DE102014000454B4

DE102014000454B4 - Verfahren zur Emulation der Abbildung von Masken, welche durch lokale Dichtevariationen korrigiert wurden

Info

Publication number: DE102014000454B4
Application number: DE102014000454.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Thaler; Holger Seitz; Ulrich Matejka; Thomas Rademacher
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2034-01-14
Also published as: US20150198798A1; DE102014000454A1; US9535244B2

Abstract

Verfahren zur Emulation der Abbildung einer Struktur einer Maske eines Scanners zur Belichtung von Wafern durch ein Maskeninspektionsmikroskop, wobei die Maske durch das Einbringen von Streuzentren korrigiert wurde, aufweisend die Schritte:
– Ermitteln einer Korrelation zwischen den ersten Werten zumindest der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, von Luftbildern der Struktur der Maske, wie diese von einem Maskeninspektionsmikroskop erzeugt werden, und den zweiten Werten der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, von Luftbildern der Struktur der Maske, wie diese von einem Scanner erzeugt werden,
– Aufnehmen eines ersten Luftbildes der Struktur der Maske mit dem Maskeninspektionsmikroskop,
– Ermitteln der ersten Werte der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, aus dem ersten Luftbild;
– Ermitteln der zweiten Werte der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, des ersten Luftbildes, unter Anwendung der Korrelation.

Description

Diese Patentschrift betrifft ein Verfahren zur Emulation der Abbildung einer Struktur einer Maske eines Scanners zur Belichtung von Wafern durch ein Maskeninspektionsmikroskop, wobei die Maske durch das Einbringen von Streuzentren korrigiert wurde.
In der Lithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden die Strukturen von Masken (welche auch synonym als Retikel bezeichnet werden) mit Hilfe von Wafer-Belichtungsanlagen auf Wafer projiziert, welche mit einer lichtempfindlichen Schicht, dem Resist, beschichtet sind. Mit Mikroskopen, welche zur Maskeninspektion verwendet werden, wird die Struktur einer Maske auf einen lichtempfindlichen ortsaufgelösten Detektor, wie beispielsweise einen CCD-Chip (Charge Coupled Device), projiziert. Dabei wird die Struktur um beispielsweise den Faktor 150 bis 450 vergrößert, um eventuell vorliegende Defekte der Struktur genauer zu erkennen. Bei der Projektion auf den Wafer wird die Struktur verkleinert abgebildet, bei aktuellen Scannern wird die Struktur um den Faktor vier verkleinert.
Da bei der Maskeninspektion vorwiegend Defekte von Interesse sind, die auch bei der Waferbelichtung auftreten, sollen die im Resist und auf dem Detektor erzeugten Luftbilder, abgesehen vom unterschiedlichen Abbildungsmaßstab, möglichst identisch sein. Um eine äquivalente Bilderzeugung zu erreichen, sind bei Maskeninspektionsmikroskopen die verwendete Wellenlänge des Projektionslichts, die Beleuchtungseinstellungen und objektseitig d. h. maskenseitig die numerische Apertur (NA) dem verwendeten Scanner angepasst.
Maskeninspektionsmikroskope können in Transmission oder in Reflexion arbeiten. Das Bild der Struktur der Maske entsteht nach Transmission des Projektionslichts durch die Maske oder nach Reflexion des Projektionslichts an der Oberfläche der Maske.
Das Projektionslicht wird bei Scannern zur Waferbelichtung entsprechend der Strukturen der jeweils abzubildenden Masken optimiert. Es kommen unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen („Settings”) zum Einsatz, die die Intensitätsverteilung der Beleuchtung in einer Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlengangs des Maskeninspektionsmikroskops beschreiben. Üblich sind Beleuchtungseinstellungen mit unterschiedlichen Kohärenzgraden sowie außeraxiale Beleuchtungeinstellungen wie beispielsweise annularer Beleuchtung und Dipol- oder Quadrupolbleuchtung. Durch Beleuchtungseinstellungen zur Erzeugung einer außeraxialen, schiefen Beleuchtung werden die Schärfentiefe bzw. das Auflösungsvermögen erhöht.
Bei Mikroskopen, welche zur Untersuchung von Masken verwendet werden, werden Optiken mit kleinerem Bildfeld und auch einem kleineren Beleuchtungsfeld als bei Wafer-Belichtungsanlagen verwendet.
Bei einem Verfahren zur Optimierung von Masken werden lokale Dichtevariationen in die Maske eingebracht, welche als Streuzentren wirken. Durch diese Maßnahme wird die Transmission bzw. die Reflektivität der Maske verändert. Dies wird insbesondere zur Optimierung der Kritischen Dimension (engl. Critical Dimension, CD), d. h. einer Abmessung bzw. eines Ausmaßes einer Struktur auf der Maske, aber auch des Platzierungsfehlers (engl. Registration), d. h. der Position von Strukturen auf der Maske, eingesetzt. Durch die lokalen Dichtevariationen, im Folgenden auch als Pixel bezeichnet, wird das Projektionslicht abgeschwächt. Durch diese Attenuation, d. h. Abschwächung (engl. attenuation) bzw. Verringerung der Transmission kann die Intensität eines Luftbildes der Maske lokal verändert werden. Dies ermöglicht die Optimierung der Kritischen Dimension (engl. CD).
Das Einbringen der Streuzentren in die Maske erfolgt bei transmissiven Masken durch gepulste femto-sekunden Laser (fs-Laser). Dies ist beispielsweise aus der US-Offenlegungsschrift US 2007/0 065 729 A1 bekannt. Die Streuzentren werden bei diesem Verfahren in das Substrat der Maske eingebracht.
Das Einbringen von Streuzentren in EUV-Masken durch die Anwendung von Elektronen-Strahlung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 080 100 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren werden Streuzentren in den reflektierenden Multilayer der Maske eingebracht, um die Reflektivität zu reduzieren.
Die durch das Einbringen von Streuzentren resultierende Änderung des Ausmaßes (der CD) einer Struktur wirkt sich jedoch in den Luftbildern eines Maskeninspektionsmikroskops anders aus als in den Luftbildern eines Scanners bzw. als auf den durch einen Scanner belichteten Wafern.
Auch bei Masken, welche nicht durch das Einbringen von Streuzentren korrigiert wurden, weichen die ermittelten Ausmaße einer Struktur aus einem Luftbild eines Maskeninspektionsmikroskops und einer durch einen Scanner auf einem Wafer erstellten Struktur voneinander ab. Die Kalibrierung dieser Ausmaße ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 015 631 A1 bekannt.
Die Abweichungen der aus den Luftbildern von Maskeninspektionsmikroskopen ermittelten Ausmaße einer Struktur von den Ausmaßen des resultierenden Wafers sind von Nachteil. Die Vorhersage der resultierenden Struktur aus den Luftbildern des Maskeninspektionsmikroskops ist nur mit eingeschränkter Genauigkeit möglich.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein Verfahren bereitzustellen, welches aus den Luftbildern eines Maskeninspektionsmikroskops eine genauere Ermittlung der auf dem Wafer resultierenden Ausmaße ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Eigenschaften können Eigenschaften der Luftbilder sein, aus welchen die Ausmaße der Struktur ermittelt werden können, die Eigenschaften können aber auch die Ausmaße selbst sein.
Die Korrelation zwischen den Eigenschaften kann eine einfache Proportionalität, aber auch eine Funktion höherer Ordnung sein. Die Korrelation kann auch aus Wertepaaren bestehen, wobei Zwischenwerte durch Interpolation zwischen den Werten ermittelt werden.
Sobald für eine Struktur einer Maske eine Korrelation ermittelt wurde, kann für weitere Masken die Eigenschaft des Luftbildes der Maske aus einem Luftbild des Maskeninspektionsmikroskops berechnet werden, wie diese von einem Scanner erzeugt würde.
Die Korrelation muss dabei für unterschiedliche Strukturtypen jeweils neu ermittelt werden. Dies gilt auch für unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen.
Eine Ursache der Abweichungen der aus den Luftbildern von Maskeninspektionsmikroskopen ermittelten Ausmaße einer Struktur von den Ausmaßen des resultierenden Wafers ist insbesondere die unterschiedliche Größe der Beleuchtungsfelder eines Scanners und eines Maskeninspektionsmikroskops. Das Beleuchtungsfeld eines Scanners ist erheblich größer als das Beleuchtungsfeld eines Maskeninspektionsmikroskops.
Der Durchmesser d des Beleuchtungsfelds des Maskeninspektionsmikroskops liegt im Bereich von 5 μm bis 100 μm, bevorzugt im Bereich von 8 μm bis 50 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 10 μm bis 30 μm.
Der Durchmesser des Beleuchtungsfelds des zu emulierenden Scanners ist um den Faktor 100 oder 500, bevorzugt um den Faktor 1000, besonders bevorzugt um den Faktor 5000, größer als der Durchmesser des Beleuchtungsfelds des Maskeninspektionsmikroskops.
Erfindungsgemäß wird die Ermittlung und Anwendung einer Korrelation notwendig, wenn für den Durchmesser des Beleuchtungsfeldes des Maskeninspektionsmikroskops gilt:
Für den Durchmesser des Beleuchtungsfeldes des Scanners gilt demnach: d > d_i. Die weitere Diskussion der Abschätzung d_i erfolgt im Rahmen der Ausführungsbeispiele.
