TWI754889B - 在反射式光微影光罩之工作環境中決定所述光罩的圖案元件位置之裝置和方法以及包含指令之電腦程式 - Google Patents

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Abstract

本申請案係關於一種用於在反射式光微影光罩(400)的圖案元件(350)位置之操作環境(450)中決定所述位置之裝置(1000)，其中該裝置(1000)包括：(a)至少一第一構件(1010、1100、1200)，其構成用於在沒有對應該操作環境(450)之一測量環境(150)中，決定該反射式光微影光罩(400)後側(315)的表面非平坦度資料(420)及/或該反射式光微影光罩(400)底座(900)的表面非平坦度資料(930)；(b)至少一第二構件(1020、1200)，其構成用於在該測量環境(150)中決定該等圖案元件(350)的位置資料；及(c)至少一計算單元(1040)，其構成用於從該後側(315)及/或該底座(900)的該已決定表面非平坦度資料(420、930)及該已決定位置資料，計算在該操作環境(450)中該反射式光微影光罩(400)的該等圖案元件(350)之位置。

Description

在反射式光微影光罩之工作環境中決定所述光罩的圖案元 件位置之裝置和方法以及包含指令之電腦程式
本申請案主張於2019年2月5日在德國專利商標局所申請之德國專利申請案DE 10 2019 201 497.6的優先權，其全部內容在此併入本申請案供參考。
本發明係關於用於在反射式光微影光罩的圖案元件位置之工作環境中決定所述位置之裝置和方法。
由於半導體行業不斷增長的積體密度，光微影光罩必須在晶圓上形成越來越小的結構。為了考慮這種趨勢，微影設備的曝光波長轉移到非常短的波長。未來的微影系統將可能至少部分在極紫外(EUV，Extreme Ultraviolet)範圍中的波長下運作(最好但不必然在6nm至15nm範圍內)。EUV波長範圍對未來微影系統的光束路徑中光學元件的精度提出巨大要求。光學元件及EUV波長範圍中的光微影光罩極有可能是反射式光學元件。然而，反射式光學元件也可用於其他波長。
在光罩的情況下，特別是在EUV光罩的情況下，重要的是光罩的圖案元件將通過半導體組件設計預先定義之結構元素，準確成像到晶圓上的光 阻中。如此，才有可能通過使用不同光罩的複數個順序處理程序和曝光處理，在晶圓上可覆製性生產具有奈米範圍尺寸之結構。根據國際技術路線圖半導體(ITRS，International Technology Roadmap Semiconductor)的要求，滿足未來技術節點對光微影光罩的覆蓋要求是微影中最困難的挑戰之一。
由於其分層結構，EUV波長範圍的光微影光罩具有內部應力。在此，多層結構通常對內部應變形成最大影響。EUV光罩的內部應變會導致其表面彎曲。通常，EUV光罩的內部應變導致光罩正面的凸表面，即其上配置有多層結構和圖案元件的表面。
德國專利申請案DE 10 2016 204 535 A1描述一種用於校準測量顯微鏡之方法，該方法使用一校準光罩和一自我校準演算法來決定該測量顯微鏡的誤差校正資料，用於光微影光罩的誤差校正。
目前，藉助於光學測量所生產的光罩，以測量傳統透射式光罩的圖案元件位置。在測量過程中，通常將透射式光罩安裝在三個半球上，並通過重力作用保持適當位置。藉助於有限元素模擬來決定由其固有重量引起的新產生光罩之下陷，並通過計算來校正由該透射式光罩下陷引起的吸收體結構之圖案元件位置誤差。
德國專利申請案DE 10 2017 202 945 A1描述一種方法，通過該方法可決定在一反射式光罩的不同安裝或安裝件之間過渡時內部應力與重力對圖案元件位置之影響。
在可預見的將來將越來越頻繁使用EUV光罩。在這種情況下，EUV光罩與傳統透射式光罩一起用在通用光罩組中(混合匹配應用)。由於EUV光罩特別用於將晶圓上關鍵結構元件成像，因此其對生產中的疊對精度(OPO，On-Product-Overlay)容許預算的影響變得越來越重要。
在EUV步進器中，EUV光罩通常固定在靜電夾持裝置或靜電吸盤(ESC，Electrostatic Chuck)上。為此，EUV光罩的後側設置有一導電層，此後側層同樣在EUV光罩中引起應力。此外，EUV光罩的後側具有小非平坦度。該非 平坦度可能是由於該光罩基材後側的不完美平坦度及/或由於該後側光罩表面的非完全平坦導電塗層而引起。在EUV光罩的操作期間，該非平坦度通過靜電夾持裝置至少部分轉移到EUV光罩前側。
DE 10 2004 010 002 A1描述用於EUV光罩的光罩支撐架，其具有用於該光罩的多個支撐元件，其中每個支撐元件都具體實施為使得其能夠單獨電偏壓。
下面藉由範例引用的文獻分析出EUV光罩的後側非平坦度：P.Vukkadala、D.Patil和R.I.Engelstad：「Overview of IP error compensation techniques for EUVL」，Proc.of SPIE，7545冊，第26屆歐洲光罩和微影會議，75404-1-75404-11；O.Tanaka等人：「Overlay accuracy of EUV1 using compensation method for nonflatness of mask」，EUVL研討會，MA-P07，2010年10月；K.Ballman、C.Lee、T.Dunn和A.Bean：「Error analysis of overlay compensation methodologies and proposed functional tolerances of EUV photomask flatness」，Proc.of SPIE，9984冊，第二十三屆光罩和下一代微影光罩技術研討會，2016年5月，doi：10.1117/12.2242282；及G.Brandstetter與S.Govindjee：「Analytical treatment of the deformation behavior of extreme-ultraviolet lithography masks during electrostatic chucking」，J.of Micro/Nanolithography、MEMS和NOEMS，11(4)冊，2012年10月至12月，043005-1-043005-10頁。
決定圖案元件在EUV光罩上的位置，並可重複決定EUV光罩的前後凹凸構成計量挑戰。
本發明解決指定一種裝置和方法使其可至少部分滿足所描述挑戰之問題。
根據本發明的一示範具體實施例，此問題通過如申請專利範圍第1項之裝置及如申請專利範圍第17項之方法來解決。在一具體實施例中，一種用 於在反射式光微影光罩的圖案元素位置之工作環境中決定所述位置之裝置包括：(a)至少一第一構件，其構成用於在不對應該反射式光微影光罩的操作環境之測量環境中，決定該反射式光微影光罩的後側的表面非平坦度資料及/或該反射式光微影光罩底座的表面非平坦度資料；(b)至少一第二構件，其構成用於決定該圖案元件在該測量環境中的位置資料；及(c)至少一計算單元，其構成用於從該後側及/或該底座的該已決定表面非平坦度資料及該已決定位置資料，計算在該操作環境中該反射式光微影光罩的該圖案元件位置。
根據本發明的裝置使其可決定反射式光微影光罩的後側非平坦度。通常，從測量環境到操作環境的轉變時，該圖案元件在該反射式光微影光罩操作環境中的位置上，根據本發明的裝置使其可考慮EUV光罩及/或EUV光罩支撐架的非平坦度之影響，其中該固定器用於在測量環境中保持或固定該EUV光罩。因此，可更高的精度決定反射式光微影光罩對生產中的疊對精度(OPO)容許預算的影響。因為反射式光罩由於其在光罩堆疊中的圖案元件之結構尺寸而主要用於關鍵處理步驟，因此基於其圖案元件位置已更精確決定的反射式光微影光罩，可最佳化兩或多個反射式光罩及/或具有一或多個透射式光罩的一或多個反射式光罩之疊對。因此，由此例如可基於混合匹配光罩組來提高半導體組件生產處理的良率。
反射式光微影光罩的後側與反射式微影光罩具有該等圖案元件的前側相對。
根據本發明的裝置還可用於決定所有類型傳統透射式光罩的圖案元件位置。
該至少一第二構件可另外構成決定該反射式光微影光罩前側的表面非平坦度資料，並且該計算單元還可進一步構成考慮該前側的該已決定表面非平坦度資料，以計算該圖案元件的位置。
該至少一第一構件及/或該至少一第二構件可構成獲得該反射式光微影光罩前後側及/或該底座的該表面非平坦度資料，並且也獲得來自一或多 個外部測量裝置的該等圖形元件之位置。該至少一第一構件及/或該至少一第二構件可採用該反射式光微影光罩前後側及/或該底座的該表面之非平坦度資料，並且也可採用來自一記憶體的該等圖形元件之位置。
在第一示範具體實施例中，在本申請案中定義的裝置可包括一介面，該裝置可通過該介面獲得來自一或多個外部測量裝置的測量資料，例如一反射式光微影光罩前側及/或後側之範例表面非平坦度資料，及/或該反射式光微影光罩底座的表面非平坦度資料。該介面可包括一有線或一無線介面。此外，該裝置可從另一外部測量裝置獲得描述圖案元件位置的測量資料。
