DE102011121532A1

DE102011121532A1 - Verfahren zur Charakterisierung einer Struktur auf einer Maske und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102011121532A1
Application number: DE102011121532A
Authority: DE
Inventors: Sascha Perlitz
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2012-06-28
Also published as: JP2014505900A; US9213003B2; US9605946B2; WO2012084142A1; US20160091300A1; US20130308125A1; JP5816297B2

Abstract

Es wird bereitgestellt ein Verfahren zur Charakterisierung einer Maske, die eine Struktur aufweist, umfassend die Schritte:
– Beleuchten der Maske unter zumindest einem Beleuchtungswinkel mit monochromatischer Beleuchtungsstrahlung, so dass ein Beugungsbild der Struktur entsteht, welches zumindest zwei Maxima benachbarter Beugungsordnungen umfasst,
– Aufnehmen des Beugungsbildes,
– Ermitteln der Intensitäten der Maxima der benachbarten Beugungsordnungen,
– Ermitteln eines Intensitätsquotienten der Intensitäten
Weiterhin wird ein Maskeninspektionsmikroskop zur Charakterisierung einer Maske unter Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt.

Description

Diese Patentschrift betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung einer Struktur auf einer Maske.
Diese Patentschrift betrifft zudem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen kommen zahlreiche Meßmethoden zum Einsatz, um die Ergebnisse der einzelnen Schritte des lithographischen Prozesses zu überwachen. Eine grundlegende Aufgabe ist hierbei die Messung von Ausmaßen oder Formen der herzustellenden Strukturen.
Um die Qualität eines Prozess-Schrittes zu prüfen, ist es vorteilhaft, die kleinsten noch darstellbaren Strukturen zu prüfen. Diese werden als kritische Dimension, Critical Dimension, abgekürzt als CD, bezeichnet. Meist bezieht sich die kritische Dimension einer Maske auf die Linienbreite einer abwechselnd aus Linien und Freiräumen (Lines and Spaces) bestehenden Struktur. Diese Struktur wird im lithographischen Prozess zunächst auf einer Maske (Photomaske, Reticle) beispielsweise durch Chrom auf Quarzglas, dargestellt. Es sind auch weitere Masken bekannt, so beispielsweise phasenschiebende Masken (Phase Shift Masks, PSM) oder reflektive Masken, die insbesondere bei Beleuchtungsstrahlung kurzer Wellenlängen im EUV bereich verwendet werden. Durch Belichtung in einem Scanner wird diese Struktur auf einem mit Resist beschichteten Wafer dargestellt. Durch anschließendes Entwickeln und Ätzen wird die gewünschte Struktur auf dem Wafer erhalten.
Die Charakterisierung einer Struktur wie beispielsweise die Messung der CD bzw. die Linienbreite einer Struktur kann sowohl auf der Maske als auch auf dem Wafer durchgeführt werden. Die Messung auf dem Wafer ist einerseits sehr aussagekräftig, da das Endprodukt vermessen wird, andererseits sehr aufwändig, da der vollständige Prozess der Waferbelichtung für die Testzwecke durchzuführen ist.
Erfolgt die Charakterisierung einer Struktur einer Maske auf der Maske selbst, werden Fehler durch das Verhalten der Maske bei der Abbildung und durch weitere Verfahrensschritte nicht in die Messung einbezogen. Fehler auf der Maske werden in der Regel bei der Abbildung durch den Scanner verstärkt. Eine weitere Problematik ist, dass die Maskenstrukturen bekannt sind, welche durch auflösungsverbessernde Strukturmerkmale (RET, Resolution Enhancement Technology) optimiert werden und somit nicht vollständig den abzubildenden Strukturen entsprechen. Dies erschwert eine Messung der CD auf der Maske.
Die Messung der CD sowohl auf Masken als auch auf Wafern erfolgt beispielsweise durch die Raster-Elektronenmikroskopie (CD-SEM, Critical Dimension Scanning Electron Microscopy).
Eine weitere Möglichkeit zur Charakterisierung von Masken ist die Auswertung der Luftbilder von Masken mit einem Maskeninspektions-Mikroskop. Das Luftbild zeigt bei dieser Methode weitgehend die Merkmale, welche auch auf dem Wafer abgebildet werden.
Eine weitere Möglichkeit zur Charakterisierung von Masken von Masken und Wafern bieten nicht-abbildende optische Verfahren. Hierbei kommen verschiedene verwandte Messmethoden wie z. B. klassische Scatterometrie, Ellipsometrie, Diffraktometrie oder Reflektometrie zum Einsatz, die unter dem Oberbegriff Scatterometrie bekannt sind. Die Charakterisierung von Masken kann auch durch die Messung der Transmission von Masken erfolgen. Durch dieses Verfahren kann auch die CD einer Struktur ermittelt werden, wie beispielsweise in der EP 2171539 A1 offenbart.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnelles und kostengünstiges Verfahren mit hoher Messgenauigkeit und eine Vorrichtung zur Charakterisierung einer Struktur auf einer Maske bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Charakterisierung einer Maske, welche eine Struktur aufweist, umfassend die Schritte: -Beleuchten der Maske unter zumindest einem Beleuchtungswinkel mit monochromatischer Beleuchtungsstrahlung, so dass ein Beugungsbild der Struktur entsteht, welches zumindest zwei Maxima benachbarter Beugungsordnungen umfasst, -Aufnehmen des Beugungsbildes, -Ermitteln der Intensitäten der Maxima der benachbarten Beugungsordnungen, -Ermitteln eines Intensitätsquotienten der Intensitäten.
Diese Maßnahme ermöglicht die schnelle Ermittelung einer genauen Messgröße zur Charakterisierung der Struktur einer Maske. Da der Quotient der Maxima benachbarter Beugungsordnungen berechnet wird, wird dieses Messverfahren durch Schwankungen der Intensität der Beleuchtungsstärke nicht oder nur in geringem Ausmaß beeinflusst.
Gegenüber der Charakterisierung von Strukturen auf Masken aus Luft-Bildern der Struktur von Masken, ist die Ermittlung der Intensitäten der Maxima der Beugungsordnungen aus den aufgenommenen Beugungsbildern erheblich einfacher möglich. Dies spart bei der Bildauswertung Rechenzeit einer verwendeten Datenverarbeitungsanlage.
Ein weiterer Vorteil gegenüber der Auswertung von Luft-Bildern ist, dass die Charakterisierung Bemittelt über den untersuchten Ausschnitt erfolgt.
Treten in dem untersuchten Bereich jedoch unterschiedliche Beugungsmaxima verschiedener Strukturen auf, kann auf einfache Weise die Auswertung auf die zwei relevanten Beugungsmaxima beschränkt werden. Die relevanten Beugungsordnungen können durch Bildverarbeitung auf einfache Weise detektiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Beugungsbild zur Aufnahme vollständig auf einen einzigen Detektor abgebildet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf schnelle Weise ein vollständiges Beugungsbild erhalten wird. Eine laterale Bewegung des Detektors oder der Maske ist nicht notwendig.
Ein Vorteil gegenüber der Aufnahme und Auswertung von Luftbildern ist, dass die Aufnahme von Beugungsbildern erheblich toleranter gegen Defokussierung des Beugungsbildes ist. Dies ermöglicht die Durchführung von zahlreichen Messungen an unterschiedlichen Positionen einer Maske ohne dass eine Fokussierung zwischen den einzelnen Messungen notwendig ist. Dies erhöht die Geschwindigkeit der Charakterisierung einer Maske erheblich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Beugungsbild während einer kontinuierlichen Relativbewegung zwischen Maske und Detektor aufgenommen.
In einer Variante der Maßnahme erfolgt die kontinuierlichen Relativbewegung durch die Bewegung der Maske. In einer weiteren Variante der Maßnahme liegt die Maske auf einem Maskenhalter, welcher eine kontinuierliche Relativbewegung ermöglicht. Die Maske wird beispielsweise in einer Ebene parallel zur Ebene des Detektors bewegt.
In einer Variante dieser Maßnahme werden die Bewegungsgeschwindigkeit und die Belichtungszeit des Detektors so vorgegeben, dass jeder Bereich der zu untersuchenden Fläche in gleichem Ausmaß zu dem erhaltenen Beugungsbild beiträgt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine schnelle Charakterisierung einer vollständigen Maske oder großer zusammenhängender Teilbereiche einer Maske möglich ist. Scannen von Masken durch die Aufnahme von Luftbildern der Maskenstruktur ist erheblich aufwändiger. Dafür müssen von der Maskenstruktur abschnittsweise einzelne Luftbilder aufgenommen werden. Dies erlaubt jedoch nur sehr geringe Belichtungszeiten oder eine geringe Scanngeschwindigkeit. Alternativ können auch aufwändige Detektoren eingesetzt werden, die eine zeitlich verzögerte Integration der Signale erlauben. Es kommen sogenannte TDI (time delayed integration)-Detektoren zum Einsatz. Bei diesen Verfahren werden Ladungen des Detektors synchron mit der Scannbewegung verschoben, um so hohe Belichtungszeiten zu erreichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Linienbreite der Struktur aus zumindest einer Korrelation zwischen zumindest einem ermittelten Intensitätsquotienten einer Struktur und einer bekannten Linienbreite dieser Struktur ermittelt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auf einfache Weise absolute Werte zugänglich werden. Die Kalibrierung kann gegen Messungen der Struktur auf der Maske oder auf dem belichteten Wafer oder gegen ein Luftbild der Maske erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erzeugt die Beleuchtungsstrahlung auf der Maske ein Beleuchtungsfeld, welches einen Hauptbereich und einen Randbereich aufweist, wobei der Randbereich den Hauptbereich umgibt, wobei die Intensität der Beleuchtungsstrahlung innerhalb des Hauptbereichs konstant ist, im Randbereich kontinuierlich abnimmt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Abhängigkeit des ermittelten Intensitätsquotienten von Veränderungen der Position der zu charakterisierenden Maskenstruktur im Beleuchtungsfeld reduziert wird.
Aus dem Stand der Technik bekannte Maskeninspektionsmikroskope verwenden ein Beleuchtungsfeld, welches über den gesamten Bereich einen konstanten Intensitätsverlauf aufweist, wobei die Intensität am Rand des Beleuchtungsfeldes nahezu abrupt auf null abnimmt. Derartige Intensitätsverläufe werden auch als „Top Hat Profile” bezeichnet.
Bei der Verwendung dieser Intensitätsverläufe ist von Nachteil, dass die ermittelten Intensitätsquotienten einer Struktur von der Position dieser Struktur innerhalb des Beleuchtungsfeldes abhängen können. Beispielsweise kann bei einer eingangs erwähnten als „Lines and Spaces” ausgebildeten Struktur, der zur Beugung der Beleuchtungsstrahlung beitragende Anteil der Struktur innerhalb des Beleuchtungsfeldes variieren. Diese Variation würde von der Position der Struktur innerhalb des Beleuchtungsfeldes längs der Gitterperiode der Struktur abhängen. Diese Variation führt zu einer Veränderung des ermittelten Intensitätsquotienten. Dies führt zu Problemen beim Vergleich identischer Strukturtypen, bei welchen identische Intensitätsquotienten erwartet werden. Die Reproduzierbarkeit der Positionierung von Strukturen innerhalb des Beleuchtungsfeldes ist begrenzt. Fehler bei der Positionierung können aus den genannten Gründen zu Fehlern bei den zu ermittelnden Intensitätsquotienten führen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Abnahme der Intensität im Randbereich einer Gaußfunktion.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Abhängigkeit der Intensitätsquotienten von Veränderungen der Position der Maskenstruktur im Beleuchtungsfeld besonders gering ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Beleuchtungsfeld auf der Maske durch eine Feldblende vorgegeben und der Intensitätsverlauf des Beleuchtungsfeldes wird durch Defokussieren der Feldblende angepasst.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein gewünschter Intensitätsverlauf des Beleuchtungsfeldes auf einfache Weise vorgegeben werden kann. Der durch Defokussieren der Feldblende erhaltene Intensitätsverlauf entspricht jenem der vorstehend genannten Maßnahme, bei der die Intensität der Beleuchtungsstrahlung innerhalb des Hauptbereichs des Beleuchtungsfeldes konstant ist, im Randbereich gaußförmig abnimmt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zumindest eine Beleuchtungswinkel an eine Gitterperiode der Struktur angepasst.
Der Beleuchtungswinkel wird dabei in Richtung zur Normalen der Oberfläche der Maske, der Z-Achse, und/oder in Richtung zur Oberfläche der Maske, d. h. der Azimutwinkel, angepasst.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Beugungsmaxima der zu untersuchenden Strukturen, auf welche der zumindest eine Beleuchtungswinkel angepasst wurde, im Beugungsbild besonders stark ausgeprägt sind. Die Anpassung der Beleuchtungswinkel bewirkt, dass die auszuwertenden Beugungsordnungen mit möglichst hoher Intensität bzw. hohem Kontrast weitgehend ohne störende Einflüsse von anderen Strukturen aufgenommen werden. Dies ermöglicht eine einfache und genaue Auswertung des Beugungsbildes.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zumindest eine Beleuchtungswinkel an eine Ausrichtung der Gitterperiode der Struktur auf der Maske angepasst.
