片內(nèi)相位測量工具模擬光刻機

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采用特殊照明方式的高/超高數(shù)值孔徑（NA）的193nm光刻機和相位移掩膜版（PSM），使得光刻分辨率的極限達到了32nm節(jié)點。不利的因素是掩膜的復雜度正在以指數(shù)級遞增，而業(yè)界又迫切需要通過精確的相位控制以達到必需的高成品率。

光刻機成像平面的相位受到其本身的數(shù)值孔徑、掩膜的斜率和3D掩膜效應極大的影響，特別是當特征尺寸接近分辨率極限的時候。在45nm和32nm節(jié)點，為了確保精確的刻寫PSM并獲得足夠的成品率，有必要測量產(chǎn)品特征中與光刻機相關(guān)的相位。然而控制需要精準的測量，直到現(xiàn)在相位的測量依然使用基于干涉儀的測量工具。如此產(chǎn)生的問題是，評估相位必須使用比產(chǎn)品特征高數(shù)量級的參考特征，這些測量平臺將受到局限。高分辨率原子力顯微鏡（AFM）也被迫面臨這樣的問題。雖然它們能夠測量產(chǎn)品相關(guān)特征中的刻蝕深度，但是卻無法描述3D掩膜效應。兩種方法都無法獲得由數(shù)值孔徑（NA）、掩膜斜率和嚴格的3D掩膜效應產(chǎn)生的衍射限度。

與Intel一起協(xié)作，Carl Zeiss半導體測量系統(tǒng)部門研究了光學相位測量工具的必要條件，它們要能夠把工藝控制從大型CD測試特征擴展到芯片內(nèi)高分辨率相位移特征。因此，這些工具注定了必須為模擬光刻平臺的光學設置而設計，并需要獲得光波波長中特征尺寸產(chǎn)生的相位信息。

這樣的結(jié)果產(chǎn)生了一個叫做Phame的光學測量工具?？紤]到偏振，在光刻機相關(guān)的設置下，它可以測量所有片內(nèi)的相位移掩膜版的相位。它不但能完成現(xiàn)存工具所作的測量大型參考特征的工作，而且能夠通過獲得真實的掩膜效應來測量產(chǎn)品特征。該平臺的光束路徑可與NA為1.6的浸沒式光刻機的類比。結(jié)合一個低sigma元件，它的193nm激光持續(xù)照射一個面朝下的掩膜；根據(jù)PSM的類型決定使用同軸還是離軸的入射光。

光刻機的部分相干光照設置用于可調(diào)時間間隔的連續(xù)測量，它允許在光刻機相關(guān)的照射設定下進行相位控制。工具的0.4NA精確圖像光（1.6NA光刻機等效）使得系統(tǒng)與193nm浸沒式光刻機兼容并延伸至32nm節(jié)點。相位信息是通過相位操作和運算獲得的，CCD占用原來在一個真正的光刻機中應該屬于晶圓的位置。除了芯片中相位值，該工具也測量芯片內(nèi)的傳輸。

系統(tǒng)提供三種不同的測量模式：手動，柱狀圖分析和定義區(qū)域。在測量的過程中獲得強度和相位影像，通過選擇一個伴有顯示相應相位數(shù)值的相位圖薄片，相位的輪廓可以手動生成。然后，柱狀圖分析法計算出整個測試區(qū)域的相位平均值。這一選項被用于PSM刻蝕和清洗后的相位控制。另外，其他區(qū)域可能在相位圖像內(nèi)被定義或被軟件自動設置，并可對平均相位的差異進行評估。被定義區(qū)域間的相互關(guān)系可以用作修復驗證或是評估光學臨近效應。

該平臺可以測試所有類型的PSM。實驗證明，其相位精確度<1°，小產(chǎn)品特征的靜態(tài)相位再現(xiàn)能力在0.15°和0.3°之間，對大的參考特征該值<0.2°。

雖然使用測量系統(tǒng)進行工藝控制、優(yōu)化工藝窗口以提升成品率，這些主要用于掩膜廠；但在改進掩膜和縮短設計優(yōu)化時間方面，仍需要在研發(fā)領(lǐng)域擴大應用以優(yōu)化光學鄰近修正（OPC）工藝。