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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung liegt im Gebiet der automatischen optischen
Untersuchungstechniken und betrifft ein System zum Untersuchen von
Retikeln oder Masken auf eine Weise, bei der die Arbeitsweise eines
spezifischen photolithographischen Geräts simuliert wird, in dem das
Retikel verwendet wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Photolithographie
ist einer der Hauptprozesse bei der Herstellung von Halbleitergeräten und
besteht aus dem mustern der Waferoberfläche gemäß dem Schaltungsentwurf des
herzustellenden Halbleitergeräts.
Genauer gesagt wird ein auf dem Wafer herzustellender Schaltungsentwurf
zuerst auf einer Maske oder einem Retikel gemustert (aus Gründen der
Einfachheit werden die Begriffe Maske und Retikel hier austauschbar
verwendet, obwohl sie sich tatsächlich
auf etwas voneinander verschiedene Techniken beziehen). Der Wafer
ist mit einem Photolackmaterial beschichtet und wird dann in einem
Photolithographiegerät
angeordnet, um mit Licht, das durch das Retikel hindurchtritt, belichtet
zu werden, um so ein latentes Bild des Retikels auf dem Photolackmaterial
zu erzeugen. Danach wird das Photolackmaterial entwickelt, um das
Bild der Maske auf dem Wafer zu erzeugen. Nach vollständigem Durchlaufen
des photolithographischen Prozesses wird die oberste Schicht des
Wafer geätzt,
eine neue Schicht abgeschieden und die Photolithographie- und Ätzarbeitsschritte
werden von neuem begonnen. Auf diese wiederholende Art und Weise
wird ein viellagiger Halbleiterwafer hergestellt.
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Wie
gut bekannt ist, benutzen Photolithographiegeräte eine Lampe oder einen Laser
als Lichtquelle und verwenden eine Objektivlinse mit relativ hoher
numerischer Apertur (NA), um eine relativ hohe Auflösung zu
erreichen. Die Optik solcher Geräte
ist im allgemeinen darauf ausgelegt, eine Verkleinerung (negative
Vergrößerung)
von z.B. 1/5 des Bildes des Retikels auf dem Wafer zu erzeugen.
Verschiedene Modelle verwenden unterschiedliche Kombinationen aus
NA und Vergrößerung,
die vom Hersteller des Geräts
ausgelegt werden.
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Es
muß verstanden
werden, daß das
Retikel fehlerfrei sein muß,
um verwendugsfähige
Halbleitergeräte
zu erhalten. Weiterhin wird in den meisten modernen Prozeßverfahren
das Retikel wiederholt verwendet, um viele Plättchen (engl.: dies) auf einem Wafer
zu erzeugen. Auf diese Weise wird jeder Fehler des Retikels viele
Male auf dem Wafer wiederholt werden und wird bewirken, daß viele
Geräte
fehlerhaft sind. Daher wurden verschiedene Untersuchungsgeräte für Retikel
entwickelt und sind am Markt erhältlich.
Ein Typus solcher Untersuchungssysteme, auf den sich die Erfindung
bezieht, scannt das gesamte Retikel mit einer Lichtpunkttechnik,
um das Retikel auf Fehler zu untersuchen. Beispiele solcher Systeme
sind in USP 4,926,489, 5,838,433 und 5,563,702 angegeben und sind
auch schematisch in 1 dargestellt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist ein Retikel 10 auf einer
x-y-Plattform angeordnet. Ein Laser 30 erzeugt einen Beleuchtungsstrahl
mit einem relativ geringen Durchmesser. Ein Scanner 40,
z.B. ein rotierender Spiegel oder ein akusto-optischer Ablenker
(AOD) werden benutzt, um den Strahl in einer Richtung zu scannen,
die im allgemeinen als die Richtung des „fast scan" bezeichnet wird. Die Plattform 20 wird
in einer zu der fast-scan-Richtung senkrechten Richtung in Serpentinen
bewegt, so daß die
gesamte Oberfläche
des Retikels gescannt wird. Der gescannte Strahl tritt durch den
dichroitischen Spiegel 50 hindurch und wird durch die Objektivlinse 60 auf
das Retikel fokussiert. Das Licht, das durch das Retikel 10 transmittiert
wurde, wird von der Objektivlinse 70 gesammelt und auf
einen Lichtsensor 80, z.B. einen Photomultiplier (PMT),
fokussiert. Reflektiertes Licht wird durch den dichroitischen Spiegel 50 abgelenkt, um
durch die Linse 95 gesammelt werden und auf den Lichtsensor 90 fokussiert.
Die gepunktete Linie zeigt eine optionale Anordnung mit Optik und
gekipptem Spiegel, die verwendet werden kann, um ein interferometrisches
Bild des Retikels zur Untersuchung von Phasenschieber-Designs zu
erhalten (siehe z.B. die zitierte USP 5,563,702).
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Konzeptionell
erzeugen die in 1 beispielhaft dargestellten
Systeme eine stark vergrößertes Bild
des Retikels. Jedes Pixel in diesem Bild korrespondiert zu einem
abgetasteten belichteten Punkt auf dem Retikel und weist einen Grauwert
auf, der mit der vom Lichtsensor empfangenen Lichtmenge zusammenhängt. Dieser
Grauwert kann entweder mit einem korrespondierenden Pixel eines
benachbarten Plättchens
auf dem Retikel verglichen werden oder digitalisiert und mit einer
Datenbank verglichen werden oder mit einem aus der Datenbank berechneten Grauwertbild
verglichen werden. Wenn eine Abweichung oberhalb einer bestimmten
Schwelle erkannt wird, wird der Ort, an dem der Fehler vermutet
wird, identifiziert.
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Neueste
Fortschritte in der Photolithographietechnik haben einen weiteren
Faktor eingeführt, augrund
dessen das latente Bild auf dem Wafer fehlerhaft sein kann. Genauer
gesagt erfordert die Verminderung der Bemessungsregeln (engl.: design
rules) verschiedene Maßnahmen,
um Änderungen
im latenten Bild, die durch die Wechselwirkung der Lichtstrahlen
mit dem Entwurf auf dem Retikel verursacht werden, zu begegnen.
Solche Wechselwirkungen werden im allgemeinen als optische „Proximity-Effekte" bezeichnet und resultieren
beispielsweise in Eckenrundungen, einem Unterschied zwischen isolierten,
halbisolierten und dichten Mustern, einem Mangel an CD-Linearität etc. Während sie
von herkömmlichen
Untersuchungssystemen nicht als potentielle Fehler in einem bestimmten
Retikel erkannt werden, so können
diese Effekte reale Fehler auf dem Wafer erzeugen. Auf der einen
Seite sollten diese Effekte das System nicht veranlassen, einen Alarm
auszulösen,
wenn sie nicht als Fehler auf den Wafer übertragen werden. Darüber hinaus
besteht ein Bedürfnis
die Gegenmaßnahmen
zu untersuchen, wie etwa optische Proximitykorrektur (OPC) und phasensschiebende Ätzung auf
Retikeln, und ihren Entwurf und ihre Wirksamkeit zu überprüfen.
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Herkömmlicherweise
muß man
beim Entwurf und der Auswertung von Retikeln, speziell von fortgeschrittenen
Retikeln mit OPC und phasenschiebenden Merkmalen, das Retikel erzeugen,
einen Wafer unter Benutzung des Retikels belichten und überprüfen, ob
die Merkmale des Retikels gemäß dem Entwurf
auf den Wafer übertragen
wurden. Jede Abweichung der fertigen Merkmale von dem gewünschten Entwurf
erforden eine Veränderung
des Entwurfs, Erzeugen eines neuen Retikels und Belichten eines neuen
Wafers. Es ist überflüssig, zu
betonen, daß ein solcher
Prozeß teuer,
mühsam
und zeitaufwendig ist. Um diesen Prozeß abzukürzen und beim Entwurf und der
Auswertung von fortgeschrittenen Retikeln zu unterstützen, hat
IBM kürzlich
ein Aerial Image Measurement Systems (AIMS) genanntes Mikroskop
entwickelt.
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Das
AIMS-System ist beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung Nr.
0 628 806 sowie in den folgenden Arikeln offenbart: Richard A. Ferguson
et al. „Application
of an Aerial Image Measurement System to Mask Fabrication and Analysis", SPIE Vol 2087 Photomask
Technology and Management (1993), Seiten 131–144, und R. Martino et al "Application of the
Aerial Image Measurement System (AIMSTM)
to the Analysis of Binary Mask Imaging and Resolution Enhancement
Techniques", SPIE
Vol. 2197, Seiten 573–584.
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Das
Mikroskop ist am Markt erhältlich
von der Carl Zeiss GmbH, Deutschland, unter dem Handelsnamen MSM100
(was für
mikrolithographisches Simulations-Mikroskop steht).
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Konzeptionell
emuliert das AIMS-System einen Stepper und erzeugt ein stark vergrößertes Bild des
durch das Retikel erzeugten latenten Bildes anstatt, wie bei den
Untersuchungssystemen, ein stark vergrößertes Bild des Retikels zu
erzeugen. Genauer gesagt können
die Betriebsparameter wie etwa NA und Wellenlänge vom Benutzer eingestellt
werden, um das Gerät,
das zur Belichtung des Wafers verwendet werden wird, zu simulieren.
Die Belichtung wird auf eine Weise bereitgestellt, die die Belichtung in
einem Stepper simuliert, so daß ein
latentes Bild des Retikels erzeugt wird. Jedoch wird anstelle eines Wafers
ein Sensor angeordnet, so daß ein
Raumbild des durch das Retikel erzeugten latenten Bildes hergestellt
wird. Auch vergrößert das
AIMS das latente Bild, um eine einfacheren Bildzugriff zu ermöglichen, anstatt
das Bild wie ein Stepper zu verkleinern.
