TWI804591B

TWI804591B - 用於在一半導體樣本中偵測缺陷之檢測系統以及在該檢測系統中設計及使用一補償器以便在一半導體樣本中偵測缺陷之方法

Info

Publication number: TWI804591B
Application number: TW108109223A
Authority: TW
Inventors: 張強; 阿布都拉罕賽斯金納
Original assignee: 美商克萊譚克公司
Priority date: 2018-03-20
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-06-11
Also published as: KR102802747B1; CN111837077B; EP3762781A4; CN111837077A; TW202004354A; KR20200124301A; EP3762781B1; JP2021518667A; EP3762781A1; JP7244532B2; US10761031B1; WO2019182728A1

Abstract

本發明揭示一種系統，其包含一光源，其用於產生一照射光束；及一照射透鏡系統，其用於朝向一樣本引導該照射光束。該系統進一步包含：一收集透鏡系統，其用於回應於該照射光束而引導來自該樣本之該輸出光朝向一偵測器；及一偵測器，其用於接收來自該樣本之該輸出光。該收集透鏡系統包含具有個別可選擇濾光器之一固定設計補償器板，該等個別可選擇濾光器具有不同組態以便在不同操作條件下校正該系統之系統像差。該系統亦包含一控制器，其可操作用於：(i)產生並朝向該樣本引導該照射光束；(ii)選擇操作條件及一濾光器以便在此等所選擇操作條件下校正該系統像差；(iii)基於該輸出光產生一影像；及(iv)基於該影像判定該樣本是否通過檢測或表徵此樣本。

Description

用於在一半導體樣本中偵測缺陷之檢測系統以及在該檢測系統中設計及使用一補償器以便在一半導體樣本中偵測缺陷之方法

本發明大體上係關於晶圓及倍縮光罩檢測系統之領域。更特定而言，本發明係關於用於EUV檢測器系統之波前補償。

大體而言，半導體製造工業涉及用於使用以層形式佈設並圖案化至諸如矽之一基板上的半導體材料來製作積體電路之高度複雜技術。一積體電路通常由複數個倍縮光罩或遮罩製作。最初，電路設計者將闡述一特定積體電路(IC)設計的電路圖案資料提供至一倍縮光罩產生系統，該倍縮光罩產生系統將圖案資料變換成複數個倍縮光罩。一種新興類型之倍縮光罩係由複數個主要反射層及一經圖案化吸收器層構成之一極紫外光(EUV)倍縮光罩。一組倍縮光罩通常用於多個光微影程序中以將倍縮光罩圖案轉印至一半導體晶圓中之多個層以藉此形成複數個積體電路(IC)晶粒。

歸因於大規模之電路整合及半導體裝置之減小之大小，倍縮光罩及經製作裝置已變得對缺陷越來越敏感。此等缺陷(若未經校正)可致使最終裝置歸因於電時序誤差而不能滿足所期望效能。甚至更糟地，此等缺陷可致使最終裝置失靈且不利地影響良率。

隨著IC製造中使用的光微影自193nm遷移至極紫外光(EUV)，所關注光罩特徵及缺陷中之縮小大小繼續推進對基於成像的深紫外光(DUV)光學檢測工具之效能限制。此外，由於歸因於EUV光罩之本質導致對像差之較高成像敏感度，因此工具-工具匹配亦已變得更困難。存在對光學像差之更嚴密控制之一強烈需求。在EUV遮罩檢測中除圓形偏光之外，線性偏光之利用已使得此任務因當前透鏡塗層設計之本質限制而特別具有挑戰性。

下文呈現對本發明之一經簡化發明內容以便提供對本發明之某些實施例之一基本理解。本發明內容並非本發明之一廣泛概述且其不識別本發明之關鍵/重要元素或描繪本發明之範疇。其唯一目的係以一經簡化形式呈現本文中所揭示之某些概念作為稍後呈現之較詳細闡述之一前序。

在一項實施例中，揭示一種用於在一半導體樣本中偵測缺陷之檢測系統。該系統包含一光源，其用於產生一照射光束；及一照射透鏡系統，其用於朝向一樣本引導該照射光束。該系統進一步包含：一收集透鏡系統，其用於回應於該照射光束而引導來自該樣本之該輸出光朝向一偵測器；及一偵測器，其用於接收來自該樣本之該輸出光。該收集透鏡系統包含具有複數個個別可選擇濾光器之一補償器板，該等個別可選擇濾光器具有不同組態以便在不同操作條件下校正該系統之系統像差，且每一濾光器具有一固定設計。該系統亦包含一控制器，其可操作以與該光源、照射透鏡系統、收集透鏡系統及偵測器協作來執行以下操作：(i)產生並朝向該樣本引導該照射光束；(ii)選擇一組該等不同操作條件及該等濾光器中之一所選擇濾光器以便在此所選擇組操作條件下校正該系統像差；(iii)回應於該照射光束基於來自該樣本之該輸出光而產生一影像；及(iv)基於該影像判定該樣本是通過還是未通過檢測或表徵此樣本。

在一項態樣中，該濾光器板經定位用於在該系統之影像光瞳處嵌入該等濾光器中之所選擇濾光器。在一具體實施方案中，該等濾光器以一柵格圖案配置於該補償器板上，且可藉由在垂直於該照射光束之X及Y方向上移動該濾光器板來選擇該等濾光器中之個別濾光器。在另一實例中，該等濾光器以一圓形圖案配置於該補償器板上，且可藉由在該照射光束下旋轉該濾光器板來選擇該等濾光器中之個別濾光器。

在一項實例中，該等不同操作條件包含不同偏光(例如，圓形及線性偏光)。在一其他態樣中，該等不同操作條件包含不同變焦設定、不同孔徑大小及不同波長範圍，包含一深紫外光範圍。在另一態樣中，每一濾光器具有一透明基板，其塗佈有在厚度上具有變化之一介電薄膜以在該等不同操作條件下校正該等系統像差。在另一態樣中，每一濾光器具有一透明基板，其在高度上具有變化以在該等不同操作條件下校正該等系統像差。在一替代實施例中，每一濾光器具有一反射基板，其塗佈有在厚度上具有變化之一介電薄膜以在該等不同操作條件下校正該等系統像差。在一替代實施例中，每一濾光器具有保形地塗佈在一基板之頂部上之一反射多層薄膜，其在高度上具有變化以在該等不同操作條件下校正該等系統像差。

