专利名称：用于检查制造集成电路器件中使用的掩模的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检查在制造集成电路(IC)器件中使用的掩模的设备和方法，该掩模具有半导体图形，更具体，涉及一种使用第二级非线性光学系统探测在制造IC器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的设备和方法。
背景技术：
制造集成电路(IC)器件的方法涉及诸如在硅晶片上重复地执行各个半导体工序，包括淀积、光处理、光刻、离子注入和散射。以此方式，在单晶片上分批制造大量IC器件。
光工序包括在晶片上形成光刻胶层和构图该光刻胶层，以在晶片上形成半导体图形。这涉及在晶片之上对准具有半导体图形的掩模并在该光刻胶层上照射光，以将半导体图形转移到晶片的曝光步骤。
随着IC器件越来越小和功能越来越多的需求增加，在掩模上形成的半导体图形尺寸被减小。这又增加探测半导体图形上的缺陷的困难。
图1图示了制造IC器件中使用的具有半导体图形的掩模105的布置和用于检查该半导体图形的常规掩模检查设备101的视图。参考图1，常规掩模检查设备101包括光学系统111和检查工具121。
掩模105被设置在晶片上(未示出)，以及在该掩模上形成用于在晶片上形成半导体器件的半导体图形。
光学系统111包括用于传输掩模105的图像P1的透镜。检查工具(inspector)121检查通过光学系统111的图像P1′，以决定在半导体图形中是否存在或不存在缺陷。
用于检查掩模105的方法包括照射光PP到掩模105上和检查图像P1穿过光学系统111之后获得的图像P1′的波形。该照射光PP通常可以具有大的光斑尺寸，以便整个掩模105被同时照射，或可以通过照射光PP(即，扫描)，移动掩模105的各个部分，以便掩模105的所有区域被轮流照射，且因此被检查。当图像P1′的波形扭曲时，掩模上的半导体图形可以被确定为具有缺陷。
图2A是波形图的例子，图示了图1所示的掩模105的图像P1的强度。图2B是波形图，图示了穿过图1所示的光学系统111之后的图像P1′的强度。
图2A和2B示出了图像P1的强度等于图像P1′的强度。亦即，当掩模105的图像P1穿过光学系统111时，它没有被放大。
图3A是波形图的例子，图示了当掩模105上的半导体图形具有缺陷时，掩模105的图像P1的强度。参考图3A，当半导体图形有缺陷时，表示掩模105的图像P1的强度的部分波形311以某种方式被扭曲。在该例子中，该强度在特定的位置被降低，因为这里的缺陷阻挡部分透射光。
图3B是波形图，图示了在图像P1穿过光学系统111之后获得的图像P1′的强度。参考图3B，图像P1′的强度等于图像P1的强度，图像P1具有图3A所示的扭曲部分311。图3A所示的图像P1的扭曲部分311也具有与穿过光学系统111的图像P1′的扭曲部分311′相同的尺寸。
当掩模105具有缺陷时，表示图像P1′的强度异常的波形宽度如此小，以致它可能非常难以被探测。因此，掩模105上的半导体图形中的缺陷不可以被容易地检测到。亦即，因为掩模105上的半导体图形是非常精细的，表示图像P1′的强度的波形如此窄，以致如果半导体图形具有缺陷，该图像P1′仅仅略微地出现扭曲。这使之很难将该扭曲的图像(图3B的P1′)与普通图像(图2B的P1′)相区分。
由此，因为使用常规掩模检查设备101很难发现掩模105上的半导体图形中的缺陷，希望一种改进的设备和方法。
发明内容
本发明的某些实施例提供一种用于检查制造集成电路(1C)器件中使用的掩模的设备，该设备可以容易地探测掩模上的精细半导体图形中的缺陷。
本发明的实施例也提供一种用于检查制造IC器件中使用的掩模的方法，该方法允许容易地探测掩模上的精细半导体图形中的缺陷。