該反射式光微影光罩的底座可包括一夾盤，該夾盤可包括一真空夾盤(VC，Vacuum Chuck)或一靜電吸盤(ESC)。該底座可具有用於保持該反射式光微影光罩的表面。用於保持或固定該反射式光微影光罩的該表面可包括一平坦表面。用於保持該反射式光微影光罩的該表面可非平坦度。該底座表面的非平坦度可包括局部非平坦度，該局部非平坦度相對於該底座的平均表面之偏差可以0.1nm至20nm的範圍內。
在測量環境中，EUV光罩可用兩種不同的方式保持或固定。首先，EUV光罩可安裝在三點式底座上，其次，可在測量環境中藉助一夾盤將EUV光罩固定。
該至少一第一構件可包括一第一測量單元，該測量單元構成用於在不對應於該操作環境的環境中決定該表面非平坦度資料。
在其操作環境中，通常通過靜電吸盤將一反射式光罩保持在其位置。在此配置中，不可能直接決定一反射式光微影光罩的後側非平坦度。
該至少一第一構件可包括至少一第三測量單元，該測量單元構成用於決定該底座的該表面非平坦度資料。該至少一第三測量單元可包括一輪廓儀。該輪廓儀可使用觸覺或光學方法。該輪廓儀可使用以下群組中至少一技術：共聚焦技術、雷射輪廓儀和白光干涉儀。用於決定該底座的該表面非平坦度資料的該至少一第三測量單元可包括一干涉儀。
該至少一第二構件可包括一第二測量單元，該測量單元構成用於在不對應於該操作環境的環境中決定該圖案元件之位置資料。
如上已解釋，一反射式光罩在其操作環境中通過一靜電吸盤保持在其標準位置。對照下，在該光罩生產的部分過程中，一反射式光罩通常在重力的作用下固定在三點式底座內。
該第二測量裝置可構成用於決定該反射式光微影光罩的圖案元件之座標。
該第二測量單元構成用於在至少部分對應於該操作環境的環境中決定該圖案元件之位置資料。
第二測量單元可具有一夾盤，該夾盤以大體上對應於該反射式光罩在其操作環境中的固定方式以固定該反射式光微影光罩。另外，該第二測量單元可構成模擬該反射式光微影光罩的該操作環境下一或多個其他參數。該操作環境的其他參數可為：該操作環境的溫度、氣壓及/或空氣濕度。如果該操作環境對應於真空環境，則氣壓和空氣濕度與真空環境中剩餘殘餘壓力和剩餘殘餘濕度有關。
在此以及在本說明書的其他地方，如果使用根據先前技術的測量器具來決定測量變數，則「大體上」表示方式說明在常規測量誤差內之測量變數。
用於決定一反射式光微影光罩的圖案元件位置的該裝置之該至少一第二構件，可構成用於決定該反射式光微影光罩前側的表面非平坦度資料。該至少一第二構件可包括一第四測量單元，該測量單元構成用於在不對應於該操作環境的環境中決定該反射式光微影光罩前側的該表面非平坦度資料。該第四測量單元構成用於在對應於該操作環境的環境中決定該前側的該表面非平坦度資料。該第一測量單元可包括該第四測量單元。另外，該第二測量單元可包括該第四測量單元。
該計算單元可構成轉換獲得的後側、前側及/或底座的表面非平坦度資料和獲得的位置資料，以決定該表面非平坦度資料並決定該位置資料。
如果通過不同的單元或不同的測量單元決定後側及/或前側的表面非平坦度資料及位置資料，則必須相對於彼此精確轉換兩計量工具之測量資料。
該計算單元可構成決定該等圖案元件相對於該操作環境中該反射式光微影光罩底座的位置。
該計算單元可構成決定該等圖案元件位置相對於該操作環境中的設計資料的至少一偏差。
該計算單元可更進一步構成從該等圖案元件位置的至少一偏差及/或從該已決定的表面非平坦度資料，決定校正至少一偏差及/或該後側表面非平坦度的像素之至少一配置。
因此，上述裝置的一具體實施例可藉助於一或多個圖案元件的目標橫向位移，以校正該反射式光微影光罩圖案元件的位置相對於由設計預先定義的位置之已決定偏差。在此將校正與光罩操作環境相關是有利的，因為該光罩用於此環境中。另外或此外，可通過將像素的一或多種配置引入或寫入該光罩基材，以補償該已決定的後側表面非平坦度。
該計算單元可構成決定該等圖案元件相對於該操作環境中該反射式光微影光罩底座的表面之位置。該操作環境中的該反射式光微影光罩的底座可包括一靜電吸盤。
該計算單元可構成決定該反射式光微影光罩圖案元件相對於一靜電吸盤的位置，該靜電吸盤的表面假設為在該操作環境中是理想平坦的。
在將一光罩固定在靜電吸盤或真空夾盤上的情況下，假設該夾盤可在該反射式光罩上施加一定大小的力，使得該光罩的後側基本上承載在該夾盤表面的整個區域上。這意味著在將反射式光罩固定在夾盤的情況下，通過該夾盤的表面非平坦度來掩蓋或消除該光罩的後側表面非平坦度。
如前述，可例如通過三點式底座或通過夾盤將反射式光罩保持在測量環境中。保持或固定一反射式光微影光罩的夾盤表面並非完全平坦。夾盤表面的非平坦度至少以衰減的形式傳播通過該光罩，並導致安裝在該EUV光罩前側上的該等圖案元件位置之改變。
如前述，反射式光微影光罩通常在其操作期間(即在其操作環境中，即在微影裝置的曝光系統中)由靜電吸盤保持。該反射式光微影光罩在操作環境中的固定通常與被認為是理想平坦的ESC表面有關。如果藉助VC或ESC將反射式光罩固定在測量環境中，則上述指定的裝置會將決定的位置資料轉換為ESC的表面，其在操作環境中假設為理想平面。這意味著，相對於操作環境中假設為理想平坦所使用的ESC表面，通過計算來校正測量環境中夾盤的現有表面非平坦度。
決定後側、前側及/或底座的表面非平坦度資料和位置資料可包括從外部裝置獲得這些資料，及/或可包括藉助該裝置的一或多個測量單元，決定後側、前側及/或底座的非平坦度資料和位置資料。
用於決定圖案元件位置的裝置還可包括：一光罩旋轉單元，其構成定位該反射式光微影光罩，使得其前側和後側互換。
當旋轉或翻轉一反射式光罩時，應考慮到允許僅將該光罩保持在特定區域中，以避免污染該反射式光罩或在其主動區域中產生缺陷。
該第一測量單元及/或該第四測量單元可包括一聚焦系統，其構成決定該反射式光微影光罩的表面非平坦度資料。
將光束聚焦到一反射式光罩的後側及/或前側，以分別決定後側及/或前側非平坦度，使得可以高橫向解析度決定非平坦度，因為不會發生在該反射式光罩的後側及/或前側的較大區域上對光束進行平均。通過選擇掃描點的橫向間距，可設定當決定該光罩的後側及/或該光罩前側的非平坦度之精度。
第二測量單元可包括一聚焦系統，其構成決定該等圖案元件的位置資料。
第二測量單元可構成自動決定一反射式光罩的後側及/或前側的表面非平坦度資料及其位置資料。
該反射式光微影光罩可在後側上具有導電塗層。
第一、第二及/或第四測量單元的聚焦系統可包括自動聚焦系統，用於自動決定後側、前側的非平坦度資料及/或圖案元件的位置資料。在替代具體實施例中，第一、第二及/或第四測量單元可通過聚焦堆疊測量，以決定後側、前側的非平坦度資料及/或圖案元件的位置資料。
導電塗層用於通過靜電吸盤在其操作環境中安裝或固定一反射式光罩。導電塗層通常包括金屬或金屬合金。該反射式光罩的後側的導電塗層通常充當用於來自電磁光譜中可見或紫外波長範圍的光之反射鏡。
該反射式光微影光罩可包括用於極紫外(EUV)波長範圍的光微影光罩。目前，最好在EUV範圍內使用10nm至15nm的波長範圍。
反射式光微影光罩前側可包括用於決定圖案元件位置資料的標記或對準標記，該等對準標記可安裝在反射式光罩上的規則或不規則網格中。該等對準標記可單獨使用或結合圖案元件一起使用，以決定圖案元件的位置資料。但是，也可僅使用圖案元件本身來決定其在反射式光微影光罩上的位置。
第一測量單元可包括一用於可見波長範圍的第一光源及/或一用於深紫外波長範圍的第二光源。
第二測量單元可包括一用於可見波長範圍的第三光源及/或一用於深紫外波長範圍的第四光源。
第一、第二、第三及/或第四光源可包括雷射系統或燈泡，例如發光二極體(LED，Light Emitting Diode)。第一和第三光源可包括氦氖雷射。第二和第四光源可包括氟化氬雷射。第一、第二、第三及/或第四光源可包括在0.1至0.98、較佳0.1至0.95、更佳0.1至0.92、最佳0.1至0.9範圍中的數值孔徑(NA，Numerical Aperture)。目前，較佳使用NA在0.1至0.4範圍中的可見波長光譜中之 光源，或深紫外(DUV，Deep Ultraviolet)波長範圍中的光源，例如雷射系統，其以193nm發射並且NA在0.4到0.9的範圍內。
第一及/或第三光源可包括在10nm至15nm範圍中的波長並且具有小於1nm的線寬。第一和第三光源或第二和第四光源可具體實施為一光源。
使用具有僅可能短波長的光子來決定反射式光罩的圖案元件位置並決定反射式光罩的後側及/或前側的表面非平坦度是有利的，這是由於該裝置或該測量裝置的解析能力隨所使用光源的波長減小而提高。目前，EUV光源的缺乏在很大程度上仍然限制使用在反射式光罩的光化波長下操作之測量裝置。
第一測量單元可包括至少一第一偵測器，並且第二測量單元可包括至少一第二偵測器。該至少一第一偵測器和該至少一第二偵測器可包括一電荷耦合裝置(CCD，Charged Coupled Device)偵測器。
第一測量單元可決定後側的表面非平坦度資料，第二測量單元可決定圖案元件的位置資料，而無需改變該反射式光微影光罩的位置。此外，第一測量單元可決定後側的表面非平坦度資料，第二測量單元可決定圖案元件的位置資料，並且在其作為第四測量單元中，可決定該前側的表面非平坦度資料，而不改變該反射式光微影光罩位置或定位。
上面定義裝置的這些具體實施例之優點在於，測量資料可以簡單的方式彼此相關。此外，這些具體實施例是有利的，因為所有測量都可在與該反射式光微影光罩相同的安裝狀態下進行，並且因此不會出現一些潛在的誤差源。
該計算單元可構成考慮到該反射式光微影光罩保持在測量環境中而考量該反射式光微影光罩之變形。在測量環境中，該反射式光微影光罩可固定在例如三點式底座中或通過夾盤固定。在測量環境中可決定後側及/或前側的表面非平坦度資料及/或該反射式光微影光罩的位置資料。
在光罩的三點式底座情況下，不管所考慮的光罩類型如何，由於其固有的重量，都會發生光罩下陷；此現象在本領域中稱為「光罩下陷」。對於透射式光罩，該裝置的計算單元可對該光罩基材進行有限元素模擬，以在三點式底座的情況下決定光罩下陷。對於反射式光罩，第二測量單元可決定該光罩的高度輪廓。第二測量單元可決定該反射式光罩前側及/或後側的高度輪廓。此外，在第二測量單元作為第四測量單元之下，所述第二測量單元可決定反射式光微影光罩前側表面的非平坦度。第一測量單元同樣可構成決定反射式光罩的後側的高度輪廓。
在通過VC或ESC固定反射式光微影光罩的情況下，可在用於決定圖案元件位置的測量環境中使用第一或第二測量單元。
最好是，第二測量單元不僅測量該反射式光罩的圖案元件坐標，即xy坐標，而且還測量其高度資訊，即z坐標。然後所決定的三維測量資料集可通過計算單元用於計算圖案元件的位置。
第二測量單元可與決定圖案元件坐標的處理同時執行決定該反射式光罩的高度輪廓或表面輪廓之處理。但是，第二測量單元也可通過單獨測量，以執行決定高度輪廓的處理。在該裝置中該反射式光微影光罩的溫度調節期間，可執行決定高度輪廓並可選擇性決定一反射式光罩前側表面的非平坦度。
此外，第二測量單元可在決定位置資料的處理中自動同時測量該反射式光罩的高度輪廓。如果該位置測量不包括足夠的測量點來以預定精度決定高度輪廓，則可例如通過第二測量單元進行的聚焦測量在單獨測量中決定該反射式光罩的表面輪廓。由於可例如在該裝置或該第二測量單元中EUV光罩的溫度調節階段單獨決定高度輪廓，因此決定表面輪廓通常不會延長該裝置中的該反射式光罩的測量時間。
第二測量單元可構成大體上垂直輻射到該反射式光微影光罩前側，而第一測量單元可構成大體上垂直輻射到該反射式光微影光罩的後側。
上面界定的裝置之此具體實施例使得可決定圖案元件的位置，並且可決定反射式光罩的後側非平坦度，而無需改變該光罩的位置或定位。這有利於兩資料集的轉換，或將其轉換為共平面或共坐標系統。
該裝置可包括三點式底座，用於保持該反射式光微影光罩。另外，該裝置可包括靜電吸盤，用於將該反射式光微影光罩保持在測量環境內。
該至少一第一構件可進一步構成在測量環境中接收該反射式光微影光罩底座的表面非平坦度資料。
該計算單元可更進一步構成當計算該圖案元件在操作環境中的位置時，考慮測量環境中該反射式光微影光罩底座的非平坦度資料。
該計算單元可獲取在測量環境中保持或固定該反射式光罩的ESC或VC之非平坦度資料，以將這些資料組合，以計算該圖案元件在該反射式光罩的操作環境中之位置。
該計算單元可構成在決定位置資料的處理中及/或在決定後側及/或前側的表面非平坦度資料之處理中，考慮重力對該反射式光微影光罩的作用。
該計算單元可構成通過執行有限元素模擬，以決定該反射式光微影光罩上的重力作用。
除了內部應力之外，在將該三點式底座安裝在上面所界定裝置中之情況下，重力作用也促成該反射式光微影光罩的變形。由於對反射式光罩變形的單獨影響，且整體變形是在反射式光罩的線性變形範圍內，因此可相互獨立決定各個影響，並且就其效果而言可彼此獨立考慮。
為了計算圖案元件的位置，該計算單元可構成在從與該反射式光微影光罩的測量環境不對應之測量環境轉移到該操作環境時，決定該反射式光微影光罩中性軸的位置變化。在與該反射式光微影光罩操作環境不對應的測量環境中，可通過三點式底座來固定該反射式光微影光罩。
在例如樑或板的本體中，中性軸表示其上壓縮應力轉變為拉應力的平面。中性軸是無施力。通過在x和y方向上的漸變或局部切線，可在光罩的每個點上描述光罩的中性面。
根據三維位置資料，可決定中性軸位置的變化。
首先，光微影光罩內應力中的變化，導致該反射式光罩表面上圖案元件的位置變化。其次，反射式光罩的應力狀態變化表現為高度輪廓變化，並且因此也表現為反射式光罩中性軸的位置。因此，根據表面輪廓的變化，可推斷出中性軸位置的變化，該變化可用於計算圖案元件在操作環境中的位置。
在三點式底座的情況下決定中性軸位置的變化可包括：決定測量環境或裝置中該反射式光罩的放大率相對於操作環境之變化。決定放大率變化可包括決定等向性放大率及/或可包括決定至少兩放大率，其涵蓋該裝置中該反射式光罩的非等向性放大率。決定中性軸位置的改變可由裝置的計算單元執行。
該計算單元可額外構成在計算圖案元件的位置時，考慮所獲得以及所決定的後側及/或前側的表面非平坦度資料。此外，該計算單元可構成在計算圖案元件的位置時，考慮所獲得及所決定的位置資料。
決定中性軸位置的變化可包括：從包括不同類型反射式光微影光罩的中性軸位置資料庫中讀出中性軸之位置變化。
用於決定反射式光微影光罩的圖案元件位置之裝置可包括一非揮發性記憶體。可將用於不同類型反射式光罩的模型儲存在該非揮發性記憶體中，該等模型描述三點式底座中該反射式光罩的後側的非平坦度度如何在操作中影響該反射式光罩的圖案元件在其操作環境中的位置。該計算單元可使用已儲存的模型以計算該反射式光罩圖案元件的位置。
用於決定反射式光微影光罩的圖案元件位置之裝置還可包括一用於決定該裝置中所存在介質的折射率之單元。該單元可包括例如由Zerodur®構成的標準量具(Etalon)。為了提高折射率決定的精度，可在計算上考慮由於材料老化及/或由於壓力相關壓縮而導致的標準量具長度變化。材料老化的最大值 為0.15ppm/a(每年百萬分之幾)，應盡可能始終考慮。該介質可包括空氣。用於決定折射率的單元至少可包括至少一干涉儀。
另外，該裝置可包括雷射系統，其構成將像素的至少一配置引入該反射式光微影光罩的基材中。該雷射系統可構成產生具有從皮秒範圍到飛秒範圍的持續時間之光脈衝。另外，該雷射系統可包括一聚焦單元，其構成將光束的焦點配置在該光罩基材中的預定深度處。此外，該雷射系統可包括一掃描單元，其構成將該雷射系統的光脈衝引導到該反射式光微影光罩基材的預定位置上，以產生像素的至少一配置。
在一具體實施例中，一種用於在其工作環境中決定反射式光微影光罩的圖案元素的位置之方法包括下列步驟：(a)在與該操作環境不對應之測量環境中，決定該反射式光微影光罩的後側的表面非平坦度資料及/或該反射式光微影光罩底座的表面非平坦度資料；(b)決定該圖案元件在該測量環境中的位置資料；及(c)從該後側及/或該底座的該已決定表面非平坦度資料及該已決定位置資料，計算該圖案元件在該操作環境中的位置。
決定表面非平坦度資料可包括藉助於第一測量單元決定表面非平坦度資料，決定位置資料可包括藉助於第二測量單元決定圖案元件的位置資料，及表面非平坦度資料和位置資料可在共同測量處理中決定。
決定表面非平坦度資料可包括決定反射式光微影光罩的後側及/或前側的表面非平坦度資料。
決定表面非平坦度資料可在該反射式光微影光罩的溫度調節階段中進行。該反射式光微影光罩的溫度調節階段可在上述裝置中實現。該反射式光微影光罩的溫度調節階段可在上述裝置的第一測量單元及/或第二測量單元中實現。
在不改變該反射式光微影光罩位置的情況下，可進行表面非平坦度資料的決定和位置資料的決定。
用於決定一反射式光微影光罩的圖案元件位置之該方法可進一步包括步驟：決定該反射式光微影光罩前側的表面非平坦度資料。
另外，用於決定反射式光微影光罩的圖案元件位置之方法可包括步驟：將像素的至少一配置引入該反射式光微影光罩的基材中，以校正在該操作環境中的圖案元件位置及/或後側表面非平坦度的至少一偏差。
一電腦程式可包含指令，當電腦系統執行所述指令時，使電腦系統執行根據上述態樣之一者的方法。
100:透射式光罩
105、405、605、905:上半部影像
105、310:基材
110:前側
115、120:吸收圖案元件
125、312:後側
130:虛線
140:三點式底座
145:靜止球
150:測量環境
155、160:虛線箭頭
170:垂直箭頭
180:有限元素模擬
195、495、695、995:下半部影像
300:理想吸收反射式光罩
315:後側表面
320:薄導電層
325:前側
330:鉬層
335:矽層
340:覆蓋層
345:緩衝層
350:吸收層
355:抗反射層
360:整個區域吸收體層
370:多層結構
375:光罩胚料
380:EUV光子
400:EUV光罩
410:整體曲率
420:非平坦度
430:靜電吸盤
450:操作環境
460:表面
490:箭頭
510:EUV光
550:光束偏移
610:中性軸
620、630、660、670:相交點
650:距離
900:夾盤
910:表面
920:非平坦度
1000:裝置
1010:第一構件
1015、1025、1045:介面
1020:第二構件
1025、1030、1055、1155、1255:連接
1040:計算單元
1050:非揮發性記憶體
1060:螢幕
1070:硬體組件
1100:第一測量單元
1110:光源
1120:自動聚焦系統
1130:偏轉反射鏡
1140:物鏡
1150:偵測器
1160:信號處理單元
1170:電腦系統
1200:第二測量單元
1210:光源
1215:透射反射鏡
1225:反射鏡
1240:成像物鏡
1250、1550:偵測器
1260:信號處理單元/螢幕
1270:電腦系統
1290:光學輔助系統
1400:組合裝置
1500:第三測量單元
1510:干涉儀
1520:光束
1530:輻射
1540:入射點
1600:流程圖
後續的實施方法將參考附圖以描述本發明的當前最佳示範具體實施例，其中：圖1在上半部影像中示意性顯示根據先前技術的傳統透射式光微影光罩的截面，該光罩安裝在三個半球上，並且在下半部影像中呈現來自該上半部影像的光微影光罩，由於重力作用而下陷的現象已修正；圖2呈現在三點式底座中的一透射式光微影光罩的下陷或表面變形；圖3示意性顯示用於極紫外(EUV)波長範圍的理想反射光微影光罩的橫截面；圖4為在上半部影像中示意性呈現通過三點式底座固定的真實反射式光罩之截面，並且在下半部影像中顯示來自該上半部影像中安裝在一靜電吸盤上的該反射式光罩；圖5來自先前技術，從圖4的上半部影像示意性闡明彎曲的EUV光罩之平面外失真(OPD，Out-of-plane Distortion)。
圖6來自先前技術，從圖4的上半部影像示意性定義了彎曲的EUV光罩之平面內失真(IPD，In-plane Distortion)。
圖7來自先前技術，從圖4的上半部影像再現EUV光罩，其中另外指示表徵該光罩曲率的一些變數； 圖8來自先前技術再現來自圖7的EUV光罩，該光罩由一靜電吸盤保持。
圖9在上半部影像中示意性顯示由一反射式光微影光罩的截面，該光罩由其表面非平坦度的夾盤所保持，並且在上半部影像中再現假設其表面理想上平坦的靜電吸盤之固定；圖10呈現用於決定一光微影光罩圖案元件位置的一裝置中一些組件之示意性截面圖；圖11再現通過用於測量光微影光罩，特別是EUV光罩的後側非平坦度的第一測量單元之示意性截面圖；圖12例示通過用於測量光微影光罩，特別是EUV光罩的圖案元件位置的第二測量單元之示意性截面圖；圖13顯示第二測量單元的第二示範具體實施例，該測量單元可測量圖案元件位置和光罩的後側的非平坦度兩者；圖14例示將圖11的一第一測量單元和圖12的一第二測量單元組合而成的組合裝置；圖15呈現通過用於在測量環境中測量一反射式光微影光罩底座表面非平坦度度的第三測量單元之示意性截面圖；及圖16顯示用於決定光微影光罩(特別是EUV光罩)的圖案元件在其操作環境中的位置之方法流程圖。
下面根據用於極紫外(EUV)波長範圍的反射式光微影光罩，給出根據本發明裝置和根據本發明方法的當前較佳具體之說明，該光罩的圖案元件包括吸收材料。然而，根據本發明用於決定反射式光微影光罩圖案元件位置的裝置不限於以下討論的範例。而是，該裝置可以相同方式來決定不同類型的EUV光罩圖案元件的位置，特別是例如用於決定相移EUV光罩圖案元件的位置。另外，反射式光微影光罩不受限於EUV波長範圍。再者，根據本發明的裝置通常 可用於決定反射式光罩的操作環境中圖案元件位置，其中，在與該操作環境不對應的環境中決定該位置。最後，根據本發明的裝置和根據本發明的方法適合於決定所有類型的傳統透射式光罩之位置。
在上半部影像105中，圖1顯示根據先前技術的傳統透射式光罩100之示意性截面圖。光罩100包括例如由石英組成的一透射式基材105，及配置在光罩100的前側110上之吸收圖案元件115和120。通常，透射式光罩100的基材105具有6.35mm的厚度。傳統光罩100通常具有152mm×152mm的橫向尺寸(即光罩平面的尺寸)。最好是，目前最大面積為142mm×142mm的區域用於將圖案元件115、120成像到晶圓上(光罩100的主動區域)。圖案元件115和120配置在此區域內。
在圖案元件115、120的生產期間及在所生產圖案元件115、120的位置測量期間，透射式光罩100通常以點狀方式安裝在三個球體或半球上。圖1的上半部影像105再現三個半球或靜止球145之中兩個的截面。三個半球或靜止球145是固定光罩100的三點式底座140之一部分。通常，首先在其生產過程中使用三點式底座140，並且用於所收產的光罩100之測量，因此對應於測量環境150。其次，透射式光罩100在其於掃描器中操作的期間由三點式支架或三點式底座140保持，也就是說，在透射式光罩100的操作環境中同樣使用三點式底座140。虛線箭頭155和160例示光罩100上的光化輻射之入射。入射至吸收圖案元件115、120上的輻射155會被吸收，入射至光罩100的基材105上之輻射160則穿過基材105或光罩100，並以大體上未衰退的方式離開其後側125。
如在光罩100的後側125附近之虛線130所示，光罩100在光罩100的製造期間、在圖案元件115、120的測量期間以及在光罩100的操作期間，會由於其質量受到重力作用而彎曲。三點式底座中的光罩下陷在本領域中稱之為「光罩下陷」。與基材105沒有彎曲或沒有曲率的光罩100相比，光罩100的彎曲稍微改變圖案元件115、120的位置。來自圖1的下半部影像195呈現來自上半部影像 105的光罩100，該光罩的基材105平坦。相較於圖1的上半部影像105中所示的光罩100，來自下半部影像195的光罩100之圖案元件115、120具有較小的橫向位移。
圖1中的垂直箭頭170表示光罩100中基材105的有限元素模擬180。執行光罩100中基材105的有限元素模擬180，以決定重力對圖1中上半部影像105所例示光罩100的三點式底座140內光罩100的基材105之作用。同時，根據上半部影像105中測量的圖案元件115、120，使用有限元素模擬180來決定圖案元件115、120在光罩的平坦前側110上之位置。針對光罩100下陷的校正因此，圖案元件115、120的位置與光罩100的平面基材105有關。
當進行有限元素模擬180時，可同樣用其基材105來取代傳統光罩100。
圖2中的示意圖200再現三點式底座140中透射式光罩所測量到的下陷和表面變形。關於三個支承點，透射式光罩在約1μm的區域中具有下陷。在圖12的背景中說明的第二測量單元可用於測量光罩的高度輪廓或表面輪廓。
圖3示意性呈現針對EUV波長範圍的理想吸收反射式光罩300之截面。用於EUV波長範圍的反射式光罩在下面也稱為EUV遮罩或EUV光罩。示範理想EUV光罩300設計用於13.5nm範圍中的曝光波長。EUV光罩300具有由諸如石英之類低熱膨脹係數的材料所製成之基材310。其他電介質、玻璃材料或半導體材料同樣可用作EUV光罩300的基材310，例如ZERODUR®、ULE®或CLEARCERAM®。在EUV光罩300的生產過程中以及在微影設備的步進器中其操作期間，EUV光罩300的基材310之後側312或後側表面315用於固定基材310。最好是，將用於將基材310固定在靜電吸盤(ESC)上的薄導電層320施加到基材310的後側312。圖3內未例示該夾盤。
含有20至80成對的交替鉬(Mo)330和矽(Si)層335(以下也稱為MoSi層)之一多層膜或一多層結構370係沉積在基材310的前側322上。為了保護多層結構370，例如將由二氧化矽製成的覆蓋層340施加在最頂部的矽層335上。其他材料，例如釕(Ru)，也可用於形成覆蓋層340。另外也可使用由其他具有高 質量數的元素來代替鉬，例如用於MoSi層中的鈷(Co)、鎳(Ni)、鎢(W)、錸(Re)、鋯(Z)或銥(Ir)。多層結構370的沉積例如可通過離子束沉積(IBD，Ion Beam Deposition)進行。
基材310、多層結構370和覆蓋層340在下面也稱之為光罩坯料375。然而，具有EUV光罩300的所有層但沒有構成整個區域吸收體層360的結構之結構也可稱為光罩坯料375。
為了從光罩坯料375生產EUV光罩300，在覆蓋層340上沉積緩衝層345。可能的緩衝層材料是石英(SiO2，quartz)、氮化矽氮(SiON，silicon oxygen nitride)、Ru、鉻(Cr)及/或氮化鉻(CrN，chromium nitride)。吸收層350沉積在緩衝層345上。適用於吸收層350的材料尤其是Cr、氮化鈦(TiN)及/或氮化鉭(TaN，tantalum nitride)。例如由氮氧化鉭(TaON，tantalum oxynitride)製成的抗反射層355可施加在吸收層350上。
吸收層350例如藉助於電子束或雷射束所構成，使得吸收圖案元件350的結構由整個區域吸收層360產生。當構造吸收體層360時(即當製造圖案元件350時)，緩衝層345用於保護多層結構370。
EUV光子380入射至EUV光罩300上。入射的EUV光子380在圖案元件350的區域中被吸收，並且至少大部分EUV光子380在無吸收圖案元件350的區域中被多層結構370反射。
多層結構370應以這樣的方式設計，使得例如鉬層330和矽層335的層厚度，對應於以預定入射角入射在多層結構370上的EUV光子380之光化波長的λ/2之光學厚度。偏離此條件會導致局部違反布拉格反射條件，因此會導致EUV波長範圍內的局部反射光發生變化。由於非常小的波長，EUV範圍對多層結構370中各個層的均勻性以及圖案元件350在多層結構370上的位置提出極高的要求。
圖3例示一理想EUV光罩300。圖4的上半部影像405中之EUV光罩400示意性顯示通過實際EUV光罩400的截面。EUV光罩400安裝在三點式底座 140的兩個半球145上。三點式底座140是EUV光罩400的測量環境150之一部分，其中至少部分產生和測量該底座，並且該底座不對應於該光罩的操作環境。除了三點式底座140之外，測量環境150還具有限定的環境條件，例如預定的溫度、預定的氣壓和預定的空氣濕度。
