TWI608293B - 檢驗一光微影光罩之方法及檢驗系統 - Google Patents

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Description

檢驗一光微影光罩之方法及檢驗系統 相關申請案之交叉參考
本申請案主張依據35 U.S.C.§119之Carl E.Hess等人於2012年3月20日申請之名稱為「Using Transmission and Reflected Intensity Maps to Detect Mask Degradation」之優先美國臨時申請案第61/613,181號之優先權，該申請案之全文以引用方式併入本文中以用於全部用途。
本發明大體上係關於光罩檢驗之領域。更特定而言，本發明係關於一種偵測光罩劣化之方法。
一般而言，半導體製造業涉及使用被分層及圖案化至一基板(諸如矽)上之半導體材料來製造積體電路之高度複雜技術。歸因於大規模之電路整合及半導體器件之尺寸減小，所製造之器件已變得對缺陷越來越敏感。即，導致器件中之故障之缺陷變得越來越小。器件在運送至終端使用者或顧客之前需無故障。
一積體電路通常由複數個光罩製成。最初，電路設計者將描述一特定積體電路(IC)設計之電路圖案資料提供給一光罩生產系統或光罩寫入器。該電路圖案資料通常呈所製造IC器件之實體層之一代表性佈局之形式。該代表性佈局包含IC器件之各實體層之一代表性層(例如閘極氧化物、多晶矽、鍍金屬等等)，其中各代表性層由定義該特 性IC器件之一層之圖案化之複數個多邊形組成。該光罩寫入器使用該電路圖案資料來寫入隨後將用於製造該特定IC設計之複數個光罩(例如，通常，一電子束寫入器或雷射掃描器用於曝露一光罩圖案)。
一光罩或光罩為含有至少透明及不透明區域且有時含有半透明及相移區域之一光學元件，該等區域一起定義一電子器件(諸如一積體電路)中之共面特徵之圖案。在光微影期間使用光罩來定義用於蝕刻、離子植入或其他製程之一半導體晶圓之指定區域。
在製造各光罩或光罩群組之後，各新光罩通常無缺陷或劣化。然而，光罩可在使用之後變得有缺陷或劣化。因此，需要不斷改良之光罩檢驗技術。
下文呈現本發明之一簡明概要以提供本發明之某些實施例之一基本理解。本【發明內容】並非為本發明之一詳盡概述，且其不識別本發明之決定性/關鍵元件或不界定本發明之範疇。本【發明內容】之唯一用途為以簡化形式呈現本文中所揭示之一些概念作為隨後呈現之【實施方式】之一序言。
在一實施例中，揭示一種檢驗一光微影光罩之方法。定義一光罩之複數個局部區域。在一檢驗期間使用一光學光罩檢驗工具來針對各局部區域獲得對應於從該光罩之各局部區域之複數個子區域反射之光之多個反射強度值之一平均值。亦在該檢驗期間使用該光學光罩檢驗工具來針對各局部區域獲得對應於透射通過該光罩之各局部區域之該複數個子區域之光之多個透射強度值之一平均值。藉由針對各局部區域組合多個反射強度值之該平均值及多個透射強度值之該平均值而產生一組合強度映射，使得：若該光罩尚未劣化，則從該組合強度映射消除該光罩之一光罩圖案；及若該光罩已劣化，則不從該組合強度映射消除該光罩之該光罩圖案。
在一具體實施方案中，組合強度映射指示：光罩之空間放射狀圖案已劣化以導致組合強度映射包括對應於光罩上之一光罩圖案部分及劣化之一空間放射狀圖案兩者之複數個強度值，該複數個強度值不同於對應於該光罩圖案部分外之光罩之部分之複數個強度值。在一進一步態樣中，在一光微影程序中重複使用光罩之後執行檢驗，且由該光微影程序導致該空間放射狀圖案。在又一實施例中，組合多個反射強度值之平均值及多個透射強度值之平均值，使得組合強度映射包括對應於光罩上之圖案部分之複數個強度值，該複數個強度值實質上等於此光罩上無劣化時對應於光罩上之非圖案部分之複數個強度值。
在另一實施例中，從由光學光罩檢驗工具獲得之一反射強度影像獲得各局部區域之多個反射強度值之平均值，且從由光學光罩檢驗工具獲得之一透射強度影像獲得各局部區域之多個透射強度值之平均值。在此態樣中，組合強度映射呈組合該反射強度影像及該透射強度影像兩者之一影像之形式。在一進一步態樣中，各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一像素。在另一態樣中，各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一區塊，其中各區塊具有複數個像素。
在又一實施方案中，藉由加權來自多個反射強度值及多個透射強度值之特定值而組合該多個反射強度值之平均值及該多個透射強度值之平均值。在另一態樣中，複數個局部區域實質上包括光罩之整個作用區域，且針對光罩之整個作用區域產生組合強度映射。在另一實施例中，當一護膜(pellicle)安裝於光罩上時執行檢驗，且組合強度映射指示：光罩之一護膜是否已隨時間逝去而劣化超過一預定位準。
在某些實施例中，本發明係針對一種用於檢驗一光微影光罩之檢驗系統。該系統包含用於產生一入射光束之一光源及用於將該入射光束導引至一樣品上之一照明光學模組。該系統亦具有一集光模組， 其用於將回應於該入射光束而從該樣品反射之一反射輸出光束及回應於該入射光束而透射通過該樣品之一透射輸出光束導引至至少一感測器。至少一感測器經組態以偵測該反射輸出光束且產生該反射輸出光束之一反射強度影像或信號及偵測該透射輸出光束且產生該透射輸出光束之一透射強度影像或信號。該系統進一步包含一控制器，其經組態以執行上述操作之至少若干者。在其他實施例中，本發明係針對電腦可讀媒體，其具有用於執行上述操作之至少若干者之儲存於其上之指令。
下文參考圖式而進一步描述本發明之此等及其他態樣。
100‧‧‧光罩部分
102‧‧‧透明基板
104a‧‧‧不透明圖案/不透明部分/不透明圖案結構/不透明特徵
104b‧‧‧不透明圖案/不透明部分/不透明圖案結構/不透明特徵
106a‧‧‧臨界尺寸(CD)寬度
106b‧‧‧CD寬度
106c‧‧‧CD寬度
108‧‧‧光
154a‧‧‧劣化特徵/不透明特徵
154b‧‧‧劣化特徵/不透明特徵
156a‧‧‧寬度
156b‧‧‧寬度
156c‧‧‧寬度
164a‧‧‧矽化鉬(MoSi)特徵
164b‧‧‧MoSi特徵
174a‧‧‧氧化材料/氧化層
174b‧‧‧氧化材料/氧化層
176a‧‧‧特徵寬度CD
176b‧‧‧間隔CD
176c‧‧‧特徵寬度CD
202‧‧‧透明基板
204a‧‧‧光罩特徵
204b‧‧‧光罩特徵
206a‧‧‧侵蝕特徵
206b‧‧‧侵蝕特徵
302‧‧‧護膜框
304‧‧‧作用區域
306‧‧‧透明膜/表層膜
402‧‧‧反射影像
406‧‧‧透射影像
408a‧‧‧亮區
408b‧‧‧亮區
410‧‧‧暗區
412‧‧‧亮區
414a‧‧‧暗十字部分
414b‧‧‧暗十字部分
416a‧‧‧圖案邊緣
416b‧‧‧圖案邊緣
418‧‧‧組合強度映射/組合影像
500‧‧‧標線光罩檢查驗程序
502‧‧‧在一或多個光微影程序中使用標線光罩
504‧‧‧獲得標線光罩之反射影像及透射影像
506‧‧‧針對反射影像之各局部區域獲得平均反射強度值
508‧‧‧針對透射影像之各局部區域獲得平均透射強度值
510‧‧‧組合各局部區域處之平均反射強度值及平均透射強度值以產生組合反射影像及透射影像
512‧‧‧分析組合影像以判定標線光罩是否已超規格劣化
514‧‧‧光罩是否通過？
516‧‧‧修復光罩或捨棄
600‧‧‧光罩
602a‧‧‧掃描帶/強度資料組
602b‧‧‧掃描帶
652a‧‧‧強度資料組/區塊/反射強度資料組
652b‧‧‧強度資料組
652c‧‧‧強度資料組
652d‧‧‧強度資料組
672a‧‧‧強度值
672b‧‧‧強度值
672c‧‧‧強度值
672d‧‧‧強度值
672e‧‧‧強度值
672f‧‧‧強度值
702‧‧‧反射影像
704‧‧‧透射影像
706‧‧‧組合影像
772‧‧‧透射影像
774‧‧‧反射影像
776‧‧‧組合影像
800‧‧‧檢驗系統
802‧‧‧輸入/輸入資料/強度或影像資料
804a‧‧‧資料散佈系統
804b‧‧‧資料散佈系統
806a‧‧‧區塊處理器及記憶體
806b‧‧‧區塊處理器及記憶體
808‧‧‧交換網路
810‧‧‧檢驗控制及/或檢視站
812‧‧‧映射產生器處理器及記憶體
816‧‧‧大容量儲存器件
900‧‧‧微影系統
901‧‧‧數值孔徑/元件
902‧‧‧遮罩平面/光罩平面
903‧‧‧照明源
905‧‧‧透鏡
907‧‧‧照明光學器件
913‧‧‧成像光學器件
950‧‧‧檢驗系統
951a‧‧‧照明光學器件
951b‧‧‧數值孔徑
952‧‧‧光罩平面
953a‧‧‧偵測光學器件/光學元件
953b‧‧‧偵測光學器件
954a‧‧‧感測器
954b‧‧‧感測器
960‧‧‧照明源
973‧‧‧電腦系統
976‧‧‧分束器
978‧‧‧偵測透鏡
M‧‧‧光罩/遮罩
W‧‧‧晶圓
圖1A係經歷使用一高功率的深紫外(UV)光之光微影曝露之一光罩部分之一概略側視圖。
圖1B係繪示歸因於重複微影曝露之遮罩特徵之劣化之圖1A之光罩之一概略側視圖。
圖1C繪示出現在重複光微影曝露程序期間之一MoSi光罩部分之劣化。
圖2繪示歸因於一清除程序之光罩特徵之侵蝕。
圖3A係具有由一護膜框包圍之一作用區域之一光罩之一俯視概略圖。
圖3B展示圖3A之光罩及護膜之一概略側視圖。
圖4係根據本發明之一實施例之從一光罩上之一簡單不透明圖案獲得之一組合強度映射之一圖示。
圖5係繪示根據本發明之一實施例之一光罩檢驗程序之一流程圖。
圖6A係根據本發明之實施例之對應於一光罩之兩個「掃描帶」之兩組強度資料之一圖示。
圖6B係根據一具體實施方案之對應於被分成區塊之一掃描帶之一強度資料組之一圖示。
圖6C繪示對應於一光罩之一特定掃描帶之一特定區塊之多個像素或點之多個強度值。
圖7A繪示根據本發明之一具體實施方案之組合來自實質上無劣化之一光罩之反射影像及透射影像之結果。
圖7B繪示根據本發明之一具體實施方案之組合來自具有顯著劣化之一光罩之反射影像及透射影像之結果。
圖8係其中可實施本發明之技術之一實例性檢驗系統之一圖示。
圖9A係根據某些實施例之用於將一遮罩圖案從一光罩轉印至一晶圓上之一微影系統之一簡化圖示。
圖9B提供根據某些實施例之一光罩檢驗裝置之一圖示。
在以下描述中，闡述諸多具體細節以提供本發明之一完全理解。可在無此等具體細節之部分或全部之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述熟知程序操作或裝置組件以不會不必要地使本發明不清楚。雖然將結合具體實施例而描述本發明，但應瞭解，並不意欲將本發明限制於該等實施例。
術語「光罩」大體上包含一透明基板(諸如玻璃、鵬矽酸鹽玻璃、石英或熔融矽石)，其具有形成於其上之一層不透明材料。該不透明(或實質上不透明)材料可包含完全或部分阻擋光微影光(例如深UV)之任何適宜材料。實例性材料包含鉻、矽化鉬(MoSi)、矽化鉭、矽化鎢、玻璃上不透明MoSi(OMOG)等等。亦可在該不透明層與該透明基板之間添加一多晶矽膜以改良黏著性。可在該不透明材料上形成一低反射性膜，諸如氧化鉬(MoO2)、氧化鎢(WO2)、氮化鈦(TiO2)或氧化鉻(CrO2)。
術語「光罩」意指不同類型之光罩，其包含(但不限於)清透場(clear field)光罩、暗場光罩、二元光罩、相移遮罩(PSM)、交替PSM、衰減或半色調PSM、三元衰減PSM及無鉻相位微影PSM。一清透場光罩具有透明之場或背景區域，且一暗場光罩具有不透明之場或背景區域。二元光罩為具有透明或不透明之圖案化區域之一光罩。例如，可使用由具有由鉻金屬吸附膜定義之一圖案之一透明熔融矽石坯料製成之一光罩。二元光罩不同於相移遮罩(PSM)，PSM之一類型可包含僅部分地透射光之膜，且此等光罩可通稱為半色調或嵌入式相移遮罩(EPSM)。若一相移材料被放置於一光罩之交替凈空間上，則該光罩被稱為一交替PSM、一ALT PSM或一Levenson PSM。應用於任意佈局圖案之一類型之相移材料被稱為一衰減或半色調PSM，其可藉由用一部分透射或「半色調」之膜替換不透明材料而製造。三元衰減PSM為亦包含完全不透明特徵之一衰減PSM。
一光罩可隨時間逝去而以諸多不同方式受損。在一第一劣化實例中，光微影曝露程序可導致該光罩之不透明材料之物理性劣化。例如，用在該光罩上之一高功率光束(諸如193奈米之一高功率深紫外(UV)光束)可物理地導致該光罩上之不透明材料受損。亦可由其他波長導致損壞，諸如一248奈米之UV光束。實際上，該UV光束可物理地導致該光罩上之不透明圖案因磨毀不透明特徵之隅角且導致該等特徵平坦化而崩移。此特定物理效應可負面影響該光罩之臨界尺寸(CD)。
圖1A係經歷使用一高功率的深紫外(UV)光108之光微影曝露之一光罩部分100之一概略側視圖。光罩部分100包含形成於透明基板102上之不透明圖案104a及104b。不透明部分104a及104b實質上阻擋光108，而透明部分將光108傳送至下伏晶圓(圖中未展示)以曝露對入射光108作出反應之此晶圓上一光微影膜。在進一步處理(諸如一蝕刻程 序)以移除曝露(或未曝露)膜部分之後，該膜之曝露區域形成該晶圓上之一圖案。
如圖所展示，不透明圖案結構104a及104b分別設計及形成有臨界尺寸(CD)寬度106a及106c。類似地，不透明特徵104a與104b之間之間隔具有CD寬度106b。一特定CD值一般會影響在光微影程序中將此特定光罩特徵轉印至晶圓之方式，且此CD經選擇以最佳化此轉印程序。換言之，若某一光罩特徵之CD值在一指定CD範圍內，則此CD值將導致製造一對應晶圓特徵，其允許根據電路設計者之意願適當操作所得積體電路。特徵通常形成有亦導致操作電路保存積體晶片區域之最小尺寸。
在各曝露期間，將具有相對較高功率之深UV光施加至光罩。UV光束可導致不透明特徵之表面起泡及扭曲以產生一粗糙化表面(圖中未展示)。在此粗糙化效應之後，該高功率UV光趨於「下壓」不透明特徵以導致更圓形化更平坦化之不透明特徵。遮罩特徵尺寸(例如圖1A之106a至106c)可最初具有滿足預定規格之CD值。然而，在重複曝露於例如深UV之後，遮罩特徵會劣化，使得CD值不再在該等預定規格內。此類型之劣化被稱為「鉻」劣化，此係因為此類型之問題通常出現在鉻型光罩中。
圖1B係繪示歸因於重複微影曝露之遮罩特徵之一物理型劣化之圖1A之光罩之一概略側視圖。如圖所展示，劣化特徵154a及154b展示顯著更改尺寸156a及156c，以及影響間隔寬度156b。如圖所展示，不透明特徵154a及154b分別具有比原始寬度106a及106c顯著更大之寬度156a及156c，而此等不透明特徵之間之間隔具有比原始寬度106b明顯更小之寬度156b。由於此劣化，特徵CD值已被顯著改變以便影響晶圓良率。例如，遮罩特徵寬度156a及156c可顯著大於原始線寬度CD，而間隔寬度156b可顯著小於原始線間隔寬度CD。
特定而言，另一類型之劣化出現在MoSi光罩中，但亦可出現在其他類型之光罩中。圖1C繪示在重複光微影曝露程序期間出現之一MoSi光罩部分之劣化。在曝露期間，光與MoSi特徵164a及164b起化學反應以便導致氧化層174a及174b形成於此等MoSi特徵上。即，光導致一光催化化學反應以便電離化來自MoSi材料之氧且導致此等MoSi特徵之表面氧化。此氧化導致不透明MoSi特徵因沿著邊緣之氧化建構而變圓。此MoSi氧化亦導致CD改變。例如，MoSi特徵164a及164b與額外氧化材料174a及174b一起分別導致更大特徵寬度CD 176a及176c及一更小間隔CD 176b。
在另一劣化實例中，可藉由一清除程序而使不透明特徵更小。來自空氣或其他源之化學污染物可形成於光罩表面上以導致一「混濁」。通常，需從光罩清除此混濁。然而，此清除程序可導致光罩特徵受侵蝕。圖2繪示歸因於一清除程序之光罩特徵之侵蝕。在清除之前，光罩包含透明基板202上之一特定尺寸及形狀之光罩特徵204a及204b。在清除期間，清除解決方案可導致此等光罩特徵受侵蝕以形成侵蝕特徵206a及206b。清除型劣化亦可影響晶圓良率，尤其在CD變得越來越小(例如200奈米或更小)時。
一光罩之護膜亦可隨時間逝去而劣化。圖3A係具有由一護膜框302包圍之一作用區域304之一光罩之一俯視概略圖。圖3B展示圖3A之光罩及護膜之一概略側視圖。護膜包含護膜框302及由護膜框302支撐之一透明膜306。護膜安裝於該光罩上以保護作用區域304免受污染。
因為微影系統具有一相對較高之數值孔徑，所以光罩背部上之小污染物不會集中且通常不影響曝露特性。然而，護膜可在曝露期間隨時間逝去而變暗或以其他方式改變。雖然可在一清除程序之後用例如一新膜替換表層膜306，但在清除之間監視護膜劣化將是有益的。 護膜劣化趨於隨時間逝去而呈放射狀且可負面影響晶圓製造。
某些實施例提供使用針對樣品(例如光罩)所獲得之反射強度映射及透射強度映射之一組合來偵測一光罩之劣化(諸如鉻、MoSi、護膜或清除型劣化)之技術及系統。劣化趨於導致橫跨一組合映射之一空間變化訊符，且此訊符因重複光微影曝露而變得日益明顯。
圖4係根據本發明之一實施例之從一簡單光罩圖案獲得之一組合強度映射418之一圖示。如圖所展示，獲得含有一簡單雙十字圖案之一光罩區域之一反射影像402。反射影像402將趨於具有對應於透明光罩區域之暗區410，此係因為光穿透光罩之透明部分且沒有被反射至偵測器。相比而言，反射影像402將展現該兩個不透明光罩之十字形圖案之更亮區域408a及408b，光從該等區域反射至偵測器。
對應透射影像406將趨於具有與反射影像402相反之一強度圖案。如圖所展示，透射影像406包含不透明光罩圖案之暗十字部分414a及414b及透明光罩部分之亮區412。
一組合影像418可由反射影像及透射影像形成。例如，將反射影像及透射影像一起平均化會導致一相對灰色之組合影像418。即，除圖案邊緣416a及416b之外，大部分之不透明光罩圖案將從組合影像被消除。雖然從組合影像消除光罩圖案係有缺陷的，但一寬區域平均可導致對組合強度映射之圖案影響急劇減小。
當來自光罩圖案之影響被最小化時，可在組合映射中容易地看見劣化。例如，相較於透射影像，鉻劣化將趨於導致反射影像中之一不平衡影響。鉻劣化可導致不透明光罩材料之反射率顯著減小且不會對應地改變透射影像。接著，可在組合映射中突顯此不平衡，此係因為在劣化光罩部分中亦未消除光罩圖案。
圖5係繪示根據本發明之一實施例之一光罩檢驗程序500之一流程圖。在製造一光罩之後，此光罩可用在操作502中之一或多個光微 影程序中。然而，未必在檢驗該光罩之前使用該光罩。無論是否使用該光罩，均可在操作504中獲得該光罩之一反射及透射影像。
接著，可在操作506中獲得反射影像之各局部區域之一平均反射強度值。同樣，亦可在操作508中獲得透射影像之各局部區域之一平均透射強度值。各光罩影像可大體上被分成從其獲得來自多個點之多個強度值之複數個局部區域。在一實例中，各局部區域對應於一像素。在另一實例中，各局部區域對應於包含複數個像素之一區塊部分。在以下實例中，使用區塊部分，但任何適宜類型及尺寸之局部區域可與本發明之技術一起使用。
光罩之區塊部分可經掃描以獲得此強度資料。取決於特定系統及應用要求，該等區塊部分可具有任何尺寸及形狀。一般而言，可藉由以任何適宜方式掃描光罩而獲得各區塊部分之多個強度值。舉例而言，可藉由光柵掃描光罩而獲得各區塊部分之多個強度值。替代地，可藉由用任何適宜圖案(諸如一圓形或螺旋形圖案)掃描光罩而獲得影像。當然，感測器(一或多個)必須經不同配置(例如呈一圓形圖案)及/或光罩可在掃描期間以不同方式移動(例如旋轉)以從光罩掃描一圓形或螺旋形形狀。
在下文所繪示之實例中，隨著光罩移動通過感測器，從光罩之一矩形區域(本文中稱為一「掃描帶」)偵測到光且此偵測光被轉換為各區塊中之多個點處之多個強度值。在此實施例中，掃描器之感測器配置成一矩形圖案以接收從光罩反射及透射之光且從該光產生對應於光罩之區塊之一掃描帶之強度資料。在一具體實例中，各掃描帶可為約1百萬像素寬及約1000像素至2000像素高，而各區塊可為約2000像素寬及1000像素高。在一實例中，各像素具有72奈米之一尺寸。
圖6A係根據本發明之實施例之對應於一光罩600之兩個「掃描帶」602a及602b之兩組強度資料(例如反射資料及透射資料)之一圖 示。各組強度資料可對應於光罩600之一「掃描帶」。可藉由連續掃描呈一蛇形或光柵圖案之來自光罩之掃描帶而獲得各組強度資料。例如，由一光學檢驗系統之一光束從左至右掃描光罩600之第一掃描帶602以獲得一第一組之強度資料。接著，從右至左掃描第二掃描帶604以獲得一第二組之強度資料。圖6B係對應於被分成區塊之掃描帶之強度資料組602a之一圖示。如圖所展示，強度資料602a進一步包含複數個區塊之強度資料，諸如對應於一光罩之一掃描帶之區塊之強度資料組652a、652b、652c及652d。
在針對各掃描帶之各區塊中之多個點收集強度資料期間或之後，亦可針對例如各反射及透射影像之各區塊或一或多個區塊之組而判定一平均強度值。圖6C繪示對應於一光罩之一特定掃描帶之一特定區塊652a之多個像素或點之多個強度值(例如672a、672b、672c、672d、672e及672f)。例如，對應於該光罩之一區塊之反射強度資料組652a可包含反射強度值26、25、25、25、24、25等等。各區塊之全部反射強度值可一起被平均以判定此區塊之一平均反射強度值(例如25)。
可使用以任何適宜方式設置之一光學檢驗工具來獲得各區塊之反射強度值及透射強度值。例如，一光學檢驗工具一般設置有一組操作參數或用於獲得反射強度值及透射強度值兩者之一「配方」。配方設定可包含以下設定之一或多者：用於掃描呈一特定圖案之光罩之一設定、像素尺寸、用於從單一信號分組鄰近信號之一設定、一聚焦設定、一照明或偵測孔徑設定、一入射光束之角度及波長設定、一偵測器設定、反射或透射光數量之一設定、空中建模參數等等。
返回參考圖5，在操作510中，可組合各局部區域(例如區塊或像素)之平均反射及透射強度值以產生一組合反射(R)及透射(T)影像或映射。例如，可將各像素、區塊或各組區塊之R及T平均值加在一起或 平均化。
亦可加權具體R及/或T值。例如，可以不同方式加權不同R或T強度值，使得組合影像或映射中之光罩不透明圖案之消除被最佳化(例如，殼小光罩圖案保留在組合影像中)。在一實施方案中，可以不同方式加權不同R強度值以便最大化圖案消除。若無劣化之一光罩導致具有對應於光罩之圖案部分之特定強度值(色彩)之一反射影像，則可加權此等特定R強度值以便與對應於相同光罩圖案部分之T強度值相消。
在一些情況中，特定區域之R及T信號可具有一相同符號，而非一相反符號，其可指示：結果在關聯區域中不一致且不值得信任。因此，若不足以值得信任，則R及T之組合可在此等區域中被減小加權或從計算移除。
可藉由分析來自已被校驗實質上無劣化或缺陷之一已知良好光罩之檢驗結果而獲得加權值。可藉由任何適宜方式而將一光罩校驗或定義為實質上無劣化或缺陷。例如，一新造光罩之一購買者可假定：該光罩已被製造者校驗為無缺陷或劣化。替代地，可用一光學或掃描電子顯微鏡檢驗該光罩以例如藉由執行一晶粒至資料庫檢驗而判定該光罩上存在任何CD均勻性缺陷或該光罩已劣化。可在清除以移除混濁以及其他類型之劣化及缺陷之後以類似方式檢驗一光罩。
在提供一組合強度映射之後，接著可在操作512中分析此映射以判定光罩是否具有超出規格之劣化。接著，可在操作514中基於此映射而判定光罩是否通過檢驗。例如，一使用者可判定：組合映射影像上存在任何空間變化訊符表示光罩之劣化，此係因為尚未劣化之一光罩將趨於產生一均勻強度之組合影像。替代地，一自動程序可判定任何空間變動是否具有高於(或低於)一預定臨限值之關聯平均強度值。若一平均強度值高於(或低於)該預定臨限值，則對應光罩部分可被更 仔細檢視以判定該光罩是否有缺陷且可不再被使用。例如，一SEM可用於檢視缺陷區域以判定臨界尺寸(CD)是否超出規格。
若光罩未通過檢驗，則可在操作516中儘可能捨棄或修復光罩。例如，可從光罩清除某些缺陷。在修復之後，可在任何時間對光罩執行一檢驗且重複程序500。
任何適宜機構可用於儲存及/或顯示呈任何適宜形式之一組合反射及透射強度映射。例如，強度映射可在文字上表示為光罩之各區域之一列表之平均強度變動值。可與對應光罩區域座標一起列出各組合平均強度值。亦可由諸如網格點差值之標準偏差或方差之一度量表示各組合強度值。替代地或另外，可視覺上表示一組合強度映射，使得不同強度變動值或範圍展示為不同視覺方式，諸如不同色彩之光罩區域、不同條形圖高度、不同圖形值或三維表示等等。可用不同網格點取樣尺寸或由不同泛函形式之擬合(諸如多項式擬合或傅立葉變換)表示一組合強度映射。亦可例如視覺上或數量上表示個別反射及透射映射。
當一光罩上尚未出現劣化時，一組合反射及透射影像趨於主要呈灰色，此係因為不透明圖案導致反射及透射影像中之相反強度值。圖7A繪示根據本發明之一具體實施方案之組合來自實質上無劣化之一光罩之反射影像及透射影像之結果。如圖所展示，一反射影像702及一透射影像704被組合成使各局部區域之反射及透射強度值平均化之一組合影像706。所得組合影像706具有一實質上均勻之灰色外觀。
圖7B繪示根據本發明之一具體實施方案之組合來自具有顯著劣化之一光罩之反射影像及透射影像之結果。如圖所展示，反射影像774之顯著劣化比透射影像772之顯著劣化明顯。所得組合影像776展示此實質放射狀劣化以及尚未從該組合影像消除之光罩圖案之區域。
某些組合強度映射實施例繪示一光罩之一空間尺寸之強度變 化。例如，一組合強度映射對應於該光罩之具體較大區域之透射及反射光之平均值。此組合強度映射繪示平均空間變動且無需解決一精密標度解析度上之缺陷。另外，在可在反射及/或透射影像中清楚看見適度劣化之前，此劣化可展示於一組合強度影像中。亦可容易地產生一組合強度映射且將其應用於不重複光罩特徵以及重複光罩特徵。
本發明之某些實施例亦可允許比其他檢驗技術(例如用一SEM所執行)多之取樣點。因為一SEM檢驗非常慢，所以通常使用稀疏取樣(例如，通常不超過2000個點)。在本發明之一實例性實施方案中，各區塊(1k x 2k)含有約2百萬個像素，其等經掃描以獲得各像素之全部2百萬個點之強度值。若獲得各區塊之一平均值，則取樣2百萬個點。在另一實例中，平均化2個區塊中之點導致各2區塊網格之1百萬個點被取樣。若平均化50個區塊，則各50區塊網格之40,000個點被取樣。平均化200個區塊導致10,000個點被取樣，其仍遠高於吾人希望在一SEM檢驗中取樣之點之最大數目。
在判定各區塊之平均強度值之前或之後，對應於反射光之強度值可與透射光之強度值組合。例如，可判定各點或像素之反射及透射強度值之一平均值。替代地，可單獨計算一區塊之反射及透射強度值之平均值。接著，各區塊之經單獨計算之反射平均值及透射平均值可組合在一起或一起被平均化。在一實例性實施方案中，可藉由(T-R)/2而組合反射(R)及透射(T)值。亦可將R及T平均值相加。反射信號通常為與透射信號符號相反。因此，減去兩個映射會使該等信號加在一起。因為T及R之雜訊源不同，所以雜訊可趨於得出組合信號之平均值。
當附接護膜時或在移除護膜(例如被替換)之後，可產生光罩之作用區域之一組合強度映射。作用區域為用於在微影程序期間在晶圓上產生對應圖案之光罩圖案部分。即，光罩作用區域用於產生晶圓之複 數個晶粒區域。若存在護膜，則該組合強度映射可展示光罩作用區域、護膜或以上兩者之劣化。
組合強度映射將趨於僅展示不均勻劣化。例如，強度差映射可展示橫跨光罩或護膜之一放射狀劣化圖案。強度可基於作用區域之不同密度位準而變動。例如，一相同劣化可更明顯地展示於對應於光罩之更高密度作用區域之區域中之組合強度映射中。
可產生組合強度映射以便補償圖案密度效應。因為強度變化取決於邊緣像素之數目，所以可基於邊緣像素之平均數目而縮放各區塊之強度值。例如，可使各特定區塊平均值縮放(縮小或放大)達光罩中之全部區塊之邊緣像素之平均數目除以邊緣像素之特定區塊數目。若一區塊不具有邊緣(例如空白)，則將不對此區塊執行此縮放以便不除以零。
可在硬體及/或軟體之任何適宜組合中實施本發明之技術。圖8係其中可實施本發明之技術之一實例性檢驗系統800之一圖示。檢驗系統800可從一檢驗工具或掃描器(圖中未展示)接收輸入802。檢驗系統亦可包含用於散佈所接收輸入802之一資料散佈系統(例如804a及804b)、用於處理所接收輸入802之具體部分/區塊之一強度信號(或區塊)處理系統(例如區塊處理器及記憶體806a及806b)、用於產生一組合強度映射之一映射產生器系統(例如映射產生器處理器及記憶體812)、用於允許檢驗系統組件之間之通信之一網路(例如交換網路808)、一選用大容量儲存器件816及用於檢視反射、透射及組合強度映射之一或多個檢驗控制及/或檢視站(例如810)。檢驗系統800之各處理器通常可包含一或多個微處理器積體電路且亦可含有介面及/或記憶體積體電路，且可另外耦合至一或多個共用及/或全局記憶體器件。
用於產生輸入資料802之掃描器或資料獲取系統(圖中未展示)可 採用任何適宜儀器之形式(例如本文中進一步所描述)以獲得一光罩之強度信號或影像。例如，掃描器可構建一光學影像或基於被反射、透射或以其他方式導引至一或多個光感測器之所偵測光之一部分而產生該光罩之一部分之強度值。接著，掃描器可輸出該等強度值或可從該掃描器輸出影像。
掃描器或檢驗工具可操作以在一入射光束掃描橫跨一光罩之各區塊時偵測及收集反射及透射光。如上文所提及，該入射光束可掃描橫跨各包括複數個區塊之光罩掃描帶。回應於此入射光束，從各區塊之複數個點或子區域收集光。
掃描器或檢驗工具可一般地操作以將此偵測光轉換為對應於強度值之偵測信號。該等偵測信號可採用具有對應於光罩之不同位置處之不同強度值之振幅值之一電磁波形之形式。該等偵測信號亦可採用強度值及關聯光罩點座標之一簡單列表之形式。該等偵測信號亦可採用具有對應於光罩上之不同位置或掃描點之不同強度值之一影像之形式。可在光罩之全部位置被掃描且轉換為偵測信號之後產生一反射及透射影像，或可在用掃描整個光罩後完成之最終反射及透射影像掃描各光罩部分時產生一反射及透射影像之部分。
偵測信號亦可採用空中影像之形式。即，一空中成像技術可用於模擬光微影系統之光學效應以便產生曝露於晶圓上之光阻圖案之一空中影像。一般而言，光微影工具之光學器件經模仿以便基於來自光罩之偵測信號而產生一空中影像。該空中影像對應於由穿過光微影光學器件及光罩而至一晶圓之光阻層上之光產生之圖案。另外，亦可模仿特定類型之光阻材料之光阻曝露程序。
可使入射光或偵測光穿過任何適宜空間孔徑以產生具有任何適宜入射角之任何入射或偵測光輪廓。舉例而言，可程式化照明或偵測孔徑可用於產生一特定光束輪廓，諸如偶極、四極、類星體、圓環等 等。在一具體實例中，可實施顯影光源最佳化(SMO)或任何像素化照明技術。
可由資料散佈系統經由網路808而接收強度或影像資料802。該資料散佈系統可與一或多個記憶體器件(諸如RAM緩衝器)關聯以保存所接收資料802之至少一部分。較佳地，總記憶體足夠大以保存資料之整個樣本。例如，十億位元組之記憶體很好地運用於1百萬個像素或點×1000個像素或點之一樣本。
資料散佈系統(例如804a及804b)亦可控制所接收輸入資料802之部分至處理器(例如806a及806b)之散佈。例如，資料散佈系統可將一第一區塊之資料傳送至一第一區塊處理器806a，且可將一第二區塊之資料傳送至區塊處理器806b。亦可將多個區塊之多組資料傳送至各區塊處理器。
區塊處理器可接收強度值或一影像(其對應於光罩之至少一部分或區塊)。區塊處理器亦可各耦合至一或多個記憶體器件(圖中未展示)(諸如提供局部記憶體功能之DRAM器件)或與該一或多個記憶體器件整合以諸如保存所接收之資料部分。較佳地，記憶體足夠大以保存對應於光罩之一區塊之資料。例如，八兆位元組之記憶體很好地運用於強度值或對應於512個像素×1024個像素之一區塊之一影像。替代地，區塊處理器可共用記憶體。
各處理器可判定及儲存各組之一或多個區塊之平均區塊強度值。例如，各處理器可判定一個區塊之一平均值或各組之多個區塊之一平均值。例如，可判定各組之1個、2個、50個或200個區塊之一平均值。當然，區塊(其等之一平均值被判定)之數目影響取樣粒度。即，各平均計算之更高數目個區塊與更低取樣數目關聯。然而，雜訊因更多區塊用於判定各平均值而減少。
各組輸入資料802可對應於光罩之一掃描帶。一或多組之資料可 儲存於資料散佈系統之記憶體中。可由資料散佈系統內之一或多個處理器控制此記憶體，且可將該記憶體分成複數個分區。例如，資料散佈系統可將對應於一掃描帶之一部分之資料接收至一第一記憶體分區(圖中未展示)中，且資料散佈系統可將對應於另一掃描帶之另一資料接收至一第二記憶體分區(圖中未展示)中。較佳地，資料散佈系統之各記憶體分區僅保存將被傳送至與此記憶體分區關聯之一處理器之資料部分。例如，資料散佈系統之該第一記憶體分區可保存第一資料且將該第一資料傳送至區塊處理器806a，且該第二記憶體分區可保存第二資料且將該第二資料傳送至區塊處理器806b。
資料散佈系統可基於資料之任何適宜參數而定義及散佈資料之各組資料。例如，可基於光罩上之區塊之對應位置而定義及散佈資料。在一實施例中，各掃描帶與對應於該掃描帶內之像素之水平位置之行位置之一範圍關聯。例如，該掃描帶之行0至256可對應於一第一區塊，且此等行內之像素將包括傳送至一或多個區塊處理器之第一影像或第一組強度值。同樣，該掃描帶之行257至512可對應於一第二區塊，且此等行中之像素將包括傳送至(若干)不同區塊處理器之第二影像或第二組強度值。
圖9A係根據某些實施例之可用於將一遮罩圖案從一光罩M轉移至一晶圓W上之一典型微影系統900之一簡化圖示。此等系統之實例包含掃描器及步進器，更明確而言，購自Veldhoven,Netherlands之ASML之PAS 5500系統。一般而言，一照明源903透過一照明光學器件907(例如透鏡905)而將一光束導引至位於一遮罩平面902中之一光罩M上。照明透鏡905在該平面902處具有一數值孔徑901。數值孔徑901之值影響該光罩上之何種缺陷為微影顯著缺陷及何種缺陷並非為微影顯著缺陷。穿過光罩M之該光束之一部分形成透過成像光學器件913而導引至一晶圓W以指示圖案轉印之一圖案化光學信號。
圖9B提供根據某些實施例之具有包含一成像透鏡及一光罩平面952處之一相對較大數值孔徑951b之照明光學器件951a之一實例性檢驗系統950之一圖示。所描繪之檢驗系統950包含偵測光學器件953a及953b，其包含經設計以例如提供60至200放大倍率或進一步提供增強檢驗之顯微鏡放大光學器件。例如，檢驗系統之光罩平面952處之數值孔徑951b可比微影系統900之光罩平面902處之數值孔徑901大很多，其將導致測試檢驗影像與實際印刷影像之間之差異。
可在各種經特殊組態之檢驗系統(諸如圖9B中示意性所繪示之系統)上實施本文中所描述之檢驗技術。所繪示之系統950包含一照明源960，其產生透過照明光學器件951a而導引至光罩平面952中之一光罩M上之一光束。光源之實例包含一相干雷射光源(例如深UV或氣體雷射產生器)、一濾光燈、LED光源等等。在一實例中，光源係一193奈米雷射。如上文所解釋，檢驗系統950可在光罩平面952處具有一數值孔徑951b，其可大於對應微影系統之一光罩平面數值孔徑(例如圖9A中之元件901)。待檢驗之光罩M被放置於光罩平面952處之一遮罩平台上且被曝露於光源。
透過光學元件953a之一集合而導引來自遮罩M之圖案化影像，光學元件953a將圖案化影像投影至一感測器954a上。在一反射系統中，光學元件(例如分束器976及偵測透鏡978)捕獲反射光且將反射光導引至感測器954b上。雖然圖中已展示兩個感測器，但可使用一單一感測器來在相同光罩區域之不同掃描期間偵測反射及透射光。適宜感測器包含電荷耦合器件(CCD)、CCD陣列、時間延遲積分(TDI)感測器、TDI感測器陣列、光倍增管(PMT)及其他感測器。
可藉由任何適宜機構相對於遮罩平台而移動照明光學器件行及/或相對於一偵測器或相機而移動平台以便掃描光罩之區塊。例如，一馬達機構可用於移動平台。舉例而言，該馬達機構可由一螺桿驅動及 步進馬達、具有回饋位置之線性驅動或帶致動器及步進馬達形成。
可由一電腦系統973或更一般而言由一或多個信號處理器件處理由各感測器(例如954a及/或954b)捕獲之信號，該一或多個信號處理器件可各包含經組態以將來自各感測器之類比信號轉換為用於處理之數位信號之一類比轉數位轉換器。電腦系統973通常具有耦合至輸入/輸出埠之一或多個處理器及經由適當匯流排或其他通信機構之一或多個記憶體。
電腦系統973亦可包含用於提供使用者輸入(諸如改變焦距及其他檢驗配方參數)之一或多個輸入器件(例如鍵盤、滑鼠、操縱桿)。電腦系統973亦可連接至用於例如控制一樣品位置(例如聚焦及掃描)之平台及連接至用於控制其他檢驗系統組件之其他檢驗參數及組態之此等檢驗系統組件。
電腦系統973可經組態(例如利用程式化指令)以提供用於顯示所得強度值、影像及其他檢驗結果之一使用者介面(例如一電腦螢幕)。電腦系統973可經組態以分析反射及/或透射感測光束之強度、相位及/或其他特性。電腦系統973可經組態(例如利用程式化指令)以提供用於顯示所得強度值、影像及其他檢驗特性之一使用者介面(例如位於一電腦螢幕上)。在某些實施例中，電腦系統973經組態以實施上文所詳述之檢驗技術。
因為可在一經特殊組態之電腦系統上實施此等資訊及程式指令，所以此一系統包含用於執行本文中所描述之各種操作之程式指令/電腦碼(其等可儲存於一電腦可讀媒體上)。機器可讀媒體之實例包含(但不限於)：磁性媒體，諸如硬碟、軟碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM光碟；磁光媒體，諸如光盤；及硬體器件，其經特殊組態以儲存及執行程式指令，諸如唯讀記憶體(ROM)器件及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含諸如由一編譯器產生之機器碼及含有可 由電腦使用一解譯器來執行之更高級代碼之檔案兩者。
在某些實施例中，用於檢驗一光罩之一系統包含至少一記憶體及至少一處理器，其等經組態以執行本文中所描述之技術。一檢驗系統之一實例包含購自Milpitas,California之KLA-Tencor之一經特殊組態之TeraScanTM DUV檢驗系統。
雖然已為了清楚理解而詳細描述本發明，但應瞭解，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及裝置之諸多替代方式。相應地，本發明實施例應被視為具繪示性而非限制性，且本發明不受限於本文中所給出之細節。
500‧‧‧光罩檢驗程序
502‧‧‧在一或多個光微影程序中使用光罩
504‧‧‧獲得光罩之反射影像及透射影像
506‧‧‧針對反射影像之各局部區域獲得平均反射強度值
508‧‧‧針對透射影像之各局部區域獲得平均透射強度值
510‧‧‧組合各局部區域處之平均反射強度值及平均透射強度值以產生組合反射影像及透射影像
512‧‧‧分析組合影像以判定光罩是否已超規格劣化
514‧‧‧光罩是否通過？
516‧‧‧修復光罩或捨棄

Claims (20)

  1. 一種檢驗一光微影光罩之方法，該方法包括：定義一光罩之複數個局部區域；在一檢驗期間使用一光學光罩檢驗工具來針對各局部區域獲得對應於從該光罩之各局部區域之複數個子區域反射之光之多個反射強度值之一平均值；在該檢驗期間使用該光學光罩檢驗工具來針對各局部區域獲得對應於透射通過該光罩之各局部區域之該複數個子區域之光之多個透射強度值之一平均值；及藉由針對各局部區域組合多個反射強度值之該平均值及多個透射強度值之該平均值而產生一組合強度映射，使得：若該光罩尚未劣化，則從該組合強度映射消除該光罩之一光罩圖案；及若該光罩已劣化，則不從該組合強度映射消除該光罩之該光罩圖案。
  2. 如請求項1之方法，其中該組合強度映射指示：該光罩之一空間放射狀圖案已劣化以導致該組合強度映射包括對應於該光罩上之一光罩圖案部分及劣化之一空間放射狀圖案兩者之複數個強度值，該複數個強度值不同於對應於該光罩圖案部分外之該光罩之部分之複數個強度值。
  3. 如請求項2之方法，其中在一光微影程序中重複使用該光罩之後執行該檢驗，且由該光微影程序導致該空間放射狀圖案。
  4. 如請求項1之方法，其中組合多個反射強度值之該平均值及多個透射強度值之該平均值，使得該組合強度映射包括對應於該光罩上之圖案部分之複數個強度值，該等圖案部分實質上等於此光罩上無劣化時對應於該光罩上之非圖案部分之複數個強度 值。
  5. 如請求項1之方法，其中從由該光學光罩檢驗工具獲得之一反射強度影像獲得各局部區域之多個反射強度值之該平均值，且從由該光學光罩檢驗工具獲得之一透射強度影像獲得各局部區域之多個透射強度值之該平均值，且其中該組合強度映射呈組合該反射強度影像及該透射強度影像兩者之一影像之形式。
  6. 如請求項5之方法，其中各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一像素。
  7. 如請求項5之方法，其中各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一區塊，其中各區塊具有複數個像素。
  8. 如請求項1之方法，其中藉由加權來自該多個反射強度值及該多個透射強度值之特定值而組合該多個反射強度值之該平均值及該多個透射強度值之該平均值。
  9. 如請求項1之方法，其中該複數個局部區域實質上包括該光罩之整個作用區域，且針對該光罩之整個作用區域產生該組合強度映射。
  10. 如請求項1之方法，其中在一護膜安裝於該光罩上時執行該檢驗，且該組合強度映射指示該光罩之一護膜是否已隨時間逝去而劣化超過一預定位準。
  11. 一種用於檢驗一光微影光罩之檢驗系統，該系統包括：一光源，其用於產生一入射光束；一照明光學器件模組，其用於將該入射光束導引至一樣品上；一集光模組，其用於將回應於該入射光束而從該樣品反射之一反射輸出光束及回應於該入射光束而透射通過該樣品之一透射輸出光束導引至至少一感測器； 至少一感測器，其用於偵測該反射輸出光束且產生該反射輸出光束之一反射強度影像或信號及偵測該透射輸出光束且產生該透射輸出光束之一透射強度影像或信號；及一控制器，其經組態以執行以下操作：定義一光罩之複數個局部區域；針對各局部區域且在一檢驗期間，從該反射輸出光束獲得對應於從該光罩之各局部區域之複數個子區域反射之光之多個反射強度值之一平均值；針對各局部區域且在該檢驗期間，從該透射輸出光束獲得對應於透射通過該光罩之各局部區域之該複數個子區域之光之多個透射強度值之一平均值；及藉由針對各局部區域組合多個反射強度值之該平均值及多個透射強度值之該平均值而產生一組合強度映射，使得：若該光罩尚未劣化，則從該組合強度映射消除該光罩之一光罩圖案；及若該光罩已劣化，則不從該組合強度映射消除該光罩之該光罩圖案。
  12. 如請求項11之系統，其中該組合強度映射指示：該光罩之一空間放射狀圖案已劣化以導致該組合強度映射包括對應於該光罩上之一光罩圖案部分及劣化之一空間放射狀圖案兩者之複數個強度值，該複數個強度值不同於對應於該光罩圖案部分外之該光罩之部分之複數個強度值。
  13. 如請求項12之系統，其中在一光微影程序中重複使用該光罩之後執行該檢驗，且由該光微影程序導致該空間放射狀圖案。
  14. 如請求項11之系統，其中組合多個反射強度值之該平均值及多個透射強度值之該平均值，使得該組合強度映射包括對應於該光罩上之圖案部分之複數個強度值，該複數個強度值實質上等於 此光罩上無劣化時對應於該光罩上之非圖案部分之複數個強度值。
  15. 如請求項11之系統，其中從獲得自該反射輸出光束之一反射強度影像獲得各局部區域之多個反射強度值之該平均值，且從獲得自該透射輸出光束之一透射強度影像獲得各局部區域之多個透射強度值之該平均值，且其中該組合強度映射呈組合該反射強度影像及該透射強度影像兩者之一影像之形式。
  16. 如請求項15之系統，其中各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一像素。
  17. 如請求項15之系統，其中各局部區域對應於該反射強度影像及該透射強度影像之一區塊，其中各區塊具有複數個像素。
  18. 如請求項11之系統，其中藉由加權來自該多個反射強度值及該多個透射強度值之特定值而組合該多個反射強度值之該平均值及該多個透射強度值之該平均值。
  19. 如請求項11之系統，其中該複數個局部區域實質上包括該光罩之整個作用區域，且針對該光罩之整個作用區域產生該組合強度映射。
  20. 如請求項11之系統，其中在一護膜安裝於該光罩上時執行該檢驗，且該組合強度映射指示該光罩之一護膜已隨時間逝去而劣化超過一預定位準。
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