DE10103061A1

DE10103061A1 - Verfahren zur Inspektion der Tiefe einer Öffnung in einer dielektrischen Materialschicht

Info

Publication number: DE10103061A1
Application number: DE10103061A
Authority: DE
Inventors: Georg Sulzer; Frank Heinlein
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: US6365423B1; DE10103061B4

Abstract

Zum Ermitteln der Qualität einer Öffnung, die in einer dielektrischen Materialschicht ausgebildet ist, wird ein Spannungskontrastinspektionswerkzeug verwendet, um ein Spannungskontrastbild eines Testmusters, das in der dielektrischen Materialschicht gebildet ist, zu erzeugen. Die Spannungskontrastwerte der Öffnungen können mit einem Referenzkontrastwert oder mit anderen Öffnungen verglichen werden, um zu entscheiden, ob die Öffnung eine gewünschte Tiefe besitzt oder nicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die bei der Herstellung von integrierten Schaltungs elementen verwendete Verfahrenstechnik und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Inspizieren der Tiefe einer Öffnung in einer dielektrischen Materialschicht, die auf einem Substrat, etwa einem Halbleitersubstrat, ausgebildet ist, um kritische Ätzparameter, die zur genauen Steuerung der Tiefe der Öffnungen notwendig sind, einzustellen.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Viele Herstellungsprozesse bei der Produktion von integrierten Halbleiterschaltungen (ICs) beinhalten der Reihe nach die Bildung von Materialschichten auf der Waferoberflä che, die durch fotolithografische Schritte und anschließende Ätzverfahren strukturiert werden, um Strukturen mit einer Strukturgröße bis zu 0.25 Mikrometer und darunter, wie dies in jüngsten Ausführungsformen mit hohem Integrationsgrad (VLSI) der Fall ist, zu bilden. Im Allgemeinen bedecken isolierende Schichten den Hauptteil der Oberfläche des Substrats, und es werden Fenster oder Öffnungen in der isolierenden Schicht gebil det, durch die Kontakte zu darunter liegenden elektrisch leitenden Gebieten hergestellt werden, in denen Elemente oder Strukturen zu formen sind. Bei der Herstellung von VLSI-Elementen sind Plasmaätztechniken von herausragender Bedeutung, da diese Techniken ein anisotropes Ätzen erlaubt, das entscheidend ist, wenn Strukturhöhen vergleichbare Abmessungen wie Strukturlinienbreiten und Abstände aufweisen. Im All gemeinen liefern diese Plasmaätztechniken eine bedeutend höhere Ätzrate in der verti kalen Richtung als in der horizontalen Richtung, so dass ein gewünschtes Randprofil erhalten werden kann. Um genau strukturierte Strukturmerkmale zu erhalten, etwa Kontaktlöcher oder Durchführen, ist es notwendig, die Ätzrate genau zu kontrollieren. Die Ätzrate eines gegebenen Ätzprozesses hängt von ihren Parametern ab, etwa der Anregungsfrequenz des Plasmas, der Durchflussrate der reaktiven Gase, die zur Plasmabildung bereitgestellt werden, dem Druck der reaktiven Gase und der vom Plasma aufgenommenen RF-Leistung. Da komplizierte Zusammenhänge zwischen diesen Pa rametern bestehen, ist es schwierig, die durchschnittliche Ätzrate eines beliebigen Ätz prozesses zu berechnen, um die Zeit oder die Dauer zu bestimmen, mit der der Ätzvor gang zum Abschließen des Verfahrensschrittes durchgeführt werden muss, d. h. bis im Wesentlichen das gesamte gewünschte Material entfernt ist. Im Allgemeinen wird das Ätzen für eine Überätzzeitdauer fortgesetzt, die notwendig ist, um Ungleichmäßigkeiten in der Ätzrate aufgrund von Parameterverschiebungen zu kompensieren. Da der Abtrag der darunter liegenden Schichten jedoch so klein wie möglich gehalten werden soll, ist es andererseits wichtig, die Überätzzeitdauer zu minimieren. Dies gilt insbesondere für das kritische Ätzen der dielektrischen Kontakt- oder Durchführungsöffnungen im moder nen VLSI-Elementen, wobei Öffnungen mit einem großen Aspektverhältnis in einer di cken dielektrischen Schicht zu bilden sind. Um einen hohen Qualitätsstandard bei der Durchführung kritischer Ätzverfahren beizubehalten, ist es notwendig, den Ätzprozess kontinuierlich zu überwachen und die Prozessparameter, die aufgrund von kleinen Ver änderungen der Ätzbedingungen und der komplexen gegenseitigen Abhängigkeiten der Parameter leicht driften können, ständig neu zu justieren. Beispielsweise führt das An wachsen der Menge der Kontaminationsstoffe in der Prozesskammer, das von der An zahl der bereits geätzten Wafer abhängt, zu einer subtilen Veränderung der Bedingun gen in dem Ätzprozess.