不像在圖3中的理想EUV光罩300，圖4的測量環境150中的實際EUV光罩400具有整體曲率410。整體光罩曲率410，彎曲或撓曲在本領域中稱為「光罩弓」。在現有技術中，高度輪廓的最大高度差用PV表示，代表峰對谷。在圖4所示的範例中，其上施加多層結構370和圖案元件350的基材前側325之整體曲率或彎曲410具有凸形。由於在約200℃的溫度下於基材310上沉積多層結構370，使得在EUV光罩400中(特別是在其基材310中)產生內應力。多層結構370和基材310的材料具有不同的膨脹係數，導致在此材料組合的冷卻處理期間，在基材310和多層結構370的組合中累積內部應力。在三點式底座140中，存在由EUV光罩400的內部應力所引起的曲率410和由三點式底座140中光罩固有重量引起的變形之組合。在圖4的上半部影像405所示的範例中，重力抵消了由內部應力產生的曲率。
在EUV光罩400中，沉積吸收體層360、結構化圖案元件350並在EUV光罩400的各個曝光場之邊界處產生黑色邊界，同樣在該光罩生產處理期間對內部應力或其中的變化有所貢獻。此外，薄的整體區域導電後側層320對光微影光罩400的內部應力造成影響。為了清楚起見，在圖4中已經抑制圖3中的導電後側層320。通常，對EUV光罩400內部應力的最大貢獻來自多層結構370的多個MoSi層330、335。吸收EUV光罩400的內部應力通常在100MPa至5GPa的範圍內，特別是在300MPa至500MPa的範圍內。
除了EUV光罩400的整體曲率410之外，EUV光罩400的後側315相對於平均曲率410具有非平坦度420。針對說明的原因，在圖4中放大顯示EUV光罩400的後側表面315之非平坦度420。EUV光罩400的非平坦度420可能源自EUV光罩400的基材310之後側312，其並沒有拋光成完美平面。通過薄的後側導電層 320，可使基材310的非平坦度420平滑或放大。來自平均後側表面的後側表面315之局部偏差可在兩位數奈米範圍內。
在圖4的上半部影像405中，在測量環境150中測量EUV光罩400的圖案元件350之位置，即定位。在圖4的上半部影像405中例示之示範測量環境150內，由於彎曲的EUV光罩400的三點式底座140，重力抵消了EUV光罩400的曲率410。然後，在測量環境150中決定的測量資料(例如圖案元件350的位置資料及/或測量環境150的上述環境條件)將被轉換成EUV光罩300的操作環境450。
圖4的下半部影像495例示來自上半部影像405在其操作環境450中的EUV光罩400。在操作環境450中，EUV光罩400通過靜電吸盤430固定。箭頭490例示從EUV光罩400的測量環境150到其工作環境450的過渡。下面假設靜電吸盤430的表面460基本上平坦。下面進一步假設，ESC 430在EUV光罩400上施加足以使該光罩的後側315變形之力，使得該後側基本上支撐在整個區域上方的ESC 430之表面460上。在這些先決條件之下，ESC 430基本上抵消EUV光罩400的整體曲率410。此外，ESC 430的靜電吸力基本上補償EUV光罩400的後側315非平坦度420。
然而，在ESC 430的施力影響下，EUV光罩400的後側非平坦度420至少部分傳播通過光罩400，並且在EUV光罩400的前側325上以非平坦度470的形式出現。然而，EUV光罩400的前側325之局部非平坦度470導致EUV光罩400的圖案元件350位置之局部變化。本申請然後案解決當決定在操作環境450中的EUV光罩400的圖案元件350位置時，考慮圖案元件450的位置變化的問題，其中所述變化是由EUV光罩400的後側315之局部非平坦度420所引起。
下面將參考圖5至圖8討論有關在測量環境150中的EUV光罩400的生產和測量上方述問題區域，其中EUV光罩400固定在三點式底座140，及有關在操作環境450中的EUV光罩400操作，其中該光罩以靜電方式夾住(即由靜電吸盤430保持)的一些背景問題。
圖5示意性闡明彎曲的光罩表面325之第一效果，其導致反射的EUV輻射之光束偏移550。光束偏移550是由光化輻射在EUV光罩400的前側325上非垂直入射以及彎曲的EUV光罩400之高度變化引起的。光束偏移使所測量的圖案元件350位移到與非彎曲EUV光罩400的圖案元件350位置不同之位置，這在圖4的下半部影像495中示出。由於EUV光罩400的整體曲率410而在x方向上，即在光罩平面中的一個方向上，的光束偏移550在本領域中稱為平面外變形(OPD)。OPD由以下方程式產生：OPD x =△z．tan Φ．M (1)
典型上，EUV掃描器中的EUV光510以相對於EUV光罩400的法線之夾角5°至9°角度入射在EUV光罩400的表面325上。在圖5例示的範例中，已選取Φ=6°的角度。圖5中的EUV光罩根據其整體曲率410，具有隨EUV光罩面積變化的高度△z。對於EUV波長範圍，掃描器的投影光學單元通常具有在1/4到1/8範圍內的放大倍率。在圖5的範例中，掃描器的投影光學單元將EUV光罩的圖案元件350縮小4倍。
參考圖6示意性闡明局部彎曲的光罩表面325對圖案元件350的測量位置之第二影響。圖6的上半部影像605示意性呈現來自圖5的彎曲EUV光罩。通過切線△z/△x描述EUV光罩表面的局部曲率。該切線同樣可以根據公式tan α=△z/△x由角度α表示。
彎曲EUV光罩中的虛線610例示圖6的部分影像605和695中EUV光罩之中性軸610。中性軸610描述本體中的區域，在該區域中如果本體受到負載，則壓縮應力會轉變為拉應力。在圖6的EUV光罩中，虛線610上方部分處於拉伸應力下，而虛線下方部分受到壓縮應力。EUV光罩在中性軸610的二維平面中無內部應變。
圖6的下半部影像695顯示來自圖6的上半部影像605中彎曲EUV光罩之放大摘錄。參考部分影像695闡明由EUV光罩400的曲率所引起中性軸610的位置變化與表面325上的圖案元件350的位移間之關係。相交點620的虛線穿過 EUV光罩與中性軸610垂直相交，因此基本上也以直角與前側表面325和後側表面315相交。垂直於EUV光罩的前側表面325之中性軸610的相交點630具有長度k．T。在此，T說明EUV光罩的厚度。如前述，EUV光罩的基材厚度通常為6.35毫米。該參數k將中性軸610的位置定義為光罩厚度T的一部分。對於沒有內部應變的EUV光罩，例如圖3中的理想EUV光罩300，k具有值0.5。對於拉緊的EUV光罩400，根據圖6中的下半部影像中所指定定義之參數k通常位於1/2<k<2/3的區間內。
EUV光罩400的前側表面325上的圖案元件350或平面內變形(IPD，In-plane Distortion)在x方向上的位移，由相交線620的相交點660與垂直k．T於具有表面325的相交點630的相交點670間之距離650所決定。距離650因此基於EUV光罩400的局部曲率，決定圖案元件350的位移。相對於晶圓，此產生下列IPDx的式子：
Figure 109103223-A0305-02-0026-2
在此，M表示EUV掃描器的投影光學單元之放大率。由於EUV光罩400的 曲率，EUV光罩400中圖案元件350的位移650之方向和大小與局部曲率
Figure 109103223-A0305-02-0026-3
、EUV光罩的厚度T和參數k所表示中性軸610之位置變化成比例，並隨著EUV步進器的投影反射鏡的放大或縮小而縮放。
圖7再次從圖4的上半部影像405再現彎曲的EUV光罩400。為了清楚起見，在圖7中已經抑制光罩400的圖案元件350。另外，圖700顯示在圖5和圖6的討論中引入的一些變數。如圖6所示，虛線610表示EUV光罩400的中性軸610。字母T表示EUV光罩400的厚度。確切地說，T表示EUV光罩400的平均厚度。 變數k．T特徵化EUV光罩400的中性軸610之位置。角度
Figure 109103223-A0305-02-0026-7
表示該局部曲率。對於EUV光罩，整體曲率410通常由與所測高度曲線的二階多項式擬合決定：Z Fit =a+b．x+c．y+d．x．y+e．x 2+f．y 2 (3)
圖8中的圖式800示意性再現圖4的下半部影像495，其中EUV光罩400通過靜電吸盤430保持在預定位置。由等式(3)描述的EUV光罩400之整體曲率410通過將EUV光罩400夾在靜電吸盤430上而大體上去除。因此，圖案元件350移位。IPD誤差是由圖案元件350的位移和殘餘局部斜率所引起，而殘餘局部斜率由光罩的後側315和光罩的前側325之平坦度所引起：局部斜率可定義如下：
Figure 109103223-A0305-02-0027-9
其中△x表示等式(3)中二階擬合的網格點之間距。局部斜率通常以μrad表示。另外，也可通過局部斜率乘以所選擇的方格間距，以定義表面非平坦度。
由於ESC 430的靜電吸引，EUV光罩400的後側315已變形，其結果是，EUV光罩400的後側315大體上在整個區域上支撐在靜電吸盤430的表面460上。通過基材310和多層結構370的剛性結構，EUV光罩400的後側315之非平坦度420至少部分轉移到EUV光罩400的前側325。EUV光罩400的前側325之最終附加非平坦度470導致圖案元件350在EUV光罩400的前側325上之位移。圖案元件350的總位移850也稱為影像位置誤差(IPE，Image Placement Error)。影像位置誤差描述如下：
Figure 109103223-A0305-02-0027-6
其中變數的含義已在上面介紹，
Figure 109103223-A0305-02-0027-12
表示光罩(局部斜率 後側 )315的後側之局部斜率。
圖9的上半部影像905呈現穿過底座900的示意性截面，該底座用於固定第二具體實施例中在測量環境150下的反射式光罩400。在圖9的示範具體實施例中，底座900以夾盤900的形式具體實現。夾盤900可以真空夾盤(VC，Vacuum Chuck)或靜電吸盤(ESC)的形式具體實現。構成用於保持或固定反射式光罩400之底座900的表面910具有非平坦度920，為了說明，在圖9中大幅放大顯 示所述非平坦度。夾盤900的表面910之非平坦度920可藉助於一測量單元而決定為表面非平坦度資料930。下面在圖15的背景下解釋此測量處理。
夾盤900的表面910之非平坦度920可源自夾盤900的表面910之拋光處理。拋光處理可產生具有在兩位數奈米範圍內殘留的非平坦度度之表面。夾盤900的熱應力同樣可導致表面910的非平坦度920。
反射式光微影光罩400在測量環境150中固定在底座900的表面910上。反射式光罩400的後側315之表面非平坦度420被底座900的表面910之非平坦度920所掩蓋或消除。如圖8的背景所解釋，這同樣適用於反射式光罩400的內部應力。
在圖9的上半部影像905中，在測量環境150中測量EUV光罩400的圖案元件350之位置(即位置)。同樣，可在圖4的上半部影像905所示的示範測量環境150中，測量固定光罩400的前側325之非平坦度940。然後，在測量環境150中決定的測量資料(例如圖案元件350的位置資料、光罩400的前側325之已測量非平坦度940、及/或測量環境150的上述環境條件)將被轉換成EUV光罩400的操作環境450。圖9中的箭頭990例示轉換過程。底座引起的光罩400變形處於光罩400的線性變形範圍內。因此，在從底座900抬起之後，反射式光罩400基本上認為再次呈現其原始形狀。
圖9的下半部影像995例示來自上半部影像905在其操作環境450中的EUV光罩400。EUV光罩400通過靜電吸盤430固定在操作環境450中。對照於底座900，如已在圖4討論中的說明，假設靜電吸盤430的表面460基本上平坦。下面進一步假設，ESC 430在EUV光罩400上施加足以使該反射式光罩的後側315變形之力，使得該後側基本上支撐在整個區域上方的ESC 430之表面460上。在這些先決條件之下，ESC 430基本上抵消後側非平坦度以及EUV光罩400的整體曲率410。
如已在圖4的背景中解釋，在ESC 430的施力影響下，EUV光罩400的後側非平坦度420至少以衰減形式傳播通過光罩400，並且在EUV光罩400的前 側325上以非平坦度940的形式出現。EUV光罩400的前側325之局部非平坦度940導致EUV光罩400的圖案元件350位置之局部變化。當在EUV光罩400的圖案元件350位置之操作環境450中決定所述位置時，本發明考慮到圖案元件450的位置變化，該變化是由EUV光罩400中底座900的表面910之局部非平坦度920所引起。
下面將說明裝置的各種具體實施例，當在EUV光罩400的圖案元件350位置之操作環境450中決定所述位置時，該裝置可考慮EUV光罩400的後側非平坦度420。
圖10示意性顯示用於在反射式光微影光罩400的圖案元件350佈局之操作環境450中決定所述佈局之裝置1000的一些組件之截面。裝置1000包括一第一構件1010，其可決定EUV光罩400的後側315之表面非平坦度資料420及/或反射式光微影光罩400的底座900之表面非平坦度資料920。
在一第一簡單具體實施例中，第一構件1010具有一介面1015。介面1015可為無線或有線。經由介面1015，第一構件1010從外部第一測量裝置及/或外部第三測量裝置獲得資料，其在圖10中未示出。該資料包括測量資料或從有關於EUV光罩400的後側315之非平坦度420的測量資料及/或有關於在測量環境150中反射式光罩400的底座900之非平坦度的資料所取得之資料。第一構件1010在相應處理之後如適當時經由連接1025將所獲得的資料轉送給裝置1000之計算單元1040。
另外，裝置1000具有一第二構件1020，其可決定EUV光罩400的圖案元件350之位置資料，其中EUV光罩400被固定在三點式底座140上。三點式底座140對應於EUV光罩400的測量環境150，並且該測量環境係不同於EUV光罩400由ESC 430保持的操作環境450。另外，第二構件1020可決定反射式光罩400的前側325之非平坦度資料，其中反射式光罩400可被保持在三點式底座140上或者可由夾盤900固定。
在一第一具體實施例中，第二構件1020具有一介面1025。以類似於介面1015的方式，介面1025也可為無線或有線。經由介面1025，第二構件1020 可獲得由第一測量單元或第二外部測量裝置(圖10中未顯示)測量的圖案元件350之位置資料。另外，裝置1000的第二構件1020可獲得從第四或第二外部測量裝置所獲得有關反射式光罩400的前側325之非平坦度940之資料，圖10中未顯示。光罩400的前側315之所獲得位置資料及/或表面非平坦度資料940可記錄在EUV光罩400的測量環境150及/或操作環境450中。第二構件1020在相對處理之後如適當時經由連接1030將所獲得的位置資料轉送給裝置1000之計算單元1040。
計算單元1040包括一非揮發性記憶體1050。各種類型的EUV光罩400之模型可儲存在非揮發性記憶體1050中。該模型可描述用於各種類型的EUV光罩之曲率410。另外，模型可模擬各種類型的EUV光罩之後側非平坦度在其操作環境450中，向EUV光罩400的圖案元件350之位置變化的轉移。
計算單元1040可包含演算法，該演算法根據後側及/或前側的表面非平坦度資料以及經由連接1025和1030而獲得的位置資料，以在其操作環境450中計算反射式光罩400的圖案元件350之位置。計算單元1040可包括一專用硬體組件1070，其專門設計用於執行EUV光罩400的圖案元件350之位置計算的特定部分或大體上所有部分。硬體組件1070可包括一特殊應用積體電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)。
裝置1000的計算單元1040可將圖案元件350的位置資料及EUV光罩400的後側315及/或前側325之表面非平坦度資料420、940轉換成共用坐標系統。除了圖案元件350的位置資料以及後側315及/或前側325的表面非平坦度資料420、940之外，計算單元1040還可獲得將測量環境150的環境條件特徵化之參數。
計算單元1040可具有介面1045，該計算單元可通過該介面接收和發送資料。舉例來說，計算單元1040可獲得關於靜電吸盤430的表面或表面平坦度之資料。ESC 430的表面通常被假設為完全平坦。然而，計算單元1040也可經由介面1045接收關於靜電吸盤430的表面平坦度之資料，並且在EUV光罩400的操作環境450之圖案元件350的位置計算中考慮該資料。
裝置1000還可包括螢幕1060，其經由連接1055接收來自計算單元1040的資料。螢幕1060上可顯示圖案元件350的計算位置。另外，還可在螢幕1060上呈現原始資料，即表面非平坦度資料420和位置資料。另外，可在螢幕1060上顯示進一步資料，例如將測量環境150及/或操作環境450特徵化的其他參數。
圖11示意性顯示第一構件1010的第二示範具體實施例。為了決定EUV光罩400的後側315之非平坦度420，後者被固定在三點式底座140上。後者位於高精度物鏡平台上，在圖11中被抑制。物鏡狀態可往三個平移方向和三個旋轉方向移動。另外，主動監視和調節該物鏡平台在所有六個自由度上的運動。在圖11的第一測量單元1100中，該物鏡平台是唯一可動部件。但是，也可共享第一測量單元1100的物鏡平台與物鏡1140間之運動。
EUV光罩400的前側325在圖11中面朝上。該光罩的後側315可具有用於以下描述測量的導電塗層320。但是，也可在沒有導電塗層320的情況下進行測量。第一測量單元1100可用來決定EUV光罩400的後側315之非平坦度420。
第一測量單元1100包括一光源1110。測量單元1100使用雷射系統當成光源1110。雷射系統可包括在深紫外(DUV，Deep Ultraviolet)波長範圍內發射的雷射。雷射系統可包括一能以約193nm的波長發射電磁輻射之氟化氬(ArF，Argon Fluoride)雷射。但是，雷射系統也可包括在電磁光譜中可見光部分發射光的雷射。然而，光源1110也可是一EUV光源(圖11中未顯示)。
