TWI586949B - 極紫外光遮罩檢查系統之光學器具的波前像差測定 - Google Patents

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Description

極紫外光遮罩檢查系統之光學器具的波前像差測定 相關申請案之交叉參考
本申請案主張Qiang Zhang等人於2012年8月30提交之名稱為「Test Mask for In-Situ Wave Front Aberration Metrology of Projection Optics for EUV Actinic Photomask Inspection」之美國臨時專利申請案第61/694,919號之優先權，該案之全文以引用方式併入本文以用於全部目的。
本發明大體上係關於極紫外光(EUV)光罩檢查及測定系統之領域。更特定言之，本發明係關於用於EUV檢查器系統之波前測定。
一般而言，半導體製造業涉及：使用層疊及圖案化至一基板上之半導體材料(諸如矽)來製造積體電路之高度複雜技術。一積體電路通常由複數個光罩或遮罩製成。最初，電路設計者將描述一特定積體電路(IC)設計之電路圖案資料提供至將該圖案資料變換成複數個光罩之一光罩生產系統。一新興類型之光罩為由複數個主要反射層及一圖案化吸收體層組成之一極紫外光(EUV)光罩。
歸因於積體電路化之巨大規模及半導體器件之減小尺寸，光罩及所製造之器件對缺陷變得日益敏感。若不校正此等缺陷，則其會導致最終器件歸因於電時序誤差而無法滿足所要效能。甚至更糟地，此 等缺陷會導致最終器件出故障且負面影響良率。
提供經改良之測試器件、裝置及技術以促進EUV光罩之檢查將係有益的。
下文呈現本發明之一簡化概要以提供對本發明之某些實施例之一基本理解。【發明內容】並非為本發明之一詳盡概述且其並不識別本發明之重要/關鍵元件或不描繪本發明之範疇。【發明內容】之唯一目的為依一簡化形式呈現本文所揭示之一些概念以使其作為下文所呈現之更詳細描述之一序言。
本發明揭示一種用於量測一極紫外光(EUV)檢查系統之波前像差之測試結構。該測試結構包含：一基板，其由對EUV光實質上無反射性之一材料形成；及一多層(ML)堆疊部分，其形成於該基板上且包括具有不同折射率以反射EUV光之複數個交替層對。該ML堆疊部分經配置於該基板上以曝露該基板之一部分。在某些實施例中，該等對具有大於或小於15之一計數。在另一態樣中，該等對之計數等於或小於10，及在其他態樣中，小於5。
在一特定實施方案中，各對包括(i)一鉬(Mo)層及一矽(Si)層、(ii)一釕(Ru)層及一Si層、或(iii)與一碳(C)基障壁層介接之一Mo層及一Si層。在另一態樣中，測試結構包含位於ML堆疊部分上之一覆蓋層，其由防止ML堆疊部分氧化且實質上透明之一材料形成。在另一實施例中，ML堆疊部分之交替層對係非週期的，且各交替對具有經最佳化使得繞射自測試結構之EUV光實質上填充檢查系統之一入射光瞳區域及/或具有一最佳化峰值反射率之一厚度。
在一特定實例中，ML堆疊部分之一週期介於約7奈米至約7.5奈米之間。在另一特徵中，ML堆疊部分具有當用EUV光成像時提供ML堆疊部分與基板之間之一高對比度之一組合物。在一實施例中，ML 堆疊部分具有等於或小於75奈米之一厚度。在另一態樣中，基板具有導致EUV光之反射率小於0.1%之一折射率。在又一實施方案中，測試結構包含位於ML堆疊部分之頂部及側壁上之一保形層，其中該保形層具有對氧之一低擴散率且實質上透明。在另一態樣中，ML堆疊部分為一柱且具有小於100奈米之一直徑。
在一替代實施例中，本發明係針對一種用於量測一極紫外光(EUV)檢查系統之波前像差之一測試結構之形成方法。該方法包含：(i)沈積對EUV光具反射性之一第一層及一第二層之複數個交替對；及(ii)圖案化該第一層及該第二層之該複數個交替對以形成一多層(ML)堆疊部分。該第一層及該第二層之該等對具有等於或小於10之一計數。
在一特定實施方案中，藉由以下操作而圖案化第一層及第二層之複數個交替對：(i)在第一層及第二層之複數個交替對上形成一硬遮罩層；(ii)在該硬遮罩層上形成一光阻材料且曝露該光阻材料以形成一光阻圖案；(iii)使用該光阻圖案來蝕刻該硬遮罩層以形成一硬遮罩圖案；(iv)使用該硬遮罩圖案來蝕刻第一層及第二層之複數個交替對以形成ML堆疊部分；及(v)移除該硬遮罩圖案。在一進一步態樣中，該硬遮罩層為鉻。在又一態樣中，使用氯基/氧基化學物來蝕刻該硬遮罩層。在另一實施例中，使用六氟化硫基化學物來蝕刻第一層及第二層之複數個交替對以形成ML堆疊部分。在另一實例中，藉由使用一聚焦離子束來蝕刻第一層及第二層之複數個交替對以形成ML堆疊部分而圖案化第一層及第二層之複數個交替對。
在另一實施例中，該方法包含：圖案化第一層及第二層之複數個交替對以形成複數個ML堆疊部分。在此實施例中，藉由將一電子束光微影程序及一後續蝕刻程序運用於第一層及第二層之複數個交替對以形成複數個ML預堆疊部分而形成該複數個ML堆疊部分，接著， 對該等ML預堆疊部分執行一聚焦離子束光微影以形成具有比該等ML預堆疊部分小之一寬度之該等ML堆疊部分。
