷区域的光强度水平的变化与缺陷周边区域的光强度水平进行比较的处理步骤，从而从缺陷检查图像中提取出所述特征参数，所述缺陷检查图像包含具有高光强度的亮部和具有低光强度的暗部之间的强度差以及所述亮部和所述暗部之间的位置排布关系。
3.如权利要求1所述的方法，其中设定被检查的光掩模坯的最外表面是对检查光线透明的薄膜，当在步骤(A3)中提取出的是表示缺陷的放大图像是以亮部为主的图像的特征参数的情况下，检测到的缺陷被识别为针孔缺陷。
4.如权利要求1所述的方法，其中设定被检查的光掩模坯具有在最外表面的薄膜具有比基底层高的对检查光线的反射率的膜结构，当在步骤(A3)中提取出的是表示缺陷的放大图像是以暗部为主的图像的特征参数的情况下，检测到的缺陷被识别为针孔缺陷。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述薄膜具有10nm以下的厚度。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述检查光线是具有210-550nm波长的光线。
7.一种用于检查光掩模坯上的缺陷以识别针孔缺陷的系统，所述光掩模坯在光学透明基板上具有至少一层薄膜，所述系统包括：
适于向所述薄膜的表面区域照射检查光线并且捕获来自所述照射区域的反射光、从而检查所述光掩模坯的表面上的任何缺陷的检查系统，和
计算机，所述计算机中安装有用于执行如权利要求1所述的光掩模坯缺陷检查方法中的步骤的程序。
8.一种分选光掩模坯的方法，包括基于通过权利要求1所述的检查方法来识别缺陷是凸起还是凹坑形状，以分选出没有针孔缺陷的光掩模坯。
9.一种用于制造光掩模坯的方法，包括如下步骤：
在光学透明基板上形成至少一层薄膜，以构建光掩模坯，和
通过权利要求8所述的分选方法分选出没有针孔缺陷的光掩模坯。
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