JP2019164339A - リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニットの結像収差寄与を決定する方法 - Google Patents

リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニットの結像収差寄与を決定する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニットの結像収差寄与を決定すること。【解決手段】結像光学ユニットを用いて、物体の結像の像平面の、平行な領域内の異なる測定平面における一連の2D強度分布として、結像光学ユニットの3D空間像を焦点依存的に測定するステップと、スペックルパターンを有する測定された2D強度分布のフーリエ変換によって、3D空間像のスペックルパターンのスペクトルが決定するステップと、周波数領域内の複数のスペクトル成分に対して、前記スペクトル成分の実部RS(z)および虚部IS(z)の焦点依存が決定するステップと、焦点依存の決定値から、マスク構造によるスペックルパターンスペクトルに作られる除去されるべき寄与が、結像光学ユニットによってスペックルパターンスペクトルに作られる結像収差寄与から分離するステップと結像収差寄与が表されるステップを有する。【選択図】図5

Description

本特許出願は、ドイツ特許出願第102018202635.1号の優先権を主張し、この内容を参照により本明細書に組み込む。
本発明は、リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニットの結像収差寄与を決定する方法に関する。さらに本発明は、この種の決定方法を含む、リソグラフィマスクを測定するための計測システム(metrology system)の結像光学ユニットの結像収差を修正する方法、およびこの種の方法を実施することができる計測システムに関する。
WO2016/012426A1が、リソグラフィマスクの3D空間像(3D aerial image)を三次元測定する方法を開示している。
スペックル(speckle)測定を用いて光学ユニットの結像収差寄与を決定する方法が、以下の技術文献、“Off−axis Aberration Estimation in an EUV Microscope Using Natural Speckle” by Shanker et al., Imaging and Applied Optics Congress, USA 2016、“Quantitative phase retrieval with arbitrary pupil and illumination” by R.A. Claus et al., Optics Express Vol. 23, No. 20, published on 02.10.2015、および、“Aberration estimation using EUV mask roughness” by R.A. Claus, Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography VI, ed. O.R. Wood II et al. proc. of SPIE Vol. 9422, 942214から知られている。
WO2016/012426A1
"Off−axis Aberration Estimation in an EUV Microscope Using Natural Speckle" by Shanker et al., Imaging and Applied Optics Congress, USA 2016 "Quantitative phase retrieval with arbitrary pupil and illumination" by R.A. Claus et al., Optics Express Vol. 23, No. 20, published on 02.10.2015 "Aberration estimation using EUV mask roughness" by R.A. Claus, Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography VI, ed. O.R. Wood II et al. proc. of SPIE Vol. 9422, 942214
本発明の目的は、それぞれのリソグラフィマスクの測定時間と比較して追加の時間消費を可能な限り少なくして、リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニットの結像収差寄与を決定することである。
この目的は、請求項1に記載のステップを含む方法を用いて本発明により実現される。
