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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Strukturen
auf einer Maske und zur Berechnung der aus den Strukturen auf der
Maske resultierenden Strukturen in einem Photoresist auf einem Wafer.
Im Besonderen betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vermessen
von Strukturen auf einer Maske und zur Berechnung der aus den Strukturen auf
der Maske resultierenden Strukturen in einem Photoresist auf einem
Wafer, wobei die Vorrichtung mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder
eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung und mindestens eine Abbildungsoptik
und einen Detektor einer Kamera zum Abbilden der Strukturen auf der
Maske umfasst, wobei ein erstes Dienstprogramm mit dem Detektor
der Kamera verbunden ist, das für die Ermittlung der Position
und/oder der Abmessung der Struktur auf der Maske vorgesehen ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen von Strukturen
auf einer Maske und zur Bestimmung der aus den Strukturen auf der
Maske resultierenden Strukturen in einem Photoresist auf einem Wafer.
Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Vermessen
von Strukturen auf einer Maske und zur Bestimmung der aus den Strukturen auf
der Maske resultierenden Strukturen in einem Photoresist auf einem
Wafer, wobei mindestens eine Struktur auf der Maske für
die Halbleiterherstellung mit mindestens einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung
und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird,
die Struktur auf der Maske mit mindestens einer Abbildungsoptik
auf einen Detektor einer Kamera abgebildet wird, und bei der Vermessung
der Struktur auf der Maske in Bezug auf die Position und/oder Abmessung
die Werte mit einem ersten Dienstprogramm ermittelt werden, das
mit dem Detektor der Kamera verbunden ist.
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Ein
Messgerät nach dem Stand der Technik vermisst Strukturen
auf einem Substrat, wobei das Messgerät eine Auflicht-
und/oder Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung, eine Abbildungs-Einrichtung und
eine Detektor-Einrichtung für die abgebildeten Strukturen
und einen senkrecht und relativ zur optischen Achse der Abbildungs-Einrichtung
interferometrisch kontrollierten, messbar verschiebbaren Messtisch
zur Aufnahme des Substrats umfasst. Das Messgerät ist jedoch
nicht geeignet, um zu bestimmen, wie die Strukturen auf dem Substrat
(Maske) letztendlich durch den Stepper in dem Photoresist auf den
Wafer abgebildet werden.
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Ein
Messgerät dieser Art ist z. B. in dem Vortragsmanuskript „Pattern
Placement Metrology for Mask Making", Dr. Carola Bläsing,
ausgegeben anlässlich der Tagung Semicon, Education Program,
in Genf am 31.03.1998, ausführlich beschrieben.
Das Messgerät ist in einer Klimakammer aufgestellt, um eine
Messgenauigkeit im Nanometer-Bereich erreichen zu können.
Gemessen werden die Koordinaten von Strukturen auf Masken und Wafern.
Das Messsystem ist auf einem schwingungsgedämpft gelagerten
Granitblock angeordnet. Die Masken und Wafer werden mit einem automatischen
Handlingsystem auf den Messtisch gebracht.
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE 19819492 offenbart
eine Messmaschine für Strukturbreiten oder der Position
von Strukturen auf dem Substrat. Der Messtisch gleitet dabei auf
Luftlagern auf der Oberfläche des Granitblocks. An zwei
zueinander senkrecht stehenden Seiten des Messtisches sind ebene
Spiegel angebracht. Ein Laser-Interferometer-System bestimmt die
Position des Messtisches. Ebenso ist auch eine andere, reinraumgeeignete
Führung des Messtisches denkbar. Die Beleuchtung und die
Abbildung der zu messenden Strukturen erfolgt über eine
hoch auflösende, apo-chromatisch korrigierte Mikroskop-Optik
im Auflicht oder Durchlicht im Spektralbereich des nahen UV. Eine
CCD-Kamera dient als Detektor. Aus den innerhalb eines Messfensters
liegenden Pixeln des Detektorarrays werden Messsignale gewonnen.
Durch Bildverarbeitung wird daraus ein Intensitätsprofil
der gemessenen Struktur abgeleitet, aus dem z. B. die Kantenlage
der Struktur ermittelt wird.
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Die
gemessene Kantenlage hängt zum einen von der physikalischen
Qualität der Kante selbst und zum anderen von der verwendeten
optischen Messmethode sowie der Güte des Abbildungssystems
ab. Die Zusammenhänge werden in dem Aufsatz „Kantenvermessung
an Mikrostrukturen", W. Mirandé, VDI Berichte Nr. 1102
(1993), Seite 137 ff, beschrieben. Wird die Position der
Struktur durch die Mittellinie zu den beiden Kanten definiert, so
haben die Einflüsse auf die gemessene Kantenlage im Allgemeinen keine Auswirkung
auf die gemessene Position der Struktur. Die Auswertung der Messergebnisse
für eine Strukturbreitenmessung kann dagegen in unterschiedlichen
Messgeräten zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
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Bei
der Halbleiterherstellung wird die Maske im Stepper im Durchlicht
beleuchtet und auf den Wafer abgebildet. Es besteht daher auch ein
Interesse daran, die genaue lichtabschattende Breite des Strukturelementes
ermitteln zu können. Hierfür wurden spezielle
Messmikroskope entwickelt, bei denen die Maske im Durchlicht beleuchtet
und ausschließlich die Breite des opaken Strukturbildes
gemessen wird. Für eine Bestimmung der Lagekoordinaten
der Strukturelemente sind diese Messgeräte nicht vorgesehen.
Diese Überlegungen gelten in gleicher Weise, wenn anstelle
opaker Strukturelemente transparente Strukturelemente in der Maskenoberfläche
gemessen werden sollen.
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Ferner
offenbart die deutsche Patentanmeldung
DE 10 2005 009 536 A1 ein
Verfahren zur Maskeninspektion, welches im Rahmen des Maskendesigns
der Maskenherstellung eingesetzt werden kann, um relevante Schwachstellen
bereits frühzeitig erkennen und korrigieren zu können.
Dabei sollen Fehler bereits im Maskenlayout und Maskendesign erkannt
und beseitigt werden können, so dass die erzeugten Masken
eine geringere Fehlerquote aufweisen und Kosten minimiert werden.
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Zur
Analyse von Maskendefekten hinsichtlich Printability ist seit 10
Jahren das AIMS<TM> (Aerial Imaging Measurement
System) der Carl Zeiss SMS GmbH im Markt etabliert. Dabei wird ein
kleiner Bereich der Maske (Defektort mit Umgebung) mit den gleichen
Beleuchtungs- und Abbildungsbedingungen (Wellenlänge, NA
(numerische Apertur), Beleuchtungstyp, Kohärenzgrad des
Lichtes (Sigma)) wie im lithographischen Scanner beleuchtet und
abgebildet. Im Gegensatz zum Scanner wird jedoch das von der Maske
erzeugte Luftbild auf eine CCD-Kamera vergrößert.
Die Kamera sieht das gleiche latente Bild wie der Photoresist auf
dem Wafer. Somit kann ohne aufwändige Testprints durch
Waferbelichtungsgeräte das Luftbild analysiert und Rückschlüsse
auf die Printability der Maske gezogen werden. Durch Aufnahme einer
Fokusreihe bekommt man zusätzliche Informationen zur Analyse
des lithographischen Prozessfensters (siehe hierzu
DE10332059A1 ).
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Die
deutsche Patentanmeldung
DE 10332059A1 offenbart
ein Verfahren zur Analyse von Objekten in der Mikrolithographie,
vorzugsweise von Masken, mittels eines Aerial Image Measurement Systems
(AIMS), das aus mindestens zwei Abbildungsstufen besteht, wobei
das detektierte Bild mittels eines Korrekturfilters bezüglich
des Übertragungsverhaltens der zweiten oder weiterer Abbildungsstufen
korrigiert wird und die Beleuchtung des Objekts in Auf- und/oder
Durchlicht erfolgt, wobei die Korrektur derart erfolgt, dass die
korrigierten Ausgangsgrößen der Abbildung eines
Photolithographie-Steppers oder -Scanners entsprechen, wobei die
Korrektur durch eine Rückfaltung erfolgt und für die
Korrektur gemessene oder errechnete Korrekturwerte herangezogen
werden.
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Die
europäische Patentanmeldung
EP
0 628 806 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Bestimmung der Charakteristika einer photolithographischen Maske.
In dem AIMS-Maskeninspektionsmikroskop ist damit z. B. die Einstellung
und Beobachtung von bestimmten Beleuchtungseinstellungen verbunden.
Das Licht zur Beleuchtung kommt dabei aus dem UV-Bereich. Der Detektor
oder die Bildaufnahmeeinheit ist eine UV-CCD-Kamera.