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Das
AIMS ist grundsätzlich
ein Entwicklungswerkzeug, das zur Entwicklung und dem Testen verschiedener
Retikelentwürfe
gedacht ist. Es ist weiterhin hilfreich zum Überprüfen wie OPC und phasenschiebende
Merkmale auf den Wafer übertragen würden. Zusätzlich kann
das System verwendet werden, um verschiedene Fehler, die von einem
Retikeluntersuchungssystem entdeckt wurden, zu untersuchen und zu
testen, ob diese Fehler sich tatsächlich auf den Wafer übertragen
würden.
Jedoch ist das MSM100 nicht dazu gedacht, als ein allgemeines Retikeluntersuchungssystem
verwendet zu werden, und es mangelt ihm an einer Technik, die für eine schnelle Untersuchung
von Retikeln erforderlich ist.
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Jedoch
offenbart das US-Patent 5,795,688 eine Technik zur Verwendung eines
Systems wie des MSM100, um eine automatische Untersuchung einer Photomaske
auszuführen.
Dazu wird ein Raumbild eines Bereichs der Photomaske mit dem MSM100
ermittelt, während
ein sogenannter „virtueller
Stepper"-Softwarealgorithmus
gleichzeitig ein gleichartiges Raumbild unter Berücksichtigung
der Betriebsbedingungen eines speziell interessierenden Steppers
simuliert, wobei die Retikelmuster-Datenbank verwendet wird. Das
Raumbild wird mit dem simulierten Raumbild verglichen und mögliche Fehler
auf der Photomaske werden lokalisiert. Diese Technik verwendet tatsächlich eine
sogenannte Plättchen-zu-Datenbank-Bildverarbeitungstechnik,
wobei die Datenbank durch das simulierte Bild gebildet ist. Da das
Bild unter Verwendung der MSM100 erhalten wird, die keine schnelle
Untersuchung ausführen
kann, kann diese Technik nicht zur automatischen Inline-Untersuchung von
Retikeln, die auf einer Produktionsanlage fortschreiten, verwendet
werden. Auf der anderen Seite liefert diese Technik keine zuverlässigen Ergebnisse
aufgrund von Beschränkungen
der Simulationssoftware. Genauer gesagt würden viele künstliche
Unterschiede zwischen dem realen Raumbild und dem simulierten Raumbild fälschlicherweise
als Fehler angezeigt.
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Demgemäß besteht
ein Bedürfnis
im Stand der Technik für
ein Retikel-Untersuchungssystem, das
in der Lage ist, „herkömmliche" Retikeluntersuchung
in Verbindung mit Raumbilduntersuchung durchzuführen. Darüber hinaus würde das
System vorzugsweise auch in der Lage sein, Teilchen auf dem Retikel
zu erkennen.
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Die
vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben geschilderten Probleme
zu überwinden.
Diese Aufgabe wird von dem System zur optischen Untersuchung gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 gelöst.
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Weitere
Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen, der
Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt die Vorteile der automatischen optischen
Untersuchung von Retikeln unter Verwendung von Laserpunktbelichtung bereit,
wobei eine neues optisches Untersuchungsverfahren und -system mit
eingeschlossen ist, das die Arbeitsweise eines speziellen Steppers
und eines speziellen Photolacks simuliert.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sie durch einfache Veränderung
herkömmlicher
Untersuchungssysteme unter Verwendung des Lichtpunktscannens des
zu untersuchenden Retikels erstellt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt die Fähigkeiten herkömmlicher
Untersuchungssysteme, um eine Untersuchung unter Verwendung der
hochauflösenden
Abbildung des Retikels bereitzustellen. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße System
in der Lage, das Retikel unter Verwendung von im Raum erzeugten
Bildern (eng.: aerial imaging) zu untersuchen.
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Gemäß der Erfindung
wird ein System zur automatischen optischen Prüfung eines Retikels bereitgestellt,
das in einem ausgewählten
photolithographishen Belichtungsgerät, das mit einer ausgewählten Lichtfrequenz
und einer ausgewählten
numerischen Apertur und Kohärenz
des Lichts arbeitet, verwendet wird, wobei das System umfaßt:
eine
Lichtquelle zur Bereitstellung eines Lichtstrahls;
eine Scanvorrichtung
zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Scannen des Lichtstrahls,
um einen Lichtpunkt über
dem Retikel zu erzeugen;
eine Objektivoptik mit einer definierten
numerischen Apertur für
hochauflösende
Belichtung;
eine Erfassungseinheit umfassend einen Lichtsensor zum
Empfangen von durch das Retikel hindurch transmittierten Lichts
und zum Erzeugen von dies repräsentierenden
Daten;
eine Prozessoreinheit die mit dem Lichtsensor verschaltet
ist, um auf die Daten anzusprechen, um sie zu analysieren, und zum
Erzeugen von Daten, die Fehler auf dem Retikel anzeigen;
dadurch
gekennzeichnet, daß das
System weiterhin umfaßt
eine
Belichtungsanordnung, die in den Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls
selektiv einführbar
ist, und die funktionsfähig
ist, eine definierte numerische Apertur einzustellen, um die ausgewählte numerische
Apertur des Belichtungsgeräts
zu simulieren; und
eine Sammelanordnung zum Einstellen einer
numerischen Sammelapertur des transmittierten Lichts.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
wird obige Belichtungsanordnung oder eine zweite Apertur in den
Strahlengang eingeführt,
um die Effekte des Photolacks im lithographischen Prozeß zu simulieren.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel wird
die Form des Belichtungsstrahls von einem gaußschen Profil zu einem Flat-Top-Profil
verändert.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel wird
das System gesteuert zu defokussieren oder einige optische Elemente
aus ihren vorherigen Positionen zu bewegen, um den Strahl auf dem
Retikel effektiv zu erweitern.
