用于EUV波阵面传感器的 棋盘式设置中的透射切变光栅 【技术领域】
本发明一般涉及超紫外光(EUV)蚀刻系统，尤其涉及在一个光蚀刻系统中对波阵面(wavefront)参数的测量。
背景技术
蚀刻是用于在基底表面上形成图案的过程。此类基底包括那些在平板显示屏、电路板以及各种集成电路等的制造过程中所使用的基底。在这类应用中通常使用的基底是一片半导体晶片。熟悉相关技术会看出，这里的描述也适用于其他类型的基底。
在蚀刻过程中，置于一个蚀刻系统之内的曝光系统将一幅图像投射到一片晶片的表面上，该晶片被放置在一个晶片台(WS)上。所述曝光系统包括一个用于将图像投射到晶片上的标线片(reticle)(也称挡光板)。
所述标线片通常安装在一个标线台(RS)上，位于半导体芯片和光源之间。在光蚀刻过程中，该标线片被用作一个挡光板，用于在半导体芯片上印制电路。蚀刻光线通过所述挡光板，而后再经过一系列用于缩小图像的光学透镜。然后，这一小图像被投射到硅晶片或者半导体晶片之上。这个过程和照相机使光线在底片上成像的过程类似。在光蚀刻过程中，光线起着举足轻重的作用。举例来说，在微处理器(即计算机芯片)的制造过程中，生产功能更强大地微处理器的关键在于所用光线的波长。波长越短，就能够在硅晶片上蚀刻更多的晶体管。而若硅晶片上有大量晶体管，其功能就更强大，速度就越快。
由于制造商们已经能够应用更短波长的光线，他们也就遇到了更短波长光线被本来用于聚光的玻璃透镜所吸收的问题。更短波长光线由于被吸收，也就无法到达硅晶片上。结果，在硅晶片上也就没有生成电路图案。为尝试克服这一问题，芯片制造商们开发了一个称为超紫外光蚀刻(EUVL)的蚀刻过程。在此过程中，可以用一面反射镜来取代一面玻璃透镜。
在所述蚀刻过程中，测量照射光束质量的问题始终存在。特别地，在波阵面产生以及曝光过程中，我们希望能够在光蚀刻工具内部测量波阵面质量，而不必为此拆卸该工具。一个EUV工具对特定环境的需求使得拆卸费时费力。
【发明内容】
本发明主要在于一个投射切变光栅(transmission sheargrating)和一个棋盘式设置，用于一个可以充分克服相关技术的一个或多个问题和缺点的EUV波阵面传感器。
本发明的一个实施方案包括一个波阵面测量系统，该系统包括一个电磁射线源；一个成像系统，用来将所述电磁射线均匀射到一个物平面；位于物平面的第一光栅，用于调节到达投射光学系统(PO)的入射NA光孔平面的照射光，第一光栅包括多条各自由多个反射点构成的反射线；一个投射光学系统，用于将所述第一光栅的一个像投射到焦平面上；位于所述焦平面的第二光栅；一个位于条纹平面内的探测器，用来接收通过第二光栅的所述PO光孔的多个像。
在下面的描述中将会阐明本发明的其它特征及优点，这些特征及优点可以部分地从描述中明显看出，或通过实践本发明来获悉。本发明的优点将通过所述结构来实现及获得，并特别在文字描述、相关权利要求书以及附图中指出。
应当理解的是，前面的一般性描述以及下面的详细描述都是示例性、说明性的，用来对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
附图被引入以描述本发明的示例性实施方式并被合并以构成此说明的一部分，用来描述本发明的各实施方式并和文字描述一同用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了一个EUV光蚀刻系统的一部分。
图2示出了本发明的一个传感器模块和一个光源模块是如何装入所述光蚀刻系统的。
图3示出了一个2-D棋盘式光栅的实例。
图4和图5描述了用一台干涉仪产生切变波阵面的过程。
图6是当本发明用在一个光蚀刻工具中时的另一个示意图。
图7-11描述了应用本发明时在焦平面看到的干涉条纹的实例。
图12描述了使用随机图案反射点的源模块光栅的一个实施方式。
【具体实施方式】
现在详细描述本发明的各实施方式，其实例在附图中描述。
图1描述了一个EUV光蚀刻系统100的一部分，包括一个EUV光源(图1中未示出)。该系统100还包括成像光学系统(包括反射镜M4和M3)，一个光孔101，一个置于标线台(RS，未示出)上的标线片102，图案的像将会投射到晶片105上，以及投射系统(PO)104，反射镜M1及M4。然后，超紫外射线被投射到置于晶片台(WS，未示出)上的晶片105上。应看到所述标线片102在EUV系统中是反射的，而在工作于更长波长下的光蚀刻系统中，比如说深紫外光或可见光波长下，该标线片102通常是透射的。
如在图1中所进一步示出的一样，在本发明中，一个传感器模块106置于所述晶片台上，一个光源模块103置于所述标线台上，用于测量波阵面。所述传感器和光源模块106也可称作一个波阵面传感器(WFS)。
图2是本发明的所述波阵面测量设备的另一个图解，特别在于它可以合并入一个光蚀刻系统中。如在图2中可能看到的一样，光源模块103置于所述标线台上，在一个实施方式中包括两个正交放置的光栅。所述波阵面传感器(或传感器模块106)置于所述晶片台上并包括一个2-D光栅102及一个位于该2-D光栅下方的CCD探测器202。所述投射光学系统(PO)104和前面一样进行正常的曝光操作。
所述波阵面可以在未进行成像时测量。为测量波阵面，所述标线台被移动，所述标线台上光源模块103中的光栅203中的一个被置于光路中，而不是标线片102本身。所述晶片台也被移动，从而所述波阵面传感器被安置来接收所述光源模块光栅203的一个像。然后，所述2-D光栅201下的CCD探测器202就接收并测量透射光线。然后所述标线台就被移动以在光路中放置一个不同的衍射光栅，从而以光源模块光栅203的一个正交方向测量所述波阵面。
图3描述了本发明的2-D光栅201的一个实施方式。如图3中所示，可以使用一个间距经仔细挑选的棋盘式光栅。这样一个光栅可以在比方说100纳米厚的基底上制造，其原料在所述曝光波长下是透射的。举例来说，在13.5纳米波长下这类透射原料的例子包括硅和氮化硅。这样，所述2-D棋盘式衍射光栅201就可以说具有50％的占空比。初级干涉将会是零阶以及正负一阶干涉。源自光源模块103的漫散射的随机性将如预期有效地消除通过投射系统104的光孔的波阵面中的空间变化。应注意，如在图3中可以看到的一样，2-D光栅201的间距是垂直正方形的长度。
所述2-D光栅201还包括反射(或不透明)区域，如在图3中可以看到的一样。这些反射区域可以由吸收EUV光线(这种情况下，为13.5纳米曝光波长)的材料构成，比如镍、铬或其它金属。
在一个实施方式中，所述棋盘式光栅间距被选定为1.6微米。应注意所述间距必须仔细选择，从而为一个特定切变率(shear ratio)和数值孔径为第一阶干涉(如下面所讨论)产生一个适当的角度。在一个首选实施方式中，所述切变率被选为1/30th，而本领域的技术人员应看到本发明不限于这些特定数字或尺寸。另外，在一个特定实施方式中，所述系统的出射数值孔径是0.25(入射数值孔径是0.0625，放大倍率为4X)，而本发明并不限于这一特定的数值孔径。
如上面所提到的，在一个实施方式中所述2-D光栅201的间距用来提供一个1/30th的切变率，其中所述CCD探测器202在所述条纹平面(比如说，在所述系统的焦平面下方)中“看到”一个条纹图案(干涉图)或许多重叠光环，如下面将要进一步讨论的一样。所述切变率(shear ratio)是对两个光环的交叠的一个量度，其中切变率为零代表了完全重叠。还应注意，我们希望CCD探测器202只“看到”零阶以及正负一阶衍射图像，并消除衍射图像的正负二阶。为此，如图3中所示，使用一个具有正方形投射和反射区域的棋盘式光栅相信是最佳的。此外，所述第一光栅103被构造来帮助消除不欲得到的衍射阶数。然而，无论使用什么图案的投射和反射区域，重要的是所述2-D光栅由规则图案构成。应看到，只要所述图案是规则的，则正方形之外的其它形状也是可能的，比如说圆形反射区域或圆形投射区域。
本领域的技术人员也会欣赏涉及传感器模块106和光源模块103之间的部分容差(tolerancing)能通过以下步骤解决：先制造所述传感器模块106的2-D光栅201，测量其准确尺寸，然后相应地制造所述光源模块光栅203。在一个4X放大倍率系统中，光源模块103的线性光栅的间距最好准确地是传感器模块106的2-D光栅201的4X倍。这样，若2-D光栅201的间距是1.6微米，则光源模块光栅203的间距就最好是6.4微米。然而，如果2-D光栅201被测得与其标称值1.6有比方说10％的偏差，则光源模块光栅203就可以据此制造成具有4X倍于所测棋盘式光栅间距的间距。这就降低了在两套光栅的制造过程中同时对其极度精确性的要求。
