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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der
Abbildungseigenschaften von Fotomasken, auf denen ein mikroelektronisches
Schaltungsdesign als Maskendesign strukturiert ist, mittels EUV/UV-Licht
im Wellenlängenbereich
von 1 bis 365 nm.
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OPC
(Optical Proximity Correction)- und Phasenmasken, die heute zunehmend
in der Fertigung hochintegrierter Schaltungen (ICs) eingesetzt werden,
beinhalten komplexe RET-Strukturen
(Resolution Enhancement Technology), deren Abmessungen teilweise
kleiner als 100 nm sind. Diese RET-Strukturen haben die Aufgabe
durch Beugung bzw. Phasenverschiebung des Lichtes eine geeignete
räumliche
Intensitätsverteilung
im Fotoresist zu erzielen. Durch die mittels der RET-Strukturen
zu erzielende Beugung bzw. Phasenverschiebung des Lichtes ist es
erforderlich, dass die Form der RET-Strukturen zum Teil erheblich
von den Strukturen abweicht, die im Fotoresist abgebildet werden
sollen.
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Die
RET-Strukturen werden im folgenden kurz erläutert.
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Für die Herstellung
von hochintegrierten Schaltungen wird zunächst im ersten Schritt das
mikroelektronische Schaltungsdesign entworfen, in welchem die Definitionen
der gewünschten
IC-Funktionalitäten
wie z. B. für
ein CPU, DRAM, FPGA, DSP und dergleichen eingehen. Hierbei wird
die EDA (Electronic Design Automation)-Technologie für den elektronischen
Schaltungsentwurf angewandt, um die Chip-Strukturen zu erhalten.
Der Software-gestützte
Schaltungsentwurf der IC-Strukturen liefert die Designdaten der
Chip-Strukturen.
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Im
zweiten Schritt erfolgt das RET-Postprocessing, bei dem die Resultate
des elektronischen Schaltungsentwurfs aus dem ersten Schritt in
einem nachgeschalteten, ebenfalls Software gestützten Schritt mit RET-Korrekturen
versehen werden. Das Ergebnis des RET-Postprocessing sind die Maskendaten.
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Im
dritten Schritt wird die Maske hergestellt. Hierzu werden die Maskendaten
aus dem zweiten Schritt in einen licht- oder elektronenoptischen
Maskenschreiber geladen, der dann die gewünschten Strukturen auf die
mit Fotoresist versehene Maske belichtet.
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Im
vierten Schritt erfolgt die fotolithografische Abbildung. Hierzu
werden mittels der Fotomaske aus dem dritten Schritt in einem sogenannten
Wafer-Stepper die mit Fotoresist versehenen Wafer belichtet. Idealerweise
sollen bei der Fotolithografie die im ersten Schritt erzeugten Designdaten
möglichst getreu
im Fotoresist abgebildet werden.
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Zum
besseren Verständnis
der RET-Strukturen an einem Beispiel einer optischen Näherungskorrektur
OPC (Optical Proximity Correction) wird auf die 1a bis 1d Bezug
genommen.
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1a zeigt schematisch die
Designdaten (1. Schritt), die einer gewünschten Chip-Struktur entsprechen.
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1b gibt die fotolithografische
Abbildung der Designdaten ohne RET-Postprocessing, d. h. ohne Korrektur
durch einen OPC-Schritt wieder. Es ist erkennbar, dass sowohl der
horizontale als auch der vertikale Arm der Designdaten jeweils verkürzt ist und
darüber
hinaus die schmalen Abschluss- bzw. Stirnseiten der Arme anstelle
geradlinig stark gekrümmt
sind.
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1c zeigt die Designdaten,
die einer RET-Nacharbeitung (RET-Postprocessing) unterzogen wurden
(2. Schritt). Derart korrigierte Designdaten ergeben dann als fotolithografische
Abbildung der Maskenstruktur (3. und 4. Schritt) die Abbildung gemäß 1d.
