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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur der aufgrund der Durchbiegung eines Substrats resultierenden gemessenen Messwerte.
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Ein Messgerät zur Vermessung von Strukturen auf Wafern und zu deren Herstellung eingesetzten Masken ist aus dem Vortragsmanuskript, „Pattern Placement Metrology for Mask Making” von Frau Dr. Carola Bläsing, bekannt. Dieser Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon, Edjucation Program in Genf am 31.03.1998. Die dortige Beschreibung bildet eine Grundlage für ein Koordinaten-Messgerät und ein Verfahren zur Anwendung eines Koordinaten-Messgeräts, wie es vielfach im Markt bereits erhältlich ist.
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Eine Vorrichtung der gattungsbildenden Art ist ebenfalls z. B. in der
DE 199 49 005 A1 , der
DE 198 58 428 C2 , der
DE 101 06 699 A1 oder der
DE 10 2004 023 739 A1 offenbart. In allen hier genannten Dokumenten des Standes der Technik wird eine Koordinaten-Messmaschine offenbart, mit der Strukturen, bzw. Positionen der Strukturen auf einem Substrat vermessen werden können. Dabei ist das Substrat auf einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt. In der Regel befindet sich das zu vermessende Substrat in einem Substrathalter und weist eine Durchbiegung auf. Diese Durchbiegung gilt es bei der Bestimmung der Position, bzw. der Strukturbreite herauszurechnen oder die gemessenen Werte entsprechend der vorher bestimmten Durchbiegung zu korrigieren.
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Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2006 052 140 A1 offenbart ein Ladungsteilchenstrahl-Schreibverfahren, mit dem das Messen einer Topografie einer Rückseite eines Substrats ohne einen Einfluss eines Schwerkraftdurchhangs möglich ist. Dabei wird ein erstes Positionsabweichungsmaß eines Musters berechnet, das auf eine Vorderseite des Substrats geschrieben ist. Die Rückseite des Substrats wurde derart korrigiert, dass sie eben ist. Basierend auf der Rückseitentopografie des Substrats wird ein erster Koeffizient einer ersten Approximationsgleichung berechnet, die ein Positionsabweichungskorrekturmaß zum Korrigieren des ersten Positionsabweichungsmaßes anzeigt. Basierend auf dem ersten Positionsabweichungsmaß erfolgt das Addieren des ersten Koeffizienten zu einem zweiten Koeffizienten einer zweiten Approximationsgleichung, deren Positionsabweichungskorrekturmaß zum Korrigieren eines zweiten Positionsabweichungsmaßes des auf die Vorderseite des Substrats geschriebenen Musters dient.
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Um die Durchbiegung einer Maske, bzw. eines Substrats berechnen zu können, muss man eine Vielzahl von Parametern kennen. So hängt die Durchbiegung z. B. auch von der Lage der Haltepunkte, bzw. Auflagepunkte des Substrats auf dem Messtisch oder dem Substrathalter ab. Ein weiterer Einfluss auf die Durchbiegung, bzw. die Berechnung der Durchbiegung ist die Maskengröße, die Maskendicke, die Maskenlage oder die Verdrehung der Maske in Bezug auf das Koordinatensystem der Messmaschine. Für die Berechnung der Durchbiegung geht man davon aus, dass die einzelnen Substrate immer gleich auf den Messtisch, bzw. in dem Substrathalter abgelegt werden. Hinzu kommt, dass man für die Maskengröße, bzw. Maskendicke immer gleiche Werte angibt, wie sie z. B. vom Hersteller der Masken geliefert werden. Ebenso wird ein konstanter (vorgegebener) Elastizitätsmodul für die Berechnung der Durchbiegung angenommen. Dieser Elastizitätsmodul ist eine Materialkonstante, die ebenfalls von dem Hersteller der Maske geliefert werden kann. Treten Abweichungen von den vorgenannten Größen, bzw. Parametern auf, so berechnet man eine Durchbiegung, die nicht der realen Durchbiegung entspricht. So ergibt z. B. ein Fehler im Elastizitäts-Modul von 100 MPA einen Fehler von typischerweise ca. einem Nanometer in der gemessenen lateralen Strukturposition. Dies ist z. B. die Toleranz, mit der die Maske ausgeliefert wird. So ist es z. B. von besonderem Vorteil, wenn man den Elastizitäts-Modul der gerade eingesetzten Maske misst, um dadurch die Genauigkeit der Positionsbestimmung von Strukturen auf der Maske zu erhöhen. Ebenso gilt es auch andere Parameter, die in die Berechnung der Durchbiegung der Maske einfließen für jede Maske einzeln zu bestimmen, was sich folglich auf die Genauigkeit der Messung auch auswirkt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem für jede zu vermessende Maske die Durchbiegung berechnet wird und dass anhand dieser Durchbiegung Korrekturwerte für die Position von Strukturen auf der Maske ermittelt werden.
