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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und Verfahren
zum Erkennen der Qualität einer
alternierenden Phasenschiebermaske und insbesondere ein System und
Verfahren zum Erkennen und Quantifizieren von Fehlern einer alternierenden Phasenschiebermaske.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Photolithographie
wird üblicherweise
auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung dazu verwendet, Strukturmerkmale
(oder Muster) auf Wafersubstraten zu bilden. Bei einer bestimmten
Art von Photolithographie, die als „BIM"-(binary intensity mask)-Photolithographie
bekannt ist, wird ein Photolack oder eine Maske, von Mustern gebildet,
die aus undurchsichtigen Bereichen (wie etwa Chrom) und transparenten
Bereichen (wie etwa Quarz) bestehen, und über einer Halbleiterschicht
angeordnet, wo eine Struktur wie etwa eine isolierende Schicht oder
eine leitende Schicht auf einem Halbleitersubstrat gebildet wird.
Wie in 1 dargestellt,
wird eine Maske 100 zusammen mit einer nächsten Schicht 10 des
Substrats Licht zur Bestrahlung ausgesetzt, wozu Röntgenstrahlen,
Ultraviolettstrahlen oder andere Strahlen zählen können. Projiziertes Licht innerhalb
eines spezifischen Wellenlängenbereichs
tritt durch transparente Bereiche 120 der Maske zur nächsten Schicht 10 des
Substrats, wird aber durch undurchsichtige Bereiche 110 der
Maske blockiert. Auf diese Weise können die belichteten Bereiche
der Unterschicht 10, auf die das Licht trifft, in einem
nachfolgenden Entwicklungsprozeß entfernt
werden, wodurch die unbelichteten Bereiche als Strukturmerkmale
auf der Unterschicht 10 zurückbleiben (siehe 1D). Derartige Entwicklungsschritte
sind als ein „Negativ-Entwicklungsverfahren" bekannt. Alternativ kann
die Strukturierung durch ein „Positiv-Entwicklungsverfahren" erfolgen, bei dem
die belichteten Bereiche der Schicht 10, auf die das Licht
trifft, zurückbleiben,
aber unbelichtete Bereiche entfernt werden.
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Mehrere
Abscheidungsprozesse und Ätzprozesse
werden sequentiell auf das Halbleitersubstrat mit der strukturierten
Unterschicht angewendet, um Elektroden und Verbindungen von Halbleiterbauelementen
zu bilden.
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Die 1B und 1C zeigen eine Kurve der Verteilung der
Phase/Energie bzw. eine Kurve der Lichtintensität in Bereichen, in denen Licht
durch transparente Gebiete der Maske 100 hindurchtritt. Wie
in 1B gezeigt, erscheint
die Phase oder die Energie des Lichts, das von den transparenten
Gebieten der Maske emittiert wird, als ein ungefähr sinusförmiges Muster. Obwohl Licht
an den undurchsichtigen Bereichen blockiert wird, weist die Phase des
Strahls, der an den Kanten transparenter Bereiche emittiert wird,
eine Phasenverschiebung auf. 1C zeigt
die Intensität
des emittierten Lichtstrahls, die ungefähr dem Quadrat der Energie
entspricht. Wie man sehen kann, wird der von den transparenten Bereichen
emittierte Strahl mit reduzierter Intensität in Bereiche unter den undurchsichtigen
Bereichen gestreut.
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Mit
zunehmender Integrationsdichte von Halbleiterbauelementen wird es
immer wichtiger, Photolithographietechniken zu verbessern, um feinere
Strukturen auf Masken zu bilden. Mit schrumpfenden Größen und
Abständen
der Strukturmerkmale beginnt jedoch die Auflösung der Projektionsoptik, die
Qualität
der Maskenstruktur zu begrenzen. Insbesondere sind Abmessungen der
IC-Strukturmerkmale in einen Bereich unter 130 nm verkleinert worden (Subwellenlängenbereich),
der kleiner als die Wellenlänge
des abgestrahlten Lichts von gegenwärtig verwendeten Geräten zur
optischen Lithographie ist. Lithographen verwenden nun Licht mit
einer Wellenlänge
von 193 nm zum Strukturieren kritischer Schichten von 100 Knoten
in der nm-Technologie.
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Wie
in den 1A bis 1D gezeigt, die für Optiken
im Subwellenlängenbereich
repräsentativ
sind, liegt sogar unter den undurchsichtigen Bereichen (siehe 1C) erhebliche Lichtenergie
(d.h. Intensität)
vor, weil die transparenten Bereiche und die undurchsichtigen Bereiche
extrem nahe beieinander liegen. Diese „unerwünschte" Energie ist das Resultat von Lichtbeugung,
die die Qualität
des Maskenprofils, das insbesondere an den Grenzen zwischen den
undurchsichtigen Bereichen 110 und den transparenten Quarzbereichen 120 idealerweise
vertikal sein sollte, signifikant beeinflußt. Wenn es zur Lichtbeugung
kommt, erhalten die Gebiete auf dem Substrat 10, die dunkel
sein sollten, gebeugtes Licht, wodurch bewirkt wird, dass diese
Gebiete verschwommen sind und nicht unterscheidbar sind. Wie in 1D gezeigt, verlaufen die
Grenzen 12 der Struktur 11 nach dem Entwickeln
der Maske aufgrund der oben erwähnten
Lichtbeugungseffekte nicht vertikal zur Oberfläche der Schicht 10.
Dadurch sind Qualität und
Ausbeute der mit dieser Maske hergestellten Halbleiterbauelemente
schlecht.
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Mit
der zunehmenden Nachfrage nach der Herstellung von Halbleiterbauelementen
im Subwellenlängenbereich
sind eine Reihe von „Subwellenlängen"-Technologien in
der Industrie eingeführt
worden. So sind Phasenschiebermasken („PSM" – phaseshift-masks)
eingeführt
worden, die es ermöglichen,
dass klare Gebiete einer Maske Licht mit einer vorgeschriebenen
Phasendrehung durchlassen, um die Belichtbarkeit der Maske zu kontrollieren.
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Lithographie
mit Phasenverschiebung liefert ein Verfahren zum Reduzieren der
Effekte der oben beschriebenen Lichtbeugung. Eine Art von PSM wird als
alternierende PSM (AltPSM) bezeichnet, die in den 2A bis 2D gezeigt
ist. Wie in 2A gezeigt, wird
eine AltPSM 200 hergestellt, indem ein undurchsichtiges
Material (wie etwa Chrom) auf einem transparenten Substrat, wie
etwa Quarz 240, abgeschieden wird, um auf dem Quarz undurchsichtige
Chrombereiche 210 zu bilden, die abwechselnd zu den transparenten
Quarzbereichen 220 und 230 angeordnet sind. Dann
werden alternierende Quarzbereiche (d.h. Bereiche 230)
in die Maske geätzt,
um Quarzbereiche mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad zu bilden.
Benachbarte transparente Quarzbereiche auf der Maske, die durch
die undurchsichtigen Bereiche 210 getrennt sind, werden
so erzeugt, dass die Phase des Lichts, das einen der transparenten
Bereiche (wie etwa Bereich 230) durchdringt, gegenüber Licht,
das den benachbarten transparenten Bereich 220 durchdringt,
um 180 Grad gedreht oder verschoben wird.
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2B zeigt, dass das die benachbarten transparenten
Quarzbereiche durchdringende Licht durch eine Phasendrehung um 180
Grad charakterisiert wird. Indem zwei benachbarte transparente Bereiche
mit Phasendrehungen von jeweils 0 und 180 Grad verwendet werden,
interferiert das in die nominell dunklen Gebiete zwischen diesen
benachbarten transparenten Bereichen gebeugte Licht destruktiv (um
einander aufzuheben), so dass die dunklen Gebiete dunkel bleiben. 2C ist ein Transmissionsprofil
der AltPSM, das zeigt, dass man mit der AltPSM auf dem Wafersubstrat 10 frequenzverdoppelte Strukturen
erhält. 2D zeigt, dass die Intensität der Energie
auf Null abnimmt, wenn Licht durch Übergänge benachbarter transparenter
Quarzbereiche hindurchtritt, wodurch man scharfe Profile auf der Schicht 10 erhält. Wie
in 2E gezeigt, weist
die Schicht 10 vertikale Profile 15 mit einem
scharfen und deutlichen Bildkontrast auf. Der deutliche Bildkontrast
führt zu
einer besseren Auflösung
und zu einer besseren Tiefenschärfe.
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Wenn
der lithographische Faktor k1 reduziert wird, erhöhen die
mit AltPSM verbundenen Vorteile die Chancen, einen deutlichen Bildkontrast
zu erhalten. AltPSM liefert zusätzlich
zu der Frequenzverdoppelung auch noch einen weiteren Vorzug hinsichtlich eines
verbesserten Prozessfensters und einer reduzierten Empfindlichkeit
gegenüber
Maskenfehlern.
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Wenngleich
der Einsatz von AltPSM für
die Verbesserung der photolithographischen Technik in der heutigen
Subwellenlängen-Industrie
eine leistungsfähige
Lösung
darstellt, wird sie im Vergleich zu der Verwendung einer BIM als
anspruchsvoller und aufwändiger
angesehen. Insbesondere muß eine
AltPSM hinsichtlich eines Ungleichgewichts der Lichtintensitäten von
gedrehten und ungedrehten Raumbereichen und hinsichtlich der Kontrollierbarkeit
von Phasendefekten ausgewertet werden. Um den Vorteil der Verwendung
von AltPSM zu maximieren, müssen
die ungedrehten Bereiche und die Bereiche mit einer Phasendrehung
von 180 Grad sowohl hinsichtlich Transmission als auch Phase perfekt
ausgeglichen sein.
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Die 3A bis 3D sind graphische Darstellungen, die
die Auswirkung verschiedener Fehler der Beugungsstruktur veranschaulichen,
die bei Verwendung einer AltPSM auftreten können. Bei jeder graphischen
Darstellung ist die Numerische Apertur („NA") an den Grenzen zwischen Bereichen
mit Phasendrehung von 0 und 180 Grad gleich 0. Diese Grenzen zwischen
der Phasendrehung um 0 Grad und 180 Grad sind die Stellen nullter
Ordnung der Intensität
des durch die Maske hindurchtretenden Lichts. Diese Figuren veranschaulichen,
ob am Nullpunkt, d.h. der Grenze zwischen der Phasendrehung um 0
Grad und der zwischen 180 Grad, Fehler auftreten, denn dort kann
der Phasenfehler und der Transmissionsfehler auftreten. Mit anderen
Worten kann das, was die Fehler bestimmt, durch Lichtbeugung am
Nullpunkt detektiert werden, d.h. bei NA = 0.
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3A zeigt eine ideale Beugungsstruktur, bei
der am Nullpunkt kein Fehler auftritt. In dieser Figur ist die Lichtintensität 0 bei
NA = 0, was darauf hinweist, dass Licht, das durch die Grenzen zwischen den
Bereichen mit einer Phasendrehung von 0 Grad und 180 Grad hindurchtritt,
perfekt ausgelöscht
wird. Bei Anwendung dieser Maske im Lithographieprozess lassen die
Bereiche der Schicht, die den Grenzen entsprechen, deshalb scharfe
Linien zurück.
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Es
existieren mindestens drei Arten von Fehlern, die die Qualität der AltPSM
beeinflussen können.
Allgemein kann ein Phasenfehler vorliegen, wenn relativ zum Berechungsindex
des einfallenden Lichts eine falsche Materialtiefe erzielt wird
(wenn beispielsweise die geätzten
transparenten Bereiche 230 in 2A so geätzt werden, dass Bereiche zu tief
oder zu flach sind). In diesem Fall tritt die Lichtbeugung an der
Po sition NA = 0 als ein Phasenfehler auf, wie in 3B gezeigt.
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Eine
zweite Art von Fehler, der bei einer PSM auftreten kann, ist als
Fehler der kritischen Abmessungen („CD") bekannt. CD-Fehler können existieren, wenn die kritischen
Abmessungen des Halbleiterbauelements (beispielsweise eine Gateelektrode des
Halbleiterbauelements) nicht sorgfältig kontrolliert werden. 3C zeigt, dass an der Position
NA = 0 auch eine Lichtbeugung auftritt, wenn ein CD-Fehler vorliegt.
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Eine
dritte Art von Fehler, der bei einer PSM auftreten kann, ist ein
Transmissionsfehler. Das Auftreten eines Transmissionsfehlers kann
einer phasenverschiebenden Öffnung
zugeschrieben werden (wie etwa einem geätzten transparenten Quarzbereich 230 von 2), die von der Rauhigkeit
des Ätzens
sowie von elektromagnetischen Streuphänomenen von den Seitenwänden der
geätzten Öffnung abhängt. 3D zeigt, dass an der Position
NA = 0 eine Lichtbeugung auftritt, wenn Transmissionsfehler auftreten.
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Wie
in den 3B bis 3D gezeigt, führt ein etwaiges
Ungleichgewicht bei der Transmission, der Phase oder der CD der
Maske dazu, dass eine Gleichwert-Komponente in den 2B-2D vorliegt. Es
ist deshalb wichtig, die Gleichwert-Komponente der PSM zu erkennen, um die
Qualität
der Maske zu bestimmen.
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Zum
Messen des CD-Fehlers gibt es eine Reihe von Techniken. Ein CD-Fehler
kann beispielsweise durch ein von der Oberseite der Maske aus nach
unten gerichtetes Rasterelektronenmikroskop („SEM") detektiert werden. Der CD-Fehler kann
erkannt werden, wenn innerhalb von zwei Gebieten ungleiche Linien auftreten.
Das Erkennen von Phasenfehlern und Transmissionsfehlern mit einem
SEM kann jedoch schwierig und mühsam
sein, und die Ergebnisse sind oftmals ungenau.
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Da,
wie oben beschrieben, eine Phasendrehung durch Ätzen in den Quarz auf der Maske
erzeugt wird, kann aufgrund instabiler Ätzprozesse usw. ein erhebliches
Ausmaß an
Transmissionsungleichgewicht zwischen den 180 Grad-Bereichen und den
0 Grad-Bereichen vorliegen. Um dies zu kompensieren, sind verschiedene
Verfahren verwendet worden, doch ist die Kompensation aufgrund des nicht
linearen Verhaltens des Fehlers des Transmissionsverlusts im allgemeinen
ungleichförmig.
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Das
vorwiegende Verfahren zum Charakterisieren eines Transmissionsfehlers
und Phasenfehlers war bisher die Verwendung von Werkzeugen wie das
Luftbild-Messsystem oder „AIMS", das die Kennlinie
Belichtung und Tiefenschärfe
(„DOF") von Masken schnell
auswertet, bevor Experimente mit Resist durchgeführt werden.
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4 ist ein schematisches
Diagramm eines AIMS-Werkzeugs. Ein AIMS-Werkzeug 400 enthält im Grunde
eine Beleuchtungseinrichtung 410 zum Projizieren einfallenden
Lichts mit einem spezifischen Wellenlängenbereich, eine Mikroskopeinrichtung 420 zum
Erkennen von auf der Maske ausgebildeten Bildern und eine zwischen
der Beleuchtungseinrichtung 410 und der Mikroskopeinrichtung 420 positionierte
Plattform 430. Eine Maske (wie etwa eine AltPSM 200)
wird zur Erkennung auf der Plattform 430 plaziert. Die
Komponenten in dem Werkzeug sind so konfiguriert, dass das Beleuchtungssystem 410 Licht
von der Rückseite
der Maske 200 aus projiziert und das Mikroskopsystem 420 ein
Bild der Maske 200 von der Vorderseite der Maske 200 empfängt. Das
Bild der Maske 200 wird dann zur Analyse der Maskenqualität in eine
Computersoftware 440 eingegeben.
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Die
Beleuchtungseinrichtung 420 enthält eine Beleuchtungsquelle 411 zum
Projizieren mindestens eines Tief-UV-Lichts (Wellenlängen 365, 248, 193 nm
oder andere) und einen Schmalbandfilter 413 zum Festlegen
einer Mittenwellenlänge
(Wellenlängen 365, 248, 193 nm
oder andere) mit einer Bandbreite von in der Regel < 10 nm Halbwertsbreite.
Die Kohärenz
oder „σ" des auf die Maske 200 einfallenden
Lichts wird durch einen σ-Apertur-Regler 415 justierbar
gesteuert, der an einem Punkt in der Basis der Mikroskopeinrichtung 420 einer
Objektivlinse 421 der Mikroskopeinrichtung 420 zugeordnet
positioniert ist. Die Beleuchtungseinrichtung 410 umfasst
weiterhin eine Kondensorlinse 417, die das Licht auf ein
kleines (Submillimeter) Gebiet der Maske 200 fokussiert.
Die Plattform 430 kann auf und ab bewegt werden, damit
ein Bediener Bilddaten durch die Fokalebene der Maske 200 auswählen kann.
Die Mikroskopeinrichtung 420 enthält zusätzlich zu der Objektivlinse 421 mindestens
einen die Numerische Apertur („NA") definierenden Regler 423 zum
Steuern der Numerischen Apertur des Mikroskops 420 und
eine CCD-Kamera zum Empfangen der Bilddaten der Maske 200.
Die Bilddaten der Maske 200 werden dann zur Analyse der
Qualität
des Maskenbilds an Computersoftware ausgegeben, um zu bestimmen,
ob etwaige Maskendefekte vorliegen, und um die Belichtbarkeit der
Maske usw. zu messen.
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AIMS-Werkzeuge
finden zum Erkennen der Qualität
von photolithographischen Masken breite Verwendung, da das System
die Qualität
der Maske erkennen kann, bevor sie zur Herstellung von Halbleiterwafern
verwendet wird. Wenn die Defekte einer Maske erkannt werden, kann
die Maske verworfen oder repariert und dann durch AIMS 400 erneut
zur weiteren Erkennung ausgewertet werden. In einigen Fällen kann
alternativ der Halbleiterherstellungsprozess justiert werden, um
Defekte in der Maske zu kompensieren. Auf diese Weise kann die Qualität des Halbleiterbauelements
effektiv gesteuert werden und die Ausbeute des Halbleiterbauelements
kann dementsprechend erhöht
werden.
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Wenngleich
AIMS-Werkzeuge Maskendefekte effektiv erkennen können, ist die Verwendung derartiger
Werkzeuge sehr komplex und aufwendig. Mit der Anwendung von AIMS-Werkzeugen
zum Erkennen von größeren Bereichen
der Maske wird außerdem
komplizierte Software benötigt,
um die Maskenstrukturen zu berechnen, wodurch die Kosten des Einsatzes
des AIMS-Systems weiter erhöht
werden. Bei vielen Herstellungsprozessen mit Maskierung ist es jedoch
nicht erforderlich, große
Bereiche der Maske zu erkennen und insbesondere aufwändige Erkennenswerkzeuge
und komplizierte Software zu verwenden, um die Maskenqualität auszuwerten.
Es werden deshalb ein kostengünstigeres
und einfacheres Verfahren und System zum Erkennen der Qualität der AltPSM
benötigt.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein preiswertes und effektives Verfahren
und System zum Erkennen von Aspekten bereit, die die Qualität einer
alternierenden Phasenschiebermaske betreffen.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren zum Erkennen von
Fehlern einer alternierenden Phasenschiebermaske bereit. Das Verfahren
umfasst das Zuführen
von Licht, das mit mehreren verschiedenen Wellenlängen auf eine
alternierende Phasenschiebermaske auftrifft, den Nachweis einer
Abgabe, die von der Maske abgestrahlt wird und sich aus dem zugeführten einfallenden
Licht ergibt, für
jede der mehreren verschiedenen einfallenden Wellenlängen und
das Vergleichen der Wellenlänge
des zugeführten
einfallenden Lichts, bei dem die detektierte Abgabe minimal ist, mit
einer vorbestimmten Wellenlänge,
um Unvollkommenheiten in der Maske zu erkennen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Systems
zum Erkennen einer Qualität
einer alternierenden Phasenschiebermaske, die geeignet ist, bei
einer vorbestimmten Wellenlänge
zu arbeiten. Das System umfasst eine Lichtquelle zum Abstrahlen
von auf die alternierende Phasenschiebermaske einfallendem Licht,
wobei das einfallende Licht mindestens eine Wellenlänge aufweist,
einen Detektor zum Nachweis einer von der Maske abgestrahlten Abgabe
bei Beleuchtung durch das einfallende Licht und einen Prozessor
zum Verknüpfen
nachgewiesener Ergebnisse des Detektors mit einem jeweiligen Wert der
Wellenlänge
des einfallenden Lichts. Gemäß der Ausführungsform
wird einfallendes Licht mit mehreren Wellenlängen zugeführt, und der Prozessor bestimmt
einen Wellenlängenwert,
bei dem die detektierte Ausgabe ein Minimum ist.
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1.
Eine zusätzliche
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens
zum Erkennen der Qualität
einer alternierenden Phasenschiebermaske, die eine Reihe erster phasenverschiebender
Bereiche umfasst, die jeweils mit einer Reihe zweiter phasenverschiebender
Bereiche alternieren. Das Verfahren umfasst das Zuführen von
Licht, das auf eine Seite der alternierenden Phasenschiebermaske
mit mehreren verschiedenen Wellenlängen auftrifft, den Nachweis
einer Abgabe von der alternierenden Phasenschiebermaske, wenn die
alternierende Phasenschiebermaske durch einfallendes Licht mit verschiedenen
Wellenlängen
gescannt wird und das Vergleichen des abgegebenen Lichts und einfallenden
Lichts, um die Qualität
der Phasenschiebermaske zu erkennen.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das zugeführte Licht mehrere verschiedene
Wellenlängen
und der Detektor weist gleichzeitig eine Abgabe nach, die jeder
der jeweiligen Wellenlänge
des einfallenden Lichts zugeordnet wird.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weist der Detektor sequentiell ein zugeführtes Licht
nach, das mehrere verschiedene Wellenlängen umfasst, um eine Abgabe
individuell nachzuweisen, die jeder der jeweiligen Wellenlänge des
einfallenden Lichts zugeordnet wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1A bis 1D sind schematische Diagramme, die eine
Verwendung einer herkömmlichen
BIM in einem Photolithographieprozess darstellen, bei denen:
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1A ein schematisches Diagramm
der herkömmlichen
BIM ist,
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1B eine Kurve der Phasenverteilung
ist, nachdem Licht durch die BIM hindurchtritt,
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1C eine Kurve der Lichtintensitätsverteilung
ist, nachdem Licht durch die BIM hindurchtritt, und
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1D die Profile zeigt, die
auf der Unterschicht des BIM nach der Fertigstellung des Photolithographieprozesses
entstehen.
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2A bis 2E sind schematische Diagramme, die eine
Verwendung einer AltPSM in einem Photolithographieprozess zeigen,
in denen:
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2A ein schematisches Diagramm
der AltPSM ist,
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2B eine Kurve der Phasenverteilung
ist, nachdem Licht durch die AltPSM hindurchtritt,
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2C ein Transmissionsprofil
der AltPSM ist, das zeigt, dass man mit der AltPSM auf dem Wafersubstrat
frequenzverdoppelte Strukturen erhält,
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2D eine Kurve der Lichtintensitätsverteilung
ist, nachdem Licht durch die AltPSM hindurchgetreten ist, und
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2E die Profile zeigt, die
auf der Unterschicht des AltPSM nach der Fertigstellung des Photolithographieprozesses
entstehen.
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3A ist ein ideales Lichtbrechungsmuster auf
der AltPSM, in dem bei NA = 0 keine Fehler auftreten;
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3B ist ein Lichtberechnungsmuster
auf der AltPSM, wenn bei NA = 0 ein Phasenfehler auftritt;
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3C ist ein Lichtberechnungsmuster
auf der AltPSM, wenn bei NA = 0 ein CD-Fehler auftritt;
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3D ist ein Lichtberechnungsmuster
auf der AltPSM, wenn bei NA = 0 ein Transmissionsfehler auftritt.
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4 ist ein schematisches
Diagramm, das die Infrastruktur eines herkömmlichen AIMS-Werkzeugs zum
Erkennen von Maskenfehlern zeigt.
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5 ist ein Flußdiagramm,
das ein Verfahren zum Erkennen der Qualität einer AltPSM gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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6 ist ein schematisches
Diagramm, das ein System zum Erkennen der Qualität einer AltPSM gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist eine graphische Darstellung,
die eine Beziehung einer einfallenden Wellenlänge zu der Intensität der nullten
Ordnung zeigt.
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8 ist eine graphische Darstellung,
die eine Beziehung einer einfallenden Wellenlänge zu Phasenfehlern in einer
Maske zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Nachfolgend werden
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung
ausführlich
beschrieben. Die vorliegende Erfindung kann in vielen verschiedenen
Formen verkörpert
werden und sollte nicht so ausgelegt werden, als wenn sie auf die
hier dargelegten Ausführungsformen
beschränkt
wäre.
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Wie
oben beschrieben führt
jedes Ungleichgewicht hinsichtlich Phase, Transmission oder CD in einer
photolithographischen Maske nach der Lithographie über die
Maske zu Wafern mit schlechter Qualität. Die vorliegende Erfindung
stellt ein Verfahren und System zum Erkennen des Phasen- und Transmissionsgleichgewichts
einer Maske wie etwa einer alternierenden Phasenschiebermaske bereit.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird jedes Ungleichgewicht hinsichtlich
Phase und Transmission der Maske an der Grenze zwischen den Bereichen
mit einer Phasendrehung von 0 Grad und 180 Grad detektiert. Dazu wird
Lichtintensität
der nullten Ordnung detektiert, um zu berechnen, ob an der Grenze
irgendein Phasenversatzfehler auftritt. Wenn die Intensität der nullten
Ordnung bei einer in dem Lithographieprozess verwendeten spezifischen
Wellenlänge
gleich Null ist, dann zeigt dies, dass an der Grenze keine Lichtbeugung
auftritt. Deshalb wird eine Maske mit einer Lichtintensität von Null
bei der nullten Ordnung so angesehen, dass sie hinsichtlich Phase
und Transmission kein Ungleichgewicht aufweist und deshalb zum Strukturieren
von Halbleiterbauelementen in nachfolgenden Lithographieprozessen
verwendet werden kann. Ansonsten können Masken mit einer etwaigen Lichtintensität bei nullter
Ordnung bei der spezifischen Wellenlänge eine Reparatur zugeführt oder verworfen
werden. Wie wohl bekannt ist, ist eine AltPSM so ausgelegt, dass
sie bei einer spezifischen Wellenlänge arbeitet. Bei gegenwärtig zur
Verfügung stehender
Lithographietechnologie wird eine Lichtwellenlänge von 193 nm zum Strukturieren
kritischer Schichten verwendet. Deshalb wird bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt, dass die Lichtintensität nullter
Ordnung bei der Wellenlänge
von 193 nm gleich Null ist, damit man bei Anwendung in der Lithographie
mit einer Lichtwellenlänge
von 193 nm eine Maske mit guter Qualität erhält. Die vorliegende Erfindung
ist jedoch nicht nur auf die Anwendung mit Lithographie bei 193
nm beschränkt
und kann stattdessen leicht bei anderen Wellenlängen angewendet werden.
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Als
Merkmal einer AltPSM nimmt die Transmission von Licht in der nullten
Ordnung im Arbeitsbereich ab, wie in 2D gezeigt.
Die Transmissionsabnahme ist eine Funktion sowohl der einfallenden
Wellenlänge
als auch des Phasenversatzes (d.h., beispielsweise beträgt in der
nullten Ordnung die Phasendifferenz in einer idealen AltPSM-Struktur 180
Grad). Die Phasendifferenz ist so ausgelegt, dass die Leistung bei
der Beleuchtungswellenlänge optimiert
wird. Die Eigenschaft reduzierter Transmission kann dazu verwendet
werden, das Ausmaß an Phasenversatz
durch Scannen der beleuchtenden Wellenlänge über einen entsprechenden Bereich
zu quantifizieren. Weiterhin steht der Ort der Minima der gescannten
beleuchteten Wellenlängen
zu dem Ausmaß an
Phasenfehler in Beziehung. Eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung besteht deshalb darin, einen Phasenfehler durch Scannen
der einfallenden Wellenlängen
und Identifizieren der Minima in der Kurve aus einfallenden Wellenlängen und Intensität der nullten
Ordnung zu berechnen.
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5 ist ein Flußdiagramm,
das beispielhaft ein Verfahren zum Erkennen der Qualität einer
AltPSM gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie bei Schritt 501 gezeigt,
wird eine Seite der zu erkennenden Maske mit einfallendem Licht
mit einstellbarer Wellenlänge beleuchtet.
Abgegebenes Licht von der Maske wird bei Schritt 553 detektiert.
Bei Schritt 505 wird das detektierte abgegebene Licht der
Maske zur Berechnung an einen Computer geführt. Bei Schritt 507 verarbeitet
der Computer das detektierte abgegebene Licht gemäß der zugeführten einfallenden
Lichtwellenlänge,
um ein Berechnungsergebnis zu erhalten. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Berechnungsergebnis eine Kurve der
Beziehung aus einfallender Wellenlänge und Intensität der nullten
Ordnung sein. Bei Schritt 509 wird die Wellenlänge des
einfallenden Lichts eingestellt und die eingestellte einfallende
Wellenlänge
wird dann zum erneuten Scannen der Maske verwendet. Die Schritte 501, 503, 505 und 507 werden
deshalb mehrmals wiederholt, damit man verschiedene Kurven der Intensität der nullten
Ordnung bei verschiedenen Wellenlängen erhält.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Wellenlänge sequentiell justiert werden,
so dass das einfallende Licht (manuell oder automatisch) auf der
Maske bei verschiedenen Lichtwellenlängen gescannt wird. Alternativ
kann das einfallende Licht mehrere Wellenlängen umfassen. Bei dieser alternativen
Ausführungsform
kann ein zum Erkennen des einfallenden Lichts verwendeter Detektor
eine CCD mit mehreren Kanälen
sein, die die verschiedenen Lichtwellenlängen gleichzeitig erkennen
können,
oder ein Detektor kann verwendet werden, der auf sequentielle Weise
jeweils eine Wellenlänge
detektiert.
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6 ist ein schematisches
Diagramm eines Systems 600 zum Erkennen der Qualität einer
AltPSM gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System von 6 kann gemäß dem oben unter Bezugnahme
auf 5 beschriebenen
Verfahren angewendet werden.
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Wie
in 6 gezeigt, enthält das System 600 mindestens
eine Lichtquelle 610, die ein einfallendes Licht auf eine
Flä che
einer Maske 620 wie etwa eine AltPSM projiziert, und einen
Detektor 530, der der gegenüberliegenden Seite der Maske 620 zugewandt
ist, um das abgegebene Licht der Maske 620 zu erkennen.
Das System 600 enthält
außerdem einen
Computer 640 zum Empfangen der Signale des abgegebenen
Lichts vom Detektor 630 und Berechnen der Lichtintensität der Signale
des abgegebenen Lichts auf der Grundlage der Wellenlänge des einfallenden
Lichts von der Lichtquelle 610.
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Die
Wellenlänge
des einfallenden Lichts kann eingestellt werden, so dass der Detektor 630 verschiedenes
abgegebenes Licht der Maske 620 gemäß dem einfallenden Licht mit
verschiedenen Wellenlängen
detektiert. Alternativ kann die Lichtquelle 610 gleichzeitig
Licht mit mehreren Wellenlängen
auf die Maske 620 projizieren. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform
können
die Detektoren eine CCD mit mehreren Kanäle zum gleichzeitigen Erkennen
mehrerer Wellenlängen
sein, oder der Detektor kann ein Detektor mit Filter sein, der jeweils eine
Wellenlänge
sequentiell detektiert. In jedem Fall sammelt der Computer 640 Informationen über das detektierte
Signal des abgegebenen Lichts und die zugeordnete Wellenlänge des
einfallenden Lichts und nimmt eine Berechnung vor, um Kurven der Lichtintensität wie in 7 zu erhalten, was unten ausführlicher
beschrieben wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Detektor 630 eine Detektorvorrichtung,
die Lichtbeugung mit Ordnungen außer der nullten Ordnung herausfiltert,
so dass der Computer 640 nur die Lichtintensität der nullten
Ordnung bei verschiedenen Wellenlängen analysiert. 7 zeigt dementsprechend
nur die Kurven der Beziehung aus einfallende Lichtwellenlängen und
der Intensität
der nullten Ordnung.
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7 zeigt verschiedene Kurven
der Lichtintensität,
die durch das Verfahren, wie unter Bezugnahme auf 5 beschrieben, erhalten wurden. Wie man
in dieser Figur sehen kann, verschiebt sich das Minimum der Kurve
hinsichtlich der Intensität
der nullten Ordnung, wenn die Phasendifferenz verändert wird.
Außerdem
entspricht das Minimum jeder Kurve der einfallenden Wellenlänge, wenn
die Intensität
der nullten Ordnung Null beträgt.
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Wie
gezeigt, weist Kurve I ein Minimum bei 190 nm, Kurve II ein Minimum
bei 193 nm und Kurve III ein Minimum bei 196 nm auf. Wie oben erwähnt, steht
der Ort der Minima jeder Kurve I, II und III zu einem Ausmaß des Phasenfehlers
in Beziehung. Da in der aktuellen Photolithographietechnologie die
verwendete Lichtwellenlänge
193 nm beträgt,
zeigt Kurve II mit einem Minimum bei 193 nm, dass die erfasste Maske
eine ideale Maske ohne Phasen- oder Transmissionsfehler ist. Diese
ideale Maske wird in der nachfolgenden Lithographietechnologie zum Strukturieren
des Halbleitersubstrates verwendet. Die Kurven I und III zeigen
jedoch, dass die einfallenden Wellenlängen nullter Ordnung die Fehler –3 nm bzw.
+3 nm aufweisen, was bedeutet, dass die erfassten Masken bei der
Wellenlänge
193 nm möglicherweise
nicht die optimale Leistung aufweisen. Jene Masken mit den Intensitätskurven
wie den Kurven I und III, deren Minima der Intensitätskurve
nicht auf den Intensitätspunkt
Null fällt,
können
verworfen oder repariert werden. Alternativ kann ein Herstellungsprozeß abgeändert werden,
um den erkannten Maskenfehler zu berücksichtigen.
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Phasenfehler
der nullten Ordnung können auch
durch Analysieren der Kurven der Beziehung aus der Wellenlänge und
der Intensität
gemäß 7 berechnet werden. Um Phasenfehler
prä ziser
zu bestimmen, kann mit dem System von 6 ein
Hochauflösungsmonochromator
oder Monochromator (nicht gezeigt) verwendet werden. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Monochromator mit der Lichtquelle
verwendet werden, um die Wellenlänge
des einfallenden Lichts zu justieren. Alternativ kann ein Monochromator
entweder auf der Vorderseite oder der Rückseite der Maske für eine bestimmte
Wellenlänge
verwendet werden. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Monochromator ein Monochromator sein, der von
der Firma McPherson Co., Modell 2062, erhalten werden kann, der
bis hinunter zu 0,04 nm auflösen
kann. Andere Instrumente wie etwa ein Instrument mit einer noch
höheren
Auflösung
kann ebenfalls verwendet werden. Indem ein Hochauflösungsmonochromator angewendet
wird, kann die Scanwellenlänge
jedesmal um eine kleinere Differenz justiert werden. Indem die feinjustierte
Wellenlänge
gescannt und die Orte der Minima der Intensität von Kurven nullter Ordnung gemessen
werden, können
Phasenfehler präzise
berechnet werden. Das Analyseergebnis mit dem Monochromator ist
in 8 gezeigt.
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8 zeigt Kurven der Beziehung
aus einfallenden Wellenlängen
und Phasenfehler. Wie gezeigt, weist Kurve B einen Phasenfehler
von Null auf, wenn die einfallende Lichtwellenlänge 193 nm beträgt. Das heißt, die
erfasste Maske mit Kurve B ist eine ideale Maske und wird in nachfolgenden
Photolithographieprozessen verwendet. Die anderen, Kurven A und
C weisen bei einfallenden Lichtwellenlängen von 190 nm bzw. 196 nm
Phasenfehler von Null auf, was darauf hinweist, dass Kurve A einen
Phasenfehler von –3
nm und Kurve C einen Phasenfehler von +3 nm aufweist. Die den Kurven
A und C entsprechenden Masken werden deshalb verworfen, repariert
oder in einem Herstellungsprozeß verwendet,
der den detektierten Maskenfehler kompensiert.
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Das
System und Verfahren der vorliegenden Erfindung bestimmen dementsprechend
die Qualität der
Maske durch Scannen des wellenlängenjustierbaren
einfallenden Lichts auf der erfassten Maske und Messen des Minimums
der Kurve der Lichtintensität
der nullten Ordnung, wie durch die Kurven von 7 dargestellt. Das System und Verfahren
der vorliegenden Erfindung können
auch die Phasenfehler der erfassten Maske bestimmen, indem sie das
abgegebene Licht von der erfassten Maske erkennen und die Wellenlänge des
abgegebenen Lichts mit der einfallenden Wellenlänge vergleichen, wie durch
die Kurven von 8 dargestellt.
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Durch
die vorliegende Erfindung erhält
man ein unkompliziertes und günstiges
schnelles System und Verfahren zum Bestimmen des Versatzes von Phasenverschiebungen
in einer AltPSM. Gemäß dem System
der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz zu Systemen, die gegenwärtig breite
Anwendung finden, wie etwa AIMS-Werkzeuge, keine komplexe und teure
Anordnung der Komponenten erforderlich. Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise die Lichtquelle 510 zum
Abstrahlen einfallenden Lichts unter denjenigen ausgewählt werden,
die bereits auf dem Markt erhältlich
sind, solange sie im Bereich der 193 nm-Wellenlänge arbeitet. Die Detektoren
können
von jedem beliebigen Typ von Detektoren sein, wie etwa solche, die
Lichtbeugung anderer Ordnungen als der nullten Ordnung ausfiltern
können.
Die vorliegende Erfindung kann einen Kollimator unterhalb der Lichtquelle
enthalten, um inkohärentes
einfallendes Licht bereitzustellen. Die Maske kann auch mit einer
Antireflexbeschichtung erweitert werden, damit man eine bessere
Leistung erhält.
Das System kann, wie oben erwähnt,
einen Hochauflösungsmonochromator
auf der Vorderseite oder der Rückseite
der zu erfassenden Maske enthalten, um die Wellenlänge des
einfallenden Lichts fein zu justieren.
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Zudem
kann die vorliegende Erfindung zum Erkennen eines kleinen Bereichs
der Maske verwendet werden, damit man eine Abschätzung hinsichtlich der örtlichen
Variation der durch Ätzen
erzielten Phasen erhält.
Für eine
größere Maske
kann das Erfassen gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung mit einem kleinen kollimierten Lichtstrahl
an verschiedenen Stellen der Maske durchgeführt werden. Indem die Phasenversätze an den
Grenzen zwischen den Bereichen mit einer Phasendrehung von 0 Grad
und 180 Grad in dem kleinen Bereich der Maske nachgewiesen werden,
kann die Qualität
eines lokalen Bereichs der Maske entsprechend abgeschätzt werden.
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Zusätzlich zu
der Anwendbarkeit auf ein einfaches 1D-Array wie Strukturen auf
dem Halbleitersubstrat kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
auch leicht auf zwei 2D-Strukturen
ausgedehnt werden. Durch Hinzunahme einer gewissen Differenziertheit
in das Inspektions/Charakterisierungswerkzeug ist es außerdem möglich, diese
Verfahren auf ein beliebiges Layout auszudehnen, bei dem die Größe der Gleichwert-Komponente
beispielsweise über
eine Simulation charakterisiert und dann gemessen wird.
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Die
vorausgegangene Offenbarung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wurde zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung
vorgelegt. Sie soll nicht erschöpfend
sein oder die Erfindung auf die offenbarten präzisen Formen begrenzen. Dem
Durchschnittsfachmann ergeben sich angesichts der obigen Offenbarung
viele Variationen und Modifikationen der Ausführungsformen. Der Umfang der
Erfindung soll nur durch die hier beigefügten Ansprüche und durch ihre Äquivalente
definiert sein.
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Beim
Beschreiben repräsentativer
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Patentschrift zudem möglicherweise
das Verfahren und/oder den Prozess der vorliegenden Erfindung als eine
bestimmte Abfolge von Schritten vorgelegt haben. In dem Ausmaß, in dem
das Verfahren oder der Prozess nicht auf der hier dargelegten bestimmten Reihenfolge
von Schritten basiert, sollte das Verfahren oder der Prozess nicht
auf die hier bestimmte besondere Abfolge von Schritten begrenzt
sein. Wie der Durchschnittsfachmann erkennen würde, können andere Abfolgen von Schritten
möglich
sein. Die in der Patentschrift dargelegte besondere Reihenfolge
der Schritte sollte deshalb nicht als Einschränkungen hinsichtlich der Ansprüche ausgelegt
werden. Außerdem
sollte die das Verfahren und/oder den Prozess der vorliegenden Erfindung
betreffenden Ansprüche nicht
auf die Durchführung
ihrer Schritte in der geschriebenen Reihenfolge begrenzt werden,
und der Fachmann kann ohne weiteres erkennen, dass die Abfolgen
abgeändert
werden können
und weiterhin innerhalb des Gedankens und Umfangs der vorliegenden
Erfindung bleiben.