半导体光刻的掩模的检验装置和方法与流程

半导体光刻的掩模的检验装置和方法
1.本技术是申请日为2018年07月10日且发明名称为“半导体光刻的掩模的检验装置和方法”的中国专利申请no.201810754164.1的分案申请。
2.相关申请的交叉引用
3.本技术要求德国专利申请de 10 2017 115 365.9的优先权，其内容通过引用全部并入本文。
技术领域
4.本发明涉及半导体光刻的掩模的检验装置并且涉及对应的方法。该类型的掩模通常用于通过投射曝光设备(所谓的扫描仪)的投射镜头，将位于掩模上的结构以1:4的比例缩小的方式成像到半导体基板(所谓的晶片)上的感光层上。该技术使得在半导体基板上创造非常小的结构是可能的，并且以这种方法来实现大规模集成电子电路。


背景技术：

5.为了增加制造过程的性能，有利的是，掩模在它们在扫描仪中使用之前或者在移除维护之后包含的定期间隔时尽可能早地经受检查或检验过程。出于该目的，通常使用掩模的检验装置，该检验装置通过像是显微镜的布置将掩模以放大方式成像并且以这种方法使缺陷为可辨认的。这种类型的测量系统通常还称为“空间像测量系统”，并且由命名为aims或wlcd而在商业上已知。它们通常能够在扫描仪中掩模的实际使用期间仿真一定程度的条件，特别地诸如，照明设定和成像设定；例如西格玛形状、数值孔径和偏振。然而，根据相应的制造商或者构造的年份，不同的扫描仪具有影响整个系统的行为的不同的所谓纵向色差。纵向色差被理解为意味着以下现象：考虑到所使用的光学材料的色散行为，晶片由投射镜头的成像位于对于偏离波长而言彼此轻微地偏离的平面中，换言之，成像的最佳焦点位置可以随波长变化。由于所使用的电磁辐射(通常具有近似193nm的波长，但是还使用具有与其偏离的波长的辐射，例如波长在10nm-121nm的范围中、特别是大约13.5nm的euv辐射)的有限光谱宽度，所提及的效应导致了不可忽视的图像不清晰。迄今的现有技术尚未公开可以用于仿真掩模的检验装置中纵向色差的任何方法。


技术实现要素：

6.因此本发明的目标是通过以下来指定方法和装置：在掩模的检验装置中用于掩模的测量的扫描仪的纵向色差可以由与从现有技术已知的解决方案比较有改进的方式来考虑。
7.通过具有在独立权利要求中出现的特征的装置和方法来实现该目标。从属权利要求涉及本发明的有利实施例和发展。
8.根据本发明的半导体光刻的掩模的检验装置包括成像掩模的成像装置和图像记录装置。成像装置是例如显微镜物镜。图像记录装置可以是例如ccd照相机、cmos照相机或具有关联光学系统的线性阵列照相机。根据本发明，一个或多个校正主体(其展示用于成像
的照明辐射的至少一个子范围的色散行为)布置在掩模和图像记录装置之间的光学路径中。
9.校正主体有利地包含在关注的波长范围中的色散的介质，诸如氟化钙或石英玻璃。
10.因为成像装置典型地配置为透射光的显微镜，所以所述校正主体通常在掩模和图像记录装置之间的光学路径中位于掩模背离辐射源的一侧。在这种情况下，校正主体可以布置在掩模和成像装置之间或者在成像装置和图像记录装置之间。校正主体布置在辐射源和掩模的照明单元之间也是可能的。此外，校正主体可以布置在掩模的照明单元和掩模自身之间。在其他变型中，校正主体可以布置在掩模的照明单元内或者在成像装置内。更不用说，以下是可能的：在使用多个校正主体的情况下，校正主体可以布置在如上所述的多个位置处。
11.在这种情况下，校正主体由于其色散性质(在扫描仪的投射镜头中同样的色散介质的行为)而具有仿真的效果。由于在检验装置的显微镜物镜中的相对较少的、薄的光学元件，在没有附加措施的情况下不足以仿真如已经提到的纵向色差，并且因此所提到的校正主体可以在此提供补救。这情况特别地还是因为用于所提到的投射镜头中所使用的辐射，与在检验装置中相比，在投射镜头的光学元件的色散材料中覆盖了相当更长的光学路径。
12.这里，本发明的一个优点是：可以设定各种纵向色差，使得可以考虑多样的投射系统的不同纵向色差。
13.在这种情况下，校正主体的色散行为不需要必须是静态的，而是可以配置为通过外部影响可动态选择的。就此而言，首先，以本身已知的方式，校正主体的色散行为可以例如受机械应力的行动影响。同样地，校正主体的区域中的电场、磁场或电磁场的存在还可以以期望的方式影响校正主体的色散性质。此外，有可能通过热应力(例如通过加热元件或珀尔帖元件)或者通过其中布置校正主体的环境的气体构成或压强，来影响校正主体的色散行为。更不用说，可以想到利用并行或同时地提到的所有效应，通过根据本发明的装置的对应配置来影响校正主体的色散行为。
14.此外，存在通过更改校正元件的空间取向、位置或形状来改变校正主体的色散材料的影响的可能性。就此而言，作为示例，可以使用可变厚度的校正主体。这可以例如通过楔形形状的校正主体来实现，该楔形形状的校正主体可以相对于光学路径横向移位。此外，还可以使用在其相应楔形表面滑动的两个楔形物。