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Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Es ist von Vorteil, wenn das Verfahren zur Korrektur von Messwerten, wie z. B. der Position von Strukturen auf einer Maske oder die Breite von Strukturen, eingesetzt werden kann, die aufgrund der Durchbiegung des Substrats in einem anderen Messwert resultieren würden. Um die Messwerte einer Vielzahl von Positionen von Strukturen auf einem Substrat zu korrigieren, ist es erforderlich, dass zunächst eine Vielzahl von geometrischen Parametern des Substrats bestimmt werden. Ebenso wird eine Vielzahl von physikalischen Parametern des Substrats und Umgebungsparametern bestimmt. Das Substrat wird beliebig gehalten, typischerweise liegt das Substrat dabei auf mindestens drei Haltepunkten auf, so dass es gilt, die durch die Haltepunkte aufgespannte Geometrie und die durch die Haltepunkte definierte Ebene zu bestimmen. Ebenso muss auch die Lage der Haltepunkte in Bezug auf das Koordinatensystem des Substrats ermittelt werden. Die zu erwartende Durchbiegung wird individuell für jedes Substrat anhand der ermittelten geometrischen Parameter, der physikalischen Parameter, der Umgebungsparameter und der Lage der Haltepunkte berechnet. Letztendlich werden die gemessenen Positionsdaten der Strukturen auf dem Substrat anhand der individuell berechneten Durchbiegung des Substrats korrigiert.
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Die ortsabhängige Dicke des Substrats wird dabei derart bestimmt, dass die durch die Haltepunkte aufgespannte Ebene und die Lage der Oberfläche des in den Haltepunkten gehalterten Substrats bestimmt werden. Die ortsabhängige Dicke des Substrats berechnet sich dann aus dem Abstand der Ebene und der Oberfläche.
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Die geometrischen Parameter sind die ortsabhängige Dicke und der Umriss des Substrats.
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Die physikalischen Parameter sind der Elastizitäts-Modul und die Dichte. Die Umgebungsparameter sind die jeweilige Erdbeschleunigung am Aufstellort der Koordinaten-Messmaschine, der Luftdruck, die Luftfeuchte und die Temperatur. Das Substrat besitzt mehrere Außenkanten, wobei die Größe und der Umriss des Substrats anhand der Lage der Kanten relativ zu einem durch die Haltepunkte bestimmten Koordinatensystems ermittelt wird. Dabei wird die Position des Substrats relativ zu dem Koordinatensystem der Haltepunkte bestimmt.
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Der Elastizitäts-Modul des verwendeten Substrats lässt sich aus der berechneten und gemessenen Durchbiegung und der resultierenden Abweichung der lateralen Positionen des gerade verwendeten Substrats ermitteln. Ebenso kann man die Abweichung der ermittelten Parameter von dem für die Berechnung eines Referenzsubstrats verwendeten Parameter bestimmen.
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Die Durchbiegung des Referenzsubstrats wird anhand von Referenzparametern errechnet. Die Referenzparameter werden derart ausgewählt, dass sie jeweils innerhalb eines definierten Toleranzbereichs schwanken. Aus jedem Toleranzbereich wird ein diskreter Parameter herangezogen, womit dann anhand der ausgewählten Parameter die Durchbiegung des Substrats mit jeweils beliebigen Kombinationen an ausgewählten Parametern durchgeführt wird. Dabei ist es möglich, zwischen den berechneten Werten eine Interpolation durchzuführen.
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Ebenso kann für jeden gemessenen Parametersatz die Berechnung der realen Durchbiegung des Substrats durchgeführt werden. Bei dem Substrat kann es sich um eine Maske für die Herstellung von Halbleitern handeln.
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Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
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1 zeigt schematisch ein Koordinaten-Messgerät, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
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2 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines Koordinaten-Messgeräts, mit dem ebenfalls das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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3 zeigt schematisch einen Substrathalter, in dem das Substrat eingelegt ist.
