DE10146355A1

DE10146355A1 - Verfahren zum automatischen optischen Vermessen einer OPC-Struktur

Info

Publication number: DE10146355A1
Application number: DE10146355A
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Brueck; Gerd Scheuring
Original assignee: MUETEC AUTOMATISIERTE MIKROSKO
Current assignee: MUETEC AUTOMATISIERTE MIKROSKO
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-24
Also published as: WO2003025979A2; WO2003025979A3; JP2005503591A; AU2002333866A1; IL160949A; IL160949A0; EP1428072A2; US20080071479A1; JP4183617B2; US7460962B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum optischen Vermessen einer OPC-Struktur, die einer vorbestimmten Struktur auf einer Photomaske zugeordnet ist, um eine Abmessung der Struktur in zumindest einer Richtung zu erfassen, wird zunächst ein Bereich auf der Photomaske festgelegt, der die zu vermessende OPC-Struktur umfasst. Anschließend wird in einer ersten Richtung die Intensität des festgelegten Bereichs abgetastet und für jede Abtastung wird der Ort festgelegt, an dem die Intensität eine Schwelle durchläuft. Der maximale Abstand zwischen einer Kante der Struktur und einer Kante der zugehörigen OPC-Struktur wird basierend auf der Differenz der festgelegten Orte bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum optischen Vermessen einer OPC-Struktur, insbesondere zum Vermessen einer OPC-Struktur, die einer vorbestimmten Struktur auf einer Photomaske zugeordnet ist.
Der Trend in der Halbleiterfertigung geht immer mehr in Richtung kleiner und kleinster Strukturen. Das übliche Verfahren ist hierbei die Belichtung von Wafern unter Verwendung von Photomasken mittels Licht (z. B. mittels visueller Wellenlängen oder Wellenlängen im UV-Bereich), Ionenstrahlen, Elektronenstrahlen, Röntgenstrahlen oder anderer abbildender Verfahren (Lithographie). Hierbei sind die abzubildenden Strukturen, wie etwa dünne Leiterbahnen oder kleine Kontakte, oft in der Größenordnung oder sogar kleiner als die verwendeten Wellenlängen, was zwangsläufig zu Abbildungsfehler führen muss. Die Abbildungsgrenzen für Lithographieverfahren, welche sichtbares Licht verwenden, liegen bei etwa 350 nm bis 400 nm Strukturgröße, und die Abbildungsgrenze für Lithographieverfahren, welche UV-Licht verwenden, liegen bei etwa 250 nm bis 300 nm. Insbesondere werden, bedingt durch die begrenzte Auflösung, Ecken von Strukturen oder Linienenden auf dem Wafer stark abgerundet abgebildet.
Um eine bessere Formtreue im Vergleich zum ursprünglichen Entwurf (Design/Layout) zu erreichen, werden die oben genannten, kritischen Stellen (Ecken, Linienenden) auf der Photomaske mit OPC-Strukturen oder OPC ähnlichen Strukturen versehen (OPC = Optical Proximity Correction = Korrektur von optischen Proximitätseffekten).
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Begriff OPC-Struktur jede Struktur oder jedes Element verstanden, das einer Photomaske hinzugefügt wird, um eine getreue Abbildung der Maske auf ein Substrat sicherzustellen bzw. zu unterstützen.
Die OPC-Strukturen dienen dazu, die eigentlich zu erzeugenden Strukturen auf der Photomaske gezielt zu verändern, um auf dem Wafer eine bessere, d. h. beispielsweise an den Ecken weniger abgerundete, Abbildung zu erzielen.
Anhand der Fig. 1 werden nachfolgend zwei Beispiele für das Layout von OPC-Strukturen zur Erzeugung von Photomasken beschrieben. In Fig. 1A ist ein Ausschnitt 100 eines Layouts gezeigt, der einen Abschnitt einer ersten Struktur 102 umfasst. Um aufgrund der Abbildung des Layouts 100 auf die Photomaske eine Abrundung im Bereich der Ecke 104 zu vermeiden, ist dort eine OPC-Struktur 106 vorgesehen, die im Bereich der Ecke 104 über die horizontale Kante 108 und die vertikale Kante 110 der Struktur 102 hervorsteht. Bei dem in Fig. 1A gezeigten Beispiel für ein Layout ist die OPC- Struktur 106 im wesentlichen quadratisch. Die in Fig. 1A gezeigte OPC-Struktur an der Ecke 104 wird auch als Corner Serif bezeichnet.
In Fig. 1B ist ein Ausschnitt 200 eines Layouts gezeigt, zusammen mit einem Abschnitt einer zweiten Struktur 202. Die zweite Struktur 202 ist eine Linie, und im Ausschnitt 200 des Layouts ist das Linienende der Struktur 202 dargestellt. Die Struktur 202 umfasst zwei parallele, vertikale Kanten 204 und 206 sowie eine horizontale Kante 208, die im Bereich einer ersten Ecke 210 und im Bereich einer zweiten Ecke 212 mit den vertikalen Kanten 204 und 206 verbunden ist. Bei der Übertragung des Layouts 200 auf eine Photomaske ergibt sich ein ähnliches Problem wie bei der Übertragung des anhand der Fig. 1A beschriebenen Layouts, nämlich dass die auf der Photomaske erzeugte Struktur im Bereich der Ecken 210 und 212 abgerundet ist, so dass auch hier, ähnlich wie in Fig. 1A, eine OPC-Struktur im Bereich der Ecken 210 und 212 vorgesehen sein muss. In Fig. 1B sind zwei OPC-Strukturen 214 und 216 im Bereich der Ecken 210 bzw. 212 angeordnet, wobei die OPC-Strukturen jeweils über die Kanten 204 und 208 bzw. 206 und 208 hervorstehen. Wie auch in Fig. 1A sind hier die OPC-Strukturen im wesentlichen quadratischer Natur. Die in Fig. 1B gezeigte Struktur wird auch als Linienend-Serifen bezeichnet. Ein Spezialfalldiesre OPC-Strukturen, bei dem die Serifen am Linienendeaneinanderliegen, wird auch als Hammerhead (Hammerkopf) bezeichnet.
Bedingt durch ihre Funktion sind die in den Fig. 1A und 1B dargestellten OPC-Strukturen 106, 214 und 216 sehr klein (ca. 200 nm und kleiner)
Anstelle der in Fig. 1 beschriebenen Strukturen sind noch andere Struktur oder Elemente möglich, z. B. sog. Jogs oder Scatterbars, um die Kantenqualität zu verbessern.
Bei der üblichen Qualitätsüberprüfung und Qualitätssicherungen von Photomasken, die beispielsweise unter Heranziehung der Layouts, wie sie in den Fig. 1A und 1B beschrieben wurden, erzeugt wurden, mittels optischer Mikroskopie stellen diese kleinen Abmessungen der OPC-Strukturen eine besondere Herausforderung dar. Ferner existiert aufgrund der hohen Anzahl von OPC-Strukturen in verschiedenen räumlichen Orientierungen auf nur einer Photomaske ein Bedarf an einem automatischen Verfahren zur Erkennung und Messung dieser Strukturen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches mit minimalem Aufwand die optische Vermessung einer OPC-Struktur, die einer vorbestimmten Struktur auf einer Photomaske zugeordnet ist, ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum optischen Vermessen einer OPC-Struktur, die einer vorbestimmten Struktur auf einer Photomaske zugeordnet ist, um eine Abmessung der OPC-Struktur in zumindest einer Richtung zu erfassen, mit folgenden Schritten:

a) Festlegen eines Bereichs auf der Photomaske, der die zu vermessende OPC-Struktur umfasst; und
b) Abtasten der Intensität des festgelegten Bereichs in einer ersten Richtung, und für jede Abtastung in der ersten Richtung:
- 1. (b.1) Festlegen des Orts, an dem die Intensität eine Schwelle durchläuft, und
- 2. (b.2) Bestimmen des maximalen Abstands zwischen einer Kante der Struktur und einer Kante der zugehörigen OPC-Struktur, basierend auf der Differenz der im Schritt (b.1) festgelegten Orte.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Struktur in zwei Richtungen vermessen. In diesem Fall erfolgt zusätzlich ein Abtasten der Intensität des festgelegten Bereichs in einer zweiten Richtung, und für jede Abtastung in der zweiten Richtung wird eine Ort festgelegt, an dem die Intensität die Schwelle durchläuft, und der maximale Abstands zwischen einer Kante der Struktur und einer Kante der zugehörigen OPC-Struktur, wird basierend auf der Differenz der festgelegten Orte bestimmt. Alternativ kann anstelle des zusätzlichen Abtastens in der zweiten Richtung die Photomaske gedreht werden, und das Abtasten in der ersten Richtung wird wiederholt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Schwelle basierend auf den Intensitäten festgelegt, die der Struktur und einem Hintergrund der Struktur zugeordnet sind.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird nach dem Festlegen eines Bereichs auf der Photomaske zunächst die Art der Struktur und/oder Orientierung der Struktur bzgl. einer Referenzposition identifiziert. Die Art der Struktur wird vorzugsweise identifiziert, indem der festgelegte Bereich entlang der Kanten des Bereichs abgetastet wird. Zur Identifizierung eines Corner Senfs genügt die Abtastung der Ecken des Bereichs. Andernfalls wird der Intensitätsverlauf bzw. die Anzahl der Intensitätsübergänge zwischen Hell und Dunkel entlang der gesamten Kanten benutzt, um die Art der Struktur zu bestimmen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein automatisches Verfahren, welches es erstmals ermöglicht, mit minimalem Aufwand von Seiten eines Bedieners einen "Corner Serif", "Linienend-Serifen" oder andere OPC oder OPC ähnliche Strukturen auf einer Photomaske zu erkennen und mit einer ausreichenden Genauigkeit zu vermessen.

Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert die durch die Bedienungsperson verursachbaren Fehler, da es objektiv arbeitet und so durch subjektive Beurteilungen bedingte Fehler eliminiert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Darstellung eines Layouts für einen Abschnitt einer Photomaske, wobei das Layout eine Ecke mit Corner Serif zeigt;
Fig. 1B eine schematische Darstellung eines Layouts für einen Abschnitt einer Photomaske, wobei das Layout ein Linienende mit Linienendserifen zeigt;
Fig. 2A einen Ausschnitt einer Photomaske, der unter Verwendung des Layoutausschnitts aus Fig. 1A erzeugt wurde;
Fig. 2B einen Ausschnitt einer Photomaske, der unter Verwendung des Layouts aus Fig. 1B erzeugt wurde;
Fig. 3A ein Beispiel für die Kantenantastung in x- Richtung bei Linienendserifen; und
Fig. 3B ein Beispiel für die Kantenantastung in y- Richtung bei Linienendserifen.
In Fig. 2A ist eine Abbildung eines Intensitätsbildes (Ausschnitts 300) einer Photomaske gezeigt, die mittels herkömmlicher Bilderzeugungsverfahren erzeugt wurde, z. B. durch ein Mikroskop mit zugeordneter CCD-Kamera. Alternativ kann es sich auch um ein SEM-Bild oder ein anderes Bild handeln, das durch andere Bilderzeugungsverfahren erzeugt wurde.
In Fig. 2A ist ein Ausschnitt 300 einer Photomaske gezeigt, wobei der Ausschnitt 300 durch Übertragen des Layouts aus Fig. 1A auf eine Photomaske erzeugt wurde. Der Ausschnitt 300 umfasst einen Abschnitt einer Photomaskenstruktur 302, welche eine Ecke 304 umfasst. Im Bereich der Ecke 304 der Struktur 302 ist auf der Photomaske die OPC-Struktur 306 erzeugt worden, die, verglichen mit der Struktur im Layout (siehe Fig. 1A) mit abgerundeten Kanten auf der Photomaske erzeugt wurde. Wie zu erkennen ist, ist die OPC-Struktur 306 derart ausgebildet, dass diese über eine horizontale Kante (in x-Richtung) der Struktur 302 sowie über eine vertikale Kante 310 (in y-Richtung) der Struktur 302 hervorsteht.
Um die erzeugte Photomaske hinsichtlich deren Qualität zu überprüfen, ist es nun erforderlich, die erzeugte OPC- Struktur 306 hinsichtlich deren Abmessungen, insbesondere hinsichtlich des Abstands derselben, von den Kanten 308 und 310 zu überprüfen, um sicherzustellen, dass die so erzeugte OPC-Struktur 306 bei einer Anwendung der Photomaske zur Erzeugung einer Struktur auf einem Substrat die erwünschte Korrektur im Eckbereich der auf dem Substrat erzeugten Struktur herbeiführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, das es erstmals ermöglicht, mit minimalem Aufwand von Seiten des Bedieners die Abstände dx und dy der OPC-Struktur 306 auf der Photomaske von der Struktur 302 mit ausreichender Genauigkeit zu vermessen.
Mittels eines optischen Mikroskops, das mit einer CCD- Kamera ausgestattet ist, wird ein Intensitätsbild von der Photomaske erzeugt, das die zu untersuchende Struktur, also die Struktur 302 mit zugeordneter OPC-Struktur 306, enthält. Um die zu untersuchende Struktur herum wird ein Bildausschnitt, der Ausschnitt 300, das sogenannte ROI (ROI = Region of interest = interessierende Region), definiert. Die Auswahl dieses Bereichs kann entweder manuell durch einen Anwender oder, abhängig davon, ob die Layout- Informationen bekannt sind, automatisch gesteuert durchgeführt werden. Auf die Größe des ROI 300 kommt es hierbei nicht an, wesentlich ist lediglich, dass das ROI 300 keine anderen Strukturen, sondern nur die Struktur 302 mit der zugeordneten OPC-Struktur 306, die zu vermessen ist, enthält. Sobald der Bereich 300 festgelegt ist, wird die Vermessung automatisch durch das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt.
Das ROI 300 enthält aufgrund der begrenzten räumlichen Auflösung des Mikroskops ein etwas verschmiertes Abbild der zu untersuchenden Gesamtstruktur 302, 306. Ansonsten wird die Struktur 302, 306 mit etwa konstanter Helligkeit abgebildet, und über die Auswertung der Intensitätsverteilung innerhalb des ROI 300 mit einem geeigneten Verfahren (z. B. Histogramm) wird eine Helligkeit der Struktur 302, 306 sowie eine Helligkeit des Hintergrunds ermittelt. Hierbei spielt es keine Rolle, ob es sich um eine helle Struktur vor dunklem Hintergrund oder um eine dunkel Struktur vor hellem Hintergrund, wie in Fig. 2A dargestellt, handelt.
Nachdem das ROI 300 festgelegt ist, werden alle Kanten der Gesamtstruktur 302, 306 in horizontaler Richtung (x- Richtung) und vertikaler Richtung (y-Richtung) angetastet.
Hierfür wird z. B. zunächst in x-Richtung die Intensität in dem Bereich 300 abgetastet, wobei für jede Abtastung in der x-Richtung der Ort festgelegt wird, an dem die festgestellte Intensität eine Schwelle durchläuft, also beispielsweise ein Intensitätssignal von einem Wert, der einen hellen Hintergrund darstellt, zu einem Wert, der eine dunkle Struktur darstellt (siehe Fig. 2A), erfolgt, wodurch das Vorhandensein einer Kante in der Photomaske festgestellt werden kann. Die Kantenabtastung erfolgt, wie erwähnt, mittels des Schwellenwertverfahrens, welches eine konstante Schwelle verwendet, die vorzugsweise aus den mittleren Intensitäten der zu messenden Struktur und des Hintergrunds berechnet wird. Hierbei wird der Schwellenwert so gewählt, dass der aus der begrenzten Auflösung des Mikroskops und der daraus resultierenden Verschmierung der kleinen OPC-Struktur entstehende Messfehler minimiert wird.
Die Abtastung in die x-Richtung erfolgt derart, dass in jeder Zeile eine Mehrzahl von Abtastpunkten ausgewählt wird, für die die Intensität festgelegt wird. Der Ort, an dem ein Intensitätswechsel von hell zu dunkel stattfindet, wird für jede Zeile festgelegt, und basierend auf der Differenz der für jede Zeile festgelegten Orte der Kante 310 der Gesamtstruktur 302, 306 wird der maximale Abstand zwischen einer Kante 312 der OPC-Struktur 306 und der Kante 310 der Struktur 302 zu dx bestimmt. Analog wird ein maximaler Abstand zwischen einer horizontalen Kante 314 der OPC-Struktur 306 und der Kante 308 der Struktur 302 zu dy bestimmt.
Im Bereich der Kante der Struktur wird die Kantenabtastung mit der kleinst möglichen räumlichen Auflösung entlang der zu vermessenden Kante durchgeführt. Im Fall eines schlechten Signal-zu-Rausch-Verhältnis kann auch eine gröbere räumliche Auflösung gewählt werden, wobei dann zwei oder mehr Zeilen bzw. Spalten senkrecht zu der Kante zusammengefasst werden.
Aufgrund der so durchgeführten Bestimmung der Orte der Kanten ist es nun möglich, aus den so erhaltenen Kantenprofilen in horizontaler Richtung und in vertikaler Richtung alle relevanten Dimensionen der der Struktur 302 überlagerten OPC-Struktur 306 zu erhalten, nämlich die Abmessungen dx und dy für den Corner Serif, wie es in Fig. 2A gezeigt ist. Das Endresultat besteht aus den Dimensionen der OPC- Struktur 306 in jeweils horizontaler Richtung und vertikaler Richtung, bzw. in der Distanz, um die die, OPC-Struktur die zu vermessende Struktur überragt, wobei für das in Fig. 2A gezeigte Beispiel ein Messwertpaar dx, dy erzeugt wird. Optional werden auch die Kantenpositionen bezüglich einer vorab festgelegten Bezugsposition (Referenzposition), der gesamte aus einzelnen Abtastungen resultierende Kantenverlauf und die Art der gefundenen Struktur (Typ, Orientierung, Hell/Dunkel) ausgegeben.
