CN106290372A - 基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，本方法基于搭建散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置以及时域有限差分方法建立的面型信息数据库，采用椭圆偏振散射测量法获取偏振扰动变化信息，利用加权最小二乘回归法对导入数据库的偏振扰动信息进行处理，最终获得缺陷的轮廓信息。该方法具有检测精度高，缺陷辨识能力强，便捷迅速特点。

Description

基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法

技术领域

本发明属于光学检测领域，具体涉及一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法。

背景技术

光刻是通过曝光的方法将掩模版上的图形转移到涂覆于硅片表面的光刻胶上，然后通过显影、刻蚀等工艺将图形转移到硅片上。极紫外线光刻技术(EUVL)，是使用极紫外光(EUV，λ＝13.5nm)作为曝光波长，面向22nm节点，甚至22nm节点以下的下一代光刻技术。由于任何物质对EUV(13.5nm)都具有吸收特性，因此曝光过程必须采用反射式掩模版，否则掩模版将吸收掉大部分EUV，造成光刻胶曝光量不足。典型的EUV反射式掩模版在零热膨胀系数基底上镀制Mo/Si多层膜，然后在Mo/Si多层膜上再镀制一层TaN吸收层，最后利用电子束光刻在吸收层上制作出集成电路图形。典型的EUV反射式掩模版的制作工艺复杂，在多个环节都容易引入缺陷，掩模版上存在5-10nm大小的缺陷就会导致集成电路图形的瑕疵，合格的掩模版整体缺陷率要求达到25nm以上的缺陷数小于0.003个/cm²，但如今的EUV掩模缺陷仍高达1个/cm²。目前无缺陷掩模的制造是实现EUVL的一个关键挑战。基于半导体行业协会的要求，在32nm节点时缺陷的宽度应小于22nm，所以检测和修复位相缺陷仍迫在眉睫。有两类缺陷存在极紫外掩模中，一类是振幅型，另一类是位相型。已有实验证明位相缺陷比振幅缺陷更难检测。基于此，检测和修复位相缺陷成为制造无缺陷掩模的重要影响因素。结合图3，位相型缺陷可分为高斯型缺陷与截棱锥型缺陷，要想更好修复位相缺陷，其位置和尺寸信息是必不可少的。在现有的检测技术中，扫描检测和原位检测方法被广泛应用于检测位相缺陷。前者能高效的检测出缺陷位置但是不能评估缺陷外形尺寸。后者采用极紫外光源照明并利用显微放大技术得到极紫外掩模放大图像，该图像可用于分析缺陷尺寸信息，但是原位检测方法速度慢不能高效检测缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，用于检测位相型极紫外掩膜缺陷，其检测精度高，缺陷辨识能力强。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，方法步骤如下：

步骤1、搭建基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置：

基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置包括极紫外光源、第一起偏器、检测样品、第二检偏器、探测接收器和摆臂，极紫外光源固定在摆臂上，极紫外光源和第一起偏器共光轴，极紫外光源和第一起偏器所在光轴为第一光轴；第二检偏器和探测接收器共光轴，第二检偏器和探测接收器所在光轴为第二光轴，第一光轴与第二光轴存在夹角β，0°＜β＜180°，极紫外光源发出极紫外光线，通过第一起偏器变为线性偏振光入射到检测样品表面，经检测样品表面反射，将携带检测样品面型信息的线性偏振光入射到第二检偏器，经第二检偏器后入射到探测接收器上。

步骤2、通过时域有限差分法获得面型信息数据。

上述步骤2中，利用时域有限差分法获得的面型信息数据，面型信息数据包含缺陷面型的高度和半高宽。

步骤3、利用椭圆偏振散射测量法获取探测接收器上携带检测样品面型信息的线性极紫外偏振光的相位型缺陷反射的零级衍射光振幅和相位，进而得到偏振扰动变化信息。

步骤4、将上述得到的偏振扰动信息导入步骤2中的面型信息数据，通过加权平方误差方程，提取上述偏振扰动信息对应的缺陷面型尺寸信息，即缺陷面型的高度和半高宽。

上述极紫外光源固定在摆臂上，摆臂进行规律性摆动，实现入射光的入射角及偏振角的调节，准确反映检测样品的表面信息。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)检测精度高，本发明对于缺陷面型的两项参数，即高度和半高宽的检测范围分别在0.1～10nm和2～200nm。在该范围内，可识别最小缺陷的高度和半高宽可达到0.1nm和2nm。

(2)缺陷辨识能力强：对高斯型缺陷(半高宽小于100nm)，其散射偏振扰动主要是由高度和半高宽决定；而对截棱锥缺陷(半高宽大于100nm小于200nm)只有高度影响散射偏振扰动。在这些缺陷中，最小可区分的高度和半高宽分别为0.1nm和1nm，换言之，当半高宽相同是高度相差0.1nm的缺陷是可被区分的；对于高斯型缺陷，当高度相同时，半高宽相差1nm的缺陷是可被区分的。所以发明提出的方法用于去检测位相缺陷并提取其尺寸，匹配的高度和半高宽精度可分别达到0.1nm和1nm。

