DE102007047924B4

DE102007047924B4 - Verfahren zur automatischen Detektion von Fehlmessungen mittels Qualitätsfaktoren

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Publication number: DE102007047924B4
Application number: DE102007047924A
Authority: DE
Inventors: Hans-Artur Boesser; Michael Heiden; Klaus-Dieter Adam
Original assignee: Vistec Semiconductor Systems Jena GmbH
Current assignee: KLA Tencor MIE Jena GmbH
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: DE102007047924A1; US20080202201A1; US8154595B2

Abstract

Verfahren zur automatischen Detektion einer möglichen Fehlmessung bei der Bestimmung der Position oder Abmessung einer Struktur (3) auf einem Substrat (2), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass mit mindestens einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung (14) und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung (6) mindestens eine der Strukturen (3) auf dem Substrat (2) für die Halbleiterherstellung beleuchtet wird; • dass mit mindestens einer Abbildungsoptik (9) die Struktur (3) auf dem Substrat (2) auf einen Detektor (11) einer Kamera (10) abgebildet wird; • dass bei der Vermessung der Struktur (3) auf dem Substrat (2) in Bezug auf die Position und/oder Abmessung die Werte mit einem ersten Programmteil (17) ermittelt werden, der mit dem Detektor (11) der Kamera (10) verbunden ist; • dass eine Vielzahl von Messgrößen Mj, j ∊ {1, ..., L} ermittelt und aufgenommen werden, woraus mindestens eine Größe G bestimmt wird, die mittels einer Vorschriftsfunktion g aus mehreren der Messgrößen Mj ermittelt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Detektion einer möglichen Fehlmessung. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen Detektion einer möglichen Fehlmessung bei einer Koordinaten-Messmaschine, wobei mindestens eine Struktur auf der Maske für die Halbleiterherstellung mit mindestens einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung beleuchtet wird, die Struktur auf der Maske mit mindestens einer Abbildungsoptik auf einen Detektor einer Kamera abgebildet wird, bei der Vermessung der Struktur auf der Maske in Bezug auf die Position und/oder Abmessung die Werte mit einem ersten Programmteil ermittelt werden, der mit dem Detektor der Kamera verbunden ist, und wobei eine Vielzahl von Messgrößen M_j, j ∊ {1, ..., L}, ermittelt und aufgenommen werden, woraus mindestens eine Größe G bestimmt wird.
Es ist grundsätzlich nicht möglich, fehlerfrei zu messen. Durch eine Vielzahl von Ursachen wird die zu messende Größe G nicht korrekt erfasst. Unter einer Fehlmessung (Messabweichung) versteht man dabei einen Messwert, der eine höhere Abweichung zu dem wahren Wert der zu messenden Größe G besitzt als dies im statistischen Mittel der Fall ist. Eine Positionsmessung kann beispielsweise durch das plötzliche Öffnen einer Tür oder durch Bodenvibration gestört werden und damit zu Fehlmessungen führen. Eine Vielzahl weiterer Parameter beeinflussen die gemessene Position oder CD einer Struktur auf dem Substrat. Diese Parameter können zum Beispiel Druck, Temperatur, Tiltwinkel, Profilform der Struktur auf dem Substrat, Abweichungen der Intensität des gemessenen Profiles usw. sein. Dazu wird neben dem unten beschriebenen Mikroskop mit Kamera auch noch zumindest das Laserwegmesssystem (X-Y-Etalon-Achse) benötigt.
Die Vermessung von Strukturen auf einem Substrat, beispielsweise einer Maske, wird mit einer Koordinaten-Messmaschine durchgeführt. Solch eine Koordinaten-Messmaschine ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise wird dabei auf das Vortragsmanuskript „Pattern Placement Metrology for Mask making” von Frau Dr. Carola Bläsing verwiesen. Der Vortrag wurde gehalten anlässlich der Tagung Semicon, Education Program in Genf am 31. März. 1998, in dem die Koordinaten-Messmaschine ausführlich beschrieben worden ist.
Da die vorliegende Erfindung bei einem solchen Messgerät mit Vorteil eingesetzt werden kann, werden – ohne Beschränkung der Allgemeinheit – die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf den nachfolgenden Seiten in erster Linie in Zusammenhang mit einem solchen Messgerät beschrieben. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung sollen die Begriffe ”Probe”, ”Substrat”, „Maske” und der allgemeine Ausdruck ”Objekt” gleichbedeutend verwendet werden. Die Koordinaten-Messmaschine ist in einer Klimakammer aufgestellt, um eine Messgenauigkeit im Nanometer-Bereich erreichen zu können. Gemessen werden die Koordinaten von Strukturen auf Masken und Wafern. Das Messsystem ist auf einem schwingungsgedämpft gelagerten Block angeordnet. Bevorzugt ist der Block als Granitblock ausgebildet. Die Masken und Wafer werden mit einem automatischen Handlingsystem auf einen Messtisch gebracht. Bei der Produktion von Halbleiter-Chips, die auf Wafern angeordnet sind, werden mit immer größerer Packungsdichte die Breiten der einzelnen Strukturen immer kleiner. Dementsprechend steigen die Anforderungen an die Spezifikationen von Koordinaten-Messmaschinen, die als Mess- und Inspektionssysteme zur Messung der Kanten und der Position der Strukturen sowie zur Messung der CD eingesetzt werden. Bei diesen Koordinaten-Messmaschinen werden nach wie vor optische Antastverfahren in Verbindung mit Laserwegmesssystemen favorisiert, obwohl die geforderte Messgenauigkeit (derzeit im Bereich weniger Nanometer) weit unterhalb des mit der verwendeten Lichtwellenlänge (Licht mit einer Wellenlänge von kleiner gleich 400 nm) erzielbaren Auflösungsvermögens liegt. Der Vorteil optischer Messgeräte liegt im wesentlich weniger komplizierten Aufbau sowie in der leichteren Bedienbarkeit im Vergleich zu Systemen mit anderer Antastung, bspw. mit Röntgen- oder Elektronenstrahlen.
Der Aufbau solch einer Koordinaten-Messmaschine, wie er z. B. aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird in der nachfolgenden Beschreibung zu der 1 noch näher erläutert. Ein Verfahren und ein Messgerät zur Positionsbestimmung von Strukturen auf einem Substrat ist aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10047211 A1 bekannt. Zu Einzelheiten der genannten Positionsbestimmung sei daher ausdrücklich auf diese Schrift verwiesen. Die Koordinaten-Messmaschine ist jedoch nicht geeignet, eine Analyse von festgelegten Messgrößen M_j hinsichtlich einer möglichen Fehlmessung zu berechnen.