來自光源1110的光穿過一聚焦系統，該系統在圖11的示範裝置1100中具體實施為一自動聚焦系統1120，該系統設計成將來自光源1110的光聚焦到EUV光罩400的後側315上。部分透射的偏轉反射鏡1130將來自光源1110的光引導到物鏡1140上。後者將來自光源1110的光束聚焦到EUV光罩400的後側315上。在正常操作期間，如果光源1110使用可見波長範圍中的電磁輻射，則成像物鏡1140的數值孔徑(NA)為0.1至0.2。如果光源1110使用DUV波長範圍內的光，則成像物鏡較佳具有0.5至0.9的NA。如果需要，可通過增加物鏡1140的NA 來增加測量單元1100的解析能力。可見光或DUV光的聚焦使得可在EUV光罩400的後側315上產生較小的光斑直徑。這使其可以高的橫向空間解析度來掃描EUV光罩400的後側非平坦度420。
從EUV光罩300的後側315反射之光的一部分穿過至少包括物鏡1140和部分透射偏轉鏡1130之光學單元，並入射到偵測器1150上。舉例來說，一電荷耦合裝置(CCD，Charge-coupled Device)相機可當成偵測器1150。偵測器1150經由連接1155將測量資料傳送到信號處理單元1160，該單元從偵測器1150的測量資料產生影像。信號處理單元1160另外將偵測器1150的測量資料轉發到電腦系統1170。電腦系統1170可內含來自圖10的計算單元1040。然而，電腦系統1170也可經由介面1170，將偵測器1150的測量資料發送到裝置1000的計算單元1040以進一步處理。
裝置1100可包括一掃描單元，由於承載三點式底座140的物鏡平台在光罩平面(即在xy平面)中位移，使得能夠掃描EUV光罩400的主動區域上的EUV光罩400的後側表面315。該掃描單元未在圖11內再現。在一替代具體實施例中，掃描單元可在EUV光罩400的後側表面315上方掃描物鏡1140。物鏡平台或三點式底座140與物鏡1140的組合運動同樣是可能的。
在圖11中，第一測量單元1100測量EUV光罩400的後側非平坦度420。但是，也可使用第一測量單元1100來檢查各種傳統透射式光罩100的後側。另外，第一測量單元1100可決定EUV光罩400的前側非平坦度。為此，將光罩400翻轉到三點式底座上，使其前側315面向物鏡1140的方向。這意味著第一測量單元1100也可當成一第四測量單元，即一用於決定反射式光罩400的前側325非平坦度之測量單元。
圖12示意性顯示第二構件1020的第二示範具體實施例。圖12顯示第二測量單元1200的功能截面圖，該第二測量單元可用於在測量環境150中測量EUV光罩400上圖案元件350的位置。以類似於圖11中的方式，將測量環境150中的反射式光罩400安裝在高精度物鏡平台上三點式底座140的三個半球145上。類 似於圖11，為了清晰起見，在圖12中抑制EUV光罩400的彎曲或曲率。物鏡狀態，圖12內未再現，可往三個平移方向和三個旋轉方向移動。此外，主動監視和調節該物鏡平台在所有六個自由度上的運動。在圖12的第二測量單元1100中，該物鏡平台再次是唯一可動部件。
第二測量單元1200使用準分子雷射當成光源1210，該雷射發射在約193nm的DUV波長範圍內之光。針對標準，成像物鏡1240具有通常在0.5和0.9之間的數值孔徑(NA，Numerical Aperture)的標準。物鏡1240的NA可擴展，以增加測量單元1200的解析能力。
一電荷耦合裝置(CCD)相機用來當成偵測器1250，該偵測器測量由EUV光罩400反射的光。偵測器1250經由連接1255將其測量資料傳送到信號處理單元1260，該單元從偵測器1250的測量資料產生影像。信號處理單元1260生成的影像可顯示在電腦系統1270及/或裝置1000的螢幕1060上。此外，信號處理單元1260將包括EUV光罩400的圖案元件350之位置資料的偵測器1250之測量資料發送到計算單元1040。計算單元1040可以是電腦系統1270的一部分或裝置1000的一部分。
如在圖1的背景中所討論的，傳統光罩100在三點式底座140下已表現出下陷(「光罩下陷」)。由於內部應力，EUV光罩400還具有曲率410。因此，第二測量單元1200具有聚焦系統，在圖12的示範具體實施例中，該聚焦系統設計成自動聚焦(AF，Autofocus)系統1220，其在圖12中未顯示。AF系統1220輔助測量EUV光罩400的圖案元件350之位置資料的處理。尤其是，AF系統1220可用於產生EUV光罩400的高度輪廓。藉助於AF系統1220，測量單元1200可在記錄圖案元件350的位置之同時，測量EUV光罩400的高度輪廓。如果這些測量資料不足，則測量單元1200可在單獨的測量中藉助於AF系統1220決定EUV光罩400的高度輪廓。在測量環境150中，此測量可在EUV光罩400的溫度調節間隔(均熱時間)期間由第二測量單元1200進行，因此EUV光罩400的高度輪廓測量大體上不會降低第二測量單元1200的產量或光罩產量。另外，第二測量單元1200可決定反射 式光罩400的前側315之表面非平坦度資料470。因此，第二測量單元1200可用來當成第四測量單元。
反射鏡1225和部分透射反射鏡1215將來自光源1210的雷射光束引導到物鏡1240上。
測量單元1200還包括光學輔助系統1290，用於大致對準EUV光罩400的圖案元件350。另外，測量單元1200可包括另外的輔助系統(圖12中未顯示)，其測量EUV光罩400附近的主要環境條件。測量環境條件的輔助系統可包括干涉儀，特別是雷射干涉儀。測得的參數可包括例如：溫度、氣壓和空氣濕度。所測量的參數同樣發送到計算單元1040。
電腦系統1270可在電腦系統1270的螢幕1260上，顯示由信號處理單元1260計算出的影像。以類似於圖11所示第一測量單元1100的方式，電腦系統1270可控制光源1210、物鏡平台、物鏡1240及/或AF系統1220的運動。另外，電腦系統1270可包括計算單元1040。
在圖12例示的範例中，計算單元1040是電腦系統1270的一部分。在一替代具體實施例中，計算單元1040可具體實現為一獨立單元，其可經由資料連接與信號處理單元1260及/或電腦系統1270交換資料或測量資料。
不言而喻，除了反射式光罩400之外，第二測量裝置1200還可測量各種類型的傳統透射式光罩100之圖案元件120、130。
圖13例示第二構件1020的第三示範具體實施例，其中圖12中的第二測量單元1200也可用為一第一測量單元1100。在該具體實施例中，第二測量單元1200具有一翻轉單元，其可互換光罩400的前側325和後側315。第二測量單元1200的該翻轉單元未在圖13中示出。翻轉單元設計成在翻轉期間，特別是在安裝在三點式底座140上時，不會污染或甚至損壞EUV光罩400的前側315。
由於第二測量單元1200具有一DUV光源1110、一自動聚焦系統1220、一物鏡1240和一偵測器1550，因此可用於測量圖案元件350的位置及用於決定EUV光罩400的後側315之非平坦度420。
圖14顯示組合裝置1400的一示範具體實施例，其組合第一測量單元1100或第一構件1010與第二測量單元1200或第二構件1020。組合裝置1400是有利的，因為其可在不改變EUV光罩420的安裝狀態之情況下，決定EUV光罩400的後側315之非平坦度420並決定圖案元件350之位置。從而有利於將第一測量單元1100和第二測量單元1200的測量資料轉換為一共用參考系統或坐標系統。
在圖14中再現的組合設備1400具有兩信號處理系統1160、1260和兩電腦系統1170、1270。不用說，組合設備1400通過一信號處理單元1260和一電腦系統1270進行管理。另外，組合裝置1400具有兩光源1110和1210。可使用一光源1210供電給兩自動對焦系統1120和1220。另外，組合設備1400中可省略兩自動聚焦系統1120、1220之一者。
圖15示意性呈現第三測量單元1500形式的第一構件1010之一第三示範具體實施例。第三測量單元1500設計成決定底座900或夾盤900的表面910之非平坦度920，並且將所測量的資料當成表面非平坦度資料930轉發至圖10中裝置1000的計算單元1040。第三測量單元1500通常在測量環境150中操作。
圖15中的示範測量單元1500包括干涉儀1510，其將光束1520引導到底座900的表面910上。干涉儀可以包括一雷射干涉儀。干涉儀1510偵測從底座900的表面910反射之輻射1530。藉助於光束1520和1530，干涉儀1510決定光束1520在夾盤900的表面920上之入射點1540與干涉儀1500的參考平面間之距離。通過在夾盤900的表面920上掃描光束之入射點1540，可決定其表面非平坦度資料930。干涉儀1510可沿光束軸(即在z方向)決定具有亞奈米範圍的空間解析度之表面920。
如在圖4所討論的背景中所解釋，在從EUV光罩400的測量環境150過渡到操作環境450時，光罩的後側表面的局部非平坦度420可導致其圖案元件350的局部位移。圖案元件350的這種局部位移可至少部分防止及/或校正。在這點上，例如，可通過將像素的一或多種配置引入到後側312附近的光罩基材310中，以最大程度平滑局部後側非平坦度420，因此基本上不發生圖案元件350的 局部橫向位移。另外或此外，可在其上沉積有多層結構370的前側322附近，將一或多種像素配置引入到光罩基材310中。該最後提到的像素配置補償在從測量環境150過渡到操作環境450時，發生的圖案元件350之局部位移。在申請者名下的專利說明書US 9 658 527和US 9 753 366中指定了有關決定像素配置並將其引入光罩400的基材310中之細節。
最後，圖16的流程圖1600提供用於在反射式光微影光罩400的圖案元件350位置之操作環境450中決定所述位置之方法順序概述。該方法從步驟1610開始。步驟1620牽涉在不對應反射式光微影光罩400的操作環境450之測量環境150中，決定反射式光微影光罩400後側的表面非平坦度資料420及/或反射式光微影光罩400底座900的表面非平坦度資料930。此步驟例如可由第一測量單元1100及/或第三測量單元1500來執行。該指定的方法可由裝置1000執行。
下一步驟1630涉及決定在測量環境150中的圖案元件350之位置資料。第二測量單元1200可例如執行此步驟。
步驟1640牽涉從後側315及/或底座900的已決定表面非平坦度資料420、930及該已決定位置資料，計算在操作環境450中的圖案元件350之位置。裝置1000的計算單元1040設計成執行此步驟。最後，該方法是在步驟1650結束。
140:三點式底座
145:靜止球
315:後側表面
325:前側
370:多層結構
400:EUV光罩
1010:第一構件
1040:計算單元
1050:非揮發性記憶體
1060:螢幕
1070:硬體組件
1100:第一測量單元
1110:光源
1120:自動聚焦系統
1130:偏轉反射鏡
1140:物鏡
1150:偵測器
1155:連接
1160:信號處理單元
1170:電腦系統

Claims (24)

  1. 一種用於在反射式光微影光罩(400)的圖案元件(350)位置之操作環境(450)中決定所述位置之裝置(1000)，該裝置包括：a.至少一第一構件(1010、1100、1200、1500)，其構成用於在不對應該反射式光微影光罩(400)的該操作環境(450)之一測量環境(150)中，決定該反射式光微影光罩(400)後側(315)的表面非平坦度資料(420)及/或該反射式光微影光罩(400)底座(900)的表面非平坦度資料(930)；b.至少一第二構件(1020、1200)，其構成用於在該測量環境(150)中決定該等圖案元件(350)的位置資料；及c.至少一計算單元(1040)，其構成用於從該後側(315)及/或該底座(900)的該已決定表面非平坦度資料(420、930)及該已決定位置資料，計算在該操作環境(450)中該反射式光微影光罩(400)的該等圖案元件(350)之位置。
  2. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該至少一第二構件(1020、1200)另外構成決定該反射式光微影光罩(400)前側(325)的表面非平坦度資料，並且該計算單元(1040)進一步構成當計算該等圖案元件(350)的位置時，則考慮該前側(325)的該已決定表面非平坦度資料。
  3. 如請求項1或2所述之裝置(1000)，其中該至少一第一構件(1010)及/或該至少一第二構件(1020)構成獲得該後側(315)、該前側(325)及/或該底座(900)的該表面非平坦度資料(420、930)，並且也獲得來自一或多個外部裝置的該等圖形元件之位置。
  4. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該至少一第一構件(1010、1100、1200)包括一第一測量單元(1100)，其構成在不對應該操作環境(450)之一環境(150)中決定該後側(315)的該表面非平坦度資料(420)。
  5. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該至少一第二構件(1020、1200)包括一第二測量單元(1200)，其構成在不對應該操作環境(450)之一環境(150)中決定該等圖案元件(350)的該位置資料。
  6. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成相對於該操作環境(450)中的該反射式光微影光罩(400)的該底座(430)，決定該等圖案元件(350)的位置。
  7. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成相對於該操作環境(450)中的設計資料，決定該圖案元件(350)的位置之至少一偏差。
  8. 如請求項7所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)可更進一步構成從該等圖案元件(350)的位置之至少一偏差及/或從該已決定的表面非平坦度資料(420)，決定校正至少一偏差及/或該後側(315)表面非平坦度(420)的像素之至少一配置。
  9. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成決定該光微影光罩(400)的該等圖案元件(350)相對於具有一表面假設在該操作環境(450)中為理想平坦的一靜電吸盤(430)之位置。
  10. 如請求項3所述之裝置(1000)，其中該第一測量單元(1100)包括一用於可見波長範圍的第一光源(1110)及/或一用於深紫外波長範圍的第二光源(1110)。
  11. 如請求項4所述之裝置(1000)，其中該第二測量單元(1200)包括一用於可見波長範圍的第三光源(1210)及/或一用於深紫外波長範圍的第四光源(1210)。
  12. 如請求項11所述之裝置(1000)，其中該第一測量單元(1100)決定該後側(315)的該表面非平坦度資料(420)，並且該第二測量單元(1200)決定該等圖案元件(350)的位置資料，而無需改變該反射式光微影光罩(400)的位置。
  13. 如請求項12所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成考慮到該反射式光微影光罩(400)保持在該測量環境(150)中而考量該反射式光微影光罩(400)之變形。
  14. 如請求項13所述之裝置(1000)，其中該第二測量單元(1200)構成大體上垂直輻射到該反射式光微影光罩(400)的該前側(325)，並且該第一測量單元(1100)構成大體上垂直輻射到該反射式光微影光罩(400)的該後側(315)。
  15. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該裝置(1000)包括一用於保持該反射式光微影光罩(400)的三點式底座(140)。
  16. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該至少一第一構件(1010)包括來自以下群組的至少一元件：一距離感測器和一干涉儀。
  17. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成將該操作環境(450)中的該等圖案元件(350)的位置關聯於該操作環境(450)中的該反射式光微影光罩(400)的一底座(430)之平坦表面(460)。
  18. 如請求項1所述之裝置(1000)，其中該計算單元(1040)構成在決定該位置資料的處理期間及/或在決定該表面非平坦度資料(420)的處理期間，決定該反射式光微影光罩(400)的重力作用。
  19. 如請求項8所述之裝置(1000)，其更包括：一雷射系統，其構成將像素的至少一配置引入該反射式光微影光罩(400)的一基材(310)中。
  20. 一種用於在反射式光微影光罩(400)的圖案元件(350)位置之操作環境(450)中決定所述位置之方法(1600)，其中該方法(1600)包括下列步驟：a.在不對應該反射式光微影光罩(400)的該操作環境(450)之一測量環境(150)中，決定(1620)該反射式光微影光罩(400)的一後側(315)之表面非平坦度資料(420)及/或該反射式光微影光罩(400)的一底座(900)之表面非平坦度資料(930)；b.決定(1630)在該測量環境(150)中的該等圖案元件(350)之該位置資料；及c.從該後側(315)及/或該底座(900)的該已決定表面非平坦度資料(420、930)及該已決定位置資料，計算(1640)在該操作環境(450)中的該等圖案元件(350)之位置。
  21. 如請求項20所述之方法(1600)，其中決定該表面非平坦度資料(420)包括藉助於一第一測量單元(1100)決定該表面非平坦度資料(420)，其中決定該位置資料包括藉助於一第二測量單元(1200)決定該等圖案元件(350)的該位 置資料，而且其中該表面非平坦度資料(420)和該位置資料是在一共同測量處理中決定。
  22. 如請求項20或21所述之方法(1600)，其中在該反射式光微影光罩(400)的一溫度調節階段中，執行決定該表面非平坦度資料(420)。
  23. 如請求項20所述之方法(1600)，其更包括下列步驟：將像素的至少一配置引入該反射式光微影光罩(400)的一基材(310)中，以校正該操作環境(450)中的該等圖案元件(350)的位置及/或該後側(315)表面非平坦度的至少一偏差。
  24. 一種包含指令之電腦程式，當一電腦系統執行所述指令時，導致該電腦系統執行如請求項20至23任一項所述之方法。
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