根据本发明的一方面，提供一种用于探测在制造IC器件中所用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查设备，该设备包括图像合成仪，该图像合成仪用于接收光束穿过掩模时产生的掩模图像和具有掩模图像的两倍波长的基准光束、用于将该掩模图像与基准光束相结合以及用于沿相同的路径引导该合成图像；用于接收来自该图像合成仪的图像和用于增加入射图像的强度的第二级非线性光学系统；以及用于检查离开该第二级非线性光学系统的图像和用于决定掩模上的半导体图形中是否存在缺陷的检查单元。该设备还可以包括用于根据波长，分开离开第二级非线性光学系统的图像和用于在该检查单元上投影该分开图像的图像分离器。
在另一实施例中，一种用于探测在制造IC器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查设备，该设备包括图像合成仪，该图像合成仪用于接收通过反射来自掩模的光束产生的掩模图像和具有掩模图像的两倍波长的基准光束、用于将该掩模图像与基准光束结合以及用于沿相同的路径引导该合成图像；用于接收来自该图像合成仪的图像和用于增加入射图像的强度的第二级非线性光学系统；以及用于检查离开该第二级非线性光学系统的图像和用于决定掩模上的半导体图形中是否存在缺陷的检查单元。该设备还可以包括用于根据波长，分开离开该第二级非线性光学系统的图像和用于在该检查单元上投影该分开图像的图像分离器。
根据另一方面，提供一种用于探测在制造IC器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查方法，包括照射光到掩模上；将离开该掩模的掩模图像与具有掩模图像的两倍波长的基准光束相结合；当该合成图像穿过该第二级非线性光学系统时增加该合成图像的强度；根据波长分开离开该第二级非线性光学系统的图像；以及检查该分开图像。
通过参考附图对其优选示例性实施例的详细描述将使本发明的上述及其他特点和优点变得更明显，其中图1图示了在制造集成电路(1C)器件中使用的具有半导体图形的掩模的布置和用于检查该半导体图形的常规掩模检查设备的视图；图2A是波形图，图示了图1所示的掩模图像的强度；图2B是波形图，图示了穿过图1所示的光学系统的图像强度；图3A是波形图，图示了当掩模上的半导体图形有缺陷时，图1所示的掩模图像的强度；图3B是波形图，图示了图3A所示的图像穿过图1所示的光学系统之后获得的图像强度；图4是图示了根据本发明的实施例，在制造IC器件中使用的具有半导体图形的掩模的布置和用于检查该半导体图形的掩模检查设备的视图；图5A是波形图，图示了图4中所示的掩模图像的强度；图5B是波形图，图示了从外部入射在图4所示的图像合成仪上的基准光束的强度；图5C图示了其中图5A所示的掩模图像与图5B所示的基准光束相结合的状态；图6A是波形图的例子，图示了穿过图4所示的第二级非线性光学系统的图像的强度；图6B波形图的另一例子，图示了穿过图4所示的第二级非线性光学系统的图像的强度；图6C是波形图的例子，图示了当掩模上的半导体图形具有缺陷时，图4所示的掩模的图像强度；图7是波形图，图示了图6C所示的图像穿过图4所示的第二级非线性光学系统之后获得的图像强度；图8是进入图4所示的第二级非线性光学系统的掩模图像和离开第二级非线性光学系统的图像的模拟结果的曲线图；图9图示了根据本发明的另一实施例制造IC器件中使用的具有半导体图形的掩模的布置和用于检查该半导体图形的掩模检查设备的视图；以及图10图示了根据本发明的实施例用于检查掩模的方法的流程图。
具体实施例方式
现在将参考附图更完全地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例。在图中相同的参考标记表示相同的元件。
对于实施例，图4图示了制造集成电路(IC)器件(未示出)中使用的具有半导体图形的掩模405的布置和用于检查该半导体图形的掩模检查设备401。掩模检查设备401包括图像合成仪411、第二级非线性光学系统421、图像分离器431以及检查单元441。在该实施例中，检查单元441包括第一和第二检查工具445和446。
掩模405用来制造IC器件，且具有用于在晶片(未示出)上形成半导体器件的半导体图形。因为掩模405上的半导体图形是非常精细的，它不能用肉眼区分。该半导体图形由透明和不透明部分构成。因此，当光(例如，激光束)照射到掩模405上，以探测掩模405上的半导体图形中的缺陷时，掩模图像(图5A和7A的P11)退出掩模405。亦即，穿过掩模405上的半导体图形的透明部分的光具有高强度，而穿过半导体图形的不透明部分的光具有非常低的强度。因此，掩模405的掩模图像P11的强度通常将由图5A所示的周期波形表示，该周期波形随着掩模405上的透射位置而变化。当然，该波形的形状取决于掩模的图形细节。
图像合成仪411，其可以是分色(dichroic)滤光器，将掩模405的掩模图像P1与从外部入射的基准光束P21结合，并沿相同的路径将该合成图像P11和P21投影到第二级非线性光学系统421中。掩模图像P11沿不同于基准光束P21的路径进入图像合成仪411，而图像P11和P12都行进相同的路径到第二级非线性光学系统421。基准光束P21优选具有掩模图像P11(λ)的两倍波长(2λ)。
第二级非线性光学系统421，在引导它们到图像分离器431之前，有选择地增加从图像合成仪411入射的图像P11和P21的强度。第二级非线性光学系统421显著地增加掩模图像P11和基准光束P21之一的强度，以致它高于掩模图像P11的初始强度。第二级非线性光学系统421可以包括单晶诸如LBO(Li284O7)、β-硼酸钡(BBO)、KH2PO4(KDP)、KTiPO4(KTP)、KNBO3、周期性极化LiNbO3(PPLN)、砷酸钛氧铷(RTA)、PPKTP、BIBO(BiB3O6)、PP0铌酸钾(PPKN)或PPRTA。
图像分离器431，其可以是分色(dichroic)滤光器，根据波长将来自第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′分开，并将具有λ波长的图像P11′和具有2λ波长的图像P21′(在优选实施例中)分别投影到检查单元441中的第一和第二检查工具445和446上。
第一检查工具445通过检查P11′波形中的扭曲存在，分析具有λ波长的图像P11′的强度。如果在该波形中存在扭曲，那么第一检查工具445决定掩模405上的半导体图形有缺陷。相反，当在该波形中不存在扭曲时，第一检查工具445决定半导体图形没有缺陷。
第二检查工具446通过检查P21′波形中的扭曲存在，分析具有2λ波长的图像P21′的强度。如果在该波形中存在扭曲，那么第二检查工具446决定掩模405上的半导体图形被损坏。相反，当在该波形中不存在扭曲时，第二检查工具446决定半导体图形没有缺陷。
第一和第二检查工具445和446每个可以包括接收入射图像的电荷耦合器件(CCD)照相机或延时和集成(TDI)传感器、显示图像的监视器和分析该图像的控制器。
第二级非线性光学系统421可以仅仅增加入射掩模图像P11和基准光束P21之一的强度。因此，通过有选择地检查具有比初始掩模图像P11更高强度的图像，第一和第二检查工具445和446可以精确地决定掩模405上的半导体图形中的缺陷的存在。亦即，当具有λ波长的图像P11′的强度具有高于掩模图像P11的强度时，第一检查工具445探测到掩模405上的半导体图形中的缺陷，以及当具有2λ波长的图像P21′的强度高于掩模图像P11的强度时，第二检查工具446探测到半导体图形中的缺陷。
如上所述，根据本实施例的掩模检查设备401通过增加作为穿过第二级非线性光学系统421的合成图像P11和P21的掩模图像P11和基准光束P21的强度，可以精确地探测掩模405上的精细半导体图形中的缺陷。
掩模检查设备401还允许多个检查工具445和446的一个检查具有比初始掩模图像P11更高强度的图像P11′或P21′，因此能够精确的决定半导体图形中存在缺陷。
图5A是波形图的例子，图示了掩模P11的强度(图4的405)。离开掩模405的掩模图像P11的强度可以由周期波形表示。
图5B是波形图的例子，图示了从外部入射在图像合成仪(图4的411)的基准光束P21的强度。基准光束P21的强度具有直流(DC)电平。亦即，基准光束P21的强度没有特定的波形特点，由于它不穿过掩模。
图5C图示了图5A所示的掩模图像P11和图5B所示的基准光束P21。来自图像合成仪411的结合掩模图像P11和基准光束P21被投影到第二级非线性光学系统上(图4的421)。
