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极紫外 光刻掩模 缺陷检测系统

阅读：498发布：2020-05-13

专利汇可以提供极紫外光刻掩模缺陷检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本申请涉及半导体学中的集成电路光刻领域，公开了一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统，包括：极紫外光源、极紫外光传输部分、极紫外光刻掩模、光子筛、采集及分析系统。所述极紫外光源发出的点光源光束经过所述极紫外光传输部分聚焦到所述极紫外光刻掩模上；所述极紫外光刻掩模发出散射光并照明所述光子筛；所述光子筛形成暗场像并传送到所述采集及分析系统。本申请利用光子筛的体积小、易加工、低成本和分辨率强的特性代替了加工难度极大、成本高昂和体积大的史瓦西透镜，实现成本较低、体积较小并且分辨率强的极紫外光刻掩模缺陷检测装置。，下面是极紫外光刻掩模缺陷检测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，包括：极紫外光源、用于传输光信号的极紫外光传输部分、极紫外光刻掩模、光子筛、用于采集暗场像并确定缺陷类型和缺陷位置的采集及分析部分；
所述极紫外光源发出的点光源光束经过所述极紫外光传输部分聚焦到所述极紫外光刻掩模上；
所述极紫外光刻掩模发出散射光并照明所述光子筛；
所述光子筛形成暗场像并传送到所述采集及分析部分；所述极紫外光传输部分包括：
多层膜凹平面聚光镜、多层膜平面反射镜；所述极紫外光源发出的点光源光束依次经过所述多层膜凹平面聚光镜、所述多层膜平面反射镜聚焦到所述极紫外光刻掩模上。
2.根据权利要求1所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于：
所述多层膜凹面聚光镜、多层膜平面反射镜的多层膜结构为钼/硅多层膜，周期P为
6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期；
所述极紫外光源为点光源，波长λ为13.5nm，平均功率为10μw；
所述光子筛分布在氮化硅薄膜窗口上，氮化硅薄膜厚度为100nm，光子筛最外环孔直径为40nm，焦长为1mm。
3.根据权利要求1所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述极紫外光刻掩模包括低热膨胀衬底、多层膜反射层和吸收层图形；
所述低热膨胀衬底的材料为微晶玻璃，尺寸为152.4mm×152.4mm×6.35mm；
所述多层膜反射层为钼/硅多层膜，周期P为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期；
所述吸收层图形材料为铬，厚度为70nm；吸收层图形分为三个区，外环为操作区，中间环为标记区，内环为图形区。
4.根据权利要求1所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述极紫外光刻掩模缺陷检测系统还包括：
真空腔、承载部分；
所述极紫外光刻掩模设置在所述承载部分上；
所述多层膜凹面聚光镜、多层膜平面反射镜、光子筛及极紫外光刻掩膜分别设置在所述真空腔内。
5.根据权利要求4所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述承载部分包括：
样品扫描台、隔振台；
所述样品扫描台设置在所述承载台上；
所述样品扫描台设置在所述真空腔中。
6.根据权利要求5所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于：
所述隔振台的工作模式包括被动减震模式和主动减震模式。
7.根据权利要求5所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述样品扫描台xy调节范围为大于或等于140mm×140mm，分辨率为2μm；最小扫描步进小于或等于
0.2nm；
样品扫描平台能在Z方向0到10mm的范围内进行调节。
8.根据权利要求1所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述采集及分析部分包括：
用于采集来自光子筛的暗场像的采集装置、分析装置；
所述采集装置与所述分析装置连接。
9.根据权利要求8所述的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，其特征在于，所述采集装置为CCD相机或X射线CCD相机；
所述CCD相机或X射线CCD相机的工作模式为背部照明模式。

说明书全文

极紫外 光刻掩模 缺陷检测系统

技术领域

[0001] 本申请涉及半导体学中的集成电路光刻领域，特别涉及一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统。

背景技术

[0002] 从二十世纪七十年代开始，半导体工业界根据摩尔定律在不断的减小集成电路中图形尺寸，使得计算机中中央处理器(CPU)上的晶体管数量以每两年翻一倍的速度增长。极紫外光刻面向22nm节点作为下一代先进光刻技术，为半导体业界开辟了一条速度更快、尺寸更小和价格更加便宜的新路。但通过EUV光刻技术的艰难前行我们可以体会到光刻技术的发展并非光刻机一枝独秀即可，其它环节的互相配合与优化，如需要合适的光刻胶和无缺陷掩模版等，才能使EUV尽早投入量产。目前，极紫外光刻发展中的主要瓶颈之一就是缺少掩模版的成像和检测技术来保证极紫外光刻掩模版无缺陷的要求。

[0003] 由于任何物质对工作波长(13.5nm)都有吸收的限制，如果采用透射曝光，掩模版会吸收EUV光线，其光强将被大幅削弱，因此，相对于目前的投影式光学系统而言，EUV掩模版将采用反射技术，而非透射技术。EUV掩模版的制作一般是采用多层堆叠的Mo/Si 薄膜，每一Mo层与Si层都必须足够平滑，误差容许范围只有一个原子大小。即使是10nm大小的灰尘颗粒落在了掩模表面都有可能造成光刻出来的所有样品上有严重的缺陷，在标准的六英寸(152.4mm×152.4mm)掩模版上，如此之小的缺陷就有可能破坏整个掩模和光刻结果。如何解决掩模版表面多层抗反射膜的无缺陷问题成为关键。并且衬底上极小的鼓包或凹陷，在经过多层膜的覆盖后也可能引起反射光位相的变化，而这种位相型缺陷有可能只有1nm左右大小，除了利用实际曝光波长极紫外光源检测(at-wavelength inspection)技术，其它检测方法几乎不可能探测出来。极紫外光刻掩模板缺陷在不同的检测光源下可能看起来有非常大的差异，如果为振幅型缺陷，缺陷非常小，所以所需检测光源的波长要比缺陷小；如果为位相型缺陷，在实际应用中，这种类型的缺陷只对极紫外波段敏感。所以需要研究人员设计出专门的检测系统来对不同类型的掩模缺陷进行检测，因此，目前在极紫外光刻商业化道路上，具备高速高分辨率的掩模版缺陷的检测和成像系统来保证无缺陷的掩模版是必不可少的。

[0004] 但是目前所开发的极紫外光刻掩模检测系统所使用的成像透镜大部分用的都是史瓦西透镜(Schwarzchild objective)，该透镜加工难度极大、成本高昂并且体积大，因此增大了极紫外光刻掩模缺陷检测系统的实现难度。发明内容

[0005] 本申请所要解决的技术问题是提供一种成本较低、体积较小并且分辨率强的极紫外光刻掩模缺陷检测装置。

[0006] 为解决上述技术问题，本申请提供了极紫外光刻掩模缺陷检测系统包括：极紫外光源、用于传输光信号的极紫外光传输部分、极紫外光刻掩模、光子筛、用于采集暗场像并确定缺陷类型和缺陷位置的采集及分析部分；所述极紫外光源发出的点光源光束经过所述极紫外光传输部分聚焦到所述极紫外光刻掩模上；所述极紫外光刻掩模发出散射光并照明所述光子筛；所述光子筛形成暗场像并传送到所述采集及分析部分。

[0007] 进一步地，所述极紫外光传输部分包括多层膜凹平面聚光镜、多层膜平面反射镜；所述极紫外光源发出的点光源光束依次经过所述多层膜凹平面聚光镜、所述多层膜平面反射镜聚焦到所述极紫外光刻掩模上。

[0008] 进一步地，所述多层膜凹面聚光镜、多层膜平面反射镜的多层膜结构为钼/硅多层膜，周期P为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期；所述极紫外光源为点光源，波长λ为13.5nm，平均功率为10μw；所述光子筛分布在氮化硅薄膜窗口上，氮化硅薄膜厚度为100nm，光子筛最外环孔直径为40nm，焦长为1mm。

[0009] 进一步地，所述极紫外光刻掩模包括低热膨胀衬底、多层膜反射层和吸收层图形；所述低热膨胀衬底的材料为微晶玻璃，尺寸为152.4mm×152.4mm×6.35mm；所述多层膜反射层为钼/硅多层膜，周期P为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期；所述吸收层图形材料为铬，厚度为70nm；吸收层图形分为三个区，外环为操作区，中间环为标记区，内环为图形区。

[0010] 进一步地，极紫外光刻掩模缺陷检测系统还包括真空腔、承载部分；所述极紫外光刻掩模设置在所述承载部分上；

[0011] 所述多层膜凹面聚光镜、多层膜平面反射镜、光子筛及极紫外光刻掩膜分别设置在所述真空腔内。

[0012] 进一步地，所述承载部分包括样品扫描台、隔振台；所述样品扫描台设置在所述承载台上；所述样品扫描台设置在所述真空腔中。

[0013] 进一步地，所述隔振台的工作模式包括被动减震模式和主动减震模式。

[0014] 进一步地，所述样品扫描台xy调节范围为大于或等于140mm×140mm，分辨率为2μm；最小扫描步进小于或等于0.2nm；样品扫描平台能在Z方向0到10mm的范围内进行调节。

[0015] 进一步地，所述采集及分析系统包括用于采集来自光子筛的暗场像的采集装置、分析装置；所述采集装置与所述分析装置连接。

[0016] 进一步地，所述采集装置为CCD相机或X射线CCD相机；所述CCD相机或X射线CCD相机的工作模式为背部照明模式。

[0017] 本申请提供的极紫外光刻掩模缺陷检测系统利用光子筛的体积小、易加工、低成本和分辨率强的特性代替了加工难度极大、成本高昂和体积大的史瓦西透镜；具有成本较低、体积较小并且分辨率强的特点。附图说明

