Beschreibung
Abschirmung äußerer Anregungen bei der Vermessung schwingungsfähiger Halblei ermembranen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Vermessen einer schwingungsfähigen und vorzugsweise strukturierten Membran in einer Gasstromungen und/oder akustischen Anregungen ausgesetzten Umgebung, in der eine Vorrichtung zum Vermessen der Membran auf diese fokussiert wird. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Pellicle zur Dämpfung und/oder Abschirmung von Gasströmungen und/oder akustischen Anregungen bei dem obigen Verfahren.
Im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung in der Halbleiterfertigung werden anstelle optischer Beiichtungsmethoden, mit denen sich MikroStrukturen nur etwa bis zur Größe der verwendeten Wellenlänge erzeugen lassen, zunehmend andere Techniken wie die Elektronen oder -Ionenstrahllithographie eingesetzt. Beispielsweise werden Ionen auf eine Maske proji- ziert, die mit strukturbildenden Öffnungen durchsetzt ist, durch welche die Ionen das zu belichtende Substrat erreichen und dort ein Bild der Maskenstruktur erzeugen. Die bei dieser Technik eingesetzten Stencilmasken werden aus Halbleitersub- straten hergestellt, die fast bis zum Rand von der Rückseite her bis auf eine Restdicke von typischerweise 3 Mikrometern geätzt werden und in diesem Bereich die strukturbildenden Öffnungen aufweisen. Vor der Belichtung wird eine Vermessung der Stencilmasken bzw. ihrer 3 m dicken Membran zu Kontroll - zwecken vorgenommen.
Die Herstellung und Vermessung von Stencilmasken ist in „Stencil Mask Technology for Ion Bea Lithograph " , Procee- dings of BACUS (Bay Area Chromemask User Symposium, Kalifor- nien) , SPIE 1998 beschrieben.
Die dort verwendeten Substrate von 150 mm Durchmesser weisen eine Membran mit einem Durchmesser von 126 mm auf. Auf dieser Membran befinden sich Teststrukturen, deren Lage optisch vermessen wird.
Die Vermessung der Strukturen erfolgt in den für die Halbleiterfertigung eingerichteten Reinräumen, in denen eine nach oben gerichtete Laminars römung der Luft eine kontinuierliche Luftfilterung bzw. -reinigung bewirkt. Diese Luftströmung führt zu Schwierigkeiten bei der Vermessung der beschriebenen Halbleitermembranen von Stencilmasken. Die nur wenige Mikrometer dicken und außerdem mit zahlreichen Strukcurö nungen durchsetzten und daher äußerst instabilen Membranen werden sehr leicht durch Luftbewegungen zu Schwingungen angeregt. Bei der Vermessung einer solchen Membran muß eine Meßvorrichtung auf die Membranebene fokussiert werden. Wenn diese beispielsweise in vertikaler Richtung schwingt, entstehen neben Unsch rfen auch horizontale Lageverschiebungen der auszumessenden Strukturöffnungen. Diese Meßfehler werden außer durch Luf bewegungen auch akustisch angeregt. Diese akustischen oder strömungsbedingten Luftbewegungen lassen sich jedoch oberhalb der zu vermessenden Membran nicht durch nicht schwingungsf higer Medien wie Glasscheiben oder Quarzsubstra- te abschirmen, weil deren Einsatz die Qualität der optischen Abbildung verschlechtern und zudem eine Fokussierung erschweren würde .
Eine Messung wird somit durch die auftretenden Membranschwingungen erschwert oder ist bei Überschreiten einer bestimmten Auslenkung nicht mehr reproduzierbar. Vor allem Membranen mit einer sehr geringen mechanischen Vorspannung und einer dementsprechend geringen Dis orsion sind aufgrund ihrer großen Schwingungsamplituden auf herkömmliche Weise noch nicht meßbar. Es besteht daher die Notwendigkeit, ein Verfahren zu finden, um eine reproduzierbare Messung schwingungsfähiger Membranen zu ermöglichen oder zu erleichtern.
In der Halbleiterfertigung sind andererseits sogenannte „Pellicles", d. h. auf einen Rahmen gespannte und optisch transparente Folien im Einsatz. Pellicles werden bei der optischen Belichtung durch ein Reticle, d. h. durch eine mit einer strukturierten Chromschicht bedeckte Quarzplatte hindurch auf diese aufgesetzt und dienen dazu, kleine Partikel von der strukturierten Chromschicht fernzuhalten. In Reinräumen befindliche Partikel lagern sich nicht auf dem Reticle, sondern beispielsweise einige Millimeter darüber auf der Pellicle-Folie ab und führen bei der optischen Abbildung nicht zur Ausblendung oder Streuung des Lichtstrahls. Das Pellicle halt somit Mikropartikel und andere Verunreinigungen von der Ret cle-Oberflache fern.
Der Einsatz von Pellicles ist m den VDI/VDE-Richtlmien 3717, Blatt 6 vom März 1999 beschrieben (siehe VDI/VDE- Handbuch Mikro- und Fernwerktechnik) . Die beschriebenen Pellicles haben eine Foliendicke von 0,8 bis 2,85 μm und werden zur optischen Belichtung mit Wellenlängen von zwischen 360 und 450 nm eingesetzt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine genauere und zuverlässigere Ausmessung von scnwingungsf higen und insbesondere strukturierten Membranen, insbesondere von Stencilmasken ermöglicht Dieses Verfahren soll einfach, kostengünstig und möglichst mit Hilfe herkömmlicher Vorrichtungen zur Ausmessung massiver und daher kaum schwingungsfähiger Reticles durchführbar sein
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine optisch transparente Folie bereitgestellt wird und die Folie und die Membran so angeordnet werden, daß die Gasstromungen und/oder die akustischen Anregungen die Membran nur durch die Folie hindurch erreichen.
Obwohl die Folie eoenso dünn oder - wie aus den zitierten VDI/VDE-Richtlmien ersichtlich, noch d nner als die Membran
ist und daher selbst schwingen kann, werden die akustischen und Luf schwingungen und dadurch auch die Schwingungen der Membran soweit gedämpft, daß ein zuverlässiges Meßergebnis erzielt oder eine Vermessung m vielen Fällen überhaupt erst möglich wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Membran auf eine für die Gasstromungen und/oder die akustischen Anregungen undurchlässige Unterlage gelegt und mit der Folie be- deckt wird, so daß sie von der Unterlage und der Folie eingeschlossen wird. Je nach Fassung der Folie kann die Unterlage auf der der Membran zugewandten Seite eben sein oder einen erhöhten Rand besitzen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Unterlage unter dem Membran eine geschlossene, nicht schwingungsfähige Ebene aufweist. Wird auf die Ebene die Membran und auf diese oder auf die Ebene wiederum die Folie bzw. der die Folie aufspannende Rahmen gelegt, können schwingungsanregende Einflüsse die Membran nur durch die Folie hindurch erreichen.
Bevorzugte Ausfuhrungsformen hinsichtlich der Folie sehen vor, daß die Folie im wesentlichen aus Nitrozellulose besteht, daß sie weniger als 5 μm dick ist und daß sie zweckma- ßigerweise ein Pellicle, d. h. Bestandteil eines Pellicles ist. Somit können die herkömmlich zum Schutz von Chrom-
Ret cles vor Partikelverschmutzung eingesetzten Pellicles zweckentfremdet zur Unterdrückung von Membranschwingungen eingesetzt werden, wodurch eine besonders einfache und kostensparende Abschirmung der Membran erreicht wird.
Bevorzugte Ausführungsformen hinsichtlich der Membran sehen vor, daß die Membran eine Stencilmaske ist und daß diese im wesentlichen aus Silizium besteht.
Die Membran wird vorzugsweise horizontal gelagert, und in dieser Lage werden laterale Lageabweichungen von Membranstrukturen vermessen, die sich als Folge der zu untersuchen-
den Fehlerursachen sowie der vertikalen Membranschwingungen ergeben.
Mit Hilfe der eingesetzten Folie bzw. des Pellicles können in vielen Fällen Meßvorrichtungen, die nur für die Ausmessung nicht schwingungsfähiger Objekte wie Chrommasken oder massiver Halbleitersubstrate ausgelegt sind, benutzt werden, mit denen sonst keine oder nur schlechte Meßergebnisse erzielbar wären.
Die erfindungsgemäße Verwendung eines Pellicles zur Dämpfung bzw. Abschirmung von Lu tbewegungen, wie sie durch die in Reinräumen herrschende laminare Gasströmung oder durch akustische Einflüsse entstehen, in dem hier beschriebenen Ver- fahren ermöglicht ein präziseres Meßverfahren mit herkömmlichen Mitteln, ohne daß Mehrkosten entstehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen lateraler Auslenkungen einer Membran, die ohne ein bzw. mit einem über die Membran gelegten Pellicle gemessen sind.
Figur 3 zeigt schematisch die Anordnung von Membran und
Pellicle auf einem Untergrund.
Figur 1 zeigt ein Raster von Markierungen, die im gegenseitigen Abstand von je 5 mm auf einem 6 x 6 cm großen Ausschnitt einer Membran eines 6-Zoll-Wafers angeordnet sind. Die Abbildung der lateralen Auslenkungen ist nicht maßstabsgetreu; für sie gilt der abgebildete, eine Auslenkung von 50 Nanometern kennzeichnende Maßstab. Nicht oder nur in einer Richtung vermessene Punkte sind durch eine bzw. zwei sich kreuzende Rechtecke gekennzeichnet.
Die Punkte wurden j e 20 -fach vermessen und Mittelwerte f r jeden Punkt des Rasters gebildet. Bei einem Vergleich der Punkte untereinander ergibt sich für die dreifache Standard- Abweichung als Maß für die laterale Auslenkung ein Wert von 13,77 Nanometern für den am stärksten in X-Richtung ausgelenkten Punkt des Rasters. Für die Auslenkung m Y-Richtung ergibt sich ein Wert von 6,29 Nanometern als 3-fache Standard-Abweichung des am stärksten ausgelenkten Rasterpunkt
Figur 2 zeigt die gemessenen Auslenkungen der Membran bei Verwendung eines handelsüblichen Pellicles. Die lateralen Auslenkungen sind im Vergleich zu Figur 1 deutlich geringer Der 3-fache Wert der Standard-Abweichung für den am stärksten m X-Richtung ausgelenkten Punkt betragt 2,73 Nanometer, für die Y-Richtung 3,56 Nanometer. Die hiermit erhältliche Meßre- produzierbarkeit liegt bei etwa 3 Nanometern, diejenige ohne Verwendung eines Pellicles dagegen bei ca. 12 Nanometern
Figur 3 zeigt eine Stencilmaske 1 mit einer Halbleitermembran 4 Die Maske ruht auf einem Untergrund 3, der zumindest durch die m Remraumen herrschenden Luftströmungen und akustischen Anregungen nicht zum Schwingen gebracht werden kann Der Untergrund kann beispielsweise ein Quarzglassubstrat sein. Auf dieses wird ein Pellicle 2 gelegt, das die Stencilmaske zwi- sehen der Pellicle-Folie 5 und dem Untergrund einschließt Die Membran der Stencilmaske 1 ist durch den Pellicle-Rand sowie durch den Untergrund 3 vor äußeren Schwingungen abgeschirmt; diese können die Membran nur durch die Pellicle- Folie hindurch erreichen