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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Referenzbildes bei der Charakterisierung einer Maske für die Mikrolithographie.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Im Lithographieprozess wirken sich unerwünschte Defekte auf der Maske besonders nachteilig aus, da diese mit jedem Belichtungsschritt reproduziert werden können. Als unerwünschter Defekt ist hierbei jede Abweichung der Maskenstruktur vom idealen Design zu verstehen, die zu einer vom Soll abweichenden Übertragung der Struktur auf den Wafer führt. Zur Minimierung der Maskendefekte sowie zur Realisierung einer erfolgreichen Maskenreparatur ist somit eine unmittelbare und schnelle Analyse des Abbildungseffektes möglicher Defektpositionen wünschenswert.
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Für eine solche Defektfindung sowie auch in weiteren Anwendungen zur Charakterisierung der Strukturen auf der Maske sowohl hinsichtlich vorhandener Abweichungen der jeweiligen Struktur von der jeweils durch das Design vorgegebenen Soll-Position (sogenannter Platzierungsfehler oder „Registrationsfehler“, engl.: „Registration“) als auch hinsichtlich der Linienbreite der Strukturen (CD= „critical dimension“), sind in der Praxis Verfahren bekannt, bei welchen ein für die jeweilige Charakterisierung (z.B. zur Defektinspektion bzw. Positionsbestimmung) herangezogenes Referenzbild durch Simulation erzeugt wird.
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Dabei ist es insbesondere bekannt, diese Simulation als rigorose Simulation durchzuführen. Bei einer solchen rigorosen elektromagnetischen Simulation wird die Wechselwirkung des Lichtfelds mit der Maske unter Berücksichtigung der 3-Dimensionalität der Maske sowie ihrer dielektrischen Eigenschaften und der an der jeweiligen Oberfläche herrschenden elektromagnetischen Grenzflächenbedingungen beschrieben, wobei die 3-dimensionale Geometrie sowie die konkrete Schichtstruktur der Maske berücksichtigt werden. Des Weiteren werden auch (durch Jones-Matrizen beschreibbare) Polarisationseffekte der Maske sowie der optischen Abbildung in dem optischen System (z.B. der Positionsmessvorrichtung) berücksichtigt. Die Durchführung rigoroser Simulationen hat den Vorteil einer wesentlich höheren Genauigkeit im Vergleich etwa zur sogenannten Kirchhoff-Simulation (= skalare Näherung), bei welcher sämtliche mit der 3-Dimensionalität der Maske verbundenen Effekte vernachlässigt werden und welche insbesondere für Strukturen in der Größenordnung der optischen Wellenlänge bzw. bei Polarisationseffekten zunehmend fehlerhaft wird.
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Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist jedoch, dass mit zunehmender Komplexität der in der Mikrolithographie verwendeten Masken die Durchführung rigoroser Simulationen über die gesamte Maske bzw. für sämtliche darauf befindliche Maskenstrukturen zu einem nicht mehr vertretbaren Zeit- bzw. Rechenaufwand führt. Zur Komplexität der Maske tragen hierbei u.a. auch sogenannte Hilfsstrukturen mit Strukturgrößen unterhalb der Auflösungsgrenze des jeweiligen optischen Systems bei, welche zwar im Lithographieprozess nicht selbst auf den Wafer abgebildet werden, jedoch zur Realisierung einer gewünschten Abbildung der Maskenstrukturen auf den Wafer (z.B. zur Reduzierung von sogenannten „optical proximity“-Effekten) benötigt werden.
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Andererseits führt jedoch ein Übergang zu approximativen Methoden zwecks Begrenzung des Zeit- bzw. Rechenaufwandes bei der Referenzbilderzeugung notwendigerweise zu entsprechend großen Ungenauigkeiten und damit einer gegebenenfalls fehlerhaften Charakterisierung der Maske.
