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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Koordinaten-Messmaschine zur
Bestimmung der Phasenverhältnisse einer Maske. Dabei umfasst
die Koordinaten-Messmaschine einen Block, der eine Ebene definiert,
die einen beweglichen Messtisch trägt. Der bewegliche Messtisch
verfährt in der vom Block definierten Ebene. Ferner ist
eine Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung vorgesehen, wobei die
Abbildungseinrichtung mindestens ein Objektiv und einen Detektor
umfasst. Das Objektiv ist in einem Detektionsstrahlengang angeordnet.
Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle in einem Auflichtstrahlengang
und/oder eine Lichtquelle in einem Durchlichtstrahlengang.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Phasenverhältnisse
einer Maske. Ein Block definiert eine Ebene, auf der ein beweglicher
Messtisch angeordnet ist. Ebenso ist eine Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung
angeordnet, wobei die Abbildungseinrichtung mindestens ein Objektiv
und einen Detektor umfasst. Das Objektiv ist in einem Detektionsstrahlengang
angeordnet. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle,
die in einem Auflichtstrahlengang und/oder eine Lichtquelle, die
im Durchlichtstrahlengang angeordnet ist.
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Der
Trend bei der Halbleiterherstellung geht zu immer kleineren Strukturen
hin. Als Folge daraus, müssen ebenfalls die für
die Halbleiterherstellung eingesetzten Masken mit immer kleiner
werdenden Strukturen hergestellt werden. Hierzu werden bei der Halbleiterherstellung
sog. Phase-Shift-Masks (PSM) eingesetzt. Die unterschiedlichen Bereiche
auf der PSM-Maske führen dabei zu unterschiedlichen Phasenverschiebungen
des reflektierten bzw. transmittierten Lichts. Ein schwieriger Punkt
ist dabei die zuverlässige Messung des durch die PSM-Masken
verursachten Phase-Shifts.
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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, ausgegeben anlässlich der Tagung Semicon,
Education Program in Genf am 31. März 1998, bekannt. Die
dortige Beschreibung bildet die Grundlage eines Koordinaten-Messgeräts.
Die vorliegende Erfindung kann in einem solchen Koordinaten-Messgerät
des Standes der Technik mit Vorteil eingesetzt werden.
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Ein
Verfahren und ein Messgerät zur Positionsbestimmung von
Strukturen auf einem Substrat, bzw. einer Maske ist aus der Deutschen
Offenlegungsschrift
DE
100 47 211 A1 bekannt. Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung
sei daher ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen.
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Wie
bereits oben erwähnt, werden für die Erreichung
der hohen Auflösung bei der Halbleiterherstellung PSM-Masken
eingesetzt. Dabei ist es wichtig, dass die Phasendifferenz zwischen
den einzelnen Bereichen der Maske richtig eingestellt ist. Ansonsten
stimmt der Kontrast des Maskenbildes auf dem Wafer nicht und die
Strukturen werden falsch entwickelt. Somit ist es von Vorteil, wenn
man mit der Koordinaten-Messmaschine daher auch die Phase im aufgenommenen
Bild der Struktur auf der Maske mitbestimmen kann, wenn man die
Position der einzelnen Strukturen auf der Maske bestimmt.
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Aufgabe
der Erfindung ist, eine Koordinaten-Messmaschine derart auszugestalten,
dass mit der Koordinaten-Messmaschine ebenfalls die Phasendifferenz
zwischen den einzelnen Bereichen auf der Maske bestimmt werden kann.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst durch eine Koordinaten-Messmaschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen,
bei dem mit einer Koordinaten-Messmaschine die Phasendifferenz zwischen den
einzelnen Strukturen auf der Maske bestimmt werden kann.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die
Merkmale des Anspruchs 16 umfasst.
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Die
Koordinaten-Messmaschine ist zur Bestimmung der Phasenverhältnisse
einer Maske geeignet. Dabei ist in einer Ebene ein beweglicher Messtisch
angeordnet, der die Masken entsprechend in dieser Ebene verfährt.
