DE102017116495B4

DE102017116495B4 - Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik eines ersten Messsystems

Info

Publication number: DE102017116495B4
Application number: DE102017116495.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Schmidt; Michael Himmelhaus; Dirk Seidel
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2037-07-22
Also published as: US10599936B2; DE102017116495A1; US20190026578A1

Abstract

Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik (6) eines ersten Messsystems (1), wobei die erste Abbildungsoptik (6) eine erste Messgenauigkeit aufweist und das Verfahren die Schritte umfasst:a) Bereitstellen einer ersten Probe (A) mit ersten Markern (16, 17),b) Messen von Positionender ersten Marker (16, 17) mittels eines zweiten Messsystems (21), das eine zweite Abbildungsoptik (26), die eine zweite Messgenauigkeit, die besser ist als die erste Messgenauigkeit, aufweist, umfasst,c) Ermitteln von bei der Herstellung der ersten Probe (A) erzeugten Positionsfehlernder ersten Marker (16, 17) auf der ersten Probe (A) basierend auf den im Schritt b) gemessenen Positionenund vorgegebenen Sollpositionender ersten Marker (16, 17),d) Messen von Positionender ersten Marker (16, 17) mittels des ersten Messsystems (1),e) Ermitteln eines Messfehlersder ersten Abbildungsoptik (6) bei der Positionsbestimmung für jeden ersten Marker (16, 17) basierend auf den im Schritt d) gemessenen Positionenden im Schritt c) ermittelten Positionsfehlernund den vorgegebenen Sollpositionender ersten Marker (16, 17), undf) Berücksichtigen des im Schritt e) ermittelten Messfehlers (V) zur Verzeichnungskorrektur bei einer weiteren Messung mit dem ersten Messsystem (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik eines ersten Messsystems.
Das erste Messsystem kann z.B. ein optisches Photomasken-Inspektionssystem oder ein optisches Metrologiesystem für Photomasken aufweisen. Bei solchen Messsystemen zeigt die erste Abbildungsoptik eine Verzeichnung über das abgebildete Bildfeld. Somit sind die Positionen und Abstände des abgebildeten Bildfeldes fehlerhaft in Bezug auf die real auf der abgebildeten Probe vorhandenen Positionen und Abstände. Dieser Fehler, der allein durch die erste Abbildungsoptik verursacht wird, kann selbst beim modernen ersten Messsystem ein Vielfaches der zu messenden Messgenauigkeit im Bildfeld betragen.
So kann beispielsweise der Verzeichnungsfehler eines modernen Metrologiesystems 30 nm auf der abzubildenden Photomaske betragen, wohingegen die Messgenauigkeit des Metrologiesystems z.B. zur Messung von Marken und Abständen von Marken auf der Photomaske im Bildfeld unter 1 nm bezogen auf die Photomaske betragen müsste.
Nach dem Stand der Technik besteht ein übliches Verfahren, die Verzeichnung eines optischen Systems zu korrigieren, darin, mit Hilfe des optischen Systems eine ideale, d.h. fehlerfreie Test-Struktur abzubilden, und dann durch Vergleich von Test-Struktur und Abbildung die Verzeichnungsfehler zu bestimmen. Diese können dann dazu genutzt werden, weitere mit Hilfe des optischen Systems aufgezeichnete Abbildungen im Sinne einer höheren Messgenauigkeit zu korrigieren.
Aufgrund der extremen Anforderungen an die Messgenauigkeit ist es im vorliegenden Fall, also der Verzeichnungskorrektur von in der Mikrolithographie eingesetzten optischen Systemen, jedoch technisch nicht mehr möglich, fehlerfreie Test-Strukturen herzustellen. „Fehlerfrei“ heißt hier, Teststrukturen mit Abweichungen der Strukturpositionen vom Soll, die deutlich geringer sind als die erforderliche Messgenauigkeit des Messsystems. Somit ist eine Korrektur dieser optischen Systeme nach dem Stand der Technik nicht möglich.
AICON 3D Systems GmbH: Hinweise zur Kalibrierung von Kameras mit einer AICON Kalibriertafel; Firmenschrift; 2001 beschreibt Möglichkeiten zur Durchführung von Kamerakalibrierungen mit Hilfe einer Kalibriertafel, die eine große Anzahl von verschiedenen kreisförmigen Punktmarken aufweist, deren 3D-Koordinaten vorab bestimmt und daher als bekannt vorausgesetzt werden. Zur Bestimmung der Kameraparameter sollen mit den zu kalibrierenden Kameras Bilder der Kalibriertafel aufgenommen werden. Um die Verzeichnung für das gesamte Bildformat hinreichend gut bestimmen zu können, soll die Tafel möglichst formatfüllend aufgenommen werden. Diese Formatfüllung muss nicht zwingend in einem Bild gegeben sein, je nach Brennweite und Umgebungsbedingung können durchaus mehrere Bilder notwendig sein. Wichtig sei, dass in der Summe der Bilder das Format genutzt wird. Beispielhaft wird eine Kalibrierung mit sieben Bildern, wobei drei Aufnahmen mit verschiedener Kantung zwischen Kamera und Kalibriertafel und vier Aufnahmen mit verschiedener Kippung zwischen Kamera und Kalibriertafel durchgeführt werden, eine Kalibrierung mit vier Bildern, wobei Schrägaufnahmen mit gleichzeitiger Kantung durchgeführt werden, und eine Kalibrierung mit einem Bild beschrieben. Bei der Kalibrierung mit einem Bild ist angegeben, dass für eine gute Nutzung des Bildformats in der Regel eine Aufnahme senkrecht zum Testfeld gemacht wird, wobei dies bei einem ebenen Testfeld ungünstig sei.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik eines ersten Messsystems bereitzustellen, mit dem die eingangs beschriebenen Schwierigkeiten möglichst vollständig überwunden werden können.
