DE10224162A1

DE10224162A1 - Streuungsmesser mit einem internen Kalibriersystem

Info

Publication number: DE10224162A1
Application number: DE10224162A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulz
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2003-12-18
Also published as: US20030223072A1; US6795193B2

Abstract

Ein Streuungsmessungssystem umfasst eine Abstandskalibrierstation, die es ermöglicht, einen Gerätestatus des Streuungsmessungssystems ohne Mitwirkung eines Anwenders zu überwachen. Die Abstandskalibrierstation umfasst einen Abstandskalibrierstandard beispielsweise in Form eines Gittermusters, das in effizienter Weise auf der Grundlage einer Referenzdatenbibliothek bewertet werden kann. Durch Bereitstellen der Abstandskalibrierstation kann der Messvorgang in einfacher Weise so angepasst werden, um Referenzmessungen regelmäßig mit einzuschließen, um die Zuverlässigkeit der durch die Streuungsmessung gewonnenen Messwerte zu erhöhen. In einem speziellen Beispiel wird ein entsprechender Satz an Instruktionen zum Durchführen der Kalibriermessung in einer Selbsttestroutine des Streuungsmessungssystems implementiert.

Description

GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Messtechnik und Messtechnikanlagen, die bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, und betrifft insbesondere optische Messanlagen und Verfahren zum Bestimmen von Eigenschaften von Schaltungselementen während diverser Herstellungsschritte.

BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK

Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert das Bilden und Verbinden einer riesigen Anzahl einzelner Schaltungselemente, etwa von Transistoren, Kondensatoren, Widerständen und dergleichen, auf einem kleinen Chipgebiet. Bei der Herstellung der Schaltungselemente werden eine Vielzahl von Materialschichten nacheinander auf einem Substrat abgeschieden und dann gemäß den Entwurfsanforderungen durch technisch fortgeschrittene Fotolithografie- und Ätzverfahren strukturiert. Da mit jeder neuen Generation von integrierten Schaltungen die Abmessungen der einzelnen Schaltungselemente kleiner werden und die Komplexität der Schaltungen zunimmt, müssen die Toleranzen für die einzelnen Prozessschritte, die bei der Herstellung der Schaltungen beteiligt sind, in einem sehr eng gesetzten Bereich bleiben. Um die Prozessqualität während der diversen Herstellungsschritte zu überwachen, werden große Anstrengungen unternommen, um Messergebnisse, die die Wirkung und die Quantität der einzelnen Prozessschritte repräsentieren, in der höchstmöglichen effizienten Weise bereitzustellen. Folglich sind eine Vielzahl von Messanlagen, die auch als Messtechnikanlagen bezeichnet sind, als Teil oder getrennt von der Prozesslinie vorgesehen, um das Justieren oder das Rejustieren von Prozessparametern zur Ausbildung der Schaltungselemente, die die durch die Entwurfsregeln bestimmten Spezifikationen erfüllen, zu ermöglichen. Unter den Messverfahren, die zum Bestimmen der Eigenschaften von Schaltungselementen angewendet werden, erlangen jene Verfahren an zunehmender Bedeutung, die das Gewinnen hochpräziser Messergebnisse in zerstörungsfreier Weise erlauben. Beispielsweise ist in vielen Situationen die genaue Bestimmung einer Schichtdicke wesentlich und es wurden eine Vielzahl von Messtechnikanlagen für diese Aufgabe entwickelt. Unter anderem werden sogenannte spektroskopische Ellipsometer oder Fotometer vorzugsweise verwendet, um einen Lichtstrahl mit spezifischen optischen Eigenschaften auszusenden und um einen sekundären Lichtstrahl zu detektieren, der von einem die Materialschicht tragendem Substrat reflektiert wird, wobei dessen Dicke zu bestimmen ist, um die erforderliche Information zu erhalten. Seit kurzer Zeit werden derartige optische Messanlagen ebenso zum Bestimmen der Eigenschaften von Schaltungselementen, die in einer Materialschicht strukturiert sind, eingesetzt. Dazu wird eine periodische Struktur aus Testelementen an einer spezifizierten Stelle auf dem Substrat gebildet und mit dem Lichtstrahl mit den bekannten optischen Eigenschaften bestrahlt.

In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, dass die Begriffe "optisch" und "Lichtstrahl" eine beliebige Art von Strahlung, beispielsweise Mikrowellen, Infrarotlicht, sichtbares Licht, Röntgenstrahlen und sogar geladene Teilchen, bezeichnen, die eine geeignete Wellenlänge aufweisen, um eine Information über die periodische Struktur bei einem Steuerungsereignis zu beinhalten.

