DE102009007770A1

DE102009007770A1 - Corrective action determining method for electron beam lithographic mask writer, involves evaluating aerial image by test mask with respect to observation of tolerances based on test structures, and determining corrective action

Info

Publication number: DE102009007770A1
Application number: DE102009007770A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Beyer; Thomas Dr. Scherübl; Markus Dr. Waiblinger
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Priority date: 2009-02-05
Filing date: 2009-02-05
Publication date: 2010-08-12

Abstract

The method involves producing a test mask with test structures in an electron beam lithographic manner. An aerial image is produced by the test mask and is evaluated with respect to observation of predetermined tolerances based on the test structures. A corrective action i.e. geometric corrective action, is determined based on the result of the evaluation. Photoresist simulation is performed based on the aerial image. Result of the photoresist simulation is used for determining the corrective action. The task image is measured in a raster-electron microscopic way.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Korrekturen für Maskenschreiber, die nach dem Prinzip der Elektronenstrahllithographie arbeiten, wobei zur Bestimmung der Korrekturen Testmasken verwendet werden.The The invention relates to a method for determining corrections for mask writers working on the principle of electron beam lithography, using test masks to determine the corrections.

Bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen auf Wafern durch Photolithographie ist für die Funktionalität der Schaltkreise die Einhaltung geometrischer Vorgaben ein wesentliches Kriterium. So muß sichergestellt werden, daß die Strukturen auf dem Wafer, beispielsweise Linien, höchstens innerhalb sehr enger Grenzen von der vorgegebenen Ausdehnung der Struktur auf den Wafer abweichen. Bei einer Linie muß also darauf geachtet werden, daß die Toleranzen bezüglich der Linienbreite eingehalten werden und Abweichungen davon innerhalb einer maximal zulässigen oder minimal erlaubten Linienbreite liegen. Besonders wichtig wird die Einhaltung der Toleranzen bei Strukturen, deren Ausdehnung in der Größenordnung des Auflösungsvermögens des Photolithographiesystems, welches verwendet wird, liegen. Ein solches ist beispielsweise die sogenannte gate-Länge, die bei MOSFET-Transistoren die Ausdehnung des f gates zwischen drain und source beschreibt. Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise ist die gate-Länge in der Regel diejenige Struktur, die die kleinsten Ausdehnungen aufweist. Sie wird daher auch als kritische Dimension (critical dimension, im folgenden auch als CD abgekürzt) bezeichnet. Die CD ist definiert als

k₁ ist ein Faktor, der im wesentlichen von der Projektionsoptik und dem Arbeitsablauf abhängt, λ ist die Wellenlänge, mit der der Wafer beleuchtet wird, und NA ist die numerische Apertur zwischen der optischen Linse des Objektivs und der Photolackschicht.In the production of integrated circuits on wafers by photolithography, compliance with geometric specifications is an essential criterion for the functionality of the circuits. Thus, it must be ensured that the structures on the wafer, for example lines, deviate at most within very narrow limits from the predetermined extent of the structure on the wafer. In a line must therefore be taken to ensure that the tolerances are maintained with respect to the line width and deviations thereof are within a maximum allowable or minimum allowed line width. Maintaining the tolerances on structures whose expansion is on the order of the resolving power of the photolithography system which is used is of particular importance. One such example is the so-called gate length, which describes the expansion of the gates between drain and source in the case of MOSFET transistors. In the manufacture of integrated circuits, the gate length is typically the structure having the smallest dimensions. It is therefore also referred to as critical dimension (abbreviated to CD below). The CD is defined as

k ₁ is a factor that depends essentially on the projection optics and the workflow, λ is the wavelength at which the wafer is illuminated, and NA is the numerical aperture between the lens of the objective and the photoresist layer.

Für korrekt funktionierende Strukturen ist es wichtig, daß die auf dem Wafer zu realisierenden Strukturbreiten eine ausreichend gute Uniformität und Linearität aufweisen, das heißt alle zu realisierenden Strukturen sollen eine möglichst geringe Abweichung vom Designmaß haben. Wesentlich für eine möglichst gute Uniformität und Linearität in der CD ist jedoch das korrekte Schreiben einer Maske, d. h. die Herstellung einer Maske mittels Elektronenstrahllithographie. Hier vorgenommene Einstellungen wirken sich auf alle anhand eines Maskenlayouts hergestellte Masken aus. Dabei ist unabhängig von der zu schreibenden Linienbreite und der Dichte der Muster darauf zu achten, daß die Abweichungen von der Ziel-CD auf den Wafer minimal bleiben.For correctly functioning structures, it is important that the on the wafer to realize structural widths sufficient have good uniformity and linearity that means all structures to be realized should one possible have little deviation from the design dimension. Essential for one the best possible uniformity and linearity however, in the CD, the correct writing of a mask, i. H. the Production of a Mask by Electron Beam Lithography. Here The settings made affect all of them based on a mask layout Masks off. It is independent of the to be written Line width and the density of the pattern to make sure that the Deviations from the target CD to the wafer remain minimal.

Da eine Photomaske für Tausende von Waferbelichtungen verwendet wird, ist die Qualität der Photomaske von wesentlicher Bedeutung für die optische Lithographie. Ähnlich wie Wafer photolithographisch hergestellt werden, so werden auch die Masken lithographisch hergestellt. Als Träger für eine Photomaske wird üblicherweise ein Glassubstrat mit einem darauf abgeschiedenen opaken Film, beispielsweise einem Chromfilm verwendet. Der Chromfilm ist mit einer Photolackschicht überzogen. Während Masken für niedrige und mittlere Auflösung mittels optischer Photolithographie herstellt werden können, beispielsweise mittels Laserschreibern, werden für die Herstellung hochauflösender Masken aufgrund der höheren Auflösung Elektronenstrahlen verwendet, die Photolackschicht muß also sensitiv auf die Belichtung mit Elektronen reagieren. Dabei lassen sich im wesentlichen zwei Techniken unterscheiden.There used a photomask for thousands of wafer exposures the quality of the photomask is more important Importance for optical lithography. Similar how wafers are produced photolithographically, so too the masks are made lithographically. As a carrier for a photomask will usually be a glass substrate with a deposited on opaque film, for example, a chrome film used. The chromium film is coated with a photoresist layer. While Masks for low and medium resolution by means of optical photolithography can be produced, for example using laser recorders, are used for the production of high-resolution Masks due to the higher resolution electron beams used, the photoresist layer must therefore sensitive to the Exposure to electrons react. This can be essentially distinguish two techniques.

Eine Möglichkeit besteht darin, die gewünschten Strukturen durch rasterförmige Belichtung mit Elektronenstrahlen, die einen einer zweidimensionalen Gaußfunktion entsprechenden Intensitätsquerschnitt aufweisen, zu erzeugen. Dabei ist es möglich, das Abtasten ausschließlich auf die Gebiete zu beschränken, in denen Strukturen erzeugt werden sollen. Man spricht in diesem Fall vom sogenannten Vektor-Scanning. Mit Hilfe spezieller elektronenoptischer Blenden lassen sich inzwischen andererseits auch rechteckig oder quadratisch geformte Elektronenstrahlen erzeugen, in Kombination mit der Vektor-Scanning-Technik ist dieses Verfahren der Belichtung mit variabel geformten Elektronenstrahlen (VSB – variable-shaped beam) das weit aus schnellste. Aufgrund der Belichtung ganzer Blöcke läßt sich der Durchsatz bei der Herstellung von Masken erhöhen.A Possibility is the desired structures by raster-shaped exposure with electron beams, which correspond to a two-dimensional Gaussian function Have intensity cross section to produce. It is it is possible to do the sampling exclusively on the Restrict areas in which structures are to be created. In this case we speak of so-called vector scanning. With Help of special electron optical shutters can be meanwhile on the other hand also rectangular or square shaped electron beams generate, in combination with the vector scanning technique is this Method of exposure with variable shaped electron beams (VSB - variable-shaped beam) far and away the fastest. by virtue of The exposure of entire blocks can be increase the throughput in the production of masks.