在另一實施例中，本發明係關於一種在一檢測系統中設計及使用一補償器以便在一半導體樣本中偵測缺陷之方法。針對複數個不同組操作條件，判定該檢測系統之一系統像差，且製作具有用於該等不同組操作條件之複數個濾光器以便校正該經判定系統像差之一濾光器板。每一濾光器具有一固定設計。在該檢測系統內嵌入該濾光器板使得可將每一濾光器個別地選擇為定位於該檢測系統之一影像光瞳處。在該檢測系統上，選擇該等組操作條件中之一者及該等濾光器中之一者，該濾光器經組態以校正針對此所選擇組操作條件判定之系統像差。然後經由該所選擇濾光器且在該所選擇組操作條件下使該樣本成像，使得經由該等系統像差之移除而形成該樣本之一影像。

在一項態樣中，運用一或多個針孔或陰影遮罩使用一離子束沈積形成具有可變高度之一薄膜來製作該複數個濾光器以便校正該系統像差。在另一態樣中，使用一蝕刻程序蝕刻一基板以具有可變高度來製作該等濾光器以便校正該系統像差。

下文參考各圖來進一步闡述本發明之此等及其他態樣。

100:深紫外光成像系統/成像系統

102:物件

104:成像光學器件

106:影像

108:波前

110:經補償波形

110a:區

110b:區

112a:虛線

112b:實線

114:空間濾光器/精心設計之濾光器

114a:柵格型濾光器板/濾光器板

114b:圓型濾光器板/濾光器板

152a:濾光器

152b:濾光器

172a:濾光器

172b:濾光器

200:空間濾光器設計程序

202:操作

204:操作

206:操作

208:操作

210:操作

300:離子束沈積設備/系統

302:離子束產生器或槍

304:中和器

306:沈積目標/目標/濺射目標

308:針孔遮罩

310:基板

311:經沈積膜

314:3D透視圖

408:客製化針孔陣列遮罩

410:基板/濾光器基板

411:經沈積膜

414:3D透視圖

502:離子槍

511:基板

514:3D透視圖

602:波前

604:微透鏡陣列/微透鏡

606a:聚焦部分

606b:聚焦部分

608:空間偵測器陣列/偵測器陣列

700:檢測系統/系統

702:光源

704:聚光器透鏡

706:光束分裂器

707:空間光瞳濾光器/空間濾光器/濾光器板

708:物鏡

710:特定樣本/樣本

712:所檢測表面/樣本表面/圖案

713:偵測器或成像透鏡

714:偵測器或成像感測器/感測器

715:XY位置

716:影像處理系統/處理系統/處理器系統

722:定位機構

800:檢測程序

801:操作

802:操作

804:操作

806:操作

808:操作

810:操作

812:操作

814:操作

900:補償程序

902:操作

904:操作

x:方向

y:方向

z:高度

圖1A係根據本發明之一項實施例使用一空間濾光器來補償一DUV成像系統之波前像差之一示意性表示。

圖1B圖解說明根據本發明之一實施例之一柵格型多濾光器板。

圖1C圖解說明根據本發明之一替代實施例之一圓型多濾光器板。

圖2係根據本發明之一項實施例圖解說明一空間濾光器設計程序之一流程圖。

圖3圖解說明根據本發明之一第一實施方案結合離子束沈積利用一針孔沈積遮罩之一空間濾光器製作技術。

圖4圖解說明根據本發明之一第二實施方案結合離子束沈積利用一陣列針孔沈積遮罩之一空間濾光器製作技術。

圖5圖解說明根據本發明之一第三實施方案利用離子束加工(ion beam figuring)之一空間濾光器製作技術。

圖6係根據本發明之一具體實施方案使用一Shack-Hartmann感測器來量測系統像差之一示意性表示。

圖7係根據本發明之一項實施例之組態有一空間濾光器補償器之一檢測系統之一示意性表示。

圖8係根據本發明之一項實施例圖解說明一檢測程序之一流程圖。

圖9係根據本發明之一替代實施例圖解說明具有存在場相依像差之一補償程序之一流程圖。

圖10展示根據本發明之一具體實施方案在圓形偏光下一特定檢測系統中之一波前補償器之所估計效能。

相關申請案之交互參考

本申請案主張由Qiang Zhang等人於2018年3月20日提出申請之標題為「用於深紫外光(DUV)光學成像系統之任意波前補償器(Arbitrary Wavefront Compensator for Deep Ultraviolet(DUV)Optical Imaging System)」的美國臨時專利申請案第62/645,394號之優先權，該申請案出於所有目的以全文引用方式併入本文中。

在以下闡述中，陳述眾多具體細節以便提供對本發明之一透徹理解。可在無此等具體細節中之某些細節或所有細節之情形下實踐本發明。在其他例項中，未詳細闡述公知之組件或程序操作以免不必要地使本發明模糊。儘管將結合具體實施例闡述本發明，但將理解，並不意欲將本發明限制於該等實施例。

介紹：

波前計量及控制對於在繞射限制附近操作之所有高解析度光學成像系統通常係一重要課題。在光學成像系統中存在一不期望量之光學像差可導致影像失真及不對稱以及影像反差減少及Strehl損失。因此，光學像差係與系統效能及品質密切相關。

由於較嚴密像差控制需要，關鍵光學組件之產生成本及前置時間(特定而言高數值孔徑(NA)DUV成像物鏡)已顯著增加，從而提升工具之總成本。此外，無論一物鏡之像差何時超出規格，減少此像差通常將需要光學組件之一昂貴調換及此等替換部件之一長等待時間。

用於像差補償之某些系統包含基於定位於成像光瞳處之可變形鏡的可程式化壓電或微機電(MEM)系統、定位於成像光瞳處之一可程式化基於液晶之空間光調變器(SLM)及成像物鏡中之可空間程式化之透鏡加熱元件。

採用可程式化壓電或基於MEMS之可變形鏡之一波前校正機構以反射模式操作。為促進重複鏡小面變形，通常使用金屬鏡塗層，且此等塗層在低於200nm之DUV波長中傾向於具有不良反射率且將危及系統之光學效率。此外，此等裝置無法在一經延伸時段內維持鏡位置且傾向於隨時間漂移大約幾分鐘。舉實例而言，將需要頻繁的鏡位置校準，此在一倍縮光罩或晶圓之檢測程序期間大體上係不切實務的。

歸因於較短波長處之強吸收及散射損失，採用可程式化基於液晶之SLM之波前校正機構通常僅支持長於400nm之波長，且因此，並不適合於DUV應用。在成像物鏡中採用可空間程式化之透鏡加熱元件之波前校正機構依賴於在一既定透鏡元件中誘發大的溫度梯度。對於具有一相對小的孔徑大小之物鏡，諸如通常用於倍縮光罩或晶圓檢測用途之彼等物鏡，此大的梯度特徵可對物鏡之熱管理添加顯著挑戰。舉例而言，可能需要物鏡之一顯著且昂貴重新設計以適應此大的溫度梯度。

補償器實施例：

本發明之某些實施例提供一種用於設計、製作及使用一客製化空間光學濾光器作為一波前補償器之簡單及具有成本效率之技術及系統，其可顯著改良一光學檢測系統之系統像差。本文中使用術語「空間濾光器」、「濾光器」、「空間濾光器板」及「濾光器板」來指代用於校正系統像差之一靜態(不可組態)補償器(或補償器組)。在一項實施例中，空間濾光器簡單地嵌入在一現有成像系統之成像光瞳位置處。圖1係根據本發明之一項實施例使用一空間濾光器114來補償一DUV成像系統100之波前像差之一示意性表示。如所展示，一物件102可藉由由複數個波前108表示之一電磁波形或光(例如，DUV光)自物件102之透射或反射來成像。光穿過任何適合數目及類型之成像光學器件104，此將具有一相關聯像差。空間濾光器114經設計以補償此像差，從而導致經補償波形110，經補償波形110可接著用於例如經由一偵測器(未展示)形成物件102之一影像106。

區110b係在穿過成像光學器件104之後波形之區110a之一擴大。在沒有空間濾光器114之情形下，成像光學器件104將導致一失真波前(例如，虛線112a)。不遵循理想非像差波前曲線(例如，實線112b)之波前之此等像差部分將致使射線被散射從而使影像模糊/失真。然而，藉由將一精心設計之濾光器114嵌入至成像系統100中可最小化或消除像差效應，從而導致一更理想波前，其不具有在沒有此濾光器放置之情形下原本將由成像光學器件104造成之像差或使其最小。

一濾光器板可經設計以含納複數個個別濾光器以便在不同地影響像差之不同操作條件下選擇性地嵌入至光瞳中。亦即，不同濾光器可經設計以補償在不同操作條件下呈現之不同組像差誤差。圖1B圖解說明根據本發明之一項實施例之一柵格型濾光器板114a。如所展示，濾光器板114a包含以一柵格圖案佈局之複數個不同濾光器(例如，152a及152b)。可藉由在垂直於波前之行進方向之一XY平面中移動濾光器板來將個別濾光器選擇性地放置於光瞳中。

圖1C圖解說明根據本發明之一替代實施例之一圓型濾光器板114b。在此實例中，濾光器板114b包含複數個不同濾光器(例如，172a及172b)，其等以一圓形圖案定位使得可選擇性地將個別濾光器旋轉至光瞳中。濾光器之同心圓亦係設想的且可經由旋轉及XY移動來選擇性定位。

可利用任何適合技術來設計一空間濾光器以便用作一系統像差補償器。圖2係根據本發明之一項實施例圖解說明一空間濾光器設計程序200之一流程圖。如所展示，在操作202中，可選擇一初始組操作參數用於判定系統像差。操作參數通常影響針對其中將實施濾光器設計特定檢測或成像系統之系統像差誤差。舉實例而言，操作參數可包含一波長範圍、偏光設定、變焦設定、數值孔徑(NA)等。此外，無論一濾光器組態之系統何時展現像差(例如，當替換或變更一光學組件時)，可重複此濾光器設計程序。

在操作204中，可接著判定用於複數個光瞳位置及所選擇操作參數之系統像差誤差。可使用任何適合像差判定技術，且下文闡述數種實例技術。在操作206中，然後可判定是否出於濾光器設計考量而存在更多操作參數。若針對濾光器設計存在更多操作參數，則可重複該程序以便判定每一下一組操作參數之系統像差誤差。舉例而言，獲得每一組所選擇操作參數之不同像差誤差。舉例而言，針對波長範圍、偏光設定、變焦設定、NA等之每一不同組合判定不同像差誤差。

判定所有組參數之像差誤差之後，在操作208中，可接著設計一空間濾光器板。該空間板可包含多個可選擇濾光器，用於校正針對不同組操作參數判定之系統像差。在操作210中，然後可製作空間板並將其嵌入至檢測或成像系統中使得可針對不同操作參數選擇個別濾光器。

舉一具體應用而言，本文中呈現之某些空間濾光器可提供若干個具體特徵以達成一DUV檢測系統之波前補償之功能性及可行性。較佳地，空間濾光器具有具製作成本效率之一設計且具有短期及長期波前校正穩定性二者。舉例而言，濾光器可經設計以克服DUV光學損壞及光污染而提供一相當長壽命。在某些實施例中，若系統像差改變(例如，歸因於光學器件調換)，則亦可替換此濾光器。在另一特徵實例中，空間濾光器具有匹配系統成像孔徑大小之一孔徑大小以裝配於此光瞳內。濾光器亦可經組態以空間地變更孔徑內之透射光相位以便補償現有系統光學像差，同時不在孔徑內引入任何顯著透射不均勻性。舉例而言，透射損失小於10%。某些濾光器實施例之另一特性包含經組態以校正任意系統光學像差，其包含低階Zernikes(Z5-Z16)及高階Zernikes(Z17-Z36)。

在某些實施例中，波前補償器設計得足夠緊湊以將此濾光器之數個單元裝配至現有成像光瞳位置中。舉例而言，波前補償器可包含不同濾光器，其等可選擇性地移動至光瞳中用於不同操作參數(諸如不同偏光設定)之波前校正。舉例而言，一空間濾光器板可經設計以包含3個濾光器，用於一DUV檢測系統中之線性-水平、線性-垂直及圓形偏光。

