掩模缺陷检测装置、掩模缺陷检测系统以及光刻机系统

1.本发明涉及半导体光刻技术领域，尤其涉及一种掩模缺陷检测装置、掩模缺陷检测系统以及光刻机系统。


背景技术：

2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
3.euv(extreme ultra-violet)光刻是满足7nm及以下技术节点最有前景的技术手段。在半导体制造过程中，极紫外掩模技术被认为是euv光刻技术是否能够成功实现及发展的最关键的技术之一。由于极紫外光被大多数材料强烈吸收，光路中必须采用反射式的光学元件，包括掩模在内。因此，与传统的光刻掩模不同，euv掩模采用了多层膜结构。euv掩模制备工艺非常复杂，每一个工艺步骤都会不可避免的引入缺陷，而euv掩模上的缺陷直接影响到光刻工艺的良率，必须严格控制。如今，euv掩模缺陷是与euv掩模制备相关的最主要的挑战之一。因此euv掩模缺陷检测技术就成为无缺陷的euv掩模制备以及euv光刻量产所面临的核心关键技术。
4.相关技术中，通过反射镜向掩模垂直反射光束，当光束照射在缺陷上时，由于缺陷产生的散射光角度较大，部分散射光不会被反射镜阻挡从而能够通过史瓦西物镜采集得到由缺陷反射出的光束，从而得到缺陷信息。但是，已有的技术方案采用的是气体放电等离子体(discharge produced plasma，dpp)euv光源或者激光等离子体(laser produced plasma，lpp)euv光源，dpp及lpp光源的功率比较低，一定程度上影响了掩模缺陷检测的产率，而采用新型粒子加速器euv光源产生的极紫外光为相干光，会在成像平面产生散斑，影响成像质量。


技术实现要素：

5.本发明的目的是至少解决具有相干性的极紫外光，会在成像平面产生散斑，影响成像质量的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
6.本发明的第一方面技术方案，提出了一种掩模缺陷检测装置，所述掩模缺陷检测装置包括：壳体，所述壳体内部具有真空腔，待检测的掩模设于所述真空腔内，所述壳体上设有供极紫外光束穿过的射入口和射出口；平面反射镜，设于所述真空腔内且位于所述掩模的一侧的，所述平面反射镜用于反射极紫外光束并使其垂直地照射在所述掩模上；退相干反射组件，对应所述射入口且设于所述真空腔内，所述退相干反射组件用于将射入所述真空腔的极紫外光束退相干后反射至所述平面反射镜；成像装置，设于所述射出口上，所述成像装置具有成像平面；反射光采集装置，设于所述平面反射镜背离所述掩模的一侧，所述反射光采集装置用于采集由所述掩模上的缺陷反射出的极紫外光束并输出至所述成像平面，在所述成像平面生成亮点。
7.根据本发明提出的掩模缺陷检测装置，通过设置真空腔使极紫外光在真空环境下传播以减小极紫外光在掩模缺陷检测装置内传播过程中由于被空气吸收造成的损失。并
且，通过设置退相干反射组件对具有相干性的极紫外光束进行退相干处理，从而避免在成像平面产生散斑，提高成像质量。本发明提出的掩模缺陷检测装置可以采用以新型粒子加速器euv光源生成的具有相干性的极紫外光进行缺陷检测，其极紫外波段具有较高的输出功率，提高了掩模缺陷检测的产率。
8.另外，根据本发明的掩模缺陷检测装置，还可具有如下附加的技术特征：
9.在本发明的一些实施方式中，所述退相干反射组件包括：至少一个退相干反射镜，所述退相干反射镜包括多个子镜面，各所述子镜面的朝向一致，极紫外光束经多个所述子镜面反射出多个子光束，且任意相邻的两个所述子光束的光程差大于相干长度。
10.在本发明的一些实施方式中，多个所述子镜面沿预设方向呈阶梯状分布。
