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Dokumentenidentifikation DE60016682T2 08.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001081489
Titel Vorrichtung zur Photomaskeninspektion mittels Photolithographiesimulation
Anmelder Applied Materials, Inc., Santa Clara, Calif., US
Erfinder Karpol, Avner, Ziona, IL;
Kenan, Boaz, Rehovot, IL
Vertreter Zimmermann & Partner, 80331 München
DE-Aktenzeichen 60016682
Vertragsstaaten DE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 31.08.2000
EP-Aktenzeichen 001188788
EP-Offenlegungsdatum 07.03.2001
EP date of grant 15.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse G01N 21/956

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung liegt im Gebiet der automatischen optischen Untersuchungstechniken und betrifft ein System zum Untersuchen von Retikeln oder Masken auf eine Weise, bei der die Arbeitsweise eines spezifischen photolithographischen Geräts simuliert wird, in dem das Retikel verwendet wird.

Hintergrund der Erfindung

Photolithographie ist einer der Hauptprozesse bei der Herstellung von Halbleitergeräten und besteht aus dem mustern der Waferoberfläche gemäß dem Schaltungsentwurf des herzustellenden Halbleitergeräts. Genauer gesagt wird ein auf dem Wafer herzustellender Schaltungsentwurf zuerst auf einer Maske oder einem Retikel gemustert (aus Gründen der Einfachheit werden die Begriffe Maske und Retikel hier austauschbar verwendet, obwohl sie sich tatsächlich auf etwas voneinander verschiedene Techniken beziehen). Der Wafer ist mit einem Photolackmaterial beschichtet und wird dann in einem Photolithographiegerät angeordnet, um mit Licht, das durch das Retikel hindurchtritt, belichtet zu werden, um so ein latentes Bild des Retikels auf dem Photolackmaterial zu erzeugen. Danach wird das Photolackmaterial entwickelt, um das Bild der Maske auf dem Wafer zu erzeugen. Nach vollständigem Durchlaufen des photolithographischen Prozesses wird die oberste Schicht des Wafer geätzt, eine neue Schicht abgeschieden und die Photolithographie- und Ätzarbeitsschritte werden von neuem begonnen. Auf diese wiederholende Art und Weise wird ein viellagiger Halbleiterwafer hergestellt.

Wie gut bekannt ist, benutzen Photolithographiegeräte eine Lampe oder einen Laser als Lichtquelle und verwenden eine Objektivlinse mit relativ hoher numerischer Apertur (NA), um eine relativ hohe Auflösung zu erreichen. Die Optik solcher Geräte ist im allgemeinen darauf ausgelegt, eine Verkleinerung (negative Vergrößerung) von z.B. 1/5 des Bildes des Retikels auf dem Wafer zu erzeugen. Verschiedene Modelle verwenden unterschiedliche Kombinationen aus NA und Vergrößerung, die vom Hersteller des Geräts ausgelegt werden.

Es muß verstanden werden, daß das Retikel fehlerfrei sein muß, um verwendugsfähige Halbleitergeräte zu erhalten. Weiterhin wird in den meisten modernen Prozeßverfahren das Retikel wiederholt verwendet, um viele Plättchen (engl.: dies) auf einem Wafer zu erzeugen. Auf diese Weise wird jeder Fehler des Retikels viele Male auf dem Wafer wiederholt werden und wird bewirken, daß viele Geräte fehlerhaft sind. Daher wurden verschiedene Untersuchungsgeräte für Retikel entwickelt und sind am Markt erhältlich. Ein Typus solcher Untersuchungssysteme, auf den sich die Erfindung bezieht, scannt das gesamte Retikel mit einer Lichtpunkttechnik, um das Retikel auf Fehler zu untersuchen. Beispiele solcher Systeme sind in USP 4,926,489, 5,838,433 und 5,563,702 angegeben und sind auch schematisch in 1 dargestellt.

Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Retikel 10 auf einer x-y-Plattform angeordnet. Ein Laser 30 erzeugt einen Beleuchtungsstrahl mit einem relativ geringen Durchmesser. Ein Scanner 40, z.B. ein rotierender Spiegel oder ein akusto-optischer Ablenker (AOD) werden benutzt, um den Strahl in einer Richtung zu scannen, die im allgemeinen als die Richtung des „fast scan" bezeichnet wird. Die Plattform 20 wird in einer zu der fast-scan-Richtung senkrechten Richtung in Serpentinen bewegt, so daß die gesamte Oberfläche des Retikels gescannt wird. Der gescannte Strahl tritt durch den dichroitischen Spiegel 50 hindurch und wird durch die Objektivlinse 60 auf das Retikel fokussiert. Das Licht, das durch das Retikel 10 transmittiert wurde, wird von der Objektivlinse 70 gesammelt und auf einen Lichtsensor 80, z.B. einen Photomultiplier (PMT), fokussiert. Reflektiertes Licht wird durch den dichroitischen Spiegel 50 abgelenkt, um durch die Linse 95 gesammelt werden und auf den Lichtsensor 90 fokussiert. Die gepunktete Linie zeigt eine optionale Anordnung mit Optik und gekipptem Spiegel, die verwendet werden kann, um ein interferometrisches Bild des Retikels zur Untersuchung von Phasenschieber-Designs zu erhalten (siehe z.B. die zitierte USP 5,563,702).

