DE10321680A1 - Photolithographic film quality control procedure images mask structures using higher order beams from diffraction grating creating intensity profile for comparison with reference - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Güte eines Pellicles, das an einem auf einer Maske angeordneten Rahmen zum Schutz einer auf der Maske angeordneten Struktur vor einer Kontamination mit mikroskopischen Partikeln befestigt ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Verfahren zur Gütebestimmung von Pellicles, die in der 157 nm Lithographie Verwendung finden.The The invention relates to a method for determining the quality of a Pellicles attached to a frame arranged on a mask Protection of a structure arranged on the mask against contamination is attached with microscopic particles. The invention relates in particular methods for quality determination by Pellicles, which are used in 157 nm lithography.
Flächen auf Masken, in denen aktive Strukturen zur Übertragung auf Halbleiterwafer gebildet sind, werden im allgemeinen mit Hilfe von transparenten Schutzmaterialien vor äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise kontaminierenden Teilchen oder mechanischen Einwirkungen, geschützt. Diese auch Pellicle genannten Schutzvorrichtungen wurden bisher meist aus dünnen Polymerfilmen gebildet, die auf einen Rahmen aufgezogen werden, welcher auf der Maske angebracht ist, wobei der Rahmen die aktiven, auf einem Wafer abzubildenden Strukturen auf der Maske umgibt. Kontaminierende Teilchen können sich so nicht in Bereichen der aktiven Strukturen einlagern, sondern sammeln sich nur an den elastischen, aufgrund der Anordnung auf dem Rahmen von den aktiven Strukturen beabstandeten Pelliclemembranen. Zwar können somit kontaminierende Teilchen während der Belichtung eines Halbleiterwafers in den Strahlengang des Belichtungssystems zwischen der Maske und den Objektivlinsen gelangen, jedoch befinden sie sich gerade aufgrund des Abstandes von den aktiven Strukturen dabei nicht in einer Fokusposition und besitzen daher einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Abbildung.Surfaces on Masks in which active structures for transfer to semiconductor wafers are generally formed with the help of transparent Protective materials against external influences, such as for example contaminating particles or mechanical influences, protected. These protective devices, also called pellicles, have so far been used mostly from thin Polymer films are formed, which are mounted on a frame, which is attached to the mask, the frame being the active, structures to be imaged on a wafer on the mask. contaminating Particles can not store in areas of active structures, but only collect on the elastic, due to the arrangement pellicle membranes spaced from the active structures of the frame. You can thus contaminating particles during the exposure of a semiconductor wafer in the beam path of the exposure system between the mask and objective lenses, but they are precisely because of the distance from the active structures in a focus position and therefore have a negligible Influence on the image.
Mit dem Übergang zu immer kleiner werdenden Strukturgrößen geht im Bereich der Herstellung integrierter Schaltungen auch eine Verringerung der für eine Belichtung der Halbleiterwafer verwendeten Wellenlänge einher. Die dadurch mit jeder Techno logiegeneration zunehmende Energie der die Polymerverbindung des Pellicles transmittierenden Strahlung führt auf nachteilhafte Weise besonders ab einer Belichtungswellenlänge von 157 nm und weniger zu einer starken Degradation bzw. Schwärzung der Polymermembran nach der Belichtung von beispielsweise schon 3 bis 5 Losen zu je 25 Wafern. Durch diese Schwärzung werden einerseits Inhomogenitäten auf einer Wafer-zu-Wafer-Basis in Bezug auf die von Halbleiterwafern empfangenen Strahlungsdosen verursacht, andererseits kann es auch zu oberflächlichen Intensitätsgradienten zwischen den Teilstrukturen auf einem Wafer kommen.With the transition structure sizes are becoming smaller and smaller in the area of manufacturing Circuits also reduce the exposure of semiconductor wafers wavelength used associated. The increasing energy with each technology generation of radiation transmitting the polymer compound of the pellicle disadvantageous especially from an exposure wavelength of 157 nm and less to a severe degradation or blackening of the Polymer membrane after exposure from, for example, 3 to 5 lots of 25 wafers each. This blackening causes inhomogeneities on one side Wafer-to-wafer basis in relation to the radiation doses received from semiconductor wafers on the other hand, it can also lead to superficial intensity gradients come between the substructures on a wafer.
Man geht daher dazu über, strahlungsstabile Materialien für Pellicles zu suchen und einzusetzen. Für die Belichtung mit Licht der Wellenlänge 157 nm werden dabei nicht mehr die auch Soft-Pellicles genannten Polymerfilme verwendet, sondern beispielsweise 800 μm dicke fluor-dotierte Quarzplättchen, sogenannte Hartpellicles, eingesetzt. Diese gewährleisten eine ausreichende Beständigkeit sowie eine über viele Belichtungen hinweg konstante Transmission. Die genannte Dicke von 800 μm gewährleistet auch eine hinreichende Steifheit der Quarzplatte, so daß Beschädigungen durch äußere Einwirkungen vermieden werden können.you therefore goes to radiation stable materials for Find and deploy pellicles. For exposure to light the wavelength 157 nm are no longer called soft pellicles Polymer films are used, but, for example, 800 μm thick fluorine-doped Quartz plate, so-called hard pellicles. These ensure adequate resistance as well as one over many Constant transmission across exposures. The named thickness of 800 μm guaranteed also sufficient rigidity of the quartz plate, so that damage through external influences can be avoided.
Ein Problem, das aber insbesondere bei diesen Hartpellicles aufgrund der großen Dicke und vergleichsweise hohen Brechzahlen von n = 1.5...1.6 entstehen kann, ist, daß das Hartpellicle als optisches Element im Strahlengang des Abbildungssystems wirken kann und beispielsweise durch sphärische Aberration zu Verzeichnungen der abzubildenden Strukturen auf dem Wafer führen kann. Es ist allerdings möglich, die Effekte aufgrund der sphärischen Aberration durch Anpassung des Linsensystems auszukorrigieren, beispielsweise durch Verschieben von Linsenelementen im Strahlengang.On Problem, which is due in particular to these hard pellicles the big Thick and comparatively high refractive indices of n = 1.5 ... 1.6 arise can is that that Hard pellicle as an optical element in the beam path of the imaging system can act and, for example, through spherical aberration to distortions of the structures to be imaged on the wafer. However, it is possible, the effects due to the spherical Correct aberration by adjusting the lens system, for example by moving lens elements in the beam path.
Insbesondere dynamische Effekte bei der Belichtung eines Wafers durch eine mit einem Pellicle bestückte Maske können al lerdings kaum kompensiert werden. Dabei kann es sich beispielsweise um durch einen Scan-Vorgang angeregte, interne Schwingungen des am Rahmen befestigten Hartpellicles handeln, oder das Hartpellicle wird durch die eigene Schwerkraft und/oder Dickenvariationen des Pellicles aus seiner idealen Lage auf der Maske herausgebogen.In particular dynamic effects when exposing a wafer with a a pellicle Can mask but can hardly be compensated. It can be, for example in order to excite internal vibrations of the act hard pellicles attached to the frame, or the hard pellicle is due to the gravity and / or thickness variations of the pellicle bent out of its ideal position on the mask.
