KR20190100873A - 라인 폭 변동에 대한 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법 - Google Patents

라인 폭 변동에 대한 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

라인 폭의 변동에 대한 리소그라피 마스크(5)의 구조-의존적 기여도를 결정하기 위해, 리소그라피 마스크(5)의 구조화되지 않은 측정 영역의 기록된 2D 세기 분포(15zi)가 공간적으로 분해된 방식으로 평가된다.

Description

라인 폭 변동에 대한 리소그라피 마스크의 구조-의존적 기여도를 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING A STRUCTURE-INDEPENDENT CONTRIBUTION OF A LITHOGRAPHY MASK TO A FLUCTUATION OF THE LINEWIDTH}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 제 DE 10 2018 202 639.4호를 우선권으로 청구하며, 이 독일 특허 출원의 내용은 본 명세서에서 참조로서 인용된다.
본 발명은, 라인 폭의 변동에 대한 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 방법을 실행하기 위한 계측 시스템에 관한 것이다.
리소그라피 마스크의 품질을 특징화하기 위한 중요한 파라미터 중 하나로 라인 폭 변동(the fluctuation of the linewidth)(LWR: LineWidth Roughness)이 있다. 이 파라미터는, 이 마스크로 제조할 수 있는 최소 특성부 크기에 직접적으로 영향을 미친다. 본 발명에 따르면, 리소그라피 마스크에 항상 존재하는 불균일성으로 인해 라인 폭 변동에 대한 구조-독립적 기여도가 있게 됨을 인식하게 되었다.
본 발명의 하나의 목적은 라인 폭 변동에 대한 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법을 명시하는 것이다. 본 발명의 추가 목적은 그러한 방법을 실행하기 위한 계측 시스템을 제공하는 것이다.
이들 목적은 독립항의 특성부에 의해 달성된다.
본 발명의 요지는 이미징될 구조가 없는 측정 영역의 초점 스택을 기록하는 것과, 기록된 2D 세기 분포를 공간 분해 방식으로 평가하는 것이다. 특히, 리소그라피 마스크의 에어리얼 이미지에서의 소위 스페클(speckle)에 기인한 세기 변화를 평가하기 위한 것이 제공된다.
리소그라피 마스크는 이미징될 구조를 갖는 마무리된 리소그라피 마스크일 수 있다. 또한, 이것은 그러한 리소그라피 마스크를 제조하기 위한 블랭크(blank)일 수 있다. 그러한 블랭크는 마스크 블랭크로도 지칭된다. 이것은 또한, 마스크 블랭크로부터의 리소그라피 마스크의 제조 동안 발생하는 중간 제품일 수 있다. 이후, 마스크, 블랭크 및 중간 제품은 간략화하기 위해 동일하게 리소그라피 마스크로 지칭한다.
측정 영역은 이미징될 구조가 없다. 마스크 블랭크의 경우, 전체 마스크는 이미징될 구조가 없다. 즉 구조화되지 않는다.
마스크, 특히 측정 영역은 특히 순전히 반사성이거나 순전히 흡수성이다.
본 발명에 따른 방법은, 특히 주어진 마스크로 달성할 수 있는 라인 폭의 최소 변동에 대한 하한치를 결정하기 위한 역할을 한다. 이 정보는 특히 리소그라피 마스크를 제조하기 위한 공정을 모니터링하며 제조된 마스크를 개선하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 또한, 제조 공정의 초기 단계에서 특정한 미리 한정된 품질 기준을 만족하지 않는 마스크 블랭크를 정리하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 스페클 패턴 측정에 의해, 리소그라피 마스크 측정 동안 정기적으로 어떤 식으로 실행되는 3D 에어리얼 이미지 측정 환경에서, 스페클 패턴에 대한 마스크 구조 기여도로부터 이미징 수차 기여도를 분리하는 것이 가능함을 인식하게 되었다. 이미징 수차 기여도는 그 후 표현될 수 있어서, 그 결과, 이로부터, 이미징 광학 유닛의 자격부여가 실행될 수 있으며, 특히 이 이미징 수차 기여도가 예컨대 계측 시스템의 이미징 광학 유닛의 재조정에 의해 감소될 수 있는 정도에 관해 결론을 내릴 수 있다. 분리는, 각각의 스펙트럼 구성요소의 실수부와 허수부의 초점 의존도의 프로파일의 교차점의 z-위치를 결정함에 의해 실행될 수 있다. 이 방법은, 특히 우함수(even function)에 의해 기재될 수 있는 수차를 결정하는데 사용될 수 있다.
이미징 광학 유닛은, 특히 리소그라피 마스크와 또한 구조화되지 않은 마스크 기판, 소위 마스크 블랭크의 자격부여를 위한 계측 시스템의 일부일 수 있다. 마스크 블랭크의 자격부여, 즉 또한 구조화되지 않은 마스크의 품질의 평가가 결정 방법에 의해 또한 실행될 수 있다.
디포커스 수차는 측정된 리소그라피 마스크의 조명 동안 알려진 조명각 분포(조명 세팅)와 또한 이미징 광학 유닛의 알려진 투과도 함수로부터 계산할 수 있다. 투과도 함수는 동공 투과도 함수일 수 있다. 동공 투과도 함수는 이진 함수일 수 있으며, 이미징 광학 유닛의 개구수 내의 공간 주파수에 대해 값 1을 가지며, 이 개구수 밖의 공간 주파수에 대해 값 0을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 스페클 구조가 웨이퍼 상의 구조의 라인 폭의 변동에 직접적으로 영향을 미침을 인식하게 되었다. 그러한 영향은 마스크 상의 구조의 속성과 독립적이다. 특히, 이것은 마스크 구조의 측정에 의해 결정될 수 없다. 본 발명에 따르면, 그러한 영향은 마스크의 화학선 측정을 이용하여, 즉 마스크 구조를 이미징하는데 사용되는 조명 방사선의 파장에 정밀하게 대응하는 파장을 갖는 조명 방사선을 사용한 마스크의 측정에 의해 가장 잘 확인할 수 있음을 인식하게 되었다.
특히, 에어리얼 이미지에서의 라인 폭 변동은, 한편으론 소위 마스크 에러 향상 팩터(MEEF: Mask Error Enhancement Factor)로 스케일링된 마스크의 물리적인 라인 폭의 변동과, 이후 마스크의 광학 표면 거칠기, 즉 간략화하여 마스크의 표면 거칠기로도 지칭되는 구조-독립적 기여도의 독립 구성요소로 구성됨을 인식하게 되었다. 이들 상이한 기여도를 분리하기 위한 방법이 지금까지 존재하지 않았다.
본 발명은 특히 마스크의 광학 표면 거칠기를 결정하는 역할을 한다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 검출된 2D 세기 분포의 표준 편차의 디포커스 의존도를 확인하는 것을 포함한다.
마스크의 광학 표면 거칠기는 이 디포커스 의존도로부터, 특히 디포커스가 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 콘트래스트의 구배로부터 확인할 수 있다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 다음의 단계를 포함한다:
- 2D 세기 분포의 스펙트럼(S(
Figure pat00001
, z))을 2D 세기 분포의 푸리에 변환에 의해 결정하는 단계,
- 스펙트럼(S(
Figure pat00002
, z))의 복수의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 디포커스 의존도를 결정하는 단계,
스펙트럼 구성요소의 결정된 디포커스 의존도로부터 리소그라피 마스크의 광학 표면 거칠기를 기술하기 위한 푸리에-변환된 함수를 확인하는 단계.
주파수 영역에서 스펙트럼(S(
Figure pat00003
, z))의 복수의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 실수부(RS(z))와 허수부(IS(z))의 초점 의존도를 결정하기 위한 것이 제공된다. 오브젝트 거칠기(h(
Figure pat00004
))의 푸리에 변환(H(
Figure pat00005
))이 이제 디포커스 함수로서 스펙트럼 구성요소의 선형 회귀선으로부터 확인할 수 있다.
바람직하게도, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 푸리에 변환과 선형 대수만을 포함한다. 그러므로 이것은 매우 간단한 방식으로 구현할 수 있다. 이것은 또한 매우 강력하다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 세기 변동을 확인하는 것을 포함한다. 세기 변동은 특히 기록된 에어리얼 이미지로부터 바로 확인할 수 있다.
본 발명의 일 양상에 따라, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 스페클 콘트래스트를 확인하는 것을 포함한다. 스페클 콘트래스트는 특히 구조가 없는 측정 영역의 에어리얼 이미지로부터 확인한다.
스페클 콘트래스트는, 마스크의 표면 거칠기를 평가하는데 사용되는, 특히 동일한 조명 세팅을 갖는 동일한 이미징 조건 하에서 확인한다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 2D 세기 분포를 평가하는 것은 스페클 상관 팩터(w)를 확인하는 것을 포함한다. 스페클 상관 팩터는 무차원 팩터이다. 스페클 상관 팩터는 특히, 임계 치수만큼 서로로부터 이격되는 공간 영역에서의 스페클의 상관을 기재한다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 스페클 상관 팩터는 알려진 디포커스 수차 함수로부터 유도된다. 마스크가 편평한 거칠기 스펙트럼을 갖는다면, 상관 팩터는 디포커스 수차 함수로부터 바로 유도될 수 있다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 미러-대칭 조명 세팅이 측정 영역을 조명하는데 사용된다. 사용된 조명 세팅은 특히 정확히 미리 한정된 조명 세팅에 대응하며, 이러한 미리 한정된 조명 세팅은 마스크 구조를 웨이퍼에 이미징하기 위한 이후의 리소그라피 방법을 위해 제공된다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 적어도 부분적으로 코히어런트한 조명 방사선, 특히 코히어런트 조명 방사선이 측정 영역을 조명하는데 사용된다. 이것은 마스크 구조의 웨이퍼 상의 이후의 이미징 동안 제공되는 조건에 대응한다.
본 발명의 추가 양상에 따라, EUV 범위, 특히 5nm 내지 30nm의 파장 범위에서 파장을 갖는 조명 방사선, 특히 13.5nm 또는 7nm의 파장을 갖는 조명 방사선이 측정 영역을 조명하는데 사용된다. 화학선 방법이 또한 수반된다.
앞서 기재한 방법을 실행하기 위한 계측 시스템은 조명 방사선으로 측정 영역을 조명하기 위한 조명 광학 유닛, 측정 영역을 공간 분해 검출 디바이스 상에 이미징하기 위한 이미징 광학 유닛, 및 이러한 타입의 검출 디바이스를 포함한다.
본 발명의 추가 양상에 따라, 기록된 초점 스택의 2D 세기 분포를 평가하기 위한 컴퓨팅 디바이스가 데이터-전송 방식으로 검출 디바이스에 연결된다.
본 발명의 추가 상세한 내용 및 장점은 도면을 참조한 예시적인 실시예의 기재로부터 자명하게 될 것이다.
도 1은, 조명 광학 유닛과 이미징 광학 유닛에 의한 EUV 조명 및 이미징 광으로 리소그라피 마스크 형태의 오브젝트를 검사하기 위한 계측 시스템을, 입사 평면에 수직인 방향으로 본 평면도로, 매우 개략적으로 도시하며, 조명 광학 유닛과 이미징 광학 유닛 각각은 매우 개략적으로 예시한다.
도 2는, 이미징 광학 유닛의 이미지 평면의 영역에서 조명 동공과 에어리얼 이미지 사이의 조명 및 이미징 광의 전파를 개략적으로 도시하며, 에어리얼 이미지의 스페클 패턴의 스펙트럼으로의 변환이 또한 추가로 예시된다.
도 3은, 이미지 평면(초점 스택)의 영역에서 상이한 초점 측정 평면에서의 2D 세기 분포의 시퀀스를 도시하며, 이 시퀀스는, 계측 시스템에 의해 측정될 수 있는 3D 에어리얼 이미지를 표현한다.
도 4는, 도 3에 따른 2D 세기 분포의 푸리에 변환에 의해 결정되는, 3D 에어리얼 이미지의 스페클 패턴의 스펙트럼의 시퀀스를, 도 3에 따른 시퀀스에 할당되는 방식으로, 도시한다.
도 5는, 도 4에 따른 스페클 패턴 스펙트럼의 선택된 스펙트럼 구성요소의 실수부와 허수부의 개략적 프로파일을, 초점 위치의 함수(이미지 평면에 수직인 z-방향)로서 도시한다.
도 6은, 주파수-의존적 수차 함수로서 표현되는, 계측 시스템의 이미징 광학 유닛의 확인된 이미징 수차를 예를 들어 도시하며, 이 이미징 수차는 도 5에 따른 스펙트럼 구성요소의 방식으로 스펙트럼 구성요소의 초점 의존도의 특정 값으로부터의 분리의 결과로서 발생한다.
도 7은, 제르니케 다항식의 전개 형태의 도 6에 따른 이미징 수차 기여도의 표현을 도시한다.
위치 관계의 표시를 용이하게 하기 위해, 직교 xyz-좌표계가 이후 사용된다. 도 1에서, x-축은 도면의 평면에 수직으로 도면 평면 내로 진행한다. y-축은 도 1의 우측을 향해 진행한다. z-축은 도 1에서 아래로 진행한다.
도 1은, EUV 조명 광(1)으로, 레티클 또는 리소그라피 마스크 또는 마스크 블랭크의 형태로, 오브젝트 평면(4)의 오브젝트 필드(3)에 배치되는 오브젝트(5)의 검사를 위한 계측 시스템(2)에서 EUV 조명 광과 이미징 광(1)의 빔 경로를 자오단면에 대응하는 도면으로 도시한다. 계측 시스템(2)은 3차원(3D) 에어리얼 이미지(에어리얼 이미지 계측 시스템)를 분석하는데 사용되며 투영 노광 장치 내의 투영 광학 유닛에 의한 광학 이미징에 대한 레티클로도 알려진 리소그라피 마스크의 속성의 효과를 시뮬레이션하여 분석하는 역할을 하며, 이러한 마스크는 이제 반도체 구성요소를 제조하기 위한 투영 노광 동안 사용된다. 그러한 시스템은 WO 2016/012426A1(이 참고문헌의 도 1과 비교)로부터, US 2013/0063716A1(이 참고문헌의 도 3과 비교)로부터, DE 102 20 815A1(이 참고문헌의 도 9와 비교)로부터 및 DE 102 20 816A1(이 참고문헌의 도 2와 비교) 및 US 2013/0083321A1로부터 알려져 있다.