某些波前補償器實施例可採取具有一介電薄膜塗層之一或多個固定波前校正器之形式，該介電薄膜塗層已經精確控制以具有厚度位準之空間變化。一濾光器板可經構造以便以透射及反射模式二者工作。在反射模式中，所選擇濾光器可與一介電鏡相容使得其支援高光學效率。藉由選取SiO₂作為薄膜材料，此濾光器組合物將在低至193nm之DUV波長下工作良好。此類型之濾光器板亦可以靈活孔徑大小製成以適用任何既定檢測系統。舉例而言，不同濾光器可針對不同孔徑設定具有不同孔徑大小。可藉由圖案化沈積在每一濾光器之頂部上之一不透明金屬膜(諸如鉻)來界定該孔徑，或者一硬孔徑可坐落於光瞳平面處但與濾光器分離。一特定濾光器板中之濾光器可具有不同孔徑大小。當以透射模式實施時，可在不重新設計光學組件或改變系統光學佈局之情形下將濾光器嵌入在現有檢測系統之成像光瞳處。

在某些實例中，一波前補償器可係基於具有在膜沈積(或蝕刻)期間被空間地控制之一厚度之一介電薄膜。薄膜材料可經選取使得其在操作波長處係透明的且亦可係非晶態的以最小化不期望之雙折射效應。在193nm之DUV檢測波長處，SiO₂、MgF₂、CaF₂等工作良好。當然，其他材料可用於其他成像或檢測應用，諸如不同波長範圍。在其他實例中，可選擇對於266nm、365nm等工作良好的材料。其他波長範圍之實例材料包含Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂、TiO₂．Ta₂O₅等。

膜之厚度分佈可通常經設計以補償一現有檢測系統之光學像差。下文進一步闡述用於量測一系統之像差之數種技術。在一項實例中，可在成像場中之複數個位置處量測或計算波前像差，且一對應光瞳濾光器經設計以補償不同場位置處之不同像差。對於其中x、y係光瞳坐標之若干個波中之一經量測光瞳波前Φ(x,y)，可藉由以下方程式來判定用於一透射濾光器實施方案之所期望之膜厚度：

其中λ係波長，n係膜之折射率，及t₀係當波前像差係可忽略時膜之標稱厚度，t₀可經選取使得t(x,y)在光瞳孔徑內始終係正的。

對於一反射模式實施方案，光兩次穿過膜使得可藉由以下方程式來判定所期望之膜厚度：

在其中波長係193nm且使用1.563之一SiO₂折射率之一具體實例系統中，將補償100mλ之一峰-峰波前差之最大膜厚度變化估計為大約34nm。此組態完全係在針對光學塗層開發之薄膜沈積技術之當前能力內，此等技術通常可以亞奈米範圍中之一精度來控制膜厚度變化。

任何適合製作技術可用於形成用於補償系統像差之一固定空間濾光器。一項通用製作實施例包含結合一薄膜離子束沈積技術使用一針孔沈積遮罩來達成沈積可變膜厚度之精確空間控制。如圖3中所展示，一離子束沈積設備300包含一離子束產生器或槍302，用於產生朝向一沈積目標306引導之一離子束，此導致沈積材料自目標306噴射及濺射穿過一針孔遮罩308且至一基板310上。系統300亦可包含一中和器304，用於在到達濺射目標306之前中和離子以最小化電荷效應。

對於一透射實施方案，濾光器之基板310可由任何適合剛性及透明材料形成，諸如一熔融矽石平板等。經沈積之材料可係具有與基板材料類似之一折射率之任何透明材料以最小化反射，諸如SiO₂等。對於一反射實施方案，基板310可採取任何剛性反射材料(諸如一介電鏡)之形式，且經沈積之材料亦可係SiO₂或具有達成最小光損失之吸收特性之多層(例如，交替對鉬(Mo)及矽(Si)層)等。

離子束沈積程序通常具有極佳沈積方向性及膜品質，但其他沈積技術(諸如其他類型之濺射)亦係可能的。在所圖解說明之離子束沈積期間，經沈積膜將僅穿過針孔在目標之視線中累積於基板310上之一局部化斑點內。可藉由針孔之大小及其與基板310之距離來校準及控制沈積斑點之寬度、形狀及生長率。

基板310可安裝於由任何適合移動機構(諸如步進馬達)驅動之一真空相容的X-Y平移載台(未展示)上。可藉由經由一電腦/處理器在每一馬達步進處控制停靠時間來達成所期望之膜厚度分佈。

亦展示經沈積膜311之一個3D透視圖314。此3D透視圖314中之膜之厚度經展示以在不同XY坐標處具有不同z高度。舉例而言，藉由在不同XY位置處改變停靠時間來將不同量之SiO₂之經精確控制沈積經由針孔遮罩308沈積至基板上。

對於大約幾毫米之(檢測系統之)一光瞳孔徑大小及對應濾光器大小，針孔大小可選擇為係大約100-200微米。針孔遮罩308之厚度亦可選擇為在亞毫米範圍中，取決於經由針孔所見之SiO₂目標錐角。

為了經沈積膜之良好品質，峰值沈積速率可限制為大約1-2埃/秒。假定光瞳之一柵格涵蓋範圍為15×15，則估計總沈積時間係5-10小時以便達到34nm之一最大膜厚度或100mλ之波前差。

在一第二實施方案中，可採用一針孔陣列遮罩而不是一單針孔遮罩來加速沈積程序。如圖4中所圖解說明，在此情形下，可具有與基板310類似之一組合物之基板410可保持靜止。對於待補償之一既定系統像差，製作一客製化針孔陣列遮罩(例如，408)。可個別地修整陣列中之每一針孔之大小，以便產生與彼特定針孔位置(其可被校準)處之所期望膜厚度成比例之一局部膜生長率。亦即，對於不同大小之針孔，基板410上之不同位置將經受膜沈積之不同速率。用於毗鄰針孔之膜沈積斑點可重疊以確保跨越濾光器基板410之良好膜覆蓋及平滑厚度過渡。沈積持續時間之一精心計時給出最終所期望之膜厚度，與單針孔方法相比，沈積持續時間可短至幾分鐘。亦展示經沈積膜411之一個3D透視圖414。

