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GEBIET DER
VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter
Schaltungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und Strukturen
zum Abschätzen
einer Überlagerungsgenauigkeit
und eines Musteranordnungsfehlers (PPE) bei der Herstellung und
Strukturierung gestapelter Materialschichten, die zum Herstellen
von Mikrostrukturelementen verwendet werden.
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Die
Herstellung von Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen,
erfordert, dass kleinste Gebiete mit präzise gesteuerter Größe in einer
Materialschicht eines geeigneten Substrats, etwa eines Siliziumsubstrats,
eines SOI- (Silizium-auf-Isolator) Substrats oder anderen geeigneten
Trägermaterialien hergestellt
werden. Diese sehr kleinen Gebiete mit präzise gesteuerter Größe werden
durch Strukturieren der Materialschicht erzeugt, indem Photolithographie-, Ätz,- Implantations-,
Abscheide-, Oxidations-Prozesse und dergleichen ausgeführt werden, wobei
typischerweise in einem gewissen Stadium des Strukturierungsprozesses
eine Maskenschicht über
der zu behandelnden Materialschicht gebildet ist, um diese kleinen
Gebiete zu definieren. Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus
einer Schicht aus Photolack bestehen oder aus dieser hergestellt werden,
die mittels eines lithographischen Prozesses strukturiert wird.
Während
des Lithographieprozesses wird der Lack auf die Scheibenoberfläche aufgeschleudert
und anschließend
selektiv mit Ultraviolettstrahlung durch eine entsprechende Lithographiemaske,
etwa ein Retikel, belichtet, um damit das Retikelmuster in die Lackschicht
abzubilden, um damit ein latentes Bild darin zu bilden. Nach dem
Entwickeln des Photolackes werden, abhängig von der Art des Lackes,
d. h. Positivlack oder Negativlack, die belichteten Bereiche oder
die nicht-belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster
in der Photolackschicht zu bilden. Da die Abmessungen der Muster
in modernsten integrierten Schaltungen ständig abnehmen, müssen die
Anlagen, die zum Strukturieren von Bauteilstrukturelementen verwendet werden,
sehr strenge Anforderungen in Hinblick auf die Auflösung und
die Überlagerungsgenauigkeit
der beteilig ten Fertigungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht wird
die Auflösung
als ein Maß betrachtet, um
die konsistente Fähigkeit
zum Drucken von Bildern minimaler Größe unter Bedingungen vordefinierter
Fertigungsschwankungen zu spezifizieren. Einen wichtigen Faktor
bei der Verbesserung der Auflösung
repräsentiert
der Lithographieprozess, in welchem in der Photomaske oder dem Retikel
enthaltene Muster optisch auf das Substrat mittels eines optischen
Abbildungssystems übertragen
werden. Daher werden große
Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems,
etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge der
verwendeten Lichtquelle, zu verbessern.
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Die
Qualität
der lithographischen Abbildung ist äußerst wichtig beim Erzeugen
sehr kleiner Strukturgrößen. Von
mindestens vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch die Genauigkeit,
mit der ein Bild auf der Oberfläche
des Substrats positioniert werden kann. Typischerweise werden Mikrostrukturen,
etwa integrierte Schaltungen, hergestellt, indem sequenziell Materialschichten
strukturiert werden, wobei Strukturelemente auf aufeinanderfolgenden
Materialschichten eine räumliche
Beziehung zueinander enthalten. Jedes Muster, das in einer nachfolgenden Materialschicht
gebildet wird, muss mit einem entsprechenden Muster, das in der
zuvor strukturierten Materialschicht gebildet ist, innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen
ausgerichtet sein. Diese Justiertoleranzen werden beispielsweise
durch eine Variation eines Photolackbildes auf dem Substrat auf
Grund von Ungleichförmigkeiten
von Parametern, etwa der Schichtdicke, der Ausbacktemperatur, der
Belichtungsdosis und der Zeit und den Entwicklungsbedingungen, hervorgerufen.
Des weiteren können
Ungleichförmigkeiten
der Ätzprozesse
ebenso zu Schwankungen in den geätzten
Strukturelementen führen.
Des weiteren gibt es eine Unsicherheit bei der Überlagerung des Bildes des
Musters der aktuellen Materialschicht in Bezug zu den geätzten oder
anderweitig definierten Mustern der zuvor gebildeten Materialschicht,
während
das Bild der Photomaske photolithographisch auf das Substrat übertragen
wird. Es tragen diverse Faktoren zu der Fähigkeit des Abbildungssystems
bei, zwei Schichten in präziser
Weise zu überlagern,
etwa Unregelmäßigkeiten
in einem Satz aus Masken, Temperaturunterschiede während unterschiedlicher
Belichtungszeiten und eine begrenzte Justierfähigkeit der Justieranlage.
Folglich sind die wesentlichen Kriterien zum Festlegen der minimalen
Strukturgröße, die
schließlich
erreichbar ist, die Auflösung
zum Erzeugen von Strukturelementen in einzelnen Substratschichten
und der gesamte Überlagerungsfehler,
zu dem die zuvor erläuterten Faktoren
und insbesondere der Lithographieprozess beitragen.
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Es
ist daher wesentlich, die Auflösung,
d. h. die Fähigkeit
des zuverlässigen
und reproduzierbaren Erzeugens der minimalen Strukturgröße, die auch
als kritische Abmessung (CD), bezeichnet ist, innerhalb einer spezifischen
Materialschicht zu überwachen
und ständig
die Überlagerungsgenauigkeit von
Muster von Materialschichten zu bestimmen, die nacheinanderfolgend
gebildet sind und die zueinander justiert sein müssen.
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Bei
der Überlagerungsmessung
werden typischerweise zwei unabhängige
Strukturen, d. h. eine Struktur in jeder zu druckenden Schicht,
durch spezifizierte Fertigungsprozesse gebildet, und es wird die Versetzung
zwischen dem Symmetriezentrum bestimmt. Häufig werden sogenannte Feld-in-Feld-Markierungen
verwendet, die konzentrisch in jeder der Schichten strukturiert
sind, indem ihre Versetzung in Einheiten von Pixeln einer CCD (ladungsgekoppelte Einrichtung)
gemessen wird, auf der die konzentrischen Justiermarken während des
Messprozesses abgebildet werden. Bei der ständig abnehmenden Strukturgröße von Mikrostrukturen
ist jedoch unter Umständen
die Erfassung einer Versetzung und damit die Quantifizierung eines Überlagerungsfehlers zwischen
beiden Überlagerungsmarkierungen
auf der Grundlage von Kantenerkennungsroutinen nicht mehr adäquat und
daher werden in neuerer Zeit sogenannte fortschrittliche Abbildungsmess-
(AIM) Markierungen zunehmend angewendet, um die Zuverlässigkeit
der Überlagerungsmessung
zu verbessern. AIM-Markierungen
weisen eine periodische Struktur auf, wodurch die Anwendung äußerst mächtiger
Messtechniken möglich
ist. Somit kann eine erhöhte
Leistungsfähigkeit
der Überlagerungsmessung erreicht
werden, indem periodische Überlagerungsmarkierungen
verwendet werden. Mit abnehmender Strukturgröße wird jedoch eine Diskrepanz
zwischen Überlagerungseigenschaften
innerhalb eines einzelnen Chipgebiets und den signifikant größeren Strukturen
der Überlagerungsmarkierungen,
die typischerweise in der Schneidelinie des Substrats angeordnet sind,
zunehmend beobachtbar, wodurch die Messdaten, die von dem Zielobjekt
in der Schneidelinie erhalten werden, weniger zuverlässig werden.
Ein Grund für
diese Diskrepanz ist in der Tatsache begründet, dass die Lithographieanlage
feine Strukturen, wie sie typischerweise innerhalb des Chipgebiets,
etwa Gateelektroden, STI-(Flachgrabenisolations-)
Strukturen, und dergleichen anzutreffen sind, in unterschiedlicher
Weise im Vergleich zu relativ großen Strukturen abbildet, wie
sie typischerweise zur Herstellung von Überlagerungsmarkierungen angewendet
werden. Dieses struktur- und größenabhängige Phänomen eines
unterschiedlichen Grades an Überlagerung
wird als Musteranordnungsfehler (PPE) bezeichnet. Folglich muss
der Musteranordnungsfehler quantitativ angegeben werden, um die
Ergebnisse der Überlagerungsmessungen
zu korrigieren, die von den Überlagerungsmarkierungen
innerhalb der Schneidelinie erhalten werden, im Hinblick auf ihren Beitrag
zu den tatsächlichen
Mikrostrukturelementen innehalb des Chipbereichs. Der Musteranordnungsfehler
kann effizient durch sogenannte gleichzeitige AIM-Überlagerungsmarkierungen gemessen
werden, wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1a und 1b detaillierter
beschrieben ist.
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1a zeigt schematisch eine
Draufsicht einer Überlagerungsmessstruktur 100,
die auf einem spezifizierten Substratbereich 101 ausgebildet
ist, der typischerweise in einer Schneidelinie eines geeigneten
Substrats angeordnet ist, das mehrere Chipbereiche aufweist, in
denen eigentliche funktionale Mikrostrukturelemente gebildet sind.
Die Überlagerungsmessstruktur 100 kann
in Form einer AIM-Markierung vorgesehen sein, d. h., die Struktur 100 kann
eine periodische Struktur aufweisen, die das Messen eines Überlagerungsfehlers
in zumindest zwei unabhängigen
Richtungen ermöglicht.
In diesem Beispiel umfasst die Struktur 100 vier äußere periodische
Strukturen 101o, von denen zwei Linien und Abstände aufweisen,
die entlang einer X-Richtung orientiert sind, während die verbleibenden beiden
periodischen Strukturen 101o Linien und Abstände aufweisen,
die im Wesentlichen entlang der Y-Richtung orientiert sind. In ähnlicher
Weise sind vier innere periodische Strukturen 101i vorgesehen, wobei
zwei der inneren periodischen Strukturen 101i Linien und
Abstände
besitzen, die in der X-Richtung angeordnet und benachbart zu den
entsprechend orientierten äußeren Strukturen 101o platziert
sind. Ferner sind die verbleibenden beiden inneren Strukturen 101i entlang
der Y-Achse angeordnet und benachbart zu den entsprechenden äußeren Strukturen 101o angeordnet.
Dabei sind die äußeren Strukturen 101o und
die inneren Strukturen 101i in unterschiedlichen Schichten
ausgebildet, so dass die kombinierte Überlagerungsmessstruktur 100 Information
hinsichtlich der Überlagerungsgenauigkeiten
der beiden Schichten mit den periodischen Strukturen 101o und 101i in
Bezug auf die X- und Y-Richtungen aufweist.
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Die
Struktur 100 kann gemäß den folgenden Prozessablauf
hergestellt werden, wobei angenommen wird, dass die äußere periodische
Struktur 101o zuerst in einer entsprechenden Bauteilschicht
gebildet wird, etwa einer Schicht, die STI-Gräben erhält. Es sollte beachtet werden,
dass die Auswahl einer entsprechenden Sequenz aus Materialschichten
willkürlich
ist und die Prinzipien der Herstellung der Struktur 100 entsprechend
auf eine beliebige Prozesssequenz auf Bauteilebene oder auf Metallisierungsebene
angewendet werden können,
in der ein Photolithographieschritt zum Strukturieren einer weiteren
Materialschicht auf ei ner oder mehreren vorhergehenden Schichten
beteiligt ist. Ein Muster entsprechend den äußeren periodischen Strukturen 101o kann
durch Photolithographie in eine entsprechende Lackschicht mittels
Photolithographie abgebildet werden, die über dem betrachteten Substrat und
auch über
dem Substratbereich 101 gebildet ist. Folglich können in
beliebigen Chipgebieten (nicht gezeigt) ein entsprechendes Muster,
beispielsweise für STI-Gräben gleichzeitig
mit den äußeren periodischen
Strukturen 101o definiert werden. Nach der Entwicklung
der Lackschicht wird eine entsprechende gut erprobte Sequenz aus
Fertigungsschritten durchgeführt,
zu denen anisotrope Ätztechniken,
Abscheidetechniken, chemisch-mechanisches
Polieren (CMP) und dergleichen gehört, um die entsprechenden Muster
in dem Chipgebiet und auch die periodischen Strukturen 101o zu
bilden. Danach kann eine Prozesssequenz zur Herstellung von Mikrostrukturelementen
auf der zuvor strukturierten Schicht ausgeführt werden, etwa Gateelektrodenstrukturen,
Polysiliziumleitungen, und dergleichen. Somit können eine Vielzahl gut etablierter
Oxidations- und Abscheideprozesse ausgeführt werden, etwa das Herstellen
einer dünnen
Gateisolationsschicht und ein nachfolgendes Abscheiden eines Gateelektrodenmaterials, und
dergleichen, woran sich ein weiterer Photolithographieprozess zur
Strukturierung der Struktur anschließt, wodurch gleichzeitig die
periodischen inneren Strukturen 101i in dem Substratbereich 101 gebildet
werden. Wie zuvor dargestellt ist, werden die einzelnen Linien und
Abstände
der inneren und äußeren periodischen
Strukturen 101i, 101o nicht entsprechend den gleichen
Entwurfsregeln hergestellt, sondern werden gemäß den Messerfordernissen strukturiert,
um damit das Erkennen eines Versatzes zwischen der inneren und der äußeren periodischen Struktur 101i, 101o zu
verbessern. Somit kann der Abstand in den inneren und äußeren periodischen Strukturen 101i, 101o deutlich
größer sein
im Vergleich zu kritischen Abmessungen tatsächlicher Bauteilstrukturelemente,
die innerhalb der Chipgebiete ausgebildet sind. Somit kann eine Überlagerungsgenauigkeit
in Bezug auf die X- und Y-Richtungen mit moderat hoher Genauigkeit
für die Überlagerungsmessstruktur 100 selbst
abgeschätzt
werden, wobei jedoch unter Umständen
eine präzise
Abschätzung der Überlagerungsgenauigkeit
innerhalb eigentlicher Chipgebiete, die dann ausgebildet Strukturelemente mit
deutlich kleineren kritischen Abmessungen im Vergleich zu den Abmessungen
in der Überlagerungsmessstruktur 100 aufweisen,
nicht möglich
ist. Daher werden zusätzlich
zu der Überlagerungsstruktur 100 die
sogenannten gleichzeitigen AIM-Überlagerungsmarkierungen
häufig
eingesetzt, in denen zumindest einige der Strukturelemente der periodischen
Strukturen eine „Feinstruktur" aufweisen, die gemäß den entsprechenden
Entwurfsregeln für
eigentliche Bauteilstrukturelemente in den Chipgebieten hergestellt
sind.
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Beim
Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit
der beiden unterschiedlichen Schichten, die durch die innere und äußere periodische
Struktur 101i, 101o repräsentiert sind, wird eine Messanlage, etwa
eine Anlage zum Gewinnen optischer Daten, in Bezug auf die Struktur 100 ausgerichtet
und es werden Daten von entsprechenden Arbeitszonen 110i, 110o gewonnen,
die einen entsprechenden Messbereich in jeder der periodischen Strukturen 101i, 101o definieren.
Beispielsweise kann die Position der Linien und Abstände innerhalb
der entsprechenden Arbeitszone 110i gemäß einer inneren periodischen Struktur 101i bestimmt
werden und dann mit der entsprechenden Positionsinformation von
Linien und Abständen
verglichen werden, die für
die entsprechende äußere periodische
Struktur 101o bestimmt wurde. Auf der Grundlage dieser
Information kann die erforderliche Information im Hinblick auf die Überlagerungsgenauigkeit
in der X- und Y-Richtung gewonnen werden.
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1b zeigt schematisch eine
gleichzeitige AIM-Überlagerungsmessstruktur 150,
die in dem Substratbereich 101 zusätzlich zu der Überlagerungsmessstruktur 100 gebildet
sein kann. Die gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 kann innere
periodische Strukturen 151i und äußere periodische Strukturen 151o aufweisen,
wobei eine der inneren und äußeren periodischen
Strukturen 151i, 151o eine Feinstruktur aufweist,
die in dem gezeigten Beispiel durch 152 repräsentiert
ist und in den äußeren periodischen
Strukturen 151o ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden,
dass die inneren periodischen Strukturen 151i sowie die äußeren periodischen
Strukturen 151o in der gleichen Materialschicht, beispielsweise
in der STI-Schicht, gebildet sind, wie dies zuvor erläutert ist.
Hinsichtlich der Ausbildung der gleichzeitigen Überlagerungsmessstruktur 150 gelten
die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu der Struktur 100 dargelegt
sind, mit der Ausnahme, dass eine andere Lithographiemaske verwendet
wird, um die Feinstruktur 152 in einer der inneren oder äußeren periodischen
Strukturen 151i, 151o bereitzustellen. Ferner
wird ein Betrag des Versatzes zwischen den inneren und äußeren periodischen
Strukturen 151i, 151o auf einen vordefinierten Wert,
vorzugsweise Null, durch Entwurfsregeln festgelegt, um damit das
Bestimmen einer Verschiebung der Feinstruktur 152, die
auch als eine segmentierte Struktur bezeichnet werden kann, in Bezug
auf die periodischen Strukturen 151i ohne die Feinstruktur, d.
h., die nicht segmentierte periodische Struktur 151i zu
ermöglichen.
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Wie
zuvor erläutert
ist, kann auf Grund des Musteranordnungsfehlers eine entsprechende
Verschiebung in Form eines offensichtlichen Überlagerungsfehlers erkannt
werden, und dieses Maß kann verwendet
werden, um den Beitrag des Musteranordnungsfehlers innerhalb eines
Chipgebiets zu bewerten, um damit ein Maß zum Korrigieren des tatsächlichen Überlagerungsfehlers
zwischen zwei unterschiedlichen Bauteilschichten, der durch die Überlagerungsmessstruktur 100 gemessen
wird, zu erhalten, wie dies in 1a gezeigt
ist. Somit müssen während des
Messens moderner Mikrostrukturbauelemente mindestens zwei Überlagerungsmessstrukturen,
etwa die Struktur 100 und 150, vorgesehen werden,
wobei in sehr anspruchsvollen Anwendungen sogar eine gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 für jede der
Schichten vorgesehen wird, von denen die Überlagerungsgenauigkeit bestimmt werden
muss. Somit sind drei Überlagerungsmessstrukturen,
d. h. eine für
die Überlagerung,
d. h. die Struktur 100, und zwei für die PPE-Einstufung zweier unterschiedlicher
Lithographieschichten, d. h. die Struktur 150, vorzusehen.
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1c zeigt schematisch diese
Situation. Hier sind drei Überlagerungsstrukturen 100, 150 und 150 vorgesehen,
wobei jede der beiden Strukturen 150 in einer anderen Schicht
ausgebildet ist.
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Auf
Grund der ständig
zunehmenden Anforderung hinsichtlich einer verbesserten Produktivität und reduzierten
Fertigungskosten werden auch unter Umständen die Abmessungen der Schneidelinien verringert,
wodurch der verfügbare
Platz für
Messbereiche innerhalb der Schneidelinien deutlich eingeschränkt wird.
Angesichts dieser Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik,
um Überlagerungsfehler
zu bestimmen, wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme
vermieden oder deren Auswirkungen zumindest reduziert werden.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE
ERFINDUNG
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Im
Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik,
die die Bewertung von Positionsfehlern während der Herstellung von Mikrostrukturelementen,
etwa von integrierten Schaltungen, und dergleichen, ermöglicht,
wobei der Anteil an Fläche,
der zum Vorsehen einer entsprechenden Messstruktur erforderlich
ist, im Vergleich zu konventionellen Verfahren verringert werden
kann, während gleichzeitig
in einigen anschaulichen Ausführungsformen
die Menge an Positionsinformationen, die während eines einzelnen Messvorgangs
erhalten wird, vergrößert werden
kann. Zu diesem Zweck wird eine gestapelte Messstruktur vorgesehen,
die periodische Bereiche enthält,
die das Gewinnen von Informationen über schichtinterne Positionierfehler
und Zwischenschichtpositionierfehler innerhalb eines vordefinierten
Messbereichs, der während
eines einzelnes Messzyklus zugänglich
ist, ermöglicht.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Überlagerungsmessstruktur eine
erste periodische Struktur, die in einer ersten Bauteilschicht eines
spezifizierten Messortes, der auf einem Substrat gebildet ist, ausgebildet
ist, wobei die erste periodische Struktur eine erste periodische
Teilstruktur und eine zweite periodische Teilstruktur aufweist.
Die erste und die zweite periodische Teilstruktur enthalten jeweils
mehrere erste Strukturelemente, von denen einige einen ersten segmentierten
Bereich aufweisen. Ferner umfasst die Überlagerungsmessstruktur eine
zweite periodische Struktur, die in einer zweiten Bauteilschicht ausgebildet
ist und die über
der ersten Bauteilschicht angeordnet ist, wobei die zweite periodische
Struktur eine erste periodische Teilstruktur und eine zweite periodische
Teilstruktur mit mehreren zweiten Strukturelementen aufweist, von
denen einige einen zweiten segmentierten Bereich besitzen. Des weiteren bilden
die erste und die zweite periodische Struktur eine periodische gestapelte
Struktur in der spezifizierten Messposition.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
gestapelten periodischen Messstruktur in einer vordefinierten Messposition
eines Substrats, das für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist, wobei
die gestapelte periodische Struktur einen ersten segmentierten Bereich
und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten
Schicht gebildet sind, und einen zweiten segmentierten Bereich und einen
zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer zweiten Schicht
gebildet sind, umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Gewinnen
von Positionsinformationen von jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten
und nicht segmentierten Bereichen und das Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit von
Strukturelementen, die über
dem Substrat außerhalb
der vorbestimmten Messposition gebildet sind.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer
gestapelten periodischen Messstruktur in einer vordefinierten Messposition
eines Substrats, das für
die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist. Die gestapelte
periodische Struktur umfasst einen ersten segmentierten Bereich
und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten
Schicht ausgebildet sind, und umfasst ferner einen zweiten segmentierten
Bereich und einen zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer
zweiten Schicht ausgebildet sind. Der segmentierte oder nicht segmentierte
Bereich der ersten oder der zweiten Schicht ist in einem ersten
Belichtungsfeld und der andere Bereich ist in einem zweiten Belichtungsfeld,
das sich mit dem ersten Belichtungsfeld während eines Belichtungsprozesses
zur Bildung der gestapelten periodischen Messstruktur überlappt,
angeordnet. Ferner umfasst das Verfahren das gewinnen von Positionsinformationen
von jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten und nicht segmentierten
Bereich und das Bewerten einer Gitterverzerrung oder einer Überlagerungsgenauigkeit
auf der Grundlage der Positionsinformation.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen und
in der folgenden Beschreibung definiert und gehen deutlicher durch das
Studium der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme
zu den begleitenden Zeichnungen hervor, in denen:
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1a schematisch
eine Draufsicht einer bekannten Überlagerungsstruktur
mit nicht segmentierten periodischen Teilstrukturen zeigt, von denen jede
in einer entsprechenden Bauteilschicht gebildet ist;
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1b schematisch
eine Draufsicht einer bekannten gleichzeitigen Überlagerungsmessstruktur mit
segmentierten und nicht segmentierten Teilstrukturen, die in einer
einzelnen Bauteilschicht gebildet sind, zeigt;
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1c schematisch
eine Draufsicht einer Schneidelinie mit bekannten Messstrukturen
zum Bestimmen eines PPE und einer Überlagerungsgenauigkeit für zwei unterschiedliche
Bauteilebenen zeigt;
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2a schematisch
eine Draufsicht einer Messstruktur mit segmentierten und nicht segmentierten
Teilstrukturen in einer gestapelten Konfiguration für das gleichzeitige
Erhalten von schichtinternen und Zwischenschicht-Positionsinformationen
gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
zeigt;
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2b schematisch
eine vergrößerte Ansicht
einer einzelnen Messstruktur ähnlich
zu der in 2a gezeigten Messstruktur zeigt;
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2c und 2d schematisch
einen Querschnitt entlang der Linie IIc-IIc bzw. IId-IId aus 2b zeigen;
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2e und 2f schematisch
eine Draufsicht einer multifunktionalen Messstruktur und geeigneter
Arbeitszonen eines Messinstruments gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen
zeigt; und
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2g schematisch
eine Draufsicht einer Messstruktur zeigt, in der zumindest ein Bereich
der Struktur zum Gewinnen zusätzlicher
Informationen verwendet wird, etwa Positionsinformationen auf der Grundlage
einer Querschnittsanalyse, Informationen über eine Gitterverzerrung zwischen
benachbarten Belichtungsfeldern und dergleichen, gemäß weiterer anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen
anschaulich offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar,
deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist.
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Im
Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Messstruktur
mit erhöhter Funktionalität bereit.
Die verbesserte Messstruktur kann Informationen über die Überlagerungsgenauigkeit und/oder
den Musteranordnungsfehler und/oder eine Gitterverzerrung, und dergleichen
in einer zeiteffizienten Weise und, in einigen Ausführungsformen, in
im Wesentlichen gleichzeitiger Weise bereitstellen. Die verbesserte
Messstruktur kann ferner weniger Platz auf einem Substrat einnehmen.
Zu diesem Zwecke wird eine neue Konfiguration für eine Messstruktur vorgesehen,
in der zumindest zwei periodische Muster in jeder Bauteilschicht
gebildet sind, die in Hinblick auf Positionsfehler zu überwachen
sind, wobei eine gesamte gestapelte Konfiguration erhalten wird,
die nicht in unerwünschter
Weise wertvollen Substratplatz verbraucht, so dass von der entsprechenden
Messstruktur Informationen über
schichtinterne Positionsfehler sowie Zwischenschichtpositionsfehler
in einem einzelnen Messdurchlauf ermittelt werden können. Dabei
ist der Begriff „gestapelt" im Hinblick auf
eine Messposition wie folgt zu verstehen: innerhalb einer Messposition
oder eines Messortes enthält
eine gestapelte Struktur eine Konfiguration, in der zwei Teilstrukturen übereinander
angeordnet und auch seitlich zueinander versetzt sein können. Dies kann
erreicht werden, indem in jeder Schicht ein entsprechender Strukturbereich
vorgesehen ist, der durch relativ große Strukturelemente gebildet
ist, die auch als nicht segmente Strukturelemente bezeichnet werden
können,
während
der andere Bereich in der gleichen Schicht aus Strukturelementen
gebildet ist, die eine „Feinstruktur" aufweisen, und somit
können
diese Strukturelemente auch als segmentierte Strukturelemente bezeichnet
werden.
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Wie
zuvor erläutert
ist, kann der Strukturierungsprozess zur Herstellung von Mikrostrukturelementen
in zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Bauteilschichten deutlich
von einer Musterdichte, der Strukturgröße und dergleichen abhängen, so
dass eine signifikante Diskrepanz beim Erzeugen entsprechender Messergebnisse
vorgefunden werden kann, wenn relativ große Strukturelemente in spezifizierten Messpositionen
außerhalb
eines eigentlichen Bauteilgebiets in Bezug auf Positionsfehler von
Strukturelementen innerhalb des eigentlichen Bauteilgebiets bewertet
werden. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen, in denen eine oder
mehrere Messstrukturen zum Bestimmen eines schichtinternen Positionsfehlers
innerhalb jeder einzelnen Bauteilschicht vorgesehen werden, wodurch
ein merklicher Anteil an Substratfläche vereinnahmt wird, kann
durch Anwenden der multifunktionalen Messstruktur der vorliegenden
Erfindung ein signifikant höherer
Anteil an Information pro Einheitsfläche gewonnen werden. Ferner kann
das hierin beschriebene Messverfahren so verbessert werden, dass
eine erhöhte
Menge an Information im Wesentlichen gleichzeitig gewonnen werden
kann. Ferner kann gemäß der erfindungsgemäßen Konfiguration
der hierin offenbarten Messstruktur eine weitergehende Verbesserung
erreicht werden, indem die Struktur zum Gewinnen von Messdaten mittels
Querschnittsanalyse und/oder zum Bestimmen anderer lithographiespezifischer
Positionierfehler, etwa einer Gitterverzerrung, und dergleichen
verwendet wird. Mit Bezug zu den 2a–2e werden
nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung detaillierter beschrieben.
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2a zeigt
schematisch eine Draufsicht eines Bauelements 290, das
ein Halbleiterbauelement, ein mikromechanisches Bauelement, ein
mikrooptisches Bauelement oder eine Kombination davon repräsentieren
kann, das auf der Grundlage mikromechanischer und mikroelektronischer
Prozesse hergestellt ist. Das Bauelement 290 umfasst ein
geeignetes Substrat, wovon ein spezifizierter Bereich 201 eine
Substratposition repräsentieren
kann, die für
die Bildung von Messpositionen bzw. Messstellen darin verfügbar ist,
um damit die Möglichkeit
zur Gewinnung von Information während
des Fertigungsprozesses des Bauelements 290 bereitstellt.
Beispielsweise kann der Bereich 201 eine Schneidelinie
eines Halbleiterbauelements repräsentieren,
das mehrere Chipgebiete (nicht gezeigt) enthält, in denen spezifizierte
Mikrostrukturelemente gebildet sind. Eine Messposition bzw. eine
Messstelle 205 ist in dem Bereich 201 gebildet,
wobei die Messposition 205 unter Umständen nicht durch physikalische
Grenzen begrenzt ist, sondern diese kann funktionell definiert sein,
indem darin eine Messstruktur 200 angeordnet wird, auf
die durch ein spezifiziertes Messverfahren in einem einzelnen Abtastprozess
zugegriffen wird. Beispielsweise kann die Messposition 205 durch
im Wesentlichen die Abmessung der Messstruktur 200 definiert
sein, die wiederum so gewählt
sind, dass diese während
eines einzelnen Justiervorganges erkennbar und vermessbar ist, das
von einem beliebigen geeigneten Messinstrument ausgeführt wird. Beispielsweise
definieren die diversen Messstrukturen 100, 150 in 1c typischerweise
drei unterschiedliche Messpositionen, da ein Messvorgang zum Erhalten
von Daten von jeder der Messstrukturen mindestens einen Justiervorgang
erfordert und einen nachfolgenden Datengewinnungsdurchlauf für jede der
Messstrukturen notwendig macht.
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Die
Messstruktur 200 kann in einer anschaulichen Ausführungsform
eine erste periodische Struktur 230, die in einer ersten
Bauteilschicht ausgebildet ist, und eine zweite periodische Struktur 260,
die in einer zweiten Bauteilschicht ausgebildet ist, aufweisen.
Die erste periodische Struktur 230 umfasst wiederum eine
erste periodische Teilstruktur oder einen Bereich 210 und
eine zweite periodische Teilstruktur oder einen Bereich 220.
In ähnlicher
Weise umfasst die zweite periodische Struktur 260 eine
erste periodische Teilstruktur oder einen Bereich 240 und
eine zweite periodische Teilstruktur oder einen Bereich 250.
Die erste und zweite periodische Struktur 210, 220 weisen
mehrere Strukturelemente 211, 221 auf, von denen
einige in Form von im Wesentlichen kontinuierlichen, d. h. nicht
segmentierten Elementen, vorgesehen sind, während andere in Form segmentierter
Elemente bereitgestellt sind. In diesem Zusammenhang kann ein segmentiertes
Strukturelement als eines betrachtet werden, das ein beliebiges Muster
enthält,
das durch eine laterale Abmessung definiert ist, die kleiner ist
als eine minimale laterale Abmessung eines nicht segmentierten Elements.
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Beispielsweise
können
in der gezeigten Ausführungsform
die Strukturelemente 211 als nicht segmentierte Elemente
vorgesehen sehen, wohingegen die Strukturelemente 221 als
segmentierte Elemente vorgesehen werden, die darin ein Muster aus „Linien" und „Abständen" aufweisen, wobei
die Linien und die Abstände
durch entsprechende Gebiete unterschiedlicher Eigenschaften repräsentiert
sein können,
die nicht notwendigerweise einen Unterschied in der Topographie
beinhalten, wie dies durch die Begriffe Linien und Abstände impliziert
sein kann. Der Einfachheit halber werden diese Begriffe durchwegs
in der Beschreibung verwendet, wobei jedoch nicht beabsichtigt ist,
die vorliegende Erfindung auf die wörtliche Bedeutung von Linien
und Abständen
einzuschränken.
Ferner kann der Begriff „segmentiert" auch eine beliebige
Art an Musterung innerhalb jedes segmentierten Bereichs beinhalten,
wobei das Mustern sich auf eine beliebige Art geometrischer Konfiguration
beziehen kann, in der laterale Abmessungen beteiligt sind, die kleiner
sind als die lateralen Abmessungen von nicht segmentierten Elementen, etwa
den Elementen 211. Daher können die segmentierten Elemente 221 auch Öffnungen,
Liniensegmente und dergleichen aufweisen, wie sie zum Erzeugen einer
Musterdichte als geeignet erachtet werden, und können eine Strukturgröße aufweisen,
wie sie auch in tatsächlichen
Bauteilgebieten in dem Bauelement 290 vorzufinden sind.
Daher sind in einigen anschaulichen Ausführungsformen die segmentierten
Strukturelemente 221 auf der Grundlage lateraler Größen segmentiert,
die vergleichbar sind zu Entwurfsstrukturgrößen der spezifizierten Bauteilschicht, in
der die periodische Struktur 230 gebildet ist. In ähnlicher
Weise können
die periodischen Teilstrukturen 240 und 250 aus
Strukturelementen 241 bzw. 251 aufgebaut sein,
von denen einige in Form von segmentierten Elementen vorgesehen
sind, während
andere als nicht segmentierte Elemente bereitgestellt werden. Hinsichtlich
der Art der „Segmentierung" sowie der lateralen
Abmessungen gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind.
Es sollte beachtet werden, dass in einigen Ausführungsformen die segmentierten
Elemente 241 sich von den segmentierten Elementen 221 dahingehend
unterscheiden können,
dass die Art der Segmentierung und/oder die lateralen Abmessungen
der Segmentierung unterschied lich sein können. In diesem Falle kann
jede Art segmentierter Elemente 221, 241 geeignet
an die Entwurfsregelnspezifikationen der entsprechenden Schicht
angepasst sein, so dass schichtinterne Positionsinformationen, etwa
Informationen über
den Musteranordnungsfehler in jeder einzelnen Schicht präziser erhalten
werden können.
Ferner können
in einigen Ausführungsformen
die Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 jeweils
eine Kombination aus segmentierten und nicht segmentierten Strukturelementen enthalten.
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Ferner
kann die Anzahl der Strukturelemente in jeder der Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 in
Abhängigkeit
der Entwurfs- und Bauteilerfordernisse variieren, wobei vorteilhafterweise
mindestens drei oder mehr Strukturelemente pro Teilstruktur vorgesehen
sind. Wie ferner in einigen anschaulichen Ausführungsformen gezeigt ist, können die
erste und die zweite Teilstruktur 210, 220 mit
der ersten periodischen Struktur 230 so positioniert sein,
dass die erste periodische Teilstruktur 240 der zweiten
periodischen Struktur 260 teilweise dazwischen angeordnet
ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen können die
erste und die zweite Teilstruktur 210, 220 benachbart
zueinander angeordnet sein und in ähnlicher Weise können die
erste und die zweite Teilstruktur 240, 250 benachbart
zueinander angeordnet sein. Die Messstruktur 200 ist so
gestaltet, dass schichtinterne Positionsinformationen und Zwischenschichtpositionsinformationen
im Hinblick auf mindestens eine vordefinierte Richtung erhalten
wird, die in der gezeigten Ausführungsform
die Y-Richtung ist. In dieser Hinsicht kann eine schichtinterne
Positionsinformation als eine Versetzung der ersten und der zweiten
Teilstruktur 210, 220 betrachtet werden, oder
von Bereichen davon in Bezug zueinander, während eine Zwischenschichtpositionsinformation
als eine Information betrachtet werden kann, die eine relative Verschiebung
einer oder mehrerer der ersten und zweiten Teilstrukturen 210, 220 oder
Teilen davon in Bezug auf eine oder mehrere der Teilstrukturen 240, 250 oder
Gereichend davon beschreiben. Beispielsweise kann die relative Verschiebung
bzw. Versetzung zwischen der periodischen Teilstruktur 210 und der
periodischen Teilstruktur 250 als ein Überlagerungsfehler zwischen
den entsprechenden Bauteilschichten entsprechend dem Überlagerungsfehler betrachtet
werden, wie er in der konventionellen Messstruktur 100 gemessen
wird, die mit Bezug zu 1a beschrieben ist. Ein Beispiel
für eine schichtinterne
Positionsinformation kann eine relative Versetzung, wie sie beispielsweise
durch den Musteranordnungsfehler beschrieben wird, zwischen der
Teilstruktur 210 und 220 sein, der dem schichtinternen
Positionierfehler entspricht, der durch die gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 erhalten
wird, die mit Bezug zu 1b beschrieben ist. Ferner können, wie
in 2a gezeigt, mehrere Messstrukturen 200 so
vor gesehen sein, um für
eine verbesserte Messgenauigkeit zu sorgen und um ferner die Möglichkeit
zum Bestimmen von Positionsinformationen in Bezug auf mindestens
eine weitere vordefinierte Richtung, etwa die X-Richtung, bereitzustellen.
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2d zeigt
schematisch die Messstruktur 200 in einer vergrößerten Ansicht
gemäß weiterer
anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In einigen Ausführungsformen können die segmentierten
Elemente 241 und 221 unterschiedlich ausgewählt sein.
Mehrere beispielhafte Segmentierungen 242a, 242b, 242c, 222a, 222b, 222c sind gezeigt
und sollten nicht als Einschränkung
der vorliegenden Erfindung verstanden werden, sofern dies nicht
anderweitig in den Patentansprüchen
dargestellt ist. Beispielsweise kann eine der Segmentierungen 242a, 242b, 242c in
der Teilstruktur 240 und eine der Segmentierungen 222a, 222b, 222c kann
in der Teilstruktur 220 verwendet werden. Wie zuvor erläutert ist,
können
die segmentierten Strukturelemente, etwa die Elemente 221 oder 241 mit
einer oder mehreren der Segmentierungen 222a, 222b, 222c, 242a, 242b, 242c auch
in einer oder beiden Teilstrukturen 210 und 250 vorgesehen
werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Größe und die
Form der Strukturelemente 211, 241, 221, 251 in
einer beliebigen geeigneten Weise gewählt werden kann, solange die
vordefinierte Periodizität,
d. h. eine im Wesentlichen identische Wiederholung mehrerer Strukturelemente
entlang einer vorbestimmten Richtung, erreicht wird. D. h., die
Größe und die
Form der einzelnen Strukturelemente 211, 241, 221, 251 kann
rechteckig (wie gezeigt), quadratisch, T-förmig, L-förmig, und dergleichen sein,
wobei die Gesamtabmessungen so gewählt sind, dass die erforderliche
Positionsinformation vorzugsweise durch optische Detektionstechniken,
etwa Mikroskopie, und dergleichen erhalten wird. Andererseits wird
die Segmentierung oder die Feinstruktur der Elemente 241, 221 gemäß den Entwurfsregeln
tatsächlicher
Bauteilstrukturen gewählt,
um damit eine aussagekräftige
Information hinsichtlich des Einflusses der Musterdichte und/oder der
Strukturgröße auf die Überlagerungsgenauigkeit bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen
können,
wie später
erläutert
ist, einige der Strukturelemente einer darunterliegenden Schicht,
etwa die Elemente 211 oder 241 in 2b,
zumindest teilweise durch einige der Strukturelemente 241 oder 251 „überschrieben" werden, wodurch
eine präzise
Analyse mittels Querschnittsanalyse, beispielsweise durch Elektronenmikroskopie,
Röntgenstrahlmikroskopie,
und dergleichen möglich
ist, wenn ein überschriebener
Bereich als eine Querschnittsprobe präpariert wird.
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2c zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht der Messstruktur 200 aus 2b gemäß dem Schnitt
IIc, der in 2a gezeigt ist. Eine erste Bauteilschicht 202 ist über dem
Substratbereich 201 ausgebildet und kann die erste periodische
Struktur 230 enthalten, d. h. die Strukturelemente 211 und 221,
beispielsweise in Form von mit einem spezifizierten Material, etwa
Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen, gefüllten Gräben, wenn
die erste Bauteilschicht 202 eine STI- (Flachgrabenisolations-) Schicht
einer siliziumbasierten integrierten Schaltung repräsentiert.
In anderen Beispielen kann die erste Bauteilschicht 202 eine
Metallisierungsebene repräsentieren,
in der die Strukturelemente 211, 221 metallgefüllte Leitungen
oder andere Gebiete repräsentieren. Über der
ersten Bauteilschicht 202 ist eine zweite Bauteilschicht 203 gebildet,
die die zweite periodische Struktur 260, d. h. die Strukturelemente 241 und 251 enthält. In dem
zuvor genannten Beispiel einer STI-Schicht können die Strukturelemente 241, 251 beispielsweise
aus einem Lackmuster gebildet sein, das über einer Gateelektrodematerialschicht, einem
strukturierten Schichtstapel mit Polysilizium, und dergleichen gebildet
ist. Z. B. können
in modernen integrierten Schaltungen die kritischen Abmessungen,
d. h. Abmessungen in der STI-Schicht, die Gateelektroden erhält, 50 nm
oder sogar weniger betragen, so dass die Überlagerungsgenauigkeit merklich
von den Strukturgrößen auf
Grund erhöhter
Musteranordnungsfehler abhängen
kann. Folglich können
in anspruchsvollen Anwendungen beispielsweise die Strukturelemente 241 und/oder 221 eine
Segmentierung (in den Querschnitt in 2c nicht
gezeigt) beinhalten, in denen Abmessungen vergleichbar zu den kritischen
Abmessungen enthalten sind, wie sie in den entsprechenden Bauteilschichten 202, 203 anzutreffen
sind.
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2d zeigt
schematisch eine Querschnittsansicht entlang des Schnittes IId,
der in 2a dargestellt ist. In diesem
Beispiel umfasst jedes der einzelnen Strukturelemente 221 und 241 drei „Teilelemente" 221s und 241s,
die die entsprechende, in den Teilstrukturen 220 und 240 verwendete
Segmentierung repräsentieren
(siehe 2a).
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Die
Messstruktur 200 kann gemäß gut etablierter Prozesstechniken
hergestellt werden, die für die
Herstellung tatsächlicher
Mikrostrukturelemente, etwa von Schaltungselementen in integrierten
Schaltungen, eingesetzt werden. Während dieses gut etablierten
Prozessablaufes wird eine entsprechend gestaltete Photomaske mit
einem entsprechenden Muster für
die Messstruktur 200 oder eine Vielzahl davon, wie dies
beispielsweise in 2a gezeigt ist, bereitgestellt,
um die Struktur 200 oder eine beliebige Anzahl von Kombinationen
davon mit geeignet ausgewählten
unterschiedlichen Orientierungen in dem vordefinierten Sub stratbereich 201 anzuordnen.
D. h., während
einer ersten Fertigungssequenz wird die erste Bauteilschicht 202 gebildet,
beispielsweise unter Verwendung von Photolithographieverfahren, Ätztechniken,
Abscheidetechniken, Implantationstechniken, Einebnungstechniken
und dergleichen, und danach wird die zweite Bauteilschicht 203 gebildet,
wobei ein Photolithographieschritt ausgeführt wird, wodurch die Mikrostrukturelemente
und auch die Strukturelemente der Messstruktur 200, d.
h. die zweite periodische Struktur 260 (siehe 2a)
zu der ersten periodischen Struktur 230, ausgerichtet werden.
Danach wird das Bauelement 290 einem Messverfahren unterzogen,
wie dies auch detaillierter mit Bezug zu 2e beschrieben
ist.
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2e zeigt
schematisch eine Draufsicht des Bauelements 290 während eines
Messprozesses zum Gewinnen von Positionsinformationen aus der Messstruktur 200. Ähnlich zu
dem Messverfahren auf der Grundlage von Arbeitszonen einer entsprechenden
Messanlage, etwa einem Mikroskop, und dergleichen, wird eine erste
oder innere Arbeitszone 270 und eine zweite oder äußere Arbeitszone 280 definiert,
wenn eine Messvorrichtung verwendet wird, die lediglich zwei Arbeitszonen
bereitstellen kann, wie dies typischerweise in konventionellen Techniken
der Fall ist. Die Fähigkeit
des Messinstruments kann dabei in Betracht gezogen werden, wenn die
Messstruktur 200 gestaltet wird, um damit eine Überlappung
der inneren und äußeren Arbeitszonen 270, 280 während der
Messung effektiv zu unterdrücken,
und die entsprechenden Arbeitszonen können so angeordnet werden,
dass Positionsinformationen nur von den entsprechenden zwei periodischen
Teilstrukturen gewonnen werden. Mit einer entsprechenden Einstellung
des Messinstruments und/oder mit einer geeigneten Gestaltung der
einzelnen Teilstrukturen 210, 240, 220, 250 können die
erste und zweite Arbeitszone 270, 280 gemeinsam
sequenziell auf den entsprechenden zwei periodischen Teilstrukturen
angeordnet werden, um damit Positionsinformationen zu gewinnen,
die die relative Positionierung der entsprechenden Teilstrukturen
kennzeichnen. Folglich können
die folgenden Messungen sequenziell ausgeführt werden:
- 1:
die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 210 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 240 – führt zu schichtinternen
Positionsinformationen beispielsweise PPE der ersten Bauteilschicht 202;
- 2: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer
schichtinternen Positionsinformation der zweiten Bauteilschicht 203,
etwa PPE;
- 3: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer
Zwischenschichtinformation, d. h. einer Überlagerungsinformation zwischen nicht
segmentierten Teilstrukturen;
- 4: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 220 – führt zu einer
Zwischenschichtpositionsinformation, d. h., einer Überlagerungsinformation im
Hinblick auf segmentierte Teilstrukturen;
- 5: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 210 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 240 – führt zu einer
Zwischenschichtpositionsinformation der Art: nicht segmentiert über segmentiert;
- 6: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 220 und
die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer
Zwischenschichtpositionsinformation der Art: segmentiert gegenüber nicht segmentiert.
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Folglich
können
durch die Struktur 200 schichtinterne Positionsinformationen
und Zwischenschichtpositionsinformationen gewonnen werden, wobei
abhängig
von der Prozessstrategie die gesamte erhaltene Information beim
Bewerten der Überlagerungsgenauigkeit
des Bauelements 290 verwendet werden kann, oder es kann
lediglich ein Teil der Information erhalten und/oder bewertet werden,
wodurch die Messzeit reduziert wird.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
ist der Messprozess ausgebildet, um die Datennahme zu verbessern.
Dazu können
die Arbeitszone 270, 280 jeweils in zwei entsprechende Teilzonen,
die als 270a, 270b für die Arbeitszone 270 und 280a, 280b für die Arbeitszone 280 bezeichnet sind,
unterteilt werden, wie dies beispielhaft für eine der Strukturen 200 in 2e gezeigt
ist. In dieser Ausführungsform
können
Messdaten von den Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 gleichzeitig
gewonnen werden. In diesem Falle können die entsprechenden Messalgorithmen
für das
Extrahieren und Berechnen von Positionsfehlern aus den entsprechenden
Bildinhalten der Arbeitszonen 270a, 270a, 280a, 280b auf alle möglichen
Kombinationen angewendet werden, oder diese können lediglich auf gewünschte Kombinationen,
parallel und unabhängig
voneinander angewendet werden. Folglich können bis zu sechs unabhängige Messdaten
gleichzeitig ermittelt werden, ähnlich
zu dem zuvor geschilderten Falle.
- 1: Arbeitsteilzonen 270a und 270b – schichtinterne
Information der ersten Bauteilschicht 202;
- 2: Arbeitsteilzonen 280a und 280b – schichtinterne
Information über
die zweite Bauteilebene 203;
- 3: Arbeitsteilzonen 270a und 280a – Überlagerungsfehlerinformation
der Art: nicht segmentiert – segmentiert;
- 4: Arbeitsteilzonen 270b und 280b – Überlagerungsfehlerinformation
der Art: segmentiert – nicht segmentiert;
- 5: Arbeitsteilzonen 270a und 280b – Überlagerungsfehlerinformation
der Art: nicht segmentiert – nicht
segmentiert;
- 6: Arbeitsteilzonen 280a und 270b – Überlagerungsfehlerinformation
der Art: segmentiert – segmentiert.
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Abhängig von
den Erfordernissen können die
entsprechenden Messdaten in beliebiger Weise erhalten und bewertet
und kombiniert werden, um damit die Überlagerungsgenauigkeit quantitativ
zu bewerten. Folglich kann eine erhöhte Menge an Informationen
aus der Messstruktur 200 im Vergleich zu konventionellen
Techniken, wie sie in 1c gezeigt sind, gewonnen werden,
da dort lediglich schichtinterne Informationen der ersten und der
zweiten Bauteilschichten sowie Zwischenschichtfehlerinformationen
der Art nicht segmentiert – nicht
segmentiert für jedes
Messereignis erhalten werden können.
Ferner kann abhängig
von der Größe der Messstruktur 200 eine
größere Informationsmenge
aus einem deutlich reduziertem Raumbereich des Bauelements 290 im Vergleich
zu einer konventionellen Technik gewonnen werden. Es sollte beachtet
werden, dass die Größe der einzelnen
Strukturelemente 211, 241, 221 und 251 geeignet
so ausgewählt
werden kann, dass eine entsprechende Definition von Arbeitszonen 270 und 280 und,
falls gewünscht,
der entsprechenden Teilzonen möglich
ist, was zu einer etwas vergrößerten Gesamtfläche entsprechend
einer einzelnen Struktur 100, 150, wie sie in 1c gezeigt
sind, führen
kann, wobei dennoch eine deutliche Reduzierung des eingenommenen
Flächenbereichs
erreicht wird. In anderen Ausführungsformen
kann eine ähnliche
Größe wie für eine der
Strukturen 100, 150 für die vier Strukturen 200 benutzt
werden, wie sie in der 2a oder 2e gezeigt
sind.
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2f zeigt
schematisch die Struktur 200 gemäß einer weiteren anschaulichen
Ausführungsform,
in der die ersten und die zweiten periodischen Strukturen 230 und 260 nebeneinander
angeordnet sind, ohne dass sie miteinander verzahnt sind. Die entsprechenden
Arbeitszonen 270 und 280 sind entsprechend in
geeignete Teilzonen 270a, 270b und 280a und 280b unterteilt.
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2g zeigt
schematisch die Strukturen 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung, in denen eine erhöhte Funktionalität der Struktur 200 erreicht
wird. In einer Ausführungsform
ist die Struktur 200 so gestaltet, dass zumindest eine
der periodischen Teilstrukturen in einer dritten Bauteilschicht
ausgebildet ist. Beispielsweise sind in der gezeigten Ausführungsform die
Teilstrukturen 210 und 220 in einer ersten Bauteilschicht,
etwa der Schicht 202, gebildet, wie dies zuvor erläutert ist,
und die Teilstruktur 240 kann in einer zweiten Bauteilschicht,
etwa der Schicht 203, gebildet sein, wie sie zuvor erläutert ist,
während
die Teilstruktur 250, die nunmehr als 250a bezeichnet
ist, in einer dritten Bauteilschicht ausgebildet ist, die unter oder über oder
zwischen der ersten und der zweiten Bauteilschicht angeordnet sein
kann. Folglich können
unter Anwendung der Messtechnik, in der Arbeitsteilzonen vorgesehen
sind, d. h., die Teilzonen 270a, 270b, 280a, 280b,
die folgenden Messdaten gleichzeitig aus der Messstruktur 200 gewonnen
werden:
- 1: Arbeitsteilzonen 270a und 270b – schichtinterne
Positionsinformationen der ersten Schicht;
- 2: Arbeitsteilzonen 280a und 280b – Überlagerungsinformationen
der zweiten und der dritten Schicht;
- 3: Arbeitsteilzonen 270a und 280a – Überlagerungsinformationen
der ersten und der zweiten Schicht der Art: nicht segmentiert – segmentiert;
- 4: Arbeitsteilzonen 270b und 280b – Überlagerungsinformationen
der ersten und der dritten Schicht der Art: segmentiert – nicht
segmentiert;
- 5: Arbeitsteilzonen 270a und 280b – Überlagerungsinformationen
der ersten und der dritten Schicht der Art: nicht segmentiert – nicht
segmentiert;
- 6. Arbeitsteilzonen 270b und 280a – Überlagerungsinformation
der ersten und der zweiten Schicht der Art: segmentiert – segmentiert.
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Folglich
wird eine verbesserte Funktionalität erreicht, die das Beobachten
der Überlagerungsgenauigkeit
im Hinblick auf eine vergrößerte „Spannweite" ermöglicht,
während
dennoch ein deutlich reduzierter Anteil einer Fläche erforderlich ist, und, wenn
eine gleichzeitige Messtechnik eingesetzt wird, ein deutlich reduzierter
Betrag an Messzeit erforderlich ist. Es sollte beachtet werden,
dass es andere Kombinationen im Hinblick auf das Anordnen einer oder
mehrerer Detailstrukturen innerhalb der dritten Bauteilschicht gibt.
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In
einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Messstruktur 200 innerhalb
des Substratsbereichs 201 so angeordnet sein, dass zwei
Bereiche oder Teilstrukturen, die in der gleichen Bauteilschicht
ausgebildet sind, in benachbarten überlappenden Belichtungsfeldern
angeordnet sind, die als Belichtungsfeld 206 und 207 in 2e gekennzeichnet
sind. D. h., die Teilstrukturen 210 und 220, die
in einer einzelnen Bauteilschicht ausgebildet sind, können in
dem Belichtungsfeld 206 gebildet sein, wobei eine der Strukturen,
etwa die Struktur 220, auch innerhalb des Belichtungsfelds 207 positioniert
ist. In anderen Ausführungsformen
(nicht gezeigt) kann die Messstruktur 200 so gestaltet
sein, dass ein Überlagerungsbereich
des Belichtungsfeldes 206 und 207 beispielsweise
zwischen den Strukturen 240 und 220 angeordnet
ist, wodurch sichergestellt ist, dass die Teilstruktur 210 lediglich
innerhalb des Belichtungsfeldes 206 gebildet ist, während die in
der gleichen Schicht gebildete Teilstruktur 220 lediglich
durch das Belichtungsfeld 207 gebildet wird. In jedem Falle
kann eine wertvolle Information beispielsweise im Hinblick auf eine
Gitterverzerrung und dergleichen gewonnen werden, wobei diese Information
gleichzeitig verfügbar
ist, wenn die Messtechnik auf der Grundlage unterteilter Teilzonen
verwendet wird, wie sie mit Bezug zu 2e beschrieben
ist.
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In
einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Messstruktur 200 so
gestaltet, dass eine der Teilstrukturen, beispielsweise die Teilstruktur 250a,
ein Überlappungsgebiet
der Messstruktur 200 repräsentiert, d. h. eine spezielle
Teilstruktur (nicht gezeigt), kann zusätzlich in der ersten Schicht
ausgebildet sein und kann nachfolgend durch eine entsprechende Teilstruktur
in der zweiten Schicht „überschrieben" werden, wodurch
das Überlappungsgebiet 250a gebildet
wird. In diesem Falle kann die gleiche Menge an Information erhalten
werden, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei zusätzlich Positionsinformation
in dem Überlappungsgebiet 250a „konserviert" werden kann, die
dann zu einem späteren
Zeitpunkt, beispielsweise durch Querschnittsanalyse unter Verwendung
von Elektronenmikroskopie, Röntgenstrahlmikroskopie,
und dergleichen, gewonnen werden kann. Dazu kann eine entsprechende
Schnittprobe aus dem Überlappungsgebiet 250a,
beispielsweise durch FIB-Techniken (focusierter Ionenstrahl) präpariert
werden. Auf diese Weise kann ein erhöhtes Maß an Genauigkeit auf Grund der
hohen Auflösung
der dabei beteiligten Messverfahren erreicht werden, wodurch die
Möglichkeit
geschaffen wird, „Kalibrier"- oder „Referenz"-Daten zu gewinnen, die zum Skalieren
oder Normieren der durch die optischen Techniken erhaltenen Messdaten
verwendet werden können.
Beispielsweise kann anstelle des Verwendens eines nicht segmentierten Überlagerungsbereichs,
wie dies in 2g gezeigt ist, beispielsweise
die Teilstruktur 220 durch eine entsprechende segmentierte
Teilstruktur überschrieben werden,
etwa die in der zweiten Schicht ausgebildete Struktur 240,
wodurch bessere Informationen im Hinblick auf die Überlagerungsgenauigkeit
auf der Grundlage kritischer Abmessungen bereitgestellt werden,
die dann beim geeigneten Kalibrieren und Bewerten der durch die
zerstörungsfreien
Techniken gewonnenen Messdaten verwendet werden können.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik
zum Ermitteln effizienter Informationen mit reduzierter Messzeit
und/oder reduziertem Flächenbedarf,
der in den Schneidelinienbereichen von Mikrostrukturbauelementen
erforderlich ist, bereit, indem eine Messstruktur periodische Bereiche
enthält,
die in unterschiedlichen Bauteilschichten ausgebildet sind, derart,
dass die schichtinternen Informationen sowie Zwischenschichtinformationen aus
der Messstruktur in einer einzelnen Messposition gewonnen werden
können.
Ferner kann in einigen Ausführungsformen
die Messprozedur so ausgebildet sein, dass schichtinterne Informationen
und Zwischenschichtinformationen gleichzeitig gewonnen werden können, wodurch
der Messprozess deutlich verbessert wird, während gleichzeitig die Genauigkeit
der Interpretation der Messdaten verbessert werden kann. Ferner
wird eine erhöhte
Funktionalität
der Messstruktur im Vergleich zu konventionellen Überlagerungs-
und PPE-Strukturen erreicht, da zusätzliche Informationen aus Querschnittsanalysemessdaten,
und dergleichen zusammen mit den Überlagerungs- und PPE-Daten
gewonnen werden können.
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Weitere
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese
Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann
die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung
zu vermitteln. Selbstverständlich
sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung
als die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen
zu betrachten.