DE102007025304B4 - Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit einer Koordinaten-Messmaschine und deren Genauigkeit - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit einer Koordinaten-Messmaschine und deren Genauigkeit Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit einer Koordinaten-Messmaschine und deren Genauigkeit, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
– dass relativ zu einem Bildfeld einer Kamera mindestens ein Messfeld definiert wird, wobei das Messfeld der Kamera aus einer Matrix von N auf M Pixeln eines Chips einer digitalen Kamera aufgebaut ist;
– dass mit dem mindestens einem Messfeld der Kamera mindestens ein erstes Bild an einer Stelle der mindestens einen Struktur auf dem Substrat aufgenommen wird; wobei das Substrat auf einen in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt ist, dessen Position bei Bildaufnahme mit einem interferometrischen Wegmesssystem und/oder einem Glasmaßtab bestimmt wird;
– dass an Hand der gemessenen Position des Messtisches und dem mit dem Messfeld aufgenommenen Bild die Position und/oder Breite der Struktur auf dem Substrat bestimmt wird;
– dass ein Messobjektiv in Z-Koordinatenrichtung verfahren wird, wobei mehrere Bilder bei jeweils anderen Fokuspositionen aufgenommen werden,
– dass...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit einer Koordinaten-Messmaschine und deren Genauigkeit.
  • Ein Koordinatenmessgerät zur Vermessung von Strukturen auf Substraten zur Herstellung von Wafern ist in dem Vortragsmanuskript „pattern-placement metrology for mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing, angegeben. Dieser Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon, Education program in Genf am 31. März. 1998. Bezüglich Einzelheiten zur Funktionsweise und zum Aufbau des Koordinatenmessgeräts sei ausdrücklich auf genannte Veröffentlichung, sowie die auf dem Markt erhältlichen Geräte (derzeit LMS-IPRO II und III) verwiesen. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sollen die Begriffe „Proben", „Substrat" und der allgemeine Ausdruck „Objekt" gleichbedeutend verwendet werden. Bei der Produktion von Halbleiterchips, die auf Wafern angeordnet sind, werden mit immer größerer Packungsdichte die Strukturbreiten der einzelnen Strukturen immer kleiner. Dementsprechend steigen die Anforderungen an die Spezifikation von Koordinatenmessgeräten, die als Mess- und Inspektionssysteme zur Messung der Kanten und der Position der Strukturen, sowie zur Messung der Strukturbreite eingesetzt werden.
  • In der o. g. Veröffentlichung werden die Strukturen mit sog. Messfenstern, bzw. Messfeldern vermessen. Die Felder werden dabei vom Benutzer der Koordinatenmessmaschi ne im Koordinatensystem der CCD-Kamera, bzw. des CCD-Chips der Kamera definiert. Eine nachträgliche Anpassung an die tatsächlichen Gegebenheiten während der Messung findet nicht statt.
  • Die Messfelder (ROI = region of interest), die für die Messung ausgewertet worden sind, wie bereits erwähnt, im Koordinatensystem der CCD-Kamera definiert. Die zu messende Struktur wird mit dem Messtisch der Koordinatenmessmaschine unter dem Objektiv positioniert und auf den CCD-Chip der Kamera abgebildet. Die Position von dieser Abbildung, relativ zum Koordinatensystem der CCD-Kamera, ist aber von der tatsächlichen Tischposition abhängig. Aufgrund der endlichen Positioniergenauigkeit des Messtisches kommt diese Struktur bei jeder Messung an einer etwas anderen Stelle zu liegen.
  • Weist nun eine Struktur Defekte auf, dies können z. B. Kantenrauhigkeiten oder Verunreinigungen sein, dann kann es vorkommen, dass je nach aktueller Position des Messtisches die Störung einmal im Messfeld zu liegen kommt und ein anderes Mal nicht. Dies führt zu nichtreproduzierbaren Profilen und die Reproduzierbarkeit der Messung leidet darunter. Dies hat ebenfalls einen direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Koordinatenmessmaschine. Eine weitere Ursache für die Ungenauigkeit ist, dass die Kanten der Struktur nicht rechtwinklig zur Messrichtung verlaufen oder dass die Struktur im Messfenster (ROI Region Of Interest) endet.
  • Das Dokument DE 101 29 818 A1 offenbart ein Verfahren zum Auslesen eines Detektionschips einer elektronischen Kamera. Der Detektionschip wird in einem Koordinaten-Messgerät zur Positionsbestimmung einer Kante einer Struktur auf einem Substrat verwendet. Die DE 101 29 818 A1 spricht dabei in keinster Weise die Problematik an, welche der gegenwärtigen Erfindung zugrunde liegt. Die Positioniergenauigkeit eines Messtisches in Bezug auf die Genauigkeit der Koordinaten-Messmaschine wird nicht berücksichtigt.
  • Die deutsche Patentschrift DE 10 2004 012 125 B3 offenbart ein ellipsometrisches Messverfahren mit ROI-gestützter Bildkorrektur. Das bildgebende ellipsometrische Messverfahren nimmt nacheinander eine Mehrzahl von Einzelbildern, jeweils wenigstens eines Teils des Objekts auf. Zunächst sei klargestellt, dass ein ellipsometrisches Messverfahren nicht geeignet ist, um die Position oder die Breite einer Struktur auf einem Substrat zu es bestimten. Mit dem in der DE 10 2004 012 125 B3 vorgeschlagenen Verfahren werden Positions- und Verzerrungsinformationen aus den Teilbildern, d. h. aus der in ihnen gespeicherten Bildinformation ermittelt. Die ROI kann zwar grundsätzlich mit dem gesamten Einzelbild übereinstimmen, günstiger ist es jedoch, wenn als ROI lediglich gut definierbare, verhältnismäßig kleine Bildausschnitte gewählt werden. Als ROI kann z. B. ein Bereich gewählt werden, der einen besonderen Kontrast zu benachbarten Bildbereichen aufweist. Dieser Bereich kann dann hinsichtlich Form und Position analysiert werden. Referenzbild und erstes Einzelbild können unterschiedlich oder identisch sein. Letzteres ist beispielsweise der Fall, wenn als Referenzbild das erste Einzelbild einer im Rahmen einer Messung aufzunehmenden Folge von Einzelbildern verwendet wird. In einem zweiten Einzelbild wird dann anhand desselben Parameters, d. h. jedes Kontrasts, dieselbe ROI ermittelt. Diese kann sich jedoch aufgrund optischer Verzerrungen oder mechanischer Fehlpositionierung hinsichtlich ihrer Form und/oder Position von der ROI des ersten Einzelbildes unterscheiden. Letztendlich wird eine Anpassung des Gesamtbildes durchgeführt, bis eine Form- und Positionsübereinstimmung der ROIs in einem ersten und einem zweiten Einzelbild erreicht ist.
  • Die deutsche Patentanmeldung DE 198 25 829 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines Strukturelements auf einem Substrat. Über das zu bestimmende Strukturelement wird ein Messfenster gelegt, das ein Bild von der Struktur aufnimmt, welches in ein Intensitätsprofil umgewandelt werden kann. Anhand des Intensitätsprofils kann dann die Lage einer ersten Kante der Struktur und einer zweiten Kante der Struktur bestimmt werden. Die Position der Struktur ist letztendlich von den Positionsdaten des Mess-Koordinatentisches abhängig. Im ganzen Dokument DE 198 25 829 A1 wird jedoch nicht erwähnt, wenn mehrere Bilder von derselben Struktur mit dem Messfenster aufgenommen werden, dass es zu Fehlern kommen kann, wenn aufgrund der Positionierungenauigkeit des Messtisches das Messfenster an einer anderen Stelle der Struktur zu liegen kommt.
  • Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 40 174 A1 offenbart einen Koordinaten-Messtisch und ein Koordinaten-Messgerät. Die Position des Koordinaten-Messtisches wird interferometrisch bestimmt und die Position des Koordinaten-Messtisches ist mechanisch über Reibstangen verstellbar.
  • Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit von Messungen mit einer Koordinatenmessmaschine erhöht werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es von Vorteil, wenn mindestens relativ zu einem Bildfeld einer Kamera mindestens ein Messfeld definiert wird. Mit dem mindestens einen Messfeld der Kamera werden mehrere Bilder von mindestens einer Struktur auf dem Substrat aufgenommen. Dabei wird das Substrat auf einem in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt, dessen Position bei Bildaufnahme mit einem Wegmesssystem bestimmt wird. Vor der Aufnahme mindestens eines weiteren Bildes derselben Struktur wird eine Abweichung der Position des verfahrbaren Messtisches bei der Aufnahme des ersten Bildes und einer Position des verfahrbaren Messtisches für die Aufnahme des zweiten Bildes ermittelt. Das Messfeld für die Aufnahme des mindestens zweiten Bildes und die Auswertung der Aufnahme wird um den Betrag der Abweichung verschoben.
  • Mit dem in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch wird die zu messende Struktur unter einem Messobjektiv positioniert, das von der gerade zu messenden Struktur ein digitales Bild erzeugt.
  • Die Position des Messtisches kann mit einem Wegmesssystem ermittelt werden, das interferometrisch arbeitet. Ebenso kann die Position des Messtisches mit einem Glasmaßstab ermittelt werden. Die Messfelder sind dabei an das Koordinatensystem des Messtisches angebunden.
  • Die Messfelder sind aus einer Matrix von N auf N Pixel aus Bildpunkten der Kamera aufgebaut. Zwischen den Messwerten, die von den Pixeln der Messfelder registriert werden, wird eine Interpolation durchgeführt. Die Interpolation kann linear sein und im zweidimensionalen Fall kann die Interpolation eine bilineare Interpolation sein. Ebenso kann die Interpolation eine kubische Interpolation sein und im zweidimensionalen Fall ist die Interpolation eine bikubische Interpolation. Ebenso kann die Interpolation eine Spline-Interpolation sein und im zweidimensionalen Fall ist die Interpolation eine Bispline-Interpolation.
  • Das Messobjektiv kann in Z-Koordinatenrichtung verfahren werden, wobei mehrere Bilder bei jeweils einer anderen Fokusposition aufgenommen werden. Die Messfelder werden dabei derart verschoben, dass die Schwankung der Position des Messtisches bei jedem Bild korrigiert wird. Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist besonders vorteilhaft bei der Messung von Positionen von Strukturen auf Substraten oder bei der Overlay-Messung oder der Linienbreiten-Messung.
  • Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren erläutert werden. Dabei zeigen:
  • 1 einen schematischen Aufbau eines Koordinaten-Messgeräts gemäß dem Stand der Technik;
  • 2a eine schematische Darstellung einer Struktur auf dem Substrat, die mit zwei Messfeldern vermessen wird;
  • 2b die Situation, bei der sich der Messtisch auf dem sich das Substrat befindet, leicht eine andere Position einnimmt, als die in der 2a, wobei die Struktur nun relativ zu den Messfeldern verschoben ist;
  • 3a eine Struktur, die einen Defekt aufweist, wobei das Messfeld derart positioniert ist, dass der Defekt außerhalb des Messfelds zu liegen kommt;
  • 3b hier ist abermals der Messtisch, auf dem sich das Substrat befindet, verschoben, so dass die Struktur mit dem Defekt innerhalb des Messfeldes zu liegen kommt;
  • 3c eine Situation, bei der das Messfeld ebenfalls mit verschoben worden ist, so dass der potentielle Defekt an der Struktur immer außerhalb des Messfeldes zu liegen kommt;
  • 4a eine schematische Darstellung, bei der sich ein Defekt in der Nähe der zu vermessenden Struktur befindet;
  • 4b eine Darstellung, bei der nun der Defekt innerhalb des Messfeldes zu liegen kommt, welches aufgrund der ungenauen Positionierung des Messtisches zurückzuführen ist;
  • 4c hier wurde das Messfeld ebenfalls um die Abweichung verschoben, die sich aus der ungenauen Positionierung des Messtisches ergibt;
  • 5a eine schematische Darstellung eines Defekts, der sich an der Schalseite des Messfeldes befindet;
  • 5b eine Darstellung bei der aufgrund der ungenauen Positionierung des Messtisches der Defekt nun im Messfeld zu liegen kommt;
  • 5c eine Darstellung bei der das Messfeld um den Betrag der Abweichung der ungenauen Positionierung des Messtisches verschoben worden ist, so dass der Defekt außerhalb des Messfeldes zu liegen kommt;
  • 6 eine schematische Darstellung der Verschiebung des Messfeldes aufgrund der Positioniergenauigkeit des Messtisches;
  • 7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Ablaufdiagramms der Messung; und
  • 8 eine schematische Zuordnung des Messfeldes in dem Bildfeld einer Kamera.
