DE102019130711A1 - Device for measuring semiconductor lithography structures and use of the device - Google Patents

Device for measuring semiconductor lithography structures and use of the device Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Vermessung von Halbleiterlithographiestrukturen (8) mit einer Lichtquelle (4,5), einer Beleuchtungsoptik (4,10), einer Abbildungsoptik (9) und einer Aufnahmevorrichtung (2) zur Aufnahme der Abbildung, wobei zwischen der Abbildungsoptik (9) und der Halbleiterlithographiestruktur (8) ein Feldüberhöhungselement (22) angeordnet ist.Weiterhin betrifft die Verwendung einer solchen Vorrichtung (1) nach einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele zur Registrierung von Strukturen (26) auf einer Photomaske für die Halbleiterlithographie oder zur Vermessung eines Wafers.The invention relates to a device (1) for measuring semiconductor lithography structures (8) with a light source (4, 5), lighting optics (4,10), imaging optics (9) and a recording device (2) for recording the image, with between the imaging optics (9) and the semiconductor lithography structure (8) a field enhancement element (22) is arranged. Furthermore, the use of such a device (1) according to one of the described embodiments for registering structures (26) on a photomask for semiconductor lithography or for measurement of a wafer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung von Halbleiterlithographiestrukturen, insbesondere Photomasken für die Halbleiterlithographie oder Wafer und eine Verwendung der Vorrichtung.The invention relates to a device for measuring semiconductor lithography structures, in particular photo masks for semiconductor lithography or wafers, and a use of the device.

Photolithographische Masken, auch Retikel genannt, werden in Lithographiesystemen oder zum Herstellen mikrostrukturierter Bauelemente, wie etwa integrierter Schaltkreise oder LCDs (Liquid Crystal Displays) eingesetzt. In einem Lithographieprozess oder einem Mikrolithographieprozess beleuchtet eine Beleuchtungseinheit eine derartige photolithographische Maske, welche auch als Photomaske oder einfach Maske bezeichnet wird. Das durch die Maske hindurchtretende Licht oder das von der Maske reflektierte Licht wird von einer Projektionsoptik auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes, in der Bildebene der Projektionsoptik angebrachtes Substrat (beispielsweise einen Wafer) projiziert, um die Strukturelemente der Maske auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen und so eine gewünschte Struktur auf dem Substrat zu erzeugen.Photolithographic masks, also called reticles, are used in lithography systems or for the production of microstructured components such as integrated circuits or LCDs (Liquid Crystal Displays). In a lithography process or a microlithography process, a lighting unit illuminates such a photolithographic mask, which is also referred to as a photomask or simply a mask. The light passing through the mask or the light reflected by the mask is projected by projection optics onto a substrate (e.g. a wafer) coated with a light-sensitive layer (photoresist) and attached to the image plane of the projection optics, in order to place the structural elements of the mask on the light-sensitive Transfer coating of the substrate and thus to produce a desired structure on the substrate.

Die Platzierung von Strukturelementen auf der Oberfläche von Masken muss hochgenau sein, so dass die zulässigen Abweichungen von deren vorgegebenen Positionen oder Abweichungen von einer kritischen Abmessung (CD, Critical Dimension) eines Strukturelementes im Nanometerbereich liegen, um nicht zu Fehlern auf Wafern bei der Belichtung mit der entsprechenden Maske zu führen. Die Herstellung von Photomasken, die diese Anforderungen erfüllen können, ist extrem komplex, fehleranfällig und damit teuer. Masken müssen deshalb wann immer möglich repariert werden.The placement of structural elements on the surface of masks must be highly precise, so that the permissible deviations from their specified positions or deviations from a critical dimension (CD, Critical Dimension) of a structural element are in the nanometer range in order not to cause defects on wafers during exposure the corresponding mask. The production of photomasks that can meet these requirements is extremely complex, error-prone and therefore expensive. Masks must therefore be repaired whenever possible.

