DE10058216C1 - Verfahren zur Bestimmung eines Abstandes periodischer Strukturen - Google Patents
Verfahren zur Bestimmung eines Abstandes periodischer StrukturenInfo
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Abstract
Mit Hilfe von Fourier-Transformationen wird ein Power-Spektrum eines Bildes einer integrierten Schaltung errechnet. Aus dem ersten Beugungsmaximum, das einen reziproken Abstand periodischer Strukturen darstellt, wird der Abstand der periodischen Strukturen ermittelt. Auf diese Weise ist ein einfaches Verfahren zum Berechnen von Abständen periodischer Strukturen von integrierten Schaltungen oder Fotomasken möglich.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Ab
standes periodischer Strukturen einer integrierten Schaltung
oder einer Fotomaske.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein mittlerer Abstand periodischer Strukturen wird auf Halb
leiterwafern oder Fotomasken in der Weise ermittelt, dass an
mehreren Messpunkten entlang einer Strukturkante Messwerte
für die Kantenposition erfasst und aufgrund der Messwerte ein
Abstand zwischen periodischen Strukturen des Halbleiterwafers
oder der Fotomaske ermittelt werden.
Aus dem US-Patent 6 020 957 ist ein System und ein Verfahren
zur Untersuchung von Halbleiterwafern bekannt, mit dem
gleichzeitig mehrere Bereiche eines Halbleiterwafers unter
sucht werden können. Dabei wird eine monochromatische Licht
quelle zur Beleuchtung der Halbleiterwaferoberfläche verwen
det. Ein optisches Dunkelfeldsystem sammelt das von der Ober
fläche des Halbleiterwafers reflektierte Licht und filtert
Muster heraus, die korrekten periodischen Waferstrukturen
entsprechen. Dabei wird eine Filterung nach dem Fourier-Ver
fahren durchgeführt. Das gefilterte Licht wird von einem di
gitalen Signalprozesser weiterverarbeitet. Durch den Ver
gleich von Bildern werden defekte Waferoberflächen erkannt.
Das bekannte Verfahren beschreibt jedoch kein Verfahren, das
unter Verwendung der Fourier-Transformation einen Abstand der
periodischen Strukturen ermittelt.
Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 100 06 782 A1
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen
von Strukturmerkmalen auf einer Substratoberfläche be
kannt. Das Verfahren verwendet folgende Schritte: Hervorheben
mehrerer Strukturmerkmale von der übrigen Substratoberfläche,
optisches Erfassen eines Flächenbereichs der Substratoberflä
che, indem zumindest einige der hervorgehobenen Strukturmerk
male liegen, wobei das optische Erfassen digital oder analog
mit anschließender Digitalisierung erfolgt. Ermitteln zumin
destens einer mathematischen Funktion in Abhängigkeit der
sich regelmäßig auf der Substratoberfläche abwechselnden Hel
ligkeits- oder Farbstufen und Ermitteln des Amplitudenspekt
rums der Funktion. Das Amplitudenspektrum der Funktion wird
mittels einer Fourier-Analyse erhalten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum
Ermitteln des Abstandes periodischer Strukturen integrierter
Schaltungen oder Fotomasken bereitzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den
Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Ein wesentlicher Schritt
der Erfindung besteht darin, dass eine Abbildung der periodi
schen Struktur erfasst und einer Fourier-Transformation un
terzogen wird. Aus der Position des Maximums erster Ordnung
des Fourier-Spektrums wird der Abstand der periodischen
Strukturen ermittelt. Auf diese Weise wird die gesamte Infor
mation der erfassten Struktur ausgewertet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in
den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Weiterhin ist es von Vorteil, die Orientierung der periodi
schen Struktur über eine Integration des Power-Spektrums zu
ermitteln.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Messaufbau zur Durchführung des
Verfahrens,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, und
Fig. 3 schematisch die Darstellung eines Power-Spektrums.
Fig. 1 zeigt ein Messobjekt 1, dem eine Erfassungseinheit 2
zugeordnet ist. Die Erfassungseinheit 2 ist mit einer Rechen
einheit 3 verbunden. Die Recheneinheit 3 steht mit einem
Speicher 4 und mit einer Anzeigeeinheit 5 in Verbindung. Die
Erfassungseinheit 2 ist beispielsweise als optische Kamera,
als Rasterelektronenmikroskop oder als optisches Mikroskop
ausgebildet. Die Funktion der Erfassungseinheit 2 besteht da
rin, die Struktur in Form einer Abbildung zu erfassen. Die
Art der Abbildung kann je nach Anwendungsfall gewählt werden.
Als Messobjekt 1 ist ein Halbleiterwafer mit einer integrier
ten Schaltung oder eine Fotomaske angeordnet. Sowohl die in
tegrierte Schaltung auf dem Halbleiterwafer als auch die Be
lichtungsstrukturen der Fotomaske weisen periodische Struktu
ren auf, die in der Fig. 1 schematisch in Form von parallelen
Kanten 7 dargestellt sind. Bei modernen Herstellungsverfahren
von integrierten Schaltungen ist es erforderlich, den Abstand
zwischen Kanten 7 periodischer Strukturen genau einzustellen.
Dazu werden die Abstände in einem Überprüfungsverfahren er
mittelt und mit vorgegebenen Abständen verglichen. Liegen Ab
weichungen vor, dann wird eine Korrektur vorgenommen.
Die Erfassungseinheit 2 erfasst als Abbildung die Oberfläche
6 des Messobjekts 1 und führt die Abbildung der Recheneinheit
3 zu. Die Recheneinheit 3 führt eine Digitalisierung der er
fassten Abbildung durch und unterzieht die digitale Abbildung
einer Fourier-Transformation. Bei der Fourier-Transformation
wird nach bekannten Verfahren ein Power-Spektrum berechnet.
Die Verfahren zur Berechnung der Fourier-Transformation und
des Power-Spektrums sind in Form von Computerprogrammen im
Speicher 4 abgelegt.
Das erhaltene Power-Spektrum entspricht in einer einfachen
Form einer Folge von Maxima, die auf einer Geraden angeordnet
sind. Beispielsweise ist in Fig. 3 ein entsprechendes Power-
Spektrum dargestellt. Die Recheneinheit 3 ermittelt nun den
Abstand d zwischen dem Mittelpunkt des Power-Spektrums und
dem Maximum erster Ordnung M1. Der Abstand zwischen dem Mit
telpunkt und dem Maximum erster Ordnung entspricht einem re
ziproken Abstand D periodischer Strukturen (D = 2π/d). Die
Recheneinheit 3 ermittelt den Abstand der periodischen Struk
turen und gibt diesen über die Anzeigeeinheit 5 aus. Die Kan
ten 7 begrenzen beispielsweise Kontaktflächen, Leiterbahnen,
Gateanschlussflächen usw.
Außerdem wird in einer anderen Anwendung als Messobjekt 1 ei
ne Eichprobe verwendet, die Strukturen mit bekannten perio
dischen Abständen zwischen Kanten aufweist. In diesem Fall
wird mit der Erfassungseinheit 2 eine Abbildung der Eichprobe
erfasst, von der Recheneinheit einer Fourier-Transformation
unterzogen und die Position des Maximums erster Ordnung im
Power-Spektrum mit den bekannten periodischen Abständen ver
glichen. Das Power-Spektrum wird solange gestreckt oder ge
staucht, bis das Maximum erster Ordnung den Abstand zum Mit
telpunkt aufweist, der dem bekannten Abstand entspricht.
Fig. 2 zeigt schematisch den Programmablauf zur Durchführung
des Verfahrens. Bei Programmpunkt 10 erfasst die Erfassungs
einheit 2 ein optisches Bild der Oberfläche des Messobjektes
1 in Form einer Grauwertverteilung (tB(x, y))2, wobei tB den
Grauwert eines Punktes und x, y die Koordinaten des Punktes
darstellen. Die Grauwertverteilung ist auf den Bereich zwi
schen [0,1] normiert. Aus der Grauwertverteilung berechnet
die Recheneinheit 3 mit einer Fourier-Transformation das Fou
rier-Spektrum tF der Grauwertverteilung mit (tF(Kx, Ky))2,
wobei das Fourier-Spektrum auf den Bereich zwischen 0 und 1
normiert ist. Aus der Gleichung log t2 F = 2 log tF wird das
Power-Spektrum erhalten. Aus der vorhergehenden Gleichung
wird das Power-Spektrum mit folgender Formel erhalten:
tF(Kx, Ky) = ∫ ∫ tB(X, Y)e-i(KxX+KyY)dXdY.
Mit = (Kx, Ky) ist der reziproke Gittervektor bezeichnet.
Die Richtung des reziproken Gittervektors gibt die Orien
tierung der periodischen Struktur, der Betrag den Abstand der
periodischen Strukturen. Mit ist der Vektor vom Maximum
nullter zum Maximum erster Ordnung im Power-Spektrum bezeich
net. Für die Bezeichnung zwischen dem periodischen Abstand D
der periodischen Strukturen gilt:
Somit wird aus dem Vektor 1 der Abstand der periodischen
Strukturen berechnet.
Das optische Bild wird dazu an die Recheneinheit 3 übertra
gen. Die Recheneinheit 3 wandelt das analoge Bild bei Pro
grammpunkt 20 in ein digitales Bild um. Beim folgenden Pro
grammpunkt 30 wendet die Recheneinheit 3 die Fouriertrans
formation auf das digitale Bild an und berechnet aus dem di
gitalen Bild ein Power-Spektrum entsprechend der oben angege
benen Formel.
Beim folgenden Programmpunkt 40 erfasst die Recheneinheit 3
den Vektor 1 zwischen dem Maximum erster und dem Maximum
nullter Ordnung im Power-Spektrum. Anschließend berechnet die
Recheneinheit 3 den Abstand D der periodischen Strukturen:
Beim folgenden Programmpunkt 50 gibt die Recheneinheit 3 den
ermittelten Abstand D der periodischen Strukturen über die
Anzeigeeinheit 5 aus.
Fig. 3 zeigt schematisch ein einfaches Power-Spektrum. In
Fig. 3 ist ein reziproker Gitterraum dargestellt, der von
zwei Gittervektoren kx, ky aufgespannt ist. Auf einer Geraden
sind Intensitätsmaxima M1, M2, M3 dargestellt, die mit Hilfe
von Fourier-Transformationen als Power-Spektrum berechnet
wurden. Der Vektor 1 zwischen dem Maximum erster Ordnung M1
und dem Mittelpunkt, in dem das Maximum nullter Ordnung an
geordnet ist, ist proportional zu dem reziproken Wert des Ab
standes D der periodischen Strukturen der Oberfläche 6 des
Messobjektes 1. Die Orientierung einer Kante 7 einer perio
dischen Struktur steht im 90°-Winkel auf dem Vektor K1.
Ein wesentliches Ziel der Erfindung besteht darin, die Perio
dizität von Strukturen in integrierten Schaltungen auf Halb
leiterwafern oder von Fotomasken, die zum Belichten von Ätz
lacken bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ver
wendet werden, auf einfache Weise zu ermitteln. Das beschrie
bene Verfahren bietet den Vorteil, dass die gesamte Bildin
formation ausgenutzt wird, um den periodischen Abstand D zu
ermitteln. Deshalb wird der periodische Abstand präzise er
mittelt.
Weiterhin ist es von Vorteil, das Power-Spektrum zur Fest
legung der Orientierung der periodischen Strukturen auszuwer
ten. Zu diesem Zweck wird entlang mehrerer Geraden, die durch
den Mittelpunkt des Power-Spektrums verlaufen, über die In
tensität des Power-Spektrums das Power-Spektrum integriert.
Da das Power-Spektrum in den Maxima deutlich höhere In
tensitätswerte aufweist als in anderen Bildbereichen, ist die
optimale Gerade gefunden, wenn das Integral D(ϕ) maximal
wird. Bezeichnet man die Intensität in einem Punkt (Kx, Ky)
des Power-Spektrums mit I(Kx, Ky) und wählt als Geradenparameter
den Winkel ϕ, dann kann das auf Intensitäten normierte
Integral D(ϕ) entlang einer Geraden berechnet werden.
Die Durchführung einer Fourier-Transformation wie z. B. der
Fast Hartley Transform (FHT) ist von R. N. Bracewell, Proc.
IEEE, Vol. 72, 8 (1984) beschrieben.
Periodische Strukturen sind beispielsweise Kanten 7 von Gate
kontakten bei Transistoren oder Kontaktlochkanten, wie z. B.
bei der Deep Trench Technologie.
In einer einfachen Ausführungsform werden das Maximum nullter
und das Maximum erster Ordnung aus dem Fourier-Spektrum der
Grauwertverteilung tF(Kx, Ky) ermittelt.
1
Messobjekt
2
Erfassungseinheit
3
Recheneinheit
4
Speicher
5
Anzeigeeinheit
6
Oberfläche
7
Kante
Claims (5)
1. Verfahren zum Ermitteln von Abständen periodischer
Strukturen einer integrierten Schaltung oder einer Fotomaske,
wobei eine Abbildung der integrierten Schaltung oder der Fo
tomaske erfasst wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abbildung einer Fourier-Transformation unterzogen wird, und in der Fourier-Transformierten ein Maximum erster Ordnung und ein Maximum nullter Ordnung ermittelt wird, und
dass aus dem Abstand zwischen dem Maximum nullter und dem Ma ximum erster Ordnung ein Abstand der periodischen Strukturen berechnet wird.
dass die Abbildung einer Fourier-Transformation unterzogen wird, und in der Fourier-Transformierten ein Maximum erster Ordnung und ein Maximum nullter Ordnung ermittelt wird, und
dass aus dem Abstand zwischen dem Maximum nullter und dem Ma ximum erster Ordnung ein Abstand der periodischen Strukturen berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
mit Hilfe der Fourier-Transformation ein Power-Spektrum be
rechnet wird, und dass aus dem Abstand zwischen dem Maximum
erster und dem Maximum nullter Ordnung im Power-Spektrum der
Abstand der periodischen Strukturen berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Orientierung der periodischen Struktur durch eine Auswer
tung des Power-Spektrums ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Power-Spektrum entlang verschiedener Geraden integriert
wird, die durch das Maximum nullter Ordnung verlaufen, dass
die Gerade mit dem größeren Wert des Integrals als Orientie
rungsachse erkannt wird, zu der die periodische Struktur im
90°-Winkel angeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Abbildung in Form eines optischen Bil
des oder in Form eines digitalen Bildes erstellt wird.
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