-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Lagefehlern
bei der photolithographischen Projektion, insbesondere bei der Strukturierung
eines Halbleiterwafers mit einem Schaltungsmuster. Die Erfindung
betrifft darüber
hinaus ein Verfahren zur Auswertung von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts und ein
Overlay-Messgerät,
das geeignet ist, dieses Verfahren auszuführen.
-
Zur
Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern
mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten
aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer
Strukturierungsschritt kann darin bestehen, einen photoempfindlichen
Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende
Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die
somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt
zu übertragen.
-
Mit
den stetig ansteigenden Integrationsdichten integrierter Schaltungen
erhöhen
sich auch die Anforderungen an die Lagegenauigkeit einer auf das Halbleitersubstrat
zu projizierenden Struktur. Insbesondere dann, wenn bereits Vorebenen
in unterliegenden Schichten, z. B. in einem lithographischen Projektionsschritt übertragen
werden, müssen
immer striktere Toleranzgrenzen bezüglich der gegenseitigen Ausrichtung
der aktuell auf das Substrat zu projizierenden Struktur relativ
zu den Strukturen der genannten Vorebenen berücksichtigt wer den, um die Funktionsfähigkeit
der Schaltung zu gewährleisten.
-
Dichte
Linien-Spalten-Muster, wie sie etwa im Bereich der Herstellung von
dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet werden,
weisen beispielsweise im Bereich der ersten Schaltungsebenen Linienbreiten
von 70, 90 oder 110 nm auf. Bei modernen Technologien der DRAM-Herstellung
wird die zur Ausrichtung zweier Strukturen erforderliche Genauigkeit,
die auch als Overlay-Budget bezeichnet wird, aufgrund der kleiner
werdenden Strukturauflösungen
immer weiter sinken. So beträgt beispielsweise
die tolerierbare Lageungenauigkeit bei der 100-nm-Prozesslinie nur
noch ungefähr
20 nm. Derzeitige und zukünftige
Prozesslinien sind somit sensitiv auf Fehler in der Lagegenauigkeit.
-
Für den lithographischen
Projektionsschritt eines solchen Schaltungsmusters wird üblicherweise für die ersten
kritischen Ebenen ein Wafer-Scanner verwendet, der im Vergleich
zu einem Wafer-Stepper ein höheres
Auflösungsvermögen aufweist.
In einem Wafer-Scanner erfolgt die Belichtung des photoempfindlichen
Resists entlang eines Belichtungsschlitzes. Der Halbleiterwafer
wird im Allgemeinen auf einem Substrathalter abgelegt und zur Belichtung
in eine entsprechende Position gefahren. Dann wird das auf einer
Maske angeordnete Schaltungsmuster sukzessive in einzelne Belichtungsfelder
auf den photoempfindlichen Resist übertragen. Dabei werden während der
Belichtung eines Belichtungsfeldes der Substrathalter und eine den
Belichtungsschlitz definierende Blende gegeneinander verschoben.
Der Belichtungsschlitz überstreicht
dabei das Belichtungsfeld aufgrund der gleichmäßigen Bewegung des Substrathalters
und der Blende. Üblicherweise beträgt die Größe eines
Belichtungsfeldes etwa 26 mm × 35
mm.
-
Die
Belichtung der einzelnen Belichtungsfelder wird üblicherweise so ausgeführt, dass
die Oberseite des Halbleiterwafers in ein Muster von Belichtungsfeldern
in der Form einer Matrix oder eines Gitters (englisch: grid) unterteilt
wird und mit dem Wafer-Scanner bzw. dem Wafer-Stepper sukzessive
belichtet wird.
-
Die
Bestimmung der Lagegenauigkeit zweier übereinanderliegender Schichten
erfolgt während der
Produktion von integrierten Schaltungen normalerweise mit so genannten
Overlay-Targets. Dabei handelt es sich um zwei Teilstrukturen, die
jeweils getrennt auf jede der Schichten abgebildet werden. Die erste
Teilstruktur kann aus einem rechteckigen Strukturelement bestehen,
das von einer rahmenförmigen zweiten
Teilstruktur umgeben wird. Overlay-Targets werden üblicherweise
zusammen mit anderen Justiermarken im Sägerahmenbereich angeordnet.
Die oben beschriebene Struktur ist als Box-In-Box-Marke oder auch
als Box-In-Frame-Marke bekannt. Üblicherweise
wird der Versatz der einzelnen Teilstrukturen zueinander mit einem
Overlay-Messgerät,
beispielsweise einem optischen Mikroskop, vermessen.
-
Bei
der Belichtung eines Halbleiterwafers mit einem Wafer-Scanner sind mehrere
Effekte bekannt, die zu Overlay-Fehlern führen können. Diese Overlay-Fehler
lassen sich allgemeine zwei Kategorien von Fehlerquellen zuordnen.
Zum einen können
Fehler auftreten, die bei der Belichtung innerhalb eines Belichtungsfeldes
entstehen. Diese Fehlerquellen werden üblicherweise als Intrafeld-Fehler
oder Feld-Fehler (field error) bezeichnet. Zum anderen sind Fehlerquellen
bekannt, die durch die Aufteilung des Halbleiterwafers in einzelne
Belichtungsfelder verursacht werden und die für jedes Belichtungsfeld unterschiedlich
sein können.
Diese Fehlerquellen werden üblicherweise
als Interfeld-Fehler oder Grid-Fehler bezeichnet.
-
Bei
den Infrafeld-Fehlern sind unter anderem die folgenden Beiträge von Bedeutung.
So kann beispielsweise die Belichtung in einem Belichtungsfeld um
einen festen Winkel verdreht oder um einen konstanten Faktor im
Abbildungsmaßstab
falsch sein. Im ersten Fall spricht man von einem Rotationsfehler, der
zweite Fall wird üblicherweise
als Vergrößerungsfehler
bezeichnet. Rotationsfehler werden beispielsweise durch eine Fehljustage
des Reticles verursacht.
-
Interfeld-Fehler
werden bei der Belichtung eines Belichtungsfeldes durch die Steuerung
des Substrathalters verursacht. Eine Fehlerquelle ist durch eine
Verdrehung der Position des Belichtungsfeldes um einen von der Position
des Belichtungsfeldes auf dem Halbleiterwafer abhängigen Winkel
gegeben (so genannter Grid-Rotations-Fehler). Eine weitere Fehlerquelle
stellt der ebenfalls von der Position des Belichtungsfeldes auf
dem Halbleiterwafer abhängige
Skalierungsfehler dar (Grid-Vergrößerungsfehler). Darüber hinaus
spielt bei der Belichtung mit einem Wafer-Scanner noch der so genannte Translationsfehler
eine Rolle, der durch unterschiedliche Scan-Richtungen und unterschiedliche Geschwindigkeiten
in verschiedenen Scan-Richtungen des Wafer-Scanners bedingt wird.
Der Translationsfehler ist normalerweise betragsmäßig kleiner
als die anderen oben genannten Fehler.
-
Die
Intrafeld- und Interfeld-Fehler lassen sich jeweils getrennt für eine Komponente
in eine erste Richtung (beispielsweise die x-Richtung) und für eine Komponente
senkrecht dazu (y-Richtung) angeben. Um die genauen Beiträge der Intrafeld- und Interfeld-Fehler
bestimmen zu können,
wird üblicherweise ein
Simulationsmodell des Projektionsapparats verwendet, das beispielsweise
für einen
Wafer-Scanner eine Berechnungsvorschrift mit zehn Parametern zur Korrektur
der einzelnen Fehlerquellen in nachfolgenden Belichtungsschritten
umfasst.
-
Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen sind üblicherweise mehrere Overlay-Targets
für jedes
Belichtungsfeld vorgesehen. Es werden jedoch nicht für jeden
Halbleiterwafer sämtliche
Overlay-Targets vermessen, üblicherweise
erfolgt nur eine stichprobenartige Untersuchung einiger ausgewählter Overlay-Targets.
Um abschätzen
zu können,
ob der vorliegende Halbleiterwafer die Overlay-Spezifikation erfüllt, wird üblicherweise
aus der Stichprobenmessung eine Aussage für den gesamten Halbleiterwafer getroffen.
Falls die Stichprobe bestimmten statistischen Kriterien nicht genügt, wird
der Halbleiterwafer einer Nachbearbeitung zugeführt. Dabei wird üblicherweise
die bereits strukturierte Resist-Schicht wieder entfernt, es wird
eine neue Resist-Schicht aufgebracht und anschließend erneut
photolithographisch strukturiert.
-
In
einem der Technik bekannten Verfahren wird in einem ersten Schritt
aus den gemessenen Versatzwerten für jedes Overlay-Target ein Mittelwert bestimmt.
Anschließend
wird aus den gemessenen Versatzwerten die Standardabweichung errechnet, woraus
sich ein maximaler Overlay-Fehler errechnet, der beispielsweise
durch den Mittelwert und den dazu addierten dreifachen Wert der
Standardabweichung bestimmt wird. Sollte dieser maximale Overlay-Fehler
oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen, wird der Halbleiterwafer
einer Nachbearbeitung zugeführt.
Dieses Verfahren ist jedoch sehr ungenau, da davon ausgegangen wird,
dass die Versatzwerte einer Normalverteilung gehorchen.
-
Aus
der DE-A1-100 48 809 ist ein Verfahren bekannt, das insbesondere
eine bessere Bestimmung des größten Lagefehlers
ermöglichen
soll, da nicht mehr von einer Normalverteilung ausgegangen wird.
Gemäß dieser
Druckschrift werden die vorhandenen Lagefehler in eine parametrische
und eine zufällige
Verteilung aufgeteilt. Anschließend
wird ein Algorithmus zur Bestimmung des größten Lagefehlers verwendet,
der es ermöglichen
soll, die erwartete Wahrscheinlichkeit für die erforderliche Mindestspezifikation
zu bestimmen sowie unter Berücksichtigung
des Wirkungsgrades den Halbleiterwafer einer Nacharbeit zuzuführen.
-
Die
vorgenannten Verfahren sind jedoch mit Problemen verbunden. Das
erstgenannte Verfahren weist insbesondere den Nachteil auf, dass
systematische Fehlerkomponenten (die z. B. beim Belacken oder beim
Messen entstehen) nicht berücksichtigt werden.
Bei näherer
Betrachtung führt
das Verfahren gemäß DE-A1-100
48 809 zu einer Unterschätzung der
systematischen Fehlerkomponenten durch zu stark gemitteite Werte.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, in einem ersten Aspekt ein Verfahren
zur Bestimmung von Lagefehlern bei der photolithographischen Projektion, insbesondere
bei der Strukturierung eines Halbleiterwafers mit einem Schaltungsmuster,
anzugeben und in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Auswertung
von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts anzubieten, die die oben
genannten Probleme überwinden.
-
Diese
Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass folgende Schritte ausgeführt
werden:
- – Bereitstellen
eines Halbleiterwafers mit einer auf einer Vorderseite des Halbleiterwafers
aufgebrachten Resistschicht;
- – Bereitstellen
von wenigstens zwei Schaltungsebenen zur Projektion je eines Schaltungsmusters zur
Bildung einer integrierten Schaltung, wobei für die erste Schaltungsebene
mehrere erste Messmarken vorgesehen sind, die geeignet sind, zusammen
mit zweiten Messmarken der zweiten Schaltungsebene jeweils ein Overlay-Target
zu bilden;
- – Bereitstellen
eines Projektionsapparates;
- – Bereitstellen
eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells
für den
Projektionsapparat;
- – Aufteilen
der Vorderseite des Halbleiterwafers in eine Mehrfachanordnung von
Belichtungsfeldern;
- – Sukzessives
Projizieren des Schaltungsmusters in Belichtungsfelder auf die Resistschicht,
um eine Resiststruktur zu bilden;
- – Aufteilen
der Belichtungsfelder in eine erste Teilmenge und in eine zweite
Teilmenge;
- – Bestimmen
von ersten Versatzwerten für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge,
wobei sich die ersten Versatzwerte aus ersten systematischen Lagefehlern
und einem mittleren Lagefehler zusammensetzen;
- – Bestimmen
der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten
Teilmenge anhand eines Simulationsmodells des Projektionsapparats;
- – Bestimmen
eines mittleren Lagefehlers anhand der um die systematischen Lagefehler
korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten
Teilmenge;
- – Bestimmen
eines zweiten Versatzwertes für
jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten
systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt,
wobei der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler anhand des
Simulationsmodells für
die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird; und
- – Bestimmen
einer Häufigkeitsverteilung
der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen,
welcher Anteil der Belichtungsfelder innerhalb eines vorgegebenen
Versatzwerts liegt.
-
Ein
wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung in ihrem ersten Aspekt
ist es, einen Halbleiterwafer photolithographisch mit einem Schaltungsmuster
zur Bildung einer integrierten Schaltung zu strukturieren und anschließend eine
erste Teilmenge von Overlay-Targets zur Bestimmung von Versatzwerten auszuwerten.
Dabei wird aus einer ersten Teilmenge von ersten Versatzwerten ein
systematischer Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand
eines Simulationsmodells des Projektionsapparats und ein mittlerer
Lagefehler anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten
ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge bestimmt.
Ausgehend von dem Simulationsmodell des Projektionsapparats werden
zweite Versatzwert für
jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge berechnet, die sich
aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler
zusammensetzen. Somit werden auch die Belichtungsfelder der zweiten
Teilmenge mit in eine Abschätzung darüber einbezogen,
ob die Versatzwerte eine bestimmte Overlay-Spezifikation erfüllen. Dabei
werden die systematischen Beiträge
von dem Simulationsmodell des Projektionsgeräts geliefert, die statistischen
Beiträge
folgen den gemessenen Werten der ersten Teilmenge. Dies führt zu einer
genauen und konsistenten Bestimmung der zweiten Versatzwerte, ohne
dass bestimmte Annahmen bezüglich
der statistischen Verteilung oder Mittelwertsbildungen das Ergebnis
beeinträchtigen
könnten.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Schaltungsmusters, dass
das Schaltungsmus ter von einem im wesentlichen rechteckigen Sägerahmen
umgeben ist und für
die erste Schaltungsebene mindestens vier erste Messmarken vorgesehen
sind, die geeignet sind, zusammen mit mindestens vier zweiten Messmarken
der zweiten Schaltungsebene jeweils ein Overlay-Target zu bilden,
wobei die mindestens vier Overlay-Targets an jeweils einer Ecke
des Sägerahmens
angeordnet sind.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden für jedes
Belichtungsfeld mindestens vier Overlay-Targets bereitgestellt,
die an den Extrempunkten des Belichtungsfeldes positioniert sind.
Diese ermöglicht eine
präzise
Bestimmung der Versatzwerte, da sich eventuelle Lagefehler über die
gesamte Abmessung des Belichtungsfeldes am genauesten bestimmen lassen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Projektionsapparats,
dass für
den Projektionsapparat ein Wafer-Scanner bereitgestellt wird.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird für
den Projektionsapparat ein Wafer-Scanner verwendet, der insbesondere
für kritische
Schaltungsebenen aufgrund des Auflösungsvermögens bevorzugt ist.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Simulationsmodells, dass
ein Simulationsmodell mit mindestens zehn Parametern bereitgestellt
wird, das geeignet ist, einen Translationsfehler, einen Grid-Rotationsfehler,
einen Grid-Vergrößerungsfehler,
einen Feld-Rotationsfehler und einen Feld-Vergrößerungsfehler jeweils in zwei
senkrecht zueinander stehenden Koordinatenachsen anzugeben.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden die in nachfolgenden Belichtungsschritten
korrigierbaren Lagefehler bei der Projektion einer Schaltungsebene im
Simulationsmodell berücksichtigt,
wobei zur Verbesserung der Zuordnung der Lagefehler diese in jeweils
zwei getrennten und zueinander senkrecht stehenden Koordinatenachsen
angeben werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens von ersten Versatzwerten für jedes
Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge umfasst
- – Bereitstellen
eines Overlay-Messgeräts;
und
- – Vermessen
der Overlay-Targets in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
mit dem Overlay-Messgerät.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird ein in der Technik übliches Overlay-Messgerät zur Bestimmung
der ersten Versatzwerten für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
verwendet. Dies erlaubt eine einfache und zuverlässige Bestimmung der ersten
Versatzwerte, wobei auf üblicherweise
in der Halbleiterfertigung vorhandene Geräte zurückgegriffen werden kann.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden die ersten Versatzwerte jeweils in x-Richtung und y-Richtung
bestimmt.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird eine Zuordnung der ersten Versatzwerte und der
in der Berechnungsvorschrift parametrisierten Lagefehler des Projektionsapparates
ermöglicht,
um eine präzise
Bestimmung beispielsweise der systematischen Lagefehler durchzuführen.
-
In
einer weiteren bevorzugten-Ausführungsform
wird darüber
hinaus für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
aus den ersten Versatzwerten und den systematischen Lagefehlern
ein residualer Fehlerwert für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
bestimmt.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
aus den gemessenen ersten Versatzwerten ein residualer Fehlerwert
bestimmt, der um die Beiträge
der systematischen Lagefehler korrigiert ist. Auf einfache Weise
kann der residuale Fehlerwert durch Subtraktion der gemessenen ersten
Versatzwerte und des berechneten systematischen Lagefehlers bestimmt
werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird darüber
hinaus die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x-
und y-Richtung bestimmt, die anschließend zur Bestimmung der zehn Parameter
des Simulationsmodells des Projektionsapparates herangezogen wird,
indem der minimale Wert der Standardabweichung bestimmt wird.
-
Die
Minimierung des residualen Fehlerwertes ist das zentrale Anliegen
bei der Bestimmung des systematischen Lagefehlers. Durch Berechnung
der Standardabweichung der residualen Fehlerwerte lässt sich
ein einfaches lineares Gleichungssystem aufstellen, das zur optimalen
Bestimmung der Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates
herangezogen wird. Dies erlaubt eine präzise und effektive Bestimmung
der Parameter des Simulationsmodells.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens des mittleren Lagefehlers anhand
der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte
der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge, dass der Mittelwert
der residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung als mittlerer Lagefehler
bestimmt wird.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird ein alle Belichtungsfelder berücksichtigender
mittlerer Lagefehler bestimmt, wobei die Abweichungen der einzelnen
residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung als Maß für den statistischen
Beitrag der ersten Versatzwerte herangezogen werden kann.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird darüber
hinaus aus den residualen Fehlerwerten in x- Richtung und y-Richtung ein Wert
für die statistische
Fluktuation des mittleren Lagefehlers anhand einer Wahrscheinlichkeitsverteilung
bestimmt.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird eine Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt,
die angibt, wie die residualen Fehlerwerten in x- Richtung und y-Richtung
um den mittleren Lagefehler fluktuieren. Dadurch kann der statistische
Beitrag zu den ersten Versatzwerten mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsverteilung
bestimmt werden, die nötigenfalls
aus einer Messung oder aufgrund von Erfahrungswerten bestimmt wird.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Normalverteilung und
für die
statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers werden die Standartabweichung
der residualen Fehlerwerte jeweils in x-Richtung und y-Richtung bestimmt.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise ist es möglich,
für die
Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Normalverteilung zu verwenden, da
diese oftmals die Fluktuation des mittleren Lagefehlers ausreichend genau
beschreibt. Dies ermöglicht
eine einfache Bestimmung des statistischen Beitrags zu den Versatzwerten.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Aufteilens der Belichtungsfelder in die
erste Teilmenge und die zweite Teilmenge, dass die erste Teilmenge
ungefähr
10% der Belichtungsfelder beinhaltet.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird nur ein kleiner teil der Belichtungsfelder beispielsweise
mit einem Overlay-Messgerät
vermessen, was zu einem höheren
Durchsatz bei der Waferinspektion führt. Aufgrund der Bestimmung
der zweiten Versatzwerte in den nicht durch Messung ausgewerteten
Belichtungsfeldern der zweiten Teilmenge führt dies jedoch nicht zu einer
Verschlechterung der Qualitätskontrolle.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens der Schaltungsebenen, dass
ein Schaltungsentwurf eines Halbleiterspeichers mit dynamischen
Speicherzellen umfassend Grabenkondensatoren bereitgestellt wird, der
im Bereich der Grabenkondensatoren kleinste Abmessungen von 100
nm oder weniger aufweist.
-
Halbleiterspeicher
mit dynamischen Speicherzellen werden oftmals in einem hochvolumigen Fertigungsprozess
hergestellt und weisen aufgrund der kleinen Strukturen ein limitiertes
Overlay-Budget auf. Das erfindungsgemäße Verfahren spricht genau diesen
Problemkreis an, in dem die Bestimmung der Overlay-Spezifikation zeitsparend
anhand einer Teilmenge von gemessenen Overlay-Targets durchgeführt wird,
wobei insbesondere die Genauigkeit auch bei sehr engen Spezifikationen
wichtig ist. Damit kann werden der Herstellung von Halbleiterspeichern ei ne
schnelle und genau Aussage über
die Qualität des
Overlays getroffen werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten
Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, dass der vorgegebene
Versatzwert ungefähr
20 nm beträgt.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird erreicht, dass die bei modernen Technologien
vorgesehenen Werte des Overlay-Budgets verwendet werden könne, um
die Halbleiterwafer entsprechend der Häufigkeitsverteilung der ersten
Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte zu charakterisieren.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten
Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, dass der vorgegebene
Anteil der Belichtungsfelder innerhalb des vorgegebenes Versatzwertes
wenigstens 99% beträgt.
-
Bei
der Herstellung integrierter Schaltungen müssen viele verschiedenen Spezifikationen
eingehalten werden, um eine hohe Gutausbeute zu erzielen. Da zu
große
Lageungenauigkeiten zum Ausfall der Schaltung führen könnten, wird bevorzugt ein hoher
Anteil der Belichtungsfelder innerhalb des vorgegebenes Versatzwertes
gefordert.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird für
Halbleiterwafer, deren erste Versatzwerte und zweite Versatzwerte
einen niedrigeren Anteil aufweisen, folgender Schritt ausgeführt.
- - Zuführen
des Halbleiterwafers zu einer Nachbearbeitung.
-
Halbleiterwafer,
die zu viele Belichtungsfelder mit zu großen Versatzwerten aufweisen,
werden gemäß dieser
Vorgehensweise nicht weiter produziert. In einer Nachbearbeitung
lassen sich eventuell die auftretenden Fehler korrigieren, so dass
die bereits prozessierten Halbleiterwafer nicht verloren sind. Dies
erlaubt eine kostengünstige
Produktion von integrierten Schaltungen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Zuführens
zur Nachbearbeitung folgendes:
- – Entfernen
der Resistschicht;
- – Aufbringen
einer weiteren Resistschicht auf die Vorderseite des Halbleiterwafers;
und
- – erneutes
Projizieren des Schaltungsmusters in die Belichtungsfelder auf der
weiteren Resistschicht.
-
Bevorzugt
wird die Vermessung die Waferinspektion vor dem Übertragen der Resist-Maske
in die darunter liegende Schicht ausgeführt. Dadurch kann für Halbleiterwafer,
die zu viele Belichtungsfelder mit zu großen Versatzwerten aufweisen,
die Resist-Maske wieder entfernt werden und der letzte Projektionsschritt
wird wiederholt. Dies erlaubt eine kostengünstige Produktion von integrierten
Schaltungen.
-
Die
Aufgabe der wird in einem weiteren Aspekt erfindungsgemäß durch
ein Verfahren zur Auswertung von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts gelöst, das
folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Eingangsdatensatzes,
der eine Vielzahl von ersten Versatzwerten umfasst, wobei die ersten
Versatzwerte aus Messungen einer ersten Teilmenge von Overlay-Targets zweier Schaltungsebenen,
die in einer Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern auf einem
Halbleiterwafer mit einem Projektionsapparat aufgebracht wurden,
bestimmt wurden und sich aus ersten systematischen Lagefehlern und
einem mittleren Lagefehler zusammensetzen;
- – Bereitstellen
eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells
für den
Projektionsapparat;
- – Bestimmen
der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten
Teilmenge anhand des Simulationsmodells des Projektionsapparats;
- – Bestimmen
eines mittleren Lagefehlers anhand der um die systematischen Lagefehler
korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten
Teilmenge;
- – Bestimmen
eines zweiten Versatzwertes für
jedes Belichtungsfeld einer von der ersten Teilmenge verschiedenen
zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten systematischen Lagefehlern
und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt, wobei der Beitrag der
zweiten systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells
für die
Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird; und
- – Bestimmen
einer Häufigkeitsverteilung
der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen,
welcher Anteil der Belichtungsfelder innerhalb eines vorgegebenen
Versatzwerts liegt.
-
Ein
wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung in ihrem zweiten Aspekt
ist es, Daten eines Overlay-Messgeräts dahingehend auszuwerten, dass
aus einem Datensatz, der vom Overlay-Messgerät gemessene erste Versatzwerte
umfasst, zweite Versatzwerte zu berechnen, die für diejenigen Belichtungsfeldpositionen
bestimmt werden, für
die keine erste Versatzwerte vorliegen. Dabei wird aus der ersten
Teilmenge von ersten Versatzwerten ein systematischer Lagefehler
in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand eines Simulationsmodells eines
bei einer Projektion verwendeten Projektionsapparats und ein mittlerer
Lagefehler anhand der um die syste matischen Lagefehler korrigierten
ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge bestimmt.
Ausgehend von dem Simulationsmodell des Projektionsapparats werden
zweite Versatzwert für
jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge berechnet, die sich
aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler
zusammensetzen.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird zur Bestimmung von systematischen Lagefehlern anhand des Simulationsmodells
folgende Berechnung durchgeführt: Ovl_X(x,y) = TransX + CF(x)·GMagX – CF(y)·GRotY + IF(x)·FMagX – IF(y)·FRotY,
und Ovl_Y(x,y) = TransY + CF(y)·GMagY
+ CF(x)·GRotX +
IF(y)·FMagY
+ IF(x)·FRotX;wobei
x die Position des Belichtungsfeldes entlang der ersten Koordinatenachse,
y die Position des Belichtungsfeldes entlang der zweiten Koordinatenachse,
Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) den systematischen Lagefehler, TransX
bzw. TransY Parameter des Translationsfehlers, GMagX bzw. GMagY
Parameter des Grid-Vergrößerungsfehlers,
GRotX bzw. GRotY Parameter des Grid-Rotationsfehlers, FMagX bzw. FMagY Parameter
des Feld-Vergrößerungsfehlers und
FRotX bzw. FRotY Parameter des Feld-Rotationsfehlers jeweils in x-Richtung
und y-Richtung repräsentieren
und CF bzw. IF eine Zerlegung der Koordinatenwerte in einen Beitrag
auf dem Halbleiterwafer bzw. innerhalb eines Belichtungsfeldes repräsentieren.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise kann eine Berechnungsvorschrift verwendet werden,
die die üblicherweise
dominierenden Beiträge
der Lagefehler bei der Projektion mit einem Wafer-Scanner parametrisiert.
Dadurch kann eine einfache Bestimmung der einzelnen Beiträge erfolgen,
die beispielsweise nachfolgend zur Korrektur bei weiteren Belichtungen anderer
Halbleiterwafer verwendet werden können.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der residuale Fehlerwert gemäß folgender Gleichungen berechnet
wird: Res_X = M_X – Ovl_X_(x,y) und Res_Y = M_Y – Ovl_Y_(x,y),wobei
Res_X bzw. Res_Y den residualen Fehlerwert in x- bzw. y-Richtung
und M_X bzw. M_Y den ersten Versatzwert in x- bzw. y-Richtung repräsentieren.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden in einfachen Berechnungsschritten die Messergebnisse eines
Overlay-Targets um die systematischen Lagefehler, die vom Projektionsapparat
stammen, korrigiert. Der verbleibende oder residuale Fehler kann auf
diese Weise einfach bestimmt werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens der zweiten Versatzwerte für jedes
Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge:
- – Berechnen
der Werte Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) der systematischen Lagefehler
in x- und y-Richtung an wenigstens vier Positionen innerhalb des
Belichtungsfeldes;
- – Bestimmen
der maximalen Werte der systematischen Lagefehler jeweils in x-
und y-Richtung;
- – Bestimmen
des zweiten Versatzwertes in x-Richtung anhand folgender Gleichung:
B_X = Ovl_X(x,y) + 3·SIGMA,
wobei x die Position des Belichtungsfeldes, B_X den zweiten Versatzwert in
x-Richtung, Ovl_X(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten
systematischen Lagefehler in x- Richtung
und SIGMA die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte repräsentieren; und
- – Bestimmen
des zweiten Versatzwertes in y-Richtung anhand folgender Gleichung:
B_Y = Ovl_Y(x,y) + 3·SIGMA,
wobei y die Position des Belichtungsfeldes, B_Y den zweiten Versatzwert in
y-Richtung und Ovl_Y(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten
systematischen Lagefehler in y-Richtung
und SIGMA die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte repräsentieren.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird für
jedes der zweiten Teilmenge zugeordnete Belichtungsfeld ein Versatzwert
berechnet, der zum einen die systematischen Beiträge über das
Simulationsmodell und zum anderen die statistischen Beiträge über die Standardabweichung
der residualen Fehlerwerte der ersten Teilmenge berücksichtigt.
Dadurch erhält
man eine präzise
Vorhersage für
sämtliche
Belichtungsfelder, in denen keine Messung von Versatzwerten durchgeführt wurde.
Unter Verwendung der Berechnungsvorschriften des Simulationsmodells
werden die systematischen Lagefehler in x-Richtung und y-Richtung mit den
an die tatsächlichen
Verhältnisse bei
der Projektion angepassten Beiträgen
berücksichtigt.
Dadurch kann die Ortsabhängigkeit
der systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells bestimmt
werden. Die statistischen Beiträge wiederum
werden aus den gemessenen Versatzwerten abgeleitet, so dass die
Versatzwerte der zweiten Teilmenge mit großer Genauigkeit und frei von
willkürlichen
Annahmen abgeschätzt
werden.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten
Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte:
- – Bereitstellen
eines Datenfeldes mit ersten Speicherstellen, die geeignet sind,
wenigstens einen Zahlenwert zu speichern, wobei jeder ersten Speicherstelle
jeweils ein Bereich von Versatzwerten zugeordnet wird, so dass das
Datenfeld Versatzwerte innerhalb einer vorgegebenen unteren Grenze
und einer vorgegebenen oberen Grenze abdeckt; und
- – Zuweisen
jedes ersten Versatzwertes und zweiten Versatzwertes an eine der
ersten Speicherstellen, wobei der Inhalt der Speicherstelle die
Anzahl der ihr zugewiesenen ersten Versatzwerte oder zweiten Versatzwerte
umfasst.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden die ersten Versatzwerte und zweiten Versatzwerte
in einem Histogramm abgespeichert, das durch die Speicherzellen
repräsentiert
wird. Dies erlaubt insbesondere eine einfache Bestimmung der Häufigkeitsverteilung
der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
repräsentieren
die untere Grenze einen Versatzwert von ungefähr 5 nm und die obere Grenze
einen Versatzwert von ungefähr
25 nm und repräsentiert
der Bereich einer Speicherstelle etwa 0,25 nm.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird das Datenfeld mit den ersten Speicherzellen
in Bereiche aufgeteilt, die den in modernen Fertigungsprozessen auftretenden
Bereich von Versatzwerten abdecken. Damit lässt sich das Verfahren beispielsweise
bei der Fertigung von Halbleiterspeichern einsetzen.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
sind die zweiten Speicherzellen darüber hinaus geeignet, die Anzahl
der ihr zugewiesenen ersten Versatzwerte oder zweiten Versatzwerte
jeweils getrennt für
einen Anteil in Richtung einer ersten Koordinatenachse und einen
für einen
Anteil in Richtung einer zweiten Koordinatenachse abzuspeichern.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise ist das Datenfeld geeignet, die Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte
und der zweiten Versatzwerte getrennt in x-Richtung und y-Richtung
abzuspeichern. Dies ermöglicht
eine für
beide Richtungen getrennte Bestimmung darüber, ob eine vorgegebene Overlay-Spezifikation
eingehalten wird.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist ein Zähler
vorgesehen, der geeignet ist, die Gesamtzahl von ersten Versatzwerten
und zweiten Versatzwerten zu bestimmen, und bei dem der Inhalt der
zweiten Speicherzellen jeweils auf die Gesamtzahl normiert wird.
-
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird eine normierte Häufigkeitsverteilung der ersten
Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte bestimmt, wodurch die
Auswertung der Häufigkeitsverteilung
auf einfache Weise durchgeführt
werden kann.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
-
1 ein
Belichtungsgerät
in einer schematischen Querschnittsansicht zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß des ersten
Teilaspekts;
-
2 ein
Overlay-Messgerät
in einer schematischen Querschnittsansicht zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß des ersten und
des zweiten Aspekts;
-
3 in
einer Draufsicht schematisch die Vorderseite eines Halbleiterwafers
bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
4 in
einer weiteren Draufsicht schematisch die Vorderseite eines Halbleiterwafers
bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
-
5 in
einem Diagramm Versatzwerte, die während der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach dem ersten und zweiten Teilaspekt bestimmt werden;
-
6 in
einem Diagramm ein kumulierte und normierte Darstellung von Versatzwerten,
die während
der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach dem ersten und zweiten Teilaspekt bestimmt werden;
-
7 in
einem Diagramm ein vergrößerter Ausschnitt
aus dem Diagramm gemäß 6;
-
8 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß dem ersten
Aspekt in einem Flussdiagramm; und
-
9 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gemäß dem zweiten
Aspekt in einem Flussdiagramm.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im Folgenden für
eine Belichtung in einem Belichtungsfeld einer ersten Ebene mit
ei nem Wafer-Scanner und einer zweiten Ebene mit einem Wafer-Stepper beschrieben,
die jeweils die gleiche Größe des Belichtungsfeld
aufweisen. Die Erfindung ist aber auch auf mehrere Schaltungsebenen
mit unterschiedlicher Konfiguration der verwendeten Belichtungsgeräte anwendbar.
So ist es ebenfalls möglich,
mehrere bezüglich
der kleinsten Abmessungen kritische Schaltungsebenen mit einem Wafer-Scanner
zu belichten und anschließend
eine Belichtung mit einem Wafer-Stepper durchzuführen.
-
In 1 ist
in einer schematischen Querschnittsansicht der Aufbau eines Projektionsapparats 5 gezeigt.
Der Projektionsapparat 5 umfasst einen beweglichen Substrathalter 12.
Auf dem Substrathalter 12 ist ein Halbleiterwafer 10 abgelegt,
auf den auf einer Vorderseite eine Resistschicht 14 beispielsweise
durch Aufschleudern aufgebracht ist.
-
Der
Projektionsapparat 5 umfasst weiter eine Lichtquelle 16,
die über
dem Substrathalter 12 angeordnet ist, und geeignet ist,
Licht beispielsweise mit einer Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder
157 nm abzustrahlen. Das von der Lichtquelle 16 abgestrahlte
Licht wird durch ein Projektionsobjektiv 20 auf die Oberfläche des
Halbleiterwafers 10 projiziert.
-
Zwischen
der Lichtquelle 16 und dem Projektionsobjektiv 20 ist
ein Reticle 18 angebracht, das mit einem Muster einer Schaltungsebene
versehen ist. Bei einem Wafer-Scanner ist ein Belichtungsschlitz zwischen
dem Reticle 18 und dem Projektionsobjektiv 20 angebracht
(nicht in 1 gezeigt). Durch die Steuerung
des Substrathalters 12 wird die Vorderseite des Halbleiterwafers 10 sukzessive
in einzelnen Belichtungsfeldern strukturiert.
-
Für die Schaltungsebenen
wird beispielsweise ein Schaltungsentwurf eines Halbleiterspeichers mit
dynamischen Speicherzellen umfassend Grabenkondensatoren bereitgestellt,
der im Bereich der Grabenkondensatoren kleinste Abmessungen von
100 nm oder weniger aufweist.
-
Nach
der photolithographischen Projektion wird die Lagegenauigkeit der
aktuell belichteten Schicht relativ zu bereits vorhandenen Ebenen
mit einem Overlay-Messgerät 22 bestimmt.
Dazu wurde die bereits in eine Schicht oder das Substrat übertragen
erste Schaltungsebenen mit Messmarken versehen, die geeignet sind,
zusammen mit Messmarken der aktuell projizierten zweiten Schaltungsebene
ein Overlay-Target zu bilden. Das Overlay-Messgerät 22 umfasst
einen weiteren Substrathalter 23, der geeignet ist, den
Halbleiterwafer 10 aufzunehmen.
-
Auf
der Vorderseite des Halbleiterwafers 10 ist eine Resiststruktur 14' aufgebracht,
die durch Entwickeln aus der Resistschicht 14 entstandem
ist. Das Overlay-Messgerät 22 umfasst
darüber
hinaus eine weitere Lichtquelle 24, um die Vorderseite
des Halbleiterwafers 10 mit Licht zu bestrahlen. Das von
der Vorderseite des Halbleiterwafers 10 reflektierte Licht wird
in einem Mikroskop 26 nachgewiesen, das mit einem Verarbeitungsmittel,
beispielsweise einem Prozessor 27 verbunden ist. Mittels
des Mikroskops 26 und des Prozessors 27 werden
Messdaten von Overlay-Targets der einzelnen Belichtungsfelder verarbeitet.
-
Hier
setzt das erfindungsgemäße Verfahren in
seinen beiden Teilaspekten an. Die Belichtungsfelder werden einer
ersten Teilmenge und einer zweiten Teilmenge zugewiesen, wie in 3 gezeigt
ist. Jedes Belichtungsfeld weist mehrere Overlay-Targets auf, die
von ersten Messmarken in der ersten Schaltungsebene und zweiten
Messmarken in der zweiten Schaltungsebene werden. Beispielhaft ist
in 3 ein Belichtungsfeld 28 dargestellt,
das fünf
Overlay-Targets 30 umfasst, wobei mindestens vier Overlay-Targets 30 an
jeweils einer Ecke eines das Belichtungsfeld umgebenden Sägerahmens
angeordnet sind.
-
Das
Aufteilen der Belichtungsfelder in die erste Teilmenge und die zweite
Teilmenge wird so ausgeführt,
dass die erste Teilmenge nur einen kleine Anteil, beispielsweise
10%, der Belichtungsfelder beinhaltet. Damit wird der Zeitaufwand
bei der Vermessung des Halbleiterwafers 10 mit dem Overlay-Messgerät 22 deutlich
verringert, was zu einem höheren Durchsatz
führt.
-
Die
ersten Messmarken 32 der ersten Schaltungsebene sind in 3 durch
kreisförmige
Symbole und zweite Messmarken 34 der zweiten Schaltungsebene
in Form eines Kreuzes dargestellt. In 3 sind beispielhaft
insgesamt neun Belichtungsfelder gezeigt, die jeweils fünf Overlay-Targets
umfassen und zusammen die erste Teilmenge 36 repräsentieren.
Durch Vermessung dieser Overlay-Targets erhält man die ersten Versatzwerte
der ersten Teilmenge 36.
-
Wie
bereits eingangs erwähnt
setzten sich die ersten Versatzwerte für jedes Overlay-Target 30 der
ersten Teilmenge aus einem systematischen Lagefehlern und einem
mittleren Lagefehler zusammen. Bei der Bestimmung der ersten Versatzwerte mittels
des Overlay-Messgeräts
werden die ersten Versatzwerte jeweils getrennt für eine erste
Koordinatenachse, die in 3 als x-Richtung bezeichnet ist,
und für
eine zweite Koordinatenachse, die in 3 als y-Richtung
bezeichnet ist, bestimmt.
-
Nachfolgend
wird der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld 26 der
ersten Teilmenge 36 anhand eines Simulationsmodells des Projektionsapparats 5 bestimmt.
Dazu wird ein Simulationsmodell des Projektionsapparats 5 bereitgestellt,
das geeignet ist, einen Translationsfehler, einen Grid-Rotationsfehler,
einen Grid-Vergrößerungsfehler,
einen Feld-Rotationsfehler und einen Feld-Vergrößerungsfehler jeweils in zwei
senkrecht zueinander stehenden Koordinatenachsen anzugeben.
-
Zur
Bestimmung von systematischen Lagefehlern mit dem Simulationsmodell
werden beispielsweise für
einen Wafer-Scanner der Firma CANON folgende Berechnung durchgeführt: Ovl_X(x,y) = TransX + CF(x)·GMagX – CF(y)·GRotY + IF(x)·FMagX – IF(y)·FrotY,
und Ovl_Y(x,y) = TransY + CF(y)·GMagY
+ CF(x)·GRotX +
IF(y)·FMagY
+ IF(x)·FrotX.
-
Bei
dieser Berechnungsvorschrift bezeichnet x die Position des Belichtungsfeldes
entlang der ersten Koordinatenachse und y die Position des Belichtungsfeldes
entlang der zweiten Koordinatenachse. Ziel der Berechnung ist es,
den systematischen Lagefehler Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) in beiden
Koordinatenrichtungen zu bestimmen. Dieser Lagefehler setzt sich
aus folgenden Beiträgen
zusammen: TransX bzw. TransY sind Parameter des Translationsfehlers,
GMagX bzw. GMagY repräsentieren
Parameter des Grid-Vergrößerungsfehlers,
GRotX bzw. GRotY Parameter des Grid-Rotationsfehlers, FMagX bzw.
FMagY Parameter des Feld-Vergrößerungsfehlers
und FRotX bzw. FRotY Parameter des Feld-Rotationsfehlers. Diese
werden jeweils in x-Richtung und y-Richtung angegeben.
-
Die
Symbole CF bzw. IF repräsentieren
eine Zerlegung der Koordinatenwerte in einen Beitrag auf dem Halbleiterwafer
bzw. innerhalb eines Belichtungsfeldes, d.h. für die Koordinatenwerte in x-Richtung
und y-Richtung gilt: x = CF(x) + IF(x), und y = CF(y) + IF(y).
-
Anschließend wird
für jedes
Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge aus den
ersten Versatzwerten und den systematischen Lagefehlern ein residualer
Fehlerwert bestimmt wird.
-
Der
residuale Fehlerwert wird für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
gemäß folgender
Gleichungen berechnet: Res_X = M_X – Ovl_X(x,y),
und Res_Y = M_Y – Ovl_Y(x,y).
-
Dabei
repräsentieren
Res_X bzw. Res_Y den residualen Fehlerwert in x- bzw. y-Richtung
und M_X bzw. M_Y den ersten Versatzwert in x- bzw. y-Richtung.
-
Anschließend wird
die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x- und y-Richtung
bestimmt. Deren Wert errechnet sich aus der Wurzel der Summe der
Quadrate der residualen Fehlerwert in x- bzw. y-Richtung. Diese
Berechnung ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb hier nicht
genauer erläutert.
-
Anschließend wird
die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x- und y-Richtung
zur Bestimmung der zehn Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates
herangezogen. Dazu wird ein lineares Gleichungssystem aufgestellt, wobei
für alle
Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates der minimale
Wert der Standardabweichung bestimmt wird. Diese Parameter des Simulationsmodells
können
auch an den Projektionsapparat zurückgeführt werden, um den jeweiligen
Lagefehler schon bei der Belichtung zu korrigieren.
-
Die
residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung werden anschließend zur
Bestimmung eines mittleren Lagefehlers herangezogen und stellen
die um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte
der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge dar.
-
Darüber hinaus
wird aus den residualen Fehlerwerten in x- und y-Richtung ein Wert
für die
statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers anhand einer
Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt. Dazu ist beispielsweise
eine Normalverteilung geeignet, wobei für die statistische Fluktuation
des mittleren Lagefehlers die Standartabweichung der residualen Fehlerwerte
jeweils in x- und y-Richtung bestimmt werden. Dies ist jedoch nicht
einschränkend
zu verstehen, da dem Fachmann viele Wahrscheinlichkeitsverteilungen
bekannt sind, die für
diesen Schritt verwendet werden können.
-
Bis
zu dieser Stelle des Verfahrens wurden die systematischen Lagefehler
anhand des Simulationsmodells und statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers
aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt. Diese Größen werden
im Folgenden dafür verwendet
die nicht mit dem Overlay-Messgerät 22 vermessenen zweiten
Versatzwerte zu bestimmen.
-
Die
zweiten Versatzwertes für
jedes Belichtungsfeld 5 der zweiten Teilmenge setzen sich aus zweiten
systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammen.
Der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler wird anhand des
Simulationsmodells für
die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt. Dazu werden
die Koordinatenwerte der Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge
in die Berechnungsvorschriften für
den systematischen Lagefehler Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) eingesetzt.
-
Dazu
werden die Werte Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) der systematischen Lagefehler
in x- und y-Richtung an wenigstens vier Positionen innerhalb des
Belichtungsfeldes berechnet. Aus diesen vier Werten für Ovl_X(x,y)
bzw. Ovl_Y(x,y) wird im Folgenden
der maximalen Werte der systematischen
Lagefehler jeweils in x- und y-Richtung bestimmt. Es ist aber auch
vorgesehen beispielsweise den Mittelwert oder eine andere geeignete
Größe, z.B.
gewichteter Mittelwert, geometrischer Mittelwert, kleinster Wert
o.ä., zu
verwenden
-
Das
Bestimmen des zweiten Versatzwertes in x-Richtung wird anhand folgender
Gleichung durchgeführt: B_X = Ovl_X(x,y) + 3·SIGMA.
-
Dabei
repräsentieren
x die Position des Belichtungsfeldes, B_X den zweiten Versatzwert
in x-Richtung, Ovl_X(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten
systematischen Lagefehler in x-Richtung und SIGMA die Standardabweichung SIGMA
der residu alen Fehlerwerte. Die Multiplikation der Standardabweichung
der residualen Fehlerwerte mit dem Faktor drei hat in der Praxis
die besten Ergebnisse erzielt. Es soll jedoch explizit nicht ausgeschlossen
werden, auch andere Faktoren zu verwenden, die beispielsweise im
Bereich von eins bis fünf liegen
können.
Für Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die
nicht normalverteilt sind, kann eine ähnliche Größe angegeben werden. Es ist
im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, den statistischen Beitrag,
der hier durch die Standardabweichung SIGMA repräsentiert ist, aus beliebigen
Verteilungen oder auch durch Anpassung an Messwerte zu bestimmen.
-
Analog
erfolgt das Bestimmen des zweiten Versatzwertes in y-Richtung anhand folgender
Gleichung: B_Y = Ovl_Y(x,y) + 3·SIGMA.
-
Dabei
repräsentieren
y die Position des Belichtungsfeldes, B_Y den zweiten Versatzwert
in y-Richtung, Ovl_Y(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten
systematischen Lagefehler in y-Richtung und SIGMA die Standardabweichung
der residualen Fehlerwerte.
-
Das
Ergebnis der Berechnung der zweiten Versatzwerte in x-Richtung und y-Richtung
ist graphisch in 4 illustriert. Die errechneten
zweiten Versatzwerte werden in dieser Darstellung durch Overlay-Targets
repräsentiert,
deren erste und zweite Messmarken entsprechende zweite Versatzwerte aufweisen.
Für Belichtungsfelder,
die der ersten Teilmenge angehören,
wird ebenfalls ein entsprechendes Overlay-Target eingezeichnet.
Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, dass die zweite
Teilmenge um die Belichtungsfelder der ersten Teilmenge erweitert
wird, so dass sämtliche
Belichtungsfelder auf dem Halbleiterwafer 10 durch jeweils
einen Versatzwert repräsentiert
werden, der anhand oben genannter Berechnungsvorschriften gewonnen
wurde.
-
Aus
den zweiten Versatzwerten B_X bzw. B_Y wird im Folgenden eine Verteilung
oder Histogramm 40 der zweiten Versatzwerte gebildet. Das Histogramm 40 kann
auch die ersten Versatzwerte berücksichtigen
oder um die für
die Belichtungsfelder der ersten Teilmenge analog zu den zweiten
Versatzwerten berechneten Versatzwerte erweitert werden, so dass
die zweiten Versatzwerte für
den gesamten Halbleiterwafer bestimmt werden. Ein typisches Histogramm 40 ist
in 5 gezeigt.
-
Um
eine einfache Bestimmung des Histogramm 40 der ersten Versatzwerte
und der zweiten Versatzwerte zu ermöglichen, wird ein Datenfeld
mit ersten Speicherstellen bereitgestellt. Die ersten Speicherstellen
sind geeignet, wenigstens einen Zahlenwert zu speichern. Der Inhalt
jeder Speicherstelle umfasst die Anzahl der ihr zugewiesenen ersten
Versatzwerte oder zweiten Versatzwerte. Dazu wird jeder ersten Speicherstelle
jeweils ein Bereich von Versatzwerten zugeordnet. Das Datenfeld
deckt somit Versatzwerte innerhalb einer vorgegebenen unteren Grenze
und einer vorgegebenen oberen Grenze ab. Durch Zuweisen jedes ersten
Versatzwertes und zweiten Versatzwertes an eine der ersten Speicherstellen
werden die ersten Versatzwerte und zweiten Versatzwerte wie in einem
Histogramm abgespeichert, das durch die Speicherzellen repräsentiert wird.
-
Der
in modernen Fertigungsprozessen relevante Bereich von Versatzwerten
umfasst beispielsweise bei der Fertigung von Halbleiterspeichern
die untere Grenze von ungefähr
5 nm und die obere Grenze von ungefähr 25 nm. Der Bereich von Versatz werten,
der einer ersten Speicherstelle zugewiesen wird, beträgt beispielsweise
etwa 0,25 nm. In 5 wird das Histogramm 40 gemäß diesen
Werten für
die untere Grenze und die obere Grenze gezeigt.
-
Im
Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch vorgesehen, die
ersten Speicherzellen so auszuführen,
dass die ersten Versatzwerte oder die zweiten Versatzwerte jeweils
getrennt für
einen Anteil in x-Richtung für
einen Anteil in y-Richtung abgespeichert
werden können.
-
Aus
dem Histogramm 40 wird im Folgenden eine Häufigkeitsverteilung 42 bestimmt.
Die Häufigkeitsverteilung 42 dient
dazu, zu bestimmen, welcher Anteil 44 der Belichtungsfelder
innerhalb eines vorgegebenen Versatzwerts 46 liegt. Um
diesen Anteil zu bestimmen, wird in einer möglichen Ausführungsform
das Datenfeld um zweite Speicherstellen erweitert.
-
Die
zweiten Speicherstellen umfassen für ihren Bereich die Summe der
Anzahl der ab der unteren Grenze zugewiesenen ersten Versatzwerte
oder zweiten Versatzwerte. Dadurch wird ein kumuliertes Histogramm
oder Häufigkeitsverteilung 42 erzeugt, das
in einem nachfolgenden Schritt auf die Gesamtzahl der ersten Versatzwerte
und zweiten Versatzwerte normiert wird. Die zweiten Speicherzellen
sind darüber
hinaus geeignet, die Anzahl der ihr zugewiesenen ersten Versatzwerte
oder zweiten Versatzwerte jeweils getrennt für einen Anteil in Richtung
einer ersten Koordinatenachse und einen für einen Anteil in Richtung
einer zweiten Koordinatenachse abzuspeichern. Die kumulierte und
normierte Häufigkeitsverteilung 42 ist
in 6 gezeigt, wobei die Häufigkeitsverteilung 42 aus
dem Histogramm 40 gemäß 5 berechnet
wurde.
-
Um
die Normierung durchzuführen,
wird beispielsweise ein Zähler
vorgesehen ist, der geeignet ist, die Gesamtzahl von ersten Versatzwerten
und zweiten Versatzwerten zu bestimmen.
-
Diese
Gesamtzahl wird dann zur Normierung des Inhalts der zweiten Speicherzellen
herangezogen.
-
In 7 ist
in einer vergrößerten Darstellung der
relevante Bereich zur Bestimmung des Anteils 44 der Belichtungsfelder
innerhalb des vorgegebenen Versatzwerts 46 gezeigt. In
diesem Beispiel beträgt der
vorgegebene Versatzwert 46 ungefähr 20 nm, wobei beispielhaft
gefordert wird, dass der vorgegebene Anteil 44 der Belichtungsfelder
innerhalb des vorgegebenes Versatzwertes wenigstens 99% beträgt. wie
in 7 zu erkennen ist würde dieser Halbleiterwafer 10 diese
Overlay-Spezifikation erfüllen und
kann den weiteren Prozess-Schritten
der Fertigung zugeführt
werden.
-
Diejenigen
Halbleiterwafer 10, deren erste Versatzwerte und zweite
Versatzwerte einen niedrigeren Anteil aufweisen, werden einer Nachbearbeitung
zugeführt.
Die Nachbearbeitung umfasst beispielsweise das Entfernen der Resistschicht.
Nachfolgend wird eine weitere Resistschicht auf die Vorderseite
des Halbleiterwafers 10 aufgebracht und danach wird das
Schaltungsmusters erneut in die Belichtungsfelder auf der weiteren
Resistschicht projiziert.
-
In 8 sind
die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Bestimmung von Lagefehlern
bei der photolithographischen Projektion, insbesondere bei der Strukturierung
eines Halbleiterwafers mit einem Schaltungsmuster, zusammengefasst,
die den ersten Aspekt der Erfindung darstellen.
-
Im
Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen eines Halbleiterwafers 10 mit
einer auf einer Vorderseite des Halbleiterwafers 10 aufgebrachten
Resistschicht 14.
-
Anschließend wird
im Schritt 102 das Bereitstellen von wenigstens zwei Schaltungsebenen
zur Projektion je eines Schaltungsmusters zur Bildung einer integrierten
Schaltung durchgeführt.
-
Nach
dem Bereitstellen eines Projektionsapparates 5 im Schritt 104 und
dem Bereitstellen eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden
Simulationsmodells für
den Projektionsapparat 5 im Schritt 106 erfolgt
das Aufteilen der Vorderseite des Halbleiterwafers 10 in
eine Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern 26.
-
Anschließend wird
im Schritt 108 das Schaltungsmuster sukzessive in Belichtungsfelder 26 auf die
Resistschicht 14 projiziert.
-
Danach
erfolgt im Schritt 110 das Aufteilen der Belichtungsfelder 26 in
eine erste Teilmenge 36 und in eine zweite Teilmenge.
-
Anschließend werden
im Schritt 112 erste Versatzwerte für jedes Overlay-Target 30 in
jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge bestimmt, wobei sich
die ersten Versatzwerte aus ersten systematischen Lagefehlern und
einem mittleren Lagefehler zusammensetzen.
-
Danach
erfolgt das Bestimmen der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld 26 der ersten
Teilmenge 36 anhand eines Simulationsmodells des Projektionsapparats 5 im
Schritt 114 und das Bestimmen eines mittleren Lagefehlers
anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten
Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge im Schritt 116.
Anschließend
wird im Schritt 118 ein zweiter Versatzwert für jedes
Belichtungsfeld 5 der zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten
systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt,
bestimmt, wobei der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler
anhand des Simulationsmodells für
die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird.
-
Abschließend erfolgt
im Schritt 120 das Bestimmen einer Häufigkeitsverteilung 42 der
ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen,
welcher Anteil 44 der Belichtungsfelder innerhalb eines
vorgegebenen Versatzwerts 46 liegt.
-
In 9 sind
die wesentlichen Verfahrensschritte bei der Auswertung von Messergebnissen
eines Overlay-Messgeräts,
zusammengefasst, die den zweiten Aspekt der Erfindung darstellen.
-
Im
Schritt 130 erfolgt das Bereitstellen eines Eingangsdatensatzes,
der eine Vielzahl von ersten Versatzwerten umfasst, wobei die ersten
Versatzwerte aus Messungen einer ersten Teilmenge von Overlay-Targets
zweier Schaltungsebenen, die in einer Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern 26 auf einem
Halbleiterwafer 10 mit einem Projektionsapparat 5 aufgebracht
wurden, bestimmt wurden und sich aus ersten systematischen Lagefehlern
und einem mittleren Lagefehler zusammensetzen.
-
Im
Schritt 132 wird ein eine Berechnungsvorschrift enthaltendes
Simulationsmodell für
den Projektionsapparat 5 bereitgestellt.
-
Anschließend erfolgt
im Schritt 134 das Bestimmen der systematischen Lagefehler
in jedem Belichtungsfeld 26 der ersten Teilmenge 36 anhand
des Simulationsmodells des Projektionsapparats 5 und danach
im Schritt 136 das Bestimmen eines mittleren Lagefehlers
anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten
Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge.
-
Anschließend wird
im Schritt 138 ein zweiter Versatzwert für jedes
Belichtungsfeld 26 einer von der ersten Teilmenge verschiedenen
zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten systematischen Lagefehlern
und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt, bestimmt, wobei der
Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells
für die
Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird.
-
Abschließend erfolgt
im Schritt 140 das Bestimmen einer Häufigkeitsverteilung 42 der
ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen,
welcher Anteil 44 der Belichtungsfelder innerhalb eines
vorgegebenen Versatzwerts 46 liegt.
-
Das
Verfahren gemäß 9 ist
insbesondere geeignet, das Overlay-Messgerät 22 gemäß 2 zu
steuern. Das Overlay-Messgerät 22,
wie in 2 gezeigt, umfasst neben dem Substrathalter 23,
der geeignet ist den Halbleiterwafer 10 aufzunehmen, der
Lichtquelle 24 zur Beleuchtung des auf dem Substrathalter 23 abgelegten
Halbleiterwafers 10 und dem Mikroskop 26, das
geeignet ist, von dem Halbleiterwafer 10 reflektiertes
Licht der Lichtquelle 24 zu detektieren und daraus einen
Eingangsdatensatz zu erzeugen, ein Verarbeitungsmittel 27.
Dem Verarbeitungsmittel 27 wird der Eingangsdatensatz zu geführt, wobei
das Verarbeitungsmittel 27 geeignet ist, das Verfahren
gemäß 9 auszuführen.
-
Das
Verarbeitungsmittel 27 umfasst beispielsweise einen oder
mehrere Prozessoren, die über
eine Verbindung, beispielsweise ein Netzwerk, mit einem Rechner
verbunden sind. Auf einem für den
Rechner lesbarem Speichermedium, beispielsweise ein magnetischer
Datenträger
oder ein optischer Datenträger,
sind die Befehle gespeichert sind, die es dem einem oder den mehreren
Prozessoren ermöglichen,
das Verfahren zur Steuerung des Overlay-Messgeräts 22 auszuführen.
-
- 5
- Projektionsapparat
- 10
- Halbleiterwafer
- 12
- Substrathalter
- 14
- Resistschicht
- 16
- Lichtquelle
- 18
- Reticle
- 20
- Projektionsobjektiv
- 22
- Overlay-Messgerät
- 24
- weitere
Lichtquelle
- 26
- Mikroskop
- 27
- Verarbeitungsmittel
- 28
- Belichtungsfeld
- 30
- Overlay-Target
- 32
- erste
Messmarke
- 34
- zweite
Messmarke
- 36
- erste
Teilmenge
- 38
- residualer
Fehlerwert
- 40
- Histogramm
- 42
- Häufigkeitsverteilung
- 44
- Anteil
- 46
- maximaler
Versatzwert
- 100–138
- Verfahrenschritte