Bei einem quadratischen oder rechteckigen Beleuchtungsfeld, entspricht dem Durchmesser d des Beleuchtungsfeldes die Kantenlänge bzw die Länge der kürzeren Kante.
Die Eigenschaft kann aus der Struktur auf einem Wafer ermittelt werden, welche durch Belichten des Wafers mit einem Scanner erstellt wurde. Da ein Luftbild des Scanners nicht vorliegt, muss die Eigenschaft indirekt über Luftbilder des Maskeninspektionsmikroskops ermittelt werden.
Die Eigenschaft des Luftbildes kann die Attenuation sein, die durch die Streuzentren bewirkt wird. Die Attenuation Att ist ein Maß für die Änderung der Transmission T. Es gilt: Att = 1 – T. Die Attenuation kann aus den Strukturen eines Wafers nicht direkt ermittelt werden und ein Luftbild des Scanners liegt in der Regel nicht vor. Die Attenuation wird erfindungsgemäß durch eine fiktive Schwellenwertänderung ermittelt, die durch Auswertung der Luftbilder des Maskeninspektionsmikroskops erhalten wird. Dies wird in den Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Eigenschaft der Struktur kann auch das Ausmaß der Struktur selbst, beispielsweise die CD, sein. Dann wird eine Korrelation zwischen dem Ausmaß, wie aus den Luftbildern des Maskeninspektionsmikroskops und des Scanners ermittelt. Alternativ wird die Korrelation aus den Abweichungen der Ausmaße von einem vorgegebenen Ausmaß, der TargetCD, ermittelt.
Auch bei Masken, welche nicht durch das Einbringen von Streuzentren optimiert wurden, kann die Messung aus einem Luftbild eines Maskeninspektionsmikroskops von dem resultierenden Ausmaß auf einem Wafer abweichen. Es wird ein Zielwert des Ausmaßes vorgegeben, die TargetCD. Die Abweichungen ΔMicroCD der Messungen MicroCD des Ausmaßes des Mikroskops von der TargetCD und die Abweichungen ΔWaferCDpre der Ausmaße WaferCDpre auf dem Wafer werden ermittelt. Der Quotient aus ΔWaferCDpre und ΔMicroCD ist ein Korrelationsfaktor.
Erfindungsgemäß wird der ermittelte Korrelationsfaktor auf eine fiktive Schwellenwertänderung des Luftbildes des Scanners angewendet. Damit wird die Genauigkeit der Kalibrierung erheblich verbessert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1: Aufbau eines Maskeninspektionsmikroskops;
2: Veranschaulichung der Beleuchtung einer korrigierten Maske im Querschnitt;
3a: Veranschaulichung einer Maskenstruktur;
3b: Intensitätsverlauf einer Maskenstruktur im Querschnitt;
4a–4c: Auswertung des Intensitätsverlaufs einer Maskenstruktur im Querschnitt;
5: Auswertung des Intensitätsverlaufs einer Maskenstruktur im Querschnitt.
Der Aufbau eines Maskeninspektionsmikroskops 1 wird anhand von 1 erläutert. Das Maskeninspektionsmikroskop 1 weist einen Maskenhalter 10 auf, auf welchem die abzubildende Maske 5 aufliegt. Die Maske wird mit der abzubildenden Struktur 6 nach unten, das heißt in Richtung der Abbildungsoptik 15 auf den Maskenhalter gelegt. Das Luftbild der Maske wird durch einen als CCD-Chip (Charged Coupled Device) ausgebildeten Detektor 20 aufgenommen. Das Luftbild wird von der Recheneinheit 40 ausgelesen, die als Computer ausgebildet ist. Das Luftbild liegt zunächst als Datenstruktur im Arbeitsspeicher des Computers vor. Diese kann als Grafikdatei auf der Festplatte des Computers abgespeichert werden. Die Datenstruktur bzw. die Grafikdatei ist eine zweidimensionale Matrix, die aus Pixeln aufgebaut ist. Die Intensitäten der Pixel werden durch Zahlenwerte zum Beispiel in einem Bereich von 0 bis 65535 dargestellt.
Das Bildfeld wird durch eine Bildfeldblende 19 begrenzt. Das resultierende Bildfeld auf der Maske hat eine Kantenlänge von 18 μm. Eine Lichtquelle 25 beleuchtet die Maske 5 über eine Beleuchtungsoptik 30 mit Projektionslicht der Wellenlänge von 193 nm. Das Beleuchtungsfeld wird durch eine Beleuchtungsfeldblende 38 begrenzt. Das auf der Maske resultierende Beleuchtungsfeld hat eine Kantenlänge von 26 µm. Der Abbildungsmaßstab ist zum Beispiel 450:1. Beleuchtungseinstellungen können über einen Pupillenfilter, der in der Pupillenebene 35 angeordnet ist und einen Polarisator 36 eingestellt werden. Bei der Aufnahme der Luftbilder der Maske 5 mit dem Detektor 20 werden an die Struktur angepasste Beleuchtungseinstellungen und Polarisationseinstellungen verwendet, die auch bei der Waferbelichtung mit einem Scanner eingesetzt werden.
Ein Luftbild der Maske 5 wird über die Abbildungsoptik 15, mit der optischen Achse 2, in der Ebene des Detektors 20 erzeugt. Die Numerische Apertur (NA) der Abbildungsoptik 15 stimmt objektseitig, d. h. maskenseitig, mit der eines Scanners zur Waferbelichtung überein. Ein Scanner bildet die Maskenstruktur üblicherweise mit einem Abbildungsmaßstab von ¼ auf die Waferoberfläche ab. Daher gilt für die maskenseitige NAM und die bildseitige, d. h. waferseitige NA_W, die Gleichgung 1. NA_M = NA_W/4 Gleichung 1
Bei modernen Scannern ist NA_W = 1,35 und somit NA_M = 0,34. Die NA wird durch eine NA-Blende 14 eingestellt.
In einem weiteren in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet das Maskeninspektionsmikroskop in Reflexion. Hier wird die Maske von der Seite der Struktur beleuchtet. Das an der Struktur reflektierte Licht wird in bekannter Weise durch ein Spiegelobjektiv auf einen Detektor abgebildet. Das Projektionslicht hat in diesem Beispiel eine Wellenlänge von 13,5 nm.
Das Beleuchtungsfeld eines Scanners, der im DUV-Bereich, insbesondere bei Projektionslicht der Wellenlänge von 193 nm, arbeitet, dessen Abbildungsverhalten emuliert wird, hat ein Beleuchtungsfeld von beispielsweise 26 mm·33 mm. Wurde eine Maske durch das Einbringen von Streuzentren d. h. Pixeln optimiert, so wird ein Teil des Projektionslichts an den Pixeln gestreut. Streulicht, welches einen Winkel zur optischen Achse hat, der größer ist als ein Grenzwinkel φ, trägt nicht mehr zur Abbildung bei. Die Abschätzung des Grenzwinkels φ wird im Folgenden anhand einer Skizze der 2 erläutert.
Die Pixel zur Optimierung der Maske werden in einer Variante des Verfahrens im Maskensubstrat in einer Ebene parallel zur Oberfläche der Maske eingebracht. Diese Pixel-Ebene hat den Abstand l_M von der Oberfläche der Maske, auf welcher die Maskenstruktur ausgebildet ist. In einer Variante des Verfahrens werden mehrere Pixel-Ebenen eingebracht, deren Abstand in Richtung der Dicke der Maske gering ist. Ein typischer Wert für den Abstand der Pixel-Ebene oder der Pixel-Ebenen von der Masken-Oberfläche ist l_M = 3175 μm. Dann liegt die Pixel-Ebene im Zentrum der Maske. Der Wert für l_M entspricht der Hälfte der Dicke der Maske. Bei mehreren Ebenen liegt der Abstand zwischen den Ebenen beispielsweise zwischen 20 μm bis 80 μm. Ein Ausschnitt der Maske 5 im Querschnitt ist in 2 als Quadrat dargestellt, die Pixelebene ist als gestrichelte Linie 72 symbolisiert. Die an einer jeweiligen Stelle vorgegebene Attenuation wird durch die Anzahl der Pixel pro Fläche, in einer Variante des Verfahrens durch die Form der Pixel, variiert. Im Folgenden wird nur von der Variation der Pixeldichte, d. h. der Anzahl der Pixel pro Fläche, gesprochen.
Die Projektion der Bildfeldblende 19a auf die Oberfläche der Maske 5 ist in 2 im Querschnitt durch eine dickere Linie mit dem Bezugszeichen 19a dargestellt. Die NA-Blende 14 ist ebenfalls im Querschnitt durch dicke Linien dargestellt.
