zum Seiteninhalt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 5 Fertigungsmesstechnik5.2 Dimensionelle Nanometrologie5.22 Maskenmesstechnik > Messgeräte
Maskenmesstechnik
Arbeitsgruppe 5.22

Optisches Maskenmessgerät (LMS 2020)

Die PTB verwendet für Koordinaten- und Overlaymessungen an Photomasken ein Maskenmesssystem LMS 2020 (Hersteller Fa. Leica, jetzt Vistec), bei dem einige besondere Anforderungen der PTB berücksichtigt werden konnten.

Messprinzip des Maskenkomparators.

Bei diesem Gerät wird die zu messende Photomaske von einem luftgelagerten X-Y-Verschiebetisch mit Gleichstrommotoren über Reibantriebe auf einer massiven Grundplatte aus Granit bewegt. Mit einem zweiachsigen Laserinterferometer wird über zwei am Tisch befestigte Planspiegel die Position des Verschiebetisches gegenüber zwei Referenzspiegeln, die am Mikroskop befestigt sind, gemessen. Das Koordinatenmikroskop ermöglicht in Verbindung mit einer Polarisationsoptik und einem Schwingspiegelsystem die simultane Bestimmung der Strukturablagen in X- und Y-Richtung. Wegen der geringen Schärfentiefe des Mikroskops ist eine ständige Fokussierung notwendig, um dem Oberflächenverlauf der Maske zu folgen. Dies wird mit einem Laser-Autofokus erreicht, der zugleich das Z-Profil der Maskenoberfläche liefert.

Um hohe Genauigkeiten zu erreichen, müssen der sorgfältigen Justierung des Messgerätes sowie der Erfassung und Korrektur systematischer Fehler besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Das Gerät befindet sich auf einem schwingungsgedämpften Gestell innerhalb einer Reinraumkabine, deren Lufttemperatur bis auf wenige 0,01 K konstant ist. Für den Längenanschluss des verwendeten He-Ne-Messlasers werden mit dem Nanometerkomparator kalibrierte Längennormale wie z. B. Strichmaßstäbe oder auch Photomasken verwendet. Mit einem im LMS-Messgerät integrierten so genannten Tracking-Refraktometer wird die Brechzahl der Luft fortlaufend gemessen und die interferometrischen Längenmesswerte entsprechend korrigiert.

Durch eine flexible Probenaufnahme der LMS 2020 können auch Sonderformate von Masken oder spezielle Wafer auf dem Messgerät charakterisiert werden. Die LMS 2020 wird für 2D-Koordinatenmessungen, Overlay-Messungen an Strukturpaaren sowie für Strukturbreitenmessungen eingesetzt. Bei den letztgenannten Messungen wird in der Regel auf einige vorab kalibrierte Strukturbreitenwerte Bezug genommen (Anpassung der Schwellwerte im gemessen Intensitätsprofil der Messstrukturen), die dann auf den Messobjekten auf noch unkalibrierte Messstrukturen mittels des automatischen Messablaufes an der LMS 2020 übertragen werden.

Elektronenoptisches Metrologiesystem (EOMS)

Die immer höhere Integrationsdichte bei der Chipfertigung erfordert die Entwicklung höher auflösender und genauerer Messgeräte. Ein in Kooperation mit verschiedenen Firmen entwickeltes spezielles Rasterelektronenmikroskop verbindet die hohe Auflösung der Elektronenstrahlsonde mit einem großen lateralen Messbereich von 300 mm x 300 mm. Das Bild zeigt das im Reinraumzentrum der PTB aufgestellte so genannte Elektronenoptische Metrologiesystem (EOMS).

Elektronenoptisches Metrologiesystem.

Das zur 2D-Koordinatenmessung verwendete Laserinterferometer zeichnet sich durch eine kleine Messunsicherheit aus, wobei der optische Strahlengang des Interferometers im Vakuum verläuft. Das im EOMS integreierte Laserinterferometer lässt sich unter anderem auch zur hochgenauen Positionsmessung an Nanostruktur-Gitterteilungen verwenden. Diese kalibrierten Nanostuktur-Gitterteilungen können dann anschließend für die Kalibrierung der Bildfeldvergrößerung des im EOMS integrierten REM verwendet werden.

Das seit 2006 am EOMS verwendete Elektronenmikroskop ist ein Niederenergie-Rasterelektronenmikroskop mit symmetrischer Detektion der Sekundärelektronen, welches zudem auch die Detektion von Rückstreuelektronen auf einem separaten In-Lens Detektor erlaubt (REM-Typ: Zeiss ULTRA). Rasterelektronenmikroskope werden heute in größerem Umfang zur Strukturbreitenmessung auf Wafern und Photomasken im Rahmen der Prozesskontrolle in der Halbleierindustrie verwendet. In der PTB wird die Rasterelektronenmikroskopie für Kalibrierungen von Strukturbreiten-Maskenormalen eingesetzt. Diese Messungen werden durch Modellbildungen des an den Strukturkanten entstehenden Signalkontrastes unterstützt, wobei die Wechselwirkung von Elektronen mit dem Messobjekt mittels Monte-Carlo-Simulationen beschrieben wird.

Messtechnische Eigenschaften der Nanostation 300

Bei dem Messgerät Nanostation 300 handelt es sich um eine gemeinsam mit der Fa. Surface Imaging Systems (SIS) durchgeführte Geräteentwicklung für ein Basissystem zur rastersondenmikroskopischen Metrologie an größeren ebenen Messobjekten mit Abmessungen bis zu 300 mm.

Das System basiert auf einem stabilen Granittisch, auf dem ein Objekttisch mittels Luftlagern geführt wird. Zur Ausrichtung und anschließenden schnellen Bewegung des Messobjektes an die interessierende Messstelle kann dieses unter ein optisches Mikroskop positioniert werden. Die eigentliche rastersondenmikroskopische Antastung der Messstrukturen auf Masken oder Wafern geschieht nach Deaktivierung des Z-Luftlagers und Absenkung des Tisches zur Erzielung größtmöglicher Gerätestabilität.

Photo der Nanostation 300 im Reinraumzentrum der PTB

Die derzeitigen Entwicklungsschwerpunkte an der Nanostation 300 liegen in der Entwicklung von Messverfahren zur kantenselektiven, rastersondenmikroskopischen Antastung, Verfahren zu Tastspitzen-Rekonstruktion sowie in der Integration eines in 6 Achsen geregelten Piezo-Scantisches.

Kurzinfo: Poster über Nanostation 300


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2010-03-25,  Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF