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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden eines
Gebiets minimaler Lensdistortion eines Objektivs.
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Ferner
betrifft die Erfindung die Verwendung des Verfahrens bei einer Koordinaten-Messmaschine.
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Eine
Koordinaten-Messmaschine zum Vermessen 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 anlässlich
der Tagung Semicon Edjucation Program in Genf am 31.03.1998 gehalten.
Die dortige Beschreibung bildet die Grundlage einer Koordinaten-Messmaschine,
wie sie vielfach im Markt erhältlich ist.
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Ferner
ist eine Koordinaten-Messmaschine und deren Funktionsweise aus einer
Vielzahl von Patentanmeldungen bekannt, wie z. B. aus der
DE 19949005 , aus der
DE 19858428 , aus der
DE 10106699 oder aus der
DE 102004023739 . In
allen hier genannten Dokumenten des Standes der Technik wird eine
Koordinaten-Messmaschine offenbart, mit der Strukturen auf einem
Substrat vermessen werden können. Dabei ist das Substrat
auf einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren
Messtisch gelegt. Die Koordinaten-Messmaschine ist dabei derart
ausgestaltet, dass die Positionen der Strukturen, bzw. der Kanten der
Strukturen mittels eines Objektivs bestimmt werden. Zur Bestimmung
der Position der Strukturen, bzw. deren Kanten ist es erforderlich,
dass die Position des Messtisches mittels mindestens eines Interferometers
bestimmt wird. Schließlich wird die Position der Kante
in Bezug auf ein Koordinatensystem der Messmaschine ermittelt.
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Um
die Position einer Kante einer Struktur genau bestimmen zu können,
muss ebenfalls die durch das Objektiv verursachte Lensdistortion
berücksichtigt werden. Die durch das Objektiv verursachte
Lensdistortion wird innerhalb eines Bildfeldes des zur Messung der
Position von Kanten auf einem Substrat bzw. einer Maske verwendeten Objektivs bestimmt.
In der unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2007 042 272 ist
ein Verfahren zur Korrektur der durch das Messobjektiv verursachten Lensdistortion
offenbart. Mit immer steigenden Anforderungen an die Genauigkeit
bzw. Reproduzierbarkeit der mit einer Koordinaten-Messmaschine durchgeführten
Messungen ist es nützlich, dass man die Bereiche im Bildfeld
des Objektivs kennt, in denen die Lensdistortion eine vordefinierte
Schwankungsbreite nicht überschreitet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das der Durchsatz
bei der Vermessung von Positionen von Strukturen auf der Maske mit
einer Koordinaten Messmaschine erhöht wird und dabei auch
der Rechenaufwand für eine Korrektur der Lensdistortion
minimiert wird.
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Die
obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die
Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
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Das
Verfahren zum Auffinden eines Gebiets minimaler Lensdistortion eines
Objektivs umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird mindestens
eine Position einer Kante einer Struktur auf einem Substrat an mehreren
unterschiedlichen Positionen relativ zu einer optischen Achse des
Objektivs vermessen. Aus den Messwerten der mindestens einen Position
der Kante wird an den unterschiedlichen Positionen relativ zu einer
optischen Achse eine Funktion bestimmt. Diese Funktion beschreibt
die durch das Objektiv verursachte Lensdistortion. Anhand der Funktion
der Lensdistortion wird mindestens ein Bereich relativ zur optischen
Achse des Objektivs ermittelt, in dem die Schwankung der Lensdistortion
eine vordefinierte Schwankungsbreite nicht überschreitet.
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Die
Funktion kann eine Funktion sein, die aus den diskreten Messwerten
besteht. in einer anderen Ausführungsform kann die Funktion
eine an die Messwerte gefittete, stetig differenzierbare Funktion
sein.
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Zu
einer vordefinierten Schwankungsbreite können mehrere Bereiche
unterschiedlicher Größe existieren, wobei derjenige
Bereich ausgewählt wird, der am größten
ist. Ferner kann der mindestens eine Bereich, in dem die Lensdistortion
die vordefinierte Schwankungsbreite besitzt, auf einem Display graphisch
dargestellt werden. Aus den mehreren Bereichen, in denen die Schwankung
der Lensdistortion eine vorde finierte Schwankungsbreite nicht überschreitet,
wird dem Benutzer derjenige Bereich vorgeschlagen, der für
das Messverfahren optimal ist.
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Bei
einer Messung der Position einer Kante einer Struktur auf dem Substrat,
wird die Struktur mit einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
verfahrbaren Messtisch derart verschoben, dass die zu vermessende
Struktur in dem Bereich zu liegen kommt, in dem die Schwankung der Lensdistortion
eine vordefinierte Schwankungsbreite nicht überschreitet.
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Die
Messwerte für die Positionen der Kanten der Strukturen,
die in dem Bereich bestimmt wurden, in dem die Schwankung der Lensdistortion
eine vordefinierte Schwankungsbreite nicht überschreitet, werden
noch um die in diesem Bereich vorherrschende Lensdistortion korrigiert.
Dabei kann die zur Korrektur erforderliche Lensdistortion durch
einen Benutzer aus der Datenbank abgerufen werden. Der Benutzer
kennt den Strukturtyp, der gerade mittels der Koordinaten-Messmaschine
vermessen wird und kann so die dem jeweiligen Strukturtyp zugeordnete Lensdistortion
aus der Datenbank abrufen. Der Benutzer der Koordinaten-Messmaschine
kann auch vorgeben, welche Korrektur der Lensdistortion bei dem
gerade mit der Koordinaten-Messmaschine vermessenen Strukturtyp
verwendet wird. Der Korrekturfaktor der Lensdistortion hängt
dabei auch vom Strukturtyp ab.
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Ein
vordefinierter Bereich kann innerhalb des Bildfeldes des Objektivs
an diejenige Stelle verschoben werden, an der die Schwankung der
Lensdistortion minimal ist. Ebenso ist es möglich, den
vordefinierten Bereich an diejenige Stelle zu verfahren bzw. zu
verschieben, an der die Schwankung der Lensdistortion innerhalb
eines vorbestimmten Schwankungsbereichs liegt. Die zu vermessende
Struktur wird mit dem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung
beweglichen Messtisch derart verfahren, dass sie in dem vordefinierten
Bereich zu liegen kommt.
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Die
Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
bei einer Koordinaten-Messmaschine erfolgen, der ein Displays zugeordnet
ist, auf dem zumindest in einem Fenster des Displays die Bereiche,
in denen die Schwankung der Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite
aufweist, einem Benutzer graphisch darstellbar sind. Auf dem Display
ist ein 2-dimensionaler Messbereich innerhalb des Bildfeldes des
Objektivs derart positionierbar, dass der Messbereich einen Bereich
des Bildfeldes des Objektivs umfasst, in dem die Schwankungsbreite
der Schwankung der Lensdistortion möglichst gering ist
bzw. eine vordefnierte Schwelle nicht überschreitet.
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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, bei dem das erfindungsgemäße
Verfahren Anwendung findet.
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2 zeigt
schematisch das durch das Objektiv festgelegte Bildfeld, innerhalb
dessen eine Struktur an unterschiedlichen Relativpositionen in Bezug
auf die optische Achse des Messobjektivs zur Ermittlung der Lensdistortion
vermessen wird.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Bildfeldes des Objektivs mit den
mehreren Bereichen, in denen die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite
besitzt.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung des Bildfeldes des verwendeten Objektivs
mit einem regelmäßigen Bereich, in dem die zu
vermessende Struktur während der Messung zu positionieren
ist.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung des Bildfeldes des verwendeten Objektivs
mit einem anderen regelmäßigen Bereich, in dem
die zu vermessende Struktur während der Messung zu positionieren
ist.
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6 zeigt
eine Ausführungsform des Displays, über das der
Benutzer die entsprechenden Vorgaben für die Vermessung
der mindestens einen Position einer Struktur auf der Maske vornehmen kann.
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Für
gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identischen
Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber
nur die Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die
für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich
sind.
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1 zeigt
die schematische Ansicht einer Koordinaten-Messmaschine 1,
bei der das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung
findet. Die Maske 2 (Substrat für die Halbleiterherstellung),
welche auf ihrer Oberfläche 2a die zu vermessenden Strukturen 3 trägt,
ist in einem Messtisch 20 eingelegt, der in X-Koordinatenrichtung
und in Y- Koordinatenrichtung in einer Ebene 25a beweglich
angeordnet ist. Die Ebene 25a wird durch einen Block 25 gebildet.
Der Block 25 ist in einer bevorzugten Ausführungsform
aus einem Granitblock gebildet. Es soll jedoch nicht als Beschränkung
der Erfindung aufgefasst werden, wenn der Block 25 aus
Granit besteht. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich,
dass die Ebene 25a innerhalb der der Messtisch 20 bewegt
wird, mittels eines jeden dafür geeigneten Materials erfolgen
kann. Die Beweglichkeit des Messtisches 20 wird mittels
geeigneter Lager 21 erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Lager 21 als Luftlager ausgebildet. Die Position
des Messtisches 20 innerhalb der Ebene 25a wird
mittels mindestens einem Laser-Inteferometer 24 gemessen. Zur
Messung der Position des Messtisches richtet das Laser-Interferometer 24 einen
Laserstrahl 23 auf den Messtisch 20. Obwohl hier
nur ein Laser-Interferometer 24 dargestellt ist, soll dies
nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Es ist für einen Fachmann selbstverständlich,
dass jedes bewegliche Element einer Koordinaten-Messmaschine 1 hinsichtlich
ihrer Position und Lage im Raum mittels eines Laser-Interferometers 24 überwacht werden
kann.
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Zur
Beleuchtung der Maske 2 sind in der Koordinaten-Messmaschine 1 eine
Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 und eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 vorgesehen.
Von der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 wird das Beleuchtungslicht
Ober einen Umlenkspiegel 7 und einen Kondensor 8 auf die
Maske 2 gerichtet. Ausgehend von der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 wird
das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 entlang
eines Auflichtbeleuchtungsstrahlengangs und über das Objektiv 9 auf die
Maske 2 gerichtet. Das Objektiv hat eine optische Achse 5 ausgebildet.
Mittels einer Verstelleinheit 15 kann das Objektiv 9 auch
in Richtung der Z-Koordinatenrichtung verstellt werden. Das Objektiv 9 sammelt das
von der Maske 2 ausgehende Licht und richtet es über
einen Teilerspiegel 12 auf einen Detektor 10,
der mit einem Detektorchip 11 versehen ist. Der Ausgang des
Detektorchips ist mit einem Rechner 16 verbunden, der einen
Speicher 18 aufweist. Der Rechner digitalisiert die mit
dem Detektor 10 aufgenommenen Bildsignale und führt
sie zur weiteren Verarbeitung dem Rechner 16 zu. Im Speicher 18 des
Rechners 16 können entsprechende Korrekturdaten
abgelegt werden. in der Regel sind die Korrekturdaten in Form einer
Datenbankstruktur im Rechner organisiert. Die gesamte Koordinaten-Messmaschine 1 ruht
auf Schwingungsdämpfern 26, um dadurch Gebäudeschwingungen
oder Schwingungen der Umgebung abzudämpfen, damit die Messwerte
durch die Schwingungen nicht verfälscht werden. Ebenso
kann der Koordinaten-Messmaschine 1 ein Display 30 zugeordnet
sein, anhand dessen der Benutzer den Messvorgang verfolgen, den
Einfluss von Parameteränderungen entnehmen und/oder graphische
Information über die Lensdistortion erhalten kann.
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2 zeigt
schematisch das durch das Objektiv 9 festgelegte Bildfeld 40,
innerhalb dessen eine Struktur 3 an unterschiedlichen Relativpositionen
in Bezug auf die optische Achse 5 des Objektivs 9 zur Ermittlung
der Lensdistortion vermessen wird. Zur Ermittlung des Ausmaßes
der Lensdistortion wird eine Struktur 3 auf der Oberfläche 2a des
Substrats 2 ausgewählt. Die Position mindestens
einer Kante 201 der Struktur 3 bzw.
die Position 202 der Struktur 3 wird
an unterschiedlichen Stellen im Bildfeld 40 des Objektivs 9 vermessen.
Die Struktur 3 gelangt dadurch an die unterschiedlichen
Messpositionen im Bildfeld 40 des Objektivs 9,
dass der Messtisch 20 entsprechend verfahren wird. In 2 ist
dies mit den Pfeilen 41 dargestellt. Die Struktur 3 wird
im Bildfeld 40 des Objektivs 9 also an unterschiedlichen
Relativpositionen in Bezug auf die optische Achse 5 vermessen.
Damit ist es möglich den Einfluß der dem Objektiv 9 innewohnenden
Lensdistortion auf die Messwerte zu ermitteln, indem man die Differenzen
in den Positionsmessungen der Struktur 3 mit dem Verfahrweg
des Messtisches 20 vergleicht.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung des Bildfeldes 40 des Objektivs 9 mit
mehreren Bereichen 51, 52, 53, in denen
die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite besitzt.
Die Art der Darstellung und die Anzahl der Bereiche 51, 52, 53 soll
nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden.
Die Anordnung der Bereiche kann beliebig sein. Es sind auch einzelne
Bereiche denkbar, die als beliebig geformte Flächen im
Bildfeld 40 verteilt angeordnet sind. Die Bereiche 51, 52, 53 ergeben
sich aus der Messung der Strukturen an verschiedenen Relativpositionen
zu der optischen Achse 5. Für die tatsächliche
Messung der Breite und/oder Position der Struktur 3 soll
die Struktur 3 in einem Bereich relativ zur optischen Achse 5 positioniert
werden, in dem die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite
nicht überschreitet.
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4 und 5 zeigen
mögliche Ausführungsformen, anhand deren ein Benutzer
einen Bereich 55 derart positioniert, dass dieser Messbereich 55 im
Wesentlichen einen und/oder die angrenzenden Bereiche 51, 52, 53 umfasst,
in denen die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite
besitzt. Obwohl in den 4 und 5 der Messbereich 55 als
Rechteck dargestellt ist, soll dies nicht als eine Be schränkung
der Erfindung aufgefasst werden. Im Prinzip kann der Messbereich 55 jede
beliebige regelmäßige geometrische Form annehmen,
die geeignet ist in den Bereich 51, 52, 53 eingepasst
oder angepasst zu werden, in dem die Lensdistortion die vordefinierte
Schwankungsbreite besitzt. In 4 ist der
Messbereich 55 derart gewählt, dass er im Wesentlichen
der Bereich 51, in dem die Lensdistortion die vordefinierte
Schwankungsbreite besitzt, umschließt. 5 stellt
die andere Möglichkeit dar, dass der Messbereich 55 derart
gewählt ist, dass er im Wesentlichen in den Bereich 51,
in dem die Lensdistortion die vordefinierte Schwankungsbreite besitzt, eingepasst
ist.
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6 zeigt
eine Ausführungsform des Displays 30, über
das der Benutzer die entsprechenden Vorgaben für die Vermessung
der mindestens einen Position einer Struktur 3 auf der
Maske 2 vornehmen kann. Ebenso ist es möglich,
dass über das Display eine Anpassung verschiedener Parameter
vorgenommen werden kann, die für die Festlegung der Bereiche 51, 52, 53 dienen,
in denen die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite
besitzt. Ebenso kann die Schwankungsbreite selbst eingestellt werden,
dass sich daraus wieder eine andere Zusammensetzung, Anzahl und
Gestalt der Bereiche 51, 52 und 53 ergibt. Über
das Display 30 kann auch eine Auswahl hinsichtlich der
Form und der Gestalt des Messbereichs 55 vorgenommenen
werden, der in Bezug auf einen der Bereiche 51, 52, 53 eingepasst
oder angepasst wird, in dem die Lensdistortion die vordefinierte
Schwankungsbreite besitzt bzw. nicht überschreitet.
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Das
in 6 auf dem Display 30 dargestellte Userinterface
stellt eine von vielen Ausführungsformen dar. Mit einem
Steuerelement 47 kann der Benutzer seine Eingaben und/oder
Veränderungen von Parametern vornehmen. In einem Fenster
des Displays ist das Bildfeld 40 des Objektivs 9 mit
den mehreren Bereichen 51, 52, 53, in
denen die Lensdistortion eine vordefinierte Schwankungsbreite besitz, dargestellt.
Der Benutzer kann über das Display die Schwankungsbreite 45 einstellen.
Somit wird sich auf dem Display 30 ebenfalls im Bildfeld 40 die
Anordnung und die Form der Bereiche 51, 52, 53 entsprechend
verändern. Mit den auf dem Display dargestellten Doppelpfeilen
kann der Benutzer den Ort der 1-dimensionalen Darstellung der Schwankungsbreite 45 wählen.
Ebenfalls kann er aus zwei zueinander orthogonalen Richtungen für
die 1-dimensionale Darstellung der Schwankungsbreite 45 wählen.
Zusätzlich ist dem Benutzer eine Vielzahl von Bereichen 55 dargeboten,
aus denen er diejenigen Formen wählen kann, um im Bildfeld 50 des
Objektivs 9 die Strukturen zu vermessen.
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Die
Erfindung wurde unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben. Es ist jedoch denkbar, dass Änderungen und
Abwandlungen der Erfindung gemacht werden können, ohne
dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu
verlassen. Insbesondere sind die gezeigten Strukturen, ohne Beschränkung
der Allgemeinheit, nur Beispiele.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19949005 [0004]
- - DE 19858428 [0004]
- - DE 10106699 [0004]
- - DE 102004023739 [0004]
- - DE 102007042272 [0005]