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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von Masken für
die Photolithographie, bei dem zu vermessende Strukturen auf einer
Maske auf einem verfahrbaren Maskenträger beleuchtet und
als Luftbild auf einen Detektor abgebildet werden, wobei die Beleuchtung
entsprechende der Beleuchtung in einem Photolithographiescanner
bei einer Waferbelichtung eingestellt wird. Dabei wird eine Auswahl
an Positionen, an denen sich die zu vermessenden Strukturen auf
der Maske befinden, vorgegeben; die Positionen in der Auswahl auf
der Maske werden nacheinander in den Fokus einer Abbildungsoptik
gebracht, wo die Strukturen beleuchtet werden und wobei sie jeweils
als vergrößertes Luftbild auf den Detektor abgebildet
werden, und wobei die Luftbilder gespeichert werden. Struktureigenschaften
werden dann mittels vorgegebener Auswertealgorithmen analysiert.
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Der
Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Vermessung von Masken
für die Photolithographie. Eine solche Vorrichtung umfaßt
einen verfahrbaren Maskenträger, der die Maske aufnimmt,
eine Positioniereinrichtung, die vorgegebene Positionen auf der
Maske, an denen sich zu vermessende Strukturen befinden, anfährt,
so daß sich diese Strukturen im Fokus einer Abbildungseinrichtung
befinden, wobei die Abbildungseinrichtung jeweils ein Luftbild der Struktur
erzeugt und auf einen flächenförmigen Detektor
abbildet. Sie umfaßt außerdem eine Beleuchtungseinrichtung,
die die Maske beleuchtet und die entsprechend einer Beleuchtung
in einem Photolithographiescanner bei einer Waferbelichtung eingestellt ist.
Schließlich umfaßt eine solche Vorrichtung auch eine
Auswerteeinheit, die die detektierten Luftbilder der Strukturen
im Hinblick auf Struktureigenschaften, insbesondere auf die Einhaltung
vorgegebener Toleranzen, auswertet.
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Bei
der Herstellung von Halbleiterstrukturen, wie sie in der Computertechnologie
bei Prozessoren und in letzter Zeit zunehmend auch in wechselbaren Speichermedien
zum Einsatz kommen, geht die Entwicklung dahin, immer kleinere Strukturen
auf derselben Fläche zu erzeugen. Derzeit erhältliche
Computerchips bestehen in etwa aus dreißig verschiedenen, übereinanderliegenden
Schichten, die Größe der funktionellen Strukturen,
der sogenannten Features, beträgt etwa 45 nm. Mit entsprechend
hohen Genauigkeiten müssen die zur Herstellung dieser Features verwendeten
Photolithographiemasken hergestellt werden. Im Rahmen der Herstellung
einer photolithographischen Maske wird die Maske vor ihrer Verwendung
dahingehend analysiert, ob sich auf der Maske Strukturen bzw. Fehlstrukturen
befinden, die bei der Belichtung eines Wafers dazu führen
könnten, daß auf dem Wafer nicht die gewünschte
Struktur erzeugt wird. Dazu werden auf der Maske in der Regel eine Anzahl
von Positionen ausgewählt, an denen sich mögliche
Kandidaten für solche fehlerhaften Belichtungen befinden
können. Diese Auswahl erfolgt manuell oder automatisch,
anhand einer Analyse der sogenannten Maskendesigndatei, welche verschlüsselt die
Topographie der Maske enthält und anhand welcher die Herstellung
der Maske erfolgt. Die Analyse der Eigenschaften der ausgewählten
Strukturen, beispielsweise der kritischen Dimension (CD), des lithographischen
Prozeßfensters (PW) oder des möglichen Belichtungsspielraums
(exposure latitude, EL) erfolgt meistens mit speziellen Geräten
und/oder speziellen Auswerteverfahren. Die kritische Dimension,
im folgenden als CD abgekürzt, wird beispielsweise in der
Regel mit einem Scanning-Elektronen-Mikroskop (SEM) untersucht.