Der Grenzwinkel φ lässt sich nun ermitteln aus dem vorgegebenen Abstand l_M und der maskenseitigen Numerischen Apertur (NA_M) des verwendeten Scanners bzw. Maskeninspektionsmikroskops unter Berücksichtigung des Brechungsindex n_M des Substrats der Maske für das Projektionslicht. In 2 wird dies anhand des Beispiels einer symmetrischen Dipol-Beleuchtung dargestellt. Die Beleuchtungswinkel der Pole entsprechen in diesem Beispiel der maskenseitigen NA_M. Die Strahlen 71a bis 71d symbolisieren den ersten Pol, die Strahlen 71e bis 71h den zweiten Pol des Projektionslichtes. An der Pixel-Ebene 72 wird das Projektionslicht gestreut. Wird Strahlung in einem Winkel gestreut, der größer ist als der Grenzwinkel φ, ist der Winkel des Projektionslichtes nach der Brechung beim Austritt aus dem Maskensubstrat größer als die Numerische Apertur NA_M des Objektives des Maskeninspektionsmikroskops oder des Scanners und trägt somit nicht zur Abbildung bei.
Das Material des Substrats der Maske ist häufig Quarzglas mit einem Brechungsindex von n_M = 1,56. Somit lässt sich der Grenzwinkel φ aus der maskenseitigen Numerischen Apertur NA_M durch Anwendung des Brechungsgesetzes gemäß Gleichung 2, mit dem Brechungsindex von Luft, n_Luft = 1, berechnen. NA_M = n_M × sinφ Gleichung 2
Aus dem Grenzwinkel φ lässt sich der Grenz-Durchmesser d_p des Streu-Bereiches der Pixel-Ebene berechnen, welcher gestreutes Projektionslicht erzeugt, das zur Abbildung beiträgt. Wird ein Streu-Bereich von mindestens diesem Durchmesser d_p beleuchtet, ist das Verhalten bei weiterer Vergrößerung der Fläche in guter Näherung konstant. Der Durchmesser d_p wird durch Gleichung 3 aus dem Grenzwinkel φ berechnet.
Das Beleuchtungsfeld wird bei dem Maskeninspektionsmikroskop jedoch auf die Maskenoberfläche abgebildet, auf welcher sich die Struktur 6 befindet. Der Durchmesser dieses Beleuchtungsfeldes d_i ist zu berechnen. Wird Projektionsstrahlung um den Grenzwinkel φ zur optischen Achse gestreut, erfolgt dies in alle Richtungen. Der Durchmesser dieses Beleuchtungsfeldes d_i ist um den Faktor 2 größer als das Beleuchtungsfeld auf der Pixel-Ebene. Daraus folgt Gleichung 4. d_i = 2d_p Gleichung 4
Somit kann nach Gleichung 5 der Grenz-Durchmesser d_i des Beleuchtungsfeldes auf der Masken-Oberfläche berechnet werden.
Als Beispiel für die Korrelation der Werte einer Eigenschaft von Luftbildern einer Maske, welche durch ein Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wurden und den Luftbildern, welche durch einen Scanner aufgenommen wurden, wird der Quotient der jeweils ermittelten Attenuation gewählt.
Zur Ermittlung des Transmissions-Koeffizienten wird zunächst eine Kalibriermaske erstellt. Dies ist eine Maske mit einer Struktur mit bekannter Abmessung, wie beispielsweise eine Struktur aus Linien und Freiräumen (Lines and Spaces). Die Abmessung dieser Struktur auf der Maske kann beispielsweise mit einem Rasterelektronen-Mikroskop gemessen werden. Von dieser Maske wird mit dem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild aufgenommen. Dann wird die Transmission der Maske durch eine Pixelebene mit einer vorgegebenen Pixeldichte verändert. Dann wird von dieser modifizierten Maske mit dem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild aufgenommen. Mit derselben modifizierten Maske wird in einem Scanner ein Wafer mit der Maske belichtet und das Ausmaß, die CD, der erhaltenen Struktur gemessen.
Um die Genauigkeit der Ermittlung des Transmissionskoeffizienten zu erhöhen, werden Bereiche der Maske mit unterschiedlicher Attenuation, d. h. mit unterschiedlicher Pixeldichte, bereitgestellt. Für jeden Bereich wird mit dem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild aufgenommen und ein Wafer ausbelichtet, um die jeweiligen Ausmaße zu ermitteln.
Die Auswertung erfolgt an einer Struktur mit einer als Kritischen Dimension vorgegebenen Abmessung, im Folgenden als TargetCD bezeichnet. Als Beispiel wird die Emulation der Ermittlung der CD einer Struktur 60 aus Linien und Freiräumen (Lines and Spaces), wie schematisch in 3a dargestellt, beschrieben.
