DE102019206651A1 - Verfahren zum dreidimensionalen Bestimmen eines Luftbildes einer Lithographiemaske - Google Patents

Abstract

Zum dreidimensionalen Bestimmen eines Luftbildes einer Lithographiemaske (7) als Messintensitäts-Resultat einer Abbildung mit einer anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik einer Projektionsbelichtungsanlage, wobei das zu bestimmende 3D-Luftbild eine Wellenfront aufweist, die in vorgegebener Weise von einem Defokuswert abweicht, wird folgendermaßen vorgegangen: In einem Ausgangs-Messschritt wird ein 3D-Luftbild in einer Mehrzahl von Betriebssituationen, die jeweils einem Defokuswert entsprechen, gemessen. Dies geschieht mit Hilfe eines Metrologiesystems (14) mit einer Messoptik mit einer Mess-Abbildungsoptik (15) mit isomorpher numerischer Apertur und mindestens einer verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente (Mi). Die Messung erfolgt unter Verwendung einer Aperturblende (16a) mit sich von 1 unterscheidendem Aspektverhältnis und unter Einfluss einer gezielten Dejustage(Δα→)der Mess-Abbildungsoptik, jeweils entsprechend einer Betriebssituation. Im Rahmen des Bestimmungsverfahrens werden weiterhin Spektren (F1...N) als Fouriertransformierte eines Feldes von Abbildungslicht (1) in jeweils einem bestimmten Abschnitt einer Pupille eines Beleuchtungssettings einer Beleuchtung der Lithographiemaske (7 ) rekonstruiert. Das im Ausgangs-Messschritt erhaltene Messergebnis (Imeasured) wird bei jedem Defokuswert (zw) durch Korrekturterme unter Einbeziehung der rekonstruierten Spektren korrigiert. Es resultiert eine 3D-Luftbildbestimmung mit hoher Genauigkeit.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum dreidimensionalen Bestimmen eines Luftbildes einer Lithographiemaske als Resultat einer Abbildung mit einer anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik einer Proj ektionsbelichtungsanlage.
• Ein derartiges Verfahren und ein Metrologiesystem sind bekannt aus der US 2017/0131528 A1 (Paralleldokument WO 2016/012 425 A2 ) und aus der US 2017/0132782 A1 .
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Genauigkeit einer 3D-Luftbildbestimmung einer Lithographiemaske, die mittels einer anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik abzubilden ist, bei Einsatz eines Metrologiesystems mit einer Mess-Abbildungsoptik mit isomorphem Abbildungsmaßstab zu verbessern.
• Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch ein Luftbild-Bestimmungsverfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
• Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich eine Annäherung an defokusierte Luftbilder der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik, die zur Vervollständigung des dreidimensionalen Luftbildes, nämlich zur Erfassung der dritten Luftbild-Dimension senkrecht zu einer Bildebene der Abbildungsoptik, notwendig sind, durch eine gezielte Dejustage verlagerbarer und/oder deformierbarer Messoptik-Komponenten der Messoptik des Metrologiesystems, durch einen Einsatz von Korrekturtermen verbessern lässt. In diese Korrekturterme gehen die jeweils rekonstruierte Spektren eines Beleuchtungssettings ein. Die Korrekturterme tragen dem Beleuchtungssetting-Einfluss des Unterschieds zwischen der Defokus-Abhängigkeit der Abbildungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage einerseits und der Dejustageabhängigkeit der Messoptik des Metrologiesystems andererseits Rechnung. Die beiden Korrekturterme gehen bei der Korrektur des im Ausgangs-Messschritts erhaltenen Messergebnisses bevorzugt mit unterschiedlichen Vorzeichen ein. Da in die beiden Korrekturterme die gleichen rekonstruierten Spektren eingehen, heben sich dann Fehler, bei der Rekonstruktion der Spektren auftreten, durch Einsatz der beiden Korrekturterme heraus.
• Durch Einsatz einer isomorphen Mess-Abbildungsoptik des Metrologiesystems lässt sich mit dem Bestimmungsverfahren sehr präzise das 3D-Luftbild der Lithographiemaske, abgebildet mit der anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik bestimmten. Dies kann zur Optimierung der Originalstrukturen auf der Lithographiemaske zur Verbesserung von deren Abbildungsleistung bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere von Speicherchips, genutzt werden. Der Einsatz einer anamorphotischen Mess-Abbildungsoptik ist nicht erforderlich. Zudem ist auch eine Verlagerung eines Feldes senkrecht zur Feldebene bei der Messung mit der Mess-Abbildungsoptik nicht erforderlich.
• Mehrere verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponenten nach Anspruch 2 zur Erzeugung der gezielten Dejustage der Messoptik zur Vorgabe jeweils der verschiedenen Defokuswerte erhöhen die Anzahl der zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade bei der Minimierung des Unterschiedes zwischen der Wellenfront, erzeugt durch die Abbildung durch die Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik einerseits, und der Wellenfront, erzeugt durch Abbildung der Mess-Abbildungsoptik, die diese Wellenfront annähern soll andererseits. Die Auswirkung einer Verlagerung und/oder Deformation der jeweiligen verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente auf die Wellenfront sind bevorzugt voneinander linear unabhängig. Der im Ausgangs-Messschritt zu minimierende Unterschied zwischen den Wellenfronten der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik einerseits und der Mess-Abbildungsoptik andererseits kann somit vorteilhaft klein gehalten werden. Mit der Messoptik lassen sich somit die verschiedenen Defokuswerte der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik gut simulieren. Die Mess-Abbildungsoptik kann genau eine verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponente, kann genau zwei verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponenten, kann mehr als zwei verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponenten, zum Beispiel drei, vier, fünf oder noch mehr verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponenten zur gezielten Dejustage der Mess-Abbildungsoptik zur Simulation entsprechender Defokuswerte der Projektions-Abbildungsoptik aufweisen.
