DE102012213794A1

DE102012213794A1 - Maskeninspektionsverfahren und Maskeninspektionssystem für EUV-Masken

Info

Publication number: DE102012213794A1
Application number: DE102012213794.7A
Authority: DE
Inventors: Daniel Runde; Jürgen Baier
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014019870A1

Abstract

Ein Maskeninspektionssystem zur Inspektion einer reflektiven Maske mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) hat ein Mikroskopsystem (MIC) zur vergrößernden Abbildung eines in einer Objektebene (OP) der Mikroskopsystems angeordneten Objekts in eine zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene; eine Maskenhalteeinrichtung, die dafür eingerichtet ist, die Maske derart zu halten, dass eine zu untersuchende Maskenoberfläche (MS) im Bereich der Objektebene (OP) des Mikroskopsystems angeordnet ist; ein Beleuchtungssystem (ILL) zum Empfang von Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle und zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung (ILR), die in einem Messfeld (MF) auf die Maskenoberfläche (MS) fällt; eine Sensoreinrichtung mit einer Sensorfläche (SS), die in der Bildebene (IP) des Mikroskopsystems oder in einer zu der Bildebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, und eine an die Sensoreinrichtung angeschlossene Auswerteeinrichtung (EV). Die Maske wird zum Ausführen einer Scanoperation parallel zur Objektebene und parallel zu einer Scanrichtung derart bewegt, dass in Scanrichtung benachbarte Bereiche der Maskenoberfläche sukzessive in das Messfeld bewegbar sind und die Auswerteeinrichtung ist dafür konfiguriert, an der Sensorfläche ortsaufgelöst erfasste Signale phasenrichtig zur Bewegung der Maske zu intergrieren. Das Maskeninspektionssystem ist gekennzeichnet durch eine Kompensationseinrichtung (KOMP) zum aktiven Kompensieren von im Bereich des Messfeldes (MF) durch die Beleuchtungsstrahlung (ILR) induzierten Deformationen der Maskenoberfläche zur Reduzierung von Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes im Vergleich zu einer Maskenoberfläche in Abwesenheit der Kompensation.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Maskeninspektionsverfahren zur Inspektion einer reflektiven Maske mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) sowie ein zur Durchführung des Maskeninspektionsverfahrens geeignetes Maskeninspektionssystem.
Stand der Technik
Zur Herstellung von Halbleiterbauelementen und anderen feinstrukturierten Bauteilen werden heutzutage überwiegend mikrolithographische Projektionsbelichtungsverfahren eingesetzt. Dabei werden Masken (Retikel) verwendet, die das Muster einer abzubildenden Struktur tragen, z.B. ein Linienmuster einer Schicht (Layer) eines Halbleiterbauelementes. Das Muster wird in einer Projektionsbelichtungsanlage zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Projektionsobjektiv im Bereich der Objektebene des Projektionsobjektivs positioniert und mit einer vom Beleuchtungssystem bereit gestellten Beleuchtungsstrahlung beleuchtet. Die durch das Muster veränderte Strahlung läuft als Projektionsstrahlung durch das Projektionsobjektiv, welches das Muster auf das zu belichtende Substrat abbildet, welches in der Regel mit einer strahlungsempfindlichen Schicht (Resist, Photolack) beschichtet ist. In der Regel findet dabei eine verkleinernde Abbildung des Musters auf das Substrat statt, z.B. im Verhältnis 4:1 oder 5:1.
Um immer feinere Strukturen erzeugen zu können, wurden in den letzten Jahren Projektionsbelichtungsanlagen entwickelt, die bei moderaten numerischen Aperturen arbeiten und eine Vergrößerung des Auflösungsvermögens im Wesentlichen durch die kurzen Wellenlängen der verwendeten elektromagnetischen Strahlung aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) erzielen. Hier werden insbesondere Wellenlängen im Bereich zwischen 5 nm und 30 nm genutzt.
Strahlung aus dem extrem Ultraviolettbereich (EUV-Strahlung) kann nicht mit Hilfe refraktiver optischer Elemente ausreichend fokussiert oder geführt werden, da die kurzen Wellenlängen von den bekannten, bei höheren Wellenlängen transparenten optischen Materialien oder anderen Materialien stark absorbiert werden. Daher werden für die EUV-Lithographie Spiegelsysteme eingesetzt. Die verwendeten Masken, die im Folgenden auch als EUV-Masken bezeichnet werden, sind reflektive Masken.
Eine reflektive Maske für die EUV-Lithographie hat ein Substrat, das an seiner Vorderseite eine für EUV-Strahlung reflektierend wirkende strukturierte Beschichtung trägt, die das Muster bildet. Das Substrat besteht normalerweise aus einem Material mit besonders geringer thermischer Ausdehnung, z.B. aus Quarzglas. Die reflektierende Beschichtung ist als Mehrlagen-Schichtanordnungen (multilayer) ausgelegt, die viele Schichtpaare mit abwechselnd niedrigbrechendem und hochbrechendem Schichtmaterial aufweist und nach Art eines Bragg-Reflektors für die verwendete EUV-Strahlung reflektierend wirkt. Auf diese reflektierende Beschichtung werden strahlungsabsorbierende Bereiche aus einem Absorbermaterial aufgebracht, z.B. aus Titannitrid, Tantalnitrid oder Chrom. Die absorbierenden Bereiche stehen erhaben auf der Beschichtung, zwischen den erhabenen Bereichen verbleiben strahlungsreflektierende Bereiche der Beschichtung. Die erhabenen strahlungsabsorbierenden Bereiche und die tiefer liegenden strahlungsreflektierenden Bereiche bilden das Muster der Maske.
Die Herstellung der Masken ist sehr aufwändig und muss mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen, da schon Maskenfehler in der Größenordnung von 1 nm zu nicht tolerierbaren Fehlern in den erzeugten Strukturen führen können.
Daher werden bei der Herstellung von EUV-Masken Maskeninspektionsverfahren und Maskeninspektionssysteme eingesetzt, die in der Lage sind, Maskenfehler der relevanten Größenordnung automatisch zu lokalisieren und ggf. zu identifizieren. Falls möglich schließt sich an die Maskeninspektion eine Maskenreparatur an, um die detektierten Fehler zu beseitigen. Die WO 2011161243 A1 beschreibt beispielhaft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Defekterkennung und Reparatur von EUV-Masken. Um die erforderlichen Auflösungsvermögen zu erzielen, arbeiten diese Systeme üblicherweise mit der gleichen Arbeitswellenlänge, die auch während des späteren mikrolithographischen Produktionsprozesses genutzt wird, z.B. bei ca. 13.5 nm. Solche Systeme werden häufig als aktinische Maskeninspektionssysteme oder atwavelength Maskeninspektionssysteme bezeichnet.
Es besteht Bedarf nach Maskeninspektionssystemen, die in der Lage sind, auch kleinste Maskenfehler in relativ kurzer Zeit automatisch zu lokalisieren und zu qualifizieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Maskeninspektionsverfahren sowie ein Maskeninspektionssystem bereitzustellen, die es ermöglichen, auch kleinste Maskenfehler an strukturierten EUV-Masken in relativ kurzer Zeit automatisch zu lokalisieren und präzise zu qualifizieren.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Maskeninspektionsverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Maskeninspektionssystem mit den Merkmalen von Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die beanspruchte Erfindung beruht zum Teil auf der Erkenntnis, dass es bei Maskeninspektionsverfahren bzw. Maskeninspektionssystemen der eingangs erwähnten Art aufgrund von durch die Beleuchtungsstrahlung induzierten Deformationen der Maskenoberfläche zu irreversiblen Informationsverlusten kommen kann. Dieses erstmals von den Erfindern erkannte Problem wird beseitigt oder in seinen Auswirkungen entscheidend vermindert, wenn thermisch induzierte Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes im Vergleich zu einer Maskenoberfläche in Abwesenheit einer Kompensation beseitigt oder so stark reduziert werden, dass die Auswertung der Messergebnisse dadurch nicht mehr in störendem Ausmaß beeinträchtigt wird. Oberflächengradienten, die parallel zur Scanrichtung der Scanoperation verlaufen, wurden dabei als besonders problematisch identifiziert. Eine Kompensation in anderen Richtungen kann jedoch ebenfalls nützlich und vorgesehen sein.
Die beanspruchte Erfindung greift an den Ursachen der potentiell kritischen Informationsverluste an, so dass verbesserte Maskeninspektionssysteme bereit gestellt werden können, mit denen auch kleinste Maskenfehler an strukturierten EUV-Masken effizient automatisch lokalisiert und präzise qualifiziert werden können.