Es wird mit einem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild der Struktur 60 einer Maske aufgenommen, dessen Bildfeld durch das Quadrat 61 dargestellt wird. Die Ermittlung der Linienbreite erfolgt senkrecht zu dem Verlauf der Linien und Freiräume, im gezeigten Beispiel der 3a längs der Linie I-I des Bereiches 61. Die X-Achse des Schaubildes zeigt den Verlauf der Intensität in X-Richtung, die Y-Achse zeugt die Intensität I. Der Intensitätsverlauf des Luftbildes längs der Linie I-I zeigt für jede Line ein Intensitätsminimum und für jeden Freiraum zwischen den Linien ein Intensitätsmaximum und ist in 3b schematisch dargestellt.
Die Ermittlung der Linienbreite erfolgt an einem festgelegten Schwellenwert (Threshold, „Th” der Intensität I. Die Festlegung eines Schwellenwertes ist die einfache Form eines Resistsimulators. Dies bedeutet bei einem positiven Resist, dass alle Bereiche des Resists mit Intensitätswerten oberhalb des Schwellenwertes im Entwickler löslich werden und alle Werte unterhalb des Resists unlöslich bleiben. Bei einem negativen Resist ist das Verhalten umgekehrt. In 3b ist der gewählte Schwellenwert Th als gestrichelte Line veranschaulicht.
Die Auswertung wird im Folgenden am Intensitätsverlauf eines einzelnen Freiraumes zwischen zwei Linien erläutert. Die jeweiligen Intensitätsverläufe sind in den 4a bis 4c veranschaulicht.
Es wird ein Luftbild einer fehlerfreien Maske, d. h. einer Kalibriermaske, aufgenommen, die nicht durch das Einbringen von Streuzentren optimiert wurde. Der entsprechende Intensitätsverlauf ist als Kurve 65 in 4a veranschaulicht. Es wird nun jener Intensitätswert Th1 ermittelt, an welchem die Linienbreite bzw. die Breite des Freiraumes einem für die Struktur vorgegebenem Zielwert, der TargetCD, entspricht. Der Intensitätswert ist in X-Richtung durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Der Abstand der beiden Schnittpunkte dieser Linie mit dem Intensitätsverlauf links und rechts des Intensitätsmaximums ist die vorgegebene TargetCD.
Es wird zudem mit dem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild desselben Ausschnittes der Maske aufgenommen, wobei im Bereich des aufgenommenen Luftbildes Streuzentren eingebracht worden sind.
Der entsprechende Intensitätsverlauf ist als Kurve 66 in 4a veranschaulicht. Es wird nun wieder, wie gerade ausgeführt, jener Intensitätswert Th2 ermittelt, an welchem die Linienbreite bzw. die Breite des Freiraumes dem gleichen für die Struktur vorgegebenen Zielwert, der TargetCD, entspricht.
Die Differenz der beiden Schwellenwerte ist die Attenuation, Att_Micro, welche durch die Streuzentren bewirkt wurde, wie sie von dem Maskeninspektionsmikroskop gemessen wurde. Siehe Gleichung 6. ΔTh_Micro = Th₁ – Th₂ = Att_Micro Gleichung 6
Im nächsten Schritt wird die Attenuation, Att_Wafer, derselben Region der Maske ermittelt, wie Sie von einem Scanner gesehen wird. Dafür wird in einem Scanner ein Wafer mit der Maske belichtet und die erhaltene CD gemessen, die als WaferCDpost bezeichnet wird.
Es wird nun jener Intensitätswert Th3 des Luftbild der Maske ermittelt, die nicht durch das Einbringen von Streuzentren optimiert wurde, an welchem die Linienbreite bzw. die Breite des Freiraumes der gemessenen CD WaferCDpost entspricht.
Die Differenz dieses Schwellenwertes und des Schwellenwertes Th1 ergibt die Attenuation, Att_Wafer, welche durch die Streuzentren bewirkt wurde, wie sie von dem Scanner gemessen wurde. Siehe Gleichung 7. ΔTh_Wafer = Th₃ – Th₁ = Att_Wafer Gleichung 7.
Aus den Werten für Att_Micro und Att_Wafer wird nun die Korrelation als Quotient TC dieser Werte berechnet, wie in Gleichung 8 angegeben. Dieser Wert wird auch als Transfer-Koeffizient (engl Tansfer Coefficient) bezeichnet.
Die Messungen können wie erwähnt an mehreren Bereichen einer Maske mit unterschiedlicher Attenuation durchgeführt werden. Wird ΔTh_Micro über ΔTh_Wafer aufgetragen, ergibt das resultierende Schaubild eine Gerade. Der Wert für den Transmissionskoeffizienten TC wird dann durch eine lineare Regression ermittelt.
Wenn der Transfer-Koeffizient bekannt ist, ist es möglich, aus Luftbildern von optimierten Masken, welche mit dem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wurden, die CD zu berechnen, welche durch einen Scanner auf einem Wafer erzeugt werden würde.
