DE10115888B4 - Method for single mask calibration - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Einzelmaskenkalibrierung für
Masken (M), deren Strukturflanken von Maske zu Maske schwankende
Flankenwinkel haben und die AFM-(Atomic Forces Microscope) oder
SEM-(Scanning Electron Microscope)Messungen unterworfen werden,
dadurch
gekennzeichnet, dass
– jede
einzelne Maske (M) zunächst
an isolierten Strukturen (PCI) lichtoptisch vermessen wird,
– sodann
dieselben Strukturen (PCI) der jeweiligen Maske (M) einer RFM- oder
SEM-Messung ausgesetzt werden und
– der Offset (O) der Ergebnisse
zwischen lichtoptischer Messung und AFM- bzw. SEM-Messung als Kalibrierkonstante
für anschließende AFM-
bzw. SEM-Messungen an weiteren, lichtoptisch nicht vermessbaren
Strukturen (FS) der jeweiligen Masken (M) herangezogen wird.Method for single mask calibration for masks (M) whose structure edges have variable flank angles from mask to mask and which are subjected to AFM (Atomic Forces Microscope) or SEM (Scanning Electron Microscope) measurements,
characterized in that
- each individual mask (M) is initially measured by light optics on isolated structures (PCI),
- Then the same structures (PCI) of the respective mask (M) are exposed to an RFM or SEM measurement and
- The offset (O) of the results between light-optical measurement and AFM or SEM measurement as a calibration constant for subsequent AFM or SEM measurements on other, optically not measurable structures (FS) of the respective masks (M) is used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einzelmaskenkalibrierung für Masken, deren Strukturflanken von Maske zu Maske schwankende Flankenwinkel haben und die AFM-(Atomic Force Microscope) oder SEM-(Scanning Electron Microscope) Messungen oder dergleichen unterworfen werden.The The present invention relates to a method of single mask calibration for masks, their structure flanks from mask to mask fluctuate flank angles have and the AFM (Atomic Force Microscope) or SEM (Scanning Electron Microscope) measurements or the like.
CD-(Critical Dimension)Messungen an Fotomasken werden bekanntlich mit optischen Messgeräten (Messtools, wie beispielsweise Mue Tec) im Durchlicht vorgenommen, um so das CD-Maß einer bestimmten Struktur der Fotomaske, wie beispielsweise einer Linie, am Fuß dieser Struktur zu messen. Das auf diese Weise erhaltene Maß der Struktur ist für die Abbildung dieser Struktur auf einen Wafer relevant.CD (Critical Dimension) Measurements on photomasks are known to be optical measuring instruments (Measurement tools, such as Mue Tec) in transmitted light, so the CD measure of a particular Structure of the photomask, such as a line, at the foot of this Structure to measure. The measure of structure obtained in this way is for the mapping of this structure to a wafer relevant.
Infolge der ständig kleiner werdenden Strukturgrößen, wie beispielsweise schmaler werdenden Breiten der Strukturen von Leiterbahnen, sind optische Messtools nicht mehr ausreichend. Dies gilt insbesondere auch für OPC (optical proximity correction), bei der Merkmale und Eigenschaften von Strukturen gemessen werden, die unterhalb der optischen Auflösung liegen. Daher werden hier zunehmend CD-AFMs und CD-SEMs eingesetzt.As a result the constantly decreasing structure sizes, such as for example, narrowing widths of the structures of printed conductors, Optical measuring tools are no longer sufficient. This is especially true also for OPC (optical proximity correction), in the features and characteristics be measured by structures that are below the optical resolution. Therefore, increasingly CD-AFMs and CD-SEMs are used here.