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4a zeigt schematisch die Durchbiegung eines Substrats, wobei die Strukturen auf der Konkavenseite der Durchbiegung des Substrats angeordnet sind.
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4b zeigt schematisch die Durchbiegung eines Substrats, wobei die Strukturen auf der konvexen Seite der Durchbiegung des Substrats angeordnet sind.
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5 zeigt einen möglichen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Koordinaten-Messmaschine 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Hierzu ist ein Substrat 2, das auf einer Oberfläche 2a Strukturen 3 trägt, in einen Substrathalter 27 eingelegt, der wiederum auf einem Messtisch 20 positioniert ist. Der Messtisch 20 ist auf Luftlagern 21 in einer Ebene verfahrbar. Die Ebene 25a wird dabei durch ein Element 25 definiert. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Element 25 aus Granit hergestellt. Das Element 25 ist dabei schwingungsgedämpft gelagert. In der hier dargestellten Ausführungsform ist das Substrat 2 zwar in einem Substrathalter 27 eingelegt, es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich, dass das Substrat 2 auch ohne einen Substrathalter direkt in den Messtisch 20 eingelegt werden kann. Der Messtisch 20 ist auf Luftlagern 21 in der Ebene 25a verfahrbar. Im Wesentlichen wird diese Ebene 25a durch die X-Koordinatenrichtung und Y-Koordinatenrichtung definiert. Die Position des Messtisches 20 wird mit mindestens einem Laser-Interferometer 24, das einen Messlichtstrahl 23 aussendet, bestimmt.
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Für die Beleuchtung des Substrats 2 ist eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen, die Licht in einen Durchlichtbeleuchtungsstrahlengang 4 aussendet. Das Licht von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 gelangt dabei über einen Umlenkspiegel 7 in den Durchlichtbeleuchtungsstrahlengang. Ein Kondensor 8 bildet dabei das Licht auf das Substrat 2 ab. Ebenso ist eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 vorgesehen, die Licht in einen Auflichtbeleuchtungsstrahlengang 5 aussendet. Über ein Messobjektiv 9, das in Z-Koordinatenrichtung mittels einer Einrichtung 15 verstellbar angeordnet ist, gelangt das Beleuchtungslicht auf das Substrat 2. Sowohl das Durchlichtbeleuchtungslicht, als auch das Auflichtbeleuchtungslicht wird mit dem Messobjektiv 9 gesammelt und gelangt über einen halbdurchlässigen Spiegel 12 auf eine Kamera 10, die einen Detektor 11 umfasst. Der Detektor 11 ist mit einem Rechner 16 verbunden, der aus den mit dem Detektor 11 aufgenommenen Signalen ein digitales Bild ermittelt.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Koordinaten-Messmaschine 1, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei sind in 2 gleiche Elemente, wie in 1, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform des Koordinaten-Messgeräts 1 ist, dass das Substrat 2 in den Messtisch 20 derart eingelegt ist, dass die Strukturen 3, welche auf der Oberfläche 2a des Substrats aufgebracht sind, in Richtung der Schwerkraft 33 weisen, Die Oberfläche 2a des Substrats 2 besitzt einen normalen Vektor 30, der zur Wirkrichtung der Schwerkraft 33 im Wesentlichen parallel ist.
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3 zeigt ein Substrat 2, das in einem Substrathalter 27 eingelegt ist. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Substrathalter 27 als Rahmen 41 ausgebildet. Am Rahmen 41 des Substrathalters sind mehrere Haltepunkte 40 vorgesehen. Auf den Haltepunkten 40 liegt das Substrat 2 auf. Aus der Kenntnis der Haltepunkte 40 kann man somit mittels Finite-Element-Methode die Durchbiegung des Substrats 2 berechnen. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Verteilung der Haltepunkte 40 am Rand 41 des Substrathalters 27 einen erheblichen Einfluss auf die resultierende Durchbiegung des Substrats 2 hat. Um die Durchbiegung des Substrats 2 berechnen zu können, ist es somit erforderlich, die exakte Lage der Haltepunkte 40 in Bezug auf ein Koordinatensystem zu kennen. Ebenso ist die Lage des Substrats 2 im Substrathalter 27 für die Berechnung der Durchbiegung maßgeblich. In der Regel werden die Substrate 2 mittels eines Roboters in den Substrathalter 27 oder direkt auf den Tisch 20 gelegt. Jedes Substrat 2 wird dabei etwas anders auf den Substrathalter 27, bzw. auf den Messtisch 20 gelegt, so dass jeweils eine andere Position der Haltepunkte 40 relativ zum Substrat vorliegt. Somit ist es ebenfalls erforderlich, dass man die genaue Lage des Substrats relativ zu den Haltepunkten kennt, um die exakte Durchbiegung des Substrats 2 berechnen zu können. Ebenso kann der Substrathalter 27 oder der Messtisch 20 mit weiteren Ausrichtmarken 45 versehen sein, die eine Feststellung der Ausrichtung des Messtisches 20 oder des Substrathalters 27 relativ zum Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine 1 ermöglichen. In der hier dargestellten Ausführungsform ist die Geometrie 47, welche durch die Haltepunkte aufgespannt wird, ein Dreieck. Es ist selbstverständlich, dass auch andere Geometrien für die Halterung eines Substrats 2 denkbar sind.