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Eine
rotierende Streuscheibe kann in einer Ebene eingeführt werden,
in der der optische Strahl einen sehr kleinen Momentandurchmesser
aufweist, so daß sie
die zeitliche und räumliche
Kohärenz
des Strahls auf dem Retikel vermindert.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Belichtungsanordnung
eine Apertur, die ebenfalls die Eigenschaften eines Strahlformers
aufweist, so daß das
Profil des einfallenden Strahls von einem gaußschen Profil zu einem Flat-Top-Profil
geändert
werden kann. Der Sammelkanal beinhaltet weiterhin eine vor dem Lichtsensor
angeordnete Sammelanordnung zum Einstellen der numerischen Apertur
des Sammelobjektivs. Mit anderen Worten kann die Kohärenz des
Lichts im Untersuchungssystem mittels des geeigneten Auswählens der
Belichtungs- und Sammelaperturen auf diejenigen eines ausgewählten Belichtungsgeräts eingestellt
werden.
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Auf
diese Weise wird gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System zur automatischen optischen
Untersuchung eines Retikels, das in einem ausgewählten Belichtungsgerät mit einer
ausgewählten
Lichtfrequenz und einer ausgewählten Lichtkohärenz verwendet
werden soll, bereitgestellt, wobei das System in einem direkten
Untersuchungsmodus und einem Raumbild-Untersuchungsmodus arbeitet,
wobei das System umfaßt:
eine
Scanvorrichtung, der das Retikel mit einem Lichtpunkt eines Lichtstrahls
scannt und durch das Retikel transmittierte Lichtkomponenten erzeugt;
eine
Objektivoptik, die im Strahlengang des Lichtpunkts angeordnet ist
und eine inhärente
numerische Apertur für
hochauflösende
Belichtung aufweist;
eine Belichtungsanordnung, die selektiv
in den Strahlengang des Lichtpunkts einführbar ist, um die effektive
numerische Apertur der Objektivoptik während des Raumbild-Modus zu verändern;
eine
Sammelanordnung in der Erfassungseinheit, die zumindest transmittierte
Lichtkomponenten empfängt
und dafür
repräsentative
Daten erzeugt.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Analyse der Daten, die zumindest die transmittierten
Lichtkomponenten repräsentieren,
den Vergleich von Daten, die zumindest einige der aufeinanderfolgend
gescannten Merkmale auf dem Retikel repräsentieren, mit einander. Dies
ist das sogenannte „Plättchen-zu-Plättchen"-Signalverarbeitungsverfahren.
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Die
Belichtungsanordnung kann eine Belichtungsapertur, z.B. eine Off-Axis-Apertur
wie einen Quadrupol umfassen. Die Belichtungsapertur kann strahlformende
Eigenschaften, wie beispielsweise ein diffraktives optisches Element,
das ein Flat-Top-Profil bereitstellt, umfassen. Vorzugsweise vermindert
die Apertur die numerische Apertur der Belichtung um ungefähr das Vierfache,
wobei sie die Belichtung niedrigerer numerischer Apertur eines Steppers
simuliert.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Belichtungsanordnung einen Satz verschiedener Aperturen. Demgemäß kann das
System den Arbeitsweisen verschiedener interessanter Stepper durch
das Auswählen der
Belichtungsaperturtypen gleichen.
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Die
Sammelanordnung beinhaltet vorzugsweise eine Lichtsammelapertur,
die vorzugsweise die numerische Sammelapertur von beispielsweise
1,2 bis 0,2 bereitstellt.
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Die
Erfassungseinheit umfaßt
zumindest einen Lichtsensor, der im Strahlengang des durch das Retikel
transmittierten Lichts angeordnet ist, wobei es sich vorzugsweise
um einen Photomultiplier (PMT) handelt.
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Das
System kann zusätzlich
eine Dunkelfeld-Untersuchung nutzbar machen. Dazu umfaßt die Erfassungseinheit
zumindest einen zusätzlichen Lichtsensor,
der so angeordnet ist, daß er
Licht sammelt, das von dem Belichtungspunkt auf dem Retikel gestreut
wurde.