Aus dem mit dem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommenen Luftbild der Maske wird ΔTh_Micro ermittelt. Aus diesem kann nach Gleichung 9 der Wert für ΔTh_Wafer berechnet werden.
Es wird dann nach Gleichung 10 der Schwellenwert Th3 berechnet. Dieser wird auf die mit dem Maskeninspektionsmikroskop gemessenen nicht optimierten Luftbilder angewendet. Die Auswertung ergibt die WaferCD der optimierten Maske, wie diese von einem Scanner auf einem Wafer erzeugt würde. Th₃ = Th₁ + ΔTh_Wafer Gleichung 10
In einer Variante des Verfahrens wird zur Berechnung der WaferCDpost gemäß Gleichung 11 der Schwellenwert des Luftbildes der optimierten Maske ermittelt. ΔTh_Wafer2 = Th₁ – Th₃ = Att_Wafer Gleichung 11
Der Transfer-Koeffizient TC2 wird dann durch Gleichung 12 berechnet.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Kalibrierung der Messung von Abmessungen von Maskenstrukturen einer Maske mit dem Maskeninspektionsmikroskop mit den Abmessungen derselben Struktur, wenn diese mit einem Scanner auf einen Wafer belichtet wurde. Es wird zunächst an einem Luftbild des Maskeninspektionsmikroskops an einem vorgegebenen Threshold Th_A die Abmessung MicroCD gemessen. Für dieselbe Maske wird die CD auf einem belichteten Wafer gemessen, diese wird als WaferCDpre bezeichnet. Der Intensitätsverlauf für die Kalibrier-Maske ist in durch Kurve 81 veranschaulicht. Der Intensitätsverlauf eines Beispiels einer zu messenden Maske mit abweichender CD ist in 5b durch eine Kurve 82 veranschaulicht.
Es werden die Abweichungen der aus dem Luftbild ermittelten CD, MicroCD, und der auf dem Wafer gemessenen CD, WaferCDpre, gemessen und die Unterschiede, ΔMicroCD und ΔWaferCDpre gemäß Gleichungen 13 und 4 von der TargetCD berechnet. TargetCD – MicroCD = ΔMicroCD Gleichung 13 TargetCD – WaferCDpre = ΔWaferCDpre Gleichung 14
Diese Werte sind zueinander in guter Näherung proportional. Deren Quotient ist der Vor-Korrelations-Faktor PCF (Pre-Correlation-Factor) gemäß Gleichung 15. PCF = ΔWaferCDpre / ΔMicroCD Gleichung 15
Sobald dieser Faktor für eine Maske bekannt ist, kann der Wert WaferCDpre ermittelt werden. An der zu messenden Abbildung des Luftbildes wird nun der Schwellenwert Th_TargetCD ermittelt, bei welchem die Abmessung dem Zielwert TargetCD entspricht oder es existiert ein andersweitig festgelegter Th, der im Folgenden als Th_TargetCD bezeichnet wird. Der korrigierte Schwellenwert corrTh kann mit Hilfe des Vor-Korrelations-Faktor PCF nach Gleichung 16 berechnet werden. Für kleine Werte ist eine Änderung des Schwellenwertes in guter Näherung proportional zur Änderung der Abmessung, d. h. der CD. corrTh = Th_TargetCD + (Th_A – Th_TargetCD)·PCF Gleichung 16
Die an dem Schwellenwert corrTh ermittelte CD ist die WaferCDpre.
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Ermittlung des Transfer-Koeffizienten kann Att_Wafer mit erhöhter Genauigkeit ermittelt werden. Th1 ist durch den corrTh zu ersetzen, sofern der Faktor PCF bekannt ist.
Zur Erhöhung der Genauigkeit der Ermittlung der WaferCD der optimierten Maske können beide Verfahren nacheinander angewendet werden. Der verwendete Th1 wird nach Gleichung 16 korrigiert. Dies bedeutet, dass für Th_A in Gleichung 16 der Th1 eingesetzt wird. Dann wird Gleichung 10 angewendet, wobei Th1 durch den corrTh zu ersetzen ist.
In einer Variante des Verfahrens wird für die Korrelation der Werte einer Eigenschaft von Luftbildern einer Maske, welche durch ein Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wurden und den Luftbildern, welche durch einen Scanner aufgenommen wurden, eine Abmessung einer Struktur auf der Maske, beispielsweise eine Kritische Dimension der Maske, verwendet.
