DE10258423B4

DE10258423B4 - Verfahren zur Charakterisierung eines Linsensystems

Info

Publication number: DE10258423B4
Application number: DE2002158423
Authority: DE
Inventors: Uwe Paul Schroeder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: DE10258423A1; JP3998633B2; JP2004200691A; NL1025018A1; NL1025018C2

Abstract

Verfahren zur Charakterisierung eines Linsensystems in einem Belichtungsgerät, wobei das Belichtungsgerät eine Beleuchtungsquelle und das Linsensystem umfaßt, welche beschaffen sind, Strukturen von einer Maske (5) in einer Abbildung in eine Substratebene mit einer minimal erzielbaren Breite zu übertragen, umfassend die Schritte:
– Bereitstellen des Belichtungsgerätes und eines Substrates mit einer photoempfindlichen Schicht,
– Bereitstellen einer Maske (5) mit einem transparenten Träger, auf welchem wenigstens eine opake oder semitransparente Struktur (10) und wenigstens eine opake oder semitransparente Hilfsstruktur (20, 21) angeordnet sind, wobei
a) die Struktur (10) eine erste Breite aufweist, welche projiziert in die Substratebene oberhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt,
b) die wenigstens eine Hilfsstruktur (20, 21) eine zweite Breite (22) aufweist, welche projiziert in die Substratebene unterhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt,
c) der in die Substratebene projizierte Abstand...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Charakterisierung eines Linsensystems in einem Belichtungsgerät, wobei das Belichtungsgerät eine Beleuchtungsquelle und das Linsensystem umfaßt, welche beschaffen sind, Strukturen von einer Maske in eine Substratebene mit einer minimal erzielbaren Breite zu übertragen.

Im Bereich der lithographischen Projektionsverfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen werden Belichtungsgeräte verwendet, um sukzessive auf einem Substrat angeordnete Schichten zu strukturieren. Bei den Schichten kann es sich beispielsweise um isolierende oder elektrisch leitende Schichten zur Bildung von Leiterbahnen handeln. Bei der Strukturbildung mittels lithographischer Projektion wird üblicherweise in dem Belichtungsgerät eine transparente Struktur einer im Strahlengang des Belichtungsgerätes angeordneten Maske in eine auf dem Substrat aufgebrachte photoempfindliche Schicht übertragen. Die photoempfindliche Schicht wird anschließend entwickelt, so daß die in der entwickelten Schicht zurückbleibende Struktur in einem Ätzschritt in die unterliegende Schicht übertragen werden kann.

Für die Abbildung in dem Belichtungsgerät wird eine Beleuchtungsquelle sowie ein Linsensystem verwendet. Aufgrund des allgemeinen Erfordernisses, möglichst kleine Strukturen für die integrierten Schaltungen bilden zu können, trifft die Entwicklung neuer Projektionstechniken wiederholt auf eine durch die optische Auslösungsgrenze des optischen Projektionssystems gegebene Schranke, mit welcher minimale Breiten von Strukturen auf dem Substrat abgebildet werden können. Für die minimal erzielbare Breite s gilt eine Beziehung s = k1·λ/NA, wobei λ die Wellenlänge des von der Beleuchtungsquelle ausgesandten Lichtes ist, NA die Numerische Apertur des Linsensystems und k₁ ein Faktor ist, welcher die aktuell verwendete lithographische Projektionstechnik repräsentiert. Die Größe des Faktors k₁ ist beispielsweise festgelegt durch die Verwendung einer Phasenmaske bestimmten Typs sowie die Art der eingestellten Beleuchtung, etwa annulare Beleuchtung (OAI). Ein Wert von k₁ = 0,4 kann mit den derzeit verwendeten lithographischen Projektionstechniken kaum unterschritten werden.

Die Abbildung von Strukturen, d.h. von transparenten Strukturen in einer auf einer Maske gebildeten opaken Schicht, von der Maske auf das Substrat wird auch durch Linsenfehler, den sogenannten Linsenaberrationen, erschwert. Dieser Effekt tritt besonders hervor, wenn die Strukturen projiziert auf das Substrat einen Querschnitt besitzen, der nahe an der minimal erzielbaren Breite auf dem Substrat liegt.

Die lokal auf dem Substrat abgebildeten Strukturen unterliegen systematischen Einflüssen, welche von der Geometrie der die Strukturen bildenden Strukturen auf der Maske abhängen. Anordnungen von Strukturen mit unterschiedlichen Geometrien unterliegen daher beispielsweise unterschiedlichen Einflüssen. Diese Einflüsse können beispielsweise in einer Verschiebung der Struktur auf dem Substrat gegenüber der jeweiligen Position auf der Maske bestehen. Das Entstehen einer Links-Rechts-Asymmetrie auf dem Substrat von auf der Maske symmetrisch ausgebildeten Strukturen ist ebenfalls möglich.

Solche durch Linsenfehler verursachten Verzeichnungen werden auch als Koma und/oder Astigmatismus bezeichnet. Ein weiterer Effekt ist, daß durch den auch als Dreiwelligkeit (englisch: three leaf clover) bezeichneten Linsenfehler durch Bildung von Vorsprüngen oder Einbuchtungen in den abgebildeten Strukturen Asymmetrien auftreten können, welche die Funktionalität der herzustellenden integrierten Schaltung beeinträchtigen können.

Um den Einfluß von Linsenfehlern auf eine aktuell durchzuführende Belichtung eines Substrats genauer bestimmen zu können, wird eine sogenannte Charakterisierung einer Linse durchgeführt. Eine Charakterisierung umfaßt eine möglichst quantitative Bestimmung der Abweichung der abgebildeten Position einer Struktur von derjenigen auf der Maske, beispielsweise in Bezug auf ein jeweiliges Referenzsystem. Bei der Position kann es sich auch um einen Teil einer Struktur wie etwa eine Ecke oder Kante handeln.

Eine Charakterisierung kann auch in der Bestimmung von Zernike-Koeffizienten in einer die Abbildung beschreibenden Polynomialentwicklung bestehen, aus welchen wiederum eine jeweilige Positionsabweichung bestimmt werden kann. Solche Techniken sind beispielsweise in „Optical Imaging and Aberrations", Mahajan, V. N., SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington, 1998 beschrieben.

Bisher sind im wesentlichen zwei Methoden bekannt, mit denen die Linsenfehler des Linsensystems eines Belichtungsgerätes bestimmt werden können. Zum einen können direkte Messungen durch die zu verwendeten Linsen hindurch vorgenommen werden, welches allerdings im allgemeinen nur während der Herstellung des Belichtungsgerätes möglich ist.

Zum anderen können aber auch Testsubstratbelichtungen durchgeführt werden, wobei eine Anzahl die verschiedenen Geometrien von Strukturen widerspiegelnder Testmasken auf das Testsubstrat jeweils abgebildet werden. In einer Inspektion mittels eines Mikroskops, beispielsweise eines SEM oder eines optischen oder W-Mikroskops, werden anschließend die abgebildeten Teststrukturen untersucht und die Positionsdifferenzen in Abhängigkeit von der Lage, den Strukturgeometrien und gegebenenfalls den Beleuchtungseinstellungen ermittelt.

Für zukünftige Belichtungen von Strukturen mit ähnlichen Geometrien können daher Vorhersagen für eine konkret zu verwendende Linse gemacht werden.

In den Druckschriften DE 101 27 547 C1 und US 2002/0001758 A1 sind Strukturanordnungen beschrieben, bei denen die auf einem Substrat abzubildenden Mutterstrukturen von sublithografischen Scatterbars, d.h. Hilfsstrukturen umgeben sind. Die Hilfsstrukturen verbessern das Abbildungsverhalten der Mutterstrukturen, werden selbst jedoch nicht als solche auf dem Substrat bei der Übertragung gebildet.

In der Druckschrift US 5,087,537 A ist eine Testmaske gezeigt, welche mit drei zueinander ähnlichen Strukturanordnungen versehen ist, die jedoch in unterschiedlichen Winkelausrichtungen auf der Maske orientiert sind. Die Anordnungen umfassen jeweils parallel zueinander ausgebildete Linien, deren Breite sich zu einem Ende der Anordnung hin verringert. Anhand des Abbildungsverhaltens auf ein Substrat kann ein aktueller Prozess in zumindest drei Richtungen winkelaufgelöst charakterisiert werden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem die Ermittlung der durch Linsenfehler entstehenden Verzeichnungen bei der Abbildung von Maskenstrukturen auf ein Substrat weiter verbessert werden kann.

Es ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die schwer zu bestimmenden Linsenfehler wie die Dreiwelligkeit oder Koma in kürzerer Zeit und mit höherer Genauigkeit zu ermitteln.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Charakterisierung eines Linsensystems in einem Belichtungsgerät, wobei das Belichtungsgerät eine Beleuchtungsquelle und das Linsensystem umfaßt, welche beschaffen sind, Strukturen von einer Maske in einer Abbildung in eine Substratebene mit einer minimal erzielbaren Breite zu übertragen, umfassend die Schritte:

– Bereitstellen des Belichtungsgerätes und eines Substrates mit einer photoempfindlichen Schicht,
– Bereitstellen einer Maske mit einem transparenten Träger, auf welchem wenigstens eine im wesentlichen opake oder semitransparente Struktur und wenigstens eine im wesentlichen opake oder semitransparente Hilfsstruktur angeordnet sind, wobei a) die Struktur eine erste Breite aufweist, welche projiziert in die Substratebene oberhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt, b) die wenigstens eine Hilfsstruktur eine zweite Breite aufweist, welche projiziert in die Substratebene unterhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt, c) der in die Substratebene projizierte Abstand der wenigstens einen Hilfsstruktur von der Struktur unterhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt,
– Belichten der Maske mittels der Beleuchtungsquelle zur Projektion der Struktur und der wenigstens einen Hilfsstruktur auf der Maske in die photoempfindliche Schicht auf dem Substrat,
– Entwickeln der photoempfindlichen Schicht zur Bildung von Strukturen auf dem Substrat,
– wobei eine Belichtungsdosis in dem Belichtungsschritt und/oder eine Entwicklungszeit in dem Entwicklungsschritt derart gewählt werden, dass die wenigstens eine Hilfsstruktur auf dem Substrat als Struktur gebildet wird,
– Detektieren der wenigstens einen als Bildstruktur auf dem Substrat abgebildeten Hilfsstruktur,
– Ausgabe eines Ergebnissignals in Abhängigkeit von dem Detektionsergebnis.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge wird eine besondere Anordnung von im wesentlichen opaken Strukturen ausgenutzt, um die durch Linsenfehler entstehenden Verzeichnungen des Abbildes auf einem Substrat detektieren zu können. Bei der Anordnung von Strukturen handelt es sich um wenigstens eine Struktur und eine ihr zugeordnete Hilfsstruktur. Die im wesentlichen opaken Strukturen und Hilfsstrukturen sind auf einem transparenten Träger (Transmissionsmaske) oder einem reflektierenden Träger (Reflexionsmaske, z.B. EW-Reflexionsmaske) angeordnet. Die im wesentlichen opake Struktur weist eine Breite derart auf, daß bei einer Abbildung auf das Substrat eine Bildstruktur entsteht, deren Breite größer als die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes, d.h. der durch das Belichtungsgerät minimal erzielbaren Breite ist. Die der Struktur zugeordnete Hilfsstruktur weist hingegen eine Breite auf, welche projiziert auf das Substrat kleiner als die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes ist.

Bei der Abbildung dieser Anordnung von im wesentlichen opaken Strukturen von der Maske auf das Substrat wird demnach die Hilfsstruktur auf dem Substrat nicht aufgelöst. Es entsteht zwar ein Lichtbeitrag zu einer photoreaktiven Umwandlung der photoempfindlichen Schicht in einer Umgebung von der Position auf dem Substrat, welche der Position der Hilfsstruktur auf der Maske entspricht, jedoch ist der Lichtbeitrag bei einer Abbildung mit einer Belichtungsdosis unter regulären Bedingungen so stark verteilt, daß es im allgemeinen zu keiner Durchbelichtung des Resists auf dem Substrat kommt. Die Struktur wird somit nicht abgebildet.

Bei den „im wesentlichen opaken Strukturen bzw. Hilfsstrukturen" ist nicht ausgeschlossen, daß sowohl die Struktur als auch die zugeordneten Hilfsstrukturen jeweils allein oder zusammen semitransparent ausgebildet sein können.

Unter einer regulären Belichtungsdosis ist hier diejenige Dosis zu verstehen, mit welcher eine Struktur mit einer Breite oberhalb der Auflösungsgrenze maßhaltig auf das Substrat übertragen wird.

Der Abstand der abgebildeten Hilfsstruktur von der abgebildeten Bildstruktur ist erfindungsgemäß geringer als die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes.

Grundsätzlich ist eine solche Anordnung von Strukturen bekannt als „Scatter bar". Mit ihnen wird das Ziel erreicht, isoliert stehende Strukturen in ihrer Abbildungsqualität durch eine Zuordnung von auf das Substrat nicht übertragenen Hilfsstrukturen zu verbessern. Die Lichtbeiträge der Hilfsstrukturen simulieren das Vorhandensein weiterer benachbarter Strukturen, so daß das ansonsten unterschiedliche Abbildungsverhalten von isolierten und nicht isolierten Strukturen vereinheitlicht wird. Dies hat insbesondere Vorteile bzgl. der Wahl eines Vorhaltes bei der Bemessung einer Belichtungsdosis oder einer Ätzdauer.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung werden die zugeordneten Hilfsstrukturen jedoch nicht genutzt, um Lichtbeiträge für die Strukturen zu liefern, sondern vielmehr, um durch ihr eigenes Abbildungsverhalten Rückschlüsse auf vorhandene Linsenfehler erzielen zu können. Gerade bei diesen an der Auflösungsgrenze des Abbildungssystems stehenden Breiten von Hilfsstrukturen treten die Linsenfehler nämlich besonders hervor.

Erfindungsgemäß wird eine Belichtung der Anordnung, umfassend die Struktur und die wenigstens eine Hilfsstruktur, derart durchgeführt, daß die Hilfsstruktur zur Bildung einer Bildstruktur an der ihr entsprechenden Position in dem Resist führt. Die Breite der entstehenden Struktur hängt im allgemeinen nicht-linear von der eingesetzten Belichtungsdosis ab. Bei hinreichend großer Belichtungsdosis liegt die Breite oberhalb der Auflösungsgrenze auf dem Substrat. Es ist jedoch auch möglich, daß in dem Resist Bereiche mit einer Breite oberhalb der Auflösungsgrenze belichtet werden, von denen jedoch gerade nur sehr schmale Teilbereiche voll durchbelichtet sind, so daß ein anschließender Ätzschritt eine Struktur in der unterliegenden Schicht bildet, welche eine Breite aufweist, die unterhalb der mittels eines lithographischen Projektionsschrittes erzielbaren minimalen Breite liegt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden mehrere Hilfsstrukturen auf das Substrat projiziert, wobei jedoch die Belichtungsdosis derart gewählt wird, daß nur ein Teil der Strukturen in dem Resist bzw. in der unterliegenden Schicht tatsächlich entsteht. Die mehreren Hilfsstrukturen können gemeinsam der einen Struktur aber auch jeweils separat einer anderen Struktur zugeordnet sein. Erfindungsgemäß weisen alle Hilfsstrukturen der Anordnung die gleiche Breite auf.

Das Entstehen bzw. das Nicht-Entstehen einer Bildstruktur auf dem Substrat gibt somit Hinweise darauf, ob durch Linsenfehler bzw. Verzeichnungen Lichtbeiträge von der Struktur, d. h. der Hauptstruktur der Anordnung, auf die abgebildete Struktur der Hilfsstruktur übertragen worden sind. Werden beispielsweise Hilfsstrukturen in verschiedenen Ausrichtungen relativ zu der Struktur als Hauptstruktur angeordnet, so kann durch eine Detektion der abgebildeten Struktur einer Hilfsstruktur auf dem Substrat in Abhängigkeit von der Ausrichtung der jeweiligen Anordnung die Richtung der Wirkung einer Verzeichnung durch einen Linsenfehler gemessen werden.

Eine quantitative Bestimmung der Verzeichnung wird möglich, wenn die Grenze zwischen dem Entstehen und dem Nicht-Entstehen einer aus der Hilfsstruktur abgebildeten Struktur als Funktion der Belichtungsdosis bekannt ist. Durch eine Variation der Belichtungsdosis für eine Folge von Testsubstraten kann somit überprüft werden, bei welcher Belichtungsdosis eine Anordnung mit einer bestimmten Position auf der Maske zu einer Strukturbildung der abgebildeten Hilfsstruktur auf dem Substrat führt.

Alternativ kann aber auch die Breite der auf dem Substrat entstehenden Struktur gemessen werden. Da im Falle der Unterbelichtung, welche erfindungsgemäß durchgeführt wird, um die Strukturen auf dem Substrat entstehen zu lassen, der Zusammenhang zwischen der Breite der Struktur und der Belichtungsdosis in einem Übergangsbereich nicht-linear ist, ergibt sich hier eine Methode zur Bestimmung der Aberration, deren Detektionsergebnis besonders empfindlich gegenüber einer in unterschiedlichen Richtungen auf dem Substrat verschieden wirkenden Verzeichnungen ist.

Da durch das vorliegende Verfahren die Linsenaberration vor allem höherer Ordnungen wie etwa die Koma- oder Three-leafclover-Verzeichnungen mit verbesserter Präzision bestimmt werden können, kann infolge des Ergebnisses der Detektion bzw. einer Nicht-Detektion einer aus einer Hilfsstruktur abgebildeten Struktur auf dem Substrat ein Ergebnissignal ausgegeben werden, welches beispielsweise als Signal zum Austauschen der in den betreffenden Belichtungsgerät verwendeten Linse genutzt werden kann.

Die Aufgabe einer Verbesserung der Bestimmung von Linsenaberationen wird auch durch Bereitstellung einer für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbaren Testmaske gelöst. Diese umfaßt einen transparenten oder reflektierenden Träger, wenigstens eine erste und eine zweite Strukturanordnung im wesentlichen opaker Strukturen, welche auf dem transparenten Träger angeordnet sind, jeweils umfassend eine Struktur, etwa einer Linie, mit einer ersten Breite und einer Längsachse, wobei die erste Breite bezogen auf die Abbildung auf dem Substrat wenigstens die Auflösungsgrenze beträgt und die Längsachse eine Ausrichtung auf der Maske besitzt, und wenigstens eine erste und eine zweite Hilfsstruktur, welche auf dem Trägermaterial in einem Abstand von der Struktur angeordnet sind und die jeweils eine gleiche zweite Breite aufweisen, wobei die zweite Breite der in die Substratebene projizierten Hilfsstrukturen weniger als die Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes beträgt und die erste und die zweite Hilfsstruktur parallel zu der Struktur und symmetrisch um die Längsachse der Struktur angeordnet sind, und wobei die Längsachsen einer ersten und einer zweiten der wenigstens zwei Strukturanordnungen einen von Null verschiedenen Winkel einschließen.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:

1 eine Anzahl von unterschiedlichen Strukturanordnungen mit unterschiedlichen Ausrichtungen auf einer erfindungsgemäßen Testmaske, welche zu Gruppen zusammengefaßt an verschiedenen Positionen der Maske zur Bestimmung der Aberration angeordnet sind,

2 eine Anzahl von Strukturanordnungen, welche aus einer Abbildung der Strukturen gemäß 1 auf einem Substrat gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens der vorliegenden Erfindung entstanden sind,

3 zwei Strukturanordnungen, welche als Abbildung der in 1 dargestellten Anordnung von Hilfsstrukturen auf dem Substrat abgebildet wurden.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Testmaske ist in 1 dargestellt. Der umrandete Bereich im oberen Teil der 1 zeigt eine Gruppe 30 von Strukturanordnungen 4, jeweils umfassend eine Struktur 10 und zwei Hilfsstrukturen 20, 21. Die opake Struktur 10, welche auf einem transparenten Träger einer Maske 5 gebildet ist, weist eine Breite auf, die größer ist als die auf einem Substrat wie beispielsweise einem Halbleiterwafer mittels lithographischer Projektion minimal erzielbare Breite. Die minimal erzielbare Breite entspricht der Auflösungsgrenze des Projektionssystems.
Die Hilfsstrukturen 20, 21 besitzen eine Breite 22, die kleiner als die Auflösungsgrenze des Projektionssystems ist.
In dem Ausführungsbeispiel werden Angaben von Breiten der Strukturen auf den Substrat- bzw. Wafermaßstab bezogen. Bei einer verkleinernden Abbildung einer Struktur von einer Maske auf eine Struktur auf dem Substrat im Verhältnis 4:1 ist beispielsweise die tatsächliche Breite der Struktur auf der Maske für einen Vergleich mit der minimal erzielbaren Breite auf dem Substrat durch den Faktor vier zu teilen.
Die Hilfsstrukturen 20, 21 sind in einem Abstand 25 von der Struktur 10 angeordnet, welcher ebenfalls kleiner als die minimal auf dem Substrat erzielbare Breite ist. Die Hilfsstrukturen 20, 21 weisen die gleiche Breite 22 und den gleichen Abstand 25 von der Struktur 10 auf. Die Strukturanordnung 4 ist symmetrisch um eine Längsachse angeordnet, wobei die Hilfsstrukturen 20, 21 auf je einer Seite gegenüberliegend an der Struktur 10 angeordnet sind.
Die Strukturanordnungen 4 weisen Längsachsen 26, 26' auf, welche eine Ausrichtung auf der Oberfläche der Maske gegenüber einer Referenzrichtung 45 aufweisen. Sie schließen mit dieser Winkel 41 bzw. 41' ein. Die acht Strukturanordnungen 4 der Gruppe 30 unterscheiden sich durch ihre unterschiedlichen Winkel 41 gegenüber der Referenzrichtung 45. Die Winkel 41, 41' sind in äquidistanten Schritten den Strukturanordnungen 4 zugeordnet, um eine gleichmäßige Detektion der abgebildeten Hilfsstrukturen in allen Richtungen auf dem Substrat zu ermöglichen.
Vier solcher Anordnungen von Gruppen 30, 31, 32, 33 sind auf einer Maske 5 angeordnet. Jede der Gruppen 30–33 dient der Bestimmung der aufgrund von Linsenaberrationen entstehenden Verzeichnungen an einer anderen Position auf der Maske 5. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Linse eines Scanners charakterisiert, wobei ein Belichtungsschlitz 60 des Scanners über die Maske 5 geführt wird.
Die in 1 gezeigten Strukturanordnungen 4 ermöglichen eine Bestimmung der Linsenfehler an den vier Positionen auf der Maske 5 in jeweils sechs Ausrichtungen. Jeweils zwei Ausrichtungen an Strukturanordnungen 4 innerhalb einer Gruppe 30 sind doppelt vorhanden.
Die nach einem Entwicklungs- und Ätzschritt entstandenen Bildstrukturen 110, 121 in einer photoempfindlichen Schicht bzw. einer darunter liegenden Schicht auf dem Substrat sind in 2 dargestellt. Aus der Abbildung der Strukturen 10 sind jeweils Bildstrukturen 110 auf dem Substrat entstanden. Die Belichtungsdosis wurde derart erniedrigt eingestellt, daß in einer Unterbelichtung die regulär nicht auf dem Substrat entstehenden Abbildungen der Hilfsstrukturen 20, 21 zu einer Strukturbildung auf dem Substrat führen. Die Bildstrukturen 110, 121 auf dem Substrat werden in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) detektiert und zur Ermittlung ihrer Breite vermessen.
Die Belichtungsdosis liegt aber gerade nur etwas unter dem zur Strukturbildung notwendigen Grenzwert, so daß durch den Effekt der Linsenverzeichnungen in ihrer Intensität abgeschwächte Projektionen von Hilfsstrukturen 20 gerade nicht strukturbildend wirken. In 2 ist deutlich zu erkennen, daß eine Linsenverzeichnung zu einer Verstärkung der abgebildeten Hilfsstrukturen 21, d.h. Hilfsstrukturen 121–121'''' auf dem Substrat führen. In dem Beispiel wird die Verzeichnung am deutlichsten bei der Hilfsstruktur 121'', welche in 2 in der y-Richtung relativ zu der Bildstruktur 110 ausgerichtet ist. Die Abbildung der gegenüberliegenden Hilfsstruktur 20 in dieser Strukturanordnung 4 führt aufgrund derselben Linsenverzeichnung nicht zur Bildung einer Struktur in dem Substrat.
In 3 ist dargestellt, wie unter Anwendung einer weiter erniedrigten Belichtungsdosis, welche in jedem Fall zu einer Strukturbildung von Substrat führt, die Detektion mittels einer Messung unterschiedlicher Breiten 22, 22a–22b ermöglicht wird. Die durch einen Linsenfehler bewirkte Verzeichnung liegt auch hier in y-Richtung vor, welche durch einen Vergleich der Breiten 22c und 22b quantifiziert werden kann. In einer dazu senkrechten Richtung liegt hingegen kein nennenswerter Unterschied der Breiten 22, 22a vor.
Ein Grenzwert für eine tolerierbare Linsenverzeichnung an einer Position auf dem Substrat kann durch einen maximal erlaubten Unterschied der Breiten 22b, 22c vorgegeben werden. Wird bei einem Vergleich der Hilfsstrukturen 121b und 121c ein größerer Unterschied detektiert, so kann ein Ergebnissignal ausgegeben werden, welches eine Wartung oder einen Austausch der Linse veranlaßt.
Je nach Ausrichtung der Hilfsstrukturen (20, 21) relativ zu den Strukturen (10) werden die Breiten (22b, 22c) der abgebildeten Strukturen (121) durch aufgrund des Linsensystems bei der Abbildung wirkenden Linsenaberrationen verstärkt oder abgeschwächt, wobei es durch die Abschwächung zu einer Nicht-Abbildung auf dem Substrat kommen kann. Die Detektion liefert somit vorteilhaft Informationen über Richtung und Stärke der Linsenaberrationen des verwendeten Linsensystems.

4: Strukturanordnung
5: Maske
10: Struktur
20: erste Hilfsstruktur
21: zweite Hilfsstruktur
22–22c: Breiten der auf das Substrat projizierten Hilfsstruk
: turen
25: Abstand zwischen der auf das Substrat projizierten
: Hilfsstruktur und Strukturen
26, 26': Längsseite der Strukturanordnung
30–33: Gruppen von Strukturanordnungen
41, 41': Ausrichtung der Strukturanordnungen, Winkel gegenüber
: Referenzrichtung
45: Referenzrichtungen
60: Belichtungsschlitz eines Scanners
110: Bildstruktur, abgebildete Strukturen
121–121'''': Hilfsstruktur, abgebildete Hilfsstrukturen

Claims

Verfahren zur Charakterisierung eines Linsensystems in einem Belichtungsgerät, wobei das Belichtungsgerät eine Beleuchtungsquelle und das Linsensystem umfaßt, welche beschaffen sind, Strukturen von einer Maske (5) in einer Abbildung in eine Substratebene mit einer minimal erzielbaren Breite zu übertragen, umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Belichtungsgerätes und eines Substrates mit einer photoempfindlichen Schicht, – Bereitstellen einer Maske (5) mit einem transparenten Träger, auf welchem wenigstens eine opake oder semitransparente Struktur (10) und wenigstens eine opake oder semitransparente Hilfsstruktur (20, 21) angeordnet sind, wobei a) die Struktur (10) eine erste Breite aufweist, welche projiziert in die Substratebene oberhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt, b) die wenigstens eine Hilfsstruktur (20, 21) eine zweite Breite (22) aufweist, welche projiziert in die Substratebene unterhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt, c) der in die Substratebene projizierte Abstand (25) der wenigstens einen Hilfsstruktur (20, 21) von der Struktur (10) unterhalb der mit der regulären Belichtungsdosis und Entwicklungszeit erzielbaren Auflösungsgrenze des Belichtungsgerätes liegt, – Belichten der Maske (5) mittels der Beleuchtungsquelle zur Projektion der Struktur (10) und der wenigstens einen Hilfsstruktur (20, 21) auf der Maske in die photoempfindliche Schicht auf dem Substrat, – Entwickeln der photoempfindlichen Schicht zur Bildung von Strukturen auf dem Substrat, – wobei eine Belichtungsdosis in dem Belichtungsschritt und/oder eine Entwicklungszeit in dem Entwicklungsschritt derart gewählt werden, dass die wenigstens eine Hilfsstruktur (20, 21) auf dem Substrat als Struktur (121) gebildet wird, – Detektieren der wenigstens einen als Bildstruktur (121) auf dem Substrat abgebildeten Hilfsstruktur (20, 21), – Ausgabe eines Ergebnissignals in Abhängigkeit von dem Detektionsergebnis.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß – eine Maske (5) mit wenigstens der ersten und einer zweiten Hilfsstruktur (20, 21) mit jeweils der gleichen Breite (22) und dem gleichen Abstand (25) zu der Struktur (10) bereitgestellt wird, – die Belichtungsdosis und/oder die Entwicklungszeit in dem Entwicklungsschritt derart gewählt werden, daß nur eine der ersten oder zweiten Hilfsstrukturen (20, 21) auf dem Substrat als Struktur (121) gebildet wird, – bei dem Schritt des Detektierens durch Anwendung eines Mikroskops festgestellt wird, welche von beiden Hilfsstrukturen (20, 21) als Struktur abgebildet wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß – eine Maske mit wenigstens der ersten und einer zweiten Hilfsstruktur (20, 21) mit jeweils der gleichen Breite (22) und dem gleichen Abstand (25) zu der Struktur bereitgestellt wird, – die Belichtungsdosis und/oder die Entwicklungszeit in dem Entwicklungsschritt derart gewählt werden, daß sowohl die erste (20) als auch die zweite Hilfsstruktur (21) auf dem Substrat als Struktur (121b, 121c) gebildet wird, – bei dem Schritt des Detektierens eine erste Breite (22b) der ersten (121b) und eine zweite Breite (22c) der zweiten Hilfsstruktur (121c) auf dem Substrat durch Anwendung eines Mikroskops gemessen werden, – die erste Breite (22b) mit der zweiten Breite (22c) verglichen und festgestellt wird, welche von beiden Breiten (22b, 22c) die Größere ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Ergebnissignal die Linse des Belichtungsgerätes ausgetauscht und/oder gereinigt wird.