DE102005007280B4

DE102005007280B4 - Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension einer lateral strukturierten Schicht

Info

Publication number: DE102005007280B4
Application number: DE102005007280A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gruss; Lothar Bauch
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: DE102005007280A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension einer lateral strukturierten Schicht (10) auf einem Substrat, mit folgenden Schritten:
a) Erzeugen (102) der lateral strukturierten Schicht (10) mit einer Testmarke (78) auf dem Substrat (12) mit einer Schichtfläche (14) mit einer ersten und einer zweiten Kante (16, 18), die einander gegenüberliegen, und mit einer schichtfreien Fläche (24) mit einer dritten und einer vierten Kante (26, 28), die einander gegenüberliegen, wobei die Schichtfläche (14) mit der ersten und der zweiten Kante (16, 18) an schichtfreie Bereiche (20, 22) des Substrats (12) angrenzt, wobei die schichtfreie Fläche (24) mit der dritten und der vierten Kante (26, 28) an Bereiche (30, 32) angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10) aufweist, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kante (16, 18, 26, 28) nebeneinander und zueinander parallel angeordnet sind, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kante (16, 18, 26, 28) eine Gruppe...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension einer lateral strukturierten Schicht.
Mikroelektronische und mikromechanische Bauelemente werden mit immer kleineren Strukturgrößen hergestellt. Zur Qualitätskontrolle und zur Verbesserung der Ausbeute werden während des Herstellungsprozesses kritische Dimensionen gemessen. Wenn dabei festgestellt wird, dass eine kritische Dimension eine vorbestimmte Anforderung nicht erfüllt, beispielsweise nicht einen Sollwert aufweist oder nicht innerhalb eines erwünschten Intervalls liegt, sind verschiedene Konsequenzen möglich. Wenn die kritische Dimension an einer Fotolack- bzw. Resist-Maske, einer Imid- oder einer anderen Maske bestimmt wurde, bevor deren laterale Struktur, beispielsweise durch Ätzen, in das Substrat übertragen wurde, kann diese Maske abgewaschen und erneut (lithographisch) erzeugt werden. Wenn die kritische Dimension an einer bereits unveränderlich erzeugten Struktur des Substrats gemessen wurde, kann dieses aus dem Produktionsprozess entfernt werden, um die Kosten für eine weitere Prozessierung zu vermeiden.
Herkömmlich wird eine kritische Dimension typischerweise durch Abtasten bzw. Erfassen einer Testmarke oder einer anderen lateralen Struktur mit bekannten Abmessungen durch ein Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Diese Methode ist jedoch nicht immer geeignet, beispielsweise weil elektrostatische Aufladungen an dicken nicht leitenden Schichten, wie Imid, zu Bildverzerrungen führen. Außerdem sind Rasterelektronenmikroskope in Anschaffung und Betrieb teuer.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension anzugeben, welches sich insbesondere auch bei Imid-Strukturen anwenden lässt.
Die KR 10 2000 0013 606 A beschreibt in der Zusammenfassung und der dazugehörigen Figur eine Testmarke mit zwei ohne Überlapp ineinander angeordneten, rechteckigen Rahmen.
Peter van Zant beschreibt in seinem Buch „Microchip Fabrication" (4. Auflage, McGraw-Rill, 2000) auf den Seiten 252, 253, 256 eine Aufarbeitung von Wafern nach einer Inspektion, ohne dabei auf konkrete Formen von Testmarken einzugehen.
Die KR 10 2001 0028 937 A beschreibt in der Zusammenfassung und der zugehörigen Figur die Anordnung von Testmarken in Ritzrahmen eines Wafers.
Die DD 245 982 A1 beschreibt Testmarken mit mehreren Spalten von Rechtecken unterschiedlicher Höhe. Abhängig von einer kritischen Dimension ist das Verhältnis zwischen der Höhe der Rechtecke und deren Abstand in unterschiedlichen Spalten identisch.