Nun ist aber zu beachten, dass die Strukturen von Fotomasken, die gewöhnlich aus Chrom oder Molybdänsilizid (MoSi) hergestellt sind, keine senkrechten Strukturflanken aufweisen. Vielmehr schwanken, abhängig von den zur Herstellung der Strukturen der Fotomasken eingesetzten Trockenätzprozessen, die Flankenwinkel von Einzelmaske zu Einzelmaske im Bereich zwischen etwa 70° und 80°. Mit anderen Worten, da die Flanken der Strukturen einer Maske im allgemeinen nicht senkrecht sind, messen beispielsweise SEM und AFM einerseits und Mue Tec andererseits unterschiedliche CD-Werte. Während nämlich bei lichtoptischen Messungen der Kanteneinfluss auf den CD-Wert ins Ergebnis einfließt, messen CD-SEMs nur die Oberkante von Strukturen, was einen CD-Wert ergibt, der für eine Lithografie auf einem Wafer nicht relevant ist. CD-AFMs werfen ähnliche Probleme auf, da deren Messspitzen bzw. Tips an ihrem Fuß eine Rundung mit einem Radius über 30 nm aufweisen, so dass die unteren 30 nm von beispielsweise 100 nm hohen Maskenstrukturen einer Messung wie beim SEM nicht zugänglich sind.Now But it should be noted that the structures of photomasks, which usually out Chromium or molybdenum silicide (MoSi) are produced, have no vertical structural edges. Rather, they vary, depending of those used to make the structures of the photomasks dry etching, the flank angles from single mask to single mask in the area between about 70 ° and 80 °. With In other words, since the flanks of the structures of a mask in general are not vertical, for example, SEM and AFM measure on the one hand and Mue Tec on the other hand different CD values. For while at light-optical measurements of the edge influence on the CD value into the result flows, CD-SEMs measure only the top of structures, giving a CD-value that results for one Lithography on a wafer is not relevant. CD AFMs throw similar Problems on because their tips or tips at their feet with a rounding a radius over 30 nm, so that the lower 30 nm of, for example, 100 nm high mask structures of a measurement as in SEM are not accessible.
In
In
Obwohl an sich die obigen Zusammenhänge bzw. Unterschiede zwischen den durch SEM- bzw. AFM-Messung und optischer Messung erhaltenen Werte dem Fachmann geläufig sind, gibt es bisher keine Möglichkeit, CD-SEMs und CD-AFMs so zu kalibrieren, dass die für die Lithografie wesentlichen Werte D1 erhalten werden. Vielmehr werden bisher die Offsets O schlicht nicht berücksichtigt.Even though in itself the above relationships or Differences between the by SEM or AFM measurement and optical Measurement obtained values are familiar to the expert, there are none Possibility, Calibrate CD-SEMs and CD-AFMs for lithography essential values D1 are obtained. Rather, so far the O's just ignored.
Es
hat sich aber gezeigt, dass speziell bei feinen Strukturen die Berücksichtigung
eines Offsets vorteilhaft wäre.
Für lichtoptische Messungen gilt derzeit der so genannte NIST-Standard (NIST = National Institute for Standardisation Technology, USA). Ein solcher Standard ist für SEM- bzw. AFM-Messungen nicht vorhanden.For light-optical Measurements are currently subject to the so-called NIST standard (NIST = National Institute for Standardization Technology, USA). Such a standard is for SEM or AFM measurements not available.
Im Einzelnen wird in Ruhl, G., u.a.: Chrome dry etch process characterization using surface nanoprofiling. In: Proc. SPIE, Vol. 4186 (2000), Seiten 97–107, auf die Problematik schräger Seitenwände bei Masken und Resistschichten eingegangen. Dabei wird insbesondere betont, dass die Neigung dieser Seitenwände bei CD-Messungen bzw. Ätzungen berücksichtigt werden muss. Als Lösung für dieses Problem wird der Einsatz eines sogenannten SNP (Scanning Nano Profilers) empfohlen.Specifically, in Ruhl, G., et al .: Chrome dry etch process characterization using surface na noprofiling. In: Proc. SPIE, Vol. 4186 (2000), pages 97-107, the problem of oblique sidewalls for masks and resist layers received. It is emphasized in particular that the inclination of these side walls must be taken into account in CD measurements or etching. As a solution to this problem, the use of a so-called SNP (Scanning Nano Profiler) is recommended.
Weiterhin ist aus Allen R.A., u.a.: Comparisons of measured linewidth of sub-micrometer lines using optical, electrical, and SEM metrologies. In: Proc. SPIE, Vol. 1926 (1993), Seiten 33–43, bekannt, dass lichtoptische, elektrische und SEM-Messungen zu "systematischen und uniformen Offsets" zwischen den verschiedenen Techniken führen.Farther is from Allen R.A., et al .: Comparisons of measured linewidth of sub-micrometer lines using optical, electrical, and SEM metrologies. In: Proc. SPIE, Vol. 1926 (1993), pages 33-43, discloses that light-optical, electrical and SEM measurements to "systematic and uniforms offsets "between the lead to different techniques.
