[发明专利]用于极紫外光刻掩模缺陷探测的双焦斜入射干涉显微装置

说明书

技术领域

本发明属于极紫外干涉检测领域，特别是一种用于极紫外光刻掩模缺陷探测的双焦斜入射干涉显微装置。

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。极紫外光刻是使用极紫外光（EUV，13.5nm）作为曝光波长，面向22nm节点，甚至15nm节点的下一代光刻技术。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反射式掩模版结构参见图1，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。EUV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。因此，必须从EUV掩模版的制造工艺与检测方法入手，降低缺陷率。

从20世纪90年代开始，国际上的资深光刻研究机构就认识到了EUV掩模缺陷检测的重要性，并且纷纷设立专门的研究小组，致力于EUV缺陷检测的基础研究和商业原型机的集成，他们已证实EUV掩模版的缺陷可以分为振幅型和位相型两类，并且只有用极紫外光才能检测到缺陷的存在（actinic only defect）。空白掩模版（包含零热膨胀系数基底和Mo/Si多层膜）的振幅型缺陷参见图2，在Mo/Si多层膜的近表面膜层内含有缺陷，在Mo/Si多层膜的表面也存在缺陷，两种缺陷都处于空白掩模的表层，引起Mo/Si多层膜的物理形变（突起或凹陷）。Mo/Si多层膜的物理变形引起散射增强，使得反射到硅片上的EUV对比度发生变化，造成光刻胶曝光不均匀。空白掩模版的位相型缺陷参见图3，在Mo/Si多层膜的深层，接近零热膨胀系数基底的地方存在缺陷，这种缺陷将引起反射光的相位变化，并且除EUV外，其他波长的光均无法穿透Mo/Si多层膜到达膜层底部，因此位相型缺陷成为EUV掩模缺陷检测的难点，也成为国际各大EUV掩模缺陷检测机构的研究热点。

目前，国际上至少有15个研究机构致力于EUV掩模缺陷检测的基础研究，也提出了一些方法。Seongtae Jeong 等人在《At-wavelength detection of extreme ultraviolet lithography mask blank defects》（Journal of Vacuum Science & Technology B，16（6）：3430-3434,1998）一文中报告了世界上第一台动态EUV掩模检测系统,它使用13nm波长的同步辐射光源，利用一对KB镜将同步辐射光束聚焦到掩模版上，用电子倍增管和微通道板分别记录明场和暗场反射光信号，虽然该系统第一次探测到只有极紫外光才能探测到的掩膜缺陷，但其扫描速度很慢，能探测到的最小缺陷只有100nm。Tsuneyuki Haga等人在《At-wavelength extreme ultraviolet lithography mask inspection using a Mirau interferometric microscope》（Journal of Vacuum Science & Technology B,18(6):2916-2920,2000）一文中设计了一种Mirau极紫外干涉测量显微镜，该显微镜通过一个15倍Schwarzschild物镜的一半孔径照明掩模，之后通过另一半孔径成像，与掩模表面平行处放置一块自支撑的Mo/Si多层膜分束器用来对入射光进行分束，透射光束经过掩模表面的反射后再透过分束器。反射光束作为一个参考光束照到一块多层膜平面反射镜上，平面反射镜与掩模的距离相同。当参考光束再一次从分束器反射回来时，同第一束光干涉，这样从干涉条纹中就可以很敏感的得出掩模的位相属性。该系统采用Mirau干涉显微的方法成像，对掩模版的相位缺陷敏感，但其仅利用了Schwarzschild物镜一半的数值孔径，影响了Mirau显微成像系统的横向分辨率。Tsuneo Terasawa等人在《High speed actinic EUV mask blank inspection with dark-field imaging》（SPIE，VOL.5446,2004）一文中提出了一种利用Schwarzschild物镜的暗场显微成像方案，该方案使用激光诱导等离子体光源（LPP）,光源发出的光被一个椭圆体的镜子收集并聚焦，利用镀有多层膜的反射镜垂直照到掩模版上，若掩模版上存在缺陷，则Schwarzschild物镜将缺陷的散射光放大20倍之后投影到CCD上，CCD上显示缺陷为一亮点，若掩模版上不存在缺陷则CCD上探测到均匀暗场，该系统属于传统的显微放大成像法，对位相型缺陷不敏感。Ulf Kleineberg等人在《Actinic EUVL mask blank defect inspection by EUV photoelectron microscopy》（SPIE,VOL.6151，2006）一文中提出一种电子显微镜检测掩模缺陷的方案，该方案中极紫外光束从同步辐射发出后被环形多层膜反射镜以4°入射角汇聚到掩模上100um大小区域，从掩模表面溢出的光电子和二次电子投影到微通道板上和荧光屏上放大，之后利用CCD记录光电子显微镜图像，若能记录到亮线或者亮斑则证明掩模版存在缺陷。该方案主要存在的问题是：掩埋在多层膜下的较宽的缺陷只能探测到其结构线，而较窄的线条成像后，所成的像要比实际的缺陷线条的宽度大。F.Brizuela等人在《Microscopy of extreme ultraviolet lithography masks with 13.2nm tabletop laser illumination》（OPTICS LETTERS,34(3):271-273,2009）一文中提出一种透射式波带片显微放大方案，该系统使用光源波长13.2nm, 采用镂空波带片聚光照明掩模，会聚光以6°入射角入射，从掩模反射出来的光束，通过一块离轴波带片（0.0625NA）将照明图像直接投影到极紫外CCD中，放大倍数为660倍，该系统的缺点是透射式波带片的能量利用率低，仍属传统成像方法对位相型缺陷不敏感。Tetsuo Harada等人在《Mask observation results using a coherent extreme ultraviolet scattering microscope at NewSUBARU》（Journal of Vacuum Science & Technology B，27（6）：3203-3207,2009）一文中提出一种相干散射成像的掩模缺陷检测系统，该系统采用无镜成像的衍射传导理论，通过记录散射和衍射光束的图形，可以利用远场图形重建电场强度振幅和位相信息，恢复掩模表面形貌，该系统消除了所有的反射镜，降低了系统成本，但这种方案算法复杂，缺陷信息不可靠。