Die Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik eines ersten Messsystems, wobei die erste Abbildungsoptik eine erste Messgenauigkeit aufweist, kann folgende Schritte umfassen:

a) Bereitstellen einer ersten Probe mit ersten Markern,
b) Messen der Positionen der ersten Marker mittels eines zweiten Messsystems, das eine zweite Abbildungsoptik, die eine zweite Messgenauigkeit, die besser ist als die erste Messgenauigkeit, aufweist, umfasst,
c) Ermitteln von bei der Herstellung der ersten Probe erzeugten Positionsfehlern der ersten Marker auf der ersten Probe basierend auf den im Schritt b) gemessenen Positionen und vorgegebenen Sollpositionen der ersten Marker,
d) Messen der Positionen der ersten Marker mittels des ersten Messsystems,
e) Ermitteln des Messfehlers der ersten Abbildungsoptik bei der Positionsbestimmung für jeden ersten Marker basierend auf den im Schritt d) gemessenen Positionen, den im Schritt c) ermittelten Positionsfehlern und den vorgegebenen Sollpositionen der ersten Marker der ersten Probe, und
f) Berücksichtigen des im Schritt e) ermittelten Messfehlers zur Verzeichnungskorrektur bei einer weiteren Messung mit dem ersten Messsystem.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird somit in vorteilhafter Weise die höhere Messgenauigkeit des zweiten Messsystems (die z.B. mindestens eine Größenordnung besser ist) genutzt, um die tatsächlichen Positionen der ersten Marker auf der ersten Maske mit der zweiten Messgenauigkeit zu bestimmen. Dies wird dann bei der Messung der ersten Probe im ersten Messsystem in vorteilhafter Weise dazu genutzt, den Messfehler der ersten Abbildungsoptik der zweiten Messgenauigkeit zu ermitteln, wobei dieser Messfehler dann nicht mehr von der ersten Probe abhängt und somit bei weiteren Messungen mittels des ersten Messsystems an weiteren Proben genutzt werden kann, um eine hochgenaue Messung (z.B. Positionsbestimmung oder Bestimmung von Abständen) durchzuführen.
Das erste Messsystem kann einen ersten Bildsensor mit Bildpixeln aufweisen, wobei im Schritt e) für jedes Bildpixel ein Messfehlerwert ermittelt wird. Dieser kann dann im Schritt f) berücksichtigt werden, so dass eine schnelle Verzeichnungskorrektur bei weiteren Messungen mit dem ersten Messsystem möglich ist.
Die im Schritt a) bereitgestellte erste Probe kann so ausgebildet sein, dass die ersten Marker in einem regelmäßigen Gitter (bevorzugt in einem zweidimensionalen Gitter) angeordnet sind. Dabei können die ersten Marker alle gleich sein. Es ist auch möglich, dass mindestens einer der ersten Marker eine andere Orientierung aufweist als die restlichen ersten Marker (z.B. an der entsprechenden Position im Gitter aber gedreht positioniert, wenn die ersten Marker für sich nicht drehsymmetrisch sind). Ferner kann mindestens einer der ersten Marker eine andere Form aufweisen. Die Form und/oder Orientierung des mindestens einen anderen ersten Markers ist bevorzugt so gewählt, dass sie in Verbindung mit den anderen ersten Markern dazu führt, dass die Anordnung der ersten Marker keine Translationsinvarianz aufweist.
Natürlich kann die erste Probe auch so ausgebildet sein, dass die ersten Marker in keinem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Die ersten Marker können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein.
Bei der Messung im Schritt b) können alle ersten Marker bevorzugt gleichzeitig abgebildet werden. Damit muss die erste Probe nicht während der Messung bewegt bzw. verschoben werden, damit alle ersten Marker aufgenommen werden können. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer besseren Messgenauigkeit.
In gleicher Weise können zur Messung im Schritt d) alle ersten Marker gleichzeitig abgebildet werden. Dies führt zu einer besseren Verzeichnungskorrektur des ersten Messsystems, insbesondere dann, wenn das erste Messsystem eine niedrigere Messgenauigkeit als das zweite aufweist. Beispielsweise kann die Messgenauigkeit des ersten Messsystems durch nichtoptische Einflüsse (z. B. Mechanik, Elektronik, Atmosphäre, Temperatur) deutlich geringer sein als die des zweiten Messsystems. Eine sequentielle Vermessung aller (ersten) Marker würde dann die Signatur dieser nichtoptischen Einflüsse tragen und so keine optimale Verzeichnungskorrektur erlauben. Bei gleichzeitiger Messung aller Marker können die nichtoptischen Einflüsse jedoch (weitgehend) ausgeschaltet werden und so eine deutlich verbesserte Verzeichnungskorrektur erzielt werden, die der des zur Vermessung der ersten Marker benutzten zweiten Messsystems sehr nahe kommt. Dies macht das hier beschriebene Verfahren insbesondere für Messsysteme mit hohen Anforderungen an die optische Abbildung, aber nur mäßigen Anforderungen an die nichtoptischen Komponenten des Messsystems, interessant.
Ferner kann die Messung im Schritt b) und/oder die Messung im Schritt d) mehrmals nacheinander durchgeführt werden. In diesem Fall werden bevorzugt Mittelwerte der mehreren Messungen ermittelt. Auch dies erhöht die Messgenauigkeit.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können nach dem Durchführen des Schrittes f) die Schritte d) und e) erneut durchgeführt werden, um die Messfehler der ersten Abbildungsoptik zu ermitteln. Es kann somit eine erneute Kalibrierung erfolgen. Dies kann z.B. notwendig werden, wenn die erste Abbildungsoptik geändert wurde oder wenn die Messgenauigkeit des ersten Messsystems mit der Zeit zu groß wird.
Ferner können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Durchführen des Schrittes e) folgende Schritte durchgeführt werden:

g) Messen der Positionen von zweiten Markern einer zweiten Probe mittels des ersten Messsystems und
h) Ermitteln von bei der Herstellung der zweiten Probe erzeugten Positionsfehlern der zweiten Marker auf der zweiten Probe basierend den in Schritt g) gemessenen Positionen der zweiten Marker, dem im Schritt e) ermittelten Messfehler und vorgegebenen Sollpositionen der zweiten Marker der zweiten Probe.

In dieser Art und Weise können mittels des ersten Messsystems die Positionsfehler der zweiten Marker der zweiten Probe mit der Messgenauigkeit des zweiten Messsystems ermittelt werden, ohne jedoch das zweite Messsystem zu benötigen. Die Messgenauigkeit wird durch dieses Vorgehen quasi auf die zweite Probe bezogen.
Daher kann eine erneute Ermittlung des Messfehlers der ersten Abbildungsoptik basierend auf der zweiten Probe durchgeführt werden, so dass die erste Probe nicht mehr benötigt und z.B. dadurch geschont werden kann.
Für ein erneutes Ermitteln des Messfehlers der ersten Abbildungsoptik können folgende Schritte durchgeführt werden:

i) Messen der Positionen der zweiten Marker der zweiten Probe mittels des ersten Messsystems und
j) Ermitteln des Messfehlers der ersten Abbildungsoptik bei der Positionsbestimmung für jeden zweiten Marker basierend auf den im Schritt i) gemessenen Positionen, den im Schritt h) ermittelten Positionsfehlern und den vorgegebenen Sollpositionen der zweiten Marker.

Es wird ferner ein System bereitgestellt, das das erste und zweite Messsystem umfasst und mit dem die beschriebenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens (einschließlich seiner Weiterbildungen) ausgeführt werden können. Das System kann insbesondere eine zentrale Datenverarbeitungseinheit aufweisen, das z.B. die Schritte c) und e) durchführt. Natürlich kann das System auch so ausgebildet werden, dass der Schritt c) in einer Datenverarbeitungseinheit (z.B. Steuergerät) des zweiten Messsystems und der Schritt e) in einer Datenverarbeitungseinheit (z.B. Steuergerät) des ersten Messsystems durchgeführt wird.
Ferner wird ein erstes Messsystem bereitgestellt, das die Schritte d) - f) (und gegebenenfalls weitere Schritte von Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens) durchführen kann.
Es wird weiter ein Computerprogramm bereitgestellt, das Softwarecode aufweist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens (einschließlich seiner Weiterbildungen) durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden. Diese kann z.B. die zentrale Datenverarbeitungseinheit sein. Es ist auch möglich, dass das Computerprogrammprodukt auf verschiedenen Datenverarbeitungseinheiten, die miteinander verbunden sind, ausgeführt wird. So können einzelne Schritte des Computerprogrammprodukts auf verschiedenen Datenverarbeitungseinheiten ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die ebenfalls erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Diese Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht als einschränkend auszulegen. Beispielsweise ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Elementen oder Komponenten nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Elemente oder Komponenten zur Implementierung notwendig sind. Vielmehr können andere Ausführungsbeispiele auch alternative Elemente und Komponenten, weniger Elemente oder Komponenten oder zusätzliche Elemente oder Komponenten enthalten.
Elemente oder Komponenten verschiedener Ausführungsbespiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Modifikationen und Abwandlungen, welche für eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, können auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein. Zur Vermeidung von Wiederholungen werden gleiche oder einander entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht mehrmals erläutert. Von den Figuren zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines ersten optischen Messsystems;
2 eine schematische Darstellung des aufgenommenen Bildfeldes 3 zur Erläuterung der auftretenden Verzeichnungen;
3 eine schematische Darstellung der Maske A;
4 eine schematische Darstellung des zweiten Messsystems;
5 eine schematische Darstellung der Maske B;
6 eine schematische Darstellung einer weiteren Maske A, B, und
7 eine schematische Darstellung einer weiteren Maske A, B.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das erfindungsgemäße erste optische Messsystem 1, das z.B. als Photomasken-Inspektionssystem oder Metrologiesystem ausgebildet sein kann, eine erste Beleuchtungseinheit 2 zum Beleuchten eines Bildfeldes 3 einer Probe 4, einen ersten Probentisch 5 zum Haltern der Probe 4, eine erste Abbildungsoptik 6 zum vergrößerten Abbilden des beleuchteten Bildfeldes 3 auf einen ersten Bildsensor 7, der z.B. ein CCD-Sensor oder ein CMOS-Sensor sein kann, sowie ein erstes Steuergerät 8.
Die in 1 dargestellte erste Abbildungsoptik 6 umfasst ein erstes Objektiv 9 und eine erste Tubusoptik 10, um das beleuchtete Bildfeld 3 auf den ersten Bildsensor 7 abzubilden.
