DE102016107524A1

DE102016107524A1 - Verfahren zur Positionserfassung eines Maskenhalters auf einem Messtisch

Info

Publication number: DE102016107524A1
Application number: DE102016107524.8A
Authority: DE
Inventors: Hans-Michael Solowan
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2036-04-23
Also published as: US10656537B2; JP6754447B2; CN109073991B; KR102213031B1; DE102016107524B4; KR20180133489A; US20190056674A1; JP2019515267A; WO2017182558A1; CN109073991A

Abstract

Die Erfindung betritt ein Verfahren zur Positionserfassung eines Maskenhalters (1) für Masken (2) für die Photolithographie, mit den folgenden Schritten: – Positionierung des Maskenhalters (1) mit Maske (2) auf einem Messtisch einer Messvorrichtung – Anmessen von Halterkanten des Maskenhalters (1) mittels eines Kantenfindungsalgorithmus – Speicherung der Absolutposition des Maskenhalters (1) auf dem Messtisch – Aufnahme und Speicherung mindestens eines Referenzbildes eines Abschnittes einer Halterkante

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionserfassung eines Maskenhalters für Masken für die Halbleiterlithographie, insbesondere ein Verfahren zur Kalibrierung eines hierzu verwendeten Messsystems. Derartige Masken enthalten üblicherweise eine Struktur, ein sogenanntes Pattern, welches im Zuge der Herstellung von Halbleiterbauelementen auf ein Halbleitersubstrat, einen sogenannten Wafer, abgebildet wird.
Im Zuge der Herstellung und der späteren Anwendung der genannten Masken ist es erforderlich, die Absolutposition des Patterns auf der Maske zu bestimmen. Hierfür wird üblicherweise eine speziell für diese Anwendung entwickelte Koordinatenmessmaschine verwendet. Beispielhaft sei hier das System genannt, welches unter der Bezeichnung PROVE® von der Carl Zeiss SMT GmbH angeboten wird. Das genannte System vermisst unter anderem die Absolutposition des Patterns auf der Maske beispielsweise unter Verwendung von für diesen Zweck auf der Maske angebrachten Markierungen, der sogenannten Alignment Marks. Auch andere auf der Maske vorhandene Strukturen können für diesen Zweck verwendet werden. Anhand der so ermittelten Positionierfehler des Patterns auf der Maske kann im weiteren Verlauf entweder aktiv in die Maskenherstellung eingegriffen werden oder auch ggf. bei der Belichtung eines Halbleiterwafers in einer Projektionsbelichtungsanlage den ermittelten Positionierfehler als Information heranzuziehen.
Daneben ist es für die Maskenherstellung von Bedeutung, die neben einer Vielzahl von anderen Parametern die sogenannte Centrality zu bestimmen. Unter der Centrality versteht man den relativen Versatz des Schwerpunktes des Patterns gegenüber dem Schwerpunkt des Glaskörpers der Maske. Dieser Versatz ist praktisch unabhängig von der Relativposition des Patterns zu den Alignments Marks; zu seiner Bestimmung ist die Kenntnis der Lage der Glaskanten des Maskenkörpers erforderlich. Hierzu wird üblicherweise zunächst die relative Lage der Glaskanten des Maskenkörpers zu Kanten des Maskenhalters bestimmt. Kennt man nun die Lage der Kanten des Maskenhalters im Koordinatensystem des Messsystems, lässt sich durch eine geeignete Transformation die Lage der Kanten des Maskenkörpers und damit letztlich unter anderem die Centrality bestimmen. Es ist also für die Reproduzierbarkeit und letztlich auch für die Genauigkeit der Bestimmung der Centrality wesentlich, genaue Kenntnis insbesondere der Lage der Kanten des Maskenhalters im Koordinatensystem der Messmaschine zu gewinnen.
Der Maskenhalter ist dabei derart gestaltet, dass er die Maske in einem näherungsweise quadratischen Ausschnitt hält. Die Innenkanten des Maskenhalters entsprechen dabei den Seiten des so gebildeten Quadrates; sie weisen pro Seite zwei im Wesentlichen rechteckige Fortsätze, die sogenannten Protrusions, auf, mittels derer die Kantenposition des Maskenhalters bestimmt wird. Hierzu werden an den Protrusions pro Seite zwei Anmesspunkte bestimmt, um den Kantenverlauf des Halters bestimmen zum können. Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wurden dabei Geraden an den Kantenverlauf angenähert. Diese Vorgehensweise ist jedoch aufgrund der fertigungsbedingt erheblichen Rauigkeit beziehungsweise Unregelmäßigkeit der Halterkanten insbesondere in y-Richtung fehlerbehaftet. Wenn nun bedingt durch die Ablagetoleranzen des Maskenhalters auf dem Messtisch des Messsystems zur Anmessung der Halterkanten im Messbetrieb unterschiedliche Bildausschnitte herangezogen werden, können sich hieraus erhebliche Messfehler ergeben.
Die üblichen bisherigen Abläufe im Messsystem werden nachfolgend zur Verdeutlichung noch einmal übersichtsartig dargestellt:

