CN114062384B - 一种检测掩模版缺陷的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测掩模版缺陷的方法和装置。该方法的具体步骤如下：（1）利用掩模版空间像测量装置，对横电波TE与横磁波TM两个互相垂直的偏振态分别做一次测量，获得两套，分别对应TE与TM照明下掩模版表面的复振幅；（2）通过空间像仿真算法获取在硅片上的光强分布，根据光强分布对称状况、线宽的差异，对掩模版缺陷进行评判。本发明采用成熟的干涉仪技术，对缺陷在光瞳处产生的振幅与相位进行精确测量，再通过成熟的空间像仿真合成硅片上图像，以定量地确定缺陷对光刻工艺的影响，无需补偿。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造领域，具体涉及一种检测掩模版缺陷的方法和装置。
背景技术
掩模版制造进入了深亚微米线宽，掩模版制造过程中的缺陷对光刻成像的影响也越来越大。随着光刻的数值孔径越来越大，尤其是进入了1.35浸没式光刻，偏振照明的作用无法忽略，现有的远场成像的缺陷检测方式(叫做空间像测量***，Aerial ImageMeasurement System，AIMS)难以复现大数值孔径的情况，掩模版缺陷的检测与硅片实际曝光结果在原理上会产生较大差异，只能靠后续补偿。而补偿也会随着用户芯片光刻工艺的不同，光刻层次的不同，光刻机的设计与结构不同，而需要校准，占用用户的时间，拖延用户的产品研发，增加用户的生产管理成本与复杂程度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的检测掩模版缺陷的方法和装置。本发明采用干涉的原理，对掩模版缺陷在光瞳处产生的振幅与相位进行测量，再通过成熟的硅片空间像仿真合成在硅片上图像，即采用光学干涉检测与光学仿真计算联合运用的方式来解决现有方法的不足。本发明的技术方案具体介绍如下。
本发明公开了一种检测掩模版缺陷的方法，具体步骤如下：
(1)基于掩模版空间像测量装置，利用干涉技术，对待测掩模版上表面在光瞳处产生的振幅与相位进行测量；其中：
所述掩模版空间像测量装置包括激光器、偏振片、第一分束板、第二分束板、第一光阑、第二光阑、第一反射镜、第二反射镜、参考表面、放大物镜和阵列传感器；第一分束板、第二分束板分别为半透半反平面镜片，第一光阑设置在第一分束板和第一反射镜之间，第二光阑设置在第一分束板和第二反射镜之间，第一反射镜和第二分束板之间设置参考表面，第二反射镜和第二分束板之间设置待测掩模版；工作时，激光器发出的平面波经过偏振片变为偏振光，偏振光被第一分束板分为两束，其中一束为参考光束，另一束为照明光束，参考光束经过第一光阑入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射后照射到参考表面上，进而入射到第二分束板，照明光束经过第二光阑入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射后形成的平行光照射待测掩模版的待测区域后，入射到第二分束板，经第二分束板分离后和参考光束经第二分束板分离的光束合并射向放大物镜，由放大物镜将参考表面与待测掩模版上表面成像于阵列传感器；
阵列传感器测试记录的第一光阑打开、第二光阑关闭时的参考表面的光强为I1(x,y)，参考表面光强振幅为A1(x,y)，其由I1(x,y)每个像素的光强值开根号得到；阵列传感器测试记录的第一光阑关闭、第二光阑打开时的待测掩模版上表面的光强为I2(x,y)，待测掩模版上表面光强振幅为A2(x,y)，其由I2(x,y)每个像素的光强值开根号得到；阵列传感器测试记录的第一光阑、第二光阑同时打开时的参考表面和待测掩模版上表面干涉后的光强为I(x,y)，则待测掩模版上表面的相位分布φ(x,y)通过公式1)计算得到：
