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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie. Die Erfindung betrifft außerdem ein System zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie.
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Bei der Mikrolithographie werden Strukturen von Fotomasken auf einen Wafer abgebildet. Die auf diese Weise auf dem Wafer herstellbaren Strukturen hängen zum einen von den Maskenstrukturen zum anderen von den Abbildungseigenschaften der Projektionsbelichtungsanlage ab.
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Aus der
DE 10 2017 101 340 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Simulation eines fotolithographischen Prozesses zur Erzeugung einer Wafer-Struktur bekannt.
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Für die Qualifizierung einer Fotomaske ist es entscheidend, beurteilen zu können, ob die Maskenstrukturen zur Herstellung von vorbestimmten Wafer-Strukturen geeignet sind oder nicht. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie zu verbessern.
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Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche der Erfindung gelöst.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie eine Erfassung mindestens eines Luftbildes der Maske mit einer Simulation zur Bestimmung der Wirkung des Luftbildes auf den Wafer zu kombinieren.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass hierdurch eine Qualifizierung der Maske über die mit ihrer Hilfe herstellbaren Wafer-Strukturen möglich ist. Dies führt zu einer zuverlässigeren Qualifizierung der Maske.
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Zur Qualifizierung der Maske wird die Vorhersage der mittels derselben herstellbaren Wafer-Strukturen mit mindestens einer vorgegebenen Randbedingung, welche von den herzustellenden Wafer-Strukturen erfüllt werden muss, verglichen.
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Die Randbedingungen ergeben sich beispielsweise aus der elektrischen Funktionalität des herzustellenden Bauelements, insbesondere des Chips. Beispielsweise darf ein Fehler in der Kantenpositionierung („edge placement error“) höchstens so groß sein, dass er nicht zu einem elektrischen Kurzschluss führt, oder Fehler in den Strukturgrößen höchstens so groß werden, dass die Anforderungen an die elektrische Kapazität erfüllt werden.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die eigentlich relevanten Größen, insbesondere die Wafer-Strukturen, zur Qualifizierung der Maske zu verwenden. Es wird insbesondere die direkte Wirkung der Maske auf den Wafer qualifiziert, nicht lediglich einzelne Fehlerbeiträge, welche in der Regel nicht unabhängig voneinander sind. Hierdurch ist insbesondere eine zuverlässigere Qualifizierung der Maske möglich.
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Erfindungsgemäß wurde insbesondere erkannt, dass bei einer separaten Vermessung von unterschiedlichen Beiträgen beispielsweise zum Kantenpositionierungsfehler keine Kompensationseffekte genutzt werden können. Eine integrale Qualifizierung der Maske gemäß der vorliegenden Erfindung führt zu einer verbesserten Charakterisierung der Maske sowie insbesondere zu einer höheren Maskenausbeute. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es insbesondere nicht notwendig, eine Mehrzahl von Beiträgen zur Charakterisierung von Maskenfehlern separat zu bestimmen und/oder zu budgetieren.
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Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere der Ertrag bei der Maskenherstellung und/oder der Waferherstellung erhöht bzw. der Ausschuss verringert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung dient zur Simulation der Wirkung des Luftbildes der Maske auf den Wafer ein Modell zur Charakterisierung des Lithographieprozesses. Dieses Modell kann eine Mehrzahl unterschiedlicher Teilmodelle umfassen. Es kann insbesondere die gesamte Wirkkette vom Maskendesign über die Maskenfertigung, die optische Abbildung der Maske, die Belichtung und Strukturierung einer strahlungsempfindlichen Schicht auf dem Wafer, insbesondere einer sogenannten Resist-Schicht, und die Ätzung des Wafers mit der strukturierten Resist-Schicht zur Herstellung des prozessierten Wafers umfassen. Das Modell kann insbesondere einzelne oder mehrere, insbesondere sämtliche Schritte dieser Wirkkette abbilden. Hierbei können die unterschiedlichen Teilschritte des Modells unabhängig voneinander kalibriert werden.
