DE102013022024B4

DE102013022024B4 - Methodik der Überlagerungs-Prüfung, Verfahren zur Waferausrichtung und Metrologiesystem

Info

Publication number: DE102013022024B4
Application number: DE102013022024.6A
Authority: DE
Inventors: Han-Ming Hsieh; Li-Shiuan Chen; Chung-Hao Chang; Li-Kong Turn
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2033-09-03
Also published as: DE102013109515A1; DE102013022024A1; DE102013109515B4

Abstract

Verfahren zur Waferausrichtung, das Folgendes umfasst: Messen einer Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug; Definieren einer modellierten Waferkarte, indem eine layoutbasierte Waferkarte auf eine gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte vorgegebene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die durch ein Layoutwerkzeug definiert werden; Definieren einer gemessenen Waferkarte, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist; und Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte, um eine vollständige Waferkarte zu definieren.

Description

BEZUG AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine nicht-vorläufige Anmeldung, die die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/777 332, eingereicht am 12. März 2013 mit dem Titel „OVERLAY SAMPLING METHODOLOGY”, beansprucht, die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Die folgende Offenbarung betrifft Überlagerungs-Metrologie und Verfahren, eine verbesserte Überlagerungssteuerung zwischen zwei oder mehr Ausrichtungsereignissen zu erreichen, während der Herstellungsdurchsatz für ein Halbleiter-Herstellungsverfahren beibehalten wird.
Die US 2004/0 239 905 A1 , die US 2011/0 144 943 A1 , die US 2005/0 259 272 A1 , die US 2009/0 262 320 A1 und die US 6 342 323 B1 beschreiben jeweils Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Wafertopographie in der Halbleiterfertigung.
ÜBERBLICK
Die Erfindung sieht ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und ein System gemäß Anspruch 9 vor. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüche angegeben. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Waferausrichtung, das Folgendes umfasst: Definieren einer layoutbasierten Waferkarte, indem entworfene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen mit einem Layoutwerkzeug ermittelt werden; Erhalten einer gemessenen Oberflächen-Topographie einer Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Waferposition mit einem Oberflächen-Messinstrument; Definieren einer modellierten Waferkarte, die modellierte Ausrichtungsstruktur-Orte umfasst, indem die layoutbasierte Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird; Definieren einer gemessenen Waferkarte, die gemessene Ausrichtungsstruktur-Orte umfasst, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten auf dem Wafer mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden; und Anpassen der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte, um Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten zu minimieren.
In einer Ausgestaltung wird die Oberflächen-Topographie unter Verwendung von Abweichungen des Luftdrucks gemessen, wobei: ein Gas lokal auf die Waferoberfläche abgegeben wird; eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position überwacht wird; und eine Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit vom Druck ermittelt wird.
In einer Ausgestaltung wird die Oberflächen-Topographie unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung gemessen, mit folgenden Schritten: Abstrahlen eines fokussierten einfallenden Strahlenbündels auf die Waferoberfläche, wobei das einfallende Strahlenbündel einen ersten Winkel mit einem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; Reflektieren des einfallenden Strahlenbündels von der Waferoberfläche, was zu einem reflektierten Strahlenbündel führt, wobei das reflektierte Strahlenbündel einen zweiten Winkel mit dem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; und Ermitteln der Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Position aus dem ersten Winkel oder dem zweiten Winkel.
In einer Ausgestaltung wird die Oberflächen-Topographie mit einer ersten Auflösung gemessen, die größer als eine zweite Auflösung des Abstands der Ausrichtungsstruktur-Orte ist.
In einer Ausgestaltung umfasst das Projizieren der layoutbasierten Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie Folgendes: Nähern der gemessenen Oberflächen-Topographie, so dass sie eine vernachlässigbare Krümmung in einem lokalen Bereich einer ersten Ausrichtungsstruktur aufweist, die aus der layoutbasierten Waferkarte ermittelt wird; und Ausführen einer linearen Projektion des lokalen Bereichs auf eine flache zweidimensionale Oberfläche parallel zu einer Ebene des Wafers; wobei der lokale Bereich als ein näherungsweiser Raum zwischen einer ersten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die layoutbasierte Waferkarte bestimmt ist, und einer zweiten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die lineare Projektion bestimmt ist, definiert ist.
In einer Ausgestaltung umfasst das Minimieren der Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten Folgendes: Ermitteln eines ersten Ortes eines ersten Rasterpunktes, der nicht durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als ein Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind; oder neu Definieren eines dritten Ortes eines zweiten Rasterpunktes, der durch die modellierte Waferkarte definiert ist, als einen Durchschnitt von vierten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind.
In einer Ausgestaltung umfasst das Minimieren der Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten Folgendes: Definieren von ersten Orten von Rasterpunkten der modellierten Waferkarte als einen Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind; Definieren von zweiten Orten der Rasterpunkte der gemessenen Waferkarte als einen Durchschnitt der ersten Orte von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und rekursives Iterieren von definierten ersten Orten und definierten zweiten Orten in Abhängigkeit von einander, bis stabile erste Ortswerte und zweite Ortswerte erreicht werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verfahren zur Waferausrichtung, das Folgendes umfasst: Messen einer Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug; Definieren einer modellierten Waferkarte, indem eine layoutbasierte Waferkarte auf eine gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte entworfene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die durch ein Layoutwerkzeug definiert werden; Definieren einer gemessenen Waferkarte, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist; und Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte, um eine vollständige Waferkarte zu definieren.
In einer Ausgestaltung umfasst das Projizieren der layoutbasierten Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie Folgendes: Nähern der gemessenen Oberflächen-Topographie, so dass sie eine vernachlässigbare Krümmung in einem lokalen Bereich einer ersten Ausrichtungsstruktur aufweist, der aus der layoutbasierten Waferkarte ermittelt wird; und Ausführen einer linearen Projektion des lokalen Bereichs auf eine flache zweidimensionale Oberfläche parallel zu einer Ebene des Wafers; wobei der lokale Bereich definiert ist als näherungsweiser Raum zwischen einer ersten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die layoutbasierte Waferkarte bestimmt ist, und einer zweiten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die lineare Projektion bestimmt ist.
In einer Ausgestaltung umfasst die Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten ein Schachbrettmuster, wobei mindestens ein Ausrichtungsstruktur-Ort in jeder zweiten Photomaske des Wafers gemessen wird.
In einer Ausgestaltung umfasst das Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte Folgendes: neu Definieren eines ersten Ortes eines ersten Rasterpunktes, der durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als eine durchschnittliche Position von zweiten Rasterpunkten von vier nächsten Nachbarn, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und neu Definieren eines zweiten Ortes des zweiten Rasterpunktes, der durch die modellierte Waferkarte aber nicht durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als eine durchschnittliche Position von ersten Rasterpunkten von vier nächsten Nachbarn, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind.
In einer Ausgestaltung umfasst das Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte Folgendes: Definieren von ersten Orten von Rasterpunkten der modellierten Waferkarte als Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind; Definieren der zweiten Orte der Rasterpunkte der gemessenen Waferkarte als ein Durchschnitt der ersten Orte von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und rekursives Iterieren von definierten ersten Orten und definierten zweiten Orten in Abhängigkeit von einander, bis stabile erste Ortswerte und zweite Ortswerte erreicht werden.
