[发明专利]具有激光器液滴等离子体照射器的光学成像系统

说明书

技术领域

所描述的实施例涉及用于显微术的照射源和系统。

背景技术

通常通过施加到衬底或晶片的一连串处理步骤来制造例如逻辑和存储器装置等半导体装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征和多个结构层级。举例来说，光刻尤其是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械研磨、蚀刻、沉积，以及离子植入。多个半导体装置可被制造在单个半导体晶片上，且随后被分离成个别的半导体装置。

在半导体制造过程期间在各个步骤处使用检查过程来检测晶片上的缺陷，从而促进较高的良率。当检查例如半导体晶片等镜面或准镜面表面时，可使用明亮场(BF)形态，从而执行经图案化晶片检查以及缺陷检视两者。在BF检查系统中，收集光学器件经定位以使得所述收集光学器件俘获由被检查的表面镜面反射的光的实质部分。可行的BF检查系统需要高辐射照射以及高数值孔径(NA)来使系统的缺陷灵敏度最大化。

当前的晶片检查系统通常采用深紫外光(DUV)辐射的照射源，所述照射源具有短至260纳米的波长以及高数值孔径(NA)。一般来说，检查系统的缺陷灵敏度与照射光的波长除以物镜的NA成比例。在不进一步改进NA的情况下，当前的检查工具的整体缺陷灵敏度受到照射源的波长限制。

在宽频带成像工具的情况下，通常通过折反射式物镜(反射性和折射性光学元件的组合)将照射光递送到晶片。在窄频带成像工具的情况下，通常通过透射式物镜或显微镜将照射光递送到晶片。因此，当前的BF检查工具采用包含折射性光学元件的光学子系统。

在BF检查系统的一些实例中，可通过弧光灯来提供照射光。举例来说，基于电极的、相对高强度放电弧光灯用于检查系统中。然而，这些光源具有许多缺点。举例来说，基于电极的、相对高强度放电弧光灯具有归因于对来自电极的电流密度的静电约束而导致的辐射率限制和功率限制、作为黑色主体发射器的气体的有限的发射率、归因于阴极处的相对大的电流密度的存在而导致的由耐火材料制成的电极的相对快速的腐蚀，以及在所需的发射电流下在相对长的周期内对掺杂剂的不可控性(其可降低耐火阴极的操作温度)。

在一些其它实例中，可通过激光器直接提供照射光。一种方法是将较长波长源谐波上变频转换为较短波长。然而，可以可靠地持续的平均功率通常低于一瓦；远远低于高处理量、高分辨率BF晶片检查所需的十到一百瓦的平均功率。在另一实例中，已经开发出具有较高平均功率的受激准分子激光器，但是短波长下的受激准分子激光器的动力学将这些装置限制到低重复率(例如，若干kHz或更小)。另外，这些激光器是极短脉冲激光器(例如，数纳秒)。低重复率和短脉冲持续时间的组合导致被递送到被检查的晶片的注量，其远远超过用于构造晶片的材料(例如，SiO2、Si、金属和光阻材料)的破坏极限。

在一些其它实例中，可通过由激光器(例如，激光器持续的等离子体)泵送的不相干光源提供照射光。激光器持续的等离子体是在由在比激光器等离子体低的温度下的工作气体包围的高压灯泡中产生的。虽然用激光器持续的等离子体获得实质性辐射率的改进，但这些等离子体的温度一般受到这些灯内的光物理和动力过程限制。当使用连续波长或脉动泵源时，这些等离子体中的纯原子和离子发射一般被限定到长于200nm的波长。受激准分子发射可布置在激光器持续的等离子体中以用于171nm下的波长发射(例如，氙受激准分子发射)，但这些源通常是窄频带，功率受限且辐射率受限。171纳米下的受激准分子发射在低压(例如，3巴及以下)下进行优化，且171nm发射的功率在高辐射率所需的较高压力下被极大地削减。因此，高压灯泡中的简单气体混合物仅能够在充分的辐射率和平均功率下持续高于200nm的波长覆盖来支持高处理量、高分辨率BF晶片检查。

远紫外光(EUV)光刻领域中的开发工作集中在于高功率电平(例如，照射器的中间焦点处的210瓦的平均功率)下发射以13纳米为中心的窄频带辐射的光源。已经使用激光器液滴等离子体架构来开发用于EUV光刻的光源。举例来说，通过CO₂相干源来泵送在100kHz及更高的脉冲重复频率下操作的氙、锡、锂液滴目标。所实现的光是高功率(例如，照射器的中间焦点处的210瓦的平均功率是13纳米下的光刻工具的目标)。然而，构成半导体晶片的材料对于13纳米下的窄频带光实际上不展现出任何反射性。

需要具有用于BF检查应用的所需的辐射率和平均功率的较短波长照射源。优选的是，此类源应为连续波长或接近连续波长，以避免对所照射样品的破坏。此外，需要与此类源相容的可制造物镜和传感器，以实现可行的BF检查系统。