EUV 光刻的计量学与光学光刻的计量学相似，但 EUV 光刻是在非常小的尺寸上进行的。需要测量重叠和关键尺寸，但由于它们存在与光学光刻相同的问题，因此本书不会详细讨论它们。另一方面，EUV 技术的某些方面在光学光刻中没有对应之处，主要与掩模和薄膜有关，这些方面有特殊的计量要求。重要的是，许多计量工具涉及 EUV 波长的测量，这需要使用专门的光源并在真空中操作。
某些组件（例如 EUV 掩模坯料）的开发和制造需要测量工具。这些对于执业光刻师来说很有趣，即使这些工具不一定在晶圆厂或掩模车间使用，因为光刻师了解其供应商的质量控制能力通常很重要。为支持 EUV 技术开发而制造的最早工具之一是 EUV 波长的反射计。1 此类工具用于测量 EUV 掩模板坯上的多层反射率和均匀性。这些反射计通常设置为测量 6° 入射角的反射率，与 0.33-NA 曝光工具的主射线角相同，可测量约 13.5 nm 波长范围内的绝对反射率。这些数据可用于确定峰值反射率的波长和掩模板坯上的反射均匀性。在 2002 年推出此类独立工具之前，通常在电子存储环上测量 EUV 波长的反射率。对于 EUV 掩模板坯制造商来说，独立工具更加方便。它们还可用于测量加工对多层反射率的影响以及反射率随时间的变化。目前，EUV Technology, Inc.2 和 Research Instruments GmbH.3 均提供独立工具。使用同步加速器光源的实验室继续提供重要的校准（以及其他）服务。
掩模板缺陷检测
非常小的缺陷是可以印刷的。由于这些缺陷的尺寸小，且在 EUV 波长下具有相位特性，因此使用 DUV 检测工具检测这些缺陷代表着计量学挑战，这既是因为分辨率的原因，也是因为相位缺陷的灵敏度有限。DUV 光无法穿透 Mo/Si 多层（图 8.1），这进一步降低了非光化学缺陷检测的有效性。尽管如此，使用光学检测工具（尤其是 Lasertec M1350（l = 488 nm）和 M7360（l = 266 nm）系统）在减少 EUV 掩模板缺陷方面取得了良好进展。虽然在 l 1⁄4 266 nm 下对 Mo/Si 多层的穿透力小于在 488 nm 下，但较短的波长提供了更好的分辨率和总体上更好的检测能力。
通过使用相位对比成像进行检查，可以提高光学检查对小凸起和凹坑（可能导致可印刷相位缺陷）的灵敏度（图 8.2）。从凸起顶部（或凹坑底部）反射的光线与从基板平坦部分反射的光线之间的干涉强度与相位差 d 的平方成正比，当 d 值较小时，该干涉强度可能较小（参见问题 8.1）。另一方面，相位对比方法产生的信号与相位差成正比，从而改善检测。10 这使得使用 DUV 检查工具（例如 KLA 的 Teron Phasur 工具）11 能够发现许多（但不是全部）相位缺陷，而这些缺陷无法通过 DUV 波长的直接掩模板检查检测到。
计量学的进步对于生产 HVM 质量的 EUV 掩模坯料至关重要。从 M1350 测量工具到更灵敏的 Teron Phasur 检测系统，发现的缺陷数量增加了近三个数量级。13 测量能力是改进的基础，因此改进 DUV 波长的计量学非常有价值，并且它显著改善了 EUV 掩模坯料中的缺陷数量。
尽管光学缺陷测量取得了进展，但研究发现，并非所有可打印缺陷都是通过光学检查发现的11,14（图 8.3）。因此，人们开始开发光化学掩模坯料检测工具。最初，开发是通过研究联盟进行的，例如日本的 Sematech 和 MIRAI-SELETE。最终，核心技术被转移到 Lasertec，15 产生了现已商业化的 ABICS E120 光化学坯料检测工具（图 8.4）。
除了发现缺陷之外，掩模空白检测工具还需要能够以纳米精度确定检测到的缺陷相对于掩模基准的位置，以支持第 4.17 章中描述的图案偏移缺陷缓解方案。因此，掩模空白检测工具需要具有可以与掩模基准对齐的系统，并且此类工具还需要具有精确的平台。对准能力、精确平台和 EUV 波长检测的要求结合起来增加了空白检测工具的成本，最终增加了 EUV 掩模相对于光学掩模的成本。
许多小缺陷虽然可以在光化检测工具上检测到，但可能无法打印。为了区分可打印和不可打印的缺陷，ABICS E120 工具可以从扫描模式切换到高倍率检查模式（图 8.5）。扫描掩模空白的目标是少于 45 分钟，以满足 HVM 的需求。
2.EUV 掩模检测工具
用于检查缺陷的另一种工具是空中图像测量系统 - AIMSTM。这类工具模拟曝光工具的投影光学和照明，可直接测量空中图像。这种计量工具长期以来一直用于光学光刻，以确定是否需要修复掩模缺陷，如果需要，则随后可以使用这些工具来评估修复的效果。这种能力对于 EUV 光刻也很有价值。从本质上讲，AIMS 工具需要在光化波长下运行。图 4.17 显示了卡尔蔡司制造的 AIMS 工具的图像。这些图像提供了由掩模坯料表面粗糙度引起的图像 LER 的直接测量值。
EUV 光刻的情况比光学光刻的情况稍微复杂一些，因为掩模上的入射角会随着照明狭缝而变化。对于蔡司制造的 EUV AIMS 工具，照明的入射角是固定的，与掩模上的位置无关。计算用于解释不同方位角的影响。
EUV AIMS 工具的前身是使用同步光源的掩模检查显微镜（图 8.6）。这些工具为研究人员提供了空间图像测量能力，这对 EUV 掩模技术的开发至关重要。Sematech 支持了两种这样的工具，即光化检查工具 (AIT) 和 Sematech 高 NA 光化审查项目 (SHARP)，并使用了劳伦斯伯克利国家实验室的先进光源 (ALS)。在 EUREKA 联盟的支持下，SHARP 工具继续使用。日本也开发和部署了一些工具。
3 合格制造掩模版的工具
EUV 光刻技术的另一个独特要求是光罩背面缺陷检查。如第 4 章所述，掩模背面的缺陷可能导致叠层误差，因此在将掩模装入曝光工具之前检测背面缺陷非常重要；否则，颗粒可能会转移到掩模卡盘上，在这种情况下，需要进行曝光工具维护，将工具的至少一部分置于空气中。
许多可用于检测无图案光罩上颗粒的工具可用于检查光罩背面。然而，对于 EUV 掩模背面的检查，重要的是颗粒的高度，而不是其横向范围，并且并非所有检测无图案表面上颗粒的工具都能够测量高度。一组可以测量颗粒高度的工具是 Lasertec BASIC 系列，它还包含掩模背面清洁功能。
可以容忍的颗粒大小是一个关键因素。如果背面颗粒的整个高度都表现为正面不平整，则需要极其严格的背面清洁度。幸运的是，将光罩夹紧到静电卡盘上会导致颗粒压缩和掩模基板变形，因此整个颗粒高度不会转移到正面。
图 8.8 显示了计算变形的示例。比基板更软的颗粒在夹紧过程中被压碎，而较硬的颗粒则嵌入掩模基板。即使在后一种情况下，也可以看到一定程度的颗粒压缩，以及掩模基板材料 (ULE) 的压缩。由于背面导电涂层非常薄，因此它对机械变形没有显著影响。目前，假设可以容忍小于 10 毫米的背面颗粒。请注意，ASML 提供了光罩背面检测 (RBI) 选项，可用于检测背面缺陷，而无需从曝光工具中移除光罩。27 这对于确定光罩背面在使用过程中是否受到污染或损坏非常有效，而独立的背面检测工具则可用于避免将受污染的光罩放入曝光工具中。这种独立的背面缺陷检测工具在掩模版车间和晶圆厂都很有用。
在曝光波长或接近曝光波长的波长处检查图案化掩模版是否存在缺陷一直是光学光刻中的一种做法。这样做有两个重要原因。首先，较短的曝光波长已用于打印较小的特征，这导致需要以更高的分辨率检查掩模版，而通过以较短的波长进行检查可以实现这一点。在曝光波长处或附近的检查还确保了检查图像更能代表实际的光刻成像过程。
这些问题对于 EUV 光刻尤其重要。如本章前面所述，在非光化学波长下无法可靠地检测到相位缺陷，因此在 EUV 波长下检查图案化掩模具有优势，就像对掩模坯料进行鉴定一样。尽管在曝光波长或接近曝光波长处检查掩模具有明显的优势和先前的实践，但 EUV 图案化掩模缺陷检测工具的预期成本和较差的可靠性，再加上预期的市场规模，推迟了此类工具的开发，直到最近才推出。第一款此类商用工具是 Lasertec 的 ACTIS A150，于 2019 年发布。
除了相位缺陷外，EUV 掩模上的特征尺寸对缺陷检测也构成了额外的挑战。随着 EUV 光刻技术在晶圆级以 ~40 纳米间距引入，这导致掩模上的最小主要特征约为 80 纳米，SRAF 的尺寸约为 50 纳米或略小。这样的特征尺寸处于（或超出）DUV 检测工具的分辨率的边缘。例如，使用 193 纳米检测工具测量 24 纳米（晶圆级）沟槽上的缺陷被发现是微不足道的。 因此，对于第一代 EUV 光刻技术，光学检测工具仅提供勉强够用的分辨率能力，而后续节点将需要更好的分辨率，以避免在印刷晶圆上首先检测到掩模缺陷的情况。使用光化工具检查 EUV 掩模坯料的能力减少了对检测相位缺陷的担忧，因为在检查坯料时已经发现了多层中的相位缺陷，但需要高效的图案偏移来减轻坯料缺陷。
自从人们首次认识到掩模缺陷的可印刷性取决于它们与特征的接近度及其尺寸31以来，在引入每种新的光刻技术时，都会研究掩模缺陷的可印刷性。可印刷性与缺陷检查的适当分辨率以及检测到的缺陷的处置有关。
图 8.9 显示了掩模基板缺陷可印刷性研究结果的示例，其中等线/空间光栅的半间距为 16 纳米至 22 纳米。对于产生强信号的缺陷，情况是明确的，缺陷会打印在多条线和空间上。许多可以通过光化学空白检查工具检测到的小缺陷被发现无法打印。需要对特定过程进行表征，以避免拒绝具有不太可能打印的缺陷的掩模。
为了满足 EUV 图案化掩模缺陷检查工具的基本分辨率要求，电子束系统正在受到认真考虑。这对于晶圆缺陷检测尤其重要，因为它涉及的特征通常小于 4 掩模上的特征，即使考虑到亚分辨率辅助特征也是如此。一般而言，这不会被视为 EUV 特有的问题，但晶圆印刷通常用于确定 EUV 掩模上是否存在可印刷缺陷。与光束写入器一样，多光束缺陷检测系统正在开发中，以解决单光束工具固有的速度问题。
一种处于早期开发阶段的非常创新的缺陷检测方法是叠层成像技术，其中仅测量散射光的强度。重叠区域由相干的 EUV 光束照亮，并使用重叠照明区域的信息冗余构建图像的相位信息。35,36 由于从设计中可以了解正在成像的内容，因此图像构建对于掩模检查很有帮助。叠层成像是一种无透镜技术；唯一的光学元件是用于将光束聚焦到掩模上的镜子。这种镜子很小，要求远低于高分辨率成像系统的光学元件。这意味着可以使用廉价的光学元件构建光化缺陷检测系统。
材料测试工具
在考虑由薄膜组成的 EUV 掩模版防护膜时，需要测量关键参数，例如透射率。EUV Technology, Inc.37,38 和 Research Instruments GmbH.39 提供用于测量 EUV 防护膜透射率和均匀性的工具。由于 EUV 光刻的反射几何形状，防护膜的 EUV 和 DUV 反射率（除非非常小）可能会导致光刻胶意外曝光（图 8.10），因此还需要测量工具来提供在 EUV 和非光化波长下防护膜的光反射率测量能力。
开发 EUV 光刻材料的人员需要许多其他类型的专用测量设备，而晶圆厂的光刻师可能不需要这些设备。例如，对于防护膜的开发，需要工具来测量其机械强度或防护膜两侧压差的弹性。此类工具专为这些专门的测试目的而制造，以支持 EUV 薄膜的开发，41 即使晶圆厂甚至掩模车间可能不需要此类工具。
多年来，人们非常担心 EUV 光刻胶中的材料会释放气体并污染曝光工具光学器件。因此，人们制造了工具来测量见证板上的材料沉积，这是光刻胶暴露于辐射的结果（见图 8.11）。由于光学器件上的沉积会受到 EUV 光的影响，因此见证板通常在测试过程中暴露于 EUV 光下，并且包含钌涂层多层，类似于 EUV 投影光学器件中使用的镜子表面。光刻胶可以用 EUV 光或电子曝光。除了总量之外，通常还会测量见证板上沉积材料的成分，因为碳等可以从光学器件上清除的材料的沉积与其他材料（例如无法清除的金属）之间的关注程度不同。研究中心提供此类系统来支持新型光刻胶平台的开发。
