DE102009019140A1

DE102009019140A1 - Verfahren und Kalibriermaske zum Kalibrieren einer Positionsmessvorrichtung

Info

Publication number: DE102009019140A1
Application number: DE102009019140A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dr. Kerwien; Jochen Hetzler
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2029-04-30
Also published as: US20120160007A1; US8617774B2; TW201109837A; TWI490634B; CN102414615A; CN102414615B; DE102009019140B4; WO2010124791A1

Abstract

Ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung (10) zur Positionsvermessung von Messstrukturen (14) auf einer Lithographiemaske (12) umfasst die folgenden Schritte: Qualifizieren einer Kalibriermaske (40) mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen (42) durch Bestimmen von Positionen der diffraktiven Strukturen (42) zueinander mittels interferometrischer Messung, Bestimmen von Positionen von auf der Kalibriermaske (40) angeordneten Messstrukturen (14) zueinander mittels der Vorrichtung sowie Kalibrieren der Vorrichtung (10) mittels der für die Messstrukturen (14) bestimmten Positionen sowie der für die diffraktiven Strukturen (42) bestimmten Positionen.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske, nachstehend auch als Positionsmessvorrichtung bezeichnet, eine Kalibriermaske zum Kalibrieren einer derartigen Vorrichtung sowie einen Kalibriermaskensatz mit derartigen Kalibriermasken. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung mit einer Vorrichtung zur Positionsvermessung sowie einer derartigen Kalibriermaske, eine Verwendung einer derartigen Kalibriermaske, sowie ein Verfahren zum Vermessen einer Maske für die Mikrolithographie.
Die hochgenaue Positionsvermessung von Messstrukturen, wie etwa Justagemarken, auch „Alignment-Marken” bezeichnet, auf einer Lithographiemaske gehört zu den zentralen Aufgaben der Maskenmetrologie. Sie wird auch als Photomaskenstrukturplazierung oder „Photomask Pattern Placement” (PPPM) bezeichnet. Über die Vermessung der Messstrukturen wird die Maßverkörperung auf der Maske mit einer hohen Genauigkeit generiert. Sie ist eine unabdingbare Voraussetzung dafür, im Schreibprozess der Masken mit Elektronenstrahlschreibern die Positionsgenauigkeit der Strukturen auf der Maske überhaupt zu ermöglichen. Weiterhin ermöglicht die Vermessung der Messstrukturen eines bestehenden Maskensatzes, die Abweichung der Strukturpositionen der verschiedenen Masken für die einzelnen lithographischen Schichten zueinander zu qualifizieren. Diese Abweichung der Strukturpositionen von Maske zu Maske wird auch als „Overlay” bezeichnet. Masken im oben genannten Sinne werden oft auch als Retikel bezeichnet.
Mit der Verkleinerung der Maskenstrukturen von Technologieknoten zu Technologieknoten nehmen auch die Anforderungen an die Positionsvermessung der Maskenstrukturen stetig zu. Durch Technologien wie Doppelstrukturierung erhöhen sich die Anforderungen an das Masken-zu-Masken-Overlay und damit an die Strukturpositionierung darüber hinaus deutlich. Da die einzelnen Masken eines Maskensatzes in zunehmendem Maße in verschiedenen, oft weltweit verteilten Maskenhäusern hergestellt und mit unterschiedlichen Positionsmessvorrichtungen, welche auch als „Registration-Anlagen” bezeichnet werden, vermessen werden, kommt der Abstimmung der einzelnen Positionsmessvorrichtungen zueinander eine immer größer werdende Bedeutung zu.
Die Positionsbestimmung auf Lithographiemasken beruht herkömmlicherweise ausschließlich auf einer interferometrischen Längenmessung. Hierzu werden Justagemarken einer Maske einzeln mittels eines mikroskopischen Bildes hinsichtlich ihrer Position erfasst. Über einen Positioniertisch werden die einzelnen Justagemarken der Maske nacheinander in das Zentrum des Bildfeldes gefahren und die Position der jeweiligen Justagemarke über Kantenschwellwerte oder über Korrelationsmethoden bestimmt. Daraufhin wird der Abstand zur vorher vermessenen Justagemarke durch Bestimmung des vom Positioniertisch zwischen den Messungen zurückgelegten Weges bestimmt. Der vom Positioniertisch zurückgelegte Weg wird mittels längeninterferometrischer Messung ermittelt.
Die Kalibrierung von Positionsmessvorrichtungen erfolgt herkömmlicherweise durch Selbstkonsistenztests. Dabei wird eine Kalibriermaske in unterschiedlichen Einlegepositionen und Drehstellungen vermessen. Aus dem quasi-redundanten Messdatensatz lassen sich Positionsfehler der Justagemarken auf der Kalibriermaske von immanenten Fehlern der Positionsmessvorrichtung separieren. Letztere werden wiederum zur Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung verwendet.
Typische Ursachen für Fehler der Positionsmessvorrichtung sind u. a. Interferometerfehler sowie Kipp- und Unebenheiten der Interferometerspiegel. Solche Fehler können zwar durch oben beschriebene Kalibrierverfahren berücksichtigt werden, dennoch bleiben solche Methoden an die Messung an der Positionsmessvorrichtung selbst gebunden. Dies führt insbesondere zu den nachstehend aufgeführten Problemen.
Jedes Kalibrierverfahren auf der vorgenannten Basis ist blind für spezielle ihm eigene Fehlertypen. So lassen sich spezielle Klassen von Fehlern durch eine einfache Kalibriermessung nicht erfassen und abseparieren. Beispiele für die Ursachen derartiger Fehler sind u. a.: Spiegelunebenheiten mit Ortsfrequenzen größer als das Kalibrierraster, das sich aus den verschiedenen Einlegepositionen ergibt, Fehllagen der Maske, Bildfeldrotation, Unebenheiten der Maske, etc.
Diesem Problem wird herkömmlicherweise dadurch begegnet, dass die Redundanz der Messungen erhöht wird. Dies erhöht jedoch den Messaufwand deutlich. Der Messaufwand für die Kalibrierung steigt damit mit den Genauigkeitsanforderungen und der Kalibriergüte.
Durch Anpassung der einzelnen Positionsmessvorrichtungen gleichen Typs aneinander können Ausfälle einzelner Maschinen registriert werden. Systematische Fehler, die verfahrensinhärent sind und dem Maschinentyp innewohnen, werden jedoch nicht erkannt.
Zugrunde liegende Aufgabe
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die vorgenannten Probleme zu lösen und insbesondere ein Kalibrierverfahren sowie eine Kalibriermaske bereitzustellen, womit eine Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske mit verbesserter Genauigkeit kalibriert werden kann.
Erfindungsgemäße Lösung
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren umfasst die folgenden Schritte: Qualifizieren einer Kalibriermaske mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen durch Bestimmen von Positionen der diffraktiven Strukturen zueinander mittels interferometrischer Messung, Bestimmen von Positionen von auf der Kalibriermaske angeordneten Messstrukturen zueinander mittels der Vorrichtung, sowie Kalibrieren der Vorrichtung mittels der für die Messstrukturen bestimmten Positionen sowie der für die diffraktiven Strukturen bestimmten Positionen. Eine Kalibriermaske im Sinne dieser Anmeldung muss nicht exklusiv der Kalibrierung der Vorrichtung dienen. Wie nachstehend näher erläutert, kann gemäß einer Ausführungsform auch eine mit entsprechenden diffraktiven Strukturen versehene Produktmaske bzw. Nutzmaske als Kalibriermaske dienen. Gemäß einer anderen Ausführungsform dient die Kalibriermaske lediglich der Kalibrierung der Vorrichtung und umfasst keine auf einen Wafer abzubildende Produktstrukturen.
