JP2022553197A - Method for determining optical retardation of measurement light of measurement light wavelength across surface of structured object - Google Patents

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Abstract

構造化物体（８）の表面にわたる測定光波長の測定光（１i、１j）の光学的位相差（｜φabs－φML｜）を決定するために、以下が実行される。最初に、物体（８）の３Ｄ空間像を記録するために、物体（８）の一連の２Ｄ像がそれぞれ異なる焦点面で測定される。次に、３Ｄ空間像の電界の振幅および位相を含む像側電界分布が、３Ｄ空間像から再構成される。その後、位相差（｜φabs－φML｜）が、位相キャリブレーションを用いて再構成された電界分布から決定される。この場合、位相差（｜φabs－φML｜）は、物体（８）の吸収体構造（９）によって反射された測定光１iの吸収体構造位相φabsと、物体（８）の反射体構造（１０）によって反射された測定光１jの反射体構造位相φMLとの間の差である。位相差（｜φabs－φML｜）は、被測定物体構造全体にわたって適用可能な特性として決定される。この決定方法を実行するために、光学測定システムを有する計測システムが使用される。その結果、構造化物体を反射型リソグラフィマスクとして使用する際の像コントラストの最適化中に、有用性の高い値をもたらす位相差決定方法が得られる。【選択図】図２To determine the optical phase difference (|φabs-φML|) of the measurement light (1i, 1j) at the measurement light wavelength across the surface of the structured object (8), the following is carried out: First, a series of 2D images of the object (8) are measured, each at a different focal plane, in order to record a 3D aerial image of the object (8). Then, an image-side electric field distribution, including the amplitude and phase of the electric field of the 3D aerial image, is reconstructed from the 3D aerial image. The phase difference (|φabs-φML|) is then determined from the reconstructed electric field distribution using a phase calibration. In this case, the phase difference (|φabs-φML|) is the difference between the absorber structure phase φabs of the measurement light 1i reflected by the absorber structure (9) of the object (8) and the reflector structure phase φML of the measurement light 1j reflected by the reflector structure (10) of the object (8). The phase difference (|φabs-φML|) is determined as a characteristic applicable across the entire measured object structure. To carry out this determination method, a metrology system having an optical measurement system is used. The result is a method for determining phase difference that is of high value for utility during optimization of image contrast when the structured object is used as a reflective lithography mask.

Description

本特許出願は、ドイツ特許出願第１０ ２０１９ ２１５ ８００．５号の優先権を主張するものであり、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。 This patent application claims priority from German Patent Application No. 10 2019 215 800.5, the content of which is incorporated herein by reference.

本発明は、構造化物体の表面にわたる測定光波長の測定光の光学的位相差を決定するための方法に関する。 The present invention relates to a method for determining the optical phase difference of measuring light of the measuring light wavelength over the surface of a structured object.

位相測定システムおよびこれを用いて行うことができる測定方法は、H.Nozawaらによる論文「Phase-shift/Transmittance measurements in micro pattern using MPM193EX」、Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XVI、proceedings of SPIE Vol.7379、737925、およびS.Perlitzらによる「Phame(商標):a novel phase metrology tool of Carl Zeiss for in-die phase measurements under scanner relevant optical Settings」、proceedings of SPIE March 2007、Art.No.65184 Rから知られている。 The phase measurement system and the measurement method that can be performed using this are described in the paper "Phase-shift/Transmittance measurements in micro pattern using MPM193EX" by H. Nozawa et al., Photomask and Next-Generation Lithography Mask Technology XVI, proceedings of SPIE Vol. .7379, 737925, and S. Perlitz et al., "Phame™: a novel phase metrology tool of Carl Zeiss for in-die phase measurements under scanner relevant optical Settings", proceedings of SPIE March 2007, Art.No.65184 R known from.

ＥＵＶフォトマスクの位相の測定に関しては、本出願の優先日後に公開されたSherwinらの論文「Measuring the Phase of EUV Photomasks」、Proc.of SPIE Vol.11147 111471F-1～1114721F-11をさらに参照されたい。 See also Sherwin et al., "Measuring the Phase of EUV Photomasks," Proc. of SPIE Vol. sea bream.

特定の吸収材料の理想的な位相と反射率の理論的決定は、Erdmannらの論文「Attenuated phase shift mask for extreme ultraviolet:can they mitigate three-dimensional mask effects?」、J.Micro/Nanolith.MEMS MOEMS 18(1)、011005(2018)から知られている。 A theoretical determination of the ideal phase and reflectance of a particular absorbing material is given in the paper by Erdmann et al., "Attenuated phase shift mask for extreme ultraviolet: can they mitigate three-dimensional mask effects?" 18(1), 011005 (2018).

ＥＵＶリソグラフィ用の位相シフトマスクについては、Constanciasらの論文、Proc.SPIE 6151,Emerging Lithographic Technologies X,61511W(2006年3月23日)に記載されている。 A phase shift mask for EUV lithography is described in Constancias et al., Proc. SPIE 6151, Emerging Lithographic Technologies X, 61511W (March 23, 2006).

所与の形状を印刷するための最適なマスクおよびソースパターンについては、Rosenbluthら、Proc.SPIE 4346,Optical Microlithography XIV,(2001年9月14日)に記載されている。 Optimal mask and source patterns for printing given features are described in Rosenbluth et al., Proc. SPIE 4346, Optical Microlithography XIV, (September 14, 2001).

７ｎｍノード以降のＥＵＶソース－マスク最適化については、Liuら、Proc.SPIE 9048,Extreme Ultraviolet(EUV)Lithography V,90480Q(2014年4月17日)に記載されている。 EUV source-mask optimization for the 7 nm node and beyond is described in Liu et al., Proc. SPIE 9048, Extreme Ultraviolet (EUV) Lithography V, 90480Q (April 17, 2014).

本発明の目的は、構造化物体を反射型リソグラフィマスクとして使用する際の像コントラストの最適化中に有用性の高い値が得られる位相差決定方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a phase difference determination method that yields highly useful values during image contrast optimization when using structured objects as reflective lithographic masks.

この目的は、本発明によると、請求項１に記載の特徴を有する決定方法によって達成される。 This object is achieved according to the invention by a determination method having the features of claim 1 .

本発明によると、電界の振幅と位相の両方が含まれる再構成された電界分布から位相差を決定することにより、関連付けられた振幅値ではなく位相値のみを規則的に考慮する従来技術の位相決定方法と比較して、特に振幅が小さい場合の位相値の重みを小さくできるため、有意義な結果が生成されることが見出された。結果として得られる位相差は、測定された構造化物体の像コントラストの認定（ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のために全体的に使用することができるパラメータである。したがって、それぞれ測定された位相差に基づいて物体構造の設計を最適化することが可能であり、その結果、可能な限り強い像コントラストが得られる。本発明による決定方法は、物体構造の、場合によっては任意に決定された表面領域にわたる位相値の伝達に依存しない。このことも、決定された光学的位相差の信頼性および再現性を向上させる。 According to the present invention, by determining the phase difference from a reconstructed electric field distribution that includes both the amplitude and the phase of the electric field, the phase difference of the prior art, which regularly considers only the phase value and not the associated amplitude value, is achieved. It has been found that compared to the determination method, the phase values can be given less weight, especially for small amplitudes, thus producing meaningful results. The resulting phase difference is a parameter that can be globally used for qualification of the image contrast of the measured structured object. It is therefore possible to optimize the design of the object structure based on each measured phase difference, resulting in the strongest possible image contrast. The determination method according to the invention does not rely on the transmission of phase values over a possibly arbitrarily determined surface area of the object structure. This also improves the reliability and reproducibility of the determined optical retardation.

位相キャリブレーションは、計算アルゴリズムに変換することができ、このことは、位相キャリブレーションを自動的に行うことができることを意味する。 Phase calibration can be translated into a computational algorithm, which means that phase calibration can be done automatically.

位相差を決定することができる物体構造は、線構造、コンタクトホール構造またはコンタクトピン構造、および２次元に広がる一般的な構造形状、特に周期構造形状である。このような物体構造を有する物体は、リソグラフィマスクとして使用することができる。 Object structures from which the phase difference can be determined are line structures, contact hole structures or contact pin structures and general structural geometries extending in two dimensions, in particular periodic structural geometries. An object with such an object structure can be used as a lithographic mask.

物体の頂部構造は、例えば、底部反射体構造上にコーティングされた吸収体材料の吸収体構造として具現化されてもよい。代替的または追加的に、物体の頂部構造は、頂部反射体構造として具現化されてもよい。この場合、一方では頂部反射体構造、他方では底部反射体構造は、それぞれの反射体構造、特に多層反射体構造をエッチングすることによって製造することができる。 The top structure of the object may, for example, be embodied as an absorber structure of absorber material coated onto the bottom reflector structure. Alternatively or additionally, the top structure of the object may be embodied as a top reflector structure. In this case, the top reflector structure on the one hand and the bottom reflector structure on the other hand can be produced by etching the respective reflector structure, in particular the multilayer reflector structure.

構造化物体は、ＥＵＶリソグラフィに特に適したリソグラフィマスクであってもよい。特に、構造化物体は、位相マスクとして、特に位相シフトマスク（ＰＳＭ）として、例えばハードＰＳＭとして具現化されてもよい。このような位相マスクは、エッチングされた底部構造とエッチングされていない頂部構造との間に１８０°の光学的位相差を必要とする場合がある。 The structured object may be a lithographic mask particularly suitable for EUV lithography. In particular, the structured object may be embodied as a phase mask, in particular as a phase shift mask (PSM), for example as a hard PSM. Such a phase mask may require an optical phase difference of 180° between the etched bottom structure and the unetched top structure.

このような位相マスクは、エッチングされた底部構造とエッチングされていない頂部構造との間にエッチング停止層（ＥＳＬ）を含むことができる。このような位相マスクのエッチングされた領域とエッチングされていない領域との間の位相差は、エッチングの深さおよびＥＳＬの厚さに依存する。ＥＳＬによって誘起される光位相シフトのＥＳＬ厚さに対する依存性は、非線形であるため、慎重に決定する必要がある。 Such a phase mask may include an etch stop layer (ESL) between the etched bottom structure and the unetched top structure. The phase difference between etched and unetched areas of such a phase mask depends on the depth of etching and the thickness of the ESL. The dependence of ESL-induced optical phase shift on ESL thickness is non-linear and needs to be determined carefully.

光学的位相差決定方法は、位相マスクの製造中の準備方法として使用することができる。このような方法の間に、キャリブレーション構造を有する生の位相マスクが製造される。これらのキャリブレーション構造は、必要な高さを有するＥＳＬの上方に頂部構造を含み、すなわち、例えば１８０°の所望の光学的位相差を生成する頂部構造を含む。さらに、このような生の位相マスクは、所与の厚さを有するＥＳＬを含む。 The optical phase difference determination method can be used as a preparatory method during manufacture of the phase mask. During such a method a raw phase mask with calibration structures is produced. These calibration structures comprise a top structure above the ESL with the required height, ie a top structure that produces the desired optical retardation of eg 180°. Furthermore, such a raw phase mask contains an ESL with a given thickness.

このような生の位相マスクの製造後、位相マスクの頂部構造と底部構造との間の光学的位相差を決定するために、光学的位相差決定が行われる。その後、ＥＳＬの厚さおよび／または頂部（キャリブレーション）構造のエッチング深さを変化させて、一方の頂部構造位相と他方の底部反射体構造位相との間に確実に所望の光学的位相差が存在するようにする。 After fabrication of such a raw phase mask, an optical phase difference determination is performed to determine the optical phase difference between the top and bottom structures of the phase mask. The ESL thickness and/or top (calibration) structure etch depth is then varied to ensure the desired optical phase difference between one top structure phase and the other bottom reflector structure phase. make it exist.

位相差が決定される構造化物体をリソグラフィマスクとして使用する場合、そのような構造化物体は、リソグラフィ製造プロセスで使用される投影露光装置の像面またはその近傍に結像（ｉｍａｇｅ）されて、マスク構造の３Ｄ像を生成する。このような投影露光装置における３Ｄ結像効果は、コントラストの低下をもたらすことがあり、すなわち、画質の低下をもたらすことがある。このような画質低下の原因は、焦点面の変位、結像テレセントリック性に影響する効果、および像面内の構造の横方向変位に影響するさらなる効果である場合がある。これらの原因はすべて、３Ｄ効果として見ることができ、すなわち、リソグラフィ製造プロセス中に結像（ｉｍａｇｅ）されるマスク上の構造によって少なくとも部分的に生成される。これらの３Ｄ効果は、所望の画質を得るために最小化されるべきである。 When using a structured object whose phase difference is to be determined as a lithographic mask, such a structured object is imaged at or near the image plane of the projection exposure apparatus used in the lithographic manufacturing process, A 3D image of the mask structure is generated. 3D imaging effects in such projection exposure apparatus can lead to reduced contrast, ie reduced image quality. Such image degradation can be caused by displacement of the focal plane, effects affecting imaging telecentricity, and further effects affecting lateral displacement of structures in the image plane. All of these causes can be viewed as 3D effects, ie they are at least partially produced by structures on the mask that are imaged during the lithographic manufacturing process. These 3D effects should be minimized to obtain the desired image quality.

上述のErdmannらの参考文献から、このような３Ｄ効果を最小限に抑える所与の吸収体材料について理想的な吸収***相および吸収体反射率を決定することが知られている。その後、本発明による光学的位相差決定方法を使用する位相計測を使用して、特に吸収体材料の複素反射率を決定する。その後、吸収体材料の所望の位相および反射率を調整して最小限に抑えた３Ｄ効果を得るために、構造化物体の吸収体構造の厚さを変化させる。 From the Erdmann et al. reference cited above, it is known to determine the ideal absorber phase and absorber reflectance for a given absorber material that minimizes such 3D effects. Phase metrology using the optical phase difference determination method according to the present invention is then used to determine the complex reflectance of specifically the absorber material. The thickness of the absorber structure of the structured body is then varied to adjust the desired phase and reflectivity of the absorber material to obtain a minimized 3D effect.

光学的位相差を決定するための方法は、欠陥を修復する方法の一部として使用することができる。このようなキャリブレーション方法の間、特に位相計測を含む本発明による光学的位相差決定方法を使用して、修復吸収体材料の厚さおよび組成に依存する修復吸収体材料の複素反射率を決定する。特に位相計測を含むこのような光学的位相差決定方法を使用して、修復されるマスクの吸収体構造の吸収体材料の複素反射率も決定される。一方では修復吸収体材料の複素反射率を決定し、他方では修復されるマスクの吸収体材料の複素反射率を決定した後、修復材料の複素反射率が修復されるマスクの吸収体材料の複素反射率と一致するように、それぞれの吸収体材料組成および吸収体材料厚さが修復ステップのために選択される。 A method for determining optical retardation can be used as part of a method for repairing defects. During such a calibration method, the optical phase difference determination method according to the invention, which in particular involves phase measurements, is used to determine the complex reflectance of the repaired absorber material, which depends on the thickness and composition of the repaired absorber material. do. Using such optical phase difference determination methods, which in particular include phase metrology, the complex reflectance of the absorber material of the absorber structure of the mask to be repaired is also determined. After determining the complex reflectance of the repair absorber material on the one hand and the complex reflectance of the absorber material of the mask to be repaired on the other hand, the complex reflectance of the repair material is determined by the complex reflectance of the absorber material of the mask to be repaired. Each absorber material composition and absorber material thickness is selected for the repair step to match the reflectivity.

さらに、本発明による光学的位相差を決定するための方法を最適化プロセスの一部として使用して、一方では所与のマスクレイアウトを用いて、他方では所与の照明設定、特に部分的にコヒーレントな照明分布を用いて確実にウエハ上に所望の構造を生成することができ、望ましくは可能な限り大きなプロセスウィンドウを確保することができる。このようなソースマスク最適化（ＳＭＯ）に関しては、上記で引用したRosenbluthらおよびLiuらを参照されたい。 Furthermore, using the method for determining the optical retardation according to the invention as part of an optimization process, on the one hand with a given mask layout and on the other hand with a given illumination setting, in particular partially A coherent illumination distribution can be used to reliably produce the desired structures on the wafer, desirably ensuring the largest possible process window. For such source mask optimization (SMO), see Rosenbluth et al. and Liu et al., cited above.

ソースマスク最適化には、入力パラメータとしてマスク上の吸収体構造の吸収体材料の複素反射率が必要である。ＳＭＯの結果は、このような複素反射率に依存する。本発明による光学的位相差を決定するための方法を使用することは、ソースマスク最適化のためにリソグラフィマスクのパラメータを最適化するキャリブレーションプロセスの一部であってもよい。このようなキャリブレーションプロセスでは、特に位相計測を含む光学的位相差を決定するための方法を使用して、キャリブレーションされるリソグラフィマスクの吸収体構造に使用される所与の吸収体材料の複素反射率を決定する。次いで、このような決定方法によって決定された複素反射率をソースマスク最適化のための入力パラメータとして使用して、マスクレイアウトを決定し、照明設定も決定する。 Source mask optimization requires as an input parameter the complex reflectance of the absorber material of the absorber structures on the mask. SMO results depend on such complex reflectivities. Using the method for determining optical retardation according to the present invention may be part of the calibration process of optimizing the parameters of the lithographic mask for source mask optimization. In such a calibration process, methods for determining optical retardation, particularly involving phase metrology, are used to determine the complexities of a given absorber material used in the absorber structure of the lithographic mask to be calibrated. Determine reflectance. The complex reflectances determined by such determination methods are then used as input parameters for source mask optimization to determine the mask layout and also the illumination settings.

フィッティング方法中に、最初は非線形であった出力関数を線形化することができる。 During the fitting method, the initially non-linear output function can be linearized.

請求項３に記載のモデリングは、像側電界分布の実部および虚部に対して異なるモデリングパラメータの使用を可能にする。これにより、計算方法の安定性を高めることができる。 The modeling according to claim 3 allows the use of different modeling parameters for the real and imaginary parts of the image-side electric field distribution. This can improve the stability of the calculation method.

請求項４に記載の反復フィッティング方法を用いることで、各反復ステップにおける線形フィッティングを通して非線形関数依存性を追跡することが可能になる。 By using the iterative fitting method according to claim 4, it is possible to track non-linear functional dependencies through linear fitting in each iterative step.

請求項５に記載の像側電界分布の実部と虚部を独立してフィッティングすることにより、フィッティング方法の精度を高めることができる。 By independently fitting the real part and the imaginary part of the image-side electric field distribution according to claim 5, the accuracy of the fitting method can be improved.

請求項６に記載のフーリエ変換は、フィッティング方法を簡略化することができる。 The Fourier transform according to claim 6 can simplify the fitting method.

請求項７に記載の測定により、位相差の正確な決定が可能になる。３以上の回折次数、例えば３、４またはそれ以上の回折次数を投影光学ユニットによって物体側から像側に導くことができる。 A measurement according to claim 7 enables an accurate determination of the phase difference. Three or more diffraction orders, for example the 3rd, 4th or more diffraction orders, can be guided from the object side to the image side by the projection optical unit.

請求項８または９に記載の計測システムの利点は、本発明による決定方法を参照して上で既に説明したものに対応する。 The advantages of the metrology system according to claim 8 or 9 correspond to those already explained above with reference to the determination method according to the invention.

請求項１０に記載の計測システムにより、非常に高い分解能での測定が可能になる。ＥＵＶ光源によって提供される測定光波長は、５ｎｍ～３０ｎｍの波長範囲にある場合がある。したがって、測定光波長は、リソグラフィマスクの形態の測定される構造化物体を半導体チップの製造で使用することができる投影露光装置の典型的な照明波長に適合している。 A measurement system according to claim 10 allows measurements with very high resolution. The measurement light wavelengths provided by EUV light sources may be in the wavelength range of 5 nm to 30 nm. The measuring light wavelength is thus adapted to the typical illumination wavelength of projection exposure apparatuses in which the structured objects to be measured in the form of lithographic masks can be used in the manufacture of semiconductor chips.

以下、図面を参照して本発明の例示的実施形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of the invention will now be described in detail with reference to the drawings.

照明システムと、結像光学ユニットと、空間分解検出装置とを有する、リソグラフィマスクの形態の被測定物体の空間像を確認するための計測システムを概略的に示す図であり、さらに、被測定物体の平面図、および３Ｄ空間像の部分データセットとして例示的に生成された物体の２Ｄ像の平面図も示されている。1 schematically shows a metrology system for ascertaining an aerial image of a measured object in the form of a lithographic mask, comprising an illumination system, an imaging optical unit and a spatially resolving detection device; FIG. , and a plan view of a 2D image of the object, exemplarily generated as a partial data set of the 3D aerial image, is also shown. 図１と比較して大幅に拡大された、物体の吸収体表面頂部構造部分および反射体表面底部構造部分を含む被測定物体の一部分の断面であり、例として、一方は吸収体表面部分の層によって反射され、もう一方は反射体表面部分の層によって反射される２つの照明光線または測定光線が示されている。2 is a cross-section of a portion of an object to be measured comprising an absorber surface top structure portion and a reflector surface bottom structure portion of the object, greatly enlarged compared to FIG. 1, for example one layer of the absorber surface portion; Two illuminating or measuring rays are shown which are reflected by and the other by a layer of the reflector surface portion. 物体の吸収体表面部分によって反射された照明光または測定光の吸収体構造位相と、物体の反射体表面部分によって反射された測定光の反射体構造位相との間の位相差Δφの、吸収体表面部分の吸収体構造の厚さまたは高さ範囲ｈabsに対する依存性を示す図であり、この依存性が、２つの異なる吸収体材料組成ＡＭ１およびＡＭ２について示されている。absorber with a phase difference Δφ between the absorber structure phase of the illumination or measurement light reflected by the absorber surface portion of the object and the reflector structure phase of the measurement light reflected by the reflector surface portion of the object Figure 2 shows the dependence of the surface portion on the thickness or height range h abs of the absorber structure, which is shown for two different absorber material compositions AM1 and AM2; 投影リソグラフィにおいて構造化物体を使用する際に像コントラストが最適化されるように、光学的位相差Δφを決定し、被測定構造化物体の物体構造を最適化するための流れ図である。Fig. 4 is a flow chart for determining the optical phase difference Δφ and optimizing the object structure of the structured object to be measured so that the image contrast is optimized when using the structured object in projection lithography; 線構造を有する図１による物体の例を用いて、図４による方法の一部として像側電界分布を再構成した結果としての、吸収体表面位相および反射体表面位相の位相値を示す図である。5 shows the phase values of the absorber surface phase and the reflector surface phase as a result of reconstructing the image-side electric field distribution as part of the method according to FIG. 4 using the example of an object according to FIG. 1 with line structures; be. 物体の周期と、物体の限界寸法と、吸収体表面部分の複素反射率と、反射体表面部分の複素反射率とに依存する、決定された物体分布に基づくモデルを用いた像側電界分布の計算を示す図である。of the image-side electric field distribution using a model based on the determined object distribution, which depends on the period of the object, the critical dimension of the object, the complex reflectance of the absorber surface portion, and the complex reflectance of the reflector surface portion; Fig. 3 shows the calculation; 図２と同様の断面において、被測定物体のさらなる実施形態であり、物体は、反射体表面頂部構造部分および反射体表面底部構造部分を含むＥＵＶ位相シフトマスクとして具現化されている。In a cross-section similar to FIG. 2, a further embodiment of the object to be measured, the object being embodied as an EUV phase-shifting mask comprising a reflector surface top structure portion and a reflector surface bottom structure portion. 図７による描写において、反射体表面頂部構造部分と反射体表面底部構造部分との間にエッチング停止層が位置する位相シフトマスクとして具現化された構造化物体の別の実施形態であり、エッチング停止層が反射体表面底部構造を覆っている。Another embodiment of a structured object embodied as a phase shift mask with an etch stop layer located between a reflector surface top structure portion and a reflector surface bottom structure portion, depicted by FIG. A layer covers the reflector surface bottom structure. 図８と同様の描写において、ここでも位相シフトマスクとして具現化された構造化物体の実施形態であり、エッチング停止層が反射体表面底部構造部分から除去されている。In a depiction similar to FIG. 8, an embodiment of the structured object, again embodied as a phase shift mask, the etch stop layer has been removed from the reflector surface bottom structural portion. 図２および図７～図９と同様の描写おいて、吸収体表面頂部構造部分および反射体表面底部構造部分を含む被測定物体のさらなる実施形態であり、吸収体表面頂部構造部分のうちの１つが欠陥修復構造によって補足されている。In similar representations to FIGS. 2 and 7-9, a further embodiment of the object under test comprising an absorber surface top structure portion and a reflector surface bottom structure portion, one of the absorber surface top structure portions One is supplemented by defect repair structures.

図１は、子午線断面に対応する断面図において、計測システム２におけるＥＵＶ照明光またはＥＵＶ結像光１のビーム経路を示す。照明光１は、ＥＵＶ光源３によって生成される。 FIG. 1 shows the beam path of EUV illumination light or EUV imaging light 1 in a metrology system 2 in a sectional view corresponding to a meridional section. Illumination light 1 is generated by an EUV light source 3 .

位置関係の表現を容易にするために、以下では直交ｘｙｚ座標系を使用する。図１のｘ軸は、図面の平面に対して垂直に、図面から外に延びている。図１のｙ軸は、右に向かって延びている。図１のｚ軸は、上に向かって延びている。 To facilitate representation of positional relationships, a Cartesian xyz coordinate system is used below. The x-axis of FIG. 1 extends out of the drawing perpendicular to the plane of the drawing. The y-axis of FIG. 1 extends to the right. The z-axis in FIG. 1 extends upward.

光源３は、レーザプラズマ源（ＬＰＰ；ｌａｓｅｒ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ）または放電源（ＤＰＰ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｐｌａｓｍａ）とすることができる。原理的には、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。照明光１の使用波長は、５ｎｍ～３０ｎｍの範囲とすることができる。原理的に、投影露光装置２の変形形態の場合、別の使用光波長、例えば使用波長１９３ｎｍの光源を使用することも可能である。 The light source 3 can be a laser produced plasma source (LPP) or a discharge produced plasma (DPP). In principle, it is also possible to use synchrotron-based light sources, for example free electron lasers (FEL). The used wavelength of the illumination light 1 can be in the range of 5 nm to 30 nm. In principle, it is also possible for a variant of the projection exposure apparatus 2 to use a light source with a different working light wavelength, for example a working wavelength of 193 nm.

照明光１は、計測システム２の照明システムの照明光学ユニット４において、照明の特定の照明設定、すなわち特定の照明角度分布が提供されるように調整される。照明光学ユニット４の照明瞳における照明光１の特定の強度分布は、前記照明設定に対応する。照明設定を指定するために、照明光学ユニット４は、図面には示されていない設定絞りを有することができる。 The illumination light 1 is adjusted in the illumination optics unit 4 of the illumination system of the measurement system 2 such that a particular illumination setting of the illumination, i.e. a particular illumination angle distribution is provided. A particular intensity distribution of the illumination light 1 in the illumination pupil of the illumination optics unit 4 corresponds to said illumination setting. To specify the illumination settings, the illumination optics unit 4 can have a setting aperture not shown in the drawing.