Konzeptionell erzeugen die in 1 beispielhaft dargestellten Systeme eine stark vergrößertes Bild des Retikels. Jedes Pixel in diesem Bild korrespondiert zu einem abgetasteten belichteten Punkt auf dem Retikel und weist einen Grauwert auf, der mit der vom Lichtsensor empfangenen Lichtmenge zusammenhängt. Dieser Grauwert kann entweder mit einem korrespondierenden Pixel eines benachbarten Plättchens auf dem Retikel verglichen werden oder digitalisiert und mit einer Datenbank verglichen werden oder mit einem aus der Datenbank berechneten Grauwertbild verglichen werden. Wenn eine Abweichung oberhalb einer bestimmten Schwelle erkannt wird, wird der Ort, an dem der Fehler vermutet wird, identifiziert.

Neueste Fortschritte in der Photolithographietechnik haben einen weiteren Faktor eingeführt, augrund dessen das latente Bild auf dem Wafer fehlerhaft sein kann. Genauer gesagt erfordert die Verminderung der Bemessungsregeln (engl.: design rules) verschiedene Maßnahmen, um Änderungen im latenten Bild, die durch die Wechselwirkung der Lichtstrahlen mit dem Entwurf auf dem Retikel verursacht werden, zu begegnen. Solche Wechselwirkungen werden im allgemeinen als optische „Proximity-Effekte" bezeichnet und resultieren beispielsweise in Eckenrundungen, einem Unterschied zwischen isolierten, halbisolierten und dichten Mustern, einem Mangel an CD-Linearität etc. Während sie von herkömmlichen Untersuchungssystemen nicht als potentielle Fehler in einem bestimmten Retikel erkannt werden, so können diese Effekte reale Fehler auf dem Wafer erzeugen. Auf der einen Seite sollten diese Effekte das System nicht veranlassen, einen Alarm auszulösen, wenn sie nicht als Fehler auf den Wafer übertragen werden. Darüber hinaus besteht ein Bedürfnis die Gegenmaßnahmen zu untersuchen, wie etwa optische Proximitykorrektur (OPC) und phasensschiebende Ätzung auf Retikeln, und ihren Entwurf und ihre Wirksamkeit zu überprüfen.

Herkömmlicherweise muß man beim Entwurf und der Auswertung von Retikeln, speziell von fortgeschrittenen Retikeln mit OPC und phasenschiebenden Merkmalen, das Retikel erzeugen, einen Wafer unter Benutzung des Retikels belichten und überprüfen, ob die Merkmale des Retikels gemäß dem Entwurf auf den Wafer übertragen wurden. Jede Abweichung der fertigen Merkmale von dem gewünschten Entwurf erforden eine Veränderung des Entwurfs, Erzeugen eines neuen Retikels und Belichten eines neuen Wafers. Es ist überflüssig, zu betonen, daß ein solcher Prozeß teuer, mühsam und zeitaufwendig ist. Um diesen Prozeß abzukürzen und beim Entwurf und der Auswertung von fortgeschrittenen Retikeln zu unterstützen, hat IBM kürzlich ein Aerial Image Measurement Systems (AIMS) genanntes Mikroskop entwickelt.

Das AIMS-System ist beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0 628 806 sowie in den folgenden Arikeln offenbart: Richard A. Ferguson et al. „Application of an Aerial Image Measurement System to Mask Fabrication and Analysis", SPIE Vol 2087 Photomask Technology and Management (1993), Seiten 131–144, und R. Martino et al "Application of the Aerial Image Measurement System (AIMSTM) to the Analysis of Binary Mask Imaging and Resolution Enhancement Techniques", SPIE Vol. 2197, Seiten 573–584.

Das Mikroskop ist am Markt erhältlich von der Carl Zeiss GmbH, Deutschland, unter dem Handelsnamen MSM100 (was für mikrolithographisches Simulations-Mikroskop steht).

Konzeptionell emuliert das AIMS-System einen Stepper und erzeugt ein stark vergrößertes Bild des durch das Retikel erzeugten latenten Bildes anstatt, wie bei den Untersuchungssystemen, ein stark vergrößertes Bild des Retikels zu erzeugen. Genauer gesagt können die Betriebsparameter wie etwa NA und Wellenlänge vom Benutzer eingestellt werden, um das Gerät, das zur Belichtung des Wafers verwendet werden wird, zu simulieren. Die Belichtung wird auf eine Weise bereitgestellt, die die Belichtung in einem Stepper simuliert, so daß ein latentes Bild des Retikels erzeugt wird. Jedoch wird anstelle eines Wafers ein Sensor angeordnet, so daß ein Raumbild des durch das Retikel erzeugten latenten Bildes hergestellt wird. Auch vergrößert das AIMS das latente Bild, um eine einfacheren Bildzugriff zu ermöglichen, anstatt das Bild wie ein Stepper zu verkleinern.

Das AIMS ist grundsätzlich ein Entwicklungswerkzeug, das zur Entwicklung und dem Testen verschiedener Retikelentwürfe gedacht ist. Es ist weiterhin hilfreich zum Überprüfen wie OPC und phasenschiebende Merkmale auf den Wafer übertragen würden. Zusätzlich kann das System verwendet werden, um verschiedene Fehler, die von einem Retikeluntersuchungssystem entdeckt wurden, zu untersuchen und zu testen, ob diese Fehler sich tatsächlich auf den Wafer übertragen würden. Jedoch ist das MSM100 nicht dazu gedacht, als ein allgemeines Retikeluntersuchungssystem verwendet zu werden, und es mangelt ihm an einer Technik, die für eine schnelle Untersuchung von Retikeln erforderlich ist.

Jedoch offenbart das US-Patent 5,795,688 eine Technik zur Verwendung eines Systems wie des MSM100, um eine automatische Untersuchung einer Photomaske auszuführen. Dazu wird ein Raumbild eines Bereichs der Photomaske mit dem MSM100 ermittelt, während ein sogenannter „virtueller Stepper"-Softwarealgorithmus gleichzeitig ein gleichartiges Raumbild unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen eines speziell interessierenden Steppers simuliert, wobei die Retikelmuster-Datenbank verwendet wird. Das Raumbild wird mit dem simulierten Raumbild verglichen und mögliche Fehler auf der Photomaske werden lokalisiert. Diese Technik verwendet tatsächlich eine sogenannte Plättchen-zu-Datenbank-Bildverarbeitungstechnik, wobei die Datenbank durch das simulierte Bild gebildet ist. Da das Bild unter Verwendung der MSM100 erhalten wird, die keine schnelle Untersuchung ausführen kann, kann diese Technik nicht zur automatischen Inline-Untersuchung von Retikeln, die auf einer Produktionsanlage fortschreiten, verwendet werden. Auf der anderen Seite liefert diese Technik keine zuverlässigen Ergebnisse aufgrund von Beschränkungen der Simulationssoftware. Genauer gesagt würden viele künstliche Unterschiede zwischen dem realen Raumbild und dem simulierten Raumbild fälschlicherweise als Fehler angezeigt.

Demgemäß besteht ein Bedürfnis im Stand der Technik für ein Retikel-Untersuchungssystem, das in der Lage ist, „herkömmliche" Retikeluntersuchung in Verbindung mit Raumbilduntersuchung durchzuführen. Darüber hinaus würde das System vorzugsweise auch in der Lage sein, Teilchen auf dem Retikel zu erkennen.

Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die oben geschilderten Probleme zu überwinden. Diese Aufgabe wird von dem System zur optischen Untersuchung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.

Die vorliegende Erfindung stellt die Vorteile der automatischen optischen Untersuchung von Retikeln unter Verwendung von Laserpunktbelichtung bereit, wobei eine neues optisches Untersuchungsverfahren und -system mit eingeschlossen ist, das die Arbeitsweise eines speziellen Steppers und eines speziellen Photolacks simuliert.

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß sie durch einfache Veränderung herkömmlicher Untersuchungssysteme unter Verwendung des Lichtpunktscannens des zu untersuchenden Retikels erstellt werden kann.

Die vorliegende Erfindung nutzt die Fähigkeiten herkömmlicher Untersuchungssysteme, um eine Untersuchung unter Verwendung der hochauflösenden Abbildung des Retikels bereitzustellen. Zusätzlich ist das erfindungsgemäße System in der Lage, das Retikel unter Verwendung von im Raum erzeugten Bildern (eng.: aerial imaging) zu untersuchen.

Gemäß der Erfindung wird ein System zur automatischen optischen Prüfung eines Retikels bereitgestellt, das in einem ausgewählten photolithographishen Belichtungsgerät, das mit einer ausgewählten Lichtfrequenz und einer ausgewählten numerischen Apertur und Kohärenz des Lichts arbeitet, verwendet wird, wobei das System umfaßt:

eine Lichtquelle zur Bereitstellung eines Lichtstrahls;

eine Scanvorrichtung zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Scannen des Lichtstrahls, um einen Lichtpunkt über dem Retikel zu erzeugen;

eine Objektivoptik mit einer definierten numerischen Apertur für hochauflösende Belichtung;

eine Erfassungseinheit umfassend einen Lichtsensor zum Empfangen von durch das Retikel hindurch transmittierten Lichts und zum Erzeugen von dies repräsentierenden Daten;

eine Prozessoreinheit die mit dem Lichtsensor verschaltet ist, um auf die Daten anzusprechen, um sie zu analysieren, und zum Erzeugen von Daten, die Fehler auf dem Retikel anzeigen;

dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin umfaßt

eine Belichtungsanordnung, die in den Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls selektiv einführbar ist, und die funktionsfähig ist, eine definierte numerische Apertur einzustellen, um die ausgewählte numerische Apertur des Belichtungsgeräts zu simulieren; und

eine Sammelanordnung zum Einstellen einer numerischen Sammelapertur des transmittierten Lichts.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird obige Belichtungsanordnung oder eine zweite Apertur in den Strahlengang eingeführt, um die Effekte des Photolacks im lithographischen Prozeß zu simulieren.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Form des Belichtungsstrahls von einem gaußschen Profil zu einem Flat-Top-Profil verändert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das System gesteuert zu defokussieren oder einige optische Elemente aus ihren vorherigen Positionen zu bewegen, um den Strahl auf dem Retikel effektiv zu erweitern.

Eine rotierende Streuscheibe kann in einer Ebene eingeführt werden, in der der optische Strahl einen sehr kleinen Momentandurchmesser aufweist, so daß sie die zeitliche und räumliche Kohärenz des Strahls auf dem Retikel vermindert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfaßt die Belichtungsanordnung eine Apertur, die ebenfalls die Eigenschaften eines Strahlformers aufweist, so daß das Profil des einfallenden Strahls von einem gaußschen Profil zu einem Flat-Top-Profil geändert werden kann. Der Sammelkanal beinhaltet weiterhin eine vor dem Lichtsensor angeordnete Sammelanordnung zum Einstellen der numerischen Apertur des Sammelobjektivs. Mit anderen Worten kann die Kohärenz des Lichts im Untersuchungssystem mittels des geeigneten Auswählens der Belichtungs- und Sammelaperturen auf diejenigen eines ausgewählten Belichtungsgeräts eingestellt werden.

Auf diese Weise wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein System zur automatischen optischen Untersuchung eines Retikels, das in einem ausgewählten Belichtungsgerät mit einer ausgewählten Lichtfrequenz und einer ausgewählten Lichtkohärenz verwendet werden soll, bereitgestellt, wobei das System in einem direkten Untersuchungsmodus und einem Raumbild-Untersuchungsmodus arbeitet, wobei das System umfaßt:

eine Scanvorrichtung, der das Retikel mit einem Lichtpunkt eines Lichtstrahls scannt und durch das Retikel transmittierte Lichtkomponenten erzeugt;

eine Objektivoptik, die im Strahlengang des Lichtpunkts angeordnet ist und eine inhärente numerische Apertur für hochauflösende Belichtung aufweist;

eine Belichtungsanordnung, die selektiv in den Strahlengang des Lichtpunkts einführbar ist, um die effektive numerische Apertur der Objektivoptik während des Raumbild-Modus zu verändern;

eine Sammelanordnung in der Erfassungseinheit, die zumindest transmittierte Lichtkomponenten empfängt und dafür repräsentative Daten erzeugt.

Vorzugsweise beinhaltet die Analyse der Daten, die zumindest die transmittierten Lichtkomponenten repräsentieren, den Vergleich von Daten, die zumindest einige der aufeinanderfolgend gescannten Merkmale auf dem Retikel repräsentieren, mit einander. Dies ist das sogenannte „Plättchen-zu-Plättchen"-Signalverarbeitungsverfahren.

Die Belichtungsanordnung kann eine Belichtungsapertur, z.B. eine Off-Axis-Apertur wie einen Quadrupol umfassen. Die Belichtungsapertur kann strahlformende Eigenschaften, wie beispielsweise ein diffraktives optisches Element, das ein Flat-Top-Profil bereitstellt, umfassen. Vorzugsweise vermindert die Apertur die numerische Apertur der Belichtung um ungefähr das Vierfache, wobei sie die Belichtung niedrigerer numerischer Apertur eines Steppers simuliert.

Vorzugsweise umfaßt die Belichtungsanordnung einen Satz verschiedener Aperturen. Demgemäß kann das System den Arbeitsweisen verschiedener interessanter Stepper durch das Auswählen der Belichtungsaperturtypen gleichen.

Die Sammelanordnung beinhaltet vorzugsweise eine Lichtsammelapertur, die vorzugsweise die numerische Sammelapertur von beispielsweise 1,2 bis 0,2 bereitstellt.

Die Erfassungseinheit umfaßt zumindest einen Lichtsensor, der im Strahlengang des durch das Retikel transmittierten Lichts angeordnet ist, wobei es sich vorzugsweise um einen Photomultiplier (PMT) handelt.

Das System kann zusätzlich eine Dunkelfeld-Untersuchung nutzbar machen. Dazu umfaßt die Erfassungseinheit zumindest einen zusätzlichen Lichtsensor, der so angeordnet ist, daß er Licht sammelt, das von dem Belichtungspunkt auf dem Retikel gestreut wurde.

Zusätzlich kann das System zur Beschleunigung der Untersuchung eine sogenannte Multispot-Technik nutzen. Zu diesem Zweck beinhaltet die Scanvorrichtung weiterhin einen Strahlteiler, wodurch zumindest ein zusätzlicher Scanstrahl bereitgestellt wird. In diesem Fall umfaßt die Erfassungseinheit zumindest einen zusätzlichen Lichtsensor zum Empfangen von Lichtkomponenten, die durch einen von dem zusätzlichen Strahl belichteten Punkt transmittiert wurden, sowie eine Linse zum separieren der zwei Strahlen zu den zwei Lichtsensoren.

Genauer gesagt wird die vorliegende Erfindung zur Untersuchung der Retikel verwendet, die zum mustern des Wafers während des photolithographischen Prozesses verwendet werden, und wird von daher im weiteren in Bezug auf diese Anwendung beschrieben. Es sollte beachtet werden, daß die Begriffe „Retikel" und „Maske" hierbei austauschbar verwendet werden.

Um die Erfindung zu verstehen und zu sehen, wie sie in der Praxis ausgeführt werden kann, wird nun ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei es sich lediglich um ein nicht beschränkendes Beispiel handelt. Dabei zeigt:

1 schematisch ein System gemäß dem Stand der Technik;

2 schematisch die Hauptkomponenten eines optischen Untersuchungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

3a einen Satz verschiedener Belichtungsaperturen, die geeignet sind, in dem System gemäß 2 verwendet zu werden;

3b graphisch die Hauptlehren einer Apodisierungsapertur, die das Profil eines Laserstrahls beeinflußt und geeignet ist, in einem System gemäß 2 verwendet zu werden;

4 schematisch die Arbeitsweise des Systems gemäß 2; und

5 die Hauptkomponenten eines optischen Systems gemäß einem anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Genaue Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

2 zeigt ein beispielhaftes optisches Untersuchungssystem 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Ausführungsbeispiel der 2 behält viele der Elemente des Systems gemäß 1 bei, weshalb ähnliche Elemente mit demselben Bezugszeichen mit einer vorangestellten „2" bezeichnet sind. Aufgrund der speziellen Konstruktion dieses Ausführungsbeispiels kann das System gemäß 2 in zumindest zwei Modi betrieben werden: einem herkömmlichen Untersuchungsmodus und einem Raumbild-Modus. In dem herkömmlichen Untersuchungsmodus werden dieselben Elemente wie in 1 verwendet, um eine herkömmliche Untersuchung auszuführen, d.h. Verwendung eines Lichtpunkts, um ein hochaufgelöstes Transmissionsbild des Retikels zu erhalten, und um das Bild mit einer Datenbank zu vergleichen oder einen Plättchen-zu-Plättchen-Vergleich durchzuführen.

Wie bekannt ist und auch aus den 1 und 2 ersehen werden kann, weist die Belichtungsoptik in einem „flying spot"-System eine hohe NA, hochauflösende Eigenschaften, auf, so daß ein kleiner Punkt auf dem Retikel belichtet wird. Dann sammelt ein Sensor, wie etwa ein PMT, sämtliches Licht, das er empfängt, und wird periodisch abgefragt. Die Größe des Punkts und die Abtastzeit bestimmen die Pixelgröße und -auflösung. Dies steht im Kontrast zu abbildenden Optiken, wie im MSM100, bei denen die Belichtungsoptik von geringer Auflösung ist, aber die Sammeloptik eine hohe Auflösung aufweist und die Pixelgröße und -auflösung steuert.

Die neue Verwendung des Systems zur Ausführung eines Raumbild-Modus wird nun unten beschrieben.

Einleitend sollte bemerkt werden, daß die Lichtquelle 230 vorzugsweise bei einer Wellenlänge arbeiten sollte, die mit der vergleichbar ist, die typischerweise in einem interessanten Stepper verwendet wird. Beispielsweise kann eine Quecksilber-Bogenlampe für die i-Linie bei 265 nm für die 0,50 bis 0,30 Micron Bemessungsregel-Technologie verwendet werden, während ein Laser (z.B. ein Krypton- oder Argon-Excimer) im DUV-Bereich für die 0,25 bis 0,08 Bemessungsregel-Technologie verwendet werden kann. Dies wird die Auflösung sowohl im herkömmlichen als auch im Raumbild-Untersuchungsmodus verbessern. Zusätzlich würde die Verwendung einer Wellenlänge, die mit der im Photolithographiegerät verwendeten vergleichbar ist, ein „realistischeres" Raumbild liefern.

Wie in 2 gezeigt ist, kann eine Apertur 265 selektiv angeordnet werden, so daß die effektive NA der Objektivlinse 260 (die im allgemeinen mit NAm bezeichnet wird) verändern. Im allgemeinen weist die Objektivlinse 260 eine relativ große Apertur (z.B. 0,6) auf, die gewählt wird, um eine hohe Auflösung bereitzustellen, wenn die Apertur 265 entfernt wird, um so maximale Auflösung während des herkömmlichen Untersuchungsmodus bereitzustellen. Wenn jedoch der Raumbild-Modus verwendet wird, ist es erwünscht, die NAm des Untersuchungssystems mit der des Belichtungsgeräts, z.B. 0,12, in Übereinstimmung zu bringen. Auf diese Weise vermindert die Apertur 265 die effektive NAm von 0,6 auf 0,12.

Wie in 3a gezeigt ist, kann ein Satz verschiedener Aperturen bereitgestellt werden – vier in dem vorliegenden Beispiel, 28A, 28B, 28C und 28D. Die Aperturen 28A28C sind ringförmige Aperturen, und die Apertur 28D ist eine Quadrupol-Off-Axis-Apertur, die eine Verbesserung der Tiefenschärfe (DOF) ermöglicht. Eine ausgewählte dieser Aperturen kann in den Strahlengang des Laserstrahls B0 eingeführt werden. Natürlich können auch andere Aperturen in Abhängigkeit von der speziellen gewünschten Belichtung gewählt werden. Eine modifizierte Apertur oder eine zweite können verwendet werden, um die Lichtpunktform zu verändern, so daß das auch Bild die Effekte des Photolacks simuliert.

Zusätzlich ist es erwünscht, die Form des Lichtstrahls so zu ändern, daß sie mehr der eines Belichtungsgeräts ähnelt. Dazu kann die Belichtungsapertur 265 als ein diffraktives optisches Element oder eine geeignete Apodisierungsapertur ausgebildet sein, was auch die Form des einfallenden Strahls beeinflußt. Vorzugsweise stellt die Apertur 265 einen Flat-Top-Strahl bereit, d.h. einen Strahl mit gleichförmiger Intensitätsverteilung über den Strahlquerschnitt. 3b zeigt Profile I1 und I2 des Laserstrahls B0 in der Retikelebene (d.h. der Untersuchungsebene) jeweils mit und ohne die geeignete Apodisierungsapertur. Wie bekannt ist, weist der primäre Laserstrahl eine gaußsche Intensitätsverteilung auf, Profil I1. Um den gaußschen Strahl in einen Flat-Top-Strahl mit Profil I2 umzuwandeln, kann die Apertur 265 wie ein diffraktiver optischer Strahlformer konzipiert sein, der die Ausbreitungsphasenmuster vor der Beugungsfokussierung verändert. Dieser Strahlformer ist in einer allgemeinen Klasse von beugenden optischen Elementen enthalten, die unter Verwendung von computer-generierten Hologrammen, Photolithographie und Ionenätzen oder anderen Verfahren hergestellt werden können.

Im allgemeinen besteht eine große Auswahl an strahlformenden Techniken, die darauf gerichtet sind, einen gaußschen Strahl in einen Flat-Top-Strahl umzuwandeln. Das direkte Abschneiden des gaußschen Strahls mit einer Apertur ist ein geradliniger Ansatz. Der gaußsche Strahl kann mit einem neutralen Dichtefilter oder einem elektrooptischen Gerät mit einem geeigneten steuerbaren Transversaltransmittanzprofil gedämpft werden. Ein binärer optischer Strahlformer auf verflochtenen Beugungsgittern wandelt einen einfallenden gaußschen strahl in einen ungefähr 1-D sinc2-Funktions-Strahl oder einen 2-D Bessinc2-Funktion-Strahl in seinem Nahfeld um und erzeugt dann einen Flat-Top-Strahl in seinem Fernfeld. Eine andere Strahlformer-Technik beruht auf der Umverteilung der Energie eines gaußschen Strahls mit Prismen oder asphärischen Spiegeln oder asphärischen Linsen.

Weiterhin ist in 2 eine Sammelapertur 275 zum Einstellen der effektiven numerischen Sammelapertur NAcol gezeigt. Typischerweise ist die Apertur 275 so ausgelegt, daß sie die numerische Sammelapertur eines herkömmlichen, auf einem "flying spot" beruhenden Untersuchungssystems auf den dem Stepper zugehörigen Wert von ungefähr 0,15 vermindert. Eine Kondensorlinse 270 wird optional verwendet, um das Licht zu sammeln und auf den Lichtsensor zu richten.

Es kann verstanden werden, daß, wenn die Anperturen 265 und 275 des Systems gemäß 2 in den Strahlengang eingeführt werden, die effektive Optik des Systems der Optik eines Belichtungsgeräts ähnelt, außer daß das System weiterhin das Retikel unter Verwendung eines Lichtpunkts scannt. Folglich kann die auf solche Weise veränderte Optik vorteilhaft dazu verwendet werden, ein Raumbild des Retikels durch serpentinenartiges Scanne des Retikels zu erhalten. Das Raumbild kann dann mit einer modifizierten Datenbank verglichen werden oder auf Plättchen-zu-Plättchen-Art ausgewertet werden. Während des Betriebs kann der Anwender die Untersuchung des gesamten Retikels im herkömmlichen Modus wünschen, dann in den Raumbild-Modus umschalten und das gesamte Retikel im Raumbild-Modus untersuchen. Alternativ dazu kann der Anwender, da der Aufbau des Retikels bekannt ist, wünschen, den Raumbild-Modus lediglich in Bereichen mit dichteren Merkmalen, dichten OPCs oder phasenschiebenden Merkmalen, zu verwenden. Zusätzlich kann der Anwender wünschen, den Raumbild-Modus zu verwenden, um Bereiche, die während des herkömmlichen Untersuchungsmodus als vermutlich fehlerhaft angezeigt wurden, noch einmal mit dem Raumbild-Modus zu untersuchen.

Bei beiden, dem herkömmlichen und dem Raumbild-Modus, wird das Retikel unter Verwendung eines "flying spot" gescannt. Obwohl ein solches Scannen im Stand der Technik bekannt ist, wird es hier der Vollständigkeit halber zusammengefaßt. Wie in 4 gezeigt ist, scannt der Scanner 240 den Strahl in der "fast scan"-Richtung, um einen Streifen 400 des Retikels zu scannen, während die Plattform 220 in der langsamen Scanrichtung bewegt wird, um ein Feld 420 auszufüllen. Unter Verwendung einer Serpentinenbewegung kann das gesamte Retikel untersucht werden.

Wiederum mit Bezug auf 2 wird dort ein optischer Strahlkohärenzverminderer 235 als optionale Ausstattung gezeigt. Der optische Strahlkohärenzverminderer wird im Raumbild-Modus verwendet, um beim Strahlformen zu unterstützen, so daß mehr einem Belichtungsgerät geähnelt wird. Genauer gesagt kann der optische Strahlkohärenzverminderer in Verbindung mit der Apertur 265 verwendet werden, um eine Belichtung des Retikels bereitzustellen, die die von einem Belichtungsgerät bereitgestellte Belichtung simuliert.

Ein optischer Strahlkohärenzverminderer kann in Form einer rotierenden Scheibe hergestellt sein. Es kann leicht zerstreuendes geschliffenes oder geätztes oder gefrästes Glas sein oder auch ein beugender Diffusor mit geeignetem Streuwinkel und phasenschiebendem Muster. Vorzugsweise rotiert die Scheibe so, daß sich die Oberfläche in der zur Bewegung des Laserscannstrahls entgegengesetzten Richtung bewegt. Sie wird bevorzugt an einer Stelle eingefügt, wo der Laserstrahl klein ist, und nicht an einer Stelle, die auf die Objektivlinse abgebildet wird.

Um die Größe des Lichtpunkts zu ändern kann das System einfach defokussiert werden oder einige Elemente können bewegt werden. Das heißt, daß das System gemäß 2 mit einer herkömmlichen geeigneten Autofokusanordnung (nicht speziell gezeigt) ausgestattet ist, die darauf gerichtet ist, die Untersuchungsebene des Retikels in der Brennebene der Objektivlinse 260 zu halten. Dies wird im allgemeinen dadurch erreicht, daß eine Bewegung der Plattform in der Z-Achse bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann der Autofokus gesteuert werden, das System zu defokussieren, um effektive Aufweitung des Strahls herzustellen. Zum Beispiel kann die Plattform um einen spezifischen Abstand unterhalb des Brennpunkts der Linse 260 abgesenkt werden.

Weiterhin ist in 2 ein Dunkelfeldsensor 215 gezeigt, der in jedem Betriebsmodus des Systems einsetzbar sein kann. Wenn der Lichtstrahl auf einen transparenten Bereich der Maske 210 auftrifft, wird das Licht dort hindurch transmittiert. Auf der anderen Seite wird es zurück reflektiert und durch die Objektivlinse 260 gesammelt, wenn der Lichtstrahl auf einen reflektierenden Chrombereich der Maske auftrifft. Unter diesen beiden Umständen erfaßt der Dunkelfeldsensor kein licht und erzeugt kein Signal. Wenn sich jedoch auf dem transparenten oder dem reflektierenden Bereich ein Teilchen befindet, wird der Lichtstrahl durch das Teilchen in verschiedene Richtungen gestreut, und ein Teil dieses gestreuten Lichts wird vom Dunkelfeldsensor 215 erfaßt. Auf diese Weise wird ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis für die Erfassung von auf der Maske befindlichen unerwünschten Teilchen erzeugt.

Nun wird Bezug genommen auf 5, die ein optisches Untersuchungssystem 500 zeigt, das gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet und betrieben ist. Das System 500 ist darauf gerichtet, den Untersuchungsvorgang durch Verwendung einer Multibeam-Scanvorrichtung – zwei Strahlen im vorliegenden Beispiel – zu beschleunigen. Die Scanvorrichtung umfaßt einen Strahlteiler und einen Multibeam-Steuermechanismus 505, die zwischen der Laserquelle 530 und dem Ablenkelement 540 angeordnet sind. Der Mechanismus 505 teilt den primären Laserstrahl B0 in zwei räumlich getrennte Strahlen B(1)0 und B(2)0. Die Strahlen sind voneinander entlang der X-Achse getrennt, d.h. senkrecht zur Scanrichtung, und belichten jeweils zwei räumlich getrennte Punkte S1 und S2 auf dem Retikel 510. Die Kondensorlinse 570 ist im Strahlengang der Lichtkomponenten B(1)0 und B(2)0 angeordnet, die durch die Punkte S1 und S2 transmittiert werden und von der Apertur 575 gesammelt werden. Eine Erfassungseinheit umfaßt zwei Detektoren 580A und 580B zum jeweiligen Empfangen dieser Lichtkomponenten B(1)0 und B(2)0 und zum Bereitstellen eines entsprechenden Signals an den Prozessor 515.

Der Aufbau des Mechanismus 505 bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung und kann von jeder bekannten Art und Weise sein. Zum Beispiel kann er einen Strahlteiler und einen Spiegel enthalten, die im Strahlengang eines der Strahlen, die durch den Durchgang des primären Strahls B0 durch den Strahlteiler erzeugt werden, angeordnet sein. Im allgemeinen verwendet der Mechanismus 505 eine geeignete Anzahl von Strahlteilungsmitteln, wie etwa Prismen, teildurchlässige Spiegel etc., und Mittel zum Einstellen der Länge des Strahlengangs der Strahlen, z.B. eine Planparallelplatte, um so auf dem Ablenkelement gleichzeitig aufzutreffen. Solche Multibeam-Scanmechanismen sind beispielsweise in den US-Patenten Nr. 3,725,574 und 5,210,635 offenbart.

Das Ablenkelement 540, z.B. ein rotierender Spiegel oder ein akustooptischer Ablenker (AOD), lenkt die Strahlen B(1)0 und B(2)0 ab und bewirkt, daß sie jeweils aufeinanderfolgende Punkte S1 und aufeinanderfolgende Punkte S2 auf dem Retikel 510 innerhalb voneinander beabstandeter paralleler identischer Scanpfade, die entlang der Y-Achse verlaufen, scannen. Die Scanpfade 520A und 520B werden von Bereichen jeweils aufeinanderfolgender belichteter Punkte S1 und S2 gebildet (das Scannen dieser Punkte ist in 5 übertrieben dargestellt). Zu jedem Zeitpunkt wird ein Paar belichteter Punkte S1 und S2 untersucht, während an jedem Relativort auf dem Retikel relativ zur Linse 510 ein Paar Scanpfade untersucht werden.

Es muß bemerkt werden, daß, obwohl nicht ausdrücklich gezeigt, die Prozessoreinheit 515 einen Speicher und Programmiermittel zum Sammeln und analysieren von Daten, die von den Detektoren stammen, umfassen. Die Analyse der empfangenen Daten beinhaltet Plättchen-zu-Plättchen- und/oder Plätchen-zu-Datenbank-Vergleiche. Die Verwendung des Dunkelfeldsensors ermöglicht die gleichzeitige Retikeluntersuchung auf Muster- und Teilchenfehler. Die Analyse der empfangenen Daten beinhaltet weiterhin den Vergleich von Daten, die das ins Dunkelfeld getreute Licht repräsentieren, und von Daten, die das transmittierte Licht repräsentieren. Dieser Transmission-zu-Reflexion-Vergleich ist auf das Erfassen sogenannter "weicher Fehler", wie etwa Teilchen, beschädigte Antireflexionsbeschichtung, Photolackreste etc., gerichtet. Da die Plättchen-zu-Plättchen- und die Transmission-zu-Reflexion-Verarbeitung nicht zur selben Zeit erfolgen, können sie durch dasselbe Bildverarbeitungsmodul ausgeführt werden.

Für den Durchschnittsfachmann ist leicht verständlich, daß zahlreiche Modifikationen und Veränderungen an den vorhergehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von ihrem Geltungsbereich, wie er in und durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist, abzuweichen. Zum Beispiel hängen solche Betriebsparameter wie Lichtfrequenz, numerische Apertur und Kohärenz von denen des interessierenden Steppers ab. Das Ablenkelement kann von irgendeiner bekannten Art sein. Die Belichtungsapertur kann auch von irgendeiner bekannten Art sein und ist vorzugsweise in der Lage, einen Flat-Top-Strahl bereitzustellen.


Anspruch[de]
  1. System zur automatischen optischen Prüfung eines Retikels, das in einem ausgewählten photolithographishen Belichtungsgerät, das mit einer ausgewählten Lichtfrequenz und einer ausgewählten numerischen Apertur und Kohärenz des Lichts arbeitet, verwendet wird, wobei das System umfaßt:

    eine Lichtquelle (230, 530) zur Bereitstellung eines Lichtstrahls;

    eine Scanvorrichtung (240, 540) zum Empfangen des Lichtstrahls und zum Scannen des Lichtstrahls, um einen Lichtpunkt über dem Retikel zu erzeugen;

    eine Objektivoptik (260,560) mit einer definierten numerischen Apertur für hochauflösende Belichtung;

    eine Erfassungseinheit umfassend einen Lichtsensor (280, 580) zum Empfangen von durch das Retikel hindurch transmittierten Lichts und zum Erzeugen von dies repräsentierenden Daten;

    eine Prozessoreinheit (515), die mit dem Lichtsensor verschaltet ist, um auf die Daten anzusprechen, um sie zu analysieren, und zum Erzeugen von Daten, die Fehler auf dem Retikel anzeigen;

    dadurch gekennzeichnet, daß das System weiterhin umfaßt

    eine Belichtungsanordnung (265, 565), die in den Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls selektiv einführbar ist, und die funktionsfähig ist, eine definierte numerische Apertur einzustellen, um die ausgewählte numerische Apertur des Belichtungsgeräts zu simulieren; und

    eine Sammelanordnung (270, 270) zum Einstellen einer numerischen Sammelapertur des transmittierten Lichts.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Lichtquelle (230, 530) einen kontinuierlichen UV-Laser umfaßt.
  3. System gemäß Anspruch 2, wobei der kontinuierliche UV-Laser ein frequenzverdoppelter Argon Laser oder ein frequenzverdoppelter und parametrisch gemischter Festkörperlaser ist.
  4. System einem einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend einen optischen Strahlkohärenzverminderer (235).
  5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Belichtungsanordnung eine Belichtungsapertur (265, 565) zum Einstellen der definierten numerischen Apertur umfaßt und wobei die Sammelanordnung weiterhin eine Sammelapertur (275, 575) zum Einstellen der numerischen Sammelapertur des transmittierten Lichts umfaßt.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die Belichtungsapertur (265, 565) eine Off-Axis-Apertur umfaßt.
  7. System nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei die Belichtungsanordnung einen Satz mehrerer verschiedener Aperturen umfaßt, die eingerichtet sind, um in den Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls selektriv eingeführt zu werden.
  8. System nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Belichtungsapertur (265, 565) einen Strahlformer umfaßt, der ein gaußsches Profil des Laserstrahls in ein Flat-Top-Profil umwandelt.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der Strahlformer ein diffraktives optisches Element ist.
  10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinheit eine Photomultiplierröhre umfaßt, die so aufgenommen ist, daß sie die transmittierten Lichtkomponenten empfängt.
  11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen zweiten Lichtsensor (290) zum Empfangen von Lichtkomponenten, die von dem Lichtpunkt auf dem Retikel reflektiert wurden, und zum Erzeugen von dies repräsentierenden Daten, die von der Prozessoreinheit empfangen und analysiert werden.
  12. System gemäß Anspruch 11, wobei der zweite Lichtsensor (290) eine Photomultiplierröhre ist.
  13. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen Dunkelfeldsensor (215) zum Empfangen von Lichtkomponenten, die von dem Lichtpunkt auf dem Retikel gestreut wurden, und zum Erzeugen von dies repräsentierenden Daten, die von der Prozessoreinheit empfangen und analysiert werden.
  14. System gemäß Anspruch 13, wobei der Dunkelfeldsensor (215) eine Photomultiplierröhre ist.
  15. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Scanvorrichtung (540) eine Strahlteilungsanordung zum Teilen des durch die Lichtquelle (530) bereitgestellten Lichtstrahls in zumindest zwei räumlich getrennte einfallende Lichtstrahlen umfaßt, wobei das System angepaßt ist, in einem Vielpunkt-Scanmodus zu arbeiten.
  16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sammelanordnung umfaßt

    eine zwischen dem Retikel und dem Lichtsensor (280, 580) angeordnete Sammellinse (270, 570) zum Empfangen des transmittierten Lichts; und

    eine Sammelaperturanordnung (275, 575) zum Einstellen der effektiven numerischen Apertur der Sammellinse.
  17. System nach Anspruch 16, wobei die Sammelaperturanordnung (275, 575) mehrere Aperturen umfaßt, die zum Einstellen der effektiven numerischen Apertur der Sammellinse (270, 570) auswählbar sind.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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