DE102010063337B4

DE102010063337B4 - Verfahren zur Maskeninspektion sowie Verfahren zur Emulation von Abbildungseigenschaften

Info

Publication number: DE102010063337B4
Application number: DE102010063337.2A
Authority: DE
Inventors: Heiko Feldmann; Michael Totzeck
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2019-03-14
Anticipated expiration: 2030-12-18
Also published as: DE102010063337A1; DE102010063337B9; US20130335552A1; WO2012079723A1

Abstract

Verfahren zur Maskeninspektion, wobei ein Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) eine Maske (230, 330, 430, 530) mit einem Beleuchtungs-Strahlbüschel (215, 315, 415, 515) beleuchtet und diese Maske (230, 330, 430, 530) mit einem Beobachtungs-Strahlbüschel (225, 325, 425, 525) beobachtet wird, welches auf eine Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) gelenkt wird, wobei das auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffende Licht zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske (230, 330, 430, 530) ausgewertet wird,wobei das Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) auf der Maske (230, 330, 430, 530) einen beugungsbegrenzten Lichtfleck erzeugt, wobei bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt;dadurch gekennzeichnet, dassdie Sensoranordnung (440, 540) eine Mehrzahl von Pixeln (440-1;...; 440-n; 540-1;...; 540-n) aufweist, wobei ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels (425, 525) dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (440, 540) auftreffenden Lichtes berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Maskeninspektion sowie ein Verfahren zur Emulation von Abbildungseigenschaften.
Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Im Lithographieprozess wirken sich unerwünschte Defekte auf der Maske besonders nachteilig aus, da diese mit jedem Belichtungsschritt reproduziert werden können und somit die Gefahr besteht, dass im schlimmsten Falle die gesamte Produktion an Halbleiterbauelementen unbrauchbar ist. Daher ist es von großer Bedeutung, die Maske vor ihrem Einsatz in der Massenproduktion auf ausreichende Abbildungsfähigkeit zu prüfen. Dabei tritt in der Praxis u.a. das Problem auf, dass je nach Form der Defekte sowie deren Lage zur abzubildenden Struktur in der Maske schwierig vorhersehbare Abweichungen im Abbildungsverhalten auftreten. Zur Minimierung der Maskendefekte sowie zur Realisierung einer erfolgreichen Maskenreparatur ist somit eine unmittelbare Analyse des Abbildungseffektes möglicher Defektpositionen wünschenswert. Es besteht somit ein Bedarf, die Maske schnell und einfach zu testen, und zwar möglichst unter den gleichen Bedingungen, wie sie real in der Projektionsbelichtungsanlage vorliegen.
Dabei ist zu beachten, dass in der Beleuchtungseinrichtung unterschiedliche Kohärenzgrade des Lichtes, unterschiedliche Beleuchtungssettings sowie immer größere numerische Aperturen eingestellt werden, was in der Praxis anspruchsvolle Herausforderungen an die Emulation bzw. Nachbildung des Abbildungsverhaltens der Projektionsbelichtungsanlage in der Maskeninspektion stellt. Insbesondere werden in der Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage zur Optimierung des Abbildungsverhaltens Beleuchtungssettings wie z.B. ein Dipol- oder Quadrupol-Beleuchtungssetting eingestellt, welche eine partielle Kohärenz des auf die Maske auftreffenden Beleuchtungslichtes zur Folge haben, wobei gegebenenfalls auch Wechsel zwischen unterschiedlichen Beleuchtungssettings (mit unter Umständen auch unterschiedlichen Polarisationsverteilungen) zur Anpassung an die jeweilige Maskenstruktur vorgenommen werden.
US 2008 / 0 170 774 A1 offenbart u.a. eine Maskeninspektionsanlage, wobei in dem Beleuchtungssystem Beleuchtungsparameter des Lithographiesystems nachgebildet werden und wobei ein nach Bedarf konfigurierbarer räumlicher Lichtmodulator sowie eine fokussierende Optik in der Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sind.
US 6 466 315 B1 offenbart u.a. eine Maskeninspektionsanlage, welche in der Beleuchtungseinrichtung einen Mechanismus zur Aufspaltung eines Primär-Laserstrahls in zwei räumlich getrennte Strahlen aufweist, die zwei räumlich getrennte Spots auf der Maske erzeugen.
US 7 027 143 B1 offenbart u.a. eine Maskeninspektionsanlage, bei welcher ein mit einer von der Arbeitswellenlänge des Lithographiesystems verschiedenen Wellenlänge erzeugtes Luftbild der Maske hinsichtlich Unterschieden zwischen Modulationstransferfunktionen der Inspektionsanlage korrigiert wird, so dass das korrigierte Luftbild im Wesentlichen dem im Lithographiesystem lithographisch erzeugten Bild entspricht.
