TW201736830A - 用於使用對比在減少的空間頻率域中作高通量缺陷檢查的方法及系統 - Google Patents

用於使用對比在減少的空間頻率域中作高通量缺陷檢查的方法及系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示用於掃描散射對比檢查的方法及系統，用於相較於一樣本(2)上的所欲圖案區塊，識別該樣本(2)上的實際圖案區塊(6)之缺陷(4)，藉此提供一種新穎的解決方式，以達成缺陷靈敏度及通量。該方法省略倒易空間(空間頻率域)中的大部分資訊，以增加通量，以及擷取在該倒易空間中給予最高缺陷資訊之資訊，亦即，在缺陷結構及無缺陷結構之間的對比訊號。本發明之標的在於僅針對偏離該預期繞射圖案之探查，將允許快速識別該樣本的實際圖案上之缺陷。雖然第一種方法係敘述藉由比較重複的圖案區塊來學習正確的重建繞射影像之方法，但是第二種方法著重於在該重建繞射影像之空間頻率域中的可預測缺陷之出現，藉此限定將該等缺陷具體化之感興趣區域，以及加速探查，因為僅該等感興趣區域必須被考量，並且與無缺陷圖案區塊之重建繞射影像相比較。

Description

用於使用對比在減少的空間頻率域中作高通量缺陷檢查的方法及系統
本發明係有關一種使用光學掃描及散射光觀察的方法及系統，用於識別樣本上的實際圖案區塊之缺陷，其係相較於樣本上之所欲圖案區塊。
光微影是用於製造用於積體電路技術及其他商業應用的微米結構及奈米結構之常用方法。光微影包括但不侷限於DUV(193nm)、DUV浸漬、EUV(13.5nm)、以及X射線。其係使用將光罩上的結構投影至晶圓上的投影光學裝置而完成。光罩必須具有低缺陷密度，且理想上不能有超過數個cm2之缺陷。因此，光罩製造係包含：檢查、複查及修復的多個步驟。因此，對遮罩毛坯及圖案化遮罩上之缺陷的靈敏及快速識別以及特徵化的計量方法及工具，是非常重要的。儘管不同的工具如SEM及AFM是有幫助的，光化量測，亦即，掃描器的相同波長及照射條件下的光學檢查/複查是不可缺少的。
特別具有挑戰性的是EUV光微影的光化遮罩檢查，係在22nm半間距以下的技術節點之高容量製造的半導體工業面臨挑戰之最有希望途徑。EUV光微影的主要挑戰之一是提供低缺陷密度的遮罩。目前，此種工具有很大的迫切需求來偵測及分析遮罩毛坯(多層)及圖案化遮罩上的相位及振幅缺陷。多層上的缺陷主要是振幅缺陷，而多層之下的缺陷純為相位缺陷。多層之內的缺陷導致非所欲的相位及振幅調變。
藉由檢查，用於遮罩之遮罩複查/檢查/特徵化/評估之計量方法意謂著使用於光微影。其目的包括但不侷限於，獲得遮罩的空間影像、缺陷識別及其特徵化。
藉由遮罩毛坯，它意謂著透明的(用於DUV的石英板)及反射基板(用於EUV及軟X射線的布拉格多層)。圖案化遮罩例如是使用吸收體或相位移材料將設計圖案寫在基板上之後的光罩。圖案的特徵尺寸例如比晶圓上之所欲圖案大4或5倍。此意謂著，例如，針對11nm半間距技術節點，最小特徵尺寸將是44nm。
檢查任務之目的可能是不同的，例如：判定遮罩毛坯之缺陷密度；缺陷識別(相位、振幅、尺寸、缺陷類型)；經由不同準備或清潔製程之毛坯的缺陷密度比較；假如成功地移除先前已識別的缺陷，則進行某些清潔製程之評估，等等。
藉由光化檢查，它意謂著以光的波長及相關入射角進行檢查。針對EUV遮罩，此必須是反射的，並且在13.5nm波長之6度的入射角。此係在實際操作中使用 遮罩的標準條件，亦即，半導體裝置之光微影製造。
針對檢查工具，以下特點或態樣是重要的：
(1)解析度是極為重要的，以解決所有的缺陷，其有助於光微影製程中之圖案化，並藉此降低製程中的產率。另一方面，針對實際應用，僅僅定位缺陷可能是足夠的，但可能不需要此種高解析度。為了某種目的，可能需要較高的解析度。例如，探查線邊緣粗糙度及微小缺陷之影響。
(2)對相關缺陷的靈敏度，亦即，偵測到具有高訊雜比的缺陷。
(3)通量是實際應用中最重要的參數。由於遮罩尺寸是相對較大(例如100×100mm2)，識別具有奈米解析度的缺陷是一個很大的挑戰。由於通常藉由像素偵測器(例如CCD或CMOS偵測器)來進行偵測，應該達成偵測器限制之通量。
為了舉例說明問題，可以考量使用習知方法的晶圓或光罩檢查。無論是掃描或全場顯微鏡，樣本(光罩或晶圓)被照射，且影像被投影至像素偵測器上。例如，假如目標為10nm的像素解析度，則此對應於例如100×100mm2至1014像素的光罩。為了在合理的時間(例如104秒，即小於3小時)之內獲得此資料，需要具有10G像素/秒(Gpps)讀出速率的偵測器，在不久的將來將是技術挑戰。
因此，為了同時地符合解析度、靈敏度、及通量的需求，利用習知方法之光學檢查變得越來越困難 。因此，未來技術節點需要新穎的解決方式。
因此，本發明之目的在於提供一種方法及系統，其允許使用具有高解析度及高靈敏度之高通量的相當簡單之設置，針對誤差/缺陷而分析樣本之圖案的結構(訊雜比)。
關於該方法，此目的係達成根據本發明，藉由識別該樣本上的實際圖案區塊之缺陷的掃描干涉散射檢查(SCSI)的一種方法，其係相較於一樣本上的所欲圖案區塊，該方法包含以下步驟：(a)提供空白或是具有該實際圖案區塊的該樣本，該圖案包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本包含重複的該圖案區塊；(b)提供一光源，用於產生一光束，用於以透射模式或反射模式來掃描該樣本；(c)利用該光束來照射該樣本，較佳地在0至80度的角度下，藉此根據存在於該樣本上的該實際圖案而使該光束繞射；(d)利用一位置靈敏偵測器，針對該繞射的光束之位置相關的強度而偵測該繞射的光束；(e)分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本上的該實際圖案區塊的一繞射影像；(f)當第二預定數量繞射影像之中的第一預定數量繞射影像是相同時，重複地比較該等繞射影像及先前獲得的繞射影像，藉此判定一可信賴繞射影像，以及將偏離 該可信賴繞射影像的所有獲得繞射影像標記為，與潛在地包含一缺陷的一圖案區塊相關；以及(g)識別潛在地包含一缺陷的該圖案區塊之位置，用於進一步檢查該樣本上的此位置。
根據本發明，藉由識別該樣本上的實際圖案區塊之缺陷的掃描干涉散射檢查(SCSI)的一種方法，其係用於相較於一樣本上的所欲圖案區塊，提供該方法之供選擇解決方式，該方法包含以下步驟：(a)提供空白或是具有該實際圖案區塊的該樣本，該圖案包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本包含週期性重複的該圖案區塊；(b)提供一缺陷資料庫給該圖案區塊，該缺陷資料庫包含可能發生之數個可能缺陷，以及計算每一可能缺陷的一繞射影像，藉此判定在該重建繞射影像中之感興趣區域，該等區域偏離無缺陷所欲圖案區塊的一重建繞射影像；(c)提供一光源，用於產生一光束，用於以透射模式或反射模式來掃描該樣本；(d)利用該光束來照射該樣本，較佳地在0至80度的角度下，藉此根據存在於該樣本上的該實際圖案而使該光束繞射；(e)利用一位置靈敏偵測器，針對該繞射的光束之位置相關的強度而偵測該繞射的光束；(f)分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本上的該實際圖案區塊之一重建的繞射影像，以及比較僅 在該等預定感興趣區域中之該重建繞射影像，藉此識別潛在地包含一缺陷的圖案區塊；以及(g)識別潛在地包含一缺陷的該圖案區塊之位置，用於進一步檢查該樣本上的此位置。
關於該系統，根據本發明，藉由識別該樣本上的實際圖案區塊之缺陷的SSCI之一種系統，其系用於相較於一樣本上的所欲圖案區塊，達成此目的，該系統包含：(a)一樣本支架，用於固持空白或是具有該實際圖案的該樣本，該圖案包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本包含週期性重複的該圖案區塊；(b)一光源，用於產生一光束，用於以透射模式或反射模式來掃描該樣本，藉此較佳地在0至80度的角度下，利用該光束來照射該樣本；(c)一位置靈敏偵測器，用於針對該繞射的光束之位置相關的強度而偵測該繞射的光束；(d)用於資料處理的計算手段，用於分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本上的該實際圖案區塊的一繞射影像；(e)手段，用以計算該所欲圖案的一預測繞射影像，較佳地使用傅立葉或菲涅爾計算法；(f)手段，用於藉由量測或預測的繞射圖案比較量測繞射對比，其係用於偏離自預測繞射影像之強度變化的偵測；以及(g)手段，用於識別偏離強度變化之位置，以產生用 於進一步檢查之缺陷地圖。
因此，此處的方法及系統提供一種新穎的解決方式，以達成缺陷靈敏度及通量。此方法省略倒易空間(空間頻率域)中的大部分資訊，以增加通量，以及擷取在該倒易空間中給予最高缺陷資訊之資訊，亦即，在缺陷結構及無缺陷結構之間的對比訊號。本發明之標的在於僅針對偏離該預期繞射圖案之探查，將允許快速識別該樣本的實際圖案上之缺陷。雖然第一種方法係敘述藉由比較重複的圖案區塊來學習正確的重建繞射影像之方法，但是第二種方法著重於在該重建繞射影像之空間頻率域中的可預測缺陷之出現，藉此限定將該等缺陷具體化之感興趣區域，以及加速探查，因為僅該等感興趣區域必須被考量，並且與無缺陷圖案區塊之重建繞射影像相比較。