Die erste Beleuchtungseinheit 2 umfasst eine erste Lichtquelle 11, eine der ersten Lichtquelle 11 nachgeordnete erste Kollektoroptik 12, einen zwischen dem ersten Objektiv 9 und der ersten Tubusoptik 10 angeordneten Strahlteiler 13 sowie das erste Objektiv 9. Das Licht der ersten Lichtquelle 11 wird von der ersten Kollektoroptik 12 so fokussiert und mittels des Strahlteilers 13 so in den Strahlengang zwischen dem ersten Objektiv 9 und der ersten Tubusoptik 10 eingekoppelt, dass das erste Objektiv 9 als Kondensor für die Beleuchtungseinheit 2 dafür sorgt, dass das Bildfeld 3 möglichst mit parallelen Strahlenbündeln beleuchtet wird. Die erste Lichtquelle 11 kann beispielsweise eine Halogenlampe, eine Xenon-Entladungslampe, ein LED oder einen Laser aufweisen.
Ferner umfasst das erste optische Messsystem 1 einen ersten z-Trieb 14, mit dem das erste Objektiv 9 entlang der z-Richtung bewegt werden kann, um eine gewünschte Fokussierung durchzuführen. Natürlich kann das erste optische Messsystem 1 auch so ausgebildet sein, dass der erste Probentisch 5 in z-Richtung bewegbar ist oder dass sowohl das erste Objektiv 9 als auch der erste Probentisch 5 in z-Richtung bewegbar ist.
Das erste Steuergerät 8 ist zur Steuerung des ersten optischen Messsystems 1 mit dem ersten Bildsensor 7, der ersten Lichtquelle 11, dem ersten z-Trieb 14 und dem ersten Probentisch 5 verbunden.
In 2 ist in einer vergrößerten Darstellung 15 des aufgenommenen Bildfeldes 3 schematisch die Verzeichnung dargestellt, die durch die erste Abbildungsoptik 6 beim Abbilden des Bildfeldes 3 auf den ersten Bildsensor 7 auftritt. Die Verzeichnung ist durch die eingezeichneten Pfeile verdeutlicht, wobei die Länge der Pfeile die Größe der Verschiebung und die Richtung der Pfeile die Richtung der Verschiebung anzeigt, die ein Punkt im Bildfeld 3 bei der Abbildung auf den ersten Bildsensor 7 erfährt. Wie 2 entnommen werden kann, hängt die Größe und die Richtung der Verschiebung von der Position im Bildfeld ab. Das Bildfeld kann hier z.B. in x-Richtung eine Ausdehnung von 10 bis 50 µm und in y-Richtung eine Ausdehnung von 15 bis 80 µm aufweisen. Die maximal auftretende Verschiebung kann bezogen auf das Bildfeld 3 im Bereich von 30 bis 35 nm. Das bedeutet, dass ein Punkt im Bildfeld in der Aufnahme dann bis zu 30 bis 35 nm verschoben von seiner tatsächlichen Position aufgenommen wird. Die Messgenauigkeit des ersten Messsystems 1 beträgt somit 30 bis 35 nm (bezogen auf das Bildfeld 3). Gerade bei der Aufnahme von Photomasken (wenn also die Probe 4 eine zu untersuchende Photomaske ist, die in der Halbleiterherstellung verwendet wird) wird inzwischen eine Messgenauigkeit von 1 nm oder weniger verlangt. Um zu einer solchen Messgenauigkeit mit dem ersten optischen Messsystem 1 zu kommen, kann die folgende Verzeichnungskorrektur durchgeführt werden.
Es wird eine Testprobe A (die auch als Maske A bezeichnet werden kann) mit mehreren ersten Markern 16, die hier beispielsweise in Form eines Plus-Zeichens aufweisen, bereitgestellt, wobei die ersten Marker 16 in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Hier sind die Abstände der einzelnen Marker 16 in der x-Richtung und der y-Richtung gleich groß gewählt.
Des Weiteren ist hier in der dritten Zeile und vierten Spalte statt des ersten Markers 16 ein zweiter Marker 17 in L-Form vorgesehen. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Die Testprobe A kann auch so ausgebildet sein, dass nur erste Marker 16 in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Auch die regelmäßige Anordnung in einem Gitter ist nicht notwendig, es können auch ungleichmäßige Abstände vorliegen. Auch können die Marker 16, 17 unterschiedlich ausgebildet sein.
Bevorzugt ist die Testprobe A mindestens so groß wie das Bildfeld 3 des ersten optischen Messsystems 1.
Bei der Darstellung in 3, die rein schematisch ist, wurde davon ausgegangen, dass ein optimaler Herstellungsprozess für die Testprobe A vorliegt und somit die Marker 16, 17 genau an den gewünschten Sollpositionen ausgebildet sind. Bei einer real hergestellten Testprobe A ist dies jedoch nicht der Fall. So können durchaus Positionsfehler (die auch als Schreibfehler bezeichnet werden können) der einzelnen Marker 16, 17 auftreten, die mehrere nm betragen und somit größer als die gewünschte Messgenauigkeit des ersten optischen Messsystems 1 sind. Daher wird die Testprobe A zunächst in einem in 4 schematisch dargestellten zweiten optischen Messsystem 21 vermessen, das Positionsfehler von kleiner oder gleich als 1 nm messen kann bzw. eine solche Messgenauigkeit aufweist. Der grundsätzliche Aufbau des zweiten optischen Messsystems 21 ist ähnlich zum optischen Aufbau des ersten optischen Messsystems 1. Um eine bessere Unterscheidbarkeit zwischen beiden optischen Messsystemen 21 und 1 bei den schematischen Darstellungen in 1 und 4 darstellen zu können, ist das zweite optische Messsystem 21 mit einer zweiten Beleuchtungseinheit 22 ausgebildet, die eine Durchlicht-Beleuchtungseinheit ist. Es ist jedoch möglich, dass das zweite optische Messsystem 21 eine Auflicht-Beleuchtungseinheit aufweist. In gleicher Weise kann das erste optische Messsystem 1 eine Durchlichtbeleuchtungseinheit aufweisen.