In einer Ausgestaltung umfasst das rekursive Iterieren der definierten ersten Orte und der definierten zweiten Orte das numerische Lösen eines verbundenen Paars von linearen Gleichungen für Fixpunkt-Lösungen mit einem Verarbeitungswerkzeug, wobei eine Menge von Randbedingungen für das verbundene Paar von linearen Gleichungen eine erste Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der modellierten Waferkarte, die nicht durch die gemessene Waferkarte definiert sind, und eine zweite Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der gemessenen Waferkarte umfasst.
In einer Ausgestaltung wird Oberflächen-Topographie unter Verwendung von Abweichungen des Luftdrucks gemessen, wobei: ein Gas lokal auf die Waferoberfläche abgegeben wird; eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position überwacht wird; und die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit vom Druck ermittelt wird.
In einer Ausgestaltung wird die Oberflächen-Topographie unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung gemessen wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Emittieren eines fokussierten einfallenden Strahlenbündels auf die Waferoberfläche, wobei das einfallende Strahlenbündel einen ersten Winkel mit einem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; Reflektieren des einfallenden Strahlenbündels von der Waferoberfläche, was zu einem reflektierten Strahlenbündel führt, wobei das reflektierte Strahlenbündel einen zweiten Winkel mit dem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; und Ermitteln der Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Position aus dem ersten Winkel oder dem zweiten Winkel.
Die Erfindung betrifft auch ein Metrologiesystem, das Folgendes umfasst: eine Lichtquelle, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung an einen Wafer abzugeben, der eine Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, wobei die elektromagnetische Strahlung durch eine Strukturierungsvorrichtung gefiltert ist; eine Ausrichtungsbühne, die konfiguriert ist, um den Wafer zu halten, und weiter konfiguriert ist, um Orte der Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen zu messen, um eine gemessene Waferkarte zu definieren; und eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, um Differenzen zwischen den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten und den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten zu minimieren.
In einer Ausgestaltung ist die Recheneinheit weiter für Folgendes konfiguriert: neu Definieren eines ersten Ortes eines ersten Rasterpunktes, der durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als eine durchschnittliche Position von vier zweiten Rasterpunkten von nächsten Nachbarn, die durch eine modellierte Waferkarte definiert sind; und neu Definieren eines zweiten Ortes des zweiten Rasterpunktes, der durch die modellierte Waferkarte aber nicht durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als durchschnittliche Position von vier ersten Rasterpunkten von nächsten Nachbarn, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind.
In einer Ausgestaltung ist die Recheneinheit weiter für Folgendes konfiguriert: Definieren von ersten Orten von Rasterpunkten der modellierten Waferkarte als einen Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind; Definieren der zweiten Orte der Rasterpunkte der gemessenen Waferkarte als einen Durchschnitt der ersten Orte von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und rekursives Iterieren von definierten ersten Orten und definierten zweiten Orten in Abhängigkeit von einander, bis stabile erste Ortswerte und zweite Ortswerte erreicht werden.
In einer Ausgestaltung umfasst das System ein physikalisches Messinstrument, das konfiguriert ist, um eine Oberflächen-Topographie des Wafers zu messen, mit: einem Luftdruckmesser, der konfiguriert ist, um ein Gas lokal auf eine Waferoberfläche abzugeben, wobei der Luftdruckmesser weiter einen Sensor umfasst, der konfiguriert ist, um eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position festzustellen; einer Positioniervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Luftdruckmesser und den Sensor über die Waferoberfläche zu bewegen; und einer Kalibriereinheit, die mit der Positioniervorrichtung verbunden ist und konfiguriert ist, um die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von den Abweichungen des Drucks zu ermitteln, wobei die Kalibriereinheit mit der Recheneinheit verbunden ist.
In einer Ausgestaltung umfasst das System optisches Messinstrument, das konfiguriert ist, um eine Oberflächen-Topographie des Wafers zu messen, mit: einem Emitter, der konfiguriert ist, um ein fokussiertes einfallendes Strahlenbündel auf eine Waferoberfläche unter einem ersten Winkel mit einem Normalenvektor der Waferoberfläche abzustrahlen; einem Kollektor, der konfiguriert ist, um ein reflektiertes Strahlenbündel von der Waferoberfläche unter einem zweiten Winkel mit dem Normalenvektor der Waferoberfläche zu empfangen, wobei das reflektierte Strahlenbündel ein reflektiertes einfallendes Strahlenbündel umfasst; und einer Kalibriereinheit, die konfiguriert ist, um die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Position aus dem ersten Winkel oder dem zweiten Winkel zu ermitteln, wobei die Kalibriereinheit mit der Recheneinheit verbunden ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1E zeigen einige Ausführungsformen einer hierarchischen Layout-Anordnung von mehreren integrierten Chips (ICs) in ein Photomaskenfeld auf Waferebene und eine layoutbasierte Waferkarte.
2A–2C zeigen Schnittansichten von einigen Ausführungsformen von idealen und realen Wafertopologien.
3A–3C zeigen einige Ausführungsformen von Wafertopologie-Messungen.
4A–4D zeigen einige Ausführungsformen des Projizierens von layoutbasierten Ausrichtungsstruktur-Orten von einer layoutbasierten Waferkarte auf eine gemessene Wafertopographie, um eine modellierte Waferkarte zu erzeugen.
5A–5D zeigen einige Ausführungsformen einer Inline-Waferausrichtung auf eine Untermenge von Ausrichtungsstrukturen, um ein gemessenes Koordinatensystem zu erzeugen.
6 zeigt einige Ausführungsformen des Anpassens eines modellierten Koordinatensystems an ein gemessenes Koordinatensystem.
7 zeigt einige Ausführungsformen eines Metrologiesystems, das konfiguriert ist, um Abweichungen zwischen modellierten Koordinatenpositionen und gemessenen Koordinatenpositionen zu minimieren.
8–9 zeigen einige Ausführungsformen von Verfahren zur Waferausrichtung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung wird nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um überall gleiche Elemente zu bezeichnen, und wobei die gezeigten Strukturen nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet sind. Man sollte anerkennen, dass diese detaillierte Beschreibung und die entsprechenden Figuren den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken und dass die detaillierte Beschreibung und die Figuren nur einige Beispiele bereitstellen, um einige Arten darzustellen, in denen sich erfinderische Konzepte manifestieren können.
Siliziumwafer werden in einer Abfolge von aufeinander folgenden Lithographieschritten hergestellt, die Maskenausrichtung, Belichtung, Photoresist-Entwicklung, Ätzen der Schichten und Epitaxialwachstum umfassen, um eine Struktur auszubilden, die Vorrichtungsstrukturen und -verbindungen in einem integrierten Schaltkreis (IC) definiert. Um eine stabile Maskenausrichtung sicherzustellen, werden dafür vorgesehene Ausrichtungsstrukturen in physikalischen Layout-Daten des ICs angeordnet und durch ein Inline-Ausrichtungswerkzeug in einem Halbleiter-Herstellungsfluss angewandt, um Überlagerungs-(Overlay, OVL)-Steuerung während der Maskenausrichtung zu erreichen. Ein strukturierter Wafer besteht aus einer Mehrzahl von ICs, die in einem periodischen Array oder in Photomaskenfeldern (engl. „reticle fields”) angeordnet sind, wobei jedes der Photomaskenfelder durch ein Step-und-Repeat-Werkzeug strukturiert wird, das konfiguriert ist, um eine strukturierte Maske mit einem einzelnen Photomaskenfeld auszurichten, gestützt auf eine Waferkarte von Ausrichtungsstruktur-Positionen oder -Orten, die von den physikalischen Layout-Daten des ICs erhalten werden. Ertrag und Bauteilleistungsfähigkeit beruhen auf stabiler OVL-Steuerung zwischen zwei oder mehr Maskenausrichtungsschritten, wenn Schichten eines Bauteils oder einer Vorrichtung ausgebildet werden. Um jedoch einen guten Durchsatz für ein Halbleiter-Herstellungsverfahren zu erreichen, werden eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten so ausgewählt, dass nicht alle Photomaskenfelder unabhängig durch das Step-und-Repeat-Werkzeug ausgerichtet werden, wodurch die OVL-Steuerung sich verschlechtert. Zusätzlich können Effekte, wie etwa Temperaturwechselbeanspruchung (engl. „thermal cycling”) des Wafers während der oben erwähnten Herstellungsschritte, eine idealerweise flache Waferoberfläche verziehen und Wafertopologien bilden, die die OVL-Steuerung verschlechtern können.