Wesentliche Effekte, die die Genauigkeit in der optischen Lithographie beeinträchtigen, wie Brechung oder Reflexion, treten bei der Elektronenstrahllithograhpie nicht oder nur in sehr geringem Umfang auf. Andere Effekte sind jedoch typisch für die Elektronenstrahllithographie und beeinträchtigen die Genauigkeit beim Maskenschreiben. Insbesondere die Streuung der Elektronen im Substrat beeinträchtigt die Genauigkeit. Zwar werden die Kollisionen der Elektronen, die die Streuung hervorrufen, zum Teil benötigt, um Energie von den Elektronen des Elektronenstrahls in den Photolack zu übertragen, jedoch streuen viele Elektronen in verschiedene Richtungen, die von ihren ursprünglichen Trajektorien abweichen. Als Ergebnis werden die Ausdehnungen der Strukturen und damit die kritische Dimension durch verschiedene Streueffekte beeinflußt, deren wesentlichster Effekt der sogenannte Nachbarschaftseffekt oder proximity-effect (PE) ist. Dieser setzt sich aus zwei Bestandteilen zusammen: Zum einen aus einem Bestandteil einer Vorwärtsstreuung, bei dem Elektronen vom Photolack, der zur Belichtung vorgesehen ist, in Photolack gestreut werden, der nicht zur Belichtung vorgesehen ist und zum anderen aus einem Anteil einer Rückwärtsstreuung, bei dem Elektronen von der Photolackschicht, die zur Belichtung vorgesehen ist, zunächst weiter vorwärts in das Substrat laufen und dort in Bereiche des Photolacks, der nicht zur Belichtung vorgesehen ist, rückgestreut werden. Der PE, der insbesondere auch von der Beschaffenheit des Substrats abhängt, führt also dazu, daß Bereiche, die eigentlich nicht belichtet werden sollen, belichtet werden, was zu einer verminderten Auslösung und Abweichungen in den Strukturen führt.Significant effects that affect the accuracy in optical lithography, such as refraction or reflection, occur in the Elektronenstrahllithograhpie not or only to a very small extent. However, other effects are typical of electron beam lithography and affect mask writing accuracy. In particular, the scattering of the electrons in the substrate impairs the accuracy. Although the collisions of the electrons that cause the scattering are partly needed to transfer energy from the electrons of the electron beam to the photoresist, many electrons scatter in different directions that deviate from their original trajectories. As a result, the dimensions of the structures and thus the critical dimension are influenced by different scattering effects, the most significant effect of which is the so-called proximity effect (PE). This consists of two components: First, a component of a forward scattering, in which electrons are scattered from the photoresist, which is intended for exposure, in photoresist, which is not intended for exposure and on the other from a portion of backward scattering in which electrons from the photoresist layer, which is intended for exposure, initially travel further forward into the substrate where they are backscattered into areas of the photoresist not intended for exposure. The PE, which also depends in particular on the nature of the substrate, thus leads to areas that are not supposed to be exposed to be exposed, which leads to a reduced triggering and deviations in the structures.

Während es sich bei dem PE um ein kurzreichweitiges Phänomen handelt, treten beim Maskenschreiben außerdem auch langreichweitige Effekte auf, die ebenfalls zu Ungenauigkeiten führen, zum einen der sogenannte Vernebelungseffekt oder fogging-effect (FE) und zum anderen der sogenannte Strukturdichte-Effekt oder loading-effect (LE). Der FE wird durch einfallende Elektronen verursacht, die an der Objektivlinse der Belichtungseinheit gestreut werden. Dies kann zu einer langreichweitigen Hintergrundbelichtung führen, dem Vernebelungseffekt.While PE is a short-range phenomenon, In mask writing, there are also long-range ones Effects on, which also lead to inaccuracies, for one of the so-called fogging effect or fogging effect (FE) and second, the so-called structure density effect or loading-effect (LE). The FE is caused by incident electrons at the Objective lens of the exposure unit are scattered. This can lead to a long-range background exposure, the fogging effect.

Der Strukturdichte-Effekt (LE) wird durch die der Belichtung folgenden Schritte wie die Entwicklung und Ätzung verursacht.Of the Structure Density Effect (LE) is followed by that of the exposure Steps like the development and etching caused.

Bei der Herstellung von Masken mittels Elektronenstrahllithographie müssen diese Effekte so weit wie möglich berücksichtigt werden, um eine gute Funktionalität der Maske zu gewährleisten und die Abweichungen vom Design der Maske so gering wie möglich zu halten.at the production of masks by electron beam lithography must take these effects into account as much as possible to ensure good functionality of the mask and the deviations from the design of the mask as low as possible to keep.

Der PE läßt sich in der Regel durch eine Anpassung der Elektronendosis korrigieren. Dies kann entweder geometrisch – d. h. beispielsweise an den Stellen, an denen die Strukturen zu breit sind, die Intensität zu verringern – oder aber durch Modulation der Dosis mit einer Funktion, deren Parameter bestimmt werden – insbesondere also durch eine Anpassung der Belichtungszeit pro Fläche bei konstanter Stromdichte – erfolgen. Auch eine Kombination beider Techniken ist möglich. Beispielsweise ist in der US 6,107,207 ein Algorithmus beschrieben, mit dem schnell PE-Korrekturen bestimmt werden können. In der Regel wird dazu die sogenannte proximity-function oder Nachbarschaftsfunktion f(r) verwendet, die durch eine Summe von zwei oder mehr normierten, zweidimensionalen Gauß-Funktionen approximiert wird:

The PE can usually be corrected by adjusting the electron dose. This can be either geometrically - ie, for example, at the locations where the structures are too wide to reduce the intensity - or by modulation of the dose with a function whose parameters are determined - ie in particular by adjusting the exposure time per area at constant Current density - done. A combination of both techniques is possible. For example, in the US 6,107,207 described an algorithm that can be used to quickly determine PE corrections. As a rule, the so-called proximity-function or neighborhood function f (r) is used, which is approximated by a sum of two or more normalized, two-dimensional Gaussian functions:

Der Parameter α beschreibt die Vorwärtsstreuung, der Parameter β die Rückwärtsstreuung der Elektronen. η beschreibt das Verhältnis des Energieeintrages von der Rückwärtsstreuungs komponente zur Vorwärtsstreuungskomponente, r schließlich ist der Abstand vom Zentrum des Elektronenstrahls. Die Parameter α, β, und η müssen dabei auf geeignete Weise bestimmt werden, und mit Hilfe dieser Parameter eingehend in die proximity-function wird dann die Elektronendosis moduliert. Ein solches Verfahren zur Bestimmung der Parameter ist beispielsweise in der US 7,241,542 beschrieben. Dabei werden Testbelichtungen von Testmasken durchgeführt. Anschließend werden die Masken mittels Rasterelektronenmikroskopie vermessen, daraus lassen sich in erster Näherung die Eingabeparameter für die Funktion f(r) bestimmen. Der Funktion f(r) können auch weitere Terme in Form von Gaußfunktionen hinzugefügt werden, die dann ebenfalls mit entsprechenden Normierungsfaktoren versehen werden. Auf diese Weise läßt sich nicht nur die Genauigkeit erhöhen, vielmehr kann man auf diese Weise auch den Strukturdichteeffekt und den Vernebelungseffekt berücksichtigen.The parameter α describes the forward scattering, the parameter β the backward scattering of the electrons. η describes the ratio of the energy input from the backward scattering component to the forward scattering component, finally r is the distance from the center of the electron beam. The parameters .alpha., .Beta., And .eta. Must be determined in a suitable manner, and the electron dose is then modulated with the aid of these parameters in detail into the proximity function. Such a method for determining the parameters is for example in US 7,241,542 described. Test exposures are carried out by test masks. Subsequently, the masks are measured by means of scanning electron microscopy, from which the input parameters for the function f (r) can be determined in a first approximation. The function f (r) can also be used to add further terms in the form of Gaussian functions, which are then also provided with corresponding scaling factors. In this way, not only the accuracy can be increased, but one can also take into account the structure density effect and the fogging effect in this way.

Nachteilig bei diesem Vorgehen, die Eingabeparameter ausschließlich anhand einer Vermessung der Maskengeometrie mit einem Rasterelektronenmikroskop zu bestimmen, ist die Tatsache, daß dabei nicht analysiert wird, wie die Maske tatsächlich auf den Wafer abgebildet wird. Insbesondere bei den immer kleiner werdenden Strukturen und komplexen Geometrien werden beispielsweise immer häufiger OPC-Strukturen verwendet, deren Wechselwirkung mit den anderen Strukturen aber bei einer rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung völlig außer Betracht bleibt. Eine Berücksichtigung ist im Stand der Technik nur mittels Waferbelichtungen möglich, bei denen eine entsprechend hergestellte Maske verwendet wird, bei der noch keine Korrekturen durchgeführt wurden. Das Ergebnis dieser Messungen kann dann zur Bestimmung der Parameter berücksichtigt werden. Nachteilig hierbei ist jedoch, daß dies nicht im Rahmen der Maskenherstellung erfolgen kann, sondern nur in einer photolithographischen Einrichtung. Diese Vorgehensweise ist damit sehr kosten- und zeitaufwendig.adversely In this procedure, the input parameters exclusively based on a measurement of the mask geometry with a scanning electron microscope to determine is the fact that doing so is not analyzed how the mask is actually imaged onto the wafer becomes. Especially with the ever smaller structures and For example, complex geometries are becoming more common in OPC structures used, however, their interaction with the other structures completely in a scanning electron microscopic examination is ignored. A consideration is possible in the state of the art only by means of wafer exposures, where an appropriately prepared mask is used with no corrections have been made yet. The result These measurements can then be taken into account for determining the parameters become. The disadvantage here is that this is not in the Mask making can be done, but only in one photolithographic device. This procedure is very good costly and time consuming.

Die im Stand der Technik bekannten Korrekturverfahren stützen sich also sämtlich auf Testbelichtungen von der Maske, aus denen dann die geeigneten Eingabeparameter für die entsprechende Dosiskorrektur ermittelt werden können. Man erhält auf diese Weise allerdings nur eine maskenseitig korrekte Modifikation der CD, die auch die Anteile des Photolacks, den Entwicklers und das Absorber-Ätzschrittes enthalten kann. Bedingt durch rigorose Effekte während des Belichtungsprozesses im Photolithographiescanner – Beugung, Brechung und Reflexion des Lichts an der Maskenstruktur beeinflussen die auf den Lack treffende Lichtintensität – entspricht die auf dem Wafer erzeugte CD und die relative Position der zu erzeugenden Strukturen dabei nicht notwendigerweise der Korrektur der CD auf der Maske.The correction methods known in the prior art are therefore all based on test exposures from the mask, from which the appropriate input parameters for the corresponding dose correction can then be determined. In this way, however, only a mask-side correct modification of the CD is obtained, which can also contain the proportions of the photoresist, the developer and the absorber etching step. Due to rigorous effects during the exposure process in the photolithographic scanner - diffraction, refraction and reflection of the light on the mask structure affect the incident on the paint light intensity - does not necessarily correspond to the CD generated on the wafer and the relative position of the structures to be generated correction of the CD on the mask.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung von Korrekturen für elektronenstrahllithographische Maskenschreiber dahingehend weiterzuentwickeln, daß zum einen die Korrekturen noch genauer bestimmt werden, zum anderen aber auch der Durchsatz, d. h. die Zeit, die benötigt wird, um eine Maske zu verifizieren und somit zur Waferproduktion freizugeben, zu reduzieren.task The invention is therefore a method for determining corrections for electron beam lithographic mask writers to the effect to further develop that, on the one hand, the corrections be determined more accurately, on the other hand, the throughput, d. H. the time it takes to verify a mask and thus to release wafer production, to reduce.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mindestens eine Testmaske mit Teststrukturen elektronenstrahllithographisch hergestellt wird, von der mindestens einen Testmaske ein Luftbild erzeugt wird und das mindestens eine Luftbild hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen in Abhängigkeit von den Teststrukturen ausgewertet wird und anhand des Ergebnisses der Auswertung die Korrekturen bestimmt werden.These Task is in a method of the type described above solved by at least one test mask with test structures is produced by electron beam lithography, from the at least one test mask an aerial image is generated and the at least one aerial image with regard to compliance with specified Tolerances evaluated as a function of the test structures and the corrections are determined based on the result of the evaluation become.

Vorzugsweise wird das Luftbild mit einer kalibrierten Emulationsabbildungseinrichtung erzeugt. Eine solche Einrichtung emuliert die im Photolithographiescanner vorgegebenen Abbildungsbedingungen möglichst getreu bis hin zur optionalen Berücksichtigung von Vektoreffekten, mit dem Unterschied, daß die Maske nicht verkleinert auf einen Wafer abgebildet wird, sondern vergrößert auf einen Flächendetektor, beispielsweise eine CCD-Kamera. Die Fokusebene bzw. Bildebene, in der sich die CCD-Kamera befindet, entspricht dabei der Photolackschicht. Das Luftbild entspricht also einer Abbildung der Maske vergrößert auf die Photolackschicht. Auf diese Weise kann das Verhalten der Masken im Photolithograhiescanner emuliert werden. Der Vorteil dabei ist, daß nicht nur die Wirkung von OPC-Strukturen auf der Maske berücksichtigt wird, sondern insbesondere auch das Verhalten der CD auf dem Wafer emuliert werden kann. Eine Bestimmung der Parameter für die PE-Korrektur anhand der auf dem Wafer bestimmten CD führt daher zu wesentlich genaueren Ergebnissen, als eine Bestimmung rein anhand einer rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung. Darüber hinaus läßt sich bei der Verwendung von Luftbildern und deren Analyse Zeit sparen, da auf Waferbelichtungen mit der Maske, wie sie zum Erreichen einer ähnlichen Genauigkeit notwendig wären, verzichtet werden kann. Zur Aufnahme von Luftbildern können verschiedene Emulationsabbildungseinrichtungen verwendet werden, beispielsweise das AIMS der Firma Carl Zeiss SMS GmbH. Hier werden Luftbilder der Maske an diskreten, vorab eingestellten Meßpunkten erzeugt. Eine andere Einrichtung ist das AERA der Firma Applied Materials, Inc. Im Unterschied zum AIMS wird hier die Maske vollflächig abgetastet. Eine vollflächige Abtastung ist selbstverständlich auch mit dem AIMS möglich, sofern die diskreten Meßpunkt entsprechend verteilt sind.Preferably becomes the aerial image with a calibrated emulation imager generated. Such a device emulates those in the photolithography scanner predetermined mapping conditions as faithfully as possible towards the optional consideration of vector effects, with the difference that the mask is not reduced to a wafer is imaged, but enlarged on a surface detector, such as a CCD camera. The focal plane or image plane in which the CCD camera is located corresponds to the photoresist layer. The aerial view is the same an image of the mask enlarged on the photoresist layer. In this way, the behavior of the masks in the photolithography scanner be emulated. The advantage is that not only the Effect of OPC structures on the mask considered but especially the behavior of the CD on the wafer can be emulated. A determination of the parameters for the PE correction based on the wafer on the specific CD leads therefore to much more accurate results than a provision pure using a scanning electron microscopic examination. About that In addition, when using aerial photographs and their analysis save time since on wafer exposures with the Mask how to achieve similar accuracy necessary, can be waived. For recording Aerial images can use various emulation imagers be used, for example, the AIMS Carl Zeiss SMS GmbH. Here, aerial images of the mask are set to discrete, pre-set Generated measuring points. Another device is the AERA the company Applied Materials, Inc. Unlike the AIMS is here the mask scanned over the entire surface. A full-surface Sampling is of course also possible with the AIMS, if the discrete measuring points are distributed accordingly.

Übliche Testmasken bestehen in der Regel aus Gruppierungen von Teststrukturen mit den gleichen Elementen, die jedoch zueinander im Abstand variieren. Anhand des Luftbildes einer solchen Testmaske kann festgestellt werden, bei welchen Abständen der Elemente in den Teststrukturen zueinander sich diese gegenseitig beeinflussen und Abweichungen von der maximal oder minimal zulässigen kritischen Dimension auftreten. Für die Berechnung der Korrekturparameter ist es dabei wichtig, die Abhängigkeit des im Maskendesign vorgegebenen Abstandes mit dem im Luftbild gemessenen Abstand zu vergleichen. Die Korrekturen lassen sich dann mit einem Verfahren ähnlich dem in der US 7,241,542 B2 beschriebenen bestimmen, nur daß als Ausgangsbasis nicht die Ergebnisse der rasterelektronenmikroskopischen Maskenvermessung, sondern der Luftbildanalyse verwendet werden. Auch die Verwendung anderer, beispielsweise auf Kundenwünsche ausgelegter Testmasken ist möglich.Conventional test masks usually consist of groupings of test structures with the same elements, which, however, vary in mutual distance. Based on the aerial image of such a test mask, it can be determined at which distances of the elements in the test structures they mutually influence one another and deviations from the maximum or minimum permissible critical dimension occur. For the calculation of the correction parameters, it is important to compare the dependence of the distance predetermined in the mask design with the distance measured in the aerial image. The corrections can then be corrected with a procedure similar to that in the US 7,241,542 B2 described, except that the starting point not the results of the scanning electron microscopic mask measurement, but the aerial image analysis are used. The use of other, for example, on customer requests designed test masks is possible.

Dabei muß das Luftbild der mindestens einen Testmaske nicht notwendig wie oben beschrieben aufgenommen werden. Äquivalent zur Aufnahme ist die Erzeugung eines Luftbildes mittels Simulation, wenn die Eingangsdaten für die Simulation mit hinreichend hoher Genauigkeit bestimmt werden. Dazu kann beispielsweise ein Bild der Testmaske in sehr hoher Auflösung verwendet werden. Gut geeignet für die Erzeugung eines solchen Bildes ist beispielsweise das Defekt-Inspektionssystem TeraScanHR der Firma KLA Tencor Corporation, bei dem simultan das von der Maske reflektierte als auch das transmittierte Beleuchtungslicht detektiert wird. Anhand der detektierten Daten wird nun das Luftbild simuliert. Auch das TeraScanHR bzw. ein gleichwertiges Gerät in Einheit mit der Simulation des Luftbildes kann somit neben den oben schon beispielhaft genannten AERA und AIMS als Emulationsabbildungseinrichtung aufgefaßt werden.there the aerial picture of the at least one test mask does not have to be necessary recorded as described above. Equivalent to Recording is the creation of an aerial image by simulation, if the input data for the simulation with sufficient high accuracy can be determined. This can, for example, a Image of the test mask can be used in very high resolution. Well suited for the creation of such an image For example, the company's defect inspection system TeraScanHR KLA Tencor Corporation, which simultaneously reflects the mask as well as the transmitted illumination light is detected. Based the detected data is now simulated the aerial image. That too TeraScanHR or an equivalent device in unit with The simulation of the aerial image can thus be exemplary next to the above mentioned AERA and AIMS as emulation imaging device become.

Ergänzend kann auf das – aufgenommene oder simulierte – Luftbild auch eine Photoresistsimulation angewendet werden. Gegenüber der Analyse ausschließlich des Luftbildes bietet diese Vorgehensweise den Vorteil, daß man eine bessere Beschreibung des Verhaltens der Maske bei der tatsächlichen Lithographie erhält, wobei die Qualität der Beschreibung selbstverständlich auch von der Qualität des Simulationsprogramms abhängt. Während das Luftbild zur Photolithographiesimulation nur den Beitrag der Maske an sich liefert, so liefert die Photoresistsimulation den Beitrag zum Bild des Photoresists oder Photolacks auf der Waferschicht. In einer einfachen Photoresistsimulation wird beispielsweise auf die Daten des Luftbildes in einem ersten Schritt eine Faltung mit einer Gauß-Funktion angewendet und in einem zweiten Schritt eine Schwellwertfunktion, so daß man im Ergebnis ein Bild der belichteten Photolackschicht auf dem Wafer erhält. In einem dritten Schritt kann optional eine weitere Funktion, die eine Ätzung simuliert, angewendet werden, so daß das Endergebnis der Simulation einer in die Schicht des Wafers eingeprägten Struktur entspricht.In addition, a photoresist simulation can also be applied to the aerial photograph taken or simulated. Compared with the analysis of the aerial image alone, this procedure offers the advantage that a better description of the behavior of the mask in the actual lithography is obtained, the quality of the description naturally also depending on the quality of the simulation program. While the aerial image for photolithography simulation only provides the contribution of the mask per se, the photoresist simulation provides the contribution to the image of the photoresist or photoresist on the wafer layer. In a simple photoresist simulation, for example, a convolution with a Gaussian function is applied to the data of the aerial image in a first step and a threshold value function in a second step, as a result of which an image of the exposed photoresist layer is obtained on the wafer. In a third step can Optionally, another function simulating an etch may be used so that the final result of the simulation corresponds to a structure imprinted in the layer of the wafer.

Die Genauigkeit kann weiter erhöht werden, indem nicht nur eine Testmaske hergestellt wird, sondern Testmasken mit verschiedenen Teststrukturen hergestellt werden, bei der Herstellung kann darüber auch mit verschiedenen Dosen gearbeitet werden.The Accuracy can be further increased by not just a test mask is made, but test masks with different Test structures can be made in the manufacture can also about it be worked with different doses.

Zwar ist es möglich, die Korrekturen ohne Überprüfung zu übernehmen und bei der Herstellung einer Maske für die Photolithographie zu verwenden, vorteilhaft ist es jedoch, die Korrekturen zu verifizieren. Dies erfolgt dadurch, daß unter Berücksichtigung der Korrekturen mindestens eine weitere Testmaske mit Teststrukturen elektronenstrahllithographisch hergestellt wird. Dann wird ein Wafer unter Verwendung der mindestens einen weiteren Testmaske photolithographisch beschrieben und die Geometrie des Wafers rasterelektronenmikroskopisch auf die Einhaltung der Toleranzen bzgl. der kritischen Dimension überprüft. Werden diese Toleranzen eingehalten, so sind damit die Korrekturen verifiziert. Alternativ zur Waferbelichtung kann auch von der mindestens einen weiteren Testmaske ein Luftbild erzeugt und ausgewertet werden. Auch eine Kombination von Luftbildanalyse und Waferbelichtung ist möglich. Ebenso kann eine Photoresistsimulation anhand der Daten des Luftbildes mit optionaler Ätzung durchgeführt werden, auch auf diese Weise lassen sich die Korrekturen verifzieren. Die Photoresistsimulation kann anstelle der Waferbelichtung erfolgen, oder auch vor einer geplanten Waferbelichtung, um eine erste Aussage über die Qualität der Korrekturen zu erhalten. Auch eine Simulation in Ergänzung zur Waferbelichtung ist selbstverständlich möglich.Though is it possible to make the corrections without verification to take over and make a mask for to use the photolithography, it is advantageous, however, the To verify corrections. This is done by that under Considering the corrections at least one more Test mask with test structures produced by electron beam lithography becomes. Then, a wafer is made using the at least one another test mask photolithographically described and the geometry the wafer scanning electron microscopy on compliance with the Tolerances regarding the critical dimension checked. If these tolerances are met, then so are the corrections Verified. Alternatively to the wafer exposure can also from the at least another test mask an aerial image can be generated and evaluated. A combination of aerial image analysis and wafer exposure is also possible. Similarly, a photoresist simulation based on the data of the aerial image with optional etching, too in this way the corrections can be verified. The photoresist simulation can be done instead of wafer exposure, or even before one planned wafer exposure to make a first statement about the Quality of corrections. Also a simulation in addition to the wafer exposure is self-evident possible.

Damit die Ergebnisse der Luftbildanalyse verwendet werden können, muß die Emulationsabbildungseinrichtung zuvor kalibriert werden. Dies erfolgt bevorzugt, indem zunächst elektronenstrahllithographisch eine Kalibriermaske mit Referenzstrukturen hergestellt wird. Mit der Emulationsabbildungseinrichtung wird dann zum einen ein Luftbild der Kalibriermaske erzeugt, zum anderen wird aber auch ein Wafer unter Verwendung der Kalibriermaske belichtet und entwikkelt. Dann werden die kritischen Dimensionen im Luftbild und auf dem Wafer bestimmt. Aus dem Vergleich der kritischen Dimensionen kann ermittelt werden, bei welcher Photonendosis die kritischen Dimensionen übereinstimmen. Auf diese Weise lassen sich auch die oben beispielhaft genannten Emulationsabbildungseinrichtungen bzw. -systeme AIMS, AERA, sowie TeraScanHR in Einheit mit der Luftbildsimulation kalibrieren, die dann als kalibrierte Emulationsabbildungseinrichtungen die Luftbilder erzeugen.In order to the results of aerial photography can be used the emulation imager must be calibrated beforehand become. This is preferably done by first electron beam lithographic a calibration mask is made with reference structures. With The emulation imager then becomes an aerial photograph the calibration mask is generated, on the other hand, but also a wafer exposed and developed using the calibration mask. Then become the critical dimensions in the aerial image and on the wafer certainly. From the comparison of critical dimensions can be determined at which photon dose the critical dimensions match. In this way, it is also possible to use the emulation imaging devices mentioned above by way of example Systems AIMS, AERA and TeraScanHR in unit with the aerial simulation then calibrate as calibrated emulation imagers create the aerial photographs.

Die Korrekturen korrigieren dabei die beim Schreiben auf die Maske treffende Dosis an Elektronen des Elektronenstrahls. Die Korrekturen können dabei zum einen geometrische Korrekturen umfassen, die positionsabhängig auf der Maske durchgeführt werden. Sie können beispielsweise darin bestehen, an Stellen, an denen Ausbeulungen entstehen, Material wegzunehmen, indem dort die Form des Elektronenstrahls entsprechend angepaßt wird.The Corrections correct the ones that hit the mask when writing Dose of electrons of the electron beam. The corrections can be done on the one hand include geometric corrections, the position-dependent be performed on the mask. You can for example, in places where bulges arise to take away material, by there the shape of the electron beam is adjusted accordingly.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung korrigieren die Korrekturen die beim Schreiben auf die Maske treffende Dosis an Elektronen des Elektronenstrahls durch eine Modulation der Dosis allerdings mit der Funktion

In a preferred embodiment of the invention, however, the corrections correct the dose of electrons of the electron beam striking the mask during writing by modulating the dose, but with the function

Der Parameter α beschreibt die Vorwärtsstreuung, der Parameter β die Rückwärtsstreuung der Elektronen. η beschreibt das Verhältnis der eingetragenen Energien von Rückwärts- zur Vorwärtsstreuung, r schließlich ist der Abstand vom Zentrum des Auftreffens des Elektronenstrahls. Durch entsprechende Anpassung der Parameter läßt sich der PE korrigieren, für die Korrektur von LE und FE müssen ggf. noch weitere Terme hinzugefügt und weitere Parameter bestimmt werden. Da jedoch die Parameter anhand einer Luftbildanalyse bestimmt werden, sind LE und FE in guter Näherung ebenfalls implizit korrigiert, sofern die Testmaske so auf eine Berücksichtigung dieser Effekte ausgelegt ist. Eine Möglichkeit besteht beispielsweise darin, die Teststrukturen, anhand welcher der PE bestimmt wird, in Bereiche mit unterschiedlicher Musterdichte einzubetten. Der Funktion f(r) können selbstverständlich und vorteilhaft auch weitere Terme in Form von weiteren Gaußfunktionen hinzugefügt werden, die dann ebenfalls mit entsprechenden Normierungsfaktoren versehen werden. Auf diese Weise läßt sich zum einen die Genauigkeit erhöhen, zum anderen kann man auf diese Weise auch den Strukturdichteeffekt und den Vernebelungseffekt noch besser berücksichtigen.Of the Parameter α describes the forward scatter, the Parameter β is the backward scattering of the Electrons. η describes the ratio of the registered Energies from backward to forward scattering, Finally, the distance from the center of the impact is of the electron beam. By appropriate adjustment of the parameters can the PE be corrected for the Correction of LE and FE may require additional terms added and other parameters are determined. However, since the parameters are determined by an aerial image analysis are LE and FE also approximated to a good approximation, provided the test mask so considering this Effects is designed. One possibility is, for example therein, the test structures by which the PE is determined to embed in areas with different pattern density. The function f (r) can be natural and advantageous also other terms in the form of further Gaussian functions be added, which then also with appropriate Normalization factors are provided. That way on the one hand increase the accuracy, on the other hand can in this way also the structure density effect and the fogging effect take better account.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die mindestens eine Testmaske zusätzlich rasterelektronenmikroskopisch vermessen, das Ergebnis wird hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen in Abhängigkeit von den Teststrukturen ausgewertet und ebenfalls zur Bestimmung der Korrekturen verwendet. Auf diese Weise kann die Genauigkeit weiter erhöht werden.In In a further embodiment of the method, the at least a test mask additionally by scanning electron microscopy measured, the result is in terms of compliance with predetermined tolerances evaluated depending on the test structures and also used to determine the corrections. In this way the accuracy can be further increased.

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.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained not only in the specified combinations, but also in other combinations or alone, without the scope of the to leave the present invention.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigtfollowing the invention will be described by way of example with reference to the attached Drawings which also disclose features essential to the invention, explained in more detail. It shows

1 eine typische Struktur für eine Maske, 1 a typical structure for a mask,

2 die Anordnung von Teststrukturen auf einer Testmaske, 2 the arrangement of test structures on a test mask,

3 eine weitere Anordnung von Teststrukturen für eine weitere Testmaske, und 3 another arrangement of test structures for another test mask, and

4 ein Ablaufschema des Verfahrens, und 4 a flow chart of the process, and

5 die Anwendung des Verfahrens bei einer realen Struktur. 5 the application of the method to a real structure.

In 1a ist zunächst ein Muster dargestellt, welches elektronenstrahllithographisch auf eine Maske geschrieben werden soll. Die Formen des Musters, das im vorliegenden Fall aus drei verschiedenen Strukturen 1, 2, 3 besteht, werden im Maskendesign festgelegt. Die Struktur 1 entspricht einem Rechteck, an dessen linker oberer Kante und an dessen rechter unterer Kante jeweils eine gerade Linie abgeht. Struktur 2 ist eine gerade Linie mit vorgegebener Breite, auf der linken Seite befindet sich auf dieser Linie ein Rechteck. Die Struktur 3 schließlich besteht aus zwei miteinander verbundenen Rechecken, von dem einen Rechteck geht ebenfalls eine Linie mit definierter Breite ab. Die Verbindung der beiden Rechtecke erfolgt ebenfalls durch eine Linie mit vorgegebener Breite. In 1b ist die auf einer Maske erzeugte Struktur dargestellt, die man erhält, wenn am Maskenlayout – in welches außer dem Maskendesign auch weitere Informationen wie beispielsweise zur Dosis, mit der der Photolack belichtet werden soll, eingehen – keinerlei Korrekturen für den PE, LE und/oder FE berücksichtigt werden. Im Unterschied zu den Strukturen im Design 1, 2, 3 sind die tatsächlichen Strukturen auf der Maske mit 1', 2', 3' bezeichnet. Hier machen sich die Streueffekte störend bemerkbar. In einem ersten Bereich 4, in dem die rechteckigen Flächen der beiden Strukturen 1 und 3 durch eine Linie 2 getrennt sein sollen, macht sich der PE dadurch bemerkbar, daß die Breite der Struktur 2' auf der Maske an dieser Stelle wesentlich größer als vorgesehen ist, die kritische Dimension hier also nicht eingehalten wird. Darüber hinaus sind auch die rechteckförmigen Gebiete der Strukturen 1' und 3' ausgebeult. Falls es sich beispielsweise bei der Struktur 2 bzw. 2' um das gate einer MOSFET-Struktur handeln soll, so würden hier die Kennlinien anders als vorgegeben verlaufen, insbesondere würde bei gleicher Spannung nur ein geringerer Stromfluß erreicht werden. Ein weiteres Gebiet, in dem sich der PE bemerkbar macht, ist das Gebiet, welches in 1b mit 5 bezeichnet ist. Hier sind die einander gegenüberliegenden Rechtecke der Strukturen 2' und 3' so stark ausgebeult, daß die beiden Strukturen an dieser Stelle miteinander verbunden werden, die Trennung ist aufgehoben. Wenn aber schon eine Maske solche Unregelmäßigkeiten aufweist, so ist davon auszugehen, daß diese auch auf den Wafer abgebildet werden, sofern nicht zusätzliche Maßnahmen, wie das Anbringen von OPC-Korrekturen oder anderen Material ab- oder auftragenden Techniken, ergriffen werden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Korrekturen für die Elektronenstrahllithographie beim Schreiben von Masken zu bestimmen, welche den einleitend beschriebenen Streueffekt PE, bevorzugt auch FE und LE korrigieren.In 1a First, a pattern is shown, which is to be electron beam lithographically written on a mask. The forms of the pattern, in the present case of three different structures 1 . 2 . 3 are defined in the mask design. The structure 1 corresponds to a rectangle, at the left upper edge and at the right lower edge each leaves a straight line. structure 2 is a straight line of given width, on the left side there is a rectangle on this line. The structure 3 Finally, it consists of two interconnected rectangles, from which a rectangle also descends a line with a defined width. The connection of the two rectangles is also done by a line with a predetermined width. In 1b is the structure produced on a mask, which is obtained when the mask layout - in which in addition to the mask design and other information such as the dose at which the photoresist is to be exposed, received - no corrections for the PE, LE and / or FE be taken into account. Unlike the structures in the design 1 . 2 . 3 are the actual structures on the mask with 1' . 2 ' . 3 ' designated. Here, the scattering effects are disturbing. In a first area 4 in which are the rectangular areas of the two structures 1 and 3 through a line 2 be separated, the PE makes noticeable by the fact that the width of the structure 2 ' On the mask at this point is much larger than intended, so the critical dimension is not respected here. In addition, the rectangular areas of the structures are also 1' and 3 ' bulged. If, for example, the structure 2 respectively. 2 ' In order to act the gate of a MOSFET structure, the characteristics would run differently than specified here, in particular, only a smaller current flow would be achieved at the same voltage. Another area in which the PE is noticeable is the area which in 1b With 5 is designated. Here are the opposing rectangles of the structures 2 ' and 3 ' so bulged that the two structures are connected at this point, the separation is lifted. However, if a mask already exhibits such irregularities, then it is to be assumed that these are also imaged on the wafer, unless additional measures, such as the application of OPC corrections or other material-removing or applying techniques, are taken. This results in the need to determine corrections for the electron beam lithography in the writing of masks, which correct the scattering effect PE, preferably also described FE and LE.

Um diese Korrekturen zu bestimmen, wird zunächst mindestens eine Testmaske mit Teststrukturen elektronenstrahllithographisch hergestellt. Beispiele für das Design von solchen Testmasken sind in den 2a und 3 gezeigt. Das in 2a gezeigte Testmaskendesign 6 weist als Teststrukturen eine Linie 7 mit vorgegebener Breite auf, und beiderseits der Line 7 Rechtecke 8. Der Abstand der einander gegenüberliegenden Rechtecke 8 zur Linie ist in jeder Teststruktur jeweils gleich, entlang der Linie variiert der Abstand jedoch von Teststruktur zu Teststruktur.In order to determine these corrections, at least one test mask with test structures is first produced by electron beam lithography. Examples of the design of such test masks are in the 2a and 3 shown. This in 2a shown testmask design 6 has a line as test structures 7 with a predetermined width, and on both sides of the line 7 rectangles 8th , The distance between the opposing rectangles 8th the line is the same in each test structure, but along the line the distance varies from test structure to test structure.

In 2b ist eine dem Testmaskendesign aus 2a elektronenstrahllithographisch hergestellten Testmaske 6' gezeigt, bei deren Herstellung keinerlei Korrekturen berücksichtigt wurden. Aus diesem Grund steigt die Linienbreite mit geringer werdendem Abstand der Rechtecke 8' zu Linie 7' an. Als Linienbreite kann etwa ein Wert von 2 μm vorgegeben werden. Von der in 2b gezeigten Testmaske wird 6' wird nun mit einer kalibrierten Emulationsabbildungseinrichtung ein Luftbild erzeugt. Dieses ist in 2c dargestellt. Gegenüber der in 2b gezeigten Testmaske 6' sind im in 2c gezeigten Luftbild der Testmaske 6'' weitere Störungen zu sehen, Ausbeulungen sowohl bei der Linie als auch bei den Rechtecken in den Bereichen, wo der Abstand der Rechtecke zu der Linie kleiner wird. Das Luftbild 6'' wird nun hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen für die Linienbreiten bzw. die kritische Dimension in Abhängigkeit von den Teststrukturen ausgewertet. Bei den hier gezeigten Teststrukturen der Testmaske 6' muß dabei im wesentlichen bestimmt werden, wie sich im Luftbild der Abstand der Rechtecke 8'' zur Linie 7'' im Vergleich zu dem im Maskendesign vorgegebenen Abstand zwischen den Rechtecken 8 und der Linie 7 entwickelt. Anhand des Ergebnisses dieser Auswertung werden anschließend mit bekannten Algorithmen die Korrekturen bestimmt.In 2 B is a testmask design out 2a Electron beam lithograph produced test mask 6 ' shown in the production of any corrections were taken into account. For this reason, the line width increases with decreasing distance of the rectangles 8th' to line 7 ' at. The line width can be given as a value of 2 microns. From the in 2 B shown test mask 6 ' Now an aerial image is generated with a calibrated emulation imager. This is in 2c shown. Opposite the in 2 B shown test mask 6 ' are in the 2c shown aerial view of the test mask 6 '' see more perturbations, bulges both in the line and in the rectangles in the areas where the distance of the rectangles to the line becomes smaller. The aerial picture 6 '' is now evaluated in terms of compliance with predetermined tolerances for the line widths and the critical dimension depending on the test structures. For the test structures of the test mask shown here 6 ' must be essentially determined, as reflected in the aerial image, the distance of the rectangles 8th'' to the line 7 '' compared to the distance between the rectangles specified in the mask design 8th and the line 7 developed. Based on the result of this evaluation, the corrections are then determined using known algorithms.

Die Korrekturen gehen dann zusätzlich zum Maskendesign in das Maskenlayout ein, sie korrigieren die beim Schreiben auf die Maske treffende Dosis an Elektronen des Elektronenstrahls. Die Korrekturen können dabei so gestaltet sein, daß die Formgebung des Elektronenstrahls modifiziert wird, daß beispielsweise an einer Stelle, an der im unkorrigierten Fall eine Verbreiterung auftritt, die geometrischen Dimensionen entsprechend verkleinert werden. Im Falle der Korrektur tritt dann die Ausbeulung zwar weiterhin auf, jedoch entspricht sie im Ergebnis der vorgegebenen Geometrie. Bevorzugt erfolgt die Korrektur jedoch durch eine Modulation der Elektronendosis, die auf das Substrat mit dem Photolack trifft. Diese Modulation kann beispielsweise mit der Funktion

erfolgen, der sogenannten Nachbarschaftsfunktion, einer Kombination von mindestens zwei normierten, zweidimensionalen Gaußfunktionen. Der Parameter α beschreibt die Vorwärtsstreuung der Elektronen, der Parameter β die Rückwärtsstreuung. Der Parameter η beschreibt das Verhältnis der eingetragenen Energien von Rückwärts- zu Vorwärtsstreuungskomponente, r schließlich ist der Abstand vom Zentrum des Auftreffens Elektronenstrahls. Anhand des Ergebnisses der Auswertung des Luftbildes werden nun die Parameter α, β, und η bestimmt, so daß unter Berücksichtigung der Modulation sich bei der Belichtung Vorwärts- und Rückwärtsstreuungskomponenten gegenseitig aufheben und man schließlich die gewünschte Belichtung erzeugt. Bei entsprechender Wahl der Parameter bzw. ggf. unter der Hinzufügung weiterer Terme lassen sich auf diese Weise nicht nur der proximity-effect, sondern auch der fogging-effect und der loading-effect berücksichtigen. Da die Korrektur anhand der Auswertung des Luftbildes der Maske erzeugt wird, und nicht anhand einer rasterelektronenmikroskopischen Untersuchung der Maske selbst, sind die Korrekturen näher an der Realität und berücksichtigen außerdem zwanglos das Abbildungsverhalten der Maske. Damit ist nicht nur eine bessere Korrektur möglich, sondern auch eine Anpassung der Korrekturen an verschiedene Abbildungsgegebenheiten, beispielsweise verschiedene Abbildungsoptiken oder verschiedene Photolacke für die optische Belichtung. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, die mindestens eine Testmaske ergänzend rasterelektronenmikroskopisch zu vermessen. Das Ergebnis kann dann ebenfalls für die Bestimmung der Korrekturen verwendet werden.The corrections then go in addition to Mask design in the mask layout, they correct the striking when writing on the mask dose of electrons of the electron beam. The corrections can be designed so that the shaping of the electron beam is modified such that, for example, at a point at which a broadening occurs in the uncorrected case, the geometric dimensions are reduced accordingly. In the case of correction then the bulge still occurs, but it corresponds to the result of the given geometry. Preferably, however, the correction is effected by a modulation of the electron dose which strikes the substrate with the photoresist. This modulation can, for example, with the function

take place, the so-called neighborhood function, a combination of at least two normalized, two-dimensional Gaussian functions. The parameter α describes the forward scattering of the electrons, the parameter β the backward scattering. The parameter η describes the ratio of the registered energies of the backward to forward scattering component. Finally, the distance from the center of the impact is electron beam. Based on the result of the evaluation of the aerial image, the parameters .alpha., .Beta., And .eta. Are determined, so that, taking account of the modulation, forward and backward scattering components cancel each other out during the exposure and finally the desired exposure is generated. With an appropriate choice of the parameters or possibly with the addition of further terms, not only the proximity effect but also the fogging effect and the loading effect can be taken into account in this way. Since the correction is generated by the evaluation of the aerial image of the mask, and not by a scanning electron microscopic examination of the mask itself, the corrections are closer to reality and also take into account the imaging behavior of the mask. Thus, not only a better correction is possible, but also an adjustment of the corrections to different imaging conditions, for example, different imaging optics or different photoresists for the optical exposure. It is of course also possible to measure the at least one test mask in addition by scanning electron microscopy. The result can then also be used to determine the corrections.

In 3 ist ein anderes mögliches Testmaskendesign 9 dargestellt. Auch hier sind auf dem Design verschiedene Teststrukturen aus leiterförmig angeordneten Balken 11 vorgesehen. Innerhalb jeder der Teststrukturen 10.1, 10.2, ..., 10.20 ist der Abstand von Balken zu Balken quer zur Längsachse der Balken gleich, der Abstand variiert jedoch von Teststruktur zu Teststruktur in vorgegebener Weise. So haben die Balken in der Teststruktur 10.3 beispielsweise den dreifachen Abstand zueinander verglichen mit der Teststruktur 10.1. Außerdem umfaßt das Testmaskendesign einen einfachen Balken 12, der wie die Balken 11 ausgeformt ist, jedoch befinden sich zu beiden Seiten des Balkens 12 keine weiteren Balken. Auch mit dem Testmaskendesign 9 läßt sich eine Testmaske herstellen, bei der PE, LE und FE unkorrigiert sind. Anhand einer Auswertung eines Luftbildes, welches von der aus dem Testmaskendesign 9 hergestellten Testmaske erzeugt wurde, lassen sich die notwendigen Korrekturen, beispielsweise die Eingabeparameter α, β, und η bestimmen.In 3 is another possible testmask design 9 shown. Here, too, different test structures of ladder-shaped bars are on the design 11 intended. Within each of the test structures 10.1 . 10.2 , ..., 10:20 For example, the distance from bar to bar across the longitudinal axis of the bars is the same, but the spacing varies from test structure to test structure in a predetermined manner. So have the bars in the test structure 10.3 for example, three times the distance compared to the test structure 10.1 , In addition, the testmask design includes a simple bar 12 who like the bars 11 is formed, however, are located on both sides of the bar 12 no more bars. Also with the testmask design 9 A test mask can be made in which PE, LE and FE are uncorrected. Based on an evaluation of an aerial image, which of the from the test mask design 9 produced test mask, the necessary corrections, for example, the input parameters α, β, and η can be determined.

Dabei ist es selbstverständlich möglich, von allen Testmasken Luftbilder zu erzeugen und diese Luftbilder auszuwerten, wodurch die Genauigkeit weiter erhöht wird. Auch können Testmasken mit verschiedenen Dosen hergestellt werden.there Of course it is possible of all test masks Aerial images to generate and evaluate these aerial images, which the accuracy is further increased. Also can Test masks are made with different doses.

Der Ablauf des Verfahrens insgesamt ist noch einmal in 4 dargestellt. Zunächst wird ein Layout für mindestens eine Testmaske entworfen. In dieses fließen das Design der mindestens einen Testmaske ein sowie die Parameter für die Belichtung. Diese Belichtungsparameter werden im Laufe des Verfahrens ergänzt um die Korrekturen, also beispielsweise um die Parameter α, β, und η zur Modulation der Dosis. Beides, Testmaskendesign und Belichtungsparameter bestimmt das Maskenlayout, anhand dessen die mindestens eine Testmaske elektronenstrahllithographisch hergestellt wird. Von der mindestens einen Testmaske wird dann im nächsten Schritt mit einer Emulationsabbildungseinrichtung, wie beispielsweise dem AIMS der Carl Zeiss SMS GmbH, ein Luftbild erzeugt. Das AIMS muß zuvor allerdings einmal kalibriert werden. Die Kalibrierung erfolgt, indem elektronenstrahllithographisch eine Kalibriermaske mit Referenzstrukturen hergestellt wird, mit der Emulationsabbildungseinrichtung ein Luftbild der Kalibriermaske erzeugt wird und ein Wafer unter der Verwendung der Kalibriermaske belichtet und entwickelt wird. Anschließend werden die Linienbreiten bzw. die kritischen Dimensionen sowohl im Luftbild als auch auf dem Wafer bestimmt. Aus einem Vergleich der kritischen Dimensionen läßt sich dann ermitteln, bei welcher Dosis bzw. optischer Belichtung die kritischen Dimensionen übereinstimmen. Anstelle eines AIMS kann beispielsweise auch das AERA von Applied Materials, Inc. verwendet werden, oder das TeraScanHR von KLA Tencor Corporation in Verbindung mit einer Luftbildsimulation.The procedure of the procedure is again in total 4 shown. First, a layout is designed for at least one test mask. The design of the at least one test mask and the parameters for the exposure flow into this. In the course of the method, these exposure parameters are supplemented by the corrections, for example by the parameters α, β and η for modulation of the dose. Both the test mask design and the exposure parameters determine the mask layout, by means of which the at least one test mask is produced by electron beam lithography. From the at least one test mask, an aerial image is then generated in the next step with an emulation imaging device, for example the AIMS from Carl Zeiss SMS GmbH. However, the AIMS must first be calibrated once. The calibration is performed by electron beam lithography a calibration mask with reference structures is prepared, the emulation imaging device is an aerial image of the calibration mask is generated and a wafer is exposed using the calibration mask and developed. Subsequently, the line widths and the critical dimensions are determined both in the aerial image and on the wafer. From a comparison of the critical dimensions, it can then be determined at which dose or optical exposure the critical dimensions match. For example, the AERA from Applied Materials, Inc. may be used instead of an AIMS, or the TeraScanHR from KLA Tencor Corporation in conjunction with an aerial image simulation.

Das Luftbild der Testmaske wird ausgewertet, indem die Linienbreiten bzw. kritischen Dimensionen im Luftbild mit den vorgegebenen Linienbreiten im Testmaskendesign verglichen werden, wie oben schon ausgeführt. Daraus lassen sich dann die Korrekturen für die Belichtungsparameter, insbesondere also für die Modulation der Dosis der Elektronen, bestimmen, die dann zusammen mit dem Testmaskendesign in das Maskenlayout eingehen. Außerdem kann das Luftbild einer Photoresistsimulation mit optionaler Ätzung unterzogen werden, so daß man verbesserte Aussagen über das Abbildungsverhalten der Testmaske erhält. Ergänzend kann zusätzlich von der Testmaske auch ein Bild mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) aufgenommen und ausgewertet werden, die Ergebnisse dieser Auswertung können ebenfalls zur Bestimmung der Korrekturen verwendet werden. Sind die Korrekturen bestimmt, wird das Maskenlayout entsprechend modifiziert. In einem zusätzlichen Schritt können die Korrekturen dann außerdem verifiziert werden. Dazu wird unter Berücksichtigung der Korrekturen für das jeweilige Testmaskendesign eine weitere Testmaske elektronenstrahilithographisch hergestellt. Unter Verwendung dieser mindestens einen weiteren Testmaske wird dann photolithographisch ein Wafer belichtet. Die Geometrie des Wafers wird anschließend rasterelektronenmikroskopisch auf die Einhaltung vorgegebener Toleranzen bzgl. der Linienbreite bzw. der kritischen Dimension überprüft. Werden die Toleranzen eingehalten, so werden die Korrekturen verifiziert, ansonsten werden die Belichtungsparameter abermals modifiziert. Die Waferbelichtung kann auch durch eine Luftbildaufnahme oder -simulation mit optionaler anschließender Photoresistsimulation ergänzt werden. Der ganze Zyklus kann mehrfach durchlaufen werden.The aerial image of the test mask is evaluated by comparing the line widths or critical dimensions in the aerial image with the specified line widths in the test mask design, as already explained above. From this the cor corrections for the exposure parameters, in particular for the modulation of the dose of electrons, which then enter into the mask layout together with the test mask design. In addition, the aerial image can be subjected to a photoresist simulation with optional etching, so as to obtain improved information about the imaging behavior of the test mask. In addition, an image can additionally be taken and evaluated by the test mask using a scanning electron microscope (SEM), the results of this evaluation can also be used to determine the corrections. Once the corrections have been determined, the mask layout is modified accordingly. In an additional step, the corrections can then also be verified. For this purpose, taking into account the corrections for the respective test mask design, a further test mask is produced by electron-beam lithography. Using this at least one further test mask, a wafer is then photolithographically exposed. The geometry of the wafer is then examined by scanning electron microscopy for compliance with predetermined tolerances with respect to the line width or the critical dimension. If the tolerances are maintained, the corrections are verified, otherwise the exposure parameters are modified again. The wafer exposure can also be supplemented by aerial photography or simulation with optional subsequent photoresist simulation. The whole cycle can be repeated several times.

Sind die Korrekturen verifiziert worden, so lassen sie sich bei der Herstellung von relevanten Maskenstrukturen, wie beispielsweise in 1 gezeigt, in Abhängigkeit von den Vorgaben des Maskendesigns verwenden.Once the corrections have been verified, they can be used in the production of relevant mask structures, such as in 1 shown, depending on the specifications of the mask design.

Ein Beispiel, wie sich die Berücksichtigung der Korrekturen auswirken, ist in 5 dargestellt. Dabei geht es um die photolithographische Herstellung sogenannter Kontaktlöcher (contact holes – CH). Ein beispielhaftes Strukturdesign – d. h. wie die Struktur auf dem Wafer aussehen soll – mit einem solchen Muster aus einem Kontaktloch links oben und drei übereinanderliegenden Kontaktlöchern unten auf der rechten Seite ist in 5a gezeigt. Die Herstellung solcher Kontaktlöcher gehört zu den schwierigsten Aufgaben in der Lithographie, da es wesentlich darauf ankommt, daß die Kontrastkante an den Rändern der Löcher einen möglichst steilen Verlauf hat. Im klassischen Ansatz – hier nicht gezeigt – weist ein Maskendesign und folgend eine damit hergestellte Maske – an den Stellen, wo die CH auf dem Wafer entstehen sollen, quadrati sche Strukturen auf, die durch OPC-Technik im Bereich der drei übereinanderliegenden Löcher auch zu Rechtecken ausgeformt sein können.An example of how the consideration of the corrections has an effect is in 5 shown. This involves the photolithographic production of so-called contact holes (CH). An exemplary structure design - ie, what the structure should look like on the wafer - with such a pattern of a contact hole on the top left and three superimposed contact holes on the bottom right is in 5a shown. The production of such contact holes is one of the most difficult tasks in lithography, since it is essential that the contrast edge at the edges of the holes has a steep as possible course. In the classical approach - not shown here - has a mask design and following a mask made there - at the locations where the CH on the wafer to arise quadrati cal structures, the OPC technique in the three superimposed holes also to rectangles can be formed.

Da der auf diese Weise erzielte Kontrast nicht befriedigend ist, werden mittels inverser Phototlithographie sogenannte Unterstützungsmerkmale (assist features – AF) im Maskendesign entworfen und auf der Maske angebracht. In 5b ist eine Maske gezeigt, bei der solche AF berücksichtigt wurden, bei der jedoch keine Korrekturen der Dosis bzw. Geometrie aufgrund von Testmaskenbelichtungen vorgenommen wurden. Um die vier größeren Vierecke herum finden sich nun kleinere Strukturen. Die Lage und Größe der AF wird dabei anhand von Modellen bestimmt.Since the contrast achieved in this way is not satisfactory, so-called assist features (AF) are designed in the mask design by means of inverse photolithography and mounted on the mask. In 5b For example, a mask is shown in which such AF were considered, but where no corrections were made to the dose or geometry due to test mask exposures. There are now smaller structures around the four larger squares. The position and size of the AF is determined by models.

In 5c ist ein Luftbild dieser ohne Korrekturen erzeugten Maske dargestellt. Das Luftbild weist jedoch einen zusätzlichen kleinen Fleck rechts oben in Richtung der Mitte auf, der sich auch bei der Abbildung auf den Wafer als unerwünschtes, zusätzliches kleines Kontaktloch bemerkbar macht. Ein rasterelektronenmikroskopisches Bild des Wafers an dieser Stelle ist in 5d gezeigt.In 5c An aerial picture of this mask generated without corrections is shown. However, the aerial image has an additional small spot in the upper right in the direction of the center, which is also noticeable as an undesired, additional small contact hole when being imaged onto the wafer. A scanning electron micrograph of the wafer at this point is in 5d shown.

Wendet man hingegen bei Überführung des Maskendesigns in ein Maskenlayout die an entsprechenden – für die normale und die inverse Lithographie erstellten – Testmasken bestimmten Korrekturen der Elektronendosis an, so ergibt sich eine geringfügig andere Maskenstruktur. Die entsprechend korrigierte Maske ist in 5e dargestellt. Eine Luftbildanalyse – wie in 5f gezeigt – ergibt, daß die Maske nun korrekt abgebildet wird und das gewünschte Muster auf dem Wafer erzeugt wird.If, on the other hand, if the mask design is converted into a mask layout by applying the corrections of the electron dose to corresponding test masks produced for the normal and the inverse lithography, a slightly different mask structure results. The correspondingly corrected mask is in 5e shown. An aerial view analysis - as in 5f shows that the mask is now correctly imaged and the desired pattern is created on the wafer.

Da bei dem vorangehend beschriebenen Verfahren eine Luftbildanalyse der Testmaske vorgenommen wird, läßt sich zum einen auf viele bzgl. Zeit und Kosten aufwendige Waferbelichtungen mit Testmasken verzichten, zum anderen sind die vorbestimmten Korrekturen genauer als solche, die ausschließlich aufgrund rasterelektronenmikroskopischer Analysen bestimmt werden, da sie die tatsächlichen Verhältnisse besser widerspiegeln.There in the method described above, an aerial image analysis the test mask is made, can be for a time-consuming and costly wafer exposure for many dispensing with test masks, on the other hand are the predetermined corrections more accurate than those solely due to scanning electron microscopy Analyzes are determined as they reflect the actual circumstances better reflect.

1, 2, 31, 2, 3: Teststrukturen im Designtest structures in the design
1', 2', 3'1', 2 ', 3': Teststrukturen auf der Masketest structures on the mask
4, 54, 5: Bereicheareas
66: TestmaskendesignTest mask design
6'6 ': Testmasketest mask
6''6 '': LuftbildAerial view
7, 7', 7''7, 7 ', 7' ': Linieline
8, 8', 8''8th, 8 ', 8' ': Rechteckrectangle
99: TestmaskendesignTest mask design
10.1...10.2110.01 ... 10.21: Teststrukturentest structures
11, 1211 12: Balkenbar

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- US 6107207 [0010]
US 7241542 [0011]
- US 7241542 B2 [0017]

Claims

Method for determining corrections for electron-beam lithographic mask recorders, in which - at least one test mask ( 6 ' ) is produced with test structures electron beam lithographically, - of the at least one test mask ( 6 ' ) an aerial view ( 6 '' ), - the aerial image ( 6 '' ) is evaluated in terms of compliance with predetermined tolerances as a function of the test structures and based on the result of the evaluation, the corrections are determined.

Method according to Claim 1, characterized in that, on the basis of the aerial image ( 6 '' ) a photoresist simulation is performed and the results of the photoresist simulation are used to determine the corrections.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that - taking into account the corrections, at least one further test mask ( 6 ' ) is produced with test structures electron beam lithography, - a wafer using the at least one further test mask ( 6 ' ) is photolithographically described, - the geometry of the wafer is checked by scanning electron microscopy for compliance with tolerances and - the corrections are verified if the tolerances are observed.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the aerial image with a calibrated Emulation mapping device is generated.

Method according to claim 4, characterized in that that the emulation imager is calibrated by doing Electron beam lithographic a calibration mask with Reference structures is produced, With the emulation imager an aerial image of the calibration mask is generated, - one Wafer exposed and developed using the calibration mask becomes, - the critical dimensions in aerial photography and be determined on the wafer, and - from a comparison the critical dimensions at which dose the match critical dimensions.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the corrections in the Write on the mask striking dose of electrons of the electron beam correct.

Method according to claim 6, characterized in that that the corrections include geometric corrections.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that the correction by modulation of the dose with the function

where α describes a forward scatter and β a backward scatter, η is the ratio of the registered energies of backward to forward scatter, and r is the distance to the center of electron beam impingement.

Method according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the at least one test mask ( 6 ' ) is additionally measured by scanning electron microscopy and the result is evaluated in terms of compliance with predetermined tolerances as a function of the test structures and used to determine the corrections.