Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen,
das für
eine integrierte Schaltung mit einer Schicht oder mit mehreren Schichten
eine einfache Korrektur der strukturabhängigen Platzierungsfehler für jede Schicht
ermöglicht.
Diese
Aufgabe wird bei dem Verfahren zur Korrektur von strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehlern
bei der photolithographischen Projektion mittels eines Belichtungsapparats
erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass folgende Schritte ausgeführt
werden:
- – Bereitstellen
eines Belichtungsapparats, der geeignet ist, eine Belichtung in
mehreren Belichtungsfeldern auszuführen;
- – Bereitstellen
eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells
des Belichtungsapparats, das geeignet ist, Korrekturwerte für Intrafeld-Fehler
bei der Belichtung anzugeben;
- – Bereitstellen
eines ersten Musters, das mehrere erste Strukturelemente und mehrere
erste Messmarken aufweist, wobei die ersten Strukturelemente im
Falle einer Projektion mittels des Belichtungsapparats mit einem
ersten Platzierungsfehler behaftet sind, der von den Abmessungen
der ersten Strukturelemente und der Position der ersten Strukturelemente
im Belichtungsfeld abhängt, und
die ersten Messmarken im Falle einer Projektion mit einem zweiten
Platzierungsfehler behaftet sind, der von den Abmessungen der ersten
Messmarken abhängt
und der Position der ersten Messmarken im Belichtungsfeld abhängt;
- – Photolithographische
Projektion des ersten Musters mit dem Belichtungsapparat in die
Belichtungsfelder, wobei verschiedene Platzierungsfehler für die ersten
Strukturelemente (und ersten Messmarken aufgrund verschiedener Abmessungen
durch Aberration hervorgerufen werden;
- – Bereitstellen
einer Korrekturfunktion, die geeignet ist, den ersten Platzierungsfehler
und den zweiten Platzierungsfehler anzugeben;
- – Bestimmen
eines mittleren relativen Platzierungsfehlers, der sich aus dem
ersten Platzierungsfehler und dem zweiten Platzierungsfehler zusammensetzt;
- – Berechnen
von Korrekturwerten zur Steuerung des Belichtungsapparats anhand
des ersten Platzierungsfehlers und des zweiten Platzierungsfehlers
mit dem Simulationsmodell; und
- – Übertragen
der Korrekturwerte an den Belichtungsapparat, so dass nachfolgende
Belichtungen mit einer verbesserten Überdeckung ausgeführt werden.
Bei
der Erfindung werden Fehlerbeiträge durch
strukturgrößenabhängige Platzierungsfehler, die
in jedem Belichtungsfeld den gleichen Wert aufweisen, zwischen den
Strukturelementen und den Messmarken bestimmt. Während konventionelle Overlay-Inspektionsverfahren
vornehmlich die Lage der Messmarken verschiedener Schichten optimieren,
wird gemäß der Erfindung
der strukturgrößenabhängige Platzierungsfehler
(im folgenden als Platzierungsfehler bezeichnet) der eigentlich
lagekritischen Strukturelemente und der Platzierungsfehler der Messmarken
einzeln und unabhängig
voneinander bestimmt. Der relative Platzierungsfehler wird als zusätzlicher
Intrafeld-Fehler
an das Belichtungsgerät zurückgegeben,
so dass im Falle nachfolgender Belichtungen, dieser Beitrag korrigiert
wird. Der relative Platzierungsfehler wird hauptsächlich durch
eine Projektionslinse des Belichtungsapparats verur sacht und weist
bei gleichen Belichtungsbedingungen für jedes Belichtungsfeld einen
gleichen Wert auf. Somit muss das erfindungsgemäße Verfahren bis zu einer eventuellen Änderung
der Belichtungsbedingungen nur einmal durchgeführt werden. Die errechneten Korrekturwerte
werden an das Belichtungsgerät übertragen
und bewirken eine Korrektur der linseninduzierten Fehler.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des ersten Musters, dass
die ersten Strukturelemente kleinste Abmessungen von 100 nm oder
weniger aufweisen.
Moderne
Fertigungsprozesse weisen heutzutage kleinste Strukturabmessungen
auf, die weniger als 100 nm betragen. Diese sogenannten kritischen
Abmessungen sind deutlich von den üblicherweise für Messmarken
verwendeten Abmessungen verschieden, so dass die Erfindung insbesondere
bei modernen Technologien mit sehr kleinen Abmessungen auf vorteilhafte
Weise die strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler
korrigieren kann.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des ersten Musters, dass
die ersten Messmarken kleinste Abmessungen zwischen 0,5 μm und 5 μm aufweisen
und geeignet sind, den ersten Teil eines Overlay-Targets zu bilden.
Overlay-Targets
umfassen oftmals sogenannte Box-In-Box- oder Box-in-Frame-Strukturen, die
mittels eines optischen Mikroskops detektiert und vermessen werden.
Die Abmessungen der das Overlay-Target bildenden Messmarken wird üblicherweise im
Bereich einiger Mikrometer gewählt,
was auf der einen Seite einen einfachen Nachweis ermöglicht und
auf der anderen Seite keinen zu großen Flächenbedarf hervorruft. Aufgrund
der unterschiedlichen Abmessungen zu den ersten Strukturelementen
sind aber der erste Platzierungsfehler und der zweite Platzierungsfehler
verschieden.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des ersten Musters:
- – Bereitstellen
eines das erste Muster umgebenden Sägerahmens; und
- – Bereitstellen
der mehreren ersten Messmarken, die so angeordnet werden, dass je
eine erste Messmarke im Bereich jeder Ecke des Sägerahmens liegt.
Overlay-Targets
werden oftmals im Sägerahmenbereich
und insbesondere im Bereich jeder Ecke des Sägerahmens um das erste Muster,
das beispielsweise eine herzustellende integrierte Schaltung repräsentiert,
untergebracht. Gemäß dieser
Vorgehensweise muss keine Fläche
im Bereich des ersten Musters, d.h. beispielsweise im Bereich der
aktiven Chipfläche,
für die
Messmarken reserviert werden.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des ersten Musters darüber hinaus:
- – Bereitstellen
der mehreren ersten Messmarken, die so angeordnet werden, dass wenigstens
eine erste Messmarke im Bereich des Mittelpunkts des Belichtungsfeldes
liegt.
Um
eine genaue Aussage über
die Größe des Platzierungsfehlers
innerhalb eines Belichtungsfeldes treffen zu können, ist es vorteilhaft, wenigstens eine
Messmarke innerhalb des Belichtungsfeldes anzuordnen. Gemäß dieser
Vorgehensweise lassen sich die von der Position innerhalb des Belichtungsfeldes abhängigen ersten
und zweiten Platzierungsfehler mit größerer Genauigkeit bestimmen.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens der Korrekturfunktion:
- – Bereitstellen
eines Testsubstrats, das auf der Vorderseite eine Resistschicht
aufweist;
- – Bereitstellen
einer ersten Testmaske mit einem ersten Testmuster, das eine erste
Mehrfachanordnung einer ersten Teststruktur aufweist, wobei die erste
Teststruktur Teile des ersten Musters, mehrere erste Messmarken
und wenigstens eine erste mikrostrukturierte Justiermarke umfasst;
- – Übertragen
des ersten Testmusters mittels photolithographischer Projektion
in die Resistschicht des Testsubstrats; und
- – Bestimmen
der Werte des ersten Platzierungsfehlers des ersten Musters relativ
zu der wenigstens einen ersten Messmarke und der wenigstens einen
ersten mikrostrukturierten Justiermarke für jedes Element der ersten
Mehrfachanordnung.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird der erste und der zweite Platzierungsfehler
relativ zu einer mikrostrukturierten Justiermarke bestimmt. Diese Bestimmung
kann für
mehrere Positionen auf dem Belichtungsfeld erfolgen, so dass die
ersten und zweiten Platzierungsfehler mit großer Genauigkeit innerhalb des
Belichtungsfeldes bestimmt werden können. Die Mehrfachanordnung
mit der ersten Teststruktur lässt
sich auf einfache Weise vermessen, da insbesondere keine Rücksicht
auf die tatsächlich auszubildenden,
elektrisch funktionsfähige
Schaltung genommen werden muss. Die Teststruktur ist hinsichtlich
ihrer einfachen Messbarkeit optimiert und erlaubt die genaue und
präzise
Bestimmung der ersten und zweiten Platzierungsfehler.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des Belichtungsapparats,
dass als Belichtungsapparat ein Wafer-Scanner bereitgestellt wird.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird ein Belichtungsgerät verwendet, das wegen seiner
guten Auflösung
insbesondere bei der Strukturierung von Schichten mit einer hohen
Strukturauflösung
zum Einsatz kommt. Die Erfindung lässt sich somit für die Korrektur
von strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehlern
sehr kritischer Schichten einsetzen. Bei der Belichtung des Testsubstrats
wird das Belichtungsgerät
mit den gleichen Belichtungsbedingungen betrieben, so dass die strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler
identisch sind.
In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Mehrfachanordnung der ersten Teststruktur spaltenförmig angeordnet,
so dass bei einer Übertragung der
Teststruktur in die Resistschicht des Testsubstrats mittels des
Wafer-Scanners die ersten Platzierungsfehler und die zweiten Platzierungsfehler
und die relativen Platzierungsfehler der Teststruktur entlang eines
Belichtungsschlitzes des Wafer-Scanners bestimmt werden.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird die Mehrfachanordnung der ersten Teststruktur
entlang des Belichtungsschlitzes des Wafer-Scanners möglich. Die
Abmessungen der Teststruktur können
dadurch kleiner gewählt
werden als die des ersten Musters. Somit wird das Belichtungsfeld
bei der Projektion des gesamten ersten Musters durch die Mehrfachanordnung
abgedeckt. Die ersten Platzierungsfehler und die zweiten Platzierungsfehler
werden über
das gesamte Belichtungsfeld bestimmt. Damit ergibt sich eine einfache
Bestimmung der ersten und zweiten Platzierungsfehler für unterschiedliche
Abmessungen des ersten Musters.
In
einer weiteren Ausführungsform
wird die Mehrfachanordnung der ersten Teststruktur matrixförmig angeordnet,
so dass bei einer Übertragung der
Teststruktur in die Resistschicht des Testsubstrats mittels des
Wafer-Steppers die ersten Platzierungsfehler und die zweiten Platzierungsfehler
der Teststruktur im Abbildungsbereich des Wafer-Steppers bestimmt
werden.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird die erste Teststruktur in einem Teilfeld des
gesamten Belichtungsfeld des Wafer-Steppers angeordnet. Die Abmessungen
der Teststruktur kann dadurch kleiner gewählt werden als die des ersten
Musters. Somit wird das Belichtungsfeld bei der Projektion des gesamten ersten
Musters durch die Mehrfachanordnung abgedeckt und die ersten Platzierungsfehler
und die zweiten Platzierungsfehler werden über das gesamte Belichtungsfeld
bestimmt. Damit ergibt sich eine einfache Bestimmung der ersten
und zweiten Platzierungsfehler für
unterschiedliche Abmessungen des ersten Musters.
In
einer weiteren Ausführungsform
wird die erste mikrostrukturierte Justiermarke mit mehreren Mikrostrukturelementen
ausgebildet, so dass die Strukturierung der ersten mikrostrukturierten
Justiermarke der Strukturierung der ersten Musters entspricht.
Die
mikrostrukturierte Justiermarke weist somit den gleichen strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler
auf wie die ersten Strukturelemente.
Da
die Größe der Platzierungsfehler
und die Abmessungen der ersten Strukturelemente oftmals in der gleichen
Größenordnung
liegen, kann insbesondere bei der Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops
eine sehr dicht gepackte Struktur nur schwierig vermessen werden,
da in dem dicht gepackten Feld der Strukturelemente Zuordnungsfehler auftreten
können.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird dieses Problem durch die Verwendung einer mikrostrukturierten
Messmarke umgangen.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens der Korrekturfunktion:
- – Bereitstellen
eines Modells der photolithographischen Projektion mit dem Belichtungsgerät, wobei das
Modell geeignet ist, den ersten Platzierungsfehler und den zweiten
Platzierungsfehler für
eine Vielzahl von Positionen innerhalb des Belichtungsfeldes anzugeben.
Bei
der Lithographie werden oftmals Modelle der photolithographischen
Projektion mit dem Belichtungsgerät eingesetzt, um beispielsweise
die Belichtungsbedingungen hinsichtlich der erreichbaren Auflösung zu
optimieren. Dieses Modell wird gemäß der Erfindung zur Bestimmung
der ersten Platzierungsfehler und zweiten Platzierungsfehler herangezogen. Dies
ermöglicht
eine einfache Bestimmung der Korrekturfunktion, da bereits existierende
Modellrechnungen weiter verwendet werden können.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens des mittleren relativen Platzierungsfehlers,
dass für
mehrere Positionen innerhalb des Belichtungsfeldes jeweils die Differenz des
ersten Platzierungsfehlers und des zweiten Platzierungsfehlers gebildet
wird, die anschließend
gemittelt werden.
Die
Verwendung der Korrekturwerte für
das Belichtungsgerät
kann üblicherweise
nur eine Korrektur für
das gesamte Belichtungsfeld bewirken, da innerhalb des Belichtungsfeldes
keine unterschiedlichen Anpassungen möglich sind. Bei der Erfindung wird
dieser Umstand durch die Berechnung eines Mittelwerts berücksichtigt.
In
einer weiteren Ausführungsform
werden darüber
hinaus folgende Schritte ausgeführt:
- – Bereitstellen
eines zweiten Musters, das mehrere zweite Strukturelemente und mehrere
zweite Messmarken aufweist, die geeignet sind, jeweils zusammen
mit einer der ersten Messmarken des ersten Musters je ein Overlay-Target
zu bilden, wobei die zweiten Strukturelemente im Falle einer Projektion
mittels des Belichtungsapparats mit einem dritten Platzierungsfehler
behaftet sind, der von den Abmessungen der zweiten Strukturelemente
und der Position der zweiten Strukturelemente im Belichtungsfeld
abhängt,
und die zweiten Messmarken im Falle einer Projektion mit einem vierten
Platzierungsfehler behaftet sind, der von den Abmessungen der zweiten
Messmarken abhängt
und der Position der zweiten Messmarken im Belichtungsfeld abhängt;
- – Photolithographische
Projektion des zweiten Musters mit dem Belichtungsapparat in die
Belichtungsfelder, wobei verschiedene Platzierungsfehler für die zweiten
Strukturelemente und zweiten Messmarken aufgrund verschiedener Abmessungen
durch Aberration hervorgerufen werden; und
- – Bestimmen
von Versatzwerten der Overlay-Targets, wobei sich der Versatzwert
aus einem Überdeckungsfehler,
dem ersten Platzierungsfehler, dem zweiten Platzierungsfehler, dem
dritten Platzierungsfehler und dem vierten Platzierungsfehler zusammensetzt.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird der oben entwickelte Gedanke der Erfindung auf
mehrere Schichten mit jeweils verschiedenen Mustern erweitert. Das
zweite Muster umfasst wiederum Strukturelemente und mehrere zweite
Messmarken, die jeweils zusammen mit einer ersten Messmarke des ersten
Musters je ein Overlay-Target bilden. Zusätzlich zur Korrektur der strukturabhängigen Platzierungsfehler
des ersten Musters und der ersten Messmarken werden für die Overlay-Targets
jeweils Versatzwerte bestimmt, wobei diese Versatzwerte um den Beitrag
der jeweiligen Differenzen zwischen den Strukturelementen und den
Messmarken korrigiert werden. Dadurch wird der strukturgrößenabhängige Platzierungsfehler
der ersten Strukturelemente zu den zweiten Strukturelementen verbessert,
was zu einer verbesserten Überdeckung
bei der lithographischen Projektion der Muster führt.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens des zweiten Musters, dass
die zweiten Strukturelemente kleinste Abmessungen von 100 nm oder
weniger aufweisen.
Wie
bereits oben erwähnt,
weisen moderne Fertigungsprozesse heutzutage kleinste Strukturabmessungen
auf, die weniger als 100 nm betragen. Diese sogenannten kritischen
Abmessungen sind deutlich von den üblicherweise für Messmarken
verwendeten Abmessungen verschieden, so dass die Erfindung insbesondere
bei modernen Technologien mit sehr kleinen Abmessungen auf vorteilhafte
Weise den strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler korrigiert.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bereitstellens der Korrekturfunktion, dass
die Korrekturfunk tion darüber
hinaus geeignet ist, den dritten Platzierungsfehler und den vierten Platzierungsfehler
anzugeben.
Die
Korrekturfunktion wird gemäß dieser Vorgehensweise
dahingehend erweitert, dass auch die strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler des
zweiten Musters angegeben werden. Damit lässt sich die Erfindung auf
einfache Weise auf Muster mit unterschiedlichen kleinsten Abmessungen
erweitern.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens des Versatzwertes des Overlay-Targets:
- – Bereitstellen
der ersten Platzierungsfehler als Funktion der Position auf dem
Belichtungsfeld;
- – Bereitstellen
der dritten Platzierungsfehler als Funktion der Position auf dem
Belichtungsfeld;
- – Bestimmen
der Differenz von dem ersten Platzierungsfehler zu dem dritten Platzierungsfehler als
Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld;
- – Bestimmen
einer ersten linearen Funktion, die den ersten Platzierungsfehler
als Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld repräsentiert;
- – Bestimmen
einer zweiten linearen Funktion, die den dritten Platzierungsfehler
als Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld repräsentiert;
und
- – Bestimmen
von weiteren Parametern für
das Simulationsmodell, wobei die weiteren Parameter anhand der ersten
linearen Funktion und der zweiten linearen Funktion so gewählt werden, dass
die Differenz von dem ersten Platzierungsfehler zu dem dritten Platzierungsfehler
als Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld minimal wird.
Üblicherweise
werden die von der Position im Belichtungsfeld abhängigen Platzierungsfehler durch
eine lineare Funktion ausreichend genau beschrieben. Um die Überdeckung
des ersten Musters und des zweiten Musters zu verbessern, wird die
Differenz von dem ersten Platzierungsfehler zu dem dritten Platzierungsfehler
als Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld betrachtet. Diese
wird minimiert, indem aus der ersten linearen Funktion und zweiten
linearen Funktion jeweils Parameter des Simulationsmodells für das Belichtungsgerät abgeleitet werden,
die an das Belichtungsgerät übertragen
werden können.
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden im Falle einer Belichtung die ersten und zweiten
Muster hinsichtlich der Überdeckung
der ersten und zweiten Strukturelemente optimiert und nicht – wie bisher oftmals üblich – die Überdeckung
der ersten und zweiten Messmarken zueinander verbessert.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens des Versatzwertes des Overlay-Targets,
dass die weiteren Parameter einem ersten Beitrag, der einen weiteren
Translationsfehler repräsentiert,
und einem zweiten Beitrag, der einen weiteren Feld-Rotationsfehler
repräsentiert,
jeweils in x-Richtung und/oder y-Richtung zugewiesen werden.
Häufig ist
bei der Lithographie zweier Muster nur eine Richtung kritisch für das Overlay
bzw. die Überdeckung.
Gemäß der Erfindung
können
die weiteren Parameter des Simulationsmodells in zwei Richtungen
angegeben werden. Da gemäß der Erfindung
die Korrekturen für
alle Belichtungsfelder gleich sind, werden die weiteren Parameter
einem Translationsfehler oder Rotationsfehler der Intrafeldkomponenten
der Berechnungsvorschrift zugewiesen, um im Falle einer Belichtung
die ersten und zweiten Muster hinsichtlich der Überdeckung der ersten und zweiten
Strukturelemente zu verbessern.
In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Schritt des Bestimmens von weiteren Parametern für das Simulationsmodell,
dass die weiteren Parametern an den Belichtungsapparat übertragen
werden, so dass diese im Falle nachfolgender Belichtungen mit einer
verbesserten Überdeckung
ausgeführt werden.
Die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten
weiteren Parameter werden an den Belichtungsapparat übertragen,
was bei der Herstellung integrierter Schaltung oftmals mittels einer
sogenannten APC-Kontrollschleife (APC = advanced process control;
fortschrittliche Prozesskontrolle) erreicht wird. Die Erfindung
lässt sich
somit kostengünstig
bei bereits vorhandenen Produktionsanlagen anwenden.
In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe auch durch
ein Verfahren zur Korrektur von strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehlern bei
der photolithographischen Projektion mittels eines Belichtungsapparats
gelöst,
das folgende Schritte umfasst:
- – Bereitstellen
eines Belichtungsapparats, der geeignet ist, eine Belichtung in
mehreren Belichtungsfeldern auszuführen;
- – Bereitstellen
von einem oder mehreren beweglichen Linsenelementen im Projektionsobjektiv
des Belichtungsgeräts
(5), um Abbildungseigenschaften des Belichtungsgeräts zu korrigieren;
- – Bereitstellen
eines eine Berechnungsvorschrift enthaltenden Simulationsmodells
des Belichtungsapparats, das geeignet ist, Korrekturwerte für Intrafeld-Fehler
bei der Belichtung anzugeben;
- – Bereitstellen
eines ersten Musters, das mehrere erste Strukturelemente aufweist,
wobei die ersten Strukturelemente im Falle einer Projektion mittels des
Belichtungsapparats mit einem ersten Platzierungsfehler behaftet
sind, der von den Abmessungen der ersten Strukturelemente und der
Position der ersten Strukturelemente im Belichtungsfeld abhängt;
- – Bereitstellen
einer Korrekturfunktion, die geeignet ist, den ersten Platzierungsfehler
anzugeben;
- – Bereitstellen
eines Polynoms mindestens zweiter Ordnung, das mehrere Parameter
aufweist;
- – Anpassen
der Parameter des Polynoms, um den ersten Platzierungsfehler als
Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld zu repräsentieren;
- – Berechnen
von ersten Korrekturwerten zur Steuerung des Belichtungsapparats
anhand der den linearen Anteil des Polynoms charakterisierenden
Parametern mit dem Simulationsmodell;
- – Berechnen
von zweiten Korrekturwerten zur Steuerung des Belichtungsapparats
anhand der den nicht-linearen Anteil des Polynoms charakterisierenden
Parameter mit dem Simulationsmodell;
- – Übertragen
der ersten Korrekturwerte an den Belichtungsapparat; und
- – Übertragen
der zweiten Korrekturwerte an die beweglichen Linsenelemente des
Belichtungsapparats, so dass nachfolgende Belichtungen mit einer
verbesserten Überdeckung
ausgeführt
werden.
Gemäß dieser
Vorgehensweise wird lässt sich
eine deutliche Verbesserung der durch Abberationsfehler induzierten
Platzierungsfehler anhand der nicht-lineare Korrekturen erzielen.
Durch diese nicht-linearen Korrekturen, die mittels der beweglichen
Linsenelemente des Projektionsapparates ausgeführt werden können, wird
der erste Platzierungsfehler minimiert.
Besonders
vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verwendung
zur lithographischen Strukturierung eines Halbleiterwafers, wobei
darüber
hinaus folgende Schritte ausgeführt
werden:
- – Bereitstellen
des Halbleiterwafers;
- – Übertragen
des ersten Musters mit dem Belichtungsgerät mittels photolithographischer
Projektion in eine erste Schicht; und
- – Übertragen
des zweiten Musters mit dem Belichtungsgerät mittels photolithographischer
Projektion in eine zweite Schicht.
Gemäß dieser
Vorgehensweise werden die weiteren Parametern an den Belichtungsapparat übertragen,
so dass diese im Falle nachfolgender Belichtungen mit einer verbesserten Überdeckung
ausgeführt
werden. Damit lässt
sich insbesondere das Overlay zweier Schichten zueinander verbessern, was
zu einer deutlich verbesserten Gutausbeute bei der Herstellung integrierter
Schaltungen führt.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In
der Zeichnung zeigen:
1 ein
Belichtungsgerät
in einer schematischen Querschnittsansicht zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein
Overlay-Messgerät
in einer schematischen Querschnittsansicht zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 in
einer Draufsicht schematisch die Vorderseite eines Halbleiterwafers
bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 in
einer weiteren Draufsicht schematisch die Vorderseite eines Halbleiterwafers
mit einem Belichtungsfeld bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 in
einem Diagramm eine Darstellung von Versatzwerten, die während der
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestimmt werden;
6 in
einem Diagramm eine weitere Darstellung von Versatzwerten, die während der
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
bestimmt werden;
7A und 7B in
einem Diagramm eine weitere Darstellung von Versatzwerten, die in
einem ersten Belichtungsmodus bestimmt werden;
8A und 8B in
einem Diagramm eine weitere Darstellung von Versatzwerten, die in
einem zweiten Belichtungsmodus bestimmt werden;
9 in
einem Diagramm eine Darstellung von gemessenen Versatzwerten und
daran angepassten Funktionen gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung; und
10 in
einem Diagramm eine Darstellung von Abweichungen der gemessenen
Versatzwerten und der daran ange passten Funktionen gemäß dem weiteren
Aspekt der Erfindung.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird im Folgenden für
eine Belichtung in einem Belichtungsfeld einer ersten und einer
zweiten Schicht mit einem Wafer-Scanner bei der Herstellung von
Speicherbausteinen mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) beschrieben. Die
Erfindung ist aber auch auf mehrere Schaltungsebenen mit unterschiedlichen
Belichtungsgeräten anwendbar.
Es aber auch denkbar, die Erfindung bei der lithographischen Strukturierung
von Schichten anderer Halbleiterbausteinen, beispielsweise bei der Herstellung
von Logikschaltkreisen oder ähnlichem, einzusetzen.
In 1 ist
in einer schematischen Querschnittsansicht der Aufbau eines Belichtungsgeräts oder
Projektionsapparats 5 gezeigt. Der Projektionsapparat 5 umfasst
einen beweglichen Substrathalter 12. Auf dem Substrathalter 12 ist
ein Halbleiterwafer 10 abgelegt, auf den auf einer Vorderseite
eine Resistschicht 14 beispielsweise durch Aufschleudern aufgebracht
ist.
Der
Projektionsapparat 5 umfasst weiter eine Lichtquelle 16,
die über
dem Substrathalter 12 angeordnet ist, und geeignet ist,
Licht beispielsweise mit einer Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder
157 nm abzustrahlen. Das von der Lichtquelle 16 abgestrahlte
Licht wird durch ein Projektionsobjektiv 20 auf die Oberfläche des
Halbleiterwafers 10 projiziert.
Zwischen
der Lichtquelle 16 und dem Projektionsobjektiv 20 ist
ein Reticle 18 angebracht, das mit einem ersten Muster
einer Schaltungsebene versehen ist. Bei einem Wafer-Scanner ist
ein Belichtungsschlitz zwischen dem Reticle 18 und dem Projektionsobjektiv 20 angebracht
(nicht in 1 gezeigt). Durch die Steuerung
des Substrathalters 12 wird die Vorderseite des Halbleiterwafers 10 sukzessive
in einzelnen Belichtungsfeldern strukturiert.
Für das Muster
wird beispielsweise ein Schaltungsentwurf eines dynamischen Halbleiterspeichers
mit Speicherzellen umfassend Grabenkondensatoren bereitgestellt,
der im Bereich der Grabenkondensatoren kleinste Abmessungen von
100 nm oder weniger aufweist.
Wie
in 1 gezeigt umfasst das Projektionsobjektiv 20 des
Projektionsapparats 5 üblicherweise
mehrere weitere Elemente. In 1 sind beispielhaft
ein erstes Linsenelement 19 und ein zweites Linsenelement 21 dargestellt.
Das erste Linsenelement 19 und das zweite Linsenelement 21 sind
z.B. im Strahlengang zwischen dem Reticle 18 und dem Halbleiterwafer 10 oberhalb
beziehungsweise unterhalb des Projektionsobjektivs 20 angebracht.
Das erste Linsenelement 19 und das zweite Linsenelement 21 dienen
dazu, Abbildungsfehler der Linse des Projektionsobjektivs 20 zu
korrigieren.
Wie
eingangs erwähnt,
sind mehrere Arten von Verzeichnungen bekannt, die zu Abbildungsfehlern
führen.
Seitens der Belichtungsgerätehersteller wird
versucht, die Verzeichnungen der Linse des Projektionsobjektivs 20 durch
verschiedene Korrekturelemente zu korrigieren, um für eine bestimmte
Belichtungsart, beispielsweise annulare Belichtung oder Dipol-Belichtung, Aberrationsfehler
zu minimieren. Dazu wird der spezifische, ein bestimmtes Belichtungsgerät charakterisierende
Aberrationsfehler gemessen, beispielsweise mittels eines interferometrischen
Phasenmessgeräts.
Der
gemessene Aberrationsfehler hängt
normalerweise von der Position des Messpunkts innerhalb des Belichtungsfelds
(bei einem Wafer-Stepper) oder des Belichtungsschlitzes (bei einem
Wafer-Scanner) ab. Dieser zweidimensionale Verlauf des Aberrationsfehlers
wird üblicherweise
mittels der sogenannten Zernike-Polynome beschrieben, welche ein
mathematisches Modell des Projektionsobjektivs 20 darstellen.
Dabei wird von der Tatsache ausgegangen, dass die Aberrationsfunktion
als eine Superposition der Zernike-Polynome darstellbar ist. Jedem
einzelnen Zernicke-Polynom ist ein Polynom mit einer bestimmten
Ordnungszahl zugeordnet. Der Anteil einer bestimmten Ordnung am
Aberrationsfehler wird üblicherweise
durch die Zernike-Koeffizienten repräsentiert.
Jeder
Zernike-Koeffizient entspricht somit einer bestimmten Ordnung des
Zernike-Polynoms und kann einer bestimmten Art von Aberrationsfehler
zugeordnet werden. So repräsentiert
beispielweise das Zernike-Polynom mit der Ordnungszahl 4 den
Einfluss von Tiefenunschärfe.
Das Zernike-Polynom mit der Ordnungszahl 6 repräsentiert
eventuell vorhandenen Astigmatismus.
Allgemein
gesprochen sind dem ersten Linsenelement 19 und dem zweiten
Linsenelement 21 optische Übertragungseigenschaften zugeordnet,
die durch Verschieben des ersten Linsenelements 19 und
zweiten Linsenelements 21 so verändert werden können, dass
bestimmte nicht-lineare Korrekturen beispielweise der zweiten oder
dritten Ordnung ausgeführt
werden können.
In 2 ist
in einer schematischen Querschnittsansicht der Aufbau eines Overlay-Messgeräts 22 gezeigt.
Nach der photolithographischen Projektion wird die Lagegenauigkeit
der aktuell belichteten Schicht relativ zu bereits vorhandenen Ebenen mit
dem Overlay-Messgerät 22 bestimmt.
Dazu wurde das bereits in eine Schicht oder das Substrat übertragene
erste Muster mit Messmarken versehen, die geeignet sind, zusammen
mit Messmarken eines zweiten Musters ein Overlay-Target zu bilden.
Das Overlay-Messgerät 22 umfasst
einen weiteren Substrathalter 24, der geeignet ist, den
Halbleiterwafer 10 aufzunehmen.
Auf
der Vorderseite des Halbleiterwafers 10 ist eine Resiststruktur 14' aufgebracht,
die durch Entwickeln aus der Resistschicht 14 entstanden
ist. Das Overlay-Messgerät 22 umfasst
darüber
hinaus eine weitere Lichtquelle 26, um die Vorderseite
des Halbleiterwafers 10 mit Licht zu bestrahlen. Das von
der Vorderseite des Halbleiterwafers 10 reflektierte Licht wird
in einem Mikroskop 28 nachgewiesen, das mit einem Verarbeitungsmittel,
beispielsweise einem Prozessor 30 verbunden ist.
Mittels
des Mikroskops 28 und des Prozessors 30 werden
Messdaten von Overlay-Targets der einzelnen Belichtungsfelder verarbeitet.
Die ausgewerteten Messergebnisse werden anschließend an den Projektionsapparat 5 übertragen.
Dies geschieht üblicherweise
durch die automatische Prozesskontrolle (APC-Schleife), um anschließende Belichtungen
mit Hilfe der ausgewerteten Messergebnisse mit einer verbesserten Überdeckung
durchzuführen.
Hier
setzt das erfindungsgemäße Verfahren an.
Im Folgende wird eine erste Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, bei der die Messdaten des Overlay-Targets
für jede
Ebene mit einer strukturgrößenabhängigen Korrektur
versehen werden, die im Rahmen der APC-Schleife an den Projektionsapparat 5 übertragen
werden.
Ausgangspunkt
ist das Reticle 18, das mit einem ersten Muster 46 versehen
ist. Das erste Muster 46 weist mehrere erste Strukturelemente 48 und mehrere
erste Messmarken 44 auf. Wie in 3 gezeigt,
sind die ersten Strukturelemente 48 des ersten Musters 46 von
einem rechteckförmigen
Sägerahmen 50 umgeben.
Die ersten Messmarken 44 sind in je einer Ecke und in der
Mitte des Sägerahmens 50 angeordnet.
Im
Falle einer Projektion mittels des Belichtungsapparats 5 sind
die ersten Strukturelemente 48 mit einem ersten Platzierungsfehler
behaftet, der von den Abmessungen der ersten Strukturelemente 48 und
der Position der ersten Strukturelemente 48 im Belichtungsfeld 40 abhängt. Der
erste Platzierungsfehler hängt
aber auch von den Belichtungsbedingungen, beispielsweise der Beleuchtungsart
im Belichtungsapparat 5 ab. So ändert sich normalerweise die
Abhängigkeit
von der Strukturgröße bei einem Wechsel
von Dipol-, Quadrupol- oder annularer Belichtung.
Die
ersten Messmarken 44 sind im Falle einer Projektion mit
einem zweiten Platzierungsfehler behaftet, der ebenfalls von den
Abmessungen der ersten Messmarken 44, der Position der
ersten Messmarken 44 im Belichtungsfeld und den Belichtungsbedingungen
abhängt.
In 3 sind
beispielhaft für
jedes der Overlay-Targets 42, die mit der Position P1,
P2 und P3 bezeichnet sind, die Versatzwerte 52 eingezeichnet. Diese
lassen sich in eine Komponente in x-Richtung und eine Komponente
in y-Richtung zerlegen. Jeder Versatzwert 52 setzt sich
aus einem Überdeckungsfehler 54 und
einem relativen Platzierungsfehler 56 zusammen. Der Überdeckungsfehler 54 gibt
die tatsächliche
Lageungenauigkeit einer Schicht an.
Der
relative Platzierungsfehler 56 wird durch die strukturgrößenabhängige Fehlpositionierung
aufgrund von Linsenaberration hervorgerufen und setzt sich aus der
Differenz des ersten und zweiten Platzierungsfehlers zusammen. Gemäß der Erfindung wird
dieser Beitrag verkleinert, um eine verbesserte Überdeckung zu erreichen.
In 4 ist
das Ergebnis einer Simulationsrechnung der ersten Platzierungsfehler 58 und
zweiten Platzierungsfehler 60 gezeigt, bei dem die ersten Strukturelemente 42 kleinste
Abmessungen von ungefähr
100 nm aufweisen. Für
die ersten Messmarken 44 wurden Box-In-Box-Strukturen angenommen, die
Außenabmessungen
von ungefähr
50 μm und eine
Linienbreite von ungefähr
2 μm aufweisen.
Die photolithographische Projektion erfolgt mittels eines Wafer-Scanners
als Projektionsapparat 5, wobei die ersten Platzierungsfehler 58 und
zweiten Platzierungsfehler 60 entlang eines Belichtungsschlitzes des
Wafer-Scanners angegeben sind.
Man
erkennt, dass bei den gewählten
Belichtungsbedingungen des Belichtungsapparats 5 der erste
Platzierungsfehler 58 und der zweite Platzierungsfehler 60 um
bis zu 6 nm voneinander abweichen. Zur Verdeutlichung ist in 4 die
Differenz 62 des ersten Platzierungsfehlers 58 und
zweiten Platzierungsfehlers 60 ebenfalls eingezeichnet.
Die
Simulation könnte
beispielsweise mit dem ProLith-Simulator
der Firma KLA-Tencor oder dem Solid-C genannten Simulator für die Photolithographie
der Firma Sigma-C durchgeführt
werden. Andere dem Fachmann bekannte Simulationsprogramme sind selbstverständlich ebenfalls
einsetzbar.
Das
Ergebnis der Simulationsrechnung resultiert im Bereitstellen einer
Korrekturfunktion, die den ersten Platzierungsfehler 58 und
den zweiten Platzierungsfehler 60 als Funktion von der
Position entlang des Belichtungsschlitzes angibt. Aus dem ersten
Platzierungsfehler 58 und dem zweiten Platzierungsfehler 60 wird
ein mittlerer relativer Platzierungsfehler bestimmt, der die Differenz
des ersten Platzierungsfehlers 58 und des zweiten Platzierungsfehlers 60 entlang
des Belichtungsschlitzes gemittelt angibt. Im obigen Beispiel würde der
mittlere relative Platzierungsfehler ungefähr -3 nm betragen.
Dieser
Wert des mittleren relativen Platzierungsfehlers gibt an, wie groß die mittlere
Fehlplatzierung entlang des Belichtungsschlitzes ist, die bei der
Bestimmung der Position der ersten Messmarken 44 relativ
zu den ersten Strukturelementen 42 auftritt. Um diesen
Fehler bei nachfolgenden Belichtungen korrigieren zu können, wird
der Wert des mittleren relativen Platzierungsfehlers als Intrafeld-Korrektur
an den Belichtungsapparat 5 übertragen.
Eine
weitere Möglichkeit
die Korrekturfunktion zu bestimmen, erhält man durch eine Testbelichtung
eines Testsubstrats mit einem Testmuster, das Teile des ersten Musters 46 umfasst.
Dabei wird wie folgt vorgegangen. Nach dem Bereitstellen des Testsubstrats,
das auf der Vorderseite eine Resistschicht aufweist, wird die Testmaske
mit dem Testmuster in den Projektionsapparat 5 eingebracht.
Das
Testmuster weist eine Mehrfachanordnung einer ersten Teststruktur
auf, wobei die erste Teststruktur das erste Muster 46,
die mehreren ersten Messmarken 44 und wenigstens eine erste
mikrostrukturierte Justiermarke umfasst. Das Testmuster wird mittels
photolithographischer Projektion in die Resistschicht des Testsubstrats übertragen.
Anschließend
werden die Werte des ersten Platzierungsfehlers 58 des
ersten Musters 46 relativ zu den ersten Messmarken 44 und
der wenigstens einen ersten mikrostrukturierten Justiermarke für jedes
Element der ersten Mehrfachanordnung bestimmt.
Falls
als Belichtungsapparat 5 ein Wafer-Scanner bereitgestellt
wird, wird die Mehrfachanordnung der ersten Teststruktur vorzugsweise
spaltenförmig
angeordnet, so dass bei der Übertragung der
Teststruktur in die Resistschicht des Testsubstrats die ersten Platzierungsfehler 58 und
die zweiten Platzierungsfehler 60 der Teststruktur, aus
der die relativen Platzierungsfehler berechnet werden, entlang des
Belichtungsschlitzes des Wafer-Scanners bestimmt werden.
Falls
als Belichtungsapparat 5 ein Wafer-Stepper bereitgestellt
wird, wird die Mehrfachanordnung der ersten Teststruktur vorzugsweise
matrixförmig
angeordnet, so dass bei einer Übertragung der
Teststruktur in die Resistschicht der Testsubstrats mittels des
Wafer-Steppers die ersten Platzierungsfehler 58 und die
zweiten Platzierungsfehler 60 der Teststruktur im Abbildungsbereich
des Wafer-Steppers bestimmt werden können.
Die
erste mikrostrukturierte Justiermarke wird mit mehreren Mikrostrukturelementen
ausgebildet, so dass die Strukturierung der ersten mikrostrukturierten
Justiermarke der Strukturierung der ersten Strukturelemente 48 des
ersten Musters 46 entspricht. Dadurch weist die erste mikrostrukturierte Justiermarke
den gleichen Aberrationsfehler wie die ersten Strukturelemente 48 auf.
Die
Korrektur der ersten Platzierungsfehler 58 und der zweiten
Platzierungsfehler 60 wird insbesondere für jede kritische
Schicht des Halbleiterwafers vor der photolithographischen Projektion
ausgeführt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung
wird für alle
Schichten, die kleinste Strukturabmessungen in der Nähe der Auflösungsgrenze
des Projektionsapparats 5 und zusätzlich geringe Überdeckungstoleranzen
zu darüber
oder darunter liegenden Schichten aufweisen, ausgeführt. Insgesamt
ergibt sich eine verbesserte Überdeckung
verschiedener Schichten eines Halbleiterwafers.
Wie
im Folgenden erläutert
wird, lässt
sich die Überdeckung
verschiedener Schichten eines Halbleiterwafers nochmals verbessern,
wenn die durch Aberration induzierten Platzierungsfehler nicht nur
für jede
Schicht einzeln, sondern für
bezüglich des
Overlays kritische Schichten jeweils zusammen, z.B. paarweise, optimiert
werden.
Ausgangspunkt
dieser weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein zweites Muster, das mit verbesserter Überdeckung über dem
ersten Muster 46 in eine Schicht des Halbleiterwafers im
Falle der photolithographischen Projektion strukturiert wird. Das
zweite Muster weist mehrere zweite Strukturelemente und mehrere
zweite Messmarken auf, die geeignet sind, jeweils zusammen mit einer
der ersten Messmarken des ersten Musters je das Overlay-Target 42 zu
bilden. Die zweiten Strukturelemente sind im Falle einer Projektion
mittels des Belichtungsapparats mit einem dritten Platzierungsfehler behaftet,
der von den Abmessungen der zweiten Strukturelemente und der Position
der zweiten Strukturelemente im Belichtungsfeld abhängt. Die
zweiten Strukturelemente weisen beispielsweise kleinste Abmessungen
von 100 nm oder weniger auf.
Die
zweiten Messmarken sind im Falle einer Projektion mit einem vierten
Platzierungsfehler behaftet, der von den Abmessungen der zweiten
Messmarken abhängt
und der Position der zweiten Messmarken im Belichtungsfeld abhängt. Die
zweiten Messmarken werden beispielsweise in Form eines Rahmens bereitgestellt,
der eine Außenabmessung von
ungefähr
50 μm und
eine Linienbreite von 2 μm aufweist.
Das zweite Muster wird von einem weiteren Sägerahmen umgeben, wobei die
zweiten Messmarken so angeordnet werden, dass je eine zweite Messmarke
im Bereich der Ecke des weiteren Sägerahmens liegt. Eine zweite
Messmarke kann auch im Bereich des Mittelpunkts des weiteren Sägerahmens angeordnet
werden.
Nach
der photolithographischen Strukturierung werden Versatzwerte der
Overlay-Targets mit dem Overlay-Messgerät 22 bestimmt. Der
Versatzwert setzt sich aus einem Überdeckungsfehler, dem ersten
Platzierungsfehler 58, dem zweiten Platzierungsfehler 60,
dem dritten Platzierungsfehler und dem vierten Platzierungsfehler
zusammen.
Die
bereits in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel diskutierte
Korrekturfunktion ist in diesem Fall so modifiziert, dass sie geeignet
ist, den dritten Platzierungsfehler und den vierten Platzierungsfehler
anzugeben.
Dies
kann, wie bereits oben erläutert,
entweder durch eine Simulation der photolithographischen Projektion
erfolgen, wobei die Simulation in diesem Fall zusätzlich mit
den Abmessungen der zweiten Strukturelemente und den zweiten Messmarken durchgeführt wird.
Ebenso
können
ein weiteres Testsubstrat und eine weitere Testmaske bereitgestellt
werden, um die dritten Platzierungs fehler und die vierten Platzierungsfehler
anhand einer Testbelichtung zu bestimmen. Die Abmessungen des Musters
auf der weiteren Testmaske entsprechen dabei den Abmessungen der
zweiten Strukturelemente und den zweiten Messmarken.
Um
die Überdeckung
des Versatzwertes der Overlay-Targets 44 zu verbessern,
wird zuerst der erste Platzierungsfehler 58 als Funktion
der Position auf dem Belichtungsfeld bereitgestellt, und zwar, wie oben
erläutert,
entweder durch eine Simulationsrechnung oder Belichtung eines Testsubstrats.
In 5 ist
der erste Platzierungsfehler 58 entlang einer Koordinatenrichtung
gezeigt. Wie in 5 gezeigt ist, wird anschließend der
dritte Platzierungsfehler 64 als Funktion der Position
auf dem Belichtungsfeld bereitgestellt und es wird die Differenz 72 von
dem ersten Platzierungsfehler 58 zu dem dritten Platzierungsfehler 64 als
Funktion der Position auf dem Belichtungsfeld als weitere Kurve
eingetragen.
Anstelle
der oben erläuterten
Mittelung des ersten Platzierungsfehlers 58 über das
Belichtungsfeld oder, im Falle der Verwendung eines Wafer-Scanners,
den Belichtungsschlitz, wird im Folgenden eine erste lineare Funktion
bestimmt, die den ersten Platzierungsfehler als Funktion der Position auf
dem Belichtungsfeld repräsentiert.
Wie in 6 zu erkennen ist, folgt der erste Platzierungsfehler 58 einem
Verlauf, der durch die erste lineare Funktion mit ausreichender
Genauigkeit approximierbar ist. Die erste lineare Funktion 68 ist
ebenfalls in 5 eingezeichnet.
Anschließend wird
eine zweite lineare Funktion 70 bestimmt, die analog zur
ersten linearen Funktion 68 den dritten Platzierungsfehler 64 als Funktion
der Position auf dem Belich tungsfeld repräsentiert. Die zweite lineare
Funktion 68 ist in 6 gezeigt.
Die
erste lineare Funktion 68 und die zweite lineare Funktion 70 werden
im Folgenden zur Bestimmung von weiteren Parametern für das Simulationsmodell
herangezogen, wobei die weiteren Parametern anhand der ersten linearen
Funktion 68 und der zweiten linearen Funktion 70 so
gewählt
werden, dass die Differenz 72 von dem ersten Platzierungsfehler 58 zu
dem dritten Platzierungsfehler 62 als Funktion der Position
auf dem Belichtungsfeld minimal wird.
Die
weiteren Parameter werden einem ersten Beitrag, der einen weiteren
Translationsfehler repräsentiert,
und einem zweiten Beitrag zugewiesen, der einen weiteren Feld-Rotationsfehler
repräsentiert,
und werden jeweils in einer ersten Richtung und einer im wesentlichen
senkrecht zur ersten Richtung (z.B. x-Richtung) angeordneten zweiten
Richtung (y-Richtung) getrennt bestimmt. Häufig sind die für das Overlay
kritischen Schichten einer integrierten Schaltung nur in einer Richtung
für Überdeckungsfehler
sensitiv, so dass eine Aufteilung in zwei Richtungen die Auswertung
der Versatzwerte 52 erleichtert.
Für jede Schicht
wird der erste Platzierungsfehler unter Verwendung einer linearen
Funktion F(y) korrigiert, F(y) = a + b·y.
Die
lineare Funktion wird jeweils an den Verlauf des ersten und des
zweiten Platzierungsfehlers entlang der Position y des Belichtungsschlitzes
angepasst, um deren freie Parameter, nämlich die Steigung b und den
konstanten Term a, zu ermit teln. Die beiden Parameter werden als
Intrafeld-Fehler mittels APC-Schleife an den Belichtungsapparat
zurückgegeben.
Der erste Parameter a entspricht dem Feld-Vergrößerungsfehler und der zweite
Parameter b dem Translationsfehler des Overlay-Modells.
Diese
Parameter des Simulationsmodells werden für jede Schicht an den Belichtungsapparat 5 übertragen,
so dass im Falle nachfolgender Belichtungen diese mit einer verbesserten Überdeckung ausgeführt werden.
Das Ergebnis dieser Vorgehensweise ist in 6 gezeigt.
In 6 ist
neben dem ersten Platzierungsfehler 58 und dem dritten
Platzierungsfehler 62 die verbesserte Überdeckung zwischen den ersten Strukturelementen
und zweiten Strukturelementen als Kurve 74 gezeigt. Zum
Vergleich ist eine konventionelle Korrektur der Overlay-Targets,
bei der strukturgrößenabhängige Platzierungsfehler
unberücksichtigt
bleiben, als weitere Kurve 76 eingetragen. Die Verbesserung
beträgt über den
Belichtungsschlitz gemittelt etwa 55 %, was insbesondere bei der Herstellung
integrierter Schaltungen eine deutlich höhere Gutausbeute zur Folge
hat.
Wie
im Folgenden erläutert
wird, lässt
sich eine weitere Verbesserung des Platzierungsfehlers unter Ausnutzung
der ersten Korrekturlinsenelemente 19 und der zweiten Korrekturlinsenelemente 21 des
Belichtungsgeräts 5 erzielen.
Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn Belichtungsbedingungen des
Projektionsapparates 5 verwendet werden, die nicht-lineare
Abberationsfehler entlang des Belichtungsschlitzes hervorrufen,
die wiederum zu nicht-linearen strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehlern
der Strukturelemente bzw. Messmarken führen.
In 7A ist
in einem Diagramm der Verlauf des ersten Platzierungsfehlers 58 des
ersten Musters 46 der ersten Strukturelemente 48 in
Abhängigkeit von
der Position y entlang des Belichtungsschlitzes des Projektionsapparates 5 gezeigt.
Dieser Verlauf wird beispielsweise mittels einer Simulation, wie oben
beschrieben, bestimmt. Für
die Simulation ist angenommen, dass eine Halbtonphasenmaske als Reticle 18 verwendet
wird und die Lichtquelle 16 eine so genannte Dipolbelichtung
ausführt.
Wie
in 7A gezeigt, weist der erste Platzierungsfehler 58 beispielsweise
an einer Position, die um etwa 5 mm vom Mittelpunkt des Belichtungsschlitzes
abweicht, eine Änderung
um mehr als 6 nm auf.
In 7B ist
der zweite Platzierungsfehler 60 für die Messmarke 42 in
Abhängigkeit
von der Position des Belichtungsschlitzes von Projektionsgeräten gezeigt.
Auch hier ist ein nicht-linearer Verlauf des zweiten Platzierungsfehlers 60 zu
erkennen.
Der
Verlauf der Platzierungsfehler der Strukturelemente und der Overlay-Targets ändert sich
mit unterschiedlichen Belichtungsbedingungen, wie in Zusammenhang
mit 8A und 8B gezeigt
ist. In 8A und 8B sind
der erste Platzierungsfehler 58 und der zweite Platzierungsfehler 60 für eine so
genannte annulare Belichtung mit einer Halbtonphasenmaske gezeigt.
Man erkennt, dass der Verlauf der Platzierungsfehler unterschiedlich
zu denen der Dipolbelichtung gemäß den 7A und 7B ist.
Wie
oben in Zusammenhang mit der 6 erläutert, wird
der Platzierungsfehler bisher unter Verwendung einer linearen Funktion F(y) = a + b·ykorrigiert. Die linearen
Funktion wird an den Verlauf der Platzierungsfehler entlang der
Position y des Belichtungsschlitzes angepasst, um deren freie Parameter,
nämlich
die Steigung b und den konstanten Term a, zu ermitteln. Die beiden
Parameter werden als Intrafeld-Fehler im Rahmen der APC-Schleife
an den Belichtungsapparat zurückgegeben.
Der erste Parameter entspricht dem Feld-Vergrößerungsfehler und der zweite
Parameter dem Translationsfehler des Overlay-Modells.
In 7A und 7B ist
gezeigt, dass der Wert des Platzierungsfehlers für die ersten Strukturelemente
und für
die Overlay-Targets jedoch kontinuierlich entlang des Belichtungsschlitzes
variiert. Eine Korrektur, die nur anhand einer linearen Funktion
erfolgt, wird zwangsläufig
zu nicht korrigierbaren Platzierungsfehlern führen. Um den Überdeckungsfehler 54 zu
minimieren, wird im Folgenden eine nicht-lineare Korrektur des ersten
Platzierungsfehlers 58 der ersten Strukturelemente 48 entlang
des Belichtungsschlitzes ausgeführt.
Dies
ist in Zusammenhang mit 9 näher erläutert. In 9 ist
der Verlauf des ersten Platzierungsfehlers 58 als Datenpunkte
entlang des Belichtungsschlitzes gezeigt. Der erste Platzierungsfehler 58 ist
in 9 relativ zu einer Idealposition angegeben. Die
Idealposition kann beispielweise aufgrund einer Berechnung, wie
oben angegeben, oder aufgrund einer Messung erfolgen. Für die Idealposition kann
aber auch die Lage einer bereits strukturierten Vorebene betrachtet werden,
die hinsichtlich ihrer Überdeckung
zur aktuell projizierten Schicht optimiert werden soll.
In 9 sind
die Messpunkte mit einer gestrichelten Linie 80 verbunden.
Zum Vergleich ist eine lineare Korrekturfunktion 82 eingezeichnet,
die mittels einer Anpassung an die Datenwerte bestimmt wurde. Man
erkennt, dass sich mittels einer linearen Funktion nur eine begrenzte
Genauigkeit in der Anpassung erreichen lässt.
Dies
wird nochmals in 10 verdeutlicht, in der die
Differenz 84 der Datenpunkte zu dem Wert der linearen Funktion
in Abhängigkeit
von der Position entlang des Belichtungsschlitzes angegeben ist. Aus 10 folgt,
dass sich insbesondere am Rand und in der Mitte des Belichtungsschlitzes
große
Abweichungen ergeben.
Im
Vergleich dazu sind in 9 ein Polynom zweiter Ordnung 86 und
ein Polynom dritter Ordnung 88 gezeigt. Das Polynom zweiter
Ordnung wird durch die Beziehung F(y) = a + b·y + c·y2 repräsentiert, das Polynom dritter
Ordnung entsprechend durch F(y) = a + b·y + c·y2 + d·y3.
Beide
Polynome werden im Folgenden an den Verlauf der Datenpunkte angepasst.
Beide Kurven geben den Verlauf der Datenpunkte wesentlich besser
wieder. Dies erkennt man insbesondere auch in 10,
da die Differenzwerte (90) des Polynoms zweiter Ordnung
bzw. die Differenzwerte (92) des Polynoms dritter Ordnung
zu den Datenpunkten deutlich geringer sind.
Die
Koeffizienten a und b des Polynoms zweiter Ordnung und des Polynoms
dritter Ordnung können
wiederum direkt den Korrekturparametern des Overlay-Modells (Translations-
bzw. Feld-Vergrößerungsfehler
der Intrafeld-Korrektur) zugeordnet werden.
Die
Terme höherer
Ordnung, d.h. der Koeffizient c im Falle des Polynoms zweiter Ordnung
bzw. c und d im Falle des Polynoms dritter Ordnung, werden als Korrekturwerte
für die
Steuerung der entsprechenden Linsenelemente der Korrekturlinsen 19 und 21 verwendet.
Dazu werden die Koeffizienten einer durch entsprechende Zernike-Koeffizienten
beschriebenen Verzeichnung zugeordnet. Grad und Ausmaß der Korrektur
eines entsprechenden beweglichen Linsenelements 19 oder 21 werden
anhand des Linsen-Modells bestimmt. Auf diese Weise können mit
Hilfe der Linsenelemente 19 und 21 nicht-lineare
Korrekturen entlang des Belichtungsschlitzes durchgeführt werden.
Gemäß dieser
Vorgehensweise lässt
sich eine deutliche Verbesserung der durch Abberationsfehler induzierten
Platzierungsfehler anhand der nicht-lineare Korrekturen erzielen.
Durch diese nicht-linearen Korrekturen, die mittels der Linsenelemente 19 und 21 ausgeführt werden
können,
wird der erste Platzierungsfehler 58 im Vergleich zur Idealposition
minimiert.
Es
muss jedoch berücksichtigt
werden, dass eine Veränderung
der Linsenelemente 19 und 21 auch eine Veränderung
der Abbildungseigenschaften des Projektionsapparats 5 hervorrufen
kann, so dass die Verbesserung der Aberrationsfehler und die eventuelle
Verschlechterung der Abbildungseigenschaften abgewogen werden müssen.
Im
obigen Beispiel wurde die Möglichkeit
diskutiert, die beweglichen Linsenelemente 19 und 21 zur
Verbesserung der Korrektur der Aberrationsfehler einzusetzen. Es
ist aber auch denkbar, mittels der beweglichen Linsenelemente 19 und 21 eine
Anpassung zwischen verschiedenen Belichtungsgeräten 5 zu erzielen,
wie im Folgenden erläutert
wird.
In
hochvolumigen Prozesslinien der DRAM Fertigung werden oftmals verschiedene
Belichtungsgeräte
zur lithographischen Strukturierung gleicher Schichten eingesetzt,
um einen möglichst
hohen Durchsatz der Fertigungsanlage zu erzielen. Da der Aberrationsfehler
eine individuelle Eigenschaft der Linse (oder des Linsensystems)
des Projektionsobjektivs 20 darstellt, sind für unterschiedliche
Belichtungsgeräte
auch unterschiedliche Aberrationsfehler zu erwarten.
In
den 7A und 7B und
den 8A und 8B sind
jeweils ein weiterer erster Platzierungsfehler 58' und ein weiterer
zweiter Platzierungsfehler 60' dargestellt, die bei der Verwendung
eines anderen Belichtungsgeräts
auftreten. Es ergibt sich ein unterschiedlicher Verlauf der Platzierungsfehler entlang
des Belichtungsschlitzes für
verschiedene Belichtungsgeräte,
wie in den entsprechenden Figuren zu erkennen ist.
Bei
der Verwendung unterschiedlicher Belichtungsgeräte stehen somit für jedes
Belichtungsgerät
ein Satz von beweglichen Linsenelementen 19 und 21 zur
Verfügung,
die analog zu den obigen Ausführungen
so angepasst werden können,
dass die Überdeckung
zweier nachfolgend strukturierten Schichten verbessert wird.
Zusammenfassend
wurden mehrere Ausführungsformen
geschildert, die jeweils geeignet sind, eine Korrektur der durch
Aberration des Projektionsobjektivs hervorgerufenen Platzierungsfehler
zu erreichen, indem nicht nur – wie
bisher üblich – die Overlay-Targets
ausgewertet werden, sondern auch die strukturgrößenabhängigen Platzierungsfehler des
Schaltungsmusters berücksichtigt
werden. Damit lässt
sich auf vorteilhafte Weise die Überdeckung verschiedener
Schichten bei der Herstellung integrierter Schaltungen verbessern,
wodurch eine Verbesserung der Anzahl funktionsfähiger Schaltungen erreicht
wird.