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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Positionen
von Strukturen auf einem Substrat mit einer Koordinaten-Messmaschine.
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Ein
Koordinaten-Messgerät ist hinlänglich aus dem
Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird dabei auf das
Vortragsmanuskript „Pattern Placement
Metrology for Mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing verwiesen.
Der Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon,
Edjucation Program in Genf am 31. März. 1998, in dem die
Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben worden
ist. Der Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine, wie er z. B. aus
dem Stand der Technik bekannt ist, wird in der nachfolgenden Beschreibung
zu der
1 näher erläutert. Ein Verfahren
und ein Messgerät zur Positionsbestimmung von Strukturen
auf einem Substrat ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 10047211 A1 bekannt.
Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich
auf diese Schrift verwiesen.
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Die
unveröffentlichte Deutsche Patentanmeldung
DE 2007 030 390.6 offenbart eine
Koordinaten-Messmaschine, der eine Einrichtung zum automatischen
Orientieren des Substrats zugeordnet ist. Der Koordinaten-Messmaschine
ist ferner eine Steuer- und Recheneinheit zugeordnet, so dass auf Grundlage
von mindestens zwei unterschiedlichen und automatisch eingestellten
Orientierungen des Substrats eine Selbstkalibrierung durchführbar
ist.
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Aufgabe
der gegenwärtigen Erfindung ist, ein Verfahren zum Vermessen
von Strukturen auf einem Substrat zu schaffen, das in Abhängigkeit
von der Orientierung des Substrats die Messprozesse für die
einzelnen Strukturen entsprechend anpasst.
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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 besonderem Vorteil, wenn zum Vermessen von mindestens einer
Struktur auf einem Substrat ein vordefiniertes Messverfahren angewendet
wird. Das Vermessen umfasst dabei die Position und/oder die Breite
der Struktur. Das vordefinierte Messverfahren besteht aus einer
Vielzahl von Prozessen, die mit dem Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine
verknüpft sind. Das Messverfahren wird dabei auf ein Substrat
in einer ersten, ursprünglichen Orientierung in Bezug auf
das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine definiert. Ebenso
wird die Abweichung der mindestens einen zweiten Orientierung des
Substrats von der ersten Orientierung ermittelt. Das vordefinierte
Messverfahren wird entsprechend der Abweichung der ersten Orientierung
von der mindestens zweiten Orientierung gedreht, so dass die mit
dem Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine verknüpften Prozesse
entsprechend der zweiten Orientierung ausgeführt werden.
Die Verknüpfung der Vielzahl von Prozessen mit dem Koordinatensystem
der Koordinaten-Messmaschine bedeutet, dass ausgehend von einer
Ausgangsorientierung des Koordinatensystems des Substrats die Koordinaten-Messmaschine
aufgrund der CAD-Daten des Substrats weiß, wie die einzelnen
Prozesse ausgestaltet sein müssen, damit die verschiedenen
Positionen auf dem Substrat angefahren werden können. Wird
das Substrat und somit auch das Koordinatensystem des Substrats
gedreht (Einstellung einer anderen Orientierung), so müssen
die Prozesse entsprechend geändert werden, damit bei dem
Substrat in der zweiten Orientierung die gleichen Stellen auf dem
Substrat angefahren werden können wie bei dem Substrat
in der ersten Orientierung.
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Die
erste Orientierung des Substrats beträgt 0° in
Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine. Besonders
bevorzugt wird die mindestens eine zweite Orientierung automatisch eingestellt.
Die eingestellte Orientierung des Substrats wird durch die Detektion
von speziellen Markierungen und/oder Strukturen auf dem Substrat
bestimmt.
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Die
Koordinaten-Messmaschine umfasst eine Einrichtung zum automatischen
Orientieren des Substrats. Eine Steuer- und Recheneinheit ist ebenfalls
mit der Koordinaten-Messmaschine verbunden, damit die unterschiedlichen
Orientierungen des Substrats automatisch eingestellt und automatisch
bestimmt werden können.
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Die
Koordinaten-Messmaschine umfasst mindestens eine Kamera, die ein
Messfenster definiert. Ebenso ist mindestens eine Beleuchtungseinrichtung
und mindesten ein Messobjektiv, das eine optische Achse definiert,
vorgesehen.
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Ein
in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung beweglicher
Messtisch ist vorgesehen, mit dem die zu vermessende Struktur in
die optische Achse der Kamera, bzw. des Messobjektivs verfahren
werden kann, damit die Struktur im Messfenster zu liegen kommt.
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Das
vordefinierte Messverfahren besteht aus einer Vielzahl von Prozessen,
die bestimmen, wie der Messtisch in X-Koordinatenrichtung und/oder
in Y-Koordinatenrichtung verfahren wird, damit die mindestens eine
zu messende Struktur im Messfenster der Kamera zu liegen kommt.
Anhand der festgestellten anderen Orientierung des Substrats werden
die vordefinierten Prozesse für das in der ursprünglichen Orientierung
vermessene Substrat derart abgeändert, dass bei dem Substrat
in der mindestens einen anderen Orientierung die identische Struktur
an der identischen Stelle der Struktur und mit dem identischen Messfenster
vermessen wird.
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Die
Einrichtung zum Orientieren umfasst eine Beleuchtungseinrichtung
der eine Kamera zugeordnet ist, die ein Bild des Substrats aufnimmt,
auf dem sich die Orientierung ermitteln lässt. Die Kamera weist
eine Auswerteeinheit für eine Identifikation des Substrats
auf. Dabei ist die Identifikation auf einem freien Teil der Oberfläche
des Substrats aufgebracht. Ebenso ist es denkbar, dass der Einrichtung
zum Orientieren eine Extraaufnahmeeinheit für die Identifikation
des Substrats zuordenbar ist.
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Der
Einrichtung zum Orientieren kann ein Rechner zugeordnet sein, mit
dessen Hilfe der Benutzer eine vorgegebene Orientierung des Substrats einstellen
kann. Ebenso kann der Rechner zu der Bildauswertung herangezogen
werden, um die von der Kamera aufgenommenen Bilder des Substrats auszuwerten
und anhand der Auswertung die Orientierung des Substrats festzustellen.
Ebenso kann der Rechner dazu verwendet werden, ein vordefiniertes Rezept
abzuarbeiten und dabei vorgegebene Orientierungen des Substrats
einzustellen.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand ihrer beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1 zeigt
schematisch ein Koordinaten-Messgerät mit dem das erfindungsgemäße
Verfahren ausgeführt wird.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Vorrichtung zum Vermessen von
Koordinaten von Strukturen auf einem Substrat, wobei alle hierzu erforderlichen
Elemente und Einrichtungen innerhalb einer Klimakammer angeordnet
sind.
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3 zeigt
ein Substrat, das mit mindestens einer Kennzeichnung für
das Substrat versehen ist.
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4 zeigt
eine schematische Anordnung einer Kamera in Wirkzusammenhang mit
einer Einrichtung zum Orientieren des Substrats.
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5a zeigt
ein Substrat in der ursprünglichen Orientierung, welche
der Orientierung von 0° des Koordinatensystems des Substrats
in Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine
entspricht.
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5b zeigt
das Substrat mit einer 90°-Orientierung des Koordinatensystems
des Substrats in Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine.
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5c zeigt
das Substrat mit einer 180°-Orientierung des Koordinatensystems
des Substrats in Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine.
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5d zeigt
eine 270°-Orientierung des Substrats des Koordinatensystems
des Substrats in Bezug auf das Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine.
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Ein
Koordinaten-Messgerät der in 1 dargestellten
Art ist bereits ausführlich im Stand der Technik beschrieben
und wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet. Das Koordinaten-Messgerät 1 umfasst
einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung beweglichen
Messtisch 20. Der Messtisch 20 trägt
ein Substrat, bzw. eine Maske für die Halbleiterherstellung.
Auf einer Oberfläche des Substrats 2 sind mehrere
Strukturen 3 aufgebracht. Der Messtisch selbst ist auf
Luftlagern 21 gestützt, die ihrerseits auf einem
Block 25 abgestützt sind. Die hier beschriebenen
Luftlager stellen eine mögliche Ausführungsform
dar uns sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Der Block 25 kann aus einem Granitblock gebildet sein.
Für einen Fachmann ist es selbstverständlich,
dass der Block 25 aus jedem Material bestehen kann, das
für die Ausbildung einer Ebene 25a geeignet ist,
in der sich der Messtisch 20 bewegt bzw. verfahren wird.
Für die Beleuchtung des Substrats 2 sind mindestens
eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 und/oder eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen.
In der hier dargestellten Ausführungsform wird das Licht
der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 mittels eines Umlenkspiegels 7 in die
Beleuchtungsachse 4 für das Durchlicht eingekoppelt.
Das Licht der Beleuchtungseinrichtung 6 gelangt über
einen Kondensor 8 auf das Substrat 2. Das Licht
der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 gelangt durch das
Messobjek tiv 9 auf das Substrat 2. Das von dem
Substrat 2 ausgehende Licht wird durch das Messobjektiv 9 gesammelt
und von einem halbdurchlässigen Spiegel 12 aus
der optischen Achse 5 ausgekoppelt. Dieses Messlicht gelangt
auf eine Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen
ist. Dem Detektor 11 ist eine Recheneinheit 16 zugeordnet,
mit der aus den aufgenommenen Daten digitale Bilder erzeugt werden
können.
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Die
Position des Messtisches 20 wird mittels eines Laser-Interferometers 24 gemessen
und bestimmt. Das Laser-Interferometer 24 sendet hierzu einen
Messlichtstrahl 23 aus. Ebenso ist das Messmikroskop 9 mit
einer Verschiebeeinrichtung in Z-Koordinatenrichtung verbunden,
damit das Messobjektiv 9 auf die Oberfläche des
Substrats 2 fokussiert werden kann. Die Position des Messobjektivs 9 kann z.
B. mit einem Glasmaßstab (nicht dargestellt) gemessen werden.
Der Block 25 ist ferner auf schwingungsgedämpft
gelagerten Fliesen 26 aufgestellt. Durch diese Schwingungsdämpfung
sollen alle möglichen Gebäudeschwingungen und
Eigenschwingungen des Koordinaten-Messgerätes weitestgehend
reduziert, bzw. eliminiert werden.
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2 zeigt
eine schematische Ansicht der Anordnung von dem Koordinaten-Messgerät 1 und weiteren
Einrichtungen, die dem Koordinaten-Messgerät 1 zugeordnet
sind, um damit eine effiziente Untersuchung, bzw. Vermessung der
Substrate 2 zu gewährleisten. In der in 2 dargestellten
Ausführungsform ist das Koordinaten-Messgerät 1 vereinfacht
dargestellt. Das Koordinaten-Messgerät 1 ist in 2 lediglich
mit dem Messtisch 20 und dem auf dem Messtisch 20 befindlichem
Substrat 2 dargestellt. Die Koordinaten-Messeinrichtung 1 befindet sich
zusammen mit anderen Einrichtungen in einer Klimakammer 30.
Der Koordinaten-Messeinrichtung 1 ist in der hier dargestellten
Ausführungsform ein Magazin 32 für die
Aufbewahrung von Substraten 2, bzw. Masken innerhalb der
Klimakammer 30 zugeordnet. Ebenso ist innerhalb der Klimakammer
eine Einrichtung zum Orientieren 34 der Substrate angeordnet.
In einer Wand 30a der Klimakammer 30 ist eine Übergabestation 35 vorgesehen.
Innerhalb der Klimakammer 30 können ferner ein
Transportroboter 36 und eine weitere Transporteinrichtung 38 vorgesehen
sein. Obwohl hier ein Magazin 32 zur Aufbewahrung von Substraten 2,
bzw. Temperieren von Substraten 2 vorgesehen ist, ist es
für jeden Fachmann selbstverständlich, dass man
auf ein Magazin innerhalb der Klimakammer 30 verzichten
kann. Der Roboter 36 kann sich innerhalb der Klimakammer entlang
der durch den Doppelpfeil 40 dargestellten Richtung bewegen. Über
die Übergabeöffnung 35 können
die Substrate 2 in die Klimakammer verbracht werden. Die
Transporteinrichtung 38 stellt dabei eine Übergabestation
dar. Der Roboter 36 entnimmt das Substrat 2 aus
der Übergabestation 38 und legt es je nach Rezept
auf die Einrichtung 35 zum Orientieren, auf dem Messtisch 20 oder
in das Magazin 32.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines Substrats 2. Das Substrat 2 ist
mit mindestens einer Kennzeichnung 54, 56 versehen,
die zur Feststellung der Orientierung des Substrats 2 dient.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist eine erste Kennzeichnung 54 ein
Barcode. Eine zweite Kennzeichnung 56 kann eine alphanumerische
Kennzeichnung des Substrats 2 sein. Anhand der Kennzeichnungen 54 und/oder 56 ist
es möglich, die Orientierung des Koordinatensystem 2a des
Substrats 2 und somit auch die Orientierung des Substrat 2 selbst
festzustellen.
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4 zeigt
eine schematische Anordnung einer Detektionseinrichtung 60 für
die Orientierung des Substrats 2. Das Substrat 2 ist
auf die Einrichtung 34 zum Orientieren des Substrats 2 aufgelegt. Im
Wesentlichen umfasst die Einrichtung 34 zum Orientieren
des Substrats 2 einen Drehteller 34a, der das
Substrat 2 trägt. Die Einrichtung 34 zum
Orientieren des Substrats 2 ist mit einer Recheneinheit 61 verbunden,
mit der die Orientierung des Substrats automatisch eingestellt werden
kann. Gegenüber dem Substrat 2 ist eine Kamera 60 vorgesehen,
mit der Bilder von dem Teil des Substrats aufgenommen werden können,
welche die Kennzeichnungen 54 und 56 tragen. Ebenso
ist es denkbar, dass mit der Kamera 60 die gesamte Oberfläche
des Substrats 2 aufgenommen werden kann. Aus dem Bild der
Oberfläche des Substrats 2 kann dann mittels Bildverarbeitung
im Rechner 61 die Orientierung des Substrats ermittelt
werden. Auf einem Display 62 kann dem Benutzer die aktuelle,
bzw. die neu eingestellte Orientierung des Substrats 2 angezeigt
werden. Ebenso ist es denkbar, dass der Benutzer über das
Display 62 Eingaben hinsichtlich der Orientierung des Substrats
machen kann. Eine Erstellung von Rezepten, mit denen bestimmte Kalibrierungsschritte
durchgeführt werden können, werden ebenfalls mittels
des Displays eingegeben und so an den Rechner 61 übermittelt.
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5a zeigt
ein Substrat in der ursprünglichen Orientierung. Der Begriff
ursprüngliche Orientierung bedeutet, dass das Koordinatensystem 2a des
Substrats 2 gegenüber dem Koordinatensystem XKM, YKM der Koordinaten-Messmaschine
nicht gedreht ist. Die Orientierung des Substrats 2 gegenüber dem
Koordinatensystem 1a der Koordinaten-Messmaschine 1 ist
somit 0°. Die mindestens eine zu vermessende Struktur 3 hat
in Bezug auf das Koordinatensystem 1a der Koordinaten-Messmaschine 1 die Position
X0, Y0. Der Messtisch 20 ist
somit um einen bestimmten Wert zu verfahren, damit die zu vermessende
Struktur 3 innerhalb der optischen Achse des Messob jektivs 9 zu
liegen kommt. Ebenso ist dann das Messfenster 50 an einer
bestimmten definierten Position der Struktur 3 positioniert.
Die Position des Messfensters 50 ist in den 5a bis 5d durch einen
kleinen Kreis 51 gekennzeichnet.
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5b zeigt
das Substrat 2 in einer um 90° gedrehten Orientierung
gegenüber dem Koordinatensystem 1a der Koordinaten-Messmaschine 1. Nachdem
die Orientierung des Substrats mit den Kennzeichnungsmitteln 54, 56 auf
dem Substrat festgestellt worden ist, findet man die zu vermessende Struktur 3 im
gedrehten Substrat durch die Komponenten X90 und
Y90. Entsprechend der Drehung des Substrats 2 muss
auch das Messfenster der Kamera entsprechend gedreht werden, damit
das Messfenster 50 auch an derselben Position 51 der
Struktur 3 positioniert werden kann, an welcher es sich
befunden hat bei der Messung der Struktur 3 bei dem nicht gedrehten
Substrat 2.
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5c zeigt
das Substrat 2 in einer Orientierung um 180° gegenüber
der Darstellung in 5a. Auch hier findet man die
Position der Struktur 3, die vermessen werden soll, durch
die Komponenten X180 und Y180 des
Koordinatensystems 1a der Koordinaten-Messmaschine 1.
In entsprechender Weise ist auch hier das Messfenster 50 gedreht,
so dass es an der gleichen Position 51 zu liegen kommt,
wie dies bei der Messung der Struktur 3 bei der Orientierung um
0° des Substrats 2 und der Orientierung um 90° des
Substrats 2 durchgeführt worden ist.
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5d zeigt
das Substrat 2 mit einer Orientierung von 270° gegenüber
der in 5a dargestellten Orientierung.
Die Position der Struktur 3 auf dem gedrehten Substrat 2 wird
hier ebenfalls durch die Komponenten X270 und
Y270 des Koordinatensystems 1a der
Koordinaten-Messmaschine 1 gefunden. Die Positionierung
des Messfensters 50 und die Positionierung des Messtisches 20 wird
entsprechend dem in 5a, 5b und 5c beschriebenen
Verfahren durchgeführt.
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Obwohl
in der voran stehenden Beschreibung bevorzugter Weise die Orientierung
des Substrats 2, bzw. die Drehung des Substrats um 90°,
180° und 270° beschrieben worden ist, ist es für
einen Fachmann selbstverständlich, dass mit der Koordinaten-Messmaschine
auch andere Orientierungen automatisch eingestellt werden können.
Mit der in der Koordinaten-Messmaschine 1 vorhandenen Vorrichtung
kann die Orientierung des Substrats 2 automatisch ermittelt
werden. Anhand der ermittelten Orientierung gilt es dann, die entsprechenden
Prozesse für die Vermessung der Strukturen 3 auf
dem Substrat 2 entsprechend der neu eingestellten Orientierung
abzuän dern. Diese Abänderung der Prozesse erfolgt ebenfalls
automatisch, so dass für das Substrat ein sog. gedrehter
Prozess bzw. gedrehte Messaufgabe erzeugt wird.
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Die
Erfindung wurde unter Berücksichtigung spezieller Ausführungsformen
beschrieben. Es ist jedoch denkbar, dass Abwandlungen und Änderungen durchgeführt
werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden
Ansprüche zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10047211
A1 [0002]
- - DE 2007030390 [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Vortragsmanuskript „Pattern
Placement Metrology for Mask making" von Frau Dr. Carola Bläsing [0002]