CN106323981B - 基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，包括13.5nm极紫外光源、聚焦波带片、五维精密微调整台、偏轴型波带片、光纤点衍射装置和极紫外亮暗场CCD。偏轴型波带片采用镂空位相型结构，对+1级衍射光实现调制，当光入射到样品表面，散射与反射同时发生，偏轴型波带片对反射光和散射光作用，反射光调制成轴向聚焦，散射光由偏轴型波带片反射到暗场CCD；光纤点衍射装置是为测试光提供参考光，并且参考光与测试光实现干涉，干涉图进入亮场CCD，通过计算机解读干涉图还原被测样品轮廓信息。本发明结构简单，抗振性好，精度高，系统成本低，并能同时对亮暗场分析，对位相缺陷及时定位和分析，并获取缺陷轮廓信息。
Description
技术领域
本发明属于光干涉检测领域，特别是一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置。
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，=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。
对 EUV 掩模缺陷的检测研究，发达国家起步于二十世纪八十年代末，但取得快速发展的时间还是在本世纪初。美国光学学会于 1991 年至 1994 年连续四年召开极紫外光刻学术会议，SPIE 每年也都设立相应交流专题，在 EUV 掩模缺陷的检测方面，国外也不断探索新的方法。1994 年加州大学的 K. B. Nguyen使用扫描电镜（SEM）观察 EUV掩模上程序化（programmed）的基底缺陷。1998 年美国劳伦斯国家实验室采用由椭球柱面镜和条状反射镜构成的 Kiekpatrick-Base (简称 K-B) 系统明场成像方法探测缺陷。2001-2002年美国劳伦斯国家实验室（LBNL）提出了 EUV原位波长检测的明场与暗场检测方法，并与SEM、AFM检测结果比较，认为暗场成像能突破可见光工具的探测极限，可探测小到 60nm宽、3nm 高的缺陷。2003 年日本MIRAI机构研究Schwarzschild 反射式光学物镜中的 EUV照明会聚角、掩模表面入射角与表面粗糙度（光洁度）等因素对暗场探测信号收集效率的影响。2004 年日本MIRAI 建立了原位Schwarzzschild显微物镜暗场成像检测程序化缺陷的实验装置。2004-2005 年日本兵库（Hyogo）大学提出 Schwarzschild 显微物镜明场成像检测EUV缺陷 。2006 年美国 LBNL又报道了包括可见光（480nm）和紫外光（266nm）商用仪器、2005 年建立的原位波长检测装置在内的四种设备对一些 EUV 缺陷的比较测量，发现原位波长（EUV）检测装置灵敏度较高。同年德国 Bielefeld 大学提出了一种基于探测驻波场相位的光电激发电子显微镜（PEEM,photoemmision electron microscopy）检测 EUV 缺陷的新方法。2006-2008 年日本兵库大学在 2005 明场 Schwarzschild 工作基础上，提出了将Schwarzschild 显微物镜中加入EUV分光板和参考板，改造成 Mirau型干涉显微镜，其优点是不受 EUV 掩模表面面形影响，可直接探测位相型缺陷。2007-2008 年美国 LBNL 继续使用焦距为 1mm 的镂空型波带片作为显微放大镜中的 Scraper mirror 换成波带片放大镜），开展对 EUV 缺陷 的检测研究，并在同一基底上制作焦距不同的一排离轴波带片放大镜。2009 年以后，在 EUV 掩模缺陷检测方面的研究状况，表现为“巩固与发展”。日本MAIRAI 仍以 Schwarzschild 暗场显微成像方法为基础，研究抑制 CCD 噪声算法、检 测速度1mm/s，能探测到 60nm 宽、1.5nm 高的位相缺陷。美国LBNL与SEMTECH合作，提出舍弃硬件移动调焦、采用变 EUV 波长的方式来改变一排波带片放大镜的焦距，波长由13.8nm变化到13.49nm时，波带片焦距变化量可以由0.143mm到0.086mm；研究 EUV 缺陷统计，考核检测工具效果，缺陷密度达到0.63defects/cm2。美国 Colorado 州立大学提出镂空型波带片会聚照明和镂空型离轴波带片显微成像的 EUV 缺陷成像检测方法，使检测光路进一步简单。
中国专利号为CN103176372A，公开了一种基于位相光栅分光的双焦波带片干涉显微检测装置，包括13.5nm极紫外光源、真空室、真空抽气泵、气浮光学隔振平台、极紫外CCD、五维精密微调整台、五维精密微调整台控制器、基于位相光栅分光的双焦波带片干涉显微光学组件；其中双焦波带片是针对0级与+1级衍射光，对0级实现近似垂直入射，对+1级实现离轴聚焦。由于双焦波带片是水平放置且入射到波带片上的光是倾斜的，0级主要是反射光，如果近似垂直入射到待测样品，在如今的加工技术上很难实现。而且0级与+1级衍射光的衍射效率不同，会导致这两种光的光强不一样，进而影响干涉条纹的对比度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，能够检测极紫外掩模位相缺陷，其精度高、系统结构简单、成本低、检测速度快。解决了参考光引入的问题，并且偏轴型波带片的加工比双焦波带片易于实现；偏轴型位相波带片干涉显微检测装置能同时对亮暗场分析，提高了检测位相缺陷的精度。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，包括13.5nm 极紫外光源、聚焦波带片、五维精密微调整台、基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件、亮场极紫外CCD和暗场极紫外CCD；待测样品放置在五维精密微调整台上；整个装置放置在处于真空室中的气浮光学隔震平台上；所述基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件包括偏轴型波带片、光纤点衍射装置和双孔光阑；13.5nm极紫外光源出射光轴与聚焦波带片光轴重合；亮场极紫外CCD入射光轴与偏轴型波带片光轴重合；暗场极紫外CCD入射光轴与偏轴型波带片光轴存在夹角；聚焦波带片和偏轴型波带片分别通过夹持器固定在气浮光学隔震平台上；光纤点衍射装置和双孔光阑均设置在偏轴型波带片和亮场极紫外CCD之间；光纤点衍射装置固定在双孔光阑的一个孔光阑上，另一个孔光阑进行滤波，只通过+1级衍射光；13.5nm极紫外光，由聚焦波带片聚焦到待测样品表面，聚焦波带片采用加倾斜方法，只有+1级衍射光会聚到待测样品表面，其他级次均偏出；光束入射到待测样品中如有缺陷会同时发生散射和反射，散射光光强要弱于反射光光强；散射光和反射光入射到偏轴型波带片，偏轴型波带片对散射光实现偏轴反射，并将其反射到暗场极紫外CCD，偏轴型波带片对反射光实现轴向聚焦；偏轴型波带片取+1级衍射为测试光，其他级次衍射均偏出，光纤点衍射装置发出的理想球面波作为参考光，所述测试光与参考光发生干涉，干涉光入射到亮场极紫外CCD，通过相位恢复算法处理干涉图，并获得缺陷的轮廓信息。
所述聚焦波带片为镂空型波带片。
所述偏轴型波带片为镂空型波带片，融和两种频率成分；该波带片分为中心区域和边缘区域，中心区域实现轴向会聚和边缘区域实现偏轴反射。
所述偏轴型波带片倾斜放置，其法线与五维精密微调整台的法线夹角为45°±1°。
所述暗场极紫外CCD入射光轴与偏轴型波带片光轴存在夹角，夹角为30°~55°。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
（1）本发明采用衍射极紫外光学元件，检测光路中透射式元件均采用波带片代替，整个光路仅使用了一个聚焦波带片和一个偏轴型波带片，相比与多片的反射光学系统，本发明在结构上进一步简化，减低了元件的加工难度和成本，同时减少了系统装调过程中引入的装调误差。
（2）本发明采用偏轴型波带片，使由位相缺陷的反射光中亮暗场分析，亮场可用于分析缺陷轮廓信息，暗场可精确定位缺陷位置。
（3）本发明采用光纤点衍射装置，其产生的球面波与理想球面波差异小，进而提高了干涉显微检测中的检测精度。
（4）本发明采用无成像系统的装置，减少了由成像系统引入的系统误差。
附图说明
图1为本发明的基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置结构图。
图2为本发明的偏轴型位相波带片功能原理示意图。
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1，本发明的一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，包括13.5nm极紫外光源1、聚焦波带片2、五维精密微调整台3、基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件、亮场极紫外CCD7和暗场极紫外CCD8；待测样品放置在五维精密微调整台3上；整个装置放置在处于真空室中的气浮光学隔震平台上；基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件包括偏轴型波带片4、光纤点衍射装置5和双孔光阑6；13.5nm极紫外光源1出射光轴与聚焦波带片2光轴重合；亮场极紫外CCD7入射光轴与偏轴型波带片4光轴重合；暗场极紫外CCD8入射光轴与偏轴型波带片4光轴存在夹角；聚焦波带片2和偏轴型波带片4分别通过夹持器固定在气浮光学隔震平台上；光纤点衍射装置5和双孔光阑6均设置在偏轴型波带片4和亮场极紫外CCD7之间；光纤点衍射装置5固定在双孔光阑6的一个孔光阑上，另一个孔光阑进行滤波，只通过+1级衍射光； 13.5nm极紫外光，由聚焦波带片2聚焦到待测样品表面，聚焦波带片2采用加倾斜方法，只有+1级衍射光会聚到待测样品表面，其他级次均偏出；光束入射到待测样品中如有缺陷会同时发生散射和反射，散射光光强要弱于反射光光强；散射光和反射光入射到偏轴型波带片4，偏轴型波带片4对散射光实现偏轴反射，并将其反射到暗场极紫外CCD8，偏轴型波带片4对反射光实现轴向聚焦；偏轴型波带片4取+1级衍射为测试光，其他级次衍射均偏出，光纤点衍射装置5发出的理想球面波作为参考光，所述测试光与参考光发生干涉，干涉光入射到亮场极紫外CCD7，通过相位恢复算法处理干涉图，并获得缺陷的轮廓信息。
所述聚焦波带片2采用透光材料，在其顶面设有若干条相互平行的凹槽，其深度为波长一半。
所述偏轴型波带片4融合了两种不同频率成分的位相型透射计算全息图，实现两种光束的衍射。
聚焦波带片2与偏轴型波带片4其法线与五维精密微调整台3的法线夹角为45°±1°。
结合图2，偏轴型波带片4是衍射器件，包括中心区域10和边缘区域9，中心区域为透射聚焦，边缘区域为偏轴反射，光入射到位相面是发生衍射；光入射中心区域10，相位函数针对+1级光线，光线入射到相位面上，+1级在相位函数的调控下按相位函数实现聚焦功能；光入射到边缘区域9，位相函数对+1级在位相函数的调控实现偏轴聚焦。
实施例
一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，包括13.5nm 极紫外光源1、聚焦波带片2、五维精密微调整台3、基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件、亮场极紫外CCD7和暗场极紫外CCD8；待测样品放置在五维精密微调整台3上；整个装置放置在处于真空室中的气浮光学隔震平台上；基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件包括偏轴型波带片4、光纤点衍射装置5和双孔光阑6；13.5nm极紫外光源1出射光轴与聚焦波带片2光轴重合；亮场极紫外CCD7入射光轴与偏轴型波带片4光轴重合；暗场极紫外CCD8入射光轴与偏轴型波带片4光轴存在夹角；聚焦波带片2和偏轴型波带片4分别通过夹持器固定在气浮光学隔震平台上；光纤点衍射装置5和双孔光阑6均设置在偏轴型波带片4和亮场极紫外CCD7之间；光纤点衍射装置5固定在双孔光阑6的一个孔光阑上，另一个孔光阑进行滤波，只通过+1级衍射光； 13.5nm极紫外光，由聚焦波带片2聚焦到待测样品表面，聚焦波带片2采用加倾斜方法，只有+1级衍射光会聚到待测样品表面，其他级次均偏出；光束入射到待测样品中如有缺陷会同时发生散射和反射，散射光光强要弱于反射光光强；散射光和反射光入射到偏轴型波带片4，偏轴型波带片4对散射光实现偏轴反射，并将其反射到暗场极紫外CCD8，偏轴型波带片4对反射光实现轴向聚焦；偏轴型波带片4取+1级衍射为测试光，其他级次衍射均偏出，光纤点衍射装置5发出的理想球面波作为参考光，所述测试光与参考光发生干涉，干涉光入射到亮场极紫外CCD7，通过相位恢复算法处理干涉图，并获得缺陷的轮廓信息。
本实施例中，聚焦波带片2为镂空式结构，口径为10mm，焦距为100mm，相对孔径为0.1；所述的五维精密微调整台3，垂直粗调最大位移为12.5mm，最小步长为0.1um，水平位移最大量为200mm，最小步长为0.25mm；所述的偏轴型波带片4，中心区域为透射聚焦，边缘区域为偏轴反射，中心口径为10mm，焦距为60mm，边缘口径为12mm，偏轴焦距为120mm；偏轴型波带片4倾斜放置，其法线与五维精密微调整台3的法线夹角为45°±1°；偏轴型波带片4边缘区域光轴倾斜，其法线与五维精密微调整台3的法线夹角为50°±1°；双孔光阑，小孔间隔为2mm，小孔大小分别为1mm和5mm。
本发明的优点在于：（1）采用衍射极紫外光学元件，检测光路中透射式元件均采用波带片代替，整个光路仅使用了一个聚焦波带片和一个偏轴型波带片，相比与多片的反射光学系统，本发明在结构上进一步简化，减低了元件的加工难度和成本，同时减少了系统装调过程中引入的装调误差；（2）采用偏轴型波带片，使由位相缺陷的反射光中亮暗场分析，亮场可用于分析缺陷轮廓信息，暗场可精确定位缺陷位置；（3）采用光纤点衍射装置，其产生的球面波与理想球面波差异小，进而提高了干涉显微检测中的检测精度；（4）采用无成像系统的装置，减少了由成像系统引入的系统误差。
Claims (3)
1.一种基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，其特征在于：包括13.5nm 极紫外光源（1）、聚焦波带片（2）、五维精密微调整台（3）、基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件、亮场极紫外CCD（7）和暗场极紫外CCD（8）；待测样品放置在五维精密微调整台（3）上；整个装置放置在处于真空室中的气浮光学隔震平台上；所述基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置组件包括偏轴型波带片（4）、光纤点衍射装置（5）和双孔光阑（6）；13.5nm极紫外光源（1）出射光轴与聚焦波带片（2）光轴重合；亮场极紫外CCD（7）入射光轴与偏轴型波带片（4）光轴重合；暗场极紫外CCD（8）入射光轴与偏轴型波带片（4）光轴存在夹角；聚焦波带片（2）和偏轴型波带片（4）分别通过夹持器固定在气浮光学隔震平台上；光纤点衍射装置（5）和双孔光阑（6）均设置在偏轴型波带片（4）和亮场极紫外CCD（7）之间；光纤点衍射装置（5）固定在双孔光阑（6）的一个孔光阑上，另一个孔光阑进行滤波，只通过+1级衍射光； 13.5nm极紫外光，由聚焦波带片（2）聚焦到待测样品表面，聚焦波带片（2）采用加倾斜方法，只有+1级衍射光会聚到待测样品表面，其他级次均偏出；光束入射到待测样品中如有缺陷会同时发生散射和反射，散射光光强要弱于反射光光强；散射光和反射光入射到偏轴型波带片（4），偏轴型波带片（4）对散射光实现偏轴反射，并将其反射到暗场极紫外CCD（8），偏轴型波带片（4）对反射光实现轴向聚焦；偏轴型波带片（4）取+1级衍射为测试光，其他级次衍射均偏出，光纤点衍射装置（5）发出的理想球面波作为参考光，所述测试光与参考光发生干涉，干涉光入射到亮场极紫外CCD（7），通过相位恢复算法处理干涉图，并获得缺陷的轮廓信息；所述聚焦波带片（2）为镂空型波带片，偏轴型波带片（4）倾斜放置，其法线与五维精密微调整台（3）的法线夹角为45°±1°。
2.根据权利要求1所述基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，其特征在于：所述偏轴型波带片（4）为镂空型波带片，融和两种频率成分。
3.根据权利要求1所述基于偏轴型位相波带片干涉显微检测装置，其特征在于：所述暗场极紫外CCD（8）入射光轴与偏轴型波带片（4）光轴存在夹角，夹角为30°~55°。
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