US 2006 / 0 012 873 A1 offenbart u.a. eine Maskeninspektionsanlage zur Emulation eines hochaperturigen Abbildungssystems, wobei im Abbildungsstrahlengang zwischen Maske und Detektor ein optisches Element in Form eines Polarisators mit polarisations- und winkelabhängiger Transmission zur Simulation von Vektoreffekten vorgesehen ist.
Es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Maskeninspektion sowie ein Verfahren zur Emulation von Abbilapparativen dungseigenschaften bereitzustellen, welche bei geringem apparativen Aufwand eine Emulation der in der Projektionsbelichtungsanlage vorliegenden Bedingungen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Patentanspruchs 11 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Maskeninspektionsanlage beleuchtet ein Beleuchtungssystem eine Maske mit einem Beleuchtungs-Strahlbüschel, wobei diese Maske mit einem Beobachtungs-Strahlbüschel beobachtet wird, welches auf eine Sensoranordnung gelenkt wird, wobei das auf die Sensoranordnung auftreffende Licht zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske ausgewertet wird, wobei das Beleuchtungssystem auf der Maske einen beugungsbegrenzten Lichtfleck erzeugt und wobei bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels von der Maske ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, wobei ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung auftreffenden Lichtes berücksichtigt werden.
Dadurch, dass bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des zur Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels von der Maske ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt, werden bei der Maskeninspektion bestimmte Richtungen, die zur Beobachtung des beugungsbegrenzten Lichtflecks verwendet werden, gezielt ausgewählt. Dabei erfolgt durch „Außer-Betracht-Lassen“ eines Teils des von der Maske ausgehenden Lichtes gewissermaßen eine gezielte Einstellung der Form des effektiven Beobachtungs-Strahlbüschels, welches zur finalen Bildgebung in der Maskeninspektionsanlage beiträgt. Hierdurch kann, wie im Weiteren noch näher erläutert, trotz Verwendung einer vollständig kohärenten Beleuchtung in der Maskeninspektionsanlage, eine im späteren Lithographieprozess in der Projektionsbelichtungsanlage verwendete partiell kohärente Beleuchtung emuliert werden, wobei diese Emulation nun auf Seiten der Projektionsoptik der Maskeninspektionsanlage erfolgt.
Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, eine Emulation der in der Projektionsbelichtungsanlage vorliegenden Bedingungen in einer als scannendes Mikroskop ausgestalteten Maskeninspektionsanlage durchzuführen, wobei zum einen die Beleuchtungsoptik dieses scannenden Mikroskops so gestaltet wird, dass sie die Projektionsoptik der Projektionsbelichtungsanlage emuliert, und zum anderen der Bildsensor oder die Bildaufnahme dieses scannenden Mikroskops so gestaltet wird, dass die Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage emuliert wird. Mit anderen Worten vertauschen gewissermaßen Abbildungsoptik und Beleuchtungsoptik in der Maskeninspektionsanlage hinsichtlich der Emulation der Projektionsbelichtungsanlage die Rollen.
Durch die Erfindung kann der apparative Aufwand gegenüber einer herkömmlichen Maskeninspektionsanlage deutlich reduziert werden, da lediglich ein einziger Lichtfleck bzw. Spot auf der Maske konfokal erzeugt bzw. beleuchtet werden muss, so dass als Beleuchtungssystem eine einfache Strahlformungseinheit verwendet werden kann, welche das Licht der (Laser-)Lichtquelle auf einen Punkt auf der Maske fokussiert. Die Strahlformungseinheit kann insbesondere aus einer einzigen Linse bestehen. Des Weiteren ist in der erfindungsgemäßen Maskeninspektionsanlage zwischen Maske und Sensoreinrichtung grundsätzlich überhaupt keine Optik mehr erforderlich, da es auf Seiten des Bildsensors bzw. bei der Bildaufnahme lediglich darauf ankommt, die Beleuchtungsoptik der Projektionsbelichtungsanlage (und insbesondere deren partielle Kohärenz) zu emulieren, was wie im Weiteren erläutert durch Einsatz einer Blende oder durch gezielte, insbesondere nachträgliche Auswahl der bei der Auswertung berücksichtigten, zum Bildsensor gelangenden Photonen erfolgen kann. Im Ergebnis kann somit eine Maskeninspektionsanlage von besonders kompaktem Aufbau realisiert werden.