Als besonders effizient hat sich eine Vorgehensweise herausgestellt, bei der die Maske in einem Umgebungsbereich des Messfeldes entsprechend einem vorgebbaren zweidimensional Heizprofil mittels einer von dem Beleuchtungssystem gesonderten Heizeinrichtung beheizt wird, wobei das Beheizen des Umgehungsbereichs zeitlich vor einer Messung im Messfeld beginnt. Die zu untersuchende Maske wird somit zeitlich vor der Messung vorgewärmt, um den Aufbau von störenden Oberflächengradienten zu vermindern oder völlig zu vermeiden. Der vorzuwärmende Umgebungsbereich umfasst dabei mindestens einen Teilbereich, der in Scanrichtung vor dem Messfeld liegt, also denjenigen Bereich, in den das Messfeld bei der Scanoperation hineinläuft. Dadurch kann erreicht werden, dass der Wärmeeintrag durch die Beleuchtungsstrahlung während der Messung nicht mehr zu stark störenden Oberflächengradienten führen kann. Bei manchen Ausführungsformen umschließt der Umgebungsbereich das gesamte Messfeld, so dass die Maske bezogen auf das Messfeld allzeitig vorgewärmt werden kann.
Bei entsprechend ausgestatteten Maskeninspektionssystemen umfasst die Kompensationseinrichtung eine von den Beleuchtungssystem gesonderte Heizeinrichtung zum Beheizen der Maske ensprechend einen vorgebbaren zweidimensionalen Heizprofil. Der Begriff „zweidimensionales Heizprofil“ bezeichnet hierbei einen flächigen Eintrag bzw. eine flächige Erzeugung von Wärmeenergie an oder in der Maske gemäß einer vorgebbaren Ortsverteilung. Die Heizeinrichtung kann die Maske vor dem Scannen und während des Scannens mit einer vorgebbaren örtlichen Verteilung der eingetragenen Heizleistung beheizen, um beispielsweise den erwähnten Umgebungsbereich des Messfeldes vor einer Messung zu beheizen.
Die Beheizung der Maske durch die gesonderte Heizeinrichtung erfolgt vorzugsweise kontaktlos, so dass konstruktive Eingriffe an der Maske oder eine mechanische Kontaktierung der Maske vermieden werden können. Bei manchen Ausführungsformen ist die Heizeinrichtung hierzu als Strahlungsheizeinrichtung zur Bestrahlung der Maske mit Heizstrahlung ausgebildet. Der Begriff „Heizstrahlung“ bezeichnet hier allgemein wärmeerzeugende Strahlung, wobei die Wärme im bestrahlten Bereich der Maske entsteht. Eine Strahlungsheizeinrichtung ist auch kompatibel mit einer Messung unter Vakuum.
Die Wellenlängen der Heizstrahlung können in einem anderen Spektralbereich liegen als diejenigen der für die Messung genutzten EUV-Beleuchtungsstrahlung. Insbesondere kann die Heizungseinrichtung mittels Infrarotstrahlung arbeiten, über die ein besonders wirksamer Wärmeeintrag bzw. Heizleistungseintrag in die Maske möglich ist.
Es hat sich in vielen Fällen als günstig herausgestellt, wenn Komponenten der Heizeinrichtung derart angeordnet sind, dass die Maske von der Seite der zu untersuchenden Maskenoberfläche, d.h. von der Vorderseite, mit Heizstrahlung bestrahlt wird. Der Wärmeeintrag erfolgt dann genau von der gleichen Seite der Maske, an der auch das durch die Beleuchtungsstrahlung verursachte Deformationsproblem auftritt, so dass eine besonders gezielte Kompensation möglich ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die Maske von der gegenüberliegenden Maskenrückseite zu beheizen. Auch eine Beheizung von der Rückseite kann kontaktlos über Heizstralung erfolgen. Gegebenenfalls können an der Rückseite auch kontaktierende Heizeinrichtungen und -/Kühleinrichtungen vorgesehen sein.
Eine besonders effiziente Kompensation thermischer Deformationen wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass die Heizeinrichtung in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Bestrahlung des Messfeldes mit Beleuchtungsstrahlung zwischen einer ersten Konfiguration und mindestens einer zweiten Konfiguration umgeschaltet wird. Dadurch ist es möglich, nach einem zeitlich vorgegebenen Schema unterschiedliche zweidimensionale Heizprofile bzw. unterschiedliche Ortsverteilungen des Wärmeeintrages zu erreichen.
Vorzugsweise werden dabei in Phasen ohne Einstrahlung von Beleuchtungsstrahlung in das Messfeld in einer ersten Konfiguration der Umgebungsbereich und der Bereich des Messfeldes durch die Heizeinrichtung aktiv beheizt und in Phasen mit Einstrahlung von Beleuchtungsstrahlung in das Messfeld wird eine aktive Beheizung des Messfeldes mittels der gesonderten Heizeinrichtung reduziert oder unterbrochen und nur noch der Umgebungsbereich beheizt. Dadurch ist es möglich, ein Heizprofil zu erzeugen, das zu dem durch die Beleuchtungsstrahlung erzeugten Heizprofil komplementär ist. Diese komplementäre Heizprofil ist vorzugsweise so ausgelegt, dass das durch die Beleuchtungsstrahlung erzeugte Heizprofil in der Weise ergänzt wird, dass im Bereich des Messfeldes und im Umgebungsbereich im wesentlichen ein gleichmäßiger Leistungseintrag von Heizleistung erfolgt. Wenn der Messbereich und der ihn umgebende Umgebungsbereich auf diese Weise über einen gewissen Zeitraum, der den Zeitraum der Messung einschließt, mehr oder weniger gleichmäßig aufgeheizt werden, so können störende Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes, insbesondere im Randbereich des Messfeldes vermieden oder stark reduziert werden. Die Aussagekraft der Messergebnisse kann dadurch erhöht werden kann.
Bei einem Maskeninspektionssystem kann hierzu vorgesehen sein, dass die Heizeinrichtung eine Heizstrahlungsquelle und eine schaltbare bzw. steuerbare Heizstrahlungsverteilungseinrichtung aufweist, die zur Erzeugung unterschiedlicher zweidimensionaler Heizprofile, das heisst zur Erzeugung unterschiedlicher Ortsverteilungen von Wärmeeintrag, zwischen einer ersten Konfiguration und mindestens einer zweiten Konfiguration umschaltbar ist. Eine schaltbare Heizstrahlungsverteilungseinrichtung kann beispielsweise mit Blenden arbeiten, mittels derer vorgegebene Bereiche eines größeren ausgeleuchteten Bereichs bei Bedarf so blockiert werden können, dass Heizstrahlung im blockierten Bereich nicht auf die Maske trifft. Vorzugsweise wird mit Heizstrahlungsverteilungseinrichtungen gearbeitet, die keine oder nur wenig Strahlungsverluste erzeugen, indem die von der Heizstrahlungsquelle kommende Heizstrahlung bezüglich ihrer örtlichen Verteilung und/oder bezüglich ihrer Strahlwinkelverteilung gesteuert verändert werden kann.
Bei einer Ausführungsform wird die Verteilung bzw. Umverteilung der Heizstrahlung zur Erzeugung unterschiedlicher örtlicher Heizprofile mit Hilfe eines oder mehrerer diffraktiver optischer Elemente (DOE) erreicht, die eine Umverteilung von Heizstrahlung im Wesentlichen über Beugung an diffraktiven Strukturen bewirken.
Alternativ wird zusätzlich kann eine schaltbare Heizstrahlungsverteilungseinrichtung auch refraktive Elemente in Form von Linsen und/oder Prismen und/oder Arrays von Linsen oder Prismen aufweisen, die entsprechend umgeschaltet werden können.
Bei anderen Varianten wird eine reflektive Heizstrahlungsverteilungseinrichtung genutzt. Diese kann z.B. ein Multi-Mirror-Array (MMA) aufweisen, das eine Vielzahl von separat steuerbaren Einzelspiegeln aufweist, die beispielsweise um orthogonal zueinander verlaufende Kippachsen verkippt werden können, um die auftreffende Heizstrahlung in unterschiedliche Bereiche der auszuleuchtenden Fläche an der Maske zu reflektieren.
Alternativ oder zusätzlich können auch räumliche Modulatoren für Heizstrahlung im Rahmen einer schaltbaren Heizstrahlungsverteilungseinrichtung genutzt werden. Ein räumlicher Strahlungsmodulator, der auch als räumlicher Lichtmodulator (spatial light modulator (SLM) bezeichnet werden kann, ist dazu ausgelegt, der beeinflussten Strahlung eine räumlichen Modulation aufzuprägen. Es kann sich z.B. um einen elektronisch steuerbaren Strahlungsmodulator oder um einen optisch steuerbaren Strahlungsmodulator handeln, der für die gewählte Heizstrahlung wirksam ist.
Die Kompensationseinrichtung kann auf Basis von Daten oder Kompensationsszenarien im Wege einer Feed-Forward-Steuerung betrieben werden. Bei manchen Ausführungsformen wird eine messunterstützte Kompensation durchgeführt, wozu das entsprechende Maskeninspektionssystem mit einer Messeinrichtung ausgestattet ist.
Bei manchen Ausführungsformen ist eine Messeinrichtung in Form einer ortsauflösenden Temperaturmesseinrichtung vorgesehen, um die Temperatur der zu inspizierenden Maskenoberfläche ortsauflösend zu messen und die Kompensationseinrichtung unter Verwendung von Messergebnissen dieser Messeinrichtung zu steuern.
Es ist auch möglich, eine Messeinrichtung zu verwenden, mit der die Oberflächengestalt bzw. die Oberflächendeformation, also direkt die zu beeinflussende Größe, gemessen werden kann. Hierzu können beispielsweise optische Systeme vorgesehen sein, die einen Messstrahl auf die Maskenoberfläche senden und Information im von der Maskenoberfläche reflektierten Messstrahl auswerten.
Diese Anmeldung offenbart auch eine Kombination aus einer reflektiven Maske, die eine mit einem Muster versehene Maskenoberfläche aufweist und für elektromagnetische Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich reflektierend wirkt, und einer durch ein Maskeninspektionssystem erzeugte elektronische Aufzeichung von Fehlerdaten, die durch ein Maskeninspektionsverfahren der hier beschriebenen Art mit Hilfe des Maskeninspektionssystems der hier beschriebenen Art erzeugt wurden. Die Fehlerdaten können für jeden detektierten Fehler Ortsdaten für einen entsprechenden Ort des detektierten Fehlers in Bezug auf ein Koordinatensystem der Maske enthalten.
Eine derart erzeugte Aufzeichnung von Fehlerdaten, bzw. ein auf diese Weise erhältliches Messprotokoll, können z.B. als Basis für eine eventuell mögliche Maskenreparatur dienen. Die Aufzeichnung kann in elektronisch weiterverarbeitbarer Form vorliegen. Es ist auch möglich, eine physische Aufzeichnung zu erstellen, beispielsweise in Form eines gedruckten Dokuments, das gemeinsam mit der gemessenen Maske weitergeleitet werden kann.
Die Maske kann z.B. mithilfe des Maskeninspektionsverfahren bzw. des Maskeninspektionssystems vollständung auf Fehlerstellen untersucht werden. Das Messprotokoll kann eine abschließende Auflistung aller Positionen der Maske enthalten, an denen sich Fehler befinden. Das Fehlerprotokoll kann als Grundlage für eine Entscheidung dienen, ob eine Maske unmittelbar nach der Prüfung weiterverwendet werden kann oder nicht. Im negativen Fall (keine unmittelbare Weiterverwendung) kann die Maske einer weitergehenden Untersuchung unterzogen werden, bei der an einer oder mehreren im Messprotokoll aufgelisteten Fehlerstellen die Maske entsprechend den im lithographischen Prozess vorliegenden Bedingungen abgebildet wird. Eine so abgebildete Fehlerstelle kann dann hinsichtlich ihrer Funktionalität untersucht werden. Im negativen Fall (Funktionalität nicht wie gewünscht) kann die Maske ausgesondert oder einem Reparaturszenario unterworfen werden.
Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungsformen darstellen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und im Folgenden näher erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt Komponenten einer Ausführungsform eines aktinischen Maskeninspektionssystems zur Inspektion einer reflektiven Maske mittels EUV-Strahlung;
2 zeigt eine Draufsicht auf eine strukturierte Maskenoberfläche mit Messfeld;
3 zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Maske im Bereich des Messfeldes während einer Messung;
4 zeigt schematisch den zeitlichen Verlauf der Orientierung der Maskenoberfläche am Ort eines Punktes P für verschiedene Zeitpunkte eines Durchlaufs durch das Messfeld;
5 zeigt ein schematisches Oberflächenprofil in x-Richtung senkrecht zur Scanrichtung;
6 und 7 zeigen schematische Darstellungen typischer Messfehler, die durch Fading entstehen können,
8 und 9 zeigen schematische Darstellungen typischer Messfehler, die auf Defokussierungsfehler zurückgehen;
10 zeigt in 10A bis 10C schematische Draufsichten auf einer Maske bei einer Ausführungsform eines Maskeninspektionsverfahrens mit thermischer Kompensation von thermisch induzierten Oberflächendeformationen;
11 zeigt in 11A eine Messung ohne Kompensation und in 11B eine Messung mit Kompensation;
12 zeigt eine erste Ausführungsform einer Heizeinrichtung zur Reduzierung von thermisch induzierten Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes;
13 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Heizeinrichtung zur Reduzierung von thermisch induzierten Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes; und
14 zeigt eine Ausführungsform einer mechanischen Manipulationseinrichtung zur Reduzierung von thermisch induzierten Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt Komponenten einer Ausführungsform eines Maskeninspektionssystems MIS zur Inspektion einer reflektiven Maske M mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV). Zur räumlichen Orientierung ist ein karthesisches Systemkoordinatendystem KS angegeben. Das Maskeninspektionssystem ist für die aktinische Maskeninspektion konfiguriert, die es erlaubt, große Flächenbereiche von strukturierten Maskenoberflächen von EUV-Masken in relativ kurzer Zeit mit hoher örtlicher Auflösung mittels EUV-Strahlung auf Maskenfehler zu untersuchen.
Das Maskeninspektionssystem wird mit der Strahlung einer primären Strahlungsquelle RS betrieben. Ein Beleuchtungssystem ILL dient zum Empfang der Strahlung der primären Strahlungsquelle und zur Formung von Beleuchtungsstrahlung ILR, die im Bereich eines Messfeldes MF auf die zu untersuchende Maskenoberfläche MS der Maske M trifft (siehe auch 2). An der strukturierten Maskenoberfläche befindet sich das Muster PAT der Maske.
Die Maske wird im Betrieb durch eine Maskenhalteeinrichtung MST gehalten, die so ausgebildet und angeordnet ist, dass die zu untersuchende Maskenoberfläche MS im Bereich der Objektebene OP eines im Strahlengang folgenden Mikroskopsystems MIC angeordnet ist. Die Objektebene liegt in einer x-y-Ebene senkrecht zur z-Richtung des Systemkoordinatensystems. Das Mikroskopsystem MIC dient zur vergrößernden Abbildung des im Bereich des Messfeldes MF liegenden Bereichs der Maskenoberfläche in die zur Objektebene OP optisch konjugierten und zur Objektebene parallele Bildebene IP des Mikroskopsystems.
Eine Sensoreinrichtung SD des Maskeninspektionssystems hat einen Sensor SENS mit einer zweidimensional ausgedehnten, ebenen, strahlungselmpfindlichen Sensorfläche SS, die in der Bildebene des Mikroskopsystems oder in einer dazu optisch konjugierten Ebene angeordnet ist. Der Sensor kann z.B. ein EUV-empfindlicher CCD-Sensor sein. Auf die Sensorfläche fällt zu jedem Messzeitpunkt ein vergrößertes Bild desjenigen Auschnitts der Maskenoberfläche, der zum Messzeitpunkt im Bereich des Messfeldes MF liegt. An die Sensoreinrichtung ist eine Auswerteeinrichtung EV angeschlossen, die mit Mitteln der Bildverarbeitung die Bilder bzw. die Bildsignale des Sensors SENS gemäß vorgegebener Auswerteverfahren auswertet.
Die primäre Strahlungsquelle RS kann z.B. eine Laser-Plasma-Quelle oder eine Gasentladungsquelle oder eine Synchrotron-basierte Strahlungsquelle sein. Solche Strahlungsquellen erzeugen eine Strahlung im extremen Ultraviolettbereich (EUV-Bereich), insbesondere mit Wellenlängen zwischen 5 nm und 15 nm. Damit das Beleuchtungssystem ILL und das Mikroskopsystem MIC in diesen Wellenlängenbereich arbeiten können, sind sie mit für EUV-Strahlung reflektiven Komponenten aufgebaut. Diese sind mit für die EUV-Strahlung möglicht gut reflektierenden optischen Beschichtungen belegt und können z.B. für Arbeitswellenlängen von ca. 13.5 nm oder ca. 6.9 nm optimiert sein.
Ein für Strahlung aus dem EUV-Bereich reflektierend wirkender Spiegel (EUV-Spiegel) hat typischerweise ein Substrat, auf dem eine für Strahlung aus dem extremen Ulraviolettbereich reflektierend wirkende Mehrlagen-Schichtanordnung (multilayer) aufgebracht ist, die viele Schichtpaare mit abwechselnd relativ niedrigbrechendem und relativ hochbrechendem Schichtmaterial aufweist und nach Art eines verteilten Bragg-Reflektors (distributed Bragg reflector) wirkt. Schichtpaare für EUV-Spiegel werden häufig mit den Schichtmaterial-Kombinationen Molybdän/Silizium (Mo/Si) und/oder Ruthenium/Silizium (Ru/Si) aufgebaut.
Die von der Strahlungsquelle RS ausgehende Strahlung wird mittels eines Kollektors C gesammelt und nach Bildung eines Zwischenfokus IMF in das Beleuchtungssystem ILL geleitet. Das Beleuchtungssystem umfasst eine Mischeinheit MIX und eine Kollektoreinheit COL. Die Mischeinheit MIX besteht im Wesentlichen aus zwei Facettenspiegeln FAC1, FAC2. Der erste Facettenspiegel FAC1 ist in einer Ebene angeordnet, die zur Objektebene OP des Mikroskopsystems MIC optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Feldfacettenspiegel bezeichnet. Der zweite Facettenspiegel FAC2 ist in einer Pupillenebene des Beleuchtungssystems angeordnet, die zu einer Pupillenebene des Mikroskopsystems MIC optisch konjugiert ist. Er wird daher auch als Pupillenfacettenspiegel bezeichnet.
Mit Hilfe des Pupillenfacettenspiegels FAC2 und der im Strahlengang nachgeschalteten Kollektoreinheit COL werden die einzelnen spiegelnden Facetten (Einzelspiegel) des ersten Facettenspiegels FAC1 in das Messfeld MF abgebildet. Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Feldfacettenspiegel FAC1 bestimmt die örtliche Beleuchtungsintensitätsverteilung im Messfeld. Die räumliche (örtliche) Beleuchtungsintensitätsverteilung am Pupillenfacettenspiegel FAC2 bestimmt die Beleuchtungswinkelintensitätsverteilung im Messfeld MF.
Das Beleuchtungssystem formt somit die EUV-Strahlung und leuchtet damit das Messfeld MF möglichst homogen aus. Das Messfeld MF ist im Beispielsfall rechteckig. Im Beispielsfall beträgt die Breite MFX des Messfeldes in x-Richtung ca. 300 µm, während die Höhe MFY in y-Richtung ca. 200 µm beträgt. Typischerweise liegen die Seitenlängen des Messfeldes in x-Richtung und in y-Richtung deutlich unterhalb von 1 mm, z.B. zwischen 100 µm und 800 µm. Dagegen haben die zu untersuchenden Masken in der Regel Seitenlängen von 100 mm oder mehr, z.B. von 100 mm bis 200 mm. Das Messfeld MF ist also um Größenordnungen kleiner als die zu untersuchende Fläche der Maskenoberfläche.
Das Mikroskopsystem MIC ist eine vergrößernd wirkendes optisches Abbildungssystem, das ausschließlich mit gekrümmten Spiegeln aufgebaut ist, vorzugsweise mit einer geraden Anzahl von Spiegeln, z.B. vier oder sechs Spiegeln. Es gibt auch Ausführungsformen mit einer ungeraden Anzahl von Spiegeln, z.B. mit drei Spiegeln. Der Vergrößerungsfaktor bzw. der Abbildungsmassstab ß zwischen Objektebene und Bildebene liegt bevorzugt bei mindestens 100, insbesondere zwischen 200 und 1000, z.B. zwischen 500 und 800. Das in der Bildebene IP liegende Bildfeld IF ist um den Abbildungsmassstab größer als das Messfeld MF.
Das Mikroskopsystem MIC hat vier Spiegel M1 bis M4, die im Abbilsungsstrahlengang aufeinander folgen. Ein erster Spiegel M1 empfängt die von der Objektebene OP kommende, von der Maske M im Messfeld reflektierte Strahlung und reflektiert sie schräg zum zweiten Spiegel M2, welcher die Strahlung in Richtung des dritten Spiegels M3 reflektiert. Dieser reflektiert die Strahlung zum vierten Spiegel M4, welcher die Strahlung in das Bildfeld IF auf der Sensorfläche SS reflektiert.
Alle optischen Komponenten des Maskeninspektionssystems MIS sind in einem evakuierbaren Gehäuse H (oder mehreren untereinander verbundenen Gehäusen) untergebracht. Der Betrieb des Maskeninspektionssystems erfolgt unter Vakuum und wird über eine zentrale Steuereinheit CON gesteuert.
Da das Messfeld MF um Größenordnungen kleiner ist als der zu untersuchende Bereich auf der Maskenoberfläche MS, wird die Maskenoberfläche bei dem Maskeninspektionsverfahren gescannt, um eine vollständige, lückenlose Inspektion sicherzustellen. Hierzu ist die Maskenhalteeinrichtung MST in y-Richtung beweglich geführt und mit einem Scannerantrieb SCD gekoppelt, der die Maskenhalteeinrichtung mit der gehaltenen Maske in einer parallel zur y-Richtung verlaufenden Scanrichtung SCN mit einer vorgebbaren Scangeschwindigkeit bewegen kann. Während einer Scanoperation wird die Maske parallel zur Objektebene und parallel zur Scanrichtung SCN derart bewegt, dass in Scanrichtung benachbarte Bereiche der Maskenoberfläche sukzessive in das bezüglich des Systemkoordinatensystems KS stationäre Messfeld MF hinein und wieder aus diesem heraus bewegt werden. In 2 ist zur Illustration die Position des Messfeldes MF zu einem ersten Messzeitpunkt t₁ mit gestrichelten Linien und zu einem späteren zweiten Messzeitpunkt t₂ > t₁ mit durchgezogenen Linien dargestellt. Durch eine lineare Scanoperation kann auf diese Weise einen Messstreifen der Breite MFX abfahren werden. Danach wird die Maskenhalteeinrichtung um einen Betrag kleiner oder gleich MFX parallel zur x-Richtung verfahren, bevor eine weitere Scanoperation einen benachbarten Messstreifen abscannt.
Während einer Scanoperation fallen sukzessive unterschiedliche Bilder in das zum Messfeld MF optisch konjugierte Bildfeld IF an der stationären Sensorfläche SS. Dabei wandert das Bild eines bestimmten Punktes auf der Maske parallel zur y-Richtung über die Sensorfläche, so dass der zugehörige Bildpunkt zu unterschiedlichen Messzeitpunkten an in y-Richtung gegeneinander versetzen Positionen auf die Sensorfläche fällt. Um dennoch für die Auswertung ein strukturgetreues Abbild der Maskenoberfläche zu erhalten, ist die Auswerteeinrichtung so konfiguriert, dass an der Sensorfläche ortsaufgelöst erfasste Signale phasenrichtig zur Bewegung der Maske intergriert werden. Es wird somit ein Scanintergriertes Bild ausgewertet.
Die Erfinder haben erkannt, dass derartige Maskeninspektionsverfahren im besonderen Maße durch thermisch induzierte Deformationen der Maskenoberfläche beeinträchtigt werden können. Spezifische Probleme werden anhand der 3 bis 9 näher erläutert. 3 zeigt hierzu einen schematischen y-z-Schnitt durch eine reflektive Maske M im Bereich des Messfeldes MF während einer Messung. Auf das plattenförmige Quarzglas-Substrat SUB der Maske M wurde auf einer Seite eine für EUV-Strahlung reflektive Mehrlagenmehrschichtbeschichtung ML mit Mo/Si-Schichtpaaren und/oder Ru/Si-Schichtpaaren aufgebracht. Das Muster PAT der Maske wird durch eine strukturierte Absorberschicht auf dieser Beschichtung gebildet.
Es ist bekannt, dass bei solchen Schichtsystemen ein nicht unerheblicher Anteil der auftreffenden Strahlungsenergie an bzw. in der Maske absorbiert wird, insbesondere im Bereich der Beschichtung. Dies führt zu einer thermischen Belastung der Maske und kann zu thermisch induzierten Deformationen der Maske insbesondere im Bereich der Maskenoberfläche MS führen.
