DE10103958C1 - Verfahren zur Inspektion von Defekten auf einer Maske - Google Patents

Abstract

Die vollflächige Defektkontrolle von Masken (1) wird durch das Zusammenschalten zweier ansonsten unabhängiger Defektinsektionsanlagen (4, 4') über ein leistungsfähiges Bussystem (6) bzw. Interface ermöglicht. Zwei wenigstens in Teilbereichen identische Masken (1, 1') können dadurch parallel und in Echtzeit inspiziert und verglichen werden. Das Zwischenspeichern großer Datenmengen entfällt. Die laufende Defektinspektion kann flexibel unterbrochen und wieder fortgesetzt werden. Durch diese Realisierung der Mask-to-Mask Inspektion wird der Schwierigkeit vorteilhaft Rechnung getragen, daß Simulationsalgorithmen für die Die-to-Database Onspektion zukünftiger Maskentechnologien, etwa alternierende Phasenmasken, EUV-Masken, Stencilmasken etc. nicht rechtzeitig zur Verfügung stehen. Die Inspektionszeit wird zudem erheblich verringert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Inspek­ tion von Defekten auf einer Maske.

Mit den sich immer weiter verringernden minimaler Struktur­ größen und dem damit verbundenen auflösungsbedingten Wechsel von optischen zu nicht optischen Wellenlängen bei der Belich­ tung von Halbleiterprodukten werden im gleichen Maße auch neue Anforderungen an die minimalen Strukturgrößen und Funk­ tionsweisen der zur Strukturierung der Wafer benötigten Mas­ ken gestellt. Ausgehend von der konventionellen Technik im Belichtungsschritt die auf der Maske vorhandene Struktur ver­ kleinert oder in gleicher Größe auf den Wafer zu kopieren, werden gegenwärtig für die optische Belichtung die Beugungs- bzw. Phaseneigenschaften des Lichts ausgenutzt, welches bei der Entwicklung sogenannten Halbton-, alternierenden und 3- Ton-Phasenmasken Anwendung findet.

Während bei der Umsetzung dieser Maßnahmen auf der Maske Zo­ nen einer dritten oder weiteren Art von Transparenz struktu­ riert werden, um auf dem belichteten Wafer höhere Auflösungen zu erzielen, werden mit der sogenannten Optical Proximity Correction (OPC) auf der Maske auch zusätzliche, künstliche Strukturen aufgebracht, welche lediglich dem Zweck dienen, inhärente Fehler bei der Belichtung des Wafers auszugleichen und die abgelichtete Struktur wieder möglichst nah an das Da­ tenbild heranzuführen.

In neuerer Zeit werden auch Masken für die nicht-optische Übertragung von Strukturen auf Wafer entwickelt, darunter solche, bei denen im extremen Ultraviolettbereich (EUV) die Strahlungen reflektiert werden oder sogenannte Stencilmasken, bei denen die Strukturen durch Elektronenstrahlen oder Ionen­ strahlen übertragen werden. Bei diesen Masken handelt es sich heutzutage meist um aus Siliziumwafern hergestellten Membran­ masken im Gegensatz zu den bisher verwendeten Quarzplatten als Grundlage für Masken.

Mit den gesteigerten Anforderungen an die Lithographietechni­ ken ergeben sich in besonderem Maße auch für die Defektin­ spektion notwendige Schritte, die bewältigt werden müssen. Zum einen sind Defekte noch kleinerer Größe aufzuspüren, zum anderen müssen bei dem breiteren Spektrum an Maskentypen zu­ nehmend auch die Strukturunterschiede zwischen der auf der Maske aufgebrachten Struktur und dem auf dem Wafer erzielten Abbild berücksichtigt werden. Durch die erheblichen Geschwin­ digkeitssteigerungen im Bereich der Rechenanlagen in den letzten Jahren war man mehr und mehr dazu übergegangen, von der konventionellen sog. Die-to-Die Inspektion, bei welcher mehrfach vorhandene gleichartige Strukturen auf der Maske miteinander verglichen werden, zur Die-to-Database Inspekti­ on, bei welcher eine Struktur auf der Maske mit einem in der Datenbank gespeicherten Datenbild verglichen wird, überzuge­ hen.

Bei der Die-to-Database Inspektion wird - um einen Vergleich möglich zu machen - mittels eines Algorithmus das Datenbild aus der Datenbank heraus in ein die optischen Eigenschaften der Maskenübertragung simulierendes Bild umgewandelt. Je kom­ plexer die zu übertragenden optischen Strukturen, etwa pha­ senverschobene Signale oder OPC-Strukturen, desto zeitaufwen­ diger wird die Inspektion selbst, so wie auch die Entwicklung eines unterliegenden Algorithmus schwieriger wird.

Konnten für herkömmliche Chrome-on-Glass-Masken, OPC- Strukturen sowie Halbton-Phasenmasken befriedigende Lösungen für die Algorithmen in einer hinreichenden Zeitspanne nach der Auslieferung neu entwickelter Typen von Defektinspekti­ onsanlagen geliefert werden, so tritt für die in Entwicklung befindlichen alternierenden Phasenmasken, 3-Ton-Phasenmasken, EUV- und Stencil-Masken das Problem auf, daß die Algorithmen zur Rekonstruktion eines Masken-Abbildes aus ihrem Datenbild nicht mehr rechtzeitig erhältlich sein werden. Für die Gene­ ration von Masken mit elektronen- bzw. ionenoptischen Eigen­ schaften wird voraussichtlich dieser Effekt besonders deut­ lich hervortreten.

Einen Ausweg würde der Rückgriff auf die immer noch verwende­ te Die-to-Die Inspektion darstellen, welches aber wegen der häufig singulären Strukturen auf den Masken nicht immer mög­ lich sein kann. Der Vorteil wäre hier, daß das Masken-Abbild nicht simuliert werden müßte. Moderne Defektinspektionsanla­ gen sind darauf ausgelegt, kleinste Bereiche auf der Maske zwischenzuspeichern, um dann zu den Koordinaten des Referenz- Dies zu wechseln, das entsprechende Gegenstück der Struktur zu finden, und das aktuelle Bild mit dem zwischengespeicher­ ten Abbild zu vergleichen.

Die gleiche Vorgehensweise wäre bei der sogenannten Mask-to- Mask-Inspektion möglich, bei der von ihrer Struktur her zwei identische Masken nacheinander inspiziert werden, wobei das Bild der ersten Maske zwischengespeichert und während der In­ spektion der zweiten Maske mit dem Bild dieser Maske vergli­ chen wird. Leider entsteht hierbei der erhebliche Nachteil, daß der Abruf der gespeicherten Daten aus dem Speicher zu zeitaufwendig ist und daß heute kaum erhältliche Speicher in der Größenordnung von einigen Terabyte benötigt werden. Zudem können oftmals notwendige Unterbrechungen der Inspektion nicht ohne weiteres durchgeführt werden.

In US 6,043,932 wird für die Die-to-Die Inspektion ein In­ spektionsgerät vorgestellt, bei welchem durch Aufsplitten des Laserstrahls und anschließender Justierung der Teilstrahlen auf die einzelnen Dies eine parallele Aufnahme der Die- Strukturen mit einem Linear Image Sensor die Abbilder in Re­ alzeit verglichen werden können. Allerdings ergeben sich auch hier die genannten Nachteile, daß das Verfahren auf nicht- singuläre Maskenstrukturen beschränkt ist und daß die jeweiligen Teilstrahl-Optiken nur eine kleine Größe aufweisen kön­ nen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vollflächige Defektkontrolle auch von Masken mit singulären Strukturen unabhängig von der verwendeten Maskentechnologie anzubieten, eine höhere Qualität der Masken zu gewährleisten und eine beschleunigte Maskeninspektion zu ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Pa­ tentanspruches 1 gelöst.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Maske in einer er­ sten Defektinspektionsanlage dadurch inspiziert, daß diese mit einer zumindest in einer Teilstruktur identischen Refe­ renzmaske in einer zweiten Defektinspektionsanlage verglichen wird, wobei diese beiden Defektinspektionsanlagen bzw. ihre Steuerrechner zusammengeschaltet werden. Die Verbindung der beiden Steuerrechner wird durch ein Bussystem bzw. ein Inter­ face bewerkstelligt, welches einen hinreichend hohen Daten­ durchsatz pro Zeiteinheit liefert, welcher idealerweise etwa so groß ist wie jener der Verbindung zwischen Steuerrechner und Defektinspektionsanlage. Die Bandbreite und Taktfrequenz des Daten-Bussystems bzw. Interface müssen daher diesem Da­ tendurchsatz entsprechen, sind ansonsten aber frei wählbar.

Durch diese Zusammenschaltung können die aufgenommenen Bild­ daten, z. B. der Referenzmaske, in Realzeit zu dem die Defek­ tinspektionsanlage der zu untersuchenden Maske steuernden Steuerrechner transferiert werden. Damit stehen die Ver­ gleichsdaten für einen zu untersuchenden Ausschnitt auf der Maske sofort ohne Zwischenspeicherung zur Verfügung, so daß keine Zeit für das Speichern, Wiederaufsuchen und Wiederladen der Referenzdaten aufgewendet werden muß. Die Bilddaten, wel­ che in Echtzeit, d. h. in der zur Abrasterung der Oberflä­ chenstruktur der Maske benötigten Zeit, zur Verfügung stehen, können dann sofort von einem der beiden Steuerrechner oder einem weiteren Rechner zur Bildauswertung, d. h. dem Bildver­ gleich, ausgewertet werden. Hierzu können die herkömmlichen Inspektions- bzw. Bildverarbeitungsprogramme genutzt werden. Auf vorteilhafte Weise wird damit durch das Zusammenschalten zweier verschiedener Defektinspektionsanlagen mit dem Ver­ gleich wenigstens in Teilbereichen identischer Masken eine erheblich schnellere Inspektion erreicht. Insbesondere durch den Wegfall der nun nicht mehr notwendigen Zwischenspeiche­ rung der Bilddaten, etwa der Referenzmaske, wird Zeit für die sonst in diesem Fall nicht genutzten Defektinspektionsanlagen gespart.

Idealerweise wird die vollflächige Defektkontrolle durch eine Abrasterung kleiner Teilausschnitte durchgeführt, welche an­ schließend miteinander verglichen werden. Dadurch werden je­ weils kleinere Datenmengen zum Vergleich gebracht. Die Wie­ derholung dieser Schritte auf beiden Defektinspektionsanlagen führt dann zu einer vollflächigen Abrasterung der Maske. Ne­ ben dem Vorteil, daß kleinere Datenmengen bequem in den Hauptspeichern der Steuerrechner untergebracht werden können, ohne auf Festplatten oder andere Speichermedien zurückgreifen zu müssen, ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Defektin­ spektionsanlagen während des Vergleichs der Teilausschnitte bereits für die Aufnahme der nächsten Teilausschnitte zu nut­ zen. Durch diesen hochparallelen Vorgang wird die Inspektion zusätzlich beschleunigt.

Ein großer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die aufgenommenen Bilddaten ähnlich wie bei der Die-to-Die Inspektion wieder direkt verglichen werden können, ohne daß in aufwendiger Si­ mulation die Bilddaten aus den Designdaten der Datenbank aus­ gelesen und aufgearbeitet werden müssen, um die EIN- und elektronenoptischen Eigenschaften etc. zukünftiger bzw. ge­ genwärtiger Maskentechnologien zu berücksichtigen.

In einer weiteren Ausbildung wird das Zusammenschalten von mehreren Defektinspektionsanlagen zu einem Cluster betrachtet. Neben dem Vorteil in der Flexibilität bei der Nutzung verschiedener Anlagen ergibt sich dabei die Möglichkeit, eine Referenzmaske gleichzeitig für eine Anzahl mit wenigstens in Teilbereichen identischen zu untersuchenden Masken bereitzu­ stellen und somit die Inspektion ressourcensparend durchzu­ führen.

Voraussetzung für die Durchführung der vorliegenden Methode ist das Vorhandensein einer Referenzmaske. Bei dieser kann es sich um eine von mehrfach produzierten gleichartigen Masken oder auch um eine nicht ausgelieferte oder später rückgelie­ ferte Maske aus einem früheren Designstand handeln, von wel­ chem wenigstens Teilbereiche für den Vergleich verwendet wer­ den können. Um den ständig steigenden Anforderungen in Hin­ sicht auf Qualität und Herstellungszeit in der Maskenferti­ gung gerecht zu werden, werden aber zunehmend auch Parallel­ fertigungen von Masken gestartet, von welcher nur die erste den Spezifikationen genügende Maske ausgeliefert wird. In den Kontrollen nach vorherigen Prozeßschritten durchgefallene, gleichartige Masken können aber unter Berücksichtigung der auf Ihnen vorhandenen Fehler als Referenzmaske verwendet wer­ den.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den un­ tergeordneten Patentansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Auswahl verschiedener Inspektionsmethoden für Masken, nämlich die Die-to-Die Inspektion (a), die Die-to-Database Inspektion (b) und erfindungsgemäß die Mask-to-Mask Inspektion (c).

Fig. 2 schematisch die Zusammenschaltung zweier Defektin­ spektionsanlagen, jeweils mit Steuerrechner und ei­ nem zwischengeschalteten Interface bzw. Bussystem.

