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GEGENSTAND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Bestimmen von
Bilddaten eines optischen Systems, und insbesondere die schnelle
und präzise
Charakterisierung eines optischen Systems, die den Fokus, die Bildkrümmung, den
Astigmatismus, die sphärische
Abberation, das Koma und/oder die Brennebenenabweichung umfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fotolithografie
wird oft bei der Herstellung von Halbleitereinrichtungen und anderen
elektronischen Einrichtungen verwendet. Bei der Fotolithografie
wird häufig
eine hochqualitative Projektionsoptik verwendet, um Strukturen bzw.
Musterelemente auf einem Retikel auf ein lichtempfindliches Substrat
abzubilden, wie beispielsweise auf einen mit Fotolack bedeckten
Wafer. Während
die abzubildenden Strukturgrößen immer
kleiner werden, muss das optische System oder die Projektionsoptik
fortlaufend gewartet und auf die Bildqualität überprüft werden. Häufig ist
es schwierig, die Leistung eines optischen Systems oder einer Projektionsoptik
ohne die Verwendung von zeitaufwendigen Verfahren zu erhalten. Im Allgemeinen
sind mehrere Belichtungen eines lichtempfindlichen Substrats an
unterschiedlichen Stellen in dem Bildfeld und an unterschiedlichen
Brennpunkttiefen notwendig, um das optische System zu charakterisieren.
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Das
Dokument
US-A-5814425 beschreibt ein
Verfahren zum Messen einer Bedingung für eine Belichtung oder einer
Aberration eines optischen Projektionssystems zur Übertragung
eines Musters auf einem Retikel auf ein lichtempfindliches Substrat. Das
Muster wird mehrere Male übertragen
und dabei werden jedes Mal Bilder empfangen und deren Frequenzkomponenten
zur Bestimmung einer optimalen Belichtungsbedingung berechnet.
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Das
Dokument
US-A-5898479 beschreibt ein
Brennpunktberechnungsverfahren für
Fotolithografieeinrichtungen. Ein Testwafer, der ein mit Fotolack
bedecktes Substrat umfasst, ist relativ zu der Bildebene schräg angeordnet
und ein fokussierter Bereich des Substrats ist mit der optischen
Achse ausgerichtet, um einen ersten Teil eines Bildes auf den fokussierten
Bereich zu fokussieren und einen zweiten Teil des Bildes relativ
zu dem Bereich zu defokussieren. Dieses Verfahren wird für jeden
Bereich einiger voneinander beabstandeten Bereiche entlang der Oberfläche des
Substrats wiederholt. Das Substrat wird bearbeitet, um ein Muster
für jeden
der Bereiche, die dem ersten Teil und dem zweiten Teil entsprechen,
bereitzustellen. Das System umfasst eine Retikelmaske mit einem
darauf abgebildeten Gittermuster, offenbart jedoch keine Vielzahl
von periodischen Mustern mit unterschiedlicher Periodizität.
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In
der Fachliteratur "Application
of blazed gratings for determination of equivalent primary azimuthal
aberrations" von
Kirk, J. P. et al., in SPIE-Int. Soc. Opt. Eng., USA, ISSN: 0277-786X
und XP001189720 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Aberrationen
in jenen Linsen beschrieben, die in der Fotolithografie von Wafern
verwendet werden und unter Verwendung eines Testretikels mit einem
Blaze-Gitter belichtet werden. Das aufzeichnete Bild wird unter
Verwendung eines Dunkelfeld-Mikroskops analysiert.
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Das
optische System wird dann in dem Verfahren, das Belichtungen verwendet,
durch Zusammensetellen von Informationen, die aus der Überprüfung der
mehreren bearbeiteten Bilder erzielt wurden, charakterisiert. Jede
der mehreren Belichtungen und die entsprechenden bearbeiteten Bilder
werden serienmäßig erfasst.
Infolgedessen werden Brennpunktfehler, Abtastfehler und zeitliche
Veränderungen
der optischen Systemparameter während
der Messung gesammelt. Im Falle von Abtast- und Brennpunktfehlern
fließt
ein Rauschen in die Daten ein. Im Falle von zeitlichen Veränderungen
sind gültige
Daten unwiederbringlich verloren. Zusätzlich werden die Daten vielmehr
einzeln als fortlaufend über den
gesamten Parameterraum gesammelt. Folglich treten aufgrund der Schätzung der
Datenwerte, die zwischen benachbarten Proben liegen, Quantisierungsfehler
auf. Mit der Nachfrage nach einem steigenden Produktionsdurchsatz
und steigenden Leistungsanforderungen der Projektionsoptik, die
verringerte Strukturgrößen abbilden
können,
steigt auch der Bedarf nach einer verbesserten Vorrichtung und nach
Verfahren, die zur Charakterisierung eines optischen Systems verwendet
werden. Es besteht ein Bedarf, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zu entwickeln, die auf schnelle und einfache Weise hochgenaue Daten
oder Informationen bereitstellen, die zur schnellen und einfachen
Charakterisierung der Leistung eines optischen Systems verwendet
werden können,
und wobei die Daten gleichzeitig gewonnen und bearbeitet werden
können,
ohne dass mehrere Belichtungen durchgeführt und mehrere Bilder bearbeitet
werden müssen.
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Dem
gemäß ist es
eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, auf schnelle Weise und
mit einer einzigen Belichtung oder in einem Abbildungsvorgang die
Charakterisierungsinformation eines optischen Systems zu gewinnen,
zu entnehmen, und zu analysieren.
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ZUSAMMFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung löst
die zuvor erwähnte
Aufgabe, indem ein Verfahren, das die Schritte des Anspruchs 1 umfasst,
und eine Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 27 umfasst,
bereitgestellt werden.
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In
der vorliegende Erfindung wird eine Charakterisierungsinformation
eines optischen Systems gleichzeitig erhalten, indem ein Volumenraum
für eine
relativ kurze Zeit oder eine einzelne Belichtung verwendet wird.
Ein Testretikel mit mehreren Strukturen, die unterschiedliche Orientierungen,
Größen und
Linientypen aufweisen, wird mit dem zu charakterisierenden optischen
System abgebildet. Entweder wird die Objektebene, in der das Retikel
angeordnet ist, oder die Bildebene, in der die Charakterisierungsdaten
erhalten werden, schräg
oder in einem Winkel innerhalb des entsprechenden dreidimensionalen
Volumenraums angeordnet. Das Retikel mit den mehreren Strukturen
bzw. Musterelementen wird mit dem zu charakterisierenden optischen
System abgebildet. In einem Volumenraum wird durch eine Brennpunkttiefe
eine Einhüllende
der Strukturqualität durch
den Brennpunkt hindurch erhalten. Diese Einhüllende der Strukturqualität wird gleichzeitig
durch Erfassen von Bilddaten des Retikels in einer Ebene, die schief
zu der Retikelebene ist, erhalten. Das daraus resultierende Bild
des Retikels und die entsprechenden Musterelemente werden mit Hilfe
von Messverfahren analysiert, die eine interferometrische Vorrichtung
umfassen können,
um so optische Systemcharakteristiken zu erhalten. Die optischen
Systemcharakteristiken, die erhalten werden können, umfassen den Brennpunkt,
die Bildkrümmung,
den Astigmatismus, das Koma, die Verzerrung, die Telezentrizität und/oder
die Brennebenenabweichung, sowie Informationen über die sphärischen Aberrationen und Änderungen
der Kohärenz.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass eine schnelle Erfassung
von Daten, die für
die Charakterisierung eines optischen Systems benötigt werden,
erzielt werden kann.
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Es
ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass eine schnelle
Erfassung von Daten erzielt wird, die für den Fokus, die Abtastung
und den mit vorherigen Verfahren in Verbindung gebrachten zeitlichen
Fehler desensibilisiert wurden.
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Es
ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass Informationen oder
Daten in jedem Volumen eines Bildraumes erzielt werden können.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass sich das
Retikel in einer anderen Ebene als der Ebene, von der Daten in einem Bildraum
erfasst werden, befindet.
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Es
ist noch ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass die
Senkrechte des Retikels und/oder Bildebeneninterzeptors nicht kollinear
mit der Achse des optischen Systems ist.
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Diese
und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale werden angesichts der
nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung auf einfache Weise offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines fotolithografischen Systems.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Retikels oder Objektraumes.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines lichtempfindlichen Substrats
oder Bildraumes.
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4 zeigt
eine Draufsicht, die ein Testretikel mit mehreren darauf ausgebildeten
periodischen Strukturen oder Musterelementen darstellt.
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5A ist
eine Draufsicht, die einen Gittertyp oder ein periodisches Muster
oder eine periodische Struktur darstellt.
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5B ist
eine Draufsicht, die einen weiteren Gittertyp oder eine weitere
periodische Struktur oder ein weiteres periodisches Muster darstellt.
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6 zeigt
schematisch die Erfassung von Daten, die zur Charakterisierung eines
optischen Systems verwendet werden.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das die Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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8A zeigt
schematisch einen Volumenraum.
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8B zeigt
eine schematische Draufsicht eines Bildes, das auf einem lichtempfindlichen
Substrat ausgebildet ist.
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9A zeigt
eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform eines Bereiches
eines Musters auf dem Retikel.
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9B zeigt
eine perspektivische schematische Ansicht, die die Erfassung eines
Astigmatismus, basierend auf der in der 9A dargestellten Ausführungsform,
darstellt.
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10A zeigt eine schematische Draufsicht, die ein
Retikel darstellt.
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10B zeigt eine schematische Draufsicht, die einen
Bereich eines Retikelmusters darstellt.
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11A zeigt eine schematische Draufsicht einer weiteren
Ausführungsform
eines Bereiches eines Musters auf einem Retikel.
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11B zeigt eine schematische perspektivische Ansicht,
die die Erfassung eines Astigmatismus, basierend auf der in der 11A gezeigten Ausführungsform, darstellt.
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12 ist
eine schematische Draufsicht, die einen Bereich eines Retikelmusters
darstellt, das zur Erfassung sphärischer
Aberrationen verwendet wird.
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13 zeigt
eine schematische Draufsicht, die ein Retikel darstellt, das in
unterschiedliche Struktursätze
oder Musterbereiche zum Erfassen unterschiedlicher Aberrationen,
die zur Charakterisierung des optischen Systems verwendet werden,
geteilt wird.
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14 zeigt
eine perspektivische grafische Ansicht einer Interferometerkarte,
die die Erfassung von Verzerrungen oder Aberrationen eines optischen Systems
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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15 zeigt
ein Diagramm, das die unterschiedlichen Verzerrungen oder Aberrationen,
die anhand einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erfasst werden können, darstellt.
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16A–D
zeigt eine perspektivische grafische Ansicht, die die unterschiedlichen
Verzerrungen oder Aberrationen der 15 darstellt.
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17 zeigt
eine Draufsicht eines lichtempfindlichen Substrats, die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt, welche zur Erzielung eines
optimalen Brennpunktes eines optischen Systems verwendet wird.
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18 zeigt
ein Diagramm, das die Erfassung von sphärischen Aberrationen in einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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19A zeigt eine schematische Draufsicht, die eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der optimalen Anordnung
eines Retikels für
eine verbesserte Abbildung darstellt.
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19B zeigt eine schematische Draufsicht eines Retikels,
das in der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in der 19A gezeigt
ist, verwendet wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
die vorliegende Erfindung in schematischer Weise. Es wird im Allgemeinen
ein fotolithografisches System 10 gezeigt. Es wird eine
Belichtungsquelle 12 zum Projizieren des Bildes eines Retikels 16 innerhalb
eines Retikel- oder Objektraumes oder eines Volumens 14 auf
einem lichtempfindlichen Substrat 22 innerhalb eines lichtempfindlichen Substrats
oder Bildraumes 20 mittels eines optischen Systems oder
einer Projektionsoptik 18 verwendet. Das Retikel 16 befindet
sich innerhalb einer Ebene, die im Hinblick auf das lichtempfindliche
Substrat 22 schief angeordnet ist. Das Retikel 16 und
das lichtempfindliche Substrat 22 kann auf unterschiedliche Art
und Weise geneigt werden. Vorzugsweise ist die Anordnung des Retikels 16 oder
des Wafers 22 so, dass sich entweder das Retikel 16 oder
der Wafer 22 durch das Objektvolumen oder die Brennpunkttiefe des
optischen Systems oder der Projektionsoptik 18 erstreckt.
Die durch das lichtempfindliche Substrat 22 aufgezeichneten
Abbildungsdaten stellen Informationen bereit, die eine Charakterisierung
des optischen Systems oder der Projektionsoptik 18 ermöglichen. Abbildungscharakteristiken,
wie beispielsweise der Brennpunkt, die Bildkrümmung, der Astigmatismus, das
Koma und/oder die Brennebenenabweichung, sowie Informationen zum
Bestimmen der sphärischen
Aberration und der Kohärenzänderung
können erhalten
werden. Die Bildqualität
des gesamten Bildfeldes durch den Fokus hindurch kann in einem einzigen
Abbildungsvorgang oder Belichtungsvorgang in relativ kurzer Zeit
erhalten werden. Das gesamte Bild des Retikels kann mit Hilfe von
Metrologieverfahren zur Charakterisierung des optischen Systems oder
der Projektionsoptik 18 analysiert werden. Das optische
System oder die Projektionsoptik 18 wird dabei in die x-
und y-Feldrichtung und die Brennpunkttiefe in die z-Richtung charakterisiert.
Während das
lichtempfindliche Substrat 22 eine Möglichkeit bietet, die elektromagnetische
Strahlung, die das Retikel 16 durchläuft, aufzuzeichnen, kann jede
Einrichtung zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung verwendet
werden, wie beispielsweise ein fotorezeptorischer Sensor, wie in
etwa ein Ladungsspeicherelementfeld (CCD), ein positionsempfindlicher
Detektor (PDS) oder irgendein gleichwertiger Detektor.
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2 zeigt
einen Objektraum oder einen Retikelraum 114. Innerhalb
des Objekt- oder Retikelraumes 114 ist ein Retikel 116 angeordnet,
das mehrere unterschiedliche periodische Musterelemente 116a, 116b, 116c, 116d und 116e umfasst.
Jedes der mehreren unterschiedlichen periodischen Musterelemente
oder Strukturelemente 116a, 116b, 116c, 116d und 116e kann
ein Gittermuster unterschiedlichen Typs, Form, Größe und Ausrichtungen
zur Erzielung unterschiedlicher Bildinformationen oder Daten zur
Charakterisierung des optischen Systems enthalten. Die periodischen
Musterelemente oder Strukturen müssen
lediglich periodisch, jedoch nicht in Form von Gittern ausgebildet
sein. Das Retikel 116 kann innerhalb des Retikel- oder
Objektraumes 114 in einem Winkel 124 geneigt sein.
Dem gemäß ist das
Retikel 116 innerhalb des Retikel- oder Objektraumes 114 über einen
Tiefenbereich z1 angeordnet.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die ein lichtempfindliches Substrat 122 darstellt,
das in einer Datenerfassungsebene des lichtempfindlichen Substrats
oder Bildraumes 120 in einem Winkel angeordnet ist. Das
lichtempfindliche Substrat 122 ist in einem Winkel 126 innerhalb
des lichtempfindlichen Substrats oder Bildraumes 120 angeordnet.
Das lichtempfindliche Substrat 122 erstreckt sich über einen
Tiefenbereich z2. Dieser Tiefenbereich z2 liegt innerhalb der Brennpunkttiefe des
optischen Systems oder der Projektionsoptik. Das lichtempfindliche
Substrat 122 ist mit einem Neigungswinkel 126 dargestellt,
der mit dem in der 2 dargestellten Neigungswinkel 124 des
Retikels 116 verbunden ist. Es sollte gewürdigt werden,
dass das Retikel 116 und das lichtempfindliche Substrat 122 in
unterschiedlichen Winkeln zueinander angeordnet werden können oder
unterschiedlich zueinander geneigt sein können, und die in den 2 und 3 dargestellten
Neigungen dienen im Hinblick auf die mögliche Neigung oder den möglichen
Winkel, der in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,
lediglich der Veranschaulichung. Um brauchbare Charakterisierungsdaten
für ein
optisches System gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist es lediglich notwendig,
dass eine Ebene im Hinblick auf eine weitere Ebene schief ist, wobei
der Grad und die Natur der Schrägstellung
der zwei Ebenen nur durch die Art und die Anzahl der Charakterisierungsdaten
bestimmt ist. Beispielsweise muss die Retikelebene nicht geneigt
sein, während
die Ebene des lichtempfindlichen Substrats im Hinblick auf die Retikelebene
geneigt oder schräg
ausgebildet ist.
