TWI529386B - 決定微影光罩之性能的方法 - Google Patents

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Description

決定微影光罩之性能的方法
本發明有關決定微影光罩(photolithographic mask)之性能(performance)的方法及裝置。
由於半導體工業中不斷地增加積體密度(integration density)，微影光罩必須投射越來越小的結構。為了滿足此要求，微影光罩的曝光波長已從電磁光譜的近紫外光跨越中間紫外光而移至遠紫外光區。現在，通常使用193 nm的波長曝光晶圓上的光阻(photoresist)。結果，以逐漸增加的解析度製造微影光罩變得越來越複雜，且因此也變得越來越昂貴。
微影光罩必須滿足有關透射性(transmission)、平坦度(planarity)、純度(pureness)及溫度穩定性(temperature stability)的最高要求。此外，微影光罩還必須沒有缺陷(defect)，因為光罩上的每個缺陷會在透過此微影光罩曝光的每個晶圓上重現。然而，沒有任何製程可以保證完全沒有缺陷。因此，必須檢查或檢驗每個被製造的光罩，查看光罩上的缺陷是否會在曝光製程期間被轉印到晶圓上。由於製造微影光罩是高成本的製程(cost-intensive process)，因此只要可能便儘快修復光罩上的缺陷。在修復後，必須再次非常仔細地檢查微影光罩。為此目的，經常使用航空影像測量系統(Aerial Image Measurement System，AIMS)系統。AIMS產生微影光罩將在曝光波長下在晶圓上建立之結構的高倍放大影像。此放大影像將由對紫外光(ultraviolent，UV)敏感的電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)相機記錄下來。歐洲專利申請案EP 0 628 806 A2揭露此種AIMS系統的設置及操作。
未來，使用波長193 nm之電磁輻射的微影系統可能已無法滿足在晶圓上實現越來越小之結構的要求。因此，目前研發將在波長13.5 nm之電磁光譜的極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)區中操作的微影系統。這些微影系統將能夠在晶圓上產生尺寸小於20 nm的結構。歐洲專利EP 1 829 052 B1揭露一種用於此種系統的多層反射鏡(multi-layer mirror)。
由於目前AIMS的系統以透鏡系統操作，所以目前可用來檢驗微影光罩的AIMS系統無法用於EUV光罩。波長13.5 nm的電磁輻射無法穿透這些透鏡。
時下，還未出現用於EUV微影光罩的檢驗系統。目前甚至不清楚是否會研發此種系統，因為此種檢驗系統的研發成本很高。再者，全球所需要的EUV檢驗系統數量有限。另外，此種工具的操作將會非常複雜及昂貴。
另一方面，由於曝光波長縮減超過一個數量級(one order of magnitude)(從193 nm縮減成13.5 nm)及出現新型的微影光罩，因此，在將EUV光罩應用於EUV微影系統之前，一定要檢查或檢驗每個EUV光罩。
本發明因此著重在以下問題：提供決定EUV微影光罩之性能的方法及裝置且至少部分避免上述缺點。
根據本發明之第一具體實施例，如本發明之以下的一方面所述的方法可解決此問題。在一具體實施例中，一種決定在一曝光波長下一微影光罩之性能的方法包含：以至少一個電子束掃描過該微影光罩之至少一部分；測量由該至少一個電子束與該微影光罩之該至少一部分交互作用所產生的信號；及基於所測量的信號決定在該曝光波長下該微影光罩之該至少一部分的性能。
當電子束撞擊樣本(sample)時，電子從樣本背向散射(backscatter)且光子在樣本中產生。這些背向散射電子及所產生的光子攜載特定針對樣本組成成分(composition)的資訊。結果，由撞擊的電子束所產生的電子及光子可用來評估或分析樣本組成成分。例如，藉由改變入射電子的能量，可以到達樣本的不同深度(L. Reiner: “Scanning of electron microscopy”，第101ff頁，第二版，1998年10月，Springer Verlag)。此分析可執行是因為眾所周知及明白的控制樣本中電子及光子的交互作用的基本物理定律。因此，這些物理定律亦可用來決定入射在已知組成成分之樣本上之預定波長之光子的行為。因此，測量從樣本背向散射的電子，將允許預測此樣本相對於預定波長之入射光子的性能。藉由具有小光點大小(small spot size)的電子束進行掃描，可以高空間解析度(high spatial resolution)探測樣本。
應用如上所述之方法可避免為檢驗微影光罩而在曝光波長下產生光子束及設置複雜光學儀器。反而可以使用習用掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope)的電子束。
