DE102019128860A1 - Method for measuring a structure and substrate for semiconductor lithography - Google Patents

Method for measuring a structure and substrate for semiconductor lithography Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung einer Struktur (21) auf einem Substrat (20) für die Halbleiterlithographie, wobei das Substrat (20) mindestens eine Referenzmarke (24.x) und mindestens eine Ankergeometrie (27.x) umfasst, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Bestimmung eines globalen Referenzkoordinatensystems (22) des Substrats (22) unter Verwendung der Referenzmarke (24.x).
- Ermittlung der Position und der Orientierung der mindestens einen Ankergeometrie (27.x) in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem (22).
- Vermessung der Struktur (21) in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem (22) auf Basis der ermittelten Position und Orientierung der Ankergeometrie (27.x) im globalen Referenzkoordinatensystem (22).
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Substrat (20) für die Halbleiterlithographie, welches Strukturen, die in mehrere Teilbereiche (26.x) unterteilt sind und mindestens eine Referenzmarke (24.x) umfasst, wobei das Substrat (20) mindestens eine Ankergeometrie (27.x) pro Teilbereich (26.x) umfasst.

Figure DE102019128860A1_0000
The invention relates to a method for measuring a structure (21) on a substrate (20) for semiconductor lithography, the substrate (20) comprising at least one reference mark (24.x) and at least one anchor geometry (27.x), the method includes the following process steps:
- Determination of a global reference coordinate system (22) of the substrate (22) using the reference mark (24.x).
- Determination of the position and the orientation of the at least one anchor geometry (27.x) in relation to the global reference coordinate system (22).
- Measurement of the structure (21) in relation to the global reference coordinate system (22) on the basis of the determined position and orientation of the anchor geometry (27.x) in the global reference coordinate system (22).
The invention also relates to a substrate (20) for semiconductor lithography, which has structures that are divided into several partial areas (26.x) and at least one reference mark (24.x), the substrate (20) at least one anchor geometry (27. x) per sub-area (26.x).
Figure DE102019128860A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung einer Struktur auf einem Substrat, insbesondere einer Photomaske für die Halbleiterlithographie oder eines Wafers und ein Substrat für die Halbleiterlithographie.The invention relates to a method for measuring a structure on a substrate, in particular a photo mask for semiconductor lithography or a wafer, and a substrate for semiconductor lithography.

Photolithographische Masken werden in Lithographiesystemen oder zum Herstellen mikrostrukturierter Bauelemente, wie etwa integrierter Schaltkreise oder LCDs (Liquid Crystal Displays) eingesetzt. In einem Lithographieprozess oder einem Mikrolithographieprozess beleuchtet dabei eine Beleuchtungseinheit eine photolithographische Maske, welche auch als Photomaske oder einfach Maske bezeichnet wird. Das durch die Maske hindurchtretende Licht oder das von der Maske reflektierte Licht wird von einer Projektionsoptik auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes, in der Bildebene der Projektionsoptik angebrachtes Substrat (beispielsweise einen Wafer) projiziert, um die Strukturelemente der Maske auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen und so eine gewünschte Struktur auf dem Substrat zu erzeugen.Photolithographic masks are used in lithography systems or for the production of microstructured components such as integrated circuits or LCDs (Liquid Crystal Displays). In a lithography process or a microlithography process, a lighting unit illuminates a photolithographic mask, which is also referred to as a photomask or simply a mask. The light passing through the mask or the light reflected by the mask is projected by projection optics onto a substrate (e.g. a wafer) coated with a light-sensitive layer (photoresist) and attached to the image plane of the projection optics, in order to place the structural elements of the mask on the light-sensitive Transfer coating of the substrate and thus to produce a desired structure on the substrate.

Die Platzierung von Strukturelementen auf der Oberfläche von Masken muss hochgenau sein, so dass die zulässigen Abweichungen von deren vorgegebenen Positionen oder Abweichungen von einer kritischen Abmessung (CD, Critical Dimension) eines Strukturelementes im Nanometerbereich vorzugsweise im Subnanometerbereich liegen, um nicht zu Fehlern auf Wafern bei der Belichtung mit der entsprechenden Maske zu führen. Die Herstellung von Photomasken, die diese Anforderungen erfüllen können, ist extrem komplex, fehleranfällig und damit teuer. Masken müssen deshalb bei Beschädigungen oder Abweichungen von den gewünschten Spezifikationen wann immer möglich repariert werden.The placement of structural elements on the surface of masks must be highly precise so that the permissible deviations from their specified positions or deviations from a critical dimension (CD, Critical Dimension) of a structural element in the nanometer range, preferably in the sub-nanometer range, in order not to cause defects on wafers the exposure with the appropriate mask. The production of photomasks that can meet these requirements is extremely complex, error-prone and therefore expensive. Masks must therefore be repaired whenever possible if they are damaged or deviate from the desired specifications.

Eine wichtige Voraussetzung für das Reparieren defekter Masken ist das Auffinden und Charakterisieren vorhandener Defekte, insbesondere von Platzierungsdefekten oder Platzierungsfehlern (englisch: „Registration Error“). Die Detektion von Platzierungsdefekten und/oder Abweichungen der CD ist aufwändig und schwierig, müssen doch diese Größen mit einer Genauigkeit im einstelligen Nanometerbereich, vorzugsweise im Subnanometerbereich, ermittelt werden.An important prerequisite for repairing defective masks is the finding and characterization of existing defects, especially placement defects or placement errors (English: "Registration Error"). The detection of placement defects and / or discrepancies in the CD is complex and difficult, since these variables must be determined with an accuracy in the single-digit nanometer range, preferably in the sub-nanometer range.

Zur Untersuchung von Platzierungsfehlen und/oder des CD-Werts werden Maskeninspektionsmikroskope oder Positionsbestimmungsvorrichtungen eingesetzt. Die Tendenz, die Strukturgrößen der mikrostrukturierten Bauteile mit jeder neuen Generation weiter zu verkleinern, führt dazu, dass auf Grund der Auflösungsgrenze der aktuellen Maskeninspektionsmikroskope oder Positionsbestimmungsvorrichtungen ein exaktes Bestimmen der Positionen der Strukturen nicht mehr ohne weiteres möglich ist.Mask inspection microscopes or position determining devices are used to examine placement errors and / or the CD value. The tendency to further reduce the structure sizes of the microstructured components with each new generation leads to the fact that an exact determination of the positions of the structures is no longer easily possible due to the resolution limits of the current mask inspection microscopes or position determining devices.

Eine mögliche Lösung, die Auflösungsgrenze in Richtung zu noch höheren Auflösungen zu verschieben, ist die Immersionsmikroskopie, bei der zwischen der abbildenden Optik des Mikroskops und der zu untersuchenden Struktur eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, angeordnet ist. Dies ermöglicht es, die numerische Apertur des Mikroskops zu vergrößern und dadurch eine höhere Auflösung zu erzielen. Damit ist jedoch der Nachteil verbunden, dass die Masken mit der Immersionsflüssigkeit in Kontakt kommen und nach der Messung aufwendig gereinigt werden müssen; darüber hinaus werden die Mikroskope in ihrem Aufbau komplexer.A possible solution to shift the resolution limit towards even higher resolutions is immersion microscopy, in which a liquid, such as water, is arranged between the imaging optics of the microscope and the structure to be examined. This makes it possible to enlarge the numerical aperture of the microscope and thereby achieve a higher resolution. However, this has the disadvantage that the masks come into contact with the immersion liquid and have to be cleaned, which is time-consuming after the measurement; In addition, microscopes are becoming more complex in their structure.

Eine weitere mögliche Lösung ist es, Elektronenstrahl basierende Systeme, wie beispielsweise ein Scannendes Elektronenstrahl Mikroskop (SEM), zu verwenden. Die Genauigkeit der Scanbewegung ist dabei für eine Erfassung eines Platzierungsfehlers einer Struktur nicht ausreichend genau, so dass der Platzierungsfehler der Struktur nur innerhalb des Bildfeldes, dessen Größe in aktuellen Systemen im Bereich von 20µm × 20µm bis 35µm × 35µm liegt, bestimmt werden kann. Ohne eine ausreichend genaue Bewegung des Elektronenstrahls kann aber keine Zuordnung des vermessenen Platzierungsfehlers der Struktur zu einem für das Substrat geltenden globalen Referenzkoordinatensystem getroffen werden.Another possible solution is to use electron beam based systems such as an electron beam scanning microscope (SEM). The accuracy of the scanning movement is not sufficiently accurate to detect a placement error of a structure, so that the placement error of the structure can only be determined within the image field, the size of which in current systems is in the range of 20μm × 20μm to 35μm × 35μm. Without a sufficiently precise movement of the electron beam, however, no assignment of the measured placement error of the structure to a global reference coordinate system applicable to the substrate can be made.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welche das Problem der Zuordnung des Messortes zu einem globalen Referenzkoordinatensystem löst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Substrat bereitzustellen, welches die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik löst.The object of the present invention is to specify a method which solves the problem of assigning the measurement location to a global reference coordinate system. Another object of the invention is to provide a substrate which solves the disadvantages of the prior art described above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Varianten der Erfindung.This object is achieved by a device and a method having the features of the independent claims. The subclaims relate to advantageous developments and variants of the invention.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermessung einer Struktur auf einem Substrat für die Halbleiterlithographie geht zunächst davon aus, dass das Substrat mindestens eine Referenzmarke und mindestens eine Ankergeometrie umfasst. Die Referenzmarke dient dabei dazu, ein globales Referenzkoordinatensystem des Substrats zu bestimmen. Unter einer Ankergeometrie ist in diesem Zusammenhang eine Struktur auf der Maske zu verstehen, deren Position und deren Orientierung in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem bekannt sind.A method according to the invention for measuring a structure on a substrate for semiconductor lithography is initially based on the fact that the substrate comprises at least one reference mark and at least one anchor geometry. The reference mark serves to determine a global reference coordinate system of the substrate. An anchor geometry is to be understood in this context as a structure on the mask, the position and orientation of which are known in relation to the reference coordinate system.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Position und die Orientierung der mindestens einen Ankergeometrie in Bezug zu dem so festgelegten globalen Referenzkoordinatensystem bestimmt.When using the method according to the invention, the position and the orientation of the at least one anchor geometry are determined in relation to the global reference coordinate system established in this way.

