NL1025016C2 - Werkwijze voor inspecteren van periodieke roosterstructuren op lithografiemaskers. - Google Patents

Description

V

- i - é

Werkwijze voor inspecteren van periodieke roosterstructuren op lithografiemaskers

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze 5 voor inspecteren van periodieke structuren op lithografiemaskers met een microscoop, met een justeerbare verlichting, een activeringselement voor het bewegen van een kruisslede met het daaraan bevestigde lithografiemasker, om afbeeldingen van het 10 lithografiemasker op een computergestuurde plaats op het lithografiemasker op te nemen, waarbij positie, grootte en pitch-specificatie van het lithografiemasker worden opgeslagen.

In de microlithografie worden 15 halfgeleiderstructuren zoals bekend door de afbeelding van een structuur, die vooraf op een lithografiemasker tot stand is gebracht, op een met een fotolaklaag beklede wafer door belichten en navolgend ontwikkelen van de fotolaklaag gerealiseerd.

20 Na de fabricage van het lithografiemasker heeft deze verschillende eigenschappen, die van masker tot masker veranderen. Deze verschillende eigenschappen hebben bij de afbeelding hiervan een aanzienlijke invloed op de fotolithografie. Hierbij wordt 25 onderscheid gemaakt tussen algemene (globale) en lokale eigenschappen, die normaliter zijn gespecificeerd.

Globale eigenschappen zijn bijvoorbeeld de afwijking van de lijnbreedte (CD-target value) ten opzichte van de doelmaat (offset error), alsmede de 30 schommeling van de afwijking over het beeldveld (uniformity error). Bij de alternerende fasemaskers zijn er structuren die bij coherente verlichting faseverschuivende eigenschappen hebben. Deze faseverschuivers worden gerealiseerd, doordat men bij 35 de betreffende structuren in het glas etst. Door afwijkingen van de ideale etsdiepte treden ongewenste helderheidsafwijkingen op, die eveneens een globale maskereigenschap voorstellen.

1 n 2 5 0 1 6 > 4 - 2 -

Lokale eigenschappen zijn defecten op het masker, die ofwel door fouten bij de maskervervaardiging zijn ontstaan, ofwel echter achteraf optredende verontreinigingen, bijvoorbeeld door stof.

5 Het is daarom de doelstelling bij het vervaardigen van lithografiemaskers om een lithografiemasker te vervaardigen, dat aan alle eisen voldoet. Met betrekking tot de lokale eigenschappen worden de maskers tegenwoordig door procescontrole en 10 kwaliteitsmetingen getest.

Tegenwoordig worden systematische fabricagefouten van lithografiemaskers, zoals regelmatige afwijkingen van de lijnafstand (offset target error) en veranderingen van de lijnbreedte (uniformity error) 15 direct aan de structuren door verschillende SEM- metingen (Scanning Electron Microscopy) op veel punten van het masker gemeten. Dat is evenwel een tijdrovend en onbetrouwbaar evaluatieproces, aangezien de meetfouten en de slechte herhaalbaarheid van een SEM 20 van nadeel zijn. Zo beïnvloedt bijvoorbeeld de richting van een elektronenstraal het meetresultaat significant. Om deze reden is deze werkwijze voor in kwarts geëtste lithografiemaskers niet geschikt, aangezien hierbij geen goed gedefinieerde etsingen voor de SEM-meting 25 aanwezig zijn.

Voor nieuwe maskertechnologieën, zoals interferentiemaskers, wordt de maskerevaluatie zeer moeilijk. Interferentiemaskers omvatten trenches (geulen) , die in het masker zijn geëtst en een buiging 30 (faseverschuiving) van het doorgeleide licht bewerkstelligen. Voor de bepaling van de buigings- en overdrachtsparameters bestaat evenwel geen bekende werkwij ze.

Toegepast wordt een combinatie uit een dieptemeting 35 en een optische meting onder gebruikmaking van een MSM-microscoop (Microlithography Simulation Microscope). De met een dergelijke microscoop verkregen meetwaarden worden tenslotte met lijnbreedtemetingen van gestructureerde wafers vergeleken, om informatie over 1 n ? s Ω 1 6

J

- 3 - de waarde van de nieuw geproduceerde lithografiemaskers te verkrijgen.

Een verdere doelstelling bestaat eruit nu tot de inspectie van defecten over te gaan. Aangezien een 5 aantal defecten op het lithografiemasker op de op de wafer uitgevormde chips worden overgedragen, is het zeer belangrijk om een foutloze maskerstructuur te waarborgen. Aangezien elke processtap bij de maskervervaardiging onvermijdelijk een aantal defecten 10 in het lithografiemasker genereert, is het noodzakelijk om in staat te zijn lithografiemaskers te inspecteren en te repareren.

Bij de maskerinspectie wordt het lithografiemasker op defecten onderzocht en de gevonden defecten volgens 15 hun betekenis voor de lithografie en de invloed op de functionaliteit van de chip geclassificeerd.

Maskerdefecten, die de functionaliteit en de betrouwbaarheid van de chipfunctie in gevaar zouden brengen, moeten beslist worden gerepareerd.

20 De tegenwoordig toegepaste testinrichtingen benutten de laser-scanning- microscopie, om lithografiemaskers op defecten te controleren. Daarbij wordt het maskeroppervlak met een laserstraal afgetast en het gereflecteerde en 25 overgedragen licht gemeten. Bij defectvrije gebieden ligt de som van het gereflecteerde en van het overgedragen licht boven een vooraf gedefinieerde waarde, terwijl bij defecten het licht wordt gestrooid, zodat de som van de intensiteiten zich van een vooraf 30 gedefinieerde waarde onderscheidt.

Bij high-end-maskers wordt deze benadering op verschillende wijzen uitgebreid, zoals bijvoorbeeld dat in plaats van de vergelijking met een constant referentiesignaal (die-to-database) een aangrenzende 35 chip als referentie voor de "die-to-die"-inspectie wordt benut.

Bij standaard-kwaliteitsmaskers is deze benadering eenvoudig en efficient met betrekking tot de inspectietijd en de kosten. Bij high-end-maskers en in 10250 1 6 ·> - 4 - het bijzonder bij interferentiemaskers lijdt deze benadering onder het feit dat deze een verschillend lagere golflengte dan bij de afsluitende lithografiestap benutten. Aangezien echter een lagere 5 golflengte een lagere resolutie betekent, is de gevoeligheid met betrekking tot defecten geringer dan bij het afsluitende lithografieproces.

Een ander probleem van de laser-scanning-werkwijze is dat de interferentiemaskers (buigingsroosters) bij 10 de laserscanning en bij de optische afbeelding zeer verschillend worden gezien.

Een oplossing van dit probleem bestaat eruit het lithografische afbeeldingsproces met een gemodificeerde microscoop te simuleren. Een dergelijk soort 15 lithografie-microscopen wordt afgekort met de productnaam MSM (Microlithography simulation

Microscope) aangeduid en wordt bijvoorbeeld door de firma Zeiss aangeboden. De MSM heeft het voordeel dat hij dezelfde golflengte als bij het lithografieproces, 20 dezelfde belichting van het lithografiemasker en dezelfde optische specificaties voor de openingshoek van de projectie-optiek gebruikt.

In tegenstelling tot de lithografische belichting, waarbij de afbeelding van het lithografiemasker wordt 25 verkleind, vergroot de MSM de afbeelding van het lithografiemasker op een sensor. Verder kan de MSM slechts een klein segment van het masker gelijktijdig afbeelden.

Bij het stapsgewijs aftasten van het 30 lithografiemasker is het mogelijk om afbeeldingen hiervan op te nemen, die in wezen met de intensiteit overeenkomen, waarmee een wafer belicht zou worden.

Wanneer een fout een sterke invloed op de belichting van de laklaag heeft, zou dit uit het 35 luchtbeeld, dat door de MSM-microscoop is opgenomen, zichtbaar zijn. Om de microscoop evenwel voor de inspectie te kunnen benutten, heeft men een foutsignaal nodig, dat het defect signaleert. Derhalve moet het lithografiemasker verschillende identieke chip-layouts 1025016 *

J

- 5 - hebben, zodat de microscoop deze afbeeldingen paarsgewijs kan vergelijken.

Het nadeel bij deze werkwijze is dat elke afbeelding door de algemene ruis wordt beïnvloed en dat 5 de uiteindelijke foutafbeelding een hogere ruis heeft.

Een ander nadeel van deze werkwijze is diens complexiteit, doordat de totale afbeelding van een "die" in het geheugen van de computer moet worden gescand, gejusteerd en vergeleken. Dat vereist een 10 aanzienlijk geheugenvolume en ook aanzienlijke rekentijd.

Bij het aanbrengen in een masker trap is deze met betrekking tot de sensor meestal licht verdraaid. Deze maskerwerkwijze kan de verdraaiing van het masker en de 15 vergrotingsfactor van het masker met hoge nauwkeurigheid bepalen en corrigeren. Wanneer vergroting en beeldverdraaiing bekend zijn, kan men de Fouriercoëfficiënten bepalen. Door middel van terugtransformatie door middel van een Fourierreeks 20 verkrijgt men een gereconstrueerd ruisvrij beeld.

Aan de uitvinding ligt de doelstelling ten grondslag de globale eigenschappen van een masker te karakteriseren en lokale beeldfouten te herkennen.

De aan de uitvinding ten grondslag liggende 25 doelstelling wordt bij een werkwijze van de in het begin genoemde soort bereikt door kalibrering van een eerste afbeelding van elke array-structuur van geselecteerde plaatsen van het lithografiemasker, berekening van de Fourier-coëfficiënten op het 30 referentiepunt van een array/buigingsrooster, berekening van een restafbeelding uit het verschil tussen de originele afbeelding van het array en de Fourier-uitbreiding en vorming van een drempelwaarde, om een de fout aanduidende afbeelding te berekenen.

35 De Fourier-coëfficiënten zijn een volledige beschrijving van de optische eigenschappen van een periodieke structuur, die echter door middeling over het beeldveld van hoge kwaliteit en nauwkeurigheid is. Om de speciale afbeeldingseigenschappen van 1 02 5.016

J

- 6 - alternerende fasemaskers (interferentiemaskers) te karakteriseren, is de opname van de beeldintensiteit via de defocus noodzakelijk.

De kalibratie kan door bepaling van de 5 maskerdraaiing en de bepaling van de vergroting plaatsvinden. Het doel van de kalibratie bestaat eruit de hoek van de maskerdraaiing met zo hoog mogelijke numerieke nauwkeurigheid te bepalen.

Bij voorkeur vindt de bepaling van de draaihoek en 10 de vergroting door numerieke optimalisatie plaats, doordat de draaihoek en de vergrotingsfactor zodanig wordt gekozen, dat de waarde van de bijbehorende Fourier-coëfficiënt maximaal is.

Om de rimpeling bij de berekening van de 15 restafbeelding te verkleinen, wordt bij voorkeur een aanvullend frequentiefilter gebruikt.

In een verdere voortzetting van de uitvinding worden de Fourier-coëfficiënten overeenkomstig een foutbepalingsalgoritme bepaald en berekend, waarbij de 20 Fourier-coëfficiënten van de hoofdpositie op veel plaatsen van het masker worden gemeten. De Fourier-coëf ficiënten worden dan door terugtransformatie en een vooraf bepaalde intensiteitsdrempelwaarde in een lijnbreedtewaarde omgerekend, zodat een gemiddelde 25 waarde van de afwijking van de lijnbreedte door vorming van een gemiddelde waarde over alle meetpunten wordt bepaald. Het lithografiemasker wordt afgewezen, indien de afwijking van de lijnbreedte groter is dan een vooraf bepaalde drempelwaarde.

30 Een verdere uitvoering van de uitvinding voorziet erin dat voor het bepalen van de fasefout elke maskerpositie onder verschillende brandpuntsafstanden wordt opgenomen en daarna de breedte van de afbeeldingslijnen en de afstanden hiervan door 35 toepassing van de Fourier-analyse wordt gemeten. De afwijking over de defocussering wordt dan uit het verschil van de aangrenzende tussenruimten bepaald, indien de afwijking een vooraf bepaalde drempelwaarde overs chr i j dt.

1 0250 1 6

J

- 7 -

Uit het ruisvrije beeld en de originele meting kan door verschilvorming een foutbeeld worden berekend. Aangezien de hoofdfeature nu weg is, kunnen grove beeldfouten door de drempelwaardedetector gemakkelijk 5 worden herkend. Voor de inspectie van defecten is slechts een opname in de focus nodig.

De werkwijze voor het vervaardigen van lithografiemaskers is verder gekenmerkt door bekleden, etsen, ontwikkelen van een chroommasker, een 10 halftoonmasker, of een interferentiemasker als lithografiemasker, inspecteren van het lithografiemasker en repareren van het lithografiemasker.

De reparatie kan door middel van ionenetsen, of 15 door benutting van een atoommicroscoop voor de.

microbewerking van het lithografiemasker plaatsvinden.

Het fundamentele idee van deze uitvinding bestaat er daarbij uit, voordeel te behalen uit het feit dat bij geheugenchips het grootste deel van het design uit 20 regelmatige array-achtige structuren bestaat. Deze arraystructuren zijn gelijktijdig de structuren met de hardste eisen aan de kwaliteit van de lijnbreedten, de reparatie en de inspectie van defecten.

Wanneer de positie, dat wil zeggen de verticale en 25 de horizontale positie van een array vooraf is bepaald, kan dit array door middel van een Fourier-analyse van de microscoopafbeelding worden geïnspecteerd. Het resterende gebied van het masker kan dan ofwel door middel van een van .de hierboven vermelde die-to-die-30 inspectiewerkwi jzen, of door middel van een conventionele laserinspectie met geringere resolutie worden geïnspecteerd.

Wezenlijk voordeel van de benutting van de Fourier-analyse van de afbeelding, vergeleken met de die-to-35 die-inspectie, is:

Er is minder computercomplexiteit (geheugen en computercomplexiteit) noodzakelijk, waaruit een kosten-en tijdsbesparing resulteert.

1 025016 - 8 -

Er wordt een betere gevoeligheid bereikt, aangezien slechts een van ruis voorziene afbeelding vergeleken hoeft te worden.

Het is ook mogelijk om compensatiefouten bij 5 interferentiemaskers te meten. Hierbij moet in acht worden genomen dat de karakterisering van maskers door middel van de conventionele die-to-die-inspectie- algoritmen niet mogelijk is.

Het is verder mogelijk om de maskers CD uit de 10 intensiteit van de hogere Fourier-coëfficiënten te bepalen.

Nadelig bij deze werkwijze is slechts dat een beperking tot periodieke structuren noodzakelijk is.

Er moet echter op worden gelet dat de beperking tot 15 periodieke structuren gemakkelijk wordt gecompenseerd, door de betere gevoeligheid en de geringere eisen aan snellere en goedkopere computers.

Men kan ook beide werkwijzen met elkaar combineren, zodat de dichte structuren door de Fourier-analyse 20 worden geïnspecteerd en de perifere, minder dichte structuren door de die-to-die-inspectie.

Naast de foutinspectie is het algoritme ook voor de karakterisering van het masker geschikt. Het is mogelijk om het gebied van de "off-target"-fout van de 25 Cr lijnbreedte op het masker te bepalen.

Voor dit doeleinde wordt de amplitude van de Fourier-coëfficiënt van de hoofdkenmerksoort met een referentiewaarde vergeleken. Wanneer de waarde geringer/kleiner is dan de referentiewaarde, dan heeft 30 het masker een grote positieve/negatieve tekeningsfout. Het is ook mogelijk om de masker-CD-gelijkvormigheid te bepalen. Door de herhaling van deze meting op veel plaatsen bereikt men een zeer nauwkeurige gehele-oppervlak-karakterisering van het masker.

35 Bij maskers volgens de interferentietechnologie kunnen de buigingsparameters (phase shift parameter) en de overdrachtsfouten door deze analysewerkwijze worden bepaald.

1 0250 1 6 - Λ - 9 -

De uitvinding wordt hieronder aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld nader uiteengezet.

Figuur la toont een afbeelding van een dicht lijnenpatroon van een masker; 5 Figuur lb toont de weergave van het masker volgens figuur 1 volgens plaatsgevonden Fourier-transformatie;

Figuur 2 toont aan het origineel gemeten intensiteitsfuncties van de gemeten afbeelding zonder en met filtering van de data; 10 Figuur 3 a een foutafbeelding vóór de beeldverwerking;

Figuur 3b toont de foutafbeelding volgens figuur 3a na de beeldverwerking met duidelijk zichtbare golfvormige patronen, die door afbeeldingsfouten van de 15 camera werden veroorzaakt;

Figuur 4a toont een originele afbeelding van een defect masker; - Figuur 4b toont de restfoutafbeelding van het masker na de beeldverwerking; 20 Figuur 5a toont een weergave van de defectsignalen van het defecte masker zonder filtering bij een drempelwaarde van 6%;

Figuur 5b toont het defectsignaal na filtering van de Testafbeelding met een drempelwaarde van 6%; 25 Figuur 6a toont een algoritme voor het vinden van defecten voor een periodiek ingangsbeeld; en

Figuur 6b toont een algoritme voor de kwalificatie van alternerende fasemaskers.

Hieronder wordt de voorgestelde werkwijze voor het 30 vaststellen van defecten kort uiteengezet.

Figuur la toont lijnpatronen voor een interferentiemasker met een afstand (pitch) van 720 nm, opgenomen met een MSM-193 microscoop. Voor een oneindig periodiek roosternetwerk geeft de Fourier-transformatie 35 een discreet rooster bij een voorbeeldfrequentie van 1/pitch. Aangezien het rooster in het voorbeeld niet oneindig is, zijn de resulterende spectraallijnen door de resonantiefrequentie van de beeldgrenzen begrensd.

1025016 Λ· - 10 -

Bij dit voorbeeld bedraagt de pitch van het rooster 720 run, waarbij uit het Fourierbeeld te zien is dat het rooster een steile piek bij een frequentie van 1/720 nm geeft. In het Fourierbeeld kan men een zwakke piek bij 5 een frequentie van 1/1440 run zien (figuur lb) . Dat is een speciale eigenschap van interferentiemaskers, die een dergelijke (ongewenste) intensiteitsstoring kunnen hebben.

Bij een bij wijze van voorbeeld gegeven berekening 10 van de piekamplitude van het hoofdkenmerk kan men een referentiepatroon door een inverse Fourierreeks-uitbreiding berekenen.

Figuur 2 toont het resultaat aan het gereconstrueerde signaal, dat met Fourier-coëfficiënten 15 bij een grondfrequentie van 1/720 nm en 1/1440 nm wordt verkregen. Het verschil tussen de gemeten afbeelding met de Fourier-reconstructie levert een foutafbeelding, die voor de foutdetectie gebruikt kan worden.

Figuur 3b toont de resulterende foutafbeelding na 20 de aftrekking van de Fourier-referentie van de gemeten afbeelding (figuur 3a) . Zoals herkend kan worden, ontstaat een zwakke rimpeling in de roosterperiode, maar ook een golfvormig patroon, die uit een afbeeldingsfout van de camera resulteren. Door 25 toepassing van een tweede filterstap, die een ringvormig banddoorlaatfilter rond de roosterfrequentie benut, kan de rimpeling verder worden gereduceerd en kan het contrast van het defect verder worden vergroot.

Er moet hier rekening mee worden gehouden dat het 30 defect niet door het masker is veroorzaakt. Deze afbeeldingsstoring werd door een stofkorreltje op de lens van de CCD-camera veroorzaakt. Het bijbehorende algoritme is in figuur 6a samengevat.

In het tweede voorbeeld (figuren 4a, 4b) werd de 35 Fourier-filtertechnologie op een afbeelding van een getest defect masker toegepast. Zoals in figuur 4a zijkant te zien is, zijn de defecten in de restafbeelding zichtbaar en kunnen door een drempelwaardeschakelaar worden herkend.

1 02 5 0 1 8 - 11 -

Figuur 5a toont een weergave van de defectsignalen van het defecte masker zonder filtering bij een drempelwaarde van 6% en figuur 5b toont het defectsignaal na filtering van de Testafbeelding met 5 een drempelwaarde van 6%.

In de tot zover gegeven voorbeelden werd slechts één lijnrooster voor de Fourierbewerking gebruikt.

Door de vereenvoudiging is de werkwijze niet alleen tot lijnroosters beperkt. Het is mogelijk om de 10 werkwijze op tweedimensionale roosters, zoals contactgaten of trench arrays toe te passen. Het bijbehorende algoritme is in figuur 6a samengevat.

1 0250 1 6

Claims (9)

1. Werkwijze voor inspecteren van periodieke structuren op een lithografiemasker met een microscoop 5 met een justeerbare verlichting, een activeringselement voor het bewegen van een kruisslede met het daaraan bevestigde lithografiemasker, om afbeeldingen van het lithografiemasker op een computergestuurde plaats op het lithografiemasker op te nemen, waarbij positie, 10 grootte en pitch-specificatie van het masker worden opgeslagen, gekenmerkt door kalibratie van een eerste afbeelding van elke arraystructuur van geselecteerde plaatsen van het lithografiemasker, berekening van de Fourier-15 coëfficiënten op het referentiepunt van een array/buigingsrooster, berekening van een restafbeelding uit het verschil tussen de originele afbeelding van het array en de Fourier-uitbreiding en vorming van een drempelwaarde, om een de fout 20 aanduidende afbeelding te berekenen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kalibratie door bepaling van de maskerdraaiing en de bepaling van de vergroting plaatsvindt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, 25 dat de bepaling van de draaihoek en de vergroting door numerieke optimalisatie plaatsvindt, doordat de draaihoek en de vergrotingsfactor zodanig wordt gekozen dat de waarde van de bijbehorende Fourier-coëfficiënt maximaal is.

4. Werkwijze volgens de conclusies 1 tot en met 3, met het kenmerk, dat een aanvullend frequentiefilter wordt gebruikt om de rimpeling in de restafbeelding te verminderen.

5. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en 35 met 4, met het kenmerk, dat de Fourier-coëfficiënten overeenkomstig een fout-bepalingsalgoritme worden bepaald en berekend, dat de Fourier-coëfficiënten van de hoofdpositie op veel plaatsen van het masker worden gemeten, dat de Fourier-coëfficiënten door 1025016- ¥ - 13 - terugtransformatie en een vooraf bepaalde intensiteitsdrempelwaarde in een lijnbreedtewaarde worden omgerekend, dat een gemiddelde waarde van de afwijking van de lijnbreedte door vorming van een 5 gemiddelde waarde over alle meetpunten wordt bepaald, en dat het lithografiemasker wordt afgewezen, indien de afwijking van de lijnbreedte groter is dan een vooraf bepaalde drempelwaarde.

6. Werkwijze volgens een van de conclusies 1 tot en 10 met 5, met het kenmerk, dat voor het bepalen van de fasefout elke maskerpositie onder verschillende brandpuntsafstanden wordt opgenomen, dat navolgend de breedte van de afbeeldingslijnen en de afstanden hiervan door toepassing van de Fourier-analyse wordt 15 gemeten, en dat de afwijking over de defocussering uit het verschil van de aangrenzende tussenruimten wordt bepaald, wanneer de afwijking een vooraf bepaalde drempelwaarde overschrijdt.

7. Werkwijze voor vervaardigen van maskers volgens 20 de conclusies 1 tot en met 6, gekenmerkt door bekleden, etsen, ontwikkelen van een chroommasker, een halftoonmasker, of een interferentiemasker als lithografiemasker, inspecteren van het lithografiemasker en reparareren van het 25 lithografiemasker.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de reparatie door middel van ionenetsen wordt uitgevoerd.

9. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, 30 dat de reparatie door benutting van een atoommicroscoop voor de microbewerking van het lithografiemasker plaatsvindt. 1025016