15.上文所提到的所有措施共同具有以下优点：通过适当选择校正主体的材料的构成和/或通过其适当热驱动、机械驱动或电驱动，可以实现在各种各样的扫描仪中的条件的仿真并且因此可以更好地提前计算在相应目标系统中将检验的掩模的行为。
16.在下文中描述根据本发明的方法，该方法替代地或附加地可用于在掩模的检验装置中考虑纵向色差。
17.该方法的一个可能的优点在于：可以明确测量纵向色差的效应。这可以用于进行进一步适配和/或优化。这可以关注诸如曝光设定或蚀刻过程的光刻参数以及掩模的设计规定这二者。
18.在第一步骤中，首先测量焦点堆叠，也就是说记录指定数目的具有不同离焦位置的图像。然后这些图像可以用于仿真纵向色差，其本质上同样表现得像焦点像差一样。就此
而言，作为示例，有可能以相对于掩模100nm的距离测量5个平面。在了解所使用的辐射的线宽和投射曝光设备的纵向色差的情况下，则可以从焦点堆叠的单独图像中选择将与扫描仪中的图像对应的图像最近的那些图像。然后可以通过适当的插值和(如果合适的话)图像的加权来仿真扫描仪的纵向色差。
19.离焦的步长还可以固定地配置为，例如分成主要步长和次要步长。就此而言，作为示例，有可能选择相对于掩模的主要步长大小为0.3-2μm、特别是1μm，相对于掩模的次要步长大小为10-150nm、特别是100nm。
20.换言之，主要步长定址扫描仪中的焦点像差，该焦点像差是过程指定的，也就是说例如来自晶片弯曲或者掩模不位于最佳焦点的情况。这些通常情况相依的离焦像差加起来以形成相应考虑的扫描仪的已知纵向色差。
21.次要步长使得可以特别地通过插值，在扫描仪中对于每一个假设情况进一步改进将测量显微镜的离焦分配到掩模的或晶片的离焦(作为扫描仪指定的纵向色差和在扫描仪中与最佳焦点位置的受情况支配的偏离的总和)的准确度。
22.借助于主要步长，那么评估结构的过程窗口(结构宽度对比取决于曝光剂量的离焦)、和/或缺陷的成像行为是可能的。
附图说明
23.在下文参考附图更详细地解释本发明的示例性实施例和变型。附图中：
24.图1示出了光学透镜元件的纵向色差的示意图；
25.图2示出了掩模的检验装置的色散行为的目标影响的校正主体的构造的示意图；
26.图3示出了根据本发明的掩模的检验装置的示意图，其具有用于指定的纵向色差的目标设定的校正主体的位置的可能布置；
27.图4示出了机械上影响校正主体的一个变型；
28.图5示出了通过电磁场和电磁波影响校正主体的两个变型；
29.图6示出了设定校正主体内的光学辐射的路径长度的两个可能的实施例；
30.图7示出了改变校正主体的空间取向和位置的一个实施例；
31.图8示出了通过环境的气压和气体构成影响校正主体的一个变型；
32.图9示出了通过磁场影响校正主体的三个变型；
33.图10示出了热学上影响校正主体的一个实施例；
34.图11示出了针对纵向色差的目标设定改变掩模的检验装置的辐射源的光谱性质的一个变型；
35.图12示出了通过记录焦点堆叠仿真纵向色差的方法的示意图。
具体实施方式
36.图1示出了由于色差导致的光学透镜元件1的纵向色差的示意图。由于光学透镜元件1的依赖波长的折射率n，具有有限的但是本质上不为0的带宽的电磁辐射2在光学透镜元件1内被不同程度地折射，因此导致不同焦平面f1、f2、f3。作为示例，示意图示出了具有对应焦平面f1、f2、f3的电磁辐射2的三个波长l1、l2、l3，其中l1《l2《l3适用。由于折射率n的波长依赖性和因此焦平面f1、f2、f3，这称为纵向色差。本发明的目标是在掩模的检验装置
内以有针对性的方式整合该实际上非期望的光学像差，以便于能够仿真具有特有的纵向色差的各种投射曝光设备。在这种情况下，根据本发明，一个或多个校正主体用于影响色散行为。
37.图2以示意图示出了用于色差的目标影响的一个示例性校正主体21的构造。在这种情况下，校正主体21包括光学色散介质3，例如氟化钙或石英玻璃，其中掩模的检验装置4的光轴oa延伸穿过色散介质3。经由色散控制构件22，以有针对性的方式影响校正主体21的色散介质3的色散性质，以便于产生指定的纵向色差。在这种情况下，可以静态并且动态地影响光学介质3。为了纵向色差的目标控制和调节，色散控制构件22经由电子控制单元23来控制。
38.图3示出了根据本发明的掩模的检验装置4的装置示意图，其具有用于指定的纵向色差的目标设定的一个或多个校正主体21的可能位置(p1、p2、p3、p4、p5、p6)。掩模的检验装置4包括沿着掩模的检验装置4的光轴oa产生电磁照明辐射6的辐射源5。在这种情况下，作为示例，具有193nm波长的电磁照明辐射6是可以想到的。电磁照明辐射6经由照明单元7引导到将检验的掩模8上。通过成像装置9，将电磁照明辐射6成像到照相机10上，并且在那里检测电磁照明辐射，其中照相机10可以配置为例如ccd、cmos或线阵列照相机。记录的信号随后在数据处理单元(未在图中示出)中被电子地处理。