Um daher fehlerhaft auf dem Graben auf der Maske angebrachte Pellicles identifizieren zu können, sind nach dem Aufbringen des Pellicles bzw. vor Verwendung der Maske in einem Belichtungsgerät metrologische Untersuchungen zur Gütebestimmung des Pellicles bzw. der Pellicle-Montage vorzunehmen. Im Regelfall werden dazu interferometrische Messungen durchgeführt, bei denen unter hohem Aufwand festgestellt wird, wie parallel beispielsweise die Pellicle-Schicht, d.h. der Polymerfilm bei herkömmlichen Pellicles oder das Quarzplättchen bei Hartpellicles zu der Chromschicht an der Oberfläche der Maske angeordnet sind. Solche Messungen werden typischerweise unmittelbar nach dem Anbringen des Pellicles auf dem Rahmen der Maske beispielsweise beim Maskenhersteller vorgenommen. Weitere Untersuchungen betreffen die Kontrolle von Dickeschwankungen des Polymerfilms bzw. des Quarzplättchens. Diese Messungen liegen im Regelfall im Bereich der Verantwortung des Pellicleherstellers. Around hence incorrectly placed pellicles on the trench on the mask to be able to identify are after applying the pellicle or before using the mask in an exposure device metrological Investigations to determine the quality of the Pellicles or the pellicle assembly. As a rule interferometric measurements were carried out, which involved a great deal of effort it is determined how, for example, the pellicle layer in parallel, i.e. the polymer film in conventional Pellicles or the quartz plate in hard pellicles to the chrome layer on the surface of the Mask are arranged. Such measurements are typically immediate after attaching the pellicle to the frame of the mask, for example made at the mask manufacturer. Further investigations concern the control of fluctuations in the thickness of the polymer film or the quartz plate. These measurements are usually the responsibility area of the pellicle manufacturer.
Die Messungen der sogenannten "Post-Mount-Metrology" werden zumeist interferometrisch an Nutzstrukturen durchgeführt. Dabei wird gemessen, wie groß der Versatz bzw. die Auflösung an verschiedenen Positionen der Maske ist. Hieraus kann die Güte der Abbildung und damit des Pellicle-Mountings bestimmt werden. Als Nutzstrukturen werden beispielsweise Linien-Spaltenmuster oder Kontaktlochanordnungen verwendet.The measurements of the so-called "post-mount metrology" are mostly carried out interferometrically on useful structures. It measures how large the offset or the resolution at different positions on the mask. The quality of the image and thus of the pellicle mounting can be determined from this. Line-column patterns or contact hole arrangements are used as useful structures, for example.
Die interferometrischen Messungen werden ex-situ durchgeführt. Dies führt zu dem Nachteil, daß Informationen betreffend die Güte eines Pellicles weder zum Zeitpunkt des Pellicle-Mountings noch zum Zeitpunkt einer Belichtung vor liegen. Einerseits kann daher weder sofort das Aufbringen eines neuen Pellicles auf die Maske wiederholt werden, noch können geeignete Anpassungen des Linsensystems durchgeführt werden.The interferometric measurements are carried out ex situ. This leads to the disadvantage that information regarding goodness of a pellicle neither at the time of pellicle mounting nor at the time of exposure. On the one hand, therefore neither immediately applying a new pellicle to the mask can be repeated, still suitable Adjustments to the lens system can be made.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gütebestimmung von Pellicles bzw. dem Pellicle-Mounting zu verbessern, die Qualität der Belichtung eines Wafers durch eine mit einem Pellicle bestückte Maske zu verbessern, sowie den Durchsatz von Waferbelichtungen zu erhöhen.It is therefore the object of the present invention, the quality determination of pellicles or pellicle mounting to improve the quality of the exposure of a wafer by means of a mask equipped with a pellicle, and to increase the throughput of wafer exposures.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The Task is solved by a method with the features according to claim 1. Advantageous refinements are the dependent Claims too remove.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl auf elastische Soft-Pellicles sowie auch auf strahlungsstabile Hartpellicles angewendet werden. Das zu untersuchende Pellicle wird auf eine Maske, welche mit einem Pelliclerahmen versehen ist, montiert. Die Maske umfaßt spezielle Beugungsgitter, mit denen einfallende Lichtstrahlen vorzugsweise asymmetrisch gebeugt werden können. Asymmetrisch bedeutet hier, daß von einem Paar höherer Beugungsordnungen, beispielsweise einer +1. und einer –1. Beugungsordnung, jeweils nur genau eine Beugungsordnung durch das Beugungsgitter erzeugt wird, während sich die Lichtbeiträge durch die einzelnen Gitterkomponenten bei der jeweils komplementären Beugungsordnung auslöschen.The inventive method can be used on elastic soft pellicles as well as on radiation-stable Hart pellicles can be applied. The pellicle to be examined is mounted on a mask, which is provided with a pellicle frame. The mask embraces special diffraction gratings, with which incident light rays are preferred can be bent asymmetrically. Asymmetric here means that from a couple higher Diffraction orders, for example a +1. and a -1. Diffraction order, only one diffraction order through the diffraction grating is generated while the light contributions by the individual grating components with the complementary diffraction order extinguish.
Vorzugsweise werden sogenannte Phasen-Beugungsgitter verwendet, wie sie etwa in der Druckschrift US 2003/0020901 A1 beschrieben sind. Alle in der genannten Druckschrift beschriebenen Ausführungsformen und -beispiele von Beugungsgittern sind vorteilhaft auch für die vorliegende Erfindung anwendbar. Es kann eine eigens nur mit diesen Beugungsgittern als Strukturen vorgesehene Maske mit dem zu untersuchenden Hart- oder Soft-Pellicle vermessen werden, es ist aber auch möglich, Masken mit aktiven Produktstrukturen in einem oder meh reren peripheren Bereichen, etwa dem nach der Projektion auf den Wafer als Sägerahmen bezeichneten Bereich, mit Beugungsgittern zu versehen.Preferably so-called phase diffraction gratings are used, such as are described in US 2003/0020901 A1. Alone embodiments and examples described in said publication Diffraction gratings are also advantageous for the present invention applicable. It can be used only with these diffraction gratings Measure the structure of the mask with the hard or soft pellicle to be examined but it is also possible Masks with active product structures in one or more peripheral Areas, such as that after the projection on the wafer as a saw frame designated area to be provided with diffraction gratings.
Die Beugungsgitter haben zur Folge, daß ein in dem Belichtungsgerät, wie etwa ein Scanner oder Stepper, auf die Maske und das Beugungsgitter einfallender Lichtstrahl in einen die 0. Beugungsordnung repräsentierenden ersten Lichtstrahl und genau eine Beugungsordnung eines Paares höherer Beugungsordnungen repräsentierender zweiter Lichtstrahl sowie gegebenenfalls an dieser Stelle nicht weiter interessierende Lichtstrahlen noch höherer Beugungsordnungen zerlegt wird. Durch die unterschiedlichen Beugungsrichtungen werden verschiedene Bereiche des von den aktiven Maskenstrukturen beabstandeten Pellicles von den Lichtstrahlen jeweils durchstrahlt. Je nach Ausrichtung des Beugungsgitters auf der Maske sowie je nach Gitterkonstante des Beugungsgitters kann der zweite Lichtstrahl in einen gewünschten Bereich des Pellicles gebeugt, d.h. relativ von der Einfallsrichtung des noch ungebeugten Strahls auf die Maske abgelenkt werden.The Diffraction gratings have the consequence that one in the exposure device, such as a scanner or stepper, incident on the mask and the diffraction grating Light beam into a first light beam representing the 0th diffraction order and representing exactly one diffraction order of a pair of higher diffraction orders second light beam and possibly not at this point further interested light rays decomposed even higher diffraction orders becomes. Due to the different directions of diffraction, different ones Areas of the pellicle spaced from the active mask structures radiated by the light rays. Depending on the orientation of the diffraction grating on the mask and depending on the grating constant of the diffraction grating, the second light beam can be turned into a desired one Area of the pellicle bent, i.e. relative to the direction of incidence of the still undeflected beam are deflected onto the mask.
In der Bildebene, d.h. beispielsweise ein mit einer photoempfindlichen Schicht belackter Wafer oder ein in der Waferebene angeordnetes System von Fotodetektoren etc., werden der erste und der zweite Teilstrahl durch Fokussieren wieder überlagert, so daß das entstehende Muster eine durch das Pellicle verursachte Wellenaberration repräsentiert. Der die 0. Beugungsordnung repräsentierende erste Lichtstrahl dient hierbei als Referenzstrahl, im Verhältnis zu welchem die lokalen Aberrationseigenschaften des Pellicles für jeden Winkel und Abstand von einem Referenzpunkt auf der Maske oder der numerischen Aperturöffnung mit Hilfe des zweiten Lichtstrahls bestimmt werden.In the image plane, i.e. for example one with a photosensitive Layer of coated wafer or one arranged in the wafer plane System of photo detectors etc., become the first and the second Partial beam superimposed again by focusing, so that the resulting Pattern represents a wave aberration caused by the pellicle. The representing the 0th diffraction order The first light beam serves as a reference beam, in relation to which is the local aberration properties of the pellicle for everyone Angle and distance from a reference point on the mask or the numerical aperture can be determined with the help of the second light beam.
Wird das Verfahren auf dem gleichen Belichtungsgerät mit der gleichen Maske durchgeführt, ohne daß das Hart- oder Soft-Pellicle vorher montiert wurde, so läßt sich der Einfluß der Aberrationseigenschaften des Linsensystems in einem Vergleich der Meßergebnisse bei einer Maske mit montiertem Pellicle subtrahieren. In dem Fall, daß die Aberrationseigenschaften des Pellicles einen vorab spezifizierten Toleranzwert überschreiten, ist es vorgesehen, entweder das Pellicle vom Rahmen zu entfernen und erneut zu montieren, oder aber ein völlig neues Pellicle anzubringen. Mit Hilfe der Erfindung wird demnach eine genaue Charakterisierung der Güte von Pellicles bzw. der Pellicle-Montage ermöglicht. Insbesondere kann dabei auch der Einfluß des Pelliclerahmens auf der Maske auf die Aberrationseigenschaften des Hart- oder Soft-Pellicles bestimmt werden. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil die Schwingungseigenschaften des Pellicles während des Bewegens der Maske beim Scannen in einem Belichtungsgerät von den Spannungs- bzw. Torsionseigenschaften aufgrund des Pelliclerahmens abhängen.Becomes performed the procedure on the same exposure device with the same mask without that this Hard or soft pellicle has been assembled beforehand, so the influence of aberration properties of the lens system in a comparison of the measurement results with a mask subtract with assembled pellicle. In the event that the aberration properties the pellicle exceeds a predetermined tolerance value, it is intended to either remove the pellicle from the frame and reassemble, or to install a completely new pellicle. With the help of the invention is therefore an accurate characterization of goodness of pellicles or pellicle assembly. In particular, it can also the influence of Pellicle frame on the mask on the aberration properties of the Hard or soft pellicles can be determined. This is particularly so important because of the vibration properties of the pellicle during the Moving the mask when scanning in an exposure device from the Tension or torsion properties due to the pellicle frame depend.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung ist, daß bei einem Pellicle, das mit bekannten Aberrationseigenschaften auf einem Rahmen auf einer Maske montiert ist, die dynamischen Eigenschaften des Scanning-Mechanismus eines Belichtungsgerätes untersucht werden können.Another advantageous aspect of the inven is that with a pellicle which is mounted on a frame on a mask with known aberration properties, the dynamic properties of the scanning mechanism of an exposure device can be examined.
Letztendlich können durch die Erfindung auch die für Pelliclerahmen verwendeten Materialien wie beispielsweise Metalle, Metallschäume sowie Quarzlacke auf ihre Eignung hin überprüft werden.At long last can by the invention also for Pellicle frames used materials such as metals, metal foams as well as quartz lacquers are checked for their suitability.
Mit der erfindungsgemäßen Methode ist der besondere Vorteil verbunden, daß die Untersuchung von Hart- bzw. Soft-Pellicles in den Belichtungsgeräten selbst – also in situ – in Bezug auf deren Güte durchgeführt werden kann. Es ist daher möglich, unmittelbar infolge eines festgestellten Aberrationsverhaltens beispielsweise das Linsensystem an die individuelle, aktuelle Situation in einem Belichtungsgerät anzupassen. Ein aufwendiges Entfernen der Maske aus dem Belichtungsgerät, der Transport zu einem Metrologiegerät sowie die Untersuchung in dem Metrologiegerät können entfallen, so daß der Durchsatz von Produkten, die mit Hilfe einer Maske hergestellt werden, erhöht werden kann. Wartezeiten zur Bestimmung der Meßergebnisse werden somit vermieden.With the method according to the invention there is the particular advantage that the examination of hard or soft pellicles in the exposure devices themselves - in situ - in relation are carried out on their goodness can. It is therefore possible directly as a result of an observed aberration behavior, for example the lens system to the individual, current situation in one Adjust exposure device. A time-consuming removal of the mask from the exposure device, the transport to a metrology device and the investigation in the metrology device can be omitted, so that the throughput of Products that are made using a mask can be increased can. Waiting times for determining the measurement results are thus avoided.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen:The The invention is now to be illustrated using an exemplary embodiment with the aid of a Drawing closer explained become. In it show:
In
Der
Phasenunterschied wird beispielsweise durch eine geätzte Vertiefung
in dem Quarzsubstrat der Maske
Auf
der Maske
Durch
das Phasen-Beugungsgitter
Durch
das Linsensystem
Die
Teilstrahlen
Auf
der rechten Seite von
In
In
der Bildebene
Das
aufgrund der Messung charakterisierte bzw. gemessene Intensitätsprofil
kann nun mit einer vorab erstellten Bibliothek von Referenzprofilen
verglichen werden. Jedem der Referenzprofile ist ein Beitrag von
Aberrationen verschiedener Ordnungen wie beispielsweise Choma, Defokus,
Dreiwelligkeit (Three-Leaf-Clover), etc. zugeordnet. Durch die Identifikation
desjenigen Referenzprofils mit der besten Übereinstimmung mit dem gemessenen
Intensitätsprofil
kann die Aberration des Pellicles genau bestimmt werden. Durch eine
Vielzahl von gemessenen Intensitätsprofilen
Ohne
daß die
Maske oder der Wafer aus dem Belichtungssystem entfernt werden müssen, kann
nun eine detaillierte Linsenanpassung in dem Scanner vorgenommen
werden, um die Belichtungseigenschaften für eine weitere Maske, die mit
einem Rahmen
Anstatt
Intensitätsprofile
mit Referenzprofilen zu vergleichen oder die Aberration unmittelbar aus
dem Intensitätsprofilen
herzuleiten, kann gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
auch der Fokus des Belichtungssystems variiert werden, wobei für jedes
Beugungsgitter diejenige Fokuseinstellung identifiziert wird, für welches
das Intensitätsprofil
einen maximalen Kontrast liefert. Auf diese Weise liefern die durch
jedes Beugungsgitter
Um
den Einfluß der
Linsenaberration von den aktuellen Meßergebnissen subtrahieren zu
können,
ist es vorteilhaft, vor dem in
- 1010
- Strahlungsquelleradiation source
- 1212
- einfallender Lichtstrahlincident beam of light
- 1414
- Maskemask
- 1616
- Phasen-BeugungsgitterPhase grating
- 18, 19, 20 18 19, 20
- transparente, phasenverschobene Bereiche des Beutransparent out of phase areas of the Beu
- gungsgitterssupply gitters
- 2222
- PelliclerahmenPelliclerahmen
- 2424
- Pelliclepellicle
- 2626
- dynamische Bewegung der Maske, Scan-Vorgangdynamic Movement of the mask, scanning process
- 28, 3028 30
- Linsensystem lens system
- 3232
- erster Teilstrahl (0. Beugungsordnung)first Partial beam (0th diffraction order)
- 3434
- zweiter Teilstrahl (+1. Beugungsordnung)second Partial beam (+1 diffraction order)
- 34'34 '
- zweiter Teilstrahl (–1. Beugungsordnung, ausgelöschtsecond Partial beam (–1. Diffraction order, extinguished
- durch Beugungsgitteranordnung)by Diffraction grating arrangement)
- 3636
- Aperturöffnungaperture
- 3838
- Bildebeneimage plane
- 4040
- Intensitätsprofilintensity profile
Claims (11)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |