一种光刻缺陷快速检测与定位方法及装置

技术领域

本发明属于光学检测领域，更具体地，涉及一种光刻缺陷快速检测与定位方法及装置。

背景技术

随着极紫外(EUV)光刻工艺的日趋成熟，电子元器件(IC)关键尺寸已经突破到5nm技术节点，集成电路制造领域又迎来一次巨大进步。光刻是IC制造中最重要的工艺之一，光刻工艺要求提前设计并制备一组具有特定几何图形的光刻掩模供光刻工艺曝光之用。在光刻掩模实际制备过程中，由于各种工艺误差和环境污染的因素，会不可避免地引入各种光刻缺陷，并且光刻掩模上的缺陷会经由光刻工艺批量复制到所有硅片中，进而大幅影响生产质量和良率。因此，光化掩模缺陷检测是实现极紫外光刻大批量生产的重要工艺步骤，在多个工艺段均需对光刻缺陷进行快速、非破坏、精确检测，要求在线检测技术与设备必须同时具备高分辨率、高灵敏度和高检测效率等特性。

目前实现EUV掩模缺陷检测的主要手段是扫描电子显微镜(SEM,ScanningElectron Microscopy)、宽场光学显微镜和相干衍射成像技术。尽管SEM检测方法对大多数光刻掩模缺陷都有非常高的灵敏度，但SEM的显著缺点是速度慢、只能获取表面缺陷，而且对某些材料如光刻胶，会聚焦电子束易于破坏被测结构图形，所以SEM只能作为离线抽检所用的工具，不能满足光刻工艺在高效、无损等方面的检测需求。与之相比，宽场光学显微镜由于其相对较大的成像视场，一次测量可以覆盖较大的测试区域，已成为掩模制造和应用中最重要的缺陷检测设备，但宽场光学显微镜的缺陷散射信号在关键尺寸趋近7nm时已经几乎完全失去了灵敏度，从而无法胜任7nm及以下技术节点光刻掩模的缺陷检测。相干衍射成像技术依靠单幅相干衍射成像技术计算出照明光斑处待测光刻样品的幅值和相位，但其算法鲁棒性较低，且计算成像的质量和速度无法满足在线检测的需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种光刻缺陷快速检测与定位方法及装置，旨在解决现有的光刻缺陷检测速度慢、效率低、定位精度不足以及对照明探针重叠比例高的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种光刻缺陷快速检测与定位方法，该方法包括如下步骤：

S1确定照明探针的照射位置并获取该照射位置待测光刻样品的实际远场衍射光强；

S2将所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行灵敏度响应分析以判断该照射位置是否存在缺陷，若是，则转入步骤S3，若否，则直接转入步骤S4；

S3将所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行差分处理以获得该照射位置的衍射差分光强，然后对所述衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得一对孪生像；

S4更新照明探针的照射位置并重复步骤S1～S3，直至照明探针的照射位置覆盖待测光刻样品的所有扫描点，然后根据获得的若干对孪生像确定待测光刻样品的缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息中的一种或多种。

作为进一步优选地，步骤S2具体为：计算所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的均方根误差，然后判断所述均方根误差是否大于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置不存在缺陷并转入步骤S4。

作为进一步优选地，步骤S2具体为：计算所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的结构相似性，然后判断所述结构相似性是否小于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置不存在缺陷并转入步骤S4。

作为进一步优选地，步骤S4中，所述缺陷大小为孪生像的线宽增大值加上采样间隔，所述缺陷数量为孪生像的对数，所述缺陷位置信息由孪生像的偏移位置确定。

作为进一步优选地，步骤S4中，更新照明探针的照射位置时，照明探针的重叠比例为20％～60％。

按照本发明的另一方面，提供了一种光刻缺陷快速检测与定位装置，其包括缺陷判定单元和缺陷信息生成单元，其中：

所述缺陷判定单元用于确定照明探针的照射位置并获取该照射位置待测光刻样品的实际远场衍射光强，然后将所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行灵敏度响应分析以判断该照射位置是否存在缺陷，若是，则将所述实际远场衍射光强送入缺陷信息生产单元，然后更新照明探针的照射位置，若否，则直接更新照明探针的照射位置；

所述缺陷信息生成单元用于将所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行差分处理以获得该照射位置的衍射差分光强，然后对所述衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得一对孪生像，待照明探针的照射位置覆盖待测光刻样品的所有扫描点，根据获得的若干对孪生像确定待测光刻样品的缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息中的一种或多种。

作为进一步优选地，所述缺陷判定单元通过计算所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的均方根误差以判定该照射位置是否存在缺陷。

作为进一步优选地，所述缺陷判定单元通过计算所述实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的结构相似性以判定该照射位置是否存在缺陷。