在另一實施例中，一測試結構具有：一基板；多個交替層對，其具有不同折射率以反射EUV光，其中該等對具有等於或小於15之一計數；及一吸收體層，其形成於該複數個交替層對上。該吸收體層具有形成於其內以曝露該複數個下伏交替層對之一部分之一孔。在一進一步態樣中，該吸收體層由氮化鉭(TaN)、鉻(Cr)、鉑(Pt)或鎳(Ni)組成。在另一實例中，該吸收體層具有等於或小於約100奈米之一厚度。
在另一實施例中，本發明係針對一種檢查系統，其包含用於將一EUV入射光束導引至一測試結構上之一或多個照明元件，該測試結構包括：一基板，其由對EUV光實質上無反射性之一材料形成；及一多層(ML)堆疊部分，其形成於該基板上且包括具有不同折射率以反射EUV光之複數個交替層對，其中該等對具有等於或小於15之一計數。該系統亦包含：一或多個成像元件，其用於偵測來自該測試結構之一輸出光束且基於該輸出光束產生一影像或信號，其中該輸出光束回應於該測試結構上之該入射光束而自該測試結構發出；及一處理器，其經組態以分析該影像或信號以量測實質上橫跨該檢查系統之一光瞳之波前像差。在一態樣中，該系統具有大於0.1之一數值孔徑(NA)。在其他實例中，該測試結構包含上述特徵之任何一或多者。
下文參考圖式而進一步描述本發明之此等及其他態樣。
100‧‧‧極紫外光(EUV)光罩
102‧‧‧基板
104‧‧‧多層堆疊/多個層
106‧‧‧覆蓋層
108a‧‧‧圖案
108b‧‧‧圖案
152‧‧‧光阻層
154‧‧‧晶圓基板
156‧‧‧輻射
158a‧‧‧光酸
158b‧‧‧放大光酸
200‧‧‧極紫外光(EUV)光化性檢查工具/檢查裝置
201‧‧‧照明元件/照明光學器具
202‧‧‧光源
204‧‧‧聚光器光學器具
208‧‧‧投影光學器具
209‧‧‧成像元件/成像光學器具
210‧‧‧樣本
212‧‧‧檢查表面/樣本表面
214‧‧‧偵測器
216‧‧‧處理器系統
300‧‧‧多層(ML)柱狀結構
302‧‧‧基板
304‧‧‧多層(ML)部分/雙層/ML柱之反射體圖案/ML圖案/多層/多層反射體/ML反射體圖案
308‧‧‧覆蓋層/覆蓋圖案
402‧‧‧硬遮罩層/硬蝕刻遮罩層
404‧‧‧均勻多層/多層(ML)反射體
406‧‧‧覆蓋層
408‧‧‧光阻圖案/光阻層
410‧‧‧硬遮罩圖案
450‧‧‧多層(ML)柱狀結構
452‧‧‧保形層
500‧‧‧針孔結構
502‧‧‧基板
504‧‧‧多層(ML)反射體/針孔反射體
506‧‧‧吸收體圖案
508‧‧‧針孔/覆蓋層
602‧‧‧曲線圖
604‧‧‧多層(ML)柱強度曲線
606‧‧‧背景強度曲線
610‧‧‧曲線圖
612‧‧‧針孔強度曲線
614‧‧‧背景強度曲線
802‧‧‧光瞳孔徑
804a‧‧‧曲線圖
804b‧‧‧曲線圖
804c‧‧‧曲線圖
804d‧‧‧曲線圖
804e‧‧‧曲線圖
804f‧‧‧曲線圖
圖1A係一實例性EUV光罩之一側視圖之一圖解表示。
圖1B繪示一EUV光微影程序中之一EUV光罩及晶圓之一側視透視圖。
圖2係其中可實施本發明之技術之一光化性檢查工具之一圖解表 示。
圖3A係根據本發明之一實施例之具有用於量測EUV波前像差之一多層(ML)柱狀結構之一診斷遮罩之一圖解側視圖。
圖3B係圖3A之ML柱狀結構之一透視圖。
圖4A至圖4G繪示根據本發明之一特定實施例之用於量測一EUV檢查工具之波前像差之一ML柱狀結構之一製程。
圖5係根據本發明之一第二實施例之用於量測一EUV檢查工具之波前像差之一針孔結構之一側視圖。
圖6展示根據本發明之一實例性實施方案之不同尺寸之ML柱狀結構及針孔測試結構之強對比度之比較。
圖7A至圖7G展示可用於本發明之實施例中之用於各種Mo/Si多層設計之經計算角解析反射率曲線。
圖8A至圖8F繪示由本發明之ML柱狀結構或針孔測試結構實施例形成之各種光瞳影像。
在以下描述中，闡述諸多特定細節以提供本發明之一透徹理解。可在無此等特定細節之部分或全部之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述熟知組件或程序操作以避免不必要地使本發明不清楚。儘管將結合特定實施例描述本發明，但應瞭解，此不意欲將本發明限制於該等實施例。
引論
一極紫外光(EUV)微影程序通常使用經設計以促進EUV波長(諸如13.5奈米)處之一晶圓上之圖案化之一EUV型光罩。圖1A係可用於製造一半導體晶圓圖案之一EUV光罩之一實例之一部分之一側視圖之一圖解表示。如圖所展示，EUV光罩100可包含一基板102，諸如低熱膨脹(LTE)或超低膨脹(ULE)玻璃板。
基板覆蓋有材料之多個層104以提供EUV波長處之適度反射率(例如60%至70%或更大)以執行EUV波長處之微影曝露。多層堆疊104充當一布拉格反射體，其最大化EUV輻射之反射且為該EUV輻射之一弱吸收體。反射大體上發生在具有導致更大反射率之更高差異之不同折射率之材料之間之介面處。儘管曝露於極低波長之材料之折射率約等於1，但可透過使用具有不同折射率之交替層之多個層而實現顯著反射。該多層堆疊亦可包括低吸收特性，使得照射輻射幾乎無損失地被反射。在製造光罩中，多個層104可包含以約7奈米節距配置之鉬(Mo)層及矽(Si)層之約30個至約40個(或40個至50個)之間之交替對。
多個層104可覆蓋有一覆蓋層106(諸如Ru)以防止下伏ML反射體層氧化。在其他實施例中，一EUV光罩可包含石英、深UV(DUV)之抗反射塗層(ARC)、及其他特徵。一圖案(例如108a及108b)形成於安置於多個層104上之一吸收體層中。例如，頂上加蓋一薄抗反射氧化物之氮化鉭硼膜充當一EUV吸收體。用於該光罩圖案之(若干)材料可經選擇以具有幾乎為零之蝕刻錐度以實現超細解析度特徵。
一般而言，可實施任何適合EUV光微影程序以經由一EUV光罩曝露一光阻層。圖1B繪示一EUV光微影程序中之一光罩及一晶圓樣本之一側視透視圖。一光微影系統之光源可產生適合於與EUV光罩一起使用之任何適合輻射。例如，可利用約11奈米至14奈米之間之EUV波長或更低軟x射線波長。在一特定實施方案中，產生約13.5奈米之一波長。
在光微影期間，在形成於一晶圓基板154上之一光阻層152中吸收反射自一EUV光罩之多個層104之輻射156。所吸收之輻射產生光酸(H+)及放大光酸(例如158a及158b)，其在使光阻劑顯影時形成對應於該EUV光罩之吸收體圖案層(例如108a)的晶圓基板154之光阻層152中之一曝露圖案。為清晰起見，圖1B中省略該EUV光罩與晶圓之間之 反射成像光學器具(optics)。
檢查系統實例
圖2係其中可實施本發明之技術之一EUV光化性檢查工具200之一圖解表示。如本文進一步所描述，檢查工具200大體上可包含用於將一EUV入射光束導引至一測試結構上之一或多個照明元件201，及用於偵測來自該測試結構之一輸出光束且基於該輸出光束產生一影像或信號之一或多個成像元件209。該輸出光束回應於該測試結構上之該入射光束而自該測試結構發出。
在所繪示之實例中，照明元件201可包含適合於檢查一EUV光罩之一光源202。一光源之一實例係一準連續波雷射。在某些實施例中，一光源可大體上提供高脈衝重複率、低雜訊、高功率、穩定性、可靠性及可擴展性。
照明元件201亦可包含用於精確光束定位之一光束轉向器件及一光束調節器件，其可用於提供光位準控制、斑點雜訊消減及高光束均勻性。光束轉向器件及/或光束調節器件可為與例如一雷射分離之實體器件。
一檢查系統可包含用於將一入射光束導引及聚焦至檢查表面212上之任何適合數目及類型之照明元件201。為簡潔起見，圖2僅繪示聚光器光學器具204。然而，熟習技術者應瞭解，一檢查系統可包含實現特定檢查功能所需之其他光學元件。
樣本210亦可安置於檢查系統200之一載物台(圖中未標記)上，及檢查系統200亦可包含用於相對於入射光束移動該載物台(及樣本)或移動系統200之任何其他組件之一定位機構。舉例而言，一或多個馬達機構可各由一螺旋驅動及步進馬達、具有回饋位置之線性驅動、或帶致動器及步進馬達形成。
在(若干)入射光束照射於樣本210上之後，可以「輸出光」或一 「輸出光束」(或多個輸出光束)之形式自樣本210反射及散射(或繞射)光。檢查系統亦包含用於導引輸出光朝向一或多個偵測器之任何適合成像光學器具配置。可依據像素之不同尺寸(例如各像素小於約100奈米，或更特定言之，小於約75奈米或甚至小於60奈米)而調整成像光學器具209(及/或照明光學器具201)。
如圖所展示，可由一偵測器214經由投影光學器具208而接收一輸出光束。在某些實施例中，偵測器214係一時延積分(TDI)偵測器。一典型TDI偵測器累積檢查表面之相同區域之多重曝光以有效地增加可用於收集入射光之積分時間。物體運動可與該等曝光同步以確保一清晰影像。一般而言，一偵測器可包含傳感器、收集器、電荷耦合器件(CCD)或其他類型之輻射感測器。
可依任何適合角度(諸如法線角及/或傾斜角)於樣本表面212處導引照明光束。在此等實施例中，一衰減器可定位於輸出光束路徑上以使散射光束之一零階分量在到達一偵測器之前衰減。此外，一成像孔徑可定位於輸出光束路徑上以使輸出光束之零階分量之相位位移。一照明孔徑亦可定位於照明路徑上以實現各種照明輪廓。
一偵測器通常與一處理器系統216耦合，或更一般而言，耦合至一信號處理器件，該信號處理器件可包含經組態以將來自偵測器214之類比信號轉換成供處理之數位信號之一類比轉數位轉換器。處理器系統216可經組態以分析一或多個反射光束之強度、相位、波前像差測定特性及/或其他特性。處理器系統216可經組態(例如使用程式化指令)以提供用於顯示所得影像、量測信號或其他檢查特性之一使用者介面(例如一電腦螢幕)。處理器系統216亦可包含用於提供輸入之一或多個輸入器件(例如鍵盤、滑鼠、操縱桿)。處理器系統216亦可與載物台耦合以控制(例如)一樣本位置(例如聚焦及掃描)及檢查系統元件之其他測定或檢查參數及組態。在某些實施例中，處理器系統 216經組態以實施本文所描述之波前測定技術。
檢查工具可經一般操作以將偵測光轉換成對應於強度值之偵測信號。該等偵測信號可呈具有對應於光罩之不同位置處之不同強度值之振幅值的一電磁波形之形式。該等偵測信號亦呈強度值之一簡單列表及相關聯之光罩點座標之形式。該等偵測信號亦可呈具有對應於光罩上之不同位置或掃描點之不同強度值的一影像之形式。可在光罩之全部位置被掃描且被轉換成偵測信號之後產生一強度影像，或可在掃描各光罩部分時產生一強度影像之部分且在掃描整個光罩之後完成最終強度影像。
檢查系統亦可包含用於設定檢查系統且審查缺陷資料、影像及映射之一或多個檢查控制及/或審查站。檢查系統通常可包含一或多個微處理器積體電路及亦可含有介面及/或記憶體積體電路，且可另外耦合至用於儲存設定方案及檢查結果之一或多個共用及/或全域記憶體器件。
檢查系統或審查站之一或多個組件可包括一經特殊組態之電腦系統，其包含用於執行可儲存於一電腦可讀媒體上之本文所描述之各種操作之程式指令/電腦碼。機器可讀媒體之實例包含(但不限於)：磁性媒體，諸如硬碟、軟碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM磁碟；磁光媒體，諸如光碟；及經特殊組態以儲存及執行程式指令之硬體器件，諸如唯讀記憶體(ROM)器件及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含(諸如)由一編譯器產生之機器碼及含有可由電腦使用一解譯器來執行之更高等級碼之檔案兩者。
檢查裝置200可適合於檢查EUV光罩以及其他半導體樣本，諸如器件、晶圓或其他類型之光罩。可使用本發明之檢查裝置來檢查或成像之其他類型之樣本包含任何表面，諸如一平板顯示器。
在上述例示性檢查系統中，入射光束可呈光之任何適合形式。 另外，任何適合透鏡配置可用於導引入射光束朝向樣本及導引發出自樣本之輸出光束朝向一偵測器。根據特定檢查或測定應用，輸出光束可反射或散射自樣本或透射穿過樣本。對於EUV光罩檢查，輸出光束散射自樣本。同樣地，任何適合偵測器類型或數目之偵測元件可用於接收輸出光束且基於所接收輸出光束之特性(例如強度)而提供一影像或一信號。
在某些檢查應用中，入射光或偵測光之不同空間部分可選擇性繞射自任何適合空間孔徑以產生具有任何適合入射角之任何入射或偵測光輪廓。舉例而言，可程式化照明或偵測孔徑可用於產生一特定光束輪廓，諸如偶極、四極、類星體、環形等等。在一特定實例中，可實施像素化照明技術。可程式化照明及特殊孔徑可用於增強光罩上之特定圖案之特徵對比度。
波前測定
儘管檢查系統之光學組件可最初經設定以檢查一EUV光罩，但光學組件可歸因於振動或熱效應而隨時間流逝漂移。此「波前」像差將損及受檢查之EUV光罩之成像。相應地，用於檢查一EUV光罩之檢查工具之光學器具需要重新定位以最小化光學波前像差之漂移。
本發明之某些實施例提供一診斷光遮罩以量測及監測用於一EUV光罩或光遮罩之光化性檢查的光學器具之波前像差。特定言之，量測此波前像差利用將用於使製造EUV光罩成像之EUV光化性檢查系統之相同組之照明光學器具及成像感測器。為量測用於檢查EUV光罩之光學器具中之波前像差，此診斷遮罩大體上經設計以與EUV光一起工作以利用用於EUV光罩檢查之相同光學元件。如此，在此實施例中，該診斷遮罩駐留於與待檢查之光遮罩相同之位置中。
由於全部類型之EUV光遮罩具反射性，所以診斷遮罩亦可基於一反射設計。替代地，可使用具有針孔測試結構之一類隔膜透射型EUV 光遮罩，其接著可使用可來回穿梭以使照明光束路由至診斷遮罩之背面之中繼光學元件。中繼光學元件之此穿梭將觸發輸送量之損失且增加檢查系統之成本及複雜性。此外，歸因於空間限制，此穿梭並非總是可行。
若使用類似於一製造EUV遮罩(例如上文相對於圖1及圖2所描述)之EUV光罩圖案之特性來形成診斷遮罩，則會在波前測定期間出現諸多問題。一製造EUV遮罩之多層反射體通常經最佳化以實現用於微影目的之高峰值反射率，而非最大化其角帶寬。因此，歸因於ML反射體之角帶寬限制，使用此等類型之遮罩來量測波前像差僅適合於具有一相對較小數值孔徑(NA)(例如小於約0.1)之檢查系統內之投影光學器具。
另外，若使用圖案化至吸收體材料中之測試特徵來量測波前像差，則難以達成背景抑制、特徵解析度及影像品質之一平衡。為實現低強度背景，吸收體材料之厚度需較大。同時，更厚之吸收體增大測試特徵之寬高比以使其更難以依高解析度圖案化。此外，一更厚吸收體亦會由於與EUV檢查系統之離軸照明相關聯之一遮蔽及厚遮罩效應而使光學影像品質降級。一吸收體層亦趨向於具有可足夠大以不干擾像差測定之一非零EUV反射率。
本發明之某些實施例提供經設計以使EUV光強度繞射以實質上儘可能均勻地填充光瞳之一診斷測試圖案。另外，診斷遮罩實施例包含一測試結構及導致成像測試結構與成像背景之間之高對比度之周圍背景材料。
診斷遮罩之測試圖案之臨界橫向尺寸可經設計以等於或低於投影光學器具之解析度。在一實施例中，測試圖案等於或小於數十奈米(nm)。診斷遮罩亦可經設計以支援具有此一高解析度位準之微影圖案化，同時在測試結構於EUV光下成像時提供高光學解析度及對比度。
在一實施例中，診斷遮罩係基於由具有高折射率對比度之兩個交替低吸收材料組成之一薄EUV多層(ML)反射體設計。與一製造光罩上所見之反射體(其通常包含40對至60對之Mo/Si雙層)相比，本發明之某些實施例採用不超過約15對或不超過約10對(諸如5對)之Mo/Si雙層。使用小於ML部分304之10個雙層或10對之結果為：多層反射體304之帶寬顯著增加。另外，可在約7.0奈米至約7.5奈米之範圍內微調雙層304(例如Mo/Si)之厚度或週期以在所關注之角範圍內使反射率進一步變平。
在一第一實施例中，一ML堆疊部分(諸如一柱)由一薄ML形成。 圖3A係根據本發明之一實施例之具有用於量測EUV波前像差之一ML柱狀結構300之一診斷遮罩之一圖解側視圖。圖3B係圖3A之ML柱狀結構300之一透視圖。圖3A係沿圖3B之線A之一視圖。如圖所展示，ML柱狀結構300包括位於一基板302上之ML部分304。
相較於具反射性之所得ML柱狀結構300，基板302大體上可由具有對EUV光(例如13.5奈米)之一低反射率之一材料形成。亦即，基板可由使對EUV波長之反射率最小化之一材料(諸如實質上透明材料)形成。例如，基板亦可具有與用於一製造EUV光罩中之基板相同之基板，諸如一低熱膨脹材料(LTEM)。基板可由其他低反射材料(諸如玻璃或Si)形成。替代地，基板可由多個層(諸如在一塊狀石英或玻璃層上加上Si層)形成。在一實例中，基板由具有接近於真空之一折射率之一材料形成以導致對EUV光之反射率小於0.1%。
相比而言，ML部分由一高反射率材料形成以導致成像ML柱狀結構與周圍基板之間之一高對比度。例如，ML部分304可由用於EUV應用中之任何適合反射材料(諸如鉬(Mo)及矽(Si)、釕(Ru)及Si、與一碳(C)基障壁層介接之一Mo層及一Si層等等)形成。
一覆蓋層308可沈積於已完成之多層304之頂部上以保護多層304 免受濕氣及氧破壞。在一特定實施方案中，覆蓋層308具有數奈米之一厚度。覆蓋層106亦經選擇以對EUV光實質上透明。覆蓋層可包含釕(Ru)、Si、類鑽碳(DLC)、鉑(Pt)等等。此覆蓋層308係可選用的。
在此實例中，ML柱狀結構可具有等於或低於投影光學器具之解析度之一厚度T。例如，ML柱狀結構具有等於或小於數十奈米(nm)(諸如小於約75奈米，或甚至小於約50奈米)之一厚度T。此厚度T可支援具有一高很多之橫向解析度D(類似於或甚至小於多層厚度T)之多層之圖案化。
可使用任何適合製造技術來形成ML柱狀結構300。圖4A至圖4G繪示根據本發明之一特定實施例之用於量測一EUV檢查工具之波前像差之一ML柱狀結構(ML柱狀結構300)之一製程。圖4A展示均勻地沈積至基板302上之均勻多層(ML)404、一覆蓋層406及一硬遮罩層402。可藉由具有厚度控制以用於均勻地沈積此等層之任何適合沈積程序而形成此等層。例如，可藉由離子束沈積或磁控濺射而分別沈積ML反射體404中之各層、覆蓋層406及硬遮罩層。
如圖4A中所展示，一薄硬蝕刻遮罩層402(諸如鉻(Cr))可均勻地形成於多層(ML)反射體404(及覆蓋層406)之頂部上。可基於硬遮罩與ML反射體404(及覆蓋層406)之間之蝕刻選擇性而選擇硬遮罩材料及厚度。即，可(例如)在一電漿蝕刻程序中選擇硬遮罩以提供相較於ML反射體404之一良好蝕刻對比度。
如圖4B中所展示，可使用一微影程序來形成硬遮罩402上之一光阻圖案408。可使用任何適合微影程序來曝露光阻材料以形成光阻圖案。實例性微影程序包含聚焦離子束微影、電子束(e-光束)微影、光學微影、遮罩或無遮罩等等。
如圖4C中所展示，可(例如)在一電漿蝕刻程序期間使用光阻圖案408來形成一經蝕刻之硬遮罩圖案410。蝕刻化學物可經微調以僅蝕刻 硬遮罩402。例如，可使用Cr之氯基/氧基化學物。可在此之後剝離或不剝離光阻劑。
如圖4E中所展示，可隨後自硬遮罩圖案410轉移ML柱狀圖案以使用對硬遮罩材料上之ML材料具有高蝕刻選擇性之一第二蝕刻化學物來形成ML柱之反射體圖案304及覆蓋圖案308。若使用Cr作為硬遮罩410，則一化學物實例可基於六氟化硫。可完全蝕刻經曝露之ML反射體以使其穿入至基板302中。如圖4F中所展示，可藉由一濕式化學蝕刻劑而移除剩餘硬遮罩410。
不使用一硬遮罩，而是可使用光阻圖案408來直接蝕刻ML反射體。即，光阻劑形成一蝕刻遮罩。然而，此光阻蝕刻遮罩會在蝕刻程序期間被完全消耗，使得ML反射體之頂部開始過早被消耗以致無法形成一ML部分(諸如一柱)。可選擇一蝕刻方案以快速地蝕刻ML反射體404，同時僅緩慢地蝕刻光阻層408。然而，找到僅緩慢地蝕刻硬遮罩材料(例如Cr)之一方案係更容易的，故可較佳地使用一硬遮罩。
如圖4G中所展示，可藉由在蝕刻ML反射體圖案304之後在ML柱狀結構上沈積一保形層452之額外程序而形成一替代ML柱狀結構450。即，ML圖案304(及覆蓋圖案308(若存在))可保形地外塗有一薄層材料以保護ML結構之側壁及頂部免受氧化。此材料可經選擇以具有對氧之一低擴散率且對EUV波長相對透明。此材料之實例包含Ru、硼(B)、DLC、SiO2及Si3N4。覆蓋層308可或可不與保形層452一起使用。
在一替代實施例中，可在不使用一蝕刻遮罩(例如410)之情況下使用一聚焦離子束來蝕刻ML反射體圖案304及覆蓋圖案308。即，用於形成硬遮罩層402(圖4A)及形成光阻圖案408(圖4B)、將硬遮罩層402蝕刻成一硬遮罩圖案410(圖4C)之程序可被跳過且由蝕刻薄ML反射體404以直接形成ML柱狀結構300之一無遮罩聚焦離子束(FIB)替 換。然而，一無遮罩微影程序無法用於蝕刻大陣列或高數目之測試結構。為減輕該缺點，可使用基於電子束微影及電漿蝕刻以及FIB蝕刻之一組合之一混合方法。例如，可首先運用電子束微影及電漿蝕刻以形成具有相對較大直徑之一ML柱狀結構。接著，使用FIB蝕刻來將該結構裁剪至所要尺寸以最小化必須由FIB移除之材料之數量。
在一第二實施例中，亦可設計一針孔結構以量測一EUV檢查工具之波前像差。圖5係根據本發明之一第二實施例之用於量測一EUV檢查工具之波前像差的一針孔結構500之一側視圖。如圖所展示，針孔結構500包含由一吸收體圖案506形成之一針孔508。吸收體圖案形成於一薄ML反射體504上，薄ML反射體504可形成於一基板502上方。基板可由任何材料形成，此係因為光無法到達基板。可藉由任何適合微影程序(例如上文所描述)而形成吸收體圖案506。
在此實例中，吸收體材料可經選擇以儘可能高地吸收EUV光。與用於EUV製造光罩中之吸收體材料相同之TaN吸收體材料可用於針孔結構中。然而，此實施例不必受限於與實際製造光罩相同之材料。例如，吸收體材料可由具有比用於製造EUV光罩之吸收體材料高之EUV吸收性之吸收體材料(例如TaN)形成。用於針孔之實例性吸收體材料可包含以下材料之一或多者：鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)等等。
一覆蓋層508可沈積於ML反射體504之頂部上(在沈積吸收體層之前)以保護ML反射體504免受濕氣及氧破壞。在一特定實施方案中，覆蓋層508具有數奈米之一厚度。覆蓋層508可包含(例如)Ru、Si、DLC或Pt。
針孔深度D及針孔寬度W可經選擇以最小化會影響反射自下伏ML反射體504之光填充光瞳區域之負面光學效應(諸如遮蔽)。在一實例中，約50奈米(或更小)之一吸收體層厚度D係較佳的。約40奈米至約100奈米之一針孔寬度係較佳的。
類似於ML柱實施例，針孔結構之ML反射體504亦可經設計以支援EUV檢查工具之角帶寬。相應地，針孔反射體504可具有用於ML柱狀結構之ML圖案之減少層對數(如上文所描述)。例如，ML反射體504可由具有Mo/Si雙層之高折射率對比度之兩個交替低吸收材料組成且採用不超過約10對(諸如5對)Mo/Si雙層。ML反射體504亦可由釕(Ru)及Si、一Ru層及一Si層、與一碳(C)基障壁層介接之一Mo層及一Si層等等之減少交替對形成。
儘管所繪示之實施例被描述為圓形柱狀結構或圓形孔，但其他形狀亦可考量。任何適合類型之ML堆疊/柱或針孔結構可用於量測橫跨光瞳區域之波前像差。舉例而言，ML堆疊/柱狀結構可為立方體、橢圓形等等。同樣地，針孔結構可為一立方形孔或通孔、矩形溝槽、橢圓形等等。在一實施例中，測試圖案由用於橫跨整個光瞳區域之量測之一單一ML柱或針孔結構組成。在其他實施例中，測試圖案由一起用於橫跨光瞳之量測之具有不同尺寸或形狀之多個ML柱及/或針孔組成。
ML柱測試結構及針孔兩者提供測試結構與周圍背景之間之對比度。圖6展示根據本發明之一實例性實施方案之不同尺寸之ML柱測試結構及針孔結構之強度對比之比較。曲線圖602對應於一ML柱狀結構，及曲線圖610對應於一針孔結構。圖6之針孔結構由一50奈米厚TaN吸收體材料形成，該吸收體材料為EUV光罩中所見之一共同吸收體材料。某一散焦處之測試特徵(ML柱或針孔)之影像強度用作為一參考。兩個設計配備有相同之薄多層反射體，其給出針對一給定特徵直徑尺寸之影像中之測試特徵之類似亮度強度(曲線604及612)。對於一良好之均勻光瞳填充，50奈米或更小之特徵尺寸係所關注之尺寸。
曲線圖602展示以ML柱直徑(nm)為函數之一ML柱強度曲線604(各點由正方形表示)及其對應背景強度曲線606(各點由菱形表 示)。類似的，曲線圖610展示以針孔直徑(nm)為函數之一針孔強度曲線612(各點由正方形表示)及其對應背景強度曲線614(各點由菱形表示)。
各強度曲線圖展示ML柱/針孔結構之強度與對應背景強度之間之對比度。如圖所展示，ML柱強度與其背景強度之間之對比度隨ML柱尺寸增大而增大，且ML柱強度與背景強度之間似乎存在明顯區別。然而，針孔設計顯示在針孔尺寸接近於50奈米時等於針孔結構強度之背景強度。在尺寸小於50奈米時，針孔設計之背景強度高達或甚至高於針孔結構之信號強度，其導致歸因於干擾效應之不佳信雜比及影像偽影。相比而言，基於本發明之某些實施例之ML柱設計提供背景強度之一額外30倍抑制以提供一更清晰很多之影像。其允許在不損及影像品質之情況下根據需要進一步縮減特徵尺寸。
可藉由使用導致更低背景強度之不同吸收體材料而改良針孔影像對比度。另外，增加吸收體材料之厚度可改良對比度且抑制背景雜訊。
診斷測試結構之某些實施例提供用於量測一EUV檢查工具之波前像差之增加角帶寬。即，反射光實質上均勻地橫跨光瞳或實質上依不同收集角均勻分佈。本發明之某些實施例提供可用檢查工具之EUV光學器具來成像以實質上填充光瞳區域之一ML柱或針孔結構，該光瞳區域通常大於使用EUV光罩來製造一半導體器件之光微影系統之NA。即，檢查系統之光罩平面處之NA通常顯著大於微影系統之光罩平面處之NA，其將導致測試檢查影像與實際印刷影像之間之差異。例如，用於檢查一EUV遮罩之EUV光化性檢查器之NA可大於0.1。
圖7A至圖7G展示可用於本發明之實施例中之各種Mo/Si多層設計之經計算角解析反射率曲線。此等曲線圖中之各曲線表示13.5奈米波長處之非偏振EUV光之一反射率。各反射率曲線以入射角為函數。
圖7G展示由具有一7.0奈米節距之典型數目個(其等於40)雙層形成之一測試結構之以橫跨光瞳之入射角為函數之強度。一些角度(低於13度)之反射率值相對較平直。然而，大於13度之角度處之反射率陡然下降且不均勻。一EUV檢查系統之帶寬通常遠寬於圖7A至圖7G中所展示之範圍。