  • 1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 1, wie es seit längerem bereits aus dem Stand der Technik für die Vermessung von Strukturen auf Masken und/oder Wafern bekannt ist. Mit dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Koordinaten-Messmaschine 1 können Substrate 2 optisch inspiziert und vermessen werden. Bei dem Substrat 2 handelt es sich um eine Maske, welche beispielsweise aus Quarzglas besteht und für die Herstellung von Halbleitern verwendet wird. Auf der Maske sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht, welche mit dem Koordinaten-Messgerät 1 vermessen werden können. Das Koordinatenmessgerät 1 umfasst zwei Beleuchtungsstrahlengänge 4 und 5, wobei der Beleuchtungsstrahlengang 4 für den Durchlichtmodus und der Beleuchtungsstrahlengang 5 für den Auflichtmodus vorgesehen ist. Für den Durchlichtmodus ist eine Lichtquelle 6 vorgesehen, welche das Licht über einen Spiegel 7 in Richtung eines Kondensors leitet. Das Licht des Beleuchtungsstrahlengangs 4 tritt durch das Substrat 2 und wird zumindest größtenteils von dem Messobjektiv 9 aufgesammelt und auf einen Detektor 10 abgebildet. Der Detektor 10 besteht aus einem CCD-Chip 11, der die vom Messobjektiv 9 gesammelten optischen Signale in elektrische Signale umwandelt. Das vom Messobjektiv gesammelte Licht wird mittels eines Spiegels auf die Kamera, bzw. den CCD-Chip gerichtet. Ferner ist im Auflichtstrahlengang 5 ebenfalls eine Lichtquelle 14 vorgesehen, mit der das Substrat 2, bzw. die Strukturen 3 beleuchtet werden können. Das Messobjektiv 9 ist mit einer Fokussiereinrichtung 15 versehen, die das Messobjektiv 9 in Z-Richtung bewegt. Somit können durch das Messobjektiv 9 die Strukturen 3 auf dem Substrat in unterschiedlichen Fokusebenen aufgenommen werden. In gleicher Weise ist es möglich, dass der Kondensor 8 in Z-Koordinatenrichtung verschoben werden kann. Obwohl die obige Beschreibung sich auf einen CCD-Chip als Detektor bezieht, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass jede Kamera geeignet ist, die vom Objekt ein Digitales Bild erzeugt.
  • Der CCD-Chip 11 des Detektors 10 ist mit einer Computer-Auswerteeinheit 16 verbunden, mit der die vom CCD-Chip 11 gewonnenen Daten ausgelesen und entsprechend verrechnet werden können. Ebenso ist das Computer- und Auswertesystem 16 für die Steuerung des Messtisches 20 in Y-Koordinatenrichtung und in X-Koordinatenrichtung vorgesehen.
  • Das Substrat 2 befindet sich auf einem 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 welchen über einen Lichtstrahl 23 die Position des Messtisches 20 interferometrisch bestimmt werden kann. Der Messtisch ist dabei durch die Luftlager 21 quasi reibungsfrei auf einem Granitblock 25 positioniert und kann somit in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung be wegt werden. Der Granitblock 25 selbst steht dabei auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26.
  • 2a zeigt eine Struktur 3, welche mit einem ersten Messfeld 30 und einem zweiten Messfeld 31 vermessen wird. Dabei ist das erste Messfeld 30 in X-Koordinatenrichtung ausgerichtet. Das zweite Messfeld 31 ist in Y-Koordinatenrichtung ausgerichtet. Die Messfelder 30 und 31 bilden eine ROI (region of interest), die für die Messung ausgewertet wird. Gemäß dem Stand der Technik sind diese Messfelder 30 und 31 im Koordinatensystem des CCD-Chips 11, bzw. der Kamera 10 definiert. Die zu messende Struktur 3 wird mit dem Messtisch 20 unter das Messobjektiv 9 verfahren. Wie bereits erwähnt, wird die zu vermessende Struktur 3 mit dem Messobjektiv 9 auf dem CCD-Chip 11 der Kamera 10 abgebildet. Die Position von dieser Abbildung, relativ zum Koordinatensystem des CCD-Chips 11, ist von der tatsächlichen Position des Messtisches 20 während der Bildaufnahme abhängig. Aufgrund der endlichen Positioniergenauigkeit des Messtisches 20 kommt die zu vermessende Struktur 3 bei jeder Messung an einer etwas anderen Stelle zu liegen. Diese Problematik ist in 2b dargestellt. 2b zeigt dabei deutlich, dass das Koordinatensystem des CCD-Chips 11 nicht mehr zentral innerhalb der zu vermessenden Struktur 3 liegt. Somit kommen auch die Messfelder 30 und 31 an einer anderen Stelle der zu vermessenden Struktur 3 zu liegen. Dies führt zu der eingangs erwähnten Problematik, dass aufgrund der ungenauen Positionierung des Messtisches 20 die Messfelder 30 und 31 an einer anderen Stelle der Struktur zu liegen kommen, was zu einer ungenauen Messung führen kann.
  • 3a zeigt eine Struktur 3, die selbst einen Defekt 41 ausgebildet hat. Der Defekt 41 zeigt sich als ei ne Rauhigkeit, bzw. Unregelmäßigkeit der Kante 42 der Struktur 3. In der in 3a dargestellten Situation ist das Messfeld 40 so auf der Struktur 3 platziert, dass der Defekt 41 nicht im Messfeld 40 zu liegen kommt. In 3b ist die Situation dargestellt, bei der sich der Messtisch an einer anderen Position befindet. Somit liegt nun der Defekt 41 innerhalb des Messfeldes 40. Bei der hier gezeigten Situation würde man zwar das Messfeld 40 so weit vom Defekt 41 platzieren, dass es innerhalb der Positionstoleranzen des Messtisches nicht möglich ist, dass der Defekt in das Messfeld 40 läuft. Dies ist aber nicht immer möglich. Insbesondere Kantenrauhigkeiten stellen hier ein Problem dar, da die Kantenrauhigkeiten an jeder Stelle der Struktur 3 auftreten können und somit das Messergebnis innerhalb des Messfeldes 40 verfälschen können. 3c stellt nun die Situation dar, bei der das Messfeld 40 ebenfalls verschoben ist. Der Defekt 41 befindet sich nunmehr nicht innerhalb des Messfeldes 40. Insbesondere werden eventuell vorhandene Kantenrauhigkeiten immer an der gleichen Stelle der Struktur abgetastet und haben somit keinen Einfluss auf das Messergebnis. Dies wird nur dadurch erreicht, da das Messfeld 40 unabhängig von der Positioniergenauigkeit des Messtisches immer an der gleichen Stelle auf der Struktur positioniert wird.
  • Die 4a bis 4c zeigen eine ähnliche Situation, wie sie in den 3a bis 3c dargestellt sind. So kann sich in der Nähe der Struktur 3 z. B. ein Defekt 43 befinden. Der Defekt 43 kann dabei ein Staubpartikel oder ein Kratzer auf dem Substrat sein. Es kann sich dabei aber auch um reguläre Strukturen handeln, die sich in unmittelbarer Nähe der Messpositionen befinden. Ein typisches Beispiel hierzu sind auf den Masken, bzw. Substraten in der Halbleiterindustrie aufgebrachte Assist-Strukturen (z. B.
  • Hammerheads an den Enden von Linien). Das Problem mit den regulären Strukturen auf den Masken wird insbesondere in sehr dichten Strukturen auftreten. Ein Beispiel hierzu sind z. B. Kontaktlöcher. Wie in 4a dargestellt, ist das Messfeld so in Bezug auf die Struktur 3 platziert, dass der Defekt 43 sich nicht im Messfeld befindet. Wird nun, wie in 4b dargestellt, der Tisch an eine andere Messposition verfahren, kann es vorkommen, dass der Defekt 43 innerhalb des Messfeldes 40 zu liegen kommt. Dies führt abermals zu einer Verfälschung des Messergebnisses hinsichtlich der zu vermessenden Struktur 3. Wie in 4c dargestellt, wird dieses Problem dadurch gelöst, dass das Messfeld 40 in entsprechender Weise verfahren wird, so dass der Defekt 43 nicht innerhalb des Messfeldes 40 zu liegen kommt.
  • Die 5a bis 5c zeigen die Situation, bei der Defekte sich an der Schmalseite des Messfeldes 40 befinden können. Das Messfeld 40 ist in 5a derart über der Struktur 3 positioniert, dass der Defekt 45 nicht im Messfeld 40 liegt. In 5b hingegen ist der Tisch aufgrund der ungenauen Positionierung an einer anderen Position, so dass nun das Messfeld 40 auch den Defekt 45 mit umfasst. In 5c ist nun die Situation dargestellt, dass das Messfeld 40 in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verschoben wird, so dass der Defekt außerhalb des Messfeldes 40 zu liegen kommt. Hinzu kommt, dass das Messfeld 40 an der gleichen Stelle positioniert ist, wie es anfänglich in 5a der Fall war.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung des Prinzips der gegenwärtigen Erfindung. Mit dem mindestens einem Messfeld der Kamera wird mindestens ein erstes Bild von mindestens einer Struktur auf dem Substrat aufgenommen.
  • Das Substrat ist dabei auf einen in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt, dessen Position bei Bildaufnahme mit einem Wegmesssystem bestimmt wird. Vor der Aufnahme mindestens eines weiteren Bildes derselben Struktur wird eine mögliche Abweichung der Position des verfahrbaren Messtisches bei der Aufnahme des ersten Bildes und einer Position des verfahrbaren Messtisches bei der Aufnahme des zweiten Bildes ermittelt. Aufgrund der Abweichung ist im Falle eines an das Koordinatensystem des Messtisches angebundenen Messfelds, dieses Messfeld ebenfalls an einer anderen Stelle der Struktur 3 positioniert. Erreicht der Messtisch bei der zweiten Messung nicht seine ursprüngliche Position, sondern hat gegenüber der Zielposition einen Offset Δr → = (Δx, Δy), dann wird das Messfeld auf den CCD-Chip der Kamera ebenfalls um den Betrag Δr → verschoben. Die Abweichung Δr → des Messtisches von der Sollposition wird in dem Koordinatenmessgerät bestimmt. Diese Information wird dazu benutzt, die Korrektur der Messfelder zu erreichen. In 6 ist das Messfeld 40 bei der ersten Messung um Δr → verschoben und das Messfeld 40' kommt an eine andere Position an der Struktur zu liegen. Das Messfeld 40 ist an das Koordinatensystem der Kamera, bzw. des CCD-Chips der Kamera angebunden, so dass das Messfeld 40' um den Betrag der Abweichung des Messtisches verfahren wird, so dass das Messfeld 40, bzw. 40' letztendlich an der gleichen Position zu liegen kommt, wie bei der ersten Messung an der zu vermessenden Struktur 3. Bei dem Verschieben der Messfelder kann es vorkommen, dass das Messfeld zwischen den Pixeln des CCD-Chips zu liegen kommt. In diesem Fall werden die Profilwerte aus den Werten des CCD-Chips interpoliert. Wenn das Messfeld mit der Größe von M×N-Pixel auf den CCD-Chip definiert wurde, dann werden diese M×N-Pixel aus den Pixeln des CCD-Chips interpoliert, die in der Nähe des Feldes liegen. Für die Interpolation kommen die bekannten mathematischen Verfahren in Frage. Bei einem zweidimensionalen CCD-Chip kommt z. B. eine bilineare Interpolation eine bikubische Interpolation oder eine bispline-Interpolation in Frage. Sollte es sich bei dem CCD-Chip um einen eindimensionalen Chip handeln, bzw. nur eine Interpolation in einer Dimension in Frage kommen, so wird eine lineare Interpolation, eine kubische Interpolation oder eine spline-Interpolation angewendet. Bei dem Koordinatenmessgerät ist es von besonderem Vorteil, wenn ein ganzer Bildstapel aufgenommen wird. Die Aufnahme eines ganzen Bildstapels kann z. B. durch Verstellen der Fokusposition des Messobjektivs erreicht werden.
  • 7 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es befindet sich eine Struktur im Abbildungsstrahlengang des Messobjektivs. Mit dem Messobjektiv wird nun ein Bild K = 0 der Struktur aufgenommen. Anschließend wird der Messtisch an eine andere Zielposition gefahren. Die Zielposition R des Tisches ergibt sich aus den einzelnen Komponenten in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung. Nachdem der Tisch die Zielposition erreicht hat, wird eine Startposition für den Fokus angefahren. Es wird ein weiteres Bild aufgenommen und parallel zur Aufnahme des Bildes wird die Abweichung des Messtisches von der Zielposition bestimmt. Die Abweichung des Messtisches Δr → ergibt sich aus den einzelnen Abweichungen der einzelnen Komponenten ΔX in X-Koordinatenrichtung und ΔY in Y-Koordinatenrichtung. Schließlich werden die Koordinaten des Messfeldes bestimmt, wobei sich die korrigierten Daten des Messfeldes zusammensetzen aus den Koordinaten des ursprünglichen Messfeldes RROI plus und dem Δr →, welches die Abweichung des Messtisches von der Zielposition darstellt.
  • Die Werte im Messfeld werden nach dem entsprechenden Verfahren interpoliert. Die interpolierten Werte werden für weitere Berechnungen in einem Speicher des dem Koordinatenmessgeräts zugeordneten Rechner gespeichert. Schließlich erfolgt eine Abfrage, ob alle Bilder aufgenommen worden sind. Ist dies nicht der Fall, wird mit dem Messobjektiv an die nächste Fokusposition verfahren und das K plus Einzelbild aufgenommen. Dies wird so lange wiederholt, bis alle erforderlichen Bilder eines Bildstapels aufgenommen worden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für die 2D-Masken und Wafermetrologie angewendet werden. Dabei ist die 2D-Messung keine Voraussetzung, dies würde auch bei einer 1D-Messung Vorteile haben. Insbesondere profitieren die Positions- und Overlay-Messung davon.
  • 8 zeigt eine schematische Zuordnung des Messfeldes 30, 31, 40 in dem Bildfeld 100 einer Kamera. In der hier dargestellten Ausführungsform sind zwei Messfelder 31, 40 mit unterschiedlicher Orientierung im Bildfeld 100 der Kamera definiert.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit einer Koordinaten-Messmaschine und deren Genauigkeit, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – dass relativ zu einem Bildfeld einer Kamera mindestens ein Messfeld definiert wird, wobei das Messfeld der Kamera aus einer Matrix von N auf M Pixeln eines Chips einer digitalen Kamera aufgebaut ist; – dass mit dem mindestens einem Messfeld der Kamera mindestens ein erstes Bild an einer Stelle der mindestens einen Struktur auf dem Substrat aufgenommen wird; wobei das Substrat auf einen in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt ist, dessen Position bei Bildaufnahme mit einem interferometrischen Wegmesssystem und/oder einem Glasmaßtab bestimmt wird; – dass an Hand der gemessenen Position des Messtisches und dem mit dem Messfeld aufgenommenen Bild die Position und/oder Breite der Struktur auf dem Substrat bestimmt wird; – dass ein Messobjektiv in Z-Koordinatenrichtung verfahren wird, wobei mehrere Bilder bei jeweils anderen Fokuspositionen aufgenommen werden, – dass vor der Aufnahme mindestens eines weiteren Bildes derselben Struktur eine Abweichung der Position des verfahrbaren Messtisches bei der Aufnahme des ersten Bildes und einer Position des verfahrbaren Messtisches für die beabsichtigte Aufnahme des zweiten Bildes ermittelt wird; und – dass das Messfeld für die Aufnahme des mindestens zweiten Bildes der Struktur und die Auswertung der Aufnahme hinsichtlich der Position und/oder Breite der Struktur auf dem Substrat um den Betrag der Abweichung verschoben wird, so dass das Messfeld an der gleichen Stelle der Stuktur zu liegen kommt wie bei der Aufnahme des ersten Bildes dieser Struktur.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem in X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch zu messende Struktur unter einem Messobjektiv positioniert wird, und dass von der gerade zu messenden Stelle der Struktur, die im Messfeld zu liegen kommt, ein digitales Bild erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Messfeld der Kamera an das Koordinatensystem des Messtisches angebunden wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Messwerten, die von den Pixeln des Messfeldes registriert werden, eine Interpolation durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die interpolierten Werte für weitere Berechnungen gespeichert werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messfenster derart verschoben wird, dass die Schwankung der Position des Messtisches bei jedem Bild derart korrigiert wird, dass das Messfenster an der gleichen Stelle der Struktur zu liegen kommt wie bei der Aufnahme des vorangegangenen Bildes.
  7. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Messung von Positionen von Strukturen auf einem Substrat.
  8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Overlay-Messung.
  9. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine Linienbreiten-Messung.
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