DE10319370B4

DE10319370B4 - Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen bei photolithographischen Maskeneinheiten

Info

Publication number: DE10319370B4
Application number: DE10319370A
Authority: DE
Inventors: Jens Schneider; Tarek Lutz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: US7087910B2; US20040222386A1; DE10319370A1

Abstract

Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen (s_x,y) einer photolithographischen Maskeneinheit (100), bei dem die Maskeneinheit (100) durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird, mit den Schritten:
a) Bereitstellen von Maskenerzeugungsdaten (302) zum Schreiben der Maskenheit (100) mittels eines Elektronenstrahls (301);
b) Eingeben einer Strukturdichte (p) der Maskeneinheit (100);
c) Bestimmen einer Elektronenstrahlablenkung, welche auf der Maskeneinheit (100) in Abhängigkeit von der Strukturdichte (p) der Maskeneinheit (100) hervorgerufen wird, mit den folgenden Unterschritten:
c1) Bestimmen der Elektronenstrahlablenkung mittels eines Gitters (101), das Gitternetzteile (102, 103) aufweist; und
c2) Bereitstellen des Gitters zur Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung mit einer Gitternetzgröße, die kleiner ausgelegt ist als die laterale Reichweite (δ) der Elektronenstrahlablenkung;
d) Korrigieren der Maskenerzeugungsdaten (302) mittels der bestimmten Elektronenstrahlablenkung, um korrigierte Maskenerzeugungsdaten (303) zu erhalten; und
e) Ausgeben der korrigierten Maskenerzeugungsdaten (303).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von photolithographischen Maskeneinheiten mit Elektronenstrahlschreibern bzw. mit Elektronenstrahlschreibeinheiten, und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen einer photolithographischen Maskeneinheit, bei dem die Maskeneinheit durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird.

Bei der Herstellung einer photolithographischen Maske – untenstehend als Maskeneinheit bezeichnet – wird mit zunehmender Integrationsdichte der elektronischen Schaltungseinheiten eine immer höhere Genauigkeit erforderlich.

Bei der Herstellung von photolithographischen Maskeneinheiten mit Hilfe von Elektronenstrahlschreibeinheiten führen physikalische Effekte wie z.B. elektrische Aufladungseffekte der Maskeneinheit und anderer Komponenten zu einer lokalen Abweichung, d.h. zu Lageverschiebungen bei der Positionierung von Strukturen infolge einer elektrostatischen Ablenkung des Elektronenstrahls durch die aufgeladenen Komponenten.

Somit ist es schwierig, die erforderlichen Spezifikationen – als Registration bezeichnet – einzuhalten, da ein Aufladen von beispielsweise Resist-Filmen während einer Elektronenstrahlbelichtung eine beträchtliche Musterversetzung – bis zu 500 nm – mit sich bringt. Diese Elektronenstrahlbild-Versetzungsfehler werden allgemein als Registrations- und Overlay-Fehler bezeichnet, und werden um so wichtiger, je weiter sich die Baugrößen der herzustellenden Schaltungseinheit verringern.

Die Publikation "Overlay enhancement with product-specific emulation in electron-beam lithography tools", von: Denise Puisto, Maris Sturans und Mark Lawliss, veröffentlicht in J. Vac. Sci. Technol. B 12(8), Nov/Dec 1994 beschreibt Elektronenstrahlbild-Versatzfehler, die u.a. durch Aufladungseffekte herbeigeführt werden.

Ein einfaches Aufladungsmodell wird diskutiert, wobei gefunden wird, dass Bildversatzfehler in der Elektronenstrahllithographie sowohl auf interne als auch auf externe Fehler zurückzuführen sind. Es wird festgestellt, dass diese Fehler nicht mit klassischen Verfahren wie etwa mit Referenzgittern korrigiert werden können, welche nur das System selbst berücksichtigen. In der Publikation wird als ein wirksames Verfahren zum Minimieren von Wiederholungs-Bildversatzfehlern bei der Elektronenstrahllithographie eine produktspezifische Emulation vorgeschlagen, welche derartige Fehler dadurch kompensiert, dass Korrekturen des Maskenbetriebs erreicht werden.

Die Publikation "Transient measurement of resist charging during electron beam exposure", von: Min Bai, W. Dan Meisburger und R. Fabian W. Pease, veröffentlicht in J. Vac. Sci. Technol. B 21(1), Jan/Feb 2003, Seiten 106–111 beschreibt ein Aufladen von Resist-Filmen während einer Elektronenstrahlbelichtung, wobei festgestellt wird, dass beträchtliche Fehler von bis zu 500 nm bezüglich eines Musterversatzes auftreten können. Zur Berücksichtigung bzw. Korrektur dieser Fehler wird vorgeschlagen, einen Sekundärelektronenstrom mit Hilfe eines speziellen Sekundärelektronenkollektors zu erfassen, während die herzustellende Maskeneinheit belichtet wird.

Dieser Sekundärelektronenkollektor ist befähigt, in-situ-Messungen des Oberflächenpotentials auf einem Resist-Film bereitzustellen, wenn dieser mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Es wird festgestellt, dass Elektronenstrahlen von 10 bis 25 keV im Wesentlichen keine Aufladung auf dem Resist-Film, welcher bis zu 1 μm dick ist, herbeiführen. Falls die Dicke des Resist-Films die maximale Eindringtiefe des Elektronenstrahls erreicht, besteht eine beträchtliche Erhöhung in dem Oberflächenpotential.

Oberflächenpotentiale, welche größer als 50 V sind, bilden sich nur dann aus, wenn im Wesentlichen keine Elektronen das leitende Substrat erreichen. Als Ergebnis der Untersuchungen dieser Publikation wird gefunden, dass eine durch einen Elektronenstrahl induzierte Leitfähigkeit ein beträchtlicher Faktor bei dem Aufladungsprozess ist.

In nachteiliger Weise ist es mit den bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik zwar möglich, die nachteiligen Effekte der Elektronenstrahlaufladung von Substraten, aus welchen Maskeneinheiten auszubilden sind, festzustellen bzw. zu messen, nicht jedoch, diese messbaren Fehler auch zu korrigieren.

Zur Verbesserung einer Herstellgenauigkeit bei Maskeneinheiten ist bereits vorgeschlagen worden, die entsprechenden Maskenschreiber zu verbessern. In nachteiliger Weise führen derartige Verbesserungen jedoch nicht zu einem zufriedenstellenden Ergebnis, da unterschiedliche Strukturdichten der Maskeneinheiten jeweils zu unterschiedlichen Aufladungseffekten führen.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, die Elektronendosis beim Elektronenstrahlschreiben der Maskeneinheiten zu verringern, um eine Lagegenauigkeit bzw. Registrations-Genauigkeit beim Schreiben der Maskeneinheiten zu verbessern. Die Verringerung in der Elektronendosis beim Elektronenstrahlschreiben hat jedoch den nachteiligen Effekt, dass eine Belichtungs-Zeitdauer verlängert wird und/oder eine Eindringtiefe beim Schreiben von Maskeneinheiten verschlechtert wird.

Ferner wurden im Stand der Technik Verfahren vorgeschlagen, dem Elektronenstrahlschreiber – der Elektronenstrahlschreibeinheit – über eine Gitteranordnung, welche Verschiebewerte lokaler Verschiebungen angibt, diese lokalen Verschiebungen vorzugeben, die beispielsweise ein wiederholt auftretendes Muster von Lageungenauigkeiten korrigieren können.

In nachteiliger Weise ist es bei Maskeneinheiten mit einer starken Variation in der lokalen Strukturdichte jedoch nicht möglich, die durch lokale Aufladungseffekte bedingten Variationen zu korrigieren. Die durch derartige lokale Aufladungseffekte bedingten lokalen Variationen können nämlich auch nur lokal korrigiert werden, was durch die oben genannten Verfahren somit nicht in zweckmäßiger Weise erreicht werden kann.

Daher ist es ein wesentlicher Nachteil herkömmlicher Verfahren, dass die durch ein Elektronenstrahlschreiben bedingten Aufladungseffekte der zu erstellenden Maskeneinheit nicht ausreichend korrigiert werden können.

In der Publikation „Overlay enhancement with product-specific emulation in electron-beam lithography tools", von Denise Puisto, Maris Sturans und Mark Lawliss, veröffentlicht in J. Vac. Sci. Technol. B 12(6), Nov/Dez 1994, Seiten 3436–3939 ist eine Elektronenstrahlbelichtung von Lithografiemasken offenbart, bei der Aufladungseffekte auf dem Resist auftreten. Derartige Aufladungseffekte führen in nachteiliger Weise zu einer Lageverschiebung von angrenzenden Belichtungsbereichen durch eine Strahlbeeinflussung. Zur Korrektur derartiger nachteiliger Einflüsse beschreibt die Publikation ein Verfahren, das entwickelt worden ist, um wiederholbare Fehler auszugleichen. Musterspezifische Fehler für eine bestimmte Belichtung werden gemessen und eine nachfolgende Kalibrierung wird ausgeführt.

