DE102008002778B4

DE102008002778B4 - Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens einer Struktur auf einem Substrat

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Publication number: DE102008002778B4
Application number: DE200810002778
Authority: DE
Inventors: Dr. Czerkas Slawomir; Prof. Dr. Rinn Klaus
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2008-02-21
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2012-12-20
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: DE102008002778A1

Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens einer Struktur (3) auf einem Substrat (2) mit einer Koordinaten-Messmaschine (1), wobei sich die Struktur (3) durch zwei Kanten (3a, 3b) auszeichnet, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass ein Messobjektiv (9) der Koordinaten-Messmaschine (1) derart positioniert wird, dass ein einem Detektor (11) einer Kamera (10) zugeordnetes Messfenster (30) über einen Teil der Struktur (3) zu liegen kommt, und dass mindestens eine Kante (3a, 3b) der Struktur (3) im Messfenster (30) liegt; • dass mehrere eindimensionale Messintensitätsprofile von mindestens einem Teil des im Messfenster befindlichen Teils der Struktur aufgenommen werden, wobei sich die mehreren Messintensitätsprofile hinsichtlich eines jeweiligen relativen Z-Abstands des Messobjektivs (9) zu der Struktur (3) unterscheiden; • dass mehrere der aufgenommenen eindimensionalen Messintensitätsprofile mit eindimensionalen Modell-Intensitätsprofilen verglichen werden, wobei in die Ermittlung der Modell-Intensitätsprofile ebenfalls jeweils relative Abstände zwischen Messobjektiv (9) und Struktur einbezogen werden; • dass zu den jeweiligen...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens einer Struktur auf einem Substrat. Die Struktur zeichnet sich durch mehrere Kanten aus.
Ein Koordinaten-Messgerät ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird dabei auf das Vortragsmanuskript „Pattern Placement Metrology for Mask making” von Frau Dr. Carola Bläsing verwiesen. Der Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon, Education Program in Genf am 31.März.1998, in dem die Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben worden ist. Der Aufbau einer Koordinaten-Messmaschine, wie er z. B. aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird in der nachfolgenden Beschreibung zu der 1 näher erläutert. Ein Verfahren und ein Messgerät zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einem Substrat ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10047211 A1 bekannt. Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen.
Ferner ist eine Koordinaten-Messmaschine aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen bekannt, wie z. B. aus der DE 198 58 428 A1 , aus der DE 101 06 699 A1 oder aus der DE 10 2004 023 739 A1 . In allen hier genannten Dokumenten des Standes der Technik wird eine Koordinaten-Messmaschine offenbart, mit der Strukturen auf einem Substrat vermessen werden können. Dabei ist das Substrat auf einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch gelegt. Die Koordinaten-Messmaschine ist dabei derart ausgestaltet, dass die Positionen der Strukturen, bzw. der Kanten der Strukturen mittels eines Objektivs bestimmt werden. Zur Bestimmung der Position der Strukturen, bzw. deren Kanten ist es erforderlich, dass die Position des Messtisches mittels mindestens eines Interferometers bestimmt wird. Schließlich wird die Position der Kante in Bezug auf ein Koordinatensystem der Koordinaten-Messmaschine ermittelt.
Der Artikel von K. D. Roeth, G. Schlüter; „Actual Performance Data Obtained an New Transmitted Light Mask Metrology System”. In: 18th European Conference an Mask Technology for Integrated Circuits and Microcomponents, Proceedings of SPIE Vol. 4764, S. 161–167, 2002, offenbart die Weiterentwicklung einer Koordinaten-Messmaschine. Diese Weiterentwicklung ist derart ausgebildet, dass es mit ihr möglich ist, die Position von Strukturen, bzw. die Breite von Strukturen im Durchlicht zu messen. Durch die Verwendung von einer kürzeren Wellenlänge ist es möglich, eine bessere optische Auflösung und somit eine bessere Detektion der Kante der Struktur zu erzielen.
Die U.S.-Patentanmeldung US 2007/0035 728 A1 offenbart ein Verfahren und ein System zur Detektion von Defekten, das im Design von Reticles verwendet wird. Dieses Dokument hat jedoch nichts zu tun mit der Vermessung von Positionen von Strukturen auf der Oberfläche einer Maske.
Die U.S.-Patentanmeldung US 2006/0126 916 A1 offenbart ein Verfahren, mit dem ein Template auf einfache Weise erzeugt werden kann, um damit eine Verzerrung von Mustern zu handhaben, welches aufgrund von optischen Bedingungen oder Prozessbedingungen hervorgerufen wird.
Die deutsche Patentanmeldung DE 10 2006 059 431 A1 betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Struktur auf einem Träger relativ zu einem Referenzpunkt des Trägers. Dabei wird ein Bild der Struktur aufgenommen, und ein Bild einer Referenzstruktur bereitgestellt. Das Bild der Struktur wird mit dem Referenzbild zu einem Überlagerungsbild überlagert, und der Bildabstand von Struktur und Referenzstruktur im Überlagerungsbild wird ermittelt. Die Strukturen im Überlagerungsbild werden iterativ verschoben, bis der Bildabstand zwischen Referenzstruktur und Struktur kleiner als ein vorgegebener Maximalwert ist. Sodann wird aus dem so ermittelten Bildabstand und einer Aufnahmeposition bei der Aufnahme des Bildes der Struktur die Position der Struktur relativ zum Referenzpunkt des Trägers bestimmt.
Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung ist, ein Verfahren zu schaffen, mit dem unabhängig vom Fokuszustand des Messobjektivs der Koordinaten-Messmaschine die Lage der Kante mindestens einer Struktur auf dem Substrat bestimmt werden kann.
Die obige Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Das Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens einer Struktur auf einem Substrat umfasst mehrere Schritte. Zunächst werden mehrere eindimensionale Messintensitätsprofile von mindestens einem Teil der Struktur aufgenommen, wobei sich die mehreren Messintensitätsprofile hinsichtlich eines jeweiligen relativen Z-Abstands des Messobjektivs zu der Struktur unterscheiden. Mehrere der aufgenommenen Messintensitätsprofile werden mit eindimensionalen Modell-Intensitätsprofilen verglichen, wobei in die Ermittlung der Modell-Intensitätsprofile ebenfalls jeweils relative Abstände zwischen Messobjektiv und Struktur einbezogen werden. Zu den jeweiligen relativen Z-Abständen des Messobjektivs zu der Struktur wird die Position der mindestens einen Kante der Struktur aus den eindimensionalen Modell-Intensitätsprofilen unter Einbeziehung einer Wichtung ermittelt, wobei die Wichtung eines jeweiligen Modell-Intensitätsprofils vom eindimensionalen Korrelationsgrad zwischen dem jeweiligen Modell-Intensitätsprofil und dem für den jeweiligen Z-Abstand des Messobjektivs zu der Struktur aufgenommenem eindimensionalen Messintensitätsprofil abhängt. Schließlich werden die Werte der Position der mindestens einen Kante der Struktur in Abhängigkeit von der relativen Änderung des Abstandes des Messobjektivs aufgetragen. Aus der Auftragung wird ein einziger Wert für die Position des Teils der Struktur bestimmt.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei phasenschiebenden Masken anzuwenden, bei denen sich während eines Fokusdurchlaufs die optische Abbildung des auszuwertenden Messprofils stark ändert.
Der mindestens eine Teil der Struktur kann mindestens eine der Kanten der Struktur sein. Ebenso ist es denkbar, dass der Ausdruck „mindestens ein Teil der Struktur” auch als die gesamte Struktur angesehen werden kann.
Die einzelnen Modell-Intensitätsprofile werden durch die Abbildung einer Modell-Kante aus dem Bild der Kamera errechnet. Dabei wird zusätzlich der relative Abstand des Messobjektivs zu der Struktur oder der Oberfläche des Substrats in Z-Koordinatenrichtung variiert.
Ebenso ist es möglich, dass die einzelnen Modell-Intensitätsprofile durch eine Modellrechnung erzeugt werden. Dabei wird für jedes errechnete Modell-Intensitätsprofil zusätzlich ein anderer relativer Abstand des Messobjektivs zum Substrat oder der Struktur in Z-Koordinatenrichtung in die Modellrechnung einbezogen.
Alle der aufgenommenen Messintensitätsprofile werden mit den Modell-Intensitätsprofilen verglichen. Ebenso ist es möglich, dass an jedes in einem anderen relativen Abstand aufgenommenen Messintensitätsprofil eine Modellfunktion angepasst, bzw. angefittet wird.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass man neben der Interpolation der Korrelationsfunktion für eine Subpixelgenauigkeit auch die Option der Interpolation von Modell-Intensitätsprofil oder Messintensitätsprofil hat und damit eine Korrelationsfunktion in beliebig kleinen Schritten erhalten kann. Dies gilt selbstverständlich für alle nachstehend beschriebenen Verfahren. Ein diskreter Korrelationswert K_j(z) wird für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt, wobei mehrere Korrelationsfunktionen K(x, z) in Abhängigkeit von der z-Position aus den diskreten K_j(z) bestimmt werden (wobei K_j(z) ≅ K(x, z) an den Pixeln j ist). Mehrere lokale Maxima der Korrelationsfunktion K(x, z) werden bestimmt. Es werden dann diejenigen lokalen Maxima der Korrelationswerte K_j(z) aussortiert, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z) bestimmt. Hierbei und im Weiteren ist x_k(z) für jedes z eine in der eingangs zu Einzelheiten der Positionsbestimmung zitierten Schrift DE 10047211 A1 erläuterte Modell-Kantenposition x_k, welche eine Kantenposition in einem Modell-Intensitätsprofil mit Subpixel-Genauigkeit angibt.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt. Ein diskreter Korrelationswert K_j(z) wird für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt, wobei mehrere Korrelationsfunktionen K(x, z) in Abhängigkeit von der Z-Position aus den diskreten K_j(z) bestimmt werden (wobei K_j(z) ≅ K(x, z) an den Pixeln j ist). Für jede der Korrelationsfunktionen K(x, z) werden jeweils eine Ableitung ΔK(x, z) der Korrelationsfunktionen und die Nullstellen der jeweiligen Ableitung AK(x, z) bestimmt. Die lokalen Maxima wurden von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z) bestimmt.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu dem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben. Dabei gibt das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils an. Ebenso wird ein diskreter Korrelationswert K_j(z) für Jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt, wobei für die verschiedenen Z-Positionen jeweils ein Gradient ΔK_j(z) = K_j(z) – K_j+1(z) für jedes K_j(z) gebildet wird. Ein Geradenfit wird in der Umgebung aller möglichen Nullstellen gebildet, wobei der Geradenfit jeweils mit einer Gruppe von ΔK_j(z) erfolgt, von denen mindestens jeweils ein Wert ΔK_j(z) größer als Null und einer kleiner als Null ist. Anschließend werden die Nullstellen der mehreren Geradenfits bestimmt und diejenigen Nullstellen, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden, werden aussortiert. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden Nullstellen x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt. Es wird ein diskreter Korrelationswert K_j(z) für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt, wobei mehrere Korrelationsfunktionen K(x, z) in Abhängigkeit von der Z-Position aus den diskreten K_j(z) bestimmt werden (wobei K_j(z) ≅ K(x, z) an den Pixeln j ist). Für jede der Korrelationsfunktionen K(x, z) werden jeweils eine Ableitung ΔK(x, z) der Korrelationsfunktionen und die Nullstellen der jeweiligen Ableitung ΔK(x, z) bestimmt; wobei diejenigen lokalen Maxima aussortiert werden, die von Intensitätsverlaufen im Rauschen verursacht wurden. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z) bestimmt.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu dem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben, wobei das Pixel J den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt. Ein oder mehrere lokale Parabelfits werden in der Umgebung derjenigen diskreten Korrelationswerte K_j(z), deren benachbarte Korrelationswerte K_j-1(z), und K_j-1(z) kleinere Werte aufweisen, durchgeführt. Es werden die jeweiligen lokalen Maxima der jeweiligen lokalen Parabelfits bestimmt; wobei diejenigen lokalen Maxima der Korrelationswerte K_j(z) aussortiert werden, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt.
Das jeweilige Modell-Intensitätsprofil wird in Pixel-Schritten mathematisch an relativ zu dem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt. Ein oder mehrere lokale Parabelfits werden in der Umgebung derjenigen diskreten Korrelationswerte K_j(z) durchgeführt, deren benachbarte Korrelationswerte K_j-1(z), und K_j-1(z) kleinere Werte aufweisen. Es werden die jeweiligen lokalen Maxima der jeweiligen lokalen Parabelfits bestimmt, wobei diejenigen lokalen Maxima der Korrelationswerte K_j(z) aussortiert werden, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden. Die gesuchte Kantenposition p(z) wird aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z) bestimmt, die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, wobei p(z) = x_m(z) + x_k(z) ist.
Anhand der verschiedenen Modell-Intensitätsprofile in Z-Richtung und der verschiedenen Messintensitätsprofile in Z-Richtung werden die ermittelten Positionen der Kanten der Struktur als Funktion des relativen Abstandes des Messobjektivs graphisch dargestellt.
Die Position der Kante einer Struktur wird durch korrelationsgradabhängige Wichtung eines aufgenommenen Messintensitätsprofils mit mehreren Modellintensitätsprofilen ermittelt. Dies wird für alle an unterschiedlichen relativen Abständen aufgenommenen Messintensitätsprofile durchgeführt.
In Ausführungsformen wird dasjenige Modell-Intensitätsprofil mit der besten Übereinstimmung mit dem gerade zu untersuchenden Messintensitätsprofil ausgewählt, und daraus die Position der mindestens einen Kante der jeweiligen Struktur bestimmt
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand ihrer beigefügten Figuren näher erläutern.
1 zeigt schematisch eine Koordinaten-Messmaschine, wie sie für die Bestimmung der Lage der Strukturen auf einem Substrat seit längerem verwendet wird.
2 zeigt die Zuordnung eines Messfensters, welches bei der Kamera der Koordinaten-Messmaschine zugeordnet ist, indem die Breite der Struktur vermessen wird.
3 zeigt schematisch die resultierenden Intensitätsprofile, die entstehen, wenn eine Struktur an unterschiedlichen relativen Abständen des Messobjektivs vermessen wird.
4 zeigt schematisch die Zuordnung von Messintensitätsprofilen zu den jeweiligen Modell-Intensitätsprofilen, wobei hier ebenfalls eine Wichtung vorgenommen werden kann.
5 zeigt schematisch die graphische Darstellung der Position der Kante in Abhängigkeit von dem relativen Abstand des Messobjektivs.
Ein Koordinaten-Messgerät der in 1 dargestellten Art ist bereits ausführlich im Stand der Technik beschrieben und wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. Das Koordinaten-Messgerät 1 umfasst einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung beweglichen Messtisch 20. Der Messtisch 20 trägt ein Substrat, bzw. eine Maske für die Halbleiterherstellung. Auf einer Oberfläche des Substrats 2 sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht. Der Messtisch selbst ist auf Luftlagern 21 gestützt, die ihrerseits auf einem Block 25 abgestützt sind. Die hier beschriebenen Luftlager stellen eine mögliche Ausführungsform dar uns sollen nicht als Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Der Block 25 kann aus einem Granitblock gebildet sein. Für einen Fachmann ist es selbstverständlich, dass der Block 25 aus Jedem Material bestehen kann, das für die Ausbildung einer Ebene 25a geeignet ist, in der sich der Messtisch 20 bewegt bzw. verfahren wird. Für die Beleuchtung des Substrats 2 sind mindestens eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 und/oder eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen. In der hier dargestellten Ausführungsform wird das Licht der Durchlichtbeleuchtungseinrichtung 6 mittels eines Umlenkspiegels 7 in die Beleuchtungsachse 4 für das Durchlicht eingekoppelt. Das Licht der Beleuchtungseinrichtung 6 gelangt über einen Kondensor 8 auf das Substrat 2. Das Licht der Auflichtbeleuchtungseinrichtung 14 gelangt durch das Messobjektiv 9 auf das Substrat 2. Das von dem Substrat 2 ausgehende Licht wird durch das Messobjektiv 9 gesammelt und von einem halbdurchlässigen Spiegel 12 aus der optischen Achse 6 ausgekoppelt. Dieses Messlicht gelangt auf eine Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen ist. Dem Detektor 11 ist eine Recheneinheit 16 zugeordnet, mit der aus den aufgenommenen Daten digitale Bilder erzeugt werden können.
Die Position des Messtisches 20 wird mittels eines Laser-Interferometers 24 gemessen und bestimmt Das Laser-Interferometer 24 sendet hierzu einen Messlichtstrahl 23 aus. Ebenso ist das Messmikroskop 9 mit einer Verschiebeeinrichtung in Z-Koordinatenrichtung verbunden, damit das Messobjektiv 9 auf die Oberfläche 2a des Substrats 2 fokussiert werden kann. Die Position des Messobjektivs 9 kann z. B. mit einem Glasmaßstab (nicht dargestellt) gemessen werden. Der Block 25 ist ferner auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26 aufgestellt. Durch diese Schwingungsdämpfung sollen alle möglichen Gebäudeschwingungen und Eigenschwingungen des Koordinaten-Messgerätes weitestgehend reduziert, bzw. eliminiert werden. Obwohl hier die Verschiebung des Messobjektivs in Z-Koordinatenrichtung beschrieben worden ist, ist es für einem Fachmann selbstverständlich, dass eine Fokussierung auch durch eine Bewegung des Messtisches in Z-Koordinatenrichtung erreicht werden kann. Es kommt lediglich auf eine Änderung des relativen Abstandes des Messobjektivs zu der Oberfläche 2a des Substrats an.
2 zeigt die schematische Zuordnung eines Messfenster 30 zu einer zu vermessenden Struktur 3. Die zu vermessende Struktur 3 wird dabei mit dem Messtisch in die optische Achse 5 des Messobjektivs 9 verfahren. Im Detektor 11 der Kamera 10 ist das Messfenster 30 zugeordnet. Wie in 2 dargestellt, liegt das Messfenster 30 quer über der zu vermessenden Struktur 3. Somit kommen im Messfenster 30 eine erste Kante 3a und eine zweite Kante 3b der Struktur 3 zu liegen. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass im Messfenster 30 auch nur eine Kante der Struktur 3 zu liegen kommen muss. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert auch, wenn nur eine der Kanten der Struktur 3 im Messfenster liegt.
3 zeigt die schematische Darstellung der Aufnahme des Messintensitätsprofils mit dem in 2 dargestellten Messfenster 30. 3 zeigt ebenfalls die zu vermessende Struktur 3, welche auf dem Substrat 2 aufgebracht ist. In 3 ist das Messfenster 30, welches quer über der Struktur 3 angeordnet ist, durch eine gestrichelt gepunktete Linie gekennzeichnet. Der Detektor 11 der Kamera 10 registriert eine intensität. Bei der in 3 gezeigten Darstellung wird das Messobjektiv 9 der Koordinaten-Messmaschine 1 in Z-Koordinatenrichtung verfahren. An mehreren Positionen bzw. relativen Abständen des Messobjektivs 9 in Z-Koordinatenrichtung werden die unterschiedlichen Messintensitätsprofile Z₁, Z₂ bis Z_N aufgenommen. Das Messobjektiv 9 der Koordinaten-Messmaschine 1 wird dabei in einem Bereich in Z-Koordinatenrichtung derart verfahren, dass der Bereich zumindest die Position des besten Fokus ebenfalls mit umfasst.
4 zeigt die Zuordnung von Messintensitätsprofilen Z₁, Z₂, ..., Z_N zu Modell-Intensitätsprofilen M₁, M₂, ..., M_J. Wie in 4 dargestellt ist, können mehrere unterschiedliche Messintensitätsprofile einem Modell-Intensitätsprofil zugeordnet werden. In 4 ist dies z. B. mit dem Messintensitätsprofil Z₁, Z₂ und Z_N der Fall, welchem mehrere Modell-Intensitätsprofile M₁, M₂, ..., M_J zugeordnet werden können. In der hier gezeigten schematischen Darstellung wird das Messintensitätsprofil Z₁ dem Modell-Intensitätsprofil M₁ und M₂ zugeordnet. Ferner ist das Messintensitätsprofil Z₂ dem Modell-Intensitätsprofil M₂ zugeordnet. Eine weitere Zuordnung ist in 4 dargestellt, dabei ist das Messintensitätsprofil Z_N dem Modell-Intensitätsprofil M₂ und M_N zugeordnet. Werden mehrere Messintensitätsprofile einem Modell-Intensitätsprofil zugeordnet, kann selbstverständlich eine Wichtung zwischen den einzelnen Modell-Intensitätsprofilen durchgeführt werden. Die Wichtung gibt das Maß der Übereinstimmung zwischen dem Messintensitätsprofil und dem jeweiligen Modell-Intensitätsprofil an. In der in 4 gezeigten Darstellung ist die Wichtung durch unterschiedlich dicke Pfeile 50 dargestellt. Aus der Übereinstimmung ergibt sich dann die Lage der jeweiligen Kanten, bzw. der jeweiligen Kante der Struktur. Das Modell-Intensitätsprofil kann aus dem Modell berechnet werden, wobei man die Position der Kanten aus den Designdaten der Maske kennt. Ebenso werden bei dieser Modellberechnung unterschiedliche relative Abstände des Messobjektivs 9 in Bezug auf die zu vermessende Struktur in die Modellrechnung miteinbezogen. Eine andere Möglichkeit ist, dass man die Modell-Intensitätsprofile anhand einer Struktur vermisst und die unterschiedlichen Modell-Intensitätsprofile in Abhängigkeit von der relativen Z-Position des Messobjektivs abspeichert. Diese Modell-Intensitätsprofile können dann mit den gemessenen Messintensitätsprofilen verglichen werden. Aus dem Vergleich kann die Übereinstimmung zwischen Modell-Intensitätsprofil und Messintensitätsprofil ermittelt werden. Für die Ermittlung der Übereinstimmung zwischen Modell-Intensitätsprofil und Messintensitätsprofil gibt es mehrere mathematische Modelle, welche im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnt worden sind.
5 zeigt schematisch die graphische Darstellung der Positionen einer Kante der Struktur in X-Richtung in Abhängigkeit von der Z-Position des Messobjektivs. Die Z-Position des Messobjektivs ist auf der Abszisse 40 aufgetragen. Auf der Ordinate 41 ist die Position der Kante in X-Richtung aufgetragen. Anhand des Vergleichs von mindestens einem Messintensitätsprofil mit mindestens einem Modell-Intensitätsprofil erhält man die Position der Kante in X-Richtung in Abhängigkeit von der jeweiligen Position des Messobjektivs 9 in Z-Koordinatenrichtung. Die Streuung der Messwerte der Position der Kante in X-Koordinatenrichtung kann man durch eine Gerade 42 annähern. Die Gerade 42 ist im Wesentlichen parallel zur Abszisse 40. Daraus ergibt sich, dass man unabhängig von der relativen Position des Messobjektivs in Z-Koordinatenrichtung, sprich dem Fokuszustand des Messobjektivs, immer die korrekte Position der Kante in X-Koordinatenrichtung bestimmen kann.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung spezieller Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch denkbar, dass Abwandlungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Positionsbestimmung mindestens einer Struktur (3) auf einem Substrat (2) mit einer Koordinaten-Messmaschine (1), wobei sich die Struktur (3) durch zwei Kanten (3a, 3b) auszeichnet, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass ein Messobjektiv (9) der Koordinaten-Messmaschine (1) derart positioniert wird, dass ein einem Detektor (11) einer Kamera (10) zugeordnetes Messfenster (30) über einen Teil der Struktur (3) zu liegen kommt, und dass mindestens eine Kante (3a, 3b) der Struktur (3) im Messfenster (30) liegt; • dass mehrere eindimensionale Messintensitätsprofile von mindestens einem Teil des im Messfenster befindlichen Teils der Struktur aufgenommen werden, wobei sich die mehreren Messintensitätsprofile hinsichtlich eines jeweiligen relativen Z-Abstands des Messobjektivs (9) zu der Struktur (3) unterscheiden; • dass mehrere der aufgenommenen eindimensionalen Messintensitätsprofile mit eindimensionalen Modell-Intensitätsprofilen verglichen werden, wobei in die Ermittlung der Modell-Intensitätsprofile ebenfalls jeweils relative Abstände zwischen Messobjektiv (9) und Struktur einbezogen werden; • dass zu den jeweiligen relativen Z-Abständen des Messobjektivs (9) zu der Struktur (3) die Position der mindestens einen Kante (3a, 3b) der Struktur (3) aus den eindimensionalen Modell-Intensitätsprofilen unter Einbeziehung einer Wichtung ermittelt wird, wobei die Wichtung eines jeweiligen Modell-Intensitätsprofils vom eindimensionalen Korrelationsgrad zwischen dem jeweiligen Modell-Intensitätsprofil und dem für den jeweiligen Z-Abstand des Messobjektivs (9) zu der Struktur (3) aufgenommenem eindimensionalen Messintensitätsprofil abhängt; und • dass die Werte der Position der mindestens einen Kante (3a, 3b) der Struktur in Abhängigkeit von der relativen Änderung des relativen Abstandes des Messobjektivs von der Struktur (3) aufgetragen werden, und daraus ein einziger Wert für die Position der mindestens einen Kante (3a, 3b) der Struktur (3) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Modell-Intensitätsprofile durch die Abbildung mindestens einer Modell-Kante oder einer Modellstruktur aus dem Bild der Kamera (10) errechnet werden, wobei zusätzlich der relative Abstand des Messobjektivs (9) zu der Oberfläche des Substrats (3) variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Modell-Intensitätsprofile durch eine Modellrechnung erzeugt werden, wobei für jedes errechnete Modell-Intensitätsprofil zusätzlich ein anderer relativer Abstand des Messobjektivs (9) in Z-Koordinatenrichtung in die Modellrechnung einbezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle aufgenommenen Messintensitätsprofile mit den Modell-Intensitätsprofilen verglichen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Modell-Intensitätsprofil in Pixel-Schritten mathematisch zu relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben wird, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt, und dass ein diskreter Korrelationswert K_j(z) für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt wird, dass mehrere Korrelationsfunktionen K(x, z) in Abhängigkeit von der Z-Position aus den diskreten K_j(z) bestimmt werden, wobei K_j(z) ≅ K(x, z) an den Pixeln j ist; dass mehrere lokale Maxima der Korrelationsfunktion K(x, z) bestimmt werden; dass diejenigen lokalen Maxima der Korrelationswerte K_j(z) aussortiert werden, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden, und dass die gesuchte Kantenposition p(z) aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Modell-Intensitätsprofil in Pixel-Schritten mathematisch zu relativ zu einem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben wird, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt, und dass ein diskreter Korrelationswert K_j(z) für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt wird, dass mehrere Korrelationsfunktionen K(x, z) in Abhängigkeit von der Z-Position aus den diskreten K_j(z) bestimmt werden, wobei K_j(z) ≅ K(x, z) an den Pixeln j ist; dass für jede der Korrelationsfunktionen K(x, z) jeweils eine Ableitung ΔK(x, z) der Korrelationsfunktionen und die Nullstellen der jeweiligen Ableitung ΔK(x, z) bestimmt werden; dass diejenigen lokalen Maxima, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden, aussortiert werden, und dass die gesuchte Kantenposition p(z) aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Modell-Intensitätsprofil in Pixel-Schritten mathematisch zu relativ zu dem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben wird, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt, und dass ein diskreter Korrelationswert K_j(z) für jede eingenommene, fiktive Position x_j(z) bestimmt wird, dass für die verschiedenen Z-Positionen jeweils ein Gradient ΔK_j(z) = K_j(z) – K_j+1(z) für jedes K_j(z) gebildet wird; dass jeweils ein Geradenfit in der Umgebung aller möglichen Nullstellen gebildet wird, wobei der Geradenfit jeweils mit einer Gruppe von ΔK_j(z) erfolgt, von denen mindestens jeweils ein Wert ΔK_j(z) größer als Null und einer kleiner als Null ist; dass die Nullstellen der mehreren Geradenfits bestimmt werden; dass diejenigen Nullstellen, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden aussortiert werden, und dass die gesuchte Kantenposition p(z) aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Modell-Intensitätsprofil in Pixel-Schritten mathematisch zu relativ zu dem jeweiligen Bezugspunkt gelegenen, fiktiven Positionen x_j(z) (j = Pixelindex) verschoben wird, wobei das Pixel j den fiktiven Ort des ersten Intensitätswerts des Modell-Intensitätsprofils angibt, dass ein oder mehrere lokale Parabelfits in der Umgebung derjenigen diskreten Korrelationswerte K_j(z) deren benachbarte Korrelationswerte K_j-1(z), und K_j+1(z) kleinere Werte aufweisen, durchgeführt werden; dass Bestimmen der jeweiligen lokalen Maxima der jeweiligen lokalen Parabelfits; dass diejenigen lokalen Maxima der Korrelationswerte K_j(z) aussortiert werden, die von Intensitätsverläufen im Rauschen verursacht wurden, und dass die gesuchte Kantenposition p(z) aus den verbleibenden lokalen Maxima x_m(z), die von der zu vermessenden Kante verursacht wurden, mit p(z) = x_m(z) + x_k(z), bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die an Hand der verschiedenen Modell-Intensitätsprofile in Z-Richtung und der verschiedenen Messintensitätsprofile in Z-Richtung ermittelten Positionen der Kanten (3a, 3b) der Struktur (3) als Funktion des relativen Abstandes des Messobjektivs zum Substrat (2) graphisch dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei dasjenige Modell-Intensitätsprofil mit der besten Übereinstimmung mit dem gerade zu untersuchenden Messintensitätsprofil ausgewählt wird; und dass daraus die Position der mindestens einen Kante (3a, 3b) der jeweiligen Struktur (3) bestimmt wird;