39.一个或多个校正主体21的可能位置p1、p2、p3、p4、p5、p6特别是：位置p1在辐射源5和照明单元7之间，位置p2在照明单元7内，位置p3在照明单元7和掩模8之间，位置p4在掩模8和成像装置9之间，位置p5在成像装置9内，位置p6在成像装置9和照相机10之间。
40.还可以为每个位置布置多个校正主体21。还可以想到系统包括将在掩模的检验装置4内的不同位置处集成的多个校正主体21，其中可以为每个位置布置多个校正主体21。
41.图4示出了机械上影响校正主体21的一个变型。在这种情况下，经由平行于光轴oa延伸的两个致动器接触表面11夹住校正主体21。通过致动器24，经由致动器接触表面11，可以垂直于光轴oa引入机械力至校正主体21中。致动器24在平行于光轴oa的箭头方向27上分别移动同样是可能的，因而致动器24的力矢量26可以在相反方向上且以空间偏移方式作用在校正主体21上。通过作为机械影响构件的致动器24，因此可以带来拉伸和压缩力、转矩以及校正主体21中的任意类型静态和动态的机械应力，因而可以控制色散介质3的折射率n并且因此控制校正主体21的色散行为。可以想到校正主体21在原处被固定地夹住，并且仅经由致动器24实现力外加。同样可以通过压缩或拉伸力实现校正主体21的色散介质3的几何结构的改变，因而可以以有针对性的方式附加地影响校正主体21内光学辐射的光学路径长度l。作为示例，可以想到将电的、液压的、气动的、热的和磁的致动器作为致动器24。此外，有可能使用压电致动器或者声光调制器，来通过机械方式调制校正主体21的折射率n。此外，特别是在静态影响的情况下，还可以使用动力学以代替致动器24。
42.图5示出了通过电磁场和/或电磁波影响校正主体21的两个变型。在这种情况下，在变型a中，经由两个电接触垫12在校正主体21的色散介质3内外加电场13。经由电压发生器25静态地和动态地控制电场13。作用电场13影响校正主体21的色散行为，因而不同纵向色差可以以有针对性的方式产生。作为示例，通过诸如普克尔效应或克尔效应的线性效应或者通过非线性效应，经由电磁场13以有针对性的方式调制色散介质3的折射率n。在变型b中示出了替代的实施例，其中通过发射器15将电磁辐射14外加到校正主体21内的色散介质
3中。
43.图6示出了设定校正主体内的光学路径长度l的两个可能的实施例。在这种情况下，图6a所示的变型中示出了形式为光学楔形物16的校正主体21’。校正主体21’内的光学路径长度l可以通过光学楔形物16垂直于光轴oa的位移来设定。图6b中所示的变型中示出了形式为具有相似功能原理的两个光学楔形物16的布置的校正主体21”。在这种情况下，两个光学楔形物16可以移位，使得它们在它们相应楔形表面17上滑行并且因此引起光学路径长度l的改变。同样可以想到可以使用多于两个光学楔形物16。
44.图7示出了改变校正主体的空间取向和位置的一个实施例。在这种情况下，光学透镜元件l1、l2、l3、l4沿着校正主体21内的光轴oa布置。通过透镜元件固定件19和透镜元件安装件20将光学透镜元件l1、l2、l3、l4机械上定位在校正主体21内。可以首先经由光学透镜元件l2的插入和撤回来影响色散行为，因为不同的纵向色差的存在取决于校正主体21内的光学透镜元件l2的出现。在这种情况下，可以取决于期望的色差(例如，通过透镜元件转台)来改变光学透镜元件l2。光学透镜元件l3和光学透镜元件l4能够在x-y-z方向上所识别的坐标系中绕它们的轴线旋转并且三维地在机械上自由地布置。在这种情况下，透镜元件l3、l4可以通过其相应的机构m3、m4来分别取得不同的自由度。首先，透镜元件l3、l4可以通过机构m3、m4在其相应的透镜元件安装件20处分别在x-y-z方向上移位。此外，每个透镜元件l3、l4可以绕x-y和z轴旋转。透镜元件l3、l4同样可以相互倾斜，如果例如通过机构m3、m4选择不同的距离b’和b的话。通过光学透镜元件l3的和光学透镜元件l4的不同的可设定空间取向和位置，因此可以在掩模的检验装置4内设定并且仿真不同的纵向色差。
45.图8示出了通过环境的气压和气体构成影响校正主体的一个变型。在这种情况下，校正主体的色散介质3位于可控制气体环境30内。经由净化气体单元31，有可能经由压强调节器32影响压强p并且经由气体成分调节器33影响气体n的构成。作为示例，气体坏境使用氮，其可以通过惰性气体添加剂在受控制的环境中富集。由于气体环境直接作用在色散介质3上，可以以有针对性的方式影响校正主体的色散行为。