图6A是波形图的例子，图示了来自第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′的强度。图像P11′和P21′之一的强度高于掩模405的图5A中的原始图像P11的强度。例如，具有λ波长的图像P11′具有显著地高于掩模图像P11的强度，而具有2λ波长的图像P21′具有低于掩模图像P11的强度，但是图像P21′通过穿过第二级非线性光学系统421获得掩模图像P11的波形结构。
图6B是波形图的另一例子，图示了来自第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′的强度。再次，图像P11′和P21′之一的强度高于掩模405的图5A中的原始图像P11的强度。这时候，与图6A的最后例子相反，具有波长λ的图像P11′具有低于初始掩模图像P11的强度，而具有2λ波长的图像P21′具有显著地高于初始掩模图像P11的强度。
图7A是波形图的例子，图示了当掩模405上的半导体图形具有缺陷时掩模405的图像P11的强度。如图7A所示，当半导体图形有缺陷时，表示掩模图像P11的强度的部分波形711被扭曲。
图7B是波形图，图示了图7A所示的图像P11穿过第二级非线性光学系统421之后获得的图像P11′的强度。如图7B所示，当掩模405上的半导体图形具有缺陷时，离开第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′之一的扭曲部分721被显著地放大。因此，通过检查具有来自第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′的放大扭曲部分721的图像P11′，通过使它们对图像P11′或P21′的影响更容易被看到，可以精确地探测半导体图形中的任意缺陷。
图8是进入第二级非线性光学系统421的掩模图像P11和离开第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′的模拟结果的曲线图。图8示出了图像P11′和P21′的一个(P11′)具有高于掩模图像P11的强度20％的强度。
图像P11，P11′和P21′的对比度由公式(I)定义C=Imax-IminImax+Imin...(1)]]>其中，Imax和Imin分别表示图像P11，P11′和P21′的最大和最小强度。
通过检查公式(1)，可以看到也许通过电子地放大其信号，仅仅放大图像P11，将不影响对比度C。这是因为放大因数将在该公式中抵消。但是通过使图像P11通过第二级非线性光学系统421，Imax比Imin增加更大的数量。图8的模拟例子示出这些情况，如下。
对于掩模图像P11，最大和最小强度Imax和Imin分别是1.0和0.35。因此，掩模图像P11的对比度约为0.48。
来自第二级非线性光学系统421的图像P11的最大和最小强度Imax和Imin分别是1.0和0.18。因此，掩模图像P11′的对比度是0.69。
如上所述，来自第二级非线性光学系统421的图像P11′具有比进入第二级非线性光学系统421的掩模图像P11高20％以上的对比度。这增加的对比度有助于探测由掩模缺陷引起的掩模图像中的波形异常。
图9图示了根据本发明的另一实施例制造IC器件中使用的具有半导体图形的掩模905的布置和用于检查该半导体图形的常规掩模检查设备901的视图。在该实施例中，通过反射来自掩模905的入射光产生掩模图像P11，而通过使该入射光穿过掩模405产生图4的实施例的掩模图像P11。
掩模检查设备901包括图像合成仪911、第二级非线性光学系统921、图像分离器931以及包括第一和第二检查工具945和946的检查单元941。
掩模905、第二级非线性光学系统921、图像分离器931以及检查单元941具有与图4的对应部件基本上相同的结构和功能，因此将不给出其详细的说明。