Somit betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System, um eine verbesserte Überlagerungssteuerung zu erreichen, während der Durchsatz für ein Herstellungsverfahren beibehalten wird. Positionen oder Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen auf einem Wafer, der eine Mehrzahl von Photomaskenfeldern umfasst, werden mit einem Layoutwerkzeug ermittelt, um eine layoutbasierte Waferkarte zu definieren. Die Topographie des Wafers wird dann in Abhängigkeit von einer Waferposition durch ein Oberflächen-Messinstrument gemessen. Die layoutbasierte Waferkarte wird dann auf die gemessene Wafertopographie projiziert, um eine modellierte Waferkarte zu definieren. Eine Untermenge der Ausrichtungsstruktur-Positionen oder -Orte werden durch ein Ausrichtungswerkzeug in einem Inline-Herstellungsfluss gemessen, um nachfolgende Herstellungsschritte nicht zu verzögern. Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten werden dann mathematisch minimiert, um die Überlagerungssteuerung zu verbessern, während der Herstellungsdurchsatz beibehalten wird.
1A zeigt einige Ausführungsformen einer Layout-Ansicht 100A eines integrierten Schaltkreises (ICs), der erste Layout-Topologien 102 (z. B. Polysilizium-Gate-Formen) und zweite Layout-Topologien 104 (z. B. Source/Drain-Diffusionsformen) umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die Layout-Ansicht 100A des ICs eine Mehrzahl von Layout-Topologien in einem in der Branche standardisierten Layoutformat, wie etwa GDSII oder OASIS, die auf einen Silizium-(Si)- oder Silizium-auf-Isolator-(Silicon-on-Insulator, SOI)-Wafer in einem Inline-Herstellungsfluss in einer Halbleiter-Herstellungsanlage oder „Fab” strukturiert werden. 1B zeigt einige Ausführungsformen eines Rahmens 100B, der eine Mehrzahl von Layout-Ansichten 100A umfasst (d. h. neun identische Kopien der Layout-Ansicht 100A, die periodisch angeordnet sind), wobei eine erste Ausrichtungsstruktur 106 für die Ausrichtung an der x-Achse und eine zweite Ausrichtungsstruktur 108 für die Ausrichtung an der y-Achse im „Leerraum” (d. h. ungenutzter Waferfläche) zwischen der Mehrzahl von Layout-Ansichten 100A hinzugefügt wurden, um zu der Maskenausrichtung während der Inline-Herstellung beizutragen. Für die Ausführungsformen der 1B werden zwei Ausrichtungsstrukturen für eine zweidimensionale (2D) Ausrichtung verwendet. In anderen Ausführungsformen kann jedoch eine beliebige Anzahl verwendet werden.
1C zeigt einige Ausführungsformen eines Photomaskenfeldes 100C, das den Rahmen 100B umfasst, wobei zusätzliche Metrologiestrukturen 110 für eine zusätzliche Überlagerungs-(OVL)-Steuerung während eines Maskenausrichtungs-Ereignisses hinzugefügt wurden, um die Abweichungen kritischer Abmessungen (Critical Dimension, CD) von Layout-Topologien über eine Mehrzahl von Photomaskenfelder zu überwachen, die auf der Waferoberfläche angeordnet sind etc. Eine Ursprungsposition 112 des Photomaskenfeldes 100C ist auch gezeigt. 1D zeigt einige Ausführungsformen eines Wafers 100D (z. B. Si oder SOI), auf dem eine periodische Struktur 114 von Photomaskenfelder 100C angeordnet ist (d. h. 37 Photomaskenfelder 100C in der Ausführungsformen der 1D; es kann jedoch im Allgemeinen jede Anzahl sein, die einer periodischen Anordnung von Photomaskenfelder 100C entspricht). In einigen Ausführungsformen kann der Wafer einen 300 mm-Wafer oder einen 450 mm-Wafer zur Herstellung in der Fab umfassen, wobei jedes Photomaskenfeld 100C einzeln belichtet wird, um die Struktur auszubilden. In einigen Ausführungsformen wird ein Step-und-Repeat-Werkzeug verwendet, um eine Photomaske mit der Ursprungsposition 112 eines entsprechenden Photomaskenfeldes 100C auszurichten und mit einer Lichtquelle zu belichten, um eine Struktur in dem entsprechenden Photomaskenfeld 100C auszubilden, bevor zu einem nächsten periodischen Ort eines nächsten Photomaskenfeldes 100C weitergegangen (engl. „stepping”) wird. Als solches kann eine layoutbasierte Waferkarte 100E, wie sie in den Ausführungsformen der 1E gezeigt ist, durch das Step-und-Repeat-Werkzeug verwendet werden, um die Ursprungspositionen 112 aller Photomaskenfelder 100C auf einem Wafer zu finden.
Für die Ausführungsformen der 1E umfasst die layoutbasierte Waferkarte 100E eine perfekte Periodizität in x-Richtung (Δ_x) und in y-Richtung (Δ_y), so dass eine verallgemeinerte Schrittgröße nΔ_x + mΔ_y des Step-und-Repeat-Werkzeugs die Lichtquelle mit jeder Ursprungsposition 112 perfekt ausrichtet, die durch die layoutbasierte Waferkarte 100E definiert ist (wobei n, m ≤ 7 für die Ausführungsformen der 1A–1E ist). In der Praxis verschieben topographische Abweichungen des Wafers 100D die Ursprungspositionen 112 von den Orten, die durch die layoutbasierte Waferkarte 100E definiert sind. Die 2A–2C zeigen einige Ausführungsformen eines Wafers 200A, die im Querschnitt gezeigt sind, wobei eine ideale Wafertopographie 200B und eine realistische Wafertopographie 200C gezeigt sind. Man beachte, dass die periodische Natur des Querschnitts der realistischen Wafertopographie 200C einfach anzeigen soll, dass die Oberflächen-Topographie des Wafers 200A nicht flach ist, und nicht bedeuten soll, dass die realistische Wafertopographie 200C im Allgemeinen periodisch ist oder sich wiederholt. Im Allgemeinen kann die realistische Wafertopographie 200C jede ungleichförmige 3D-Topographie umfassen, die von Wärmeeffekten, wie etwa Temperaturwechselbeanspruchung des Wafers, mechanischen Effekten, wie etwa chemisch-mechanischem Polieren (CMP) oder Ätzen, elektromagnetischen Effekten, wie etwa Verformung aufgrund eines elektrischen Potentials, oder anderen Verfahrensschritten, die Temperaturwechselbeanspruchung etc. umfassen, herrührt.
Für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung kann man die auf einem Gitter liegenden Ursprungspositionen 112 als die Position einer einzelnen Ausrichtungsstruktur ansehen, die an dem Ursprung jedes der Photomaskenfelder 100C liegt. Man sollte anerkennen, dass eine einzelne Ausrichtungsstruktur (z. B. 106 oder 108), die in der Mehrzahl von Photomaskenfeldern 100C, die periodisch auf einer Oberfläche des Wafers 100D angeordnet sind, periodisch wiederholt wird, die gleiche x/y-Periodizität wie die Ursprungspositionen 112 der layoutbasierten Waferkarte 100E umfasst. Darüber hinaus sollte man weiter anerkennen, dass zwei Ausrichtungsstrukturen (z. B. 106 und 108) in der Mehrzahl von Photomaskenfeldern 100C, die auf einer Oberfläche des Wafers 100D periodisch angeordnet sind, die gleiche x/y-Periodizität wie zwei layoutbasierte Waferkarten 100E haben, die über einander mit einem Versatzvektor überlagert sind, der gleich einem Vektor ist, der einen Abstand und eine Richtung zwischen der ersten Ausrichtungsstruktur 106 und der zweiten Ausrichtungsstruktur 108 definiert. Daher ist, während man anerkennt, dass die vorangegangene Analyse auf eine beliebige Anzahl von Ausrichtungsstrukturen pro Photomaske ausgedehnt werden kann, die Ursprungsposition ausreichend, um die Ausrichtungsstruktur-Orte in nachfolgenden Ausführungsformen dieser Offenbarung zu repräsentieren.
3A zeigt einige Ausführungsformen eines physikalischen Messinstruments 300A, das konfiguriert ist, um die Oberflächen-Topographie eines Wafers 200C zu messen. In einigen Ausführungsformen umfasst das physikalische Messinstrument ein verbessertes Luftdruck-Höhenmesswerkzeug (Air Gauge Improved LEveling, AGILE). In einigen Ausführungsformen umfasst das physikalische Messinstrument 300A ein Luftdruckprüfgerät 304A, das konfiguriert ist, um ein Gas lokal auf eine Oberfläche eines Wafers 200C ausströmen zu lassen. Das Luftdruckprüfgerät 304A umfasst weiter einen Sensor 302A, der konfiguriert ist, um die Abweichungen des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position in einer Ebene des Wafers 200C festzustellen (d. h. die x-Richtung oder die y-Richtung). Das physikalische Messinstrument 300A umfasst weiter eine Positioniervorrichtung 306A, die konfiguriert ist, um das Luftdruckprüfgerät 304A und den Sensor 302A über die Oberfläche des Wafers 200C zu bewegen. Eine Kalibriereinheit 308A ist mit der Positioniervorrichtung verbunden und konfiguriert, um eine Höhe (Z) der Oberfläche des Wafers 200C in Abhängigkeit von der Abweichung des Drucks zu ermitteln. Die Kalibriereinheit 308A ist weiter konfiguriert, um die Höhe in Abhängigkeit von der Position, Z(x, y), zu definieren. Das physikalische Messinstrument 300A verwendet oder erkennt keine Ausrichtungsstrukturen und misst die Oberflächen-Topographie des Wafers 200C mit einer Auflösung, die größer ist als die Auflösung des Abstands der Ausrichtungsstruktur-Orte (z. B. eine Auflösung, die größer als Δ_x oder Δ_y für eine einzelne „Ausrichtungsstruktur” 112 je Photomaskenfeld 100C ist).
3B zeigt einige Ausführungsformen eines optischen Messinstruments 300B, das konfiguriert ist, um die Oberflächen-Topographie des Wafers 200C zu messen. Das optische Messinstrument 300B umfasst einen Emitter 302B, der konfiguriert ist, um ein fokussiertes einfallendes Strahlenbündel (z. B. Licht) auf die Oberfläche des Wafers 200C unter einem ersten Winkel φ zu einem Normalenvektor N der Oberfläche des Wafers 200C zu emittieren. Das einfallende Strahlenbündel wird von der Oberfläche des Wafers 200C unter einem zweiten Winkel θ bezüglich N reflektiert und wird von einem Kollektor 304B empfangen. Eine Kalibriereinheit 306B ist mit dem Kollektor 304B verbunden und konfiguriert, um die Höhe der Oberfläche des Wafers in Abhängigkeit von der Position Z(x, y) aus dem ersten Winkel φ oder dem zweiten Winkel θ mit einer Auflösung zu ermitteln, die größer als die Auflösung des Abstands der Ausrichtungsstruktur-Orte ist. 3C zeigt einen Graphen 300C von einigen Ausführungsformen einer (eindimensionalen) 1D-Oberflächen-Topologie-Messung, die eine gemessene Oberflächen-Topographie in Abhängigkeit von der Position Z(x, y) in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der 3A–3B umfasst. Eine 2D-Oberflächen-Topologie-Messung läuft analog ab.
Eine Abweichung der Oberflächen-Topologie eines Wafers kann Ausrichtungsstruktur-Orte von ihren idealen Orten verschieben, wenn sie mit einer Oberfläche des Wafers ausgerichtet werden. 4A zeigt einige Ausführungsformen eines Koordinatenrasters 400A, auf dem die Ursprungspositionen 112 der layoutbasierten Waferkarte 100E, die einer flachen Oberflächen-Topologie entsprechen, liegen. Das Koordinatenraster 400A umfasst weiter modellierte Ausrichtungsstruktur-Orte 402, die von der gemessenen Oberflächen-Topographie Z(x, y) eines Wafers abgeleitet sind. 4B zeigt eine Schnittansicht 400B der Ausführungsformen des Koordinatenrasters 400A, wobei die modellierten Ausrichtungsstruktur-Orte 402 der gemessenen Oberflächen-Topographie Z(x, y) auf eine 2D-Ebene des Koordinatenrasters 400A projiziert werden. In einigen Ausführungsformen umfasst das Projizieren der modellierten Ausrichtungsstruktur-Orte 402 auf die 2D-Ebene Mapping-Software. In einigen Ausführungsformen umfasst das Projizieren der gemessenen Oberflächen-Topographie Z(x, y) auf die 2D-Ebene das Nähern der gemessenen Oberflächen-Topographie Z(x, y) so, dass sie eine vernachlässigbare Krümmung in einem lokalen Bereich aufweist. 4C zeigt einige Ausführungsformen einer Explosionsansicht 400C einer Schnittansicht 400B, wobei ein idealer Ausrichtungsstruktur-Ort die Ursprungsposition 112 aus der layoutbasierten Waferkarte 100E der Ausführungsformen der 1 umfasst. Verzerrung der Waferoberfläche, wie sie durch die gemessene Oberflächen-Topographie Z(x, y) modelliert wird, bewegt jedoch den Ausrichtungsstruktur-Ort von seiner idealen Position. Unter der Annahme, dass die gemessene Oberflächen-Topographie Z(x, y) in einem lokalen Bereich der Ursprungsposition 112 eine vernachlässigbare Krümmung aufweist, wird der lokale Bereich definiert als eine näherungsweise Umgebung der Ursprungsposition 112 und eine modellierte Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die linear Projektion der gemessenen Oberflächen-Topographie Z(x, y) auf die 2D-Ebene des Koordinatenrasters 400A bestimmt ist. Mit dieser Annahme ist die Höhe h der Oberfläche des Wafers 404, wie sie durch die gemessene Oberflächen-Topographie Z(x, y) an der Ursprungsposition 112 (x_i, y_j) modelliert ist, definiert durch Z(x_i, y_j) = h und kann einem Winkel α zwischen einem ersten Normalenvektor N₁ einer flachen Waferoberfläche (d. h. N₁ = Z) und einem zweiten Normalenvektor N₂ auf die gemessene Oberflächen-Topographie Z(x, y) an der Ursprungsposition (x_i, y_j) gleichgesetzt werden. Daher kann eine Verschiebung δ₁ von der Ursprungsposition (x_i, y_j) durch δ₁ = h·tan(α) genähert werden und kann weiter als δ₁ ≈ h·α für δ₁ << h genähert werden. Eine sich ergebende modellierte Waferkarte f₁(x_i; y_j) kann mit Bezug auf die layoutbasierte Waferkarte f₀(x_i, y_j) definiert werden durch f₁(x_i, y_j) = f₀(x_i, y_j) + δ₁ = f₀(x_i, y_j) + h·tan(α) ≈ f₀(x_i, y_j) + h·α (1)
Als weitere Erklärung der Annahmen, die in der Analyse der Ausführungsformen der 4A–4C verwendet werden, zeigt 4D einen Graphen 400D von einigen Ausführungsformen des Ausführens einer linearen Projektion des lokalen Bereichs auf eine flache zweidimensionale Oberfläche, wobei erste Orte von ersten Gitterpunkten 402D eines linearen Arrays 404D gezeigt sind und ideale periodische Abstände Δ₁ haben. Der lineare Array 404D ist horizontal ausgerichtet und ist analog zu dem Querschnitt der layoutbasierten Waferkarte 100E. Um topographische Abweichungen des linearen Arrays 404D unter der Annahme zu modellieren, dass die Oberflächen-Topographie eine vernachlässigbare Krümmung aufweist, ist der lineare Array 404D von seiner horizontalen Ausrichtung um einen Winkel α gedreht. Um die Positionen der ersten Rasterpunkte 402D in einer Draufsicht zu modellieren, wird eine lineare Projektion des linearen Arrays 404D auf eine flache horizontale zweidimensionale Oberfläche ausgeführt, was zu zweiten Orten der ersten Rasterpunkte 402D führt und einen modellierten periodischen Abstand von Δ₂ = Δ₁·cos(α) umfasst.
5A zeigt einige Ausführungsformen eines Wafers 500A, der Inline-Maskenausrichtung ausgesetzt wird. Nach der Vorbereitung für einen Strukturierungsschritt (z. B. Beschichtung mit Photoresist) wird der Wafer 500A auf eine Waferbühne des Step-und-Repeat-Werkzeugs geladen, wobei ein Verlaufs-Maskenausrichtungsschritt ausgeführt wird. In einigen Ausführungsformen umfasst der Verlaufs-Maskenausrichtungsschritt das Ausrichten der Waferkerbe 506 oder das Verwenden der Metrologiestrukturen 110, die in den Ausführungsformen der 1C–1E gezeigt sind. Nach der Verlaufs-Ausrichtung wird der Wafer einer Feinausrichtung unterzogen, wobei eine oder mehrere Ausrichtungsstrukturen 502 oder 504 verwendet werden. Für die Ausführungsformen der 5A sind 37 Photomaskenfelder 100C periodisch auf einer Oberfläche des Wafers 500A angeordnet. Andere Ausführungsformen, die einen Wafer 500A verwenden, der einen Durchmesser von 450 mm umfasst, können zwischen etwa 50 und etwa 100 Photomaskenfelder 100C umfassen. Um eine optimale Ausrichtung zu erreichen, kann jede Ausrichtungsstruktur jedes Photomaskenfeldes 100C ausgerichtet werden, um OVL-Abweichungen über die Oberfläche des Wafers 500 zu minimieren. In einem Inline-Verfahrensablauf unter Beachtung des Herstellungsdurchsatzes verschlechtert das Ausrichten jeder der Ausrichtungsstrukturen 502 oder 504 jedoch den Herstellungsdurchsatz. Als solche werden eine Untermenge der Ausrichtungsstrukturen 502 ausgerichtet. In einigen Ausführungsformen werden etwa 30% (30 von 100) Ausrichtungsstrukturen 502 und 504 durch das Step-und-Repeat-Werkzeug verwendet, wodurch OVL-Qualität für den Herstellungsdurchsatz geopfert wird. Für die Ausführungsformen der 5A umfasst die Untermenge der Ausrichtungsstruktur-Orte 502 ein Schachbrettmuster, wobei die Ausrichtungsstrukturen 502 in jedem zweiten Photomaskenfeld 100C gemessen werden.
5B zeigt einige Ausführungsformen einer gemessenen Waferkarte 500B, die die Untermenge der Ausrichtungsstrukturen 502 umfasst, die inline in den Ausführungsformen der 5A gemessen werden und die auf einem Koordinatenraster angeordnet sind. 5C zeigt einige Ausführungsformen einer modellierten Waferkarte 500C, die eine Untermenge von modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten 508 umfasst, in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der 3A–3C und der 4A–4C. Für die Ausführungsformen der 5A werden 21 der 37 Photomaskenfelder 100C inline gemessen, um die gemessene Waferkarte zu erzeugen. Die Orte der Ausrichtungsstrukturen 504 in den übrigen nicht untersuchten Photomaskenfeldern 100C (d. h. denen mit Ausrichtungsstrukturen 504 in den Ausführungsformen der 5A) werden aus der modellierten Waferkarte ermittelt. 5D zeigt einige Ausführungsformen einer zusammengesetzten Waferkarte 500D, wobei die gemessene Waferkarte 500B und die modellierte Waferkarte 5000 in einem einzigen Koordinatenraster kombiniert wurden. Bevor jedoch die zusammengesetzte Waferkarte 500D durch das Step-und-Repeat-Werkzeug für die Strukturierung der Photomaskenfelder 100C verwendet werden, werden die gemessene Waferkarte 500B und die modellierte Waferkarte 500C verbessert, um Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten 502 und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten 508 zu minimieren.
6 zeigt eine Explosionsansicht 600 eines Abschnitts der Ausführungsformen der zusammengesetzten Waferkarte 500D, um einige Ausführungsformen des Anpassens eines modellierten Koordinatensystems, das durch die modellierte Waferkarte 500C definiert ist, an ein gemessenes Koordinatensystem, das durch die gemessene Waferkarte 500B definiert ist, darzustellen. Um Differenzen zwischen gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten 502 und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten 508 zu minimieren, werden die beiden Koordinatensysteme Punkt für Punkt „zusammengenäht”. Zum Beispiel wird ein erster Ort 602, der durch das gemessene Koordinatensystem f₁(x_i, y_j) definiert ist, gemäß den Orten der vier nächsten Nachbarn angepasst, die durch das modellierte Koordinatensystem f₂(x_i-1, y_j), f₂(x_i, y_j-1), f₂(x_i+1, y_j) und f₂(x_i, y_j+1) definiert sind, und vice versa. In einigen Ausführungsformen wird der erste Ort 602 angepasst, um lokal Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten 502 und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten 508 zu minimieren, wobei der erste Ort 602, der durch das gemessene Koordinatensystem f₁(x_i, y_j) definiert ist, als eine durchschnittliche Position von vier zweiten Rasterpunkten von nächsten Nachbarn, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind, neu definiert: f₁(x_i, y_j) = AVG[f₂(x_i+1, y_j) + f₂(x_i-1, y_j) + f₂(x_i, y_j+1) + f₂(x_i, y_j-1)] (2)
Analog kann ein zweiter Ort, der durch das modellierte Koordinatensystem f₂(x_i, y_j), aber nicht durch das gemessene Wafer-Koordinatensystem definiert ist, als eine Durchschnittsposition von ersten Rasterpunkten von vier nächsten Nachbarn, die durch das gemessene Wafer-Koordinatensystem definiert sind, neu definiert werden. f₂(x_k, y_l) = AVG[f₁(x_k+1, y_l) + f₁(x_k-1, y_l) + f₁(x_k, y_l+1) + f₁(x_k, y_l-1)] (3)
Während diese Definitionen global kollidieren, können sie lokal ausgeführt werden, indem sie den Ort eines einzelnen Rasterpunktes gestützt auf die Orte der nächsten Nachbarn neu definiert. Man beachte, dass während diese Definition in den Ausführungsformen der 5A–5D und der 6 für eine Schachbrett-Prüfung zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten 502 und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten 508 verwendet wird, sie im Allgemeinen angewendet werden kann, indem ein Ort, der durch ein erstes Koordinatensystem über mehrere Rasterpunkte von nächsten Nachbarn definiert ist, an einen Ort, der durch ein zweites Koordinatensystem definiert ist, angepasst werden kann.
In einigen Ausführungsformen wird ein erstes Koordinatensystem angepasst, um global Differenzen zwischen dem ersten Koordinatensystem und einem zweiten Koordinatensystem zu minimieren, wobei erste Orte von Rasterpunkten der modellierten Waferkarte als ein Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten definiert werden, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind, und wobei die zweiten Orte der Rasterpunkte der gemessenen Waferkarte als Durchschnitt der ersten Orte von angrenzenden Rasterpunkten definiert werden, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind. Diese Definitionen werden dann rekursiv gelöst, indem die definierten ersten Orte und die definierten zweiten Orte in Abhängigkeit von einander iteriert werden, bis stabile erste Ortswerte und zweite Ortswerte erreicht werden. f(x_i, y_j) = f₁(x_i, y_j) + f₂(x_i, y_j), wobei (4) f₁(x_i, y_j) = AVG[f₂(x_i+1, y_j) + f₂(x_i-1, y_j) + f₂(x_i, y_j+1) + f₂(x_i, y_j-1)] (5) f₂(x_i, y_j) = AVG[f₁(x_i+1, y_j) + f₁(x_i-1, y_j) + f₁(x_i, y_j+1) + f₁(x_i, y_j-1)] (6)
In einigen Ausführungsformen umfasst das rekursive Iterieren der definierten ersten Orte und der definierten zweiten Orte das numerische Lösen des verbundenen Paars von linearen Gleichungen (5) und (6) für Fixpunkt-Lösungen mit einem Rechenwerkzeug, wobei eine Menge von Randbedingungen für das verbundene Paar von linearen Gleichungen (5) und (6) eine erste Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der modellierten Waferkarte, die nicht durch die gemessene Waferkarte definiert sind, und eine zweite Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der gemessenen Waferkarte, umfasst.
7 zeigt einigen Ausführungsformen eines Metrologiesystems 700, das konfiguriert ist, um Abweichungen zwischen modellierten Koordinatenpositionen und gemessenen Koordinatenpositionen zu minimieren. Das Metrologiesystem 700 umfasst eine Lichtquelle 702, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung (z. B. Licht) einem Wafer 704 bereitzustellen, der eine Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst. Die elektromagnetische Strahlung wird durch eine Strukturierungsvorrichtung (z. B. eine Quarz-Photomaske) gefiltert, wobei die Strukturierungsvorrichtung eine Struktur umfasst, die durch opake und transparente Bereiche der Strukturierungsvorrichtung definiert ist, und wobei Licht durch die transparenten Bereiche durchgeht, um eine Struktur aus entwickeltem Photoresist auf einer Oberfläche des Wafers 704 auszubilden. Das Metrologiesystem 700 umfasst weiter eine Ausrichtungsbühne 708, die konfiguriert ist, um den Wafer 704 zu halten, und weiter, um Orte der Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen zu messen, um eine gemessene Waferkarte zu definieren. Die Lichtquelle 702 und die Ausrichtungsbühne 708 werden durch eine Steuerung gesteuert, die die Lichtquelle 702 über dem Wafer 704 zum Zweck der Messung der Ausrichtungsstruktur durch die Ausrichtungsbühne 708 positioniert. Die Steuerung 710 ist auch mit einer Recheneinheit 712 verbunden, die konfiguriert ist, um Differenzen zwischen den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten und gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der 5A–5D und 6 zu minimieren.
Die Recheneinheit 712 ist mit der Kalibriereinheit 308A oder 306B der Ausführungsformen von 3A bzw. 3B verbunden. In einigen Ausführungsformen empfängt die Recheneinheit 712 Z(x, y) und die layoutbasierte Waferkarte von der Kalibriereinheit 308A oder 306B, um die modellierten Ausrichtungsstruktur-Orte zu ermitteln und Differenzen zwischen den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten und den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten zu minimieren. In einigen Ausführungsformen wird die modellierte Waferkarte durch die Kalibriereinheit 308A oder 306B bestimmt und zu der Recheneinheit 712 gesendet.
8–9 zeigen einige Ausführungsformen von Verfahren 800 und 900 zur Waferausrichtung. Während die Verfahren 800 und 900 als eine Abfolge von Handlungen oder Ereignissen dargestellt und beschrieben sind, wird man anerkennen, dass die dargestellte Reihenfolge solcher Handlungen oder Ereignisse nicht in einer einschränkenden Weise interpretiert werden sollen. Einige Handlungen können beispielsweise in anderen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Handlungen oder Ereignissen, abgesehen von denen, die hier dargestellt und/oder beschrieben sind, auftreten. Zusätzlich müssen nicht alle dargestellten Handlungen erforderlich sein, um einen oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung zu implementieren. Weiter können ein oder mehrere Handlungen, die hier dargestellt sind, in einem oder mehreren getrennten Handlungen und/oder Phasen ausgeführt werden.
8 zeigt einige Ausführungsformen eines Verfahrens 800 zur Waferausrichtung.
Bei 802 wird eine layoutbasierte Waferkarte definiert, indem entworfene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen mit einem Layoutwerkzeug, wie etwa einem CADENCE VIRTUOSO oder MENTOR GRAPHICS Designfenster, ermittelt werden, wobei ein oder mehrere ICs in einem Photomaskenfeld auf Waferebene angeordnet werden, das eine oder mehrere Ausrichtungsstrukturen in jedem der Photomaskenfelder umfasst. In einigen Ausführungsformen umfasst die layoutbasierte Waferkarte eine perfekte 2D-Periodizität, wobei die Position von einer oder mehreren Ausrichtungsstrukturen zwischen zwei entsprechenden Photomaskenfeldern einen identischen Versatzwert für jede zwei Paare von Photomaskenfeldern aufweist.
Bei 804 wird eine Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einem Oberflächen-Messinstrument in Abhängigkeit der Waferposition gemessen. In einigen Ausführungsformen misst das Oberflächen-Messinstrument die Oberflächen-Topologie unter Verwendung von Abweichungen des Luftdrucks, wobei ein Gas lokal auf die Waferoberfläche abgegeben wird, eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position überwacht wird, und eine Höhe Z der Waferoberfläche dann in Abhängigkeit vom Druck ermittelt wird und in eine Abhängigkeit von der Position Z(x, y) umgewandelt wird. In einigen Ausführungsformen misst das Oberflächen-Messinstrument die Oberflächen-Topologie unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung, wobei ein fokussiertes einfallendes Strahlenbündel zu der Waferoberfläche hin gesendet wird und durch die Waferoberfläche reflektiert wird. Die Höhe Z der Waferoberfläche wird in Abhängigkeit der Position, Z(x, y), aus einem einfallenden Winkel oder einem reflektierten Winkel relativ zu einem Normalenvektor der Waferoberfläche ermittelt.
Bei 806 wird eine modellierte Waferkarte, die modellierte Ausrichtungsstruktur-Orte umfasst, definiert, indem die layoutbasierte Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie mit einem Verarbeitungswerkzeug projiziert wird.
Bei 808 wird eine gemessene Waferkarte, die gemessene Ausrichtungsstruktur-Orte umfasst, definiert, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten auf dem Wafer mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden.
Bei 810 werden die gemessene Waferkarte und die modellierte Waferkarte angepasst, um Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten zu minimieren. In einigen Ausführungsformen geschieht die Anpassung lokal, wobei ein einzelner Rasterpunkt einer ersten Karte (d. h. der gemessenen Waferkarte bzw. der modellierten Waferkarte) als Durchschnitt von angrenzenden Rasterpunkten einer zweiten Karte (d. h. der modellierten Waferkarte bzw. der gemessenen Waferkarte) ermittelt wird. In einigen Ausführungsformen geschieht die Anpassung global, wobei erste Orte, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind, als Durchschnitte von angrenzenden zweiten Orten definiert werden, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind, und vice versa, um ein verbundenes Paar von rekursiven linearen Gleichungen zu definieren, die gelöst werden, indem unter einer Menge von konvergenten Randbedingungen iteriert wird, bis stabile erste Ortswerte und stabile zweite Ortswerte erreicht werden. Die stabilen Lösungen in der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte werden dann kombiniert, um eine zusammengesetzte Waferkarte auszubilden.
Bei 812 wird die zusammengesetzte Waferkarte durch ein Step-und-Repeat-Werkzeug genutzt, um eine Belichtungsbühne mit dem Wafer auszurichten.
9 zeigt einige Ausführungsformen eines Verfahrens 900 zur Waferausrichtung.
Bei 902 wird eine Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug gemessen, um eine gemessene Oberflächen-Topographie-Höhe in Abhängigkeit der Position, Z(x, y), zu definieren. In einigen Ausführungsformen wird die Oberflächen-Topographie inline während eines automatischen Herstellungsflusses in einer Halbleiter-Fab gemessen. In einigen Ausführungsformen wird die Oberflächen-Topographie offline vor dem automatischen Herstellungsfluss gemessen, und die Oberflächen-Topographie Z(x, y) wird gespeichert und mit der Wafer-Identifikationsnummer zur späteren Verwendung inline abgeglichen.
Bei 904 wird eine modellierte Waferkarte f₁(x_i, y_j) definiert, indem eine layoutbasierte Waferkarte f₀(x_i, y_j) auf die gemessene Oberflächen-Topographie Z(x, y) projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte f₀(x_i, y_j) entworfene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die in einem Layoutwerkzeug definiert werden.
Bei 906 wird eine gemessene Waferkarte f₂(x_i, y_j) definiert, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung inline mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist.
Bei 908 werden die modellierte Waferkarte f₁(x_i, y_j) und die gemessene Waferkarte f₂(x_i, y_j) kombiniert, um eine vollständige Waferkarte zu definieren. In einigen Ausführungsformen werden die modellierte Waferkarte f₁(x_i, y_j) und die gemessene Waferkarte f₂(x_i, y_j) als verbundenes Paar von linearen Gleichungen definiert und für stabile Fixpunkt-Lösungen gelöst, die die vollständige Waferkarte umfassen, indem definierte erste Orte der modellierten Waferkarte f₁(x_i, y_j) und definierte zweite Orte der gemessenen Waferkarte f₂(x_i, y_j) in einem Verarbeitungswerkzeug rekursiv iteriert werden. In einigen Ausführungsformen werden die stabilen Fixpunkt-Lösungen mit einer Menge von Randbedingungen erreicht, die eine erste Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der modellierten Waferkarte (d. h. die modellierten Ausrichtungsstruktur-Orte), die nicht durch die gemessene Waferkarte definiert sind (d. h. die gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orte), und eine zweite Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der gemessenen Waferkarte (d. h. die gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orte) umfassen.
Daher wird man anerkennen, dass die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und System betrifft, um eine verbesserte Überlagerungs-Steuerung zu erreichen, während der Durchsatz für ein Herstellungsverfahren beibehalten wird. Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen auf einem Wafer, die eine Mehrzahl von Photomaskenfeldern umfassen, werden mit einem Layoutwerkzeug ermittelt, um eine layoutbasierte Waferkarte zu definieren. Die Topographie des Wafers wird dann durch ein Oberflächen-Messinstrument in Abhängigkeit von der Waferposition gemessen. Die layoutbasierte Waferkarte wird dann auf die gemessene Wafertopographie projiziert, um eine modellierte Waferkarte zu definieren. Eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten werden mit einem Ausrichtungswerkzeug in einem Inline-Herstellungsfluss gemessen, um nachfolgende Herstellungsschritte nicht zu verzögern. Differenzen zwischen den gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten und den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten werden dann mathematisch minimiert, um die Überlagerungs-Steuerung zu verbessern, während der Herstellungsdurchsatz beibehalten wird.
Andere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zur Waferausrichtung, das das Messen einer Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug umfasst und das Definieren einer modellierten Waferkarte, indem eine layoutbasierte Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte konzipierte Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die in einem Layoutwerkzeug definiert sind. Eine gemessene Waferkarte wird definiert, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist, und die gemessene Waferkarte und die modellierte Waferkarte werden kombiniert (d. h. mit einander überlagert), um eine vollständige Waferkarte zu definieren.
Andere Ausführungsformen betreffen ein Metrologiesystem, das eine Lichtquelle umfasst, die konfiguriert ist, um elektromagnetische Strahlung auf einen Wafer zu richten, der eine Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, wobei die elektromagnetische Strahlung durch eine Strukturierungsvorrichtung gefiltert wird. Das Metrologiesystem umfasst weiter eine Ausrichtungsbühne, die konfiguriert ist, um den Wafer zu halten, und die weiter konfiguriert ist, um Orte der Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen zu messen, um eine gemessene Waferkarte zu definieren, und eine Recheneinheit, die konfiguriert ist, um Differenzen zwischen den modellierten Ausrichtungsstruktur-Orten und gemessenen Ausrichtungsstruktur-Orten zu minimieren.
Obwohl die Offenbarung mit Bezug auf einen bestimmten Aspekt oder verschiedene Aspekte gezeigt und beschrieben wurde, werden äquivalente Änderungen und Modifikationen einem Fachmann beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen auffallen. Mit besonderer Beziehung auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (Anordnungen, Vorrichtungen, Schaltungen etc.) ausgeführt werden, sollen die Begriffe (einschließlich eines Bezugs auf „Mittel”), die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, außer es ist anderweitig angezeigt, sich auf jede Komponente beziehen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente ausführt (d. h. die funktional äquivalent ist), selbst wenn sie nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion in den hier dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Offenbarung ausführt. Zusätzlich kann, während ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung mit Bezug auf nur einen von mehreren Aspekten der Offenbarung offenbart sein kann, ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Aspekte kombiniert werden, wie es erwünscht sein kann und vorteilhaft für jede gegebene besondere Anwendung sein kann. Des Weiteren sollen, im Ausmaß, in dem die Begriffe „einschließlich”, „einschließt”, „weist auf”, „hat”, „mit” oder Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder in den Ansprüchen verwendet werden, solche Begriffe inklusiv sein in einer Weise, die dem Begriff „umfassen” ähnelt.