[0018] 图1为本申请实施例提供的极紫外光刻掩模缺陷检测系统结构图。

[0019] 图2为本申请实施例提供的凹面聚光镜结构图。

[0020] 图3为本申请实施例提供的平面反射镜结构图。

[0021] 图4为本申请实施例提供的极紫外光刻掩模结构图。

[0022] 图5为本申请实施例提供的极紫外光刻掩模吸收层俯视图。

[0023] 图6为本申请实施例提供的光子筛示意图。

[0024] 图7为本申请实施例提供的极紫外光刻掩模缺陷检测系统工作流程图。

具体实施方式

[0025] 参见图1，本发明实施例提供的一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统，包括：极紫外光源1、用于传输光信号的极紫外光传输部分、极紫外光刻掩模4、光子筛6、用于采集暗场像并确定缺陷类型和缺陷位置的采集及分析部分。其中，极紫外光传输部分包括多层膜凹平面聚光镜2、多层膜平面反射镜3；极紫外光源1发出的点光源光束依次经过多层膜凹平面聚光镜2、多层膜平面反射镜3聚焦到极紫外光刻掩模4上。采集及分析部分包括采集装置7和用于确定缺陷类型和缺陷位置的分析装置8(可用PC机来实现)。极紫外光刻掩模4发出散射光并照明光子筛6；光子筛6形成暗场像并传送到采集装置7。采集装置7为CCD相机或X射线CCD相机；CCD相机或X射线CCD相机工作在背部照明模式。

[0026] 本实施例提供的的极紫外光刻掩模缺陷检测系统，还包括：真空腔10、样品扫描台5、隔振台9。极紫外光刻掩模4设置在样品扫描台5上。样品扫描台5设置在隔振台上9。凹面聚光镜2、多层膜平面反射镜3、光子筛6、极紫外光刻掩膜4、样品扫描台5分别设置在真空腔10内。隔振台9承载整个掩模检测系统包括被动减震模式和主动减震模式。

[0027] 极紫外光源1为点光源，波长λ约为13.5nm(Δλ/λ＜1×10-4)极紫外光，平均功率约为10μw。

[0028] 参见图2，多层膜凹面聚光镜2由微晶玻璃21和钼/硅多层膜22(其中，钼层和硅层是间隔分布的)组成；钼/硅多层膜的周期P为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期。

[0029] 参见图3，多层膜平面反射镜3由微晶玻璃31和钼/硅多层膜32(其中，钼层和硅层是间隔分布的)组成；钼/硅多层膜的周期P(一层钼的厚度和一层硅的厚度之和为一个周期)为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期。

[0030] 参见图4，极紫外光刻掩模4包括低热膨胀衬底41、多层膜反射层42和吸收层图形43；低热膨胀衬底41材料为微晶玻璃，大小为152.4mm×152.4mm×6.35mm；多层膜反射层42为钼/硅多层膜，周期P(一层钼的厚度和一层硅的厚度之和为一个周期)为6.938nm，每层钼的厚度为周期P的0.4倍，每层硅的厚度为周期P的0.6倍，共40个周期；吸收层图形43的材料为铬，厚度为70nm。参见图5，吸收层图形43分为三个区，最外环为操作区51，中间环为标记区52，最内环为图形区53。

[0031] 样品扫描台5的xy调节范围为大于或等于140mm×140mm，分辨率为2μm；最小扫描步进小于或等于0.2nm；样品扫描平台能在Z方向0到10mm的范围内进行调节。

[0032] 参见图6，光子筛6分布在氮化硅薄膜窗口上，氮化硅薄膜厚度为100nm，光子筛6最外环孔直径为40nm，焦长为1mm。

[0033] 下面结合图7对本实施例提供的一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统的工作流程进行详细的说明，主要包括以下步骤：

[0034] 步骤100：极紫外点光源1经过激发后发出极紫外光。

[0035] 步骤200：极紫外光经过多层膜凹面聚光镜2和多层膜平面反光镜3汇聚到极紫外光刻掩模版4上。

[0036] 步骤300：当聚焦光束照明掩模版4上的缺陷时，发出散射光，同时多层膜平面反射镜3遮住大面积反射光。

[0037] 步骤400：散射光携带缺陷图形信息照明光子筛6。

[0038] 步骤500：光子筛6后聚焦暗场成像，背照明模式CCD相机7将光子筛6所成暗场像转换为数字信息。

[0039] 步骤600：数字信息传送分析装置8(如PC机)，确定缺陷类型和缺陷位置；然后样品扫描台再次调整掩模版位置，重新成像，直到检测完整块掩模版图形。

[0040] 本申请提出的一种极紫外光刻掩模缺陷检测系统具有以下有益效果：利用光子筛的体积小、易加工、低成本和分辨率强的特性代替了加工难度极大、成本高昂和体积大的史瓦西透镜，实现成本较低、体积较小并且分辨率强的极紫外光刻掩模缺陷检测装置。

[0041] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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