DE112004002478T5

DE112004002478T5 - Messung optischer Eigenschaften von strahlungsempfindlichen Materialien

Info

Publication number: DE112004002478T5
Application number: DE112004002478T
Authority: DE
Inventors: David San Antonio Ziger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2024-12-29
Also published as: US20050151962A1; DE112004002478B4; JP2007518983A; WO2005068983A1; US7099018B2

Abstract

Verfahren zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films, wobei das Verfahren folgendes umfaßt:
Bereitstellen eines Werkstücks, wobei auf dem Werkstück ein Film angeordnet ist;
Messen einer optischen Eigenschaft des Films an einer ersten Stelle;
Messen der optischen Eigenschaft des Films an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen; und
Mitteln der Messung der optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und der Messung der optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle des Films, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und Verfahren zum Testen von Halbleiterwafern und insbesondere ein System und Verfahren zum Messen optischer Eigenschaften von auf einem Halbleiterwafer ausgebildeten Filmen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Halbleiterbauelemente werden in einer Vielfalt elektronischer Anwendungen verwendet wie beispielsweise PCs, Mobiltelefonen, Digitalkameras und anderen Elektronikgeräten. Auf einer einzelnen integrierten Schaltung (IC) können beispielsweise Millionen von Transistoren und Kondensatoren ausgebildet sein. Halbleiterbauelemente werden hergestellt, indem über einem Halbleiterwafer verschiedene Materialschichten wie etwa Leiter, Halbleiter und Isolatoren abgeschieden und die verschiedenen Materialschichten strukturiert werden, um Schaltungselemente und Zwischenverbindungen dazwischen auszubilden.
Die verschiedenen Materialschichten von Halbleiterbauelementen werden in der Regel unter Verwendung von Lithographietechniken strukturiert, um Komponenten und Schaltungen zu erzeugen. Bei der Halbleiterlithographie wird ein Lack auf einem Wafersubstrat abgeschieden oder darauf aufgeschleudert und selektiv mit einer Strahlungsform wie etwa ultraviolettem Licht, Elektronen oder Röntgenstrahlen (als Beispiele) belichtet. Um die gewünschte selektive Belichtung zu bewirken, werden in der Regel ein Belichtungswerkzeug und eine Maske verwendet. Strukturen in dem Lack entstehen, wenn der Wafer einem nachfolgenden Entwicklungsschritt unterzogen wird. Die nach der Entwicklung zurückbleibenden Lackbereiche schützen die Substratgebiete, die sie bedecken, während der nachfolgenden Verarbeitung. Stellen, von denen Lack entfernt worden ist, können dann einer Vielzahl subtraktiver (z.B. Ätzen) oder additiver (z.B. Ionenimplantation) Prozesse unterzogen werden, die die Struktur auf die Substratoberfläche übertragen. Die der Energie ausgesetzten Lackbereiche werden in einem als Entwickler bekannten spezifischen Lösungsmittel lösbar oder unlösbar gemacht. In dem Fall, wenn die bestrahlten (belichteten) Bereiche löslich sind, wird in dem als ein Positivlack bezeichneten Lack ein Positivbild der Maske erzeugt. Wenn die nichtbestrahlten Gebiete vom Entwickler aufgelöst werden, entsteht in dem als ein Negativlack bezeichneten Lack ein Negativbild.
Zur Herstellung beispielsweise einer fortgeschrittenen integrierten Schaltung werden möglicherweise 20 oder mehr Maskierungsschichten verwendet. In der Halbleitertechnologie geht der Trend dahin, beispielsweise für höhere Geschwindigkeit und niedrigeren Stromverbrauch die Größe von Halbleiterbauelementen herunterzuskalieren. Für kleinerskalige Halbleiterbauelemente werden in der Regel Lacke verwendet, die bei Wellenlängen von 248 nm oder 193 nm belichtet werden. Der Ausdruck "aktinisch" bezieht sich auf die Wellenlänge der Strahlungsenergie insbesondere im sichtbaren und Ultraviolettbereich des Lichtspektrums, über die in einem strahlungsempfindlichen Lack fotochemische Änderungen hervorgerufen werden.
Ein Lack umfaßt in der Regel drei Komponenten: ein Harz- oder Matrixmaterial, das als ein Bindemittel fungiert; ein aktiver Bestandteil oder eine fotoaktive Verbindung (PAC – photoactive compound) und ein Lösungsmittel, das das Lackmaterial so lange in einem flüssigen Zustand hält, bis es auf einen Halb leiterwafer aufgebracht wird. Die fotoaktive Komponente eines Lacks ist die Komponente eines Lackmaterials, die als Reaktion auf aktinische Strahlung eine chemische Reaktion erfährt.
Optische Eigenschaften sind für das Verständnis der Reaktion von Halbleitermaterialien auf Strahlung wie etwa bei der Belichtung von Lacken fundamental. Simulation und Modellierung erfordern Wissen über und Charakterisierung von optischen Eigenschaften eines Films, um Verarbeitungsergebnisse unter verschiedenen Verarbeitungsbedingungen vorherzusagen. Die Messung optischer Eigenschaften von bei der Halbleiterherstellung verwendeten Filmen ist deshalb wichtig beim Simulieren der Ergebnisse, die sich mit Fotolithographie erhalten lassen.
Eine wichtige optische Eigenschaft, die sich auf das Strukturieren auswirkt, ist der Brechungsindex eines Lackmaterials (als Beispiel). Es ist deshalb wichtig, optische Eigenschaften wie etwa die reelle Komponente (RI) und die imaginäre Komponente (k) des Brechungsindexes bei der aktinischen oder Belichtungswellenlänge von auf Halbleiterwafern ausgebildeten Filmen messen zu können. Oftmals ist die Schwankung des Brechungsindexes eines Films über die Oberfläche eines Wafers hinweg von Interesse, weshalb an vielen Stellen über den Wafer hinweg viele Messungen vorgenommen werden, z.B. können über einen Wafer hinweg 49 Messungen vorgenommen werden.
Ein signifikantes Problem beim Messen optischer Eigenschaften von strahlungsempfindlichen Lackmaterialien besteht darin, daß das Meßverfahren üblicherweise erfordert, daß das Material mit einem Strahlungsstrahl derjenigen Wellenlänge untersucht wird, für die das Material labil oder instabil ist. Folglich kann die präzise Messung von Filmeigenschaften bei der aktinischen Wellenlänge eines Films chemische und/oder physikalische Änderungen am Material hervorrufen. Abschnitte von auf Halbleiterwafern abgeschiedenen Filmen können während des Meß- und Testprozesses belichtet werden, was es verbietet, daß die Filme sich als Materialschichten oder strukturerzeugende Lacke verwenden lassen (als Beispiele). Was im Stand der Technik benötigt wird, ist somit ein Verfahren und System zum Messen optischer Eigenschaften wie etwa des Brechungsindexes von auf einem Halbleiterwafer abgeschiedenen Filmen, das an den Filmen keine chemischen Änderungen hervorruft.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese und weitere Probleme werden im allgemeinen gelöst oder umgangen und technische Vorteile im allgemeinen erreicht durch bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die ein System und Verfahren zum Messen optischer Eigenschaften von auf einem Halbleiterwerkstück abgeschiedenen Filmen bereitstellen. Eine optische Eigenschaft eines Gebiets eines auf einem Halbleiterwafer abgeschiedenen Films wird an einer ersten Stelle mit einer Dosis gemessen, die kleiner ist als die Belichtungsdosis des Films, und die optische Eigenschaft des Gebiets des Films wird auch an mindestens einer zweiten Stelle in dem Gebiet mit einer Dosis gemessen, die kleiner ist als die Belichtungsdosis des Films, wobei die zweite Stelle von der ersten Stelle verschieden ist und doch in ihrer Nähe liegt. Die Meßergebnisse der ersten Stelle und der mindestens einen zweiten Stelle werden gemittelt, um ein mittleres Meßergebnis der optischen Eigenschaft für das Gebiet des Films zu finden. Die nichtüberlappenden mehreren Messungen können in einer Reihe von Gebieten des über dem Wafer abgeschiedenen Films wiederholt werden. Ein erster Film kann unter Verwendung sowohl eines Verfahrens nach dem Stand der Technik als auch des hier beschriebenen Verfahrens ausgemessen werden, um einen Justier- oder Kalibrierfaktor zu bestimmen. Ein zweiter Film kann dann unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens ausgemessen werden, und die Meßergebnisse können dann durch den Justierfaktor justiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films: Bereitstellen eines Werkstücks, wobei auf dem Werkstück ein Film angeordnet ist, Messen einer optischen Eigenschaft des Films an einer ersten Stelle, und Messen der optischen Eigenschaft des Films an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen. Die Messung der optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und die Messung der optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle des Films werden gemittelt, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein System zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films ein Strahlungsreduktionselement und einen in der Nähe des Strahlungsreduktionselements angeordneten Strahlungssendeempfänger. Der Strahlungssendeempfänger enthält einen Strahlungssender zum Emittieren einer Strahlungsdosis in Richtung auf einen auf einem Bauelement angeordneten Film. Der Strahlungssendeempfänger enthält einen Strahlungsdetektor zum Messen reflektierter Strahlung von dem Film an einer ersten Stelle und an mindestens einer zweiten Stelle unter Verwendung einer reduzierten Strahlungsdosis, wobei sich jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle befindet und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen, wobei die reduzierte Strahlungsdosis die von dem Strahlungssendeempfänger emittierte, durch das Strahlungsreduktionselement reduzierte Strahlungsdosis umfaßt. Das System enthält einen Prozessor, wobei der Prozessor dafür ausgelegt ist, die gemessene optische Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und die gemessene optische Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle zu mitteln, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein System zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films Mittel zum Senden von Strahlung in Richtung auf einen auf einem Bauelement angeordneten Film, Mittel zum steuerbaren Reduzieren der von dem Mittel zum Senden von Strahlung gesendeten Strahlung, und Mittel zum Messen von von dem Mittel zum Senden von Strahlung gesendeter Strahlung, reduziert durch das Mittel zum steuerbaren Reduzieren der Strahlung und reflektiert von dem auf dem Bauelement angeordneten Film an einer ersten Stelle und an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei jede zweite Stelle in der Nähe jeder anderen zweiten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen. Das System enthält Mittel zum Mitteln der gemessenen optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und der gemessenen optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
Zu den Vorteilen von Ausführungsformen der Erfindung zählen die Bereitstellung der Fähigkeit zum präzisen Messen optischer Eigenschaften eines strahlungsempfindlichen Films, ohne daß chemische Änderungen im Film verursacht werden. Viele Messungen werden bei schwachen kurzen Dosen in sehr unmittelbarer Nähe zueinander in einem bestimmten Gebiet des Films vorgenommen, so daß das Signal-Rausch-Verhältnis niedriger ist, als wenn optische Eigenschaften von Filmen gemessen werden, die stabil sind. Optische Eigenschaften wie etwa der Brechungsindex können unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemessen werden. Die mehreren schwachdosigen Messungen können in mehreren Gebieten über eine Oberfläche eines Werkstücks erfolgen, um die Schwankung des Brechungsindexes eines Films über die Oberfläche eines Werkstücks zu bestimmen (als Beispiel). Die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommenen Messungen können dann spät bei der Simulation von Lithographie der ausgemessenen Filme zu Modellierungszwecken verwendet werden (als Beispiel). Durch Verteilen der Meßdosis der Strahlung über einen größeren Oberflächenbereich der Oberfläche eines Films gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Messungen des Films verursachte chemische Änderungen am Film vermieden.
Das oben gesagte hat die Merkmale und technischen Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung recht breit umrissen, damit man die ausführliche Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstehen kann. Zusätzliche Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Der Fachmann versteht, daß die Konzeption und spezifische offenbarte Ausführungsformen ohne weiteres als Basis zum Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen oder Prozesse zum Ausführen der gleichen Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Der Fachmann versteht außerdem, daß solche äquivalenten Konstruktionen nicht vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abweichen, wie in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zu einem umfassenderen Verständnis der vorliegenden Erfindung und der Vorteile davon wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer mit einem darauf abgeschiedenen Film, wobei optische Eigenschaften des Films an mehreren Stellen gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik gemessen werden;
2 eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten Wafers, wobei die Messungen chemische Änderungen im Film verursachen;
3 ein Schemadiagramm eines Systems zum Ausmessen von auf Halbleiterwafern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Filmen;
4 eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer mit einem darauf abgeschiedenen Film, wobei optische Eigenschaften des Films an einer oder mehreren Stellen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen werden können;
5 eine ausführlichere Ansicht einer Meßstelle von 4, die veranschaulicht, daß mehrere Messungen an der Meßstelle mit einer Dosis vorgenommen werden, die kleiner ist als die Empfindlichkeitsdosis des Films für aktinische Strahlung;
6 eine Querschnittsansicht des Wafers von 4, wobei die mehreren an jeder Stelle des Wafers vorgenommenen Messungen im Film keine chemischen Reaktionen verursachen;
7 ein Histogramm von unter Verwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik vorgenommenen Messungen;
8 ein Histogramm von unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens vorgenommenen Messungen;
9 ein Flußdiagramm, das Verfahren veranschaulicht zum Messen optischer Eigenschaften eines Films gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
10 ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie die Meßergebnisse von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Verfahren nach dem Stand der Technik kalibriert werden können; und
11 ein Histogramm von Messungen, die unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens vorgenommen werden, kalibriert unter Verwendung eines Justierfaktors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Entsprechende Zahlen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich allgemein auf entsprechende Teile, sofern nichts anderes angegeben ist. Die Figuren sind gezeichnet, um die relevanten Aspekte der bevorzugten Ausführungsformen klar und deutlich zu veranschaulichen, und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Herstellung und der Einsatz der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen werden unten ausführlich erläutert. Es versteht sich jedoch, daß die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielfalt spezifischer Kontexte verkörpert werden können. Die erörterten spezifischen Ausführungsformen sind für spezifische Wege zur Herstellung und zum Einsatz der Erfindung lediglich veranschaulichend und beschränken nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich einem Halbleiterwafer oder -werkstück. Die Erfindung kann jedoch auch auf Filme angewendet werden, die auf anderen Objekten abgeschieden oder ausgebildet sind (als Beispiel). Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt zum Messen optischer Eigenschaften labiler oder strahlungsempfindlicher Materialien verwendet, wenngleich sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch bei Messungen optischer Eigenschaften stabiler und strahlungsunempfindlicher Materialien anwenden lassen.
Der Brechungsindex ist eine optische Eigenschaft eines Materials wie etwa eines Films. Der Brechungsindex ist die komplexe Summe aus zwei Komponenten, RI (reell) und k (imaginär): n = RI + (i·k),wobei die reelle Komponente RI das Verhältnis der Geschwindigkeit von Strahlung durch ein Vakuum zur Geschwindigkeit von Strahlung durch das relevante Medium ist. Die Komponente k ist der imaginäre Teil, der zu der Lichtmenge oder Energiemenge in Beziehung steht, die von dem Medium oder Film absorbiert wird oder darin verloren geht.
Im Stand der Technik wird zum Messen des Brechungsindexes Energie auf einen Film gerichtet und die Reaktion des Materials wird gemessen. Wenn man es beispielsweise mit Filmen zu tun hat, die über Substraten angeordnet sind, die ein Halbleitermaterial wie etwa Silizium umfassen, trifft Licht auf den Film auf und ein als Stehwellen bekanntes periodisches Muster der Intensität über der Wellenlänge oder einem Einfallswinkel wird zurückreflektiert. Aus den Stehwellen kann der Brechungsindex des Films als eine Funktion der Wellenlänge berechnet werden. Der Brechungsindex ist in der Regel wellenlängenabhängig.
Ein Halbleiterbauelement 100, das ein Werkstück 102 mit einem darauf abgeschiedenen Film 104 umfaßt, ist in 1 in Draufsicht und in 2 in einer Querschnittsansicht gezeigt. Bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik wird zum Messen des Brechungsindexes des Films 104 Licht wie etwa UV-Licht auf das Werkstück 102 in mehreren Testgebieten 106 gerichtet. Von dem Film 104 reflektiertes Licht wird gemessen, um den Brechungsindex des Films 104 zu bestimmen.
Eine präzise Messung von optischen Eigenschaften basiert auf dem Optimieren des Signal-Rausch-Verhältnisses der Antwort auf eine gegebene Messung. Zum Verringern des Versuchsfehlers eines Meßverfahrens und zum Verringern der Meßzeit muß oftmals eine relativ große Lichtdosis verwendet werden. Falls der Film 104 gegenüber aktinischer Strahlung stabil ist, wie etwa ein Oxidmaterial oder Nitridmaterial, ist eine große Lichtdosis nicht problematisch. Obgleich eine Meßlichtdosis bei 157 nm groß sein kann, bewirkt sie bei den physikalischen Eigenschaften dieser Filme keine nennenswerte Änderung. Wenn jedoch der zu messende Film 104 gegenüber der integrierten Lichtmeßdosis empfindlich ist, dann kann die zum präzisen Messen der Eigenschaft erforderliche Lichtdosis chemische Reaktionen 108 im Film hervorrufen, wie in 2 gezeigt, die eine Querschnittsansicht des Werkstücks 102 von 1 zeigt. Große Lichtdosen bewirken fotochemische Reaktionen in Abschnitten 108 des Films 104 in den Meßbereichen, die physikalische Eigenschaften wie etwa den Brechungsindex des Films 104 ändern können. Das Ändern von physikalischen Eigenschaften des Films 104 ist unerwünscht, weil ein Versuchsfehler eingeführt wird: es ist unerwünscht, daß die Messung die gemessene Probe modifiziert.
Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lassen sich technische Vorteile erzielen, indem sie ein System und Verfahren zum Messen optischer Eigenschaften eines Films bereitstellen, das im Film keine chemischen Reaktionen verursacht. Eine schwache Strahlungsdosis, z.B. kleiner als die Empfindlichkeitsdosis oder Belichtungsdosis des Films für aktinische Strahlung, die im Film keine chemischen Reaktionen hervorruft, wird dazu verwendet, die optischen Eigenschaften des Films zu messen, und die Messungen werden an mehreren nichtüberlappenden Stellen derart wiederholt, daß der Mittelwert der mehreren Messungen einen präzisen Schätzwert der relevanten optischen Eigenschaft liefert.
Ein System 201 zum Messen von optischen Eigenschaften eines Films 204 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt. Ein optionaler Strahlungsreduzierer 210 kann zwischen einem Bauelement 200 und einem Strahlungssendeempfänger 212 angeordnet sein. Der Strahlungssendeempfänger 212 kann an einen optionalen Prozessor 213 gekoppelt sein, der dafür ausgelegt ist, Berechnungen des Kalibrierens, Messens und Mittelns der optischen Eigenschaften auszuführen, hier noch näher zu beschreiben.
Bei einer Ausführungsform umfaßt das Bauelement 200 ein Halbleiterbauelement einschließlich eines Werkstücks 202 mit einem darauf ausgebildeten Film 204. Das Werkstück 202 kann ein Halbleitersubstrat enthalten, das Silizium oder andere Halbleitermaterialien umfaßt, die von einer Isolierschicht bedeckt sind (als Beispiel). Das Werkstück 202 kann auch andere aktive Komponenten oder Schaltungen (nicht gezeigt) enthalten. Das Werkstück 202 kann Siliziumoxid über einkristallinem Silizium umfassen (als Beispiel). Das Werkstück 202 kann andere leitende Schichten oder andere Halbleiterelemente umfassen, z.B. Transistoren, Dioden usw., nicht gezeigt. Verbindungshalbleiter GaAs, InP, Si/Ge oder SiC (als Beispiele) können anstelle von Silizium verwendet werden. Das Bauelement 200 kann alternativ andere Arten von Objekten mit einem darauf ausgebildeten Film 204 umfassen (als Beispiel). Das Bauelement 200 kann eine Leiterplatte (PCB) oder ein Metall mit einem auf einer Oberfläche davon angeordneten Film 204 umfassen (als Beispiele), oder alternativ kann das Bauelement 200 andere Objekte mit einem darauf abgeschiedenen oder ausgebildeten Film 204 umfassen, wobei gewünscht wird, die optischen Eigenschaften des Films 204 zu messen.
Der Strahlungssendeempfänger 212 ist dafür ausgelegt, Strahlung 214, die in Form von Licht oder anderer Energie vorliegen kann (als Beispiele), zu senden und zu empfangen. Der Strahlungssendeempfänger 212 kann dafür ausgelegt sein, Ultraviolettlicht, Elektronen oder Röntgenstrahlen (als Beispiele) zu senden und zu empfangen, obwohl die Strahlung 214 alternativ andere Energiearten umfassen kann. Der Strahlungssendeempfänger 212 kann zwei separate und diskrete Komponenten umfassen: einen Strahlungssender wie etwa eine Lichtquelle, und ein Mittel zum Messen von Strahlung, von dem Film reflektiert, oder einen Strahlungsempfänger, wie etwa ein Spektrafotometer (als Beispiele), nicht gezeigt.
Der optionale Strahlungsreduzierer 210 umfaßt bei einer Ausführungsform einen Schirm, wobei der Schirm die vom Strahlungssendeempfänger 212 gesendete Strahlung 214 während des Messens der optischen Eigenschaften des Films 204 verringert. Bei einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Strahlungsreduzierer 210 einen Filter, der dafür ausgelegt ist, die Strahlungsmenge von dem Strahlungssendeemfänger 212 zu reduzieren. Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Strahlungsreduzierer 210 ein undurchsichtiges Material wie etwa ein Metall mit einer oder mehreren darin ausgebildeten Öffnungen. Der Strahlungsreduzierer 210 kann alternativ andere Baulemente umfassen, die dafür ausgelegt sind, die gesendete Strahlung 214 von dem Strahlungssendeempfänger 212 zu reduzieren, während die optischen Eigenschaften des Films 204 gemessen werden.