Im folgenden erfindungsgemäßen Beispiel soll die Defektin­ spektion für eine alternierende Phasenmaske durchgeführt wer­ den. In Fig. 1 sind die dem Stand der Technik gemäßen Metho­ den, sowie die erfindungsgemäßen Methoden, welche für die In­ spektion grundsätzlich zur Verfügung stehen, dargestellt. In Fig. 1a wird skizziert, wie zwei Dies 2 auf einer Maske 1 miteinander verglichen werden, gleichbedeutend der Die-to-Die Inspektion. In Fig. 1b ist die Die-to-Database Inspektion skizziert, wobei die aufgenommenen Daten des Dies 2 auf der Maske 1 mit dem die lokalen Phasendifferenzen bei alternie­ renden Phasenmasken berücksichtigenden Simulationen der Bild­ daten aus der als Referenz dienenden Datenbank 3 zum Ver­ gleich herangezogen werden. Da die alternierende Phasenmaske 1 im vorliegenden Beispiel eine singuläre Struktur aufweisen soll, ist die in Fig. 1a dargestellte Methode des Vergleichs zweier Dies auf der Maske 1 leider nicht anwendbar. Weil sich auch das Herstellungsverfahren der alternierenden Phasenmas­ ken selbst noch in der Entwicklung befindet, können auch für die Die-to-Database Defektinspektion nur entweder provisori­ sche oder im Prinzip unangemessene, herkömmliche Simulati­ onsalgorithmen verwendet werden, welche aus den Designdaten in der Datenbank 3 durch Berücksichtigung der lokalen Phasen­ differenzen und Beugungsmechanismen ein imaginäres Referenz­ bild erzeugen. Durch diese Schwierigkeiten wird einerseits die Qualität der Defektinspektion der alternierenden Phasen­ maske negativ beeinflußt, andererseits kann bereits die Simu­ lationsdauer jene Dauer der eigentlichen Bildaufnahme bei weitem übersteigen, so daß die Fertigungsdauer der Maske 1 nachteilhaft verlängert wird.

Liegt nun eine Referenzmaske mit einem wenigstens in einem Teilbereich identischen Strukturbild vor, so können ähnlich wie bei der Die-to-Die Inspektion die entsprechenden Teilbe­ reiche der zu untersuchenden Maske 1 und der Referenzmaske 1' miteinander verglichen werden, wie in Fig. 1c gezeigt ist. Der Unterschied besteht darin, daß hier nicht notwendigerweise eine Struktur aus über der Maske verteilten Dies vorliegen muß, sondern die Anwendbarkeit auch auf Masken mit singulä­ ren, also nur einmal auf der Maske vorliegenden Strukturen ausgedehnt werden kann.

Zur Durchführung der Defektinspektion werden zwei vorzugswei­ se gleichartige Defektinspektionsanlagen 4, 4', z. B. KLA 353 UV, mit der zu untersuchenden alternierenden Phasenmaske 1 und einer in diesem Beispiel identischen alternierenden Pha­ senmaske 1' beladen. Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, werden die beiden Defektinspektionsanlagen 4, 4' jeweils von einem Steuerrechner 5 bzw. 5' gesteuert. Die beiden Anla­ gen werden nun aus dem Einzelbetriebsmodus herausgenommen und durch ein Interface 6 zwischen den beiden Steuerrechnern 5 und 5' verbunden, so daß die Bilddaten und Steuersignale übertragen werden können. Das Interface 6 bewerkstelligt ei­ nen etwa gleich hohen Datendurchsatz zu den Steuerrechnern 5 bzw. 5', wie diese ihn zu den Defektinspektionsanlagen 4 und 4' bewältigen können. Nach der jeweiligen Justierung der Mas­ ken 1 und 1' auf den Defektinspektionsanlagen 4, 4' wird auf der Defektinspektionsanlage 4 die Abrasterung etwa 1000 × 1.000.000 Pixel umfassender Streifen gestartet. Gleichzeitig sendet der Steuerrechner 5 über das Interface 6 ein Signal an den Steuerrechner 5' zum Anstoß der Abrasterung des entspre­ chenden Streifens auf der Maske 1', welcher die gleichen Ko­ ordinaten wie der gerade auf der Maske 1 in der Defektinspek­ tionsanlage 4 sich in Abrasterung befindliche Streifen be­ sitzt.

Die Pixeldaten des Rasterbildes der Maske 1', welche auf der Defektinspektionsanlage 4' inspiziert wird, werden vom Steu­ errechner 5' über das Interface 6 an den Steuerrechner 5 der ersten Defektinspektionsanlage 4 übermittelt. Auf dem Steuer­ rechner 5 befindet sich ein Bildverarbeitungsprogramm, wel­ ches die beiden Rasterbilder miteinander vergleicht und die entsprechenden Defektergebnisse dem betreuenden Operator si­ gnalisiert.

Während noch die Bildverarbeitung läuft, wird bereits vom Steuerrechner 5 die Inspektion des nächsten Rasterteilbe­ reichs auf der Maske 1 in der Defektinspektionsanlage 4 ge­ startet und, wie oben beschrieben, das entsprechende Signal an den Steuerrechner 5' zum Start der Inspektion des identi­ schen Teilbereiches auf der Maske 1' gesendet.

Für die Bildverarbeitungsaufgabe kann auch ein über das In­ terface bzw. das Bussystem 6 angeschlossener weiterer Steuer­ rechner zur Entlastung der genannten Steuerrechner verwendet werden. Besonders vorteilhaft erweist sich, daß beim Auftre­ ten von Problemen während der Inspektion der Teilbereiche die Inspektion sofort unterbrochen werden kann, um Fehler genau­ er, detaillierter zu untersuchen oder entsprechende Folgeak­ tionen einzuleiten.

Dies wäre im Falle der massiven Datenzwischenspeicherung un­ ter Verwendung nur einer Defektinspektionsanlage nicht mög­ lich.

Bezugszeichenliste

1

Maske

1

' Referenzmaske

2

Die

3

Datenbank

4

Defektinspektionsanlage

4

' Defektinspektionsanlage (Referenz)

5

,

5

' Steuerrechner

6

Bussystem; Interface

Claims (9)

1. Verfahren zur Inspektion von Defekten auf einer Maske (1), umfassend die Schritte:

• a) eine erste Defektinspektionsanlage (4) wird mit der Maske (1) beladen,
• b) eine zweite Defektinspektionsanlage (4') wird mit einer Referenzmaske (1') beladen, welche wenigstens in einem Teilbereich ihrer Oberfläche eine zu der Maske (1) iden­ tische Strukturierung aufweist,
• c) ein erster Steuerrechner (5) der ersten Defektinspek­ tionsanlage (4) wird mit einem zweiten Steuerrechner der zweiten Defektinspektionanlage (4') über ein der Kommuni­ kation zwischen beiden Steuerrechnern (5, 5') dienendes Bussystem (6) verbunden,
• d) ein Ausschnitt aus dem Teilbereich mit identischer Struk­ turierung der Maske (1) wird mit der ersten Defektinspek­ tionsanlage (4) aufgenommen und im ersten. Steuerrechner (5) als Bild aufgebaut,
• e) ein Ausschnitt aus dem Teilbereich mit identischer Struk­ turierung der Referenzmaske (1') wird mit der zweiten Defektinspektionanlage (4') aufgenommen und im zweiten Steuerrechner (5') als Bild aufgebaut,
• f) das Bild eines der beiden Steuerrechner (5, 5') wird über das Bussystem (6) zu dem anderen der beiden Steuerrechner (5, 5') transferiert,
• g) die Bilder werden miteinander verglichen,
• h) in Abhängigkeit von dem Vergleich wird die Maske (1) qua­ lifiziert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt (g) die Schritte (d), (e) und (f) zur Aufnahme weiterer Ausschnitte aus dem Teilbereich mit identischer Struktur wiederholt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Inspektion der Maske (1) die Inspektion der Referenzmaske (1') durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich eines ersten Ausschnitts in Schritt (g) während der Aufnahme eines zweiten Ausschnittes in Schritt (d) und (e) durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Maske (1) und die Referenzmaske (1') auf Sili­ zium-Wafern strukturierte Masken verwendet werden.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Maske (1) und die Referenzmaske (1') auf reflektierend beschichteten Quarzplatten oder Silizium-Wafern strukturierte Masken verwendet werden.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Steuerrechner (5, 5') Steuersignale zur Kontrolle beider Inspektionsanlagen (4, 4') aussendet.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein dritter Steuerrechner über ein der Kommunikation dienendes Bussystem mit dem ersten und zweiten Steuerrechner (5, 5') verbunden wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine dritte Defektinspektionsanlage an mindestens einen der dritten oder weiteren Steuerrechner angeschlossen wird und mit einer Maske (1) zur Inspektion beladen wird.