照明光学ユニット４は、結像光学ユニットまたは投影光学ユニット８と共に、計測システム２の光学測定システムを構成する。 The illumination optics unit 4 together with the imaging optics unit or the projection optics unit 8 constitutes the optical measuring system of the metrology system 2 .

照明光１は、それぞれ設定された照明設定で、計測システム２の物体平面７内の物体視野６を照明する。レチクルとも呼ばれるリソグラフィマスク８は、反射物体として物体平面７に配置される。レチクル８は、その光学的位相差が後述する方法によって決定される構造化物体の一例である。物体平面７は、ｘ－ｙ平面に平行に延びている。 The illumination light 1 illuminates an object field 6 in an object plane 7 of the measuring system 2 with respectively set illumination settings. A lithographic mask 8, also called a reticle, is arranged in the object plane 7 as a reflective object. Reticle 8 is an example of a structured object whose optical phase difference is determined by the method described below. The object plane 7 extends parallel to the xy plane.

物体８は、互いに平行にかつｘ方向に平行に延びる線型吸収体頂部構造９を有する線構造を有する。反射体底部構造１０が、２つの隣接する吸収体構造９のそれぞれの間に位置している。 The object 8 has a line structure with linear absorber top structures 9 running parallel to each other and parallel to the x-direction. A reflector bottom structure 10 is located between each of two adjacent absorber structures 9 .

例示の目的で、図１は、測定されるレチクル８の平面図を物体平面７の上方に示し、この平面図は、測定位置にあるレチクル８と比較して、図示する平面図位置へとｙ軸の周りに９０°傾けられている。この平面図では、吸収体構造９と、吸収体構造の間にそれぞれ位置する反射体構造１０は、ｚ方向に平行に延びる線構造として見ることができる。 For purposes of illustration, FIG. 1 shows a plan view of the reticle 8 to be measured above the object plane 7, which is shifted y to the plan view position shown compared to the reticle 8 in the measurement position. Tilted 90° around the axis. In this plan view, the absorber structures 9 and the reflector structures 10 respectively located between the absorber structures can be seen as line structures running parallel to the z-direction.

吸収体構造９は、反射体構造１０と比較してｚ方向に高さ範囲ｈabsを有する（図２参照）。吸収体構造９はそれぞれ、比較的少数の個々の層９1、９2を有する多層構造を有することができる。 The absorber structure 9 has a height range h abs in the z-direction compared to the reflector structure 10 (see FIG. 2). Each absorber structure 9 can have a multilayer structure with a relatively small number of individual layers 9 1 , 9 2 .

反射体構造１０は、多数の個々の層１０ｉを有する高反射性多層構造となるように設計されている。吸収体構造９自体は、前記多層構造上に位置する。 Reflector structure 10 is designed to be a highly reflective multi-layer structure having a large number of individual layers 10i. The absorbent structure 9 itself is located on said multilayer structure.

図１は、物体視野６における照明光１の電界の式に従ったイラストをさらに示す。

Figure 2022553197000002
（１） FIG. 1 further shows an illustration according to the equation of the electric field of the illumination light 1 in the object field 6 .
Figure 2022553197000002
 (1)

ここで、Ｅretは照明光の電界強度を表し、φretは照明光１の電界の位相を表す。 Here, E ret represents the electric field strength of the illumination light, and φ ret represents the phase of the electric field of the illumination light 1 .

照明光１の２つの光線１i、１jについて、図２は、光線１i、１jのそれぞれの反射割合に対する吸収体構造９および反射体構造１０のそれぞれの層構造の効果を示す。この場合、光線１iは、図２に示す吸収体構造９に入射し、光線１jは反射体構造１０に入射する。式に従って、図２には、吸収体構造９の反射率ｒabsおよび反射体構造１０の反射率ｒMLが描かれている。以下が成立する。

Figure 2022553197000003
（２）
Figure 2022553197000004
 （３） For two rays 1 i , 1 j of the illumination light 1, FIG. 2 shows the effect of the respective layer structure of the absorber structure 9 and the reflector structure 10 on the respective reflection fraction of the rays 1 i , 1 j . In this case, the rays 1 i are incident on the absorber structure 9 shown in FIG. 2 and the rays 1 j are incident on the reflector structure 10 . According to the equations, FIG. 2 plots the reflectivity r abs of the absorber structure 9 and the reflectivity r ML of the reflector structure 10 . The following holds.
Figure 2022553197000003
 (2)
Figure 2022553197000004
 (3)

ここで、φabsおよびφMLは、反射光線１i、１jの位相を示す。以下、位相差｜φabs－φML｜は、Δφとも呼ばれる。 where φ abs and φ ML denote the phases of the reflected rays 1 i and 1 j . Hereinafter, the phase difference |φ abs −φ ML | is also referred to as Δφ.

図３は、ＡＭ１およびＡＭ２と表記された２つの吸収体材料の変形形態の例を使用して、吸収体構造９の高さｈabsに対する位相差Δφの関数を示す。吸収体構造９の高さｈabsが増加すると、位相差Δφも大きくなる。この増大は単調ではなく、周期的である。加えて、吸収体材料の変形形態が異なると、吸収体構造９の高さｈabsの関数としての位相差Δφの前記増大の勾配が異なる。 FIG. 3 shows the function of the phase difference Δφ against the height h abs of the absorber structure 9, using examples of two absorber material variants denoted AM1 and AM2. As the height h abs of the absorber structure 9 increases, the phase difference Δφ also increases. This increase is periodic rather than monotonic. In addition, different absorber material variants have different slopes of said increase in the phase difference Δφ as a function of the height h abs of the absorber structure 9 .

位相差Δφは、投影光学ユニット５を用いた物体８の構造の結像中に良好な像コントラストが得られるように、１８０°の領域内にあるべきである。図３では、このような位相差Δφが１８０°の領域にある吸収体構造高さｈabsがそれぞれ星印でマークされている。吸収体構造９のこれらの構造高さｈabsは、それぞれの吸収体材料の変形形態に強く依存することが分かる。この理由から、計測システム２を用いて位相差Δφを正確に決定することが必要であり、前記位相差値Δφは、物体平面７内の吸収体構造９の構造的広がりとは無関係であり、すなわち特にピッチとは無関係であり、すなわち物体視野６にわたる吸収体構造９の周期性とは無関係である。この決定方法について以下でより詳細に説明する。 The phase difference Δφ should be in the region of 180° so that good image contrast is obtained during imaging of structures of the object 8 with the projection optical unit 5 . In FIG. 3, each absorber structure height h abs in the region of such a phase difference Δφ of 180° is marked with an asterisk. It can be seen that these structural heights h abs of the absorbent structure 9 strongly depend on the deformation of the respective absorbent material. For this reason it is necessary to accurately determine the phase difference Δφ using the measurement system 2, said phase difference value Δφ being independent of the structural extension of the absorber structure 9 in the object plane 7, In particular, it is independent of the pitch, ie the periodicity of the absorber structure 9 over the object field 6 . This determination method is described in more detail below.

照明光１は、図１に概略的に示すように、リソグラフィマスク８によって反射され、入射瞳面内の結像光学ユニット５の入射瞳に入る。結像光学ユニット５の使用される入射瞳は、円形または楕円形の境界を有することができる。 The illumination light 1 is reflected by the lithographic mask 8 and enters the entrance pupil of the imaging optical unit 5 in the entrance pupil plane, as shown schematically in FIG. The used entrance pupil of the imaging optical unit 5 can have circular or elliptical boundaries.

結像光学ユニット５内では、照明光または結像光１は、入射瞳面と射出瞳面との間を伝搬する。結像光学ユニット５の円形射出瞳は、射出瞳面に位置する。 Within the imaging optical unit 5 the illumination or imaging light 1 propagates between an entrance pupil plane and an exit pupil plane. The circular exit pupil of the imaging optical unit 5 is located in the exit pupil plane.

結像光学ユニット５は、物体視野６を計測システム２の像面１２内の像視野１１に結像する（ｉｍａｇｅ）。像面１２は、測定面とも呼ばれる。投影光学ユニット５を用いた結像中の結像比率（結像スケール）は、５００よりも大きい。投影光学ユニット５の実施形態に応じて、拡大結像比率は、１００よりも大きくすることができ、２００よりも大きくすることができ、２５０よりも大きくすることができ、３００よりも大きくすることができ、４００よりも大きくすることができ、５００よりも大幅に大きくすることもできる。投影光学ユニット８の結像比率は、通常２０００未満である。 Imaging optics unit 5 images object field 6 onto image field 11 in image plane 12 of metrology system 2 . The image plane 12 is also called the measurement plane. The imaging ratio (imaging scale) during imaging with the projection optical unit 5 is greater than 500; Depending on the embodiment of the projection optical unit 5, the magnification imaging ratio can be greater than 100, can be greater than 200, can be greater than 250, and can be greater than 300. , can be greater than 400, and can be significantly greater than 500. The imaging ratio of the projection optical unit 8 is typically less than 2000.

投影光学ユニット５は、物体８の一部分を像面１２に結像（ｉｍａｇｉｎｇ）する働きをする。 Projection optics unit 5 serves to image a portion of object 8 onto image plane 12 .

図１における物体８の平面図のイラストと同様に、物体８の結像の空間像１３の平面図が、図面の平面に垂直な像面１２の下に示されている。この空間像１３は、３Ｄ空間像全体の部分的なデータセットであり、その測定については以下で説明する。 Similar to the illustration of the plan view of the object 8 in FIG. 1, the plan view of the aerial image 13 of the imaging of the object 8 is shown below the image plane 12 perpendicular to the plane of the drawing. This aerial image 13 is a partial dataset of the entire 3D aerial image, the measurement of which is described below.

像視野１１内の照明光１の電界は、以下のように記述することができる。

Figure 2022553197000005
（４） The electric field of the illumination light 1 within the image field 11 can be described as follows.
Figure 2022553197000005
 (4)

物体視野６から像視野１１への照明光１の電界の伝達中に、投影光学ユニット５の収差およびデフォーカスが電界の形状に影響を与える。 During the transmission of the electric field of the illumination light 1 from the object field 6 to the image field 11, aberrations and defocus of the projection optics unit 5 influence the shape of the electric field.

計測システム２の空間分解検出装置１４は、像面１２に配置されている。この検出装置は、ＣＣＤカメラであってもよい。検出装置１４は、強度Ｉを測定するために使用される。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝｜Ｅcam｜2
（５） A spatially resolving detector 14 of the metrology system 2 is arranged in the image plane 12 . This detection device may be a CCD camera. A detection device 14 is used to measure the intensity I.
I(x,y)=| Ecam | 2
(5)

検出装置１４は、ｚ方向に変位可能であり、図１では、像面１２から離れた奥まった位置に示されている。測定動作中、検出装置１４は、像面１２またはその近傍に配置される。したがって、検出装置１４の検出面１５は、像面１２と一致するか、または像面１２から規定された距離を有することができる。 Detector 14 is displaceable in the z-direction and is shown in FIG. 1 in a recessed position away from image plane 12 . During measurement operations, the detector 14 is positioned at or near the image plane 12 . Accordingly, the detection plane 15 of the detector 14 can coincide with the image plane 12 or have a defined distance from the image plane 12 .

計測システム２は、被測定物体構造全体にわたって適用可能な特性として、光学的位相差Δφを決定するための方法を実行するために使用される。次いで、この特性を用いて、投影露光装置による物体８の結像中に物体８をそのコントラスト特性に関して認定することができる。 The metrology system 2 is used to implement a method for determining the optical phase difference Δφ as a property applicable over the measured object structure. This property can then be used to qualify the object 8 with respect to its contrast properties during imaging of the object 8 by the projection exposure apparatus.

決定方法の主なステップは、図４以降に関連してさらに説明される。 The main steps of the determination method are further explained in connection with FIG. 4 et seq.

測定ステップ１６において、物体８の一連の２次元像Ｉ（ｘ，ｙ）が、物体８の３次元空間像を記録するために、投影光学ユニット５を用いてそれぞれ異なる焦点面で測定される。２Ｄ像強度値Ｉ（ｘ，ｙ）が記録される各２Ｄ像測定の後、検出装置１４は、検出変位装置（図示せず）を用いて指定された増分Δｚだけ変位される。例えば、５個、７個、９個、１１個または１３個のこのような２Ｄ像Ｉ（ｘ，ｙ）が、３Ｄ空間像の完全な測定のために異なるｚ値で記録される。この測定中、物体８によって回折された照明光または測定光１の少なくとも２つの回折次数が、投影光学ユニット５によって像視野１１に、すなわち計測システム２の像側に導かれる。 In a measuring step 16 a series of two-dimensional images I(x,y) of the object 8 are measured with the projection optics unit 5 at different focal planes in order to record a three-dimensional aerial image of the object 8 . After each 2D image measurement in which a 2D image intensity value I(x,y) is recorded, the detector 14 is displaced by a specified increment Δz using a detector displacement device (not shown). For example, 5, 7, 9, 11 or 13 such 2D images I(x,y) are recorded at different z values for a complete measurement of the 3D aerial image. During this measurement, at least two diffraction orders of the illumination or measurement light 1 diffracted by the object 8 are directed by the projection optics unit 5 into the image field 11 , ie to the image side of the measurement system 2 .

続く再構成ステップ１７において、３Ｄ空間像の電界Ｅの振幅および位相を含む像側電界分布ｆrec（ｘ，ｙ）が再構成される。 In a subsequent reconstruction step 17, the image-side electric field distribution f rec (x,y) containing the amplitude and phase of the electric field E of the 3D aerial image is reconstructed.

図５は、例として、線構造を有する物体８に対する再構成ステップ１７の結果としての像視野１１にわたる位相分布を示す。吸収体構造９は、２１０°の領域に絶対位相を有する反射体構造１０とは異なる絶対位相φを３０°の領域に有する。 FIG. 5 shows, by way of example, the phase distribution over the image field 11 as a result of the reconstruction step 17 for an object 8 with line structures. The absorber structure 9 has a different absolute phase φ in the region of 30° than the reflector structure 10 which has an absolute phase in the region of 210°.

再構成ステップ１７は、国際公開番号第２０１７／２０７２９７Ａ１号から知られている方法を用いて実行することができる。 The reconstruction step 17 can be performed using methods known from WO 2017/207297 A1.

次に、位相キャリブレーションステップ１８を用いて、再構成された電界分布ｆrecから位相差が決定される。位相キャリブレーション中、物体８の物体周期またはピッチｐ、物体８の限界寸法ＣＤ、吸収体構造９の複素反射率ｒabs、および反射体構造１０の複素反射率ｒMLに依存する物体電界分布に基づくモデルを導入することによって、像側電界分布ｆimが計算される。像側電界分布ｆimは、物体電界分布と投影光学ユニット５のコヒーレント点拡がり関数（ｐｏｉｎｔ ｓｐｒｅａｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）ＰＳＦとの畳み込みの結果である。コヒーレント点拡がり関数は、コヒーレント光伝達関数のフーリエ変換である。 A phase calibration step 18 is then used to determine the phase difference from the reconstructed electric field distribution f rec . During phase calibration, the object electric field distribution depends on the object period or pitch p of the object 8, the critical dimension CD of the object 8, the complex reflectivity rabs of the absorber structure 9, and the complex reflectivity rML of the reflector structure 10. The image-side electric field distribution f im is calculated by introducing a model based on The image-side electric field distribution f im is the result of the convolution of the object electric field distribution with the coherent point spread function PSF of the projection optics unit 5 . The coherent point spread function is the Fourier transform of the coherent optical transfer function.

これが図６に示されている。図６は、左側に、空間座標ｘ、反射体構造１０の反射率ｒML、吸収体構造９の反射率ｒabs、デューティサイクルｄ、および周期（ピッチ）ｐに依存する物体電界分布ｆobjを示す。デューティサイクルｄについては、ｄ＝ＣＤ／ｐである。 This is shown in FIG. FIG. 6 shows on the left the object electric field distribution f obj depending on the spatial coordinate x, the reflectivity r ML of the reflector structure 10, the reflectivity r abs of the absorber structure 9, the duty cycle d and the period (pitch) p. show. For duty cycle d, d=CD/p.

次に、実部（指数ｒ）と虚部（指数ｉ）とに分割されるこの物体構造ｆobjに基づいて、今度は、投影光学ユニット５の点拡がり関数ＰＳＦcohとの畳み込みによって、物体電界分布の結像の生成における投影光学ユニット５の影響を考慮に入れる。これは図６の中央に示されており、異なるパラメータｒ、ｄに対してそれぞれ実部および虚部が指定されている。物体電界分布と点拡がり関数ＰＳＦとの畳み込みの結果は、像側電界分布ｆimの実部ｆr imおよび虚部ｆi imであり、これが図６の右側に概略的に示されている。この像側電界分布ｆimは、空間座標ｘ、反射体構造１０および吸収体構造９の反射率ｒML、ｒabs、デューティサイクルの虚部ｄiおよび実部ｄr、ならびにピッチｐに依存する。 Then, based on this object structure f obj divided into a real part (index r) and an imaginary part (index i), this time by convolution with the point spread function PSF coh of the projection optics unit 5 the object field The influence of the projection optics unit 5 on the production of the distribution imaging is taken into account. This is shown in the middle of FIG. 6, where the real and imaginary parts are specified for different parameters r, d respectively. The result of the convolution of the object electric field distribution with the point spread function PSF is the real part f r im and the imaginary part f i im of the image-side electric field distribution f im , which is shown schematically on the right side of FIG. This image-side electric field distribution f im depends on the spatial coordinate x, the reflectivities r ML , r abs of the reflector structure 10 and the absorber structure 9, the imaginary and real parts d i and d r of the duty cycle, and the pitch p. .

続いて、このようにモデル的に計算された像側電界分布ｆimが、再構成された像側電界分布ｆrecと比較される。この目的のために、モデルパラメータの物体周期（ピッチｐ）、限界寸法ＣＤ、および複素反射率ｒML、ｒabsのうちの少なくとも１つを変化させることによるフィッティング方法を用いて、前記電界分布間の差が最小化される。これは、ｘ－ｙ視野範囲にわたって積分され、最小化されると考えられるメリット関数を用いて行われる。このメリット関数Ｍは、以下のように書くことができる。

Figure 2022553197000006
（６） Subsequently, the image-side electric field distribution f im thus modeled is compared with the reconstructed image-side electric field distribution f rec . For this purpose, using a fitting method by varying at least one of the model parameters object period (pitch p), critical dimension CD, and complex reflectance r ML , r abs , between the electric field distributions is minimized. This is done using a merit function that is integrated over the xy field range and considered to be minimized. This merit function M can be written as:
Figure 2022553197000006
 (6)

上記の式（６）に従って実部および虚部に対して独立して実現されるこのメリット関数の最小化のために、再構成された像側電界分布ｆrecおよび計算された像側電界分布ｆimがフーリエ変換される。これらのフーリエ変換Ｆrec、Ｆimは、空間周波数νx、νyに依存する。 For this minimization of the merit function, realized independently for the real and imaginary parts according to equation (6) above, the reconstructed image-side electric field distribution f rec and the calculated image-side electric field distribution f im is Fourier transformed. These Fourier transforms F rec , F im depend on the spatial frequencies ν x , ν y .

実部と虚部に分割された前記フーリエ変換Ｆrec、Ｆimを用いて、メリット関数Ｍは、以下のように書くことができる。

Figure 2022553197000007
（７） Using the Fourier transform F rec , F im split into real and imaginary parts, the merit function M can be written as:
Figure 2022553197000007
 (7)

周波数領域での積分は、周期構造について、それぞれの引数が０から逸脱するそれらの周波数にわたる加算によって置き換えることができ、物体８の考慮される線構造は、ｊ＝－ｊmax…ｊmaxについて周波数νx＝ｊ／ｐである。 The integration in the frequency domain can be replaced for periodic structures by summation over those frequencies where each argument deviates from 0, and the considered line structure of the object 8 is the frequency ν x =j/p.

ｊmaxは、この場合、投影光学ユニット５が透過する最大回折次数である。 j max is the maximum diffraction order transmitted by the projection optics unit 5 in this case.

投影光学ユニット５が条件｜ｊmax｜≧２を満たすためには、物体８のピッチｐについて、ｐ≧２λ／ＮＡが成り立つ必要がある。 For the projection optical unit 5 to satisfy the condition |j max |≧2, the pitch p of the object 8 must satisfy p≧2λ/NA.

ここで、λは照明光１の波長であり、ＮＡは投影光学ユニット５の物体側開口数である。 where λ is the wavelength of the illumination light 1 and NA is the object-side numerical aperture of the projection optical unit 5 .

メリット関数の実部および虚部についてのこの加算は、反射率ｒML、ｒabsの実部および虚部に線形に依存する。

Figure 2022553197000008
（８） This summation of the real and imaginary parts of the merit function depends linearly on the real and imaginary parts of the reflectance r ML , r abs .
Figure 2022553197000008
 (8)

さらに、この線形表記の係数は、デューティサイクルｄの実部ｄrおよび虚部ｄiに非線形に依存する。これらの非線形のデューティサイクル出力関数は、以下で説明するように線形化することができる。 Furthermore, the coefficients of this linear notation depend non-linearly on the real and imaginary parts d r and d i of the duty cycle d. These nonlinear duty cycle output functions can be linearized as described below.

メリット関数を最小化するためのデューティサイクルの実部および虚部ｄr、ｄiならびに反射率ｒMLおよびｒabsの最適化は、反復フィッティング方法によって行うことができ、最初にデューティサイクルｄの実部および虚部に対する開始値ｄ0 r,iが取られ、次いで反射率に対する対応する開始値ｒr,i ML,0およびｒr,i abs,0が計算される。 Optimization of the real and imaginary parts of the duty cycle d r , d i and the reflectances r ML and r abs to minimize the merit function can be done by an iterative fitting method, first the real and imaginary parts of the duty cycle d The starting values d 0 r,i for the and imaginary parts are taken, then the corresponding starting values r r,i ML,0 and r r,i abs,0 for the reflectance are calculated.

この目的のために、メリット関数は、最初の反復ステップにおいて以下のように書くことができる。

Figure 2022553197000009
（９） For this purpose, the merit function can be written in the first iteration step as
Figure 2022553197000009
 (9)

ここで、

Figure 2022553197000010
は反射率ｒの係数を表し、これはデューティサイクルｄの実部および虚部に依存する。
Figure 2022553197000011
 は、この場合、ｊmax行を有する行列であり、２つの反射率ｒMl、ｒabsに対する行列の効果のために２列を有する行列である。反射率の開始値ｒr,i ML,0およびｒr,i abs,0は、線形最適化によってデューティサイクルｄ0 r,iの開始値に基づいて決定される。 here,
Figure 2022553197000010
 represents the coefficient of reflectivity r, which depends on the real and imaginary parts of the duty cycle d.
Figure 2022553197000011
 is a matrix with j max rows in this case and two columns due to the effect of the matrix on the two reflectivities r Ml , r abs . The start reflectance values r r,i ML,0 and r r,i abs,0 are determined based on the start value of the duty cycle d 0 r,i by linear optimization.

ここで、

Figure 2022553197000012
の個々の行列要素は、デューティサイクルの開始値の周りにテイラー級数で展開することができる。このテイラー級数の第２項は、値Δｄ0 r,i、すなわちデューティサイクルｄの開始値に対する実部および虚部の補正値において線形である。前記補正値は、反復法の次のステップのために開始値を変更しなければならない補正値である。 here,
Figure 2022553197000012
 The individual matrix elements of can be expanded in a Taylor series around the starting value of the duty cycle. The second term of this Taylor series is linear in the value Δd 0 r,i , the correction of the real and imaginary parts to the starting value of the duty cycle d. Said correction value is the correction value by which the starting value must be changed for the next step of the iterative method.

次数Δｄまでのテイラー展開を式（８）に挿入すると、反射率およびデューティサイクルの補正値に対する線形依存性が得られる。

Figure 2022553197000013
（１０） Inserting the Taylor expansion into Eq. (8) up to order Δd yields a linear dependence of reflectance and duty cycle on the corrected values.
Figure 2022553197000013
 (10)

修正された行列

Figure 2022553197000014
は、デューティサイクルの既知の開始値および反射率の既に計算された開始値のみに依存する。 modified matrix
Figure 2022553197000014
 depends only on the known starting value of duty cycle and the already calculated starting value of reflectance.

ここで、Δｄ0 r,iを線形最適化によって再び決定することができ、その結果、開始値に基づいて、反復の次の値ｄ1 r,iを次式に従って決定することができる。

Figure 2022553197000015
（１１） Now Δd 0 r,i can be determined again by linear optimization so that, based on the starting value, the next value of iteration d 1 r,i can be determined according to the following equation.
Figure 2022553197000015
 (11)

上記の式（９）の行列

Figure 2022553197000016
は、デューティサイクルの新しい値で更新され、反射率の新しい線形最適化が実行される。 The matrix of equation (9) above
Figure 2022553197000016
 is updated with the new value of duty cycle and a new linear optimization of reflectivity is performed.

この反復法は、反復ステップｍにおいて、反復補正Δｄm r,iが特定のしきい値を下回るまで繰り返される。 This iterative method is repeated in iteration step m until the iterative correction Δd m r,i falls below a certain threshold.

この反復フィッティング方法の収束後、メリット関数Ｍが最小化されるｒML、ｒabsの反射率値が分かる。 After convergence of this iterative fitting method, the reflectance values for r ML , r abs for which the merit function M is minimized are known.

次いで、位相差Δφの所望の値が次式に従って、得られた反射率値ｒML、ｒabsから得られる。
Δφ＝φML－φabs＝ａｒｇ（ｒML）－ａｒｇ（ｒabs） （１２） The desired value of the phase difference Δφ is then obtained from the obtained reflectance values r ML , r abs according to the following equation.
Δφ=φ ML −φ abs =arg(r ML )−arg(r abs ) (12)

したがって、特定のマスク構造に対して、物体構造のモデリングに基づいて位相差値を計算することができ、その結果、特定の構造設計が像コントラストに関して最適な位相差をもたらすかどうかをチェックすることができる。 Therefore, for a particular mask structure, a retardation value can be calculated based on modeling of the object structure, thereby checking whether a particular structure design yields optimal retardation with respect to image contrast. can be done.

図７は、上述した方法の実施形態を使用して光学的位相差が決定される物体２０の別の例を示す。このような物体２０は、特に図２に関して上述した物体８の代わりに使用することができる。 FIG. 7 shows another example of an object 20 whose optical phase difference is determined using the method embodiments described above. Such an object 20 can be used in place of the object 8 described above, particularly with respect to FIG.

物体２０は、共通のベース層２３によって担持された頂部構造２１およびエッチングされた底部構造２２を有するハード位相シフトマスク（ＰＳＭ）である。頂部構造２１は、反射率Ｒ１を有する反射体表面頂部構造部分として具現化されている。底部構造２２は、頂部構造と底部構造の両方を構成する多層からエッチングされた反射体表面底部構造として具体化されている。底部構造２２は、反射率Ｒ２を有する。反射率Ｒ１、Ｒ２に対して、以下の代替関係が成り立ってもよい。
Ｒ１＞Ｒ２，Ｒ１＝Ｒ２ Object 20 is a hard phase shift mask (PSM) having a top structure 21 and an etched bottom structure 22 carried by a common base layer 23 . The top structure 21 is embodied as a reflector surface top structure portion having a reflectivity R1. The bottom structure 22 is embodied as a reflector surface bottom structure etched from multiple layers making up both the top structure and the bottom structure. The bottom structure 22 has a reflectivity R2. The following alternative relationship may hold for the reflectances R1 and R2.
R1>R2, R1=R2

頂部／底部構造２１、２２は、一方では頂部構造２１によって反射され、他方では底部構造２２によって反射される測定光１に対して光学的位相差Δφを生成する。頂部構造２１に対する底部構造２２のエッチング深さは、図７においてｈで示されている。 The top/bottom structures 21, 22 generate an optical phase difference Δφ with respect to the measuring light 1 which is reflected by the top structure 21 on the one hand and by the bottom structure 22 on the other hand. The etching depth of the bottom structure 22 with respect to the top structure 21 is indicated by h in FIG.

頂部構造２１によって反射された測定光１の頂部構造位相と、底部構造２２によって反射された測定光１の底部反射体構造位相との間の物体２０の表面にわたる測定光１の位相差Δφは、上述した方法の実施形態に従って決定することができる。 The phase difference Δφ of the measuring light 1 across the surface of the object 20 between the top structure phase of the measuring light 1 reflected by the top structure 21 and the bottom reflector structure phase of the measuring light 1 reflected by the bottom structure 22 is It can be determined according to the method embodiments described above.

物体８とは異なり、物体２０では、頂部構造２１も多層材料で作られている。特に、物体２０は、多層基板をエッチングすることによって製造されている。 Unlike object 8, in object 20 the top structure 21 is also made of multilayer material. In particular, object 20 is manufactured by etching a multi-layer substrate.

図８は、上述した物体８または２０の代わりに使用することができる物体２５の別の実施形態を示す。特に図２および図７に関して上述した構成要素および機能には、同じ用語および参照番号が付与されており、再度詳細には説明しない。 Figure 8 shows another embodiment of an object 25 that can be used in place of the objects 8 or 20 described above. Components and functions described above, particularly with respect to Figures 2 and 7, are given the same terminology and reference numerals and will not be described in detail again.

物体２５は、頂部構造２１と底部構造２２との間に、頂部構造２１および底部構造２２の多層組成の層材料とは異なる材料であるエッチング停止層２６を有する。このようなエッチング停止層は、物体２５のエッチング生成プロセスにおいて、エッチングがエッチング停止層２６に達するまで行われるため、頂部構造部分と底部構造部分とを区別するために使用される。 Object 25 has an etch stop layer 26 between top structure 21 and bottom structure 22 that is a different material than the layer materials of the multilayer composition of top structure 21 and bottom structure 22 . Such an etch stop layer is used in the etching production process of the object 25 to distinguish between the top and bottom structure parts, since etching takes place until the etch stop layer 26 is reached.

もちろん、物体２５のエッチング停止層２６の反射率、材料、および厚さは、一方の頂部構造位相と他方の底部反射体構造位相との間の測定光１の光学的位相差に影響を与える。これは、ハード位相シフトマスクを製造するための最適化プロセスにおいて使用することができる。このようなキャリブレーションプロセス中に、物体２５に応じたキャリブレーション用の生の位相シフトマスクが生成される。次いで、このような生のキャリブレーション用マスクの頂部構造位相と底部反射体構造位相との間の光学的位相差Δφが決定される。その後、エッチング停止層２６の厚さおよび／またはエッチング深さｈを変化させて、所望の位相差Δφ、例えば１８０°（＝π）の位相差を実現する。 Of course, the reflectivity, material and thickness of the etch stop layer 26 of the object 25 affect the optical phase difference of the measurement light 1 between the top structure phase on one side and the bottom reflector structure phase on the other. This can be used in the optimization process for manufacturing hard phase shift masks. During such a calibration process, a raw phase shift mask for calibration according to object 25 is generated. The optical phase difference Δφ between the top structure phase and the bottom reflector structure phase of such a raw calibration mask is then determined. Thereafter, the thickness and/or the etching depth h of the etching stop layer 26 are varied to achieve the desired phase difference Δφ, for example 180° (=π).

図９は、位相シフトマスクとしても使用することができ、上述した物体８、２０および２５を置き換えることができる物体２７の別の実施形態を示す。特に図２および図８に関して上述した構成要素および機能には、同じ用語および参照番号が付与されており、再度詳細には説明しない。 Figure 9 shows another embodiment of an object 27 which can also be used as a phase shift mask and can replace the objects 8, 20 and 25 described above. Components and functions described above, particularly with respect to Figures 2 and 8, are given the same terminology and reference numerals and will not be described in detail again.

物体２７は、エッチング停止層２６も含む。物体２５のレイアウトとは異なり、物体２７のエッチング停止層２６は、底部構造２２の底部構造部分で除去されている。 Object 27 also includes an etch stop layer 26 . Unlike the layout of object 25 , etch stop layer 26 of object 27 has been removed at the bottom structure portion of bottom structure 22 .

図１０は、上述した物体８、２０、２５および２７の代わりに使用することができる物体３０の別の実施形態を示す。特に図２および図９に関して上述した構成要素および機能には、同じ用語および参照番号が付与されており、再度詳細には説明しない。 Figure 10 shows another embodiment of an object 30 that can be used in place of the objects 8, 20, 25 and 27 described above. Components and functions described above, particularly with respect to Figures 2 and 9, are given the same terminology and reference numerals and will not be described in detail again.

物体３０は、特に図２に関して上述したものによる頂部吸収体構造９および底部反射体構造１０を含む。 Object 30 includes a top absorber structure 9 and a bottom reflector structure 10 according to those described above, particularly with respect to FIG.

例として、図１０において９Dによって示されるこのような吸収体構造９のうちの１つは、欠陥を含む。このような欠陥は、吸収体構造９Dのｘ方向への延びが減少することで存在する。 By way of example, one such absorber structure 9, indicated by 9D in FIG. 10, contains a defect. Such defects exist due to the reduced extension of the absorber structure 9 D in the x-direction.

このような欠陥の修復として、物体３０は、修復用吸収体材料で作られた構造補足材３１を担持する。このような修復用吸収体材料は、一般に、物体３０の元の吸収体構造９の吸収体材料とは異なる。公称吸収体構造９の高さｈと比較して、修復用構造補足材３１は、一般にｈとは異なる高さｈDを有する。 As a repair for such defects, the object 30 carries a structural complement 31 made of a repair absorbent material. Such restorative absorbent material is generally different from the absorbent material of the original absorbent structure 9 of the object 30 . Compared to the height h of the nominal absorbent structure 9, the restorative structural supplement 31 generally has a height hD different from h.

修復プロセス中、上述した決定方法の位相計測の少なくとも１つの実施形態を使用して、構造補足材に使用される修復用吸収体材料に応じた複素反射率が決定される。また、上述したように、修復される物体３０の吸収体材料の複素反射率が決定される。一方では修復用吸収体材料の複素反射率を決定し、他方では修復される物体の吸収体材料の複素反射率を決定した後、修復用吸収体材料の複素反射率が、修復されるマスクの吸収体材料の複素反射率に一致するように、修復吸収体材料、およびその高さｈDも選択される。 During the repair process, at least one phase metrology embodiment of the determination method described above is used to determine the complex reflectance as a function of the repair absorber material used in the structural complement. Also, as described above, the complex reflectance of the absorber material of the object 30 to be repaired is determined. After determining the complex reflectance of the restorative absorber material on the one hand and the complex reflectance of the absorber material of the object to be restored on the other hand, the complex reflectance of the restorative absorber material is determined from the complex reflectance of the mask to be restored. The repair absorber material and its height h D are also chosen to match the complex reflectance of the absorber material.

光学的位相差決定方法、特に位相計測をさらに使用して、位相差Δφを最適化し、生産用投影露光装置において結像に対する物体の３Ｄ効果を最小限に抑えることができる。さらに、このような決定方法、特に位相計測は、例えば、一方ではマスクレイアウトを、他方では生産用投影露光装置の照明設定を同時最適化するために、ソースマスク最適化のための物体パラメータ、特にリソグラフィマスクパラメータをキャリブレーションするために使用することができる。 Optical phase difference determination methods, in particular phase metrology, can further be used to optimize the phase difference Δφ and minimize the 3D effects of objects on imaging in production projection exposure apparatus. Furthermore, such determination methods, in particular phase measurements, are useful, for example, for the simultaneous optimization of the mask layout on the one hand and the illumination settings of a production projection exposure apparatus on the other hand, object parameters for source mask optimization, in particular It can be used to calibrate lithographic mask parameters.

特に、それぞれの物体の頂部構造の配置が位相差Δφに影響を与え、したがって、生産用投影露光装置における結像結果に影響を与える可能性があることが認識された。 In particular, it has been recognized that the placement of the top structure of the respective object can influence the phase difference Δφ and thus the imaging result in a production projection exposure apparatus.

このような頂部構造効果は、光学的位相差Δφを決定するための方法の上述した実施形態を使用して測定することができ、リソグラフィマスクの最適化に関して後で使用するために、異なる頂部構造配置について位相差ライブラリに保存されてもよい。 Such top structure effects can be measured using the above-described embodiments of the method for determining optical retardation Δφ, and different top structure effects can be measured for later use in lithography mask optimization. The arrangement may be stored in a phase contrast library.

