DE10337037B4

DE10337037B4 - Verfahren zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer

Info

Publication number: DE10337037B4
Application number: DE10337037A
Authority: DE
Inventors: Silvio Teuber; Jenspeter Rau
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2023-08-13
Also published as: NL1026824A1; DE10337037A1; NL1026824C2; US7400379B2; US20050037268A1

Abstract

Verfahren zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer mit den Schritten:
(a) Erzeugen einer Strahlung (11) mit einer vorbestimmten Wellenlänge mittels einer Belichtungseinrichtung (10);
(b) strukturiertes Belichten einer Detektionseinrichtung (16) anstelle eines Wafers mittels einer Maske (12) in einem ersten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung (10);
(c) Erfassen der Belichtungsintensität mittels der Detektionseinrichtung (16) in einem zweiten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung (10); und
(d) Beeinflussen des Strahlengangs (13) mittels einer in den Strahlengang (13) be wegbaren Kompensationseinrichtung (14) zwischen der Belichtungseinrichtung (10) und der Detektionseinrichtung (16), wenn eine Maske (12) ohne Hardpellicle (17) vermessen wird, wobei die Kompensationseinrichtung (14) ein Material, vorzugsweise Fluor-dotiertes Quarzglas, aufweist, aus welchem Hardpellicle gebildet sind.

Description

Aus der EP 0 628 806 A2 ist eine Vorrichtung zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer bekannt mit: einer Belichtungseinrichtung zum Erzeugen einer Strahlung mit einer vorbestimmten Wellenlänge; einer Maske in einem ersten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung zum strukturierten Belichten eines Wafers; einer Detektionseinrichtung zum Erfassen der Belichtungsintensität in einem zweiten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung; und einer Strahlengang-Kompensationseinrichtung zwischen der Belichtungseinrichtung und der Detektionseinrichtung zum Beeinflussen des Strahlenganges.

Die EP 0 628 806 A2 und die US 6 268 093 B1 beschreibt allgemein Vorrichtungen zur Untersuchung von Masken für die Belichtung auf einem Wafer, die auf der Auswertung eines Zwischenbildes basieren.

Die US 2001/18 153 A1 und die US 6 552 776 B1 enthalten Beispiele für die Verwendung von strahlbeeinflussenden Kompensationseinrichtungen in mikrolithographischen Vorrichtungen.

Eine Einrichtung zur Erfassung des Aerial Images, d.h. dem Luftbild der Belichtungsintensität z.B. auf einem Silizium-Wafer, einer Maske mit oder ohne Hardpellicle, kommt zur Masken-Evaluierung zum Einsatz. Eine solche Einrichtung dient der Entscheidungsfindung, ob identifizierte Defekte auf einer überprüften Maske Fehler auf einem zu belichtenden Silizium-Wafer erzeugen oder nicht. Mit einer AIMS-Einrichtung sollen die Belichtungsverhältnisse wie das entsprechende Bild beim Belichten eines Wafers mit einer entsprechenden Maske vermessen und damit simuliert werden. Hardpellicles, welche auf einer Maske zum Einsatz kommen, müssen aufgrund ihrer hohen Dicke von etwa 0,8 mm als beeinflussendes optisches Element im Strahlengang miteinbezogen werden.

In heutigen Systemen werden Masken mit einem Softpellicle eingesetzt, wobei ein Softpellicle keinen Einfluß auf den Strahlengang verursacht. Eine AIMS-Einrichtung, in welcher Masken mit Softpellicle auf ihre Güte hin untersucht werden, muß das Pellicle nicht mit in die Betrachtungen einfließen lassen. Setzt man eine Belichtungsquelle mit 157 nm-Technologie ein, ist ein Hardpellicle erforderlich, um der Strahlungsbelastung bei gleichbleibenden Transmissionseigenschaften stand zu halten. Ein Hardpellicle führt als zusätzliche Glasplatte im Strahlengang jedoch zu Abbildungsfehlern bzw. Aberrationen der Linse.

Bisher sind in einer AIMS-Einrichtung zwei unterschiedliche Abbildungslinsen vorgesehen, deren Abbildungseigenschaften für die jeweilige Maske, d.h. mit oder ohne Hardpellicle, optimiert sind. Eine schnelle Überprüfung der optischen Abbildungseigeschaften einer Maske, d.h. das entsprechende Luftbild der Maske, ohne Pellicle unter realen Bedingungen in einem Stepper, d.h. als wäre ein Hardpellicle vorhanden, ist mit einer bekannten AIMS-Einrichtung nicht möglich. Dabei müsste zunächst ein Pellicle auf die Maske montiert werden, welches bei einem auftretenden Defekt der Maske für eine entsprechende Reparatur der Maske demontiert werden müsste und für die anschließende Überprüfung der reparierten Maske wiederum zu montieren wäre. Dies bedeutet einen zusätzlichen Zeitaufwand. Es ist dennoch erforderlich, die Masken sowohl mit als auch ohne Hardpellicle untersuchen zu können.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer bereitzustellen, mit welcher Masken mit und ohne darauf montierten Hardpellicle geprüft werden können, wobei die Masken ohne montiertes Hardpellicle unter den gleichen Belichtungsbedingungen wie in einem Stepper, d.h. mit Hardpellicle, kontrolliert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht im wesentlichen darin, in einer AIMS-Einrichtung, d.h. einer Vorrichtung zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer, eine einschwenkbare Kompensationseinrichtung aus einem entsprechenden Material, wie ein Hardpellicle, vorzusehen, welche ein Hardpellicle simuliert.

Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, Masken ohne Hardpellicle zu vermessen, als wären sie quasi mit einem Hardpellicle versehen. Die Verifizierung von Reparaturstellen einer Maske kann somit unter Bedingungen erfolgen wie mit einem Hardpellicle auf der Maske, obwohl kein Hardpellicle auf der Maske zum Einsatz kommt. Wiederholte Verifizierungen sind somit in kurzer Zeit möglich. Daraus resultiert eine deutliche Zeitersparnis, da ohne große Verzögerung eine optische Abbildung mit einem Pellicle möglich wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Anzahl der benötigten Hardpellicles speziell in der Entwicklungsphase einer Maske deutlich zu reduzieren, welches in einer Kostenreduktion resultiert, da die Hardpellicle für die 157 nm-Technologie sehr kostenaufwendig sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit in einer AIMS-Einrichtung eine aus einem Hardpellicle-Material bestehende Dummy-Platte zwischen eine Maske und eine Erfassungseinrichtung, und insbesondere zwischen eine Maske und eine Abbildungsoptik, einschwenkbar, so daß Messungen an Masken, welche noch kein Pellicle tragen, derart vermessen werden können, als ob sie mit einem Pellicle versehen sind.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Kompensationseinrichtung eine Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise 0,8 mm, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Strahlung der Belichtungseinrichtung eine Wellenlänge von weniger als 200 nm, vorzugsweise weniger als 160 nm, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Kompensationseinrichtung in einer Halterung befestigt, welche in ihrer Lage, d.h. im Abstand in Belichtungsrichtung und/oder im Winkel zur Belichtungsrichtung und/oder zur Maske, präzise bestimmbar und unabhängig von der Maske einstellbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Halterung der Kompensationseinrichtung eine Einrichtung zur Generierung vorbestimmter mechanischer Spannungen in der Kompensationseinrichtung auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Kompensationseinrichtung zwischen der Detektionseinrichtung und der Maske angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die Belichtungseinrichtung eine Lichtquelle, vorzugsweise einen Laser, auf.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird eine Abbildungsoptik mit zumindest einer Linse zum Generieren eines vorbestimmten Strahlengangs zwischen der Maske und der Detektionseinrichtung vorgesehen, wobei die Abbildungsoptik für eine Maske mit Hardpellicle optimiert ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist als Detektionseinrichtung eine CCD-Kamera vorgesehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer AIMS-Einrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit eingeschwenkter Kompensationseinrichtung; und
2 eine schematische Seitenansicht einer AIMS-Einrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit nicht eingeschwenkter Kompensationseinrichtung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer AIMS-Einrichtung zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer zur Erläuterung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Belichtungseinrichtung 10, vorzugsweise ein Laser, gibt eine Strahlung 11 mit einer vorbestimmten Wellenlänge, vorzugsweise kleiner als 160 nm, senkrecht zur Oberfläche einer Maske 12 ab. Die Maske 12 dient in einem Halbleiter-Herstellungsprozeß einer strukturierten Belichtung einer Wafer-Oberfläche (in 1 nicht dargestellt). Die Maske 12 gemäß 1 ist ohne montiertes Hardpellicle vorgesehen.
Im Strahlengang 13 der, vorzugsweise monochromatischen, Strahlung 11 der Belichtungseinrichtung 10 ist eine Kompensationseinrichtung 14 vorgesehen. Die in horizontaler Richtung einschwenkbare Kompensationseinrichtung 14 besteht vorzugsweise aus einem Material, welches einem Hardpellicle entspricht, z.B. Fluor-dotiertes Quarzglas. Die Dicke der Kompensationseinrichtung 14 beträgt weniger als 1 mm und insbesondere 0,8 mm. Die Kompensationseinrichtung 14 ist in einer Halterung (nicht dargestellt) gefaßt, mit deren Hilfe der Abstand der Kompensationseinrichtung 14 zur Maske und darüber hinaus die Winkellage zur Belichtungseinrichtung 10, im wesentlichen senkrecht zur Maske 12, vorbestimmt einstellbar und bestimmbar ist. Mit Hilfe der Kompensationseinrichtung 14, welche gemäß 1 in den Strahlengang 13 eingeschwenkt ist, wird der Einfluß eines Hardpellicles auf den Strahlengang 13 simuliert bzw. nachempfunden.
Über eine nachfolgende Abbildungsoptik 15 mit zumindest einer Linse, welche optimiert ist auf Masken mit Hardpellicle, wird der Strahlengang 13 fokussiert und mit einer Detektionseinrichtung 16 in einem vorbestimmten Abstand zur Maske 12 erfaßt. Die Detektionseinrichtung 16 ist vorzugsweise eine CCD-Kamera (charged coupled device). Zur Überprüfung der Maske 12 wird diese mit einer vorbestimmten, möglichst feinen Rasterung relativ zur Belichtungseinrichtung 10 der Kompensationseinrichtung 14, der Abbildungsoptik 15 und der Detektionseinrichtung 16 bewegt. Die gemäß 1 nicht dargestellte Halterung der Kompensationseinrichtung 14 verfügt außerdem über eine Einrichtung zur Generierung einer vorbestimmten mechani schen Spannung in der Kompensationseinrichtung 14 zur Modifikation des Strahlengangs 13.
In der Ausführungsform gemäß 2 ist im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß 1 eine Maske 12 mit darauf montiertem Hardpellicle 17 dargestellt. Kommt eine solche Maske 12 mit Hardpellicle 17 zur Prüfung bzw. Kontrolle, so wird die Kompensationseinrichtung 14 aus dem Strahlengang 13 geschwenkt, so daß keine Strahlung 11 der Belichtungseinrichtung 10 durch die Maske, das Pellicle und die Kompensationseinrichtung 14 verläuft, bevor über die Abbildungsoptik 15 in der Detektionseinrichtung 16 mögliche Fehlstellen der Maske identifiziert werden. Durch diese bewegbare Kompensationseinrichtung 14, vorzugsweise eine Glasplatte, lassen sich mit der gleichen Abbildungsoptik 15 sowohl Masken 12 mit Hardpellicle 17 gemäß 2 als auch Masken 12 ohne Hardpellicle gemäß 1 schnell und effizient auf Fehler untersuchen.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. So ist auch eine Vorrichtung zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer bzw. eine AIMS-Vorrichtung angedacht, welche als Abbildungsoptik 15 zwei Linsen aufweist, welche in einem Revolver integriert sind und entweder die eine oder die andere in den Strahlengang 13 eingeschwenkt wird. Ein weiterer Revolver, welcher unabhängig vom erstgenannten Revolver bewegt werden kann, weist vorzugsweise jeweils eine Öffnung mit und eine Öffnung ohne einer Kompensationseinrichtung bzw. Glasplatte (modifiziertes Quarzglas, optimiert auf Licht der Wellenlänge 157 nm) auf, welche sich im Strahlengang 13 zwischen Abbildungsoptik 15 und Maske 12 befindet.
Außerdem kann die Halterung, in welcher sich die Kompensationseinrichtung 14 befindet, unabhängig von der Maske 12 in vertikaler Richtung, d.h. in Richtung der z-Achse nach DIN 70000, und bezüglich der Winkel zur Maske 12 bzw. zur Belichtungsrichtung 10 der Strahlung 11 eingestellt werden. Darüber hinaus ist die Kompensationseinrichtung 14 vorzugsweise derart in einen Rahmen gespannt, daß durch gezielte Manipulation vorbestimmte mechanische Spannungszustände bzw. Streßzustände der Kompensationseinrichtung 14 justiert werden können.

10: Belichtungseinrichtung, vorzugsweise Laser
11: Strahlung, vorzugsweise monochromatisches Licht
12: Maske
13: Strahlengang
14: Kompensationseinrichtung, vorzugsweise dot. Quarzglas
15: Abbildungsoptik mit zumindest einer Linse
16: Detektionseinrichtung, vorzugsweise CCD-Kamera
17: Hardpellicle

Claims

Verfahren zur Vermessung einer Belichtungsintensität auf einem Wafer mit den Schritten: (a) Erzeugen einer Strahlung (11) mit einer vorbestimmten Wellenlänge mittels einer Belichtungseinrichtung (10); (b) strukturiertes Belichten einer Detektionseinrichtung (16) anstelle eines Wafers mittels einer Maske (12) in einem ersten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung (10); (c) Erfassen der Belichtungsintensität mittels der Detektionseinrichtung (16) in einem zweiten vorbestimmten Abstand zur Belichtungseinrichtung (10); und (d) Beeinflussen des Strahlengangs (13) mittels einer in den Strahlengang (13) be wegbaren Kompensationseinrichtung (14) zwischen der Belichtungseinrichtung (10) und der Detektionseinrichtung (16), wenn eine Maske (12) ohne Hardpellicle (17) vermessen wird, wobei die Kompensationseinrichtung (14) ein Material, vorzugsweise Fluor-dotiertes Quarzglas, aufweist, aus welchem Hardpellicle gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung (14) eine Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise 0,8 mm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung der Belichtungseinrichtung (10) eine Wellenlänge von weniger als 200 nm, vorzugsweise weniger als 160 nm, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Kompensationseinrichtung (14) in einer beweglichen Halterung befestigt wird, welche in ihrer Lage, d.h. im Abstand in Belichtungsrichtung und/oder im Winkel zur Belichtungsrichtung und/oder zur Maske (12) präzise bestimmbar und unabhängig von der Maske (12) einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung der bewegbaren Kompensationseinrichtung (14) eine Einrichtung zur Generierung vorbestimmter mechanischer Spannungen in der bewegbaren Kompensationseinrichtung (14) aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegbare Kompensationseinrichtung (14) zwischen der Detektionseinrichtung (16) und der Maske (12) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belichtungseinrichtung (10) eine Lichtquelle, vorzugsweise einen Laser, aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abbildungsoptik (15) mit zumindest einer Linse zum Generieren eines vorbestimmten Strahlengangs (13) zwischen der Maske (12) und der Detektionseinrichtung (16) vorgesehen wird, wobei die Abbildungsoptik (15) für eine Maske (12) mit Hardpellicle optimiert ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (16) eine CCD-Kamera aufweist.