Eine wichtige Voraussetzung für das Reparieren defekter Masken ist das Auffinden und Charakterisieren vorhandener Defekte, insbesondere von Platzierungsdefekten oder Platzierungsfehlern (englisch: „Registration Error“). Die Detektion von Platzierungsdefekten und/oder Abweichungen der CD ist aufwändig und schwierig, müssen doch diese Größen mit einer Genauigkeit im einstelligen Nanometerbereich, vorzugsweise im Subnanometerbereich, ermittelt werden.An important prerequisite for repairing defective masks is the finding and characterization of existing defects, especially placement defects or placement errors (English: "Registration Error"). The detection of placement defects and / or discrepancies in the CD is complex and difficult, since these variables must be determined with an accuracy in the single-digit nanometer range, preferably in the sub-nanometer range.

Zur Untersuchung von Platzierungsfehlen und/oder des CD-Werts werden Maskeninspektionsmikroskope oder Positionsbestimmungsvorrichtungen eingesetzt. Die Tendenz, die Strukturgrößen der mikrostrukturierten Bauteile mit jeder neuen Generation weiter zu verkleinern, führt dazu, dass auf Grund der Auflösungsgrenze der aktuellen Maskeninspektionsmikroskope ein exaktes Bestimmen der Positionen der Strukturen nicht möglich ist.Mask inspection microscopes or position determining devices are used to examine placement errors and / or the CD value. The tendency to further reduce the structure sizes of the microstructured components with each new generation means that an exact determination of the positions of the structures is not possible due to the resolution limits of the current mask inspection microscopes.

Eine mögliche Lösung ist es, ein scannendes Elektronenstrahl Mikroskop (SEM) zu verwenden, wobei die Dauer der Messung auf Grund des Abtastens der Oberfläche mit einem einzigen Strahl vergleichsweise lang ist.One possible solution is to use a scanning electron beam microscope (SEM), the duration of the measurement being comparatively long due to the scanning of the surface with a single beam.

Eine weitere mögliche Lösung, die Auflösungsgrenze in Richtung zu noch höheren Auflösungen zu verschieben, ist die Immersionsmikroskopie, bei der zwischen der abbildenden Optik des Mikroskops und der Maske eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die numerische Apertur des Mikroskops zu vergrößern und dadurch eine höhere Auflösung zu erzielen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Masken mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt kommen und nach der Messung aufwendig gereinigt werden müssen und darüber hinaus die Mikroskope in ihrem Aufbau komplexer werden.Another possible solution to shift the resolution limit in the direction of even higher resolutions is immersion microscopy, in which a liquid, such as water, is arranged between the imaging optics of the microscope and the mask. This makes it possible to enlarge the numerical aperture of the microscope and thereby achieve a higher resolution. However, this has the disadvantage that the masks come into contact with the immersion liquid and have to be cleaned in a costly manner after the measurement and, moreover, that the structure of the microscopes becomes more complex.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.The object of the present invention is to provide a device which solves the disadvantages of the prior art described above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a device and a method having the features of the independent claims. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung von Halbleiterlithographiestrukturen umfasst eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik, eine Abbildungsoptik und eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der Abbildung, wobei zwischen der Abbildungsoptik und der Halbleiterlithographiestruktur ein Feldüberhöhungselement, insbesondere eine Mikrosphäre, angeordnet ist.A device according to the invention for measuring semiconductor lithography structures comprises a light source, illumination optics, imaging optics and a recording device for recording the image, with a field enhancement element, in particular a microsphere, being arranged between the imaging optics and the semiconductor lithography structure.

Dabei entsteht aufgrund der Geometrie des Feldüberhöhungselementes und aufgrund von Mie-Streuung auf der Schattenseite des Feldüberhöhungselementes eine Feldüberhöhung, deren Position und Ausdehnung insbesondere von der Wellenlänge und dem Öffnungswinkel des einfallenden Lichtes sowie der Brechzahl und der Geometrie des Feldüberhöhungselementes, beispielsweise dem Durchmesser der Mikrosphäre abhängt. Im Ergebnis wird ein virtuelles Bild ins Fernfeld abgebildet, welches, von der Abbildungsoptik weiter auf die üblicherweise als CCD-Kamera ausgebildete Aufnahmevorrichtung abgebildet und dort erfasst werden kann. Dadurch kann die Auflösung um das bis zu Achtfache gegenüber einer reinen Nutzung des Fernfeldes erhöht werden. Das Feldüberhöhungselement kann dabei auf der Halbleiterlithographiestruktur, zwischen Halbleiterlithographiestruktur und Abbildungsoptik oder als letztes optisches Element der Abbildungsoptik angeordnet werden. Dies gilt sowohl für eine Messung in Reflexion als auch für eine Messung in Transmission.Due to the geometry of the field enhancement element and due to Mie scattering on the shadow side of the field enhancement element, a field exaggeration occurs, the position and extent of which depends in particular on the wavelength and the opening angle of the incident light as well as the refractive index and the geometry of the field enhancement element, for example the diameter of the microsphere . As a result, a virtual image is imaged in the far field, which can be imaged by the imaging optics on the recording device, which is usually designed as a CCD camera, and can be recorded there. As a result, the resolution can be increased by up to eight times compared to pure use of the far field. The field enhancement element can be arranged on the semiconductor lithography structure, between the semiconductor lithography structure and imaging optics, or as the last optical element of the imaging optics. This applies both to a measurement in reflection and to a measurement in transmission.