Weiterhin gibt in diesem Zusammenhang Jones, S.K., u.a.: Comparison of metrology methods for measurement of micron and submicron resist and polysilicon features. In: Proc. SPIE, Vol. 1261 (1990), Seiten 53–62, einen Überblick über einen Vergleich verschiedener Messmethoden, wie beispielsweise einer Messung mittels eines UV-Zaser-Steppers, SEM-Messungen, Rasterelektronenmikroskop-Messungen usw. Ähnliches gilt auch für Mirande, W., u.a.: Accuracy in critical dimension measurements on integrated circuits and photomasks. In: Microelectron. Eng., Vol. 30, 1–4 (1996), Seiten 587–591, wo ein Vergleich zwischen AFM-Messungen und lichtoptischen Messungen vorgenommen wird.Farther Jones, S.K., et al .: Comparison of metrology methods for measurement of micron and submicron resist and polysilicon features. In: Proc. SPIE, Vol. 1261 (1990), pages 53-62, for a review of one Comparison of different measurement methods, such as a measurement using a UV Zaser stepper, SEM measurements, scanning electron microscope measurements etc. like that applies to Mirande, W., et al .: Accuracy in critical dimension measurements on integrated circuits and photomasks. In: Microelectron. Eng., Vol. 30, 1-4 (1996), pages 587-591, where a comparison between AFM measurements and light-optical measurements is made.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vermessung von Masken zu schaffen, das bei SEM- oder AFM-Messungen ein Rückführen dieser Messungen auf den NIST-Standard erlaubt.It The object of the present invention is a method for measuring masks, which in SEM or AFM measurements, a return of these measurements on the NIST standard allowed.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.These Task is in a method according to the preamble of claim 1 according to the invention solved the features contained in its characterizing part.
Die Erfinder haben zunächst als erste erkannt, dass die Flankensteilheit bei Masken prozessbedingt von Maske zu Maske variiert, jedoch bei jeder einzelnen Maske im Wesentlichen konstant ist. Indem der Offset O zwischen optischer Messung, beispielsweise μtec-Messung, und SEM- oder AFM-Messung für jede Einzelmaske neu bestimmt wird, ist es somit möglich, eine Einzelmaskenkalibrierung vorzunehmen, die zu Ergebnissen führt, welche auf den NIST-Standard rückführbar sind.The Inventors have first was the first to recognize that the edge steepness of masks is process-related varies from mask to mask, but with each mask in the Is essentially constant. By the offset O between optical Measurement, for example μtec measurement, and SEM or AFM measurement for every single mask is redetermined, it is thus possible to have one Perform a single mask calibration, which leads to results, which on are traceable to the NIST standard.
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird somit jede Einzelmaske an isolierten Strukturen, beispielsweise
an ein Kreuz bildenden isolierten Linien, vermessen, wobei diese
Linien Balkenbreiten von z. B. 1 μm
haben können.
Diese Linien werden auch als PCI (Position Control Indicator) bezeichnet.
Zunächst werden
diese PCIs mit einem lichtoptischen Messtool vermessen. Ein CD-SEM
oder ein CD-AFM misst dann dieselben Linien bzw. denselben PCI.
Der auf diese Weise erhaltene Offset zwischen optischer Messung
und SEM- bzw. AFM-Messung dient dann als Kalibrierkonstante für anschließende, weitere SEM-
bzw. AFM-Messungen an beispielsweise Zellenfeld oder OPC-Strukturen,
an denen das lichtoptische Messtool nicht kalibriert messen kann,
da diese Strukturen unterhalb des Auflösungslimits liegen, wie beispielsweise
die in
Es hat sich gezeigt, dass mit der so erhaltenen kalibrierten SEM- bzw. AFM-Messung beispielsweise Kanteneffekte ohne weiteres berücksichtigt werden können. Damit ist es möglich, SEM- oder AFM-Messungen auf den NIST-Standard zurückzuführen.It It has been found that with the thus obtained calibrated SEM or AFM measurement, for example, edge effects are readily taken into account can. This makes it possible SEM or AFM measurements to the NIST standard.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können prozessbedingte Abhängigkeiten der Flankensteilheit von der Orientierung der einzelnen Strukturen und auch möglicherweise vorhandene, so genannte x-y-Effekte im Messtool, wie beispielsweise Polarisationseffekte bei μtec-Messungen berücksichtigt werden.With the method according to the invention can process-related dependencies the steepness of the orientation of the individual structures and maybe also existing, so-called x-y effects in the measuring tool, such as Polarization effects in μtec measurements considered become.
Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auf so genannte helle Strukturen und dunkle Strukturen anwendbar: wird ein positiver Offset zu allen SEM- bzw. AFM-Maßen dunkler Strukturen addiert und von allen SEM- bzw. AFM-Maßen heller Strukturen subtrahiert, so wird sofort das CD-Maß am Fuß dieser Strukturen erhalten.Also is the inventive method without further on so-called light structures and dark structures Applicable: A positive offset becomes darker to all SEM or AFM dimensions Structures added and lighter from all SEM or AFM dimensions Subtracting structures, the CD dimension at the foot of these structures is immediately obtained.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Die
Diese Maske M wird zunächst einer optischen Messung unterworfen, wobei der PCI zur Bestimmung der Struktur des entsprechenden Fensters W ausgewertet wird.These Mask M becomes first subjected to an optical measurement, the PCI for the determination the structure of the corresponding window W is evaluated.
Es schließt sich sodann eine SEM- oder AFM-Messung derselben Einzelmaske M mit dem PCI als zu vermessender Struktur an. Damit wird für den gleichen PCI ein anderer Wert als mit der optischen Messung erhalten.It includes then a SEM or AFM measurement of the same single mask M with to the PCI as a structure to be measured. This will be for the same PCI value other than obtained with the optical measurement.
Mit anderen Worten, wenn die optische Messung die Größe D1 ergeben hat, so wird mit der SEM- oder AFM-Messung dann die Größe D2 erhalten. Aus diesen Größen D1 und D2 kann dann der Offset bzw. Versatz O zwischen optischer Messung und SEM- oder AFM-Messung gewonnen werden. Dieser Offset O ist über der gesamten Einzelmaske M im Wesentlichen konstant, wie Versuche der Erfinder ergeben haben. Mit anderen Worten, der Offset O kann als Kalibrierungskonstante herangezogen werden, wenn in CD-Messungen Zellenfeld- oder OPC-Strukturen (OPC = Optical Proximity Correction) gemessen werden. Mit der Erfindung können so Feinstrukturen FS kalibriert mittels einer SEM- oder AFM-Messung ausgewertet werden, welche einer üblichen optischen Messung nicht zugänglich sind.With In other words, if the optical measurement has given the size D1, then then get the size D2 with the SEM or AFM measurement. From these Sizes D1 and D2 can then be the offset O between optical measurement and SEM or AFM measurement be won. This offset O is over the entire single mask M substantially constant, as experiments of the inventors have shown. In other words, the offset O can be used as a calibration constant be used in CD measurements cell field or OPC structures (OPC = Optical Proximity Correction). With the invention can so fine structures FS calibrated by means of a SEM or AFM measurement be evaluated, which is not a standard optical measurement accessible are.
Die Erfindung schafft so ein Verfahren zur SEM- oder AFM-Messung von Feinstrukturen, wobei diese Messung auf den NIST-Standard zurückführbar ist.The The invention thus provides a method for SEM or AFM measurement of Fine structures, this measurement being traceable to the NIST standard.
Anstelle von AFM- bzw. SEM-Messungen können auch andere Elektronenstrahl-Messverfahren oder ähnliche Messverfahren eingesetzt werden, die eine CD-Metrologie an Fotomasken mit hoher Auflösung und OPC gestatten.Instead of of AFM or SEM measurements also other electron beam measuring methods or similar measuring methods are used be a CD metrology on high resolution photomasks and OPC permit.
Als
PCIs können
helle (vgl.
Claims (5)
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