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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die bei der Herstellung von integrierten
Schaltungselementen 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.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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DE 198 60 704 A1 offenbart
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung fehlerhafter Kontakte
bei Halbleiterbauelementen. Die Kontakte werden unter Verwendung
von digitalisierten Werten von Elektronensignalen, die unter Verwendung
eines Rasterelektronenmikroskops erfaßt werden, geprüft. Dabei
können
Fehler, wie zum Beispiel nicht offene Kontaktöffnungen erkannt werden. Die Überprüfung erfolgt
durch Vergleich von einer Einheitsfläche mit zumindest einer Kontaktöffnung erfassten
Elektronensignalwerte mit Werten, die einem normalen Kontakt entsprechen.
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US 5,953,579 A offenbart
ein Verfahren zum Prüfen
von Kontaktöffnungen
von Halbleiterbauteilen auf einem Wafer. Der Wafer wird mittels
eines Rasterelektronenmikroskops und dem Vergleich von Kontrastunterschieden
von Kontaktöffnungsbereichen
geprüft,
um daraus abzuleiten, ob das Bilden der Kontaktöffnung korrekt durchgeführt wurde.
Die Prüfung
der Kontaktlöcher
wird durch einen Vergleich eines zentralen Kontaktlochbereichs mit
seinen Randbereichen durchgeführt.
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DE 100 00 365 A1 offenbart,
Defekte in einem strukturierten Substrat durch Prüfung mit
einem Ladungsteilchenstrahl-Prüfwerkzeug
nachzuweisen, das ein Bild eines Abschnitts des strukturierten Substrats
erzeugt. Das Bild wird mit einer Referenz verglichen.
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Viele
Herstellungsprozesse bei der Produktion von integrierten Halbleiterschaltungen
(ICs) beinhalten der Reihe nach die Bildung von Materialschichten
auf der Waferoberfläche,
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 gebildet, 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 Allgemeinen
liefern diese Plasmaätztechniken
eine bedeutend höhere Ätzrate in
der vertikalen 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 Parametern
bestehen, ist es schwierig, die durchschnittliche Ätzrate eines
beliebigen Ätzprozesses
zu berechnen, um die Zeit oder die Dauer zu bestimmen, mit der der Ätzvorgang
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 modernen VLSI-Elementen,
wobei Öffnungen mit
einem großen
Aspektverhältnis
in einer dicken 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 Veränderungen der Ätzbedingungen
und der komplexen gegenseitigen Abhängigkeiten der Parameter leicht
driften können,
ständig
neu zu justieren. Beispielsweise führt das Anwachsen der Menge
der Kontaminationsstoffe in der Prozesskammer, das von der Anzahl
der bereits geätzten
Wafer abhängt,
zu einer subtilen Veränderung
der Bedingungen in dem Ätzprozess.
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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 einige einzelne Proben von dem Testwafer, vorzugsweise am
Rand und der Mitte, gespalten und mit dem SEM inspiziert. Im Allgemeinen
findet die Präparierung des
Testwafers und die SEM-Inspektion außerhalb des Reinraumes, d.
h. außerhalb
des Herstellungsbereiches, statt. In der Zwischenzeit kann die Ätzanlage
zur Verwendung im Produktionsprozess 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 beansprucht typischerweise zumindest einige Stunden.
Eine entsprechende Verzögerung
bei der Produktion trägt
deutlich zu den Produktionskosten 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 weiteren Prozessablauf
dieses Wafer erforderlichen Ätzspezifikationen
genügen.
Daher trägt
in beiden Fällen
die herkömmliche
Verfahrenstechnik mit Bezug zur Ätztiefenanalyse
wesentlich zu den Gesamtherstellungskosten bei der Produktion von
VLSI-Elementen bei.
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Angesichts
der oben erwähnten
Probleme besteht daher ein Bedarf für eine verbesserte Messtechnologie
zur Inspizierung der Tiefen von in einer dielektrischen Materialschicht
gebildeten Öffnungen.
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren, die einige
oder alle der zuvor genannten Probleme löst oder zumindest verringert.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Inspizierung einer Tiefe einer Öffnung in
einer dielektrischen Materialschicht gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
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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 Inspektionswerkzeug
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 mehreren Stunden oder mehr in herkömmlichen Verfahren erhalten
werden. Wenn mehrere Muster über
die gesamte Oberfläche
des Testwafers verteilt sind, kann eine große Informationsmenge 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 präparieren,
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 herkömmlichen Verfahrenstechnologie der
Fall ist, woraus eine erhöhte
Ausbeute zuverlässiger
Produkte resultiert, wobei ferner die zu Ermittlung der Inspektionsergebnisse
erforderliche Zeit deutlich verringert ist. Ein weiterer Vorteil
der vorliegenden Erfindung beruht darin, dass das Verfahren auf
kommerziell verfügbare
Spannungskontrastanlagen anwendbar ist, die zunehmend als Inspek tionswerkzeuge
in einer Prozesslinie in einer Halbleiterfabrik an Bedeutung gewinnen,
so dass in vielen Fabriken eine Spannungs kontrastinspektionsanlage
innerhalb des Reinraumes 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, insbesondere unterschiedliche Ätzstopptiefen der Öffnungen
zu unterschiedlichen Spannungskontrastpegeln, 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 Spannungskontrastbilder zu erhalten, die den komplexen
Strukturen auf dem Produktwafer, der nach dem Freigeben der betrachteten Prozessanlage
zu prozessieren ist, entsprechen können. Da die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren inspizierten
Wafer nicht mehr gespalten werden müssen, ist es nun möglich, benutzte
Testwafer für
eine wiederholte Verwendung erneut zu bearbeiten. Ferner können ein
oder mehrere Produktwafer innerhalb eines Loses bzw. einer Charge
mit einer Testchipfläche
versehen werden, die ein Testmuster aufweist, so dass eine Parameterverschiebung über mehrere Produktwaferlose
hinweg kontinuierlich überwacht werden
kann, ohne dass ein Testwafer verwendet wird.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen sind
in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese
mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
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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
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2 schematisch
geeignete Stellen für Testmuster,
um die Tiefe von Öffnungen über einen gesamten
Halbleiterwafer hinweg gemäß der vorliegenden
Erfindung zu inspizieren.
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Anzumerken
ist, dass die in den Figuren gezeigten Abmessungen nicht maßstabsgetreu
sind und insbesondere der Einfachheit willen die Strukturgrößen der Öffnungen übertrieben
dargestellt sind.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird mit Bezug zur Qualitätseinstufung
von Ätzanlagen
beschrieben, die in kritischen Ätzprozessen
bei der Herstellung von Halbleiterelementen eingesetzt wird, etwa
beispielsweise bei der Bildung lokaler Zwischenverbindungen, wobei Öffnungen
mit einem großen
Aspektverhältnis
in einem dicken dielektrischen 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 Wesentlichen
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 Siliziumoxydschicht
in genauer Weise steuerbar ist. Anschließend wird eine Fotolackschicht
abgeschieden und mittels Fotolithografie in einer dem Fachmann bekannten
Art und Weise strukturiert.
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Anschließend wird
der Testwafer mit dem fotolithografisch strukturieren Testmuster
in der Ätzanlage
prozessiert, für
die die Ätztiefe
des Prozesses steuernden Prozessparameter zu überprüfen sind. Nachdem der betrachtete Ätzprozess
mit dem Testwafer durchgeführt
ist, wird der Testwafer zu einem Spannungskontrastinspektionswerkzeug
gebracht, das vorzugsweise innerhalb des Reinraumes vorgesehen ist,
und noch bevorzugterweise in der Nähe der Ätzanlage ist, um die Transportzeit
des Testwafers zu minimieren. Erfindungsgemäß können eine Vielzahl von Spannungskontrastanlagen
verwendet werden, etwa Rasterelektronenmikroskope unterschiedlicher
Arten, die ein Vorspannen des Substrats ermöglichen.
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Es
sollte erwähnt
werden, dass der Testwafer aus einem elektrisch leitenden Substrat,
etwa leicht dotiertem Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermate rial
aufgebaut 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 zusätzliche Ätzstoppschichten,
die für
gewöhnlich
beim Prozessieren der Produktwafer vorgesehen sind, ebenfalls vor
der Bildung der dielektrischen Schicht auf dem Testwafer abgeschieden
werden.
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In 1 bezeichnet
Bezugszeichen 1 eine schematische Darstellung, in der eine Öffnung 2,
die sich bis hinunter zu einem Siliziumsubstrat 4 erstreckt,
in einer dicken dielektrischen Materialschicht 3 gebildet
ist. Bezugszeichen 10 kennzeichnet eine schematische 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.
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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 Spannungskontrastinspektionsverfahren 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 Spannungskontrastinspektionswerkzeug,
das ein Rasterelektronenmikroskop sein kann, emittierten Elektronen,
so dass ein Teil der Elektronen über
das durch Erdung oder positive 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 vollständig anderes Spannungskontrastbild,
das in deutlicher Weise eine nicht ausreichende Öffnungstiefe und damit eine
Parameterabweichung im Ätzvorgang
anzeigt.
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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. unterschiedlichen 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
dielektrischen Materialien und eine Vielzahl von Schichtdicken eines
dielektrischen Materials durchgeführt werden. Durch Vergleich
mit wenigen Testwafern, die zuvor mittels des Spannungskontrastinspektionsverfahrens
untersucht worden sind, mit einer anschließenden 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
reproduzierbar sind, ist eine derartige quantitative Kalibrierung über eine
lange Zeitdauer hinweg „stabil”, und es
werden nicht viele Testwafer benötigt,
die einer teueren Querschnittsanalyse zu unterziehen sind.
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Kontrastspannungswerte,
die sich auf ein ideales Testmuster beziehen, können in einer Datenbank oder
in einer Referenztabelle gespeichert werden, die in Form eines Speicherbausteins
innerhalb des Spannungskontrastinspektionswerkzeuges oder als ein
externes Gerät,
das mit dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug mittels einer geeigneten Schnittstelleneinrichtung,
wie dies im Stand der Technik gut bekannt ist, ver bunden wird, vorgesehen werden.
Im Falle, dass ein automatisches Fabrikanlagenmanagementsystem 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 Referenzspannungskontrastbild
in einer Datenbank gespeichert ist, auf die das automatische Fabrikanlagenmanagementsystem
zugreifen kann. Wie zuvor erwähnt
wurde, umfassen die Datenbank oder die Referenztabelle ebenfalls
absolute Tiefenwerte, die mittels Querschnittsanalyse einiger weniger
Testwafer erhalten worden sind, um die Ergebnisse der Spannungskontrastinspektion
mit Absolutwerten in Beziehung zu setzen.
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Nach
dem Abtasten des Testmusters, das in etwa 5 bis 50 Minuten für eine Musterfläche 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 durchgeführt werden,
derart, dass ein Schwellwert im Voraus festgelegt wird, und ein Überschreiten
des Schwellwertes somit eine nicht ausreichende Tiefe der Öffnung anzeigt.
Die Ergebnisse der Spannungskontrastinspektion können ebenfalls einem Bediener
angezeigt werden, der dann wiederum bestimmt, ob die Tiefe der Öffnungen
den Prozessanforderungen genügt
oder nicht. Wie zuvor erläutert
wurde, steht die Tiefe der Öffnung
mit der Ätzrate der Ätzanlage
und damit den Prozessparametern in Beziehung, die ihrerseits erneut
eingestellt werden, wenn der Vergleich eine nicht ausreichende Tiefe
der Öffnungen
ergibt. Für
diesen Zweck hat man eine Abhängigkeit
zwischen einem Grauwert des Spannungskontrastbildes und dem entsprechenden
verbleibenden dielektrischen Material, das noch die Unterseite der Öffnungen
bedeckt. Insbesondere wenn ein automatisches Fabrikanlagenmanagementsystem
vorgesehen ist, können
die Analyse des Spannungskontrastbildes und die erneute Einstellung
der Prozessparameter automatisch durchgeführt werden, so dass eine Art
von Rückkopplungs-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 Überwachung 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
erneuten Einstellen der Prozessparameter zu analysieren.
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2 zeigt
schematisch einen Testwafer, auf dem fünf Testmuster, wie sie in 1 gezeigt 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, erfordert weniger als 60 Minuten Messzeit,
wobei die Messdaten fünf
unterschiedliche Stellen auf dem Wafer repräsentieren. Im Vergleich dazu
erfordert die herkömmliche
Querschnittsanalyse 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 werden 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 Prozess
selbst an besonders kritischen Stellen, beispielsweise an darunter
liegenden Rändern überwacht
werden kann.
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Wie
zuvor erläutert
wurde, werden die erhaltenen Spannungskontrastwerte der einzelnen Öffnungen
mit absoluten Tiefenwerten, die durch eine zuvor ausgeführte zusätzliche
Querschnittsanalyse einiger weniger Testproben erhalten worden sind,
in Beziehung gesetzt. 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 Referenzbild
in der Datenbank oder der Referenztabelle, oder einem ausgewählten Referenzbild
auf dem Testwafer, direkt entsprechende Werte für einen oder mehrere Parameter
des Ätzprozesses
liefern. Da ferner die Messzeit für ein einzelnes Testmuster
erfindungsgemäß kurz ist,
kann ein entsprechendes Testmuster, das auf jedem Produktwafer vorgesehen wird,
gestaltet werden, so dass ein oder mehrere Produktwafer des gleichen
oder unterschiedlicher Lose bzw. Chargen miteinander verglichen
werden können.
Dies erlaubt eine kontinuierliche Überwachung möglicher
Abweichung von Prozessparametern 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
anstatt eines Testmusters auf anderen Produktwafern verglichen.
Eine Kalibrierung hinsichtlich der absoluten Tiefe der Öffnungen
in dem Testmuster wird in dergleichen Weise, wie sie zuvor beschrieben wurde,
durchgeführt.
Auf diese Weise kann zusätzliche
Information über
den Ätzvorgang
erhalten werden, da ein Testmuster, d. h. eine Testchipfläche auf dem
Produktwafer die gleiche Struktur wie die tatsächlichen „Produktchipflächen” 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,
Parameterwerte, wie etwa die Selektivität zu der darunter liegenden Ätzstopschicht
oder Schichten, aus den Messdaten erhalten werden. Es sollte erwähnt werden,
dass Ätzstopschichten
ebenfalls auf einem Testwafer gebildet werden können, wenn das erfindungsgemäße Messverfahren
mit separaten Testwafern anstelle von Produktwafern durchgeführt wird.
Um ein benötigtes
hohes Vakuum in dem Spannungskontrastinspektionswerkzeug, typischerweise
ein SEM, aufrechtzuerhalten, kann der Fotolack vor der Abtastung
des Wafers entfernt werden.
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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 Referenzkontrastwerte
als Datenbank oder als Referenztabelle in einem Speicherelement
derart gespeichert, 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 Beziehung setzen. Ferner werden absolute Tiefenwerte
den entsprechenden Graustufen des Spannungskontrastbildes zugewiesen,
indem die Ergebnisse einer Querschnittsanalyse 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 automatisches Wafermanagementsystem in der Halbleiterfabrik
installiert ist, wird das Spannungskontrastinspektionswerkzeug vorteilhafterweise
mit dem automatischen Managementsystem verbunden, so dass die Messergebnisse
so überwacht
und verarbeitet werden, um Prozessparameter automatisch zu rejustieren,
so das die Produktqualität
und der Waferdurchsatz optimiert sind.