光学的位相差Δφに関しては、多層構造の各層の厚さおよび複素屈折率、すなわち特に屈折率の吸収の影響が、影響を与えるパラメータである。 Regarding the optical retardation Δφ, the thickness of each layer of the multilayer structure and the complex refractive index, ie especially the absorption influence of the refractive index, are influencing parameters.

請求項１１または１２に記載の計測システムの利点は、本発明による決定方法を参照して上で既に説明したものに対応する。 The advantages of the metrology system according to claim 11 or 12 correspond to those already explained above with reference to the determination method according to the invention.

請求項１３に記載の計測システムにより、非常に高い分解能での測定が可能になる。ＥＵＶ光源によって提供される測定光波長は、５ｎｍ～３０ｎｍの波長範囲にある場合がある。したがって、測定光波長は、リソグラフィマスクの形態の測定される構造化物体を半導体チップの製造で使用することができる投影露光装置の典型的な照明波長に適合している。 A measurement system according to claim 13 allows measurements with very high resolution. The measurement light wavelengths provided by EUV light sources may be in the wavelength range of 5 nm to 30 nm. The measuring light wavelength is thus adapted to the typical illumination wavelength of projection exposure apparatuses in which the structured objects to be measured in the form of lithographic masks can be used in the manufacture of semiconductor chips.

Claims (10)

構造化物体（８；２０；２５；２７；３０）の表面にわたる測定光波長（λ）の測定光（１）の光学的位相差（Δφ）を決定するための方法であって、
前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の頂部構造（９；２１）によって反射された前記測定光（１）の頂部構造位相（φabs）と、
前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の底部反射体構造（１０；２２）によって反射された前記測定光（１）の底部反射体構造位相（φML）と
の間の前記位相差（Δφ）が、被測定物体構造全体にわたって適用可能な特性として決定される、方法であり、
投影光学ユニット（５）を用いて、前記物体（８）の３Ｄ空間像を記録するために各場合において異なる焦点面において前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の一連の２Ｄ像を測定するステップ（１６）と、
前記３Ｄ空間像の電界の振幅および位相を含む前記３Ｄ空間像から像側電界分布（ｆrec）を再構成するステップ（１７）と、
位相キャリブレーション（１８）を用いて、前記再構成された電界分布（ｆrec）から前記位相差（Δφ）を決定するステップと、
を含み、
前記位相キャリブレーション（１８）において、以下のステップ、すなわち、
前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の物体周期（ｐ）、および／または
前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の限界寸法（ＣＤ）、および／または
前記頂部構造（９；２１）の複素反射率（ｒr,i abs）、および／または
前記反射体構造（１０；２２）の複素反射率（ｒr,i ML）
に依存する物体電界分布（ｆobj）に基づくモデルを導入することによって像側電界分布（ｆim）を計算するステップであり、
前記像側電界分布（ｆim）が、前記物体電界分布（ｆobj）と前記投影光学ユニット（５）のコヒーレント点拡がり関数（ＰＳＦ）との畳み込みの結果である、
計算するステップと、
前記計算された像側電界分布（ｆim）を前記再構成された像側電界分布（ｆrec）と比較するステップと、
モデルパラメータの物体周期（ｐ）および／または限界寸法（ＣＤ）および／または複素反射率（ｒr,i abs,ML）を変化させることによるフィッティング方法によって、前記計算された像側電界分布（ｆim）と前記再構成された像側電界分布（ｆrec）との間の前記差を最小化するステップと、
前記複素反射率（ｒr,i absおよびｒr,i ML）について、前記モデルパラメータから前記位相差（Δφ）を計算し、前記最小化をもたらすステップと、が実行される、
方法。 A method for determining the optical phase difference (Δφ) of measuring light (1) of measuring light wavelength (λ) over the surface of a structured object (8; 20; 25; 27; 30), comprising:
a top structure phase (φ abs ) of said measurement light (1) reflected by a top structure (9; 21) of said object (8; 20; 25; 27; 30);
said phase difference between said measuring light (1) reflected by a bottom reflector structure (10;22) of said object (8;20;25;27;30) and a bottom reflector structure phase (φ ML ); (Δφ) is determined as a property applicable over the entire structure of the object under test,
Using a projection optical unit (5), a series of 2D images of said object (8; 20; 25; 27; 30) in different focal planes in each case to record a 3D aerial image of said object (8). measuring (16);
reconstructing (17) an image-side electric field distribution (f rec ) from said 3D aerial image comprising the amplitude and phase of the electric field of said 3D aerial image;
determining the phase difference (Δφ) from the reconstructed electric field distribution (f rec ) using a phase calibration (18);
including
In said phase calibration (18), the following steps:
body period (p) of said body (8; 20; 25; 27; 30), and/or critical dimension (CD) of said body (8; 20; 25; 27; 30), and/or said top structure ( 9;21) complex reflectance (r r,i abs ) and/or complex reflectance (r r,i ML ) of said reflector structure (10;22)
calculating the image-side electric field distribution (f im ) by introducing a model based on the object electric field distribution (f obj ) depending on
wherein said image-side electric field distribution (f im ) is the result of a convolution of said object electric field distribution (f obj ) with a coherent point spread function (PSF) of said projection optical unit (5);
a step of calculating;
comparing the calculated image-side electric field distribution (f im ) with the reconstructed image-side electric field distribution (f rec );
The calculated image-side electric field distribution ( f im ) and the reconstructed image-side electric field distribution (f rec );
calculating said phase difference (Δφ) from said model parameters for said complex reflectance (r r,i abs and r r,i ML ) resulting in said minimization;
Method. 前記計算された像側電界分布（ｆim）と前記再構成された像側電界分布（ｆrec）との間の前記差が最小化される前記フィッティング方法において、最初は非線形であった出力関数の線形化が行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。 In the fitting method, wherein the difference between the calculated image-side electric field distribution (f im ) and the reconstructed image-side electric field distribution (f rec ) is minimized, an initially non-linear output function 2. The method of claim 1, wherein a linearization of is performed. 前記像側電界分布（ｆim）の計算において、実部（ｆr im）および虚部（ｆi im）が、互いに独立したパラメータでモデル化されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。 3. The method according to claim 2, wherein in calculating the image-side electric field distribution (f im ), the real part (f rim ) and the imaginary part (f i im ) are modeled with mutually independent parameters. the method of. 反復フィッティング方法を特徴とする、請求項２または３に記載の方法。 4. A method according to claim 2 or 3, characterized by an iterative fitting method. 前記像側電界分布（ｆim）の実部（ｆr im）および虚部（ｆi im）が、互いに独立してフィッティングされることを特徴とする、請求項２～４のいずれか１項に記載の方法。 The real part (f r im ) and the imaginary part (f i im ) of the image-side electric field distribution (f im ) are fitted independently of each other, according to any one of claims 2 to 4. The method described in . 前記フィッティング方法の構成部分として少なくとも１つのフーリエ変換を特徴とする、請求項２～５のいずれか１項に記載の方法。 A method according to any one of claims 2 to 5, characterized by at least one Fourier transform as a constituent part of said fitting method. 前記測定（１６）中に、前記物体（８；２０；２５；２７；３０）によって回折された測定光（１）の少なくとも２つの回折次数（ｊ）が、前記投影光学ユニット（５）によって像側に導かれることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。 During said measurement (16) at least two diffraction orders (j) of measuring light (1) diffracted by said object (8; 20; 25; 27; 30) are imaged by said projection optical unit (5). A method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is guided to the side. 請求項１～７のいずれか１項に記載の方法を実行するための光学測定システムを有する計測システム（２）であって、
検査される前記物体（８；２０；２５；２７；３０）を特定の照明設定で照明するための照明光学ユニット（４）を有し、
前記物体（８；２０；２５；２７；３０）の一部を測定面（１２）に結像（ｉｍａｇｉｎｇ）するための結像光学ユニット（５）を有し、
前記測定面（１２）に配置された空間分解検出装置（１４）を有する、
計測システム（２）。 A metrology system (2) comprising an optical metrology system for carrying out the method according to any one of claims 1 to 7,
an illumination optics unit (4) for illuminating said object (8; 20; 25; 27; 30) to be inspected with a specific illumination setting;
an imaging optical unit (5) for imaging a part of said object (8; 20; 25; 27; 30) onto a measuring plane (12);
having a spatially resolving detection device (14) located in said measurement plane (12);
Measurement system (2). 前記測定（１６）中に、前記物体（８）によって回折された測定光（１）の少なくとも２つの回折次数（ｊ）が前記結像光学ユニット（５）によって前記結像光学ユニット（５）の像側に導かれるように、前記結像光学ユニット（５）を設計することを特徴とする、請求項８に記載の計測システム。 During said measurement (16), at least two diffraction orders (j) of measurement light (1) diffracted by said object (8) are transmitted by said imaging optical unit (5) to said imaging optical unit (5). 9. Measuring system according to claim 8, characterized in that the imaging optical unit (5) is designed so that it is directed to the image side. ＥＵＶ光源（３）を特徴とする、請求項８または９に記載の計測システム。 10. Metrology system according to claim 8 or 9, characterized by an EUV light source (3).
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