通过照射光PP到掩模905上，产生掩模图像P11。图像合成仪911接收来自掩模905的掩模图像P11和来自外部的基准光束P21。然后图像合成仪911将入射掩模图像P11和基准光束P21结合，并将它们投影到第二级非线性光学系统921上。图像合成仪911可以包括一个或多个镜子913和914和透射一种波长的光和反射另一波长的光的分色滤光器915。镜子913和914反射来自掩模905的掩模图像P11到分色滤光器915上。分色滤光器915透射入射的掩模图像P11和反射从外部入射的基准光束P21到第二级非线性光学系统921。
根据本实施例的掩模检查设备901通过增加作为穿过第二级非线性光学系统421的合成图像P11和P21的掩模图像P11和基准光束P21的强度和对比度，可以精确地探测掩模905上的精细半导体图形中的缺陷。
掩模检查设备901还允许多个检查工具945和946之一检查那些图像，该多个检查工具945和946之一接收具有高于掩模图像P11的强度的图像P11′或P21′。这能够精确的探测半导体图形中的缺陷。
图10是说明根据实施例的用于检查掩模的方法的流程图。该掩模检查方法包括六个步骤S1011至S1061。
在步骤S1011中，光被照射到掩模(例如，图4的405)上。
在步骤S1021中，掩模405的掩模图像P11与具有掩模图像P11的两倍波长的基准光束P21结合。亦即，在该实施例中，掩模图像P11具有λ的波长，而基准光束P21具有2λ的波长。
在步骤S1031中，当合成图像P11和P21穿过第二级非线性光学系统(例如，图4的421)时，合成图像P11和P21之一的强度增加。原始图像P11的对比度也被增加。
在步骤S1041中，根据波长，离开第二级非线性光学系统421的合成图像P11′和P21′分成具有λ波长的图像P11′和具有2λ波长的图像P21′。
在步骤S1051中，具有比初始掩模图像P11更高强度的分开图像P11′和P21′之一被选择。
在步骤S1061中，通过检查所选图像，决定在掩模405上的半导体图形中是否存在任何缺陷。
如上所述，当合成图像P11和P21穿过第二级非线性光学系统421时，该掩模检查方法和设备通过增加掩模图像P11和基准光束P21的强度和对比度，可以增加掩模上的半导体图形的缺陷的表观尺寸，因此允许精确探测半导体图形中的缺陷。
该掩模检查方法和设备通过有选择地检查离开第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′之一，也能够精确探测半导体图形中的缺陷，该离开第二级非线性光学系统421的图像P11′和P21′之一具有显著地高于从掩模405反射的初始掩模图像P11的强度。
掩模检查设备401或901通过将大量图像P11′和P21′从第二级非线性光学系统421或921传输到多个检查工具445和446或945和946，和允许接收多个传输图像P11′和P21′之一的多个检查工具445和446或945和946之一检查该显著地放大的图像，也能够精确的探测半导体图形中的缺陷，该多个传输图像P11′和P21′之一具有显著地高于掩模图像P11的强度。
尽管已经参考其示例性实施例具体展示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，在不脱离附加权利要求所限定的本发明的精神和范围条件下，可以在形式上和细节上进行各种改变。
权利要求
1.一种用于探测在制造IC(集成电路)器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查设备，该设备包括图像合成仪，该图像合成仪用于接收在该掩模上入射的光束所产生的掩模图像和用于接收基准光束、将该掩模图像与该基准光束结合以形成合成图像、以及沿相同的路径引导该合成图像，其中该掩模图像包括对掩模上的半导体图形敏感的波形；用于接收来自该图像合成仪的合成图像以及用于增加掩模图像和基准光束之一的强度的第二级非线性光学系统，该合成图像包括掩模图像和基准光束；以及检查单元，用于通过检查对合成图像敏感、退出第二级非线性光学系统的图像，确定在半导体图形中是否存在缺陷。
2.如权利要求1的设备，其中在该掩模上入射的光束通过掩模传输到图像合成仪。
3.如权利要求1的设备，其中在该掩模上入射的光束从该掩模反射到图像合成仪。
4.如权利要求1的设备，其中该基准光束具有掩模图像的两倍波长。
5.如权利要求1的设备，其中该基准光束的强度具有DC(直流)电平。
6.如权利要求1的设备，其中该图像合成仪是反射基准光束时用于传输掩模图像的分色滤光器。
7.如权利要求1的设备，其中该第二级非线性光学系统包括选自由LBO(Li2B4O7)、BBO(β-硼酸钡)、KH2PO4(KDP)、KTiPO4(KTP)、KNBO3和PPLN(周期性极化LiNbO3)构成的组的一种。
8.如权利要求1的设备，还包括用于根据波长，将退出第二级非线性光学系统的图像分开和用于在该检查单元上投影该分开图像的图像分离器。
9.如权利要求8的设备，其中该图像分离器包括分色滤光器。
10.如权利要求8的设备，其中该检查单元包括多个检查工具，每个检查工具用于从图像分离器接收多个图像之一，还用于通过检查分别接收的图像，确定在该掩模上的半导体图形中是否存在缺陷。
11.如权利要求1的设备，其中该光束是激光。
12.如权利要求1的设备，其中该第二级非线性光学系统增加掩模图像的对比度。
13.如权利要求1的设备，其中该退出第二级非线性光学系统的图像包括第一图像和第二图像，该第一图像具有与掩模图像相同的波长和与掩模图像相同但是加强的波形，该第二图像具有与掩模图像相同的波形但是掩模图像两倍的波长。
14.如权利要求1的设备，其中从第二级非线性光学系统退出的图像包括第一图像和第二图像，该第一图像具有与掩模图像相同但是加强的波形和掩模图像的两倍波长，该第二图像具有与掩模图像相同的波长和波形。
15.一种用于探测在制造IC(集成电路)器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查方法，该方法包括照射光到掩模上；将离开掩模的掩模图像与基准光束结合；当该合成图像穿过第二级非线性光学系统时增加该合成图像的强度；根据波长将退出第二级非线性光学系统的图像分开；以及检查该分开图像。
16.如权利要求15的方法，其中检查该分开图像包括选择与该掩模图像相比被加强的一个分开图像；以及检查所选的图像，以确定在掩模上的半导体图形中是否存在缺陷。
17.如权利要求15的方法，还包括通过使该掩模图像穿过第二级非线性光学系统，增加该掩模图像的对比度。
18.如权利要求15的方法，还包括使照射光穿过掩模或从掩模反射，以产生掩模图像，该掩模图像包括对该掩模上的半导体图形敏感的波形。
19.如权利要求18的方法，还包括使用第二级非线性光学系统修改该合成图像，以便退出的图像包括第一图像和第二图像，该第一图像具有与掩模图像相同的波长以及与掩模图像相同但是被加强的波形，该第二图像具有与掩模图像相同的波形但是掩模图像两倍的波长。
20.如权利要求18的方法，还包括使用第二级非线性光学系统修改合成图像，以便退出的图像包括第一图像和第二图像，该第一图像具有与掩模图像相同但是被加强的波形和掩模图像的两倍波长，该第二图像具有与掩模图像相同的波长和波形。
21.如权利要求15的方法，还包括产生基准光束，该基准光束具有掩模图像的两倍波长。
22.一种用于探测在制造IC(集成电路)器件中使用的掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查设备，该设备包括用于接收掩模图像和基准光束的第二级非线性光学系统，该基准光束具有掩模图像的两倍波长，其中该掩模图像对半导体图形敏感；以及检查单元，用于通过检查退出第二级非线性光学系统的图像，确定掩模上的半导体图形中是否存在缺陷。
全文摘要
在实施例中，一种用于探测掩模上的半导体图形中的缺陷的掩模检查设备，包括用于将穿过掩模或从掩模反射的光与基准光束结合的光学器件。两个光束被穿过第二级非线性光学系统。掩模缺陷影响传输光/反射光，以及可以通过分析透射光强度来探测。第二级非线性光学系统放大该结合光束的所选成分，因此提高探测。
文档编号G01B11/24GK101071262SQ200710100999
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月8日
发明者金度映, 郑东训 申请人:三星电子株式会社