Als Messstrukturen im Sinne dieser Anmeldung können eigene Justagemarken oder auch auf einen Wafer abzubildende Nutzstrukturen bzw. Produktstrukturen dienen. In einer Ausführungsform können die Messstrukturen auch als sogenannte „in-die-Strukturen” auf der Lithographiemaske enthalten sein.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Kalibiermaske zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Kalibriermaske umfasst diffraktive Strukturen, welche zur interferometrischen Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen konfiguriert sind. Insbesondere sind die diffraktiven Strukturen der Kalibriermaske dazu konfiguriert, eine Vermessung der Positionen der diffraktiven Strukturen mittels Wellenfronterfassung zu ermöglichen. Weiterhin wird gemäß der Erfindung eine Anordnung bereitgestellt, welche eine Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske sowie eine derartige Kalibriermaske umfasst.
Gemäß der Erfindung wird weiterhin eine Verwendung einer Kalibriermaske mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen zur Kalibrierung einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske vorgeschlagen. Diese diffraktiven Strukturen sind zur interferometrischen Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen konfiguriert.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein Kalibrierverfahren zum Kalibrieren einer sogenannten „Registration-Anlage” bereitgestellt. Eine derartige „Registration-Anlage” dient der Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Maske für die Mikrolithographie, d. h. einer Maske, welche dafür vorgesehen ist, in einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie auf einen Halbleiter-Wafer abgebildet zu werden. In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens wird eine Kalibriermaske mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen bereitgestellt. Die diffraktiven Strukturen sind derart gestaltet, dass durch interferometrische Vermessung der diffraktiven Strukturen die Positionen derselben ermittelt werden können. Der Abstand zwischen den diffraktiven Strukturen kann sehr klein sein oder sogar null werden, so dass die einzelnen diffraktiven Strukturen ineinander übergehen.
Nach einer derartigen interferometrischen Bestimmung der Positionen der diffraktiven Strukturen zueinander werden die Positionen von auf der Kalibriermaske angeordneten Messstrukturen mittels der Positionsmessvorrichtung bestimmt. Die Messstrukturen können zusätzlich zu den diffraktiven Strukturen auf der Kalibriermaske angeordnet sein. Alternativ können auch die diffraktiven Strukturen selbst als Messstrukturen fungieren. Der mittels der interferometrischen Messung erzeugte Positionsdatensatz sowie der mittels der Positionsmessvorrichtung ermittelte Positionsdatensatz werden daraufhin verwendet, um die Positionsmessvorrichtung zu kalibrieren.
Die erfindungsgemäße interferometrische Positionsbestimmung der diffraktiven Strukturen lässt sich damit insbesondere auf eine flächenhafte Positionsmessung auf der Kalibriermaske durch Wellenfrontvermessung zurückführen. Mittels einer derartigen Wellenfrontvermessung kann eine Positionsmessgenauigkeit der diffraktiven Strukturen von besser als 2 nm, insbesondere besser als 1 nm, 0,5 nm oder 0,1 nm erzielt werden. Damit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Referenzmethode mit hoher Absolutgenauigkeit zur Verfügung gestellt, zusätzlich beruht das Verfahren auf einem vollkommen unterschiedlichen Messprinzip im Vergleich zur bei herkömmlichen Kalibrierverfahren angewandten Vermessung der Messstrukturen durch Bilderfassung sowie interferometrischer Längenmessung. Die Verwendung einer derartigen andersartigen Messmethode ermöglicht Fehlerseparation, wodurch die Absolutgenauigkeit der Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung erhöht werden kann.
In einer Ausführungsform des Kalibrierverfahrens nach der Erfindung wird beim Qualifizieren der Kalibriermaske eine Messwelle eines Interferometers derart auf die Kalibriermaske eingestrahlt, dass diese in Littrow-Reflexion an den diffraktiven Strukturen reflektiert wird, und die reflektierte Welle wird mit einer Referenzwelle zur Erzeugung eines Interferenzmusters überlagert. Die Messwelle kann als ebene Welle konfiguriert sein. Bei einer Littrow-Reflexion sind die diffraktiven Strukturen in Bezug auf die Messwelle derart ausgerichtet, dass die an den diffraktiven Strukturen unter einer bestimmten Beugungsordnung reflektierte Welle im Strahlengang der eingehenden Messwelle zurückläuft.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird die Kalibriermaske nacheinander in zwei unterschiedlichen Orientierungen in Bezug auf die Messwelle angeordnet, bei denen die Messwelle unter jeweils einer anderen Beugungsordnung an den diffraktiven Strukturen in Littrow-Reflexion reflektiert wird. Insbesondere wird die Kalibriermaske nacheinander derart orientiert, dass die Messwelle jeweils in einer positiven und einer negativen Beugungsordnung in Littrow-Reflexion reflektiert wird, wobei der Betrag der Beugungsordnung jeweils gleich ist. In einer Ausführungsform wird die Kalibriermaske nacheinander derart verkippt, dass die Messwelle in der +1. und der –1. Beugungsordnung Littrow-reflektiert wird. Die Positionen der diffraktiven Strukturen werden durch Differenzbildung der interferometrischen Messungen bei den unterschiedlichen Orientierungen bestimmt. Gemäß einer Variante wird daraufhin die Kalibriermaske bezüglich ihrer Oberflächennormale um 90° gedreht und die Messung für beide Kippstellungen wiederholt. Aus den Messungen beider Rotationsstellungen lassen sich die Positionen der diffraktiven Strukturen in zwei orthogonalen Koordinatenrichtungen bestimmen.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird eine weitere Kalibriermaske, deren diffraktive Strukturen sich von den diffraktiven Strukturen der ersten Kalibriermaske hinsichtlich ihres Strukturtyps unterscheiden, bereitgestellt. Die Positionen der diffraktiven Strukturen der weiteren Kalibriermaske werden mittels interferometrischer Messung bestimmt. Daraufhin werden aus den für die diffraktiven Strukturen der beiden Kalibriermasken bestimmten Positionen systematische Fehler in Abhängigkeit des Strukturtyps bestimmt und die gemessenen Positionen der ersten Kalibriermaske durch Herausrechnen der durch den Strukturtyp der diffraktiven Strukturen der ersten Kalibriermaske bedingten systematischen Fehler korrigiert. Beim Kalibrieren der Vorrichtung werden die korrigierten Positionen der diffraktiven Strukturen der ersten Kalibriermaske verwendet. Dies ermöglicht es, die Kalibriergenauigkeit weiter zu erhöhen.
