光刻中交变移相掩膜的相位/幅度误差的检测方法和系统技术方案

一种用于检测交变移相掩膜中的相位和幅度误差的方法，此方法包括：　　　　让准直光束通过该移相掩膜中的一对相邻的移相开孔；　　　　记录通过所述此对相邻开孔的衍射光光束强度作为角位置函数；　　　　根据所述记录的光束强度来确定在其上出现第一衍射级和第二衍射级的角α，其中，α代表从一对对称分布的衍射级的偏离；　　　　根据所述记录的光束强度来确定最小强度和最大强度；　　　　其中根据所确定的α值来计算所述相位误差，根据所述最小强度和所述最大强度来计算所述幅度误差。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体制造中的光刻(photolithography)技术，尤其是光刻工序中交变(alternate)移相掩膜的相位/幅度误差的检测方法和系统。
技术介绍
在半导体器件的VLSI/ULSI(超大规模集成电路/特大规模集成电路)制造中，光刻(lithography)是指在光敏聚合物(有时称之为光刻胶(photoresists)或抗蚀剂(resists))上制作布线图案开孔的工序，这些光刻材料限定了一些小区，在这些小区中，按加工步骤顺序并通过特定的操作对硅基片材料进行改制。半导体器件芯片的制造包括在光刻胶上重复形成图案(patterning)，然后进行刻蚀、离子注入、沉积或其它这类操作，最后除去消耗的光刻胶以便将新的抗蚀剂用于该工序的另一次重复操作。一个基本的光刻系统包括一个光源、一个包括要传送到晶片上的布线图案的模板(stencil)或光掩膜、一组透镜以及将硅晶片上现有的图案与掩膜上的布线图案对准的装置。可以在一个或几个对准步骤中进行对准，也可以用一个对准仪来进行对准。由于在含有50到100个芯片的晶片上，一次在1到4个芯片的若干步骤中制作布线图案，因此，这些光刻工具通常称之为步进投影曝光机(stepper)。对于像光刻步进投影曝光机之类的光投影系统，其分辨率R受瑞利(Rayleigh)方程中描述的参数限制R＝kλ/NA其中λ代表用在投影系统中的光源的波长，NA代表所用的投影光学系统的数值孔径，k代表一个因子，该因子说明组合光刻系统实际能在何等程度上利用理论分辨率极限。常规的光掩膜通常包括在石英片上形成的不透明的铬图案，因此，在从掩膜上除去了铬的地方，就可以透过光。将特定波长的光通过掩膜投射到涂在硅晶片上的光刻胶上，凡在掩膜上布置的相应穿孔图案的地方，使抗蚀剂曝光。用特定波长的光对抗蚀剂曝光，引起抗蚀剂聚合物分子结构的改变，这使显影剂(developer)能够溶解并除去曝光区域中的抗蚀剂。(与此相反，负抗蚀剂系统只让没有曝过光的抗蚀剂被显影(溶解并除去，develop away)。)光掩膜在受到光照时，可以把它设想为是一个由许多单独的无限小的光源组成的阵列，这些光源可以被接通(在透明区域的点)也可以被关断(被铬覆盖的点)。如果将描述由各个光源发出的光的电场矢量的幅度整个映射在掩膜的横截面上，就可以画出一个阶梯函数，该函数反映能发现掩膜上各个点的两个可能状态(即接通和关断)。由于图像幅度的二元性，这些常规的掩膜通常都被认为是玻璃上镀铬(COG)的二元掩膜。然而，一个光幅度的完全平方阶跃函数仅存在于精确的掩膜平面的理论极限中。在与掩膜相距任何给定的距离上，例如在晶片平面上，衍射作用将使图像呈现有限的图像倾斜。在一个小尺度范围内(即要印刷的图像的尺寸和间距小于λ/NA)，相邻图像的电场矢量将会积极地相互作用并相加。这是由辐射的波性质而引起的，这个性质使辐射随着其传播而扩散。衍射作用的结果是，特征部分间的光强度曲线不完全暗，而表现出由相邻特征部分之间的相互作用产生的相当大的光强。由于曝光系统的分辨率受到投射图像对比度的限制，在名义上的暗区域中光强度的增加将最终使得相邻的特征部分作为一个组合结构而不是作为离散的图像来印刷。在光刻中能够复制的小图像的质量主要取决于可用的工艺范围(即还能产生正确图像尺寸的可允许剂量和聚焦变化)。通过在掩膜上引入第三个参数，移相掩膜(PSM)光刻改进了光刻工艺范围或者允许在较低的“k”值下操作。电场矢量像任何矢量一样，有量值和方向。这样，除了接通和关断电场幅度而外，它还可以用大约0°来接通或用大约180°的相位来接通。通过改变光束穿过掩膜材料的长度，能够完成PSM中的相位改变。通过使掩膜凹陷适当的深度，穿过掩膜较厚和较薄部分的光将发生180°的相位改变。换句话说，其电场矢量将保持相同的量值，但方向则完全相反，以致会导致完全抵消光束之间的任何相互作用。尽管使用交变移相掩膜有一些优点，例如提高了分辨率、有较大的曝光范围和较大的聚焦深度，但是，在相邻的掩膜开孔之间如果有相位误差或传输强度误差的话，它也会产生重叠误差。例如，如果石英中的移相开孔的刻蚀深度不对的话，就会有一个与此相关的相位误差，并且在与垂直于掩膜面的直线位置相交的原来的对称轴上，衍射干涉(interference)将不完全是破坏性的。因此，在图像平面上会横向移动最小的位置(移位的程度正比于散焦量)，从而在晶片上造成重叠误差。除了相位误差外，当光传输过两个相邻的、相位不同的开孔时，也会引起的振幅失配。如果有这样的误差存在，即使在最佳聚焦的情况下，印刷在晶片上的空间电荷密度(space CD)也会是不均等的。尽管现在有一些检测相位缺陷的技术，但是它们典型地涉及或者使用物理探针的刻蚀坑直接测量，或者组合测量空中图像的不对称和计算机模拟的。前者在测量刻蚀深度和掩膜尺寸方面准确的，但是由于它还依赖于光散射特性，所以它并不提供强度失配的数据，并且它不是相位抵消的直接测量。后者既能测量强度失配也能测量相位误差，但由于使用计算机模拟，其结果的准确度会受到各种近似误差的影响。此外，要精确测量幅度误差也是困难的，这是因为它在很大程度上取决于最佳聚焦的位置，最佳聚焦在100nm(1x)的范围内是很难得到的。因此，人们希望能够独立地准确检测相位和幅度缺陷。
技术实现思路
用一种交变移相掩膜的相位和幅度误差的检测方法，能够克服或减轻现有技术的前述的缺点和不足。在一个作为示例的实施例中，此方法包括让准直光束通过移相掩膜中一对相邻的移相开孔。然后，将通过这一对相邻开孔的衍射光的光束强度作为角位置的函数记录。根据记录的光束强度，确定在其上出现第一衍射级和第二衍射级的角α，其中，α代表从一对对称分布的衍射级的偏离。此外，也根据记录的光束强度确定最小强度和最大强度，其中根据确定的α值计算相位误差，根据最小强度和最大强度计算幅度误差。另一方面，一种用于检测交变移相掩膜的相位和幅度误差的方法包括让准直光束通过移相掩膜中一对相邻的移相开孔。然后，将通过这对相邻开孔的衍射光的光束强度作为角位置的函数记录下来。进而，相对于在这一对相邻开孔之间的中心线周围的固定半径的弧，利用光束强度画出衍射曲线的角分布。根据衍射曲线的角分布来确定在其上出现第一衍射级和第二衍射级的角α，其中，α代表从一对对称分布的衍射级的偏离。此外，根据衍射曲线的角分布来确定最小强度和最大强度，其中根据确定的α值来计算相位误差，根据最小强度和最大强度来计算幅度误差。另一方面，一种用于检测交变移相掩膜的相位和幅度误差的系统包括光源，用于使准直光束通过移相掩膜中一对相邻的移相开孔。光检测器通过在这对相邻开孔之间的中心线周围的固定半径的弧，来检测通过这对相邻开孔的衍射光的光束强度。此外，还用测试装置记录作为角位置函数的光束强度，并画出衍射曲线的角分布。然后，根据衍射曲线的角分布来确定相位误差和幅度误差。附图说明参见作为示例的图，图内类似的组成部分用类似的标号来标志图1是根据本专利技术的实施例提出的一个适用的检查系统10的示意图。图2是一个方块图，它根据本专利技术的实施例说明交变移相掩膜的相位和幅度误差检测方法。图3是一个示意图，它说明不存在相位误差时，通过交变移相掩膜上一对相邻开孔的光束的对称分布衍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于检测交变移相掩膜的相位和幅度误差的方法，此方法包括让准直光束通过该移相掩膜中的一对相邻的移相开孔；记录通过所述此对相邻开孔的衍射光光束强度作为角位置函数；根据所述记录的光束强度来确定在其上出现第一衍射级和第二衍射级的角α，其中，α代表从一对对称分布的衍射级的偏离；根据所述记录的光束强度来确定最小强度和最大强度；其中根据所确定的α值来计算所述相位误差，根据所述最小强度和所述最大强度来计算所述幅度误差。2.根据权利要求2所述的方法，其中，利用一个深度误差来表达所述相位误差，所述深度误差利用α值、所述掩膜透射层的折射率以及所述的一对相邻开孔之间的中心间距来计算。3.根据权利要求3所述的方法，其中，根据下列方程来计算所述的深度误差dα＝d(n-1)/p；其中，n是所述的折射率，p是所述中心间距。4.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述最小强度和所述最大强度之比来确定所述幅度误差。5.根据权利要求1所述的方法，其中，根据由所述记录的光束强度画出的衍射曲线的角分布，来确定所述角α、所述最小强度和所述最大强度。6.一种用于检测交变移相掩膜的相位和幅度误差的方法，此方法包括让准直光束通过所述移相掩膜中的一对相邻的移相开孔；记录通过所述此对相邻开孔的、作为角位置函数的衍射光光束强度，进而，相对于所述的一对相邻开孔之间的中心线周围的固定半径的弧，使用所述光束强度画出衍射曲线的角度分布；根据衍射曲线的所述角度分布来确定在其上出现第一衍射级和第二衍射级的角α，其中，α代表从一对对称分布的衍射级的偏离；根据衍射曲线的所述角度分布，来确定最小强度和最大强度；其中，根据所确定的α值来计算所述相位误差，根据所述最小强度和所述最大强度来计算所述幅度误差。7.根据权利要求6所述的方法，其中，用一个光检测器来记录所述的光束强度。8.根据权利要求7所述的方法，其中，让所述的光检测器通过所述的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍强，斯科特·布科夫斯基，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：