每一針孔(對於單針孔及針孔陣列之實例)可具有任何適合形狀，諸如圓形、橢圓形、正方形、長方形、十字形等。此外，陣列型遮罩可具有不同形狀之針孔。

一替代製作技術包含藉由使用一小陰影遮罩(或多陰影)而不是一針孔或針孔陣列遮罩來沈積具有受控制厚度變化之膜。在此情形中，將一或多個小的盤狀陰影遮罩嵌入於SiO₂目標與基板之間中。陰影遮罩就在每一遮罩後面局部地降低膜生長率。在沈積期間，在受控制停靠時間內平移基板。

單及多針孔(或陰影)遮罩可各自大體上係導電的並且適當地接地以避免任何電荷堆積。此等針孔/陰影遮罩特性可藉由在一薄金屬板上使用具有雷射切削之精機加工(諸如鑽孔)或一微影印刷及蝕刻程序來達成。

在膜沈積之前，一清晰孔徑可在基板上經界定且形成，出於對準目的，該孔徑匹配檢測系統之光瞳孔徑之大小。另一選擇係，濾光器之孔徑可用作其中將嵌入濾光器板之系統之硬孔徑之一替換。像差濾光器與孔徑之此組合可藉由沈積一不透明金屬薄膜(諸如鉻)，後續接著微影圖案化及濕蝕刻以形成一孔徑區域來達成，濾光器之可變高度膜沈積至該孔徑區域中。在一替代實施例中，可在用於濾光器之膜沈積之後形成孔徑。

對於一透射實施方案，在沈積之後可在膜之頂部上沈積一均勻抗反射塗層(諸如MgF₂等)以最小化歸因於表面反射之透射損失。亦可將此塗層施加至基板之背側。

圖5圖解說明根據本發明之一第三實施方案利用離子束加工之一空間濾光器製作技術。在此實例中，一離子槍502用於產生朝向一基板511引導之一高能量聚焦離子束，基板511可具有與基板310或410類似之一組合物。基板511經定位以接收高能量離子束且可相對於離子束移動以便蝕刻基板511中之一特定輪廓用於像差補償。如3D透視圖514中所展示，基板511經蝕刻以具有變化高度用於校正不同像差誤差。在此實例中，基板511可在一載臺上移動及/或光束可相對於基板511位移。可藉由在掃描每一光束位置期間控制光束之停靠時間來達成濾光器之所期望形貌。可在蝕刻之後將一抗反射塗層施加至基板511之兩個側。亦可在蝕刻之後或之前形成一孔徑以替換濾光器板將嵌入其中之系統之硬孔徑。

轉至濾光器設計程序，可使用任何適合技術來判定每一參數組之系統像差，此通常取決於將針對其設計一空間濾光器補償器之檢測或成像系統之類型。在一UV至可見波長範圍檢測系統中，可使用一Shack-Hartmann感測器量測像差。在一EUV光化系統中，像差可藉由使用一相移點繞射干涉儀來判定，如Applied Optics 1999年12月10日第35號第38卷由Patrick P.Naulleau等人發表之「極紫外光相移點繞射干涉儀：具有亞埃參考波準確度之波前計量工具(Extreme-ultraviolet phase-shifting point-diffraction interferometer：a wave-front metrology tool with subangstrom reference-wave accuracy)」中所進一步闡述，該論文以引用方式併入本文中。此外，用於在一EUV類型系統中判定像差之數個實例進一步闡述於2016年5月10日頒佈之Zhang等人之美國專利第9,335,206號中，該專利之全文以引用方式併入本文中。

一Shack-Hartmann感測器係緊湊的且可提供被動相位及輻照分佈量測(包含波前誤差)，其等係波長獨立的，並且對振動相對不敏感。圖6係根據本發明之一具體實施方案使用一Shack-Hartmann感測器量測系統像差之一示意性表示。Shack-Hartmann感測器通常可包含一微透鏡陣列604，其用於接收一波前602且將此波前602之複數個聚焦部分(例如，606a及606b)引導至一空間偵測器陣列608上。注意，微透鏡可含有任何數目個個別透鏡，且出於簡化目的僅展示6個。在一替代Hartmann感測器實施方案中，孔徑之一陣列可替換該微透鏡。參考所圖解說明之實例，一微透鏡陣列可由附著在一起的複數個透鏡、二元光學器件或其他微光學器件技術形成。偵測器陣列608可係一CCD偵測器陣列。

大體而言，微透鏡604在偵測器陣列608上形成複數個聚焦斑點。若其他系統參數係已知的，則聚焦斑點位置之量測唯一地判定波前斜率，此乃因聚焦斑點位置係與跨越微透鏡之平均波前斜率相關。大體而言，用於具有經量測像素強度之一經抽樣輻照度分佈之斑點位置首先藉由一階矩判定。斑點位置之計算亦可使用臨限值化或影像去捲積。聚焦斑點之位置或「形心」可接著用於藉由將經量測形心與用同一Shack-Hartmann感測器量測之一參考波前比較來判定波前斜率分佈。對於一組經量測形心(x_c,y_c)與參考形心(x_r,y_r)，波前斜率分佈係：

其中L_H係微透鏡陣列與偵測器之間之距離，可設定為微透鏡焦距f。

然後可藉由任何適合技術，諸如分區(直接數值積分)或模態(多項式擬合)，基於波前斜率量測來重新構造波前。在分區技術中，可依據有限差分來編寫波前梯度，且逐區(或逐微透鏡)對資料進行數值積分。波前係藉由有限差分來近似且經由諸如最小平方擬合之一迭代方法來求解。在模態技術中，波前可依據具有分析導數之函數來闡述，經量測斜率資料擬合至該等分析導數以允許自擬合係數之波前之一直接判定。舉例而言，點(x,y)處之波前可依據諸如Zernike多項式之多項式P_m(x,y)編寫為一擴展：

接著局部波前斜率可編寫為：

然後，平方和可編寫為：

其可藉由設定以下等式來最小化：

且求解所得方程組。用於判定波前誤差之數種最佳化技術進一步闡述於由Daniel R.Neal等人之「Shack-Harmann波前感測器精度及準確度(Shack-Harmann wavefront sensor precision and accuracy)」中，該文章以引用方式併入本文中。

如本文中所闡述，不同濾光器可經設計以在不同操作條件下補償像差。舉例而言，用於不同偏光設定(例如，圓形、x及y偏光)之波前在像散Z5及Z6 Zernike項目中顯著不同。特定而言，歸因於用於軸向對稱系統之物鏡塗層設計之本質限制，廣泛用於EUV遮罩檢測系統中之線性偏光傾向於具有較大像散。然而，本文中所闡述之個別濾光器設計可經設計以校正此等不同偏光設定之波前像差。

任何濾光器設計方法可經使用且取決於濾光器將嵌入至其中之特定檢測/成像系統。舉例而言，可在影像光瞳處在一DUV檢測系統內嵌入一Shack-Hartmann感測器以判定系統像差且設計用於在此影像光瞳處嵌入之濾光器。另一選擇係，可在與影像光瞳共軛之各種位置處量測像差。濾光器設計可嵌入至量測像差之相同或一不同位置中。

一旦基於用於一特定檢測/成像系統之一或多組操作條件之經判定像差來設計及製作一濾光器板，則濾光器板可嵌入至系統之光路徑中以便校正用於每一組操作條件之經判定像差。可基於任何適合因素來選擇濾光器板之放置。首先，濾光器板經定位以在允許經判定系統像差之校正之一位置處接收波前。濾光器位置之另一因素可係最小化板上之功率密度或此功率密度係低於特定濾光器材料之一經預定義損壞臨限值。在多數情形中，該位置將經選擇以避免一聚焦窄光束以便最小化功率密度且造成濾光器之損壞。在一項實施例中，濾光器板被定位成可移動以便在成像光瞳處選擇性地定位每一濾光器。

如本文中所闡述設計之一空間濾光器補償器可用於任何適合類型之缺陷檢測系統中，諸如用於檢測倍縮光罩或晶圓之一系統。大體而言，一空間濾光器可添加至其中系統像差導致成像問題之任何系統且其將有益於減少或消除此等像差。

本發明之某些實施例提供用於藉由利用一空間濾光器像差補償器來顯著改良當前DUV檢測工具之EUV光罩缺陷敏感度之設備及技術。在一項實例中，可藉由在一DUV檢測工具(諸如可自加利福尼亞州Milpitas的KLA-Tencor購得之Teron^TM 6xx檢測工具)之成像光瞳中嵌入一空間濾光器裝置來在此工具上實施補償器。該成像通常係基於來自樣本之經反射光，其經由透射光學器件朝向感測器而引導，此乃因EUV遮罩傾向於對DUV光不透明。然而，替代實施例設想當檢測一非EUV遮罩時用於來自樣本之經透射光及/或經反射光之補償器。

圖7係根據本發明之一項實施例組態有一系統像差補償器之一檢測系統700之一示意性表示。此系統700通常包含適合於對諸如一EUV遮罩之特定樣本710之檢測之一光源702。一光源之一項實例係一準連續波雷射。在某些實施例中，一光源通常可提供高脈衝重複率、低訊雜、高功率、穩定性、可靠性及可擴展性。注意，儘管一EUV光微影掃描器在13.5nm波長下操作，但用於一EUV倍縮光罩之檢測工具不必在相同波長下操作。舉例而言，在193nm下操作的來自KLA-Tencor之一Teron^TM系統可用於檢測EUV倍縮光罩。系統700可包含任何類型及數目之光源。實例光源包含一雷射驅動之光源、一高功率寬頻電漿光源、一透射照射光源(例如，鹵素或Xe燈)、一濾光燈、LED光源等。多個LED或斑紋爆破雷射二極體亦係可能的源。

檢測工具通常可設定為具有一組操作參數或一「變因(recipe)」。變因設定可包含以下設定中之一或多者：光瞳濾光器選擇、變焦設定、一或多個缺陷偵測臨限值、一焦點設定、一照射或偵測孔徑設定、一入射光束角度及波長設定、一偵測器設定、經反射及經透射光之量之一設定、空中模型化參數等。本發明之某些實施例以反射模式利用一檢測系統且具有一所選擇偏光，諸如線性-水平、線性-垂直、圓形等。

檢測系統包含用於將一照射光光束引導及聚焦至所檢測表面712上之任何數目及類型之光學元件。舉例而言，來自光源之照射亦可穿過若干個透鏡，該等透鏡用於朝向樣本中繼(例如，塑形、聚焦或調整焦點偏移、濾光/選擇波長、濾光/選擇偏光狀態、重新定大小、放大、減少失真等)光束。系統700通常可包含：一光束轉向裝置，其用於進行精確光束定位；及一光束調節裝置，其可用於提供光位準控制、散斑雜訊減少及高光束均勻性。光束轉向及/或光束調節裝置可係與(舉例而言)一雷射分離之實體裝置。出於簡潔之目的，圖7僅圖解說明一聚光器透鏡704、一光束分裂器706(諸如一個二向分光鏡)及用於照射光學器件之一物鏡708。然而，熟悉此項技術者將理解一檢測系統可包含用於達成具體檢測功能之其他光學或電子元件。物鏡可調整至不同大小之像素，例如，針對每一像素小於約100nm，或更特定而言，小於約75nm或甚至小於60nm。

可相對於所檢測表面以一大致上法向角朝向樣本表面712引導照射光束。在其他實施例中，可以一斜角引導一照射光光束，此允許照射光束與經反射光束分離。

該系統亦可包含一可調諧或可選擇光譜濾光器，其可經組態以增加對特定材料及堆疊類型之敏感度。一光譜濾光器可用於進一步動態地界定照射光束之光譜。一或多個光譜亞頻帶濾光器可放置於照射光束之一照射光瞳中以達成不同亞頻帶波長範圍。然而，該系統可包含用於形成可在其處定位一光譜亞頻帶濾光器之一照射光瞳的任何數目及類型之透鏡。大體而言，可基於以下各項之最佳化來選擇每一檢測波長範圍：其亞頻帶、照射及收集光瞳孔徑形狀、照射及收集路徑之偏光、放大率、像素大小或其任何組合。