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Das Modell zur Charakterisierung des Lithographieprozesses wird auch als rechnergestütztes Lithographiemodell („computational lithography model“) bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist insbesondere vorgesehen, tatsächlich gemessene Luftbilder mittels eines kalibrierten Resist- und Ätz-Modells rechnerisch auf einen Wafer zu übertragen. Die Wirkung der Maske wird insbesondere über eine Simulation zur Vorhersage des prozessierten Wafers ermittelt. Die Kombination des bereits in der Maskenherstellung zugänglichen Luftbildes mit einem kalibrierten Resist- und Ätz-Modell für die Wafer-Prozessierung erlaubt die Qualifizierung der Maske bereits während der Masken-Produktion, d.h. vor Einsatz der Maske in der Waferbelichtungsanlage.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen des mindestens einen Luftbildes der Maske eine Mehrzahl von Bildern unterschiedlicher Masken-Strukturen bestimmt, insbesondere erfasst. Es werden insbesondere mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 30, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, insbesondere bis zu mehreren tausend Masken-Strukturen, bestimmt, insbesondere erfasst. Üblicherweise liegt die Anzahl der bestimmten Masken-Strukturen bei weniger als 100 000, insbesondere weniger als 30 000, insbesondere weniger als 10 000.
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Bei den unterschiedlichen Masken-Strukturen kann es sich um Strukturen handeln, welche in unterschiedlichen Bereichen auf der Maske angeordnet sind. Sie können sich auch in ihren Details, beispielsweise der Linienbreite, der Linienfrequenz, der Anzahl der Linien oder der Ausrichtung der Linien unterscheiden. Sie können sich insbesondere im Hinblick auf einen Parameter unterscheiden, welcher für ihre Abbildung auf den Wafer relevant ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird von der mindestens einen Masken-Struktur eine Mehrzahl von Luftbildern in verschiedenen Fokusebenen aufgenommen. Vorzugsweise wird von sämtlichen der zu bestimmenden Masken-Strukturen jeweils eine Mehrzahl von Luftbildern in verschiedenen Fokusebenen aufgenommen. Hierdurch können Fokus-Prozessschwankungen der Belichtungsanlage erfasst, insbesondere deren Wirkung charakterisiert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden mehrere Luftbilder bezüglich ihrer Positionierung mit Registrationsdaten verrechnet.
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Es wurde erkannt, dass die Verwendung von Registrationsdaten für die Qualifizierung der Einzelmasken besonders vorteilhaft sein kann. Hierdurch kann insbesondere die Genauigkeit gesteigert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen der Wirkung mindestens eines der ein oder mehreren Luftbilder auf den Wafer ein Resist-Modell und/oder ein Ätz-Modell verwendet.
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Das Resist-Modell dient zur Vorhersage der Strukturen im Fotolack des Wafers, welche sich aus der Belichtung desselben mit dem Bild der Maske ergeben.
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Der Fotolack ist eine Opferschicht. Er wird im Wafer-Herstellungsprozess nach einem Ätzschritt entfernt. Er dient als Ätzmaske zur Strukturierung der später elektrisch genutzten Strukturen des Wafers. Der Ätz-Prozess wird mittels eines Ätz-Modells simuliert.
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Zur Kalibrierung des Resist-Modells werden die Strukturen im Fotolack des Wafers mit einem Elektronenmikroskop vermessen. Die den Fotolack-Prozess beschreibenden Parameter können daraufhin derart optimiert werden, dass die Abweichungen der gemessenen Strukturen, insbesondere der Strukturbreiten, von den mit dem Modell mit den Luftbildern als Input vorhergesagten Strukturen minimiert werden.
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Das Ätz-Modell kann entsprechend nach einer elektronenmikroskopischen Vermessung der Strukturen auf dem prozessierten Wafer kalibriert werden.
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Alternativ zu einer getrennten Kalibrierung des Resist-Modells und des Ätz-Modells kann auch eine gemeinsame Kalibrierung mittels der elektronenmikroskopisch vermessenen Strukturen auf dem prozessierten Wafer erfolgen. Als Input für das Modell dienen wiederum die Luftbilddaten der Masken-Strukturen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Resist-Modell und/oder das Ätz-Modell oder das kombinierte Resist-Ätz-Modell mit Hilfe von an einem Wafer vermessenen Wafer-Strukturen kalibriert.
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Die Wafer-Strukturen werden insbesondere mit Hilfe eines Elektronenmikroskops, insbesondere eines scannenden Elektronenmikroskops, vermessen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Resist-Modell und/oder das Ätz-Modell Bestandteil eines Modells zur Charakterisierung des Lithographieprozesses, welches mindestens zwei Teilmodelle umfasst, welche getrennt voneinander kalibriert werden. Es ist insbesondere eine getrennte Kalibrierung der Prozesse bis zur Luftbilderzeugung und den nach dieser stattfindenden Prozessen vorgesehen.
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Die Kalibrierung erfolgt insbesondere unter Verwendung von Beleuchtungs- und Abbildungsbedingungen, wie sie in der zur Belichtung des Wafers vorgesehenen Projektionsbelichtungsanlage tatsächlich vorgesehen sind.
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Sofern das oder die Luftbilder der Maske nicht mit Hilfe des Modells vorhergesagt, sondern direkt erfasst werden, können sie vorteilhaft als Input für das Resist-Modell und/oder das Ätz-Modell oder das kombinierte Resist-Ätz-Modell dienen. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer erheblichen Verbesserung der Vorhersage der mittels der Maske herstellbaren Wafer-Strukturen führt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zum Bestimmen des Luftbildes der Maske ein optisches Modell verwendet.
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Als Input für dieses optische Modell dient eine Auswahl aus Daten zur Charakterisierung des Maskendesigns, elektronenmikroskopischer Messungen der Masken-Strukturen, Parameter zur Charakterisierung des zur Beleuchtung der Maske verwendeten Beleuchtungssettings und Parameter zur Charakterisierung des optischen Designs der zur Abbildung der Maske auf den Wafer verwendeten Projektionsbelichtungsanlage.
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Das optische Modell kann auch mit Hilfe von tatsächlich erfassten Luftbilddaten und dem Designinput kalibriert werden.
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Bei der Kalibrierung des optischen Modells werden typischerweise verschiedene Teststrukturen unterschiedlicher Geometrie, Größe und Pitch verwendet.
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Zum Kalibrieren des optischen Modells werden insbesondere vorgegebene Beleuchtungs- und/oder Abbildungsbedingungen verwendet, welche zumindest im Wesentlichen denen eines zur Abbildung der Maske tatsächlich zu verwendenden Scanners entsprechen.
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Vorzugsweise werden hierbei insbesondere die charakteristischen Eigenschaften des zum Beleuchten der Maske vorgesehenen Beleuchtungssettings und/oder die Eigenschaften der Projektionsbelichtungsanlage berücksichtigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zur Kalibrierung des optischen Modells Registrationsdaten verwendet. Diese können durch separate Messungen an der Maske ermittelt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zum Kalibrieren des optischen Modells ein Vorhersagefehler unter Verwendung einer Merit-Funktion minimiert. Hierbei kann beispielsweise die Summe der quadratischen Abweichungen aller Strukturen als Merit-Funktion verwendet werden.
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Mit Hilfe des optischen Modells kann die Wirkkette von der Maske zur Entstehung des Luftbildes simuliert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird als Randbedingung eine Auswahl aus folgenden Größen vorgegeben: Maximaler Kantenpositionierungsfehler, maximal erlaubte Schwankung der Linienbreite oder der Fläche von Kontaktstrukturen, Asymmetrien in Linienbreiten oder Kantenpositionierungen, Linienrauigkeiten sowie Prozessfenstergröße (d.h. in einem hinreichend großen Bereich von Dosis- und Fokusschwankungen werden die Anforderungen an vorige Größen erfüllt).
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Als Randbedingung dienen insbesondere Anforderungen, welche sich aus der elektrischen Funktionalität des herzustellenden Bauelements ergeben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden bei der Qualifizierung der Maske Unsicherheiten der Simulation und/oder statistische Schwankungen berücksichtigt.
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Es ist insbesondere möglich, Luftbilder zum gesamten Prozessfenster der Waferbelichtung, insbesondere zum gesamten Fokus- und/oder Dosisbereich, in die Qualifizierung der Maske miteinzubeziehen. Es ist insbesondere möglich, bei der Qualifizierung Unsicherheiten im Resist-Modell und/oder im Ätz-Modell oder im kombinierten Resist-Ätz-Modell zu berücksichtigen. Es ist insbesondere möglich, statistische Effekte, insbesondere Schwankungen, bei der Qualifizierung zu berücksichtigen.
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Als Kriterium für die Qualifizierung der Maske kann insbesondere dienen, dass mindestens ein bestimmter Anteil der ermittelten Wahrscheinlichkeitsverteilung, insbesondere mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95 %, insbesondere mindestens 99 %, insbesondere mindestens 99,9 %, der Masken die vorgegebene Randbedingung erfüllen.
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Die Maske kann insbesondere in Abhängigkeit davon qualifiziert werden, ob die Masken-Strukturen zumindest mit einer vorgegebenen Mindestwahrscheinlichkeit, beispielsweise von mindestens 90 %, insbesondere mindestens 95 %, insbesondere mindestens 99 %, insbesondere mindestens 99,9 %, zu Wafer-Strukturen führen, welche die mindestens eine vorgegebene Randbedingung erfüllen. Hierbei können die zu erwartenden Schwankungen sowie Kenntnisse des zu verwendenden Beleuchtungssettings und/oder der optischen Daten der Projektionsbelichtungsanlage berücksichtigt werden.
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Ein System zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung zur Erfassung eines Luftbildes einer Masken-Struktur, eine Vorrichtung zur Vermessung von Wafer-Strukturen, welche mit Hilfe der Maske herstellbar sind, sowie eine Recheneinrichtung zur Anpassung von Parametern eines Modells zur Vorhersage von Wafer-Strukturen aus einem gemessenen Luftbild.
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Das System ermöglicht somit eine Vorhersage der Wafer-Strukturen mit Hilfe eines Simulations-Modells, bei welchem tatsächlich erfasste Luftbilder einer Maske als Input dienen.
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Weitere Details und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Es zeigen:
- 1 schematisch die unterschiedlichen Schritte und relevanten Zwischenstufen eines Lithographieprozesses,
- 2 schematisch einen Prozessablauf zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie,
- 3 eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie und
- 4 eine stark vereinfachte Darstellung des Prozessflusses zur Qualifizierung einer Maske für die Mikrolithographie.
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Im Folgenden werden die Details eines Verfahrens zur Qualifizierung einer Maske 1 für die Mikrolithographie anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt die unterschiedlichen Schritte und Zwischenstufen eines Lithographieprozesses 2.
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Zunächst wird das Design 3 einer Maske 1 entworfen. Das Design 3 umfasst eine Mehrzahl abzubildender Strukturen 4.
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In einem Maskenfertigungsschritt 5 wird die Maske 1 hergestellt. Hierbei werden insbesondere tatsächliche Maskenstrukturen 6 hergestellt. Die Maskenstrukturen 6 sollen die abzubildenden Strukturen 4 des Designs 3 der Maske 1 möglichst exakt wiedergeben. Sie werden bei der Herstellung eines mikro- oder nanostrukturierten Bauelements 7 auf einen Wafer 8 abgebildet. Das mikro- oder nanostrukturierte Bauelement 7 bildet insbesondere einen Chip, insbesondere einen Speicherchip oder Prozessor (CPU oder GPU). Hierzu dient ein Lithographieverfahren. Dieses wird mit Hilfe einer Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt. Dabei wird ein Abbild der Maskenstrukturen 6 erzeugt. Dieses kann über ein Luftbild 9 der Maske 1 charakterisiert werden. Der Zusammenhang zwischen der Maske 1, insbesondere deren Maskenstrukturen 6 und ihrem Luftbild 9, wird als optische bezeichnet.
