DE19817714A1 - Verfahren zur Messung der Lage von Strukturen auf einer Maskenoberfläche - Google Patents
Verfahren zur Messung der Lage von Strukturen auf einer MaskenoberflächeInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Messung von Strukturen auf einer Maskenoberfläche, bei dem die Maske in einem bildauswertenden Koordinatenmeßgerät auf einem senkrecht zur optischen Achse eines abbildenden Meßsystems interferometrisch meßbar verschiebbaren Meßtisch gelagert und ein der Maske zugeordnetes Masken-Koordinatensystem über Ausrichtemarken relativ zu einem Meßgeräte-Koordinatensystem ausgerichtet wird und wobei die Soll-Lage der Strukturen in dem Masken-Koordinatensystem vorgegeben ist, wird zusätzlich zur Ist-Lage der Strukturen im Masken-Koordinatensystem auch die Lage von zwei senkrecht zueinanderstehenden Außenkanten der Maske im Masken-Koordinatensystem gemessen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Lage von Strukturen auf
einer Maskenoberfläche, bei dem die Maske in einem bildauswertenden
Koordinaten-Meßgerät auf einem senkrecht zur optischen Achse eines
abbildenden Meßsystems interferometrisch meßbar verschiebbaren Meßtisch
gelagert und ein der Maske zugeordnetes Masken-Koordinatensystem über
Ausrichtemarken relativ zu einem Meßgeräte-Koordinatensystem ausgerichtet
wird und wobei die Soll-Lage der Strukturen in dem Masken-Koordinaten
system vorgegeben ist.
Ein Meßgerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens ist in dem
Vortragsmanuskript "Pattern Placement Metrology for Mask Making, Dr. C.
Bläsing, Semicon Genf, Education Program, ausgegeben am 31.3.1998, mit
seinen Grundelementen beschrieben. Das Meßgerät dient insbesondere der
Qualitätskontrolle von Masken für die Halbleiterherstellung. Die Qualität der
Maske wird in der Chip-Produktion immer kritischer. Die Spezifikationen für
die Lage der Strukturen (Pattern) von einer Maske zur anderen werden immer
enger. Das in dem Vortragsmanuskript beschriebene Meßgerät kann die Lage
der Strukturen relativ zu definierten Ausrichtemarken, die das
Masken-Koordinatensystem definieren, mit einer Genauigkeit von typischerweise
besser als 10 nm messen. Mit Hilfe dieser Ausrichtemarken können die
Masken im Stepper für die Projektion auf Waferoberflächen ausgerichtet
werden. Fehler, die hierbei gemacht werden, gehen direkt in das
Fehlerbudget des Lithografie-Prozesses ein. Die Maske wird im Stepper so
ausgerichtet, daß bei der Belichtung die jeweiligen Ausrichtemarken genau
übereinander liegen. Die Stepper haben allerdings nur einen gewissen
Bereich, um den die Maske zur physikalischen Ausrichtung verschoben und
rotiert werden kann.
Mit immer enger werdenden Spezifikationen an alle Komponenten wird auch
die Lage der Strukturen relativ zur Außenkante der Maske ein wichtiges
Qualitätsmerkmal der Maske. Die Lage der Strukturen relativ zu den
Außenkanten wird als "Centrality" oder auch "Pattern Centrality" bezeichnet.
Die Maske wird im Lithografie-Gerät (z. B. E-beam oder Laserlithografie)
üblicherweise an drei Punkten angelegt, um eine reproduzierte Lage zu
erhalten. Mit den drei Punkten sind zwei Außenkanten festgelegt, wobei
davon ausgegangen wird, daß diese im rechten Winkel zueinander stehen.
Diese beiden Kanten bilden eine Referenz für das von den Strukturen
erzeugte Muster.
Bisher war "Pattern Centrality" nicht von großer Bedeutung. Die Toleranzen in
den Stepperhalterungen für die Masken waren so groß, daß die Genauigkeit
der Masken-Lithografiesysteme auch ohne weitere Messungen die
Spezifikationen erfüllt haben. Zur Prozeßkontrolle werden bisher nur
Stichproben gemessen. Dazu werden normale Mikroskope benutzt, die so
umgebaut sind, daß sie die gleichen Anlagepunkte haben wie die
Lithografiesysteme. Die Maske wird dann vom Operator manuell auf den
Tisch des Mikroskopes gelegt. Es werden spezielle "Centrality Marken" auf
die Maske geschrieben, die dann manuell unter dem Mikroskop in Bezug auf
die Anlagekanten vermessen werden. Solange die Abstände zu den Kanten in
einem vorgegebenen Toleranzbereich bleiben, ist eine ausreichende
Ausrichtung der Maske im Stepper mit Hilfe der Ausrichtemarken
gewährleistet. Die Genauigkeitsanforderungen an die Messung sind nicht sehr
hoch.
Mit jeder neuen Chipgeneration werden aber die Anforderungen an die
Genauigkeit und den Meßdurchsatz immer größer. Die Genauigkeit, die mit
der manuellen Messung mit einem herkömmlichen Mikroskop erreicht werden
kann, reicht nicht mehr aus. Zudem wird mit der manuellen Messung zu viel
Zeit für die Ausrichtung im Meßgerät, das Auffinden der Strukturen und die
eigentliche Messung aufgewendet. Außerdem muß die Maske für jede
Messung in einem separaten Meßgerät zunächst aus einer Transportbox
entnommen und nach der Messung wieder sorgfältig in dieser verpackt
werden. Jeder Handlingvorgang erhöht die Gefahr einer Verschmutzung und
der Beschädigung der Maske.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren anzugeben,
mit dem die "Pattern Centrality" mit höherer Genauigkeit, gesteigerter
Geschwindigkeit und bei verringerter Beschädigungsgefahr bestimmt werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich zur Ist-Lage der Strukturen im
Masken-Koordinatensystem auch die Lage von zwei senkrecht zueinander
stehenden Außenkanten der Maske im Masken-Koordinatensystem
gemessen wird. Dabei wird vorteilhafterweise die Lage der Außenkante in
einer Koordinatenachse aus dem durch Bildauswertung gemessenen Wert
der Kantenposition und in der anderen Koordinatenachse durch die aktuelle
Meßtischposition bestimmt. Wenn zu einer Außenkante zwei Lagewerte und
zu der anderen Außenkante mindestens ein Lagewert bestimmt wird, können
unter der Annahme der rechtwinklig zueinander stehenden Außenkanten zwei
Referenzlinien für die Ermittlung der "Centrality" bestimmt werden.
Da das Verfahren ein bildauswertendes Meßsystem verwendet, kann ein Bild
der Außenkante der Maske im Meßgerät gespeichert und eine zu messende
Kantenposition in einem automatischen Suchlauf des Meßtisches eingestellt
werden. Zur Messung der Lage der Außenkante wird zweckmäßigerweise
eine Abbildungsoptik mit niedriger Apertur verwendet. Wenn dann die
Meßtisch-Oberfläche zumindest im Bereich der Außenkanten der
aufliegenden Maske für die Abbildungsstrahlen des Meßgerätes reflektierend
ausgebildet ist, wird die Kante im reflektierten Licht beleuchtet und es gelangt
eine ausreichende Lichtintensität in das Meßsystem.
In Anlehnung an das herkömmliche Verfahren zur Bestimmung der "Pattern
Centrality" können auf der Maske ausgewählte Strukturelemente vorgesehen
werden, deren Lage im Masken-Koordinatensystem und relativ zu den
Außenkanten der Maske ermittelt wird. Es kann aber auch die Lage aller
gemessenen Strukturen relativ zu den Außenkanten ermittelt werden, ohne
daß besondere "Centrality-Marken" vorgesehen werden.
Anstelle der Lage-Koordinaten kann sowohl für die ausgewählten
Strukturelemente als auch für die anderen gemessenen Strukturen der
Abstand zu den Außenkanten der Maske ermittelt werden.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 ein übliches Maskenlayout mit Anlagepunkten in einem
Lithografiesystem,
Fig. 2 eine Maske mit zwei Centrality-Marken,
Fig. 3 eine typische Ausbildung der Maskenkante im Querschnitt und
Fig. 4 ein typisches Bild einer Maskenkante.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für ein Maskenlayout. Die dargestellte Maskenplatte
enthält in einem zentralen Bereich die in einem Lithografiesystem erzeugten
Maskenstrukturen (Reticle). In dem freien Bereich sind Ausrichtemarken
aufgebracht. Zwei Außenkanten der Maskenplatte sollen im rechten Winkel
zueinander stehen. Diese Kanten liegen an drei Punkten an. Die gestrichelten
Linien bilden die Referenz für die Pattern Centrality.
Fig. 2 zeigt eine Maskenplatte mit gesondert aufgebrachten Centrality-Marken.
Die Abstände zu den beiden als Referenz dienenden Außenkanten
sind durch Pfeile angedeutet.
In Fig. 3 ist eine Maskenplatte im Kantenbereich im Querschnitt dargestellt.
Die Kanten sind in typischer Weise angeschrägt, wobei der angegebene
Abstand A üblicherweise zwischen 0,2 und 0,6 mm variieren kann.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die Maske in dem Koordinaten-Meß
system auf den Meßtisch geladen. Danach wird zunächst ein Alignment
durchgeführt, mit dem die Maske zum Koordinatensystem des Meßgerätes
ausgerichtet und das Masken-Koordinatensystem definiert wird. Im nächsten
Schritt werden die Außenkanten der Maske vermessen.
Dazu wird der Meßtisch an die Position gefahren, an der die Kante gemessen
werden soll. Der Hintergrund der Maske soll an dieser Stelle gut reflektieren,
so daß über eine Abbildungsoptik mit geringer Apertur noch genügend Licht
von diesem Hintergrund zur bildauswertenden Kamera des Meßgerätes
gelangt. In Fig. 4 ist ein solches Bild dargestellt. Der Bereich außerhalb der
Maske ist als helle Fläche zu erkennen. Die Kante selbst ist auf jeden Fall
sehr dunkel, da wegen der Abschrägung die auftreffenden Lichtstrahlen aus
dem Aperturbereich des abbildenden Objektivs herausreflektiert werden. Die
Maskenoberfläche reflektiert dann wieder Licht in das Objektiv. Die Helligkeit
hängt vom Maskentyp ab. Aufgrund der typischen Helligkeitsverteilung an der
Außenkante der Maskenplatte kann dieses Bild auch abgespeichert und zur
Bilderkennung in einem automatischen Suchlauf für den Meßtisch verwendet
werden.
Hat der Tisch seine vorgegebene oder seine automatisch gefundene
Meßposition erreicht, wird die genaue Position der Kante gemessen. Die
Kantenmessung erfolgt mit Hilfe eines Bildanalyseverfahrens innerhalb des
dargestellten Meßfensters. Die Genauigkeit der Messung hängt von der
Auflösung des Bildaufnahmesystems (CCD-Kamera) ab. Als Kantenposition
wird in einer Koordinatenachse der gemessene Wert der Kantenposition und
in der anderen Koordinatenachse die aktuelle, interferometrisch gemessene
Tischposition abgespeichert.
Auf diese Weise werden mindestens drei Punkte auf zwei Außenkanten der
Maskenplatte gemessen, die unter einem rechten Winkel zueinander stehen.
Im nächsten Schritt wird die Lage der Centrality-Marken gemessen. Dazu
werden jeweils z. B. zwei einander gegenüberliegende Kanten der Marke
gemessen und die Mittellinie dazu bestimmt. Der Schnittpunkt von zwei
senkrecht zueinander stehenden Mittellinien bestimmt die Lage
(Koordinatenposition) der Marke. Diese Marken unterscheiden sich in ihrer
Struktur nicht von Ausrichtemarken oder üblichen Meßstrukturen. Jede
Struktur, die normalerweise gemessen werden kann, kann daher in dem
erfindungsgemäßen Verfahren auch als Centrality-Marke verwendet werden.
Es können somit beliebig viele Strukturen als Centrality-Marken definiert
werden. Die Designpositionen (Soll-Lage), die Meßpositionen und die Anzahl
der Marken können kundenspezifisch für jeden Meßvorgang definiert werden.
Die ermittelten Werte für die Kantenpositionen und die Positionen der
gemessenen Centrality-Strukturen werden in einem Meßdatenfile mit
abgespeichert und stehen somit für weitere Auswertungen zur Verfügung. Es
kann aber auch ein separater Datenfile für die Centrality-Auswertung
eingerichtet werden.
Mit einer geeigneten Auswertesoftware kann die weitere Auswertung
kundenspezifisch durchgeführt werden. Die Auswertung kann unter anderem
darin bestehen, die Abstände der Strukturen relativ zu den Kanten zu
berechnen. Es können aber auch Schwerpunktverschiebungen, Rotationen,
Orthogonalität etc. der Meßstrukturen relativ zu den Außenkanten
ausgewertet werden.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird nicht nur der Anwendungsbereich des
an sich bekannten Meßgerätes erweitert. Es wird dadurch auch eine neue
Gestaltung der Maskenstrukturen ermöglicht, denn bei höherer Belegung der
Maskenfläche mit Strukturen können an beliebiger Stelle Centrality-Marken
eingefügt oder es können auch ausgewählte Strukturen aus der regulären
Maskenstruktur als Centrality-Marken definiert werden, die mit herkömmlichen
Meßmethoden als solche nicht auswertbar wären.
Claims (11)
1. Verfahren zur Messung von Strukturen auf einer Maskenoberfläche, bei
dem die Maske in einem bildauswertenden Koordinatenmeßgerät auf
einem senkrecht zur optischen Achse eines abbildenden Meßsystems
interferometrisch meßbar verschiebbaren Meßtisch gelagert und ein der
Maske zugeordnetes Masken-Koordinatensystem über Ausrichtemarken
relativ zu einem Meßgeräte-Koordinatensystem ausgerichtet wird und
wobei die Soll-Lage der Strukturen in dem Masken-Koordinatensystem
vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Ist-Lage der
Strukturen im Masken-Koordinatensystem auch die Lage von zwei
senkrecht zueinander stehenden Außenkanten der Maske im
Masken-Koordinatensystem gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der
Außenkante in einer Koordinatenachse aus dem durch Bildauswertung
gemessenen Wert der Kantenposition und in der anderen
Koordinatenachse durch die aktuelle Meßtischposition bestimmt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer
Außenkante zwei Lagewerte und zu der anderen Außenkante mindestens
ein Lagewert bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Bild der Außenkante im Koordinatenmeßgerät
gespeichert und eine zu messende Kantenposition in einem automatischen
Suchlauf des Meßtisches eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Messung der Lage der Außenkante mit einer
Abbildungsoptik mit niedriger Apertur durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßtisch-Oberfläche zumindest im Bereich der
Außenkanten der aufliegenden Maske für die Abbildungsstrahlen des
Meßgerätes reflektierend ausgebildet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Maske
ausgewählte Strukturelemente vorgesehen werden, deren Lage im
Masken-Koordinatensystem und relativ zu den Außenkanten der Maske
ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage von
beliebigen gemessenen Strukturen auch relativ zu den Außenkanten der
Maske ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
der ausgewählten Strukturelemente zu den beiden Außenkanten der
Maske ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand
der beliebigen gemessenen Strukturen zu den beiden Außenkanten der
Maske ermittelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus
abgespeicherten Lagekoordinaten der Strukturen und der
Kantenpositionen unterschiedliche Auswertungen, wie z. B.
Schwerpunktverschiebungen, Rotationen oder die Orthogonalität des
Strukturmusters relativ zu den Außenkanten der Maske, durchgeführt
werden.
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