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1d stimmt bis auf sehr geringfügige Abweichungen
mit der Abbildung in 1a überein. Wie 1c deutlich erkennen lässt, sind
eine Vielzahl von RET-Strukturen vorzusehen, um durch Beugung bzw.
Phasenverschiebung des Lichtes letztendlich eine fotolithografische
Abbildung der Maskenstruktur zu erhalten. Es ist offensichtlich,
dass das im Stand der Technik angewandte RET-Verfahren sehr leicht
zu Defektstellen in der Maskenstruktur führen kann.
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Bei
der derzeitigen Technologie wird die Fotomaske auf ihre Übereinstimmung
mit den berechneten Maskendaten hin untersucht.
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Eine
Fotomaske, die in der Halbleiterfertigung eingesetzt wird, muss
eine zu 100 % fehlerfreie Abbildung der gewünschten Strukturen im Fotoresist gewährleisten.
Bei der Maskeninspektion gilt es, diese Eigenschaft nachzuweisen.
Die Strukturen auf der Maske, die mittels Computer-gestützter Methoden berechnet
werden, geben hierüber
nur bedingt Aufschluss. Zudem sind bei den RET-Strukturen gewissen
Abweichungen vom Vorgabemaß in
geringem Umfang tolerierbar. In der Praxis der Maskeninspektion
erweist es sich jedoch als schwierig, tolerierbare Abweichungen
von kritischen Defekten zu unterscheiden und zu trennen. Dies kann
dazu führen, dass
einerseits Masken bei der Inspektion als einwandfrei klassifiziert
werden, bei denen ein oder mehrere kritische Defekte als tolerierbare
Abweichungen eingestuft werden und andererseits einwandfreie Masken
als fehlerhaft ausgeschieden werden, da zulässige Abweichungen in der Struktur
als kritische Defekte beurteilt werden.
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Nach
dem heutigen Stand der Technik werden bei der Maskeninspektion die
Strukturen auf der Maske und nicht deren Abbildungseigenschaften,
d. h. die Abbildungseigenschaften der Maske als solche, geprüft.
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In
dem US-Patent 5,923,034 sind ein Maskeninspektionsverfahren und
eine Maskeninspektionsvorrichtung beschrieben, die ein Elektronenrohr enthält, das
einen Elektronenstrahl auf das Muster der zu untersuchenden Maske
richtet. Eine nachgeschaltete Elektronenlinse verstärkt das
durch die Maske hindurchtretende elektronen-optische Maskenbild,
das auf einem Fluoreszenz Schirm auftrifft, der das elektronen-optische
Maskenbild in ein optisches Maskenbild umwandelt. Eine optische
Linse verstärkt
optisch das optische Maskenbild, das von einem Detektor detektiert
und einem Komparator für die Defekt-Inspektion
in dem Muster auf der Grundlage des Bildes zugeleitet wird. Bei
diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist es möglich, Abbildungsfehler zu
unterdrücken,
die von der elektronen-optischen Verstärkung herrühren und zusätzlich das
Muster mit einer hohen Auflösung
durch die optische Verstärkung
zu prüfen.
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In
den US-Patenten 5,665,968 und 5,717,204 sind Prüfeinrichtungen für optische
Masken mittels Elektronenstrahlmikroskopie beschrieben. Hierbei
wird der Elektronenstrahl über
eine optische Phasenverschiebungsmaske geführt und die Maske automatisch
inspiziert, um Eigenschaften der Phasenverschiebungsmaske zu bestimmen
und Defekte zu klassifizieren. Detektoren messen die Sekundärstrahlung
und die Rückstreustrahlung
geladener Teilchen von der Oberfläche der Maske. Die Maske ist
auf einer XY-Bühne
befestigt und hat zumindest einen Freiheitsgrad, während der
Abtastung der Maske durch den Elektronenstrahl. Durch die Analyse
verschiedener Wellenformcharakteristiken in der Sekundär- und der
Rückstreustrahlung
der Elektronenwellenformen, die von der Phasenverschiebungsmaske
erhalten werden, können
verschiedene physikalische Eigenschaften der Maske detektiert werden,
wie z. B. deren Größe und Position
bestimmt werden. Ebenso kann die Dicke von Chrom-Schichten auf der
Maske bestimmt werden. Es wird ein Vergleich durchgeführt zwischen
dem Muster auf der Maske mit einem weiteren Muster, um Defekte festzustellen.
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Das
US-Patent 5,578,821 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
für die
Abtastung von Masken mit geladenen Partikeln als Bestandteil eines
automatischen Inspektionssystems, mit dem Wafer und Maske geprüft werden,
die in der Herstellung von Mikroschaltungen zum Einsatz kommen.
Hierbei wird ein Strahl aus geladenen Partikeln auf die Oberfläche eines
Substrats gerichtet, das abgetastet werden soll und eine Anzahl
von Detektoren detektieren zumindest eine der Strahlungen von geladenen
Partikeln, bei denen es sich beispielsweise um die Sekundärstrahlung
geladener Partikel, die Rückstreustrahlung
geladener Partikel und die durch das Substrat hindurchtretende Strahlung
geladener Partikel handelt. Das Substrat ist auf einem x-y-Tisch
befestigt und hat zumindest einen Freiheitsgrad während es
durch den geladenen Partikelstrahl abgetastet wird. Des weiteren
wird das Substrat einem elektrischen Feld an seiner Oberfläche ausgesetzt,
um die Sekundärstrahlung
geladener Partikel zu beschleunigen. Das System ermöglicht die
Inspektion bei niedrigen Strahlenergien von ladungsempfindlichen
isolierenden Substraten und hat das Vermögen, die Position des Substrats
in Bezug auf den geladenen Partikelstrahl genau zu messen. Das System
enthält
des weiteren ein optisches Ausrichtungssystem für die anfängliche Ausrichtung des Substrats
unterhalb des geladenen Partikelstrahls. Das Substrat befindet sich in
einer Vakuumkammer, die so ausgebildet ist, dass ein Substrat unter
Vakuum steht und ein weiteres Substrat geladen oder entladen, evakuiert
oder wieder unter Normaldruckbedingungen gebracht werden kann. Zu
dem Inspektionssystem gehört
auch ein Komparator, um das Muster des Substrats mit einem zweiten
Muster auf Defekte vergleichen zu können.
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Die
EP 0 766 283 B1 betrifft
ein Kamerasystem für
ein Elektronenmikroskop mit einem Szintillator zum Transformieren
eines Elektronenstrahls in Licht, eine Aufnahmeröhre mit einem fotoleitfähigen Target,
einem optischen Linsensystem variabler Vergrößerung, um das von dem Szintillator
produzierte Licht in die Aufnahmeröhre überzuleiten und einer den abtastenden
Elektronenstrahl steuernden Ablenkspule zur Detektion von Signalen
des fotoleitfähigen
Targets. Dabei wird an die Ablenkspule eine korrespondierende Spannung
zur Vergrößerung oder Verkleinerung
der Abbildung durch das optische Linsensystem angelegt. Durch die
variable Spannung an der Ablenkspule wird die Zahl der Abtastlinien
des Abtast-Elektronenstrahls
entsprechend der Vergrößerung oder
Verkleinerung variiert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es anstelle der Inspektion einer Maskestruktur
ein hochauflösendes Verfahren
und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Abbildungseigenschaften
von Fotomasken bereit zu stellen, die in der Fertigung hochintegrierter
Schaltungen eingesetzt werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren gelöst,
bei dem das EUV/UV-Licht
im Wellenlängenbereich
von 1 bis 365 nm über
eine Beleuchtungsoptik auf die zu prüfende Fotomaske gerichtet wird,
die Fotomaske in kontrollierter Weise in x- und y-Richtung verfahren
wird und die zu den x- und y-Koordinaten der jeweiligen Positionen
der Fotomaske gehörenden
Intensitätsverteilungen
des Bildes der Fotomaske digitalisiert einer Bilddatenverarbeitung übermittelt
und in dieser abgespeichert werden, die Fotomaske mit EUV/UV-Licht
durch ein Objektiv auf einen fotoelektrischen Konverter abgebildet wird
und die aus dem fotoelektrischen Konverter austretenden Elektronen
beschleunigt auf eine Elektronenoptik und auf einen Elektronen-Bildsensor
emittiert werden, in welchem ein digitalisiertes Bild der Fotomaske
entsteht, das der Bilddatenverarbeitung zugeleitet und mit den abgespeicherten
und gefalteten Intensitätsverteilungen
des mikroelektronischen Schaltungsdesign auf Übereinstimmung verglichen wird.
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In
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die vom Elektronen-Bildsensor registrierten Intensitätsverteilungen
mit dem digitalisierten und mit einer Punkt-Spreiz-Funktion PSF (= Point
Spread Function) des Inspektionssystems aus Lichtquelle, Beleuchtungsoptik,
Objektiv und fotoelektrischem Konverter gefalteten Bild des mikroelektronischen
Schaltungsdesigns verglichen.
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In
Weiterbildung des Verfahrens wird die Fotomaske von dem EUV/UV-Licht
durchstrahlt und durch ein refraktives Objektiv auf den fotoelektrischen
Konverter abgebildet. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird
das EUV/UV-Licht von der Fotomaske reflektiert und durch ein reflektives
Objektiv auf den fotoelektrischen Konverter abgebildet.
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Die
Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 5 bis
20.
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Im
Rahmen der Aufgabe wird auch eine Vorrichtung zur Überprüfung der
Abbildungseigenschaften von Fotomasken geschaffen, auf denen ein
Maskendesign strukturiert ist, mit einer Abbildungseinrichtung,
die eine Lichtquelle, eine Beleuchtungsoptik für die zu überprüfende Fotomaske und ein Objektiv umfasst
, einem Elektronenmikroskop aus einem fotoelektrischen Konverter,
einer Elektronen-Optik und einem Elektronen-Bildsensor, der an eine
Bilddatenverarbeitung elektrisch angeschlossen ist, einer Hochspannungsquelle
und mit einer Verfahreinrichtung, welche die zu überprüfende Fotomaske in x- und y-Koordinatenrichtung
in Bezug auf den Strahlengang der Lichtquelle verfährt, wobei
die Fotomaske zwischen der Beleuchtungsoptik und dem Objektiv angeordnet
ist.
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Zweckmäßigerweise
besteht die Lichtquelle aus zumindest einer UV-Lampe mit elektromechanisch
vorschaltbaren Filtern und einem oder mehreren DUV-Lasern. In bevorzugter
Ausführungsform besteht
die Lichtquelle aus zumindest einer EUV-Lichtquelle, zumindest einer UV-Lampe
mit elektromechanisch vorschaltbaren Filtern und einem oder mehreren
DUV-Lasern. Dabei strahlt die Lichtquelle EUV/UV-Licht im Wellenlängenbereich
von 1 bis 365 nm ab. Unter EUV-Licht ist extremes Ultraviolett-Licht
zu verstehen, das eine Wellenlänge
von 5 bis 20 nm hat. Zur Zeit arbeiten die am weitest fortgeschrittenen
lithografischen Werkzeuge bei der Herstellung von Wafern mit DUV-Licht,
das ist Tiefultraviolett-Licht mit einer Wellenlänge von 248 nm bzw. 193 nm
um Linienbreiten von etwa 110 nm bzw. 90 nm herzustellen. Zukünftige Entwicklungen
gehen in Richtung der EUV-Lithografie, die es ermöglichen soll
Linienbreiten von 35 nm zu erzeugen. Des weiteren wird an der Röntgenstrahl-Lithografie,
Ionenstrahlprojektions-Lithografie und Elektronenstrahlprojektions-Lithografie
gearbeitet.
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In
Weiterbildung der Vorrichtung ist die Verfahreinrichtung eine elektromechanische
Einrichtung mit Luftlagerung und interferometrischer Positionskontrolle,
steuert ein Rechner die Verfahreinrichtung in die gewünschten
Positionen in x- und y-Koordinatenrichtung und sind die interferometrisch
ermittelten Positionen als x- und y-Koordinaten digitalisiert an die
Bilddatenverarbeitung übermittelbar
und in dieser abspeicherbar.
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Weitere
Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus den Merkmalen der
Patentansprüche 25
bis 28 und 30 bis 33.
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Mit
der Erfindung wird erreicht, dass die aufwändige Fokuskontrolle während der
Abtastung der Fotomaske wegen des größeren Schärfentiefenbereichs in der Gegenstandsebene
des Objektivs im Vergleich mit der vergrößernden optischen Abbildung bei
konventionellen Systemen erleichtert wird. Hierzu wird auf die bekannten
fundamentalen Gleichungen eines Abbildungssystems Bezug genommen,
die die Auflösung
R und die Fokustiefe FT betreffen: R = k1 λ/NA FT = k2 λ/(NA)2,mit der Wellenlänge λ und der numerischen Apertur NA
des Abbildungssystems bzw. der Kamera.
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Durch
Verkleinerung der Wellenlänge λ und Vergrößerung der
numerischen Apertur NA kann die Auflösung verbessert werden, jedoch
wird dann die Fokustiefe FT verringert, da die numerischer Apertur NA
quadratisch im Nenner steht.
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Im
derzeitigen Stand der Technik wird im allgemeinen mit EUV-Licht
der Wellenlänge λ = 13,4 nm gearbeitet
und mit einer numerischen Apertur NA von 0,1 des Abbildungssystems
und einer Fokustiefe FT = 1,0 μm,
um Linien mit einer Breite von kleiner 100 nm bis etwa 40 nm abbilden
zu können.
Die Konstanten k1 und k2 werden experimentell bestimmt und haben
Werte im Bereich zwischen 0,6 bis 0,8.
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Im
Verfahren gemäß der Erfindung
wird die optische Abbildung der Fotomaske in einem Mikrowafer-Stepper
der Vorlage möglichst
stark angenähert.
Dabei handelt es sich um eine optische Reduktion mit stark nicht-linearer
Charakteristik. Das Bild der Maske, d. h. die Intensitätsverteilungen
werden elektronenoptisch aufgelöst
und vermessen.
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Die
Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1a bis 1d schematische Darstellungen zur Erläuterung
der RET-Nacharbeitung (RET- Postprocessing);
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2 schematisch eine erste
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit refraktiver Optik zur Überprüfung der
Abbildungseigenschaften von Fotomasken;
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3 schematisch eine zweite
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit reflektiver Optik zur Überprüfung der
Abbildungseigenschaften von Fotomasken; und
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4 schematisch eine dritte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit einer Kombinationsoptik aus refraktiver und reflektiver Optik
zur Überprüfung der
Abbildungseigenschaften von Fotomasken.
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Die
in 2 schematisch dargestellte
erste Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung weist als wesentliche Baugruppen
eine optische Abbildungseinrichtung 11, die im wesentlichen ein
Mikrowafer-Stepper ist, ein Elektronenmikroskop 12 und
eine Bilddatenverarbeitung 9 auf. Die optische Abbildungseinrichtung 11 umfasst
eine Lichtquelle 1, eine Beleuchtungsoptik 2 für eine zu überprüfende Fotomaske 3 und
ein refraktives Objektiv 5 mit einer Zoom-Einheit 15.
Das Elektronenmikroskop 12 besteht aus einem fotoelektrischen
Konverter 6, einer Elektronen-Optik 7 und einem
Elektronen-Bildsensor 8,
der an die Bilddatenverarbeitung 9 elektrisch angeschlossen
ist. Ein Rechner 14 ist mit der Bilddatenverarbeitung 9 verbunden
und mit einer Verfahreinrichtung 4, welche die zu überprüfende Fotomaske 3 in
x- und y-Koordinatenrichtung in Bezug auf den Strahlengang 13 der
Lichtquelle 1 verfährt. Die
Fotomaske 3 ist zwischen der Beleuchtungsoptik 2 und
dem Objektiv 5 angeordnet. Eine Hochspannungsquelle 20,
die eine regelbare Hochspannung von 100 V bis 130 kV liefert, ist
mit ihrem Minuspol an der fotoelektrischen Schicht des fotoelektrischen Konverters 6 und
mit ihrem Pluspol mit der Elektronen-Optik 7 verbunden,
so dass der fotoelektrische Konverter bzw. dessen fotoelektrische
Schicht auf negativem elektrischem Potential liegt und als Fotokathode
fungiert.
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Die
Lichtquelle 1 umfasst zumindest eine UV-Lampe und einen
oder mehrere DUV-Laser mit elektromechanisch vorschaltbaren Filtern,
die nicht gezeigt sind und die Auswahl der Wellenlänge λ des für die Abbildung
eingesetzten Lichtes ermöglichen. Diese
Wellenlänge λ liegt bei
einer UV-Lampe im Bereich von größer/gleich
200 nm und bei DUV-Lasern im Bereich 150 bis 250 nm. Als Lichtquelle 1 kann ebenso
eine EUV-Lichtquelle neben einer UV-Lampe eingesetzt werden, wobei
die nicht gezeigten elektromechanisch vorschaltbaren Filter es ermöglichen,
einen Wellenlängenbereich
des EUV-Lichtes von kleiner 100 nm bis etwa 5 nm auszuwählen. Als
Lichtquelle 1 kann ebenso ein UV-Laser mit einer elektromechanischen
Einrichtung zur Auswahl einer bestimmten Wellenlänge des abgestrahlten UV-Lichtes aus
dem Wellenlängenbereich
von 1 bis 365 nm eingesetzt werden. Es gilt ganz allgemein, dass
die Lichtquelle 1 EUV/UV-Licht im Wellenlängenbereich von 1 bis 365 nm
abstrahlt. Ebenso ist es möglich, dass
die Lichtquelle 1 zwei oder mehrere UV-Laser und eine elektromechanische Einrichtung
zur Auswahl eines bestimmten UV-Lasers bzw. der Wellenlänge des
abgestrahlten UV-Lichtes aus einem Wellenlängenbereich von 1 bis 365 nm
umfasst.
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Die
Beleuchtungsoptik 2 ist eine Kondensor-Optik und bildet
ein refraktives Objektiv mit einer oder mehreren Linsen 17,
die bevorzugt aus hochreinem synthetischem Quarzglas hergestellt
sind. Zusätzlich
kann die Beleuchtungsoptik 2 mit einer variablen Blende
sowie mit einem Licht-Diffusor ausgestattet sein.
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Die
Verfahreinrichtung 4 ist eine elektromechanische Einrichtung
mit Luftlagerung und interferometrischer Positionskontrolle, die
es ermöglicht,
die auf einem x-y-Tisch befestigte Fotomaske 3 in kontrollierter
Weise in x- und y-Richtung zu verfahren. Die zu den jeweiligen x-
und y-Koordinaten der einzelnen Positionen der Fotomaske 3 gehörenden Intensitätsverteilungen
des Bildes der Fotomaske werden digitalisiert der Bilddatenverarbeitung 9 übermittelt
und in dieser abgespeichert. Die Steuerung der Verfahreinrichtung
erfolgt über
den Rechner 14, der die interferometrisch ermittelten x-
und y-Koordinaten der Verfahreinrichtung 4 in digitaler
Form an die Bilddatenverarbeitung 9 überträgt.
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Bei
der Fotomaske 3 handelt es sich im allgemeinen um eine
fotolithografische COG (Chrome-On-Glass)-Maske oder eine Phasenverschiebungsmaske,
bei denen auf einem hochreinem synthetischem Quarzglas Chrom- und
Mo/Si-Schichten sowie RET-Strukturen aufgetragen sind.
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Das
Objektiv 5 ist ein refraktives Objektiv, das eine oder
mehrere Linsen 18 aus hochreinem synthetischem Quarzglas
enthält
und mit einer Zoom-Einheit 15 ausgestattet ist, die eine
optische Verkleinerung der Abbildung auf den fotoelektrischer Konverter 6 ermöglicht.
Die Verkleinerung ist im Bereich von kleiner 1:1 bis 1:10 einstellbar.
Der fotoelektrische Konverter 6 besteht beispielsweise
aus hochreinem synthetischem Quarzglas mit einer fotoelektrischen
Beschichtung, die eine hohe Quanteneffizienz im EUV/UV-Bereich für das einfallende
Licht hat. Bekannte Materialien für die fotoelektrische Beschichtung
sind beispielsweise Na2KSb(Cs), K2SbCs, CsI, KI, KBr und CsTe. Wie schon zuvor
erwähnt
wurde, liegt die fotoelektrische Beschichtung gegenüber der
Elektronen-Optik 7 und dem Elektronen-Bildsensor 8 auf
negativem elektrischem Potential im Bereich von 100V bis 130 kV,
insbesondere von einigen 10 kV bis zu über 100 kV. Das heißt, die fotoelektrische
Beschichtung ist gegenüber
der Elektronen-Optik 7 und dem Elektronen-Bildsensor 8 als Fotokathode
geschaltet. Elektronen, die durch das auffallende EUV/UV-Licht aus
der fotoelektrischen Beschichtung herausgelöst werden, werden durch die
angelegte Negativspannung zur Elektronen-Optik 7 hin beschleunigt.
Die Elektronen-Optik 7 bildet die zweidimensionale Verteilung
der von der fotoelektrischen Beschichtung austretenden Elektronen
auf den Elektronen-Bildsensor 8 mit vorgegebener Vergrößerung ab.
Die Vergrößerung der
elektronenoptischen Abbildung wird hinreichend groß gewählt, so dass
ein Bildelement bzw. Pixel des Elektronen-Bildsensors der kleinsten
aufzulösenden
Dimension auf dem fotoelektrischen Konverter 6 entspricht. Dabei
vergrößert die
elektronenoptische Abbildung die kleinste aufzulösende Dimension auf dem fotoelektrischen
Konverter 6 im Maßstab
bis zu 10000:1. Bei einer Vergrößerung im
Maßstab
4000:1 bedeutet dies, dass bei einer kleinsten aufzulösenden Dimension
von 5 nm auf dem fotoelektrischen Konverter 6 dies einem
Bildelement bzw. einem Pixel des Elektronen-Bildsensors 8 von
20 μm entspricht.
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Bei
dem Elektronen-Bildsensor 8 handelt es sich um einen Flächensenor
für Elektronen,
wobei eine bevorzugte Ausführungsform,
ein sogenannter EB-CCD-Sensor der japanischen Firma Hamamatsu ist,
bei dem ein extrem nach vorwärts
gerichtetes Betriebsprinzip verwirklicht ist, gemäß dem die
von der Fotokathode emittierten Elektronen stark beschleunigt in
das ladungsgekoppelte Bauteil (CCD) eintreten. Bei dem ladungsgekoppelten
Bauteil handelt es sich um eine sogenannte Back-Thinned CCD. Mit
der EB-CCD-Kamera wird ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis erzielt,
indem bei der Elektronen-Vervielfachung Oszillationen unterdrückt werden.
Als Elektronen-Bildsensor 8 können auch mit einer Fluorenszenzschicht
beschichtete CCD- oder CMOS-Sensoren verwendet werden.
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In
der Bilddatenverarbeitung 9 werden die vom Elektronen-Bildsensor 8 digitalisierten
Bilder mit dem vom Design vorgegebenen IC-Layout verglichen. Vor
dem Vergleich werden die IC-Designdaten mit
der Punkt-Spreiz-Funktion PSF des Inspektionssystems rechnergestützt gefaltet.
Der Hauptbeitrag zur Punkt-Spreiz-Funktion PSF stammt vom Mikrowafer-
bzw. Produktionsstepper und entspricht in der Praxis einer geringen
Verschmierung des IC-Layouts.
Diese Verschmierung kann mathematisch durch einfache Pixeloperationen
dargestellt werden. Die komplexen RET-Strukturen der Fotomaske 3 bleiben
bei dieser Faltung unberücksichtigt,
da die für die
Funktion der Fotomaske wesentlichen Abbildungseigenschaften der
Fotomaske untersucht werden.
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Bei
der in 3 gezeigten zweiten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind Baugruppen, die denen der ersten Ausführungsform gemäß 2 gleichen, mit denselben
Bezugszeichen belegt und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die Beleuchtungsoptik 2 besteht aus einem oder mehreren
dielektrischen Mehrschichtspiegeln 21. Der einzelne dielektrische
Mehrschichtspiegel 21 umfaßt eine Vielzahl von alternierenden
Schichten aus Molybdän
und Silizium und funktioniert am besten für Wellenlängen von ungefähr 5 bis
20 nm. Für diesen
Wellenlängenbereich
haben derartige Spiegel die höchste
Reflektivität
von etwa 0,6 bis 0,7, d. h. die Reflektivität liegt im Bereich von 60 bis
70 %. Derartige Mehrschichtspiegel 21 werden beispielsweise durch
Magnetronsputtern hergestellt. Die Mehrschichtspiegel 21 sind
nach Bedarf eben, sphärisch und/oder
asphärisch.
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Das
Objektiv 22 dieser Ausführungsform
besteht aus einer reflektiven Optik, die eine Anzahl von dielektrischen
Mehrschichtspiegeln 23 umfasst, die aus den gleichen Materialien
wie die zuvor beschriebenen Mehrschichtspiegel 21 bestehen,
d. h. aus einer Anzahl von aufgesputterten Schichten aus Molybdän und Silizium.
Hier gilt gleichfalls, dass die Mehrschichtspiegel 23 eben,
sphärisch
und/oder asphärisch
ausgebildet sein können.
Im allgemeinen beträgt
die Anzahl der Mehrschichtspiegel 23 vier bis sechs.
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Reflektive
Optiken für
solche Objektive, die für
EUV-Licht geeignet sind, werden beispielsweise von der Firma Carl
Zeiss, Deutschland, ASML Optics, Richmond, Californien, U.S.A.,
Nikon Corp., Japan hergestellt.
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Es
ist selbstverständlich,
dass die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
weitgehend in Vakuumkammern arbeiten, d. h. von Vakuumgehäusen umschlossen
sind, die in den 2 bis 4 aus Vereinfachungsgründen nicht
eingezeichnet sind.
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Die
dritte Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß 4 weist die gleichen Baugruppen
wie die erste Ausführungsform
nach 2 auf, mit Ausnahme
eines Kombinationsobjektivs 24 mit refraktiver Optik und
reflektiver Optik. Die refraktive Optik umfasst eine oder mehrere
Linsen 19 und einen Strahlteiler 25 aus hochreinem
synthetischem Quarzglas, während
die reflektive Optik aus einem oder mehreren dielektrischen Mehrschichtspiegel 26 besteht,
die eben, sphärisch
oder asphärisch
ausgebildet sein können.
Die Mehrschichtspiegel 26 sind in ähnlicher Weise wie die zuvor
beschriebenen Mehrschichtspiegel 21, 23 aufgebaut.
Das Kombinationsobjektiv 24 ist nur für DUV/UV-Licht, nicht jedoch
für EUV-Licht
geeignet. Die gleichen Baugruppen, die in der ersten und zweiten
Ausführungsform
vorhanden sind, haben die gleichen Bezugszeichen wie in den 2 und 3 und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.