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Zusätzlich kann
das System zur Beschleunigung der Untersuchung eine sogenannte Multispot-Technik
nutzen. Zu diesem Zweck beinhaltet die Scanvorrichtung weiterhin
einen Strahlteiler, wodurch zumindest ein zusätzlicher Scanstrahl bereitgestellt
wird. In diesem Fall umfaßt
die Erfassungseinheit zumindest einen zusätzlichen Lichtsensor zum Empfangen
von Lichtkomponenten, die durch einen von dem zusätzlichen
Strahl belichteten Punkt transmittiert wurden, sowie eine Linse
zum separieren der zwei Strahlen zu den zwei Lichtsensoren.
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Genauer
gesagt wird die vorliegende Erfindung zur Untersuchung der Retikel
verwendet, die zum mustern des Wafers während des photolithographischen
Prozesses verwendet werden, und wird von daher im weiteren in Bezug
auf diese Anwendung beschrieben. Es sollte beachtet werden, daß die Begriffe „Retikel" und „Maske" hierbei austauschbar
verwendet werden.
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Um
die Erfindung zu verstehen und zu sehen, wie sie in der Praxis ausgeführt werden
kann, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen
erläutert,
wobei es sich lediglich um ein nicht beschränkendes Beispiel handelt. Dabei
zeigt:
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1 schematisch
ein System gemäß dem Stand
der Technik;
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2 schematisch
die Hauptkomponenten eines optischen Untersuchungssystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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3a einen
Satz verschiedener Belichtungsaperturen, die geeignet sind, in dem
System gemäß 2 verwendet
zu werden;
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3b graphisch
die Hauptlehren einer Apodisierungsapertur, die das Profil eines
Laserstrahls beeinflußt
und geeignet ist, in einem System gemäß 2 verwendet
zu werden;
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4 schematisch
die Arbeitsweise des Systems gemäß 2;
und
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5 die
Hauptkomponenten eines optischen Systems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Genaue Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
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2 zeigt
ein beispielhaftes optisches Untersuchungssystem 200 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel der 2 behält viele
der Elemente des Systems gemäß 1 bei,
weshalb ähnliche Elemente
mit demselben Bezugszeichen mit einer vorangestellten „2" bezeichnet sind.
Aufgrund der speziellen Konstruktion dieses Ausführungsbeispiels kann das System
gemäß 2 in
zumindest zwei Modi betrieben werden: einem herkömmlichen Untersuchungsmodus
und einem Raumbild-Modus.
In dem herkömmlichen
Untersuchungsmodus werden dieselben Elemente wie in 1 verwendet,
um eine herkömmliche
Untersuchung auszuführen,
d.h. Verwendung eines Lichtpunkts, um ein hochaufgelöstes Transmissionsbild
des Retikels zu erhalten, und um das Bild mit einer Datenbank zu
vergleichen oder einen Plättchen-zu-Plättchen-Vergleich
durchzuführen.
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Wie
bekannt ist und auch aus den 1 und 2 ersehen
werden kann, weist die Belichtungsoptik in einem „flying
spot"-System eine
hohe NA, hochauflösende Eigenschaften,
auf, so daß ein
kleiner Punkt auf dem Retikel belichtet wird. Dann sammelt ein Sensor,
wie etwa ein PMT, sämtliches
Licht, das er empfängt,
und wird periodisch abgefragt. Die Größe des Punkts und die Abtastzeit
bestimmen die Pixelgröße und -auflösung. Dies
steht im Kontrast zu abbildenden Optiken, wie im MSM100, bei denen
die Belichtungsoptik von geringer Auflösung ist, aber die Sammeloptik
eine hohe Auflösung
aufweist und die Pixelgröße und -auflösung steuert.
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Die
neue Verwendung des Systems zur Ausführung eines Raumbild-Modus
wird nun unten beschrieben.
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Einleitend
sollte bemerkt werden, daß die Lichtquelle 230 vorzugsweise
bei einer Wellenlänge arbeiten
sollte, die mit der vergleichbar ist, die typischerweise in einem
interessanten Stepper verwendet wird. Beispielsweise kann eine Quecksilber-Bogenlampe
für die
i-Linie bei 265 nm für
die 0,50 bis 0,30 Micron Bemessungsregel-Technologie verwendet werden,
während
ein Laser (z.B. ein Krypton- oder Argon-Excimer) im DUV-Bereich
für die
0,25 bis 0,08 Bemessungsregel-Technologie verwendet werden kann.
Dies wird die Auflösung
sowohl im herkömmlichen
als auch im Raumbild-Untersuchungsmodus verbessern. Zusätzlich würde die
Verwendung einer Wellenlänge,
die mit der im Photolithographiegerät verwendeten vergleichbar
ist, ein „realistischeres" Raumbild liefern.
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Wie
in 2 gezeigt ist, kann eine Apertur 265 selektiv
angeordnet werden, so daß die
effektive NA der Objektivlinse 260 (die im allgemeinen
mit NAm bezeichnet wird) verändern. Im
allgemeinen weist die Objektivlinse 260 eine relativ große Apertur
(z.B. 0,6) auf, die gewählt
wird, um eine hohe Auflösung
bereitzustellen, wenn die Apertur 265 entfernt wird, um
so maximale Auflösung
während
des herkömmlichen Untersuchungsmodus
bereitzustellen. Wenn jedoch der Raumbild-Modus verwendet wird,
ist es erwünscht,
die NAm des Untersuchungssystems mit der des
Belichtungsgeräts,
z.B. 0,12, in Übereinstimmung
zu bringen. Auf diese Weise vermindert die Apertur 265 die
effektive NAm von 0,6 auf 0,12.