Die deutsche Patentanmeldung DE 198 19 492 A1 offenbart eine Messmaschine für Strukturbreiten oder der Position von Strukturen auf dem Substrat. Der Messtisch gleitet dabei auf Luftlagern auf der Oberfläche des Granitblocks. An zwei zueinander senkrecht stehenden Seiten des Messtisches sind ebene Spiegel angebracht. Ein Laser-Interferometer-System bestimmt die Position des Messtisches. Ebenso ist auch eine andere, reinraumgeeignete Führung des Messtisches denkbar. Die Beleuchtung und die Abbildung der zu messenden Strukturen erfolgt über eine hoch auflösende, apochromatisch korrigierte Mikroskop-Optik im Auflicht oder Durchlicht im Spektralbereich des nahen UV bzw. von Licht der Wellenlänge kleiner oder gleich 400 nm. Eine CCD-Kamera dient als Detektor. Aus den innerhalb eines Messfensters liegenden Pixeln des Detektorarrays werden Messsignale gewonnen. Durch Bildverarbeitung wird daraus ein Intensitätsprofil der gemessenen Struktur abgeleitet, aus dem z. B. die Kantenlage der Struktur ermittelt wird.
Die gemessene Kantenlage hängt zum einen von der physikalischen Qualität der Kante selbst und zum anderen von der verwendeten optischen Messmethode sowie der Güte des Abbildungssystems ab. Die Zusammenhänge werden in dem Aufsatz „Kantenvermessung an Mikrostrukturen”, W. Mirandé, VDI Berichte Nr. 1102 (1993), Seite 137 ff, beschrieben. Wird die Position der Struktur durch die Mittellinie zu den beiden Kanten definiert, so haben die Einflüsse auf die gemessene Kantenlage im Allgemeinen keine Auswirkung auf die gemessene Position der Struktur. Die Auswertung der Messergebnisse für eine Strukturbreitenmessung kann dagegen in unterschiedlichen Messgeräten zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
Bei der Halbleiterherstellung wird die Maske im Stepper im Durchlicht beleuchtet und auf den Wafer abgebildet. Es besteht daher auch ein Interesse daran, die genaue lichtabschattende Breite des Strukturelementes ermitteln zu können. Hierfür wurden spezielle Messmikroskope entwickelt, bei denen die Maske im Durchlicht beleuchtet und ausschließlich die Breite des opaken Strukturbildes gemessen wird. Für eine Bestimmung der Lagekoordinaten der Strukturelemente sind diese Messgeräte nicht vorgesehen. Diese Überlegungen gelten in gleicher Weise, wenn anstelle opaker Strukturelemente transparente Strukturelemente in der Maskenoberfläche gemessen werden sollen.
Ferner offenbart die deutsche Patentanmeldung DE 10 2005 009 536 A1 ein Verfahren zur Maskeninspektion, welches im Rahmen des Maskendesigns der Maskenherstellung eingesetzt werden kann, um relevante Schwachstellen bereits frühzeitig erkennen und korrigieren zu können. Dabei sollen Fehler bereits im Maskenlayout und Maskendesign erkannt und beseitigt werden können, so dass die erzeugten Masken eine geringere Fehlerquote aufweisen und Kosten minimiert werden.
Zur Analyse von Maskendefekten hinsichtlich Printability ist seit 10 Jahren das AIMS<TM> (Aerial Imaging Measurement System) der Carl Zeiss SMS GmbH im Markt etabliert. Dabei wird ein kleiner Bereich der Maske (Defektort mit Umgebung) mit den gleichen Beleuchtungs- und Abbildungsbedingungen (Wellenlänge, NA (numerische Apertur), Beleuchtungstyp, Kohärenzgrad des Lichtes (Sigma)) wie im lithographischen Scanner beleuchtet und abgebildet. Im Gegensatz zum Scanner wird jedoch das von der Maske erzeugte Luftbild auf eine CCD-Kamera vergrößert. Die Kamera sieht das gleiche latente Bild wie der Photoresist auf dem Wafer. Somit kann ohne aufwändige Testprints durch Waferbelichtungsgeräte das Luftbild analysiert und Rückschlüsse auf die Printability der Maske gezogen werden. Durch Aufnahme einer Fokusreihe bekommt man zusätzliche Informationen zur Analyse des lithographischen Prozessfensters (siehe hierzu DE 10332059A1 ).
Die deutsche Patentanmeldung DE 10332059A1 offenbart ein Verfahren zur Analyse von Objekten in der Mikrolithographie, vorzugsweise von Masken, mittels eines Aerial Image Measurement Systems (AIMS), das aus mindestens zwei Abbildungsstufen besteht, wobei das detektierte Bild mittels eines Korrekturfilters bezüglich des Übertragungsverhaltens der zweiten oder weiterer Abbildungsstufen korrigiert wird und die Beleuchtung des Objekts in Auf- und/oder Durchlicht erfolgt, wobei die Korrektur derart erfolgt, dass die korrigierten Ausgangsgrößen der Abbildung eines Photolithographie-Steppers oder -Scanners entsprechen, wobei die Korrektur durch eine Rückfaltung erfolgt und für die Korrektur gemessene oder errechnete Korrekturwerte herangezogen werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 0 628 806 A2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Charakteristika einer photolithographischen Maske. In dem AIMS-Maskeninspektionsmikroskop ist damit z. B. die Einstellung und Beobachtung von bestimmten Beleuchtungseinstellungen verbunden. Das Licht zur Beleuchtung kommt dabei aus dem UV-Bereich. Der Detektor oder die Bildaufnahmeeinheit ist eine UV-CCD-Kamera.
In der internationalen Patentanmeldung WO 00/60415 A1 wird ein Verfahren zur Korrektur von Abbildungsfehlern beschrieben, bei dem durch Änderung eines elektronischen Maskenentwurfes nach Belichten dieses Maskenentwurfes durch einen Maskenschreiber auf der Maske Strukturen abgebildet werden, die dem ursprünglichen Maskenentwurf bzw. der Soll-Maske möglichst nahe kommen. Die zu berücksichtigenden Prozessbedingungen werden dabei in Form von Tabellen zusammengefasst, die insbesondere die von den Prozessbedingungen abhängigen Parameter in Form von Korrekturwerten beinhalten. Beispielsweise sind in den Tabellen ortsabhängig unterschiedliche Korrekturwerte zur Kompensation der geräteabhängigen Aberration des Maskenschreibers enthalten. Dabei setzt die Lösung für sämtliche Korrekturwerte physikalisch begründete Modelle der entsprechenden Abbildungsfehler voraus. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es im Gegensatz zu bekannten Verfahren zwar möglich, Maskenstrukturen zur Erzeugung hochintegrierter Schaltkreise effektiv zu korrigieren, allerdings ist der rechnerische Aufwand erheblich. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens liegt in der Vielzahl der in Form von Korrekturwerten zu berücksichtigenden Parameter. Dabei sind neben Beugungs- und Brechungseffekten auch Wechselwirkungseffekte und gerätebedingte Aberrationseffekte zu berücksichtigen.
Die nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 028 260.7 offenbart eine Vorrichtung zur Messung von Positionen und Strukturbreiten mindestens einer Struktur auf einer Oberfläche eines Substrats. Das Substrat ist dabei derart in den Messtisch eingelegt, dass ein aus der Oberfläche des Substrats, die die Strukturen tragt, weisender Normalvektor im Wesentlichen parallel zum Vektor der Gravitationskraft ist.
