DE102006009703B3

DE102006009703B3 - Verfahren zur unmittelbaren Überwachung einer Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems

Info

Publication number: DE102006009703B3
Application number: DE102006009703A
Authority: DE
Inventors: Holger Schwekendiek; Gernot Dr. Biese; Alexander Urban
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2026-03-03
Also published as: US20080002171A1

Abstract

Ein Verfahren zur unmittelbaren Überwachung einer Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems, bei dem eine Mehrzahl von Wafern eines Fertigungsloses nacheinander bearbeitet wird, und das eine Linse für das Projizieren eines Maskenmusters auf die Wafer und eine Linsensteuereinheit für das Korrigieren der Vergrößerung der Linse umfasst, umfasst die Schritte des Drucks eines Schaltungsmusters auf jeden Wafer des Fertigungsloses durch Projizierung eines Maskenmusters auf die Wafer mit Hilfe einer Linse, der Bestimmung eines Belichtungsvergrößerungswertes für ein Musterstück der Wafer, und der kontinuierlichen Überwachung der Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte, wobei eine Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte, die einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, auf einen Defekt der Linsensteuereinheit hindeutet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur unmittelbaren Überwachung einer Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems, bei dem eine Mehrzahl von Wafern nacheinander bearbeitet wird, bei dem das Photolithographiesystem eine Linse für das Projizieren eines Maskenmusters auf die Wafer und eine Linsensteuereinheit für das Korrigieren von Linsenerwärmungseffekten und insbesondere der Vergrößerung und des Fokus der Linse umfasst.

In einem Photolithographiesystem wird ein Maskenmuster mit Hilfe einer Linse auf einer sich auf dem Wafer befindlichen lichtempfindlichen Schicht abgebildet. Zur Bildung eindeutig definierter Muster ist es wichtig, dass das Maskenmuster fokussiert auf der lichtempfindlichen Schicht und mit einer genau festgelegten Vergrößerung abgebildet wird. Während des Belichtungsvorgangs erwärmt sich die Linse durch das Belichtungslicht und dehnt sich dadurch aus. Die Vergrößerung und die Brennweite der Linse hängen von der Temperatur der Linse ab, so dass eine Erwärmung der Linse eine Schwankung dieser Parameter verursacht. Eine Linsensteuereinheit kompensiert diese Effekte, wobei aber die Linsensteuereinheit mit der Zeit ausfallen oder nachlassen kann.

Bekannte Verfahren für das Testen der Linsensteuereinheit sind sehr zeitaufwändig und werden deshalb lediglich in langen Zeitabständen durchgeführt. Wenn eine Fehlfunktion der Linsensteuereinheit erkannt wird, wurden eventuell bereits zahlreiche Wafer-Fertigungslose belichtet, was zu einer Vielzahl von falsch bearbeiteten Fertigungslosen führt.

Ein bekanntes Verfahren zur unmittelbaren Überwachung der Linsensteuereinheit besteht darin, kritische Dimensionsdaten bezüglich den Eigenschaften integrierter Schaltkreise auf Schwankungen zu überwachen. Man fand jedoch heraus, dass ein Nachlassen/Defekt der Linse nicht unbedingt eine Schwankung kritischer Dimensionsdaten bezüglich den Eigenschaften integrierter Schaltkreise verursacht, so dass diese Daten für sich allein nicht dafür geeignet sind, eine Fehlfunktion der Linsensteuereinheit verlässlich zu erkennen.

Aus der US-Patentschrift US 6,368,883 B1 ist ein Verfahren zur unmittelbaren Überwachung eines Photolithographieverfahrens bekannt, bei dem eine Mehrzahl von Wafern eines Fertigungsloses nacheinander bearbeitet wird. Das Photolithographiesystem umfaßt eine Steuereinheit, die in Abhängigkeit von vorbestimmten Umgebungsparametern wie beispielsweise Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit den Belichtungsprozeß steuert. Das System umfaßt ferner eine Rechnereinheit, an die Daten von das System überwachenden Sensoren übermittelt wird. Weicht ein oder weichen mehrere Umgebungsparameter von den vorbestimmten Umgebungsparametern ab, übermittelt die Rechnereinheit der Steuereinheit neue Steuerparameter. Diese neuen Steuerparameter werden dann beim nächsten zu prozessierenden Los angewandt. Eine mögliche Fehlfunktion der Steuereinheit wird mit diesem Verfahren nicht erkannt.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur unmittelbaren Überwachung einer Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems bereit, durch das ein möglicher Defekt der Linsensteuereinheit unverzüglich erkannt wird, ohne dabei die Bearbeitungskosten wesentlich zu erhöhen.

Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird auf jeden Wafer des Fertigungsloses ein Schaltungsmuster gedruckt, indem mit Hilfe einer Linse ein Maskenmuster auf die Wafer projiziert wird, es wird ein Belichtungsvergrößerungswert (engl. „shot magnification") für ein Musterstück der Wafer bestimmt, die Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte wird kontinuierlich überwacht, wobei eine Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte, die einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, auf einen Defekt der Linsensteuereinheit hindeutet. Da die Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte von Wafer zu Wafer kontinuierlich überwacht wird, wird eine mögliche Fehlfunktion der Linsensteuereinheit unverzüglich erkannt, und eine fehlerhafte Bearbeitung der nachfolgenden Wafer kann unmittelbar verhindert werden. Außerdem ist die Bestimmung der Belichtungsvergrößerung Teil eines typischen Belichtungsvorgangs, so dass die Bestimmung dieser Werte nicht mit zusätzlichem Aufwand gekoppelt ist, wodurch die Kosten steigen würden. Das bevorzugte Verfahren läuft kontinuierlich und analysiert verfügbare Fertigungslosdaten.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird der Belichtungsvergrößerungswert in Verbindung mit einer Fluchtungsmessung bestimmt, d.h. die Messung der Genauigkeit der Fluchtung einer Schicht in Bezug auf eine andere Schicht, die sich über oder unter dieser Schicht befindet. Dazu wird die Fluchtungsabweichung zwischen zwei übereinander liegenden Schichten gemessen und basierend auf der Fluchtungsabweichung und anderen Parametern ein Belichtungsvergrößerungswert bestimmt. Eine Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte der Wafer eines Fertigungsloses, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, ist ein Hinweis auf eine Fehlfunktion der Linsensteuereinheit. Die Belichtungsvergrößerung von Wafer zu Wafer ist ein Nebenprodukt der Fluchtungsmessung, so dass die Überwachung der Linsensteuereinheit gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung auf verfügbaren Fertigungslosdaten basiert, und somit die Bearbeitungskosten niedrig gehalten werden.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen:
1a bis 1c das bevorzugte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur unmittelbaren Überwachung der Linsensteuereinheit schematisch zeigen, gemäß dem ein Fehler der Linsensteuereinheit mit Hilfe der über ein Fertigungslos bestimmten Standardabweichung der Belichtungsvergrößerungswerte festgestellt wird.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines Photolithographiesystems sind nach dem Stand der Technik bekannt und werden hier nicht im Detail erläutert. Ein typisches Photolithographiesystem umfasst ein Retikel, auf dem ein Schaltungsmuster gebildet wird, und eine Vorrichtung, die man „Stepper" nennt, für das Fokussieren des Retikelmusterbildes auf einem Wafer. Der Stepper enthält eine Reihe von Linsen (die hierin als „eine Linse" bezeichnet werden), um das Retikelmusterbild auf einem Wafer zu fokussieren. Das durch die Linse geleitete Licht erwärmt die Linse, wodurch sich die Linse ausdehnt und ihre Brennweite und Vergrößerung geändert werden. Eine Linsensteuereinheit kompensiert diese Effekte, so dass das Retikelmusterbild fokussiert und mit einer vorbestimmten Vergrößerung auf den bearbeiteten Wafer projiziert wird.
Das Retikelmusterbild wird auf einer auf dem Wafer gebildeten lichtempfindlichen Photoresistschicht fokussiert. Der Photoresist wird entwickelt, so dass ein Abbild des Musters auf dem Wafer zurückbleibt. Der Photoresist kann dann als Maske für das Auftragen oder Entfernen von Material verwendet werden, das für die Bildung der Komponenten und Verbindungen eines Schaltkreises auf dem Wafer verwendet wird. Falls Muster für mehrere Chips auf dem Retikel gebildet wurden, können diese mit einer einzigen Aufnahme (Belichtung) kopiert werden. Bei der Bearbeitung von Halbleiter-Wafern wird typischerweise eine Vielzahl von Schichten übereinander gebildet, so dass der Photolithographieprozess viele Male mit zusätzlichen Mustern und Masken während der Herstellung integrierter Schaltkreise auf dem Wafer wiederholt wird.
Ein Defekt oder ein Nachlassen der Linsensteuereinheit verursacht eine fehlerhafte Bearbeitung einer Vielzahl von Fertigungslosen, sofern dieser Umstand nicht unverzüglich erkannt wird. Deshalb ist ein Verfahren zur zuverlässigen unmittelbaren Überwachung der Linsensteuereinheit von großem Interesse. 1a bis 1c veranschaulichen ein bevorzugtes Verfahren zur unmittelbaren Überwachung der Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die in den 1a bis 1c gezeigten Graphen veranschaulichen die Vergrößerungsschwankung der Linse während der Bearbeitung in einem ersten Photolithographiesystem (1a), einem zweiten Photolithographiesystem (1b) bzw. einem dritten Photolithographiesystem (1c). Die Photolithographiesysteme umfassen je einen unterschiedlichen Waferstepper. Jeder Punkt in den Graphen entspricht dem dreifachen σ-Wert der bestimmten Belichtungsvergrößerungswerte eines Fertigungsloses, das mit dem entsprechenden Photolithographiesystem bearbeitet wurde. σ steht für die innerhalb eines Fertigungsloses festgestellte Standardabweichung der Belichtungsvergrößerungswerte. Somit zeigt jeder Graph die dreifache Standardabweichung der Belichtungsvergrößerungswerte aller in dem entsprechenden Photolithographiesystem bearbeiteten Fertigungslose. Falls sich die Linse während des Belichtungsvorgangs erwärmt und die Linsensteuereinheit auf Grund einer Fehlfunktion diese Erwärmung nicht kompensiert, variieren die Belichtungsvergrößerungswerte von Belichtungsschritt („Aufnahme") zu Belichtungsschritt und von Wafer zu Wafer. Diese Schwankung spiegelt sich in dem Wert der Standardabweichung wider. Je größer die Schwankung ist, desto höher ist der Wert der Standardabweichung. Wenn die Standardabweichung einen vorbestimmten Wert S überschreitet, so deutet dies auf eine Fehlfunktion oder ein Nachlassen der Linsensteuereinheit hin.
In den Beispielen der 1a bis 1c zeigte lediglich das Photolithographiesystem gemäß 1a Werte, die das Dreifache der Standardabweichung über dem vorbestimmten Wert S betragen. Somit variieren die Belichtungsvergrößerungswerte lediglich in diesem Photolithographiesystem um ein derart großes Maß, dass der dreifache σ-Wert den vorbestimmten Wert S überschreitet, wodurch ein Fehler der Linsensteuereinheit angezeigt wird. Sowohl in dem zweiten Photolithographiesystem als auch in dem dritten Photolithographiesystem überschreitet keiner der 3σ-Werte den vorbestimmten Wert S.
Die Belichtungsvergrößerungswerte können auf verschiedene Arten bestimmt werden. In dem bevorzugten Verfahren werden die Belichtungsvergrößerungswerte in Verbindung mit der Fluchtungsmessung bestimmt. Die Fluchtungsmessung ist die Messung der Überdeckungsgenauigkeit zwischen gemusterten Schichten, d.h. die Messung der Genauigkeit der Fluchtung einer gemusterten Schicht in Bezug auf eine andere gemusterte Schicht, die sich über oder unter dieser Schicht befindet. Die Fluchtungsmessung wird typischerweise auf der gemusterten Photoresistschicht vor dem Ausführen nachfolgender Prozesse durchgeführt. Zur Messung der Fluchtungsabweichung werden üblicherweise Passmarken verwendet, die in jeder der gemusterten Schichten gebildet werden. Die Belichtungsvergrößerung kann mit Hilfe der gemessenen Fluchtungsabweichung bestimmt werden. Somit ist in dem bevorzugten Verfahren keine zusätzliche Messung zur Bestimmung der Belichtungsvergrößerung erforderlich, sondern diese wird vielmehr in Verbindung mit einer Messung bestimmt, die einen notwendigen Prozessschritt in einem Photolithographieprozess darstellt.
Typischerweise werden fünf Passmarken auf dem Wafer mal vier Stellen auf der Aufnahme, die in jeder der gemusterten Schichten gebildet werden, für die Bestimmung der Fluchtungsabweichung verwendet. Die Belichtungsvergrößerung kann für alle auf dem Wafer vorgenommenen Aufnahmen oder lediglich für ausgewählte auf dem Wafer vorgenommene Aufnahmen bestimmt werden. Ebenfalls kann die Belichtungsvergrößerung für alle Wafer eines Fertigungsloses oder lediglich für ausgewählte Wafer eines Fertigungsloses, z.B. für 4 von 25 Wafern, bestimmt werden.
Die statistische Auswertung der Belichtungsvergrößerungswerte zur Bestimmung der Schwankung der Belichtungsvergrößerung über ein Fertigungslos hinweg, d.h. von Wafer zu Wafer, kann auf verschiedene Arten durchgeführt werden. In der in den 1a bis 1c gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird die dreifache Standardabweichung der innerhalb eines Fertigungsloses bestimmten Belichtungsvergrößerungswerte berechnet und als ein Punkt in einem Graphen eingezeichnet. Eine hohe Standardabweichung, die den vorbestimmten Wert S überschreitet, spiegelt eine große Schwankung der Belichtungsvergrößerung innerhalb eines Fertigungsloses wider. Alternativ ist es auch möglich, die Schwankung der Belichtungsvergrößerung innerhalb eines Fertigungsloses direkt zu bestimmen, wobei ein Nachlassen der Linsensteuereinheit angezeigt wird, falls die Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte einen vorbestimmten Wert überschreitet. Zum Beispiel kann die Schwankung zwischen der größten Belichtungsvergrößerung und der kleinsten Belichtungsvergrößerung innerhalb eines Fertigungsloses bestimmt werden, oder die Schwankung zwischen aufeinander folgenden (oder jedem zweiten, dritten, usw.) Werten der Belichtungsvergrößerung kann für die Überwachung der Linsensteuereinheit bestimmt werden.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung läuft kontinuierlich und basiert auf verfügbaren Fertigungslosdaten. Folglich wird eine mögliche Fehlfunktion der Linsensteuereinheit unverzüglich erkannt, ohne die Herstellungskosten wesentlich zu erhöhen. Des Weiteren kann die Zeitspanne zwischen zeitaufwändigen Überprüfungen der Linsensteuereinheit vergrößert werden.

Claims

Verfahren zur unmittelbaren Überwachung einer Linsensteuereinheit eines Photolithographiesystems, bei dem eine Mehrzahl von Wafern eines Fertigungsloses nacheinander bearbeitet wird, wobei das Photolithographiesystem eine Linse für das Projizieren eines Maskenmusters auf die Wafer und eine Linsensteuereinheit für das Korrigieren der Vergrößerung der Linse umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Druck eines Schaltungsmusters auf jeden Wafer des Fertigungsloses durch Projizierung eines Maskenmusters auf die Wafer mit Hilfe einer Linse, – Bestimmung eines Belichtungsvergrößerungswertes für ein Musterstück der Wafer, – Kontinuierliche Überwachung der Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte, wobei eine Schwankung der Belichtungsvergrößerungswerte, die einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, auf einen Defekt der Linsensteuereinheit hindeutet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Standardabweichung der Belichtungsvergrößerungswerte der Mehrzahl von Wafern des Fertigungsloses bestimmt wird, und bei dem ein Standardabweichungswert, der einen zweiten vorbestimmten Wert überschreitet, auf einen Defekt der Linsensteuereinheit hindeutet.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem eine Fluchtungsabweichung zwischen einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht eines Wafers bestimmt wird, wobei die zweite Schicht über der ersten Schicht liegt, und bei dem der Belichtungsvergrößerungswert mit Hilfe der Fluchtungsabweichung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem ein erstes Schaltungsmuster auf eine erste lichtempfindliche Schicht des Wafers gedruckt wird, indem ein erstes Maskenmuster auf diese Schicht projiziert wird, ein zweites Schaltungsmuster auf eine zweite lichtempfindliche Schicht des Wafers gedruckt wird, indem ein zweites Maskenmuster auf die zweite lichtempfindliche Schicht projiziert wird, wobei das zweite Schaltungsmuster über dem ersten Schaltungsmuster liegt, eine Fluchtungsabweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Maskenmuster ausgewertet wird, und mit Hilfe der Fluchtungsabweichung ein Belichtungsvergrößerungswert bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Fluchtungsabweichung zwischen der ersten und der zweiten Schicht mit Hilfe von auf der ersten und zweiten Schicht gebildeten Passmarken ausgewertet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bestimmung der Belichtungsvergrößerungswerte für ausgewählte Wafer eines Fertigungsloses durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Fehler angezeigt wird, falls die Schwankung des Belichtungsvergrößerungswertes einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet.