EP4065957A1 - Apparatus and method for measuring a substrate - Google Patents

Apparatus and method for measuring a substrate

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Publication number
EP4065957A1
EP4065957A1 EP19813462.9A EP19813462A EP4065957A1 EP 4065957 A1 EP4065957 A1 EP 4065957A1 EP 19813462 A EP19813462 A EP 19813462A EP 4065957 A1 EP4065957 A1 EP 4065957A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
simulation
measurement
measuring
results
Prior art date
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Pending
Application number
EP19813462.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jacek GASIOROWSKI
Markus Wimplinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EV Group E Thallner GmbH
Original Assignee
EV Group E Thallner GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EV Group E Thallner GmbH filed Critical EV Group E Thallner GmbH
Publication of EP4065957A1 publication Critical patent/EP4065957A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
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    • G—PHYSICS
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    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
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    • G01N21/9501—Semiconductor wafers
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
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    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625—Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness
    • G—PHYSICS
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    • G01N2201/061—Sources
    • G01N2201/06113—Coherent sources; lasers

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for measuring a substrate.
  • CD critical dimensions
  • Classic ellipsometry is used in the state of the art to measure layer thicknesses and optical material properties such as refractive index and degree of reflection. The measurement of coatings must take place without destroying the layers in order to prevent the substrate or the wafer from being damaged.
  • spectroscopic ellipsometry and reflectometry have established themselves as metrological systems for process control and process optimization in the semiconductor industry. As a rule, relative changes or deviations are detected. Programs that are required for the simulation and evaluation of the measurement of simple systems are known in the prior art.
  • US Pat. No. 6,912,056B2 specifies an apparatus and a method for measuring a multilayer on a substrate.
  • the apparatus includes a measuring unit for measuring reflected light, the reflected light having been reflected from the substrate on which the multilayer is formed.
  • a plurality of recipe data are inputted, each of the plurality of recipe data corresponding to a plurality of hypothetical multilayers, one of the hypothetical multilayers being initially assumed to be the multilayer actually formed on the substrate.
  • a control unit calculates a plurality of theoretical spectra each of which indicates at least a thickness of each component layer of the hypothetical multilayer assumed to be the multilayer actually formed on the substrate using one set of the plurality of recipe data, the measured spectrum is compared with the plurality of theoretical spectra, whereby a temporary thickness of the multilayer is determined.
  • the calculated temporary thickness must be within a permissible range, otherwise the selection of the temporary thickness will be repeated after changing the recipe data.
  • the physical information includes a refractive index and an extinction coefficient of each component layer.
  • US Pat. No. 7,196,793B2 also uses the data measured with spectroscopic ellipsometry, such as the change in polarization of the radiation ( ⁇ ( ⁇ i ) and ⁇ ( ⁇ i )) and compares this with simulated spectra to characterize thin two-layer systems on a substrate.
  • the simulated spectra are adapted in the model until the slightest differences between simulated values ( ⁇ M ( ⁇ i ) and ⁇ M ( ⁇ i )) and measured values ( ⁇ E ( ⁇ i ) and ⁇ E ( ⁇ i )), the layer thickness (n) d (best) and the angle of incidence ⁇ (best) being varied.
  • polarimetric scatterometry is used for the measurement of critical dimensions of periodic structures on wafers or semiconductor components.
  • variable angle-based scatterometry is used to characterize structures that have been produced with nanoimprint lithography. These structures are a wire grid polarizer (WGP) and a photoresist grid. RCWA algorithms were used to produce the model.
  • WGP wire grid polarizer
  • RCWA algorithms were used to produce the model.
  • Reflection ellipsometry has established itself primarily in the measurement of thin layers in the semiconductor industry and is therefore briefly explained.
  • monolayers are mostly characterized.
  • the reflection of linearly polarized, parallel and monochromatic light on the three-phase system substrate / layer / air is measured.
  • reflection and refraction take place at two interfaces.
  • reflection and refraction at each individual phase boundary must be taken into account.
  • the material-characteristic complex refractive index ⁇ of the layer system or the layer thickness can be calculated.
  • Transmission ellipsometry is used to measure optical properties. Since ellipsometry works non-destructively, this method is particularly suitable for process control.
  • VASE variable angle-based spectral ellipsometry
  • the object to be achieved by this invention is to overcome the problems of the prior art and, in particular, to provide an improved method and an improved device for measuring a multilayer substrate.
  • the invention relates to a method for measuring a multilayer substrate, in particular with at least one structure with critical dimensions, in particular with a surface structure with critical dimensions, the method having at least the following steps, in particular the following sequence:
  • the simulation created can advantageously be used to optimize the desired layer thicknesses, structures and materials.
  • the invention further relates to a device for measuring a multilayer substrate, in particular with at least one structure with critical dimensions, in particular with a surface structure with critical dimensions, having:
  • Thin, transparent or semitransparent layers or two-layer systems or multiple-layer systems can advantageously be measured, with also structured surfaces can be measured.
  • Complex substrates can be measured with high accuracy.
  • the information content increases by adding several measurement variables and / or several measurement methods.
  • Such a combined measurement method is preferably used with RCWA as the calculation method and enables the characterization of complex samples that contain several layers and structures by obtaining information about diffraction and phase as well as topographical information.
  • the newly used methods deliver results with realistic computing power and in an acceptable short computing time in process monitoring.
  • the measurement technique is preferably at least one, preferably exactly one, of the following techniques:
  • VUV-UV-Vis-NIR variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) in reflection or transmission mode.
  • the measuring range extends from vacuum ultraviolet (VUV) to near infrared (NIR), from 146 nm to 1700 nm.
  • VASE variable angle-based spectral ellipsometry
  • IR or medium IR (MIR) range in addition to reflection or transmission measurements, measurements with attenuated total reflection in ATR mode (attenauted total reflection) are possible (ATR spectroscopy).
  • ATR spectroscopy The configuration with a spectroscopic ellipsometer is the preferred configuration and is used in a first embodiment according to the invention as the first measurement technique.
  • An angle of incidence and / or a wavelength and / or a polarization state is / are preferably varied and measured.
  • the RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) is preferably used to create the simulation.
  • only one measurement technique is preferably used, with the independent measurement variables, angle of incidence and wavelength and the state of polarization being varied and measured.
  • the angle is not varied.
  • a second measurement technique is used in addition to the variable angle-based spectral ellipsometry and, if necessary, a third etc.
  • Which and how many measurement methods are combined depends on the substrates to be examined and must can be selected case-specifically in the course of the model production.
  • a combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurement methods such as scatterometry or ellipsometry lead to a higher accuracy of the simulations.
  • the means for measuring preferably comprises at least one optical device, in particular an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer.
  • the device preferably has at least one data processing unit and at least one data processing system for processing and storing the data obtained by the means for measuring the substrate.
  • the means for measuring preferably have at least one radiation source, in particular laser or broadband radiation source, at least one monochromator, at least one polarizer, at least one compensator, at least one substrate holder, at least one analyzer, and at least one detector, with the at least one polarizer performing the adjustment selected elliptical polarization states, in particular linear or circular, allows.
  • All means for measuring the substrate are preferably arranged in the device.
  • the invention describes a method for characterizing multiple layer systems with a (surface) structuring with several steps:
  • a sufficiently large number of measurements is carried out for a selected, known system (also called substrate in the following), ie a sample produced.
  • the samples can be multilayer systems with or without structures or surface structuring.
  • wavelength-resolved and / or angle-resolved measurements are carried out, the polarization state being measured and varied.
  • the selected sample (s) is measured, depending on the complexity, with at least one measurement technique, with all components for performing the different measurement techniques preferably being present in the device according to the invention. If necessary, individual device components can be exchanged, added or removed. By adding several measurement methods, the information content of the recorded reference signatures increases.
  • the sample to be measured is transferred to a further measuring device so that further measurements can be carried out using different measuring techniques.
  • suitable measurement techniques for obtaining information are in particular scatterometry, ellipsometry, reflectometry, spectroscopy and / or diffractometry.
  • the measurements can be carried out, for example, with a variable polarization of the measuring beam, with a change in the angle of incidence and with a change in the wavelength.
  • a combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurement methods lead to a higher accuracy of the simulations.
  • measurements can be carried out not only in reflection mode but also in transmission mode in order to obtain additional information and data.
  • the measurement techniques are also selected on the basis of the optical properties of the individual layers of a layer system.
  • one layer can be largely transparent while one or more additional layers absorb or reflect more strongly.
  • a suitable model is created on the basis of the recorded data, preferably with RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) as the calculation method.
  • RCWA Ragorous Coupled-Wave Analysis
  • Newly developed complex simulation algorithms are used to create models. The simulations enable various effects in metrology to be taken into account by comparing the measurement result and the simulation result for known samples. For this, model-based measurements are carried out. If the measured sample consists of several layers and (surface) Structures, increases the complexity of the system and the number of parameters to be determined.
  • the recurring steps of measurement, model production or model optimization and simulation are necessary. If the measurement results and the simulation results do not match within a permissible range, the model must be further optimized. If the measurement results and the simulation results agree within a permissible range, the simulation can be used to analyze further samples.
  • the configuration with a spectroscopic ellipsometer for example VASE, is the preferred configuration according to the invention and is used in a first embodiment according to the invention as the first measuring technique.
  • Which and how many measurement methods are used must be determined individually for each system to be characterized.
  • the measurement methods must provide experimental measurement data that are sensitive to many of the parameters of interest without the parameters being too correlated. Examples of parameters are, for example, the height and the width for surface structures and the layer thickness for an n-th layer.
  • RCWA is used to calculate the lattice diffraction, whereby the sample is divided into several individual layers.
  • the RCWA algorithms enable the critical dimensions of the structures under investigation to be determined. These are, for example, the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, angles (e.g. side wall angles), remaining layer thickness (s) and surface roughness.
  • the measurements can be carried out for positive and / or negative periodic structures.
  • correlation analyzes and sensitivity analyzes are carried out in order to assess the quality of the reconstruction on the basis of the measurements carried out.
  • the optimized model is used to characterize unknown samples, whereby the sample must be assigned to known sample systems. Layers and structural dimensions are reconstructed by comparing the measured and simulated spectra. The simulated spectra are used as a data set to reconstruct the parameters sought.
  • - morphology critical dimensions of the examined structures are, for example, the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, angles (e.g. side wall angles), remaining layer thickness (s) and surface roughness.
  • the developed, optimized model is used not only for the calculation of desired parameters of further analog substrates and analog (layer) materials, but also for the optimization of desired layer thicknesses, structures and Materials.
  • a layer thickness or a structure dimension can be optimized using the model according to the invention on the basis of the desired parameter size.
  • Samples are substrates that have been processed or treated with the methods known in the semiconductor industry, in particular coated and / or embossed and / or bonded and / or etched and / or treated with plasma, and / or treated with light, for example laser, etc.
  • Master stamps, working stamps and microfluidic assemblies are also understood as samples.
  • a substrate or semiconductor substrate is understood to mean a not yet separated, in particular round, semifinished product from the semiconductor industry.
  • a substrate is also understood to mean a wafer. While the substrate can be any diameter, the substrate diameter is more specifically 1 ", 2", 3 “, 4", 5 “, 6", 8 “, 12", 18 “, or greater than 18".
  • a substrate can also have a rectangular shape or at least a shape deviating from the circular shape.
  • the samples to be characterized contain in particular one or more of the following components and / or coatings:
  • First layers such as primer layers
  • the method according to the invention is not limited to the samples mentioned above and is generally suitable for multilayer systems with or without structuring with critical dimensions, as long as the sample can be measured with at least one of the measurement techniques according to the invention (ellipsometry, scatterometry, spectroscopy, diffractometry and reflectometry).
  • the analysis methods can, in addition to determining layer thicknesses and structures with critical dimensions, be used for the following applications:
  • Characterization of the chemical composition of materials for example paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
  • - Characterization of the radiation stability of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
  • Electron beam lithography and / or chemical etching processes have been produced
  • the method according to the invention can be used for quality control of the samples produced with multilayer systems and / or structuring.
  • the quality of work stamps for nanoimprint lithography is characterized. These work stamps can consist of several layers with different thicknesses and materials. One of the layers is structured (e.g. soft stamp material layer). Several parameters can be relevant for the quality.
  • the quality control can be carried out immediately after production and / or after certain time intervals to check the wear and tear or aging, e.g. in use.
  • the method according to the invention can be used to optimize a manufacturing process for monitoring the manufactured products up to the desired ones Properties ie parameters can be achieved reproducibly.
  • the spatial homogeneity of selected parameters can, for example, also be determined using the method according to the invention and used as a selection criterion.
  • the applications according to the invention are not restricted to the abovementioned multilayer systems (with or without structuring).
  • the device comprises optical devices such as an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer, and a data processing unit or a data processing system for processing and storing the data obtained by the optical devices.
  • optical devices such as an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer
  • data processing unit or a data processing system for processing and storing the data obtained by the optical devices.
  • the essential components of the optical devices are: at least one radiation source (e.g. laser or broadband radiation source), at least one monochromator, at least one polarizer, at least one compensator, a sample holder, at least one analyzer, and at least one detector.
  • the polarization optics enable selected elliptical polarization states (linear, circular, etc.) to be set.
  • the measurements are not restricted to reflection and can also be carried out in transmission or in ATR mode.
  • a corresponding ATR holder for substrate and / or ATR crystal and ATR optics are added as additional or alternative components.
  • wavelength-resolved and angle-resolved measurements are carried out, it being possible to vary the polarization state. If the systems to be examined are less complex, the angle is not varied since the wavelength and polarization state are sufficient information.
  • the configuration with a spectroscopic ellipsometer, wherein the variable angle-supported spectral ellipsometry is preferably selected is the preferred configuration according to the invention and is used in a first embodiment according to the invention as the first measuring technique.
  • the selected samples can be measured using several measurement techniques, with all components for performing the different measurement techniques preferably being present in the device according to the invention. If necessary, individual device components can be exchanged, added or removed. By adding several measurement methods, the information content of the recorded reference signatures increases according to the invention.
  • the sample to be measured is transferred to a further measuring device so that further measurements can be carried out using different measuring techniques.
  • Typical components of ellipsometers are, for example, a light source, a polarizer, possibly a compensator (for example a 1/4 plate), a sample holder, an analyzer, if required a monochromator, and a detector.
  • 2c cross-sectional view of a third substrate with a multilayer system and a surface structuring with positive periodic trapezoidal structures
  • 2d Top view of four exemplary embodiments of periodic structures (7 rectangular, 7 '"linear, 7 IV circular and 7 V a non-regular shape),
  • Figure la shows a flow diagram of the method according to the invention.
  • a comparison is made between the measurement result and the simulation result.
  • the recurring method steps of measurement 120, model production 130 or model optimization 140 and renewed simulation are necessary.
  • a substrate also referred to below as a sample
  • a substrate with a plurality of thin layers and a (surface) structuring
  • the system to be examined is therefore known and is used for model production and optimization. If necessary, several precisely known reference substrates are produced and the measurement results are used to validate and optimize the simulation model developed.
  • the substrate is irradiated with electromagnetic radiation at a defined angle of incidence and the reflected radiation is measured, for example, as a function of the wave number and / or the angle.
  • the measurements are not restricted to reflection and can also be carried out in transmission be performed.
  • Several measurement techniques can be used to increase the reliability and / or the accuracy of the calculation process.
  • the suitable measurement techniques for obtaining information are in particular scatterometry, ellipsometry, reflectometry, spectroscopy and / or diffractometry.
  • either the entire multilayer system is measured after production or each individual layer is produced step by step and measured one after the other.
  • the individual layers of the multilayer system have a layer thickness of more than 20 nm (greater than or equal to 20 nm) and the refractive index of the individual layers is known.
  • the entire multilayer system is measured after production has been completed. For example an imprint stamp for imprint or nanoimprint lithography with a structured imprint layer.
  • the sample contains very thin layers with a layer thickness below 20 nm with a known refractive index.
  • very thin layers in particular layers with a layer thickness in the lower nm range to sub-nm range, each individual layer is produced and measured before the next layer is produced on top.
  • the sample is measured after each layer application, for example an ASL layer. All measured data of the sample, which has been measured layer by layer, are taken into account for the production of the model. If necessary, layers with a layer thickness of more than 20 nm can also be measured individually during the production process of the sample, depending on the refractive index and the available material information.
  • a sample contains an intermediate layer with a layer thickness of more than 20 nm but with an unknown refractive index.
  • measurements are carried out after the application of individual layers with a layer thickness of more than 20 nm, and for the entire multilayer system after production has been completed.
  • RCWA Radigorous Coupled Wave Analysis
  • RCWA is preferably used as the calculation method for calculating the interaction of light with multilayer systems and nanostructures and microstructures. RCWA is used to calculate the lattice diffraction, whereby the sample is divided into several individual layers. This model concept was further developed and supplemented according to the invention.
  • the further development according to the invention advantageously enables, with the simulation model from method step 130, the simultaneous evaluation of the diffraction of incident (plane) waves on the multilayer system and on the structures.
  • Multi-layer systems and non-planar layers i.e. Structures determined with very high reliability and accuracy through the use of polarized light with ellipsometry.
  • a simulation of a multilayer system with (surface) structuring can be calculated.
  • the deviation between the experimental data and the simulated data should be as small as possible (140).
  • a complex system according to the invention as shown for example in FIG. 2a with several layers and a surface structuring, this can be done in FIG
  • the model developed according to the invention correctly describes the sample physically. This enables simulation with high reliability.
  • a comparison between the measurement result and the simulation result is carried out in a fourth method step 140.
  • the recurring steps of measurement, model production or model optimization (model fitting) and renewed simulation are necessary.
  • the aim of the adjustment is that the model i.e. Adapt the generated data sets to the measured data sets (i.e. experimental data) as best as possible. If this is not (yet) the case, the model is further optimized in method step 130. If this is the case, the developed model can be used in method step 150 to determine the desired parameters.
  • a mathematical analysis of the developed model systems can also be used if necessary, especially for the development of generic model systems.
  • FIG. 1b shows a flow diagram of the method according to the invention when a finished simulation model according to the invention is used for a multilayer system with (surface) structuring.
  • a developed model is available for routine simulations.
  • the system parameters are fixed.
  • a known sample - ie the number of planar and / or non-planar (ie structured) layers and the layer materials are known - is measured according to the invention in method step 120 and, after comparing experimental and generated data sets (140), the desired parameters are determined ( 150).
  • FIG. 2a shows a cross-sectional view of a substrate 2 according to the invention with a plurality of thin coatings 3-6 and a surface structure 7.
  • the number and the thickness of the coatings are not restricted to the embodiments from FIGS. 2a to 2c.
  • the thickness of the coatings is not drawn to scale for the sake of clarity.
  • Figures 2a to 2c show similar embodiments with different surface structures 7, 7 ', 7 ′′.
  • the last coating 6, 6 ', 6 ′′ can consist, for example, of a photoresist or an embossing compound, which by means of Lithography or nanoimprint lithography has been structured.
  • the structures 7, 7 ', 7 "have dimensions in the nanometer range.
  • the surface 6o, 6'o, 6 “o of the structured coating defines the remaining layer thickness.
  • FIG. 2a shows a multilayer system 1 with a surface structuring with positive periodic structures 7.
  • Figure 2b shows a further embodiment of a multilayer system 1 with a surface structure with negative periodic structures 7 ‘.
  • FIG. 2c shows a third embodiment of a multilayer system 1 ′′ with a surface structuring with positive periodic trapezoidal structures 7 ′′.
  • the incident light hits these (mostly) periodic, area-covering structures that can represent an optical diffraction grating.
  • the critical dimensions of the examined structures 7, 7 ‘, 7“ include the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, the angles, for example the side wall angles, the remaining layer thickness (s) and the surface roughness.
  • FIG. 2d shows, in a top view of several cutouts, a comparison of further possible surface structures 7, 7 ′ ′′, 7 IV and 7 V of a sample according to the invention.
  • models are developed which enable a reliable characterization of complex multilayer systems with a (surface) structuring according to the structures from FIGS. 2a to 2d.
  • the structures 7 are quadrilaterals, in particular squares.
  • the structures 7 '" are periodic area-wide linear structures.
  • the structures 7 IV are circular. Structures with more complex or irregular structural shapes, such as, for example, the structures 7V from FIG. 2d, do not pose a problem for the method according to the invention and are recorded and correctly reproduced in the production of the model.
  • the non-planar layer with a structure is the top layer 6, 6 ', 6 "of a multilayer system 1, 1', 1".
  • the non-planar layer with a structure is located between two layers in the multilayer system.
  • a structured stamping compound is coated with an ASL coating after stamping for use as a work stamp.
  • a multilayer system contains more than one non-planar layer with a structure.
  • FIG. 3 shows the optical components of a first embodiment of a device 13 according to the invention.
  • a polarizer (P) 9 converts the non-polarized light from a radiation source 8 into linearly polarized light.
  • the radiation passes through an analyzer (A) 10.
  • the electromagnetic radiation is elliptically polarized when it is reflected on the sample 1.
  • the analyzer 10 again changes the polarization of the reflected electromagnetic radiation, which then strikes a detector (D) 11.
  • a polychromatic radiation source is used, so that a selected wavelength range is used in the measurement method.
  • monochromatic radiation is used, a laser preferably being used as the radiation source.
  • Several radiation sources can be present in the device at the same time and / or can be exchanged if necessary.
  • optical components are, for example, optical filters, compensators (e.g. a ⁇ / 2 plate), monochromators, and different optical variable attenuators that can be used if required depending on the measurement technology and / or wavelength range. These components are known to the person skilled in the art and are not described in more detail.
  • the measurement techniques according to the invention differ in the arrangement and the type of optical components.
  • the analyzer 10 can be designed to rotate, for example.
  • variable angle-based spectral ellipsometry offers a wide range of wavelengths. This will increase the information content of the measured data and the accuracy of the simulations.
  • a goniometer enables variable angle measurements.
  • the combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurements is the preferred embodiment and, according to the invention, leads to a higher reliability of the simulations. This combination is carried out according to the invention with VASE as the preferred measuring technique.
  • measurements can be carried out not only in reflection mode but also in transmission mode in order to obtain additional information and data if required.
  • the device 13 comprises optical devices and a data processing unit 12 for processing and storing the data obtained from the optical devices.
  • a receiving device serves to receive and fix the sample or the substrate.
  • the receiving device can be moved in a Z direction as required. Rotation and / or tilting of the receiving device is also possible.
  • the receiving device can be heated and tempered in a temperature range between 0 ° C and 1000 ° C, preferably between 0 ° C and 500 ° C, even more preferably between 0 ° C and 400 ° C, most preferably between 0 ° C and 350 ° C .
  • the receiving device can alternatively also be cooled with a cooling device.
  • the receiving device can be cooled in a temperature range between -196 ° C and 0 ° C.
  • the temperature of the receptacle can be adjusted with a temperature control arrangement.
  • the recording device can also have sensors (not shown) with the aid of which physical and / or chemical properties can be measured.
  • These sensors can be temperature sensors, for example.
  • the receiving device contains a fluid cell which Measurements allowed under liquids.
  • the liquid cell is a flow cell. This means that multi-layer systems with or without (surface) structuring can be measured in a liquid environment.
  • the electrochemical response of a multilayer system can be characterized with the liquid cell in a special application.
  • the fluid cell can also be designed as an electrochemical cell with a reference electrode, counter electrode and optical windows for the spectroscopic ellipsometric measurements.
  • the device 13 according to the invention can advantageously also be operated in a vacuum or at ambient pressure under a gas atmosphere.
  • the gas atmosphere is preferably an inert gas atmosphere, for example nitrogen (N 2 ).
  • N 2 nitrogen
  • the device 13 according to the invention can preferably be evacuated and heated.
  • the device has means for introducing one or more gaseous components.
  • a loading device preferably a lock, allows the samples to be loaded.
  • the device can be constructed in such a way that measurements can be carried out in situ.
  • a computer-aided data processing system 12 stores and processes the data obtained from the optical devices to simulate the multilayer systems according to the invention (with or, if necessary, without structuring) with the simulation algorithms further developed according to the invention.
  • the simulation models according to the invention make it possible for the first time with the proposed method to detect and characterize several thin layers and a (surface) structuring simultaneously and with a high degree of reliability. LIST OF REFERENCE SYMBOLS 1, 1 ', 1 ′′ substrate / multilayer system with (surface) structuring

Abstract

The invention relates to a method for measuring a multilayer substrate (1,1',1"), in particular having at least one structure (7, 7', 7", 7''', 7IV, 7V) of critical dimensions, in particular having a surface structure (7, 7', 7", 7''', 7IV, 7V) of critical dimensions, characterized in that the method comprises at least the following steps, in particular the following sequence of steps: producing (110) the substrate (1,1',1") having multiple layers (2, 3, 4, 5, 6, 6', 6"), in particular having a structure (7, 7', 7", 7''', 7IV, 7V), in particular having a structure (7, 7', 7", 7''', 7IV, 7V) on a surface (6o, 6'o, 6"o) of a top layer (6,6',6"), the dimensions of the layers and in particular of the structures being known, measuring (120) the substrate (1,1',1"), and in particular the structure (7, 7', 7", 7''', 7IV, 7V), by way of at least one measuring technique, generating (130) a simulation of the substrate by means of the results obtained by measuring the substrate (1,1',1"), comparing (140) the measurement results with simulation results originating from the simulation of the substrate (1,1',1"), optimizing the simulation (130) and again generating (130) a simulation of the substrate by means of the results obtained by measuring the substrate (1,1',1") if the measurement results deviate from the simulation results, or calculating (150) parameters of other substrates if the measurement results correspond to the simulation results.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Vermessung eines Substrats Device and method for measuring a substrate
B e s c h r e i b u n g Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung eines Substrats. The invention relates to a device and a method for measuring a substrate.
Durch eine starke Reduzierung der kritischen Abmessungen (critical dimension CD) von Strukturen, die mittels Photolithographie oder Nanoimprintlithographie auf Substraten hergestellt werden, steigen die Herausforderungen für die Mess- und Inspektionstechnik im Herstellungsprozess. A strong reduction in the critical dimensions (CD) of structures that are manufactured on substrates using photolithography or nanoimprint lithography increases the challenges for measurement and inspection technology in the manufacturing process.
Konventionelle Abbildungsverfahren wie die optische Mikroskopie sind auf Grund der Abbeschen Auflösungsgrenze - das ist die beugungslimitierte Auflösung - auf Strukturdimensionen oberhalb der halben optischen Wellenlänge limitiert, meist weit oberhalb von 100 nm. Eine dreidimensionale Charakterisierung von Strukturen mit kritischen Abmessungen ist mit der optischen Mikroskopie nur bedingt möglich. Dabei werden geometrische Parameter wie Strukturbreite, Strukturhöhe, Kantenwinkel und bei immer kleiner werdenden Strukturen auch die Rauheit der dreidimensionalen Strukturen immer wichtiger. Alternative Verfahren zur Messung von Strukturen wie Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) oder Rasterkraftmikroskopie (AFM) sind in der Halbleiterindustrie zu (zeit-)aufwendig und daher in der Prozessüberwachung sowie in der Serienfertigung nicht geeignet. Analog ist auch die Profilometrie an großen Flächen für die Bestimmung der Topographie nur bedingt geeignet. Conventional imaging methods such as optical microscopy are limited to structure dimensions above half the optical wavelength, usually well above 100 nm, due to the Abbe resolution limit - that is, the diffraction-limited resolution. A three-dimensional characterization of structures with critical dimensions is only conditional with optical microscopy possible. Geometric parameters such as structure width, structure height, edge angle and, with ever smaller structures, the roughness of the three-dimensional structures are becoming more and more important. Alternative methods for measuring structures such as transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) or atomic force microscopy (AFM) are too (time) consuming in the semiconductor industry and therefore not suitable for process monitoring and series production. Similarly, profilometry on large areas is only suitable to a limited extent for determining the topography.
Im Stand der Technik werden konventionelle Abbildungsverfahren wie die optische Mikroskopie mit nicht-abbildenden optischen scatterometrischen Messverfahren kombiniert. Durch die starke Reduzierung der kritischen Abmessungen von Strukturen, die beispielsweise mittels Photolithographie oder Nanoimprintlithographie auf Substraten hergestellt werden, entfallen aber die konventionellen Abbildungsverfahren. In the prior art, conventional imaging methods such as optical microscopy are combined with non-imaging optical scatterometric measuring methods. However, due to the strong reduction in the critical dimensions of structures that are produced on substrates by means of photolithography or nanoimprint lithography, for example, the conventional imaging processes are no longer necessary.
Die klassische Ellipsometrie wird im Stand der Technik eingesetzt um Schichtdicken und optische Materialeigenschaften wie Brechungsindex und Reflexionsgrad zu messen. Die Messung von Beschichtungen muss erfolgen, ohne dabei die Schichten zu zerstören um zu verhindern, dass das Substrat bzw. der Wafer beschädigt wird. Vor allem die spektroskopische Ellipsometrie sowie die Reflektometrie haben sich als metrologische Systeme zur Prozesskontrolle und zur Prozessoptimierung in der Halbleiterindustrie etabliert. In der Regel werden relative Änderungen oder Abweichungen detektiert. Programme, die zur Simulation und Auswertung aus der Vermessung einfacher Systeme benötigt werden, sind im Stand der Technik bekannt. Classic ellipsometry is used in the state of the art to measure layer thicknesses and optical material properties such as refractive index and degree of reflection. The measurement of coatings must take place without destroying the layers in order to prevent the substrate or the wafer from being damaged. In particular, spectroscopic ellipsometry and reflectometry have established themselves as metrological systems for process control and process optimization in the semiconductor industry. As a rule, relative changes or deviations are detected. Programs that are required for the simulation and evaluation of the measurement of simple systems are known in the prior art.
Eine ausführliche Zusammenfassung zum Thema spektroskopische Ellipsometrie und Polarimetrie für die Analyse von Materialien und Systeme im nm-Bereich, inklusive dünne Filme, ist beispielsweise in J. Nanopart. Res. (2009) 11 : 1521-1554 zu finden und wird nicht näher erläutert. A detailed summary on the subject of spectroscopic ellipsometry and polarimetry for the analysis of materials and systems in the nm range, including thin films, is, for example, in J. Nanopart. Res. (2009) 11: 1521-1554 and is not explained in more detail.
In US6,912,056B2 wird beispielsweise eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen einer Vielfachschicht auf einem Substrat angegeben. Die Vorrichtung enthält eine Messeinheit, um reflektiertes Licht zu messen, wobei das reflektierte Licht von dem Substrat reflektiert wurde, auf welchem die Vielfachschicht ausgebildet ist. Mit einer Eingabeeinheit werden eine Vielzahl von Rezeptdaten eingegeben, von denen jedes der Vielzahl der Rezeptdaten einer Vielzahl von hypothetischen Vielfachschichten entspricht, wobei eine der hypothetischen Vielfachschichten zu Beginn als die Vielfachschicht angenommen wird, die tatsächlich auf dem Substrat ausgebildet ist. Eine Steuereinheit berechnet eine Vielzahl an theoretischen Spektren, von denen jedes wenigstens eine Dicke von jeder Komponentenschicht der hypothetischen Vielfachschicht angibt, die als die Vielfachschicht angenommen wird, welche tatsächlich auf dem Substrat ausgebildet ist, unter Verwendung von einem Satz der Vielzahl der Rezeptdaten, wobei das gemessene Spektrum mit der Vielzahl der theoretischen Spektren verglichen wird, wodurch eine zeitweilige Dicke der Vielfachschicht bestimmt wird. Die berechnete zeitweilige Dicke muss innerhalb eines zulässigen Bereiches liegen, ansonsten wird die Auswahl der zeitweiligen Dicke nach Änderung der Rezeptdaten wiederholt. Die physikalischen Informationen enthalten einen Brechungsindex und einen Auslöschungskoeffizienten von jeder Komponentenschicht. US Pat. No. 6,912,056B2, for example, specifies an apparatus and a method for measuring a multilayer on a substrate. The apparatus includes a measuring unit for measuring reflected light, the reflected light having been reflected from the substrate on which the multilayer is formed. With an input unit, a plurality of recipe data are inputted, each of the plurality of recipe data corresponding to a plurality of hypothetical multilayers, one of the hypothetical multilayers being initially assumed to be the multilayer actually formed on the substrate. A control unit calculates a plurality of theoretical spectra each of which indicates at least a thickness of each component layer of the hypothetical multilayer assumed to be the multilayer actually formed on the substrate using one set of the plurality of recipe data, the measured spectrum is compared with the plurality of theoretical spectra, whereby a temporary thickness of the multilayer is determined. The The calculated temporary thickness must be within a permissible range, otherwise the selection of the temporary thickness will be repeated after changing the recipe data. The physical information includes a refractive index and an extinction coefficient of each component layer.
Auch die US7,196,793B2 verwendet die mit spektroskopische Ellipsometrie gemessene Daten wie z.B. die Polarisationsänderung der Strahlung (ψ(λi) und Δ(λi)) und vergleicht diese mit simulierten Spektren um dünne Zwei-Schichtsysteme auf ein Substrat zu charakterisieren. Die simulierten Spektren werden im Modell so lange angepasst (engl: fitting) bis die geringsten Unterschiede zwischen simulierte Werte (ψM(λi) und ΔM(λi)) und gemessene Werte (ψE(λi) und ΔE(λi)) erhalten werden, wobei Schichtdicke(n) d(best) und Einfallswinkel Φ (best) variiert werden. US Pat. No. 7,196,793B2 also uses the data measured with spectroscopic ellipsometry, such as the change in polarization of the radiation (ψ (λ i ) and Δ (λ i )) and compares this with simulated spectra to characterize thin two-layer systems on a substrate. The simulated spectra are adapted in the model until the slightest differences between simulated values (ψ M (λ i ) and Δ M (λ i )) and measured values (ψ E (λ i ) and Δ E ( λ i )), the layer thickness (n) d (best) and the angle of incidence Φ (best) being varied.
In US7,289,219B2 sowie in US7,502,101B2 wird die polarimetrische Scatterometrie für die Messung von kritischen Abmessungen von periodischen Strukturen auf Wafer oder Halbleiterbauelemente eingesetzt. In US Pat. No. 7,289,219B2 and US Pat. No. 7,502,101B2, polarimetric scatterometry is used for the measurement of critical dimensions of periodic structures on wafers or semiconductor components.
In US7,268,876B1 wird ein Minimierungsalgorithmus durch nicht-lineare Regression oder nach der Levenberg-Marquardt Methode verwendet um mittels spektroskopische Ellipsometrie entweder den Abtrag oder die Deposition der äußersten Schicht einer Probe in situ zu Charakterisieren. In US 7,268,876B1 a minimization algorithm by non-linear regression or according to the Levenberg-Marquardt method is used to characterize either the removal or the deposition of the outermost layer of a sample in situ by means of spectroscopic ellipsometry.
In Zhu, R., Brueck, S. R. J., Dawson, N., Busani, T., Joseph, P., Singhai, S., und Sreenivasan, S. V., “Scatterometry for nanoimprint lithography,” Journal of Vacuum Science & Technology B, Vol. 34, Nr. 06K503, 2016, wird die variable winkelgestützte Scatterometrie zur Charakterisierung von Strukturen, die mit Nanoimprint Lithographie hergestellt worden sind, eingesetzt. Diese Strukturen sind ein Drahtgitterpolarisator (WGP) und ein Photolack- Gitter. Zur Modellherstellung wurden RCWA Algorithmen verwendet. In Zhu, R., Brueck, SRJ, Dawson, N., Busani, T., Joseph, P., Singhai, S., and Sreenivasan, SV, “Scatterometry for nanoimprint lithography,” Journal of Vacuum Science & Technology B, Vol. 34, No. 06K503, 2016, variable angle-based scatterometry is used to characterize structures that have been produced with nanoimprint lithography. These structures are a wire grid polarizer (WGP) and a photoresist grid. RCWA algorithms were used to produce the model.
In Patrick, H. J., Germer, T. A., Ding, Y., Ro, H. W., Richter, L. J., Soles, C. L., „Scatterometry for in situ measurement of pattern reflow in nanoimprinted polymers,“ Applied Physics Letters, Vol. 93, Nr. 233105, 2008, wird die spektroskopische Ellipsometrie zur Charakterisierung von mit NIL hergestellten Gitterstrukturen aus Polystyren eingesetzt. Die Methode wurde eingesetzt um Veränderungen der Strukturen nach einer thermischen Behandlung (Annealing) zu detektieren. Zur Modellherstellung wurden RCWA Algorithmen verwendet. Die Ergebnisse wurden mit AFM Messungen verglichen. In Patrick, HJ, Germer, TA, Ding, Y., Ro, HW, Richter, LJ, Soles, CL, "Scatterometry for in situ measurement of pattern reflow in nanoimprinted polymers," Applied Physics Letters, Vol. 93, No. 233105, 2008, spectroscopic ellipsometry is used to characterize polystyrene grating structures produced with NIL. The method was used to detect changes in the structures after thermal treatment (annealing). RCWA algorithms were used to produce the model. The results were compared with AFM measurements.
Die Reflexions-Ellipsometrie hat sich vor allem in der Vermessung dünner Schichten in der Halbleiterindustrie etabliert und wird somit kurz erläutert. Im Stand der Technik werden meist Monoschichten charakterisiert. Hier wird z.B. die Reflexion von linear polarisiertem, parallelem und monochromatischem Licht am Dreiphasensystem Substrat/Schicht/Luft gemessen. Bei einem Dreiphasensystem finden Reflexion und Brechung an zwei Grenzflächen statt. Bei der Reflexion an einem (mehr-)Schichtsystem müssen Reflexion und Brechung an jeder einzelnen Phasengrenze berücksichtigt werden. Aus den messbaren ellipsometrischen Kenngrößen - dem Verlustwinkel ψ und der Phasendifferenz Δ - die die Polarisationsänderung beschreiben, kann entweder die materialcharakteristische komplexe Brechzahl ñ des Schichtsystems oder die Schichtdicke berechnet werden. Die Transmissions- Ellipsometrie wird zur Messung optischer Eigenschaften eingesetzt. Da die Ellipsometrie zerstörungsfrei arbeitet, eignet sich diese Methode besonders zur Prozesskontrolle. Reflection ellipsometry has established itself primarily in the measurement of thin layers in the semiconductor industry and is therefore briefly explained. In the prior art, monolayers are mostly characterized. Here, for example, the reflection of linearly polarized, parallel and monochromatic light on the three-phase system substrate / layer / air is measured. In a three-phase system, reflection and refraction take place at two interfaces. When reflecting on a (multi) layer system, reflection and refraction at each individual phase boundary must be taken into account. From the measurable ellipsometric parameters - the loss angle ψ and the phase difference Δ - which describe the change in polarization, either the material-characteristic complex refractive index ñ of the layer system or the layer thickness can be calculated. Transmission ellipsometry is used to measure optical properties. Since ellipsometry works non-destructively, this method is particularly suitable for process control.
Bei der variablen winkelgestützten spektralen Ellipsometrie (VASE) gibt es im Gegensatz zur monochromatischen Ellipsometrie eine breite Abdeckung an Wellenlängen. Durch die große Menge an Daten bzw. an Informationen können genauere Modelle berechnet werden. Mit VASE können u.a. folgende Parameter gemessen bzw. berechnet werden für organische sowie anorganische Materialien: In contrast to monochromatic ellipsometry, variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) offers a wide range of wavelengths. Due to the large amount of data or information, more precise models can be calculated. With VASE the following parameters can be measured or calculated for organic and inorganic materials:
- Schichtdicke von Subnanometer bis mehrere Mikrometer Oberflächenrauigkeiten - Layer thickness from subnanometer to several micrometers surface roughness
Brechungsindex Refractive index
- elektrische Leitfähigkeit - electric conductivity
- Absorption Polymerisationszustand Mischungs-Zusammensetzungen - Absorption state of polymerization mixture compositions
- Defekte - defects
- Optische Anisotropie - Optical anisotropy
- Material Doping - Morphologie - Material doping - morphology
Im Stand der Technik werden aber meistens einzelne dünne transparente oder semitransparente Schichten oder Zweifachschicht- Systeme vermessen. Werden Mehrfachschicht-Systeme untersucht, dann kommt keine strukturiere Oberfläche vor. Wegen der Komplexität werden im Stand der Technik entweder Mehrfachschicht-Systeme oder periodische Strukturen vermessen. Für Mehrfachschicht-Systeme sind im Stand der Technik glatte Oberflächen eine Voraussetzung. Weitere Probleme im Stand der Technik sind oft eine unzureichende Genauigkeit der Simulationen aus der Vermessung komplexer Proben. Noch schwieriger ist es, wenn die Strukturen auch noch komplexere Strukturformen besitzen. Dann ist eine Angleichung von Messung und Simulation noch immer ein Problem. In the prior art, however, individual thin transparent or semitransparent layers or two-layer systems are usually measured. If multi-layer systems are examined, there is no structured surface. Because of the complexity, either multilayer systems or periodic structures are measured in the prior art. In the prior art, smooth surfaces are a prerequisite for multilayer systems. Further problems in the prior art are often insufficient accuracy of the simulations from the measurement of complex samples. It is even more difficult when the structures also have more complex structural shapes. In that case, matching measurement and simulation is still a problem.
Die zu lösende Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, die Probleme des Stands der Technik zu beheben und insbesondere ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Vermessung eines mehrschichtigen Substrats anzugeben. The object to be achieved by this invention is to overcome the problems of the prior art and, in particular, to provide an improved method and an improved device for measuring a multilayer substrate.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der nebengeordneten Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren angegebenen Merkmalen. Bei angegebenen Wertebereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und in beliebiger Kombination beanspruchbar sein. This object is achieved with the subject matter of the independent claims. Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims. All combinations of at least two of the features specified in the description, the claims and / or the figures also fall within the scope of the invention. In the case of the stated value ranges, values lying within the stated limits should also be disclosed as limit values and claimable in any combination.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung eines mehrschichtigen Substrats, insbesondere mit mindestens einer Struktur mit kritischen Dimensionen, insbesondere mit einer Oberflächenstruktur mit kritischen Dimensionen, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte, insbesondere den folgenden Ablauf, aufweist: The invention relates to a method for measuring a multilayer substrate, in particular with at least one structure with critical dimensions, in particular with a surface structure with critical dimensions, the method having at least the following steps, in particular the following sequence:
- Herstellung des Substrats mit mehreren Schichten, insbesondere mit einer Struktur, insbesondere mit einer Struktur auf einer Oberfläche einer obersten Schicht, wobei die Abmessungen der Schichten und insbesondere der Strukturen bekannt sind, Production of the substrate with several layers, in particular with a structure, in particular with a structure on a surface of a top layer, the dimensions of the layers and in particular of the structures being known,
- Vermessung des Substrats, und insbesondere der Struktur, mit mindestens einer Messtechnik, - Erstellung einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats, - Measurement of the substrate, and in particular the structure, with at least one measuring technique, - Creation of a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate,
- Vergleich der Messergebnisse mit Simulationsergebnissen aus der Simulation des Substrats,- Comparison of the measurement results with simulation results from the simulation of the substrate,
- Optimierung der Simulation und erneute Erstellung einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats falls eine Abweichung der Messergebnisse von den Simulationsergebnissen besteht, oder Berechnung von Parametern weiterer Substrate mit der erstellten Simulation, falls die Messergebnisse den Simulationsergebnissen entsprechen. - Optimization of the simulation and renewed creation of a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate if there is a discrepancy between the measurement results and the simulation results, or calculation of parameters of other substrates with the simulation created if the measurement results correspond to the simulation results.
Vorteilhaft kann die erstellte Simulation für die Optimierung von gewünschten Schichtdicken, Strukturen und Materialien verwendet werden. The simulation created can advantageously be used to optimize the desired layer thicknesses, structures and materials.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Vermessung eines mehrschichtigen Substrats, insbesondere mit mindestens einer Struktur mit kritischen Dimensionen, insbesondere mit einer Oberflächenstruktur mit kritischen Dimensionen, aufweisend: The invention further relates to a device for measuring a multilayer substrate, in particular with at least one structure with critical dimensions, in particular with a surface structure with critical dimensions, having:
- Mittel zur Vermessung des Substrats, und insbesondere der Struktur, mit mindestens einer Messtechnik, - Means for measuring the substrate, and in particular the structure, with at least one measuring technique,
- Mittel zur Erstellung einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats, - Means for creating a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate,
- Mittel zum Vergleich der Messergebnisse mit Simulationsergebnissen aus der Simulation des Substrats, - Means for comparing the measurement results with simulation results from the simulation of the substrate,
- Mittel zur Optimierung der Simulation und erneuten Erstellung einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats, - Means for optimizing the simulation and creating a new simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate,
- Mittel zur Auswertung und Optimierung weiterer Substrate (1, 1‘,1“) durch Rekonstruktion von Schicht- und/oder Strukturparametem mit Hilfe der erstellten Simulation auf Grund von Messergebnissen aus der Vermessung der weiteren Substrate (1, 1‘,1“) . - Means for evaluating and optimizing further substrates (1, 1 ', 1 ") by reconstructing layer and / or structural parameters with the help of the simulation created on the basis of measurement results from the measurement of the other substrates (1, 1', 1") .
Vorteilhaft können dünne transparente oder semitransparente Schichten oder Zweifachschichtsysteme oder Mehrfachschicht- Systeme vermessen werden, wobei auch strukturiere Oberflächen vermessen werden können. So können komplexe Substrate mit hoher Genauigkeit vermessen werden. Thin, transparent or semitransparent layers or two-layer systems or multiple-layer systems can advantageously be measured, with also structured surfaces can be measured. Complex substrates can be measured with high accuracy.
Insbesondere wird vorgeschlagen, eine gleichzeitige Rekonstruktion der Schicht- und Strukturparameter durch eine Kombination von Messung und Simulation anzubieten. Durch Hinzunahme von mehreren Messvariablen und/oder mehrere Messverfahren steigt der Informationsgehalt. Eine solche kombinierte Messmethode wird bevorzugt mit RCWA als Berechnungsverfahren eingesetzt und ermöglicht eine Charakterisierung komplexer Proben die mehrere Schichten sowie Strukturen enthalten durch Gewinnung von Informationen über Beugung und Phase sowie topographische Informationen. Die neu eingesetzten Methoden liefern Ergebnisse mit einer realistischen Rechenleistung sowie in einer im Prozess Monitoring annehmbaren kurzen Rechenzeit. In particular, it is proposed to offer a simultaneous reconstruction of the layer and structure parameters through a combination of measurement and simulation. The information content increases by adding several measurement variables and / or several measurement methods. Such a combined measurement method is preferably used with RCWA as the calculation method and enables the characterization of complex samples that contain several layers and structures by obtaining information about diffraction and phase as well as topographical information. The newly used methods deliver results with realistic computing power and in an acceptable short computing time in process monitoring.
Alternative Berechnungsverfahren für elektromagnetische Simulationen sind beispielsweise die FDTD-Methode (Finite Difference Time Domain) und die FE-Methode (FEM - Finite Elemente Methode). Alternative calculation methods for electromagnetic simulations are, for example, the FDTD method (Finite Difference Time Domain) and the FE method (FEM - Finite Element Method).
Bevorzugt ist die Messtechnik mindestens eine, bevorzugt genau eine, der folgenden Techniken: The measurement technique is preferably at least one, preferably exactly one, of the following techniques:
VUV-UV-Vis-NIR variable winkelgestützte spektrale Ellipsometrie (VASE) im Reflexions- oder Transmissions-Modus. Der Messbereich reicht vom Vakuumultraviolett (VUV) bis ins nahe Infrarot (NIR), von 146 nm bis 1700 nm.VUV-UV-Vis-NIR variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) in reflection or transmission mode. The measuring range extends from vacuum ultraviolet (VUV) to near infrared (NIR), from 146 nm to 1700 nm.
- IR variable winkelgestützte spektrale Ellipsometrie (VASE) im Reflexions- oder Transmissions-Modus. Der spektrale Messbereich reicht hier von 1,7 μm bis 30 μm.- IR variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) in reflection or transmission mode. The spectral measuring range extends from 1.7 μm to 30 μm.
- (polarisierte) Reflektometrie - (polarized) reflectometry
- (polarisierte) Scatterometrie - (polarized) scatterometry
- UV-Vis Spektroskopie THz Spektroskopie - UV-Vis spectroscopy THz spectroscopy
Diese Messtechniken sind im Stand der Technik bekannt und werden nicht näher erläutert. Speziell im IR- bzw. mittleren IR (MIR)-Bereich sind neben Reflexions- oder Transmissionsmessungen auch Messungen mit abgeschwächter Totalreflexion im ATR- Modus (attenauted total reflection) möglich (ATR- Spektroskopie). Die Konfiguration mit einem spektroskopischen Ellipsometer ist die bevorzugte Konfiguration und kommt in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform als erste Messtechnik im Einsatz. These measurement techniques are known in the prior art and are not explained in more detail. In the IR or medium IR (MIR) range, in addition to reflection or transmission measurements, measurements with attenuated total reflection in ATR mode (attenauted total reflection) are possible (ATR spectroscopy). The configuration with a spectroscopic ellipsometer is the preferred configuration and is used in a first embodiment according to the invention as the first measurement technique.
Bevorzugt wird/werden ein Einfallswinkel und/oder eine Wellenlänge und/oder ein Polarisationszustand variiert und gemessen. An angle of incidence and / or a wavelength and / or a polarization state is / are preferably varied and measured.
Bevorzugt wird für die Erstellung der Simulation die RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) verwendet. The RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) is preferably used to create the simulation.
Bevorzugt wird erfindungsgemäß nur eine Messtechnik eingesetzt, wobei die unabhängigen Messvariablen Einfallswinkel und Wellenlänge sowie der Polarisationszustand variiert und gemessen werden. According to the invention, only one measurement technique is preferably used, with the independent measurement variables, angle of incidence and wavelength and the state of polarization being varied and measured.
In einer weiteren Ausführungsform, in der die zu untersuchende Systeme weniger komplex sind, wird der Winkel nicht variiert. In a further embodiment, in which the systems to be examined are less complex, the angle is not varied.
In einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform, in der die zu untersuchenden Systeme sehr komplex sind, wird zusätzlich zur variablen winkelgestützten spektralen Ellipsometrie eine zweite Messtechnik eingesetzt und wenn notwendig eine dritte usw. Welche und wie viele Messmethoden kombiniert werden hängt von den zu untersuchenden Substraten ab und muss fallspezifisch im Laufe der Modellherstellung ausgewählt werden. Erfindungsgemäß führen eine Kombination von wellenlängenaufgelöste und winkelaufgelöste Messmethoden wie Scatterometrie oder Ellipsometrie zu einer höheren Genauigkeit der Simulationen. In a third embodiment of the invention, in which the systems to be examined are very complex, a second measurement technique is used in addition to the variable angle-based spectral ellipsometry and, if necessary, a third etc. Which and how many measurement methods are combined depends on the substrates to be examined and must can be selected case-specifically in the course of the model production. According to the invention, a combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurement methods such as scatterometry or ellipsometry lead to a higher accuracy of the simulations.
Folgende optische Eigenschaften können im breiten spektralen Bereich bestimmt werden: Brechungsindex (n) The following optical properties can be determined in a broad spectral range: Refractive index (n)
- Extinktionskoeffizienten (k) - extinction coefficient (k)
Reeller und Imaginärer Teil der dielektrischen Funktion (ε1, ε2) Absorptionskoeffizienten (α) Real and imaginary part of the dielectric function (ε1, ε2) absorption coefficient (α)
- Reeller und Imaginärer Teil der komplexen optischen Leitfähigkeit (σ1 , σ2) - Optische Anisotropie - Real and imaginary part of the complex optical conductivity (σ1, σ2) - Optical anisotropy
Diese optischen Eigenschaften sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher erläutert. These optical properties are known to the person skilled in the art and are not explained in more detail.
Bevorzugt umfasst das Mittel zur Vermessung mindestens eine optische Einrichtung, insbesondere ein Ellipsometer und/oder Reflektometer und/oder Scatterometer und/oder Spektrometer. The means for measuring preferably comprises at least one optical device, in particular an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer.
Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens eine Datenverarbeitungseinheit und mindestens ein Datenverarbeitungssystem zum Verarbeiten und Speichern der Daten auf, die von dem Mittel zur Vermessung des Substrats gewonnen werden. The device preferably has at least one data processing unit and at least one data processing system for processing and storing the data obtained by the means for measuring the substrate.
Bevorzugt weisen die Mittel zur Vermessung mindestens eine Strahlungsquelle, insbesondere Laser oder Breitband-Strahlungsquelle, mindestens ein Monochromator, mindestens ein Polarisator, mindestens ein Kompensator, mindestens einen Substrathalter, mindestens einen Analysator, und mindestens einen Detektor auf, wobei der mindestens eine Polarisator das Einstellen ausgewählter elliptischer Polarisationszustände, insbesondere linear oder zirkular, ermöglicht. The means for measuring preferably have at least one radiation source, in particular laser or broadband radiation source, at least one monochromator, at least one polarizer, at least one compensator, at least one substrate holder, at least one analyzer, and at least one detector, with the at least one polarizer performing the adjustment selected elliptical polarization states, in particular linear or circular, allows.
Bevorzugt sind alle Mittel zur Vermessung des Substrates in der Vorrichtung angeordnet. All means for measuring the substrate are preferably arranged in the device.
Verfahrensschritte Procedural steps
Die Erfindung beschreibt insbesondere ein Verfahren zur Charakterisierung von Mehr Schichtsystemen mit einer (Oberflächen)- Strukturierung mit mehreren Schritten: In particular, the invention describes a method for characterizing multiple layer systems with a (surface) structuring with several steps:
In einem ersten Schritt wird für ein ausgewähltes, bekanntes, System (im Folgenden auch Substrat genannt), i.e. eine hergestellte Probe, eine genügend große Anzahl an Messungen durchgeführt. Die Proben können Mehrschichtsysteme mit oder ohne Strukturen bzw. Oberflächenstrukturierung sein. Erfindungsgemäß werden insbesondere wellenlängenaufgelöste und/oder winkelaufgelöste Messungen durchgeführt, wobei der Polarisationszustand gemessen und variiert wird. Die ausgewählte(n) Probe(n) wird je nach Komplexität mit mindestens einer Messtechnik vermessen, wobei bevorzugt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Komponenten zur Durchführung der unterschiedlichen Messtechniken vorhanden sind. Bei Bedarf können einzelne Geräte-Komponenten ausgetauscht, hinzugefugt oder entfernt werden. Durch Hinzunahme von mehreren Messverfahren steigt der Informationsgehalt der aufgenommenen Referenzsignaturen. In einer alternativen weniger bevorzugten Ausführungsform wird die zu vermessende Probe in eine weiteren Messvorrichtung transferiert, sodass weitere Messungen mit unterschiedlichen Messtechniken durchgeführt werden können. In a first step, a sufficiently large number of measurements is carried out for a selected, known system (also called substrate in the following), ie a sample produced. The samples can be multilayer systems with or without structures or surface structuring. According to the invention, in particular, wavelength-resolved and / or angle-resolved measurements are carried out, the polarization state being measured and varied. The selected sample (s) is measured, depending on the complexity, with at least one measurement technique, with all components for performing the different measurement techniques preferably being present in the device according to the invention. If necessary, individual device components can be exchanged, added or removed. By adding several measurement methods, the information content of the recorded reference signatures increases. In an alternative, less preferred embodiment, the sample to be measured is transferred to a further measuring device so that further measurements can be carried out using different measuring techniques.
Die geeigneten Messtechniken zur Informationsgewinnung sind erfindungsgemäß insbesondere Scatterometrie, Ellipsometrie, Reflektometrie, Spektroskopie und/oder Diffraktometrie. Die Messungen können beispielsweise bei variabler Polarisation des Meßstrahls, bei Änderung des Einfallswinkels und bei Änderung der Wellenlänge durchgeführt werden. Erfindungsgemäß führen insbesondere eine Kombination von wellenlängenaufgelöste und winkelaufgelöste Messmethoden zu einer höheren Genauigkeit der Simulationen. Weiter können je nach Probenart und Messmethode die Messungen nicht nur im Reflexions-Modus, sondern auch im Transmissions-Modus durchgeführt werden, um zusätzliche Informationen und Daten zu erhalten. According to the invention, suitable measurement techniques for obtaining information are in particular scatterometry, ellipsometry, reflectometry, spectroscopy and / or diffractometry. The measurements can be carried out, for example, with a variable polarization of the measuring beam, with a change in the angle of incidence and with a change in the wavelength. According to the invention, in particular a combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurement methods lead to a higher accuracy of the simulations. Furthermore, depending on the type of sample and measurement method, measurements can be carried out not only in reflection mode but also in transmission mode in order to obtain additional information and data.
Die Messtechniken werden auch anhand der optischen Eigenschaften der einzelnen Schichten eines Schichtsystems ausgewählt. Bei bestimmten Wellenlängenbereichen kann beispielsweise eine Schicht weitgehend transparent sein während eine oder mehrere weitere Schichten stärker absorbieren oder reflektieren. The measurement techniques are also selected on the basis of the optical properties of the individual layers of a layer system. In certain wavelength ranges, for example, one layer can be largely transparent while one or more additional layers absorb or reflect more strongly.
In einem weiteren Schritt wird anhand der aufgenommenen Daten bevorzugt mit RCWA (Rigorous coupled-wave analysis) als Berechnungsverfahren ein geeignetes Modell erstellt. Dabei werden neu entwickelte komplexe Simulationsalgorithmen zur Modellherstellung eingesetzt. Die Simulationen ermöglichen diverse Effekte in der Metrologie zu berücksichtigen, indem für bekannte Proben ein Abgleich zwischen Messergebnis und Simulationsergebnis durchgeführt wird. Dafür werden modellgestützte Messungen durchgeführt. Besteht die gemessene Probe aus mehreren Schichten und (Oberflächen-) Strukturen, erhöht sich die Komplexität des Systems und die Anzahl der zu bestimmenden Parameter. In a further step, a suitable model is created on the basis of the recorded data, preferably with RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis) as the calculation method. Newly developed complex simulation algorithms are used to create models. The simulations enable various effects in metrology to be taken into account by comparing the measurement result and the simulation result for known samples. For this, model-based measurements are carried out. If the measured sample consists of several layers and (surface) Structures, increases the complexity of the system and the number of parameters to be determined.
Erfindungsgemäß sind die wiederkehrenden Schritte der Messung, Modellherstellung bzw. Modelloptimierung und Simulation notwendig. Stimmen Messergebnisse und Simulationsergebnisse nicht innerhalb eines zulässigen Bereiches überein, muss das Modell weiter optimiert werden. Stimmen Messergebnisse und Simulationsergebnisse innerhalb eines zulässigen Bereiches überein, kann die Simulation für die Analyse weiterer Proben eingesetzt werden. According to the invention, the recurring steps of measurement, model production or model optimization and simulation are necessary. If the measurement results and the simulation results do not match within a permissible range, the model must be further optimized. If the measurement results and the simulation results agree within a permissible range, the simulation can be used to analyze further samples.
Die Konfiguration mit einem spektroskopischen Ellipsometer, beispielsweise VASE, ist erfindungsgemäß die bevorzugte Konfiguration und kommt in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform als erste Messtechnik im Einsatz. Welche und wie viele Messmethoden eingesetzt werden, muss für jedes zu charakterisierende System einzeln bestimmt werden. Die Messmethoden müssen experimentelle Messdaten liefern, die für viele der interessierenden Parameter sensitiv sind, ohne dass eine zu hohe Korrelation der Parameter besteht. Beispiele für Parameter sind beispielsweise für Oberflächenstrukturen die Höhe und die Breite und für eine n-te Schicht die Schichtdicke. The configuration with a spectroscopic ellipsometer, for example VASE, is the preferred configuration according to the invention and is used in a first embodiment according to the invention as the first measuring technique. Which and how many measurement methods are used must be determined individually for each system to be characterized. The measurement methods must provide experimental measurement data that are sensitive to many of the parameters of interest without the parameters being too correlated. Examples of parameters are, for example, the height and the width for surface structures and the layer thickness for an n-th layer.
RCWA wird zur Berechnung der Gitterbeugung verwendet, wobei die Probe in mehrere einzelne Schichten unterteilt wird. Die RCWA Algorithmen ermöglichen erfindungsgemäß das Bestimmen der kritischen Abmessungen der untersuchten Strukturen. Diese sind z.B. die Höhe oder Tiefe der Strukturen, die Breite so wie die Länge der Strukturen, Winkel (z.B. Seitenwandwinkel), Restschichtdicke(n) und Oberflächenrauigkeit. Die Messungen können für positive und/oder für negative periodische Strukturen durchgeführt werden. RCWA is used to calculate the lattice diffraction, whereby the sample is divided into several individual layers. According to the invention, the RCWA algorithms enable the critical dimensions of the structures under investigation to be determined. These are, for example, the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, angles (e.g. side wall angles), remaining layer thickness (s) and surface roughness. The measurements can be carried out for positive and / or negative periodic structures.
Werden in dem zu charakterisierenden Substrat bestimmte Parameter verändert, müssen diese Veränderungen eine Änderung in den spektralen Aufnahmen bewirken. Bewirken unterschiedliche Parameter eine gleiche Veränderung der experimentellen Aufnahmen, sind die Korrelationen zu hoch und eine eindeutige Zuweisung ist nicht oder schlecht möglich. Dann muss die Auswahl der Messtechnik(en) noch weiter optimiert werden. Eine mögliche Korrelation mit unbekannten Parametern ist eine weitere Herausforderung in der Modellher Stellung. Eine hohe Wiederholgenauigkeit im Herstellungsprozess der zu untersuchenden Proben ist dabei eine Voraussetzung. If certain parameters are changed in the substrate to be characterized, these changes must bring about a change in the spectral recordings. If different parameters cause the same change in the experimental recordings, the correlations are too high and an unambiguous assignment is impossible or difficult to achieve. Then the selection of the measurement technology (s) must be further optimized. A possible correlation with unknown parameters is another challenge in the Model making. A high level of repeatability in the manufacturing process of the samples to be examined is a prerequisite.
Erfindungsgemäß werden insbesondere Korrelationsanalysen und Sensitivitätsanalysen durchgeführt um die Qualität der Rekonstruktion anhand der durchgeführten Messungen zu beurteilen. According to the invention, in particular, correlation analyzes and sensitivity analyzes are carried out in order to assess the quality of the reconstruction on the basis of the measurements carried out.
In einem weiteren Schritt wird das optimierte Modell für die Charakterisierung unbekannter Proben verwendet, wobei die Probe bereits bekannten Proben- Systeme zugeordnet werden muss. Durch einen Abgleich zwischen gemessenen und simulierten Spektren erfolgt die Rekonstruktion von Schichten und Strukturdimensionen. Die simulierten Spektren werden als Datensatz zur Rekonstruktion der gesuchten Parameter herangezogen. In a further step, the optimized model is used to characterize unknown samples, whereby the sample must be assigned to known sample systems. Layers and structural dimensions are reconstructed by comparing the measured and simulated spectra. The simulated spectra are used as a data set to reconstruct the parameters sought.
Diese Parameter sind beispielsweise: These parameters are for example:
- Schichtdicken von Subnanometer bis mehrere Mikrometer - Layer thicknesses from sub-nanometers to several micrometers
- Oberflächenrauigkeiten Brechungsindex - Surface roughness refractive index
- elektrische Leitfähigkeit Absorption - electrical conductivity absorption
Polymerisationszustand State of polymerization
- Mischungs-Zusammensetzungen - Mixture compositions
- Defekte - defects
- Optische Anisotropie Material Doping - Optical anisotropy material doping
- Morphologie kritischen Abmessungen der untersuchten Strukturen. Diese sind z.B. die Höhe oder Tiefe der Strukturen, die Breite so wie die Länge der Strukturen, Winkel (z.B. Seitenwandwinkel), Restschichtdicke(n) und Oberflächenrauigkeit. - morphology critical dimensions of the examined structures. These are, for example, the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, angles (e.g. side wall angles), remaining layer thickness (s) and surface roughness.
Das entwickelte, optimierte Modell wird nicht nur für die Berechnung von gewünschten Parametern weiterer analoger Substrate und analoger (Schicht-)Materialien verwendet, sondern auch für die Optimierung von gewünschten Schichtdicken, Strukturen und Materialien. So kann beispielsweise eine Schichtdicke oder eine Strukturdimension anhand der gewünschten Parametergröße mit dem erfindungsgemäßen Modell optimiert werden. The developed, optimized model is used not only for the calculation of desired parameters of further analog substrates and analog (layer) materials, but also for the optimization of desired layer thicknesses, structures and Materials. For example, a layer thickness or a structure dimension can be optimized using the model according to the invention on the basis of the desired parameter size.
Substrat mit Mehrschicht-Systemen und/oder (Oberflächen-) Strukturierung Substrate with multilayer systems and / or (surface) structuring
Als Probe werden Substrate bezeichnet, die mit den in der Halbleiterindustrie bekannten Verfahren bearbeitet oder behandelt wurden, insbesondere beschichtet und/oder geprägt und/oder gebondet und/oder geätzt und/oder mit Plasma behandelt, und/oder mit Licht beispielsweise Laser behandelt, usw. Master- Stempel, Arbeits- Stempel sowie mikrofluidische Baugruppen werden auch als Probe verstanden. Samples are substrates that have been processed or treated with the methods known in the semiconductor industry, in particular coated and / or embossed and / or bonded and / or etched and / or treated with plasma, and / or treated with light, for example laser, etc. Master stamps, working stamps and microfluidic assemblies are also understood as samples.
Unter einem Substrat bzw. Halbleitersubstrat wird ein noch nicht vereinzeltes, insbesondere rundes, Halbzeug der Halbleiterindustrie verstanden. Unter einem Substrat wird auch ein Wafer verstanden. Obwohl das Substrat jeden beliebigen Durchmesser besitzen kann, ist der Substrat Durchmesser insbesondere 1 Zoll, 2 Zoll, 3 Zoll, 4 Zoll, 5 Zoll, 6 Zoll, 8 Zoll, 12 Zoll, 18 Zoll oder größer als 18 Zoll. In besonderen Ausführungsformen kann ein Substrat auch eine rechteckige, oder zumindest von der kreisförmigen Gestalt abweichende Form besitzen. A substrate or semiconductor substrate is understood to mean a not yet separated, in particular round, semifinished product from the semiconductor industry. A substrate is also understood to mean a wafer. While the substrate can be any diameter, the substrate diameter is more specifically 1 ", 2", 3 ", 4", 5 ", 6", 8 ", 12", 18 ", or greater than 18". In particular embodiments, a substrate can also have a rectangular shape or at least a shape deviating from the circular shape.
Die zu charakterisierenden Proben enthalten insbesondere eine oder mehrere der folgenden Komponenten und/oder Beschichtungen: The samples to be characterized contain in particular one or more of the following components and / or coatings:
- Lacke, insbesondere Photolacke - Varnishes, especially photoresists
- Antihaftschichten (engl.: anti-sticking layer ASL) - Anti-sticking layer (ASL)
Erstschichten wie beispielsweise Haftvermittler-Schichten (engl.: primer) First layers such as primer layers
- Polymer-Schichten - polymer layers
- Arbeits-Stempel Materialien für Imprint- und Nanoimprint- Verfahren (Weichstempel- oder Hartstempel-Materialien) - Working stamp materials for imprint and nanoimprint processes (soft stamp or hard stamp materials)
Masterstempel Materialien Master stamp materials
Strukturierte Masterstempel oder Hartstempel sowie strukturierte harte Materialien die durch Elektronenstrahllithographie und/oder chemische Ätzprozesse hergestellt worden sind Structured master stamps or hard stamps as well as structured hard materials that have been produced by electron beam lithography and / or chemical etching processes
Schichten mit geprägten Strukturen Layers with embossed structures
- Strukturierte Beschichtungen Halbleiter-Schichten Oxid-Schichten - Structured coatings Semiconductor layers oxide layers
Die erfindungsgemäße Methode ist nicht auf die oben genannten Proben beschränkt und eignet sich allgemein für Mehrschichtsysteme mit oder ohne Strukturierung mit kritischen Dimensionen, solange die Probe mit mindestens einer der erfindungsgemäßen Messtechniken (Ellipsometrie, Scatterometrie, Spektroskopie, Diffraktometrie und Reflektometrie) gemessen werden kann. The method according to the invention is not limited to the samples mentioned above and is generally suitable for multilayer systems with or without structuring with critical dimensions, as long as the sample can be measured with at least one of the measurement techniques according to the invention (ellipsometry, scatterometry, spectroscopy, diffractometry and reflectometry).
Bevorzugte Anwendungen Preferred uses
Die Analysenmethoden (insbesondere RCWA) können, zusätzlich zur Bestimmung von Schichtdicken und Strukturen mit kritischen Abmessungen, für folgende Anwendungen eingesetzt werden: The analysis methods (especially RCWA) can, in addition to determining layer thicknesses and structures with critical dimensions, be used for the following applications:
- Charakterisierung von Mehrfachschicht-Systemen Fehler-Analyse und Fehler-Erkennung (Ausfall-Analyse) - Characterization of multi-layer systems Error analysis and error detection (failure analysis)
Charakterisierung von Antihaftschichten und Erstschichten Characterization of non-stick layers and first layers
- Monitoring der chemischen Stabilität von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Monitoring of the chemical stability of materials such as paints, work stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Monitoring der Abnützung bzw. Zersetzung von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Monitoring of the wear and tear or decomposition of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
Monitoring der Umweltbedingten Abnützung von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. Monitoring of the environmental wear and tear of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Monitoring von Oxidations- oder Reduktions-Prozesse von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Monitoring of oxidation or reduction processes of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Charakterisierung der Bestrahlungsstabilität von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. Characterization of the chemical composition of materials, for example paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc. - Characterization of the radiation stability of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Charakterisierung der thermischen Stabilität von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Characterization of the thermal stability of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Charakterisierung der Beständigkeit von Materialien (Alterung) beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Characterization of the resistance of materials (aging) for example paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Charakterisierung der elektrischen Leitfähigkeit von Materialien beispielsweise Lacke, Arbeitsstempel-Materialien, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftmaterialien, usw. - Characterization of the electrical conductivity of materials such as paints, work stamp materials, master stamp materials, first layers, non-stick materials, etc.
- Charakterisierung des Aushärtegrades von Lacken, Arbeitsstempel-Materialien, und Prägemassen allgemein - Characterization of the degree of hardening of lacquers, work stamp materials, and stamping compounds in general
- Charakterisierung der Mischbarkeit von Materialien beispielsweise Lacke und Arbeitsstempel-Materialien - Characterization of the miscibility of materials, for example paints and work stamp materials
- Charakterisierung von Mischungen und Monitoring von Entmischung - Characterization of mixtures and monitoring of segregation
- Charakterisierung der Isotropie von Materialien - Characterization of the isotropy of materials
- Überwachung des Beschichtungsprozesses und der Schichtbildung und/oder Filmbildung von beispielsweise Lackbeschichtungen, Arbeitsstempel-Material- Schichten, Masterstempel-Materialien, Erstschichten, Antihaftbeschichtungen, usw.- Monitoring of the coating process and the layer formation and / or film formation of, for example, paint coatings, work stamp material layers, master stamp materials, first layers, non-stick coatings, etc.
- Charakterisierung von 1D, 2D, 3D diffraktiven optischen Elementen (DOE) (direkt auf transparente Substrate gedruckt oder ein Polymer-Master), von geprägten NIL- Strukturen, von Arbeitsstempeln, von heißgeprägten Nano Strukturen, von lithographischen Strukturen, von mikrofluidischen Baugruppen mit kritischen Abmessungen - Characterization of 1D, 2D, 3D diffractive optical elements (DOE) (printed directly on transparent substrates or a polymer master), of embossed NIL structures, of work stamps, of hot-stamped nano structures, of lithographic structures, of microfluidic assemblies with critical Dimensions
- Charakterisierung und Prüfung von strukturierten Masterstempeln, strukturierten Hartstempeln und strukturierten harten Materialien, die durch- Characterization and testing of structured master stamps, structured hard stamps and structured hard materials that are produced by
Elektronenstrahllithographie und/oder chemische Ätzprozesse hergestellt worden sindElectron beam lithography and / or chemical etching processes have been produced
- Charakterisierung der räumlichen Homogenität von Strukturen mit kritischen Abmessungen - Characterization of the spatial homogeneity of structures with critical dimensions
Charakterisierung von Schichtbildung und Schicht-Wachstumsmechanismen (beispielsweise Volmer- Weber- Wachstum usw.) - Charakterisierung des Schrumpfverhaltens von 1D-, 2D-, und/oder 3D-diffraktive optische Elemente (DOE), von geprägten NIL-Strukturen, von Arbeitsstempeln, von heißgeprägten Nanostrukturen, von lithographischen Strukturen, von mikrofluidischen Baugruppen mit kritischen Abmessungen Characterization of layer formation and layer growth mechanisms (e.g. Volmer-Weber growth, etc.) - Characterization of the shrinkage behavior of 1D, 2D and / or 3D diffractive optical elements (DOE), of embossed NIL structures, of work stamps, of hot embossed nanostructures, of lithographic structures, of microfluidic assemblies with critical dimensions
- Charakterisierung von zusätzlichen Beschichtungen auf 1D-, 2D-, und/oder 3D- diffraktiven optischen Elementen (DOE), geprägten NIL-Strukturen, Arbeitsstempeln, Masterstempeln, heißgeprägten Nanostrukturen, lithographischen Strukturen, mikrofluidischen Baugruppen mit kritischen Abmessungen - Characterization of additional coatings on 1D, 2D and / or 3D diffractive optical elements (DOE), embossed NIL structures, work stamps, master stamps, hot stamped nanostructures, lithographic structures, microfluidic assemblies with critical dimensions
- Überwachung bzw. Charakterisierung von Reinigungsprozesse für 1D-, 2D-, und/oder 3D-diffraktive optische Elemente (DOE), geprägte NIL-Strukturen, Arbeitsstempeln, Masterstempeln, heißgeprägte Nanostrukturen, lithographische Strukturen, mikrofluidischen Baugruppen mit kritischen Abmessungen - Monitoring or characterization of cleaning processes for 1D, 2D and / or 3D diffractive optical elements (DOE), embossed NIL structures, work stamps, master stamps, hot stamped nanostructures, lithographic structures, microfluidic assemblies with critical dimensions
Erkennung von Defekten (beispielsweise Lufteinschlüsse) bei 1D-, 2D-, und/oder 3D- diffraktive optische Elemente (DOE), geprägte NIL-Strukturen, Arbeitsstempeln, Masterstempeln, heißgeprägte Nanostrukturen, lithographische Strukturen, mikrofluidischen Baugruppen mit kritischen Abmessungen und weitere Mehrschichtsysteme Detection of defects (e.g. air inclusions) in 1D, 2D and / or 3D diffractive optical elements (DOE), embossed NIL structures, work stamps, master stamps, hot stamped nanostructures, lithographic structures, microfluidic assemblies with critical dimensions and other multilayer systems
- Charakterisierung von Ätzprozesse in-situ - Characterization of etching processes in-situ
Die erfindungsgemäße Methode kann allgemeiner formuliert zur Qualitätskontrolle der hergestellten Proben mit Mehrfachschicht- Systemen und/oder einer Strukturierung eingesetzt werden. Beispielsweise wird die Qualität von Arbeitsstempeln für die Nanoimprintlithographie charakterisiert. Diese Arbeitsstempel können aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Dicken und Materialien bestehen. Eine der Schichten ist strukturiert (z.B. Weichstempel-Materialschicht). Dabei können jeweils mehrere Parameter für die Qualität relevant sein. Die Qualitätskontrolle kann unmittelbar nach der Herstellung durchgeführt werden und/oder nach bestimmten Zeitabständen zur Kontrolle der Abnützung oder Alterung z.B. im Einsatz. In more general terms, the method according to the invention can be used for quality control of the samples produced with multilayer systems and / or structuring. For example, the quality of work stamps for nanoimprint lithography is characterized. These work stamps can consist of several layers with different thicknesses and materials. One of the layers is structured (e.g. soft stamp material layer). Several parameters can be relevant for the quality. The quality control can be carried out immediately after production and / or after certain time intervals to check the wear and tear or aging, e.g. in use.
Die erfmdungsgemäße Methode kann zur Optimierung eines Herstellungs-Prozesses eingesetzt werden zur Überwachung der hergestellten Produkte bis die gewünschten Eigenschaften i.e. Parameter reproduzierbar erreicht werden. Die räumliche Homogenität von ausgewählten Parametern kann beispielsweise auch mit der erfindungsgemäßen Methode bestimmt werden und als Auswahlkriterium herangezogen werden. The method according to the invention can be used to optimize a manufacturing process for monitoring the manufactured products up to the desired ones Properties ie parameters can be achieved reproducibly. The spatial homogeneity of selected parameters can, for example, also be determined using the method according to the invention and used as a selection criterion.
Die erfindungsgemäßen Anwendungen sind nicht auf die oben genannten Mehrschichtsysteme (mit oder ohne Strukturierung) beschränkt. The applications according to the invention are not restricted to the abovementioned multilayer systems (with or without structuring).
Vorrichtung contraption
Die Vorrichtung umfasst optische Einrichtungen wie ein Ellipsometer und/oder Reflektometer und/oder Scatterometer und/oder Spektrometer, und eine Datenverarbeitungseinheit bzw. ein Datenverarbeitungssystem zum Verarbeiten und Speichern der Daten, die von den optischen Einrichtungen gewonnen werden. The device comprises optical devices such as an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer, and a data processing unit or a data processing system for processing and storing the data obtained by the optical devices.
Die wesentlichen Komponenten der optischen Einrichtungen sind: mindestens eine Strahlungsquelle (z.B. Laser oder Breitband-Strahlungsquelle), mindestens ein Monochromator, mindestens ein Polarisator, mindestens ein Kompensator, ein Probenhalter, mindestens ein Analysator, und mindestens ein Detektor. Die Polarisationsoptik ermöglicht das Einstellen ausgewählter elliptischer Polarisationszustände (linear, zirkular usw.). Die Messungen sind nicht auf Reflexion eingeschränkt und können auch in Transmission oder im ATR-Modus durchgeführt werden. Für ATR-Messungen kommen eine entsprechende ATR- Halterung für Substrat und/oder ATR-Kristall und ATR-Optiken als zusätzliche oder alternative Komponenten hinzu. The essential components of the optical devices are: at least one radiation source (e.g. laser or broadband radiation source), at least one monochromator, at least one polarizer, at least one compensator, a sample holder, at least one analyzer, and at least one detector. The polarization optics enable selected elliptical polarization states (linear, circular, etc.) to be set. The measurements are not restricted to reflection and can also be carried out in transmission or in ATR mode. For ATR measurements, a corresponding ATR holder for substrate and / or ATR crystal and ATR optics are added as additional or alternative components.
Erfindungsgemäß werden insbesondere wellenlängenaufgelöste und winkelaufgelöste Messungen durchgeführt wobei der Polarisationszustand variiert werden kann. Sind die zu untersuchende Systeme weniger komplex, wird der Winkel nicht variiert da Wellenlängen und Polarisationszustand als Information ausreichend sind. According to the invention, in particular, wavelength-resolved and angle-resolved measurements are carried out, it being possible to vary the polarization state. If the systems to be examined are less complex, the angle is not varied since the wavelength and polarization state are sufficient information.
Die Konfiguration mit einem spektroskopischen Ellipsometer, wobei bevorzugt die variable winkelgestützte spektrale Ellipsometrie ausgewählt wird, ist erfindungsgemäß die bevorzugte Konfiguration und kommt in einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform als erste Messtechnik im Einsatz. Die ausgewählten Proben können je nach Komplexität mit mehreren Messtechniken vermessen werden, wobei bevorzugt in der erfindungsgemäßen Vorrichtung alle Komponenten zur Durchführung der unterschiedlichen Messtechniken vorhanden sind. Bei Bedarf können einzelne Geräte-Komponenten ausgetauscht, hinzugefügt oder entfernt werden. Durch Hinzunahme von mehreren Messverfahren steigt erfindungsgemäß der Informationsgehalt der aufgenommenen Referenzsignaturen. In einer alternativen Ausführungsform wird die zu vermessende Probe in einer weiteren Messvorrichtung transferiert sodass weitere Messungen mit unterschiedlichen Messtechniken durchgeführt werden können. The configuration with a spectroscopic ellipsometer, wherein the variable angle-supported spectral ellipsometry is preferably selected, is the preferred configuration according to the invention and is used in a first embodiment according to the invention as the first measuring technique. Depending on their complexity, the selected samples can be measured using several measurement techniques, with all components for performing the different measurement techniques preferably being present in the device according to the invention. If necessary, individual device components can be exchanged, added or removed. By adding several measurement methods, the information content of the recorded reference signatures increases according to the invention. In an alternative embodiment, the sample to be measured is transferred to a further measuring device so that further measurements can be carried out using different measuring techniques.
Typische Komponenten von Ellipsometern sind beispielsweise eine Lichtquelle, ein Polarisator, eventuell ein Kompensator (beispielsweise eine l/4-Platte), ein Probenhalter, ein Analysator, wenn benötigt ein Monochromator, und ein Detektor. Typical components of ellipsometers are, for example, a light source, a polarizer, possibly a compensator (for example a 1/4 plate), a sample holder, an analyzer, if required a monochromator, and a detector.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfuhrungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments and on the basis of the drawings. These show in:
Fig. 1a: Flussdiagramm mit Verfahrensschritten einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 1a: flowchart with method steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention,
Fig. 1b: Flussdiagramm mit Verfahrensschritten eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens, 1b: flowchart with method steps of an exemplary method according to the invention,
Fig. 2a: Querschnittsansicht eines Substrats mit Mehrschicht-System und einer2a: Cross-sectional view of a substrate with a multilayer system and a
Oberflächenstrukturierung mit positiven periodischen Strukturen, Surface structuring with positive periodic structures,
Fig. 2b: Querschnittsansicht eines zweiten Substrats mit Mehrschicht-System und einer2b: Cross-sectional view of a second substrate with a multilayer system and a
Oberflächenstrukturierung mit negativen periodischen Strukturen, Fig. 2c: Querschnittsansicht eines dritten Substrats mit Mehrschicht-System und einer Oberflächenstrukturierung mit positiven periodischen trapezförmigen Strukturen, Surface structuring with negative periodic structures, 2c: cross-sectional view of a third substrate with a multilayer system and a surface structuring with positive periodic trapezoidal structures,
Fig. 2d: Draufsicht auf vier beispielhafte Ausführungsformen von periodischen Strukturen (7 rechteckig, 7‘“ linienförmig, 7IV kreisförmig und 7V eine nicht regelmäßige Form), 2d: Top view of four exemplary embodiments of periodic structures (7 rectangular, 7 '"linear, 7 IV circular and 7 V a non-regular shape),
Fig. 3: Eine schematische Darstellung der optischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer beispielhaften Ausführungsform. 3: A schematic representation of the optical components of a device according to the invention in an exemplary embodiment.
In den Figuren sind gleiche Bauteile oder Bauteile mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Figuren 2 und 3 sind nicht maßstabsgetreu dargestellt, um die Darstellung zu verbessern. In the figures, the same components or components with the same function are identified by the same reference symbols. Figures 2 and 3 are not shown to scale in order to improve the representation.
Figur la zeigt ein Flussdiagram der erfindungsgemäßen Methode. Für bekannte Proben (Mehrschichtsysteme mit Strukturierung) wird ein Abgleich zwischen Messergebnis und Simulationsergebnis durchgeführt. Dabei sind die wiederkehrenden Verfahrensschritte der Messung 120, Modellherstellung 130 bzw. Modelloptimierung 140 und erneute Simulation notwendig. Figure la shows a flow diagram of the method according to the invention. For known samples (multi-layer systems with structuring), a comparison is made between the measurement result and the simulation result. The recurring method steps of measurement 120, model production 130 or model optimization 140 and renewed simulation are necessary.
In einem ersten Verfahrensschritt 110 wird ein Substrat (im Folgenden auch Probe genannt) mit mehreren dünnen Schichten sowie einer (Oberflächen-)Strukturierung hergestellt. Das zu untersuchende System ist somit bekannt und wird zur Modellherstellung und -Optimierung verwendet. Bei Bedarf werden mehrere genau bekannte Referenzsubstrate hergestellt und die Messergebnisse dienen der Validierung und Optimierung des entwickelten Simulationsmodells. In a first method step 110, a substrate (also referred to below as a sample) with a plurality of thin layers and a (surface) structuring is produced. The system to be examined is therefore known and is used for model production and optimization. If necessary, several precisely known reference substrates are produced and the measurement results are used to validate and optimize the simulation model developed.
In einem zweiten Verfahrensschritt 120 wird das Substrat mit einem definierten Einfallswinkel mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt und die reflektierte Strahlung beispielsweise in Abhängigkeit der Wellenzahl und/oder des Winkels gemessen. Die Messungen sind nicht auf Reflexion eingeschränkt und können auch in Transmission durchgeführt werden. Mehrere Messtechniken können zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und/oder der Genauigkeit des Berechnungsverfahrens eingesetzt werden. Die geeigneten Messtechniken zur Informationsgewinnung sind insbesondere Scatterometrie, Ellipsometrie, Reflektometrie, Spektroskopie und/oder Diffraktometrie. Diese verschiedenen Messtechniken beruhen unter anderem auf der Vermessung von an mikro- und/oder (sub)-nano strukturierten Proben reflektiertem oder gebeugtem Licht als Funktion eines Geräteparameters wie beispielsweise Einfallswinkel oder Lichtwellenlänge, wobei die Polarisationsabhängigkeit der gemessen Größen ausgenutzt wird. Analog werden auch die einzelnen Schichten eines Mehrschichtsystems direkt oder indirekt durch Reflexion und/oder Beugung und/oder Streuung des Lichts an den Grenzflächen erfasst. In a second method step 120, the substrate is irradiated with electromagnetic radiation at a defined angle of incidence and the reflected radiation is measured, for example, as a function of the wave number and / or the angle. The measurements are not restricted to reflection and can also be carried out in transmission be performed. Several measurement techniques can be used to increase the reliability and / or the accuracy of the calculation process. The suitable measurement techniques for obtaining information are in particular scatterometry, ellipsometry, reflectometry, spectroscopy and / or diffractometry. These different measurement techniques are based, among other things, on the measurement of light reflected or diffracted on micro- and / or (sub) -nano-structured samples as a function of a device parameter such as angle of incidence or light wavelength, using the polarization dependency of the measured variables. Analogously, the individual layers of a multilayer system are also recorded directly or indirectly by reflection and / or diffraction and / or scattering of the light at the interfaces.
In Abhängigkeit der Schichtdicken und des Brechungsindex der einzelnen Schichten der bekannten, definierten Probe wird für die Entwicklung des Simulationsmodells entweder das gesamte Mehrschichtsystem nach fertiger Herstellung gemessen oder es wird Schritt für Schritt jede einzelne Schicht Hergestellt und nacheinander gemessen. Depending on the layer thicknesses and the refractive index of the individual layers of the known, defined sample, either the entire multilayer system is measured after production or each individual layer is produced step by step and measured one after the other.
In einer ersten Ausführungsform haben die einzelnen Schichten des Mehrschichtsystems eine Schichtdicke von mehr als 20 nm (größer oder gleich 20 nm) und der Brechungsindex der einzelnen Schichten ist bekannt. In dieser Ausführungsform wird das gesamte Mehrschichtsystem nach fertiger Herstellung vermessen. Beispielsweise ein Imprintstempel für die Imprint- oder Nanoimprint- Lithographie mit einer strukturierten Imprintschicht. In a first embodiment, the individual layers of the multilayer system have a layer thickness of more than 20 nm (greater than or equal to 20 nm) and the refractive index of the individual layers is known. In this embodiment, the entire multilayer system is measured after production has been completed. For example an imprint stamp for imprint or nanoimprint lithography with a structured imprint layer.
In einer zweiten Ausführungsform beinhaltet die Probe sehr dünne Schichten mit einer Schichtdicke unterhalb von 20 nm mit bekanntem Brechungsindex. Für sehr dünne Schichten, insbesondere Schichten mit einer Schichtdicke im unteren nm-Bereich bis sub-nm-Bereich, wird jede einzelne Schicht hergestellt und gemessen, bevor die nächste Schicht darauf hergestellt wird. In dieser Ausführungsform wird nach jeder Schichtauftragung, beispielsweise einer ASL- Schicht, die Probe gemessen. Alle gemessenen Daten der Probe, die Schicht für Schicht gemessen worden ist, werden für die Modellherstellung berücksichtigt. Bei Bedarf können auch während des Herstellungsprozesses der Probe Schichten mit einer Schichtdicke mit mehr als 20 nm einzeln gemessen werden, abhängig vom Brechungsindex und der vorhandenen Materialinformation. In a second embodiment, the sample contains very thin layers with a layer thickness below 20 nm with a known refractive index. For very thin layers, in particular layers with a layer thickness in the lower nm range to sub-nm range, each individual layer is produced and measured before the next layer is produced on top. In this embodiment, the sample is measured after each layer application, for example an ASL layer. All measured data of the sample, which has been measured layer by layer, are taken into account for the production of the model. If necessary, layers with a layer thickness of more than 20 nm can also be measured individually during the production process of the sample, depending on the refractive index and the available material information.
In einer dritten Ausführungsform beinhaltet eine Probe eine Zwischenschicht mit mehr als 20 nm Schichtdicke aber mit unbekanntem Brechungsindex. In dieser Ausführungsform werden nach Aufträgen einzelner Schichten mit einer Schichtdicke von mehr als 20 nm jeweils Messungen durchgeführt sowie für das gesamte Mehrschichtsystem nach fertiger Herstellung. In a third embodiment, a sample contains an intermediate layer with a layer thickness of more than 20 nm but with an unknown refractive index. In this embodiment, measurements are carried out after the application of individual layers with a layer thickness of more than 20 nm, and for the entire multilayer system after production has been completed.
In der Ellipsometrie wird die Polarisationsänderung mit Hilfe der messbaren ellipsometrischen Kenngrößen - dem Verlustwinkel ψ und der Phasendifferenz Δ - beschrieben. Da die optischen Parameter mit ψ und Δ nicht direkt bestimmt werden können, muss für ein zu untersuchendes Proben-System ein parametrisiertes Modell entwickelt werden. Zur Berechnung der Wechselwirkung von Licht mit Mehrschichtsysteme sowie Nanostrukturen und Mikrostrukturen wird erfindungsgemäß als Berechnungsverfahren bevorzugt RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) eingesetzt. RCWA wird zur Berechnung der Gitterbeugung eingesetzt, wobei die Probe in mehrere einzelne Schichten unterteilt wird. Dieses Modellkonzept wurde erfindungsgemäß weiterentwickelt und ergänzt. In ellipsometry, the change in polarization is described with the aid of the measurable ellipsometric parameters - the loss angle ψ and the phase difference Δ. Since the optical parameters cannot be determined directly with ψ and Δ, a parameterized model must be developed for a sample system to be examined. According to the invention, RCWA (Rigorous Coupled Wave Analysis) is preferably used as the calculation method for calculating the interaction of light with multilayer systems and nanostructures and microstructures. RCWA is used to calculate the lattice diffraction, whereby the sample is divided into several individual layers. This model concept was further developed and supplemented according to the invention.
Die erfindungsgemäße Weiterentwicklung ermöglicht vorteilhaft mit dem Simulationsmodell aus Verfahrensschritt 130 die gleichzeitige Auswertung der Beugung einfallender (ebener) Wellen am Mehrschicht-System sowie an den Strukturen. Vorteilhaft werden Mehrschichtsysteme und nicht-planare Schichten i.e. Strukturen mit sehr hoher Zuverlässigkeit und Genauigkeit durch die Verwendung von polarisiertem Licht mit Ellipsometrie ermittelt. The further development according to the invention advantageously enables, with the simulation model from method step 130, the simultaneous evaluation of the diffraction of incident (plane) waves on the multilayer system and on the structures. Multi-layer systems and non-planar layers i.e. Structures determined with very high reliability and accuracy through the use of polarized light with ellipsometry.
In einem dritten Verfahrensschritt 130 werden die Datensätze der ausgewählten Messvariablen für die Modellherstellung eingesetzt, so dass eine Simulation eines Mehrschichtsystems mit (Oberflächen-) Strukturierung berechnet werden kann. Dabei soll die Abweichung zwischen den experimentellen Daten und den simulierten Daten möglichst gering sein (140). Für ein erfindungsgemäßes komplexes System wie beispielsweise in Figur 2a dargestellt mit mehreren Schichten und einer Oberflächenstrukturierung kann das in der erfindungsgemäßen Methode entwickelte Modell die Probe korrekt physikalisch beschreiben. Somit wird eine Simulation mit hoher Zuverlässigkeit ermöglicht. In a third method step 130, the data sets of the selected measurement variables are used for the production of the model, so that a simulation of a multilayer system with (surface) structuring can be calculated. The deviation between the experimental data and the simulated data should be as small as possible (140). For a complex system according to the invention as shown for example in FIG. 2a with several layers and a surface structuring, this can be done in FIG The model developed according to the invention correctly describes the sample physically. This enables simulation with high reliability.
Für bekannte Proben, die in Schritt 110 hergestellt wurden, wird in einem vierten Verfahrensschritt 140 ein Abgleich zwischen Messergebnis und Simulationsergebnis durchgeführt. Dabei sind die wiederkehrenden Schritte der Messung, Modellherstellung bzw. Modelloptimierung (Modell Fitting) und erneute Simulation notwendig. Ziel der Ausgleichung ist, dass sich das Modell i.e. die generierten Datensätze den gemessenen Datensätzen (i.e. experimentelle Daten) bestmöglich anpassen. Ist dies (noch) nicht der Fall, wird das Modell im Verfahrens schritt 130 weiter optimiert. Ist dies der Fall, kann das entwickelte Modell im Verfahrensschritt 150 für die Ermittlung der gewünschten Parameter eingesetzt werden. For known samples that were produced in step 110, a comparison between the measurement result and the simulation result is carried out in a fourth method step 140. The recurring steps of measurement, model production or model optimization (model fitting) and renewed simulation are necessary. The aim of the adjustment is that the model i.e. Adapt the generated data sets to the measured data sets (i.e. experimental data) as best as possible. If this is not (yet) the case, the model is further optimized in method step 130. If this is the case, the developed model can be used in method step 150 to determine the desired parameters.
Eine mathematische Analyse der entwickelten Modellsysteme kann bei Bedarf speziell bei der Entwicklung von generischen Modellsystemen zusätzlich herangezogen werden. A mathematical analysis of the developed model systems can also be used if necessary, especially for the development of generic model systems.
Figur lb zeigt ein Flussdiagram der erfindungsgemäßen Methode bei Anwendung eines fertigen erfindungsgemäßen Simulationsmodells für ein Mehrschichtsystem mit (Oberflächen-)Strukturierung. Hier steht nach Systemoptimierung ein entwickeltes Modell für routinemäßige Simulationen zur Verfügung. Die Systemparameter sind festgelegt. Eine bekannte Probe - d.h. die Anzahl der planaren und/oder nicht-planaren (i.e. Strukturierten) Schichten und die Schichtmaterialien sind bekannt - wird erfindungsgemäß im Verfahrensschritt 120 gemessen und nach dem Vergleich von experimentellen und generierten Datensätzen (140) werden die gewünschten Parameter ermittelt (150). FIG. 1b shows a flow diagram of the method according to the invention when a finished simulation model according to the invention is used for a multilayer system with (surface) structuring. After system optimization, a developed model is available for routine simulations. The system parameters are fixed. A known sample - ie the number of planar and / or non-planar (ie structured) layers and the layer materials are known - is measured according to the invention in method step 120 and, after comparing experimental and generated data sets (140), the desired parameters are determined ( 150).
Figur 2a zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Substrats 2 mit mehreren dünnen Beschichtungen 3-6 sowie einer Oberflächenstrukturierung 7. Die Anzahl sowie die Dicke der Beschichtungen ist nicht auf die Ausfuhrungsformen aus den Figuren 2a bis 2c eingeschränkt. Die Dicke der Beschichtungen ist nicht maßstabsgetreu dargestellt, um die Darstellung zu verbessern. Die Figuren 2a bis 2c zeigen ähnliche Ausführungsformen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturierungen 7, 7‘, 7“. Die letzte Beschichtung 6, 6‘, 6“ kann beispielweise aus einem Photolack oder einer Prägemasse bestehen, die mittels Lithographie oder Nanoimprint Lithographie strukturiert wurde. Die Strukturen 7, 7‘, 7“ haben Abmessungen im Nanometer Bereich. Die Oberfläche 6o, 6’o, 6“o der strukturierten Beschichtung definiert die Restschichtdicke. FIG. 2a shows a cross-sectional view of a substrate 2 according to the invention with a plurality of thin coatings 3-6 and a surface structure 7. The number and the thickness of the coatings are not restricted to the embodiments from FIGS. 2a to 2c. The thickness of the coatings is not drawn to scale for the sake of clarity. Figures 2a to 2c show similar embodiments with different surface structures 7, 7 ', 7 ″. The last coating 6, 6 ', 6 ″ can consist, for example, of a photoresist or an embossing compound, which by means of Lithography or nanoimprint lithography has been structured. The structures 7, 7 ', 7 "have dimensions in the nanometer range. The surface 6o, 6'o, 6 “o of the structured coating defines the remaining layer thickness.
Figur 2a zeigt ein Mehrschichtsystem 1 mit einer Oberflächenstrukturierung mit positiven periodischen Strukturen 7. FIG. 2a shows a multilayer system 1 with a surface structuring with positive periodic structures 7.
Figur 2b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mehrschichtsystems 1 ‘ mit einer Oberflächenstrukturierung mit negativen periodischen Strukturen 7‘. Figure 2b shows a further embodiment of a multilayer system 1 with a surface structure with negative periodic structures 7 ‘.
Figur 2c zeigt eine dritte Ausführungsform eines Mehrschichtsystems 1“ mit einer Oberflächenstrukturierung mit positiven periodischen trapezförmigen Strukturen 7“. FIG. 2c shows a third embodiment of a multilayer system 1 ″ with a surface structuring with positive periodic trapezoidal structures 7 ″.
Ist die Oberfläche mit Miko- und/oder Nanostrukturen und/oder Subnanometer- Strukturen strukturiert, trifft das einfallende Licht auf diese (meistens) periodischen, flächendeckenden Strukturen, die ein optisches Beugungsgitter darstellen können. Zu den kritischen Abmessungen der untersuchten Strukturen 7, 7‘, 7“ zählen die Höhe oder Tiefe der Strukturen, die Breite so wie die Länge der Strukturen, die Winkel beispielsweise der Seitenwandwinkel, Restschichtdicke(n) und die Oberflächenrauigkeit. If the surface is structured with micro and / or nanostructures and / or subnanometer structures, the incident light hits these (mostly) periodic, area-covering structures that can represent an optical diffraction grating. The critical dimensions of the examined structures 7, 7 ‘, 7“ include the height or depth of the structures, the width and the length of the structures, the angles, for example the side wall angles, the remaining layer thickness (s) and the surface roughness.
Figur 2d zeigt in einer Draufsicht von mehreren Ausschnitten im Vergleich weitere mögliche erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierungen 7, 7‘“, 7IV und 7V einer Probe. Erfindungsgemäß werden Modelle entwickelt, die eine zuverlässige Charakterisierung komplexer Mehrschichtsysteme mit einer (Oberflächen-)Strukturierung gemäß den Strukturen aus Figuren 2a bis 2d ermöglichen. Die Strukturen 7 sind Vierecke, insbesondere Quadrate. Die Strukturen 7‘“ sind periodische flächendeckende lineare Strukturen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausfuhrungsform sind die Strukturen 7IV kreisförmig. Auch Strukturen mit komplexeren oder unregelmäßigen Strukturformen wie beispielsweise die Strukturen 7V aus Figur 2d stellen für die erfindungsgemäße Methode kein Problem dar und werden in der Modellherstellung erfasst und korrekt wiedergegeben. Die Strukturierung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Die nicht-planare Schicht mit einer Strukturierung ist erfindungsgemäß die oberste Schicht 6, 6‘, 6“ eines Mehrschichtsystems 1, 1‘, 1“. In einer alternativen Ausführungsform befindet sich die nicht-planare Schicht mit einer Strukturierung zwischen zwei Schichten im Mehrschichtsystem. Beispielsweise wird eine strukturierte Prägemasse nach Prägung mit einer ASL Beschichtung beschichtet für eine Anwendung als Arbeitsstempel. In einer weiteren alternativen Ausführungsform beinhaltet ein Mehrschichtsystem mehr als eine nicht- planare Schicht mit einer Strukturierung. FIG. 2d shows, in a top view of several cutouts, a comparison of further possible surface structures 7, 7 ′ ″, 7 IV and 7 V of a sample according to the invention. According to the invention, models are developed which enable a reliable characterization of complex multilayer systems with a (surface) structuring according to the structures from FIGS. 2a to 2d. The structures 7 are quadrilaterals, in particular squares. The structures 7 '"are periodic area-wide linear structures. In a further embodiment according to the invention, the structures 7 IV are circular. Structures with more complex or irregular structural shapes, such as, for example, the structures 7V from FIG. 2d, do not pose a problem for the method according to the invention and are recorded and correctly reproduced in the production of the model. The structuring is not limited to the embodiments shown. According to the invention, the non-planar layer with a structure is the top layer 6, 6 ', 6 "of a multilayer system 1, 1', 1". In an alternative embodiment, the non-planar layer with a structure is located between two layers in the multilayer system. For example, a structured stamping compound is coated with an ASL coating after stamping for use as a work stamp. In a further alternative embodiment, a multilayer system contains more than one non-planar layer with a structure.
Figur 3 zeigt die optischen Komponenten einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Vorrichtung 13. Ein Polarisator (P) 9 wandelt das nicht polarisierte Licht einer Strahlungsquelle 8 in linear polarisiertes Licht um. Nach der Reflexion an der Probe 1 durchläuft die Strahlung einen Analysator (A) 10. Die elektromagnetische Strahlung wird bei der Reflexion an der Probe 1 elliptisch polarisiert. Der Analysator 10 ändert wieder die Polarisation der reflektierten elektromagnetischen Strahlung, die dann auf einem Detektor (D) 11 trifft. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform wird eine polychromatische Strahlungsquelle eingesetzt, sodass ein ausgewähltes Wellenlängenbereich im Messverfahren verwendet wird. In einer alternativen Ausführungsform wird eine monochromatische Strahlung verwendet, wobei bevorzugt ein Laser als Strahlungsquelle eingesetzt wird. Mehrere Strahlungsquellen können in der Vorrichtung gleichzeitig vorhanden sein und/oder bei Bedarf ausgetauscht werden. FIG. 3 shows the optical components of a first embodiment of a device 13 according to the invention. A polarizer (P) 9 converts the non-polarized light from a radiation source 8 into linearly polarized light. After the reflection on the sample 1, the radiation passes through an analyzer (A) 10. The electromagnetic radiation is elliptically polarized when it is reflected on the sample 1. The analyzer 10 again changes the polarization of the reflected electromagnetic radiation, which then strikes a detector (D) 11. In a first preferred embodiment, a polychromatic radiation source is used, so that a selected wavelength range is used in the measurement method. In an alternative embodiment, monochromatic radiation is used, a laser preferably being used as the radiation source. Several radiation sources can be present in the device at the same time and / or can be exchanged if necessary.
Weitere optische Komponenten sind beispielsweise optische Filter, Kompensator (z.B. eine λ/2 Platte), Monochromator, und unterschiedliche optische variable Abschwächer die bei Bedarf je nach Messtechnik und/oder Wellenlängenbereich eingesetzt werden können. Diese Komponenten sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher beschrieben. Other optical components are, for example, optical filters, compensators (e.g. a λ / 2 plate), monochromators, and different optical variable attenuators that can be used if required depending on the measurement technology and / or wavelength range. These components are known to the person skilled in the art and are not described in more detail.
Die erfindungsgemäßen Messtechniken unterscheiden sich durch die Anordnung und die Art der optischen Komponenten. Der Analysator 10 kann beispielsweise rotierend ausgebildet sein. The measurement techniques according to the invention differ in the arrangement and the type of optical components. The analyzer 10 can be designed to rotate, for example.
Bei der variablen winkelgestützte spektrale Ellipsometrie (VASE) gibt es im Gegensatz zur monochromatischen Ellipsometrie eine breite Abdeckung an Wellenlängen. Dadurch steigen der Informationsgehalt der gemessenen Daten und die Genauigkeit der Simulationen. Ein Goniometer ermöglicht variable Winkelmessungen. Die Kombination von wellenlängenaufgelösten und winkelaufgelösten Messungen ist die bevorzugte Ausführungsform und führt erfindungsgemäß zu einer höheren Zuverlässigkeit der Simulationen. Diese Kombination wird erfindungsgemäß mit VASE als bevorzugte Messtechnik durchgefuhrt. In contrast to monochromatic ellipsometry, variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) offers a wide range of wavelengths. This will increase the information content of the measured data and the accuracy of the simulations. A goniometer enables variable angle measurements. The combination of wavelength-resolved and angle-resolved measurements is the preferred embodiment and, according to the invention, leads to a higher reliability of the simulations. This combination is carried out according to the invention with VASE as the preferred measuring technique.
Weiter können je nach Probenart und Messmethode die Messungen nicht nur im Reflexions- Modus, sondern auch im Transmissions-Modus durchgeführt werden, um bei Bedarf zusätzliche Informationen und Daten zu erhalten. Furthermore, depending on the type of sample and measurement method, measurements can be carried out not only in reflection mode but also in transmission mode in order to obtain additional information and data if required.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 umfasst optische Einrichtungen und eine Datenverarbeitungseinheit 12 zum Verarbeiten und speichern der Daten, die von den optischen Einrichtungen gewonnen werden. The device 13 according to the invention comprises optical devices and a data processing unit 12 for processing and storing the data obtained from the optical devices.
Eine Aufnahmevorrichtung (nicht dargestellt) dient zur Aufnahme und Fixierung der Probe bzw. des Substrats. Die Aufnahmevorrichtung kann in einer besonderen Ausführungsform in einer Z-Richtung je nach Bedarf bewegt werden. Weiter ist eine Rotation und/oder ein Kippen der Aufnahmevorrichtung möglich. A receiving device (not shown) serves to receive and fix the sample or the substrate. In a special embodiment, the receiving device can be moved in a Z direction as required. Rotation and / or tilting of the receiving device is also possible.
Die Aufnahmevorrichtung kann in einem Temperaturbereich zwischen 0°C und 1000°C, vorzugsweise zwischen 0°C und 500°C, noch bevorzugter zwischen 0°C und 400°C, am bevorzugtesten zwischen 0°C und 350°C beheizt und temperiert werden. Die Aufnahmevorrichtung kann alternativ auch mit einer Kühlvorrichtung gekühlt werden. Beispielsweise kann in einer ersten Ausführungsform die Aufnahmevorrichtung in einem Temperaturbereich zwischen -196°C und 0°C gekühlt werden. Die Temperatur der Aufnahmevorrichfung kann mit einer Temperaturregelanordnung eingestellt werden. The receiving device can be heated and tempered in a temperature range between 0 ° C and 1000 ° C, preferably between 0 ° C and 500 ° C, even more preferably between 0 ° C and 400 ° C, most preferably between 0 ° C and 350 ° C . The receiving device can alternatively also be cooled with a cooling device. For example, in a first embodiment, the receiving device can be cooled in a temperature range between -196 ° C and 0 ° C. The temperature of the receptacle can be adjusted with a temperature control arrangement.
Die Aufnahmevorrichtung kann zusätzlich über Sensoren verfügen (nicht dargestellt), mit deren Hilfe physikalische und/oder chemische Eigenschaften vermessen werden können.The recording device can also have sensors (not shown) with the aid of which physical and / or chemical properties can be measured.
Diese Sensoren können beispielweise Temperatur sensoren sein. These sensors can be temperature sensors, for example.
In einer weiteren bevorzugten oder auch eigenständigen Ausführungsform der Aufnahmevorrichtung beinhaltet die Aufnahmevorrichtung eine Flüssigkeitszelle, die Messungen unter Flüssigkeiten erlaubt. In einer speziellen Ausführungsform ist die Flüssigkeitszelle eine Durchflusszelle. Somit können Mehrschichtsysteme mit oder ohne (Oberflächen-)Strukturierung in flüssiger Umgebung gemessen werden. Erfindungsgemäß kann mit der Flüssigkeitszelle in einer speziellen Anwendung die elektrochemische Rückantwort eines Mehrschichtsystems charakterisiert werden. Die Flüssigkeitszelle kann dafür auch als elektrochemische Zelle konstruiert sein mit Referenzelektrode, Gegenelektrode und optischen Fenstern für die spektroskopisch ellipsometrischen Messungen. In a further preferred or also independent embodiment of the receiving device, the receiving device contains a fluid cell which Measurements allowed under liquids. In a special embodiment, the liquid cell is a flow cell. This means that multi-layer systems with or without (surface) structuring can be measured in a liquid environment. According to the invention, the electrochemical response of a multilayer system can be characterized with the liquid cell in a special application. The fluid cell can also be designed as an electrochemical cell with a reference electrode, counter electrode and optical windows for the spectroscopic ellipsometric measurements.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 kann vorteilhaft auch im Vakuum oder bei Umgebungsdruck unter einer Gasatmosphäre betrieben werden. Bevorzugt ist die Gasatmosphäre eine Inertgasatmosphäre, beispielsweise Stickstoff (N2). Somit können Mehrschichtsysteme mit Strukturierung untersucht werden, die beispielsweise gegen Feuchtigkeit oder gegen Sauerstoff empfindlich sind. The device 13 according to the invention can advantageously also be operated in a vacuum or at ambient pressure under a gas atmosphere. The gas atmosphere is preferably an inert gas atmosphere, for example nitrogen (N 2 ). In this way, multi-layer systems with structuring can be examined that are sensitive to moisture or oxygen, for example.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 13 kann bevorzugt evakuiert und beheizt werden. Die Vorrichtung weist Mittel zur Einleitung einer oder mehrerer gasförmigen Komponenten auf. Eine Beladevorrichtung, bevorzugt eine Schleuse, erlaubt die Beladung der Proben. In einer alternativen Ausführungsform kann die Vorrichtung so aufgebaut werden, dass in situ Messungen durchgeführt werden können. The device 13 according to the invention can preferably be evacuated and heated. The device has means for introducing one or more gaseous components. A loading device, preferably a lock, allows the samples to be loaded. In an alternative embodiment, the device can be constructed in such a way that measurements can be carried out in situ.
Anstelle der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform sind alternative Ausführungsformen denkbar, die u.a. Kombinationen von spektrometrischen und/oder ellipsometrischen bzw. scatterometrischen Messverfahren ermöglichen. Denkbar sind alle erfindungsgemäß bereits genannten Messtechniken. Instead of the embodiment shown in FIG. 3, alternative embodiments are conceivable which, among other things, enable combinations of spectrometric and / or ellipsometric or scatterometric measuring methods. All measurement techniques already mentioned according to the invention are conceivable.
Ein computergestütztes Datenverarbeitungssystem 12 speichert und verarbeitet die Daten, die von den optischen Einrichtungen gewonnen werden, zur Simulation der erfindungsgemäßen Mehrschichtsysteme (mit oder gegeben falls ohne Strukturierung) mit den erfindungsgemäß weiter entwickelten Simulationsalgorithmen. Die erfindungsgemäßen Simulationsmodelle ermöglichen erstmals mit der vorgeschlagenen Methode mehrere dünne Schichten sowie eine (Oberflächen-)Strukturierung gleichzeitig und mit einer hohen Zuverlässigkeit zu erfassen und zu charakterisieren. Bezugszeichenliste 1, 1‘, 1“ Substrat/Mehrschichtsystem mit (Oberflächen-) Strukturierung A computer-aided data processing system 12 stores and processes the data obtained from the optical devices to simulate the multilayer systems according to the invention (with or, if necessary, without structuring) with the simulation algorithms further developed according to the invention. The simulation models according to the invention make it possible for the first time with the proposed method to detect and characterize several thin layers and a (surface) structuring simultaneously and with a high degree of reliability. LIST OF REFERENCE SYMBOLS 1, 1 ', 1 ″ substrate / multilayer system with (surface) structuring
2 Substrat-Grundmaterial mit Brechungsindex ns 2 substrate base material with refractive index ns
3 Erste Schicht mit Brechungsindex n1 3 First layer with refractive index n 1
4 Zweite Schicht mit Brechungsindex n2 4 Second layer with refractive index n 2
5 Dritte Schicht (n-te Schicht) mit Brechungsindex n3 bzw. nn 5 Third layer (nth layer) with refractive index n 3 or n n
6, 6‘, 6“ Oberste Schicht mit Oberflächenstrukturierung und Brechungsindex no6, 6 ‘, 6“ Top layer with surface structure and refractive index no
6o, 6’o, 6“o Oberfläche der obersten Schicht 7, 7‘, 7“, 7‘“ , 7IV, 7V Struktur 8 Strahlungsquelle 6o, 6'o, 6 "o surface of the top layer 7, 7 ', 7", 7'", 7 IV , 7 V structure 8 radiation source
9 Polarisator 9 polarizer
10 Analysator 11 Detektor 12 Steuer- und Rechen-Einheit 13 Erfindungsgemäße optische Vorrichtung 110 Verfahrensschritt 120 Verfahrensschritt 130 Verfahrensschritt 140 Verfahrensschritt 150 Verfahrensschritt 10 analyzer 11 detector 12 control and computing unit 13 optical device according to the invention 110 method step 120 method step 130 method step 140 method step 150 method step

Claims

P at e nt an s p r ü c h e Patent claims
1. Verfahren zur Vermessung eines mehrschichtigen Substrats (1, 1‘,1“), insbesondere mit mindestens einer Struktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V) mit kritischen Dimensionen, insbesondere mit einer Oberflächenstruktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V) mit kritischen Dimensionen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest folgende Schritte, insbesondere den folgenden Ablauf, aufweist: 1. Method for measuring a multilayer substrate (1, 1 ', 1 "), in particular with at least one structure (7, 7', 7", 7 '", 7 IV , 7 V ) with critical dimensions, in particular with a surface structure (7, 7 ', 7 ", 7'", 7 IV , 7 V ) with critical dimensions, characterized in that the method has at least the following steps, in particular the following sequence:
- Herstellung (110) des Substrats (1, 1‘,1“) mit mehreren Schichten (2, 3, 4, 5, 6, 6‘, 6“), insbesondere mit einer Struktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V), insbesondere mit einer Struktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V) auf einer Oberfläche (6o, 6’o, 6“o) einer obersten Schicht (6,6‘,6“), wobei die Abmessungen der Schichten und insbesondere der Strukturen bekannt sind, - Production (110) of the substrate (1, 1 ', 1 ") with several layers (2, 3, 4, 5, 6, 6', 6"), in particular with a structure (7, 7 ', 7 ", 7 '", 7 IV , 7 V ), in particular with a structure (7, 7', 7", 7 '", 7 IV , 7 V ) on a surface (6o, 6'o, 6" o) of a top one Layer (6,6 ', 6 "), whereby the dimensions of the layers and in particular the structures are known,
- Vermessung (120) des Substrats (1, 1‘,1“), und insbesondere der Struktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V), mit mindestens einer Messtechnik, - Measurement (120) of the substrate (1, 1 ', 1 "), and in particular the structure (7, 7', 7", 7 '", 7 IV , 7 V ), with at least one measuring technique,
- Erstellung (130) einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats (1,1 ‘,1“), - Creation (130) of a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate (1.1 ‘, 1"),
- Vergleich (140) der Messergebnisse mit Simulationsergebnissen aus der Simulation des Substrats (1,1 ‘,1“), - Comparison (140) of the measurement results with simulation results from the simulation of the substrate (1.1 ‘, 1"),
- Optimierung der Simulation (130) und erneute Erstellung (130) einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats (1,1‘,1“) falls eine Abweichung der Messergebnisse von den Simulationsergebnissen besteht, oder Berechnung (150) von Parametern weiterer Substrate, falls die Messergebnisse den Simulationsergebnissen entsprechen. - Optimization of the simulation (130) and renewed creation (130) of a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate (1,1 ', 1 “) if the measurement results differ from the simulation results, or calculation (150) of Parameters of other substrates if the measurement results correspond to the simulation results.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Messtechnik mindestens eine, bevorzugt genau eine, der folgenden Techniken ist: 2. The method according to claim 1, wherein the measurement technique is at least one, preferably exactly one, of the following techniques:
- VUV-UV-Vis-NIR variable winkelgestützte spektrale Ellipsometrie (VASE) im Reflexions- oder Transmissions-Modus. Der Messbereich reicht vom Vakuumultraviolett (VUV) bis ins nahe Infrarot (NIR), von 146 nm bis 1700 nm.- VUV-UV-Vis-NIR variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) in reflection or transmission mode. The measuring range extends from vacuum ultraviolet (VUV) to near infrared (NIR), from 146 nm to 1700 nm.
- IR variable winkelgestützte spektrale Ellipsometrie (VASE) im Reflexions- oder Transmissions-Modus. Der spektrale Messbereich reicht hier von 1,7 μm bis 30 μm.- IR variable angle-based spectral ellipsometry (VASE) in reflection or transmission mode. The spectral measuring range extends from 1.7 μm to 30 μm.
- (polarisierte) Reflektometrie - (polarized) reflectometry
- (polarisierte) Scatterometrie - (polarized) scatterometry
- UV- Vis Spektroskopie - UV-Vis spectroscopy
- THz Spektroskopie - THz spectroscopy
3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Einfallswinkel und/oder eine Wellenlänge und/oder ein Polarisationszustand variiert und gemessen wird/werden. 3. The method according to at least one of the preceding claims, wherein an angle of incidence and / or a wavelength and / or a polarization state is / are varied and measured.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Erstellung der Simulation mathematische Algorithmen verwendet werden, bevorzugt die RCWA (Rigorous coupled-wave analysis). 4. The method according to at least one of the preceding claims, wherein mathematical algorithms are used to create the simulation, preferably the RCWA (Rigorous Coupled-Wave Analysis).
5. Vorrichtung zur Vermessung eines mehrschichtigen Substrats (1, 1‘,1“), insbesondere mit mindestens einer Struktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V) mit kritischen Dimensionen, insbesondere mit einer Oberflächenstruktur (7, 7‘, 7“, 7‘“, 7IV, 7V) mit kritischen Dimensionen, aufweisend: 5. Device for measuring a multilayer substrate (1, 1 ', 1 "), in particular with at least one structure (7, 7', 7", 7 '", 7 IV , 7 V ) with critical dimensions, in particular with a surface structure (7, 7 ', 7 ", 7'", 7 IV , 7 V ) with critical dimensions, having:
- Mittel zur Vermessung (120) des Substrats (1, 1‘,1“), und insbesondere der Struktur (7, 7‘, 7“, 7“‘, 7IV, 7V), mit mindestens einer Messtechnik, - Means for measuring (120) the substrate (1, 1 ', 1 "), and in particular the structure (7, 7', 7", 7 "', 7 IV , 7 V ), with at least one measuring technique,
- Mittel zur Erstellung (130) einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats (1, 1‘,1“), - Means for creating (130) a simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate (1, 1 ‘, 1"),
- Mittel zum Vergleich (140) der Messergebnisse mit Simulationsergebnissen aus der Simulation des Substrats (1, 1‘,1“), - Means for comparing (140) the measurement results with simulation results from the simulation of the substrate (1, 1 ‘, 1"),
- Mittel zur Optimierung der Simulation (130) und erneuten Erstellung (130) einer Simulation des Substrats mit den Messergebnissen aus der Vermessung des Substrats- Means for optimizing the simulation (130) and creating (130) a new simulation of the substrate with the measurement results from the measurement of the substrate
(UM“), (AROUND"),
- Mittel zur Auswertung und Optimierung weiterer Substrate (1, 1‘,1“) durch Rekonstruktion von Schicht- und/oder Strukturparametem mit Hilfe der erstellten Simulation auf Grund von Messergebnissen aus der Vermessung der weiteren Substrate- Means for evaluating and optimizing further substrates (1, 1 ‘, 1“) by reconstructing layer and / or structural parameters with the help of the simulation created on the basis of measurement results from the measurement of the further substrates
(UM“). (UM " ) .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Mittel zur Vermessung mindestens eine optische Einrichtung umfasst, insbesondere ein Ellipsometer und/oder Reflektometer und/oder Scatterometer und/oder Spektrometer. 6. The device according to claim 5, wherein the means for measuring comprises at least one optical device, in particular an ellipsometer and / or reflectometer and / or scatterometer and / or spectrometer.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens eine Datenverarbeitungseinheit und mindestens ein Datenverarbeitungssystem zum Verarbeiten und Speichern der Daten, die von dem Mittel zur Vermessung des Substrats (1, 1‘,1“) gewonnen werden, aufweist. 7. The device according to at least one of the preceding claims, wherein the device has at least one data processing unit and at least one data processing system for processing and storing the data obtained by the means for measuring the substrate (1, 1 ‘, 1 ″).
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel zur Vermessung mindestens eine Strahlungsquelle, insbesondere Laser oder Breitband- Strahlungsquelle, mindestens ein Monochromator, mindestens ein Polarisator, mindestens ein Kompensator, mindestens einen Substrathalter, mindestens einen Analysator, und mindestens einen Detektor aufweisen, wobei der mindestens eine Polarisator das Einstellen ausgewählter elliptischer Polarisationszustände, insbesondere linear oder zirkular, ermöglicht. 8. The device according to at least one of the preceding claims, wherein the means for measuring at least one radiation source, in particular laser or broadband radiation source, at least one monochromator, at least one polarizer, at least one compensator, at least one substrate holder, at least one analyzer, and at least one detector have, wherein the at least one polarizer enables selected elliptical polarization states, in particular linear or circular, to be set.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle Mittel zur Vermessung des Substrates (1,1 ‘,1“) in der Vorrichtung angeordnet sind. 9. Device according to at least one of the preceding claims, wherein all means for measuring the substrate (1,1 ‘, 1 ″) are arranged in the device.
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