本発明によれば、リソグラフィマスク測定中にいずれにせよ常に実施される3D空間像測定の状況において、スペックルパターン測定によって、スペックルパターンに対するマスク構造寄与から結像収差寄与を分離することが可能であることが認識されている。次いで、結像収差寄与を表すことができ、その結果、このことから、結像光学ユニットの適格化(qualification)を実施することができ、特に、例えば計測システムの結像光学ユニットを再調整することによって、前記結像収差寄与をどの程度低減することができるかに関して結論を得ることができる。それぞれのスペクトル成分の実部(real part)および虚部(imaginary part)の焦点依存のプロファイル(profile)の交点のz位置を決定することによって、分離を実施することができる。この方法を使用して、特に偶関数によって記述することができる収差を決定することができる。
結像光学ユニットは、特にリソグラフィマスクの適格化、およびまだ構造化されていないマスク基板、いわゆるマスクブランクの適格化のための計測システムの一部分とすることができる。マスクブランクの適格化、すなわち、まだ構造化されていないマスクの性質評価は、決定方法を用いて実施することもできる。
測定されるリソグラフィマスクの照明中の知られている照明角度分布(照明設定)、および結像光学ユニットの同じく知られている透過関数から、デフォーカス収差(defocus aberration)を計算することができる。透過関数は、瞳透過関数とすることができる。瞳透過関数は、2変数関数とすることができ、結像光学ユニットの開口数の範囲内の空間周波数に対しては値1を有し、前記開口数の範囲外の空間周波数に対しては0を有する。
請求項3に記載の表現の作成は、測定された異なる結像収差をこの手段によって体系的に表すことができるので、実際に価値のあるものであると証明されている。この場合、例えばゼルニケ(Zernike)多項式であるがそれ自体は直交関数のセットを構成しない直交多項式のセット、から計算される展開関数のセットを使用することが可能である。
請求項4に記載の表現は明らかである。
請求項5によるゼルニケ関数は、有利なことに、結像光学ユニットの対称条件に適合される。
請求項6に記載の方法は、結像収差寄与を決定する方法の実行中に、マスク寄与を簡単に分離することを可能にする。この種のマスクブランク測定は、リソグラフィマスクの測定方法という状況において常に行われており、したがって、この結果として、測定による遅延が全く生じない、または短い遅延しか生じない。
請求項7に記載の方法は、結像収差寄与の決定を使用して結像収差を修正する。計測システムの動作中に、再調整を実施することができる。再調整は、開ループまたは閉ループの制御下で実施することができる。
請求項8に記載の計測システムの利点は、本発明による方法に関してすでに上で説明した利点に対応する。
請求項9に記載の変位アクチュエータは、再現可能な再調整を可能にする。
請求項10の結果としての信号接続によって、結像収差寄与の決定に関連した自動プロセスという状況において、再調整を実施することが可能になる。この自動プロセスは、開ループまたは閉ループの制御下で進めることができる。
本発明の例示的な一実施形態が、図面を参照しながらより詳細に以下で説明される。
それぞれが極端に概略的に示された照明光学ユニットおよび結像光学ユニットを有する、EUV照明および結像光を用いてリソグラフィマスクの形態の物体を検査するため計測システムを、入射平面に垂直な方向から見た平面図として、非常に概略的に示す図である。 照明瞳と、結像光学ユニットの像平面の領域内の空間像との間の、照明および結像光の伝播を概略的に示す図であり、それに加えて空間像からスペックルパターンのスペクトルへの変換も示す図である。 像平面の領域における異なる焦点測定平面の一連の2D強度分布を示す図であり、この並びが、計測システムによって測定することができる3D空間像を表している図である。 図3による2D強度分布のフーリエ変換(Fourier transformation)によって決定された3D空間像のスペックルパターンの一連のスペクトルを、図3による並びに割り当てて示す図である。 図4によるスペックルパターンスペクトルの選択されたスペクトル成分の実部および虚部を、焦点位置(像平面に垂直なz方向)の関数として示す概略プロファイルである。 周波数依存性の収差関数として表された、計測システムの結像光学ユニットの確認された結像収差を例として示す図であって、この結像収差は、図5によるスペクトル成分のようなスペクトル成分の焦点依存の特定値から分離された結果としてもたらされる、図である。 ゼルニケ多項式に関して展開した形で、図6による結像収差寄与を表す図である。
位置関係を示しやすくするために、以下ではデカルト(Cartesian)xyz座標系を使用する。図1では、x軸は、図面の平面に垂直に図面の中に向かって通っている。y軸は、図1の右側に向かって通っている。z軸は、図面1の下側に向かって通っている。
図1は、物体平面4の物体視野(object field)3に配置された、レチクルまたはリソグラフィマスクの形態の物体5を、EUV照明光1を用いて検査するための計測システム2において、EUV照明光および結像光1のビーム経路を、子午断面(meridional section)に対応した図で示している。計測システム2は、三次元(3D)空間像を分析するために使用され(空間像計測システム)、レチクルとして知られているリソグラフィマスクの特性の効果をシミュレートおよび分析するように機能し、リソグラフィマスクは、投影露光装置内の投影光学ユニットによる光学結像において、半導体構成要素を生産するための投影露光中に使用される。そのようなシステムは、WO2016/012426A1(その中の図1を参照)、US2013/0063716A1(その中の図3を参照)、DE10220815A1(その中の図9を参照)、DE10220816A1(その中の図2を参照)、およびUS2013/0083321A1から知られている。
照明光1は、物体5で反射される。照明光1の入射平面は、yz平面に平行である。
EUV照明光1は、EUV光源6によって生成される。光源6は、レーザプラズマ源(LPP、レーザ生成プラズマ)または放電源(DPP、放電生成プラズマ)とすることができる。原則として、シンクロトロンに基づく光源、例えば自由電子レーザ(FEL)を使用することもできる。EUV光源の使用波長は、5nmと30nmとの間の範囲にあってもよい。原則として、計測システム2の変形形態の場合には、光源6の代わりに別の使用波長の光源、例えば使用波長193nmの光源が使用されてもよい。
計測システム2の実施形態に応じて、計測システムは、反射性物体5に使われても透過性物体5に使われてもよい。透過性物体の一例は、位相マスク(phase mask)である。
計測システム2の照明光学ユニット7は、光源6と物体5の間に配置される。照明光学ユニット7は、検査される物体5を、物体視野3にわたって規定の照明強度分布で、かつそれと同時に規定の照明角度分布で照明するように機能し、その規定の照明角度で、物体視野3の視野点が照明される。
計測システム2の照明および結像光1の開口数は、レチクル側で0.0825である。物体平面4の物体視野3は、x方向に8μm、y方向に8μmの範囲、すなわち正方形を有する。
物体5における反射後、照明および結像光1は、図1において同じく概略的に示されている計測システム2の結像光学ユニットまたは投影光学ユニット8に入る。結像光学ユニット8は、計測システム2の空間分解検知デバイス9に向かって物体5を結像する(image)ように機能する。検知デバイス9は、例えばCCD検知器またはCMOS検知器として設計される。
検知デバイス9は、デジタル像処理デバイス10に信号接続される。
物体5は、物体ホルダ(図示せず)によって担持される。前記物体ホルダは、変位ドライブによって、一方ではxy平面に平行に、他方ではこの平面に垂直に、すなわちz方向に変位することができる。変位ドライブ、および同じく計測システム2の全体的な動作は、中央制御デバイス11によって制御され、中央制御デバイス11は、これ以上詳細には示さないやり方で、制御される構成要素に信号接続される。
例として、図1は結像光学ユニット8の結像構成要素12を示し、結像構成要素12は、ミラー、またはEUV波長より長い照明光波長を使用する場合、レンズ素子とすることができる。結像構成要素12は、変位アクチュエータ13に動作可能に接続され、変位アクチュエータ13は、制御デバイス11に信号接続される。変位アクチュエータ13によって、結像構成要素12は、x方向に、および/またはy方向に、および/またはz方向に互いに独立して変位して、結像構成要素12を正確に位置合わせすることができる。この変位の空間分解能は、10μmよりも良好であり得、特に2μmよりも良好であり得る。
結像光学ユニット8の拡大係数は500よりも大きく、図1による例示的な実施形態では850である。物体5の3D空間像が生じる像平面14の領域において結果として生じる像側の開口数は、1・10-4の範囲にある。
検知デバイス9の下に、測定平面(例えばz=0)における2D強度分布15の平面図が、図1に例として表されている。レチクル5の構造16は、x方向に通る強度最大値17として表される。
図2は、照明光学ユニット7の瞳平面18から右に像平面14の領域に入る照明および結像光1の伝播を、概略的に示す。それぞれに考慮される変数または成分が、xyz座標系において斜視図で示される。照明光1の瞳強度分布19は瞳平面18に存在し、前記分布は、照明設定とも呼ばれる。リング形状または環状の瞳強度分布19は、例として示される。瞳強度分布19は、σ(κ)として数学的に表される。
この場合、σは照明強度であり、κは、瞳座標において前記照明強度が存在する箇所を記述している。
照明光1は、瞳平面18から物体平面4に入り、ここで照明光1は、図2に誇張して示された粗さ(roughness)を有する物体5に入射する。この結果、波面
および照明光1の視野分布がもたらされ、この視野分布は以下のように記述することができる。
ここで記号は以下の意味を有する。
座標xyを有する空間座標ベクトル
λ:照明光の波長
h:物体の粗さ(z方向のサジタル高さ(sagittal height))
物体5で反射された後または物体5を通過した後、照明光1は、結像光学ユニット8の入射瞳20を通って伝播し、結像光学ユニット8の結像構成要素が、図2の21で示されており、照明光1はその後、射出瞳22を通る。その後、物体5は、像平面14の領域内で空間像23に結像される。x方向およびy方向におけるそれぞれの2D強度分布、すなわち空間像23の「スライス」のフーリエ変換によって、スペックルスペクトル24、すなわち空間像23のスペックルパターンのスペクトル
が得られる。以下は、前記スペックルスペクトルに当てはまる。
ここで以下のことが当てはまる。
ν:周波数座標(frequency coordinates)νx,νyを有する、周波数に比例した波数1/λ
H:粗さスペクトル、すなわち物体粗さ(object roughness)hのフーリエ変換
光学ユニットの収差関数、これは次に以下のように定義される。
ここで以下のことが当てはまる。
σ:瞳平面における照明設定の強度分布
P:光学ユニットの瞳透過関数(pupil transmission function)、すなわち、例えば開口(aperture:アパーチャ)および/またはあいまい化絞り(obscuration stop)によって制限する瞳の効果
光学ユニットの偶の波面収差、すなわち、偶関数によって記述することができる収差寄与
結像光学ユニット8の結像収差寄与を決定する方法を、図3以降の図を参照しながら以下で説明する。図3、図4、および図6に示されたグレースケール値は、それぞれの事例で、それぞれに考慮された箇所に存在する光強度の測定(measure)である。
最初に、結像光学ユニット8の3D空間像23の焦点依存性の測定を、物体5の結像の像平面14(z3=0)に平行な領域内の異なる測定平面z1〜z7における一連の2D強度分布15z1〜15z7として実施する。この場合、図1による図解とは対照的に、結像されるのは構造化された物体ではなく、(まだ)構造化されていないマスク、すなわちマスクブランクまたはマスクの非構造化領域である。一連の2D強度分布15ziにわたって記録された空間像は、スペックルの空中分布を示しており、これは、まずマスク(残部)構造の寄与、および結像光学ユニット8の結像収差寄与の結果として理解することができる。
次いでこの後に、2D強度分布15ziのフーリエ変換によって、前のステップで検知された3D空間像の前記スペックルパターンのスペクトル
を決定する。これにより、周波数座標νxおよびνyの関数として、一連の2Dスペックルスペクトル24z1〜24z7がもたらされる。
その後、周波数領域(frequency domain)内の複数のスペクトル成分S(νxi,νyi)に対して、このスペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の実部RS(z)および虚部IS(z)の焦点依存(focus dependence)が決定される。これは、選択点により強調された1つのスペクトル成分S(νxi,νyi)に対して図4に示されている。このスペクトル成分Sに対して、図5では、このスペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の実部RS(z)の線形近似されたプロファイル25、および同じくこのスペックルスペクトル成分S(νxi,νyi)の虚部IS(z)の線形近似されたプロファイル26を、z座標の関数、すなわち焦点位置の関数として、概略的に示している。
スペックルスペクトル成分のこれらのz依存には、以下のことが当てはまる。
ここで以下のことが当てはまる。
H:物体の粗さの寄与
Θd:結像光学ユニットのデフォーカス収差
Θopt:結像光学ユニットのその他の結像収差寄与
結像光学ユニット8のデフォーカス収差Θdは、光学ユニットの知られている照明設定および知られている透過関数(transmission function)から計算することができる。実部RSおよび虚部ISのプロファイル25および26に基づいて、上記式に基づいて、粗さ寄与Hおよび、結像光学ユニット8の他の結像収差Θoptから、結像収差寄与Θを分離することが可能であり、そしてデフォーカス収差の独立な決定の後に生じる。
特に実部RSおよび虚部ISのプロファイル25、26間の交点のz位置を、この分離のために使用することができる。
結像収差寄与Θoptは、展開係数znを有するゼルニケ収差関数Θnに関しての展開として周波数に依存して記述することができる。
ここで以下のことが当てはまる。
ゼルニケ多項式は
である。
図6は、分離された結像収差寄与
を、例として示す。選ばれた照明設定に対して、この結像収差寄与は、ゼルニケ関数Z5との非常に大きい類似性を有する。
図7は、ゼルニケ関数Z4〜Z18に対しての上記の展開公式の一連の係数ziを示す。予想される通り、主要な寄与は、ゼルニケ関数Z5に対する係数z5において発現する。
したがって全体的に、結像光学ユニット8の結像収差寄与は、計測においていずれにせよ常に必要とされるマスクの構造化されていない箇所の測定に基づいて、測定することができる。次いで、結像光学ユニット8の光学構成要素を再調整することによって、前記結像収差寄与を修正することができる。この目的のために、制御デバイス11は、変位アクチュエータ13を駆動して結像構成要素12をそれに対応して変位させることができる。そのような再調整は、計測システム2の休止中、または計測システム2の動作中に実施することができる。再調整は、設定値とそれぞれの結像収差寄与の実際値とを比較することによって、開ループ制御で実施されてもよく、または閉ループ制御で実施されてもよい。
結像収差寄与をゼルニケ関数Ziによってこのように展開することは、直交関数のセットの線形結合に対して結像収差寄与を展開することの一例となる。
計測システム2の光学設定は、半導体構成要素の投影リソグラフィ生産中に物体5を投影露光する過程で、照明および結像の最も正確な実行可能なエミュレーションとして機能する。
2D空間像23の焦点依存性の測定に関する詳細ついては、WO2016/012426A1が参照される。フーリエ変換に関連する詳細に対しても、WO2016/012426A1が参照され、その参照は本明細書において言及される。
1 照明光および結像光
2 計測システム
3 物体視野
5 物体
6 光源
7 照明光学ユニット
8 結像光学ユニット
9 検知デバイス
10 デジタル像処理デバイス
11 中央制御デバイス
12 結像構成要素
13 変位アクチュエータ
14 像平面
15 2D強度分布
16 構造
17 強度最大値
18 瞳平面
19 瞳強度分布
20 入射瞳
21 結像構成要素
22 射出瞳
23 空間像
24 スペックルスペクトル
25 実部の線形近似されたプロファイル
26 虚部の線形近似されたプロファイル

Claims (10)

  1. リソグラフィマスクを測定するための結像光学ユニット(8)の結像収差寄与を決定する方法であって、
    a)前記結像光学ユニット(8)を用いて、物体(5)の結像の像平面(14)の、そしてそれに平行な領域内の異なる測定平面(z1〜z7)における一連の2D強度分布(15z1,15z7)として、前記結像光学ユニット(8)の3D空間像(23)を焦点依存的に測定するステップと、
    b)スペックルパターンを有する前記測定された2D強度分布(15zi)のフーリエ変換によって、前記3D空間像(23)のスペックルパターン(24)のスペクトル
    を決定するステップと、
    c)周波数領域内の複数のスペクトル成分S(νxi,νyi)に対して、前記スペクトル成分の実部RS(z)および虚部IS(z)の焦点依存を決定するステップと、
    d)
    bb)前記結像光学ユニット(8)による前記スペックルパターンスペクトルに作られる結像収差寄与(Θ)からの、
    aa)マスク構造による前記スペックルパターンスペクトル
    に作られる除去されるべき寄与(H)を、
    前記焦点依存の決定された値から分離するステップと、
    e)前記結像収差寄与(Θ)を表すステップと
    を含む方法。
  2. 分離するステップが、前記2D強度分布(15zi)の前記測定中にデフォーカス収差(Θd)によって作られるさらなる寄与を除去するステップを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記結像収差寄与(Θ)の前記表現を作成するために、直交関数(Zi)のセットの線形結合を用いて前記結像収差寄与(Θ)が近似されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記近似の過程で生じる関数展開の係数(zn)が表される、請求項3に記載の方法。
  5. 前記表現の前記作成中に、関数のセットとしてゼルニケ関数が使用されることを特徴とする、請求項3または4に記載の方法。
  6. リソグラフィマスクの構造化されていないセクションについて実施されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. リソグラフィマスクを測定するための計測システム(2)の結像光学ユニット(8)の結像収差(Θ)を修正する方法であって、
    a)請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法によって、前記結像光学ユニット(8)の結像収差寄与(Θ)を決定するステップと、
    b)決定された前記結像収差寄与(Θ)を基礎として、前記結像光学ユニット(8)の光学構成要素(12)を再調整することによって、前記結像収差寄与(Θ)を修正するステップと
    を含む方法。
  8. 請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法を実施するための計測システム(2)であって、検査される前記リソグラフィマスクを照明するための照明光学ユニット(7)と、空間分解検知デバイス(9)に対して前記物体を結像するための結像光学ユニット(8)とを備える、計測システム。
  9. 前記結像光学ユニット(8)の結像構成要素(12)を変位させるための少なくとも1つの変位アクチュエータ(13)を特徴とする、請求項8に記載の計測システム。
  10. 前記変位アクチュエータ(13)が、前記計測システム(2)の中央開ループ/閉ループ制御デバイス(11)に信号接続されることを特徴とする、請求項9に記載の計測システム。
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