In einer Ausführungsform nach der Erfindung unterscheiden sich die diffraktiven Strukturen der ersten Kalibriermaske von den diffraktiven Strukturen der weiteren Kalibriermaske dadurch hinsichtlich ihres Strukturtyps, dass sie sich hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Größe unterscheiden. In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird der strukturelle Unterschied dadurch erzeugt, dass die diffraktiven Strukturen auf der ersten Kalibriermaske mittels eines ersten Herstellungsverfahrens und die diffraktiven Strukturen auf der weiteren Kalibriermaske mittels eines sich davon unterscheidenden zweiten Herstellungsverfahrens erzeugt werden. So können beispielsweise bei dem einem Herstellungsverfahren die diffraktiven Strukturen durch Elektronenstrahlschreiben und bei dem anderen Herstellungsverfahren durch holographische Belichtung erzeugt werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung werden die Messstrukturen von den diffraktiven Strukturen gebildet. Damit wird sichergestellt, dass die Positionsvermessung der Kalibriermaske mittels der Positionsmessvorrichtung an exakt den gleichen Koordinatenpunkten wie die interferometrische Positionsvermessung bei der Qualifizierung der Kalibriermaske erfolgt und damit die Positionsmessdaten genau aufeinander abgestimmt sind. Dies erhöht die Genauigkeit der Kalibrierung.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kalibriermaske sind die diffraktiven Strukturen dazu konfiguriert, eine interferometrische Vermessung der Positionen der diffraktiven Strukturen zueinander mit einer Genauigkeit von weniger als 2 nm, d. h. mit einer Genauigkeit von besser als 2 nm, insbesondere besser als 1 nm, zu ermöglichen. Die Genauigkeit kann in diesem Zusammenhang als 3σ, d. h. die dreifache Standardabweichung der Positionen definiert werden. Die Standardabweichung wird aus der Differenz zwischen den gemessenen Positionen und der jeweiligen Sollposition für alle Messpunkte auf der Kalibriermaske berechnet.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung bedecken die diffraktiven Strukturen zusammen mehr als 50%, insbesondere mehr als 70%, der nutzbaren Maskenfläche. In einer Ausführungsform nach der Erfindung bedecken die diffraktiven Strukturen zusammen mehr als 160 cm² einer als 6-Zoll-Maske ausgelegten Kalibriermaske.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist die Kalibriermaske mindestens 1000, insbesondere mindestens 2000, der diffraktiven Strukturen auf. Damit können mindestens 1000 Messpunkte auf der Kalibriermaske hinsichtlich ihrer Position vermessen werden, wodurch die Massverkörperung auf der Maske entsprechend hoch aufgelöst erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die diffraktiven Strukturen jeweils als Beugungsgitter konfiguriert. In einer Variante weisen die Gitterelemente der einzelnen Beugungsgitter zu benachbarten Gitterelementen einen Abstand von weniger als 1,5 μm, insbesondere weniger als 1 μm auf. Sind die diffraktiven Strukturen beispielsweise als zweidimensionale Gitter konfiguriert, so werden die einzelnen Gitterelemente durch die jeweiligen Gitterlinien gebildet. Unter benachbarten Gitterelementen sind dann Gitterlinen zu verstehen, welche die gleiche Ausrichtung aufweisen und unmittelbar benachbart sind. In dem Fall, in dem die diffraktiven Strukturen als Schachbrettgitter konfiguriert sind, sind die Gitterelemente Quadrate eines bestimmten Typs des Schachbrettgitters. Der Abstand zwischen den benachbarten Gitterelementen bezieht sich dann auf den Abstand zwischen zwei Quadraten dieses Typs in vertikaler bzw. horizontaler Richtung des Schachbrettmusters.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind Gitterelemente der einzelnen Beugungsgitter zueinander mit einem Periodenabstand von weniger als 3 μm, insbesondere von weniger als 2 μm, angeordnet. Der Periodenabstand kann auch als „Pitch” bezeichnet werden.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weist jedes Beugungsgitter mindestens 100 Gitterelemente, insbesondere mindestens 200 oder mindestens 1000 Gitterelemente, auf. Dies gilt vorzugsweise für jede Dimension der Kalibriermaske, d. h. für jede der beiden die Maskenoberfläche aufspannende Raumrichtungen. Eine derart hohe Zahl an Gitterelementen ermöglicht eine hochgenaue Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung weisen die diffraktiven Strukturen jeweils eine Ausdehnung von mehr als 200 μm, insbesondere mehr als 1 mm, in mindestens einer Raumrichtung auf. Vorzugsweise weisen die diffraktiven Strukturen in beiden die Maskenoberfläche aufspannenden Raumrichtungen eine Ausdehnung von mehr als 200 μm auf.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die diffraktiven Strukturen dazu konfiguriert, sichtbares Licht bei einem Einfallswinkel von größer als 1°, insbesondere von größer als 10° oder größer als 45°, in Littrow-Reflexion zu reflektieren. Alternativ können die diffraktiven Strukturen dazu konfiguriert sein, UV-Licht bei den genannten Einfallswinkeln in Littrow-Reflexion zu reflektieren.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung können, wie bereits vorstehend erwähnt, die diffraktiven Strukturen jeweils ein Schachbrettgitter aufweisen. Gemäß einer Variante weist dieses mindestens 100, insbesondere mindestens 1000 Gitterelemente in Gestalt von reflektierenden quadratischen Flächen pro Raumrichtung der Maskenoberfläche auf.
Weiterhin können die diffraktiven Strukturen jeweils mehrere eindimensionale Liniengitter unterschiedlicher Ausrichtung umfassen. Derartige Strukturen werden auch als „Parkettstrukturen” bezeichnet. In einer Ausführungsform weisen diese Parkettstrukturen vier Quadranten auf, wobei jeweils ein eindimensionales Liniengitter im ersten und dritten Quadranten in gleicher Ausrichtung angeordnet ist und der zweite und vierte Quadrant jeweils das eindimensionale Liniengitter in einer in Bezug auf die Anordnung im ersten und dritten Quadranten orthogonalen Ausrichtung aufweist. Die Linienlänge der Liniengitter beträgt vorzugsweise mindestens 100 μm, insbesondere mindestens 500 μm.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung umfassen die diffraktiven Strukturen ein Ringgitter, welches mehrere konzentrische Kreise und/oder radiale Linien bezüglich eines Mittelpunkts aufweist. In einer Variante erstreckt sich das Ringgitter über die gesamte nutzbare Fläche der Kalibriermaske. Die diffraktiven Strukturen bilden in diesem Fall ein einziges Ringgitter. Die konzentrischen Kreise sind vorzugsweise nicht äquidistant. Gemäß einer Variante nimmt der Abstand zwischen benachbarten konzentrischen Kreisen mit zunehmendem radialem Abstand vom Zentrum des Ringgitters linear zu.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die diffraktiven Strukturen dazu konfiguriert, Licht im sichtbaren und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich zu beugen. Damit sind die diffraktiven Strukturen dazu konfiguriert, bei Wechselwirkung mit Licht im sichtbaren und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich, insbesondere bei 633 nm, 248 nm oder 193 nm, Beugungseffekte zu erzeugen.
