WO2014202517A2 - Verfahren und vorrichtung zum automatisierten bestimmen eines referenzpunktes einer ausrichtungsmarkierung auf einem substrat einer photolithographischen maske - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum automatisierten bestimmen eines referenzpunktes einer ausrichtungsmarkierung auf einem substrat einer photolithographischen maske Download PDF

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reference point
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μπι
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Michael Budach
Ralf Schönberger
Michael Jöst
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Carl Zeiss Sms Gmbh
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    • G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
    • G—PHYSICS
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    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088—Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for automatically determining a reference point of an alignment mark on a substrate of a photolithographic mask.
  • a mask set may comprise a range of about 20 to 50 individual masks.
  • FIG. 1 schematically shows that photomasks have one or more alignment marks which serve as a reference point (e) for the mask-internal coordinate system.
  • the reference mark of the alignment mark could be the reference point
  • the alignment mark may be subject to a fluctuation of up to ⁇ 500 ⁇ relative to the outer edges of the photomask. This means that error-free absorber elements can be shifted from one mask to the next by up to a millimeter in the extreme case.
  • FIG. 2 shows the fluctuations with which the robot places masks on a sample table in the course of time.
  • the position deviation from the mean value is again about ⁇ 500 ⁇ .
  • the alignment mark still comes within the field of view of, for example, a microscope, for example an electron beam microscope, and can thus be identified in a simple manner.
  • a microscope for example an electron beam microscope
  • the alignment mark does not fall within the field of view of the microscope used for examination. Therefore, to find an alignment mark on a photomask, it is necessary to scan a portion of the mask substrate with the high-resolution microscope, the dimensions of which may be several millimeters. This search process currently has to be done manually and is very time consuming.
  • FIG. 3 shows a field of view of an electron beam microscope which extends over several hundred micrometers. The alignment mark is only extremely difficult to identify in FIG.
  • the present invention is therefore based on the problem, a method and an apparatus for determining a reference point of an alignment mark on a substrate of a photolithographic specify a mask that avoids manually locating the alignment mark.
  • the method of automatically determining a reference point of an alignment mark on a substrate of a photolithographic mask comprises the steps of: (a) performing a first line scan within a start region of the substrate in a first direction on a surface of the substrate; Alignment mark is arranged within the start area, for finding a first element of the alignment mark; (b) performing a second line scan within the start region in at least a second direction on the surface of the substrate intersecting the first direction to locate a second element of the alignment mark; (c) estimating the reference point of the alignment mark from the located first element and the found second element of the alignment mark; and (d) imaging a target area around the estimated reference point of the alignment mark to determine the reference point of the alignment mark, wherein the mapping is at a higher resolution than performing the line scans in steps (a) and (b).
  • the method according to the invention exploits the geometric shape of alignment marks. These typically have two elongated elements that are at a right angle to each other. The two elements have macroscopic dimensions in one plane.
  • the defined method for automatically determining a reference point of an alignment mark is not limited to alignment marks whose elements form a right angle or whose elements are rectilinear. Much more for example, the method according to the invention can be applied to any alignment marks which comprise two elongated elements which form an angle other than 0 °.
  • the method according to the invention decomposes the determination of a reference point of an alignment mark into two sub-processes. First, finding the alignment mark. For this purpose, the two-dimensional search process is split into two coupled one-dimensional search processes. This makes it possible to automate the search process. In addition, the two coupled one-dimensional search processes are preferably performed with a resolution adapted to the feature sizes of the alignment mark. The combination of automation and custom resolution speeds up locating the alignment mark.
  • mapping of the target area for determining the reference point of the alignment mark then takes place with a higher resolution, so that the reference point can be determined with the required accuracy.
  • the defined method optimizes the determination of the reference point of an alignment mark in both time and accuracy.
  • the method further comprises the steps of: (e) performing a third and a fourth line scan within an intermediate region around the estimate of the reference point of the alignment mark after step (c), wherein the intermediate region is smaller than the start region and larger than the target area; (f) re-estimating the reference point of the alignment mark from retrieving the first element and the second element of the alignment mark by the third line scan and the fourth line scan; and (g) performing step (d) using the re-estimate of the reference point.
  • the method further comprises the step of repeating steps (e) through (f) to re-estimate the reference point with a positional inaccuracy below a predetermined threshold.
  • the predetermined threshold is 100 ⁇ , preferably 20 ⁇ , more preferably 5 ⁇ and most preferably 1 ⁇ .
  • the defined method makes it possible to repeat the two coupled one-dimensional search processes in order to achieve an input accuracy required for the second sub-process.
  • the two sub-processes can be carried out in such a way that the time for determining the reference point of the alignment mark becomes as short as possible.
  • the method further comprises the steps of: (h) performing a third and a fourth line scan within the start region and outside an intermediate region around the estimate of the reference point of the alignment mark after step (c), wherein the intermediate region is smaller than the starting area and larger than a destination area; (i) re-estimating the reference point of the alignment mark from the re-finding of the first element and the second element of the alignment mark by the third line scan and the fourth line scan; and (j) performing step (d) using the re-estimate of the reference point.
  • step (c) of the method comprises comparing the first line scan and the second line scan with stored reference marks.
  • the determination of the reference point has a position inaccuracy ⁇ 10 ⁇ , preferably ⁇ ⁇ , more preferably ⁇ 300 nm and most preferably ⁇ 100 nm.
  • the method further comprises the steps of: (k) shifting the start region if no reference point is estimated in step (c); and (1) repeating steps (a), (b) and (c).
  • the defined method may be configured to autonomously and systematically search a given area of the mask substrate, adapted to the shape of an alignment mark.
  • the division of the area into partial areas can be selected depending on the shape of the alignment mark and the two-dimensional distribution of the alignment mark (s).
  • performing the first and second line scans includes applying a confocal spectroscopic reflectometer.
  • performing the first and second line scans involves applying the confocal spectroscopic reflectometer without prior focusing.
  • the method further comprises the step of: adjusting the signal-to-noise ratio of the first and second line scans by the distance of the substrate of the photolithographic mask and an exit lens of the confocal spectroscopic reflectometer.
  • the presence of a reflective reference mark can optimize the signal-to-noise ratio of the radiation reflected by the reference mark.
  • mapping the target area involves applying a scanning electron microscope and / or a focused ion beam microscope and / or a light microscope.
  • an apparatus for automatically determining a reference point of an alignment mark on a substrate of a photolithographic mask comprises: (a) means for performing a first line scan and a second line scan within a start region of the substrate in a first direction on a surface the substrate, wherein the alignment mark is disposed within the start region, for finding a first element and a second element of the alignment mark; (b) means for estimating the reference point of the alignment mark from the first and second elements of the alignment mark; and (c) means for mapping a target area around the estimated reference mark of the alignment mark to determine the reference mark of the alignment mark, the means for mapping the target area having a higher resolution than the means for performing the first line scan and the second line scan.
  • the means for performing a first line scan and a second line scan a lateral spatial resolution ⁇ 100 ⁇ , preferably ⁇ 50 ⁇ , more preferably ⁇ 20 ⁇ and most preferably ⁇ 10 ⁇ on.
  • the means for performing a first line scan and a second line scan includes means for locally scanning the surface of the substrate.
  • the means for performing a first line scan and a second line scan comprises: (d) a sensor configured to direct focused electromagnetic radiation to the substrate and to receive electromagnetic radiation reflected and / or transmitted by the substrate; (e) a scanning unit configured to scan the sensor and / or the substrate in a plane perpendicular to the focused electromagnetic radiation; and (f) a control unit, which is connected to the sensor and which is designed to determine a local intensity distribution from the electromagnetic radiation received by the sensor.
  • control unit is further connected to the scanning unit and is configured to control the scanning unit.
  • the scanning unit has a spatial resolution ⁇ 20 ⁇ , preferably ⁇ 10 ⁇ , more preferably ⁇ 1 ⁇ and most preferably ⁇ 0.5 ⁇ on.
  • the sensor comprises a confocal spectroscopic reflectometer.
  • the sensor is configured to perform the first and second line scans without prior focussing.
  • the signal-to-noise ratio of the first and second line scans is adjusted by the distance of the substrate of the photolithographic mask and an exit lens of the confocal spectroscopic reflectometer.
  • the means for imaging the target region has a spatial resolution ⁇ 200 nm, preferably ⁇ 50 nm, more preferably ⁇ 10 nm and most preferably ⁇ 2 nm.
  • the means for imaging the target area comprises a scanning electron microscope and / or a focussed ion beam microscope and / or a light microscope.
  • the means for estimating the reference point of the alignment mark comprises a processor which is designed to estimate the reference point of the alignment mark from the found first and second elements and / or to determine the reference point of the alignment mark from the image of the target area.
  • the means for estimating the reference point of the alignment mark comprises a memory for storing reference marks. 4. Description of the drawings
  • Fig. 1 shows a plan view of a substrate of a mask having a
  • Fig. 2 shows a distribution of a placement of a mask on a
  • FIG. 9 Presenting a sample table by a robot; shows a detail of a plan view of the substrate of a mask having an alignment mark; shows a schematic plan view of the substrate of a photomask, in each of whose corners an alignment mark in the form of a cross is attached; a schematic overview of a device for automatically determining a reference point of an alignment mark illustrates;
  • Figure 12 illustrates a schematic overview of some components of a confocal spectroscopic reflectometer for performing line scans; represents a diagram representing the change in the reflectivity ratio between the mask substrate and an alignment mark;
  • Figure 3 presents three intensity traces of the transition mask substrate alignment mark measured by the confocal spectroscopic reflectometer at different distances from the surface of the mask substrate; illustrates an alignment mark with two line scans;
  • Fig. 9 is an enlarged section of the center of the alignment mark of Fig. 9a; shows the intensity profile of the first line scan of FIG. 9a;
  • FIG. 9 d shows the intensity profile of the second line scan of FIG.
  • Figure 9 illustrates the alignment mark of Figure 9a with a third and a fourth line scan; shows the intensity profile of the third line scan of Fig. 10a; represents the intensity profile of the fourth line scan of Fig. 10a; presents an alternative course of the third and fourth line scans; shows an alignment mark twisted with respect to the directions of the first and second line scans; indicates a third and a fourth line scan in a start region by an estimate of a reference mark of the alignment mark so that the reference mark for an alignment mark can be obtained by means of the first two line scans of FIG. 12 and the third and fourth line scans; indicates an alignment mark disposed in an ambiguous region of a mask substrate, as well as a first and a second line scan; Fig. 14 illustrates a third and fourth line scan for resolving the ambiguity of Fig. 14; 16 shows a fifth and sixth line scan for resolving the
  • Fig. 14 represents;
  • Fig. 17 shows the center of the alignment mark of Figs. 9a, 10a, 11, 12 and 13 in the image of a scanning electron microscope;
  • Fig. 18 illustrates the scan areas of the scanning electron microscope for determining the reference point of the alignment mark; and indicates possible scans of the scanning electron microscope to refine the determination of the reference point of the alignment mark.
  • the method and the device according to the invention are not limited to the use of transmissive photomasks. Rather, these can also be used for the automated determination of reference points of reflective masks such as EUV masks.
  • the method of the invention may be used generally for automatically determining reference marks or alignment marks. In particular, it is possible with the defined method, for example, to determine reference markings on wafers in automated form, for example to align a scanner or a stepper for exposure of the wafer with regard to these markings.
  • the image 400 of FIG. 4 shows a schematic representation of the plan view of a substrate 505 of a photolithographic mask, a photomask. ke or mask 510.
  • the substrate 505 is currently preferably a quartz substrate.
  • Other materials may also be used to make a substrate such as ultra low expansion glass (eg ULE®), low thermal expansion glass, or glass-ceramic (eg
  • Ceran® or LTEM® or other suitable materials with a low thermal expansion coefficient.
  • square photomasks with a dimension of 6 inches are commonly used.
  • the method described below can be used to align photomasks of different sizes.
  • the substrate 505 of the square mask 510 has reference marks or alignment marks 515, 520, 525, and 530 in the form of crosses near the four corners.
  • the cross-sectional alignment marks shown here are merely exemplary. The method presented in this application can be used for all currently used reference marks for aligning photomasks. In addition to crosses, which often include other elements such as squares, angles are often used as alignment marks at the four corners of the substrate 505 of the mask 510 (not shown in FIG. 4).
  • the method presented here is independent of the shape of the alignment mark as long as it has elements that are non-collinear in two directions that have a macroscopic extent.
  • the length of the bars of the crosses or the elements of the alignment marks 515, 520, 525 and 530 of the substrate 504 is typically in the range of millimeters. Their width, however, is only a few microns.
  • an alignment mark 515, 520, 525, 530 may be applied to the substrate 505 of the mask 510 in the form of an absorber element.
  • Embodiments also have a topology contrast component when scanning with a scanning electron microscope and / or with a focussed ion beam microscope in addition to a material contrast.
  • a topology contrast component when scanning with a scanning electron microscope and / or with a focussed ion beam microscope in addition to a material contrast.
  • the image of a Scanning Electron Microscope or Focussed Ion Beam Microscope has only a topology contrast.
  • FIG. 5 schematically shows an overview of the parts of a device 500 for automatically determining a reference point of an alignment mark 515, 520, 525 and 530.
  • the lower part of FIG. 5 shows a section through the substrate 505 of the photomask 510 of FIG. 4 in the area of the alignment marks 525 and 530.
  • the first device 550 is adapted to perform line scans in the areas of the substrate 505 in which the alignment marks 525 and 530 are mounted. For the subsequent mask repair process, finding one of the alignment marks 525 or 530 or 515 or 520 may be sufficient. Often, however, at least two of the alignment marks 515, 520, 525, and 530 are examined to determine not only a displacement but also a possible rotation of the substrate 505 of the mask 510. Further, more than two alignment marks 515, 520, 525, and 530 may be analyzed to account for higher order effects for subsequent mask repair.
  • the measurement data of the line scans forwards the first device 550 to the computing or control unit 570 via the connection 555.
  • the computing or control unit 570 may be embodied, for example, in the form of a microprocessor or in the form of a computer system.
  • the arithmetic or control unit 570 obtains an estimate for a reference point of the alignment mark 525 or 530 from the data of the line scans. With this estimation, the arithmetic unit 570 controls the connection 565, the second device 560 operating at a higher resolution than the first device 550 such that the second device 560 scans an area about which the estimated reference point of the alignment mark 525, 530 - or the target area. From the measurement data of the second device 560, which in turn are transmitted to the arithmetic unit 570 via the connection 565, the arithmetic unit 570 determines the reference point of the alignment mark 525 or 530.
  • FIG. 6 schematically shows an example of the first device 550 of FIG. 5 for performing line scans.
  • a confocal spectroscopic reflectometer 600 is shown schematically.
  • This gauge is just one example of a class of gauges that can be used to locate the elements of an alignment mark.
  • a profile meter can be used, i. a measuring device for the two- or three-dimensional measurement of microscopic or submicroscopic surface topographies.
  • profilers can be used, which work with optical methods (such as laser profilometry or white light interferometry) and thus scan the surface without contact.
  • the substrate 505 of the photomask 510 having the alignment marks 515, 520, 525 and 530 is mounted on a sample stage 605.
  • the sample table 605 can be moved by a scanning unit 680 in a defined manner in a plane (x- / y-plane).
  • a scanning unit 680 may be used to move the sample stage 605 (not shown in FIG. 6).
  • the resolution of the movement of scanning unit 680 in the x and y directions should be in the range of one micrometer.
  • the scanning unit 680 may alternatively scan the confocal spectroscopic reflectometer 600 across the surface of the photomask 510 in a fixed photomask 510.
  • a white light source 620 of the confocal spectroscopic reflectometer 600 is directed by an optical fiber 625 and the diaphragm 630 onto a lens or a lens system 640 which is not color-compensated and thus dispersive.
  • the lens system 640 focuses the blue portion 650 of the white light source 620 in front of the surface of the substrate 505 of the mask 510.
  • the focus of the lens system 640 is due to the dispersion of the red portion 660 of the white light of the white light source 620 behind the surface of the mask substrate 505.
  • the distance of the exit lens of the confocal spectroscopic reflectometer 600 from the substrate 505 of the mask 510 is just set in the example shown in FIG. 6 such that the green wavelength portion 655 of the white light source 620 is applied to the surface of the mask substrate 505 is focused.
  • the surface of the mask substrate 505 reflects a certain portion of the green light 655 back into the lens system 640.
  • the reflected light is imaged onto the aperture 665 and passes therefrom directly or as shown in Fig. 6 by means of a light guide 670 into the spectrometer 675.
  • the spectrometer 675 spectrally analyzes the light reflected from the mask substrate 505.
  • the alignment mark 530 eg, chrome
  • the alignment mark 530 typically has a different material than its surroundings (eg, quartz). The two different materials usually have a different reflectivity. If the alignment mark 530 has a depression, this shifts the focus toward the red region of the wavelength spectrum of the white light source 620.
  • the spectrometer 675 detects a spectral shift of the light reflected by the alignment mark 530 to longer wavelengths.
  • the alignment mark is in the form of a Sorber Design applied to the mask substrate, so the impact of the white light on the alignment mark 530 shifts the reflected light detected by the spectrometer 675 to the blue end of the spectrum of the white light source 620.
  • the spectrometer 675 only a small wavelength range around the focus condition on the substrate 505th 5) (ie, the green wavelength portion 655 in the example of FIG. 6), the impingement of the light from the white light source 620 on the alignment mark 530 for both exemplary embodiments results in a decrease in the intensity of the reflected light in the wavelength range of interest.
  • the resolution of a confocal spectroscopic reflectometer 600 for determining the topology of a surface extends into the single-digit nanometer range and is therefore more than adequate for finding an alignment mark.
  • the lateral resolution of the confocal spectroscopic reflectometer 600 depends on the diameter of the apertures 630 and 665 and is in the single-digit micrometer range. As already mentioned above, the elements of the alignment mark 530 have a width in the range of a few micrometers. This allows confocal spectroscopic reflectometers to detect common alignment marks.
  • FIG. 7 shows, as by the choice of the distance between the confocal spectroscopic reflectometer 600 and the surface of the mask substrate 505 and thus the choice of the color of the light of the white light source 620 in focus on the substrate surface, the reflectivity ratio of the surface of the substrate to Surface of the alignment mark 530 can be adjusted.
  • the wavelength range of the white light source 620 used for measurement may be selected depending on the material of the mask substrate 505 and the alignment mark 530 and / or the topology of the transition from the substrate 505 to the alignment mark 530.
  • the distance between the surface of the mask substrate 505 and the confocal spectroscopic reflectometer 600 is about 15 mm in the example of FIG. 7.
  • the reflectivity ratio can be improved by more than a factor of two. This results in a corresponding improvement of the signal-to-noise ratio of the output signal of the spectrometer 675 of FIG. 6.
  • the shifting of the used wavelength range improves In the red part of the white light of the white-light source 620, the reflectance ratio is about a factor of two.
  • Fig. 8 represents intensity distributions of three transitions from an absorber material - in the example shown in Fig. 8, this is chromium - to the substrate 505, in the example shown this is quartz.
  • the alignment mark 530 was etched into the absorber material on the substrate 505 of the mask 510.
  • the thickness of the absorber layer is approximately 70 nm and the width of the elements or bars of the alignment mark 530 is in the range of approximately 5 ⁇ m.
  • the transition substrate 505 - alignment mark 530 - substrate 505 is shown, but rather a transition of absorber material to a wide area of the substrate removed from the absorber.
  • the right-hand graph of FIG. 8 shows the intensity change of the reflected light when the focus of the red portion 660 of the light of the white light source 620 was on the surface of the mask substrate 505. Accordingly, when the focus of the green portion 655 and the blue portion 650 were on the surface of the substrate 505 of the mask 510, the center and left curves show the intensity course of the topology jump and the material transition from the substrate surface to the level of the alignment mark 530. From the right curve to the left curve of FIG. was reduced by 1.2 mm between the confocal spectroscopic reflectometer 600 and the surface of the substrate 505.
  • the slope or the fall of the three curves is essentially independent of the wavelength range of the white light source 620 used.
  • This fact has the great advantage that the confocal spectroscopic reflectometer 600 can be used without prior elaborate focusing to find the alignment mark 530. This significantly speeds up the identification of the alignment mark 530.
  • the lateral resolution of the confocal spectroscopic reflectometer 600 used (80% -20% definition) is in the range of 8 ⁇ .
  • the white light source 620 as well as the spectrometer 675 are connected to the computing or control unit 570.
  • the computing or control unit 570 may control both the white light source 620 and the spectrometer 675.
  • FIG. 9a presents an enlarged section 900 of the plan view of the substrate 505 of the mask 510 of FIG. 5 containing the alignment mark 530.
  • the alignment mark 530 is in the shape of a cross with a first horizontal element 905 and a second vertical element 910. The lengths of the first 905 and the second element 910 are on the order of one millimeter.
  • FIG. 9a is again enlarged in the top left corner of FIG. 9b.
  • the width 917 of the first 905 and the second element 910 are in the example discussed at about 5 ⁇ .
  • the upper left corner of the Intersection of the first 905 and the second element 910 of the alignment mark 530 in the example of Fig. 9 marks the reference point 920 of the alignment mark 530.
  • the dashed horizontal line of Fig. 9a indicates the first line scan 940 of the confocal spectroscopic reflectometer 600.
  • Fig. 9c illustrates schematically illustrates the normalized intensity trace detected by the spectrometer 675 of the confocal spectroscopic reflectometer 600 during the first line scan 940.
  • the intensity of the reflected light changes primarily due to the difference in material between the alignment mark 530 and the substrate and due to the focus condition changed by the second element 910 of the absorber mark 530.
  • the final effect depends critically on the thickness of the absorber mark 530 and is small for thin absorber markers ( ⁇ 100 nm) compared to the effect of the material difference.
  • the spectrometer 675 registers this by a drop in the intensity in the wavelength range that satisfies the focussing condition for the surface of the mask substrate 505.
  • a second line scan 960 is performed.
  • the second line scan 960 encounters along its predetermined path the first element 905 of the alignment mark 530.
  • FIG. 9d illustrates the normalized intensity profile measured along the path during the second line scan 960.
  • the spectrometer 675 of the reflectometer 600 transmits the detected intensity profiles of the first 940 and of the second line scan 960 to the computing or control unit 570. This determines from these data A first estimate for the reference point 920 of the alignment mark 530.
  • the computing unit 570 shifts the substrate 505 by a selectable algorithm by the scanning unit 680 by an adjustable amount in a horizontal direction or in a vertical direction or in a horizontal one and vertical direction. Then the first line scan 940 is repeated. In the event that the first line scan 940 finds the second element 910 of the alignment mark 530 but the second line scan 960 does not encounter the first element 905 of the alignment mark 530 along its path, the computing or control unit 570 shifts the path of the second line scan 960 in the vertical direction by a predetermined distance and causes a repetition of the second line scan 960.
  • the presented method only requires that the two line scans 940 and 960 are not parallel to each other.
  • the accuracy of determining the reference mark of the alignment mark it is convenient to match the directions of the two line scans 940 and 960 to the symmetry of the alignment mark.
  • the line scans 940 and 960 it is not necessary for the line scans 940 and 960 to be along a straight line. Rather, line scans 940 and 960 can follow curved tracks. In particular, it is conceivable to execute the two line scans 940, 960 as a semicircle.
  • the estimate of the reference point 920 of the alignment mark 530 may be refined by further line scans.
  • the computing or control unit 960 determines an intermediate region 1050, which is shown in FIG. 10a.
  • the intermediate area 1050 is within the range of the first two line scans 940 and 960 or a start area.
  • the confocal spectroscopic reflectometer 600 performs a third line scan 1040.
  • FIG. 10 b illustrates the intensity profile along the third line scan 1040.
  • the reflectometer 600 then performs a fourth line scan 1060 along the right vertical edge of the intermediate region 1050.
  • the reflected intensity detected by the spectrometer 675 of the reflectometer 600 during the fourth line scan 1060 is shown in a standardized form in FIG. 10c.
  • the evaluation of the measurement data recorded by the line scans 1040 and 1060 takes place as described above in connection with the discussion of FIG. 9.
  • the reference point 920 is determined using the second device 560. However, if the estimate of the reference point 920 is still greater than a predetermined threshold, the estimate of the reference point 920 can be further refined by further line scans (not shown in FIG. 10a).
  • the computing or control unit 570 may include a memory (not shown in FIGS. 5 and 6) in which reference marks are deposited. These fiducials may reflect more details of the first 905 and second elements 910 of the alignment mark 530 than the first 940 and the second line scans 960 may resolve, and may thus be used to improve the estimate of the reference point 920 of the alignment mark 530. Further, it is possible to use four 940, 960, 1040, 1060 or more line scans together with stored reference marks to refine the reference point 920 of the alignment mark 530. The uncertainty in the estimate of the reference point 920 sufficient for the use of the second device 560 depends on the nature of the second device 560 of FIG.
  • an estimate of the reference point 920 of the alignment mark 530 having a full width at half maximum (FWHM) below 20 ⁇ is sufficient to terminate the use of the first device 550 (the confocal spectroscopic reflectometer 600 in the example of FIG. 6) and the second device 560 determine the reference point 920 of the alignment mark 530.
  • FWHM full width at half maximum
  • the third and fourth line scan As shown in FIG. If the third line scan 1140 is performed along the upper horizontal edge of the intermediate region 1050 in the indicated direction and the fourth line scan 1160 is along the left vertical edge of the intermediate region 1050, then out of the four signals of the line scans 940, 960, 1140 and 1160 of the spectrometer 675, the reference point 920 of the alignment mark 530 can be detected with greater accuracy and, moreover, it is possible to determine rotation of the alignment mark 530 with respect to the directions of the line scans 940, 960, 1140 and 1160.
  • the reference point 1230 determined from the line scans 940 and 960 is far from the actual reference point 1215 of the alignment mark 1200.
  • the actual reference point 1215 of the alignment mark 1200 may be determined with the utmost accuracy when performing a third line scan 1340 following the second line scan 960, and preferably in the opposite direction of FIG first line scan 940 is performed.
  • a fourth line scan 1360 is performed, which - as illustrated in FIG. 13 - preferably ends at the start point of the first line scan.
  • the reference point 1230 determined from the four line scans 940, 960, 1340 and 1360 is already close to the actual reference point 1215 of the alignment mark 1200.
  • FIG. 14 illustrates a reference mark or alignment mark 1480 in the form of a square embedded in a regular array of smaller squares 1470.
  • the arrangement 1400 is ambiguous, since after the first 1410 and the second line scan 1420 no reference point for the alignment mark 1480 can be determined. Even after a third 1530 and a fourth line scan 1540, as shown in the example of FIG. 15, no reference point for the alignment mark 1480 of the device 1400 can still be determined.
  • FIGS. 14-16 show the systematic application of the defined method of determining a reference mark of an alignment mark, as illustrated in FIGS. 14-16, results in the fifth 1650 and the sixth systematic line scan 1660 resolving the ambiguity of the exemplary assembly 1400.
  • FIGS. 14 to 16 after a total of six line scans 1410, 1420, 1530, 1530, 1650 and 1660 clearly determine a reference point for the alignment mark 1480 of the arrangement 140.
  • FIG. 17 shows the center 915 as well as the first element 905 and the second element 910 of the alignment mark 530 on the substrate 505 of the photomask 510, which was recorded with the second device 560.
  • the second device 560 was a scanning electron microscope.
  • a focussed ion beam microscope or a light microscope can be used which uses light from the ultraviolet region of the electromagnetic spectrum.
  • FAM atomic force microscope
  • the alignment mark 530 is etched into the absorber material of the photomask 510.
  • the scanning electron microscope can display a topology contrast and a material contrast, which is generated at the edges 1710-1745 of the first 905 and the second element 910 of the alignment mark 530 to the substrate 505 of the mask 510.
  • the interference structures of Fig. 17 as well as the following Figs. 18 and 19 are artifacts generated upon printing the images.
  • FIG. 18 shows the four scanning regions 1810, 1820, 1830 and 1840 of the scanning electron microscope in the region of the image of FIG. 17, which are used to determine the reference point 920 of the alignment mark 530.
  • the Scanning Electron Microscope or more generally the second device 560, determines the course of the edges 1710, 1720, 1725, and 1735 of the first 905 and second elements 910 of the alignment mark 530.
  • the gradients of the edges 1710, 1720 , 1725 and 1735 in the scan areas 1810, 1820, 1830 and 1840, the Scanning Electron Microscope transmits to the arithmetic or control unit 570.
  • the arithmetic or control unit 570 determines from the data of the scan areas 1810 and 1830, ie from the runs of the edges 1710 and 1725 the connecting line 1850 and from the data of the Scan area 1820 and 1840 and the curves of the edges 1720 and 1735, the connecting line 1860. From the intersection of the connecting lines 1850 and 1860, the computing and control unit determines the reference point 920 of the alignment mark 530th
  • the accuracy of determining the reference point 920 of the alignment mark 530 can be improved.
  • This process is indicated schematically in FIG. 19.
  • the edges 1710 and 1725 of the first element 905 of the alignment mark 530 are scanned across the scan areas 1910 and 1930 over a longer range.
  • the edges 1720 and 1735 of the second element 905 of the alignment mark 530 are also scanned over a greater distance by the scan areas 1920 and 19440.
  • the scanning electron microscope transmits the course of the edges 1710 and 1725 as well as the edges 1720 and 1735 to the computing and control unit 570.
  • the latter determines from these data the connecting lines 1950 and i960, which have a lower measurement error than the connecting lines 1850 and 1860.
  • the refinement step shown in FIG. 19 enables the precision of determination of the reference mark reference point 920 to be increased from the embodiment explained with reference to FIG.
  • the proposed method makes it possible to determine a reference point of an alignment mark of a substrate of a photomask even without a manual seek process, if the variation of the alignment mark from photomask to photomask ranges in the range of millimeters.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithographischen Maske, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Durchführen eines ersten Linienscans innerhalb eines Startbereichs des Substrats in einer ersten Richtung auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Ausrichtungsmarkierung innerhalb des Startbereichs angeordnet ist, zum Auffinden eines ersten Elements der Ausrichtungsmarkierung; (b) Durchführen eines zweiten Linienscans innerhalb des Startbereichs in zumindest einer zweiten Richtung auf der Oberfläche des Substrats, welche die ersten Richtung schneidet, zum Auffinden eines zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung; (c) Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem aufgefundenen ersten Element und dem aufgefundenen zweiten Element der Ausrichtungsmarkierung; und (d) Abbilden eines Zielbereichs um den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung herum zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung, wobei das Abbilden mit einer höheren Auflösung erfolgt als das Durchführen der Linienscans in den Schritten (a) und (b).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf ei- nem Substrat einer photolithographischen Maske
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithographischen Maske.
2. Stand der Technik
Als Folge der wachsenden Integrationsdichte in der Halbleiterindustrie (Mooresches Gesetz) müssen Photolithographiemasken zunehmend kleinere Strukturen auf Wafern abbilden. Um die auf den Wafer abgebildeten kleinen Strukturabmessungen zu erzeugen, werden zunehmend komplexere Bearbeitungsprozesse benötigt.
Auf der Photolithographieseite wird dem Trend wachsender Integrationsdichte zum einen dadurch Rechnung getragen, indem die Belichtungswellenlänge von Lithographiegeräten zu immer kleineren Wellen- längen verschoben wird. In Lithographiegeräten wird derzeit häufig ein ArF (Argonfluorid) Excimerlaser als Lichtquelle eingesetzt, der bei einer Wellenlänge von etwa 193 nm emittiert. Gegenwärtig befinden sich Lithographiesysteme in der Entwicklung die elektromagnetische Strahlung im EUV (extremen ultravioletten) Wellenlängenbereich (im Bereich von 10 nm bis 15 nm) verwenden.
Zum anderen wird der wachsenden Integrationsdichte der Halbleiterindustrie durch abnehmende Strukturgrößen der abbildenden Elemente auf photolithographischen Masken Rechnung getragen. Beide Faktoren führen dazu, dass die bereits heute enormen Anforderungen an Fotomasken weiter steigen.
Aus den dargelegten Gründen ist der Herstellungsprozess von Fotomas- ken extrem Ressourcen- und Zeit-aufwändig. Dies schlägt sich in hohen Kosten für eine einzelne Maske nieder. Für einen kompletten Maskensatz zum Herstellen eines komplexen Halbleiter-Bauelements multiplizieren sich die Kosten mit der Anzahl der Masken, die für die komplette Herstellung des Halbleiter-Bauelements benötigt werden. Je nach Kom- plexität des Herstellungsprozesses kann ein Maskensatz einen Bereich von etwa 20 bis 50 einzelnen Masken umfassen.
Deshalb werden Belichtungsmasken repariert, wann immer dies möglich ist. Zum einen können Fehler während des Maskenherstellungsprozesses auftreten, die nach deren Detektion korrigiert werden. Andererseits können während des Einsatzes der Masken in der Produktion von Halbleiter-Bauelementen an einzelnen Masken eines Maskensatzes Fehler auftreten, die korrigiert werden müssen, damit nicht der komplette Maskensatz wertlos wird.
Infolge der oben beschriebenen Problematik gestaltet sich die Korrektur von Maskenfehlern, d.h. die Korrektur der auf dem Maskensubstrat angeordneten Absorberelemente ebenfalls schwierig. Eine erste Problemstellung vor dem eigentlichen Reparaturprozess ist das Auffinden einer der Markierungen, die zum Ausrichten der Maske bezüglich des Maskeninternen Koordinatensystems an den Ecken des Maskensubstrats angebracht sind. Die Fig. 1 zeigt schematisch, dass Fotomasken eine oder mehrere Ausrichtungsmarkierungen aufweisen, die als Bezugspunkt(e) für das Masken-interne Koordinatensystem dienen. In dem Beispiel der Fig. 1 könnte als Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung der
Schnittpunkt der beiden Elemente des Kreuzes dienen, die ein„L" bilden. Wie durch den horizontalen und vertikalen Pfeil angedeutet, kann die Ausrichtungsmarkierung relativ zu den äußeren Rändern der Fotomaske einer Schwankung von bis zu ± 500 μπι unterliegen. Dies bedeutet, fehlerfreie Absorberelemente können von einer Maske zur nächsten im Ext- remfall um bis zu einem Millimeter verschoben sein.
Eine zu reparierende Fotomaske wird von einem Roboter aus einer Transportbox entnommen und auf einen Probentisch gelegt. Die Fig. 2 zeigt die Schwankungen, mit der der Roboter Masken im zeitlichen Ver- lauf auf einen Probentisch platziert. Die Positionsabweichung vom Mittelwert beträgt wiederum in etwa ± 500 μπι.
Trotz dieser Schwankungen kommt in günstigen Fällen die Ausrichtungsmarkierung noch immer in dem Gesichtsfeld beispielsweise eines Mikroskops, beispielsweise eines Elektronenstrahlmikroskops zu liegen und kann damit in einfacher Weise identifiziert werden. In einer Vielzahl von ungünstigen Konstellationen fällt jedoch die Ausrichtungsmarkierung nicht in das Gesichtsfeld des zur Untersuchung eingesetzten Mikroskops. Zum Auffinden einer Ausrichtungsmarkierung auf einer Foto- maske ist es deshalb notwendig, einen Bereich des Maskensubstrats mit dem Mikroskop mit hoher Auflösung abzusuchen, dessen Dimensionen mehrere Millimeter umfassen können. Dieser Suchprozess muss derzeit manuell ausgeführt werden und ist sehr Zeit-aufwändig. Der naheliegende Ausweg aus diesem Dilemma - nämlich die Vergrößerung des Gesichtsfeldes des Mikroskops auf Kosten der Auflösung - führt nicht weiter. Die Fig. 3 zeigt ein Gesichtsfeld eines Elektronenstrahlmikroskops, das sich über mehrere hundert Mikrometer erstreckt. Die Ausrichtungsmarkierung ist auf der Fig. 3 nur äußert schwer identifizierbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithogra- phischen Maske anzugeben, die ein manuelles Suchen der Ausrichtungsmarkierung vermeiden.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform weist das Verfahren zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Sub- strat einer photolithographischen Maske die folgenden Schritte auf: (a) Durchführen eines ersten Linienscans innerhalb eines Startbereichs des Substrats in einer ersten Richtung auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Ausrichtungsmarkierung innerhalb des Startbereichs angeordnet ist, zum Auffinden eines ersten Elements der Ausrichtungsmar- kierung; (b) Durchführen eines zweiten Linienscans innerhalb des Startbereichs in zumindest einer zweiten Richtung auf der Oberfläche des Substrats, welche die erste Richtung schneidet, zum Auffinden eines zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung; (c) Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem aufgefundenen ersten Element und dem aufgefundenen zweiten Element der Ausrichtungsmarkierung; und (d) Abbilden eines Zielbereichs um den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung herum zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung, wobei das Abbilden mit einer höheren Auflösung erfolgt als das Durchführen der Linienscans in den Schritten (a) und (b).
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die geometrische Form von Ausrichtungsmarkierungen aus. Diese weisen typischerweise zwei langgestreckte Elemente auf, die unter einem rechten Winkel aufeinander ste- hen. Die beiden Elemente weisen in einer Ebene makroskopische Dimensionen auf. Das definierte Verfahren zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung ist jedoch nicht auf Ausrichtungsmarkierungen beschränkt, deren Elemente einen rechten Winkel bilden oder deren Elemente geradlinig sind. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Verfahren auf beliebige Ausrichtungsmarkierungen angewendet werden, die zwei langgestreckte Elemente ausweisen, die einen von o° verschiedenen Winkel bilden. Das erfindungsgemäße Verfahren zerlegt das Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung in zwei Teilprozesse. Zum ersten in das Auffinden der Ausrichtungsmarkierung. Dazu wird der zweidimensionale Suchprozess in zwei gekoppelte eindimensionale Suchprozesse zerlegt. Damit wird ermöglicht, den Suchprozess zu auto- matisieren. Zudem werden die beiden gekoppelten eindimensionalen Suchprozesse vorzugsweise mit einer Auflösung durchgeführt, die an die Strukturgrößen der Ausrichtungsmarkierung angepasst sind. Durch die Kombination aus Automatisierung und angepasster Auflösung wird das Auffinden der Ausrichtungsmarkierung beschleunigt.
Das Abbilden des Zielbereichs zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung erfolgt dann mit einer höheren Auflösung, so dass der Referenzpunkt mit der geforderten Genauigkeit bestimmt werden kann. Somit optimiert das definierte Verfahren das Bestimmen des Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung sowohl in der Zeit als auch bezüglich der Genauigkeit.
In einem Aspekt weist das Verfahren ferner die Schritte auf: (e) Durchführen eines dritten und eines vierten Linienscans innerhalb eines Zwi- schenbereiches um die Abschätzung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung herum nach dem Schritt (c), wobei der Zwischenbereich kleiner ist als der Startbereich und größer als der Zielbereich; (f) Erneutes Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem erneuten Auffinden des ersten Elements und des zweiten Ele- ments der Ausrichtungsmarkierung durch den dritten Linienscan und vierten Linienscan; und (g) Durchführen des Schritts (d) unter Verwendung der erneuten Abschätzung des Referenzpunktes. Nach einem weiteren Aspekt weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Wiederholen der Schritte (e) bis (f) zum erneuten Abschätzen des Referenzpunktes mit einer Positionsungenauigkeit unterhalb einer vorgegebenen Schwelle. In einem anderen Aspekt beträgt die vorgegebene Schwelle 100 μπι, bevorzugt 20 μπι, mehr bevorzugt 5 μπι und am meisten bevorzugt 1 μπι.
Das definierte Verfahren ermöglicht es, die beiden gekoppelten eindimensionalen Suchprozesse zu wiederholen, um dadurch eine für den zweiten Teilprozess geforderte Eingangsgenauigkeit zu erreichen. Dabei können die beiden Teilprozesse dergestalt ausgeführt werden, dass die Zeit zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung möglichst kurz wird.
In einem anderen Aspekt weist das Verfahren ferner die Schritte auf: (h) Durchführen eines dritten und eines vierten Linienscans innerhalb des Startbereichs und außerhalb eines Zwischenbereichs um die Abschätzung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung herum nach dem Schritt (c), wobei der Zwischenbereich kleiner ist als der Startbereich und größer als ein Zielbereich; (i) Erneutes Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem erneuten Auffinden des ersten Elements und des zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung durch den dritten Linienscan und den vierten Linienscan; und (j) Durchführen des Schritts (d) unter Verwendung der erneuten Abschätzung des Referenzpunktes.
Bevorzugt umfasst der Schritt (c) des Verfahrens ein Vergleichen des ersten Linienscans und des zweiten Linienscans mit gespeicherten Referenzmarkierungen.
Das Rückgreifen auf vorhandene Referenzmarkierungen erhöht die Präzision beim Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Referenzmarkierungen mehr Details aufweisen als die Auflösung, mit der der erste und der zweite Linienscan ausgeführt werden, wiedergeben kann oder falls die Referenzmarkierung Mehrdeutigkeiten aufweisen sollte.
Ebenfalls bevorzugt weist das Bestimmen des Referenzpunktes eine Po- sitionsungenauigkeit < 10 μπι, bevorzugt < ι μπι, mehr bevorzugt < 300 nm und am meisten bevorzugt < 100 nm auf.
In einem anderen Aspekt weist das Verfahren ferner die Schritte auf: (k) Verschieben des Startbereichs, wenn im Schritt (c) kein Referenzpunkt abgeschätzt wird; und (1) Wiederholen der Schritte (a), (b) und (c).
Das definierte Verfahren kann so konfiguriert werden, dass es angepasst an die Form einer Ausrichtungsmarkierung autonom und systematisch eine vorgegebene Fläche des Maskensubstrats durchsucht. Die Eintei- lung der Fläche in Teilflächen kann dabei in Abhängigkeit von der Form der Ausrichtungsmarkierung und der zweidimensionalen Verteilung der Ausrichtungsmarkierung(en) gewählt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Durchführen des ersten und des zweiten Linienscans das Anwenden eines konfokalen spektroskopischen Reflektometers. Nach einem anderen günstigen Aspekt umfasst das Durchführen des ersten und des zweiten Linienscans das Anwenden des konfokalen spektroskopischen Reflektometers ohne vorhergehende Fokussierung.
Dadurch kann das Zeit-aufwändige Fokussieren des Lichtstrahls des konfokalen spektroskopischen Reflektometers auf die Oberfläche des Substrats entfallen. In noch einem anderen Aspekt weist das Verfahren ferner den Schritt auf: Einstellen des Signal-zu-Rauschverhältnisses des ersten und des zweiten Linienscans durch den Abstand des Substrats der photolithographischen Maske und einer Austrittslinse des konfokalen spektroskopischen Reflektometers. Durch Auswählen eines entsprechenden Wellenlängenbereichs für die Detektion der von der Substratoberfläche reflektierten Strahlung kann bei Vorliegen einer reflektierenden Referenzmarkierung das Signal-zu- Rauschverhältnis der von der Referenzmarkierung reflektierten Strahlung optimiert werden.
Nach einem günstigen Aspekt umfasst das Abbilden des Zielbereichs das Anwenden eines Rasterelektronenmikroskops und/ oder eines Focussed Ion Beam Mikroskops und/oder eines Lichtmikroskops.
In noch einem weiteren bevorzugten Aspekt umfasst eine Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithographischen Mas- ke: (a) Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans innerhalb eines Startbereichs des Substrats in einer ersten Richtung auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Ausrichtungsmarkierung innerhalb des Startbereichs angeordnet ist, zum Auffinden eines ersten Elements und eines zweiten Elements der Ausrich- tungsmarkierung; (b) Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem ersten und dem zweiten Element der Ausrichtungsmarkierung; und (c) Mittel zum Abbilden eines Zielbereichs um den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung herum zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungs- markierung, wobei das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs eine höhere Auflösung aufweist als das Mittel zum Durchführen des ersten Linienscans und des zweiten Linienscans.
In einem anderen Aspekt weist das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans eine laterale Ortsauflösung < 100 μπι, bevorzugt < 50 μπι, mehr bevorzugt < 20 μπι und am meisten bevorzugt < 10 μπι auf. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans Mittel zum lokalen Abtasten der Oberfläche des Substrats. In einem weiteren vorteilhaften Aspekt umfasst das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans: (d) einen Sensor, der ausgebildet ist, fokussierte elektromagnetische Strahlung auf das Substrat zu richten und von dem Substrat reflektierte und/ oder transmittierte elektromagnetische Strahlung zu empfangen; (e) eine Scaneinheit, die ausgebildet ist, den Sensor und/ oder das Substrat in einer Ebene senkrecht zu der fokussierten elektromagnetischen Strahlung zu scannen; und (f) eine Kontrolleinheit, die mit dem Sensor verbunden ist und die ausgebildet ist, aus der von dem Sensor empfangenen elektromagnetischen Strahlung eine lokale Intensitätsverteilung zu be- stimmen.
In einem anderen Aspekt ist die Kontrolleinheit ferner mit der Scaneinheit verbunden und ist ausgebildet, die Scaneinheit zu steuern oder zu regeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt weist die Scaneinheit eine Ortsauflösung < 20 μπι, bevorzugt < 10 μπι, mehr bevorzugt < 1 μπι und am meisten bevorzugt < 0,5 μπι auf. In einem vorteilhaften Aspekt umfasst der Sensor ein konfokales spektroskopisches Reflektometer. Nach einem günstigen Aspekt ist der Sensor ausgebildet, den ersten und den zweiten Linienscan ohne vorhergehende Fokussierung durchzuführen. In einem anderen günstigen Aspekt wird das Signal-zu-Rauschverhältnis des ersten und des zweiten Linienscans durch den Abstand des Substrats der photolithographischen Maske und einer Austrittslinse des konfokalen spektroskopischen Reflektometers eingestellt. Nach einem bevorzugten Aspekt weist das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs eine Ortsauflösung < 200 nm, bevorzugt < 50 nm, mehr bevorzugt < 10 nm und am meisten bevorzugt < 2 nm auf. In noch einem anderen Aspekt umfasst das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs ein Rasterelektronenmikroskop und/ oder ein Focussed Ion Beam Mikroskop und/oder ein Lichtmikroskop.
Gemäß einem günstigen Aspekt umfasst das Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung einen Prozessor, der ausgebildet ist, aus den aufgefundenen ersten und zweiten Elementen den Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung abzuschätzen und/oder aus der Abbildung des Zielbereichs den Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung zu bestimmen.
Schließlich umfasst in noch einem weiteren Aspekt das Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung einen Speicher zum Speichern von Referenzmarkierungen. 4. Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei
Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Substrat einer Maske zeigt, die eine
Ausrichtungsmarkierung aufweist;
Fig. 2 eine Verteilung einer Platzierung einer Maske auf einem
Probentisch durch einen Roboter darstellt; einen Ausschnitt einer Aufsicht auf das Substrat einer Maske wiedergibt, der eine Ausrichtungsmarkierung aufweist; eine schematische Aufsicht auf das Substrat einer Fotomaske zeigt, in deren Ecken jeweils eine Ausrichtungsmarkierung in Form eines Kreuzes angebracht ist; eine schematische Übersicht einer Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung veranschaulicht; eine schematische Übersicht einiger Komponenten eines konfokalen spektroskopischen Reflektometers zum Durchführen von Linienscans veranschaulicht; ein Diagramm wiedergibt, das die Änderung des Reflektivi- tätsverhältnisses zwischen dem Maskensubstrat und einer Ausrichtungsmarkierung darstellt; drei Intensitätsverläufe des Übergangs Maskensubstrat - Ausrichtungsmarkierung präsentiert, die von dem konfokalen spektroskopischen Reflektometer mit unterschiedlichem Abstand zur Oberfläche des Maskensubstrats gemessen wurden; eine Ausrichtungsmarkierung mit zwei Linienscans veranschaulicht; einen vergrößerten Ausschnitts des Zentrums der Ausrichtungsmarkierung der Fig. 9a darstellt; den Intensitätsverlauf des ersten Linienscans der Fig. 9a wiedergibt;
Fig. 9d den Intensitätsverlauf des zweiten Linienscans der Fig.
angibt; die Ausrichtungsmarkierung der Fig. 9a mit einem dritten und einem vierten Linienscan veranschaulicht darstellt; den Intensitätsverlauf des dritten Linienscans der Fig. 10a zeigt; den Intensitätsverlauf des vierten Linienscans der Fig. 10a repräsentiert; einen alternativen Verlauf des dritten und des vierten Linienscans präsentiert; eine Ausrichtungsmarkierung zeigt, die gegenüber den Richtungen des ersten und des zweiten Linienscans verdreht ist; einen dritten und einen vierten Linienscan in einem Startbereich um eine Abschätzung eines Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung angibt, so dass mit Hilfe der ersten beiden Linienscans der Fig. 12 und dem dritten und vierten Linienscan der Referenzpunkt für eine Ausrichtungsmarkierung ermittelt werden kann; eine Ausrichtungsmarkierung angibt, die in einem mehrdeutigen Bereich eines Maskensubstrats angeordnet ist, sowie einen ersten und eine zweiten Linienscan darstellt; einen dritten und vierten Linienscan zum Auflösen der Mehrdeutigkeit der Fig. 14 veranschaulicht; Fig. 16 einen fünften und sechsten Linienscan zum Auflösen der
Mehrdeutigkeit der Fig. 14 repräsentiert; Fig. 17 das Zentrum der Ausrichtungsmarkierung der Figuren 9a, 10a, 11, 12 und 13 im Bild eines Rasterelektronenmikroskops zeigt; Fig. 18 die Scanbereiche des Rasterelektronenmikroskops zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung darstellt; und mögliche Scans des Rasterelektronenmikroskops zum Verfeinern der Bestimmung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung angibt.
5. Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden derzeit bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung genauer erläutert. Diese werden am Beispiel des Ausrichtens transmissi- ver photolithographischer Masken ausgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind jedoch nicht auf die Anwendung transmissiver Fotomasken eingeschränkt. Vielmehr können diese ebenfalls zum automatisierten Bestimmen von Referenzpunkten reflekiver Masken etwa von EUV-Masken eingesetzt werden. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren allgemein zum automatisierten Bestimmen von Referenzmarkierungen oder Ausrichtungsmarkierungen benutzt werden. Insbesondere ist es beispielsweise mit dem definierten Verfahren möglich, Referenzmarkierungen auf Wafern in automatisierter Form zu bestimmen, um zum Beispiel einen Scanner oder einen Stepper für eine Belichtung des Wafers bezüglich dieser Markierungen auszurichten.
Das Bild 400 der Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Aufsicht auf ein Substrat 505 einer photolithographischen Maske, einer Fotomas- ke oder kurz einer Maske 510. Das Substrat 505 ist derzeit bevorzugt ein Quarzsubstrat. Andere Materialien können ebenfalls zum Herstellen eines Substrats eingesetzt werden wie etwa ultra low expansion Glas (z.B. ULE®), low thermal expansion Glas, bzw. Glaskeramik (z.B.
Ceran® oder LTEM®) oder andere geeignete Materialien mit einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Derzeit werden häufig quadratische Fotomasken mit einer Abmessung von 6 Zoll eingesetzt. Das nachstehend beschriebene Verfahren kann selbstverständlich zum Ausrichten von Fotomasken unterschiedlicher Größe genutzt werden.
Das Substrat 505 der quadratischen Maske 510 weist in der Nähe der vier Ecken Referenzmarkierungen oder Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 in Form von Kreuzen auf. Die hier dargestellten Ausrichtungsmarkierungen in Kreuzform sind lediglich beispielhaft. Das in dieser Anmeldung präsentierte Verfahren kann für alle derzeit üblichen Referenzmarkierungen zum Ausrichten von Fotomasken eingesetzt werden. Neben Kreuzen, die häufig noch weitere Elemente wie etwa Quadrate umfassen, werden derzeit ebenfalls häufig Winkel als Ausrichtungsmarkierungen benutzt, die an den vier Ecken des Substrats 505 der Maske 510 angeordnet sind ( in der Fig. 4 nicht dargestellt).
Das hier präsentierte Verfahren ist von der Form der Ausrichtungsmarkierung unabhängig, solange diese in zwei Richtungen, die nicht kollinear sind, Elemente aufweist, die eine makroskopische Ausdehnung auf- weisen. So liegt typischerweise die Länge der Balken der Kreuze oder der Elemente der Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 des Substrats 504 im Bereich von Millimetern. Deren Breite beträgt hingegen lediglich einige Mikrometer. Eine Ausrichtungsmarkierung 515, 520, 525, 530 kann zum Beispiel in Form eines Absorberelements auf das Substrat 505 der Maske 510 aufgebracht werden. Alternativ ist es ebenfalls möglich, eine Ausrichtungsmarkierung in einen Bereich der Maske 510 zu ätzen, dessen Substrat 505 mit einem Absorbermaterial, wie etwa Chrom, bedeckt ist. Diese Ausführungsformen weisen bei der Abtastung mit einem Rasterelektronenmikroskop und/oder mit einem Focussed Ion Beam Mikroskop neben einem Materialkontrast auch einen Topologiekontrastanteil auf. Zudem ist es möglich, die Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 in das Substrat 505 der Maske 510 zu ätzen. Für dieses Ausführungsbeispiel einer Ausrichtungsmarkierung weist das Bild eines Rasterelektronenmikroskops oder eines Focussed Ion Beam Mikroskops lediglich einen Topologiekontrast auf.
Die Fig. 5 gibt schematisch einen Überblick über die Teile einer Vorrichtung 500 zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung 515, 520, 525 und 530. Der untere Teil der Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch das Substrat 505 der Fotomaske 510 der Fig. 4 im Bereich der Ausrichtungsmarkierungen 525 und 530. Die erste Vorrichtung 550 ist dafür ausgelegt Linienscans in den Bereichen des Substrats 505 durchzuführen, in denen die Ausrichtungsmarkierungen 525 und 530 angebracht sind. Für den nachfolgenden Maskenreparaturpro- zess kann das Auffinden einer der Ausrichtungsmarkierungen 525 oder 530 bzw. 515 oder 520 ausreichend sein. Häufig werden jedoch zumindest zwei der Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 untersucht, um neben einer Verschiebung auch eine mögliche Verdrehung des Substrats 505 der Maske 510 zu ermitteln. Ferner können mehr als zwei Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 analysiert werden, um Effekte höherer Ordnung für die nachfolgende Maskenreparatur zu berücksichtigen.
Die Messdaten der Linienscans gibt die erste Vorrichtung 550 über die Verbindung 555 an die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 weiter. Die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 kann beispielsweise in Form eines Mikroprozessors oder in Form eines Computersystems ausgeführt sein. In dem in der Fig. 5 dargestellten Beispiel ermittelt die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 aus den Daten der Linienscans eine Abschätzung für einen Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung 525 oder 530. Mit dieser Abschätzung steuert die Recheneinheit 570 über die Verbindung 565 die zweite Vorrichtung 560, die mit einer höheren Auflösung als die erste Vorrichtung 550 arbeitet, so dass die zweite Vorrichtung 560 einen Bereich um die den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung 525, 530 - oder den Zielbereich - abtastet. Aus den Messdaten der zweiten Vorrichtung 560, die der Recheneinheit 570 wiederum über die Verbindung 565 übermittelt werden, bestimmt die Recheneinheit 570 den Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung 525 oder 530.
Die Fig. 6 zeigt schematisch ein Beispiel der ersten Vorrichtung 550 der Fig. 5 zum Durchführen von Linienscans. In dem Beispiel der Fig. 6 ist schematisch ein konfokales spektroskopisches Reflektometer 600 dargestellt. Dieses Messgerät ist nur ein Beispiel einer Klasse von Messgeräten, die zum Auffinden der Elemente einer Ausrichtungsmarkierung verwendet werden können. Allgemein kann ein Profilmeter eingesetzt werden, d.h. ein Messgerät zur zwei- oder dreidimensionalen Vermessung mikroskopischer oder submikroskopischer Oberflächentopogra- phien. Neben einem taktil arbeitenden Gerät, das beispielsweise die Oberfläche des Substrats 505 mit einer Diamantnadel abtastet, können auch Profilmeter eingesetzt werden, die mit optischen Methoden (wie etwa Laser-Profilometrie oder Weißlichtinterferometrie) arbeiten und damit berührungslos die Oberfläche scannen.
Das Substrat 505 der Fotomaske 510, das die Ausrichtungsmarkierungen 515, 520, 525 und 530 aufweist, ist auf einem Probentisch 605 aufge- bracht. Der Probentisch 605 kann von einer Scaneinheit 680 in definierter Weise in einer Ebene (x-/y-Ebene) bewegt werden. Zum Bewegen des Probentisches 605 können beispielsweise Mikromanipulatoren oder Servomotoren eingesetzt werden (in der Fig. 6 nicht gezeigt). Die Auflösung der Bewegung der Scaneinheit 680 in x- und y-Richtung sollte im Be- reich von einem Mikrometer liegen. Anstatt des Probentisches 605 kann die Scaneinheit 680 bei einer ortsfesten Fotomaske 510 alternativ das konfokale spektroskopische Reflektometer 600 über die Oberfläche der Fotomaske 510 scannen. Ferner ist eine kombinierte Bewegung Fotomaske 510 und des Reflektometers 600 möglich. Eine Weißlichtquelle 620 des konfokalen spektroskopischen Reflekto- meters 600 wird durch eine Lichtleitfaser 625 und die Blende 630 auf eine Linse oder ein Linsensystem 640 gerichtet, das nicht farbkompen- siert und somit dispersiv ist. In dem in der Fig. 6 dargestellten Beispiel fokussiert das Linsensystem 640 den blauen Anteil 650 der Weißlichtquelle 620 vor der Oberfläche des Substrats 505 der Maske 510. Andererseits liegt der Brennpunkt des Linsensystems 640 aufgrund der Dispersion für den roten Anteil 660 des weißen Lichts der Weißlichtquelle 620 hinter der Oberfläche des Maskensubstrats 505. Der Abstand der Austrittslinse des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 vom Substrat 505 der Maske 510 ist in dem in der Fig. 6 dargestellten Beispiel gerade so eingestellt, dass der grüne Wellenlängenanteil 655 der Weißlichtquelle 620 auf die Oberfläche des Maskensubstrats 505 fokus- siert wird. Die Oberfläche des Maskensubstrats 505 reflektiert einen bestimmten Anteil des grünen Lichts 655 zurück in das Linsensystem 640. Über einen semitransparenten Strahlteiler 635 wird das reflektierte Licht auf die Blende 665 abgebildet und gelangt von dort direkt oder wie in der Fig. 6 gezeigt mit Hilfe eines Lichtleiters 670 in das Spektrometer 675. Das Spektrometer 675 analysiert das von dem Maskensubstrat 505 reflektierte Licht spektral.
Fällt nun bei einer Bewegung des Probentisches 605 das Licht der Weißlichtquelle 620 auf die Ausrichtungsmarkierung 530, so ändert dies auf- grund einer Stufe im Höhenprofil der Oberfläche des Substrats 505 die Fokusbedingung. Zudem weist in der Regel die Ausrichtungsmarkierung 530 (beispielsweise Chrom) ein anderes Material auf als ihre Umgebung (z. B. Quarz). Die beiden verschiedenen Materialien weisen in der Regel eine unterschiedliche Reflektivität auf. Weist die Ausrichtungsmarkie- rung 530 eine Vertiefung auf, so verschiebt diese den Fokus in Richtung des roten Bereichs des Wellenlängenspektrums der Weißlichtquelle 620. Das Spektrometer 675 detektiert eine spektrale Verschiebung des von der Ausrichtungsmarkierung 530 reflektierten Lichts zu längeren Wellenlängen. Ist hingegen die Ausrichtungsmarkierung in Form einer Ab- sorberstruktur auf das Maskensubstrat aufgebracht, so verschiebt das Auftreffen des weißen Lichts auf die Ausrichtungsmarkierung 530 das von dem Spektrometer 675 detektierte reflektierte Licht zum blauen Ende des Spektrums der Weißlichtquelle 620. Wird mit dem Spektrometer 675 nur ein kleiner Wellenlängenbereich um die Fokusbedingung auf dem Substrat 505 der Maske 510 betrachtet (d.h. des grünen Wellenlängenanteils 655 im Beispiel der Fig. 6), so führt das Auftreffen des Lichts der Weißlichtquelle 620 auf die Ausrichtungsmarkierung 530 für beide beispielhafte Ausführungsformen zu einer Abnahme der Intensität des reflektierten Lichts in dem betrachteten Wellenlängenbereich.
Die Auflösung eines konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 zum Bestimmen der Topologie einer Oberfläche reicht bis in den einstelligen Nanometerbereich und ist damit für das Auffinden einer Ausrichtungsmarkierung mehr als ausreichend.
Die laterale Auflösung des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 hängt vom Durchmesser der Blenden 630 und 665 ab und reicht in den einstelligen Mikrometerbereich. Wie bereits oben erwähnt, weisen die Elemente der Ausrichtungsmarkierung 530 eine Breite im Bereich einiger Mikrometer auf. Dadurch können konfokale spektroskopische Reflektometer gängige Ausrichtungsmarkierungen detektieren.
Die Fig. 7 zeigt, wie durch die Wahl des Abstandes zwischen dem konfokalen spektroskopischen Reflektometer 600 und der Oberfläche des Maskensubstrats 505 und damit der Wahl der Farbe des Lichts der Weißlichtquelle 620 im Fokus auf der Substratoberfläche, das Reflektivi- tätsverhältnis der Oberfläche des Substrats zur Oberfläche der Ausrichtungsmarkierung 530 eingestellt werden kann. Damit kann in Abhängigkeit des Materials des Maskensubstrats 505 und der Ausrichtungsmarkierung 530 und/oder der Topologie des Übergangs vom Substrat 505 zur Ausrichtungsmarkierung 530 der zum Messen eingesetzte Wellenlängenbereich der Weißlichtquelle 620 ausgewählt werden. Der Abstand zwischen der Oberfläche des Maskensubstrats 505 und konfokalem spektroskopischen Reflektometer 600 beträgt in dem Beispiel der Fig. 7 ungefähr 15 mm. Durch Ändern des Abstandes um etwa 1,3 mm kann das Reflektivitätsverhältnis um mehr als einen Faktor zwei verbessert werden. Damit einher geht eine entsprechende Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses des Ausgangssignals des Spektrome- ters 675 der Fig. 6. Für das in der Fig. 7 dargestellte Beispiel für einen Übergang von dem Maskensubstrat 505 auf die Ausrichtungsmarkierung 530 verbessert das Verschieben des benutzten Wellenlängenbereichs in den roten Teil des weißen Lichts der Weißlichtquelle 620 das Reflekti- viätsverhältnis um etwa einen Faktor zwei.
Die Fig. 8 repräsentiert Intensitätsverteilungen dreier Übergänge von einem Absorbermaterial - in dem in der Fig. 8 dargestellten Beispiel ist dies Chrom - auf das Substrat 505, im dargestellten Beispiel ist dies Quarz. In dem Beispiel der Fig. 8, wie auch in den nachstehend diskutierten Beispielen, wurde die Ausrichtungsmarkierung 530 in das Absorbermaterial auf dem Substrat 505 der Maske 510 geätzt. Die Dicke der Absorberschicht beträgt ungefähr 70 nm und die Breite der Elemente oder der Balken der Ausrichtungsmarkierung 530 liegt im Bereich von ungefähr 5 μπι.
In dem Beispiel der Fig. 8 ist nicht der Übergang Substrat 505 - Ausrichtungsmarkierung 530 - Substrat 505 wiedergegeben, sondern vielmehr ein Übergang von Absorbermaterial auf einen breiten Bereich des vom Absorber befreiten Substrats. Die rechte Kurve der Fig. 8 zeigt die Intensitätsänderung des reflektierten Lichts, wenn der Fokus des roten Anteils 660 des Lichts der Weißlichtquelle 620 auf der Oberfläche des Maskensubstrats 505 lag. Entsprechend zeigen die mittlere und die linke Kurve den Intensitätsverlauf des Topologiesprungs und des Materialübergangs von der Substratoberfläche auf das Niveau der Ausrichtungsmarkierung 530, wenn der Fokus des grünen Anteils 655 bzw. des blauen Anteils 650 auf der Oberfläche des Substrats 505 der Maske 510 lag. Von der rechten Kurve bis zur linken Kurve der Fig. 8 wurde der Ab- stand zwischen dem konfokalen spektroskopischen Reflektometer 600 und der Oberfläche des Substrats 505 um 1,2 mm verringert.
Aus den Kurven der Fig. 8 ist zu entnehmen, dass die Steigung bzw. der Abfall der drei Kurven im Wesentlichen unabhängig vom verwendeten Wellenlängenbereich der Weißlichtquelle 620 ist. Dieser Sachverhalt hat den großen Vorzug, dass das konfokale spektroskopische Reflektometer 600 ohne vorhergehende aufwändige Fokussierung zum Auffinden der Ausrichtungsmarkierung 530 eingesetzt werden kann. Dadurch wird die Identifizierung der Ausrichtungsmarkierung 530 signifikant beschleunigt. Die laterale Auflösung des eingesetzten konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 (80% - 20 % Definition) liegt im Bereich von 8 μπι. Wieder mit Bezug auf die Fig. 6, die Weißlichtquelle 620 wie auch das Spektrometer 675 sind mit der Rechen- oder Kontrolleinheit 570 verbunden. Die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 kann sowohl die Weißlichtquelle 620 wie auch das Spektrometer 675 steuern bzw. regeln. Ferner erhält die Recheneinheit 570 vom Spektrometer 675 die gemessenen spektralen Intensitätsverteilungen. Darüber hinaus ist die Scaneinheit 680 ebenfalls mit der Rechen- oder Kontrolleinheit 570 verbunden und kann damit die Linienscans der Weißlichtquelle 620 des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 steuern. Die Fig. 9a präsentiert einen vergrößerten Ausschnitt 900 der Aufsicht auf das Substrat 505 der Maske 510 der Fig. 5, der die Ausrichtungsmarkierung 530 enthält. Wie bereits oben erwähnt, hat die Ausrichtungsmarkierung 530 die Form eines Kreuzes mit einem ersten horizontalen Element 905 und einem zweiten vertikalen Element 910. Die Längen des ersten 905 und des zweiten Elements 910 liegen in der Größenordnung von einem Millimeter. Das Zentrum 915 der Ausrichtungsmarkierung 530 der Fig. 9a ist in der Fig. 9b links oben nochmals vergrößert dargestellt. Die Breite 917 des ersten 905 und des zweiten Elements 910 liegen im diskutierten Beispiel bei ungefähr 5 μπι. Das linke obere Eck der Kreuzung des ersten 905 und des zweiten Elements 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 markiert im Beispiel der Fig. 9 den Referenzpunkt 920 der Ausrichtungsmarkierung 530. Die gestrichelte horizontale Linie der Fig. 9a bezeichnet den ersten Linienscan 940 des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600. Die Fig. 9c stellt schematisch den während des ersten Linienscans 940 von dem Spektrometer 675 des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 detektierten Intensitätsverlauf in normierter Form dar. Wenn der Lichtstrahl der Weißlichtquelle 620 des Reflektometers 600 auf das zweite Element 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 trifft, ändert sich die Intensität des reflektierten Lichts hauptsächlich aufgrund des Materialunterschieds zwischen der Ausrichtungsmarkierung 530 und dem Substrat sowie aufgrund der durch das zweite Element 910 der Absor- bermarkierung 530 geänderten Fokusbedingung. Der letzte Effekt hängt entscheidend von der Dicke der Absorbermarkierung 530 ab und ist für dünne Absorbermarkierungen (< 100 nm) klein gegenüber dem Effekt des Materialunterschieds. Das Spektrometer 675 registriert dies durch einen Einbruch der Intensität in dem Wellenlängenbereich, der die Fo- kusbedingung für die Oberfläche des Maskensubstrats 505 erfüllt.
Nachdem der erste Linienscan 940 seine vorbestimmte Länge erreicht hat, wird in dem in der Fig. 9 dargestellten Beispiel vom Endpunkt des ersten Linienscans 940 ausgehend unter einem Winkel von 900 ein zwei- ter Linienscan 960 durchgeführt. In dem in der Fig. 9 dargestellten Beispiel trifft der zweite Linienscan 960 entlang seines vorgegebenen Weges auf das erste Element 905 der Ausrichtungsmarkierung 530. Die Fig. 9d veranschaulicht den entlang des Weges gemessenen normierten Intensitätsverlauf während des zweiten Linienscans 960.
Das Spektrometer 675 des Reflektometers 600 übermittelt die detektierten Intensitätsverläufe des ersten 940 und des zweiten Linienscans 960 an die Rechen- oder Kontrolleinheit 570. Diese ermittelt aus diesen Da- ten eine erste Abschätzung für den Referenzpunkt 920 der Ausrichtungsmarkierung 530.
Falls der erste Linienscan 940 entlang seines vorgegebenen Pfades das zweite Element 905 der Ausrichtungsmarkierung 530 nicht trifft, verschiebt die Recheneinheit 570 das Substrat 505 mit Hilfe der Scaneinheit 680 nach einem wählbaren Algorithmus, um einen einstellbaren Betrag in horizontaler Richtung oder in vertikaler Richtung oder in horizontaler und vertikaler Richtung. Sodann wird der erste Linienscan 940 wieder- holt. Für den Fall, dass der erste Linienscan 940 das zweite Element 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 findet, der zweite Linienscan 960 entlang seines Pfades jedoch nicht auf das erste Element 905 der Ausrichtungsmarkierung 530 trifft, verschiebt die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 den Pfad des zweiten Linienscans 960 in vertikaler Richtung um eine vorgegebene Strecke und veranlasst ein Wiederholen des zweiten Linienscans 960.
Zum Abschätzen des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 ist es nicht notwendig, dass der erste 940 und der zweite Linienscan 960 einen rechten Winkel zueinander aufweisen. Vielmehr erfordert das vorgestellte Verfahren lediglich, dass die beiden Linienscans 940 und 960 nicht parallel zu einander sind. Allerdings ist es für die Genauigkeit der Bestimmung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung günstig, die Richtungen der beiden Linienscans 940 und 960 an die Symmetrie der Ausrichtungsmarkierung anzupassen. Ferner ist es nicht notwendig, dass die Linienscans 940 und 960 entlang einer geraden Linie verlaufen. Vielmehr können die Linienscans 940 und 960 gekrümmten Bahnen folgen. Insbesondere ist es denkbar, die beiden Linienscans 940, 960 als einen Halbkreis auszuführen.
Bei Bedarf kann die Abschätzung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 durch weitere Linienscans verfeinert werden. Dazu ermittelt die Rechen- oder Kontrolleinheit 960 einen Zwischenbereich 1050, der in der Fig. 10a dargestellt ist. Der Zwischenbereich 1050 liegt innerhalb des Bereichs der ersten beiden Linienscans 940 und 960 oder eines Startbereichs. Entlang des unteren horizontalen Randes des Zwischenbereichs 1050 führt das konfokale spektroskopische Reflekto- meter 600 einen dritten Linienscan 1040 durch. Die Fig. 10b veran- schaulicht den Intensitätsverlauf entlang des dritten Linienscans 1040. Sodann führt das Reflektometer 600 entlang des rechten vertikalen Randes des Zwischenbereichs 1050 einen vierten Linienscan 1060 durch. Die während des vierten Linienscan 1060 von dem Spektrometer 675 des Reflektometers 600 detektierte reflektierte Intensität ist in nor- mierter Form in der Fig. 10c dargestellt. Die Auswertung der durch die Linienscans 1040 und 1060 aufgenommenen Messdaten erfolgt wie oben im Zusammenhang der Diskussion der Fig. 9 beschrieben.
Wenn die Genauigkeit der Abschätzung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 für den Einsatz der zweiten Vorrichtung 560 der Fig. 5 ausreichend ist, wird der Referenzpunktes 920 mit Hilfe der zweiten Vorrichtung 560 bestimmt. Falls jedoch die Abschätzung des Referenzpunktes 920 noch immer größer als eine vorgegebene Schwelle ist, kann die Abschätzung des Referenzpunktes 920 durch weitere Lini- enscans weiter verfeinert (in der Fig. 10a nicht dargestellt).
Anstelle des Durchführens des dritten 1040 und des vierten Linienscans 1060 kann die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 einen Speicher (in den Figuren 5 und 6 nicht gezeigt) aufweisen, in dem Referenzmarkierungen abgelegt sind. Diese Referenzmarkierungen können mehr Details des ersten 905 und des zweiten Elements 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 wiedergeben als der erste 940 und der zweite Linienscan 960 auflösen können und können damit zur Verbesserung der Abschätzung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 herangezogen werden. Ferner ist es möglich, vier 940, 960, 1040, 1060 oder mehr Linienscans zusammen mit gespeicherten Referenzmarkierungen zum verfeinerten Abschätzen des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 zu verwenden. Die Unsicherheit in der Abschätzung des Referenzpunktes 920, die für den Einsatz der zweiten Vorrichtung 560 ausreichend ist, hängt von der Art der zweiten Vorrichtung 560 der Fig. 6 und der Größe ihres Gesichtsfeldes ab. Generell ist eine Abschätzung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 mit einer Halbwertsbreite (FWHM) unterhalb 20 μπι ausreichend, um zum Einsatz der ersten Vorrichtung 550 (des konfokalen spektroskopischen Reflektometers 600 in dem Beispiel der Fig. 6) zu beenden und mit der zweiten Vorrichtung 560 den Referenzpunkt 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 zu bestimmen.
Bei punktsymmetrischen Ausrichtungsmarkierungen, wie der Ausrichtungsmarkierung 530 kann es günstig sein, den dritten und vierten Linienscan wie in der Fig. 11 dargestellt durchzuführen. Falls der dritte Linienscan 1140 entlang des oberen horizontalen Randes des Zwischenbe- reichs 1050 in der angegebenen Richtung ausgeführt wird und der vierte Linienscan 1160 entlang des linken vertikalen Randes des Zwischenbereiches 1050 erfolgt, kann aus den vier Signalen der Linienscans 940, 960, 1140 und 1160 des Spektrometers 675 der Referenzpunkt 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 mit größerer Genauigkeit ermittelt werden und zudem ist es möglich eine Drehung der Ausrichtungsmarkierung 530 bezüglich den Richtungen der Linienscans 940, 960, 1140 und 1160 bestimmt werden.
Falls die beispielhafte Ausrichtungsmarkierung 1200 mit dem ersten 1205 und dem zweiten Element 1210 gegenüber den Richtungen des ersten 940 und des zweiten Linienscans 960 verdreht ist, liegt der aus den Linienscans 940 und 960 ermittelte Referenzpunkt 1230 weit entfernt von dem tatsächlichen Referenzpunkt 1215 der Ausrichtungsmarkierung 1200. In diesem Fall kann - wie in der Fig. 13 schematisch dargestellt - der tatsächliche Referenzpunkt 1215 der Ausrichtungsmarkierung 1200 mit größtmöglichen Genauigkeit bestimmt werden, wenn ein dritter Linienscan 1340 durchgeführt wird, der sich an den zweiten Linienscan 960 anschließt und vorzugsweise in der entgegengesetzten Richtung des ersten Linienscans 940 ausgeführt wird. Schließlich wird ausgehend vom Endpunkt des dritten Linienscans 1340 ein vierter Linienscan 1360 durchgeführt, der - wie in der Fig. 13 veranschaulicht - vorzugsweise am Startpunkt des ersten Linienscans endet. Der aus den vier Linienscans 940, 960, 1340 und 1360 ermittelte Referenzpunkt 1230 liegt bereits nahe dem tatsächlichen Referenzpunkt 1215 der Ausrichtungsmarkierung 1200.
Bei einer Verdrehung der Ausrichtungsmarkierung 1200 gegenüber den ersten beiden Linienscans 940 und 960 ist es generell günstig, vier Lini- enscans in dem Startbereich um den abgeschätzten Referenzpunkt einer Ausrichtungsmarkierung herum durchzuführen, wobei der dritte und der vierte Linienscan möglichst nahe der äußeren Begrenzung des Startbereichs ausgeführt werden sollten. Die Fig. 14 veranschaulicht beispielhaft eine Referenzmarkierung oder eine Ausrichtungsmarkierung 1480 in Form eines Quadrats, die in eine regelmäßige Anordnung kleinerer Quadrate 1470 eingebettet ist. Damit ist die Anordnung 1400 mehrdeutig, da nach dem ersten 1410 und dem zweiten Linienscan 1420 kein Referenzpunkt für die Ausrichtungsmar- kierung 1480 ermittelt werden kann. Selbst nach einem dritten 1530 und einem vierten Linienscan 1540 kann, wie in dem Beispiel der Fig. 15 dargestellt, noch immer kein Referenzpunkt für die Ausrichtungsmarkierung 1480 der Anordnung 1400 bestimmt werden. Die systematische Anwendung des definierten Verfahrens zum Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung führt jedoch, wie in dem in den Figuren 14 bis 16 veranschaulicht, nach dem fünften 1650 und dem sechsten systematischen Linienscan 1660 zur Auflösung der Mehrdeutigkeit der beispielhaften Anordnung 1400. Somit kann in dem Beispiel der Figuren 14 bis 16 nach insgesamt sechs Linienscans 1410, 1420, 1530, 1530, 1650 und 1660 eindeutig ein Referenzpunkt für die Ausrichtungsmarkierung 1480 der Anordnung 140 bestimmt werden. Die Fig. 17 zeigt das Zentrum 915 sowie das erste Element 905 und der zweite Element 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 auf dem Substrat 505 der Fotomaske 510, das mit der zweiten Vorrichtung 560 aufgenommen wurde. In dem Beispiel des Bildes der Fig. 17 war die zweite Vorrichtung 560 ein Rasterelektronenmikroskop. Als zweite Vorrichtung 560 kann auch ein Focussed Ion Beam Mikroskop oder ein Lichtmikroskop eingesetzt werden, das Licht aus dem ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums verwendet. Darüber hinaus ist es möglich, als zweite Vorrichtung 560 auch ein Rasterkraftmikroskop (AFM atomic force microscope) bzw. Modifikationen dieses Mikroskoptyps einzusetzen.
Wie bereits erwähnt, ist die Ausrichtungsmarkierung 530 in dem hier diskutierten Beispiel in das Absorbermaterial der Fotomaske 510 geätzt. Aus diesem Grund kann das Rasterelektronenmikroskop einen Topolo- giekontrast und einen Materialkontrast darstellen, der an den Kanten 1710-1745 des ersten 905 und des zweiten Elements 910 der Ausrichtungsmarkierung 530 zum Substrat 505 der Maske 510 erzeugt wird. Die Interferenzstrukturen der Fig. 17 ebenso wie der nachfolgenden Figuren 18 und 19 sind Artefakte, die beim Drucken der Bilder erzeugt werden.
In der Fig. 18 sind die vier Scanbereiche 1810, 1820, 1830 und 1840 des Rasterelektronenmikroskops in dem Bereich des Bildes der Fig. 17 dargestellt, die zum Bestimmen des Referenzpunktes 920 der Ausrich- tungsmarkierung 530 eingesetzt werden. In den einzelnen Scanbereichen 1810, 18320, 1830 und 1840 ermittelt das Rasterelektronenmikroskop oder allgemeiner die zweite Vorrichtung 560 den Verlauf der Kanten 1710, 1720, 1725 und 1735 des ersten 905 und des zweiten Elements 910 der Ausrichtungsmarkierung 530. Die Verläufe der Kanten 1710, 1720, 1725 und 1735 in den Scanbereichen 1810, 1820, 1830 und 1840 überträgt das Rasterelektronenmikroskop an die Rechen- oder Kontrolleinheit 570. Die Rechen- oder Kontrolleinheit 570 bestimmt aus den Daten der Scanbereiche 1810 und 1830, d.h. aus den Verläufen der Kanten 1710 und 1725 die Verbindungslinie 1850 und aus den Daten der Scanbereich 1820 und 1840 bzw. den Verläufen der Kanten 1720 und 1735 die Verbindungslinie 1860. Aus dem Schnittpunkt der Verbindungslinien 1850 und 1860 ermittelt die Rechen- und Kontrolleinheit den Referenzpunkt 920 der Ausrichtungsmarkierung 530.
Bei Bedarf kann die Genauigkeit der Bestimmung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung 530 verbessert werden. Dieser Vorgang ist schematisch in der Fig. 19 angegeben. Dazu werden die Kanten 1710 und 1725 des ersten Elements 905 der Ausrichtungsmarkierung 530 durch die Scanbereiche 1910 und 1930 über einen längeren Bereich hinweg abgetastet. Ferner werden die Kanten 1720 und 1735 des zweiten Elements 905 der Ausrichtungsmarkierung 530 durch die Scanbereiche 1920 und 19440 ebenfalls über eine größere Strecke gescannt. Den Verlauf der Kanten 1710 und 1725 sowie der Kanten 1720 und 1735 überträgt das Rasterelektronenmikroskop an die Rechen- und Kontrolleinheit 570. Letztere bestimmt aus diesen Daten die Verbindungslinien 1950 und i960, die einen geringeren Messfehler als die Verbindungslinien 1850 und 1860 aufweisen. Damit ermöglicht der in der Fig. 19 dargestellte Verfeinerungsschritt die Präzision der Bestimmung des Referenzpunktes 920 der Ausrichtungsmarkierung gegenüber der anhand der Fig. 18 erläuterten Ausführung zu steigern.
Das vorgestellte Verfahren erlaubt es, einen Referenzpunkt einer Ausrichtungsmarkierung eines Substrats einer Fotomaske auch dann ohne manuellen Suchprozess zu bestimmen, wenn die Variation der Ausrichtungsmarkierung von Fotomaske zu Fotomaske in den Bereich von Millimetern reicht.

Claims

Ansprüche Verfahren zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithographischen Maske, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a. Durchführen eines ersten Linienscans innerhalb eines Startbereichs des Substrats in einer ersten Richtung auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Ausrichtungsmarkierung innerhalb des Startbereichs angeordnet ist, zum Auffinden eines ersten Elements der Ausrichtungsmarkierung; b. Durchführen eines zweiten Linienscans innerhalb des Startbereichs in zumindest einer zweiten Richtung auf der Oberfläche des Substrats, welche die erste Richtung schneidet, zum Auffinden eines zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung; c. Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem aufgefundenen ersten Element und dem aufgefundenen zweiten Element der Ausrichtungsmarkierung; und d. Abbilden eines Zielbereichs um den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung herum zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung, wobei das Abbilden mit einer höheren Auflösung erfolgt als das Durchführen der Linienscans in den Schritten a. und b. Verfahren nach Anspruch l, ferner die Schritte aufweisend: e. Durchführen eines dritten und eines vierten Linienscans innerhalb eines Zwischenbereiches um die Abschätzung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung herum nach dem Schritt c, wobei der Zwischenbereich kleiner ist als der Startbereich und größer als der Zielbereich; f. Erneutes Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem erneuten Auffinden des ersten Elements und des zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung durch den dritten Linienscan und vierten Linienscan; und g. Durchführen des Schritts d. unter Verwendung der erneuten Abschätzung des Referenzpunktes. Verfahren nach Anspruch 2, ferner den Schritt aufweisend: Wiederholen der Schritte e. bis f. zum erneuten Abschätzen des Referenzpunktes mit einer Positionsungenauigkeit unterhalb einer vorgegebenen Schwelle. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die vorgegebene Schwelle 100 μπι, bevorzugt 20 μπι, mehr bevorzugt 5 μπι und am meisten bevorzugt 1 μπι beträgt. Verfahren nach Anspruch 1, ferner die Schritte aufweisend: h. Durchführen eines dritten und eines vierten Linienscans innerhalb des Startbereiches und außerhalb eines Zwischenbereichs um die Abschätzung des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung herum nach dem Schritt c, wobei der Zwischenbereich kleiner ist als der Startbereich und größer als der Zielbereich; i. Erneutes Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem erneuten Auffinden des ersten Elements und des zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung durch den dritten Linienscan und vierten Linienscan; und j. Durchführen des Schritts d. unter Verwendung der erneuten Abschätzung des Referenzpunktes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt c. des Verfahrens umfasst: Vergleichen des ersten Linienscans und des zweiten Linienscans mit gespeicherten Referenzmarkierungen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Referenzpunktes eine Positionsungenauigkeit < 10 μπι, bevorzugt < ι μπι, mehr bevorzugt < 300 nm und am meisten bevorzugt < 100 nm aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner die Schritte aufweisend: k. Verschieben des Startbereichs, wenn im Schritt c. kein Referenzpunkt abgeschätzt wird; und
1. Wiederholen der Schritte a., b. und c.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Durchführen des ersten und des zweiten Linienscans das Anwenden eines konfokalen spektroskopischen Reflektometers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Durchführen des ersten und des zweiten Linienscans das Anwenden des konfokalen spektroskopischen Reflektometers ohne vorhergehende Fokus- sierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, ferner den Schritt aufweisend: Einstellen des Signal-zu-Rauschverhältnisses des ersten und des zweiten Linienscans durch den Abstand des Substrats der photolithographischen Maske und einer Austrittslinse des konfokalen spektroskopischen Reflektometers.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbilden des Zielbereichs das Anwenden eines Rasterelektronenmikroskops und/ oder eines Focussed Ion Beam Mikroskops und/oder eines Lichtmikroskops umfasst.
Vorrichtung zum automatisierten Bestimmen eines Referenzpunktes einer Ausrichtungsmarkierung auf einem Substrat einer photolithographischen Maske, aufweisend: a. Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans innerhalb eines Startbereichs des Substrats in einer ersten Richtung auf einer Oberfläche des Substrats, wobei die Ausrichtungsmarkierung innerhalb des Startbereichs angeordnet ist, zum Auffinden eines ersten Elements und eines zweiten Elements der Ausrichtungsmarkierung; b. Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung aus dem ersten und dem zweiten Element der Ausrichtungsmarkierung; und c. Mittel zum Abbilden eines Zielbereichs um den abgeschätzten Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung herum zum Bestimmen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung, wobei das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs eine höhere Auflösung aufweist als das Mittel zum Durchführen des ersten Linienscans und des zweiten Linienscans.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans eine laterale Ortsauflösung < 100 μπι, bevorzugt < 50 μπι, mehr bevorzugt < 20 μπι und am meisten bevorzugt < 10 μπι aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans Mittel zum lokalen Abtasten der Oberfläche des Substrats umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 - 15, wobei das Mittel zum Durchführen eines ersten Linienscans und eines zweiten Linienscans umfasst: d. einen Sensor, der ausgebildet ist fokussierte elektromagnetische Strahlung auf das Substrat zu richten und von dem Substrat reflektierte und/ oder transmittierte elektromagnetische Strahlung zu empfangen; e. eine Scaneinheit, die ausgebildet ist den Sensor und/ oder das Substrat in einer Ebene senkrecht zu der fokussierten elektromagnetischen Strahlung zu scannen; und f. eine Kontrolleinheit, die mit dem Sensor verbunden ist und die ausgebildet ist, aus der von dem Sensor empfangenen elektromagnetischen Strahlung eine lokale Intensitätsverteilung zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Kontrolleinheit ferner mit der Scaneinheit verbunden ist und ausgebildet ist, die Scaneinheit zu steuern oder zu regeln. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Scaneinheit eine Ortsauflösung < 20 μηι, bevorzugt < 10 μηι, mehr bevorzugt < 1 μπι und am meisten bevorzugt < 0,5 μπι aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 18, wobei der Sensor ein konfokales spektroskopisches Reflektometer umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Sensor ausgebildet ist, den ersten und den zweiten Linienscan ohne vorhergehende Fo- kussierung durchführen.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, wobei das Signal-zu- Rauschverhältnis des ersten und des zweiten Linienscans durch den Abstand des Substrats der photolithographischen Maske und einer Austrittslinse des konfokalen spektroskopischen Reflekto- meters eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 21, wobei das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs eine Ortsauflösung < 200 nm, bevorzugt < 50 nm, mehr bevorzugt < 10 nm und am meisten bevorzugt < 2 nm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 22, wobei das Mittel zum Abbilden des Zielbereichs ein Rasterelektronenmikroskop und/oder ein Focussed Ion Beam Mikroskop und/oder ein Lichtmikroskop umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 23, wobei das Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung einen Prozessor umfasst, der ausgebildet ist aus den aufgefundenen ersten und zweiten Elementen den Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung abzuschätzen und/oder aus der Abbil- dung des Zielbereichs den Referenzpunkt der Ausrichtungsmarkierung zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 - 24, wobei das Mittel zum Abschätzen des Referenzpunktes der Ausrichtungsmarkierung einen Speicher umfasst zum Speichern von Referenzmarkierungen.
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