DE102009044294A1

DE102009044294A1 - Koordinatenmessmaschine zur Bestimmung der Lage von Strukturen auf einer Maske

Info

Publication number: DE102009044294A1
Application number: DE102009044294A
Authority: DE
Inventors: Michael Heiden
Original assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE GmbH
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-05-05
Also published as: US8305587B2; US20110090483A1

Abstract

Es ist eine Koordinatenmessmaschine (1) zur Vermessung der Positionen von Strukturen (32) auf einer Maskenoberfläche (31) offenbart. Dabei ist auf einem Messtisch (33) ein wellenlängenselektives Reflektionsmittel (36) angebracht, welches Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, welches von einer ersten Beleuchtungseinrichtung (10) emittiert wird, im Wesentlichen reflektiert, und Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich, welches von einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (20) ausgesandt wird, im Wesentlichen nicht reflektiert. Das wellenlängenselektive Reflektionsmittel (36) ist bevorzugt als dichroitischer Spiegel ausgebildet. Durch Detektion des vom Reflektionsmittel (36) reflektierten Lichts aus dem ersten Wellenlängenbereich wird die Lage vorbestimmter Abschnitte von Außenkanten (37) der Maske bestimmt. Das Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich dient der Bestimmung der Koordinaten von Strukturen auf der Maske. Aufgrund der Wellenlängenselektivität des Reflektionsmittels (36) wird diese Koordinatenbestimmung nicht durch Reflektion des Lichts aus dem zweiten Wellenlängenbereich vom Reflektionsmittel (36) beeinträchtigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koordinatenmessmaschine zur Bestimmung der Koordinaten von Strukturen auf der Oberfläche einer Maske. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Koordinatenmessmaschine die darüber hinaus zur Bestimmung der Lage von vorbestimmten Kantenabschnitten einer Maske im Maskenkoordinatensystem und damit zur Bestimmung der Lage der Strukturen auf der Maske relativ zu den vorbestimmten Kantenabschnitten (sogenannte „Centrality”-Messung) vorgesehen ist.
Eine Koordinatenmessmaschine zur Vermessung von Strukturen auf Wafern und auf zu deren Herstellung eingesetzten Masken ist in dem Vortragsmanuskript "Pattern Placement Metrology for Mask Making" von Frau Dr. Carola Bläsing, ausgegeben anlässlich der Tagung Semicon, Education Program in Genf am 31. März 1998, ausführlich beschrieben. Die dortige Beschreibung bildet die Grundlage einer Koordinatenmessmaschine. Die Strukturen auf Wafern oder den zur Belichtung verwendeten Masken erlauben nur äußerst geringe Toleranzen. Zur Überprüfung dieser Strukturen ist daher eine sehr hohe Messgenauigkeit (derzeit im Nanometerbereich bis Subnanometerbereich) erforderlich. Ein Verfahren und eine Messmaschine zur Positionsbestimmung solcher Strukturen ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 100 47 211 A1 bekannt. Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen.
Das deutsche Patent DE 10 2007 049 100 B4 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Lage von Kantenabschnitten im Maskenkoordinatensystem. Die Maske ist in einer Koordinatenmessmaschine auf einem senkrecht zur optischen Achse eines abbildenden Meßsystems interferometrisch messbar verschiebbaren Messtisch gelagert. Die Lage eines Maskenkoordinatensystems in Bezug auf das Messmaschinen-Koordinatensystem wird an Hand mindestens zweier Strukturen auf der Maske bestimmt. Der relative Abstand einer der mindestens ersten und der zweiten Außenkante wird zu den mindestens zwei Strukturen bestimmt. Die Koordinaten-Messmaschine ermittelt die Ist-Koordinaten der mindestens zwei Strukturen zu den jeweiligen Aussenkanten, die eine bestimmte Abweichung von einem Sollwert nicht überschreiten dürfen.
Ferner ist eine Koordinaten-Messmaschine aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen bekannt, wie z. B. aus der DE 19858428 , aus der DE 10106699 oder aus der DE 10 2004 023 739 . 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 einen 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.
Die in der Koordinatenmessmaschine zu vermessenden Masken sind zur Belichtung von Wafern in einer Belichtungsvorrichtung vorgesehen. Dazu werden sie in der Belichtungsvorrichtung in einem Maskenrahmen aufgenommen. Damit die Aufnahme reproduzierbar erfolgt, legt sich die Maske an drei Punkten für die seitliche Führung an; diese Anlagepunkte werden auch als Banking Points bezeichnet. Für die Waferherstellung ist nun die Lage der Strukturen auf der Maske relativ zu diesen Anlagepunkten wichtig, insbesondere, da die Maske in der Belichtungsvorrichtung nur bis zu einem gewissen Grad verschoben werden kann, um Lageabweichungen der Strukturen auf der Maske von einer Idealposition zu korrigieren. Um diese relative Lage zu ermitteln, werden im Maskenkoordinatensystem sowohl die Positionen der Strukturen auf der Maske, als auch die Positionen der vorbestimmten Abschnitte der Außenkanten, die sich in der Belichtungsvorrichtung an die Anlagepunkte anlegen, bestimmt.
Bei einer Koordinatenmessmaschine nach dem Stand der Technik wird ein Reflektionsmittel auf dem Messtisch oder dem Maskenhalter benutzt, um durch Bildverarbeitung aus der gemessenen Helligkeitsverteilung des reflektierten Lichts die Position der Außenkante zu ermitteln. Zu dieser Positionsbestimmung wird sichtbares Licht (Wellenlängenbereich etwa 400 nm bis 750 nm) verwendet. Zur Messung der Strukturkoordinaten wird UV-Licht (365 nm, 266 nm, 248 nm, 193 nm, ...) verwendet. Das Reflektionsmittel nach dem Stand der Technik ist ein Metallspiegel, der auch das UV-Licht reflektiert. Diese Reflektion beeinträchtigt die Vermessung der Strukturkoordinaten und reduziert die Genauigkeit der Messung, was insbesondere im Hinblick auf moderne und künftige Chipgenerationen nicht vertretbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Koordinatenmessmaschine so zu gestalten, dass die Bestimmung der Lage vorbestimmter Abschnitte der Außenkanten der Maske bezüglich des Maskenkoordinatensystems ohne störende Reflektionen des UV Lichts vom verwendeten Reflektionsmittel möglich ist.
Die Aufgabe wird durch eine Koordinatenmessmaschine gelöst, welche die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine Koordinatenmessmaschine, wie sie gemäß der Erfindung zur Bestimmung der Lage von Strukturen auf einer Oberfläche einer Maske verwendet wird, verfügt über einen Messtisch, der in X- und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbar ist. In diesen Messtisch wird eine zu vermessende Maske eingelegt. Die erfindungsgemäße Koordinatenmessmaschine umfasst eine erste Beleuchtungseinrichtung und eine zweite Beleuchtungseinrichtung. Die erste Beleuchtungseinrichtung sendet Licht in einem ersten Wellenlängenbereich aus; in bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich dabei um den Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts, also Licht aus dem Wellenlängenbereich von etwa 400 nm bis 750 nm. Die zweite Beleuchtungseinrichtung emittiert Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich, welcher in bevorzugten Ausführungsformen im UV-Bereich liegt (Wellenlänge kleiner als 400 nm). In einer besonders bevorzugten Ausführung wird eine der Wellenlängen 365 nm, 266 nm, 248 nm, und 193 nm verwendet. Ferner ist in der erfindungsgemäßen Koordinatenmessmaschine ein Reflektionsmittel vorgesehen, welches wellenlängenselektiv und bevorzugt als dichroitischer Spiegel ausgebildet ist. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist das Reflektionsmittel auf dem Messtisch oder auf einem Maskenhalter zumindest im Bereich einer der Außenkanten der Maske angebracht. Das Reflektionsmittel reflektiert das Licht der ersten Beleuchtungseinrichtung im Wesentlichen vollständig; nach Detektion dieses reflektierten Lichts kann daraus durch Bildverarbeitung die Position der Außenkante der Maske bestimmt werden. Das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs ist für die Bestimmung der Koordinaten der Strukturen auf der Oberfläche der Maske vorgesehen. Die Wellenlängenselektivität des erfindungsgemäßen Reflektionsmittels ist dabei derart, dass im Wesentlichen keine Reflektion des Lichts aus dem zweiten Wellenlängenbereich erfolgt. Somit wird gegenüber einer Koordinatenmessmaschine nach dem Stand der Technik die Bestimmung der Strukturkoordinaten nicht durch das vom Reflektionsmittel reflektierte Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich beeinträchtigt.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern.
1 zeigt eine Koordinatenmessmaschine.
2 zeigt eine schematische Darstellung der Beleuchtung einer Außenkante einer Maske.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahme einer Außenkante einer Maske.
4a zeigt eine Kanten- und Strukturbestimmung nach dem Stand der Technik.
4b zeigt eine Kanten- und Strukturbestimmung gemäß der Erfindung.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind.
1 zeigt eine Koordinatenmessmaschine 1. Eine Maske 30, die auf einer Oberseite 31 die zu vermessenden Strukturen 32 trägt, ist in einen Maskenhalter 34 auf einem Messtisch 33 gelegt. Der Messtisch 33 ist durch Lager 35 auf einer Unterlage 40 verschiebbar gelagert. In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei den Lagern 35 um Luftlager, und die Unterlage 40 ist durch einen Granitblock gebildet. Die Verschiebung des Messtisches 33 auf der Unterlage 40 wird durch mindestens ein Laser-Interferometer 42, welches mindestens einen Messlaserstrahl 43 aussendet, bestimmt. Durch schwingungsgedämpfte Stützen 41 ist die Unterlage 40 und damit die Koordinatenmessmaschine 1 von Vibrationen des Untergrunds weitgehend entkoppelt. Eine erste Beleuchtungseinrichtung 10 sendet Licht in einem ersten Wellenlängenbereich aus, welches über einen ersten Teiler 12 in einen ersten Messstrahlengang 11 eingekoppelt wird. Dem ersten Messstrahlengang 11 sind eine erste Detektoreinheit 13 und ein erstes Messobjektiv 14 zugeordnet. Der erste Messstrahlengang 11 mit den zugeordneten Elementen 13 und 14 wirkt mit einem auf dem Messtisch 33 angebrachten Reflektionsmittel 36 zur Bestimmung der Position vorbestimmter Abschnitte einer Außenkante 37 der Maske 30 zusammen. Eine zweite Beleuchtungseinrichtung 20 sendet Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich aus, welches über einen zweiten Teiler 22 in einen zweiten Messstrahlengang 21 eingekoppelt wird. Dem zweiten Messstrahlengang 21 sind eine zweite Detektoreinheit 23 und ein zweites Messobjektiv 24 zugeordnet. Der zweite Messstrahlengang 21 mit den zugeordneten Elementen 23 und 24 dient der Vermessung der Koordinaten der Strukturen 32 auf der Oberfläche 31 der Maske 30. Nach dem Stand der Technik ist das Reflektionsmittel 36 als Metallspiegel ausgeführt, welcher das Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich und aus dem zweiten Wellenlängenbereich in erheblichem Maße reflektiert. Vom Reflektionsmittel 36 reflektiertes Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich beeinträchtigt die Vermessung der Koordinaten der Strukturen 32. In der erfindungsgemäßen Koordinatenmessmaschine 1 ist das Reflektionsmittel 36 derart wellenlängenselektiv ausgebildet, z. B. als dichroitischer Spiegel, dass das Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich im Wesentlichen vollständig reflektiert, das Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich im Wesentlichen nicht reflektiert wird.
Die für die 1 getroffene Wahl einer Ausführungsform der Koordinatenmessmaschine 1 stellt keine Einschränkung der Erfindung dar. Die Koordinatenmessmaschine 1 kann insbesondere neben der ersten Beleuchtungseinrichtung 10 und der zweiten Beleuchtungseinrichtung 20 noch weitere Beleuchtungseinrichtungen, etwa eine Durchlichtbeleuchtungseinrichtung, mit zugeordneten Strahlengängen und optischen Elementen enthalten. Die Darstellung der 1 beschränkt sich auf die wesentlichen Elemente, um die Erfindung in den technischen Kontext einzuordnen.
2 zeigt schematisch die Aufnahme eines Bildes der Maske im Bereich der Außenkante 37. Dazu wird die Maske 30 von der ersten Beleuchtungseinrichtung 10 mit Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich beleuchtet. Das parallelisierte Licht gelangt über den ersten Teiler 12 auf den Bereich der Außenkante 37 der Maske 30. Die Maske 30 besitzt im Bereich der Außenkante 37 eine obere Fase 38 und eine untere Fase 39. Das von der ersten Beleuchtungseinrichtung 10 auftreffende Licht wird von der oberen Fase 38 aus dem ersten Messstrahlengang 11 herausreflektiert, so dass das erste Messobjektiv 14 von diesem Bereich der oberen Fase 38 weniger Licht als von umgebenden Bereichen empfängt. Unterhalb der Maske ist das Reflektionsmittel 36 angebracht, welches das Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich vollständig reflektiert, so dass aus diesem Bereich viel Licht in das erste Messobjektiv 14 gelangt. Die auftreffenden Lichtmengen sind in 2 durch entsprechende Pfeile gekennzeichnet, wobei das Reflektionsmittel 36 im Wesentlichen vollständig reflektierend ist. Die auftreffenden und die von dem Reflektionsmittel 36 zurückgehenden Lichtanteile sind durch Pfeile gleicher Größe dargestellt. Entsprechende andere Darstellungen zeigen den Anteil des von der Maske 30 ausgehenden Lichts. In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Teiler 12 und der Maske 30 ein Objektiv angebracht sowie eine Tubuslinse im Strahlengang vorgesehen, so dass sich die Anordnung eines klassischen Hellfeldmikroskops ergibt. In diesem Fall braucht das Licht im Bereich des ersten Teilers 12 nicht parallelisiert zu sein. Wichtig ist in jedem Fall eine ausreichende Tiefenschärfe der Anordnung, damit noch Licht vom Reflektionsmittel 36 zur ersten Detektoreinheit 13 gelangt.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahme eines Bereichs um die Außenkante 37 der Maske 30. Wie bereits in der Beschreibung zur 2 erläutert, empfängt das Messobjektiv 14 vom Bereich der oberen Fase 38 weniger Licht als von den umgebenden Gebieten, so dass dieser Bereich als ein dunkler, bzw. schwach belichteter Balken in der dargestellten Aufnahme des Randbereichs der Maske 30 erscheint. Da der Bereich der Maske 30, der sich an die obere Fase 38 anschließt, schwach reflektierend ist, wird von diesem Bereich wenig Licht reflektiert, und somit gelangt auch wenig Licht in den Detektor, so dass dieser Bereich ebenfalls schwach belichtet ist, aber dennoch etwas besser belichtet, als die obere Fase 38. Der Bereich außerhalb der Maske 30 empfängt Licht von dem Reflektionsmittel 36 auf dem Messtisch 33, so dass dieser Bereich gut belichtet ist, und dass man somit aufgrund des starken Kontrastes die Lage der Außenkante 37 mit hoher Genauigkeit bestimmen kann.
4a zeigt schematisch eine Bestimmung der Außenkantenposition und eine Vermessung der Strukturen auf der Maskenoberfläche nach dem Stand der Technik. Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich durchläuft das erste Messobjektiv 14 in Richtung der Maske 30 und wird vom auf dem Maskentisch 33 angebrachten Reflektionsmittel 36 reflektiert, welches gemäß dem Stand der Technik als Metallspiegel ausgebildet ist. Hieraus kann die Position der Kante 37 der Maske 30 bestimmt werden, wie in den Beschreibungen zu den 2 und 3 erläutert. Bei der Vermessung der (hier nicht explizit dargestellten) Strukturen 32 auf der Maskenoberfläche 31 durchläuft Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich das zweite Messobjektiv 24 in Richtung der Maske 30, und wird zum Teil von der Maskenoberfläche 31, zum Teil nach Durchlaufen der Maske 30 von dem Reflektionsmittel 36 reflektiert. Das vom Reflektionsmittel 36 reflektierte Licht stört die Vermessung der Strukturen 32 auf der Maskenoberfläche 31.
4b zeigt schematisch eine Bestimmung der Außenkantenposition und eine Vermessung der Strukturen auf der Maskenoberfläche mit der erfindungsgemäßen Koordinatenmessmaschine. Licht aus dem ersten Wellenlängenbereich durchläuft das erste Messobjektiv 14 in Richtung der Maske 30 und wird vom auf dem Maskentisch 33 angebrachten Reflektionsmittel 36, welches erfindungsgemäß wellenselektiv ausgeführt und bevorzugt als dichroitischer Spiegel ausgebildet ist, im Wesentlichen vollständig reflektiert. Hieraus kann die Position der Außenkante 37 der Maske 30 bestimmt werden, wie in den Beschreibungen zu den 2 und 3 erläutert. Bei der Vermessung der (hier nicht explizit dargestellten) Strukturen 32 auf der Maskenoberfläche 31 durchläuft Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich das zweite Messobjektiv 24 in Richtung der Maske 30, und wird zum Teil von der Maskenoberfläche 31 reflektiert. Licht aus dem zweiten Wellenlängenbereich, welches die Maske 30 durchläuft, wird vom erfindungsgemäß wellenlängenselektiven Reflektionsmittel 36 im Wesentlichen nicht reflektiert. Somit wird die Vermessung der Strukturen 32 auf der Maskenoberfläche 31 im Gegensatz zur Koordinatenmessmaschine nach dem Stand der Technik (siehe 4a) nicht durch Reflektionen des Lichts aus dem zweiten Wellenlängenbereich vom Reflektionsmittel 36 beeinträchtigt.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist für einen Fachmann jedoch selbstverständlich, dass konstruktive Änderungen und Abwandlungen durchgeführt werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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 10047211 A1 [0002]
DE 102007049100 B4 [0003]
DE 19858428 [0004]
DE 10106699 [0004]
DE 102004023739 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Pattern Placement Metrology for Mask Making” von Frau Dr. Carola Bläsing, ausgegeben anlässlich der Tagung Semicon, Education Program in Genf am 31. März 1998 [0002]

Claims

Koordinatenmessmaschine (1) zur Bestimmung der Lage von Strukturen (32) auf einer Oberfläche (31) einer Maske (30) mit einem in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung verfahrbaren Messtisch (33), in welchen die zu vermessende Maske (30) einlegbar ist, mit einer ersten Beleuchtungseinrichtung (10), die Licht in einem ersten Wellenlängenbereich, und einer zweiten Beleuchtungseinrichtung (20), die Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich aussendet, sowie mindestens einem Reflektionsmittel (36), welches im Wesentlichen der ersten Beleuchtungseinrichtung (10) zur Lagebestimmung vorbestimmter Abschnitte von Außenkanten (37) der Maske (30) bezüglich eines Maskenkoordinatensystems zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflektionsmittel (36) derart wellenlängenselektiv ausgebildet ist, dass eine im Wesentlichen vollständige Reflektion des Lichts der ersten Beleuchtungseinrichtung (10) und im Wesentlichen keine Reflektion des Lichts der zweiten Beleuchtungseinrichtung (20) erfolgt.
Koordinatenmessmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei das wellenlängenselektive Reflektionsmittel (36) ein dichroitischer Spiegel ist.
Koordinatenmessmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reflektionsmittel (36) auf dem Messtisch (33) angebracht ist.
Koordinatenmessmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reflektionsmittel (36) an einem Maskenhalter (34) angebracht ist.
Koordinatenmessmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Wellenlängenbereich im Bereich des sichtbaren Lichts (Wellenlänge 400 nm bis 750 nm) liegt.
Koordinatenmessmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der zweite Wellenlängenbereich im Bereich des UV-Lichts (Wellenlänge kleiner 400 nm) liegt.
Koordinatenmessmaschine (1) nach Anspruch 6, wobei das UV-Licht Licht mindestens einer der Wellenlängen 365 nm, 266 nm, 248 nm, 193 nm umfasst.