(3)能够准确识别缺陷的外形尺寸。

附图说明

图1为本发明的偏振分析示意图。

图2为本发明散射光偏振变化针对极紫外光刻掩模相位型缺陷进行检测的装置示意图。

图3为本发明的高斯型与棱锥型掩膜版面型缺陷示意图，其中(a)为高斯型缺陷，(b)为截棱锥型缺陷。

图4为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图4，一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，其工作原理及工作过程如下：

步骤1、搭建基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置：

结合图1和图2，基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置包括极紫外光源1(λ＝13.5nm)、第一起偏器2、检测样品3、第二检偏器4、探测接收器5和摆臂，极紫外光源1固定在摆臂上，极紫外光源1发出极紫外光线，通过第一起偏器2变为线性偏振光入射到检测样品3表面，经检测样品3表面反射，将携带检测样品3面型信息的线性偏振光入射到第二检偏器4，经第二检偏器4后入射到探测接收器5上。

步骤2、通过时域有限差分(FDTD)方法建立面型信息数据库，建立步骤如下：

2-1、建立缺陷仿真模型：高斯型缺陷和截棱锥缺陷。每种缺陷由三部分组成：外形，高度和半高宽。

2-2、通过FDTD算法在时域上逐步迭代求解麦克斯韦方程组得到缺陷衍射后的近场电磁场分布情况。

2-3、由近场分布计算出相应远场分布，进而提取振幅和相位信息。

2-4、依据相位、振幅信息，由偏振原理得到零级反射光偏振态分布，依据缺陷偏振态的差异性，建立数据库。

步骤3、利用椭圆偏振散射测量法获取探测接收器5上携带检测样品面型信息的线性极紫外偏振光的相位型缺陷反射的零级衍射光振幅和相位，进而得到偏振扰动变化信息，具体步骤如下：

3-1、在本发明中，缺陷零级反射场的偏振分布函数f被描述为

其中λ表示工作波长；表示入射偏振角；NA表示数值孔径；θ表示入射角；d(x,y,z)表示横向位移与离焦量；s(x,y)是表示缺陷的面型函数，其中包含了表面面型参数如高度以及半高宽。依据入射场情况，f可以计算得到。基于此，根据缺陷零级反射场的偏振分布函数f，以一定入射偏振角数值孔径NA；横向位移与离焦量d(x,y,z)，并确定表征入射场的入射角构成的矩阵θ＝[θ_ij]_n×n。

3-2、通过椭圆偏振仪检测。结合图1，对相位型缺陷反射的零级衍射光强及相位的测量可以得到偏振扰动，偏振扰动即可应用于对分析缺陷的面型轮廓信息。基于偏振的琼斯矩阵表达式，缺陷反射的偏振扰动可以通过求解特征量得到。

反射场的偏振特性可由琼斯矩阵J所描述，在p波、s波方向上，其能建立入射场E_i分解为E_ip和E_is波与反射场E_r分解为E_rp波和E_rs波间的联系。再依据入射场与偏振场的关系式，可得到p波，s波的零级菲涅尔反射系数r_p,r_s的比值ρ：

ρ表示零级偏振光的p波与s波的反射比，tanψ表示ρ的振幅，Δ表示相位差，(δ_p-δ_s)为p波与s波的相位差值。根据偏振光传播公式，琼斯矩阵可表示为又由菲涅尔公式，可知不同的θ₁,θ₂对应与之相应的r_p,r_s。当以NA＝m的会聚光入射到缺陷上时，在缺陷的不同位置会产生与之相对的θ₁,θ₂，所以不能用单一的琼斯矩阵来表示整个缺陷的偏振分布。但是缺陷每一个位置都对应相同tanψ、Δ，因此，tanψ、Δ的分布表示整个偏振态的分布特征。因此，偏振扰动分布不再是个单一量表征。最终得到表征缺陷偏振态的分布特征的矩阵：

tanψ＝[tanψ_ij]_n×n

Δ＝[Δ_ij]_n×n

步骤4、将上述偏振扰动信息导入面型信息数据库，运用加权最小二乘回归法，尽可能搜寻与仿真缺陷参数相匹配。这里加权平方误差函数χ²的极小值定义为：

式中矩阵tanψ和Δ都经过归一化处理(即矩阵里每个元素都与其中绝对值最大的量相除)。从所建立的数据库中搜寻与仿真缺陷参数相匹配的仿真模型，提取出相应能表征被测缺陷面型的高度(height)、半高宽(FWHM)。

实施例

一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，步骤如下：

步骤1、搭建基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置：

基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置包括极紫外光源1(λ＝13.5nm)、第一起偏器2、检测样品3、第二检偏器4、探测接收器5和摆臂，极紫外光源1固定在摆臂上，极紫外光源1发出极紫外光线，通过第一起偏器2变为线性偏振光入射到检测样品3表面，经检测样品3表面反射，将携带检测样品3面型信息的线性偏振光入射到第二检偏器4，经第二检偏器4后入射到探测接收器5上。

步骤2、通过时域有限差分(FDTD)方法建立面型信息数据库，建立步骤如下：

2-1、根据FDTD方法的原理，建立合适的仿真模型。

2-2、通过FDTD算法在时域上逐步迭代求解麦克斯韦方程组得到缺陷衍射后的电磁场分布情况。

2-3、根据电磁场分布情况提取振幅和相位信息。

2-4、依据相位、振幅信息得到波面分布情况，依据波面分布情况获得高度与半高宽值。

步骤3、利用椭圆偏振散射测量法获取探测接收器5上携带检测样品面型信息的线性极紫外偏振光的相位型缺陷反射的零级衍射光振幅和相位，进而得到偏振扰动变化信息，具体步骤如下：

3-1、根据缺陷零级反射场的偏振分布函数f，以一定入射偏振角数值孔径NA＝0.1；横向位移与离焦量d(x,y,z)，固定入射方向摆臂，使入射光束与待测件夹角为45°，并使接收反向摆臂与入射摆臂相对称，确定表征入射场的入射角构成的矩阵θ＝[θ_ij]_100×100。

3-2、通过椭圆偏振仪检测，对相位型缺陷反射的零级衍射光强及相位的测量可以得到偏振扰动，偏振扰动即可应用于对分析缺陷的面型轮廓信息。基于偏振的琼斯矩阵表达式，缺陷反射的偏振扰动可以通过求解特征量得到。

反射场的偏振特性可由琼斯矩阵J所描述，在p波、s波方向上，其能建立入射场E_i分解为E_ip和E_is波与反射场E_r分解为E_rp波和E_rs波间的联系。再依据入射场与偏振场的关系式，得到p波，s波的零级菲涅尔反射系数r_p,r_s的比值ρ：

表示零级偏振光的p波与s波的反射比，tanψ表示ρ的振幅，Δ表示相位差。根据偏振光传播公式，琼斯矩阵可表示为缺陷每一个位置都对应相同tanψ、Δ，因此，tanψ、Δ的分布表示整个偏振态的分布特征。因此，得到表征缺陷偏振态的分布特征的矩阵：

tanψ＝[tanψ_ij]_100×100

Δ＝[Δ_ij]_100×100

步骤4、运用加权最小二乘回归法，依据加权平方误差函数χ²：

从所建立的数据库中搜寻与仿真缺陷参数相匹配的仿真模型，提取出相应能表征被测缺陷面型的高度为2nm、半高宽为50nm。

采用本发明所述的基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法检测精度高，缺陷辨识能力强，并能够准确识别缺陷的外形尺寸。

Claims (3)

1.一种基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、搭建基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置：

基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的装置包括极紫外光源（1）、第一起偏器（2）、检测样品（3）、第二检偏器（4）、探测接收器（5）和摆臂，极紫外光源（1）固定在摆臂上，极紫外光源（1）和第一起偏器（2）共光轴，极紫外光源（1）和第一起偏器（2）所在光轴为第一光轴；第二检偏器（4）和探测接收器（5）共光轴，第二检偏器（4）和探测接收器（5）所在光轴为第二光轴，第一光轴与第二光轴存在夹角β，0°＜β＜180°，极紫外光源（1）发出极紫外光线，通过第一起偏器（2）变为线性偏振光入射到检测样品（3）表面，经检测样品（3）表面反射，将携带检测样品（3）面型信息的线性偏振光入射到第二检偏器（4），经第二检偏器（4）后入射到探测接收器（5）上；

步骤2、通过时域有限差分法获得面型信息数据；

步骤3、利用椭圆偏振散射测量法获取探测接收器（5）上携带检测样品（3）面型信息的线性极紫外偏振光的相位型缺陷反射的零级衍射光振幅和相位，进而得到偏振扰动变化信息；

步骤4、将上述得到的偏振扰动信息导入步骤2中的面型信息数据，通过加权平方误差方程，提取上述偏振扰动信息对应的缺陷面型尺寸信息，即缺陷面型的高度和半高宽。

2.根据权利要求1所述的基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，其特征在于：上述极紫外光源（1）固定在摆臂上，摆臂进行规律性摆动，实现入射光的入射角及偏振角的调节，准确反映检测样品（3）的表面信息。

3.根据权利要求1所述的基于散射光偏振变化检测极紫外掩膜相位型缺陷的方法，其特征在于：上述步骤2中，利用时域有限差分法获得的面型信息数据，面型信息数据包含缺陷面型的高度和半高宽。