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Das Luftbild 9 der Maske 1 führt zur Belichtung einer fotoempfindlichen Schicht 11 auf dem Wafer 8. Als fotoempfindliche Schicht 11 dient insbesondere ein Fotolack. Die Belichtung der fotoempfindlichen Schicht 11 auf dem Wafer 8 wird auch als Strukturierung der fotoempfindlichen Schicht 11 oder kurz als Resist-Prozess 12 bezeichnet.
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Auf die Strukturierung der fotoempfindlichen Schicht 11 folgt ein Ätz-Prozess 13. Beim Ätz-Prozess 13 wird der Wafer 8 geätzt. Hierbei werden herzustellende Wafer-Strukturen 14 ausgebildet.
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Die eine Opferschicht bildende fotoempfindliche Schicht 11 kann anschließend entfernt werden.
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Der Maskenfertigungsschritt 5, die optische , der Resist-Prozess 12 und der Ätz-Prozess 13 bilden Bestandteile des Lithographieprozesses 2.
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Der Lithographieprozess 2 und/oder einzelne dessen Bestandteile können durch ein oder mehrere Simulationsmodelle beschrieben werden. Es ist insbesondere möglich, den Lithographieprozess 2 als Ganzes durch ein rechnergestütztes Lithographiemodell abzubilden.
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Für tatsächliche Anwendungen ist es wesentlich, die Masken 1 dahingehend zu qualifizieren, ob sie zur Herstellung des Bauelements 7 geeignet sind oder nicht. Dies wird als Qualifizierung der Masken 1 bezeichnet.
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Erfindungsgemäß ist zur Qualifizierung der Maske 1 vorgesehen, das Luftbild 9 der Maske 1 sowie die Wirkung desselben auf den Wafer 8 mit der fotoempfindlichen Schicht 11, insbesondere bis hin zur Herstellung der Wafer-Strukturen 14 des Bauelements 7, zu bestimmen. Hierfür ist ein über die verschiedenen Prozessschritte 10, 12 und 13 integrierender Ansatz vorgesehen. In Anlehnung an die sogenannte holistische Lithographie wird die nachfolgend noch näher beschriebene Qualifizierung der Maske 1 auch als holistische Maskenqualifikation bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass nicht die Maske an sich, sondern ihr Bild, insbesondere ihr Luftbild bzw. dessen Wirkung, auf die fotoempfindliche Schicht auf einem Wafer und die sich daraus ergebenden Wafer-Strukturen die eigentlich relevanten Größen zur Qualifizierung einer Maske sind. Die Kombination aus Luftbild-Erfassung und Simulation der sich aus einem gegebenen Luftbild ergebenden Wafer-Strukturen mit Hilfe eines rechnerunterstützten Lithographie-Modells führt zu einer wesentlichen Verbesserung der Qualifizierung von Masken für die Mikrolithographie.
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Die Wirkung der Maske 1 im Lithographieprozess 2 ergibt sich aus ihrem Luftbild 9. Die Erfassung und Vermessung des Luftbildes 9 der Maske 1 führt zu einem wesentlich genaueren Input für ein Modell zur Simulation des nachfolgenden Resist-Prozesses 12 und/oder des Ätz-Prozesses 13 als die Vermessung der Maskenstrukturen 6 selbst.
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Gemäß einer Alternative kann das Luftbild 9 auch aus der Vermessung charakteristischer Größen der Maskenstrukturen 6 mit Hilfe eines Modells der optischen bestimmt, insbesondere simuliert, werden. Hierfür kann ein Luftbild-Erzeugungs-Simulator vorgesehen sein. Dieser kann Bestandteil einer rechnergestützten Lithographie-Plattform sein.
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In der 2 ist schematisch ein Beispiel des Prozessflusses bei der Qualifizierung der Maske 1 dargestellt. Exemplarisch abgegrenzt sind in der 2 die Prozessentwicklung 15 und die Maskenqualifikation 16. Im Zentrum des Prozessflusses steht ein kalibriertes rechnergestütztes Lithographiemodell 17. Dieses kann Teilmodelle für die vorhergehend beschriebenen Verfahrensschritte bei der Herstellung des Bauelements 7 umfassen. Zur Ermittlung des Ergebnisses 18 der Qualifizierung der Maske 1 werden eine oder mehrere vorgegebene Randbedingungen 19 berücksichtigt. Als Randbedingung 19 kann insbesondere ein maximal erlaubter Kantenpositionierungsfehler und/oder eine maximal erlaubte Variation der Linienbreite dienen.
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Als Input für das Lithographiemodell 17 dient außerdem die Vermessung 20 von Wafer-Strukturen 14. Dies kann insbesondere mit Hilfe eines elektronenmikroskopischen Verfahrens erfolgen.
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Außerdem dienen als Input für das Lithographiemodell 17 zur Qualifizierung der Maske 1 Daten zur Charakterisierung des Luftbildes 9 der Maske 1, insbesondere der Maskenstrukturen 6. Hierfür wird insbesondere eine Luftbildmessung 21 durchgeführt.
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Die Luftbildmessung 21 der Maskenstrukturen 6 kann mit einer Registrationsmessung derselben kombiniert werden. Diese Daten können an einen Server 22 weitergegeben werden. Der Server 22 kann diese Daten an das Lithographiemodell 17 weiterleiten.
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Alternativ hierzu können die Daten der Luftbildmessung 21 sowie gegebenenfalls der Registrationsmessung der Maskenstrukturen 6 auch direkt an das Lithographiemodell 17 weitergegeben werden, d. h. als Input für das Lithographiemodell 17 dienen.
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In 3 ist eine Alternative des Qualifikationsprozessflusses gemäß 2 exemplarisch darstellt. Gemäß dieser Alternative wird aus den Randbedingungen 19 über eine rechnergestützte Simulation 23 ein Anforderungsprofil 24 für das Luftbild 9 der Maske 1, insbesondere der Maskenstrukturen 6, ermittelt. Zur Qualifizierung der Maske 1 wird sodann überprüft, ob das Ergebnis der Luftbildmessung 21, gegebenenfalls nach Verrechnung mit einer Registrationsmessung, dem Anforderungsprofil 24 genügt.
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Das Verfahren ist grundsätzlich für beliebige Masken 1 für die Mikrolithographie geeignet. Die Vorteile des Verfahrens sind im Hinblick auf Masken 1 für EUV-Wellenlängen, welche auch als EUV-Masken bezeichnet werden, besonders ausgeprägt.
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Stark vereinfacht ist der Prozessfluss noch einmal in der 4 schematisch dargestellt. Zur Qualifizierung der Maske 1 wird ein Luftbild 9 derselben bestimmt. Zur Bestimmung des Luftbilds 9 der Maske 1 wird dieses vorzugsweise direkt erfasst. Die Wirkung des Luftbildes 9 auf den Wafer 8 mit der fotoempfindlichen Schicht 11 zur Herstellung des Bauelements 7 wird mit Hilfe eines Simulationsverfahrens 25 ermittelt, insbesondere vorhergesagt. Das Simulationsverfahren 25 umfasst ein Modell zur Beschreibung des Resist-Prozesses 12 und/oder des Ätz-Prozesses 13 oder eines kombinierten Resist-Ätz-Prozesses. Diese Modelle können, wie nachfolgend noch näher beschrieben wird, mit Hilfe von Vermessungen der Wafer-Strukturen 14 kalibriert werden.
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Im Folgenden werden weitere Details des Verfahrens beschrieben. Diese Details können im Wesentlichen beliebig miteinander kombiniert werden. Sie sind nicht als einschränkend für das Verfahren zu verstehen.
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Zur Kalibrierung eines rechnergestützten Modells zur Simulation der optischen können tatsächlich vermessene Luftbilder 9 verwendet werden. Vorzugsweise werden derartige Luftbilder 9 unter gleichen oder sehr ähnlichen Beleuchtungs- und/oder Abbildungsbedingungen wie in einem für die spätere Waferbelichtung vorgesehenen Lithographiesystem vermessen. Insbesondere wird vorzugsweise die gleiche Wellenlänge, numerische Apertur der Abbildung, Beleuchtungs-Setting und Hauptstrahlwinkel verwendet.
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Das optische Modell zur Beschreibung der optischen kann insbesondere mit konkreten Luftbilddaten und Designparametern zur Beschreibung einer Strahlungsquelle, eines Beleuchtungssettings und einer Projektionsbelichtungsanlage kalibriert werden. Zur Kalibrierung des optischen Modells zur Beschreibung der optischen können verschiedene Teststrukturen unterschiedlicher Geometrie, Größe und Pitch verwendet werden. Die Parameter des optischen Modells werden insbesondere derart angepasst, dass der Vorhersagefehler unter Verwendung einer Merit-Funktion minimiert wird. Hierbei kann beispielsweise die Summe der quadratischen Abweichungen aller Strukturen als Merit-Funktion verwendet werden.
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Für die Simulation 25 zur Vorhersage der Wirkung des Luftbildes 9 auf die fotoempfindliche Schicht 11 sowie insbesondere für die Herstellung der Wafer-Strukturen 14 können insbesondere elektronenmikroskopische Bilder der Strukturen in der fotoempfindlichen Schicht 11 nach der Belichtung derselben bzw. elektronenmikroskopische Bilder der Wafer-Strukturen 14 verwendet werden. Die Strukturen in der fotoempfindlichen Schicht 11 auf dem Wafer 8 können mit einem Elektronenmikroskop vermessen werden, insbesondere im Hinblick auf ihre Größe („critical dimension“, CD). Die den Resist-Prozess 12 beschreibenden Parameter können sodann derart optimiert werden, dass die Abweichungen der gemessenen Strukturen von den mit Hilfe des Modells mit den gemessenen Luftbildern 9 als Input vorhergesagten minimiert werden. Hierdurch wird das Resist-Modell kalibriert.
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Entsprechend können die Wafer-Strukturen 14 elektronenmikroskopisch vermessen werden. Durch Optimierung der Parameter eines Ätz-Modells zur Simulation des Ätz-Prozesses 13 derart, dass sich aus den Strukturgrößen in der fotoempfindlichen Schicht 11 bestmöglich die Strukturgrößen der Wafer-Strukturen 14 auf dem prozessierten Wafer 8 ergeben, wird das Ätz-Modell kalibriert.
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Anstelle einer getrennten Kalibrierung des Resist-Modells und des Ätz-Modells kann eine gemeinsame Kalibrierung eines Resist-Ätz-Modells mit Hilfe von elektronenmikroskopisch vermessenen Wafer-Strukturen 14 erfolgen. Als Input dienen wiederum die Luftbilddaten.
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Durch Verwendung der tatsächlich gemessenen Luftbilder 9 der Maske 1 als Input für das Resist- und Ätz-Modell kann die Vorhersage der mit Hilfe der Maske 1 herstellbaren Wafer-Strukturen 14 wesentlich verbessert werden.
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Zur Qualifizierung der Maske 1 kann eine Mehrzahl von Luftbildern 9, insbesondere von einer Mehrzahl unterschiedlicher Maskenstrukturen 6, aufgenommen werden. Es ist insbesondere vorgesehen, mindestens 10, insbesondere mindestens 20, insbesondere mindestens 30, insbesondere mindestens 50, insbesondere mindestens 100, Luftbilder 9 unterschiedlicher Maskenstrukturen 6 aufzunehmen. Es können auch einige tausend Luftbilder 9 unterschiedlicher Maskenstrukturen 6 aufgenommen werden. Bevorzugt und in der Maskenqualifikation üblich findet die Qualifizierung der Maske durch Vermessung einer geeigneten Auswahl an definierten Strukturen statt, deren Anzahl den Luftbildern entsprechen kann. Alternativ kann auch ein Bild der gesamten Maske aufgenommen werden, z.B. durch Zusammensetzen vieler Einzelbilder oder mit einer Maskenbewegung („Scan“) synchronisiertem Auslesen eines Bildsensors (z.B. „TDI“ Time delay integration).
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Die Luftbilder 9 werden insbesondere unter Verwendung von Beleuchtungs- und Abbildungsbedingungen aufgenommen, insbesondere vermessen, wie sie in der zur Abbildung der Maske 1 auf den Wafer 8 vorgesehenen Projektionsbelichtungsanlage vorgesehen sind. Zur Vermessung des Luftbildes kann insbesondere ein sogenanntes Luftbildvermessungssystem („aerial image metrology system“, AIMS) verwendet werden. Für Details sei auf die
DE 10 2010 029 049 A1 und die
DE 10 2013 212 613 A1 verwiesen.
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Eine tatsächliche Erfassung des Luftbildes 9 der Maske 1 führt zu einer erheblichen Verbesserung, insbesondere der Zuverlässigkeit der Vorhersage, der mit Hilfe der Maske 1 herstellbaren Wafer-Strukturen 14. Prinzipiell kann das Luftbild 9 auch aus einer elektronenmikroskopischen Vermessung der Maskenstrukturen 6 mit Hilfe des vorhergehend beschriebenen optischen Modells zur Simulation der optischen ermittelt werden.
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Die tatsächliche Erfassung des Luftbildes 9 erfasst jedoch alle für die Wirkung der Maske 1 relevanten Effekte, insbesondere beispielsweise auch die Oberflächenrauhigkeit der Maske, den sogenannten Maskenfehlerverstärkungsfaktor („mask error enhancement factor“, MEEF), die dreidimensionale Struktur der Kanten sowie die optisch relevanten Parameter der Materialien der Maske 1.
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Entsprechende Parameter können bei einem Modell zur Simulation der optischen berücksichtigt werden. Hierdurch vergrößert sich allerdings die Unsicherheit im Hinblick auf die Vorhersagewerte, da die Simulation in der Regel Näherungen verwendet und diese Parameter nur mit begrenzter Genauigkeit bekannt sind. Durch tatsächliche Erfassung der Luftbilder 9 können derartige Unsicherheiten eliminiert werden. Dies führt zu einer gesteigerten Ausbeute im Maskenproduktionsprozess.
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Außerdem ist es möglich, Prozessfenster der Waferbelichtung zu vermessen. Hierzu kann in dem für die Waferbelichtung relevanten Fokusbereich gemessen werden. Außerdem oder alternativ kann die Wirkung von Dosisschwankungen bei der Belichtung der Maske 1 gemessen werden.
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Zur Qualifizierung der Maske 1 werden die vorhergesagten, mit Hilfe der Luftbilder 9 herstellbaren Wafer-Strukturen 14 mit den Anforderungen an diese verglichen. Die Anforderungen an die Wafer-Strukturen 14 ergeben sich aus der elektrischen Funktionalität des herzustellenden Bauelements 7. Beispielsweise darf der Kantenpositionierungsfehler nicht so groß sein, dass es zu elektrischen Kurzschlüssen kommen kann. Kann dies ausgeschlossen werden, gilt die Maske 1 als positiv qualifiziert.
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In die Qualifizierung der Maske 1 können Unsicherheiten des Simulations-Prozesses, insbesondere Unsicherheiten bei der Beschreibung des Resist-Prozesses 12 und/oder des Ätz-Prozesses 13, sowie statistische Effekte hineingerechnet werden. Als Kriterium für die positive Qualifizierung einer Maske 1 kann insbesondere dienen, dass ein bestimmter Anteil einer entsprechend ermittelten Wahrscheinlichkeitsverteilung die vorgegebenen Anforderungen erfüllt. Für Details sei auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen.
