DE60103964T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Aberrationen in einem optischen System - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung von Aberrationen in einem optischen System Download PDF

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    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Ermittlung von Abberationen in Verbindung mit optischen Systemen (wie dem Projektionssystem und/oder Strahlungssystem), die in einem Lithographie-Projektionsgerät Projektionsgerät eingesetzt werden, und insbesondere auf das Design, Layout und die Anwendung von Abberationskontrollstrukturen, die zur Kontrolle der Leistung des optischen Systems bei der Herstellung von Halbleiter- (und anderen) Bauteilen genutzt werden können, bei der ein solches Gerät eingesetzt wird. Ein Lithographie-Projektionsgerät weist im Allgemeinen Folgendes auf:
    • – ein Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls;
    • – eine Haltekonstruktion zum Halten einer Musterschablone, die dazu dient, den Projektionsstrahl entsprechend einem gewünschten Muster zu gestalten;
    • – ein Substrattisch zur Aufnahme eines Substrats; und
    • – ein Projektionssystem zur Projektion des entsprechend einem Muster geführten Strahls auf den Zielabschnitt des Substrats.
  • Der hier verwendete Begriff „Musterschablone" sollte umfassend interpretiert werden und bezieht sich auf sämtliche Mittel, die verwendet werden können, um einen eingehenden Strahl mit einem gemusterten Querschnitt entsprechend einem zu versehen, das auf dem Zielabschnitt des Substrats hergestellt werden soll; der Begriff "Lichtventil" kann in diesem Zusammenhang ebenfalls verwendet werden. Im Allgemeinen entspricht das genannte Muster einer speziellen Funktionsschicht in einem Bauteil, die auf dem Zielabschnitt hergestellt wird, wie beispielsweise ein integrierter Schaltkreis oder ein anderes Bauteil (siehe unten). Beispiele für solche Musterschablonen sind:
    • – Eine Maske. Das Konzept einer Maske ist in der Lithographie allgemein bekannt. Es beinhaltet Maskentypen wie beispielsweise binäre Masken mit alternierender Phasenänderung und gedämpfter Phasenänderung sowie verschiedene Hybrid-Maskentypen. Die Anordnung einer solchen Maske im Strahl verursacht eine selektive Übertragung (im Fall einer Übertragungsmaske) oder Reflexion (im Fall einer Reflexionsmaske) der Strahlung, die auf die Maske trifft, entsprechend dem Muster auf der Maske. Im Fall einer Maske handelt es sich bei der Haltekonstruktion im Allgemeinen um einen Maskentisch, der gewährleistet, dass die Maske an der gewünschten Position im eingehenden Strahl gehalten werden kann und dass sie gegebenenfalls in Bezug auf den Strahl bewegt werden kann.
    • – Eine programmierbare Spiegelanordnung. Ein Beispiel für ein solches Bauteil ist eine matrix-adressierbare Oberfläche mit einer viskoelastischen Kontrollschicht und einer reflektierenden Oberfläche. Das Grundprinzip eines solchen Geräts besteht darin, dass (beispielsweise) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche einfallendes Licht als gebeugtes Licht reflektieren, während nicht adressierte Bereiche einfallendes Licht als ungebeugtes Licht reflektieren. Unter Verwendung eines geeigneten Filters kann das genannte ungebeugte Licht aus dem reflektierten Strahl gefiltert werden, wodurch nur das gebeugte Licht zurückbleibt. Auf diese Weise erhält der Strahl ein Muster entsprechend dem adressierten Muster der matrix-adressierten Oberfläche. Die erforderliche Adressierung der Matrix kann mit geeigneten elektronischen Mitteln erfolgen. Weitere Informationen über derartige Spiegelanordnungen sind beispielsweise in den US-Patenten 8.296.891 und 5.523.193 nachzulesen werden, die sich als Referenz im Anhang befinden. Im Falle einer programmierbaren Spiegelanordnung kann die beschriebene Haltekonstruktion beispielsweise als Rahmen oder als Tisch ausgeführt werden, die entsprechend den Anforderungen fest montiert oder beweglich sein können.
    • – Eine programmierbare LCD-Anordnung. Ein Beispiel für eine solche Konstruktion ist im US-Patent 5.229.872 aufgeführt, das sich als Referenz im Anhang befindet. Wie oben bereits erwähnt, ist die Haltekonstruktion in diesem Fall beispielsweise als Rahmen oder Tisch ausgeführt, die entsprechend den Anforderungen fest montiert oder beweglich sein können.
  • Aus Gründen der Vereinfachung kann im folgenden Text an bestimmten Stellen speziell auf Beispiele mit einer Maske und einem Maskentisch verwiesen werden; dennoch sollten die in solchen Fällen angesprochenen allgemeinen Prinzipien im größeren Zusammenhang der hier genannten Musterschablonen gesehen werden.
  • Ein Lithographie-Projektionsgerät kann beispielsweise bei der Herstellung integrierter Schaltkreise (ICs) eingesetzt werden. In einem solchen Fall können die Musterschablonen ein Schaltkreismuster entsprechend einer einzelnen Schicht des IC erzeugen, und dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (beispielsweise einschließlich eines oder mehrerer Chips) auf einem Substrat (Silikon-Wafer) abgebildet werden, das mit einem strahlungsempfindlichen Material (Abdeckung) beschichtet ist. Im Allgemeinen enthält ein einzelner Wafer ein ganzes Netzwerk von angrenzenden Zielabschnitten, die nacheinander einzeln vom Projektionssystem bestrahlt werden. Bei dem vorliegenden Gerät kann durch die Anwendung eines Musters mit einer Maske auf einem Maskentisch eine Unterscheidung zwischen zwei verschiedenen Maschinentypen gemacht werden. Bei einem Typ des Lithographie-Projektionsgeräts wird jeder Zielabschnitt durch die Belichtung des gesamten Maskenmusters auf dem Zielabschnitt in einem Durchgang bestrahlt. Ein solches Gerät wird im Allgemeinen als Waferstepper bezeichnet. In einem alternativen Gerät – im Allgemeinen als Step-Scan-Apparat bezeichnet – wird jeder Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl in einer vorgegebenen Referenzrichtung (der „Scan-Richtung") schrittweise gescannt wird, während der Substrattisch gleichzeitig parallel oder antiparallel zu dieser Richtung gescannt wird. Im Allgemeinen weist das Projektionssystem einen Vergrößerungsfaktor M (allgemein < 1) auf; die Geschwindigkeit V, mit der der Substrattisch gescannt wird, ist ein Faktor M mal der Geschwindigkeit, mit der der Maskentisch gescannt wird. Weitere Informationen zu den hier beschriebenen Lithographie-Geräten sind beispielsweise im US-Patent 6.046.792 nachzulesen, das sich als Referenzdokument im Anhang befindet.
  • Bei einem Herstellungsprozess mit einem solchen Lithographie-Projektionsgerät wird ein Muster in einer Maske (oder anderen Musterschablonen) auf einem Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht strahlungsempfindlichen Materials (Abdeckung) bedeckt ist. Vor diesem Abtastschritt kann das Substrat verschiedenen Verfahren, wie z. B. Grundierung, Beschichtung mit der Abdeckung und einem leichten Brennvorgang unterzogen werden. Nach der Belichtung kann das Substrat anderen Verfahren unterzogen werden, wie etwa Belichtungs-Nachbrennen (PEB), Entwicklung, einem harten Brennvorgang und einer Mes sung/Überprüfung der abgebildeten Features. Diese Anordnung von Verfahren wird als Grundlage genutzt, um die individuelle Schicht eines Geräts zu gestalten, beispielsweise eines integrierten Schaltkreises (IC). Eine derartige Musterschicht kann anschließend verschiedenen Verfahren wie Ätzen, Ionen-Implantation (Doping), Metallisierung, Oxidation, chemisch-mechanisches Polieren usw. unterzogen werden, um eine individuelle Schicht zu erhalten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, muss das gesamte Verfahren oder eine Variante davon für jede neue Schicht wiederholt werden. Schließlich befindet sich eine Anordnung von Bauteilen auf dem Substrat (Wafer). Diese Bauteile werden dann mit Hilfe von Techniken wie Dicen oder Sägen voneinander getrennt, wodurch die einzelnen Bauteile auf einem Träger befestigt oder an Pins usw. angeschlossen werden können. Weitere Informationen zu solchen Prozessen sind beispielsweise in dem Buch „Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", Dritte Ausgabe, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 zu finden.
  • Aus Gründen der Vereinfachung wird das Projektionssystem im Folgenden als „Linse" bezeichnet. Dieser Begriff sollte jedoch umfassend interpretiert werden, da er zahlreiche Arten von Projektionssystemen umfasst, wie etwa refraktive Optiken, Reflexionsoptiken und Katadioptriken. Das Strahlungssystem kann auch Komponenten umfassen, die gemäß diesen Designtypen zur Ermittlung, Formung oder Kontrolle des Projektionsstrahls dienen. Solche Komponenten können im Folgenden als Sammelbegriff oder einzeln ebenfalls als „Linse" bezeichnet werden. Zudem kann das Lithographie-Gerät zwei oder mehrere Substrattische enthalten (und/oder zwei oder mehrere Maskentische). Bei solchen „mehrstufigen" Bauteilen können die zusätzlichen Tische parallel genutzt werden, oder es können vorbereitende Schritte an einem oder mehreren Tischen ausgeführt werden, während ein oder mehrere Tische zur Belichtung eingesetzt werden. Zweistufige Lithographie-Geräte werden beispielsweise in den US-Patenten 5.969.441 und WO 98/40791 beschrieben, die sich im Anhang als Referenz befinden.
  • Zum gegenwärtigen Status der IC-Herstellung sind Lithographie-Prozesse erforderlich, die zur Musterherstellung Linienbreiten von etwa der Hälfte der Belichtungs-Wellenlänge bieten. Zur Erzeugung von 150 nm-Bauteilen wird normalerweise der KrF Excimer-Laser (DUV; 248 nm) als bevorzugte Belichtungsquelle gewählt. Aktuelle Forschungen und Entwicklungen haben weiterhin bewiesen, dass KrF Excimer-Laser auch zur Erzeugung von 130 nm Bauteilen eingesetzt werden können. Dies wurde unter anderem durch die Anwendung von Optimierungstechniken zur Mehrfachauflösung (RET) erreicht, wie beispielsweise gedämpfte Phasenverschiebungsmasken (attPSM) und achsenverschobene Belichtung (OAI) in Kombination mit der OPC-Technik (Optical Proximity Correction – Optische Proximity-Korrektur). Mögliche Alternativen zu den oben beschriebenen Technologien bestehen in der Nutzung einer kürzeren Belichtungswellenlänge, z. B. ein ArF Excimer-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm, oder in der Verwendung einer Linse mit einer äußerst hohen numerischen Apertur (NA), z. B. NA = 0,8 oder mehr. Dennoch sind diese beiden Alternativen mit hohen Investitionen in neue Geräte verbunden und es ist im Allgemeinen wünschenswert, solche Ausgaben zurückzustellen, wenn dies überhaupt möglich ist. Infolgedessen möchten Hersteller von integrierten Bauteilen im Allgemeinen die bestehenden DUV-Systeme bestmöglich ausnutzen, bevor sie zu einem Nachfolgemodell wechseln.
  • Ungeachtet des im Herstellungsprozess eingesetzten Excimer-Lasers setzt die Herstellung von Bauteilen mit kritischen Abmessungen von 150 nm oder darunter voraus, dass die im Herstellungsprozess verwendete fast beugungsfreie Linse praktisch frei von Abberationen ist. Bekanntermaßen können Abberationen verschiedene Ursachen haben, wie beispielsweise eine fehlerhafte Linse oder ein veralteter Laser, der einen Strahl aussendet, der nicht dem gewünschten Wert entspricht. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Leistung der Linse vor der Installation zu überprüfen (z. B. durch eine Eignungsprüfung der Linse) und die Leistung der Linse anschließend während der Nutzung zu überwachen (z. B. in einem IC-Herstellungsprozess).
  • Während des Herstellungsprozesses der Linse kann die Leistung der Linse mit einem Interferometer komplett getestet werden. Üblicherweise wird die Linse zuerst im Werk geprüft und anschließend während der ersten Installation vor Ort. Eine übliche Vorgehensweise bei der Linsenprüfung besteht im Druck von Wafern und der anschließenden Messung der Maße für die Mindestmerkmalbreite oder die Struktur breite (Critical Dimension – CD). Während dieses Qualifizierungsprozesses werden sowohl die „vertikalen" als auch die „horizontalen" Merkmale gemessen (beispielsweise Merkmale, die sich in zwei senkrechte Richtungen auf der Substratebene ausbreiten, z. B. entlang der X- und Y-Achse). In einigen Fällen wird auch die CD von 45-Grad-Merkmalen gemessen. Für die Überprüfung der Linsenleistung wird eine hinreichende Anzahl von CD-Messungen über das gesamte Belichtungsfeld hinweg benötigt. Die Ergebnisse der CD-Messungen werden dann analysiert, um festzustellen, ob die Leistung der Linse akzeptabel ist oder nicht.
  • Obwohl die CD-Messmethode eine Methode zur Leistungsüberprüfung der Linse bietet, handelt es sich dabei um keine leichte Aufgabe, die CD-Daten mit der „Signatur" der Linsenabberation in Beziehung zu setzen. Dementsprechend gab es Bemühungen, eine direkte Beobachtung der Linsenabberationen durchzuführen. In dem Artikel von Toh et al. mit dem Titel „Identifying and Monitoring of Lens Abberations in Projection Printing" in SPIE, Nr. 772, Seiten 202–209 (1987) werden beispielsweise Methoden zur Messung der Auswirkungen relativ großer Linsenabberationen von etwa 0,2λ beschrieben, wobei λ die Wellenlänge der Belichtung darstellt. Für die heutigen Optiken nahe der Beugungsbegrenzung bewegt sich jede Linsenabberation im Bereich von 0,05λ oder darunter. Bei 130 nm-Merkmalen entspricht eine Linsenabberation von 0,05λ einem Maßfehler von 12,4 nm, wenn eine KrF-Belichtungsquelle eingesetzt wird. Ist also das Merkmal CD-Budget (z. B. Fehlertoleranz) bei ±10% der Breite des Zielmerkmals angesiedelt, verbraucht ein 12,4 nm-Fehler fast das gesamte CD-Budget.
  • In dem Artikel von Gortych et al. mit dem Titel „Effect of Higher-Order Abberations on the Process Window" in SPIE, Nr. 1463, Seiten 368–381 (1991) wurde nachgewiesen, dass Linsenabberationen höherer Ordnung die lithographischen Prozessfenster beeinträchtigen können. Leider lassen sich Linsenabberationen höherer Ordnung nur schwer ausräumen, nachdem das fotolithographische System montiert ist. In dem Artikel von Brunner mit dem Titel „Impact of Lens Abberation on Optical Lithography" in INTERFACE 1996 Proceedings, Seiten 1–27 (1996) wurde eine Simulation genutzt, um die negativen Auswirkungen von Merkmalen nahe der Wellenlänge aufgrund von Linsenabberationen erster Ordnung nachzuweisen. Es war insbesondere möglich, Koma-Abberationen zu beobachten, indem untersucht wurde, wie die Kontaktmerkmale abgebildet wurden, wenn eine gedämpfte PSM eingesetzt wurde. Es ist auch bekannt, dass Linsenabberationen durch eine benutzerdefinierte achsenverschobene Belichtung ausgeglichen werden können. Andere haben versucht, direkte Messungen verschiedener Linsenabberationen vorzunehmen, um eine bessere CD-Kontrolle zu erzielen.
  • In dem Artikel von Farrar et al. mit dem Titel „Measurement of Lens Abberations Using an In-Situ Interferometer Reticle", Advanced Reticle Symposium, San Jose, Kalifornien (Juni 1999) wird über den Einsatz eines Interferometer-Retikels vor Ort zur direkten Messung der Linsenabberation berichtet. Farrar zufolge war es möglich, Linsenabberationen auf bis zu 37 Zernike-Polynome abzuleiten. Obwohl Farrar behauptet, dass die Methode akkurat und wiederholbar sei, beinhaltet sie hunderte oder tausende Messungen der Passgenauigkeit (z. B. die Messung der Verschiebung in Bezug auf die beabsichtigte Position des Merkmals). Als solches ist Farrars Methode zwar exakt und wiederholbar, aufgrund der umfassenden Messungen ist sie jedoch sicherlich sehr zeitaufwändig und aus diesem Grund in einer produktionsorientierten Umgebung nicht anwendbar. Zudem ist absehbar, dass winzige Linsenabberationen mit der Zeit aus verschiedenen Gründen abweichen können (beispielsweise als Folge der regelmäßigen präventiven Wartung eines Systems). Folglich ist Farrars Methode, für die beträchtliche Messungen und Berechnungen erforderlich sind, unpraktisch, da es kritisch ist, die Linsenleistung auf regelmäßiger zu überwachen. Dementsprechend besteht ein Bedarf, die Linsenabberation direkt an den gedruckten Produktwafern überwachen zu können.
  • Um dieses Ziel zu erreichen, schlugen Dirksen et al. (siehe beispielsweise PCT-Patentanmeldung WO 00/31592) eine Methode zur direkten Kontrolle der Linsenabberation an gedruckten Wafern vor. Dirksens Methode zufolge umfasst die Linsenkontrollfunktion einfache kreisförmige Merkmale auf dem Retikel. Das kreisförmige Merkmal ist genau genommen ein chromfreies Merkmal, das in das glasartige Substrat des Retikels geätzt wurde. Die Ätztiefe beträgt üblicherweise λ/2 und der Durchmesser beträgt rund (λ/NA), wobei NA die numerische Apertur der Projektionslinse ist. Dirksen zufolge hat sich die Methode als effektiv erwiesen. Zudem ist die Struktur einfach und klein genug, um gut im gesamten Belichtungsfeld angeordnet zu werden.
  • Dennoch gibt es immer noch einige Probleme bezüglich der Anwendung von Dirksens Linsenabberationskontrollfunktion. Zunächst muss die Tiefe des Linsenkontrollmerkmals auf der Maske auf ungefähr die Hälfte der Wellenlänge eingeätzt werden. Bei einer Maske für spezielle Zwecke ist es kein Problem, einen zusätzlichen (oder speziellen) Schritt im Maskenherstellungsprozess zuzuweisen, um ein solches Merkmal herzustellen. Der zur Herstellung von Retikeltypen, wie z. B. binäre Chromretikel oder attPSM, erforderliche zusätzliche Prozess zur Maskenherstellung für die Erstellung einer solchen Kontrollfunktion ist jedoch sehr zeit- und kostenintensiv. Für alternierende PSM (altPSM) oder chromfreie PSM (CLM) wäre ebenfalls ein solcher zusätzlicher Prozess der Maskenherstellung erforderlich. Außerdem ist bei der Dirksen-Kontrollfunktion eine spezielle Ätzzeit erforderlich, da im Gegensatz zur π-Phase eine andere Ätztiefe im Quarzsubstrat benötigt wird, zudem muss die Ätzung separat vorgenommen werden.
  • Ein zweites Problem bei Dirksens-Linsenkontrollfunktion besteht darin, dass sie äußerst anfällig für Phasenfehler ist, die aus dem Quarzätzungsprozess während der Maskenformung resultieren können. Insbesondere bei einem schweren Phasenfehler (siehe 1(a)1(f), in denen S ein Quarzmaskensubstrat bezeichnet), verursacht der Quarzätzungsprozess ein schräges Kantenprofil auf der Maske, wie in 1(a) dargestellt ist. In einem solchen Fall verliert die Dirksen-Linsenkontrollfunktion die gesamte Empfindlichkeit zur Anzeige möglicher Linsenabberationen. Wenn auf der Maske jedoch kein Phasenfehler auftritt, wie in 1(d) dargestellt, ist die Dirksen-Kontrollfunktion ein effektives Mittel zur Erkennung von Linsenabberationen. 1(b) und 1(e) zeigen einen Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters, das sich aus der „schrägen" Struktur der Dirksen-Kontrollfunktion in 1(a), bzw. aus der „idealen" Struktur der Dirksen-Kontrollfunktion in 1(d) ergibt.
  • Es wird angemerkt, dass die zur Herstellung der in 1(b) und 1(e) dargestellten Abdeckprofile eingesetzten Druckbedingungen wie folgt lauteten: 0,68NA mit 0,8 partieller Kohärenz bei +0,1 μm Defokussierung unter Verwendung einer Shipley UV6-Abdeckung mit einer Stärke von 0,4 μm auf einem organischen BARC (AR2) auf einem Polysilikon-Wafer. In die Simulation wurde ein +0,025λ Koma für beide X & Y (Z7 und Z8 Zernik-Polynome) einbezogen.
  • Bei genauerer Betrachtung der durch die Strukturen der Dirksen-Kontrollfunktion gebildeten ringförmigen Abdeckmuster (wie beispielsweise in 1(c) und 1(f) dargestellt) wird deutlich, dass der innere Ring des gedruckten Abdeckmusters im Vergleich zu dem von der Struktur des äußeren Rings geformten steilen Profil ein schwammiges Abdeckprofil aufweist. Der Grund für diese Abweichung liegt darin, dass das Abdeckmuster des äußeren Rings von der Phasenänderung in der Maske geformt wird, während das Abdeckmuster des inneren Rings ohne eine solche Phasenänderung gebildet wird. Insbesondere wird das Abdeckmuster des inneren Rings durch die Dämpfung der Belichtunsgwellenlänge gebildet, die durch die Mitte des Dirksen-Kontrollfunktionsmusters geleitet wird. Mit anderen Worten werden die beiden Abdeckprofile (d. h. der innere und der äußere Ring) durch zwei von Natur aus unterschiedliche Neigungen der jeweiligen Raumbilder gebildet. Der Unterschied bei den Abdeckprofilen kann zur fehlerhaften Registrierungsmessungen führen, was wiederum eine Fehlinterpretation der untersuchten Linsenabberation zur Folge haben kann.
  • Es wird erläutert, dass es möglich ist, wie in 1(e) und 1(f) dargestellt, mit der Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion ein leichtes Koma zu beobachten. Insbesondere ist die Ringbreite auf der linken Seite anders als diejenige auf der rechten Seite. Des Weiteren wird erklärt, dass es schwierig ist, dieses Koma in der „schrägen" Dirksen-Kontrollfunktion wie in 1(b) und 1(c) dargestellt zu beobachten.
  • Dementsprechend besteht angesichts der oben genannten Probleme weiterhin Bedarf an einer Linsenkontrollfunktion, mit der eine Ermittlung von Linsenabberationen möglich ist, die aber nicht sofort von leichten Fehlern beim Maskenherstellungsprozess beeinträchtigt wird. Es ist zudem wünschenswert, dass die Linsenkontrollfunktionsstrukturen klein genug sind, so dass sie an verschiedenen Stellen innerhalb oder neben der Chipherstellung zur Linsenkontrolle vor Ort angeordnet werden können. Außerdem ist es wünschenswert, dass die Linsenkontrollfunktion realisiert werden kann, ohne dass dazu zusätzliche Schritte im Maskenherstellungsprozess erforderlich sind.
  • Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Linsenkontrollfunktion zu bieten, die in der Lage ist, Linsenabberationen zu erfassen. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, dass die genannte Linsenkontrollfunktion eine Abberationsstrukturanalyse mit ausreichend geringer Größe enthält, damit die Kontrollfunktion für eine Produktionskontrolle vor Ort genutzt werden kann. Darüber hinaus ist es Gegenstand der Erfindung, dass für die Herstellung der genannten Kontrollfunktion keine zusätzlichen Verarbeitungsschritte erforderlich sind, beispielsweise während der Maskenformung, und dass die Funktionalität der Linsenkontrollfunktion durch geringe Fehler bei der Herstellung, beispielsweise im Maskenformungsprozess, nicht wesentlich beeinträchtigt wird.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Linsenabberationskontrollfunktion zur Erkennung von Linsenabberationen. Die Kontrollfunktion weist eine Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen auf (die beispielsweise auf einer Maske angeordnet sind). Die Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen ist so angeordnet, dass ein vorbestimmtes Testmuster auf das Substrat projiziert wird und das Testmuster dann verwendet wird, um Linsenabberationen zu erfassen. Die Größe der Kontrollfunktion ist so ausgelegt, dass sie in das Objektfeld des Lithographiegeräts in Verbindung mit einem Gerätemuster passt, das einem Bauteil (z. B. einem integrierten Schaltkreis) entspricht, das auf dem Substrat gebildet werden soll; die Kontrollfunktion ist beispielsweise klein genug, dass sie auf eine Maske mit einem IC-Muster passt.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Methode zur Erfassung von Abberationen in Verbindung mit einem optischen System (Strahlungssystem und/oder Projektionslinse), das in einem optischen Lithographie-System verwendet wird, wie es im einleitenden Abschnitt beschrieben wurde. In diesem Zusammenhang weist die Methode die folgenden Schritte auf:
    • – Das gewünschte Muster weist die Kontrollfunktion mit einer Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen auf, wobei diese Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen so angeordnet ist, dass ein zuvor bestimmtes Testmuster gebildet wird, wenn es auf das Substrat projiziert wird;
    • – Die Kontrollfunktion wird durch das Projektionssystem auf das Substrat projiziert;
    • – Die Position des beschriebenen und zuvor festgelegten Testmusters und die Position der Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen in der Kontrollfunktion werden analysiert, um festzustellen, ob eine Abberation vorliegt.
  • Zusätzlich zu der beschriebenen Kontrollfunktion kann das beschriebene Muster ein Bauteilmuster aufweisen, das der integrierten Bauteilschicht, die auf dem beschriebenen Substrat gebildet werden soll, entspricht.
  • Wie im Folgenden beschrieben deutet eine Verschiebung von der erwarteten Position eine vorhandene Abberation an, wenn sich die Position des vorbestimmten Testmusters von der erwarteten Position unterscheidet, die von der Position der Vielzahl von nicht lösbaren Merkmalen bestimmt wird.
  • Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben bietet die vorliegende Erfindung bedeutende Vorteile gegenüber der bisherigen Technik. Am wichtigsten ist dabei, dass die vorliegende Erfindung eine Linsenkontrollfunktion enthält, die in der Lage ist, die kleinsten Linsenabberationen zu erfassen. Zudem kann die Kontrollfunktion an einer ausreichenden Anzahl an Positionen zur Überwachung des gesamten Belichtungsfelds angeordnet werden, da die Gesamtgröße der Linsenkontrollfunktion klein genug ist.
  • Wird die Kontrollfunktion auf einer Maske angeordnet, ist diese im Wesentlichen unanfällig gegen Fehler beim Maskenformungsprozess, in dem auch die Kontrollfunktion gebildet wird. In einem solchen Fall eignet sich die Linsenkontrollfunktion der vorliegenden Erfindung für Kontrollen vor Ort, da die Linsenkontrollfunktion mit Hilfe des gleichen Maskenformungsprozesses wie die Produktionsmaske geformt werden kann. Daher sind keine zusätzlichen Schritte beim Maskenformungsprozess erforderlich. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Effektivität der Linsenkontrollfunktion relativ unempfindlich sowohl gegen „schräge" Phasenkanten als auch gegen „Rundformungs"-Effekte ist, die im Allgemeinen in Maskenherstellungsprozesses auftreten.
  • Zusätzliche Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus den folgenden schematischen Zeichnungen und den dazu gehörenden ausführlichen Beschreibungen der Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich, wobei:
  • 1(a) eine Draufsicht sowie ein Querschnitt einer „schrägen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion ist;
  • 1(b) ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters darstellt, das aufgrund der „schrägen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion in 1(a) entsteht;
  • 1(c) eine Draufsicht des Abdeckmusters in 1(b) darstellt;
  • 1(d) eine Draufsicht und einen Querschnitt einer „idealen" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion darstellt;
  • 1(e) ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters ist, das durch die „ideale" Dirksen-Linsenabberationskontrollfunktion in 1(d) entsteht;
  • 1(f) eine Draufsicht des Abdeckmusters in 1(e) ist;
  • 2(a) stellt eine Draufsicht und einen Querschnitt einer Dirksen-Kontrollfunktion dar, die so modifiziert ist, dass sie eine „ringähnliche" Struktur bildet;
  • 2(b) ist ein eindimensionaler Querschnitt des Raumbilds der „ringähnlichen" Struktur der Kontrollfunktion aus 2(a);
  • 2(c) ist ein Querschnitt des gedruckten Abdeckmusters, das durch die „ringähnliche" Kontrollfunktion in 2(a) entsteht;
  • 3(a) stellt ein Beispiel für eine Linsenabberationskontrollfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung dar;
  • 3(b)3(g) stellen Beispielausführungen der in 3(a) dargestellten Linsenabberationskontrollfunktion und deren Druckleistung dar;
  • 4(a) stellt das Objektphasenspektrum der Dirksen-Kontrollfunktion in 1 dar;
  • 4(b) stellt das Objektphasenspektrum der „ringähnlichen" Kontrollstruktur in 2 dar;
  • 4(c) stellt das Objektphasenspektrum der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a) dar;
  • 4(d) ist eine eindimensionale Querschnittsansicht des flüchtigen Bilds der Dirksen-Kontrollfunktion in 1;
  • 4(e) ist eine eindimensionale Querschnittsansicht des flüchtigen Bilds der „ringähnlichen" Kontrollfunktion in 2;
  • 4(f) ist ein eindimensionaler Querschnitt des Raumbilds der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a);
  • 5(a)5(c) stellt die tatsächliche Druckleistung der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a) dar;
  • 6(a) ist eine Draufsicht sowie ein Querschnitt der Linsenabberationskontrollfunktion in 3(a), bei der der Maskenformungsprozess dazu führt, dass die nicht lösbaren Merkmale schräge Kanten haben;
  • 6(b) stellt das Objektphasenspektrum der Linsenabberationskontrollfunktion in 6(a) dar;
  • 6(c) ist ein zweidimensionales Raumbild der Linsenabberationskontrollfunktion in 6(a), wie es auf die Projektionslinse projiziert wird;
  • 6(d) ist eine Draufsicht auf das ursprüngliche Abdeckmuster in (a), das mit der auf einen Wafer gedruckten Linsenabberationskontrollfunktion überlappt;
  • 6(e) ist ein Querschnitt der Linsenabberationskontrollfunktion, die der Kontrollfunktion in 6(a) entspricht.
  • 7(a)7(d) beweist die Möglichkeit, die Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer 6% attPSM oder einer binären Chrommaske zu verwenden;
  • 8(a)8(h) veranschaulicht die Fähigkeit der Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung, Linsenabberationen zu erfassen;
  • 9 stellt ein Lithographie-Projektionsgerät dar, das sich zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignet.
  • In den Zeichnungen werden ähnliche Merkmale mit ähnlichen Referenzsymbolen gekennzeichnet.
  • Die folgende ausführliche Beschreibung der Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Kontrollfunktion an sich sowie auf eine Methode zur Bildung der Kontrollfunktion. Es wird darauf hingewiesen, dass die folgende Beschreibung dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dient, wie die Kontrollfunktion genutzt werden kann, um ringförmige Strukturen auf einer Maske zu bilden. Außerdem wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf solche ringförmigen Strukturen beschränkt ist; andere Formen sind natürlich auch möglich. Darüber hinaus müssen die genannten Strukturen nicht auf einer Maske gebildet werden; sie können beispielsweise auch mit anderen Musterschablonen erzeugt werden.
  • Aufgrund der oben beschriebenen Beobachtungen in Bezug auf die Dirksen-Kontrollfunktion dachte der Erfinder der vorliegenden Erfindung zunächst, dass das Abdeckprofil des inneren Rings der Dirksen-Kontrollfunktion verbessert werden könnte, indem die Kontrollfunktion so modifiziert wird, dass er eine ringähnliche Struktur aufweist. Mit anderen Worten könnte das schwächere/unreine Abdeckprofil des inneren Rings der Dirksen-Kontrollfunktion korrigiert werden, indem eine Phasenänderung in der Mitte der Struktur erzeugt wird. Im Gegensatz zu den ursprünglichen Gedanken fand der Erfinder der vorliegenden Erfindung jedoch heraus, dass die Erzeugung einer Phasenänderung in der Mitte der Dirksen-Struktur nicht zu dem entsprechenden Abdeckprofil mit ringähnlicher Struktur führte. Außerdem war das erzeugte Abdeckprofil für die Kontrolle der Linsenabberation prinzipiell unbrauchbar.
  • 2(a)2(c) zeigt die modifizierte Dirksen-Kontrollfunktion zur Bildung einer ringähnlichen Struktur. Insbesondere 2(a) stellt eine Draufsicht sowie einen Querschnitt der modifizierten Dirksen-Struktur zur Bildung einer ringähnlichen Struktur dar. 2(b) ist ein eindimensionales Raumbild der ringähnlichen Struktur in 2(a) (in der I für Intensität steht) als Querschnitt. 2(c) ist ein Querschnitt der gedruckten Abdeckung der ringähnlichen Struktur in 2(a). Wie aus den 2(a)2(c) hervorgeht, erzeugt die ringähnliche Struktur (2(a)) kein ringförmiges Abdeckprofil. Dies liegt an der Tatsache, dass das Raumbild der Kontrollfunktion keinen ausreichenden Kontrast zur Ausgestaltung einer „ringähnlichen" Abdeckstruktur aufweist. Daher eignet sich die Struktur in 2(a) praktisch nicht zur Kontrolle von Linsenabberationen. Es wird darauf hingewiesen, dass oben genannte Struktur nur so lange genau ist, wie sich der Durchmesser der Kontrollfunktion in einem Bereich von λ/NA befindet. Bei einem größeren Durchmesser würde die ringähnliche Ausführung in 2(a) wahrscheinlich ein ringähnliches Abdeckmuster ausdrucken. Wenn der Durchmesser jedoch größer wird als λ/NA, verringert sich die Effektivität der Linsenabberationskontrolle erheblich.
  • In Anbetracht der vorgenannten Ausführungen besteht eines der primären Ziele der vorliegenden Erfindung in einer Linsenabberationskontrollfunktion mit Strukturen, die einen effektiven Durchmesser in einem Bereich von λ/NA aufweisen, und die ein Raumbild mit einer Log-Neigung erzeugen, die steil genug ist, um ausreichend empfindlich zur Erfassung von minimalen Linsenaberrationen zu sein.
  • 3(a) ist ein Beispiel für eine Linsenabberationskontrollstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt ist die Linsenabberationsstruktur 10, die als Octad Raster-Ring (OHR) bezeichnet wird, eine Unterrasterstruktur, die eine Vielzahl von Unterraster-Merkmalen 12 aufweist. Eine detaillierte Beschreibung der Bildung von Unterrasterstrukturen ist beispielsweise in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 980 542 enthalten.
  • In dem in 3(a) dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gesamtform der Unterrasterstruktur 10 kreisförmig, während sämtliche Merkmale 12 eine quadratische Form aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Abberationskontrollstruktur 10 der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Formen beschränkt ist. Die Gesamtform der Unterrasterstruktur 10 muss nicht kreisförmig sein und die Form der Merkmale 12 muss nicht quadratisch sein. Es wird darauf hingewiesen, dass die quadratisch geformten Unterrastermerkmale 12 aufgrund des Maskenherstellungsprozesses an den Ecken wahrscheinlich abgerundet sind.
  • Gemäß 3(a) stellen sich die Größe der einzelnen Merkmale 12 und die Abstände zwischen den Merkmalen 12 wie folgt dar. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die Größe SL jeder Seite der quadratischen Merkmale rund 0,3 (λ/NA) oder weniger. Es wird darauf hingewiesen, dass die Mindestgröße der Unterrastermerkmale 12 durch das Maskenherstellungsraster eingeschränkt wird. Beim derzeitigen Herstellungsprozess für Produktionsmasken liegt die Auflösungsgrenze in einem Bereich von ungefähr 200 nm auf einer 4X-Maske. Auf einer 1X-Waferskala entspricht dies 50 nm. Bei der Verwendung eines 0,68NA Steppers mit einer KrF-Belichtungsquelle beispielsweise kann die Größe jedes quadratischen Merkmals 12 etwa 100 nm–120 nm pro Seite betragen. Um einen ausreichenden Rastereffekt zu bewahren, ist es wünschenswert, dass der Abstand ES zwischen jedem quadratischen Merkmal 12 unter 0,15 (λ/NA) beträgt. Alternativ sollte der Abstand zwischen jedem Merkmal 12 weniger als die Hälfte der Seitenmaße des quadratischen Merkmals 12 betragen. Es wird darauf hingewiesen, dass sich die oben genannten Abstandsanforderungen, wie in 3(a) dargestellt, auf den Abstand zwischen angrenzenden Merkmalen 12 beziehen. Zudem wird darauf hingewiesen, dass der versetzte Abstand in der X- und Y-Richtung (bzw. XST und YST, wie in 3(a) dargestellt, vorzugsweise der gleiche ist. Anders ausgedrückt sollte der Bereich eines Merkmals 12, der entweder in der X-Richtung oder in der Y-Richtung mit einem angrenzenden Merkmal überlappt, möglichst gleich sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt der bevorzugte versetzte Abstand in einem Bereich von ungefähr 1/4 bis 3/4 der Unterraster-Elementgröße. Schließlich, wiederum in Bezug auf 3(a) wird darauf hingewiesen, dass der Abstand EES zwischen den Innenkanten der zwei gegenüberliegenden Merkmale mit dem größten Abstand entlang der X-Richtung (d. h. Merkmale 12a, 12b) oder der Y-Richtung (d. h. Merkmale 12c, 12d) liegt und vorzugsweise (λ/NA) entspricht. Alle Abmessungen sind in der 1X Waferskala angegeben.
  • In dem in 3(a) dargestellten Ausführungsbeispiel der Linsenabberationskontrollfunktion verwendet die Unterrasterstruktur 10 der vorliegenden Erfindung acht quadratische Merkmale 12, die in einem ringähnlichen Format angeordnet sind. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung auf diese Weise einzuschränken. Es ist natürlich möglich, eine Unterrasterstruktur zu erzeugen, die keine ringähnliche Form aufweist. Es ist ebenso möglich, eine Unterrasterstruktur mit einer Vielzahl von Unterrastermerkmalen zu bilden, deren Anzahl von acht abweicht. Außerdem können auch Merkmale in einer anderen als quadratischen Form verwendet werden.
  • Obwohl die linienähnlichen Strukturen (z. B. ein Paar paralleler Linien) verschiedene Formen von Linsenabberation zeigen können (z. B. Koma), ist es insbe sondere wünschenswert, eine „ringähnliche" Struktur zu bilden, um andere Formen der Linsenabberation und deren jeweilige Ausrichtung zu erfassen. Da jedes Merkmal 12 ein Unterraster aufweist, spielt die jeweilige Form keine Rolle. Die Größe des Merkmals 12 und der Rasterabstand sind wesentlich wichtiger. Die 3(b), 3(c) und 3(d) sind Beispiele verschiedener Konfigurationen und Formen von Unterrastermerkmalen 12, die zur Bildung von Kontrollstrukturen verwendet werden können. Die 3(e), 3(f) und 3(g) stellen die tatsächliche Druckleistung der in den 3(b), 3(c) bzw. 3(d) abgebildeten Kontrollstruktur dar. Alle Belichtungen wurden unter den gleichen Bedingungen durchgeführt, nämlich 0,68NA mit ringförmiger Beleuchtung (0,6 inneres Sigma und 0,8 äußeres Sigma, wobei Sigma (σ) der so genannte Kohärenzfaktor ist). Zusätzlich wurde bei jedem Beispiel eine Menge von 0,05λ X- und Y-Koma gezielt eingeführt. Bei allen drei Beispielen ist die Koma-Linsenabberation in den in den 3(e), 3(f) und 3(g) dargestellten gedruckten Mustern deutlich zu beobachten.
  • Die 4(a)4(f) stellen einen Vergleich der Objektspektren und den Raumbildern der Dirksen-Kontrollfunktion (1), der ringähnlichen Kontrollstruktur (2) und der OHR-Kontrollstruktur der vorliegenden Erfindung (3(a)) dar. In den Abbildungen steht P für die Phase und I für die Intensität. Insbesondere in 4(a) zeigt sich, dass das Phasenobjektspektrum der Dirksen-Kontrollfunktion innerhalb der ±NA-Grenzen (numerische Apertur) nicht symmetrisch ist. Aus 4(b) ist ersichtlich, dass die ringähnliche Kontrollfunktion ein symmetrisches Phasenspektrum aufweist, der gesamte Phasenbereich jedoch verdichtet ist. Wie bereits oben beschrieben und in 4(e) dargestellt, zeigt die „ringähnliche" Kontrollstruktur einen unzureichenden Kontrast des Raumbilds, und ist daher nicht für den Druck eines ringähnlichen Abdeckmusters geeignet.
  • In 4(c) ist dargestellt, dass die OHR-Kontrollfunktion 10 innerhalb der ±NA-Grenzen ein symmetrisches Phasenspektrum aufweist, während ein voller Phasenbereich von 0 bis 360 Grad besteht. Das der OHR-Kontrollfunktion 10 entsprechende Raumbild (wie in 4(f) dargestellt) ähnelt dem Raumbild der Dirksen-Kontrollfunktion (wie in 4(d) dargestellt), wenn die beiden Bilder mit den Druckgrenzwerten von ≈ 0,3 bis 0,35 Intensitätsgrad verglichen werden. Obwohl es nicht leicht ersichtlich ist, sind die Log-Neigungen für innere und äußere Raumbilder bei den Intensitätsgrenzwerten der OHR-Kontrollstruktur 10 ausgeglichener. Dies wird sowohl in 4(d) als auch in 4(f) mit einem Pfeilpaar dargestellt.
  • Die 5(a)5(c) versanschaulichen die tatsächliche Druckleistung der in 3(a) dargestellten OHR-Linsenkontrollstruktur 10. Die Druckbedingungen zur Erstellung der 5(a)5(c) waren die gleichen, wie die oben für 1(a)1(f) beschriebenen Bedingungen. 5(a) stellt ein zweidimensionales Raumbild der OHR-Kontrollstruktur 10 dar, wie es auf die Projektionslinse (I gibt die Intensität an) projiziert wird. 5(b) stellt eine Draufsicht auf die ursprünglichen Abdeckmuster dar (d. h. Merkmale 12), die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur (d. h. die als Folge des Duckprozesses gebildete OHR-Kontrollstruktur) überlappen. Wie in den 5(a)5(c) dargestellt, können mit der Kontrollfunktion selbst geringste Koma-Abberationen erfasst werden.
  • Die in der Simulation verwendete Koma-Abberation (0,025λ sowohl für Z7 als auch für Z8) kann im 2D-Raumbild in 5(a) sowie in 5(b) beobachtet werden. In Bezug auf 5(b) wird die Abberation durch eine Verschiebung des inneren Rings 14 der gedruckten OHR-Struktur nach rechts oben angezeigt. 5(c) ist ein Querschnitt der gedruckten OHR-Struktur, in der dargestellt wird, dass der innere Bereich 16 auf der linken Seite der gedruckten OHR-Struktur (des vorliegenden Querschnitts) mehr in Richtung Mitte verschoben ist als der entsprechende innere Bereich 17 auf der rechten Seite der gedruckten OHR-Struktur. Jede der vorhergehenden Verschiebungen/Abweichungen der Position der OHR-Struktur deutet auf eine vorhandene Linsenabberation hin. Wenn keine Linsenabberation vorliegt, hätte der innere Ring 14 in 5(b) den gleichen Abstand zu allen quadratischen Merkmalen 12, die verwendet werden, um die OHR-Kontrollstruktur 10 zu bilden. Zusätzlich würden beide Abdeckmuster 16, 17 in 5(c) den gleichen Abstand zum Mittelpunkt aufweisen.
  • Es wird erläutert, dass die OHR-Kontrollfunktion, die in der Ritzlinie oder innerhalb des Chips gedruckt wird, dass er die Schaltkreiswirkung nicht beeinträchtigt, beim Einsatz so dimensioniert wird, dass er die tatsächliche Linsenabberation im entsprechenden Belichtungsfeld überwacht. Die Linsenaberration wird dann dazu ver wendet, die erforderlichen Korrekturmaßnahmen zu berechnen, die nötig sind, um den CD-Fehler zu minimieren. Die Korrekturmaßnahmen können beispielsweise vollzogen werden, indem das Maskenmuster variiert wird oder indem das Belichtungsmittel gedreht wird. Wie hier beschrieben, kann das Ausmaß der Linsenabberation bestimmt werden, indem die relative Ringweite oder die relative Positionsverschiebung des inneren Ringkranzes in Bezug auf eine bekannte Referenzstruktur gemessen wird, die für Linsenabberationen nicht empfindlich ist. Eine andere mögliche Methode besteht darin, ein SEM-Foto des gedruckten OHR-Musters zu machen und es mit anderen OHR-Mustern zu vergleichen, die bekannte Linsenabberationen aufweisen. Mit einer statistischen Analyse ist es möglich, die Größenordnung und den Typ der Linsenabberation mit zuverlässiger Wiederholbarkeit zu bestimmen.
  • Ein wichtiger Punkt in Bezug auf die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sich die Leistung der Kontrollfunktion infolge eines mangelhaften Maskenherstellungsprozesses nicht verschlechtert. Insbesondere verliert die OHR-Kontrollfunktion nicht ihre Empfindlichkeit zur Erfassung von Linsenabberationen, wenn die Quarzätzung zu schrägen Phasenkanten auf der Maske führt. 6(a) stellt eine Draufsicht sowie einen Querschnitt der in der Maske gebildeten OHR-Kontrollstruktur 10 dar (S steht für das Maskensubstrat), in der der Maskenherstellungsprozess zu quadratischen Merkmalen 12 mit schrägen Kanten führt. Die schrägen Kanten sind eine Folge eines mangelhaften Quarzätzungsprozesses während der Maskenbildung. In 6(b) zeigt sich jedoch, dass die schrägen Quarzphasen-Kantenmuster auf der Maske keinen signifikanten Einfluss auf das Objektphasenspektrum haben. Das gesamte Objektphasenspektrum wird nur leicht verdichtet (auf rund 350 Grad). Eine solche Verdichtung kann zu einem leichten Rückgang der Empfindlichkeit der Kontrollfunktion zur Erkennung von Linsenabberationen führen. Wichtiger bei einer derart extrem schrägen Phasenkante ist jedoch, wie in 6(c)6(e) dargestellt, dass die gedruckten Abdeckprofile nur wenig beeinflusst werden. Im Vergleich zur Dirksen-Kontrollfunktion bietet die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung also eine deutlich flexiblere Kontrollfunktion. Es wird erläutert, dass die Druckbedingungen zur Herstellung der 6(c)6(e) die gleichen sind, wie oben in Bezug auf 1(a)1(f) beschrieben.
  • Wie oben bereits erwähnt, ist es wünschenswert, die Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung zur Kontrolle während des Produktionsdruckprozesses vor Ort zu verwenden. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, dass die beiden folgenden Anforderungen erfüllt werden:
    • (1) Die Linsenabberationskontrollfunktion muss ohne zusätzliche Schritte mit dem gleichen Maskenherstellungsprozess erstellt werden; und
    • (2) Die Struktur der Linsenabberationskontrollstruktur muss einsatzfähig und effektiv sein, wenn sie unter den gleichen Belichtungsbedingungen gedruckt wird, wie dies für den Druck der Produktionsmuster beabsichtigt ist.
  • Die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung erfüllt beide Anforderungen. Die 7(a)7(d) belegen die Fähigkeit der OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung zum Einsatz auf einer 6% attPSM oder einer binären Chrommaske. Es wird erläutert, dass die zur Herstellung von der 7(a)7(d) genutzten Druckbedingungen die gleichen sind, wie oben in Bezug auf 1(a)1(f) beschrieben.
  • Insbesondere 7(a) stellt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster dar, die auf einer 6% attPSM gebildet wurden und mit der daraus resultierenden gedruckten OHR-Kontrollfunktion überlappen. 7(b) ist ein Querschnitt der gedruckten OHR-Kontrollfunktion, die sich aus den Abdeckmustern in 7(a) ergibt. 7(c) ist eine Draufsicht auf die Abdeckmuster, die auf einer binären Chrommaske gebildet wurden und mit der daraus resultierenden gedruckten OHR-Kontrollfunktion überlappen. 7(d) ist ein Querschnitt der gedruckten OHR-Kontrollfunktion, die aus den Abdeckmustern in 7(c) entsteht.
  • Wie aus den 7(a)7(d) hervorgeht, erkennt sowohl die unter Verwendung einer 6% attPSM gebildete OHR-Kontrollstruktur als auch die mit der binären Chrommaske gebildete OHR-Kontrollstruktur kleinste Linsenabberationen (z. B. 0,025λ). So wird beispielsweise der innere Ring 14 der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur in beiden 7(a) und 7(c) nach oben rechts auf ähnliche Weise verschoben, wie in der in 5(b) dargestellten OHR-Kontrollstruktur, wodurch die in dieser Simulation enthaltene 0,025λ-Linsenabberation effektiv erfasst wird.
  • Es wird erläutert, damit gewährleistet ist, dass die gleichen Belichtungsgrade mit den damit verbundenen Produktmustern verwendet werden können, dass die Maße der quadratischen OHR-Elemente 12 sowohl für die 6% attPSM- als auch für die binäre Chrommaskenanwendung in der Größe auf ≈ 0,35 (λ/NA) angepasst wurden. Die anderen OHR-Designparameter wurden nicht geändert. Jedoch scheint es aufgrund des leicht größeren quadratischen Elements erforderlich zu sein, dass der Abstand zwischen jedem quadratischen Element neu eingestellt wird, um den Rastereffekt auf bestmögliche Weise zu optimieren.
  • Wie oben erläutert ist die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung sehr vielseitig. Neben der in Verbindung mit den 5, 6 und 7 dargestellten Erfassung von Koma-Abberationen kann die OHR-Kontrollfunktion auch zahlreiche andere Arten von Linsenabberationen erkennen. Die 8(a)8(h) zeigen die Möglichkeit der OHR-Kontrollfunktion, Linsenabberationen zu erfassen. Es wird erläutert, dass die zur Herstellung der 8(a)8(h) angewandten Druckbedingungen die gleichen waren, wie oben in Bezug auf 1(a)1(f) beschrieben, mit Ausnahme der Einstellungen für die Linsenabberation, alle wiesen eine Defokussierung von +0,1 μm auf.
  • 8(a) stellt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster dar, die zur Bildung der OHR-Kontrollstruktur verwendet wurden und die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappen, die mit einer beugungsbegrenzten Linse gedruckt wurde. 8(e) stellt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille dar, die der OHR-Kontrollfunktion in 8(a) entspricht. Wie gezeigt, deutet die gedruckte OHR-Kontrollstruktur darauf hin, dass die Linse im Wesentlichen frei von Abberationen ist, da sich der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 jeweils an der erwarteten Position befinden.
  • 8(b) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation von 0,05λ mit einem 45 Grad-Astigmatismus gedruckt wurde und die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(f) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille, die der OHR-Kontrollstruktur in 8(b) entspricht. Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation an der Verlängerung des inneren Rings 14 um die 45 Grad-Achse deutlich.
  • 8(c) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation von 0,05λ des X- und Y-Komas (Z7 und Z8) gedruckt wurde und die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(g) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille, die der OHR-Kontrollstruktur in 8(c) entspricht. Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation deutlich, indem der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 sowohl nach oben als auch nach rechts verschoben werden.
  • 8(d) zeigt eine Draufsicht auf die Abdeckmuster der Linsenabberationskontrollstruktur, die mit einer Linsenabberation von 0,05λ der X- und Y-Neigung (Z2 und Z3) gedruckt wurde und die mit der daraus resultierenden OHR-Kontrollstruktur überlappt. 8(h) zeigt die Wellenfront an der Projektionslinsenpupille, die der OHR-Kontrollstruktur in 8(d) entspricht. Wie dargestellt, macht die gedruckte OHR-Kontrollstruktur die Linsenabberation deutlich, indem der innere Ring 14 und der äußere Ring 15 sowohl nach unten als auch nach links verschoben werden.
  • Dementsprechend ist es möglich, auch wenn die tatsächlichen Linsenabberationen sehr kompliziert und unmerklich sein können, durch die kombinierte Verwendung der OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung und Messgeräten auf dem neuesten Stand der Technik die eigentlichen Gründe von Linsenabberationen zu analysieren. Es wird erläutert, dass die oben in Zusammenhang mit den 8(a)8(h) festgestellten Linsenabberationen auch offensichtlich sind, wenn man, wie in den 8(f)8(h) dargestellt, die auf die Projektionslinsenpupille projizierten Wellenfronten betrachtet.
  • 9 stellt schematisch ein Lithographie-Projektionsgerät dar, das sich für die vorliegende Erfindung eignet. Dieses Gerät weist die folgenden Bestandteile auf:
    Ein Strahlungssystem Ex, IL, das einen strahlenden Projektionsstrahl PB (z. B. UV oder EUV-Strahlung) aussendet. In diesem besonderen Fall enthält das Strahlungssystem auch eine Strahlungsquelle LA;
    Ein erster Objekttisch (Maskentisch) MT mit einer Maskenhaltekonstruktion zum Halten einer Maske MA (z. B. ein Retikel), der an das erste Positionierungsmittel angeschlossen ist, um die Maske in Bezug auf das Element PL zu positionieren;
    Ein zweiter Objekttisch (Substrattisch) WT mit einer Substrathaltekonstruktion zum Halten eines Substrats (z. B. ein mit Abdecklack beschichteter Silikonwafer), der an das zweite Positionierungsmittel angeschlossen ist, um das Substrat in Bezug auf das Element PL zu positionieren;
    Ein Projektionssystem („Linse") PL (z. B. eine refraktive, katadioptrische oder katoptrische optische Anordnung) zur Abbildung eines bestrahlten Bereichs der Maske MA auf einem Zielabschnitt C (z. B. mit einem oder mehreren Chips) des Substrats W.
  • Das hier dargestellte Gerät ist durchlässig (d. h. es weist eine durchlässige Maske auf). Es kann jedoch im Allgemeinen auch ein reflektierendes Gerät (mit einer reflektierenden Maske) sein. Alternativ kann das Gerät eine andere Mustervorrichtung aufweisen, wie beispielsweise eine programmierbare Spiegelanordnung vom oben beschriebenen Typ.
  • Die Quelle LA (z. B. eine Hg-Lampe, ein Excimer-Laser oder eine Plasmaquelle) erzeugt einen Leuchtstrahl. Dieser Strahl wird in ein Beleuchtungssystem (Beleuchter) IL eingeführt, entweder direkt oder nachdem er verschiedene Aufbereitungsmittel durchquert hat, wie beispielsweise eine Strahlerweiterung Ex. Der Beleuchter IL kann Justierungsmittel AM aufweisen, um die äußere und/oder innere radiale Ausdehnung (allgemein bezeichnet als σ-außen bzw. σ-innen) der Intensitätsverteilung im Lichtstrahl einzustellen. Zusätzlich weist es im Allgemeinen verschiedene andere Komponenten auf, wie beispielsweise einen Integrator IN und einen Kondensor CO. Auf diese Weise weist der Lichtstrahl PB, der auf die Maske MA trifft, die gewünschte Uniformität und Intensitätsverteilung in seinem Querschnitt auf.
  • Der Lichtstrahl PB durchdringt danach die Maske MA, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem die die Maske MA durchquert wurde, passiert der Strahl PB die Linse PL, die den Lichtstrahl PB auf den Zielabschnitt C auf dem Substrat W lenkt. Mit Hilfe des zweiten Positionierungsmittels (und eines interferometrischen Messgeräts IF) kann der Substrattisch WT exakt bewegt werden, z. B. um verschiedene Zielabschnitte C im Strahlengang PB auszurichten. Auf ähnliche Weise kann das erste Positionierungsmittel verwendet werden, um die Maske MA in Bezug auf den Lichtstrahl PB genau auszurichten, z. B. nach der mechanischen Auswahl der Maske MA aus einer Maskenbibliothek oder während eines Scanvorgangs. Im Allgemeinen wird eine Bewegung der Objekttische MT, WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (Grobpositionierung) und eines kurzhubigen Moduls (Feinpositionierung) realisiert, was jedoch in 9 nicht explizit dargestellt ist. Im Fall eines Wafersteppers (im Gegensatz zu einem Step-Scan-Gerät) kann der Maskentisch MT jedoch an ein kurzhubiges Stellglied angeschlossen oder fest angebracht werden.
  • Das dargestellte Gerät kann in zwei verschiedenen Modi genutzt werden:
    • – Im Modus „Step" wird der Maskentisch MT im Wesentlichen stationär gehalten. Ein vollständiges Maskenbild wird in einem Vorgang (d. h. mit einem einzigen „Blitz") auf einen Zielabschnitt C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in die x- und/oder y-Richtung verschoben, so dass mit dem Lichtstrahl PB ein anderer Zielabschnitt C bestrahlt werden kann.
    • – Im Modus „Scan" wird im Wesentlichen das gleiche Szenario angewendet, außer dass ein bestimmter Zielabschnitt C nicht mit einem einzelnen „Blitz" belichtet wird. Stattdessen kann der Maskentisch MT in eine vorgegebene Richtung (die so genannte „Scan-Richtung", z. B. in die y-Richtung) mit einer Geschwindigkeit u bewegt werden, so dass der Projektionsstrahl PB ein Maskenbild scannt. Gleichzeitig wird der Substrattisch WT simultan in die gleiche oder die entgegengesetzte Richtung mit einer Geschwindigkeit von V = Mv bewegt, wobei M für die Vergrößerung der Linse PL steht (normalerweise gilt: M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt C belichtet werden, ohne dass dabei die Auflösung beeinträchtigt wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise zur Untersuchung von Abberationen im Beleuchter IL und/oder im Projektionssystem PL des oben beschriebenen Apparats eingesetzt werden.
  • Wie oben erwähnt, sind Variationen des Ausführungsbeispiels der OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung möglich. Während die beschriebene OHR-Kontrollstruktur beispielsweise die Form eines Rings aufweist, können natürlich auch andere Formen zum Einsatz kommen. Außerdem können die individuellen Merkmale zur Bildung der OHR-Kontrollstruktur in einer anderen Form als einem Quadrat gebildet werden.
  • Außerdem kann die OHR-Kontrollfunktion bei allen Maskentypen, wie etwa binäres Chrom, attPSM, alternierende PSM und chromfreie PSM, verwendet werden. Da das OHR-Design darauf hinweist, dass eine solche Struktur und die Abstände zwischen den Merkmalen sehr empfindlich auf Linsenabberationen reagieren, können die Maße des OHR-Designs als Referenz für die „verbotene" Designregeln bei der Auslegung von integrierten Schaltkreisen verwendet werden. Als solches können die Schaltkreismerkmale weniger empfindlich für kleinste Linsenabberationen werden. Dies kann beim Speicherschaltkreis- und Library-Schaltkreisdesign äußerst wichtig sein, woraus sich eine erweitete/verbesserte CD-Erkennung ergibt.
  • Wie oben beschrieben, bietet die OHR-Kontrollfunktion der vorliegenden Erfindung gegenüber den aktuellen Modellen bedeutende Vorteile. Am wichtigsten ist dabei, dass die vorliegende Erfindung ein Linsenkontrollgerät bietet, das kleinste Linsenabberationen erfasst und das praktisch unempfindlich gegen Mängel beim Maskenbildungsprozess ist, der zur Bildung der Kontrollfunktion genutzt wird.
  • Daneben ist die Linsenabberationskontrollfunktion der vorliegenden Erfindung für eine Erfassung vor Ort geeignet, da das Linsenkontrollgerät gebildet werden kann, indem der gleiche Maskenformungsprozess genutzt werden kann, der auch zur Herstellung der Produktionsmaske benötigt wird. Aus diesem Grund sind keine zusätzlichen Schritte für den Maskenbildungsprozess erforderlich. Zudem ist die Gesamtgröße der Linsenkontrollstruktur klein genug, so dass die Struktur an genügend Positionen angebracht werden kann, um auf diese Weise das gesamte Belichtungsfeld zu überwachen.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die tatsächliche Form und Größe der Merkmale nicht besonders kritisch sind, da die Linsenabberationskontrollstruktur der vorliegenden Erfindung Unterrastermerkmale verwendet, weshalb die Linsenabberationskontrollfunktion bei der Erfassung von Abberationen in aktuellen Anwendungen außerordentlich effektiv ist.
  • Zum Schluss wird noch erläutert, dass sich ein solches Gerät auch für viele andere Anwendungen eignet, obwohl in der vorangegangenen Beschreibung spezifi sche Verweise auf die Verwendung des Lithographie-Projektionsgeräts bei der Herstellung integrierter Schaltkreise gemacht wurden. Beispielsweise kann das Gerät auch bei der Herstellung von integrierten optischen Systemen, Leitungs- und Erkennungsmustern für magnetische Domainspeicher, LCD-Schalttafeln, Dünnschicht-Magnetköpfe usw. verwendet werden. Der erfahrene Fachmann wird feststellen, dass im Zusammenhang mit solchen alternativen Anwendungen die in diesem Text verwendeten Begriffe „Retikel" oder „Wafer" eher durch die allgemeineren Begriffe „Maske" oder „Substrat" ersetzt werden sollten.
  • Im vorliegenden Dokument werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten elektromagnetischer Strahlung einschließlich ultravioletter Strahlung (z. B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und EUV (extrem-ultraviolette Strahlung, z. B. mit einer Wellenlänge im Bereich von 5–20 nm) zu bezeichnen.
  • Obwohl bestimmte spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt wurden, wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung in anderen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne vom Geist oder den wesentlichen Merkmalen abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsbeispiele sind daher in allen Aspekten als Erläuterungen und nicht als Einschränkungen zu betrachten. Der Umfang der Erfindung wird vorrangig anhand der anhängenden Ansprüche und nicht durch die vorangehende Beschreibung beschrieben. Alle Änderungen, die die Bedeutung und den Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche betreffen, sollten daher mit einbezogen werden.

Claims (13)

  1. Ein Verfahren zur Ermittlung von Aberrationen in Verbindung mit einem optischen System, das in einem Lithographie-Projektionsgerät verwendet wird, wobei das Gerät Folgendes aufweist: – ein Strahlungssystem (LA, EX, IL) zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls; – eine Haltekonstruktion (MT) zum Halten einer Musterschablone (MA), die dazu dient, den Projektionsstrahl entsprechend einem gewünschten Muster zu gestalten; – einen Substrattisch (WT) zur Aufnahme eines Substrats (W); und – ein Projektionssystem (PL) zur Projektion des entsprechend einem Muster geführten Strahls auf den Zielabschnitt des Substrats, wobei das beschriebene optische System mindestens ein Strahlungssystem oder Projektionssystem aufweist und das beschriebene Verfahren folgende Arbeitsschritte umfasst: – Gewähr, dass das gewünschte Muster über eine Kontrollfunktion (10) verfügt, die eine Vielzahl nicht auflösbarer Merkmale (12) aufweist, wobei die Vielzahl der nicht auflösbaren Merkmale so angeordnet ist, dass sie bei der Projektion auf das Substrat ein vorgegebenes Testmuster erzeugt; – Projektion der Kontrollfunktion mittels Projektionssystem auf das Substrat, und; – Analyse der Position des beschriebenen vorgegebenen Testmusters sowie der Position der Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen in der Kontrollfunktion zur Ermittlung, ob eine Aberration vorhanden ist.
  2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes der beschriebenen Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen (12) eine quadratische Querschnittskonfiguration aufweist und die beschriebene Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen im wesentlichen kreisförmig zueinander angeordnet ist.
  3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei jedes der beschriebenen Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen (12) eine Seitenlänge (SL) von höchstens 0,30 (λ/NA) aufweist, wobei λ die Wellenlänge der Strahlung des Projektionsstrahls und NA die numerische Apertur des Projektionssystems ist.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Abstand (ES) zwischen den angrenzenden Kanten der angrenzenden, nicht auflösbaren Merkmale höchstens 0,15 (λ/NA) beträgt.
  5. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, wobei das beschriebene vorgegebene Testmuster ein im wesentlichen ringförmiges Muster ist.
  6. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, wobei das genannte gewünschte Muster neben der beschriebenen Kontrollfunktion (10) außerdem ein Bauteilmuster aufweist, das einer integrierten Bauteilschicht entspricht, die auf dem beschriebenen Substrat gebildet werden soll.
  7. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, wobei ein erster Satz der beschriebenen Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen, die aneinander angrenzen, in X-Richtung überlappen und ein zweiter Satz der beschriebenen Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen in Y-Richtung und im Wesentlichen senkrecht zur beschriebenen X-Richtung überlappen, wobei die Überlappung in X-Richtung im Wesentlichen der Überlappung in Y-Richtung entspricht.
  8. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Musterschablone als Maske (MA) ausgeführt wird.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei jedes der beschriebenen Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen ein π-phasenverschobenes Element ist.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei die beschriebene Maske eine um 6% gedämpfte phasenverschobene Maske und eine Binärchrommaske ist.
  11. Eine Maske zum Einsatz in einem Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, die mindestens eine Maskenplatte mit einem Kontrollfunktionsmuster (10) enthält, wobei das beschriebene Kontrollfunktionsmuster eine Vielzahl von nicht auflösbaren Merkmalen (12) aufweist, die auf der beschriebenen Maskenplatte angeordnet sind, wobei die Vielzahl an nicht auflösbaren Merkmalen so angeordnet ist, dass ein vorgegebenes Testmuster auf dem beschriebenen Substrat entsteht, und das beschriebene vorgegebene Muster dazu verwendet wird, um die beschriebenen Aberrationen zu ermitteln.
  12. Eine Konstruktion nach Anspruch 11, die außerdem ein Bauteilmuster aufweist, das auf besagter Maskenplatte angeordnet ist und einer integrierten Bauteilschicht entspricht, die auf dem beschriebenen Substrat gebildet werden soll.
  13. Ein Herstellungsverfahren für ein Bauteil, das folgende Arbeitsschritte umfasst: a) Bereitstellung eines Substrats (W), das zumindest teilweise von einer Schicht strahlungsempfindlichen Materials bedeckt ist; b) Bereitstellung eines Projektionsstrahls (PB) mit Hilfe eines Strahlungssystems; c) Erzeugung eines Projektionsstrahls (MA) mit Hilfe einer Musterschablone mit einem Muster im Querschnitt; d) Projektion eines Strahls in Form eines Musters auf einen Zielabschnitt der Schicht strahlungsempfindlichen Materials mit Hilfe eines Projektionssystems (PL), – wobei vor der Nutzung eines integrierten Bauteilmusters in Schritt (d) zur Ermittlung einer Aberration gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
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