片内相位测量工具模拟光刻机

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采用特殊照明方式的高/超高数值孔径（NA）的193nm光刻机和相位移掩膜版（PSM），使得光刻分辨率的极限达到了32nm节点。不利的因素是掩膜的复杂度正在以指数级递增，而业界又迫切需要通过精确的相位控制以达到必需的高成品率。

光刻机成像平面的相位受到其本身的数值孔径、掩膜的斜率和3D掩膜效应极大的影响，特别是当特征尺寸接近分辨率极限的时候。在45nm和32nm节点，为了确保精确的刻写PSM并获得足够的成品率，有必要测量产品特征中与光刻机相关的相位。然而控制需要精准的测量，直到现在相位的测量依然使用基于干涉仪的测量工具。如此产生的问题是，评估相位必须使用比产品特征高数量级的参考特征，这些测量平台将受到局限。高分辨率原子力显微镜（AFM）也被迫面临这样的问题。虽然它们能够测量产品相关特征中的刻蚀深度，但是却无法描述3D掩膜效应。两种方法都无法获得由数值孔径（NA）、掩膜斜率和严格的3D掩膜效应产生的衍射限度。

与Intel一起协作，Carl Zeiss半导体测量系统部门研究了光学相位测量工具的必要条件，它们要能够把工艺控制从大型CD测试特征扩展到芯片内高分辨率相位移特征。因此，这些工具注定了必须为模拟光刻平台的光学设置而设计，并需要获得光波波长中特征尺寸产生的相位信息。

这样的结果产生了一个叫做Phame的光学测量工具。考虑到偏振，在光刻机相关的设置下，它可以测量所有片内的相位移掩膜版的相位。它不但能完成现存工具所作的测量大型参考特征的工作，而且能够通过获得真实的掩膜效应来测量产品特征。该平台的光束路径可与NA为1.6的浸没式光刻机的类比。结合一个低sigma元件，它的193nm激光持续照射一个面朝下的掩膜；根据PSM的类型决定使用同轴还是离轴的入射光。

光刻机的部分相干光照设置用于可调时间间隔的连续测量，它允许在光刻机相关的照射设定下进行相位控制。工具的0.4NA精确图像光（1.6NA光刻机等效）使得系统与193nm浸没式光刻机兼容并延伸至32nm节点。相位信息是通过相位操作和运算获得的，CCD占用原来在一个真正的光刻机中应该属于晶圆的位置。除了芯片中相位值，该工具也测量芯片内的传输。

系统提供三种不同的测量模式：手动，柱状图分析和定义区域。在测量的过程中获得强度和相位影像，通过选择一个伴有显示相应相位数值的相位图薄片，相位的轮廓可以手动生成。然后，柱状图分析法计算出整个测试区域的相位平均值。这一选项被用于PSM刻蚀和清洗后的相位控制。另外，其他区域可能在相位图像内被定义或被软件自动设置，并可对平均相位的差异进行评估。被定义区域间的相互关系可以用作修复验证或是评估光学临近效应。

该平台可以测试所有类型的PSM。实验证明，其相位精确度1°，小产品特征的静态相位再现能力在0.15°和0.3°之间，对大的参考特征该值0.2°。

虽然使用测量系统进行工艺控制、优化工艺窗口以提升成品率，这些主要用于掩膜厂；但在改进掩膜和缩短设计优化时间方面，仍需要在研发领域扩大应用以优化光学邻近修正（OPC）工艺。