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Dokumentenidentifikation DE10115888B4 01.06.2006
Titel Verfahren zur Einzelmaskenkalibrierung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Schätz, Thomas, 84428 Buchbach, DE;
Dietrich, Ralf, 81547 München, DE;
Rotsch, Christian, 80687 München, DE;
Ludwig, Ralf, 81547 München, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 30.03.2001
DE-Aktenzeichen 10115888
Offenlegungstag 24.10.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse G12B 21/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G12B 21/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G03F 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01N 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einzelmaskenkalibrierung für Masken, deren Strukturflanken von Maske zu Maske schwankende Flankenwinkel haben und die AFM-(Atomic Force Microscope) oder SEM-(Scanning Electron Microscope) Messungen oder dergleichen unterworfen werden.

CD-(Critical Dimension)Messungen an Fotomasken werden bekanntlich mit optischen Messgeräten (Messtools, wie beispielsweise Mue Tec) im Durchlicht vorgenommen, um so das CD-Maß einer bestimmten Struktur der Fotomaske, wie beispielsweise einer Linie, am Fuß dieser Struktur zu messen. Das auf diese Weise erhaltene Maß der Struktur ist für die Abbildung dieser Struktur auf einen Wafer relevant.

Infolge der ständig kleiner werdenden Strukturgrößen, wie beispielsweise schmaler werdenden Breiten der Strukturen von Leiterbahnen, sind optische Messtools nicht mehr ausreichend. Dies gilt insbesondere auch für OPC (optical proximity correction), bei der Merkmale und Eigenschaften von Strukturen gemessen werden, die unterhalb der optischen Auflösung liegen. Daher werden hier zunehmend CD-AFMs und CD-SEMs eingesetzt.

Nun ist aber zu beachten, dass die Strukturen von Fotomasken, die gewöhnlich aus Chrom oder Molybdänsilizid (MoSi) hergestellt sind, keine senkrechten Strukturflanken aufweisen. Vielmehr schwanken, abhängig von den zur Herstellung der Strukturen der Fotomasken eingesetzten Trockenätzprozessen, die Flankenwinkel von Einzelmaske zu Einzelmaske im Bereich zwischen etwa 70° und 80°. Mit anderen Worten, da die Flanken der Strukturen einer Maske im allgemeinen nicht senkrecht sind, messen beispielsweise SEM und AFM einerseits und Mue Tec andererseits unterschiedliche CD-Werte. Während nämlich bei lichtoptischen Messungen der Kanteneinfluss auf den CD-Wert ins Ergebnis einfließt, messen CD-SEMs nur die Oberkante von Strukturen, was einen CD-Wert ergibt, der für eine Lithografie auf einem Wafer nicht relevant ist. CD-AFMs werfen ähnliche Probleme auf, da deren Messspitzen bzw. Tips an ihrem Fuß eine Rundung mit einem Radius über 30 nm aufweisen, so dass die unteren 30 nm von beispielsweise 100 nm hohen Maskenstrukturen einer Messung wie beim SEM nicht zugänglich sind.

In 3 ist schematisch der bei einer optischen Messung eines Fensters W in einer auf einer lichtdurchlässigen und beispielsweise aus Glas bestehenden Substrat U aufgebrachten Struktur erhaltene Offset bzw. Versatz Oin Bezug auf eine SEM-Messung dargestellt. Das Substrat U und die darauf angebrachte Struktur mit dem Fenster W bilden eine Maske M. Bei dieser SEM-Messung wird ein SEM-Profil erhalten, das den oberen Rand des Fensters W in der Maske M und nicht den für die Lithografie auf einem Wafer wesentlichen unteren Rand dieses Fensters W abbildet.

In 4 sind diese Verhältnisse nochmals schematisch zusammengefasst: das durch SEM-Messung erhaltene Maß D2 des Fensters W ist um 2 O größer als das relevante und durch optische Messung gewonnene Maß D1. Bei einer im Durchlicht erhaltenen hellen Struktur muss also von allen SEM-Maßen D2 der Offset 2 O subtrahiert werden, um das für Lithografie tatsächlich relevante Maß D1 zu gewinnen. Bei dunklen Strukturen (vgl. 5) muss dagegen zu dem durch SEM-Messung erhaltenen Maß D2 ein Offset 2 O addiert werden, damit das relevante Maß D1 am Fuß der Struktur der Maske M erhalten wird.

6 veranschaulicht das Prinzip einer AFM-Messung: eine Messspitze S, in welcher eine Testspitze mit einer Rundung R in der Größenordnung von 30 nm auf- und abwärts beweglich ist, tastet die Struktur, beispielsweise das Fenster W einer Maske M, ab. Damit können die unteren 30 nm der Höhe des Fensters W der beispielsweise insgesamt 100 nm dicken Struktur nicht vermessen werden.

Obwohl an sich die obigen Zusammenhänge bzw. Unterschiede zwischen den durch SEM- bzw. AFM-Messung und optischer Messung erhaltenen Werte dem Fachmann geläufig sind, gibt es bisher keine Möglichkeit, CD-SEMs und CD-AFMs so zu kalibrieren, dass die für die Lithografie wesentlichen Werte D1 erhalten werden. Vielmehr werden bisher die Offsets O schlicht nicht berücksichtigt.

Es hat sich aber gezeigt, dass speziell bei feinen Strukturen die Berücksichtigung eines Offsets vorteilhaft wäre. 7 zeigt hierfür ein Beispiel: eine in Volllinie dargestellte Maske kann zu einer Struktur mit Rundungen in den Ecken auf einem Wafer führen. Soll diese Struktur genau rechteckig sein, so muss die Maske in ihren Ecken mit in Strichlinien angedeuteten Ausnehmungen versehen werden. Diese Ausnehmungen lassen dann eine in Strichlinien gezeigte Rechteck-Struktur auf dem Wafer entstehen.

Für lichtoptische Messungen gilt derzeit der so genannte NIST-Standard (NIST = National Institute for Standardisation Technology, USA). Ein solcher Standard ist für SEM- bzw. AFM-Messungen nicht vorhanden.

Im Einzelnen wird in Ruhl, G., u.a.: Chrome dry etch process characterization using surface nanoprofiling. In: Proc. SPIE, Vol. 4186 (2000), Seiten 97–107, auf die Problematik schräger Seitenwände bei Masken und Resistschichten eingegangen. Dabei wird insbesondere betont, dass die Neigung dieser Seitenwände bei CD-Messungen bzw. Ätzungen berücksichtigt werden muss. Als Lösung für dieses Problem wird der Einsatz eines sogenannten SNP (Scanning Nano Profilers) empfohlen.

Weiterhin ist aus Allen R.A., u.a.: Comparisons of measured linewidth of sub-micrometer lines using optical, electrical, and SEM metrologies. In: Proc. SPIE, Vol. 1926 (1993), Seiten 33–43, bekannt, dass lichtoptische, elektrische und SEM-Messungen zu "systematischen und uniformen Offsets" zwischen den verschiedenen Techniken führen.

Weiterhin gibt in diesem Zusammenhang Jones, S.K., u.a.: Comparison of metrology methods for measurement of micron and submicron resist and polysilicon features. In: Proc. SPIE, Vol. 1261 (1990), Seiten 53–62, einen Überblick über einen Vergleich verschiedener Messmethoden, wie beispielsweise einer Messung mittels eines UV-Zaser-Steppers, SEM-Messungen, Rasterelektronenmikroskop-Messungen usw. Ähnliches gilt auch für Mirande, W., u.a.: Accuracy in critical dimension measurements on integrated circuits and photomasks. In: Microelectron. Eng., Vol. 30, 1–4 (1996), Seiten 587–591, wo ein Vergleich zwischen AFM-Messungen und lichtoptischen Messungen vorgenommen wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Vermessung von Masken zu schaffen, das bei SEM- oder AFM-Messungen ein Rückführen dieser Messungen auf den NIST-Standard erlaubt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil enthaltenen Merkmale gelöst.

Die Erfinder haben zunächst als erste erkannt, dass die Flankensteilheit bei Masken prozessbedingt von Maske zu Maske variiert, jedoch bei jeder einzelnen Maske im Wesentlichen konstant ist. Indem der Offset O zwischen optischer Messung, beispielsweise &mgr;tec-Messung, und SEM- oder AFM-Messung für jede Einzelmaske neu bestimmt wird, ist es somit möglich, eine Einzelmaskenkalibrierung vorzunehmen, die zu Ergebnissen führt, welche auf den NIST-Standard rückführbar sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit jede Einzelmaske an isolierten Strukturen, beispielsweise an ein Kreuz bildenden isolierten Linien, vermessen, wobei diese Linien Balkenbreiten von z. B. 1 &mgr;m haben können. Diese Linien werden auch als PCI (Position Control Indicator) bezeichnet. Zunächst werden diese PCIs mit einem lichtoptischen Messtool vermessen. Ein CD-SEM oder ein CD-AFM misst dann dieselben Linien bzw. denselben PCI. Der auf diese Weise erhaltene Offset zwischen optischer Messung und SEM- bzw. AFM-Messung dient dann als Kalibrierkonstante für anschließende, weitere SEM- bzw. AFM-Messungen an beispielsweise Zellenfeld oder OPC-Strukturen, an denen das lichtoptische Messtool nicht kalibriert messen kann, da diese Strukturen unterhalb des Auflösungslimits liegen, wie beispielsweise die in 7 in Strichlinien der Maske gezeigten Eckstrukturen.

Es hat sich gezeigt, dass mit der so erhaltenen kalibrierten SEM- bzw. AFM-Messung beispielsweise Kanteneffekte ohne weiteres berücksichtigt werden können. Damit ist es möglich, SEM- oder AFM-Messungen auf den NIST-Standard zurückzuführen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können prozessbedingte Abhängigkeiten der Flankensteilheit von der Orientierung der einzelnen Strukturen und auch möglicherweise vorhandene, so genannte x-y-Effekte im Messtool, wie beispielsweise Polarisationseffekte bei &mgr;tec-Messungen berücksichtigt werden.

Auch ist das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auf so genannte helle Strukturen und dunkle Strukturen anwendbar: wird ein positiver Offset zu allen SEM- bzw. AFM-Maßen dunkler Strukturen addiert und von allen SEM- bzw. AFM-Maßen heller Strukturen subtrahiert, so wird sofort das CD-Maß am Fuß dieser Strukturen erhalten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

2 eine Draufsicht auf eine Vielzahl von Masken,

3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Offsets zwischen einer SEM-Messung und einer optischen Messung,

4 eine Maske mit heller Struktur,

5 eine Maske mit dunkler Struktur,

6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer AFM-Messung und

7 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Zusammenhanges zwischen einer Maske und einer mit dieser auf einem Wafer gewonnenen Struktur.

Die 3 bis 7 sind bereits eingangs erläutert worden. In den Figuren sind einander entsprechende Bauteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

1 zeigt eine Maske M mit einer kreuzförmigen Struktur als PCI. Dieser PCI besteht aus einem Fenster W in der Form von zwei sich kreuzenden Balken, die eine Balkenbreite von beispielsweise etwa 1 &mgr;m haben. Die Maske M selbst ist aus Chrom oder Molybdänsilizid (MoSi) auf einem Glassubstrat U hergestellt und weist im Fenster W Flankenwinkel zwischen 70° und 80° auf, wie dies bereits eingangs erläutert wurde. Die Schichtdicke der Chrom- bzw. MoSi-Schicht kann etwa 100 nm betragen. Selbstverständlich sind hier aber auch andere Maße möglich.

Diese Maske M wird zunächst einer optischen Messung unterworfen, wobei der PCI zur Bestimmung der Struktur des entsprechenden Fensters W ausgewertet wird.

Es schließt sich sodann eine SEM- oder AFM-Messung derselben Einzelmaske M mit dem PCI als zu vermessender Struktur an. Damit wird für den gleichen PCI ein anderer Wert als mit der optischen Messung erhalten.

Mit anderen Worten, wenn die optische Messung die Größe D1 ergeben hat, so wird mit der SEM- oder AFM-Messung dann die Größe D2 erhalten. Aus diesen Größen D1 und D2 kann dann der Offset bzw. Versatz O zwischen optischer Messung und SEM- oder AFM-Messung gewonnen werden. Dieser Offset O ist über der gesamten Einzelmaske M im Wesentlichen konstant, wie Versuche der Erfinder ergeben haben. Mit anderen Worten, der Offset O kann als Kalibrierungskonstante herangezogen werden, wenn in CD-Messungen Zellenfeld- oder OPC-Strukturen (OPC = Optical Proximity Correction) gemessen werden. Mit der Erfindung können so Feinstrukturen FS kalibriert mittels einer SEM- oder AFM-Messung ausgewertet werden, welche einer üblichen optischen Messung nicht zugänglich sind.

2 zeigt eine Draufsicht von einer Vielzahl von Einzelmasken M, die alle nacheinander mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermessen werden, um so für jede Einzelmaske M deren Offset bzw. Kalibrierkonstante zu gewinnen, so dass für diese Einzelmasken M deren Feinstrukturen FS mittels einer SEM- oder AFM-Messung ausgewertet werden können, nachdem zuerst an einem PCI eine optische Messung und sodann am gleichen PCI eine SEM- oder AFM-Messung zur Lieferung des Offset O vorgenommen wurden.

Die Erfindung schafft so ein Verfahren zur SEM- oder AFM-Messung von Feinstrukturen, wobei diese Messung auf den NIST-Standard zurückführbar ist.

Anstelle von AFM- bzw. SEM-Messungen können auch andere Elektronenstrahl-Messverfahren oder ähnliche Messverfahren eingesetzt werden, die eine CD-Metrologie an Fotomasken mit hoher Auflösung und OPC gestatten.

Als PCIs können helle (vgl. 4) oder dunkle (vgl. 5) Kreuze oder ähnliche Strukturen herangezogen werden. In einem konkreten Messprotokoll wird ein PCI optisch vermessen und mit seinen Koordinaten aufgezeichnet. Es folgt sodann die SEM- oder AFM-Messung desselben PCI der gleichen Maske M, wobei auch hier die Koordinaten des PCI aufgezeichnet werden. Mit Hilfe eines entsprechenden Programmes wird aus der Differenz der Messwerte für den gleichen PCI dann der Offset O ermittelt.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Einzelmaskenkalibrierung für Masken (M), deren Strukturflanken von Maske zu Maske schwankende Flankenwinkel haben und die AFM-(Atomic Forces Microscope) oder SEM-(Scanning Electron Microscope)Messungen unterworfen werden,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – jede einzelne Maske (M) zunächst an isolierten Strukturen (PCI) lichtoptisch vermessen wird,

    – sodann dieselben Strukturen (PCI) der jeweiligen Maske (M) einer RFM- oder SEM-Messung ausgesetzt werden und

    – der Offset (O) der Ergebnisse zwischen lichtoptischer Messung und AFM- bzw. SEM-Messung als Kalibrierkonstante für anschließende AFM- bzw. SEM-Messungen an weiteren, lichtoptisch nicht vermessbaren Strukturen (FS) der jeweiligen Masken (M) herangezogen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Strukturen helle Strukturen im Durchlicht oder dunkle Strukturen verwendet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als isolierte Strukturen (PCI) kreuzförmige Strukturen verwendet werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kreuzförmigen Strukturen mit Balkenbreiten von etwa 1 &mgr;m versehen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masken (M) mit einer Schichtdicke von etwa 100 nm versehen werden.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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