DE10149885A1

DE10149885A1 - Testwafer und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10149885A1
Application number: DE10149885A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-11
Also published as: US6797981B2; US20030068835A1; DE10149885B4

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Testwafer insbesondere zur Überwachung von Inspektionsanlagen für die Halbleiterfertigung bereitgestellt, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, wobei der Testwafer in eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Chipfeldern unterteilt ist. Der erfindungsgemäße Testwafer ist dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zumindest einen ersten Typ von Strukturen, die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und zumindest einen zweiten Typ von Strukturen, die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeld-periodisch angeordnet sind, aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Testwafer sowie ein Verfahren zur Herstellung von Testwafern. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Testwafer, die programmierte Defekte, bevorzugt mit einer Topologie, aufweisen.
Die Bewertung der Stabilität von Inspektionsanlagen zur Messung von Defektdichten in der Halbleiterfertigung geschieht üblicherweise mittels standardisierter Inspektionen auf Testwafern, die programmierte Defekte enthalten. Die Defekte sind in der entsprechenden Lithographiemaske bereits programmiert und werden auf den Testwafer übertragen. Durch den Herstellungsprozess bedingt handelt es sich bei diesen Defekten jedoch um Strukturdefekte ohne Topologie. Da normalerweise Strukturdefekte schwieriger zu detektieren sind, als aufliegendes Material mit Topologie, ist dies kein Problem. Die Tests werden ja an den kritischeren Defekttypen durchgeführt. Sind diese Tests innerhalb der Spezifikation, dann ist die Inspektionsanlage in jedem Fall auch in der Lage die unkritischeren aufliegenden Defekte zu detektieren.
Um ein effektives Anlagenmonitoring der Einzelprozessanlagen zu gewährleisten kommen in letzter Zeit in verstärktem Masse neue Inspektionsanlagen auf den Markt, die selektiv empfindlich auf aufliegendes Material sind und die, technologisch bedingt, Strukturdefekte nur unvollständig oder mit sehr großem Aufwand detektieren können. Diese Inspektionsanlagen nutzen die Strahlung, die von topologischen Defekten auf der Waferoberfläche reflektiert oder gestreut wird, wenn die Waferoberfläche beispielsweise mit einem oder mehreren Lasern bestrahlt wird. Da bei einem derartigen Verfahren die gesamte Waferoberfläche untersucht wird, ergibt sich eine sehr große Datenmenge, die durch geeignete Algorithmen auf ein handhabbares Maß reduziert werden muß. Üblicherweise werden dazu alle Signale, die eine Periode aufweisen, die der Periode der einzelnen Chips auf dem Wafer entspricht, aus den Meßdaten entfernt. Dabei geht man davon aus, daß beispielsweise Staubkörner, die auf verschiedenen Chips angeordnet sind, nicht an den jeweils gleichen Stellen auf den Chips angeordnet sind, so daß eine periodische Anordnung der Staubkörner ergeben würde.
Um derartige Inspektionsanlagen hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit und Stabilität zu überwachen, werden in der Regel Produktwafer verwendet, die aus dem Produktionsprozess entnommen werden. Dieses Vorgehen bringt jedoch eine Reihe von Nachteilen mit sich. Die zu Testzwecken eingesetzten Produktwafer haben im Produktionsprozess in der Regel eine Lebensdauer von etwa 4 Monaten. Danach sind sie meistens derart kontaminiert, dass sie durch neue Wafer ersetzt werden müssen. Da Produktwafer relativ teuer sind, ergeben sich somit deutlich erhöhte Testkosten. Darüber hinaus ist jede Produktscheibe hinsichtlich ihrer Defekte einzigartig. Dies hat zur Folge, daß kein stabiles Monitoring mit einheitlichen Spezifikationen an baugleichen Inspektionsanlagen durchgeführt werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Testwafer sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zustellen, der die genannten Schwierigkeiten deutlich vermindert bzw. ganz vermeidet.

Diese Aufgabe wird von dem Testwafer gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie dem Verfahren zur Herstellung eines Testwafers gemäß dem unabhängigen Patentanspruchs 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Erfindungegemäß wird ein Testwafer insbesondere zur Überwachung von Inspektionsanlagen für die Halbleiterfertigung bereitgestellt, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, wobei der Testwafer in eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Chipfelder unterteilt ist. Der erfindungsgemäße Testwafer ist dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zumindest einen ersten Typ von Strukturen, die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und zumindest einen zweiten Typ von Strukturen, die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeld- periodisch angeordnet sind, aufweist.

Weiterhin wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Testwafer bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:

a) ein Substrat wird bereitgestellt,
b) eine Photolackschicht wird aufgebracht,
c) eine erste Bestrahlung der Photolackschicht wird mit einer ersten Maske, die einem ersten Typ von Strukturen entspricht, chipfeld-periodisch durchgeführt,
d) eine zweite Bestrahlung der Photolackschicht wird mit zumidest einer zweiten Maske, die einem zweiten Typ von Strukturen entspricht, nicht chipfeld-periodisch durchgeführt,
e) die Photolackschicht wird zu einer Lackmaske entwickelt,
f) entsprechend der Lackmaske werden Strukturen erzeugt, so daß der Testwafer zumindest einen ersten Typ von Strukturen, die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und zumindest einen zweiten Typ von Strukturen, die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeldperiodisch angeordnet sind, aufweist.

Der erfindungsgemäße Testwafer besitzt den Vorteil, daß mit seiner Hilfe ein stabiles und reproduzierbares Monitoring mit einheitlichen Spezifikationen an baugleichen Inspektionsanlagen, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, gewährleistet werden kann. Dabei kann mit dem erfindungsgemäßen Testwafer nicht nur das "physikalische" Verhalten der Inspektionsanlagen sondern auch die Arbeitsweise der verwendeten Algorithmen zur Datenreduktion überprüft werden. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Testwafer mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren mittels weitgehend standardisierter Prozeßschritte einfach und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere können die unterschiedlichen Typen von Strukturen nach Erzeugung der Lackmaske in einem einzigen Prozeßablauf gemeinsam erzeugt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern mit jeweils mehreren Chipfeldern unterteilt und die Strukturen vom zweiten Typ sind nicht stepperfeld-periodisch angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strukturen vom ersten Typ als Erhebungen über die Waferoberfläche ausgebildet. Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Strukturen vom zweiten Typ als Erhebungen über die Waferoberfläche ausgebildet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strukturen vom ersten und vom zweiten Typ aus dem gleichen Material gebildet. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Strukturen vom ersten und vom zweiten Typ aus Silizium oder Siliziumoxid gebildet sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strukturen vom zweiten Typ zumindest zwei unterschiedliche laterale Ausdehnungen aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern mit jeweils mehreren Chipfeldern unterteilt und in Schritt c) werden alle Chipfelder eines Stepperfelds gleichzeitig bestrahlt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern mit jeweils mehreren Chipfeldern unterteilt und in Schritt d) wird jeweils nur ein Chipfeld eines Stepperfelds bestrahlt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zumindest eine Hilfsschicht, bevorzugt Siliziumnitrid, vorgesehen und in Schritt f) werden in der Hilfsschicht entsprechend der Lackmaske Öffnungen erzeugt und eine selektive Matrialabscheidung wird durchgeführt, so daß im wesentlichen nur in den Öffnungen der Hilfsschicht Material abgeschieden wird. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn eine selektive Silizium- oder eine selektive Siliziumoxidabscheidung durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1-6 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Testwafers.
Fig. 1 zeigt als Ausgangspunkt des Verfahrens einen Halbleiterwafer 1, beispielsweise einen Siliziumwafer, der von einer Hilfsschicht 2 (Fig. 2), bevorzugt einer Siliziumnitridschicht, bedeckt ist. Weiterhin ist der Halbleiterwafer 1 in Chipfelder 3 und Stepperfelder 4 unterteilt. Je nach Anordnung der Stepperfelder 4 auf dem Halbleiterwafer 1 umfassen die Stepperfelder 4 unterschiedlich viele Chipfelder 3. Die Chipfelder entsprechen dabei den Gebieten, an denen schließlich die vollständigen Chips erzeugt werden. Die Stepperfelder entsprechen den Gebieten, die üblicherweise bei einer Belichtung mit einem sogenannten "Stepper" gleichzeitig belichtet werden. Im vorliegenden Beispiel umfaßt ein Stepperfeld 4 in der Regel sechs Chipfelder 3.
Auf das Halbleitersubstrat 1 und die Hilfsschicht 2 wird eine Photolackschicht 5 aufgebracht, die nachfolgend einer Art "Doppelbelichtung" ausgesetzt wird. Dazu wird eine erste Bestrahlung der Photolackschicht 5 mit einer ersten Maske, die einem ersten Typ von Strukturen entspricht, chipfeldperiodisch durchgeführt. Ein Stepper fährt nacheinander die einzelnen Stepperfelder 4 ab und bestrahlt gleichzeitig alle Chipfelder 3 eines Stepperfelds 4.
Die hierfür eingesetzte Maske enthält sechs identische Felder mit einem üblichen Design, welches an den Stellen, an denen später die programmierten Defekte (Strukturen vom zweiten Typ) sein sollen, freies Gebiet (d. h. das Nitrid bleibt stehen) enthält. Es wird kein sogenannter "Hardbake" der Photolackschicht durchgeführt, damit ein zweiter Lithoschritt gleich anschliessend durchgeführt werden kann.
Dementsprechend wird eine zweite Bestrahlung der Photolackschicht mit zumidest einer zweiten Maske (Fig. 3), die einem zweiten Typ von Strukturen entspricht, nicht chipfeld-periodisch durchgeführt. Dazu wird eine Maske 6 derselben Grösse wie die Maske des ersten Lithoschrittts verwendet, die ebenfalls sechs Felder 7 umfaßt. Im Gegensatz zu der ersten Maske besitzt die zweite Maske 6 jedoch keine identischen Felder 7, sondern die Felder 7 weisen ihre Öffnungen 8 an jeweils anderen Stellen auf. Darüber hinaus besitzen die Öffnungen 8 unterschiedliche Durchmesser, so daß die damit erzeugten Strukturen vom zweiten Typ unterschiedliche laterale Ausdehnungen aufweisen.
Die Bestrahlung mit Hilfe der zweiten Maske wird auf die erste Lithoebene justiert. Die programmierten Defekte liegen dann auf den freien Gebieten des ersten Lithoschritts. Sie können nun auf die gewünschten Stepperfelder 4 geprintet werden. Um sogenannte "Repeaterstrukturen" bei den programmierten Defekten zu vermeiden, wird nun jedoch bei jedem Stepperfeld 4 nur ein Chipfeld 3 bestrahlt. Insgesamt werden dabei nur soviele Stepperfelder 4 bestrahlt wie das zweite Maske 6 Felder 7 enthält. Ein entsprechendes Bestrahlungsmuster ist in Fig. 4 gezeigt.
Anschließend wird die so bestrahlte Photolackschicht 5 entwickelt, so daß die in Fig. 2 gezeigte Lackmaske erzeugt wird, welche Öffnungen 9, welche den Strukturen vom ersten Typ entsprechen, und Öffnungen 10, welche den Strukturen vom zweiten Typ entsprechen, enthält. Die sich daraus ergebende Struktur ist in Fig. 2 gezeigt.
Nachfolgend wird die Hilfsschicht 2 durch eine anisotrope Ätzung unter Verwendung der Lackmaske 5 strukturiert und die Lackmaske 5 entfernt. Die sich daraus ergebende Struktur ist in Fig. 5 gezeigt. Anschließend wird eine selektive Materialabscheidung durchgeführt, so daß im wesentlichen nur in den Öffnungen der Hilfsschicht 2 Material abgeschieden wird. Dabei ist es insbesondere bevorzugt, wenn eine selektive Silizium- oder eine selektive Siliziumoxidabscheidung durchgeführt wird. Die sich daraus ergebende Struktur ist in Fig. 6 gezeigt.
Der so hergestellte Testwafer enthält dementsprechend einen ersten Typ von Strukturen 11, die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und einen zweiten Typ von Strukturen 12, die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeldperiodisch angeordnet sind. Dabei sind beide Typen von Strukturen jeweils als Erhebungen über die Waferoberfläche ausgebildet und können daher von Inspektionsanlagen, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, gut detektiert werden.
Der erfindungsgemäße Testwafer besitzt den Vorteil, daß mit seiner Hilfe ein stabiles und reproduzierbares Monitoring mit einheitlichen Spezifikationen an baugleichen Inspektionsanlagen, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, gewährleistet werden kann. Dabei kann mit dem erfindungsgemäßen Testwafer nicht nur das "physikalische" Verhalten der Inspektionsanlagen sondern auch die Arbeitsweise der verwendeten Algorithmen zur Datenreduktion überprüft werden.

Claims

1. Testwafer, insbesondere zur Überwachung von Inspektionsanlagen für die Halbleiterfertigung, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, wobei der Testwafer in eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Chipfelder (3) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zumindest einen ersten Typ von Strukturen (11), die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und zumindest einen zweiten Typ von Strukturen (12), die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeldperiodisch angeordnet sind, aufweist.

2. Testwafer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern (4) mit jeweils mehreren Chipfeldern (3) unterteilt ist und die Strukturen vom zweiten Typ (12) nicht stepperfeld-periodisch angeordnet sind.

3. Testwafer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen vom ersten Typ (11) als Erhebungen über die Waferoberfläche ausgebildet sind.

4. Testwafer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen vom zweiten Typ (12) als Erhebungen über die Waferoberfläche ausgebildet sind.

5. Testwafer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen vom ersten und vom zweiten Typ (11, 12) aus dem gleichen Material gebildet sind.

6. Testwafer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen vom ersten und vom zweiten Typ (11, 12) aus Silizium oder Siliziumoxid gebildet sind.

7. Testwafer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen vom zweiten Typ (12) zumindest zwei unterschiedliche laterale Ausdehnungen aufweisen.

8. Verfahren zur Herstellung eines Testwafer, insbesondere zur Überwachung von Inspektionsanlagen für die Halbleiterfertigung, die auf der Analyse von gestreuter oder reflektierter Strahlung basieren, wobei der Testwafer in eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Chipfelder (3) unterteilt ist, mit den Schritten:

a) ein Substrat (1) wird bereitgestellt,

b) eine Photolackschicht (5) wird aufgebracht,

c) eine erste Bestrahlung der Photolackschicht wird mit einer ersten Maske, die einem ersten Typ von Strukturen (11) entspricht, chipfeld-periodisch durchgeführt,

d) eine zweite Bestrahlung der Photolackschicht wird mit zumidest einer zweiten Maske, die einem zweiten Typ von Strukturen (12) entspricht, nicht chipfeldperiodisch durchgeführt,

e) die Photolackschicht wird zu einer Lackmaske (5) entwickelt,

f) entsprechend der Lackmaske (5) werden Strukturen erzeugt, so daß der Testwafer zumindest einen ersten Typ von Strukturen (11), die chipfeld-periodisch angeordnet sind, und zumindest einen zweiten Typ von Strukturen (12), die an vorgegebenen Stellen auf dem Testwafer nicht chipfeld-periodisch angeordnet sind, aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern (4) mit jeweils mehreren Chipfeldern (3) unterteilt ist und in Schritt c) alle Chipfelder (3) eines Stepperfelds (4) gleichzeitig bestrahlt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Testwafer zusätzlich in eine Vielzahl von Stepperfeldern (4) mit jeweils mehreren Chipfeldern (3) unterteilt ist und in Schritt d) jeweils nur ein Chipfeld (3) eines Stepperfelds (4) bestrahlt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Hilfsschicht (2) vorgesehen ist und in Schritt f) in der Hilfsschicht (2) entsprechend der Lackmaske (5) Öffnungen (9, 10) erzeugt werden und eine selektive Matrialabscheidung durchgeführt wird, so daß im wesentlichen nur in den Öffnungen (9, 10) der Hilfsschicht (2) Material abgeschieden wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine selektive Silizium- oder eine selektive Siliziumoxidabscheidung durchgeführt wird.