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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifizierung von Fehlern auf fotolithografischen Masken für die Mikrolithografie, ein für das Verfahren ausgelegtes Computerprogrammprodukt sowie ein Verfahren zur Mikrolithografie mit einer erfindungsgemäß auf Fehler hin überprüften Maske.
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Mikrolithografie wird bei der Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise, verwendet. Der Mikrolithografieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Projektionsvorrichtung aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungsvorrichtung beleuchteten Maske (auch „Retikel“) wird hierbei mittels der Projektionsvorrichtung auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (sog. „Photoresist“) beschichtetes und in der Bildebene der Projektionsvorrichtung angeordnetes Substrat, bspw. einen Siliziumwafer, projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen. In nachfolgenden Herstellungsschritten wird die übertragene Struktur in dem Substrat umgesetzt, bspw. durch Ätzen. Die Maske kann je nach Bauart der Projektionsbelichtungsanlage und insbesondere abhängig von der verwendeten Wellenlänge bei der Belichtung bereichsweise transmissiv oder bereichsweise reflektierend sein; in den jeweils anderen Bereichen der Maskenstruktur wird das Licht der Beleuchtungsvorrichtung in der Regel absorbiert. Typischerweise erfolgt die Belichtung bei einer Wellenlänge von 193 nm (DUV) oder 13,5 nm (EUV).
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Auch wenn die Projektionsvorrichtungen von Projektionsbelichtungsanlagen einen Verkleinerungsfaktor von bspw. 8:1 oder 4:1 aufweisen, sind die Strukturen der Masken aufgrund der Miniaturisierung im Halbleiterbereich äußerst fein. Dennoch muss sichergestellt werden, dass die mit einer Maske hergestellten mikrostrukturierten Bauelemente bzw. die mithilfe der Maske hergestellte lichtempfindliche Schicht dem dafür vorgesehenen Design entsprechen und insbesondere keine Fehler aufweisen, welche die Funktionalität der Bauelemente bis zur vollständigen Funktionsunfähigkeit hin beeinträchtigen können.
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Bei Masken für die Mikrolithografie wird dabei zwischen sog. Maskendefekten und Verschmutzungen als potenzielle Fehler unterschieden.
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Ein Maskendefekt (auch „hard defect“ genannt) ist dabei eine Abweichung der tatsächlichen Maskenstruktur von dem eigentlich dafür vorgesehenen Design. So kann bspw. ein Strukturteil oder der Abstand zwischen zwei Strukturteilen nicht ausreichend breit sein. Auch kann ein Strukturteil eine im vorgesehenen Design nicht vorgesehene Fehlstelle oder eine unerwünschte „Brücke“ zu einem benachbarten Strukturteil aufweisen. Bei einer Belichtung mit einer Maske umfassend einen Maskendefekt würde sich der Maskendefekt als irregulärer Schatten oder heller Bereich auf der lichtempfindlichen Schicht abbilden und sich nach den anschließenden Bearbeitungsschritten auch im letztendlich hergestellten mikrostrukturierten Bauelement wiederfinden. Auch sog. „Registrierfehler“, bei denen größere Teilbereiche der Struktur gegenüber anderen Teilbereichen der Struktur oder Ausrichtungsmarkierungen auf der Maske nicht korrekt positioniert, insbesondere verschoben sind, zählen zu den Maskendefekten.
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Bei einer Verschmutzung (auch „soft defect“ genannt) befindet sich ein Fremdpartikel auf der Maskenoberfläche, der im Falle einer Belichtung in der Regel als ungewollter Schatten auf der lichtempfindlichen Schicht abgebildet wird. Ein Schatten aufgrund eines Fremdpartikels führt - vergleichbar zu einem Maskendefekt - zu einer Abweichung der mithilfe der Maske herzustellende Schicht eines mikrostrukturierten Bauelements von dem eigentlich vorgesehenen Design.
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Sowohl für Maskendefekt als auch für Verschmutzungen sind im Stand der Technik verschiedene Bearbeitungsverfahren bekannt, mit denen die Fehler beseitigt oder zumindest auf ein unschädliches Maß reduziert werden können. Damit entsprechende Verfahren jedoch angewendet werden müssen, ist es zunächst erforderlich, den oder die Fehler auf einer Maske zu identifizieren.
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Zur Identifizierung insbesondere eines Maskendefekts auf einer Maske sind aus dem Stand der Technik Verfahren bekannt, bei denen über Maskeninspektionsmikroskope (bspw. unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops) gewonnene Abbilder der Struktur einer Maske mithilfe von Kantendetektion in eine Messkontur überführt werden, um dann mit aus den originären Designinformationen abgeleiteten Designkonturen abgeglichen zu werden. Abweichungen zwischen Messkontur und Designkontur können grundsätzlich auf Maskenfehler hinweisen.
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Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist in der
DE 10 2021 112 547 A1 beschrieben. In diesem Dokument ist dabei insbesondere beschrieben, dass die bspw. durch ein Maskeninspektionsmikroskop gewonnenen Abbilder sowie daraus resultierende Messkonturen aufgrund einer nicht vollständig vermeidbaren und daher grundsätzlich in Kauf zunehmenden Positionsungenauigkeit der Maske im Maskeninspektionsmikroskop in der Regel nicht unmittelbar mit der Designkontur korrespondieren. Vielmehr müssen vor einer eigentlichen Überprüfung auf Maskendefekte der Maske die Messkontur und die Designkontur hinsichtlich ihrer Position und Orientierung zueinander korreliert werden, bevor anschließend auf Basis der korrelierten Konturen Abweichungen zwischen Mess- und Designkontur, die auf Maskendefekte hinweisen können, ermittelt werden.
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Auch wenn das Verfahren aus der
DE 10 2021 112 547 A1 eine Identifikation insbesondere von Maskendefekten mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht, kann es in bestimmen Sondersituationen zu ungenauen Ergebnissen kommen. So kann bspw. bei einer sehr großen Verschiebung zwischen Messkontur und Designkontur nicht grundsätzlich davon ausgegangen werden, dass die für das Verfahren zwingend erforderliche Korrelation ermittelt werden kann oder eine ermittelte Korrelation tatsächlich zutreffend ist. Auch können Verschmutzungen Helligkeitsverläufe in dem von der Maske gewonnenen Abbild hervorrufen, die bei der Kantendetektion zu einer unerwarteten Messkontur führen, was wiederum Schwierigkeiten bei der Korrelation von Messkontur und Designkontur hervorrufen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zu schaffen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr oder nur noch in vermindertem Umfang auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13, sowie ein Verfahren zur Mikrolithografie mit einer erfindungsgemäßen auf Fehler hin überprüften Maske gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Identifikation von Fehlern auf fotolithografischen Masken für die Mikrolithografie mit den Schritten:
- a) Erfassen eines Abbildes eines ersten Bereichs der fotolithografischen Masken in Form von zweidimensionalen Rasterbilddaten;
- b) Durchführung einer Bildregistrierung des erfassten Abbildes als Objektbild mit einem Referenzbild für den ersten Bereich der fotolithografischen Maske; und
- c) Abgleich des registrierten Objektbildes mit dem Referenzbild zur Identifikation von Fehlern im ersten Bereich der fotolithografischen Maske.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt oder einen Satz von Computerprogrammprodukten, umfassend Programmteile, welche, wenn geladen in einen Computer oder in untereinander vernetzte Computer, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sind.
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Auch betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Mikrolithografie, bei dem mithilfe einer Projektionsbelichtungsanlage umfassend eine Beleuchtungsvorrichtung und eine Projektionsvorrichtung das Bild einer mittels der Beleuchtungsvorrichtung beleuchteten Maske mittels der Projektionsvorrichtung auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtetes und in der Bildebene der Projektionsvorrichtung angeordnetes Substrat projiziert wird, wobei vor der Belichtung des Substrats die Maske mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auf Fehler hin untersucht wird und die Belichtung des Substrats nur bei Feststellung ausreichender Fehlerfreiheit durchgeführt wird.