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4a zeigt eine schematische Darstellung der Durchbiegung eines Substrats 2, das auf Unterstützungspunkten 50 gehaltert ist. Das nicht durchgebogenen Substrat 2 ist in 4a gestrichelt dargestellt. Ebenfalls gestrichelt dargestellt sind die Strukturen 3, welche auf der Oberfläche 2a des Substrats aufgebracht sind. Aufgrund der Lagerung des Substrats 2 auf mindestens zwei Unterstützungspunkten 50 erfolgt eine Durchbiegung. Das durchgebogene Substrat 2' ist in 4a mit durchgezogenen Linien dargestellt. Ebenfalls mit durchgezogenen Linien sind die Strukturen 3' auf der Oberfläche 2a' des durchgebogenen Substrats dargestellt.
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4b zeigt eine andere Halterung des Substrats 2 auf den Unterstützungspunkten 50. Hier ist das nicht durchgebogene Substrat 2 ebenfalls mit gestrichelten Linien dargestellt. Die Strukturen 3, bzw. 3' befinden sich dabei auf einer Oberfläche 2a' des Substrats, welche den Unterstützungspunkten 50 zugewandt ist. Mit anderen Worten, entspricht die Anordnung des Substrats 2 auf den Unterstützungspunkten 50 der Anordnung des Substrats, wie sie in 2 dargestellt ist. Dabei weisen die Strukturen in Richtung der Schwerkraft.
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5 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst werden im ersten Schritt S1 die geometrischen Parameter des Substrats 2, die physikalischen Parameter des Substrats 2 und die in dem Aufstellungsort der Koordinaten-Messmaschine 1 vorherrschenden Umgebungsparameter bestimmt. In einem weiteren Schritt S2 wird die Geometrie 47 bestimmt, welche die Haltepunkte 40 aufspannt. Ebenso wird daraus auch die Lage der Ebene bestimmt, die durch die Haltepunkte 40 bestimmt ist. Nachdem die notwendigen Informationen bzgl. der Parameter und der Verteilung der Haltepunkte ermittelt worden sind, wird in einem nächsten Schritt S3 die Durchbiegung eines jeden, jeweils in einem Substrathalter 27 oder auf dem Messtisch 20 aufgelegten Substrats 2 bestimmt. Dabei werden für die Berechnung die geometrischen Parameter, die physikalischen Parameter und die Lage der Haltepunkte herangezogen. Letztendlich erfolgt in einem Schritt 84 die Korrektur der gemessenen Positionsdaten der Strukturen 3 anhand der individuell für jedes Substrat 2 berechneten Durchbiegung. Die Positionen von Strukturen 3 werden aus der Bildanalyse gewonnen. Dabei wird ein Profil der Struktur 3 aufgenommen. Aus der Lage der Profilkanten im aufgenommenen Bild lässt sich die Position der jeweiligen Kante der Struktur 3 in Bezug auf ein Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine 1 ermitteln. Zur Bestimmung der Position der Kanten der einzelnen Strukturen wird die jeweils zu vermessende Struktur 3 in den Strahlengang des Messobjektivs 9 verfahren. Dazu wird die Position des Messtisches 20 mittels der in 1 und 2 dargestellten Interferometer bestimmt. Wie bereits vorstehend mehrfach erwähnt, hängt die gemessene Position der Kanten der Strukturen jedoch von der Durchbiegung des Substrats ab. Diese gemessenen Werte der Position der Kanten der Strukturen werden entsprechend der ermittelten Durchbiegung der Substrate, bzw. individuellen Substrate entsprechend korrigiert.
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Der Gegenstand der Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Änderungen und Abwandlungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
