对于测量光刻掩模确定成像光学单元的成像像差贡献的方法与流程

本专利申请要求德国专利申请de102018202635.1的优先权，其内容通过引用并入本文。

本发明涉及对于测量光刻掩模确定成像光学单元的成像像差贡献的方法。此外，本发明涉及对于测量光刻掩模校正度量系统的成像光学单元的成像像差的方法，其包含该类型的确定方法，并且涉及利用其可以执行该类型方法的度量系统。

背景技术：

wo2016/012426a1公开了三维测量光刻掩模的3d空间像的方法。

从以下获悉借助于散斑测量确定在光学单元中的成像像差贡献的方法：于2016年在美国的《成像和应用光学会议》中的shanker等人的技术文献使用自然散斑的euv显微镜中离轴像差估计(off-axisaberrationestimationinaneuvmicroscopeusingnaturalspeckle)”，于2015年2月10日发表的《光学快报》的23卷20号上r.a.claus等人的技术文献用任意光瞳和照明的定量相位恢复(quantitativephaseretrievalwitharbitrarypupilandillumination)”，以及proc.ofspie的9422卷，942214上，由o.r.woodii等人编辑的《极紫外(euv)光刻术vi》中r.a.claus的技术文献“使用euv掩模粗糙度的像差估计(aberrationestimationusingeuvmaskroughness)”。

技术实现要素：

本发明的目的是对于测量光刻掩模来确定成像光学单元的成像像差贡献，其具有与在相应的光刻掩模上的测量时间相比较尽可能小的附加时间支出。

根据本发明通过包括以下步骤的方法实现该目的。一种对于测量光刻掩模确定成像光学单元的成像像差贡献的方法，所述方法包括以下步骤：

a)焦点相关地测量所述成像光学单元的3d空间像，按照通过所述成像光学单元对物体成像的像面的区域中以及与所述像面平行的不同测量平面中的2d强度分布的序列；

b)由具有散斑图案的所测量的2d强度分布的傅里叶变换来确定所述3d空间像的散斑图案的频谱；

c)对于频域中的多个频谱分量，确定所述频谱分量的实部和虚部的焦点相关性；

d)从所述焦点相关性的确定值，分离以下：

aa)由掩模结构对所述散斑图案频谱做出的贡献，其贡献将被消除，

bb)由所述成像光学单元对所述散斑图案频谱做出的成像像差贡献；

e)表示所述成像像差贡献。

根据本发明已经认识到，可以通过散斑图案测量，在光刻掩模测量期间无论如何经常执行的3d空间像测量的上下文中，从对散斑图案的掩模结构贡献分离出成像像差贡献。然后可以表示成像像差贡献，结果由此可以执行成像光学单元的资格认证，并且特别地可以得出关于以下的结论：例如通过再调整度量系统的成像光学单元可以降低所述成像像差贡献的程度。通过确定相应频谱分量的实部和虚部的焦点相关性的轮廓的相交点的z位置可以执行分离。该方法可以用于确定特别是可以通过偶函数来描述的像差。

成像光学单元可以是度量系统的部分，特别是用于光刻掩模和仍然非结构化的掩模基板(所谓掩模坯)的资格认证。还可以借助于确定方法执行掩模坯的的资格认证，也就是说评估仍然非结构化的掩模的质量。

可以从在照明所测量的光刻掩模期间的已知的照明角度分布(照明设定)以及成像光学单元的已知的传输函数来计算出离焦像差。传输函数可以是光瞳传输函数。光瞳传输函数可以是二元函数，并且具有成像光学单元的数值孔径内的空间频率为值1和所述数值孔径外部的空间频率为0。

为了准备表示所述成像像差贡献，借助于一组正交函数的线性组合来近似所述成像像差贡献。上述表示的准备已经被证明在实践中是值得的，因为通过这种方式可以系统地表示不同测量的成像像差。在这种情况下，可以使用从正交多项式组(例如从泽尼克多项式)计算出的一组展开式函数，但是其自身不构成正交函数组。

表示了所述近似的过程中出现的函数展开式的系数，上述表示是明确的。

泽尼克函数用作在准备所述表示期间的一组函数。上述泽尼克函数有利地适配于成像光学单元的对称条件。

在光刻掩模的非结构化区段上执行所述方法使得可以在确定成像像差贡献方法期间以简单的方式分离出掩模贡献。在光刻掩模的测量方法的上下文中，无论如何经常发生该类型的掩模坯测量，因此不会或者仅发生短测量延迟。

一种对于测量光刻掩模校正度量系统的成像光学单元的成像像差的方法，所述方法包括以下步骤：a)通过上述方法确定所述成像光学单元的成像像差贡献；b)以所确定的成像像差贡献为基础通过再调整所述成像光学单元的光学部件来校正所述成像像差贡献。上述方法将成像像差贡献确定用来校正成像像差。在操作度量系统期间可以执行再调整。再调整可以在开环或闭环控制下执行。

一种执行上述方法的度量系统，所述度量系统包括照明将要检查的光刻掩模的照明光学单元，并且包括将所述物体朝向空间分辨检测装置成像的成像光学单元。上述度量系统的优点对应于参考根据本发明的方法在上文已经解释的那些优点。

至少一个位移致动器移位所述成像光学单元的成像部件，上述位移致动器使得能够进行可重复的再调整。

将所述位移致动器信号连接到所述度量系统的中央开环/闭环控制装置，作为上述的结果的信号连接使得可以在与成像像差贡献的确定关联的自动化过程的上下文中执行再调整。可以在开环或闭环控制下进行该自动化过程。

附图说明

在下文参考附图更详细地解释本发明的一个示例性实施例。附图中：

图1以垂直于入射平面的方向上看的俯视图高度示意性示出了具有照明光学单元和成像光学单元以euv照明和成像光对形式为光刻掩模的物体检查的度量系统，非常示意性示出该照明光学单元和成像光学单元中的每一个；

图2示意性示出了照明和成像光在照明光瞳和成像光学单元的像面的区域中的空间像之间的传播，其中还附加地示出了空间像到散斑图案的频谱中的转换；

图3示出了像面的区域中不同焦点测量平面中的2d强度分布的序列，其中该序列表示可以由度量系统测量的3d空间像；

图4以分配到根据图3的序列的方式示出了3d空间像的散斑图案的频谱的序列，其由根据图3的2d强度分布的傅里叶变换来确定；

图5示出了根据图4的散斑图案频谱的所选择的频谱分量的实部和虚部作为焦点位置(垂直于像面的z方向)的函数的示意性轮廓；

图6举例示出了度量系统的成像光学单元的确定的成像像差，其表示为频率相关的像差函数，该成像像差由于以根据图5的频谱分量的方式从频谱分量的焦点依赖性的指定值分离而产生；

图7示出了关于泽尼克多项式的展开式的形式的根据图6的成像像差贡献的表示。

具体实施方式

为了便于位置关系的演示，在下文中使用笛卡尔xyz坐标系。图1中，x方向垂直于附图的平面延伸到该平面中。图1中y轴向右延伸。图1中z轴向下延伸。

图1以与子午截面对应的视图示出了用euv照明光1检查物体5的度量系统2中的euv照明光和成像光1的束路径，该物体5布置在物面4中的物场3中、形式为掩模母版或光刻掩模。度量系统2用于分析三维(3d)空间像(空间像度量系统)并且用于模拟和分析光刻掩模的性质的效应，该光刻掩模称为掩模母版，其继而在投射曝光期间用于在投射曝光设备内由投射光学单元在光学成像上制造半导体部件。这样的系统从wo2016/012426a1(参见其中的图1)、从us2013/0063716a1(参见其中的图3)、从de10220815a1(参见其中的图9)、从de10220816a1(参见其中的图2)以及从us2013/0083321a1中获悉。

