JP2021006903A5 - - Google Patents

Description

本出願は、２０１９年６月２７日に出願された独国特許出願ＤＥ １０ ２０１９ １１７ ２９３．４の優先権を主張し、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、マイクロリソグラフィ用マスクを測定するためのデバイス、および自動合焦（ａｕｔｏｆｏｃｕｓｉｎｇ：オートフォーカス）方法に関する。

自動合焦デバイスおよび自動合焦方法は、一般に、結像光学ユニットの焦点面（焦平面）内に物体を位置付けるために使用される。結像光学ユニットの一定の焦点距離の場合には、十分な品質の像を発生させるために、物体が結像光学ユニットの焦点面内に位置しているように、結像光学ユニットと結像されるべき物体との間の距離を適合させることが必要である。カメラ技術から、特に、数十年前から、焦点設定の最適化が、例えば、複数の反復ステップでの記録像のコントラスト評価によって実行される自動合焦方法が既に知られている。最適焦点距離の迅速な設定を達成するために、先行技術は、それに加えて、結像されるべき物体上に投影された構造によって、所望の焦点面からの現在のずれを直接突き止める目的で、評価が実行され、そこで、続いて、結像光学ユニットが１つのステップで適切に設定され、その結果、さらなる反復ステップを除去できる方法を開示している。

公開された独国特許出願ＤＥ １０ ２０１１ ０８２ ４１４ Ａ１は、半導体リソグラフィ用マスクを検査する装置のための対応するシステムを記載している。

そこに開示されているシステムは、周期的に構造化された合焦像が自動合焦デバイスによって合焦像面（合焦像平面）内へと投影されることに基づいており、前記合焦像面は、システムの結像光学ユニットの焦点面と交差する。

本出願人に帰属する公開された独国特許出願ＤＥ １０ ２０１６ １２０ ７３０ Ａ１では、周期的に構造化された焦点像の代わりに、非周期的焦点像が合焦像面内に投影され、合焦像面はシステムの結像光学ユニットの焦点面と交差する。

引用文献に記載されている自動合焦方法による合焦中に、測定されるリソグラフィマスクが、周期的および／または非周期的な構造を有する場合、妨害するモアレ効果が生じることがあり、その結果、測定が、より困難になるか、またはさらに損なわれる。

独国特許出願公開ＤＥ １０ ２０１１ ０８２ ４１４ Ａ１ 独国特許出願公開ＤＥ １０ ２０１６ １２０ ７３０ Ａ１

本発明の目的は、先行技術の上述の欠点を解決するデバイスを提供することである。本発明のさらなる目的は、マイクロリソグラフィのマスクを測定するためのデバイスの合焦を決定するための方法を規定することである。

この目的は、独立請求項の特徴を有するデバイスおよび方法によって達成される。従属請求項は、本発明の有利な展開および変形に関する。

マイクロリソグラフィ用マスクを測定するための本発明によるデバイスは、結像デバイスを有し、結像デバイスは、
－ マスクを結像するための焦点面をもつ結像光学ユニット、
－ マスクを据えるための物体ステージ、および、
－ 物体ステージと結像光学ユニットとの間の相対移動を生成するための移動モジュール
を含む。

さらに、結像デバイスは自動合焦デバイスを含み、自動合焦デバイスによって、合焦像が発生し得る。合焦像は、合焦構造（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の結像を介して、焦点面と交差する合焦像面内に発生する。本発明によれば、合焦構造は、ギャップ（ｇａｐ：割れ目、穴、切れ目、空所、間隙、欠陥など）として具現化される。ギャップとしての焦点構造の実施形態には、結像光学ユニットによって結像された焦点構造を評価することをより困難にするかまたはさらに不可能にすることがあるモアレ効果が、一般に周期的な構造をもつリソグラフィマスクでの反射の場合でさえ起こり得ないという利点がある。ギャップは、いわゆる焦点火線（ｆｏｃｕｓ ｃａｕｓｔｉｃ：焦点コースティック）として、マスクの構造上に結像される。この場合、焦点火線は、ギャップの少なくとも部分的に不鮮明な結像を意味すると理解される。

本発明の１つの変形では、複数のギャップを焦点構造上に結像させることができ、ギャップ（複数）は、あり得るモアレ効果を避けるために、特に、互いに対して回転されて配列することができる。これは、有利には、複数のギャップの結像にわたって平均化し、それにより、不均質性によって引き起こされるあり得る測定不正確さを低減する可能性を提供する。

本発明の１つの変形では、移動モジュールは、合焦中に、物体ステージ、したがって、マスクを移動させるように構成することができる。これには、マスクのあり得る不均質性を補償することができるという利点がある。

特に、移動モジュールは、物体ステージ、および物体ステージとともにマスクを、合焦中に、ギャップの結像の向きに対して斜めに、特に、対角線的に移動させるように構成することができる。リソグラフィマスク上の構造の好ましい向きは、ｘ方向およびｙ方向において互いに垂直であり、マスクのｘ方向またはｙ方向に延びるギャップの結像の向きに対してマスクを対角線的に移動させることによって、ｘ方向およびｙ方向におけるマスクのあり得る不均質性を等しく補償することが可能である。

結像光学ユニットをもつ結像デバイスを用いてマイクロリソグラフィ用マスクを測定するためのデバイスのための本発明による自動合焦方法は、以下の方法ステップ、すなわち、
ａ）ギャップとして具現化された合焦構造をマスク上の合焦像面で結像するステップであり、前記合焦像面が、結像光学ユニットの焦点面と交差する、結像するステップと、
ｂ）ステップａ）から生じる合焦構造の焦点火線を記録するステップと、
ｃ）焦点火線の記録に基づいて結像デバイスの焦点面とマスクの表面との間の距離を決定するステップと、
ｄ）方法ステップｃ）から突き止められた距離だけマスクを移動させるステップと、
ｅ）距離があらかじめ決められた値よりも小さくなるまで、ステップａ）からステップｄ）を繰り返すステップと
を含む。

結像デバイスによって結像された焦点火線の像は、例えば、結像光学ユニットの結像面（結像平面）内に配列されたＣＣＤカメラのＣＣＤエリアセンサで記録することができる。

本方法の１つの変形では、火線中心は、ギャップの焦点火線における最も高い強度の場所として決定することができ、同様に、火線中心は、ギャップの結像された焦点火線における最も狭いくびれの場所として決定することができる。

さらに、合焦構造は、複数のギャップを含むことができ、結像デバイスの焦点面とマスクの表面との間の距離は、ギャップ（複数）の結像の火線中心の評価によって決定することができる。これには、結像収差などの局所収差が、例えば、平均化され、最良の焦点の決定が、収差の影響を受けにくく、したがって、より安定になるという利点がある。

本発明の１つの変形では、焦点火線の記録の際に基準線を形成することができ、前記基準線は、焦点面内にマスクの最適位置が与えられる場合に火線中心が存在するだろう（それらの）場所（複数）を表す。基準線の位置は、例えば、例えばコントラスト測定または位相測定に基づく代替の合焦方法によって決定することができる。

さらに、マスクの表面と焦点面との間の距離は、火線中心と基準線との間の距離から決定することができる。これに関して、焦点火線の像における火線中心を突き止めた後、基準線に対する距離、したがって、焦点面に対するオフセットを、迅速に突き止めることができる。

さらに、マスクは、焦点測定中に、ギャップの結像の向きに対して斜めに、特に、対角線的に移動させることができ、その結果として、マスクの不均質性を補償することができる。そのような移動は、リソグラフィマスク上の構造の好ましい方向に対応するｘ方向とｙ方向の両方において不均質性を補償することを可能にする。

この方法の１つの変形では、焦点火線の結像は、評価の前に正規化することができ、それにより、同様に、マスクの不均質性を補償することができる。

特に、正規化は、ギャップの焦点火線の像の像ラインごとのエネルギーを一致させる（ｍａｔｃｈ）ことによって達成される。像は、デバイスのＣＣＤカメラによって記録され、次いで、すべての像ラインは、結像されたラインにわたるエネルギーの合計が、結像されたラインごとに同一になるように強度プロファイルに関して適合される。
［当初請求項１］
マイクロリソグラフィ用マスク（３）を結像デバイス（２）で測定するためのデバイス（３０）であって、前記結像デバイス（２）が、
前記マスク（３）を結像するための焦点面（２０）をもつ結像光学ユニット（９）と、
前記マスク（３）を据えるための物体ステージ（１１）と、
物体ステージ（１１）と結像光学ユニット（９）との間の相対移動を生成するための移動モジュール（１８）と、
前記焦点面（２０）と交差する合焦像面（１９）内における合焦構造（１３）の結像を介して合焦像を発生させるための自動合焦デバイス（１）と
を含み、
前記合焦構造（１３）がギャップ（２１、２１’、２１”）として具現化される
ことを特徴とするデバイス（３０）。
［当初請求項２］
複数のギャップ（２１、２１’、２１”）が前記合焦構造（１３）に形成される
ことを特徴とする当初請求項１に記載のデバイス（３０）。
［当初請求項３］
前記ギャップ（２１、２１’、２１”）が、互いに対して回転されて配列される
ことを特徴とする当初請求項２に記載のデバイス（３０）。
［当初請求項４］
前記移動モジュール（１８）が、前記物体ステージ（１１）および前記マスク（３）および／または前記結像光学ユニット（９）を移動させるように構成される
ことを特徴とする当初請求項１～３のいずれかに記載のデバイス（３０）。
［当初請求項５］
前記移動モジュール（１８）が、前記物体ステージ（１１）および前記マスク（３）を、結像面内において、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の前記結像の向きに対して斜めに、特に、対角線的に移動させるように構成される
ことを特徴とする当初請求項４に記載のデバイス（３０）。
［当初請求項６］
マイクロリソグラフィ用マスク（３）を、結像光学ユニット（９）をもつ結像デバイス（２）で測定するためのデバイス（３０）のための自動合焦方法であって、以下の方法ステップ、すなわち、
ａ）ギャップ（２１、２１’、２１”）として具現化された合焦構造（１３）を、前記マスク（３）上の合焦像面（１９）内において結像するステップであり、前記合焦像面が、前記結像光学ユニット（９）の焦点面（２０）と交差する、結像するステップと、
ｂ）ステップａ）から生じる前記合焦構造（１３）の焦点火線（ｆｏｃｕｓ ｃａｕｓｔｉｃ）（２５）を記録するステップと、
ｃ）前記焦点火線（２５）の記録（２６、２６’）に基づいて、前記結像デバイス（２）の前記焦点面（２０）と前記マスク（３）の表面との間の距離を決定するステップと、
ｄ）方法ステップｃ）から突き止められた前記距離だけ前記マスク（３）を移動させるステップと、
ｅ）前記距離があらかじめ決められた値よりも小さくなるまで、ステップａ）からステップｄ）を繰り返すステップと
を含む、自動合焦方法。
［当初請求項７］
火線中心（２４）が、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の前記焦点火線（２５）における最も高い強度の場所として決定される
ことを特徴とする当初請求項６に記載の方法。
［当初請求項８］
火線中心（２４）が、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の結像された前記焦点火線（２５）における最も狭いくびれの場所として決定される
ことを特徴とする当初請求項６または７に記載の方法。
［当初請求項９］
前記合焦構造（１３）が、複数のギャップ（２１、２１’、２１”）を含み、前記結像デバイス（２）の前記焦点面（２０）と前記マスク（３）の前記表面との間の距離が、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の前記結像の前記火線中心（２４）の評価によって決定される
ことを特徴とする当初請求項６～８のいずれかに記載の方法。
［当初請求項１０］
基準線（２３）が、前記焦点火線（２５）の記録（２６）の際に形成される
ことを特徴とする当初請求項６～９のいずれかに記載の方法。
［当初請求項１１］
前記基準線（２３）の位置が、代替の合焦方法によって決定される
ことを特徴とする当初請求項１０に記載の方法。
［当初請求項１２］
前記マスク（３）の前記表面と前記焦点面（２０）との間の前記距離が、前記火線中心（２４）と前記基準線（２３）との間の距離から決定される
ことを特徴とする当初請求項７～１１のいずれかに記載の方法。
［当初請求項１３］
前記マスク（３）が、自動焦点光学ユニット（１４）の光学軸に垂直な平面内での焦点測定中に、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の前記結像の向きに対して斜めに移動される
ことを特徴とする当初請求項６～１２のいずれかに記載の方法。
［当初請求項１４］
前記焦点火線（２５）の結像が、前記評価の前に正規化される
ことを特徴とする当初請求項６～１３のいずれかに記載の方法。
［当初請求項１５］
前記正規化が、前記ギャップ（２１、２１’、２１”）の前記焦点火線（２５）の像（２６）の像ラインごとのエネルギーを一致させることによって達成される
ことを特徴とする当初請求項１４に記載の方法。

本発明の例示的な実施形態および変形が、図面を参照して以下でより詳細に説明される。

結像デバイスに統合された、本発明による自動合焦デバイスの第１の実施形態を示す図である。 本発明による自動合焦デバイスの第１の実施形態のさらなる図である。 本発明による合焦構造の１つの実施形態を示す図である。 結像されたマスクの像の１つの例を示す図である。 自動焦点測定の像の１つの例を示す図である。 自動焦点測定の像のさらなる例を示す図である。 本発明による自動合焦方法に関する流れ図である。

図１は、通常動作モードで半導体リソグラフィ用マスクを測定するための本発明によるデバイス３０の第１の実施形態を示し、図２は、進行中の自動合焦方法中の本発明によるデバイス３０のこの実施形態のさらなる図を示す。

図１は、リソグラフィマスク３の形態の物体を検査するための結像デバイス２および自動合焦デバイス１を有する本発明によるデバイス３０を示す。図１のマイクロリソグラフィ用マスク３を測定するためのデバイス３０は、インコヒーレントまたは部分的にインコヒーレントな照明放射を放出する照明源４をさらに含む。照明放射は、結像対物レンズ７に第１の偏向ミラー５および第２の偏向ミラー６を介してガイドされ、第２の偏向ミラー６によって、照明目標のリソグラフィマスク３上に向けられる。リソグラフィマスク３は、マスク３の一部の像を発生させるために、一緒に結像光学ユニット９を形成する、結像対物レンズ７、部分的に透明な第２の偏向ミラー６、およびさらにチューブ光学ユニット８を介して、ＣＣＤカメラ１０上に結像される。例として、マスク３の位置合わせマークの横方向位置は、顕微鏡として具現化された結像デバイス２によって高度に正確に決定することができる。結像デバイス２は、さらに、物体ステージ１１を有し、それによって、マスク３は、横方向に、すなわち、ｙ方向、すなわち、図面の面（平面）に垂直、およびｘ方向の両方に、さらに、観測方向、すなわち、ｚ方向に位置付けされ得る。物体ステージ１１は、物体ステージ１１と結像光学ユニット９との相対移動のための移動モジュール１８を含む。代替として、移動モジュール１８は、物体ステージ１１がｘ方向およびｙ方向にのみ移動され、結像光学ユニット９がｚ方向に移動されるように具現化されてもよい。その上、例として、結像光学ユニット９のみが、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に移動されてもよく、または物体ステージ１１がｘ方向に移動されてもよく、結像光学ユニット９がｙ方向およびｚ方向に移動されてもよい。自動合焦デバイス１は、合焦像でマスク３を照明するために照明源４と、さらに結像デバイス２の結像対物レンズ７とを使用し、マスク３上に結像された合焦像を記録するために結像対物レンズ７、チューブ光学ユニット８、およびＣＣＤカメラ１０を使用する。その目的のために、第１の偏向ミラー５は、変位可能であり（両矢印Ｐ１で示される）、その結果、図２に示されるように、照明源４から来る照明放射のビーム経路から外に移動することができる。代替として、第１の偏向ミラー５はまた、ある程度は透過性として具現化されてもよく、そのとき、第４の偏向ミラー１６の位置は、合焦構造１３が結像されるか否かを決定する際の要因となる。それゆえに、この場合（図２）の照明放射は、第３の偏向ミラー１２に突き当たり、第３の偏向ミラー１２は、照明放射の伝播の方向に対して４５°だけ傾けられた合焦構造１３を通して照明放射を導く。しかしながら、傾斜角は、０°よりも大きく、９０°よりも小さい範囲からの任意の他の角度とすることもできる。格子構造が、自動焦点光学ユニット１４、２つのさらなる偏向ミラー１５、１６、第２の偏向ミラー６、およびさらに結像対物レンズ７を介して、マスク３上に結像される。この場合、偏向ミラー１６は、図１に示された第１の位置から図２に示された第２の位置に移動できるように偏向ミラー１６が移動可能である（両矢印Ｐ２）ように設けられて、合焦像をマスク３に結像させることができる。代替として、偏向ミラー１６を傾けることもできる。合焦構造１３は、例えば、単一のギャップとして、または互いに対して回転された複数のギャップとして具現化することができ、ギャップは、主として、ｘ／ｚ平面内に、すなわち、図面の面（平面）内に延びる。合焦構造１３の傾斜と、自動焦点光学ユニット１４による合焦像面１９への合焦構造１３の縮小された結像との結果として、合焦像が存在する合焦像面１９は、数度の鋭角で結像デバイス２の結像光学ユニット９の焦点面２０と交差する。図２に示された説明図の場合には、物体３の表面が焦点面２０に正確に位置付けられていると仮定されている。マスク３に結像された合焦構造１３、したがって、合焦像は、マスク３で反射され、結像光学ユニット９によってＣＣＤエリアセンサＳの検出器面（検出器平面）内へと結像される。

図３は、本発明による合焦構造１３の１つの実施形態を示し、ギャップ２１が合焦構造１３の中心に形成される。ギャップ２１の脇に破線として示されている各場合において、いずれの場合にも、さらなるオプションのギャップ２１’、２１”が示されており、それらは、面内において、通常、いずれの場合にも、０度以上～９０度の角度で、特に、５度以上～４５度の角度で、ギャップ２１に対して回転されて具現化される。複数のギャップ２１、２１’、２１”の場合には、マスクの焦点位置は、個々のギャップ２１、２１’、２１”に対して得られた結果を平均化することによって決定することができる。焦点面２０に対するマスク３の相対位置の決定を妨げることがあるモアレ効果は、互いに対するギャップ２１、２１’、２１”の傾斜の結果として避けられる。

図４ａは、合焦構造１３が傾けられなかった、すなわち、自動焦点光学ユニット１４の光学軸に垂直であった場合に、およびマスク３の表面が焦点面２０と一致した場合に生じるだろうものなどのマスク３上でのギャップ２１の結像を示す。図示の例では、ギャップ２１は、鮮明に結像されている。マスク３の表面が焦点面と一致するのではなく、むしろ特定の値だけ平行にオフセットされた場合、ギャップ２１は、長さ全体にわたって概ね均一な不鮮明さで表されることになるだろう。しかしながら、そのような表現から、焦点面２０に関して、マスク３の表面のオフセットの定量的決定を実行することは可能でない。

図４ｂは、ギャップ２１の結像の焦点火線２５の像２６を示し、前記焦点火線は、図１および図２に示されたマスク３で反射され、ＣＣＤカメラ１０（図示せず）のＣＣＤエリアセンサＳ（図示せず）上に結像される。基準線２３が、像２６の中心に描かれており、その基準線は、較正測定から得ることができ、焦点面２０に対してマスク３の最適位置が与えられる場合に火線中心２４が存在する場所を表す。図４ｂに示された像２６では、火線中心が基準線２３上に存在し、すなわち、マスク３は、ｚ方向において最適に位置付けられている。既に上記したように、基準線２３の位置は、例えば、結像光学ユニット９の焦点面へのマスク３の位置付け、および像における結果として生じる焦点火線２５の火線中心２４の位置を介して、事前に較正することができる。この場合、焦点面２０は、例えば、結像方向への物体ステージ１１の移動の間の複数の像を記録すること、および、引き続いて、個々の像の鮮明さに基づいて最良の焦点をもつ位置を決定することなどの代替の自動合焦方法の支援を得て決定することができ、マスク３は、焦点面内に位置付けされ得る。

図４ｃは、火線中心２４が基準線２３上にないＣＣＤカメラ１０（図示せず）の像２６’を示す。結像されたギャップ２１の焦点火線２５の火線中心２４と基準線２３との間の距離から、マスク３を焦点面２０に位置付けるために物体ステージ１１が移動モジュール１８によってｚ方向に移動されなければならない距離を決定することが可能である。

図５は、本発明による自動合焦方法の流れ図である。

第１の方法ステップ４０において、ギャップとして具現化された合焦構造１３が、マスク３上の合焦像面１９内に結像され、前記合焦像面が、結像光学ユニット９の焦点面２０と交差する。

第２の方法ステップ４１において、合焦構造１３の焦点火線２５が記録され、前記焦点火線は結像デバイス２によって結像されている。

第３の方法ステップ４２において、結像デバイス２の焦点面２０とマスク３の表面との間の距離が、焦点火線の記録に基づいて決定される。

第４の方法ステップ４３において、マスク３が、第２の方法ステップ４１から突き止められた距離だけ移動される。

第５の方法ステップ４４において、距離があらかじめ決められた値よりも小さくなるまで、方法ステップ４０から方法ステップ４３が繰り返される。

１ 自動合焦デバイス
２ 結像デバイス；顕微鏡
３ マスク
４ 照明源
５ 第１の偏向ミラー
６ 第２の偏向ミラー
７ 結像対物レンズ
８ チューブ光学ユニット
９ 結像光学ユニット
１０ ＣＣＤカメラ
１１ 物体ステージ
１２ 第３の偏向ミラー
１３ 合焦構造
１４ 自動焦点光学ユニット
１５ 偏向ミラー
１６ 偏向ミラー
１８ 移動モジュール
１９ 合焦像面
２０ 焦点面
ｘ、ｙ 空間の方向
Ｓ ＣＣＤエリアセンサ
２１、２１’、２１” ギャップ
２３ 基準線
２４ 火線中心
２５ 焦点火線
２６、２６’ 像
３０ デバイス
４０ 方法ステップ１
４１ 方法ステップ２
４２ 方法ステップ３
４３ 方法ステップ４
４４ 方法ステップ５