Claims

Verfahren zur Waferausrichtung, das Folgendes umfasst: Messen einer Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug; Definieren einer modellierten Waferkarte, indem eine layoutbasierte Waferkarte auf eine gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte vorgegebene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die durch ein Layoutwerkzeug definiert werden; Definieren einer gemessenen Waferkarte, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist; und Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte, um eine vollständige Waferkarte zu definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Projizieren der layoutbasierten Waferkarte auf die gemessene Oberflächen-Topographie Folgendes umfasst: Approximieren der gemessenen Oberflächen-Topographie, so dass sie eine vernachlässigbare Krümmung in einem lokalen Bereich einer ersten Ausrichtungsstruktur aufweist, der aus der layoutbasierten Waferkarte ermittelt wird; und Ausführen einer linearen Projektion des lokalen Bereichs auf eine flache zweidimensionale Oberfläche parallel zu einer Ebene des Wafers; wobei der lokale Bereich definiert ist als näherungsweiser Raum zwischen einer ersten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die layoutbasierte Waferkarte bestimmt ist, und einer zweiten Ausrichtungsstruktur-Position, die durch die lineare Projektion bestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten ein Schachbrettmuster umfasst und wobei mindestens ein Ausrichtungsstruktur-Ort in jeder zweiten Photomaske des Wafers gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte Folgendes umfasst: neu Definieren eines ersten Ortes eines ersten Rasterpunktes, der durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als eine durchschnittliche Position von zweiten Rasterpunkten von vier nächsten Nachbarn, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und neu Definieren eines zweiten Ortes des zweiten Rasterpunktes, der durch die modellierte Waferkarte aber nicht durch die gemessene Waferkarte definiert ist, als eine durchschnittliche Position von ersten Rasterpunkten von vier nächsten Nachbarn, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte Folgendes umfasst: Definieren von ersten Orten von Rasterpunkten der modellierten Waferkarte als Durchschnitt von zweiten Orten von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die gemessene Waferkarte definiert sind; Definieren der zweiten Orte der Rasterpunkte der gemessenen Waferkarte als ein Durchschnitt der ersten Orte von angrenzenden Rasterpunkten, die durch die modellierte Waferkarte definiert sind; und rekursives Iterieren von definierten ersten Orten und definierten zweiten Orten in Abhängigkeit von einander, bis stabile erste Ortswerte und zweite Ortswerte erreicht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das rekursive Iterieren der definierten ersten Orte und der definierten zweiten Orte das numerische Lösen eines verbundenen Paars von linearen Gleichungen für Fixpunkt-Lösungen mit einem Verarbeitungswerkzeug umfasst und wobei eine Menge von Randbedingungen für das verbundene Paar von linearen Gleichungen eine erste Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der modellierten Waferkarte, die nicht durch die gemessene Waferkarte definiert sind, und eine zweite Menge von Rasterpunkt-Anfangswerten der gemessenen Waferkarte umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Oberflächen-Topographie unter Verwendung von Abweichungen des Luftdrucks gemessen wird, wobei: ein Gas lokal auf die Waferoberfläche abgegeben wird; eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position auf der Waferoberfläche überwacht wird; und die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit vom Druck ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberflächen-Topographie unter Verwendung von elektromagnetischer Strahlung gemessen wird, das Folgendes umfasst: Emittieren eines fokussierten einfallenden Strahlenbündels auf die Waferoberfläche, wobei das einfallende Strahlenbündel einen ersten Winkel mit einem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; Reflektieren des einfallenden Strahlenbündels von der Waferoberfläche, was zu einem reflektierten Strahlenbündel führt, wobei das reflektierte Strahlenbündel einen zweiten Winkel mit dem Normalenvektor der Waferoberfläche bildet; und Ermitteln der Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Position auf der Waferoberfläche aus dem ersten Winkel oder dem zweiten Winkel.
Metrologiesystem, das Folgendes umfasst: Ein Messinstrument zum Messen einer Oberflächen-Topographie eines Wafers mit einer ersten Auflösung mit einem optischen Werkzeug oder einem physikalischen Werkzeug; Ein Kalibriereinheit zum Definieren einer modellierten Waferkarte, indem eine layoutbasierte Waferkarte auf eine gemessene Oberflächen-Topographie projiziert wird, wobei die layoutbasierte Waferkarte vorgegebene Orte einer Mehrzahl von Ausrichtungsstrukturen umfasst, die durch ein Layoutwerkzeug definiert werden; Ein Ausrichtinstrument zum Definieren einer gemessenen Waferkarte, indem eine Untermenge von Ausrichtungsstruktur-Orten mit einer zweiten Auflösung mit einem Ausrichtungswerkzeug gemessen werden, wobei die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist; und Eine Recheneinheit zum Kombinieren der gemessenen Waferkarte und der modellierten Waferkarte, um eine vollständige Waferkarte zu definieren.
Metrologiesystem nach Anspruch 9, wobei das Messinstrument ein optisches Instrument oder ein physikalisches Instrument ist.
Metrologiesystem nach Anspruch 9, wobei das Messinstrument ein physikalisches Messinstrument ist, das konfiguriert ist, um eine Oberflächen-Topographie des Wafers zu messen, das Folgendes umfasst: einen Luftdruckmesser, der konfiguriert ist, um ein Gas lokal auf eine Waferoberfläche abzugeben, wobei der Luftdruckmesser weiter einen Sensor umfasst, der konfiguriert ist, um eine Abweichung des Drucks des Gases in Abhängigkeit von der Position auf der Waferoberfläche festzustellen; eine Positioniervorrichtung, die konfiguriert ist, um den Luftdruckmesser und den Sensor über die Waferoberfläche zu bewegen; und eine Kalibriereinheit, die mit der Positioniervorrichtung verbunden ist und konfiguriert ist, um die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von den Abweichungen des Drucks zu ermitteln, wobei die Kalibriereinheit mit der Recheneinheit verbunden ist.
Metrologiesystem nach Anspruch 9, wobei das Messinstrument ein optisches Messinstrument ist, das konfiguriert ist, um eine Oberflächen-Topographie des Wafers zu messen, das Folgendes umfasst: einen Emitter, der konfiguriert ist, um ein fokussiertes einfallendes Strahlenbündel auf eine Waferoberfläche unter einem ersten Winkel mit einem Normalenvektor der Waferoberfläche abzustrahlen; einen Kollektor, der konfiguriert ist, um ein reflektiertes Strahlenbündel von der Waferoberfläche unter einem zweiten Winkel mit dem Normalenvektor der Waferoberfläche zu empfangen, wobei das reflektierte Strahlenbündel ein reflektiertes einfallendes Strahlenbündel umfasst; und die Kalibriereinheit, die konfiguriert ist, um die Höhe der Waferoberfläche in Abhängigkeit von der Position auf der Waferoberfläche aus dem ersten Winkel oder dem zweiten Winkel zu ermitteln, wobei die Kalibriereinheit mit der Recheneinheit verbunden ist.