In der DE 198 18 440 C2 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Daten für die Herstellung einer durch Entwurfsdaten definier ten Struktur beschrieben. Hierbei wird eine Datentrennung zwischen dem Layout und der Korrekturmaßnahme vorgeschlagen, indem das Korrekturergebnis bzw. die Korrekturmaßnahme beispielsweise getrennt von dem Layout in der Form von Korrekturdaten repräsentiert und gespeichert werden. Die ursprünglichen Entwurfsdaten und die Korrekturdaten werden getrennt zur Ansteuerung eines direkt schreibenden Strukturerzeugungsprozesses eingesetzt.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die nachteiligen Wirkungen des Standes der Technik zu vermeiden, und insbesondere ein Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen einer photolithographischen Maskeneinheit bereitzustellen, bei dem Positionierungsfehler des schreibenden Elektronenstrahls in einfacher Weise bestimmbar und kompensierbar sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, eine Korrektur der Positionierungsungenauigkeiten dadurch zu erreichen, dass eine vorab erstellte Korrekturtabelle von Verschiebungen in der Ebene der Maskeneinheit aufgrund von erwarteten Aufladungseffekten bereitgestellt wird. Erfindungsgemäß werden die Effekte vor einer eigentlichen Kompensation bestimmt und in der Korrekturtabelle zusammengestellt, wobei anschließend eine Schreibstrategie der Elektronenstrahlschreibeinheit anpassbar ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Kompensation elektrostatischer Effekte eine Korrekturtabelle herangezogen werden kann, welche es erlaubt, die Positionierungsungenauigkeiten zu bestimmen, ohne dass eine Test maskeneinheit zur Vermessung der Effekte hergestellt werden müsste.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur sämtlicher systematischer Fehler bzw. Positionierungsungenauigkeiten adaptierbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen einer photolithographischen Maskeneinheit, bei dem die Maskeneinheit durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird, weist im Wesentlichen die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen von Maskenerzeugungsdaten zum Schreiben einer Maskeneinheit mittels eines Elektronenstrahls;
b) Eingeben einer Strukturdichte der Maskeneinheit, wobei diese Strukturdichte durch die zu erstellende Maskeneinheit vorgegeben ist;
c) Bestimmen einer Elektronenstrahlablenkung, welche auf der Maskeneinheit in Abhängigkeit von der Strukturdichte der Maskeneinheit hervorgerufen wird, wobei zur Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung in vorteilhafter Weise ein Ablenkmodell gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
d) Korrigieren der Maskenerzeugungsdaten mittels der bestimmten Elektronenstrahlablenkung, um korrigierte Maskenerzeugungsdaten zu erhalten;
e) Ausgeben der korrigierten Maskenerzeugungsdaten.

In den abhängigen Ansprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung und des Korrekturverfahrens.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Elektronenstrahlablenkung durch systematische Effekte hervorgerufen, wobei die systematischen Effekte in vorteilhafter Weise kompensierbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Elektronenstrahlablenkung durch elektrische Potentiale hervorgerufen, welche durch die Anlagerung von Elektronen an Strukturen der Maskeneinheit gebildet werden. Durch die erfindungsgemäße Modellsimulation werden Anlagerungseffekte von Elektronen an Strukturen der Maskeneinheit in vorteilhafter Weise angegeben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Elektronenstrahlablenkung, die durch elektrische Potentiale hervorgerufen wird, mittels eines Gitters bestimmt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird das Gitter zur Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung mit einer Gitternetzgröße bereitgestellt, wobei die Gitternetzgröße in vorteilhafter Weise kleiner ausgelegt ist als die laterale Reichweite der Elektronenstrahlablenkung. Die Elektronenstrahlablenkung wird zweckmäßigerweise mittels der physikalischen Formeln zur elektrostatischen Ablenkung angegeben.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die elektrischen Potentiale, die durch die Anlagerung von Elektronen an Strukturen der Maskeneinheit gebildet werden, mittels einer Faltung bestimmt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung mittels eines Gitters auf der Basis der Newtonschen Bewegungsgleichungen bereitgestellt.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die korrigierten Maskenerzeugungsdaten in Form einer Korrekturtabelle zusammengefasst und für die Weiterverarbeitung bereitgestellt.
Auf diese Weise ist es möglich, das Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen bei photolithographischen Maskeneinheiten auf ein Ionenstrahlschreiben anzuwenden. Zu diesem Zweck muss in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel eine negative Elektronenladung durch eine entsprechende positive (bzw. negative) Ionenladung ersetzt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen bei photolithographischen Maskeneinheiten gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm, das den Aufbau und die Funktionsweise einer Lithographievorrichtung für Maskeneinheiten, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, veranschaulicht;
3 ein Beispiel einer Maskeneinheit, die in ein Gitter mit Gitternetzteilen unterteilt ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockdiagramm, das die Ansteuerung einer Elektronenstrahlschreibeinheit bei einem Elektronenstrahlschreiben zur direkten Lagekorrektur veran schaulicht, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 ein Blockdiagramm, das die Ansteuerung einer Elektronenstrahlschreibeinheit bei einem Elektronenstrahlschreiben zur Korrektur der Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung für die Maskenerzeugungsdaten veranschaulicht, gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.
Bevor das Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen der photolithographischen Maskeneinheiten an Hand des Ablaufdiagramms der 1 erläutert werden wird, seien im Folgenden das Zustandekommen von Aufladungseffekten und die Erzeugung von Korrekturtabellen näher beschrieben.
Eine Aufladung einer photolithographischen Maskeneinheit durch eine Ladungsdeposition erfolgt aufgrund einer auf der Maskeneinheit an den Koordinaten x, y, z vorherrschenden Ladungsdichte gemäß Gleichung (1). ρ(x, y, z) = m·p(x, y)·f(z). (1)
Hierbei bezeichnet p eine Struktur- bzw. Musterdichte des auf die photolithographische Maskeneinheit aufzubringen Musters, ρ bezeichnet eine Ladungsdichte und f(z) ein Tiefenprofil in z-Richtung.
Ein konstanter Faktor m berücksichtigt weitere geometrische Parameter der Anordnung der in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung.
Zur Bestimmung des für die Elektronenstrahl-(bzw. Ionenstrahl-)Ablenkung relevanten elektrostatischen Potentials wird die Poissongleichung für die Feldverteilung herangezogen, welche mit Hilfe der Green'schen Funktion g lösbar ist, gemäß der folgenden Gleichung (2):
Hierbei bezeichnet ε_r die relative Dielektrizitätskonstante und ε₀ bezeichnet die Dielektrizitätskonstante des Vakuums. Die Ablenkung erfolgt durch das elektrische Feld gemäß Gleichung (3). E → = – ∇ →Ψ. (3)
Beispielhaft ist in 2 veranschaulicht, wie ein Elektronenstrahl durch das elektrische Feld abgelenkt wird. Hierbei sei angenommen, dass sich der Elektronenstrahl in +z-Richtung fortbewegt und eine Ablenkung in der xy-Ebene erfolgt.
In 2 ist der Verlauf des Elektronenstrahls durch eine gestrichelte Linie e^– dargestellt. Wird eine Ablenkung in x-Richtung angenommen, so ergibt sich mit dem Kräftegleichgewicht gemäß Gleichung (4) mẍ = qEx (4)und Gleichung (5)
Hierbei bezeichnet q die Elektronenladung, m bezeichnet die Elektronenmasse und t veranschaulicht die Flugzeit.
Wenn angenommen wird, dass die Anfangsgeschwindigkeit des Elektrons 0 ist, d.h. v_x0 = 0, ergibt sich als eine Verschiebung in x-Richtung der Ausdruck gemäß untenstehender Gleichung (6).
Es sei darauf hingewiesen, dass eine Verschiebung in y-Richtung auf analoge Weise mit den obigen Gleichungen bestimmbar ist.
Die Größe s_x bezeichnet die Verschiebung, d.h. die Lageverschiebung in x-Richtung, so dass sich allgemein als ein Versatz-Modell (Displacement-Modell) die folgende Gleichung (7) ergibt.
wobei Gleichung (3) zur Darstellung von Gleichung (7) verwendet wurde.
Zur korrekten Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung als Folge einer Ladungsdeposition an der Stelle der herzustellenden Maskeneinheit muss im Weiteren eine Muster- bzw. Strukturdichteabhängigkeit an die Form des elektrostatischen Potentials gemäß Gleichung (8) angegeben werden, wobei die Green'sche Funktion g_z0 bei z₀ gemittelt und mit der Ladungsdichte ρ gemäß Gleichung (1) gefaltet ist.
Mit der "mittleren" Tiefe z₀ ist es damit möglich, dass lediglich eine zweidimensionale Bestimmung in der (x, y)-Ebene ohne Berücksichtigung der z-Koordinate durchgeführt wird. Ψ(x, y) = m f(z0) p(x, y) ⊗ gz0. (8)
Das Zeichen ⊗ bezeichnet hier eine Faltungsoperation. Somit ist es möglich, die Verschiebungen von Maskenstrukturen s_x,y proportional zur Ableitung der gefalteten Strukturdichte p zu erhalten.
Im Folgenden wird die Wirkung der Green'schen Funktion näher erläutert werden. Ohne weitere Randbedingungen, wie sie beispielsweise durch eine externe Spannung oder ähnliches gegeben sein können, gilt für die Green'sche Funktion gemäß Coulomb-Näherung Gleichung (9)
wobei Abschirmungseffekte oder ähnliches nicht näher beschrieben werden. Zur Verbesserung der Beschreibung der Wirkung der Green'schen Funktion kann die nachfolgende Gleichung (10) herangezogen werden.
welche einen weiteren Parameter, nämlich die Abschirmreichweite δ enthält.
Das Potential E → kann näherungsweise als aus einer Ladungsverteilung gemäß Gleichung (10a) entstanden beschrieben werden. ρ(x, y, z) = ρ(x, y)·δ(z – z0). (10a)
Hierbei wird eine Green'sche Funktion gemäß Gleichung (11) gz0(x, y) = g(x, y, z0) mit r = (x2 + y2 + z2)1/2 (11) eingesetzt, wobei nach einer Näherung mit einer Gauß-Funktion gemäß Gleichung (12) folgt
Durch die Näherung gemäß Gleichung (12) ergeben sich bei der Bestimmung der Green'schen Funktion erhebliche Vorteile. Die Vorfaktoren aus den Gleichungen (7), (8) und (12) werden in einer einzigen Konstante α zusammengefasst, so dass für die Verschiebungen s_x,y Gleichung (13) gilt
wobei die sogenannte Pseudostrukturdichte p ~(x,y) durch die folgende Gleichung (14) beschrieben wird. p ~(x, y) = p(x, y) ⊗ gG,δ(x, y). (14)
Somit werden zur Bestimmung der Verschiebung s_x,y lediglich die beiden Konstanten α und δ herangezogen, wobei α die Stärke der Aufladungseffekte bezeichnet, während δ die Reichweite der Aufladungseffekte bezeichnet.
Auf diese Weise ergibt sich gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Vorteil, dass Aufladungseffekte, welche zu Maskenfehlern aufgrund einer Elektronenstrahlablenkung führen, auf einfache Weise erfasst und kompensiert werden können.
Schließlich wird im Folgenden eine zeitliche Entwicklung des Aufladungsmusters untersucht, da die Maskenstrukturdichte p beim Elektronenstrahlschreiben nicht von Anfang an vollständig ausgebildet ist, sondern gerade durch das Elektronenstrahlschreiben nach und nach ausgebildet wird.
Das heißt, dass sich beim Elektronenstrahlschreiben das Feld Ψ und damit die Pseudostrukturdichte p ~(x,y) gemäß Gleichung (14) Schritt für Schritt entwickelt.
Somit hängen die Lageverschiebungen s_x,y von der Elektronenstrahlschreib-Strategie bzw. der Vorgeschichte beim Elektronenstrahlschreiben ab. Zur Berücksichtigung dieser Effekte stellt das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen Gitter mit einer vorgegebenen Gitternetzgröße bereit, wobei das Gitter 101, das aus geschriebenen 103 und nicht geschriebenen Gitternetzteilen 102 zusammengesetzt ist, wie in 3 untenstehend veranschaulicht, im Bereich des Maskenmusters bereitgestellt wird.
Die Gitternetzgröße des Gitters 101 – bzw. die Gitternetzteile 102, 103 oder Patches – werden vorzugsweise so gewählt, dass die Gitternetzgröße kleiner als die unter Bezugnahme auf Gleichung (12) eingeführte Reichweite der Aufladungseffekte δ ist.
Lageverschiebungen s_x,y in einem Muster i werden aus dem Feld gemäß Gleichung (15) für die Gitter j = 1, ..., i–1 bestimmt. p ~(i) = p(i) ⊗ gG (15)
Hiermit ergibt sich die modifizierte Lageverschiebung gemäß untenstehender Gleichung (16).
Mit Hilfe der obigen Gleichung (16) lässt sich nun eine Korrekturtabelle angeben, um die durch die Aufladungseffekte entstandenen Lageverschiebungen s_x,y zu kompensieren. Hierzu wird eine Korrekturtabelle mit Einträgen für jeden Gitternetzteil (Patch) erstellt.
Die Gitternetzteile sollten dabei vorzugsweise auf 30% oder weniger der Reichweite δ der Aufladungseffekte eingestellt sein.
Somit wird es in vorteilhafter Weise möglich, ein Gitternetzteil mit demselben Verschiebungswert darzustellen und entsprechend zu korrigieren. Die Korrekturfunktion, d.h. eine Korrekturtabelle, ergibt sich nunmehr aus untenstehender Gleichung (17). m(x,y) (i) = –sx,y (i)(x(i), y(i)) (17)mit x⁽ⁱ⁾, y⁽ⁱ⁾ ≙ Mitte des Gitternetzteils 102 bzw. Patchmitte.
Die erfindungsgemäßen Korrekturtabellen gemäß Gleichung (17) können nunmehr eingesetzt werden:

(i) um der Elektronenstrahlschreibeinheit bei einem Elektronenstrahlschreiben eine direkte Lagekorrektur bereitzustellen, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden wird; oder
(ii) die Korrekturdaten der Korrekturtabelle für die Korrektur der Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung für die Maskenerzeugungsdaten einzusetzen, wie untenstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben werden wird.

1 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen s_x,y einer photolithographischen Maskeneinheit 100, bei dem die Maskeneinheit 100 durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In einem Schritt S1 werden Maskenerzeugungsdaten 302 bereitgestellt, um die Maskeneinheit 100 mittels eines Elektronenstrahls schreiben zu können. Entsprechend einer in Abhängigkeit von der zu erstellenden Maskeneinheit 100 bestimmten und in einem Schritt S2 bereitgestellten Strukturdichte p erfolgt eine Bestimmung einer Elektronenstrahlablenkung, welche auf der Maskeneinheit 100 in Abhängigkeit von der Strukturdichte p der Maskeneinheit 100 hervorgerufen wird.
Nachdem die Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung in dem Schritt S3 erfolgt ist, werden die Maskenerzeugungsdaten 302 mittels der bestimmten Elektronenstrahlablenkung korrigiert, um korrigierte Maskenerzeugungsdaten 303 zu erhalten, Schritt S4, siehe auch 2.
Schließlich werden die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 in einem Schritt S5 ausgegeben und stehen für eine Weiterverarbeitung zur Verfügung.
Diese Weiterverarbeitung kann einerseits darin bestehen, bei einer Elektronenstrahlschreibeinheit direkt Lagekorrekturwerte ("eine Map") einzugeben, als auch dazu, Korrekturdaten für eine Korrektur von Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung bereitzustellen. Die Lagekorrekturwerte bzw. die Korrekturtabelle, welche die korrigierten Maskenerzeugungsdaten bereitstellen, ist unter Verwendung der o.a. Gleichungen (1) bis (17) erhältlich, wie obenstehend beschrieben. Die Bestimmung lokaler Aufladungseffekte wird erfindungsgemäß durch eine lokale Variation der Elektronenstrahlablenkung korrigiert.
Maskeneinheiten 100 mit starken Variationen der lokalen Strukturdichte p sind insbesondere bei eDRAM-Logikeinheiten oder Übergängen des Chip-Bereichs zur Peripherie der Maskeneinheit erforderlich. Hierbei werden die Positionierungsgenauigkeiten beim Elektronenstrahlschreiben von photo lithographischen Maskeneinheiten 100 im Wesentlichen durch systematische Effekte beeinflusst.
Hierbei tritt als Wirkungsmechanismus eine elektrostatische Aufladung gemäß obigen Gleichungen (1) bis (3) auf, wobei bei einer Deposition von Elektronen in dem Material der Maskeneinheit elektrostatische Aufladungseffekte verstärkt werden. In einem Bereich mit einer hohen Strukturdichte der Maskeneinheit werden viele Elektronen deponiert, d.h. es besteht eine erhöhte Ladungsdeposition derart, dass sich ein stärkeres elektrisches Feld als in Bereichen niedrigerer Strukturdichte p ausbildet.
Aufgrund dieses elektrostatischen Feldes ergibt sich gemäß der obigen Gleichungen (4) bis (7) eine Abstoßung des Elektronenstrahls und damit eine Abweichung s_x,y.
Die gemäß der Gleichung (5) bestimmte Ablenkung der Elektronen erfolgt somit aus den Newton'schen Bewegungsgleichungen. Derartige systematische Effekte sind typischerweise ortsabhängig, so dass erfindungsgemäß die gesamte Fläche der Maskeneinheit in Gitternetzteile eines Gitters unterteilt wird, nachstehend auch als "Patches" bezeichnet.
Die Größe dieser Patches wird, wie obenstehend unter Bezugnahme auf die Gleichungen (8) bis (14) erläutert, kleiner als die Reichweite der Aufladungseffekte δ gewählt. Die Positionierungsgenauigkeit in einem Patch wird nur durch jeweils einen Wert in x- bzw. y-Richtung bestimmbar und orientiert sich an der Mitte der Patches, wie unter Bezugnahme auf Gleichung (17) erläutert.
Durch die Beschreibung der systematischen Effekte mittels eines Gitters bzw. mittels Patches wird eine Veränderung des elektrischen Feldes während des Elektronenstrahlschreibens berücksichtigt. Die unter Bezugnahme auf Gleichung (16) oben erhaltene Korrekturtabelle stellt eine Korrektur der Positio nierungsgenauigkeiten dadurch bereit, dass die Korrekturtabelle der Lageverschiebungen in x- bzw. y-Richtung in jedem Patch entweder als ein Korrekturwert, d.h. ein Wert mit einem umgekehrten Vorzeichen, direkt auf die Elektronenschreibeinheit angewandt wird, oder dass bereits während der Verarbeitung der Auslegungsdaten entsprechende Korrekturwerte, d.h. Strukturverschiebungen, vorgenommen werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein exaktes Modell erhalten, welches es gestattet, die Positionierungsungenauigkeiten zu bestimmen, ohne dass eine Testmaske zur Vermessung derartiger Aufladungseffekte hergestellt werden müsste.
Das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel ist zur Korrektur sämtlicher systematischer Effekte bei der photolithographischen Herstellung einer Maskeneinheit 100 geeignet.
2 zeigt ein Blockbild einer Lithographievorrichtung für Maskeneinheiten 100, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört, aber zur Beschreibung der Prizipien der Erfindung zweckmäßig ist. Die Lageverschiebungen s_x,y der Maskeneinheit 100, wie sie obenstehend unter Bezugnahme auf 1 und die Gleichungen (1) bis (17) beschrieben ist, sind mit der in 2 veranschaulichten Vorrichtung korrigierbar.
Eine Elektronenstrahleinrichtung 201 stellt aus Ausgang einen Elektronenstrahl 301 bereit.
Eine Elektronenstrahlschreibeinheit 203 dient dazu, den Elektronenstrahl 301 in x- bzw. y-Richtungen abzulenken und eine Maskeneinheit 100 zu schreiben. Hierbei sei angenommen, dass sich der Elektronenstrahl in z-Richtung ausbreitet und die Maskeneinheit 100 in der xy-Ebene liegt.
Die Elektronenstrahlschreibeinheit 203 weist weiter eine Steuereinheit 206 auf, welcher Maskenerzeugungsdaten 302 zugeführt werden können, um den Elektronenstrahl 301 entspre chend zu steuern und eine gewünschte Strukturdichte p auf der Maskeneinheit 100 zu erzeugen.
Eine Maskendatenerzeugungseinheit 202 stellt Maskenerzeugungsdaten 302 bereit, welche der Steuereinheit 206 zugeführt werden. Da der Elektronenstrahl 301, wie durch die gestrichelte Linie (e^–) angezeigt wird, durch elektrostatische Aufladungseffekte abgelenkt wird, weist eine mit den Maskenerzeugungsdaten 302 erzeugte Maskeneinheit 100 Verschiebungen s_x,y auf, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen s_x,y korrigiert werden.
Dieses Verfahren ist obenstehend unter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) bis (17) erläutert und in dem Ablaufdiagramm der 1 veranschaulicht. Die Bestimmung einer Elektronenstrahlablenkung, welche auf der Maskeneinheit 100 in Abhängigkeit von der Strukturdichte p der Maskeneinheit 100 hervorgerufen wird, wird durch die Bestimmungseinrichtung 204 bereitgestellt, welche das elektrostatische Potential gemäß den obigen Gleichungen berücksichtigt.
Das Ergebnis der Bestimmung wird von der Bestimmungseinheit 204 ausgegeben und einer Korrektureinrichtung 205 zugeführt, welche Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ entsprechend der oben angegebenen Gleichungen (1) bis (17) verarbeitet. Die von der Korrektureinrichtung 205 verarbeiteten Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ zur Korrektur der Maskenerzeugungsdaten 302 resultieren entsprechend der oben angegebenen Gleichungen (1) bis (17) in korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303. Die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 werden über eine Ausgabeeinrichtung 207 entweder einem Ausgabeanschluss 208 oder der Steuereinheit 206 der Elektronenstrahlschreibeinheit 203 zugeführt.
Wenn die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 über den Ausgabeanschluss 208 ausgegeben werden, besteht die Möglichkeit, diese Daten weiter zu verarbeiten und sie beispielswei se als Korrekturdaten für die Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung zu verwenden, derart, dass Positionierungsungenauigkeiten bereits vor einer Maskeneinheit-Erzeugung berücksichtigt werden.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 direkt der Steuereinheit 206 der Elektronenstrahlschreibeinheit 203 zuzuführen, wodurch – nach Art eines Regelkreises – die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 direkt zur Korrektur der von der Maskendatenerzeugungseinheit 202 bereitgestellten Maskenerzeugungsdaten 302 herangezogen werden können.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Lageverschiebungen s_x,y als eine Differenz zwischen gemessenen Positionen in der xy-Ebene x_i, y_i und Solldaten der xy-Ebene x_i, y_i darstellt sind. Als Referenzpunkte zur Bestimmung der lithographischen Lagegenauigkeit werden beispielsweise Kreuze verwendet.
3 zeigt ein Beispiel einer Maskeneinheit 100, die in ein Gitter 101 mit Gitternetzteilen 102 unterteilt ist, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Eine typische Maskeneinheit 100 weist Abmessungen von 15 cm × 15 cm auf, wobei die Maskeneinheit aus einem Glasträger mit typischerweise Chrombeschichtung besteht und ein Chipmuster-Bereich auf der Maskeneinheit Abmessungen kleiner als 10 × 10 cm² bis 12 × 12 cm² aufweist.
Typischerweise werden 6 × 2 Chips bzw. elektronische Schaltungseinheiten auf dieser Maskeneinheit 100 dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren korrigiert Lageeffekte im Bereich von ca. 40 nm und weniger. Auf einer Maskeneinheit 100 werden üblicherweise bis zu 150–200 Referenzpunkte (Kreuze) zur Bestimmung der Positioniergenauigkeit festgelegt. Eine Gitternetzteil-Schreibrichtung 104 kann hierbei zeilenweise orientiert sein, wie durch die gestrichelte Linie in 3 veranschaulicht. Die dunklen Bereiche entsprechen bereits geschriebenen Gitternetzteilen 103.
Wie bereits obenstehend erwähnt, werden die erfindungsgemäßen Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ auf zwei unterschiedliche Arten zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen s_x,y der photolithographischen Maskeneinheit 100, wobei die Maskeneinheit (100) durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird, eingesetzt:

(i) Die Elektronenstrahlschreibeinheit 203 stellt bei einem Elektronenstrahlschreiben eine direkte Lagekorrektur bereit; oder
(ii) Die Korrekturdaten der Korrekturtabelle werden zur Korrektur der Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung für die Maskenerzeugungsdaten herangezogen.

4 zeigt ein Blockdiagramm, das die Ansteuerung einer Elektronenstrahlschreibeinheit 203 bei einem Elektronenstrahlschreiben zur direkten Lagekorrektur veranschaulicht.
Hierbei werden die Maskenerzeugungsdaten 302, die von der Maskendatenerzeugungseinheit 202 bereitgestellt werden, mit Hilfe der Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ direkt während des Elektronenstrahlschreibens korrigiert. Die entsprechenden Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ werden mit Hilfe der Bestimmungseinrichtung 204 unter Anwendung der obenstehend angegebenen Gleichungen (1) bis (17) gewonnen.
5 zeigt ein weiteres Blockdiagramm, das die Ansteuerung einer Elektronenstrahlschreibeinheit 203 bei einem Elektronenstrahlschreiben zur Korrektur der Auslegungsdaten während einer Datenaufbereitung für die Maskenerzeugungsdaten 302 veranschaulicht.
Im Gegensatz zu der in 4 veranschaulichten Anordnung ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 eine Korrektureinrichtung 205 bereitgestellt, welche Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ entsprechend der oben angegebenen Gleichungen (1) bis (17) verarbeitet. Die von der Korrektureinrichtung 205 verarbeiteten Korrekturtabellen m_x,y ⁽ⁱ⁾ zur Korrektur der Maskenerzeugungsdaten 302 resultieren entsprechend der oben angegebenen Gleichungen (1) bis (17) in korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303. Wie obenstehend unter Bezugnahme auf 2 erläutert, werden die korrigierten Maskenerzeugungsdaten 303 über eine Ausgabeeinrichtung 207 entweder einem Ausgabeanschluss 208 oder der Steuereinheit 206 der Elektronenstrahlschreibeinheit 203 zugeführt.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf das Elektronenstrahlschreiben erläutert wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass, bei einer entsprechenden Berücksichtigung der Ladungsvorzeichen und der Ladungsmenge, das erfindungsgemäße Verfahren auch für ein Ionenstrahlschreiben mit Hilfe von Ionenstrahlschreibeinheiten geeignet ist.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.

100: Maskeneinheit
101: Gitter
102: Gitternetzteil
103: Geschriebenes Gitternetzteil
104: Gitternetzteil-Schreibrichtung
201: Elektronenstrahleinrichtung
202: Maskendatenerzeugungseinheit
203: Elektronenstrahlschreibeinheit
204: Bestimmungseinrichtung
205: Korrektureinrichtung
206: Steuereinheit
207: Ausgabeeinrichtung
301: Elektronenstrahl
302: Maskenerzeugungsdaten
303: Korrigierte Maskenerzeugungsdaten
m_x,y ⁽ⁱ⁾: Korrekturtabelle
p(x,y): Strukturdichte
p ~(x,y): Pseudostrukturdichte
s_x,y: Lageverschiebung

Claims

Verfahren zum Erfassen und Kompensieren von Lageverschiebungen (s_x,y) einer photolithographischen Maskeneinheit (100), bei dem die Maskeneinheit (100) durch Elektronenstrahlschreiben erzeugt wird, mit den Schritten: a) Bereitstellen von Maskenerzeugungsdaten (302) zum Schreiben der Maskenheit (100) mittels eines Elektronenstrahls (301); b) Eingeben einer Strukturdichte (p) der Maskeneinheit (100); c) Bestimmen einer Elektronenstrahlablenkung, welche auf der Maskeneinheit (100) in Abhängigkeit von der Strukturdichte (p) der Maskeneinheit (100) hervorgerufen wird, mit den folgenden Unterschritten: c1) Bestimmen der Elektronenstrahlablenkung mittels eines Gitters (101), das Gitternetzteile (102, 103) aufweist; und c2) Bereitstellen des Gitters zur Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung mit einer Gitternetzgröße, die kleiner ausgelegt ist als die laterale Reichweite (δ) der Elektronenstrahlablenkung; d) Korrigieren der Maskenerzeugungsdaten (302) mittels der bestimmten Elektronenstrahlablenkung, um korrigierte Maskenerzeugungsdaten (303) zu erhalten; und e) Ausgeben der korrigierten Maskenerzeugungsdaten (303).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlablenkung durch systematische Effekte hervorgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronenstrahlablenkung durch elektrische Potentiale hervorgerufen wird, die durch die Anlagerung von Elektronen an Strukturen der Maskeneinheit (100) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Potentiale, die durch die Anlagerung von Elektronen an Strukturen der Maskeneinheit (100) gebildet werden, mittels einer Faltung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Elektronenstrahlablenkung mittels eines Gitters auf der Basis der Newton'schen Bewegungsgleichungen bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierten Maskenerzeugungsdaten (303) in Form einer Korrekturtabelle bereitgestellt werden.