相對而言，習知的光學檢查系統，藉由比較位點至位點或是位點至資料庫的影像，以像素化格式在樣本平面上的實際空間，蒐集樣本的所有資訊。首先，為了達成解析度及靈敏度，樣本平面上的像素尺寸必須足夠小。在偵測器讀出速度成為瓶頸的情況下，在靈敏度/解析度及通量之間存有取捨。第二，習知的檢查系統需要光學裝置，其可以是昂貴的、非理想的(像差)、以及有限的效率(有限的光透射)或是不可行的。再者，利用光學裝置之成像具有有限的焦點深度，其需要高精度的層級及非常平坦的樣本，此在樣本之非常大的距離處難以獲得。另外，在焦點，基於光學裝置的成像僅提供 樣本的振幅資訊及相位結構的偵測，且缺陷需要跨焦掃描，亦即3D掃描，以使重建相位。
相較於利用光學裝置之成像方法，在本發明的方法中，利用2D掃描同步地擷取振幅缺陷及相位缺陷。再者，相較於利用光學裝置之成像，焦點深度並不重要。因此，針對結構化樣本(亦即，遮罩)，可以對樣本的有效繞射圖案以及從所欲圖案扣除的繞射圖案進行比較，而執行快速檢查。本發明之標的在於僅對偏離預期繞射圖案的探查，將允許快速識別樣本的實際圖案上之缺陷。
本發明可以具有廣泛的應用範圍，因為光源可以依據待達成之空間解析度，而提供可見光或紫外光、DUV光、EUV光、軟X射線或硬X射線。
典型地，實際圖案可以是電子電路的結構，或是用於半導體晶片之晶圓，例如光阻圖案、電晶體陣列、電阻、電感及/或電容或是光罩，其包含設計為提供半導體晶片之特定層的設計之相位及振幅結構。此結構根據半導體晶片(例如處理器或大容量儲存裝置)的需要及所欲之功能而工程化。因此，在此意義上，所欲之圖案係與樣本的工程化圖案相同。
本發明之方法能夠藉由分析該等偵測之強度而偵測缺陷，其藉由查看其與預期強度之差異而分析偵測強度。為了判定偵測器的預期強度，更精確地在偵測器的感興趣區域之內，執行光傳播的嚴格計算及其與樣本(包括圖案及基板)的相互作用，其將樣本上之照射功 能、樣本佈局及其光學特性、光學配置及偵測器規格(像素尺寸及雜訊，等等)列入考量，且藉此精確地估算何者待被量測，作為偵測器的每個相關像素之強度。
對比訊號是ROI之內每個像素的差異之總和。供選擇地，不需要如上所述而估算預期強度，但與在其他位點上所量測之強度曲線比較。典型地，樣本包含重複結構，並且大多數量測位點是無缺陷的，且缺陷是非常罕見及隔離的。在此情況下，可以跳過上述之計算。該方法可以在此設置中作為自我學習。當掃描重複的結構時，可以使用空間域中的匹配數來定義可信賴的繞射圖案。例如，在十個重複圖案區塊顯示相同繞射圖案之情況下，此繞射圖案被認為是所欲之繞射圖案。可以預先判定重複匹配的繞射圖案之數量，以便判定可信賴的繞射圖案，亦即在5至50的範圍內。
感興趣區域(ROI)可以是單個像素及達至偵測器的全框，其依據圖案、所欲之靈敏度及目標通量。感興趣區域係在實驗之前定義，依據樣本上的圖案及潛在的缺陷而定。在半導體製造中，樣本(晶圓及光罩)典型地具有相對簡單的週期性或非週期性結構，其是重複的位點至位點、晶粒至晶粒、及晶圓至晶圓。缺陷的類型也是眾所周知的，因為它們由於隨機過程而發生，或者由於半導體製造中的重複但不可避免的錯誤而發生，其是高度常規的製程。該等缺陷是隔離的，且具有一定的形狀、位置及尺寸範圍。因此，可以針對每個樣本建立缺陷資料庫，並根據圖案及預期缺陷而設定最佳ROI 。ROI可以藉由智能地判斷預期之最大對比來手動地設定，或者藉由經由許多可能的缺陷組合運行之演算法而設定，且自動地判斷目標靈敏度及通量之最佳ROI。
提出的方法提供了樣本上的圖案區塊之強度對比的2D映射圖，並且藉由設定將它轉換為二進位缺陷映射圖的強度臨界值，其提供缺陷的位置。在相對較大的照射點之尺寸內，判定缺陷的位置。典型地，在高通量地產生缺陷映射圖之後，可以改善缺陷位置的精確度，以小的電子束尺寸或是具有大重疊的多次掃描而掃描缺陷位點。可以藉由其他方法，例如其他光學成像方法、掃描電子顯微鏡、或原子力顯微鏡來複查缺陷位點，亦即，詳細地分析。在特定之設置中，可以使用無透鏡成像方法(亦即，干涉繞射成像方法)來分析所擷取的缺陷，例如，從偵測器之散射光曲線而重建樣本的空間影像之同調繞射(ptychographic)演算法。此亦是本發明之系統的主要優點，允許利用相同的設置而詳細地分析缺陷。在獲得缺陷映射圖之後，可以用相同的設置對缺陷位點進行詳細地分析，其也適用於干涉繞射成像方法。在此情況下，藉由獲得全訊框散射資訊且以緩慢的方式，對缺陷位點進行成像。
2‧‧‧樣本
4‧‧‧缺陷
6‧‧‧圖案區塊
8‧‧‧X射線源
10‧‧‧光束
11‧‧‧繞射光束
12‧‧‧位置靈敏偵測器
14‧‧‧樣本支架
16‧‧‧資料處理單元
α‧‧‧角度
之後，參考所附圖式更詳細地敘述本發明及其較佳實施例，其中：第1圖概要性地顯示在透射模式下根據差分干涉散 射技術而檢查圖案化樣本之方法；第2圖概要性地顯示在反射模式下根據差分干涉散射技術而檢查圖案化樣本之方法；第3圖概要性地顯示理想直線圖案(a)及其各自獲得的繞射影像(b)之空間影像；第4圖概要性地顯示具有20nm π/4相位缺陷(a)的直線圖案及其各自的繞射影像之空間影像；第5圖概要性地顯示具有包括擠壓缺陷(a)之直線圖案的遮罩圖案及具有侵入缺陷(b)的相同遮罩圖案，及其各自的空間影像(c)及(d)，以及其各自的繞射影像(e)及(f)；第6圖概要性地顯示具有包括橋缺陷(a)之直線圖案的遮罩圖案及具有間隙缺陷(b)的相同遮罩圖案，及其各自的空間影像(c)及(d)，以及其各自的繞射影像(e)及(f)；第7圖概要性地顯示包含在具有直線圖案的遮罩圖案中的壓痕之缺陷映射的過程；第8圖概要性地顯示缺陷檢查器之功能的示意圖；第9圖概要性地顯示代表SDRAM單元(a)的圖案區塊及其各自的繞射影像(b)；第10圖概要性地顯示非週期性及代表邏輯單元之圖案區塊。
第1圖概要性地說明本發明的概念，其係涉及用於透射模式下之缺陷4之分析或檢查樣本2的方法及系統。在許多情況下，包括但不侷限於，主要關注在於定 位缺陷4及其特徵化。缺陷4係為干擾想要的(所欲的)圖案區塊6之空隙或粒子，或是距所欲圖案之尺寸或厚度變化，或是空白樣本的平坦表面上之尺寸或厚度變化。需要以高靈敏度來快速檢查樣本2。在根據第1圖的例子中，圖案區塊6係包含：設置在樣本2之表面上的吸收或相位移假影之整體。在例如晶圓之半導體樣本上，此圖案區塊可以是一層半導體裝置或其對應的光阻圖案，其通常重複地設置在樣本2上。因此，樣本2可以包括這些圖案區塊6的行及列之結構，其可以每行及/或每列重複幾百或數千次。
假影之一被指定為缺陷4，因為此假影未被投射在所欲圖案區塊中，而是錯誤地存在於實際圖案區塊6中。假影及其配置係對應於例如晶圓表面的最終照射圖案，其可以在半導體工業的CMOS晶圓製造中經歷蝕刻步驟或是其他步驟。
因此，圖案區塊6通常是內部不規則的(在圖案區塊6之內沒有週期性)。在晶圓製造中，用於照射晶圓的遮罩可以包含：重複地設置在遮罩表面上的此圖案區塊6，其產生週期性的圖案區塊6(圖案區塊6在晶圓遮罩的表面上以整數之倍數重複)。
提出的方法係為其中利用例如像素偵測器12(也稱為像素化偵測器12)的位置靈敏偵測器來記錄繞射曲線之技術。用詞「繞射」及「散射」在此文件中被同義地使用。樣本2是空白的或是用吸收材料或相位移材料圖案化(參見樣本2的表面上之圖案區塊6)。此處必須 提及的是，圖案區塊6可以具有一定的週期性，其中圖案區塊6本身通常是非均勻的(不規則的)，亦即，個別儲存單元的圖案區塊。此可以例如應用於CMOS技術中的某些結構(亦即，電晶體陣列)，其在用作晶圓製造之遮罩的樣本2之表面上是重複多次的。在此情況下，圖案區塊6是內部非週期性的，但整個圖案區塊6在晶圓遮罩的表面上重複多次。
由於樣本製造之期間的不利環境，所欲之圖案區塊或是工程化圖案區塊可能不會相同地轉移至樣本，亦即，晶圓遮罩(一些區域包含所欲圖案的正確複製，其他區域可能包含具有缺陷的圖案區塊，例如第1圖及第2圖中的缺陷4所示之圖案區塊6)因而導致晶圓製造錯誤。由於所欲之圖案區塊是已知的，並且可以例如藉由使用傅立葉或菲涅耳演算法來計算此所欲圖案區塊之繞射影像，可以將已偵測之繞射光強度的影像與所欲圖案區塊的計算繞射影像進行比較。當此比較產生偏差(第1圖及第2圖所示的影像不匹配，虛線與實線之偏差)時，其指示樣本2的圖案區塊6中之缺陷，候選區域(亦即，缺陷位點)已經識別進一步的樣本檢查。此狀況係在第1圖及第2圖中表示，其中由於致使偏差強度分佈的非所欲假影(缺陷4)，已偵測影像的強度分佈(虛線)與期望強度分佈(實線)不匹配。
在第1圖中，光源是利用干涉光束10來照射藉由樣本支架14支承的樣本2之表面的X射線源8(例如來自同步源或高諧波產生)。在此例中的光源是X射線源。在 其他設置中，光源可以是用於發射可見光或紫外光、或DUV或EUV、或是軟或硬X射線的光源。在此例子中響應於設置在樣本2上之圖案區塊6的繞射光束11，藉由像素偵測器12以透射模式而記錄(第2圖中的設置顯示反射模式之干涉繞射成像)。由於樣本2上的圖案區塊6是先驗已知的，或者已知在空白樣本的情況下應該不存在圖案，並且使用傅立葉或菲涅耳計算法而預測在偵測器平面之相對應的繞射曲線。將已偵測的繞射曲線與預測的繞射曲線進行比較。假如該等曲線不匹配，此表示缺陷，且因此定位缺陷之位置。此估算係在經由讀出匯流排連接至像素化偵測器12的資料處理單元16中完成。
為了改善誤差偵測法的速度及通量，本發明提供一些特定的方法步驟，用於掃描干涉散射檢查，用於識別該樣本2上的實際圖案區塊6之缺陷4，其相較於該樣本2上的所欲圖案區塊。
首先，提供空白或是具有實際圖案區塊6之樣本2，該圖案區塊6包括吸收材料及/或相位移材料，其中樣本2包括週期性地重複的圖案區塊6。
進一步的步驟提供一缺陷資料庫，其包含針對該圖案區塊6可能發生的數個可能缺陷。針對這些可能的缺陷中之每一者，計算繞射影像，藉此判定在該重建繞射影像中之感興趣區域，該等區域偏離無缺陷所欲圖案區塊6的一重建繞射影像。尤其，這些偏差代表相對應的缺陷。因此，重建的繞射影像之分析可以限制於這些特定的感興趣區域。這些感興趣區域僅對應於低數量的 偵測器像素以及偵測器像素的特定較大區域。以下將更詳細地討論這些缺陷及其在空間域中之各自表現的簡單例子。
在該方法之中，必須提供光源8以產生光束10，用於以透射模式(第1圖)或反射模式(第2圖)掃描樣本2。在探查之期間，樣本2利用光束10照射，較佳係在0至80°的角度下，藉此根據存在於樣本2上的實際圖案區塊6而使光束10繞射。利用位置靈敏偵測器12，針對繞射光束11之位置相關的強度來偵測繞射光束11。分析該等偵測的強度，藉此獲得響應於樣本2上的實際圖案區塊6之繞射影像。
根據本發明之方法的基本步驟，僅在預定的感興趣區域中比較已獲得的繞射影像，藉此識別潛在地包含缺陷4之圖案區塊6。假如感興趣區域顯示可察覺的內容，則識別潛在地包含缺陷4之圖案區塊6的位置，用於進一步檢查樣本2上的此位置。
較佳地，一旦將該缺陷4定位，可以藉由使用具有已經蒐集的資料之干涉散射顯微鏡(CSM)演算法或是具有隨後蒐集更詳細的繞射曲線資料之CSM演算法，將之詳細地特徵化。我們將此方法稱為掃描干涉散射對比偵測(SCSCI)，係使用樣本掃描及蒐集散射/繞射影像的無透鏡、高解析度的偵測，並且能夠在樣本2上識別及定位缺陷4。本發明之標的在於僅針對偏離正常預期繞射影像之感興趣區域的探查，將允許對先驗已知或預測的圖案區塊6上之缺陷4進行快速識別。此方法的優點之一 在於，在檢查速度受限於偵測器讀出速度之情況下，它比其他成像方法更快。在許多情況下，圖案區塊6是眾所周知的且週期性的(在短範圍或長範圍內)，並且在樣本2上預期存有大部分某些類型的缺陷。偵測器讀出區域可以受限於散射曲線對缺陷4具有最高靈敏度之感興趣區域。
根據本發明的另一方法可以在識別可能的缺陷時，應用相當自我學習的方法。由於圖案區塊被重複地設置在樣本上，僅有很少數量的圖案區塊將包含缺陷。針對此原因，該方法可以涉及相同的實驗設置及相同的照射步驟，但是以不同的自我學習方式來處理資料的估算。此方法不一定需要事先知道所欲之干涉圖案。在探查之期間，圖案區塊一個接著一個地照射。由於圖案區塊的主要部分是無缺陷的，針對無缺陷圖案區塊，繞射影像將看起來相同。分析已偵測的強度越多，且藉此達成響應於樣本(2)上的實際圖案區塊(6)之繞射影像，可以識別指示無缺陷圖案區塊之可信賴繞射影像越多。
詳細地，當第二預定數量的繞射影像之中的第一預定數量的繞射影像相同時，藉由重複地比較已獲得的繞射影像及先前獲得的繞射影像，可信賴的繞射影像係被學習的並且可以被識別的。只有偏離該可信賴繞射影像的那些繞射影像在以下被標記為，與潛在地包含缺陷的圖案區塊相關。作為一個簡單的例子，自一群組之取11個圖案區塊而偵測10次相同繞射影像，係指明可以判定10次相同的繞射影像作為可信賴的繞射影像。因 此，11個圖案區塊中僅有一個從可信賴的繞射影像偏離繞射影像，因此被標記為潛在地包含缺陷的圖案區塊。在下述中，識別潛在地包含缺陷的圖案區塊之位置，以進一步檢查樣本2上的此位置。
再者，自我學習方法可能包括在ROI的判定中。由於類似的缺陷是復發的，並且由於製造步驟，以相同的方式製造的樣本係包含相同類型的缺陷，可以使用此累積的知識來使用演算法將ROI最佳化(針對最高速度及靈敏度)。在量測了許多缺陷位點的許多繞射影像之後，可以將繞射影像用於RIO的進一步最佳化。
為了詳細分析缺陷位點，亦即複查，可以使用無透鏡成像技術，例如同調繞射(ptychographic)演算法，以便獲得缺陷位點內之缺陷或數個缺陷的精確位置及幾何形狀。針對此目的，應該使用相同的設置來掃描缺陷位點，但採用慢掃描，亦即，全框繞射資料及更多的照射重疊，使得繞射資料足夠多餘以重建樣本的空間影像。
本發明係結合無透鏡成像方法的優點，其具有以下優點：解析度(不受光學裝置的限制)、無透鏡方法(例如，高NA EUV光學裝置是非常昂貴的，使得高解析度檢查工具成本高)、大的焦點深度、以及利用2D掃描獲得振幅及相位資訊二者之能力。後一個的優點針對EUV遮罩尤其是重要的，因為相位缺陷係難以獲得。可以使用光學裝置及跨焦掃描而獲得相位資訊。然而，此降低了成像的通量，針對EUV遮罩量測是非常重要的。
再者，可以在重建演算法中使用樣本的先驗知識。樣本的預測空間影像可以用作疊代重建處理的初始臆測，有助於疊代的快速收斂。此外，預測的空間影像可以用於對重建的影像施加強約束，使得能夠以較少的資料冗餘進行重建。
本發明提出兩種差分CDI的新穎方法。本發明之標的在於樣本的檢查，其是先驗已知的，並且僅針對偏離預期繞射圖案之探查，將允許快速識別在某些區域上的缺陷。在識別缺陷之後，可以對這些感興趣區域進行詳細地分析，並可以使用同調繞射(ptychographic)等方法重建影像。
第2圖係顯示使用掃描CDI的反射成像之相對應配置。在此例子中，光束10以角度α照射樣本2的表面。典型地，在EUV應用中的角度為6°。根據特定之需要及設置，此角度α在其他應用中可以是不同的。
注意的是，在所有附圖中，CCD是指任何類型的像素化偵測器，且不侷限於軟X射線CCD。
另外，注意的是，本發明中所揭示的方法及設置在例如UV、DUV、BEUV、及軟X射線之類的其他波長下也是有效的。針對例如用於晶圓製造的遮罩之結構化樣本，利用週期性的非均質圖案6，可以藉由多個週期的步驟而執行快速檢查，其應該給予響應於重複設置的圖案6之相同的繞射影像。本發明之標的在於僅針對偏離響應於圖案6的正常繞射影像之探查，將允許快速識別週期性遮罩圖案上的缺陷。相較於其他的CDI方法，不需要 照射的先驗知識。擷取振幅及相位兩者，而基於光學裝置的成像需要跨焦成像，以重建相位。
現在，第3圖概要性地顯示理想直線圖案(a)及其各自的重建繞射影像(b)之空間影像。這些線具有20nm的距離。各自的重建繞射影像顯示三個相當尖銳的強度響應圓。
現在，第4圖概要性地敘述具有20nm π/4相位缺陷(a)的直線圖案及其在偵測器平面上的各自繞射影像之空間影像。三個相當尖銳的強度響應圓仍然存在，但是除了出現某些假影之外，亦即影像的中間之圓下方的小圓。
類似的響應在第5圖中表示，其概要性地敘述具有包括擠壓缺陷(a)之直線圖案的遮罩圖案及具有侵入缺陷(b)的相同遮罩圖案，及其各自的空間影像(c)及(d)，以及其各自的繞射影像(e)及(f)。再者，除了第3(b)圖所示的影像之外，這些缺陷導致特定的假影，用於無缺陷的直線圖案。
另外，第6圖也概要性地表示具有包括橋缺陷(a)之直線圖案的遮罩圖案及具有間隙缺陷(b)的相同遮罩圖案，及其各自的空間影像(c)及(d)，以及其各自的繞射影像(e)及(f)。再次地，相較於第3(b)圖中的理想影像，發生響應性假影。
這些缺陷類型現在可以在缺陷資料庫中蒐集。作為感興趣區域，尤其是，除了代表理想無缺陷直線圖案之理想影像以外，假影出現之區域，需要被探查。
第7圖概要性地顯示包含在具有直線圖案的遮罩圖案中的壓痕之缺陷映射的過程。在掃描及蒐集繞射影像之期間，以相對較大的電子束尺寸照射樣本。第7a圖係顯示針對單個缺陷的光柵樣本及照射區域，其中缺陷接近邊緣。第7b圖係顯示針對單個缺陷，照射點位置不同的各種情況。第7c圖係顯示針對各種情況的繞射影像，其中相對於照射點的中心之缺陷的位置，以水平軸及垂直軸的2微米步階而改變。在所有情況下，獲得指示缺陷的合理之繞射影像。
第8圖顯示用於缺陷檢查的演算法之示意圖。此流程圖提供一例子，繞射影像的晶粒至晶粒以及晶粒至資料庫比較，以產生一缺陷映射圖。
上面的例子顯示1D週期性圖案之方法的原理。相同的原理針對2D週期性圖案或更複雜的週期性及非週期性圖案，亦是有效的。
第9圖概要性地顯示代表SDRAM單元(a)及其各自的繞射影像(b)之圖案區塊。繞射影像顯示了樣本的此複雜圖案之空間頻率。重建繞射影像現在可以受制於上述提及的自我學習方法。在重複多個(例如10個)相同的繞射影像之後，將重建的繞射影像判定為可信賴的重建繞射影像，並針對此可信賴的繞射影像估算進一步重建的繞射影像。由此可信賴繞射影像開始，也可以結合這些方法。作為感興趣區域，可以定義沒有高亮點(在繞射波峰之外)的區域。因此，可以學習所欲之繞射影像，如第9(a)圖所示之相當複雜的圖案區塊，並且可以從該 學習的可信賴繞射影像推導出感興趣區域。
供選擇地，可以預測樣本的繞射圖案，並且可以針對樣本的預測繞射影像及其與理想繞射影像之偏差而定義感興趣區域，上述偏差係由於可能的缺陷，其在缺陷資料庫中列出。
第10圖顯示用於邏輯裝置的典型遮罩佈局(a)。在此例子中，週期性粗的水平線表示電力軌，而精細的特徵是完全非週期的。第10(b)圖顯示來自此種遮罩的繞射圖案。不同的及尖銳的繞射波峰係由於圖案的週期性直線，而不對稱圖案導致擴散的繞射圖案。第10(c)圖顯示將程式化缺陷導入至設計中之情況。在此種情況下，缺陷是比預期的更粗的線，此表示光罩中的典型缺陷。該缺陷修改了第10(d)圖所示的遮罩之空間影像。缺陷對空間影像之影響很小但可以辨別。在典型的繞射/散射對比顯微鏡中，存有兩種識別缺陷的方法。在晶粒至晶粒的檢查中，比較繞射圖案，亦即，以像素位準相減，並且針對所有像素進行積分。假如此對比訊號高於某個臨界值，缺陷則被識別。臨界值係高於雜訊等級，其藉由偵測器雜訊、由於粗糙度來自樣本的擴散之散射、偵測器、以及來源波動等等所定義。在晶粒至資料庫的檢查中，在第一步驟，藉由使用所有必需的輸入資料，包括但不侷限於，遮罩佈局、及遮罩的結構參數及材料特性、以及照射條件，而計算遮罩的空間影像。在下一步驟，使用傅里葉轉換將空間影像傳播到偵測器平面，且因此可以計算無缺陷遮罩的預測繞射圖案。在此情況 下，對比訊號是計算及量測的繞射圖案之間的差異。針對遮罩佈局(第10(a)圖)及所考量的缺陷(第10(c)圖)中的此種差異，係如第10(e)圖所示。因為這些峰值是非常強烈的，由於遮罩的週期性特徵，大部分的對比訊號係在繞射波峰內。來自此缺陷的對比訊號、雜訊、及訊雜比(SNR)係如第10(g)圖所列出。第一列是指藉由讀取整個偵測器獲得的值。儘管大部分的缺陷訊號係位於偵測器的垂直及中心部分，SNR值被雜訊所減小，其主要是由於在中心處沿垂直軸的強繞射波峰的散粒雜訊，如可以由第10(b)圖所示。假如採用如第10(f)圖所示的垂直遮罩區域，並且僅考量此區域內的對比訊號，則缺陷的SNR值如第10(g)圖的第二列所列出而減小。假如垂直遮罩區域之外的缺陷訊號，缺陷的SNR值顯著地增加(第10(g)圖中的第三列)。藉由阻擋沿著水平軸的中心區域，可以進一步達成SNR之增強，因為此亦是無缺陷遮罩的繞射圖案之強烈區域。
可以進一步增加遮罩區域，亦即，可以減少偵測區域，直至達到最佳SNR值。此處不討論待被讀出或待被分析的最佳區域。給予一例子以使說明，藉由減少偵測區域，偵測非週期性圖案上之缺陷及頻率域的可行性，以及改善訊雜比。最佳偵測區域係依據圖案、潛在缺陷的類型、以及實驗參數，亦即偵測器、照射等等而定。儘管存有針對缺陷的最大SNR之最佳偵測區域，將增加通量，亦即檢查速度，因而減少用於檢查實驗之偵測區域，其係受到偵測器讀出速度之限制。在減少頻 率域之偵測區域時，藉由減少偵測區域直至達到最佳偵測範圍，速度及SNR皆會增加。
因此，偵測區域的最佳化提供了兩個優點，亦即，增加的SNR及增加的速度。偵測區域的進一步減少導致增加的速度及減少的SNR。
偵測區域的最佳化依據許多因素而定，包括待被檢查的圖案、可能缺陷的類型、以及儀器參數。可行方法將針對給定圖案的程式化缺陷及潛在缺陷的列表/資料庫進行廣泛的模擬或實驗。另一種方法是使用機器學習。
2‧‧‧樣本
4‧‧‧缺陷
6‧‧‧圖案區塊
8‧‧‧X射線源
10‧‧‧光束
11‧‧‧繞射光束
12‧‧‧位置靈敏偵測器
14‧‧‧樣本支架
16‧‧‧資料處理單元
α‧‧‧角度

Claims (11)

  1. 一種用於掃描散射對比檢查的方法，用於識別一樣本(2)上的實際圖案區塊(6)之缺陷(4)，相較於該樣本(2)上的所欲圖案區塊，該方法包含以下步驟：(a)提供空白或是具有該實際圖案區塊(6)的該樣本(2)，該圖案(6)包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本(2)包含重複的該圖案區塊(6)；(b)提供一光源(8)，用於產生一光束(10)，用於以透射模式或反射模式來掃描該樣本(2)；(c)較佳地在0至80度的角度下，利用該光束(10)來照射該樣本(2)，藉此根據存在於該樣本(2)上的該實際圖案(6)而使該光束(10)繞射；(d)利用一位置靈敏偵測器(12)，針對該繞射的光束(11)之位置相關的強度而偵測該繞射的光束(11)；(e)分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本(2)上的該實際圖案區塊(6)的一繞射影像；(f)當第二預定數量繞射影像之中的第一預定數量繞射影像是相同時，重複地比較該等繞射影像及先前獲得的繞射影像，藉此判定一可信賴繞射影像，以及將偏離該可信賴繞射影像的所有繞射影像標記為，與潛在地包含一缺陷的一圖案區塊相關；以及(g)識別潛在地包含一缺陷的該圖案區塊之位置，用於進一步檢查該樣本(2)上的此位置。