11.在本发明的一些实施方式中，所述多个子镜面的镜面类型为平面、内凹的球面、不规则形状和微机电可变形反射镜中的至少一种。
12.在本发明的一些实施方式中，所述反射光采集装置为史瓦西透镜；所述成像装置为基于闪烁体的可见光波段ccd相机或euv波段ccd相机。
13.在本发明的一些实施方式中，所述掩模缺陷检测装置还包括：驱动装置，设于所述真空腔内，所述驱动装置用于承载所述掩模，并能够驱动所述掩模在预设平面上移动，所述预设平面与所述平面反射镜反射出的极紫外光束垂直；隔振平台，用于承载所述壳体。
14.在本发明的一些实施方式中，所述掩模缺陷检测装置还包括：光束传播管道，与所述射入口连通，所述光束传播管道用于极紫外光束的传播；光束整形装置，设于所述光束传播管道上，所述光束整形装置用于将极紫外光束的直径整形至预设尺寸；四爪狭缝装置，设于所述射入口和所述光束整形装置之间的所述光束传播管道上，所述四爪狭缝装置用于对穿过其的极紫外光束的直径尺寸进行微调；法兰，设于所述四爪狭缝装置和所述光束整形装置之间的光束传播管道上。
15.在本发明的一些实施方式中，所述预设尺寸的取值范围为：100～1000um。
16.本发明的第二方面技术方案，提出了一种掩模缺陷检测系统，所述掩模缺陷检测系统包括：多个第一方面技术方案中所述的掩模缺陷检测装置；极紫外光发射装置，所述极紫外光发射装置设有光束输出管道，所述极紫外光发射装置通过所述光束输出管道输出极紫外光束；分光装置，所述分光装置的一端与所述光束输出管道连通，另一端设置多个子光束输出管道，每个所述掩模缺陷检测装置的光束传播管道与一个所述子光束输出管道连通，所述分光装置用于将所述极紫外光发射装置输出的极紫外光束分割后分别输送至每个所述掩模缺陷检测装置。
17.根据本发明提出的掩模缺陷检测系统，通过一个极紫外光发射装置能够同时满足为多个掩模缺陷检测装置的极紫外光束照射需求，极紫外光发射装置通过多条束线同时输出极紫外光束，同时为更多的掩模缺陷检测装置服务，更大程度的降低整个装置的平均成本，并且数台掩模缺陷检测装置同时工作，可以大大提高掩模缺陷检测的产率，能够满足现在甚至未来对掩模缺陷检测的量产需求。
18.在本发明的一些实施方式中，极紫外光发射装置为稳态微聚束euv光源或自由电子激光euv光源。
19.本发明的第三方面技术方案提出了一种光刻机系统，所述光刻机系统包括：第二方面技术方案中所述的掩模缺陷检测系统；多个光刻机，每个所述光刻机均与所述掩模缺
陷检测系统中的一个子光束输出管道连通，所述掩模缺陷检测系统中的极紫外光发射装置通过分光装置向所述光刻机供给极紫外光束。
20.根据本发明提出的光刻机系统，通过一个极紫外光发射装置能够同时满足为多个掩模缺陷检测装置和多个光刻机的极紫外光束照射需求，同时为掩模缺陷检测装置或者光刻机提供照明光源，更大程度的降低极紫外光发射装置的使用成本，多台光刻机同时使用又能极大的提高光刻机的产率。采用该方案最终可以实现数倍提升掩模缺陷检测产率和芯片制造产率的同时，大大降低装置的平均成本。
附图说明
21.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
22.图1是根据本发明一示例性实施例示出的掩模缺陷检测装置的结构示意图；
23.图2是根据本发明一示例性实施例示出的退相干反射镜的结构示意图；
24.图3是根据本发明一示例性实施例示出的退相干反射镜的结构示意图；
25.图4是根据本发明一示例性实施例示出的掩模缺陷检测系统的示意图；
26.图5是根据本发明一示例性实施例示出的光刻机系统的示意图；
27.图6是根据本发明一示例性实施例示出的掩模缺陷检测装置的结构示意图。
28.附图标记如下：
29.10-壳体、11-真空腔、12-射入口、13-射出口、20-平面反射镜、30-退相干反射组件、31-退相干反射镜、311-子镜面、32-平面镜、40-成像装置、50-反射光采集装置、61-隔振平台、62-驱动装置、70-光束传播管道、71-光束整形装置、72-法兰、73-四爪狭缝装置、80-极紫外光发射装置、81-光束输出管道、90-分光装置、91-子光束输出管道、100-掩模缺陷检测装置、200-掩模、300-光刻机。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
31.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
32.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅
用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
33.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
34.如图1所示，根据本发明的实施方式，提出了一种掩模缺陷检测装置，包括：壳体10、平面反射镜20、退相干反射组件30、反射光采集装置50和成像装置40，具体地，壳体10的内部具有真空腔11，真空腔11为极紫外光的传播提供真空环境，真空腔11的真空度小于10-6hpa，以减小极紫外光在掩模缺陷检测装置内传播过程中由于被空气吸收造成的损失。壳体10上设有供极紫外光束射入真空腔11内的射入口12和供极紫外光束射出真空腔11的射出口13，掩模200设置在真空腔11内，平面反射镜20设于真空腔11内且位于掩模200的一侧的，平面反射镜20与掩模200呈一定的夹角，使平面反射镜20反射出的极紫外光束垂直地照射在掩模200上。退相干反射组件30对应射入口12设于真空腔11内，反射光采集装置50设于反射镜背离掩模200的一侧，成像装置40设于射出口13上，成像装置40具有成像平面，从射入口12射入真空腔11中的极紫外光束首先照射入退相干反射组件30，退相干反射组件30将射入真空腔11的极紫外光束退相干后反射至平面反射镜20，平面反射镜20将再将极紫外光束反射到掩模200上。当掩模200上没有缺陷时，由于极紫外光束是垂直地照射在掩模200上，掩模200反射出的极紫外光束全部被平面反射镜20阻挡，此时成像装置40的成像平面不会生成亮点。当掩模200上有缺陷时，极紫外光束照射到缺陷时，由缺陷部位反射出的极紫外光束从多个不同角度射出，部分反射光能够被反射光采集装置50采集并输出至成像装置40的成像平面，在成像平面生成亮点，从而检出掩模200是否存在缺陷。
35.通过设置退相干反射组件30对具有相干性的极紫外光束进行退相干处理，从而避免在成像平面产生散斑，提高成像质量。本实施例中，可以使用以新型粒子加速器euv光源(例如“稳态微聚束”(ssmb)euv光源、自由电子激光器(fel)euv光源)生成的具有相干性的极紫外光进行缺陷检测，其极紫外波段具有较高的输出功率，提高了掩模缺陷检测的产率。本实施例中，反射光采集装置50为史瓦西透镜。成像装置40为基于闪烁体的可见光波段ccd相机，由于可见光波段ccd相机的成本低于euv波段ccd相机，因此降低了掩模缺陷检测装置的成本。在其他示例中，本发明提出的掩模缺陷检测装置也可以使用由dpp光源或者lpp光源生成的光束，此时成像装置40为euv波段ccd相机。
36.需要说明的是，掩模的缺陷反射出的散射光携带的缺陷信息被ccd相机接收，缺陷处的散射光强度比无缺陷处的背景散射光强度大，因此ccd成像后会获得一个明显的亮点，亮点的强度与缺陷的大小及类型相关，从而可以通过图像处理算法提取掩模缺陷的信息。
37.在本发明的一些实施方式中，如图1和图2所示，退相干反射组件30包括至少一个退相干反射镜31，退相干反射镜31的镜面包括多个子镜面311，各子镜面311的朝向一致，使得极紫外光束经多个子镜面311反射出多个传播方向相同的子光束，使任意相邻的两个子光束的光程差大于相干长度，从而达到退相干的目的。多个子光束照射到平面反射镜20后发生反射，并且反射光(即多个子光束)不具有原来的高相干性，从而不会在成像平面造成散斑影响系统的成像分辨率。
38.在一个示例性实施例中，退相干反射组件30包括一个退相干反射镜31，极紫外光束被退相干反射镜31反射至平面反射镜20。
39.在另一个示例性实施例中，如图1所示，退相干反射组件30包括一个退相干反射镜31和一个平面镜32，退相干反射镜31和平面镜32平行设置，极紫外光束被退相干反射镜31反射至平面镜32，再由平面镜32反射至平面反射镜20。
40.在另一个示例性实施例中，如图6所示，退相干反射组件30包括两个退相干反射镜31，两个退相干反射镜31平行设置，极紫外光束经过两个退相干反射镜31的两次反射后照射至平面反射镜20，两个退相干反射镜31对照明光进行更进一步的退相干。
41.在本发明的一些实施方式中，如图2所示，退相干反射镜31的多个子镜面311中，多个子镜面311沿预设方向呈阶梯状分布。具体地，预设方向为平行于极紫外光束传播的方向，使得沿极紫外光束传播的方向各子镜面311之间均间隔一定的距离，当极紫外光束照射至退相干反射镜31后，子镜面311反射出的各子光束之间也存在间隙，以使得任意相邻的两个子光束的光程差大于相干长度，从而达到退相干的目的。
42.在一个示例性实施中，如图2所示，子镜面311的镜面为平面，各子镜面311之间相互平行，多个子镜面311呈周期性的阶梯状分布，沿极紫外光束传播的方向各子镜面311之间的距离相等，本实施例中，子镜面311只改变光路方向不改变光斑大小，极紫外光束照射至退相干反射镜31反射出多个平行的子光束。
43.在另一个示例性实施中，如图3所示，子镜面311的镜面为具有聚焦作用的内凹的球面，各子镜面311的大小尺寸相同，且各子镜面311的并依次相连。本实施例中，子镜面311改变光路方向的同时也可以起到聚焦作用，使极紫外光束照射至退相干反射镜31反射出多个聚焦的子光束。
44.在其他实施例中，子镜面的镜面为不规则形状，或者子镜面为小尺寸的微机电可变形反射镜(mems反射镜)，多个微机电可变形反射镜组成反射镜阵列，将入射极紫外光束分割成若干个子光束，使相邻子光束的光程差大于相干长度，从而达到退相干的目的。
45.在本发明的一些实施方式中，如图1和图6所示，掩模缺陷检测装置还包括驱动装置62和隔振平台61，驱动装置62为五维移动台，用于承载掩模200，并驱动掩模200在预设平面上移动，其中，预设平面与平面反射镜20反射出的极紫外光束垂直，从而实现全掩模200的缺陷扫描，同时也能够对掩模200进行调焦调平。其中，掩模缺陷检测装置对系统的振动要求非常严格，因此需要对整个装置进行隔振，将壳体10放在隔振平台61上，从而降低掩模缺陷检测装置振幅。本实施例中，掩模200水平放置，预设平面即为水平面，隔振平台61需要满足2hz时提供90％的振动隔离。
46.在本发明的一些实施方式中，如图1所示，掩模缺陷检测装置还包括：光束传播管道70、光束整形装置71、四爪狭缝装置73、法兰72，沿极紫外光束传播的方向在光束传播管
道70上依次设置光束整形装置71、法兰72和四爪狭缝装置73。光束传播管道70与射入口12连通，光束传播管道70用于极紫外光束的传播，极紫外光自光束传播管道70传播至真空腔11内。光束整形装置71用于将极紫外光束的横截面整形至预设尺寸，新型粒子加速器euv光源输出的极紫外光经过光束整形装置71后形成需要尺寸的照明光斑，光束整形装置71可以采用kb(kirkpatrick-baez)镜，经整形后的极紫外光束的横截面尺寸(即照明光斑尺寸)为100～1000um，较大的光斑尺寸能够更快的完成全掩模200的扫描从而可以提高掩模缺陷检测的产率。法兰72用于快速安装或拆卸光束整形装置71，以根据不同的照明光斑尺寸需求切换不同规格的光束整形装置71。四爪狭缝装置73设于靠近射入口12的光束传播管道70上，整形后的极紫外光束通过法兰口和四爪狭缝装置进入掩模缺陷检测装置的真空腔11体。四爪狭缝装置的刀口可以在二维方向上运动，用于对整形后的照明光斑(即极紫外光束的横截面)尺寸进行微调，从而针对不同应用场景选择合适的光斑尺寸。照明光斑经过四爪狭缝装置后以所需的光斑尺寸照射到退相干反射镜31上。
47.根据本发明的实施方式，如图4所示，提出了一种掩模缺陷检测系统，掩模缺陷检测系统包括：多个掩模缺陷检测装置100、极紫外光发射装置80、和分光装置90，极紫外光发射装置80设置光束输出管道81，极紫外光发射装置80通过光束输出管道81输出极紫外光束。分光装置90的一端与光束输出管道81相连，另一端设置多个子光束输出管道91，每个子光束输出管道91与一个掩模缺陷检测装置100的光束传播管道70连通，分光装置90将极紫外光发射装置80输出的极紫外光束分割后通过子光束输出管道91和光束传播管道70分别输送至每个掩模缺陷检测装置。从而通过一个极紫外光发射装置80能够同时满足为多个掩模缺陷检测装置的极紫外光束照射需求，极紫外光发射装置80通过多条束线同时输出极紫外光束，同时为更多的掩模缺陷检测装置服务，更大程度的降低整个装置的平均成本，并且数台掩模缺陷检测装置同时工作，可以大大提高掩模缺陷检测的产率，能够满足现在甚至未来对掩模缺陷检测的量产需求。
48.本实施例中，极紫外光发射装置80包括但不限于稳态微聚束euv光源或自由电子激光euv光源。具体地，稳态微聚束(steady-state microbunching，ssmb)euv光源、自由电子激光器(free-electron lasers，fel)euv光源等输出的极紫外光，具有非常高的功率及亮度，远高于dpp、lpp、hhg等光源输出的极紫外光，高亮度的极紫外光可以提高系统的信噪比，在获得更高的分辨率的同时还能够大大提高系统的缺陷检测速率。新型粒子加速器光源“稳态微聚束”和自由电子激光器在保证高功率及高亮度的前提下还可以实现非常高的单色性，单色性高可以有效避免成像系统的色差对成像分辨率的影响，使ccd相机的成像分辨率更高。本实施例中，新型粒子加速器euv光源的每一条极紫外光束都可以根据实际的输出功率进行分光，同时为数台掩模缺陷检测装置提供足够功率的照明光源，
49.根据本发明的实施方式，提出了一种光刻机系统，如图5所示，光刻机系统包括：掩模缺陷检测系统、多个光刻机300，每个光刻机300均与掩模缺陷检测系统中的一个子光束输出管道连通，掩模缺陷检测系统中的极紫外光发射装置80通过分光装置90向光刻机300供给极紫外光束，根据本发明提出的光刻机系统，通过一个极紫外光发射装置80能够同时满足为多个掩模缺陷检测装置和多个光刻机300的极紫外光束照射需求，同时为掩模缺陷检测装置或者光刻机300提供照明光源，更大程度的降低极紫外光发射装置80的使用成本，多台光刻机300同时使用又能极大的提高光刻机300的产率。采用该方案最终可以实现数倍
提升掩模缺陷检测产率和芯片制造产率的同时，大大降低装置的平均成本。
50.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。