DE60314484T2

DE60314484T2 - Untersuchungsverfahren und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung

Info

Publication number: DE60314484T2
Application number: DE60314484T
Authority: DE
Inventors: Arie Jeffrey Den Boef; Mircea Campbell Dusa
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2004287400A; SG120958A1; TW200424787A; JP3972035B2; TWI227382B; CN100568100C; DE60314484D1; KR20040038885A; US20040119970A1; KR100543534B1; US7148959B2; CN1499293A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Untersuchungsverfahren, die bei der Herstellung von Vorrichtungen durch lithographische Techniken verwendbar sind, und Verfahren zur Herstellung von Vorrichtungen unter Verwendung lithographischer Techniken.
Ein lithographischer Apparat ist eine Maschine, die ein gewünschtes Muster auf einen Zielabschnitt eines Substrats aufbringt. Ein lithographischer Projektionsapparat kann beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) verwendet werden. In diesem Fall kann eine Musterungseinrichtung oder ein Musteraufbringungsmittel, wie etwa eine Maske, dazu verwendet werden, ein Schaltungsmuster zu erzeugen, das einer einzelnen Schicht der IC entspricht, wobei dieses Muster auf einem Zielabschnitt (der z.B. einen Teil eines, ein oder mehrere Halbleiterplättchen umfasst) eines Substrats (z.B. eines Siliziumwafers) abgebildet werden kann, das eine Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Fotolack) aufweist. Im Allgemeinen enthält ein einzelnes Substrat ein Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die nacheinander belichtet werden. Bekannte lithographische Apparate umfassen so genannte Stepper, bei denen jeder Zielabschnitt durch Belichten eines vollständigen Musters auf den Zielabschnitt in einem Schritt bestrahlt wird, und so genannte Scanner, bei denen jeder Zielabschnitt durch Scannen des Musters durch den Projektionsstrahl in einer gegebenen Richtung (der "Scan"-Richtung) bestrahlt wird, wobei das Substrat gleichzeitig parallel oder antiparallel zu dieser Richtung gescannt wird.
Bei einem Herstellungsverfahren, das einen lithographischen Projektionsapparat verwendet, wird ein Muster (z.B. in einer Maske) auf einem Substrat abgebildet, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material (Fotolack) überzogen ist. Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat verschiedenen Verfahren, wie etwa Grundieren, Fotolackbeschichtung und einem leichten Trocknen (soft bake), unterzogen werden. Nach dem Belichten kann das Substrat anderen Verfahren unterzogen werden, wie etwa einem Post-Exposure Bake (PEB – nach der Belichtung erfolgenden Trocken- oder Heizschritt), Entwickeln, starken Trocknen (hard bake) und Messen/Untersuchen der abgebildeten Merkmale. Dieser Verfahrensablauf wird als Basis für die Musterung einer einzelnen Schicht einer Vorrichtung, z.B. einer IC, verwendet. Eine derartige gemusterte Schicht kann dann verschiedenen Verfahren, wie etwa Ätzen, Ionenimplantieren (Dotieren), Metallisieren, Oxidieren, chemomechanisches Polieren, etc., unterzogen werden, die alle dazu dienen, eine einzelne Schicht abschließend zu bearbeiten. Wenn mehrere Schichten benötigt werden, muss das ganze Verfahren oder eine Variante desselben für jede neue Schicht wiederholt werden. Schließlich ist eine Anordnung von Vorrichtungen auf dem Substrat (Wafer) vorhanden. Diese Vorrichtungen werden dann durch eine Technik, wie etwa mechanisches Trennen (dicing) oder Sägen, voneinander gelöst, wonach die einzelnen Vorrichtungen auf einem Träger montiert, mit Anschlussstiften verbunden, etc. werden können. Weitere Informationen in Bezug auf solche Verfahren können beispielsweise dem Buch "Microchip Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", dritte Auflage, von Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4 entnommen werden.
Der Mess- und Untersuchungsschritt nach der Entwicklung des Fotolacks, der als inline bezeichnet wird, da er während des normalen Verlaufs der Bearbeitung von Produktionswafern durchgeführt wird, dient zwei Zwecken. Erstens ist es erwünscht, sämtliche Zielbereiche zu ermitteln, in denen das Muster im entwickelten Fotolack fehlerhaft ist. Wenn eine ausreichende Anzahl an Halbleiterplättchen fehlerhaft ist, kann der gemusterte Fotolack von dem Wafer entfernt und der Wafer erneut belichtet werden, diesmal hoffentlich richtig, anstatt den Fehler durch Durchführen eines Verfahrensschritts, z.B. einer Ätzung, mit einem fehlerhaften Muster dauerhaft zu machen. Zweitens können es die Messungen ermöglichen, Fehler im lithographischen Apparat, z.B. bei den Beleuchtungseinstellungen oder Belichtungsdauern, zu ermitteln und für spätere Belichtungen zu korrigieren. Viele Fehler im lithographischen Apparat können jedoch anhand der in Belichtungen gedruckten Muster nicht leicht ermittelt oder quantitativ bestimmt werden. Eine Ermittlung eines Fehlers führt nicht immer direkt zu seiner Ursache. Daher ist eine Vielzahl an Offline-Verfahren zum Ermitteln und Messen von Fehlern im lithographischen Apparat bekannt. Diese können das Ersetzen des Substrats durch eine Messeinrichtung oder das Durchführen von Belichtungen spezieller Testmuster umfassen, z.B. bei einer Vielzahl unterschiedlicher Maschineneinstellungen. Solche Offline-Techniken benötigen Zeit, häufig einen erheblichen Betrag, während der der Apparat nicht zu Fertigungsbelichtungen verwendet werden kann. Daher sind Inline-Techniken, das heißt, solche, die unter Verwendung von Fertigungsbelichtungen oder zur selben Zeit wie diese durchgeführt werden können, zum Ermitteln und Messen von Fehlern im lithographischen Apparat bevorzugt.
Zum Messen von Maßfehlern, wie etwa der Positioniergenauigkeit (Overlay) und Links-/Rechts-Maßunterschieden, die durch komatische Abweichung verursacht werden, werden gegenwärtig bildbasierte Geräte, wie etwa Box-in-Box- (oder Frame- in-Frame-)Geräte für die Positioniergenauigkeit und Rasterelektronenmikroskope (REM), zum Messen kritischer Maße bei Koma verwendet. Diese Techniken haben, zusätzlich dazu, dass sie offline sind, den Nachteil, dass sie örtliche Messungen durchführen, die das Projektionssystem- oder Verfahrensverhalten über das gesamte Halbleiterplättchen oder den gesamten Zielbereich nicht unbedingt exakt widerspiegeln.
Eine Inline-Technik, die bei Herstellung von Vorrichtungen zur Messung der Linienbreite, des Abstands und der kritischen Maße verwendet wird, ist als "Beugungsmessung" ("Scatterometry") bekannt. Verfahren zur Beugungsmessung sind in "Multiparameter Grating Metrology Using Optical Scatterometry", von Raymond et al, J. Vac. Sci. Tech. B, Band 15, Nr. 2, 361-368, 1997 und "Specular Spectroscopic Scatterometry in DUV Lithography" von Niu et al, SPIE, Band 3677, 1999, beschrieben. Bei der Beugungsmessung wird weißes Licht von periodischen Strukturen in dem entwickelten Fotolack reflektiert und das resultierende Reflexionsspektrum unter einem gegebenen Winkel erfasst. Die Struktur, die das Reflexionsspektrum verursacht, wird rekonstruiert, z.B. unter Verwendung einer rigorosen Beugungssimulation (RCWA – Rigorous Coupled-Wave Analysis) oder durch einen Vergleich mit einem durch Simulation abgeleiteten Spektrenarchiv. Die Rekonstruktion der Struktur ist jedoch sehr rechenintensiv und die Technik kann unter einer geringen Empfindlichkeit und einer schlechten Wiederholbarkeit leiden.
Andere Offenbarungen zur Verwendung der Beugungsmessung in der Lithographie umfassen WO 02/065545 , die vorschlägt, die Positioniergenauigkeit durch Beugungsmessungen zweier einander überlagernder Gitter zu messen. Sie weist darauf hin, dass, wenn ein Muster eines der Gitter, das nicht durch das andere überlagert wird, zur Verfügung steht, Messungen vorgenommen werden können, um die von den zwei einander überlagernden Gittern abgeleitete Positioniergenauigkeitsmessung einzuschränken. US 6,458,605 und US 2002/0041373 nutzen von Messungen der Referenzstrukturen abgeleitete Referenzarchive, um die Ableitung von Informationen von Beugungsmessungen zu unterstützen. US 2002/0041373 regt an, eine zufällig verteilte Fokusenergiematrix (FEM – Focus Energy Matrix) identischer Testgitter auf einen Wafer zu drucken, und leitet Informationen von deren Beugungsmessungen ab, insbesondere von Unterschieden zwischen Beugungsmessungen unterschiedlicher Gitter in der Matrix.
WO 02/065545 schlägt die Verwendung der Beugungsmessung bei einander überlagernden Gittern vor, um die Positioniergenauigkeit zu messen. Eine Rekonstruktion der einander überlagernden Gitter kann durch von separaten Kopien der Gitter abgeleiteten Messungen eingeschränkt werden.
WO 02/065545 offenbart ein Untersuchungsverfahren, das umfasst:

– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein Testmuster auf ein Substrat zu drucken, das eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente umfasst, wobei sich die erste Musterkomponente von der zweiten Musterkomponente unterscheidet,
– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein Referenzmuster auf das Substrat zu drucken, das der ersten bzw. der zweiten Musterkomponente entspricht,
– Verwenden eines Streustrahlungsmessers (Scatterometer) zum Messen eines ersten und eines zweiten Reflexionsspektrums des Testmusters und des Referenzmusters, und
– Ableiten von Informationen, die einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat angeben, von dem ersten und dem zweiten Reflexionsspektrum, wobei sich die erste und die zweite Musterkomponente in ihrer Form unterscheiden.

WO 02/065545 offenbart weder ein zweites Referenzgitter noch ein gleichzeitiges Drucken sämtlicher Komponenten des Testmusters und der Referenzmuster.
US 6,296,977 B1 offenbart ein Untersuchungsverfahren, das umfasst:

– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein Testmuster auf ein Substrat zu drucken, das eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente umfasst, wobei sich die erste Musterkomponente von der zweiten Musterkomponente unterscheidet,
– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein erstes und ein zweites Referenzmuster, die jeweils der ersten und der zweiten Musterkomponente entsprechen, auf das Substrat zu drucken,
– Messen des Testmusters und des ersten und des zweiten Referenzmusters, und
– Ableiten von Informationen, die einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat angeben, von den Messungen, wobei sich die erste und die zweite Musterkomponente in ihrer Form unterscheiden.

US 6,296,977 B1 offenbart weder die Verwendung der Beugungsmessung noch ein gleichzeitiges Drucken sämtlicher Komponenten des Testmuster und der Referenzmuster.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Inline-Verfahren zum Durchführen von Messungen während der Herstellung von Vorrichtungen unter Verwendung lithographischer Techniken bereitzustellen, das über eine verbesserte Genauigkeit, Empfindlichkeit und/oder Wiederholbarkeit verfügt.
Dieses und andere Ziele werden erfindungsgemäß durch ein Untersuchungsverfahren erreicht, das umfasst:

– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein Testmuster auf ein Substrat zu drucken, das eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente aufweist, wobei sich die erste Musterkomponente von der zweiten Musterkomponente unterscheidet,
– Verwenden eines lithographischen Apparats, um ein erstes und ein zweites Referenzmuster, die jeweils der ersten und der zweiten Musterkomponente entsprechen, auf ein Substrat zu drucken,
– Verwenden eines Streustrahlungsmessers, um ein erstes, ein zweites und ein drittes Reflexionsspektrum des Testmusters bzw. des ersten und des zweiten Referenzmusters zu messen, und
– Ableiten von Informationen, die einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat angeben, von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Reflexionsspektrum, wobei
– sich die erste und die zweite Musterkomponente in ihrer Form unterscheiden, und
– das erste und das zweite Referenzmuster sowie die erste und die zweite Musterkomponente gleichzeitig gedruckt werden.

Durch dieses Verfahren kann eine schnelle, genaue und wiederholbare Messung eines Parameters des auf das Substrat gedruckten Testmusters durchgeführt werden. Die Test- und Referenzmuster können im Verlauf einer Fertigungsbelichtung gedruckt werden, beispielsweise in einer Anreißlinie oder einem Randplättchen oder einem anderen ungenutzten Bereich des Substrats, ohne erheblich mehr Zeit zu benötigen. Die Reflexionsspektren können durch den Streustrahlungsmesser gleich schnell und ohne Verzögerung der Fertigungslinie gemessen werden. Das erfindungsgemäße Messverfahren kann daher inline als Qualifizierungs- oder Kalibrierinstrument verwendet werden.
Die Hinzufügung der Referenzmuster verbessert die Empfindlichkeit im Vergleich zu Beugungsmessungstechniken, die ein einzelnes Testmuster verwenden, und kann den Prozess des Ableitens der gewünschten Informationen von den Beugungsmes sungsdaten vereinfachen. In manchen Fällen ist die Rekonstruktion der Referenzmuster einfacher als die Rekonstruktion des Zwei-Komponenten-Testmusters und wird zuerst durchgeführt. Die Ergebnisse der Rekonstruktion des Referenzmusters werden dann dazu verwendet, die Rekonstruktion des Testmusters zu vereinfachen. In anderen Fällen können die gewünschten Informationen direkt aus einem Vergleich der unterschiedlichen Spektren erhalten werden, ohne das Testmuster rekonstruieren zu müssen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die erste und die zweite Musterkomponente Ein-Stabgitter mit unterschiedlichen Abständen, die zu einem Testmuster kombiniert sind, das ein Zwei-Stabgittermuster mit einem inneren Abstand und einem äußeren Abstand aufweist. Das erste und das zweite Referenzmuster umfassen jeweils ein Ein-Stabgitter mit einem Abstand, der gleich dem inneren Abstand ist, und ein Ein-Stabgitter mit einem Abstand, der gleich dem äußeren Abstand ist. Die Beugungsmessungssignale von den Referenzgittern enthalten Informationen bezüglich der Form der zwei Komponenten des Zwei-Stabgitters und ermöglichen es, die Asymmetrieinformationen, die die Koma angeben, von der Beugungsmessungsreaktion des Testmusters zu trennen.
Der Beugungsmessungsschritt wird bevorzugt an dem Muster im entwickelten Fotolack durchgeführt, obgleich, wenn in dem latenten Fotolackbild ausreichend Kontrast vorhanden ist, der Beugungsmessungsschritt auch vor der Entwicklung durchgeführt werden kann. Da die Abweichung vor der Durchführung eines Verfahrensschritts ermittelt wird, kann, wenn die Abweichung stark genug ist, um zu einer defekten Vorrichtung zu führen, der Fotolack entfernt und das Substrat zu einer erneuten Bilderzeugung wieder in das Verfahren eingebracht werden.
Der oder die Beugungsmessungsschritte werden bevorzugt unter Verwendung einer Senkrechteinfalls-/Weißlicht-Beugungsmessung durchgeführt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung bereitgestellt, das die Schritte umfasst:

– Bereitstellen eines Substrats, das zumindest teilweise mit einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material überzogen ist,
– Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus Strahlung unter Verwendung eines Strahlungssystems,
– Verwenden einer Musterungseinrichtung, um den Projektionsstrahl in seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen, wobei das Muster umfasst: ein Muster, das eine Prozessschicht darstellt, ein Testmuster, das ein Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente aufweist, wobei sich die erste Musterkomponente von der zweiten Musterkomponente unterscheidet, und ein erstes und ein zweites Referenzmuster, die jeweils der ersten und der zweiten Musterkomponente entsprechen,
– Projizieren des gemusterten Strahls aus Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus strahlungsempfindlichem Material,
– Verwenden eines Streustrahlungsmessers, um ein erstes, ein zweites und ein drittes Reflexionsspektrum des Testmusters bzw. des ersten und des zweiten Referenzmusters zu messen, und
– Ableiten von Information, die einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat angegeben, von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Referenzspektrum, wobei
– sich die erste und die zweite Musterkomponente in ihrer Form voneinander unterscheiden, und
– das erste und das zweite Referenzmuster sowie die erste und die zweite Musterkomponente gleichzeitig gedruckt werden.

Das Testmuster wird bevorzugt in einem Bereich gedruckt, der benachbart zu dem Muster der Produktionsschicht ist, wie etwa einer Anreißlinie. Auf diese Weise wird auf dem Substrat kein unnötiger Platz eingenommen und es verbleibt eine maximale Fläche für die Herstellung von Vorrichtungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Aspekts der Erfindung werden die einen Parameter angegebenen Informationen dazu verwendet, einen Parameter des lithographischen Apparats oder Verfahrens einzustellen, wonach ein weiteres Substrat bereitgestellt wird und die Schrittes des Bereitstellens eines Projektionsstrahls, des Verwendens einer Musterungseinrichtung und des Projizieren des gemusterten Strahls wiederholt werden. Auf diese Weise können die Ergebnisse der an einem Substrat durchgeführten Beugungsmessungen dazu verwendet werden, den lithographischen Apparat oder das lithographische Verfahren einzustellen, um spätere Belichtungen zu verbessern.
Obgleich in diesem Text spezifisch auf die Verwendung von lithographischen Apparaten bei der Herstellung von ICs Bezug genommen wird, versteht es sich, dass der hierein beschriebene lithographische Apparat andere Anwendungsmöglichkeiten haben kann, wie etwa die Herstellung von integrierten optischen Systemen, Führungs- und Erfassungsmustern für Magnetblasenspeicher, Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Dünnfilmmagnetköpfen, etc. Ein Fachmann wird erkennen, dass, im Zusammenhang mit solchen alternativen Anwendungen, jegliche Verwendung der Begriffe "Wafer" oder "Halbleiterplättchen" hierin mit den allgemeineren Begriffen "Substrat" bzw. "Zielabschnitt" gleichzusetzen ist. Das hierin angegebene Substrat kann vor oder nach der Belichtung beispielsweise in einem Track (einem Gerät, das typischerweise eine Fotolackschicht auf ein Substrat aufbringt und den belichteten Fotolack entwickelt) oder einem Messtechnik- oder Untersuchungsgerät bearbeitet werden. Gegebenenfalls kann die hierin angegebene Offenbarung auf solche und andere Substratbearbeitungsgeräte angewandt werden. Das Substrat kann ferner mehr als einmal bearbeitet werden, beispielsweise um eine aus mehreren Schichten bestehende IC zu erzeugen, so dass sich der hierin verwendete Begriff Substrat auch auf ein Substrat beziehen kann, das bereits mehrere bearbeitete Schichten enthält.
Die hierin verwendeten Begriffe "Strahlung" und "Strahl" umfassen alle Arten von elektromagnetischer Strahlung, einschließlich Ultraviolett-(UV-)Strahlung (z.B. mit einer Wellenlänge von 365, 248, 193, 157 oder 126 nm) und extremer Ultraviolett-(EUV-)Strahlung (z.B. mit einer Wellenlänge zwischen 5 und 20 nm) sowie Partikelstrahlen, wie etwa Ionenstrahlen oder Elektronenstrahlen.
Der Begriff "Musterungseinrichtung" oder "Musteraufbringungsmittel", wie hierin verwendet, ist breit auszulegen, so dass er sich auf Einrichtungen oder Mittel bezieht, die dazu verwendet werden können, einen Projektionsstrahl in seinem Querschnitt mit einem Muster zu versehen, etwa um in einem Zielabschnitt des Substrats ein Muster zu erzeugen. Es wird darauf hingewiesen, dass das Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen wird, nicht exakt dem gewünschten Muster im Zielabschnitt des Substrats entsprechen kann. Im Allgemeinen entspricht das Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen wird, einer speziellen Funktionsschicht in einer Vorrichtung, die in dem Zielabschnitt erzeugt wird, wie etwa einer integrierten Schaltung.
Die Musterungseinrichtung kann durchlässig oder reflektierend sein. Beispiele für Musterungseinrichtungen umfassen Masken, programmierbare Spiegelanordnungen und programmierbare LCD-Bildschrime. Masken sind in der Lithographie wohlbekannt und umfassen Maskenarten, wie etwa wie etwa Binär-, harte Phasen-(alternating Phase-shift) und weiche Phasenmasken (attenuated Phase-shift), sowie verschiedene Hybrid-Maskenarten. Ein Beispiel einer programmierbaren Spiegelanordnung verwendet eine Matrixanordnung kleiner Spiegel, von denen jeder einzeln schräg gestellt werden kann, um einen einfallenden Strahlungsstrahl in unterschiedliche Richtungen zu reflektieren, wobei der reflektierte Strahl auf diese Weise gemustert wird. Bei jedem Beispiel der Musterungseinrichtung kann die Haltestruktur beispielsweise ein Rahmen oder Tisch sein, der nach Bedarf feststehend oder bewegbar sein und sicherstellen kann, dass sich die Musterungseinrichtung an einer gewünschten Position befindet, beispielsweise in Bezug auf das Projektionssystem. Jegliche Verwendung der Begriffe "Retikel" oder "Maske" hierin ist mit dem allgemeineren Begriff "Musterungseinrichtung" gleichzusetzen.
Der Begriff "Projektionssystem", wie hierin verwendet, ist breit auszulegen, so dass er verschiedene Arten von Projektionssystemen umfasst, einschließlich Brechungsoptiksysteme, Reflexionsoptiksysteme und katadioptrischer Systeme, je nach Eignung beispielsweise im Hinblick auf die verwendete Belichtungsstrahlung oder andere Faktoren, wie etwa die Verwendung einer Immersionsflüssigkeit oder die Verwendung eines Vakuums. Jegliche Verwendung des Begriffs "Linse" hierin ist mit dem allgemeineren Begriff "Projektionssystem" gleichzusetzen.
Das Beleuchtungssystem kann ebenfalls verschiedene Arten optischer Bauteile umfassen, einschließlich lichtbrechender, reflektierender und katadioptrischer optischer Bauteile, zum Lenken, Formen oder Steuern des Projektionsstrahls einer Strahlung, wobei solche Bauteile nachfolgend entweder kollektiv oder einzeln ebenfalls als "Linse" bezeichnet sein können.
Der lithographische Apparat kann derart ausgeführt sein, dass er zwei (Doppel-Tisch-) oder mehr Substrattische (und/oder zwei oder mehr Maskentische) aufweist. Bei solchen "Mehr-Tisch-"Maschinen können die zusätzlichen Tische parallel eingesetzt werden oder es können an einem oder mehreren Tischen vorbereitende Schritte durchgeführt werden, während ein oder mehrere andere Tische zur Belichtung verwendet werden.
Der lithographische Apparat kann auch derart ausgeführt sein, dass das Substrat in eine Flüssigkeit mit einem relativ hohen Brechungsindex, z.B. Wasser, eingetaucht wird, um so einen Raum zwischen dem letzten Element des Projektionssystems und dem Substrat zu füllen. Immersionsflüssigkeiten können auch auf andere Räume in dem lithographischen Apparat angewandt werden, beispielsweise zwischen der Maske und dem ersten Element des Projektionssystems. Immersionstechniken sind im Stand der Technik zur Erhöhung der numerischen Apertur von Projektionssystemen wohlbekannt.
Es werden nun eine Ausführungsform der Erfindung und ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, rein beispielhaft unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen beschrieben. Es zeigt/zeigen:
1 einen lithographischen Projektionsapparat, der bei der Ausführung erfindungsgemäßer Verfahren verwendet werden kann,
2 ein Flussdiagramm eines lithographischen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
3 einen Streustrahlungsmesser, der bei den erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist,
4 bis 6 ein Testmuster sowie ein erstes und ein zweites Referenzmuster, die bei einem ersten Verfahren gemäß einem Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, verwendet werden,
7 ein ursprüngliches Positioniergenauigkeitssignal und ein Positioniergenauigkeitssignal, das in Übereinstimmung mit dem ersten Verfahren gemäß einem Beispiel, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, verbessert worden ist, und
8 bis 10 ein Testmuster und ein erstes und ein zweites Referenzmuster, die bei einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden.
In den Figuren geben entsprechende Bezugszeichen entsprechende Teile an.
Lithographischer Projektionsapparat
1 stellt schematisch einen lithographischen Apparat gemäß einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung dar. Der Apparat umfasst:

– ein Beleuchtungssystem (Beleuchter) IL zum Bereitstellen eines aus Strahlung (z.B. UV- oder DUV-Strahlung) bestehenden Projektionsstrahls PB,
– eine erste Haltestruktur (z.B. einen Maskentisch) MT zum Halten einer Musterungseinrichtung (z.B. einer Maske) MA, welche mit einer ersten Positionierungseinrichtung PM zum genauen Positionieren der Musterungseinrichtung in Bezug auf das Element PL verbunden ist,
– einen Substrattisch (z.B. einen Wafertisch) WT zum Halten eines Substrats (z.B. eines mit Fotolack beschichteten Wafers) W, welcher mit einer zweiten Positio nierungseinrichtung PW zum genauen Positionieren des Substrats in Bezug auf das Element PL verbunden ist, und
– ein Projektionssystem (z.B. eine lichtbrechende Projektionslinse) PL zum Abbilden eines Musters, mit dem der Projektionsstrahl PB durch die Musterungseinrichtung MA versehen wird, auf einem Zielabschnitt C (der z.B. ein oder mehrere Halbleiterplättchen umfasst) des Substrats W.

Wie hier dargestellt, ist der Apparat vom durchlässigen Typ (der z.B. eine durchlässige Maske verwendet). Alternativ kann der Apparat auch vom reflektierenden Typ sein (der z.B. eine programmierbare Spiegelanordnung der vorstehend erwähnten Art verwendet).
Der Beleuchter IL empfängt einen Strahl einer Strahlung von einer Strahlungsquelle SO. Die Quelle und der lithographische Apparat können separate Einheiten sein, beispielsweise wenn die Quelle ein Excimer-Laser ist. In solchen Fällen wird die Quelle nicht als Teil des Iithographischen Apparats betrachtet und der Strahlungsstrahl wird mit Hilfe eines Strahlabgabesystems BD, das beispielsweise geeignete Richtspiegel und/oder einen Strahlexpander umfasst, von der Quelle SO zum Beleuchter IL geleitet. In anderen Fällen kann die Quelle ein integraler Teil des Apparats sein, z.B. wenn die Quelle eine Quecksilberlampe ist. Die Quelle SO und der Beleuchter IL können zusammen mit dem Strahlabgabesystem BD, sofern nötig, als Bestrahlungssystem bezeichnet werden.
Der Beleuchter IL kann Justiermittel AM zum Einstellen der Winkelintensitätsverteilung des Strahls umfassen. Im Allgemeinen können zumindest das äußere und/oder das innere radiale Ausmaß (für gewöhnlich als σ-Außenmaß bzw. σ-Innenmaß bezeichnet) der Intensitätsverteilung in einer Pupillenebene des Beleuchters eingestellt werden. Darüber hinaus umfasst der Beleuchter IL im Allgemeinen verschiedene andere Bauteile, wie etwa einen Integrator IN und einen Kondensor CO. Der Beleuchter stellt einen konditionierten Strahlungsstrahl bereit, der als Projektionsstrahl PB bezeichnet wird, welcher in seinem Querschnitt eine gewünschte Gleichförmigkeit und Intensitätsverteilung aufweist.
Der Projektionsstrahl PB fällt auf die Maske MA, die auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA passiert hat, tritt der Projektionsstrahl PB durch die Linse PL, die den Strahl auf einen Zielabschnitt C des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe der zweiten Positionierungseinrichtung PW und einem Positionssensor IF (z.B. einer interferometrischen Einrichtung) kann der Substrattisch WT exakt bewegt werden, z.B. um andere Zielabschnitte C im Pfad des Strahls PB zu positionieren. Ebenso kann die erste Positionierungseinrichtung PM und ein weiterer Positionssensor (der in 1 nicht explizit dargestellt ist) dazu verwendet werden, die Maske MA in Bezug auf den Pfad des Strahls PB exakt zu positionieren, z.B. nach einer mechanischen Rückholung aus einem Maskenarchiv oder während eines Scans. Im Allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische MT und WT mit Hilfe eines Langhubmoduls (Grobpositionierung) und eines Kurzhubmoduls (Feinpositionierung) ausgeführt, die Teil der Positionierungseinrichtungen PM und PW sind. Bei einem Stepper jedoch (im Gegensatz zu einem Scanner) kann der Maskentisch MT nur mit einem Kurzhubaktuator verbunden oder feststehend sein. Die Maske MA und das Substrat W können unter Verwendung von Maskenausrichtungsmarkierungen M1, M2 und Substratausrichtungsmarkierungen P1 und P2 ausgerichtet werden.
Der dargestellte Apparat kann in den folgenden bevorzugten Betriebsarten verwendet werden:

1. Bei der Step-Betriebsart werden der Maskentisch MT und der Substrattisch WT im Wesentlichen stationär gehalten, während ein vollständiges Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen ist, in einem Schritt (d.h. in einer einzelnen statischen Belichtung) auf einen Zielabschnitt C projiziert wird. Der Substrattisch WT wird dann in X- und/oder Y-Richtung verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C belichtet werden kann. In der Step-Betriebsart begrenzt die maximale Größe des Belichtungsfelds die Größe des Zielabschnitts C, in dem in einer einzelnen statischen Belichtung ein Bild erzeugt wird.
2. Bei der Scan-Betriebsart werden der Maskentisch MT und der Substrattisch WT gleichzeitig gescannt, während ein Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen ist, auf einen Zielabschnitt C projiziert wird (d.h. in einer einzelnen dynamischen Belichtung). Die Geschwindigkeit und die Richtung des Substrattisches WT relativ zum Maskentisch MT wird durch die Vergrößerungs-(Verkleinerungs-) und Bildumkehreigenschaften des Projektionssystems PL bestimmt. In der Scan-Betriebsart begrenzt die maximale Größe des Belichtungsfelds die Breite (in der Richtung, in der nicht gescannt wird) des Zielabschnitts bei einer einzelnen dynamischen Belichtung, während die Länge der Scan-Bewegung die Höhe (in der Scan-Richtung) des Zielabschnitts bestimmt.
3. Bei einer anderen Betriebsart wird der Maskentisch MT im Wesentlichen stationär gehalten, wobei er eine programmierbare Musterungseinrichtung hält, und der Substrattisch WT bewegt oder gescannt, während ein Muster, mit dem der Projektionsstrahl versehen ist, auf den Zielabschnitt C projiziert wird. Bei dieser Betriebsart wird im Allgemeinen eine gepulste Strahlungsquelle verwendet und die programmierbare Musterungseinrichtung bei Bedarf nach jeder Bewegung des Substrattisches WT oder zwischen aufeinander folgenden Strahlungspulsen während eines Scans aktualisiert. Diese Betriebsart kann leicht auf die maskenlose Lithographie angewandt werden, die eine programmierbare Musterungseinrichtung verwendet, wie etwa eine programmierbare Spiegelanordnung der vorstehend genannten Art.

Kombinationen und/oder Variationen der vorstehend beschriebenen Betriebsarten oder völlig andersartige Betriebsarten können ebenfalls eingesetzt werden.
2 ist ein Flussdiagramm eines lithographischen Verfahrens, von dem die vorliegende Erfindung ein Teil sein kann. Vor dem Belichtungsschritt S4, der unter Verwendung eines lithographischen Apparats, wie etwa dem vorstehend in Bezug auf 1 beschriebenen, durchgeführt werden kann, wird ein Substrat, z.B. ein Siliziumwafer, einem Grundierungsschritt S1, einem Schleuderbeschichtungsschritt S2, um es mit einer Fotolackschicht zu überziehen, und einem leichten Trocknen (soft bake) S3 unterzogen, um die Lösungsmittel aus dem Fotolack zu entfernen. Nach der Belichtung wird der Wafer einem Post-Exposure Bake (nach der Belichtung erfolgenden Trocken- oder Heizschritt) S5, einem Entwicklungsschritt S6, während dem der belichtete oder unbelichtete Fotolack (in Abhängigkeit davon, ob der Fotolack positiv oder negativ ist) entfernt wird, und einem starken Trocknen (hard bake) S7 unterzogen, bevor ein Untersuchungsschritt S8 durchgeführt wird. Der Untersuchungsschritt S8 umfasst mehrere unterschiedliche Messungen und Untersuchungen sowie erfindungsgemäß einen Beugungsmessungsschritt, der nachfolgend genauer beschrieben ist. Wenn der Wafer die Untersuchung besteht, wird ein Verfahrensschritt S9 durchgeführt. Dieser kann ein Ätzen der Bereiche des Substrats umfassen, die nicht mit Fotolack, einer Produktschichtablagerung, einer Metallisierung, einer Innenimplantation, etc., bedeckt sind. Nach dem Verfahrensschritt S9 wird der restliche Fotolack entfernt S10 und eine abschließende Untersuchung S11 durchgeführt, bevor das Verfahren für eine weitere Schicht wieder aufgenommen wird. Sollte ein Substrat eine Untersuchung in Schritt S8 nicht bestehen, kann es direkt zum Entfernungsschritt S10 geleitet und ein weiterer Versuch, dieselbe Prozessschicht aufzudrucken, unternommen werden.
Im Untersuchungsschritt S8 kann ein Streustrahlungsmesser, wie etwa der in 3 gezeigte, verwendet werden. Andere Untersuchungen und/oder Messungen können ebenfalls unter Verwendung anderer Geräte durchgeführt werden. Der Streustrahlungsmesser 10 umfasst eine Breitband-(Weißlicht-)Strahlungsquelle 11, die Strahlung über einen Strahlteiler 12 auf eine Teststruktur TS auf dem Wafer W lenkt. Die reflektierte Strahlung wird zu einem Streustrahlungsmesser 13 weitergeleitet, der ein Spektrum (Intensität als Funktion der Wellenlänge) der spiegelnd reflektierten Strahlung misst. Anhand dieser Daten kann die das erfasste Spektrum verursachende Struktur rekonstruiert werden, z.B. durch rigorose Beugungssimulation (RCWA – Rigorous Coupled-Wave Analysis) und nicht lineare Regression oder durch einen Vergleich mit einem Archiv simulierter Spektren. Im Allgemeinen ist bei der Rekonstruktion die allgemeine Form der Struktur bekannt und einige Parameter werden basierend auf der Kenntnis des Verfahrens, durch das die Struktur hergestellt wurde, angenommen, so dass nur noch einige wenige Parameter der Struktur anhand der Beugungsmessungsdaten bestimmt werden müssen.
Wie gezeigt, ist der Streustrahlungsmesser ein Senkrechteinfalls-Streustrahlungsmesser. Dasselbe Prinzip kann jedoch auch unter Verwendung einer Schrägeinfalls-Beugungsmessung angewandt werden. Varianten der Beugungsmessung, bei der die Reflexion unter einem Winkelbereich einer einzelnen Wellenlänge, anstatt unter einem einzelnen Winkel eines Wellenlängenbereichs, gemessen wird, können ebenfalls verwendet werden.
Ein Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist
Gemäß einem ersten Verfahren der Erfindung, das zum Messen der Positioniergenauigkeit (Overlay) verwendet wird, umfasst die auf das Substrat W gedruckte Teststruktur eine erste Markierung oder erste Musterkomponente G1, die in eine obere Prozessschicht TL gedruckt ist, und eine zweite Markierung oder zweite Musterkomponente G2, die in einer untere Prozessschicht BL gedruckt ist. Die Markierungen G1 und G2 können jede zweckmäßige Form aufweisen, wie etwa Gitter, Schachbrettmuster, Kästen, Rahmen, Winkel, etc. Die Form der Markierung wird aus Gründen der Erleichterung der Rekonstruktion gewählt, insbesondere die Verwendung von Gittern ermöglicht eine Verwendung schneller Rekonstruktionstechniken. Die Art der Markierung kann auch aus Gründen der Verbesserung der Empfindlichkeit gewählt werden. Die zwei Markierungen G1 und G2 sollten, sofern sie perfekt gedruckt und durch spätere Verfahren unbeeinträchtigt sind, identisch und in Abwesenheit eines Positioniergenauigkeitsfehlers exakt miteinander ausgerichtet sein. Obgleich ihre Form identisch ist, unterscheiden sich die erste und die zweite Markierung (Musterkomponente) in ihrer Lage in den Prozessschichten auf dem Substrat. Wenn das die Markierungen G1, G2 aufweisende Testmuster mit einem senkrecht einfallenden polarisierten Licht beleuchtet wird, enthält das TE-, TM- oder Phasensignal Informationen über die relative Position der zwei Gitter. Infolge der internen Reflexionen in den dazwischen liegenden Prozessschichten IL zwischen den oberen und unteren Schichten TL, BL, die die Gitter G1, G2 und Interferenz umfassen, ist die Amplitude des gesamten reflektierten Signals, das die Positioniergenauigkeitsinformationen enthält, sehr schwach und hat einen geringen Rauschabstand. Weiteres Rauschen wird durch Verformungen der Markierungen G1, G2 während des Druckens und, im Falle der unteren Markierung G2, durch die Verfahren eingebracht, die nach dem Drucken durchgeführt wurden.
Erfindungsgemäß werden zur Verbesserung der Positioniergenauigkeitsmessungen zwei Referenzmarkierungen RG1, RG2 gleichzeitig mit den zwei Teilen G1, G2 des Testmusters aufgedruckt. Das Referenzmuster RG1 wird in der oberen Schicht TL vorgesehen und entspricht der ersten Markierung G1. Das Referenzmuster RG2 wird in der unteren Schicht BL vorgesehen und entspricht der zweiten Ausrichtungsmarkierung G2. Die Referenzmuster RG1, RG2 werden nahe dem, jedoch unter Abstand voneinander und von dem die Ausrichtungsmarkierungen G1, G2 umfassenden Testmuster aufgedruckt. Die Referenzmarkierungen RG1, RG2 und das Testmuster sollten nahe genug beieinander liegen, so dass sie in gleicher Weise durch jedwede Verformungen beeinträchtigt werden, die während des Druckverfahrens entstehen oder durch spätere Verfahrensschritte verursacht werden. Gleichzeitig sollten sie weit genug auseinander liegen, dass separate Beugungsmessungen ohne Nebensignaleffekte durchgeführt werden können.
Wenn sie in gleicher Weise wie das Testmuster beleuchtet werden, erzeugen die Referenzmuster RG1, RG2 Beugungsmessungssignale S2, S3, die nur Informationen über die jeweiligen Gitter enthalten. Die Beugungsmessungssignale S2, S3 können dann dazu verwendet werden, das Beugungsmessungssignal S1 zu normieren, um ein verbessertes Beugungssignal S1-e bereitzustellen. Ein Beispiel dafür ist in 7 gezeigt, aus der ersichtlich ist, dass das verbesserte Signal S1-e eine deutlich höhere Amplitude hat, jedoch denselben Phasenpositionsfingerabdruck des Originalsignals beibehält. Der Rauschabstand wird effizient verbessert. Das verbesserte Positioniergenauigkeitssignal wird von drei spiegelnden spektroskopischen Signalen abgeleitet. Das erste ist das "ursprüngliche" Positioniergenauigkeitssignal, das durch die zwei einander überlagernden Gitter erzeugt wird. Das zweite und das dritte sind die durch die unteren und oberen Referenzgitter erzeugten Signale. Das verbesserte Positioniergenauigkeitssignal wird dann durch Dividieren des ursprünglichen Positioniergenauigkeitssignals durch das Signal von dem oberen Referenzgitter abzüglich des Signals von dem unteren Referenzgitter abgeleitet.
Ausführungsform
Eine in dem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Gitterstruktur ist in den 8 bis 10 dargestellt. Das zweite erfindungsgemäße Verfahren misst die differentielle dimensionale Asymmetrie infolge einer komatischen Abweichung im lithographischen Apparat, insbesondere dem Projektionssystem PL, oder des auf das Substrat angewandten Verfahrens.
Wie in 8 gezeigt, umfasst das Testmuster G ein Zwei-Stabgitter mit einem inneren Abstand P_i und einem äußeren Abstand P₀. Die erste Musterkomponente umfasst ein Ein-Stabgitter mit einem Abstand, der dem inneren Abstand entspricht, und die zweite Musterkomponente ein zweites Ein-Stabgitter mit einem Abstand, der dem äußeren Abstand entspricht. Die zwei Referenzgitter RG1', RG2' sind in den 9 und 10 gezeigt und umfassen jeweils ein einfaches Gitter mit einem Abstand P_i und ein einfaches Gitter mit einem Abstand P₀.
Wie bei dem ersten Verfahren werden das Testmuster G und die Referenzmuster RG1', RG2' in identischer Weise mit spiegelndem polarisierten Licht beleuchtet. Die resultierenden Reflexionsspektren S1', S2', S3' enthalten Informationen über jegliche differentielle dimensionale Asymmetrien sowie die tatsächlichen Formen der Gitter. Die Informationen über jedwede differentielle dimensionale Asymmetrie sind in den Reflexionsspektren S1' von dem Gitter mit zweifachem Abstand enthalten, während die Spektren S2', S3' Informationen über die Gitter selbst enthalten. Wie bei dem ersten Verfahren werden die Reflexionsspektren S2', S3' dazu verwendet, die Reflexionsspektren S1' zu verbessern, um ein Signal bereitzustellen, das Informationen über die dimensionale Asymmetrie enthält und einen verbesserten Rauschabstand aufweist.
Obgleich vorstehend eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung auch anders als beschrieben in die Praxis umgesetzt werden kann. Die Beschreibung soll die Erfindung nicht einschränken, die durch die Ansprüche definiert ist.

Claims

Untersuchungsverfahren mit den Schritten: Verwenden einer lithographischen Vorrichtung, um ein Testmuster (G) auf ein Substrat zu drucken, das eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente aufweist, wobei die erste Musterkomponente sich von der zweiten Musterkomponente unterscheidet; Verwenden einer lithographischen Vorrichtung, um ein erstes und ein zweites Referenzmuster (RG1, RG2), die der ersten bzw. der zweiten Musterkomponente entsprechen, auf ein Substrat zu drucken; Verwenden eines Streustrahlungsmessers, um ein erstes, ein zweites und ein drittes Reflektionsspektrum (S1', S2', S3') des Testmusters sowie des ersten und des zweiten Referenzmusters zu messen; und Ableiten von Information aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Reflektionsspektrum, wobei die Information auf einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat hinweist, wobei die erste und die zweite Musterkomponente sich bezüglich ihrer Form unterscheiden; und wobei das erste und das zweite Referenzmuster sowie die erste und die zweite Musterkomponente gleichzeitig gedruckt werden.
Untersuchungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem das Testmuster (G) ein zweifaches Stabgittermuster mit einem inneren Abstand und einem äußeren Abstand aufweist, und bei dem das erste und das zweite Referenzmuster (RG1, RG2) ein einfaches Stabgitter mit einem Abstand, der gleich dem inneren Abstand ist, bzw. ein einfaches Stabgitter mit einem Abstand, der gleich dem äußeren Abstand ist, aufweisen.
Untersuchungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Streustrahlungsmesser ein Streustrahlungsmesser mit senkrechtem Einfall ist.
Untersuchungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt des Ableitens von Information das Rekonstruieren des ersten und des zweiten Referenzmusters unter Verwendung des ersten und des zweiten Reflektionsspektrums sowie die Verwendung des rekonstruierten Referenzmusters umfasst, um das Testmuster zu rekonstruieren.
Untersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bei dem Schritt des Ableitens die Information direkt aus den Reflektionsspektren ohne Rekonstruktion des Testmusters erhalten wird.
Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit den Schritten: Bereitstellen eines Substrats, das zumindest teilweise von einer Schicht aus strahlungsempfindlichem Material überzogen ist; Bereitstellen eines Projektionsstrahls aus Strahlung unter Verwendung eines Strahlungssystems; Verwenden eines Musteraufbringungsmittels, um den Querschnitt des Projektionsstrahls mit einem Muster zu versehen, wobei das Muster umfasst: ein Muster, das eine Prozessschicht darstellt; ein Testmuster (G), das eine Kombination aus einer ersten und einer zweiten Musterkomponente aufweist, wobei die erste Musterkomponente sich von der zweiten Musterkomponente unterscheidet; und erste und zweite Referenzmuster (RG1, RG2), die der ersten bzw. der zweiten Musterkomponente entsprechen; Projizieren des gemusterten Strahls aus Strahlung auf einen Zielabschnitt der Schicht aus strahlungsempfindlichem Material; Verwenden eines Streustrahlungsmessers, um ein erstes, ein zweites und ein drittes Reflektionsspektrum (S1', S2', S3') des Testmusters sowie des ersten und des zweiten Referenzmusters zu messen; und Ableiten von Information aus dem ersten, dem zweiten und dem dritten Reflektionsspektrum, wobei die Information auf einen Parameter des Testmusters auf dem Substrat hinweist; wobei die erste und die zweite Musterkomponente sich bezüglich ihrer Form unterscheiden; und wobei das erste und das zweite Referenzmuster sowie die erste und die zweite Musterkomponente gleichzeitig gedruckt werden.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 6, bei dem das Testmuster in einem Bereich benachbart dem Muster der Produktionsschicht, beispielsweise einer Anreißlinie, gedruckt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die auf einen Parameter hinweisende Information dazu verwendet wird, einen Parameter der lithographischen Vorrichtung oder des Prozesses zu justieren, nach welchem ein weiteres Substrat bereitgestellt wird und die Schritte des Bereitstellens eines Projektionsstrahls, Verwenden eines Musteraufbringungsmittels und Projizieren des gemusterten Strahls wiederholt werden.