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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Korrektur
physikalisch bedingter Fehler bei der Messung eines Objekts, und
insbesondere auf ein Verfahren zur Korrektur physikalisch bedingter
Fehler bei der Messung der Breite von mikroskopischen Objekten,
deren Abmessungen in der Größenordnung
der Wellenlänge
der Beleuchtungsquelle liegen.
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Die
Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie führt zu immer
feineren Chipstrukturen, was mit einer zunehmenden Schaltungskomplizität einhergeht.
Neben Problemen bei der Herstellung solcher Strukturen existieren
ferner Probleme bei der Überprüfung solcher
Strukturen, nämlich
dann, wenn die erzeugten Strukturen abgebildet werden, um diese
zu kontrollieren, z. B. durch Messen der Breite derselben. Ein Beispiel
für ein
herkömmliches
Verfahren ist die Vermessung von Strukturbreiten unter Verwendung
von optischen Mikroskopen, wobei das zu vermessende Objekt im Durchlicht
oder Auflicht beleuchtet wird, und anschließend das sich daraus ergebende
Intensitätsbild
betrachtet und vermessen wird.
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Ein
Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass sich das Intensitätsbild aus Überlagerungen
zusammensetzt, die sowohl von der zu messenden Struktur als auch
von Strukturen herrühren,
die in der Umgebung der zu vermessenden Struktur angeordnet sind.
Somit wird das Intensitätsbild
der zu vermessenden Struktur und damit das Messergebnis also direkt
von der Umgebung des Messobjekts beeinflusst bzw. verfälscht. Diese
Phänomen
ist auch unter dem Begriff „Proximityeffekt" bekannt. Durch die
Verfälschung
der Intensitätsbilder
ist bei Messungen der Breite des Objekts somit keine gesicherte Aussage über die
tatsächliche
Form und die tatsächlichen
Abmessungen der erzeugten Strukturen und damit über die Zuverlässigkeit
des Herstellungsprozesses möglich.
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Mit
anderen Worten wird durch die Übertragungseigenschaften
eines optischen Meßsystems, wie
z. B. eines Mikroskops, bewirkt, dass die Größe der zu messenden Struktur,
z. B. einer Linienbreite auf einer Photomaske, nicht der wahren
Strukturgröße entspricht.
Tatsächlich
entspricht die dargestellte Größe bzw.
die in dem erfassten Bild vermessene Größe einer Serie von Faltungen
aus wahrer Strukturgröße und der
optischen Übertragungsfunktion des
Erfassungssystems. Aus der
DE
100 27 221 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur physikalisch
bedingter Fehler bei der Messung mikroskopischer Objekte bekannt,
bei dem zunächst
ein Bild des zu messenden Objekts erfasst wird, und das in dem erfassten
Bild abgebildete Objekt vermessen wird. Anschließend wird basierend auf benachbart
zu dem zu dem zu messenden Objekt angeordneten Strukturen ein dadurch
hervorgerufener Messfehler bestimmt, und die vorangegangene Messung
wird abhängig
von dem bestimmten Messfehler korrigiert.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Korrektur physikalischer Fehler bei der Messung eines Objekts
zu schaffen, das eine vereinfachte Korrektur der hervorgerufenen Messfehler
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Korrektur physikalisch
bedingter Fehler bei der Messung eines Objekts, wobei ein Intensitätsbild des
Objekts durch ein Bilderfassungssystem bereitgestellt ist, und wobei
ein durch das Bilderfassungssystem erfasster Messwert für das Objekt
vorliegt, mit folgenden Schritten:
- (a) basierend
auf einer Intensitätsschwelle,
Umwandeln des Intensitätsbildes
in ein Profilbild, in dem Intensitätsbereiche oberhalb der Intensitätsschwelle
und Intensitätsbereiche
unterhalb der Intensitätsschwelle
getrennt sind, und Vermessen des Objekts in dem Profilbild, um einen
gemessenen Messwert des Objekts zu erhalten;
- (b) basierend auf den optischen Parametern des Bilderfassungssystems,
Simulieren einer Wiedergabe des Objekts in dem Profilbild durch
das Bilderfassungssystem und Vermessen des wiedergegebenen Objekts,
um einen simulierten Messwert des Objekts zu erhalten;
- (c) Bestimmen einer Abweichung zwischen dem erfassten Messwert
und dem simulierten Messwert;
- (d) falls die im Schritt (c) bestimmte Abweichung einen vorbestimmten
Wert überschreitet, Ändern der
Intensitätsschwelle
und Wiederholen der Schritte (a) bis (c); und
- (e) falls die im Schritt (c) bestimmte Abweichung unterhalb
des vorbestimmten Wertes ist, Ausgeben des im Schritt (a) erhaltenen
gemessenen Messwerts des Objekts als korrigierten Messwert.
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Die
vorliegende Erfindung lehrt ein Verfahren, das es ermöglicht,
den oben beschriebenen Faltungseffekt bei der Darstellung des Objekts
in einem optischen Meßsystem
zurückzurechnen,
wodurch die wahre Strukturgröße aus der
gemessenen Strukturgröße abgeleitet
wird, also der Messwert korrigiert wird. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird das Grauwertbild geeignet normiert und umgewandelt (vektorisiert).
In diesem umgewandelten Bild wird die Strukturgröße gemessen, was den Wert CDkorr = liefert. Das umgewandelte Bild wird dann
simuliert (mit den optischen Parametern des Mikroskops), um vorherzusagen,
wie eine optische Abbildung des umgewandelten Bildes durch das Mikroskop
aussehen würde.
In diesem simulierten Bild wird dann das Objekt wieder gemessen,
was den Wert CDsim liefert, der mit dem
Wert CDmess des Mikroskops verglichen wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist unverzichtbar, wenn die Größe der zu
untersuchenden Struktur nicht mehr groß gegen die Wellenlänge des optischen
Meßsystems
ist.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das umgewandelte Bild ein Graustufenbild,
aus dem nach einer geeigneten Normierung ein Höhenlinienprofil erzeugt wird,
welches das Bild in Intensitätsbereiche
unterhalb einer Schwelle sowie in Intensitätsbereiche oberhalb der Schwelle
unterteilt. Der Begriff „geeignete
Normierung" bedeutet
folgendes. Die Eingabe in das System ist ein 8-Bit Grauwertbild.
Um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
dieses Bild korrekt interpretieren zu können, muss festgelegt werden, welche
Bedeutung die Grauwerte im Eingangs-Bild haben. Beispielsweise kann
ein Anwender vorbestimmte Grenzwerte eingeben, z.B. dass der Grauwert
40 einer dunklen Linie entspricht (0% Transmission) und der Grauwert
180 dem hellen Hintergrund (100 Transmission) für eine Chrom-auf-Glas Maske. Alternativ
kann eine automatische Zuweisung z.B. zu 0% und 100% Transmission über eine
Minimum-Maximum-Bestimmung im Eingangs-Bild erfolgen.
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Abhängig von
der Aufnahmemodalität
und den zu untersuchenden Strukturen werden entweder die Bereiche
oberhalb der Intensitätsschwelle
oder die Bereiche unterhalb der Intensitätsschwelle der Vermessung zugrunde
gelegt. Wird eine zu große Abweichung
von simuliertem Wert und gemessenem Wert festgestellt, so wird die
Intensitätswelle
im Schritt (d) um einen vorbestimmten Wert erhöht oder erniedrigt. Die Änderung
der Schwelle kann in beide Richtungen erfolgen, die Schwelle kann
also erhöht oder
erniedrigt werden. Die Richtung der notwendigen Änderung wird nach dem ersten
Durchlaufen (mit dem „best
guess" Schwellenwert)
bestimmt (siehe unten).