Ein Detektor ist so angeordnet, um den von der periodischen Struktur gestreuten Lichtstrahl zu empfangen und um Messspektren zu erhalten, aus denen die von der periodischen Struktur abhängige Information herausgelöst wird. Es können viele Arten von Vorrichtungen zum Bereitstellen eines geeigneten Lichtstrahls und zum Detektieren des gebeugten Lichtstrahls verwendet werden. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 5867276 einen sogenannten 2-θ-Streuungsmesser, wobei der Einfallswinkel eines Lichtstrahls kontinuierlich durch synchrones Drehen der Probe und des Detektors variiert wird. Ferner beschreibt dieses Dokument ein Streuungsmessersystem, das einen rotierenden Block verwendet, um einen von einer Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zu unterschiedlichen Punkten der Eingangsblende einer Linse zu lenken, um damit das Substrat unter unterschiedlichen Einfallswinkeln zu beleuchten. Des Weiteren beschreibt dieses Dokument einen Streuungsmesser mit einem festen Einfallswinkel, wobei eine Lichtquelle mit mehreren Wellenlängen verwendet wird, um die erforderliche Information mittels des gebeugten Strahls mit mehreren Wellenlängen zu erzeugen und zu erhalten. Von der in dem Messspektrum enthaltenen Information können dann die optischen und dimensionalen Eigenschaften der einzelnen Elemente, die die periodische Struktur bilden, und die Dicke darunter liegender Schichten beispielsweise mittels statistischer Verfahren gewonnen werden. Zu den interessierenden Parametern der periodischen Struktur können die Linienbreiten, wenn die periodische Struktur Linien und Abstände enthält, die Seitenwandwinkel, und andere strukturelle Details gehören.

Im Prinzip können Informationen, die Werte dieser Parameter kennzeichnen, durch Berechnen einer Intensitätsverteilung des gestreuten Strahls im Hinblick auf die Wellenlänge, dem Ort, dem Raum, der Polarisation und dergleichen aus der grundlegenden Gestalt der periodischen Struktur, den optischen Eigenschaften der Materialien, aus der die periodische Struktur gebildet ist, und aus den zugrundliegenden physikalischen Gleichungen (Maxwell-Gleichungen), die die Wechselwirkung der Strahlung mit der Materie beschreiben, berechnet werden. Die aus der Berechnung erhaltenen Ergebnisse können dann mit den tatsächlichen Messdaten verglichen werden und der Unterschied zwischen den beiden Datensätzen kennzeichnet eine Abweichung eines oder mehrerer Parameter. Beispielsweise kann eine Abweichung des Seitenwandwinkels einer Linie innerhalb eines Gittermusters zu einer subtilen Intensitätsschwankung im Vergleich zu dem berechneten Spektrum führen und der Unterschied der Intensität kann dann einem spezifischen Wert des Seitenwandwinkels zugeordnet werden. Die Berechnung eines entsprechenden Satzes an Referenzspektren erfordert jedoch eine relativ große Rechnerleistung und Rechenzeit und daher wird für gewöhnlich das Berechnen der Referenzdaten im Voraus ausgeführt, und Referenzspektren oder Daten für eine gegebene Art von periodischer Struktur werden in einer sogenannten Bibliothek gespeichert.

Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Streuungsmessern werden Messanlagen, die eine optische Messung einer Schichtdicke, etwa spektroskopische Ellipsometer und Fotometer, häufiger für die Streuungsmessung aufgrund ihrer weiten Verbreitung verwendet. Um zuverlässige präzise Schichtdickenmessergebnisse zu erhalten, müssen die Eigenschaften dieser Messanlage ständig überwacht werden und innerhalb streng festgelegter Bereiche gehalten werden, da bereits eine sehr subtile Änderung beispielsweise der Lichtquelle und/oder des Detektors in einer nicht tolerierbaren Beeinträchtigung der Messleistungsfähigkeit resultieren kann. Daher werden für gewöhnlich automatisierte Messzyklen regelmäßig mit internen Filmdickenstandards durchgeführt, um die Messanlage zu überwachen und ggf. erneut zu justieren. Wenn daher die Messanlage auch für die Streuungsmessung verwendet wird, kann eine Rekalibration und/oder ein erneutes Einstellen und/oder eine Verschiebung der Hardware der Anlage auch die Messergebnisse der Streuungsmessung beeinflussen, obwohl im Prinzip die Streuungsergebnisse als "absolut" betrachtet werden können, da diese auf der Grundlage fundamentaler physikalischer Gleichungen gewonnen werden. Die Wirkung einer Schwankung im Geräteaufbau der Messanlage auf die Streuungsergebnisse wird daher konventionellerweise durch periodisches Messen eines Satzes an Referenzscheiben überwacht, die auch als sogenannte "goldene Scheiben" bezeichnet werden. Die Verifizierung der aktuellen Geräteeinstellung der Anlage erfordert daher periodisch Zeit des Anwenders und Aufwand, um im Wesentlichen eine Gerätedrift zu vermeiden, die die Zuverlässigkeit der Streuungsmessung gefährden kann.

Angesichts dieser Situation besteht ein Bedarf für das zuverlässige Überwachen des Status von Messanlagen, die für die Streuungsmessung verwendet werden, in einer zeiteffizienten und wirksamen Weise.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Vorrichtung und Verfahren, die in der Streuungsmessung verwendet werden, wobei ein Abstandskalibrierstandard, d. h. ein einfaches periodisches Standardmuster und eine entsprechende Referenzdatenbibliothek, in die Messanlage integriert sind, so dass Schwankungen im Geräteaufbau detektierbar und in zeiteffizienter Weise überwachbar sind.

Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Streuungsmessersystem eine Lichtquelle, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit vordefinierten optischen Eigenschaften auszusenden, und einen Detektor, der ausgebildet ist, einen von einer Probe gestreuten Lichtstrahl zu empfangen. Ferner ist ein Substrathalter vorgesehen, der ausgebildet ist, die Probe aufzunehmen und diese während eines Messzyklus in Position zu halten. Des Weiteren umfasst das Streuungsmessersystem eine Abstandskalibrierstation mit einem Abstandskalibrierstandard und eine Bibliothekdateneinheit, die ausgebildet ist, Referenzdaten bereitzustellen, die den Abstandskalibrierstandard kennzeichnen.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Kalibrieren eines Streuungsmessers das Bereitstellen eines Abstandskalibrierstandards und das Erzeugen einer Referenzdatenbibliothek für den Abstandskalibrierstandard. Ferner werden Messdaten von dem Abstandskalibrierstandard gewonnen und mit der Referenzdatenbibliothek verglichen.

In einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Streuungsmessers das Starten einer Selbsttestroutine des Streumessers. Die Selbsttestroutine umfasst das Gewinnen von Messdaten von einem Abstandskalibrierstandard und das Vergleichen der Messdaten mit Referenzdaten des Abstandskalibrierstandards. Der Streuungsmesser wird für die weitere Messung freigegeben, wenn ein Resultat des Vergleiches innerhalb eines vordefinierten zulässigen Bereichs liegt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:

Fig. 1a-1c schematisch vereinfachte Anordnungen von Streuungsmessungssystemen gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Flussdiagramm, das eine spezielle Ausführungsform zum Betreiben eines Streuungsmessungssystems, wie es beispielsweise in den Fig. 1a-1c dargestellt ist, zeigt; und

Fig. 3 ein weiteres Flussdiagramm, das einen Betriebsmodus einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.

In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf Streuungsmessersysteme einschließlich eines spektroskopischen Ellipsometers als eine Lichtquelle, einen Detektor und einen Substrathalter verwiesen. Das grundliegende Konzept der vorliegenden Erfindung, d. h. das Bereitstellen einer systeminternen Abstandskalibrierstation, kann auf eine beliebige geeignete Messanlage angewendet werden, die speziell für Streuungsmessungen entworfen und ausgestaltet ist, unabhängig davon, ob die Messanlage ein Einzelgerät ist oder in eine bereits verfügbare Prozessanlage integriert ist.

Mit Bezug zu den Fig. 1a-1c werden grundsätzliche Aufbauten von Messanlagen einschließlich einer Abstandskalibrierstation in schematischer und vereinfachter Weise dargestellt und beschrieben.

In Fig. 1a umfasst ein Streuungsmessungssystem 100 eine Lichtquelle 101, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl 102 mit vordefinierten optischen Eigenschaften auszusenden. Wie zuvor erläutert ist, kann die "Lichtquelle" 101 eine beliebige geeignete Strahlungsquelle sein, die zum Bereitstellen des Lichtstrahls 102 verwendbar ist, derart, dass die interessierenden Eigenschaften auf einer periodischen Struktur durch den Lichtstrahl 102 aufgelöst werden können. Dazu kann die Lichtquelle 101 ein beliebiges optisches System (nicht gezeigt) beinhalten, um die von der Lichtquelle 101 ausgesandte Strahlung mit den erforderlichen Eigenschaften bereitzustellen. Beispielsweise kann die Lichtquelle 101 so ausgebildet sein, um einen linear polarisierten Lichtstrahl 102 mit variierender Wellenlänge im Bereich von ungefähr 200-1000 nm bereitzustellen. Das System 100 umfasst ferner einen Detektor 103, der so ausgebildet und angeordnet ist, um einen Lichtstrahl 104, der von einem auf einem Substrathalter 105 montierten Substrat (nicht gezeigt) gestreut und reflektiert wird, zu empfangen. Der Detektor 103 kann ferner ausgebildet sein, um ein Ausgangssignal 106 bereitzustellen, das zumindest für einen Teil der optischen Eigenschaften des empfangenen Lichtstrahls 104 kennzeichnend ist. Die Lichtquelle 101 und der Detektor 103 können mit einer Steuereinheit 107 verbunden sein, die so ausgestaltet sein kann, um das Ausgangssignal 106 zu empfangen und um ein Steuersignal zu der Lichtquelle 101 mittels einer Kommunikationsleitung 108 zuzuführen. Das System 100 umfasst ferner eine Abstandskalibrierstation 110 mit einem Abstandskalibrierstandard 111, der abnehmbar an einer Substrathalterung 112 angebracht sein kann, die wiederum an einer Antriebseinheit 113 montiert sein kann. Die Antriebseinheit 113 ist ausgebildet, um eine translatorische (in drei Richtungen) und eine Drehbewegung der Substrathalterung 112 und des darauf angeordneten Kalibrierstandards 111 zu ermöglichen. Eine derartige Bewegung kann durch diverse elektromechanische Systeme, beispielsweise Getriebe, Motoren, etc., bereitgestellt werden, die so ausgestaltet sind, dass diese die gewünschte translatorische und drehende Bewegung erzeugen. Der Abstandskalibrierstandard 111 kann aus einem beliebigen geeigneten Substrat mit einer periodischen Struktur, die für eine Streuungsmessung geeignet ist, hergestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann der Abstandskalibrierstandard 111 ein Gittermuster sein, das auf und/oder in einem Substrat, etwa einem Siliziumsubstrat, mit einem vordefinierten Abstand zwischen Linien und Abständen im Bereich von ungefähr 0.1 bis 1 µm gebildet ist. Geeignete Formen des Abstandskalibrierstandards 111 sind der Hitachi Standard Microscale HJ-1200 (traceable) und der VLSI NanoLattice- Standard.

In einer Ausführungsform, wie dies in den Fig. 1a und 1b dargestellt ist, kann die Abstandskalibrierstation 110 mechanisch mit dem Substrathalter 105 gekoppelt sein, so dass die Kalibrierstation 110 und der Substrathalter 105 in einer Richtung bewegbar sind, wie dies durch einen Pfeil 114 angedeutet ist. Auf diese Weise kann der Substrathalter 105 (Fig. 1a) oder die Abstandskalibrierstation 110 (Fig. 1b) so positioniert werden, um den Lichtstrahl 102 zu empfangen. Die Abstandskalibrierstation 110 umfasst ferner eine Referenzdateneinheit 115, die mit der Steuereinheit 107 verbunden und so ausgestaltet ist, um Referenzdaten, die auch als Kalibrierbibliothek bezeichnet werden, zu empfangen und/oder zu erzeugen und/oder zu speichern, wobei diese den Abstandskalibrierstandard 111 charakterisieren. In einer Ausführungsform kann die Referenzdateneinheit 115 als eine Speichereinheit konfiguriert sein, zu der intern oder extern erzeugte Referenzdaten zugeführt und gespeichert werden. In anderen Ausführungsformen kann die Referenzdateneinheit einen Berechnungsabschnitt aufweisen, um die Referenzdaten nach Bedarf zu berechnen.

Fig. 1b zeigt schematisch das Streuungsmessungssystem 100, wobei die Abstandskalibrierstation 110 so positioniert ist, um den Lichtstrahl 102 zu empfangen.

Anzumerken ist, dass das Streuungsmessungssystem 100 in einer beliebigen geeigneten Konfiguration vorgesehen werden kann, um einen Lichtstrahl zu der Abstandskalibrierstation 110 zuzuführen und um den gestreuten Lichtstrahl 104 mit dem Detektor 103 zu detektieren. Die Beispiele in den Fig. 1a, 1b und 1c sind lediglich anschaulich.

In Fig. 1c sind weitere anschauliche Ausführungsformen schematisch dargestellt, in denen die Abstandskalibrierstation 110 und/oder die Lichtquelle 101 und der Detektor 103 und/oder die optischen Wege der Lichtstrahlen 102 und 104 so geändert sind, dass der Abstandskalibrierstandard 111 den Lichtstrahl 102 empfangen und den Lichtstrahl 104 aussenden kann. Wie in der Draufsicht aus Fig. 1c gezeigt ist, können in einer Ausführungsform fixierte reflektierende Elemente 120 und 121 und bewegbare reflektierende Elemente 122 und 123 vorgesehen sein, wobei die bewegbaren reflektierenden Elemente 122 und 123 entlang der durch die Pfeile 124 gekennzeichneten Richtung bewegbar sind. Wenn die reflektierenden Elemente 122 und 123 in der in Fig. 1c dargestellten Position sind, wird der Lichtstrahl 102 durch das reflektierende Element 120 abgelenkt und auf dem Abstandskalibrierstandard 111 gelenkt. Das fixierte reflektierende Element 121 ist so positioniert, um den reflektierten Lichtstrahl 104 zu empfangen und diesen zu dem bewegbaren reflektierenden Element 123 abzulenken, das wiederum den Lichtstrahl 104 zu dem Detektor 103 leitet. Wenn die bewegbaren reflektierenden Elemente 122 und 123 aus dem optischen Weg der Lichtquelle 101 herausbewegt werden, fällt der Lichtstrahl 102 nun auf den Substrathalter 105 und auf ein darauf montiertes Substrat (nicht gezeigt). Ferner kann ein Strahlungsteiler (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um den Lichtstrahl 102 in einem ersten Teil, der auf den Substrathalter 105 fällt, und einen zweiten Teil, der auf den Abstandskalibrierstandard 111 fällt, aufzuteilen. Betätigungselemente für den Strahlteiler (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, um abwechselnd dem Detektor 103, den von dem Substratshalter 105 reflektierten Strahl und den von dem Abstandskalibrierstandard 111 reflektierten Strahl zuzuführen. Somit "erfährt" der Lichtstrahl im Wesentlichen identische Bedingungen in beiden Messpositionen.

In einer weiteren Ausführungsform sind die reflektierenden Elemente 120, 121, 122 und 123 weggelassen und die Lichtquelle 101 und der Detektor 103 sind auf einer geeigneten Antriebseinheit (nicht gezeigt) montiert, so dass diese entlang der durch die Pfeile 125 gekennzeichneten Richtung bewegbar sind. Auf diese Weise können abwechselnd der Abstandskalibrierstandard 111 oder der Substrathalter 105 den Lichtstrahl 102 empfangen.

Im Betrieb kann die Steuereinheit 107 veranlassen, dass die Abstandskalibrierstation 110 so positioniert ist, um den von der Lichtquelle 101 ausgesandten Lichtstrahl 102 zu empfangen. Eine entsprechende Positionierung der Abstandskalibrierstation 110 kann bei der Initialisierung des Streuungsmessersystems 100 und/oder bei einer Anforderung des Anwenders und/oder nachdem eine vom Anwender definierte Zeitdauer abgelaufen ist, und/oder nachdem eine vordefinierte Anzahl von Messungen ausgeführt worden ist, vorgenommen werden. Unabhängig davon, wann die Abstandskalibrierstation 110 positioniert wird, um den Lichtstrahl 102 zu empfangen, oder wie dieses erreicht wird - durch Bewegen der Abstandskalibrierstation 110 und/oder der Lichtquelle 101 und/oder des Substrathalters 105 und/oder durch Vorsehen von Mitteln zum Modifizieren eines optischen Weges - erzeugt der Abstandskalibrierstandard 111 bei Auftreffen des Lichtstrahls 102 den reflektierten Lichtstrahl 104 mit der Information über die Strukturkonfiguration des Abstandskalibrierstandards 111.

Es kann günstig sein, den Abstandskalibrierstandard 111 auf der Substrathalterung 112 so zu montieren, dass im Wesentlichen keine Orientierung des Abstandskalibrierstandards 111 vor der Belichtung mit dem Lichtstrahl 102 notwendig ist. Eine entsprechende Anordnung beschleunigt die Messprozedur merklich, wodurch eine große Anzahl an Referenzmessungen ohne die Messung von Produktsubstraten ungebührlich zu beeinflussen, möglich ist. In anderen Ausführungsformen kann der Abstandskalibrierstandard 111 beispielsweise mittels der Antriebseinheit 113 geeignet orientiert werden, um damit den Abstandskalibrierstandard 111 in Bezug auf den einfallenden Lichtstrahl 102 korrekt zu positionieren. Der Lichtstrahl 102 wird dann von dem Abstandskalibrierstandard 111 gestreut, um dem gestreuten Lichtstrahl 104 zu bilden, dessen optischen Eigenschaften u. a. durch die Eigenschaften des Abstandskalibrierstandards 111 bestimmt sind. Der Detektor 103 empfängt den Lichtstrahl 104 und führt das Ausgangssignal 106 der Steuereinheit 107 zu, die wiederum mit der Referenzdateneinheit 115 mit den Referenzdaten für den Abstandskalibrierstandard 111 verbunden ist. Die Steuereinheit 107 kann in einer Ausführungsform so ausgebildet sein, um die Referenzdaten automatisch mit den in dem Ausgangssignal 106 enthaltenen Informationen zu vergleichen, um damit einen oder mehrere Messwerte zu liefern, die eine oder mehrere spezifizierte Eigenschaften des Abstandskalibrierstandards 111 kennzeichnen. Beispielsweise kann die Steuereinheit 107 ein Messergebnis ausgeben, das den Abstand des periodischen Musters in dem Abstandskalibrierstandard 111 kennzeichnet, so dass der Status des Streuungsmessungssystems 100 auf der Grundlage des tatsächlichen und bekannten Abstandes des Abstandskalibrierstandards 111 und dem von der Steuereinheit 107 erhaltene Messwert bewertet werden kann. Da der Abstandskalibrierstandard 111 so hergestellt sein kann, dass eine Änderung der Eigenschaften des Abstandskalibrierstandards 111 in einer kontrollierten Umgebung, etwa in einer Halbleiterfertigungslinie, vernachlässigbar ist, ist eine Abweichung des gut bekannten tatsächlichen Wertes von dem gewonnenen Messwert eine Indikation einer Parameterverschiebung des Streuungsmessungssystems 100. Das Streuungsmessungssystem 100 könnte daher nur dann für das Messen von Produktsubstraten freigegeben werden, wenn der erhaltene Messwert innerhalb einer vordefinierten Toleranz liegt.

Mit Bezug zu Fig. 2 werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In diesen Ausführungsformen ist eine Selbsttestroutine in das Streuungsmessungssystem 100 implementiert, indem beispielsweise ein entsprechend angepasster Steuerungsbereich in der Steuereinheit 107 vorgesehen ist, wie dies in bereits verfügbaren Messanlagen, etwa spektroskopischen Ellipsometern und Fotometern der Fall ist. In Fig. 2 wird in Schritt 201 das Streuungsmessungssystem 100 nach dem Einschalten des Geräts initialisiert. In anderen Ausführungsformen kann eine Initialisierung durch eine Anforderung des Anwenders bewirkt werden. Im Schritt 202 wird die Selbsttestroutine gestartet und diverse Schritte werden ausgeführt, einschließlich des Bildens und Verifizierens eines gewissen vordefinierten Status des Streuungsmesssystems 100. Im Schritt 203, der nach, während oder vor den zuvor beschriebenen Schritten ausgeführt werden kann, wird der Abstandskalibrierstandard 111 geeignet positioniert, um den Lichtstrahl 102 zu empfangen. Wie zuvor erläutert ist, kann eine beliebige Art des Positionierens entsprechend den Möglichkeiten des Streuungsmessungssystems angewendet werden. Im Schritt 204 wird der Abstandskalibrierstandard 111 mit einer vordefinierten Parametereinstellung, die im Voraus definierbar ist oder die während der Selbsttestroutine wählbar ist, gemessen. Die vordefinierte Parametereinstellung kann spezifizierte Werte für die Wellenlänge(n) der Lichtquelle 102, dessen Polarisationszustands, dem Einfallswinkel, der Position des Detektors 103 und dergleichen enthalten. Im Schritt 205 werden die erhaltenen Messdaten mit den von der Referenzdateneinheit 115 gelieferten Referenzdaten verglichen, wobei vorzugsweise die Referenzdaten zuvor erzeugt worden sind und vor dem Starten der Selbsttestroutine in der Referenzdateneinheit 115 gespeichert sind. In anderen Ausführungsformen können jedoch die Referenzdaten interaktiv möglicherweise auf der Grundlage der im Schritt 204 verwendeten Parametereinstellung gewonnen werden. Wie zuvor erwähnt ist, ist vorzugsweise die Ausgestaltung des Abstandskalibrierstandards 111 so einfach als möglich, um das Ermitteln von Referenzdaten zu vereinfachen und um eine rasche und einfache Verifizierung wichtiger Parameter des Streuungsmessungssystems 100 zu ermöglichen.

Im Schritt 206 wird bewertet, ob das Vergleichsergebnis aus Schritt 205 in einem spezifizierten Wertebereich liegt, und wenn das Vergleichsergebnis die Spezifikation nicht erfüllt, wird im Schritt 207 ein unzulässiger Gerätestatus angezeigt.

Wenn das Ergebnis des Vergleiches einen Wert innerhalb der Spezifikation ergibt, wird im Schritt 208 das Streuungsmessungssystem 100 freigegeben und die Messroutine für Produktsubstrate kann gestartet werden.

In einer Ausführungsform umfasst die Messroutine im Schritt 209 eine Anfrage, ob eine vom Anwender definierte Zeitdauer verstrichen ist, und/oder ob eine vordefinierte Anzahl von Produkten gemessen worden sind, und/oder ob eine externe Anforderung für eine Kalibriermessung empfangen worden ist, und der Prozessablauf geht mit der Messroutine weiter, wie dies im Schritt 210 angedeutet ist, wenn das Ergebnis aus Schritt 209 ergibt, dass die vom Anwender definierte Zeitdauer nicht verstrichen ist und/oder die vordefinierte Anzahl von Substraten nicht bearbeitet worden ist und/oder eine externe Anforderung nicht empfangen worden ist. Wenn jedoch die Abfrage in Schritt 209 ein "Ja" ergibt, kehrt der Prozessablauf zum Schritt 202 zurück, um die Selbsttestroutine erneut zu starten. In einer weiteren Ausführungsform verzweigt für ein "Ja" im Schritt 209 der Prozessablauf zum Schritt 203, um sofort die Kalibriermessung ohne weitere Selbsttestüberprüfungen durchzuführen. Auf diese Weise wird der Status des Streuungsmessungssystems 100 regelmäßig überwacht, wobei die Zeitabstände zwischen den diversen Statusüberprüfungen gemäß den Prozessanforderungen wählbar sind.

Mit Bezug zu dem Flussdiagramm aus Fig. 3 werden weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Prozessablauf kann ein Messvorgang vor dem Schritt 301 stattgefunden haben, indem erkannt wird, ob eine vordefinierte Zeitdauer verstrichen und/oder eine Anzahl von Messzyklen erreicht ist. Wenn diese Kriterien nicht erfüllt sind, wird gemäß Schritt 302 die normale Messprozedur fortgesetzt. Wenn die Kriterien aus Schritt 301 erfüllt sind, verzweigt der Prozessablauf zum Schritt 303, indem der Abstandskalibrierstandard 111 gemessen und mit entsprechenden Referenzdaten verglichen wird. Hinsichtlich des Messvorganges und des Vergleiches mit den Referenzdaten gelten die gleichen zuvor erläuterten Kriterien. Dann werden im Schritt 304 die Ergebnisse des Vergleichs aus Schritt 303 gespeichert, beispielsweise in einem Speicherabschnitt in der Steuereinheit 107 oder in einem entsprechenden Bereich der Referenzdateneinheit 115 oder in einer anderen geeigneten Speichereinrichtung (nicht gezeigt). Im Schritt 305 wird dann auf der Grundlage der im Schritt 304 gewonnenen Ergebnisse und auf der Grundlage zuvor erhaltener Vergleichsergebnisse abgeschätzt, ob es eine systematische Abweichung der Vergleichsergebnisse gibt. In einer Ausführungsform kann das Abschätzen das Bestimmen eines gemittelten Wertes der zuvor erhaltenen Vergleichsergebnisse beinhalten, beispielsweise in Form eines gewichteten gleitenden Durchschnittswertes, wobei abhängig von den Erfordernissen ein geeigneter Gewichtungsfaktor oder ein Gewichtungsverfahren angewendet werden kann. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform ein sogenannter exponentiell gewichteter gleitender Durchschnitt berechnet werden, um das Maß der Parameterabweichung des Streuungsmessungssystems 100 abzuschätzen. Wenn die Parameterabweichung im Schritt 305 als innerhalb eines zulässigen Bereichs liegend bewertet wird, verzweigt der Prozessablauf zum Schritt 306, um den normalen Messbetrieb fortzusetzen. Wenn in einer Ausführungsform die Parameterabweichung als außerhalb eines tolerierbaren Bereichs im Schritt 305 bewertet wird, kann ein unzulässiger Gerätestatus angezeigt und der Messvorgang abgebrochen werden.

Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann, wenn eine systematische Abweichung im Schritt 305 erkannt wird, der Prozessablauf zum Schritt 307 verzweigen, in dem der Grad der Abweichung quantifiziert wird und bei Überschreiten eines zulässigen tolerierbaren Wertes verzweigt der Prozessablauf zum Schritt 308, in dem ein unzulässiger Gerätestatus angezeigt wird und die Messung unterbrochen wird. Wenn jedoch der Schritt 307 eine systematische Abweichung ergibt, die das Unterbrechen des Messvorganges nicht erforderlich macht, verzweigt der Prozessablauf zum Schritt 309, in dem ein oder mehrere Korrekturwerte ermittelt werden, um die Messdaten entsprechend zu korrigieren. In einer Ausführungsform kann das Streuungsmessungssystem 100 so ausgestaltet sein, um mindestens eine begrenzte Anzahl zuvor erhaltener Messdaten zu speichern, so dass auf der Grundlage des einen oder mehrerer Korrekturwerte, die im Schritt 309 ermittelt werden, die Messdaten von zuvor verarbeiteten Substraten korrigiert werden können. Des Weiteren können der eine oder die mehreren Korrekturwerte für zu messende Substrate verwendet werden, bevor die nächste Messung des Abstandskalibrierstandards im Schritt 303 stattfindet. Anstatt oder zusätzlich zu dem Ermitteln des einen oder der mehreren Korrekturwerte im Schritt 309 kann der Prozessablauf zum Schritt 310 weitergehen, in dem die in der Referenzdateneinheit 115 gespeicherten Referenzdaten auf der Grundlage der im Schritt 307 bestimmten systematischen Abweichung aktualisiert werden. Wenn die Referenzdateneinheit 115 die Referenzdaten interaktiv ermittelt, können die entsprechenden Berechnungen auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse ausgeführt werden. Auf diese Weise kann eine Art von "selbstkonsistenter" Kalibrierung erreicht werden, in der die Referenzdaten des Abstandskalibrierstandards ständig aktualisiert und an den aktuellen Gerätestatus angepasst werden. Durch Speichern der Vergleichsergebnisse von Messungen des Abstandskalibrierstandards 111 im Schritt 304 kann daher die "Anlagengeschichte" kontinuierlich überwacht werden, und dies ermöglicht es aufgrund der im Wesentlichen konstanten Eigenschaften des Abstandskalibrierstandards 111, dass die Anlagenstabilität und die Messprozessqualität bewertet wird. Vorteilhafterweise können der Mittelwert und/oder die Standardabweichung der gespeicherten Ergebnisse der Kalibriermessung verwendet werden, um die Anlagengeschichte zu "quantifizieren", so dass die Langzeitstabilität des Streuungsmessungssystems 100 als eine einzelne Zahl ausgedrückt werden kann. Insbesondere ermöglicht es die Anlagengeschichte, dass wertvolle Diagnoseinformationen bei Geräteausfällen, die durch Hardware- und/oder Softwarefehler verursacht werden, ermittelt werden können.

Es sollte beachtet werden, dass die zuvor beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen selbstverständlich vollständig oder teilweise untereinander austauschbar sind, so dass einer oder mehrere Prozessschritte, die mit Bezug zu Fig. 3 beschrieben sind, auch in dem Prozessablauf, der mit Bezug zu Fig. 2 beschrieben ist, integrierbar sind. Insbesondere das Speichern der Vergleichsergebnisse der Abstandskalibrierstandardmessungen kann vorteilhafterweise in eine entsprechende Selbsttestroutine, wie sie in den anschaulichen Ausführungsformen aus Fig. 2 beschrieben ist, implementiert werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, die Abstandskalibrierstation der vorliegenden Erfindung ermöglicht das automatische Überwachen des Anlagenstatus eines Streuungsmessungssystems und das automatische Kennzeichnen eines unzulässigen Gerätestatus. Somit kann aufgrund der Rückverfolgbarkeit der Eigenschaften des Abstandskalibrierstandards die Genauigkeit und Verlässlichkeit von Messergebnisses des Streuungsmessungssystems deutlich verbessert werden.

Weitere Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Folglich ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.

Claims

1. Streuungsmessungssystem mit:
einer Lichtquelle, die ausgebildet ist, einen Lichtstrahl mit vordefinierten optischen Eigenschaften auszusenden;
einem Detektor, der ausgebildet ist, einen Lichtstrahl zu empfangen und ein Signal auszugeben, das optische Eigenschaften des empfangenen Lichtstrahls kennzeichnet;
einen Substrathalter, der ausgebildet ist, ein Substrat aufzunehmen und zu positionieren, so dass dieses dem Lichtstrahl von der Lichtquelle empfängt und einen Teil des Lichtstrahls zu dem Detektor streut; und
einer Abstandskalibrierstation mit einem Abstandskalibrierstandard, um Messdaten bereitzustellen, die den aktuellen Systemstatus kennzeichnen.

2. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 1, dass ferner eine Referenzdateneinheit umfasst, um Referenzdaten, die den Abstandskalibrierstandard beschreiben, bereitzustellen.

3. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 2, wobei die Referenzdateneinheit eine Speichereinheit zum Empfangen und Speichern der Referenzdaten aufweist.

4. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Strahlpositionierungsanordnung aufweist, die ausgebildet ist, um abwechselnd den Abstandskalibrierstandard und den Substrathalter zum Empfangen des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahls zu positionieren.

5. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 4, wobei die Strahlpositionieranordnung eine Antriebseinheit aufweist, die mit dem Substrathalter und der Abstandskalibrierstation gekoppelt ist.

6. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 4, wobei die Strahlpositionieranordnung eine Antriebseinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Lichtquelle und den Detektor zu bewegen, um abwechselnd einen von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zu dem Abstandskalibrierstandard und dem Substrathalter zu senden.

7. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 3, wobei die Strahlpositionieranordnung mehrere reflektierende Elemente aufweist, die angeordnet sind, um abwechselnd den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl zu dem Abstandskalibrierstandard und den Substrathalter zu lenken.

8. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 7, wobei eines oder mehrere der reflektierenden Elemente bewegbar sind.

9. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 1, wobei der Abstandskalibrierstandard eine Gitterstruktur aufweist.

10. Das Streuungsmessungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Speichereinheit aufweist, die ausgebildet ist, von der Abstandskalibrierstation erhaltene Messdaten zu speichern.

11. Verfahren zum Überwachen eines Status eines Streuungsmessungssystems, wobei das Verfahren umfasst:
Bereitstellen eines Abstandskalibrierstandards;
Bilden einer Referenzdatenbibliothek für den Abstandskalibrierstandard;
Ermitteln von Messdaten des Abstandkalibrierstandards; und
Vergleichen der Messdaten mit der Referenzdatenbibliothek, um den Status des Streuungsmessungssystems zu bewerten.

12. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln von Messdaten des Abstandkalibrierstandards bei mindestens einer der folgenden Situationen ausgeführt wird:
einer Initialisierung des Streuungsmessungssystems, einem Ablauf einer vordefinierten Zeitdauer, einem Abschluss einer vordefinierten Anzahl von Messzyklen, einer externen Anforderung für eine Kalibriermessung.

13. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln von Messdaten und das Vergleichen der Messdaten mit der Referenzdatenbibliothek während einer Selbsttestroutine des Streuungsmessungssystems ausgeführt werden.

14. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Vergleichen der Messdaten mit der Referenzdatenbibliothek mit einschließt:
Bewerten, ob eine Differenz der Referenzdaten und der Messdaten innerhalb eines vordefinierten zulässigen Bereichs liegt.

15. Das Verfahren nach Anspruch 14, das ferner umfasst: Kennzeichnen eines unzulässigen Gerätestatus, wenn die Differenz außerhalb des vordefinierten zulässigen Bereichs liegt.

16. Das Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Speichern eines Wertes, der für die Differenz kennzeichnend ist, umfasst, um eine Gerätegeschichte zu ermitteln.

17. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lichtquelle, der Detektor und der Substrathalter in Form eines Ellipsometers oder eines Fotometers vorgesehen sind.

18. Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Abstandskalibrierstandard ein Gittermuster ist.

19. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei Ermitteln der Anlagengeschichte umfasst:
Bestimmen eines Durchschnittswertes und/oder einer Standardabweichung mehrerer Werte, die für Differenzen zwischen Messdaten und der Referenzdatenbibliothek zuvor durchgeführter Messungen mit dem Abstandskalibrierstandard.

20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Referenzdatenbibliothek auf der Grundlage der Anlagengeschichte aktualisiert wird.

21. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein oder mehrere Korrekturwerte auf der Grundlage der Anlagengeschichte ermittelt werden.

22. Verfahren zum Betreiben eines Streuungsmessers, wobei das Verfahren umfasst:
Starten einer Selbsttestroutine des Streuungsmessers, wobei die Selbsttestroutine aufweist:
Ermitteln von Messdaten von einem Abstandskalibrierstandard;
Vergleichen der Messdaten mit Referenzdaten, dis den Abstandskalibrierstandard kennzeichnen; und
Kennzeichnen, dass der Streuungsmesser zum Ausführen von Messungen akzeptabel ist, wenn ein Ergebnis des Vergleiches innerhalb eines vordefinierten zulässigen Bereiches liegt.

23. Das Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Selbsttestroutine bei Auftreten mindestens einer der folgenden Ereignisse gestartet wird:
einer Initialisierung des Streuungsmessers, einer externen Anforderung, einem Ablauf einer vordefinierten Zeitdauer, einem Abschluss einer vordefinierten Anzahl von Messzyklen.

24. Das Verfahren nach Anspruch 22, das ferner das Speichern des Vergleichsergebnisses umfasst, um eine Anlagengeschichte zu ermitteln.

25. Das Verfahren nach Anspruch 24, das ferner das Aktualisieren der Referenzdaten auf der Grundlage der Anlagengeschichte umfasst.

26. Das Verfahren nach Anspruch 25, das ferner Messen eines Substrats und Bewerten von Messdaten des Substrats auf der Grundlage von Substratreferenzdaten und der Anlagengeschichte umfasst.

27. Das Verfahren nach Anspruch 22, das ferner Kennzeichnen eines unzulässigen Gerätestatus umfasst, wenn das Vergleichsergebnis außerhalb eines vordefinierten zulässigen Bereichs liegt.