CN106030405B - 使用相干衍射成像方法以及使用微型小孔和孔系统的反射模式的成像系统 - Google Patents
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Abstract
对反射样品特别是针对图案化和空白的DUV、EUV掩膜进行成像的设备及方法包括布置光学系统；曝光掩膜以获得包括断层图像的空间像以及使用扫描相干衍射方法根据微型小孔系统来显影光学系统的与空间像相关联的光学参数。所述设备包括：a)诸如EUV源、DUV源、BEUV或X射线源的辐射源(10)，辐射源能够具有相关的低时间或空间相干性以发射光束(22)；b)诸如菲涅耳板或环面镜的第一聚焦元件(12)，第一聚焦元件用于将所发射的光束聚焦到所需延伸；c)镜子(16)，镜子朝向要被分析的样品(6)反射经聚焦的光束；光束以相对于样品(6)的表面的法线向量成2°至25°优选地约6°的角度被引向样品(6)；d)小孔孔板(18)，小孔孔板通过其第一孔(a1)允许将光束直径聚焦和截取到期望程度，从而相对于从光源(10)初始发射的光束(22)，也将光束形成为更单色；e)机械装置(17)，机械装置沿垂直于样品表面的法线向量的方向连续地或逐步地移动样品(6)以允许分析样品(6)，样品以入射光的相同角度反射穿过被设置在样品(6)的上游的小孔孔板(18)的第一孔(a1)的光束，入射光的角度例如参照上述的优选示例如6°；f)具有作为透明窗的第二孔(a2)的所述小孔孔板(18)，小孔孔板通过其被设置成与第一孔(a1)相邻的第二孔允许限制由样品(6)反射的光束的直径从而调整光束的直径；以及g)像素检测器(20)，像素检测器分析通过第二孔(a2)的反射光束。
Description
本发明涉及使用扫描相干衍射成像方法以及使用微型小孔和孔系统的反射模式的方法和设备。
本发明有能力辅助半导体制造商在EUV范围内检测用于在半导体业务中印刷EUV范围结构的掩模的掩模图案中的缺陷。
在这些掩模用于半导体芯片的制造之前对半导体掩模上的缺陷进行检测的已知当前方法仍是非常昂贵的并且具有相当低的产率。
因此，本发明的目的是提供用于检测在EUV范围的半导体芯片生产中所使用的掩模的缺陷的系统(设备)和方法，该系统(设备)和方法非常简单并且具有良好的掩模检查的产率。
根据本发明通过反射模式的设备来实现该目的，该设备使用扫描相干衍射成像系统以测量样品空间像(aerial image)，样品是对光进行反射或具有布拉格衍射的平坦物体，样品包括用于以DUV、EUV、BEUV和X射线进行光刻的光掩膜，所述设备包括：
a)诸如EUV源、DUV源、BEUV或X射线源的辐射源，辐射源能够具有相关的低时间或空间相干性以发射光束；
b)诸如菲涅耳板或环面镜的第一聚焦元件，第一聚焦元件用于将所发射的光束聚焦到所需延伸；
c)镜子，镜子朝向要被分析的样品反射经聚焦的光束；光束以相比对样品的表面的法线向量成2°至25°的角度被引向样品，优选地光束以相对于样品的表面的法线向量成约6°的角度被引向样品；
d)小孔孔板，小孔孔板通过小孔孔板的第一孔允许将光束直径聚焦和截取到期望程度，从而相对于从光源初始发射的光束，也将光束形成为更单色；
e)机械装置，机械装置沿垂直于样品表面的法线向量的方向连续地或逐步地移动样品以允许分析样品，样品以入射光的相同角度反射穿过被设置在样品的上游的小孔孔板的第一孔的光束，入射光的角度诸如为例如参照上述的优选示例的6°；
f)具有第二孔的所述小孔孔板，小孔孔板通过小孔孔板的被设置成与第一孔相邻的第二孔允许限制由样品反射的光束的直径，从而调整光束的直径；以及
g)像素检测器，像素检测器分析通过第二孔的反射光束。
这种设置使得能够通过使用扫描相干衍射法来分析样品(掩模)上的图案的正确性。换言之，通过沿垂直于样品的表面的法线向量的方向连续地或逐步地移动样品(掩模)，可以对所检测图像的差分线路(course)进行分析以检测期望图案相对于实际图案的图案的偏差。每当实际图案包括在其图案中的缺陷时，反射光束的差分图像将偏离预期行为。因此，这些偏差反映由样品(掩模)的图案中的缺陷所导致的“图像误差”。
在本发明的另一优选的实施方式中，设备还包括计算单元，计算单元适于重构样品的空间像，空间像优选地包括反射模式下的光束的与三维断层图像有关的穿透效果。
为了改进光束的相干性，设备还可以包括使用薄膜光刻技术提供相干光的复合透明波带板、反射多层镜、小孔孔板以及小孔孔板的孔。
此外，当设备可以通过光学系统、顺序排序的孔和小孔孔板的组合来调节单色相干波束时可以改进相干性，其中第一孔和作为透明窗的第二孔是由纳米厚的膜制成的。
优选地，第二孔(透明窗)适于透过1阶衍射光束到达像素检测器。
当反射多层镜包括平面镜或曲面镜时，可以实现另一优选的实施方式，反射多层镜设置在小孔孔板的上游或下游。
针对设备提供的改进光束的相干性的另一种选择通过聚焦元件、透明窗和小孔孔板的组合对相干元件和光束的放大率两者进行控制。
第零阶光束可以对由样品反射的光束的评价质量有干扰作用，其中微型小孔板的第二孔包括衰减元件，以将反射光束的第零阶衰减到预定程度。
下文将参照附图更详细地描述本发明的优选示例，在附图中：
图1示意性地示出了用于对由样品反射的光束进行分析以对样品的图案中的缺陷进行检测的设备的光学设置。
图2示意性且更详细地示出了在图1的设备的光学设置中使用的小孔孔板；
图3示意性且更详细地示出了光学设置的入射光束和反射光束的路线；和
图4示意性且更详细地示出了入射光束和反射光束的路线，其中小孔孔板中的针对反射光束的孔包括用于衰减反射光束的第零阶的衰减元件。
图1示意性地示出了用于对由样品6反射的光束4进行分析以对样品6的图案8中的缺陷进行检测的设备2的光学设置。所述设备2包括：
a)光源10如EUV源、BUV源、BEUV源或X射线源；
b)衍射聚焦元件12如在其上具有或不具有光栅的环面镜或者菲涅耳波带板；
c)顺序排序的孔14(可选元件)；
d)反射镜16(平面或曲面)；
e)样品6，样品6可以是例如具有要被分析的图案的掩模，其中样品6由机械装置17支承，机械装置17可以沿垂直于样品6的表面的法线向量的方向逐步地或连续地移动样品；
f)小孔光圈单元(pinhole-aperture unit)18；以及
g)像素检测器20。
图2更详细地示出了在透明基板或薄膜上的包括具有直径d1的第一孔a1和具有直径d2的第二孔a2的小孔光圈单元18。
本发明包括如图1所示的用于测量要被分析的样品6的空间像的设备2，其中样品是例如包括用于对光进行反射或具有布拉格衍射的表层图案8的平坦物体如掩模。这种设置中的常用样品是用于以DUV、EUV、BEUV和X射线进行光刻的光掩模。设备2使用如图2中详细示出的小孔孔板18。
设备2和对掩模图案进行成像并且针对缺陷分析掩模图案的方法包括：通过使用机械装置17沿如箭头所示的方向移动样品6来扫描样品6，并且对由样品6的图案8反射的图像进行分析。光源10例如EUV源生成光束22，光束22是在样品6上的扫描位置上的不同角度处至少部分相干的聚焦光束。在本具体示例中，入射光束以相对于样品6的表面的法线向量约6°的角度入射，因此反射光束也以约6°的角度离开样品6。因此，入射光束与反射光束之间的角度为约12°。一般地，入射光束的角度不限于6°。角度而是取决于所选的波长和/或设置。在其他实施方式中，因此角度还可以是5°或8°或15°。一般地，根据情况在从2°至35°的范围内的角度看来是合理的。
如图1所示的设备还包括计算单元24，计算单元24与像素检测器20相关联并且适于重构样品的空间像，样品的空间像包括反射模式下的光束的与三维断层图像有关的穿透效果。
设备2包括光源10以曝光光束22。使用光进行样品(掩模)的曝光以获得样品的空间像，其中，光学系统进行适当的相干性(时间和空间)以扫描具有可调谐入射光束性能的反射样品。这个适当的相干性就是采用小孔孔板18形成的实质性程度，相对于由光源10生成的初始光束22，采用小孔孔板18的第一孔a1特别地形成更单色的光束。因此，具有直径d1的第一孔a1和具有直径d2的第二孔a2保证了在光化条件下进行样品6(掩模)的图案8的扫描。
优选地，如图1所示，设备2包括聚焦透明波带板12如菲涅耳波带板或环面镜、反射多层镜16、微型小孔孔板18；所有组件使用薄膜光刻技术以向样品6的表面提供相干光束26。
优选地，设备2可以被调整以通过光学系统、从而根据所需情况选择顺序排序的孔和微型小孔板18的适当组合来提供单色相干光束26，微型小孔板18包括小孔(第一孔a1)和透明窗(第二孔a2)。例如，在具有约1μm至10μm的直径的掩模上照亮一个点的入射光束26的直径以及掩模与小孔板之间的距离可以是在0.1mm至10mm范围内。可以通过纳米厚的膜制成顺序排序的孔和微型小孔板两者。
此外，透明窗(第二孔a2)可以适于透过一阶衍射光束到达像素检测器20，其中微型小孔板18保证入射光束和反射光束的相干性和透射率两者。
可选地，反射多层镜16包括平面镜或曲面镜。镜本身可以被设置在小孔孔板18的上游(如图1中所示)或下游。
此外，微型小孔板18可以根据设备的光学部件连同聚焦组件、顺序排序的孔和小孔的组合对放大率和光束26的相干性两者进行控制，文中小孔为第一孔a1。