一偏光設定亦可應用於每一波長範圍(或亞頻帶)。舉例而言，一線性-水平偏光可經選擇用於一所選擇之較長波長亞頻帶。可基於任何適合檢測參數來應用一偏光設定(經由一偏光光學器件模組)，諸如缺陷類型、樣本幾何構造及組合物、波長範圍或亞頻帶選擇等。

亦可將樣本710及其上形成之圖案712放置於檢測系統700之一載台(未標記)上，且檢測系統700亦可包含用於相對於入射光束移動載台(及樣本)之一定位機構722。一或多個定位機構亦可經組態以移動檢測系統之其他組件，諸如濾光器板或濾光器、孔徑模組、照射或收集鏡、波長濾光器、偏光鏡等。舉實例而言，一或多個馬達機構可各自由以下各項形成：一螺桿驅動或步進馬達、具有回饋位置之線性驅動機或頻帶致動器及步進馬達。

在入射光束照射於樣本710上之後，光可接著以「輸出光」或一「輸出光束」之形式自樣本710反射及繞射/散射。該檢測系統亦包含用於朝向一或多個偵測器塑形、引導及聚焦輸出光之任何適合透鏡配置。如所展示，可由一偵測器或成像透鏡713接收一輸出光束，偵測器或成像透鏡713引導輸出光束朝向一偵測器或成像感測器714。在某些實施例中，感測器714係一時間延遲積分(TDI)偵測器。一典型TDI偵測器累積所檢測表面之相同區之多次曝光，從而有效地增加可用以收集入射光之積分時間。大體而言，一感測器或偵測器可包含傳感器、收集器、電荷耦合裝置(CCD)或其他類型之輻射感測器。

系統700亦包含一空間光瞳濾光器707，其經配置以濾光由樣本710反射/散射或自樣本710反射之光，以補償如本文中所闡述之系統像差。舉例而言，空間濾光器707中之每一濾光器可採取具有各種高度之一固定空間濾光器之形式，用於在一特定組操作條件下調整收集光瞳中之不同位置處之像差。在另一實例中，可在一可移動濾光器板結構(例如，圖1B或圖1C之濾光器板)中提供具有不同補償器特性(例如，用於不同操作參數)之多個空間濾光器。如所展示，濾光器板707係可移動的且可定位於收集路徑中不同XY位置(715)處以將一所選擇空間濾光器移動至收集光瞳中。在另一實例中，濾光器可以一圓形圖案配置，且一特定空間濾光器可旋轉至收集路徑中。

系統之照射及收集光學元件可係反射性或透射性的。輸出光束可自樣本反射或散射或者透射穿過樣本。該系統亦可包含用於每一照射及收集路徑中之選用經偏光光之組件、選用光譜亞頻帶濾光器及用於倍縮光罩或其他樣本之檢測之照射及收集路徑中之選用孔徑形狀。其中如本文中所設計之一濾光器板的其他類型之檢測系統之實例進一步闡述於2017年2月21日申請之標題為「藉由比較兩個光罩之光罩檢測(INSPECTION OF PHOTOMASKS BY COMPARING TWO PHOTOMASKS)」之美國專利申請案第15/438,588號及上文引用之Zhang專利中，該等申請案以引用方式併入本文中。

每一感測器714亦可與一影像處理系統716耦合或更大體而言與一信號處理裝置耦合，該信號處理裝置可包含經組態以將來自感測器714之類比信號轉換為數位信號或影像以供處理之一類比轉數位轉換器。處理系統716可經組態以執行電腦可讀指令來分析所感測光光束之強度及/或其他特性以判定各種缺陷特性，諸如缺陷類型、大小、深度或形狀。在一實例實施例中，處理系統716使用儲存於記憶體中之一演算法或一查找表來判定缺陷特性。

處理器系統716可經組態(例如，運用程式化指令)以提供用於組態變因以及顯示一所得測試影像及其他檢測特性之一使用者介面(例如，一電腦螢幕)。舉例而言，控制器可控制照射源之選擇性啟動、照射或輸出孔徑設定、空間濾光器選擇、波長頻帶、焦點偏移設定、偏光設定等。

控制器可係軟體及硬體之任何適合組合。舉例而言，控制器可包含經由合適匯流排或其他通信機構耦合至輸入/輸出埠及一或多個記憶體之一處理器。處理器及記憶體可經程式化以實施本發明之方法實施例之指令。控制器亦可包含用於提供諸如改變景深、偏光設定、波長選擇或通常設定一檢測變因之使用者輸入的一或多個輸入裝置(例如，一鍵盤、滑鼠、控制桿)。處理系統716亦可與系統700之各種組件耦合以便控制(舉例而言)一樣本位置(例如，聚焦及掃描)、空間濾光器選擇、變焦設定以及檢測系統元件之其他檢測參數及組態。

由於此等資訊及程式指令可實施於一經特定組態之電腦系統上，因此此一系統包含可儲存於一電腦可讀媒體上用於執行本文中所闡述之各種操作的程式指令/電腦程式碼。機器可讀媒體之實例包含但不限於：磁性媒體，諸如硬碟、軟式磁碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM碟；磁光媒體，諸如光碟；及經特定組態以儲存並執行程式指令之硬體裝置，諸如唯讀記憶體裝置(ROM)及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含機器程式碼(諸如由一編譯器產生)及含有可由電腦使用一解譯器來執行之較高階程式碼之檔案二者。

應注意，以上闡述及圖式不應被視為對系統之具體組件之一限制且該系統可以諸多其他形式體現。舉例而言，預期檢測或量測工具可具有來自經配置用於偵測缺陷及/或解析一倍縮光罩或晶圓之特徵之臨界態樣之任何數目個已知成像或計量工具之任何適合特徵。舉實例而言，一檢測或量測工具可經調適用於亮場成像顯微術、暗場成像顯微術、全天空成像顯微術、相位反差顯微術、偏光反差顯微術及相干探查顯微術。亦預期可使用單影像或多影像方法以便擷取目標之影像。此等方法包含(舉例而言)單抓取、雙抓取、單抓取相干探查顯微術(CPM)及雙抓取CPM方法。諸如散射計量之非成像光學方法亦可預期為形成檢測或計量設備之部分。

在其他檢測應用中，入射光或所偵測光可以任何適合入射角通過任何適合空間孔徑以產生任何入射或所偵測光輪廓。舉實例而言，可程式化照射或偵測孔徑可經利用以產生一特定光束輪廓，例如雙極子、四極子、類星體、環形物等。在一具體實例中，可實施像素化照射技術。除上文所闡述之任何相位反差技術之外，可程式化照射及特定孔徑可用於增強倍縮光罩上某些圖案之特徵反差之目的。

檢測設備可適合於檢測半導體裝置或晶圓及光學倍縮光罩，包含EUV倍縮光罩或遮罩。可使用本發明之檢測設備及技術檢測或成像的其他類型之樣本包含任何表面，諸如太陽板結構、光碟、平板顯示器等。

大體而言，一檢測工具可包含：至少一個光源，其用於產生一入射光光束；照射光學器件，其用於將入射光束引導至一樣本上；收集光學器件，其用於引導回應於入射光束而自樣本發射之一輸出光束；一或多個可選擇空間濾光器，其等用於校正系統像差；一感測器，其用於偵測輸出光束且產生輸出光束之一影像或信號；及一控制器，其用於控制檢測工具之組件且促進如本文中進一步闡述之檢測技術。

在該檢測組態有一可選擇空間濾光器板之情形下，可接著使用任何適合檢測技術檢測一倍縮光罩用於定位缺陷。圖8係根據本發明之一項實施例圖解說明一檢測程序800之一流程圖。最初，在操作801中，可針對一檢測系統之操作條件設定一變因。此變因設定程序亦可包含基於所選擇操作條件之一空間濾光器之選擇。舉例而言，將選擇用於所選擇波長範圍及偏光設定之一空間濾光器。在操作802中，可接著在所選擇操作條件下朝向樣本引導一照射光束。舉例而言，跨越一倍縮光罩之一部分掃描一照射光束。

在操作804中，可接著經由用於在出口光瞳處校正系統像差之一空間濾光器來偵測回應於照射光束而自樣本反射或散射之輸出光。大體而言，可根據本文中所闡述之空間濾光器設計技術中之任一者來設計或組態空間濾光器。在操作806中，亦可基於所偵測輸出光產生一影像。

在操作808中，可接著判定此是否是最後掃描。舉例而言，可使用其他操作條件及對應空間濾光器來掃描樣本。若掃描係未完成的，則可藉由重複操作801、802、804及806在經由一或多個所選擇空間濾光器收集輸出光(及影像)之同時掃描一或多個照射光束。

若針對所有組操作條件之掃描係完成的，則在操作810中，可基於所獲得影像(或信號)定位及/或再檢測一或多個缺陷。在一項實施例中，可執行任何適合檢測分析程序以首先發現缺陷。舉例而言，可在每一測試與參考影像之間進行一胞元對胞元、晶粒對晶粒或晶粒對資料庫之比較。舉例而言，可針對一晶粒中之一特定位置處的一所成像區偵測缺陷，該所成像區不同於相同位置處自另一晶粒、胞元獲得或自一設計資料庫模擬之另一參考影像區。

返回參考圖8，在操作812中，可接著判定樣本是否已通過檢測。亦可判定缺陷是否是可修復的。若樣本未通過，則可在操作814中變更程序或樣本。除變更程序之外，另一選擇係可廢棄樣本。

上文闡述之用於設計一空間濾光器以在光瞳平面處補償系統像差之技術在具有最小場相依像差效應之系統中工作良好。

圖9係根據本發明之一替代實施例圖解說明在存在某一位準之場相依像差之情形下一補償程序900之一流程圖。最初，在操作902中，可跨越一或多個偵測器之複數個場位置來量測像差。舉例而言，可量測兩個TDI感測器2D陣列之複數個場位置之像差。在操作904中，可判定所有場位置之平均像差。然後可在操作904中將此像差平均值之相反正負號定義為補償器設計之目標波前以便自系統移除場獨立像差分量。然後可在操作906中將場補償器之波前自所有量測點中減去。

圖10展示根據本發明之一具體實施方案在圓形偏光下一特定檢測系統中之一波前補償器之所估計效能。如所展示，已依據檢測系統之兩個時域積分(TDI)感測器平面(表示為P0及P1)中之成像場y位置來量測系統光學像差。方向x係載台掃描方向。運用在光瞳平面處實施波前校正，其效應可視為對所有偵測器場位置係共同的。因此，波前補償器之膜厚度經設計以跨越所有場位置完全校正平均波前。不管此限制，某些檢測系統上之波前之場獨立部分係顯著的且可經有效校正。因此，在此實例中，工具之波前在所有場位置中可顯著減少大約3倍。此波前減少將極大地有益於使用此工具之一EUV遮罩檢測以改良其敏感度及工具-工具匹配。對於線性偏光操作條件亦發現類似結果。

不管額外場相依補償，一系統波前補償器可用於在低至193nm之一DUV波長處具有高光學效率之透射及反射模式二者中。可製作具有靈活孔徑大小之一空間濾光器以適合任何既定檢測系統。當以透射模式實施時，舉實例而言，可在無需光學組件之重新設計或系統光學佈局之改變之情形下在現有檢測系統之成像光瞳處嵌入空間濾光器板。空間濾光器板亦具有極佳的長期穩定性且幾乎係免維護的並且可以一相對低成本製作。

如本文中所闡述，可在成像光瞳平面處實施一透射型波前補償器以替換現有硬孔徑。波前補償器上之經圖案化鉻膜可用於一硬孔徑之用途。歸因於光瞳處之小場錐角，當基板厚度係足夠小(

1mm)時，可忽略藉由波前補償器之基板引入之光路徑長度差及失真。

儘管出於清楚理解之目的已相當詳細地闡述了上述發明，但將明瞭，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。應注意，存在實施本發明之程序、系統及設備之諸多替代方式。舉例而言，可自一經透射、經反射光束或一組合輸出光束來獲得缺陷檢測特性資料。此外，檢測系統之補償器可經設計用於缺陷偵測或計量應用之其他波長範圍，諸如一可見光、紫外光或近紅外光波長範圍。因此，本發明實施例被視為圖解說明性而非限制性的，且本發明並不限於本文中所既定之細節。