JP2022553197A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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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２

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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）
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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）
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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）
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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。
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）
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。
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。
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）
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。
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）
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。
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。
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。
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）
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。

Claims (10)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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）。
  9. 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。
  10. 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。
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