图3和图4更详细地示出了入射光束和反射光束相对于小孔孔板18的路线。从图3可以看出，第一孔a1限制由样品6的表层结构(图案8)反射的、小孔板18下的光束的直径。通过该空间限制，因为第一孔a1截取由于由光源10发射的初始光束22的可比较地大(comparably large)的波长分布所引起的其各自的衍射(其因此可以是在一定程度上的宽带光源)而具有不同取向的光束的分量，所以要由样品6反射的入射光束26的时间相干性明显增加。然后，可以选择第二孔的宽度以截取与像素检测器20的敏感区域的尺寸不匹配的部分反射光束。
图4示意性且更详细地示出了入射光束和反射光束的路线，其中小孔孔板(e)中的针对反射光束设置的第二孔a2包括衰减元件28，衰减元件28用于衰减反射光束的第零阶。这种衰减有助于使像素检测器20针对一阶反射光束和其他阶反射光束的检测更敏感。这通过检测器20的表面上的相对于未衰减波前的较小波前30示出。
Claims (15)
1.一种反射模式的设备(2)，所述设备使用扫描相干衍射成像系统以测量样品(6)的空间像，所述样品是对光进行反射或具有布拉格衍射的平坦物体，所述样品包括用于以DUV、EUV、BEUV和X射线进行光刻的光掩膜，所述设备(2)包括：
a)辐射源(10)，所述辐射源能够具有相关的低时间或空间相干性以发射光束(22)；
b)第一聚焦元件(12)，所述第一聚焦元件用于将所发射的光束聚焦到所需延伸；
c)反射多层镜(16)，所述反射多层镜朝向要被分析的所述样品(6)反射经聚焦的光束；所述光束以相对于所述样品(6)的表面的法线向量成2°至25°的角度被引向所述样品(6)；
d)小孔孔板(18)，所述小孔孔板通过所述小孔孔板的第一孔(a1)允许将光束直径聚焦和截取到期望程度，从而相对于从所述辐射源(10)初始发射的光束(22)，也将所述光束形成为更单色；
e)机械装置(17)，所述机械装置沿垂直于样品表面的法线向量的方向连续地或逐步地移动所述样品(6)以允许分析所述样品(6)，所述样品以入射光的相同角度反射穿过被设置在所述样品(6)的上游的所述小孔孔板(18)的所述第一孔(a1)的光束；
f)具有作为透明窗的第二孔(a2)的所述小孔孔板(18)，所述小孔孔板通过所述小孔孔板的被设置成与所述第一孔(a1)相邻的第二孔允许限制由所述样品(6)反射的光束的直径，从而调整所述光束的直径；以及
g)像素检测器(20)，所述像素检测器分析通过所述第二孔(a2)的反射光束。
2.根据权利要求1所述的设备(2)，还包括计算单元(24)，所述计算单元适于重构所述样品(6)的空间像。
3.根据权利要求1或2所述的设备(2)，还包括：使用薄膜光刻技术提供相干光的复合透明波带板、反射多层镜、小孔孔板以及小孔孔板的孔。
4.根据权利要求1或2所述的设备(2)，还通过光学系统、顺序排序的孔和小孔孔板的组合来调节单色相干光束，其中，所述第一孔(a1)和作为所述透明窗的所述第二孔(a2)是由纳米厚的膜制成的。
5.根据权利要求4所述的设备(2)，其中，所述第二孔(a2)适于透过1阶衍射光束到达像素检测器(20)。
6.根据权利要求3所述的设备(2)，其中，所述反射多层镜(16)是被组成的平面镜或曲面镜，所述反射多层镜设置在所述小孔孔板(18)的上游或下游。
7.根据权利要求4所述的设备(2)，其中，所述反射多层镜(16)是被组成的平面镜或曲面镜，所述反射多层镜设置在所述小孔孔板(18)的上游或下游。
8.根据权利要求5所述的设备(2)，其中，所述反射多层镜(16)是被组成的平面镜或曲面镜，所述反射多层镜设置在所述小孔孔板(18)的上游或下游。
9.根据权利要求1或2所述的设备(2)，还包括：通过所述第一聚焦元件(12)、所述第二孔(a2)和所述小孔孔板(18)的组合控制相干元件和所述光束的放大率两者。
10.根据权利要求1或2所述的设备(2)，其中，所述小孔孔板(18)的所述第二孔(a2)包括衰减元件(28)，以将反射光束的第零阶衰减到预先确定的程度。
11.根据权利要求1或2所述的设备(2)，其中，所述辐射源(10)包括EUV源、DUV源、BEUV或X射线源。
12.根据权利要求1或2所述的设备(2)，其中，所述第一聚焦元件(12)包括菲涅耳板或环面镜。
13.根据权利要求1或2所述的设备(2)，其中，所述光束以相对于所述样品(6)的表面的法线向量成约6°的角度被引向所述样品(6)。
14.根据权利要求13所述的设备(2)，其中，所述入射光的角度为6°。
15.根据权利要求2所述的设备(2)，其中，所述样品(6)的所述空间像包括所述反射模式下的光束的与三维断层图像有关的穿透效果。
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