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In
der internationalen Patentanmeldung
WO 00/60415 A1 wird ein Verfahren zur Korrektur
von Abbildungsfehlern beschrieben, bei dem durch Änderung
eines elektronischen Maskenentwurfes nach Belichten dieses Maskenentwurfes
durch einen Maskenschreiber auf der Maske Strukturen abgebildet werden,
die dem ursprünglichen Maskenentwurf bzw. der Soll-Maske
möglichst nahe kommen. Die zu berücksichtigenden
Prozessbedingungen werden dabei in Form von Tabellen zusammengefasst,
die insbesondere die von den Prozessbedingungen abhängigen
Parameter in Form von Korrekturwerten beinhalten. Beispielsweise
sind in den Tabellen ortsabhängig unterschiedliche Korrekturwerte
zur Kompensation der geräteabhängigen Aberration
des Maskenschreibers enthalten. Dabei setzt die Lösung
für sämtliche Korrekturwerte physikalisch begründete Modelle
der entsprechenden Abbildungsfehler voraus. Mit dem vorgeschlagenen
Verfahren ist es im Gegensatz zu bekannten Verfahren zwar möglich, Maskenstrukturen
zur Erzeugung hochintegrierter Schaltkreise effektiv zu korrigieren,
allerdings ist der rechnerische Aufwand erheblich. Ein weiterer
Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Vielzahl der in Form von
Korrekturwerten zu berücksichtigenden Parameter. Dabei
sind neben Beugungs- und Brechungseffekten auch Wechselwirkungseffekte
und gerätebedingte Aberrationseffekte zu berücksichtigen.
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Die
noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung
DE 10 2007 028 260 offenbart
eine Vorrichtung zur Messung von Positionen und Strukturbreiten
mindestens einer Struktur auf einer Oberfläche eines Substrats.
Das Substrat ist dabei derart in den Messtisch eingelegt, dass ein
aus der Oberfläche des Substrats, die die Strukturen trägt,
weisender Normalvektor im Wesentlichen parallel zum Vektor der Gravitationskraft
ist.
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Keine
der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und/oder Verfahren
kann dabei in ein und derselben Vorrichtung die Position bzw. CD
(critical dimension) von Strukturen auf einer Maske bestimmen und
auch das Ergebnis vorhersagen, das man erhält, wenn man
die Maske mittels eines Steppers in einen Photoresist auf den Wafer
abbilden würde.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu
schaffen, mit der die Positionen und Strukturbreiten von Strukturen
auf einer Maske bestimmt werden können, wobei die Vorrichtung
auch dazu geeignet sein soll, das durch einen Stepper geprintete
Ergebnis einer Struktur auf der Maske zu berechnen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die die Merkmale
des Anspruchs 1 umfasst. Weitere Vorteile ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen
und der Beschreibung.
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Ebenso
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen,
mit dem die Positionen und Strukturbreiten von Strukturen auf einer Maske
bestimmt werden können, wobei das Verfahren auch dazu geeignet
sein soll, das durch einen Stepper geprintete Ergebnis einer Struktur
auf der Maske zu berechnen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale
des Anspruchs 13 umfasst. Weitere Vorteile ergeben sich aus den
zugehörigen Unteransprüchen und der Beschreibung.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst mindestens
eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung, mit
denen Strukturen auf einer Maske beleuchtet werden. In einer Ausführungsform
sendet die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder
Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung jeweils Licht in eine gemeinsame
optische Achse aus. In einer noch weiteren Ausführungsform
umfasst die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder
eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung einen Excimer-Laser. Dies
ist von besonderem Vorteil, weil dieser Laser auch für
die Beleuchtung im Stepper verwendet werden kann. In einer noch
weiteren Ausführungsform ist außerdem ein senkrecht und
relativ zur optischen Achse interferometrisch kontrollierter, verschiebbarer
Messtisch zur Aufnahme der Maske und zum Anfahren der Strukturen
auf der Maske vorgesehen. Die Verschiebung des Messtisches wird
also interferometrisch kontrolliert und gemessen. Die Vorrichtung
umfasst zusätzlich mindestens eine Abbildungsoptik und
einen Detektor einer Kamera, so dass die Strukturen auf der Maske
mittels der mindestens einen Abbildungsoptik auf den Detektor der
Kamera abbildbar sind. Die Kamera ist in einer weiteren Ausführungsform
eine CCD-Kamera, die für Licht der Wellenlänge
kleiner oder gleich 400 nm empfindlich ist. Die Maske wird in einer
weiteren Ausführungsform zur Waferherstellung verwendet. Die
erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ferner ein
erstes Dienstprogramm, das mit dem Detektor der Kamera verbunden
ist und für die Ermittlung der Position und/oder der Abmessung
der Struktur auf der Maske vorgesehen ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
vermisst also durch die vorher beschriebenen Elemente aus dem Stand
der Technik die Strukturen auf der Maske.
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Bisher
wird aus den so gefundenen Messergebnisdaten nur die Position und/oder
die Abmessung und/oder die CD der jeweiligen Struktur auf der Maske
berechnet. Die aufgrund der Stepperbeleuchtung zu erwartende Struktur
in einem Photoresist auf einem Wafer kann theoretisch berechnet
werden, die sich bei der Belichtung im Stepper in einem Photoresist
auf dem Wafer ergeben würde. Die aus dem Bild der CCD-Kamera
berechnete Breite (CD) der Struktur auf der Maske wird mit der theoretisch
berechneten Breite der zu erwartenden Struktur im Photoresist auf
dem Wafer verglichen. Aus diesem Vergleich kann abgeschätzt
werden, wie genau die einzelnen Strukturen auf der Maske letztendlich
in dem Photoresist auf dem Wafer erzeugt werden.
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Die
mindestens eine Abbildungsoptik zum Abbilden der Struktur auf der
Maske ist dazu gemäß einer in einem Stepper verwendeten
Wellenlänge einer Stepperbeleuchtung ausgestaltet. Die
mindestens eine Abbildungsoptik kann also dieselbe Wellenlänge
verwenden wie die Stepperbeleuchtung. Um die in der Stepperbeleuchtung
verwendete Wellenlänge schnell und komfortabel einstellen
zu können, sind in einer Ausführungsform bei der
mindestens einen Abbildungsoptik mindestens zwei Objektive vorgesehen,
die jeweils in die optische Achse verbringbar sind. Das eine der
mindestens beiden Objektive wird bei der Ermittlung der Position
und/oder der Abmessung der Struktur auf der Maske verwendet. Das andere
der mindestens beiden Objektive wird dagegen bei der Berechnung
der im Photoresist auf dem Wafer zu erwartenden Struktur verwendet.
Für die beiden Objektive wird die jeweils benötigte
Wellenlänge bei der Beleuchtung eingestellt.
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In
weiteren Ausführungsformen sind die Objektive auf einem
Schieber oder einem Revolver aufgebracht, so dass sie schnell und
komfortabel für die jeweils benötigte Verwendungsart – Vermessen
der Strukturen auf der Maske bzw. Berechnen der daraus resultierenden
Strukturen im Photoresist auf dem Wafer – gewechselt werden
können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist nicht auf diese beiden Elemente eingeschränkt, sondern
es sind auch weitere Elemente denkbar, die zum Wechseln der Objektive verwendet
werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu
verlassen.
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Stattdessen
können die mindestens zwei Objektive auch fest an der erfindungsgemäßen
Vorrichtung montiert sein und über jeweils eine eigene Beleuchtungseinrichtung
verfügen und den beiden Objektiven ist jeweils ein eigener
Detektor zugeordnet. Vorteil dieser Ausführungsform ist,
dass die Objektive immer gleich im Beleuchtungs- und/oder Abbildungs-Strahlengang
angeordnet sind, denn aufgrund der hohen Messgenauigkeit der Vorrichtung
ist es mit einem herkömmlichen Schieber oder Revolver nicht
immer möglich, die Objektive beim Wechseln exakt zu positionieren.
Eine ungenaue Position der Objektive führt somit zu einem
Abbildungsfehler, der sich wiederum in einem Messfehler niederschlägt.
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In
weiteren Ausführungsformen sind bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die verwendeten Wellenlängen zum Abbilden der
Strukturen auf der Maske auf den Detektor der Kamera für
die Ermittlung der Position und/oder der Abmessung der Struktur
auf der Maske einerseits und für die Berechnung der im
Photoresist auf dem Wafer zu erwartenden Struktur andererseits identisch.
Beispielsweise kann die eine verwendete Wellenlänge 248
nm, 193 nm, 157 nm oder 13 nm betragen. In weiteren Ausführungsformen
sind dagegen die verwendeten Wellenlängen für
die beiden oben genannten Verwendungsarten nicht identisch, beispielsweise
für die Ermittlung der Position und/oder der Abmessung
der Struktur auf der Maske 365 nm, aber für die Berechnung der
im Photoresist auf dem Wafer zu erwartenden Struktur 248 nm oder
193 nm oder 157.
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Des
Weiteren ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ein zweites Dienstprogramm vorgesehen, das mit dem Detektor der
Kamera verbunden ist. Das zweite Dienstprogramm berechnet die jeweils
zu erwartende Struktur im Photoresist auf dem Wafer aufgrund der
im Stepper verwendeten Wellenlänge der Stepperbeleuchtung.
Auf Basis der zuvor gefundenen Messergebnisdaten bezüglich
der Position und/oder der Abmessung (CD) der jeweiligen Struktur
auf der Maske werden diese Messdaten mit der zu erwartenden Struktur
im Photoresist auf dem Wafer verglichen. In einer Ausführungsform
umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Auswerteelektronik, die mit dem Detektor der Kamera verbunden ist und
das erste Dienstprogramm und das zweite Dienstprogramm umfasst.
Das erste und zweite Dienstprogramm sind als Subroutinen zu sehen
und können natürlich in einem übergeordneten
Programm aufrufbar sein.
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Entsprechend
der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung
sieht die Erfindung auch ein Verfahren zum Vermessen von Strukturen
auf einer Maske und zur Berechnung der aus den Strukturen auf der
Maske zu erwartenden Strukturen in einem Photoresist auf einem Wafer
vor, das nachfolgend beschrieben wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird mit mindestens
einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung mindestens
eine Struktur auf der Maske für die Halbleiterherstellung
beleuchtet. Wie oben bereits beschrieben kann in einer Ausführungsform
die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder die
Durchsicht-Beleuchtungseinrichtung jeweils Licht in eine gemeinsame
optische Achse aussenden bzw. in einer anderen Ausführungsform
ein senkrecht und relativ zur optischen Achse interferometrisch
kontrolierter, verschiebbarer Messtisch zur Aufnahme der Maske und
zum Anfahren der Strukturen auf der Maske vorgesehen sein.
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Ferner
wird mit mindestens einer Abbildungsoptik die jeweils ausgewählte
Struktur auf der Maske auf einen Detektor einer Kamera abgebildet. Wie
oben bereits beschrieben kann in einer Ausführungsform
die Kamera eine für Licht der Wellenlänge kleiner
oder gleich 400 nm empfindliche CCD-Kamera sein.
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Des
Weiteren werden zur Vermessung der jeweils ausgewählten
Struktur auf der Maske in Bezug auf die Position und/oder Abmessung
die Werte mit einem ersten Dienstprogramm ermittelt, das mit dem
Detektor der Kamera verbunden ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren wird die jeweils ausgewählte
Struktur auf der Maske mit der mindestens einen Abbildungsoptik
unter Verwendung einer in einem Stepper verwendeten Wellenlänge
einer Stepperbeleuchtung beleuchtet. Wie oben bereits beschrieben
kann in diversen Ausführungsformen die mindestens eine
Abbildungsoptik aus mindestens zwei Objektiven bestehen, die abhängig von
der Verwendungsart eingestellt und in die optische Achse verbracht
werden, wobei die Objektive in bevorzugten Ausführungsformen
auf einem Schieber oder Revolver aufgebracht sind. In weiteren Ausführungsformen
sind, wie oben beschrieben, die verwendeten Wellenlängen
für beide Verwendungsarten identisch oder nicht identisch
mit den oben angegeben spezifischen Wellenlängen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich,
die zu erwartende Struktur im Photoresist auf dem Wafer anhand der
im Stepper verwendeten Wellenlänge der Stepperbeleuchtung
zu berechnen. Anhand der Abbildung der Struktur auf der Maske auf den
Detektor der Kamera wird mit einem zweiten Dienstprogramm die Breite
der Struktur berechnet. Die aufgrund der Stepperbeleuchtung zu erwartende Struktur
im Photoresist auf dem Wafer und die aufgrund der Abbildung der
Struktur auf der Maske ermittelte Position oder Breite (CD) werden
miteinander verglichen, um zu beurteilen wie sich die Struktur letztendlich
im Photoresist auf dem Wafer entwickelt. Dabei kann man zunächst
alle Positionen bzw. Breiten der Strukturen auf der Maske ermitteln
und diese in einer Datenbank ablegen. In analoger Weise kann mit
der Berechnung der zu erwarteneden Strukturen im Photoresist auf
dem Wafer verfahren werden. Der Vergleich kann anschließend
durchgeführt werden. In einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens sind speziell
für Strukturen, die Defekte enthalten, weitere Schritte
vorgesehen. Diese Schritte werden nachfolgend beschrieben. In einem
