專利名稱：測量光刻系統(tǒng)中的功率的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于制造半導(dǎo)體器件的光刻系統(tǒng)，更具體地，涉及光刻系統(tǒng)中的功率的測量。

背景技術(shù)：
通常，在各種電子應(yīng)用(諸如計算機、蜂窩式電話、個人計算裝置、以及許多其他應(yīng)用)中，都會使用半導(dǎo)體器件。例如，過去僅包括機械元件的家用、工業(yè)、和自動裝置現(xiàn)在具有了需要半導(dǎo)體器件的電子部件。
通過在半導(dǎo)體工件(workpiece)、晶片、或基板上沉積許多不同類型的材料層，并使用光刻法圖樣化各種材料層來制造半導(dǎo)體裝置。材料層通常包括導(dǎo)電、半導(dǎo)體、絕緣材料薄膜，它們經(jīng)過圖樣化而形成集成電路(IC)。例如，在單個管芯(die)或芯片上可能存在多個晶體管、存儲器件、開關(guān)、導(dǎo)電線、二極管、電容器、邏輯電路、和其他電子元件。
多年來，在半導(dǎo)體工業(yè)中，已將諸如接觸式印刷(contactprinting)、接近式照射(proximity printing)、和投影印刷(projectionprinting)的光刻技術(shù)用于圖樣化集成電路的材料層。光刻技術(shù)包括通過在掩模或中間掩模上包括光學不透明或半透明區(qū)域或光學透明(clear)或透光(transparent)區(qū)域的圖樣來投影或傳導(dǎo)光。透鏡投影系統(tǒng)和傳輸光刻掩模用于進行圖樣化，其中，使光穿過光刻掩模，以碰撞置于半導(dǎo)體晶片或工件上的感光材料層。在顯影之后，接下來將感光材料層用作掩模來圖樣化下面的材料層。
半導(dǎo)體工業(yè)的趨勢是逐步減小集成電路的尺寸，以滿足增加性能和較小器件尺寸的要求。由于集成電路圖樣的光刻需要大約50nm或更小的尺寸，所以正在開發(fā)遠紫外(EUV)光刻技術(shù)，其使用軟x射線范圍的光，例如，具有大約10到15nm波長的光。例如，在EUV光刻系統(tǒng)中，反射透鏡和掩模用于圖樣化置于基板上的感光材料層。
由于在EUV光刻系統(tǒng)中使用的是短波長，所以不能通過使射束偏向小部分監(jiān)控器來輕易測量EUV功率和控制照射劑量，這是因為(例如)目前是在深紫外(DUV)范圍的可見光(例如，具有大約248nm到193nm的波長的光)的光刻工具和系統(tǒng)中測量EUV功率的。EUV光刻系統(tǒng)通常利用大約13.5nm的波長，例如，這很容易被現(xiàn)有技術(shù)的照射度量測試方法所吸收。
因而，在現(xiàn)有技術(shù)中需要改善的方法和系統(tǒng)來測量EUV光刻系統(tǒng)中的功率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實施例通常包括或涵蓋這些和其他問題，并且通常通過本發(fā)明的優(yōu)選實施例來實現(xiàn)技術(shù)優(yōu)勢，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了測量光刻系統(tǒng)中的功率的新穎系統(tǒng)和方法，其中，康普頓效應(yīng)用于測量光子能或電子能，以確定光刻系統(tǒng)的功率。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，度量方法包括提供光刻系統(tǒng)；以及使用康普頓效應(yīng)測量光刻系統(tǒng)的功率量。
以上已相當寬泛地列出了本發(fā)明的實施例的特征和技術(shù)優(yōu)勢，以便能夠更好理解以下對本發(fā)明的詳細描述。下文中將描述本發(fā)明的實施例的附加特征和優(yōu)勢，這些形成了本發(fā)明的權(quán)利要求的主體。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，本文中所披露的概念和具體實施例可以輕松用作用于修改或設(shè)計其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)或用作用于執(zhí)行本發(fā)明的想通目的的處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)了解，這些等同架構(gòu)并不脫離附加權(quán)利要求中所述的本發(fā)明的精神和范圍。



為了更加全面了解本發(fā)明、及其優(yōu)勢，現(xiàn)在結(jié)合附圖對以下描述作出參考，附圖中 圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的動量空間(momentumspace)中的康普頓散射過程的示意圖； 圖2是示出了在與靜止電子碰撞之后電子波長的變化的曲線圖； 圖3是示出了與各種動能的電子碰撞之后電子波長的變化的曲線圖； 圖4示出了從EUV源發(fā)出的EUV射束的波長光譜； 圖5是作為電子動能函數(shù)的從電子散射的EUV光子的最大波長偏移的絕對值的曲線圖； 圖6A是在關(guān)于具有50keV動能的電子的EUV光子的散射的x-y坐標中的極坐標圖； 圖6B示出了圖6A所示的x-y和ξ-η坐標之間的角δ； 圖7示出了作為入射電子的初始動能的函數(shù)的角δ； 圖8示出了關(guān)于各種電子動能的電子散射角θ與光子散射角ф的關(guān)系； 圖9是在關(guān)于具有10eV的初始能量的電子的ξ-η坐標框架中的三角電子的動能的極坐標圖； 圖10示出了依賴于電子散射角θ和初始電子動能的規(guī)格化電子動能； 圖11示出了依賴于各種初始電子動能的電子散射角θ的規(guī)格化電子動能； 圖12示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的EUV光刻系統(tǒng)的EUV源/集光器(collector)模塊； 圖13是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖； 圖14是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖； 圖15是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖； 圖16是可以在圖15所示的第三實施例中實施的示意圖； 圖17是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖；以及 圖18是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖。
除非另外有所指示，否則在不同圖中的對應(yīng)數(shù)字和符號通常指對應(yīng)部件。附圖清晰示出了優(yōu)選實施例的相關(guān)各個方面，但是并不必須按比例畫出。

具體實施例方式 以下詳細討論本發(fā)明優(yōu)選實施例的形成和用途。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的實施例提供了可以包括在更廣泛的具體背景中的許多可應(yīng)用的發(fā)明構(gòu)思。所討論的具體實施例僅示出了用于形成和使用本發(fā)明的具體方式，而并不限制本發(fā)明的范圍。
以下將首先討論EUV功率測量技術(shù)的必需性，之后是本發(fā)明的實施例中所使用的一些構(gòu)思的描述、本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例的描述、及其一些優(yōu)勢。
在EUV光刻系統(tǒng)中，需要在若干不同關(guān)鍵位置以及光束路徑測量EUV功率的變化。然后，需要組合相關(guān)測量來確定EUV功率穩(wěn)定性的測量。除了監(jiān)控在EUV照射系統(tǒng)中的若干位置處的EUV功率電平的穩(wěn)定性之外，正確識別EUV功率變化的來源，諸如所產(chǎn)生的每個脈沖功率的波動、通過在該來源中的系統(tǒng)、照明器、在掩模級處、在各個投影光學系統(tǒng)處、或在晶片級處的傳輸損耗而帶來的EUV功率的變化也是很重要的。
需要監(jiān)控EUV功率的關(guān)鍵位置之一是現(xiàn)有技術(shù)中稱為中間焦距(IF)的地方，中間焦距稱為在源/集光器模塊的出射光圈(exitaperture)處的透明EUV光子點。例如，在IF處的透明光子規(guī)范指僅存在中心波長附近具有給定波長變化的EUV光子(通常在13.5nm波長附近的1.75到2％的帶寬規(guī)范)。
然而，在IF處的EUV光子功率的測量很難并且目前僅用離線模塊實現(xiàn)，而不是在光刻系統(tǒng)的實際生產(chǎn)使用過程中實現(xiàn)的。在目前用于測量IF處的EUV光子功率的方法中，使用檢測器來阻礙射束通過以收集(collect)EUV光子。這些檢測器不能用作原地測量，以測量在關(guān)于晶片照射的光刻系統(tǒng)的實際使用過程中的EUV功率和EUV功率波動。
另外，EUV光刻系統(tǒng)包括利用反射鏡或光柵(grating)來使EUV光偏轉(zhuǎn)到檢測器中的裝置，它們易受到污染物的影響；因此這些裝置需要進行頻率再校準。
現(xiàn)有技術(shù)中需要的是監(jiān)控EUV功率的方法，例如，這些方法通過減少道道晶片級的EUV光量，而不會影響到EUV光刻系統(tǒng)的生產(chǎn)使用，更具體地，不會使成像質(zhì)量或晶片生產(chǎn)量退化。
以下將參考具體背景(即，測量EUV光刻系統(tǒng)中的功率)下的優(yōu)選實施例來描述本發(fā)明。然而，例如，本發(fā)明的實施例還可以應(yīng)用于測量其他光刻應(yīng)用和其他類型的光刻系統(tǒng)中的功率。
本發(fā)明的實施例包括使用康普頓效應(yīng)來測量和監(jiān)控在EUV光刻系統(tǒng)的生產(chǎn)使用過程中的EUV功率，而不會影響光刻工具的性能。電子束用于與EUV光刻系統(tǒng)的光路中IF或其他位置處的EUV射束橡膠，然后測量從EUV射束中散射到特定角范圍的EUV光子的數(shù)量或從電子射束散射到特定角范圍的電子的數(shù)量。通過選擇散射光子或電子的特定角范圍以及入射電子的特定能量，可以優(yōu)化EUV強度測量的性能(例如，就信噪比而言)。本發(fā)明的實施例包括使用康普頓效應(yīng)來測量短波長光的強度，從而控制在光刻工具中的照射劑量。
還被稱為康普頓散射的康普頓效應(yīng)描述了具有光子的電子的散射過程。1972年紐約NY的Holt，Rinehart和Winston股份有限公司的Semat，H.等人在第五版“Introduction to Atomic and NuclearPhysics”的142-153頁中描述了被限制為通過靜止電子的光子散射的康普頓效應(yīng)，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
圖1是示出了在考慮任意動量γmv的電子的動量空間中的康普頓散射過程的示意圖。示出動量空間中的康普頓散射過程，其中，x-y笛卡爾坐標系定義用于測試目的的“實驗室系”或坐標。用矢量102表示的光子沿著負x-軸以hv的能量和hv/c的動量進入動量空間，其中，h是普朗克常量，c是光速，以及v是光子102的頻率。用矢量104表示的電子沿著負y-軸以mc2(γ-1)的能量和γmv的動量進入動量空間，其中，m是電子104的質(zhì)量，v是電子104的速率，以及γ＝(1-v2/c2)1/2。在x-y坐標系的原點和ξ-η坐標系的原點處光子102與電子104碰撞之后，光子如106所示散射，而電子如108所示散射。
將兩個動量矢量102和104相加定義了等于((hv/c)2+(γmv)2)1/2的總動量110。在散射過程中，總動量110守恒；例如，總動量110在散射過程之前和之后具有相同的長度和方向。如所示，總動量矢量110還定義ξ-η坐標系的ξ軸。x-y笛卡爾坐標指實驗室系(laboratory frame)，以及η-ξ坐標指轉(zhuǎn)動沖度系(rotated frame)，其中，ξ軸與總動量矢量110對齊。
在ξ-η坐標系中，使用能量和動量守恒定律得出等式1、2、和3 等式1hv+mc2(γ-1)＝hv′+mc2(γ′-1)； 等式2 其中，以及P是總動量矢量110；以及 等式3。
在圖1中，角ф和θ分別指散射光子106和散射電子108相對于總動量矢量110的散射角。等式中的“初始”變量指其在散射過程之后的值。角θ和ф相對于x軸定義散射電子108和散射光子106。角δ是動量矢量110和x軸之間的角，并且角δ還是x-y坐標系和ξ-η坐標系之間的角。
從等式1到等式3，可以計算光子的波長變化λ′-λ，以及碰撞之后的光子動量Pph′，如等式4和5所示。
等式4以及 等式5 其中，λc＝h/mc是電子的康普頓波長。
在等式6中示出了散射電子108的動能 等式6； 其中， 相對于ξ-η坐標系，根據(jù)等式7使光子106的散射角ф和電子108的散射角θ相互關(guān)聯(lián) 等式7 等式4到等式7是守恒等式1到3關(guān)于正角ф(0°≤ф≤180°)和負角ф(-180°≤ф≤0°)的數(shù)學解法。然而，依賴散射角ф和θ仍然無法知道散射橫截面?；谖锢斫?jīng)驗，假定散射到負角范圍的ф和θ不太可能與關(guān)于正角范圍的散射相比。例如，可以依經(jīng)驗確定用于特定測量裝置的最優(yōu)角和角范圍。
圖2是示出了根據(jù)等式4的在與靜止的電子碰撞之后光子波長的變化的曲線圖112。示出了在與靜止電子碰撞之后，以埃為單位的光子波長對以度為單位的散射角ф的變化(λ′-λ)，其中，在碰撞前，電子具有0eV的動能。在圖2中，光子波長λ在散射前是13.5nm。在圖2中，可以看到，從靜止電子中散射的光子損失能量，并且散射光子的波長增加很少的值，例如，小于或等于約0.005nm。
圖3示出了根據(jù)等式4的、關(guān)于具有動能值范圍分別從100eV到50keV的電子的13.5nm波長的光子的散射的光子波長的變化。示出了在碰撞之前、與各種動能的電子碰撞之后光子波長的變化(λ′-λ)。散射前光子波長λ是13.5nm。結(jié)果具有100eV動能的電子如114所示，具有1keV動能的電子如116所示，具有10keV動能的電子如118所示，以及具有50keV動能的電子如120所示。
在圖3中，從具有100eV動能的電子散射的光子示出了波長方面顯著變大的變化，其中，對于后散射(例如，對于-180°≤ф≤-90°和90°≤ф≤180°，光子損失能量)以及前散射(例如，對于-90°≤ф≤90°，光子得到能量)，最大變化在0.27nm附近。與通過靜止電子散射的光子相反，波長的正和負變化都會隨著入射電子能量的增加而增加。
對于EUV光刻工具和系統(tǒng)來說，例如，EUV光通常要求在13.5nm的中心波長附近的1.75％到2.00％的帶寬。在圖4中示出了光刻源的典型EUV光的光譜122。如從圖4中的窄EUV光子波長光譜可以看出(例如，約0.7nm的半最大值全波(FWHM)124)，對于前或后散射光子來說，可以從沒有通過使用合適的波長區(qū)別裝置散射的光子清晰區(qū)分出約等于一個納米的波長變化。如圖4所示，質(zhì)心波長λcentroid＝(λ1+λ2)/2的反射率由于光譜不平均而低于最大反射率λpeak。
圖5是作為電子動能的函數(shù)的從電子散射的EUV光子的最大波長變化的絕對值|λ′-λ|max(以為單位)的曲線圖。散射EUV光子的絕對最大波長變化隨著電子的動能而增大。對于具有100eV動能的電子來說，最大波長變化約為0.27nm，其使圖4中所示的從大約13.4nm的質(zhì)心波長λcentroid散射的光子的光譜分布的最大值變?yōu)榧s13.1nm(前散射)或約13.6nm(后散射)。如果使用更高的電子動能值，例如，大于或等于約1keV，則具有最大波長變化的散射光子的波長完全偏離圖4所示的波長帶。這樣大的波長變化能夠根據(jù)光譜更容易從到達IF的光子中區(qū)分出散射光子，并且例如，信噪比相應(yīng)增加。
在信噪比充分的情況下，可以在從ф＝0°到ф＝180°的整個角范圍內(nèi)測量散射光子。圖6A是在關(guān)于具有約50keV動能的電子的EUV光子的散射的x-y坐標(實驗室系)中的極坐標圖。圖6A示出了關(guān)于50keV入射電子的在極坐標圖中的散射平面內(nèi)關(guān)于EUV光子(λ＝13.5nm)的波長變化(λ′-λ)的角分布。用128示出λ′小于λ的情況，用130示出λ′大于λ的情況。箭頭的長度表示波長變化的幅度。如圖6B中的110所示，對于這些具體參數(shù)來說，在x-軸和光子與電子的總動量矢量之間的角是δ＝89.98°。因此，x-y系和ξ-η坐標系在繪圖精確度范圍內(nèi)相一致。在圖6A所示的情況下，例如，對于接近0°或180°的散射角ф來說，最大波長變化約為5.6nm。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，檢測器可以用于測量散射光子或電子，采用康普頓效應(yīng)來量化EUV光刻系統(tǒng)的EUV功率。例如，可以裝配檢測器來捕獲(例如)多面角(solid angle)范圍在接近零到約2π內(nèi)的散射光子106。檢測光子106的總數(shù)與到達IF或(例如)沿著光路的其他點處的EUV光子102的總數(shù)成比例。例如，高感應(yīng)大面積的檢測器可用于盡可能地收集許多散射EUV光子106。為了測量EUV光子102，例如，電子射束104可以用于從入射光子射束102中分離出少量光子106。根據(jù)本發(fā)明的實施例，優(yōu)選地，散射光子106的部分很小，例如，優(yōu)選地約小于入射光子102的1％，以使光刻系統(tǒng)可以用于在度量測試過程中照射半導(dǎo)體晶片，從而(例如)測量本文中所述的EUV光子102。假設(shè)電子射束104的特征(諸如，能量、電流、和橫截面)保持恒定，則每個時間單元檢測的散射光子106的數(shù)量與入射EUV光子的數(shù)量成比例。
因而，總的來說，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，當散射光子106用于測量入射EUV輻射強度時，例如，在約1到100微安和至少約1千伏的高電流和高能量工作的電子源的使用是優(yōu)選的，因為它們不僅產(chǎn)生高光子散射強度，還產(chǎn)生隨著電子能量增加而增加的最大波長變化，從而能夠應(yīng)用波長感應(yīng)區(qū)分技術(shù)。最優(yōu)的電子射束電流依賴于可以在從nm到mm尺寸(用于非常局部地或在較大體積上平均地測量EUV強度)的范圍內(nèi)的電子射束的橫截面。
相反，根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，當散射電子108用于測量EUV輻射強度時，例如，還是在約1到100微安但是約50到300伏低壓工作的低能量電子源的使用是優(yōu)選的。
圖7示出了作為入射電子132的初始動能的函數(shù)的角δ，以及圖8示出了通過等式7關(guān)聯(lián)的電子散射角θ和光子散射角ф。在圖8中，示出了關(guān)于三個電子動能值(10eV的134、100eV的136和1000eV的138)的電子散射角θ和光子散射角ф之間的關(guān)系。例如，圖8示出了作為光子散射角ф的函數(shù)的電子散射角θ約為對于10eV，|θ|＜1.65°；對于100eV，|θ|＜0.52°；以及對于1000eV，|θ|＜0.17°。
隨著電子能量的增加，角δ如圖7所示接近90°，并且電子的散射角θ如圖8所示減小或變窄。例如，由于動能增加，從入射電子104散射的電子108的空間距離變得越來越難檢測。
對于較高電子動能值，電子散射角θ快速減小。然而，對于較低電子動能值，電子散射角θ足夠大，并且角θ充分遠離90°，其中，可以從未散射電子信號或電子束中分離散射電子信號。
圖9示出了在散射前10eV的初始電子能量的ξ/η坐標系140中的散射電子的動能分量的極坐標圖?？梢钥吹?，對于初始電子，在ξ方向動能的變化，+/-180°的后散射光子可以達到約+0.59eV，或者0°的前散射光子可以達到約-0.56eV。
圖10示出了依賴于以度為單位的電子散射角θ和以eV為單位的初始電子動能E0的規(guī)格化電子動能142。圖11示出了依賴于以度為單位的電子散射角θ和以eV為單位的不同初始電子動能的規(guī)格化電子動能144。圖11示出了對低電子能量值來說最容易分離的散射和入射電子，因為首先，對于低能量來說散射角θ較大；以及第二，在高電子能量下，散射電子θ的方向接近未散射電子的方向(例如，其中，ф＝90°)。
本發(fā)明的實施例使用用于產(chǎn)生可測量信號的康普頓散射，以在光刻工具或系統(tǒng)的生產(chǎn)使用期間，可以在IF或EUV光刻系統(tǒng)的照明能量(例如，光路)路徑中的其他位置處測量在使用13.5nm波長的EUV光刻中的EUV輻射強度。在一些實施例中，作為對IF處的EUV功率的監(jiān)控，在某個多面角上收集每個單元時間的散射光子106的數(shù)量(參看圖1)。每個時間單元散射到某個角范圍的光子106的這個數(shù)量與每個時間單元入射的固定能量(13.5nm)的EUV光子的數(shù)量成比例，并因而與EUV輻射功率成比例。散射光子106的波長變化用于優(yōu)化散射光子106的檢測，從而改善了散射光子106的強度測量的信噪比。
在其他實施例中，從入射電子射束(例如，圖1中的射束104)中散射的電子108用作監(jiān)控IF處的EUV功率的信號。在散射電子108的電子動能中所測的變化用于改善散射電子108的檢測，從而改善了散射電子的強度測量的信噪比。
本發(fā)明的實施例提供了在射束路徑中不引入大量器械和反射鏡的情況下，測量工作的光刻工具中的EUV功率的方法，這將阻止工具的生產(chǎn)使用。測量裝置包括直徑在很小納米和很小毫米之間的電子射束，因此，可用于測量在這些尺寸上平均的EUV強度。例如，雖然可以使用其他直徑，但是電子射束104的直徑可以包括約1nm到約5mm。電子射束對EUV光是高度透明的，并且并不明顯干擾光路。例如，除了EUV光刻之外，本文中所述的測量方法還可以用在其他波長處，例如，可以用于其他類型的光刻系統(tǒng)中。
接下來將描述本發(fā)明的五個優(yōu)選實施例。在本文所述的實施例中，示出了用于測量入射EUV輻射的強度或功率的示例性方法和系統(tǒng)。
接下來參考圖12，示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的EUV光刻系統(tǒng)中的EUV源/集光器模塊146。圖中示出了用于在中間焦距IF處生成“純光子”102的源/集光器模塊146的各種必需元件。EUV光刻系統(tǒng)的波長通常是13.5nm，以及IF光圈164的尺寸約為1到10毫米，這取決于照明設(shè)備可以調(diào)節(jié)(例如)系統(tǒng)的集光率的最大源尺寸。
源/集光器模塊146包括近似于碎片減少裝置158(近似于集光器160)的用于生成等離子體156的源154。集光器160輸出通過光譜純度過濾器162的一片光子。光子102通過用于分離源/集光器146的照明器側(cè)152和源側(cè)150的IF光圈164。如所示，光子102從照明器側(cè)152上的光圈164出去。如所示，整個源/集光器模塊146通常包括在真空148中。
本發(fā)明的實施例優(yōu)選地實施在源/集光器模塊146的源側(cè)150中，雖然可選，但是測量用于光刻系統(tǒng)的能量的強度的新穎方法可以實施在光學系統(tǒng)的光路中的任何地方，例如，在照明器側(cè)152上，或者在光路(未示出)中的任何地方。
圖13是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)270和方法的框圖。在圖13中示出了源/集光器模塊的源側(cè)250。入射光子射束202a示出在IF光圈264的左側(cè)。例如，IF光圈264包括源/集光器模塊的出光圈。
根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供電子源271用于生成入射電子射束204。電子源271可以包括在負電位(例如，約-1keV)處的陰極272，包括控制電極(Wehnelt cylinder)273內(nèi)所包含的零電位的堿性氧化物；在正電位處的陽極274；以及連接至陰極272的電流源275。例如，電子電源271用于限定電子源271發(fā)出的初始電子的動能。電子源271包括靜電透鏡276，其包括至少一個電極277，例如，約三個電極，其中，在正電位(例如，約+1keV)的外電極和在負電位(例如，約-1keV)的內(nèi)電極。例如，電子源271可以包括用于生成電子射束204的其他裝置。在本實施例中(并且在以下實施例中)，有利地可以包括將與源/集光器模塊的源側(cè)空間分離的電子源271，以及在分離壁中用于使電子射束204進入(例如)源/集光器模塊的小口。在這種情況下，例如，較容易滿足源/集光器模塊和電子源的不同真空條件。
在入射電子射束202a與電子源271的相反側(cè)上包括檢測器278，在本實施例中，優(yōu)選地包括光子檢測器。放大器279可以連接至檢測器278來放大所檢測的信號，例如，偏轉(zhuǎn)光子206。在測試系統(tǒng)270中可以包括用于存儲和處理所收集的信息的額外電子設(shè)備，并且例如，這些設(shè)備可以外部連接至測試系統(tǒng)270(未示出)。
有利地，光子206b的大部分從測量之后沒有受干擾的IF光圈264中退出。因此，在光刻系統(tǒng)或工具的生成使用期間，可以使用測試系統(tǒng)270。例如，在圖13中示出了本文先前所述的在散射光子206和ξ-軸(例如，圖1中的總動量矢量110的方向或等式2中的P)之間的散射角ф。對于顯示電子能量(例如，≥約1keV)，ξ-軸的方向僅與散射電子的方向有很小角(≤約0.05°)的不同。有利地，散射光子206從ф＝0到ф＝180°的整個角范圍可以用于測量入射光子射束202a的強度。例如，角ф可以包括經(jīng)優(yōu)化用于測量散射光子206的角范圍。
可以通過選擇檢測器278的位置和檢測器278的窗尺寸來廣泛調(diào)節(jié)光子206的檢測。放大的檢測器278的信號可以用于測量光刻系統(tǒng)的功率(例如劑量)，例如，EUV光刻系統(tǒng)的EUV功率。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)370和方法的框圖。相同標號用于描述先前圖示的各種元件。為了避免重復(fù)，在圖14中所示的每個參考標號在此不再詳細描述。相反，優(yōu)選地，類似材料x02a、x02b、x04、x06......用作在先前圖示中所示的各種元件和組件，其中，在圖1到圖12中，x＝1，在圖13中，x＝2，以及在圖14中，x＝3。作為實例，在圖13的描述中，關(guān)于電子源271所述的優(yōu)選和可選材料和尺寸還可以用于圖14的電子源371。
在本實施例中，多個反射鏡380和381用于如所示來偏轉(zhuǎn)和重定向散射光子306。反射鏡380和381優(yōu)選地包括多層反射鏡，例如，將其調(diào)整為散射光子306的發(fā)出波長。例如，多個透鏡380和381可以用于調(diào)整偏轉(zhuǎn)光子306的檢測角ф。此外，與第一實施例相同，光子306包括經(jīng)檢測用于確定光刻系統(tǒng)的功率量的信號。
反射鏡381可以包括多層反射鏡，其包括多個不同類型的材料，諸如Mo和Si，例如，調(diào)整為偏轉(zhuǎn)光子306的波長。例如，反射鏡380可以包括被調(diào)整為與反射鏡381的波長相同的多層反射鏡。
另外，在本實施例中，散射光子306從ф＝0到ф＝180°的整個角范圍可以用于測量入射光子射束302a的強度。對于接近0°和180°的角，例如，存在達到關(guān)于50keV電子能量的約5.5nm的最大波長變化(例如，在此參考圖3)。在本實施例中，通過強抑制初始EUV射束302a背景水平，通過反射鏡380和381的入射EUV射束302a和雙折(two-fold)的反射散射EUV射束306的窄帶寬使高波長選擇性測量具有高信噪比。例如，反射鏡380和381用于調(diào)整偏轉(zhuǎn)信號(例如，偏轉(zhuǎn)光子306)的檢測波長。
圖15是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖。圖16是可以在圖15所示的第三實施例中實施的示意圖。另外，相同標號用于描述先前附圖的各種元件，并且為了避免重復(fù)，在圖15和圖16中所示的每個參考標號在此處不再詳細描述。
在本實施例中，并不測量偏轉(zhuǎn)光子，而是用角δ′測量偏轉(zhuǎn)電子408?？梢允褂冒ㄔ趫D13和14中所示的實施例所述的類似組件的電子源471，雖然優(yōu)選地，使用比本文中所述的先前實施例更高的電壓。例如，控制電極473優(yōu)選地為約-80V的負電位，以及陽極474優(yōu)選地為約+200V的正電位，這界定了初始電子404的動能。例如，靜電透鏡476的外電極優(yōu)選地為約+200V的正電壓，以及內(nèi)電極優(yōu)選地為約-200V的負電位 在本實施例中，使用檢測器來測量偏轉(zhuǎn)電子408。例如，檢測器可以包括用于測量未散射的電子電流的電極482?？梢栽陔姌O482中放置光圈483，例如，光圈可以包括約200μm的直徑。在電極482中與偏轉(zhuǎn)電子射束408相反的光圈483側(cè)面上，檢測器可以包括法拉第杯484，其中，檢測器用于測量偏轉(zhuǎn)了角δ′的電子408。檢測器如所示可以包括一個或多個放大器485和486。放大器485可以連接至電極482，并且例如，可以包括長積分時間放大器。放大器486可以連接至法拉第杯484并且可以包括更敏感的放大器。通常，由于在光刻系統(tǒng)中一般使用脈沖EUV源，所以可以使用相感放大器例如，放大器486可以包括鎖定放大器。
在圖16中示出了在圖15中所示的測試系統(tǒng)470的示意圖。示意包括兩個分別連接至放大器485和486的光耦合器487a和487b。光耦合器487a和487b如所示連接至電子分配器488。通過電極482測量包括未偏轉(zhuǎn)電子的電流j1或e-射束電流，以及通過法拉第杯484測量包括偏轉(zhuǎn)脈沖e-射束電流的電流j2。將電流j1和j2進行比較以確定偏轉(zhuǎn)的電子射束408的量，從而提供光子射束402a的功率的表示。
例如，在本實施例中，光耦合器487a和487b分別結(jié)合在電極482和放大器485之間、以及法拉第杯484和放大器486之間，用電流分離電極482和法拉第杯484與電子分配器488和其他電子設(shè)備489。這使得電極482和法拉第杯484能夠被置于與最后透鏡的電極電位一樣高的電位處(例如，約10keV)。因而，電子射束404和408由于在最后透鏡電極與電極482和法拉第杯484之間的零電位差而不會產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。通過未散射電子電流j1電子分配散射電子電流j2得到依賴于源電流波動的信號S＝j(luò)2/j1。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖。本實施例類似于圖15中所示的實施例，只是對于小電流的散射電子508，圖16中的放大器486被電子計數(shù)器和計數(shù)率變壓器(electron counter/counting rate voltage converter)590所取代。例如，電子計數(shù)器/計數(shù)率變壓器590可以包括低通集成電路。
優(yōu)選地，低能量電子射束用于圖15和圖17所示的第三和第四實施例，因而，它們可以被外部電場和磁場輕易偏轉(zhuǎn)。因此，可以采用測量來使電子射束屏蔽這些場。例如，可以包括用于電場的法拉第杯和用于磁場的高磁化率屏蔽。
圖18是根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的用于測量EUV強度的系統(tǒng)和方法的框圖。本實施例包括管形電極691來測量散射電子電流608。管形電子691的軸優(yōu)選地基本上與未散射電子的中心方向?qū)R。例如，管形電極691的直徑d和長度695優(yōu)選地經(jīng)過選擇能夠使得d/長度695的比率足夠大，從而使未散射電子通過管691，并且足夠小以使大部分的未散射電子608被管壁捕獲。例如，這種平衡取決于未散射射束的偏斜以及依賴電子的散射角的功率。
通過管形電極691控制散射電子608。例如，管形電流的其他放大和變化分別類似于圖15和圖17中所示的第三和第四實施例所述。放大器694可以如所示連接至所收集的散射電子射束信號608。為了保護低能量電子，例如，具有由于外部電場和磁場波動而帶來偏移的動能小于約1keV的電子可以包括通過高磁通和導(dǎo)電材料的外部管進行的屏蔽，如所示，諸如磁屏蔽692和電屏蔽683。例如，電子源671還可以包括磁屏蔽692和電屏蔽693，以防止當在用于提供低能量電子射束604的低壓工作時性能的退化。
在圖18中，所使用的電子源671優(yōu)選地具有相對低的電壓。例如，控制電極673優(yōu)選地為約-80V的負電位，以及陽極674優(yōu)選地為約+200V的正電位，這限定了初始電子604的動能。作為實例，靜電透鏡676的外電極優(yōu)選地為約+200V的正電位，以及內(nèi)電極優(yōu)選地為約-200V的負電位?？蛇x地，可以使用其他電位電平。
本發(fā)明的實施例包括度量方法和測試系統(tǒng)、以及實施和包括本文所述的度量方法和系統(tǒng)的光刻系統(tǒng)。
本發(fā)明的實施例還包括使用本文所述的新的光刻系統(tǒng)和功率測試方法制造的半導(dǎo)體器件，以及制造半導(dǎo)體器件的方法。例如根據(jù)優(yōu)選實施例，制造半導(dǎo)體器件的方法包括提供其上置有感光材料層的半導(dǎo)體器件；提供光刻系統(tǒng)；使用康普頓效應(yīng)測量光刻系統(tǒng)的功率量；以及使用光刻系統(tǒng)使半導(dǎo)體器件的感光材料層感光。光刻系統(tǒng)優(yōu)選地包括光子源、接近光子源的電子源、和用于測量被電子源偏轉(zhuǎn)的信號的檢測器，其中，測量光刻系統(tǒng)的功率量包括測量偏轉(zhuǎn)信號，從而確定光刻系統(tǒng)的光子源的功率量。
在一些實施例中，將電子從電子源導(dǎo)向從光子源發(fā)出的光子，并且可以測量偏轉(zhuǎn)信號來確定光刻系統(tǒng)的功率量，同時使用光刻系統(tǒng)來圖樣化半導(dǎo)體器件的感光材料層。在其他實施例中，例如，可以測量偏轉(zhuǎn)信號來確定使用光刻系統(tǒng)來圖樣化半導(dǎo)體器件的感光材料層之前、期間、或之后光刻系統(tǒng)的功率量。
半導(dǎo)體器件可以包括第一半導(dǎo)體器件，并且在測量偏轉(zhuǎn)信號期間或之后，可以調(diào)節(jié)光刻系統(tǒng)的功率。然后，可以使用具有可調(diào)功率的光刻系統(tǒng)來圖樣化第二半導(dǎo)體器件的感光材料層。例如，本文中所述的功率調(diào)節(jié)可以通過反饋回路的使用而馬上進行。
感光材料層可以置于待半導(dǎo)體器件圖樣化的材料層上。使半導(dǎo)體器件的感光材料層感光可以包括圖樣化感光材料層來照射待圖樣化的材料層部分，并且使半導(dǎo)體器件的材料層感光優(yōu)選地是通過感光材料的圖樣化層。作為實例，使材料層感光可以包括在材料層中植入物質(zhì)、蝕刻材料層、形成材料或材料層、或其他制造處理步驟。
本發(fā)明實施例的優(yōu)點包括提供了關(guān)于諸如EUV光刻系統(tǒng)的光刻系統(tǒng)的源強度和劑量控制?？灯疹D效應(yīng)用于測量短波長光的強度，從而測量和控制在光刻工具中的照射劑量。有利地，電子源用于將電子導(dǎo)向從光刻源發(fā)出的光子。接下來，使用本發(fā)明的實施例，測量偏轉(zhuǎn)的電子或光子，從而確定從源發(fā)出的光子的功率或劑量。有利地，僅偏轉(zhuǎn)少量的光子，從而可以在使用光刻系統(tǒng)(例如)照射半導(dǎo)體器件的感光材料層的同時進行測量。因而，實現(xiàn)了實時測量和監(jiān)控照射能量的功率和劑量的方法。
雖然已詳細描述了本發(fā)明的實施例及其優(yōu)點，但是應(yīng)了解在不脫離本發(fā)明的附加權(quán)利要求限定的精神和范圍內(nèi)，可以作出各種變化、替代和變化。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解，只要在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以改變本文中所述的許多特征、功能、過程、和材料。此外，本申請的范圍并不打算限制為本說明書中所述的過程、機械、制造、內(nèi)容合成、裝置、方法和步驟的具體實施例。由于根據(jù)本發(fā)明的披露，本領(lǐng)域技術(shù)人員之一將了解，可以根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用現(xiàn)存或稍后開發(fā)的、執(zhí)行與本文中所述的對應(yīng)實施例相同功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的過程、機械、制造、內(nèi)容合成、裝置、方法或步驟。因此，附加權(quán)利要求意欲包括在其諸如過程、機械、制造、內(nèi)容合成、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種度量方法，包括
提供光刻系統(tǒng)；以及
使用康普頓效應(yīng)測量所述光刻系統(tǒng)的功率量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的度量方法，其中，所述光刻系統(tǒng)用于輸出第一能量射束，其中，測量所述光刻系統(tǒng)的所述功率量包括從所述光刻系統(tǒng)輸出所述第一能量射束；將第二能量射束導(dǎo)向所述第一能量射束；以及測量將所述第二能量射束導(dǎo)向所述第一能量射束或所述第二能量射束的效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的度量方法，其中，從所述光刻系統(tǒng)中輸出所述第一能量射束包括輸出光子射束，其中，指向所述第二能量射束包括指向電子射束。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的度量方法，其中，測量所述光刻系統(tǒng)的所述功率量包括在將所述第二能量射束導(dǎo)向所述第一能量射束之后，測量電子量或偏轉(zhuǎn)的光子量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的度量方法，其中，提供所述光刻系統(tǒng)包括提供包括光子源和電子源的EUV光刻系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的度量方法，其中，在所述光刻系統(tǒng)的中間焦距(IF)、或沿著所述光刻系統(tǒng)的光路的其他位置處實施測量所述光刻系統(tǒng)的所述功率量。
7.一種度量方法，包括
提供光刻系統(tǒng)，所述光刻系統(tǒng)包括用于發(fā)出光子射束的源；
將電子射束導(dǎo)向所述光子射束。；
測量從導(dǎo)向所述光子射束的所述電子射束偏轉(zhuǎn)的射束；以及
分析所述偏轉(zhuǎn)射束，以確定從所述光刻系統(tǒng)的所述源發(fā)出的所述光子射束的強度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的度量方法，其中，將所述電子射束導(dǎo)向所述光子射束使所述電子射束的一部分偏轉(zhuǎn)，以及其中，測量所述偏轉(zhuǎn)射束包括測量所述電子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的度量方法，進一步包括使用在所述電子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的電子動能中的變化來提高對所述電子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的檢測，從而改善所述電子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的測量的信噪比。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的度量方法，其中，將所述電子射束導(dǎo)向所述光子射束使所述光子射束的一部分偏轉(zhuǎn)，以及其中，測量所述偏轉(zhuǎn)射束包括測量所述光子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的度量方法，進一步包括使用所述光子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的波長變化來優(yōu)化所述光子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的檢測，從而改善所述杠子射束的所述偏轉(zhuǎn)部分的測量的信噪比。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的度量方法，進一步包括確定用于測量所述偏轉(zhuǎn)射束的優(yōu)化偏轉(zhuǎn)角；以及測量在所確定的優(yōu)化偏轉(zhuǎn)角處的所述偏轉(zhuǎn)射束。
13.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括
提供半導(dǎo)體器件，在所述半導(dǎo)體器件上置有感光材料層；
提供光刻系統(tǒng)；
使用康普頓效應(yīng)測量所述光刻系統(tǒng)的功率量；以及
使用所述光刻系統(tǒng)使所述半導(dǎo)體器件的所述感光材料層感光。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述光刻系統(tǒng)包括光子源、接近所述光子源的電子源、和用于測量通過所述電子源偏轉(zhuǎn)的信號的檢測器，其中，測量所述光刻系統(tǒng)的所述功率量包括測量所偏轉(zhuǎn)的信號，以確定所述光刻系統(tǒng)的所述光子源的所述功率量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述偏轉(zhuǎn)信號包括偏轉(zhuǎn)光子，其中，所述電子源用于以約1到100毫安和至少約1千伏工作；或其中，所述信號包括偏轉(zhuǎn)電子，其中，所述電子源用于以約1到100毫安和至少約50到300伏工作。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述電子源包括電流源、置于陰極內(nèi)的控制電極、陽極、和靜電透鏡。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進一步包括將來自所述電子源的電子導(dǎo)向從所述光子源發(fā)出的光子；以及測量所述偏轉(zhuǎn)信號，以在圖樣化所述半導(dǎo)體器件的所述感光材料層的同時、之前、或之后，確定所述光刻系統(tǒng)的所述功率量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體器件包括第一半導(dǎo)體器件，進一步包括在測量所述偏轉(zhuǎn)信號之后，調(diào)節(jié)所述光刻系統(tǒng)的所述功率；以及在調(diào)節(jié)所述功率之后，使用所述光刻系統(tǒng)圖樣化第二半導(dǎo)體器件的感光材料層。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述感光材料層置于所述半導(dǎo)體器件待圖樣化的材料層上，其中，使所述半導(dǎo)體器件的所述感光材料層感光包括圖樣化所述感光材料層，以照射待圖樣化的所述材料層的部分，進一步包括通過所圖樣化的感光材料層來使所述半導(dǎo)體器件的所述材料層感光。
20.一種使用根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法圖樣化的半導(dǎo)體器件。
21.一種光刻系統(tǒng)，包括
照明器，包括光子源，其中，所述照明器用于沿著所述光刻系統(tǒng)的光路來引導(dǎo)光子；
電子源，接近所述光刻系統(tǒng)的所述光路；以及
檢測器，用于測量由從所述電子源導(dǎo)向從所述照明器引導(dǎo)的光子的電子生成的偏轉(zhuǎn)信號。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括光子檢測器或電子檢測器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，進一步包括至少一個放大器，連接至所述檢測器的輸出。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括多個反射鏡，用于調(diào)節(jié)所述偏轉(zhuǎn)信號的檢測波長。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括電極，用于測量未散射的電子電流；以及法拉第杯，與所述電極中與所述電子源的光圈相對，用于測量包括散射電子的偏轉(zhuǎn)信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光刻系統(tǒng)，進一步包括連接至所述電極的第一放大器和連接至所述法拉第杯的第二放大器、連接至所述第一放大器的輸出的第一光耦合器、連接至所述第二放大器的輸出的第二光耦合器、以及用于將所述第一放大器的第一輸出與所述第二放大器的第二輸出進行比較的電子分配器。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的光刻系統(tǒng)，進一步包括接近所述偏轉(zhuǎn)信號的電子計數(shù)器和計數(shù)率變壓器。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光刻系統(tǒng)，其中，所述檢測器包括管形電極。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光刻系統(tǒng)，進一步包括置于所述管形電極和/或所述電子源上的磁屏蔽和/或電屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明披露了測量光刻系統(tǒng)中的功率的系統(tǒng)和方法。優(yōu)選實施例包括度量方法，該度量方法包括提供光刻系統(tǒng)；以及使用康普頓效應(yīng)測量該光刻系統(tǒng)的功率量。
文檔編號H01L21/00GK101114128SQ20071013011
公開日2008年1月30日 申請日期2007年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者西格弗里德·施瓦茨爾, 斯特凡·武爾姆 申請人:奇夢達股份公司