DE102007033814A1

DE102007033814A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Position von Marken auf einer Maske

Info

Publication number: DE102007033814A1
Application number: DE102007033814A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Klose; Michael Dr. Arnz; Albecht Dr. Hof; Helmut Dr. Krause; Ulrich Dr. Strößner; Matthias Manger; Uwe Dr. Schellhorn; Karl-Heinz Bechstein
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2007-04-04
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2008-10-09
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: WO2008122338A1; TW200907610A; DE102007033814B4; US20100153059A1

Abstract

Es wird bereitgestellt eine Vorrichtung (1) zum Messen der Position von Marken (M) auf einer Maske (2), mit einem Maskenhalter (3) zum Halten der Maske (2), einer Aufnahmeeinheit (7) zum Aufnehmen der Marken (M) der vom Maskenhalter (3) gehaltenen Maske (2), einem Stellmodul (12) zum relativen Bewegen von Maskenhalter (3) und Aufnahmeeinheit (7) zueinander und einem Auswertemodul (17), das die aufgrund der Schwerkraft auftretende Durchbiegung der Maske (2) im Maskenhalter (3) numerisch berechnet und auf Basis der berechneten Durchbiegung, der Aufnahmen der Aufnahmeeinheit (7) und der Relativbewegung von Maskenhalter (3) und Aufnahmeeinheit (7) die Position der Marken (M) auf der Maske (2) bestimmt, wobei vor der Berechnung der Durchbiegung die vorliegende Lage der Maske (2) im Maskenhalter (3) bestimmt und bei der numerischen Berechnung berücksichtigt wird und/oder die geometrischen Abmessungen der Maske (2) bei der numerischen Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Position von Marken auf einer Maske.
Bei einer solchen Vorrichtung besteht eine Schwierigkeit darin, daß sich die Maske aufgrund ihres Eigengewichtes, wenn sie beispielsweise auf einer 3-Punktauflage gehalten wird, durchbiegt. Bei einer Maske, die im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist und eine Breite von 152 mm, eine Länge von 152 mm sowie eine Höhe von 6,35 mm aufweist, führt diese Durchbiegung (je nachdem wie die drei Auflagepunkte angeordnet sind) zu einer Verschiebung des Musters auf der Maske (also des Musters, das zur Belichtung bei der Herstellung von Halbleiter verwendet wird) in z-Richtung (also senkrecht zur Maskenebene) um ca. 600–800 nm und in x-y-Richtung (also innerhalb der Maskenebene) um ca. 60–80 nm. Um diese Verschiebung des Musters zu korrigieren, wird bisher die Durchbiegung der Maske häufig mit einer Finite-Elemente-Modell-Rechnung simuliert und dann bei der Auswertung der optischen Messung berücksichtigt. Inzwischen werden Meßgenauigkeiten in x-y-Richtung von kleiner als 1 nm verlangt und es hat sich gezeigt, daß dann die erreichbare Genauigkeit nicht mehr ausreicht.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Messen der Position von Marken auf einer Maske zur Verfügung zu stellen, mit der die gewünschte Meßgenauigkeit in der Maskenebene erreicht werden kann. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren zur Messung der Position von Marken auf einer Maske bereitgestellt werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen der Position von Marken auf einer Maske, mit einem Maskenhalter zum Halten der Maske, einer Aufnahmeeinheit zum Aufnehmen der Marken der vom Maskenhalter gehaltenen Maske, einem Stellmodul zum relativen Bewegen von Maskenhalter und Aufnahmeeinheit zueinander und einem Auswertemodul, das die aufgrund der Schwerkraft auftretende Durchbiegung der Maske im Maskenhalter numerisch berechnet und auf der Basis der berechneten Durchbiegungen, der Aufnahmen der Aufnahmeeinheit und der Relativbewegung von Maskenhalter und Aufnahmeeinheit die Position der Marken auf der Maske bestimmt, wobei

a) vor der Berechnung der Durchbiegung die vorliegende Lage der Maske im Maskenhalter bestimmt und bei der numerischen Berechnung berücksichtigt wird und/oder
b) die geometrischen Abmessungen der Maske bei der numerischen Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.

Durch die Berücksichtigung der vorliegenden also tatsächlichen Lage der Maske im Maskenhalter kann eine ausreichende Genauigkeit bei der Berechnung der Durchbiegung erreicht werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß schon geringste Änderungen der Lage der Maske auf den Maskenhalter zu Änderungen der Durchbiegung führen.
Die Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen der Maske führt zu einer weiteren Erhöhung der Genauigkeit bei der Berechnung der Durchbiegung der Maske.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie zumindest eine geometrische Abmessung der Maske (z. B. im vom Maskenhalter gehaltenen Zustand) mißt. Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mehrere oder alle (notwendigen) geometrischen Abmessungen der Maske messen. Alternativ ist es möglich, daß eine, mehrere oder alle (notwendigen) geometrischen Abmessungen von einer separaten Meßvorrichtung gemessen und dann der erfindungsgemäßen Vorrichtung zugeführt werden, so daß diese die geometrischen Abmessungen bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigen kann.
Der Maskenhalter kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung als 3-Punktauflage ausgebildet sein. Es ist jedoch auch jede andere Art von Maskenhalter möglich.
Insbesondere kann die Vorrichtung ein erstes Meßmodul aufweisen, das die Lage der Maske im Maskenhalter mißt. Damit kann sichergestellt werden, daß stets die tatsächlich vorliegende Lage der Maske im Maskenhalter bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt wird, was zu sehr guten Meßergebnissen führt.
Die Berechnung der Durchbiegung wird insbesondere als Finite-Elemente-Berechnung durchgeführt. Es ist jedoch auch jede andere Art der numerischen Modellierung möglich.
Das erste Meßmodul kann zumindest die Lage einer Maskenkante relativ zum Maskenhalter messen. Eine solche Messung der Maskenkante kann relativ leicht mit der gewünschten Genauigkeit durchgeführt werden.
Es kann natürlich auch für mehrere Maskenkanten mittels dem ersten Meßmodul die Lage relativ zum Maskenhalter gemessen werden.
Die Maske kann im wesentlichen als Quader ausgebildet sein, wobei dann die gemessene Länge, Breite und Höhe des Quaders bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.
Ferner ist es möglich, daß die Vorrichtung ein zweites Meßmodul aufweist, das das Gewicht der Maske mißt und von den drei Abmessungen Länge, Breite und Höhe des Quaders zwei Abmessungen mißt und die dritte Abmessung aus den beiden gemessenen Abmessungen und dem gemessenen Gewicht berechnet. Von besonderem Vorteil ist es, wenn Länge und Breite gemessen werden. Dies kann beispielsweise mittels eines herkömmlichen Mikroskops erfolgen.
Die Messung der geometrischen Abmessungen und/oder des Gewichts können innerhalb oder auch außerhalb der Vorrichtung zum Messen der Position von Marken auf einer Maske durchgeführt werden.
Die Vorrichtung kann ferner ein Handhabungsmodul enthalten, das zur Bestimmung der Lage der Maske im Maskenhalter die Maske in einer vorbestimmten Lage hochgenau positioniert.
Das Handhabungsmodul kann die Positionierung der Maske im Maskenhalter beispielsweise geregelt durchführen. Dazu können optische und/oder mechanische Messungen durchgeführt werden. Auch können mechanische Taster eingesetzt werden, um die gewünschte Position (Soll-Position) im Maskenhalter vorzugeben.
Wenn die Maske transparent ist, ist es möglich, die Dicke der Maske optisch zu messen. insbesondere kann die Aufnahmeeinheit zur Dickenmessung eingesetzt werden. Bevorzugt wird die Dicke an den Auflagepunkten des Maskenhalters gemessen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zum Messen der Position von Marken auf einer Maske, bei dem

a) die Maske auf einem Maskenhalter positioniert wird,
b) die Marken der vom Maskenhalter gehaltenen Maske aufgenommen werden und
c) die aufgrund der Schwerkraft auftretende Durchbiegung der Maske im Maskenhalter numerisch berechnet und auf der Basis der berechneten Durchbiegung sowie Aufnahmen die Position der Marken auf der Maske bestimmt wird, wobei
d) die geometrischen Abmessungen der Maske bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden und/oder vor der Berechnung der Durchbiegung die vorliegende Lage der Maske im Maskenhalter bestimmt und bei der numerischen Berechnung berücksichtigt wird.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, hochgenau die Durchbiegung der Maske zu berechnen und damit die Positionsbestimmung mit der erforderlichen Genauigkeit innerhalb der Maskenebene durchzuführen.
Bei dem Verfahren wird zur Durchführung der Aufnahmen der Marken bevorzugt eine Relativbewegung zwischen der Maske und der entsprechenden Aufnahmeeinheit durchgeführt. Insbesondere kann die Maske relativ zur Aufnahmeeinheit bewegt werden. Bei der Bestimmung der Position der Marken wird diese Relativbewegung berücksichtigt.
Der Maskenhalter kann als 3-Punktauflage ausgebildet werden. Insbesondere kann in einem Normierungsschritt die genaue Lage der einzelnen Auflagen der 3-Punktauflagen relativ zu einem Referenzpunkt des Maskenhalters gemessen werden.
Insbesondere kann die Lage der Maske (der ein Punkt des Maskenhalters selbst sein kann) im Maskenhalter gemessen werden. Diese Messung kann natürlich relativ zum Referenzpunkt durchgeführt werden.
Zumindest die Lage einer Maskenkante kann relativ zum Maskenhalter gemessen werden. Daraus kann bei vorbekannter Geometrie der Maske die Lage der Maske im Maskenhalter abgeleitet werden.
Die geometrischen Abmessungen, die bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden, können durch Messungen ermittelt werden. Insbesondere können diese Messungen an der auf dem Maskenhalter positionierten Maske durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Vermessung der Maske durchzuführen, bevor sie auf dem Maskenhalter positioniert wird. Es kann beispielsweise das Gewicht der Maske gemessen werden und aus dem gemessenen Gewicht kann eine geometrische Abmessung abgeleitet werden.
Die Maske kann beispielsweise im wesentlichen als Quader ausgebildet sein, so daß dann die gemessene Länge, Breite und Höhe des Quaders bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.
Ferner ist es möglich, wenn die Maske als Quader ausgebildet ist, das Gewicht der Maske und von den drei Abmessungen Länge, Breite und Höhe des Quaders zwei Abmessungen zu messen und die dritte Abmessung aus den beiden gemessenen Abmessungen und dem gemessenen Gewicht zu berechnen.
Die Maske kann im Maskenhalter zur Bestimmung der Lage der Maske im Maskenhalter in einer vorbestimmten Lage hochgenau positioniert werden. Dies kann insbesondere geregelt durchgeführt werden.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachfolgend wird die Erfindung beispielshalber anhand der beigefügten Zeichnungen, die auch erfindungswesentliche Merkmale offenbaren, noch näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zum Messen der Position von Marken auf einer Maske;
2 eine Draufsicht auf die zu messende Maske 2, und
3 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Durchbiegung der im Maskenhalter 3 gehaltenen Maske 2.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung 1 zum Messen der Position von Marken M auf einer Maske 2 einen Maskenhalter 3 zum Halten der Maske 2.
Der Maskenhalter 3 ist als 3-Punktauflage ausgebildet und weist die schematisch in 1 dargestellten Auflagen 4, 5 und 6 auf.
In 2 ist die Maske 2 schematisch in Draufsicht dargestellt, wobei die Marken M schematisch und nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Die Positionen, an denen die Maske 2 mit ihrer Unterseite auf den Auflagen 4–6 aufliegt, ist in 2 jeweils als gestrichelte Kreislinie dargestellt.
Die Vorrichtung 1 zum Messen der Position von Marken M auf der Maske 2 umfaßt eine Aufnahmeeinheit 7, von der hier schematisch ein Meßobjektiv 8 und ein Detektor 9 dargestellt sind. Ferner enthält die Aufnahmeeinheit 7 einen Strahlteiler 10 sowie eine Beleuchtungsquelle 11, so daß die Marken M mit Auflichtbeleuchtung aufgenommen werden können.
Der Maskenhalter 3 kann mittels einem Stellmodul 12 relativ zum Meßobjektiv 8 in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene bewegt werden. Mit dem Stellmodul 12 kann der Maskenhalter 3 und somit die Maske 2 jeweils so positioniert werden, daß die Aufnahmeeinrichtung 7 eine der Marken M mit hoher Vergrößerung aufnehmen kann.
Am Maskenhalter 3 ist ein erstes Meßmodul 13 angebracht, mit dem die Lage und Ausrichtung der Kante 14 der Maske 2 relativ zu den Auflagen 4–6 gemessen werden kann.
Die Vorrichtung 1 enthält ferner ein zweites Meßmodul 15, das, wie durch den Doppelpfeil 16 angedeutet ist, anstatt der Aufnahmeeinheit 7 oberhalb der Maske 2 positioniert werden kann. Mit dem zweiten Meßmodul 15 können die Abmessungen in Draufsicht der Maske (also Länge und Breite) gemessen werden.
Die Aufnahmeeinheit 7, das zweite Meßmodul 15, das erste Meßmodul 13 sowie das Stellmodul 12 sind mit einem Auswertemodul 17 verbunden, das die Position der Marken M der Maske 2 bestimmt. Diese Bestimmung basiert auf den Aufnahmen und der Relativbewegung zwischen Aufnahmeeinheit 7 und Maske 2. Ferner wird die durch die Schwerkraft bedingte Durchbiegung der Maske, die in 3 schematisch und stark übertrieben für die vordere Kante 18 dargestellt ist, mittels einer Finite-Elemente-Berechnung modelliert (in 3 ist die gestrichelte Linie 18 die Nullfaser bei schwerelosem Zustand und ist die gestrichelte Linie 19 die Nullfaser bei der durch die Schwerkraft bedingten Durchbiegung) Bei dieser Berechnung wird die mittels des ersten Meßmoduls 13 gemessene Lage und Ausrichtung der Kante 14 bzw. der Maske 2 relativ zu den Auflagen 4, 5 und 6 berücksichtigt. Damit wird die tatsächlich vorliegende Durchbiegung äußerst genau rechnerisch modelliert, was im Ergebnis zu einer sehr exakten Positionsbestimmung der Marken M auf der Maske 2 führt.
Neben der Lage der Maske 2 auf den Auflagen 4–6 können ferner die geometrischen Abmessungen der Maske 2 berücksichtigt werden. Die Dicke D der Maske 2 kann mittels des ersten Meßmoduls 13 gemessen werden. Die Länge L und Breite B (in Draufsicht) der Maske 2 kann mittels dem zweiten Meßmodul 15 gemessen werden, das für diese Messung in eine Position oberhalb der gehaltenen Maske 2 positioniert wird. Die Berücksichtigung der gemessenen geometrischen Abmessungen der Maske 2 bei der Berechnung der Durchbiegung führt zu einer höheren Genauigkeit.
Die Messung der geometrischen Abmessungen muß nicht in der Vorrichtung 1 zum Messen der Position von Marken M auf der Maske 2 durchgeführt werden. Es ist möglich, daß die Maske 2 vermessen wird, bevor sie in die Vorrichtung 1 eingelegt wird. Jedoch muß die Messung der Lage der Maske 2 relativ zu den Auflagen 4–6 in der Vorrichtung 1 selbst durchgeführt werden.
Die geometrischen Abmessungen können auch so ermittelt werden, daß beispielsweise nur Länge L und Breite B optisch vermessen werden. Ferner wird die Maske 2 gewogen, so daß bei bekanntem Material die Dicke der Maske 2 berechnet werden kann.
In einem Normierungsschritt können die Positionen der Auflagen 4, 5 und 6, ohne Maske 2, hochgenau z. B. zum ersten Meßmodul 13 vermessen werden. Dann können durch Messung der Lage der Maske 2 im Maskenhalter 3 die exakten Positionen ermittelt werden, an denen die Maske 2 auf den Auflagen 4–6 aufliegt.
Anstatt die Position der Maske 2 relativ zu den Auflagen 4–6 zu messen, ist es auch möglich, die Maske 2 hochgenau auf den Auflagen 4–6 zu positionieren. Dazu kann ein (nicht gezeigtes) Handhabungsmodul, das Bestandteil der Vorrichtung 1 ist, die Maske stets in der gleichen Ausrichtung auf den Auflagen 4–6 positionieren. Die Positionierung kann bevorzugt geregelt durchgeführt werden. Es ist beispielsweise möglich, gleichzeitig optisch die Position zu messen. Ferner können auch mechanische Taster verwendet werden, um die gewünschte Ausrichtung auf den Auflagen 4–6 vorzugeben bzw. einzustellen.

Claims

Vorrichtung (1) zum Messen der Position von Marken (M) auf einer Maske (2), mit einem Maskenhalter (3) zum Halten der Maske (2), einer Aufnahmeeinheit (7) zum Aufnehmen der Marken (M) der vom Maskenhalter (3) gehaltenen Maske (2), einem Stellmodul (12) zum relativen Bewegen von Maskenhalter (3) und Aufnahmeeinheit (7) zueinander und einem Auswertemodul (17), das die aufgrund der Schwerkraft auftretende Durchbiegung der Maske (2) im Maskenhalter (3) numerisch berechnet und auf Basis der berechneten Durchbiegung, der Aufnahmen der Aufnahmeeinheit (7) und der Relativbewegung von Maskenhalter (3) und Aufnahmeeinheit (7) die Position der Marken (M) auf der Maske (2) bestimmt, wobei vor der Berechnung der Durchbiegung die vorliegende Lage der Maske (2) im Maskenhalter (3) bestimmt und bei der numerischen Berechnung berücksichtigt wird und/oder die geometrischen Abmessungen der Maske (2) bei der numerischen Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Maskenhalter (3) als 3-Punktauflage ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, mit einem ersten Meßmodul (13), das die Lage der Maske im Maskenhalter mißt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das erste Meßmodul (13) zumindest die Lage einer Maskenkante (14) relativ zum Maskenhalter (3) mißt.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Maske (2) im wesentlichen als Quader ausgebildet ist und die gemessene Länge, Breite und Höhe des Quaders bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Maske (2) im wesentlichen als Quader ausgebildet ist und die Vorrichtung ein zweites Meßmodul (15) aufweist, das das Gewicht der Maske (2) mißt und von den drei Abmessungen Länge, Breite und Höhe des Quaders zwei Abmessungen mißt und die dritte Abmessung aus den beiden gemessenen Abmessungen und dem gemessenen Gewicht berechnet.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, mit einem Handhabungsmodul, das zur Bestimmung der Lage der Maske (2) im Maskenhalter (3) die Maske (2) in einer vorbestimmten Lage positioniert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der das Handhabungsmodul die Positionierung der Maske (2) im Maskenhalter (3) geregelt durchführt.
Verfahren zum Messen der Position von Marken auf einer Maske, bei dem a) die Maske auf einem Maskenhalter positioniert wird, b) die Marken der vom Maskenhalter gehaltenen Maske aufgenommen werden und c) die aufgrund der Schwerkraft auftretende Durchbiegung der Maske im Maskenhalter numerisch berechnet und auf Basis der berechneten Durchbiegung sowie der Aufnahmen die Position der Marken auf der Maske bestimmt wird, wobei d) die geometrischen Abmessungen der Maske bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden und/oder vor der Berechnung der Durchbiegung die vorliegende Lage der Maske im Maskenhalter bestimmt und bei der numerischen Berechnung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei der der Maskenhalter als 3-Punktauflage ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Lage der Maske im Maskenhalter gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zumindest die Lage einer Maskenkante relativ zum Maskenhalter gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die geometrischen Abmessungen der Maske, die bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden, durch Messungen ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Messungen der geometrischen Abmessungen der Maske an der auf dem Maskenhalter positionierten Maske durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Maske im wesentlichen als Quader ausgebildet ist und die gemessene Länge, Breite und Höhe des Quaders bei der Berechnung der Durchbiegung berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem die Maske im wesentlichen als Quader ausgebildet ist und das Gewicht der Maske und von den drei Abmessungen Länge, Breite und Höhe des Quaders zwei Abmessungen gemessen werden und die dritte Abmessung aus den beiden gemessenen Abmessungen und dem gemessenen Gewicht berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem zur Bestimmung der Lage der Maske im Maskenhalter die Maske in einer vorbestimmten Lage positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Positionierung der Maske im Maskenhalter geregelt durchgeführt wird.