DE102021112547A1

DE102021112547A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Registrierungsfehlers

Info

Publication number: DE102021112547A1
Application number: DE102021112547.2A
Authority: DE
Inventors: Mario Längle
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2022-11-17
Also published as: JP7461407B2; JP2022176170A; US20220365449A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Registrierungsfehlers einer Struktur auf einer Maske für die Halbleiterlithographie, umfassend folgende Verfahrensschritte:- Erzeugung eines Abbildes mindestens eines Bereiches der Maske,- Bestimmung mindestens einer Messkontur im Abbild,- Angleichung der Formen einer Designkontur und einer Messkontur an einander bei gleichzeitiger Angleichung der Registrierung der beiden Konturen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Registrierungsfehlers einer Maske für die Halbleiterlithographie.
Photolithographische Masken 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 dabei eine Beleuchtungseinheit eine 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.
Die Platzierung von Strukturelementen auf der Oberfläche von Masken muss hochgenau sein, so dass die zulässige Abweichung von deren vorgegebenen Positionen - der sogenannte Registrierungsfehler - vorzugsweise im Subnanometerbereich liegt, 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.
Zur Ermittlung des Registrierungsfehlers werden Maskeninspektionsmikroskope, Elektronenmikroskope oder Positionsbestimmungsvorrichtungen eingesetzt. Die Strukturen werden über üblicherweise über eine Kantendetektion detektiert. Zur Charakterisierung der Strukturen werden üblicherweise drei Methoden verwendet.
Die Schwellwert-Methode (engl.: Threshold), bei der die Position der Struktur durch die Ermittlung eines Schnittpunktes der über einen Intensitätsschwellwert erfassten Kante und einer Mess- oder Bezugsebene, die senkrecht zur Struktur verläuft, bestimmt wird.
Die Korrelationsmethode, bei der die Position der Struktur durch eine Korrelation des mit der Positionsbestimmungsvorrichtung erfassten Luftbildes und eines simulierten Luftbildes bestimmt wird. Die Form der mit der Positionsbestimmungsvorrichtung in einem Luftbild erfassten Struktur und der simulierten Struktur wird aneinander angepasst und in einem zweiten Schritt der Abstand zwischen den beiden Strukturen bestimmt. Dieser Abstand entspricht der Abweichung der mit dem Luftbild erfassten Struktur von der Sollposition.
Die Symmetrie-Korrelationsmethode, die in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2010 047 051A1 im Detail beschrieben ist
Diese Methoden haben den Nachteil, dass eine unbekannte Verdrehung der zu erfassenden Strukturen im Bildfeld bei den ersten beiden Methoden zu verfälschten Methoden führen kann. Weiterhin führen Fehler der Bildintensität abseits der zu erfassenden Strukturen, die eigentlich irrelevant sind, fallen bei den letzten beiden Methoden ins Gewicht und können somit zu verfälschten Messergebnissen führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren anzugeben, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ermittlung eines Registrierungsfehlers einer Struktur auf einer Maske für die Halbleiterlithographie umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Erzeugung eines Abbildes mindestens eines Bereiches der Maske,
- Bestimmung mindestens einer Messkontur im Abbild,
- Angleichung der Formen einer Designkontur und einer Messkontur an einander bei gleichzeitiger Angleichung der Registrierung der beiden Konturen.

Mit anderen Worten werden Form und Registrierung derart angepasst, dass ein minimaler mittlerer lateraler Abstand zwischen der Mess- und der Designkontur erreicht wird.
Bei den Messkonturen handelt es sich um Konturen, die aus dem Abbild extrahiert wurden Unter den Designkonturen versteht man die Konturen, wie sie beispielsweise in einem Maskenschreiber zur Fertigung bzw. Schaffung der Strukturen auf einer Maske zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß wird vorteilhaft gemeinsam Form und Registrierung von Strukturen optimiert beziehungsweise angeglichen.
Die Registrierung kann insbesondere durch die Minimierung der mittleren lateralen Abstände der beiden Konturen in der Maskenebene minimiert werden. Es erfolgt also nicht eine Korrelation anhand von Intensitätswerten, sondern es werden laterale Abstände zwischen Messung und Design betrachtet. Der Vorteil bei dieser Variante besteht insbesondere darin, dass Fehler, die aus einer Verdrehung von Messbild gegenüber Designbild stammen, zuverlässig erkannt und berücksichtigt werden können, so dass eine Verdrehung den ermittelten Registrierungsfehler im Hinblick auf die Genauigkeit der Ermittlung nicht verschlechtert. Grundsätzlich ist es auch denkbar, Form und Lage der Strukturen gemeinsam zu optimieren, aber an Stelle der lateralen Abstände auch die Intensitäten als Optimierungskriterium heranzuziehen; Ebenso könnten auch Form und Lage sequentiell optimiert bzw. angeglichen werden und die lateralen Abstände als Optimierungskriterium heranzuziehen.
Die Angleichung der Formen der Konturen kann durch eine Modifikation der Designkontur bewirkt werden, ebenso kann die Angleichung der Formen der Konturen durch eine Modifikation der Messkontur oder durch eine Kombination beider Verfahren bewirkt werden.
In einer vorteilhaften Variante der Erfindung können als Maß für die Qualität der Angleichung Differenzen bei der Überlagerung der Mess- und der Designkontur herangezogen werden. Diese Differenzen werden auch als Residuen bezeichnet. Die Residuen sollen möglichst minimiert werden und können sich insbesondere aus a) den kürzesten Abständen aller Messkonturpunkte zur Designkonturlinie oder b) den kürzesten Abständen aller Designkonturpunkte zur Messkonturlinie oder c) der Gesamtmenge aus a) und b) ergeben. Es werden also anstelle von Intensitätsdifferenzen wie aus dem Stand der Technik bekannt, laterale Abstände betrachtet. Optimierungsverfahren sind prinzipiell viele denkbar. So kann beispielsweise ein mehrdimensionales Newton-Verfahren zu einer Minimierung der Abstände zwischen Mess- und Designkontur verwendet werden. Derartige Verfahren sind vergleichsweise robust und ermitteln die optimalen Parameter zur Angleichung von Form und Registrierung unter Verwendung der Least-Square-Methode.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Mittelwert aller Abstände zwischen Mess- und Designkontur als Maß für den Optimierungsfortschritt verwendet werden. Dieser auch als MeanResid bezeichnete Zahlenwert stellt ein gutes Maß für den Fortschritt der Iterationen bei der Angleichung dar. Sobald sich dieser Wert zwischen zwei Iterationen nur noch unterhalb eines vorher festgelegten Maximalwertes stagniert, kann die Optimierung beendet werden.
Die Angleichung kann auch für einzelne Teilbereiche des Abbildes erfolgen. Dabei können insbesondere separate Parameter für einzelne Bildbereiche bis hin zu separaten Parametern für einzelne Teilstrukturen, sogenannte Features, angepasst werden. Auch Mischformen sind denkbar, beispielsweise Mischungen aus globaler und lokaler Modifikation der Registrierung und/oder Mischungen aus globaler und lokaler Modifikation der Form.
Es kann ebenso von Vorteil sein, bestimmte Bereiche des Abbildes nicht zur Angleichung zu verwenden. Hierfür kommen insbesondere Bereiche in Frage, in welchen Defekte erkannt wurden.
Weiterhin kann eine alternierende, also abwechselnde Modifikation der Formen und der Registrierung vorgenommen werden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

1 eine exemplarische Darstellung der Ausgangslage,
2 die exemplarische Entwicklung von zur Angleichung verwendeten Parametern,
3 das Ergebnis der Angleichung, und
4 das Ergebnis der Angleichung mit einer defekten Struktur.

1 zeigt eine exemplarische Darstellung der Ausgangslage. Dabei sind mit durchgezogenen Linien die Designkonturen dargestellt. Gepunktet dargestellt in 1 sind die Messkonturen. Bei der zugrundeliegenden Abbildung kann es sich insbesondere um ein elektronenmikroskopisches Bild handeln. Gut erkennbar in der 1 ist der leichte Versatz zwischen den Konturen wie auch eine erhebliche Formabweichung der Konturen selbst voneinander. Das Ziel bei der Auswertung des in 1 gezeigten Beispiels besteht nun im Wesentlichen darin, den Registrierungsfehler, also den Versatz der gemessenen Konturen gegenüber dem Maskendesign zu ermitteln. Wie bereits erwähnt hängt die Genauigkeit bei der Bestimmung des Registrierungsfehlers u.a. auch davon ab, in wie weit die Messkontur und die Designkontur voneinander abweichen. Es kommt also darauf an, bei der Bestimmung des Registrierungsfehlers ein möglichst gutes Matching zwischen der Designkontur und der Messkontur zu erreichen.
2 zeigt die exemplarische Entwicklung der zur Angleichung der Formen und der mittleren lateralen Abstände verwendeten Parameter über 8 Iterationsschritte hinweg. Dabei stellen die oberen 4 Graphen Parameter für die Registrierung, sogenannte Registrierungsparameter dar, wohingegen die Graphen der unteren Reihe außer dem rechten Graphen die sogenannten Formparameter repräsentieren.
Im Einzelnen:

Registrierungsparameter:
1. 1. TranslationX: Verschiebung der Konturen in x-Richtung (0. Ordnung)
2. 2. TranslationY: Verschiebung der Konturen in y Richtung (0. Ordnung)
3. 3. Scale: Maßstäbliche Streckung der Kontur um einen Ursprung (1. Ordnung)
4. 4. Rotation: Drehung der Kontur um einen Ursprung (1. Ordnung)

Weitere denkbare Parameter für die Optimierung der Angleichung sind der asymmetrische Maßstab und die asymmetrische Rotation, die im gezeigten Beispiel jedoch nicht zur Anwendung kommen. Weiterhin können die Parameter erster Ordnung auch in ScaleX, ScaleY, Rotation X und Rotation Y umgerechnet werden.
Im gezeigten Beispiel wurden die genannten Registrierungsparameter auf die Messkontur angewendet. Es ist auch denkbar die Registrierungsparameter auf die Designkontur anzuwenden; ferner ist auch eine kombinierte Anwendung auf Mess- und Designkontur denkbar, dabei ist jedoch zu beachten, dass es bei dieser Variante zu keinen unerwünschten Redundanzen und damit zu einer nichtgewollten Abhängigkeit der Parameter untereinander kommt.
Die Formparameter (erste 3 Graphen der unteren Reihe) dienen dazu, die Form der Konturen zu verändern, um das Erscheinungsbild von Mess- und Designkontur anzugleichen. Für die gezeigte Variante wurden die nachfolgend beschriebenen Formparameter verwendet (es sind auch andere Formparameter denkbar):

1. Sigma ist die Breite einer Gaussfilterung, mittels welcher ein aus der Designkontur erstelltes Objekt gefiltert wird.
2. Thresh ist derjenige Funktionswert des gaussgefilterten Objektes, aus welchem eine neue Designkontur berechnet wird.
3. Bias ist derjenige Wert, um welchen die in 2. neuberechnete Designkontur in Normalenrichtung verschoben wird.

Auch die Formparameter können entweder auf die Messkontur oder auf der Designkontur (wie im gezeigten Beispiel), oder auch kombiniert bzw. aufgeteilt angewendet werden.
Der 4. Graph der unteren Reihe zeigt das bereits vorne erwähnte, MeanResid genannte Optimierungskriterium. Gut erkennbar in der Figur ist, dass der Wert für MeanResid ab der 3. Iteration zu stagnieren beginnt, in diesem Fall kann die Angleichung beendet werden.
Grundsätzlich ist darauf zu achten, dass die Optimierungsparameter linear unabhängig voneinander gewählt werden und eine Wirkung auf das Signal erzeugen. Es macht beispielsweise keinen Sinn, eine Translation in X Richtung ermitteln zu wollen, wenn sich im Bild aus-schließlich in X Richtung verlaufende Linien befinden.
3 zeigt das Ergebnis der Angleichung. Gut erkennbar ist die weit verbesserte Überlagerung von Mess- und Designkontur unter der Verwendung der optimierten Form - und Registrierungsparameter.
4 zeigt das Ergebnis der Angleichung mit einer defekten Struktur, die Defektfläche ist in 4 durch eine gepunktete Linie dargestellt. Gut erkennbar in 4 ist die erhebliche laterale Abweichung der gemessenen Struktur von den Sollstrukturen. Ein derartiger Defekt würde zu erheblichen Fehlern bei der Bestimmung der Registrierungsfehler führen. Es empfiehlt sich also, Bereiche mit stark abweichenden Fehlern wie in der Figur dargestellt bei der Angleichung nicht zu berücksichtigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010047051 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Registrierungsfehlers einer Struktur auf einer Maske für die Halbleiterlithographie, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Erzeugung eines Abbildes mindestens eines Bereiches der Maske, - Bestimmung mindestens einer Messkontur im Abbild, - Angleichung der Formen einer Designkontur und einer Messkontur an einander bei gleichzeitiger Angleichung der Registrierung der beiden Konturen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Registrierung durch die Minimierung der mittleren lateralen Abstände der beiden Konturen in der Bildebene angeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Angleichung der Formen und Registrierung der Konturen durch eine Modifikation der Designkontur bewirkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Angleichung der Formen und Registrierung der Konturen durch eine Modifikation der Messkontur bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Maß für die Qualität der Angleichung laterale Abstände zwischen Mess- und der Designkontur herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Optimierungsverfahren, insbesondere ein mehrdimensionales Newton-Verfahren zu einer Minimierung der lateralen Abstände verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Mittelwert aller lateralen Abstände als Maß für den Optimierungsfortschritt verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Angleichung für einzelne Teilbereiche des Abbildes separat erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei bestimmte Bereiche des Abbildes nicht zur Angleichung verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei es sich bei den nicht zur Angleichung verwendeten Bereichen um Bereiche handelt, in welchen Defekte erkannt wurden.
.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine alternierende Modifikation der Formen und der mittleren lateralen Abstände vorgenommen wird.