Wie bereits vorstehend erwähnt, weist die Kalibriermaske in einer Ausführugsform nach der Erfindung zusätzlich zu den diffraktiven Strukturen lithographisch auf einen Wafer abzubildende Produktstrukturen auf. In diesem Fall ist die Kalibriermaske als sogenannte Produktmaske oder Nutzmaske ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung sind die diffraktiven Strukturen jeweils computergenerierte Hologramme (CGH's). Die Struktur eines derartigen CGH's wird zunächst durch Computersimulation der von dem CGH zu erzeugenden Interferenzerscheinung bestimmt. Dabei wird die Struktur des CGH's derart optimiert, dass die interferometrische Positionsbestimmung besonders einfach und mit hoher Genauigkeit erfolgen kann. Daraufhin wird das CGH durch lithographische Methoden, z. B. durch Elektronenstrahlschreiben, auf der Kalibriermaske erzeugt.
Weiterhin wird gemäß der Erfindung ein Kalibriermaskensatz mit mehreren der vorgenannten Kalibriermasken bereitgestellt, wobei die diffraktiven Strukturen unterschiedlicher Kalibriermasken sich hinsichtlich ihres Strukturtyps unterscheiden. Dies ermöglicht es, Herstellungsfehler der diffraktiven Strukturen von den Fehlern der interferometrischen Messeinrichtung zu trennen und damit die Herstellungsfehler der diffraktiven Strukturen aus dem Messergebnis herauszurechnen.
Wie bereits vorstehend in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren aufgeführt, unterscheiden sich gemäß einer ersten Variante die unterschiedlichen Strukturtypen hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Größe. Gemäß einer weiteren Variante unterscheiden sich die unterschiedlichen Strukturtypen hinsichtlich des Herstellungsverfahrens der diffraktiven Strukturen.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske bereitgestellt, welche dazu konfiguriert ist, die Position einer jeden der Messstrukturen in Bezug auf die Position einer jeden anderen Messstruktur mit einer Genauigkeit von weniger als 1 nm, insbesondere weniger als 0,5 nm oder weniger als 0,1 nm, zu vermessen. Eine derart genau vermessende Vorrichtung kann durch Kalibrierung derselben mittels des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens konfiguriert werden. D. h. die Kalibrierung einer Positionsmessvorrichtung mittels einer erfindungsgemäß durch interferometrische Positionsvermessung qualifizierten Kalibriermaske ermöglicht es, eine Positionsmessvorrichtung mit der o. g. Genauigkeit zu bereitzustellen. Die Genauigkeit kann, wie bereits im vorstehenden Fall als 3σ, d. h. die dreifache Standardabweichung der gemessenen Positionen definiert werden.
Die bezüglich der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Kalibrierverfahrens angegebenen Merkmale können entsprechend auf die erfindungsgemäße Kalibriermaske oder die erfindungsgemäße Verwendung übertragen werden. Umgekehrt können die bezüglich der vorstehend ausgeführten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kalibriermaske angegebenen Merkmale entsprechend auf das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren bzw. die erfindungsgemäße Verwendung übertragen werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zum Vermessen einer Maske für die Mikrolithographie bereitgestellt. Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen der Maske mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen, sowie Bestimmen der Positionen der diffraktiven Strukturen zueinander mittels interferometrischer Messung. Dieses Messverfahren ermöglicht eine hochgenaue Positionsvermessung von auf der Maske angeordneten Strukturen. Ein Beispiel für die vermessene Maske für die Mikrolithographie ist die vorstehend beschriebene Kalibriermaske. Insbesondere kann auch eine Produktmaske vermessen werden, welche auf den Wafer abzubildende Produktstrukturen aufweist.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Messverfahrens wird eine Messwelle eines Interferometers derart auf die Maske eingestrahlt, dass diese in Littrow-Reflexion an den diffraktiven Strukturen reflektiert wird, und die reflektierte Welle mit einer Referenzwelle zur Erzeugung eines Interferenzmusters überlagert wird. Gemäß einer Variante wird die Kalibriermaske nacheinander in zwei unterschiedlichen Orientierungen in Bezug auf die Messwelle angeordnet, bei denen die Messwelle unter jeweils einer anderen Beugungsordnung an den diffraktiven Strukturen in Littrow-Reflexion reflektiert wird. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Messverfahrens ergeben sich aus den in Bezug auf das erfindungsgemäße Kalibrierverfahren aufgeführten Ausführungsformen und Varianten.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorstehenden sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung beispielhafter erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske,
2 eine Draufsicht auf eine derartige Lithographiemaske mit Messstrukturen,
3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Kalibriermaske mit einer Vielzahl an diffraktiven Strukturen,
4 eine Prinzipdarstellung einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer diffraktiven Struktur gemäß 3,
5 eine Prinzipdarstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer diffraktiven Struktur gemäß 3,
6 eine Prinzipdarstellung einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer diffraktiven Struktur gemäß 3,
7 eine Schnittansicht eines Interferometers zum erfindungsgemäßen Vermessen der Kalibriermaske gemäß 3, sowie
8 eine Veranschaulichung verschiedener Kippstellungen der Kalibriermaske bei der erfindungsgemäßen Vermessung derselben mittels des Interferometers gemäß 7.
Detaillierte Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind funktionell oder strukturell einander ähnliche Elemente soweit wie möglich mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Daher sollte zum Verständnis der Merkmale der einzelnen Elemente eines bestimmten Ausführungsbeispiels auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele oder die allgemeine Beschreibung der Erfindung Bezug genommen werden.
1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Positionsvermessung von Messstrukturen auf einer Lithographiemaske 12. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine derartige Lithographiemaske 12 mit beispielhaften Messstrukturen 14 in Gestalt von als Kreuzstrukturen ausgebildeten Justagemarken. Die Messstrukturen 14 sind in der Darstellung gemäß 2 zu Veranschaulichungszwecken in Relation zur Lithographiemaske 12 stark vergrößert dargestellt. Zur Erleichterung der Beschreibung ist in der Zeichnung ein kartesisches xyz-Koordinatensystem angegeben, aus dem sich die jeweilige Lagebeziehung der in den Figuren dargestellten Komponenten ergibt. In 1 verläuft die x-Richtung nach rechts, die y-Richtung senkrecht zur Zeichenebene in diese hinein und die z-Richtung nach oben. Als Messstrukturen 14 können alternativ auch auf einen Wafer abzubildende Nutzstrukturen bzw. Produktstrukturen dienen. So können die Messstrukturen 14 beispielsweis auch als sogenannte „in-die-Strukturen” auf der Lithographiemaske 12 enthalten sein.
Die Positionsmessvorrichtung 10, oftmals auch als „Registration-Anlage” oder „Placement-Metrologie-Anlage” bezeichnet, umfasst einen Maskenhalter 16 in Gestalt eines Positioniertisches, welcher in der x-y-Ebene gemäß des in 1 angegebenen Koordinatensystems verschiebbar ist. Weiterhin umfasst die Positionsmessvorrichtung Abstandsmessmodule 18 in Gestalt von Längeninterferometern zur Bestimmung eines Verfahrweges des Maskenhalters 16 bei einer Positionsveränderung desselben.