Es wird wieder eine Kalibriermaske verwendet, die beispielsweise eine Struktur aus Linien und Freiräumen (Lines and Spaces) aufweist. Auf dieser Maske werden Bereiche mit unterschiedlicher Attenuation, d. h. mit unterschiedlicher Pixeldichte bereitgestellt. Für jeden Bereich wird mit dem Maskeninspektionsmikroskop ein Luftbild aufgenommen und ein Wafer ausbelichtet, um die jeweiligen Kritischen Dimensionen zu ermitteln. Die Kritische Dimension, welche durch das Maskeninspektionsmikroskop ermittelt wurde, wird als MicroCDpost bezeichnet. Die aus dem ausbelichteten Wafer gemessene CD wird als WaferCDpost bezeichnet.
Als Korrelation wird nun WaferCDpost in Abhängigkeit von MicroCDpost aufgetragen. In einer ersten Variante wird als Korrelation näherungsweise aus diesem Schaubild eine Geradengleichung ermittelt wird. In einer Variante des Verfahrens wird eine Funktion höherer Ordnung ermittelt. In einer weiteren Variante des Verfahrens werden die Werte zwischen den gemessenen Korrelationen durch Interpolation der Werte ermittelt.

Claims

Verfahren zur Emulation der Abbildung einer Struktur einer Maske eines Scanners zur Belichtung von Wafern durch ein Maskeninspektionsmikroskop, wobei die Maske durch das Einbringen von Streuzentren korrigiert wurde, aufweisend die Schritte: – Ermitteln einer Korrelation zwischen den ersten Werten zumindest der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, von Luftbildern der Struktur der Maske, wie diese von einem Maskeninspektionsmikroskop erzeugt werden, und den zweiten Werten der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, von Luftbildern der Struktur der Maske, wie diese von einem Scanner erzeugt werden, – Aufnehmen eines ersten Luftbildes der Struktur der Maske mit dem Maskeninspektionsmikroskop, – Ermitteln der ersten Werte der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, aus dem ersten Luftbild; – Ermitteln der zweiten Werte der Attenuation der Transmission oder der Reflektivität der Maske, welche durch die Streuzentren verursacht wird, des ersten Luftbildes, unter Anwendung der Korrelation.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Beleuchtungsfeld des Scanners größer ist als das Beleuchtungsfeld des Maskeninspektionsmikroskops.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beleuchtungsfeld des Scanners einen Durchmesser d aufweist, für welchen gilt:
,wobei NA_W die waferseitige numerische Apertur des emulierten Scanners, n_M der Brechungsindex des Maskensubstrates und l_p der Abstand der Streuzentren von der strukturtragenden Oberseite der Maske ist.
Verfahren nach dem vorstehenden Ansprüche, wobei die Attenuation von Luftbildern der Maske, wie diese von einem Scanner erzeugt werden, aus einer Abmessung einer Struktur der Maske ermittelt wird, die durch einen Scanner auf einem Wafer erzeugt wurde und aus den Luftbildern der Maske, wie diese von einem Maskeninspektionsmikroskops erzeugt werden.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei zur Ermittlung der Attenuation aus einem Luftbild des Maskeninspektionsmikroskops ein Schwellenwert Th₁ ermittelt wird, bei welchem die Abmessung der Abmessung auf dem Wafer entspricht.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei das Luftbild von einer Maske aufgenommen wurde, welche nicht korrigiert wurde und wobei aus dem Schwellenwert Th₁ ein korrigierter Schwellenwert corrTh berechnet wird, wobei das Verfahren zur Ermittlung von corrTh folgende Schritte umfasst: – Vorgeben eines Zielwertes TargetCD für die Abmessung einer Kalibriermaske, – Aufnehmen eines Luftbildes der Kalibrier-Maske, – Ermitteln der Abmessung MicroCD aus dem Luftbild an dem Schwellenwert Th₁, – Messen der WaferCDpre aus einem durch einen Scanner belichteten Wafer, – Berechnen des Vor-Korrekturfaktors PCF gemäß PCF = ΔWaferCDpre / ΔMicroCD wobei TargetCD – MicroCD = ΔMicroCD und TargetCD – WaferCDpre = ΔWaferCDpre, – ermitteln eines Schwellenwertes Th_TargetCD für den Zielwert TargetCD der Abmessung aus dem Luftbild der Maske, – ermitteln des korrigierten Schwellenwertes corrTh gemäß, corrTh = Th_TargetCD + (Th₁ – Th_TargetCD)·PCF.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Korrelation der Quotient TC der aus den Luftbildern der Maske ermittelten Attenuation und der aus der Belichtung eines Wafers resultierenden Struktur ermittelten Attenuation der Maske ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–7, wobei die Abmessung einer Struktur der Maske eine Kritische Dimension (CD) ist.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Korrelation eine Funktion der Kritischen Dimension des Mikroskops und der Kritischen Dimension einer Struktur eines belichteten Wafers ist.