46.图9示出了通过磁场影响校正主体21的三个变型。在这种情况下，在变型e中，可以通过永磁体40在校正主体21的色散介质3内外加磁场41。作为其他变型f，线圈42可以缠绕校正主体21及其色散介质3以便于建立磁场43。经由电压发生器25静态地并且动态地影响线圈42和磁场43。同样地可以想到将电磁体44作为变型g，所述电磁体经由电压发生器25控制以产生磁场45。
47.图10示出了通过热元件50影响校正主体21的一个实施例。在这种情况下，校正主体21的色散介质3受加热元件50(例如珀尔帖元件)热影响，使得温度改变发生在色散介质3内。由于反射率n的温度依赖性，影响校正主体21的色散行为并且因此发生指定的纵向色差。
48.图11示出了针对纵向色差的目标设定改变掩模的检验装置4的辐射源的光谱性质的一个变型。在这种情况下，可以经由滤光器系统61在光谱上影响光谱源60的电磁照明辐射6。在其光谱性质方面可调的光学辐射源，例如光谱可调的led，是可以想到的光谱源60，因此有可能在掩模的检验装置4中波长选择性地引入不同纵向色差。此外，包括(例如具有阵列形式的)具有不同光谱性质的各种光谱源60的光谱源集合体63是可以想到的，其中选择性地将来自光谱源集合体63的一个光谱源60引入到束路径中。因此，有可能在掩模的检
验装置4内仿真不同投射曝光设备及其纵向色差。
49.图12以示意图示出了通过记录焦点堆叠fx来仿真纵向色差的方法。这涉及在离焦位置中以100nm的距离a记录例如5个平面(f1、f2、f3、f4、f5)。出于该目的，首先可以对每个记录可变地适配掩模的检验装置的照相机以及成像装置。举例示出了主平面l3在其对应焦平面f3上的聚焦。在了解所使用的辐射的线宽和要仿真的投射曝光设备的纵向色差的情况下，则可以从焦点堆叠fx的单独图像选择将与将仿真的纵向色差对应的那些图像。然后可以通过适当的插值和(如果合适的话)图像的加权来仿真纵向色差。
50.附图标记列表
[0051]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学透镜元件
[0052]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁辐射
[0053]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
色散介质
[0054]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
掩模的检验装置
[0055]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
辐射源
[0056]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
照明辐射
[0057]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
照明单元
[0058]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
掩模
[0059]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
成像装置
[0060]
10
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照相机
[0061]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
致动器接触表面
[0062]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电接触垫
[0063]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电场
[0064]
14
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电磁辐射
[0065]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
发射器
[0066]
16
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光学楔形物
[0067]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
楔形表面
[0068]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
透镜元件固定件
[0069]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
透镜元件安装件
[0070]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
校正主体
[0071]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
色散控制构件
[0072]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制单元
[0073]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
致动器
[0074]
25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电压发生器
[0075]
26
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
力矢量
[0076]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
平行于光轴的方向
[0077]aꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焦平面的距离
[0078]
oa
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光轴
[0079]
f1
…
f5
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焦平面
[0080]
l1
…
l3
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
波长
[0081]nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体构成
[0082]nꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
折射率
[0083]
p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压强
[0084]
fx
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焦点堆叠
[0085]
p1
…
p6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
校正主体的可能位置
[0086]
30
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体环境
[0087]
31
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
净化气体单元
[0088]
32
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
压强调节器
[0089]
33
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
气体成分调节器
[0090]
40
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体
[0091]
41
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
永磁体的磁场
[0092]
42
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈
[0093]
43
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
线圈的磁场
[0094]
44
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁体
[0095]
45
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电磁体的磁场
[0096]
50
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加热元件
[0097]
60
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光谱源
[0098]
61
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
滤光器
[0099]
63
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光谱源集合体