Die Positionsmessvorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Aufnahmeeinrichtung 20, von der hier schematisch ein Messobjektiv 22 und ein zweidimensionaler Detektor 24 dargestellt sind. Ferner umfasst die Aufnahmeeinrichtung 20 einen Strahlteiler 26 sowie eine Beleuchtungsquelle 28, so dass die Messstrukturen 14 auf der in den Maskenhalter 16 eingelegten Lithographiemaske 12 mit Auflichtbeleuchtung aufgenommen werden können. Die Wellenlänge des von der Beleuchtungsquelle 28 ausgestrahlten Lichts kann im sichtbaren Bereich, beispielsweise bei etwa 633 nm, oder auch im UV-Bereich, z. B. bei 365 nm, 248 nm oder 193 nm liegen. Die Positionsmessvorrichtung 10 kann neben der dargestellten Auflichtbeleuchtung auch im Durchlichtmodus betrieben werden, in dem die Lithographiemaske 12 von dem Licht der Beleuchtungsquelle 28 durchstrahlt wird.
Im Betrieb der Positionsmessvorrichtung 10 werden nacheinander die einzelnen Messstrukturen 14 durch entsprechende Verschiebung des Maskenhalters 16 in der x-y-Ebene in das Zentrum des Bildfeldes der Aufnahmeeinrichtung 20 gefahren. Daraufhin wird die Position der jeweiligen Messstruktur 14 durch Auswertung des vom Detektor 24 aufgenommenen Bildes mittels eines Auswertemoduls 30 bestimmt. Dies erfolgt durch Bestimmung von Kantenschwellwerten im Bild der jeweiligen Messstruktur 14 oder über Korrelationsmethoden. Der Abstand zur jeweils vorher gemessenen Messstruktur 14 wird über den mit den Längeninterferometern des Abstandsmessmoduls 18 erfassten Weg des Maskenhalters 16 erfasst. Aus diesen Informationen werden die Positionen der Messstrukturen 14 zueinander auf der Lithographiemaske 12 mit hoher Genauigkeit vermessen.
Um die Positionsmessgenauigkeit der Vorrichtung 10 weiter zu steigern, wird erfindungsgemäß die in 3 veranschaulichte Kalibriermaske 40 zunächst mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens qualifiziert und daraufhin zur Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung 10 verwendet. Diese Kalibrierung dient insbesondere der Eliminierung von Interferometerfehlern des Abstandsmessmoduls 18, wie Cosinus-Fehlern, Fehlern aufgrund längenabhängiger Strahlprofile sowie Kipp- und Unebenheiten der Interferometerspiegel.
Die erfindungsgemäße Kalibriermaske 40 umfasst eine Vielzahl diffraktiver Strukturen 42, welche zur interferometrischen Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen 42, wie nachstehend näher erläutert, konfiguriert sind. Die diffraktiven Strukturen 42 sind in einem dichten Raster über die gesamte nutzbare Fläche der Kalibriermaske 40 verteilt, wie in 3 schematisch veranschaulicht. Im Fall einer 6-Zoll-Maske sind in einer Variante mehr als 1000, vorzugsweise mehr als 2000 derartiger diffraktiver Strukturen 42 angeordnet. Dabei überdecken alle diffraktiven Strukturen 42 zusammengenommen eine Fläche von mehr als 160 cm². Als Kalibriermasken 40 kommen alle gängigen Maskentypen in Betracht, insbesondere Masken mit Resiststrukturen, COG-Masken, MoSi-Masken und Masken mit Quarzstrukturen. In einer Ausführungsform der Kalibriermaske 40 ist der Abstand zwischen jeweils benachbarten diffraktiven Strukturen 42 kleiner als 1 mm. Dies erleichtert die Auswertung der interferometrischen Messung. Der Abstand zwischen den diffraktiven Strukturen 42 kann sogar null werden, in welchem Fall die einzelnen diffraktiven Struktren ineinander übergehen, so dass effektiv eine wesentlicher Bereich der Kalibriermaske 40 oder sogar die gesamte nutzbare Maskenoberfläche von einer die einzelnen diffraktiven Strukturen umfassenden diffraktiven Gesamtstruktur bedeckt ist.
Die in 3 dargestellte Kalibriermaske 40 dient ausschließlich der Kalibrierung der Vorrichtung 10. Alternativ kann die Kalibriermaske 40 jedoch auch als Produktmaske bzw. Nutzmaske ausgebildet sein, welche zusätzlich zu den diffraktiven Strukturen 42 sogenannte Produktstrukturen aufweist. Derartige Produktstrukturen sind dazu vorgesehen, mittels einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie auf einen Wafer abgebildet zu werden. Insbesondere in diesem Fall überdecken die diffraktiven Strukturen 42 vorteilhafterweise zusammengenommen eine kleinere Fläche als vorstehend angegeben. Auch in dem Fall, in dem die Kalibriermaske 40 ausschließlich der Kalibrierung dient, kann in einer Ausführungsform die von den diffraktiven Strukturen 42 überdeckte Fläche kleiner sein als vorstehend angegeben.
4 zeigt eine erste Ausführungsform einer diffraktiven Struktur 42 gemäß 3 in Gestalt einer sogenannten Parkettstruktur 42a. Die Parkettstruktur 42a weist vier Quadranten auf, die jeweils ein reflektierendes eindimensionales Liniengitter 44 aufweisen. Dabei sind die Liniengitter 44 zweier diagonal gegenüberliegender Quadranten horizontal ausgerichtet, während die Liniengitter 44 der beiden verbleibenden Quadranten vertikal ausgerichtet sind. 4 veranschaulicht die Parkettstruktur 42a typisierend. In einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung umfassen die Liniengitter 44 wesentlich mehr Strukturelemente 46a in Gestalt von Linien als in 4 gezeigt, nämlich vorzugsweise 100 bis 200 Linien pro Liniengitter 44. Die Länge dieser Linen ist größer als 100 μm. Die Parkettstrukturen 42a erstrecken sich damit sowohl in x-Richtung als auch y-Richtung über mehr als 200 μm, typischerweise über mehr als 1000 μm. Der Abstand d zwischen den einzelnen Linien 46a beträgt weniger als 1,5 μm, insbesondere etwa 1 μm. Der Periodenabstand, auch Pitch p genannt, ist kleiner als 3 μm, insbesondere kleiner als 2 μm. Die Parkettstruktur 42a ist damit zur Beugung von sichtbarem Licht ausgelegt, wobei ein Littrow-Reflex in erster Beugungsordnung bei einem Einfallswinkel von größer als 1° erzeugt werden kann.
Unter Littrow-Reflektion versteht man, wie nachstehend näher veranschaulicht, dass eine bestimmte Beugungsordnung einer an einer diffraktiven Struktur in Reflexion gebeugten eingestrahlen Welle im Strahlengang der eingestrahlten Welle zurückläuft.
5 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform einer diffraktiven Struktur 40 gemäß 3 in Gestalt eines Schachbrettgitters 42b. Das Schachbrettgitter 42b enthält in der erfindungsgemäßen Ausführungsform vorzugsweise ebenfalls eine große Zahl von Strukturelementen in Gestalt von reflektierenden quadratischen Flächen 46b. In einer Ausführungsform gemäß der Erfindung beträgt die Anzahl der quadratischen Flächen 46b pro diffraktiver Struktur mindestens 100, insbesondere mindestens 1000 sowohl in x- als auch in y-Richtung und ist damit wesentlich größer als in 5 typisierend dargestellt. Der Abstand d zwischen einzelnen quadratischen Flächen ist sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung analog zum Abstand d gemäß 4 vorzugsweise kleiner als 1,5 μm, insbesondere kleiner als 1 μm. Das Schachbrettgitter 42b weist vorzugsweise eine Mindestausdehnung von 1 mm sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung auf.
6 zeigt ein Ringgitter 42c als eine weitere Möglichkeit der Gestaltung der diffraktiven Strukturen 42. Anders als in 3 gezeigt, erstreckt sich das Ringgitter 42c über die gesamte Maskenfläche der Kalibriermaske 40. Die einzelnen diffraktiven Strukturen 42 gemäß 3 gehen damit ineinander über und werden von dem Ringgitter 42c gebildet. Das Ringgitter 42c umfasst Strukturelemente in Gestalt von reflektierenden konzentrischen Kreisen 46c sowie reflektierenden radialen Linien 48c in Bezug auf den Mittelpunkt des Ringgitters 42c. Abhängig von der benötigten Positionsinformation kann das Ringgitter 42c auch lediglich die konzentrischen Kreise 46c oder lediglich die radialen Linien 48c umfassen. Der Abstand d zwischen den konzentrischen Kreisen 46c ist nicht notwendigerweise äquidistant, gemäß einer Variante nimmt er mit zunehmendem radialem Abstand von dem Zentrum des Ringgitters linear oder quadratisch ab. Der mittlere Abstand d zwischen einzelnen konzentrischen Kreisen 46c beträgt zwischen 1 und 100 μm.
Die diffraktiven Strukturen gemäß der 4 bis 6 werden gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung durch interferometrische bzw. holographische Belichtung mit mehreren Planwellen, Kugelwellen oder anderen beliebigen, aber definierten Wellen erzeugt. Damit kann das Entstehen von hochwelligen Fehlern verhindert werden. Alternativ können die diffraktiven Strukturen auch mittels eines Elektronenstrahlschreibers auf der Kalibriermaske 40 erzeugt werden. Die diffraktiven Strukturen 42 können auch komplexere Formen als in den 4 bis 6 gezeigt aufweisen. Insbesondere können die diffraktiven Strukturen 42 als computergenerierte Hologramme (CGH's) gestaltet sein.
7 veranschaulicht ein Interferometer 50 zum Qualifizieren der Kalibriermaske 40. Das Interferometer 50 umfasst eine Lichtquelle 52, einen Strahlteiler 58 sowie eine Interferometerkamera 72. Die Lichtquelle 52 erzeugt Beleuchtungsstrahlung 54. Die Beleuchtungsstrahlung 54 weist ausreichend kohärentes Licht zur Durchführung einer interferometrischen Messung auf. Die Beleuchtungsstrahlung 54 kann beispielsweise mittels eines Helium-Neon-Lasers erzeugt werden und damit eine Wellenlänge von etwa 633 nm aufweisen. Alternativ kann die Beleuchtungsstrahlung 54 aber auch in allen anderen Wellenlängenbereichen bereitgestellt werden, insbesondere auch im UV-Wellenlängenbereich, z. B. bei 365 nm, 248 nm oder 193 nm. Die Beleuchtungsstrahlung 54 wird von der Lichtquelle 52 mit einer im Wesentlichen ebenen Wellenfront erzeugt, breitet sich entlang einer optischen Achse 56 des Interferometers 50 aus und durchläuft den Strahlteiler 58.
Daraufhin trifft die Beleuchtungsstrahlung 54 auf ein Fizeau-Element 60 mit einer Fizeau-Fläche 62. Ein Teil der Beleuchtungsstrahlung 54 wird als Referenzwelle 64 an der Fizeau-Fläche 62 reflektiert. Der das Fizeau-Element 60 durchlaufende Teil der Beleuchtungsstrahlung 54 breitet sich als eingehende Messwelle 66 mit einer ebenen Wellenfront 68 weiter entlang der optischen Achse 56 aus und trifft auf die Oberfläche der Kalibriermaske 40. Die Kalibriermaske 40 wird nacheinander in zwei verschiedenen Kippstellungen in Bezug auf die optische Achse 56 angeordnet.
8 veranschaulicht diese beiden Kippstellungen, wobei die im oberen Bereich der Figur dargestellte Kippstellung der Kippstellung der Kalibriermaske 40 gemäß 7 entspricht. In dieser Kippstellung ist der Kippwinkel α zwischen der Flächennormalen der Kalibriermaske 40 und der optischen Achse 56 derart eingestellt, dass die eingehende Messwelle 66 in plus erster Beugungsordnung an den diffraktiven Strukturen 42 der Kalibriermaske 40 Littrow-reflektiert wird. Das heißt, dass die erste Beugungsordnung der an den diffraktiven Strukturen 42 reflektierten Messwelle im Strahlengang der eingehenden Messwelle 66 als reflektierte Welle 70 zurückläuft. Die reflektierte Welle 70 wird vom Stahlteiler 58 auf die Interferometerkamera 72 gelenkt. Von dieser wird die reflektierte Welle 70 mittels eines Objektivsystems 74 auf eine Erfassungsfläche 76 eines Kamerachips 78 abgebildet. Auf der Erfassungsfläche 76 entsteht durch Überlagerung mit der Referenzwelle 64 ein Interferenzmuster, welches von einem Auswertemodul 80 abgespeichert wird. Aus dem Interferenzmuster lassen sich Abweichungen der Wellenfront der reflektierten Welle 70 von der Wellenfront der Referenzwelle 64 bestimmen und damit die Wellenfront der reflektierten Welle messen.
Wie bereits zuvor erwähnt, wird daraufhin die Kalibriermaske 40 in die im unteren Bereich der 8 gezeigte Kippstellung verbracht, in der die Messwelle 66 an den diffraktiven Strukturen 42 in minus erster Beugungsordnung Littrow-reflektiert wird. Das durch Überlagerung der in minus erster Beugungsordnung reflektierten Welle 70 mit der Referenzwelle 64 auf der Erfassungsfläche 76 des Kamerachips 78 erzeugte Interferenzmuster wird vom Auswertemodul 80 ebenfalls eingelesen.
Das Auswertemodul 80 wertet die in den beiden Kippstellungen der Kalibriermaske 40 generierten Interferogramme aus, indem sie eine Differenzbildung der beiden Interferogramme durchführt. Daraus ergeben sich die x-Koordinaten der einzelnen diffraktiven Strukturen 42 auf der Kalibriermaske 40 relativ zueinander.
Die ermittelten Koordinaten sind insbesondere die Koordinaten der jeweiligen, hinsichtlich der diffraktiven Wirkung der einzelnen Strukturelemente der diffraktiven Strukturen 40 gewichteten Schwerpunkte der diffraktiven Strukturen 40. Für eine symmetrische diffraktive Struktur fällt dieser gewichtete Schwerpunkt mit dem geometrischen Schwerpunkt der geometrischen Struktur zusammen. Vergleicht man diese Koordinaten mit vorgegebenen Sollabständen der diffraktiven Strukturen 42 zueinander, lassen sich die Positionsfehler der diffraktiven Strukturen 42 hinsichtlich ihrer x-Koordinate bestimmen.
Daraufhin wird die Kalibriermaske 40 bezüglich ihrer Oberflächennormale um 90° gedreht und die Messung für beide Kippstellungen gemäß 8 wiederholt. Aus den sich ergebenden Interferogrammen berechnet das Auswertemodul 80 die y-Komponenten der Positionen der diffraktiven Strukturen 42 auf der Kalibriermaske 40. Daraus wiederum werden die entsprechenden y-Komponenten der Positionsfehler der diffraktiven Strukturen 42 berechnet.
Die interferometrische Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen 42 gemäß der Erfindung ermöglicht gegenüber einer herkömmlichen Positionsvermessung von Messstrukturen durch Bilderfassung eine höhere Genauigkeit. Diese ist dadurch bedingt, dass bei der interferometrischen Messung eine Mittelung der Positionen der einzelnen Strukturelemente 46a, 46b bzw. 46c erfolgt. In dem Fall, in dem eine diffraktive Struktur 42 für alle Strukturelemente einen konstanten Positionsfehler aufweist, ergibt sich für die interferometrisch bestimmte Position der diffraktiven Struktur 42 ein Offset, welcher bei der nachfolgenden Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung 10 entsprechend berücksichtigt werden kann. Hierzu müssen die Positionsfehler der einzelnen Strukturelemente einer diffraktiven Struktur 42 klein gegenüber der geforderten Messgenauigkeit sein. Ist dies nicht der Fall, kann alternativ der vorstehend erläuterte gewichtete Schwerpunkt über mehrere Strukturelemente, auch Ensemblewert bezeichnet, herangezogen werden. Die Anwendung des vorstehend beschriebenen interferometrischen Positionsmessverfahrens ist erfindungsgemäß nicht auf eine Kalibriermakse beschränkt. So können auch Produktmasken mit diffraktiven Strukturen 42 versehen werden und mittels des interferometrischen Positionsmessverfahrens vermessen werden.
Mittels der vorstehend beschriebenen Qualifizierung der Kalibriermaske 40 wird ein Satz an Positionsfehlern der auf der Kalibriermaske 40 angeordneten diffraktiven Strukturen 42 mit einer hohen Genauigkeit bestimmt. Daraufhin wird die derart qualifizierte Kalibriermaske 40 anstelle der in 1 gezeigten Lithographiemaske 12 in die Positionsmessvorrichtung 10 eingelegt und die Kalibriermaske 40 von der Positionsmessvorrichtung 10 entsprechend vermessen. Dabei werden die Positionen von auf der Kalibriermaske 40 angeordneten Messstrukturen zueinander vermessen. Die Messstrukturen können zusätzlich zu den diffraktiven Strukturen 42, z. B. in Form von Kreuzen, gemäß 2, auf der Kalibriermaske 40 angeordnet sein. Alternativ können aber auch die diffraktiven Strukturen 42 selbst als Messstrukturen fungieren. In diesem Fall ist eine 1:1-Übereinstimmung der interferometrisch gemessenen Positionsfehler der diffraktiven Strukturen 42 mit den von der Positionsmessvorrichtung gemessenen Positionsfehlern gegeben.
Daraufhin wird die Positionsmessvorrichtung 10 auf der Grundlage des interferometrisch vermessenen Fehlersatzes sowie der mittels der Positionsmessvorrichtung 10 selbst bestimmten Positionen kalibriert. Dabei werden Abweichungen der mittels der Positionsmessvorrichtung 10 erfolgten Positionsmessungen von den durch die interferometrische Vermessung mit hoher Genauigkeit bestimmten Positionen auf der Kalibriermaske 40 verglichen und ein entsprechender Kalibrierdatensatz zur Korrektur von später bei der Vermessung von Lithographiemasken ermittelten Datensätzen bestimmt.
In einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung wird nicht nur eine einzige Kalibriermaske 40 sondern ein ganzer Kalibriermaskensatz derartiger Kalibrier masken 40 bei der Kalibrierung der Positionsmessvorrichtung 10 verwendet. Die einzelnen Kalibriermasken 40 unterscheiden sich hinsichtlich des Strukturtyps der darauf angeordneten diffraktiven Strukturen 42. Der Unterschied im Strukturtyp kann sich auf die Geometrie, Größe oder das Herstellungsverfahren der diffraktiven Strukturen 42 beziehen.
So können die diffraktiven Strukturen 42 einer ersten Kalibriermaske 40 beispielsweise als Parkettstrukturen 42a gemäß 4 ausgebildet sein, während auf einer zweiten Kalibriermaske 40 die diffraktiven Strukturen 42 in Gestalt des in 5 dargestellten Schachbrettgitters ausgebildet sind. Eine dritte Kalibriermaske kann beispielsweise mit den Ringgittern 42c gemäß 6 ausgestattet sein. Weitere Kalibriermasken können diffraktive Strukturen 42 einer bereits auf einer anderen Kalibriermaske verwendeten Geometrie, jedoch in einer anderen Skalierung enthalten.
Weiterhin können die Kalibriermasken sich darin unterscheiden, dass die diffraktiven Strukturen durch unterschiedliche Herstellungsverfahren erzeugt wurden. So können auf einer ersten Kalibriermaske die diffraktiven Strukturen etwa durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt werden, während die Erzeugung der diffraktiven Strukturen auf einer anderen Kalibriermaske durch interferometrische/holographische Belichtung mit mehreren Planwellen erfolgt. Werden nun die Positionsfehler der einzelnen diffraktiven Strukturen für die unterschiedlichen Kalibriermasken 40 mittels des vorstehend beschriebenen interferometrischen Verfahrens qualifiziert, so können typische Herstellungsfehler der diffraktiven Strukturen 42 von Fehlern der Messvorrichtung 10 getrennt werden.

10: Positionsmessvorrichtung
12: Lithographiemaske
14: Messstruktur
16: Maskenhalter
18: Abstandsmessmodul
20: Aufnahmeeinrichtung
22: Messobjektiv
24: Detektor
26: Strahlteiler
28: Beleuchtungsquelle
30: Auswertemodul
40: Kalibriermaske
42: diffraktive Struktur
42a: Parkettstruktur
42b: Schachbrettgitter
42c: Ringgitter
44: eindimensionales Liniengitter
46a: Linie
46b: quadratische Fläche
46c: Kreis
48c: radiale Linie
50: Interferometer
52: Lichtquelle
54: Beleuchtungsstrahlung
56: optische Achse
58: Strahlteiler
60: Fizeau-Element
62: Fizeau-Fläche
64: Referenzwelle
66: eingehende Messwelle
68: ebene Wellenfront
70: reflektierte Welle
72: Interferometerkamera
74: Objektivsystem
76: Erfassungsfläche
78: Kamerachip
80: Auswertemodul

Claims

Kalibiermaske (40) zum Kalibrieren einer Vorrichtung zur Positionsvermessung von Messstrukturen (14) auf einer Lithographiemaske (12) wobei die Kalibriermaske (40) diffraktive Strukturen (42) umfasst, welche zur interferometrischen Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen (42) konfiguriert sind.
Kalibriermaske nach Anspruch 1, bei der die diffraktiven Strukturen (42) dazu konfiguriert sind, eine interferometrische Vermessung der Positionen der diffraktiven Strukturen (42) zueinander mit einer Genauigkeit von weniger als 2 nm zu ermöglichen.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) zusammen mehr als 50% der nutzbaren Maskenfläche bedecken.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche mindestens 1000 der diffraktiven Strukturen (42) aufweist.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) jeweils als Beugungsgitter (42a, 42b, 42c) konfiguriert sind.
Kalibriermaske nach Anspruch 5, bei der Gitterelemente (46a, 46b, 46c, 48c) der einzelnen Beugungsgitter (42a, 42b, 42c) zu benachbarten Gitterelementen einen Abstand von weniger als 1,5 μm aufweisen.
Kalibriermaske nach Anspruch 5 oder 6, bei der Gitterelemente (46a, 46b, 46c, 48c) der einzelnen Beugungsgitter (42a, 42b, 42c) zueinander mit einem Periodenabstand von weniger als 3 μm angeordnet sind.
Kalibriermaske nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der jedes Beugungsgitter (42a, 42b, 42c) mindestens 100 Gitterelemente (46a, 46b, 46c, 48c) aufweist.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) jeweils eine Ausdehnung von mehr als 200 μm in mindestens einer Raumrichtung aufweisen.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) dazu konfiguriert sind, sichtbares Licht bei einem Einfallswinkel von größer als 1° in Littrow-Reflexion zu reflektieren.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) jeweils ein Schachbrettgitter (42b) aufweisen.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei der die diffraktiven Strukturen (42) jeweils mehrere eindimensionale Liniengitter (44) unterschiedlicher Ausrichtung umfassen.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die diffraktiven Strukturen (42) ein Ringgitter (42c) umfassen, welches mehrere konzentrische Kreise (46c) und/oder radiale Linien (48c) bezüglich eines Mittelpunkts aufweist.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die diffraktiven Strukturen (42) dazu konfiguriert sind, Licht im sichtbaren und/oder höherfrequenten Wellenlängenbereich zu beugen.
Kalibriermaske nach einem der vorausgehenden Ansprüche, welche zusätzlich zu den diffraktiven Strukturen (42) lithographisch auf einen Wafer abzubildende Produktstrukturen aufweist.
Kalibriermaskensatz mit mehreren Kalibriermasken (40) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die diffraktiven Strukturen (42) unterschiedlicher Kalibriermasken (40) sich hinsichtlich ihres Strukturtyps unterscheiden.
Kalibriermaskensatz nach Anspruch 16, bei dem die unterschiedlichen Strukturtypen sich hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Größe unterscheiden.
Kalibriermaskensatz nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die unterschiedlichen Strukturtypen sich hinsichtlich des Herstellungsverfahrens der diffraktiven Strukturen (42) unterscheiden.
Kalibriermaskensatz nach Anspruch 18, bei dem die diffraktiven Strukturen (42) eines ersten Strukturtyps durch Elektronenstrahlschreiben und die diffraktiven Strukturen (42) eines zweiten Strukturtyps durch holographische Belichtung erzeugt sind.
Anordnung, welche eine Vorrichtung (10) zur Positionsvermessung von Messstrukturen (14) auf einer Lithographiemaske (12) sowie eine Kalibriermaske (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.
Verwendung einer Kalibriermaske (40) mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen (42) zur Kalibrierung einer Vorrichtung (10) zur Positionsvermessung von Messstrukturen (14) auf einer Lithographiemaske (12), wobei die diffraktiven Strukturen (42) zur interferometrischen Positionsvermessung der diffraktiven Strukturen (42) konfiguriert sind.
Verwendung einer Kalibriermaske (40) nach Anspruch 21, wobei die Kalibriermaske (40) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 konfiguriert ist.
Verfahren zum Kalibrieren einer Vorrichtung (10) zur Positionsvermessung von Messstrukturen (14) auf einer Lithographiemaske (12), mit den Schritten: – Qualifizieren einer Kalibriermaske (40) mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen (42) durch Bestimmen von Positionen der diffraktiven Strukturen (42) zueinander mittels interferometrischer Messung, – Bestimmen von Positionen von auf der Kalibriermaske (40) angeordneten Messstrukturen (14) zueinander mittels der Vorrichtung, sowie – Kalibrieren der Vorrichtung (10) mittels der für die Messstrukturen (14) bestimmten Positionen sowie der für die diffraktiven Strukturen (42) bestimmten Positionen.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem beim Qualifizieren der Kalibriermaske (40) eine Messwelle (66) eines Interferometers (50) derart auf die Kalibriermaske (40) eingestrahlt wird, dass diese in Littrow-Reflexion an den diffraktiven Strukturen (42) reflektiert wird, und die reflektierte Welle (70) mit einer Referenzwelle (64) zur Erzeugung eines Interferenzmusters überlagert wird.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem die Kalibriermaske (40) nacheinander in zwei unterschiedlichen Orientierungen in Bezug auf die Messwelle (66) angeordnet wird, bei denen die Messwelle (66) unter jeweils einer anderen Beugungsordnung an den diffraktiven Strukturen (42) in Littrow-Reflexion reflektiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, bei dem eine weitere Kalibriermaske, deren diffraktive Strukturen (42) sich von den diffraktiven Strukturen (42) der ersten Kalibriermaske (40) hinsichtlich ihres Strukturtyps unterscheiden, bereitgestellt wird, die Positionen der diffraktiven Strukturen (42) der weiteren Kalibriermaske mittels interferometrischer Messung bestimmt werden, aus den für die diffraktiven Strukturen (42) der beiden Kalibriermasken bestimmten Positionen systematische Fehler in Abhängigkeit des Strukturtyps bestimmt werden, die gemessenen Positionen der ersten Kalibriermaske (40) durch Herausrechnen der durch den Strukturtyp der diffraktiven Strukturen (42) der ersten Kalibriermaske (40) bedingten systematischen Fehler korrigiert werden, und beim Kalibrieren der Vorrichtung (10) die korrigierten Positionen der diffraktiven Strukturen (42) der ersten Kalibriermaske (40) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die diffraktiven Strukturen (42) der ersten Kalibriermaske (40) sich von den diffraktiven Strukturen (42) der weiteren Kalibriermaske (40) hinsichtlich ihrer Geometrie und/oder Größe unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, bei dem mittels eines ersten Herstellungsverfahrens die diffraktiven Strukturen (42) auf der ersten Kalibriermaske (40) und mittels eines sich davon unterscheidenden zweiten Herstellungsverfahrens die diffraktiven Strukturen (42) auf der weiteren Kalibriermaske (40) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 28, bei dem bei einem der Herstellungsverfahren die diffraktiven Strukturen (42) durch Elektronenstrahlschreiben und bei dem anderen Herstellungsverfahren die diffraktiven Strukturen (42) durch holographische Belichtung erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, bei dem die Messstrukturen (14) von den diffraktiven Strukturen (42) gebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, bei dem die Kalibriermaske (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 konfiguriert ist.
Verfahren zum Vermessen einer Maske (40) für die Mikrolithographie mit den Schritten: – Bereitstellen der Maske (40) mit darauf angeordneten diffraktiven Strukturen (42), sowie Bestimmen der Positionen der diffraktiven Strukturen (42) zueinander mittels interferometrischer Messung.
Verfahren nach Anspruch 32, bei dem eine Messwelle (66) eines Interferometers derart auf die Maske (40) eingestrahlt wird, dass diese in Littrow-Reflexion an den diffraktiven Strukturen (42) reflektiert wird, und die reflektierte Welle (70) mit einer Referenzwelle (64) zur Erzeugung eines Interferenzmusters überlagert wird.