Bei einer alternativen Vorgehensweise wird anstelle der Abtastung einzelner Punkte in den Zeilen eine Zeile bzw. eine Spalte vollständig abgetastet und die Summe der Intensitätswerte dieser Abtastung zu erzeugen. Die so erzeugten Gesamtintensitätswerte für jede Zeile bzw. Spalte werden mit einer ersten und einer zweiten Schwelle verglichen. Für das in Fig. 2A gezeigte Ausführungsbeispiel zeigt einen Gesamtintensitätswert unterhalb der ersten Schwelle an, dass die Zeile keinen Bestandteil der Struktur 302 oder der OPC- Struktur 306 aufweist. Eine solche Zeile ist beispielhaft in Fig. 2A bei 316 gezeigt. Die zweite Schwelle definiert die Grenze zwischen der OPC-Struktur 306 und der Struktur 302, an der eine Intensität, die die zweite Schwelle übersteigt, als eine Kombination der von dem Hintergrund und der Struktur 302 herrührenden Intensitäten angesehen wird. Eine solche Zeile ist beispielhaft bei 318 gezeigt. Liegt eine Gesamtintensität einer vollständig abgetasteten Zeile zwischen der ersten Schwelle und der zweiten Schwelle, wie dies beispielsweise bei der Zeile 320 in Fig. 2A gezeigt ist, so umfasst diese abgetastete Gesamtzeile 320 lediglich die OPC-Struktur 306. Somit ist es möglich, beim Durchlaufen der ersten Schwelle die Kante 314 der OPC-Struktur 306 zu erkennen, und beim Durchlaufen der zweiten Schwelle die Kante 308 der Struktur 302 zu erkennen, und somit den Abstand der Kante 314 und 308 zueinander, bzw. eine Absolutposition dieser Kanten bezüglich eines vorab festgelegten Bezugspunkts zu bestimmen.
Analog ist eine entsprechende Vorgehensweise beim spaltenweisen Abtasten möglich. Diese Vorgehensweisen sind jedoch nur dann möglich, wenn Strukturen ähnlich wie in Fig. 2A abzutasten sind, nämlich wenn in einer Abtastrichtung nur eine Abmessung festgelegt werden soll. Sind mehrere Abmessungen in einer Abtastrichtung zu erfassen, so liefert das zeilen- bzw. spaltenweise Vorgehen keine eindeutige Aussage, so dass hier wieder auf das Abtasten einzelner Abtastpunkte entlang einer Zeile zurückgegriffen werden muss.
In Fig. 2B ist ein Ausschnitt einer Photomaske dargestellt, der eine Struktur enthält, die nach der Abbildung des Layouts aus Fig. 1B auf der Photomaske erhalten wird. Der Ausschnitt 400 zeigt einen Abschnitt einer Linie 402, die zwei vertikale Kanten 404 und 406 (in y-Richtung) sowie eine horizontale Kante 408 (in x-Richtung) umfasst, die mit den vertikalen Kanten im Bereich der Ecken 410 und 412 verbunden ist. Im Bereich der Ecken 410 und 412 sind die OPC- Strukturen 414 und 416 gebildet, die aufgrund der Abbildungstechnik, verglichen mit dem Layout in Fig. 1B, abgerundet auf der Photomaske 400 erzeugt wurden.
Ähnlich dem anhand der Fig. 2A als erste Alternative beschriebenen Verfahren wird hier ein Abstand der vertikalen Kante 404 der Struktur 402 zu der vertikalen Kante 418 der OPC-Struktur 414 als Abstand dx1 bestimmt. Ferner wird ein Abstand dy1 der horizontalen Kante 408 der Struktur 402 zu der horizontalen Kante 420 der OPC-Struktur 414 bestimmt. Bei dem Liniensegment 402 wird anschließend ferner ein Abstand dx2 zwischen der vertikalen Kante 406 der Struktur 402 und der vertikalen Kante 422 der OPC-Struktur 416 bestimmt, ebenso wie der Abstand dy2 zwischen der horizontalen Kante 408 der Struktur 402 und der horizontalen Kante 424 der OPC-Struktur 416. Die Vorgehensweise ist ähnlich wie bei dem anhand der Fig. 2A beschriebenen Ausführungsbeispiel, jedoch ist hier zu beachten, dass für jede Abtastrichtung jeweils zwei Messwerte zu erzeugen sind. So wird zunächst in der x-Richtung für jede Abtastung ein Ort der Kante 404 und bei der weitergehenden Abtastung jeweils die Orte der Kante 406 und analog die Orte der Kante 418 bzw. der Kante 422 bestimmt, wobei aus der Differenz der so bestimmten Orte ein maximaler Abstand dx1 bzw. dx2 zwischen den Kanten 404 und 418 bzw. 406 und 422 bestimmt wird. Analog werden die Orte für die Kanten 420 und 408 bzw. 424 und 408 bestimmt, indem in die y-Richtung abgetastet wird, und aus der Differenz der erfassten Orte für die Kanten wird ein maximaler Abstand der Kanten dy1 bzw. dy2 bestimmt.
Die oben anhand der Fig. 2A als zweite Alternative beschriebene Vorgehensweise des Erfassens einer Gesamtintensität für eine Zeile bzw. eine Spalte ist bei dem in Fig. 2B gezeigten Ausführungsbeispiel nicht möglich, da hierdurch keine eindeutige Feststellung der Abstände dy1 bzw. dy2 möglich wäre.
Analog zu dem Verfahren in Fig. 2A erhält man für den in Fig. 2B dargestellten Linienendserifen zwei Messwertpaare dx1, dy1 und dx2, dy2, welche den Abstand der Kanten der OPC-Strukturen von den Kanten der Struktur 402 angeben. Optional werden die Kantenpositionen bezüglich einer vorab festgelegten Bezugsposition (Referenzposition), der gesamte aus einzelnen Abtastungen resultierende Kantenverlauf und die Art der gefundenen Struktur (Typ, Orientierung, Hell/Dunkel) ausgegeben.
Alternativ ist es auch möglich, jeweils die Absolutpositionen der Kanten bezüglich einer vorher festgelegten Bezugsposition anzugeben.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nach dem Festlegen des zu untersuchenden Bereichs der Photomaske 300 oder 400 festgestellt, welche Art der Struktur in dem ausgewählten Bereich 300 bzw. 400 angeordnet ist, um so eine Fallunterscheidung hinsichtlich der durchzuführenden Schritte für die Kantenerfassung durchzuführen. Wird beispielsweise bestimmt, dass in dem Bereich eine Struktur enthalten ist, wie sie in Fig. 2A gezeigt ist, so kann hier nach dem Erreichen einer Kante in der x-Richtung bzw. in der y-Richtung die Suche nach einer weiteren Kante beendet werden. Alternativ kann auch, wie oben beschrieben, die Gesamtintensität einer Zeile/Spalte herangezogen werden. Wird jedoch bestimmt, dass eine Struktur ähnlich der in Fig. 2B in dem Bereich vorhanden ist, so ist es erforderlich, nach dem Erfassen einer Kante in einer der Richtungen die andere Kante ebenfalls zu erfassen, um die entsprechenden Messungen durchführen zu können.
Nachdem der Bereich 300 bzw. 400 auf der Photomaske festgelegt wurde, wird die Art der darin enthaltenen Struktur identifiziert, indem ein Helligkeitsverlauf entlang aller vier Ränder bzw. Kanten des Abschnitts 300 oder 400 verglichen wird, wodurch jede Struktur eindeutig aufgrund der Anzahl der entlang jeder Kante festgestellten Intensitätsübergänge von hell zu dunkel identifiziert werden kann. Hierbei wird die Art der Struktur (Ecke oder Linienende), die Intensität der Struktur (dunkel oder hell) und die Orientierung der Struktur bezüglich der x- oder y-Richtung unterschieden. Erleichtert wird die letztere Unterscheidung durch die Tatsache, dass auf typischen Photomasken alle Strukturen entweder horizontal oder vertikal orientiert sind. Ist dies aber nicht der Fall, so kann die CCD-Kamera selbst entsprechend gedreht werden und automatisch auf die Struktur orientiert werden.
Nachfolgend wird die Festlegung der Intensitätsverteilung in dem Intensitätsbild, die entsprechende Festlegung des Schwellenwertes und die Identifikation einer Struktur nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Zunächst wird wieder das ROI festgelegt, und die Helligkeitsverteilung wird bestimmt. Ferner wird eine Schwelle festgelegt, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Mittels eines Histogramms wird die Helligkeitsverteilung im gesamten ROI analysiert. Es wird nach Maxima der Histogrammverteilung gesucht. Bedingung dafür ist, dass die Maxima klar getrennt sind, d. h. sich um einen bestimmten Mindestbetrag in der Helligkeit unterscheiden. An die beiden höchsten Maxima wird eine geeignete Funktion angepasst (Gaußkurve), um die den Maxima entsprechenden Helligkeiten (I1 und I2) genauer zu bestimmen. I1 und I2 entsprechen den mittleren Helligkeiten für "Dunkel" und "Hell". Der absolute Helligkeits-Schwellwert S wird aus I1 und I2 berechnet mittels

S = s/100.(I2 - I1) + I1

wobei s der vom Benutzer einzustellende relative Schwellwert ist (in %, üblicherweise 50%). Dieser Schwellwert S wird sowohl für die Identifikation des Strukturtyps als auch für die spätere Kantenantastung benutzt.
Anschließend wird die Art (der Typ) der Struktur bestimmt. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen werden nur Ecken (Corner Senfs) und Linienenden (Linienendserife) identifiziert. Die Erweiterung auf andere einfache Strukturtypen ist jedoch ohne weiteres möglich.
Die Helligkeiten in den vier Ecken des ROIs werden benutzt, um eine erste Identifikation der zu vermessenden Struktur zu ermöglichen. Dazu werden die vier Helligkeitswerte mit dem Schwellwert S verglichen, und anhand dessen als "hell" oder "dunkel" identifiziert.
Bei einem Verhältnis von hell/dunkel = 1/3 und 3/1 ist die Identifikation klar; es kann sich nur um einen Corner Serif handeln. Gleichzeitig ist damit schon die Orientierung und die Unterscheidung "Dark Corner" oder "Bright Corner" festgelegt, und die Identifizierung kann beendet werden.
Es bleiben die Linienenden zu identifizieren. Bei einem Eckenverhältnis von hell/dunkel = 2/2 kann es kein Linienende sein; die Identifizierung wird mit einer Fehlermeldung abgebrochen. Nur bei einem Verhältnis von 0/4 oder 4/0 kann die Identifizierung fortgesetzt werden. Nun wird das ROI entlang aller vier Kanten abgesucht, und, unter Zuhilfenahme des Schwellwerts S, nach Übergängen zwischen hell und dunkel gesucht. Im Fall eines Linienendes dürfen nur genau zwei solche Übergänge entlang genau einer Kante vorhanden sein, die dann die Art (hell oder dunkel) und die Orientierung des Linienendes festlegen. In allen anderen Fällen wird die Identifizierung mit einer Fehlermeldung abgebrochen.
Nachdem Typ und Orientierung der Struktur festgelegt wurden, wird nun mit der Vermessung derselben begonnen. Die Vermessung wird nachfolgend anhand der in Figs. 3A und 3B gezeigten Linienendserifen-OPC-Struktur beschrieben.
Die Strategie der Kantenantastung richtet sich nach der vorhergehenden Identifizierung. Im folgenden wird die Vermessung eines "Dark Upper Line End" mit Linienendserifen 500 beschrieben. Die Generalisierung auf andere Strukturtypen und Orientierungen ist trivial.
Die erste Abtastung erfolgt, wie in Fig. 3A gezeigt ist, zeilenweise in x-Richtung, wobei in Fig. 3A unten begonnen wird und sich Zeile für Zeile nach oben zum Linienende hin vorgearbeitet wird (siehe Pfeil 502). In Fig. 3A ist beispielhaft eine Zeile 504 gezeigt. Bei Bedarf können auch jeweils zwei oder mehrere Zeilen zu einer zusammengefasst werden. Für jede Zeile wird das Helligkeitsprofil 506 extrahiert, und daraus anhand des Schwellwertes S die Positionen der beiden Übergänge hell/dunkel mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmt. Im Bereich der Linienendserifen hat man vier Übergänge; hier werden nur die beiden äußeren Übergänge vermessen. Die Abtastung wird abgebrochen, wenn im Profil kein Übergang mehr sichtbar ist, d. h. am oberen Ende der Linienendserifen.
Man erhält damit die beiden Kantenverläufe links und rechts als eine Reihe von Wertepaaren x_links und x_rechts. Zuerst werden die Maxima (am weitesten außenliegende Punkte der Struktur) links und rechts bestimmt. Danach werden die Minima (am weitesten innenliegende Punkte der Struktur) aus den Kantenverläufen von der unteren Begrenzung des ROIs bis zur Höhe der jeweiligen Maxima bestimmt.
Aus diesen vier Extremwerten der beiden Kantenverläufe links und rechts werden die OPC-Dimensionen dx1 und dx2 (siehe Fig. 2B) bestimmt.
Die Bestimmung von dy1 und dy2 erfolgt ähnlich und wird anhand der Fig. 3B verdeutlicht. Hier wird die Abtastung spaltenweise vorgenommen, wobei in Fig. 3B als Beispiel eine Spalte 508 gezeigt ist. Ausgehend von der Mitte 510 der Struktur 500 (bestimmt anhand der im letzten Schritt erhaltenen Extremwerte der x-Kantenverläufe) wird nach rechts und links gegangen (siehe Pfeile 512, 514). Für jede Spalte wird das Helligkeitsprofil 516 extrahiert, und daraus anhand des Schwellwertes S die Positionen eines Übergangs hell/dunkel mit größtmöglicher Genauigkeit bestimmt. Es wird dabei immer nur der oberste Übergang vermessen und verwendet, falls mehrere Übergänge gefunden werden. Die spaltenweise Abtastung wird abgebrochen, sobald links und rechts keine Übergänge mehr gefunden werden.
Für jede Spalte erhält man die Position y des Helligkeitsübergangs. Die für alle vermessenen Spalten erhaltenen y- Werte bestimmen den oberen Kantenverlauf.
Aus dem oberen Kantenverlauf werden zuerst links und rechts der Mitte 510 die beiden Maximalwerte (am weitesten obenliegende Punkte) bestimmt, sowie der Minimalwert (am weitesten untenliegender Punkt) aus dem Teil des Kantenverlaufs zwischen den beiden Maximalwerten. Aus diesen drei Werten erhält man die OPC-Dimensionen dy1 und dy2.
Anstelle der oben beschriebenen Strukturen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Vermessung anderer Strukturen oder Elemente verwendet werden, z. B. sog. Jogs oder Scatterbars. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch zur Bestimmung einer Kantenrauhigkeit von Photomaskenstrukturen herangezogen werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Vermessung der in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschriebenen Strukturen und OPC-Strukturen beschränkt, sondern ist allgemein auf die Identifizierung und Vermessung von OPC-Strukturen mittels optischer Mikroskopie oder anderer abbildender Verfahren im automatischen Ablauf gerichtet. Vorzugsweise erfolgt eine Identifizierung des Typs der Struktur und der überlagerten OPC-Struktur aufgrund einer Analyse der Helligkeitsverteilung im Intensitätsbild bzw. eines Ausschnitts davon. Die eigentliche Vermessung der OPC-Struktur erfolgt durch die oben beschriebene räumlich hochaufgelöste Kantenabtastung mit einem an die Mikroskopauflösung angepasstem Schwellenwertverfahren. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise findet Anwendung auf alle Arten von OPC- Strukturen und ist nicht auf die obigen beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum optischen Vermessen einer OPC-Struktur (306; 406), die einer vorbestimmten Struktur (302; 402) auf einer Photomaske zugeordnet ist, um eine Abmessung der OPC-Struktur in zumindest einer Richtung zu erfassen, mit folgenden Schritten:

a) Festlegen eines Bereichs (300; 400) auf der Photomaske, der zumindest eine zu vermessende OPC- Struktur (306; 406) umfasst; und

b) Abtasten der Intensität des festgelegten Bereichs (300; 400) in einer ersten Richtung, und für jede Abtastung in der ersten Richtung:

1. (b.1) Festlegen des Orts, an dem die Intensität eine Schwelle durchläuft, und

2. (b.2) Bestimmen des maximalen Abstands zwischen einer Kante (308; 408, 410) der Struktur (302; 402) und einer Kante (312; 418, 420) der zugehörigen OPC- Struktur (306; 406), basierend auf der Differenz der im Schritt (b.1) festgelegten Orte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit folgendem Schritt:

a) Abtasten der Intensität des festgelegten Bereichs (300; 400) in einer zweiten Richtung, und für jede Abtastung in der zweiten Richtung:

1. (c.1) Festlegen des Orts, an dem die Intensität die Schwelle durchläuft, und

2. (c.2) Bestimmen des maximalen Abstands zwischen einer Kante (310; 412, 414) der Struktur (302; 402) und einer Kante (312; 418, 420) der zugehörigen OPC- Struktur (306; 406), basierend auf der Differenz der im Schritt (c.1) festgelegten Orte.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Erfassen einer Abmessung der OPC-Struktur in einer zweiten Richtung, die Photomaske gedreht wird und der Schritt (b) wiederholt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Schwelle basierend auf den Intensitäten festgelegt wird, die der Struktur (302; 402) und einem Hintergrund zugeordnet sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem vor nach dem Schritt (a) für eine in dem festgelegten Bereich angeordnete Struktur die Strukturart und/oder die Orientierung der Struktur bezüglich eines Referenzpunktes bestimmt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Art der Struktur (302; 402) identifiziert wird, indem der Bereich (300; 400) an den Ecken, oder ganz oder teilweise entlang der Kanten des Bereichs (300; 400) abgetastet wird, um abhängig von der Anzahl von Intensitätsübergängen zwischen hell und dunkel die Art der Struktur (302; 402) zu bestimmen.