DE102017219217B4 - Masken für die Mikrolithographie, Verfahren zur Bestimmung von Kantenpositionen der Bilder der Strukturen einer derartigen Maske und System zur Durchführung eines derartigen Verfahrens - Google Patents

Masken für die Mikrolithographie, Verfahren zur Bestimmung von Kantenpositionen der Bilder der Strukturen einer derartigen Maske und System zur Durchführung eines derartigen Verfahrens Download PDF

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Abstract

Set umfassend eine Mehrzahl von Masken (1) zur Mehrfachbelichtung eines Wafers,1.1. wobei sämtliche Masken (1) mit mindestens einem Metrologiemarker ausgebildet sind, welcher1.1.1. mindestens ein Ankerelement (4), dessen globale Positionsdaten auf der Maske (1) mittels eines optischen Verfahrens mit einer ersten Messwellenlänge (λ1) ermittelbar sind und1.1.2. mindestens eine Teststruktur (7), welche Strukturelemente umfasst, die bei Verwendung der Maske (1) mit Strahlung einer Abbildungswellenlänge (λ2) auf einen Wafer abgebildet werden, aufweist,1.2. wobei die Strukturelemente der Teststruktur (7) einen maximalen Abstand vom mindestens einen Ankerelement (4) aufweisen, welcher höchstens so groß ist wie ein Zehntel einer Seitenlänge der Maske (1) und1.3. wobei sämtliche Masken (1) mindestens ein identisches Ankerelement (4) aufweisen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Set umfassend eine Mehrzahl von Masken für die Mikrolithographie. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung von Kantenpositionen der Bilder der Strukturen derartiger Masken, ein Verfahren zur Bestimmung eines Overlayfehlers oder eines Fehlers in der Kantenabbildung der Strukturen einer Mehrzahl von derartigen Masken sowie ein System zur Durchführung eines derartigen Verfahrens. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein verfahrensgemäß hergestelltes Bauelement. Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des Verfahrens zur Vermessung von Maskenstrukturen zur Optimierung einer optischen Nahbereichskorrektur.
  • Bei der Mikrolithographie werden Strukturen von einer Maske mit abzubildenden Strukturen, einem sogenannten Retikel, mittels einer Projektionsbelichtungsanlage auf einen Wafer abgebildet. Die letztendlich relevante Qualifikationsgröße für die Qualität der Maske ist die Platzierung der relevanten Strukturen, insbesondere der diese Struktur definierenden Kanten, auf dem Wafer bei dieser Abbildung.
  • Die DE 10 2006 059 432 A1 zeigt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vermessung von Lithographiemasken. Die US 2015/310 160 A1 zeigt ein Verfahren, ein System, und ein Computerprogrammprodukt zur Erzeugung von Registrierungskarten mit hoher Dichte für Masken. Die DE 10 2010 045 135 A1 zeigt ein Verfahren zur Charakterisierung einer Struktur auf einer Maske und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Set umfassend eine Mehrzahl an Masken für die Mikrolithographie zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Set mit Masken gelöst, welche jeweils mindestens eine Markierung mit einem sogenannten Ankerelement zur Ermittlung der globalen Positionsdaten der Maske und einer Teststruktur mit Strukturelementen, welche bei der Verwendung der Maske auf einen Wafer abgebildet werden, umfassen, wobei die Strukturelemente der Teststruktur und das mindestens eine Ankerelement derart auf der Maske angeordnet sind, dass ihre relative Lage zueinander mit einem lokalen Vermessungsverfahren bestimmbar ist. Es können auch statt spezifisch hinzugefügter Metrologiemarker im Chip-Design vorhandene Strukturen verwendet werden („In-die Messung“).
  • Die Strukturelemente der Teststruktur weisen insbesondere einen maximalen Abstand von mindestens einem Ankerelement auf, welcher höchstens so groß ist wie ein Zehntel, insbesondere höchstens so groß wie ein Hundertstel einer Seitenlänge der Maske. Der maximale Abstand zwischen den Strukturelementen der Teststruktur und dem Ankerelement beträgt insbesondere höchstens 1 mm, insbesondere höchstens 100 µm. Er ist insbesondere höchstens so groß wie der Durchmesser eines Bildfeldes eines zur Abbildung, insbesondere zur Vermessung und/oder Charakterisierung, der Teststruktur verwendeten Messsystems beziehungsweise Messverfahrens. Bei diesem Messsystem handelt es sich insbesondere um ein aktinisches Messgerät; das entsprechende Verfahren wird entsprechend als aktinisches Verfahren bezeichnet. Es wird auch als Luftbildverfahren bezeichnet.
  • Unter einem aktinischen Messgerät wird ein Messgerät verstanden, das bei derselben Wellenlänge arbeitet wie das zur Abbildung der Strukturen der Maske auf einen Wafer genutzte Belichtungssystem. Im Falle von Masken für die EUV-Lithographie, liegt diese Wellenlänge im Bereich von weniger als 30 nm, insbesondere bei 13,5 nm.
  • Als Systeme zur Charakterisierung der Teststruktur dient insbesondere ein sogenanntes Luftbild-Vermessungssystem (Aerial Image Measurement System, AIMS).
  • Entsprechende Systems sind aus der DE 10 2010 029 049 A1 und der DE 10 2013 212 613 A1 bekannt.
  • Das Ankerelement dient insbesondere zur Anbindung der die Teststruktur charakterisierenden Messdaten an globale Positionsdaten der Maske, welche mit Hilfe eines sogenannten Registrations-Verfahrens beziehungsweise Registration-Systems ermittelt werden. Bei einer derartigen Registrations-Messung wird insbesondere die globale Positionierung von Strukturen auf der Maske erfasst. Entsprechende Registrations-Systeme können die Platzierungen der entsprechenden Strukturen, insbesondere der Ankerelemente, über die gesamte Fläche der Maske hochgenau bestimmen. Die Genauigkeit derartiger Messungen kann besser sein als 1 nm, insbesondere besser als 0,5 nm. Das Ankerelement ist insbesondere derart ausgebildet, dass es mit einem Registration-System bei einer Wellenlänge von mehr als 100 nm, beispielsweise 193 nm, vermessen werden kann. Es ist insbesondere derart ausgebildet, dass seine Position auf der Maske, insbesondere relativ zu den Seitenkanten der Maske oder den in der Waferbelichtungsanlage eingesetzten Alignment-Markern, mit einem Verfahren bei einer entsprechenden Wellenlänge vermessen werden kann.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist insbesondere vorgesehen, auf der Maske ein regelmäßiges Raster, insbesondere ein matrixartiges Raster, von Ankerelementen anzuordnen. Dieses Raster wird auch als Grid bezeichnet. Die Gesamtheit der Ankerelemente wird auch als Ankerstruktur bezeichnet.
  • Entsprechende Vorrichtungen (Registration-Systeme) sind beispielsweise aus der DE 10 2007 033 814 A1 und der WO 2008/071 268 A1 und der DE 10 2014 209 455 A1 bekannt. Für weitere Details entsprechender Vorrichtungen sei auf diese Druckschriften verwiesen.
  • Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die relevante Größe für das Ergebnis des Lithographieprozesses weniger die Platzierung der abzubildenden Strukturen auf dem Retikel als vielmehr deren Platzierung auf dem Wafer ist. Weiter wurde erkannt, dass die Platzierung der abzubildenden Strukturen auf dem Wafer nicht nur von deren globalen Platzierung auf der Maske abhängt, sondern dass diese Größe auch eine Abhängigkeit von Belichtungs- und Abbildungsbedingungen, insbesondere beispielsweise dem Hauptstrahlwinkel, dem zur Beleuchtung verwendeten Beleuchtungssetting, der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung, sowie von Charakteristika der abzubildenden Strukturen selbst, insbesondere beispielsweise dem Pitch, der Topographie und der Ausrichtung der Strukturen, abhängt.
  • Die erfindungsgemäßen Masken ermöglichen es, die Informationen über die absolute Positionierung der Strukturen auf der Maske beziehungsweise deren Abweichung von einer vorgegebenen Sollposition und die struktur/beleuchtungsspezifischen Effekte der Bildung der entsprechenden Strukturen auf den Wafer, insbesondere der Kantenpositionierung beziehungsweise deren Abweichung von einer Soll-Position, welche auch als Kantenpositionierungsfehler (Edge Placement Error, EPE) bezeichnet wird, zu kombinieren. Hierdurch wird die Präzision der Strukturen auf dem Wafer und damit die Qualität der mittels eines Mikrolithographieverfahrens hergestellten mikro- oder nanostrukturierten Bauelemente wesentlich verbessert.
  • Bei der Maske kann es sich insbesondere um eine Maske für die DUV- oder die EUV-Mikrolithographie handeln.
  • Die Vorteile der Erfindung kommen besonders vorteilhaft zum Tragen bei einem Set umfassend eine Mehrzahl entsprechender Masken, welche zur Mehrfachbelichtung eines Wafers vorgesehen sind. Hierbei kommt es für die Qualität des herzustellenden Bauelements entscheidend auf die relative Positionierung der Bilder der abzubildenden Strukturen der unterschiedlichen Masken, das heißt der übereinanderliegenden Layer, auf dem Wafer an.
  • Als gemeinsamen Referenzpunkt weisen sämtliche Masken des Sets vorzugsweise mindestens ein identisches Ankerelement auf. Das Ankerelement ist insbesondere jeweils an einer identischen Position auf der Maske angeordnet.
  • Die Masken des Sets können nach ihrer Charakterisierung derart ausgewählt werden, dass die relativen Kantenpositionierungsfehler der übereinanderliegenden Layer einen vorgegebenen Maximalbetrag nicht übersteigen. Für die Funktionalität des späteren Chips ist weniger die Absolutpositionierung der Strukturkanten relevant als vielmehr die relative Positionierung übereinanderliegender Layer. Eine Qualifizierung der Masken über ihren Relativfehler in der Kantenpositionierung kann im Vergleich zu einer unabhängigen Einzelqualifizierung erhebliche Vorteile in der Gut-Ausbeute (Yield) des Maskenherstellungsprozesses haben. Bei gleichem Yield können die Fertigungsanforderungen und damit die Kosten gesenkt werden. Bei der Maskenqualifizierung wird eine hohe Prozesssicherheit für den Waferbelichtungsprozess verlangt, d.h. die Masken werden nur akzeptiert, wenn sie nahezu sicher zu funktionierenden Chips führen. Typischerweise werden hier Konfidenzniveaus von 99,7% (d.h. 3 sigma-Wert statistischer Schwankungen muss die Spec erfüllen) oder höher verlangt. Bei einer Einzelqualifizierung muss dafür in Konsequenz nahezu die ungünstigste Kombination der Positionierungsfehler die Spezifikation erfüllen, also an jedem vermessenen Punkt die Summe der Beträge. Im realen Fertigungsprozess gibt es jedoch viele systematische Fehler, die auf alle mit den gleichen Maschinen gefertigten Masken gleich wirken und somit in der Relativqualifizierung herausfallen. Wird z.B. für den Beitrag des Maskensatzes ein Relativfehler in der Kantenpositionierung von 2 nm verlangt, würde ein Fertigungsprozess mit Wiederholfehlern und statistischen Fehlern von jeweils 1,0 nm (3sigma) zu einem Yield von deutlich über 99,7% führen (statistische Summation für den Relativfehler wäre 1,4 nm für den 3 sigma-Wert). In der Einzelqualifizierung müsste für jede Maske ein Absolutfehler von etwa 1 nm verlangt werden und mindestens 50% der Masken würden nicht qualifiziert werden können.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Bestimmung von Kantenpositionen der Bilder der Strukturen einer Maske für die Mikrolithographie zu verbessern. Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein Verfahren zur Bestimmung eines Kantenpositionierungsfehlers einer Maske für die Mikrolithographie.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit folgenden Schritten gelöst:
    • - Bestimmung der absoluten Position mindestens eines Ankerelements auf der Maske in mindestens einem ersten Vermessungsschritt,
    • - Bestimmung einer relativen Position eines Bildes mindestens einer Teststruktur relativ zur Position eines Bildes eines der Ankerelemente in mindestens einem zweiten Vermessungsschritt, wobei zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der Teststruktur ein Luftbildverfahren dient,
    • - Bestimmung einer absoluten Position des Bildes der Teststruktur aus der absoluten Position mindestens eines der Ankerelemente und der relativen Position des Bildes der Teststruktur hierzu,
    • - Bestimmung einer Abweichung der absoluten Position des Bildes der Teststruktur von einer Sollposition.
  • Bei dem Verfahren handelt es sich insbesondere um ein zweistufiges Verfahren. Zum einen werden globale Positionsdaten von Metrologiemarken, welche insbesondere die Ankerelemente umfassen, auf der Maske in einem ersten Messverfahren, insbesondere einem sogenannten Registration-Verfahren, ermittelt. Außerdem werden in einem zweiten Vermessungsverfahren lokal die relativen Positionen der Bilder einer Teststruktur relativ zur Position des Bildes eines der Ankerelemente in einem Luftbild ermittelt. In diesem zweiten, lokalen Vermessungsverfahren werden insbesondere struktur- und/oder beleuchtungsspezifische Beiträge zur genauen Positionierung des Bildes der Teststruktur relativ zu dem der Ankerelemente ermittelt. Hierbei wird insbesondere die Kantenposition der relevanten Strukturen relativ zur Position der Ankerstruktur, das heißt zu der Gesamtheit der auf der Maske angeordneten Ankerelemente, bestimmt.
  • Mit Hilfe des Verfahrens wird insbesondere ein struktur- und/oder beleuchtungsspezifischer Kantenpositionierungsfehler einer Maske für die Mikrolithographie bestimmt.
  • Hierbei wird ein sogenannter Registration-Fehler, welcher die Positionierung auf dem Substrat der Maske kennzeichnet, und ein Struktur- und/oder beleuchtungsspezifischer Beitrag, welcher aus der Abbildung der Maske resultiert, miteinander kombiniert. Als Ergebnis kann eine Karte des Kantenpositionierungsfehlers über die gesamte Oberfläche der Maske, welche die globale Messung des Registrations-Fehlers und den jeweils struktur- und/oder beleuchtungsspezifischen Beitrag berücksichtigt, ermittelt werden. Dieses Ergebnis kann sowohl für die Qualifizierung der Maske als auch in der Prozessentwicklung zur Optimierung der optischen Nahbereichskorrektur („optical proximity correction“, OPC) verwendet werden. Das Ziel der optical proximity correction ist insbesondere, die struktur- und beleuchtungsspezifischen Beiträge in der Abbildung im Maskendesign vorzuhalten. Mit der hier vorliegenden Erfindung kann dieser Vorhalt vermessen und so optimiert werden.
  • Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass die hohe Präzision der Ermittlung eines strukturunabhängigen Beitrags zum Kantenpositionierungsfehler von auf entsprechende Messungen optimierten nicht-aktinischen Systemen beziehungsweise Verfahren mit einer Charakterisierung struktur- und/oder beleuchtungsspezifischer Beiträge, welche mit derartigen Verfahren nicht, jedoch mit Hilfe eines Luftbildverfahrens sehr wohl charakterisiert werden können, kombiniert werden.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden bei der Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur relativ zur Position des Bildes eines der Ankerelemente strukturabhängige Beiträge ermittelt. Es können insbesondere auch beleuchtungsabhängige Beiträge ermittelt werden. Diesbezüglich wurde erkannt, dass die relative Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur zum einen von den Details der Teststruktur selbst, insbesondere beispielsweise der Liniendichte, deren Ausrichtung, den Materialeigenschaften des die Struktur definierenden Absorbers und Multilayers, den Kantenwinkeln und Linienrauigkeiten, der Oberflächenrauigkeit der Maske, zum anderen von dem zur Abbildung der Teststruktur vorgesehenen Beleuchtungssetting, insbesondere dem Hauptstrahlwinkel, sowie der zur Abbildung vorgesehenen Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung, welche auch als Abbildungswellenlänge λ2 bezeichnet wird, und der in der Abbildung verwendeten numerischen Apertur (NA) abhängt.
  • Aufgrund der Berücksichtigung von struktur- und/oder beleuchtungsabhängigen Beiträgen zur relativen Position des Bildes der Teststruktur lässt sich die Präzision der Abbildung der relevanten Strukturen auf den Wafer in einem späteren Strukturierungsverfahren erheblich verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden bei der Bestimmung der Abweichung der absoluten Position des Bildes der Teststruktur von der Sollposition Beiträge, welche während des Lithographieverfahrens mittels einer Projektionsbelichtungsanlage kompensiert werden können (sogenannte „Correctables“) berücksichtigt.
  • Bei der Berechnung des Registration-Fehlers können insbesondere konstante, globale Fehler, wie beispielsweise eine lineare Verschiebung oder eine Verdrehung der gesamten Maskenstruktur oder - zumindest zu einem gewissen Grad - eine gleichförmige Skalierung derselben berücksichtigt werden. Als typische Correctables, das heißt mittels eines Scanners kompensierbare Fehler, werden die als „Scale“, „Ortho“ und „Offset“ bezeichneten Fehler angesehen. Hierbei handelt es sich um Fehler in der Maskenherstellung. Bei „Scale“ handelt es sich um einen Maßstabsfehler, bei „Offset“ um die Dezentrierung der gesamten Maskenstruktur relativ zum Substrat beziehungsweise zu den Alignmarken, bei „Ortho“ um eine Verdrehung der gesamten Maskenstruktur.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient zur Bestimmung der absoluten Position des mindestens einen Ankerelements ein nicht-aktinisches Verfahren. Unter einem nicht-aktinischen Verfahren wird ein Messverfahren verstanden, bei welchem eine andere Wellenlänge verwendet wird als die, welche später zur Belichtung des Wafers genutzt wird. Im Zusammenhang mit EUV-Masken sind nicht-aktinische Wellenlängen insbesondere größer als 30 nm. Typische nicht-aktinische Wellenlängen für EUV-Masken sind beispielsweise 193 nm, 248 nm oder 365 nm.
  • Bei dem Verfahren zur Bestimmung der globalen, absoluten Position des mindestens einen Ankerelements handelt es sich insbesondere um ein optisches Verfahren mit einer ersten Messwellenlänge λ1. Die Messwellenlänge λ1 ist insbesondere größer als 100 nm, λ1 > 100 nm. Die Messwellenlänge kann insbesondere 193 nm, 248 nm oder 365 nm betragen, λ1 = 193 nm, λ1 = 248 nm oder λ1= 365 nm.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Bildfeld der zur Bestimmung der absoluten Position des mindestens einen Ankerelements vorgesehenen Messvorrichtung mindestens so groß wie die zu vermessende Maske. Dies ist besonders vorteilhaft, da in diesem Fall die globale Vermessung der Maske besonders einfach und schnell durchgeführt werden kann. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. Die Messvorrichtung zur Bestimmung der globalen Positionsdaten auf der Maske kann auch ein kleineres Bildfeld aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung dient zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur ein aktinisches Verfahren.
  • Zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur dient insbesondere ein optisches Verfahren mit einer zweiten Messwellenlänge λ2, welche insbesondere gerade der Abbildungswellenlänge entspricht, welche zur Abbildung der Strukturen auf der Maske auf einem Wafer vorgesehen ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Wellenlänge im DUV- oder EUV-Bereich handeln. Es kann sich insbesondere um eine Wellenlänge im Bereich von 5 nm bis 30 nm handeln; es kann insbesondere gelten: λ2 = 13,5 nm.
  • Im Falle einer Maske für einen DUV-Scanner liegt die zweite Messwellenlänge λ2 insbesondere im DUV-Bereich. Es kann insbesondere gelten: λ2 = 193 nm.
  • Allgemein gilt insbesondere: λ2 < λ1, insbesondere λ2 < 0,1 λ1.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur die Abbildungseigenschaften des zur späteren Abbildung der Maske vorgesehenen Scanners oder zumindest eine Auswahl derselben nachzubilden. Bei der Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur kann insbesondere eine Auswahl aus Wellenlänge, Beleuchtungssetting, numerischer Apertur (NA) und Hauptstrahlwinkel, entsprechend der später zur Abbildung der Maske verwendeten Werte vorgegeben werden.
  • Hierdurch kann die Position des Bildes unter den realen Abbildungsbedingungen des Scanners ermittelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden mehrere zweite Vermessungsschritte durchgeführt, wobei jeweils eine Hauptstrahlrichtung variiert wird.
  • Hierdurch ist es möglich, eine Abhängigkeit der relativen Position des Bildes der Teststruktur von der Hauptstrahlrichtung zu ermitteln. Es kann insbesondere eine Verschiebung der relativen Position des Bildes der Teststruktur in Abhängigkeit von der Hauptstrahlrichtung ermittelt werden. Dies kann zur Kalibration eines Verlaufs der struktur- und/oder beleuchtungsabhängigen Beiträge zum Kantenpositionierungsfehler über die Maske, insbesondere zur Berücksichtigung eines Verlaufs der Abbildungsbedingungen über die Maskenpositionen, insbesondere beispielsweise einer über den Beleuchtungsschlitz eines zur Abbildung der Maske vorgesehenen Scanners variierende Hauptstrahlrichtung, verwendet werden.
  • Gemäß einer Alternative kann ein entsprechender Verlauf auch mit Hilfe einer Simulation bestimmt und/oder rechnerisch vorgehalten werden.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, den Verlauf über das Feld mit Hilfe mehrerer Messungen, beispielsweise mit unterschiedlichen Hauptstrahlrichtungen und/oder unterschiedlichen Beleuchtungssettings, zu kalibrieren.
  • Gemäß einer weiteren Alternative können zur Bestimmung der Verschiebung der Bilder aufgrund von Hauptstrahlvariationen die durch die Oberflächenrauigkeit der Maske hervorgerufenen Intensitätsvariationen im Luftbild als Referenz verwendet werden. Dieses sogenannte Speckle-Muster ist ein Abbild der Oberflächentopographie der Maske und somit charakteristisch für die jeweilige Position auf dem Maskensubstrat.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ermöglicht das vorherstehend beschriebene Verfahren insbesondere, ein Verfahren zur Bestimmung eines Overlayfehlers oder Kantenpositionierfehlers einer Mehrzahl von Masken für die Mikrolithographie zu verbessern.
  • Hierbei wird die relative Abweichung von Strukturelementen auf unterschiedlichen Masken, welche zumindest bereichsweise identische Soll-Positionen aufweisen, bestimmt. Es wird insbesondere der Relativfehler übereinander zu druckender Kanten bestimmt. Dies ist eine für die Qualität des mit einem Mehrfachbelichtungsprozess mit unterschiedlichen Masken hergestellten mikro- oder nanostrukturierten Bauelements eine besonders relevante Größe.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorhergehenden Beschreibung bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein System mit einer ersten Messvorrichtung zur Bestimmung von globalen Positionsdaten auf der Maske, einer zweiten Messvorrichtung zur Bestimmung eines strukturabhängigen Beitrags zur Kantenpositionierung und einer Datenverarbeitungseinrichtung zur Ermittlung einer Karte eines Katenpositionierungsfehlers über die gesamte Oberfläche der Maske aus den globalen Positionsdaten und dem strukturabhängigen Beitrag zur Kantenpositionierung ermöglicht.
  • Bezüglich der Vorteile und Details wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Bei der ersten Messvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Registration-System, insbesondere ein nicht-aktinisches Registration-System.
  • Bei der zweiten Messvorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Luftbildsystem (AIMS, Aerial Image Metrology System).
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Datenverarbeitungseinrichtung des Systems zur Durchführung des vorherstehend beschriebenen Verfahrens in signalübertragender Weise mit der ersten Messvorrichtung und/oder der zweiten Messvorrichtung verbunden.
