DE10351972B4

DE10351972B4 - Method for determining the optical influence of a mask layer of a lithographic mask

Info

Publication number: DE10351972B4
Application number: DE10351972A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. Kunkel
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2023-11-08
Also published as: DE10351972A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen des optischen Einflusses einer phasenschiebenden, elektromagnetische Strahlung teilweise absorbierenden Maskenschicht (5) einer lithographischen Maske (10),
– bei dem mit Hilfe einer Maske (10) mit ersten Maskenbereichen (1), in denen die Maskenschicht (5) ausgespart ist, und mit zweiten Maskenbereichen (3), in denen die Maskenschicht (5) vorhanden ist, ein Substrat (20) belichtet wird und Teststrukturen (11, 12) des Substrats (20) hergestellt werden,
– wobei erste Teststrukturen (11) gebildet werden, die durch jeweils einen der ersten Maskenbereiche (1) belichtet werden, und wobei zweite Teststrukturen (12) gebildet werden, deren Positionen durch einen zweiten Maskenbereich (2) abgeschattet sind und die durch konstruktive Interferenz elektromagnetischer Strahlung (16), die die Maskenschicht (5) passiert, entstehen,
– wobei geometrische Abmessungen (d1, d2) der ersten Teststrukturen (11) und der zweiten Teststrukturen (12) gemessen werden und durch einen Vergleich der geometrischen Abmessungen die Phasenverschiebung (P) und/oder die Absorption (A) der Maskenschicht (5) bestimmt wird.Method for determining the optical influence of a phase-shifting electromagnetic radiation partially absorbing mask layer (5) of a lithographic mask (10),
In which a substrate (20) is provided by means of a mask (10) with first mask regions (1) in which the mask layer (5) is recessed, and with second mask regions (3) in which the mask layer (5) is present. is exposed and test structures (11, 12) of the substrate (20) are produced,
- Wherein first test structures (11) are formed, which are exposed by a respective one of the first mask areas (1), and wherein second test structures (12) are formed whose positions are shadowed by a second mask area (2) and by constructive interference electromagnetic Radiation (16) that passes through the mask layer (5),
- Geometric dimensions (d1, d2) of the first test structures (11) and the second test structures (12) are measured and determined by a comparison of the geometric dimensions, the phase shift (P) and / or the absorption (A) of the mask layer (5) becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des optischen Einflusses einer phasenschiebenden, elektromagnetischen Strahlung teilweise absorbierenden Maskenschicht einer lithographischen Maske. Solche Masken werden in der Halbleiterfertigung eingesetzt, um Schichten integrierter Halbleiterschaltungen in lateraler Richtung, d.h. parallel zur Substratoberfläche, zu strukturieren und Bauelemente oder Leiterbahnen zu dimensionieren. Eine Maske (Reticle) besitzt dazu eine vorstrukturierte Maskenschicht, die in vergrößertem Maßstab die lithographisch herzustellende Schichtstruktur der obersten Schicht des Halbleitersubstrats enthält. Die Maskenschicht des Substrats besitzt Öffnungen, in denen die zum Belichten verwendete UV-Strahlung lediglich das Maskensubstrat um gegebenenfalls weitere Schichten, jedoch nicht die Maskenschicht passiert. In den übrigen Bereichen der Maske wird auftreffende UV-Strahlung ganz oder teilweise absorbiert.The The invention relates to a method for determining the optical influence a phase-shifting, electromagnetic radiation partially absorbing mask layer of a lithographic mask. Such Masks are used in semiconductor manufacturing to form layers semiconductor integrated circuits in the lateral direction, i. parallel to the substrate surface, to structure and to dimension components or tracks. A Mask (reticle) has a pre-structured mask layer, the lithographically on an enlarged scale Layer structure to be produced of the uppermost layer of the semiconductor substrate contains. The mask layer of the substrate has openings in which the to Exposure UV radiation used only the mask substrate optionally further layers, but not the mask layer happens. In the rest Regions of the mask will whip up UV radiation in whole or in part absorbed.

Insbesondere bei Phasenmasken, die eine Maskenschicht besitzen, welche Strahlung zumindest teilweise durchläßt, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 180° relativ zur Phase derjenigen Strahlung, die die Maske in Bereichen der Maskenschichtöffnungen passiert, werden für die Maskenschicht Materialien eingesetzt, die die Strahlung zur Hälfte oder zu einem noch höheren Prozentsatz absorbieren. Diese sogenannten Halbtonphasenmasken besitzen beispielsweise eine strukturierte Maskenschicht mit einem Transmissionsgrad von 6 %, d.h. einem Absorptionsgrad von 94 %, und einer Phasenverschiebung von 180°. Mit Hilfe solcher teiltransparenter, phasenschiebender Schichten lassen sich Maskenbereiche ausbilden, die zur lithographischen Strukturierung von Strukturen des Substrats führen, die kleinere laterale Abmessungen besitzen als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Ferner lassen sich mit solchen Halbtonphasenmasken, wie beispielsweise in EP 1 288 716 A1 offenbart, außer direkt belichteten Bereichen zusätzliche, weitere Strukturen erzeugen, was einer räumlichen Frequenzverdopplung bzw. Periodenhalbierung entspricht und daher die Integrationsdichte von Halbleiterprodukten erhöht.In particular, in phase masks having a mask layer which at least partially transmits radiation, but with a phase shift of 180 ° relative to the phase of radiation passing through the mask in areas of the mask layer openings, materials are used for the mask layer that occupy half or one of the radiation absorb to an even higher percentage. These so-called halftone phase masks have, for example, a structured mask layer with a transmittance of 6%, ie an absorbance of 94%, and a phase shift of 180 °. With the aid of such partially transparent, phase-shifting layers, mask areas can be formed which lead to the lithographic patterning of structures of the substrate which have smaller lateral dimensions than the wavelength of the light used. Furthermore, with such halftone phase masks, such as in EP 1 288 716 A1 discloses generating additional structures other than directly exposed areas, which corresponds to spatial frequency doubling and therefore increases the integration density of semiconductor products.

Aus DE 102 60 689 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem durch phasenverschobene Transmission durch eine lithographische Maske erste und zweite Teststrukturen in einer Lackschicht erzeugt werden und mithilfe eines Größenvergleichs der Teststrukturen zueinander eine optimale Fokuslage bestimmt wird.Out DE 102 60 689 A1 a method is known in which by phase-shifted transmission through a lithographic mask first and second test structures are produced in a lacquer layer and by means of a size comparison of the test structures to each other an optimal focus position is determined.

Aus US 6,004,706 A ist ein Verfahren bekannt, mit dem durch einen Größenvergleich zwischen ersten und komplentären zweiten, jeweils lithographisch erzeugten Teststrukturen eine optimale Belichtungsdosis bestimmt wird.Out US 6,004,706 A a method is known with which an optimal exposure dose is determined by a size comparison between first and complementary second, each lithographically generated test structures.

Die Qualität und die Funktionsfähigkeit integrierter Halbleiterschaltungen hängt von der Beschaffenheit der lithographischen Maske ab. Hierbei gilt das Augenmerk herkömmlich der Genauigkeit der seitlichen Strukturabmessungen der Maskenschicht, d.h. der Lagegenauigkeit und Maßgenauigkeit von Maskenfenstern bzw. Maskenöffnungen, deren Begrenzungen bei der lithographischen Belichtung auf die jeweils oberste Schicht des Substrats übertragen werden.The quality and the functionality Semiconductor integrated circuits depends on the nature the lithographic mask. Here, the focus is traditionally the Accuracy of the lateral structure dimensions of the mask layer, i. the positional accuracy and dimensional accuracy of mask windows or mask openings, their limitations in the lithographic exposure to the respective top layer of the substrate are transferred.

Weitere Einflußgrößen sind die Materialbeschaffenheit und die optischen Auswirkungen des Schichtmaterials der Maskenschicht selbst. Diese werden bei Herstellung des Schichtenmaterials soweit kontrolliert, daß vorgegebene Sollwerte, gegebenenfalls in festgelegten, eng begrenzten Toleranzbereichen, eingehalten werden. Ein experimenteller Test der Einhaltung dieser Werte im Rahmen der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen mit Hilfe einer Maske, die eine Maskenschicht aus dem Schichtmaterial besitzt, sind jedoch nicht bekannt.Further Are influencing factors the material properties and the optical effects of the coating material the mask layer itself. These are used in the production of the layer material as far as controlled, that given Setpoints, where appropriate in defined, narrow tolerance ranges, be respected. An experimental test of compliance with this Values in the context of the production of semiconductor integrated circuits with the help of a mask, which is a mask layer of the layer material but are not known.

Insbesondere für eine experimentelle Überprüfung der maßgeblichen optischen Auswirkungen der Maskenschicht, nämlich dem Grad der Absorption bzw. Transmission oder Reflexion der Maskenschicht sowie der durch sie bewirkten Phasenverschiebung sind keine Verfahren bekannt. Ein gezieltes Verändern oder Beeinflussen der lithographisch hergestellten Strukturen durch eine Justierung oder Korrektur beispielsweise der Maskenschichtdicke oder der Zusammensetzung des Maskenschichtmaterials findet daher nicht statt.Especially for one experimental verification of authoritative optical effects of the mask layer, namely the degree of absorption or transmission or reflection of the mask layer and by they caused phase shift, no methods are known. One purposeful change or influencing the lithographically produced structures an adjustment or correction, for example, the mask layer thickness or the composition of the masking layer material therefore does not find instead of.

Es wäre wünschenswert, die Absorption und/oder die Phasenverschiebung einer strukturierten Maskenschicht auf einer litho graphischen Maske experimentell im Rahmen der Belichtung von Halbleiterprodukten zu bestimmen. Eine Bestimmung der Phasenverschiebung, die durch die Maskenschicht bewirkt wird, sowie der Absorption bzw. Transmission soll insbesondere ohne erheblichen Zusatzaufwand in der Produktion, insbesondere kurz vor dem Belichten einer Vielzahl von Halbleiterprodukten ermöglicht werden.It would be desirable the absorption and / or the phase shift of a structured Mask layer on a litho graphic mask experimentally in Frame of exposure of semiconductor products. A Determining the phase shift caused by the mask layer is, as well as the absorption or transmission should in particular without considerable additional effort in production, especially shortly before the exposure of a variety of semiconductor products.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst,

– bei dem mit Hilfe einer Maske mit ersten Maskenbereichen, in denen die Maskenschicht ausgespart ist, und mit zweiten Maskenbereichen, in denen die Maskenschicht vorhanden ist, ein Substrat belichtet wird und Teststrukturen des Substrats hergestellt werden,
– wobei erste Teststrukturen gebildet werden, die durch jeweils einen der ersten Maskenbereiche belichtet werden, und wobei zweite Teststrukturen gebildet werden, deren Positionen jeweils durch einen zweiten Maskenbereich abgeschattet sind und die durch konstruktive Interferenz elektromagnetischer Strahlung, die die Maskenschicht passiert, entstehen,
– wobei geometrische Abmessungen der ersten Teststrukturen und der zweiten Teststrukturen gemessen werden und durch einen Vergleich der geometrischen Abmessungen die Phasenverschiebung und/oder die Absorption der Maskenschicht bestimmt wird.

This object is achieved by a method according to claim 1,

In which a sub with a mask with first mask areas in which the mask layer is recessed, and with second mask areas in which the mask layer is present strat is exposed and test structures of the substrate are produced,
Wherein first test structures are formed, which are exposed by a respective one of the first mask areas, and wherein second test structures are formed, whose positions are each shadowed by a second mask area and which are caused by constructive interference of electromagnetic radiation that passes through the mask layer,
- Geometric dimensions of the first test structures and the second test structures are measured and is determined by a comparison of the geometric dimensions of the phase shift and / or the absorption of the mask layer.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe einer Maske, von deren Maskenschicht die Phasenverschiebung und die Absorption bzw. die Transmission in der Regel nur ungefähr bekannt sind, ein Substrat belichtet, wodurch in einer Lackschicht oder einer obersten Schicht des Substrats Teststrukturen einbelichtet werden. Danach wird die Lackschicht oder die oberste Schicht des Substrats entwickelt und geätzt, so daß die Teststrukturen in Form von Gräben in zumindest der Lackschicht bzw. der obersten Schicht ausgebildet sind. Von dort können die Teststrukturen auch auf eine tiefergelegene Schicht oder auf das Substrat übertragen werden, etwa bei der Herstellung von Deep Trenches, die typischerweise für Speicherkondensatoren eingesetzt werden.According to the invention with Help of a mask, from whose mask layer the phase shift and the absorption or the transmission usually only approximately known are exposed to a substrate, resulting in a lacquer layer or a top layer of the substrate test structures are imprinted. Thereafter, the lacquer layer or the uppermost layer of the substrate developed and etched, So that the Test structures in the form of trenches formed in at least the lacquer layer or the uppermost layer are. From there you can the test structures also on a lower layer or on transfer the substrate be, for example, in the production of deep trenches, which typically for storage capacitors be used.

Erfindungsgemäß werden zwei Gruppen von Teststrukturen gleichzeitig einbelichtet, nämlich erstens solche Teststrukturen, die durch unmittelbare Belichtung durch Öffnungen der Maskenschicht entstehen. Die zu ihrer Erzeugung führende UV-Strahlung durchquert daher nur das Maskensubstrat, nicht aber das Material der Maskenschicht auf dem Maskensubstrat. Zweitens werden auf dem Substrat zweite Teststrukturen gebildet, die nicht durch unmittelbare Belichtung durch eine der Maskenschichtöffnungen der Maske entstehen, sondern durch Beugung als zusätzliche Strukturen ausgebildet werden, denen in der Maskenschicht keine ihnen entsprechenden Maskenöffnungen zugeordnet sind. Während die ersten, direkt belichteten Teststrukturen jeweils einer Maskenöffnung zugeordnet sind, entsprechen die Positionen der zweiten Teststrukturen in der Regel dem Mittelpunkt eines Bereichs der Maskenschicht symmetrisch zwischen angrenzenden Maskenschichtöffnungen.According to the invention imprinted two groups of test structures simultaneously, firstly such test structures by direct exposure through openings the mask layer arise. The leading to their generation UV radiation Therefore, only the mask substrate passes through, but not the material the mask layer on the mask substrate. Second, be on the Substrate formed second test structures, not by immediate Exposure caused by one of the mask layer openings of the mask, but by diffraction as additional Structures are formed, which in the mask layer no corresponding mask openings assigned. While the first, directly exposed test structures each associated with a mask opening are, the positions of the second test structures usually correspond the center of a region of the mask layer symmetrically between adjacent mask layer openings.

Die Herstellung zusätzlicher Strukturen, deren Lage solchen Bereichen entspricht, in denen die Maske aufgrund der vorhandenen Maskenschicht zumindest teilweise verdunkelt ist, wird ermöglicht durch Interferenz gebeugter Strahlung, insbesondere durch Interferenz der durch die Maskenöffnungen austretenden Strahlung mit abgeschwächter, phasenverschoben die Maskenschicht passierender elektromagnetischer Strahlung. Dabei führt die Überlagerung des seitlich gebeugten Strahls aus einem Maskenfenster mit einem Strahl geschwächter Intensität aufgrund der Phasenverschiebung dieses Strahls zu einer konstruktiven Interferenz in einem Flächenbereich, der durch die Maskenschicht abgeschattet ist.The Production of additional Structures whose location corresponds to those areas where the mask due to the existing mask layer at least partially darkened is made possible by Interference of diffracted radiation, in particular due to interference the exiting through the mask openings Radiation with weakened, phase shifted the mask layer passing electromagnetic Radiation. It leads the overlay of the laterally diffracted beam from a mask window with a Beam weakened intensity due to the phase shift of this beam to a constructive Interference in a surface area, which is shadowed by the mask layer.

Auf diese Weise lassen sich zusätzliche zweite Teststrukturen auf dem Substrat herstellen. Bei richtiger Wahl der Dimensio nen der Maskenöffnungen und ihres Abstandes voneinander können die zweiten Strukturen mit gleicher Geometrie in dem Substrat gefertigt werden wie die ersten Teststrukturen.On this way can be additional second Make test structures on the substrate. With correct choice of Dimensions of the mask openings and their distance from each other, the second structures be made with the same geometry in the substrate as the first test structures.

Erfindungsgemäß werden Abweichungen zusätzlicher zweiter Strukturen gegenüber den Abmessungen der direkt belichteten ersten Strukturen zu einer Bestimmung der optischen Einflüsse der Maskenschicht ausgewertet und die ersten und zweiten Strukturen daher als Teststrukturen verwendet, deren Abmessungen miteinander oder mit Simulationsrechnungen verglichen werden können. Auf diese Weise wird dem Fachmann erstmals ein Verfahren an die Hand gegeben, um den Phasenschub und den Absorptionsgrad einer phasenschiebenden Halbton-Maskenschicht experimentell zu bestimmen.According to the invention Deviations additional second structures opposite The dimensions of the directly exposed first structures to a Determination of the optical influences the mask layer evaluated and the first and second structures therefore used as test structures whose dimensions are related to each other or can be compared with simulation calculations. On In this way, the person skilled in the art will first be provided with a method given to the phase shift and the absorption of a phase-shifting Halftone mask layer to determine experimentally.

Die Art und Weise der Abhängigkeit bzw. der mathematischen Verknüpfung zwischen den seitlichen Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen von dem Absorptionsgrad und der Phasenverschiebung der Maskenschicht sind äußerst komplex; sie hängen ferner von den physikalischen Eigenschaften und der Materialzusammensetzung der belichteten Lackschicht auf dem Substrat ab. Für solche Simulationsrechnungen existieren aufwendige Softwareprogramme. Ihr Einsatz wird bei der konkreten Berechnung der Teststrukturabmessungen oder umgekehrt der Phasenverschiebung und des Transmissionsgrades eingesetzt werden. Mit Hilfe zweier Gruppen von Teststrukturen, von denen die zweiten durch Interferenz von oder mit Strahlung entstehen, die die Maskenschicht passiert. Die ersten Teststrukturen werden hingegen durch direktes Belichten durch die ersten Maskenbereiche, nämlich die Maskenöffnungen oder Maskenfenster belichtet.The Way of dependence or the mathematical link between the lateral dimensions of the first and second test structures the degree of absorption and the phase shift of the mask layer are extremely complex; they hang Furthermore, from the physical properties and the material composition of exposed lacquer layer on the substrate. For such simulation calculations Extensive software programs exist. Your use will be at the concrete calculation of test structure dimensions or vice versa the phase shift and the transmittance are used. With the help of two groups of test structures, of which the second due to interference from or with radiation, which form the mask layer happens. The first test structures are, however, by direct Exposure through the first mask areas, namely the mask openings or mask window exposed.

Erfindungsgemäß werden Abweichungen der Geometrie der zweiten Teststrukturen von derjenigen der ersten Teststrukturen erstmals systematisch ausgewertet, um die optischen Einflüsse der Maskenschicht zu bestimmen. Herkömmlich wurden zur Angleichung der Abmessungen der zweiten Teststrukturen an diejeni gen der ersten Teststrukturen lediglich die Maskenöffnungen verändert, um beispielsweise unterschiedlich große Grabendurchmesser einander anzugleichen. Eine Überprüfung der herstellerseitig angegebenen Materialeigenschaften des Schichtmaterials für Maskenschichten erfolgte bislang nicht und war zudem nicht ohne zusätzlichen experimentellen Aufwand und damit verbunden Kosten möglich. Dies ändert sich durch das erfindungsgemäß bereitgestellte Verfahren.According to the invention, deviations of the geometry of the second test structures from those of the first test structures are systematically evaluated for the first time in order to determine the optical influences of the mask layer. Conventionally, to adjust the dimensions of the second test structures to those of the first test structures, only the mask openings have been changed, for example, diameters of different sizes to match each other. A review of the manufacturer specified material properties of the layer material for mask layers was not yet and was also not possible without additional experimental effort and associated costs. This is changed by the method provided according to the invention.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß laterale Abmessungen der ersten und der zweiten Teststrukturen gemessen und miteinander verglichen werden. Die Vermessung der Teststrukturen in lateraler Richtung parallel zur Substratoberfläche ist einfacher als eine Tiefenbestimmung und kann mit Hilfe üblicher Prüfkontrollen bei der Fertigung integrierter Halbleiterschaltungen erfolgen. Dabei ist vorgesehen, daß Abmessungen der ersten Teststrukturen mit denjenigen der zweiten Teststrukturen verglichen werden, um aus dem unmittelbaren Vergleich bzw. aus der Abweichung der Strukturabmessungen der zweiten, nur indirekt belichteten Teststrukturen Rückschlüsse auf Phasenverschiebung und Transmission der Maskenschicht zu gewinnen.Preferably is provided that lateral dimensions the first and the second test structures measured and with each other be compared. The measurement of the test structures in lateral Direction parallel to the substrate surface is easier than one Depth determination and can with the help of usual inspection checks during production integrated semiconductor circuits take place. It is intended that dimensions the first test structures with those of the second test structures compared to the immediate comparison or from the deviation the structural dimensions of the second, only indirectly exposed test structures Conclusions on Phase shift and transmission of the mask layer to win.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die ersten und zweiten Teststrukturen Gräben sind, deren Durchmesser gemessen werden. Die Gräben sind vorzugsweise Deep Trenches, d.h. tiefe Gräben, die typischerweise zur Herstellung von Grabenkondensatoren hergestellt werden. Diese Strukturen werden in vielen Halbleiterschaltungen ohnehin benötigt; und können kurz vor Beginn einer Massenproduktion testweise hergestellt werden, um die Qualität einer Maske und die Zuverlässigkeit der Herstellerangaben zum Maskenschichtmaterial zu überprüfen.Preferably is provided that the first and second test structures are trenches whose diameter be measured. The trenches are preferably deep trenches, i. deep trenches that are typical for Production of trench capacitors are produced. These structures are needed in many semiconductor circuits anyway; and can be short be produced as a trial before mass production begins, for the quality a mask and the reliability check the manufacturer's instructions for the masking layer material.

Alternativ ist vorgesehen, daß die ersten und zweiten Teststrukturen längliche Stege oder Gräben sind, deren Breite gemessen wird.alternative is provided that the first and second test structures are elongate webs or trenches, whose width is measured.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß für vorgegebene Werte der Phasenverschiebung und der Absorption Werte für die Abmessungen erster und zweiter Teststrukturen errechnet werden und daß experimentell gemessene Werte der Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen des Substrats mit den errechneten Werten verglichen werden. Hierbei wird eine Simulationsrechnung zusätzlich zur experimentellen Testbelichtung vorgenommen, um zu überprüfen, ob – bei Annahme vorgegebener mathematischer Werte für Transmissionsgrad und Phasenverschiebung – die Einhaltung dieser vorgegebenen Parameter zu überprüfen. Weichen die Grabendurchmesser oder sonstigen Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen von den durch Simulation errechneten Werten der Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen ab, so sind der Transmissions- bzw. Absorptionsgrad und die Phasenverschiebung der Maskenschicht größer oder kleiner als angegeben. Der Abweichung kann durch eine Dünnung oder erneute Herstellung der Maskenschicht begegnet werden, bevor die Massenproduktion beginnt. Zusätzliche Kosten entstehen dabei kaum.Preferably is provided that for given Values of phase shift and absorption values for the dimensions first and second test structures are calculated and that experimentally measured values of the dimensions of the first and second test structures of the substrate are compared with the calculated values. This is a simulation calculation in addition for experimental test exposure to check if - if accepted given mathematical values for transmittance and phase shift - compliance to check this preset parameter. Dodge the diameters of the trenches or other dimensions of the first and second test structures from the values of the dimensions calculated by simulation first and second test structures, the transmission or absorption coefficient and the phase shift of the mask layer bigger or smaller than stated. The deviation can be due to a thinning or re-making the mask layer to be encountered before the Mass production begins. additional Cost hardly arise.

Eine Weiterbildung sieht vor, daß mit Hilfe der Maske mehrere Belichtungen durchgeführt werden, bei denen mehrere Substrate oder Substratbereiche in unterschiedlich großem Abstand von der Maske mit Hilfe dieser Maske belichtet werden, um jeweils erste und zweite Teststrukturen mit variierenden Abmessungen zu erzeugen. Hierbei wird erfindungsgemäß eine Dejustierung der Substratposition relativ zur Fokusebene vorgenommen. Diese absichtliche Defokussierung wird absichtlich erzeugt, um die Auswirkungen der Interferenz mit oder zwischen den Strahlen, die die Maskenschicht passiert haben, bei der Einbelichtung der zweiten, zusätzlich erzeugten Teststrukturen zu untersuchen. Dabei können in Abhängigkeit von dem variierenden Abstand entweder unterschiedliche Substratbereiche ein und desselben Substrats belichtet werden oder alternativ verschiedene Substrate verwendet werden. Mit dem Abstand zwischen einem Substrat und der Maske ist nicht notwendigerweise ihr räumlicher Abstand im Sinne der kürzestmöglichen Verbindungs linie gemeint, sondern der Weg entlang des optischen Strahlengangs bzw, einer optischen Achse von der Maske zum Substrat. Gemäß der Weiterbildung der Erfindung wird beobachtet, wie sich Querschnitt und Form der ersten und zweiten Teststrukturen, beispielsweise von ersten und zweiten Gräben, in Abhängigkeit von diesem Abstand verändern. Diese Veränderungen hängen von der Transmission und der Phasenverschiebung der Maskenschicht ab, so daß diese Eigenschaften aus den gemessenen Abmessungen beider Gruppen von Strukturen ermittelt werden können.A Continuing provides that with Help the mask be performed multiple exposures, where several Substrates or substrate areas at different distances be exposed by the mask with the help of this mask, respectively first and second test structures of varying dimensions too produce. In this case, according to the invention, a misalignment of the substrate position becomes relative made to the focal plane. This deliberate defocusing will intentionally generated to the effects of interference with or between the rays that have passed through the mask layer the imprinting of the second, additionally generated test structures to investigate. It can dependent on from the varying distance either different substrate areas one and the same substrate are exposed or alternatively different Substrates are used. With the distance between a substrate and the mask is not necessarily their spatial distance in the sense of shortest possible Connection line meant, but the path along the optical Beam path or, an optical axis from the mask to the substrate. According to the training the invention is observed how cross section and shape of the first and second test structures, for example, first and second second trenches, in dependence of change this distance. These changes hang from the transmission and the phase shift of the mask layer so that this Properties from the measured dimensions of both groups of Structures can be determined.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß aus einer Abhängigkeit der Abmessungen der ersten oder zweiten Teststrukturen von dem Abstand des Substrats von der Maske die Abweichung der Phasenverschiebung der Maskenschicht von 180° bestimmt wird. Teildurchlässige Maskenschichten von Halbtonphasenmasken bewirken eine Phasenverschiebung von idealerweise 180°, wodurch zwei Teilstrahlungen, von denen nur der eine die Maskenschicht passiert und der andere durch ein Maskenfenster durchtritt, eine destruktive Interferenz auftritt. Durch Beugung in diejenigen Bereiche hinein, in denen eigentlich eine Abschattung durch die Maskenschicht stattfindet, kann es jedoch unter einem gewissen Transmissionswinkel zu einer konstruktiven Interferenz kommen, wodurch die zweiten Teststrukturen ausgebildet werden. Werden deren Durchmesser für verschiedene Werte des Abstands zwischen Substrat und Maske aufgetragen, so läßt sich aus der gemessenen Abhängigkeit, insbesondere durch Vergleich mit theoretisch errechneten Werten, die tatsächliche Phasenverschiebung errechnen, die die eingesetzte Maskenschicht bewirkt. Bei einer gemessenen Abweichung der Phasenverschiebung von 180° müsste die Dicke der Maskenschicht korrigiert werden.It is preferably provided that the deviation of the phase shift of the mask layer from 180 ° is determined from a dependence of the dimensions of the first or second test structures on the distance of the substrate from the mask. Semi-phased mask partial transmissive mask layers cause a phase shift of ideally 180 °, whereby two partial radiations, of which only one passes through the mask layer and the other passes through a mask window, destructive interference occurs. By diffraction into those areas in which shading actually takes place through the mask layer, however, constructive interference may occur at a certain transmission angle, as a result of which the second test structures are formed. If their diameters are plotted for different values of the distance between the substrate and the mask, it is possible to calculate from the measured dependency, in particular by comparison with theoretically calculated values, the actual phase shift which is used Mask layer causes. With a measured deviation of the phase shift of 180 °, the thickness of the mask layer would have to be corrected.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß für unterschiedliche Abstände zwischen Substrat und Maske jeweils Maximalwerte der Abmessungen der ersten Teststrukturen und der Abmessungen der zweiten Teststrukturen ermittelt werden, aus denen die Absorption der Maskenschicht errechnet wird. Hierbei wird die Position des oder der belichteten Substrate relativ zur optimalen Schärfenebene variiert und erfaßt, wie groß die größtmöglichen erzielbaren lateralen Abmessungen bzw. Durchmesser jeweils der ersten und der zweiten Teststrukturen sind. Aus dem Verhältnis dieser beiden Maximaldurchmesser der ersten und zweiten Strukturen zueinander läßt sich unter Berücksichtigung komplexer mathematischer Abhängigkeiten die tatsächlich durch die Maskenschicht bewirkte Absorption berechnen. Sie ist in verwendeten Halbtonmaskenschichten beispielsweise mit 94 % angegeben entsprechend einem Transmissionsgrad von 6 %, kann jedoch tatsächlich davon abweichen. Herstellerseitige Angaben sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmals leicht überprüfbar.Preferably is provided that for different distances between substrate and mask maximum values of dimensions the first test structures and the dimensions of the second test structures are determined, from which the absorption of the mask layer is calculated becomes. In this case, the position of the exposed substrate (s) becomes relative to the optimum focus level varied and recorded, how big the maximum achievable lateral dimensions or diameter of each of the first and the second test structures. From the ratio of this both maximum diameters of the first and second structures to each other can be under consideration complex mathematical dependencies actually calculate absorbance caused by the mask layer. she is in used halftone mask layers, for example, 94% corresponding to a transmittance of 6%, but may actually differ. Manufacturer's statements are with the inventive method easily verifiable for the first time.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die ersten Maskenbereiche und die zweiten Maskenbereiche in einer Richtung periodisch alternierend auf der Maske angeordnet sind. Die ersten Maskenbereiche können beispielsweise Stege sein und die zweiten Maskenbereiche Gräben zwischen den Stegen oder umgekehrt. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt hierbei direkt belichtete Stege sowie durch konstruktive Interferenz mit den phasenverschobenen und durch die Maskenschicht abgeschwächten Strahlen entstehende zweite Gräben, die in der Regel eine andere Breite besitzen als die direkt belichteten Gräben.Preferably is provided that the first mask areas and the second mask areas in one direction periodically alternately arranged on the mask. The first Mask areas can be, for example Be webbed and the second mask areas ditches between the webs or vice versa. The inventive method produces directly exposed webs as well as constructive Interference with the phase shifted and through the mask layer attenuated Rays emerging second trenches, which usually have a different width than the directly exposed Trenches.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die ersten Maskenbereiche rechteckige Maskenfenster der Maskenschicht sind, die in zwei Richtungen periodisch angeordnet sind. Beispielsweise können symmetrisch in der Mitte zwischen vier benachbarten rechteckigen Maskenfenstern zusätzliche Strukturen wie etwa Gräben in das Substrat belichtet werden, deren Durchmesser mit denjenigen Durchmessern der ersten Gräben verglichen werden, die direkt durch ein Maskenfenster belichtet worden sind.A preferred embodiment provides that the first mask areas rectangular mask window of the mask layer are arranged periodically in two directions. For example can symmetrical in the middle between four adjacent rectangular ones Mask windows additional structures like ditches be exposed in the substrate whose diameter with those Diameters of the first trenches which illuminates directly through a mask window have been.

Schließlich ist vorgesehen, daß die Maske eine phasenschiebende Maske mit teildurchlässigen, phasenschiebenden zweiten Maskenbereichen oder eine alternierende Phasenmaske ist.Finally is provided that the Mask a phase-shifting mask with partially transparent, phase-shifting second Mask areas or an alternating phase mask.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die 1 bis 11 beschrieben. Es zeigen:The invention will be described below with reference to FIGS 1 to 11 described. Show it:

1 eine experimentelle Anordnung zum lithographischen Belichten eines Substrats mit Hilfe einer lithographischen Maske 10, 1 an experimental arrangement for the lithographic exposure of a substrate by means of a lithographic mask 10 .

2 eine schematischen Draufsicht auf die Maske aus 1, 2 a schematic plan view of the mask 1 .

3 eine schematische Draufsicht auf das Substrat aus 1, 3 a schematic plan view of the substrate 1 .

4 eine schematische Querschnittansicht eines Strahlengangs bei einer lithographischen Belichtung im Falle der Erzeugung zusätzlicher Teststrukturen in einem Substrat, 4 a schematic cross-sectional view of a beam path in a lithographic exposure in the case of creating additional test structures in a substrate,

5 ein Diagramm mit Meßwerten für Abmessungen erster und zweiter Teststrukturen eines Substrats, 5 a diagram with measurements for dimensions of first and second test structures of a substrate,

6 den Verlauf von Abmessungen erster und zweiter Teststrukturen in Abhängigkeit von einer Substratposition und für verschiedene Phasenverschiebungen durch die Maskenschicht, 6 the course of dimensions of first and second test structures as a function of a substrate position and for different phase shifts through the mask layer,

7 den Verlauf von Teststrukturabmessungen in Abhängigkeit von der Substratposition jeweils für erste und zweite Teststrukturen, zusammengefaßt dargestellt für zwei unterschiedliche Phasenverschiebungen, 7 the course of test structure dimensions as a function of the substrate position in each case for first and second test structures, summarized for two different phase shifts,

8 eine schematische Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform einer Maske zur Herstellung erster und zweiter Teststrukturen gemäß 4, 8th a schematic plan view of an alternative embodiment of a mask for producing first and second test structures according to 4 .

9 den Verlauf der Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen in Abhängigkeit von der Substratposition, 9 the course of the dimensions of the first and second test structures as a function of the substrate position,

10 eine schematische Darstellung der Ermittlung der Absorption der Maskenschicht durch Vergleich zweier Maximalwerte für Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen und 10 a schematic representation of the determination of the absorption of the mask layer by comparing two maximum values for dimensions of the first and second test structures and

11 ein Flußdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 11 a flow chart for carrying out the method according to the invention.

1 zeigt einen typischen Aufbau beim lithographischen Belichten eines Halbleitersubstrats 20 mit Hilfe einer lithographischen Maske 10, die auf oder über einem Maskensubstrat 6 eine strukturierte Maskenschicht 5 aufweist, die auftreffendes Licht größtenteils absorbiert und beispielsweise mit einem Anteil von lediglich 6 % transmittiert. Zusätzlich erzeugt eine solche Maskenschicht 5 eine Phasenverschiebung, die von der Schichtdicke der Maskenschicht 5 abhängt. Die Schichtdicke wird gemäß herstellerseitigen Angaben zum optischen Brechungsindex des Schichtmaterials gewählt, um eine Phasenverschiebung beim Durchgang elektromagnetischer Strahlung 16 durch die Schicht 5 um eine Phase von 180° gegenüber einem Strahl zu erzeugen, der die Maskenschicht 5 nicht passiert. Mit Hilfe eines optischen Systems 19 werden in einem Substrat 20 oder einer auf diesem angeordneten Schicht 14, die beispielsweise eine Lackschicht sein kann, Strukturen erzeugt. Erfindungsgemäß werden bei der lithographischen Belichtung Teststrukturen erzeugt, und zwar erste Teststrukturen, die durch Maskenöffnungen der Maskenschicht 5 direkt belichtet werden, als auch zweite Teststrukturen, die durch konstruktive Interferenz mit durch die Maskenschicht 5 abge schwächten und phasenverschobenen Strahlen zusätzlich einbelichtet werden, erzeugt. Dadurch wird eine Frequenzverdopplung bzw. Periodenhalbierung auf dem Halbleitersubstrat gegenüber der Maske erreicht. Gemäß einer Weiterbildung kann der Abstand 15 zwischen dem Substrat 20 und der Maske 10 variiert werden, um den abstandsabhängigen Verlauf von lateralen Abmessungen der ersten und zweiten Teststrukturen zu ermitteln. Dadurch wird eine tiefenabhängige Messung erreicht, die unmittelbar anhand einer einzigen Teststruktur tiefenabhängig nicht ohne weiteres durchführbar ist. Das Substrat 20 kann beispielsweise symmetrisch um eine Schärfenebene 17 herum defokussiert werden, wobei die Beträge a der Defokussierung typischerweise einige Zehntel Mikrometer oder weniger betragen. 1 shows a typical structure in the lithographic exposure of a semiconductor substrate 20 with the help of a lithographic mask 10 on or over a mask substrate 6 a structured mask layer 5 has largely absorbed the incident light and transmitted, for example, with a proportion of only 6%. In addition, such a mask layer generates 5 a phase shift that depends on the layer thickness of the mask layer 5 depends. The layer thickness is according to the manufacturer's instructions for optical Brechungsin dex of the layer material chosen to a phase shift when passing electromagnetic radiation 16 through the layer 5 to create a phase of 180 ° with respect to a beam containing the mask layer 5 does not happen. With the help of an optical system 19 be in a substrate 20 or a layer disposed thereon 14 , which may be a lacquer layer, for example, produces structures. According to the invention, test structures are produced in the lithographic exposure, namely first test structures that pass through mask openings of the mask layer 5 Directly exposed, as well as second test structures, by constructive interference with through the mask layer 5 attenuated and out-of-phase beams are additionally imprinted. As a result, frequency doubling or halving on the semiconductor substrate with respect to the mask is achieved. According to a development, the distance 15 between the substrate 20 and the mask 10 be varied to determine the distance-dependent course of lateral dimensions of the first and second test structures. As a result, a depth-dependent measurement is achieved, which is not directly feasible on the basis of a single test structure, depending on the depth. The substrate 20 For example, it can be symmetrical around a focus plane 17 are defocused, with amounts a of defocusing typically being a few tenths of a micron or less.

2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer lithographischen Maske 10; der in 2 dargestellten Ansicht der Maske entspricht die in 3 dargestellte schematische Ansicht der bei Verwendung der Maske aus 2 auf dem Substrat 20 entstehenden Anordnung erster und zweiter Teststrukturen 11, 12. 2 shows a schematic plan view of an embodiment of a lithographic mask 10 ; the in 2 displayed view of the mask corresponds to the in 3 illustrated schematic view of when using the mask 2 on the substrate 20 resulting arrangement of first and second test structures 11 . 12 ,

2 zeigt eine Vielzahl von Maskenöffnungen oder Maskenfenstern 1, welche die ersten Bereiche der Maske bilden, durch die hindurch das Substrat direkt und unmittelbar belichtet wird. Die ersten Bereiche 1 sind in zwei Richtungen x, y periodisch in gleichem Abstand voneinander angeordnet. Die Maskenschicht 5 ist gedanklich in eine Vielzahl quadratischer Bereiche unterteilbar, von denen in 5 ein mittlerer dunkel hervorgehoben ist; diese zweiten Bereiche 2 sind ebenfalls periodisch in beiden Richtungen aneinandergereiht. In der Mitte zwischen vier benachbarten ersten Bereichen 1, d.h. an den Ecken des hervorgehobenen mittleren quadratischen Bereichs der Maskenschicht 5 befinden sich Positionen in der Ebene senkrecht zur optischen Achse, an denen zwar keine unmittelbare Belichtung durch ein Maskenfenster erfolgen kann, jedoch dennoch in der Ebene des Substrats 20, wie in 3 dargestellt, zusätzliche Gräben oder anderweitige Teststrukturen 12 entstehen, die zwischen ersten, direkt belichteten Teststrukturen 11 liegen. Die zweiten Teststrukturen 12 sind ebenso wie die ersten Teststrukturen 11 Deep Trenches, d.h. tiefe Gräben für Grabenkondensatoren. Herkömmlich werden sie so gut wie möglich in gleicher Größe und Form ausgebildet wie die ersten Teststrukturen 11, um sie als Grabenkondensator nutzen zu können. Dazu muß die Maske 10 so gestaltet sein, daß die lateralen Abmessungen der ersten 11 und der zweiten Gräben 12 möglichst identisch sind. Herkömmlich wurden dazu die Abmessungen der ersten Bereiche 1 der Maske 10, d.h. die Maskenfenster variiert. 2 shows a plurality of mask openings or mask windows 1 which form the first regions of the mask, through which the substrate is directly and immediately exposed. The first areas 1 are arranged in two directions x, y periodically equidistant from each other. The mask layer 5 is mentally divisible into a variety of square areas, of which in 5 a middle dark is highlighted; these second areas 2 are also lined up periodically in both directions. In the middle between four adjacent first areas 1 that is, at the corners of the highlighted central square area of the mask layer 5 There are positions in the plane perpendicular to the optical axis at which, although no immediate exposure through a mask window, but still in the plane of the substrate 20 , as in 3 shown, additional trenches or other test structures 12 arise between the first, directly exposed test structures 11 lie. The second test structures 12 are just like the first test structures 11 Deep trenches, ie deep trenches for trench capacitors. Conventionally, they are formed as well as possible in the same size and shape as the first test structures 11 to use it as a trench capacitor. For this the mask must 10 be designed so that the lateral dimensions of the first 11 and the second trenches 12 as identical as possible. Conventionally, the dimensions of the first areas were added 1 the mask 10 , ie the mask window varies.

Erfindungsgemäß werden hingegen die ersten und zweiten tiefen Gräben zu Testzwecken hergestellt, um aus den Unterschieden ihrer lateralen Abmessungen im Verhältnis zueinander die tatsächlichen Phasenverschiebung und die tatsächliche Transmission und damit auch den Transmissionsgrad der Maskenschicht 5 der Maske 10 zu ermitteln.According to the invention, on the other hand, the first and second deep trenches are produced for test purposes in order to determine from the differences in their lateral dimensions in relation to one another the actual phase shift and the actual transmission and thus also the transmittance of the mask layer 5 the mask 10 to investigate.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch die Maske 10 und das Substrat 20 bei der lithographischen Belichtung mit elektromagnetischer Strahlung 16, beispielsweise im UV-Bereich. Erste Bereiche 1, die Maskenöffnungen der Maskenschicht 5 darstellen, lassen eine direkte Belichtung und Ausbildung erster Teststrukturen 11, beispielsweise von Gräben in dem Substrat 20 oder in einer darauf angeordneten Lackschicht oder Resistschicht zu. Diese Gräben besitzen einen durch die Breite der Maskenöffnungen 1 bestimmten Durchmesser d1. Werden mit Hilfe der phasenschiebenden und teilabsorbierenden Maskenschicht 5 auch weitere, zusätzliche zweite Teststrukturen 12 erzeugt, so geschieht dies durch konstruktive Interferenz des um etwa 180° phasenverschoben aus der Maskenschicht 5 austretenden Strahlung mit solchen Strahlungskomponenten, die von den Maskenöffnungen ausgehend mit einer Phase von 0°, jedoch unter einem gewissen Winkel gebeugt auf das Substrat 20 auftreffen. 4 shows a schematic cross section through the mask 10 and the substrate 20 in the lithographic exposure to electromagnetic radiation 16 , for example in the UV range. First areas 1 , the mask openings of the mask layer 5 show a direct exposure and training first test structures 11 for example, trenches in the substrate 20 or in a lacquer layer or resist layer arranged thereon. These trenches have one through the width of the mask openings 1 certain diameter d1. Be using the phase-shifting and partially absorbing mask layer 5 also additional additional test structures 12 generated, this is done by constructive interference of about 180 ° out of phase of the mask layer 5 emerging radiation with such radiation components, starting from the mask openings with a phase of 0 °, but at a certain angle diffracted on the substrate 20 incident.

Die zweiten Teststrukturen 12 besitzen in der Regel einen anderen Durchmesser d2 in lateraler Richtung als die ersten Teststrukturen 11. Zudem hängen beide Durchmesser d1, d2 von dem Abstand des Substrats 20 von der Maske 10, insbesondere von der Lage des Substrats 20 relativ zur Schärfenebene 17 ab. Die entsprechenden Abstände 15 bzw. a, die in 1 angegeben sind, werden erfindungsgemäß variiert, um die dadurch entstehende Veränderung der Durchmesser d1 und d2 verfolgen und auswerten zu können.The second test structures 12 usually have a different diameter d2 in the lateral direction than the first test structures 11 , In addition, both diameters d1, d2 depend on the distance of the substrate 20 from the mask 10 , in particular the position of the substrate 20 relative to the focus plane 17 from. The corresponding distances 15 or a, the in 1 are varied, are inventively varied in order to track and evaluate the resulting change in diameter d1 and d2 can.

5 zeigt den von dem Abstand a zur Fokusebene 17 abhängigen Durchmesser d1, d2 für jeweils zwei beliebig ausgewählte erste Teststrukturen 11 und zweite Teststrukturen 12. Es ergeben sich jeweils zwei Kurvenpaare, die ihr Maximum im Falle der beiden zweiten Teststrukturen 12 bei einer Dejustierung a1 von etwa -0,05 μm besitzen; das Maximum im Falle der beiden ersten Teststrukturen 11 für den Durchmesser d2 der Gräben liegt bei einer Defokussierung von ca. +0,15 μm. Zudem ist der bei dieser Fokussierung a2 gemessene maximale Wert D1 der Durchmesser d1 größer als das Maximum D2 der Durchmesser d2 der zweiten Teststrukturen 12. 5 shows that from the distance a to the focal plane 17 dependent diameter d1, d2 for any two arbitrarily selected first test structures 11 and second test structures 12 , This results in two pairs of curves, the maximum in the case of the two second test structures 12 have a misalignment a1 of about -0.05 μm; the maximum in the case of the first two test structures 11 for the diameter d2 of the trenches is at a defocusing of about +0.15 microns. In addition, the maximum value D1 measured in this focusing a2 is the diameter d1 greater than the maximum D2 is the diameter d2 of the second test structures 12 ,

Die mathematischen Zusammenhänge dieser Abhängigkeiten von dem Absorptionsgrad und der Phasenverschiebung, die durch die Maskenschicht 5 verursacht werden, läßt sich mit Hilfe aufwendiger Simulationen rechnerisch nachvollziehen. Voraussetzung ist für die Benutzung entsprechender Software lediglich die Kenntnis bzw. Vorgabe der anzunehmenden Absorption und Phasenverschiebung.The mathematical correlations of these dependencies on the degree of absorption and the phase shift passing through the mask layer 5 caused by complex simulations can be computationally understood. Prerequisite for the use of appropriate software only the knowledge or specification of the assumed absorption and phase shift.

6 zeigt die Ergebnisse solcher Simulationen, jeweils getrennt für erste, direkt belichtete Teststrukturen 11 und zweite, nicht direkt belichtete Teststrukturen 12 getrennt aufgetragen. Bei der Simulation wurde eine Phasenverschiebung von 175° (Kurven mit dreieckig markierten Meßpunkten), 180° (Kurven mit quadratischen Meßpunkten) und 185° (Kurven mit runden Meßpunkten) vorausgesetzt, wobei für den Erhalt eines Kurvenverlaufs die Fokuslage, d.h. der Abstand a des Substrats 20 relativ zur Schärfenebene 17 variiert wurde. Es ist zu erkennen, daß eine von 180° abweichende Phasenverschiebung, die durch die Maskenschicht 5 bewirkt wird, zu einer Verlagerung der Tiefe der stärksten Ausprägung der ersten oder zweiten Gräben im Substrat führt, wie anhand der nach links und rechts verschobenen Kurvenverläufe in Abhängigkeit von der Phase in 6 erkennbar. Ebenso ist erkennbar, daß die Tendenzen zu verstärkter Ausprägung der ersten Strukturen 11 mit dem Durchmesser d1 einhergehen mit einer Tendenz zur schwächeren Ausprägung der zweiten Strukturen 12 mit dem Durchmesser d2. 6 shows the results of such simulations, each separately for first, directly exposed test structures 11 and second, not directly exposed test structures 12 applied separately. In the simulation a phase shift of 175 ° (curves with triangularly marked measuring points), 180 ° (curves with square measuring points) and 185 ° (curves with round measuring points) was assumed, whereby the focus position, ie the distance a of the substrate 20 relative to the focus plane 17 was varied. It can be seen that a phase shift deviating from 180 °, which passes through the mask layer 5 results in a displacement of the depth of the strongest expression of the first or second trenches in the substrate, as based on the left and right shifted curves as a function of the phase in 6 recognizable. It can also be seen that the tendencies lead to an intensification of the first structures 11 associated with the diameter d1 with a tendency to weaker expression of the second structures 12 with the diameter d2.

7 zeigt für jeweils eine feste Phasenverschiebung von 175° und 185° eine Zusammenschau der Verläufe der Durchmesser d1, d2 der ersten und zweiten Teststrukturen, insbesondere Gräben 11 und 12. Diese Kurvenverläufe können für beliebige Abstände a aufgenommen werden und für beliebige Phasenverschiebungen P simuliert werden. Eine besonders geeignete Auswertung der Meßkurven wird in dem Fall erreicht, daß die maximalen lateralen Abmessungen, beispielsweise die maximalen Durchmesser D1, D2 der ersten und zweiten Teststrukturen 11, 12 aus den simulierten Kurvenverläufen ermittelt werden und mit gemessenen Größenverhältnissen verglichen werden. Die Maximalwerte sind absolute Maxima der Werte jeweils für d1 und d2 über den gemessenen Bereich der Abstandsvariation a. Aus ihnen ist der Absorptionsgrad der Maskenschicht 5 ermittelbar. Die graphische Auftragung in 7 für eine Phasenverschiebung von 185° zeigt die Gegenläufigkeit der Positionsverschiebungen der maximalen Grabendurchmesser mit Wechsel des Vorzeigens der Phasenverschiebung gegenüber 180°. 7 shows for each a fixed phase shift of 175 ° and 185 ° a synopsis of the courses of the diameter d1, d2 of the first and second test structures, in particular trenches 11 and 12 , These curves can be recorded for any distances a and simulated for any phase shifts P. A particularly suitable evaluation of the measurement curves is achieved in the case that the maximum lateral dimensions, for example, the maximum diameter D1, D2 of the first and second test structures 11 . 12 are determined from the simulated curves and compared with measured size ratios. The maximum values are absolute maxima of the values respectively for d1 and d2 over the measured range of the distance variation a. Out of them is the absorption level of the mask layer 5 determined. The graphic plot in 7 for a phase shift of 185 ° shows the opposition of the position shifts of the maximum trench diameter with change of showing the phase shift with respect to 180 °.

8 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Maske 10, mit der ein Substrat 20 wie in 4 dargestellt strukturiert werden kann. Die Maske 10 besitzt erste Bereiche 1 und zweite Bereiche 2, die jeweils in Form von stegförmigen Maskenschichtbereichen 5 und dazwischen gelegenen Aussparungen oder Maskenöffnungen alterniert aneinandergereiht sind. Die Maskenschicht 5 ist hier beispielsweise eine Embedded Attenuated Phase-Shifting Mask, die eine Phasenverschiebung von etwa 180° und eine Transmission von 6 % besitzt. Die Maskenfenster 1 besitzen einen Transmissionsgrad von 1 und bewirken keine Phasenverschiebung. 8th shows a schematic plan view of another embodiment of a mask 10 with which a substrate 20 as in 4 can be structured. The mask 10 owns first areas 1 and second areas 2 , each in the form of web-shaped mask layer areas 5 and intervening recesses or mask openings are lined up alternately. The mask layer 5 Here, for example, is an embedded attenuated phase-shifting mask, which has a phase shift of about 180 ° and a transmission of 6%. The mask windows 1 have a transmittance of 1 and cause no phase shift.

9 zeigt in Abhängigkeit von der Dejustierung a des Substrats 20 die zu erwartenden lateralen Durchmesser d1, d2 (siehe 4) der Abbilder der durch die Maskenfenster 1 direkt belichteten Substratbereiche und der den gestrichelt in 8 dargestellten Mittellinien der Maskenschichtbereiche 5 entsprechenden zweiten Gräben 12. Auch hier ist der gegenläufige Verlauf der Durchmesser d1, d2 mit variierender Entfernung des Substrats von der Maske 10 erkennbar. 9 shows a function of the misalignment a of the substrate 20 the expected lateral diameter d1, d2 (see 4 ) of the images through the mask windows 1 directly exposed substrate areas and the dashed lines in 8th shown center lines of the mask layer areas 5 corresponding second trenches 12 , Again, the opposite course is the diameter d1, d2 with varying distance of the substrate from the mask 10 recognizable.

10 verdeutlicht graphisch die Ermittlung der Absorption der Maskenschicht 5 mit Hilfe gemessener Verläufe der lateralen Abmessungen d1, d2 der ersten und zweiten Teststrukturen 11, 12 in Abhängigkeit von der Dejustierung a des Halbleitersubstrats 20. Nach Ermittlung der Maximalwerte D1, D2 dieser Durchmesser kann gemäß einer durch herkömmliche Simulationssoftware vorgebbare Formel zur Berechnung der Absorption für die ermittelten Maximalwerte D1, D2 ausgewertet werden und liefert dann den tatsächlichen Absorptionsgrad A bzw. als Komplement zu 1 den Transmissionsgrad. 10 Graphically illustrates the determination of the absorption of the mask layer 5 with the aid of measured courses of the lateral dimensions d1, d2 of the first and second test structures 11 . 12 depending on the misalignment a of the semiconductor substrate 20 , After determining the maximum values D1, D2 of these diameters, it is possible to evaluate the absorption for the determined maximum values D1, D2 according to a formula which can be predetermined by conventional simulation software and then supplies the actual absorption coefficient A or as complement 1 the transmittance.

11 zeigt ein Flußdiagramm, das einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens skizziert. Nachdem durch eine Simulation aus vorgegebenen Werten für die angenommene Phasenverschiebung und Absorption einer Maskenschicht die zu erwartenden Durchmesser der ersten und zweiten Teststrukturen berechnet werden, wird experimentell eine Belichtung eines Substrats durchgeführt, die mit Hilfe einer Maske mit einer Maskenschicht erfolgt, die in den zweiten Bereichen eine Maskenschicht der vermuteten Phasenverschiebung und Absorption besitzt. Diese Messung kann optional nach Veränderung des Abstands zwischen dem Substrat und der Maske wiederholt werden, um weitere Meßpunkte zu erhalten. Schließlich werden die Durchmesser der belichteten und gefertigten ersten und zweiten Teststrukturen, beispielsweise Gräben vermessen und durch einen Vergleich mit durch Simulation erhaltenen Meßwerten läßt sich die Phasenverschiebung und die Absorption, die die Maskenschicht tatsächlich aufweist, ermitteln. 11 shows a flowchart outlining a flow of a method according to the invention. After a simulation of predetermined values for the assumed phase shift and absorption of a mask layer, the expected diameters of the first and second test structures are calculated, an exposure of a substrate is carried out experimentally, which takes place with the aid of a mask with a mask layer in the second areas has a mask layer of suspected phase shift and absorption. This measurement may optionally be repeated after changing the distance between the substrate and the mask to obtain further measurement points. Finally, the diameters of the exposed and fabricated first and second test structures, for example trenches, are measured and the phase shift can be determined by comparison with measured values obtained by simulation and determine the absorption that the mask layer actually has.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sind alle Arten von Phasenmasken überprüfbar, beispielsweise Halbtonphasenmasken mit einem Transmissionsgrad zwischen 5 und 50 %, beispielsweise 6 % oder 18 %. Es können übliche Wellenlängen im UV-Bereich, beispielsweise 193 oder 248 nm verwendet werden.With Help the method of the invention are all types of phase masks verifiable, for example Halftone phase masks with a transmittance between 5 and 50 %, for example 6% or 18%. It can usual wavelengths in the UV range, for example 193 or 248 nm can be used.

Die Erfindung ermöglicht ein Testverfahren, das mit Hilfe derselben Belichtungseinrichtung, die auch zum Strukturen von Halbleitersubstraten 20 verwendet wird, durchgeführt werden kann und daher keine zusätzliche Hardwareausrüstung erfordert.The invention enables a test method, which with the help of the same exposure device, which also for the structures of semiconductor substrates 20 used and therefore requires no additional hardware equipment.

11: erster Bereich der Maskefirst Area of the mask
22: zweiter Bereich der Maskesecond Area of the mask
55: Maskenschichtmask layer
66: Maskensubstratmask substrate
1010: Maskemask
1111: erste Teststrukturfirst test structure
1212: zweite Teststruktursecond test structure
1414: zu belichtende Schichtto exposing layer
1515: Abstanddistance
1616: elektromagnetische Strahlungelectromagnetic radiation
1717: Schärfenebenefocal plane
1818: Lichtquellelight source
1919: optisches Systemoptical system
2020: Substratsubstratum
AA: Absorptionabsorption
a, a1,a, a1,: a2 Defokussierung a2 defocusing
D1, D2D1, D2: Maximalwerte der lateralen Abmessungenmaximum values the lateral dimensions
d1, d2d1 d2: laterale Abmessungenlateral Dimensions
PP: Phasenverschiebungphase shift
x, yx, y: laterale Richtungenlateral directions

Claims

Method for determining the optical influence of a phase-shifting electromagnetic radiation partially absorbing mask layer ( 5 ) of a lithographic mask ( 10 ), - with the help of a mask ( 10 ) with first mask areas ( 1 ), in which the mask layer ( 5 ) and with second mask areas ( 3 ), in which the mask layer ( 5 ), a substrate ( 20 ) and test structures ( 11 . 12 ) of the substrate ( 20 ), wherein first test structures ( 11 ) formed by each one of the first mask areas ( 1 ), and wherein second test structures ( 12 ) whose positions are defined by a second mask area ( 2 ) and caused by constructive interference of electromagnetic radiation ( 16 ), the mask layer ( 5 ), - whereby geometric dimensions (d1, d2) of the first test structures ( 11 ) and the second test structures ( 12 ) and, by comparing the geometrical dimensions, the phase shift (P) and / or the absorption (A) of the mask layer ( 5 ) is determined.

Method according to claim 1, characterized in that lateral dimensions (d1, d2) of the first ( 11 ) and the second test structures ( 12 ) are measured and compared with each other.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the first ( 11 ) and the second test structures ( 12 ) Are trenches whose diameters (d1, d2) are measured.

Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the first ( 11 ) and second test structures ( 12 ) are elongated ridges or trenches whose width is measured.

Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that values for the dimensions of the first and second test structures are calculated for predetermined values of the phase shift (P) and the absorption (A) and in that experimentally measured values of the dimensions (d1, d2) of the first ( 11 ) and the second test structures ( 12 ) of the substrate ( 20 ) are compared with the calculated values.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that by means of the mask ( 10 ) several exposures are carried out in which several substrates ( 20 ) or substrate areas at different distances ( 15 ) from the mask ( 10 ) with the help of the mask ( 10 ) are exposed to each first ( 11 ) and second test structures ( 12 ) with varying dimensions (d1, d2).

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a dependence of the dimensions (d1, d2) of the first ( 11 ) or second test structures ( 12 ) from the distance ( 15 ) of the substrate ( 20 ) from the mask ( 10 ) the deviation of the phase shift (P) of the mask layer ( 5 ) of 180 ° is determined.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that for different distances ( 15 ) between substrate ( 20 ) and mask ( 10 ) each have maximum values (D1, D2) of the dimensions of the first test structures ( 11 ) and the dimensions of the second test structures ( 12 ) and from which the absorption (A) of the mask layer ( 5 ) is calculated.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the first mask areas ( 11 ) and the second mask areas ( 12 ) in a direction (x) periodically alternating on the mask ( 10 ) are arranged.

Method according to one of Claims 1 to 9, characterized in that the first mask areas ( 11 ) rectangular mask window of the mask layer ( 5 ) arranged periodically in two directions (x, y).

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the mask ( 10 ) is a phase-shifting mask with partially transparent, phase-shifting second mask regions or an alternating phase mask.