在目前較佳具體實施例中，使用電子掃描微影光罩。如已經提過的，可將電子束集中成小光點，致使可以較高解析度獲得光罩的測量資料。此外，電子束對於要調查的樣本並沒有不利的影響。替代地，也可以使用光子及/或離子掃描微影光罩。另外還可以設想使用不同粒子(即，電子及/或光子及/或離子)束的組合掃描微影光罩，以測量由粒子束產生的信號。
微影光罩的性能在一方面是由微影光罩的以下能力(capability)界定：以實質上沒有任何缺陷的方式傳輸預定結構或圖案(pattern)於配置在晶圓上的光阻。
在本發明之一另外方面，該方法可另外包含以具有多個束能量(beam energy)之該至少一個電子束進行掃描。交互作用體積(interaction volume)的大小，尤其是其在電子束方向中的大小，隨著電子束中的電子動能有所改變。因此，以不同束能量在微影光罩之相同部分上進行多個掃描可提供光罩之此部分之組成成分的深度剖面(depth profile)。
在一額外方面，微影光罩可包含反射微影光罩(reflective photolithographic mask)。在一另外較佳具體實施例中，微影光罩可包含用於極紫外光(extreme ultraviolet，EUV)曝光波長(尤其是約13.5 nm的波長)的微影光罩。
此外，在一另外方面，測量信號可包含測量電子，尤其是測量背向散射電子，其中測量背向散射電子可包含測量背向散射電子的產率(yield)及/或測量背向散射電子的能量分布(energy distribution)。這些量值(quantity)均受到樣本組成成分的影響。
在一較佳具體實施例中，測量信號可包含測量光子，尤其是使用能量分散x射線光譜儀(energy dispersive x-ray spectroscopy，EDX)測量光子。能量解析光子光譜(energy resolved photon spectrum)包含對樣本組成成分為特定的特性x射線光子(characteristic x-ray photon)。
在一另外較佳具體實施例中，測量信號可包含測量電子及測量光子，尤其是使用能量分散x射線光譜儀測量背向散射電子及測量光子。同時測量電子及光子有助於決定複雜樣本的組成成分。
在一另外方面，該方法可另外包含模擬電子束與微影光罩之此部分進行交互作用所產生的信號，及藉由評估所模擬及測量的信號，決定在曝光波長下微影光罩之此部分的性能。由於已知控制電子及光子與樣本的交互作用的基本物理定律，可對具有已知組成成分的樣本模擬電子束入射在樣本上的效應。因此，藉由分析所測量及模擬的資料，可決定所測量及模擬的這些樣本是否具有實質上相同的組成成分。在決定樣本的組成成分後，亦可模擬以預定波長之光子束入射在已知樣本上的效應。
此外，在一額外方面，該方法可另外包含藉由分析微影光罩之不同部分的測量信號及/或分析所測量及模擬的信號，決定微影光罩之一部分在曝光波長下之性能的缺陷。這表示可藉由使用電子束，分析在EUV光子之曝光波長下微影光罩的缺陷。因此，此定義方法避免極為複雜、耗時及昂貴的晶圓印刷(wafer print)。
在一另外尤佳的具體實施例中，該方法可另外包含藉由使用至少一個電子束校正(correct)缺陷。此具體實施例具有以下優點：可以單一元件(single device)執行缺陷定位(defect localization)及缺陷修復，因而顯著減少光罩修復所需的工作量及時間。
在一另外方面，缺陷為微影光罩的多層缺陷，其利用微影光罩之吸收體層(absorber layer)之補償修復(compensational repair)而被修復。在微影光罩上有兩種不同的缺陷。吸收體層的缺陷可因缺少吸收體材料或過多吸收體材料而發生。藉由提供前驅氣體(precursor gas)與電子束一起用作蝕刻氣體(etching gas)，可移除過多的吸收體材料。藉由提供為電子束所分解的前驅氣體及將前驅氣體的對應成分局部沈積在缺少吸收體材料的位置，可沈積缺少的吸收體材料。另一方面，無法直接在多層結構中校正微影光罩之多層結構中的缺陷。而是利用吸收體層的補償修復來修復這些缺陷。這表示以實質上補償多層系統中之缺陷的方式修飾吸收體層。
在一額外方面，該方法可另外包含使用根據前述具體實施例中任何一項之方法，來決定在曝光波長下微影光罩之此修復部分的性能。在修復製程之後，必須再度檢驗(inspect)光罩。如果這可在檢驗元件內部執行而不需要晶圓印刷，則可大幅減少光罩製造的工作量。
在一尤佳的具體實施例中，一種決定在一曝光波長下微影光罩之性能的裝置可包含：至少一個電子源(electron source)，用於產生至少一個電子束；至少一個調整構件(adjusting means)，用於以該至少一個電子束掃描過該微影光罩之至少一部分；至少一個偵測器(detector)，用於測量由該至少一個電子束與該微影光罩之該至少一部分交互作用所產生的信號；及至少一個計算構件(computing means)，用於基於所測量的信號，決定在該曝光波長下該微影光罩之該至少一部分的性能。
掃描電子顯微鏡是發展成熟的元件，而EUV輻射源僅在開發階段。EUV輻射得自電漿產生。此類電漿可藉由強烈的氣體放電產生且稱為氣體放電產生電漿(gas discharge produced plasma，GDPP)，或可藉由雷射產生電漿(laser produced plasma，LPP)(即，藉由使雷射輻射聚焦至小體積)而產生。由於EUV微影系統之束成形反射鏡光學儀器(beam forming mirror optics)中之EUV輻射的高光學損耗(optical loss)，EUV光束源必須在曝光波長13.5 nm及頻寬2%提供相當大的EUV光束功率(beam power)。
此外，EUV光譜範圍(波長範圍：約1 nm-100 nm，光子能量：約12 eV-1240 eV)的束成形光學組件(beam forming optical element)很複雜、具有高光學損耗又很昂貴。
因此，使用熟知的掃描電子顯微鏡分析EUV微影光罩顯著促進及加快這些光罩的研發，且將大幅降低其製造成本。
在一另外方面，該至少一個電子源可操作以產生具有多個能量的電子束。
在又另一方面，掃描電子顯微鏡另外包含至少一個構件，用來在電子束擊中微影光罩的位置處提供至少一個前驅氣體。藉由此修飾，可使用掃描電子顯微鏡修復微影光罩的兩種缺陷：吸收體層缺陷及多層結構缺陷。
下文將詳細解說本發明方法及本發明裝置的較佳具體實施例。
圖1顯示入射在樣本10上之電子束20之交互作用體積30的橫截面。當具有動能介於約數百電子伏(eV)至數十個千電子伏(keV)的電子束20撞擊樣本10時，電子束20的電子與樣本10的電子及原子核交互作用。電子束20的電子將在稱為交互作用體積30的界定區域內散射通過樣本10。
單一電子210在樣本200中的例示性路徑如圖2所示。在進入樣本200之後，電子210在樣本200之原子核220的電磁場中散射。在交互作用程序期間，電子210傳送能量至原子核220之內電子殼層(inner electron shell)的電子230。電子210傳送能量至電子230抑制了電子210，且從核220的內殼層釋放或撞擊電子230。被釋放的電子230在原子核240的強烈電磁場中散射，並從核240的內殼層釋放電子250。在原子核260及270的電磁場中執行更多散射事件之後，電子250在接近核270處離開樣本200。除了釋放電子之外，在散射事件期間還產生不同波長的光子。圖2中並未指出這些光子。圖2中僅描繪在散射事件期間在核270的電磁場中產生的一個光子280。
現在回到圖1，在電子束20之電子在交互作用體積30中的交互作用期間，形成二次產物，如二次電子、背向散射電子、光子、熱及電流。二次電子具有低能量(50 eV)。二次電子在總交互作用體積30中產生。然而，由於其低能量，二次電子僅能從樣本表面下的較小層(small layer)40離開樣本10。虛線80示意性指示層40的深度。
電子束20的電子亦在交互作用體積30內各處產生背向散射電子。如圖2所示，背向散射電子通常由多個散射事件所產生。因此，背向散射電子在背向散射程序期間在樣本10內行進相當大的距離。虛線90分隔背向散射電子可離開樣本10的區域(交互作用體積30的上半部50)與背向散射電子由於多個散射事件而無法從樣本10逃逸的區域。這是交互作用體積30在虛線90以下的部分。因此，雖然交互作用體積30在電子束20的方向上具有顯著較大的範圍，但離開樣本的背向散射電子僅源自交互作用體積30的部分50。因此，背向散射電子的空間解析度比以交互作用體積30指示的高。
如已經提過的，在電子束20與樣本10的電子及原子核的交互作用期間亦產生光子。光子同樣在總交互作用體積30中產生。類似於入射電子束20的能量間隔(energy interval)，所產生之光子的光譜範圍可包含若干數量級。其可分成兩區：
(a)第一區稱為連續x射線，因最小波長位於x射線光子的範圍中。連續x射線在交互作用體積30的每個部分70中產生。當撞擊的電子束20因樣本10中原子核的強電磁場而以不同程度減慢速度時，產生連續x射線。所有程度的電子抑制都可能出現，因此，所形成的光子具有連續範圍的所有能量。可由靜電抑制(electrostatic braking)產生的最高光子能量具有等同於電子束20之動能的能量。連續x射線光子可從交互作用體積30的所有部分70逃出樣本10。
(b)電子束20可在稱為「內殼層離子化(inner-shell ionization)」的程序中，將一小部分的電子擊出內殼層軌域。在內殼層空位為外殼層電子填滿之前，原子僅保持離子化一段極短的時間(~10-14s)，並發出所謂的特性x射線光子。圖3表示特性x射線光子的簡化能譜。
由於在不同內殼層或內殼層軌域之間的能隙對於每個元素均為特定(specific)或具有特性(characteristic)，所以可使用特性x射線光子識別樣本10中的不同元素。因此，可從特性x射線輻射的光譜及密度分布，決定樣本10的元素。由於特性x射線光子的較高能量，其可從交互作用體積30的部分60逃逸。此體積大於背向散射電子的部分50，但小於連續x射線輻射的部分70。
圖4示意性描繪交互作用體積的體積取決於形成樣本之元素的原子數Z。原子數Z指示相應元素原子核中的質子數，且因此與接近原子核的電磁場強度成比例。圖4(a)顯示具有低Z(諸如矽層，Z=14)之樣本400的交互作用體積460，其以低能量(如，500 eV)的電子束410形成。儘管電子束能量410很低，但交互作用體積460仍具有相當大的深度。另一方面，圖4(b)表示高Z元素(例如鉬，Z=42)組成之樣本450的交互作用體積470。在此例中，低電子束能量410與鉬原子層的強烈電磁場一起導致極小的交互作用體積470。
圖5使用高動能(例如15 keV)之電子束510重複圖4的條件。利用高能量電子束510，低Z樣本的交互作用體積560比圖4的低能量交互作用體積460明顯增加。圖5(b)指示高能量電子束510亦增加高Z樣本450的交互作用體積570。交互作用體積570的深度增加造成可從中偵測背向散射電子及反射光子的半徑增加。圖4及圖5證明可使用束能量(beam energy)作為調查樣本深度剖面的參數。
薄膜中背向散射電子的產率(yield)η與厚度d成函數，如下式給定：
其中e是基本電荷，Z是原子數，NA是亞佛加厥常數(Avogadro’s constant)，ε0代表介電常數，A是原子量，E是入射電子束的能量，及ρ代表樣本薄膜的密度。此等式取自教科書“Scanning of electron microscopy”，作者L. Reimer，第138頁，第二版，1998年10月，Springer Verlag。此等式指示背向散射電子的產率η與Z及樣本薄膜密度ρ成函數。因此，只測量與薄膜厚度d成函數之背向散射電子的產率η(d)，將無法區分厚度d的變化與導致Z及/或ρ變更之組成成分的變化。
然而，如圖6所描繪，除了產率之外，亦可測量背向散射電子的能量分布或能譜(energy spectrum)dη/dEB。圖6的曲線圖亦取自“Scanning of electron microscopy”，作者L. Reimer，第149頁，第二版，1998年10月，Springer Verlag。背向散射電子的能量EB相對於最大的可能能量EMax被正規化，後者實質上與入射電子束的能量E相同。束能量E是30 keV及背向散射電子的出射角相當於從樣本表面測量的135°。如從圖6可見，背向散射電子的能譜遵循特定於形成樣本之元素的曲線。從圖6可看出，低Z元素的能量分布相當平坦，但具有較大質子數的元素則具有峰值。對於具有增加質子數的較重元素，此峰值變得比較高。此外，此峰值隨著Z增加而朝EMax位移。圖4至6及等式1證明高Z元素的強烈電磁場有彈性地或幾乎有彈性地將較大部分的入射電子朝樣本表面往回散射。這表示背向散射電子的測量含有允許決定樣本組成成分的資訊。
結果，由入射電子束產生的電子及光子均可用來分析或決定樣本的組成成分。
下文中，將應用電子束決定用於EUV波長區之微影光罩的組成成分。圖7顯示用於13.5 nm曝光波長之微影光罩700的示意性橫截面圖。與目前應用的微影光罩不同，光罩700是基於多層反射鏡結構的反射光學組件(reflective optical element)。微影光罩700的多層系統係沈積於合適基板710上，諸如矽晶圓或玻璃基板。多層系統包含40對交替的鉬(Mo)層720及矽(Si)層730。每個Mo層720的厚度是4.15 nm及Si層730的厚度相當於2.80 nm。為了保護多層結構，在結構頂部上配置具有深度7 nm之原生氧化物(native oxide)之矽的帽蓋層(capping layer)740。在多層系統中，Mo層720表示EUV輻射的高折射率區，及Si層730表示低折射率區。此二層共同形成EUV輻射的介電質反射鏡(dielectric mirror)。
基板710上的多層結構用作EUV電磁輻射之反射鏡。為了成為微影光罩700，另外在帽蓋層740上沈積緩衝層(buffer layer)750及吸收體層760。對於某些EUV光罩類型，將討論緩衝層750。此緩衝層位在吸收體760及帽蓋層740之間。緩衝層750幫助蝕刻吸收體層760的材料且不會損壞帽蓋層740。因此，緩衝層750使得電漿蝕刻製程變得比較簡單。緩衝層750的缺點是增加堆疊高度的較複雜光罩堆疊。對於高縱橫比(aspect ratio)的微影光罩特徵，圖案崩壞的機率隨著堆疊高度增加。吸收體層760包含對於EUV波長範圍之光子具有較大吸收常數的材料，例如氮化鉭(Tantalum nitride)。約70 nm的厚度足以實質上吸收入射在吸收體層760上的所有EUV光子770。相反地，入射在帽蓋層740上的大多數光子770被反射為光子780。在本段文字及本說明他處，用語「實質上(essentially)」是指在其測量限度內之數量的數值。