Unter einer Mikrosphäre im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist nicht zwingend ein Körper mit vollständig kugelförmiger Geometrie zu verstehen. Es kommen ebenso Halbkugeln/ abgeschnittene Kugeln, beschichtete Kugeln, beschichtete Halbkugeln oder auch Sphären mit konzentrischen Einschnitten in Frage. Insgesamt eignet sich jedes optische Element, mit welchem sich der im vorigen Absatz beschriebene Effekt erreichen lässt, zur Verwirklichung der Erfindung.A microsphere in the sense of the present application is not necessarily to be understood as a body with a completely spherical geometry. Hemispheres / cut-off spheres, coated spheres, coated hemispheres or spheres with concentric incisions are also possible. Overall, any optical element with which the effect described in the previous paragraph can be achieved is suitable for implementing the invention.

Bei der Halbleiterlithographiestruktur kann es sich insbesondere um eine Maske oder auch um einen gegebenenfalls belichteten Wafer handeln. Mit Abbildungsoptik ist in diesem Fall eine in herkömmlichen Maskeninspektionsmikroskopen verwendete Abbildungsoptik gemeint. Prinzipiell kann das Feldüberhöhungselement auch als Teil einer neu entwickelten Abbildungsoptik ausgebildet sein.The semiconductor lithography structure can, in particular, be a mask or an optionally exposed wafer. In this case, imaging optics means imaging optics used in conventional mask inspection microscopes. In principle, the field enhancement element can also be designed as part of a newly developed imaging optics.

Weiterhin kann das Feldüberhöhungselement in einem Abstand von 5µm bis 30µm zu der Halbleiterlithographiestruktur angeordnet werdenFurthermore, the field enhancement element can be arranged at a distance of 5 μm to 30 μm from the semiconductor lithography structure

In einer Variante der Erfindung kann das Feldüberhöhungselement als Mikrosphäre mit einem Durchmesser von 2µm und 30 µm ausgebildet sein. Der Durchmesser ist von der Brechzahl der Mikrosphäre und der verwendeten Wellenlänge abhängig.In a variant of the invention, the field enhancement element can be designed as a microsphere with a diameter of 2 μm and 30 μm. The diameter depends on the refractive index of the microsphere and the wavelength used.

Weiterhin kann das Feldüberhöhungselement mit einem Brechungsindex von kleiner 2,0 insbesondere mit insbesondere von kleiner als 1,8 ausgebildet sein. Bei der Verwendung von einer Beleuchtungswellenlänge von 400nm und einem Brechungsindex einer Mikrosphäre von 1,46 können Mikrosphären mit einem Durchmesser von bis zu 9µm eine vergrößernde Wirkung im Nahfeld bewirken, wogegen Mikrosphären mit einer Brechzahl von 1,8 noch bis zu einem Durchmesser von 30µm eine entsprechende Wirkung erreichen.Furthermore, the field enhancement element can be designed with a refractive index of less than 2.0, in particular less than 1.8. When using an illumination wavelength of 400nm and a refractive index of a microsphere of 1.46, microspheres with a diameter of up to 9 µm can produce an enlarging effect in the near field, whereas microspheres with a refractive index of 1.8 still have a diameter of 30 µm achieve a corresponding effect.

Weiterhin kann zwischen der Abbildungsoptik und der Halbleiterlithographiestruktur ein Immersionsfluid angeordnet sein, wobei das Immersionsfluid gasförmig, wie beispielsweise Luft, oder flüssig, wie beispielsweise Wasser, ausgebildet sein kann.Furthermore, an immersion fluid can be arranged between the imaging optics and the semiconductor lithography structure, wherein the immersion fluid can be in the form of a gas, such as air, or liquid, such as water.

Daneben kann die Lichtquelle so ausgebildet sein, dass sie eine breitbandige Strahlung im visuellen Bereich emittiert. Unter breitbandiger Strahlung im visuellen Bereich ist beispielsweise weißes Licht zu verstehen.In addition, the light source can be designed such that it emits broadband radiation in the visual range. Broadband radiation in the visual range is understood to mean, for example, white light.

Weiterhin kann die Lichtquelle so ausgebildet sein, dass sie eine schmalbandige Strahlung im visuellen Bereich emittiert. Unter schmalbandig ist in diesem Zusammenhang eine Frequenzbreite von weniger als 4 THz FWHM zu verstehen.Furthermore, the light source can be designed in such a way that it emits narrow-band radiation in the visual range. In this context, narrowband means a frequency width of less than 4 THz FWHM.

Insbesondere kann die Lichtquelle so ausgebildet sein, dass sie eine Strahlung mit einer Wellenlänge im UV-Bereich zwischen 400nm und 157nm, insbesondere auch im Bereich von 193nm emittieren kann. Die Wellenlängen von 193nm und 157nm können auch bei Belichtung von Wafern in der Halbleiterlithographie verwendet werden, wobei diese dabei überwiegend von Excimer Lasern mit Argon Fluorid (ArF) und Fluor (F2) emittiert werden können.In particular, the light source can be designed such that it can emit radiation with a wavelength in the UV range between 400 nm and 157 nm, in particular also in the range of 193 nm. The wavelengths of 193nm and 157nm can also be used for the exposure of wafers in semiconductor lithography, whereby these can mainly be emitted by excimer lasers with argon fluoride (ArF) and fluorine (F 2 ).

Weiterhin können mehrere Feldüberhöhungselemente zwischen der Abbildungsoptik und der Halbleiterlithographiestruktur angeordnet sein. Mehrere nebeneinander angeordnete Feldüberhöhungselemente können zumindest einen Teil der Halbleiterlithographiestruktur durch mehrere überlappende Abbildungen darstellen.Furthermore, several field enhancement elements can be arranged between the imaging optics and the semiconductor lithography structure. Several field enhancement elements arranged next to one another can represent at least part of the semiconductor lithography structure by means of several overlapping images.

Weiterhin kann die Vorrichtung eine Steuerung umfassen, die dazu ausgebildet ist, die Abbildungen mehrerer Feldüberhöhungselemente zu einem Bild zu verbinden. Dieser Vorgang wird auch als Stitching bezeichnet und ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die einzelnen überlappenden Bilder können dabei so zusammengesetzt werden, dass ein großes zusammengesetztes Bild ausgebildet wird. Somit können auch größere Bereiche einer Halbleiterlithographiestruktur mit einer Abbildung vermessen werden.Furthermore, the device can comprise a controller which is designed to combine the images of several field enhancement elements to form an image. This process is also known as stitching and is known from the prior art. The individual overlapping images can be put together in such a way that a large composite image is formed. This means that larger areas of a semiconductor lithography structure can also be measured with one image.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einem der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen kann zur Vermessung von Strukturen auf einer Photomaske für die Halbleiterlithographie verwendet werden. Insbesondere kann die Vorrichtung für die sogenannte Registrierung der Strukturen auf einer Maske verwendet werden, also für die genaue Positionsbestimmung der Strukturen auf der Maske in Bezug zu einer Referenzmarke oder Kante der Maske. Auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vermessung von Wafern vor oder nach der Belichtung kommt in Frage.A device according to the invention according to one of the above-described embodiments can be used to measure structures on a photomask for semiconductor lithography. In particular, the device can be used for the so-called registration of the structures on a mask, that is to say for the precise determination of the position of the structures on the mask in relation to a reference mark or edge of the mask. Use of the device according to the invention for measuring wafers before or after exposure is also possible.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 einen schematischen Aufbau einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik,
  • 2 einen Detailansicht eines schematischen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 3 eine Detailansicht der Vorrichtung, und
  • 4a,b beispielhafte Abbildungen einer Struktur.
In the following, exemplary embodiments and variants of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it
  • 1 a schematic structure of a device from the prior art,
  • 2 a detailed view of a schematic structure of a device according to the invention,
  • 3 a detailed view of the device, and
  • 4a, b exemplary images of a structure.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Maskeninspektionsmikroskops 1 zur Vermessung einer Halbleiterlithographiestruktur 8, welche beispielsweise als Photomaske ausgebildet sein kann. Das Maskeninspektionsmikroskop 1 umfasst zwei Lichtquellen 4, 5, wobei eine erste Lichtquelle 4 für eine Messung der Halbleiterlithographiestruktur 8 in Reflexion und eine zweite Lichtquelle 5 für eine Messung der Halbleiterlithographiestruktur 8 in Transmission ausgebildet sind. Die Halbleiterlithographiestruktur 8 ist auf einem Objekttisch 7 angeordnet, der die Halbleiterlithographiestruktur 8 im Sub-Nanometerbereich lateral und vertikal positionieren kann. Die Positionsgenauigkeit kann dabei insbesondere in einem Bereich von weniger als 100nm liegen, insbesondere unter 20nm. Bei einer Durchlichtmessung tritt das Messlicht 14 der Beleuchtungseinheit 17, welche die Lichtquelle 5 und eine als Kondensor 6 ausgebildete Beleuchtungsoptik umfasst, durch den Kondensor 6, der auf der Halbleiterlithographiestruktur 8 eine gewünschte Lichtverteilung erzeugt. Die Pupillenebene der Beleuchtungsoptik 6 ist in der Figur mit der Bezugsziffer 16 bezeichnet. Das Messlicht 14 tritt weiter durch die Halbleiterlithographiestruktur 8, welche in der Folge durch eine Abbildungsoptik 9 und einen Tubus 11 abgebildet wird. Der Tubus 11 vergrößert die Abbildung der Halbleiterlithographiestruktur 8 und bildet sie wiederum auf eine als CCD-Kamera ausgebildete Aufnahmevorrichtung 2 ab, mit welcher die Abbildungen erfasst werden. Der zwischen der Abbildungsoptik 9 und dem Tubus 11 angeordnete halbdurchlässige Spiegel 10 wird für die Messung in Reflexion verwendet und hat keinen Einfluss auf die Messung in Durchlicht. 1 shows a schematic representation of a mask inspection microscope known from the prior art 1 for measuring a semiconductor lithography structure 8th , which for example as Photomask can be formed. The mask inspection microscope 1 includes two light sources 4th , 5 , wherein a first light source 4th for a measurement of the semiconductor lithography structure 8th in reflection and a second light source 5 for a measurement of the semiconductor lithography structure 8th are formed in transmission. The semiconductor lithography structure 8th is on a stage 7th arranged of the semiconductor lithography structure 8th can position laterally and vertically in the sub-nanometer range. The position accuracy can in particular be in a range of less than 100 nm, in particular less than 20 nm. With a transmitted light measurement, the measuring light occurs 14th the lighting unit 17th showing the light source 5 and one as a condenser 6 includes trained lighting optics by the condenser 6 standing on the semiconductor lithography structure 8th creates a desired light distribution. The pupil plane of the illumination optics 6 is in the figure with the reference number 16 designated. The measuring light 14th continues through the semiconductor lithography structure 8th , which in the sequence through an imaging optics 9 and a tube 11 is mapped. The tube 11 enlarges the image of the semiconductor lithography structure 8th and in turn forms them on a recording device designed as a CCD camera 2 with which the images are captured. The one between the imaging optics 9 and the tube 11 arranged semi-transparent mirrors 10 is used for the measurement in reflection and has no influence on the measurement in transmitted light.

Bei einer Messung in Reflexion wird das von der Lichtquelle 4 emittierte Messlicht 13 am halbdurchlässigen Spiegel 10 reflektiert und trifft anschließend auf die Abbildungsoptik 9. Diese fokussiert das Messlicht 13 auf der Halbleiterlithographiestruktur, von der dieses reflektiert wird. Die Abbildungsoptik 9 wird von dem Messlicht 13 ein weiteres Mal durchtreten und bildet die Halbleiterlithographiestruktur 8 durch den halbdurchlässigen Spiegel 10 auf dem Tubus 11 ab. Der Tubus 11 vergrößert die Abbildung der Halbleiterlithographiestruktur 8 und bildet sie auf die Aufnahmevorrichtung 2 ab. Das Maskeninspektionsmikroskops 1 umfasst eine Steuerung 12, die die Positionierung des Objekttisches 7 und das Umschalten zwischen einer Messung in Reflexion und einer Durchlichtmessung steuert und/oder regelt und auch zur Auswertung der mit dem Maskeninspektionsmikroskops 1 erfassten Abbildungen verwendet wird.In the case of a measurement in reflection, this will be from the light source 4th emitted measuring light 13 on the semi-transparent mirror 10 reflects and then hits the imaging optics 9 . This focuses the measuring light 13 on the semiconductor lithography structure from which it is reflected. The imaging optics 9 is from the measuring light 13 step through one more time and form the semiconductor lithography structure 8th through the semi-transparent mirror 10 on the tube 11 from. The tube 11 enlarges the image of the semiconductor lithography structure 8th and forms them on the receiving device 2 from. The mask inspection microscope 1 includes a controller 12th that controls the positioning of the stage 7th and the switching between a measurement in reflection and a transmitted light measurement controls and / or regulates and also for the evaluation of the with the mask inspection microscope 1 captured images is used.

2 zeigt eine Detailansicht eines erfindungsgemäßen Maskeninspektionsmikroskops 1, in der ein Teil der Abbildungsoptik 9, ein als Mikrosphäre 22 ausgebildetes Feldüberhöhungselement und eine als Photomaske 8 ausgebildete Halbleiterlithographiestruktur dargestellt sind. Die Mikrosphäre 22 ist zwischen der Abbildungsoptik 9 und der Photomaske 8 mit einem Abstand 0,5µm bis 30µm von der Photomaske 8 angeordnet. Das von der Lichtquelle (nicht dargestellt) kommende Licht 20 durchdringt die Photomaske 8 mit der Struktur 18, die von der Mikrosphäre 22 abgebildet wird. Die Mikrosphäre 22 bildet das Nahfeld der Struktur 18 in einer virtuellen Bildebene 23 vergrößert ab, wobei die virtuelle Bildebene 23 auf der dem Licht 20 zugewandten Seite der Mikrosphäre 22 liegt. Die virtuelle Bildebene 23 und damit das virtuelle Bild 25 liegen dabei innerhalb der Photomaske 8. Das virtuelle Bild 25 entsteht, da die Photomaske 8 innerhalb der Brennweite der Mikrosphäre 22 angeordnet ist. Abhängig von der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle (nicht dargestellt) und dem Durchmesser und dem Brechungsindex der Mikrosphäre 22 können hierbei Vergrößerungen von bis zu dem achtfachen und Auflösungen bis zu einem Achtel der verwendeten Wellenlänge erreicht werden. Das virtuelle Bild 25 der Struktur 18 kann durch die Abbildungsoptik 9 auf die Aufnahmevorrichtung (nicht dargestellt) abgebildet, dort erfasst und in der Steuerung (nicht dargestellt) weiter ausgewertet werden. Dies ist in 2 durch den Abbildungsstrahlengang 19 angedeutet. 2 shows a detailed view of a mask inspection microscope according to the invention 1 , in which part of the imaging optics 9 , one as a microsphere 22nd formed field enhancement element and one as a photo mask 8th formed semiconductor lithography structure are shown. The microsphere 22nd is between the imaging optics 9 and the photo mask 8th at a distance of 0.5 µm to 30 µm from the photomask 8th arranged. The light coming from the light source (not shown) 20th penetrates the photomask 8th with the structure 18th that of the microsphere 22nd is mapped. The microsphere 22nd forms the near field of the structure 18th in a virtual image plane 23 enlarged from, the virtual image plane 23 on the light 20th facing side of the microsphere 22nd lies. The virtual image plane 23 and with it the virtual image 25th lie within the photomask 8th . The virtual picture 25th arises as the photo mask 8th within the focal length of the microsphere 22nd is arranged. Depending on the wavelength of the light source used (not shown) and the diameter and the refractive index of the microsphere 22nd Magnifications of up to eight times and resolutions of up to one eighth of the wavelength used can be achieved here. The virtual picture 25th the structure 18th can through the imaging optics 9 mapped onto the recording device (not shown), recorded there and further evaluated in the controller (not shown). This is in 2 through the imaging beam path 19th indicated.

3 zeigt eine Detaildarstellung der Erfindung, in der eine Mikrosphäre 22, eine Halbleiterlithographiestruktur 8 und der Abbildungsstrahlengang 19 des virtuellen Bildes 25 dargestellt sind. Das im Reflexionsmodus durch die Abbildungsoptik (nicht dargestellt) emittierte Licht wird von der Oberfläche der Halbleiterlithographiestruktur 8 reflektiert und durch die Mikrosphäre 22 wieder in Richtung der Abbildungsoptik gelenkt. Am Beispiel von zwei Strahlen 19 der Abbildung wird das Entstehen des virtuellen Bildes 25 als Verlängerung der reflektierten Strahlen 24 dargestellt. Die virtuelle Bildebene 23 liegt wiederum in der Halbleiterlithographiestruktur 8. Weiterhin ist die Mikrosphäre 22 von einem Immersionsfluid 27 umgeben. Dieses kann als Gas, wie beispielsweise Luft oder aber als Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, ausgebildet sein. Der Brechungsindex des Immersionsfluides 27 hat ebenfalls Einfluss auf die Vergrößerung und Auflösung der durch die Mikrosphäre 22 abgebildeten Abbildung. 3 shows a detailed representation of the invention in which a microsphere 22nd , a semiconductor lithography structure 8th and the imaging beam path 19th of the virtual image 25th are shown. The light emitted by the imaging optics (not shown) in the reflection mode is emitted from the surface of the semiconductor lithography structure 8th reflected and through the microsphere 22nd steered again in the direction of the imaging optics. Using the example of two rays 19th the mapping is the emergence of the virtual image 25th as an extension of the reflected rays 24 shown. The virtual image plane 23 again lies in the semiconductor lithography structure 8th . Furthermore is the microsphere 22nd from an immersion fluid 27 surround. This can be configured as a gas, such as air, or as a liquid, such as water. The index of refraction of the immersion fluid 27 also affects the magnification and resolution of the microsphere 22nd pictured illustration.

4a und 4b zeigen eine Abbildung einer identischen Struktur 18, die auf einer Halbleiterlithographiestruktur 8 angeordnet ist. In 4a ist eine Abbildung der Struktur 18 mittels eines scannenden Elektronenstrahlmikroskops (SEM) dargestellt und in der 4b eine Abbildung der Struktur 18 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. In 4b ist gut zu erkennen, dass die Strukturelemente 26 der Struktur 18 nur in dem Bereich der Mikrosphäre 22 abgebildet werden, wogegen die Abbildung des die Mikrosphäre 22 umgebenden Bereiches keine Strukturelemente 26 zeigt. Allerdings kann die Abbildung auch durch mehrere nebeneinander liegende Mikrosphären 22 erweitert werden. Die einzelnen Abbildungen der Mikrosphären 22 können durch sogenanntes Stitching, also ein Aneinanderreihen von mehreren Bildern zu einem großen Bild, verbunden werden. 4a and 4b show an illustration of an identical structure 18th resting on a semiconductor lithography structure 8th is arranged. In 4a is a picture of the structure 18th shown by means of a scanning electron beam microscope (SEM) and in the 4b an illustration of the structure 18th with a device according to the invention. In 4b is easy to see that the structural elements 26th the structure 18th only in the area of the microsphere 22nd whereas the image of the microsphere 22nd surrounding area no structural elements 26th shows. However, the image can also be represented by several microspheres lying next to one another 22nd be expanded. The individual images of the microspheres 22nd can be linked by so-called stitching, i.e. a series of several pictures to form one large picture.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
MaskeninspektionsmikroskopMask inspection microscope
22
Aufnahmevorrichtung, CCD-KameraCradle, CCD camera
44th
Lichtquelle ReflexionLight source reflection
55
Lichtquelle DurchlichtLight source transmitted light
66th
KondensorCondenser
77th
ObjekttischStage
88th
Halbleiterlithographiestruktur, insb. Photomaske oder WaferSemiconductor lithography structure, especially photo mask or wafer
99
AbbildungsoptikImaging optics
1010
Spiegelmirror
1111
TubusTube
1212
Steuerungcontrol
1313
Messlicht (Strahlengang Reflexion)Measuring light (beam path reflection)
1414th
Messlicht (Strahlengang Durchlicht)Measuring light (beam path transmitted light)
1616
Pupille BeleuchtungsoptikPupil illumination optics
1717th
BeleuchtungseinheitLighting unit
1818th
Strukturstructure
1919th
AbbildungsstrahlengangImaging beam path
2020th
Lichtstrahlen BeleuchtungRays of light illumination
2222nd
Feldüberhöhungselement, MikrosphäreField enhancement element, microsphere
2323
Virtuelle Bildebene MikrosphäreVirtual image plane microsphere
2424
reflektierter Strahlreflected beam
2525th
virtuelles Bildvirtual image
2626th
StrukturelementStructural element
2727
ImmersionsfluidImmersion fluid

Claims (13)

Vorrichtung (1) zur Vermessung von Halbleiterlithographiestrukturen (8) mit einer Lichtquelle (4,5), einer Beleuchtungsoptik (4,10), einer Abbildungsoptik (9) und einer Aufnahmevorrichtung (2) zur Aufnahme der Abbildung, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abbildungsoptik (9) und der Halbleiterlithographiestruktur (8) ein Feldüberhöhungselement (22) angeordnet ist.Device (1) for measuring semiconductor lithography structures (8) with a light source (4,5), illumination optics (4,10), imaging optics (9) and a recording device (2) for recording the image, characterized in that between the Imaging optics (9) and the semiconductor lithography structure (8) a field enhancement element (22) is arranged. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldüberhöhungselement (22) in einem Abstand von 0,5µm bis 30µm zu der Halbleiterlithographiestruktur (8) angeordnet ist.Device (1) according to Claim 1 , characterized in that the field enhancement element (22) is arranged at a distance of 0.5 µm to 30 µm from the semiconductor lithography structure (8). Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldüberhöhungselement (22) als Mikrosphäre mit einem Durchmesser von 2µm bis 30µm ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the field enhancement element (22) is designed as a microsphere with a diameter of 2 µm to 30 µm. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Feldüberhöhungselement (22) mit einem Brechungsindex von kleiner als 2,0, insbesondere kleiner als 1,8 ausgebildet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the field enhancement element (22) is designed with a refractive index of less than 2.0, in particular less than 1.8. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abbildungsoptik (9) und der Halbleiterlithographiestruktur (8) ein Immersionsfluid (27) angeordnet ist.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that an immersion fluid (27) is arranged between the imaging optics (9) and the semiconductor lithography structure (8). Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Immersionsfluid (27) gasförmig oder flüssig ausgebildet ist.Device (1) according to Claim 5 , characterized in that the immersion fluid (27) is in gaseous or liquid form. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4,5) so ausgebildet sein, dass sie eine breitbandige Strahlung im visuellen Bereich emittiert.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (4, 5) be designed such that it emits broadband radiation in the visual range. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4,5) so ausgebildet sein, dass sie eine schmalbandige Strahlung im visuellen Bereich emittiert.Device (1) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the light source (4, 5) be designed so that it emits a narrow-band radiation in the visual range. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4,5) so ausgebildet sein, dass sie eine Strahlung mit einer Wellenlänge von 400nm, 193nm oder von 157 nm emittiert.Device (1) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the light source (4, 5) can be designed so that it emits radiation with a wavelength of 400 nm, 193 nm or 157 nm. Vorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Feldüberhöhungselemente (22) zwischen der Abbildungsoptik (9) und der Halbleiterlithographiestruktur (8) angeordnet sind.Device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that several field enhancement elements (22) are arranged between the imaging optics (9) and the semiconductor lithography structure (8). Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerung (12) umfasst, die dazu ausgebildet ist, die Abbildungen mehrerer Feldüberhöhungselemente (22) zu einem Bild zu verbinden.Device (1) according to Claim 10 , characterized in that the device (1) comprises a controller (12) which is designed to combine the images of several field enhancement elements (22) to form an image. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Vermessung von Strukturen (26) auf einer Photomaske (8) für die Halbleiterlithographie.Use of a device (1) according to one of the Claims 1 to 11 for measuring structures (26) on a photo mask (8) for semiconductor lithography. Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Vermessung von Strukturen auf einem Wafer.Use of a device (1) according to one of the Claims 1 to 11 for measuring structures on a wafer.
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