Daher wird in der Verfahrenstechnik nach dem Stand der Technik die Ätztiefe beim Ausbilden von Kontaktlöchern und Durchführungen in dem dielektrischen Schichtstapel mittels eines SEM (Rasterelektronenmikroskop) Querschnittsanalyse überwacht. Dazu wird ein Testwafer beispielsweise durch Abscheiden einer Siliziumoxydschicht mit einer Dicke, die der benötigten Tiefe der in dem Herstellungsverfahren zu bildenden Öffnung entspricht, vorbereitet und ein Ätzprozess wird mit der Ätzanlage durchgeführt, wobei die Parameter des Ätzprozesses überwacht werden können. Anschließend werden eini ge einzelne Proben von dem Testwafer, vorzugsweise am Rand und der Mitte, gespal ten und mit dem SEM inspiziert. Im Allgemeinen findet die Präparierung des Testwafers und die SEM-Inspektion außerhalb des Reinrahmes, d. h. außerhalb des Herstellungsbe reiches, statt. In der Zwischenzeit kann die Ätzanlage zur Verwendung im Produktions prozess mit dem Risiko der Produktion fehlerhafter integrierter Schaltungen freigegeben werden, um eine Verzögerung im Herstellungsvorgang zu vermeiden, oder diese kann in Wartestellung gehalten werden, bis das Ergebnis der Querschnittsanalyse vorliegt. Das Präparieren der Testwafer für die SEM-Inspektion und das Ausführen der Analyse be ansprucht typischerweise zumindest einige Stunden. Eine entsprechende Verzögerung bei der Produktion trägt deutlich zu den Produktionskasten des Halbleiterbauteils bei. Das Freigeben der Ätzanlage für die Produktion vor dem Erhalten der SEM-Ergebnisse kann jedoch eine große Anzahl prozessierter Wafer ergeben, die nicht den für den wei teren Prozessablauf dieses Wafer erforderlichen Ätzspezifikationen genügen. Daher trägt in beiden Fällen die herkömmliche Verfahrenstechnik mit Bezug zur Ätztiefenana lyse wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten bei der Produktion von VLSI- Elementen bei.

Angesichts der oben erwähnten Probleme besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Messtechnologie zur Inspizierung der Tiefen von in einer dielektrischen Materialschicht gebildeten Öffnungen.

Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren, die einige oder alle der zuvor genannten Probleme löst oder zumindest verringert.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Inspizierung einer Tiefe einer Öffnung in einer dielektrischen Materialschicht, die auf einem Substrat gebildet ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Abscheiden einer dielektrischen Materialschicht einer vordefinierten Dicke auf einer Oberfläche des Sub strats, Bilden eines vordefinierten Musters mit Öffnungen in der dielektrischen Material schicht zumindest auf einer vorbestimmten Position auf dem Substrat, Bereitstellen ei nes Spannungskontrastinspektionswerkzeuges und Bestimmen eines Spannungskon trastbildes des vordefinierten Musters, Vergleichen des bestimmen Spannungskontrast bildes mit einem Referenzbild entsprechend einem Spannungskontrastbild für das vor definierte Muster, wenn die Öffnungen vollständig bis zu einer Oberfläche des Substrats geöffnet sind und Ermitteln der Menge dielektrischen Materials, das die Unterseite der Öffnungen bedeckt, auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem gemessenen Spannungskontrastbild und dem Referenzbild.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Inspi zieren einer Tiefe einer Öffnung in einer dielektrischen Materialschicht, die auf einem Substrat gebildet ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Abschei den einer dielektrischen Materialschicht einer vordefinierten Dicke auf einer Oberfläche des Substrats, Bilden zumindest zweier vordefinierter Muster mit Öffnungen in der die lektrischen Materialschicht an entsprechenden vordefinierten Stellen auf dem Substrat, Bereitstellen eines Spannungskontrastinspektionswerkzeuges und Bestimmen eines Spannungskontrastbildes der vordefinierten Muster, Vergleichen der entsprechenden Spannungskontrastbilder miteinander, und Ermitteln der Menge des dielektrischen Mate rials, das eine Unterseite der Öffnungen eines der zumindest zwei vordefinierten Muster bedeckt, auf der Grundlage des Vergleichs der entsprechenden Kontrastbilder.

Erfindungsgemäß wird ein effizientes und schnelles Verfahren zum Inspizieren von Mustern auf einem Testwafer hinsichtlich der Tiefe einer Öffnung bereitgestellt, da keine Probenpräparierung, etwa das Spalten des Testwafers notwendig und das Inspektions werkzeug kommerziell erhältlich ist und innerhalb des Reinrahmes angeordnet werden kann. Auf diese Weise kann typischerweise ein Inspektionsergebnis oder ein Testwafer, abhängig von der Anzahl der Muster, innerhalb weniger Minuten im Vergleich zu mehre ren Stunden oder mehr in herkömmlichen Verfahren erhalten werden. Wenn mehrere Muster über die gesamte Oberfläche des Testwafers verteilt sind, kann eine große In formationsmenge im Vergleich zum konventionellen Verfahren erhalten werden, da eine große Anzahl von Öffnungen abgetastet werden kann, ohne dass es notwendig ist, den Testwafer in genauer Weise an den mehreren Stellen der Muster auf dem Wafer zu prä parieren, d. h. zu spalten, wie dies in der Querschnittsanalyse der Fall ist. Ferner hängen die Ergebnisse der Analyse nicht von den Bedingungen der Propenpräparation ab, wie dies der Fall ist, wenn die Testwafer gespalten und für die SEM-Querschnittsanalyse vorbereitet werden müssen. Folglich können Prozessparameter für Prozessanlagen, etwa Plasmaätzanlagen, überwacht und öfter erneut justiert werden, als dies in der her kömmlichen Verfahrenstechnologie der Fall ist, woraus eine erhöhte Ausbeute zuverläs siger Produkte resultiert, wobei ferner die zu Ermittlung der Inspektionsergebnisse erfor derliche Zeit deutlich verringert ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung be ruht darin, dass das Verfahren auf kommerziell verfügbare Spannungskontrastanlagen anwendbar ist, die zunehmend als Inspektionswerkzeuge in einer Prozesslinie in einer Halbleiterfabrik an Bedeutung gewinnen, so dass in vielen Fabriken eine Spannungskontrastinspektionsanlage innerhalb des Reinrahmes verfügbar ist. Ferner ist es gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Aspekt möglich, d. h. wenn ein Muster auf dem Testwafer mit einem Referenzbild verglichen wird, unterschiedliche Tiefen, insbesonde re unterschiedliche Ätzstopptiefen der Öffnungen zu unterschiedlichen Spannungskon trastpegeln, d. h. zu unterschiedlichen Grauschattierungen, in Beziehung zu setzen, um damit eine qualitative oder gar quantitative Kalibrierung des Inspektionswerkzeuges zu erhalten. Ferner liefert die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, komplexe Testmuster und Testtopografien auf dem Wafer zu erstellen, um entsprechende Spannungskon trastbilder zu erhalten, die den komplexen Strukturen auf dem Produktwafer, der nach dem Freigeben der betrachteten Prozessanlage zu prozessieren ist, entsprechen kön nen. Da die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren inspizierten Wafer nicht mehr ge spalten werden müssen, ist es nun möglich, benutzte Testwafer für eine wiederholte Verwendung erneut zu bearbeiten. Ferner können ein oder mehrere Produktwafer in nerhalb eines Loses bzw. einer Charge mit einer Testchipfläche versehen werden, die ein Testmuster aufweist, so dass eine Parameterverschiebung über mehrere Produkt waferlose hinweg kontinuierlich überwacht werden kann, ohne dass ein Testwafer ver wendet wird.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeich nungen studiert wird; es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Zuordnung eines "offenen" Kontaktes, d. h. einer Öffnung, die auf der Oberfläche eines darunter liegenden Substrates gebildet ist, und einer Öffnung, die nicht vollständig bis zur Oberfläche des Substrates ausgebildet ist, zu entsprechenden Spannungskontrastbildern; und

Fig. 2 schematisch geeignete Stellen für Testmuster, um die Tiefe von Öffnungen über einen gesamten Halbleiterwafer hinweg gemäß der vorliegenden Erfindung zu inspizieren.

Anzumerken ist, dass die in den Figuren gezeigten Abmessungen nicht maßstabsgetreu sind und insbesondere der Einfachheit willen die Strukturgrößen der Öffnungen über trieben dargestellt sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu der in der vorliegenden detaillierten Be schreibung sowie in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform beschrieben ist, ist es selbstverständlich, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeich nungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die spezielle offenbarte Aus führungsform einzuschränken, sondern die beschriebene Ausführungsform stellt viel mehr lediglich in beispielhafter Weise die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche bestimmt ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit Bezug zur Qualitätseinstufung von Ätzanla gen beschrieben, die in kritischen Ätzprozessen bei der Herstellung von Halbleiterele menten eingesetzt wird, etwa beispielsweise bei der Bildung lokaler Zwischenverbin dungen, wobei Öffnungen mit einem großen Aspektverhältnis in einem dicken dielektri schen Schichtstapel gebildet werden, um somit einen Kontakt zu darunter liegenden elektrisch leitfähigen Gebieten, etwa den Drain- und Source-Bereichen eines FET- Transistors herzustellen. Dazu wird ein Testwafer, der identische Spezifikationen wie der mittels der Ätzanlage zu prozessierende Produktwafer aufweisen kann, mit einer dielektrischen Schicht, etwa Siliziumdioxyd, mit einer vordefinierten Dicke, die im We sentlichen identisch zur Ätztiefe ist, die für den Produktwafer bei der Prozessierung in der betrachteten Ätzanlage erforderlich ist, versehen. Das Siliziumdioxyd kann mittels Niederdruck-CVD abgeschieden werden, so dass die Justierung der Dicke der Silizium oxydschicht in genauer Weise steuerbar ist. Anschließend wird eine Fotolackschicht abgeschieden und mittels Fotolithografie in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise strukturiert.