在圖8中，在光罩800中指示圖7之微影光罩700的若干可能缺陷。在帽蓋層740的頂部上，在多層結構上有過多材料810，其可吸收EUV光子及/或干擾入射及/或反射之EUV輻射的相位(phase)。在多層系統中，Mo及/或Si層厚度與預定厚度有所偏差時，將出現缺陷。圖8中指出具有過大厚度的Mo層820。另一缺陷可起因於沒有預定組成成分的層。在圖8中，利用受污染的Mo層830表示此種缺陷。此外，由於Mo及Si層的厚度只有數nm，甚至嵌入多層系統中之不同材料的一小部分也會干擾EUV光子的路徑，因而成為微影光罩的缺陷。在圖8中，以840表示及代表此種缺陷的存在。圖8僅表示EUV光罩700上可能發生的各種缺陷中的一些缺陷。尤其，圖8並未指示吸收體層760的缺陷。
圖9顯示可用來分析圖8中表示之微影光罩800的缺陷的掃描電子顯微鏡900。電子源或電子槍(electron gun)910產生具有可調整動能的電子束920。取決於要調查的樣本930及在樣本930中所要的解析度，束能量可從約100 eV變化到約100 keV。束流(beam current)可從約0.5 pA調整至約50 nA。圖9中省略了在樣本930表面上形成及調整電子束之光點直徑的束成形組件。在樣本930表面上的最小光點直徑大約為2 nm。此尺寸限制與電子束920垂直之平面的空間解析度。偏斜組件(deflection element)940使得以電子束920在樣本930上進行掃描能夠實現。樣本930被裝在樣本保持器(sample holder)950上。樣本保持器950可在兩個或三個方向上加以調整。
電子束920以各種束能量反覆掃描樣本930。背向散射電子960用偵測器970來測量。偵測器970可以屬於閃爍器(scintillator)或半導體類型。偵測器970可另外在極方向中旋轉以收集以不同出射角離開樣本930的背向散射電子960。因此，可分析背向散射電子960的角分布。替代地及/或另外，可使用磁場將背向散射電子960集中於偵測器970上。此外，偵測器970可以與入射電子束920同心的甜甜圈型配置來安裝(圖9中未顯示)。再者，可施加阻滯電場(retarding electric field)以防止在某個能量以下的電子到達偵測器970。
圖9亦顯示測量離開樣本930表面之光子980的偵測器990。偵測器990同樣可以屬於閃爍器或半導體類型。可以應用兩種不同的半導體偵測器：Si(Li)偵測器及矽漂移偵測器(silicon drift detector，SDD)，其皆允許直接決定x射線光子能譜。此方法稱為能量分散x射線光譜儀(energy dispersive x-ray spectroscopy，EDX)。可使兩個偵測器970、990冷卻(圖9中未顯示)，以提高其能量解析度。類似於用於背向散射電子960的偵測器970，用於所產生之光子980的偵測器990可在掃描電子顯微鏡900的不同配置中移動或安裝。
在圖9的掃描電子顯微鏡900中，裝設用於背向散射電子960的偵測器970及用於所產生之光子的偵測器990二者。如上文已經提過的，分析以兩個偵測器970、990測量的信號有助於決定複雜樣本930的組成成分。然而，如先前討論過的，每個偵測器970、990的測量信號攜載決定樣本930之組成成分的所有必要資訊，因此亦可單獨使用偵測器970及偵測器990。
以偵測器970及偵測器990測量的信號被傳輸至計算構件1010。計算構件1010可以是微處理器、通用處理器、專用處理器、CPU(中央處理單元)、GPU(繪圖處理單元)等。計算構件1010可配置在掃描電子顯微鏡900的控制單元中，或可以是獨立單元，諸如PC(個人電腦)、工作站等。計算構件1010可另外包含I/O(輸入/輸出)單元，如鍵盤、觸控板、滑鼠、視訊/圖形顯示器、印表機等。另外，計算構件1010亦可包含揮發及/或非揮發記憶體。可以硬體、軟體、韌體或其任何組合實現計算構件1010。再者，計算構件1010可控制電子源910、調整構件940及偵測器970及/或990的設定。雖然圖9中未顯示，但計算構件1010亦可經由壓力感測器(圖9中未指示)及真空幫浦1000，控制掃描電子顯微鏡900中的高真空。
計算構件1010分析偵測器970及/或偵測器990的信號並決定樣本930的組成成分。如果樣本930是微影光罩700，計算構件1010決定帽蓋層740的厚度及矽及氧的部分。此外，計算構件1010從偵測器970及/或偵測器990的測量信號擷取交替層的厚度及其鉬及矽的含量。再者，計算構件1010決定緩衝層750及吸收體層760的位置、厚度以及組成成分。