Ein solches Mikroskop zeichnet sich durch eine hohe Ortsauflösung
aus. Andere Meßverfahren zur Bestimmung der kritischen Dimension
verwenden eine kurze Wellenlänge – wie beispielsweise
248 nm – in Kombination mit einer hohen numerischen Apertur,
so daß auf diese Weise eine hohe optische Ortsauflösung
erzielt wird. Bei beiden Methoden wird aus dem Meßsignal,
d. h. der Intensitätsverteilung im Bild, in der Regel anhand
eines Schwellwertalgorithmus – d. h. der Vorgabe eines
Schwellwertes für einen Intensitätsunterschied, der
für das Vorliegen einer Kante notwendig ist – die CD
ermittelt. Die so ermittelte kritische Dimension wird dann in der
Regel gegen eine sogenannte Goldene Maske kalibriert. Eine solche
Goldene Maske wird vorher mit verschiedenen unabhängigen
Verfahren vermessen, aus den gewonnen Daten wird dann beispielsweise
mit Hilfe von Modellen ein Kalibrierungswert für die kritische
Dimension bestimmt. Gleiches gilt auch für einen sogenannten
Goldenen Waferprint, d. h. einen belichteten Wafer, der ebenfalls mit
verschiedenen Methoden vermessen wird.
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Bei
diesen Methoden werden die Meßgeräte gegen die
Strukturen auf der Photomaske kalibriert. Für das lithographische
Verhalten einer Maske ist jedoch die kritische Dimension, die sich
auf dem Wafer nach Abbildung der Maske mit einem Photolithographiescanner
ergibt, von größerer Bedeutung. Die dafür
entscheidende Größe ist der sogenannte Mask Error
Enhancement Factor (MEEF), der angibt, wie sich bei Änderungen
der CD auf der Maske die CD auf dem Wafer verhält, wobei
ein MEEF von 1 bedeutet, daß alle verschiedenen kritischen
Dimensionen auf der Maske in gleicher Weise in kritische Dimensionen
auf dem Wafer abgebildet werden.
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Zur
Herstellung immer kleinerer Strukturen auf einer Maske werden sogenannte
OPC- oder RET-Features eingesetzt (OPC = Optical Proximity Correction,
RET = Reticle Enhancement Technique). Mit der Verwendung dieser
Features, deren Abmessungen unterhalb des Auflösungsvermögens
einer verwendeten Abbildungseinheit liegen, kann das Beugungsverhalten
der Maske gezielt gesteuert werden, um auch bei Strukturen in der
Größenordnung der Belichtungswellenlänge – beispielsweise
193 nm – eine korrekte Abbildung zu erzeugen. Diese Features
beeinflussen entscheidend die kritische Dimension auf dem Wafer
bzw. den MEEF. Sie werden bei der Abbildung nicht aufgelöst
und wirken nur bei den eingestellten Abbildungsbedingungen in korrekter Weise.
Zwar können auch Strukturen mit solchen Features mit einem
SEM vermessen werden, dabei muß man jedoch verschiedene
Nachteile in Kauf nehmen. So wird die Wirkung der Maskenstrukturen hinsichtlich
der lithographischen Abbildung nicht erfaßt und eine Aussage
hinsichtlich des MEEF läßt sich nicht treffen.
Strukturen, die kleiner als das Auflösungsvermögen
sind, können nur schwierig vermessen werden bzw. erfordern
einen hohen Aufwand. Die lithographische Wirkung kann erst durch einen
nachgeschaltete Simulation der Wirkung der Maske auf eine Photolackschicht
erfaßt werden, diese ist jedoch zeitaufwendig und mit Unsicherheiten behaftet.
Schließlich erfolgt eine Kalibrierung nur gegen eine Goldene
Maske und nicht gegen eine lithographische CD, wie sie auf den Wafer
vorhanden ist.
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Um
die Analyse der kritischen Dimension insbesondere im Hinblick auf
die immer kleiner werdenden Strukturen zu verbessern, kann eine
Abbildungseinrichtung in die Analyse einbezogen werden, die ein
Luftbild der Maske erzeugt. Dieses Luftbild wird unter den gleichen
Beleuchtungsbedingungen und mit den gleichen optischen Einstellungen,
wie sie bei einem Photolithographiescanner benutzt werden, verwendet.
Der einzige Unterschied liegt darin, daß das Bild der Maske
vergrößert auf einen flächenförmigen
Detektor, beispielsweise auf ein CCD- oder CMOS-Array, abgebildet
wird, während die Abbildung der Maske auf dem Wafer im
Scanner mit Verkleinerung erfolgt. Das Luftbild der Maske entspricht also
einer Abbildung der Maske auf die Photolackschicht, vergrößert
dargestellt. Auf diese Weise kann die lithographische CD bestimmt
werden, d. h. diejenige kritische Dimension, die bei einer realen
Belichtung des Wafers gültig wäre.
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Ein
solches Gerät zur Erzeugung von Luftbildern einer Maske
ist beispielsweise das AIMSTM der Firma
Carl Zeiss SMS GmbH. Die Einbeziehung des AIMSTM in
die Vermessung der kritischen Dimension ist beispielweise in einem
Artikel „Automated Area Image Based CD Technology..."
von G. Davis and S.Y. Choi et al., erschienen in „Photomask
and Next-Generation Lithography Mask Technology XIV", herausgegeben
von Hidehiro Watanabe, Proc. of SPIE Vol. 6607, 66072A, (2007),
beschrieben. Anhand einer Maskendesigndatei, die die Topographie der
Maske bzw. die Herstellungsvorschriften für die Maske in
einem durch eine entsprechende Maschine lesbaren Format enthält,
wird ein Simulationsluftbild der Maske erzeugt, wozu das AIMS an
sich allerdings nicht benötigt wird. Dieses Simulationsluftbild entspricht
einer idealen Abbildung der Maske ohne Defekte. Das Luftbild der
realen Maske wird am Simulationsluftbild ausgerichtet, beispielsweise
mit Hilfe von Mustererkennungsalgorithmen bzw. Korrelationsalgorithmen,
um die vorgegebenen Meßbereiche zu treffen. Bei der Erzeugung
des Simulationsluftbildes werden dabei dieselben Beleuchtungsbedingungen, wie
sie im AIMS zur Aufnahme des Luftbildes der realen Maske verwendet
werden, eingestellt. Die aufgenommenen AIMS Bilder der Meßpositionen
bzw. Strukturen werden elektronisch gespeichert, so daß eine
Zuordnung der Meßposition auf der Maske zu einem AIMS-Luftbild
möglich ist. In einer nachgeschalteten Analyse kann ein
Benutzer dann die kritische Dimension an den Meßstellen
bestimmen und sich die Verteilung der CD über die Maske,
die sogenannte CD-Uniformität (CDU) als Tabelle oder graphisch als
sogenannte CD-Map darstellen lassen. Dabei kann gleichzeitig auch
beurteilt werden, ob an den zu untersuchenden Strukturen die kritischen
Dimensionen korrekt sind, oder ob Korrekturen vorgenommen werden
müssen.
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Nachteilig
bei dem eben beschriebenen Verfahren ist u. a., daß bei
der Bestimmung der CD ein Intensitätsschwellwert gewählt
werden muss und somit eine gewisse Willkür bei der Bestimmung
des absoluten CD-Wertes besteht. Zusätzlich werden auf den
Masken immer kleinere Strukturen erzeugt, somit werden auch die
zu vermessenden Strukturen bzw. Struktureigenschaften wie die kritische
Dimension immer kleiner. Die oben genannten Verfahren stoßen
deshalb an ihre Grenzen, was die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung
auch anhand der Ausrichtung von Luftbild und Simulationsluftbild
aneinander Grenzen setzt, dort wird die Genauigkeit im wesentlichen
durch die Qualität und Ähnlichkeit des simulierten
Luftbildes bestimmt. In Zukunft werden Dimensionen in der Größenordnung
zwischen 100 nm und 180 nm zu vermessen sein, die bisher erreichbare
Genauigkeit ist dafür nicht ausreichend, vielmehr werden
Genauigkeiten von ± 50 nm in der Positionsbestimmung gefordert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Anordnung zu
entwickeln, die die Bestimmung der Positionen von zu vermessenden Strukturen
auf Masken für die Photolithographie mit höherer
Genauigkeit, bevorzugt unter den Abbildungsbedingungen eines Photolithographiescanners,
ermöglicht. Sofern die kritische Dimension vermessen wird,
soll darüber hinaus auch deren Bestimmung mit höherer
Genauigkeit erfolgen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art
dadurch gelöst, daß die Einstellung der Position
anhand von mindestens einer Meßstrecke interferometrisch überprüft
und gegebenenfalls korrigiert wird. Mit Hilfe eines interferometrischen
Meßsystems läßt sich die Genauigkeit bei
der Positionsbestimmung auf etwa ± 10 nm verbessern, somit
erfüllt ein solches Verfahren die zukünftigen
Anforderungen an die Genauigkeit der Positionsbestimmung. Vorteilhaft
können die Meßstrecken dabei mit einem Spülmedium
gespült werden, auf diese Weise läßt
sich die Atmosphäre, in der die Interferometerstrahlen
verlaufen, in einem höheren Maße konstant halten.