Anschließend wird der Testwafer mit dem fotolithografisch strukturieren Testmuster in der Ätzanlage prozessiert, für die die Ätztiefe des Prozesses steuernden Prozesspara meter zu überprüfen sind. Nachdem der betrachtete Ätzprozess mit dem Testwafer durchgeführt ist, wird der Testwafer zu einem Spannungskontrastinspektionswerkzeug gebracht, das vorzugsweise innerhalb des Reinrahmes vorgesehen ist, und noch bevor zugterweise in der Nähe der Ätzanlage ist, um die Transportzeit des Testwafers zu mi nimieren. Erfindungsgemäß können eine Vielzahl von Spannungskontrastanlagen ver wendet werden, etwa Rasterelektronenmikroskope unterschiedlicher Arten, die ein Vor spannen des Substrats ermöglichen.

Es sollte erwähnt werden, dass der Testwafer aus einem elektrisch leitenden Substrat, etwa leicht dotiertem Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial aufge baut sein kann, und die dielektrische Schicht darauf ausgebildet sein kann. Wenn ein isolierendes Substrat verwendet werden muss, kann eine elektrisch leitfähige Schicht, etwa eine Halbleiterschicht oder eine Metallschicht vor der Ausbildung der dielektrischen Materialschicht abgeschieden werden. Obwohl es ferner vorteilhaft ist, lediglich eine dielektrische Schicht auf dem elektrisch leitenden Substrat bereitzustellen, können zu sätzliche Ätzstoppschichten, die für gewöhnlich beim Prozessieren der Produktwafer vorgesehen sind, ebenfalls vor der Bildung der dielektrischen Schicht auf dem Testwafer abgeschieden werden.

In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen 1 eine schematische Darstellung, in der eine Öff nung 2, die sich bis hinunter zu einem Siliziumsubstrat 4 erstreckt, in einer dicken die lektrischen Materialschicht 3 gebildet ist. Bezugszeichen 10 kennzeichnet eine schema tische Querschnittsansicht einer Öffnung 20, die in einer dielektrischen Materialschicht 30, die ihrerseits auf einem Siliziumsubstrat 40 gebildet ist, geformt ist. Im Gegensatz zur Öffnung 2 ist die Unterseite der Öffnung 20 noch mit dielektrischen Material bedeckt.

Bezugszeichen 100 zeigt ein Beispiel eines Testmusters mit mehreren Öffnungen in der dielektrischen Schicht 3, in dem jeder schwarze Kreis einer Öffnung mit den gleichen Eigenschaften wie Öffnung 2 entspricht, wenn diese dem Spannungskontrastinspekti onsverfahren mit dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug unterzogen wird. Das heißt, geeignet geätzte Kontakt- oder Durchführungslöcher, etwa wie Öffnung 2, sind "physikalisch offen" und wirken somit als ein leitender Pfad, für die von dem Span nungskontrastinspektionswerkzeug, das ein Rasterelektronenmikroskop sein kann, e mittierten Elektronen, so dass ein Teil der Elektronen über das durch Erdung oder posi tive Spannung vorgespannte Substrat abgeleitet werden. Die Höhe der Vorspannung hängt von diversen Faktoren, etwa der kritischen Dimension und dem Aspektverhältnis der Öffnungen, der Art der Schichten bzw. Schicht auf und in der die Öffnungen gebildet sind, einer tolerierbaren restlichen Dicke des dielektrischen Materials auf der Unterseite der Öffnungen 2 und dergleichen ab. Bezugszeichen 100 kennzeichnet das Testmuster für mehrere Öffnungen, wenn die Öffnungen ähnliche Eigenschaften wie die Öffnung 20 aufweisen, d. h. wenn kein leitender Pfad von der Öffnung 20 zu dem Substrat 40 für die von dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug emittierten Elektronen vorhanden ist. Folglich werden nicht vollständig geätzte Öffnungen, etwa die Öffnung 20, im Vergleich zu den Öffnungen 2 unterschiedlich aufgeladen und daher erzeugen diese ein vollstän dig anderes Spannungskontrastbild, das in deutlicher Weise eine nicht ausreichende Öffnungstiefe und damit eine Parameterabweichung im Ätzvorgang anzeigt.

Es sollte erwähnt werden, dass die Menge des restlichen dielektrischen Materials an der Unterseite einer Öffnung durch eine unterschiedliche Abstufung des Grauwerts in dem Spannungskontrastbild repräsentiert wird, so dass unterschiedliche Tiefen, d. h. unter schiedlichen Mengen an verbleibenden dielektrischen Material an der Unterseite einer Öffnung, verschiedenen Graustufen zugeordnet werden können. Auf diese Weise kann eine Kalibrierung des Spannungskontrastbildes für eine Vielzahl von zu ätzenden die lektrischen Materialien und eine Vielzahl von Schichtdicken eines dielektrischen Materi als durchgeführt werden. Durch Vergleich mit wenigen Testwafern, die zuvor mittels des Spannungskontrastinspektionsverfahrens untersucht worden sind, mit einer anschlie ßenden Querschnittsanalyse, die Absolutwerte für die Tiefe der Öffnungen liefert, ist es möglich, geeignete Korrelationsfaktoren abzuleiten, um einen gewissen Graustufenwert mit einem absoluten Tiefenwert in Beziehung zu setzen. Da die Parameter zum Steuern des Spannungskontrastinspektionswerkzeuges, d. h. des SEM, in hohem Maße reprodu zierbar sind, ist eine derartige quantitative Kalibrierung über eine lange Zeitdauer hin weg "stabil", und es werden nicht viele Testwafer benötigt, die einer teueren Quer schnittsanalyse zu unterziehen sind.

