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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Strukturbreiten
auf Masken für
die Halbleiterindustrie.
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Der
etablierte Stand der Technik zur optischen Messung der Strukturbreiten
auf Masken der Halbleiterindustrie, ist die Anwendung von Mikroskopen
im visuellen (VIS), ultravioletten (UV) und tief-ultravioletten
(DUV) Spektralbereich mit Trockenobjektiven. Trockenobjektive sind
dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Objekt und der dem Objekt unmittelbar
benachbarten ersten optischen Fläche des
Mikroskopobjektivs Luft befindet. Dadurch bedingt ist die theoretisch
maximal mögliche
Numerische Apertur NA = 1, in der Praxis sind bestenfalls Werte
von NA 0.95 erreichbar und sind auch realisiert. Damit ist der Spielraum
zu höheren
Aperturen, d. h. zu höherer
Auflösung
ausgeschöpft.
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Der
DE 101 40 174 A1 ist
ein Koordinaten-Messtisch mit interferometrischer Positionsbestimmung
und ein Koordinaten-Messgerät
mit diesem Koordinaten-Messtisch zu entnehmen. Der Koordinaten-Messtisch
weist übereinander
angeordnet folgende Elemente auf: ein feststehendes Basisteil mit
einem linearen x-Führungselement,
ein entlang eines linearen x-Führungselements
gleitend bewegliches Mittelteil und darüber einen xy-positionierbaren, entlang
eines y-Führungselements
gleitend beweglichen Tischkörper
zur Aufnahme eines Substrates.
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Die
JP 56113115 A offenbart
eine Vorrichtung zum optischen Untersuchen eines Wafers. Dabei ist
der Wafer vollkommen mit einer Immersionsflüssigkeit bedeckt.
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Die
DD 221 563 A1 offenbart
ein Immersionsobjektiv für
die schrittweise Projektionsabbildung einer Maskenstruktur. Dabei
ist die Flüssigkeit
ebenfalls nicht ausschließlich
auf den Bereich zwischen Objektiv und Oberfläche der Maske beschränkt. Hinzu
kommt, dass die Flüssigkeit
zwischen dem Objektiv und einem zu belichtenden Fotoresist ist.
Die für die
Belichtung verwendete Maske kommt mit der Flüssigkeit nicht in Berührung.
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Die
DD 206 607 B offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Interferenzeffekten.
Auch hier ist der zu belichtende Fotoresist mit der Flüssigkeit
in Kontakt.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift
DE 24 41 336 A1 offenbart eine Anordnung
zur Prüfung
von Masken. Eine Immersionsflüssigkeit
zur Auflösungserhöhung ist
nicht vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen,
die die optische Strukturbreitenmessung auf Masken zu kleineren
Strukturbreiten hin erweitert, als mit klassischer optischer Strukturbreitenmessung
möglich
ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein System gelöst, das die Merkmale des Patentanspruchs
1 aufweist.
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Die
Vorrichtung zur Messung von Strukturbreiten auf Masken für die Halbleiterindustrie
umfasst eine Trägerplatte,
die schwingungsentkoppelt in einem Grundgestell gehaltert ist.
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Die
Maske ist auf einen auf der Trägerplatte angeordneten
Scanning-Tisch angeordnet. Die Maske weist eine Oberfläche auf,
gegenüber
der ein Objektiv positioniert ist. Eine Flüssigkeit ist ausschließlich an
einer auf der Oberfläche
der Maske definierten Messstelle zwischen dem Objektiv und der Oberfläche der
Maske vorgesehen.
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Dem
Objektiv ist in einer Ausführungsform eine
Feindosierdüse
zugeordnet, die die Flüssigkeit ausschließlich auf
die eine auf der Oberfläche
der Maske definierte Messstelle aufbringt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besitzt
das Objektiv eine Einrichtung zum Aufbringen der Flüssigkeit
ausschließlich
auf die eine auf der Oberfläche
der Maske definierte Messstelle. Dabei kann die Einrichtung als
ein Zylinder ausgebildet sein, der das Objektiv vollständig umschließt, wobei
der Zylinder durch einen Zwischenraum vom Objektiv getrennt ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht
die Einrichtung aus mindestens einer Leitung, die koaxial um den
Umfang des Objektivs angeordnet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden.
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In
der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt
und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Trockenobjektivs (gemäß dem Stand
der Technik in Bezug zu einer Oberfläche mit zu vermessenden Strukturen);
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung
zur Vermessung von Strukturbreiten;
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3 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Objektivs
in räumlicher
Beziehung zu den zu vermessenden Strukturbreiten auf der Oberfläche einer
Maske für
die Halbleiterfertigung, wobei eine Flüssigkeit zwischen dem Objektiv
und der Oberfläche
der Maske für
die Halbleiterfertigung vorgesehen ist;
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4 eine
schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Objektivs
mit einer Einrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche einer
Maske für
die Halbleiterfertigung;
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5a eine
erste Ausführungsform
der Einrichtung zum Aufbringen der Flüssigkeit;
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5b eine
zweite Ausführungsform
der Einrichtung zum Aufbringen der Flüssigkeit; und
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Trockenobjektivs 2 (gemäß dem Stand
der Technik) in Bezug zu einer Oberfläche 4 mit zu vermessenden
Strukturen 4a. Unter der Vermessung von Strukturbreiten
ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass die Abbildung einer zu
vermessenden Struktur 4a bzw. Linie auf einer Maske 1 für die Halbleiterproduktion
mittels einer hoch auflösenden
Optik auf die Empfängerfläche 5a einer
CCD-Kamera 5 abgebildet wird. Die CCD-Kamera 5 nimmt
das Intensitätsprofil
des Linienbildes auf und durch eine geeignete Bildanalyse-Software
wird daraus die Linienbreite der aufgenommenen Linienstruktur bestimmt. Somit
ist es möglich
jede Linie bzw. Struktur 4a auf der Maske 1 für die Halbleiterfertigung einzeln
und individuell zu vermessen und die Linienbreite zu bestimmen.
Die mit einer Optik 2 erzielbare Auflösung ist für die kleinste mit dem System
noch messbare Linienbreite verantwortlich. Eine charakteristische
und für
das Auflösungsvermögen entscheidende
Größe einer
abbildenden Optik bzw. des Objektivs 2 kann durch die folgenden
Gleichung bestimmt werden. Pl2 > 0.25 λ / NA
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Dabei
ist Pl2 die kleinste noch auflösbare Linienbreite, λ die Wellenlänge des
zur Beleuchtung verwendeten Lichts und NA die numerische Apertur der
abbildenden Optik bzw. Objektivs 2. Die numerische Apertur
ist ferner definiert als: NA = nsin(σ), wobei n die Brechzahl des
Mediums 6 zwischen dem Objektiv 2 und Oberfläche 4 der
Maske 1 ist. Das Objektiv 2 besteht in der Regel
aus mehreren Linsen, so dass n die Brechzahl des Mediums 6 zwischen
der einen Frontlinse 7 des Objektivs 2 und der
Maske 1 ist. σ ist
der halbe Öffnungswinkel
des größten Lichtkegelwinkels 8,
der – von
einem Objektpunkt 9 ausgehend – in die Bildebene 10,
also der Empfängerfläche 5a der
CCD-Kamera 5 übertragen
werden kann. Aus 1 ist ersichtlich, dass der
Aperturwinkel oder halbe Öffnungswinkel σ maximal
90 Grad und damit sin(σ)
maximal 1 sein kann. Auf Grund von einzuhaltenden Fertigungstoleranzen
sind in der Praxis jedoch nur Werte von sin(σ) ≤ 0.95 für Objektive für rein visuelle
Beobachtung erreichbar. An ein Objektiv 2 für die Vermessung
von Strukturen 4a sind noch höhere Fertigungsanforderungen
einzuhalten, so dass dafür
Werte von sin(σ) ≈ 0.90 kaum überschritten werden
können.
Dies bedeutet, dass eine Steigerung der Auflösung durch Vergrößerung des
Aperturwinkels nicht mehr möglich
ist. Bei einer festen, vorgegebenen Wellenlänge λ geht dies nur noch durch eine Vergrößerung der
Brechzahl n. Die bedeutet, dass man ein Medium 6 zwischen
der Oberfläche 4a der Maske 4 und
der Frontlinse 7 des Objektivs 2 verwendet, das
eine gegenüber
Luft erhöhte
Brechzahl aufweist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung 12 zur
Vermessung von Linienbreiten von Strukturen 4a auf der Oberfläche 4 einer
Maske 1. Die Vorrichtung 12 besteht aus einem
Grundgestell 14, in dem eine Trägerplatte 16 schwingungsentkoppelt
gehaltert ist. Auf der Trägerplatte 16 ist
ein Scanning-Tisch 18 angeordnet, der die zu vermessende
Maske 1 trägt.
In der hier dargestellten Ausführungsform
wird die Maske 1 von einer Durchlichtbeleuchtungseinheit 20 durchleuchtet.
Eine abbildende Mikroskopeinheit 22 ist über der
Maske 1 angeordnet. Die abbildende Mikroskopeinheit 22 ist
in einer Trägereinheit 24 gehaltert, die
selbst starr mit der Trägerplatte 16 verbunden
ist. An der abbildenden Mikroskopeinheit 22 ist das Objektiv 2 derart
angeordnet, dass es sich gegenüber der
Maske 1 befindet. Das von dem Objektiv 2 aufgenommene
Bild der Maske 1 wird auf die CCD-Kamera 5 abgebildet.
Die Fokussierung kann entweder über
eine Höhenverstellung
des Scanning-Tisches 18 oder über eine in der Mikroskopeinheit 22 integrierte
Höhenverstellung
des Objektivs 2 erfolgen. Zusätzlich zu der Durchlichtbeleuchtungseinheit 20 kann
als internes oder externes Bauteil der Mikroskopeinheit 22 eine
Auflichtbeleuchtungseinheit 26 vorgesehen sein. Die Vorrichtung 12 umfasst
ferner mehrere Elektronikeinheiten 30, wie z. B. Tischsteuerung,
CCD-Ausleseeinheit
sowie einen PC zur Auswertung und Bedienung.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Objektivs 2 in räumlicher
Beziehung zu den zu vermessenden Breiten der Strukturen 4a auf
der Oberfläche 4 einer
Maske 1 für
die Halbleiterfertigung. Die Erfindung macht sich zunutze, dass
die Verwendung von Flüssigkeiten 25 („Immersionsmittel”) zwischen
der Maske 1 und dem Objektiv 2 eine Steigerung
der effektiven („Numerischen”) Apertur
NA über
den Wert 1 hinaus möglich
macht und damit zu einer höheren
Auflösung führt. Die
Numerische Apertur NA ergibt sich aus der Multiplikation der Brechzahl
n der Immersion mit dem Sinus des Öffnungswinkels σ: NA := n × sin(σ).
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Zwischen
NA und der kleinsten auflösbaren Strukturbreite Δ besteht
die Beziehung Pl2 > 0.25 × λ/NA, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes ist. Für Luft ist
n = 1 (siehe 1, Stand der Technik), bei Verwendung
von Flüssigkeiten 25 sind
Brechzahlen n > 1.2
möglich,
so dass damit eine proportionale Steigerung des Auflösungsvermögens erreicht
wird.
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Die
Verwendung von Flüssigkeiten 25 bei
der Vermessung von Masken galt nach Stand der Technik wegen der
Gefahr der Verunreinigung der Maske 1 als Tabu. Aus diesem
Grunde wurde dieser Lösungsansatz
zu höherer
Auflösung
bisher nicht verfolgt, bzw. wurde allgemein als unakzeptabel bei
der Suche nach neuen Lösungen
höherer
Auflösung ausgeschlossen.
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Eine
Möglichkeit
für die
Flüssigkeit 25 als
Immersionsmittel ist Wasser. Das Objektiv 2 ist vorzugsweise
für den
tief ultravioletten Spektralbereich (DUV) bei einer Wellenlänge unterhalb
300 nm z. B. 248 nm, ausgebildet. Ebenso kann das Objektiv 2 für spezielle
Anwendungen aber auch für
Wellenlängen größer 300
nm ausgebildet werden. Neben Wasser als ideales Immersionsmittel
können
auch andere Flüssigkeiten,
wie z. B. inerte Öle,
wie z. B. Fomblin® ein Perfluor-Polyäther-Öle, verwendet
werden
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In
dem hier beschriebenen Lösungsansatz ist
eine Flüssigkeit 25 ist
zwischen dem Objektiv 2 und der Oberfläche 4 der Maske 1 für die Halbleiterfertigung
vorgesehen. Die Flüssigkeit 25 benetzt
sowohl die Oberfläche 4 der
Maske 1 als auch die Frontlinse 7 des Objektivs 2.
Die Flüssigkeit
ist dabei nur gezielt und lokal an der Messstelle 28 der
Maske 1 aufgebracht, die gerade vermessen werden soll.
In 3 ist eine erste Möglichkeit des gezielten Aufbringens
dargestellt. Zum gezielten Aufbringen ist in unmittelbarer Nachbarschaft
des Objektivs 2 eine Feindosierdüse 27 vorgesehen.
Die Messstelle 28 der Maske 1 ist dabei immer
in unmittelbarer Nachbarschaft zu einer durch das Objektiv 2 definierten optischen
Achse 31, das heißt
im Sehfeld des Objektivs 2 positioniert. In der Regel ist
der Abstand zwischen der Marke 1 und dem Objektiv 2 nicht
groß genug,
um mit der Düse
die Flüssigkeit 25 gezielt
an der Messstelle 28 aufzubringen. In diesem Fall wird
zunächst
die Messstelle 28 unter der Spitze 27a der Feindosierdüse 27 positioniert.
Dann wird ein Tropfen der Flüssigkeit 25 auf
die Messstelle 28 aufgebracht. Mit dem Scanning-Tisch 20 wird
die Maske 1 dann derart verfahren, dass sich der Flüssigkeitstropfen
und somit die Messstelle 28 unter dem Objektiv 2 befindet.
Das Objektiv 2 wird abgesenkt oder alternativ die Maske 2 angehoben,
damit auch die Frontlinse 7 des Objektivs von der Flüssigkeit 25 benetzt
ist.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Objektivs 2 mit einer
Einrichtung 33 zum Aufbringen der Flüssigkeit 25 auf die
Oberfläche 4 der
Maske 1 für
die Halbleiterfertigung. Symmetrisch um die optische Achse 31 des
Objektivs 2 ist die Einrichtung 33 zum Aufbringen der
Flüssigkeit 25 angeordnet.
Wie in 5a dargestellt, ist die Einrichtung 33 als
Zylinder 35 ausgebildet, der das Objektiv 2 vollständig umschließt. Der Zylinder 35 besitzt
einen größeren Durchmesser
als das Objektiv 2, so dass ein Zwischenraum 36 ausgebildet
ist. Durch den Zwischenraum 36 wird die Flüssigkeit 25 zu
der Messstelle 28 transportiert. In 5b ist
die Einrichtung 33 zum Aufbringen der Flüssigkeit 25 als
mindestens eine Leitung 38 ausgebildet. Eine oder mehrere
Leitungen 38 sind koaxial um den Umfang des Objektivs 2 angeordnet.
Durch die eine oder die mehreren Leitungen 38 wird die Flüssigkeit 25 in
geeigneter Weise auf die Oberfläche 4 der
Maske 1 aufgebracht.
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Die
Erfindung wurde unter Berücksichtigung der
bevorzugten Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es ist für
einen Fachmann selbstverständlich,
dass Änderungen
und Abwandlungen durchgeführt
werden können,
ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maske
- 2
- Trockenobjektivs
- 4
- Oberfläche
- 4a
- Struktur
- 5
- Auflichtbeleuchtungseinheit
- 5a
- Empfängerfläche
- 6
- Medium
- 7
- Frontlinse
- 8
- Lichtkegelwinkel
- 9
- Objektpunkt
- 10
- Bildebene
- 12
- Vorrichtung
- 14
- Grundgestell
- 16
- Trägerplatte
- 18
- Scanning-Tisch
- 20
- Durchlichtbeleuchtungseinheit
- 22
- Mikroskopeinheit
- 24
- Trägereinheit
- 25
- Flüssigkeit
- 26
- CCD-Kamera
- 27
- Feindosierdüse
- 27a
- Spitze
- 28
- Messstelle
- 30
- Elektronikeinheiten
- 31
- optische
Achse
- 33
- Einrichtung
- 35
- Zylinder
- 36
- Zwischenraum
- 38
- Leitung