圖7A至圖7F展示具有較薄ML結構之其他測試結構。其中，具有5對Mo/Si雙層及7.3奈米週期之圖7C中之設計(c)提供0度至25度之角範圍內之幾乎平直之反射率回應。此反射率回應與具有40對Mo/Si雙層及7.0奈米週期之圖7G之習知多層設計(g)(其在約13度處具有一銳截止)形成對比。具有5對雙層及7.3奈米節距之設計(c)之權衡為使峰值反射率減小約4倍。此峰值減小通常被視為針對測定目的，此係因為準確性而非輸送量具有更高優先級。將雙層數自5個增加至10個使約一半之峰值反射率損失恢復(參閱圖7D、圖7E及圖7F)。然而，增加雙層計數亦減小多層帶寬，其可見於反射率朝向更大角下降。10之一更高ML計數仍可具有比具有40對雙層之圖7G之設計(g)更佳之對比度。
在某些薄雙層ML柱或針孔測試結構中，雙層(Mo/Si)具有一均勻週期性。在替代實施例中，雙層係非週期的。各雙層之厚度可經最佳化以導致一更寬角帶寬或一特定帶寬。換言之，各雙層厚度可經最佳化以進一步最佳化光瞳填充及/或峰值反射率。與簡單地重複一單一副本不同，一非週期設計變動雙層之各對中之Mo及Si之厚度。
圖8A至圖8F繪示由本發明之ML柱或針孔結構實施例形成之各種光瞳影像。明確言之，此等影像繪示圖8C及圖8F中之一經蝕刻之薄ML柱設計之測試特徵繞射光瞳填充之一比較(相較於圖8A及圖8D中之一厚ML針孔設計)，以及針對兩組特徵尺寸(D=40奈米及50奈米)之圖8B及圖8E中之具有薄多層反射體之一經改良之薄ML針孔設計。例如，圖8A展示具有標記為用於不同光瞳強度之等值線之紅色、橙色 及黃色之不同強度部分之一針孔影像。亦相對於光瞳孔徑802而使此等不同等值線成像。圖中亦展示針對不同針孔或ML柱狀結構之以光瞳位置為函數之一強度曲線圖(例如曲線圖804a至804f)。
一般而言，圖8A至圖8F展示當投影光學器具孔徑之中心附近被相干照明時之各種設計之模型化測試特徵繞射光瞳填充。在圖8A及圖8D之習知設計中，使用具有40對Mo/Si雙層之一ML反射體及一50奈米厚TaN吸收體。對於50奈米(a)及40奈米(d)之特徵直徑，光瞳填充不但不均勻，且由多層之帶寬大幅度調變，因此導致相對光瞳孔徑802之一大部分非對稱之強度等值線。藉由切換至圖8B中所展示之一薄多層針孔設計，光瞳填充歸因於50奈米特徵直徑之更大多層帶寬而改良。然而，隨著特徵尺寸繼續縮減至40奈米，光瞳填充由於與圖8E中所展示之離軸照明相關聯之遮蔽效應而再次變差。如圖8C及圖8F中所繪示，使經蝕刻之ML柱設計免除此等缺點。此等薄ML柱設計提供50奈米及40奈米兩者處之特徵尺寸之一更均勻及對稱之光瞳填充。除此之外，如前文所描述，此設計提供一更清晰很多之背景。
一般而言，可藉由使用檢查成像系統(其之波前將被量測)之基於本文所描述之測試結構上所擷取之影像之一相位檢索方法而量測波前像差。理想化之非異常影像可經計算且與所量測之影像比較。可使用一相位檢索技術，諸如P.Dirksen等人於「Characterization of a projection lens using the extended Nijboer-Zernike approach」(Proceedings of SPIE v4691,1392(2002))中所描述之技術，該論文以引用方式併入本文。
儘管已為了理解清楚之目的而描述本發明之一些細節，但應明白，可在隨附專利申請範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及裝置之諸多替代方法。例如，本文所描述之EUV測試結構可與EUV檢測系統一起工作以(諸如)量測EUV缺 陷審查系統上之波前像差。相應地，本發明之實施例應被視為具繪示性而非限制性，且本發明將不受限於本文所給出之細節。
300‧‧‧多層(ML)柱狀結構
302‧‧‧基板
304‧‧‧多層(ML)部分/雙層/ML柱之反射體圖案/多層反射體/ML反射體圖案/ML圖案/多層
308‧‧‧覆蓋層/覆蓋圖案

Claims (35)

  1. 一種用於量測一極紫外光(EUV)檢查系統之波前像差之測試結構，其包括：一基板，其由對EUV光實質上無反射性之一材料形成；及一多層(ML)堆疊部分，其形成於該基板上且包括具有不同折射率以反射EUV光之複數個交替層對，其中該ML堆疊部分配置於該基板上以曝露該基板之一部分。
  2. 如請求項1之測試結構，其中各對包括(i)一鉬(Mo)層及一矽(Si)層、(ii)一Ru層及一Si層或(iii)與一碳(C)基障壁層介接之一Mo層及一Si層。
  3. 如請求項1之測試結構，其進一步包括位於該ML堆疊部分上之一覆蓋層，該覆蓋層由防止該ML堆疊部分氧化且實質上透明之一材料形成，其中該覆蓋層由Ru、類鑽碳(DLC)、Si或鉑(Pt)組成。
  4. 如請求項1之測試結構，其中該ML堆疊部分之該等交替層對係非週期的且各交替對具有經最佳化使得繞射自該測試結構之EUV光實質上填充該檢查系統之一入射光瞳區域及/或具有一最佳化峰值反射率之一厚度。
  5. 如請求項1之測試結構，其中該等對之一計數等於或小於10。
  6. 如請求項1之測試結構，其中該等對之一計數等於或小於5。
  7. 如請求項1之測試結構，其中該ML堆疊部分之一週期介於約7奈米至約7.5奈米之間。
  8. 如請求項1之測試結構，其中該ML堆疊部分具有當用EUV光成像時提供該ML堆疊部分與該基板之間之一高對比度之一組合物。
  9. 如請求項1之測試結構，其中該ML堆疊部分具有等於或小於75奈 米之一厚度。
  10. 如請求項1之測試結構，其中該基板具有導致EUV光之反射率小於0.1%之一折射率。
  11. 如請求項1之測試結構，其進一步包括位於該ML堆疊部分之頂部及側壁上之一保形層，其中該保形層具有對氧之一低擴散率且實質上透明，其中該保形層由Ru、硼(B)、DLC、SiO2或Si3N4組成。
  12. 如請求項1之測試結構，其中該ML堆疊部分為具有小於100奈米之一直徑之一柱。
  13. 一種形成用於量測一極紫外光(EUV)檢查系統之波前像差之一測試結構之方法，其包括：沈積對EUV光具反射性之一第一層及一第二層之複數個交替對；及圖案化該第一層及該第二層之該複數個交替對以形成一多層(ML)堆疊部分，其中該ML堆疊部分配置於基板上以曝露該基板之一部分。
  14. 如請求項13之方法，其中藉由以下操作而圖案化該第一層及該第二層之該複數個交替對：在該第一層及該第二層之該複數個交替對上形成一硬遮罩層；形成及曝露該硬遮罩層上之一光阻材料以形成一光阻圖案；使用該光阻圖案來蝕刻該硬遮罩層以形成一硬遮罩圖案；使用該硬遮罩圖案來蝕刻該第一層及該第二層之該複數個交替對以形成該ML堆疊部分；及移除該硬遮罩圖案。
  15. 如請求項14之方法，其中該硬遮罩層為鉻。
  16. 如請求項15之方法，其中使用氯基/氧基化學物來蝕刻該硬遮罩層。
  17. 如請求項15之方法，其中使用六氟化硫基化學物來蝕刻該第一層及該第二層之該複數個交替對以形成該ML堆疊部分。
  18. 如請求項13之方法，其中藉由使用一聚焦離子束來蝕刻該第一層及該第二層之該複數個交替對以形成該ML堆疊部分而圖案化該第一層及該第二層之該複數個交替對。
  19. 如請求項13之方法，其進一步包括：圖案化該第一層及該第二層之該複數個交替對以成形複數個ML堆疊部分，其中藉由以下操作而形成該複數個ML堆疊部分：將一電子束光微影程序及一後續蝕刻程序運用於一第一層及一第二層之該複數個交替對以形成複數個ML預堆疊部分；及對該等ML預堆疊部分執行聚焦離子束光微影以形成具有比該等ML預堆疊部分小之一寬度之該等ML堆疊部分。
  20. 如請求項13之方法，其中該等對之一計數等於或小於10。
  21. 一種用於量測一極紫外光(EUV)檢查系統之波前像差之測試結構，其包括：一基板；複數個交替對層，其具有不同折射率以折射EUV光，其中該等對具有等於或小於15之一計數；及一吸收體層，其形成於該複數個交替層對上，該吸收體層具有形成於其內以曝露該複數個下伏交替層對之一部分之一孔。
  22. 如請求項21之測試結構，其中該吸收體層由TaN、鉻、鉑或鎳組成。
  23. 如請求項21之測試結構，該吸收體層具有等於或小於約100奈米之一厚度。
  24. 一種檢查系統，其包括：一或多個照明元件，其用於將一EUV入射光束導引至一測試結構上，該測試結構包括：一基板，其由對EUV光實質上無反射性之一材料形成；及一多層(ML)堆疊部分，其形成於該基板上且包括具有不同反射率以反射EUV光之複數個交替層對，其中該等對具有等於或小於15之一計數；一或多個成像元件，其用於偵測來自該測試結構之一輸出光束且基於該輸出光束產生一影像或信號，其中該輸出光束回應於該測試結構上之該入射光束而自該測試結構發出；及一處理器，其經組態以分析該影像或信號以量測實質上橫跨該檢查系統之一光瞳之波前像差。
  25. 如請求項24之檢查系統，其具有大於0.1之一數值孔徑(NA)。
  26. 如請求項24之檢查系統，其中各對包括(i)一鉬(Mo)層及一矽(Si)層、(ii)一Ru層及一Si層或(iii)與一碳(C)基障壁層介接之一Mo層及一Si層。
  27. 如請求項24之檢查系統，其中該ML堆疊部分之該等交替層對係非週期的且各交替對具有經最佳化使得繞射自該測試結構之EUV光實質上填充該檢查系統之一入射光瞳區域及/或具有一最佳化峰值反射率之一厚度。
  28. 如請求項24之檢查系統，其中該等對之該計數等於或小於10。
  29. 如請求項24之檢查系統，其中該等對之該計數等於或小於5。
  30. 如請求項24之檢查系統，其中該ML堆疊部分之一週期介於約7奈米至約7.5奈米之間。
  31. 如請求項24之檢查系統，其中該ML堆疊部分具有當用EUV光成像時提供該ML堆疊部分與該基板之間之一高對比度之一組合物。
  32. 如請求項24之檢查系統，其中該ML堆疊部分具有等於或小於75奈米之一厚度。
  33. 如請求項24之檢查系統，其中該基板具有導致EUV光之反射率小於0.1%之一折射率。
  34. 如請求項24之檢查系統，該測試結構進一步包括位於該ML堆疊部分之頂部及側壁上之一保形層，其中該保形層具有對氧之一低擴散率且實質上透明，其中該保形層由Ru、硼(B)、DLC、SiO2或Si3N4組成。
  35. 如請求項24之檢查系統，其中該ML堆疊部分為具有小於100奈米之一直徑之一柱。
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