조명 광(1)은 오브젝트(5)에서 반사된다. 조명 광(1)의 입사 평면은 yz-평면에 평행하다.
EUV 조명 광(1)은 EUV 광원(6)에 의해 발생된다. 광원(6)은 레이저 플라즈마 소스(LPP; Laser Produced Plasama) 또는 방전 소스(DPP: Discharge Produced Plasma)일 수 있다. 원칙적으로, 예컨대 자유 전자 레이저(FEL)와 같은 싱크로트론-기반 광원이 또한 사용될 수 있다. EUV 광원의 사용 파장은 5nm와 30nm 사이의 범위에 있을 수 있다. 원칙적으로, 계측 시스템(2)의 변형의 경우에, 예컨대 193nm의 사용 파장용 광원과 같은 다른 사용 광 파장용 광원이 광원(6) 대신 사용될 수 있다.
계측 시스템(2)의 실시예에 따라, 반사성 오브젝트(5)나 투과성 오브젝트(5)에 사용될 수 있다. 투과성 오브젝트의 일예로 페이즈 마스크가 있다.
계측 시스템(2)의 조명 광학 유닛(7)이 광원(6)과 오브젝트(5) 사이에 배치된다. 조명 광학 유닛(7)은, 오브젝트 필드(3) 위에서 규정된 조명 세기 분포로 및 동시에 오브젝트 필드(3)의 필드 지점이 조명되는 규정된 조명 각도 분포로 검사될 오브젝트(5)의 조명 역할을 한다.
계측 시스템(2)의 조명 및 이미징 광(1)의 개구수는 레티클 측 상에서 0.0825이다. 오브젝트 평면(4)에서의 오브젝트 필드(3)는 x-방향으로 8㎛와, y-방향으로 8㎛의 크기를 갖는다. 즉, 정사각형이다.
오브젝트(5)에서의 반사 후, 조명 및 이미징 광(1)은 계측 시스템(2)의 이미징 광학 유닛이나 투영 광학 유닛(8)에 입사하며, 이러한 유닛은 마찬가지로 도 1에서 개략적으로 나타낸다. 이미징 광학 유닛(8)은 오브젝트(5)를 계측 시스템(2)의 공간 분해 검출 디바이스(9)를 향해 이미징하는 역할을 한다. 이 검출 디바이스(9)는 예컨대 CCD 검출기나 CMOS 검출기로서 설계된다.
검출 디바이스(9)는 이미지 처리 디바이스(10)의 형태인 디지털 컴퓨팅 디바이스에 신호-연결된다.
오브젝트(5)는 오브젝트 홀더(미도시)에 의해 운반된다. 이 오브젝트 홀더는 한편으로는 xy-평면에 평행하며 다른 한편으론 이 평면에 수직으로, 즉 z-방향으로 변위 드라이브에 의해 변위될 수 있다. 변위 드라이브, 및 마찬가지로 계측 시스템(2)의 전체 동작은 중앙 제어 디바이스(11)에 의해 제어되며, 이 디바이스(11)는, 더 특정하여 상세하게 예시하지 않은 방식으로, 제어될 구성요소에 신호-연결된다.
예를 들어, 도 1은, 미러 또는, EUV 파장보다 긴 조명 광 파장을 사용하는 경우, 렌즈 요소일 수 있는, 이미징 광학 유닛(8)의 이미징 구성요소(12)를 예시한다. 이미징 구성요소(12)는 변위 액추에이터(13)에 동작적으로 연결되며, 이 액추에이터(13)는 이제 제어 디바이스(11)에 신호-연결된다. 변위 액추에이터(13)에 의해, 이미징 구성요소(12)는 이미징 구성요소(12)의 정밀한 정렬을 위해 x-방향 및/또는 y-방향 및/또는 z-방향으로 서로 독립적으로 변위될 수 있다. 이러한 변위의 공간 분해능은 10㎛보다 양호할 수 있으며, 특히 2㎛보다 양호할 수 있다.
이미징 광학 유닛(8)의 배율은 500보다 크며, 도 1에 따른 예시적인 실시예에서 850이다. 오브젝트(5)의 3D 에어리얼 이미지가 발생하는 이미지 평면(14)의 영역에서의 결과적인 이미지-측 개구수는 1·10-4의 영역에 있다.
검출 디바이스(9) 아래에, 측정 평면(예컨대, z=0)에서의 2D 세기 분포(15)의 평면도를 예를 들어 도 1에 표현한다. 레티클(5) 상의 구조(16)는 x-방향으로 진행하는 세기 최대치(17)로서 표현된다.
도 2는, 조명 광학 유닛(7)의 동공 평면(18)으로부터 우측으로 이미지 평면(14)의 영역 내로의 조명 및 이미징 광(1)의 전파를 개략적으로 도시한다. 해당하는 각각 변수나 구성요소는 xyz-좌표계에서 원근법으로 나타낸다. 조명 광(1)의 동공 세기 분포(19)가 동공 평면(18)에 존재하며, 이 분포는 또한 조명 세팅으로 지칭한다. 링 형상 또는 환상 동공 세기 분포(19)를 예를 들어 예시한다. 동공 세기 분포(19)는 수학적으로 σ(κ)로 표현한다.
이 경우, σ는 조명 세기이며, κ는 이 조명 세기가 존재하는 위치를 동공 좌표로 기재한다.
조명 광(1)이 동공 평면(18)으로부터 오브젝트 평면(4)으로 전파하며, 이 오브젝트 평면(4)에서, 조명 광(1)은 오브젝트(5) 상에 입사하며, 오브젝트(5)는 도 2에서 과장된 방식으로 예시한 거칠기를 갖는다. 이것은 결국 조명 광(1)의 필드 분포와 파면(wavefront)(
Figure pat00006
+
Figure pat00007
)을 야기하며, 이들은 다음과 같이 기재할 수 있다:
Figure pat00008
여기서 명칭들은 다음의 의미를 갖는다:
Figure pat00009
좌표(xy)를 갖는 공간 좌표 벡터;
Figure pat00010
: 조명 광의 파장;
Figure pat00011
: 오브젝트의 거칠기(z-방향에서의 시상 높이(sagittal height))
오브젝트(5)에서 반사되거나 오브젝트(5)를 통과한 후, 조명 광(1)은 이미징 광학 유닛(8) - 이미징 광학 유닛(8)의 이미징 구성요소는 도 2에서 21로 나타냄 - 의 입사 동공(20)을 통해 및 그 후 출사 동공(22)을 통해 전파한다. 그 후, 오브젝트(5)는 이미지 평면(14)의 영역에서 에어리얼 이미지(23)로 이미징된다. x- 및 y-방향에서의 각각의 2D 세기 분포, 즉 에어리얼 이미지(23)의 "슬라이스"의 푸리에 변환은 스페클 스펙트럼(24), 즉 에어리얼 이미지(23)의 스페클 패턴의 스펙트럼(S(
Figure pat00012
))을 산출한다. 다음이 이 스페클 스펙트럼에 대해 사실이다:
Figure pat00013
여기서 다음 또한 사실이다:
ν: 주파수 좌표(νx, νy)를 갖는 주파수-비례 파수(1/λ);
Figure pat00014
: 거칠기 스펙트럼, 즉 오브젝트 거칠기(h)의 푸리에 변환;
Figure pat00015
: 광학 유닛의 수차 함수이며, 이제 다음으로 규정됨:
Figure pat00016
여기서 다음이 사실이다:
σ: 동공 평면에서의 조명 세팅의 세기 분포;
P: 광학 유닛의 동공 투과도 함수, 즉 예컨대 애퍼쳐 및/또는 압스큐레이션 스탑(obscuration stop)에 의한 동공 제한 효과;
φe: 광학 유닛의 우수 파면 수차, 즉 우함수에 의해 기재될 수 있는 수차 기여도.
이미징 광학 유닛(8)의 이미징 수차 기여도를 결정하기 위한 방법은 도 3 이하를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 도 3, 도 4 및 도 6에 나타낸 그레이-스케일 값은 각 경우에 각각 고려되는 위치에 존재하는 광 세기의 측정치이다.
먼저 실행되는 것은, 오브젝트(5)의 이미징의 이미지 평면(14)(z3=0)에 평행한 영역에서 상이한 측정 평면(z1 내지 z7)에서의 2D 세기 분포(15z1 내지 15z7)의 시퀀스로 이미징 광학 유닛(8)의 3D 에어리얼 이미지(23)의 초점-의존적 측정이다. 이 경우, 도 1에 따른 조명과 대조적으로, 이미징되는 것은 구조화된 오브젝트가 아니라 (여전히) 구조화되지 않은 마스크, 즉 마스크 블랭크나 마스크의 구조화되지 않은 영역이다. 2D 세기 분포(15zi)의 시퀀스 위에서 기록되는 에어리얼 이미지는 스페클의 공간 분포를 도시하며, 이러한 공간 분포는 먼저 이미징 광학 유닛(8)의 이미징 수차 기여도와 마스크(나머지) 구조 기여도의 결과로서 이해될 수 있다.
그 다음에는, 2D 세기 분포(15zi)의 푸리에 변환에 의해 이전 단계에서 검출된 3D 에어리얼 이미지의 이러한 스페클 패턴의 스펙트럼(S(
Figure pat00017
))을 결정한다. 이로 인해, 결국 주파수 좌표(νx 및 νy)의 함수로서 2D 스페클 스펙트럼(24z1 내지 24 z7)의 시퀀스를 얻는다.
2D 세기 분포(15z1 내지 15z7)의 시퀀스를 또한 초점 스택이라 칭한다.
그 후, 주파수 영역에서의 복수의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))에 대해, 이 스페클 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 실수부(RS(z))와 허수부(IS(z))의 초점 의존도를 결정한다. 이것은 도 4에서 선택점에 의해 강조된 하나의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))에 대해 예시된다. 이 스펙트럼 구성요소(S)에 대해, 도 5는 이 스페클 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 실수부(RS(z))의 선형 근사 프로파일(25)과 이 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 허수부(IS(z))의 마찬가지의 선형 근사 프로파일(26)을 z-좌표의 함수로서, 즉 초점 위치의 함수로서 개략적으로 도시한다.
스페클 스펙트럼 구성요소의 이들 z-의존도에 대해 다음이 사실이다:
Figure pat00018
여기서 다음이 사실이다:
Figure pat00019
: 오브젝트의 거칠기의 기여도;
Figure pat00020
: 이미징 광학 유닛의 디포커스 수차;
Figure pat00021
: 이미징 광학 유닛의 다른 이미징 수차 기여도;
이미징 광학 유닛(8)의 디포커스 수차(
Figure pat00022
)는 광학 유닛의 알려진 투과도 함수와 알려진 조명 세팅으로부터 계산할 수 있다. 실수부(RS)와 허수부(IS)의 프로파일(25 및 26)을 기초로 하며, 상기 수학식을 기초로 하여, 이미징 수차 기여도(
Figure pat00023
)를 거칠기 기여도(H)로부터 분리할 수 있으며, 이미징 광학 유닛(8)의 다른 이미징 수차(
Figure pat00024
)는 디포커스 수차의 독립적인 결정 후 결과를 얻는다.
특히, 실수부(RS)와 허수부(IS)의 프로파일(25, 26) 사이의 교차점의 z-위치가 이러한 분리에 사용될 수 있다.
이미징 수차 기여도(
Figure pat00025
)가, 전개 개수(zn)를 갖는 제르니케 수차 함수(
Figure pat00026
)에서의 전개로서 주파수-의존 방식으로 기재될 수 있다.
Figure pat00027
여기서 다음이 사실이다:
Figure pat00028
여기서 제르니케 다항식(
Figure pat00029
)을 갖는다.
도 6은 예를 들어 분리된 이미징 수차 기여도(
Figure pat00030
)를 도시한다. 선택된 조명 세팅의 경우, 이 이미징 수차 기여도는 제르니케 함수(Z5)와 매우 유사성을 갖는다.
도 7은 제르니케 함수(Z4 내지 Z18)에 대해 상기 전개식의 계수(
Figure pat00031
)의 시퀀스를 도시한다. 예상한 바와 같이, 주된 기여도는 제르니케 함수(Z5)에 대한 계수(
Figure pat00032
)에서 명백하다.
전체적으로, 그러므로, 이미징 광학 유닛(8)의 이미징 수차 기여도는, 어떤 식으로든 정기적으로 계측시 필요한 마스크의 구조화되지 않은 위치의 측정을 기초로 측정될 수 있다. 그러한 이미징 수차 기여도는 이때 이미징 광학 유닛(8)의 광학 구성요소를 재조정함으로써 정정될 수 있다. 이를 위해, 제어 디바이스(11)는 이미징 구성요소(12)의 대응하는 변위를 위해 변위 액추에이터(13)를 구동할 수 있다. 그러한 재조정은 계측 시스템(2)의 동작이 일시정지 시에나 그 밖에 계측 시스템(2)의 동작 동안 실행될 수 있다. 재조정은 개방 루프 제어에 의해 또는 그 밖에 각각의 이미징 수차 기여도의 실제 값과 설정점 사이의 비교에 의해, 폐쇄 루프 제어에 의해 실행될 수 있다.
제르니케 함수(Zi)의 이미징 수차 기여도의 이러한 전개가 직교 함수 세트의 선형 조합에 걸친 이미징 수차 기여도의 전개의 일 예를 이룬다.
계측 시스템(2)의 광학 설정이, 반도체 구성요소의 투영-리소그라피 제조 동안 오브젝트(5)의 투영 노광 과정에서의 이미징과 조명의 가장 정확한 가능 에뮬레이션(emulation) 역할을 한다.
2D 에어리얼 이미지(23)의 초점-의존적 측정에 관한 상세한 내용에 대해, WO 2016/012426A1을 참조하기 바란다. 푸리에 변환과 관련한 상세한 내용에 대해, WO 2016/012426A1과 본 명세서에서 언급한 참고문헌을 참조하기 바란다.
라인 폭 변동(LWR, LineWidth Roughness)에 대한 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법에서 앞서 기재한 방법의 응용을 이하에서 기재한다.
본 발명에 따르면, EUV 마스크, 특히 마스크 블랭크의 표면 거칠기와, 또한 그 다층 구조의 불균일이 마스크로부터 반사되는 조명 방사선에서의 페이즈 변화를 초래함을 인식하게 되었다. 이들 페이즈 변화는 스페클로도 지칭되는 에어리얼 이미지의 세기 변화를 초래한다. 그러한 스페클은 라인 폭 및 그에 따라 웨이퍼 상에서 신뢰할 만하게 여전히 제조할 수 있는 최소 구조의 최소 달성 가능 변동에 직접 영향을 미친다.
특히, 리소그라피 방법의 모니터링 및 최적화에 대해, 마스크 블랭크, 특히 라인 폭의 변동에 대한 마스크의 구조-독립적 기여도에 의해 야기되는 페이즈 변화가 확인된다면 유리하다. 이러한 기여도는 실제로 이미징될 마스크 구조의 폭의 변동과 독립적이다. 에어리얼 이미지에서 또는 웨이퍼 상에서 라인 폭의 변동에 대한 구조-독립적 기여도로부터 구조-의존적 기여도를 분리하는 방법은 아직까지 알려져 있지 않다.
제1 대안에 따라, 화학선 방법을 이용하여 에어리얼 이미지에서 바로 마스크에 의해 야기되는 페이즈 변화를 측정하기 위한 것이 제공된다. 이를 위해, 초점 스택, 즉 상이한 초점 위치(zi)에서의 상이한 2D 세기 분포(15zi)의 시퀀스가 기록된다. 특히 순수 반사성 또는 순수 흡수성 영역이 측정 영역으로서 역할을 한다. 측정 영역은 특히 이미징될 구조가 없다. 마스크 블랭크의 경우, 전체 마스크는 이미징될 구조가 없을 수 있다.
그 결과가 이하에서 더 상세하게 기재되는 2D 세기 분포(15zi)의 평가의 결과가, 있다면, 마스크 구조의 라인 거칠기의 별도의 측정과 결합될 수 있다. 이것은 리소그라피 마스크와, 특히 마스크 블랭크와 그에 따른 리소그라피 공정 그 자체와 특히 리소그라피 방법을 사용하여 제조되는 마이크로- 또는 나노구조의 구성요소를 개선하는데 사용될 수 있다.
제1 대안은, 초점 위치(zi)의 함수로서 초점 스택의 2D 세기 분포(15zi)의 표준 편차를 확인하는 것을 수반한다. 이것을 스페클 콘트래스트라고도 칭한다.
확인한 스펙트럼(S(
Figure pat00033
))으로부터, 스페클 콘트래스트(
Figure pat00034
I), 즉 에어리얼 이미지 세기, 즉 기록된 2D 세기 분포(15zi)의 표준 편차를 계산할 수 있다.
Figure pat00035
Figure pat00036
광학 표면 거칠기의 편평한 스펙트럼을 가정하면, 스페클 콘트래스트는 디포커스가 증가함에 따라 선형적으로 증가한다. 마스크의 광학 표면 거칠기의 제곱근 평균(RMS)은 초점 위치의 함수로서 스페클 콘트래스트의 구배로부터 바로 계산할 수 있다.
그러나 이것은 평가되는 전체 영역에 걸쳐서 평균을 구한 제곱근 평균을 산출한다. 표면 거칠기에 대한 공간 및 스펙트럼 정보는 여기서 손실된다. 그러한 상세한 내용은, 스페클 패턴 스펙트럼에의 이미징 광학 유닛 및 마스크 구조의 상이한 기여도를 결정하기 위해 앞서 기재한 방법을 사용하여 결정될 수 있다. 이미 앞서 기재한 바와 같이, 기록된 에어리얼 이미지, 특히 스페클 스펙트럼의 푸리에 변환을 초점 위치의 함수로서, 마스크의 표면 거칠기의 푸리에 변환의 함수로서, 디포커스 수차 함수(
Figure pat00037
)로서 및 이미징 광학 유닛(9)의 실제 수차 함수(
Figure pat00038
)로서 표현할 수 있다.
거칠기 스펙트럼(H(
Figure pat00039
))은 스페클 스펙트럼(S(ν, z))의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 회귀선의 구배로부터 결정할 수 있다.
그에 따라, 이미징 광학 유닛(8)의 개구수와 조명 광학 유닛(7)의 개구수의 함수인, 이미징 광학 유닛(8)의 광학 분해능 내의 표면 거칠기(h(
Figure pat00040
))의 복소 스펙트럼(H(
Figure pat00041
))을 확인할 수 있다. 마스크(5)의 표면 거칠기의 원인에 대한 추가 정보는 표면 거칠기(h)의 공간 및 스펙트럼 속성으로부터 확인할 수 있다.
게다가, 라인 폭의 변동에 대한 마스크의 표면 거칠기의 기여도는 2D 세기 분포(15zi)에서의 세기 변화를 바로 측정하여 또한 확인할 수 있다. 2D 세기 분포(15zi)의 측정된 세기 변화의 함수로서의 마스크의 표면 거칠기의 구조-독립적 기여도(LWRBlank)는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00042
Figure pat00043
Figure pat00044
I는, 이미징될 구조가 없는 측정 영역의 스페클 콘트래스트를 나타낸다.
I0는 임계 치수(CD)가 확인되는 한계 세기를 나타낸다. I'0 는, 거칠기를 확인하고자 하는 구조의 에어리얼 이미지 세기 프로파일의 구배를 나타낸다. 이러한 거칠기는 라인 구조의 추가 에어리얼 이미지 측정으로부터나 에어리얼 이미지 시뮬레이션으로부터 중 어느 하나로 부터 결정할 수 있다.
w는, 임계 치수만큼 이격되는 영역에서의 스페클 패턴의 상관을 나타내는 무차원 팩터이다. 이것은 또한 스페클 상관 팩터(w)로 지칭된다. y-축에 평행한 수직 라인에 대해, w는 다음과 같이 규정된다:
Figure pat00045
이 경우,
Figure pat00046
I(x,y) = IBlank(x,y) - 1이 블랭크 또는 이미징될 구조가 없는 영역의 에어리얼 이미지로부터 확인된다. 이것은 라인 폭의 변동이 확인되는 동일한 이미징 조건(디포커스 및 조명 세팅) 하에서 실행된다.
Figure pat00047
I는 대응하는 스페클 콘트래스트이다.
편평한 거칠기 스펙트럼을 갖는 마스크의 경우, 스페클 상관 팩터(w)는 다음과 같이 알려진 수차 함수(Θd)로부터 바로 또한 결정될 수 있다:
Figure pat00048
다음이 사실이다: 0 ≤ w ≤ 2.

Claims (12)

  1. 라인 폭 변동(a fluctuation of the linewidth)(LWR, LineWidth Roughness)에 대한 리소그라피 마스크(5)의 구조-독립적 기여도를 결정하기 위한 방법으로서, 다음의 단계:
    1.1 리소그라피 마스크(5)를 이미징하기 위한 이미징 광학 유닛(8)을 갖는 광학 시스템(2)을 제공하는 단계,
    1.2 이미징될 구조가 없는 적어도 하나의 측정 영역을 갖는 리소그라피 마스크(5)를 제공하는 단계,
    1.3 상기 적어도 하나의 측정 영역을 조명 방사선(1)으로 조명하는 단계,
    1.4 상기 리소그라피 마스크(5)의 적어도 하나의 측정 영역의 초점 스택을 기록하는 단계,
    1.5 기록된 상기 초점 스택의 2D 세기 분포(15zi)를 공간 분해 방식으로 평가하는 단계를 포함하고,
    1.6 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 검출된 상기 2D 세기 분포(15zi)의 표준 편차의 디포커스 의존도를 확인하는 단계를 포함하며,
    1.7 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 다음의 단계:
    1.7.1 상기 2D 세기 분포(15zi)의 스펙트럼(S(
    Figure pat00049
    ))을 상기 2D 세기 분포(15zi)의 푸리에 변환에 의해 결정하는 단계,
    1.7.2 상기 스펙트럼(S(
    Figure pat00050
    ))의 복수의 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 디포커스 의존도를 결정하는 단계,
    1.7.3 상기 스펙트럼 구성요소(S(νxi, νyi))의 결정된 디포커스 의존도로부터 상기 리소그라피 마스크(5)의 광학 표면 거칠기를 기술하기 위한 함수의 푸리에 변환(H(
    Figure pat00051
    ))을 확인하는 단계를 포함하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 푸리에 변환과 선형 대수만을 포함하는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 세기 변동을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 스페클(speckle) 콘트래스트(
    Figure pat00052
    I)를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 2D 세기 분포(15zi)를 평가하는 단계는 스페클 상관 팩터(w)를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 스페클 상관 팩터(w)가 알려진 디포커스 수차 함수로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 미러-대칭 조명 세팅이 상기 측정 영역을 조명하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 부분적으로 코히어런트한 조명 방사선(1)이 상기 측정 영역을 조명하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 코히어런트 조명 방사선(1)이 상기 측정 영역을 조명하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서, EUV 범위에서의 파장을 갖는 조명 방사선(1)이 상기 측정 영역을 조명하는데 사용되는 것을 특징으로 하는, 리소그라피 마스크의 구조-독립적 기여도 결정 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재되는 방법을 실행하기 위한 계측 시스템(2)으로서,
    11.1 조명 방사선(1)으로 측정 영역을 조명하기 위한 조명 광학 유닛(7),
    11.2 상기 측정 영역을 공간 분해 검출 디바이스(9) 상에 이미징하기 위한 이미징 광학 유닛(8), 및
    11.3 공간 분해 검출 디바이스(9)를 포함하는, 계측 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 기록된 초점 스택의 2D 세기 분포(15zi)를 평가하기 위해, 컴퓨팅 디바이스(10)가 데이터-전송 방식으로 상기 공간 분해 검출 디바이스(9)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 계측 시스템.
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