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Bei
einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird im Schritt (d) bewirkt, dass die
Schritte (a) bis (c) nur um eine vorbestimmte Anzahl wiederholt
werden, und bei Überschreiten
dieser vorbestimmten Anzahl wird das Verfahren abgebrochen, da dann
angenommen wird, dass keine Korrektur des Messfehlers erreicht werden
kann.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden in einem erfassten Bild eine Mehrzahl von Objekten enthalten
sein, die alle vermessen werden. Bei den Objekten kann es sich um eindimensionale
oder zweidimensionale Objekte handeln, wie beispielsweise um Linien,
Zwischenräume
zwischen Linien oder Objekten oder um Flächen.
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Das
Bilderfassungssystem umfaßt
bevorzugterweise eine Lichtquelle oder eine Elektronenstrahlquelle.
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Nachfolgend
werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 für ein Beispielslayout
mit drei dunklen Linien die Abhängigkeit
der simulierten Linienbreite von der in dem Layout festgelegten
Linienbreite für unterschiedliche
Zwischenräume
und unterschiedliche Linienbreiten;
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2 ein
Flussdiagramm, das ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wiedergibt;
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3 die
simulierte Linienbreite für
dunkle Linien unterschiedlicher Breite, bestimmt für verschiedene
Intensitäten;
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4 ein
Testlayout zur Verifizierung der Korrekturfähigkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 eine
Darstellung der durch die vorliegende Erfindung bewirkten Korrektur
bei der Vermessung eines Bildes des Testlayouts mit einer Linienbreite
von 0,3 μm;
und
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6 eine
Darstellung der durch die vorliegende Erfindung bewirkten Korrektur
bei der Vermessung eines Bildes des Testlayouts mit einer Linienbreite
von 0,9 μm.
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Wie
bereits oben erwähnt
wurde, entspricht aufgrund der Übertragungseigenschaften
der verwendeten Meßsysteme,
die Größe einer
zu messenden Struktur nicht mehr der wahren Strukturgröße, sondern
basiert auf einer Serie von Faltungen aus wahrer Strukturgröße und der
optischen Transferfunktion/Übertragungsfunktion
des Erfassungssystems. Erfindungsgemäß wird dieser Faltungseffekt zurückgerechnet,
um die wahre Strukturgröße aus der
aus einem Bild der Struktur gemessenen Strukturgröße abzuleiten.
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In 1 ist
diese Problematik anhand eines Beispiels von drei beabstandet zueinander
angeordneten dunklen Linien oder Leitungen verdeutlicht, wobei 1 die
sogenannte Proximity-Kurve für
die Abbildung eines Testlayouts aus drei lichtundurchlässigen Leitungen/Linien
auf einem durchlässigen
Hintergrund, wie z. B. Chrom-auf-Glas Photomaske, durch ein optisches
Meßsystem
(Wellenlänge
= 248 nm) darstellt. In 1 sind die Verläufe für jeweils drei
dunkle Linien dargestellt, wobei elf Verläufe gezeigt sind, für unterschiedliche
Linienbreiten. Wie 1 zu entnehmen ist, haben die
Linien Breiten zwischen 0,15 μm
und 1,5 μm.
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1 zeigt,
dass bei einem sehr kleinen Abstand der Linien zwischen 0,15 und
0,2 μm die
Abweichungen der simulierten Linienbreite von Layout in etwa im
gleichen Bereich bei etwa 0,04 μm
liegen. Mit zunehmenden Abständen
zwischen den einzelnen Linien steigt die Abweichung im Bereich eines Zwischen raums
zwischen 0,2 μm
und 0,4 μm
zunächst
sehr stark an und verläuft
dann für
größer werdende
Abstände
zwischen den Linien auf hohem Niveau im Bereich von etwa 0,06 bis
0,07 μm
im wesentlichen konstant.
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Wie 1 ferner
zu entnehmen ist, sind die Abweichungen für die schmaleren Linien größer als für die breiteren
Linien.