• Eine Unterteilung einer Beleuchtungssetting-Pupille nach Anspruch 3 verbessert eine Genauigkeit der Spektren-Rekonstruktion. Die Unterteilung trägt der physikalischen Tatsache Rechnung, dass für in der Praxis genutzte Lithographiemasken ein auch als Hopkins-Näherung bekannter Ansatz, wonach eine Verschiebung einer Beleuchtungsrichtung lediglich eine Verschiebung eines Masken-Spektrums bewirkt, lediglich für kleine Änderungen der Beleuchtungsrichtung eine gute Näherung darstellt. Dies wird nachfolgend auch als „lokale Hopkins-Näherung“ bezeichnet.
• Eine Spektren-Rekonstruktion nach Anspruch 4 verbessert die Genauigkeit der ermittelten Spektren.
• Ein Luftbild-Bestimmungsverfahren nach Anspruch 5 erzeugt 3D-Luftbilddaten auch bei höheren Defokuswerten, was zur Vorhersage einer Stabilität des Projektionsbelichtungsbetriebes von Vorteil ist. Der Bereich von Defokuswerten, die beim Luftbild-Bestimmungsverfahren abgedeckt werden, kann von einer idealen Fokuslage um mehr als 20 nm, um mehr als 30 nm, um mehr als 50 nm, oder auch um mehr als 100 nm abweichen.
• Eine Beugungsspektrum-Messung nach Anspruch 6 ermöglicht beispielsweise einen Vergleich zu den rekonstruierten Spektren. Dies kann die Ermittlung des Korrekturterms oder der Korrekturterme genauer machen.
• Ein Phase-Retrieval-Algorithmus nach Anspruch 7 hat sich im Zusammenhang mit der Messung der Beugungsspektren bewährt. Informationen zu einem derartigen Algorithmus findet der Fachmann in der US 2017/0132782 A1 .
• Die Vorteile eines Metrologiesystems nach Anspruch 8 entsprechen denen, die vorstehend unter Bezugnahme auf das 3D-Luftbild-Bestimmungs-verfahren bereits erläutert wurden. Vermessen kann mit dem Metrologiesystem eine Lithographiemaske, die vorgesehen ist zur Projektionsbelichtung zur Erzeugung von Halbleiterbauelementen mit höchster Strukturauflösung, die beispielsweise besser ist als 30 nm und die insbesondere besser sein kann als 10 nm.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
• 1 schematisch eine Projektionsbelichtungsanlage für die EUV-Lithographie, aufweisend eine anamorphotische Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik zur Abbildung einer Lithographiemaske;
• 2 schematisch ein Metrologiesystem zur Bestimmung eines Luftbildes der Lithographiemaske, aufweisend eine Mess-Abbildungsoptik mit isomorphem Abbildungsmaßstab, eine Aperturblende mit sich von 1 unterscheidendem Aspektverhältnis und mindestens eine verlagerbare Messoptik-Komponente;
• 3 beispielhaft eine Intensitätsverteilung von Abbildungslicht in einer Bildebene bei der Abbildung der Lithographiemaske mit der Projektionsbelichtungsanlage nach 1 bei einem spezifischen Defokuswert, also einer Abweichung einer Messebene von einer idealen Fokalposition der Bildebene;
• 4 eine Abbildungslicht-Intensität gemessen mit dem Metrologiesystem nach 2, wobei die verlagerbare Messoptik-Komponente so eingestellt ist, dass ein Defokuswert entsprechend dem Defokus nach 3 durch eine gezielte Dejustage der Mess-Abbildungsoptik angenähert ist;
• 5 eine Abfolge von Abbildungslichtintensitäts-Messergebnissen in der Bildebene des Metrologiesystems bei der Abbildung des Retikels mit jeweils unterschiedlichen Verlagerungspositionen der verlagerbaren Messoptik-Komponente, die verschiedenen Defokuswerten entsprechen;
• 6 schematisch ein Vorgehen bei der Bestimmung eines Luftbildes unter Verwendung von Spektren, die Fouriertransformierte eines Feldes des Abbildungslichts in jeweils einen bestimmten Abschnitts einer Pupille eines Beleuchtungssettings einer Beleuchtung der Lithographiemaske darstellen, wobei dieses Bestimmen der Spektren nach Art einer lokalen Hopkins-Approximation erfolgt; und
• 7 die einzelnen Beiträge bei der Luftbild-Bestimmung, nämlich oben rechts das gemessene Luftbild der Messoptik des Metrologiesystems, unten links als ein Korrekturterm das berechnete Luftbild, erhalten durch Simulation einer Abbildung mit der anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik unter Einbeziehung rekonstruierter Spektren nach 6 und unten rechts ein weiterer Korrekturterm in Form eines berechneten Luftbildes, erzeugt durch Simulation einer Abbildung mit der Messoptik des Metrologiesystems unter Einbeziehung der Spektren, wobei die verschiedenen Luftbilder jeweils dem gleichen Defokuswert zugeordnet sind.
• 1 zeigt in einer einem Meridionalschnitt entsprechenden Schnitt einen Strahlengang von EUV-Beleuchtungslicht beziehungsweise -Abbildungslicht 1 in einer Projektionsbelichtungsanlage 2 mit einer anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik 3, die in der 1 schematisch durch einen Kasten wiedergegeben ist. Das Beleuchtungslicht 1 wird erzeugt in einem Beleuchtungssystem 4 der Projektionsbelichtungsanlage 2, welches ebenfalls als Kasten schematisch dargestellt ist. Das Beleuchtungssystem 4 beinhaltet eine EUV-Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik, die jeweils nicht im Einzelnen dargestellt sind. Bei der Lichtquelle kann es sich um eine Laser-Plasma-Quelle (LPP; laser produced plasma) oder um eine Entladungsquelle (DPP; discharge produced plasma) handeln. Grundsätzlich kann auch eine Synchrotron-basierende Lichtquelle zum Einsatz kommen, zum Beispiel ein Freie-Elektronen-Laser (EFL). Eine Nutzwellenlänge des Beleuchtungslichts 1 kann im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm liegen. Grundsätzlich kann bei einer Variante der Projektionsbelichtungsanlage 2 auch eine Lichtquelle für andere Nutzlichtwellenlänge zum Einsatz kommen, beispielsweise für eine Nutzwellenlänge von 193 nm.
• Das Beleuchtungslicht 1 wird in der Beleuchtungsoptik des Beleuchtungssystems 4 so konditioniert, dass ein bestimmtes Beleuchtungssetting der Beleuchtung bereitgestellt wird, also eine spezifische Beleuchtungswinkelverteilung. Diesem Beleuchtungssetting entspricht eine bestimmte Intensitätsverteilung des Beleuchtungslichts 1 in einer Beleuchtungspupille der Beleuchtungsoptik des Beleuchtungssystems 4.
• Zur Erleichterung der Darstellung von Lagebeziehungen wird nachfolgend ein kartesisches xyz-Koordinatensystem verwendet. Die x-Achse verläuft in der 1 senkrecht zur Zeichenebene aus dieser heraus. Die y-Achse verläuft in der 1 nach rechts. Die z-Achse verläuft in der 1 nach oben.
• Das Beleuchtungslicht 1 beleuchtet ein Objektfeld 5 einer Objektebene 6 der Projektionsbelichtungsanlage 2. In der Objektebene 6 ist eine Lithographiemaske 7 angeordnet, die auch als Retikel bezeichnet ist. Oberhalb der Objektebene 6, die parallel zur xy-Ebene verläuft, ist in der 1 schematisch ein Strukturabschnitt der Lithographiemaske 7 gezeigt. Diese Strukturabschnitt ist so dargestellt, dass er in der Zeichenebene der 1 liegt. Die tatsächliche Anordnung der Lithographiemaske 7 ist senkrecht zur Zeichenebene der 1 in der Objektebene 6.
• Das Beleuchtungslicht 1 wird von der Lithographiemaske 7, wie schematisch in der 1 dargestellt, reflektiert und tritt in eine Eintrittspupille 8 der Abbildungsoptik 3 in einer Eintrittspupillenebene 9 ein. Die genutzte Eintrittspupille 8 der Abbildungsoptik 3 ist elliptisch berandet.
• Innerhalb der Abbildungsoptik 3 propagiert das Beleuchtungs- beziehungsweise Abbildungslicht 1 zwischen der Eintrittspupillenebene 9 und einer Austrittspupillenebene 10. In der Austrittspupillenebene 10 liegt eine kreisförmige Austrittspupille 11 der Abbildungsoptik 3. Die Abbildungsoptik 3 ist anamorphotisch und erzeugt aus der elliptischen Eintrittspupille 8 die kreisförmige Austrittspupille 11.
• Die Abbildungsoptik 3 bildet das Objektfeld 5 in ein Bildfeld 12 in einer Bildebene 13 der Projektionsbelichtungsanlage 2 ab. 1 zeigt unter der Bildebene 13 schematisch eine Abbildungslicht-Intensitätsverteilung I_Scanner, gemessen in einer Ebene, die in der z-Richtung von der Bildebene 13 um einen Wert z_w beabstandet ist, also eine Abbildungslicht-Intensität bei eine Defokuswert z_w. Ein anderes Beispiel für eine derartige gemessene Abbildungslicht-Intensitätsverteilung Iscanner bei der Abbildung mit der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik 3 zeigt 3.
• Zwischen der Objektebene 6 und der Bildebene 13 ergibt sich insbesondere aufgrund der Komponenten der Abbildungsoptik 3 ein Wellenfrontfehler φ, der in der 1 schematisch als Defokus-Abweichung eines Wellenfront-Istwerts von einem Wellenfront-Sollwert (Defokus = 0) dargestellt ist.
• Die Abbildungslicht-Intensitäten Iscanner (xy) an den verschiedenen z-Werten um die Bildebene 13 herum werden auch als 3D-Luftbild der Projektionsbelichtungsanlage 2 bezeichnet. Die Projektionsbelichtungsanlage 2 ist als Scanner ausgeführt. Die Lithographiemaske 7 einerseits und ein in der Bildebene 13 angeordneter Wafer andererseits werden synchron zueinander bei der Projektionsbelichtung gescannt. Hierdurch wird die Struktur auf der Lithographiemaske 7 auf den Wafer übertragen.
• 2 zeigt ein Metrologiesystem 14 zur Vermessung der Lithographiemaske 7. Das Metrologiesystem 14 wird zur dreidimensionalen Bestimmung eines Luftbildes der Lithographiemaske 7 als Näherung an das tatsächliche Luftbild Iscanner (xyz) der Projektionsbelichtungsanlage 2 herangezogen.
• Komponenten und Funktionen, die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bereits erläutert wurden, tragen in der 2 die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
• Im Unterschied zur anamorphotischen Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2 ist eine Mess-Abbildungsoptik 15 des Metrologiesystems 14 als isomorphe Optik ausgeführt, also als Optik mit isomorphem Abbildungsmaßstab. Eine Mess-Eintrittspupille 16 wird dabei, abgesehen von einem globalen Abbildungsmaßstab, formgetreu in eine Mess-Austrittspupille 17 überführt. Das Metrologiesystem 14 hat in der Eintrittspupillenebene 9 eine elliptische Aperturblende 16a. Die Ausführung einer solchen elliptischen Aperturblende 16a in einem Metrologiesystem ist bekannt aus der WO 2016/012 426 A1 . Diese elliptische Aperturblende 16a erzeugt die elliptische Mess-Eintrittspupille 16 der Mess-Abbildungsoptik 15. Die innere Berandung der Aperturblende 16a gibt dabei die Außenkontur der Mess-Eintrittspupille 16 vor. Diese elliptische Mess-Eintrittspupille 16 wird in die elliptische Mess-Austrittspupille 17 überführt. Ein Aspektverhältnis der elliptischen Mess-Eintrittspupille 16 kann genauso groß sein wie dasjenige der elliptischen Eintrittspupille 8 der Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2. In Bezug auf das Metrologiesystem wird auch verwiesen auf die WO 2016/012 425 A2 .
• Die Mess-Abbildungsoptik 15 hat mindestens eine verlagerbare und/oder deformierbare Messoptik-Komponente. Eine derartige Messoptik-Komponente ist in der 2 schematisch bei M_i als Spiegel dargestellt. Die Mess-Abbildungsoptik 15 kann eine Mehrzahl von Spiegeln M1, M2 ... und kann eine entsprechende Mehrzahl M_i , M_i+1 derartiger Messoptik-Komponenten aufweisen.
• Eine Verlagerbarkeit beziehungsweise Manipulierbarkeit der verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente M_i ist in der 2 schematisch durch einen Manipulatorhebel 18 angedeutet. Ein Freiheitsgrad der Manipulation ist in der 2 als Doppelpfeil α angedeutet. Abhängig von einer jeweils eingestellten Dejustage $\Delta \overrightarrow{\alpha }$

  

  der verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente M_i ergibt sich ein Wellenfrontfehler φ(α), der ähnlich wie in der 1 auch in der 2 schematisch dargestellt ist.
• In einer Messebene 19 des Metrologiesystems 14, die eine Bildebene der Mess-Abbildungsoptik darstellt, ist eine ortsauflösende Detektionseinrichtung 20 angeordnet, bei der es sich um eine CCD-Kamera handeln kann. Ähnlich wie in der 1 ist in der 2 unterhalb der Messebene 19 ein Ergebnis einer Intensitätsmessung ${\text{I}}_{\text{measured}}\left(\text{x},\text{y},\Delta \overrightarrow{\alpha }\right)$

  

  abhängig von der jeweiligen Dejustage $\Delta \overrightarrow{\alpha }$

  

  der verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente M_i gezeigt. Ein weiteres Beispiel für eine derartige Intensitätsmessung Imeasured zeigt 4.
• Aus den Messergebnissen des Metrologiesystems 14 in der Messebene 19 kann das Luftbild der Projektionsbelichtungsanlage 2 bestimmt werden, wie nachfolgend im Detail erläutert wird.
• Zunächst wird ein Wellenfrontfehler φ der Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2 bei einem Defokuswert z_r berechnet, der den Betrag einer Rayleigh-Einheit λ/NA² _wafer hat. λ ist hierbei die Wellenlänge des Beleuchtungslichts 1 und NA_wafer ist die bildseitige numerische Apertur der Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2. Dieser Wellenfrontfehler wird für die Wellenvektoren k bestimmt.
• Dieser Wellenfrontfehler wird dann als Entwicklung von Zernike-Funktionen geschrieben und es ergeben sich dann die Ziel-Zernike-Koeffizienten ${\overrightarrow{Z}}_{target}$

  

  dieser Zernike-Entwicklung des Scanner-Wellenfrontfehlers in der Bildebene 13. Es wird dann diejenige Manipulatorposition Δα beziehungsweise diejenige Kombination von Manipulatorpositionen Δα_i gesucht, die zu einem Wellenfrontfehler φ der Mess-Abbildungsoptik 15 führt, dessen Zernike-Entwicklung zu Zernike-Koeffizienten ${\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}$

  

  führt, die den Koeffizienten ${\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}}$

  

  am nächsten liegen. Bei dieser Manipulatorposition beziehungsweise diesem Satz von Manipulatorpositionen wird dann mit dem Metrologiesystem 14 ein Bild der Lithographiemaske 7 mit Hilfe der Detektionseinrichtung 20 aufgenommen.
• Dieses Verfahren wird nun für verschiedene Defokus-Werte wiederholt, wobei zunächst der Wellenfrontfehler bei diesem Defokus der Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2 bestimmt wird und anschließend der Satz an Manipulationen Δα sowie der Satz an Zernike-Koeffizienten der Mess-Abbildungsoptik bestimmt wird, die diesen Defokus-Wellenfrontfehler am besten nachbilden.
• Dies kann beispielsweise für die vielfachen n=-2, -1,5, -1, -0,5, 0, 0.5, 1, 1,5 und 2 der Rayleigh-Einheit geschehen. 5 zeigt die entsprechenden Ergebnisse für die Intensitätsmessung $I_{measured}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{actual}\right)$

  

  in der Messebene 19. Bei jedem dieser Defokuswerte erfolgt also eine Manipulatoreinstellung so, dass die Zernike-Koeffizienten ${\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}$

  

  des zugehörigen Wellenfrontfehlers der Mess-Abbildungsoptik mit jeweils kleinstem Fehler an die Zernike-Koeffizienten ${\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}}$

  

  des Wellenfrontfehlers der Abbildungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage 2 angepasst sind.
• In einem Ausgangs-Messschritt des dreidimensionalen Bestimmungsverfahrens für das Luftbild Iscanner der Lithographiemaske 7 wird also das 3D-Luftbild $I_{measured}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{actual}\right)$

  

  als Messintensität in Abhängigkeit von einem Defokuswert z_w, also über eine Mehrzahl von Defokus-Messebenen, die jeweils einen Defokuswert (z_w) entsprechen, mit Hilfe des Metrologiesystems 14 mit der Messoptik 15 mit isomorpher numerischer Apertur und der mindestens einen verlagerbaren Messoptik-Komponente M_i gemessen. Diese Messung geschieht unter Verwendung der elliptischen Aperturblende 16a für die Eintrittspupille 16 mit sich um mehr als 10% von 1 unterscheidendem Aspektverhältnis in der Mess-Abbildungsoptik 15. Diese Messung geschieht weiterhin unter Einfluss der jeweils dem Defokuswert zugeordneten gezielten Dejustage der Mess-Abbildungsoptik 15. Durch diese gezielte Dejustage erfolgt, wie vorstehend erläutert, eine Minimierung eines Unterschiedes zwischen einer Wellenfront $\mathrm{\phi }\left({\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}}\right),$

  

  die durch die Abbildung der Lithographiemaske mittels der Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2 entsteht, und einer Wellenfront $\mathrm{\phi }\left({\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right),$

  

  die durch die Abbildung der Lithographiemaske 7 mittels der Mess-Abbildungsoptik 15 mit gezielt verlagerter Messoptik-Komponente M_i erfolgt.
• Die Serie der mit dem Metrologiesystem 14 gemessenen Luftbilder ${\text{I}}_{\text{measured}}\left(\overrightarrow{\text{r}},{\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)$

  

  i bei den Manipulatorpositionen, die den verschiedenen Vielfachen (n = -2, ... n = 2) der Rayleigh-Einheit entsprechen, sowie die korrespondierenden Zernike-Koeffizienten $n{\overrightarrow{Z}}_{actual},$

  

  die bei einer fehlerminimierten Anpassung der zugehörigen Wellenfrontfehler resultieren, und das bei der Messung verwendete Beleuchtungssetting, welches dem Beleuchtungssetting entspricht, das bei der Projektionsbelichtung zum Einsatz kommt, werden nun zur Rekonstruktion von Masken-Spektren verwendet.
• Hierbei kommt eine Näherung zum Einsatz, die in der Literatur als Hopkins-Näherung bekannt ist. Diese Näherung liegt die Annahme zugrunde, dass das jeweilige Masken-Spektrum für zwei unterschiedliche Beleuchtungsrichtungen bis auf eine Verschiebung identisch ist. Die Hopkins-Näherung wird dabei ausschließlich lokal angewandt, also für nahe beieinander liegende Beleuchtungsrichtungen. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass für weiter auseinander liegende Beleuchtungsrichtungen eine Abschattung aufgrund einer dreidimensionalen Struktur der Lithographiemaske zu unterschiedlichen Beleuchtungsspektren führt. Details zur Hopkins-Näherung sind erläutert zum Beispiel im Kapitel 15 des Fachbuchs „Advances in FDTD Computational Electrodynamics“, A. Taflove (ed.), Artech House, 2013.
• 6 zeigt links ein beispielhaftes Beleuchtungssetting, dargestellt als eine Intensitätsverteilung in einer Beleuchtungs-Pupillenebene 21 (vgl. 1 und 2) des Beleuchtungssystems 4. Das Beleuchtungssetting ist als Quadrupol-Beleuchtungssetting ausgeführt, wobei die einzelnen Beleuchtungspole σ in der 6 links mit σ₁ bis σ₄ in Abhängigkeit von Pupillenkoordinaten q_x, q_y dargestellt sind. Jeder dieser Pole σ₁ bis σ₄ stellt einen Abschnitt der Pupille des Beleuchtungssettings dar. Entsprechend der lokalen Hopkins-Näherung kann jedem dieser Abschnitte σ₁ bis σ₄ eine fouriertransformierte F₁ bis F₄ in Abhängigkeit eines Wellenvektors $\overrightarrow{\text{k}}$

  

  zugeordnet werden. Eine Änderung des Beleuchtungswinkels innerhalb des jeweiligen Pols σ_i führt entsprechend der lokalen Hopkins-Näherung zu einer Frequenzverschiebung des jeweiligen Beugungsspektrums Fi der Lithographiemaske 7.
• Unter Nutzung dieser nicht-lokalen Hopkins-Näherung kann das gesamte Luftbild als Überlagerung der vier Spektren zu den vier Beleuchtungspolen geschrieben werden als $$I\left(\overrightarrow{r},\overrightarrow{Z},F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)\right)={{\displaystyle \sum _{n,\overrightarrow{q}}{\sigma }_n\left(\overrightarrow{q}\right)\left|{\mathcal{F}}^{-1}\left(F_n\left(\overrightarrow{k}+\overrightarrow{q}\right)A\left(\overrightarrow{k}\right)e^{ip\left(\overrightarrow{k},\overrightarrow{Z}\right)}\right)\right|}}^2$$

  
• Hierbei sind:
• $\mathrm{\sigma }\left(\overrightarrow{\text{q}}\right)={\displaystyle {\sum }_{\text{n}}{\mathrm{\sigma }}_{\text{n}}\left(\overrightarrow{\text{q}}\right)}$
  
  das in N-Abschnitte, im vorliegenden Fall also in vier Abschnitte, unterteilte Beleuchtungssetting,
• $\text{A}\left(\overrightarrow{\text{k}}\right)$
  
  ist eine Amplituden-Apodisierungsfunktion der Projektionsoptik (1 innerhalb der zur Verfügung stehenden numerischen Apertur, 0 außerhalb);
• $\phi \left(\overrightarrow{k},\overrightarrow{Z}\right)$
  
  ist der Wellenfrontfehler der Abbildungsoptik, beschrieben als Entwicklung von Zernike-Funktionen mit Zernike-Koeffizienten $\overrightarrow{Z};$
  
• $F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)$
  
  sind die vorstehend erläuterten Maskenspektren, zugeordnet zu jedem Pupillenabschnitt σi(i= 1....N).
• Bei der Rekonstruktion der Maskenspektren F1...N unter Zuhilfenahme der Folge von Luftbild-Messungen gemäß 5 und der zugehörigen Zernike-Koeffizienten ${\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}$

  

  wird nun folgendermaßen vorgegangen:
• Es wird für jeden Abschnitt σ1 des Beleuchtungssetting ein Spektrum Fi rekonstruiert. Hierzu wird zunächst als vorläufiger Kandidatenwert ein Ausgangsspektrum beziehungsweise Rohspektrum Fi herangezogen, welches beispielsweise durch Fouriertransformation der jeweiligen Luftbild-Messung roh erzeugt wird. Anschließend werden Luftbilder aus diesen Rohspektren Fi berechnet, wobei jeweils die Zernike-Koeffizienten eingesetzt werden, die für die jeweilige Luftbild-Messung im Ausgangs-Messschritt ermittelt wurden. Für alle Pupillen-Abschnitte, also beispielsweise für die vier Beleuchtungspole, wird dann eine Differenz Δ zwischen der tatsächlichen Luftbild-Messung und dem Simulationswert bestimmt: $$\Delta ={\displaystyle \sum _n\left|I_{measured}\left(\overrightarrow{r},n{\overrightarrow{Z}}_{actual}\right)-I_{sim}\left(\overrightarrow{r},n{\overrightarrow{Z}}_{actual},F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)\right)\right|}$$

  
• Die Rohspektren Fi werden dann iterativ zur Minimierung der Differenz Δ jeweils angepasst und die Differenzberechnung gegebenenfalls mehrfach iteriert.
• Insgesamt werden also die Spektren Fi als Fouriertransformierte eines Feldes des Abbildungslichts 1 in jeweils einem bestimmten Abschnitt σi der Pupille des Beleuchtungssettings der Beleuchtung der Lithographiemaske 7 rekonstruiert. In dieser Rekonstruktion geht die Differenz Δ ein zwischen einer mit der Messoptik 15 unter Verwendung der gezielten Dejustage der verlagerbaren Messoptik-Komponente M_i gemessenen Abbildungslicht-Intensität ${\text{I}}_{\text{measured}}\left({\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)$

  

  und einer Simulation einer Abbildungslicht-Intensität $I_{sim}\left(n{\overrightarrow{Z}}_{actual},F_{\mathrm{1,..}N}\right)$

  

  unter Einbeziehung eines jeweils vorläufigen Kandidatenwertes für das jeweilige Spektrum.
• Sobald die iterierende Annäherung der zu rekonstruierenden Spektren Fi keine Verbesserung für den Wert Δ mehr ergibt, liegen die rekonstruierten Spektren F_i vor und es kann nun auf Basis dieser rekonstruierten Spektren F_i die Berechnung zweier Korrekturterme erfolgen.
• Ein erster Korrekturterm $I_{sim}\left({\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{target},S_{\mathrm{1,..}N}\right)$

  

  ist hierbei ein berechnetes 3D-Luftbild beim zugehörigen Defokuswert z_w, welches durch Simulation einer Abbildung mit der anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik 3 der Projektionsbelichtungsanlage 2 unter Einbeziehung der rekonstruierten Spektren F_i erzeugt wird.
• Ein zweiter Korrekturterm ist ein berechnetes 3D-Luftbild $I_{sim}\left({\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{actual},{\text{F}}_{\mathrm{1,..}\text{N}}\right)$

  

  beim zugehörigen Defokuswert z_w, welches durch Simulation einer Abbildung mit der Mess-Abbildungsoptik 15 unter Einbeziehung der rekonstruierten Spektren F_i erzeugt wird.
• Aus dem Ergebnis des Ausgangs-Messschritts, ${\text{I}}_{\text{measured}}\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right),$

  

  und den beiden Korrekturtermen kann nun das Luftbild der anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik 3, I_scanner, gemäß dem folgenden Ausdruck bestimmt werden: $$\begin{array}{l}{I}_{scanner}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{target}\right)\\ \approx I_{measured}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{actual}\right)+I_{sim}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{target},F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)\right)\\ -I_{sim}\left(\overrightarrow{r},{\tilde{z}}_w{\overrightarrow{Z}}_{actual},F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)\right)\end{array}$$

  
• Es zeigt sich, dass sich Simulations- beziehungsweise Rekonstruktionsfehler, da sie in beiden Korrekturtermen mit verschiedenen Vorzeichen auftauchen, gegenseitig herausheben.
• 7 zeigt anschaulich die verschiedenen Terme, die in die Berechnung des 3D-Luftbildes I_scanner gemäß der vorstehenden Formel eingehen. Links oben ist noch vor der Berechnung mit einem Fragezeichen das gesuchte Luftbild bei den tatsächlichen Wellenfrontfehlern, die durch die anamorphotische Projektions-Abbildungsoptik 3 hervorgerufen werden, dargestellt. Rechts oben ist ein Luftbild entsprechend dem Ausgangs-Messschritt, ${\text{I}}_{\text{measured}}\left(\overrightarrow{\text{r}},{\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right),$

  

  dargestellt. Links unten ist der erste Korrekturterm durch Simulation anhand der Projektions-Abbildungsoptik 3, ${\text{I}}_{\text{sim}}\left(\overrightarrow{\text{r}},{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}},{\text{F}}_{\mathrm{1,..}\text{N}}\left(\overrightarrow{\text{k}}\right)\right),$

  

  und rechts unten der zweite Korrekturterm, also das berechnete Luftbild auf Basis einer Simulation der Messoptik $I_{sim}\left(\overrightarrow{r},{\overrightarrow{Z}}_{actual},F_{\mathrm{1,..}N}\left(\overrightarrow{k}\right)\right),$

  

  dargestellt.
• Zur Ermittlung mindestens eines der Korrekturterme kann auch ein Beugungsspektrum verwendet werden, welches durch ein in der US 2017/0132782 A1 beschriebenes Verfahren gemessen wird.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 2017/0131528 A1 [0002]
• WO 2016/012425 A2 [0002, 0026]
• US 2017/0132782 A1 [0002, 0012, 0051]
• WO 2016/012426 A1 [0026]

Claims (8)

1. Verfahren zum dreidimensionalen Bestimmen eines Luftbildes (I_scanner) einer Lithographiemaske (7) als Messintensitäts-Resultat einer Abbildung mit einer anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik (3) einer Projektionsbelichtungsanlage (2), wobei das zu bestimmende 3D-Luftbild (I_scanner) eine Wellenfront $\left(\mathrm{\phi }\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}}\right)\right)$

   

   aufweist, die in vorgegebener Weise von einem Defokuswert (z_w) abweicht, mit folgenden Schritten: - in einem Ausgangs-Messschritt Messen eines 3D-Luftbildes (I_measured) als Messintensitäts-Resultat in einer Mehrzahl von Betriebssituationen $\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right),$

   

   die jeweils einen Defokuswert (z_w) entsprechen, mit Hilfe eines Metrologiesystems (14) mit einer Messoptik mit einer Mess-Abbildungsoptik (15) mit isomorpher numerischer Apertur und mindestens einer verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente (M_i), -- wobei diese Messung unter Verwendung einer Aperturblende (16a) mit sich um mehr als 10% von 1 unterscheidendem Aspektverhältnis in der Mess-Abbildungsoptik (15) und unter Einfluss einer gezielten Dejustage $\left(\Delta \overrightarrow{\alpha }\right)$

   

   der Mess-Abbildungsoptik (15), jeweils entsprechend einer Betriebssituation $\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right),$

   

   erfolgt, -- wobei durch die gezielte Dejustage $\left(\Delta \overrightarrow{\alpha }\right)$

   

   eine Minimierung eines Unterschiedes erfolgt zwischen: --- einer Wellenfront $\left(\mathrm{\phi }\left({\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}}\right)\right),$

   

   )), die durch die Abbildung der Lithographiemaske (7) mittels der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik (3) beim jeweiligen Defokuswert (z_w) entsteht, und --- einer Wellenfront $\left(\mathrm{\phi }\left({\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)\right),$

   

   die durch die Abbildung der Lithographiemaske (7) mittels der Mess-Abbildungsoptik (15) mit gezielter Dejustage $\left(\Delta \overrightarrow{\alpha }\right),$

   

   also gezielt verlagerter und/oder deformierter Messoptik-Komponente (M_i) entsteht, - Rekonstruieren von Spektren (F_1...N) als Fouriertransformierte eines Feldes von Abbildungslicht (1) in jeweils einem bestimmten Abschnitt (σ_i) einer Pupille eines Beleuchtungssettings einer Beleuchtung der Lithographiemaske (7), wobei in die Rekonstruktion eine Minimierung einer Differenz (Δ) eingeht zwischen -- einer mit der Messoptik (15) unter Verwendung der gezielten Dejustage $\left(\Delta \overrightarrow{\alpha }\right)$

   

   gemessenen Abbildungslicht-Intensität $\left({\text{I}}_{\text{measured}}\left({\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)\right)$

   

   und -- einer Simulation einer Abbildungslicht-Intensität $\left(I_{sim}\left(n{\overrightarrow{Z}}_{actual},F_{\mathrm{1,..}N}\right)\right)$

   

   bei der jeweiligen gezielten Dejustage $\left(\Delta \overrightarrow{\alpha }\right)$

   

   unter Einbeziehung eines vorläufigen Kandidatenwertes für das jeweilige Spektrum (F_1...N), - Korrigieren des im Ausgangs-Messschritt erhaltenen Messergebnisses (I_measured) bei jedem Defokuswert (zw) durch folgende Korrekturterme: -- ein berechnetes 3D-Luftbild $\left({\text{I}}_{\text{sim}}\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{target}},{\text{F}}_{\mathrm{1,..}\text{N}}\right)\right)$

   

   beim zugehörigen Defokuswert (z_w), welches durch Simulation einer Abbildung mit der anamorphotischen Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik (3) der Projektionsbelichtungsanlage (2) unter Einbeziehung der rekonstruierten Spektren (F_1...N) erzeugt wird, -- ein berechnetes 3D-Luftbild $\left({\text{I}}_{\text{sim}}\left({\tilde{\text{z}}}_{\text{w}}{\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}},{\text{F}}_{\mathrm{1,..}\text{N}}\right)\right)$

   

   beim zugehörigen Defokuswert (z_w), welches durch Simulation einer Abbildung mit der Mess-Abbildungsoptik (15) unter Einbeziehung der rekonstruierten Spektren (F_{1 ...N}) erzeugt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der gezielten Dejustage eine Verlagerung und/oder Deformation mehrerer verlagerbarer Messoptik-Komponenten (M_i, M_i+1) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der rekonstruierten Spektren (F_{1 ...N}) die Pupille des Beleuchtungssettings in mehr als zwei Abschnitte (σ_i) unterteilt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der rekonstruierten Spektren (F_1...N) eine Vermessung der Abbildungslicht-Intensität $\left({\text{I}}_{\text{measured}}\left({\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)\right)$

   

   in einer Messebene (19) in mehreren Verlagerungspositionen $\left({\text{n}\overrightarrow{\text{Z}}}_{\text{actual}}\right)$

   

   der mindestens einen verlagerbaren und/oder deformierbaren Messoptik-Komponente (n_i) erfolgt, die jeweils einem Defokuswert (z_w) der Projektionsbelichtungs-Abbildungsoptik (3) entsprechen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftbild (I_scanner) der Lithographiemaske (7) dreidimensional bei absoluten Defokuswerten (z_w) bestimmt wird, die von einer idealen Fokusposition, also einer Bildebene (13) um mehr als 20 nm abweichen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung mindestens eines der Korrekturterme ein Messen eines Beugungsspektrums der Lithographiemaske (7) unter Beleuchtungsbedingungen erfolgt, die denen bei der Projektionsbelichtung entsprechen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Beugungsspektrums ein Phase-Retrieval-Algorithmus zum Einsatz kommt.
8. Metrologiesystem (14) zur Durchführung des Bestimmungsverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, - mit einem Beleuchtungssystem (4) mit einer Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung der zu untersuchenden Lithographiemaske (7), - mit einem abbildenden Optik (15) zur Abbildung eines Abschnitts der Lithographiemaske (7) in eine Messebene (19), und - mit einer ortsauflösenden Detektionseinrichtung (20), angeordnet in der Messebene (19).

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