Schritt werden zunächst von der Auswerteelektronik die
Daten zur Lage der Strukturen auf der Maske an eine Steuerung des
Messtisches übergeben. In einem weiteren Schritt wird jeweils
eine der Strukturen auf der Maske, die Defekte enthalten, durch
die Steuerung des Messtisches in die optische Achse gebracht. Im
nächsten Schritt wird die jeweilige defekte Struktur auf
der Maske mit der mindestens einen Abbildungsoptik unter Verwendung
der im Stepper verwendeten Wellenlänge der Stepperbeleuchtung
beleuchtet. Im nächsten Schritt wird mit der mindestens einen
Abbildungsoptik die jeweilige defekte Struktur auf der Maske auf
den Detektor der Kamera abgebildet. Im nächsten Schritt
wird die zu erwartende Struktur im Photoresist auf dem Wafer anhand
der bei der Stepperbeleuchtung verwendeten Wellenlänge
und anhand der Abbildung der jeweiligen defekten Struktur auf der
Maske auf den Detektor der Kamera mit dem zweiten Dienstprogramm
berechnet. Dann wird im abschließenden Schritt Im Falle
einer Abweichung der Ergebnisdaten für die jeweilige zu
erwartende Struktur im Photoresist auf dem Wafer von einer dafür
vorgegebenen Soll-Struktur im Photoresist auf dem Wafer eine entsprechende
Meldung ausgegeben, wobei der Sollwert in einem vordefinierten Toleranzbereich
liegen darf. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist als zusätzlicher Schritt vorgesehen, dass
im Falle einer solchen Meldung die Maske einer Reparatur zugeführt
wird. Solch ein zusätzliches Prüfverfahren für defekte
Strukturen auf der Maske ist durchaus sinnvoll, da üblicherweise
nicht vorhergesagt werden kann, dass die defekten Strukturen auf
der Maske stets in ebenfalls defekte Strukturen bzw. in ähnliche defekte
Strukturen im Photoresist auf dem Wafer resultieren.
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Der
unmittelbare Vergleich von Messwerten bei unterschiedlichen Beleuchtungen
unter sonst gleichen Auswertebedingungen ermöglicht also
eine erweiterte Analyse der Maskenherstellungsprozesse. Weitere
Vorteile aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich
ableiten. Die Kosten für die Kontrolle von defekten Strukturen
auf der Maske bzw. im Photoresist auf dem Wafer werden reduziert,
da kein externes Kontroll-Messgerät wie beispielsweise
das AIMS benötigt wird. Das Prüfverfahren bzgl.
der defekten Strukturen ist vereinfacht, da alle Schritte des oben
beschriebenen Verfahrens in einer Prozesslinie liegen. Da das Substrat/der
Wafer/die Maske nicht mehr zwischen zwei unterschiedlichen Vorrichtungen
transportiert werden muss, verringert sich auch die Gefahr einer Zerstörung
des Substrats/des Wafers/der Maske beim Handling.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße
Verfahren werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen
genauer erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
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1:
eine schematische Ansichtsdarstellung einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2:
eine schematische Ansichtsdarstellung einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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3:
eine schematische Ansichtsdarstellung einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das
zu vermessende Substrat mit den Strukturen nach unten eingelegt
ist.
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1 zeigt
eine schematische Ansichtsdarstellung einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1,
die eine Koordinaten-Messmaschine ist, wie sie seit längerem
bereits aus dem Stand der Technik für die Vermessung von Strukturen 3 auf
Masken und/oder Wafern bekannt ist. Mit dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 können
Substrate optisch inspiziert und vermessen werden. Bei dem Substrat gemäß der
vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Maske 2,
die beispielsweise aus Quarzglas besteht. Die Maske 2 wird
für die Herstellung von Halbleitern, beispielsweise Wafern,
verwendet. Auf der Maske 2 sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht, die
mit der Vorrichtung 1 vermessen werden können. Die
Vorrichtung 1 umfasst eine optische Achse 5. Für den
Durchlichtmodus ist eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen,
welche Licht im nahen UV oder DUV emittiert und das Licht über
einen Spiegel 7 in Richtung eines Kondensors 8 leitet.
Das Licht in der optischen Achse 5 tritt durch das Substrat 2 und
wird zumindest größtenteils von einer Abbildungsoptik 9 mit
einem Objektiv 91 aufgesammelt und über einen
Strahlteiler 12 auf einen Detektor 11 einer Kamera 10 abgebildet.
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Der
Detektor 11 besteht in der hier dargestellten Ausführungsform
aus einem CCD-Chip, der die von der Abbildungsoptik 9 gesammelten
optischen Signale in elektrische Signale umwandelt. Ferner ist im
Auflichtstrahlengang der optischen Achse 5 ebenfalls eine
Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 14 vorgesehen, welcher
zum größten Teil den Strahlteiler 12 passiert
und mit der über die Abbildungsoptik 9 die Maske 2 bzw.
die Strukturen 3 auf der Maske 2 beleuchtet werden
können. Die Abbildungsoptik 9 ist mit einer nicht
gezeigten Fokussiereinrichtung versehen, die die Abbildungsoptik 9 in
Z-Koordinatenrichtung bewegt. Somit können durch die Abbildungsoptik 9 die
Strukturen 3 auf der Maske 2 in unterschiedlichen
Fokusebenen aufgenommen werden. In gleicher Weise ist es möglich,
dass der Kondensor 8 in Z-Koordinatenrichtung verschoben
werden kann.
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Bei
der Abbildungsoptik 9 handelt es sich um eine hochauflösende,
apo-chromatisch korrigierte Mikroskopoptik, welche für
Licht im UV-Bereich bzw. Licht der Wellenlänge kleiner
oder gleich 400 nm ausgelegt ist.
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Üblicherweise
weist die Vorrichtung 1 ein in Form eines Filters 114 und 115 ausgebildetes
Mittel auf, welches einerseits in dem unteren Beleuchtungsstrahlengang
der optischen Achse 5 und andererseits in dem oberen Beleuchtungsstrahlengang der
optischen Achse 5 angeordnet ist. Bei den Filtern 114 und 115 handelt
es sich um Transmissionsfilter. Mit den Filtern 114, 115 kann
beispielsweise die gewünschte Beleuchtungsart hinsichtlich
der Wellenlänge eingestellt werden.
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Der
hochauflösende CCD-Chip des Detektors 11 ist mit
einer Auswerteelektronik 16 verbunden, mit der die vom
CCD-Chip des Detektors 11 gewonnenen Daten ausgelesen und
entsprechend mit einem ersten ersten Dienstprogramm 17 verrechnet werden
können. Ebenso ist die Auswerteelektronik 16 für
die Steuerung eines Messtisches 20 in Y-Koordinatenrichtung
und in X-Koordinatenrichtung zuständig.
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Die
Maske 2 befindet sich auf dem Messtisch 20, der
wie bereits erwähnt in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
bewegbar gelagert ist. Die Bewegung des Messtisches 20 erfolgt über
Luftlager 21. Lediglich schematisch ist ein Laserinterferometersystem 24 angedeutet,
mit welchem über einen Lichtstrahl 23 die Position
des Messtisches 20 interferometrisch bestimmt werden kann.
Die Verschiebung des Messtisches 20 wird also interferometrisch kontrolliert.
Der Messtisch 20 ist dabei durch die Luftlager 21 quasi
reibungsfrei auf einem Granitblock 25 positioniert und
kann somit in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
bewegt werden. Der Granitblock 25 selbst steht dabei auf
schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26.
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Die
Beleuchtungseinrichtungen 6 und 14 sind voneinander
unabhängig einschaltbar. Für die Beurteilung der
geprinteten Pattern, also für die Berechnung der im Photoresist
auf dem Wafer zu erwartenden Struktur, werden Lichtquellen vorgesehen, die
Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm bzw. 193 nm bzw.
157 nm bzw. 13 nm abgeben. Die Abbildungsoptik 9 der Vorrichtung 1 ist
an die entsprechenden Wellenlängen angepasst. Für
die Auswertung der mittels der CCD-Kamera 10 gewonnenen Daten
ist ein zweites Dienstprogramm 18 bei der Auswerteelektronik 16 vorgesehen,
das aus den unter Stepperbedingungen abgebildeten Strukturen 3 auf
der Maske 2 eine zu erwartende Struktur bzw. ein zu erwartendes
Pattern im Photoresist auf dem Wafer berechnet.
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Die
Bestimmung der Strukturbreiten der Positionen oder Breiten der Strukturen
3 auf
der Maske
2 hängt stark von der mechanischen Deformation, sprich
Durchbiegung der Maske
2, ab. Diese Durchbiegung gilt es
bei der Bestimmung der Position bzw. der Strukturbreite herauszurechnen
oder die gemessenen Werte entsprechend zu korrigieren. Die noch nicht
veröffentlichte Patentanmeldung
DE 10 2007 028 260 offenbart
eine weitere Ausführungsform für die Vorrichtung
1 (siehe
3),
bei der die Maske
2 derart in den Messtisch
20 eingelegt
ist, dass ein aus der Oberfläche der Maske
2,
die die Strukturen
3 tragt, weisender Normalvektor
30 im
Wesentlichen parallel zum Vektor
33 der Gewichtskraft ist.
Diese in
3 dargestellte Anordnung hat
den besonderen Vorteil, dass bei der Messung der Positionen der Strukturen
3 die
gleichen Durchbiegungen vorherrschen, wie bei einer Maske
2,
die in einen Wafer-Stepper oder Wafer-Scanner eingelegt ist. Ebenso
ist es bei der Berechnung der Position und/oder der Abmessung der
Struktur
3 auf der Maske
2 vorteilhaft, die Auflagepunkte
der Maske
2 auf dem Messtisch
20 derart zu verteilen,
dass deren Verteilung der Verteilung der Auflagepunkte entspricht,
wie sie im Wafer-Stepper oder Wafer-Scanner verwendet werden. Des
Weiteren ist es von Vorteil, den gleichen Messtisch
20 bzw.
die gleiche Halterung für die Masken
2 oder Substrate
zu verwenden, wie diese auch im Wafer-Stepper oder Wafer-Scanner
Verwendung finden.
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die gemäß 1 ausgestaltet
ist. Zusätzlich zum Objektiv 91 umfasst die Abbildungsoptik 9 der
Vorrichtung 1 mindestens ein weiteres Objektiv 92.
Die mindestens beiden Objektive 91, 92 sind in der
dargestellten Ausführungsform gemäß 2 auf einem
Schieber 93 angeordnet. So kann je nach verwendeter Wellenlänge
das geeignete Objektiv 91 oder 92 in den Strahlengang
der optischen Achse 5 der Vorrichtung 1 gebracht
werden. Für den Fall, dass die Position und/oder die CD
von Strukturen auf einer Maske 2 bestimmt werden sollen,
wird mit einer Wellenlänge im nahen UV-Bereich oder Licht
der Wellenlänge kleiner oder gleich 400 nm gearbeitet, die
größer als die bei dem Stepper verwendete Wellenlänge
ist. Soll das geprintete Pattern beurteilt werden, also die im Photoresist
auf dem Wafer zu erwartende Struktur berechnet werden, so wird das
Objektiv 91 oder 92, das für die bei
einem Stepper verwendete Wellenlänge ausgebildet ist, in
den Strahlengang der Vorrichtung verschoben.
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Abschließend
sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die Erfindung unter
Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde.
Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich,
dass Abwandlungen und Änderungen gemacht werden können,
ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche
zu verlassen.
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- 1
- Vorrichtung
(Koordinaten-Messmaschine)
- 2
- Maske
(Substrat)
- 3
- Struktur
auf Maske
- 5
- optische
Achse
- 6
- Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung
- 7
- Spiegel
- 8
- Kondensor
- 9
- Abbildungsoptik
- 10
- Kamera
- 11
- Detektor
- 12
- Strahlteiler
- 14
- Auflicht-Beleuchtungseinrichtung
- 16
- Auswerteelektronik
- 17
- erstes
Dienstprogramm
- 18
- zweites
Dienstprogramm
- 20
- Messtisch
- 21
- Führungs-
oder Luftlager
- 23
- Lichtstrahl
- 24
- Laserinterferometersystem
- 25
- Granitblock
- 30
- Vektor
- 33
- Vektor
der Gewichtskraft
- 40
- Lichtquelle
für Hellfeldanordnung
- 41
- Strahlengang
für Hellfeldanordnung
- 43
- Strahlengang
für Dunkelfeldanordnung
- 91
- Objektiv
- 92
- Objektiv
- 93
- Schieber
- 114
- Filter
- 115
- Filter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19819492 [0005]
- - DE 102005009536 A1 [0008]
- - DE 10332059 A1 [0009, 0010]
- - EP 0628806 [0011]
- - WO 00/60415 A1 [0012]
- - DE 102007028260 [0013, 0044]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - „Pattern
Placement Metrology for Mask Making", Dr. Carola Bläsing,
ausgegeben anlässlich der Tagung Semicon, Education Program,
in Genf am 31.03.1998 [0004]
- - „Kantenvermessung an Mikrostrukturen", W. Mirandé,
VDI Berichte Nr. 1102 (1993), Seite 137 ff [0006]