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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Abbildungsverhaltens
von Masken für die
Photolithographie im Rahmen der Maskenherstellung.
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Die
Herstellung von Masken für
die Photolithographie, wie sie bei der Fabrikation von integrierten
Schaltkreisen auf Wafern verwendet werden, ist aufwendig und kostenintensiv.
Derzeit übliche
Photolithographiescanner zum Belichten von Wafern werden mit einer
Wellenlänge
von 193 nm betrieben. Der Trend geht jedoch zu immer kleineren Strukturen,
so daß Mittel
und Wege gesucht werden, die Auflösung zu erhöhen. Dies kann beispielsweise
geschehen, indem sogenannte Phasenverschiebungsmasken (PSM) verwendet
werden, bei denen das durchtretende Licht nicht nur in seiner Intensität, sondern auch
in seiner Phase variiert. Damit kann eine wesentliche Auflösungsverbesserung
für die
optische Photolithographie erzielt werden. Je kleiner jedoch die
zu erzeugenden Strukturen sind, desto schwerer fallen Defekte in
der Maskenstruktur ins Gewicht. Da die Herstellung von Masken aufwendig
und teuer ist, spielen bei der Herstellung und Verifikation von
Masken deren Analyse und Reparatur eine immer wichtigere Rolle.
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Bei
der Herstellung einer Maske steht am Anfang das Maskendesign. Dabei
wird mit Hilfe entsprechender Software ein Maskenlayout entworfen. Anhand
des Maskenlayouts wird dann die Maske hergestellt. Im Stand der
Technik wird die Maske anschließend
in einem Inspektionssystem untersucht um eine vollständige Liste
aller Defekte zu erhalten. Dabei wird in der Regel ein die-to-die/Datenbank-Vergleich
mittels einer hochaufgelösten
Abbildung durchgeführt.
Anschließend
muß analysiert werden,
welche der Defekte die Abbildungseigenschaften der Maske so verändern, daß die gewünschte Struktur
bei der Belichtung eines mit Photolack beschichteten Wafers außerhalb
der vorgegebenen Toleranzen liegt. Dies läßt sich beispielsweise mit
einem Maskenemulationssystem wie dem AIMS (Areal Imaging Measurement
System) analysieren. Nur solche Defekte, die sich auch in den Abbildungseigenschaften
negativ niederschlagen, werden also in einer Reparatureinrichtung
ausgebessert. Anschließend
werden die Abbildungseigenschaften analysiert, beispielsweise mit dem
AIMS. Diese Schritte können
gegebenenfalls mehrfach wiederholt werden, so lange, bis die Toleranzen
eingehalten werden. Als Toleranzkriterium kann beispielsweise eine
maximal mögliche
Einschnürung
oder Verdickung einer linienförmigen
Struktur, wie sie auf dem Wafer erscheinen würde, definiert werden. Dies
kann beispielsweise an einem mit dem AIMS erzeugten Bild beim sogenannten
Best Fokus (BS), d.h. bei der bestmöglichen Fokussierung, überprüft werden.
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Dieser
Prozeß ist
aufwendig und langwierig. Da immer das gleiche Maskenlayout verwendet
wird, besteht eine erhöhte
Wahrscheinlichkeit, daß an
bestimmten „Schwachstellen” im Produktionszyklus
an einer hohen Zahl von Masken Defekte auftreten, die – sofern
sie überhaupt
ausgebessert werden können und
die Maske nicht verworfen werden muß – erst durch iterative Inspektion
mit anschließender
Reparatur in einer Reparatureinrichtung wie beispielsweise dem MeRiT
der Firma Carl Zeiss SMS GmbH ausgebessert werden müssen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
beschriebenen Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die Zeit
für den
Herstellungsprozeß einer
funktionsfähigen
Maske, die die geforderten Toleranzkriterien erfüllt, verkürzt wird.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Verbesserung des Abbildungsverhaltens
von Masken für
die Photolithographie im Rahmen der Maskenherstellung gelöst, bei
dem die folgenden Schritte ausgeführt werden: Zunächst wird
in einem ersten Schritt a) anhand eines Maskenlayouts eine Maske hergestellt
und eine Liste mit kritischen Stellen und diesemnzugeordneten Abbildungskriterien
erstellt. Diese Abbildungskriterien oder auch Toleranzkriterien
müssen
erfüllt
sein, damit die Maske in der Photolithographie, d. h. der Belichtung
von Wafern, auch benutzt werden kann.
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Als
Abbildungskriterien können
beispielsweise minimal zulässige
Abweichungen von Prüfgrößen für defekte
und nicht defekte Stellen vorgegeben werden. Prüfgrößen können beispielweise Größen oder Funktionen
sein, die von der Fokussierung und/oder der Belichtung abhängen. Für jeden
Wert der Prüfgröße kann
ein Abbildungskriterium, welches Fokussierung und/oder Belichtung
umfaßt,
angegeben werden. Das Abbildungskriterium ist dann erfüllt, wenn
die Prüfgröße an der
kritischen Stelle innerhalb der Toleranz für die nicht defekte Stelle
liegt. Als Abbildungskriterium kann die maximal mögliche Einschnürung oder
Verdickung einer linienförmigen Struktur
verwendet werden, insbesondere sind die kritische Dimension (CD)
oder die Belichtungstoleranz mögliche
Prüfgrößen.
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Die
Liste mit kritischen Stellen kann mit Hilfe einer Datenbank bestimmt
werden, in der typische Strukturen, an denen bekanntermaßen Defekte
auftreten können,
hinterlegt sind. Sie kann aber auch bereits beim Entwurf des Maskenlayouts,
also beim Maskendesign erstellt werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, anhand des Maskenlayouts eine Luftbildsemulation
vorzunehmen und anhand einer Luftbildanalyse die kritischen Stellen
zu bestimmen.
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Anhand
der Liste wird im nächsten
Schritt b) an den kritischen Stellen der Maske jeweils ein Luftbild
erzeugt. Für
jede der kritischen Stellen wird solch ein Luftbild erzeugt, beispielsweise
mit dem AIMS. Dabei wird der Maskenausschnitt vergrößert auf
eine ortsauflösende
Detektierungseinrichtung, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, abgebildet.
Die Abbildung erfolgt unter den gleichen Bedingungen wie im Photolithographiescanner,
nur daß dort
die Photomaske stark verkleinert auf den Wafer abgebildet wird.
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In
einem nächsten
Schritt c) werden die Luftbilder dahingehend ausgewertet, ob die
Abbildungskriterien erfüllt
werden, d. h. bei linienförmigen
Strukturen beispielsweise ob sie innerhalb der erlaubten Ausdehnung
liegen.
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Falls
für jede
der kritischen Stellen alle Abbildungskriterien – jeder kritischen Stelle kann
ein oder können
mehrere Abbildungskriterien zugeordnet sein – erfüllt werden, so kann die Maske
selbstverständlich
sofort freigegeben und einem Inspektionssystem zugeführt werden,
in welchem sie dann auf das Vorliegen von Defekten untersucht wird.
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Falls
jedoch an mindestens einer der kritischen Stellen mindestens eines
der Kriterien nicht erfüllt
wird, wird die Maske in einem Schritt d) an eine Reparatureinrichtung
wie das MeRiT übergeben.
In einem nächsten
Schritt e) wird in der Reparatureinrichtung an den Stellen, an denen
die Kriterien nicht erfüllt
werden, jeweils ein Bild der Maske erzeugt. Das Bild wird dabei
in hoher Auflösung
aufgenommen, so daß die
geometrischen Eigenschaften der entsprechenden Stellen sehr gut
zu erkennen und zu vermessen sind. Im nächsten Schritt f) werden aus Bildern
und Luftbildern gewonnene Informationen verwendet, um im Maskendesign
das Maskenlayout bezüglich
des Abbildungsverhaltens zu verbessern. Die Informationen können dabei
durch einen Operateur dem Maskendesign händisch zugeführt werden, aber
auch durch Übermittlung
von entsprechenden Dateien entweder über portable Medien oder über eine
Datenleitung. Dabei können
die notwendigen Informationen in der Reparatureinrichtung bzw. im Emulationsabbildungssystem,
welches die Luftbilder erzeugt, zusammengestellt werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, die Luftbilder und die Bilder selbst bzw. die Daten,
aus denen die Bilder und Luftbilder zusammengesetzt sind, an eine
Auswerteeinheit, die mit dem Programm, welches üblicherweise zur Erzeugung
von Maskenlayouts verwendet wird, gekoppelt ist, zu übermitteln.