I(x，y)＝|A1(x，y)exp(-iωt)+A2(x，y)exp(iφ(x，y)-iωt)|2
＝I1(x，y)+I2(x，y)+2A1(x，y)A2(x，y)cos(φ(x，y)) 1)
利用掩模版空间像测量装置对横电波TE与横磁波TM两个互相垂直的偏振态分别做一次测量，获得两套不同的[A2(x,y),φ(x,y)]，分别对应TE与TM照明下待测掩模版上表面的复振幅；
(2)基于对应TE与TM照明下待测掩模版上表面的复振幅，通过空间像仿真算法，获取在硅片上的光强分布，根据光强分布对称状况、线宽的差异，对掩模版缺陷进行评判。
本发明中，步骤(1)中，第一分束板、第二分束板的反射率为50％。
本发明中，步骤(1)中，参考光束为透射光束，照明光束为反射光束。
本发明中，步骤(1)中，参考光束为反射光束，照明光束为透射光束。
本发明还公开一种用于上述检测方法的装置，其为掩模版空间像测量装置，其包括激光器、偏振片、第一分束板、第二分束板、第一光阑、第二光阑、第一反射镜、第二反射镜、参考表面、放大物镜和阵列传感器；第一分束板、第二分束板分别为半透半反平面镜片，第一光阑设置在第一分束板和第一反射镜之间，第二光阑设置在第一分束板和第二反射镜之间，第一反射镜和第二分束板之间设置参考表面，第二反射镜和第二分束板之间设置待测掩模版；工作时，激光器发出的平面波经过偏振片后变为偏振光，偏振光被第一分束板分为两束，其中一束为参考光束，另一束为照明光束，参考光束经过第一光阑入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射后照射到参考表面上，进而入射到第二分束板，照明光束经过第二光阑入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射后形成的平行光照射待测掩模版的待测区域后，入射到第二分束板，经第二分束板分离后和参考光束经第二分束板分离的光束合并射向放大物镜，由放大物镜将参考表面与掩模版上表面成像于阵列传感器。
和现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明采用成熟的干涉仪技术，对缺陷在光瞳处产生的振幅与相位进行精确测量，再通过成熟的空间像仿真合成硅片上图像，以定量地确定缺陷对光刻工艺的影响，无需补偿。2)空间像仿真算法存在了十几年，可以包括光刻机镜头的像差，光刻胶的光化学反应模型，与实际硅片曝光结果差异可以做得很小。相比现有的AIMS只能够做光学成像，这种方法可以在原理上消除了现有AIMS设备与实际硅片曝光的差异。
附图说明
图1：本发明的一种实现方式的整体结构示意图(侧视图)。
图2：本发明算法的计算机模拟验证结果：TE偏振。
图3：本发明算法的计算机模拟验证结果：TM偏振。
图4：本发明算法的硅片上图像仿真结果举例：无缺陷。
图5：本发明算法的计算机模拟验证结果(带缺陷)：TE偏振。
图6：本发明算法的计算机模拟验证结果(带缺陷)：TM偏振。
图7：本发明算法的硅片上图像仿真结果举例：存在20nm大小方形缺陷。
1–激光器、2-第一分束板、3-第一光阑、4-第二光阑、5-第一反射镜、6-第二反射镜、7-参考表面、8-待测掩模版、9-第二分束板、10-放大物镜、11-阵列传感器。
具体实施方式
图1是本发明的一种实现方式的整体结构示意图。激光器1发出的平面波经过偏振片后变成偏振光，即相互垂直的横电波(TE波)和横磁波(TM波)，偏振光被第一分束板2分为两束，一束为参考光束AC，一束为照明光束AB。AC经过第一反射镜5射向第二分束板9并且透过形成光束DO，AB经过第二反射镜6反射形成平行光BD，照明待测掩模版8的一部分，经过待测掩模版8后在第二分束板9处经过反射与参考光束合并为DO，并且射向放大物镜10，并由放大物镜10将参考表面7与掩模版上表面成像于阵列传感器11。其中光程ErefD＝ED，OG＝10～100*ErefO，即放大物镜10的倍率为10～100倍，将待测掩模版上140nm的尺寸成像放大到1.4～14μm(微米)。这个尺寸对应阵列传感器11的像素尺寸。光程AB+BD＝AC+CD。
第一分束板2与第二分束板9为半透半反平面镜片，优选地，反射率为50％。第一光阑3与第二光阑4可以分别独立控制光路AC与AB的通断。当第一光阑3打开，第二光阑4关闭，阵列传感器11记录参考表面7的光强I1(x,y)，反之，即第二光阑4打开，第一光阑3关闭，阵列传感器11记录掩模版上表面的光强I2(x,y)，当第一光阑3与第二光阑4同时打开，则阵列传感器11记录参考表面7与掩模版上表面干涉后的光强I(x,y)。将测得的光强I1(x,y)与光强I2(x,y)每个像素的光强值开根号，可以获得振幅A1(x,y)与振幅A2(x,y)。根据式1)
I(x，y)＝|A1(x，y)exp(-iωt)+A2(x，y)exp(iφ(x，y)-iωt)|2
＝I1(x，y)+I2(x，y)+2A1(x，y)A2(x，y)cos(φ(x，y))
1)
就可以解算出φ(x,y)，即平行光BD经过掩模版在掩模版上表面形成的相位分布。
这样的工作可以对横电波(Transverse Electric，TE)与横磁波(TransverseMagnetic，TM)两个互相垂直的偏振态做一次测量，就可以获得两套不同的[A2(x,y),φ(x,y)]，分别对应TE与TM照明下掩模版表面的复振幅。有了这两套参数，我们就可以通过空间像仿真算法，获取在硅片上的光强分布。
图2通过仿真计算出一种掩模版(无缺陷)在TE照明下的光振幅与相位分布，再与参考光束进行干涉，利用式(1)，通过光强I(x,y)，I1(x,y)，I2(x,y)及光振幅A1(x,y)，A2(x,y)计算出相位φ(x,y)，并与初始仿真的相位进行对比，发现误差仅仅为10-15数量级，精度非常高。
图3通过仿真计算出一种掩模版(无缺陷)在TM照明下的光振幅与相位分布，再与参考光束进行干涉，利用式(1)，通过光强I(x,y)，I1(x,y)，I2(x,y)及光振幅A1(x,y)，A2(x,y)计算出相位φ(x,y)，并与初始仿真的相位进行对比，发现误差仅仅为10-15数量级，精度非常高。
图4计算了在一定工况下的空间像轮廓与光强分布(无缺陷)，其中采用的空间像仿真算法参见【《衍射极限附近的光刻工艺》，清华大学出版社，2020年2月，第11章，第11.4，11.5节】。可见5对线端的线宽在69nm±0.1nm，空间像在没有缺陷的情况下光强分布呈现对称状态。
图5通过仿真计算出一种掩模版(存在20nm大小方形缺陷)在TE照明下的光振幅与相位分布，再与参考光束进行干涉，利用式(1)，通过光强I(x,y)，I1(x,y)，I2(x,y)及光振幅A1(x,y)，A2(x,y)计算出相位φ(x,y)，并与初始仿真的相位进行对比，发现误差仅仅为10-15数量级，精度非常高。
图6通过仿真计算出一种掩模版(存在20nm大小方形缺陷)在TM照明下的光振幅与相位分布，再与参考光束进行干涉，利用式(1)，通过光强I(x,y)，I1(x,y)，I2(x,y)及光振幅A1(x,y)，A2(x,y)计算出相位φ(x,y)，并与初始仿真的相位进行对比，发现误差仅仅为10-15数量级，精度非常高。
图7计算了在一定工况下的空间像轮廓与光强分布(存在20nm大小方形缺陷)。其中采用的空间像仿真算法参见【《衍射极限附近的光刻工艺》，清华大学出版社，2020年2月，第11章，第11.4，11.5节】。可见缺陷处线端的线宽(切线-2，Cut-2)在66.38nm，明显小于相邻的线宽约3nm，空间像光强分布呈现左右不对称状态。用户可以根据线宽的差异来决定此缺陷是否可以被接受。
Claims (5)
1.一种检测掩模版缺陷的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）基于掩模版空间像测量装置，利用干涉技术，对待测掩模版上表面在光瞳处产生的振幅与相位进行测量；其中：
所述掩模版空间像测量装置包括激光器、偏振片、第一分束板、第二分束板、第一光阑、第二光阑、第一反射镜、第二反射镜、参考表面、放大物镜和阵列传感器；第一分束板、第二分束板分别为半透半反平面镜片，第一光阑设置在第一分束板和第一反射镜之间，第二光阑设置在第一分束板和第二反射镜之间，第一反射镜和第二分束板之间设置参考表面，第二反射镜和第二分束板之间设置待测掩模版；工作时，激光器发出的平面波经过偏振片变为偏振光，偏振光被第一分束板分为两束，其中一束为参考光束，另一束为照明光束，参考光束经过第一光阑入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射后照射到参考表面上，进而入射到第二分束板，照明光束经过第二光阑入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射后形成的平行光照射待测掩模版的待测区域后，入射到第二分束板，经第二分束板分离后和参考光束经第二分束板分离的光束合并射向放大物镜，由放大物镜将参考表面与待测掩模版上表面成像于阵列传感器；
阵列传感器测试记录的第一光阑打开、第二光阑关闭时的参考表面的光强为I 1（x,y），参考表面光强振幅为A 1（x,y），其由 I 1（x,y）每个像素的光强值开根号得到；阵列传感器测试记录的第一光阑关闭、第二光阑打开时的待测掩模版上表面的光强为I 2（x,y），待测掩模版上表面光强振幅为A 2（x,y），其由I 2（x,y）每个像素的光强值开根号得到；阵列传感器测试记录的第一光阑、第二光阑同时打开时的参考表面和待测掩模版上表面干涉后的光强为I（x,y），则待测掩模版上表面的相位分布通过公式1）计算得到：
式1）
利用掩模版空间像测量装置对横电波TE与横磁波TM两个互相垂直的偏振态分别做一次测量，获得两套不同的[A 2（x,y）,]，分别对应TE与TM照明下待测掩模版上表面的复振幅；
（2）基于对应TE与TM照明下待测掩模版上表面的复振幅，通过空间像仿真算法，获取在硅片上的光强分布，根据光强分布对称状况、线宽的差异，对掩模版缺陷进行评判。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，第一分束板、第二分束板的反射率为50％。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 步骤（1）中，参考光束为透射光束，照明光束为反射光束。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，参考光束为反射光束，照明光束为透射光束。
5.一种用于权利要求1所述的方法的装置，其特征在于，其为掩模版空间像测量装置，其包括激光器、偏振片、第一分束板、第二分束板、第一光阑、第二光阑、第一反射镜、第二反射镜、参考表面、放大物镜和阵列传感器；第一分束板、第二分束板分别为半透半反平面镜片，第一光阑设置在第一分束板和第一反射镜之间，第二光阑设置在第一分束板和第二反射镜之间，第一反射镜和第二分束板之间设置参考表面，第二反射镜和第二分束板之间设置待测掩模版；工作时，激光器发出的平面波经过偏振片后变为偏振光，偏振光被第一分束板分为两束，其中一束为参考光束，另一束为照明光束，参考光束经过第一光阑入射到第一反射镜上，被第一反射镜反射后照射到参考表面上，进而入射到第二分束板， 照明光束经过第二光阑入射到第二反射镜上，经第二反射镜反射后形成的平行光照射待测掩模版的待测区域后，入射到第二分束板，经第二分束板分离后和参考光束经第二分束板分离的光束合并射向放大物镜，由放大物镜将参考表面与待测掩模版上表面成像于阵列传感器。
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