Der Beleuchtungswinkel wird bei dieser Maßnahme in Richtung zur Oberfläche der Maske, dem Azimutwinkel der Beleuchtungsstrahlung, angepasst. Die Oberfläche der Maske wird durch ein rechtwinkeliges Koordinatensystem mit X-, und Y-Achse beschrieben. Auf Masken können beispielsweise Strukturen angeordnet sein, deren Gitterperiode in X- oder Y-Richtungen verläuft. Diese Strukturen sind beispielsweise als Linien und Freiräume (Lines and Spaces) ausgebildet. Verläuft die Gitterperiode einer Struktur auf einer Maske in Richtung der X-Achse, so wird die Struktur als eine X-Struktur benannt. Verläuft die Gitterperiode in Richtung der Y-Achse, so wird die Struktur als eine Y-Struktur benannt. Der Azimutwinkel der Beleuchtungsstrahlung ist bei X-Strukturen 0° und bei Y-Strukturen 90°.
Der Vergleich der Intensitätsquotienten von unterschiedlichen Positionen einer Maske ist zur Charakterisierung insbesondere dann aussagekräftig, sofern Messungen vergleichbarer Strukturen, d. h. Strukturen mit gleichen Sollwerten für die Gitterperiode und die Linienbreite, miteinander verglichen werden. So sind X- und Y-Strukturen gleicher Gitterperiode und Linienbreite ein Beispiel für vergleichbare Strukturen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass durch die Anpassung der Beleuchtungswinkel an die Strukturen die Beugungsmaxima vergleichbarer Strukturen mit möglichst hohem Kontrast abgebildet werden.
Da mögliche Positionen der Beugungsmaxima innerhalb eines aufgenommenen Beugungsbildes durch den zumindest einen angepassten Beleuchtungswinkel vorgegeben werden, wird die Auswertung weiter vereinfacht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Struktur auf der Maske gleichzeitig unter zumindest zwei Beleuchtungswinkeln beleuchtet, wobei jeder der Beleuchtungswinkel an die Ausrichtung der Gitterperiode unterschiedlicher Strukturen auf der Maske angepasst ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass gleichzeitig Strukturen zumindest zweier Ausrichtungen aufgenommen werden können. Hier können beispielsweise die bereits erwähnten häufig auf Masken vorhandenen X-, und Y-Strukturen gemeinsam untersucht werden. Ein Wechsel der Beleuchtungsrichtung zwischen Messungen von X- oder Y-Strukturen kann somit vermieden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der zumindest eine Beleuchtungswinkel durch Anordnung einer Blende in einer Pupillenebene eines Beleuchtungsstrahlenganges eines Maskeninspektionsmikroskops vorgegeben.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Beleuchtungswinkel auf einfache Weise vorgegeben werden können. Die Blenden eines Maskeninspektionsmikroskops sind auf schnelle und einfache Weise zu wechseln. Durch die Gestaltung der Blende wird es ermöglicht nahezu beliebige Verteilungen von Beleuchtungswinkeln zu realisieren.
Diese Maßnahme hat weiterhin den Vorteil, dass ein abbildendes Verfahren unter Verwendung eines Maskeninspektionsmikroskops im schnellen Wechsel mit der Aufnahme von Beugungsbildern verwendet werden können. So kann beispielsweise sowohl das Beugungsbild als auch das Luftbild einer Struktur auf einer Maske aufgenommen und ausgewertet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Blende als Annular ausgebildet, der an die Gitterperiode verschiedener Strukturen auf der Maske angepasst ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für Strukturen einer Gitterperiode oder eines entsprechenden Bereichs, unabhängig von der Ausrichtung der Gitterperiode auf der Maske, optimale Beleuchtungswinkel vorgegeben werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Blende als Monopol ausgebildet, wobei die Position des Pols an die Ausrichtung der Gitterperiode einer Struktur auf der Maske angepasst ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass für Strukturen einer Gitterperiode oder eines entsprechenden Bereichs und einer entsprechenden Ausrichtung der Gitterperiode auf der Maske, ein optimaler Beleuchtungswinkel vorgegeben wird. Hier können beispielsweise die bereits erwähnten X-, oder Y-Strukturen einzeln untersucht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Blende als asymmetrischer Dipol ausgebildet, wobei die Positionen der zwei Pole an die Ausrichtungen der Gitterperioden unterschiedlicher Strukturen auf der Maske angepasst sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die gleichzeitige Beleuchtung der Struktur der Maske unter zwei Beleuchtungswinkeln eines vorstehend genannten Ausführungsbeispiels einfach zu realisieren ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Intensitäten der benachbarten Beugungsordnungen auf eine Bezugsgröße normiert, insbesondere auf die Intensität, welche bei Charakterisierung einer Maske ohne Struktur gemessen wird.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die normierten Intensitäten der Maxima gleicher Beugungsordnungen vergleichbar sind. Dies ermöglicht eine weitere Charakterisierung der Struktur auf der Maske. Durch Auswertung der normierten Intensitäten der Beugungsmaxima können vergleichbarer Strukturen innerhalb eines Beugungsbildes erkannt werden. Zudem bietet der Vergleich der normierten Intensitäten der Beugungsmaxima unterschiedlicher Beugungsbilder ein Kriterium zur Ermittlung von Beugungsbildern vergleichbare Strukturen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zuordnung der Maxima zweier benachbarter Beugungsordnungen eines Beugungsbildes zu einer Struktur durch das Anwenden zumindest eines der Kriterien: Position der Maxima der Beugungsordnungen, Abstand der Maxima der Beugungsordnungen, Intensitäten der Maxima der Beugungsordnungen, Ausdehnung der Maxima der Beugungsordnungen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass aus den Beugungsbildern eine weitere Charakterisierung der Strukturen schnell und einfach ermöglicht wird. Beispielsweise wird die Zuordnung der Maxima zweier benachbarter Beugungsordnungen eines Beugungsbildes zu einer Struktur ermöglicht. Es können beispielsweise „Lines and Spaces” einer bestimmten Gitterperiode und Linienbreite erkannt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine weitere Charakterisierung der Struktur durch Vergleich des aufgenommenen Beugungsbildes mit einem simulierten Beugungsbild.
Das Beugungsbild der zu charakterisierenden Struktur kann simuliert werden, sofern das Design der Maske bekannt ist. Aus Abweichungen des aufgenommenen und des simulierten Beugungsbildes kann auf Abweichungen der Struktur auf der Maske und der im Design vorgegebenen Struktur geschlossen werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass auch durch das aufgenommene Beugungsbild ein Vergleich mit der vorgegebenen Struktur der Maske ermöglicht wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Positionen auf der Maske vorgegeben, an welcher Strukturen charakterisiert werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass Masken auf schnelle Weise charakterisiert werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Positionen vorgegeben, welche gleichmäßig über die Fläche der Maske verteilt sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass Masken charakterisiert werden können, auch wenn über die Strukturen keine oder nur unvollständige Informationen vorliegen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in Verbindung mit den genannte Ausgestaltungen zum Auffinden vergleichbarer Strukturen von Vorteil.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden aus den Beugungsbildern vergleichbare Strukturen durch Anwenden zumindest eines der Kriterien: Position der Maxima der Beugungsordnungen, Abstand der Maxima der Beugungsordnungen, Intensitäten der Maxima der Beugungsordnungen, Ausdehnung der Maxima der Beugungsordnungen, Unterschiede zu simulierten Beugungsbildern erkannt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass vergleichbare Strukturen auf einfache Weise aufgefunden werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Positionen vorgegeben, an welchen vergleichbare Strukturen auf der Maske ausgebildet sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass gezielt vergleichbare Strukturen ausgewählt werden können. Unnötige Messungen und die Auswahl von Beugungsbildern vergleichbarer Strukturen aus einer Vielzahl aufgenommener Bilder können vermieden werden. Die Vorgabe der Positionen kann insbesondere aus dem Masken-Design erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Mittelwert der Intensitätsquotienten aller vergleichbaren Strukturen und die prozentuale Abweichung der einzelnen Intensitätsquotienten vom Mittelwert berechnet.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine einfache und aussagekräftige Begutachtung der Maske ermöglicht wird. Bei den üblicherweise kleinen Abweichungen der Linienbreiten vom Sollwert, entsprechen die erhaltenen Werte in guter Näherung der Abweichungen der Kritischen Dimension (CD) vom Sollwert.
Die Erfindung umfasst zudem ein Maskeninspektionsmikroskop, welches eine Datenverarbeitungsanlage aufweist, die die Schritte gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführt.
Die Datenverarbeitungsanlage ist beispielsweise ein handelsüblicher Computer, der so programmiert ist, dass alle genannten Verfahren und deren Ausgestaltungen durchgeführt werden können.
Es versteht sich, dass die bisher genannten und die im Folgenden noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in den beschriebenen, sondern auch in weiteren Kombinationen oder einzeln Verwendung finden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1: Längsschnitt eines Abschnitts eines Beleuchtungsstrahlengangs eines erfindungsgemäßen Maskeninspektionsmikroskops;
2: Längsschnitt eines Abschnitts eines Beleuchtungsstrahlengangs und Abbildungsstrahlengang eines erfindungsgemäßen Maskeninspektionsmikroskops;
3: Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Maskeninspektionsmikroskops welches mit Beleuchtungsstrahlung im EUV-Bereich arbeitet;
4: Draufsicht auf eine Blendenplatte mit unterschiedlichen Blenden;
5: Intensitätsverlauf eines Beleuchtungsfeldes;
6: Schema des Ablaufs eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Maskeninspektionsmikroskop nach einem ersten Ausführungsbeispiel besteht, wie in 1 dargestellt, aus einer Strahlungsquelle 5, einem Excimer-Laser, der Beleuchtungsstrahlung der Wellenlänge 193 nm emittiert. Längs der optischen Achse 1 folgt ein Homogenisierer 10 zur Homogenisierung der Intensitätsverteilung der Beleuchtungsstrahlung in der Pupillenebene und zu dessen Depolarisierung.
Nun folgt die Blendenplatte 45, welche in einer Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlengangs 3 angeordnet ist. Die Steuerung erfolgt über Antrieb 50, der eine genaue Positionierung der Blenden 51 ermöglicht.
Die eingestellte Blende der Blenden 51 wird durch ein Zoomobjektiv 55 mit Stelltrieb 60 in der gewünschten Größe auf die resultierende Pupillenebene 135 des Kondensors 130, wie in 2 dargestellt, abgebildet. Der Abbildungsmaßstab kann um den Faktor 3 variiert werden. Eine Blendenplatte ist in 4 dargestellt, die für Beleuchtungsstrahlung undurchlässigen Bereiche sind schraffiert dargestellt. Sind die Blenden als reflektive Blenden ausgebildet, sind die schraffierten Bereiche für Beleuchtungsstrahlung nicht reflektiv. Die Blendenplatte 45 ist auswechselbar mit dem Antrieb 50 verbunden.
Die Fortsetzung des Beleuchtungsstrahlengangs 3 des ersten Ausführungsbeispiels ist in 2 dargestellt. Es folgt eine Feldblende 100 zur Vorgabe der Größe und des Intensitätsverlaufs des Beleuchtungsfeldes 240, welches durch 5 skizziert wird, auf der Maske 145. Blende 100 wird auf der Maske abgebildet. Zur Fokussierung bzw. Defokussierung der Abbildung der Blende 100 auf der Maske, dient ein Antrieb 101.
Die quadratische Öffnung der Feldblende 100 hat eine Kantenlänge von 340 μm. Dies ergibt bei Fokussierung auf der Maske ein Beleuchtungsfeld mit einer Kantenlänge von 26 μm. Die Verwendung von Feldblenden unterschiedlicher Größen ist vorgesehen. In einer weiteren, nicht in den Abbildungen dargestellten Variante, wird keine Feldblende 100 verwendet.
Ein Beispiel für einen einstellbares Beleuchtungsfeld 240 ist in 5 skizziert. Der Intensitätsverlauf der Beleuchtungsstrahlung innerhalb des quadratischen Beleuchtungsfeldes 240 ist innerhalb eines quadratischen Hauptbereichs 241 konstant. Der Hauptbereich 241 ist kleiner als das gesamte Beleuchtungsfeld 240 und wird von einem Randbereich 242 konstanter Breite umgeben. Innerhalb des Randbereiches nimmt die Intensität der Beleuchtungsstrahlung zum Rand des Beleuchtungsfeldes kontinuierlich ab. Die Abnahme der Intensität kann durch die Form einer Gaußkurve beschrieben werden. Der Intensitätsverlauf des Beleuchtungsfeldes 240 ist Längs einer mit X bezeichneten Achse, als Kurve 243 skizziert. Die X-Achse halbiert das Beleuchtungsfeld 240 parallel zu zwei gegenüberliegenden Außenkanten.
Nach der Feldblende 100 folgen eine Tubuslinse 105 und der Kondensor 130 mit einer Pupillenebene 135.
Zur Polaristion der Beleuchtungsstrahlung können die Polarisatoren 110 und 120 durch die Antriebe 115 und 125 in den Beleuchtungsstrahlengang 3 eingebracht werden. Polarisator 110 polarisiert die Beleuchtungsstrahlung linear, die Richtung der Polarisation kann durch Drehung des Polarisators 110 durch Antrieb 115 eingestellt werden. Um tangentiale Polarisation der Beleuchtungsstrahlung zu erreichen, wird zusätzlich zu dem Polarisator 110 der Polarisator 120, der als segmentierter Polarisationskonverter ausgebildet ist, in den Beleuchtungsstrahlengang 3 eingebracht. Die lineare Polarisation wird durch diesen Polarisator 120 sektorweise gedreht, so dass näherungsweise tangentiale Polarisation resultiert. Es stehen drei Varianten des Polarisators 120 zur Verfügung (nicht in 2 dargestellt). Es kann zwischen den Unterteilungen in 4, 8 oder 12 Sektoren gewählt werden.
Die zu inspizierende Maske 145 mit der Struktur 150 ist durch ein Pellikel 155 geschützt. Die Maske liegt auf dem Maskenhalter 140, der durch Antrieb 142 lateral, in einer Ebene, welche als X-Y-Ebene bezeichnet wird, bewegt wird, um die Maske an die gewünschte Position zu bewegen, so dass sich die zu inspizierende Stelle im Beleuchtungsstrahlengang 3 befindet. Über Antrieb 142 wird die Maske zur Fokussierung auch in Richtung der optischen Achse, der Z-Achse, bewegt. Das Bild der Maske wird durch Objektiv 160 über die Tubus-Linse 165, Feldblende 170, Vergrößerungs-Optik 175 auf den Detektor 200, einen CCD-Chip (Charge Coupled Device), abgebildet. Dien numerische Apertur wird durch die NA-Blende 180 mit Antrieb 182 eingestellt.
Zur Abbildung der Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlengangs 3 auf dem Detektor 200 wird eine Bertrand-Linse 185 durch Antrieb 190 in den Beleuchtungsstrahlengang 3 eingebracht.
Alle Antriebe 50, 60, 101, 115, 125, 142, 182, 190, 185 und der Detektor 200 sind mit einer Datenverarbeitungsanlage 210 mit Ein- und Ausgabeeinheit 215 verbunden. Die Steuerung des Maskeninspektionsmikroskops erfolgt durch diese Datenverarbeitungsanlage 210. Durch Auslesen des Detektors 200 wird das jeweilige Bild abgespeichert, die Bilddaten werden weiterverarbeitet.
In einem weiteren in den Zeichnungen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitet das Maskeninspektionsmikroskop in Reflexion. Hier wird die Maske 145 von der Seite der Struktur 150 beleuchtet. Die Maske liegt also genau mit der gegenüberliegenden Seite auf dem Maskenhalter 140. Die an der Struktur 150 reflektierte Strahlung wird in bekannter Weise durch einen Strahlteiler aus dem Beleuchtungsstrahlengang 3 ausgekoppelt und verläuft weiter, wie in 2 dargestellt bis zur Abbildung auf einem Detektor 200.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Maskeninspektionsmikroskop mit Beleuchtungsstrahlung im EUV-Bereich der Wellenlänge von 13.5 nm betrieben. Der Aufbau ist in 3 gezeigt. Die Strahlung einer EUV-Strahlungsquelle 221 wird von einem Kollektor 222 gesammelt und über Spiegel 224 und 226 auf eine zu untersuchende EUV-Maske 228 reflektiert. Eine Feldblende 234 dient zur Ermittelung der Größe des Beleuchtungsfeldes auf der EUV-Maske 228. Blende 234 wird auf der Maske abgebildet. Zur Fokussierung bzw. Defokussierung der Abbildung der Blende 234 dient ein Antrieb 235. Mit Blende 232, welche auf einer Blendenplatte 233 angeordnet sind, werden (analog zu beispielsweise den Blenden auf den Blendenplatten 45, 65) die gewünschten Beleuchtungswinkel realisiert. Ein Bild der EUV-Maske wird über das Abbildungssystem 230 auf einen Detektor 237 abgebildet, der, wie auch Antrieb 235, mit einer nicht dargestellten Datenverarbeitungsanlage verbunden ist, welche den Detektor ausliest und die Bild-Daten weiter verarbeitet. Zur Abbildung der Pupillenebene auf dem Detektor 237 wird ein weiterer (nicht dargestellter) Spiegel in den Strahlengang eingebracht.
Jeder Ort auf der Pupillenebene entspricht Strahlung eines Winkels aus den Objekt- oder Bildfeldebenen. Winkel, wie beispielsweise Beleuchtungswinkel oder Beugungswinkel, werden im Folgenden als entsprechende Orte auf der Pupillenebene angegeben. Die Orte werden in Polarkoordinaten angegeben, wobei der Pol der Mittelpunkt der Pupille ist. Die Radialkoordinaten werden in Einheiten der numerischen Apertur angegeben. Die Polarachse liegt auf einer X-Achse, wobei die positive Richtung in Beleuchtungsrichtung nach rechts definiert ist. Die X-Achse und die orthogonale Y-Achse schneiden den Mittelpunkt der Pupillenebene. Azimutwinkel ist der Winkel zwischen Radius und X-Achse.
Die Aufnahme eines Beugungsbildes wird wie folgt durchgeführt. Die Maske 145 mit der zu untersuchenden Struktur 150 wird in das Maskeninspektionsmikroskop auf dem Maskenhalter 140 eingebracht. Durch den Antrieb 142 wird der gewünschte Ausschnitt der Struktur 150 durch Steuerung mit der Datenverarbeitungsanlage 210 in den Strahlengang des Maskeninspektionsmikroskops gebracht. Die Bertrand-Linse 185 befindet sich im Strahlengang. Durch den Antrieb 50 der Blendenplatte werden die gewünschten Beleuchtungswinkel bzw. der gewünschte Beleuchtungswinkel durch Auswahl einer Blende 51 auf der Blendenplatte 45 eingestellt.
Das Beleuchtungsfeld auf der Maske wird über Blende 100 eingestellt. In einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Blende 100 über Antrieb 101 auf die Ebene der Maske 145 fokussiert. Die Größe der Blende 100 entspricht dem Bildfeld, welches durch das Objektiv 160 auf den Detektor 200 abgebildet wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Intensitätsverlauf des Beleuchtungsfeldes verändert, indem die Abbildung der Blende 100 auf der Maske 145 defokussiert wird. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Blende 100 verwendet, die größer ist, als das Bildfeld. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Blende 100 aus dem Strahlengang entfernt.
Das Beugungsbild der Struktur 150 wird auf den Detektor 200 abgebildet. Eine Fokussierung dieser Abbildung erfolgt durch Bewegung des Maskenhalters 140 durch Antrieb 142 in Richtung der optischen Achse, d. h. in Z-Richtung. Es ist ausreichend, wenn die Genauigkeit der Fokussierung ungefähr in einem Bereich von Δz = 3 μm bis ca. 8 μm liegt. Durch die Datenverarbeitungsanlage 210 wird der als CCD-Chip (Charged Coupled Device) ausgebildete Detektor 200 ausgelesen und ein digitales Graustufenbild abgespeichert. Die Durchführung des Verfahrens mit einem Maskeninspektionsmikroskop, welches mit Beleuchtungsstrahlung im EUV-Bereich der Wellenlänge von 13.5 nm arbeitet, erfolgt analog.
In einem Ausführungsbeispiel erfolgt während der Aufnahme des Beugungsbildes eine kontinuierlichen Relativbewegung zwischen Maske und Detektor. Dies wird durch die entsprechende Bewegung des Maskenhalters 140 durch Antrieb 142 erreicht. Die Bewegung erfolgt in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse 1.
Die Bewegung der Maske erfolgt derart, dass der gesamte zu charakterisierende Bereich der Maske abgescannt wird. Mittels dem Detektor 200 wird ein einzelnes über die gesamte zu charakterisierende Oberfläche gemitteltes Beugungsbild aufgenommen.
Die Geschwindigkeit der Bewegung der Maske und die Belichtungszeit des Detektors 200 ist so zu wählen, dass der gesamte zu untersuchende Bereich während der Belichtungszeit gleichmäßig durch den Strahlengang bewegen wird, d. h. dass der Bereich gescannt wird.
Die Bewegung der Maske erfolgt beispielsweise zeilenweise. Die Charakterisierung wird an einer Ecke des Bereiches begannen, die Bewegung erfolgt parallel zu einer ersten Außenkante des zu charakterisierenden Bereiches. Sobald das Ende dieser ersten Außenkante erreicht ist, d. h. sobald die erste Zeile gescannt wurde, wird der Abstand von der ersten Außenkante erhöht und die Bewegung in die Entgegengesetzte Richtung fortgesetzt, so dass die nächste Zeile gescannt wird.
Der zu charakterisierende Bereich ist der gesamte strukturierte Bereich der Maske oder ein frei definierbarer zusammenhängender Teilbereich.
Die Steuerung der Scannbewegung und die Auswertung der Beugungsbilder erfolgt durch die Datenverarbeitungsanlage 210.
Die zu charakterisierende Maske 145 mit der Struktur 150 ist durch ein Pellikel 155 geschützt. Die Maske liegt auf dem Maskenhalter 140, der durch Antrieb 142 lateral, in einer Ebene, welche als X-Y-Ebene bezeichnet wird, bewegt wird, um die Maske Der bzw. die Beleuchtungswinkel und der Kohärenzgrad der Beleuchtungsstrahlung werden durch die Blende 51, 232 in der Pupillenebene des Maskeninspektionsmikroskops und durch das Zoomobjektiv 55 eingestellt.
Der Winkel der Beleuchtungsstrahlung zur optischen Achse 1, der Z-Achse, wird an die Gitterperiode der zu untersuchenden Struktur derart angepasst, dass die nullte und die erste (oder minus erste) Beugungsordnung im aufgenommenen Beugungsbild vollständig enthalten sind und aufgelöst werden. Der Beleuchtungswinkel kann auch so eingestellt werden, dass höhere benachbarte Beugungsordnungen, beispielsweise die erste und die zweite Beugungsordnung, in der Pupille abgebildet werden.
Der maximale Beleuchtungswinkel in Z-Richtung ist, zur Aufnahme der nullten und ersten Beugungsordnung, durch die maskenseitige Numerischen Apertur NA_Maske des Objektivs begrenzt. Der Winkel (Abstand in der Pupillenebene) zwischen den Maxima der nullten und ersten Beugungsordnung ergibt sich aus der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung und der Gitterperiode p zu λ/p. Eine Untersuchung ist nur möglich, wenn λ/p < 2NA_Maske. Damit die erste (oder minus erste) Beugungsordnung in der Pupille zu liegen kommt muss der Betrag des Beleuchtungswinkels in Z-Richtung kleiner sein als [λ/p – NA_Maske]. Um eine symmetrische Anordnung der Maxima der nullten und ersten Beugungsordnung zum Mittelpunkt der Pupillenebene zu erreichen, ergibt sich ein Wert des Beleuchtungswinkels in Z-Richtung von λ/(2p).
In einem Ausführungsbeispiel werden annulare, d. h. ringförmige Verteilungen von Beleuchtungswinkeln verwendet. Dabei wird der Beleuchtungswinkel zur Z-Achse wie erwähnt vorgegeben, der Azimutwinkel offen gelassen. Es werden somit vergleichbare Strukturen auf der Maske unabhängig von deren Ausrichtung erfasst. Beispiele für Blenden zur Realisierungen sind in 4 gegeben. Eine erste annulare Blende 61 weist einen breiten Ring auf, eine zweite annulare Blende 62 einen schmaleren Ring.
Es sind weitere optimierte Verteilungen von Beleuchtungswinkeln für unterschiedliche Strukturen vorgesehen. Auf einer Maske sind üblicherweise unterschiedliche Strukturen vorhanden. Zur Qualitätskontrolle eignet sich insbesondere die Vermessung der Linienbreite von Strukturen, die, wie bereits erwähnt, als X- und Y-Strukturen bezeichnet werden.
Zur Untersuchung von X-Strukturen ist eine Verteilung von Beleuchtungswinkeln mit einem Pol vorgesehen, welcher auf der X-Achse liegt. Der Azimutwinkel des Beleuchtungswinkels ist dann 0° oder 180°. Entsprechende Blenden (X-Monopole) sind in 4 auf der Blendenplatte 45 unter den Bezugszeichen 52 und 53 dargestellt. Der Kohärenzgrad des ersten X-Monopols 52 ist größer als der Kohärenzgrad des zweiten X-Monopols 53.
Zur Untersuchung von Y-Strukturen ist eine Verteilung von Beleuchtungswinkeln mit einem Pol vorgesehen, welcher auf der Y-Achse liegt. Der Azimutwinkel des Beleuchtungswinkels ist dann 90° oder 270°. Entsprechende Blenden (Y-Monopole) sind in 4 auf der Blendenplatte 45 unter den Bezugszeichen 56 und 57 dargestellt. Der Kohärenzgrad des ersten Y-Monopols 56 ist größer als der Kohärenzgrad des zweiten Y-Monopols 57.
Zur simultanen Untersuchung von X-Strukturen und Y-Strukturen ist eine Verteilung von Beleuchtungswinkeln mit zwei Polen vorgesehen, die hier als asymmetrischer X-Y-Dipol bezeichnet wird. Ein Pol liegt auf der X-Achse, ein Pol liegt auf der Y-Achse. Derartige Beleuchtungswinkeln werden beispielsweise durch Blenden erreicht, bei welchen ein Pol auf der Y-Achse und ein Pol auf der X-Achse liegt. Beispiele sind in 4 unter den Bezugszeichen 58 und 59 gezeigt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine Verteilung von Beleuchtungswinkeln verwendet, bei welcher ein Pol in der Mitte der Pupille liegt, d. h. die Beleuchtung erfolgt längs der optischen Achse 1. Dies ist von Vorteil, wen die nullte, erste und minus erste Beugungsordnung der an der Struktur gebeugten Beleuchtungsstrahlung im aufgenommenen Beugungsbild enthalten sind. Zur genauren Auswertung des Beugungsbildes werden die Intensitäten der ersten und minus ersten Beugungsordnung miteinander verglichen oder es wird deren Mittelwert gebildet.
Wie bereits erwähnt, liegen aufgenommene Beugungsbilder als digitale Graustufenbilder im Speicher der Datenverarbeitungsanlage 210 vor. Es handelt sich um eine Matrix von 1000·1000 Pixeln mit Intensitätswerten in einem Bereich von 0 bis 255. Zur Ermittelung der Intensitäten der Beugungsmaxima muss im ersten Schritt deren Position innerhalb des Beugungsbildes erkannt werden.
Sofern der Sollwert der Gitterperiode bekannt ist, können aus diesem und den vorgegebenen Beleuchtungswinkeln die Soll-Positionen der auszuwertenden Beugungsmaxima der nullten und ersten (oder minus ersten) Beugungsordnungen der jeweiligen Strukturen im aufgenommenen Beugungsbild berechnet werden. Diese Berechnungen und die weiteren Auswertungen werden in der Datenverarbeitungsanlage 210 vorgenommen.
Ausgehend von diesen Soll-Positionen werden die Intensitäten der Beugungsmaxima ermittelt. Dazu werden innerhalb eines Bereiches um die Sollposition eines Beugungsmaximums alle Intensitätswerte der Pixel des Beugungsbildes addiert.
Die Ausdehnung des Bereiches eines Beugungsmaximums wird in einem Ausführungsbeispiel durch einen Grenzwert für die Intensitätswerte erkannt. So werden nur Intensitätswerte berücksichtigt, die mindestens 10% des maximalen Intensitätswertes innerhalb des Beugungsmaximums aufweisen. Alternativ wird ein fester Grenzwert der Intensität vorgegeben.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Position und der Bereich für jedes Beugungsmaximum fest vorgegeben.
Aus den Intensitäten des ersten, mit I₁ bezeichneten, und nullten, mit I₀ bezeichneten, Beugungsmaximums wird der Quotient I₁/I₀ berechnet, dieser wird als Intensitätsquotient bezeichnet. In einer Variante des Verfahrens kann auch der Kehrwert berechnet werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die zu messenden Intensitäten der Beugungsordnungen normiert (Clear-Normierung). Es wird ein Bereich der Maske in den Abbildungsstrahlengang des Maskeninspektionsmikroskops gebracht, welcher keinerlei Struktur aufweist. Das derart aufgenommene Beugungsbild enthält ausschließlich eine Abbildung des Pols bzw. der Pole der verwendeten Blenden. Die Intensitäten dieser Pole, als Clear-Intensitäten I_clear bezeichnet, werden wie oben beschrieben ermittelt. Aus Beugungsbildern gemessene Intensitäten werden zur Normierung durch die Clear-Intensitäten dividiert. Die Clear-Intensitäten für die nullte und erste Beugungsordnung sind: I_0clear = I₀/I_clear; I_clear = I₁/I_clear. Die clear-normierten Intensitätswerte der Beugungsmaxima werden berechnet, um beispielsweise die Intensitätswerte der Beugungsmaxima unterschiedlicher Beugungsbilder miteinander zu vergleichen.
In einem Ausführungsbeispiel wird zur Kalibrierung für eine oder für mehrere Strukturen einer Maske, deren Gitterperioden und Linienbreiten bekannt sind, eine geeignete Blende gewählt und der Intensitätsquotient ermittelt.
Ist die Gitterperiode konstant, ist der Intensitätsquotient in guter Näherung nur von der Linienbreite abgängig. Durch die Kalibrierung wird es ermöglicht, aus Messungen der Intensitätsquotienten die Absolutwerte der Linienbreiten zu ermitteln.
Die Kalibrierung kann gegen absolute Messungen an der Struktur auf der Maske oder auf dem Wafer erfolgen. Zur Messung der absoluten Dimensionen der Linienbreite, sowohl auf der Maske als auch auf dem Wafer, wird ein Rasterelektronenmikroskop verwendet.
Da bei den zu untersuchenden Masken nur eine geringe Abweichungen der Linienbreite (d. h. der CD, der kritischen Dimension) vom Sollwert zu erwarten ist, kann zwischen der Änderung der Intensitätsquotienten und der Linienbreite in guter Näherung ein linearer Zusammenhang angenommen werden.
Üblicherweise ist für eine zu untersuchende Maske ein Sollwert der kritischen Dimension bekannt. Es kann zur Auswertung der Intensitätsquotienten angenommen werden, dass diese kritische Dimension näherungsweise dem Mittelwert der Intensitätsquotienten vergleichbarer Strukturen entspricht. Die relative Abweichung der Intensitätsquotienten vom Mittelwert entspricht dann der relativen Abweichung von der vorgegebenen kritischen Dimension.
Zur Charakterisierung einer Maske wird eine der gewünschten Verteilungen von Beleuchtungswinkeln entsprechende Blende ausgewählt, X-Monopol, Y-Monopol, asymmetrischer X-Y-Dipol oder Annular, die der Gitterperiode der zu untersuchenden Struktur angepasst ist.
Sofern Positionen auf einer Maske von Bereichen mit vergleichbaren Strukturen bekannt sind, werden gezielt an diesen Positionen Beugungsbilder aufgenommen. Es können einzelne Beugungsbilder aufgenommen werden, oder es kann über Bereiche gescannt werden. Die jeweiligen Intensitätsquotienten werden für alle Bilder direkt berechnet. Die Positionen vergleichbarer Strukturen können beispielsweise aus dem Maskendesign, d. h. den Informationen über die Struktur, die auf der Maske dargestellt ist, ermittelt werden.
Ist das Maskendesign, d. h. die Struktur, die auf der Maske dargestellt ist, bekannt, können die Beugungsbilder der gemessenen Positionen auch simuliert werden. Zur Auswertung werden die Intensitätsquotienten der gemessenen Intensitäten mit jenen der simulierten Intensitäten verglichen. Die prozentualen Abweichungen werden, wie oben angegeben, grafisch dargestellt.
In einer weiteren Maßnahme, beispielsweise falls das Maskendesign nicht vorgegeben ist, werden gleichmäßig über die Maske verteilte Positionen zur Messung festgelegt.
Aus allen aufgenommenen Beugungsbildern werden Beugungsbilder vergleichbarer Strukturen herausgesucht. Ein Kriterium ist die Position des ersten Beugungsmaximums, d. h. dessen Abstand vom nullten Beugungsmaximum und dessen Azimutwinkel. Beugungsmaxima von X-Strukturen liegen beispielsweise auf der X-Achse. Ein weiteres Kriterium sind die clear-normierten Intensitäten der Beugungsmaxima. Ein weiteres Kriterium ist die Ausdehnung der Beugungsmaxima. Ein weiteres Kriterium ist der Unterschied zu aus dem Masken-Design simulierten Beugungsbildern. Diese Kriterien können einzeln oder in Kombination angewendet werden.
Zunächst werden aus allen Beugungsbildern die clear-normierten Intensitäten der nullten und aller weiteren Beugungsmaxima der Beugungsbilder, sowie deren Abstände von der nullten Beugungsordnung ermittelt. Beugungsbilder mit Beugungsmaxima vergleichbarer Abstände werden zu Gruppen zusammengefasst. Ein Toleranzbereich der Abstände innerhalb einer Gruppe wird vorgegeben. Als weiteres Kriterium wird geprüft, ob die clearnormierten Intensitätswerte der jeweiligen Beugungsordnung unterschiedlicher Beugungsbilder innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches liegen. Beugungsbilder mit Intensitätswerten außerhalb des Toleranzbereiches werden zur Charakterisierung der Maske nicht herangezogen. Analog wird mit der räumlichen Ausdehnung der Beugungsmaxima verfahren. Beugungsbilder mit Beugungsmaxima deren Ausdehnung nicht innerhalb eines Toleranzbereiches liegen, werden zur Bewertung nicht herangezogen.
Für jede Gruppe von Beugungsbildern werden nun, wie oben erläutert, die Intensitätsquotienten berechnet.
Zur Auswertung wird der Mittelwert aller Intensitätswerte berechnet und die prozentuale Abweichung aller Werte von diesem Mittelwert. Verschiedenen prozentualen Abweichungen werden verschiedene Farben bzw. Farbtöne zugeordnet. Die Messwerte werden dann in einem zweidimensionalen Diagramm der Maske durch die jeweilige Farbe dargestellt. Sofern die Intensitätsquotienten wie oben erwähnt gegen bekannte CD-Werte kalibriert wurden, können in dem zweidimensionalen Diagramm die absoluten CD-Werte angegeben werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel kommt bei Masken zum Einsatz, die zahlreiche Bereiche mit identischen Strukturen aufweisen, sogenannte Dies. Zur Erhöhung der Genauigkeit wird der Durchschnitt der Intensitätsquotienten identischer Positionen aller Dies gemessen. Zur Auswertung wird dann für jede Position die prozentuale Abweichung der einzelnen Intensitätsquotienten vom Durchschnittswert über alle Dies angegeben.
Eine Übersicht des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in 6 gegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2171539 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Charakterisierung einer Maske, die eine Struktur aufweist, umfassend die Schritte: – Beleuchten der Maske unter zumindest einem Beleuchtungswinkel mit monochromatischer Beleuchtungsstrahlung, so dass ein Beugungsbild der Struktur entsteht, welches zumindest zwei Maxima benachbarter Beugungsordnungen umfasst, – Aufnehmen des Beugungsbildes, – Ermitteln der Intensitäten der Maxima der benachbarten Beugungsordnungen, – Ermitteln eines Intensitätsquotienten der Intensitäten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beugungsbild zur Aufnahme vollständig auf einen einzigen Detektor abgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei während der Aufnahme des Beugungsbildes eine kontinuierlichen Relativbewegung zwischen Maske und Detektor erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: – Ermitteln einer Linienbreite der Struktur aus zumindest einer Korrelation zwischen zumindest einem ermittelten Intensitätsquotienten einer Struktur und einer bekannten Linienbreite dieser Struktur.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungsstrahlung auf der Maske ein Beleuchtungsfeld erzeugt, welches einen Hauptbereich und einen Randbereich aufweist, wobei der Randbereich den Hauptbereich umgibt, wobei die Intensität der Beleuchtungsstrahlung innerhalb des Hauptbereichs konstant ist, im Randbereich kontinuierlich abnimmt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abnahme der Intensität im Randbereich einer Gaußfunktion entspricht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Beleuchtungsfeld auf der Maske durch eine Feldblende vorgegeben wird und der Intensitätsverlauf des Beleuchtungsfeldes durch Defokussieren der Feldblende angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Beleuchtungswinkel an eine Gitterperiode der Struktur angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Beleuchtungswinkel an eine Ausrichtung der Gitterperiode der Struktur auf der Maske angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Struktur auf der Maske gleichzeitig unter zumindest zwei Beleuchtungswinkeln beleuchtet wird, wobei jeder der Beleuchtungswinkel an die Ausrichtung der Gitterperiode unterschiedlicher Strukturen auf der Maske angepasst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Beleuchtungswinkel durch Anordnung einer Blende in einer Pupillenebene eines Beleuchtungsstrahlenganges eines Maskeninspektionsmikroskops vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Blende als Annular ausgebildet ist, der an die Gitterperiode verschiedener Strukturen auf der Maske angepasst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Blende als Monopol ausgebildet ist, wobei die Position des Pols an die Ausrichtung der Gitterperiode einer Struktur auf der Maske angepasst ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Blende als asymmetrischer Dipol ausgebildet ist, wobei die Positionen der zwei Pole an die Ausrichtungen der Gitterperioden unterschiedlicher Strukturen auf der Maske angepasst sind.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Intensitäten der benachbarten Beugungsordnungen auf eine Bezugsgröße normiert werden, insbesondere auf die Intensität, welche bei Charakterisierung einer Maske ohne Struktur gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine weitere Charakterisierung der Struktur durch das Anwenden zumindest eines der Kriterien erfolgt: Position der Maxima der Beugungsordnungen, Abstand der Maxima der Beugungsordnungen, Intensitäten der Maxima der Beugungsordnungen, Ausdehnung der Maxima der Beugungsordnungen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine weitere Charakterisierung der Struktur durch Vergleich des aufgenommenen Beugungsbildes mit einem simulierten Beugungsbild erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend den Schritt: Vorgeben mehrerer Positionen auf der Maske, an welcher Strukturen charakterisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei Positionen vorgegeben werden, welche gleichmäßig über die Fläche der Maske verteilt sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei aus den Beugungsbildern vergleichbare Strukturen durch Anwenden zumindest eines der folgenden Kriterien erkannt werden: Positionen der Maxima der Beugungsordnungen, Abstand der Maxima der Beugungsordnungen, Intensitäten der Maxima der Beugungsordnungen, Ausdehnung der Maxima der Beugungsordnungen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei Positionen vorgegeben werden, an welchen vergleichbare Strukturen auf der Maske ausgebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Mittelwert der Intensitätsquotienten aller vergleichbaren Strukturen und die prozentuale Abweichung der einzelnen Intensitätsquotienten vom Mittelwert berechnet wird.
Maskeninspektionsmikroskop, welches eine Datenverarbeitungsanlage aufweist, die die Schritte gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22 durchführt.