Keine der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen und/oder Verfahren können dabei Fehlmessungen derart zuverlässig erkennen, dass der Durchsatz der Koordinaten-Messmaschine nur unwesentlich und für den Anwender akzeptabel reduziert wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 47 880 A1 offenbart ein Verfahren zur Messung einer charakteristischen Dimension wenigstens einer Struktur auf einem scheibenförmigen Objekt in einem Messgerät. Im Wesentlichen beschränkt sich das Dokument D1 auf die CD-Messung in einem Raster-Elektronenmikroskop. Die Qualität der CD-Messung wird dadurch verbessert, dass die Qualität der vorbereitenden Messschritte für die eigentliche CD-Messung für eine Qualitätskontrolle herangezogen wird. Oftmals wird bei automatisch durchgeführten Messschritten bei der Herstellung mit falsch ausgewählten Strukturen gearbeitet oder die verwendeten Algorithmen führen bei bestimmten Fällen nur zu einer ungenauen Durchführung der Schritte. Obwohl die eigentliche CD-Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt wird, sind dann die möglichen Mikroskop-Einstellungen unter Umständen fehlerhaft und führen damit zu dem Resultat einer ungenauen CD-Messung.
Der Artikel von G. Schlüter u. a.; „Next generation mask metrology tool”. In: Photomask and Next Generation Lithography Mask Technology IX, Proceedings of SPIE Vol. 4754, S. 758–768, 2002 (D2) offenbart ein Koordinaten-Messsystem für die Beleuchtung in einem Wellenlängenbereich von 360 nm bis 410 nm. Aufgrund des verwendeten Wellenlängenbereichs ergibt sich eine verbesserte Auflösung für die Bestimmung von Positionen von Strukturen auf der Oberfläche eines Substrats und auch für die CD-Messung. Die Verbesserung wird sowohl im Durchlicht als auch im Auflicht erreicht. Die Positionierung des Messtisches, welcher das zu vermessende Substrat mit den Strukturen trägt, wird mittels eines Laser-Interferometers gemessen, das ebenfalls eine verbesserte Performance zeigt.
Die japanische Patentanmeldung JP 2004-259 909 A offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Inspektion des Overlays. Die Genauigkeit einer Overlay-Inspektion wird dadurch verbessert, dass ein Messfehler detektiert und kompensiert wird. Hierzu wird ein Mittelwert von den übrigen Daten abgezogen, wobei das Ausmaß der Verschiebung von Inspektionsmarken auf der oberen und unteren Schicht für eine Vielzahl von Positionen einer Vielzahl von Wafern bestimmt wird.
Das US 5,512,842 A offenbart ein Inspektionsverfahren und eine Vorrichtung für integrierte Schaltungen. Das vorgestellte Verfahren bzw. die vorgestellte Vorrichtung erlauben es lediglich, die Positionierung von IC's auf einem Substrat zu bestimmen. Die Möglichkeit der Bestimmung von Positionen von Strukturen auf der Oberfläche eines Substrats für die Halbleiterherstellung bzw. einer CD-Messung ist nicht möglich.
Die US 2006/0206851 A1 offenbart die Bestimmung von Parametern für einen Lithographie-Prozess, um damit ein Prozessfenster zu optimieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Fehlmessung zuverlässig erkannt wird, ohne dass der Durchsatz der Koordinaten-Messmaschine dadurch inakzeptabel reduziert wird, so dass die Kurz- und Langzeitreproduzierbarkeit sowie die Genauigkeit der Messung optimiert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Weitere Vorteile ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen und der Beschreibung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kommt mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung zum Einsatz, mit denen Strukturen auf einer Maske (Substrat) beleuchtet werden. In einer Ausführungsform sendet die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung jeweils Licht in eine gemeinsame optische Achse aus. In einer weiteren Ausführungsform ist außerdem ein senkrecht und relativ zur optischen Achse interferometrisch kontrolliert verschiebbarer Messtisch zur Aufnahme der Maske und zum Positionieren der Strukturen auf der Maske vorgesehen. Die Verschiebung des Messtisches wird also interferometrisch kontrolliert und gemessen. Ebenso ist ferner mindestens eine Abbildungsoptik und ein Detektor einer Kamera vorgesehen, so dass die Strukturen auf der Maske mittels der mindestens einen Abbildungsoptik auf den Detektor der Kamera abgebildet werden. Die Kamera ist in einer weiteren Ausführungsform eine CCD-Kamera, die für Licht der Wellenlänge kleiner oder gleich 400 nm empfindlich ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner einen ersten Programmteil, der mit dem Detektor der Kamera verbunden ist und für die Ermittlung der Position und/oder der Abmessung der Struktur auf der Maske vorgesehen ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Strukturen auf der Maske vermessen.
Während einer Messung zur Ermittlung der Position und/oder der Abmessung einer einzelnen Struktur auf der Maske kann es immer wieder durch innere und äußere Einflüsse zu Fehlmessungen kommen. Unter einer Fehlmessung wird hier ein Messwert verstanden, der deutlich weiter vom Mittelwert abweicht, als dies aufgrund der Standardabweichung der Messung zu erwarten ist. Diese Messwerte werden auch als Ausreißer oder in der englischen Literatur als „Flyer” bezeichnet. Eine Fehlmessung kann man durch wiederholtes Messen ein und derselben Struktur erkennen und die entsprechenden Messwerte verwerfen (siehe 2). Dies ist aber zeitaufwändig und reduziert den Durchsatz einer Koordinaten-Messmaschine. Die Idee der zugrunde liegenden Erfindung ist daher, durch geeignete Analyse einer Einzelmessung zu erkennen, ob eine Fehlmessung vorliegt oder nicht. Nur für den Fall einer Fehlmessung wird anschließend eine Wiederholungsmessung durchgeführt. Der Durchsatz der Koordinaten-Messmaschine wird dadurch minimal reduziert und dem Anwender im Normalfall nicht auffallen.
Beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden während einer Messung üblicherweise die unterschiedlichsten Messgrößen M_j, j ∊ {1, ..., L}, ermittelt und abgespeichert. Der Index j zählt dabei die einzelnen Messgrößen durch und L ist die Anzahl der Messgrößen. Bei diesen Messgrößen M_j kann es sich zum Beispiel um Temperatur-, Druck- oder Intensitätsmessungen handeln. In der Koordinaten-Messmaschine des Anmelders der vorliegenden Patentanmeldung werden auch die Aufnahmen einer CCD-Kamera und interferometrische Messungen ausgewertet, woraus sich also weitere Messgrößen M_j ergeben. In der Regel interessiert sich der Anwender jedoch nicht für die einzelnen Messgrößen M_j, sondern für eine komplexere Größe G, beispielsweise der Lage oder der Breite einer Struktur auf der Maske. Solch eine Größe G ist üblicherweise nach einer Vorschriftsfunktion g aus der mindestens einen bzw. aus den üblicherweise mehreren unterschiedlichen Messgrößen M_j berechenbar: G = g(M₁, ..., M_L) (1)
In einer Ausführungsform ist die Größe G als die Position der Struktur auf der Maske definiert. Es können mehrere Größen G bestimmt werden.
Das Verfahren umfasst ferner einen zweiten Programmteil, der mit dem Detektor und der Kamera verbunden ist. Der zweite Programmteil erstellt aus vom Anwender vorgegebenen Berechnungsvorschriften eine Analyse der Messgrößen M_j hinsichtlich einer möglichen Fehlmessung. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Begriffe erster Programmteil und zweiter Programmteil keine Beschränkung der Erfindung darstellen. Wie die einzelnen Programmteile oder Subroutinen im Rechner realisiert sind, hängt von der verwendeten Architektur ab. Was bei den Berechnungsvorschriften für den zweiten Programmteil zu berücksichtigen ist, wird nachfolgend genauer beschrieben. Der erste und zweite Programmteil sind als Subroutinen zu verstehen und können der üblichen Programmiertechnik gemäß in einem übergeordneten Programm aufrufbar sein, oder aber der erste und zweite Programmteil können Bestandteile eines einzigen Programms sein.
Da die einzelnen Messgrößen M_j jeweils einer eigenen statistischen Verteilung unterliegen, wie dies bei jedem Messprozess der Fall ist, kommt es bei wiederholten Messungen derselben Struktur zu leichten Variationen in den Messgrößen M_j. Über die Vorschriftsfunktion g bilden sich diese Variationen auch in der Größe G ab. Wird die Größe G für jede wiederholte Messung berechnet, dann kann man für G den Mittelwert und die Standardabweichung berechnen. Die Standardabweichung ist dabei ein Maß für die Reproduzierbarkeit der Messung.
Aufgrund äußerer Einflüsse auf die Messung, beispielsweise Vibrationen, Druck- bzw. Temperaturänderungen usw., können jedoch einzelne Werte für die Größe G weiter vom Mittelwert entfernt liegen, als das aufgrund der Standardabweichung zu erwarten ist. Dies kann man aber nur erkennen, wenn man die Messung oft wiederholt und die Größe G in einem Histogramm darstellt wird (siehe 2).
Der Anwender hat in der Regel wenig Zeit, diese mehrfachen Messungen durchzuführen. Er wird daher im Normalfall nur eine bestimmte Maske mehrfach vermessen, um die Reproduzierbarkeit der Koordinaten-Messmaschine einmal zu bestimmen. Bei späteren Messungen wird er seine Probe einmal messen und bei dem Messfehler von der vormals bestimmten Reproduzierbarkeit ausgehen. Er kann sich dabei aber nicht sicher sein, ob es bei dieser späteren Messung nicht zu einer Fehlmessung kam, die weit außerhalb der durch die Reproduzierbarkeit, d. h. Standardabweichung, gegebenen Grenzen liegt.
Der Sinn der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, anhand der Vielzahl der Messgrößen M_j zu entscheiden, ob es sich bei der konkreten jeweiligen Messung um eine derartige Fehlmessung handelt oder nicht. Im Falle einer Fehlmessung wird die Messung wiederholt. Da Fehlmessungen in der Regel sehr selten sind, ist dieses Vorgehen zeitlich nicht kritisch und gibt dem Anwender die Sicherheit, dass sein Messfehler in der durch die Reproduzierbarkeit der Koordinaten-Messmaschine vorgegebenen Größenordnung liegt.
Um die zuvor genannte Entscheidung herbeizuführen, werden daher aus der Vielzahl der Messgrößen M_j noch zusätzliche Qualitätsfaktoren Q_i = f_i(M₁, ..., M_L), i ∊ {1, ..., N}, bestimmt. Der Index i zählt dabei die Qualitätsfaktoren Q_i durch und N ist die Anzahl der Qualitätsfaktoren Q_i. Die Qualitätsfaktoren Q_i weisen bei mehrfacher Messung jeweils eine charakteristische Verteilung auf, die jeweils von den zugrunde liegenden Messgrößen M_j und den Funktionen f_i abhängen. Dabei kann ein Qualitätsfaktor Q_i beispielsweise als eine Restfehlerfunktion einer am besten angepassten Kurve an eine Serie von Messwerten definiert sein. Bei geeigneter Wahl der Funktionen f_i sind diese Verteilungen jedoch unabhängig von der konkreten jeweiligen Messstruktur des Anwenders und können bei der Bestimmung der Reproduzierbarkeit der Koordinaten-Messmaschine mit bestimmt werden. Ein Spezialfall liegt vor, wenn Q_i = M_j für ein j ∊ {1, ..., L} ist.
Anhand der Verteilungen für die Qualitätsfaktoren Q_i lassen sich Grenzen Q Lim / i für die einzelnen Qualitätsfaktoren Q_i festlegen (siehe 3). Dabei kann es sich um Obergrenzen (wie in 3), Untergrenzen (nicht dargestellt) oder Bereichsbeschränkungen (nicht dargestellt) handeln. Liegt mindestens ein Qualitätsfaktor Q_i außerhalb des erlaubten Bereichs, dann wird die Messung als Fehlmessung verworfen und die Messung wird wiederholt. Mit dieser Technik wird sichergestellt, dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung immer in einem wohldefinierten Zustand befindet. Es ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht ausgeschlossen, dass eine gute Messung verworfen wird. Durch geeignete Wahl der Grenzen Q Lim / i ist die Wahrscheinlichkeit dafür aber gering, so dass der Durchsatz nicht wesentlich beeinflusst wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Funktionen f_i so bestimmt, dass der jeweils zugehörige Qualitätsfaktor Q_i mit der Größe G korreliert. In diesem Fall stellt ein Verstoß gegen die Qualitätsgrenze Q Lim / i durch Überschreiten oder Unterschreiten (je nach Art der Messgröße M_j) für dieses Q_i gleichzeitig auch eine Fehlmessung dar. Die Gefahr, dass eine gute Messung verworfen wird, ist damit deutlich reduziert.
In der Regel werden die verschiedenen Einflüsse auf das erfindungsgemäße Verfahren nicht alle Messgrößen M_j gleich behandeln. So kann beispielsweise eine Störung nur eine einzelne Messgröße M_j beeinflussen, während eine zweite Störung einen ganzen Satz von Messgrößen M_j stört. Man wird daher versuchen, einen Satz von Funktionen f_i zu finden, die die folgenden Eigenschaften haben:

1. Zu jedem äußeren Einfluss i gibt es eine Funktion f_i.
2. Die Funktionen f_i korrelieren mit der Größe G.

Bestimmte Situationen lassen sich unter Umständen nicht an einem einzelnen Qualitätsfaktor Q_i ablesen, sondern ergeben sich erst durch den Vergleich mehrerer Qualitätsfaktoren Q_i untereinander. Dazu kann ein oder es können mehrere globale Qualitätsfaktoren Q_k ^Total, k ∊ (1, ..., O) definiert werden, wobei k der Laufindex ist und O die Anzahl der globalen Qualitätsfaktoren Q_k ^Total ist: Q_k ^Total = h_k(Q₁, ..., Q_N) (2)
Da die Qualitätsfaktoren Q_i jeweils eine Funktion der Messgrößen M_j sind, sind auch die globalen Qualitätsfaktoren Q_k ^Total jeweils eine Funktion der Messgrößen M_j: Q_k ^Total = h_k'(M₁, ..., M_L) (3)
Die Qualitätsfaktoren Q_i haben eine konkrete Bedeutung, beispielsweise kann für ein i Q_i die Qualität der Position des Messtisches sein. Die aus den Qualitätsfaktoren Q_i gebildete Funktion h_k ist in der Interpretation verständlicher als die Interpretation der Funktion h_k' aus den Messgrößen M_j. Q_k ^Total kann aus den M_j bzw. Q_i nach dem Stand der Technik gebildet werden.
In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden für die Qualitätsfaktoren Q_i obere und/oder untere Grenzen Q Lim / i festgelegt, wobei die Werte der Qualitätsfaktoren Q_i unterhalb bzw. oberhalb dieser Grenzen liegen sollten, damit die Messwerte zu den zugehörigen Messgrößen M_j nicht verworfen werden und keine Fehlmessung vorliegt. Ist in einer Ausführungsform Q Lim / i als Obergrenze für Q_i festgelegt worden, liegt genau dann eine Fehlmessung vor, wenn es mindestens ein ermitteltes Q_i gibt, das diese Schwelle Q Lim / i überschreitet: ∃i:Q_i > Q Lim / i. Ist stattdessen in einer anderen Ausführungsform Q Lim / i als Untergrenze mit einem bestimmten Wert belegt worden, liegt genau dann eine Fehlmessung vor, wenn es mindestens ein ermitteltes Q_i, gibt, das diese Schwelle Q Lim / i unterschreitet: ∃i:Q_i < Q Lim / i.
Zusätzlich werden in diversen weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Qualitätsfaktoren Q_i erlaubte und/oder verbotene Bereiche festgelegt, wobei die Werte der Qualitätsfaktoren Q_i innerhalb oder außerhalb dieser Bereiche liegen sollten, damit die Messwerte zu den zugehörigen Messgrößen M_j nicht verworfen werden und keine Fehlmessung vorliegt.
Ist in einer Ausführungsform [Q MinLim / i; Q MaxLim / i] als der erlaubte Bereich für Q_i festgelegt worden, liegt genau dann eine Fehlmessung vor, wenn es mindestens ein Q_i gibt, das außerhalb dieses Intervalls liegt, Q_i also entweder Q MinLim / i unterschreitet oder Q MaxLim / i überschreitet: ∃i:Q_i < Q MinLim / i ∨ Q_i > Q MaxLim / i. Ist stattdessen in einer anderen Ausführungsform [Q MinLim / i; Q MaxLim / i] als der verbotene Bereich für Q_i festgelegt worden, liegt genau dann eine Fehlmessung vor, wenn es mindestens ein Q_i gibt, das innerhalb dieses Intervalls liegt, also Q_i sowohl Q MinLim / i überschreitet als auch Q MaxLim / i nterschreitet: ∃i:Q MinLim / i < Q_i < Q MaxLim / i.
In den vorher beschriebenen Ausführungsformen können zusätzlich die Q Lim / i jeweils selbst eine Funktion der Q_i sein: Q Lim / i = Q Lim / i(Q₁, ..., Q_N).
In einer Ausführungsform wird im Fall der Detektion einer Fehlmessung gemäß den zuvor beschriebenen Vorgehensweisen automatisch eine Wiederholungsmessung durchgeführt. In einer weiteren Ausführungsform werden die Wiederholungsmessungen gekennzeichnet, auch wenn sie keine Fehlmessungen darstellen, um es dem Anwender zu ermöglichen zu analysieren, an welchen Stellen Probleme aufgetreten sind.
Es kann dabei jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass eine defekte Messstruktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Signal liefert, das einer Fehlmessung ähnelt. Das heißt, es gibt mindestens ein Q_i, das gegen die erlaubten Grenzwerte Q Lim / i bzw.
Grenzbereiche [Q MinLim / i; Q MaxLim / i] verstößt oder die globalen Qualitätsfaktoren Q_k ^Total liegen außerhalb des erlaubten Bereichs bzw. innerhalb des verbotenen Bereichs. In diesem Fall ist auch bei einer wiederholten Messung davon auszugehen, dass die Qualitätsfaktoren Q_i eine Fehlmessung anzeigen. Um zu verhindern, dass es zu einer endlosen Wiederholung der Messung dieser Struktur kommt, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch ein zusätzlicher Zähler l eingeführt, der die Anzahl der Wiederholungsmessungen zählt, wobei ein Anwender eine maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen vorgibt, so dass bei Überschreiten von l_max die letzte Messung zwar akzeptiert und abgespeichert wird, jedoch durch den zweiten Programmteil eine Markierung gesetzt wird, dass die Messung als unsicher kennzeichnet. Sollte es bei der späteren Auswertung der Messdaten zu Auffälligkeiten an dieser Stelle im Datensatz bzw. auf der Maske kommen, dann lässt sich anhand dieser Markierung im Nachhinein noch feststellen, dass es bei dieser Messung eventuell ein Problem gab.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteelektronik, die mit dem Detektor der Kamera verbunden ist und den ersten Programmteil und den zweiten Programmteil umfasst.
Entsprechend der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht die Erfindung auch ein Verfahren zur automatischen Detektion einer möglichen Fehlmessung vor, das nachfolgend beschrieben wird. Diejenigen Merkmale des Verfahren, die mit denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung übereinstimmen, werden dabei nur kurz erwähnt, die sonstigen Schritte des Verfahrens jedoch ausführlich erläutert.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit mindestens einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung mindestens eine Struktur auf der Maske (Substrat) für die Halbleiterherstellung beleuchtet. Wie oben bereits beschrieben kann in einer Ausführungsform die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung und/oder die Durchficht-Beleuchtungseinrichtung jeweils Licht in eine gemeinsame optische Achse aussenden bzw. in einer anderen Ausführungsform ein senkrecht und relativ zur optischen Achse interferometrisch kontrollierter, verschiebbarer Messtisch zur Aufnahme der Maske und zum Anfahren der Strukturen auf der Maske vorgesehen sein. Ferner wird mit mindestens einer Abbildungsoptik die jeweils ausgewählte Struktur auf der Maske auf einen Detektor einer Kamera abgebildet. Wie oben bereits beschrieben, kann in einer Ausführungsform die Kamera eine für Licht der Wellenlänge kleiner oder gleich 400 nm empfindliche CCD-Kamera sein.
Des Weiteren werden zur Vermessung der jeweils ausgewählten Struktur auf der Maske in Bezug auf die Position und/oder Abmessung die Werte mit einem ersten Dienstprogramm ermittelt, das mit dem Detektor der Kamera verbunden ist sowie eine Vielzahl von Messgrößen M_j, j ∊ (1, ..., L}, ermittelt und aufgenommen, woraus mindestens eine Größe G bestimmt wird. Anschließend wird eine Analyse der Messgrößen M_j hinsichtlich einer möglichen Fehlmessung mit einem zweiten Programmteil berechnet, das mit dem Detektor der Kamera verbunden ist. Wie oben beschrieben, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Auswerteelektronik vorgesehen sein, die mit dem Detektor der Kamera verbunden ist und den ersten Programmteil und den zweiten Programmteil umfasst, wobei der erste und zweite Programmteil als Subroutinen zu verstehen sind und in einem übergeordneten Programm bzw. übergeordneten Programmen aufrufbar sind bzw. Bestandteil eines Programmes sind.
Das Bestimmen, ob eine Fehlmessung vorliegt, wird wie oben beschrieben mittels der genannten Messgrößen, (globalen) Qualitätsfaktoren, Funktionen, Grenzen und erlaubten bzw. verbotenen Bereichen durchgeführt.
Zusätzlich kann in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall der Detektion einer Fehlmessung automatisch eine Wiederholungsmessung durchgeführt werden. In weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann ein Zähler vorgesehen sein, der die Anzahl der Wiederholungsmessungen zählt, wobei ein Anwender eine maximal zulässige Anzahl von Wiederholungen vorgibt, so dass bei Überschreiten dieser Anzahl die letzte Messung akzeptiert wird. Zusätzlich kann die akzeptierte Messung, die aufgrund der Überschreitung der maximal zulässigen Anzahl von Wiederholungen akzeptiert wurde, mit einer Markierung speziell kennzeichnet sein, damit für den Anwender erkennbar ist, dass die maximal zulässige Anzahl von Fehlmessungen überschritten wurde. Es können des Weiteren mehrere Grenzen Q Lim / i, Q MinLim / i, Q MaxLim / i aus einer Messung bestimmt werden. Dies wird in einer Extra-Kalibrierungsmessung durchgeführt.
Die Grenzen können aus einer wiederholten Messung einer Maske gewonnen werden und die Q_i in einem Histogramm aufgetragen und die Grenzen so festgelegt werden, dass ein bestimmter, vom Anwender festzulegender Prozentsatz der Q_i innerhalb oder oberhalb oder unterhalb oder außerhalb der Grenzen liegt. Die Grenzen können so vom Anwender festgelegt werden, dass sie um ein Vielfaches der Standardabweichung der Q_i um den Mittelwert liegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen genauer erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
1: eine schematische Ansichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Vermessen von Positionen von Strukturen auf einem Substrat;
2: ein Histogramm mit einer Fehlmessung, die durch wiederholtes Messen ein und derselben Struktur auf der Maske erkannt werden kann und wobei die entsprechenden Werte zur zugehörigen Messgröße M_j verworfen werden;
3: ein Histogramm mit einer Obergrenze Q MaxLim / i für den Qualitätsfaktor Q_i bei ca. 1,7, so dass Messungen, die einen Wert für Q_i oberhalb von 1,7 liefern, sicherheitshalber verworfen werden;
4: ein Flussdiagram zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
5: ein Flussdiagram zu einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit je einer Abfrage zu zwei Bedingungen.
1 zeigt eine schematische Ansichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Koordinaten-Messmaschine 1, wie sie bereits ausführlich im Stand der Technik beschrieben und somit auch ausführlich aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Koordinaten-Messmaschine 1 umfasst einen in X-Koordinatenrichtung und in Y-Koordinatenrichtung beweglichen Messtisch 20. Der Messtisch 20 trägt ein Substrat 2, das eine Maske 2, die beispielsweise aus Quarzglas besteht, sein kann. Die Maske 2 wird für die Halbleiterherstellung, beispielsweise Wafern, verwendet. Auf einer Oberfläche des Substrats 2 sind mehrere Strukturen 3 aufgebracht. Der Messtisch 20 selbst ist auf Führungs- oder Luftlagern 21 gestützt, die ihrerseits auf einem Granitblock 25 abgestützt sein können. Andere Arten von Blöcken sind ebenfalls denkbar. Dabei ist lediglich erforderlich, dass der Block eine Ebene 25a definiert, in der der Messtisch 20 verfahren werden kann. Für die Beleuchtung des Substrats 2 sind mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 14 und/oder eine Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 6 vorgesehen. In der hier dargestellten Ausführungsform wird das Licht der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 6 mittels eines Umlenkspiegels 7 in die untere Beleuchtungsachse 4 für das Durchlicht eingekoppelt. Das Licht der Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung 6 gelangt über einen Kondensor 8 zu dem Substrat 2. Das Licht der Auflicht-Beleuchtungseinrichtung 14 gelangt durch die Abbildungsoptik 9 auf das Substrat 2. Das von dem Substrat 2 ausgehende Licht wird durch die Abbildungsoptik 9 gesammelt und von einem halbdurchlässigen Spiegel 12 aus der optischen Achse ausgekoppelt, die aus den Beleuchtungsachsen 4, 5 gebildet wird. Dieses Messlicht gelangt auf eine Kamera 10, die mit einem Detektor 11 versehen ist. Dem Detektor 11 ist ein erster Programmteil 17 zugeordnet, mit dem aus den aufgenommenen Daten digitale Bilder erzeugt und ausgewertet werden können. In der Ausführungsform nach 1 ist der Detektor 11 der Kamera 10 zusätzlich mit einem zweiten Programmteil 18 verbunden, der eine Analyse der Messgrößen M_j hinsichtlich einer möglichen Fehlmessung berechnet.
Die Position des Messtisches 20 wird mittels eines Laser-Interferometers 24 gemessen und bestimmt. Die Verschiebung des Messtisches 20 wird also interferometrisch kontrolliert und gemessen. Das Laser-Interferometer 24 sendet hierzu einen Messlichtstrahl 23 aus. Ebenso ist die Abbildungsoptik 9 mit einer Verschiebeeinrichtung 15 in Z-Koordinatenrichtung verbunden, damit die Abbildungsoptik 9 auf die Oberfläche des Substrats 2 fokussiert werden kann. Die Position der Abbildungsoptik 9 kann z. B. mit einem Glasmaßstab (nicht dargestellt) gemessen werden. Der Granitblock 25 ist ferner auf schwingungsgedämpft gelagerten Füßen 26 aufgestellt. Durch diese Schwingungsdämpfung sollen alle möglichen Gebäudeschwingungen und Eigenschwingungen der Koordinaten-Messmaschine 1 weitestgehend reduziert bzw. eliminiert werden. Es ist selbstverständlich, dass der Granitblock 25 keine Beschränkung der Erfindung darstellt. Jedes blockartige Gebilde kann verwendet werden, das geeignet ist, eine Ebene 25a zur Verfügung zu stellen, in der der Messtisch 20 verfahren werden kann.
2 zeigt ein Histogramm 30 mit einer Fehlmessung 32, die durch wiederholtes Messen ein und derselben Struktur 3 auf der Maske (Substrat 2) erkannt werden kann. Im Histogramm 30 sind die Häufigkeiten der ermittelten Messwerte für eine ausgewählte Messgröße M_j für ein ausgewähltes j aufgetragen. Der Mittelwert der Messwerte zur Messgröße M_j liegt beim Messwert Null. Bei den 2 zugrunde liegenden Messungen für M_j wurden auch wenige Messwerte im Bereich zwischen 4 und 5 gefunden, die weit außerhalb der großen Mehrzahl der Messwerte um den Mittelwert und sicher auch außerhalb der Umgebung des Mittelswerts mit der Standardabweichung liegen, so dass diese entsprechenden Werte zur zugehörigen Messgröße M_j verworfen und als Fehlmessung eingestuft werden würden. Dazu würden gemäß der vorliegenden Erfindung vorher passende Qualitätsfaktoren Q_i mit einer passenden Obergrenze Q MaxLim / i und/oder einem passenden erlaubten Bereich [Q MinLim / i; Q MaxLim / i] festgelegt werden. Zu jedem j ∊ {1, ..., L} kann ein entsprechendes Histogramm 30 zur entsprechenden Messgröße M_j erstellt werden.
3 zeigt ein Histogramm 40, in dem für ein ausgewähltes i die Häufigkeiten der ermittelten Werte für den entsprechenden Qualitätsfaktor Q_i aufgetragen sind. Der Mittelwert des Qualitätsfaktors Q_i ist Null. Die Standardabweichung ist deutlich kleiner als 1,7. Es bietet sich an, bei ca. 1,7 eine Obergrenze Q MaxLim / i für den Qualitätsfaktor Q_i festzulegen, so dass alle Messungen, die einen Wert für Q_i oberhalb von 1,7 liefern, sicherheitshalber verworfen werden. Zu jedem i ∊ {1, ..., N} kann ein entsprechendes Histogramm 40 zum entsprechenden Qualitätsfaktor Q_i erstellt werden.
4 zeigt ein Flussdiagram zu einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem einzigen globalen Qualitätsfaktor Q^Total, also O = 1. Die Q Lim / i stellen Obergrenzen für die Q_i dar. In dieser Ausführungsform wird eine Messung verworfen, falls es entweder ein i gibt mit Q_i > Q Lim / i ist oder wenn Q^Total > Q^TotalLim ist.
Vor dem Ausführen der Messreihen werden vom Anwender – in der Regel einmal für alle Messreihen – die maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen von Messungen, die Grenzen Q Lim / i für die Qualitätsfaktoren Q_i sowie die Grenze Q^TotalLim für den globalen Qualitätsfaktor Q^Total vorgegeben (bei der Ausführungsform gemäß 4 ist O = 1).
Vor Beginn einer Messreihe wird der Zähler l für die bereits durchgeführten Messungen mit dem Wert Null initialisiert. Zum jeweiligen Zählerstand l werden für j = 1, ..., L die Messwerte M_j aufgenommen. Ebenso werden dann zum jeweiligen Zählerstand l die Qualitätsfaktoren Q_i für alle i = 1, ..., N berechnet. In der Ausführungsform gemäß 4 sind die Grenzen für die Qualitätsfaktoren Q_i Obergrenzen Q Lim / i. Es wird nun geprüft, ob mindestens eines der berechneten Q_i oberhalb seiner zugehörigen Grenze Q Lim / i liegt.
Falls alle Q_i kleiner oder gleich Q Lim / i sind, reicht das nicht aus, um die Aussage zu treffen, dass keine Fehlmessung vorliegt. In diesem Fall wird noch der globale Qualitätsfaktor Q^Total aus den Q_i mittels der Funktion h berechnet und dann geprüft, ob für diese Messungen zum jeweiligen Zählerstand l auch Q^Total größer als Q^TotalLim ist. Falls Q^Total kleiner oder gleich Q^TotalLim ist, liegt keine Fehlmessung vor, die Messwerte zu den Mj für das jeweilige l werden abgespeichert und es müssen keine weiteren Messungen durchgeführt werden (d. h. der Zähler l wird gestoppt). Das Verfahren ist damit beendet.
Sind zwar alle Q_i kleiner oder gleich Q Lim / i, ist jedoch Q^Total größer als Q^TotalLim, muss als Nächstes geprüft werden, ob der Zähler l die maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen von Messungen übersteigt; falls ja, werden alle Messungen zu den Mj für das jeweilige l als unsicher gekennzeichnet, gespeichert und das Verfahren beendet; falls nein, werden die Messungen und Prüfungen zu den Mj wiederholt durchgeführt für das nächste l, wie zuvor in 4 beschrieben.
Falls es für den jeweiligen Zählerstand l mindestens ein Q_i größer als Q Lim / i gibt, dann wird kein globaler Qualitätsfaktor Q^Total ausgerechnet, sondern sofort geprüft, ob der Zähler l die maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen von Messungen übersteigt; falls ja, werden alle Messungen zu den Mj für das jeweilige l als unsicher gekennzeichnet, gespeichert und das Verfahren beendet; falls nein, werden die Messungen und Prüfungen zu den Mj wiederholt durchgeführt für das nächste l, wie zuvor in 4 beschrieben.
5 zeigt ein Flussdiagram zu einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit je einer Abfrage zu zwei Bedingungen.
Wie oben beschrieben ist es in mancher Situation sinnvoll, in dem N-dimensionalen Raum der Q_i durch Festlegung gewisser Grenzen oder Intervalle für die Q_i bestimmte Bereiche auszuschließen. Für einen zweidimensionalen Fall (N = 2) ist dies in 5 dargestellt.
Zunächst werden vom Anwender vor dem Ausführen der Messreihen und wie bei 4 die maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen von Messungen sowie die Obergrenze Q_i ^Lim für den Qualitätsfaktor Q₁, und die Untergrenze Q₂ ^Lim für die Qualitätsfaktoren Q₁, Q₂ vorgegeben. Es werden jedoch im Unterschied zu 4 in der Ausführungsform gemäß 5 keine globalen Qualitätsfaktoren Q_k ^Total berechnet und daher auch keine Grenzen Q_k ^TotalLim festgelegt.
Wie in 4 wird vor Beginn einer Messreihe der Zähler l für die bereits durchgeführten Messungen mit dem Wert Null initialisiert. Dann werden pro Zählerstand l die Messwerte zu allen Messgrößen M_j für alle j = 1, ..., L ermittelt und dem jeweiligen Zählerstand l zugeordnet. Ebenso werden zum jeweiligen Zählerstand l alle Qualitätsfaktoren, in der Ausführungsform gemäß 5 nur Q₁ und Q₂, berechnet.
Es wird nun geprüft, ob Q₁ oberhalb seiner zugehörigen Obergrenze Q₁ ^Lim liegt; wenn nein, braucht Q₂ nicht mehr betrachtet zu werden, denn in der Ausführungsform gemäß 5 wird dann daraus geschlossen, dass Q₂ dann auf jeden Fall in seinem erlaubten Bereich [Q₂ ^MinLim; Q₂ ^MaxLim] liegt, die Messwerte zu den Mj für das jeweilige l werden abgespeichert und es müssen keine weiteren Messungen durchgeführt werden (d. h. der Zähler l wird gestoppt). Das Verfahren ist damit beendet.
Ist jedoch Q₁ größer als Q₁ ^Lim, dann wird weiter geprüft, ob Q₂ außerhalb seines erlaubten Bereichs [Q₂ ^MinLim; Q₂ ^MaxLim] liegt;
Ist Q₁ größer als Q₁ ^Lim und Q₂ liegt im erlaubten Bereich [Q₂ ^MinLim; Q₂ ^MaxLim, werden die Messwerte zu den Mj für das jeweilige l abgespeichert und es müssen keine weiteren Messungen durchgeführt werden (d. h. der Zähler l wird gestoppt). Das Verfahren ist damit beendet.
Ist Q₁ größer als Q₁ ^Lim und Q₂ liegt außerhalb des erlaubten Bereichs [Q₂ ^MinLim; Q₂ ^MaxLim], muss als Nächstes geprüft werden, ob der Zähler l die maximal zulässige Anzahl l_max von Wiederholungen von Messungen übersteigt; falls ja, werden alle Messungen zu den Mj für das jeweilige l als unsicher gekennzeichnet, gespeichert und das Verfahren beendet; falls nein, werden die Messungen und Prüfungen zu den Mj wiederholt durchgeführt für das nächste l.
Generell kann das eben beschriebene Prüfungsprinzip auf N > 2 erweitert werden und beliebig viele Q_i umfassen. In diesem Fall sind die Grenzen Q Lim / i also selbst wieder Funktionen der Q_i.
Die Ausführungsformen nach 4 und 5 können natürlich miteinander kombiniert werden. Ebenfalls kann es nicht als Einschränkung aufgefasst werden, dass in den Ausführungsformen nach 4 und 5 mit Obergrenzen gearbeitet wird. Stattdessen sind auch Untergrenzen, erlaubte oder verbotene Bereiche denkbar.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbelspiele beschrieben wurde. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die genannten Ausführungsformen für Messgrößen und Qualitätsfaktoren eingeschränkt, sondern es sind auch weitere Ausführungsformen denkbar, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Koordinaten-Messmaschine
2: Substrat (Maske)
3: Struktur auf Maske
4: untere Beleuchtungsachse
5: obere Beleuchtungsachse
6: Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung
7: Umlenkspiegel
8: Kondensor
9: Abbildungsoptik
10: Kamera
11: Detektor
12: halbdurchlässiger Spiegel
14: Auflicht-Beleuchtungseinrichtung
15: Verschiebeeinrichtung
17: erster Programmteil
18: zweiter Programmteil
20: Messtisch
21: Führungs- oder Luftlager
23: Messlichtstrahl
24: Laser-Interferometer
25: Granitblock
25a: Ebene
26: Fuß
30: Histogramm
32: Fehlmessung
40: Histogramm

Claims

Verfahren zur automatischen Detektion einer möglichen Fehlmessung bei der Bestimmung der Position oder Abmessung einer Struktur (3) auf einem Substrat (2), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: • dass mit mindestens einer Auflicht-Beleuchtungseinrichtung (14) und/oder einer Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung (6) mindestens eine der Strukturen (3) auf dem Substrat (2) für die Halbleiterherstellung beleuchtet wird; • dass mit mindestens einer Abbildungsoptik (9) die Struktur (3) auf dem Substrat (2) auf einen Detektor (11) einer Kamera (10) abgebildet wird; • dass bei der Vermessung der Struktur (3) auf dem Substrat (2) in Bezug auf die Position und/oder Abmessung die Werte mit einem ersten Programmteil (17) ermittelt werden, der mit dem Detektor (11) der Kamera (10) verbunden ist; • dass eine Vielzahl von Messgrößen M_j, j ∊ {1, ..., L} ermittelt und aufgenommen werden, woraus mindestens eine Größe G bestimmt wird, die mittels einer Vorschriftsfunktion g aus mehreren der Messgrößen M_j ermittelt wird, wobei die mehreren der Messgrößen M_j Temperatur- und Druck- und Intensitätsmessungen umfassen; • dass mindestens dieselbe Struktur wiederholt vermessen wird, wobei Variationen der Messgrößen M_j über die Vorschriftsfunktion g in die Größe G abgebildet werden; und • dass eine Analyse der Messgrößen M_j hinsichtlich einer möglichen Fehlmessung mit einem zweiten Programmteil (18) berechnet wird, der mit dem Detektor (11) der Kamera (10) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung (14) und/oder die Durchlicht-Beleuchtungseinrichtung (6) jeweils Licht in eine gemeinsame optische Achse (4, 5) aussenden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messtisch (20) zur Aufnahme des Substrat (2) und zum Positionieren der Strukturen (3) auf dem Substrat (2) senkrecht und relativ zur optischen Achse (4, 5) interferometrisch kontrolliert verschoben wird, wobei interferometrische Messungen eine Messgröße M_j liefern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Detektor (11) der Kamera (10) verbundene Auswerteelektronik den ersten Programmteil (17) und den zweiten Programmteil (18) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung mittels einer Vielzahl von Qualitätsfaktoren Q_i bestimmt wird, wobei die Qualitätsfaktoren Q_i aus den Messgrößen M_j bestimmbar sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Qualitätsfaktor Q_i gemäß einer Vorschrift f_i aus den Messgrößen M_j bestimmt wird: Q_i = f_i(M₁, ..., M_L).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorschrift f_i so gewählt ist, dass der zugehörige Qualitätsfaktor Q_i mit der Positionsmessung der Struktur (3) auf dem Substrat (2) korreliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i eine Schwelle Q Lim / i überschreitet, wobei ∃i:Q_i > Q Lim / i gilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i eine Schwelle Q Lim / i unterschreitet, wobei ∃i:Q_i < Q Lim / i gilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i außerhalb eines erlaubten Bereichs liegt, wobei ∃i:Q_i < Q MinLim / i ∨ Q_i > Q MaxLim / i gilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i innerhalb eines verbotenen Bereichs liegt, wobei ∃i:Q MinLim / i < Q_i < Q MinLim / i gilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i eine Schwelle Q Lim / i überschreitet und Q Lim / i dabei selbst eine Funktion der Q_i ist: ∃i:Q_i > Q Lim / i(Q₁, ..., Q_N).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i eine Schwelle Q Lim / i unterschreitet und Q Lim / i dabei selbst eine Funktion der Q_i ist: ∃i:Q_i < Q Lim / i(Q₁, ..., Q_N).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i innerhalb eines verbotenen Bereichs liegt und Q LimMin / i und Q LimMax / i dabei selbst eine Funktion der Q_i sind: ∃i:Q MinLim / i(Q₁, ..., Q_N) < Q_i < Q MinLim / i(Q₁, ..., Q_N).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Fehlmessung dadurch erkannt wird, dass mindestens ein Q_i außerhalb des erlaubten Bereichs liegt und Q LimMin / i und Q LimMax / i dabei selbst eine Funktion der Q_i sind: ∃i:Q_i < Q M inLim / i(Q₁, ..., Q_N) ∨ Q_i > Q MaxLim / i(Q₁, ..., Q_N).
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall der Detektion einer Fehlmessung automatisch eine Wiederholungsmessung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiederholungsmessungen unabhängig davon gekennzeichnet werden, ob sie Fehlmessungen darstellen oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zähler vorgesehen ist, der die Anzahl der Wiederholungsmessungen zählt, wobei ein Anwender eine maximal zulässige Anzahl von Wiederholungen vorgibt, so dass bei Überschreiten dieser Anzahl die letzte Messung akzeptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die akzeptierte Messung, die aufgrund der Überschreitung der maximal zulässigen Anzahl von Wiederholungen akzeptiert wurde, mit einer Markierung speziell gekennzeichnet wird, damit für den Anwender erkennbar ist, dass die maximal zulässige Anzahl von Fehlmessungen überschritten wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Grenzen Q Lim / i, Q MinLim / i, Q MaxLim / i aus einer Messung bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen aus einer wiederholten Messung eines Substrats (2) gewonnen werden und die Q_i in einem Histogramm aufgetragen und die Grenzen so festgelegt werden, dass ein bestimmter, vom Anwender festzulegender Prozentsatz der Q_i innerhalb oder oberhalb oder unterhalb oder außerhalb der Grenzen liegt.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen bei einem vom Anwender festzulegenden Vielfachen der Standardabweichung von den Q_i liegen.