Um thermisch induzierte Deformationen von reflektiven Masken möglichst gering zu halten, werden für das Maskensubstrat häufig Materialien mit relativ geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet (siehe z.B. WO 2010/020337 A1 ).
Es wurde erkannt, dass die Gefahr von thermisch induzierten Oberflächendeformationen bei Maskeninspektionssystemen wesentlich größer ist als bei Projektionsbelichtungsanlagen, da die Leistungsdichten im beleuchteten Bereich von Maskeninspektionensystemen deutlich höher liegen als beim späteren lithografischen Prozess, also bei der Anwendung innerhalb einer EUV-Projektionsbelichtungsanlage. Die Leistungsdichte der im Messfeld MF auftreffenden EUV-Strahlung im relativ kleinen Messfeld kann mehr als zehnmal oder mehr als zwanzigmal oder mehr als dreißigmal so groß sein wie die Leistungsdichte, die später beim lithografischen Prozess im Objektfeld des Projektionsobjektivs auftritt. Dementsprechend ist auch das Ausmaß der thermischen Deformation der Maskenoberfläche größer.
Als weiteres Problem kommt hinzu, dass aufgrund des Scanprozesses bei der Maskeninspektion einer deformierten Maskenoberfläche irreversible Informationsverluste bei der Auswertung entstehen können. Die Maske M in 3 werde von links nach rechts in Scanrichtung SCN durch das Messfeld MF bewegt. Dabei trete ein spezifischer Punkt P an der Maskenoberfläche bei der Eintrittskante IN in das Messfeld ein und nach Durchlaufen des Messfeldes bei einer Austrittskante OUT aus dem Messfeld aus.
Solange sich der Bereich des Punktes noch außerhalb des Messfeldes MF befindet, liegt im Wesentlichen keine thermische Belastung vor. Unmittelbar nach Eintritt in das Messfeld wird sich aufgrund der Bestrahlung die Temperatur T im oberflächennahen Bereich erhöhen. Diese Temperaturerhöhung setzt sich aufgrund der fortgesetzten Strahlung im Wesentlichen während der gesamten Dauer des Durchlaufs des Punktes P durch das Messfeld fort, bis der Punkt P schließlich wieder aus dem Messfeld austritt. Die fortschreitende Temperaturerhöhung führt zu einer zeitlich zunehmenden thermischen Ausdehnung der Materialien in der Nähe der Maskenoberfläche MS, wobei das Ausmaß der thermischen Ausdehnung in der Nähe der Eintrittskante IN noch relativ gering ist und in Richtung der Austrittskante OUT zunimmt. Vor allem im Bereich der Austrittskante findet auch ein geringfügiger Wärmeabfluss aus dem Bereich des Messfeldes hinaus statt. Insgesamt ergibt sich parallel zur Scanrichtung SCN ein asymmetrisches Oberflächenprofil. Dies erscheint im Beispielsfall als Wölbung in Richtung Mikroskopobjektiv, könnte aber auch als Delle bzw. Tal gestaltet sein.
Es ist unmittelbar ersichtlich, dass sich durch die Oberflächendeformation auch eine Deformation der durch das Mikroskopsystem laufenden Wellenfront ergibt, die zur Bildentstehung auf der Sensorfläche führt. Es entstehen Bildfehler, die noch näher analysiert werden.
In 4 ist schematisch der zeitliche Verlauf der Orientierung der Maskenoberfläche am Ort eines Punktes P mithilfe der Oberflächennormalen N für verschiedene Zeitpunkte t₀ bis t_n eines Durchlaufs durch das Messfeld schematisch dargestellt. Zum Zeitpunkt t₀ bewegt sich der beobachtete Punkt in das Messfeld hinein, zum Zeitpunkt t_n+1 verlässt er das Messfeld (OUT).
5 zeigt schematisch den Verlauf der Oberfläche, also die Oberflächenform, in der senkrecht zur Scanrichtung verlaufenden x-Richtung innerhalb des Messfeldes für zwei unterschiedliche Messzeitpunkte t₂ und t_n. Auch hier bezeichnen die Pfeile die lokalen Oberflächennormalen N der Oberfläche, und zwar an fünf in x-Richtung zueinander beabstandeten Positionen Pos 1 bis Pos 5. In beiden Darstellungen (4 und 5) sind Bereiche mit starkem Oberflächengradienten an der besonders schrägen Orientierung der Normalenvektoren N zu erkennen.
Die unterschiedlich starken Oberflächengradienten innerhalb des Messfeldes führen bei der Bilderzeugung und der nachfolgenden integrierenden Bildauswertung zu charakteristischen Fehlern, die anhand der 6 und 7 anschaulich erläutert werden. 6 zeigt dabei den örtlichen Verlauf der Positionen des zum Maskenpunkt P gehörenden Bildpunktes P' auf der Sensorfläche SS, also in dem zum Messfeld optisch konjugierten Bildfeld. Gezeigt ist die Position des Bildpunktes an der x-Position 3, also in der Mitte des Bildfeldes in x-Richtung. Die Messzeitpunkte t₁ bis t_n liegen in gleichen zeitlichen Abständen zueinander.
Es ist erkennbar, dass aufgrund der in Scanrichtung verlaufenden Oberflächengradienten die Positionen der Bildpunkte auf der Sensorfläche nicht mehr äquidistant zueinander liegen. Die phasenrichtige Addition von Bildern in der Auswerteeinrichtung basiert jedoch auf einer konstanten Geschwindigkeit der untersuchten Maske in Scanrichtung während der Bildaufnahmen. Somit führen die ungleichen Abstände der Bildpunkte auf der Sensorfläche bei ihrer phasenrichtigen Überlagerung dazu, dass der durch Bildaddition bzw. Integration ermittelte gemessene Bildpunkt AV (Actual Value) in der Scanrichtung (y-Richtung) verschmiert bzw. langgezogen erscheint. Zum Vergleich ist rechts daneben der nicht beeinträchtigte Sollwert TV (Target Value) in Form eines runden Punktes dargestellt.
Diese "Verschmierung" von Bildpunkten bzw. von Messwerten bei der Scan-Integration wird hier auch als "Fading" bezeichnet. Bei der Integration bei der Bildauswertung geht aufgrund von Fading ein Teil der Nutzinformation unwiederbringlich verloren. Im Beispielsfall ist dies dadurch verständlich, dass der in y-Richtung langgestreckten Form des Bildpunktes nicht zu entnehmen ist, welche Einzelverlagerungen zu den unterschiedlichen Messzeitpunkten insgesamt zu dieser Verschmierung beigetragen haben. Aufgrund der Verschmierung des Messsignals besteht die Gefahr von Fehlinterpretationen der Messergebnisse.
In 7 ist eine entsprechende Darstellung von Problemen bei der Messfeldgenerierung für die Positionen 1 bis 5 auf der x-Achse gemäß 5 gezeigt. Für den Punkt in der Mitte des Messfeldes (Pos 3) ändert sich die Orientierung der Oberfläche während des Durchlaufs durch das Messfeld nicht, so dass die Oberflächennormale zu allen Zeitpunkten (insbesondere bei t₂ und t_n) gleich und damit zeitlich unverändert bleibt. Bei der Scan-Integration befindet sich der entsprechende Bildpunkt zu den verschiedenen Messzeitpunkten dementsprechend immer genau an der aufgrund der Geschwindigkeit der Maske zu erwartenden Position, so dass die zeitliche Integration der verschiedenen Bildsignale ein getreues Abbild des Bereichs um diesen Oberflächenpunkt, repräsentiert durch einen runden Punkt, zeigt.
An den Rändern des Messfeldes (beispielsweise an den Positionen 1 und 5) nimmt dagegen der Oberflächengradient (Schrägstellung der lokalen Oberfläche gegenüber der Objektebene) mit zunehmender Dauer des Aufenthalts im Messfeld immer weiter zu, was im Bildfeld dazu führt, dass die entsprechenden Bildpunkte mit zunehmender Zeit immer stärker seitlich (d.h. parallel zur x-Richtung) weglaufen. In der Scan-Integration macht sich dieser Effekt als eine Verschmierung des Bildpunktes parallel zur x-Richtung bemerkbar. Das Ausmaß der Verschmierung nimmt zu beiden Seiten, ausgehend von der Mitte des Messfeldes zu den Rändern hin zu, und zwar in entgegengesetzte Richtungen entsprechend der unterschiedlichen Vorzeichen der Oberflächengradienten.
Es ist aus diesen schematisch dargestellten Beispielen ersichtlich, dass die thermisch induzierte Oberflächendeformation in Verbindung mit der Integration von Bildsignalen bei der Auswertung zu einem Fading-Effekt mit entsprechenden, irreversiblen Informationsverlusten führen kann.
Ein weiterer Beitrag zu möglichen Messfehlern kann dadurch entstehen, dass die Maskenoberfläche aufgrund der thermischen Deformation aus der zur Bildebene IP optisch konjugierten Objektebene OP herausläuft, so dass ein Punkt an der Maske im zeitlichen Verlauf nicht mehr scharf auf dem Sensor abgebildet wird. Dadurch können sich bei der Abbildung Defokussierungsfehler ergeben. Diese können sich den oben beschriebenen Fehlern aufgrund seitlichen Weglaufens von Bildpunkten überlagern. 8 zeigt zur Erläuterung in beiden Teilfiguren die Sensorebene SS mit zwei in Richtung der Sensorebene zusammenlaufenden Strahlen, die auf der Bildseite das Mikroskopsystem verlassen haben. In der linken Teilfigur liegt die Sensorebene SS im Fokusbereich, so dass sich eine scharfe Abbildung ergibt. Im rechten Teilbild ist gezeigt, dass sich aufgrund thermischer Deformationen der Maske eine Defokussierung um den Betrag Δz_S ergeben hat, so dass der Bildpunkt in der Sensorebene SS größer erscheinen wird als bei einem fokussierten Bildpunkt. Die korrespondierende Abweichung der Position des Maskenpunktes P von seiner Sollposition in der Objektebene OP bei undeformierter Maske ist mit Δz bezeichnet (vgl. 4)
Die entsprechenden Auswirkungen in der Bildebene und bei der Scan-Integration sind in 9 schematisch dargestellt. Im oberen Teilbild (FOC) ist der aus 6 bekannte Verlauf der Positionen der Bildpunkte ohne Fokussierungsfehler und rechts daneben der entsprechende Effekt bei der Scan-Integration gezeigt. In der unteren Teilfigur (DEF) ist eine entsprechende Darstellung mit zusätzlicher Defokussierung zu sehen.
Es ist ersichtlich, dass im scan-integrierten Messsignal das Bild des Punktes allseitig vergrößert bzw. allseitig verschmiert erscheint.
Zur Vermeidung oder Verminderung derartiger Probleme hat das Maskeninspektionssystem MIS eine Kompensationseinrichtung KOMP zum aktiven Kompensieren von im Bereich des Messfeldes MF durch die Beleuchtungsstrahlung ILR induzierten Deformationen der Maskenoberfläche. Die Kompensation wirkt in Richtung einer Reduzierung von lokalen Oberflächengradienten, d.h. von lokalen Steigungen und/oder Gefällen relativ zur Objektebene im Bereich des Messfeldes im Vergleich zu einer Maskenoberfläche in Abwesenheit der Kompensation.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung oder Verminderung der Beeinträchtigung der Messergebnisse durch thermisch induzierte Deformationen im Bereich des Messfeldes besteht bei bevorzugten Ausführungsformen darin, den lokalen Oberflächendeformationen dadurch entgegenzuwirken, dass ein Bereich um das Messfeld zeitlich vor einer Messung mit Hilfe einer Heizeinrichtung HD derart vorgewärmt oder beheizt wird, dass sich während der Messung Wärmegradienten nicht oder nur noch in weit verringertem Ausmaß als ohne die Vorwärmung ausbilden können. Dadurch ergibt sich eine Verringerung oder völlige Vermeidung von Oberflächengradienten im Messfeld, so dass die oben erwähnten Messfehler weitgehend vermieden werden können.
10 zeigt in der linken Teilfigur 10A schematisch einen Ausschnitt der Vorderseite einer Maske M mit einem schraffiert dargestellten Messfeld MF, welches gerade mit EUV-Beleuchtungsstrahlung bestrahlt wird. In der linken Teilfigur 11A von 11 ist schematisch die durch die Beleuchtungsstrahlung ILR verursachte Oberflächendeformation und die daraus resultierende Deformation der Wellenfronten WF in der von der Maskenoberfläche MS reflektierten Strahlung dargestellt.
Die mittlere und rechte Teilfigur 10B und 10C von 10 zeigen schematisch, auf welche Weise derartige Probleme bei Ausführungsformen der Erfindung vermieden werden können. Wie erläutert, findet die Messung scannend statt. Als Gegenmaßnahme gegen thermische Deformationen wird vor einer Messung ein genügend großer Umgebungsbereich SA um das Messfeld herum vorgeheizt, damit es bei der späteren Bestrahlung des Messfeldes mit EUV-Strahlung keine und/oder noch geringfügige thermische Deformationen gibt. 10B zeigt hierzu, dass ein im Beispiel rechteckförmiger Umgebungsbereich mit SA (Surrounding Area) mittels einer Heizeinrichtung über die Oberflächentemperatur T₀ der übrigen Maskenoberfläche hinaus auf eine Temperatur T₁ > T₀ aufgeheizt wird. Solange keine Messung läuft und daher keine EUV-Beleuchtungsstrahlung in dem Bereich des Messfeldes fällt, wird auch der Bereich des Messfeldes durch die gesonderte Heizeinrichtung aufgeheizt. Da im gesamten aufgeheizten Bereich im Wesentlichen die gleiche Temperatur herrscht, existieren im Bereich des Messfeldes keine thermisch induzierten Oberflächengradienten. Lediglich im Übergangsbereich zwischen der aufgeheizten Zone und der nicht aufgeheizten Umgebung entstehen Oberflächengradienten, diese liegen aber räumlich weit außerhalb des Bereichs des Messfeldes.
Wenn nun eine Messung läuft, so dass im Bereich des Messfeldes EUV-Beleuchtungsstrahlung eingestrahlt wird, wird der Bereich des Messfeldes durch die EUV-Beleuchtungsstrahlung erwärmt. Während dieser Zeiten ist das räumliche Heizprofil der Heizeinrichtung so eingestellt, dass der Bereich des Messfeldes nur durch die Beleuchtungsstrahlung ILR aufgeheizt wird, nicht jedoch durch die externe Heizeinrichtung. Die Heizeinrichtung hält dann lediglich die Temperatur in dem das Messfeld umgebenden Umgebungsbereich aufrecht.
Idealerweise ist die Leistung der gesonderten Heizeinrichtung so eingestellt, dass der durch die Heizeinrichtung erzeugte Wärmeeintrag im Wesentlichen demjenigen Wärmeeintrag entspricht, der im Bereich des Messfeldes durch die EUV-Beleuchtungsstrahlung verursacht wird. Damit bleibt die Maskenoberfläche auch während der Messung sowohl im Bereich des Messfeldes als auch am Rand des Messfeldes im Übergangsbereich zum Umgebungsbereich im Wesentlichen eben bzw. undeformiert. Dadurch ergibt sich die in 11B schematisch dargestellte Situation einer ebenen Maskenoberfläche MS, die die einfallende Beleuchtungsstrahlung ILR ohne Deformation der Wellenfront in Richtung des nachgeschalteten Mikroskopsystems reflektiert.
Anhand der 12 und 13 sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen von Heizeinrichtungen erläutert, die geeignet sind, thermisch induzierte Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes durch gezielten Wärmeeintrag nach genau definierten örtlichen Heizprofilen so zu kompensieren, dass Oberflächendeformationen im Bereich des Messfeldes weitgehend vermieden werden.
Bei der Ausführungsform von 12 hat die Heizeinrichtung HD eine nicht näher dargestellte Heizstrahlungsquelle, die Infrarotstrahlung IR abstrahlt. Komponenten der Heizeinrichtung sind so angeordnet, dass die Heizstrahlung von der dem Mikroskopsystem zugewandten Vorderseite schräg auf die mit dem Muster PAT versehene Maskenoberfläche MS fällt. Im Strahlengang der Heizstrahlung ist ein IR-durchlässiges erstes diffraktives optisches Element DOE1 angeordnet, dessen für Infrarotlicht beugend wirkende Strukturen die Infrarotstrahlung räumlich so umformen, dass die Heizstrahlung in den Umgebungsbereich SA vorgegebener Form und Größe auf die Maskenoberfläche fällt, wobei auch der Bereich des Messfeldes mit IR-Strahlung bestrahlt wird. Die von der Maskenoberfläche reflektierte Heizstrahlung fällt in eine Strahlenfalle DP und kann die Messung daher nicht beeinträchtigen.
Der durch Infrarotstrahlung aufgeheizte Bereich ist gleichmäßig aufgeheizt, so dass die Maskenoberfläche im aufgeheizten Bereich eben ist. Das Niveau der Maskenoberfläche in z-Richtung ist geringfügig gegenüber den umliegenden kühleren Bereichen der Maske angehoben, wobei sich im Randbereich des aufgeheizten Bereichs relativ große Oberflächengradienten ergeben können. Durch Einstellung der z-Position der Maske mithilfe der Maskenhalteeinrichtung MST wird dieser z-Offset kompensiert, so dass die aufgeheizte Maskenoberfläche im Bereich der Objektebene des Mikroskopsystems liegt. In dem darüberliegenden schematischen Diagramm ist ersichtlich, dass der Wärmeeintrag Q durch die Infrarot-Heizeinrichtung zu diesem Zeitpunkt im gesamten Umgebungsbereich um das Messfeld und im Messfeldbereich weitgehend gleichmäßig ist und an den Randbereichen steil abfällt.
12B zeigt die Heizeinrichtung in einer zweiten Konfiguration, in die umgeschaltet wird, wenn eine Messung stattfindet und dementsprechend vom Beleuchtungssystem ILL EUV-Beleuchtungsstrahlung ILR in den Bereich des Messfeldes MF eingestrahlt wird. Während dieser Phasen gibt es im Messfeld MF einen Wärmeeintrag Q aufgrund der Absorption der EUV-Strahlung. Dieser Teil des Wärmeeintrags ist im darüberliegenden Diagramm mit "EUV" gekennzeichnet. Während dieser Phase der Messung ist die Heizeinrichtung in eine zweite Konfiguration umgeschaltet, bei der anstelle des ersten diffraktiven optischen Elementes DOE1 ein zweites diffraktives optisches Element DOE2 im Strahlengang der infraroten Heizstrahlung angeordnet ist. Dessen beugende Strukturen sind so ausgelegt, dass die Heizstrahlung weiterhin den gesamten das Messfeld MF umgebenden Teil des Umgebungsbereichs beheizt, wobei jedoch keine Heizstrahlung mehr in den Bereich des Messfeldes MF fällt. Die Leistung der Heizstrahlung ist so bemessen, dass der durch die Infrarotstrahlung erzeugte Wärmeeintrag im Wesentlichen genauso groß ist, wie der durch die EUV-Strahlung erzeugte Wärmeeintrag an der Maskenoberfläche. Dadurch wird erreicht, dass sich am Übergang vom Zeitraum vor der Messung zum Zeitraum während der Messung im Wesentlichen keine Änderungen beim lokalen Wärmeeintrag ergeben, so dass auch keine wärmeinduzierten Oberflächendeformationen und insbesondere keine Oberflächengradienten auftreten. Daher bleibt die Maskenoberfläche im Bereich des Messfeldes und im Umgebungsbereich weiterhin eben und die Messung wird durch Oberflächendeformationen nicht beeinträchtigt.
Bei der Ausführungsform von 12 hat die Heizeinrichtung eine Heizstrahlungsverteilungseinrichtung mit zwei wechselweise in den Strahlengang einführbaren diffraktiven optischen Elementen, die für Infrarotstrahlung durchlässig sind. Es kann sich dabei um physikalisch getrennte optische Elemente oder ein integrales optisches Element mit Bereichen unterschiedlicher diffraktiver Strukturen handeln.
Es ist auch möglich, eine Heizeinrichtung mit einer reflektiven Heizstrahlungsverteilungseinrichtung zu verwenden. 13 zeigt hierzu schematisch Komponenten einer anderen Heizeinrichtung, bei der die von einer Heizstrahlungsquelle kommende Infrarotstrahlung IR mithilfe eines Multi-Mirror-Arrays MMA auf die Vorderseite der Maske gelenkt wird. Das Multi-Mirror-Array hat eine Vielzahl von kleinen Einzelspiegeln, deren Orientierung mithilfe geeigneter Stellelemente in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinrichtung individuell verändert werden kann, so dass sich unterschiedliche Strahlwinkelverteilungen der reflektierten Strahlung ergeben. Die Vorgehensweise beim Umschalten zwischen einer Phase ohne Beleuchtung des Messfeldes (13A) und einer Messphase mit Beleuchtung des Messfeldes mittels EUV-Beleuchtungsstrahlung (13B) ist die gleiche wie bei der Ausführungsform von 12, weshalb auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
Alternativ zu den dargestellten Ausführungsformen, oder zusätlich dazu, kann eine Beheizung auch von der der Maskenoberfläche MS abgewandten Rückseite der Maske erfolgen.
Bei anderen Ausführungsformen wird eine Reduzierung thermisch induzierter Oberflächendeformationen bei der Maskeninspektion dadurch erreicht, dass die Maske während der Messung mithilfe einer geeigneten Kühleinrichtung aktiv gekühlt wird. Die Kühlung kann beispielsweise von der Rückseite der Maske erfolgen, z.B. durch Anblasen mit einem Kühlgas. Es können auch andere Kühleinrichtungen verwendet werden, die sich ortsabhängig schalten bzw. steuern lassen, beispielsweise Kühleinrichtungen mit Peltier-Elementen.
Eine Kühlung kann in Kombination mit einer Heizung eingesetzt werden, z.B. um eine exaktere rämliche und zeitliche Steuerung der Wärmeverteilung zu erreichen.
Weiterhin ist es möglich, eine Kompensation thermisch induzierter Oberflächendeformationen durch geeignete Manipulatoren vorzunehmen, die mechanisch an der Maske angreifen. Ein Manipulator MAN kann beispielsweise eine Vielzahl von individuell ansteuerbaren Stellelementen SE haben, die an der Maskenrückseite angreifen und in Reaktion auf eine lokale Erwärmung im Bereich des Messfeldes so angesteuert werden, dass einer Deformation entgegengewirkt wird (14).
Die Steuerung eines kompensierenden Eingriffs kann auf Basis von vorher in einem Kalibrierverfahren ermittelten Daten im Wege einer Feed-Forward-Steuerung erfolgen. Es ist auch möglich, das Maskeninspektionssystem mit einer Messeinrichtung auszustatten und eine messunterstützte Kompensation durchzuführen.
Bei der Messeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine ortsauflösende Temperaturmesseinrichtung zur Messung der Temperatur der Maskenoberfläche handeln oder um eine Messeinrichtung, mit der die Oberflächendeformation, d.h. die Gestalt der Maskenoberfläche gemessen werden kann. Die Kompensation kann dann auf Basis der mit der Messeinrichtung erfassten Daten gesteuert werden. Beispielsweise kann die externe Heizeinrichtung in einen geschlossenen Regelkreis (closed-loop-control) eingebunden werden.
Hierzu wird bei einer Ausführungsform eine Deformation der Oberfläche der Maske gemessen. Daraus werden Oberflächendeformationsdaten erzeugt, die z.B. das Ausmaß und die örtliche Verteilung der Oberflächendeformation an der strukturierten Maskenoberfläche in geeigneter Weise beschreiben. Die Steuerung der Heizeinrichtung (oder einer anderen Kompensationseinrichtung) wird dann in Abhängigkeit von den Oberflächendeformationsdaten durchgeführt. Hierdurch ist eine besonders präzise Einstellung eines angestrebten Oberflächenprofils auch bei variierenden Betriebsbedingungen möglich.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die lokale aktuelle Wärmeverteilung der Maske zu messen und daraus Steuerbefehle für die Heizeinrichtung oder eine andere Kompensationseinrichtung abzuleiten. Eine Temperaturverteilungs-Messeinrichtung kann entweder der strukturierten Vorderseite der Maske (also dem Muster) zugewandt sein oder sich an der dem Muster abgewandten Rückseite der Maske befinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011161243 A1 [0007]
WO 2010/020337 A1 [0060]

Claims

Maskeninspektionsverfahren zur Inspektion einer reflektiven Maske mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) mit folgenden Schritten: Halten der Maske zwischen einem Beleuchtungssystem und einem Mikroskopobjektiv eines Maskeninspektionssystems derart, dass eine mit einem Muster versehene Maskenoberfläche der Maske im Bereich einer Objektebene des Mikroskopobjektivs angeordnet ist; Beleuchten eines Messfeldes an der Maskenoberfläche mit einer von dem Beleuchtungssystem bereitgestellten Beleuchtungsstrahlung; Ausführen einer Scanoperation durch Bewegen der Maske parallel zur Objektebene und parallel zu einer Scanrichtung derart, dass in Scanrichtung benachbarte Bereiche der Maskenoberfläche sukzessive in das Messfeld bewegt werden; Sukzessives Abbilden jedes in das Messfeld bewegten Bereichs der Maskenoberfläche in vergrößendem Massstab in eine zur Objektebene optisch konjugierte Sensorebene eines ortsauflösenden Sensors des Maskeninspektionssystems; Ortsaufgelöstes Erzeugen von Bildsignalen der jeweils in dem Messfeld angeordneten Bereiche der Maskenoberfläche mittels des Sensors; Phasenrichtiges Auswerten der während der Scanoperation detektierten Bildsignale, wobei beim Auswerten Bildsignale phasenrichtig integriert werden, gekennzeichnet durch: Kompensieren von im Bereich des Messfeldes durch die Beleuchtungsstrahlung induzierten Deformationen der Maskenoberfläche zur Reduzierung von Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes im Vergleich zu einer Maskenoberfläche in Abwesenheit der Kompensation.
Maskeninspektionsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Beheizen der Maske in einem Umgebungsbereich des Messfeldes entsprechend einem vorgebbaren zweidimensionalen Heizprofil mittels einer von dem Beleuchtungssystem gesonderten Heizeinrichtung, wobei das Beheizen des Umgebungsbereichs vor einer Messung im Messfeld beginnt.
Maskeninspektionsverfahren nach Anspruch 2, worin die Heizeinrichtung in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf der Bestrahlung des Messfeldes mit Beleuchtungsstrahlung zwischen einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration umgeschaltet wird, wobei vorzugsweise in Phasen ohne Einstrahlung von Beleuchtungsstrahlung in das Messfeld in der ersten Konfiguration der Umgebungsbereich und der nicht mit Beleuchtungsstrahlung beaufschlagte Bereich des Messfeldes durch die Heizeinrichtung aktiv beheizt werden und in Phasen mit Einstrahlung von Beleuchtungsstrahlung in das Messfeld eine aktive Beheizung des Messfeldes reduziert oder unterbrochen und nur der Umgebungsbereich beheizt wird.
Maskeninspektionsverfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin mittels der Heizeinrichtung ein Heizprofil erzeugt wird, das zu dem durch die Beleuchtungsstrahlung erzeugten Heizprofil komplementär ist, wobei das komplementäre Heizprofil vorzugsweise so ausgelegt ist, dass das durch die Beleuchtungsstrahlung erzeugte Heizprofil in der Weise ergänzt wird, dass im Bereich des Messfeldes und im Umgebungsbereich im wesentlichen ein gleichmäßiger Leistungseintrag von Heizleistung erfolgt.
Maskeninspektionsverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, worin das Beheizen der Maske durch die Heizeinrichtung kontaktlos erfolgt, insbesondere indem Heizstrahlung auf die Maske eingestrahlt wird.
Maskeninspektionsverfahren nach Anspruch 5, worin die Maske von der Seite der zu untersuchenden Maskenoberfläche mit Heizstrahlung bestrahlt wird.
Maskeninspektionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Maske während der Messung mithilfe einer Kühleinrichtung aktiv gekühlt wird, wobei die Kühlung vorzugsweise von der Rückseite der Maske erfolgt.
Maskeninspektionsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Maskeninspektionssystem eine Messeinrichtung aufweist und die Kompensation auf Basis von mit der Messeinrichtung erfassten Messsignalen gesteuert wird, wobei vorzugsweise die Temperatur der Maskenoberfläche und/oder die Gestalt der Maskenoberfläche ortsaufgelöst gemessen wird.
Maskeninspektionssystem zur Inspektion einer reflektiven Maske mittels elektromagnetischer Strahlung einer Arbeitswellenlänge λ aus dem extremen Ultraviolettbereich (EUV) umfassend: ein Mikroskopsystem (MIC) zur vergrößernden Abbildung eines in einer Objektebene (OP) des Mikroskopsystems angeordneten Objekts in eine zur Objektebene optisch konjugierten Bildebene; eine Maskenhalteeinrichtung, die dafür eingerichtet ist, die Maske derart zu halten, dass eine zu untersuchende Maskenoberfläche (MS) im Bereich der Objektebene (OP) des Mikroskopsystems angeordnet ist; ein Beleuchtungssystem (ILL) zum Empfang von Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle und zur Erzeugung von Beleuchtungsstrahlung (ILR), die in einem Messfeld (MF) auf die Maskenoberfläche (MS) fällt; eine Sensoreinrichtung mit einer Sensorfläche (SS), die in der Bildebene (IP) des Mikroskopsystems oder in einer zu der Bildebene optisch konjugierten Ebene angeordnet ist, und eine an die Sensoreinrichtung angeschlossene Auswerteeinrichtung (EV), wobei die Maske zum Ausführen einer Scanoperation parallel zur Objektebene und parallel zu einer Scanrichtung derart bewegbar ist, dass in Scanrichtung benachbarte Bereiche der Maskenoberfläche sukzessive in das Messfeld bewegbar sind; und wobei die Auswerteeinrichtung dafür konfiguriert ist, an der Sensorfläche ortsaufgelöst erfasste Signale phasenrichtig zur Bewegung der Maske zu integrieren; gekennzeichnet durch eine Kompensationseinrichtung (KOMP) zum aktiven Kompensieren von im Bereich des Messfeldes (MF) durch die Beleuchtungsstrahlung (ILR) induzierten Deformationen der Maskenoberfläche zur Reduzierung von Oberflächengradienten im Bereich des Messfeldes im Vergleich zu einer Maskenoberfläche in Abwesenheit der Kompensation.
Maskeninspektionssystem nach Anspruch 9, worin die Kompensationseinrichtung eine von dem Beleuchtungssystem (ILL) gesonderte Heizeinrichtung (HD) zum Beheizen der Maske (M) entsprechend einem vorgebbaren zweidimensionalen Heizprofil umfasst.
Maskeninspektionssystem nach Anspruch 10, worin die Heizeinrichtung als Strahlungsheizeinrichtung zur Bestrahlung der Maske mit Heizstrahlung (IR) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise Komponenten der Heizeinrichtung derart angeordnet sind, dass die Maske von der Seite der zu untersuchenden Maskenoberfläche mit Heizstrahlung bestrahlbar ist.
Maskeninspektionssystem nach Anspruch 10 oder 11, worin die Heizeinrichtung (HD) derart konfiguriert ist, dass die Maske (M) in einem Umgebungsbereich (SA) des Messfeldes (MF) entsprechend einem vorgebbaren zweidimensionalen Heizprofil mindestens zeitweise beheizbar ist.
Maskeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, worin die Heizeinrichtung (HD) eine Heizstrahlungsquelle und eine steuerbare Heizstrahlungsverteilungseinrichtung aufweist, die zur Erzeugung unterschiedlicher Heizprofile zwischen einer ersten Konfiguration und einer zweiten Konfiguration umschaltbar ist, wobei vorzugsweise in der ersten Konfiguration der Umgebungsbereich und Bereich des Messfeldes durch die Heizeinrichtung beheizbar sind und in der zweiten Konfiguration nur der Umgebungsbereich beheizbar ist.
Maskeninspektionssystem nach Anspruch 13, worin die Heizstrahlungsverteilungseinrichtung derart konfiguriert ist, dass die von der Heizstrahlungsquelle kommende Heizstrahlung (IR) im Wesentlichen ohne Strahlungsverlust bezüglich ihrer örtlichen Verteilung und/oder bezüglich ihrer Strahlwinkelverteilung veränderbar ist, wobei die Heizstrahlungsverteilungseinrichtung vorzugsweise ein für die Heizstrahlung beugend wirkendes diffraktives optische Element (DOE) oder ein steuerbares Multi-Mirror-Array (MMA) aufweist.
Maskeninspektionssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zur Erzeugung von Messsignalen, die mindesetens eine Eigenschaft der Maskenoberfläche repräsentieren, wobei die Kompensationseinrichtung (KOMP) auf Basis der Messignale steuerbar ist, wobei die Messeinrichtung vorzugsweise als ortsauflösende Temperaturmesseinrichtung oder als ortsauflösende Messeinrichtung der Gestalt der Maskenoberfläche ausgebildet ist.
Maskeninspektionssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung mechanisch an der Maske angreift, wobei vorzugsweise die Kompensationseinrichtung einen Manipulator (MAN) mit einer Vielzahl von individuell ansteuerbaren Stellelementen (SE) aufweist, die an einer Maskenrückseite angreifen und in Reaktion auf eine lokale Erwärmung im Bereich des Messfeldes derart ansteuerbar sind, dass der Deformation der Maskenoberfläche entgegengewirkt wird.