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Wie
in 3a gezeigt ist, kann ein Satz verschiedener Aperturen
bereitgestellt werden – vier
in dem vorliegenden Beispiel, 28A, 28B, 28C und 28D. Die
Aperturen 28A – 28C sind
ringförmige
Aperturen, und die Apertur 28D ist eine Quadrupol-Off-Axis-Apertur,
die eine Verbesserung der Tiefenschärfe (DOF) ermöglicht.
Eine ausgewählte
dieser Aperturen kann in den Strahlengang des Laserstrahls B0 eingeführt
werden. Natürlich
können
auch andere Aperturen in Abhängigkeit
von der speziellen gewünschten
Belichtung gewählt
werden. Eine modifizierte Apertur oder eine zweite können verwendet werden,
um die Lichtpunktform zu verändern,
so daß das
auch Bild die Effekte des Photolacks simuliert.
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Zusätzlich ist
es erwünscht,
die Form des Lichtstrahls so zu ändern,
daß sie
mehr der eines Belichtungsgeräts ähnelt. Dazu
kann die Belichtungsapertur 265 als ein diffraktives optisches
Element oder eine geeignete Apodisierungsapertur ausgebildet sein,
was auch die Form des einfallenden Strahls beeinflußt. Vorzugsweise
stellt die Apertur 265 einen Flat-Top-Strahl bereit, d.h. einen Strahl
mit gleichförmiger
Intensitätsverteilung über den
Strahlquerschnitt. 3b zeigt Profile I1 und
I2 des Laserstrahls B0 in
der Retikelebene (d.h. der Untersuchungsebene) jeweils mit und ohne
die geeignete Apodisierungsapertur. Wie bekannt ist, weist der primäre Laserstrahl
eine gaußsche
Intensitätsverteilung
auf, Profil I1. Um den gaußschen Strahl
in einen Flat-Top-Strahl mit Profil I2 umzuwandeln,
kann die Apertur 265 wie ein diffraktiver optischer Strahlformer konzipiert
sein, der die Ausbreitungsphasenmuster vor der Beugungsfokussierung
verändert.
Dieser Strahlformer ist in einer allgemeinen Klasse von beugenden
optischen Elementen enthalten, die unter Verwendung von computer-generierten
Hologrammen, Photolithographie und Ionenätzen oder anderen Verfahren
hergestellt werden können.
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Im
allgemeinen besteht eine große
Auswahl an strahlformenden Techniken, die darauf gerichtet sind,
einen gaußschen
Strahl in einen Flat-Top-Strahl umzuwandeln. Das direkte Abschneiden
des gaußschen
Strahls mit einer Apertur ist ein geradliniger Ansatz. Der gaußsche Strahl
kann mit einem neutralen Dichtefilter oder einem elektrooptischen
Gerät mit einem
geeigneten steuerbaren Transversaltransmittanzprofil gedämpft werden.
Ein binärer
optischer Strahlformer auf verflochtenen Beugungsgittern wandelt
einen einfallenden gaußschen
strahl in einen ungefähr
1-D sinc2-Funktions-Strahl oder einen 2-D Bessinc2-Funktion-Strahl
in seinem Nahfeld um und erzeugt dann einen Flat-Top-Strahl in seinem
Fernfeld. Eine andere Strahlformer-Technik beruht auf der Umverteilung
der Energie eines gaußschen
Strahls mit Prismen oder asphärischen
Spiegeln oder asphärischen
Linsen.
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Weiterhin
ist in 2 eine Sammelapertur 275 zum Einstellen
der effektiven numerischen Sammelapertur NAcol gezeigt.
Typischerweise ist die Apertur 275 so ausgelegt, daß sie die
numerische Sammelapertur eines herkömmlichen, auf einem "flying spot" beruhenden Untersuchungssystems
auf den dem Stepper zugehörigen
Wert von ungefähr 0,15
vermindert. Eine Kondensorlinse 270 wird optional verwendet,
um das Licht zu sammeln und auf den Lichtsensor zu richten.
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Es
kann verstanden werden, daß,
wenn die Anperturen 265 und 275 des Systems gemäß 2 in
den Strahlengang eingeführt
werden, die effektive Optik des Systems der Optik eines Belichtungsgeräts ähnelt, außer daß das System
weiterhin das Retikel unter Verwendung eines Lichtpunkts scannt.
Folglich kann die auf solche Weise veränderte Optik vorteilhaft dazu
verwendet werden, ein Raumbild des Retikels durch serpentinenartiges
Scanne des Retikels zu erhalten. Das Raumbild kann dann mit einer
modifizierten Datenbank verglichen werden oder auf Plättchen-zu-Plättchen-Art
ausgewertet werden. Während
des Betriebs kann der Anwender die Untersuchung des gesamten Retikels
im herkömmlichen
Modus wünschen,
dann in den Raumbild-Modus umschalten und das gesamte Retikel im
Raumbild-Modus untersuchen. Alternativ dazu kann der Anwender, da
der Aufbau des Retikels bekannt ist, wünschen, den Raumbild-Modus
lediglich in Bereichen mit dichteren Merkmalen, dichten OPCs oder
phasenschiebenden Merkmalen, zu verwenden. Zusätzlich kann der Anwender wünschen,
den Raumbild-Modus zu verwenden, um Bereiche, die während des
herkömmlichen
Untersuchungsmodus als vermutlich fehlerhaft angezeigt wurden, noch
einmal mit dem Raumbild-Modus zu untersuchen.
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Bei
beiden, dem herkömmlichen
und dem Raumbild-Modus, wird das Retikel unter Verwendung eines "flying spot" gescannt. Obwohl
ein solches Scannen im Stand der Technik bekannt ist, wird es hier
der Vollständigkeit
halber zusammengefaßt.
Wie in 4 gezeigt ist, scannt der Scanner 240 den Strahl
in der "fast scan"-Richtung, um einen
Streifen 400 des Retikels zu scannen, während die Plattform 220 in
der langsamen Scanrichtung bewegt wird, um ein Feld 420 auszufüllen. Unter
Verwendung einer Serpentinenbewegung kann das gesamte Retikel untersucht
werden.
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Wiederum
mit Bezug auf 2 wird dort ein optischer Strahlkohärenzverminderer 235 als
optionale Ausstattung gezeigt. Der optische Strahlkohärenzverminderer
wird im Raumbild-Modus verwendet, um beim Strahlformen zu unterstützen, so
daß mehr
einem Belichtungsgerät
geähnelt
wird. Genauer gesagt kann der optische Strahlkohärenzverminderer in Verbindung
mit der Apertur 265 verwendet werden, um eine Belichtung
des Retikels bereitzustellen, die die von einem Belichtungsgerät bereitgestellte
Belichtung simuliert.
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Ein
optischer Strahlkohärenzverminderer kann
in Form einer rotierenden Scheibe hergestellt sein. Es kann leicht
zerstreuendes geschliffenes oder geätztes oder gefrästes Glas
sein oder auch ein beugender Diffusor mit geeignetem Streuwinkel
und phasenschiebendem Muster. Vorzugsweise rotiert die Scheibe so,
daß sich
die Oberfläche
in der zur Bewegung des Laserscannstrahls entgegengesetzten Richtung
bewegt. Sie wird bevorzugt an einer Stelle eingefügt, wo der
Laserstrahl klein ist, und nicht an einer Stelle, die auf die Objektivlinse
abgebildet wird.
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Um
die Größe des Lichtpunkts
zu ändern kann
das System einfach defokussiert werden oder einige Elemente können bewegt
werden. Das heißt, daß das System
gemäß 2 mit
einer herkömmlichen
geeigneten Autofokusanordnung (nicht speziell gezeigt) ausgestattet
ist, die darauf gerichtet ist, die Untersuchungsebene des Retikels
in der Brennebene der Objektivlinse 260 zu halten. Dies
wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß eine Bewegung der Plattform
in der Z-Achse bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann der Autofokus
gesteuert werden, das System zu defokussieren, um effektive Aufweitung des
Strahls herzustellen. Zum Beispiel kann die Plattform um einen spezifischen
Abstand unterhalb des Brennpunkts der Linse 260 abgesenkt
werden.
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Weiterhin
ist in 2 ein Dunkelfeldsensor 215 gezeigt, der
in jedem Betriebsmodus des Systems einsetzbar sein kann. Wenn der
Lichtstrahl auf einen transparenten Bereich der Maske 210 auftrifft, wird
das Licht dort hindurch transmittiert. Auf der anderen Seite wird
es zurück
reflektiert und durch die Objektivlinse 260 gesammelt,
wenn der Lichtstrahl auf einen reflektierenden Chrombereich der
Maske auftrifft. Unter diesen beiden Umständen erfaßt der Dunkelfeldsensor kein
licht und erzeugt kein Signal. Wenn sich jedoch auf dem transparenten
oder dem reflektierenden Bereich ein Teilchen befindet, wird der
Lichtstrahl durch das Teilchen in verschiedene Richtungen gestreut,
und ein Teil dieses gestreuten Lichts wird vom Dunkelfeldsensor 215 erfaßt. Auf
diese Weise wird ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis
für die
Erfassung von auf der Maske befindlichen unerwünschten Teilchen erzeugt.
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Nun
wird Bezug genommen auf 5, die ein optisches Untersuchungssystem 500 zeigt,
das gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung ausgebildet und betrieben ist. Das System 500 ist
darauf gerichtet, den Untersuchungsvorgang durch Verwendung einer
Multibeam-Scanvorrichtung – zwei
Strahlen im vorliegenden Beispiel – zu beschleunigen. Die Scanvorrichtung
umfaßt
einen Strahlteiler und einen Multibeam-Steuermechanismus 505, die
zwischen der Laserquelle 530 und dem Ablenkelement 540 angeordnet
sind. Der Mechanismus 505 teilt den primären Laserstrahl
B0 in zwei räumlich getrennte Strahlen B(1) 0 und B(2) 0. Die Strahlen
sind voneinander entlang der X-Achse getrennt, d.h. senkrecht zur
Scanrichtung, und belichten jeweils zwei räumlich getrennte Punkte S1 und S2 auf dem
Retikel 510. Die Kondensorlinse 570 ist im Strahlengang
der Lichtkomponenten B(1) 0 und
B(2) 0 angeordnet,
die durch die Punkte S1 und S2 transmittiert
werden und von der Apertur 575 gesammelt werden. Eine Erfassungseinheit
umfaßt
zwei Detektoren 580A und 580B zum jeweiligen Empfangen
dieser Lichtkomponenten B(1) 0 und
B(2) 0 und zum Bereitstellen
eines entsprechenden Signals an den Prozessor 515.
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Der
Aufbau des Mechanismus 505 bildet keinen Teil der vorliegenden
Erfindung und kann von jeder bekannten Art und Weise sein. Zum Beispiel kann
er einen Strahlteiler und einen Spiegel enthalten, die im Strahlengang
eines der Strahlen, die durch den Durchgang des primären Strahls
B0 durch den Strahlteiler erzeugt werden,
angeordnet sein. Im allgemeinen verwendet der Mechanismus 505 eine geeignete
Anzahl von Strahlteilungsmitteln, wie etwa Prismen, teildurchlässige Spiegel
etc., und Mittel zum Einstellen der Länge des Strahlengangs der Strahlen,
z.B. eine Planparallelplatte, um so auf dem Ablenkelement gleichzeitig
aufzutreffen. Solche Multibeam-Scanmechanismen sind beispielsweise
in den US-Patenten Nr. 3,725,574 und 5,210,635 offenbart.
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Das
Ablenkelement 540, z.B. ein rotierender Spiegel oder ein
akustooptischer Ablenker (AOD), lenkt die Strahlen B(1) 0 und B(2) 0 ab und bewirkt, daß sie jeweils aufeinanderfolgende
Punkte S1 und aufeinanderfolgende Punkte
S2 auf dem Retikel 510 innerhalb
voneinander beabstandeter paralleler identischer Scanpfade, die
entlang der Y-Achse
verlaufen, scannen. Die Scanpfade 520A und 520B werden
von Bereichen jeweils aufeinanderfolgender belichteter Punkte S1 und S2 gebildet
(das Scannen dieser Punkte ist in 5 übertrieben
dargestellt). Zu jedem Zeitpunkt wird ein Paar belichteter Punkte
S1 und S2 untersucht,
während
an jedem Relativort auf dem Retikel relativ zur Linse 510 ein
Paar Scanpfade untersucht werden.
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Es
muß bemerkt
werden, daß,
obwohl nicht ausdrücklich
gezeigt, die Prozessoreinheit 515 einen Speicher und Programmiermittel
zum Sammeln und analysieren von Daten, die von den Detektoren stammen,
umfassen. Die Analyse der empfangenen Daten beinhaltet Plättchen-zu-Plättchen-
und/oder Plätchen-zu-Datenbank-Vergleiche.
Die Verwendung des Dunkelfeldsensors ermöglicht die gleichzeitige Retikeluntersuchung
auf Muster- und Teilchenfehler. Die Analyse der empfangenen Daten
beinhaltet weiterhin den Vergleich von Daten, die das ins Dunkelfeld
getreute Licht repräsentieren,
und von Daten, die das transmittierte Licht repräsentieren. Dieser Transmission-zu-Reflexion-Vergleich
ist auf das Erfassen sogenannter "weicher Fehler", wie etwa Teilchen, beschädigte Antireflexionsbeschichtung,
Photolackreste etc., gerichtet. Da die Plättchen-zu-Plättchen- und die Transmission-zu-Reflexion-Verarbeitung
nicht zur selben Zeit erfolgen, können sie durch dasselbe Bildverarbeitungsmodul
ausgeführt
werden.
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Für den Durchschnittsfachmann
ist leicht verständlich,
daß zahlreiche
Modifikationen und Veränderungen
an den vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung durchgeführt
werden können,
ohne von ihrem Geltungsbereich, wie er in und durch die beigefügten Ansprüche festgelegt
ist, abzuweichen. Zum Beispiel hängen
solche Betriebsparameter wie Lichtfrequenz, numerische Apertur und
Kohärenz
von denen des interessierenden Steppers ab. Das Ablenkelement kann
von irgendeiner bekannten Art sein. Die Belichtungsapertur kann
auch von irgendeiner bekannten Art sein und ist vorzugsweise in
der Lage, einen Flat-Top-Strahl bereitzustellen.