TWI735226B - 用於以三維方式確定微影光罩的空照影像之方法 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示通過一投影曝光設備的一變形投影曝光成像光學單元,以三維方式確定一微影光罩(7)的一空照影像當成一成像的測量強度結果之目的,其中要確定的該3D空照影像具有一波前,其以預定義的方式偏離一散焦值,採用以下程序:在初始測量步驟中,在多種操作情況下測量一3D空照影像,每種情況都對應於一散焦值。這藉助一計量系統(14)具有一測量光學單元,該單元具有一測量成像光學單元(15),其具有一同構數值孔徑以及至少一可移位及/或可變形的測量光學單元組件(Mi
)來完成。使用長寬比偏離1的一孔徑光欄(16a),並且在該測量成像光學單元的一目標未對準的影響下執行此測量,分別對應於操作情況的每一案例。該確定方法另包括將光譜(F1…N
)重建為分別在該微影光罩(7)的照明之照明設定光瞳之特定部分中成像光(1)的場之傅立葉轉換。在每一散焦值(zw
)的情況下,藉助於修正項並結合該重建光譜,修正在該初始測量步驟中獲得的該測量結果(Imeasured
)。這導致具有高精度的3D空照影像確定。
Description
[相關申請案交互參照]
德國專利申請案DE 10 2019 206651.8的內容以引用方式併入本文中。
本發明係關於一種通過投影曝光設備的變形投影曝光成像光學單元,以三維方式確定作為成像結果的微影光罩的空照影像(aerial image)之方法。
從US 2017/0131528 A1 (平行文件WO 2016/012 425 A2)和從US 2017/0132782 A1中已知這樣的方法和計量系統。
本發明的目的是通過使用包括具有同構成像比例尺的測量成像光學單元之一計量系統,來改善要確定藉由一變形投影曝光成像光學單元成像的一微影光罩之3D空照影像準確性。
根據本發明藉由具備請求項1內指定特徵的一空照影像確定方法來達成此目的。
根據本發明,已經認識到可改善投影曝光成像光學單元的散焦空照影像之近似值,這對於完成三維空照影像是必要的,即通過使用至少一個修正項,藉助於計量系統內測量光學單元的可移動及/或可變形測量光學單元部件之目標不對準,捕捉與該成像光學單元的影像平面垂直之第三空照影像維度。該至少一個修正項包括照明設定的個別重建光譜。該至少一個修正項一方面考慮該投射曝光設備內成像光學單元的散焦依賴性與另一方面考慮該計量系統的測量光學單元之失準依賴性之間差異的照明設定影響。就使用兩個修正項而言,其較佳以不同符號併入初始測量步驟中獲得的測量結果之修正中。由於兩個修正項合併相同的重建光譜,因此在光譜重建過程中出現的錯誤隨後由於使用兩個修正項而相互抵消。
運用計量系統的同構測量成像光學單元,使得可藉助該確定方法,非常精確地確定由該變形投影曝光成像光學單元成像的該微影光罩之該3D空照影像。這可用於最佳化該微影光罩上的原始結構,以便在半導體組件(特別是記憶體晶片)的生產期間,改善其成像性能。因此並不必須使用一變形測量成像光學單元。此外,在通過測量成像光學單元進行的測量期間,垂直於場平面的場移位也不是必需的。
就如請求項2之重建而言,考慮到最小化所測量的和所模擬的成像光強度間之差異,就產生改善的光譜重建品質。這接著改善該方法的修正步驟中的測量結果修正。