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Nachfolgend
wird anhand der 2 ein Flussdiagramm für die Korrektur
eines Messwertes eines optischen Meßsystems gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Anmeldung näher
beschrieben. Die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
die optische Übertragung
der Struktur durch eine, vorzugsweise softwarebasierte, Simulation
nachzubilden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist iterativ und läuft wie
folgt ab:
Im Schritt S100 wird ein von dem Meßsystem
aufgenommenes Intensitätsbild
(Graustufenbild) eingelesen und geeignet normiert. Anschließend wird
im Schritt S102 eine sogenannte „best guss" Schwelle T für die Intensität festgelegt,
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
sei als Ausgangspunkt für
die Intensitätsschwelle
T ein Wert von 0,3 angenommen. Im nachfolgenden Schritt S104 wird
dann basierend auf der im Schritt S102 festgelegten Intensitätsschwelle
das eingelesene Grauwertbild vektorisiert, es wird also ein Höhenlinienprofil
erzeugt, welches das erfasste Bild in Intensitätsbereiche oberhalb der gewählten Schwelle
und Intensitätsbereiche
unterhalb der gewählten
Schwelle trennt. Diese Bereiche sind die Startwerte für einen
Vergleich mit der zu messenden Struktur, z. B. dem Chrom-Glas-Muster auf
einer binären
Photomaske. Ferner wird das Objekt in dem umgewandelten Bild vermessen,
um einen gemessenen Messwert CDkorr des
Objekts zu erhalten.
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Im
Schritt S106 wird basierend auf den optischen Parametern des Bilderfassungssystems,
eine Wiedergabe des Objekts in dem umgewandelten Bild durch das
Bilderfassungssystem simuliert und das wiedergegebene Objekt wird
vermessen, um einen simulierten Messwert des Objekts zu erhalten.
Das Resultat ist ein Bild (eine Wiedergabe), welches dem Intensitätsbild auf
der Kamera des Meßsystems
entspricht, wenn die Eingangsdaten, also das im Schritt S104 erzeugte
vektorisierte Bild korrekt waren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird für
das Meßsystem
eine Wellenlänge
von 248 nm angenommen, eine numerische Apertur NA von 0,9 und ein Kohärenz (COH)
von 0,55. COH ist die Abkürzung
für "Kohärenzfaktor". Eine mögliche Definition
für diesen ist
das Verhältnis
von Größe des Bildes
der Lichtquelle in der Objektiv-Linsenebene zu Objektiv-Linsendurchmesser.
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Aus
der Simulation wird dann ein Messwert CDsim für die Struktur
erzeugt. Der Messwert CDsim wird im Schritt
S108 mit einem durch das Bilderfassungssystem erfassten und bereitgestellten
Messwert CDmess für das Objekt verglichen, um
eine Abweichung ΔCD festzustellen, welche durch den Betrag der
Differenz von CDsim und CDmess festgelegt
ist. Der erfasste Messwert CDmess ist der
Wert, den das optische Meßsystem
zur Verfügung
stellt, nicht ein im vektorisierten Bild gemessener Wert. Der im
vektorisierten Bild gemessene Wert heißt immer CDkorr, auch
nach der nullten Iteration, wo noch gar keine Korrektur erfolgt
ist. Dieser Wert CDkorr entspricht nach
Durchlaufen der Iterationen der wirklichen Abmessung auf der Photomaske.
Im Schritt S110 wird bestimmt, ob die Abweichung eine vorbestimmte Schwelle ε unterschreitet,
und wenn dies der Fall ist dann geht das Verfahren zum Schritt S110
in dem als zu messende, korrigierte Strukturgröße CDkorr der
im Schritt S104 erzeugte Messwert für die Strukturgröße ausgegeben
wird. „CD" bedeutet "Critical Dimension" und wird allgemein
als Synonym für
z.B. die Linienbreite oder die Spaltbreite verwendet.
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Wird
im Schritt S110 festgestellt, dass die Abweichung größer ist
als der Schwellenwert ε,
so geht das Verfahren zum Schritt S112 und damit in die Iteration.
Im Schritt S112 wird die Schwelle T, welche der Vektorisierung zugrunde
gelegt wurde, angepasst, und das Verfahren kehrt zum Schritt S104
zurück,
indem die Vektorisierung des Graubildes mit der neuen Schwelle T
durchgeführt
wird.
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Mit
anderen Worten wird aus der Abweichung der relevanten Strukturgröße, z. B.
der Linienbreite in dem Simulationsergebnis CDsim von
dem Messwert CDmess, den das Meßsystem
liefert, berechnet, auf welche Art und Weise die Schwelle T für die Vektorisierung
der Eingangsdaten verändert
werden muss (Art der Veränderung,
nämlich
Erhöhen
oder Erniedrigen der Schwelle, und Umfang der Änderung), um die Abweichung ΔCD zu
verkleinern.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
arbeitet derart, dass eine neue Vektorisierung mit der neuen Schwelle
durchgeführt
wird. Optional kann auf ein existierendes Vektorisierungsergebnis
zurückgegriffen
werden, falls mehrere Startwerte für die Schwelle T bereitgestellt
wurden. Dann wird die Abweichung beurteilt. Dies wird so lange wiederholt,
bis Messwert und simuliertes Messresultat um weniger als den vorgegebenen
Schwellenbetrag voneinander abweichen.
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Die
Messung der relevanten Struktur im letzten vektorisierten Eingangsbild,
für das
das erfindungsgemäße Verfahren
erfolgreich beendet wurde, ergibt der bezüglich des optischen Effekts
korrigierte Messwert CDkorr.
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Falls
die Abbruchbedingung ΔCD < ε nicht erfüllt wird,
z. B. durch Eingabe eines unsinnigen Messwertes, wird nach einer
definierten Anzahl von Iterationen das erfindungsgemäße Verfahren
abgebrochen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren,
wie es beispielhaft anhand der 2 erläutert wurde,
verwendet den iterativen Ansatz und damit die Annahme, dass das
Verfahren konvergiert, da der Zusammenhang zwischen der Vektorisierungsschwelle
und der korrigierten Strukturbreite monoton ist, wie dies in der 3 verdeutlicht
ist, die diesen Sachverhalt für eine
Teststruktur mit isolierten Linien unterschiedlicher Breite verdeutlicht.
In 3 sind die Linienbreiten für die optische Abbildung isolierter
dunkler Linien auf hellem Hintergrund, z. B. Chrom-auf-Glas Photomaske,
in Abhängigkeit
von der Intensität,
für die
die Linienbreite im Simulationsergebnis bestimmt wurde, dargestellt.
Das Simulationsergebnis ist ein Intensitätsfeld (Grauwertbild). In diesem
Intensitätsfeld
wird für
verschiedene Intensitäten
(=Schwellen) die Breite der dunklen Linie gemessen. Der Verlauf
der simulierten Breiten für
fünf dunkle
Linien, welche Layout-bedingt eine Breite zwischen 0,5 μm und 1,3 μm haben sollen,
ist in 3 dargestellt. Wie zu erkennen ist, steigen mit
zunehmender Intensität
die Linienbreiten für
die einzelnen Linien monoton an.
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Hinsichtlich
der obigen Ausführungen
bezüglich
des Zusammenhangs zwischen Vektorisierungsschwelle und Strukturbreite
ist festzuhalten, dass dies ebenso für „Spaces" gilt, also für die Zwischenräume zwischen
Linien oder zweidimensionalen Messungen, wie Flächen von z. B. Kontaktlöchern.
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Die
Schwelle die zur Vektorisierung verwendet wird, ist von der Strukturgröße abhängig. Insofern wird
das erfindungsgemäße Verfahren
vorzugsweise auf eine lokale Anwendung oder auf das Auftreten ausschließlich ähnlicher
Strukturgrößen angewandt.
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Nachfolgend
wird anhand eines Testlayouts die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens
und dessen Funktionalität
näher beschrieben.
In 4 ist ein Testlayout aus dichten und isolierten
Linien dargestellt, welches für
die Beschreibung der Funktionalität des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen
wurde. In 4 ist eine isolierte Linie s
gezeigt, sowie fünf
benachbart zueinander angeordnete Linien, sogenannte dichte Linien
d1 bis d5.
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Basierend
auf den Testdaten, welche von einer Chrom-auf-Glas Photomaske basierend auf dem in 4 gezeigten
Testlayout erhalten wurden, konnte das erfindungsgemäße Verfahren
verifiziert werden. Ferner standen die Grauwertbilder eines CD-Meßsystems
(Mikroskop), dessen optische Parameter, dessen (optische) Messwert
für die
Strukturen auf der Maske und Vergleichsmessungen, die mit einem
CD-SEM durchgeführt
wurden, zur Verfügung.
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Anhand
der 5 und 6 wird nachfolgend an Beispielen
gezeigt, dass der optische Messwert und der simulierte Messwert
in Deckung gebracht werden konnten. In den Figs. ist ein Vergleich des
korrigierten Messwertes und des CD-SEM Messwertes wiedergegeben,
wobei angenommen sei, dass der CD-SEM Messwert der wahren Strukturgröße entspricht.
Die erforderliche Schwelle, um den simulierten Messwert und den
Messwert des Meßsystems
in Deckung zu bringen, ist von der Strukturgröße der zu messenden Struktur
abhängig.
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In 5 sind
jeweils die gemessenen Strukturgrößen für die einzelnen Muster der
Teststruktur (siehe 4) wiedergegeben, und zwar der
aus dem vektorisierten Grauwertbild des Meßsystems wiedergewonnene Messwert
CDkorr sowie der durch die Simulation erhaltene
Messwert CDsim. Wie aus 5 und 6 zu
erkennen ist, konnte für
dunkle Linien mit einer Linienbreite von 0,3 μm bzw. 0,9 μm eine Deckung der Meßsysteme
von dem gemessenen Bild CDmess und der simulierten
Messergebnisse CDsim erreicht werden, durch
die iterative Veränderung der
Intensitätsschwelle,
wie aus den sich überlagernden
Kurven im oberen Abschnitt der jeweiligen Darstellungen zu entnehmen
ist. Die Intensitätsschwelle wird
derart geändert,
um eine erforderliche Verringerung der Differenz zwischen CDmess und CDsim zu
erreichen. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Schwelle
zu Beginn auf einen Wert von 0,26 eingestellt. Nach der ersten Iteration
wird dieser Schwellenwert auf 0,27 verändert (erhöht) und liegt im abschließenden Iterationsschritt
bei 0,294. Bei dem in 6 gezeigten Beispiel ist die
Schwelle zu Beginn ebenfalls auf einen Wert von 0,26 eingestellt.
Nach der ersten Iteration wird dieser Schwellenwert auch auf 0,27
verändert
(erhöht)
und liegt im abschließenden
Iterationsschritt bei 0,2791.
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Ferner
ist zu erkennen, dass sich der bei der in Deckungbringung der zwei
Messergebnisse ergebende gemessene Strukturbreitenwert aus dem letzten
Bild CDkorr in nahezu perfekter Übereinstimmung mit
den CD-sim basierten Messergebnissen befindet, also der korrigierte
Messwert im wesentlichen dem tatsächlichen Messwert bzw. wahren
Messwert entspricht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
daher basierend auf den von dem Meßsystem erhaltenen Abbildungen
der zu untersuchenden Struktur und basierend auf simulierten Strukturabmessungen
den oben erwähnten
Verhaltungseffekt aus den erfassten Bildern herauszurechnen um so
einen Messwert zu erhalten, der den wahren Abmessungen des Objekts
entspricht.