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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erweitern von Limitierungen
für Strukturweiten
beim Herstellungsprozess von auf einen Halbleiterwafer abzubildenden
Strukturen auf Fotomasken, um bei einer Abweichung einer auf der
Fotomaske vorzusehenden ersten Strukturweite von einem ersten Sollwert,
sich durch die Abweichung ergebende Einschränkungen von Toleranzen von
auf der Fotomaske vorzusehenden weiteren Strukturweiten zu reduzieren.
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Eine
Fotomaske weist ein transparentes Substrat, das mit Abschirmmustern
aus einem Licht absorbierenden Material bedeckt ist, auf. Das in
dem absorbierenden Material der Fotomaske eingeprägte Muster
wird mittels einer lithographischen Abbildungsvorrichtung auf einen
Halbleiterwafer zur Ausbildung von Mikrostrukturen abgebildet. Aus
den Mikrostrukturen können
beispielsweise integrierte Halbleitervorrichtungen, wie etwa ein
DRAM (Dynamic Random Access Memory)-Speicherbaustein hervorgehen.
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Die
Fotomaske wird von einem Maskenhersteller, an den Informationen über die
Spezifikation der Fotomaske zu übergeben
sind, produziert. Auf einer Fotomaske können verschiedene Strukturen
vorgesehen sein, die sich in ihrer Dimensionierung, beispielsweise
in Länge
und Breite, unterscheiden können.
Da eine Fotomaske eine Vielzahl von unterschiedlichen Strukturen
aufweisen kann, werden stellvertretend eine oder mehrere kritische
Strukturen festgelegt und bezüglich
ihrer Maßhaltigkeit
für den Maskenherstellprozess
spezifiziert. Dabei werden den kritischen Strukturen Strukturweiten
zugeord net, die mittels sogenannter Messpunkte charakterisiert werden.
Die Strukturweite kann einer zu vermessenden Länge oder einer Breite einer
Struktur entsprechen.
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Im
Lehrbuch "Fotolithographie,
Grundlagen und Anwendungen in der Halbleitertechnologie" von Fedotov/Pohl,
1. Auflage, Verlag Technik, Berlin 1974 wird die beugungsbedingte
Abhängigkeit
der abgebildeten Strukturgröße im Fotoresist
während
des Lithographieprozesses beschrieben.
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In
der 1 ist ein Ausschnitt
aus einer Fotomaske 3 mit einer Rechteckstruktur, die mittels zweier
Strukturweiten (1, 2) charakterisiert wird, dargestellt.
Die erste Strukturweite 1 entspricht der Breite und die
zweite Strukturweite 2 der Länge der in der 1 dargestellten weißen Rechtecke. Dem Maskenhersteller
werden ein auf der Fotomaske anzustrebender erster Sollwert 1a für die erste
Strukturweite 1 und ein anzustrebender zweiter Sollwert 2a für die zweite
Strukturweite 2 mitgeteilt. Diese Sollwerte 1a, 2a können direkt
und unabhängig
voneinander aus den geometrischen Entwurfsdaten, im weiteren Fotomaskendesign
genannt, abgeleitet werden. In der 1 ist
der erste Sollwert 1a und der zweite Sollwert 2a durch
den jeweils mittleren Pfeil in den Rechtecken gekennzeichnet. Die
Pfeile a und b in der 1 deuten
die maximal zulässigen
Abweichungen nach oben und nach unten vom jeweiligen Sollwert 1a, 2a an.
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Die
maximal zulässigen
Abweichungen vom Sollwert werden beispielsweise empirisch durch
lithographische Belichtungsreihen ermittelt. Dafür werden Variationen in der
Länge bzw.
Breite der als für
die Abbildungstreue am kritischsten betrachteten Strukturweite,
in der Regel ist es die kleinste Strukturweite, mit entsprechend
in der Abbildungsvorrichtung angepassten Belichtungsparametern auf
ein auf dem Halbleiterwafer zu erreichendes Zielmaß belichtet. Diejenigen
Abweichungen nach oben und nach unten, jenseits derer sich mittels
einer Anpassung von Belichtungsparametern das Zielmass auf dem Halbleiterwafer
nicht mehr erreichen lässt,
geben die oberen und unteren Toleranzgrenzen an. Es werden also aus
dem sich ergebenden Lithographieprozessfenster die obere und untere Toleranzgrenze
für die
Strukturweite abgeleitet. Aus der Toleranz für die kritische Strukturweite
lassen sich die zulässigen
Toleranzen für
die anderen Strukturweiten bestimmen. Unter Toleranz ist hier ein
Toleranzbereich, also der Abstand zwischen oberer und unterer Toleranzgrenze
zu verstehen.
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In
einem realen Lithographieprozess gibt es in der Regel nur ein Zielmaß auf dem
Halbleiterwafer, worauf der Abbildungsprozess eingestellt und worauf mittels
einer Belichtungsdosisanpassung gezielt wird. In dem in der 1 beschriebenen Beispiel
ist der ersten Strukturweite das Zielmaß auf dem Halbleiterwafer zugeordnet,
da es sich in diesem Beispiel um die kleinste, die kritischste Strukturweite
handelt. Bei dieser Vorgehensweise lässt es sich allerdings nicht
verhindern, dass durch die Belichtungsdosisanpassung für die kritischste
Strukturweite, Strukturweitenabmessungen auf dem Halbleiterwafer
in erster Näherung
linear für
die weiteren Strukturweiten mit verändert werden. Die realen akzeptablen
Toleranzen, die den weiteren Strukturweiten auf der Maske zuzuordnen
sind, entsprechen damit in erster Näherung der Differenz zwischen
der erlaubten Toleranz der ersten Strukturweite zur erlaubten Toleranz
der weiteren Strukturweiten.
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In
der 2 ist die beschriebene
Kopplung der Strukturweiten noch einmal veranschaulicht. Dargestellt
ist in der 2 die erste
Strukturweite 1 und der der ersten Strukturweite 1 zugeordnete
erste Sollwert 1a auf der Fotomaske. Die Pfeile a und b deuten
die maximal zulässige
Variation des ersten Sollwertes 1a nach oben und nach unten
an. Die Differenz in der Länge
zwischen a und b ergibt die Toleranz 1b. Weist die erste
Strukturweite 1 auf der Maske nun eine Länge b auf,
die nach unten vom ersten Sollwert 1a abweicht, so wird
mittels Belichtungsdosisanpassung, in diesem Fall bedeutet das eine
höhere
Belichtungsdosis, auf ein der ersten Strukturweite 1 zugeordnetes
Zielmaß auf
dem Halbleiterwafer belichtet. Durch diese Belichtungsdosisanpassung
wird die erste Strukturweite 1 auf dem Halbleiterwafer
so abgebildet, als wäre
auf der Maske der Sollwert 1a realisiert. Die Belichtungsdosisanpassung
bewirkt aber, dass auch die in der 2 dargestellte
zweite Strukturweite 2 auf dem Halbleiterwafer entsprechend
verlängert
abgebildet wird. Ist auf der Maske die erste Strukturweite 1 mit
der Länge,
die durch den Pfeil b dargestellt ist, realisiert, so entspräche der
zweiten Strukturweite 2 aufgrund der Belichtungsdosisanpassung
eine vom zweiten Sollwert 2a nach oben abweichende Länge. Diese
Länge ist
in der Figur durch den Pfeil b' verdeutlicht.
Entsprechendes gilt für
eine Abweichung der ersten Strukturweite 1 nach oben. Dargestellt
ist die vom ersten Sollwert 1a nach oben abweichende Strukturweite
durch den Pfeil a. Wegen der Belichtungsdosisanpassung, in diesem
Fall bedeutet es eine niedrigere Belichtungsdosis, erhält die zweite
Strukturweite 2 nun einen geringeren Wert, dargestellt
durch den Pfeil a'.
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Ist
auf der Maske der erste Sollwert 1a der ersten Strukturweite 1 realisiert,
so sind keine Belichtungsdosisanpassungen nötig und auf der Fotomaske ist
der zweite Sollwert 2a der zweiten Strukturweite 2 ebenfalls
realisiert. Dargestellt sind die Sollwerte 1a, 2a durch
die jeweils mittleren Pfeile in der 2.
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Das
gezeigte Beispiel geht zum Zweck der Einfachheit der Darstellbarkeit
davon aus, dass die zweite Strukturweite auf der Maske hinsichtlich
ihrer Länge
nicht fehlerbehaftet ist.
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Anhand
einer Beispielrechnung soll noch einmal gezeigt werden, welche Konsequenzen
sich aus dem oben gesagten für
die jeweiligen Toleranzen ergeben. Für die Rechteckstruktur ist
auf der Maske der erste Sollwert für die erste Strukturweite, hier
die Breite des Rechteckes, zu 70 nm mit einer Toleranz von ±10 nm
vorgegeben. Für
die zweite Strukturweite, hier die Länge des Rechteckes, wird der
Sollwert von 100 nm mit einer Toleranz von ±12 nm vorgegeben. Erreicht
die erste Strukturweite einen realen Wert an der unteren Grenze
der Toleranz, also realer Wert = Sollwert – 10 nm = 60 nm, so wird durch
die Belichtungsdosisanpassung die Strukturweite um +10 nm nachgeregelt.
Da sich die Nachregelung entsprechend auf die zweite Strukturweite
auswirkt, bedeutet das, dass die zweite Strukturweite einen vom zweiten
Sollwert um +10 nm abweichenden Wert erhält. Es verbleibt also für die zweite
Strukturweite ein oberer Toleranzrest von +2 nm. Eine entsprechende Rechnung
gilt, wenn der reale Wert der ersten Strukturweite vom Sollwert
um +10 nm abweicht. Dann verbleibt für die Toleranz der zweiten
Strukturweite ein unterer Toleranzrest von –2 nm.
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Bei
einer Toleranz von ±10
nm für
die erste Strukturweite und einer Toleranz von ±12 nm, die für die zweite
Strukturweite angegeben wird unter der Bedingung, dass die erste
Strukturweite den ersten Sollwert aufweist, verbleibt in einem realen
Fall, in dem die erste Strukturweite auf der Fotomaske innerhalb
der vorgegebenen Toleranz von ±10
nm variieren kann, eine minimale Resttoleranz für die zweite Strukturweite
von ±2
nm.
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Die
Resttoleranz für
die zweite Strukturweite kann erweitert werden, indem die Toleranz
für die erste
Strukturweite entsprechend verringert wird. Möglich wären in diesem Beispiel also
auch eine Toleranz für
die erste Strukturweite von ±6
nm und für die
zweite Strukturweite von ±6
nm. Es gilt, dass eine Entspannung der Resttoleranz der zweiten
Strukturweite nur mit einer Verschärfung der Toleranz der ersten
Strukturweite zu kompensieren ist.
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Dadurch,
dass der Abbildungsprozess auf das der kritischsten ersten Strukturweite
zugeordnete Zielmaß auf
dem Halbleiterwafer eingestellt wird, ergeben sich für die Maße auf dem
Halbleiterwafer, die den weiteren Strukturweiten auf der Maske zugeordnet
sind, entsprechend der Belichtungsdosisanpassung in der Abbildungsvorrichtung,
Abweichungen von Sollmaßen
auf dem Halbleiterwafer. Aufgrund dieser mit der Abweichung der
ersten Strukturweite vom ersten Sollwert gekoppelten Abweichungen
verringern sich die Toleranzen für
die weiteren Strukturweiten.
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Zusätzliche
weitere Einschränkungen
ergeben sich für
die Toleranzen noch dadurch, dass reale Maskenherstellprozesse verschiedene
systematische Abweichungen der Strukturweiten zu beispielsweise
aus dem Fotomaskendesign abgeleiteten Sollwerten aufweisen. Strukturen
unterschiedlicher Strukturgrößen können in
einem realen Fotomaskenherstellungsprozess unterschiedlich bezüglich einer Abweichung
der Strukturweiten vom Sollwert ausfallen, ein Effekt, der mit Linearität bezeichnet
wird. Des weiteren können
gleichartige Strukturen in verschiedenen Umgebungen unterschiedlich
ausgebildet werden, der so genannte Nachbarschafts (Proximity)-Effekt.
Bei der Erzeugung zweidimensionaler Strukturen auf der Fotomaske
kann ein weiterer Effekt, der als Linien-Verkürzung (line shortening) bezeichnet
wird, auftreten und eine systematische Abweichung der Strukturweite
vom Sollwert verursachen.
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Für einen
stabilen Fotomaskenherstellungsprozess gilt, dass Abweichungen der
Strukturweiten vom Sollwert, die durch Linearitäts-, Nachbarschafts- und Linien-Verkürzungs-Verhalten
verursacht werden, stabil sind und keinen Schwankungen unterliegen.
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Eine
Vorgabe sehr kleiner erlaubter Toleranzen bei der Fertigung führen zu
einer hohen Ausschussrate bei der Fotomaskenherstellung, was sich auf
die Kosten für
eine Fotomaske, die dann entsprechend hoch angesetzt werden, auswirkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entspannung
von Toleranzen für Strukturweiten
bei gleichbleibender Fotomaskenqualität zur Verfügung zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch
1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen
Unteransprüchen.
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Es
wird ein Verfahren zum Erweitern von Limitierungen für Strukturweiten
beim Herstellungsprozess von auf einen Halbleiterwafer abzubildenden Strukturen
auf Fotomasken, um bei einer Abweichung einer auf der Fotomaske
vorzusehenden, ersten Strukturweite von einem ersten Sollwert, sich durch
die Abweichung ergebende Einschränkungen von
Toleranzen von auf der Fotomaske vorzusehenden weiteren Strukturweiten
zu umgehen, zur Verfügung
gestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Es wird der erste
Sollwert für
die erste Strukturweite vorgegeben. Dem ersten Sollwert wird eine erste
Toleranz zugeordnet, wobei unter Toleranz ein Bereich zu verstehen
ist, in dem ein Abweichen der auf der Fotomaske realisierten Strukturweite
vom Sollwert erlaubt ist. Die Abweichung der ersten Strukturweite
von dem ersten Sollwert wird bestimmt, beispielsweise durch eine
Messung, wobei sich die Abweichung als eine Differenz zwischen der
auf der Fotomaske realisierten Strukturweite und dem Sollwert ergibt.
Erfindungsgemäß werden
die den weiteren Strukturweiten jeweils zuzuordnenden Sollwerte
jeweils in Abhängigkeit
von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert
berechnet. Die den berechneten Sollwerten jeweils zuzuordnenden
Toleran zen werden vorgegeben, wobei die Toleranzen auf der Fotomaske,
aufgrund der Berechnung der Sollwerte, unabhängig von der ersten Toleranz
und von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert
vorgegeben werden können.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird ein erster Sollwert für
eine erste Strukturweite vorgegeben, für die eine Anpassung von Abbildungsparametern,
z.B. mittels einer Belichtungsdosisanpassung, einer Abbildungsvorrichtung
in der Weise vorgesehen wird, dass ein der ersten Strukturweite
zuzuordnendes Zielmaß auf
dem Halbleiterwafer erreicht wird.
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Erfindungsgemäß werden
die den weiteren Strukturweiten auf der Fotomaske jeweils zuzuordnenden
Sollwerte jeweils in Abhängigkeit
von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert
berechnet.
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Die
Sollwerte erhalten einen erfindungsgemäßen berechneten Wert, der so
vorgesehen wird, dass eine durch die Anpassung der Abbildungsparameter
verursachte Abweichung von jeweiligen Sollmaßen der weiteren Strukturweiten
auf dem Halbleiterwafer kompensiert wird. Dadurch lassen sich die den
berechneten Sollwerten zuzuordnenden Toleranzen der weiteren Strukturweiten
von Einschränkungen,
die durch die Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert
und der daraus folgenden Anpassung der Abbildungsparameter verursacht werden,
befreien. Die erlaubten Toleranzen aller Strukturweiten können jetzt
wieder unabhängig
voneinander und von der Abweichung der ersten Strukturweite vorgesehen
werden.
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Sie
können
vorzugsweise in einer Größenordnung
von der der jeweiligen abgebildeten Strukturweite zugeordneten Toleranz
auf dem Halbleiterwafer vorgesehen werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren deutliche
Entspannung der Toleranzen der weiteren Strukturweiten erreicht,
ohne dass die Qualität
der Fotomaske dadurch beeinträchtigt
wird. Durch das erfindungsgemäße Berechnen
der weiteren Sollwerte wird in vorteilhafter Weise der Umstand berücksichtigt,
dass sich Abweichungen der Strukturweiten vom Sollwert an derselben
Stelle auf der Fotomaske typischerweise auf alle Dimensionen gleichartig
auswirken. Das bedeutet, dass beispielsweise Rechteckstrukturem
deren erste Strukturweite, also die Breite, kleiner als der erste
Sollwert ist, im Allgemeinen auch zu klein in anderen Dimensionen
gleichen Tonwertes, zum Beispiel der Länge, ausgeführt sind. Unter dem Tonwert
wird hier eine Lichtdurchlässigkeit
der Struktur, die transparent oder opak oder semitransparent sein
kann, verstanden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich beispielsweise
für eine
Spezifizierung von Fotomasken anwenden. Es führt zu einer Entspannung der Toleranzen
bei dem Fotomaskenherstellungsprozess, wodurch eine höhere Ausbeute
und damit eine Verringerung der Kosten erzielt wird.
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Vorzugsweise
wird der erste Sollwert aus einem Fotomaskendesign abgeleitet. Der
Sollwert auf der Fotomaske ist dabei so vorzusehen, dass mit Hilfe
der Abbildungsvorrichtung ein auf dem Wafer vorgegebenes Zielmaß erreicht
wird.
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In
vorteilhafter Weise wird die erste Toleranz so vorgesehen, dass
mittels einer Anpassung von Parametern der Abbildungsvorrichtung
ein Zielmaß der
abgebildeten ersten Strukturweite auf dem Halbleiterwafer erreicht
wird. Wenn also die erste Strukturweite innerhalb der ersten Toleranz
liegt, so kann durch eine Anpassung von Parametern der Abbildungsvorrichtung
das Zielmaß auf
dem Wafer erreicht werden.
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In
vorteilhafter Weise werden als die angepassten Parameter Belichtungsparameter
vorgesehen. Durch eine Belichtungsdosisanpassung kann eine auf der
Fotomaske zu groß bzw.
zu klein geratene Strukturweite wieder mit dem vorgegebenen Zielmaß auf dem
Halbleiterwafer abgebildet werden.
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Vorzugsweise
werden die den weiteren Strukturweiten jeweils zugeordneten Sollwerte
mit folgender Rechenvorschrift berechnet: Sollwert = ein Strukturmaß +/– der Abweichung
der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert.
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Der
Rechenvorschrift zufolge ergibt sich der Sollwert als Summe oder
Differenz aus einem der jeweiligen Strukturweite zugeordneten Strukturmaß und der
Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten Sollwert. Für die erste
und die weiteren Strukturweiten gleichen Tonwertes gilt: Handelt
es sich bei der Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten
Sollwert um eine Abweichung nach oben, ist also die erste Strukturweite
größer als
der erste Sollwert, so ist in der Rechenvorschrift das Pluszeichen
zu setzen. Handelt es sich bei der Abweichung der ersten Strukturweite
von dem ersten Sollwert um eine Abweichung nach unten, ist die erste
Strukturweite also kleiner als der erste Sollwert, so ist in der Rechenvorschrift
das Minuszeichen zu setzen.
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Die
Rechenvorschrift gilt auch, wenn die erste und die weiteren Strukturweiten
einen verschiedenen Tonwert aufweisen. Gehört die erste Strukturweite
zu einer transparenten Struktur und weist die erste Strukturweite
eine Abweichung vom Sollwert nach oben auf und gehört die weitere
Strukturweite zu einer opaken Struktur, so ist in der Rechenvorschrift das
Minuszeichen zu setzen. Je nach Kombination der Tonwerte und abhängig davon,
ob die Abweichung nach oben oder unten vor liegt, ist in der Rechenvorschrift
entweder das Minus- oder das Pluszeichen einzusetzen.
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Vorzugsweise
wird das der jeweiligen Strukturweite zugeordnete Strukturmaß aus dem
Fotomaskendesign abgeleitet.
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In
vorteilhafter Weise wird als die erste Strukturweite die kleinste
für den
Halbleiterprozess auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite gewählt. Die kleinste
Strukturweite ist im Allgemeinen auch am schwierigsten maßhaltig
abzubilden. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, den gesamten Abbildungsprozess
an die kleinste, Strukturweite anzupassen.
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Vorzugsweise
wird als die erste Strukturweite die lithographisch oder elektrisch
funktional kritischste auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite
gewählt.
Die Strukturweite mit der eine elektrisch funktional bedeutsame
Struktur im Halbleiterwafer hergestellt wird, ist eine kritische
Strukturweite, die möglichst
maßhaltig
abgebildet werden sollte.
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Die
Toleranzen werden vorzugsweise für
die berechneten Sollwerte in einer Größenordnung von der auf dem
Halbleiterwafer vorgesehenen Toleranz für die jeweils auf den Halbleiterwafer
abgebildete Strukturweite vorgesehen.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 Ausschnitt
aus einer Fotomaske mit einer Rechteckstruktur,
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2 schematische
Darstellung von zwei Strukturweiten,
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3 schematische Darstellung von gemäß dem Stand
der Technik vorgegebenen Toleranzen und
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4 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäß vorgegebenen
Toleranzen.
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Die 1 und 2 wurden
bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert.
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Gemäß der 3 werden bei einem herkömmlichen
Verfahren zur Spezifizierung von Fotomasken 3 für eine erste
Strukturweite 1 und für
weitere Strukturweiten 2, in diesem Ausführungsbeispiel wird
der Einfachheit halber eine Beschränkung auf zwei Strukturweiten
vorgenommen, Sollwerte 1a, 2a, die beispielsweise
aus einem Fotomaskendesign abgeleitet werden, vorgegeben. Dem ersten
Sollwert 1a wird eine erste Toleranz 1b zugewiesen.
Unter Toleranz ist der begrenzende Bereich, in dem die reale Strukturweite
vom Sollwert abweichen darf, zu verstehen. Dem zweiten Sollwert 2a wird
eine zweite Toleranz 2b, unter der Bedingung zugewiesen,
dass die erste Strukturweite 1 den ersten Sollwert 1a aufweist. Ist
dies nicht der Fall, sondern weist die erste Strukturweite 1a eine
Abweichung 1c auf, die zum Beispiel an einer unteren Toleranzgrenze
liegt, so wird mittels einer Anpassung einer Belichtungsdosis in
einer Abbildungsvorrichtung ein der ersten Strukturweite 1 zugeordnetes
Zielmaß auf
dem Halbleiterwafer erreicht. Dies bedeutet, dass durch die Belichtungsdosisanpassung
eine Situation hergestellt wird, als würde die erste Strukturweite 1 den
ersten Sollwert 1a auf der Fotomaske aufweisen. Ungünstigerweise wird
durch die Belichtungsdosisanpassung im gleichen Maße die Abbildung
der zweiten Strukturweite 2 auf den Halbleiterwafer mit
verändert.
Durch die Belichtungsdosisanpassung entsteht für die zweite Strukturweite 2 eine
Situation, als wenn sie auf der Fotomaske 3 um die Ab weichung 1c der
ersten Strukturweite 1 verlängert wäre. Das hat zur Folge, dass
von der ursprünglichen
Toleranz 2b für
die zweite Strukturweite 2 nur noch eine um die Abweichung 1c verringerte
Resttoleranz 2c übrig
bleibt.
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In
der 3a ist der erste Sollwert 1a für die erste
Strukturweite 1 und der zweite Sollwert 2a für die zweite
Strukturweite 2 dargestellt. Der erste Sollwert 1a ist
mit der eingezeichneten Toleranz 1b vorgesehen und der
zweite Sollwert 2a mit der eingezeichneten Toleranz 2b.
Wie der 3a zu entnehmen ist, liegt der
reale Wert der ersten Strukturweite 1 an der unteren Toleranzgrenze,
dargestellt durch den Pfeil b. Die Strukturweiten 1 und 2 geben
die Breite und die Länge
eines auf den Halbleiterwafer abzubildenden Rechteckes an. Das aus
einem Fotomaskendesign abgeleitete Rechteck ist mit einer gestrichelten
Linie in der 3a und das real auf der Fotomaske
ausgebildete Rechteck mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
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In
der 3b ist gezeigt, wie sich die erste Strukturweite 1 und
die zweite Strukturweite 2 verändern, wenn mittels einer Belichtungsdosisanpassung auf
das Zielmaß der
ersten Strukturweite 1 auf dem Halbleiterwafer gezielt
wird. Für
die erste Strukturweite 1 stellt sich auf der Fotomaske 3 die
Situation nach der Belichtungsdosisanpassung so dar, als wenn sie
den ersten Sollwert 1a erreicht hätte. Dies ist in der 3b durch
die lange durchgezogene Linie angedeutet, die auf der gestrichelten
Linie liegt, so dass die gestrichelte Linie unter der durchgezogenen
Linie nicht mehr erkennbar ist. Bezüglich der zweiten Strukturweite 2 liegt,
wie es der 3b zu entnehmen ist, eine Abweichung
vom Sollwert 2a vor. Der Pfeil b' deutet die zweite Strukturweite 2 an,
wie sie sich nach der Belichtungsdosisanpassung auf dem Halbleiterwafer
ergeben würde.
In erster Näherung
gilt dann in der Konsequenz für
die Strukturen auf dem belichteten Halbleiterwafer, dass eine Abweichung
der zweiten Strukturweite 2 vom Sollwert 2a der
Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 vom ersten
Sollwert 1a entspricht. Wie es in der 3b dargestellt
ist, ergibt sich nun ein minimaler Toleranzrest 2c für die zweite
Strukturweite 2. Eine Beispielrechnung für den Toleranzrest 2c findet
sich in der Beschreibungseinleitung.
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Wie
es in der 4 gezeigt ist, wird mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Sollwert 2a als eine Summe bzw. Differenz zwischen
dem aus dem Fotomaskendesign abgeleiteten Strukturmaß und der
Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 vom ersten
Sollwert 1a berechnet. Das Strukturmaß entspricht dem herkömmlichen
Sollwert 2a gemäß 3. In diesem Beispiel verkürzt sich
der erfindungsgemäße Sollwert 2a um
genau den Betrag der Abweichung 1c.
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Die 4a unterscheidet
sich von der 3a durch den verkürzten Sollwert 2a.
Dieser Sollwert 2a ist durch den Prfeil repräsentiert
und durch die gestrichelten waagerechten Linien im Inneren des gestrichelten
Rechteckes. Der verkürzte
Sollwert 2a ist mit der in der 4a dargestellten
Toleranz 2b vorgesehen, die der Toleranz entspricht, mit der
der herkömmliche
Sollwert für
die zweite Strukturweite 2 vorgesehen werden kann, wenn
für die erste
Strukturweite 1 der erste Sollwert 1a auf der
Fotomaske 3 realisiert ist.
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Wenn
der erste Sollwert 1a auf der Fotomaske 3 nicht
realisiert ist, wird nach einer Belichtungsdosisanpassung, bei der
die Strukturweite 1 auf den Sollwert 1a belichtet
wird, auch die Strukturweite 2 verändert und zwar in erster Näherung um
den Betrag der Abweichung 1c, so dass die Strukturweite 2 wieder
auf das Strukturmaß aus
dem Fotomaskendesign belichtet wird, falls die reale Abweichung
der zweiten Strukturweite 2 auf der Fotomaske 3 der
realen Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 entspricht.
Daraus ergibt sich, dass die volle Toleranz 2b für die zweite
Strukturweite 2 erhalten bleibt.
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In
der 4b ist analog zur 3b die
Situation, die sich nach einer Belichtungsdosisanpassung ergeben
würde,
dargestellt. Die Strukturweite 1 hat den Sollwert 1a erreicht
und die zweite Strukturweite 2 hat näherungsweise das aus dem Fotomaskendesign
abgeleitete Strukturmaß erreicht.
Für die zweite
Strukturweite 2 verbleibt also noch, wie in der 4b angedeutet,
die gesamte Toleranz 2b.
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Die
in der 4 dargestellten Toleranzen und
Sollwerte sollen im folgenden noch einmal anhand des in der Beschreibungseinleitung
behandelten Beispiels verdeutlicht werden.
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Für die Rechteckstruktur
ist auf der Fotomaske der erste Sollwert für die erste Strukturweite,
hier die Breite des Rechteckes, zu 70 nm mit einer Toleranz von ±10 nm
vorgegeben. Für
die zweite Strukturweite, hier die Länge des Rechtecke wird das Strukturmaß mit 100
nm mit einer Toleranz von ±12 nm
angegeben. Erreicht die erste Strukturweite einen realen Wert an
der unteren Grenze der Toleranz, also realer Wert = Sollwert – 10 nm
= 60 nm, so kann mittels der Belichtungsdosisanpassung die Strukturweite
um +10 nm nachgeregelt werden. Der Sollwert für die zweite Strukturweite
ergibt sich dann zu: Sollwert = Strukturmaß – Abweichung = 100 nm – 10 nm
= 90 nm. Da sich die Nachregelung entsprechend auf die zweite Strukturweite
auswirken wird, bedeutet das, dass die zweite Strukturweite einen
vom zweiten Sollwert um +10 nm abweichenden Wert und damit wieder
den Wert des Strukturmaßes
von 100 nm erhält,
falls erwartungsgemäß der reale
Wert der zweiten Strukturweite ebenfalls um 10 nm zu klein hergestellt wurde.
Die erlaubte Toleranz von ±12
nm, kann somit für
den berechneten Sollwert erhalten bleiben.
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- 1
- erste
Strukturweite
- 1a
- erster
Sollwert
- 1b
- erste
Toleranz
- 1c
- Abweichung
- 2
- weitere
(zweite) Strukturweite
- 2a
- Sollwert
- 2b
- Toleranz
- 2c
- Resttoleranz
- 3
- Fotomaske