在物体5处反射照明光1。照明光1的入射平面平行于yz平面。

由euv光源6产生euv照明光1。光源6可以是激光等离子体源(lpp；激光产生的等离子体)或放电源(dpp；放电产生的等离子体)。原则上，还可以使用基于同步加速器的光源，例如自由电子激光器(fel)。euv光源的所使用的波长可以是在5nm到30nm之间的范围中。原则上，在度量系统2的变型的情况下，其他所使用的光波长的光源还可以用来代替光源6，例如光源的使用波长为193nm。

根据度量系统2的实施例，还可以用于反射式物体5或透射式物体5。透射式物体的一个示例是相位掩模。

度量系统2的照明光学单元7布置在光源6和物体5之间。照明光学单元7用于以物场3之上的限定照明强度分布并且同时以限定照明角度分布照明将要检查的物体5，用该限定照明角度分布照明物场3的场点。

度量系统2的照明和成像光1的数值孔径在掩模母版侧是0.0825。物面4中的物场3具有x方向上8μm的范围和y方向上8μm的范围，也就是说是正方形。

在物体5处反射之后，照明和成像光1进入度量系统2的成像光学单元或投射光学单元8，这同样地示意性示出在图1中。成像光学单元8用于将物体5朝向度量系统2的空间分辨检测装置9成像。检测装置9设计为例如ccd检测器或cmos检测器。

将检测装置9信号连接到数字图像处理装置10。

由物体保持件(未示出)承载物体5。所述物体保持件可以通过位移驱动器一方面平行于xy平面移位并且另一方面垂直于该平面(也就是说在z方向上)移位。由中央控制装置11控制位移驱动器以及同样地度量系统2的整个操作，没有以更加具体详细的方式示出将该中央控制装置11信号连接到将要控制的部件。

作为示例，图1示出了成像光学单元8的成像部件12，该成像部件12可以是反射镜或者使用比euv波长更长的照明光波长的透镜元件。将成像部件12可操作地连接到位移致动器13，继而将该位移致动器13信号连接到控制装置11。通过位移致动器13，成像部件12可以在x方向上和/或y方向上和/或z方向上彼此独立地移位以精确对准成像部件12。该位移的空间分辨率可以优于10μm，并且特别是可以优于2μm。

成像光学单元8的放大因子大于500，并且在根据图1的示例性实施例中是850。在像面14的区域中，产生的像侧数值孔径在1·10^-4左右，在该像面14中出现物体5的3d空间像。

在检测装置9的下面，图1作为示例表示了测量平面(例如z＝0)中的2d强度分布15的俯视图。掩模母版5上的结构16表示为x方向上延伸的强度最大值17。

图2示意性示出了照明和成像光1从照明光学单元7的光瞳平面18向右传播到像面14的区域中。在xyz坐标系中透视地示出了分别考虑的变量或部件。照明光1的光瞳强度分布19出现在光瞳平面18中，所述分布还被称为照明设定。作为示例示出了环形形状的或环状的光瞳强度分布19。光瞳强度分布19在数学上表示为σ(κ)。

在这种情况下，光瞳坐标中，σ是照明强度并且κ描述了出现所述照明强度的位置。

照明光1从光瞳平面18传播到物面4中，在物面处，照明光1入射在具有图2中以夸张方式示出的粗糙度的物体5上。这导致了波前以及照明光1的场分布，其可以写为

在此的标记具有以下含义：

具有坐标xy的空间坐标矢量；

λ：照明光的波长

h：物体的粗糙度(z方向上的弧矢高度)。

在物体5处被反射或通过物体5之后，照明光1传播穿过成像光学单元8的入瞳20、图2中用21示出的该成像光学单元8的成像部件、并且随后穿过出瞳22。然后，将物体5成像到像面14的区域中的空间像23中。x和y方向上相应的2d强度分布(也就是说空间像23的“切片”)的傅里叶变换产生了散斑频谱24(也就是说空间像23的散斑图案的频谱以下是适用于所述散斑频谱：

在此适用：

v：具有频率坐标vx、vy的频率成比例的波数1/λ；

h：粗糙度谱，也就是说物体粗糙度h的傅里叶变换；

光学单元的像差函数，这继而限定为：

在此适用：

σ：光瞳平面中的照明设定的强度分布；

p：光学单元的光瞳传输函数，也就是说例如由孔径和/或遮挡光阑限制的光瞳的效应；

光学单元的偶数个波前像差，也就是说可以由偶函数描述的像差贡献。

下面参考图3及以下的附图解释了确定成像光学单元8的成像像差贡献的方法。图3、4和6所示的灰度数值各为在分别考虑的位置处呈现的光强度的度量。

首先对成像光学单元8的3d空间像23执行焦点相关的测量，按照平行于物体5成像的像面14(z3＝0)的区域中不同测量平面z1至z7中的2d强度分布15z1至15z7的序列。在这种情况下，与根据图1的示意图相比，成像的不是结构化的物体，而是(仍然)非结构化的掩模，也就是说掩模坯或掩模的非结构化区域。在2d强度分布15zi的序列之上所记录的空间像示出了散斑的空间分布，这可以认为首先是掩模(剩余部分)结构贡献的结果并且是成像光学单元8的成像像差贡献的结果。

然后接下来由2d强度分布15zi的傅里叶变换确定前述步骤中所检测的3d空间像的所述散斑图案的频谱这导致了2d散斑频谱24z1至24z7的序列，为频率坐标vx和vy的函数。

然后，对于频域中的多个频谱分量s(vxi，νyi)，确定该散斑频谱分量s(vxi，vyi)的实部rs(z)和虚部is(z)的焦点相关性。这针对图4中由选择点所强调的一个频谱分量s(vxi，vyi)而示出。对于该频谱分量s，图5示意性示出了该散斑频谱分量s(vxi，vyi)的实部rs(z)的线性近似轮廓26和该散斑频谱分量s(vxi，vyi)的虚部is(z)的同样线性近似轮廓25，作为z坐标的函数，也就是说焦点位置的函数。

以下适用于散斑频谱分量的这些z相关性。

s(z)～h(θdz+θopt)

在此适用：

h：物体的粗糙度的贡献；

θd：成像光学单元的离焦像差；

θopt：成像光学单元的其他成像像差贡献。

可以从已知的照明设定和光学单元的已知的传输函数计算出成像光学单元8的离焦像差θd。基于实部rs和虚部is的轮廓25和26，以上述公式为基础，可以从粗糙度贡献h分离出成像像差贡献θ，并且在独立确定离焦像差之后然后得到成像光学单元8的其他成像像差θopt。

特别地，在实部rs和虚部is的轮廓25、26之间的相交点的z位置可以用于该分离。

成像像差贡献θopt可以用频率相关的方式写为关于具有展开系数zn的泽尼克像差函数θn的展开式。

在此适用：

具有泽尼克多项式

图6示出了分离的成像像差贡献θ作为示例。对于所选择的照明设定，该成像像差贡献具有与泽尼克函数z5极大的相似性。

图7示出了泽尼克函数z4至z18的上述展开公式的系数zi的序列。正如所期望的，主要贡献体现在泽尼克函数z5的系数z5处。

因此总体上，基于对在度量学中无论如何经常需要的掩模的非结构化位置的测量，可以测量成像光学单元8的成像像差贡献。然后通过再调整成像光学单元8的光学部件可以校正所述成像像差贡献。为此，控制装置11可以驱动位移致动器13以对应地移位成像部件12。这样的再调整可以在度量系统2的操作中的间歇中或者在度量系统2的操作期间来执行。再调整可以由开环控制来执行，或者通过在相应成像像差贡献的设定点和实际值之间的比较、由闭环控制来执行。

泽尼克函数zi的成像像差贡献的该展开式构成了相对于一组正交函数的线性组合的成像像差贡献的展开式的一个示例。

度量系统2的光学设置用于在半导体部件的投射光刻制造期间在物体5的投射曝光过程中可能最精确模拟照明和成像。

关于2d空间像23的焦点相关的测量的细节，参考wo2016/012426a1。关于与傅里叶变换相关的细节，同样参考wo2016/012426a1以及文中所提到的参考文献。