  2. 如請求項1之方法，其中較佳地使用傅立葉或菲涅爾計算法，計算該所欲圖案區塊的一預測繞射影像，其中 該可信賴繞射影像係與該預測繞射影像相比較，且在一致性的情況下，授權給偏離該可信賴繞射影像的已獲得繞射影像之識別。
  3. 如請求項1至2之方法，其中該光源(8)提供可見光或紫外光、DUV光、EUV光、軟X射線或硬X射線。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該實際圖案區塊(6)係為半導體晶片中的電子電路結構。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該所欲圖案區塊係為該樣本(2)上的工程化圖案區塊。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中使用疊代重建演算法，例如同調繞射(ptychographic)演算法及該樣本的先驗知識，分析該等偵測的強度及重建該樣本的空間影像。
  7. 一種用於掃描散射對比檢查的系統，用於識別一樣本(2)上的實際圖案(6)之缺陷(4)，相較於該樣本(2)上的所欲圖案，該系統包含：(a)一樣本支架(14)，用於固持空白或是具有該實際圖案的該樣本(2)，該圖案包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本(2)包含週期性重複的該圖案區塊(6)；(b)一光源(8)，用於產生一光束(10)，用於以透射模式(第1圖)或反射模式(第2圖)來掃描該樣本(2)，藉此較佳地在0至80度的角度下，利用該光束(10)來照射該樣本(2)；(c)一位置靈敏偵測器(12)，用於針對該繞射的光束之位置相關的強度而偵測該繞射的光束； (d)用於資料處理的計算手段(16)，用於分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本(2)上的該實際圖案區塊(6)的一繞射影像；(e)該手段(16)，進一步致能用於計算該所欲圖案的一預測繞射影像，較佳地係使用傅立葉或菲涅爾計算法；(f)該手段(16)，進一步致能用於當第二預定數量繞射影像之中的第一預定數量繞射影像是相同時，重複地比較該等繞射影像及先前的繞射影像，藉此判定一可信賴繞射影像，以及將偏離該可信賴繞射影像的所有繞射影像標記為，與潛在地包含一缺陷的一圖案區塊相關；以及(g)該手段(16)，進一步致能用於識別潛在地包含一缺陷的該圖案區塊之位置，用於進一步檢查該樣本(2)上的此位置。
  8. 如請求項7之系統，其中該計算手段(16)進一步致能，用於計算該所欲圖案區塊的一預測繞射影像，較佳地係使用傅立葉或菲涅爾計算法，其中該可信賴繞射影像係與該預測繞射影像相比較，且在一致性的情況下，授權給偏離該可信賴繞射影像的繞射影像之識別。
  9. 如請求項7或8之系統，其中該光源提供可見光或紫外光、DUV光、EUV光、軟X射線或硬X射線。
  10. 如請求項7至9中任一項之系統，其中使用同調繞射(ptychographic)演算法來分析該等偵測的強度。
  11. 一種用於掃描散射對比檢查的方法，用於識別一樣本 (2)上的實際圖案區塊(6)之缺陷(4)，相較於該樣本(2)上的所欲圖案區塊，該方法包含以下步驟：(a)提供空白或是具有該實際圖案區塊(6)的該樣本(2)，該圖案(6)包含吸收材料及/或相位移材料，其中該樣本(2)包含週期性重複的該圖案區塊(6)；(b)提供一缺陷資料庫給該圖案區塊，該缺陷資料庫包含可能發生之數個可能缺陷，以及計算每一可能缺陷的一繞射影像，藉此判定在該重建繞射影像中之感興趣區域，該等區域偏離無缺陷所欲圖案區塊(6)的一重建繞射影像；(c)提供一光源(8)，用於產生一光束(10)，用於以透射模式或反射模式來掃描該樣本(2)；(d)利用該光束(10)來照射該樣本(2)，較佳地在0至45度的角度下，藉此根據存在於該樣本(2)上的該實際圖案(6)而使該光束(10)繞射；(e)利用一位置靈敏偵測器(12)，針對該繞射的光束(11)之位置相關的強度而偵測該繞射的光束(11)；(f)分析該等偵測的強度，且藉此獲得響應於該樣本(2)上的該實際圖案區塊(6)之一重建的繞射影像，以及比較僅在該等預定感興趣區域中之該重建繞射影像，藉此識別潛在地包含一缺陷的圖案區塊；以及(g)識別潛在地包含一缺陷的該圖案區塊之位置，用於進一步檢查該樣本(2)上的此位置。
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