所述2-D光栅201的另一个实施方式是交叉光栅，这样实质上使得具有一个适当间距的两个线性光栅中的一个置于另一个之上，而其中每个光栅都有适当的间距尺寸以得到一个适当的组合对角线间距。然而，相信所述棋盘式光栅能给出最佳的结果。
还应看到，一个棋盘式光栅或一个交叉光栅可以取代两个分离的线性光栅应用在所述光源模块103中，虽然在光源模块103中使用一个2-D光栅会使探测器的读出及分析计算更为复杂。
还应看到，尽管上面的讨论主要是关于一个EUV光蚀刻系统，其典型特征是反射光学元件的使用(比如光源模块光栅203，投射光学系统104以及成像系统)，当用适当的透射/折射组件替代反射组件时，本发明同样适用于在所述光蚀刻系统中所使用的其它波长光线。
所述光源模块光栅204的间距也可被选定使得正负一阶图像之间的干涉消失。
图4和图5描述了在一个横向切变干涉仪(lateral shearinterferometer)中对一个光孔的使用，以产生参考波阵面和切变波阵面。(也见图1中的入射光孔101)如图4和图5中所示，从一个原始光源处发散后，波阵面401在空间一点处会聚。点光源402的一个像存在于一个入射光孔101处。可以在入射光孔101处放置一个部分透光底片415。一个针孔403位于入射光孔101处。该针孔产生一个波阵面为411的透射波404，其中包括一个衍射球面参考波405。这样所述横向切变干涉仪410就产生了一个或多个伪光源，其波阵面411发生干涉以产生条纹412。
图6是本发明的所述波阵面测量系统的另一个图解，示出了位于所述物平面(标线片102平面，图中未标出)的光源模块103以及投射系统104。一个像切变光栅201置于所述晶片台上，并产生出其后在传感器模块202中被检测为条纹图案的多重波阵面。
图7描述了由CCD探测器202检测到的波阵面条纹(图4中的412)。如图7中所示，在上面右手边的图中，示出了一个单物空间狭缝(single object space slit)的切变条纹，其中该狭缝位于一个非相干散射源的前方，该光源填满了最大数值孔径并平滑了任何波阵面不均匀。下面右手边图示出了一个零阶以及一阶衍射图案的波纹可见性函数601。波阵面条纹由PO光孔处的零阶以及正负一阶衍射的干涉形成。所述光栅201上50％的占空比使得所有偶数阶的衍射图案不可见。在图7的左下角示出了切变率为0.5的像空间切变光栅201。
图8-11按不同的切变率描述了由CCD探测器202所检测到的示例性波阵面。
进一步参考图1和图10，通过以每次线宽/N来扫描所述标线台同时在CCD探测器202处摄取许多像N来进一步分析所述波阵面。对于一个6.4微米间距的光栅203，以及16个像，则所述标线台以每次6.4微米/16＝400纳米被扫描。然后这些像可以通过相移干涉仪的原理被组合起来以得到一个比从一个单一像所能得到的更好的分析。
在许多EUV光蚀刻系统中经常存在的一个特定问题是，EUV光源在PO的光孔处无法提供均匀的照射，而是有许多偏光面或偏光点，这是由于在EUV光源的光学器件中使用了蝇眼透镜所引起的。这导致了在PO104的光孔的入射数值孔径处波阵面不均匀，或者有时导致未充满PO的数值孔径。举例来说，本发明的一个实施方式的特定系统具有一个用于所述投射光学系统104的入射数值孔径0.0625，以及一个输出数值孔径0.25。这样，就希望能够在PO104的入射数值孔径处消除不满及强度不均。应注意上面所讨论的问题会通过前述波阵面传感器影响所述波阵面的测量。
图12描述了一个用于克服这些问题所提出的解决方案。如图1 2中所示，其中描述了一类线性光栅，该光栅的每条反射线不是由连续的反射条纹(或线)而是由多个反射点构成的。这些反射点可以是随机分布的，如图12中所示，也可以按一个规则的矩阵图案排列。这样，如从图12中所能看到的一样，当“从远处”看时，所述光源模块的光栅1202的线看起来就是实线，正如上面所讨论的一样。然而，当“从近处”看时(如1204处所描述)，它们则由许多反射点构成。在EUV应用中，其余的原料将是吸光的。
如已经陈述的一样，所述光栅线被选定来与第二光栅线直接相关，从而进一步最大限度的利用所述物平面照射光，在所述探测器处保留条纹可见性，而消除正负一阶条纹。
在一个实施方式中，对应于上面所讨论的参数(6.4微米用于4X倍放大，0.25出射数值孔径，0.0625入射数值孔径，13.5纳米光源)，所述点的直径介于70到120纳米之间，最好接近70纳米。
图12的底部示出了联合构成本发明的光源模块光栅203的两个正交放置光栅的整体排列。如在图12底部可能看到的一样，反射点可以被排入两个相邻的正交图案中，每个大约200微米乘200微米。
应欣赏由于在本发明中使用了反射点，如图10中所示，所述单一衍射图案变成了一个衍射图案之内的衍射图案。这样，从焦平面看，每个反射点都变成一个波阵面源。因此，强度不规则，特别是由光源的蝇眼小平面(fly’s eye facets)引起的强度不规则就会消失，而在所述焦平面上呈现光源的一个整齐规则的像。光栅203的反射点图案同样也有优点，其充满了所述投射光学系统的0.0625数值孔径，并尽可能多的利用了入射到光栅203上的光线。此外，如果物平面处的照射光是空间不相干的，则没有额外的光孔小平面(pupilfacet)或光孔结构被引入。图12中所示的反射点光栅在一个标准的空白标线片上制作。所述点直径最好被选定为大于充满所述数值孔径所需的值，以提供近于均匀的光孔照射。
另外，由于光子有限噪声基本检测信噪比仅依二次方根增加，则每个点可以被允许有因子为2的强度衰降。还应注意出于制造上的问题可能希望有更大的直径。举例来说，计算表明一个44纳米直径的点引起一个10％的衰降，一个66纳米直径点引起一个20％的衰降，而一个112纳米直径点则引起一个50％的衰降。
这样，本发明的反射点光栅203是一个反射性EUV散射装置的实例，其在此情况下对于大量反射点和第一光栅尺寸具有0.4％的效率，并具有使该效率最大化的额外目标。这里的效率定义为与一个朗伯散射器(Lambertain diffuser)相比，从所述装置反射之后照射功率落入所需的数值孔径内的部分。
一个改装过的反射EUV衍射器充满了所述投射光学系统的入射数值孔径，以消除由照射子系统引起的光孔小平面，并最大限度的利用所述照射以在EUV波长下用一个横向光栅切变干涉仪测量光学系统的色差。最后要求将一个光栅的等同物置于在所述标线平面内的非相干扩展光源之前。前两点要求入射照射光被一个衍射器所反射，该衍射器具有一个优于朗伯散射器的图案。所述改装过的反射衍射器可以是以一个光栅为形式的微反射器衍射限制点的整体。在该整体中单独的反射点被置于50％占空比的“光栅”的“狭缝”处且每个单独反射点的大小和形状都可通过衍射充满正被测量的光学系统的入射数值孔径。对于在13.5纳米波长下的0.0625的数值孔径，点直径应在70纳米(到210纳米)。单个的70纳米点会在EUV ILIAS得到大约0.01个“可检测的”EUV光子。然而，一个有45条间距为6.4微米的光栅线以及只沿每条线的中心轴有点的300微米长的50％占空比的光栅，可以容纳足够的点以得到共计1,000个“可检测”光子，这对于EUV ILIAS来说是富富有余了。布满了反射点的“光栅”线会给出更大的信号。单独一条(有点的)线会给出一个不充足的信号。一个朗伯散射器以及类似结构的规则光栅会给出一个刚好充足的信号。
所述反射点可以有不同的高度以提供相位差，从而消除之前的随机图案的中心亮点。由随机高度引起的随机相位也服务于相同的目的。然而，存在于部分相干照射中的斑点对一些应用来说可能是一个问题。所述反射点可以在无相位跳跃的情况下被规则地放置，而这样的规则放置可能会将斑点变为没那么麻烦的非常低频率的人为波。
当反射点在光栅线内随机放置时，在条文图案中就出现斑点及中心亮点。该中心亮点可以通过使具有多倍于波长的标准方差(即，光程差多倍π)的随机高度的反射点加上一个部分而消除。当反射点以规则图案放置时，在条纹平面内的重叠人为条纹同样可以通过使得随机高度的反射点具有一个标准差多倍于π的光程差而被消除(但会生成斑点)。然而，人为条纹对条纹分析的影响可能较小。
熟悉技术的人应该理解，在不背离如所附权利要求书中所规定的本发明的精神及范围的前提下，可以在形式及细节上作各种改动。这样，本发明的广度和范围不应限于任何上述示例性实施方式，但是应被规定只能与下面的权利要求书及其等价条款相一致。