Eine Beleuchtungs- und Abbildungseinrichtung ist vorgesehen, wobei
die Abbildungseinrichtung mindestens ein Ob jektiv und einen Detektor
umfasst. Das Objektiv definiert einen Detektionsstrahlengang. Die
Beleuchtungseinrichtung umfasst eine Lichtquelle, in einem Auflichtstrahlengang und/oder
eine Lichtquelle in einem Durchlichtstrahlengang. Dabei ist im Detektionsstrahlengang
eine optische Einheit angeordnet, an Hand derer zusammen mit dem
Detektor die von der Maske erzeugten Phasenunterschiede des von
der Maske ausgehenden Lichts bestimmbar sind.
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Der
optischen Einheit ist ein eigener Detektor zugeordnet. Die optische
Einheit ist zur Bestimmung der Phasenverhältnisse der Maske
im Strahlengang vor dem Detektor positionierbar. Die optische Einheit umfasst
dabei mindestens ein Ronchi-Gitter und die zur Abbildung erforderliche
Kamera. Die Ausbreitungsrichtung einer ersten Beugungsordnung und
einer minus-ersten Beugungsordnung des mindestens einen Ronchi-Gitters
sind durch ein weiteres Ronchi-Gitter parallel ausrichtbar. Die
optische Einheit kann ferner den Detektor umfassen.
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Die
optische Einheit kann ebenfalls einen ersten Teilerspiegel, einen
ersten Umlenkspiegel, einen zweiten Teilerspiegel, einen drehbaren
und/oder verschiebaren Umlenkspiegel und einen Detektor bzw. eine
Kamera umfassen. Dabei sind der erste Teilerspiegel, der erste Umlenkspiegel,
der zweite Teilerspiegel und der drehbare und/oder verschiebbare
Umlenkspiegel derart angeordnet, dass ein vom ersten Teilerspiegel
abgetrennter Teillichtstrahl mit einem Parallelversatz zum nicht
vom ersten Teilerspiegel abgetrennten Teillichtstrahl resultiert.
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Der
erste und der zweite Teilerspiegel sind ein 50/50-Teiler. Die Detektoreinheit
ist dabei ebenfalls im Detektionsstrahlengang der Koordinaten-Messmaschine
positionierbar. Je nach Bedarf, ob eine Phasenmessung durchgeführt
werden soll, kann die Detektionseinheit im Detektionsstrahlengang
der Koordinaten-Messmaschine positioniert werden.
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Dabei
ist es ebenfalls denkbar, dass die Detektoreinheit als separates
Zusatzmodul zu der Koordinaten-Messmaschine verkauft wird, so dass
dieses dann in ein bereits bestehendes System zur Bestimmung von
Positionen von Strukturen auf einem Substrat, bzw. einer Maske verwendet
werden kann.
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Auf
der Maske ist mindestens ein Bereich ausgebildet, in dem eine Linienstruktur
vorgesehen ist, die aus mehreren Linien besteht und wobei sich die
Linien hinsichtlich der optischen Eigenschaften unterscheiden. Es
ist denkbar, dass die Linien jeweils die gleiche Breite aufweisen.
Die optische Eigenschaft der Linien ist dabei die Herbei führung
einer Phasenverschiebung, wobei das Ausmaß der Phasenverschiebung
der Linien unterschiedlich ist.
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Die
phasenschiebende Linie ist dabei aus einer phasenschiebenden Schicht
gebildet. Die phasenschiebende Linie kann auch aus einem Graben
in der Maske bestehen.
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Die
Detektoreinheit besteht dabei aus zwei Ronchi-Gittern, wobei der
Abstand zwischen den beiden Ronchi-Gittern derart einstellbar ist,
dass aus der Interferenz der Beugungsordnungen des ersten Ronchi-Gitters
die Phasenschiebung zwischen den Strukturen berechenbar ist.
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In
einer anderen Ausführungsform kann die Detektoreinheit
einen drehbaren und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel umfassen.
Durch den drehbaren und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel ist ein Interferenzbild
aus den beiden Teillichtstrahlen erzeugbar, an dem das Maß der
Phasenschiebung zwischen den Strukturen berechenbar ist.
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Das
mit Hilfe der Detektoreinheit erzeugbare Interferenzbild kann auf
einen Detektor abgebildet werden, wobei der Detektor der Kamera
ein CCD-Chip ist.
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Ferner
ist das mit der Koordinaten-Messmaschine ausführbare Verfahren
von Vorteil, da mit Hilfe dessen die Phasenunterschiede zwischen
verschiedenen Strukturen auf einer Maske ermittelt werden können.