Kontrastspannungswerte, die sich auf ein ideales Testmuster beziehen, können in einer Datenbank oder in einer Referenztabelle gespeichert werden, die in Form eines Spei cherbausteins innerhalb des Spannungskontrastinspektionswerkzeuges oder als ein externes Gerät, das mit dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug mittels einer ge eigneten Schnittstelleneinrichtung, wie dies im Stand der Technik gut bekannt ist, verbunden wird, vorgesehen werden. Im Falle, dass ein automatisches Fabrikanlagenma nagementsystem vorgesehen ist, das das Handhaben und die Bearbeitung der Wafer steuert und überwacht, ist es vorteilhaft, die Ergebnisse der Waferinspektion an das automatische Fabrikanlagenmanagementsystem zu liefern, wobei das Referenzspan nungskontrastbild in einer Datenbank gespeichert ist, auf die das automatische Fabrik anlagenmanagementsystem zugreifen kann. Wie zuvor erwähnt wurde, können die Da tenbank oder die Referenztabelle ebenfalls absolute Tiefenwerte umfassen, die mittels Querschnittsanalyse einiger weniger Testwafer erhalten worden sind, um die Ergebnisse der Spannungskontrastinspektion mit Absolutwerten in Beziehung zu setzen.

Nach dem Abtasten des Testmusters, das in etwa 5 bis 50 Minuten für eine Musterflä che von ungefähr 100 µm² erfordert, werden die Kontrastwerte der einzelnen Öffnungen mit den Werten des Referenzbildes verglichen, um zu bestimmen, ob die Öffnungen die erforderliche Tiefe aufweisen oder nicht. Die Beurteilung, ob eine erforderliche Tiefe mittels des zu überwachenden Prozesses erreicht ist oder nicht, beispielsweise für eine Plasmaätzung für lokale Zwischenverbindungen, kann auf automatische Weise durch geführt werden, derart, dass ein Schwellwert im Voraus festgelegt wird, und ein Über schreiten des Schwellwertes somit eine nicht ausreichende Tiefe der Öffnung anzeigt. Die Ergebnisse der Spannungskontrastinspektion können ebenfalls einem Bediener an gezeigt werden, der dann wiederum bestimmt, ob die Tiefe der Öffnungen den Prozess anforderungen genügt oder nicht. Wie zuvor erläutert wurde, steht die Tiefe der Öffnung mit der Ätzrate der Ätzanlage und damit den Prozessparametern in Beziehung, die ih rerseits erneut eingestellt werden, wenn der Vergleich eine nicht ausreichende Tiefe der Öffnungen ergibt. Für diesen Zweck ist es vorteilhaft, eine Abhängigkeit zwischen einem Grauwert des Spannungskontrastbildes und den entsprechenden verbleibenden die lektrischen Material, das noch die Unterseite der Öffnungen bedeckt, zu haben. Insbe sondere wenn ein automatisches Fabrikanlagenmanagementsystem vorgesehen ist, können die Analyse des Spannungskontrastbildes und die erneute Einstellung der Pro zessparameter automatisch durchgeführt werden, so dass eine Art von "Rückkopplung"- Schleife erhalten wird, derart, dass beispielsweise ein oder mehrere Testwafer in einem Los von zu prozessierenden Produktwafern enthalten sind, und, da erfindungsgemäß die Messzeit für ein einzelnes Testmuster kurz ist, eine "quasi"-kontinuierliche Überwa chung der Prozessparameter und eine entsprechende Steuerung ausgeführt wird. Dazu ist es ebenfalls möglich, ein Testmuster an einer vorbestimmten Stelle der Produktwafer vorzusehen, um periodisch einen oder mehrere Produktwafer zum automatischen er neuten Einstellen der Prozessparameter zu analysieren.

Fig. 2 zeigt schematisch einen Testwafer, auf dem fünf Testmuster, wie sie in Fig. 1 ge zeigt sind, an vorbestimmten Stellen, in diesem Beispiel in der Mitte und am Rand des Wafers, vorgesehen sind. Auf diese Weise wird die Gleichmäßigkeit des Ätzvorganges über die gesamte Oberfläche des Wafers in einfacher Weise bestimmt. Das Abtasten dieser fünf Testmuster, wobei jedes eine Fläche von ungefähr 100 µm² aufweist, erfor dert weniger als 60 Minuten Messzeit, wobei die Messdaten fünf unterschiedliche Stel len auf dem Wafer repräsentieren. Im Vergleich dazu erfordert die herkömmliche Quer schnittsanalyse zumindest einige Stunden, wobei es schwierig ist, mehrere Proben aus einem einzelnen Wafer zu präparieren. Jedes Testmuster kann individuell mit dem in der Datenbank oder in der Referenztabelle gespeicherten Referenzbild verglichen werden, wobei jede einzelne Öffnung mit einer entsprechenden Referenzöffnung verglichen wer den kann, um die Tiefeninformation für jede Öffnung in dem Testmuster zu ermitteln. Dieser Ablauf ist besonders vorteilhaft, wenn das Testmuster eine Topografie aufweist, die der Topografie des zu prozessierenden Produktwafers entspricht, da dann der Pro zess selbst an besonders kritischen Stellen, beispielsweise an darunter liegenden Rän dern überwacht werden kann. Wenn die Gleichmäßigkeit des Ätzvorganges das Haupt anliegen ist, mit der sich die Messung befasst, kann es ausreichend sein, eines der Testmuster als Referenzmuster auszuwählen und eines oder alle der verbleibenden Muster mit dem ausgewählten Referenzmuster zu verglichen.

Wie zuvor erläutert wurde, können die erhaltenen Spannungskontrastwerte der einzel nen Öffnungen mit absoluten Tiefenwerten, die durch eine zuvor ausgeführte zusätzli che Querschnittsanalyse einiger weniger Testproben erhalten worden sind, in Bezie hung gesetzt werden. Ferner können die Spannungskontrastwerte Prozessparametern, wie etwa der Ätzzeit, zugeordnet werden, so dass der Vergleich der bestimmten oder gemessenen Spannungskontrastwerte mit einem Referenzmuster, einem idealen Refe renzbild in der Datenbank oder der Referenztabelle, oder einem ausgewählten Refe renzbild auf dem Testwafer, direkt entsprechende Werte für einen oder mehrere Para meter des Ätzprozesses liefern. Da ferner die Messzeit für ein einzelnes Testmuster erfindungsgemäß kurz ist, kann ein entsprechendes Testmuter, das auf jedem Produkt wafer vorgesehen wird, gestaltet werden, so dass ein oder mehrere Produktwafer des gleichen oder unterschiedlicher Lose bzw. Chargen miteinander verglichen werden kön nen. Dies erlaubt eine kontinuierliche Überwachung möglicher Abweichung von Pro zessparametern und eine entsprechende Neujustierung dieser Parameter. Ferner kann die Präparierung und das Abtasten mehrerer spezieller Testwafer vermieden werden. Vorteilhafterweise wird ein derartiges Testmuster auf einem Produktwafer mit einem "Referenzproduktmuster", das ein ideales Testmuster repräsentiert, zusätzlich oder an statt eines Testmuter auf anderen Produktwafern verglichen. Eine Kalibrierung hinsicht lich der absoluten Tiefe der Öffnungen in dem Testmuster kann in der gleichen Weise, wie sie zuvor beschrieben wurde, durchgeführt werden. Auf diese Weise kann zusätzli che Information über den Ätzvorgang erhalten werden, da ein Testmuster, d. h. eine Testchipfläche auf dem Produktwafer die gleiche Struktur wie die tatsächlichen "Pro duktchipflächen" einschließlich von Ätzstopschichten, die tatsächlich zur Bildung von Öffnungen in der dielektrischen Schicht verwendet werden, aufweist. Folglich können mit einer geeigneten Kalibrierung, d. h. einer Beziehung zwischen den Graustufen des Spannungskontrastbildes und einer restlichen Dicke an der Unterseite der Öffnung, Pa rameterwerte, wie etwa die Selektivität zu der darunter liegenden Ätzstopschicht oder Schichten, aus den Messdaten erhalten werden. Es sollte erwähnt werden, dass Ätz stopschichten ebenfalls auf einem Testwafer gebildet werden können, wenn das erfin dungsgemäße Messverfahren mit separaten Testwafern anstelle von Produktwafern durchgeführt wird. Um ein benötigtes hohes Vakuum in dem Spannungskontrastinspek tionswerkzeug, typischerweise ein SEM, aufrechtzuerhalten, kann der Fotolack vor der Abtastung des Wafers entfernt werden.

Die vorliegende Erfindung erlaubt also ein rasches Abtasten von Testmustern, die auf Testwafern oder Produktwafern ausgebildet sind, um die Tiefe von Öffnungen zu bestimmen, die beispielsweise mittels eines anisotropen Ätzvorganges gebildet sind. Dazu werden Spannungskontrastwerte jeder Öffnung oder gemittelte Kontrastwerte mehrerer Öffnungen mit den Werten eines Referenzbildes und/oder den Kontrastwerten eines weiteren Testmusters verglichen. Vorteilhafterweise werden die Referenzkon trastwerte als Datenbank oder als Referenztabelle in einem Speicherelement derart ge speichert, dass jede einzelne Öffnung rasch identifiziert und mit den entsprechenden Referenzkontrastwerten verglichen werden kann. Das Speicherbauteil kann in dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug integriert sein oder kann als externes Gerät, das mit dem Inspektionswerkzeug verbunden ist, vorgesehen sein. Eine Kontrolleinheit, etwa ein Mikroprozessor oder ein Personalcomputer, können mit dem Speicherbauteil und dem Inspektionswerkzeug verbunden sein und die von dem Inspektionswerkzeug erhaltenen Daten verarbeiten, so dass der Vergleich mit dem Referenzbild oder dem weiteren Testmuster automatisch ausgeführt wird, oder so dass die Ergebnisse des Vergleiches an einen Bediener weitergegeben werden. Ferner kann das Speicherbauteil Kalibrierdaten beinhalten, die den Grauwert der Spannungskontrastbilder zu der Menge des auf der Unterseite der Öffnungen verbleibenden dielektrischen Materials in Bezie hung setzen. Ferner können absolute Tiefenwerte den entsprechenden Graustufen des Spannungskontrastbildes zugewiesen werden, indem die Ergebnisse einer Quer schnittsanalyse von einigen Testwafern verwendet werden. Des Weiteren können die Graustufen des Spannungskontrastbildes Prozessparametern, wie etwa der Ätzzeit, dem Druck in der Reaktionskammer, etc., zugeordnet werden. Im Falle, dass ein auto matisches Wafermanagementsystem in der Halbleiterfabrik installiert ist, wird das Span nungskontrastinspektionswerkzeug vorteilhafterweise mit dem automatischen Manage mentsystem verbunden, so dass die Messergebnisse so überwacht und verarbeitet wer den, um Prozessparameter automatisch zu rejustieren, so das die Produktqualität und der Waferdurchsatz optimiert sind.

Weitere Modifikationen und alternative Ausführungsformen diverser Aspekte der Erfin dung werden dem Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung lediglich als illustrativ gedacht und dient dem Zwecke, dem Fach mann die allgemeine Art und Weise zum Ausführen der vorliegenden Erfindung zu ver mitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen erfindungsge mäßen Ausführungsformen als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen auf zufassen.

Claims

1. Verfahren zum Inspizieren einer Tiefe einer Öffnung eines dielektrischen Materials, das auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Verfahren umfasst:
Abscheiden einer dielektrischen Materialschicht einer vordefinierten Dicke auf einer Oberfläche des Substrats;
Bilden eines vordefinierten Musters mit Öffnungen in der dielektrischen Material schicht an zumindest einer vorbestimmten Position auf dem Substrat;
Bereitstellen eines Spannungskontrastinspektionswerkzeuges und Bestimmen eines Spannungskontrastbildes des vordefinierten Musters;
Vergleichen des bestimmten Spannungskontrastbildes mit einem Referenzbild, das einem Spannungskontrastbild für das vordefinierte Muster entspricht, wobei die Öff nungen ganz bis zur Oberfläche des Substrats hin geöffnet sind; und
Ermitteln der Menge des dielektrischen Materials, das eine Unterseite der Öffnun gen bedeckt, auf der Grundlage des Vergleiches des bestimmten Spannungskon trastbildes und des Referenzbildes.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein elektrisch leitendes Sub strat oder ein Halbleitersubstrat ist.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bildung eines vordefinierten Musters mit Öffnungen mittels Fotolithografie und Ätzen ausgeführt wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Dicke des dielektrischen Materials so gewählt wird, um einer gewünschten Tiefe der Öffnungen, die durch den Ätzprozess erhalten werden, zu entsprechen.

5. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Fotolackschicht vor der Messung mit dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug entfernt wird.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug ein Rasterelektronenmikroskop ist.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Testsubstrat ist, um als ein Mittel zum Bestimmen von Prozessparameters des Prozesses zum Bilden der Öff nungen in nachfolgenden Produktsubstraten zu dienen.

8. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug mit einem Speicherelement zum Speichern von Spannungskontrastwerten von entsprechenden Öffnungen des Musters als Referenzwerte verbunden ist.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug und das Speicherelement mit einer Steuerungseinheit zum Durchführen des Vergleichsschritts und des Ermittelungsschritts verbunden sind.

10. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr Muster mit identischer Struktur auf dem Substrat an zumindest einer mittleren Position und zumindest ei ner Randposition gebildet werden.

11. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei vorbestimmte Muster mit identischer Struktur auf dem Substrat gebildet werden und miteinander verglichen werden.

12. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Referenzbild vor dem Abscheiden der dielektrischen Materialschicht gespeichert wird.

13. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vergleich durchgeführt wird, indem ein aus dem Referenzbild erhaltener Kontrastschwellwert festgelegt wird und bestimmt wird, ob ein der Öffnungen entsprechender Kontrastwert des vordefinierten Musters den Kontrastschwellwert überschreitet.

14. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere unterschiedliche Graustufen des Spannungskontrastbildes des vordefinierten Musters mit entsprechenden unter schiedlichen Mengen verbleibenden dielektrischen Materials an der Unterseite der Öffnung in Beziehung gesetzt werden.

15. Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei zumindest eine der mehreren unterschied lichen Graustufen mit einem absoluten Tiefenwert der Öffnung durch Ausführen ei ner Querschnittsanalyse des vordefinierten Musters verknüpft ist.

16. Verfahren zum Inspizieren einer Tiefe einer Öffnung in einer dielektrischen Material schicht, die auf einem Substrat gebildet ist, wobei das Verfahren umfasst:
Abscheiden einer dielektrischen Materialschicht mit einer vordefinierten Dicke auf einer Oberfläche des Substrats;
Bilden zumindest zweier vordefinierter Muster mit Öffnungen in der dielektrischen Materialschicht an entsprechenden vorbestimmten Positionen auf dem Substrat;
Bereitstellen eines Spannungskontrastinspektionswerkzeuges und Messen eines Spannungskontrastbildes der vordefinierten Muster;
Vergleichen der entsprechenden Spannungskontrastbilder miteinander; und
Ermitteln der Menge des dielektrischen Materials, das eine Unterseite der Öffnun gen von einem der zumindest zwei vordefinierten Muster bedeckt, auf der Grundla ge des Vergleiches der entsprechenden Spannungskontrastbilder.

17. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat ein elektrisch leitendes Sub strat oder ein Halbleitersubstrat ist.

18. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Ausbilden eines vordefinierten Mus ters mit Öffnungen mittels Fotolithografie und Ätzen durchgeführt wird.

19. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Dicke des dielektrischen Materials so ausgewählt wird, um einer gewünschten Tiefe der durch den Ätzprozess erhaltenen Öffnungen entspricht.

20. Das Verfahren nach Anspruch 18, wobei eine Fotolackschicht vor der Messung mit dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug entfernt wird.

21. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug ein Rasterelektronenmikroskop ist.

22. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Substrat ein Testsubstrat ist, um somit als ein Mittel zum Bestimmen von Prozessparametern des Prozesses zur Ausbil dung von Öffnungen in nachfolgenden Produktsubstraten zu dienen.

23. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug mit einem Speicherelement zum Speichern von Spannungskontrastwerten von entsprechenden Öffnungen der Muster als Referenzwerte verbunden ist.

24. Das Verfahren nach Anspruch 23, wobei das Spannungskontrastinspektionswerk zeug und das Speicherelement mit einer Steuerungseinheit zum Ausführen des Vergleichsschritts und des Ermittelungsschritts verbunden sind.

25. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei zwei oder mehr Muster mit identischer Struktur auf dem Substrat an zumindest einer mittleren Position und zumindest ei ner Randposition gebildet sind.

26. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei zumindest zwei vorbestimmte Muster mit identischer Struktur auf dem Substrat gebildet und miteinander verglichen werden.

27. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Referenzbild vor dem Abscheiden der dielektrischen Materialschicht gespeichert wird.

28. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Vergleich durchgeführt wird, indem ein aus dem Referenzbild erhaltener Kontrastschwellwert festgelegt wird und bestimmt wird, ob ein Kontrastwert von entsprechenden Öffnungen der vorbestimmten Muster den Kontrastschwellwert überschreitet.

29. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei mehrere unterschiedliche Graustufen des Spannungskontrastbildes des vordefinierten Musters mit entsprechenden unter schiedlichen Mengen verbleibenden dielektrischen Materials an der Unterseite der Öffnung in Beziehung gesetzt werden.

30. Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei zumindest eine der mehreren unterschied lichen Graustufen mit einem absoluten Tiefenwert der Öffnung durch Ausführen ei ner Querschnittsanalyse der vorbestimmten Muster verknüpft ist.

31. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei zumindest eines der mindestens zwei vor definierten Muster mit einem Referenzbild verglichen wird.

32. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei ein Vergleich durchgeführt wird, indem ein aus einem der zumindest zwei vordefinierten Muster erhaltener Kontrastschwellwert festgelegt wird, und bestimmt wird, ob ein Kontrastwert von entsprechenden Öff nungen des anderen der zumindest zwei vordefinierten Muster den Kontrast schwellwert überschreitet.

33. Verfahren zum Überwachen eines Parameters in einem Ätzvorgang, mit:
Bereitstellen mehrerer Substrate, wobei jedes zumindest ein Testmuster mit mehre ren Öffnungen in einer dielektrischen Materialschicht aufweist, wobei das Testmus ter während des Ätzvorganges gebildet wird;
Bereitstellen eines Spannungskontrastinspektionswerkzeuges;
Erzeugen eines ersten Spannungskontrastbildes des zumindest einen Testmusters eines ersten Substrats der mehreren Substrate;
Erzeugen eines zweiten Spannungskontrastbildes des zumindest einen Testmus ters eines zweiten Substrats der mehreren Substrate; und
Vergleichen der ersten und zweiten Spannungskontrastbilder miteinander, um zu bestimmen, ob eine Verschiebung eines Ätzprozessparameters aufgetreten ist.

34. Verfahren zum Überwachen eines Parameters in einem Ätzprozess, mit:
Bereitstellen eines Spannungskontrastinspektionswerkzeuges;
Bereitstellen mehrerer Substrate, wobei jedes zumindest ein Testmuster mit mehre ren Öffnungen in einer dielektrischen Materialschicht aufweist, wobei das Testmus ter während des Ätzvorganges gebildet wird;
Speichern von Spannungskontrastwerten eines der Testmuster als ein Referenzbild;
Erzeugen eines ersten Spannungskontrastbildes des zumindest einen Testmusters eines ersten Substrats der mehreren Substrate;
Erzeugen eines zweiten Spannungskontrastbildes des zumindest einen Testmus ters eines zweiten Substrats der mehreren Substrate;
Vergleichen der ersten und zweiten Spannungskontrastbilder mit dem Referenzbild, um zu bestimmen, ob eine Verschiebung eines Ätzprozessparameters aufgetreten ist.