Als Spülmedium eignet sich beispielsweise Stickstoff, Argon,
Helium, Sauerstoff und gegebenenfalls auch Wasser, wenn die Einrichtung
dafür ausgelegt ist. Das Spülmedium kann zudem
durch einen thermischen Tiefpaßfilter geleitet werden,
der hochfrequente Temperaturschwankungen herausfiltert. Da sich
mit einer einzigen Meßstrecke die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung
in der Regel nur für einen einzigen Freiheitsgrad erhöhen
läßt, wird man in der Regel so viele Meßstrecken wie
Freiheitsgrade vorhanden sind, in denen die Maske bzw. der Maskenträger
bewegt werden kann, verwenden. Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, führt
man für mindestens einen der Freiheitsgrade, in denen die
Maske verfahren werden kann, bevorzugt jedoch für alle,
redundante interferometrische Messungen durch. Bevorzugt wird also
die Einstellung der Position für mindestens einen der Freiheitsgrade, in
denen der Maskenträger verfahren werden kann, anhand von
zwei Meßstrecken interferometrisch überprüft
und gegebenenfalls korrigiert.
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Für
eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art wird die Aufgabe
dadurch gelöst, daß die bei der Vorrichtung enthaltene
Positioniereinrichtung zur Positionsbestimmung mindestens eine mit
dem Maskenträger gekoppelte interferometrische Meßstrecke
aufweist. Mit einer solchen Vorrichtung läßt sich
insbesondere das eben beschriebene Verfahren durchführen.
Bei der Verwendung einer interferometrischen Meßstrecke
wird in der Regel die Genauigkeit nur für einen Freiheitsgrad
erhöht, je nach Art der Einstellung kann dies ausreichen,
wenn beispielsweise in den anderen Freiheitsgraden eine genauere
Positionierung schon möglich ist, zweckmäßig
weist die Positioniereinrichtung jedoch für jeden Freiheitsgrad eine
mit dem Maskenträger gekoppelte interferometrische Meßstrecke
auf. Um die Genauigkeit weiter zu erhöhen, kann man redundante
Messungen durchführen, beispielsweise indem die Positioniereinrichtung
für jeden Freiheitsgrad, in dem der Maskenträger
bewegt werden kann, zwei interferometrische Meßstrecken
aufweist. Die aus den beiden Messungen zur Positionsbestimmung gewonnenen
Werte werden dann gemittelt. Natürlich können
ebenso auch weitere interferometrische Meßstrecken vorgesehen
sein, je mehr interferometrische Meßstrecken vorhanden
sind, desto komplizierter und kostenintensiver wird jedoch der Aufbau.
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Um
die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung weiter zu erhöhen,
kann die Vorrichtung anstelle der redundanten interferometrischen
Meßstrecken oder in Ergänzung dazu auch eine Spüleinrichtung zur
Spülung der Meßstrecken mit einem Spülmedium aufweisen.
Die Spüleinrichtung kann mit einem thermischen Tiefpaßfilter
gekoppelt sein, der hochfrequente Temperaturschwankungen herausfiltert
und so für eine gleichmäßigere Temperatur über
der Zeit sorgt. Zur Kontrolle können außerdem
ein oder mehrere Etalons, mit denen Referenzstrecken konstanter Länge
vermessen werden, vorgesehen sein. Auf diese Weise lassen sich zeitliche
Schwankungen berücksichtigen. Bevorzugt sind Positioniereinrichtungen
und Maskenträger auf einem Probentisch aus Zerodur gelagert.
Der Vorteil von Zerodur liegt darin, daß dieses Material
praktisch keine Wärmeausdehnung zeigt, die die Positionsbestimmung
ebenfalls beeinflussen könnte. Anstelle von Zerodur lassen sich
selbstverständlich auch andere Materialien mit ähnlichem
Wärmeausdehnungskoeffizienten verwenden, beispielsweise
Invar.
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Während
die Positionen, an denen die Strukturen untersucht werden sollen,
auch manuell anhand eines Luftbildes oder des Layouts der Maske ausgewählt
werden können, läßt sich dieser Prozeß automatisieren,
so daß in einer bevorzugten Ausgestaltung die Positionen,
an denen sich die zu vermessenden kritischen Strukturen befinden,
anhand einer Eingabedatei vorgegeben sind. Diese Eingabedatei kann
automatisch mit Hilfe entsprechender Analysewerkzeuge erzeugt werden.
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Alternativ
oder in Ergänzung zur Verwendung von interferometrischen
Meßstecken kann die Genauigkeit auch mit Hilfe eines Simulationsluftbildes
der Maske erzielt bzw. verbessert werden. Dabei wird anhand einer
Maskendesigndatei, nach deren Vorschrift die Maske hergestellt wird,
für die Strukturen jeweils ein Simulationsluftbild erzeugt.
Für jede Struktur wird das Luftbild der realen Maske dann
am Simulationsluftbild mittels eines Korrelationsalgorithmus ausgerichtet,
wodurch eine genauere Positionsbestimmung ermöglicht wird.
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Dabei
werden die Geräteeigenschaften einer zur Abbildung als
Luftbild verwendeten Abbildungseinrichtung – beispielsweise
des AIMS –, die das Luftbild beeinflussen können,
bei der Erzeugung des Simulationsluftbildes berücksichtigt,
so daß ein kalibriertes Luftbild erzeugt wird. Zu diesen
Geräteeigenschaften zählen insbesondere solche,
die das Verhalten bei der Abbildung und Beleuchtung beeinflussen
können, beispielsweise die Beleuchtungswellenlänge,
der Abbildungsmaßstab, die Ausleuchtungshomogenität,
die numerische Apertur, Abberationen, das Auftreten von Vektoreffekten,
etc. Auf diese Weise kann ein Simulationsluftbild erzeugt werden,
welches dem gemessenen Luftbild ähnlicher wird und damit
eine bessere Korrelation und damit Ausrichtung bzw. Positionierung
der Meßstelle ermöglicht.
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Sind
die Positionen der Strukturen mit der erforderlichen Genauigkeit
bestimmt, so lassen sich anhand des Luftbildes als Struktureigenschaften
die Werte für die kritische Dimension bestimmen, beispielsweise
mittels eines Schwellwertalgorithmus anhand eines vorgegebenen Schwellwertes.
Als Schwellwert kann beispielsweise eine Intensität, die anhand
des minimalen und maximalen gemessenen Intensitätswerts
festgelegt wird, z. B. als die Hälfte ihrer Differenz,
verwendet werden. Auch andere Struktureigenschaften, wie das Prozeßfenster
oder der Beleuchtungsspielraum lassen sich dann anhand des Luftbildes
bestimmen. Insbesondere ermöglicht das Verfahren eine Messung
der Homogenität der kritischen Dimension auf der Maske,
der sogenannten CD-Uniformität, für eine vorgegebene
Struktur.
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Eine
Kalibrierung der kritischen Dimension kann dann beispielsweise mit
Hilfe einer Goldenen Maske oder eines sogenannten Goldenen Waferprints
vorgenommen werden. Vektoreffekte lassen sich auch nachträglich über
einen nachgeschalteten Algorithmus im Luftbild berücksichtigen.
Eine weitere Kalibrieriung kann anhand eines Simulationsluftbildes
vorgenommen werden. Aus der Maskendesigndatei bzw. dem Waferlayout
läßt sich die mindestens erforderliche kritische
Dimension, die sogenannte Target-CD, bestimmen sowie Stellen, an
denen diese vorliegt. Diese Stellen werden im simulierten Luftbild identifiziert,
und mittels eines Algorithmus kann dann der Schwellwert für
die Target-CD anhand der simulierten Intensitätsdifferenzen
bestimmt werden. Mit diesem Wert läßt sich dann
das gemessene Luftbild kalibrieren, man erhält die tatsächliche
kritische Dimension der Struktur.
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Darüber
hinaus kann das Luftbild auch dazu verwendet werden, eine Simulation
der Belichtung (Resist Simulation) durchzuführen.
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Schließlich
kann auch ein Energiermonitor im System verwendet werden, der möglichst
in der Nähe der Maske plaziert ist. Der Energiemonitor
mißt die auf die Maske einfallende Strahlung. Schwankungen
können auf diese Weise berücksichtigt werden und
zur Korrektur des Intensitätsbildes verrechnet werden.
Die Beleuchtung mit der vorgegebenen Wellenlänge kann mit
einem entsprechend eingestellten Laser – einem gefilterten
Breitbandlaser oder einem Einzelwellenlängenlaser – erfolgen.
Der Laser kann außerdem gekühlt werden, um einen
hohen Durchsatz zu erreichen. Weitere Struktureigenschaften, die sich
ebenfalls bestimmen lassen, sind die LER (Line Edge Roughness),
LWR (Line Width Roughness), der Kontaktlochdurchmesser und die integrierte
Intensität im Kontaktloch, um nur einige zu nennen.
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Es
versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen
Kombinationen, sondern auch in anderen Kombination oder in Alleinstellung
einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten
Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren,
noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1 eine
Vorrichtung zur Vermessung von Masken für die Photolithographie
mit einer interferometrischen Meßstrecke und
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2 die
Positioniereinrichtung in einer Draufsicht im Detail.
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In 1 ist
der grundlegende Aufbau einer Vorrichtung zur Vermessung von Photolithographiemasken
gezeigt. Eine Maske 1 ist auf einem Maskenträger 2 gelagert.
Der Maskenträger 2 kann in allen drei Raumrichtungen
verfahren und gegebenenfalls rotiert werden, er lagert hier in einer
Ruheposition auf Lagern 3 auf einem Probentisch 4.
Die Vorrichtung weist eine Positioniereinrichtung auf, die vorgegebene
Positionen auf der Maske 1, an denen sich zu vermessende
Strukturen befinden, anfährt, so daß diese sich
im Fokus einer Abbildungsoptik 5 befinden. Die Abbildungsoptik 5 erzeugt
jeweils ein Luftbild der Struktur bzw. des Ausschnitts der Maske,
auf dem sich die Struktur befindet, und bildet diesen Ausschnitt
auf einen flächenförmigen Detektor 6,
beispielsweise eine CCD-Kamera, ab. Die Maske 1 wird mit
einer Beleuchtungseinrichtung, die eine Beleuchtungsoptik 7 und
eine Lichtquelle 8 umfaßt, beleuchtet, wobei die
Beleuchtung entsprechend der Bedingungen, die in einem Photolithographiescanner
bei der Waferbelichtung herrschen, eingestellt ist. Dies betrifft
sowohl die verwendete Wellenlänge als auch die Beleuchtungsoptik 7.
Als Lichtquelle 8 kann beispielsweise ein Laser verwendet
werden mit einer Wellenlänge von 193 nm. An den Detektor 6 angeschlossen
ist eine Auswerteeinheit 9, die die detektierten Luftbilder
der Strukturen im Hinblick auf Struktureigenschaften, insbesondere
im Hinblick auf die Einhaltung vorgegebener Toleranzen, auswertet.
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Die
Positioniereinrichtung umfaßt zur Positionsbestimmung mindestens
eine mit dem Maskenträger 2 gekoppelte interferometrische
Meßstrecke 10. Mittels interferometrischer Überprüfung
der Wegdifferenz bzw. des absoluten Weges läßt
sich die Maske 1 bzw. der Maskenträger 2 mit
einer erhöhten Genauigkeit von etwa 10 nm positionieren,
während ohne interferometrische Meßstrecke 10 die
Genauigkeit nur etwa bei 100 nm und darüber liegt. Auf
diese Weise können auch kleinere Strukturen genau eingestellt
und folgend analysiert werden. Die interferometrische Meßstrecke
wird durch ein Interferometer 11, welches einen Meßstrahl
aussendet, der vom Maskenträger 2 reflektiert
wird, definiert. Anhand des Meßstrahls wird die Einstellung
der Position überprüft und ggf. korrigiert. Üblicherweise
handelt es sich bei dem Interferometer 11 um ein Laserinterferometer.
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In 2 ist
die Anordnung mit dem Maskenträger 2 in einer
Draufsicht gezeigt, wobei nur die wesentlichen Elemente dargestellt
wurden. Der Maskenträger 2 ist groß genug,
um eine Maske 1 für die Photolithographie aufzunehmen,
eine solche Maske mißt etwa 15 × 15 cm. Seine
Beweglichkeit in X- und Y-Richtung, dargestellt durch die gekreuzten
Pfeile, liegt ebenfalls in der Größenordnung der
Ausdehnung der Maske 1 in diesen Richtungen. Der Maskenträger 2 kann
darüber hinaus auch in der Z-Richtung, hier nicht gezeigt,
verfahrbar sein, um die Maske 1 in den Fokus der Abbildungseinrichtung
zu bringen. Die Abbildungsoptik 5 ist in der Regel sehr
massiv und daher häufig ortsfest. Auf dem Probentisch 4, der
hier nicht eingezeichnet ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel
drei Interferometer 11 angeordnet. Die Bewegung des Maskenträgers 2 in
Y-Richtung wird dabei von einem einzigen Interferometer 11 überwacht,
in X-Richtung wird die Positionsverstellung durch zwei Interferometer 11 kontrolliert.
Durch die Verwendung von zwei Interferometern 11 kann die
Genauigkeit erhöht werden. In bezug auf die Y-Richtung
wird die Genauigkeit erhöht, indem die durch das entsprechende
Interferometer 11 definierte Meßstrecke 10 mit
Spülgas aus einer Spüldüse 12 gespült
wird. Ein weiteres Interferometer ist in diesem Fall nicht unbedingt
notwendig. An einer X- und Y-Kante des Trägers sind Spiegel 13 angebracht,
die die von den Interferometern 11 ausgesendeten Meßstrahlen
reflektieren. Ergänzend können außerdem, hier
nicht gezeigt, quer zum Verlauf der Meßstrecke und diese
schneidend, Etalons vorgesehen sein, um die Genauigkeit der Messungen
weiter zu erhöhen. Mithilfe der Etalons lassen sich die
Interferometer 11 zeitabhängig kalibrieren.
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Mit
der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung
lassen sich die in einem Photolithographiescanner herrschenden Bedingungen
im wesentlichen nachbilden, was eine Voraussetzung dafür
ist, daß die Abbildung der Maske als Luftbild der Abbildung
der Maske auf dem Photolack im Scanner entspricht. So kann die Lichtquelle
mit einer Wellenlänge von beispielsweise 193 nm betrieben
werden. Die Beleuchtungseinrichtung umfaßt außerdem
Möglichkeiten, die Beleuchtungsbedingungen weiter an die Bedingungen,
die im Scanner herrschen, anzupassen. So können verschiedene
Blenden vorgesehen sein, ebenfalls lassen sich verschiedene Beleuchtungstechniken
wie Dipol- und/oder Quadrupolbeleuchtung einstellen, auch die numerische
Apertur ist dem Scannersystem nachgebildet. An der Abbildungsoptik 5 läßt
sich unter anderem die Scannertemperatur einstellen.
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Die
in 1 gezeigte Anordnung ist für die Durchlichtuntersuchung
ausgelegt, selbstverständlich und für den Fachmann
implizit eingeschlossen sind auch Auflichtanordnungen denkbar, mit
denen beispielsweise Masken für den fernen UV-Bereich (EUV – extended
ultraviolet) untersucht werden können. Solche Masken werden
in Reflexion betrieben, es muß also das reflektierte Licht
auf den Detektor 6 gelenkt werden.
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Nicht
die ganze Maske muß vermessen werden, sondern nur solche
Strukturen, die sich bei der Abbildung auf dem Photolack später
als kritisch hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen
erweisen könnten. Solche Strukturen werden vorab mit bekannten
Algorithmen oder per Hand auf der Maske anhand einer Maskendesigndatei,
welche die Topographie oder das Layout der Maske enthält,
ausgewählt. In einem automatisierten Prozeß können
diese Daten zusammen mit der Maske an die vorangehend beschriebene
Vorrichtung übergeben werden, die Positionen in der Auswahl
werden dann auf der Maske 1 nacheinander angefahren, d.
h. in den Fokus der Abbildungsoptik 5 gebracht. Dort werden
sie beleuchtet und jeweils als vergrößertes Luftbild
auf den Detektor 6 abgebildet. Anschließend werden
die Struktureigenschaften mittels vorgegebener Auswertealgorithmen
in der Auswerteeinheit 9 analysiert. Dies umfaßt
beispielsweise eine Analyse der kritischen Dimension, wobei bei
der beschriebenen Vorgehensweise auch nicht sichtbare Strukturen
wie OPC- oder RET-Korrekturen berücksichtigt werden können.
Andere Strukturgrößen sind beispielsweise das
Prozeßfenster, d. h. der mögliche Einstellbereich für
eine Auswahl von Parametern, in dem die Maske korrekt auf den Photolack
abgebildet wird, so daß keine Defekte entstehen. Bei der
Analyse der verschiedenen Strukturen auf einer Maske läßt
sich außerdem auch das größte gemeinsame
Prozeßfenster für die verschiedenen Maskenstrukturen
und damit das Prozeßfenster der Maske insgesamt bestimmen.
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Nach
erfolgter Ausrichtung des Luftbildes bzw. nach erfolgter Bestimmung
der Position der Strukturen im Luftbilde lassen sich die Struktureigenschaften
bestimmen, beispielsweise lassen sich die Werte für die
kritische Dimension mittels eines Schwellwertalgorithmus anhand
eines vorgegebenen Schwellwerts bestimmen. Damit kann Gleichförmigkeit
oder Uniformität der Verteilung der CD auf der Maske (CDU)
bestimmt werden. Darüber hinaus kann zusätzlich
auch eine Kalibrierung der kritischen Dimension anhand einer Goldenen
Maske oder eines Goldenen Waferprints erfolgen. Eine weitere Kalibrieriung
kann anhand eines Simulationsluftbildes vorgenommen werden. Aus
der Maskendesigndatei bzw. dem Waferlayout läßt
sich die mindestens erforderliche kritische Dimension, die sogenannte
Target-CD, bestimmen sowie Stellen, an denen diese vorliegt. Diese
Stellen werden im simulierten Luftbild identifiziert, und mittels
eines Algorithmus kann dann der Schwellwert für die Target-CD
anhand der simulierten Intensitätsdifferenzen bestimmt
werden. Mit diesem Wert läßt sich dann das gemessene
Luftbild kalibrieren, man erhält die tatsächliche
kritische Dimension der Struktur.
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Auch
im Luftbild lassen sich natürlich Abbildungsfehler wie
Abberationen und Vektoreffekte berücksichtigen, beispielsweise
durch einen nachgeschalteten Algorithmus. Auf diese Weise erfolgt
die Erzeugung des Luftbildes näher an der realen Abbildung,
wie sie im Photolithographiescanner erfolgen würde. Das
aufgenommene Luftbild kann außerdem als Eingangsdatensatz
für ein Verfahren verwendet werden, in dem die Belichtung
des Photolacks simuliert wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll,
wenn mehrere Masken untersucht werden, die nacheinander auf dem
Wafer bzw. auf Photolack abgebildete werden. Bei der Untersuchung mehrerer
Masken läßt sich auch das größte
gemeinsame Prozeßfenster für die verschiedenen
Maskenstrukturen bestimmen. Die Lichtquelle 8 kann außerdem
gekühlt werden, um einen hohen Durchsatz zu erreichen.
Schließlich kann man, um die Reproduzierbarkeit zu verbessern, einen
maskennahen Energiemonitor im System vorsehen, beispielsweise auf
dem Probentisch, der die Energie der auf die Maske einfallende Strahlung misst
und zur Korrektur des Intensitätsbildes verrechnet. Damit
können Drifts oder Energieschwankungen der Lichtquelle
korrigiert werden, was zu einer besseren Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
der Messergebnisse führt.
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- 1
- Maske
- 2
- Maskenträger
- 3
- Lager
- 4
- Probentisch
- 5
- Abbildungsoptik
- 6
- Detektoren
- 7
- Beleuchtungsoptik
- 8
- Lichtquelle
- 9
- Auswerteeinheit
- 10
- interferometrische
Meßstrecke
- 11
- Interferometer
- 12
- Spüldüse
- 13
- Spiegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Automated
Area Image Based CD Technology..." von G. Davis and S.Y. Choi et
al., erschienen in „Photomask and Next-Generation Lithography Mask
Technology XIV", herausgegeben von Hidehiro Watanabe, Proc. of SPIE
Vol. 6607, 66072A, (2007) [0007]