作为进一步优选地，所述缺陷大小为孪生像的线宽增大值加上采样间隔，所述缺陷数量为孪生像的对数，所述缺陷位置信息由孪生像的偏移位置确定。

作为进一步优选地，所述缺陷判定单元每次更新照明探针的照射位置时，照明探针的重叠比例为20％～60％。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明提出将缺陷带来的衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得孪生像，然后根据其获得缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息，相比于传统衍射差分方法可以有效提高缺陷检测的精度，并且降低对于照明探针重叠比列的要求，同时本发明不需要多次迭代计算扫描数据，可以在扫描步骤完成的同时实现缺陷定位，进而满足在线检测的需求；

2.同时，本发明通过对参考衍射光强的获得方式、灵敏度分析的方法以及照明探针的重叠比例进行优化，能够进一步提高光刻缺陷快速检测与定位的检测准确率和检测效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的光刻缺陷快速检测与定位方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的仿真过程中所使用的待测光刻样品和照明探针的幅值图样，其中(a)为待测光刻样品的幅值图样，(b)为照明探针的幅值图样；

图3是本发明实施例提供的仿真过程中所使用的缺陷类型图样，其中(a)为断线缺陷，(b)为桥接缺陷；

图4是本发明实施例提供的待测光刻样品的扫描轨迹；

图5是本发明实施例提供的待测光刻样品不同扫描位置的衍射差分光强逆传播图案，其中(a)为光场逆传播的幅值图样，(b)为光场逆传播的相位图样；

图6是本发明实施例提供的桥接缺陷的孪生像细节放大图；

图7是本发明实施例提供的断线缺陷的孪生像细节放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，按照本发明的一方面，提供了一种光刻缺陷快速检测与定位方法，该方法包括如下步骤：

S1确定光刻缺陷检测系统的参数，包括光源波长、照明探针直径、重叠比例、衍射距离和采样间隔，然后确定照明探针的照射位置并获取该照射位置待测光刻样品的远场衍射光强；

S2将实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行灵敏度响应分析以判断该照射位置是否存在缺陷，若是，则判定该照射位置内存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置内不存在缺陷直接转入步骤S4；

S3将实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行差分处理以获得该照射位置的衍射差分光强，然后利用光场逆向传播模型对衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得一对孪生像，该光场逆向传播模型优选采用夫琅禾费逆传播模型；

S4更新照明探针的照射位置并重复步骤S1～S3，直至照明探针的照射位置覆盖待测光刻样品的所有扫描点，然后根据获得的若干对孪生像确定待测光刻样品的缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息中的一种或多种。

进一步，步骤S1中，参考衍射光强的获得方式为：将无缺陷样品的设计版图输入衍射光强计算模型求解获得，或者通过对无缺陷样品进行衍射试验标定测量获得。

进一步，步骤S2可以采用计算均方根误差的方式进行灵敏度分析，具体为：计算实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的均方根误差，然后判断均方根误差是否大于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置不存在缺陷并转入步骤S4。

此外，步骤S2还可以采用计算结构相似性的方式进行灵敏度分析，具体为：计算实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的结构相似性，然后判断结构相似性是否小于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置不存在缺陷并转入步骤S4。

进一步，步骤S4中，缺陷大小为孪生像的线宽增大值加上采样间隔，缺陷数量为孪生像的对数，缺陷位置信息由孪生像的偏移位置确定。更新照明探针的照射位置时，照明探针的重叠比例为20％～60％，从而在保证扫描速率的同时确保缺陷被完全扫描无遗漏。

本发明提供的光刻缺陷快速检测与定位方法的基本原理为：

(a)给定参数下标准光刻样品的传输函数为O(x,y)，在待测光刻样品上存在缺陷的情况下，待测光刻样品的传输函数会随之改变，此时含缺陷的待测光刻样品的参数会变为：

D(x,y)＝O(x,y)+d(x,y)

其中，D(x,y)表示含缺陷的待测光刻样品的传输函数，O(x,y)表示标准光刻样品传输函数，d(x,y)表示缺陷函数；

(b)构造入射照明探针P(x,y)，以照明含缺陷的待测光刻样品D(x,y)，获得样品近场电场分布U(ξ,η)：

U(ξ,η)＝P(x,y)D(x,y)

其中，x,y为照明探针中心位置坐标，照明探针与待测光刻样品的乘积P(x,y)D(x,y)表示照明探针中心在(x,y)位置处入射到含缺陷待测光刻样品D(x,y)后的近场分布函数U(ξ,η)；

(c)根据近场分布函数U(ξ,η)和光场传播模型可以得到对应含缺陷待测光刻样品的远场衍射光强函数I(u,v)：

式中，I(u,v)为远场衍射光强函数，i为虚数单位，λ为照明波长，k为波数，z为远场探测器与待测光刻样品之间的衍射距离，U(ξ,η)为近场电场分布矩阵，e为指数符号；

远场衍射光强函数I(u,v)是扫描位置处出射波的夫琅禾费衍射积分的平方，其等价于对出射波进行傅里叶变换后的平方，则含缺陷待测光刻样品的远场衍射光强函数I(u,v)可以表示为：