Das zweite optische Messsystem 21 umfasst einen zweiten Probentisch 25 zum Haltern einer Probe (z.B. der Testprobe A), eine zweite Abbildungsoptik 26, einen zweiten Bildsensor 27 sowie ein zweites Steuergerät 28.
Die zweite Abbildungsoptik 26 umfasst ein zweites Objektiv 29 und eine zweite Tubusoptik 30. Die zweite Beleuchtungseinheit 22 umfasst eine zweite Lichtquelle 31, eine zweite Kollektoroptik 32, einen Umlenkspiegel 33 sowie einen zweiten Kondensor 24.
Mit der zweiten Beleuchtungseinheit 22 wird das zweite Bildfeld 23 der zweiten Abbildungsoptik 26 möglichst gleichmäßig mit bevorzugt parallelen Strahlenbündeln beleuchtet. Die zweite Abbildungsoptik 26 bildet das Bildfeld und somit die Marker 16, 17 der Testprobe A auf den zweiten Bildsensor 27 ab. Bevorzugt ist das zweite Bildfeld 23 mindestens so groß wie das erste Bildfeld 3 des ersten optischen Messsystems 1 oder wie die erste Testprobe A (bzw. wie der durch die Marker 16, 17 abgedeckte Bereich). Wenn dies der Fall ist, muss in vorteilhafter Weise kein Verfahren des zweiten Probentisches 25 durchgeführt werden, um die gewünschte Messung vollständig durchzuführen. Die Messung der Testprobe A wird bevorzugt so durchgeführt, dass jeder einzelne Marker 16, 17 gemessen wird. Die Schreibfehler ${\underline{ε_{i}}}^{A}$
für die n Marker 16, 17 auf der Maske A (mit i = 1, ..., n) ergeben sich dann aus der Differenz der gemessenen Positionen ${\underline{P_{i}}}^{A} = {d_{x}^{A}; d_{y}^{A}}_{i}$
und den Sollpositionen (= Designpositionen) ${\underline{D_{i}}}^{A} = {d_{x}^{A}; d_{y}^{A}}_{i}$
des jeweiligen Markers 16, 17 bei der mittels des zweiten optischen Messsystems 21 durchgeführten Messung wie folgt: ${\underline{ε_{i}}}^{A} = {\underline{P_{i}}}^{A} - {\underline{D_{i}}}^{A}$
Hierbei wird davon ausgegangen, dass die gemessenen Positionen ${\underline{P_{i}}}^{A}$
bereits verzeichnungskorrigiert bezüglich der zweiten Abbildungsoptik 26 sind. Durch diese Messung sind die Positionsfehler ${\underline{ε_{i}}}^{A}$
für jeden Marker 16, 17 und somit in Verbindung mit den vorbekannten Sollpositionen der Marker 16, 17 die absolute Position jedes Markers 16, 17 auf der Maske A mit der Messgenauigkeit des zweiten optischen Messsystems 21 bekannt.
Die Messung der Maske A im zweiten optischen Messsystem 21 kann mehrfach durchgeführt und die Ergebnisse können gemittelt werden.
Als nächstes wird die Maske A im ersten optischen Messsystem 1 so positioniert, dass die Marker 16, 17 im ersten Bildfeld 3 liegen bzw. das erste Bildfeld 3 ausfüllen. Des Weiteren werden die ermittelten Positionsfehler ${\underline{ε_{i}}}^{A}$
dem ersten Steuergerät 8 zugeführt. Das erste optische Messsystem 1 misst dann die Positionen ${\underline{R_{i}}}^{A} ({\underline{R_{i}}}^{A} = {d_{x}^{A}; d_{y}^{A}}_{i})$
der Marker 16, 17 der Maske A im ersten Bildfeld 3 des ersten optischen Messsystems 1, wobei bevorzugt während der Messung der erste Probentisch 5 nicht verfahren wird (was die Messungenauigkeit erhöht). Auch die Messung im ersten optischen Messsystem 1 kann mehrfach durchgeführt und die Ergebnisse können gemittelt werden.
Der Messfehler $\underline{V_{i}}$
kann dann unter Berücksichtigung der Sollpositionen ${\underline{D_{i}}}^{A}$
und die mittels des zweiten optischen Messsystems 21 vermessenen Schreibfehler ${\underline{ε_{i}}}^{A}$
der Marker 16, 17 wie folgt berechnet werden: $\underline{V_{i}} = {\underline{R_{i}}}^{A} - {\underline{D_{i}}}^{A} - {\underline{ε_{i}}}^{A}$
Der so bestimmte Messfehler $\underline{V_{i}} = {(d x; d y)}_{i},$
der auch als Verzeichnungsfehler $\underline{V_{i}}$
bezeichnet werden kann, ist nicht mehr von der Maske A abhängig und enthält nur noch die Verzeichnung der ersten Abbildungsoptik 6 des zu korrigierenden ersten optischen Messsystems 1. Dies ist in 2 für die Stützstelle i = 3 und den Messfehler V₃ eingezeichnet. Für den Punkt x₃ , y₃ beträgt der Messfehler dx₃ und dy₃ .
Es ist günstig, alle Verzeichnungsfehler und entsprechende Stützstellen der einzelnen Marker i = 1, ..., n in einem Vektor V , nachfolgend auch Messfehler V genannt, zusammenzufassen: $\underline{V} = {\begin{matrix} (x_{1}, y_{1}, d x_{1}, d y_{1}) \\ (x_{2}, y_{2}, d x_{2}, d y_{2}) \\ ⋮ \\ (x_{n}, y_{n}, d x_{n}, d y_{n}) \end{matrix}}$
Ein solcher Vektor bzw. Datensatz kann leicht mit gängigen Verfahren auf ein anderes Stützstellenraster interpoliert werden. Dieser Datensatz bzw. dieser interpolierte Datensatz kann in dem Steuergerät 8 des ersten optischen Messsystems 1 gespeichert werden und bei nachfolgenden Messungen weiterer Proben berücksichtigt werden, um die Verzeichnung der ersten optischen Abbildungsoptik 6 zu korrigieren.
Es kann vorteilhaft sein, das Verzeichnungsmuster für jeden aufnehmbaren Punkt des ersten Bildfeldes 3 des ersten optischen Messsystems 1 (und somit z.B. für jedes Bildpixel des ersten Bildsensors 7) zu bestimmen und in dem ersten Steuergerät 8 des ersten optischen Messsystems 1 zu speichern. Dadurch muss die Interpolation der Verzeichnungskorrekturen aller n Stützstellen auf die Position der Bildpixel nur einmal durchgeführt werden. Die Korrektur der Verzeichnung eines Messbildes des ersten optischen Messsystems 1 erfolgt dann durch geeignete Interpolation der Bildintensität an einer um die für die entsprechenden Pixel vorliegende Verzeichnung verschobenen Pixelpositionen.
Ferner kann es vorteilhaft sein, den Vektor V, der nachfolgend auch als Verzeichnungsmuster V bezeichnet wird, für ein erstes größeres Bildfeld 3 zu bestimmen, als das bei der Messung mit dem ersten optischen Messsystem 1 dann tatsächlich verwendete erste Bildfeld. Das erste Bildfeld 3 ist somit bei der beschriebenen Ermittlung des Verzeichnungsmusters V größer im Vergleich zur Messung mit dem ersten optischen Messsystem 1, bei dem dann eine Verzeichnungskorrektur basierend auf dem Verzeichnungsmuster V durchgeführt wird. Dadurch können Extrapolationsfehler der Verzeichnungskorrektur am Rand des ersten Bildfeldes 3 vermieden werden, da die Stützstellen (Position der Marker 16, 17) für eine korrekte Auswertung im Messbereich des ersten optischen Messsystems 1 nicht beliebig nah am Bildfeldrand liegen dürfen. Die beschriebene Verzeichnungskorrektur kann auch als Bildfeldkalibrierung des ersten optischen Messsystems 1 bezeichnet werden.
Soll zu einem späteren Zeitpunkt die Verzeichnung des ersten optischen Messsystems 1 erneut gemessen werden (bzw. soll die Bildfeldkalibrierung erneut durchgeführt werden), wenn es beispielsweise Veränderungen an der ersten Abbildungsoptik 6 oder des ersten Bildsensors 7 gab, können die in Verbindung mit dem ersten optischen Messsystem 1 beschriebenen Verfahrensschritte zur Messung der Maske A und anschließenden Auswertung erneut durchgeführt werden. Es werden somit die Positionen ${\underline{R_{i}}}^{A}$
erneut gemessen und basierend auf den unverändert gebliebenen Werten der Sollpositionen ${\underline{D_{i}}}^{A}$
und der Schreibfehler ${\underline{ε_{i}}}^{A}$
kann der Messfehler $\underline{V_{i}}$
des veränderten optischen Systems 6, 7 des ersten optischen Messsystems 1 bestimmt werden.
Da die Maske A ein Unikat ist (sie kann daher auch als Goldene Maske A bezeichnet werden) und einmalig im zweiten optischen Messsystem 21 vermessen wurde, sollte sie möglichst wenig benutzt und transportiert werden, um Beschädigungen oder Verschlechterungen auszuschließen. Ferner kann es möglich sein, dass die Maske A gerade an einem anderen ersten optischen Messsystem 1 eingesetzt wird, so dass es vorkommen kann, dass die Maske A nicht zu jeder Zeit zur Verfügung steht. Daher kann gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung eine weitere Maske B (die auch als Silberne Maske B bezeichnet werden kann) zur Verzeichnungskorrektur vorgesehen werden, die am ersten optischen Messsystem 1 verbleiben und dort jederzeit zu einer erneuten Bestimmung der Verzeichnung eingesetzt werden kann. Die Maske B kann grundsätzlich in gleicher Weise wie die Maske A ausgebildet sein. Sie kann jedoch auch eine andere Anordnung und/oder Form von Markern aufweisen. In 5 ist ein Beispiel der Maske B gezeigt, bei der in einem Gitter angeordnete Kontaktlöcher 36 (die als Kreise dargestellt sind) ausgebildet sind.
Um die Maske B zu einer erneuten Verzeichnungsbestimmung beim ersten optischen Messsystem 1 einsetzen zu können, wird das beschriebene Verfahren zur Verzeichnungskorrektur wie folgt erweitert. Nachdem der Messfehler V in der oben beschriebenen Art und Weise unter Verwendung der Maske A bestimmt wurde, wird die Maske B in das erste optische Messsystem 1 eingesetzt und so positioniert, dass die Marker 36 der Maske B das erste Bildfeld 3 bevorzugt möglichst vollständig ausfüllen. Vorteilhaft ist, wenn die Maske B Marker 36 an den gleichen Stellen aufweist, wie die Maske A.
Es wird dann mittels des ersten optischen Messsystems 1 eine Vermessung der Positionen der Marker 36 der Maske B im ersten Bildfeld 3 des ersten optischen Messsystems 1 an den Designpositionen ${\underline{D_{i}}}^{B}$
der Maske B durchgeführt, was zu dem Ergebnis ${\underline{R_{i}}}^{B} = {r_{x}^{B}; r_{y}^{B}}_{i}$
führt. Die Korrektur von ${\underline{R_{i}}}^{B}$
mit den Designpositionen ${\underline{D_{i}}}^{B}$
und dem vorher bestimmten Verzeichnungsfehler $\underline{V_{i}}$
des ersten optischen Messsystems 1 führt zur Ermittlung des Schreibfehlers ${\underline{ε_{i}}}^{B}$
der Marker 36 auf der Maske B: ${\underline{ε_{i}}}^{B} = {\underline{R_{i}}}^{B} - {\underline{D_{i}}}^{B} - \underline{V_{i}}$
Der Schreibfehler ${\underline{ε_{i}}}^{B}$
wird somit im ersten optischen Messsystem 1 mit der Messgenauigkeit des zweiten optischen Messsystems 21 gemessen, ohne dass das zweite optische Messsystem 21 benutzt wird. Der Schreibfehler ${\underline{ε_{i}}}^{B}$
wird im ersten Steuergerät 8 gespeichert und die Maske B wird so aufbewahrt, dass sie erneut in das erste optische Messsystem 1 eingelegt und von diesem vermessen werden kann. Nachdem nun der Schreibfehler $\underline{ε_{i}^{B}}$
der Maske B mit der gewünschten hohen Genauigkeit bekannt ist (kleiner oder gleich als 1 nm), kann jederzeit, sofern dies gewünscht oder notwendig ist, durch eine erneute Messung der Positionen $\underline{R_{i}^{B}}$
der Marker 36 der Maske B und unter Berücksichtigung der bekannten Sollpositionen $\underline{D_{i}^{B}}$
der Verzeichnungsfehler $\underline{V_{i}}$
wie folgt ermittelt werden: $\underline{V_{i}} = \underline{R_{i}^{B}} - \underline{D_{i}^{B}} - \underline{ε_{i}^{B}}$
Dieser Verzeichnungsfehler $\underline{V_{i}}$
wird dann im ersten Steuergerät 8 gespeichert und bei zukünftigen Messungen des ersten optischen Messsystems 1 zur Verzeichnungskorrektur verwendet.
Untersuchungen haben gezeigt, dass das so kalibrierte optische Messsystem 1 z.B. dazu verwendet werden kann, Defekte in einem Array von Kontaktlöchern auf einer MoSi-Maske zu untersuchen. Dazu wird z.B. ein Intensitätsdifferenzbild aus einem Messbild und einem Referenzbild erzeugt. Wenn das Messbild mittels des ersten optischen Messsystems 1, aber ohne die beschriebene Verzeichnungskorrektur erzeugt wird, erkennt man im Intensitätsdifferenzbild signifikante systematische Abweichungen, z.B. in der linken unteren und der rechten oberen Ecke des Bildfeldes, vergleichbar zu den in 2 dargestellten Verzeichnungen. Wenn das Messbild mittels des ersten optischen Messsystems 1 unter Berücksichtigung der beschriebenen Verzeichnungskorrektur erzeugt wird, erkennt man im Intensitätsdifferenzbild homogen im Bildfeld verteilte Abweichungen, die darüber hinaus betragsmäßig signifikant kleiner sind im Vergleich zu dem Fall ohne Verzeichnungskorrektur. Damit ist eine bessere Übereinstimmung zwischen dem Messbild und dem Referenzbild (das z.B. ein simuliertes Referenzbild sein kann) erreicht, was es erlaubt, lokale Intensitätsstörungen im Messbild z.B. als Folge eines Maskendefekts bei der Herstellung der MoSi-Maske eindeutig zu detektieren. Natürlich können solche Messungen, wie dem Fachmann bekannt, auch mit sogenannten Bildstapeln durchgeführt werden, bei denen Messungen in unterschiedlichen Fokusstellungen durchgeführt werden, um Aufnahmen mit dem besten Fokus zu finden. In diesem Fall wird natürlich auch ein Referenzbildstapel zum Vergleich herangezogen.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde die notwendige Datenverarbeitung in den Steuergeräten 8 bzw. 28 der Messsysteme 1, 21 durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass die notwendige Datenverarbeitung zumindest zum Teil in einer separaten Datenverarbeitungseinheit durchgeführt wird, die mit dem entsprechenden Steuergerät 8, 28 verbunden ist. Die separate Datenverarbeitungseinheit kann auch mit beiden Steuergeräten 8 und 28 verbunden und somit eine zentrale Datenverarbeitungseinheit sein, die für beide Messsysteme 1, 21 bereitgestellt ist. Die zentrale Datenverarbeitungseinheit kann auch für weitere Messsysteme bereitgestellt sein.
Durch das Vorsehen des Markers 17 bei der Maske A wird die Translationsinvarianz der Maske A gebrochen. Dies kann vorteilhaft bei der notwendigen Datenverarbeitung der aufgenommenen Bilder sein. Z.B. ermöglicht dies eine einfache eindeutige Zuordnung der Marker 16, 17 in den Aufnahmen der entsprechenden Maske A mit den beiden Messsystemen 1 und 21.
In 6 ist eine andere Ausbildung der Marker in einer Maske A gezeigt. Bei dieser Ausbildung sind die einzelnen Marker 37 sogenannte Parkettmarken.
In 7 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem in gleicher Weise wie in 5 Kontaktlöcher 36 in einem Gitter angeordnet sind. Zur Brechung der Translationsinvarianz ist ein Kontaktloch 36 durch einen Marker 16 in Kreuzform ersetzt.
Der Abstand der Marker 16, 17, 36, 37 in der entsprechenden Maske A, B wird insbesondere so gewählt, dass sie dem gewünschten Stützstellenabstand der Verzeichnung des ersten optischen Messsystems 1 entspricht. Mit gängigen Verfahren kann daraus jeder gewünschte Stützstellenbestand durch Interpolation berechnet werden. Bei geeigneten Gittern von Markern 17, 17, 36, 37 kann die Anzahl der Stützstellen verdoppelt werden, wenn man die Strukturen mit der zu den Markern 16, 17, 36, 37 inversen Tonalität analog auswertet.
Die in 3 und 5 bis 7 gezeigten Maskenstrukturen können für die Maske A und/oder für die Maske B verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Verzeichnungskorrektur einer ersten Abbildungsoptik (6) eines ersten Messsystems (1), wobei die erste Abbildungsoptik (6) eine erste Messgenauigkeit aufweist und das Verfahren die Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer ersten Probe (A) mit ersten Markern (16, 17), b) Messen von Positionen $({\underline{P_{i}}}^{A})$
der ersten Marker (16, 17) mittels eines zweiten Messsystems (21), das eine zweite Abbildungsoptik (26), die eine zweite Messgenauigkeit, die besser ist als die erste Messgenauigkeit, aufweist, umfasst, c) Ermitteln von bei der Herstellung der ersten Probe (A) erzeugten Positionsfehlern $({\underline{ε_{i}}}^{A})$
der ersten Marker (16, 17) auf der ersten Probe (A) basierend auf den im Schritt b) gemessenen Positionen $({\underline{P_{i}}}^{A})$
und vorgegebenen Sollpositionen $({\underline{D_{i}}}^{A})$
der ersten Marker (16, 17), d) Messen von Positionen $({\underline{R_{i}}}^{A})$
der ersten Marker (16, 17) mittels des ersten Messsystems (1), e) Ermitteln eines Messfehlers $({\underline{R_{i}}}^{A})$
der ersten Abbildungsoptik (6) bei der Positionsbestimmung für jeden ersten Marker (16, 17) basierend auf den im Schritt d) gemessenen Positionen $({\underline{R_{i}}}^{A})$
den im Schritt c) ermittelten Positionsfehlern $({\underline{ε_{i}}}^{A})$
und den vorgegebenen Sollpositionen $({\underline{D_{i}}}^{A})$
der ersten Marker (16, 17), und f) Berücksichtigen des im Schritt e) ermittelten Messfehlers (V_i) zur Verzeichnungskorrektur bei einer weiteren Messung mit dem ersten Messsystem (1).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erste Messsystem (1) einen ersten Bildsensor (7) mit Bildpixeln aufweist, wobei im Schritt e) für jedes Bildpixel ein Messfehlerwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem im Schritt a) eine erste Probe (A) bereitgestellt wird, bei der die ersten Marker(16, 17) in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind, wobei mindestens einer der ersten Marker (17) eine Form und/oder Orientierung aufweist, die in Verbindung mit den anderen ersten Markern (16) dazu führt, dass die Anordnung der ersten Marker (16, 17) keine Translationsinvarianz aufweist.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zur Messung im Schritt b) alle ersten Marker (16, 17) gleichzeitig abgebildet werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem zur Messung im Schritt d) alle ersten Marker (16, 17) gleichzeitig abgebildet werden.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem nach dem Durchführen des Schrittes f) die Schritte d) und e) erneut durchgeführt werden, um den Messfehler $(\underline{V_{i}})$
der ersten Abbildungsoptik (6) zu ermitteln.
Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem nach dem Durchführen des Schrittes e) folgende Schritte durchgeführt werden: g) Messen von Positionen $({\underline{R_{i}}}^{B})$
von zweiten Markern (36) einer zweiten Probe (B) mittels des ersten Messsystems (1), h) Ermitteln von bei der Herstellung der zweiten Probe (B) erzeugten Positionsfehlern $({\underline{ε_{i}}}^{B})$
der zweiten Marker (36) auf der zweiten Probe (B) basierend auf den in Schritt g) gemessenen Positionen $({\underline{R_{i}}}^{B})$
der zweiten Marker (36), dem im Schritt e) ermittelten Messfehler $\underline{(V_{i})}$
und vorgegebenen Sollpositionen $({\underline{D_{i}}}^{B})$
der zweiten Marker (36) der zweiten Probe (B).
Verfahren nach Anspruch 7, mit den folgenden Schritten: i) Messen der Positionen $({\underline{R_{i}}}^{B})$
) der zweiten Marker (36) der zweiten Probe (B) mittels des ersten Messsystems (1), j) Ermitteln des Messfehlers $(\underline{V_{i}})$
der ersten Abbildungsoptik (6) bei der Positionsbestimmung für jeden zweiten Marker (36) basierend auf den im Schritt i) gemessenen Positionen $({\underline{R_{i}}}^{B})$
den im Schritt h) ermittelten Positionsfehlern $({\underline{ε_{i}}}^{B})$
und den vorgegebenen Sollpositionen $({\underline{D_{i}}}^{B})$
der zweiten Marker (36).
Computerprogrammprodukt, das Softwarecode aufweist, um von den Schritten der obigen Ansprüche mindestens die Schritte b) bis f) durchzuführen.