Dazu wird eine optischen Einheit im Detektionsstrahlengang angeordnet
oder kann im Detektionsstrahlengang positioniert werden. Die optischen Einheit
detektiert dabei zusammen mit einem Detektor das von einem Bereich
der Maske ausgehende Licht, welches dem Detektor zugeführt
wird. Die optischen Einheit trennt das von der Maske ausgehende Licht
in zwei Teilstrahlen, wobei Wellenfronten der zwei Teilstrahlen
zueinander mit einem Parallelversatz der Kamera zu der optischen
Einheit zugeführt werden. Anhand des durch den Detektor
aufgenommenen Bildes, welches durch die parallel versetzten Wellenfronten
gebildet wird, kann damit auf den von der Maske erzeugten Phasenunterschied
geschlossen werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden.
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Im
Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und
ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher
erläutern.
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1a zeigt
schematisch ein Koordinaten-Messgerät in Verbindung mit
einer optischen Einheit bzw. einer Detektoreinheit, die in den Detektionsstrahlengang
des Koordinaten-Messgeräts verfahrbar ist.
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1b zeigt
eine Ausführungsform der optischen Einheit mit einem eigenen
Detektor bzw. einer eigenen Kamera.
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2a zeigt
eine schematische Ansicht einer Maske, auf der ein Bereich angeordnet
ist, der mit einer Schicht versehen ist, die eine Phasenverschiebung
erzeugt, wobei dieser Bereich direkt neben einem Bereich angeordnet
ist, der eine andere Phasenverschiebung erzeugt.
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2b zeigt
schematisch eine Maske, bei der Linienstrukturen auf der Maske angeordnet
sind, die sich hinsichtlich der phasenschiebenden Wirkung unterscheiden.
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2c zeigt
eine schematische Seitenansicht der Maske, bei der die phasenschiebende
Wirkung durch Gräben oder Vertiefungen in der Maske erzeugt
werden.
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3 zeigt
eine Ausführungsform der optischen Einheit, die mit zwei
Ronchi-Gittern versehen ist, um damit den Phasenunterschied zwischen
den Bereichen einer Maske mit unterschiedlicher phasenschiebender
Wirkung zu bestimmen.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Detektoreinheit, mit der
die Unterschiede hinsichtlich der Beeinflussung der Phase des Beleuchtungslichts
bestimmt werden können.
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Eine
Koordinaten-Messmaschine 1 ist in 1 dargestellt.
Die Koordinaten-Messmaschine 1 dient im Wesentlichen dazu,
die Positionen von Strukturen 3 auf einem Substrat 2 zu
vermessen. Hierzu ist das Substrat 2 auf einem Messtisch
angeordnet, der in einer Ebene 25a in X-Koordinatenrichtung
und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbar angeordnet ist. Die Ebene 25a wird
im Wesentlichen aus einem Block 25 gebildet. In einer bevorzugten
Ausführungsform ist der Block 25 aus Granit gebildet.
Die Position des Messtisches 20 innerhalb der Ebene 25a wird
mit Hilfe von mindestens einem Interferometer 24 gemessen,
das jeweils einen Messstrahl 23 aussendet.
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Zur
Beleuchtung des Substrats 2 kann sowohl eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14,
als auch eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen
sein. Das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 gelangt über
einen Umlenkspiegel 7 und einen Kondensor 8 zum
Substrat 2. Ebenso wird das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 mittels
eines Messobjektivs 9 auf das Substrat 2 abgebildet.
Sowohl das von der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14,
als auch von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 ausgesendete
Licht wird mittels des Messobjektivs 9 gesammelt und über
einen Strahlteiler 12 auf eine Kamera 10 gerichtet.
Die Kamera 10 umfasst einen Detektor 11, der mit
einem Rechner 16 verbunden ist. Mit Hilfe des Rechners 16 werden
die vom Detektor ermittelten Signale ausgewertet und digitalisiert.
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Der
Messtisch 20 ist dabei auf Lagern 21 verschiebbar
innerhalb der Ebene 25a angeordnet. Besonders vorteilhaft
ist, wenn die Lager 21 als Luftlager ausgebildet sind.
Ebenfalls ist der Block 25 auf Schwingungsdämpfern 26 gelagert,
damit keinerlei Gebäudeschwingungen auf das Messsystem übertragen
werden. Um mit der Koordinaten-Messmaschine 1 nun die phasenschiebenden
Eigenschaften der verschiedenen Strukturen zu bestimmen, bzw. um
mit der Koordinaten-Messmaschine die phasenschiebenden Eigenschaften
der PSM-Masken vermessen zu können, ist eine optische Einheit 50 vorgesehen,
die in den Detektionsstrahlengang 5 der Koordinaten-Messmaschine 1 verfahren
werden kann. Es ist ebenso denkbar, dass die optische Einheit 50 permanent
im Detektionsstrahlengang 5 der Koordinaten-Messmaschine
angebracht ist. Die Verschiebbarkeit, bzw. die Positionierbarkeit
der optischen Einheit 50 im Detektionsstrahlengang 5 der Koordinaten-Messmaschine
ist durch den Doppelpfeil 51 angedeutet.
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1b zeigt
einen die optische Einheit 50, der eine eigene Kamera 10a mit
einem Detektor 11a zugeordnet ist. Die Signale des Detektors 11a und des
Detektors 11 werden dem Rechner 16 zugeführt. Im
Detektionsstrahlengang vor der Kamera 10 ist ein weiterer
Teiler 12a angeordnet, der Licht auf die optische Einheit 50 lenkt.
Der weitere Teile 12a kann dabei derart ausgestaltet sein,
dass er in den Detektionsstrahlengang vor der Kamera 10 bei
Bedarf verfahren bzw. verbracht werden kann.
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2a zeigt
eine schematische Ansicht eines Substrats 2, bzw. einer
Maske, auf der ein phasenschiebender Bereich 41 und ein
phasenschiebender Bereich 42 angeordnet sind. Die beiden
Bereiche 41 und 42 unterscheiden sich hinsichtlich
ihrer phasenschiebenden Wirkung. In der hier dargestellten Ausführungsform
sind die beiden phasenschiebenden Bereiche 41 und 42 direkt
nebeneinander angeordnet. Der phasenschiebende Bereich 41 ist
dadurch gebildet, dass auf einer Maske eine phasenschiebende Schicht 41a aufgebracht
ist. Im Bereich 42 ist diese Schicht einfach weggelassen,
so dass hier lediglich das Material der Maske Einfluss auf die Phasenschiebung
nimmt. Somit wird der Unterschied der Phasenschiebung von Bereich 41 zu
Bereich 42 vermessen.
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2b zeigt
eine schematische Ansicht des Substrats 2, bzw. der Maske
auf den ein Bereich 45 ausgebildet ist, der abwechselnd
mehrere Bereiche 46 und 47 zeigt, die sich hinsichtlich
ihrer Phasen beeinflussenden Eigenschaften unterscheiden. In einer Ausführungsform
können diese Bereiche die gleiche Breite aufweisen. So
ist z. B. der erste Bereich 46 mit einer phasenschiebenden
Schicht 47a versehen. Der zweite Bereich 47 ist
dabei nicht mit einer phasenschiebenden Schicht versehen, so dass
hier ebenfalls wieder das Material der Maske 2 für
die Bestimmung der Phase der Strukturen auf der PSM-Maske herangezogen
wird. Die Bereiche 46 und 47 haben dabei die gleiche
Breite.
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2c zeigt
eine weitere Ausführungsform, mit der die unterschiedlichen
Bereiche hinsichtlich ihrer phasenschiebenden Wirkung in oder auf
der Maske 2 erzeugt werden. In das Material der Maske sind mehrere
Gräben 44 geätzt. Auf der Maske 2 können zusätzlich
noch weitere Strukturen 43 oder Bereiche aufgebracht sein.
Die Gräben 44 und die Bereiche 43 erzeugen
für sich jeweils eine Phasenverschiebung. Mit der gegenwärtigen
Erfindung kann nun der Unterschied in der Phasenverschiebung zwischen
den einzelnen Bereichen bestimmt werden.
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Eine
erste Ausführungsform der Detektoreinheit 50 ist
in 3 schematisch dargestellt. Die Detektoreinheit 50 ist
dabei durch eine gestrichelte Umrandung kenntlich gemacht. Das Messobjektiv 9 sammelt
die von der zu vermessenden Struktur 3 ausgehenden Wellenfronten.
Vom Messobjektiv 9 gelangen die Wellenfronten auf das erste
Ronchi-Gitter 51. Das Ronchi-Gitter ist dabei derart ausgestaltet,
dass es keine nullte Beugungsunterordnung und keine Beugung geradzahliger
Ordnungen gibt. Die erste Ordnung 52+1 und
die minus erste Ordnung 52–1 trägt
dabei jeweils ungefähr 40% der auf das Ronchi-Gitter 51 treffenden
Intensität. Die dritte Beugungsordnung 53+3 und
die minus dritte Beugungsordnung 53–3 trägt
dabei jeweils 5% der auf das Ronchi-Gitter 51 treffenden
Intensität. In einem Abstand D zum ersten Ronchi-Gitter 51 ist
ein zweites Ronchi-Gitter 54 angeordnet. Mit Hilfe des
zweiten Ronchi-Gitters 54 können die erste Beugungsordnung 52+1 und die minus erste Beugungsordnung 52–1 parallelisiert werden. Mittels
einer Optik 55 wird das Interferenzbild auf eine Kamera 56 abge bildet,
die einen CCD-Chip 57 umfasst. Der Abstand D zwischen den
beiden Ronchi-Gittern 51 und 54 ist dabei derart einstellbar,
dass aus der Interferenz der Beugungsordnungen des ersten Ronchi-Gitters
die Phasenverschiebung der zu vermessenden Struktur 3 berechenbar
ist.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der Detektoreinheit 50.
Dabei sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie bei 3 bezeichnet.
Wie bereits in 3 beschrieben, ist die Detektoreinheit 50 dem
Messobjektiv 9 nachgeordnet. Die vom Messobjektiv 9 aufgenommenen
Wellenfronten des von der Struktur 3 ausgehenden Lichts
gelangen bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
auf einen ersten Teilerspiegel 60. Der erste Teilerspiegel 60 ist
dabei als 50/50-Teiler ausgebildet. Durch den ersten Teilerspiegel 60 wird
das ankommende Licht in einen ersten Teilstrahl 71 und einen
zweiten Teilstrahl 72 aufgeteilt. Der zweite Teilstrahl 72 gelangt
auf einen ersten Umlenkspiegel 61 und von dort auf einen
zweiten Teilerspiegel 62. Der erste Teilstrahl 71 gelangt
auf einen drehbaren und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel 63.
Vom drehbaren und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel 63 wird
der erste Teilstrahl 71 auf eine Optik 55 gerichtet.
Ebenso wird der zweite Teilstrahl 72 vom zweiten Teilerspiegel 62 auf
die Optik 55 gerichtet. Mit Hilfe des drehbaren und/oder
verschiebbaren Umlenkspiegels 63, dessen Drehbarkeit bzw.
Verschiebbarkeit durch den Pfeil 64a bzw. 64b angedeutet
ist, kann somit ein Parallelversatz zwischen dem ersten Teilstrahl 71 und
dem zweiten Teilstrahl 72 eingestellt werden, so dass die
beiden Teilstrahlen 71 und 72 mit dem Parallelversatz
auf die Optik 55 treffen und von dieser auf die Kamera 56 und
den in der Kamera vorgesehenen CCD-Chip 57 abgebildet werden.
Durch den drehbaren und/oder verschiebbaren Umlenkspiegel 63 ist
somit ein Interferenzbild aus den beiden Teillichtstrahlen 71 und 72 erzeugbar.
Mit Hilfe des Interferenzbildes aus den beiden Teillichtstrahlen 71 und 72 kann
somit das Maß der Phasenverschiebung durch die phasenschiebende
Schicht auf der Maske 2 bestimmt werden.
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Von
besonderen Vorteil ist, wenn die Phasenverschiebung bzw. der Unterschied
in der Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Bereichen in der
Koordinaten-Messmaschine mit der gleich Wellenlänge gemessen
wird, mit der später die Belichtung der Masken 2 mittels
des Steppers auf den Wafer erfolgt. Dies wird in der Regel also
bei einer Wellenlänge von 193 nm oder 248 nm durchgeführt werden.
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Die
Erfindung wurde in Bezug auf eine besondere Ausführungsform
beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann selbstverständlich,
dass Änderungen und Ab wandlungen 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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