DE102009038558A1

DE102009038558A1 - Verfahren zur Emulation eines fotolithographischen Prozesses und Maskeninspektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102009038558A1
Application number: DE102009038558A
Authority: DE
Inventors: Eric Round Rock Poortinga; Thomas Dr. Scherübl; Rigo Richter; Arne Seyfarth
Original assignee: Carl Zeiss SMS GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-03-10
Also published as: US8913120B2; US20110090329A1

Abstract

Bei der Maskeninspektion sind vorwiegend Defekte von Interesse, die auch bei der Waferbelichtung auftreten. Deshalb müssen die im Resist und die durch Emulation erzeugten Luftbilder möglichst identisch sein. Dies muss auch bei Verfahren, bei welchen eine Gesamtstruktur, die auf zumindest zwei Teilstrukturen auf zumindest zwei Masken aufgeteilt ist, erfüllt werden. Die Erfindung betrifft ein derartiges Verfahren zur Emulation eines fotolithographischen Prozesses zur Erzeugung einer Gesamtstruktur, die in zumindest zwei Teilstrukturen auf zumindest zwei Masken aufgeteilt ist, auf einem Wafer, umfassend die Schritte: - Erzeugen von Luftbildern der zumindest zwei Teilstrukturen, wobei zumindest eines der Luftbilder mit einem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wird; - Korrigieren von Fehlern des zumindest einen mit einem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommenen Luftbilds durch eine Recheneinheit; - Überlagern der Luftbilder der zumindest zwei Teilstrukturen zu einem Gesamtluftbild mit der Gesamtstruktur. Die Erfindung umfasst auch ein Maskenispektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Diese Patentschrift betrifft ein Verfahren zur Emulation eines fotolithographischen Prozesses zur Erzeugung einer Gesamtstruktur, die in zumindest zwei Teilstrukturen auf zumindest zwei Masken aufgeteilt ist, auf einem Wafer. Die Erfindung betrifft zudem ein Maskeninspektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens.
In der Lithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden durch Scanner oder Stepper die Strukturen von Retikeln, welche auch synonym als Maske bezeichnet werden, auf Wafer projiziert, welche mit einer lichtempfindlichen Schicht, dem Resist, beschichtet sind. Zur Herstellung immer kleinerer Strukturen auf dem Wafer ist es notwendig, die Auflösung bei der Belichtung des Wafers weiter zu erhöhen. Beispielsweise wird die Beleuchtung bei Scannern zur Waferbelichtung entsprechend der Strukturen der jeweils abzubildenden Retikel optimiert. Es kommen unterschiedliche Beleuchtungseinstellungen („Settings”) zum Einsatz, die die Intensitätsverteilung der Beleuchtung in einer Pupillenebene des Beleuchtungsstrahlengangs des Scanners beschreiben.
Weitere Methoden zur Erhöhung der Auflösung sind die Mehrfach-Belichtung, häufig Zweifach-Belichtung, allgemein auch als „Double-Exposure” bezeichnet und die Mehrfach-Strukturierung der Masken, häufig Zweifach-Strukturierung, allgemein auch als „Double-Patterning” bezeichnet.
Bei diesen Verfahren wird die auf dem Wafer herzustellende Gesamtstruktur einer Schicht in zwei oder mehrere Teilstrukturen aufgeteilt, die auf einem Satz von unterschiedlichen Masken ausgebildet sind. Beim Double-Exposure wird eine Resist-Schicht des Wafers mit jeder Teilstruktur einzeln nacheinander belichtet. Danach erfolgt die Entwicklung des Resist und die Ätzung des Wafers. Beim Double-Patterning wird nach der Belichtung jeder Teilstruktur der Resist entwickelt, gegebenenfalls der Wafer geätzt und vor der Belichtung der nächsten Teilstruktur mit neuem Resist beschichtet. Es sind auch Varianten des Double-Patterning bekannt, in welchen beispielsweise der Resist nach der Belichtung gehärtet wird, dann zur weiteren Belichtung eine weitere Resistschicht aufgebracht wird.
Eine Erhöhung der Auflösung kann bei beiden Verfahren durch Anpassen der Beleuchtungseinstellungen an die jeweilige Teilstruktur erreicht werden. Beispielsweise wird eine Gesamtstruktur in zwei Teilstrukturen auf zwei Masken aufgeteilt, so dass jede der Teilstrukturen aus geraden Linien und Freiräumen aufgebaute Gitterstrukturen (lines and spaces) aufweist, die aber von einer Teilstruktur zur anderen um einen Winkel von 90° gedreht sind. Dann können die Luftbilder der Teilstrukturen mit Dipolen als Pupillenfilter aufgenommen werden, die von einer zur anderen Teilstruktur entsprechend um 90° gedreht sind. Auch die Dosis und Polarisation des Beleuchtungslichts wird entsprechend der jeweiligen Teilstruktur angepasst.
Zur Erhöhung der Auflösung bei aus geraden Linien und Freiräumen bestehenden Gitterstrukturen (lines and spaces) einer Richtung kann die Auflösungsgrenze durch Double-Patterning erhöht werden. Hier wird im sogenannten Double Line Prozess jede zweite Linie (oder jeder zweite Freiraum im Double Trench Prozess) einer anderen Teilstruktur zugeordnet. Der erreichbare Mindestabstand zwischen den Linien (der Pitch) wird somit minimiert.
Bei Maskeninspektionsmikroskopen wird die Struktur eines Retikels auf einen lichtempfindlichen ortsaufgelösten Bildaufnehmer, wie beispielsweise einen CCD-Chip (Charge Coupled Device), projiziert. Die Bildinformationen werden von einem Rechner ausgelesen, die erhaltene Datenstruktur im Arbeitsspeicher wird als Grafikdatei abgespeichert. Dabei wird die Struktur um beispielsweise den Faktor 450 vergrößert, um eventuell vorliegende Defekte der Struktur genauer zu erkennen. Da bei der Maskeninspektion vorwiegend Defekte von Interesse sind, die auch bei der Waferbelichtung auftreten, müssen die im Resist und auf dem Detektor erzeugten Luftbilder, abgesehen vom unterschiedlichen Abbildungsmaßstab, möglichst identisch sein. Um eine äquivalente Bilderzeugung zu erreichen, werden bei der Maskeninspektion die verwendete Wellenlänge, die Beleuchtung und objektseitig die numerische Apertur dem verwendeten Scanner angepasst.
Beim Double-Exposure und Double-Patterning werden zur Darstellung der Gesamtstruktur die aufgenommenen Bilder der Teilstrukturen überlagert. Ein derartiges Verfahren ist aus der Patentanmeldung DE10360536 bekannt.
Bei diesen Verfahren sind die Anforderungen an die Genauigkeit der Emulation des Maskeninspektionsmikroskops sehr hoch. Fehler in der Emulierten Gesamtstruktur, welche durch das Verfahren der Emulation entstehen, sind zu minimieren.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Maskeninspektionsmikroskops zur Erzeugung von Gesamtbildern mit erhöhter Genauigkeit.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Emulation eines fotolithographischen Prozesses zur Erzeugung einer Gesamtstruktur, die in zumindest zwei Teilstrukturen auf zumindest zwei Masken aufgeteilt ist, auf einem Wafer, umfassend die Schritte: – Erzeugen von Luftbildern der zumindest zwei Teilstrukturen, wobei zumindest eines der Luftbilder mit einem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommen wird; – Korrigieren von Fehlern des zumindest einen mit einem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommenen Luftbilds durch eine Recheneinheit; – Überlagern der Luftbilder der zumindest zwei Teilstrukturen zu einem Gesamtluftbild mit der Gesamtstruktur. Zudem wird ein Maskeninspektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt.
Bei diesem Verfahren werden die mit einem Maskeninspektionsmikroskop gemessenen Luftbilder der Teilstrukturen weiterverarbeitet, um die Gesamtstruktur, welche auf dem Wafer erzeugt werden soll, zu emulieren. Die Emulation kann auf verschiedenen Stufen erfolgen. Es kann beispielsweise das Luftbild der Gesamtstruktur, welches im Resist entstehen würde, simuliert werden, es können die Zustände nach der Entwicklung des Resist oder auch nach der Ätzung des Wafers simuliert werden.
Die erzeugten Luftbilder können als zweidimensionale Matrizen von Intensitätswerten beispielsweise als Datenstrukturen im Arbeitsspeicher der Recheneinheit, wie beispielsweise einem Personalcomputer, vorliegen oder als Dateien auf Festwertspeichern, wie beispielsweise einer Festplatte der Recheneinheit, abgespeichert werden.
Fehler, wie beispielsweise Aberrationen oder Positionsfehler, die bei den einzelnen Messungen der Teilstrukturen auftreten, können im erzeugten Gesamtbild verstärkt oder auch abgeschwächt werden, wodurch die gewünschte Vorhersage der im Resist erzeugten Gesamtstruktur eines Satzes von Masken eingeschränkt ist. Durch die Korrektur dieser Fehler kann die Genauigkeit der Emulation erhöht werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass Fehler, welche bei der Aufnahme der Luftbilder durch das Maskeninspektionsmikroskop entstehen, bei der Analyse der Gesamtstruktur nicht mehr oder in geringerem Ausmaß zu einer Verfälschung des Ergebnisses führen. Eine apparativ aufwändigere Korrektur durch Veränderung des Maskeninspektionsmikroskops kann vermieden werden oder es sind Ergebnisse einer Genauigkeit erreichbar, die apparativ überhaupt nicht zugänglich wären.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren die weiteren Schritte: Vorgeben einer Sollposition auf zumindest einer der zumindest zwei Masken zur Aufnahme des zumindest einen Luftbilds, bestimmen einer Abweichung der Sollposition von einer Istposition durch Überlagerung des aufgenommenen Luftbilds mit dem simulierten Vergleichsbild, korrigieren der Istposition, so dass diese mit der Sollposition übereinstimmt.
Ursache der Abweichungen der Istposition von der Sollposition kann beispielsweise die Ungenauigkeit bei der Positionierung der Maske durch die Stage sein oder eine beispielsweise durch Temperaturschwankungen variable Drift der Abbildungsoptik des Maskeninspektionsmikroskops.
Werden zusätzlich zur Aufnahme von Luftbildern in der besten Fokusebene Luftbilder von beabstandeten parallelen Ebenen aufgenommen (sogenannte Fokusstapel), kann die Korrektur der Luftbilder auf alle Luftbilder eines Fokusstapels angewendet werden. Bei der Korrektur der Sollposition kann der Korrekturwert für die beste Fokusebene ermittelt und auf die Luftbilder der anderen Ebenen angewendet werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Überlagerung (Overlay) der Teilstrukturen erhöht wird. Durch Positionsfehler bei der Messung der Teilstrukturen auftretende Positionsfehler können zu einer falschen Darstellung der Gesamtstruktur führen, hier könnte ein Overlay-Fehler vorgetäuscht werden, dessen Ursprung in der Emulation liegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden durch das Maskeninspektionsmikroskop bedingte Aberrationen des zumindest einen aufgenommenen Luftbildes korrigiert.
Diese Aberrationen können beispielsweise Verzeichnungen oder Bildfeldwölbungen der Abbildungsoptik des Maskeninspektionsmikroskops sein.
Durch diese Maßnahme werden Fehler in der Darstellung der Gesamtstruktur minimiert, deren Ursprung in der Emulation liegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eines der Luftbilder angepasst, indem durch den Scanner bedingte Aberrationen simuliert werden.
Diese Aberrationen können beispielsweise Verzeichnungen oder Bildfeldwölbungen der Abbildungsoptik des Scanners sein. Durch diese Anpassungen wird die Übereinstimmung des emulierten Luftbilds der Gesamtstruktur mit dem vom Scanner erzeugten Luftbild weiter erhöht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die zumindest zwei Luftbilder durch Verschiebung gegeneinander angepasst.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein Overlay-Fehler simuliert werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht zumindest ein Teil der Verschiebung, einem Registration-Fehler, der aus der Verzerrung der Teilstrukturen der Masken resultiert.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der häufig aus Vermessungen der Masken bekannte Fehler der Verschiebung von Strukturmerkmalen, der als Platzierungsfehler oder Registration-Fehler bezeichnet wird, in die Emulation einbezogen werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung entspricht zumindest ein Teil der Verschiebung einem Overlay-Fehler eines Scanners.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der häufig aus Spezifikationen des verwendeten Scanners bekannte Fehler der Verschiebung durch Überlagerung der Teilstrukturen verschiedener Masken in die Emulation einbezogen werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Anpassung der Luftbilder eine Darstellung von Intensitätswerten, welche größer sind als ein Intensitäts-Threshold, vorgenommen.
Intensitätswerte, die über dem Intensitäts-Threshold liegen können in einer anderen Farbe oder Schraffur dargestellt werden, als Intensitätswerte, die unterhalb des Intensitäts-Thresholds liegen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass in einfacher und schneller Näherung eine zu erwartende Struktur, die auf dem Wafer erzeugt wird, dargestellt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Anpassung der Luftbilder eine Resistsimulation vorgenommen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass in guter Näherung eine zu erwartende Struktur, die beim Double-Patterning in der Resistschicht auf dem Wafer erzeugt wird, dargestellt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird als Anpassung des Gesamtluftbildes eine Resistsimulation vorgenommen.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass in guter Näherung eine zu erwartende Struktur, die beim Double-Exposure in der Resistschicht auf dem Wafer erzeugt wird, dargestellt werden kann.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung kann der Intensitäts-Threshold oder eine effektive Dosis zur Resistsimulation in Echtzeit verändert werden.
Die effektive Dosis ist hier ein Maß für die Dosis bei der Belichtung des Scanners und wird als Parameter zur Resistsimulation verwendet.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung werden vor der Überlagerung der Luftbilder der zumindest zwei Teilstrukturen die Luftbilder dem Verhältnis der für die Masken im Scanner zu verwendenden Dosen angepasst, indem alle Intensitätswerte zumindest eines der Luftbilder mit einem Faktor multipliziert werden.
Bei der Verwendung eines Sets von Masken im Scanner wird für jede Maske die Dosis angepasst, um bei der Belichtung des Wafers beispielsweise die gewünschte CD („critical dimension”) zu erhalten. Zur Simulation kann das Verhältnis der für jede Maske vorgegebenen Dosen zueinander vorgegeben werden. Bei zwei Masken wäre das Verhältnis der Dosis 1 von Maske 1 zur Dosis 2 von Maske 2 beispielsweise Dosis 1/Dosis 2. Liegen die Luftbilder als zweidimensionale Matrizen von Intensitätswerten vor, werden die Intensitätswerte durch Multiplikation mit dem entsprechenden Faktor, dem Verhältnis der Dosen, angepasst.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Anpassung dieser Parameter auf schnelle Weise möglich ist. Dies ist insofern wichtig, da der entsprechende Parameter bei dem realen Verfahren, die Dosis des Scanners, in weiten Bereichen variabel ist. Dies wird verwendet, um die CD („critical dimension”) der Struktur an die Vorgaben anzupassen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eines der Luftbilder durch Simulation aus Maskendesigndaten erzeugt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Überprüfung einer der Teilstrukturen einer Maske auf schnelle Weise möglich ist. Der Wechsel der Masken, der mit aufwändigen Einstellungen des Maskeninspektionsmikroskops verbunden sein kann, wird somit vermieden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden zur Simulation des zumindest einen Luftbilds oder Vergleichsbilds die gleichen Beleuchtungseinstellungen des Maskeninspektionsmikroskops wie beim Aufnehmen der Bilder zugrunde gelegt.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Simulation mit hoher Genauigkeit einem gemessenen Bild entspricht.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Maskeninspektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens bereitgestellt.
Es versteht sich, dass die bisher genannten und die im Folgenden noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in den beschriebenen, sondern auch in weiteren Kombinationen oder einzeln Verwendung finden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1: Maskeninspektionsmikroskop;
2: Übersicht des Verfahrensablaufs zur Korrektur der Sollposition eines gemessenen Luftbilds;
3: Übersicht des Verfahrensablaufs zur Emulation des Double-Exposure;
4: Übersicht des Verfahrensablaufs zur Emulation des Double-Patterning;
5: Bildschirmdarstellung der Parametereingabe und Darstellung der emulierten Gesamtstruktur.
Zur Emulation des Double-Exposure oder des Double-Patterning werden mit einem Maskeninspektionsmikroskop 1 Luftbilder der beiden auf je einer Maske 5 angeordneten Teilstrukturen aufgenommen. Das Luftbild einer der Teilstrukturen kann alternativ auch durch Simulation erzeugt werden. Das Verfahren wird im Folgenden für zwei Teilstrukturen auf zwei Masken beschrieben, ist aber mit einer beliebigen Anzahl von mehr als zwei Masken und Teilstrukturen durchführbar.
Das Maskeninspektionsmikroskop 1 weist einen Maskenhalter 10 (eine Stage) auf, auf welcher die jeweilige Maske 5 aufliegt und einen als CCD-Chip (Charged Coupled Device) ausgebildeten Bildaufnehmer 20. Eine Lichtquelle 25 beleuchtet die Maske 5 über eine Beleuchtungsoptik 30. Beleuchtungseinstellungen können über einen Pupillenfilter 35 und einen Polarisator 36 eingestellt werden. Bei der Aufnahme der Luftbilder der Teilstrukturen werden an die Struktur angepasste Beleuchtungseinstellungen und Polarisationseinstellungen verwendet.
Der Maskenhalter ist in der horizontalen Ebene, die als X-Y-Ebene bezeichnet wird, beweglich angeordnet. Zur Positionierung ist dem Maskenhalter ein Geräte-Koordinatensystem zugeordnet, d. h. bei vorgegebenen Geräte-Koordinaten X und Y kann der Maskenhalter in die entsprechende Position bewegt werden. Ein Maskenkoordinatensystem der zu untersuchenden Maske 5 wird über Ausrichtmarken (Alignmentmarken) relativ zu dem Geräte-Koordinatensystem ausgerichtet. Durch das Maskenkoordinatensystem sind Positionen auf der Maske eindeutig bestimmt. Auch im Maskendesign, d. h. den Maskendesigndaten, welche als Dateien bzw. Datenstrukturen vorliegen, in welchen die Strukturen der Maske vorgeben werden, werden die Positionen der Strukturen in Maskenkoordinaten angegeben.
Ein Luftbild der Maske wird über die Abbildungsoptik 15 in der Ebene des Bildaufnehmers 20 erzeugt. Zur Fokussierung wird die Abbildungsoptik 15 in die Richtung senkrecht zur X-Y-Ebene, als Z-Richtuung bezeichnet, bewegt. Das Luftbild wird von der Recheneinheit 40 ausgelesen, die als Computer ausgebildet ist. Das Luftbild liegt zunächst als Datenstuktur im Arbeitsspeicher des Computers vor. Diese kann als Grafikdatei auf der Festplatte des Computers abgespeichert werden. Die Die Datenstruktur bzw. die Grafikdatei ist eine zweidimensionale Matrix, die aus Pixeln aufgebaut ist. Die Intensitäten der Pixel werden durch Zahlenwerte von 0 bis 255 dargestellt. Die Intensitäten sind durch Vergleichsmessungen derart normiert, dass an einer vollständig durchsichtigen Stelle der Maske, beispielsweise einer chromfreien Stelle eine Quarz-Chrom-Maske, die Intensität den Maximalwert von 255 zugewiesen bekommt („Clearnormierung”), an einer vollständig undurchlässigen Stelle der Maske, beispielsweise einer vollständig chrombeschichteten Stelle eine Quarz-Chrom-Maske, die Intensität den Minimalwert von 0 zugewiesen bekommt. Das Bildfeld auf der Maske ist quadratisch, mit einer Kantenlänge von 10 μm. Der Ausschnitt der aufgenommenen Teilstruktur wird durch das Bildfeld bestimmt. Zur Aufnahme der Luftbilder wird eine Sollposition der aufzunehmende Strukturausschnitte auf der Maske bzw. aus dem Maskendesign vorgegeben. Die Sollposition bezeichnet die X- und Y-Koordinaten der Mitte des Bildfeldes auf der Maske im Maskenkoordinatensystem. Die Koordinaten der Sollposition werden in Geräte-Koordinaten umgerechnet, dann wird die Position durch Maskenhalter 10 angefahren. Die Sollposition an welcher ein Luftbild aufgenommen wird, ist bei beiden Masken die gleiche. Aus einer Überlagerung der Strukturausschnitte der Teilstrukturen der beiden Masken an der Sollposition ergibt sich der entsprechende Ausschnitt der Gesamtstruktur.
Zusätzlich zur Aufnahme von Luftbildern in der besten Fokusebene können Luftbilder von beabstandeten parallelen Ebenen, sogenannte Fokusstapel, aufgenommen werden. So werden beispielsweise 7 Ebenen gemessen, die im gleichen Abstand zueinander liegen, drei unterhalb, drei oberhalb der besten Fokus-Ebene und diese selbst. So kann die kritische Dimension (CD) oder die Exposure Lattitude (EL) über dem Fokus aufgetragen werden, um ein sogenanntes Prozessfenster darzustellen. Sofern nicht näher bezeichnet, beziehen sich die folgenden Ausführungen auf Luftbilder der besten Fokusebene.
Zur Simulation von Luftbildern aus dem Maskendesign werden bekannte Verfahren wie beispielsweise eine Kirchhoffsimulation oder rigorose Verfahren verwendet. Derartige Simulatoren sind auch kommerziell erhältlich wie beispielsweise die Software Calibre Workbench von Mentor Graphics, Prolith oder Panoramics. Simulierte Luftbilder können zum Einsatz kommen, um statt durch Messung ein Luftbild einer der Teilstrukturen zu erzeugen, oder um die Position der aufgenommenen Luftbilder zu korrigieren. Es können alle Ebenen eines Fokusstapels simuliert werden. Auch bei der Simulation der Luftbilder werden die Beleuchtungseinstellungen und die Polarisationseinstellungen berücksichtigt.
Bekannte Abbildungsfehler des Maskeninspektionssystems der aufgenommenen Luftbilder können korrigiert werden. Hierzu werden auf die Grafikdateien bzw. die Datenstrukturen der aufgenommenen Strukturausschnitte entsprechende Algorithmen angewendet, die die Aberrationen des Maskeninspektionsmikroskops beseitigen. Dies kann für alle Ebenen eines Fokus-Stapels durchgeführt werden.
Zur Messung eines Luftbildes wird die Maske 5 auf die Stage 10 gelegt und an die vorgegebene Sollposition gefahren. Es ist möglich, dass die dabei erreichte Istposition aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Positionierung der Stage bzw. von Aberrationen der Abbildungsoptik des Maskeninspektionsmikroskops mit der Sollposition nicht übereinstimmt.
Zur Korrektur der Position wird das Luftbild mit einem Simulationsbild des entsprechenden Ausschnitts der Teilstruktur der Maske überlagert, vgl. 2. Dabei wird anhand der Maskendesigndatei das zu erwartende Luftbild des zu messenden Ausschnitts der Maske simuliert. Für jeden zu messenden Ausschnitt wird das Luftbild der realen Maske dann am Simulationsluftbild mittels eines Korrelationsalgorithmus ausgerichtet, wodurch eine genauere Positionsbestimmung ermöglicht wird. Es wird eine Abweichung der Istposition von der Sollposition des Ausschnitts ermittelt. Diese als Lagefehler bezeichnete Abweichung wird als Wertepaar ΔX und ΔY angegeben. Dann wird der gemessene Ausschnitt entsprechend verschoben, so dass die Lage des Ausschnitts der vorgegebenen Sollposition entspricht. Um dies zu erreichen, werden die X- und Y-Koordinaten aller Pixel des Ausschnitts der Maske um den Lagefehler ΔX und ΔY korrigiert. Diese Korrektur kann für alle Luftbilder eines Fokusstapels vorgenommen werden. Es können auch die für die beste Fokusebene bestimmten Korrekturwerte auf alle weiteren Fokusebenen angewendet werden.
Als Korrelationsalgorithmus werden pixelweise die Differenzen der Intensitätswerte der übereinanderliegenden Pixel der beiden Bilder berechnet. Es werden die absoluten Differenzen der Grauwerte der einzelnen, bei der jeweiligen Verschiebung übereinanderliegenden Pixel summiert. Die Bilder werden solange pixelweise gegeneinander verschoben, bis ein Minimum der summierten Differenzen erreicht ist. Ausgangspunkt der Berechnung ist die Position des Luftbildes gemäß dem Sollwert der Position der Stage und die Position des simulierten Bildes im Maskendesign.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Abstand der Bilder durch Kreuzkorrelation berechnet. Durch Kreuzkorrelation der Bilder erhält man ein Korrelationsmuster, dessen Maximum bestimmt wird. Die Lage dieses Maximums entspricht dem Abstand der Bilder zueinander. Liegt das erste Bild als Matrix A und das zweite Bild als Matrix B vor, so gilt: corr = ifft[fft(A)·conj(fft(B))]
Dabei ist corr die Kreuzkorrelation, ifft die invers-Fouriertransformierte, fft die Fouriertransformierte und conj die Konjungierte. Die Bilder werden dann solange gegeneinander verschoben, bis ein Minimum des Abstandes der beiden Bilder erreicht ist.
Zur Überlagerung der Bilder kann eine Abweichung der Sollpositionen der beiden Luftbilder der Teilstrukturen vorgegeben werden, wie sie im lithographischen Prozess typischerweise auftritt, dieser Fehler wird als Overlay-Fehler (Überlagerungs-Fehler) bezeichnet. Es können vom Anwender zwei Wertepaare für den Overlay-Fehler vorgegeben werden, einer für den sogenannten Registration-Fehler, der von Verzeichnungen auf der Maske verursacht wird und einen für den sogenannten Scanner-Fehler, welcher durch Verschiebungen zwischen Masken und Wafer im Scanner verursacht wird. Die Werte beziehen sich auf die Differenzen der Sollpositionen der Teilstrukturen. Die X- und Y-Werte dieses Fehlers werden beim Registration-Fehler in nm bezogen auf die Maske angegeben, beim Scanner-Fehler in nm bezogen auf den Wafer. Da bei der Projektion des Scanners das Bild auf dem Wafer um den Faktor vier verkleinert wird, werden die X- und Y-Werte des Wafer-Fehlers entsprechend in auf die Maske bezogene Werte umgerechnet. Bei der Überlagerung der Bilder werden der Registration- und der umgerechnete Scanner-Fehler addiert, dann wird die Summe zu den Koordinaten der Sollposition eines der Luftbilder addiert.
Vor Überlagerung der Bilder der Teilstrukturen können Aberrationen des Scanners simuliert werden. Hierzu werden auf die Grafikdateien bzw. Datenstrukturen der aufgenommenen Strukturausschnitte entsprechende Algorithmen angewendet, die die Aberrationen des Scanners hinzufügen.
Zur Korrektur der Aberrationen des Maskeninspektionsmikroskops oder zur Simulation der Aberrationen des Scanners müssen die jeweiligen Aberrationen zunächst bekannt sein. Verfahren zu deren Bestimmung sind bekannt. Wellenfrontaberrationen des Maskeninspektionsmikroskops oder des Scanners liegen beispielsweise häufig als Zernike-Koeffizienten vor. Diese erlauben eine Korrektur bzw. Simulation der Aberrationen.
Die Überlagerung der zwei Luftbilder der Teilstrukturen erfolgt nun auf unterschiedliche Art, je nachdem, ob Double-Exposure, siehe 3, oder Double-Patterning, siehe 4, emuliert werden soll.
Double-Exposure
Zur Emulation des Double-Exposure werden die Intensitätswerte der übereinander zu liegen kommenden Pixel der Grafikdateien bzw. der Datenstrukturen addiert. Die resultierende Grafikdatei bzw. Datenstruktur stellt nun die Intensitätsverteilung des Gesamt-Luftbilds dar, welches durch die Belichtungen mit dem Scanner in der strahlungsempfindlichen Schicht (dem Resist) auf dem Wafer entsteht. Bei der Belichtung des Wafers im Scanner wird für jede der Masken eine Dosis festgelegt. Das Verhältnis der Dosen der beiden Masken wird bei der Simulation berücksichtigt. Hierfür werden die Intensitätswerte einer der Grafikdateien bzw. Datenstrukturen mit einem entsprechenden Faktor multipliziert. Ist das Verhältnis der Dosis der Maske 1 zur Dosis der Maske 2 beispielsweise 4:5, so werden die Intensitätswerte der Grafikdatei bzw. der Datenstruktur des Luftbildes der Maske 1 mit 4/5 multipliziert. Die Intensitätswerte der Grafikdatei bzw. der Datenstruktur des Gesamtbildes werden nun wieder normiert, d. h. dass an einer vollständig durchsichtigen Stelle beider Masken, beispielsweise chromfreier Stelle von Quarz-Chrom-Masken, die Intensität den Maximalwert von 255 zugewiesen bekommt („Clearnormierung”), an einer vollständig undurchlässigen Stelle der Masken, beispielsweise vollständig chrombeschichteten Stellen von Quarz-Chrom-Masken, die Intensität den Minimalwert von 0 zugewiesen bekommt.
Durch die Vorgänge beim Entwickeln des Resists findet eine Kontrasterhöhung statt, d. h. es wird in nullter Näherung nur noch zwischen belichteten und unbelichteten Bereichen unterschieden. Eine einfache Näherung zur Darstellung dieser Resistbilder ist die Festlegung eines Intensitätswertes (Intensitäts-Threshold). Für Intensitätswerte oberhalb des Intensitäts-Thresholds wird der Resist als belichtet angenommen, unterhalb als unbelichtet. Die belichteten und unbelichteten Bereiche werden dann in zwei unterschiedlichen Farben dargestellt. So können die Strukturen, welche auf der Maske als Chromschicht verbleiben beispielsweise in Schwarz, die durchsichtigen Bereiche in Weiß dargestellt werden. Der Intensitäts-Threshold kann bei der Darstellung der Gesamtstruktur zur Anpassung der CD (Critical Dimension) vorgegeben und variiert werden.
In einem genaueren Verfahren wird aus den kontinuierlichen Intensitätswerten durch eine Simulation der Vorgänge im Resist und bei dessen Entwicklung die resultierende Struktur ermittelt.
Im hier verwendeten vereinfachten Resistmodell, welches genauer in der Patentanmeldung DE102008019341 beschrieben wird, werden nur zwei Parameter vorgegeben: Die effektive Dosis als Produkt aus der Empfindlichkeit C des Resists und der Dosis D, die Diffusionslänge und die Konzentration der Base, die mit dem Resist-Threshold zu einem Parameter zusammengefasst wird. Die effektive Dosis kann bei der Darstellung der Gesamtstruktur zur Anpassung der CD (Critical Dimension) vorgegeben und variiert werden. Die weiteren Parameter können für die Gesamtstruktur in einer Datei abgespeichert bzw. aus einer entsprechenden Datei geladen werden. Die Verwendung anderer Resist-Modelle ist möglich.
Double-Patterning
Zur Emulation des Double-Patterning wird auf die beiden Luftbilder der Teilstrukturen zuerst der Intensitäts-Threshold angewendet. Der Intensitäts-Threshold kann bei der Darstellung der Gesamtstruktur über je einen Schieberegler für jede der Teilstrukturen zur Anpassung der CD (Critical Dimension) vorgegeben und variiert werden.
Es kann auch das o. g. aufwändigere Verfahren der Resistsimulation angewendet werden. Die effektive Dosis kann bei der Darstellung der Gesamtstruktur zur Anpassung der CD (Critical Dimension) vorgegeben und variiert werden. Die weiteren Parameter können für jede der Teilstrukturen in einer Datei abgespeichert bzw. aus einer entsprechenden Datei geladen werden. Erst nach dieser Maßnahme werden die Luftbilder durch Addition der Intensitätswerte der einzelnen Pixel überlagert. Die Verwendung anderer Resist-Modelle ist möglich.
Die weitere Verarbeitung und Darstellung der Grafikdateien bzw. der Datenstrukturen der aufgenommenen Bilder erfolgt in der Recheneinheit 40, ein Personalcomputer, welche als Anzeigegerät einen Monitor aufweist. Die Recheneinheit 40 ist mit einer grafischen Benutzeroberfläche ausgestattet, welche die Bedienung über eine Maus zulässt. Zur Überlagerung werden die Grafikdateien bzw. die Datenstrukturen der Teilstrukturen und die Grafikdateien bzw. Datenstrukturen der zugehörigen simulierten Bilder ausgewählt. Dann wird über ein Auswahlmenü entschieden, ob Double-Exposure oder Double-Patterning emuliert werden soll.
Ein Fenster 50, wie in 5 dargestellt, wird durch ein Computerprogramm, welches in der Recheneinheit 40 läuft, auf einem Monitor der Recheneinheit 40 dargestellt. Es erlaubt die Eingabe von Parametern und zeigt die resultierenden Bilder an. In 5 wird ein Beispiel einer Gesamtstruktur 55 gezeigt, welche durch Überlagerung von zwei Teilstrukturen 56 und 57 erzeugt wurde. Über zwei Schaltflächen 58 und 59 kann die Anzeige einer der Teilstrukturen aktiviert werden, über Schaltfläche 60 wird die Gesamtstruktur angezeigt. Beim Double-Patterning stehen folgende Funktionen zur Verfügung. Wenn die Schaltfläche 67 angewählt wurde, kann über Schiebregler 65 und 66 der Intensitäts-Threshold für die Darstellung der Teilstrukturen 56 und 57 eingestellt werden. Die Darstellung wird direkt nach dem Verstellen der Schiebregler 65 bzw. 66 aktualisiert. Wenn die Schaltfläche 68 angewählt wurde, wird für beide Teilstrukturen 56 und 57 eine Resistsimulation durchgeführt. Die zur Verwendung vorgesehenen Resistparameter können aus Dateien geladen werden und werden in den Feldern 70 und 71 angezeigt. Über die Schieberegler 65 und 66 wird jetzt für jede Teilstruktur 56 und 57 die effektive Dosis eingestellt. Die Darstellung wird wieder direkt nach der Verstellung aktualisiert. Beim Double Exposure verändert Schieberegler 65 den Intensitäts-Threshold oder je nach Einstellung die effektive Dosis für die Gesamtstruktur. Mit dem zweiten Schieberegler 66 wird das Verhältnis der Dosen bei der Belichtung der beiden Teilstrukturen eingestellt. Steht der Schieberegler in der mittigen Ausgangsposition, ist das Verhältnis der Dosen 1:1. Wird er nach links verschoben, wir der Anteil der Dosis der Maske 1 erhöht, wird er nach rechts geschoben, wird der Anteil der Dosis der Maske 2 erhöht. Die Resistparameter aus Feld 70 werden zur Simulation der Gesamtstruktur verwendet, Feld 71 ist deaktiviert. Der Registration-Fehler und der Scanner-Fehler werden in den vorgesehenen Feldern 72 und 73 eingegeben. Durch Anwählen einer Schaltfläche 72 werden eingegebene Werte zum Resist und zu den Registration- und Scanner-Fehlern auf die Grafikdateien bzw. Datenstrukturen angewendet.
Die so erhaltene Gesamtstruktur kann nun mit einer durch Simulation erzeugten Gesamtstruktur verglichen werden, um Defekte zu erkennen. Auch ein Vergleich gleicher Strukturausschnitte der Gesamtstruktur, zur Defekterkennung, ein sogenannter „Die to Die” Vergleich, ist möglich.
Es ist vorteilhaft, wenn zunächst werden alle ausgewählten Positionen an der ersten Maske gemessen werden, dann an der zweiten Maske. Alternativ werden die Luftbilder einer der Masken durch Simulation erzeugt.
Die erzeugten Luftbilder der beiden Teilstrukturen werden nun, wie oben beschrieben, zur Emulation des Double-Exposure oder des Double-Patterning überlagert.
Anschließend werden die Struktureigenschaften mittels vorgegebener Auswertealgorithmen in der Recheneinheit 40 analysiert. Dies umfasst beispielsweise eine Analyse der kritischen Dimension. Andere Strukturgrößen sind beispielsweise das Prozessfenster, d. h. der mögliche Einstellbereich für eine Auswahl von Parametern, in dem die Gesamtstruktur korrekt auf den Photolack abgebildet wird, so dass keine Defekte entstehen. So kann der maximal mögliche Overlay-Fehler eines Sets von Masken bestimmt werden. Bei der Analyse verschiedener Bereiche der Gesamtstruktur mit unterschiedlichen Strukturtypen eines Sets von Maske lässt sich auch das größte gemeinsame Prozessfenster für die verschiedenen Bereiche und damit das Prozessfenster des Masken-Sets insgesamt bestimmen.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Masken nur an solchen Positionen vermessen, die Strukturen aufweisen, die sich bei der Abbildung der Gesamtstruktur auf dem Photolack später als kritisch hinsichtlich der Einhaltung vorgegebener Toleranzen erweisen könnten. Typischerweise werden an 100, 300 oder bis zu 1000 Positionen pro Maske Luftbilder aufgenommen. Solche Strukturen, die als „hot spots” oder ROIs (regions of interest) bezeichnet werden, werden vorab mit bekannten Algorithmen oder per Hand auf der Maske anhand einer Maskendesigndatei, welche die Topographie oder das Layout der Gesamtstruktur der Maske enthält, ausgewählt. Zur Bestimmung von beispielsweise einer CD-Map werden vorzugsweise periodische bzw. regelmäßige Strukturen ausgewählt. Zur Analyse kritischer Bereiche des Maskendesigns (sog. Hot-Spots) kommen beispielsweise Programmpakete, die zum Maskendesign von integrierten Schaltkreisen verwendet werden zum Einsatz. Diese sogenannte „EDA” Programm („Electronic Design Automation”) verwaltet und erzeugt alle Daten, die zur Herstellung eines integrierten. Schaltkreises nötig sind, wie z. B. das Layout der Photomaske (das Maskendesign), das resultierende Luftbild, das Bild im Resist nach der Belichtung etc. Mit derartigen EDA Programm wird der gesamte Herstellungsprozess eines Schaltkreises von der Belichtung über das Luftbild bis hin zum Resistbild und der Struktur im Silizium simuliert. Ziel ist es beispielsweise, über diese Simulationen das Maskenlayout durch sog. OPC Korrekturen so zu optimieren, dass unter Berücksichtigung diverser Prozessschwankungen einen gewünscht Struktur von der Maske in den Resist oder das Silizum übertragen werden kann. Diese Programme stellen Funktionen zur Verfügung, um kritische Bereiche (Hot-Spots) z. B. im Maskenlayout zu identifizieren. Kriterien für Hot Spots sind beispielsweise, wenn Bereiche ein kleines Prozessfenster aufweisen oder empfindlich auf Prozessschwankungen reagieren. Üblicherweise werden zunächst diese Hot Spots identifiziert. In weiteren Schritten wird dann speziell das Layout der Maske in den Bereichen der Hot Spots optimiert. Da dies ein rein simulatorisches Verfahren ist, ist es von Vorteil, nach Herstellung der Maske das reale Verhalten dieser Hot Spots über eine Messung zu überprüfen. Ein Beispiel für ein EDA-Programm ist das Software-Paket „Calibre Workbench” des Herstellers Mentor Graphics oder Synopsis des Herstellers Cadence. Die Calibre Workbench besitzt ein sog. Calibre Metrology Interface (CMI), welche eine Ausgabedatei im XML-Format erzeugt, die z. B. Informationen über die Position der Hot Spots enthält. Diese Ausgabedatei enthält je nach Bedarf folgende Informationen:

– Alle Messbedingungen, wie z. B. Wellenlänge der Lichtquelle, die zu messenden Struktureigenschaften wie CD, NILS, DOF, EL, LWR, Kontaktlochdurchmesser.
– Overlay-Fehler des Scanners und Registration-Fehler.
– Angaben über zu messende Fokus-Stapel, d. h. Anzahl und Lage der zu messenden Ebenen. Hier werden beispielsweise 5 oder 7 äquidistante Ebenen innerhalb von 80% des DOF, der Schärfentiefe, ausgewählt, wobei die mittlere Ebene die beste Fokus-Ebene ist.
– Alle Positionen auf der Maske und im Maskendesign, an denen Luftbilder aufgenommen werden, angegeben werden die Koordinaten des Zentrums des zu Messenden Bildes.
– Die Positionen, Größe und Lage (Breite, Länge, Winkel) und Zielwerte der zu bestimmenden Struktureigenschaften (z. B. der Positionen 33a bis d in 4)
– Die Zuordnung der simulierten Luftbilder zu den aufzunehmenden Luftbildern und zu den Positionen der zu messenden Struktureigenschaften auf der Maske. Zu jeder Position einer zu messenden Struktureigenschaft wird der Dateiname des zugehörigen simulierten Bildes angegeben. Ein simuliertes Luftbild kann auch mehrere Positionen zu messender Struktureigenschaft beinhalten und diesen entsprechend zugeordnet sein.
– Vorgabe der Auswertealgorithmen zur Auswertung der gemessenen Struktureigenschaften. So können statistische Funktionen implementiert werden. Wird beispielsweise die CD einer Struktureinheit von „lines and spaces” gemessen, kann die Bestimmung des Durchschnitts mehrer Messungen der gleichen Zielgröße vorgegeben werden. Es können auch nahezu beliebige Struktureigenschaften in Abhängigkeit voneinander und über alle Fokus-Ebenen dargestellt werden. So beispielweise die CD über den Ort als CDU-Map oder Normalized Image Log Slope (NILS), Depth of Focus (DOF) in Abhängigkeit von der Exposure Latitude (EL) oder EL in Abhängigkeit vom DOF. Eine weitere Möglichkeit der Auswertung ist die Darstellung der Überlagerung des aufgenommenen Luftbildes mit dem simulierten Luftbild des gleichen Ausschnittes einer Struktur. Abweichungen der überlagerten Bilder voneinander werden dann farbig hervorgehoben dargestellt.

In einem automatisierten Prozess können diese Daten (vorzugsweise als XML-Datei) zusammen mit der Maske zur Steuerung einer automatisierten Durchführung der Messungen an die Recheneinheit 40 des Maskeninspektionsmikroskops übergeben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10360536 [0008]
DE 102008019341 [0075]

Claims

Verfahren zur Emulation eines fotolithographischen Prozesses zur Erzeugung einer Gesamtstruktur, die in zumindest zwei Teilstrukturen auf zumindest zwei Masken (5) aufgeteilt ist, auf einem Wafer, umfassend die Schritte: – Erzeugen von Luftbildern der zumindest zwei Teilstrukturen, wobei zumindest eines der Luftbilder mit einem Maskeninspektionsmikroskop (1) aufgenommen wird; – Korrigieren von Fehlern des zumindest einen mit einem Maskeninspektionsmikroskop aufgenommenen Luftbilds durch eine Recheneinheit (40); – Überlagern der Luftbilder der zumindest zwei Teilstrukturen zu einem Gesamtluftbild mit der Gesamtstruktur.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: Vorgeben einer Sollposition auf zumindest einer der zumindest zwei Masken zur Aufnahme des zumindest einen Luftbilds, bestimmen einer Abweichung der Sollposition von einer Istposition durch Überlagerung des aufgenommenen Luftbilds mit dem simulierten Vergleichsbild, korrigieren der Istposition, so dass diese mit der Sollposition übereinstimmt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei durch das Maskeninspektionsmikroskop bedingte Aberrationen des zumindest einen aufgenommenen Luftbildes korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zumindest eines der Luftbilder angepasst wird, indem durch den Scanner bedingte Aberrationen simuliert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei die zumindest zwei Luftbilder durch Verschiebung gegeneinander angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zumindest ein Teil der Verschiebung einem Registration-Fehler, der aus der Verzerrung der Teilstrukturen der Masken resultiert, entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei zumindest ein Teil der Verschiebung einem Overlay-Fehler eines Scanners entspricht.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei als Anpassung der Luftbilder eine Darstellung von Intensitätswerten, welche größer sind als ein Intensitäts-Threshold, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei als Anpassung der Luftbilder eine Resistsimulation vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei als Anpassung des Gesamtluftbildes eine Resistsimulation vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Intensitäts-Threshold in Echtzeit verändert werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei eine effektive Dosis zur Resistsimulation in Echtzeit verändert werden kann.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei vor der Überlagerung der Luftbilder der zumindest zwei Teilstrukturen die Luftbilder dem Verhältnis der für die Masken im Scanner zu verwendenden Dosen angepasst werden, indem alle Intensitätswerte zumindest eines der Luftbilder mit einem Faktor multipliziert werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zumindest eines der Luftbilder durch Simulation aus Maskendesigndaten erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei zur Simulation des zumindest einen Luftbilds oder Vergleichsbilds die gleichen Beleuchtungseinstellungen des Maskeninspektionsmikroskops wie beim Aufnehmen der Bilder zugrunde gelegt werden.
Maskeninspektionsmikroskop zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Von einer Recheneinheit (40) lesbares Medium, das Anweisungen zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.