根据傅里叶变换的线性性质，上式可以继续展开为：

其中，

(d)将含缺陷的远场衍射光强与参考远场衍射光强I

ΔI(u,v)＝|I(u,v)-I

与照明探针相比，缺陷大小一般相对较小，照明探针函数与缺陷函数乘积的傅里叶变换可以忽略，减去参考光刻样品的远场衍射光强，可以求解出衍射光强差分ΔI(u,v)：

(e)缺陷大小检测和缺陷位置检测的分辨率等于检测系统的最小采样间隔，最小采样间隔大小的缺陷可以近似为一个δ函数，即d(x,y)＝aδ(x-x

其中，

上式由两项构成，一项与O(x,y)P(x,y)的复共轭旋转180°并移动(x

按照本发明的另一方面，提供了一种光刻缺陷快速检测与定位装置，其包括缺陷判定单元和缺陷信息生成单元，其中：

缺陷判定单元用于确定照明探针的照射位置并获取该照射位置待测光刻样品的实际远场衍射光强，然后将实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行灵敏度响应分析以判断该照射位置是否存在缺陷，若是，则将实际远场衍射光强送入缺陷信息生产单元，然后更新照明探针的照射位置，若否，则直接更新照明探针的照射位置；

缺陷信息生成单元用于将实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行差分处理以获得该照射位置的衍射差分光强，然后对衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得一对孪生像，待照明探针的照射位置覆盖待测光刻样品的所有扫描点，根据获得的若干对孪生像确定待测光刻样品的缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息中的一种或多种。

进一步，参考衍射光强的获得方式为：将无缺陷样品的设计版图输入衍射光强计算模型求解获得，或者通过对无缺陷样品进行衍射试验标定测量获得。

进一步，缺陷判定单元可以采用计算均方根误差的方式进行灵敏度分析，具体为：计算实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的均方根误差，然后判断均方根误差是否大于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷，若否，则判定该照射位置不存在缺陷。

此外，缺陷判定单元还可以采用计算结构相似性的方式进行灵敏度分析，具体为：计算实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的结构相似性，然后判断结构相似性是否小于阈值，若是，则判定该照射位置存在缺陷，若否，则判定该照射位置不存在缺陷。

进一步，缺陷大小为孪生像的线宽增大值加上采样间隔，缺陷数量为孪生像的对数，缺陷位置信息由孪生像的偏移位置确定。缺陷判定单元更新照明探针的照射位置时，照明探针的重叠比例为20％～60％，从而在保证扫描速率的同时确保缺陷被完全扫描无遗漏。

下面根据具体实施例对本发明提供的技术方案作进一步说明。

S1待测光刻样品的尺寸为11000×11000pixel，待测光刻样品的幅值信息如图2中(a)所示照明探针的波长为13.5nm，光束直径为500×500pixel的高斯光束，照明探针的幅值信息如图2中(b)所示，为了验证本发明提供的技术方案的可行性，进行仿真实验，采用的待测光刻样品的缺陷如图3所示，其中(a)为断线缺陷，缺陷大小为2pixel×8pixel，缺陷位置为(250，328)(b)为桥接缺陷，缺陷大小为2pixel×3pixel，缺陷位置为(852，763)，确定照明探针的照射位置并获取该照射位置待测光刻样品的是实际远场衍射光强，图4是待测光刻样品的二维扫描轨迹，运动步长为200pixel，待测光刻样品扫描位置为4×4区域，总共收集到16幅衍射光强图案，每一次均获得实际远场衍射光强；

S2对实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行灵敏度响应分析，判断实际远场衍射光强与参考远场衍射光强的均方根误差是否大于阈值，若是，则对实际衍射光强进行差分处理，并判定该照射位置内存在缺陷并转入步骤S3，若否，则判定该照射位置内不存在缺陷准入步骤S4；

S3将实际远场衍射光强与参考远场衍射光强进行差分处理，以此获得该照射位置的衍射差分光强，对衍射差分光强进行光场逆传播处理以获得一对孪生像，图5是待测光刻样品不同扫描位置的衍射差分光强逆传播图案，其中(a)为光场逆传播的幅值图样，(b)为光场逆传播的相位图样；

S4更新照明探针的照射位置并重复步骤S1～S3，直至照明探针的照射位置覆盖待测光刻样品的所有扫描点，然后根据获得的所有孪生像确定待测光刻样品的缺陷大小、缺陷数量和缺陷位置信息；已知待测光刻样品的两处线宽分别为36pixe和9pixel，如图7所示，断线缺陷的孪生像对应线宽分别为37pixel和16pixel，可以求解出断线缺陷的缺陷大小为2pixel×8pixel，由断线缺陷的多对孪生像偏移位置求解缺陷位置为(250，330)，如图6所示，桥接缺陷的孪生像对应线宽分别为37pixel和11pixel，可以求解出桥接缺陷的缺陷大小为2pixel×3pixel，由桥接缺陷的多对孪生像偏移位置求解缺陷位置为(850，760)，本发明实施例计算出的缺陷位置坐标与实际缺陷精准坐标误差可以控制在20纳米范围内。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。