如請求項3之多個可移位及/或可變形的測量光學單元組件,用於產生該測量光學單元的該目標失準,以在每種情況下預定義不同的散焦值,而增加可用的自由度數量,從而使一方面由該投影曝光成像光學單元所成像而產生的該波前,與另一方面由該測量成像光學單元所成像旨在近似於該波前而產生的該波前間之差異最小化。相應可移位及/或可變形的測量光學單元組件的移位及/或變形對波前的影響較佳彼此線性獨立。因此,可有利地保持一方面在該投影曝光成像光學單元的波前與另一方面在該測量成像光學單元的波前之間在初始測量步驟中要最小化之差異為小。因此,該投影曝光成像光學單元的不同散焦值可由該測量光學單元完美模擬。該測量成像光學單元可恰好包括一個可移位及/或可變形的測量光學單元組件、可恰好包括兩個可移位及/或可變形的測量光學單元組件,或者可包括兩個以上的可移位及/或可變形的測量光學單元組件,例如三個、四個、五個或甚至更多個可移位及/或可變形的測量光學單元組件,用於測量成像光學單元的目標失準,以模擬投影成像光學單元的相應散焦值。
如請求項4之照明設定光瞳之細分提高光譜重建的精度。該細分考慮以下物理事實:對於實際使用的微影光罩,也稱為霍普金斯近似的方法,根據該方法,照明方向的偏移僅導致光罩光譜的偏移,這僅對該照明方向內的小變化構成良好的近似。在下文中,這也稱為「局部霍普金斯近似」。
如請求項5之光譜重建提高光譜確認的精度。
如請求項6之空照影像確定方法,即使在散焦值相對較高的情況下,其也可生成3D空照影像資料,這對於預測投影曝光操作的穩定性相當有利。空拍影像確定方法所涵蓋的散焦值範圍可能會偏離理想焦點位置20 nm以上、30 nm以上、50 nm以上或100 nm以上。
如請求項7之繞射光譜測量使得例如能夠與重建光譜進行比較,這可以使一或多個修正項的確定更加準確。
如請求項8之相位檢索演算法與繞射光譜的測量有關。精通技術人士可在US 2017/0132782 A1中找到有關此類演算法的資訊。
如請求項9之計量系統的優點對應於上面已經參考3D空照影像確定方法所解釋的優點。計量系統可測量用於投影曝光而提供的微影光罩,以產生具有極高結構解析度的半導體組件,該結構解析度例如優於30 nm,特別是可優於10 nm。
圖1在與子午線截面相對應的截面圖中顯示在包括一變形投影曝光成像光學單元3的投影曝光設備2中EUV照明光或成像光1之光束路徑,該投影曝光設備由圖1中的方框示意呈現。照明光1在投射曝光設備2的照明系統4中產生,該照明系統同樣以方框示意性例示。照明系統4包括一EUV光源和一照明光學單元,兩者均未更詳細顯示。光源可以是雷射電漿源(LPP;雷射產生的電漿)或放電源(DPP;放電產生的電漿)。原則上,也可使用同步加速器型光源,例如自由電子雷射(FEL)。照明光1的使用波長可在介於5 nm與30 nm之間的範圍內。原則上,在投影曝光設備2的變型情況下,也可將光源用於其他一些使用的光波長,例如用於193 nm的使用波長。
照明光1在照明系統4的照明光學單元中調節,如此提供該照明的特定照明設定,也就是特定照明角度分佈。該照明設定對應於該照明系統4中該照明光學單元的照明光瞳內照明光1之特定強度分佈。
為了幫助呈現位置關係,此後都使用笛卡爾xyz座標系統。在圖1內,該x軸垂直於該圖式平面並往外延伸。y軸朝向圖1的右邊。z軸朝向圖1的上方。
照明光1照亮投影曝光設備2的物平面6之物場5。在物平面6中佈置有一微影光罩7,也稱為倍縮光罩(reticle)。在平行於xy平面延伸的物平面6上方,於圖1中示意性顯示微影光罩7的結構截面。該結構截面例示為位於圖1中的圖式平面內。微影光罩7的實際佈置垂直於物平面6中圖1內的圖式平面。
如圖1中示意性所示,照明光1從微影光罩7反射,並在入射光瞳平面9中進入成像光學單元3的入射光瞳8。成像光學單元3的使用入射光瞳8具有橢圓形邊界。
在成像光學單元3之內,該照明或成像光1在入射光瞳平面9與出射光瞳平面10之間傳播。成像光學單元3的圓形出射光瞳11位於出射光瞳平面10內。成像光學單元3變形,並且從橢圓形入射光瞳8產生圓形出射光瞳11。
成像光學單元3將物場5成像到投影曝光設備2的像平面13內之像場12中。圖1示意性顯示在像平面13下方的一成像光強度分佈IScanner
,其在沿z方向與像平面13間隔值zw
的平面中測量,也就是在散焦值zw
的情況下之成像光強度。在通過投影曝光成像光學單元3進行成像的情況下,這種測量的成像光強度分佈IScanner
的另一範例顯示於圖3中。
在物平面6與像平面13之間,特別是由於成像光學單元3的組件所導致之波前像差φ,該波前像差示意性顯示為實際波前值與圖1內期望波前值(散焦= 0)的散焦偏差。
在像平面13周圍不同z值處的成像光強度IScanner
(xy)也稱為投影曝光設備2的3D空照影像。投影曝光裝置2具體實施為一掃描器。在投影曝光期間,一方面微影光罩7與另一方面佈置在像平面13中的晶圓彼此同步掃描。結果,微影光罩7上的結構轉移至該晶圓。
圖2顯示用於測量微影光罩7的一計量系統14。計量系統14用於以三維方式確定微影光罩7的空照影像,近似於投影曝光設備2的實際空照影像IScanner
(xyz)。
上面已參考圖1解釋的組件和功能在圖2中具有相同的參考符號,並且將不再詳細討論。
與投影曝光設備2的變形成像光學單元3相反,計量系統14的測量成像光學單元15具體實施為一同構光學單元,也就是說,具體實施為具有一同構成像比例的一光學單元。在這種情況下,除了整體成像比例之外,在形狀方面,測量入射光瞳16忠實轉換成測量出射光瞳17。計量系統14在入射光瞳平面9中具有橢圓形孔徑光欄16a。從WO 2016/012 426 A1中已知計量系統中的這種橢圓形孔徑光欄16a之具體實施例。該橢圓形孔徑光欄16a產生測量成像光學單元15的橢圓形測量入射光瞳16。在這種情況下,孔徑光欄16a的內邊界預定義測量入射光瞳16的外輪廓。此橢圓形測量入射光瞳16轉換成橢圓形測量出射光瞳17。橢圓形測量入射光瞳16的長寬比可與投影曝光設備2中成像光學單元3的橢圓形入射光瞳8之長寬比完全相同。關於該計量系統,也可參考WO 2016/012 425 A2。
測量成像光學單元15具有至少一個可移位及/或可變形的測量光學單元組件。這種測量光學單元組件在圖2中的Mi
處示意性例示為一反射鏡。測量成像光學單元15可以包括多個反射鏡M1、M2…,並且可包括這種測量光學單元組件的對應的多個Mi
、Mi+1
。
可移位及/或可變形的測量光學單元組件Mi
的可移位性及/或可操作性在圖2中由操縱桿18示意性示出。操縱的自由度在圖2中用雙向箭頭α表示。根據可移位及/或可變形的測量光學單元組件Mi
之分別設定未對準,波前像差φ(α)結果(以與圖1類似的方式)也在圖2中示意性示出)。
在計量系統14的測量平面19中佈置有空間分辨偵測裝置20,其可為CCD相機,該測量平面構成該測量成像光學單元的像平面。
以類似於圖1中的方式,圖2在測量平面19下方顯示根據可移位及/或可變形測量光學單元組件Mi
中各自未對準的強度測量結果Imeasured
(x, y,)。圖4中顯示這種強度測量Imeasured
的另一範例。
從測量平面19內計量系統14的測量結果可確定投影曝光設備2的空照影像,這將在下面詳細說明。
這涉及首先在散焦值zr
具有Rayleigh單元λ/NA2 wafer
的絕對值之情況下,計算投影曝光設備2的成像光學單元3之波前像差φ。在這種情況下,λ是照明光1的波長,並且NAwafer
是投影曝光設備2的成像光學單元3之像側數值孔徑。此波前像差確定用於波向量k。
然後將此波前像差寫入當成Zernike函數的展開,並且這次在像平面13中產生掃描器波前像差的Zernike展開之目標Zernike係數。然後尋求該操縱器位置Δα或操縱器位置Δαi的組合,這產生測量成像光學單元15的波前像差φ,波前像差φ的Zernike展開產生最接近係數的Zernike係數。在該操縱器位置或這組操縱器位置的情況下,藉助於計量系統14,然後在偵測裝置20的幫助之下記錄微影光罩7的影像。
然後針對不同的散焦值重複此方法,該方法首先涉及在投影曝光設備2的成像光學單元3之這種散焦情況下確定該波前像差,然後確定該測量成像光學單元的哪一個該組操作Δα和該組Zernike係數能夠最佳模擬此散焦波前像差。
例如,可以針對Rayleigh單元的n = -2、-1.5、-1、-0.5、0、0.5、1、1.5和2之倍數完成此操作。圖5顯示在測量平面19中強度測量的相應結果。在這些散焦值每一者的情況下,因此實行操縱器設定,使得該測量成像光學單元的相關波前像差之Zernike係數分別以最小誤差與該投影曝光設備2中該成像光學單元的該波前像差之Zernike係數匹配。
因此,在用於微影光罩7的空照影像Iscanner
中三維確定方法之初始測量步驟中,測量3D空照影像作為測量強度來當成散焦值zw
的函數,也就是說,藉助於具有測量光學單元15,而該單元具有一同構數值孔徑和至少一個可移位測量光學單元組件Mi
的計量系統14,多個散焦測量平面分別對應於散焦值(zw
)。使用橢圓形孔徑光欄16a對入射光瞳16完成此測量,其中該光瞳在測量成像光學單元15中的長寬比與1之差大於10%。此外,在分別指派給該散焦值的測量成像光學單元15之目標未對準影響下,完成此測量。如上所述,該目標未對準導致藉助於投影曝光設備2的成像光學單元3對該微影光罩成像而產生的波前φ(),與藉助於具有以目標方式移位的一測量光學單元組件Mi
之測量成像光學單元15對微影光罩7成像而產生的波前φ()間之差異最小化。
在操縱器位置對應於Rayleigh單元的不同倍數(n = -2、…n = 2)之情況下,由計量系統14測量一系列該等空照影像,以及相應的Zernike係數(其產生在相關聯的波前像差之誤差最小匹配時),然後將用於測量並在投影曝光期間對應至所使用的該照明設定的照明設定用於重建光罩光譜。
在這種情況下,使用文獻中稱為霍普金斯近似的近似。此近似基於這樣的假設:除了偏移之外,兩不同照明方向的相應光罩光譜是相同的。在這種情況下,霍普金斯近似僅局部應用,也就是說對於彼此接近的照明方向。這考慮到以下事實:對於彼此遠離的照明方向,由於微影光罩的三維結構所產生之陰影導致不同的照明光譜。有關霍普金斯近似的詳細資訊,例如在Artech House於2013年在A. Taflove編輯的參考書「Advances in FDTD Computational Electrodynamics」的第15章中進行了說明。
圖6在左側顯示一範例照明設定,其例示為照明系統4的照明光瞳平面21 (參見圖1和2)中之強度分佈。該照明設定具體實施為一四極照明設定,其中在圖6中,各個照明極點σ作為光瞳坐標qx
,qy
的函數在左側用σ1至σ4表示。這些極點σ1至σ4中的每一個都代表照明設定的光瞳部分。根據局部霍普金斯近似,可根據波向量為這些部分σ1到σ4分配傅立葉轉換F1
到F4
。根據局部霍普金斯近似,在相應極點σi
內的照明角度變化導致微影光罩7的相應繞射光譜Fi之頻率位移。
在此案例中:是分為N個部分的照明設定,也就是說,在當前情況下分為四個部分;是投影光學單元的振幅變跡函數(在可用數值孔徑內為1,在之外為0);是成像光學單元的波前像差,描述為具有Zernike係數的Zernike函數之展開;是上面解釋的微影光罩,分配給每個光瞳部分σi
(i = 1 .... N)。
針對照明設定的每個部分σ1重建光譜Fi。為此,首先將初始光譜或原始光譜Fi當成臨時候選值,該光譜例如通過相應的空照影像測量之傅立葉轉換原地生成。此後,從這些原始光譜Fi計算空照影像,在每種情況下使用在初始測量步驟中針對各個空照影像測量所確定的Zernike係數。然後,對於所有光瞳部分,也就是說,例如對於四個照明極點,確定實際空照影像測量值與模擬值之間的差Δ:
然後,在每種情況下,原始光譜Fi都進行反覆匹配,以使差異Δ最小,並且可選地對差異計算進行多次反覆。
總體上,因此將光譜Fi重建為成像光1的場分別經傅立葉轉換成為微影光罩7中照明的照明設定內光瞳的特定部分σi
。該重建合併由測量光學單元15使用該可移位測量光學單元組件Mi
的該目標失準所測量的一成像光強度,與包括分別用於個別光譜的臨時候選值的一成像光強度之模擬間之差Δ。
一旦要重建的光譜Fi之反覆近似不再導致該值Δ的改善,就存在重構的光譜Fi,然後可根據該重建光譜Fi計算兩修正項。
顯然,由於模擬或重建誤差在兩修正項中均以不同的符號出現,因此相互抵消。
圖7例示性顯示根據以上公式在計算3D空照影像Iscanner
時併入的不同項。在左上角,仍在計算之前,由變形投影成像光學單元3引起的實際波前像差情況下的搜尋空照影像用問號表示。右上角則顯示根據初始測量步驟得出的空照影像。左下角例示基於投影成像光學單元3的模擬結果之第一修正項,而右下角則例示第二修正項,也就是說,基於測量光學單元的模擬之該已計算空照影像。
通過在US 2017/0132782 A1中所描述方法測量的繞射光譜也可用於確定至少一項修正項。
1:成像光
2:投影曝光設備
3:變形投影曝光成像光學單元
4:照明系統
5:物場
6:物平面
7:微影光罩
8:入射光瞳
9:入射光瞳平面
10:出射光瞳平面
11:圓形出射光瞳
12:像場
13:像平面
14:計量系統
15:測量成像光學單元
16:測量入射光瞳
16a:橢圓形孔徑光欄
17:測量出射光瞳
18:操縱桿
19:測量平面
20:空間分辨偵測裝置
21:照明光瞳平面
下面將參考圖式來更詳細解釋本發明的示範具體實施例。在圖式中:
圖1示意性顯示用於EUV微影的投影曝光設備,包含用於成像一微影光罩的一變形投影曝光成像光學單元;
圖2示意性顯示用於確定該微影光罩的一空照影像之計量系統,其包括具有一同構成像比例的一測量成像光學單元;具有不同於1的長寬比之孔徑光欄;以及至少一個可移位的測量光學單元組件;
圖3通過範例顯示在特定散焦值的情況下,藉助於根據圖1的投影曝光設備在該微影光罩成像期間,一影像平面中成像光的強度分佈,也就是說一測量平面與該影像平面的理想焦點位置間之偏差;
圖4顯示由根據圖2的該計量系統測量的一成像光強度,其中將該可移位測量光學單元組件設為藉助於該測量成像光學單元的目標失準,使得與根據圖3中該散焦相對應的散焦值被近似;
圖5顯示在倍縮光罩(reticle)成像期間於該計量系統影像平面中的成像光強度測量結果之序列,其中在每種情況下可移位測量光學單元組件的移位位置不同,對應於不同的散焦值;
圖6示意性顯示使用光譜確定空照影像的過程,該光譜分別表示該成像光場到該微影光罩照明的照明設定之特定光瞳區段之傅立葉轉換,其中此光譜確定過程以局部霍普金斯近似的方式執行;及
圖7顯示空照影像確定中的各個貢獻,即右上角為該計量系統的測量光學單元之已測得空照影像,左下角為該已計算空照影像的一修正項,其藉由含根據圖6重建光譜的該變形投影曝光成像光學單元通過成像模擬所獲得,並且右下角為已計算空照影像形式的另一個修正項,其藉由含該光譜的該計量系統之該測量光學單元通過成像模擬來產生,其中在每一情況下分別將相同的散焦值分配給不同的空照影像。