  • Dies ermöglicht es insbesondere, eine Online-Charakterisierung der Maske vorzunehmen. Die maskenspezifischen Karten der Kantenpositionierungsfehler können in einem Speicher, insbesondere einer Datenbank der Datenverarbeitungseinrichtung, abgelegt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Datenverarbeitungseinrichtung in signalübertragender Weise mit einer Korrektur-Vorrichtung zur Korrektur von Maskenfehlern verbunden.
  • Dies ermöglicht es insbesondere, bei der Vermessung der Masken ermittelte Fehler direkt zu korrigieren (sogenanntes „Closed-Loop-Verfahren“). Hierdurch wird der Ausschuss, das heißt der Anteil der Masken, welche vorgegebenen Qualitätskriterien, insbesondere im Hinblick auf den maximal erlaubten Kantenpositionierungsfehler, nicht entsprechen, reduziert.
  • Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements sowie ein entsprechendes Bauelement zu verbessern.
  • Diese Aufgaben werden dadurch gelöst, dass mindestens eine, insbesondere mehrere Masken, welche zur Strukturierung eines Wafers mittels eines Lithographieverfahrens vorgesehen sind, zunächst mit Hilfe des vorhergehend beschriebenen Verfahrens charakterisiert werden.
  • Hierdurch lässt sich, wie bereits beschrieben, die Präzision der Strukturen auf dem Bauelement verbessern.
  • Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
  • Es zeigen:
    • 1 schematisch eine Abfolge von Details beziehungsweise Zwischenschritten bei einem Verfahren zur Ermittlung einer Karte des Kantenpositionierungsfehlers über die gesamte Oberfläche einer Lithographiemaske,
    • 2 schematisch die Bestandteile eines Systems zur Durchführung eines Verfahrens gemäß 1,
    • 3 eine Ausschnittsvergrößerung entsprechend dem Bereich III der in der 1 exemplarisch dargestellten Maske,
    • 4 schematisch den Verlauf einer Luftbildintensität der in der 3 dargestellten Figur entlang der Linie IV.
  • Bei der Mikrolithographie werden auf einer Maske 1, welche auch als Retikel bezeichnet wird, angeordnete Strukturen auf eine lichtempfindliche Schicht eines Wafers abgebildet. Hierfür dient eine Projektionsbelichtungsanlage mit einem Scanner, welcher eine Beleuchtungsoptik zur Beleuchtung der Maske 1 und eine Projektionsoptik zur Abbildung der Strukturen auf der Maske 1 auf den Wafer umfasst.
  • Details einer entsprechenden Projektionsbelichtungsanlage sind aus dem Stand der Technik bekannt. Stellvertretend sei hierfür auf die WO 2009/100856 A1 verwiesen.
  • Um die Dichte der Strukturelemente auf dem Wafer möglichst groß zu machen, dient zur Abbildung der Strukturen auf der Maske 1 auf den Wafer insbesondere Strahlung im DUV-Wellenlängenbereich, insbesondere Abbildungsstrahlung mit einer Abbildungswellenlänge von 193 nm, oder im EUV-Wellenlängenbereich, insbesondere im Bereich von 5 nm bis 30 nm, insbesondere von 13,5 nm.
  • Bei der Maske 1 handelt es sich insbesondere um eine reflektive Maske, welche im Reflexionsmodus verwendet wird. Zur Abbildung der Strukturen der Maske 1 auf den Wafer wird die Beleuchtungsstrahlung mit anderen Worten an der Maske 1, insbesondere an dreidimensional ausgebildeten abzubildenden Strukturen 7 auf der Maske 1, reflektiert.
  • Für das Ergebnis des Lithographieprozesses, insbesondere für die Qualität des mittels eines Lithographieverfahrens hergestellten Bauelements, ist die Präzision der Positionierung der Strukturen, insbesondere der diese Struktur definierenden Kanten, auf dem Wafer eine der wichtigsten Größen. Die Positionierung der Strukturen auf dem Wafer hängt von der genauen Positionierung der Strukturen auf der Maske 1 ab. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Positionierung der Strukturen auf dem Wafer außerdem eine Abhängigkeit von Belichtungs- und Abbildungsbedingungen, beispielsweise vom Hauptstrahlwinkel, dem verwendeten Beleuchtungssetting, der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung und anderen Parametern, sowie von der abzubildenden Struktur selbst, beispielsweise der Liniendichte, dem Pitch, und der genauen Topographie der Struktur, abhängt.
  • Die genaue Positionierung der Strukturen auf dem Wafer kann insbesondere durch die sogenannten Kantenpositionen (Edge Placements) beziehungsweise deren Abweichung von einer Sollposition, dem Kantenpositionierungsfehler (Edge Placement Error, EPE) charakterisiert werden.
  • In den Kantenpositionierungsfehler gehen unter anderem die Größen Overlay, Global CDU (Verlauf der Strukturgröße über die Maske), OPC-Fehler (Ungenauigkeit/Fehler im Vorhalt der Abbildungseigenschaften im Maskendesign) und Line-Width Roughness (Linienrauigkeit) der abzubildenden Strukturen ein. Der struktur-unabhängige Maskenbeitrag zum Overlay wird auch Registrations-Fehler oder kurz Registration genannt.
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 ein Verfahren zur Ermittlung eines Kantenpositionierungsfehlers für die gesamte Maske 1 beschrieben.
  • Die Platzierung von Strukturen auf der Maske 1 wird erfindungsgemäß in einem ersten Messschritt 2 erfasst. Der erste Messschritt 2 wird auch als Registration-Messung bezeichnet. Für die Registration-Messung dient insbesondere eine erste Messvorrichtung 3. Die erste Messvorrichtung 3 wird auch als „Prove Tool“ oder allgemeiner als „Registration Tool“ bezeichnet. Es handelt sich insbesondere um eine nicht-aktinische Messvorrichtung.
  • Bei der ersten Messvorrichtung 3 handelt es sich um eine optische Messvorrichtung, insbesondere um ein Metrologiesystem. Die Registration-Messung erfolgt insbesondere mit einer ersten Messwellenlänge λ1 von 193 nm, 248 nm oder 365 nm. Die erste Messwellenlänge λ1 kann auch größer sein. Die erste Messwellenlänge λ1 ist insbesondere größer als 100 nm.
  • Mittels der ersten Messvorrichtung 3 kann die Position der Strukturen auf der Maske 1 typischerweise mit einer Genauigkeit von 1 nm oder besser bestimmt werden.
  • Es ist insbesondere möglich, die Position der Strukturen über die gesamte Fläche der Maske 1 zu bestimmen. Der erste Messschritt 2 wird daher auch als globale Positionsmessung bezeichnet.
  • Das Bildfeld der ersten Messvorrichtung 3 ist normalerweise deutlich kleiner als die Maske. Eine hochgenaue Messung über die gesamte Maske wird durch eine entsprechend hochgenaue Stage-Bewegung erreicht. In der 1 ist schematisch eine Maske 1 mit einer Seitenlänge 1 dargestellt. Die Seitenlänge 1 kann beispielsweise 152 mm betragen. Andere Abmessungen der Maske 1 sind ebenso möglich.
  • Im ersten Messschritt 2 werden insbesondere Abweichungen der Positionen von sogenannten Ankerelementen 4 von vorgegebenen Sollpositionen dieser Elemente ermittelt. Es wird insbesondere eine globale Registrationskarte 5 der Maske 1 bestimmt. Dies ist in der 1 schematisch dargestellt. Die Anzahl der Ankerelemente 4 ist schematisch zu verstehen. Es ist mindestens ein Ankerelement 4 auf der Maske 1 vorgesehen. Üblicherweise ist eine Vielzahl von Ankerelementen 4 auf der Maske 1 vorgesehen. Die Ankerelemente 4 sind vorzugsweise matrixartig, insbesondere in Zeilen und Spalten auf der Maske 1 angeordnet. Die Gesamtheit der Ankerelemente 4 wird auch als Ankerstruktur bezeichnet.
  • Vorzugsweise sind die Ankerelemente 4 für unterschiedliche Masken 1 an identischen Stellen der Masken 1 angeordnet. Sie sind insbesondere an identischen Stellen relativ zu den Begrenzungskanten der Masken 1 angeordnet. Dies ermöglicht es, die globalen Positionsdaten unterschiedlicher Masken 1 miteinander zu vergleichen.
