DE60114401T2

DE60114401T2 - Verfahren und system zur kalibrierung einer elektrischen messung der linienbreite und in dem verfahren genutzter wafer

Info

Publication number: DE60114401T2
Application number: DE60114401T
Authority: DE
Inventors: Margit Sarstedt; Rik Jonckheere; Ventzeslav Rangelov
Original assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC; Infineon Technologies AG
Current assignee: Interuniversitair Microelektronica Centrum vzw IMEC; Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-01-21
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: WO2001053773A2; EP1278997B1; WO2001053773A3; DE60114401D1; EP1278997A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems und ein elektrisches Linienbreitenmessungs-Kalibriersystem.
Um lithographische Prozesse, wie sie in der Halbleitertechnologie verwendet werden, zu kontrollieren und zu optimieren, muss die tatsächliche Breite der Strukturen auf einem Wafer in einer statistischen Weise bestimmt werden. Diese Prozesskontrolle muss auch den Einfluss von Änderungen in der Geometrie, z.B. Änderungen in der Breite, Anwesenheit von Ecken etc., erfassen.
Daher werden regelmäßig Messungen auf den definierten Strukturen durchgeführt. Definiert bedeutet, dass ein lithographischer Prozess, i.e. Resist-Auftragung, Belichtung und Entwicklung, angewendet wird, um Strukturen in einem lichtempfindlichen (photosensitiven) Material zu entwerfen.
Die Breite dieser Strukturen kann unter Verwendung verschiedener Techniken, wie zum Beispiel Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM), Querschnitts-Rasterelektronenmikroskopie (cross-sectional Scanning Electronic Microscopy, X-SEM) oder top-down Rasterelektronenmikroskopie (top-down Scanning Electronic Microscopy, SEM) bestimmt werden.
Diese Verfahren sind jedoch zeitintensiv, was die statistische Prozesskontrolle sehr teuer oder sogar nicht durchführbar macht. Für X-SEM müssen die Wafer gespalten werden, und sind so für die weitere Prozessierung oder die Wiederverwendung verloren. Für die Durchführung dieser Methoden werden ferner teure Geräte benötigt.
Eine kostengünstigere und schnellere Messtechnik wird benötigt, um den lithographischen Prozess in einer mehr großtechnischen Weise kontrollieren zu können.
Daher werden die entworfenen Strukturen unter Verwendung einer Ätztechnik in eine darunter liegende leitfähige Schicht übertragen. Diese strukturierten Strukturen können elektrisch gemessen werden, wodurch ihr Widerstand bestimmt wird.
Unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes kann die Breite der gemessenen Struktur aus ihrem Widerstandswert gewonnen werden.
wobei

• R ein gemessener elektrischer Widerstand ist,
• L eine bekannte, i.e. vorgegebene, Länge der geraden Linienstruktur ist,
• W_m eine gewonnene Breite der geraden Linienstruktur, im weiteren auch als gemessene Breite bezeichnet, ist,
• ρ eine bekannte, i.e. vorgegebene, Resistivität der strukturierten Schicht, i.e. der geraden Linienstruktur ist, und
• d die Dicke der strukturierten Schicht ist.

Die aus dem Widerstandswert R gewonnene Breite W_m unterscheidet sich jedoch von der tatsächlichen Breite M aufgrund von Fehlern, welche zum Beispiel durch die elektrische Messeinrichtungs-Anordnung, die elektrische Messung selbst oder durch den Strukturierungsprozess eingeführt werden.
Um den Offset S zu bestimmen, wobei 2·S = M – Wm, (2) wird der Widerstand R einer Menge von geraden Linien, welche dieselbe Länge L aufweisen, als Funktion der entworfenen Linienbreite W_design, i.e. so wie von dem Schaltkreis-Designer auf dem Bildschirm gezeichnet, gemessen (siehe Offset-Kurve 100 in 1A).
Dieses Verfahren ist nicht dafür geeignet, die tatsächliche Breite M der geraden Linienstruktur zu erhalten, da nur der Offset bezüglich den entworfenen Werten der Breite gewonnen wird.
1B zeigt ein Beispiel einer geraden Linienstruktur 101, welche die Dicke d, eine Breite W und eine Länge L aufweist.
Das oben beschriebene Verfahren zum elektrischen Bestimmen der Breite der strukturierten Strukturen verwendet nur gerade Linien mit unterschiedlichen Breiten W.
Es kann nicht den Beitrag von Änderungen der Breite innerhalb einer Linie abschätzen. Der Offset zwischen dem gemessenen Wert W_m und der entworfenen Breite wird durch eine Extrapolation zum Ende des Breitenbereichs hin bestimmt, was ein unsicheres Ergebnis bewirkt, welches sehr empfindlich ist auf die verwendete Menge von Breitenwerten W.
Der tatsächliche Wert der Breite M kann nicht ermittelt werden, da nur die entworfene Breite berücksichtigt werden kann.
Das Ziel der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren bereitzustellen zum selbstkonsistenten Kalibrieren der elektrischen Messeinrichtungs-Anordnung, welche bei der Kontrolle und Optimierung lithographischer Prozesse, wie sie in der Halbleitertechnologie verwendet werden, verwendet wird.
Dieses Messverfahren liefert den tatsächlichen Wert M der strukturierten Strukturen und parallel dazu einen genauen Wert für den Offset, welcher durch die elektrische Messung und den Strukturierungsprozess eingeführt wird.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der für den Offset gewonnene Wert dazu verwendet werden kann, Unterschiede in der lithographischen und post-lithographischen Verarbeitung, welche zum Erzielen elektrisch messbarer strukturierter Linien benötigt wird, zu überwachen. Änderungen in dieser Verarbeitung können durch Änderungen des gewonnenen Offset-Wertes widergespiegelt werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass nur eine begrenzte Menge von Strukturen benötigt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass auch der Einfluss von Eckeneffekten auf den lithographischen Prozess aus elektrischen Messungen bestimmt werden kann. Dieser Einfluss kann dann bei einer Optimierung des lithographischen Prozesses korrigiert werden.
Das Verfahren kann dazu verwendet werden, die tatsächliche Breite M, die gemessene Breite W und ihren Unterschied 2S zu korrelieren.
Selbst wenn die gemessene Breite W zum Beispiel mittels AFM oder SEM bestimmt wird, und der Unterschied zu dem ELM-Messergebnis bekannt ist, da er ein eine bestimmte Technologie charakterisierender Parameter ist, kann die wahre Breite M nicht gewonnen werden.
Wenn die gemessene Breite W gemessen ist und die tatsächliche Breite M bestimmt ist, kann der Unterschied 2S dazu verwendet werden, den Strukturierungsprozess zu optimieren.
Zum Zwecke der Lehre der Erfindung werden im Folgenden bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens beschrieben.
Merkmale der Ausgestaltungen von verschiedenen Aspekten der Erfindungen können auch kombiniert werden. Es wird jedoch für den Fachmann ersichtlich sein, dass weitere alternative und gleichwertige Ausgestaltungen der Erfindung erdacht und in die Praxis umgesetzt werden können, ohne vom Anwendungsbereich der Erfindung, welcher in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.
Das Verfahren zur Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Weiterhin wird ein Wafer offenbart, zur Verwendung in dem oben beschriebenen Verfahren zur Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems, wobei der Wafer die Kalibrierstruktur aufweist.
Ein elektrisches Linienbreitenmessungs-Kalibriersystem gemäß der Erfindung ist in Anspruch 7 definiert und weist eine Verarbeitungseinheit auf, welche eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens aus Anspruch 1 auszuführen.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die einfache und somit kostensparende Weise der Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems.
Weiterhin stellt die Erfindung eine sehr zeitsparende Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems bereit.
Gemäß der Erfindung werden die gemessene Breite der ersten geraden Linienstruktur, die gemessene Breite der zweiten geraden Linienstruktur und die gemessene Breite der dritten Linienstruktur unter Verwendung von Formeln gemäß dem Ohmschen Gesetz bestimmt.
Die gemessene Breite W_m1 der ersten geraden Linienstruktur, die gemessene Breite W_m2 der zweiten geraden Linienstruktur und die gemessene Breite W_m12 der dritten Linienstruktur werden unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt:
wobei

• ρ eine vorgegebene Resistivität des Linienstrukturmaterials ist,
• d die Dicke der Linienstruktur ist,
• L₁ die Länge der ersten geraden Linienstruktur ist,
• L₂ die Länge der zweiten geraden Linienstruktur ist,
• R₁ der elektrische Widerstand der ersten geraden Linienstruktur ist,
• R₂ der elektrische Widerstand der zweiten geraden Linienstruktur ist,
• L₁₂ die Länge der dritten Linienstruktur ist, und
• R₁₂ der elektrische Widerstand der dritten Linienstruktur ist.

Die erste Breite M₁, die zweite Breite M₂ und die dritte Breite M₁₂ können unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt werden: M1 = Wm1 + ΔS, M2 = Wm2 + ΔS,und M12 = Wm12 + ΔS,wobei ΔS ein Offset-Wert ist, welcher einen additiven Gerätefehler darstellt. Mit anderen Worten stellt ΔS den Fehler des verwendeten Messgerätes dar.
Die erste Breite M₁ und die zweite Breite M₂ werden unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt: M1 = Wm1 + 2·S, M2 = Wm2 +2·S,
wobei L1 = l1 – S, L2 = l2 + S,

• L₁₂ die Länge der dritten Linienstruktur ist, und
• S den halben Fehler der elektrischen Messung bezogen auf die physikalische Breite darstellt, und somit die Dicke der Ummantelung darstellt.

Weiterhin können mindestens zwei der folgenden geraden Linienstrukturen dieselbe Länge aufweisen:

• die erste gerade Linienstruktur,
• die zweite gerade Linienstruktur, und/oder
• die dritte Linienstruktur.

Diese Ausgestaltung der Erfindung vereinfacht das Kalibrierungsverfahren weiter.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung,

• weist der erste Linienabschnitt, welcher die erste Breite aufweist, dieselbe Länge auf wie die erste gerade Linienstruktur, und
• weist der zweite Linienabschnitt, welcher die zweite Breite aufweist, dieselbe Länge auf wie die zweite gerade Linienstruktur.

In dem Wafer können mindestens zwei der folgenden geraden Linienstrukturen dieselbe Länge aufweisen:

Weiterhin kann das elektrische Linienbreitenmessungs-Kalibriersystem einen Wafer aufweisen, welcher die Kalibrierstruktur enthält.
In anderen Worten wird eine Menge von Strukturen gebildet dargestellt zum selbstkonsistenten Kalibrieren der elektrischen Messeinrichtungs-Anordnung und zum Erhalten des tatsächlichen Wertes der Breite M der Strukturen, wie durch diese elektrische Messung bestimmt.
Diese Menge von Strukturen enthält zwei gerade Linien. Die Menge von Strukturen enthält ferner eine nicht-gerade Struktur, welche ein nicht-rechtwinkliges Layout aufweist.
Die Breite der dritten Linienstruktur oder von Teilen davon wird aus der Breite der zwei geraden Linienstrukturen ausgewählt.
Diese Menge von Strukturen weist zumindest zwei gerade Linienstrukturen auf. Diese Menge von Strukturen weist ebenfalls mindestens eine nicht-gerade Struktur auf, welche ein nicht-rechtwinkliges Layout aufweist. Die Breite dieser nicht-geraden Struktur oder von Teilen davon wird aus einer endlichen Menge von diskreten Werten ausgewählt. Diese diskreten Werte sind die Breiten der geraden Linienstrukturen.
In der Erfindung wird ein Verfahren gezeigt, um die elektrische Messeinrichtung in einer selbstkonsistenten Weise zu kalibrieren, und um den tatsächlichen Wert der Breite M der Strukturen, wie durch diese elektrische Messung bestimmt, zu bestimmen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die folgende Messsequenz verwendet. Zuerst wird ein elektrischer Widerstand R₁ einer ersten geraden Linienstruktur, welche eine Breite M₁ und eine erste Länge aufweist, gemessen.
Aus dieser elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine gemessene erste Breite W_m1 gewonnen.
Dann wird ein elektrischer Widerstand R₂ einer zweiten geraden Linienstruktur, welche die zweite Breite M₂ und vorzugsweise aber nicht notwendigerweise dieselbe Länge aufweist, bestimmt, i.e. gemessen.
Aus dieser zweiten elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine gemessene zweite Breite W_m2 gewonnen.
Schließlich wird der Widerstand R₁₂ der dritten Linienstruktur gemessen, vorzugsweise auch die Länge aufweisend.
Aus dieser dritten elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine äquivalente Breite, im Weiteren als gemessene dritte Breite W_m12 bezeichnet, gewonnen.
Die gemessene dritte Breite W_m12 wird als äquivalent beschrieben, da die Breite dieser dritten Struktur nicht konstant ist und man deshalb keine physikalische Breite für solch eine Struktur bestimmen kann.
Mit Bezug auf Anspruch 1:
Zuerst wird der Widerstand R_i, i ganzzahlig, einer ersten Menge von Strukturen von geraden Linien, welche mindestens zwei gerade Linien mit einer Breite M_i und einer bekannten Länge L_i aufweist, gemessen.
Aus dieser elektrischen Messung kann für jede einzelne gerade Linie eine gemessene Breite W_mi unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen werden.
Schließlich wird der elektrische Widerstand R_ij, i und j ganzzahlig, einer zweiten Menge von Strukturen von nicht-geraden Linien, welche mindestens eine nicht-gerade Linie aufweist, gemessen. Die Strukturen in dieser zweiten Menge von Strukturen weisen bekannte Längen L_ij auf. Aus dieser elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine äquivalente gemessene Breite W_mij gewonnen.
Diese Breite W_mij wird als äquivalent beschrieben, da die Breite dieser Strukturen nicht konstant ist und man deshalb keine physikalische Breite für solch eine Struktur bestimmen kann.
Diese elektrischen Messungen ergeben einen Satz von Gleichungen, unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, welche den Widerstand der Strukturen der ersten und zweiten Menge als Funktion der bekannten Parameter, wie der Schichtdicke d, der Schichtresistivität ρ und Länge L, und als Funktion der unbekannten Parameter, i.e. der tatsächlichen Breite M und des Offsets 2S, beschreiben.
Da jede einzelne Struktur der zweiten Menge in die Strukturen der ersten Menge zerlegt werden kann, kann der Widerstand jeder einzelnen Struktur der zweiten Menge als Funktion der Breite W_mi der Strukturen der ersten Untermenge beschrieben werden.
Aus diesem Satz von Gleichungen wird der tatsächliche Wert der Breite M_i der geraden Strukturen berechnet.
Der Offset 2S, welcher den Fehler der elektrischen Messung bezogen auf die physikalische Breite darstellt, und somit die Dicke der Ummantelung und die Messeinrichtungs-Anordnung darstellt, wird mit demselben Satz von Gleichungen berechnet. Auf diese Weise wird die elektrische Messung und die Messeinrichtungs-Anordnung kalibriert.
Der Bereich von Breiten der verwendeten geraden Linien kann beschränkt werden, so dass ein Offset erhalten wird, welcher nicht von der Breite abhängt.
Das Verfahren kann dazu verwendet werden, Änderungen in der lithographischen und post-lithographischen Verarbeitung, welche zum Erhalten elektrisch messbarer strukturierter Linien benötigt wird, zu messen. Dieser Wert kann somit dazu verwendet werden, diese Art von Änderungen zu überwachen oder verschiedene Strukturierungsprozesse zu vergleichen.
Das Verfahren kann dazu verwendet werden, den Beitrag von Änderungen in der Geometrie zu dem Strukturierungsprozess selbst zu bestimmen.
Die bestimmte erste Breite, die zweite Breite, die dritte Breite und vorzugsweise der bestimmte Fehler der elektrischen Messung bezogen auf die physikalische Breite können für den Layout-Entwurf eines elektronischen Schaltkreises verwendet werden.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungen werden nun im Einzelnen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1A und 1B zeigen ein Diagramm, welches den gemessenen elektrischen Widerstand als eine Funktion des Inversen der entworfenen Breite zeigt, wobei die senkrechten Streifen auf der Kurve tatsächliche Messpunkte darstellen (1A), sowie ein Beispiel einer geraden Linienstruktur;
2 zeigt ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem;
3A bis 3C zeigen einen Wafer (3A), ein verwendetes Modul des Wafers (3B) und eine vergrößerte Ansicht einer Linienstruktur (3C) gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 zeigt ein Four-Wire Verbindungsschema, welches zum Messen der Linienbreite verwendet wird, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5A bis 5C zeigen eine erste gerade Linienstruktur (5A), eine zweite gerade Linienstruktur (5B) und eine dritte Linienstruktur (5C) gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6A bis 6C zeigen eine erste gerade Linienstruktur (6A), eine zweite gerade Linienstruktur (6B) und eine dritte Linienstruktur (6C) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7A bis 7D zeigen weitere Beispiele einer entsprechenden dritten Linienstruktur gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung;
8 zeigt weitere Beispiele einer dritten Linienstruktur gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung;
9 zeigt ein weiteres Beispiel einer dritten Linienstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 zeigt weitere Beispiele einer dritten Linienstruktur gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung;
11A bis 11C zeigen gemessene und erwartete Linienbreiten als eine Funktion einer Anzahl von Merkmalen oder ihrer äquivalenten Länge (11A: Merkmale sind Ausbuchtungen (bumps); 11B: Merkmale sind Einschnürungen (pinches); 11C: Merkmale sind Einschnürungen und Ausbuchtungen);
12 zeigt eine Korrelation zwischen einer gemessenen und einer erwarteten Breite für verschiedene Breiten und poly-Si oder amorph-Si;
13A bis 13D zeigen eine gemessene Linienbreite als eine Funktion der Anzahl von Biegungen für Winkel 28 (13A), 45 (13B) und 90 (13C), sowie eine gemessene Linienbreite als eine Funktion des Winkels von Biegungen (13D);
14 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen der Linearität des ELM für einen weiten Bereich von Linienbreiten verglichen mit SEM.
2 zeigt ein Elektronenstrahl-Belichtungssystem 200, welches eine Elektronenquelle 201 enthält sowie einen Wehnelt-Zylinder 202, welcher in der Elektronenflussrichtung, in 2 durch einen Pfeil 203 symbolisiert, angeordnet ist.
Die Elektronenquelle 201 weist ein negatives elektrisches Potential von ungefähr 10 kV bis 50 kV auf. Eine Anode 204 weist ein Loch in ihrer Mitte auf, so dass der Elektronenstrahl 207 das Loch passieren kann. Die Anode 204 ist auf Masse Potential gelegt.
Der Wehnelt-Zylinder 202 wird zum Fokussieren der Elektronen des Elektronenstrahls 207 verwendet.
Weiterhin sind Kondensatorplatten 205 in der Elektronenstrahlrichtung 203 bereit gestellt. Die Kondensatorplatten 205 stellen ein elektrisches Feld zum Ausblenden des Elektronenstrahles 207 bereit.
Der Elektronenstrahl 207 durchläuft weiterhin eine Apertur 206 und eine magnetische Linse 208, welche aus Ringspulen gebildet ist, wobei die Apertur 206 und die magnetische Linse 208 in der Elektronenstrahlrichtung 203 hintereinander und hinter den Kondensatorplatten 205 angeordnet sind.
Unter Verwendung weiterer bereitgestellter Zylinderspulen 209, 210 wird der Elektronenstrahl 207 in die erste Richtung (unter Verwendung erster Zylinderspulen 209) und in die zweite Richtung (unter Verwendung zweiter Zylinderspulen 210) abgelenkt.
Es wird eine weitere magnetische Linse 211 bereitgestellt, zum Fokussieren des Elektronenstrahls 207 auf einen Durchmesser von 0,01 bis 0,5 μm in der Schreibebene. Eine Oberfläche eines Wafers 212 wird in der Schreibebene angeordnet, und der Wafer 212 wird auf einen lasergesteuerten beweglichen Tisch 213 gestellt.
Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Leika^TM VB6-HR als ein Elektronenstrahl-Belichtungsystem 200 verwendet.
Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass der Wafer 212 mit der Kalibrierstruktur auch unter Verwendung optischer Lithographie-Verfahren hergestellt werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, denselben Prozess für den Kalibrier-Wafer zu verwenden, welcher Prozess auch für den Zielanwendungs-Wafer verwendet wird.
3A zeigt den Wafer 300 im weiteren Detail. Eine Mehrzahl von Modulen 301 ist auf dem Wafer 300 strukturiert. Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass der Wafer 300 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Test-Wafer ist, welcher zur Kalibrierung des Systems verwendet wird.
Ein Beispiel-Modul 301 ist in 3B in einer vergrößerten Ansicht gezeigt.
Jedes Modul 301 weist eine Bonding-Pad-Konfiguration auf, welche 16 Kontakt-Pads 310 enthält. Die Verbindungs-Pad-Anordnung wird zum Messen während eines Probecard Touchdown verwendet, unter Verwendung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems, was im Weiteren genauer beschrieben wird.
Das elektrische Linienbreitenmesssystem, welches zur Bestimmung einer Linienbreite verwendet wird, basiert auf dem Electroglas Prober Horizon^TM 4080X und dem Keithley Parametric Tester^TM S900B. Eine zusätzliche Komponente für eine genaue Spannungsmessung ist der Digital-Multimeter Keithley^TM 2010, welcher mit dem Keithley Parametric Tester^TM S900B verbunden ist.
Der Electoroglas Prober Horizon^TM 4080X ist ein automatisiertes Wafer-Untersuchungssystem. Ein Wafer-Untersucher wird dazu verwendet, elektrische Parameter von Geräten zu messen sowie die Front-End-Prozessschritte zu kontrollieren. Der Wafer-Untersucher richtet jeden einzelnen Die auf einem Wafer an Pins auf einer Probe-Card aus, welche mit einem Tester verbunden sind, der das elektrische Verhalten misst. Weiterhin richtet der Prüfer den Wafer automatisch an dem nächsten Die aus. Auf dem Prüfer wird eine Keithley^TM Probe-Card installiert, welche 33 Nadeln (needles) aufweist, wobei die Pins der Nadeln vorzugsweise aus Wolfram bestehen.
Der Keithley Parametric Tester^TM S900B ist ein parametrisches Testsystem zum Überwachen von Halbleiterprozessen und die Geräte-Charakterisierung. Es weist ein Personal-Computerbasiertes System auf, welches von der Keithley^TM Test-Umgebungs-Software-Plattform gesteuert wird.
Weiterhin werden zwei Kraft-Messeinheiten 9621 (force measurement units) bereitgestellt, welche programmiert werden können, während vorgegebener Spannung den Strom zu begrenzen oder während vorgegebenem Strom die Spannung zu begrenzen.
Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Four-Wire-Verbindungsschema 400 verwendet wird zum Messen der Breite einer Linienstruktur 401, welche zwei Kontaktpunkte 402, 403 aufweist, wie in 4 gezeigt.
Eine Stromquelle 404 wird bereitgestellt zum Vorgeben eines Teststroms I_CD an dem ersten Kontakt-Pad 402, dem Hauptkörper (main body) 405 der Linienstruktur 401 und dem zweiten Kontakt-Pad 403. Ferner wird ein Spannungsmessgerät 406 über einen ersten Anschluss 407 mit dem ersten Kontakt-Pad 402 sowie über einen zweiten Anschluss 408 mit dem zweiten Kontakt-Pad 403 verbunden. Das Spannungsmessgerät misst eine gemessene Spannung V_CD.
Der Hauptkörper 405 der Linienstruktur 401 weist eine Linienlänge L_C auf, i.e. im Allgemeinen hat die Linienstruktur eine Linienlänge L_C und eine Linienbreite M_i. Ein gemessener Sheet-Widerstand R_S wird mit ρ_S bezeichnet.
Somit wird ein gemessener Linienwiderstand R_CD berechnet gemäß
Die Linienbreite W_mi wird durch die folgende Formel bestimmt:
Jedes Modul 301 enthält, wie in 3B gezeigt, sechs Strukturen, eine erste Struktur 316, welche durch eine so genannte Van-der-Pauw-Struktur gebildet wird, sowie fünf gerade Linienstrukturen 311, 312, 313, 314, 315.
3C zeigt eine vergrößerte Ansicht einer symbolisierten geraden Linienstruktur 312, welche mit vier Kontakt-Pads elektrisch verbunden ist, um mit einer Stromquelle und einem Voltmeter kontaktiert zu werden, wie oben im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
5A bis 5C zeigen eine Menge von geraden Linienstrukturen, welche zum selbstkonsistenten Kalibrieren einer elektrischen Messeinrichtung verwendet werden sowie zum Erhalten des tatsächlichen Wertes der Breite M der geraden Linienstrukturen, wie durch diese elektrische Messung definiert, gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
In einer Ausgestaltung dieses Aspektes enthält diese Menge von Strukturen zwei gerade Linien 501, 502 wie in 5A und 5B gezeigt.
In diesem Zusammenhang bedeutet gerade, dass die Breite M_i der entsprechenden geraden Linienstruktur i und ihre Ausrichtung sich entlang ihrer gesamten Länge L_i nicht ändern, bzw. in anderen Worten ist das Layout dieser geraden Linienstruktur ein Rechteck.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können die geraden Linienstrukturen 501, 502 dieselbe Länge L aufweisen; in dem in 5A und 5B gegebenen Beispiel sind die Länge L₁ der ersten geraden Linienstruktur 501 und die Länge L₂ der zweiten geraden Linienstruktur 502 daher gleich.
Die zwei geraden Linienstrukturen 501, 502 haben jedoch eine unterschiedliche Breite M₁, M₂.
Diese Menge von Linienstrukturen enthält ebenfalls eine nicht-gerade Struktur als eine dritte Linienstruktur 503, welche ein nicht-rechtwinkliges Layout aufweist. Die dritte Linienstruktur 503 weist einen ersten Linienbereich 504 und einen zweiten Linienbereich 505 auf. Die Breite der dritten Linienstruktur 503 oder von Teilen davon werden aus den Breiten M₁, M₂ der zwei geraden Linien 501, 502 ausgewählt.
In dem in 5C gegebenen Beispiel kann die Breite M₁₂ eines Bereiches 504, 505 der dritten Linienstruktur 503 entweder den Wert M₁ oder den Wert M₂ aufweisen. Diese nicht-gerade Struktur 503 ist daher eine Kombination der zwei geraden Linien 501, 502. In dem in 5C gegebenen Beispiel weist die dritte Linienstruktur 503 daher eine Breite M₁ für den ersten Linienbereich 504 mit einer Länge L_3a auf, eine Breite M₂ für den zweiten Linienbereich 505 mit einer Länge L_3b auf, wobei M₁ < M₂. Gemäß dieser bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die gesamte Länge L₃ (L₃ = L_3a + L_3b) der nicht-geraden Linienstruktur 503 gleich der Länge L₁ der ersten geraden Linienstruktur 501 und der Länge L₂ der zweiten geraden Linienstruktur 502.
6A bis 6C zeigen eine Menge von geraden Linienstrukturen, welche zum selbstkonsistenten Kalibrieren einer elektrischen Messeinrichtung verwendet werden, sowie zum Erhalten des tatsächlichen Wertes der Breite M der geraden Linienstrukturen, wie durch diese elektrische Messung definiert, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die erste gerade Linienstruktur 601 und die zweite gerade Linienstruktur 602 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind dieselben verglichen mit der ersten geraden Linienstruktur 501 und der zweiten geraden Linienstruktur 502 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die dritte Linienstruktur weist einen ersten Linienbereich 604, einen zweiten Linienbereich 605 und einen dritten Linienbereich 606 auf. Die Breite der dritten Linienstruktur 603 oder von Teilen davon werden aus den Breiten M₁, M₂ der zwei geraden Linien 601, 602 ausgewählt.
In dem in 6C gegebenen Beispiel kann die Breite M₁₂ eines Bereiches 604, 605, 606 der dritten Linienstruktur 603 entweder den Wert M₁ oder den Wert M₂ aufweisen. Diese nicht-gerade Struktur 603 ist daher eine Kombination der zwei geraden Linien 601, 602. In dem in 6C gegebenen Beispiel weist die dritte Linienstruktur 603 daher eine Breite M₁ für den ersten Linienbereich 604 mit einer Länge L_3a, eine Breite M₂ für den zweiten Linienbereich 605 mit einer Länge L_3b und wiederum eine Breite M₁ für den dritten Linienbereich 606 mit einer Länge L_3c auf, wobei M₁ kleiner M₂. Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Gesamtlänge L₃ (L₃ = L_3a + L_3b + L_3c) der nicht-geraden Linienstruktur 603 gleich der Länge L₁ der ersten geraden Linienstruktur 601 und der Länge L₂ der zweiten geraden Linienstruktur 602.
7A bis 7D zeigen weitere Beispiele einer entsprechenden dritten Linienstruktur 700, 710, 720, 730 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.
7A zeigt eine dritten Linienstruktur 700, welche einen ersten Bereich 701, einen zweiten Bereich 702 und einen dritten Bereich 703 aufweist, wobei der zweite Bereich 702 eine Breite M₂ der zweiten geraden Linienstruktur aufweist, und der erste Bereich 701 und der dritte Bereich 703 eine Breite M₁ der ersten geraden Linienstruktur aufweisen, wobei M₁ < M₂. Der zweite Bereich 702 erstreckt sich nur über den ersten Bereich 701 und den dritten Bereich 703 auf einer ersten lateralen Seite 704 der dritten Linienstruktur 700; auf der anderen lateralen Seite 705 der dritten Linienstruktur 700 sind die drei Bereiche 701, 702, 703 aneinander ausgerichtet.
7B zeigt eine dritte Linienstruktur 710, welche einen ersten Bereich 711, einen zweiten Bereich 712 und einen dritten Bereich 713 aufweist, wobei der zweite Bereich 712 eine Breite M₁ der ersten geraden Linienstruktur aufweist, und der erste Bereich 711 und der dritte Bereich 713 die Breite M₂ der zweiten geraden Linienstruktur aufweisen, wobei M₁ < M₂. Der zweite Bereich 712 wird durch eine Stufe gebildet, wodurch eine Vertiefung auf jeder lateralen Seite 714, 715 der dritten Linienstruktur 710 gebildet wird.
7C zeigt eine dritte Linienstruktur 720, welche einen ersten Bereich 721 und einen zweiten Bereich 722 aufweist, welche in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind. Der erste Bereich 721 weist eine Breite M₁ der ersten geraden Liniestruktur auf, und der zweite Bereich 722 weist eine Breite M₂ der zweiten geraden Linienstruktur auf.
7D zeigt eine dritte Linienstruktur 730, welche einen ersten Bereich 731, einen zweiten Bereich 732, einen dritten Bereich 733, einen vierten Bereich 734 und einen fünften Bereich 735 aufweist. Alle Bereiche haben entweder die Breite M₁ der ersten geraden Linienstruktur oder die Breite M₂ der zweiten geraden Linienstruktur. Der zweite Bereich 732 ist in einem Winkel von 90° zu dem ersten Bereich 731 angeordnet. Der dritte Bereich 733 ist in einem Winkel von 90° zu dem zweiten Bereich 732 angeordnet. Der vierte Bereich 734 ist in einem Winkel von 90° zu dem dritten Bereich 733 angeordnet. Der fünfte Bereich 735 ist in einem Winkel von 90° zu dem vierten Bereich 734 angeordnet. Die gesamte dritte Linienstruktur 730 weist somit eine U-förmige Struktur auf.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen der erste Bereich 731, der zweite Bereich 732, der vierte Bereich 734 und der fünfte Bereich 735 jeweils die Breite M₁ der ersten geraden Linienstruktur auf, wohingegen der dritte Bereich 733 die Breite M₂ der zweiten geraden Linienstruktur aufweist.
Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass der Winkel von 90° in diesem Ausführungsbeispiel nur veranschaulichend ist. Ein beliebiger Winkel kann in der Erfindung verwendet werden.
Es sollte weiterhin erwähnt werden, dass gemäß der Erfindung in der dritten Linienstruktur mindestens einmal eine Änderung ihrer Breite auftreten muss.
Im Allgemeinen wird die Breite der nicht-geraden Struktur oder von Teilen davon aus einer endlichen Menge von diskreten Werten ausgewählt. Diese diskreten Werte sind die Breiten der geraden Linien.
Diese dritte Linienstruktur kann in die in der ersten Teilmenge enthaltenen Strukturen zerlegt werden, i.e. zum Beispiel die erste gerade Linienstruktur und die zweite gerade Linienstruktur.
Gewöhnlich weichen die Strukturen in der zweiten Teilmenge von einer geraden Linie ab aufgrund von Änderungen in der Breite, z.B. dem Verengen oder Verbreitern der Linie, der Anwesenheit von Ausbuchtungen entlang der Linie, Teilen der Struktur, welche in einer anderen Richtung ausgerichtet sind, oder einer Kombination davon. Die Breite dieser nicht-geraden Struktur oder von Teilen davon wird aus einer endlichen Menge von diskreten Werten ausgewählt. Diese diskreten Werte sind die Breiten der geraden Linien der ersten Teilmenge.
Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass eine beliebige Zahl von Bereichen, welche die erste Breite M₁ aufweisen, und eine beliebige Zahl von Bereichen, welche die zweite Breite M₂ aufweisen, bereitgestellt werden kann, wodurch eine abwechselnde lineare oder gewinkelte (zum Beispiel Rechteck) Struktur gebildet wird.
Um diesen Aspekt der Erfindung weiter zu veranschaulichen, zeigt 8 fünf verschiedene Möglichkeiten für eine dritte Linienstruktur 312 aus 3C, nämlich

• eine erste Linie 801 mit einer diskreten Ausbuchtung 802,
• eine zweite Linie 803 mit einer diskreten Einschnürung 804,
• eine dritte Linie 805 mit einer vorgegebenen Anzahl von abwechselnden Ausbuchtungen 806 und Einschnürungen 807,
• eine vierte Linie 808 in einer U-Form 809, wodurch eine biegsame Linie gebildet wird, und
• eine fünfte Linie 810, welche eine einzelne Breitenänderung 811 entlang der gesamten Länge der Linie aufweist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird eine Messsequenz verwendet, was nun ausführlich beschrieben wird.
Zuerst wird der Widerstand R₁ der ersten geraden Linie, welche die Breite M₁ und Länge L aufweist, gemessen. Aus dieser elektrischen Messung wird eine Breite W_m1 unter der Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen. Dann wird der Widerstand R₂ der zweiten geraden Linie, welche eine Breite M₂ und dieselbe Länge L aufweist, gemessen. Aus dieser zweiten elektrischen Messung wird eine Breite W_m2 wiederum unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen. Schließlich wird der Widerstand R₁₂ der dritten Linienstruktur, welche die Länge L aufweist, gemessen. Diese dritte Linienstruktur ist eine nicht-gerade Struktur wie oben beschrieben. Aus dieser dritten elektrischen Messung wird eine äquivalente Breite W_m12 unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen.
Diese äquivalente Breite W_m12 wird als äquivalent beschrieben, da die Breite der dritten Linienstruktur nicht konstant ist und daher für eine solche Struktur keine physikalische Breite bestimmt werden kann.
In 5A bis 5C wird diese Ausgestaltung für den Fall veranschaulicht, bei dem beide geraden Linien dieselbe Länge L aufweisen, und die nicht-gerade Linie dieselbe Länge L aufweist. Diese dritte Linienstruktur ist aus zwei Teilen zusammengesetzt: dem ersten Bereich 504, welcher die Breite M₁ und die Länge
aufweist, den zweiten Bereich 505, welcher die Breite M₂ und die Länge
aufweist.
Diese drei Messungen ergeben die folgenden Gleichungen in diesem Beispiel. Es sollte erwähnt werden, dass der Offset nicht nur entlang der senkrechten Linien auftritt, sondern entlang aller Seitenwände der Linienstruktur.
Die erste Breite M₁, die zweite Breite M₂ und die dritte Breite M₁₂ können unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt werden: M1 = Wm1 + ΔS, (7) M2 = Wm2 + ΔS, und (8) M12 = Wm12 + ΔS, (9)wobei ΔS ein Offset-Wert ist, welcher einen additiven Gerätefehler darstellt.
Alternativ oder zusätzlich können die erste Breite M₁ und die zweite Breite M₂ ferner unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt werden: M1 = Wm1 + 2·S, (10) M2 = Wm2 + 2·S, (11)
wobei L1 = l1 – S, (13) L2 = l2 + S, (14)

• ρ eine vorgegebene Resistivität des Linienstrukturmaterials ist,
• d die Dicke der Linienstruktur ist,
• L₁ die Länge des ersten Bereiches der dritten Linienstruktur ist,
• L₂ die Länge des zweiten Bereiches der dritten Linienstruktur ist,
• R₁ der elektrische Widerstand der ersten geraden Linienstruktur ist,
• R₂ der elektrische Widerstand der zweiten geraden Linienstruktur ist, und
• L₁₂ die Länge der dritten Linienstruktur ist,
• R₁₂ der elektrische Widerstand der dritten Linienstruktur ist,
• S den halben Fehler der elektrischen Messung bezogen auf die physikalische Breite darstellt, und somit die Dicke der Ummantelung darstellt.

Aus diesem Satz von Gleichungen kann der tatsächliche Wert der Breite der zwei geraden Strukturen berechnet werden, was die tatsächlichen Werte M₁, M₂ ergibt. Der Offset-Wert 2·S stellt den Fehler der elektrischen Messung und der Messeinrichtungs-Anordnung dar und wird mit demselben Satz von Gleichungen berechnet.
Unter Verwendung dieses Satzes von Gleichungen werden die elektrische Messung und die Messeinrichtung selbstkonsistent kalibriert.
Der Bereich von Breiten der verwendeten geraden Linien kann beschränkt werden, so dass ein Offset erhalten wird, welcher nicht von der Breite abhängt. Für jede Messsequenz kann eine unterschiedliche Menge von Strukturen verwendet werden, wobei jede Menge von Strukturen ihren eigenen beschränkten Bereich von Breiten aufweist.
Im Allgemeinen wird eine Messsequenz verwendet. Zuerst wird der Widerstand R_i, mit einer ganzen Zahl i, einer ersten Menge von geraden Linienstrukturen, i.e. einer ersten Menge von geraden Linien, welche mindestens zwei gerade Linien aufweist mit einer Breite M_i und bekannter Länge L_i, gemessen. Aus dieser elektrischen Messung kann für jede gerade Linie eine Breite W_mi unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen werden. Schließlich wird der Widerstand R_ij, mit ganzen Zahlen i und j (i ≠ j), einer zweiten Menge von Strukturen nicht-gerader Linien, welche mindestens eine nicht-gerade Linie aufweist, gemessen.
Es sollte in diesem Zusammenhang erwähnt werden, dass die zweite Menge von Strukturen eine beliebige Anzahl (mindestens eine) von Teilen mit einer Breite M_i und eine beliebige Anzahl (mindestens eine) von Teilen mit einer Breite M_j aufweisen kann. Die Gesamtlänge der zweiten Menge von Strukturen ist die Gesamtsumme über die Teillängen mit der Breite M_i und der Breite M_j.
Die Strukturen in dieser zweiten Menge von Strukturen haben bekannte Längen L_ij. Aus dieser elektrischen Messung wird eine äquivalente Breite W_mij unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes gewonnen. Diese Breite W_mij wird als äquivalent beschrieben, da die Breite dieser Strukturen nicht konstant ist, und daher für eine solche Struktur eine physikalische Breite nicht bestimmt werden kann.
Diese elektrischen Messungen liefern einen Satz von Gleichungen, unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, welche den Widerstand der Strukturen der ersten und zweiten Menge beschreiben als eine Funktion der bekannten Parameter, wie der Schichtdicke d, Schicht-Resistivität ρ und Länge L, und als Funktion der unbekannten Parameter, i.e. der tatsächlichen Breite M und des Offsets 2·S. Da jede Struktur der zweiten Menge in die Strukturen der ersten Menge zerlegt werden kann, kann der Widerstand jeder Struktur der zweiten Menge als eine Funktion der Breite W_mi der Strukturen der ersten Teilmenge beschrieben werden.
Aus diesem Satz von Gleichungen kann der tatsächliche Wert der Breite M_i der geraden Strukturen berechnet werden, was die tatsächlichen Werte M_i ergibt. Der Offset 2·S stellt den Fehler der elektrischen Messung und der Messeinrichtungs-Anordnung dar und wird mit demselben Satz von Gleichungen berechnet. Auf diese Weise werden die elektrische Messung und die Messeinrichtung kalibriert. Der Bereich von Breiten der verwendeten geraden Linien kann beschränkt werden, so dass ein Offset erhalten wird, welcher nicht von der Breite abhängt.
Der Beitrag von Änderungen in den Strukturierungsprozess selbst kann unter Verwendung des Verfahrens der Erfindung überwacht werden.
Wenn die lithographische und post-lithographische Verarbeitung geändert wird, was notwendig ist um elektrisch messbare strukturierte Linien zu erhalten, kann der Offset 2·S sich ebenfalls ändern. Dieser Wert kann somit dazu verwendet werden, diese Art von Änderungen zu überwachen oder verschiedene Strukturierungsprozesse zu vergleichen.
Der Beitrag der Linien-Kanten-Rauhigkeit (line edge roughness, LER) kann durch Anwendung eines Verfahrens eines der anderen Ausführungsbeispiele bestimmt werden.
Idealerweise weist die strukturierte Linie einen rechteckigen Querschnitt auf. In der Praxis schwankt jedoch der Querschnitt der strukturierten Linie in einer zufälligen Weise entlang der Linie, was an den Änderungen in der Breite, Form oder Neigung der Linie gesehen werden kann. Der Schwankungsbereich kann durch die Änderungen in dem Strukturierungsprozess kontrolliert werden. Durch das Messen von mindestens zwei Linien, welche einen unterschiedlichen Schwankungsbereich aufweisen, zum Beispiel einen Unterschied in der Neigung oder einen Unterschied in der Summe der Linien-Kanten-Rauhigkeit, kann der Beitrag dieser Schwankung bestimmt werden.
Der Beitrag von Änderungen in der Geometrie zu dem Strukturierungsprozess selbst kann unter Verwendung der vorliegenden Erfindung bestimmt werden.
In diesem Fall wird eine Messsequenz verwendet. Zuerst wird der Widerstand R_i, i ganzzahlig, einer ersten Menge von Strukturen von geraden Linien, welche mindestens zwei gerade Linien aufweist, i.e. ein rechtwinkliges Layout aufweisend, mit einer Breite M_i und bekannter Länge L_i, gemessen.
Schließlich wird der Widerstand R_ij, mit i und j ganzzahlig, einer zweiten Menge von Strukturen von nicht-geraden Linien, welche mindestens eine nicht-gerade Linie aufweist, gemessen.
Diese zweite Menge von nicht-geraden Strukturen enthält Strukturen, welche aus den in der ersten Menge von Strukturen enthaltenen Strukturen zusammengesetzt ist. Die Länge einer solchen nicht-geraden Struktur ist gleich der Summe der Längen der zusammensetzenden geraden Strukturen.
In diesem Fall weisen beide gerade Linien dieselbe Länge L auf, und die nicht-gerade Linie weist eine Länge 2L auf.
Der Widerstand R_ij der nicht-geraden Linien sollte gleich der Summe des vorher gemessenen Widerstandes der zusammensetzenden rechtwinkligen Strukturen sein.
Die Abweichung zwischen dem gemessen Widerstand R_ij und dem berechneten Widerstand kann dazu verwendet werden, den Effekt von Änderungen in der Geometrie zu bestimmen und den lithographischen Prozess zu optimieren.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Messsequenz verwendet. Zuerst wird der Widerstand R₁ der ersten geraden Linie, welche die Breite M₁ und Länge L₁ aufweist, gemessen. Aus dieser elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine Breite W_m1 gewonnen.
Dann wird der Widerstand R₂ der zweiten geraden Linie, welche die Breite M₂ und dieselbe Länge L₂ aufweist, gemessen. Aus dieser zweiten elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine Breite W_m2 gewonnen.
Schließlich wird der Widerstand R₁₂ der dritten Struktur, welche die Länge L₁₂ aufweist, gemessen. Diese dritte Struktur ist eine nicht-gerade Struktur, wie in einer anderen Ausgestaltung der Erfindung definiert.
Aus dieser dritten elektrischen Messung wird unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes eine äquivalente Breite W_m12 gewonnen. Diese Breite W_m12 ist als äquivalent beschrieben, da die Breite dieser dritten Struktur nicht konstant ist, und daher für eine solche Struktur eine physikalische Breite nicht bestimmt werden kann.
In 9 wird diese Ausgestaltung illustriert. Die dritte Linienstruktur 900 ist zusammengesetzt aus zwei Teilen 901, 902, welche entsprechend eine entworfene Länge von L_i und L_j aufweisen, während die gesamte entworfene Länge L_ij ist. Die Längen L_i und L_j der zusammensetzenden Teile, welche während der elektrischen Messungen berücksichtigt werden, unterscheidet sich von der entworfenen Länge aufgrund des Offsets S. Dieser Offset tritt nicht nur entlang der senkrechten Linien auf, sondern entlang aller Seitenwände der Linienstruktur.

Mi = Wmi + 2·S, (19) Mj = Wmj + 2·S, (20) Li = li – S, (21) Lj = lj + S. (22)
Aus diesem Satz von Gleichungen kann der tatsächliche Wert der Breite der zwei geraden Linienstrukturen berechnet werden, was die tatsächlichen Werte ergibt.
Der Offset 2·S stellt den Fehler. der elektrischen Messung und der Messeinrichtungs-Anordnung dar und wird mit demselben Satz von Gleichungen berechnet, wie es oben gemacht wurde.
Somit werden die elektrische Messung und die Messanordnung selbstkonsistent kalibriert. Der Bereich von Breiten der verwendeten geraden Linien kann beschränkt werden, so dass ein Offset erhalten wird, welcher nicht von der Breite abhängt. Für jede Messsequenz kann eine unterschiedliche Menge von Strukturen verwendet werden, wobei jede Menge von Strukturen ihren eigenen beschränkten Bereich von Breiten aufweist.
Tabelle 1 zeigt Messungen von 180, 150 und 130 nm Linien. Die Breite des Pinches beträgt (stands) entsprechend für jede Linie 100, 70 und 50 nm und die Länge 500 nm.
Tabelle 1:
10 zeigt ein SEM-Bild eines 50 × 500 nm Pinches auf einer 180 nm Linie. Die Spalten "erwartet" geben einen Wert an, welcher berechnet ist aus der Gleichung:
wobei L die Gesamtlänge (60 μm) ist, L_pinch die Länge eines Pinches (500 nm) ist und W * / mline und W * / mpinch Zahlen sind, welche durch ELM-Messungen auf Linien ohne jegliche Merkmale, i.e. gerade Linien, gegeben sind.
Ein Vergleich der gemessenen und erwarteten Werte führt zu der Schlussfolgerung: es gibt kein unerwartetes Verhalten.
Entsprechend der Kombination von Breiten gibt es konstante Abweichungen von den erwarteten Werten. Diese hängen mit der Druckqualität zusammen, was für jede Kombination auf top-down SEM bewiesen wurde.
Eine Bestätigung dieser Schlussfolgerung wird ebenfalls durch die folgenden Messungen gegeben. Um zu untersuchen, ob ein Übergang von höherer zu niedrigerer Linienbreite den Widerstand der Linie beeinflusst, und um eine Information über den durch Proximity-Effekte bedingten Materialverlust zu erhalten, wurden zusätzliche Linien entworfen und gemessen. Diese ändern einmal die Breite und haben Längen der beiden Abschnitte, welche äquivalent sind zu den Linien mit Ausbuchtungen und den Linien mit Einschnürungen.
Eine Veranschaulichung des Designs ist in 10 gegeben.
Die Graphen in 11A, 11B, 11c zeigen die gemessene äquivalente Linienbreite W_m als eine Funktion der Anzahl von Ausbuchtungen (11A) und Einschnürungen (11B).
Die Werte, welche aus gemessenen Linienbreiten von blanken Linien berechnet wurden, sind wiederum als "erwartete Werte" bezeichnet. Diese sind sehr nahe an den Messungen von Linien mit einer einzelnen Änderung von zwei Breiten.
Der Offset der mit Merkmalen versehenen Linien nimmt mit zunehmender Anzahl von Merkmalen zu.
Ein Grund dafür könnte teilweise der durch Proximity-Effekte bedingte Materialverlust sein, aber ebenso der Effekt der Verkürzung der Ausbuchtungen zum Beispiel durch Seitenwand-Passivierung. Es wurde kein Unterschied zwischen den zwei verwendeten Substraten gesehen. Die Graphen basieren auf Messungen von Linien, welche aus dotiertem amorphen Silizium zusammengesetzt sind.
In 11C sind Linien mit Ausbuchtungen (bumped lines), Abschnürungen (pinched lines) und abwechselnde Linien zusammen aufgetragen gegen die Anzahl der Ausbuchtungen (für Linien mit Abschnürungen: 120 minus die Anzahl der Abschnürungen). Die erste Linie 1101 und die zweite Linie 1102 stellen entsprechend den berechneten (erwarteten) Wert dar für Kombinationen 180 nm Ausbuchtung und 70 und 50 nm Einschnürung.
Die Abweichung der Messungen von den erwarteten Werten nimmt mit zunehmender Anzahl von Merkmalen zu. Dies wird erklärt mit dem Effekt der Verkürzung der Ausbuchtungen aufgrund von Seitenwandpasivierung, aber ebenfalls mit dem durch Proximity-Effekte bedingten Materialverlust.
Der Trend der gemessenen Linienbreite gegen die erwartete Breite dieser alternierenden Linien ist in einem Diagramm 1200 der 12 gezeigt.
Die Quadrate stellen Strukturen dar, welche auf poly-Si gedruckt sind, und die Kreise solche auf amorph-Si.
Es wurde kein Unterschied in dem Verhalten von beiden Substraten beobachtet. Ein Trend zu abnehmenden gemessenen Linienbreitenwerten wird deutlich für Kombinationen, welche mehr als 80 nm Unterschied in der Breite der Ausbuchtungen und Einschnürungen aufweisen. Diese Strukturen könnten eine Schlüsselrolle für weitere Kalibrierungsüberlegungen spielen.
Ein weiterer Punkt der Linearitäts-Untersuchungen war der Einfluss von Biegungen auf die elektrischen Eigenschaften von Polysilizium-Leiterbahnen mit Breiten zwischen 70 und 150 nm. Es wurde angenommen, dass solch ein Einfluss mit zunehmendem Biegungswinkel zunehmen würde.
In dem Design wurden daher Biegungen von 28°, 45° und 90° eingeschlossen. Um eine mögliche Änderung des Widerstandes zu bestimmen, wurden Linien mit unterschiedlicher Anzahl von Biegungen gemessen; wo eine additive Abhängigkeit von dem Effekt jeder Biegung erwartet wurde.
In 13A, 13B, 13C, sind die gemessenen Linienbreiten als eine Funktion der Anzahl von Biegungen gezeigt.
Es gibt keinen Anstieg des Widerstandes. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstand geringfügig ab, was mit einer Vergrößerung der Linie in den Ecken erklärt wird.
Beide Kurven in 13C sind als Funktion des Winkels gezeichnet für Linien mit 4 und 8 Biegungen.
Es gibt keine sichtbare Abhängigkeit des Widerstandes von dem Biegungswinkel. Die Linien auf dem Wafer wurden mit SEM untersucht, um die Strukturierungsqualität in Gebieten mit unterschiedlichen Biegungen zu überprüfen. Die Form der Ecken wurde geringfügig durch Proximity-Effekte beeinflusst, wobei das zusätzliche Material mehr zu sein scheint als das fehlende. Zusätzlich dazu wurde ein geringer Unterschied in der Linienbreite zwischen senkrechten und schrägen Linien beobachtet.
Unsere Schlussfolgerung nach der Messung gebogener Linien ist, dass Biegungen nicht die elektrischen Eigenschaften von Polylinien beeinflussen für Linienbreiten bis hinunter zu 70 nm. Die kleinen Änderungen in der gemessenen Linienbreite sind höchstwahrscheinlich bedingt durch Eigenschaften des Elektronenstrahl-Druckens (e-beam printing) und der anschließenden Verarbeitung.
Wie oben erklärt, ist top-down CD-SEM das Haupt-Metrologie-Werkzeug in der Lithographie.
In 14 werden die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Ergebnisse mit den CD-SEM Ergebnissen verglichen.
Ein solcher Vergleich kann die Leistungsfähigkeit des ELM als eine unabhängige Metrologie-Technik zeigen, und ebenfalls für sub-0,1-μm-Technologieknoten.
Die SEM-Messungen wurden durchgeführt auf einem top-down CD-SEM-System KLA 8100XP unter Verwendung der 70%- und 90%-Ableitungs-Algorithmen.
Die Korrelation zwischen beiden Messtechniken kann in 14 gesehen werden, wo die Linienbreiten, welche mit SEM gemessen wurden, gegen die ELM-Werte aufgetragen sind.

100: Offset-Kurve
101: gerade Linienstruktur
200: Elektronenstrahl-Belichtungssystem
201: Elektronenquelle
202: Wehnelt-Zylinder
203: Pfeil
204: Anode
205: Kondensatorplatte
206: Apertur
207: Elektronenstrahl
208: magnetische Linse
209: Zylinderspule
210: Zylinderspule
211: weitere magnetische Linse
212: Wafer
213: lasergesteuerter beweglicher Tisch
300: Wafer
301: Modul
310: Kontaktpad
311: gerade Linienstruktur
312: gerade Linienstruktur
313: gerade Linienstruktur
314: gerade Linienstruktur
315: gerade Linienstruktur
316: erste Struktur
400: Four-Wire-Verbindungsschema
401: Linienstruktur
402: Kontaktpunkt
403: Kontaktpunkt
404: Stromquelle
405: Hauptkörper der Linienstruktur
406: Voltmeter
407: erster Anschluss
408: zweiter Anschluss
501: erste gerade Linienstruktur
502: zweite gerade Linienstruktur
503: dritte gerade Linienstruktur
504: erster Bereich dritte gerade Linienstruktur
505: zweiter Bereich dritte gerade Linienstruktur
601: erste gerade Linienstruktur
602: zweite gerade Linienstruktur
603: dritte Linienstruktur
604: erster Linienbereich
605: zweiter Linienbereich
606: dritter Linienbereich
700: dritte Linienstruktur
701: erster Bereich
702: zweiter Bereich
703: dritter Bereich
704: erste laterale Seite dritte Linienstruktur
705: zweite laterale Seite dritte Linienstruktur
710: dritte Linienstruktur
711: erster Bereich
712: zweiter Bereich
713: dritter Bereich
714: erste laterale Seite dritte Linienstruktur
715: zweite laterale Seite dritte Linienstruktur
720: dritte Linienstruktur
721: erster Bereich
722: zweiter Bereich
730: dritte Linienstruktur
731: erster Bereich
732: zweiter Bereich
733: dritter Bereich
734: vierter Bereich
735: fünfter Bereich
801: erste Linie
802: Ausbuchtung erste Linie
803: zweite Linie
804: Einschnürung zweite Linie
805: dritte Linie
806: Ausbuchtung dritte Linie
807: Einschnürung dritte Linie
808: vierte Linie
809: U-Form vierte Linie
810: fünfte Linie
811: Breitenänderung fünfte Linie
900: dritte Linienstruktur
901: Teil dritte Linienstruktur
902: Teil dritte Linienstruktur
1200: Diagramm

Claims

Verfahren zur Kalibrierung eines elektrischen Linienbreitenmesssystems, die folgenden Schritte aufweisend: • das Bereitstellen einer Kalibrierstruktur mit a) einer ersten geraden Linienstruktur, welche eine erste Breite aufweist, und welche Linienstruktur aus einem Linienstrukturmaterial mit einer vorgegebenen bekannten Resistivität gebildet ist, wobei die erste Linienstruktur eine bekannte erste Länge und eine bekannte Dicke aufweist, b) einer zweiten geraden Linienstruktur, welche eine zweite, von der genannten ersten Breite verschiedene, Breite aufweist, und welche Linienstruktur aus dem Linienstrukturmaterial gebildet ist, wobei die zweite gerade Linienstruktur eine bekannte zweite Länge und dieselbe Dicke wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, c) einer dritten Linienstruktur, welche aus dem Linienstrukturmaterial gebildet ist, und welche dieselbe Dicke wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, welche dritte Linienstruktur mindestens eine erste Komponente aufweist, welche dieselbe Breite wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, und mindestens eine zweite Komponente, welche dieselbe Breite wie die zweite gerade Linienstruktur aufweist, wobei die dritte Linienstruktur eine bekannte dritte Länge L_ij aufweist, wobei die Summe der Längen der mindestens einen ersten Komponente eine bekannte erste Komponentenlänge L_i aufweist, und wobei die Summe der Längen der mindestens einen zweiten Komponente eine bekannte zweite Komponentenlänge L_j aufweist, • das Bestimmen des elektrischen Widerstandes der ersten geraden Linienstruktur, • das Bestimmen einer berechneten ersten Breite W_mi unter Verwendung der Resistivität des Linienstrukturmaterials, der ersten Länge, der Dicke und des elektrischen Widerstandes der ersten geraden Linienstruktur, und unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, • das Bestimmen des elektrischen Widerstandes der zweiten geraden Linienstruktur, • das Bestimmen einer berechneten zweiten Breite W_mj unter Verwendung der Resistivität des Linienstrukturmaterials, der zweiten Länge, der Dicke und des elektrischen Widerstandes der zweiten geraden Linienstruktur, und unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, • das Bestimmen des elektrischen Widerstandes R_ij der dritten Linienstruktur, • das Bestimmen einer berechneten dritten Breite W_mij unter Verwendung der Resistivität ρ des Linienstrukturmaterials, der dritten Länge L_ij, der Dicke d und des elektrischen Widerstandes R_ij der dritten Linienstruktur, und unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes, gemäß der folgenden Formel:
• das Bestimmen des Fehlers 2·S des elektrischen Linienbreitenmesssystems bezüglich der fehlerberichtigten Breite, unter Verwendung der folgenden Formel:
• das Bestimmen einer fehlerberichtigten ersten Breite M_i und einer fehlerberichtigten zweiten Breite M_j unter Verwendung der folgenden Formeln: Mi = Wmi + 2·S, Mj = Wmj + 2·S, • das Kalibrieren des elektrischen Linienbreitenmesssystems unter Verwendung der fehlerberichtigten ersten Breite M_i und der fehlerberichtigten zweiten Breite M_j.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die dritte Linienstruktur aus genau einer ersten Komponente und genau einer zweiten Komponente besteht, und bei dem die fehlerberichtigte erste Breite M₁ und die fehlerberichtigte zweite Breite M₂ unter Verwendung der folgenden Formeln bestimmt werden: M1 = Wm1 + 2·S, M2 = Wm2 + 2·S,
wobei • L₁ die bekannte Länge der ersten Komponente der dritten Linienstruktur ist, • L₂ die bekannte Länge der zweiten Komponente der dritten Linienstruktur ist, und • L₁₂ = L₁ + L₂.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens zwei der folgenden geraden Linienstrukturen dieselbe Länge aufweisen: • die erste gerade Linienstruktur, • die zweite gerade Linienstruktur, • die dritte Linienstruktur.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die dritte Linienstruktur dieselbe Länge aufweist wie die erste gerade Linienstruktur und die zweite gerade Linienstruktur.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die fehlerberichtigte erste Breite M_i und die fehlerberichtigte zweite Breite M_j für den Layout-Entwurf eines elektronischen Schaltkreises verwendet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der auf die fehlerberichtigte Breite bezogene Fehler des elektrischen Linienbreitenmesssystems für den Layout-Entwurf eines elektronischen Schaltkreises verwendet wird.
Elektrisches Linienbreitenmessungs-Kalibriersystem, aufweisend eine Verarbeitungseinheit, welche eingerichtet ist, die Schritte gemäß Anspruch 1 auszuführen für eine Kalibrierstruktur mit • einer ersten geraden Linienstruktur, welche aus einem Linienstrukturmaterial mit einer vorgegebenen bekannten Resistivität gebildet ist, wobei die erste Linienstruktur eine bekannte erste Länge und eine bekannte Dicke aufweist, • einer zweiten geraden Linienstruktur, welche aus dem Linienstrukturmaterial gebildet ist, wobei die zweite gerade Linienstruktur eine bekannte zweite Länge und dieselbe Dicke wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, • einer dritten Linienstruktur, welche aus dem Linienstrukturmaterial gebildet ist, und welche die dieselbe Dicke wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, welche dritte Linienstruktur mindestens eine erste Komponente aufweist, welche dieselbe Breite wie die erste gerade Linienstruktur aufweist, und mindestens eine zweite Komponente, welche dieselbe Breite wie die zweite gerade Linienstruktur aufweist, wobei die dritte Linienstruktur eine bekannte dritte Länge L_ij aufweist, wobei die mindestens eine erste Komponente eine bekannte erste Komponentenlänge L_i aufweist, und wobei die mindestens eine zweite Komponente eine bekannte zweite Komponentenlänge L_j aufweist.
Elektrisches Linienbreitenmessungs-Kalibriersystem gemäß Anspruch 7, weiterhin aufweisend einen Wafer, welcher die Kalibrierstruktur enthält.