Daten eines DUV-Mikroskopsystems

Für einen Verfahrenstest standen Bilddaten zur Verfügung, die mit einem speziellen Durchlichtmikroskop für die Halbleiterindustrie erstellt wurden [6.2]. Die Arbeitswel-lenlänge des Systems betrug 193 nm. Die Bilddaten lagen in einem systemeigenen Da-tenformat vor. Der effektive Dynamikumfang betrug 13 Bit. Jeder Messzyklus bestand aus einer Serie von jeweils 7 Einzelbildern im Format 568 × 568 Pixel, was bei einer Z-Schrittweite von 2,1 µm einem Fokusbereich von ±6,3 µm entspricht. Die aktive nume-rische Apertur des Objektivs betrug 0,19. Das Objektiv besitzt zwar nur eine 10fache Vergrößerung, durch eine extrem hohe Nachvergrößerung im Videoadapter wird aber eine objektseitige Pixelgröße von nur 17,6 nm erzielt. Als Objekt wurde eine MoSi¹ -Maske mit Lines & Spaces-Strukturen im Verhältnis 1:1 bei einem half-pitch von 280 nm benutzt. An sechs aufeinanderfolgenden Tagen wurden jeweils drei Messzyklen aufgenommen. Abb. 6.41 zeigt die Falschfarbendarstellung eines typischen Best-Fokus-Bildes. Anhand eines leicht detektierbaren opaken Defektes in einem transparenten Be-reich erfolgte das Alignment der 18 Messzyklen. Analog zum Abschnitt 6.1 werden die opaken Bereiche als Linien betrachtet. Problematisch ist hierbei wieder, dass mit zu-nehmender Sicherheit der Bestimmung der Linienbreite in Bereichen mit starken Ände-rungen der Linienbreite der Alignmentfehler sichtbar werden muss.

Nach dem Alignment der 18 Messzyklen ergibt sich ein gemeinsamer Bildbereich, der es gestattet 14 opake Linien zu vermessen und jeweils 500 unterschiedliche Y-Positionen auszuwählen. Somit können pro Messzyklus 7000 Linienbreiten bestimmt werden. Zur Verringerung des Alignemtfehlers erfolgt immer eine Mittelung über die Rohdaten von drei Y-Positionen. Zur Definition der Testfunktionen wurde über alle ver-fügbaren Kanten gemittelt.

Die Abb. 6.42a/b zeigen die gemittelten linken und rechten Kantenintensitäten bzw.

deren 1. Ableitungen. Da es wegen der periodischen Struktur bei diesen geringen Li-nienbreite zu keiner Ausbildung von Plateaus kommt, wurde bei den klassischen

Ver-1 Molybdänsilizid ist ein Material, das bei 193 nm eine Teiltransparenz besitzt. Die MoSi-Schichtdicke wird bei phasenschiebenden Masken so eingestellt, dass beim Durchgang eine Phasendrehung von 180°

eintritt, was dann zu einer Transmission von ca. 6% führt [6.3].

Abb. 6.41 Mikroskopbild der L/S-Teststruktur in Falschfarbendarstellung (dunkel: blau, hell: rot) mit einem objektseitigen Bereich von 10 µm × 10 µm. Die deutlich erkennbare Unterbrechung der „roten Linie“

bedeutet, dass dort der helle, transparente Space-Bereich gestört ist, d. h., die beiden benachbarten dunklen, opakenLines-Bereiche sind verbreitert.

fahren nur der 50 %-Schwellwert in der Best-Fokus-Ebene angewandt. Abb. 6.43a zeigt die mittleren Linienbreiten über 18 Messserien nach dem Analog50%-Verfahren mit den beiden erwarteten Peaks in den Linien Nr. 9 und Nr. 10. Als extrafokales Kor-relationsverfahren kam das extrafokale LSM-Verfahren zum Einsatz, wobei eine Glät-tung der 1. AbleiGlät-tung durch eine gleitende Mittelung über ±3 Pixeln notwendig wurde.

Abb. 6.43b zeigt die mittleren Linienbreiten über die 18 Messzyklen nach dem LSM-Verfahren mit den beiden Peaks in den Linien Nr. 9 und Nr. 10. Es zeigt sich, dass die unterschiedlichen Kantendefinitionen über Schwellwerte bzw. Wendepunkte der Inten-sitätsverläufe, die Art der Abbildung und die extremen Objekte hier zu deutlich

ver-0 Abb. 6.42a Verlauf der mittleren Intensitäten der linken und rechten Kanten für verschieden Fokusebe-nen. Die Null-Position ist jeweils durch den Schwellwert 50 % definiert. Die notwendigen Minimal- und Maximalwerte wurden aus dem Grauwerte Histogramm abgeleitet, wobei jeweils 40000 Ereignisse klei-ner bzw. größer als der Minimal- bzw. Maximalwert sind. Alle Messdaten wurden 100fach interpoliert.

-800 Abb. 6.42b Mittlerer Verlauf der 1. Ableitung der Intensitäten der linken und rechten Kanten für ver-schieden Fokusebenen entsprechend Abb. 6.39a.

schiedenen Linienbreiten führen. Der Gesamtverlauf ist aber selbst noch in kleinen De-tails sehr ähnlich. Dies wird auch durch den Vergleich von Einzellinien bestätigt (Abb.

6.44). Daher ist es möglich, eine entsprechende Normierung vorzunehmen. Die Abb.

6.45a/b und Abb. 6.46a/b zeigen solche normierten Bilder der Verteilung der bestimm-ten mittleren Linienbreibestimm-ten nach beiden Verfahren und deren Standardabweichungen.

16,75

Abb. 6.43a Mittlere Linienbreite bestimmt mit dem Analog50%-Verfahren. Dargestellt sind 7000 Wer-te aus 14 Linien mit jeweils 500 Positionen.

16,25

Abb. 6.43b Darstellung wie Abb. 6.43a, aber nach dem extrafokalem LSM-Verfahren bearbeitet.

16,4 16,5 16,6 16,7 16,8 16,9 17 17,1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Y-Position [Pixel]

MittlereLinienbreite[Pixel].

Analog50%

LSM

Abb. 6.44 Darstellung der beiden Linien Nr. 1 aus den Abb. 6.43a/b.

Wird die Normierung gleichfalls bei den Standardabweichungen benutzt, ergeben sich die Abb. 6.47a/b für die normierten Standardabweichungen, wobei der Mittelwert für das Analog50%-Verfahren 0,0157 beträgt und dieser mit dem extrafokalen

LSM-Abb. 6.45a Analog50%Abb. 6.45b LSM 2D-Verteilung der mittleren Linienbreiten in Falschfarbendarstellung (Minimalwert: blau, Maximalwert: rot). Das Bild repräsentiert 7000 Mittelwerte: in der X-Richtung 14 Einzellinien und in der Y-Richtung 500 Positionen (X-Richtung daher stark gestreckt).

a klassische Verfahren: Analog50%

b extrafokales LSM-Verfahren mit 7 Ebenen

Abb. 6.46a Analog50%Abb. 6.46b LSM 2D-Verteilung der normierten 3-Sigma-Standardabweichungen der Linienbreite in Falschfarbendarstellung (Minimalwert: blau, Maximalwert: rot). Die Normierung erfolgte entsprechend des Dynamikumfangs der mittleren Linienbreiten. Dimensionen entspr. Abb. 6.45a/b.

a klassische Verfahren: Analog50%

b extrafokales LSM-Verfahren mit 7 Ebenen

Verfahren auf 0,0123 gesenkt werden konnte. Die 2-dimensionalen Darstellungen der Verteilungen (Abb. 6.45a/b–6.46a/b) offenbaren insbesondere beim extrafokalen LSM-Verfahren die Alignment-Problematik als dominierende Fehlerquelle.

Wünschenswert wäre hier eine weitere Überprüfung des extrafokalen LSM-Verfahrens mit Proben die über definierte Abstufungen der Linienbreiten, breitere Strukturen, die Plateaus ausbilden können, und günstigere Alignment-Marken verfügen.

Gleichfalls sollten die Messzyklen auch mehr Fokalebenen beinhalten.

0 0,025 0,05 0,075 0,1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Y-Position [Pixel]

Norm.3-Sigma-Standardabweichung.

Linie 1 Linie 2 Linie 3 Linie 4 Linie 5 Linie 6 Linie 7 Linie 8 Linie 9 Linie 10 Linie 11 Linie 12 Linie 13 Linie 14

Abb. 6.47a Normierte 3-Sigma-Standardabweichungen der Linienbreite bestimmt mit dem Ana-log50%-Verfahren. Die Normierung erfolgte entsprechend des Dynamikumfangs der mittleren Linien-breiten. Dargestellt die 7000 Werte aus 14 Linien mit jeweils 500 Positionen; Mittelwert: 0,0157.

0 0,025 0,05 0,075 0,1

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Y-Position [Pixel]

Norm.3-Sigma-Standardabweichung.

Linie 1 Linie 2 Linie 3 Linie 4 Linie 5 Linie 6 Linie 7 Linie 8 Linie 9 Linie 10 Linie 11 Linie 12 Linie 13 Linie 14

Abb. 6.47b Wie Abb. 6.47a, aber mit dem extrafokalen LSM-Verfahren bearbeitet; Mittelwert: 0,0123.