Aufgrund des kompakten Aufbaus besteht eine vorteilhafte Anwendung der Erfindung darin, die Maskeninspektion als Zusatzfunktionalität in einer Maskenreparaturmaschine vorzusehen, in welcher typischerweise unter Einsatz von Ionenstrahlen eine Reparatur von Masken durchgeführt wird und in der die durch den erfindungsgemäßen kompakten Aufbau ermöglichte Implementierung der Maskeninspektion eine unmittelbare Qualitätskontrolle realisierbar macht. Die Erfindung kann ferner auch in anderen Vorrichtungen zur Maskeninspektion (welche lediglich Fehler in der Maske erfassen, ohne deren Auswirkung auf den Lithographieprozess zu analysieren) als Zusatzmodul implementiert werden, um zusätzlich eine Charakterisierung der aufgefundenen Fehler hinsichtlich ihrer Auswirkung auf den Lithographieprozess (etwa in Verbindung mit einem bestimmten Beleuchtungssetting) zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform wird zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske eine Scanbewegung des Lichtflecks relativ zur Maske ausgeführt (und insoweit bewusst der mit einem Scanprozess verbundene Aufwand in Kauf genommen, zumal hierfür gegebenenfalls eine bereits vorhandene Infrastruktur, wie die Scaneinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage, genutzt werden kann). Der in der Maskeninspektionsanlage durchgeführte Scanprozess kann entweder durch Bewegen allein der den Lichtfleck verursachenden Strahlformungsoptik bzw. Linse des Beleuchtungssystems, durch Bewegen von Strahlformungsoptik bzw. Linse des Beleuchtungssystems und Sensoranordnung, oder durch Bewegen lediglich der Maske bei festgehaltener Strahlformungsoptik und Sensoranordung erfolgen.
Die Erfindung ist sowohl im EUV (d.h. bei Wellenlängen von z.B. etwa 13 nm oder etwa 7 nm) oder auch im UV- oder DUV-Bereich (z.B. bei Wellenlängen von weniger als 250 nm, insbesondere weniger als 200 nm) realisierbar. Somit kann es sich bei der in der Maskeninspektionsanlage inspizierten Maske sowohl um ein (für eine EUV-Projektionsbelichtungsanlage bestimmtes) reflektierendes Retikel als auch um ein (für eine Projektionsbelichtungsanlage im DUV- oder UV-Bereich bestimmtes) transmittierendes Retikel handeln.
Der Erfindung liegt die zunächst überraschende Erkenntnis zugrunde, dass es möglich ist, mit Hilfe einer vollständig kohärenten Beleuchtung im Beleuchtungssystem der Maskeninspektionsanlage eine partielle Kohärenz in einer Projektionsbelichtungsanlage zu simulieren.
Die von den Erfindern erkannte Äquivalenz der Resultate, die im Rahmen der Erfindung in der Maskeninspektionsanlage durch Kombination einer vollständig kohärenten Beleuchtung mit der Emulation partieller Kohärenz auf Seiten der Sensoranordnung erzielt werden, mit den Ergebnissen einer herkömmlichen, partiell kohärente Beleuchtung einsetzenden Maskeninspektionsanlage (bei welcher die im System vorhandenen Lichtwellen zueinander nur teilweise kohärent sind bzw. mehrere voneinander unabhängig schwingende elektrische Felder existieren, also die Beleuchtung gleichzeitig aus mehreren Richtungen erfolgt, die miteinander inkohärent sind) wird im Folgenden nachgewiesen:
Entsprechend der Theorie partieller Kohärenz ist das Detektorsignal am Ort x gegeben durch: $\begin{array}{l} I (x) = \int d v_{1} d v_{2} d x_{1} d x_{2} d v \\ exp (2 π i (v_{1} x - v_{2} x)) P (v_{1}) P (v_{2}) \\ exp (- 2 π i (v_{1} x - v_{2} x)) T (x_{1}) T (x_{2}) \\ exp (2 π i (v x_{1} - v x_{2})) S (v) S * (v) \end{array}$
In Gleichung (1) steht „v“ für Pupillenkoordinaten der Beleuchtungspupille und „x“ für Ortskoordinaten. v₁ und v₂ sind Koordinaten der Objektivpupille, x₁ und x₂ sind Koordinaten der Objektebene, und P(v) bezeichnet die sogenannte Blendenfunktion der Abbildungsoptik, welche die Beschneidung sowie gegebenenfalls Aberrationen beschreibt. T(x) bezeichnet die Transmission/Reflexion des Objekts, wobei T(x) auch Phasenverschiebungen (z.B. durch Phasenschiebemasken) beinhalten kann. S(v) bezeichnet die Füllung der Beleuchtungspupille, so dass hier das Beleuchtungssetting eingeht. Entsprechend der Theorie partieller Kohärenz sind unterschiedliche Punkte der Beleuchtungspupille zueinander inkohärent.
Für eine vollständig kohärente Beleuchtung im Sinne der Erfindung ist das Detektorsignal, bei Fokussierung der Beleuchtung auf einen Punkt x, gegeben durch: $\begin{array}{l} I (x) = \int d v_{1} d v_{2} d x_{1} d x_{2} d v \\ exp (- 2 π i (v_{1} x - v_{2} x)) S (v_{1}) S (v_{2}) \\ exp (2 π i (v_{1} x_{1} - v_{2} x_{2})) T (x_{1}) T (x_{2}) \\ exp (- 2 π i (v x_{1} - v x_{2})) P (v) P * (v) \end{array}$
In Gleichung (2) steht „v“ für Pupillenkoordinaten und „x“ für Ortskoordinaten. v bezeichnet die Koordinate im Fernfeld der Maske (d.h. die Koordinate auf der Sensoranordnung bzw. dem CCD-Array), v₁ und v₂ sind Koordinaten der Beleuchtungspupille, x₁ und x₂ sind Koordinaten der Objektebene. P(v) beschreibt die Blende vor der Sensoranordnung bzw. die Auswahl der berücksichtigten CCD-Pixel sowie gegebenenfalls Aberrationen einer Optik vor der Sensoranordnung. T(x) bezeichnet die Transmission/Reflexion des Objekts, wobei T(x) auch Phasenverschiebungen (z.B. durch Phasenschiebemasken) beinhalten kann. S(v) bezeichnet die Füllung und Phasenlage der Beleuchtungspupille. Alle Bereiche der Beleuchtungspupille sind zueinander kohärent.

Die Äquivalenz der Resultate, die im Rahmen der Erfindung in der Maskeninspektionsanlage durch Kombination einer vollständig kohärenten Beleuchtung mit der Emulation partieller Kohärenz auf Seiten der Sensoranordnung erzielt werden, mit den Ergebnissen einer herkömmlichen, partiell kohärente Beleuchtung einsetzenden Maskeninspektionsanlage ist aus der folgenden Gegenüberstellung gemäß Tabelle 1 ersichtlich: Tabelle 1:

Erfindung		Stand der Technik
(vollständig kohärente Beleuchtung; Emulation partieller Kohärenz auf Seiten der Sensoranordnung)		(partiell kohärente Beleuchtung einsetzende Maskeninspektionsanlage)
P (v) Blende vor Sensor bzw. Auswahl der berücksichtigten CCD Pixel	≡	S(v) Beleuchtungssetting
T (x) Objekttransmission und Phase	≡	T(x) Objekttransmission und Phase
S (v) (Beschneidung und Phase)	≡	P (v) (Blende der Abbildungsoptik und Objektivaberrationen)

Durch die Ersetzungen gemäß Tabelle 1 gehen die Ausdrücke für I(x) in den vorstehenden Gleichungen (1) und (2) ineinander über.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein Aussondern des endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels durch Platzierung einer Blende im Strahlengang zwischen Maske und Sensoranordnung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Pixeln auf, wobei ein Aussondern des endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der finalen Bildgebung zur Erzeugung eines Abbilds eines Bereichs der Maske berücksichtigt werden. Dabei kann diese finale Bildgebung z.B. in einem Rechner erfolgen, so dass gemäß dieser Ausführungsform erst im Rechner das effektive Beobachtungs-Strahlbüschel ausgewählt wird. Hierdurch wird es auch möglich, dass etwa seitens eines Maskenherstellers zunächst die gesamten (Roh-)Daten, welche während der Maskeninspektion mittels der Sensoranordnung aufgenommen wurden, einem Chiphersteller zur Verfügung gestellt und dann vom Chiphersteller in Verbindung mit einem oder mehreren speziellen Beleuchtungssettings ausgewertet werden, ohne dass der Chiphersteller bereits vor oder während der Aufnahme der Rohdaten in der Maskeninspektion diese(s) Beleuchtungssetting(s) kennen oder bekannt geben muss.
Gemäß einer Ausführungsform kann im Strahlengang zwischen Maske und Sensoranordnung ein Polarisationsmanipulator (z.B. ein Polarisationsfilter) platziert werden. Auf diese Weise kann eine z.B. im Lithographieprozess in der Beleuchtungseinrichtung der Projektionsbelichtungsanlage verwendete polarisierte Beleuchtung emuliert werden. Des Weiteren kann auch im Beleuchtungssystem der Maskeninspektionsanlage ein Polarisationsmanipulator (z.B. ein Polarisationsfilter) platziert werden, um im Lithographieprozess im Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage auftretende Polarisationseffekte oder auch Vektoreffekte (infolge einer hohen numerischen Apertur des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage) zu emulieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann auch eine im Projektionsobjektiv der Projektionsbelichtungsanlage vorhandene Obskuration (etwa in einem EUV-Projektionsobjektiv) durch Platzierung einer Blende im Beleuchtungssystem der Maskeninspektionsanlage emuliert werden.
Wenngleich die erfindungsgemäße Maskeninspektionsanlage insbesondere zur Anwendung in der Lithographie vorteilhaft einsetzbar ist, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung kann auch vorteilhaft in einem Laser-Scanmikroskop implementiert werden. Allgemein ist die Erfindung auch in anderen Maskeninspektionsanlagen einsetzbar, insbesondere solchen, bei denen Objekte untersucht werden, die in Verbindung mit partiell kohärenter Beleuchtung eingesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Emulation von Abbildungseigenschaften, welche eine Maske in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zeigt, in einer Maskeninspektionsanlage, welche eine Sensoranordnung aufweist, wobei die Maske mit einem auf die Sensoranordnung gelenkten Beobachtungs-Strahlbüschel beobachtet wird, wobei die Maske zur Verwendung in Verbindung mit wenigstens einem vorbestimmten Beleuchtungssetting in der Projektionsbelichtungsanlage bestimmt ist, wobei das Beleuchtungssystem auf der Maske einen beugungsbegrenzten Lichtfleck erzeugt, wobei ein Emulieren dieses Beleuchtungssettings dadurch erfolgt, dass bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels von der Maske ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt, wobei die Sensoranordnung eine Mehrzahl von Pixeln aufweist, wobei ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung auftreffenden Lichtes berücksichtigt werden.
Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen des Verfahrens wird auf die Ausführungen in Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren zur Maskeninspektion Bezug genommen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

1-2 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung und Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
3-4 schematische Darstellungen zur Erläuterung möglicher Ausführungsformen der Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer transmissiven Maske.

Im Weiteren zunächst auf 1 und 2 Bezug genommen, um das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Konzept zu erläutern.
Wie in 1 lediglich schematisch dargestellt ist, umfasst eine herkömmliche Maskeninspektionsanlage 100 ein Beleuchtungssystem 110 und ein Projektionsobjektiv 120, wobei Licht einer (in 1 nicht dargestellten) Lichtquelle in das Beleuchtungssystem 110 eintritt und ein Beleuchtungs-Strahlbüschel 115 auf eine in der Objektebene des Projektionsobjektivs 120 angeordnete Maske 130 richtet und wobei der beleuchtete Bereich der Maske 130 über ein Beobachtungs-Strahlbüschel 125 mittels des Projektionsobjektivs 120 auf eine Sensoranordnung 140, z.B. eine CCD-Kamera, abgebildet wird.
Um nun bei der Maskeninspektion die Beleuchtungsbedingungen, die von der Projektionsbelichtungsanlage bzw. dem Scanner im eigentlichen Lithographieprozess vorgefunden werden, möglichst gut zu reproduzieren, ist es von Bedeutung, auch die in der Projektionsbelichtungsanlage bzw. deren Beleuchtungseinrichtung in Verbindung mit der Maske 130 verwendeten Beleuchtungssettings, d.h. auch eine mit dem Beleuchtungssetting ggf. einhergehende partielle Kohärenz des auf die Maske 130 auftreffenden Beleuchtungslichtes, zu emulieren, wofür es wiederum üblich ist, in dem Beleuchtungssystem der Maskeninspektionsanlage 100 entsprechende Blenden (also etwa im Falle eines im späteren Lithographieprozess verwendeten Quadrupolsettings eine Quadrupol-Blende mit vier an die Beleuchtungspole angepassten Ausschnitten) einzusetzen, wodurch in der Maskeninspektionsanlage eine partiell kohärente Beleuchtung implementiert werden kann. Des Weiteren kann im Projektionsobjektiv 120 der Maskeninspektionsanlage 100 die Begrenzung des Strahlenganges, also die NA, ebenfalls durch Verwendung einer geeigneten Maske (typischerweise mit entsprechendem kreisförmigen Ausschnitt) nachgebildet werden.
Anhand von 2 wird in ebenfalls schematischer Darstellung das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip erläutert. Gemäß 2 trifft wiederum Licht einer Lichtquelle 205 auf ein Beleuchtungssystem 210, welches das Beleuchtungslicht auf einen beugungsbegrenzten Lichtfleck einer Maske 230 fokussiert. Das Beleuchtungssystem 210 stellt hierbei lediglich eine Strahlformungsoptik dar, welche insbesondere aus einer einzigen Linse bestehen kann. Im Unterschied zu einer herkömmlichen Maskeninspektionsanlage, in welcher jeweils ein größerer Bereich der Maske beleuchtet wird, wird somit auf der Maske 230 ein beugungsbegrenzter Lichtfleck erzeugt, wobei dieser Lichtfleck aus einer Kugelwelle entsteht, welche eine kohärente, auf einen Punkt zulaufende bzw. fokussierte Wellenfront bildet.
Bei der Lichtquelle 205 handelt es sich um einen Monomode-Laser, an den lediglich die Anforderung einer ausreichenden Bildqualität auf dem Lichtfleck bzw. Spot zu stellen ist, wofür Laserleistungen im Milliwattbereich ausreichend sind. Das Licht des Monomode-Lasers kann beispielsweise auch durch eine Glasfaser von außen eingekoppelt werden. Das Beleuchtungssystem 210, welches aus dem Laserlicht des Monomode-Lasers den beugungslimitierten Lichtfleck (Spot) auf der Maske 230 erzeugt, besitzt eine numerische Apertur, welche mit der numerischen Apertur des Projektionsobjektivs der Projektionsbelichtungsanlage übereinstimmt.
Zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske 230 wird eine Scanbewegung des beugungslimitierten Lichtflecks relativ zur Maske 230 ausgeführt. Lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre) kann bei dem Scanprozess z.B. auf der Maske 230 eine Fläche von 5µm*5µm in Schritten von 20nm abgescannt werden, also die Maske im Beispiel beim Scanprozess in 250 Zeilen und 250 Spalten zu je 250 einzeln abgetasteten Pixeln unterteilt werden (wobei die Größe des beugungsbegrenzten Lichtflecks auf der Maske typischerweise etwas größer als 20nm ist und sich im vorstehenden Beispiel somit eine „Überabtastung“ ergibt).
Der erfindungsgemäß in der Maskeninspektionsanlage 200 durchgeführte Scanprozess kann entweder durch Bewegen allein der den Lichtfleck verursachenden Strahlformungsoptik bzw. Linse des Beleuchtungssystems 210, durch Bewegen von Strahlformungsoptik bzw. Linse des Beleuchtungssystems 210 und Sensoranordnung 240 oder auch durch Bewegen lediglich der Maske 230 (bei festgehaltener Strahlformungsoptik und Sensoranordung 240) erfolgen.
Grundsätzlich muss die Maskeninspektionsanlage 200 weder über eine bewegliche „Retikel-Stage“ noch über eine bewegliche Sensoranordnung verfügen. Infolgedessen kann der Scanprozess auch vergleichsweise rasch erfolgen (wobei die zur Aufnahme eines Bildes erforderliche Zeitdauer lediglich beispielhaft im Bereich von Zehntelsekunden liegen kann).
Dadurch, dass zwischen Maske 230 bzw. Retikel einerseits und Sensoranordnung 240 andererseits keine hochauflösende Optik benötigt wird, ist vor dem Hintergrund, dass das Bildfeld in einer Maskeninspektionsanlage 200 typischerweise nur wenige Mikrometer (µm) groß ist, eine (Mit-)bewegung der Sensoranordnung 240 beim Scannen nicht notwendigerweise erforderlich, da das erzielte Messergebnis auch bei Festhalten der Sensoranordnung lediglich unwesentlich beeinflusst wird. Der erforderliche Bewegungsbereich von wenigen µm kann insbesondere verhältnismäßig leicht z.B. durch alleiniges Bewegen der Beleuchtungsoptik der Maskeninspektionsanlage realisiert werden.
Für den Fall, dass die Sensoranordnung in kurzem Abstand zum Retikel angeordnet ist, kann eine zusätzliche Fourier-Optik zwischen Maske 230 und Sensoranordnung 240 angeordnet werden, um sicherzustellen, dass die Sensoranordnung 240 im Fernfeld angeordnet ist.
Im Unterschied zur Anordnung von 1 wird in der erfindungsgemäßen Anordnung von 2 lediglich ein einziger Lichtfleck oder Spot erzeugt bzw. ein einziges Pixel auf der Maske 230 beleuchtet. Die Berücksichtigung bzw. Nachbildung oder Emulation der partiellen Kohärenz erfolgt somit erfindungsgemäß nicht etwa auf Seiten der Beleuchtung, sondern erst (bezogen auf die Lichtausbreitungsrichtung) nach der Maske 230, indem nämlich entweder während der Messung oder erst bei deren Auswertung gezielt nur bestimmte Pixel der Sensoranordnung 240 berücksichtigt bzw. „mitgezählt“ werden.
Mit anderen Worten wird anstelle des Einsatzes von Blenden, die im Beleuchtungssystem der herkömmlichen Maskeninspektionsanlage 100 zur Erzeugung partieller Kohärenz eingesetzt werden, um Beleuchtungslicht aus unterschiedlichen Richtungen auf die Maske 130 zu lenken, mittels eines höchst einfachen (z.B. auf eine einzige fokussierende Linse reduzierten) Beleuchtungssystems 210 nur ein einziger beugungsbegrenzter Lichtfleck beleuchtet, woraufhin durch „Außer-Betracht-Lassen“ von Teilen des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels 225 von der Maske 230 ausgehenden Lichtes gewissermaßen eine effektive Blendenform nachgebildet bzw. emuliert wird.
3 und 4 zeigen unterschiedliche Möglichkeiten, in denen das erfindungsgemäße Konzept realisiert werden kann. Hierzu kann gemäß 3 eine Blende 350 eingesetzt werden, die dafür sorgt, dass nur bestimmte Bereiche eines nicht ortsaufgelösten Sensors 340 beleuchtet werden. Die Ausgestaltung der Blende 350 erfolgt entsprechend dem im späteren Lithographieprozess verwendeten Beleuchtungssetting (also im Falle eines Quadrupol-Beleuchtungssettings z.B. als Quadrupol-Blende mit vier an die Beleuchtungspole angepassten Ausschnitten).
Gemäß 4 kann als Sensoranordnung 440 auch ein ortsaufgelöstes Sensorfeld bzw. CCD-Array verwendet werden, welches bei der Bildaufnahme zunächst sämtliche darauf auftreffende Strahlung auffängt. Das CCD-Array kann lediglich beispielhaft (und ohne dass die Erfindung darauf beschränkt wäre) eine Anzahl von 100*100 Pixeln aufweisen. Bei der anschließenden Bildverarbeitung kann nun die Blende 350 aus dem Ausführungsbeispiel von 3 dadurch emuliert werden, dass nur das Licht aus ausgewählten Pixeln der Sensoranordnung 440 unter „Verzicht“ auf die übrigen Pixel addiert wird, was im Ergebnis letztlich gerade der physikalischen Wirkung der Blende entspricht.
Vorstehend wurden unterschiedliche Implementierungen der Emulation von partieller Kohärenz beschrieben. Dabei wird in dem Beleuchtungssystem der Maskeninspektionsanlage jeweils kohärentes Licht einer kohärenten Laser-Lichtquelle verwendet. In Verbindung mit dieser Verwendung von kohärentem Licht führt eine projektionsoptikseitige „Verschiebung“ des Sensors (bzw. die Auswertung anderer Bereiche einer ortsaufgelösten, flächigen Sensoranordnung wie eines CCD-Arrays) zur Erfassung von Sensorsignalen, welche ebenfalls einer vollkohärenten Beleuchtung, jedoch mit verschobenem Beleuchtungsstrahlenbündel entspricht. Wenn nun die Sensorsignale bzw. Intensitäten für unterschiedliche Sensorverschiebungen oder -positionen addiert werden, ergibt sich dasselbe Signal, welches der partiell kohärenten Beleuchtung entspricht.
Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung von 4 ist, dass die Ausgestaltung bzw. Form der im späteren Lithographieprozess eingesetzten Blende noch nicht zum Zeitpunkt der für die Maskeninspektion durchgeführten Bildaufnahme festgelegt oder ausgewählt werden muss, sondern diese Information vielmehr nach dem Scannen z.B. im Messrechner vorliegt und - je nachdem, welche Blende im Lithographieprozess ausgewählt werden soll - die Auswertung durch Auswahl der zu addierenden Pixel der Sensoranordnung 440 im Nachhinein erfolgen kann.
Infolgedessen kann auch allein aufgrund eines vollständigen Messzyklus der Maskeninspektionsanlage die Wirkung verschiedener Blenden in der Projektionsbelichtungsanlage nachgebildet werden. Dies eröffnet insbesondere auch die Möglichkeit, basierend auf der Durchführung einer bei der Maskeninspektion durchgeführten Messung sowie auf der anschließenden softwaretechnischen Auswertung zu testen, welche Blende die am besten geeignete in Verbindung mit der jeweiligen Maskenstruktur ist. Im Unterschied zu einer typischerweise rein softwaretechnischen „Source-Maske-Optimierung“ sind hierbei bereits alle Fertigungsfehler der Maske berücksichtigt.
5 dient als schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind im Vergleich zu 4 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „100“ höheren Bezugsziffern bezeichnet. Der Aufbau von 5 unterscheidet sich von demjenigen aus 4 dadurch, dass anstelle der reflektiven Maske 430 eine transmissive Maske 530 verwendet wird, so dass das als Beleuchtungs-Strahlbüschel 515 auf die Maske 530 auftreffende Licht diese durchquert und nach Transmission durch die Maske 530 als Beobachtungs-Strahlbüschel 525 auf die Sensoranordnung 540 trifft.

Claims

Verfahren zur Maskeninspektion, wobei ein Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) eine Maske (230, 330, 430, 530) mit einem Beleuchtungs-Strahlbüschel (215, 315, 415, 515) beleuchtet und diese Maske (230, 330, 430, 530) mit einem Beobachtungs-Strahlbüschel (225, 325, 425, 525) beobachtet wird, welches auf eine Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) gelenkt wird, wobei das auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffende Licht zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske (230, 330, 430, 530) ausgewertet wird, wobei das Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) auf der Maske (230, 330, 430, 530) einen beugungsbegrenzten Lichtfleck erzeugt, wobei bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (440, 540) eine Mehrzahl von Pixeln (440-1;...; 440-n; 540-1;...; 540-n) aufweist, wobei ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels (425, 525) dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (440, 540) auftreffenden Lichtes berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überprüfung des Abbildungseffektes der Maske (230, 330, 430, 530) eine Scanbewegung des Lichtflecks relativ zur Maske (230, 330, 430, 530) ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) durch Platzieren wenigstens einer Blende (350) im Strahlengang zwischen Maske (330) und Sensoranordnung (340) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) aus einer einzigen Linse besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang zwischen Maske (330) und Sensoranordnung (340) ein Polarisationsmanipulator platziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske zur Verwendung in der Lithographie bestimmt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der außer Betracht bleibende Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes einem Intensitätsanteil von wenigstens 10% von der Gesamtintensität des von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der außer Betracht bleibende Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes einem Intensitätsanteil von wenigstens 30% von der Gesamtintensität des von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der außer Betracht bleibende Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes einem Intensitätsanteil von wenigstens 50% von der Gesamtintensität des von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei voneinander unabhängige Auswertungen des auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffenden Lichtes vorgenommen werden, welche sich hinsichtlich des bei der Auswertung außer Betracht bleibenden Anteils des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes voneinander unterscheiden.
Verfahren zur Emulation von Abbildungseigenschaften, welche eine Maske in einer mikrolithographischen Projektionsbelichtungsanlage zeigt, in einer Maskeninspektionsanlage, welche eine Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) aufweist, wobei die Maske (230, 330, 430, 530) mit einem auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) gelenkten Beobachtungs-Strahlbüschel (225, 325, 425, 525) beobachtet wird, wobei die Maske (230, 330, 430, 530) zur Verwendung in Verbindung mit wenigstens einem vorbestimmten Beleuchtungssetting in der Projektionsbelichtungsanlage bestimmt ist, wobei das Beleuchtungssystem (210, 310, 410, 510) auf der Maske (230, 330, 430, 530) einen beugungsbegrenzten Lichtfleck erzeugt, wobei ein Emulieren dieses Beleuchtungssettings dadurch erfolgt, dass bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (240, 340, 440, 540) auftreffenden Lichtes ein endlicher Anteil des unter Erzeugung des Beobachtungs-Strahlbüschels (225, 325, 425, 525) von der Maske (230, 330, 430, 530) ausgehenden Lichtes außer Betracht bleibt; dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (440, 540) eine Mehrzahl von Pixeln (440-1;...; 440-n; 540-1;...; 540-n) aufweist, wobei ein Aussondern eines endlichen Anteils des Beobachtungs-Strahlbüschels (425, 525) dadurch erfolgt, dass nur ein Anteil von weniger als 100% dieser Pixel bei der Auswertung des auf die Sensoranordnung (440, 540) auftreffenden Lichtes berücksichtigt werden.