DE102004022596A1 - Process to detect positional errors in photolithographic projections in semiconductor wafers with circuit patterns uses overlay measuring apparatus and projection simulation - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung von Lagefehlern bei der photolithographischen Projektion, insbesondere bei der Strukturierung eines Halbleiterwafers mit einem Schaltungsmuster. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Auswertung von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts und ein Overlay-Messgerät, das geeignet ist, dieses Verfahren auszuführen.The The invention relates to a method for determining positional errors in the photolithographic projection, in particular in structuring a semiconductor wafer having a circuit pattern. The invention concerns about it In addition, a method for evaluating measurement results of an overlay measuring device and a Overlay measurement device which is suitable to carry out this method.
Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin bestehen, einen photoempfindlichen Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt zu übertragen.to Integrated circuit fabrication is commonly done on semiconductor wafers provided with different electrical properties layers applied and each lithographically structured. A lithographic Structuring step may consist of a photosensitive Apply Resist, this with a desired structure for the relevant Level to illuminate and develop, and then the thus resulting resist mask in the underlying layer in an etching step transferred to.
Mit den stetig ansteigenden Integrationsdichten integrierter Schaltungen erhöhen sich auch die Anforderungen an die Lagegenauigkeit einer auf das Halbleitersubstrat zu projizierenden Struktur. Insbesondere dann, wenn bereits Vorebenen in unterliegenden Schichten, z. B. in einem lithographischen Projektionsschritt übertragen werden, müssen immer striktere Toleranzgrenzen bezüglich der gegenseitigen Ausrichtung der aktuell auf das Substrat zu projizierenden Struktur relativ zu den Strukturen der genannten Vorebenen berücksichtigt wer den, um die Funktionsfähigkeit der Schaltung zu gewährleisten.With the ever increasing integration densities of integrated circuits increase also the requirements for the positional accuracy of a on the semiconductor substrate to be projected structure. Especially if already pre-levels in underlying layers, eg. B. transmitted in a lithographic projection step Need to become ever stricter tolerance limits with respect to mutual alignment the structure currently being projected onto the substrate relative considered to the structures of the aforementioned levels who the to the functionality to ensure the circuit.
Dichte Linien-Spalten-Muster, wie sie etwa im Bereich der Herstellung von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet werden, weisen beispielsweise im Bereich der ersten Schaltungsebenen Linienbreiten von 70, 90 oder 110 nm auf. Bei modernen Technologien der DRAM-Herstellung wird die zur Ausrichtung zweier Strukturen erforderliche Genauigkeit, die auch als Overlay-Budget bezeichnet wird, aufgrund der kleiner werdenden Strukturauflösungen immer weiter sinken. So beträgt beispielsweise die tolerierbare Lageungenauigkeit bei der 100-nm-Prozesslinie nur noch ungefähr 20 nm. Derzeitige und zukünftige Prozesslinien sind somit sensitiv auf Fehler in der Lagegenauigkeit.density Line-column patterns, such as those in the field of manufacture of dynamic random access memories (DRAM) are formed, have, for example, in the area of the first circuit levels line widths of 70, 90 or 110 nm. In modern technologies of DRAM production will require the accuracy needed to align two structures, which is also referred to as an overlay budget, due to the smaller expectant structure resolutions continue to sink. This is for example the tolerable positional inaccuracy in the 100nm process line only still about 20 nm. Current and future Process lines are thus sensitive to errors in positional accuracy.
Für den lithographischen Projektionsschritt eines solchen Schaltungsmusters wird üblicherweise für die ersten kritischen Ebenen ein Wafer-Scanner verwendet, der im Vergleich zu einem Wafer-Stepper ein höheres Auflösungsvermögen aufweist. In einem Wafer-Scanner erfolgt die Belichtung des photoempfindlichen Resists entlang eines Belichtungsschlitzes. Der Halbleiterwafer wird im Allgemeinen auf einem Substrathalter abgelegt und zur Belichtung in eine entsprechende Position gefahren. Dann wird das auf einer Maske angeordnete Schaltungsmuster sukzessive in einzelne Belichtungsfelder auf den photoempfindlichen Resist übertragen. Dabei werden während der Belichtung eines Belichtungsfeldes der Substrathalter und eine den Belichtungsschlitz definierende Blende gegeneinander verschoben. Der Belichtungsschlitz überstreicht dabei das Belichtungsfeld aufgrund der gleichmäßigen Bewegung des Substrathalters und der Blende. Üblicherweise beträgt die Größe eines Belichtungsfeldes etwa 26 mm × 35 mm.For the lithographic Projection step of such a circuit pattern is usually for the first critical levels a wafer scanner uses that in comparison to a wafer stepper a higher one Resolving power. In a wafer scanner, the exposure of the photosensitive takes place Resists along an exposure slot. The semiconductor wafer is generally deposited on a substrate holder and for exposure moved to a corresponding position. Then that will be on one Mask arranged circuit pattern successively into individual exposure fields transferred to the photosensitive resist. It will be during the Exposure of an exposure field of the substrate holder and a Exposure slot defining aperture shifted against each other. The exposure slot passes over the exposure field due to the uniform movement of the substrate holder and the aperture. Usually the size is one Exposure field about 26 mm × 35 mm.
Die Belichtung der einzelnen Belichtungsfelder wird üblicherweise so ausgeführt, dass die Oberseite des Halbleiterwafers in ein Muster von Belichtungsfeldern in der Form einer Matrix oder eines Gitters (englisch: grid) unterteilt wird und mit dem Wafer-Scanner bzw. dem Wafer-Stepper sukzessive belichtet wird.The Exposure of the individual exposure fields is usually carried out in such a way that the top of the semiconductor wafer into a pattern of exposure fields in the form of a matrix or a grid (English: grid) divided is successively and with the wafer scanner or the wafer stepper is exposed.
Die Bestimmung der Lagegenauigkeit zweier übereinanderliegender Schichten erfolgt während der Produktion von integrierten Schaltungen normalerweise mit so genannten Overlay-Targets. Dabei handelt es sich um zwei Teilstrukturen, die jeweils getrennt auf jede der Schichten abgebildet werden. Die erste Teilstruktur kann aus einem rechteckigen Strukturelement bestehen, das von einer rahmenförmigen zweiten Teilstruktur umgeben wird. Overlay-Targets werden üblicherweise zusammen mit anderen Justiermarken im Sägerahmenbereich angeordnet. Die oben beschriebene Struktur ist als Box-In-Box-Marke oder auch als Box-In-Frame-Marke bekannt. Üblicherweise wird der Versatz der einzelnen Teilstrukturen zueinander mit einem Overlay-Messgerät, beispielsweise einem optischen Mikroskop, vermessen.The Determination of the positional accuracy of two superimposed layers takes place during the Production of integrated circuits usually with so-called Overlay targets. These are two substructures that each separately mapped to each of the layers. The first Substructure can consist of a rectangular structural element, that of a frame-shaped second Substructure is surrounded. Overlay targets usually become arranged together with other alignment marks in the saw frame area. The structure described above is as a box-in-box brand or too known as a box-in-frame brand. Usually is the offset of the individual substructures to each other with a Overlay measurement device for example, an optical microscope, measured.
Bei der Belichtung eines Halbleiterwafers mit einem Wafer-Scanner sind mehrere Effekte bekannt, die zu Overlay-Fehlern führen können. Diese Overlay-Fehler lassen sich allgemeine zwei Kategorien von Fehlerquellen zuordnen. Zum einen können Fehler auftreten, die bei der Belichtung innerhalb eines Belichtungsfeldes entstehen. Diese Fehlerquellen werden üblicherweise als Intrafeld-Fehler oder Feld-Fehler (field error) bezeichnet. Zum anderen sind Fehlerquellen bekannt, die durch die Aufteilung des Halbleiterwafers in einzelne Belichtungsfelder verursacht werden und die für jedes Belichtungsfeld unterschiedlich sein können. Diese Fehlerquellen werden üblicherweise als Interfeld-Fehler oder Grid-Fehler bezeichnet.at The exposure of a semiconductor wafer with a wafer scanner are several Known effects that can lead to overlay errors. This overlay error can be general two categories of sources of error assign. For one thing Errors occur during exposure within an exposure field arise. These sources of error are usually considered intra-field errors or field error. On the other hand, there are sources of error known by dividing the semiconductor wafer into individual Exposure fields are caused and different for each exposure field could be. These sources of error usually become referred to as an inter-field error or grid error.
Bei den Infrafeld-Fehlern sind unter anderem die folgenden Beiträge von Bedeutung. So kann beispielsweise die Belichtung in einem Belichtungsfeld um einen festen Winkel verdreht oder um einen konstanten Faktor im Abbildungsmaßstab falsch sein. Im ersten Fall spricht man von einem Rotationsfehler, der zweite Fall wird üblicherweise als Vergrößerungsfehler bezeichnet. Rotationsfehler werden beispielsweise durch eine Fehljustage des Reticles verursacht.The infra-field errors include the following contributions. For example, the exposure in an exposure field may be rotated by a fixed angle or may be wrong by a constant magnification factor. In the first case one speaks of a rotation error, the second case is commonly referred to as magnification error. Rotation errors are caused, for example, by misadjustment of the reticle.
Interfeld-Fehler werden bei der Belichtung eines Belichtungsfeldes durch die Steuerung des Substrathalters verursacht. Eine Fehlerquelle ist durch eine Verdrehung der Position des Belichtungsfeldes um einen von der Position des Belichtungsfeldes auf dem Halbleiterwafer abhängigen Winkel gegeben (so genannter Grid-Rotations-Fehler). Eine weitere Fehlerquelle stellt der ebenfalls von der Position des Belichtungsfeldes auf dem Halbleiterwafer abhängige Skalierungsfehler dar (Grid-Vergrößerungsfehler). Darüber hinaus spielt bei der Belichtung mit einem Wafer-Scanner noch der so genannte Translationsfehler eine Rolle, der durch unterschiedliche Scan-Richtungen und unterschiedliche Geschwindigkeiten in verschiedenen Scan-Richtungen des Wafer-Scanners bedingt wird. Der Translationsfehler ist normalerweise betragsmäßig kleiner als die anderen oben genannten Fehler.Inter field error when lighting an exposure field by the controller caused by the substrate holder. A source of error is through a Twist the position of the exposure field by one from the position of the exposure field on the semiconductor wafer dependent angle given (so-called grid rotation error). Another source of error This also depends on the position of the exposure field the semiconductor wafer dependent Scaling error (grid magnification error). Furthermore plays with the exposure with a wafer scanner nor the so-called translation error a role created by different scanning directions and different speeds in different scan directions of the wafer scanner. The translation error is usually smaller in magnitude than the other above mentioned mistakes.
Die Intrafeld- und Interfeld-Fehler lassen sich jeweils getrennt für eine Komponente in eine erste Richtung (beispielsweise die x-Richtung) und für eine Komponente senkrecht dazu (y-Richtung) angeben. Um die genauen Beiträge der Intrafeld- und Interfeld-Fehler bestimmen zu können, wird üblicherweise ein Simulationsmodell des Projektionsapparats verwendet, das beispielsweise für einen Wafer-Scanner eine Berechnungsvorschrift mit zehn Parametern zur Korrektur der einzelnen Fehlerquellen in nachfolgenden Belichtungsschritten umfasst.The Intrafield and interfield errors can each be separated for a component in a first direction (eg the x-direction) and for a component indicate perpendicular to this (y-direction). To the exact contributions of the Intrafeld and Interfeld errors to be able to determine usually becomes one Simulation model of the projection apparatus used, for example for one Wafer scanner a calculation rule with ten parameters for correction the individual sources of error in subsequent exposure steps includes.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen sind üblicherweise mehrere Overlay-Targets für jedes Belichtungsfeld vorgesehen. Es werden jedoch nicht für jeden Halbleiterwafer sämtliche Overlay-Targets vermessen, üblicherweise erfolgt nur eine stichprobenartige Untersuchung einiger ausgewählter Overlay-Targets. Um abschätzen zu können, ob der vorliegende Halbleiterwafer die Overlay-Spezifikation erfüllt, wird üblicherweise aus der Stichprobenmessung eine Aussage für den gesamten Halbleiterwafer getroffen. Falls die Stichprobe bestimmten statistischen Kriterien nicht genügt, wird der Halbleiterwafer einer Nachbearbeitung zugeführt. Dabei wird üblicherweise die bereits strukturierte Resist-Schicht wieder entfernt, es wird eine neue Resist-Schicht aufgebracht und anschließend erneut photolithographisch strukturiert.at The fabrication of integrated circuits typically involves multiple overlay targets for each Exposure field provided. However, it will not be for everyone Semiconductor wafers all Survey overlay targets, usually only a random examination of selected overlay targets takes place. To estimate to be able to Whether the present semiconductor wafer meets the overlay specification will become common made a statement for the entire semiconductor wafer from the sampling measurement. If the sample does not meet certain statistical criteria, it will the semiconductor wafer fed to a post-processing. This is usually the already textured resist layer is removed again, it will applied a new resist layer and then again structured by photolithography.
In einem der Technik bekannten Verfahren wird in einem ersten Schritt aus den gemessenen Versatzwerten für jedes Overlay-Target ein Mittelwert bestimmt. Anschließend wird aus den gemessenen Versatzwerten die Standardabweichung errechnet, woraus sich ein maximaler Overlay-Fehler errechnet, der beispielsweise durch den Mittelwert und den dazu addierten dreifachen Wert der Standardabweichung bestimmt wird. Sollte dieser maximale Overlay-Fehler oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen, wird der Halbleiterwafer einer Nachbearbeitung zugeführt. Dieses Verfahren ist jedoch sehr ungenau, da davon ausgegangen wird, dass die Versatzwerte einer Normalverteilung gehorchen.In a method known to the art is in a first step From the measured offset values for each overlay target an average value is determined. Subsequently the standard deviation is calculated from the measured offset values, from which a maximum overlay error is calculated, for example by the mean and the added triple value of Standard deviation is determined. Should this maximum overlay error above a predetermined threshold, the semiconductor wafer a post-processing supplied. However, this procedure is very inaccurate because it is assumed that the offset values obey a normal distribution.
Aus der DE-A1-100 48 809 ist ein Verfahren bekannt, das insbesondere eine bessere Bestimmung des größten Lagefehlers ermöglichen soll, da nicht mehr von einer Normalverteilung ausgegangen wird. Gemäß dieser Druckschrift werden die vorhandenen Lagefehler in eine parametrische und eine zufällige Verteilung aufgeteilt. Anschließend wird ein Algorithmus zur Bestimmung des größten Lagefehlers verwendet, der es ermöglichen soll, die erwartete Wahrscheinlichkeit für die erforderliche Mindestspezifikation zu bestimmen sowie unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades den Halbleiterwafer einer Nacharbeit zuzuführen.Out DE-A1-100 48 809 a method is known, in particular a better determination of the largest positional error enable should, since it is no longer assumed that a normal distribution. According to this Reference will be the existing position errors in a parametric and a random one Split distribution. Subsequently an algorithm is used to determine the greatest positional error which make it possible should, the expected probability for the required minimum specification to be determined as well as under consideration the efficiency of the semiconductor wafer to be reworked.
Die vorgenannten Verfahren sind jedoch mit Problemen verbunden. Das erstgenannte Verfahren weist insbesondere den Nachteil auf, dass systematische Fehlerkomponenten (die z. B. beim Belacken oder beim Messen entstehen) nicht berücksichtigt werden. Bei näherer Betrachtung führt das Verfahren gemäß DE-A1-100 48 809 zu einer Unterschätzung der systematischen Fehlerkomponenten durch zu stark gemitteite Werte.The However, the above methods are associated with problems. The The former method has the particular disadvantage that systematic error components (eg when painting or when Measurements are not taken into account). At closer Contemplation leads the method according to DE-A1-100 48 809 to an underestimation of the systematic error components due to overestimated values.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, in einem ersten Aspekt ein Verfahren zur Bestimmung von Lagefehlern bei der photolithographischen Projektion, insbesondere bei der Strukturierung eines Halbleiterwafers mit einem Schaltungsmuster, anzugeben und in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Auswertung von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts anzubieten, die die oben genannten Probleme überwinden.It is therefore an object of the invention, in a first aspect, a method for determining positional errors in the photolithographic projection, in particular in the structuring of a semiconductor wafer with a circuit pattern, and, in a second aspect, a method of evaluation of measurement results of an overlay meter that the above overcome these problems.
Diese Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass folgende Schritte ausgeführt werden:
- – Bereitstellen eines Halbleiterwafers mit einer auf einer Vorderseite des Halbleiterwafers aufgebrachten Resistschicht;
- – Bereitstellen von wenigstens zwei Schaltungsebenen zur Projektion je eines Schaltungsmusters zur Bildung einer integrierten Schaltung, wobei für die erste Schaltungsebene mehrere erste Messmarken vorgesehen sind, die geeignet sind, zusammen mit zweiten Messmarken der zweiten Schaltungsebene jeweils ein Overlay-Target zu bilden;
- – Bereitstellen eines Projektionsapparates;
- – Bereitstellen eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells für den Projektionsapparat;
- – Aufteilen der Vorderseite des Halbleiterwafers in eine Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern;
- – Sukzessives Projizieren des Schaltungsmusters in Belichtungsfelder auf die Resistschicht, um eine Resiststruktur zu bilden;
- – Aufteilen der Belichtungsfelder in eine erste Teilmenge und in eine zweite Teilmenge;
- – Bestimmen von ersten Versatzwerten für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge, wobei sich die ersten Versatzwerte aus ersten systematischen Lagefehlern und einem mittleren Lagefehler zusammensetzen;
- – Bestimmen der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand eines Simulationsmodells des Projektionsapparats;
- – Bestimmen eines mittleren Lagefehlers anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge;
- – Bestimmen eines zweiten Versatzwertes für jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt, wobei der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells für die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird; und
- – Bestimmen einer Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen, welcher Anteil der Belichtungsfelder innerhalb eines vorgegebenen Versatzwerts liegt.
- Providing a semiconductor wafer having a resist layer deposited on a front side of the semiconductor wafer;
- Providing at least two circuit levels for projecting a respective circuit pattern to form an integrated circuit, wherein for the first circuit plane a plurality of first measurement marks are provided which are suitable for forming an overlay target together with second measurement marks of the second circuit level;
- - Providing a projection apparatus;
- - Providing a calculation model containing a simulation model for the Projekti onsapparat;
- - dividing the front side of the semiconductor wafer into a multiple arrangement of exposure fields;
- Successively projecting the circuit pattern into exposure fields on the resist layer to form a resist pattern;
- Dividing the exposure fields into a first subset and a second subset;
- Determining first offset values for each overlay target in each exposure field of the first subset, the first offset values being composed of first bias errors and a mean pitch error;
- Determining the systematic position errors in each exposure field of the first subset on the basis of a simulation model of the projection apparatus;
- Determining a mean positional error based on the first offset values of the exposure fields of the first subset corrected by the systematic position errors;
- Determining a second offset value for each exposure field of the second subset, which is composed of second systematic position errors and the mean position error, wherein the contribution of the second systematic position errors is determined on the basis of the simulation model for the exposure fields of the second subset; and
- Determining a frequency distribution of the first offset values and the second offset values to determine which portion of the exposure fields is within a predetermined offset value.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung in ihrem ersten Aspekt ist es, einen Halbleiterwafer photolithographisch mit einem Schaltungsmuster zur Bildung einer integrierten Schaltung zu strukturieren und anschließend eine erste Teilmenge von Overlay-Targets zur Bestimmung von Versatzwerten auszuwerten. Dabei wird aus einer ersten Teilmenge von ersten Versatzwerten ein systematischer Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand eines Simulationsmodells des Projektionsapparats und ein mittlerer Lagefehler anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge bestimmt. Ausgehend von dem Simulationsmodell des Projektionsapparats werden zweite Versatzwert für jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge berechnet, die sich aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzen. Somit werden auch die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge mit in eine Abschätzung darüber einbezogen, ob die Versatzwerte eine bestimmte Overlay-Spezifikation erfüllen. Dabei werden die systematischen Beiträge von dem Simulationsmodell des Projektionsgeräts geliefert, die statistischen Beiträge folgen den gemessenen Werten der ersten Teilmenge. Dies führt zu einer genauen und konsistenten Bestimmung der zweiten Versatzwerte, ohne dass bestimmte Annahmen bezüglich der statistischen Verteilung oder Mittelwertsbildungen das Ergebnis beeinträchtigen könnten.One essential aspect of the invention in its first aspect It is photolithographically a semiconductor wafer with a circuit pattern to structure an integrated circuit and then a evaluate first subset of overlay targets to determine offset values. In this case, a first subset of first offset values is input systematic positional error in each exposure field of the first subset based a simulation model of the projection apparatus and a medium Position error based on the corrected by the systematic position errors determined first offset values of the exposure fields of the first subset. Starting from the simulation model of the projection apparatus second offset value for each exposure field of the second subset is calculated from second systematic position errors and the mean positional error put together. Thus, the exposure fields of the second Subset included in an estimation about whether the offset values meet a specific overlay specification. there become the systematic contributions supplied by the simulation model of the projection device, the statistical posts follow the measured values of the first subset. This leads to a accurate and consistent determination of the second offset values, without that certain assumptions regarding the statistical distribution or averaging the result impair could.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Schaltungsmusters, dass das Schaltungsmus ter von einem im wesentlichen rechteckigen Sägerahmen umgeben ist und für die erste Schaltungsebene mindestens vier erste Messmarken vorgesehen sind, die geeignet sind, zusammen mit mindestens vier zweiten Messmarken der zweiten Schaltungsebene jeweils ein Overlay-Target zu bilden, wobei die mindestens vier Overlay-Targets an jeweils einer Ecke des Sägerahmens angeordnet sind.In a preferred embodiment The step of providing the circuit pattern comprises the circuit pattern of a substantially rectangular saw frame is surrounded and for the first circuit level provided at least four first measurement marks which are suitable, together with at least four second marks each of the second circuit level to form an overlay target, where the at least four overlay targets are each on one corner of the saw frame are arranged.
Gemäß dieser Vorgehensweise werden für jedes Belichtungsfeld mindestens vier Overlay-Targets bereitgestellt, die an den Extrempunkten des Belichtungsfeldes positioniert sind. Diese ermöglicht eine präzise Bestimmung der Versatzwerte, da sich eventuelle Lagefehler über die gesamte Abmessung des Belichtungsfeldes am genauesten bestimmen lassen.According to this Approach will be for each Exposure field provided at least four overlay targets, which are positioned at the extreme points of the exposure field. This allows a precise Determination of the offset values, as possible position errors are determined by the determine the entire dimension of the exposure field most accurately.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Projektionsapparats, dass für den Projektionsapparat ein Wafer-Scanner bereitgestellt wird.In a further preferred embodiment the step of providing the projection apparatus comprises that for the projection apparatus, a wafer scanner is provided.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird für den Projektionsapparat ein Wafer-Scanner verwendet, der insbesondere für kritische Schaltungsebenen aufgrund des Auflösungsvermögens bevorzugt ist.According to this Approach is for the projection apparatus uses a wafer scanner, in particular for critical Circuit levels due to the resolution is preferred.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des Simulationsmodells, dass ein Simulationsmodell mit mindestens zehn Parametern bereitgestellt wird, das geeignet ist, einen Translationsfehler, einen Grid-Rotationsfehler, einen Grid-Vergrößerungsfehler, einen Feld-Rotationsfehler und einen Feld-Vergrößerungsfehler jeweils in zwei senkrecht zueinander stehenden Koordinatenachsen anzugeben.In a further preferred embodiment The step of providing the simulation model comprises provided a simulation model with at least ten parameters which is suitable, a translation error, a grid rotation error, a grid magnification error, a field rotation error and a field magnification error, respectively, in two specify perpendicular coordinate axes.
Gemäß dieser Vorgehensweise werden die in nachfolgenden Belichtungsschritten korrigierbaren Lagefehler bei der Projektion einer Schaltungsebene im Simulationsmodell berücksichtigt, wobei zur Verbesserung der Zuordnung der Lagefehler diese in jeweils zwei getrennten und zueinander senkrecht stehenden Koordinatenachsen angeben werden.According to this The procedure will be the subsequent exposure steps correctable positional error in the projection of a circuit plane in Considered simulation model, wherein to improve the assignment of the positional error in each case two separate and mutually perpendicular coordinate axes be specified.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens von ersten Versatzwerten für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge umfasst
- – Bereitstellen eines Overlay-Messgeräts; und
- – Vermessen der Overlay-Targets in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge mit dem Overlay-Messgerät.
- - providing an overlay meter; and
- - Measuring the overlay targets in each exposure field of the first subset with the overlay meter.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird ein in der Technik übliches Overlay-Messgerät zur Bestimmung der ersten Versatzwerten für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge verwendet. Dies erlaubt eine einfache und zuverlässige Bestimmung der ersten Versatzwerte, wobei auf üblicherweise in der Halbleiterfertigung vorhandene Geräte zurückgegriffen werden kann.According to this The procedure will be an art-overlay overlay meter for determination the first offset values for each overlay target in each exposure field of the first subset used. This allows a simple and reliable determination of the first Offset values, where usually Applicable devices can be used in semiconductor manufacturing.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die ersten Versatzwerte jeweils in x-Richtung und y-Richtung bestimmt.In a further preferred embodiment The first offset values are respectively in the x-direction and the y-direction certainly.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird eine Zuordnung der ersten Versatzwerte und der in der Berechnungsvorschrift parametrisierten Lagefehler des Projektionsapparates ermöglicht, um eine präzise Bestimmung beispielsweise der systematischen Lagefehler durchzuführen.According to this The procedure is an assignment of the first offset values and the in the calculation specification parameterized positional error of the projection apparatus allows to be precise Determination, for example, to carry out the systematic positional error.
In einer weiteren bevorzugten-Ausführungsform wird darüber hinaus für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge aus den ersten Versatzwerten und den systematischen Lagefehlern ein residualer Fehlerwert für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge bestimmt.In a further preferred embodiment gets over it out for each overlay target in each exposure field of the first subset from the first offset values and the systematic position errors a residual error value for each overlay target in each exposure field of the first subset certainly.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge aus den gemessenen ersten Versatzwerten ein residualer Fehlerwert bestimmt, der um die Beiträge der systematischen Lagefehler korrigiert ist. Auf einfache Weise kann der residuale Fehlerwert durch Subtraktion der gemessenen ersten Versatzwerte und des berechneten systematischen Lagefehlers bestimmt werden.According to this Approach is for each overlay target in each exposure field of the first subset from the measured first offset values, a residual error value that determines the posts the systematic positional error is corrected. In an easy way can calculate the residual error value by subtracting the measured first Offset values and the calculated systematic position error determined become.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird darüber hinaus die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x- und y-Richtung bestimmt, die anschließend zur Bestimmung der zehn Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates herangezogen wird, indem der minimale Wert der Standardabweichung bestimmt wird.In a further preferred embodiment gets over it addition, the standard deviation of the residual error value in x- and y direction, which are then used to determine the ten parameters the simulation model of the projection apparatus is used, by determining the minimum value of the standard deviation.
Die Minimierung des residualen Fehlerwertes ist das zentrale Anliegen bei der Bestimmung des systematischen Lagefehlers. Durch Berechnung der Standardabweichung der residualen Fehlerwerte lässt sich ein einfaches lineares Gleichungssystem aufstellen, das zur optimalen Bestimmung der Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates herangezogen wird. Dies erlaubt eine präzise und effektive Bestimmung der Parameter des Simulationsmodells.The Minimizing the residual error value is the central concern in determining the systematic positional error. By calculation the standard deviation of the residual error values can be determined set up a simple linear system of equations that is optimal Determination of the parameters of the simulation model of the projection apparatus is used. This allows a precise and effective determination the parameter of the simulation model.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens des mittleren Lagefehlers anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge, dass der Mittelwert der residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung als mittlerer Lagefehler bestimmt wird.In a further preferred embodiment The step of determining the mean positional error comprises the first offset values corrected for the systematic position errors the exposure fields of the first subset that the mean the residual error values in the x and y direction as a mean positional error is determined.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird ein alle Belichtungsfelder berücksichtigender mittlerer Lagefehler bestimmt, wobei die Abweichungen der einzelnen residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung als Maß für den statistischen Beitrag der ersten Versatzwerte herangezogen werden kann.According to this The procedure will take into account all exposure fields mean positional error determined, with the deviations of the individual residual error values in x and y direction as a measure of the statistical Contribution of the first offset values can be used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird darüber hinaus aus den residualen Fehlerwerten in x- Richtung und y-Richtung ein Wert für die statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers anhand einer Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt.In a further preferred embodiment gets over it In addition, from the residual error values in the x direction and y direction, a value for the statistical Fluctuation of the mean positional error based on a probability distribution certainly.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird eine Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt, die angibt, wie die residualen Fehlerwerten in x- Richtung und y-Richtung um den mittleren Lagefehler fluktuieren. Dadurch kann der statistische Beitrag zu den ersten Versatzwerten mit Hilfe der Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt werden, die nötigenfalls aus einer Messung oder aufgrund von Erfahrungswerten bestimmt wird.According to this Approach, a probability distribution is determined which indicates how the residual error values in the x-direction and y-direction fluctuate around the mean positional error. This can be the statistical Contribution to the first offset values using the probability distribution be determined, if necessary determined from a measurement or empirical values.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Normalverteilung und für die statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers werden die Standartabweichung der residualen Fehlerwerte jeweils in x-Richtung und y-Richtung bestimmt.In a further preferred embodiment the probability distribution is a normal distribution and for the Statistical fluctuation of the mean positional error becomes the standard deviation the residual error values are respectively determined in the x-direction and y-direction.
Gemäß dieser Vorgehensweise ist es möglich, für die Wahrscheinlichkeitsverteilung eine Normalverteilung zu verwenden, da diese oftmals die Fluktuation des mittleren Lagefehlers ausreichend genau beschreibt. Dies ermöglicht eine einfache Bestimmung des statistischen Beitrags zu den Versatzwerten.According to this Approach is it possible for the Probability distribution to use a normal distribution, since This often enough the fluctuation of the average positional error describes. this makes possible a simple determination of the statistical contribution to the offset values.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Aufteilens der Belichtungsfelder in die erste Teilmenge und die zweite Teilmenge, dass die erste Teilmenge ungefähr 10% der Belichtungsfelder beinhaltet.In a further preferred embodiment includes the step of dividing the exposure fields into the first subset and the second subset that the first subset approximately 10% of the exposure fields.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird nur ein kleiner teil der Belichtungsfelder beispielsweise mit einem Overlay-Messgerät vermessen, was zu einem höheren Durchsatz bei der Waferinspektion führt. Aufgrund der Bestimmung der zweiten Versatzwerte in den nicht durch Messung ausgewerteten Belichtungsfeldern der zweiten Teilmenge führt dies jedoch nicht zu einer Verschlechterung der Qualitätskontrolle.According to this procedure, only a small part of the exposure fields is measured, for example with an overlay measuring device, which leads to a higher throughput in the wafer inspection. However, due to the determination of the second offset values in the exposure fields of the second subset which are not evaluated by measurement, this does not lead to a deterioration of the quality control le.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens der Schaltungsebenen, dass ein Schaltungsentwurf eines Halbleiterspeichers mit dynamischen Speicherzellen umfassend Grabenkondensatoren bereitgestellt wird, der im Bereich der Grabenkondensatoren kleinste Abmessungen von 100 nm oder weniger aufweist.In a further preferred embodiment The step of providing the circuit levels comprises a circuit design of a semiconductor memory with dynamic Memory cells comprising trench capacitors is provided, the smallest dimensions of 100 in the area of trench capacitors nm or less.
Halbleiterspeicher mit dynamischen Speicherzellen werden oftmals in einem hochvolumigen Fertigungsprozess hergestellt und weisen aufgrund der kleinen Strukturen ein limitiertes Overlay-Budget auf. Das erfindungsgemäße Verfahren spricht genau diesen Problemkreis an, in dem die Bestimmung der Overlay-Spezifikation zeitsparend anhand einer Teilmenge von gemessenen Overlay-Targets durchgeführt wird, wobei insbesondere die Genauigkeit auch bei sehr engen Spezifikationen wichtig ist. Damit kann werden der Herstellung von Halbleiterspeichern ei ne schnelle und genau Aussage über die Qualität des Overlays getroffen werden.Semiconductor memory with dynamic storage cells are often in a high-volume manufacturing process produced and have a limited due to the small structures Overlay budget on. The inventive method speaks exactly this Problem area in which the determination of the overlay specification saves time based on a subset of measured overlay targets, in particular, the accuracy even at very tight specifications important is. This can be the production of semiconductor memory ei ne fast and accurate statement about the quality of Overlays are taken.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, dass der vorgegebene Versatzwert ungefähr 20 nm beträgt.In a further preferred embodiment The step of determining the frequency distribution of the first comprises Offset values and the second offset values that the default Offset value approximately 20 nm.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird erreicht, dass die bei modernen Technologien vorgesehenen Werte des Overlay-Budgets verwendet werden könne, um die Halbleiterwafer entsprechend der Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte zu charakterisieren.According to this Approach is achieved that with modern technologies provided values of the overlay budget could be used to the semiconductor wafer according to the frequency distribution of the first Characterize offset values and the second offset values.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, dass der vorgegebene Anteil der Belichtungsfelder innerhalb des vorgegebenes Versatzwertes wenigstens 99% beträgt.In a further preferred embodiment The step of determining the frequency distribution of the first comprises Offset values and the second offset values that the default Proportion of exposure fields within the specified offset value at least 99%.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen müssen viele verschiedenen Spezifikationen eingehalten werden, um eine hohe Gutausbeute zu erzielen. Da zu große Lageungenauigkeiten zum Ausfall der Schaltung führen könnten, wird bevorzugt ein hoher Anteil der Belichtungsfelder innerhalb des vorgegebenes Versatzwertes gefordert.at The manufacture of integrated circuits must have many different specifications be adhered to in order to achieve a high yield. To size Position inaccuracies could lead to failure of the circuit, is preferably a high Proportion of exposure fields within the specified offset value required.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für Halbleiterwafer, deren erste Versatzwerte und zweite Versatzwerte einen niedrigeren Anteil aufweisen, folgender Schritt ausgeführt.
- - Zuführen des Halbleiterwafers zu einer Nachbearbeitung.
- - Feeding the semiconductor wafer to a post-processing.
Halbleiterwafer, die zu viele Belichtungsfelder mit zu großen Versatzwerten aufweisen, werden gemäß dieser Vorgehensweise nicht weiter produziert. In einer Nachbearbeitung lassen sich eventuell die auftretenden Fehler korrigieren, so dass die bereits prozessierten Halbleiterwafer nicht verloren sind. Dies erlaubt eine kostengünstige Produktion von integrierten Schaltungen.Semiconductor wafer, have too many exposure fields with too large offset values, be according to this Procedure not further produced. In a postprocessing can be possibly correct the errors that occur, so that the already processed semiconductor wafers are not lost. This allows a cost-effective Production of integrated circuits.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Zuführens zur Nachbearbeitung folgendes:
- – Entfernen der Resistschicht;
- – Aufbringen einer weiteren Resistschicht auf die Vorderseite des Halbleiterwafers; und
- – erneutes Projizieren des Schaltungsmusters in die Belichtungsfelder auf der weiteren Resistschicht.
- - removing the resist layer;
- Applying a further resist layer to the front side of the semiconductor wafer; and
- Re-projecting the circuit pattern into the exposure fields on the further resist layer.
Bevorzugt wird die Vermessung die Waferinspektion vor dem Übertragen der Resist-Maske in die darunter liegende Schicht ausgeführt. Dadurch kann für Halbleiterwafer, die zu viele Belichtungsfelder mit zu großen Versatzwerten aufweisen, die Resist-Maske wieder entfernt werden und der letzte Projektionsschritt wird wiederholt. Dies erlaubt eine kostengünstige Produktion von integrierten Schaltungen.Prefers The measurement will be the wafer inspection before transferring the resist mask executed in the underlying layer. As a result, for semiconductor wafers, have too many exposure fields with too large offset values, the resist mask will be removed again and the last projection step will be repeated. This allows cost-effective production of integrated Circuits.
Die Aufgabe der wird in einem weiteren Aspekt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Auswertung von Messergebnissen eines Overlay-Messgeräts gelöst, das folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen eines Eingangsdatensatzes, der eine Vielzahl von ersten Versatzwerten umfasst, wobei die ersten Versatzwerte aus Messungen einer ersten Teilmenge von Overlay-Targets zweier Schaltungsebenen, die in einer Mehrfachanordnung von Belichtungsfeldern auf einem Halbleiterwafer mit einem Projektionsapparat aufgebracht wurden, bestimmt wurden und sich aus ersten systematischen Lagefehlern und einem mittleren Lagefehler zusammensetzen;
- – Bereitstellen eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells für den Projektionsapparat;
- – Bestimmen der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand des Simulationsmodells des Projektionsapparats;
- – Bestimmen eines mittleren Lagefehlers anhand der um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge;
- – Bestimmen eines zweiten Versatzwertes für jedes Belichtungsfeld einer von der ersten Teilmenge verschiedenen zweiten Teilmenge, der sich aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzt, wobei der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells für die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt wird; und
- – Bestimmen einer Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte, um zu bestimmen, welcher Anteil der Belichtungsfelder innerhalb eines vorgegebenen Versatzwerts liegt.
- Providing an input data set comprising a multiplicity of first offset values, the first offset values being determined from measurements of a first subset of overlay targets of two circuit levels, which were applied in a multiple array of exposure fields on a semiconductor wafer with a projection apparatus, and from first systematic errors and a medium misalignment;
- - Providing a calculation model containing a simulation model for the projection apparatus;
- Determining the systematic position errors in each exposure field of the first subset based on the simulation model of the projection apparatus;
- Determining a mean positional error based on the first offset values of the exposure fields of the first subset corrected by the systematic position errors;
- Determining a second offset value for each exposure field of a second subset different from the first subset, which is composed of second systematic position errors and the mean position error, the contribution of the second systematic position errors being determined using the simulation model for the exposure fields of the second subset; and
- Determining a frequency distribution of the first offset values and the second offset values to determine which portion of the exposure fields is within a predetermined offset value.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung in ihrem zweiten Aspekt ist es, Daten eines Overlay-Messgeräts dahingehend auszuwerten, dass aus einem Datensatz, der vom Overlay-Messgerät gemessene erste Versatzwerte umfasst, zweite Versatzwerte zu berechnen, die für diejenigen Belichtungsfeldpositionen bestimmt werden, für die keine erste Versatzwerte vorliegen. Dabei wird aus der ersten Teilmenge von ersten Versatzwerten ein systematischer Lagefehler in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge anhand eines Simulationsmodells eines bei einer Projektion verwendeten Projektionsapparats und ein mittlerer Lagefehler anhand der um die syste matischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge bestimmt. Ausgehend von dem Simulationsmodell des Projektionsapparats werden zweite Versatzwert für jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge berechnet, die sich aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammensetzen.One essential aspect of the invention in its second aspect is to evaluate data from an overlay meter such that from a data set, the first offset values measured by the overlay meter includes calculating second offset values representative of those exposure field positions be determined for that have no first offset values. It will be from the first Subset of first offset values a systematic misalignment in each exposure field of the first subset based on a simulation model of a Projection apparatus used in projection and middle one Positional errors are corrected on the basis of the systematic positional errors determined first offset values of the exposure fields of the first subset. Starting from the simulation model of the projection apparatus second offset value for each exposure field of the second subset is calculated from second systematic position errors and the mean positional error put together.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird zur Bestimmung von systematischen Lagefehlern anhand des Simulationsmodells
folgende Berechnung durchgeführt:
Gemäß dieser Vorgehensweise kann eine Berechnungsvorschrift verwendet werden, die die üblicherweise dominierenden Beiträge der Lagefehler bei der Projektion mit einem Wafer-Scanner parametrisiert. Dadurch kann eine einfache Bestimmung der einzelnen Beiträge erfolgen, die beispielsweise nachfolgend zur Korrektur bei weiteren Belichtungen anderer Halbleiterwafer verwendet werden können.According to this Approach, a calculation rule can be used the ones usually dominant contributions the positional error in the projection parameterized with a wafer scanner. This allows a simple determination of the individual contributions, the example below for correction in further exposures of others Semiconductor wafer can be used.
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
wird der residuale Fehlerwert gemäß folgender Gleichungen berechnet
wird:
Gemäß dieser Vorgehensweise werden in einfachen Berechnungsschritten die Messergebnisse eines Overlay-Targets um die systematischen Lagefehler, die vom Projektionsapparat stammen, korrigiert. Der verbleibende oder residuale Fehler kann auf diese Weise einfach bestimmt werden.According to this The procedure becomes simple calculation steps, the measurement results of a Overlay targets around the systematic positional errors generated by the projection apparatus come, corrected. The remaining or residual error can occur This way can be easily determined.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der zweiten Versatzwerte für jedes Belichtungsfeld der zweiten Teilmenge:
- – Berechnen der Werte Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) der systematischen Lagefehler in x- und y-Richtung an wenigstens vier Positionen innerhalb des Belichtungsfeldes;
- – Bestimmen der maximalen Werte der systematischen Lagefehler jeweils in x- und y-Richtung;
- – Bestimmen des zweiten Versatzwertes in x-Richtung anhand folgender Gleichung: B_X = Ovl_X(x,y) + 3·SIGMA, wobei x die Position des Belichtungsfeldes, B_X den zweiten Versatzwert in x-Richtung, Ovl_X(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten systematischen Lagefehler in x- Richtung und SIGMA die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte repräsentieren; und
- – Bestimmen des zweiten Versatzwertes in y-Richtung anhand folgender Gleichung: B_Y = Ovl_Y(x,y) + 3·SIGMA, wobei y die Position des Belichtungsfeldes, B_Y den zweiten Versatzwert in y-Richtung und Ovl_Y(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten systematischen Lagefehler in y-Richtung und SIGMA die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte repräsentieren.
- Calculating the values Ovl_X (x, y) and Ovl_Y (x, y) of the systematic position errors in the x and y directions at at least four positions within the exposure field;
- Determining the maximum values of the systematic position errors in the x and y direction in each case;
- Determining the second offset value in the x direction using the following equation: B_X = Ovl_X (x, y) + 3 * SIGMA, where x is the position of the exposure field, B_X is the second offset value in the x direction, Ovl_X (x, y) is the the systematic error in the x-direction determined by the simulation model and SIGMA represent the standard deviation of the residual error values; and
- Determining the second offset value in the y direction using the following equation: B_Y = Ovl_Y (x, y) + 3 * SIGMA, where y is the position of the exposure field, B_Y is the second offset value in the y direction, and Ovl_Y (x, y) is the The systematic deviation in the y-direction and SIGMA, which represent the simulation model, represent the standard deviation of the residual error values.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird für jedes der zweiten Teilmenge zugeordnete Belichtungsfeld ein Versatzwert berechnet, der zum einen die systematischen Beiträge über das Simulationsmodell und zum anderen die statistischen Beiträge über die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte der ersten Teilmenge berücksichtigt. Dadurch erhält man eine präzise Vorhersage für sämtliche Belichtungsfelder, in denen keine Messung von Versatzwerten durchgeführt wurde. Unter Verwendung der Berechnungsvorschriften des Simulationsmodells werden die systematischen Lagefehler in x-Richtung und y-Richtung mit den an die tatsächlichen Verhältnisse bei der Projektion angepassten Beiträgen berücksichtigt. Dadurch kann die Ortsabhängigkeit der systematischen Lagefehler anhand des Simulationsmodells bestimmt werden. Die statistischen Beiträge wiederum werden aus den gemessenen Versatzwerten abgeleitet, so dass die Versatzwerte der zweiten Teilmenge mit großer Genauigkeit und frei von willkürlichen Annahmen abgeschätzt werden.According to this procedure, an offset value is calculated for each exposure field assigned to the second subset, taking into account the systematic contributions via the simulation model and the statistical contributions via the standard deviation of the residual error values of the first subset. This gives a precise prediction for all exposure fields those in which no measurement of offset values has been performed. Using the calculation rules of the simulation model, the systematic position errors in the x-direction and y-direction are taken into account with the contributions adapted to the actual conditions in the projection. As a result, the location dependence of the systematic position errors can be determined on the basis of the simulation model. The statistical contributions, in turn, are derived from the measured offsets, so that the offsets of the second subset are estimated with great accuracy and free from arbitrary assumptions.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bestimmens der Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte:
- – Bereitstellen eines Datenfeldes mit ersten Speicherstellen, die geeignet sind, wenigstens einen Zahlenwert zu speichern, wobei jeder ersten Speicherstelle jeweils ein Bereich von Versatzwerten zugeordnet wird, so dass das Datenfeld Versatzwerte innerhalb einer vorgegebenen unteren Grenze und einer vorgegebenen oberen Grenze abdeckt; und
- – Zuweisen jedes ersten Versatzwertes und zweiten Versatzwertes an eine der ersten Speicherstellen, wobei der Inhalt der Speicherstelle die Anzahl der ihr zugewiesenen ersten Versatzwerte oder zweiten Versatzwerte umfasst.
- Providing a data field having first memory locations adapted to store at least one numerical value, wherein each first memory location is assigned a range of offset values such that the data field covers offset values within a predetermined lower limit and a predetermined upper limit; and
- Assigning each first offset value and second offset value to one of the first memory locations, wherein the content of the memory location comprises the number of the first offset values or second offset values assigned to it.
Gemäß dieser Vorgehensweise werden die ersten Versatzwerte und zweiten Versatzwerte in einem Histogramm abgespeichert, das durch die Speicherzellen repräsentiert wird. Dies erlaubt insbesondere eine einfache Bestimmung der Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte.According to this The procedure becomes the first offset values and second offset values stored in a histogram by the memory cells represents becomes. This allows in particular a simple determination of the frequency distribution the first offset values and the second offset values.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform repräsentieren die untere Grenze einen Versatzwert von ungefähr 5 nm und die obere Grenze einen Versatzwert von ungefähr 25 nm und repräsentiert der Bereich einer Speicherstelle etwa 0,25 nm.In a further preferred embodiment represent the lower limit has an offset value of about 5 nm and the upper limit an offset value of approximately 25 nm and represents the area of a memory location is about 0.25 nm.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird das Datenfeld mit den ersten Speicherzellen in Bereiche aufgeteilt, die den in modernen Fertigungsprozessen auftretenden Bereich von Versatzwerten abdecken. Damit lässt sich das Verfahren beispielsweise bei der Fertigung von Halbleiterspeichern einsetzen.According to this The procedure is the data field with the first memory cells divided into areas similar to those used in modern manufacturing processes Cover range of offset values. This allows the process, for example used in the manufacture of semiconductor memories.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die zweiten Speicherzellen darüber hinaus geeignet, die Anzahl der ihr zugewiesenen ersten Versatzwerte oder zweiten Versatzwerte jeweils getrennt für einen Anteil in Richtung einer ersten Koordinatenachse und einen für einen Anteil in Richtung einer zweiten Koordinatenachse abzuspeichern.In a further preferred embodiment In addition, the second memory cells are suitable, the number the first offset values or second offset values assigned to it each separately for a proportion in the direction of a first coordinate axis and a for one Store proportion in the direction of a second coordinate axis.
Gemäß dieser Vorgehensweise ist das Datenfeld geeignet, die Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte getrennt in x-Richtung und y-Richtung abzuspeichern. Dies ermöglicht eine für beide Richtungen getrennte Bestimmung darüber, ob eine vorgegebene Overlay-Spezifikation eingehalten wird.According to this The data field is suitable, the frequency distribution of the first offset values and the second offset values separated in x-direction and y-direction save. this makes possible one for both directions separate determination of whether a given overlay specification is complied with.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Zähler vorgesehen, der geeignet ist, die Gesamtzahl von ersten Versatzwerten und zweiten Versatzwerten zu bestimmen, und bei dem der Inhalt der zweiten Speicherzellen jeweils auf die Gesamtzahl normiert wird.In a further preferred embodiment is a counter provided, which is suitable, the total number of first offset values and second offset values, and in which the content of the second memory cells is normalized to the total number.
Gemäß dieser Vorgehensweise wird eine normierte Häufigkeitsverteilung der ersten Versatzwerte und der zweiten Versatzwerte bestimmt, wodurch die Auswertung der Häufigkeitsverteilung auf einfache Weise durchgeführt werden kann.According to this The procedure becomes a normalized frequency distribution of the first Offset values and the second offset values are determined, causing the Evaluation of the frequency distribution carried out in a simple manner can be.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The The invention will now be described with reference to the accompanying drawings. In show the drawing:
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden für eine Belichtung in einem Belichtungsfeld einer ersten Ebene mit ei nem Wafer-Scanner und einer zweiten Ebene mit einem Wafer-Stepper beschrieben, die jeweils die gleiche Größe des Belichtungsfeld aufweisen. Die Erfindung ist aber auch auf mehrere Schaltungsebenen mit unterschiedlicher Konfiguration der verwendeten Belichtungsgeräte anwendbar. So ist es ebenfalls möglich, mehrere bezüglich der kleinsten Abmessungen kritische Schaltungsebenen mit einem Wafer-Scanner zu belichten und anschließend eine Belichtung mit einem Wafer-Stepper durchzuführen.The inventive method will be below for an exposure in an exposure field of a first level with Described a wafer scanner and a second level with a wafer stepper each the same size of the exposure field exhibit. The invention is also applicable to several circuit levels applicable with different configuration of the exposure devices used. So it is also possible several re the smallest dimensions critical circuit levels with a wafer scanner to expose and then to perform an exposure with a wafer stepper.
In
Der
Projektionsapparat
Zwischen
der Lichtquelle
Für die Schaltungsebenen wird beispielsweise ein Schaltungsentwurf eines Halbleiterspeichers mit dynamischen Speicherzellen umfassend Grabenkondensatoren bereitgestellt, der im Bereich der Grabenkondensatoren kleinste Abmessungen von 100 nm oder weniger aufweist.For the circuit levels For example, a circuit design of a semiconductor memory with dynamic memory cells comprising trench capacitors, the smallest in the range of trench capacitors of 100 nm or less.
Nach
der photolithographischen Projektion wird die Lagegenauigkeit der
aktuell belichteten Schicht relativ zu bereits vorhandenen Ebenen
mit einem Overlay-Messgerät
Auf
der Vorderseite des Halbleiterwafers
Hier
setzt das erfindungsgemäße Verfahren in
seinen beiden Teilaspekten an. Die Belichtungsfelder werden einer
ersten Teilmenge und einer zweiten Teilmenge zugewiesen, wie in
Das
Aufteilen der Belichtungsfelder in die erste Teilmenge und die zweite
Teilmenge wird so ausgeführt,
dass die erste Teilmenge nur einen kleine Anteil, beispielsweise
10%, der Belichtungsfelder beinhaltet. Damit wird der Zeitaufwand
bei der Vermessung des Halbleiterwafers
Die
ersten Messmarken
Wie
bereits eingangs erwähnt
setzten sich die ersten Versatzwerte für jedes Overlay-Target
Nachfolgend
wird der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld
Zur
Bestimmung von systematischen Lagefehlern mit dem Simulationsmodell
werden beispielsweise für
einen Wafer-Scanner der Firma CANON folgende Berechnung durchgeführt:
Bei dieser Berechnungsvorschrift bezeichnet x die Position des Belichtungsfeldes entlang der ersten Koordinatenachse und y die Position des Belichtungsfeldes entlang der zweiten Koordinatenachse. Ziel der Berechnung ist es, den systematischen Lagefehler Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) in beiden Koordinatenrichtungen zu bestimmen. Dieser Lagefehler setzt sich aus folgenden Beiträgen zusammen: TransX bzw. TransY sind Parameter des Translationsfehlers, GMagX bzw. GMagY repräsentieren Parameter des Grid-Vergrößerungsfehlers, GRotX bzw. GRotY Parameter des Grid-Rotationsfehlers, FMagX bzw. FMagY Parameter des Feld-Vergrößerungsfehlers und FRotX bzw. FRotY Parameter des Feld-Rotationsfehlers. Diese werden jeweils in x-Richtung und y-Richtung angegeben.at this calculation specification x denotes the position of the exposure field along the first coordinate axis and y the position of the exposure field along the second coordinate axis. The aim of the calculation is the systematic positional error Ovl_X (x, y) or Ovl_Y (x, y) in both To determine coordinate directions. This positional error is from the following contributions together: TransX or TransY are parameters of the translation error, GMagX or GMagY represent Parameters of the grid magnification error, GRotX or GRotY parameters of the grid rotation error, FMagX resp. FMagY parameters of the field magnification error and FRotX or FRotY parameters of field rotation error. These are given in x-direction and y-direction respectively.
Die
Symbole CF bzw. IF repräsentieren
eine Zerlegung der Koordinatenwerte in einen Beitrag auf dem Halbleiterwafer
bzw. innerhalb eines Belichtungsfeldes, d.h. für die Koordinatenwerte in x-Richtung
und y-Richtung gilt:
Anschließend wird für jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge aus den ersten Versatzwerten und den systematischen Lagefehlern ein residualer Fehlerwert bestimmt wird.Subsequently, will for each Overlay target in each exposure field of the first subset of the first offset values and the systematic positional errors a residual Error value is determined.
Der
residuale Fehlerwert wird für
jedes Overlay-Target in jedem Belichtungsfeld der ersten Teilmenge
gemäß folgender
Gleichungen berechnet:
Dabei repräsentieren Res_X bzw. Res_Y den residualen Fehlerwert in x- bzw. y-Richtung und M_X bzw. M_Y den ersten Versatzwert in x- bzw. y-Richtung.there represent Res_X or Res_Y the residual error value in the x or y direction and M_X or M_Y the first offset value in the x and y directions, respectively.
Anschließend wird die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x- und y-Richtung bestimmt. Deren Wert errechnet sich aus der Wurzel der Summe der Quadrate der residualen Fehlerwert in x- bzw. y-Richtung. Diese Berechnung ist dem Fachmann bekannt und wird deshalb hier nicht genauer erläutert.Subsequently, will the standard deviation of the residual error value in the x and y direction certainly. Their value is calculated from the root of the sum of Squares the residual error value in the x or y direction. These Calculation is known in the art and therefore will not be here explained in more detail.
Anschließend wird die Standardabweichung des residualen Fehlerwertes in x- und y-Richtung zur Bestimmung der zehn Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates herangezogen. Dazu wird ein lineares Gleichungssystem aufgestellt, wobei für alle Parameter des Simulationsmodells des Projektionsapparates der minimale Wert der Standardabweichung bestimmt wird. Diese Parameter des Simulationsmodells können auch an den Projektionsapparat zurückgeführt werden, um den jeweiligen Lagefehler schon bei der Belichtung zu korrigieren.Subsequently, will the standard deviation of the residual error value in the x and y direction for determining the ten parameters of the simulation model of the projection apparatus used. For this purpose, a linear equation system is set up, wherein for all Parameters of the simulation model of the projection apparatus the minimum Value of the standard deviation is determined. These parameters of the simulation model can be attributed to the projection apparatus to the respective Position error already correct during the exposure.
Die residualen Fehlerwerte in x- und y-Richtung werden anschließend zur Bestimmung eines mittleren Lagefehlers herangezogen und stellen die um die systematischen Lagefehler korrigierten ersten Versatzwerte der Belichtungsfelder der ersten Teilmenge dar.The residual error values in the x and y direction then become the Determination of a mean positional error used and provide the first offset values corrected for the systematic position errors the exposure fields of the first subset is.
Darüber hinaus wird aus den residualen Fehlerwerten in x- und y-Richtung ein Wert für die statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers anhand einer Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt. Dazu ist beispielsweise eine Normalverteilung geeignet, wobei für die statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers die Standartabweichung der residualen Fehlerwerte jeweils in x- und y-Richtung bestimmt werden. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, da dem Fachmann viele Wahrscheinlichkeitsverteilungen bekannt sind, die für diesen Schritt verwendet werden können.Furthermore becomes a value from the residual error values in the x and y directions for the statistical fluctuation of the mean positional error by means of a Probability distribution determined. This is for example a normal distribution suitable, where for the statistical fluctuation the mean positional error the standard deviation of the residual error values be determined in each case in the x and y direction. This is not restrictive to understand, because the expert many probability distributions are known for This step can be used.
Bis
zu dieser Stelle des Verfahrens wurden die systematischen Lagefehler
anhand des Simulationsmodells und statistische Fluktuation des mittleren Lagefehlers
aus der Wahrscheinlichkeitsverteilung bestimmt. Diese Größen werden
im Folgenden dafür verwendet
die nicht mit dem Overlay-Messgerät
Die zweiten Versatzwertes für jedes Belichtungsfeld 5 der zweiten Teilmenge setzen sich aus zweiten systematischen Lagefehlern und dem mittleren Lagefehler zusammen. Der Beitrag der zweiten systematischen Lagefehler wird anhand des Simulationsmodells für die Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge bestimmt. Dazu werden die Koordinatenwerte der Belichtungsfelder der zweiten Teilmenge in die Berechnungsvorschriften für den systematischen Lagefehler Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) eingesetzt.The second offset value for each exposure field 5 of the second subset consists of second systematic position errors and the mean positional error together. The contribution of the second systematic bias will be based on the Simulation model for determines the exposure fields of the second subset. To do this the coordinate values of the exposure fields of the second subset in the calculation rules for the systematic positional error Ovl_X (x, y) or Ovl_Y (x, y) is used.
Dazu
werden die Werte Ovl_X(x,y) bzw. Ovl_Y(x,y) der systematischen Lagefehler
in x- und y-Richtung an wenigstens vier Positionen innerhalb des
Belichtungsfeldes berechnet. Aus diesen vier Werten für Ovl_X(x,y)
bzw. Ovl_Y(x,y) wird im Folgenden
der maximalen Werte der systematischen
Lagefehler jeweils in x- und y-Richtung bestimmt. Es ist aber auch
vorgesehen beispielsweise den Mittelwert oder eine andere geeignete
Größe, z.B.
gewichteter Mittelwert, geometrischer Mittelwert, kleinster Wert
o.ä., zu
verwendenFor this purpose, the values Ovl_X (x, y) and Ovl_Y (x, y) of the systematic position errors in the x and y directions are calculated at at least four positions within the exposure field. From these four values for Ovl_X (x, y) and Ovl_Y (x, y) will be hereafter
the maximum values of the systematic position errors in the x- and y-direction respectively. However, it is also intended, for example, to use the mean value or another suitable variable, eg weighted average, geometric mean value, smallest value or the like
Das
Bestimmen des zweiten Versatzwertes in x-Richtung wird anhand folgender
Gleichung durchgeführt:
Dabei repräsentieren x die Position des Belichtungsfeldes, B_X den zweiten Versatzwert in x-Richtung, Ovl_X(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten systematischen Lagefehler in x-Richtung und SIGMA die Standardabweichung SIGMA der residu alen Fehlerwerte. Die Multiplikation der Standardabweichung der residualen Fehlerwerte mit dem Faktor drei hat in der Praxis die besten Ergebnisse erzielt. Es soll jedoch explizit nicht ausgeschlossen werden, auch andere Faktoren zu verwenden, die beispielsweise im Bereich von eins bis fünf liegen können. Für Wahrscheinlichkeitsverteilungen, die nicht normalverteilt sind, kann eine ähnliche Größe angegeben werden. Es ist im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen, den statistischen Beitrag, der hier durch die Standardabweichung SIGMA repräsentiert ist, aus beliebigen Verteilungen oder auch durch Anpassung an Messwerte zu bestimmen.there represent x the position of the exposure field, B_X the second offset value in the x direction, Ovl_X (x, y) that determined from the simulation model systematic position error in the x-direction and SIGMA the standard deviation SIGMA the residual error values. The multiplication of the standard deviation the residual error value with the factor of three has in practice achieved the best results. However, it should not be explicitly excluded Other factors to be used, for example, in the Range from one to five can. For probability distributions, the are not normally distributed, a similar size can be specified. It is within the scope of the invention, the statistical contribution, which is represented here by the standard deviation SIGMA, from arbitrary Distributions or to be determined by adaptation to measured values.
Analog
erfolgt das Bestimmen des zweiten Versatzwertes in y-Richtung anhand folgender
Gleichung:
Dabei repräsentieren y die Position des Belichtungsfeldes, B_Y den zweiten Versatzwert in y-Richtung, Ovl_Y(x,y) den aus dem Simulationsmodell bestimmten systematischen Lagefehler in y-Richtung und SIGMA die Standardabweichung der residualen Fehlerwerte.there represent y the position of the exposure field, B_Y the second offset value in the y direction, Ovl_Y (x, y) that determined from the simulation model systematic misalignment in y-direction and sigma the standard deviation the residual error values.
Das
Ergebnis der Berechnung der zweiten Versatzwerte in x-Richtung und y-Richtung
ist graphisch in
Aus
den zweiten Versatzwerten B_X bzw. B_Y wird im Folgenden eine Verteilung
oder Histogramm
Um
eine einfache Bestimmung des Histogramm
Der
in modernen Fertigungsprozessen relevante Bereich von Versatzwerten
umfasst beispielsweise bei der Fertigung von Halbleiterspeichern
die untere Grenze von ungefähr
5 nm und die obere Grenze von ungefähr 25 nm. Der Bereich von Versatz werten,
der einer ersten Speicherstelle zugewiesen wird, beträgt beispielsweise
etwa 0,25 nm. In
Im Rahmen der Erfindung ist es selbstverständlich auch vorgesehen, die ersten Speicherzellen so auszuführen, dass die ersten Versatzwerte oder die zweiten Versatzwerte jeweils getrennt für einen Anteil in x-Richtung für einen Anteil in y-Richtung abgespeichert werden können.in the Of course, it is also provided under the invention, the perform first memory cells so that the first offset values or the second offset values respectively separate for a proportion in the x-direction for stored a proportion in the y direction can be.
Aus
dem Histogramm
Die
zweiten Speicherstellen umfassen für ihren Bereich die Summe der
Anzahl der ab der unteren Grenze zugewiesenen ersten Versatzwerte
oder zweiten Versatzwerte. Dadurch wird ein kumuliertes Histogramm
oder Häufigkeitsverteilung
Um die Normierung durchzuführen, wird beispielsweise ein Zähler vorgesehen ist, der geeignet ist, die Gesamtzahl von ersten Versatzwerten und zweiten Versatzwerten zu bestimmen.Around to carry out the standardization, becomes, for example, a counter is provided, which is suitable, the total number of first offset values and second offset values.
Diese Gesamtzahl wird dann zur Normierung des Inhalts der zweiten Speicherzellen herangezogen.These Total number then becomes the normalization of the contents of the second memory cells used.
In
Diejenigen
Halbleiterwafer
In
Im
Schritt
Anschließend wird
im Schritt
Nach
dem Bereitstellen eines Projektionsapparates
Anschließend wird
im Schritt
Danach
erfolgt im Schritt
Anschließend werden
im Schritt
Danach
erfolgt das Bestimmen der systematischen Lagefehler in jedem Belichtungsfeld
Abschließend erfolgt
im Schritt
In
Im
Schritt
Im
Schritt
Anschließend erfolgt
im Schritt
Anschließend wird
im Schritt
Abschließend erfolgt
im Schritt
Das
Verfahren gemäß
Das
Verarbeitungsmittel
- 55
- Projektionsapparatprojector
- 1010
- HalbleiterwaferSemiconductor wafer
- 1212
- Substrathaltersubstrate holder
- 1414
- Resistschichtresist layer
- 1616
- Lichtquellelight source
- 1818
- Reticlereticle
- 2020
- Projektionsobjektivprojection lens
- 2222
- Overlay-MessgerätOverlay meter
- 2424
- weitere LichtquelleFurther light source
- 2626
- Mikroskopmicroscope
- 2727
- Verarbeitungsmittelprocessing means
- 2828
- Belichtungsfeldexposure field
- 3030
- Overlay-TargetOverlay target
- 3232
- erste Messmarkefirst measuring mark
- 3434
- zweite Messmarkesecond measuring mark
- 3636
- erste Teilmengefirst subset
- 3838
- residualer Fehlerwertresidual error value
- 4040
- Histogrammhistogram
- 4242
- Häufigkeitsverteilungfrequency distribution
- 4444
- Anteilproportion of
- 4646
- maximaler Versatzwertmaximum offset value
- 100–138100-138
- Verfahrenschrittesteps
Claims (46)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410022596 DE102004022596A1 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Process to detect positional errors in photolithographic projections in semiconductor wafers with circuit patterns uses overlay measuring apparatus and projection simulation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200410022596 DE102004022596A1 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Process to detect positional errors in photolithographic projections in semiconductor wafers with circuit patterns uses overlay measuring apparatus and projection simulation |
Publications (1)
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DE102004022596A1 true DE102004022596A1 (en) | 2005-12-01 |
Family
ID=35267343
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200410022596 Withdrawn DE102004022596A1 (en) | 2004-05-07 | 2004-05-07 | Process to detect positional errors in photolithographic projections in semiconductor wafers with circuit patterns uses overlay measuring apparatus and projection simulation |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE102004022596A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2022179584A (en) * | 2016-02-22 | 2022-12-02 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー.ブイ. | Separation of contributions to metrology data |
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US5877861A (en) * | 1997-11-14 | 1999-03-02 | International Business Machines Corporation | Method for overlay control system |
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-
2004
- 2004-05-07 DE DE200410022596 patent/DE102004022596A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |