DE10058216C1

DE10058216C1 - Verfahren zur Bestimmung eines Abstandes periodischer Strukturen

Info

Publication number: DE10058216C1
Application number: DE10058216A
Authority: DE
Inventors: Christian Rotsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-11-23
Filing date: 2000-11-23
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2020-11-24
Also published as: US6628409B2; US20020149783A1

Abstract

Mit Hilfe von Fourier-Transformationen wird ein Power-Spektrum eines Bildes einer integrierten Schaltung errechnet. Aus dem ersten Beugungsmaximum, das einen reziproken Abstand periodischer Strukturen darstellt, wird der Abstand der periodischen Strukturen ermittelt. Auf diese Weise ist ein einfaches Verfahren zum Berechnen von Abständen periodischer Strukturen von integrierten Schaltungen oder Fotomasken möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Ab standes periodischer Strukturen einer integrierten Schaltung oder einer Fotomaske.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein mittlerer Abstand periodischer Strukturen wird auf Halb leiterwafern oder Fotomasken in der Weise ermittelt, dass an mehreren Messpunkten entlang einer Strukturkante Messwerte für die Kantenposition erfasst und aufgrund der Messwerte ein Abstand zwischen periodischen Strukturen des Halbleiterwafers oder der Fotomaske ermittelt werden.

Aus dem US-Patent 6 020 957 ist ein System und ein Verfahren zur Untersuchung von Halbleiterwafern bekannt, mit dem gleichzeitig mehrere Bereiche eines Halbleiterwafers unter sucht werden können. Dabei wird eine monochromatische Licht quelle zur Beleuchtung der Halbleiterwaferoberfläche verwen det. Ein optisches Dunkelfeldsystem sammelt das von der Ober fläche des Halbleiterwafers reflektierte Licht und filtert Muster heraus, die korrekten periodischen Waferstrukturen entsprechen. Dabei wird eine Filterung nach dem Fourier-Ver fahren durchgeführt. Das gefilterte Licht wird von einem di gitalen Signalprozesser weiterverarbeitet. Durch den Ver gleich von Bildern werden defekte Waferoberflächen erkannt. Das bekannte Verfahren beschreibt jedoch kein Verfahren, das unter Verwendung der Fourier-Transformation einen Abstand der periodischen Strukturen ermittelt.

Aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 100 06 782 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Strukturmerkmalen auf einer Substratoberfläche be kannt. Das Verfahren verwendet folgende Schritte: Hervorheben mehrerer Strukturmerkmale von der übrigen Substratoberfläche, optisches Erfassen eines Flächenbereichs der Substratoberflä che, indem zumindest einige der hervorgehobenen Strukturmerk male liegen, wobei das optische Erfassen digital oder analog mit anschließender Digitalisierung erfolgt. Ermitteln zumin destens einer mathematischen Funktion in Abhängigkeit der sich regelmäßig auf der Substratoberfläche abwechselnden Hel ligkeits- oder Farbstufen und Ermitteln des Amplitudenspekt rums der Funktion. Das Amplitudenspektrum der Funktion wird mittels einer Fourier-Analyse erhalten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ermitteln des Abstandes periodischer Strukturen integrierter Schaltungen oder Fotomasken bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Ein wesentlicher Schritt der Erfindung besteht darin, dass eine Abbildung der periodi schen Struktur erfasst und einer Fourier-Transformation un terzogen wird. Aus der Position des Maximums erster Ordnung des Fourier-Spektrums wird der Abstand der periodischen Strukturen ermittelt. Auf diese Weise wird die gesamte Infor mation der erfassten Struktur ausgewertet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Weiterhin ist es von Vorteil, die Orientierung der periodi schen Struktur über eine Integration des Power-Spektrums zu ermitteln.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er läutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Messaufbau zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens, und

Fig. 3 schematisch die Darstellung eines Power-Spektrums.

Fig. 1 zeigt ein Messobjekt 1, dem eine Erfassungseinheit 2 zugeordnet ist. Die Erfassungseinheit 2 ist mit einer Rechen einheit 3 verbunden. Die Recheneinheit 3 steht mit einem Speicher 4 und mit einer Anzeigeeinheit 5 in Verbindung. Die Erfassungseinheit 2 ist beispielsweise als optische Kamera, als Rasterelektronenmikroskop oder als optisches Mikroskop ausgebildet. Die Funktion der Erfassungseinheit 2 besteht da rin, die Struktur in Form einer Abbildung zu erfassen. Die Art der Abbildung kann je nach Anwendungsfall gewählt werden.

Als Messobjekt 1 ist ein Halbleiterwafer mit einer integrier ten Schaltung oder eine Fotomaske angeordnet. Sowohl die in tegrierte Schaltung auf dem Halbleiterwafer als auch die Be lichtungsstrukturen der Fotomaske weisen periodische Struktu ren auf, die in der Fig. 1 schematisch in Form von parallelen Kanten 7 dargestellt sind. Bei modernen Herstellungsverfahren von integrierten Schaltungen ist es erforderlich, den Abstand zwischen Kanten 7 periodischer Strukturen genau einzustellen. Dazu werden die Abstände in einem Überprüfungsverfahren er mittelt und mit vorgegebenen Abständen verglichen. Liegen Ab weichungen vor, dann wird eine Korrektur vorgenommen.

Die Erfassungseinheit 2 erfasst als Abbildung die Oberfläche 6 des Messobjekts 1 und führt die Abbildung der Recheneinheit 3 zu. Die Recheneinheit 3 führt eine Digitalisierung der er fassten Abbildung durch und unterzieht die digitale Abbildung einer Fourier-Transformation. Bei der Fourier-Transformation wird nach bekannten Verfahren ein Power-Spektrum berechnet. Die Verfahren zur Berechnung der Fourier-Transformation und des Power-Spektrums sind in Form von Computerprogrammen im Speicher 4 abgelegt.

Das erhaltene Power-Spektrum entspricht in einer einfachen Form einer Folge von Maxima, die auf einer Geraden angeordnet sind. Beispielsweise ist in Fig. 3 ein entsprechendes Power- Spektrum dargestellt. Die Recheneinheit 3 ermittelt nun den Abstand d zwischen dem Mittelpunkt des Power-Spektrums und dem Maximum erster Ordnung M1. Der Abstand zwischen dem Mit telpunkt und dem Maximum erster Ordnung entspricht einem re ziproken Abstand D periodischer Strukturen (D = 2π/d). Die Recheneinheit 3 ermittelt den Abstand der periodischen Struk turen und gibt diesen über die Anzeigeeinheit 5 aus. Die Kan ten 7 begrenzen beispielsweise Kontaktflächen, Leiterbahnen, Gateanschlussflächen usw.

Außerdem wird in einer anderen Anwendung als Messobjekt 1 ei ne Eichprobe verwendet, die Strukturen mit bekannten perio dischen Abständen zwischen Kanten aufweist. In diesem Fall wird mit der Erfassungseinheit 2 eine Abbildung der Eichprobe erfasst, von der Recheneinheit einer Fourier-Transformation unterzogen und die Position des Maximums erster Ordnung im Power-Spektrum mit den bekannten periodischen Abständen ver glichen. Das Power-Spektrum wird solange gestreckt oder ge staucht, bis das Maximum erster Ordnung den Abstand zum Mit telpunkt aufweist, der dem bekannten Abstand entspricht.

Fig. 2 zeigt schematisch den Programmablauf zur Durchführung des Verfahrens. Bei Programmpunkt 10 erfasst die Erfassungs einheit 2 ein optisches Bild der Oberfläche des Messobjektes 1 in Form einer Grauwertverteilung (t_B(x, y))², wobei t_B den Grauwert eines Punktes und x, y die Koordinaten des Punktes darstellen. Die Grauwertverteilung ist auf den Bereich zwi schen [0,1] normiert. Aus der Grauwertverteilung berechnet die Recheneinheit 3 mit einer Fourier-Transformation das Fou rier-Spektrum t_F der Grauwertverteilung mit (t_F(Kx, Ky))², wobei das Fourier-Spektrum auf den Bereich zwischen 0 und 1 normiert ist. Aus der Gleichung log t² _F = 2 log t_F wird das Power-Spektrum erhalten. Aus der vorhergehenden Gleichung wird das Power-Spektrum mit folgender Formel erhalten:

t_F(Kx, Ky) = ∫ ∫ t_B(X, Y)e^-i(KxX+KyY)dXdY.

Mit = (Kx, Ky) ist der reziproke Gittervektor bezeichnet. Die Richtung des reziproken Gittervektors gibt die Orien tierung der periodischen Struktur, der Betrag den Abstand der periodischen Strukturen. Mit ist der Vektor vom Maximum nullter zum Maximum erster Ordnung im Power-Spektrum bezeich net. Für die Bezeichnung zwischen dem periodischen Abstand D der periodischen Strukturen gilt:

Somit wird aus dem Vektor ₁ der Abstand der periodischen Strukturen berechnet.

Das optische Bild wird dazu an die Recheneinheit 3 übertra gen. Die Recheneinheit 3 wandelt das analoge Bild bei Pro grammpunkt 20 in ein digitales Bild um. Beim folgenden Pro grammpunkt 30 wendet die Recheneinheit 3 die Fouriertrans formation auf das digitale Bild an und berechnet aus dem di gitalen Bild ein Power-Spektrum entsprechend der oben angege benen Formel.

Beim folgenden Programmpunkt 40 erfasst die Recheneinheit 3 den Vektor ₁ zwischen dem Maximum erster und dem Maximum nullter Ordnung im Power-Spektrum. Anschließend berechnet die Recheneinheit 3 den Abstand D der periodischen Strukturen:

Beim folgenden Programmpunkt 50 gibt die Recheneinheit 3 den ermittelten Abstand D der periodischen Strukturen über die Anzeigeeinheit 5 aus.

Fig. 3 zeigt schematisch ein einfaches Power-Spektrum. In Fig. 3 ist ein reziproker Gitterraum dargestellt, der von zwei Gittervektoren kx, ky aufgespannt ist. Auf einer Geraden sind Intensitätsmaxima M1, M2, M3 dargestellt, die mit Hilfe von Fourier-Transformationen als Power-Spektrum berechnet wurden. Der Vektor ₁ zwischen dem Maximum erster Ordnung M1 und dem Mittelpunkt, in dem das Maximum nullter Ordnung an geordnet ist, ist proportional zu dem reziproken Wert des Ab standes D der periodischen Strukturen der Oberfläche 6 des Messobjektes 1. Die Orientierung einer Kante 7 einer perio dischen Struktur steht im 90°-Winkel auf dem Vektor K₁.

Ein wesentliches Ziel der Erfindung besteht darin, die Perio dizität von Strukturen in integrierten Schaltungen auf Halb leiterwafern oder von Fotomasken, die zum Belichten von Ätz lacken bei der Herstellung von integrierten Schaltungen ver wendet werden, auf einfache Weise zu ermitteln. Das beschrie bene Verfahren bietet den Vorteil, dass die gesamte Bildin formation ausgenutzt wird, um den periodischen Abstand D zu ermitteln. Deshalb wird der periodische Abstand präzise er mittelt.

Weiterhin ist es von Vorteil, das Power-Spektrum zur Fest legung der Orientierung der periodischen Strukturen auszuwer ten. Zu diesem Zweck wird entlang mehrerer Geraden, die durch den Mittelpunkt des Power-Spektrums verlaufen, über die In tensität des Power-Spektrums das Power-Spektrum integriert. Da das Power-Spektrum in den Maxima deutlich höhere In tensitätswerte aufweist als in anderen Bildbereichen, ist die optimale Gerade gefunden, wenn das Integral D(ϕ) maximal wird. Bezeichnet man die Intensität in einem Punkt (Kx, Ky) des Power-Spektrums mit I(Kx, Ky) und wählt als Geradenparameter den Winkel ϕ, dann kann das auf Intensitäten normierte Integral D(ϕ) entlang einer Geraden berechnet werden.

Die Durchführung einer Fourier-Transformation wie z. B. der Fast Hartley Transform (FHT) ist von R. N. Bracewell, Proc. IEEE, Vol. 72, 8 (1984) beschrieben.

Periodische Strukturen sind beispielsweise Kanten 7 von Gate kontakten bei Transistoren oder Kontaktlochkanten, wie z. B. bei der Deep Trench Technologie.

In einer einfachen Ausführungsform werden das Maximum nullter und das Maximum erster Ordnung aus dem Fourier-Spektrum der Grauwertverteilung t_F(K_x, K_y) ermittelt.

Bezugszeichenliste

1

Messobjekt

2

Erfassungseinheit

3

Recheneinheit

4

Speicher

5

Anzeigeeinheit

6

Oberfläche

7

Kante

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln von Abständen periodischer Strukturen einer integrierten Schaltung oder einer Fotomaske, wobei eine Abbildung der integrierten Schaltung oder der Fo tomaske erfasst wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Abbildung einer Fourier-Transformation unterzogen wird, und in der Fourier-Transformierten ein Maximum erster Ordnung und ein Maximum nullter Ordnung ermittelt wird, und
dass aus dem Abstand zwischen dem Maximum nullter und dem Ma ximum erster Ordnung ein Abstand der periodischen Strukturen berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Fourier-Transformation ein Power-Spektrum be rechnet wird, und dass aus dem Abstand zwischen dem Maximum erster und dem Maximum nullter Ordnung im Power-Spektrum der Abstand der periodischen Strukturen berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der periodischen Struktur durch eine Auswer tung des Power-Spektrums ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Power-Spektrum entlang verschiedener Geraden integriert wird, die durch das Maximum nullter Ordnung verlaufen, dass die Gerade mit dem größeren Wert des Integrals als Orientie rungsachse erkannt wird, zu der die periodische Struktur im 90°-Winkel angeordnet ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Abbildung in Form eines optischen Bil des oder in Form eines digitalen Bildes erstellt wird.