Die von dem Strahlungssendeempfänger 212 gesendete Strahlung 214 kann alternativ unter Verwendung eines optionalen Justiermittels 215, das an den Strahlungssendeempfänger 212 gekoppelt ist (oder Teil davon ist, nicht gezeigt), reduziert werden, wie gezeigt. Die von dem Sendeempfänger 212 emittierte Strahlungsmenge 214 kann unter Verwendung des Justiermittels 215, das von einem nicht gezeigten Operator des Systems 201 betätigt werden kann, manuell verringert werden oder elektronisch durch einen Prozessor 213. Das Justiermittel 215 kann die von dem Strahlungssendeempfänger 212 gesendete Strahlung reduzieren durch Verringern der Strahlungsamplitude oder durch Verringern der Zeit, während der der Film 204 bestrahlt wird (als Beispiele).
Bei einer Ausführungsform sind bevorzugt der Strahlungsreduzierer 210 und/oder Justiermittel 215 dafür ausgelegt, die von dem Strahlungssendeempfänger 212 gesendete Strahlung 214 auf etwa 50 bis 90% der aktinischen Strahlung zu reduzieren, die bewirkt, daß in dem Film bemerkbare chemische Reaktionen auftreten, hier als Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung bezeichnet.
Das System 201 ist so ausgelegt, daß Messungen einer optischen Eigenschaft an mehreren Stellen und/oder Gebieten eines Werkstücks 202 vorgenommen werden können. Beispielsweise kann der Strahlungssendeempfänger 212 stationär sein und das Werkstück 202 von einem Stepper oder einer anderen Einrichtung zu dem verschiedenen Teststellen bewegt werden. Alternativ kann das Werkstück 202 stationär sein und der Strahlungssendeempfänger 212 kann von einem Stepper oder einer anderen Einrichtung zu den verschiedenen Teststellen bewegt werden. Es können aber auch sowohl der Sendeempfänger 212 als auch das Werkstück 202 innerhalb des Systems 201 bewegt werden (als Beispiel).
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Messen einer optischen Eigenschaft wie etwa des Brechungsindexes eines Films 204 das Bereitstellen eines Bauelements 200 mit einem Werkstück 202, wobei auf dem Werkstück 202 ein Film 204 angeordnet ist, wie in den 4 bis 6 gezeigt. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Bauelement 200, und 6 zeigt eine Querschnittsansicht des Bauelements 200. 5 zeigt eine detailliertere Ansicht eines Gebiets 206 des in 4 gezeigten Bauelements 200.
Der Film 204 umfaßt bevorzugt eine Dicke von etwa 1,5 μm oder weniger und umfaßt mehr bevorzugt eine Dicke von etwa 0,05 μm bis etwa 0,5 μm (als Beispiele). Der Film 204 kann alternativ andere Dicken umfassen. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Film 204 ein erstes Gebiet 206a und mindestens ein zweites Gebiet 206b, 206c, 206d usw. Eine optische Eigenschaft des Films 204 wird an einer ersten Stelle 216a des ersten Gebiets 206a gemessen, wie in 5 gezeigt. Die optische Eigenschaft des Films 204 wird an mindestens einer zweiten Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. des ersten Gebiets 206a gemessen, wobei jede zweite Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. in der Nähe der ersten Stelle 215a liegt und davon verschieden ist. Jede zweite Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. liegt bevorzugt ebenfalls in der Nähe von jeder anderen zweiten Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. innerhalb des ersten Gebiets 206a und ist davon verschieden. Die Messung der optischen Eigenschaft des Films 204 an der ersten Stelle 216a und die Messung der optischen Eigenschaft des Films 204 an der mindestens einen zweiten Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. des Films 204 werden dann (z.B. von dem Prozessor 213 von 3) gemittelt, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets 206a des Films 204 zu bestimmen.
Die erste Stelle 216a und die mindestens eine zweite Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. des Films 204 umfassen eine Fleckgrößenbreite W₁. Die Fleckgröße kann ein kreisförmiges oder ovales Muster (wie gezeigt) umfassen, obgleich die Fleckgröße ein Quadrat, Rechteck oder andere Formen umfassen kann (als Beispiele). Jede erste Stelle 216a und jede mindestens eine zweite Stelle 216b usw. liegen an einer eindeutigen Meßstelle ohne Überlappung irgendeiner anderen Meßstelle 216a, 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. Beispielsweise liegen jede erste Stelle 216a und jede mindestens eine zweite Stelle 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. des Films 204 bevorzugt in einem Abstand von einer Breite W₂ von jeder anderen Meßstelle 216a, 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw., wobei die Breite W₂ bevorzugt größer oder gleich der Meßfleckgrößenbreite W₁ ist.
Die an den mehreren Stellen 216a, 216b, 216c, 216d, 216e, 216f usw. vorgenommenen Messungen einer optischen Eigenschaft werden bevorzugt mit einer Strahlungsdosis vorgenommen, die kleiner ist als die Empfindlichkeitsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung. Beispielsweise kann das Messen der optischen Eigenschaft des Films 204 an den Stellen 216a, 216b, 216c, 2164, 216e, 216f usw. bei einer Strahlungsdosis von etwa 50 bis 90% der Empfindlichkeitsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung vorgenommen werden. Wenn der Film 204 ein stabiles Material ohne aktinische Strahlungsdosis umfaßt, dann liegt die Strahlungsdosis bevorzugt unter der üblichen Dosis, die im Stand der Technik verwendet wird, um die optische Eigenschaft des Films 204 zu messen (als Beispiel).
Zur Bestimmung der zu verwendenden Strahlungsdosis wird zuerst die Empfindlichkeitsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung bestimmt. Die Empfindlichkeitsdosis oder Strahlungsbelichtungsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung kann von dem Hersteller des Films 204 erhalten werden (als Beispiel). Es kann aber auch ein Infrarotspektrum des Films 204 vor und nach seiner Belichtung gemessen werden, und der Film 204 kann untersucht werden, um zu bestimmen, wann die chemischen Bindungen aufzubrechen beginnen (als Beispiel). Die Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung kann beispielsweise bestimmt werden, indem die Mindestdosis bestimmt wird, die erforderlich ist, um den Film 204 chemisch zu verändern (z.B. wenn der Film 204 einen strahlungsempfindlichen Lack umfaßt). Erreicht werden kann dies durch Verwendung eines Belichtungswerkzeugs, um die Dosis inkrementell zu erhöhen. Der strahlungsempfindliche Lackfilm 204 kann dann entwickelt werden, und ein Profilierer kann verwendet werden, um zu bestimmen, bei welcher Dosis es bei einem positiven strahlungsempfindlichen Lackfilm 204 zu einem Dickeverlust kommt (oder bei welcher Dosis es bei einem negativen strahlungsempfindlichen Lackfilm 204 zu einem Zuwachs kommt).
Zweitens wird die von dem Strahlungssendeempfänger 212 (3) emittierte Strahlungsdosis bestimmt. Diese Strahlungsdosis wird dann um einen bestimmten Faktor reduziert, um das chemische Ändern des Films 204 während der Messungen zu vermeiden. Beispielsweise kann die zum Messen der optischen Eigenschaft des Films 204 verwendete Strahlungsdosis gegebenenfalls so justiert werden, daß sie kleiner ist als die Empfindlichkeitsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung, wobei entweder das optionale Justiermittel 215 oder der optionale Strahlungsreduzierer 210 oder beide verwendet werden. Die maximale Zeit für die Messung kann ebenfalls anhand des Strahlungssendeempfängers 212 bestimmt werden.
Die Anzahl der Messungen N kann unter Berücksichtigung des potentiellen Verlusts an Meßgenauigkeit aufgrund einer niedrigeren Signalausgabe bei der Messung bestimmt oder berechnet werden. Eine Karte der Oberfläche des Werkstücks 202 kann (z.B. unter Verwendung des Prozessors 213 von 3) mit ausreichend Platz angefertigt werden, um die Anzahl der Messungen-N-Punkte aufzunehmen, wobei bevorzugt so wenig wie möglich eines Platzes eingespart wird. Mehrere Messungen werden in dem reservierten abgebildeten Bereich der Oberfläche des Werkstücks 202 unter diesen ausgewählten Bedingungen vorgenommen, und die in einem bestimmten Testgebiet 206 durchgeführten mehreren Messungen werden gemittelt. Auch die Standardabweichung und/oder die Verteilung kann (wieder z.B. unter Verwendung des Prozessors 213 von 3) berechnet werden, um zu bestimmen, ob die Ungewißheit aufgrund Meßrauschens adäquat ist. Wenn die Ungewißheit nicht adäquat ist, dann können mehr Messungen erfolgen und in die Mittelung einbezogen werden, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Weil die Strahlungsdosis der Messungen einer optischen Eigenschaft kleiner ist als die Empfindlichkeitsdosis des Films 204 für aktinische Strahlung, fällt möglicherweise bei den Messungen bei den geringeren Dosen mehr Rauschen auf. Durch Mitteln der mehreren erfolgten Messungen kann jedoch eine Reihe von Messungen N definiert werden, die erforderlich sind, damit man die benötigte Genauigkeit der mittleren Messungen erhält. Man beachte, daß, wenn der Brechungsindex die gemessene optische Eigenschaft ist, kleine Abweichungen bei der mittleren Filmdicke über den Meßbereich hinweg wahrscheinlich keinen Effekt auf die Meßergebnisse haben, weil die Filmdicke, n und k unabhängig berechnet werden können.
Anhand einer statistischen Analyse kann die Anzahl der durchzuführenden Messungen N auf der Basis der Verteilung und der erforderlichen Präzision für die Strahlungsdosis bestimmt werden, bei der die Messungen der optischen Eigenschaft erfolgen. Zuerst wird die Verteilung der Messung bei einer bestimmten Meßdosis bestimmt. Dann kann anhand wohlbekannter statistischer Verfahren die Anzahl der Messungen bestimmt werden, die für eine Genauigkeit innerhalb eines vorbestimmten Bereichs erforderlich sind.
7 zeigt ein Beispiel einer Populationsverteilung 250 von Messungen einer optischen Eigenschaft, die unter Verwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik mit starken Strahlungsdosen für einen stabilen Film 204 vorgenommen wurden. Die Populationsverteilung 250 ist eine Histogrammkurve der Meßergebnisse, wobei die y-Achse die Häufigkeit oder Anzahl von Messungen darstellt, die bei einem bestimmten Wert entlang der x-Achse erhalten werden. Die Zahlen auf der x-Achse in 7–9 sind beispielhaft; die Zahlen können tatsächlich die reelle, imaginäre oder sowohl die reelle als auch die imaginäre Komponente des Brechungsindexes oder einer anderen optischen Eigenschaft eines Films darstellen (als Beispiel). Die Populationsverteilung 250 ist eng (z.B. ist die Kurve 250 steil und schmal) und weist auch ein enges Signal-Rausch-Verhältnis auf, was durch die relativ steile Kurve angedeutet ist. Beispielsweise liegt die große Mehrzahl der Messungen zwischen 95 und 105 für die in 7 gezeigte Populationsverteilung 250.
8 zeigt ein Beispiel einer Populationsverteilung 252 von Messungen einer optischen Eigenschaft, die unter Verwendung des hier beschriebenen Verfahrens mit reduzierten Strahlungsdosen entweder für einen strahlungsempfindlichen oder stabilen Film 204 erfolgten. Die Populationsverteilung 252 ist weniger eng (z.B. ist die Kurve 252 weniger steil und breiter) als die Verteilung 250 in 7 und weist auch ein weniger enges Signal-Rausch-Verhältnis auf, durch die weniger steile Kurve angedeutet. Beispielsweise liegt die Mehrzahl der Messungen zwischen 85 und 115 für die in 8 gezeigte Populationsverteilung 252. Dies zeigt an, daß in der Verteilung 252 mehr Messungen benötigt werden, um die gleiche Präzision wie die Verteilung 250 in 7 zu erhalten. Die Brechungsindexmessungen entlang der x-Achse können bevorzugt beispielsweise durch RI + (i·k) repräsentiert werden.
Ein Flußdiagramm 220 eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 gezeigt. Zuerst wird ein Werkstück 204 mit einem darauf ausgebildeten Film 204 (Schritt 222) bereitgestellt. Messungen einer optischen Eigenschaft des Films 204 werden an mehreren Teststellen 216 in einem ersten Testgebiet 206 des Werkstücks 204 vorgenommen (Schritt 224). Die Meßergebnisse der optischen Eigenschaft werden dann gemittelt (Schritt 226). Dies kann in mehreren Testgebieten 206 des Films 204 wiederholt werden, um Fluktuationen bei der optischen Eigenschaft über das Bauelement 200 hinweg zu detektieren. Beispielsweise können Messungen einer optischen Eigenschaft an mehreren Teststellen 216 in mindestens einem zweiten Testgebiet 206 erfolgen (228). Die Meßergebnisse der optischen Eigenschaft werden dann für das mindestens eine zweite Testgebiet gemittelt (Schritt 230).
Ergebnisse des hier beschriebenen Meßverfahrens für eine optische Eigenschaft können auf Ergebnisse von Meßverfahren nach dem Stand der Technik kalibriert werden. Ein Beispiel einer solchen Kalibriertechnik ist im Flußdiagramm 232 von 10 gezeigt. Eine optische Eigenschaft eines gegenüber Strahlung nicht empfindlichen Films wird unter Verwendung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen, wie z.B. unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm 220 von 9 beschrieben (Schritt 234). Eine optische Eigenschaft des gegenüber Strahlung nicht empfindlichen Films wird unter Verwendung traditioneller Verfahren nach dem Stand der Technik (z.B. bei einer starken Strahlungsdosis) gemessen (Schritt 236). Die Meßergebnisse von Schritt 234 und Schritt 236 werden verglichen, um einen Justier- oder Kalibrierungsfaktor zu bestimmen (Schritt 238). Dann wird eine optische Eigenschaft eines gegenüber Strahlung empfindlichen Films gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemessen, wie z.B. unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm 220 von 9 beschrieben (Schritt 240). Die Meßergebnisse von Schritt 240 werden dann mit dem in Schritt 238 bestimmten Justierfaktor justiert (Schritt 242).
11 veranschaulicht, daß die Verteilung der mehreren Meßergebnisse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verschoben werden kann, indem ein stabiler Film verwendet wird, um die hier beschriebene Meßtechnik für eine optische Eigenschaft zu kalibrieren. Beispielsweise kann das stabile Material oder der stabile Film wie etwa ein unter Verwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik getestetes Oxid eine Verteilung 254 mit einem Mittelwert von 105 aufweisen, wie in 11 gezeigt. Der stabile Film wird dann unter Verwendung des hier beschriebenen vorliegenden Verfahrens unter Verwendung mehrerer Empfindlichkeitsdosis für subaktinische Strahlung in jedem Testgebiet getestet, um die Verteilung 256 mit einer mittleren Verteilung von 100 mit einer weniger steilen, breiteren Kurve zu erzielen. Das Ausmaß der Justierung 258 (oder Kalibrierungsfaktor), das benötigt wird, um den Mittelwert der Testverfahrensergebnisse nach dem Stand der Technik zu erzielen, wird dann berechnet oder bestimmt. Somit kann ein stabiles Material verwendet werden, um eine Verschiebung 258 zu kalibrieren, die an den gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgten Messungen durchzuführen ist, so daß das vorliegende Verfahren später zum Messen optischer Eigenschaften eines instabilen Materials verwendet werden kann. Ein instabiles Material kann dann getestet werden und die Durchschnitts- oder Mittelwerte können um das berechnete Ausmaß der Justierung 258 justiert werden. Die Justierung 258 kann als eine Korrektur auf den Mittelwert der statistischen Ergebnisse angewendet werden (als Beispiel). Man beachte, daß bei einigen Anwendungen das Ausmaß der Justierung 258 Null sein kann, wie bei 260 gezeigt. Der Prozessor 213 des in 3 gezeigten Meßsystems 201 kann dafür ausgelegt sein, die Justierung 258 oder den Offset auf die Meßergebnisse der optischen Eigenschaft anzuwenden (als Beispiel).
Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben zum Messen des Brechungsindexes eines Films 204 umfassend ein strahlungsempfindliches Lackmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es sei angenommen, daß ein strahlungsempfindliches Lackmaterial 204 sich bei 10 mJ/cm² zu zersetzen beginnt und die Strahlungsdosis oder der Energiestrahl, die oder der benötigt wird, um n und k präzise zu messen, mit 100 mJ/cm² auf den Film auftrifft. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Filter oder eine Öffnung 210 (siehe 3) verwendet, um die Dosis für eine Einzelmessung auf 5 mJ/cm² zu reduzieren. Der Filter oder die Öffnung 210 gestattet, daß nur ein kleiner Teil des Strahls hindurchtritt. Die Genauigkeit der Messung könnte verschlechtert sein, doch können die Messungen an eindeutigen nichtüberlappenden Stellen beispielsweise etwa 19 mal wiederholt werden, wobei die Stellen jedesmal um eine Strecke verschoben werden, die größer ist als die Größe oder die Fläche des Flecks, der bestrahlt wird. Beispielsweise kann die Fleckgröße 10 × 10 μm betragen, und die Stelle eines nachfolgenden Meßflecks kann um etwa 20 × 15 μm verschoben werden. Man beachte, daß, weil strahlungsempfindliche Filme 204 gegenüber akkumulierten Strahlungsdosen empfindlich sind, bevorzugt die mehreren schwachen Strahlungsdosismessungen nicht genau am gleichen Fleck vorgenommen werden, damit man die Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht, oder ansonsten die akkumulierten Strahlungsdosen den ausgemessenen Film 204 chemisch abändern. Anhand einer statistischen Analyse wird vorhergesagt, daß sich n und k im Mittel dem eigentlichen Meßwert annähern. Je größer die Anzahl der Messungen, umso präziser wird die Messung und um so niedriger ist das Signal-Rausch-Verhältnis. Die Meßdosis kann reduziert und die Anzahl der Messungen erhöht werden, damit der Film 204 ungeachtet dessen, wie empfindlich der Film 204 gegenüber Strahlung ist, nicht physikalisch verändert wird.
Die Verarbeitungseffekte vom strahlungsempfindlichen Film 204 können über das Messen von Änderungen von optischen Eigenschaften überwacht werden. Wenn die optischen Eigenschaften strahlungsempfindlich sind, dann können die hier beschriebenen Verfahren zur Messung einer optischen Eigenschaft vor und nach mehreren Prozessen ausgeführt werden. In diesem Fall müßte die Fläche des ausgemessenen Films 204 notwendigerweise erweitert werden. Um bestimmte unvorhergesehene systematische Fehlerbeiträge zu lindern, kann das für mehrere Messungen verwendete Muster randomisiert anstatt in einer perfekt geordneten Matrix angeordnet zu sein werden. Erfolgen kann dies auch mit mehreren vor und nach Prozeßeffektmessungen.
Um die Anzahl der Messungen N zu berechnen, die benötigt werden, können alternativ andere statistische Berechnungen verwendet werden. Beispielsweise kann Gleichung 1 verwendet werden, um N für Messungen gemäß Normalverteilungen zu berechnen:
wobei RI^True der unter Verwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik berechnete Brechungsindex eines stabilen Films ist, RI^Av der Brechungsindex von mehreren mit reduzierter Strahlungsdosis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommenen Messungen ist, s die Quadratwurzel der Populationsvarianz ist und U_a die Student-T-Statistik mit den entsprechenden Freiheitsgraden und Alpharisiko ist. Man beachte, daß sich andere statistische Formeln zum Berechnen der Anzahl der Messungen eignen, die für andere Arten von Verteilungen benötigt werden (als Beispiel).
Als nächstes wird ein Beispiel beschrieben zum Berechnen der Anzahl der Messungen N, die erforderlich sind, um den Brechungsindex eines Films 204 zu messen. Es soll angenommen werden, daß die Messung des Brechungsindexes eines stabilen Films mit einer hohen Strahlungsdosis nach dem Stand der Technik der wahre Wert RI^True ist und daß die bei bei einer geringen Strahlungsdosis gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgten Messungen des Brechungsindexes normal verteilt sind. Beispielsweise wird die Standardabweichung von Messungen des Brechungsindexes unter Bedingungen schwacher Strahlungsdosis als 0,001 Einheiten angenommen. Es werde außerdem angenommen, daß gewünscht wird, daß die mittlere Messung (RI^Av) innerhalb 0,0005 Einheiten liegt. Die Nullhypothese lautet, daß die mittlere Messung unter Bedingungen einer schwachen Strahlungsdosis bei Annahme einer Normalverteilung mit zwei Enden mit 2,5% unter jedem Ende nicht innerhalb von 0,0005 Einheiten liegt. Die Anzahl der Messungen N kann unter Verwendung von Gleichung 1 berechnet werden, wobei (RI^True-RI^Av) = 0,0005 Einheiten, σ = 0,001 und U_α = T-Statistik mit (N – 2) Freiheitsgraden. Weil U_α eine Funktion von N ist, ist möglicherweise eine gewisse Iteration erforderlich. Beispielsweise kann zuerst davon ausgegangen werden, daß N sehr groß ist. Man würde U_α in einer Statistiktabelle nachsehen und dann die Anzahl der Messungen N berechnen. Dann kann man U_α für (N – 2) Freiheitsgrade nachsehen und die Anzahl der Messungen N neu berechnen. Dies kann so lange wiederholt werden, bis die berechnete Anzahl von Messungen mit Integer (N_calc) konstant ist. Berechnungen für das obige Beispiel und Annahmen sind in Tabelle 1 gezeigt:
Tabelle 1
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten ein Verfahren zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films (siehe 9) und ein System 201 (siehe 3) zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films. Eine weitere Ausführungsform enthält einen Algorithmus und/oder ein Softwareprogramm zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films (als Beispiel). Die Empfindlichkeitsdosis eines Films für aktinische Strahlung kann wie die Präzision und Genauigkeit der Messungen (als Beispiele) in den Prozessor 213 programmiert sein. Die Fleckgröße (oder Größe der Meßstelle) und der während der Messungen zu verwendende Prozentsatz der Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung kann in den Prozessor 213 eingegeben oder von diesem berechnet werden. Die Anzahl der Messungen N und die Genauigkeit oder der Offset 258 können in den Prozessor 213 eingegeben werden, oder der Prozessor 213 kann diese Werte berechnen (als Beispiel).
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders bei der Messung von Materialien oder Filmen 204, die chemisch verstärkt sind, wie etwa chemisch verstärkte 157-nm-empfindliche Lacke, wobei "157 nm" die Wellenlänge angibt, mit der der Lack belichtet wird, oder die Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung. Ein weiteres Beispiel eines chemisch verstärkten Films ist ein chemisch verstärkter 193-nm-empfindlicher Lack, als Beispiel. Diese Arten von strahlungsempfindlichen Lacken sind so ausgelegt, daß sie bei einer geringen Strahlungsdosis eine große chemische Änderung aufweisen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eignen sich jedoch auch bei der Messung von anderen weniger strahlungsempfindlichen Lacken und anderen stabilen Filmen, die bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet werden.
Zu Vorteilen von Ausführungsformen der Erfindung zählen das Bereitstellen der Fähigkeit, optische Eigenschaften eines strahlungsempfindlichen Films 204 präzise zu messen, ohne im Film 204 chemische Änderungen hervorzurufen. Viele Messungen erfolgen bei schwachen kurzen Dosen in sehr unmittelbarer Nähe zueinander, z.B. an Stellen 216a, 216b, 216c usw. in einem bestimmten Gebiet 206 des Films 204 (siehe 5), so daß das Signal-Rausch-Verhältnis niedriger ist, als wenn optische Eigenschaften von Filmen gemessen werden, die stabil sind. Optische Eigenschaften wie etwa der Brechungsindex, die Dicke eines Films, die Absorption des Films und die Geschwindigkeit von Licht durch den Film (als Beispiele) können unter Verwendung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemessen werden.
Die mehreren Messungen mit schwacher Dosis können in mehreren Gebieten 206 über eine Oberfläche eines Werkstücks 202 (siehe 6) hinweg erfolgen, um die Schwankung des Brechungsindexes eines Films 204 über die Oberfläche eines Werkstücks 202 hinweg zu bestimmen (als Beispiel). Die gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgten Messungen können bei der Simulation der Lithographie der ausgemessenen Filme zu Modellierzwecken verwendet werden (als Beispiel).
Durch Verteilen der Meßstrahlungsdosis über einen größeren Flächeninhalt der Oberfläche eines Films hinweg gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die Messungen des Films verursachte chemische Änderungen am Film vermieden.
Wenngleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben worden sind, versteht sich, daß daran zahlreiche Änderungen, Substitutionen und Abänderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert abzuweichen. Beispielsweise versteht der Fachmann ohne weiteres, daß viele der Merkmale, Funktionen, Prozesse und Materialien, die hier beschrieben sind, abgewandelt werden können und dennoch innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung bleiben. Zudem soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Materiezusammensetzung, der Mitte1, der Verfahren und Schritte, die in der Spezifikation beschrieben sind, beschränkt sein. Wie der Durchschnittsfachmann ohne weiteres anhand der Offenbarung der vorliegenden Erfindung erkennt, können gemäß der vorliegenden Erfindung Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materiezusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später zu entwickeln sind, die im wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen und im wesentlichen das gleiche Ergebnis wie die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen erzielen, verwendet werden. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Schutzbereichs solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materiezusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte beinhalten.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Ein System und Verfahren zum Messen optischer Eigenschaften von auf Halbleiterwafern abgeschiedenen oder ausgebildeten Filmen. Messungen einer optischen Eigenschaft erfolgen an mehreren nichtüberlappenden Stellen innerhalb eines Testgebiets eines Films bei einer schwachen Strahlungsdosis, und die Messungen werden gemittelt. Die Strahlungsdosis liegt unter der Empfindlichkeitsdosis des Films für aktinische Strahlung, so daß durch die Messungen keine chemischen Änderungen im Film hervorgerufen werden. Die Messungen können auf Verfahren nach dem Stand der Technik kalibriert werden, und die Ergebnisse können durch den Justier- oder Kalibrierungsfaktor justiert werden.

Claims

Verfahren zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films, wobei das Verfahren folgendes umfaßt: Bereitstellen eines Werkstücks, wobei auf dem Werkstück ein Film angeordnet ist; Messen einer optischen Eigenschaft des Films an einer ersten Stelle; Messen der optischen Eigenschaft des Films an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen; und Mitteln der Messung der optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und der Messung der optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle des Films, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der ersten optischen Eigenschaft und das Messen der mindestens einen zweiten optischen Eigenschaft den Brechungsindex des Films umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der ersten optischen Eigenschaft und das Messen der mindestens einen zweiten optischen Eigenschaft die Dicke des Films, die Absorption des Films oder die Geschwindigkeit von Licht durch den Film umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der ersten optischen Eigenschaft des Films und das Messen der mindestens einen zweiten optischen Eigenschaft des Films das Bestrahlen des Werkstücks an der ersten Stelle bzw. der mindestens einen zweiten Stelle mit Energie umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Film einen strahlungsempfindlichen Film umfaßt, wobei der strahlungsempfindliche Film durch eine Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung chemisch verändert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Messen der optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und das Messen der optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle mit einer Dosis von etwa 50 bis 90% der Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der strahlungsempfindliche Film einen strahlungsempfindlichen Lack umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Messen der optischen Eigenschaft des Films das Messen der optischen Eigenschaft von mehreren zweiten Stellen innerhalb des ersten Gebiets umfaßt, wobei jede zweite Stelle sich in der Nähe jeder anderen zweiten Stelle befindet und davon verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Messen einer optischen Eigenschaft des Films an einer dritten Stelle; Messen der optischen Eigenschaft des Films an mindestens einer vierten Stelle, wobei jede vierte Stelle sich in der Nähe der dritten Stelle befindet und von dieser verschieden ist; wobei die dritte Stelle und die mindestens eine vierte Stelle ein zweites Gebiet des Films umfassen; und Mitteln der Messung der optischen Eigenschaft des Films an der dritten Stelle und der Messung der optischen Eigenschaft des Films an mindestens einer vierten Stelle des Films, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des zweiten Gebiets des Films zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Film mehrere vierte Stellen innerhalb des zweiten Gebiets umfaßt, wobei sich jede vierte Stelle in der Nähe jeder anderen vierten Stelle befindet und davon verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Bestimmen einer mittleren Messung einer optischen Eigenschaft mindestens eines dritten Gebiets des Films unter Verwendung des Verfahrens, das verwendet wird, um die mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen, wie in Anspruch 1 beschrieben.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Bestimmen der Gesamtzahl von Meßstellen N der ersten Stelle und der mindestens einen zweiten Stelle unter Verwendung von Gleichung 1:
wobei RI^True eine mit einer hohen Strahlungsdosis gemessene optische Eigenschaft eines stabilen Films ist, RI^Av die mittlere optische Eigenschaft des Films im ersten Gebiet ist, S die Quadratwurzel der Populationsvarianz ist und U_α die Student-T-Statistik mit entsprechenden Freiheitsgraden für ein gegebenes Alpharisiko ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Film einen ersten Film umfaßt, wobei das Messen der optischen Eigenschaft des ersten Films an der ersten Stelle und das Messen der optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle eine erste Strahlungsdosis umfaßt, weiterhin umfassend: Messen der optischen Eigenschaft eines zweiten Films mit einer zweiten Strahlungsdosis, wobei die zweite Strahlungsdosis höher ist als die erste Strahlungsdosis; und Vergleichen der gemessenen optischen Eigenschaft des zweiten Films und der mittleren Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des ersten Films, wobei eine Differenz bei dem Vergleich einen Kalibrierungsfaktor umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Messen einer optischen Eigenschaft eines dritten Films an einer ersten Stelle; Messen der optischen Eigenschaft des dritten Films an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des dritten Films umfassen; und Mitteln der optischen Eigenschaft des dritten Films an der ersten Stelle und der optischen Eigenschaft des dritten Films an der mindestens einen zweiten Stelle des dritten Films, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des dritten Films zu bestimmen; und Justieren der mittleren Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des dritten Films mit dem Kalibrierungsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Bestimmen einer Empfindlichkeitsdosis des Films für aktinische Strahlung; Bereitstellen eines Strahlungssendeempfängers; Reduzieren einer von dem Strahlungssendeempfänger emittierten Strahlungsdosis auf eine reduzierte Strahlungsdosis, wobei die reduzierte Strahlungsdosis kleiner ist als die Empfindlichkeitsdosis des Films für aktinische Strahlung; und Messen der optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und der mindestens einen zweiten Stelle unter Verwendung der reduzierten Strahlungsdosis.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Reduzieren der Strahlungsdosis durch einen Strahlungsreduzierer oder einen Strahlungsjustierer erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Strahlungsreduzierer einen Schirm, eine Öffnung in einem undurchsichtigen Material oder einen Filter umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die reduzierte Strahlungsdosis Licht, Ultraviolettlicht, Elektronen oder Röntgenstrahlen umfaßt.
System zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films, wobei das System folgendes umfaßt: ein Strahlungsreduktionselement; einen in der Nähe des Strahlungsreduktionselements angeordneten Strahlungssendeempfänger, wobei der Strahlungssendeempfänger einen Strahlungssender zum Emittieren einer Strahlungsdosis in Richtung auf einen auf einem Bauelement angeordneten Film enthält, wobei der Strahlungssendeempfänger einen Strahlungsdetektor zum Messen reflektierter Strahlung von dem Film an einer ersten Stelle und an mindestens einer zweiten Stelle unter Verwendung einer reduzierten Strahlungsdosis enthält, wobei sich jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle befindet und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen, wobei die reduzierte Strahlungsdosis die von dem Strahlungssendeempfänger emittierte, durch das Strahlungsreduktionselement reduzierte Strahlungsdosis umfaßt; und einen Prozessor, wobei der Prozessor dafür ausgelegt ist, die gemessene optische Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und die gemessene optische Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle zu mitteln, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
System nach Anspruch 19, wobei das Reduktionselement einen Strahlungsreduzierer oder ein Justiermittel umfaßt.
System nach Anspruch 20, wobei der Strahlungsreduzierer einen Schirm, eine Öffnung in einem undurchsichtigen Material oder einen Filter umfaßt.
System nach Anspruch 19, wobei die reduzierte Strahlungsdosis Licht, Ultraviolettlicht, Elektronen oder Röntgenstrahlen umfaßt.
System nach Anspruch 19, wobei die gemessene optische Eigenschaft den Brechungsindex des Films, die Dicke des Films, die Absorption des Films oder die Geschwindigkeit von Licht durch den Film umfaßt.
System nach Anspruch 19, wobei der Film einen strahlungsempfindlichen Film umfaßt, wobei der strahlungsempfindliche Film durch eine Empfind lichkeitsdosis für aktinische Strahlung chemisch verändert werden kann, wobei das Strahlungsreduktionselement dafür ausgelegt ist, die von dem Strahlungssendeempfänger emittierte Strahlung auf eine reduzierte Strahlungsdosis zu reduzieren, die etwa 50 bis 90% der Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung umfaßt.
System nach Anspruch 19, wobei der Strahlungssendeempfänger dafür ausgelegt ist, die optische Eigenschaft des Films an mehreren zweiten Stellen innerhalb des ersten Gebiets zu messen, wobei jede zweite Stelle sich in der Nähe jeder anderen zweiten Stelle befindet und davon verschieden ist.
System nach Anspruch 19, wobei der Prozessor dafür ausgelegt ist, die Gesamtzahl von Meßstellen N der ersten Stelle und der mindestens einen zweiten Stelle unter Verwendung von Gleichung 1 zu bestimmen:
wobei RI^True eine mit einer hohen Strahlungsdosis gemessene optische Eigenschaft eines stabilen Films ist, RI^Av die mittlere optische Eigenschaft des Films im ersten Gebiet ist, S die Quadratwurzel der Populationsvarianz ist und U_α die Student-T-Statistik mit entsprechenden Freiheitsgraden für ein gegebenes Alpharisiko ist.
System zum Messen einer optischen Eigenschaft eines Films, wobei das System folgendes umfaßt: Mittel zum Senden von Strahlung in Richtung auf einen auf einem Bauelement angeordneten Film; Mittel zum steuerbaren Reduzieren der von dem Mittel zum Senden von Strahlung gesendeten Strahlung; Mittel zum Messen von von dem Mittel zum Senden von Strahlung gesendeter Strahlung, reduziert durch das Mittel zum steuerbaren Reduzieren der Strahlung und reflektiert von dem auf dem Bauelement angeordneten Film an einer ersten Stelle und an mindestens einer zweiten Stelle, wobei jede zweite Stelle in der Nähe der ersten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei jede zweite Stelle in der Nähe jeder anderen zweiten Stelle liegt und von dieser verschieden ist, wobei die erste Stelle und die mindestens eine zweite Stelle ein erstes Gebiet des Films umfassen; und Mittel zum Mitteln der gemessenen optischen Eigenschaft des Films an der ersten Stelle und der gemessenen optischen Eigenschaft des Films an der mindestens einen zweiten Stelle, um eine mittlere Messung der optischen Eigenschaft des ersten Gebiets des Films zu bestimmen.
System nach Anspruch 27, wobei der Film bei einer Empfindlichkeitsdosis für aktinische Strahlung chemisch verändert wird, wobei das Mittel zum steuerbaren Reduzieren der von dem Mittel zum Senden von Strahlung gesendeten Strahlung dafür ausgelegt ist, die Strahlung von dem Mittel zum Senden von Strahlung auf etwa 50 bis 90% der Empfindlichkeitsdosis des Films für aktinische Strahlung zu reduzieren.
System nach Anspruch 27, wobei die gemessene optische Eigenschaft den Brechungsindex des Films, die Dicke des Films, die Absorption des Films oder die Geschwindigkeit von Licht durch den Film umfaßt.
System nach Anspruch 27, wobei die reduzierte Strahlungsdosis Licht, Ultraviolettlicht, Elektronen oder Röntgenstrahlen umfaßt.