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4 zeigt
eine Draufsicht, die ein Retikel 216 mit mehreren unterschiedlichen
periodischen Musterelementen, Mustern, Strukturen oder darauf ausgebildeten
Gittern darstellt. Die unterschiedlichen periodischen Musterelemente
können
gruppiert werden, um unterschiedliche Musterelementsätze zu bilden,
die verwendet werden können,
um unterschiedliche Bildinformationen zur Charakterisierung des
optischen Systems zu erhalten. Beispielsweise kann das Retikel 216 mehrere
unterschiedliche Linientypen, Formen, Größen und Orientierungen umfassen, die
aus vier Musterelementsätzen
gebildet sein können.
Beispielsweise kann das Retikel einen ersten ein Flechtmuster aufweisenden
Musterelementsatz 216a, einen zweiten mehrere horizontale
und vertikale Linien aufweisenden Musterelementsatz 216b,
einen dritten Musterelementsatz 216c, der mehrere horizontale
und vertikale Linien mit unterschiedlichen Abständen oder Größenabmessungen
im Hinblick auf den zweiten Musterelementsatz 216b aufweist, einen
vierten Musterelementsatz 216d, der einen unterschiedlichen
Satz horizontaler und vertikaler Linien aufweist, und einen fünften Musterelementsatz 216e,
der ein Flechtmuster aufweist, das gleich oder unterschiedlich zu
dem ersten Musterelementsatz 216a sein kann, umfassen.
Das Retikel 216 umfasst mehrere unterschiedliche Musterelementsätze, die unterschiedliche
Linien und Abstände
oder Gitter über
dem gesamten Bildfeld zur Aufnahme auf einer schiefen Ebene innerhalb
des Objektraumes aufweisen können.
Die Erfassung und das Analysieren des Bildes in einer Ebene, die
den Bildraum durchläuft, führt zur
Erfassung von Charakterisierungsdaten eines optischen Systems, die
zur Leistungsbestimmung oder zur Bildcharakterisierung des optischen Systems
verwendet werden können.
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5A ist
ein Beispiel eines weiteren Musterelementsatzes 316c, der
auf einem Bereich eines Retikels angeordnet und auf ein lichtempfindliches Substrat
abgebildet werden kann. Der Musterelementsatz 316c kann
ein zentrales Feld mit einer Breite w1 umfassen,
das wiederum aus mehreren Reihen oder verflochtenen Reihen oder
Streifen, die ein Muster bilden, gebildet sein kann. Beispielsweise
weist die Reihe 330 darauf ausgebildete beabstandete vertikale
Linien auf, die Reihe 332 darauf ausgebildete beabstandete
horizontale Linien, die Reihe 334 darauf ausgebildete beabstandete,
in einem negativen 45°-Winkel
geneigte Linien, und die Reihe 336 darauf ausgebildete,
in einem positiven 45°-Winkel
geneigte Linien. Die Streifen oder Reihen 330, 332, 334 und 336 können ein
Muster bilden, das sich entlang der Länge L des Musterelementsatzes 316C,
der in einem in der 5A gezeigten Bereich eines Retikels ausgebildet
ist, erstreckt. Die Ränder
des Musterelementsatzes 216c können aus einer Spalte oder
einem vertikalen Streifen 328 gebildet sein. Innerhalb der
Spalten 328 ist eine Flechtmusterstruktur ausgebildet.
Das in Spalten 328 ausgebildete Flechtmuster kann aus teilweise
durchlässigen
Abschnitten oder Bereichen gebildet sein. Die gesamte Breite des Musterelementsatzes 316c ist
mit W2 gekennzeichnet. Beispielsweise weist
der Musterelementsatz 316c eine Länge L von in etwa 27 mm, eine
Gesamtbreite W2 von in etwa 5 mm, und eine
Mittenbreite W1 von in etwa 4,5 mm auf.
Jede Reihe oder jeder Streifen kann in etwa 50 μm hoch oder breit sein. Jede
Linienbreite innerhalb der Reihe beträgt in etwa 200 nm. Der in 316c gezeigte
Musterelementsatz dient einzig und alleine als Beispiel. Weitere
gut bekannte Musterelementsätze
können
von dem Fachmann zur Bestimmung der Charakteristiken eines optischen Systems
verwendet werden.
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5B zeigt
einen weiteren Musterelementsatz 316d, der in einem Bereich
eines Retikels verwendet werden kann. Der Musterelementsatz 316d umfasst
ein Muster aus horizontalen, vertikalen, und in einem Winkel angeordneten
Linien. Streifen oder Reihe 330' weist ein darauf ausgebildetes
vertikales Linienmuster auf. Reihe oder Streifen 332' weist mehrere
darauf ausgebildete horizontale beabstandete Linien auf. Reihe oder
Streifen 334' weist
mehrere Linien, die in einem negativen 45°-Winkel geneigt sind, und Reihe
oder Streifen 336 weist mehrere darauf ausgebildete Linien,
die in einem positiven 45°-Winkel
geneigt sind, auf. Die mehreren Reihen oder Streifen werden in einem
horizontalen, vertikalen, in einem negativen 45°-Winkel geneigten Muster, in
einem positiven 45°-Winkel
geneigten Muster entlang der Länge
des Musterelementsatzes 316d wiederholt. Andere Reihen
oder Musterelemente können abhängig von
der zu erfassenden oder bestimmenden Charakteristik des optischen
Systems innerhalb des Musterelementsatzes angeordnet sein.
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6 zeigt
die Bearbeitung von Informationen, die von der Abbildung des Retikels
mit dem optischen System oder der Projektionsoptik, die charakterisiert
werden soll, erhalten wurden. Es wird eine Bildebene 420 auf
einem lichtempfindlichen Substrat erfasst oder aufgezeichnet. Die
Bildebene weist mehrere Bilder auf, welche die durch ein Retikel
aufgenommenen Musterelementsatzbilder 420a, 420b, 420c, 420d und 420e umfassen.
Aus der Bildebene 420 erhaltene Daten, die schräg zu der
Retikelebene angeordnet ist, werden über die gesamte Bildfeldebene
extrahiert, die vorzugsweise auf einem lichtempfindlichen Substrat
mit Hilfe eines metrologischen Werkzeuges 40, das vorzugsweise
ein Interferometer ist, aufgezeichnet. Das metrologische Werkzeug 40 kann
Informationen erfassen oder extrahieren, wie beispielsweise Interferenzmuster,
die aus dem Bild der Musterelementsätze auf dem Retikel bestimmt
oder erfasst wurden. Die Bilder werden auf der Bildebene 420 gebildet
und können
auf einem lichtempfindlichen Substrat aufgezeichnet werden. Ein
Signalprozessor 42, der mit dem metrologischen Werkzeug 40 verbunden
ist, analysiert und bearbeitet die unterschiedlichen Bilder der
unterschiedlichen Musterelementsätze 420a, 420b, 420c, 420d und 420e.
Die bearbeiteten Signale aus dem Signalprozessor 42 werden
auf einer Charakterisierungsvorrichtung 44 für ein optisches
System bereitgestellt. Somit können
unterschiedliche Abbildungsfehler bzw. Aberrationen des optischen
Systems bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Astigmatismus als Funktion
eines periodischen Musterelements oder einer Gitterausrichtung bestimmt
werden. Ein Koma kann als Verzerrungssignatur zweiter Ordnung – Brennpunkt – Linie
bestimmt werden. Eine sphärische
Aberration kann als Funktion des optimalen Brennpunktunterschiedes
zwischen den Liniengrößen des
periodischen Musters in Abhängigkeit
von der Feldposition ermittelt werden. Die aufgezeichneten Daten
können
mit Hilfe unterschiedlicher metrologischer Werkzeuge, wie beispielsweise
mithilfe von Weißlicht,
eines Dunkelfeldmikroskops, eines Interferometers mit großer Apertur,
eines Lasermikroskop-Interferometers oder eines interferometrischen Mikroskops
analysiert werden.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das die Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung
darstellt. Block 510 zeigt den Schritt des Abbildens eines
Retikels mit einem darauf ausgebildeten periodischen Gitter- oder
Musterelement in einer Ebene, die schräg zu der Retikelebene ist,
mit einem zu charakterisierenden optischen System. Das periodische Musterelement
kann unterschiedliche Gitterstrukturen aufweisen, wobei jede unterschiedliche
Gitterstruktur zur Erfassung einer vorbestimmten Charakteristik
oder Eigenschaft des optischen Systems ausgebildet ist. Block 512 zeigt
den Schritt des Aufzeichnens von Daten, die das Bild des periodischen
Musterelements oder Gitters, das in der zu der Retikelebene schief
liegenden Ebene erfasst wurde, darstellen. Das Bild des periodischen
Musterelements oder Gitters kann mit einem lichtempfindlichen Substrat oder
mit Hilfe elektronischer Mittel aufzeichnet werden. Block 514 zeigt
den Schritt des interferometrischen Analysierens der aufgezeichneten
Daten, um die Abbildungseigenschaften des optischen Systems zu bestimmen.
Die das periodische Musterelement, Gitter oder die Gitter darstellenden
Daten werden mit Hilfe interferometrischer Verfahren analysiert,
um die Eigenschaften des optischen Systems zu ermitteln. Das optische
System kann in einem einzigen Vorgang über das gesamte Feld und in
unterschiedlichen Brennpunkttiefen charakterisiert werden.
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8–13 zeigen
die Anwendung der Konzepte der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche
Ausführungsformen
zum Charakterisieren eines optischen Systems, indem unterschiedliche optische
Eigenschaften ermittelt werden, wie beispielsweise die Bildkrümmung und
unterschiedliche Aberrationen, einschließlich Astigmatismus und sphärischen
Aberrationen.
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8A zeigt
einen Volumenraum 620. Innerhalb des Volumenraumes 620 kann
eine Bilder darstellende elektromagnetische Strahlung ermittelt werden.
Im Allgemeinen ist z.B. ein lichtempfindliches Substrat 622 in
dem Volumenraum 620 in einem Winkel angeordnet. Ein Bild
eines optischen System, das nicht gezeigt ist, wird auf das lichtempfindliche Substrat 622 projiziert.
Das auf das lichtempfindliche Substrat 622 projizierte
Bild stellt mehrere Musterelementsätze oder beabstandete Linien,
die auf einem Retikel angeordnet sind, dar, wie in den vorherigen Figuren
gezeigt. Die Verwendung eines lichtempfindlichen Substrats 622 dient
als Beispiel der bevorzugten Ausführungsform, wobei jedoch gewürdigt werden
sollte, dass jeder Fotorezeptor in dem Volumenraum 620 angeordnet
sein kann, um die elektromagnetische Strahlung, die ein Bild des
Retikels darstellt, zu empfangen und zu ermitteln.
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8B zeigt
die Erfassung der Bildkrümmung
unter Verwendung eines lichtempfindlichen Substrats 622,
das wie in der 8A angeordnet ist. Linie 631 repräsentiert
die Bildkrümmung
für das
zu charakterisierende optische System, und die Breite d der Linie 631 stellt
die Brennpunkttiefe des zu charakterisierenden optischen Systems
dar. Durch Neigen eines lichtempfindlichen Substrats 622 innerhalb eines
Volumenraumes 620 und durch Verwenden eines Retikels mit
mehreren Musterelementen, die auf dem lichtempfindlichen Substrat
abgebildet sind, kann die Bildkrümmung
und die Feldtiefe auf schnelle und einfache Weise bestimmt werden.
Durch Auswählen
der geeigneten Musterelemente und Ausrichtungen auf einem Retikel
können
zusätzliche,
das optische System charakterisierende Informationen mit einer einzigen
Belichtung eines lichtempfindlichen Substrats oder mithilfe einer
einzigen Datenerfassung über
den Empfang von elektromagnetischer Strahlung innerhalb des Volumenraumes
erzielt werden.
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Die
Linie 631 kann mit einem periodischen Musterelement- oder
Gitterretikel, das auf einem geneigten lichtempfindlichen Substrat 622 oder
einem lichtempfindlichen Substrat mit einer Krümmung abgebildet ist, erzeugt
werden. Ein periodisches Musterelement oder ein Gitterstreifen oder
eine Linie 631 wird unterhalb der Feldmitte erzeugt. Die
Linie 631 sollte schmal genug sein, um den mittleren Streifen des
Feldes zu definieren, jedoch breit genug sein, um einige auflösbare Punkte
in der horizontalen Richtung zu umfassen. Dies ist eine Funktion
der Pixeldichte des Detektorarrays, CCD oder PSD, das zum Betrachten
des Streifens oder der Linie 631 verwendet wird. Es kann
ein Phasenverschiebungsinterferometer verwendet werden. Daten können durch
Anordnen des lichtempfindlichen Substrats 622 in einem
Littrow-Winkel hinsichtlich des Phasenverschiebungs-Interferometers
erhalten werden. Der Littrow-Winkel ist der Winkel, an dem elektromagnetische
Strahlung aus dem Interferometer in die entgegengesetzte Richtung
gebeugt wird, um zu dem Interferometer zurückzukehren. Die Spitzen einer
Intensitätsverteilung,
die durch das Phasenverschiebungsinterferometer erfasst wurden,
sind die Punkte des optimalen Brennpunktes des zu charakterisierenden
optischen Systems. Diese Spitzen umfassen in der vertikalen Richtung
eine Kante. Das seitliche Mäandern
dieser Kante, wenn das Feld von dem oberen Ende bis zu dem unteren
Ende durchlaufen wird, repräsentiert
die Feldkrümmung.
Die Robustheit dieses Verfahrens beruht auf der gleichzeitigen Erfassung
der Intensitätsdaten.
Die Kalibrierung, die Skalierung und die Extraktion von Daten gestaltet sich
als einfach. Dieses Verfahren verwendet die Intensität der Retro-Diffraktion bzw.
der Beugung in die entgegengesetzte Richtung. Die Feldkrümmung kann
ebenfalls unter Verwendung der Phase der Retro-Reflexion bzw. Reflexion
in die entgegengesetzte Richtung ermittelt werden. In diesem Verfahren
wird das lichtempfindliche Substrat in einem Winkel zu der Achse
des Phasenverschiebungsinterferometers angeordnet. Die erfasste
Phasenverteilung umfasst die Fotolackhöhe des Musterelements an jedem
Punkt auf dem lichtempfindlichen Substrat. Die Qualität des Musterelements
in Abhängigkeit
der Brennpunktlinie ist von links nach rechts aufgezeichnet. Von
dem oberen Ende bis zu dem unteren Ende ist die Verschiebung des
optimalen Brennpunktes für
jede Musterelementgröße und Ausrichtung
in Abhängigkeit der
Feldposition aufgezeichnet. Die Feldkrümmung und der Astigmatismus
können
aus dem Vergleich der Linienverschiebung in Abhängigkeit der orthogonalen Musterelementausrichtung
extrahiert werden.
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9A und 9B zeigen
schematisch die Erfassung eines Astigmatismus gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die 9A zeigt schematisch ein Musterelement,
das fortlaufend auf einem Retikel oder einer Maske zur Erfassung
eines Astigmatismus nachgebildet werden kann. Ein Bereich 716 umfasst orthogonale
Gitter oder Linienstrukturen. Vertikale Linien 730 sind
miteinander verflochten oder wechseln sich mit horizontalen Linien 732 ab.
Die vertikalen Linien 730 und die horizontalen Linien 732 sind
in einem Rechtwinkel zueinander angeordnet.
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Die 9B zeigt
das auf einem lichtempfindlichen Substrat gebildete Bild, das in
dem Volumenraum, wie in der 8A gezeigt,
geneigt wurde. Der Musterelementsatz oder der Bereich der periodischen
Musterelemente oder Gitter 716, die auf dem lichtempfindlichen
Substrat abgebildet sind, weist einen lateralen Abmessungsbereich
f auf, der die Feldtiefe repräsentiert.
Quer über
den die Feldtiefe kennzeichnenden Abmessungsbereich f wird eine
unterschiedliche Bildqualität
erzielt, wobei sich die beste Bildqualität an dem höchsten Punkt entlang des Abmessungsbereiches
f befindet. Es wird eine Umhüllende 735 ausgebildet.
Die Umhüllende 735 repräsentiert
die Bildqualität
in dem Abmessungsbereich f entlang der Brennpunkttiefe des aufgezeichneten
Bildes 732 der horizontalen Linie 732 der 9A.
Auf ähnliche
Weise werden die vertikalen Linien 730 der 9A durch
das aufgezeichnete Bild 730' dargestellt.
Es ist eine Umhüllende 733 zur
Darstellung der Bildqualität
der Brennpunkttiefe für
das aufgezeichnete Bild 730' der
vertikalen Linien 730 auf den Bereich 716 eines
Retikels, wie in der 9A dargestellt, ausgebildet.
Die beste Bildqualität
wird grafisch durch den höchsten
Punkt entlang der Umhüllenden 733 und 735 dargestellt.
Jeder Astigmatismus in dem optischen System wird an der Stelle des
Bildes durch eine Distanz a, welche die unterschiedlichen Abbildungen
der horizontalen und vertikalen Linien repräsentiert, dargestellt. Die
axiale Trennung der tangentialen und der sagittalen Bildebene kann durch
die unterschiedlichen Brennpunktpunkte, die durch die Umhüllenden 733 und 735 dargestellt
sind, erfasst werden. Die laterale Verschiebung dieser unterschiedlichen
Brennpunktpunkte wird durch den Abstand a dargestellt.
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Viele
unterschiedliche Musterelementsätze oder
periodische Musterelemente oder Gitter können gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden. Die 10A und 10B zeigen einen weiteren Musterelementsatz, periodisches
Musterelement oder Gitter, der zur Bestimmung des Astigmatismus eines
optischen Systems verwendet werden kann. 10A ist
eine Draufsicht, die ein Retikel oder eine Maske 817 mit
mehreren Streifen 816 verwendet, wobei jeder Streifen 816 ein
Retikelmuster oder einen Musterelementsatz enthält. Die 10B zeigt schematisch
eines der periodischen Retikelmusterelemente oder Gitter 816,
aus dem das in der 10A dargestellte Retikel 817 gebildet
ist. Der Muterelementsatz, das periodische Musterelement oder das Gitter 816 ist
aus mehreren Spalten periodischer Musterelemente oder Gitter gebildet.
Die periodischen Musterelementspalten oder Gitterspalten werden
aus orthogonalen Linienpaaren gebildet. Beispielsweise wird die
Spalte 830 aus vertikalen Linien und die Spalte 832 aus
horizontalen Linien gebildet. Die horizontalen und vertikalen Linien
sind orthogonal. Die Spalte 836 ist aus einer +45° geneigten
Linie und die Spalte 834 aus einer –45° geneigten Linie gebildet. Somit
sind die Linien in den Spalten 836 und 834 orthogonal.
Die Verflechtung der Spalten mit unterschiedlichen Linienausrichtungen,
wie in der 10B gezeigt, gibt Auskunft über die
Aberrationen in dem zu charakterisierenden optischen System. Durch
Verwirklichung der vorliegenden Erfindung können die Aberrationen in einem
wesentlichen Bereich des Feldes gleichzeitig erfasst werden.
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11A und 11B zeigen
eine vereinfachte schematische Darstellung der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. I dieser Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung werden die Linien oder Musterelementsätze vielmehr in Spalten als
in Reihen angeordnet. Die 11A zeigt
eine Draufsicht eines Bereiches eines Retikelmusters 916.
Das Retikelmuster umfasst mehrere Musterelementsätze oder Linien, wobei ein
Bereich davon aus Spalten oder Linien, die zwischen einer horizontalen und
vertikalen Ausrichtung abwechseln, ausgebildet ist. Spalten 930 sind
aus mehreren vertikalen Linien, und Spalten 932 sind aus
mehreren horizontalen Linien gebildet. Das von einem Bereich 916 eines
Retikels gebildete Bild kann zur Erfassung eines Astigmatismus verwendet
werden, wenn dieses in den Bildraum projiziert wird. In dieser Ausführungsform
ist ein zur Aufzeichnung des Bildes des Retikelbereiches 916 verwendetes
lichtempfindliches Substrat im Hinblick auf den Retikelbereich 916 aus
der X-Y-Ebene geneigt und um die Y-Achse gedreht. Die 11B zeigt schematisch die Erfassung und Analyse
des Bildes in dem Bildraum, um einen Astigmatismus an der Stelle
des Feldes zu bestimmen. Da das das Bild aufzeichnende lichtempfindliche
Substrat aus der X-Y-Ebene geneigt und um die Y-Achse gedreht ist, kennzeichnet
die X-Richtung die Brennpunkttiefe, wie in der 11B gezeigt. Die in die Z-Richtung verlaufende
Höhe der 11B kennzeichnet die Bildqualität in einer
anderen Brennpunkttiefe. Balken 930' in der 11B zeigen
die Bildqualität
der sich abwechselnden Spalten 930 aus vertikalen Linien, wie
in der 11A gezeigt. Die Bildqualität verbessert
und verschlechtert sich entlang der Brennpunkttiefe, wobei die optimale
Bildqualität
in etwa mittig angeordnet ist. Dem gemäß wird eine Umhüllende 933 gebildet,
die die Bildqualität
der Spalten 930 aus vertikalen Linien darstellt. Auf ähnliche
Weise ist die Bildqualität
der Spalten 932 aus horizontalen Linien, wie in der 11B gezeigt, durch Balken 932' dargestellt,
wobei die Höhe
der Balken 932' in
die Z-Richtung die Bildqualität
repräsentiert.
Die Bildqualität verbessert
und verschlechtert sich entlang der Brennpunkttiefe in der X-Richtung.
Dem gemäß kann eine
Umhüllende 935 für die Balken 932' bestimmt werden,
die die Bildqualität
der Spalten 932 aus horizontalen Linien auf dem Retikelbereich 916,
wie in der 11A gezeigt, darstellt. Das
Bild der Spalten 930 aus vertikalen Linien, die durch die
Balken 930' dargestellt
sind, sind mit dem Bild der Spalten 932 aus horizontalen
Linien, die durch die Balken 932 dargestellt sind, verflochten.
Wenn kein Astigmatismus an der Stelle des Feldes des zu charakterisierenden
optischen Systems auftritt, stimmen die Einhüllenden 933 und 935 überein.
Jeder Astigmatismus kann jedoch durch eine Verschiebung der Einhüllenden 933 und 935 erfasst
werden, die durch den Abstand a' dargestellt
ist.
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Die 9A und 9B und
die 11A und 11B zeigen
unterschiedliche Verfahren zur Erzielung der gleichen Informationen
unter Verwendung unterschiedlicher Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung. Die Lehren der vorliegenden Erfindung über das
gleichzeitige Abbilden mehrerer unterschiedlicher Musterelementsätze, periodischer Musterelemente
oder Gitter auf einem Retikel und Aufzeichnen der daraus resultierenden
Bilder in einem Volumenraum, ermöglichen
die Erfassung und Charakterisierung der Aberrationen des optischen Systems
in einem einzigen Schritt oder in einer einzigen Belichtung. Die
Lehren der vorliegenden Erfindung können zur Bestimmung unterschiedlicher
Aberrationen in dem optischen System verwendet werden, abhängig von
den unterschiedlichen Mustern in den Sätzen, periodischen Musterelementen
oder Gitter, die auf Bereichen des Retikels verwendet werden.
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12 zeigt
den Bereich eines Retikels 1016 mit einem Musterelementsatz
oder Linienmusterelement, das zur Erfassung von sphärischen
Aberrationen verwendet werden kann. Der Retikelbereich 1016 zeigt
Reihen 1030 und 1032 aus sich abwechselnden Linien
mit unterschiedlichen Linienabständen
oder -breiten. Beispielsweise kann der Linienabstand der Reihe 1030 300
Nanometer und der Linienabstand der Reihe 1032 100 Nanometer
betragen. Der in der 12 gezeigte Retikel-Musterelementbereich 1016 entspricht
dem in der 9A gezeigten Retikel-Musterelementbereich 816.
An der Stelle, an der für
den Retikel-Musterelementbereich 716 jedoch die Linienausrichtung
zur Erfassung eines Astigmatismus verwendet wird, wird für den Retikel-Musterelementbereich 1016 die
Linienbreite oder der Linienabstand zur Erfassung der sphärischen
Aberrationen verwendet. Bei allen wird das Bild des entsprechenden
Retikel-Musterelementbereiches an unterschiedlichen Brennpunkttiefen
in einem Volumenraum erfasst, wie beispielsweise bei der Neigung
eines lichtempfindliches Substrats in dem Bildvolumenraum. Zusätzlich dazu
können
alle in einem einzigen Schritt mit einem Interferometer gelesen
werden, wobei die unterschiedlichen abgebildeten Linien Informationen enthalten,
die bezeichnend für
die Aberrationen des optischen Systems sind. Für den Retikel-Musterelementbereich 1016 wird
sich die Bildqualität
entlang der Brennpunkttiefe für
die unterschiedlichen Linienbreiten ändern. Dem gemäß wird sich
eine Umhüllende,
die die Bildqualität
in Abhängigkeit
der Brennpunkttiefe für
jeden unterschiedlichen Linienbreitenabschnitt zeigt, in Abhängigkeit
jeglicher sphärischer Aberrationen
verschieben. Es sollte gewürdigt
werden, dass unterschiedliche Retikelbereiche mit unterschiedlichen
Linien-Musterelementen
für Bereiche des
Retikels verwendet werden können,
um mehrere unterschiedliche Aberrationen an unterschiedlichen Stellen
in dem Feld zu erfassen. Diese unterschiedlichen Bereiche der Retikel-Musterelemente
können sich
in einem einzigen Retikel befinden, um gleichzeitig die Bildkrümmung und
unterschiedliche Aberrationen zu erfassen und zu messen.
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13 zeigt
ein Retikel 1117, das in mehrere unterschiedliche Abschnitte
unterteilt ist, wie beispielsweise in Abschnitte 1119A, 1119B, 119C und 1119D,
sowie andere Abschnitte, die unterschiedliche Retikel-Musterelementbereiche
zur gleichzeitigen Erfassung unterschiedlicher Aberrationen in einem
Feld zur Charakterisierung des optischen Systems aufweisen. Beispielsweise
kann eine Vergrößerung als
der Retro- Diffraktionswinkel
gemessen werden. Ein normaler Musterelementabstand und ein dazugehöriger nominaler
Beugungsstrahlwinkel können
aus einem kalibrierten Substrat für Nominalabstände oder
kalibriertem Prisma oder nominalem Winkel zwischen Flächen gemessen
werden. Eine Verzerrung, die nach dem Abziehen der Vergrößerung zurückbleibt,
kann als verbleibende skalierte Phasenverteilung gemessen werden.
Die Skalierung spiegelt die Beziehung zwischen einer Verzerrung auf
der Ebene, IPD, und den geometrischen Grenzen des normalen periodischen
Musterelementes oder Gitterabstandes, der interferometrischen Wellenlänge und
des lokalen Beugungsstrahlwinkels in die entgegengesetzt Richtung
wider. Ein Koma kann durch eine induzierte Bildverschiebung durch
den Brennpunkt hindurch gemessen werden, der als eine Verzerrungssignatur
zweiter Ordnung quer über
das Feld gesehen wird, das durch die Brennpunkttiefe des optischen
Systems geneigt ist.
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14 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer interferometrischen Analyse oder
Verteilung eines mit dem Bild eines Flechtmusters oder mit einem geflochtenen
oder kreuzförmigen
periodischen Musterelement oder Gitter bedeckten Fotolacks oder
belichteten lichtempfindlichen Substrats. Das Flechtmuster oder
kreuzförmige
periodische Musterelement oder Gitter umfasst ein Retikel mit orthogonalen Linien,
die über
das gesamten Feld verteilt sind. Das gesamte Feld des optischen
Systems kann durch Belichten eines Retikels über dem Feld auf ein geneigtes
lichtempfindliches Substrat charakterisiert werden. Das lichtempfindliche
Substrat sollte geneigt sein, so dass das gesamte Feld in den Brennpunkttiefenbereich
des optischen Systems fällt.
Durch die Neigung repräsentiert
die x-Achse in der 14 den Brennpunkt und die Feldposition
in die x-Richtung. Die y-Achse repräsentiert die Feldposition in
die y-Richtung. Die z-Achse repräsentiert
die Abstandsänderung
aufgrund von Aberrationen oder Verzerrungen des optischen Systems
zwischen den Linien in dem periodischen Musterelement oder Gitter.
Die Oberflächenkontur 1221 liefert
Informationen über die
Abbildungscharakteristiken des optischen Systems. Das optische System
kann global durch Auswerten des gesamten Feldes oder lokal durch
Auswerten eines gewünschten
Bereiches des Feldes charakterisiert werden.
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15 zeigt
ein Diagramm, das grafisch unterschiedliche Abbildungscharakteristiken
und Verzerrungen oder Aberrationen darstellt die durch Charakterisierung
des optischen Systems unter Verwendung dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten werden können. Pfeil 1202 zeigt
ein Koma an und ist durch die im allgemeinen gekrümmte oder
gänzlich
gekrümmte
Oberflächenkontur 1221,
wie in der 14 gezeigt, dargestellt. Pfeil 1204 zeigt
eine Telezentrizität
an und ist als Neigung in der x-y-Ebene und um die y-Achse der Oberflächenkontur 1221,
wie in der 14 gezeigt, dargestellt. Pfeil 1206 zeigt
die Gesamtvergrößerung oder die
durchschnittliche Vergrößerung an
und ist als Neigung in der x-y-Ebene und um die x-Achse der Oberflächenkontur 1221,
wie in der 14 gezeigt, dargestellt. Pfeil 1208 zeigt
eine y-Verzerrungssignatur oder eine lokale Veränderung in der Vergrößerung an und
ist durch die lokalen Veränderungen
in der Oberflächenkontur 1221,
wie in der 14 gezeigt, dargestellt. Gäbe es keine
Aberrationen oder Verzerrungen entlang des gesamten Feldes, würde die
interferometrische Abbildung oder Verteilung eine flache, nicht
geneigte Oberfläche
erzeugen.
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16A–16D zeigen in einer perspektivischen schematischen
Ansicht die unterschiedlichen Verzerrungen oder Aberrationen des
zu charakterisierenden optischen Systems, das grafisch in 15 dargestellt
ist. Die 16A zeigt Linien mit einer Neigung
in der x-y-Ebene um die x-Achse. Diese Neigung repräsentiert
eine globale Vergrößerung oder
eine Gesamtvergrößerung.
Dem gemäß entsteht,
wenn es keine globale Vergrößerung oder
Gesamtvergrößerung in
dem Feld gibt, keine Neigung in der x-y-Ebene um die x-Achse. 16B zeigt Linien mit einer Krümmung oder einer Krümmung zweiter Ordnung
durch den Brennpunkt hindurch. Diese Krümmung durch den Brennpunkt
oder die x-Richtung stellt ein Koma dar. 16C zeigt
Linien mit einer Neigung in der x-y-Ebene um die y-Achse. Diese Neigung
repräsentiert
die Telezentrizität. 16D zeigt Linien mit einer lokalen Krümmung. Diese Krümmung repräsentiert
eine y-Verzerrungssignatur oder lokale Änderungen in der Vergrößerung in
Abhängigkeit
der Feldposition. All diese Strukturen oder Charakteristiken können aus
der interferometrischen Karte, die unabhängig in der 14 gezeigt
sind, extrahiert werden. Dem gemäß kann das
gesamte Feld des optischen Systems in einem einzigen Schritt, ohne
mehrere Belichtungen oder einzelne Analysen durchführen zu
müssen,
charakterisiert werden.
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17 ist
eine Draufsicht eines belichteten lichtempfindlichen Substrats,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung des bestmöglichen
Brennpunktes eines optischen Systems darstellt. Das Bild eines Retikels
wird auf ein lichtempfindliches Substrat 1322 über dem
Feld eines optischen Systems projiziert. Das Retikel projiziert
das Bild eines periodischen Flechtmusters oder Gittermusters entlang
der zwei längs
laufenden Ränder 1328 eines
rechteckigen Feldes. Das lichtempfindliche Substrat 1322 ist
mehrfach geneigt, wobei eine erste Neigung um die Längsachse
und eine zweite Neigung oder Krümmung
um die laterale Achse auftritt, so dass während einer ersten Belichtung ein
relativ schmales erstes Band 1331 lateral über das
lichtempfindliche Substrat innerhalb der zwei längslaufenden Ränder 1328 gedruckt
wird. Das lichtempfindliche Substrat 1322 wird dann um
eine bekannte Strecke koaxial mit der optischen Achse verschoben,
in die z-Richtung, so dass während
einer zweiten Belichtung ein relativ schmales zweites Band 1331 lateral über dem
lichtempfindlichen Substrat innerhalb der zwei längslaufenden Ränder 1328 gedruckt
wird. Die Position des bestmöglichen Brennpunktes
für das
optische System kann durch Analysieren der Positionen des ersten
und des zweiten gedruckten Bandes 1331 und 1331' bestimmt werden.
Die Analyse kann unter Verwendung von Geometrie durchgeführt werden,
die in einfacher Weise durch die bekannte verschobene Strecke bestimmt
oder abgeleitet werden kann. Beispielsweise wird die Brennpunktposition
für die
Mitte des Feldes an einem Punkt M durch Messen der Strecke OA und O'A' erzielt. Diese Werte ergeben die Position
der belichteten ersten gedruckten Bänder 1331 relativ
zu der bekannten Feldmitte M. Eine Interpolation der Brennpunktwerte
für die
beiden Belichtungen, die das erste und das zweite Band 1331 und 1331' bilden, ergibt
den Brennpunktwert für
die Feldmitte M: Dieser Brennpunktwert liegt ausschließlich auf
der optischen Achse. Ein Neigungsfehler um die laterale Achse wird
durch Messen der Strecke AB entlang des Substrats kalibriert. Der
Neigungsgrad wird in Nanometern der Brennpunktverschiebung ausgedrückt, die
durch den Brennpunktunterschied zwischen den beiden Belichtungen
bestimmt wurde, pro Millimeter Substrat, das durch die Strecke AB
bestimmt wurde. Unter Verwendung des Neigungsgradwertes wird die
Krümmung
oder die Neigung um den Längsachsenfehler
durch Messen des Winkels der Linie A-A' oder B-B' mithilfe einer Messung des Streckenunterschiedes
zwischen der Strecke OA und O'A' oder der Strecke
OB und O'B' bestimmt. Indem vier
dieser Strecken gemessen werden, kann das Substrat gemäß der bestmöglichen
Brennpunktebene mit einer Redundanz für die Messfehlkorrektur oder
Durchschnittswertbildung ausgerichtet werden. Wahlweise können die
Werte aus den nachfolgenden Formeln extrahiert werden:
wobei:
- M'
- auf dem Mittelpunkt
einer Linie in der Mitte zwischen Linie A-A' und der Linie B-B' liegt;
- IFS
- die induzierte Brennpunktverschiebung
oder die vorsätzliche
Verschiebung entlang der z-Achse oder der optischen Achse zwischen den
zwei Belichtungen ist;
- IT
- die induzierte Neigung
oder die vorsätzliche Verschiebung
um die laterale Achse ist.
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Dann
ist die Neigung (S) gleich H/W;
der Brennpunktfehler (FE) gleich
IFS/AB × MM';
der Neigungsfehler
(TE) um die Längsachse
gleich (IFS/AB) – IT;
und
der Neigungs- oder Krümmungsfehler
(BE) um die laterale Achse gleich S × IFS/AB.
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Die 18 zeigt
die Verwendung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, um sphärische Aberrationen zu ermitteln.
Die Kennlinie oder Linie 1402 zeigt die Fotolacktiefe in
Abhängigkeit
des Brennpunktes. Aufgrund einer Neigung durch den Brennpunkt, wenn
ein lichtempfindliches Substrat belichtet wird, weist das periodische
Musterelement oder Gitter, das auf dem lichtempfindlichen Substrat durch
den bearbeiteten Fotolack ausgebildet wird, eine unterschiedliche
Tiefe auf. Die Tiefe ist an dem bestmöglichen Brennpunkt am größten und
wird kleiner, wenn der Brennpunkt schwächer wird. Die Asymmetrie in
der Kennlinie oder Linie 1402, die in dem Bereich 1404 gezeigt
ist, ist bezeichnend für sphärische Aberrationen.
Dem gemäß kann die
vorliegende Erfindung zur Erfassung sphärischer Aberrationen in einem
optischen System verwendet werden.
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19A und 19B zeigen
eines weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung einer anfänglichen
Anordnung eines Retikels in dem optischen System zur Erzielung optimierter
Abbildungen. Bezugnehmend auf die 19A und 19B wird ein lichtempfindliches Substrat 1522 durch
ein Retikel 1516 belichtet. Das Retikel ist aus der x-y-Objektebene
und um die x-Achse geneigt. Das lichtempfindliche Substrat 1522 liegt
vorzugsweise außerhalb
der x-y-Ebene und um die y-Achse. Dem gemäß sind das Retikel 1516 und
das lichtempfindliche Substrat 1522 orthogonal zueinander
geneigt, ähnlich
der in der 1 gezeigten Ausführungsform.
Das Retikel 1516 weist eine Mehrzahl von orthogonalen verflochtenen
Linien mit unterschiedlichen Linienbreiten auf. Beispielsweise weist die
Linie 1531 eine relativ schmale vertikale Linienbreite
und die Linie 1533 eine relativ breite vertikale Linienbreite
auf. Die vertikalen Linien 1531 und 1533 wechseln
sich ab oder sind in x-Richtung miteinander verflochten. Eine relativ
schmale horizontale Linie 1534 und eine relativ breite
horizontale Linie 1536 wechseln sich ab oder sind in y-Richtung
miteinander verflochten. Ein Gittermuster oder sich abwechselnde
oder verflochtene horizontale und vertikale Linien unterschiedlicher
Breite werden in dieser Weise gebildet. Das Gittermuster auf dem
Retikel 1522 wird während
einer Belichtung aufgrund der Neigung in dem Retikel 1522 durch
die Retikelposition auf das lichtempfindliche Substrat 1522 durch
den Brennpunkt hindurch, aufgrund der Neigung in dem lichtempfindlichen
Substrat 1522, abgebildet. Das bearbeitete lichtempfindliche
Substrat 1522 weist einen Ort der bestmöglichen Brennpunktposition
als Funktion der Linienbreite oder Musterelementgröße auf. Dieser
Ort wird durch Überprüfen des
Bildes und der Fotolacktiefe bestimmt. Im Allgemeinen bestimmt die maximale
Fotolacktiefe den bestmöglichen
Brennpunkt. Das heißt,
dass an dem bestmöglichen
Brennpunkt der Fotolack besser belichtet wird und somit eine größere Tiefe
aufweist. Die Position, an der sich die Orte der bestmöglichen
Brennpunktposition für jede
unterschiedliche Linienbreite kreuzen, stellt die bevorzugte Position
für das
Retikel dar, um Aberrationen und insbesondere sphärische Aberrationen
zu verringern. Bezugnehmend auf die 19A bildet der
Schnittpunkt der Linien 1502 und 1504 die optimale
Position des Retikels 1506, um die sphärischen Aberrationen zu reduzieren.
Die Linie 1506 repräsentiert
die Stelle oder die Ebene der optimalen Position zum Positionieren
des Retikels 1516, um das bestmögliche Bild oder die geringsten
sphärischen
Aberrationen zu erzielen. Wie beispielsweise entlang des linken
längslaufenden
Randes des lichtempfindlichen Substrats in der 19A gezeigt, zeigt die Linie 1506 an,
dass das Retikel bei einem Wert von 0,4 bzw. 0,4 Einheiten angeordnet
werden sollte, wenn das Retikel 1516 in der 19B um eine Einheit und um die x-Achse zur Erzielung
des bestmöglichen oder
optimalen Bildes geneigt wird. Die Linie 1506 wird parallel
zu der Neigungsachse des Retikels oder der x-Achse gezogen. Während nur
zwei unterschiedliche Linienbreiten dargestellt sind, die sich abwechseln
oder ineinander verflochten sind, sollte gewürdigt werden, dass sich eine
beliebige Anzahl unterschiedlicher Linienbreiten abwechseln kann
oder miteinander verflochten werden kann.
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Während die
vorliegende Erfindung im Hinblick auf unterschiedliche Ausführungsformen
und unterschiedliche Musterelementsätze oder Linienmusterelemente
gezeigt und beschrieben wurden, können selbstverständlich weitere
Musterelementsätze
oder Linien-Musterelemente in unterschiedlicher Weise verwendet
und angeordnet werden, um ein optisches System zu charakterisieren.
Alle Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bilden jedoch gleichzeitig mehrere unterschiedliche
Musterelementbereiche in einem Volumenraum an unterschiedlichen
Brennpunkttiefen ab. Die aufgezeichneten Bilder der mehreren Musterelementbereiche
in unterschiedlichen Tiefen können
zur Charakterisierung des optischen Systems interferometrisch analysiert
werden. Diese interferometrische Analyse wird vorzugsweise in einem
einzigen Schritt durchgeführt, so
dass die Daten, die aus der interferometrischen Analyse der aufgezeichneten
Bilder des Retikels erhalten wurden, eine beinahe vollständige Charakterisierung
des optischen Systems ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung muss somit nicht unterschiedliche Stellen
innerhalb des Feldes des optischen Systems sequenziell auswählen und
analysieren. Folglich führen
die Lehren der vorliegenden Erfindung zu einer sehr schnellen Charakterisierung
des optischen Systems.
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Dem
gemäß sollte
gewürdigt
werden, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
die Charakterisierung eines optischen Systems mit einer einzigen
Belichtung oder einem einzigen Abbildungsschritt ermöglichen,
um den Brennpunkt, die Bildkrümmung,
den Astigmatismus, das Koma und/oder die Brennebenenabweichungen
des optischen Systems zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung ist
insbesondere für
die Charakterisierung von fotolithografischen Linsen geeignet, die
zum Drucken einer Maske oder eines Retikel-Musterelements auf ein
lichtempfindliches Substrat verwendet werden. Die vorliegende Erfindung
kann den bestmöglichen
Brennpunkt vielmehr durch Erfassen der Einhüllenden der Strukturqualität durch
den Brennpunkt hindurch bestimmen als durch die Überprüfung der Bildqualität oder Linienqualität in einem
dreidimensionalen Array von individuellen Probepunkten auf der x-
und y-Achse und dem Brennpunkt. Die vorliegende Erfindung liefert
ein Datenkontinuum durch den Brennpunkt und die Retikel-Objektposition.
Somit bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass der Brennpunkt
automatisch gefunden wird, d.h., dass dieser äußerst unempfindlich auf Fehler
in der normalen Brennpunktebenenlage reagiert, da zu jedem Zeitpunkt
der Bereich des bestmöglichen
Brennpunktes gedruckt wird, wenn der belichtete Wafer oder das belichtete
lichtempfindliche Substratfeld die Brennpunkttiefe schneidet. Die
vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, dass sie äußerst empfindlich ist,
ein niedriges Rauschen aufweist und eine einzige Belichtung benötigt, wodurch
eine schnelle Erfassung der zu charakterisierenden Parameter gewährleistet
wird. Die vorliegende Erfindung benötigt keine Unterteilung der
Brennpunktebene, die mit dazugehörigen
zeitaufwendigen Mehrfachbelichtungen in Verbindung gebracht wird.
In einem Überprüfungsverfahren
wurden Empfindlichkeiten und Rauschpegel unterhalb der 5 Nanometer
Grenze routinemäßig erzielt.
Diese niedrigen Schwellwerte können
nicht unter Verwendung der Verfahren aus dem Stand der Technik erzielt
werden. Die Verfahren aus dem Stand der Technik verschlechtern sich
im Allgemeinen mit abnehmender Linienbreite. Jedoch weist die vorliegende
Erfindung den Vorteil auf, dass sie bei abnehmender Linienbreite
robuster wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in relativ kurzer
Zeit, d.h. in Sekunden, Gesamtfelddaten erhalten. Dies ist aufgrund der
geringen Liniengröße und der
sich thermisch verändernden
Zeitkonstanten ein wichtiges Merkmal lithografischer Werkzeuge,
die den fernen und darüber
hinausgehenden UV-Bereich verwenden. Da die vorliegende Erfindung
eine Gesamtfeldbelichtung mit einer einzigen Aufnahme verwendet,
werden zeitliche Angleichungsfehler aufgrund der Abfrage von Erfassungsdaten
verhindert. Die Verwendung der mehreren unterschiedlichen Musterelementsätze mit mehreren
Musterelementausrichtungen, Größen und Linientypen
ermöglicht
die Bestimmung der Brennpunktposition, des Astigmatismus, der Bildkrümmung, und
der Brennpunkttiefe. Zusätzlich
kann die vorliegende Erfindung Informationen über eine Komabildung, sphärische Aberrationen
und Kohärenzänderungen
liefern. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglichen
periodische Mehrfachmusterelemente, die durch das zu testende Abbildungssystem
abgebildet werden, und ein lithografischer Aufzeichnungsprozess,
einschließlich
eines metrologischen Werkzeuges zur Analyse der gedruckten Bilder,
die schnelle Charakterisierung eines optischen Systems. Die Muterelementsätze können eine
Gruppe oder vereinzelte Linien-Varianten-Typen, Größen, Formen und
Ausrichten umfassen. Die vorliegende Erfindung bildet in einer einzigen
Belichtung diese Musterelementsätze
durch die Brennpunkttiefe hindurch und darüber hinaus ab. Die Umhüllende oder
die Strukturqualität
durch den Brennpunkt wird gedruckt und analysiert. Diese Analyse
kann eine Brennpunkt-Gesamttiefen-Datenüberprüfung umfassen, wie im Falle einer
Autokorrelationsanalyse und einer Kreuzkorrelationsanalyse. Wahlweise
kann die Analyse Höchst- und
Mindestwerte in der Asymmetrie oder Neigung der Umhüllenden
ermitteln. Im Gegensatz dazu werden in den Verfahren aus dem Stand
der Technik individuelle Musterelemente an vorbestimmten und folglich
nicht optimal bestimmten Brennpunktpositionen analysiert. Die Qualität der bestimmten
Musterelementsätze
durch den Brennpunkt hindurch können zur
Bestimmung eines breiten Brennpunktes, einer Bildkrümmung, eines
Astigmatismus, einer sphärischen
Aberration, einer teilweisen Kohärenz,
einer Verzerrung und eines Komas, abhängig von der Ausrichtung des
Musterelementtyps und/oder ausgewählten Größe verwendet werden. Im Falle
eines Astigmatismus können
unterschiedliche Linienorientierungen entlang des Feldes verflochten
und durch ein Dunkelfeld-Mikroskop oder ein interferometrisches
Mikroskop gelesen werden. Wahlweise können unterschiedliche Linienausrichtungen
quer über das
Feld verflochten und durch ein interferometrisches Mikroskop oder
ein Rasterkraftmikroskop gelesen werden. Im Falle einer Verzerrung
können
die Musterelemente unter Verwendung eines Gesamtfeld-Interferometers
gelesen werden.
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Dem
gemäß sollte
gewürdigt
werden, dass die vorliegende Erfindung die schnelle und einfache Charakterisierung
eines optischen Systems und insbesondere einer Projektionsoptik,
die in der Fotolithografie zur Herstellung von Halbleiterwafern
verwendet wird, außerordentlich
verbessert. Aus einer einzigen Belichtung oder aus einem einzigen
Datenerfassungsschritt können
wertvolle Informationen durch eine Charakterisierung des optischen
Systems zu einem einzigen Zeitpunkt erzielt werden. Dies erhöht den Durchsatz
und den Ertrag außerordentlich, da
die Abbildungsleistung auf einem hohem Niveau gehalten wird.
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Obwohl
in der vorliegenden Erfindung die bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass
verschiedene Modifikationen ausgeführt werden können, ohne
vom Umfang der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert ist, abzuweichen.