DE102004010363A1

DE102004010363A1 - Verfahren und Meßgerät zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske

Info

Publication number: DE102004010363A1
Application number: DE102004010363A
Authority: DE
Inventors: Frank-Michael Dr. Kamm; Jenspeter Dr. Rau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: US20050195414A1; DE102004010363B4; US7408646B2

Abstract

Ein fokussierter Lichtstrahl (2) wird auf einen Oberflächenausschnitt (16) einer Maske (6, 7) gelenkt und an einer auf der Oberfläche der Maske gebildeten Struktur (40) in Teilstrahlen (4a-4e) durch Beugung zerlegt. Detektoren (10a, 10b) werden eingestellt, so dass die Intensitäten wenigstens zweier Beugungsanordnungen gemessen werden können. Die gemessenen Intensitäten werden miteinander verglichen. Beispielsweise wird ein Quotient ermittelt. Für benachbarte Oberflächenausschnitte (16') werden die Schritte wiederholt. Schwanken die Absolutwerte der gemessenen Intensitäten bei konstantem Quotienten, so wird auf eine Variation der Reflexion oder Transmission über die Oberfläche der Maske rückgeschlossen. Variiert auch der Quotient, so wird auf Linienbreiteschwankungen innerhalb der Struktur (40) auf der Maske (6, 7) rückgeschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske für die Projektion einer Struktur auf einen Wafer. Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch eine Bestimmung von Linienbreitenschwankungen von Strukturen auf der Oberfläche der Maske.

Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden die auf einer Maske gebildeten Strukturen in einem Projektionsschritt auf Wafer übertragen, die mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckt sind. Nach Durchführung eines Entwicklerschrittes werden die in der Schicht auf dem Wafer gebildeten Bildstrukturen in einem weiteren Ätzschritt in eine unterliegende Schicht übertragen, die zu strukturieren ist. Derzeit werden in der Produktion Masken eingesetzt, bei welchen opake oder semitransparente Strukturen auf einem im wesentlichen transparenten Quarzsubstrat oder ähnlichen Materialien gebildet sind. Für die Projektion werden die Masken durchstrahlt, so daß sich die nicht von opaken Strukturen bedeckten Flächen in der photoempfindlichen Schicht abbilden.

In Entwicklung befindliche und schon in naher Zukunft einzusetzende Technologien sehen die Verwendung von Reflektionsmasken vor, insbesondere solche, die in extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich zwischen 10 und 14 nm Belichtungswellenlänge einsatzfähig sind. Der Grund liegt darin, daß die für Maskensubstrate verwendbaren Materialien in diesen kurz welligen Wellenlängenbereichen nicht mehr transparent sind. Die Reflektionsmasken umfassen daher auf der Oberfläche des Substrates eine reflektierende Schicht, typischerweise einen Schichtstapel, mit einer alternierenden Schichtabfolge von Molybdän und Silizium, einer Pufferschicht sowie einer darauf angeordneten Absorberschicht. Die Reflektionsmasken werden unter einem zur Oberfläche nicht senkrechten Einfallswinkel bestrahlt, so daß die durch Entfernung von Absorberschichtflächen freigelegten Reflektionsschichten als Strukturen über ein Linsensystem auf dem Wafer zur Abbildung gebracht werden.

Im Falle der Reflektionsmasken wie auch der Transmissionsmasken ist eine möglichst homogene Verteilung der Reflektivität bzw. Transmission über die Maskenoberfläche von entscheidender Bedeutung für die Abbildungsqualität. Eine lokal reduzierte Reflektivität bzw. Transmission führt an der entsprechenden Stelle in der photoempfindlichen Schicht auf dem Wafer beispielsweise zu einer schwächeren Durchbelichtung und somit ggf. zu einer geringeren Linienbreite eines belichteten Strukturelementes. Eine lokal variierende Reflektivität kann insbesondere im Fall von EUV-Reflektionsmasken einen direkten Einfluß auf das Prozeßfenster bei der Abbildung auf den Wafer ausüben. Es ist daher notwendig, das Problem der lokal variierenden Reflektivität – wie auch der Transmission – schon bei der Herstellung der Maske oder bei der Entwicklung des Herstellungsprozesses zu lösen oder Umgehungsmöglichkeiten zu schaffen.