1:成像光
4:照明系統
5:物場
6:物平面
7:微影光罩
9:入射光瞳平面
10:出射光瞳平面
14:計量系統
15:測量成像光學單元
16:測量入射光瞳
16a:橢圓形孔徑光欄
17:測量出射光瞳
18:操縱桿
19:測量平面
20:空間分辨偵測裝置
21:照明光瞳平面
Claims (9)
- 一種通過一投影曝光設備(2)的一變形投影曝光成像光學單元(3),以三維方式確定一微影光罩(7)的一空照影像(Iscanner)當成一成像的一測量強度結果之方法,其中要確定的該3D空照影像(Iscanner)具有一波前(φ()),其以預定義的方式偏離一散焦值(zw),該方法包括以下步驟:- 在一初始測量步驟中,藉助一計量系統(14)在多個操作情況()中測量一3D空照影像(Imeasured)作為一測量強度結果,每個操作情況都對應於一散焦值(zw),其中該系統具有一測量光學單元(15),該單元具有一同構數值孔徑以及至少一可移位及/或可變形的測量光學單元組件(Mi),-- 其中在該測量成像光學單元(15)中使用長寬比與1相差超過10%的一孔徑光欄(16a),並且在該測量成像光學單元(15)的一目標未對準()的影響下進行此測量,分別對應於操作情況()的每一案例,-- 其中該目標未對準()可將以下各項之間的一差異最小化:--- 在該個別散焦值(zw)的情況下,藉助於該投影曝光成像光學單元(3)對該微影光罩(7)進行成像而產生的一波前(φ()),--- 藉助於具有目標未對準()的該測量成像光學單元(15),也就是說,以有目標方式移位及/或變形的一測量光學單元組件(Mi),對該微影光罩(7)進行成像而產生的一波前(φ()),- 重建光譜(F1...N),當成分別將該微影光罩(7)內一照明的一照明設定之一光瞳的一特定部分(σi)中成像光(1)的一場之傅立葉轉換,- 在每一散焦值(zw)的情況下,通過以下至少一修正項來修正於該初始測量步驟中獲得之該測量結果(Imeasured): -- 在該相關散焦值(zw)的情況下一計算出之3D空照影像(),該值通過利用包含該已重建光譜(F1...N)的該投影曝光設備(2)之該變形投影曝光成像光學單元(3)的一成像模擬而生成,及/或-- 在該相關散焦值(zw)之下一計算出之3D空照影像(),該值通過利用包含該已重建光譜(F1...N)的該測量成像光學單元(15)之一成像模擬而生成。
- 如請求項2所述之方法,特徵在於在該目標未對準的情況下,執行多個可移位的測量光學單元組件(Mi,Mi+1)之一移位及/或變形。
- 如請求項3所述之方法,特徵在於為了確定該已重建光譜(F1...N),將該照明設定的該光瞳細分為兩個以上的部分(σi)。
- 如請求項1所述之方法,特徵在於在絕對散焦值(zw)偏離理想一聚焦位置,也就是說一像平面(13),超過20nm的情況下,以三維方式確定該微影光罩(7)的該空照影像(Iscanner)。
- 如請求項1項所述之方法,特徵在於通過在與該投影曝光期間相對應的照明條件下,測量該微影光罩(7)的一繞射光譜來確定該修正項的至少一者。
- 如請求項7所述之方法,特徵在於使用一相位檢索演算法來測量該繞射光譜。
- 一種執行如請求項1至8任一項所述之該確定方法之計量系統(14),- 包括一照明系統(4),該系統具有用於照明要檢驗的該微影光罩(7)的一照明光學單元,- 包括一成像光學單元(15),其用於將該微影光罩(7)的一部分成像到一測量平面(19)中,以及- 包括一空間分辨偵測裝置(20),其佈置在該測量平面(19)中。
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