當樣本930包含具有若干缺陷810、820、830及840的光罩800時，在背向散射電子960及/或所所產生之光子980的測量信號中含有的資訊允許定位這些缺陷及分析其組成成分。另外，可將光罩800含有缺陷的部分與沒有缺陷的部分加以比較。
掃描電子顯微鏡900可另外包含噴嘴(nozzle)1020，可用噴嘴1020在電子束920在樣本930上擊中樣本930的位置處提供第一前驅氣體。第一前驅氣體通過噴嘴1020的流量可由計量閥(metering valve)1022控制。如圖9指示，計量閥1022可配置在掃描電子顯微鏡900外部。為了精確控制第一前驅氣體的流量，計量閥1022亦可配置接近噴嘴1020的開口(圖9中未顯示)。第一前驅氣體儲存於儲槽(tank)1024中。儲槽可為溫控式儲槽。再者，可在噴嘴1020附近配置溫度控制單元(temperature controlling unit)，以按預定溫度提供第一前驅氣體(圖9中未指示)。第一前驅氣體可以是蝕刻氣體，其與電子束920一起移除微影光罩800之吸收體層760的過多材料。
另外，掃描電子顯微鏡900亦可包含噴嘴1030，可透過噴嘴1030在電子束920在樣本930上擊中樣本930的位置處提供第二前驅氣體。可交替及/或同時提供兩個前驅氣體。計量閥1032透過噴嘴1030控制來自儲槽1034之第二前驅氣體的流量。如在先前段落所描述的，計量閥1032可配置在儲槽1034及噴嘴1030的開口之間的任何位置。儲槽1034可包括控制第二前驅氣體之溫度的單元。此外，溫度控制單元可配置於儲槽1034及計量閥1032之間及/或配置接近噴嘴的開口，以按預定溫度在電子束920擊中樣本930的位置處提供第二處理氣體。電子束920在微影光罩的吸收體層760未得到吸收體材料的位置處分解第二前驅氣體。第二前驅氣體對應的成分沈積在吸收體層760上以移除缺陷。為有效移除第一及/或第二前驅氣體的揮發成分，可另外配置具有幫浦的吸嘴接近噴嘴1020、1030(圖9中未顯示)。
藉由模擬入射電子束920在樣本930上的效應，可支援決定微影光罩700、800之結構及組成成分的程序。圖10表示入射於配置在矽基板1050上且層厚度為100 nm的金層1060上之電子束1080的碰撞或散射串(scattering cascade)。入射電子束1080具有10 keV的動能。圖10表示聚集許多個別電子的散射串。在圖2示意性表示個別電子的散射串。
圖11描繪電子束與矽(Si)鉬(Mo)多層系統之交互作用的模擬。電子從上方以1 keV的能量撞擊多層系統。灰色陰影區域代表其中產生背向散射電子的區域。由於Si(Z=14)及Mo(Z=42)的原子數差異較大，背向散射電子幾乎專門產生於Mo層中。在能量為1 keV時，超過50%的背向散射電子產生於第一Mo層中。
圖12顯示圖11之多層系統的模擬，但現在電子束具有能量為2 keV。如圖4及圖5所指示，較高能量束穿入Si Mo多層系統更深處。類似於圖11，絕大多數的背向散射電子同樣產生於Mo層中。然而，不同於圖11，背向散射電子50%的部分現產生於頭兩個Mo層中。
圖13(a)表示五個Si Mo層系統之背向散射電子的模擬，每個層具有10 nm的厚度。入射電子束具有5 keV的能量。在圖13(b)中，第二Mo層具有厚度為15 nm而非圖13(a)中的10 nm。如從圖13(a)及13(b)的比較可見，第二Mo層的厚度偏差修飾了背向散射電子產生體積(backscattered electron generation volume)的空間分布。
此背向散射電子產生體積的空間分布修飾在離開圖13(a)及圖13(b)之五個Si Mo層系統的背向散射電子能譜中也很明顯。這顯示在圖14之背向散射電子的模擬能量解析光譜(simulated energy resolved spectrum)中。這表示可在背向散射電子的信號中偵測多層系統中的層厚度小偏差。
圖10至圖14證明模擬是分析EUV微影光罩之結構及組成成分的有用方法。尤其模擬可與背向散射電子及/或所產生之光子的測量信號一起應用以解析EUV光罩中的缺陷。
在決定EUV光罩的組成成分後，可再次應用計算構件1010以決定在EUV光子入射在光罩上時的光罩性能。EUV光子的交互作用實質上由兩個作用主導：吸收及散射或反射。眾所周知及明白兩種效應的基本物理定律。因此，類似於上文討論的入射電子束模擬，EUV光子束在EUV光罩上的交互作用可被模擬。因此，如果已知EUV光罩的組成成分，即可決定EUV光罩的性能。
本說明著重在電子束掃描及因此也著重在探測EUV光罩(或更一般的說法為樣本)。然而，本發明方法並不限於使用電子掃描樣本。除了電子之外，亦可應用可在特定光譜範圍上調諧(tuneable)之已知波長的光子束掃描EUV光罩。再者，亦可利用具有實質上不會損壞樣本之能量的離子束掃描樣本，因而產生接著用以分析樣本的背向散射電子及/或所產生之光子。
在掃描電子顯微鏡900的EUV光罩分析中發現光罩具有缺陷810、820、830、840或任何其他缺陷時，可使用具有可調諧電子束920的掃描電子顯微鏡900或修飾的裝置來修復所識別的缺陷。圖15的流程圖1500圖解此方法。此方法從步驟1510開始，此時將樣本或EUV光罩插入掃描電子顯微鏡900。在步驟1520，使用SEM(掃描電子顯微鏡)影像決定是否可將缺陷識別為吸收體層760的缺陷。如果確定是吸收體層的缺陷，則不需要進行更多分析，及在步驟1530中修復缺陷。利用掃描電子顯微鏡900的電子束920掃描缺陷區域，同時透過噴嘴1020、1030在缺陷位置處提供相應前驅氣體，以執行修復。電子束920的電子觸發前驅氣體的氣體分子與吸收體缺陷的表面進行化學反應。取決於缺陷的種類，可使用第一前驅氣體、或若干第一前驅氣體的組合、或第二前驅氣體、或若干第二前驅氣體的組合，在微影光罩800之吸收體層760的缺陷部位移除過多的吸收體材料或沈積缺少的吸收體材料。
如果在決策步驟1520偵測缺陷不是吸收體層760的缺陷，即以電子920掃描微影光罩800的表面，及在步驟1540測量及分析背向散射電子及/或所產生之光子。在步驟1550，從此組資料決定微影光罩800的性能。這例如可利用掃描電子顯微鏡900的計算構件1010執行。接著在決策步驟1560決定在微影光罩800的所決定性能及預定性能之間的差異是否需要修復多層結構所識別的缺陷。當不需要修復缺陷時，將不需要對多層或Mo Si結構的識別缺陷實行任何更多動作，及本方法在步驟1590結束。當必須修復多層結構的缺陷時，在步驟1570計算補償修復。例如，此計算同樣可利用掃描電子顯微鏡900的計算構件1010來執行。按照補償多層結構中缺陷的方式，計算之修復修飾微影光罩800的吸收體層760。最後，在步驟1580中藉由再次使用掃描電子顯微鏡900的電子束920及藉由透過噴嘴1020、1030提供前驅氣體，執行補償修復，及用於所識別多層缺陷的本方法在步驟1590結束。
10．．．樣本
20．．．電子束
30．．．交互作用體積
40．．．層
50．．．上半部
60．．．部分
70．．．部分
80．．．虛線
90．．．虛線
200．．．樣本
210．．．電子
220．．．原子核
230．．．電子
240．．．原子核
250．．．電子
260．．．原子核
270．．．原子核
280．．．光子
400．．．樣本
410．．．電子束
450．．．樣本
460．．．交互作用體積
470．．．交互作用體積
510．．．電子束
560．．．交互作用體積
570．．．交互作用體積
700．．．微影光罩
710．．．基板
720．．．鉬(Mo)層
730．．．矽(Si)層
740．．．帽蓋層
760．．．吸收體層
760．．．緩衝層
770．．．光子
780．．．光子
800．．．光罩
810．．．過多材料
820．．．具有過大厚度的Mo層
830．．．受污染的Mo層
840．．．缺陷
900．．．掃描電子顯微鏡
910．．．電子源或電子槍
920．．．電子束
930．．．樣本
940．．．偏斜組件
950．．．樣本保持器
960．．．背向散射電子
970．．．偵測器
980．．．光子
990．．．偵測器
1000．．．真空幫浦
1010．．．計算構件
1020．．．噴嘴
1022．．．計量閥
1024．．．儲槽
1034．．．儲槽
1050．．．矽基板
1060．．．金層
1080．．．電子束
1510、1520、1530、1540、1550、1560、1570、1580、1590．．．步驟
在詳細說明中，本發明較佳具體實施例係參考圖式來說明，其中：
圖1示意性顯示入射電子束在樣本中產生之交互作用體積的橫截面；
圖2描繪單一電子在樣本內的二維示意性碰撞或散射串；
圖3示意性指示無精細結構之最內部電子殼層的能隙；
圖4(a)示意性表示在低原子數Z之樣本中，由低能量之電子束產生的交互作用體積；
圖4(b)示意性表示在高原子數Z之樣本中，由低能量之電子束產生的交互作用體積；
圖5(a)示意性表示在低原子數Z之樣本中，由高能量之電子束產生的交互作用體積；
圖5(b)示意性表示在高原子數Z之樣本中，由高能量之電子束產生的交互作用體積；
圖6描繪針對不同元素之樣本，背向散射電子之所測量之能譜作為背向散射電子之能量的函數(左側)及在出射角135°下的所測量能譜(右側)；
圖7以橫截面顯示EUV微影光罩的示意圖；
圖8顯示具有不同缺陷之EUV微影光罩的示意圖；
圖9表示具有電子源、束調整構件、電子及光子偵測器、計算構件及提供前驅氣體之構件的裝置的示意圖；
圖10顯示在深度100 nm之金堆疊中電子束之電子的交互作用模擬；
圖11顯示Si Mo多層系統中由1 keV電子束產生之背向散射電子之產生區域的模擬；
圖12以2 keV的電子束能量重複圖11的模擬；
圖13(a)表示在五個Si Mo層(層厚度10 nm)的系統中由5 keV電子束產生之背向散射電子產生區域的模擬結果；
圖13(b)表示圖13(a)的模擬結果，其中第二Mo層具有厚度為15而非10 nm；
圖14指示圖13(a)及圖13(b)之模擬中背向散射電子的能量解析分布；
圖15顯示圖解光罩修復方法之具體實施例的流程圖。
1510、1520、1530、1540、1550、1560、1570、1580、1590．．．步驟

Claims (13)

  1. 一種決定在一曝光波長下一微影光罩之性能的方法，包含：a.重複地以具有多個束能量之至少一個電子束掃描過該微影光罩之至少一部分，其中該微影光罩之性能是由其傳輸一預定結構或圖案於配置在一晶圓上之一光阻的能力所界定；b.測量由該至少一個電子束與該微影光罩之該至少一部分交互作用所產生的多個信號，其中若該微影光罩包含一缺陷，則該等信號包括該缺陷的一位置資訊；c.基於所測量的該等信號決定該缺陷是否為該微影光罩之一吸收體層的缺陷或為該微影光罩之一多層結構的缺陷，並且若該缺陷為該微影光罩之該多層結構的缺陷，則預測在該曝光波長下該微影光罩之該至少一部分的性能；及d.基於所決定的該性能與一預定性能之間的差異來決定是否需要修復該缺陷。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該微影光罩包含一反射微影光罩。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該微影光罩包含一用於極紫外光曝光波長，尤其是用於約13.5nm的波長，的微影光罩。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中上述測量該等信號包含測量多個電子，尤其是測量多個背向散射電子，及其中上述測量該等背向散射電子包含測量該等背向散射電子的產率及/或測量該等背向散射電子的能量分布。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中上述測量該等信號包含測量多個光子，尤其是使用一能量分散x射線光譜儀測量該等光子。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中上述測量該等信號包含測量多個電子及測量多個光子，尤其是使用一能量分散x射線光譜儀測量該等背向散射電子及測量該等光子。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，另外包含模擬由該電子束與該微影光罩之該部分交互作用所產生的多個信號，及藉由評估所模擬的該等信號及所測量的該等信號，決定在該曝光波長下該微影光罩之該部分的性能。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，另外包含藉由評估該微影光罩之一不同部分的所測量的多個信號及/或評估所測量的多個信號及所模擬的多個信號，決定該微影光罩之一部分在該曝光波長下之性能的一缺陷。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，另外包含藉由使用該至少一個電子束校正該缺陷。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該缺陷是該微影光罩之該多層結構的缺陷，其利用該微影光罩之該吸收體層之一補償修復而被修復。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之方法，另外包含使用如申請專利範圍第1至9項中任一項所述之方法，來決定在該曝光波長下該微影光罩之該修復部分的性能。
  12. 一種決定在一曝光波長下一微影光罩之性能的裝置，包含：a.至少一個電子源，用於產生至少一個電子束，其中該至少一個電子源適於操作以產生具有多個能量的多個電子束，且該微影光罩之性能是由其傳輸一預定結構或圖案於配置在一晶圓上之一光阻的能力所界定；b.至少一個調整構件，用於以該至少一個電子束掃描過該微影光罩之該至少一部分；c.至少一個偵測器，用於測量由該至少一個電子束與該微影光罩之該至少一部分交互作用所產生的多個信號，其中若該微影光罩包含一缺陷，則該等信號包括該缺陷的一位置資訊；及d.至少一個計算構件，用於基於所測量的該等信號，決定該缺陷是否為該微影光罩之一吸收體層的缺陷或為該微影光罩之一多層結構的缺陷，並且若該缺陷為該微影光罩之該多層結構的缺陷，則預測在預定的該曝光波長下該微影光罩之該至少一部分的性能，並且用於基於所決定的該性能與一預定性能之間的差異來決定是否需要修復該缺陷。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之裝置，另外包含至少一個構件，用來在該電子束擊中該微影光罩之一位置處提供至少一個前驅氣體。
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