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Die
Erfindung betrifft ein Testmuster, eine Menge von Testmustern, ein
Verfahren zum Auswerten der Übertragungseigenschaften
eines Testmusters als auch ein Verfahren zum Auswerten wenigstens
eines Parameters eines Übertragungsprozesses.
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Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Testmuster, das zur Analyse des Einflusses
der Bahnkantenrauigkeit auf ein Übertragungsmuster
genutzt werden kann.
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Während der
Herstellung einer Halbleitervorrichtung werden Elemente der Vorrichtung
gewöhnlich
durch Strukturierung von Schichten ausgebildet, welche auf eine
Halbleiterscheibe abgeschieden sind, insbesondere einer Siliziumscheibe.
Die Strukturierung dieser Schichten erfolgt gewöhnlich durch Auftragen eines
Fotolackmaterials auf die zu strukturierende Schicht, sowie durch
nachfolgendes Belichten bestimmter Bereiche der Fotolackschicht,
welche bei der Belichtungswellenlänge empfindlich ist. Danach
werden die mit der Strahlung belichteten (oder nicht belichteten)
Bereiche entwickelt und die bestrahlten oder nicht bestrahlten Bereiche
nachfolgend entfernt. Folglich werden Bereiche der Schicht über das
erzeugte Fotolackmuster während
eines nachfolgenden Prozessschrittes wie eines Ätzschrittes oder eines Implantationsschrittes
maskiert. Nach dem Prozessieren der freigelegten Bereiche der darunterliegenden
Schicht wird die Fotolackmaske entfernt.
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Zum
Strukturieren der Fotolackschicht werden gewöhnlich Fotolithografiemasken
(Fotomasken) oder Retikel verwendet, um ein vorgegebenes Muster
auf die zu strukturierende Schicht zu übertragen. Beispielsweise weist
eine Fotomaske, die für optische
Lithografie geeignet ist, ein Substrat aus einem transparenten Material
wie Quarzglas auf, als auch eine strukturierte Schicht, die aus
einem Licht-undurchlässigen
Material wie beispielsweise einem Material wie Chrom bestehen kann.
Alternativ hierzu kann die strukturierte Schicht aus einem semitransparenten
Phasenschiebermaterial wie MoSiON (Molybdän-Silioxynitrid) bestehen.
In weiteren bekannten Fotomasken ist das Quarzsubstrat selbst strukturiert,
um eine Phasenschiebermaske anzugeben. Zusätzlich kann ein Teil des Quarzsubstrats
mit einem Muster einer Phasenschieberschicht bedeckt sein. Das strukturierte
Material führt
zu einer Modulation der Intensität
des hindurchgelassenen Lichtes.
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Für Extrem-Ultraviolett-Lithografie
(EUV) besteht die Maske aus einem Substrat und einer darauf ausgebildeten
Schicht, wobei die Schicht EUV-Strahlung reflektiert. Diese reflektierende
Schicht ist mit einer EUV-absorbierenden Schicht/EUV-absorbierenden
Schichten bedeckt. Durch Strukturieren der Absorberschicht(en) wird
eine binäre
Absorbermaske für
EUV erzielt. Falls die Absorberschicht(en) nicht auf die EUV-reflektierende
Schicht abgeschieden sind, wird eine geätzte binäre Multischichtmaske oder EUV-Phasenschiebermaske
durch Strukturieren der EUV-reflektierenden Schicht erzielt.
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Während der
Prozessierung der Halbleiteroberflächen spielt die Bahnkantenrauigkeit
eine bedeutende Rolle. Die Bahnkantenrauigkeit beschreibt die Abweichung
der Kantenpositionen eines Musters von einer idealen geraden Bahn.
Insbesondere weist eine Fotomaske eine bestimmte Bahnkantenrauigkeit
auf. Darüber
hinaus wird während
der Verarbeitungsschritte beginnend von einer Fotomaske und einer
Rohscheibe bis zu einer strukturierten Scheibenoberfläche eine
weitere Bahnkantenrauigkeit einge führt. Somit wäre es wünschenswert,
den Einfluss der Bahnkantenrauigkeit der Fotomaske und bestimmter
Prozessparameter auf die Bahnkantenrauigkeit der strukturierten
Scheibenoberfläche
zu untersuchen.
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Darüber hinaus
wird angenommen, dass mit abnehmenden Strukturgrößen der Einfluss der Bahnkantenrauigkeit
auf das Leistungsvermögen
der Vorrichtung erheblich zunimmt. Wird beispielsweise die Gatelänge weiter
reduziert, so wird angenommen, dass die Bahnkantenrauigkeit der
Gateelektrode ein dominanter Faktor bei der Bestimmung der Transistorleistungsfähigkeit
ist. Demnach gefährdet
die Bahnkantenrauigkeit die weitere Verkleinerung der Strukturgrößen. Somit
wäre ein
Hilfsmittel zum Analysieren der Herstellungsprozesse hinsichtlich
der Bahnkantenrauigkeit sehr wünschenswert.
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In
Anbetracht obiger Ausführungen
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Testmuster anzugeben, mit
dem der Einfluss der Bahnkantenrauigkeit auf einen bestimmten Herstellungsprozess
ermittelt werden kann.
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Darüber hinaus
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Menge von Testmustern als
auch ein Verfahren zum Auswerten der Übertragungseigenschaften eines
Testmusters sowie ein Verfahren zum Auswerten wenigstens eines Parameters
eines Übertragungsprozesses
anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird obige
Aufgabe durch ein Testmuster, das Teil eines Retikels bildet, gelöst, wobei
das Testmuster Bahnen mit zwei sich entlang einer Referenzrichtung
erstreckenden lateralen Seiten beinhaltet, welche eine Bahnbreite
w aufweisen, periodische Strukturen, die direkt an die Bahnen angrenzen
und mit diesen verbunden sind, wobei die Strukturen aus den Bahnen
hervorragen, jede der Strukturen ein Maximum auf weist, bei dem ein
Abstand von einer äußeren Kante
der Struktur zur Bahn am größten ist,
eine Amplitude A, welche der Differenz zwischen dem Maximum und
einem minimalen Abstand zwischen der äußeren Kante der Struktur und
der Bahn entspricht, wobei die Differenz senkrecht in Bezug auf
die Referenzrichtung bemessen ist, die Strukturen mit einer festgelegten
Periode 1/f angeordnet sind, wobei die Amplitude A all der Strukturen übereinstimmt,
sowie Lücken,
die an die die Strukturen beinhaltenden Bahnen angrenzen, so dass
auf beiden Seiten jeder die Strukturen enthaltenden Bahn zwei Lücken vorliegen
und umgekehrt, die Lücken
eine Lückenbreite
s aufweisen, welche senkrecht in Bezug auf die Referenzmessung bemessen
ist, die Lückenbreite
s dem Abstand zwischen zwei benachbarten Bahnen entspricht, eine
effektive Bahnbreite CD des Testmusters derart definiert ist, dass CD × l
= B,wobei l der Länge
der Bahn in der Referenzrichtung und B der Fläche einer bestimmten Bahn einschließlich der
periodischen Strukturen entsprechen, wobei die Bahnen und die periodischen
Strukturen aus einem Masken-bildenden Material bestehen. Insbesondere
können
die Lücken
aus einem transparenten Material bestehen oder aus einem Material,
das keinen Einfluss auf das durchgelassene Licht ausüben kann.
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Zusätzlich wird
die Aufgabe der Erfindung durch die in Anspruch 12 definierte Untermenge
von Testmustern, die gemäß Anspruch
14 definierte Menge von Testmustern und das gemäß Anspruch 18 definierte Array
von Testmustern gelöst.
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Die
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen definiert.
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Zusätzlich gibt
die Erfindung ein Verfahren zum Auswerten der Übertragungseigenschaften eines
Testmusters an mit den Schritten Bereitstellen einer Fotomaske mit
einem wie oben definierten Testmuster, Übertragen des Testmusters,
wodurch ein Bild des Testmusters erzielt wird, Bestimmen der Kanten
des Bildes der Testmusters, wodurch eine Menge von Kantenpositionsdaten
erzielt wird, Anpassen der Kantenpositionsdaten an eine gerade Bahn
und Bestimmen der Kantenpositionsresiduen, und Berechnen des Amplitudenspektrums
in Abhängigkeit
der Raumfrequenzen, wodurch der Zusammenhang A(fx) erzielt wird,
der die Amplitude in Abhängigkeit
von der Raumfrequenz beschreibt.
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Insbesondere
lässt sich
das Bild des Testmusters erzielen, in dem das Luftbild der Fotomaske aufgezeichnet
wird oder ein Bild wie z. B. ein SEM (Rasterelektronenmikroskop)-Bild
des übertragenen Musters
aufgenommen wird. Zusätzlich
kann das Bild des Testmusters ein SEM-Bild des in der Fotomaske
ausgebildeten Musters sein. Alternativ hierzu kann das Bild durch
ein beliebiges weiteres geeignetes Verfahren wie STM (Rastertunnelmikroskopie), AFM
(Atomkraftmikroskopie) oder ein Interferometerverfahren wie AIMS
aufgenommen werden. Das Muster kann mittels eines herkömmlichen
Lithografieprozesses einschließlich
eines Belichtungsschrittes und eines Entwicklungsschrittes übertragen
werden. Zusätzlich
kann das Muster über
einen Ätzschritt
oder einen weiteren geeigneten Prozessschritt übertragen werden.
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Zudem
ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines
Parameters eines Übertragungsprozesses
gerichtet, mit den Schritten Bereitstellen einer Fotomaske mit einer
Mehrzahl wie oben definierter Testmuster, wobei jedes der Mehrzahl
von Testmustern eine unterschiedlich festgelegte Periode 1/fx aufweist,
die aus einem vorgegebenen Bereich von fx ausgewählt ist, Durchführen des Übertragungsprozesses
mit Hilfe einer Vielzahl von Prozessparametern, wodurch eine Menge
von Übertragungsmustern
erzielt wird, die jedem der Vielzahl von Prozessparametern entspricht,
Bereitstellen einer Menge von Bildern der Menge von übertragenen Mustern,
Auswerten der Menge von Bildern der übertragenen Muster durch Ausführen der
Schritte Bestimmen der Kante des Bildes des übertragenen Musters, wodurch
eine Menge von Kantenpositionsdaten erzielt wird; Anpassen der Kantenpositionsdaten
an eine gerade Bahn und Bestimmen der Kantenpositionsresiduen, und
Berechnen des Amplitudenspektrums in Abhängigkeit der Raumfrequenzen,
wodurch der Zusammenhang A(f, Bild) erzielt wird, der die Amplitude
in Abhängigkeit
von der Raumfrequenz beschreibt, Bestimmen eines maximalen A(fx,
Bild) des Zusammenhangs A(f, Bild); Bestimmen eines maximalen A(fx,
Fotomaske) eines Referenzamplitudenspektrums, und Ermitteln eines
Verhältnisses
des maximalen A(fx, Bild) des Bildes des Testmusters und des maximalen
A(fx, Fotomaske), Auswählen der
Prozessparameter derart, dass das Verhältnis von A(fx, Fotomaske)/A(fx,
Bild) in dem vorgegebenen Bereich von fx minimal wird.
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Beispiele
des Übertragungsprozesses
beinhalten den Belichtungsprozess, den Entwicklungsschritt und einen Ätzschritt.
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Somit
gibt die Erfindung ein Testmuster mit einem Bahn/Lückenmuster
an, wobei die Bahnen zusätzlich
periodische Strukturen aufweisen, um eine vorgegebene Rauigkeit
einzunehmen. Somit kann das Verhalten bestimmter Prozesse auf Strukturen mit
einer vorgegebenen Rauigkeit analysiert werden. Die Erfindung gibt
zudem ein Verfahren an zum Analysieren und Charakterisieren des Übertragens
der Bahnkanten/Breiten-Rauigkeit und deren Einfluss durch die gesamte
Prozesskette von der Herstellung der Fotomaske, deren Übertragung
in den Scheibenfotolack und die nachfolgende Schichtstrukturierung auf
der Scheibe bis zum letztendlichen Einfluss auf das elektrische Leistungsvermögen der
resultierenden funktionellen Strukturen auf der Scheibe wie Transistoren
eines Mikroprozessors oder Speicherchips. Das Verfahren weist einen
Mehrfachschrittprozess des Messens der gegenwärtigen Bahnkanten/Breiten-Rauigkeit einer Vielzahl
programmierter Bahnkanten/Breiten-Rauigkeiten eines Testdesigns am Ende
mehrerer Produktionsprozesse der Fotomaske als auch der Scheibe
auf. Die Daten werden analysiert und eine Bahnkanten/Breiten-Rauigkeit-Übertragungsfunktion
abgeleitet. Zusätzlich
werden die programmierten Bahnkanten/Breiten-Rauigkeiten in Bezug
zu den Prozessfenstern der kritischen Prozessschritte als auch zu
dem elektrischen Verhalten der resultierenden funktionellen Strukturen auf
der Scheibe gebracht. Darüber
hinaus werden Kriterien hinsichtlich der Begrenzungen maximal akzeptabler
Bahnkanten/Breiten-Rauigkeiten abgeleitet. Diese können zur
Verbesserung der Maskenherstellungs-Prozessbedingungen als auch
der Maskenspezifikationen verwendet werden.
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Nachfolgend
wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die begleitenden
Abbildungen beschrieben.
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1 zeigt eine Vielzahl von Elementen, die Teil
von Testmustern gemäß der Erfindung
bilden;
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2 zeigt verschiedene Elemente, die Teil von
die Erfindung darstellenden Testmustern bilden;
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3 zeigt
eine Menge von Testmustern gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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4 zeigt
eine Menge von Testmustern gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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5 zeigt
eine Menge von Testmustern gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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6 zeigt
ein Array von Testmustern gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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7 zeigt
eine Menge von Testmustern gemäß der Erfindung;
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8 zeigt
eine Fotomaske, die fünf
Anordnungen von Testmustern gemäß der Erfindung
einschließt;
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9A zeigt
eine schematische Darstellung von Schritten zum Erzielen einer Aufzeichnung
eines Luftbildes auf eine Fotomaske;
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9B zeigt
schematisch dargestellt Schritte eines Scheibenverarbeitungsverfahrens;
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10 zeigt
schematisch dargestellt die Schritte zum Auswerten der Übertragungseigenschaften
eines Testmusters; und
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11A bis 11D zeigen
die Ergebnisse der einzelnen Schritte des Verfahrens zum Auswerten
der Übertragungseigenschaften
eines Testmusters.
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1 bis 1D zeigen
verschiedene Elemente eines Testmusters gemäß der Erfindung.
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In 1A weist
ein Element 11 eines Testmusters eine Bahn 2 mit
zwei lateralen Seiten 21, 22 auf, die sich in
einer Referenzrichtung 23 erstrecken, welche mit dem Pfeil 23 gekennzeichnet
ist. Zusätzlich
weist das Element des Testmusters periodische Strukturen 3 auf.
Jede der in 1A gezeigten periodischen Strukturen
weist dieselbe Form auf, insbesondere dieselbe Breite und Höhe. Jede
der in 1A gezeigten periodischen Strukturen
ist mit demselben Abstand 1/f angeordnet, wobei 1/f die räumliche
Periode der periodischen Strukturen kennzeichnet. Wie in 1A gezeigt
ist, bestehen die periodischen Strukturen 3 aus Rechtecken,
wobei die Breite verschieden sein kann von der Höhe der Strukturen. Die Periode
entspricht dem Abstand zwischen zwei benachbarten Strukturen. Jede
der Strukturen weist eine Amplitude A auf, welche dem Abstand zwischen
dem Maximum 31 und der angrenzenden lateralen Seite 21 der
Bahn entspricht. Die periodischen Strukturen grenzen direkt an die
Bahnen an, so dass keine Grenze zwischen den Strukturen 3 und
den Bahnen 2 zu erkennen ist.
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In
dem in 1B gezeigten Testmuster sind die
Strukturen als Dreiecke ausgebildet, wobei die Amplitude A und der
Abstand zwischen benachbarten Maxima 1/f beliebig gewählt werden
können.
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In 1C weisen
die periodischen Strukturen eine gewellte Form auf. Insbesondere
kann das Tal der einzelnen Wellen mit der lateralen Seite 21 zusammenfallen
oder einen Abstand hierzu einnehmen.
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Wie
in 1D gezeigt ist, können die periodischen Strukturen 3 die
Form eines Kreises einnehmen, z. B. eines Halbkreises.
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Wie
einem Fachmann ersichtlich wird, können die periodischen Strukturen
eine beliebige Form einnehmen und die obigen Formen dienen lediglich als
Beispiel. Jede der Bahnen weist eine Breite w auf entsprechend dem
Abstand zwischen den beiden lateralen Seiten 21, 22,
der senkrecht in Bezug auf die Vorzugsrichtung 23 bemessen
ist. Eine effektive Bahnbreite CD des Testmusters ist derart definiert, dass
CD × l
= B gilt, wobei l der Länge
der Bahn in der Referenzrichtung 23 und B der Fläche einer
bestimmten Bahn einschließlich
der periodischen Strukturen entspricht.
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Falls
insbesondere die Breite jeder der periodischen Strukturen in Bezug
auf das in 1 gezeigte Muster gleich
1/2f ist, wobei die Breite in der Referenzrichtung 23 bemessen
ist, so ist die effektive Bahnbreite CD gleich w + A/2 in dem Fall,
dass die periodischen Strukturen lediglich auf einer Seite der Bahnen
angeordnet sind, wobei die effektive Bahnbreite CD dann gleich w
+ A ist, falls die periodischen Strukturen auf beiden Seiten der
Bahnen angeordnet sind.
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Die
Bahnen und die periodischen Strukturen bestehen aus einem Masken-bildendem
Material. Insbesondere können
die Bahnen und die periodischen Strukturen aus einem Licht-undurchlässigen Material,
z. B. einem Metall wie Chrom bestehen, wie oben ausgeführt wurde.
Zusätzlich
können
die Bahnen und die periodischen Strukturen aus einem semitransparenten
Phasenschiebermaterial wie MoSiON (Molybdänsilioxynitrid) bestehen. Falls
die auszubildende Maske alternativ hierzu eine EUV-Maske ist, können die
Bahnen und die periodischen Strukturen aus einer EUV absorbierenden
Schicht oder einer EUV-Strahlung reflektierenden Schicht bestehen. Wie
klar zu verstehen ist, kann das Substrat des Retikels selbst strukturiert
werden, um die Bahnen und die periodischen Strukturen auszubilden.
Die Auswahl des Materials, aus dem die Bahnen und die periodischen
Strukturen gebildet werden, hängt
von den lithografischen Prozessen und der Technologie ab, für das Testmuster
eingesetzt werden soll. Wie oben erläutert wurde, sind die Grenzen
zwischen den periodischen Strukturen 3 und den Bahnen nicht sichtbar,
wobei die Bahnen 2 und die periodischen Strukturen direkt
aneinander angrenzen oder miteinander zusammenhängen.
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Die
räumlichen
Perioden 1/f von jedem der Testmuster können in einem Bereich von 80
nm bis 4000 nm liegen. Nichtsdestotrotz kann bei der Umsetzung dieser
Erfindung ebenso ein kleinerer oder größerer Bereich zum Einsatz kommen.
Zusätzlich kann
auch die obere Grenze größer sein
und die untere Grenze kann kleiner gestaltet werden. Anders ausgedrückt kann
der Abstand zwischen benachbarten Spitzen oder der Abstand zwischen
benachbarten Maxima dieser periodischen Strukturen im Bereich von
80 nm bis 4000 nm bei Bemessung entlang der Referenzrichtung liegen.
Zusätzlich
kann die Amplitude von jeder der periodischen Strukturen, welche dem
Abstand zwischen dem Maximum und der angrenzenden lateralen Seite 21, 22 der
Bahn entspricht, in einem Bereich von 80 nm bis 220 nm liegen. Insbesondere
ist es von Bedeutung, dass die effektive Bahnbreite CD der Bahn
einschließlich
der periodischen Strukturen größer ist
als die Amplitude der periodischen Struktur. Falls insbesondere
die räumliche
Periode kleiner als 80 nm ist, wird die Verarbeitung der übertragenen
Muster schwieriger. Falls jedoch die Amplitude größer als
220 nm ist, werden keine zusätzlichen
Kenntnisse hinsichtlich der Auswertung des Bildes erzielt. Insbesondere
können auch
räumliche
Perioden, die kleiner als 80 nm sind, in Abhängigkeit von der Qualität des Maskenverarbeitungsverfahrens
verwendet werden. Beispielsweise kann auch eine räumliche
Periode von 40 nm verwendet werden.
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2 zeigt Elemente 11 von Testmustern,
in denen die periodischen Strukturen auf verschiedene Weisen angeordnet
sind.
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2A zeigt
Bahnen 2 ohne zusätzliche Strukturen,
die aus diesen hervorragen. Auf dieses Muster wird als Referenzmuster
Bezug genommen. In dem in 2B gezeigten
Testmuster sind die periodischen Strukturen lediglich auf einer
lateralen Seite der Bahn ausgebildet. Dieses Muster wird auch als einseitiges
Muster bezeichnet.
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In
dem in 2C gezeigten Muster sind die periodischen
Strukturen an beiden lateralen Seiten 21, 22 der
Bahn 2 positioniert. Zusätzlich sind die Maxima 31 der
periodischen Strukturen 3 auf der ersten Seite der Bahn 21 auf
derselben Höhe
wie die Maxima 31 auf der zweiten Seite 22 angeordnet,
wobei die Höhe
entlang der Referenzrichtung 23 bemessen ist. Dieses Muster
wird auch als anti-korreliertes Merkmal bezeichnet.
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In
im 2D gezeigten Muster sind die periodischen Strukturen
ebenso auf beiden lateralen Seiten 21, 22 der
Bahn 2 angeordnet. Wie dargestellt ist, sind die Maxima 31 der
Strukturen 3 auf der ersten Seite 21 der Bahn
an einer Position angeordnet, die um eine Hälfte der Periode bezüglich der
Höhe der Maxima 31 auf
der zweiten Seite 22 versetzt sind, wobei die Höhe entlang
der Referenzrichtung 23 bemessen ist. Erfolgt, anders ausgedrückt, in 2C ein
Schnitt senkrecht in Bezug auf die Referenzrichtung 23,
so fällt
die Spitze auf der ersten Seite 21 mit der Spitze auf der
zweiten Seite 22 zusammen. Wird im Gegensatz hierzu in
dem in 2D gezeigten Muster senkrecht
zur Referenzrichtung 23 geschnitten, so fällt eine
Spitze der auf der ersten lateralen Seite 21 angeordneten
Strukturen mit einem Tal der auf der zweiten lateralen Seite angeordneten
Strukturen zusammen und umgekehrt.
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Das
in 2D gezeigte Muster wird als vollständig korreliertes
Muster bezeichnet.
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3 zeigt
eine Menge von Testmustern gemäß der Erfindung.
Wie dargestellt ist, weist das in 3 gezeigte
Testmuster eine erste und eine zweite Untermenge von Testmustern
auf, wobei die Referenzrichtung der zweiten Untermenge um 90° in Bezug
auf die Referenzrichtung der ersten Untermenge gedreht ist. Die
Drehung der zweiten Untermenge um 90° ist vorteilhaft, da hierdurch
Einflüsse
der Ausrichtung eines Musters untersucht werden können. Wie bekannt
sein dürfte,
kann insbesondere der Lithografieprozess erheblich von der Richtung
des Bahn/Lücken-Musters
abhängen.
Dieser Einfluss lässt
sich durch Drehung der Testmuster untersuchen.
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Bei
der in 3 gezeigten Menge von Testmustern sind ein Bahn/Lücken-Muster,
ein einseitiges Muster, ein anti-korreliertes und ein vollständig korreliertes
Muster als auch ein Referenzmuster kombiniert.
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Wie
der 3 entnommen werden kann, sind Lücken 4 zwischen
den Bahnen mit den periodischen Strukturen angeordnet. Insbesondere
weisen die Lücken 4 eine
Lückenbreite
s auf, die dem Abstand zwischen zwei benachbarten Bahnen 21, 22 bei
senkrechter Bemessung zur Referenzrichtung 23 entspricht.
Insbesondere entspricht bei der in 3 gezeigten
Menge von Testmustern die Lückenbreite s
näherungsweise
der effektiven Bahnbreite CD jedes der Testmuster. In jedem der
einzelnen Testmuster, die eine Untermenge der Testmuster bilden,
stimmen die Amplitude, die Periode als auch die effektive Bahnbreite
CD des Testmusters miteinander überein. Die
Menge oder Untermenge der Testmuster, bei denen die effektive Bahnbreite
CD näherungsweise
mit der Lückenbreite
s der Lücken 4 übereinstimmt,
wird als dichtes Testmuster bezeichnet. In dem dichten Testmuster
gilt insbesondere die folgende Beziehung: 0.5 × CD ≤ s ≤ 2 × CD.
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4 zeigt
eine Menge von Testmustern mit zwei Untermengen von Testmustern,
wobei die beiden Untermengen zueinander um 90° gedreht sind. Die Zusammensetzung
jeder der Untermengen entspricht derjenigen von 3.
Insbesondere sind in 4 ein Bahn/Lücken-Muster, ein einseitiges
Muster, ein anti-korreliertes
und ein vollständig
korreliertes Muster sowie ein Referenzmuster kombiniert. Bei der
in 4 gezeigten Menge von Testmustern ist die Lückenbreite
s erheblich kleiner als die effektive Bahnbreite CD, d. h. s < 0.5 × CD. Somit
wird auf das in 4 gezeigte Testmuster als „Iso(lierte)
Lücke"-Muster Bezug genommen.
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5 zeigt
eine weitere beispielhafte Menge von Testmustern. Die in 5 gezeigte
Menge weist ebenso zwei Untermengen auf, die zueinander um 90° gedreht
sind. Jede der Untermengen weist ein Bahn/Lücken-Muster, ein einseitiges,
ein vollständig korreliertes
und ein anti-korreliertes Muster als auch ein Referenzmuster auf.
In jedem der in 5 gezeigten Testmuster ist die
Lückenbreite
s erheblich größer als
die effektive Bahnbreite CD, d. h. s > 2 × CD.
Demnach wird auf das in 5 gezeigte Muster als „Iso(lierte)
Bahn"-Muster Bezug
genommen.
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6 zeigt
ein beispielhaftes Array 14 von Testmustern für eine festgelegte
effektive Bahnbreite CD. Wie mit Hilfe von Pfeilen gekennzeichnet
ist, weist die Anordnung eine Vielzahl von Mengen 13 mit Testmustern
auf, wobei jede der Mengen 13 zwei Untermengen 12 mit
Testmustern beinhaltet, welche um 90° zueinander gedreht sind. Jede
der Untermengen weist beispielsweise ein Bahn/Lücken-Muster (Referenzmuster),
ein einseitiges Testmuster, ein vollständig korreliertes als auch
ein anti-korreliertes
Testmuster auf. Nichtsdestotrotz gilt zu beachten, dass jede der
Untermengen weniger oder sogar mehr Testmuster enthalten kann. Die
in 6 gezeigte Anordnung zeigt eine Mehrzahl dieser
Mengen von Testmustern, wobei die Amplitude variiert wird, z. B.
von 80 bis 220 nm, z. B. in Schritten von 20 nm, und die räumliche Periode
wird von 80 nm auf einen beliebigen Wert, z. B. 4000 nm variiert.
Insbesondere kann die Stufenbreite der räumlichen Periode variieren,
um eine räumliche
Periode 1/f von 80 nm, 90 nm, 100 nm, 120 nm, 140 nm, 160 nm, 200
nm, 250 nm, 300 nm, 400 nm, 500 nm, 600 nm, 700 nm, 800 nm, 900
nm, 1000 nm, 1500 nm, 2000 nm, 2500 nm, 3000 nm, 4000 nm umzusetzen.
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7 zeigt
eine beispielhafte Gruppe 15 mit Testmustern für eine festgelegte
effektive Bahnbreite CD. Die in 7 gezeigte
Gruppe 15 weist insbesondere drei Arrays 14 mit
wie in 6 gezeigten Testmustern auf, wobei das erste Array 14 ein
Array mit dichten Testmustern ist, das zweite Array 14 ist
ein Array mit Iso-Bahn-Testmustern und das dritte Array ist ein
Array mit Iso-Lücke-Testmustern.
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Eine
Fotomaske kann beispielsweise eine oder mehrere, insbesondere fünf Anordnungen 16 mit
Testmustern beinhalten, wobei jede Anordnung 16 verschiedene
Gruppen 15 mit Testmustern enthält, und die Testmuster jeder
verschiedenen Gruppe eine unterschiedliche effektive Bahnbreite
CD aufweisen. Die effektive Bahnbreite CD kann beispielsweise von
100 bis 360 nm variieren, und, wie in 8 gezeigt
ist, weist die Anordnung 16 sechs Gruppen 15 mit
Testmustern auf. Wie ebenso in 8 gezeigt ist,
können
auf einer Fotomaske beispielsweise 5 Anordnungen 16 mit
Testmustern positioniert sein. Diese Anordnungen 16 können insbesondere
in Kreuzform angeordnet sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Auswerten der Übertragungseigenschaften
eines Testmusters, wobei ein Testmuster, das Teil einer Fotomaske
bildet, übertragen
wird, wodurch ein Bild des Test musters erzielt wird. Insbesondere
kann das Bild durch Ausbilden eines Luftbildes unter Verwendung
der Fotomaske mit der Menge von oben beschriebenen Testmustern erzielt
werden. Das übertragene
Muster kann ebenso als Fotolackmuster mit Hilfe eines Belichtungsgeräts und eines
gängigen
Lithografieprozesses unter Verwendung der Fotomaske mit der Menge
von oben beschriebenen Testmustern ausgebildet werden. Zusätzlich kann
das übertragene
Muster ein solches Muster sein, das nach einem weiteren Verarbeitungsschritt
erzielt wird, z. B. nach einem Ätzschritt.
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9 zeigt die Schritte, nach denen ein Bild des übertragenen
Musters aufgenommen werden kann.
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Wie
beispielsweise in 9A gezeigt ist, kann eine Fotomaske 5 abgebildet
werden, wodurch ein Luftbild 51 erzeugt wird. Das Luftbild 51 wird
aufgezeichnet, wodurch eine Aufzeichnung 52 des Luftbildes
erzielt wird. Diese Aufzeichnung des Luftbildes 52 kann
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgewertet
werden, wie unten erläutert
wird. Zusätzlich
kann ein SEM-Bild 56 der Fotomaske aufgenommen und ausgewertet
werden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie unten erläutert wird.
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9B zeigt
schematisch dargestellt Schritte einer beispielhaften Maskenherstellungsabfolge 59 und
einer beispielhaften Scheibenverarbeitungsabfolge 60 als
auch die Schritte, nach denen ein Bild des übertragenen Musters aufgenommen
und gemäß dem Verfahren
dieser Erfindung ausgewertet werden kann.
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Wie
in 9B gezeigt ist, wird zunächst eine Fotomaske beispielsweise
durch Schreiben eines entsprechenden Musters in ein geeignetes Fotolackmaterial
mit Hilfe eines Elektronenstrahlschreibers in einem Schreibschritt 57 erzeugt.
Das Muster weist ein Testmuster oder eine wie oben beschriebene Menge
von Testmustern auf. Danach erfolgen ein oder mehrere Maskenverarbeitungsschritte 58.
Von der Fotomaske lässt
sich ein SEM-Bild 56 aufnehmen. Das SEM-Bild der Fotomaske
nach einem bestimmten Maskenverarbeitungsschritt 58 kann
mit diesem Verfahren ausgewertet werden, wie unten erläutert wird.
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Nach
Vervollständigung
der Fotomaske 5 kann das Muster mit einem Testmuster oder
einer wie oben beschriebenen Menge von Testmustern in einem Fotolackmaterial
ausgebildet werden, das auf die Oberfläche eines Substrats wie beispielsweise
einer Siliziumscheibe 6 aufgetragen wird. In Schritt 53 wird
das Muster mittels eines herkömmlichen
Lithografieprozesses in das Fotolackmaterial übertragen und entwickelt. Danach
kann beispielsweise ein SEM-Bild 56 des entwickelten Fotolackmusters
aufgenommen werden. Danach lässt
sich beispielsweise ein Ätzschritt 54 durchführen, wonach
ein weiteres SEM-Bild 56 aufgenommen werden kann. Optional können weitere
Prozessschritte 55 wie ein Ionenimplantationsschritt oder
weitere Schritte ausgeführt werden,
nach denen ebenso ein SEM-Bild 56 aufgenommen wird.
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Somit
können
Bilder, insbesondere SEM-Bilder 56, im Laufe der Maskenherstellungsabfolge
als auch der Scheibenverarbeitungsabfolge aufgenommen werden. Darüber hinaus
kann eine Aufzeichnung des Luftbildes 52 erfolgen und ausgewertet werden,
was nachfolgend erläutert
wird.
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Die
Auswertung eines solchen Bildes wird mit Bezug auf die 10 und 11 erläutert.
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10 zeigt
ein schematisches Diagramm zur Abfolge von Prozessschritten, wobei 11A bis 11D die
Ergebnisse zeigen, die jeweils nach dem Ausführen der Prozessschritte erzielt
werden können.
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10 zeigt
eine beispielhafte Abfolge von Prozessschritten zum Auswerten eines übertragenen Musters.
Ausgehend von einem Bild des übertragenen
Musters, das eine Aufzeichnung des Luftbildes oder eines SEM-Bildes 56 sein
kann, erfolgt ein Kantenbestimmungsschritt 61. 11A zeigt etwa ein Bild, das mittels der erläuterten
Prozessschritte zu analysieren ist. Das in 11A gezeigte
Bild kann insbesondere ein SEM-Bild oder ein Fotolackmuster sein.
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Der
Kantenbestimmungsschritt wird in vorteilhafter Weise als Kantenbestimmungsalgorithmus über die
Matrix von Graustufen implementiert.
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11B zeigt ein beispielhaftes Ergebnis dieses Kantenbestimmungsschrittes.
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Danach
erfolgt, wie in 10 gezeigt ist, ein Anpassungsschritt 62,
so dass die Kantenpositionsdaten an eine gerade Bahn angepasst werden
und die Kantenpositionsresiduen ermittelt werden. Dadurch wird die
Nulllinie der übertragenen
periodischen Struktur erzielt. 11C zeigt
eine beispielhafte Ausgabe des Anpassungsschrittes 62.
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Im
nächsten
Schritt werden die Residuendaten der Bahnen in eine schnelle Fourier-Transformationsvorrichtung
eingespeist und das Amplitudenspektrum erzielt. Insbesondere werden
die in 11C gezeigten Werte mit Hilfe
eines Fourier-Transformationsalgorithmus 63 analysiert,
wodurch das in 11D gezeigte Spektrum A(f) erhalten
wird.
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Wie
in 11D gezeigt ist, wird als Ergebnis des Auswertungsverfahrens
der Zusammenhang der Amplitude in Abhängigkeit von der Raumfrequenz A(f)
erhalten. Wie der 11D entnommen werden kann, weist
das in 11C gezeigte Spektrum im Wesentlichen
eine räumliche
Frequenz fx auf, die dem Inversen der festgelegten räumlichen
Periode des jeweils verwendeten Testmusters entspricht.
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Der
Wert A(fx, Bild) wird aufgenommen und mit einem Referenzwert A(fx,
Maske) des einen Teil der Fotomaske 5 bildenden Testmusters
verglichen. Der Referenzwert kann beispielsweise durch Verwenden
der Designdaten des Testmusters erzielt werden. Alternativ hierzu
kann der Referenzwert durch Auswerten eines SEM-Bildes der Fotomaske 5 mit
Hilfe eines Verfahrens, das mit Bezug auf 10 und 11 erläutert
wurde, erzielt werden. Als weitere Alternative kann das Luftbild 51 der
Fotomaske ausgewertet werden. Als Ergebnis wird der Wert A(fx, Maske)
erzielt.
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In
einem nächsten
Schritt kann das Verhältnis
von A(fx, Bild) und A(fx, Maske) bestimmt werden, was zu einer Bahnkantenrauigkeits-Übertragungsfunktion
für den
betrachteten Prozess und die bestimmte Raumfrequenz fx führt. Ebenso
wird das Verhältnis
A(fx, Bild) und A(fx, Maske) für
die weiteren festen Raumperioden 1/fx der weiteren Testmuster, welche
in der Fotomaske enthalten sind, bestimmt. Als Ergebnis kann die
Bahnkantenrauhigkeits-Übertragungsfunktion
(LTF(fx)) für
den Luftabbildungsprozess, den Schreibprozess, den Ätzprozess
oder weitere unter Beobachtung stehende Prozesse erzielt werden.
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Die
Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen
Prozessparameter eines bestimmten Prozessschrittes. Gemäß diesen Verfahren
wird eine Fotomaske 5 einschließlich einer Anordnung 16 von
Testmustern, z. B. wie oben mit Bezug auf 8 erläutert, zum
Ausbilden eines Luftbildes oder zur Definition eines entsprechenden
Musters auf einem Substrat verwendet. Zur Untersuchung des Einflusses
des spezifischen Übertragungsprozesses
auf die Bahnkantenrauigkeit, wird der unter Beobachtung stehende
Prozess bei Verwendung verschiedener Prozessparameter untersucht.
Darüber
hinaus enthält
die Anordnung 16 mit Testmustern eine Mehrzahl von Testmustern,
die jeweils eine verschiedene räumliche
Periode fx aufweisen.
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Falls
der unter Beobachtung stehende Prozess beispielsweise dem Belichtungsschritt
entspricht, werden verschiedene Belichtungsbedingungen verwendet.
In diesem Fall kann eine kreisförmige,
ringförmige,
eine Disar- und eine Quasar-Belichtungsbedingung implementiert werden,
was zu einem übertragenen
Muster für
jede der verschiedenen Belichtungsbedingungen führt. Danach wird ein Bild des
Musters, das in das Fotolackmaterial übertragen wurde, aufgenommen.
Dann wird ein Wert A(fx, Belichtungsbedingung) für jede der verschiedenen Belichtungsbedingungen
sowie eine Mehrzahl von Werten von fx bestimmt, und die Bahnkantenrauigkeits-Übertragungsfunktion
LTF(fx, Belichtungsbedingungen) wird für eine Vielzahl von Werten
von fx und für
jede der Belichtungsbedingungen durch Berechnung des Verhältnisses
von A(fx, Belichtungsbedingung, Bild) und A(fx, Belichtungsbedingung,
Maske) bestimmt. Dann wird eine bestimmte Belichtungsbedingung,
für die
LTF nahe oder kleiner als 1 ist, ausgewählt, wodurch die optimalen
Belichtungsbedingungen für
den spezifischen Prozess ermittelt werden. Über diese Auswahl wird derjenige
Prozess gewählt,
der die Übertragung
der Rauigkeit für
eine vorgegebene räumliche
Periode 1/fx minimiert.
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Anstatt
des Bildes des Musters im Lackmaterial kann ein Luftbild 51 unter
jeder der Belichtungsbedingungen aufgezeichnet und ausgewertet werden,
um die optimalen Belichtungsbedingungen zu ermitteln.
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Auf
eine ähnliche
wie oben erläuterte
Weise, wie oben erläutert
wurde, können
Prozessparameter für
einen beliebigen weiteren Prozessschritt mit Hilfe des oben erläuterten
Verfahrens bestimmt werden. Beispiele dieser Prozessschritte beinhalten
den Entwicklungsschritt, einen Ätz-
oder weiteren geeigneten Prozessschritt.
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Gewöhnlich wird
die Bahnkantenrauhigkeits-Übertragungsfunktion
in Abhängigkeit
von der Raumfrequenz fx(LTF(fx)) bestimmt. In einem Bereich von
fx, in dem LTF(fx) kleiner als 1 ist, wird die Bahnkantenrauhigkeitsübertragung
unterdrückt.
In einem Bereich von fx, in dem LTF(fx) größer als 1 ist, wird die Bahnkantenrauigkeitsübertragung
verbessert. Durch Auswahl geeigneter Prozessbedingungen kann die
Bahnkantenrauigkeits-Übertragungsfunktion
reduziert werden. Zusätzlich
ist es in Abhängigkeit
von der Bahnkantenrauhigkeits-Übertragungsfunktion
möglich,
zu bestimmen, ob eine bestimmte Fotomaske die notwendigen Bahnkantenrauhigkeits-Übertragungseigenschaften
aufweist oder nicht.
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- 1
- Testmuster
- 11
- Element
eines Testmusters
- 12
- Untermenge
von Testmustern
- 13
- Menge
von Testmustern
- 14
- Array
von Testmustern
- 15
- Gruppe
von Testmustern
- 16
- Anordnung
von Testmustern
- 2
- Bahn
- 21,
22
- Laterale
Seite der Bahn
- 23
- Referenzrichtung
- 3
- Periodische
Struktur
- 31
- Maximum
der Struktur
- 4
- Lücke
- 5
- Fotomaske
- 51
- Luftbild
- 52
- Aufzeichnung
eines Luftbilds
- 53
- Lithografieschritt
- 54
- Ätzschritt
- 55
- Weiterer
Verarbeitungsschritt
- 56
- SEM-Bild
- 57
- Schreibschritt
- 58
- Maskenverarbeitungsschritt
- 59
- Maskenherstellungsabfolge
- 60
- Scheibenverarbeitungsabfolge
- 6
- Scheibe
- 61
- Kantenbestimmungsschritt
- 62
- Anpassungsschritt
- 63
- Fourier-Transformationsschritt