DE102004047661A1

DE102004047661A1 - Verfahren zum Projizieren von Muster auf ein Halbleitersubstrat

Info

Publication number: DE102004047661A1
Application number: DE102004047661A
Authority: DE
Inventors: Maik Adam; Francis Goodwin
Original assignee: ITEMIC AG; Infineon Technologies AG
Current assignee: ITEMIC AG, 01099 DRESDEN, DE; Qimonda AG
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Projizieren von Mustern auf ein Halbleitersubstrat, insbesondere während der Herstellung einer integrierten Schaltung. Ein erstes Muster, das Overlay-Marken umfasst, wird mit einer ersten Projektionsvorrichtung auf eine auf einer Halbleiteroberfläche abgeschiedene Resistschicht projiziert. In einem nächsten Schritt wird ein zweites Muster, das Overlay-Marken umfasst, mit einer zweiten Projektionsvorrichtung auf eine weitere Resistschicht projiziert. Beide Projektionsvorrichtungen weisen unterschiedlich große Bildfelder auf. Die Überdeckungsgenauigkeit der zweiten Muster wird optimiert, indem Korrekturparameter für die Projektionsvorrichtungen für verschiedene Gruppen von Bildfeldern berechnet werden, die gemäß der relativen Orientierung des ersten und zweiten Bildfelds bestimmt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Projizieren von Muster auf ein Halbleitersubstrat, insbesondere während der Herstellung einer integrierten Schaltung.

Bei der Herstellung einer integrierten Schaltung wird ein Muster wiederholt in einem lithographischen Schritt auf einen Halbleiterwafer projiziert und der Wafer bearbeitet, um das Muster in eine auf der Waferoberfläche abgeschiedene Schicht oder in das Substrat des Wafers zu übertragen. Diese Bearbeitung beinhaltet das Abscheiden einer Resistschicht auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats, Projizieren des Musters auf die Resistschicht und Entwickeln oder Ätzen der Resistschicht, um eine Resist-Struktur zu bilden. Die Resist-Struktur wird in einem Ätzschritt in die auf der Waferoberfläche abgeschiedene Schicht oder in das Substrat übertragen. Zudem können Planarisierungs- und andere Zwischenprozesse erforderlich sein, um eine Projektion der nachfolgenden Maskenebene vorzubereiten.

Das projizierte Muster wird auf einer Fotomaske bereitgestellt. Die Fotomaske wird von einer Lichtquelle mit einer Wellenlänge beleuchtet, die bei modernen Anwendungen in einen Bereich von sichtbarem Licht bis Tief-UV ausgewählt wird. Derjenige Teil des Lichts, der von der Fotomaske nicht absorbiert oder abgeschwächt wird, wird auf die Resistschicht auf der Oberfläche des Halbleiterwafers projiziert.

Moderne Technologien für die Herstellung von integrierten Schaltungen weisen ständig zunehmende Integrationsdichten auf. Infolgedessen werden die Anforderungen bezüglich der Genauigkeit der Abmessung innerhalb einer Schicht, aber auch bezüglich der Überdeckung (Overlay) zwischen verschiedenen, aufeinander projizierten Schichten zunehmend strenger. Die kleinste erforderliche Überdeckungsgenauigkeit wird üblicher weise als Overlay-Budget bezeichnet. Die Überdeckungsgenauigkeit steht zu der relativen Orientierung einer bestimmten Schicht bezüglich einer bereits strukturierten Schicht auf dem Substrat in Beziehung. Die Herstellung von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) erfordert die Projizierung von dichten Linien- und Spaltenmustern mit Strukturmerkmalsgrößen von 70 nm oder kleiner. Als Beispiel liegt die größte tolerierbare Ungenauigkeit zwischen zwei Schichten der 100 nm-Prozesslinie im Bereich von 20 nm. Fortgeschrittenere Technologien erfordern eine noch strengere Überdeckungsgenauigkeit.

Die lithographische Strukturierung von Schichten mit den kleinsten und deshalb den kritischsten Strukturmerkmalsgrößen erfolgt üblicherweise mit einem Waferscanner. Andere Schichten, die weniger kritisch sind, werden mit einem Wafer-Stepper projiziert, der üblicherweise im Vergleich zu einem Waferscanner ein geringfügig reduziertes Auflösungsvermögen aufweist. Bei der DRAM-Herstellung ist es zudem üblich, die ersten kritischen Schichten mit einem Waferscanner zu strukturieren, wobei 248 nm- oder 193 nm-Lichtquellen verwendet werden. Für weniger kritische Schichten kann eine herkömmliche Breitband-Beleuchtung verwendet werden, beispielsweise eine Lichtquelle mit der Quecksilber g-Linie oder eine Lichtquelle mit der Quecksilber i-Linie mit einer Wellenlänge von 356 nm.

Dies führt jedoch zu einer sogenannten Kombination von Lithographieverfahren, wobei verschiedene Projektionsvorrichtungen verwendet werden (Mix-And-Match-Lithographie). Mit abnehmenden Strukturmerkmalsgrößen von Mustern wird die präzise Steuerung der Überdeckungsgenauigkeit noch wichtiger, weil diese Technologien bereits mit einem relativ kleinen Overlay-Budget beginnen. Üblicherweise können die Overlay-Werte mit einem Overlay-Messgerät gemessen werden. Die gemessenen Overlay-Werte können in korrigierbare systematische Fehler und nicht korrigierbare systematische oder zufällige Fehler getrennt werden. Während der korrigierbare systematische Fehler für jeden Durchlauf für nachfolgende Projektionen korrigiert werden kann, beschäftigt sich der nicht korrigierbare Fehler mit klassischen Verzerrungseffekten, Maskenfehlausrichtungen oder Substrathalterplazierungsfehlern. Mit Ausrichtungs- und Overlay-Steuerschritten werden die korrigierbaren systematischen Fehler reduziert. Ohne Kontrolle dieser Fehler würde sich schließlich eine geringe Ausbeute der produzierten Schaltungen ergeben.

Dementsprechend besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Verbesserung der Genauigkeit der projizierten Muster zueinander während der Herstellung von integrierten Schaltungen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die vorliegende Erfindung, die ein Verfahren zum Projizieren von Mustern auf ein Halbleitersubstrat während der Herstellung einer integrierten Schaltung bereitstellt, mit den folgenden Schritten:

– Bereitstellen einer ersten Projektionsvorrichtung, die Muster auf ein erstes Bildfeld projizieren kann, das im wesentlichen rechteckig ist und eine erste Breite und eine erste Länge aufweist;
– Bereitstellen einer zweiten Projektionsvorrichtung, die Muster auf ein zweites Bildfeld projizieren kann, das im wesentlichen rechteckig ist und eine zweite Breite und eine zweite Länge aufweist, wobei die erste Breite im wesentlichen gleich der zweiten Breite, die erste Länge größer als die zweite Länge ist und ein Verhältnis der ersten Länge zu der zweiten Länge einen nicht-ganzzahligen Wert aufweist;
– Bereitstellen einer ersten Fotomaske, die ein Array eines ersten Musters umfasst, das eine oder mehrere weitere Marken umfasst, die jeweils einen ersten Teil der Overlay-Marke bilden können;
– Bereitstellen einer zweiten Fotomaske, die ein Array eines zweiten Musters umfasst, das eine oder mehrere weitere Marken umfasst, die jeweils einen zweiten Teil der Overlay-Marke bilden können;
– Bereitstellen eines Halbleiterwafers; aufeinanderfolgendes Strukturieren einer ersten Schicht des Halbleiterwafers mit dem ersten Muster unter Verwendung der ersten Projektionsvorrichtung und der ersten Fotomaske durch Projizieren einer Mehrfachanordnung der ersten Bildfelder auf den Halbleiterwafer;
– Sukzessives Strukturieren einer zweiten Schicht des Halbleiterwafers mit der zweiten Muster unter Verwendung der zweiten Projektionsvorrichtung und der zweiten Fotomaske durch Projizieren von mehreren der zweiten Bildfelder auf den Halbleiterwafer;
– Auswählen einer Teilmenge von zweiten Bildfeldern von projizierten ersten Mustern und zweiten Mustern;
– Messen von Overlay-Werten für jede der ausgewählten Overlay-Marken innerhalb der ausgewählten Teilmenge;
– Berechnen von Korrekturparametern für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung als eine Funktion der Überdeckungswerte; und
– Übertragen der Korrekturparameter an die erste Projektionsvorrichtung und an die zweite Projektionsvorrichtung, um die Überdeckungsgenauigkeit des ersten Musters und des zweiten Musters für nachfolgende Projektionen zu verbessern.

Das Strukturieren der ersten Schicht und der zweiten Schicht werden mit verschiedenen Belichtungsgeräten durchgeführt. Zusätzlich weisen diese Projektionsvorrichtungen unterschiedliche Bildfeldgrößen auf, die zu einer minimalen Anzahl von Belichtungsschritten für jede Projektionsvorrichtung führt, wenn die bereitgestellte Bildfeldgröße vollständig genutzt wird. Die zu projizierenden Muster umfassen eine oder mehrere Marken, die eine Overlay-Marke bilden können. Indem Overlay-Werte einer Teilmenge von Overlay-Marken gemessen werden, werden Korrekturparameter für die erste und zweite Projektionsvorrichtung berechnet, um die Überdeckungsgenauigkeit von beiden Mustern für nachfolgende Projektionen zu verbessern. Beide Bildfelder sind im wesentlichen rechteckig und weisen die gleiche Breite und unterschiedliche Länge auf, was dazu führt, dass das Verhältnis der ersten Länge zu der zweiten Länge einen nicht-ganzzahligen Wert aufweist. Das Ergebnis ist, dass die zweite Belichtung, die sich auf die vorausgegangene erste Belichtung bezieht, Bildfelder erzeugt, bei denen das zweite Belichtungswerkzeug zwei benachbarte erste Bildfelder überlappt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens der ersten Projektionsvorrichtung, dass ein Waferscanner als erste Projektionsvorrichtung bereitgestellt wird.

Heutzutage zeigen Waferscanner das höchste Auflösungsvermögen für das Projizieren eines Musters auf das Substrat des Wafers. Der Einsatz eines Waferscanners gestattet die Strukturierung von sehr dichten Mustern auf dem Substrat des Halbleiterwafers.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens der zweiten Projektionsvorrichtung, dass ein Wafer-Stepper als zweite Projektionsvorrichtung bereitgestellt wird.

Die Verwendung eines Wafer-Steppers als die zweite Projektionsvorrichtung gestattet einen hohen Durchsatz während der Herstellung von integrierten Schaltungen. Gegenwärtig weisen kommerziell erhältliche Wafer-Stepper eine Mindestauflösung auf, die schlechter ist als die Auflösung eines Waferscanners. Wegen der geringeren Kosten eines Wafer-Steppers wird er für das Strukturieren einer Schicht mit Mustermerkmalgrößen über einer kritischen Abmessung verwendet. Vorteilhafterweise werden die Produktionskosten einer integrierten Schaltung reduziert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bereitstellens einer zweiten Projektionsvorrichtung, dass die zweite Länge der zweiten Projektionsvorrichtung eine Größe aufweist, die um das 1,5fache kleiner ist als die erste Länge.

Dementsprechend wird der lithographische Aufbau unter Verwendung von verschiedenen Belichtungswerkzeugen bereitgestellt, der eine nicht-ganzzahlige Überlappung von Stepper- und Scannerbildfeldern aufweist. Infolgedessen projiziert der Wafer-Stepper in zweite Bildfelder, die zwei benachbarte erste Bildfelder des Waferscanners überlappen. Die erste Schicht auf dem Halbleitersubstrat wird in zwei unmittelbar benachbarte Bildfeldern strukturiert. Auf der ersten Schicht wird eine zweite Schicht unter Verwendung des Wafer-Steppers strukturiert, der drei Bildfelder auf die zwei projizierten ersten Bildfelder projiziert. Dies dehnt das Konzept herkömmlicher Mix-And-Match-Lithographie über den üblicherweise bekannten Ansatz aus, bei dem sukzessive nur zweite Bildfelder projiziert werden, die die innerhalb der Abmessungen der ersten Bildfelder liegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bereitstellens der ersten Projektionsvorrichtung, dass das Scannen des Waferscanners in eine Richtung senkrecht zu einer entlang der ersten Breite definierten Richtung durchgeführt wird.

Üblicherweise wird das Bildfeld eines Waferscanners in einer Richtung durch einen Belichtungsschlitz definiert. Wenn kommerziell erhältliche konventionelle Waferscanner verwendet werden, begrenzt dies die Größe des Bildfelds auf etwa 25 mm. In einer Richtung senkrecht zur Scanrichtung kann das Bildfeld bis zu 35 mm betragen. Vorteilhafterweise wird diejenige Abmessung, die größer ist, als die erste Länge gewählt. Es ist deshalb möglich, Bildfelder mit einer großen Abmessung auf einen Halbleiterwafer zu projizieren, wobei während der Halbleiterherstellung der Durchsatz verbessert und Kosten reduziert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen der Schritt des Bereitstellens der ersten Fotomaske und der Schritt des Bereitstellens der zweiten Fotomaske, dass das Array des ersten Musters und das Array des zweiten Musters die gleiche Anzahl von Zeilen und eine unterschiedliche Anzahl von Spalten aufweisen.

Vorteilhafterweise können das erste Muster und das zweite Muster so angeordnet werden, dass sie sich nicht über die Grenze hinaus erstrecken, die von dem ersten beziehungsweise zweiten Bildfeld definiert wird. Infolgedessen werden das erste und das zweite Muster innerhalb eines Elements des Arrays von der gleichen ersten und zweiten Projektionsvorrichtung strukturiert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung entspricht ein Verhältnis der Anzahl von Spalten des ersten Musters zu der Anzahl von Spalten des zweiten Musters etwa dem Verhältnis der ersten Länge zu der zweiten Länge.

Indem die Größen des ersten Bildfelds der ersten Projektionsvorrichtung und des zweiten Bildfelds der zweiten Projektionsvorrichtung an die Anzahl von Spalten des ersten Musters und die Anzahl der Spalten des zweiten Musters angepasst werden, kann man eine sich wiederholende Anordnung aus ersten und zweiten Bildfeldern erzielen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Auswählens der Teilmenge der Overlay-Marken des ersten Musters und des zweiten Musters weiterhin:

– für jede ausgewählte Overlay-Marke, Kategorisieren der Overlay-Marke derart, ob sie gehört zu: einer ersten Gruppe, wenn das erste Muster und das zweite Muster Teil von zweiten Bildfeldern sind, die vollständig in dem ersten Bildfeld enthalten sind; oder einer zweiten Gruppe, wenn das erste Muster und das zweite Muster Teil von zweiten Bildfeldern sind, die nicht vollständig in dem ersten Bildfeld enthalten sind.

Durch Kategorisieren der Overlay-Marken können Beiträge zu dem Überdeckungsfehler, die von unterschiedlichen Bildfeldern stammen, weiter untersucht werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Berechnens von Korrekturparametern für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung, dass eine erste Menge von Korrekturparametern für die erste Gruppe, eine zweite Menge von Korrekturparametern für die zweite Gruppe und eine dritte Menge von Korrekturparametern für die erste Gruppe und die zweite Gruppe berechnet werden.

Bei dieser Ausführungsform werden die Korrekturparameter der verschiedenen Gruppen unabhängig berechnet, um nicht die verschiedenen Ergebnisse zu verwechseln.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Menge von Korrekturparametern als das Ergebnis der Berechnung gemäß dem kleinsten Restfehler gewählt.

Dieses Konzept gestattet die Wahl dieser Menge von Korrekturparametern, die am besten für die verschiedenen Gruppen von Bildfeldern passt.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die obigen Merkmale der vorliegenden Erfindung lassen sich bei einer Betrachtung der folgenden Beschreibung in Verbindung mit einer begleitenden Zeichnung besser verstehen. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer mit einer Karte von ersten Bildfeldern;
2 eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer mit einer Karte der zweiten Bildfelder;
3 schematisch überlappende erste und zweite Bildfelder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer nach dem strukturieren einer ersten und einer zweiten Schicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 eine Draufsicht auf den Halbleiterwafer nach dem strukturieren einer ersten und einer zweiten Schicht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine ausgewählte Teilmenge von zweiten Bildfeldern angegeben ist; und
6 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Nachfolgend wird eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung eingehend erörtert. Es sei jedoch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte liefert, die in einer großen Vielfalt von spezifischen Kontexten verkörpert werden können. Die hier erörterten spezifischen Ausführungsformen sind für spezifische Weisen zum Anwenden des Verfahrens der Erfindung lediglich veranschaulichend und beschränken nicht den Schutzbereich der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer 5. Der Halbleiterwafer 5 weist einen Durchmesser von etwa 200 mm auf. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch für andere Wafergrößen, beispielsweise 300 mm, verwendet werden. Der Halbleiterwafer 5 wird mit einer Resistschicht beschichtet. Dann wird der Halbleiterwafer 5 auf einem Substrathalter in einem Belichtungswerkzeug platziert.
Für die ersten kritischen Schichten ist für das Belichtungswerkzeug ein Waferscanner vorgesehen. Der Waferscanner kann ein von einer Fotomaske in einem Bildfeld bereitgestelltes Bild auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 5 projizieren. Das auf den Halbleiterwafer 5 projizierte Muster wird üblicherweise herunterskaliert, beispielsweise mit einem Faktor Vier. Üblicherweise ist die Größe eines Bildfelds im Vergleich zur Größe einer tatsächlich integrierten Schaltung, die auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 5 produziert wird, größer.
Wie in 1 gezeigt ist, wird die ganze Oberfläche des Halbleiterwafers 5 in mehrere erste Bildfelder 10 unterteilt. Gemäß diesem Beispiel weist das erste Bildfeld 10 eine Abmessung mit einer ersten Länge 12 von etwa 25,11 mm und eine erste Breite 14 von etwa 26,28 mm auf. Während der fotolithographischen Projektion wird ein erstes Muster 16 auf die Oberfläche eines Halbleiterwafers 5 projiziert. Um die Effizienz des fotolithographischen Projektionsschritts zu erhöhen, enthält die Fotomaske ein Array 18 von ersten Mustern 16.
Unter der Annahme, dass das erste Muster eine Breite von etwa 5 mm und eine Länge von etwa 8,75 mm aufweist, werden 5 Zeilen aus ersten Mustern 16 und 3 Spalten aus ersten Mustern 16 innerhalb eines ersten Bildfelds 10 platziert. Während der lithographischen Projektion wird das 5×3-Array des ersten Musters in einem einzigen Belichtungsschritt projiziert. Die mehreren ersten Bildfelder 10 werden mit dem ersten Belichtungswerkzeug nacheinander projiziert.
Nachdem die ganze Oberfläche des Halbleiterwafers 5 in allen ersten Bildfeldern 10 belichtet worden ist, wird die Resistschicht entwickelt und danach in eine Schicht des Sub strats des Halbleiterwafer übertragen. Danach wird eine zweite Resistschicht auf der Oberfläche des Halbleiterwafers 5 abgeschieden, auf die dann von einer zweiten Projektionsvorrichtung projiziert wird. Als Beispiel wird ein Wafer-Stepper als zweite Projektionsvorrichtung verwendet.
In 2 ist die Bildfeldaufnahmekarte des Wafer-Steppers gezeigt. Die Oberfläche des Halbleiterwafers 5 ist in mehrere zweite Bildfelder 20 unterteilt. In dem Kasten auf der rechten Seite von 2 ist ein zweites Bildfeld 20 ausführlicher gezeigt. Es sei angemerkt, dass der Halbleiterwafer 5 in 2 im Vergleich zur 1 entgegen dem Uhrzeigersinn um 90° gedreht ist.
Das zweite Bildfeld 20 weist im Vergleich zum ersten Bildfeld 10 eine geringere Abmessung auf. Während die zweite Breite 22 des zweiten Bildfelds 20 der ersten Breite 12 des ersten Bildfelds 10 entsprechen kann, ist es möglicherweise unmöglich, die erste Länge 14 und die zweite Länge 24 anzupassen. Um überlappende erste Muster 16 und zweite Muster 26 zu erzeugen, hat das Array 28 des zweiten Musters eine andere Abmessung. Das zweite Muster 26 ist wieder als ein Array 28 von zweiten Mustern vorgesehen. Für die zweite Projektionsvorrichtung weist das zweite Bildfeld 20 zwei Zeilen und fünf Spalten auf. Angesichts der Größe eines Musters wie oben beschrieben weist das zweite Bildfeld 20 eine zweite Breite 22 von etwa 25,11 mm und eine zweite Länge 24 von etwa 17,52 mm auf. Wieder werden die mehreren zweiten Bildfelder 20 nacheinander auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 5 projiziert.
Um funktionierende integrierte Schaltungen herzustellen, ist es notwendig, dass sich das erste Muster 16 und das zweite Muster 26 gemäß einem gegebenen Overlay-Budget überdecken. Bei herkömmlicher Lithographie weisen die ersten und zweiten Bildfelder die gleiche Größe auf oder haben Größen, die um einen ganzzahligen Wert differieren. Es ist eindeutig schwie riger, Überdeckungsgenauigkeit mit einer Anordnung von ersten Bildfeldern 10 und zweiten Bildfeldern 20 gemäß der Erfindung zu garantieren.
Das mit unterschiedlich großen ersten Bildfeldern 10 und zweiten Bildfeldern 20 verbundene Problem wird weiter in Hinblick auf 3 erläutert. In 3 sind zwei nebeneinanderliegende erste Bildfelder 10 gezeigt, die die gleiche Abmessung aufweisen, wie im Hinblick auf 1 beschrieben. Wenn das zweite Muster 26 in zweite Bildfelder 20 projiziert wird, bewirkt die kleinere zweite Länge 24 des zweiten Bildfelds 20, dass drei nebeneinanderliegende zweite Bildfelder 20 projiziert werden müssen, um die gleiche Fläche abzudecken wie die zwei ersten Bildfelder 10.
Wie in 3 gezeigt wird, existieren zweite Bildfelder 20, die vollständig innerhalb des ersten Bildfelds 10 enthalten sind. Außerdem gibt es ein in 3 als 20' bezeichnetes dazwischen liegendes zweites Bildfeld, wobei die entsprechenden zweiten Muster 26 die ersten Muster 16, die in verschiedenen ersten Bildfeldern 10 projiziert wurden, genau überdecken sollten.
Wenn die obige Beobachtung auf die ganze Oberfläche des Halbleiterwafers übertragen wird, dann ist die Situation so, wie in 4 gezeigt. Bezüglich der Größe des zweiten Bildfelds 20 ist es möglich, eine erste Gruppe 32 und eine zweite Gruppe 34 zu definieren. Die erste Gruppe 32 enthält nur zweite Bildfelder 20, die vollständig in einem ersten Bildfeld 10 enthalten sind. Die zweite Gruppe 34 wird von zweiten Bildfeldern 20' definiert, die zu zwei verschiedenen ersten Bildfeldern 10 in Beziehung stehen. Die zweite Gruppe 34 ist in 4 durch dunkelschattierte zweite Bildfelder 20 dargestellt. Das Verhältnis der ersten Länge 14 zur zweiten Länge 24 beträgt in diesem Beispiel 1:1,5. Infolgedessen ist jede dritte Zeile von zweiten Bildfeldern 20 der zweiten Gruppe 34 zugeordnet.
Um die Qualität der Überdeckung zwischen einem der ersten Muster 16 und einem entsprechenden zweiten Muster 26 zu beurteilen, werden Overlay-Marken verwendet, die üblicherweise in den Ecken jedes Musters oder in der Ecke jedes Bildfelds angeordnet sind. Bekannterweise verwendet ein Fachmann Box-in-Box-Marken oder Box-in-Frame-Marken, mit denen die Overlay-Genauigkeit mit einem Overlay-Messwerkzeug gemessen werden kann, beispielsweise einem Mikroskop. Bei der großvolumigen Herstellung von Halbleitern ist es zu zeitraubend, alle Overlay-Marken zwischen allen ersten und zweiten Mustern auf der ganzen Oberfläche eines Halbleiterwafers 5 zu messen.
Wie im Hinblick auf 5 erläutert wird, kann eine Teilmenge 30 zur Untersuchung mit einem Overlay-Messwerkzeug verwendet werden. In 5 sind die ausgewählten ersten und zweiten Muster mit der gleichen Größe wie die zweiten Bildfelder 20 angegeben. Es ist jedoch auch möglich, Teilmengen zu verwenden, die das zweite Bildfeld 20 nur teilweise abdecken.
Die ausgewählte Teilmenge 30 umfasst eine Anzahl von Overlay-Marken. Jede Overlay-Marke kann mit den folgenden Regeln kategorisiert werden: Wenn das erste Muster 16 und das zweite Muster 26 Teil eines zweiten Bildfelds 20 sind, das vollständig in einem ersten Bildfeld 10 enthalten ist, dann gehört die Overlay-Marke zu der ersten Gruppe 32. Wenn das erste Muster 10 und das zweite Muster 20 Teil eines zweiten Bildfelds 20' sind, das nicht vollständig in einem ersten Bildfeld 10 enthalten ist, aber zu zwei verschiedenen ersten Bildfeldern 10 gehört, dann gehört die jeweilige Overlay-Marke zu der zweiten Gruppe 34. Außerdem kann eine dritte Gruppe definiert werden, die alle Overlay-Marken unabhängig vom ersten Bildfeld und vom zweiten Bildfeld enthält.
Nachdem Überdeckungswerte gemessen worden sind, werden die Überdeckungswerte üblicherweise dazu verwendet, bestimmte Parameter der ersten Projektionsvorrichtung und der zweiten Projektionsvorrichtung zu berechnen, um die Überdeckung zwischen dem ersten und dem zweiten Muster zu optimieren.
Für einen Waferscanner ist ein üblicherweise verwendetes Overlay-Modell in der nächsten Gleichung gezeigt, wobei drei verschiedene Fehlerarten berücksichtigt sind. Es gibt einen Translationsfehler, einen Grid-Fehler und einen Feld-Fehler. Jeder der drei Fehler ist in zwei Dimensionen spezifiziert und einem bestimmten Parameter zugeordnet. Ovl_X(x, y) = TransX + CF(x)·GMagX – CF(y)·GRotY + IF(x)·FMagX – IF(y)·FRotY, und Ovl_Y(x, y) = TransY + CF(y)·GMagY + CF(x)·GRotX + IF(y)·FMagY + IF(x)·FRotX.
In dieser Gleichung ist x die Position in einem Bildfeld in der Richtung einer ersten Achse und y ist die Position entlang einer zweiten Achse. Das Overlay-Modell gemäß dieser Gleichung wird dazu verwendet, die systematischen Overlay-Fehler Ovl_X(x, y) und Ovl_Y(x, y) in beiden Dimensionen zu berechnen und zu minimieren.
Gemäß diesem Modell tragen die folgenden Parameter zu dem Überdeckungsfehler bei: TransX oder TransY stellen einen Parameter der Translationsfehler dar, GMagX oder GMagY stellen einen Parameter des Grid-Vergrößerungsfehlers dar, GRotX oder GRotY sind Parameter des Grid-Rotationsfehlers, FMagX oder FMagY ein Parameter des Feld-Vergrößerungsfehlers und FRotX und FRotY Parameter des Feld-Rotationsfehlers. Alle Fehler sind in der x- beziehungsweise y-Richtung spezifiziert.
Die Symbole CF und IF stellen eine Zerlegung der x- und y-Koordinaten in einem Beitrag bezüglich der Oberfläche des Halbleiterwafers 5 beziehungsweise in einem Bildfeld dar. Für alle Werte in x-Richtung und y-Richtung kann die folgende Transformation angewendet werden: x = CF (x) + IF (x), und y = CF (y) + IF (y).
Für alle der ausgewählten Overlay-Targets kann ein residualer Fehler berechnet werden.
Der residuale Fehler kann anhand der gemessenen Overlay-Werte und des modellierten Overlay-Fehlers gemäß folgender Gleichung berechnet werden: Res_X = M_X – Ovl_X(x, y), und Res_Y = M_Y – Ovl_Y(x, y).
In dieser Gleichung stellen Res_X und Res_Y die residualen Fehler in x- beziehungsweise y-Richtung und M_X und M_Y den gemessenen Overlay-Wert in x- beziehungsweise y-Richtung dar.
Wenn das Overlay-Modell mit dem gemessenen Overlay-Fehler verglichen wird, besteht die Aufgabe darin, die Werte der Parameter zu bestimmen, die die gemessenen Fehler am besten charakterisieren. Dies geschieht üblicherweise über eine Analyse kleinster Quadrate, wodurch die Standardabweichung der Restfehler durch Berechnen der Summe der Quadrate der Fehler auf ein Minimum reduziert wird. Diese Berechnung ist in der Technik wohlbekannt und wird deshalb nicht ausführlich beschrieben.
Die Analyse kleinster Quadrate wird weiterhin zum Berechnen der zehn Parameter des Overlay-Modells verwendet. Um dies zu erreichen, wird ein System aus linearen Gleichungen verwendet, und die Parameter des Overlay-Modells werden so gewählt, dass die Standardabweichung minimal ist.
Innerhalb einer APC-Schleife (APC = advanced process control) werden die mit dem Overlay-Modell bestimmten Parameter zur ersten Projektionsvorrichtung und der zweiten Projektionsvorrichtung im Hinblick auf Vergrößerungs- oder Rotationsfehler zurückgeschickt. Es ist deshalb möglich, die gemessenen Overlay-Fehler auf der Basis Durchlauf für Durchlauf zu minimieren. Die bestimmten Parameter sind jedoch keine genaue Lösung. Deshalb liegen unkorrigierbare systematische und zufällige Fehler vor, die das Ergebnis beeinflussen. Folglich reduzieren die modellierten Koeffizienten die gemessene Überdeckung in der nachfolgenden Projektion möglicherweise nicht auf Null, aber auf einen gewissen Restwert. Der Restwert sollte jedoch das Overlay-Budget gemäß den Prozessspezifikationen erfüllen.
Gemäß der Erfindung werden die Korrekturparameter des Overlay-Modells für die drei Gruppen von Overlay-Marken unabhängig berechnet. Mit anderen Worten wird eine erste Menge von Korrekturparametern für die erste Gruppe 32, eine zweite Menge von Korrekturparametern für die zweite Gruppe 34 und eine dritte Menge von Korrekturparametern für die dritte Gruppe berechnet, die die Summe der ersten Gruppe 32 und der zweiten Gruppe 34 ist.
Es ist dementsprechend nun möglich, einen residualen Fehler für jede der drei Mengen von Korrekturparametern zu berechnen. Der residuale Fehler kann für die erste Menge, die zweite Menge und die dritte Menge von Korrekturparametern unabhängig berechnet werden.
Bei Verwendung einer APC-Schleife würde man offensichtlich diejenige Menge von Korrekturparametern, die den niedrigsten Restwert aufweist, zur Rückkopplung an die erste und zweite Projektionsvorrichtung wählen. Es ist jedoch möglich, dass die überlappenden Bildfelder zu widersprüchlichen Parametern führen, d.h. Parametern, die nicht simultan justiert werden können. Wenn ein derartiger Widerspruch existiert, dann wird die sich ergebende Menge von Korrekturparametern gemäß der folgenden Priorität gewählt: Es wird angenommen, dass die erste Gruppe 32, die die Basis für die erste Menge von Korrekturparametern ist, üblicherweise die zuverlässigsten Ergebnisse ergibt. Wenn die Ergebnisse der ersten Gruppe 32 nicht zu den niedrigsten residualen Fehlern führen, dann wird bevorzugt die dritte Menge von Korrekturparametern verwendet, die für die erste Gruppe 32 und die zweite Gruppe 34 berechnet werden, d.h. für alle verfügbaren Overlay-Marken. Falls jedoch auch die dritte Menge von Korrekturparametern versagt, dann wird die zweite Menge von Korrekturparametern verwendet.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Projizieren von Muster auf ein Halbleitersubstrat während der Herstellung einer integrierten Schaltung gezeigt, das in einem in 6 gezeigten Flussdiagramm zusammengefasst ist.
In dem ersten Schritt 100 wird eine erste Projektionsvorrichtung bereitgestellt, die Muster auf ein erstes Bildfeld 10 projizieren kann, das im wesentlichen rechteckig ist und eine erste Breite 12 und eine erste Länge 14 aufweist.
Im Schritt 102 wird eine zweite Projektionsvorrichtung bereitgestellt, die Muster auf ein zweites Bildfeld 20 projizieren kann, das im wesentlichen rechteckig ist und eine zweite Breite 22 und eine zweite Länge 24 aufweist, wobei die erste Breite 12 im wesentlichen gleich der zweiten Breite 22, die erste Länge 14 größer als die zweite Länge 24 ist und das Verhältnis der ersten Länge 14 zur zweiten Länge 24 einen nicht-ganzzahligen Wert aufweist.
Im Schritt 104 wird eine erste Fotomaske bereitgestellt, die ein Array eines ersten Musters 16 aufweist, das eine oder mehrere Marken umfasst, die jeweils einen ersten Teil einer Overlay-Marke bilden können.
Im Schritt 106 wird eine zweite Fotomaske bereitgestellt, die ein Array eines zweiten Musters 26 aufweist, die eine oder mehrere Marken umfasst, die jeweils einen zweiten Teil einer Overlay-Marke bilden können.
In Schritt 108 wird ein Halbleiterwafer 5 bereitgestellt.
Als nächstes wird im Schritt 110 eine erste Schicht des Halbleiterwafers 5 sukzessive unter Verwendung der ersten Projektionsvorrichtung und der ersten Fotomaske mit dem ersten Muster 16 strukturiert, indem ein Array 18 in erste Bildfelder 10 auf dem Halbleiterwafer projiziert wird.
Im Schritt 112 wird eine zweite Schicht des Halbleiterwafers 5 nacheinander unter Verwendung der zweiten Projektionsvorrichtung und der zweiten Fotomaske mit dem zweiten Muster 20 strukturiert, indem ein Array 28 in zweite Bildfelder 20 auf den Halbleiterwafer 5 projiziert wird.
Im Schritt 114 wird eine Teilmenge der projizierten zweiten Bildfelder 20 ausgewählt.
Im Schritt 116 werden Overlay-Werte für jede der ausgewählten Overlay-Marken innerhalb der gewählten Teilmenge 30 der zweiten Bildfelder 20 gemessen.
Im Schritt 118 werden Korrekturparameter für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung als Funktion der Überdeckungswerte berechnet.
Im Schritt 120 werden die Korrekturparameter an die erste Projektionsvorrichtung und an die zweite Projektionsvorrichtung angelegt, um die Überdeckungsgenauigkeit der ersten Muster 16 und der zweiten Muster 26 für nachfolgende Projektionen zu verbessern.
Gemäß der Erfindung wurde eine Kombination von Lithographieverfahren auf den Fall ausgeweitet, bei dem erste und zweite Bildfelder von überlappenden Mustern nicht-ganzzahlige Werte aufweisen. Dies führt zu lithographischen Projektionsschritten, die weniger Zeit benötigen und deshalb einen höheren Durchsatz bei der modernen Halbleiterverarbeitung gestatten. Bei einer weiteren Ausführungsform wurde ein Verfahren beschrieben, mit dem Korrekturparameter in einer APC-Schleife für eine derartige Anordnung von ersten und zweiten Bildfeldern optimiert werden können.

5: Halbleiterwafer
10: Erstes Bildfeld
12: Erste Breite
14: Erste Länge
16: Erstes Muster
18: Array von ersten Mustern
20: Zweites Bildfeld
22: Zweite Breite
24: Zweite Länge
26: Zweites Muster
28: Array von zweiten Mustern
30: Teilmenge
32: Erste Gruppe
34: Zweite Gruppe
100 – 120: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zum Projizieren von Muster auf ein Halbleitersubstrat während der Herstellung einer integrierten Schaltung, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer ersten Projektionsvorrichtung, die geeignet ist, Muster auf ein erstes Bildfeld (10) zu projizieren, das im wesentlichen rechteckig ist und eine erste Breite (12) und eine erste Länge (14) aufweist; – Bereitstellen einer zweiten Projektionsvorrichtung, die geeignet ist, Muster auf ein zweites Bildfeld (20) zu projizieren, das im wesentlichen rechteckig ist und eine zweite Breite (22) und eine zweite Länge (24) aufweist, wobei die erste Breite (12) im wesentlichen gleich der zweiten Breite (22), die erste Länge (14) größer als die zweite Länge (24) ist und ein Verhältnis der ersten Länge (14) zu der zweiten Länge (24) einen nicht-ganzzahligen Wert aufweist; – Bereitstellen einer ersten Fotomaske, die ein Array eines ersten Musters (16) umfasst, das eine oder mehrere weitere Marken umfasst, die geeignet sind, jeweils einen ersten Teil einer Overlay-Marke zu bilden; – Bereitstellen einer zweiten Fotomaske, die ein Array eines zweiten Musters (26) umfasst, das eine oder mehrere weitere Marken umfasst, die geeignet sind, jeweils einen zweiten Teil der Overlay-Marke zu bilden; – Bereitstellen eines Halbleiterwafers (5); – Sukzessives Strukturieren einer ersten Schicht des Halbleiterwafers (5) mit dem ersten Muster (16) unter Verwendung der ersten Projektionsvorrichtung und der ersten Fotomaske durch Projizieren einer Mehrfachanordnung (18) der ersten Bildfelder (10) auf den Halbleiterwafer; – aufeinanderfolgendes Strukturieren einer zweiten Schicht des Halbleiterwafers (5) mit dem zweiten Muster (26) unter Verwendung der zweiten Projektionsvorrichtung und der zweiten Fotomaske durch Projizieren von mehreren (28) der zweiten Bildfelder (20) auf den Halbleiterwafer (5); – Auswählen einer Teilmenge (30) von zweiten Bildfeldern (20) von projizierten ersten Mustern (16) und zweiten Mustern (26); – Messen von Overlay-Werten für jede der ausgewählten Overlay-Marken innerhalb der ausgewählten Teilmenge (30); – Berechnen von Korrekturparametern für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung als eine Funktion der Überdeckungswerte; und – Übertragen der Korrekturparameter an die erste Projektionsvorrichtung und an die zweite Projektionsvorrichtung, um die Überdeckungsgenauigkeit des ersten Musters (16) und des zweiten Musters (26) für nachfolgende Projektionen zu verbessern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bereitstellens der ersten Projektionsvorrichtung folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Waferscanners als die erste Projektionsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Bereitstellens der ersten Projektionsvorrichtung umfasst, dass die erste Breite (12) der ersten Projektionsvorrichtung eine Größe von etwa 25 mm und die erste Länge (14) eine Größe von etwa 26 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Bereitstellens der zweiten Projektionsvorrichtung folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Wafer-Steppers als die zweite Projektionsvorrichtung.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Bereitstellens der zweiten Projektionsvorrichtung umfasst, dass die zweite Breite (22) der zweiten Projektionsvorrichtung eine Größe von etwa 25 mm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Bereitstellens der zweiten Projektionsvorrichtung umfasst, dass die zweite Länge (24) der zweiten Projektionsvorrichtung eine Größe aufweist, die um das 1,5fache kleiner ist als die erste Länge (14).
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Bereitstellens der zweiten Projektionsvorrichtung umfasst, dass die zweite Länge (24) der zweiten Projektionsvorrichtung eine Größe von etwa 17 mm aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der Schritt des Bereitstellens der ersten Projektionsvorrichtung umfasst, dass das Scannen des Waferscanners in einer Richtung senkrecht zu einer entlang der ersten Breite (12) definierten Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Schritt des Bereitstellens der ersten Fotomaske und der Schritt des Bereitstellens der zweiten Fotomaske umfassen, dass das Array des ersten Musters (16) und das Array des zweiten Musters (26) die gleiche Anzahl von Zeilen und eine unterschiedliche Anzahl von Spalten aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein Verhältnis der Anzahl von Spalten des ersten Musters (16) zu der Anzahl von Spalten des zweiten Musters (26) etwa dem Verhältnis der ersten Länge (12) zu der zweiten Länge (24) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Array des ersten Musters (16) fünf Zeilen und zwei Spalten und das Array des zweiten Musters (26) fünf Zeilen und drei Spalten aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schritt des aufeinanderfolgenden Strukturierens der zweiten Schicht des Halbleiterwafers (5) mit dem zweite Muster (26) derart durchgeführt wird, dass das projizierte erste Muster (16) und das zweite Muster (16) überlappen, was zu zweiten Bildfeldern (20'), die beide vollständig in dem ersten Bildfeld (10) enthalten sind, und zweiten Bildfeldern (20''), die in zwei benachbarten ersten Bildfeldern (10) enthalten sind, führt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt des Auswählens der Teilmenge (30) der Overlay-Marken des ersten Musters und der zweiten Muster weiterhin folgendes umfasst: – für jede ausgewählte Overlay-Marke, Kategorisieren der Overlay-Marke derart, ob sie gehört zu: a) einer ersten Gruppe (32), wenn das erste Muster und das zweite Muster Teil von zweiten Bildfeldern sind, die vollständig in dem ersten Bildfeld enthalten sind; oder b) einer zweiten Gruppe (34), wenn das erste Muster und das zweite Muster Teil von zweiten Bildfeldern sind, die nicht vollständig in dem ersten Bildfeld enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Berechnens von Korrekturparametern für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung umfasst, dass eine erste Menge von Korrekturparametern für die erste Gruppe (32), eine zweite Menge von Korrekturparametern für die zweite Gruppe (34) und eine dritte Menge von Korrekturparametern für die erste Gruppe (32) und die zweite Gruppe (34) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Berechnens von Korrekturparametern für die erste Projektionsvorrichtung und für die zweite Projektionsvorrichtung weiterhin umfasst, dass ein residualer Fehler berechnet wird, der den Fehler nach dem Anlegen der Korrekturparameter darstellt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Restfehler für die erste Menge von Korrekturparametern, die zweite Menge von Korrekturparametern und die dritte Menge von Korrekturparametern unabhängig berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei eine Menge von Korrekturparametern als das Ergebnis der Berechnung gemäß dem niedrigsten residualer Fehler gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die gewählte Menge von Korrekturparametern auf widersprüchliche Ergebnisse geprüft wird und, wenn widersprüchliche Ergebnisse aufgetreten sind, eine andere Menge von Korrekturparametern gewählt wird, bevorzugt die zweite Menge, besonders bevorzugt die dritte Menge und ganz besonders bevorzugt die erste Menge von Korrekturparametern.