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Aus Adam, K.; Neureuther, A.R.: „Methodology for Accurate and Rapid Simulation of Large Arbitrary 2D Layouts of Advanced Photomasks", Proceedings of SPIE, Vol. 4562, 2002, S. 1051-1067 ist ein Verfahren zur Simulation von Photomasken unter Einbeziehung einer rigorosen Vorausberechnung der an sämtlichen Kanten im Layout erfolgenden Beugung bekannt, wobei insbesondere das sogenannte „domain decomposition“-Verfahren („edge-DDM“) beschrieben wird. Hierbei werden Strukturen in Kanten zerlegt und diese Kanten werden rigoros vorausberechnet, wobei die optischen Nahfelder aus diesen Kanten dann zur Synthetisierung des Spektrums kombiniert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung eines Referenzbildes bei der Charakterisierung einer Maske für die Mikrolithographie bereitzustellen, welches mit vertretbarem Zeit- bzw. Rechenaufwand eine möglichst genaue Charakterisierung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung eines Referenzbildes bei der Charakterisierung einer Maske für die Mikrolithographie, wobei die Maske eine Mehrzahl von Strukturen aufweist und wobei das Referenzbild durch Simulation der durch ein gegebenes optisches System erfolgenden Abbildung dieser Maske sowohl unter Nutzung einer rigorosen Simulation als auch unter Nutzung einer Kirchhoff-Simulation erzeugt wird, weist das Verfahren folgende Schritte auf:
- - Zuordnen jeder Struktur dieser Mehrzahl von Strukturen entweder zu einer ersten Kategorie oder einer zweiten Kategorie,
- - Berechnen einer Mehrzahl von ersten Teilspektren für Strukturen der ersten Kategorie unter Durchführung rigoroser Simulationen,
- - Berechnen eines zweiten Teilspektrums für Strukturen der zweiten Kategorie unter Durchführung einer Kirchhoff-Simulation,
- - Erzeugen eines Hybrid-Spektrums auf Basis der ersten Teilspektren und des zweiten Teilspektrums, und
- - Erzeugen des Referenzbildes unter Durchführung einer optischen Vorwärtspropagation dieses Hybrid-Spektrums in dem optischen System.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, die Erzeugung eines Referenzbildes mit hinreichender Genauigkeit bei vertretbarem Zeit- und Rechenaufwand dadurch zu realisieren, dass weder die gesamte Maske rigoros simuliert wird noch vollständig durch ein Kirchhoff-Modell approximiert simuliert wird, sondern dass beide Ansätze in geeigneter Weise miteinander verbunden werden. Erfindungsgemäß wird hierbei ein Hybridspektrum erzeugt, welches sowohl auf unter Durchführung rigoroser Simulationen berechneten ersten Teilspektren als auch auf einem unter Durchführung einer Kirchhoff-Simulation berechneten zweiten Teilspektrum basiert.
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Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die rigorose Berechnung für bestimmte Strukturen, zu denen insbesondere die vorstehend genannten, vergleichsweise kleinen bzw. Abmessungen unterhalb der Auflösungsgrenze aufweisenden Hilfsstrukturen gehören, besonders effizient durchführbar ist, sei es aufgrund der vergleichsweise einfachen Geometrie dieser Hilfsstrukturen oder auch aufgrund deren wiederholten Auftretens innerhalb der Maske (mit der Folge, dass einmal berechnete rigorose Simulationen bei Auftreten derselben Struktur an anderer Stelle ohne erneute Berechnung verwendet werden können). Zusätzlich können einmal berechnete Spektren durch Skalierung auch für in der absoluten Größe moderat abweichende Strukturen erneut verwendet werden.
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Mit anderen Worten macht sich die Erfindung den Umstand zu Nutze, dass gerade die bei einer approximativen Kirchhoff-Methode vergleichsweise fehlerträchtigen Hilfsstrukturen für den Ansatz der rigorosen Simulation besonders geeignet sind.
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Gemäß einer Ausführungsform werden für Strukturen der ersten Kategorie unter Durchführung rigoroser Simulationen berechnete Teilspektren aus einer zuvor erzeugten Datenbank abgerufen.
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Des Weiteren liegt dem erfindungsgemäßen Ansatz auch die Erkenntnis der Erfinder zugrunde, dass das approximative Kirchhoff-Verfahren bei geeigneter, im Weiteren noch detaillierter beschriebener Ausgestaltung des Verfahrens der Referenzbilderzeugung durchaus noch in signifikantem Ausmaß genutzt werden kann, indem nämlich bestimmte Parameter (bei denen es sich wie im Weiteren noch näher beschrieben um Maskenparameter, Systemparameter des optischen Systems und/oder auch Beleuchtungsparameter handeln kann) in geeigneter Weise in einem iterativen (Optimierungs-)Prozess angepasst werden mit der Folge, dass trotz Anwendung des approximativen Kirchhoff-Verfahrens noch eine hinreichende Genauigkeit bei der Referenzbilderzeugung bzw. je nach Anwendung eine gute Übereinstimmung zwischen simuliertem Referenzbild und Messbild erzielt werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform wird somit der Schritt der Erzeugung des Referenzbildes in einem iterativen Prozess wiederholt durchgeführt, wobei bei dieser Iteration der Simulation zugrundegelegte Maskenparameter, Systemparameter des optischen Systems und/oder Beleuchtungsparameter variiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform bleiben bei dieser Iteration die bei der Charakterisierung der Maske zu ermittelnden Maskeneigenschaften, insbesondere mögliche Defektpositionen, von einer Variation ausgenommen. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine „Freigabe“ auch der letztlich zu ermittelnden Maskeneigenschaften (wie z.B. mögliche Defektpositionen) bei der im Rahmen der vorstehend beschriebenen Iteration durchgeführten Variation von Maskeneigenschaften dazu führen würde, dass diese zu ermittelnden Maskeneigenschaften letztlich verändert oder gegebenenfalls (etwa im Falle vorhandener Defekte) eliminiert würden, was wiederum eine fehlerhafte Charakterisierung zur Folge hätte.
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Gemäß einer Ausführungsform wird vor der Erzeugung eines Hybrid-Spektrums auf Basis der ersten Teilspektren und des zweiten Teilspektrums die spektrale Auflösung der ersten Teilspektren erhöht. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die bei den erfindungsgemäßen rigorosen Simulationen auf vergleichsweise kleinen Bildfeldern erzeugten Teilspektren sich hinsichtlich der spektralen Auflösung im Frequenzraum signifikant von dem berechneten Kirchhoff-Spektrum unterscheiden mit der Folge, dass eine einfache Addition fehlerbehaftet wäre und somit zunächst eine „Verfeinerung“ des mit den rigorosen Simulationen jeweils erzeugten groben Rasters vor Berechnung des Hybridspektrums erforderlich ist.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Referenzbildes in einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der möglichen Integration der erfindungsgemäßen Erzeugung eines Referenzbildes in einen automatisierten Prozess bei der Charakterisierung einer Maske für die Mikrolithographie; und
- 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf das in 1 gezeigte Flussdiagramm erläutert.
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Gemäß 1 erfolgt für ein vorgegebenes Maskendesign 105 bzw. die darauf befindlichen Strukturen („Einzelobjekte“) eine Unterteilung in Strukturen einer ersten Kategorie, für welche im Weiteren jeweils rigorose Simulationen durchgeführt werden, und Strukturen einer zweiten Kategorie, für welche eine Kirchhoff-Simulation durchgeführt wird.
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Dabei werden in Ausführungsformen der Erfindung der ersten Kategorie insbesondere typischerweise auf der Maske vorhandene Hilfsstrukturen (mit einer Strukturgröße unterhalb der Auflösungsgrenze des optischen Systems) zugeordnet. Damit wird zum einen dem Umstand Rechnung getragen, dass bei diesen Hilfsstrukturen der approximative Kirchhoff-Ansatz vergleichsweise fehlerträchtig ist, und zum anderen ausgenutzt, dass sich diese Hilfsstrukturen aufgrund ihrer typischerweise relativ einfachen Geometrie sowie ihres gegebenenfalls wiederholten Auftretens für eine Zerlegung im Sinne einer rigorosen Berechnung einzelner Teilspektren besonders eignen. Die rigorosen Simulationen können beispielsweise mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder der Finite-Differenzen-Methode im Zeitbereich (FDTD= „Finite Difference Time Domain“) durchgeführt werden.
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In Ausführungsformen der Erfindung können auch für eine Vielzahl von Strukturen bzw. Einzelobjekten (z.B. typische und häufig verwendete Hilfsstrukturen) die jeweiligen, durch rigorose Simulation berechneten Spektren in einer Datenbank bzw. Bibliothek gespeichert und nach Bedarf abgerufen werden.
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Bei der entsprechenden Berechnung der rigorosen Teilspektren (im Block 120) werden in für sich bekannter Weise die Maskenparameter (z.B. Permittivität, Schichtdicke und Flankenwinkel) berücksichtigt. Des Weiteren kann im Falle nahe beieinanderliegender (Hilfs-)Strukturen, insbesondere bei Abständen im Bereich von 1-5 Wellenlängen, auch eine gemeinsame rigorose Simulation mehrerer (Hilfs-)Strukturen zur korrekten Berücksichtigung der zwischen diesen stattfindenden Wechselwirkung durchgeführt werden.
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Die der zweiten Kategorie zugeordneten Strukturen (zu denen typischerweise die Nutzstrukturen auf der Maske gehören) werden gemäß 1 im Funktionsblock 130 der approximativen Berechnung des Kirchhoff-Spektrums unterzogen. Hierbei werden in für sich bekannter Weise sämtliche mit der 3-Dimensionalität der Maske verbundenen Effekte vernachlässigt, so dass vor einer erfindungsgemäßen Berechnung eines Hybridspektrums (Block 140) zunächst eine Transformation des berechneten Kirchhoff-Spektrums in ein 3-dimensionales Spektrum für TE- sowie TM-Polarisation (Block 135) durchgeführt wird.
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Die Erzeugung des Hybridspektrums erfolgt dann durch Summation der Einzelspektren unter Berücksichtigung der Position der rigoros berechneten Strukturen in der Gesamtstruktur.
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Anschließend erfolgt gemäß 1 aus dem Hybridspektrum 140 die Erzeugung des Referenzbildes der Maske unter Durchführung einer optischen Vorwärtspropagation dieses Hybridspektrums (Block 150) unter Berücksichtigung der vorhandenen Information über das betreffende optische System („Tool- und Beleuchtungsinformation“, Block 145), für welches die Abbildung der Maske simuliert werden soll bzw. mit dem das zu vergleichende Messbild erzeugt wird. Dabei können bei dieser Vorwärtspropagation insbesondere die Beleuchtungsbedingungen, Bildfehler, Verzeichnungen und Defokus berücksichtigt werden.
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Es ist zu beachten, dass in der Praxis die korrekte Zusammenführung der im Block 120 berechneten rigorosen Teilspektren mit dem im Block 130 berechneten Kirchhoff-Spektrum in der Regel die spektrale Auflösung der rigorosen Teilspektren im Frequenzraum erhöht werden muss, um diese rigorosen Teilspektren durch eine „Verfeinerung“ an das Kirchhoff-Spektrum anzupassen. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die erfindungsgemäße rigorose Simulation auf vergleichsweise kleinere Bildfelder angewendet wird mit der Folge, dass sich im Frequenzspektrum ein gröberes Raster ergibt, welches durch die vorstehend beschriebene Verfeinerung dem Raster des Kirchhoff-Spektrums vor einer Addition angepasst werden muss.
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2 zeigt ein schematisches Diagramm zur Erläuterung der möglichen Integration des erfindungsgemäßen Verfahrens in einen automatisierten Prozess zur Inspektion bzw. Bewertung einer Maske für die Mikrolithographie. Dabei ist ein zur Aufnahme eines Messbildes ausgelegtes optisches System mit „210“ bezeichnet. Das optische System erzeugt für eine gegebene Maske 201 in Abhängigkeit von vorgegebenen Messparametern 205 (z.B. Beleuchtungsparametern) ein Messbild. Dieses Messbild wird ebenso wie die Parameter des betreffenden optischen Systems (Block 215) einem zentralen Server 220 zugeführt, in welchem sich sowohl die vorstehend anhand von 1 beschriebene Simulationsvorrichtung 100 als auch eine Auswerteeinheit 230 befinden. Die Simulationsvorrichtung 100 erzeugt wie vorstehend anhand von 1 beschrieben ein Referenzbild, auf Basis dessen in der Auswertungseinheit 230 etwaige Defektstellen im Differenzbild (aus Referenzbild und Messbild) identifiziert werden. Die Auswertungseinheit 230 liefert als Ergebnis einen entsprechenden Bewertungsreport über die Maske 201. Die Realisierung der Simulationsvorrichtung 100 und der Auswerteeinheit 230 in einem separaten System bzw. Server hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Referenzbildgenerierung sowohl räumlich als auch in zeitlicher Hinsicht (z.B. unter Realisierung einer Nachprozessierung) vom eigentlichen Messprozess separiert werden kann.
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3 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung einer vorteilhaften Weiterbildung des anhand von 1 beschriebenen Verfahrens dahingehend, dass das generierte Referenzbild in einem iterativen Prozess unter Variation von der Simulation jeweils zugrundegelegten Parametern besser an das tatsächlich erzeugte Messbild angepasst bzw. optimiert wird.
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Bei den entsprechenden, während dieses iterativen Prozesses variierten Parametern („Optimierungsparametern“) kann es sich um Designparameter 305, Maskenparameter 315 oder Systemparameter des optischen Systems („Tool- und Beleuchtungsinformation“) 325 handeln, wobei die entsprechende Festlegung der zu variierenden Parameter gemäß 3 im Block 310 erfolgt. Bei den während dieses iterativen Prozesses variierten Parametern kann es sich auch um Skalierungsfaktoren handeln, mit denen die absolute Größe von einmal rigoros berechneten Spektren durch Skalierung angepasst wird.
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Die Simulationsvorrichtung 300 gemäß 3 entspricht der Simulationsvorrichtung 100 aus 1. Das jeweils erzeugte Referenzbild wird im Block 320 mit dem Messbild 345 verglichen.
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Im Block 320 („Defektmaskierung“) werden die bei der Charakterisierung der Maske letztlich zu ermittelnden Maskeneigenschaften (z.B. mögliche Defektpositionen) aus dem vorstehend beschriebenen Bildvergleich ausgenommen bzw. „ausgeklammert“, wodurch verhindert werden soll, dass eine unerwünschte bzw. das Ergebnis der Charakterisierung verfälschende Veränderung der im Referenzbild erhaltenen Strukturen erfolgt (z.B. die nachzuweisenden Defekte während des iterativen Optimierungsprozesses verschwinden). Handelt es sich bei den bei der Charakterisierung der Maske zu ermittelnden Maskeneigenschaften um z.B. Linienbreiten oder Positionen bestimmter Strukturen, ist darauf zu achten, dass bei der gemäß 3 durchgeführten iterativen Optimierung zwar eine bessere Anpassung der jeweiligen Strukturen in ihrer Geometrie bzw. Symmetrie an das tatsächliche Messbild erfolgt, aber z.B. die Position der betreffenden Struktur selbst unverändert bleibt.
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Gemäß 3 erfolgt sodann im Block 340 die Abfrage, ob ein vorgegebenes Güte- bzw. Abbruchkriterium erreicht ist bzw. das erzeugte Referenzbild hinreichend gut mit dem Messbild übereinstimmt. Ist dies der Fall, wird das entsprechende Referenzbild 350 ausgegeben, anderenfalls erfolgt die Durchführung einer erneuten Simulation unter erneuter Anpassung der Optimierungsparameter (entsprechend der Rückkehr zu Block 310). Zur Berechnung der Abweichung zwischen Referenzbild und Messbild kann je nach Anwendung z.B. die mittlere Intensitätsabweichung, die pixelweise Intensitätsabweichung, die Summe der pixelweisen Intensitätsabweichungen, die Abweichung der Bildgradienten oder die Abweichung der Abmessungen bzw. Linienbreiten der im Bild vorhandenen Strukturen herangezogen werden. Des Weiteren können auch je nach Anwendung nur bestimmte Bildbereiche bei der Berechnung der Abweichung zwischen Referenzbild und Messbild herangezogen werden bzw. einzelne Bildbereiche hierbei ausgespart werden.
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Im Ergebnis wird durch den vorstehend anhand von 3 beschriebenen, iterativen Optimierungsprozess eine bessere Anpassung der jeweiligen Strukturen in dem durch Simulation erzeugten Referenzbild in seiner Geometrie bzw. Symmetrie an das tatsächliche Messbild erzielt. Dies hat wiederum zur Folge, dass die im Rahmen der erfindungsgemäßen Simulationen ebenfalls genutzte, approximative Kirchhoff-Simulation noch in relativ weitem Umfang genutzt und dennoch eine ausreichende Genauigkeit bei der Charakterisierung erreicht werden kann.
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Des Weiteren können im Laufe des iterativen Optimierungsprozesses Werte von Parametern, deren Abweichung vom jeweiligen ursprünglichen Wert systematisch variiert, als künftige Startwerte für eine künftige Optimierung genutzt werden, wohingegen Werte von Parametern, die im Laufe des iterativen Optimierungsprozesses eine im Wesentlichen konstante Abweichung von den jeweiligen ursprünglichen Werten zeigen, in künftigen Simulationen ohne Optimierung vorgegeben werden können. Hierdurch kann eine weitere Reduzierung der für die Erzeugung des Referenzbildes erforderlichen Rechenzeit bei zugleich hoher Simulationsgüte erzielt werden.