  • Die in der 1 schematisch dargestellten Ankerelemente 4 sind nicht maßstabsgetreu dargestellt. Sie sind üblicherweise wesentlich kleiner als in der 1 dargestellt.
  • Die Ankerelemente 4 können insbesondere kreuzförmig ausgebildet sein. Sie weisen insbesondere jeweils zwei Schenkel auf, welche parallel zu den Seitenkanten der Maske 1 angeordnet sind.
  • Die Struktur, insbesondere die Gesamtheit der Ankerelemente 4, mittels welcher eine Anbindung der Daten aus dem ersten Messschritt 2 an die Daten aus dem zweiten Messschritt 6 erfolgt, wird auch als Ankerstruktur bezeichnet.
  • In einem zweiten Messschritt 6 wird die Abbildung der Maske 1 unter Emulation der relevanten Abbildungsbedingungen in der Projektionsbelichtungsanlage vermessen. Hierbei wird insbesondere die Struktur- und Abbildungsabhängigkeit der auf dem Wafer abzubildenden Strukturen 7 so erfasst, wie sie für die spätere Waferbelichtung relevant ist. Die abzubildenden Strukturen 7, welche im Folgenden auch als Teststrukturen bezeichnet werden, sind in den 1 und 3 nur schematisch und exemplarisch dargestellt. Die Teststruktur umfasst unterschiedliche Strukturelemente, die bei Verwendung der Maske 1 mit Beleuchtungsstrahlung einer Abbildungswellenlänge λ2 auf den Wafer abgebildet werden.
  • Als zweiter Messschritt 6 dient insbesondere ein Luftbildverfahren. Hierbei kann es sich insbesondere um ein aktinisches Verfahren handeln.
  • Prinzipiell können der erste Messschritt 2 und der zweite Messschritt 6 zur Vermessung der Maske 1 auch mit Beleuchtungsstrahlung derselben Wellenlänge, insbesondere mit einer Wellenlänge von 193 nm, durchgeführt werden.
  • Wie in der 1, untere Zeile, mittleres Bild schematisch dargestellt ist, wird im zweiten Messschritt 6 insbesondere die Luftbildintensität I in vorgegebenen Ausschnitten des Bildfeldes 8 einer zweiten Messvorrichtung 9 ermittelt. Mittels eines Schwellenwertverfahrens, bei welchem eine vorgegebene Schwelle (Threshold) 10 vorgegeben wird, lässt sich hieraus die Kantenposition der Bilder der Teststruktur ermitteln. Es ist insbesondere möglich, die relative (Kanten-)Position der Bilder der Teststruktur relativ zur Position der Bilder der Ankerelemente 4 zu bestimmen. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
  • Das Bildfeld 8 der zweiten Messvorrichtung 9 ist wesentlich kleiner als die Maske 1.
  • Das Bildfeld 8 der zweiten Messvorrichtung 9 weist insbesondere eine maximale Erstreckung im Bereich von 1 µm bis 1 mm auf.
  • In der 1, untere Zeile, mittleres Bild, sind exemplarisch sich nach Anwendung des Schwellenwertverfahrens ergebende Kantenpositionen der linken Begrenzungskanten zweier Strukturen (xL1 L, XL2 L) und der rechten Begrenzungskanten (xL1 R , XL2 R ) dargestellt.
  • Durch Auswertung 11 der ermittelten Kantenpositionen XLi L/R relativ zum Bild der Ankerelemente kann für jede der vier die beiden Strukturen begrenzenden Kanten der Kantenpositionierungsfehler auf dem verwendeten Messraster (in der ) ermittelt werden. So kann eine Karte der jeweiligen Kantenpositionierungsfehler relativ zum Ankerelement erstellt werden. Eine Karte eines entsprechenden Fehlers der Kantenposition XLi L/R ist stellvertretend und exemplarisch in der 1, untere Zeile, ganz rechts dargestellt. Für die übrigen Kantenpositionen XLi L/R werden entsprechende Karten ermittelt. Die Variation über die Maskenposition resultiert aus der positionsabhängigen Variation der Abbildungsbedingungen, also beispielsweise der Variation des Hauptstrahlwinkels. Wird mit nichtpositionsabhängigen Abbildungsbedingungen gearbeitet, kann im zweiten Messschritt 6 auf die Vermessung der Metrologiemarker an verschiedenen Maskenpositionen verzichtet werden, d.h. die strukturabhängigen Verschiebungen nur an einer Position ermittelt werden. In diesem Fall resultiert für jede Kantenposition ein Verschiebungsvektor (statt einer Karte).
  • Die Karten der Kantenpositionierungsfehler hängen allgemein von der Wellenlänge der Beleuchtungsstrahlung sowie vom Beleuchtungssetting ab. Es werden insbesondere Karten für eine vorgegebene Wellenlänge und für ein vorgegebenes Beleuchtungssetting des Scanners, welches für eine spätere Abbildung der Maske 1 verwendet werden soll, ermittelt. Aufgrund der Strukturabhängigkeit gibt es für jede Kante eine eigene Karte.
  • Die in der 1, untere Zeile, ganz rechts dargestellten Vektorlängen zur Verdeutlichung der Kantenpositionierungsfehler sind nicht maßstäblich zur Kantenlänge 1 der Maske 1 dargestellt. Typischerweise liegt die Skala der Vektorlänge der Kantenpositionierungsfehler in der Größenordnung von 1 nm.
  • Durch Kombination der globalen Registrationskarte 5 und den mittels der zweiten Messvorrichtung 9 ermittelten strukturspezifischen Abweichungen kann eine strukturspezifische Karte 12 des Kantenpositionierungsfehlers der gesamten Maske 1 ermittelt werden. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
  • Im Folgenden werden noch einmal stichwortartig unterschiedliche Aspekte des Verfahrens erläutert.
  • In der 1, oben links ist schematisch die Maske 1 mit Ankerelementen 4, welche auch als Registration-Marken bezeichnet werden, dargestellt. Aus der Positionsmessung der Registration-Marken wird im ersten Messschritt 2 der Registration-Fehler über die gesamte Maske 1 bestimmt (siehe 1, obere Zeile, Mitte).
  • Das Bildfeld 8 der zweiten Messvorrichtung 9 umfasst neben mindestens einem der Ankerelemente 4 auch einige der abzubildenden Strukturen 7. Dies ist in der 1, unten links schematisch dargestellt.
  • Die Schwelle (Threshold) entspricht insbesondere gerade der Belichtungsschwelle des später in der Waferbelichtung verwendeten Photolacks.
  • Durch die Kombination der Ergebnisse der beiden Messschritte 2 und 6 kann die reale Positionierung der relevanten Strukturen, genauer der diese Strukturen definierenden Kanten, beziehungsweise deren Abweichung von einer Sollpositionierung in der Wafer-Abbildung wesentlich genauer bestimmt werden als mit einer der beiden Messvorrichtungen 3, 6 für sich genommen. Durch Kombination der beiden Messungen wird der struktur- und/oder beleuchtungsspezifische Beitrag der abzubildenden Strukturen 7 zum Kantenpositionierungsfehler überhaupt erst qualifizierbar.
  • Die Ankerelemente 4 können ausschließlich dem Registration-Messprozess dienen und für die elektrische Funktionalität des später herzustellenden Bauelements irrelevant sein. Alternativ hierzu ist es möglich, Strukturen, welche auch für die elektrische Funktionalität des herzustellenden Bauelements von Bedeutung sind, als Ankerelemente 4 zu verwenden.
  • Die genaue Position der die abzubildenden Strukturen 7 definierenden Kanten, insbesondere deren Bilder im Bildfeld einer Projektionsbelichtungsanlage, das heißt auf dem später zu strukturierenden Wafer, ist mit der ersten Messvorrichtung 3 nicht oder zumindest nicht unter realitätsnahen Bedingungen möglich. Zur Bestimmung der Abhängigkeit der Kantenpositionen der abzubildenden Strukturen 7 unter den zur Waferbelichtung verwendeten Abbildungsbedingungen ist der zweite Messschritt 6 mit Hilfe der zweiten Messvorrichtung 9 notwendig. Hierbei werden ein oder mehrere lokale Bereiche der Masken 1 vermessen.
  • Bei Bedarf kann das Bildfeld 8 durch Aneinandersetzen mehrerer Bildfelder effektiv erweitert werden.
  • Da die Bilder der abzubildenden Strukturen 7 keine scharfen Kantenverläufe zeigen, sondern einen graduellen Intensitätsverlauf, beispielsweise für dichte Linien in der Nähe der Auflösungsgrenze der zweiten Messvorrichtung 9 einen sinusförmigen Verlauf, hängt die Kantenposition der Bilder der abzubildenden Strukturen 7 auf dem Wafer von der verwendeten Belichtungsschwelle (Threshold) ab. Für die korrekte Bestimmung der relativen Kantenpositionen zueinander ist es daher notwendig, dass die Intensitätsverläufe relativ zueinander denen des Luftbildes der Projektionsbelichtungsanlage entsprechen. Aus den im zweiten Messschritt 6 ermittelten Kantenpositionen (xi) können dann die strukturspezifischen Beiträge zum Kantenpositionierungsfehler unter den gegebenen Abbildungsbedingungen ermittelt werden (Auswertung 11).
  • Eine Verschiebung der Kantenpositionen im Luftbild kann beispielsweise auf Abschattungseffekte aufgrund eines nicht-senkrechten Hauptstrahlwinkels zurückzuführen sein. Derartige Abschattungseffekte sind unter anderem von der Wellenlänge der verwendeten Beleuchtungsstrahlung abhängig. Der zweite Messschritt 6 wird daher mit einer zweiten Messwellenlänge λ2 durchgeführt, welche gerade der Abbildungswellenlänge der Beleuchtungsstrahlung, welche bei Verwendung der Maske 1 zur Strukturierung eines Wafers vorgesehen ist, durchgeführt.
  • Die Abschattungseffekte sind unter anderem auch vom Hauptstrahlwinkel der Beleuchtungsstrahlung abhängig.
  • Der Hauptstrahlwinkel kann beispielsweise 5° bis 9° betragen, insbesondere 6°. Er kann insbesondere über die Breite des Beleuchtungsschlitzes variieren. Dies kann dazu führen, dass ein Versatz der Bilder der abzubildenden Strukturen 7 von der Feldposition beziehungsweise von deren Position auf der Maske 1 abhängt. Es ist gezeigt worden, dass der feldabhängige Versatz in heutigen EUV-Belichtungsanlagen typischerweise bei über 1 nm liegt, d.h. dessen Berücksichtigung sehr relevant ist.
  • Dieser Versatz kann beispielsweise auf Grundlage von Simulationen vorgehalten werden. Mit Hilfe des vorhergehend beschriebenen Verfahrens kann er auch direkt gemessen werden.
  • Für die spätere Strukturierung eines Wafers kann vorgesehen sein, diesen mehrfach zu belichten. Hierbei können abzubildende Strukturen 7 von unterschiedlichen Masken 1 auf den Wafer abgebildet werden. Es können insbesondere übereinanderliegende Abbildungen, welche auch als Layers bezeichnet werden, durchgeführt werden. Mit Hilfe des vorhergehend beschriebenen Verfahrens ist es möglich, die relative Lage der abzubildenden Strukturen 7 dieser Layer, das heißt der Bilder unterschiedlicher Masken 1 zueinander zu qualifizieren.
  • Ein Set mit einer Mehrzahl von Masken, welche für eine Mehrfachbelichtung eines Wafers vorgesehen sind, weist vorzugsweise auf sämtlichen Masken identische, insbesondere identisch angeordnete Ankerelemente 4 auf. Die Masken weisen jeweils mindestens ein identisches, insbesondere ein identisch angeordnetes Ankerelement 4 auf.
  • In der 2 ist schematisch ein System 13 zur Durchführung des vorhergehend beschriebenen Verfahrens dargestellt. Das System 13 umfasst neben der ersten Messvorrichtung 3 und der zweiten Messvorrichtung 9 eine Datenverarbeitungseinrichtung 14.
  • Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 steht in signalübertragender Verbindung mit der ersten Messvorrichtung 3. Die mittels der ersten Messvorrichtung 3 ausgeführten Messungen sind insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 steuerbar. Die Ergebnisse der ersten Messschritte 2 werden insbesondere an die Datenverarbeitungseinrichtung 14 übergeben. Sie können mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 weiterverarbeitet werden. Sie können insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 in eine Datenbank abgespeichert werden.
  • Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 steht in signalübertragender Weise mit der zweiten Messvorrichtung 9 in Verbindung. Der mittels der zweiten Messvorrichtung 9 durchgeführte zweite Messschritt 6 kann insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 gesteuert werden. Die Ergebnisse der zweiten Messschritte 6 können insbesondere an die Datenverarbeitungseinrichtung 14 übergeben werden. Sie können insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 weiterverarbeitet werden. Sie können insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 in einer Datenbank abgespeichert werden.
  • Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 steht außerdem mit einer Korrektur-Vorrichtung 15 in signalübertragender Weise in Verbindung. Die Korrektur-Vorrichtung 15 ist insbesondere mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 steuerbar. Die mittels der Korrektur-Vorrichtung 15 durchgeführten Korrekturen sind an die Datenverarbeitungseinrichtung 14 übergebbar. Mittels der Korrektur-Vorrichtung 15 können Maskenfehler ausgebessert werden.
  • Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 14 können unterschiedliche Masken 1 unabhängig voneinander qualifiziert werden. Es ist auch möglich, die spätere Anordnung der Layer zu berücksichtigen und Messergebnisse von später zur Mehrfachbelichtung eines Wafers vorgesehener Masken 1 relativ zueinander auszuwerten.
  • Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 umfasst insbesondere einen Server.
  • Die Maske 1 umfasst mindestens einen Metrologiemarker, welcher auch als Metrologietarget bezeichnet wird, umfassend die Ankerstruktur mit den Ankerelementen 4 und zumindest eine Teilmenge der abzubildenden Strukturen 7 beziehungsweise Strukturen, die deren Abbildungsverhalten ähneln.
  • Beim zweiten Messschritt 6 werden somit die Positionen der abzubildenden Strukturen 6 nicht direkt auf der Maske 1, sondern deren Bilder in einem Bildfeld der zweiten Messvorrichtung 9 vermessen. Hierbei wird insbesondere eine relative Position der Bilder der abzubildenden Strukturen 7 relativ zu einem Bild mindestens eines der Ankerelemente 4 bestimmt.
  • Vorzugsweise werden entsprechende Messungen für jedes der Ankerelemente 4 durchgeführt. Damit ist es insbesondere möglich, eine Abhängigkeit der Relativpositionierung beziehungsweise deren Versatz von der Position der abzubildenden Strukturen 7 auf der Maske 1 zu bestimmen.
  • Die Absolutpositionen der für die Strukturierung des Wafers relevanten Kanten lassen sich aus den im ersten Messschritt 2 gemessenen Absolutposition der Ankerelemente 4 und der im zweiten Messschritt 6 ermittelten Relativverschiebung der Kanten ermitteln. Prinzipiell kann bei der Relativverschiebung der Kanten eine Korrektur zur Berücksichtigung der kalibrierten Hauptstrahlwinkel-Abhängigkeit der Verschiebung durchgeführt werden. Der Kantenpositionierungsfehler ergibt sich dann aus dem Unterschied der Absolutposition der Kanten und deren Sollpositionen. Bei der Berechnung dieses Positionierfehlers können Fehler, welche die gesamte Maske 1 gleichmäßig betreffen, wie beispielsweise Verschiebungen, Drehungen oder Maßstabsfehler der gesamten Maskenstruktur, berücksichtigt werden. Diese in der Scanner-Abbildung korrigierbaren Fehler können z.B. durch eine Koordinatentransformation dargestellt werden: (x',y') seien die Koordinaten im transformierten System, (x,y) diejenigen im ursprünglichen System z.B. mit Ursprung in der Mitte der Maske. (x', y') = (magx, magy)* R (x + dx, y + dy), wobei R die 2x2-Rotationsmatrix ist mit Elementen R11=cosα, R12=-sinα, R21=sinα, R22=cosα. Die Parameter, d.h. die Vergrößerungen in x und y Richtung magx und magy, der Drehwinkel α und die Verschiebungen dx und dy werden dabei so gewählt, dass der Restfehler der Kantenpositionen minimiert wird. Der so ermittelte Restfehler entspricht dem Kantenpositionierfehler bei der Waferbelichtung, da Verschiebung, Drehungen oder Maßstabsfehler typischerweise beim Maskenalignment (Justierung der Maske relativ zum Wafer) in der Waferbelichtungsanlage korrigiert werden. Falls die Waferbelichtungsanlage in der Lage ist, weitere Fehlerverläufe herauszustellen, können diese in analoger Weise über eine entsprechende Koordinatentransformation dargestellt werden.
  • Im Folgenden werden weitere Details der Erfindung beschrieben.
  • Im Allgemeinen werden die Ankerelemente 4 im ersten Messschritt 2 einen anderen Versatz gegenüber ihren Sollpositionen aufweisen als im zweiten Messschritt 6. Dies ist unter anderem auf die unterschiedlichen Abbildungsbedingungen zurückzuführen, welche in Kombination mit dreidimensionalen Maskenstrukturen zu Abschattungseffekten führen können.
  • Werden der erste Messschritt 2 und der zweite Messschritt 6 mit jeweils invarianten Abbildungsbedingungen für alle Maskenpositionen durchgeführt, ist der Unterschied für alle Punkte auf der Maske 1 identisch. Der Versatz ist dann insbesondere konstant über alle Maskenpositionen. Er kann durch Anwendung der vorhergehend beschriebenen Correctables eliminiert werden und ist somit für die Bestimmung der Kantenpositionierungsfehler irrelevant. Die Anbindung der Daten aus dem zweiten Messschritt 6 an die aus dem ersten Messschritt 2 erfolgt in diesem Fall problemlos.
  • Sofern der zweite Messschritt 6 mit von der Maskenposition abhängigen Abbildungsbedingungen durchgeführt wird, ist der Versatz im Allgemeinen nicht mehr über alle Maskenpositionen identisch. In der EUV-Lithographie variiert beispielsweise der Hauptstrahlwinkel in Abhängigkeit der Maskenposition. Zwar trägt ein konstanter Offset in der Regel am meisten zum Versatz bei, jedoch kann es vorteilhaft sein, auch den Verlauf der Abbildungsbedingungen über die Maskenpositionen zu berücksichtigen. Hierfür werden unterschiedliche Möglichkeiten vorgeschlagen:
    • Eine erste Möglichkeit besteht darin, die Ankerelemente 4 derart auszubilden, dass sie möglichst insensitiv gegenüber Abschattungseffekten sind. Da die Abschattung von der Absorberdicke abhängt, wäre beispielsweise eine Struktur mit sehr dünnem Absorber (also z.B. lokal abgedünnt oder aufgetragen) vergleichsweise insensitiv.
  • Des Weiteren ist es möglich, den Verlauf der Abbildungsbedingungen über die Maskenpositionen rechnerisch bei der Bestimmung der Kantenpositionierungsfehler vorzuhalten. Hierzu kann der Verlauf mittels einer Simulation bestimmt werden. Dadurch kann der Fehler im Vergleich zu einem Verzicht auf die Korrektur wesentlich reduziert werden. Verbleibende Restfehler aufgrund einer ungenauen Kenntnis der Maskenstruktur (z.B. Materialkonstanten, 3D-Kantenverlauf des strukturierten Maskenabsorbers, Oberflächenrauigkeit) können toleriert werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante wird der Verlauf über das Feld kalibriert. Hierzu wird die Positionsverschiebung der Ankerelemente 4 bei einer Variierung des Hauptstrahlwinkels gemessen. Nachfolgende Messungen können dann entsprechend korrigiert werden.
  • Falls die Positionsstabilität der zweiten Messvorrichtung hierfür nicht ausreichend sein sollte, kann ein sogenanntes Speckle-Muster als Referenz verwendet werden. Das Speckle-Muster resultiert aus der Oberflächentopographie der Maske 1 und ist ein Abbild derselben. Da Oberflächenunebenheiten der Maske 1 typischerweise im Bereich von maximal 50 pm liegen, die Absorberdicken der Maske 1 jedoch bei 50 nm und mehr, ist das Speckle-Muster nahezu unbeeinflusst von Abschattungseffekten.
  • Die Metrologiemarker können insbesondere jeweils mit einem fest vorgegebenen Hauptstrahlwinkel, beispielsweise Hauptstrahlwinkel des Hauptstrahls in der Feldmitte des Scanners, sowie mit dem zur jeweiligen Position des Metrologiemarkers gehörenden Hauptstrahlwinkel des Scanners vermessen werden. Jeder Metrologiemarker wird somit zweimal, insbesondere mindestens zweimal, mit unterschiedlichen Hauptstrahlwinkeln vermessen. Da das Speckle-Muster bei den Vermessungen der Metrologiemarker im Wesentlichen unabhängig vom Hauptstrahlwinkel ist, kann es zur Bestimmung der hauptstrahlabhängigen Verschiebung der Ankerelemente 4 als Referenz dienen.
  • Sofern die abzubildenden Strukturen 7 derart ausgebildet sind, dass sie oberhalb der Auflösungsgrenze der ersten Messvorrichtung 3 liegen, können sie auch selbst als Ankerelemente 4 dienen. In diesem Fall kann auf separate Ankerelemente 4 verzichtet werden.
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 Details der Bestimmung der relativen Positionen der Bilder der abzubildenden Strukturen 7 und der Ankerelemente 4 exemplarisch beschrieben.
  • In der 3 ist exemplarisch ein Ausschnitt entsprechend dem Bereich III aus dem in der 1 dargestellten Bildfeld 8 der zweiten Messvorrichtung 9 dargestellt. Zu Erläuterungszwecken dargestellt ist insbesondere ein kreuzförmig ausgebildetes Ankerelement 4 sowie eine sogenannte Zwei-Bar-Struktur mit Assist Features (in der Abbildung links und rechts der eigentlichen Linien L1 und L2). Die Assist Features sind Strukturen auf der Maske, die im Waferbelichtungsprozess nicht abgebildet werden, aber die Abbildung der Nachbarstrukturen L1 und L2 positiv beeinflussen z.B. im Sinne einer Prozessfenstervergrößerung. Die Zwei-Bar-Struktur umfasst zwei Streifen L1, L2. Im zweiten Messschritt 6 wird jeweils die linke Kante x2,1 und die rechte Kante x2,r des Ankerelements 4 x2,1 Anker, x2,r Anker beziehungsweise der Streifen L1, L2, x2,1L1, x2,rL1, x2,1L2, x2,rL2 ermittelt.
  • Als Position des Ankerelements im zweiten Messschritt 6 wird der Mittelwert der beiden Kantenpositionen verwendet: x 2, roh Anker = ( x 2,1 Anker + x 2, r Anker ) / 2
    Figure DE102017219217B4_0001
  • Im Folgenden wird lediglich die Ermittlung der Positionen in x-Richtung dargestellt.
  • Mit Hilfe der ersten Messvorrichtung 3 wird im ersten Messschritt 2 die Position x1 Ankor des Ankerelements 4 ermittelt.
  • Wie in der 4 exemplarisch dargestellt ist, werden im zweiten Messschritt 6 die Positionen des Ankerelements 4 sowie der beiden Streifen L1, L2 der abzubildenden Struktur 7 ermittelt.
  • Die absoluten Kantenpositionen der abzubildenden Strukturen 7, insbesondere der beiden Streifen L1, L2, berechnen sich wie folgt: x 1 L 1 = x 2,1 L 1 − ( x 2, roh Anker − Δ x CRA Anker ) + x 1 Anker ,
    Figure DE102017219217B4_0002
     x r L 1 = x 2, r L 1 − ( x 2, roh Anker − Δ x CRA Anker ) + x 1 Anker ,
    Figure DE102017219217B4_0003
     x 1 L2 = x 2,1 L2 − ( x 2, roh Anker − Δ x CRA Anker ) + x 1 Anker ,
    Figure DE102017219217B4_0004
     x r L2 = x 2, r L2 − ( x 2, roh Anker − Δ x CRA Anker ) + x 1 Anker .
    Figure DE102017219217B4_0005
  • Hierbei gibt ΔxCRA Anker die Kalibrierung der Ankerpositionen bezüglich der Hauptstrahlwinkel-Abhängigkeit (Chief Ray Angle, CRA-Abhängigkeit) an. Es gilt: ΔxCRAAnker = xCRAAnker - xCRA=0 Anker, wobei xCRA=0 Anker die Position des Ankerelements beim Hauptstrahlwinkel entsprechend dem Hauptstrahl in der Mitte des Scannerfeldes beziehungsweise in der Mitte der Maske 1 angibt.
  • Hieraus bestimmt sich der Kantenpositionierungsfehler (Edge Placement Error, EPE) wie folgt:
  • EPE(x)L1,1roh = x1 L1 - X 1,soll L1, wobei x1,soll L1 die vorgegebene Sollposition der linken Kante des Streifens L1 angibt. Die Kantenpositionierungsfehler der übrigen Kanten ergeben sich entsprechend.
  • Durch Abzug der aus den im ersten Messschritt 2 ermittelten Daten bestimmten Correctables lässt sich aus dem EPEroh noch ein korrigierter EPE bestimmen.

Claims (14)

  1. Set umfassend eine Mehrzahl von Masken (1) zur Mehrfachbelichtung eines Wafers, 1.1. wobei sämtliche Masken (1) mit mindestens einem Metrologiemarker ausgebildet sind, welcher 1.1.1. mindestens ein Ankerelement (4), dessen globale Positionsdaten auf der Maske (1) mittels eines optischen Verfahrens mit einer ersten Messwellenlänge (λ1) ermittelbar sind und 1.1.2. mindestens eine Teststruktur (7), welche Strukturelemente umfasst, die bei Verwendung der Maske (1) mit Strahlung einer Abbildungswellenlänge (λ2) auf einen Wafer abgebildet werden, aufweist, 1.2. wobei die Strukturelemente der Teststruktur (7) einen maximalen Abstand vom mindestens einen Ankerelement (4) aufweisen, welcher höchstens so groß ist wie ein Zehntel einer Seitenlänge der Maske (1) und 1.3. wobei sämtliche Masken (1) mindestens ein identisches Ankerelement (4) aufweisen.
  2. Verfahren zur Bestimmung von Kantenpositionen der Bilder der Strukturen einer Maske (1) für die Mikrolithographie mit mindestens einem Metrologiemarker umfassend mindestens ein Ankerelement (4), dessen globale Positionsdaten auf der Maske (1) mittels eines optischen Verfahrens mit einer ersten Messwellenlänge (λ1) ermittelbar sind, und mindestens einer Teststruktur (7), welche Strukturelemente umfasst, die bei Verwendung der Maske (1) mit Strahlung einer Abbildungswellenlänge (λ2) auf einen Wafer abgebildet werden, wobei die Strukturelemente der Teststruktur (7) einen maximalen Abstand vom mindestens einen Ankerelement (4) aufweisen, welcher höchstens so groß ist wie ein Zehntel einer Seitenlänge der Maske (1), umfassend die folgenden Schritte: 2.1. Bestimmung der absoluten Position mindestens eines Ankerelements (4) auf der Maske (1) in mindestens einem ersten Vermessungsschritt (2), 2.2. Bestimmung einer relativen Position eines Bildes mindestens einer Teststruktur (7) relativ zur Position eines Bildes eines der Ankerelemente (4) in mindestens einem zweiten Vermessungsschritt (6), 2.2.1. wobei zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur (7) relativ zur Position eines der Ankerelemente (4) ein Luftbildverfahren dient, 2.3. Bestimmung einer absoluten Position des Bildes der Teststruktur (7) aus der absoluten Position mindestens eines der Ankerelemente (4) und der relativen Position des Bildes der Teststruktur (7) hierzu, 2.4. Bestimmung einer Abweichung der absoluten Position des Bildes der Teststruktur (7) von einer Sollposition.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung des Bildes der relativen Position der mindestens einen Teststruktur (7) relativ zur Position des Bildes mindestens eines der Ankerelemente (4) strukturabhängige Beiträge ermittelt werden.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Projektionsbelichtungsanlage kompensierbare Beiträge bei der Bestimmung der Abweichung der absoluten Position des Bildes der Teststruktur (7) von der Sollposition berücksichtigt werden.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der absoluten Position des mindestens einen Ankerelements (4) ein nicht-aktinisches Verfahren dient.
  6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der relativen Position des Bildes der mindestens einen Teststruktur (7) ein aktinisches Verfahren dient.
  7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere zweite Vermessungsschritte (6) durchgeführt werden, wobei jeweils eine Hauptstrahlrichtung variiert wird.
  8. Verfahren zur Bestimmung eines Overlayfehlers oder eines relativen Kantenpositionierungsfehlers einer Mehrzahl von Masken (1) für die Mikrolithographie umfassend die folgenden Schritte: 8.1. Bereitstellen einer Mehrzahl von Masken (1), welche für eine Mehrfachbelichtung eines Wafers verwendet werden sollen, 8.2. Vermessen der Masken (1) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, 8.3. Bestimmung einer relativen Abweichung von Strukturelementen auf unterschiedlichen Masken (1), welche zumindest bereichsweise identische Soll-Positionen aufweisen.
  9. System (13) zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, umfassend 9.1. eine erste Messvorrichtung (3) zur Bestimmung von globalen Positionsdaten auf der Maske (1), 9.2. eine zweite Messvorrichtung (9) zur Bestimmung eines strukturabhängigen Beitrags zur Kantenpositionierung, 9.3. eine Datenverarbeitungseinrichtung (14) zur Ermittlung einer Karte eines Kantenpositionierungsfehlers über die gesamte Oberfläche der Maske (1) aus den globalen Positionsdaten und dem strukturabhängigen Beitrag zur Kantenpositionierung.
  10. System (13) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (14) in signalübertragender Weise mit der ersten Messvorrichtung (3) und/oder der zweiten Messvorrichtung (9) verbunden ist.
  11. System (13) gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung (13) in signalübertragender Weise mit einer Korrektur-Vorrichtung (15) zur Korrektur von Maskenfehlern verbunden ist.
  12. Verfahren zur Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements umfassend die folgenden Schritte: 12.1. Bereitstellen mindestens einer Maske (1) mit mindestens einem Metrologiemarker umfassend mindestens ein Ankerelement (4), dessen globale Positionsdaten auf der Maske (1) mittels eines optischen Verfahrens mit einer ersten Messwellenlänge (λ1) ermittelbar sind, und mindestens einer Teststruktur (7), welche Strukturelemente umfasst, die bei Verwendung der Maske (1) mit Strahlung einer Abbildungswellenlänge (λ2) auf einen Wafer abgebildet werden, wobei die Strukturelemente der Teststruktur (7) einen maximalen Abstand vom mindestens einen Ankerelement (4) aufweisen, welcher höchstens so groß ist wie ein Zehntel einer Seitenlänge der Maske (1), 12.2. Charakterisierung der Maske (1) mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, 12.3. Bereitstellen einer Projektionsbelichtungsanlage für die Mikrolithographie, 12.4. Bereitstellen eines Wafers mit einer strahlungsempfindlichen Schicht, 12.5. Abbilden von abzubildenden Strukturen (7) der Maske (1) auf die strahlungsempfindliche Schicht des Wafers mittels der Projektionsbelichtungsanlage, 12.6. Entwickeln der strahlungsempfindlichen Schicht.
  13. Bauelement hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 12.
  14. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7 zur Optimierung der optischen Nahbereichskorrektur.
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