Die WO 02/19 415 A1 beschreibt eine Reihe verschiedener Testmarken zur Erfassung eines Lageversatzes zwischen verschiedenen Ebenen auf einem Wafer, die jeweils eine Mehrzahl rechteckiger Flächen umfassen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Die vorliegende Erfindung wird verwendet zur Erzeugung einer Testmarke auf einem Substrat. Die Testmarke umfasst eine erste Fläche bzw. eine Schichtfläche, innerhalb derer das Substrat die Schicht aufweist, und eine zweite Fläche bzw. eine schichtfreie Fläche, innerhalb derer das Substrat die Schicht nicht aufweist. Die erste Fläche weist eine erste Kante und eine zweite Kante auf, die einander gegenüber liegen und mit denen die erste Fläche an Bereiche angrenzt, in denen das Substrat die Schicht nicht aufweist. Die zweite Fläche weist eine dritte Kante und eine vierte Kante auf, die einander gegenüber liegen und mit denen die zweite Fläche an Bereiche angrenzt, in denen das Substrat die Schicht aufweist. Die vier Kanten sind nebeneinander und parallel angeordnet. Die relativen Abstände der vier Kanten sind indirekte Funktionen der kritischen Dimension oder sogar mit derselben identisch.
Die Testmarke wird vorzugsweise so erzeugt, dass der Abstand zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante und der Abstand zwischen der dritten Kante und der vierten Kante gleich sind, wenn die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Kante und der Abstand zwischen der dritten und der vierten Kante insoweit bzw. in dem Maße gleich sind, wie die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist oder anders ausgedrückt insoweit voneinander abweichen, wie die kritische Dimension von ihrem Sollwert abweicht.
Zum Bestimmen der kritischen Dimension wird die Testmarke erfasst bzw. abgebildet, beispielsweise lichtmikroskopisch. Anhand des Abbilds der Testmarke werden die Mitte zwischen der ersten und der vierten Kante und die Mitte zwischen der zweiten und der dritten Kante bestimmt. Diese Mitten sind strenggenommen zu den Kanten parallele Geradenabschnitte. Der Abstand der Mitte zwischen der ersten und der vierten Kante und der Mitte zwischen der zweiten und der dritten Kante ist ein Maß für die kritische Dimension. Er entspricht der Abweichung der kritischen Dimension von deren Sollwert.
Vorzugsweise sind sowohl die erste Fläche als auch die zweite Fläche L-förmig und liegen einander so gegenüber, dass ihre Schenkel wie die Seiten eines Quadrats angeordnet sind. Jeder Schenkel der ersten Fläche und jeder Schenkel der zweiten Fläche ist trapezförmig und weist somit zwei einander gegenüberliegende parallele Kanten auf. Die Testmarke weist damit insgesamt zwei Gruppen mit jeweils vier untereinander parallelen Kanten auf. Für jede Gruppe kann, wie oben beschrieben, ein Abstand der Mitte zwischen den beiden äußeren Kanten der Gruppe von der Mitte zwischen den beiden inneren Kanten der Gruppe als Maß für die kritische Dimension bestimmt werden. Die kritische Dimension bzw. ihre Abweichung von ihrem Sollwert kann somit in zwei zueinander senkrechten Richtungen bestimmt werden.
Die linearen Abmessungen der Testmarke, insbesondere die Abstände der Kanten, können wesentlich größer sein als die kritische Dimension. Vorzugsweise weist die Testmarke lineare Abmessungen in der Größenordnungen von einigen μm auf und ist deshalb ohne weiteres mit sichtbarem Licht lichtmikroskopisch erfassbar. Jede Kante erzeugt bei einer lichtmikroskopischen Abbildung ein Intensitätsprofil mit einer Unschärfe in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Durch einen Fit einer mathematischen Modellfunktion an dieses Intensitätsprofil kann der Ort jeder Kante bis auf wenige nm genau bestimmt werden. Die Testmarke ermöglicht somit eine Bestimmung einer kritischen Dimension mit einer Genauigkeit von wenigen nm, ohne dass die Testmarke mit einer entsprechenden räumlichen Auflösung erfasst werden müsste, beispielsweise durch ein Rasterelektronenmikroskop. Ein Vorteil der Testmarke besteht somit darin, dass sie mit relativ einfachen und kostengünstigen Mitteln erfassbar ist.
Vorzugsweise wird die oben beschriebene Testmarke mit L-förmigen Flächen, die in der Form eines quadratischen Rahmens angeordnet sind, so dimensioniert, dass sie einer herkömmlichen Testmarke zur Bestimmung des Overlays bzw. des Lageversatzes der Abbildungen zweier Masken ähnelt. Herkömmliche Lagerversatz-Testmarken bestehen aus einem quadratischen Rahmen bzw. einer quadratischen Öffnung, die durch eine erste Maske erzeugt wird und einer (quadratischen) Fläche, die mit einer zweiten Maske erzeugt wird. Diese Fläche ist zentrisch zu dem Rahmen bzw. der Öffnung angeordnet, wenn die beiden Masken ohne relativen Lageversatz auf das Substrat abgebildet wurden. Für derartige Testmarken existieren automatische Lageversatz-Messeinrichtungen, welche die Testmarken lichtmikroskopisch erfassen und für beide Hauptrichtungen der Testmarke die Abstände der Mitte zwischen den äußeren, durch die erste Maske erzeugten Kanten von der Mitte zwischen den inneren, durch die zweite Maske erzeugten Kanten als Maß für den relativen Lageversatz der Abbildungen der beiden Masken bestimmen.
Wenn die Testmarke und insbesondere ihre linearen Abmessungen einer herkömmlichen Lageversatz-Testmarke hinreichend ähnlich sind, kann sie automatisiert und entsprechend kostengünstig durch eine Lageversatz-Messeinrichtung ausgewertet werden. Der von der Lageversatz-Messeinrichtung ausgegebene Messwert wird dann nicht als relativer Lageversatz zwischen den Abbildungen zweier Masken, sondern als Maß für die Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert interpretiert.
Durch die lichtmikroskopische Erfassung bzw. Erfassbarkeit der Testmarke wird auch eine Reihe von Problemen vermieden, die mit der Erfassung durch ein Rasterelektronenmikroskop einhergehen. Als Beispiel sei hier eine Erfassung einer kritischen Dimension in einer Imid-Schicht erwähnt, wie sie zur Strukturierung der letzten Kontaktebene bzw. Terminal-Via-Ebene eines Halbleiterbauelements häufig verwendet wird. Die kleinsten, in einer Imid-Schicht erzeugbaren Öffnungen sind mindestens 10 μm groß. Es ist jedoch schwierig, mit den Rasterelektronenmikroskopen, die herkömmlich für die Bestimmung der kritischen Dimension verwendet werden, derart große Strukturen mit der erforderlichen Präzision zu erfassen. Da Imid-Schichten elektrisch isolierend und in der Regel relativ dick sind, werden sie vom Elektronenstrahl elektrostatisch aufgeladen. Diese Aufladung wiederum führt zu einer Verzerrung durch das Rasterelektronenmikroskop erzeugten Bildes. Beide Probleme werden dadurch vermieden, indem anstelle eines Rasterelektronenmikroskops ein Lichtmikroskop verwendet wird.
Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Es zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Testmarke gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische Draufsicht auf eine Testmarke gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
3 eine schematische Draufsicht auf die Testmarke des zweiten Ausführungsbeispiels bei nicht-idealer kritischer Dimension;
4 eine perspektivische Darstellung einer Maske und eines Chips; und
5 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens.
1 ist eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer lateral strukturierten Schicht 10 auf einem Substrat 12. In dem dargestellten Ausschnitt weist die lateral strukturierte Schicht 10 eine Testmarke auf bzw. ist als Testmarke strukturiert.
Die Testmarke umfasst eine erste Fläche bzw. Schichtfläche 14 mit einer ersten Kante 16 und einer zweiten Kante 18, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel sind. Innerhalb der Schichtfläche 14 weist das Substrat 12 die Schicht 10 auf. Mit den Kanten 16, 18 grenzt die Schichtfläche 14 an Bereiche 20, 22 des Substrats 12 an, in denen das Substrat 12 die Schicht 10 nicht aufweist.
Die Testmarke umfasst ferner eine zweite Fläche bzw. schichtfreie Fläche 24 mit einer dritten Kante 26 und einer vierten Kante 28, die einander gegenüberliegend und zueinander parallel sind. Innerhalb der schichtfreien Fläche 24 weist das Substrat 12 die Schichten 10 nicht auf. Mit den Kanten 26, 28 grenzt die schichtfreie Fläche 24 an Bereiche 30, 32 des Substrats 12, in denen das Substrat 12 die Schicht 10 aufweist.
Die Testmarke wird, vorzugsweise lichtmikroskopisch, abgetastet bzw. erfasst. Das zweidimensionale Abbild der Testmarke bzw. die ortsabhängige Intensität des durch die Testmarke gestreuten oder reflektierten Lichts wird in der Richtung parallel zu den Kanten 16, 18, 26, 28 aufintegriert, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Das aufintegrierte Signal I ist in 1 unter der Darstellung des Ausschnitts der lateral strukturierten Schicht in Abhängigkeit von der Koordinate x (senkrecht zu den Kanten 16, 18, 26, 28) dargestellt. Es ist erkennbar, dass jede Kante 16, 18, 26, 28 einen Peak bzw. ein Maximum 34, 36, 38, 40 in dem integrierten Signal I hervorruft. Die Breite des Maximums 34, 36, 38, 40 resultiert vor allem aus der Wellenlänge des verwendeten Lichts und der Abbildungsleistung des Lichtmikroskops. Sie liegt typischerweise in der Größenordnung einer Wellenlänge. Um die Koordinate x jeder Kante 16, 18, 26, 28 möglichst genau zu bestimmen, wird an jedes Maximum 34, 36, 38, 40 eine mathematische Modellfunktion gefittet bzw. durch Optimierung freier Parameter angepasst. Als Modellfunktion kommen beispielsweise eine Lorentz- oder Gauss-Kurve bzw. -Funktion in Frage. Dadurch sind die x-Koordinaten x₁, x₂, x₃, x₄ der Kanten 14, 18, 26, 28 bis auf wenige nm genau bestimmbar.
Die Testmarke wird vorzugsweise so erzeugt, dass der Abstand der ersten Kante 16 und der zweiten Kante 18 bzw. die Breite der Schichtfläche 14 und der Abstand der dritten Kante 26 und der vierten Kante 28 bzw. die Breite der schichtfreien Fläche 24 gleich sind, wenn die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist. In dem Maße, in dem die kritische Dimension von ihrem Sollwert abweicht, unterscheiden sich die Breiten x₂–x₁ der Schichtfläche 14 und x₄–x₃ der schichtfreien Fläche 24 voneinander. In diesem Fall sind beispielsweise die erste Kante 16 und die vierte Kante 28 nach links verschoben und die zweite Kante 18 und die dritte Kante 26 nach rechts verschoben oder umgekehrt. Die Mitte M₁ zwischen der ersten Kante 16 und der vierten Kante 28 und die Mitte M₂ zwischen der zweiten Kante 18 und der dritten Kante 26 stimmen deshalb nur dann, wie in 1 dargestellt, überein, wenn die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist.
Der Abstand zwischen der Mitte M₁ und der Mitte M₂ ist eine monotone Funktion der Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert. Näherungsweise ist der Abstand zwischen der Mitte M₁ und der Mitte M₂ gleich der Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert. Durch Bestimmung der x-Koordinaten x₁, x₂, x₃, x₄ der Kanten 16, 18, 26, 28, Bestimmung der Mitten M₁, M₂ und Bestimmung von deren relativer Lage bzw. Abstand erhält man somit ein Maß für die Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert.
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine lateral strukturierte Schicht 10 mit einer Testmarke auf einem Substrat 12 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Testmarke des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem oben anhand der 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Schichtfläche 14 und die schichtfreie Fläche 24 jeweils L-förmig sind und aus je zwei trapezförmigen Schenkeln 141, 142, 241, 242 bestehen. Der erste Schenkel 141 der Schichtfläche 14 weist eine erste Kante 16 und eine zweite Kante 18 auf, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der dritte Schenkel 241 der schichtfreien Fläche 24 weist eine dritte Kante 26 und eine vierte Kante 28 auf, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der zweite Schenkel 142 der Schichtfläche 14 weist eine fünfte Kante 42 und eine sechste Kante 44 auf, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der vierte Schenkel 242 der schichtfreien Fläche 24 weist eine siebte Kante 46 und eine achte Kante 48 auf, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel angeordnet sind.
Die Schichtfläche 14 grenzt mit der ersten Kante 16, der zweiten Kante 18, der fünften Kante 42 und der sechsten Kante 44 an Bereiche 20, 22 an, in denen das Substrat die Schicht nicht aufweist. Die schichtfreie Fläche 24 grenzt mit der dritten Kante 26, der vierten Kante 28, der siebten Kante 46 und der achten Kante 48 an Bereiche 30, 32 an, in denen das Substrat die Schicht aufweist. Die erste Kante 16, die zweite Kante 18, die dritte Kante 26 und die vierte Kante 28 sind zueinander parallel. Die fünfte Kante 42, die sechste Kante 44, die siebte Kante 46 und die achte Kante 48 sind zueinander parallel und zu der ersten bis vierten Kante 16, 18, 26, 28 senkrecht angeordnet.
Die L-förmige Schichtfläche 14 und die L-förmige schichtfreie Fläche 24 sind einander gegenüber so angeordnet, dass sie zusammen einen quadratischen Rahmen bilden. Anders ausgedrückt, liegen die erste Kante 16, die vierte Kante 28, die fünfte Kante 42 und die achte Kante 48 auf einem ersten, größeren Quadrat und die zweite Kante 18, die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und die siebte Kante 46 auf einem zweiten, kleineren Quadrat. Das zweite, kleinere Quadrat ist zentrisch zu dem ersten, größeren Quadrat angeordnet, d. h. die Ecken des kleineren Quadrats liegen auf den Diagonalen des größeren Quadrats.
Bei der lichtmikroskopischen Erfassung der Testmarke werden die Positionen bzw. Koordinaten der Kanten 16, 18, 26, 28, 42, 44, 46, 48 ermittelt, indem die ortsabhängige Intensität innerhalb von Messfenstern 52, 54, 56, 58, 62, 64, 66, 68 ausgewertet wird. Dies erfolgt jeweils auf ähnliche Weise, wie sie oben anhand der 1 beschrieben wurde. Die Intensitätssignale werden vorzugsweise zunächst in Richtung parallel zur entsprechenden Kante aufintegriert. Das aufintegrierte Identitätssignal als Funktion der senkrecht zur entsprechenden Kante gemessenen Koordinate weist ein Maximum auf. An dieses wird eine mathematische Modellfunktion gefittet. Ergebnisse dieser Fits sind x-Koordinaten der ersten, zweiten, dritten, vierten Kante 16, 18, 26, 28 und y-Koordinaten der fünften, sechsten, siebten und achten Kante 42, 44, 46, 48.
Jede dieser x- bzw. y-Koordinaten kann so mit einer Genauigkeit von wenigen nm oder besser ermittelt werden.
Aus den Koordinaten der Kanten 16, 18, 26, 28, 42, 44, 46, 48 können die Mitte M₁ der ersten Kante 16 und der vierten Kante 28, die Mitte M₂ der zweite Kante 18 und der dritten Kante 26, die Mitte M₃ der fünften Kante 42 und der achten Kante 48 (nicht dargestellt) und die Mitte M₄ der sechsten Kante 44 und der siebten Kante 46 (nicht dargestellt) ermittelt werden. Wie oben anhand der 1 ausgeführt, ist auch bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Abstand der Mitte M₁ und der Mitte M₂ ein Maß für die Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert. Als weiteres Maß für die Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert erhält man den Abstand der Mitte M₃ und der Mitte M₄. Beide Abstände können gemeinsam interpretiert werden (beispielsweise im Sinne einer Über- oder Unterbelichtung bei der Lithographie zur Strukturierung der Schicht mit der Testmarke) oder unabhängig voneinander.
3 ist eine schematische Draufsicht auf eine Testmarke, wie sie oben anhand der 2 dargestellt wurde. Die in 3 dargestellte Testmarke wurde auf die gleiche Weise, insbesondere beispielsweise mit Hilfe derselben Lithographiemaske, hergestellt, wie die in 2 dargestellte. Aufgrund einer Über- oder Unterbelichtung oder einer anderen Ungenauigkeit oder Abweichung eines Parameters von seinem Sollwert weist die kritische Dimension jedoch nicht ihren Sollwert auf. Dies hat hier konkret zur Folge, dass die erste Kante 16, die vierte Kante 28, die fünfte Kante 42 und die achte Kante 48 nach links bzw. oben und die zweite Kante 18, die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und die siebte Kante 46 nach rechts bzw. unten verschoben sind. Beide Schenkel 141, 142 der Schichtfläche 14 sind deshalb breiter und beide Schenkel 241, 242 der schichtfreien Fläche 24 sind deshalb schmäler als bei der Darstellung in 2. Bei 3 ist, wie auch bei 2, auf die Darstellung einer realistischen Verrundung von Ecken zugunsten einer größeren Klarheit verzichtet.
Bei der oben anhand der 2 dargestellten Auswertung ergibt sich im Fall der in 3 dargestellten Situation ein Abstand D₁ der Mitte M₁ zwischen der ersten Kante 16 und der vierten Kante 28 und der Mitte M₂ zwischen der zweiten Kante 18 und der dritten Kante 26. Entsprechend ergibt sich ein Abstand D₂ der Mitte M₃ zwischen der fünften Kante 42 und der achten Kante 48 und der Mitte M₄ zwischen der sechsten Kante 44 und der siebten Kante 46 (nicht dargestellt).
Vorzugsweise erfolgen die Erfassung und Auswertung der Testmarke durch eine Lageversatz-Messeinrichtung. Diese interpretiert die erste Kante 16, die vierte Kante 28, die fünfte Kante 42 und die achte Kante 48 wie die inneren Ränder einer quadratischen Ausnehmung in einer Schicht, die durch die lithographische Abbildung einer ersten Maske erzeugt wurde. Die zweite Kante 18, die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und die siebte Kante 46 werden von der Lageversatz-Messeinrichtung wie die äußeren Ränder einer quadratischen Fläche interpretiert, die durch die lithographische Abbildung einer zweiten Maske erzeugt wurde.
Bei der in 3 dargestellten Situation erkennt die Lageversatz-Messeinrichtung einen Versatz des durch die erste Kante 16, die vierte Kante 28, die fünfte Kante 42 und die achte Kante 48 bestimmten Quadrats nach links oben bzw. einen Versatz des durch die zweite Kante 18, die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und die siebte Kante 46 bestimmten Quadrats nach rechts unten. Die Lageversatz-Messeinrichtung erzeugt und gibt ein Signal aus, das anzeigt, dass und um wie viel die Abbildung der zweiten Maske gegenüber der ersten Maske nach rechts unten versetzt wäre. Dieses Signal wird als Maß für die Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert interpretiert.
4 ist eine schematische Darstellung einer Lithographiemaske 72, einer Abbildungseinrichtung 74 und eines Chips 76. Die Abbildungseinrichtung 74 bildet die Lithographiemaske 72 auf die Oberfläche des Chips 76 ab. Dadurch wird eine Schicht an der Oberfläche des Chips 76 lateral strukturiert. Diese laterale Struktur wird durch nachfolgende Entwicklungs- und/oder Ätz-Schritte oder auch durch Bedampfen oder Besputtern und einen Lift-Off-Schritt dauerhaft auf den Chip 76 übertragen. Die so erzeugte laterale Struktur der Schicht an der Oberfläche des Chips 76 umfasst unter anderem eine oder mehrere Testmarken 78, wie sie oben anhand der 1 bis 3 beschrieben wurden. Dazu enthält die Lithographiemaske 72 ein Urbild 80 der Testmarke 78.
Das Verhältnis zwischen dem Urbild 80 und der Testmarke 78 wird durch die Art der Lithographiemaske 72 (beispielsweise binäre Schattenmaske oder Phasenmaske), die verwendete Abbildungseinrichtung 74, die verwendete Strahlung (Licht, Elektronen, Ionen etc.) und die verwendete lichtempfindliche Schicht (Photoresist etc.) bestimmt. Wenn die Testmarke 78 wesentlich größer als die verwendete Wellenlänge ist, kann das Urbild 80 der Testmarke 78 sehr ähnlich sein. Wenn beispielsweise sichtbares. Licht verwendet wird und die oben anhand der 2 und 3 dargestellte Testmarke eine Größe von 40 μm oder mehr aufweist, entspricht das Urbild 80 (maßstäblich vergrößert) der oben anhand der 2 dargestellten Gestalt der Testmarke. Je kleiner die Testmarke im Verhältnis zur verwendeten Wellenlänge ist, desto stärker weicht die Gestalt bzw. Form des Urbilds 80 von der der Testmarke 78 ab, um beispielsweise dem Proximity-Effekt entgegenzuwirken und eine Verrundung von Ecken zu verhindern.
In der Regel wird durch die in 4 beschriebene Abbildung zunächst eine laterale Struktur und mit dieser die Testmarke 78 in einer Photoresist- oder einer anderen Schicht erzeugt, die nachfolgend als Maske für einen weiteren Verfahrensschritt verwendet wird, beispielsweise für ein Nass- oder Trockenätzen oder einen Lift-Off-Schritt. Die anhand der 1 bis 3 dargestellte Erfassung und Auswertung der Testmarke erfolgt vorzugsweise bereits an der lateral strukturierten, entwickelten Photoresist-Schicht oder anderen Maskenschicht. Wenn die kritische Dimension einer vorgegebenen Anforderung nicht entspricht kann die Photoresist-Schicht oder andere Maskenschicht entfernt und anschließend neu erzeugt und lateral strukturiert werden. Dadurch wird vermieden, dass der Chip 76 dauerhaft mit der falschen kritischen Dimension strukturiert wird.
Alternativ wird die Testmarke auf die oben anhand der 1 bis 3 dargestellte Weise erst dann erfasst und ausgewertet, wenn die durch die anhand der 4 beschriebene Abbildung erzeugte laterale Struktur mit der Testmarke dauerhaft auf den Chip 76 übertragen ist. Dadurch erfolgt beispielsweise am Ende eines Herstellungsprozesses eine Qualitätskontrolle.
Die Teststruktur 78 und ihre dauerhafte Übertragung auf den Chip 76 haben dabei vorzugsweise keine weitere elektrische, elektronische oder mechanische Funktion am fertigen Chip. Um möglichst wenig Chipfläche zu verbrauchen, ist die Teststruktur vorzugsweise im Bereich eines Ritzrahmens auf einem Wafer zwischen zwei Chips angeordnet. In diesem Fall ist die Testmarke am fertigen Chip nicht oder nur noch teilweise vorhanden.
Im Idealfall weist an einem fertigen Chip die kritische Dimension ihren Sollwert auf oder weicht von diesem nur geringfügig ab. Der Abstand zwischen der ersten Kante 16 und der zweiten Kante 18, der Abstand zwischen der dritten Kante 26 und der vierten Kante 28 und ggfs. der Abstand zwischen der fünften Kante 42 und der sechsten Kante 44 sowie der Abstand zwischen der siebten Kante 46 und der achten Kante 48 sind in diesem Fall gleich oder fast gleich, wobei eine kleine Differenz der Abstände einer kleinen Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert entspricht.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens. In einem ersten Schritt 102 wird eine lateral strukturierte Schicht mit einer Testmarke 78, wie sie oben anhand der 1 bis 3 beschrieben wurde, erzeugt. In einem zweiten Schritt 104 wird die Testmarke 78 erfasst, beispielsweise lichtmikroskopisch. In einem dritten Schritt 106 wird eine erste Mitte M₁ zwischen einer ersten Kante 16 und einer vierten Kante 28 bestimmt. In einem vierten Schritt 108 wird eine zweite Mitte M₂ zwischen einer zweiten Kante 18 und einer dritten Kante 26 bestimmt. In einem fünften Schritt 110 wird ein erster Abstand D₁ zwischen der ersten Mitte M₁ und der zweiten Mitte M₂ bestimmt. In einem sechsten Schritt 112 wird eine dritte Mitte M₃ zwischen einer fünften Kante 42 und einer achten Kante 48 bestimmt. In einem siebten Schritt 114 wird eine vierte Mitte M₄ zwischen einer sechsten Kante 44 und einer siebten Kante 46 bestimmt. In einem achten Schritt 116 wird ein zweiter Abstand D₂ zwischen der dritte Mitte M₃ und der vierten Mitte M₄ bestimmt.
In einem neunten Schritt 118 wird geprüft, ob der erste Abstand D₁ und der zweite Abstand D₂ einer oder mehreren vorgegebenen Anforderungen entsprechen. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die lateral strukturierte Schicht in einem zehnten Schritt 120 entfernt und der erste bis achte Schritt 102 bis 116 werden wiederholt. Wenn der erste Abstand D₁ und der zweite Abstand D₂ der oder den vorgegebenen Anforderungen entsprechen, wird die laterale Struktur der Schicht in einem elften Schritt 122 in oder auf das Substrat 12 übertragen.
Es ist offensichtlich, dass für das vorstehend beschriebene Verfahren auch andere Testmarken verwendbar sind als die oben anhand der 1 bis 3 dargestellten. Vorzugsweise wird jedoch eine Testmarke verwendet, die einer herkömmlichen Lageversatz-Testmarke ähnlich ist, um eine Erfassung und Aus wertung durch eine Lageversatz-Messeinrichtung zu ermöglichen.

10: lateral strukturierte Schicht
12: Substrat
14: Schichtfläche
16: erste Kante
18: zweite Kante
20: Bereich
22: Bereich
24: schichtfreie Fläche
26: dritte Kante
28: vierte Kante
30: Bereich
32: Bereich
34: Maximum
36: Maximum
38: Maximum
40: Maximum
M₁: erste Mitte
M₂: zweite Mitte
42: fünfte Kante
44: sechste Kante
46: siebte Kante
48: achte Kante
52: erste Messfenster
54: zweites Messfenster
56: drittes Messfenster
58: viertes Messfenster
62: fünftes Messfenster
64: sechstes Messfenster
66: siebtes Messfenster
68: achtes Messfenster
72: Lithographiemaske
74: Abbildungseinrichtung
76: Chip
78: Testmarke
80: Urbild der Testmarke 78
102: erster Schritt
104: zweiter Schritt
106: dritter Schritt
108: vierter Schritt
110: fünfter Schritt
112: sechster Schritt
114: siebter Schritt
116: achter Schritt
118: neunter Schritt
120: zehnter Schritt
122: elfter Schritt
141: erster Schenkel
142: zweiter Schenkel
241: dritter Schenkel
242: vierter Schenkel

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension einer lateral strukturierten Schicht (10) auf einem Substrat, mit folgenden Schritten: a) Erzeugen (102) der lateral strukturierten Schicht (10) mit einer Testmarke (78) auf dem Substrat (12) mit einer Schichtfläche (14) mit einer ersten und einer zweiten Kante (16, 18), die einander gegenüberliegen, und mit einer schichtfreien Fläche (24) mit einer dritten und einer vierten Kante (26, 28), die einander gegenüberliegen, wobei die Schichtfläche (14) mit der ersten und der zweiten Kante (16, 18) an schichtfreie Bereiche (20, 22) des Substrats (12) angrenzt, wobei die schichtfreie Fläche (24) mit der dritten und der vierten Kante (26, 28) an Bereiche (30, 32) angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10) aufweist, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kante (16, 18, 26, 28) nebeneinander und zueinander parallel angeordnet sind, wobei die erste, zweite, dritte und vierte Kante (16, 18, 26, 28) eine Gruppe bilden, wobei die erste und vierte Kante (16, 28) äußere Kanten der Gruppe und die zweite und dritte Kante (18, 26) innere Kanten der Gruppe darstellen; b) Erfassen (104) der Testmarke (78); c) Bestimmen (106) einer Mitte (M₁) zwischen der ersten und der vierten Kante (16, 28); d) Bestimmen (108) einer Mitte (M₂) zwischen der zweiten und der dritten Kante (18, 26); und e) Bestimmen (110) eines Abstands (D₁) der Mitte (M₁) zwischen der ersten und der vierten Kante (16, 28) und der Mitte (M₂) zwischen der zweiten und der dritten Kante (18, 26) als Maß für die kritische Dimension.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Testmarke (78) im Schritt a) (102) so erzeugt wird, dass die Schichtfläche (14) ferner eine fünfte und eine sechste Kante (42, 44) aufweist, und die schichtfreie Fläche (24) ferner eine siebte und eine achte Kante (46, 48) aufweist, wobei die Schichtfläche (14) mit der fünften und der sechsten Kante (42, 44) an Bereiche (20, 22) des Substrats (12) angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10) nicht aufweist, wobei die schichtfreie Fläche (24) mit der siebten und der achten Kante (46, 48) an Bereiche (30, 32) des Substrats (12) angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10) aufweist, und wobei die fünfte, sechste, siebte und achte Kante (42, 44, 46, 48) zueinander parallel und zu der ersten, zweiten, dritten und vierten Kante (16, 18, 26, 28) senkrecht angeordnet sind, ferner mit folgenden Schritten: f) Bestimmen (112) einer Mitte (M₃) zwischen der fünften und der achten Kante (42, 48); g) Bestimmen (114) einer Mitte (M₄) zwischen der sechsten und der siebten Kante (44, 46); und h) Bestimmen (116) eines weiteren Abstands (D₂) der Mitte (M₃) zwischen der fünften und der achten Kante (42, 48) und der Mitte (M₄) zwischen der sechsten und der siebten Kante (44, 46) als weiteres Maß für die kritische Dimension.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit folgendem Schritt: i) Entfernen (120) der Schicht (10) und Wiederholen der Schritte a) (102), b) (104), c) (106), d) (108) und e) (110), wenn der im Schritt e) (110) bestimmte Abstand einer vorgegebenen Anforderung nicht entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit folgendem Schritt: i) Entfernen (120) der Schicht (10) und Wiederholen der Schritte a) (102), b) (104), c) (106), d) (108), e) (110), f) (112), g) (114) und h) (116), wenn der im Schritt e) (110) bestimmte Abstand (D₁) und der im Schritt h) (116) bestimmte weitere Abstand (D₂) einer vorgegebenen Anforderung nicht entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schritte b) (104), c) (106), d) (108), e) (110), f) (112), g) (114) und h) (116) durch eine Lageversatz-Messeinrichtung ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Testmarke (78) im Schritt a) (102) im Bereich eines Ritzrahmens angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit folgendem Schritt: j) Übertragen (122) der lateralen Struktur der Schicht (10) in das Substrat (12).