JP2019179237A - リソグラフィマスクのフォーカス位置を決定する方法及びそのような方法を実行するための計測系 - Google Patents

リソグラフィマスクのフォーカス位置を決定する方法及びそのような方法を実行するための計測系 Download PDF

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Abstract

【課題】リソグラフィマスクのフォーカス位置を決定する方法、これに加えてそのような方法を実行するための計測系を提供する。【解決手段】リソグラフィマスク5のフォーカス位置を決定するために、結像すべき構造が不在の測定領域のフォーカススタックが記録され、記録された画像のスペックルパターンが評価される。【選択図】図2

Description

本特許出願は、引用によって本明細書にその内容が組み込まれているドイツ特許出願DE 10 2018 202 637.8の優先権を主張するものである。
本発明は、リソグラフィマスクのフォーカス位置(focus position)を決定する方法に関する。本発明は、これに加えて、そのような方法を実行するための計測系に関する。
リソグラフィマスク、又はマスクブランク、すなわち、リソグラフィマスクを作製するためのブランクを検査するために、これらを計測系内でフォーカス位置に運ばなければならない。この目的のために、通常はマスク上の特定の検査構造のフォーカススタック(focus stack)が記録される。しかし、この記録は常に可能であるわけではない。公知の方法の更に別の欠点は、多くの場合に、結果が確実に再現可能というわけではない点である。これらの結果は、特に検査構造、照明設定、及び幾分任意的に事前定義可能なコントラスト基準に依存する可能性がある。更に、常套的な方法は、マスクを照明するのに低い瞳充填係数を有するコヒーレントな照明設定が使用される場合には機能しない。デフォーカスによって引き起こされる波面収差を直接最小化し、したがって用いる構造及び照明特性に依存しない方法が理想的であると考えられる。
WO 2016/012426 A1 US 2013/0063716 A1 DE 102 20 815 A1 DE 102 20 816 A1 US 2013/0083321 A1
本発明の1つの目的は、リソグラフィマスクのフォーカス位置を決定する方法を改善することである。
上記の目的は、請求項1に記載の特徴を用いて達成される。
本発明の核心は、結像される構造(structures to be imaged)が不在の測定領域の空中像の強度分布を記録して評価することにある。
測定領域は、特に、純粋に反射性の領域又は専ら吸収性の領域である。
リソグラフィマスクは、特にマスクブランク、すなわち、リソグラフィマスクを作製するための基板とすることができる。以下では、このタイプのブランクをリソグラフィマスクとも呼ぶ。
本発明により、構造不在の測定領域の空中像を評価することによって、リソグラフィマスクのフォーカス位置を特に簡単かつ確実に確認することが可能になることが判明した。
フォーカススタックは、異なる測定平面での、すなわち、様々なデフォーカスを用いた少なくとも1つの測定領域の特に少なくとも2つ、特に少なくとも3つ、特に少なくとも4つ、特に少なくとも5つの記録を含む。
本発明により、通常、リソグラフィマスク測定中にいずれにせよ実行される3D空中像測定の状況下で、スペックルパターンへのマスク構造寄与から結像収差寄与(imaging aberration contribution)をスペックルパターン測定によって分離することができることが認められた。この場合、結像収差寄与を表すことができ、その結果、この寄与から結像光学ユニットの品質評価を実行することができ、特に、例えば計測系の結像光学ユニットの再調節によってこの結像収差寄与を低減することができる限度に関する結論を引き出すことができる。分離は、それぞれのスペクトル成分の実数部のフォーカス依存性プロファイルと虚数部のフォーカス依存性プロファイルとの交点のz位置を決定することによって実行することができる。この方法は、特に、偶数関数を用いて表すことができる収差を決定するために用いることができる。
結像光学ユニットは、特に、リソグラフィマスク及びまだ構造化されていないマスク基板、いわゆるマスクブランクの品質評価に向けた計測系の一部とすることができる。上記の決定法を用いて、マスクブランクの品質評価、すなわち、まだ構造化されていないマスクの品質の評価を実行することもできる。
測定対象のリソグラフィマスクの照明中の既知の照明角度分布(照明設定)及び同じく結像光学ユニットの既知の伝達関数からデフォーカス収差を計算することができる。伝達関数は、瞳伝達関数とすることができる。瞳伝達関数は、バイナリ関数とすることができ、結像光学ユニットの開口数の範囲内の空間周波数に対して値1、及びこの開口数の範囲側の空間周波数に対して0を有することができる。
本発明により、特に、マスクの内因性の光学的粗度によって引き起こされるスペックルパターンの評価からリソグラフィマスクの最良のフォーカス位置を簡単な方式で確認することができることが認められた。
本発明の一態様により、2D強度分布を評価する段階は、スペックルコントラストを確認する段階を含む。スペックルコントラストという用語は、特に空中像の分散を表す。
本発明の更に別の態様により、2D強度分布を評価する段階は、スペックルコントラストが最小値を有するフォーカス位置を確認する段階を含む。特に、この目的のために内挿法(interpolation method)を提供することができる。
本発明により、スペックルコントラストは、最良のフォーカス位置に最小値を有することが認められた。
本発明の更に別の態様により、2D強度分布を評価する段階は、2D強度分布のフーリエ変換によって2D強度分布のスペクトル
を決定する段階と、周波数領域(frequency domain)でのスペクトル
の複数のスペクトル成分S(νxi,νyi)の実数部RS(z)及び虚数部IS(z)のフォーカス依存性(focus dependence)を決定する段階と、結像光学ユニットによってスペクトル
に加えられた結像収差寄与Θを分離する段階と、結像収差寄与Θをゼルニケ多項式の線形結合として表す段階とを含む。
本発明により、結像光学ユニットによってスペクトルに加えられた構造非依存性の結像収差寄与は、周波数領域での2D強度分布スペクトルのスペクトル成分の実数部及び虚数部のフォーカス依存性の解析から分離することができることが認められた。
本発明の更に別の態様により、結像収差寄与を表す段階は、ゼルニケ係数Znを確認する段階を含む。
特に、鏡面対称ゼルニケ係数Znを確認するために線形回帰法(最小二乗当て嵌め(Least Square Fit))を用いることができる。
デフォーカスは、特に4次のゼルニケ係数から直接確認することができる。
有利には、2D強度分布を評価する段階は、フーリエ変換及び線形代数のみを含む。したがってこの評価段階は、特に簡単な方式で実施可能である。特にこの方法は、特にロバストである。
本発明の一態様により、測定領域を照明するために鏡面対称照明設定が使用される。鏡面対称照明設定は、特に、投影露光装置内におけるマスクの結像に向けてその後に設けられる照明設定を含むことができる。
本発明の更に別の態様により、測定領域を照明するために少なくとも部分的にコヒーレントな照明放射線が使用される。
特に、測定領域を照明するために鏡面対称照明設定が使用される。照明設定は、特に開口数の範囲内、すなわちσ≦1において鏡面対称である。
本発明の更に別の態様により、測定領域を照明するためにコヒーレントな照明放射線が使用される。この使用は、フォーカス位置を決定するためのこれまで公知の方法のうちの多くのものでは不可能である。
本発明の更に別の目的は、上記で説明した方法を実行するための計測系を提供することにある。
この目的は、照明放射線を用いて測定領域を照明するための照明光学ユニットと、測定領域を空間分解検出デバイス上に結像するための結像光学ユニットとを含む計測系によって達成される。
本発明の更に別の態様により、記録されたフォーカススタックの2D強度分布を評価するために、検出デバイスにコンピュータデバイスがデータ転送方式で接続される。
記録された強度分布の評価は、特に自動方式で実行することができる。
本発明の更に別の詳細及び利点は、図を参照した例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。
各々を極めて概略的に例示した照明光学ユニット及び結像光学ユニットと一緒にEUV照明光及びEUV結像光を用いたリソグラフィマスクの形態にある物体の検査に向けた計測系を入射平面に対して垂直な方向に見た平面図に非常に概略的に示す図である。 照明瞳と結像光学ユニットの像平面の領域内の空中像との間の照明結像光の伝播を略示し、更にスペックルパターンのスペクトルへの空中像の変換も例示する図である。 計測系によって測定することができる3D空中像を表す像平面の領域内の様々な測定平面内の2D強度分布のシーケンス(フォーカススタック)を示す図である。 図3に記載の2D強度分布のフーリエ変換によって決定された3D空中像のスペックルパターンスペクトルのシーケンスを図3に記載のシーケンスに割り当てた方式で示す図である。 図4に記載のスペックルパターンスペクトルの代表的なスペックル成分の実数部及び虚数部の略プロファイルをフォーカス位置(像平面に対して垂直なz方向)の関数として示す図である。 図5に記載のスペクトル成分の方式でのスペクトル成分のフォーカス依存性の特定の値からの分離の結果として生じ、周波数依存性収差関数として表された計測系の結像光学ユニットの確認された結像収差を例示する図である。 ゼルニケ多項式に関する展開の形式での図6に記載の結像収差寄与の表現を表す図である。
位置関係の提示を容易にするために、以下では直交xyz座標系を用いる。図1では、x軸は、作図面に対して垂直にその中に入り込むように延びる。y軸は図1の右に向かって延びる。z軸は図1の下方に延びる。
図1は、物体平面4内の物体視野3内に配置され、レチクル、リソグラフィマスク、又はマスクブランクの形態にある物体5のEUV照明光1を用いた検査に向けた計測系2内のEUV照明光及びEUV結像光1のビーム経路を子午断面図に対応する図に示している。計測系2は、3次元(3D)空中像を解析するために使用され(空中像計測系)、投影露光中に半導体構成要素を作製するために次に使用されるレチクルとして公知のリソグラフィマスクの特性の投影露光装置内にある投影光学ユニットによる光学結像に対する効果をシミュレーション及び解析するための役割を果たす。そのような系は、WO 2016/012426 A1(当文献中の図1を参照されたい)、US 2013/0063716 A1(当文献中の図3を参照されたい)、DE 102 20 815 A1(当文献中の図9を参照されたい)、DE 102 20 816 A1(当文献中の図2を参照されたい)、及びUS 2013/0083321 A1から公知である。
照明光1は、物体5によって反射される。照明光1の入射平面は、yz平面に対して平行に延びる。
EUV照明光1はEUV光源6によって生成される。光源6は、レーザープラズマ光源(LPP、レーザー生成プラズマ)又は放電光源(DPP、放電生成プラズマ)とすることができる。原理的には、シンクロトロンベースの光源、例えば自由電子レーザー(FEL)を用いることもできる。EUV光源の使用波長は、5nmと30nmの間の範囲内にあるものとすることができる。原理的には、計測系2の変形の場合に、光源6の代わりに別の使用光波長に向けた光源、例えば193nmの使用波長に向けた光源を用いることもできる。
計測系2の実施形態に依存して、計測系2は、反射性又は透過性の物体5に対して用いることができる。透過性物体の一例は位相マスクである。
光源6と物体5の間には計測系2の照明光学ユニット7が配置される。照明光学ユニット7は、物体視野3にわたる所定の照明強度分布を用い、それと同時に物体視野3の視野点を照明する際の所定の照明角度分布を用いた検査すべき物体5の照明に向けての役割を果たす。
計測系2の照明結像光1の開口数は、レチクル側で0.0825である。物体平面4内の物体視野3は、x方向に8μmの広がりを有し、y方向に8μmの広がりを有し、すなわち、正方形である。
物体5での反射の後に、照明結像光1は、図1に同様に略示している計測系2の結像光学ユニット又は投影光学ユニット8に入射する。結像光学ユニット8は、物体5を計測系2の空間分解検出デバイス9に向けて結像する。検出デバイス9は、例えばCCD検出器又はCMOS検出器として設計される。
検出デバイス9は、画像処理デバイス10の形態にあるデジタルコンピュータデバイスに信号接続される。
物体5は、物体ホルダ(例示していない)によって担持される。そのような物体ホルダは、変位ドライブによって一方ではxy平面に対して平行に、他方ではこの平面に対して垂直に、すなわちz方向に変位させることができる。変位ドライブ、及び同じく計測系2の作動全体は、制御すべき構成要素にそれ程具体的に詳しくは例示してない方式で信号接続された中央制御デバイス11によって制御される。
一例として、図1は、ミラーとすることができる又はEUV波長よりも長い照明光波長の使用の場合にレンズ要素とすることができる結像光学ユニット8の結像構成要素12を例示している。結像構成要素12は、変位アクチュエータ13に作動的に接続され、更に変位アクチュエータ13は制御デバイス11に信号接続される。結像構成要素12の精確な位置合わせを求めて、変位アクチュエータ13を用いて結像構成要素12をx方向、y方向、及び/又はz方向に互いに独立して変位させることができる。この変位の空間分解能は、10μmよりも高いものとすることができ、特に第2μmよりも高いものとすることができる。
結像光学ユニット8に関する拡大倍率は、500よりも大きく、図1に記載の例示的実施形態では850である。物体5の3D空中像が生じる像平面14の領域内に結果として生じる像側開口数は、1・10-4の領域内にある。
図1には、検出デバイス9の下に測定平面(例えばz=0)内の2D強度分布15の平面図を例示している。レチクル5上の構造16は、x方向に延びる強度極大値17として表される。
図2は、照明光学ユニット7の瞳平面18から像平面14の領域内に真っ直ぐに入る照明結像光1の伝播を略示している。それぞれ検討する変数又は構成要素は、xyz座標系内で斜視的に示している。照明光1の瞳強度分布19が瞳平面18内に存在し、この分布を照明設定と呼ぶ。一例として、リング形又は環状の瞳強度分布19を示している。瞳強度分布19は、数学的にはσ(κ)として表される。
この場合、σは照明強度であり、κは、当該照明強度が存在する場所を瞳座標で表す。
照明光1は、瞳平面18から物体平面4内へと伝播し、物体平面4において、照明光1は、図2に誇張して例示している粗度を有する物体5上に入射する。これは、波面:
及び次式のように書くことができる照明光1の視野分布をもたらす。
上式中の記号は以下の意味を有する。
λ:照明光の波長
h:物体粗度(z方向のサジタル高さ)
物体5で反射した又はそれを通り抜けた後に、照明光1は、図2で21の場所に示している結像構成要素を有する結像光学ユニット8の入射瞳20を通り、その後、射出瞳22を通って伝播する。その後、物体5は、像平面14の領域内で空中像23へと結像される。x方向とy方向のそれぞれの2D強度分布、すなわち「スライス」の中空像23のフーリエ変換は、スペックルスペクトル24、すなわち、空中像23のスペックルパターンのスペクトル
を生じる。このスペックルスペクトルに対して次式が成り立つ。
上式では以下が当てはまる。
ν:周波数座標νx,νyを有する周波数比例波数1/λである。
H:粗度スペクトル、すなわち、物体粗度hのフーリエ変換である。

上式では以下が当てはまる。
σ:瞳平面内の照明設定の強度分布である。
P:光学ユニットの瞳伝達関数、すなわち、例えば開口及び/又は掩蔽絞りによる瞳制限効果である。
φe:光学ユニットの偶数波面収差、すなわち、偶数関数によって表すことができる収差寄与である。
下記では、図3及びそれ以降の図を参照しながら結像光学ユニット8の結像収差寄与を決定する方法を説明する。図3、図4、及び図6に示すグレースケール値は、各場合にそれぞれ検討する場所に存在する光強度の尺度である。
最初に実行することは、物体5の結像の像平面14(z3=0)に対して平行な領域内における様々な測定平面z1からz7内の2D強度分布15z1から15z7までのシーケンスとしての結像光学ユニット8の3D空中像23のフォーカス依存測定である。この場合、図1に記載の例図とは対照的に、結像されるのは構造化された物体ではなく、(まだ)構造化されていないマスク、すなわちマスクブランク又はマスクの非構造化領域である。2D強度分布15ziのシーケンスにわたって記録された空中像は、まずマスク(残留)構造寄与、更に結像光学ユニット8の結像収差寄与の結果と理解することができるスペックルの空間分布を示す。
次に、先行段階で2D強度分布15ziのフーリエ変換によって検出された3D空中像の上記のスペックルパターンのスペクトル
を決定する段階が続く。それによって、周波数座標νx及びνyの関数としての2Dスペックルスペクトル24z1から24z7までのシーケンスが生じる。
2D強度分布15z1から15z7までのシーケンスをフォーカススタックとも呼ぶ。
その後、周波数領域での複数のスペクトル成分S(νxi,νyi)に関して、当該スペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の実数部RS(z)及び虚数部IS(z)のフォーカス依存性が決定される。このフォーカス依存性は、1つのスペクトル成分S(νxi,νyi)に関して図4に選択点によって強調表示されている。このスペクトル成分Sに関して、図5は、このスペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の実数部RS(z)の線形近似プロファイル25とこのスペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の虚数部IS(z)の同様の線形近似プロファイル26とをz座標の関数として、すなわち、フォーカス位置の関数として略示している。
スペックルスペクトル成分のこれらのz依存性に関して次式が成り立つ。
上式では以下が当てはまる。
H:物体粗度の寄与である。
Θd:結像光学ユニットのデフォーカス収差である。
Θopt:結像光学ユニットの他の結像収差寄与である。
結像光学ユニット8のデフォーカス収差Θdは、既知の照明設定及び既知の伝達関数から計算することができる。上式に基づいて、実数部RS及び虚数部ISのプロファイル25及び26に基づいて粗度寄与Hから結像収差寄与Θを分離することができ、続いてデフォーカス収差の独立した決定の後に結像光学ユニット8の他の結像収差寄与Θoptが生じる。
実数部RS及び虚数部ISのプロファイル25、26の間の交点の特にz位置をこの分離に用いることができる。
結像収差寄与Θoptは、展開係数znを有するゼルニケ収差関数Θnに関する展開として周波数依存方式で書くことができる。
ここで、ゼルニケ多項式
を用いて次式が成り立つ。
図6は、分離された結像収差寄与
を例示している。選ばれた照明設定に対して、この結像収差寄与は、ゼルニケ関数Z5との高い類似性を有する。
図7は、ゼルニケ関数Z4からZ18に関する上記の展開式の係数ziのシーケンスを示している。予測されるように、主な寄与は、ゼルニケ関数Z5に対する係数z5において出現する。
したがって、全体として、通常はいずれにせよ計測において必要とされるマスクの構造化の場所の測定に基づいて結像光学ユニット8の結像収差寄与を測定することができる。続いて結像光学ユニット8の光学構成要素を再調節することによってこの結像収差寄与を補正することができる。この目的のために、制御デバイス11は、結像構成要素12の対応する変位に向けた変位アクチュエータ13を駆動することができる。そのような再調節は、計測系2の作動の一時停止中、又は他に計測系2の作動中に実行することができる。再調節は、開ループ制御によって又は他に閉ループ制御によるそれぞれの結像収差寄与の設定点と実際値の間の比較によって実行することができる。
ゼルニケ関数Ziによる結像収差寄与の上記の展開は、1組の直交関数の線形結合にわたる結像収差寄与の展開の一例を構成する。
計測系2の光学設定は、半導体構成要素の投影リソグラフィによる作製中の物体5の投影露光工程における照明及び結像の可能な最も正確なエミュレーションに向けた役割を果たす。
2D空中像23のフォーカス依存測定に関する詳細については、WO 2016/012426 A1を参照されたい。フーリエ変換に関連する詳細に関しても、WO 2016/012426 A1及びこの文献に言及されている参考文献を参照されたい。
ゼルニケ関数Ziによる結像収差寄与の展開
は、リソグラフィマスクのフォーカス位置を確認するために直接用いることができる。デフォーカスのフォーカス位置zは、特に次式の4次のゼルニケ係数Z4の関数である。
上記の代替として、フォーカススタックの異なる空中像の分散からデフォーカスを確認することができる。フォーカススタックの空中像の分散をスペックルコントラストとも呼ぶ。
最良のフォーカス位置は、スペックルコントラストが最小値を有する位置を確認することによって求めることができる。この目的のために内挿法が施される。
リソグラフィマスクのフォーカス位置を決定するための上記で説明した方法は、特に純粋に反射性の構造、特に多層構造、特にマスクブランク、及び純粋に吸収性の構造に適する。これらの方法は、特に特定の測定構造に依存しない。このタイプの測定構造は必要とされない。更に、本方法は、簡単な方式及び非常にロバストに実施可能である。これらの方法は特に確実に再現可能である。それらは、マスクの広域フォーカス位置、例えば、マスクの曲げ又はフォーカス位置のドリフトの結果としてのフォーカス位置の空間的変動を決定して補正するために用いることができる。
原理的に、マスクのフォーカス位置を決定するための上記で概説した方法は、投影露光系においてマスクをウェーハ上に結像するために用いることもできる。それは、特に、そのような投影露光系内でマスク位置を位置合わせするために用いることができる。ウェーハ上へのマスクの結像及びしたがってウェーハ上に生成可能な構造及びしたがってウェーハそれ自体は、結果として改善することができる。

Claims (12)

  1. リソグラフィマスク(5)のフォーカス位置を決定する方法であって、
    1.1.リソグラフィマスク(5)を結像するための結像光学ユニット(8)を有する光学系(2)を与える段階と、
    1.2.結像される構造が不在の少なくとも1つの測定領域を有するリソグラフィマスク(5)を与える段階と、
    1.3.前記リソグラフィマスク(5)の前記少なくとも1つの測定領域のフォーカススタックを記録する段階と、
    1.4.前記記録されたフォーカススタックの2D強度分布(15zi)を空間分解方式で評価する段階と、
    を含み、
    1.5.前記2D強度分布(15zi)を評価する段階は、スペックルコントラストを確認する段階を含み、かつ
    1.6.前記2D強度分布(15zi)を評価する段階は、前記スペックルコントラストが最小値を有するフォーカス位置(z)を確認する段階を含む、
    方法。
  2. 前記スペックルコントラストが最小値を有する前記フォーカス位置を確認する段階は、内挿法を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記2D強度分布(15zi)を評価する段階は、
    3.1.前記2D強度分布(15zi)のフーリエ変換によって該2D強度分布(15zi)のスペクトル
    を決定する段階と、
    3.2.周波数領域での前記スペクトル
    の複数のスペクトル成分S(νxi,νyi)の実数部RS(z)及び虚数部IS(z)のフォーカス依存性を決定する段階と、
    3.3.前記結像光学ユニット(8)によって前記スペクトル
    に加えられた結像収差寄与(Θopt)を分離する段階と、
    3.4.前記結像収差寄与(Θopt)をゼルニケ多項式
    の線形結合として表す段階と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 前記結像収差寄与(Θopt)をゼルニケ多項式の線形結合として表す段階は、ゼルニケ係数Znを確認する段階を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。
  5. 線形回帰法(最小二乗当て嵌め)が、対称ゼルニケ係数Znを確認するために使用されることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記フォーカス位置は、4次ゼルニケ係数Z4から直接確認されることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 評価する段階は、専らフーリエ変換及び線形代数を含むことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 鏡面対称照明設定が、前記測定領域を照明するのに使用されることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 少なくとも部分的にコヒーレントな照明放射線(1)が、前記測定領域を照明するのに使用されることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の方法。
  10. コヒーレントな照明放射線(1)が、前記測定領域を照明するのに使用されることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の方法を実行するための計測系(2)であって、
    照明放射線(1)を用いて前記測定領域を照明するための照明光学ユニット(7)を含み、かつ前記測定領域を空間分解検出デバイス(9)の上に結像するための結像光学ユニット(8)を含む、
    計測系(2)。
  12. 前記記録されたフォーカススタックの2D強度分布(15zi)を評価するために、コンピュータデバイス(10)が、前記検出デバイス(9)にデータ転送方式で接続されることを特徴とする請求項11に記載の計測系(2)。
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