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Die Erfindung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass mithilfe einer Bildregistrierung auf Basis eines erfassten zweidimensionalen Rasterbildes von der Maske sowie eines ebenfalls zweidimensionalen Referenz-Rasterbildes eine Identifikation sowohl von Maskendefekten als auch von Verschmutzungen zuverlässig möglich ist. Da dabei vollständig auf eine Kantendetektion verzichtet werden kann, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in den Sonderfällen robust, in denen Verfahren aus dem Stand der Technik aufgrund fehlerhafter Kantenerkennung oder zu großer Abweichung zwischen den dadurch ermittelten Konturen möglicherweise nur ungenaue Ergebnisse liefert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein erster Bereich einer auf Fehler zu überprüfenden fotolithografischen Maske als Abbild in Form von zweidimensionalen Rasterbilddaten erfasst.
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Dazu kann bspw. ein beliebiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Maskeninspektionsmikroskop verwendet werden. Auch kann auf beliebige, zur Reparatur von Masken vorgesehene Vorrichtung oder auch jegliche andere Vorrichtung verwendet werden, sofern diese eine geeignete Bilderfassung ermöglicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird für sämtliche entsprechende Vorrichtungen nachfolgend zusammenfassend der Begriff Maskeninspektionsmikroskop verwendet, ohne dass die Erfindung auf ein Maskeninspektionsmikroskop im engeren Sinne beschränkt wäre.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren kommt es weiterhin nicht darauf an, welches bildgebende Verfahren zur Erfassung des Abbildes angewendet wird. Insbesondere kann das Abbild mit einem Rasterelektronenmikroskop, einem Rasterkraftmikroskop, einem Ionenfeinstrahlmikroskop oder einem optischen Mikroskop, vorzugsweise mit DUV- oder EUV-Licht, erfasst werden.
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Da der Bildaufnahmebereich von Maskeninspektionsmikroskopen üblicherweise kleiner als eine für die Mikrolithografie vorgesehene Maske ist, wird mit einer einzelnen Aufnahme grundsätzlich nur ein Abschnitt der Maske erfasst. Der erste Bereich der Maske, für den eine Abbildung erfasst werden soll, kann an den verfügbaren Bildbereich der zur Erfassung verwendeten Vorrichtung angepasst sein, sodass eine erfasste Abbildung unmittelbar weiterverarbeitet werden kann. Ist der erste Bereich größer als der Bildbereich der Vorrichtung, können mehrere Aufnahmen mit bekannten Stitching-Verfahren zu einem Abbild des gewünschten ersten Bereiches zusammengefügt werden. Ist der erste Bereich kleiner als der Bildbereich der Vorrichtung, kann eine den ersten Bereich miterfassende Aufnahme geeignet zugeschnitten werden.
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Auch wenn bekannte Maskeninspektionsmikroskope es ermöglichen, eine Maske derart genau gegenüber dem Maskeninspektionsmikroskop zu bewegen, dass sich der gewünschte aufzunehmende Bereich grundsätzlich im Bildaufnahmebereich befindet, ist eine Positionierung mit einer Präzision in der Größenordnung der Maskenstruktur - also insbesondere im Nanometerbereich - in der Regel nicht möglich. Auch kann eine vergleichbar präzise Orientierung der Maske gegenüber dem Maskeninspektionsmikroskop in der Regel nicht gewährleistet werden, sodass es regelmäßig zu einer Verdrehung in der Bildebene kommt. Zu guter Letzt können auch Abweichungen in der Orthogonalität der Maske gegenüber der Bildachse des Maskeninspektionsmikroskops sowie Verzerrungen oder sonstige Bildfehler des Maskeninspektionsmikroskops zu einem Abbild des ersten Bereichs der fotolithografischen Maske führen, die letztendlich in Abweichungen von einem „idealen“ Abbild des ersten Bereichs einer fotolithografischen Maske resultieren. Insbesondere die letztgenannten Bildfehler können sich im Laufe des Betriebs eines Maskeninspektionsmikroskops, bspw. aufgrund von Temperatureinflüssen, auch verändern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber Bildfehlern, wie sie vorstehend beispielhaft beschrieben sind, jedoch äußerst robust. Auch stellt das bei den für die Erfassung von Abbildern von fotolithografischen Masken grundsätzlich geeigneten Bildgebungsverfahren auftretende Bildrauschen regelmäßig kein Problem dar.
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Für den ersten Bereich, der auf Fehler untersucht werden soll, ist weiterhin ein Referenzbild erforderlich. Bei dem Referenzbild handelt es sich ebenfalls um ein zweidimensionales Rasterbild, welches vorzugsweise die gewünschte Struktur der Maske im ersten Bereich wiedergibt. Grundsätzlich ist es - insbesondere, wenn das Referenzbild auch ein erfasstes Abbild einer Maske ist - aber auch möglich, dass im erfassten Abbild des ersten Bereichs tatsächlich keine Fehler vorhanden sind, während das Referenzbild einen Fehler aufweist. Entsprechendes ist für das erfindungsgemäße Verfahren aber unproblematisch.
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Das Referenzbild kann ein erfasstes Abbild eines zweiten Bereiches der fotolithografischen Maske, von der auch das Abbild des ersten Bereichs erfasst wurde, sein. Dazu muss lediglich die Struktur im ersten Bereich grundsätzlich - d. h. abgesehen von möglichen Fehlern der Struktur in diesen Bereichen - mit der Struktur im zweiten Bereich übereinstimmend sein. Mit dieser Maske-zu-Maske-Methode (auch „Die2Die“-Methode) wird also überprüft, ob zwei Bereiche der Maske, die gemäß dem Design grundsätzlich übereinstimmend ausgebildet sein sollen, bei der Maske auch tatsächlich übereinstimmend sind.
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Sind mehr als zwei, grundsätzlich übereinstimmende Bereiche auf der Maske vorhanden und werden von diesen Bereichen auch Abbilder erfasst, ist es möglich, diese Abbilder jeweils paarweise als Objekt- und Referenzbild der Bildregistrierung zugrunde zu legen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Fehler in einem Bereich durch Abgleich mit Abbildungen mehrerer anderer Bereiche noch eindeutiger zu identifizieren. Auch wird die Wahrscheinlichkeit, dass in zwei, für das Objekt- und das Referenzbild herangezogene Abbilder ein identischer Fehler vorliegt, der nicht ordnungsgemäß erkannt wird, reduziert.
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Alternativ kann es sich bei dem Referenzbild um ein erfasstes Abbild einer Referenzmaske handeln. Ist von der Referenzmaske bekannt, dass diese keine Fehler aufweist, können Abbilder von der Referenzmaske unmittelbar als Referenzbilder für eine grundsätzlich mit der Referenzmaske übereinstimmende Maske herangezogen werden. Die Abbilder der Referenzmaske können dabei mit demselben Maskeninspektionsmikroskop erstellt werden, wie auch das Abbild des ersten Bereichs der auf Fehler zu untersuchenden Maske. Erforderlich ist dies aber nicht. Grundsätzlich ist nicht einmal erforderlich, dass die Bilder der Referenzmaske mit demselben bildgebenden Verfahren, welches zur Erfassung des Abbildes der zu untersuchenden Maske verwendet wird, erstellt wurden. Die resultierenden Bilddaten müssen lediglich in der Darstellung ausreichend miteinander übereinstimmen, sodass die darauf basierende Bildregistrierung durchgeführt werden kann.
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Auch ist es möglich, zweidimensionale Rasterbilddaten als Referenzbild zu verwenden, welche aus den ursprünglichen Designinformationen der fotolithografischen Maske erzeugt wurden. Ein so erzeugtes Referenzbild sollte in Auflösung und Maßstab an das erfasste Abbild des ersten Bereiches angepasst sein, um eine effiziente Bildregistrierung zu ermöglichen. Auch ist es möglich, das erzeugte Referenzbild mit einem Rauschen zu versehen, um die Bildqualität an diejenige des erfassten Abbildes anzugleichen, was die Bildregistrierung ebenfalls vereinfachen kann.
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Auf das Objekt- und Referenzbild anwendbare Verfahren zur Bildregistrierung eines Objektbildes mit einem Referenzbild, wobei beide Bilder als zweidimensionale Rasterbilddaten vorliegen, sind - anders als deren Anwendung auf Abbilder fotolithografischer Masken - im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Eine Übersicht über bekannte Bildregistrierungsverfahren finden sich bspw. in dem Lehrbuch „FAIR - Flexible algorithms for image registration“ von Jan Modersitzki (2009, Society for Industrial & Applied Mathematics, ISBN: 978-0-89871-690-0), sodass vorliegend auf eine ausführliche allgemeine Erläuterung der Bildregistrierung verzichtet werden kann.