Es ist möglich, vollreflektierende bzw. volltransmittierende Maskensubstrate (d.h., die opaken bzw. Absorberschichten sind vollständig entfernt) in einer Testbelichtung einzusetzen und die in der Bildebene des Wafers entstehende Intensitätsverteilung auszuwerten. Alternativ kann auch die Reflektivität oder Transmission an größeren, offenen Flächen der Maske, innerhalb derer keine opaken oder absorbierenden Strukturen vorgesehen sind, gemessen werden.

Variationen der Reflektivität oder Transmissionen können jedoch in großen, offenen Flächen sehr unterschiedlich von denen innerhalb strukturierter Bereichen sein. Das Prozeßfenster einer Abbildung wird jedoch gerade andererseits auch durch Linienbreiteschwankungen innerhalb der strukturierten Bereiche beeinflußt. Ist die Reflektivität bzw. Transmission zudem noch bedingt durch die Dichte der Strukturen auf der Maske, so sind zufriedenstellende Rückschlüsse auf den Einfluß von Reflektions- oder Transmissionsschwankungen nahezu ausgeschlossen.

Als Beispiel sei die variierende Ätztiefe genannt, die auf der Maske ggf. abhängig ist von der Breite eines Spaltes in dem Resist, der vorher zur Bildung der betreffenden Struktur auf der Maske z. B. mit einem Elektronenstrahl belichtet wurde. Eine schmalere Spaltbreite kann zu einer geringeren Ätzrate und damit zu einer geringeren Ätztiefe führen. Ist opakes oder Absorbermaterial zu entfernen, so bleiben möglicherweise Reste des entsprechenden Materials auf der reflektierenden oder transparenten Schicht (Substrat) liegen und beeinflussen somit lokal das Reflektions- bzw. Transmissionsverhalten.

Weitere Beispiele betreffen eine etwa bei der Ätzung lokal oxidierte Siliziumschicht, die somit einer zunehmend stärkeren Absorption unterliegt, oder die Bildung dünner Kohlenstofffilme auf den Substraten aufgrund von Kontamination.

Mittels konventioneller Messungen der lokalen Variationen von Reflektivität bzw. Transmission können also nur sehr eingeschränkt Rückschlüsse auf die Ursachen für eine Linienbreite Variation des auf dem Wafer entstehenden Abbildes erhalten werden. Wenn anders herum infolge festgestellter Linienbreitenschwankungen auf dem Wafer detaillierte Messungen der Linienbreiten der Maske in einem Mikroskop durchgeführt werden, die festgestellten Spaltbreiten jedoch keine Auffälligkeiten zeigen, so können auch nur schwer Rückschlüsse auf ein variierendes Reflektions- bzw. Transmissionsverhalten als Ursache für die Schwankungen gezogen werden.

Der Erfindung liegt also das Problem zugrunde, mit geringem Aufwand lokale Variationen der Reflektion im Falle von Reflektionsmasken oder der Transmission im Falle von Transmissionsmasken bestimmen zu können. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem der Einfluß lokaler Linienbreitenschwankungen von demjenigen lokaler Reflektivitäts- bzw. Transmissionsschwankungen getrennt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske für die Projektion einer Struktur auf einen Wafer, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen der Maske in einem Meßgerät, das wenigstens einen Detektor zur Messung der Intensität eines an der Struktur auf der Maske gebeugten Lichtstrahls aufweist;
– Bestrahlen der Maske mit einem auf die Struktur einfallenden Lichtstrahl, so daß der Lichtstrahl an der Struktur in wenigstens zwei Teilstrahlen zerlegt wird, welche jeweils eine Beugungsordnung repräsentieren;
– Messen der Intensitäten jeweils des ersten Teilstrahls und des zweiten Teilstrahls anhand des wenigstens einen Detektors;
– Vergleichen der ersten Intensität mit der zweiten Intensität;
– Bestimmen der örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens aus dem Ergebnis des Vergleichs.

Die Maske, bei der es sich um eine Transmissions- oder um eine Reflektionsmaske handeln kann, weist auf ihrer Oberfläche eine Struktur auf. Die Struktur besteht aus einer Vielzahl von Strukturelementen. Die Struktur entspricht einem oder mehreren Mustern einer Schaltungsebene für die Herstellung einer integrierten Schaltung. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung weist die Struktur periodisch angeordnete Teilmuster auf.

Es wird ein Lichtstrahl erzeugt und auf die Maske gelenkt. Der Lichtstrahl wird an den Strukturen gebeugt. Infolgedessen wird der Lichtstrahl in eine Anzahl von Teilstrahlen zerlegt, welche jeweils eine Beugungsordnung repräsentieren. Im Falle der Transmissionsmasken werden die Teilstrahlen nach Durchtritt des Lichtstrahls durch die Maske gebildet, im Falle der Reflektionsmasken nach dem Auftritt des Strahls auf die Oberfläche der Maske. Teilstrahlen der nullten Beugungsordnung treten ohne Ablenkung durch die Maske hindurch (Transmissionsmasken) oder werden mit einem dem Einfallswinkel identischen Ausfallswinkel reflektiert (Reflektionsmasken). Teilstrahlen, die den Beugungsordnungen höherer Ordnung (+/– 1, +/– 2, ...) entsprechen, werden jeweils in einer von der Richtung der Teilstrahlen erhöhter Beugungsordnung verschiedenen Richtung abgelenkt bzw. reflektiert.

Mit einem oder mehreren Detektoren, die beispielsweise innerhalb der Strahlrichtungen für die Teilstrahlen höherer Beugungsordnung planiert wurden, werden die Intensitäten wenigstens zweier verschiedener Teilstrahlen gemessen. Es ist natürlich auch möglich, die Intensität des Teilstrahls nullter Beugungsordnung sowie des Teilstrahls mit einer höheren Beugungsordnung zu messen.

Die gemessenen Intensitäten der beiden Teilstrahlen, d. h. der beiden Beugungsordnungen, werden miteinander verglichen. Die Intensitäten der beiden Teilstrahlen stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander, das sich aus der Beugungssignatur der bestrahlten Struktur ergibt. Die Beugungssignatur hängt insbesondere von dem Spektrum des eingestrahlten Lichtstrahls, von dem dreidimensionalen Profil der beugenden Strukturelemente sowie den optischen Eigenschaften der jeweils an der Oberfläche der Strukturen liegenden Materialien ab. Wird gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung sukzessive jeweils ein nur begrenzter Oberflächenausschnitt auf der Maske bestrahlt, wobei jeweils die Intensitäten der beiden Teilstrahlen aufgenommen werden, so erhält man für zwei benachbarte Oberflächenausschnitte aus dem Vergleichsergebnis ggf. zunächst eine Variation dieser Verhältnisse.

Schwanken die Absolutintensitäten beider Teilstrahlen von Oberflächenausschnitt zu Oberflächenausschnitt in gleicher Weise – bleibt das Verhältnis der beiden Intensitäten also konstant – so wird erfindungsgemäß auf eine Änderung des Reflektionsverhaltens oder des Transmissionsverhaltens rückgeschlossen. Das liegt daran, daß die Reflektion/Transmission unabhängig von der Struktur, d. h. auch unabhängig von der Beugungssignatur und den Beugungsordnungen ist.

Schwanken hingegen nicht nur die Intensitäten, sondern auch die Verhältnisse der Intensitäten zueinander, so ergibt dies gemäß der Erfindung einen sehr klaren Hinweis auf Änderungen in der Struktur, d. h. es kommen insbesondere auch Linienbreiteschwankungen in Betracht. Voraussetzung für die Vergleichbarkeit sind nahezu identische Strukturanordnungen innerhalb benachbarter Oberflächenausschnitte.

Durch den Vergleich der Intensitäten der beiden Teilstrahlen bzw. Beugungsordnungen läßt sich somit auf vorteilhafte Weise der Effekt des variierenden Reflektions- bzw. Transmissionsverhaltens von demjenigen der Linienbreiteschwankungen trennen.

Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß der Messung ein den herkömmlichen Scatterometrie-Verfahren ähnliches Messverfahren zugrunde liegt, das jedoch auf Masken, insbesondere auch Reflektionsmasken, und nicht auf Wafer angewendet wird und derart ergänzt wird, daß dabei nicht nur Linienbreiteschwankungen sondern auch Reflektions- oder Transmissionsschwankungen festgestellt werden können.

Eine Analyse von Linienprofilen mittels Spektrometern und der sogenannten rigorous coupled wafe analyses (RCWA) ist aus der technischen Mitteilung "Applications of OCD-Technology: Critical dimension masurements on photomasks" der Firma Nanometrics Inc., Dokument APN-OCD Photomask-R-2003MAR, Applications Note im Internet, März 2003 bekannt. Es handelt sich dabei jedoch nicht um Scatterometrie sondern um Spektrometrie. Das Signal nur eines einzelnen Teilstrahls mit einer Beugungsordnung wird spektral zerlegt und das erhaltene Spektrum mit Modellspektren verglichen. Durch das RCWA-Verfahren werden die zugrunde liegenden Modelle für das Ober flächenprofil der Struktur so lange angepaßt, bis eine hinreichende Übereinstimmung von gemessenen und Modellspektren erhalten wird. Damit lassen sich Linienbreiteschwankungen feststellen. Reflektionseigenschaften der Oberfläche werden auch berücksichtigt, allerdings nur im Rahmen der Bildung der Modellspektren als Eingabeparameter.

Scatterometrie-Messungen, wie sie in der Erfindung vorgesehen sind, können vorteilhafterweise mit monochromatischem Licht, beispielsweise Laserlicht durchgeführt werden. Die Analyse eines Spektrums ist nicht notwendig.

Die Beugungssignatur besteht aus einer winkelabhängigen Intensitätskurve der gebeugten Teilstrahlen. Für die Erfindung ist ausreichend, daß lediglich zwei Teilstrahlen miteinander verglichen werden, vorzugsweise die Intensitätsmaxima zweier verschiedener Beugungsordnungen. Ein detailliertes, den Vergleich weiter unterstützendes Ergebnis läßt sich durch Messen von weiteren Beugungsordnungen erzielen. Es ist auch möglich, das komplette winkelabhängige Profil aufzunehmen. Die Erzeugung eines Signals mit einem Spektrum verschiedener Wellenlängen sowie die entsprechende winkelabhängige Auswertung würde hier sogar zu einem Nachteil führen aufgrund des komplexen Datenbestandes. Der Vorteil der Scatterometrie liegt darin, daß das winkelabhängige Intensitätsprofil, d. h. die Beugungssignatur, die Eigenschaften der untersuchten Struktur eindeutig kennzeichnen und sich trotzdem mit einfachen Mitteln, einer oder mehrerer Detektoren, relativ schnell messen lassen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vielmehr vor, nur anhand des Kriteriums, ob zwei Beugungsmaxima in gleicher Weise oder unterschiedlich in Abhängigkeit vom Ort auf der Maske schwanken, die Entscheidung zu treffen, ob Linienbreiteschwankungen oder Schwankungen der Reflektivität/Transmission ursächlich für das Abbildungsverhalten auf dem Wafer sind. In Abhängigkeit von diesem Resultat können weitere Maßnahmen getroffen werden, beispielsweise eine dezidierte Messung der Linienbreite in einem Mikroskop. Alternativ könnte in Reaktion darauf auch die von der Firma Nanometrics Inc. vorgeschlagene Untersuchung der Linienbreiten mittels Spektrometrie unternommen werden. Diese Untersuchungen wiederum benötigen mehr Zeit, allerdings ausschließlich für den Fall, daß nicht das Reflektionsverhalten für die auf dem Wafer resultierenden Linienbreiteschwankungen verantwortlich sind. Die Erfindung bietet demnach ein Filter für die Vorauswahl detailliert zu untersuchender Masken an.

Eine weitere Möglichkeit für eine nachfolgende, detaillierte Untersuchung besteht darin, ein Scatterometrie winkelabhängig durchzuführen, wobei über einen großen Winkelbereich hinweg die Beugungssignatur aufgenommen wird. Mittels Analyseverfahren wird eine genaue Modellierung durchgeführt, deren Ergebnis eine lokale Oberflächentopographie der Maske ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Meßgerät zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske für die Projektion einer Struktur auf einen Wafer, umfassend:

– eine Lichtquelle zum Erzeugen eines focusierten Lichtstrahls in einer Richtung, so daß dieser einen Oberflächenausschnitt auf der Maske trifft;
– eine erste Halterung für die Maske;
– wenigstens einen Detektor zum Bestimmen der Intensität wenigstens eines durch Beugung an Strukturen auf der Maske aus dem Lichtstrahl hervorgegangenen Teilstrahls;
– eine zweite Halterung für den Detektor derart, daß dieser unter einem variablen Winkel relativ zu dem Oberflächenausschnitt positioniert werden kann;
– eine Steuereinheit zum Bewegen der ersten Halterung oder zur Ablenkung des Lichtstrahls, so daß die Oberfläche der Maske durch den auftreffenden Lichtstrahl abgerastert werden kann;
– wobei die Steuereinheit auch mit dem Detektor verbunden ist.

Für den erfindungsgemäßen Fall der Abrasterung der Maskenoberfläche ist es vorgesehen, sowohl die Halterung der Maske als auch die Halterung des Detektors jeweils mit einer Steuereinheit zu verbinden. In Abhängigkeit von der Position des Oberflächenausschnittes auf der Maske wird dadurch die geeignete Einstellung des Detektors vorgenommen. Beispielsweise gibt die Position des Oberflächenabschnittes ein bestimmtes Teilmuster aus der Struktur an, dessen Beugungssignatur bekannt ist. Es können Intensitätsmaxima einzelner Beugungsordnungen ausgewählt und die entsprechenden Winkel ausgelesen werden. Der oder die Detektoren werden dann entsprechend eingestellt, so daß die die Beugungsordnungen repräsentierenden Teilstrahlen gemessen werden können.

Der fokussierte Lichtstrahl, der beispielsweise mit einem Laser erzeugt werden kann, besitzt einen Durchmesser von 1 –300 μm, vorzugsweise 1 – 100 μm, gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung auch 1 – 50 μm. Der Durchmesser sollte hinreichend groß sein, so daß periodische Linien- Spalten-Strukturen in hinreichender Anzahl mit ihrer Periode innerhalb dieses Durchmessers zu liegen kommen.

Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, das erfindungsgemäße Meßgerät mit einem herkömmlichen Mikroskop zu kombinieren. Wird anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens die Variation von Reflektion/Transmission für ein fehlerhaftes Abbildungsverhalten als Ursache ausgeschlossen, so kann unmittelbar anschließend eine detaillierte Inspektion durch eine Linienbreitenmessung vorgenommen werden. Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die Maske nicht von der Halterung abgenommen und über ein weiteres Transportsystem in das Mikroskop-Meßgerät überführt werden muß. Vielmehr teilen sich die beiden Meßapparaturen in dem einen Meßgerät die Substrathalterung für die Maske, die Meßkammer und das Transportsystem.

Eine Ausgestaltung sieht vor, das erfindungsgemäße Verfahren in einem konventionellen Scatterometrie-Messgerät integriert durchzuführen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel mit einer Messung des Reflektionsverhaltens;
2 wie 1, jedoch für das Transmissionsverhalten;
3 in einem Flußdiagramm ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt in schematischer Darstellung die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung in Bezug auf eine EUV-Reflektionsmaske 6. Die Reflektionsmaske 6 umfaßt ein Substrat 30 aus Silizium, einen Schichtstapel 32 mit einer alternierenden Abfolge von dünnen Schichten aus Molybdän und Silizium, welche als Reflektionsschicht fungiert, sowie einer Absorberschicht 34, in der eine Struktur 40 gebildet ist.
Die EUV-Reflektionsmaske 6 liegt auf einer Substrathalterung 8 auf. Diese kann in einer Bewegungsrichtung 20 innerhalb der Substratebene mit Hilfe eines Motors 14 bewegt werden. Der Motor 14 wird von einer Steuereinheit 12 angesteuert.
Unter einem nicht senkrechten Winkel wird ein Lichtstrahl 2, vorzugsweise ein Laserstrahl mit einem Durchmesser von beispielsweise 20 μm auf die EUV-Reflektionsmaske 6 geworfen. Er trifft auf die Maske innerhalb eines Oberflächenausschnittes 16. Der Oberflächenausschnitt 16 besitzt den Durchmesser des Lichtstrahles 2. Die auf der Maske gebildete Struktur 40 umfaßt ein periodisches Linien-Spalten-Muster mit einem Linien-Spalten-Verhältnis von 1:1 und einer Linienbreite von 0.2 μm.
50 Linien und 50 Spalten liegen somit innerhalb des bestrahlten Oberflächenausschnittes 16. An der Struktur 40, d. h. dem bestrahlten Teilausschnitt 16, wird der Lichtstrahl 2 gebeugt. Es entstehen eine Anzahl gebeugter Teilstrahlen 4a –4d. Diese werden unter unterschiedlichen Winkeln δ, γ, β, α relativ zur Substratebene reflektiert bzw. abgelenkt. Der Teilstrahl 4a repräsentiert die nullte Beugungsordnung. Die Teilstrahlen 4b, 4c und 4d repräsentieren die erste, zweite und dritte Beugungsordnung.
Zwei Detektoren 10a und 10b sind in einem Winkel β, δrelativ zum bestrahlten Oberflächenausschnitt 16 positioniert worden, daß sie die Teilstrahlen 4a und 4c empfangen und deren Intensität messen können. Die gemessenen Werte werden an die Steuereinheit 12 weitergeleitet. Die Steuereinheit 12 kann die beiden Detektoren 10a, 10b entlang einer Richtung 22 entsprechend dem Muster der Struktur 40 umpositionieren.
Es ist auch möglich, nur einen Detektor, beispielsweise den Detektor 10a zu verwenden und – ohne die Maske 6 anhand des Motors 14 zu bewegen – entlang der Richtung 22 den gesamten Winkelbereich abzufahren, während gleichzeitig gemessen wird. Man erhält so die winkelabhängige Beugungssignatur. Die Teilstrahlen 4a und 4c könnten dabei während einer nachfolgenden Analyse in der Steuereinheit 12 oder weiter nachgeschalteten Recheneinheiten ausgewählt werden.
2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie in 1, jedoch für eine Transmissionsmaske. Die Substrathalterung 9, welche die Transmissionsmaske 7 hält, wird entlang einer Bewegungsrichtung 20 bewegt. Die Transmissionsmaske 7 weist ein Quarzsubstrat 31 und opake Strukturen 33, beispielsweise aus Chrom, auf. Da die vorliegende Erfindung insbesondere für hochwertige Masken mit an der Auflösungsgrenze derzeit erhältlicher Projektionsapparate liegender Linienbreiten vorgesehen ist, ist der Fall von in Phasenmaskentechnik gebildeter Strukturen 33 ausdrücklich vorgesehen. Strukturen 33 können sowohl in der Technik alternierender Phasenmasken einschließlich von Ätzungen in das Quarzsubstrat 31 als auch in Form von Halbtonphasenmasken ausgebildet sein. Mischtypen sind ebenfalls vorgesehen. Das gleiche gilt für chromlose Phasenmasken, bei welchen überhaupt keine opaken oder semitransparenten Strukturen eingerichtet sind. Erfindungsgemäße Trans missionsmasken sind insbesondere solche, welche für eine Belichtung eines Wafers mit der Wellenlänge 157 nm oder 193 nm vorgesehen sind.
In der schematischen Darstellung der 1 und 2 entsprechen die Breiten der abgebildeten Strukturen in Relation zur Breite oder dem Durchmesser der Lichtstrahlen 2 nicht den tatsächlichen Gegebenheiten. Typischerweise fallen zwischen 10 und 1000 der vorzugsweise periodisch angeordneten Strukturelemente innerhalb des Oberflächenausschnittes 16.
In der in 2 dargestellten Anordnung werden die Detektoren 10a und 10b derart von der Steuereinheit 12 positioniert, daß sie die Intensitäten der nullten Beugungsordnung (Teilstrahl 4a) und der minus zweiten Beugungsordnung (Teilstrahl 4e) messen.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Flußdiagramm der 3 dargestellt. In einem Schritt 101 wird die in 1 oder 2 dargestellte Maske 6 bzw. 7 in einem Meßgerät bereitgestellt und auf die Halterung 8 bzw. 9 aufgelegt. In einem Schritt 102 wird ein erster zu bestrahlender Oberflächenausschnitt 16 innerhalb der Struktur 40 definiert. Vorzugsweise werden an dieser Stelle auch schon die Positionen der weiteren Rasterpunkte, d. h. weiterer Oberflächenausschnitte 16 festgelegt.
In einem weiteren Schritt 103 werden zwei zu vergleichende Beugungsordnungen ausgewählt und anhand des Musters, das in den zu belichtenden Oberflächenausschnitt 16 fällt, die beiden Winkel β, δ für die Detektoren 10a, 10b berechnet. In einem Schritt 104 werden die Detektoren 10a, 10b mittels der Steuereinheit 12 in die entsprechenden Positionen verfahren.
Es ist alternativ auch möglich, zunächst mit dem Detektor einen großen Winkelbereich abzurastern, um diesen dann anschließend auf genau jenen Winkel zu positionieren, welcher – experimentell aus der aufgenommenen Signatur bestimmt – der gewünschten Beugungsordnung entspricht.
In einem Schritt 105 wird die Substrathalterung 8 bzw. 9 ebenfalls anhand der Steuereinheit 12 und des Motors 14 derart adjustiert, daß der Lichtstrahl 2 in den festgelegten Oberflächenausschnitt 16 fällt.
In einem Schritt 106 wird der Lichtstrahl 2 erzeugt und zur Bestrahlung der Maske auf deren Oberfläche geworfen. Ggf. wird hier noch eine Focusierung bzw. Strahlaufweitung auf den gewünschten Durchmesser, hier 20 μm, durchgeführt.
In einem Schritt 107 werden parallel die Intensitäten der gebeugten Teilstrahlen 4a und 4c bzw. 4a und 4e aufgenommen. Die Meßergebnisse werden an die Steuereinheit 12 weitergeleitet.
In einem weiteren Schritt 108 werden die beiden Intensitätswerte miteinander verglichen. Es wird beispielsweise ein Quotient aus den beiden Intensitäten berechnet. Der Quotient wird abgespeichert.
In einem weiteren Schritt 109 wird entschieden, ob weitere Rasterpunkte angefahren werden sollen. Ist dies der Fall, so wird in einem weiteren Schritt 110 durch den Motor 14 die Halterung 8 bzw. 9 um beispielsweise 20 bis 30 μm verfahren, so daß von dem Lichtstrahl 2 ein benachbarter Oberflächenausschnitt 16' bestrahlt werden kann. Für den entsprechenden Rasterpunkt werden die Schritte 106 bis 109 wiederholt. Trifft das für eine Vielzahl von Rasterpunkten zu, so erhält man eine Karte der Struktur 40, bei welcher jede Position (festgelegt in Schritt 102) ein Quotient für die Intensitäten aus der nullten und der zweiten Beugungsordnung vorliegen.
In einem Analyseschritt 111 können benachbarte Quotienten miteinander verglichen werden, so daß man hoch aufgelöst (hier 20 μm) lokale Variationen für die Quotienten erhält. Sind die Quotienten konstant, beispielsweise über weite Bereiche von Rasterpunkten bzw. Oberflächenausschnitten hinweg, so ergibt sich aus dem Kriterium 112 (Konstanz: Ja/Nein) als Ergebnis 120 das Vorliegen von Reflektivitäts- oder Transmissionsschwankungen, so weit für die Rasterpunkte Schwankungen in den Absolutwerten vorliegen.
Liegt hingegen keine Konstanz vor, so ist dies ein Indiz für geänderte Beugungssignaturen und dadurch auch für Schwankungen in den Linienbreiten, Ergebnis 130. Infolge des Ergebnisses 130 wird eine detaillierte Linienbreitenmessung 140 in einem hochauflösenden Mikroskop, einem CD-Meßgerät, einem SEM (Scanning Electron Microskope), einem Atomic Force Microscope (AFM), einem Scatterometer oder einem Spektrometrie-Verfahren etc. angestoßen.

2: Lichtstrahl
4a–4e: gebeugte Teilstrahlen
6: EW-Reflektionsmaske
7: DW-/FW-Transmissionsmaske
8: Maskenhalterung
10a, 10b: Detektoren
12: Steuereinheit
14: Motor
16, 16': Oberflächenausschnitt
20: Bewegungsrichtung der Maskenhalterung
22: Bewegungsrichtung für Winkeleinstellung der Detektoren
30: Maskensubstrat für Reflektionsmaske
31: Maskensubstrat für Transmissionsmake
32: Reflektionsschicht
33: opake oder semitransparente Schicht
34: Absorberschicht
40: Struktur
101: Bereitstellen
102: Festlegen des ersten Oberflächenausschnitts
103: Auswählen von Beugungsordnungen
104: Einstellen der Detektorwinkel
105: Adjustieren der Maskenhalterung
106: Erzeugen eines Lichtstrahls und Bestrahlen der Maske
107: Messen der Intensitäten
108: Vergleich der gemessenen Intensitäten, Bestimmung des
: Quotienten
109: Entscheiden für weitere Oberflächenausschnitte
110: Adjustieren eines weiteren Oberflächenausschnittes
111: Vergleichen benachbarter Quotienten
112: Kriterium: Reflektion/Transmissions- oder Linienbreite
: schwankung ?
120: Ergebnis: Reflektion/Transmissionsschwankung
130: Ergebnis: Linienbreiteschwankung
140: detaillierte Linienbreitemessung

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske für die Projektion einer Struktur (33, 34) auf einen Wafer, umfassend die Schritte: – Bereitstellen (101) der Maske in einem Messgerät, das wenigstens einen Detektor (10a, 10b) zur Messung der Intensität eines an der Struktur (40) auf der Maske gebeugten Lichtstrahls aufweist; – Bestrahlen (106) der Maske mit einem auf die Struktur einfallenden Lichtstrahl (2), so dass der Lichtstrahl (2) an der Struktur (40) in wenigstens zwei Teilstrahlen (4a – 4e) zerlegt wird, welche jeweils eine Beugungsordnung repräsentieren; – Messen (107) der Intensitäten jeweils eines ersten der Teilstrahlen (4a – 4e) und des zweiten der Teilstrahlen (4a – 4e) anhand des wenigstens einen Detektors (10a, 10b); – Vergleichen (108) der ersten Intensität mit der zweiten Intensität; – Bestimmen (112, 120) der örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens aus dem Ergebnis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – der Lichtstrahl (2) eingestellt wird, so dass er auf einen Oberflächenausschnitt (16) der Maske auftrifft, in welchem Anteile der zu projizierenden Struktur (40) gebildet sind; – zusätzlich zu der bestimmten Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens aus dem Vergleichsergebnis eine örtliche Schwankung (112, 130) der Linienbreite bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Vergleichens (108) weiter beinhaltet: – die Bildung des Verhältnisses der gemessenen ersten zu der gemessenen zweiten Intensität; – die Vorgabe eines Referenzwertes; – den Vergleich des gebildeten Verhältnisses mit dem Referenzwert;
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich – der Lichtstrahl (2) auf die Größe des Oberflächenausschnittes (16) der Maske fokussiert wird; – die Maske (6) mit der Struktur (40) relativ zu dem Lichtstrahl (2) bewegt wird, so dass der Lichtstrahl (2) eine Anzahl von Oberflächenausschnitten (16, 16') auf der Maske abrastert; – Werte der Reflektion oder der Transmission durch den Vergleichsschritt (108) für jeden der Oberflächenausschnitte (16, 16') ermittelt wird; – die Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens durch einen weiteren Vergleich (111) zwischen den jeweils für die Oberflächenausschnitte (16, 16') ermittelten Werten der Reflektion oder Transmission berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem in Abhängigkeit von der bestimmten Schwankung der Linienbreite für einen oder mehrere Oberflächenausschnitte (16, 16') zusätzlich eine Messung (140) der Linienbreite in einem hochauflösenden Mikroskop, insbesondere einem Rasterelektronenmikroskop, einem Atomic Force Microscope, einem im optischen oder W-Wellenlängenbereich einsetzbaren Mikroskop, oder in einem Scatterometer oder in einem Spektrometrie-Verfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Maske eine EW-Reflektionsmaske (6) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Maske eine für Projektionswellenlängen von 157 nm oder 193 nm vorgesehene Transmissionsmaske (7) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Messgerät ein Gerät zur winkelabhängigen Messung der Beugung von Strukturen, ein Scatterometer, eingesetzt wird.
Messgerät zur Bestimmung einer örtlichen Variation des Reflektions- oder Transmissionsverhaltens über die Oberfläche einer Maske für die Projektion einer Struktur (40) auf einen Wafer, umfassend – eine Lichtquelle (21) zum Erzeugen eines fokussierten Lichtstrahls (2) in einer Richtung, so dass dieser einen Oberflächenausschnitt (16) auf der Maske trifft; – eine erste Halterung (8, 9) für die Maske; – wenigstens einen Detektor (10a, 10b) zum Messen (107) der Intensität wenigstens eines durch Beugung an Strukturen (40) auf der Maske aus dem Lichtstrahl (2) hervorgegangenen Teilstrahls (4a – 4e); – eine zweite Halterung für den Detektor (10a, 10b) derart, dass dieser unter einem variablen Winkel relativ zu dem Oberflächenausschnitt (16) positioniert werden kann, – eine Steuereinheit (12) zum Bewegen der ersten Halterung (8, 9) oder zur Ablenkung des Lichtstrahls (2), so dass die Oberfläche der Maske durch den auftreffenden Lichtstrahl abgerastert werden kann; – wobei die Steuereinheit (12) auch mit dem Detektor (10a, 10b) verbunden ist.
Messgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät zusätzlich ein hochauflösendes Linsensystem mit einem weiteren Detektor zur parallelen Verwendung als Meßmikroskop aufweist.