Die Auswertung der Bilder und Luftbilder findet dann in dieser Auswerteeinheit
statt, die Informationen – aus
den Bildern werden dabei bevorzugt als Informationen bevorzugt mindestens
die geometrischen Daten der Maske bestimmt und verwendet, aus den
Luftbildern werden als Informationen mindestens die Ergebnisse der
Auswertung hinsichtlich der Abbildungskriterien verwendet – werden
dann verwendet, um im Maskendesign das Maskenlayout bezüglich des
Ausbildungsverhaltens zu verbessern. Anhand der Informationen wird
ein modifiziertes Maskenlayout berechnet, welches bezüglich des
Abbildungsverhaltens insbesondere in bezug auf die Luftbildabbildung
verbessert ist. Das verbesserte Maskenlayout wird dann in einem
Schritt g) an die Reparatureinrichtung übermittelt. Im letzten Schritt
h) schließlich
modifiziert die Reparatureinrichtung die Maske entsprechend des
neuen, veränderten
Maskenlayouts.
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Zur
Modifizierung der Maske werden bevorzugt Material auf- und/oder
Material abtragende Techniken verwendet. Geeignet sind beispielsweise Elektronenstrahl-,
Ionenstrahl- oder Laserstrahltechniken, wobei auch das Anbringen
von OPC-Strukturen unter diese Techniken fällt und eine Möglichkeit zur
Modifizierung darstellt.
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Nach
Abschluß der
Modifikationen werden an den ausgebesserten Stellen jeweils wieder
Luftbilder erzeugt und diese Luftbilder ausgewertet (Schritt b)
und c)). Falls die Abbildungskriterien weiterhin nicht erfüllt werden,
werden die Schritte d) bis h) erneut durchgeführt. Dieser Prozeß kann iterativ
fortgesetzt werden, bis alle Abbildungskriterien erfüllt werden
oder aber festgestellt wird, daß die
Maske bzw. das Layout verworfen werden muß, weil die Kriterien offensichtlich
nicht erfüllbar
sind.
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Die
fertig modifizierte und optisch verifizierte Maske wird dann einer
Inspektionseinrichtung zugeführt,
in der die Maske dann auf Defekte untersucht wird.
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Indem
kritische Stellen auf der Maske untersucht und analysiert werden,
noch bevor die Maske in das Inspektionssystem kommt, sowie durch
die unmittelbare Kopplung von Maskenlayouterstellung, Maskenreparatur
und Emulationssystem lassen sich Änderungen am Maskenlayout aufgrund
der Analyseergebnisse noch in einem frühen Stadium der Maskenherstellung
bzw. das Maskenentwurfs durchführen,
was zum einen bewirkt, daß der
Ausschuß an Masken
verringert wird, zum anderen, daß eine Reihe von möglichen
Fehlerquellen, die eine Defektbildung begünstigen könnten, schon im Maskenlayout/Maskendesign
beseitigt wird. Ingesamt werden so die Kosten bei der Maskenherstellung
reduziert, der Herstellungsprozeß wird insgesamt beschleunigt.
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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
Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielsweise anhand der beigefügten Zeichnungen,
die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Ablaufschema eines Verfahrens zur Verbesserung des Abbildungsverhaltens
von Masken für
die Photolithographie und
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2 die
einzelnen Verfahrensschritte anhand einer Struktur.
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Das
Verfahren zur Verbesserung des Abbildungsverhaltens bei Photolithographiemasken,
welches in 1 gezeigt ist, gliedert sich
grundsätzlich in
zwei Bereiche, die durch die gestrichelte Linie voneinander getrennt
sind, jedoch an Schnittstellen ineinander eingreifen. Links von
der gestrichelten Linie befindet sich der Bereich der Maskenverifikation,
in dem die Maske analysiert wird, rechts befindet sich der Bereich
der Maskenmodifikation, in dem die Maske modifiziert wird. Ausgangspunkt
ist links bei der Maskenverifikation die Erstellung eines Maskenlayouts.
Anhand des Maskenlayouts wird eine Maske hergestellt. Außerdem wird
eine Liste mit kritischen Stellen und diesen zugeordneten Abbildungskriterien erstellt.
Dies kann beispielsweise anhand des Maskendesigns oder auch anhand
einer Luftbildsimulation erfolgen. Die Liste mit den kritischen
Stellen und den Abbildungskriterien wird an ein Emulationsabbildungssystem übergeben,
beispielsweise dem AIMS der Firma Carl Zeiss SMS GmbH. An den kritischen Stellen
auf der Maske wird dann jeweils ein Luftbild erzeugt, die Luftbilder
werden dahingehend ausgewertet, ob die Abbildungskriterien erfüllt werden. Werden
alle Kriterien erfüllt,
so ist die Maske optisch verifiziert und kann einem Inspektionssystem
zugeführt
werden. Falls jedoch mindestens eines der Kriterien nicht erfüllt wird,
wird zum einen die Maske an eine Reparatureinrichtung wie das MeRiT übergeben,
zusammen mit Informationen über
die Positionen, an denen sich die Stellen befinden, wo die Kriterien
nicht erfüllt
werden. In der Reparatureinrichtung wird an den Stellen, an denen
die Kriterien nicht erfüllt
werden, jeweils ein Bild der Maske erzeugt. Dieses Bild wird mit
hoher Auflösung
erzeugt, so daß sich
die geometrischen Informationen mit hoher Genauigkeit bestimmen
lassen. Dieses Bild bzw. die Informationen aus dem Bild werden dann
dem Maskendesign, d. h. dem Programm, welches zur Erstellung des
Maskenlayouts dient, zur Verfügung
gestellt. Zum anderen werden dem Programm auch die Ergebnisse aus
der Luftbildemulation, d. h. der Analyse des optischen Verhaltens,
zur Verfügung
gestellt, wenn das Kriterium nicht erfüllt ist. Im Maskendesign, also
bei der Maskenlayouterstellung wird das Maskenlayout dann anhand
dieser Informationen des Abbildungsverhaltens modifiziert bzw. verbessert.
Dies kann automatisch anhand von Algorithmen geschehen. Dies ist
im rechten Bereich der Zeichnung in 1 dargestellt,
im Bereich der Maskenmodifikation. Nach Erstellung des modifizierten
Maskenlayouts wird dieses modifizierte Maskenlayout an die Reparatureinrichtung übermittelt.
Die Reparatureinrichtung schließlich
modifiziert die Maske dann entsprechend des veränderten Maskenlayouts. Die
modifizierte Maske wird dann wieder in den Zyklus der Maskenverifikation
eingebracht, in dem sie der Einrichtung, die die Luftbilsemulation
durchführt, übergeben
wird. Der Zyklus der Verifikation wird an dieser Stelle fortgesetzt,
die genannten Schritte gegebenenfalls wiederholt. Die Maske kann
dabei sowohl mit Material auf- als auch mit Material abtragenden
Techniken modifiziert werden. So lassen sich Elektronenstrahl-,
Ionenstrahl- und/oder
Laserstrahltechniken verwenden. Davon umfaßt ist auch die Anbringung von
sogenannten OPC-Strukturen.
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In 2 ist
der Prozeß der
Maskenmodifikation anhand eines Beispiels dargestellt. In 2a ist zunächst das Maskenlayout am Beispiel
einer einfachen Struktur gezeigt, wie es mit einem Programm zum
Maskendesign erstellt wurde. Anhand des Layouts wird eine Maske
hergestellt, diese ist in 2b dargestellt.
Das in 2b dargestellte Bild läßt sich beispielsweise
mittels der Reparatureinrichtung gewinnen, mit der hochauflösende Bilder
der geometrischen Strukturen der Maske aufgenommen werden können. Das
mit dieser Maske erzeugte Luftbild, welches der Abbildung der Maske
auf die Photolackschicht auf dem Wafer entspricht und hier beispielsweise
mit dem AIMS aufgenommen wurde, ist in 2c dargestellt.
An den gekennzeichneten Stellen werden geforderte Abbildungskriterien
nicht erfüllt. Die
abgebildeten Strukturen sind entweder zu dünn (I) oder es fehlt Material
an einer Stelle (II). Diese Informationen aus dem Luftbild und die
geometrischen Informationen aus dem Bild werden dem Programm zur
Erstellung des Maskenlayouts zur Verfügung gestellt. Dieses modifiziert
daraufhin das Layout, wie in 2d gezeigt.
An den entsprechenden Stellen, an denen die Kriterien nicht erfüllt wurden,
wird in diesem Fall Material zugefügt. Diese Hinzufügung von Material
erfolgt beim Maskenlayout nur theoretisch, das Maskenlayout selbst
wird dann an die Reparatureinrichtung übergeben, die anhand des modifizierten Maskenlayouts,
wie es in 2d gezeigt ist, die Maske
modifiziert. Die modifizierte Maske bzw. deren Bild ist in 2e gezeigt. Von der modifizierten Maske werden
dann erneut ein Luftbild aufgenommen, dies ist in 2f gezeigt.
Die Struktur wird nun korrekt abgebildet, die Abbildungskriterien
sind erfüllt
und die Maske kann optisch verifiziert werden. Nach der optischen
Verifikation kann die Maske einem Inspektionssystem zugeführt werden,
in dem die Maske auf andere Defekte untersucht wird.