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Grundsätzlich können beliebige Bildregistrierungsverfahren auf Objekt- und Referenzbild angewendet werden. Aufgrund der Erfassung eines Abbildes eines ersten Bereichs der fotolithografischen Masken mit einem Maskeninspektionsmikroskop und den damit regelmäßig einhergehenden Verzerrungen und anderen Bildfehler in der erfassten Abbildung (siehe oben) ist es aber bevorzugt, wenn eine variationelle Bildregistrierung basierend auf einem elastischen Modell für das Objektbild durchgeführt wird. Um den Berechnungsaufwand für die variationelle Bildregistrierung überschaubar zu halten, ist es bevorzugt, wenn im Rahmen der Bildregistrierung zunächst eine lineare Vorregistrierung durchgeführt wird, also eine erste Bildregistrierung auf Basis eines linearen Verschiebungsmodells, bei dem noch keine Verzerrungen oder andere Bildfehler berücksichtigt werden. Die lineare Vorregistrierung ist insbesondere hilfreich, um während der anschließenden Optimierung bei der variationelle Bildregistrierung nicht in lokalen Optima zu landen, sondern tatsächlich das globale Optimum zu erreichen. Ist das Objektbild so bereits allein durch Verschiebung in eine erste Übereinstimmung mit dem Referenzbild gebracht, wird anschließend eine variationelle Detailregistrierung durchgeführt, bei welcher sowohl die Verschiebung noch optimiert als auch jegliche Verzerrung und andere Bildfehler und Abweichungen berücksichtigt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass sich recheneffizient gute Ergebnisse erreichen lassen, wenn die variationelle Detailregistrierung eine - vorzugsweise normalisierte - Kreuzkorrelation und eine Krümmungs-Regularisierung umfasst und die lineare Vorregistrierung eine, vorzugsweise Fourier-basierte, Kreuzkorrelation ist, wobei vorzugsweise wenigstens teilweise - also für die Vor- und/oder Detailregistrierung - eine Optimierung mit Gauß-Newton und Armijo-Liniensuche angewendet wird. Soll keine Vorregistrierung durchgeführt werden, bspw. weil anderweitig sichergestellt ist, dass die Verschiebung zwischen Objekt- und Referenzbild ausreichend gering ist, entspricht die Bildregistrierung dann vorzugsweise allein der vorstehend beschriebenen Detailregistrierung.
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Um Anforderungen an die Rechenkapazität für die Bildregistrierung weiter zu reduzieren, ist es auch möglich, vor der Bildregistrierung das erfasste Abbild und/oder das Referenzbild hinsichtlich der Anzahl der Bildpunkte und/oder dem Detailgrad der Bildpunktinformationen zu reduzieren. Bei einer entsprechenden Reduzierung ist selbstverständlich darauf zu achten, dass die relevanten Bildinformationen, nämlich die Abbildung der Struktur im ersten und/oder zweiten Bereich der fotolithografischen Maske, noch ausreichend deutlich und detailliert vorhanden bleibt, sodass mögliche Fehler in diesen Bereichen auch tatsächlich noch erkannt werden können.
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Das Ergebnis der Bildregistrierung ist eine Transformation, mit welcher das Objektbild so transformiert werden kann, dass es mit dem Referenzbild grundsätzlich in Übereinstimmung gebracht werden kann. Ein entsprechend transformiertes Objektbild wird auch als „registriertes Objektbild“ bezeichnet. Durch einen Abgleich mit dem transformierten Objektbild und dem Referenzbild können Fehler identifiziert werden.
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Es ist bevorzugt, wenn der Abgleich des registrierten Objektbildes mit dem Referenzbild die Überlagerung der beiden Bilder umfasst. Es wird also ein einzelnes Bild geschaffen, in dem die Abweichungen zwischen Referenzbild und registriertem Objektbild unmittelbar ersichtlich sind.
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Die von fotolithografischen Masken für die Mikrolithografie erfassten Abbilder sind aufgrund der verfügbaren Bilderfassungstechniken grundsätzlich Graustufenbilder, d. h. jeder Bildpunkt weist einen einzelnen skalaren Helligkeitswert auf. Eine Überlagerung von registriertem Objektbild und Referenzbild, bspw. durch Addition oder Mittelwertbildung des Helligkeitswerts, ergibt in der Regel ein kontrastreiches Bild mit im wesentlichen drei Helligkeitsstufen, wobei die mittlere Helligkeitsstufe Strukturen bzw. Strukturmerkmale abbildet, die sich nur auf einem der beiden Bilder wiederfinden.
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Es ist aber bevorzugt, wenn das registrierte Objektbild und/oder das Referenzbild vor der Überlagerung in zwei unterschiedliche Farben eingefärbt werden. Dadurch können mögliche Fehler noch leichter identifiziert werden: Strukturen, die auf beiden Bilder abgebildet sind, werden in der Mischfarbe der beiden zur Einfärbung verwendeten Farben dargestellt, während die Farben in den Bereichen mit unterschiedlichen Strukturen im resultierenden Bild bereits anzeigen, ob in dem ersten Bereich zusätzliche oder weniger Strukturen als auf dem Referenzbild erfasst wurden. Es hat sich gezeigt, dass dabei eine komplementäre Wahl der beiden Farben zum Einfärben, sodass sich bei Überlagerung bei Übereinstimmung der Struktur weiß ergibt, vorteilhaft sind.
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Grundsätzlich ist das Verfahren auf die Verarbeitung von topografischen Bildern von Maskenstrukturen ausgerichtet. Es ist aber auch möglich, von Maskenstrukturen erzeugte interferometrische Muster zu verarbeiten. Hierzu ist es lediglich erforderlich, geeignete Referenzbilder zu erfassen bzw. zur Verfügung zu stellen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Programmteile, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sind. Zur Erläuterung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Dabei kann das Computerprogrammprodukt unmittelbar auf einer Steuerungseinheit eines Maskeninspektionsmikroskops ausgeführt werden. Erforderlich ist dies jedoch nicht. Dem Computerprogrammprodukt müssen letztendlich nur erfasste Abbilder und/oder Referenzbilder geeignet zugeführt oder zur Verfügung gestellt werden. Vergleichbares gilt für das Ergebnis des Computerprogrammproduktes, welches in einer weiter verarbeitbaren Form ausgegeben werden muss, bspw. über einen Bildschirm, Drucker, als Datenausgabe oder in Form von Datensignalen zur Steuerung einer Vorrichtung zur Bearbeitung der Maske, also zur Beseitigung oder Reduktion von Fehlern.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren wird bevorzugt eingesetzt, um eine Maske vor deren Verwendung zur Belichtung von Substrat im Zuge der Mikrolithografie auf Fehler hin zu überprüfen. Die Maske wird dann nur für die Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente verwendet, wenn keine relevanten Fehler - d. h. Fehler, welche die spätere Funktionalität eines mikrostrukturierten Bauelementes beeinträchtigen könnte - aufgefunden werden. Selbst wenn Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Design der Maske festgestellt werden sollten, kann eine Maske dennoch als „ausreichend fehlerfrei“ gelten, wenn diese Abweichungen in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegen, indem die gewünschte Funktionalität des herzustellenden Bauelementes weiterhin gewährleistet bleibt. Liegen festgestellte Abweichungen außerhalb des Toleranzbereichs, kann versucht werden, die Maske durch bekannte Verfahren zu reparieren oder zu reinigen. Nach einem entsprechenden erfolgten Bearbeitungsprozess kann die Maske mit dem vorliegenden Verfahren erneut auf Fehler hin überprüft werden und bei Feststellung einer ausreichenden Fehlerfreiheit zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente verwendet werden. Zur weiteren Erläuterung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 2a-c: eine schematische Darstellung der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Bildregistrierung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren 100 zur Identifikation von Fehlern auf fotolithografischen Masken für die Mikrolithografie umfasst, wie in 1 skizziert, im Wesentlichen drei Schritte 101, 102, 103, wobei jeder dieser Schritte auch noch diverse Teilschritte umfassen kann.
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In einem ersten Schritt 101 wird ein Abbild 10 eines ersten Bereichs 11 einer lithografischen Maske 12 bzw. deren Maskenstruktur 13 erfasst, wie es exemplarisch und schematisch in 2a dargestellt ist. Der erste Bereich 11 ist dabei grundsätzlich derjenige Bereich 11, der auf mögliche Fehler hin untersucht werden soll.
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Bei dem Abbild 10 handelt es sich um ein zweidimensionales, Graustufen-Rasterbild. Das Abbild 10 wurde mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops als Maskeninspektionsmikroskop erfasst. Entgegen der schematischen Darstellung in 2a weist das Abbild 10 daher regelmäßig ein deutliches Rauschen auf.
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Das Abbild 10 kann auch mit einem beliebigen anderen, für fotolithografischen Masken 12 für die Mikrolithografie geeigneten Bildgebungsverfahren erzeugt werden, wie bspw. einem Rasterkraftmikroskop, einem Ionenfeinstrahlmikroskop oder einem optischen Mikroskop, vorzugsweise mit DUV- oder EUV-Licht. Auch ist es möglich, die erfindungsgemäße Identifizierung von Fehlern nicht anhand eines topografischen Abbildes 10 der Maske 12, wie es in 2a dargestellt ist, durchzuführen, sondern der Fehlersuche ein durch die Maskenstruktur 13 erzeugtes interferometrisches Muster zugrunde zu legen.
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Unabhängig davon, welcher Art das Abbild 10 des ersten Bereichs 11 ist, ist ein Referenzbild 20 erforderlich, welches jedenfalls von der gleichen Art wie die sein und grundsätzlich die im ersten Bereich 11 gewünschte Maskenstruktur 13' der fotolithografischen Maske 12 zeigen muss. Da es aufgrund der sehr kleinen Strukturen 13 der fotolithografischen Maske 12 in der Regel nicht möglich, den ersten Bereich 11 präzise (nur) in den vorgegebenen Grenzen zu erfassen, ist es vorgesehen, dass sowohl das Abbild 10 als auch das Referenzbild 20 größer dimensioniert ist als der eigentliche erste Bereich 11.
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Bei dem Referenzbild 20 kann es sich um ein Abbild der fotolithografischen Maske 12 handeln, von der auch das erste Abbild 10 erfasst wurde („Die2Die“-Methode). Dabei ist das Referenzbild 20 allerdings in einem anderen Bereich der Maske 12 aufgenommen, der zum ersten Bereich 11 eine grundsätzlich, d. h. abgesehen von möglichen Fehlern, identische Maskenstruktur 13, 13' aufweist. Wird das Referenzbild 20 durch dasselbe Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wie das Abbild 10, ist weiterhin unmittelbar sichergestellt, dass Abbild 10 und Referenzbild 20 von gleicher Art sind.
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Alternativ kann das Referenzbild 20 auch von einer Maske erfasst worden sein, die grundsätzlich identisch zur Maske 10 ist, die auf Fehler hin untersucht werden soll. Auch ist es möglich, dass das Referenzbild 20 aus Designinformationen der fotolithografischen Maske 10 erzeugt wurde.
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Stehen Abbild 10 und Referenzbild 20 zur Verfügung, erfolgt in einem nächsten Schritt eine Bildregistrierung des erfassten Abbildes 10 als Objektbild mit dem Referenzbild 20 (Schritt 102).
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In einem ersten Teilschritt erfolgt zunächst eine lineare Vorregistrierung über eine lineare Fourier-basierte Kreuzkorrelation, mit welcher das Abbild 10 und Referenzbild 20 in eine grundsätzliche Deckung gebracht werden. In 2b ist dies exemplarisch dargestellt, wobei Abbild 10 und Referenzbild 20 gemäß der in der Vorregistrierung ermittelten Transformation übereinandergelegt sind. Ersichtlich bestehen weiterhin einige Abweichungen zwischen Abbild 10 und Referenzbild 20, die bspw. auf transiente optische Abbildungseffekte des Maskeninspektionsmikroskops, welches zur Erfassung des Abbildes 10 (und ggf. des Referenzbildes 20) genutzt wurde.
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Um diese Abweichungen zu reduzieren, wird im Anschluss an die lineare Vorregistrierung eine variationelle Detailregistrierung durchgeführt. Diese zweite Bildregistrierung basiert auf einem elastischen Modell und verwendet neben einer normalisierten Kreuzkorrelation eine Krümmungs-Regularisierung, wobei zur Optimierung ein Gauß-Newton-Verfahren mit Armijo-Liniensuche angewendet wird.
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Das Ergebnis dieser Detailregistrierung ist in 2c dargestellt, wobei die durch die Bildregistrierung ermittelte Transformation auf das Abbild 10 angewendet wurde, womit das Abbild 10 als registriertes Objektbild 10' angesehen werden kann.
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Durch die erfolgte Registrierung lassen sich in dem gesamten Bereich 11`, in dem sich das Abbild 10 bzw. das registrierte Objektbild 10` und das Referenzbild 20 auch nach der Registrierung überlappen und in dem der erste Bereich 11 vollständig enthalten ist, abgleichen (Schritt 103) und so Fehler 14 in der Maskenstruktur 13 identifizieren: in den Bereichen, in denen nur eine Struktur 13' des Referenzbildes 20 festgestellt werden kann, sind möglicherweise Fehlstellen im Abbild 10 vorhanden; Bereiche, in denen sich nur eine Maskenstruktur 13 im Abbild 10, nicht aber im Referenzbild 20 wiederfindet, weisen ebenfalls auf eine fehlerhafte Struktur im Abbild 10 hin. Verschmutzungen können, je nachdem wie sie im Abbild 10 tatsächlich abgebildet werden, vergleichbar zu einem der vorgenannten Fehler auftreten, aufgrund der Formgebung des Fehlers 14 beim Abgleich von Abbild 10 und Referenzbild 20 aber regelmäßig von tatsächlichen Fehlern der Maskenstruktur 13 unterschieden werden.
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In dem in 2c dargestellten Beispiel ist ein Abgleich von Abbild 10 bzw. registriertem Objektbild 10` mit dem Referenzbild 20 in dem gesamten Überlappungsbereich 11' und somit über den eigentlich vorgesehenen ersten Bereich 11 hinaus, jedenfalls aber im ersten Bereich 11 möglich. Dabei ist feststellbar, dass in dem Überlappungsbereich 11' bzw. dem ersten Bereich 11 ein Fehler 14 - nämlich eine Abweichung von Abbild 10 und Referenzbild 20 - vorliegt. Kann davon ausgegangen werden, dass das Referenzbild 20 keinen Fehler enthält, liegt der Fehler im ersten Bereich 11 der Maske 12 vor. Aufgrund der im Wesentlichen kreisrunden Formgebung lässt sich weiterhin vermuten, dass es sich bei dem Fehler 14 um eine Verschmutzung durch einen Partikel handelt. Diese Vermutung kann bspw. durch eine nähere Betrachtung des Abbildes 10 verifiziert werden. In der Folge ist es möglich, eine geeignete Reinigung der Maske 12 durchzuführen. Vergleichbares gilt natürlich auch für geeignete andere Bearbeitungsverfahren, bspw. wenn es sich bei dem Fehler 14 um einen Fehler in der Maskenstruktur 13 handeln sollte.
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Um die Identifikation von Fehlern 14 zu erleichtern, können sowohl das Abbild 10 als auch das Referenzbild 20, die in der Regel jeweils zweidimensionale Grauwert-Bilder sind, zumindest für den Abgleich (Schritt 103), z. B. in Form einer überlappenden Darstellung wie in 2c skizziert, eingefärbt werden. Um dies in der Darstellung gemäß 2 wenigstens anzudeuten, ist die Maskenstruktur 13' im Referenzbild durch gestrichelte Linien dargestellt. In einer Darstellung, wie sie in 2c gezeigt ist, treten dann die Unterschiede in der Maskenstruktur 13, 13' zwischen Abbild 10 und Referenzbild 20 - und somit insbesondere der Fehler 14 - in den jeweiligen Farben der Einfärbungen hervor, während die übereinstimmenden Teile der Maskenstruktur 13, 13' in einer Mischfarbe von den beiden Farben der Einfärbungen dargestellt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102021112547 A1 [0009, 0010]