1. Kalibrierung der Maskenhalterpositon auf dem Messtisch (Halterkalibrierung) a. Laden des Maskenhalters mit Maske b. Aufnehmen von Messbildern und Anmessen der Halterkanten mittels Kantenfindung c. Hinterlegen der gemessenen absoluten Position des Halters auf dem Messtisch als Referenzposition
2. Laden des Maskenhalters mit Maske im täglichen Messbetrieb a. Laden des Maskenhalters mit Maske b. Anfahren der bei der Kalibrierung hinterlegten Referenzpositionen c. Aufnehmen von Messbildern d. Absolute Anmessung der Maskenhalterkanten mittels Kantenfindung mit der Halterposition auf dem Messtisch als Ergebnis

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, durch welches insbesondere die Wiederholbarkeit der Anmessung des Maskenhalters verbessert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Positionierung des Maskenhalters mit Maske auf einem Messtisch einer Messvorrichtung
– Anmessen von Halterkanten des Maskenhalters mittels eines Kantenfindungsalgorithmus
– Speicherung der Absolutposition des Maskenhalters auf dem Messtisch

Erfindungsgemäß wird zusätzlich mindestens ein Referenzbild eines Abschnittes einer Halterkante aufgenommen und gespeichert.
Durch die Aufnahme des Messbildes – in welchem der exakte Kantenverlauf insbesondere auch für unregelmäßig geformte Kanten festgehalten ist, kann dann in dem nachfolgenden Messverfahren wir unten beschrieben eine erhöhte Reproduzierbarkeit der Messung erreicht werden:
In dem Verfahren wird

– zunächst der Maskenhalter erneut geladen
– der Maskenhalter an der gespeicherten Absolutposition positioniert
– mindestens ein Messbild aufgenommen
– eine relative Positionsbestimmung der neuen Position des Maskenhalters durch einen Vergleich mindestens eines Ausschnittes eines Messbildes mit mindestens einem Ausschnitt des Referenzbildes vorgenommen.

Der angesprochene Vergleich kann dabei insbesondere mittels einer zweidimensionalen korrelativen Bildanalyse vorgenommen werden.
Durch den beschriebenen Vergleich zwischen Messbild und Referenzbild kann der relative Versatz zwischen Referenz- und Messbild bestimmt werden, dass sich die Reproduzierbarkeit der einzelnen Messungen der Halterposition über mehrere Messzyklen hinweg (also über mehrere Auflegevorgänge des Halters mit Maske hinweg) deutlich erhöht. Eine zuverlässige zweidimensionale Bildkorrelation wird durch die Struktur der Halterkanten ermöglicht. Diese entsteht bei der Herstellung des Maskenhalters und verändert sich nicht, stellt also eine Art Fingerabdruck des Maskenhalters dar, an Hand dessen man eine Verschiebung des Halters im Messbild relativ zum Referenzbild eindeutig bestimmen kann. Aufgrund der herstellungsbedingt unregelmäßigen Struktur der Halterkante kann der Vergleich von Mess- und Referenzbild anhand eines einzigen Messbildes pro Messstelle erfolgen. In diesem Fall ist die vordergründig eher unerwünschte Unregelmäßigkeit der Halterkante insbesondere in x-Richtung eher von Vorteil. Bei einer perfekt linearen Kante wäre es unmöglich, einen Versatz des Messbildes gegenüber dem Referenzbild entlang der Kantenrichtung zu detektieren. Es ist jedoch von Vorteil, mindesten zwei Messbilder aufzunehmen, um auch Drehungen des Halters zuverlässig bestimmen zu können.
Im Anschluss an die oben beschriebene Kalibrierung kann nun durch die deutlich erhöhte Reproduzierbarkeit die Absolutgenauigkeit ebenfalls merklich gesteigert werden, indem man mit einer Photomaske ein Autokalibrierverfahren anwendet.
Dabei können zur Bestimmung eines systematischen Fehlers der Position des Maskenhalters auf dem Messtisch geometrische Parameter der Maske in verschiedenen Drehstellungen vermessen werden.
Insbesondere kann die Maske in vier Drehstellungen jeweils um 90° versetzt vermessen werden; dabei kann die Centrality von Positionsmarken auf der Maske für jede Drehstellung bestimmt werden.
Dadurch, dass aufgrund des nunmehr bekannten Versatzes der aktuellen Position des Maskenhalters gegenüber der (fehlerbehafteten) initialen Referenzposition sich die Position des Maskenhalters reproduzierbar, also mit einem zwar unbekannten, aber konstanten Fehler festlegen lässt, kann letztlich der Fehler selbst wesentlich genauer ermittelt werden als es mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren bislang möglich war. Hierzu wird über die angesprochene Drehung der Maske der Versatz des Ursprunges des Maskenkoordinatensystems gegenüber dem Ursprung des Maskenhalterkoordinatensystems bestimmt. In denjenigen Fällen, in denen dieser Versatz nicht null ist, wird sich für jede unterschiedliche Winkelposition der Drehung im (sich mitdrehenden) Maskenhalterkoordinatensystem ein anderer Wert ergeben, so dass man bei vier Drehstellungen vier auf einem Kreisbogen liegende Punkte im Koordinatensystem des Maskenhalters erhält. Aus dem Radius des Kreises kann dann auf den absoluten Fehler bei der Bestimmung der Lage des Maskenhalters auf dem Messtisch, also im Maschinenkoordinatensystem, geschlossen werden.
Somit kann die Absolutgenauigkeit des Messsystems deutlich erhöht werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 Eine schematische Darstellung eines Maskenhalters mit einer darin angeordneten Maske,
2 exemplarische Verläufe der Maskenkanten in ausgewählten Bereichen,
1 zeigt in einer exemplarischen Darstellung einen Maskenhalter 1 mit einer darin auf drei in der Figur nicht dargestellten Punktauflagen angeordneten Maske 2. Der Maskenhalter 1 wird typischerweise dazu verwendet, zu vermessende Masken 2 aufzunehmen und auf dem Messtisch des Messsystems für die Dauer der Messung zu lagern; er wird regelmäßig zur Aufnahme verschiedener Masken nach einander verwendet. Wie bereits erwähnt ist für eine präzise und reproduzierbare Vermessung von Strukturen auf der Maske 2 die genaue Kenntnis der Position des Maskenhalters 1 auf dem Messtisch wesentlich. Allerdings geht in die Positionsermittlung des Maskenhalters 1 auf dem Messtisch ein systematischer Fehler mit ein, der in der Struktur des Maskenhalters 1 selbst begründet ist. Zur Anmessung des Maskenhalters 1 auf dem Messtisch werden die in der Figur dargestellten nicht gesondert bezeichneten Messpunkte an der der Maske 2 zugewandten Innenseite des Maskenhalters 1 verwendet.
Aus der Ausschnittsvergrößerung in der Figur wird erkennbar, dass sich die Messpunkte im Bereich sogenannter Protrusions 3, also im Wesentlichen rechteckiger Fortsätze befinden. Da diese Protrusions 3 sowohl eine Kante in x-Richtung als auch zwei Kanten in y-Richtung aufweisen, kann eine Anmessung des Maskenhalters 1 mittels eines Lichtmikroskops in beide Richtung anhand einer Protrusion 3 vorgenommen werden, ohne dass hierzu der Maskenhalter 1 über lange Wege verfahren werden muss. Dabei sind auch Varianten denkbar, in welchen auf die Protrusions 3 verzichtet werden kann. Zur Identifikation in der nachfolgend beschriebenen 2 sind die Kanten aufsteigend durchnummeriert.
2 zeigt exemplarisch einen mittels eines Lichtmikroskops ermittelten Kantenverlauf in den in der Ausschnittsvergrößerung in 1 entsprechend gekennzeichneten Bereichen. Gut erkennbar sind die individuellen, unregelmäßigen Kantenverläufe insbesondere in y-Richtung. Wenn nun der Maskenhalter 1 auf den Messtisch aufgelegt wird, kann es aufgrund der endlichen Positioniergenauigkeit des hierzu verwendeten Handlingroboters dazu kommen, dass gegenüber einer ersten Referenzposition des Maskenhalters 1 auf dem Messtisch ein gewisser Versatz beispielsweise entlang der x-Richtung auftritt. Dieser Versatz führt jedoch dazu, dass für die Bestimmung der y-Kante (also derjenigen Kante, anhand welcher die y-Position des Maskenhalters 1 bestimmt wird und die in x-Richtung verläuft) mittels des Anfittens einer Geraden an die Kante anhand eines von der Referenzposition abweichenden Abschnittes der Kante erfolgt. Die in der 2 gut erkennbare Inhomogenität der y-Kante hat dann eine fehlerhafte Bestimmung der y-Position zur Folge. Ist jedoch auch für die Referenzposition der Verlauf der Kante in dem für die Anmessung herangezogenen Bereich hinterlegt, kann insbesondere für unregelmäßig verlaufende Kanten wie beispielsweise gerade für die y-Kanten anhand eines Vergleiches des aktuell aufgenommenen Bildes des Kantenabschnittes mit dem anhand der Referenzmessung aufgenommenen Bild der Versatz des Abschnittes und damit des Maskenhalters 1 gegenüber der Referenzmessung in x- und y-Richtung und auch eventuelle Verkippungen bestimmt werden. Damit wird die Bestimmung der Position des Maskenhalters auf dem Messtisch insgesamt reproduzierbarer, was wie oben dargestellt auch die Möglichkeit eröffnet, den systematischen Fehler bei der Ermittlung der Position des Maskenhalters 1 zu bestimmen.

Claims

Verfahren zur Positionserfassung eines Maskenhalters (1) für Masken (2) für die Photolithographie, umfassend – Positionierung des Maskenhalters (1) mit Maske (2) auf einem Messtisch einer Messvorrichtung – Anmessen von Halterkanten des Maskenhalters (1) mittels eines Kantenfindungsalgorithmus – Speicherung der Absolutposition des Maskenhalters (1) auf dem Messtisch dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Referenzbild eines Abschnittes einer Halterkante aufgenommen und gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Maskenhalter (1) erneut geladen wird – der Maskenhalter (1) an der gespeicherten Absolutposition positioniert wird – mindestens ein Messbild aufgenommen wird – eine relative Positionsbestimmung der neuen Position des Maskenhalters (1) durch einen Vergleich mindestens eines Ausschnittes eines Messbildes mit mindestens einem Ausschnitt des Referenzbildes vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich mittels einer zweidimensionalen korrelativen Bildanalyse vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines systematischen Fehlers der Position des Maskenhalters (1) auf dem Messtisch geometrische Parameter der Maske (2) in verschiedenen Drehstellungen vermessen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske (2) in vier Drehstellungen jeweils um 90° versetzt vermessen wird und die Centrality von Positionsmarken auf der Maske (2) für jede Drehstellung bestimmt wird.