Die Vermessung der Struktur in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem erfolgt dann auf Basis der ermittelten Position und Orientierung der Ankergeometrie im globalen Referenzkoordinatensystem.The structure is then measured in relation to the global reference coordinate system based on the determined position and orientation of the anchor geometry in the global reference coordinate system.

Die Vermessung kann dabei die Bestimmung einer IST-Position und einer IST-Orientierung eines Strukturelementes der Struktur, also die Bestimmung eines Platzierungsfehlers umfassen. Ebenso kann die Vermessung die Bestimmung der IST-Geometrie eines Strukturelementes, also beispielsweise die Bestimmung einer kritischen Dimension eines Strukturelementes umfassen. Dabei kann das Strukturelement in Bezug zu der Ankergeometrie vermessen werden. Dadurch, dass die Position und die Orientierung der Ankergeometrie zu dem Referenzkoordinatensystem bekannt sind, sind die Position und die Orientierung des Strukturelementes in dem Referenzkoordinatensystem bekannt.The measurement can include the determination of an ACTUAL position and an ACTUAL orientation of a structural element of the structure, that is to say the determination of a placement error. The measurement can also include the determination of the actual geometry of a structural element, for example the determination of a critical dimension of a structural element. The structural element can be measured in relation to the anchor geometry. Because the position and the orientation of the anchor geometry in relation to the reference coordinate system are known, the position and the orientation of the structural element in the reference coordinate system are known.

Dabei kann das globale Referenzkoordinatensystem des Substrates mit einer ersten Messvorrichtung bestimmt werden. Diese erste Messvorrichtung kann dabei beispielsweise als ein Maskeninspektionsmikroskop oder eine Positionsbestimmungsvorrichtung für die Halbleiterlithographie ausgebildet sein, welche beispielsweise mit einer Wellenlänge von 193nm arbeiten.The global reference coordinate system of the substrate can be determined with a first measuring device. This first measuring device can be designed, for example, as a mask inspection microscope or a position-determining device for semiconductor lithography, which work, for example, with a wavelength of 193 nm.

Weiterhin kann die Position und die Orientierung der Ankergeometrie im globalen Referenzkoordinatensystem mit der ersten Messvorrichtung ermittelt werden. Die Ankergeometrie ist dabei zweckmäßigerweise so gestaltet, dass sie durch die erste Messvorrichtung aufgelöst werden kann. Das Auflösungsvermögen der ersten Messvorrichtung kann dabei kleiner als 100nm, insbesondere kleiner als 60nm sein.Furthermore, the position and the orientation of the anchor geometry in the global reference coordinate system can be determined with the first measuring device. The anchor geometry is expediently designed so that it can be resolved by the first measuring device. The resolving power of the first measuring device can be less than 100 nm, in particular less than 60 nm.

Die Vermessung der Struktur in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem kann beispielsweise mit einer zweiten Messvorrichtung erfolgen.The structure can be measured in relation to the global reference coordinate system, for example, with a second measuring device.

Insbesondere kann die zweite Messvorrichtung ein höheres Auflösungsvermögen als die erste Messvorrichtung aufweisen.In particular, the second measuring device can have a higher resolution than the first measuring device.

Die Vermessung der Struktur in der zweiten Messvorrichtung kann die Verwendung eines Teilchenstrahls, insbesondere eines Ionen- oder Elektronenstrahls umfassen. Die zweite Messvorrichtung kann beispielsweise ein scannendes Elektronenstrahlmikroskop (SEM), ein Rastersondenmikroskop oder ein Rasterkraftmikroskop oder eine optische Messvorrichtung mit einer Arbeitswellenlänge von 13,5nm oder eine Messvorrichtung, die auf optischen Nahfeldmethoden oder kohärenten diffraktiven Bildgebungsverfahren beruht, sein. Weiterhin kann es sich bei der zweiten Messvorrichtung um ein Ionenstrahlmikroskop, beispielsweise ein Helium-Ionen-Mikroskop wie das unter der Bezeichnung Orion NanoFab bekannte Mikroskop der Carl Zeiss Microscopy GmbH oder auch um ein Mehrstrahl-Elektronenmikroskop wie das MultiSEM (ebenfalls der Carl Zeiss Microscopy GmbH) handeln.The measurement of the structure in the second measuring device can include the use of a particle beam, in particular an ion or electron beam. The second measuring device can be, for example, a scanning electron beam microscope (SEM), a scanning probe microscope or an atomic force microscope or an optical measuring device with an operating wavelength of 13.5 nm or a measuring device based on optical near-field methods or coherent diffractive imaging methods. Furthermore, the second measuring device can be an ion beam microscope, for example a helium ion microscope such as the microscope known under the name Orion NanoFab from Carl Zeiss Microscopy GmbH or a multi-beam electron microscope such as the MultiSEM (also from Carl Zeiss Microscopy GmbH ) act.

Ein erfindungsgemäßes Substrat für die Halbleiterlithographie umfasst Strukturen, die in mehrere Teilbereiche unterteilt sind und mindestens eine Referenzmarke, wobei auf dem erfindungsgemäßen Substrat mindestens eine Ankergeometrie pro Teilbereich ausgebildet ist.A substrate according to the invention for semiconductor lithography comprises structures which are subdivided into several partial areas and at least one reference mark, at least one anchor geometry per partial area being formed on the substrate according to the invention.

Dabei kann die Ankergeometrie so ausgebildet sein, dass diese von einer Messvorrichtung mit einer Auflösung von 60nm aufgelöst werden kann. Dadurch ist es möglich, mit einem Maskeninspektionsmikroskop zunächst das globale Referenzkoordinatensystem zu bestimmen und nachfolgend die Position und die Orientierung der Ankergeometrien in Bezug zu dem Referenzkoordinatensystem zu ermitteln. Die Teilbereiche sind dabei zusammenhängende Bereiche der Struktur, die nicht mit üblicherweise ausgebildeten funktionellen Teilstrukturen auf dem Substrat überstimmen müssen. Die Größe der Teilbereiche orientiert sich viel mehr an der Größe der Bildfelder der Messvorrichtungen, welche zur Vermessung der Struktur verwendet werden.The anchor geometry can be designed in such a way that it can be resolved by a measuring device with a resolution of 60 nm. This makes it possible to first determine the global reference coordinate system with a mask inspection microscope and then to determine the position and the orientation of the anchor geometries in relation to the reference coordinate system. The subregions are contiguous regions of the structure that do not have to override the functional substructures usually formed on the substrate. The size of the partial areas is based much more on the size of the image fields of the measuring devices which are used to measure the structure.

Insbesondere kann die Fläche der Teilbereiche kleiner 400µm2, insbesondere kleiner 1000µm2, insbesondere kleiner 5000µm2 sein. Die Größe der Teilbereiche korrespondiert zweckmäßigerweise mit der Größe des Bildfeldes der verwendeten zweiten Messvorrichtung, so dass einzelne Strukturelemente der Struktur in den Teilbereichen auf Basis der Position und der Orientierung der Ankergeometrien auf das globale Referenzkoordinatensystem referenziert werden können. Die Ankergeometrien sollten dabei so angeordnet sein, dass unabhängig von der Wahl des Teilbereiches auf dem Substrat mindestens eine Ankergeometrie in diesem Teilbereich angeordnet ist. Dies kann dazu führen, dass je nach Auswahl des Teilbereiches auch zwei oder mehr Ankergeometrien in dem ausgewählten Teilbereich angeordnet sind.In particular, the area of the partial regions 400 .mu.m less 2, in particular less than 1000 microns 2, 5000μm 2 in particular, be smaller. The size of the sub-areas expediently corresponds to the size of the image field of the second measuring device used, so that individual structural elements of the structure in the sub-areas can be referenced to the global reference coordinate system based on the position and orientation of the anchor geometries. The anchor geometries should be arranged in such a way that, regardless of the selection of the sub-area on the substrate, at least one anchor geometry is arranged in this sub-area. This can lead to the fact that, depending on the selection of the sub-area, two or more anchor geometries are also arranged in the selected sub-area.

In einer Variante der Erfindung können mindestens zwei Ankergeometrien unterschiedliche Geometrien, insbesondere jede Ankergeometrie eine individuelle Geometrie aufweisen. Im zweiten Fall kann jede Ankergeometrie an Hand ihrer Geometrie eindeutig bestimmt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass bei der Vermessung der Strukturelemente mit der zweiten Messvorrichtung, auf Grund der ebenfalls im Bildfeld liegenden Ankergeometrie, die Position und die Orientierung des Bildes in Bezug zu dem Referenzkoordinatensystem bestimmt werden kann. Darauf basierend kann nach der Ermittlung der Position und der Orientierung des Strukturelementes zur Ankergeometrie, die Position und die Orientierung des Strukturelementes im Referenzkoordinatensystem bestimmt werden.In a variant of the invention, at least two anchor geometries can have different geometries, in particular each anchor geometry can have an individual geometry. In the second case, each anchor geometry can be clearly determined on the basis of its geometry. This has the The advantage that when measuring the structural elements with the second measuring device, due to the anchor geometry also lying in the image field, the position and the orientation of the image in relation to the reference coordinate system can be determined. Based on this, after determining the position and the orientation of the structural element in relation to the anchor geometry, the position and the orientation of the structural element in the reference coordinate system can be determined.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines Maskeninspektionsmikroskops aus dem Stand der Technik, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann,
  • 2 ein Substrat, und
  • 3 ein Flussdiagramm zu einem erfindungsgemäßen Verfahren.
In the following, exemplary embodiments and variants of the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Show it
  • 1 a schematic representation of a mask inspection microscope from the prior art, with which the method according to the invention can be carried out,
  • 2 a substrate, and
  • 3 a flowchart for a method according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Maskeninspektionsmikroskops 1 zur Vermessung eines Substrates 8 für die Halbleiterlithographie, welche beispielsweise als Photomaske ausgebildet sein kann. Das Maskeninspektionsmikroskop 1 umfasst zwei Lichtquellen 4, 5, wobei eine erste Lichtquelle 4 für eine Messung des Substrates 8 in Reflexion und eine zweite Lichtquelle 5 für eine Messung des Substrates 8 in Transmission ausgebildet ist. Das Substrat 8 ist auf einem Objekttisch 7 angeordnet, der das Substrat 8 im Sub-Nanometerbereich lateral und vertikal positionieren kann. Die Positioniergenauigkeit kann dabei insbesondere in einem Bereich von weniger als 500pm, insbesondere unter 250pm liegen. Bei einer Durchlichtmessung tritt das Messlicht 14 der Beleuchtungseinheit 15, welche die Lichtquelle 5 und eine als Kondensor 6 ausgebildete Beleuchtungsoptik umfasst, durch den Kondensor 6, der auf dem Substrat 8 eine gewünschte Lichtverteilung erzeugt. Das Messlicht 14 tritt weiter durch das Substrat 8, welches in der Folge durch eine Abbildungsoptik 9 und einen Tubus 11 abgebildet wird. Der Tubus 11 vergrößert die Abbildung des Substrates 8 und bildet sie wiederum auf eine als CCD-Kamera ausgebildete Aufnahmevorrichtung 2 ab. Der zwischen der Abbildungsoptik 9 und dem Tubus 11 angeordnete halbdurchlässige Spiegel 10 wird für die Messung in Reflexion verwendet und hat keinen Einfluss auf die Messung in Durchlicht. 1 shows a schematic representation of a mask inspection microscope known from the prior art 1 for measuring a substrate 8th for semiconductor lithography, which can be designed as a photo mask, for example. The mask inspection microscope 1 includes two light sources 4th , 5 , wherein a first light source 4th for a measurement of the substrate 8th in reflection and a second light source 5 for a measurement of the substrate 8th is designed in transmission. The substrate 8th is on a stage 7th arranged of the substrate 8th can position laterally and vertically in the sub-nanometer range. The positioning accuracy can in particular be in a range of less than 500 pm, in particular below 250 pm. With a transmitted light measurement, the measuring light occurs 14th the lighting unit 15th showing the light source 5 and one as a condenser 6th includes trained lighting optics by the condenser 6th that is on the substrate 8th creates a desired light distribution. The measuring light 14th continues through the substrate 8th , which in the sequence through an imaging optics 9 and a tube 11 is mapped. The tube 11 enlarges the image of the substrate 8th and in turn forms them on a recording device designed as a CCD camera 2 from. The one between the imaging optics 9 and the tube 11 arranged semi-transparent mirrors 10 is used for the measurement in reflection and has no influence on the measurement in transmitted light.

Bei einer Messung in Reflexion wird das von der Lichtquelle 4 emittierte Messlicht 13 am halbdurchlässigen Spiegel 10 reflektiert und trifft anschließend auf die Abbildungsoptik 9. Diese fokussiert das Messlicht 13 auf das Substrat 8, von dem dieses reflektiert wird. Die Abbildungsoptik 9 wird von dem Messlicht 13 ein weiteres Mal durchtreten und bildet das Substrat 8 durch den halbdurchlässigen Spiegel 10 auf dem Tubus 11 ab. Der Tubus 11 vergrößert die Abbildung des Substrats 8 und bildet sie auf die Aufnahmevorrichtung 2 ab.In the case of a measurement in reflection, this is from the light source 4th emitted measuring light 13 on the semi-transparent mirror 10 reflects and then hits the imaging optics 9 . This focuses the measuring light 13 on the substrate 8th from which this is reflected. The imaging optics 9 is from the measuring light 13 step through one more time and form the substrate 8th through the semi-transparent mirror 10 on the tube 11 from. The tube 11 enlarges the image of the substrate 8th and forms them on the receiving device 2 from.

Die Aufnahmevorrichtung, der Objekttisch 7, die Abbildungsoptik 9 und die Lichtquellen 4, 5 sind mit einer Steuerung 12 verbunden, die das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten 4, 5, 7, 9 steuert oder regelt und auch zur Verarbeitung der erfassten Abbildungen ausgebildet ist.The fixture, the stage 7th , the imaging optics 9 and the light sources 4th , 5 are with a controller 12 connected to the interaction of the individual components 4th , 5 , 7th , 9 controls or regulates and is also designed to process the captured images.

2 zeigt ein als Photomaske 20 ausgebildetes Substrat für die Halbleiterlithographie, welches in einer Draufsicht dargestellt ist. Die Photomaske 20 umfasst eine Struktur 21 und zwei Referenzmarken 24.1, 24.2, die zur Bestimmung eines globalen Referenzkoordinatensystems 22 der Photomaske 20 verwendet werden. Der Ursprung 23 des Referenzkoordinatensystems 22 ist im Rahmen der Toleranzen des Herstellungsprozesses in der Mitte der Photomaske 20. Der Ursprung 23 kann beispielsweise mit einer Genauigkeit von 0,25µm bestimmt werden. Die Struktur 21 der Photomaske 20 ist in mehrere Teilbereiche 26.x unterteilt, wobei in 2 exemplarisch nur vier Teilbereiche 26.1, 26.2, 26.3, 26.4 dargestellt sind. Jeder Teilbereich 26.x umfasst eine sogenannte Ankergeometrie 27.x, wobei unter einer Ankergeometrie 27.x in diesem Zusammenhang ein Teil der Struktur 21 auf der Maske zu verstehen ist, deren Position und deren Orientierung in Bezug auf den Ursprung 23 des Referenzkoordinatensystems 22 bekannt ist. In dem Fall, dass Teile der Struktur 21 mit einem Maskeninspektionsmikroskop nicht mehr aufgelöst werden können, kann der Teilbereich 26.x, in dem der interessierende Teil der Struktur 21 angeordnet ist, mit einer hochauflösenden Messvorrichtung vermessen werden, wie beispielsweise einem Scannenden Elektronenstrahl Mikroskop (SEM). 2 shows one as a photo mask 20th formed substrate for semiconductor lithography, which is shown in a plan view. The photo mask 20th includes a structure 21st and two reference marks 24.1 , 24.2 that are used to determine a global reference coordinate system 22nd the photo mask 20th be used. The origin 23 of the reference coordinate system 22nd is within the tolerances of the manufacturing process in the middle of the photomask 20th . The origin 23 can for example be determined with an accuracy of 0.25 µm. The structure 21st the photo mask 20th is in several sub-areas 26.x divided into 2 only four sub-areas as an example 26.1 , 26.2 , 26.3 , 26.4 are shown. Every sub-area 26.x includes a so-called anchor geometry 27.x , being under an anchor geometry 27.x in this context part of the structure 21st on the mask is to be understood, its position and its orientation in relation to the origin 23 of the reference coordinate system 22nd is known. In the event that parts of the structure 21st can no longer be resolved with a mask inspection microscope, the partial area 26.x in which the part of interest of the structure 21st is arranged to be measured with a high-resolution measuring device such as a scanning electron beam microscope (SEM).

Wird nun der Teilbereich 26.1 erfasst, der zweckmäßigerweise maximal die Größe des Bildfeldes 25.1 des verwendeten Messgerätes aufweist, kann die Position und die Orientierung der einzelnen Strukturelemente 28.x der Teilstruktur 26.1 in Bezug auf die Ankergeometrie 27.1 vermessen werden. Die Position und die Orientierung der Ankergeometrie 27.x sind im Referenzkoordinatensystem 22 bekannt, so dass damit auch die Position und die Orientierung des Strukturelementes 28.x im Referenzkoordinatensystem 22 bekannt sind. Die Ankergeometrien 27.x können jede Form annehmen, sofern die Geometrie größer 60 nm ist. Weiterhin können die Ankergeometrien 27.x individuell ausgestaltet sein, so dass die Position und die Orientierung der Abbildung des Teilbereichs bereits anhand der eindeutigen Ankergeometrie bestimmt werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Genauigkeit der Positionierung und Orientierung des Bildfeldes 25.x des hochauflösenden Messgerätes, wie beispielsweise ein scannendes Elektronenstrahl Mikroskop (SEM), keine Rolle bei der Bestimmung der Position und der Orientierung der vermessenen Struktur spielt.Now becomes the sub-area 26.1 that is expediently a maximum of the size of the image field 25.1 of the measuring device used, the position and orientation of the individual structural elements 28.x the substructure 26.1 in terms of anchor geometry 27.1 be measured. The position and orientation of the anchor geometry 27.x are in the reference coordinate system 22nd known, so that with it the position and the orientation of the structural element 28.x in the reference coordinate system 22nd are known. The anchor geometries 27.x can take any shape as long as the geometry is larger than 60 nm. Furthermore, the anchor geometries 27.x be designed individually so that the position and the orientation of the image of the sub-area can already be determined on the basis of the unique anchor geometry. This has the advantage that the accuracy of the positioning and orientation of the image field 25.x of the high-resolution measuring device, such as a scanning electron beam microscope (SEM), plays no role in determining the position and orientation of the measured structure.

3 beschreibt ein mögliches Verfahren zur Vermessung einer Struktur auf einem Substrat für die Halbleiterlithographie, wobei das Substrat mindestens eine Referenzmarke 24.x und mindestens eine Ankergeometrie 27.x umfasst. 3 describes a possible method for measuring a structure on a substrate for semiconductor lithography, the substrate having at least one reference mark 24.x and at least one anchor geometry 27.x includes.

In einem ersten Verfahrensschritt 31 wird ein globales Referenzkoordinatensystem 22 des Substrats 20 unter Verwendung einer Referenzmarke 24.x bestimmt.In a first process step 31 becomes a global reference coordinate system 22nd of the substrate 20th using a reference mark 24.x certainly.

In einem zweiten Verfahrensschritt 32 wird die Position und die Orientierung der mindestens einen Ankergeometrie 27.x in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem 22 ermittelt.In a second process step 32 becomes the position and orientation of the at least one anchor geometry 27.x in relation to the global reference coordinate system 22nd determined.

In einem dritten Verfahrensschritt 33 wird die Struktur 21 in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem 22 auf Basis der ermittelten Position und Orientierung der Ankergeometrie 27.x im globalen Referenzkoordinatensystem 22 vermessen.In a third process step 33 becomes the structure 21st in relation to the global reference coordinate system 22nd based on the determined position and orientation of the anchor geometry 27.x in the global reference coordinate system 22nd measured.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
MaskeninspektionsmikroskopMask inspection microscope
22
Aufnahmevorrichtung, CCD-KameraCradle, CCD camera
44th
Lichtquelle ReflexionLight source reflection
55
Lichtquelle DurchlichtLight source transmitted light
66
Kondensatorcapacitor
77th
ObjekttischStage
88th
Substrat, insb. Photomaske oder WaferSubstrate, especially photomask or wafer
99
AbbildungsoptikImaging optics
1010
Spiegelmirror
1111
TubusTube
1212
Steuerungcontrol
1313
Strahlengang ReflexionBeam path reflection
1414th
Strahlengang DurchlichtBeam path transmitted light
1515th
BeleuchtungseinheitLighting unit
2020th
PhotomaskePhotomask
2121st
Strukturstructure
2222nd
Globales ReferenzkoordinatensystemGlobal reference coordinate system
2323
Ursprung globales ReferenzkoordinatensystemOrigin of global reference coordinate system
24.1, 24.224.1, 24.2
ReferenzmarkeReference mark
25.1-25.425.1-25.4
Bildfeld (FOV)Field of View (FOV)
26.1-26.426.1-26.4
TeilbereichSection
27.1-27.427.1-27.4
AnkergeometrieAnchor geometry
28.1 - 28.428.1 - 28.4
StrukturelementStructural element
3131
Verfahrensschritt 1Process step 1
3232
Verfahrensschritt 2Step 2
3333
Verfahrensschritt 3Step 3

Claims (11)

Verfahren zur Vermessung einer Struktur (21) auf einem Substrat (20) für die Halbleiterlithographie, wobei das Substrat (20) mindestens eine Referenzmarke (24.x) und mindestens eine Ankergeometrie (27.x) umfasst, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Bestimmung eines globalen Referenzkoordinatensystems (22) des Substrats (22) anhand der Referenzmarke (24.x), - Ermittlung der Position und der Orientierung der mindestens einen Ankergeometrie (27.x) in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem (22), - Vermessung der Struktur (21) in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem (22) auf Basis der ermittelten Position und Orientierung der Ankergeometrie (27.x) im globalen Referenzkoordinatensystem (22).Method for measuring a structure (21) on a substrate (20) for semiconductor lithography, wherein the substrate (20) comprises at least one reference mark (24.x) and at least one anchor geometry (27.x), comprising the following method steps: - Determination of a global reference coordinate system (22) of the substrate (22) using the reference mark (24.x), - Determination of the position and the orientation of the at least one anchor geometry (27.x) in relation to the global reference coordinate system (22), - Measurement of the structure (21) in relation to the global reference coordinate system (22) on the basis of the determined position and orientation of the anchor geometry (27.x) in the global reference coordinate system (22). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das globale Referenzkoordinatensystem (22) des Substrates (20) mit einer ersten Messvorrichtung (1) bestimmt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the global reference coordinate system (22) of the substrate (20) is determined with a first measuring device (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position und die Orientierung der Ankergeometrie (27.x) im globalen Referenzkoordinatensystem (22) mit der ersten Messvorrichtung (1) ermittelt wird.Method according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the position and the orientation of the anchor geometry (27.x) in the global reference coordinate system (22) is determined with the first measuring device (1). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Struktur (21) in Bezug zu dem globalen Referenzkoordinatensystem (22) mit einer zweiten Messvorrichtung erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structure (21) is measured in relation to the global reference coordinate system (22) with a second measuring device. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messvorrichtung ein höheres Auflösungsvermögen als die erste Messvorrichtung (1) aufweist.Method according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the second measuring device has a higher resolution than the first measuring device (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Vorrichtung (1) als ein optisches Maskeninspektionsmikroskop ausgebildet ist.Method according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the first device (1) is designed as an optical mask inspection microscope. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung der Struktur (21) in der zweiten Messvorrichtung die Verwendung eines Elektronenstrahls umfasst.Method according to one of the Claims 4 to 6th , characterized in that the measurement of the structure (21) in the second measuring device comprises the use of an electron beam. Substrat (20) für die Halbleiterlithographie umfassend Strukturen, die in mehrere Teilbereiche (26.x) unterteilt sind und mindestens eine Referenzmarke (24.x), dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) mindestens eine Ankergeometrie (27.x) pro Teilbereich (26.x) umfasst.Substrate (20) for semiconductor lithography comprising structures which are subdivided into several partial areas (26.x) and at least one reference mark (24.x), characterized in that the substrate (20) has at least one anchor geometry (27.x) per partial area (26.x) includes. Substrat (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ankergeometrie (27.x) so ausgebildet ist, dass diese von einer Messvorrichtung (1) mit einer Auflösung von 60nm aufgelöst werden kann.Substrate (20) Claim 8 , characterized in that the anchor geometry (27.x) is designed so that it can be resolved by a measuring device (1) with a resolution of 60 nm. Substrat (20) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche der Teilbereiche (26.x) kleiner 400µm2, insbesondere kleiner 1000µm2, insbesondere kleiner 5000µm2 ist.Substrate (20) Claim 8 or 9 Characterized in that the area of the partial regions (26.x) is less than 400 .mu.m 2, in particular less than 1000 microns 2, in particular less than 5000μm. 2 Substrat (20) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Ankergeometrien (27.x) unterschiedliche Geometrien aufweisen, insbesondere jede Ankergeometrie (27.x) eine individuelle Geometrie aufweist.Substrate (20) according to one of the Claims 8 to 10 , characterized in that at least two anchor geometries (27.x) have different geometries, in particular each anchor geometry (27.x) has an individual geometry.
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