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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers.
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Stand der Technik
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Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD’s, angewendet. Der Mikrolithographieprozess wird in einer sogenannten Projektionsbelichtungsanlage durchgeführt, welche eine Beleuchtungseinrichtung und ein Projektionsobjektiv aufweist. Das Bild einer mittels der Beleuchtungseinrichtung beleuchteten Maske (= Retikel) wird hierbei mittels des Projektionsobjektivs auf ein mit einer lichtempfindlichen Schicht (Photoresist) beschichtetes und in der Bildebene des Projektionsobjektivs angeordnetes Substrat (z.B. ein Siliziumwafer) projiziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
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Hierbei besteht in der Praxis der Bedarf, für den strukturierten Wafer charakteristische Parameter zu kontrollieren, z.B. den CD-Wert oder die Schichtdicke. Insbesondere bei sogenannten „Multi-Patterning“-Verfahren zur Unterschreitung der Auflösungsgrenze des optischen Systems mit in mehreren Lithographieschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen muss eine große Anzahl von Prozessparametern kontrolliert werden. Hierzu gehört insbesondere die Kontrolle der relativen Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen, wobei möglichst hohe Genauigkeiten (z.B. in der Größenordnung von 1nm) angestrebt werden. Die hierbei bestimmte Überdeckungsgenauigkeit ist oft von besonderer Bedeutung und wird auch als „Overlay“ bezeichnet.
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Bei der Bestimmung solcher Parameter ist es u.a. bekannt, Hilfs- bzw. Markerstrukturen insbesondere in Randbereichen der jeweils hergestellten Waferelemente zu erzeugen, um anhand dieser Hilfsstrukturen eine beugungsbasierte Bestimmung der jeweils relevanten Parameter in einem scatterometrischen Aufbau durchzuführen.
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Ein hierbei in der Praxis auftretendes Problem ist, dass bei der Bestimmung mancher der für den strukturierten Wafer charakteristischen Parameter, wozu neben dem o.g. Overlay z.B. auch ggf. während des Ätzprozesses erzeugte Flankenwinkel asymmetrischer Strukturen auf dem Wafer gehören, eine beugungsbasierte Messung etwa allein in der nullten Beugungsordnung aus Symmetriegründen ohne weiteres nicht ausreicht, da die Verschiebung einer Struktur auf dem Wafer in einer Richtung (z.B. „nach links“) nicht von einer Verschiebung in der entgegengesetzten Richtung („nach rechts“) unterschieden werden kann.
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Um die Hilfs- bzw. Markerstrukturen einer Messung auch bei höheren Beugungsordnungen als lediglich der nullten Beugungsordnung zugänglich zu machen, werden diese Hilfs- bzw. Markerstrukturen typischerweise wesentlich gröber bzw. mit größerem Linienabstand ausgestaltet als die Nutzstrukturen.
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Neben dem zusätzlichen Aufwand für die Bereitstellung der Hilfsstrukturen tritt dabei jedoch in der Praxis das weitere Problem auf, dass die anhand der vergleichsweise groben Hilfsstrukturen ermittelten Parameterwerte nicht notwendigerweise das tatsächliche Verhalten der auf dem Wafer befindlichen, eigentlich interessanten Nutzstrukturen repräsentieren, was z.B. auf eine unzureichende Korrelation zwischen Nutz- und Hilfsstruktur und/oder einen großen Abstand zwischen diesen zurückzuführen sein kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers bereitzustellen, welche auch die Ermittlung von einer oder mehreren für asymmetrische Strukturen auf dem strukturierten Wafer charakteristischen Kenngrößen bei möglichst geringer Beeinträchtigung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage und unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 9 gelöst.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers wird wenigstens ein für den strukturierten Wafer charakteristischer Parameter auf Basis von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt, wobei diese Ermittlung basierend auf bei den Intensitätsmessungen für jeweils unterschiedliche Kombinationen aus Wellenlänge, Polarisation und Beleuchtungssetting gemessenen Intensitätswerten sowie entsprechend berechneten Intensitätswerten erfolgt. Dabei wird wenigstens eine dieser Intensitätsmessungen unter Einstellung eines asymmetrischen Beleuchtungssettings durchgeführt.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, durch die Wahl geeigneter Beleuchtungssettings bei der beugungsbasierten Bestimmung von für den strukturierten Wafer charakteristischen Parametern die Vermessung auch asymmetrischer Strukturen auf dem Wafer zu ermöglichen, ohne dass hierzu die eingangs beschriebene Durchführung von Intensitätsmessungen auch in höheren Beugungsordnungen als der nullten Beugungsordnung an vergleichsweise groben bzw. einen größeren Linienabstand aufweisenden Hilfs- bzw. Markerstrukturen erforderlich ist.
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Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass die Vermessung asymmetrischer Strukturen bzw. die Bestimmung von solche asymmetrische Strukturen charakterisierenden Parametern (wie z.B. Flankenwinkeln) – alternativ zu einer Lichteinkopplung unter höheren Beugungsordnungen – auch durch geeignete Wahl des Beleuchtungssettings realisiert werden kann, da auch über die Erzeugung eines geeigneten asymmetrischen Beleuchtungssettings die Bereitstellung eines schrägen Lichteintritts am Wafer, welcher die Unterscheidung etwa von in entgegengesetzten Richtungen erfolgenden Strukturverschiebungen ermöglicht, realisierbar ist.
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Dabei beinhaltet die Erfindung insbesondere auch das Prinzip, eine Sensitivität des Messverfahrens für z.B. Flankenwinkeldifferenzen oder Overlay-Werte durch Realisierung entsprechend hoher Einfallswinkel der elektromagnetischen Strahlung infolge des gewählten Beleuchtungssettings zu realisieren.
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Der Umstand, dass bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren keine Intensitätsmessungen für höhere Beugungsordnungen als die nullte Beugungsordnung durchgeführt werden müssen, hat insbesondere den Vorteil, dass auf die Fertigung von zusätzlichen, vergleichsweise groben Hilfs- bzw. Markerstrukturen generell verzichtet werden kann, da bereits die eigentlichen Nutzstrukturen selbst analysiert bzw. zur Bestimmung der gewünschten charakteristischen Parameter genutzt werden können.
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Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Verzicht auf Hilfs- bzw. Markerstrukturen beschränkt, so dass die beugungsbasierte Bestimmung der relevanten Parameter in dem erfindungsgemäßen scatterometrischen Aufbau weiterhin auch unter Verwendung von Hilfs- bzw. Markerstrukturen erfolgen kann. Aufgrund des möglichen Verzichts auf die Durchführung von Intensitätsmessungen bei höheren Beugungsordnungen können jedoch solche Hilfs- bzw. Markerstrukturen dann entsprechend geringe Linienabstände – die insbesondere mit denen der eigentlichen Nutzstrukturen vergleichbar sein können – aufweisen, so dass das eingangs beschriebene Problem einer gegebenenfalls unzureichenden Korrelation zwischen Nutz- und Hilfsstrukturen vermieden oder zumindest verringert werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform werden zumindest einige der Intensitätsmessungen bei unterschiedlichen Beleuchtungssettings durchgeführt. Mit anderen Worten wird das eingestellte Beleuchtungssetting als zusätzliche Dimension zusätzlich zur Variation der Wellenlänge sowie der Polarisation genutzt, womit die erfindungsgemäße Variation des Beleuchtungssettings gewissermaßen an die Stelle einer in herkömmlichen Verfahren durchgeführten Variation der Beugungsordnung bei der Durchführung der Intensitätsmessungen tritt.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die unterschiedlichen Beleuchtungssettings unter Verwendung eines räumlichen Lichtmodulators (SLM = „Spatial Light Modulator“), eines auswechselbaren diffraktiven optischen Elements (DOE) oder auch einer Spiegelanordnung bzw. Facettenanordnung mit unabhängig voneinander einstellbaren Spiegel- bzw. Facettenelementen eingestellt. In weiteren Ausführungsformen können auch beliebige andere geeignete Elemente oder Anordnungen zur variablen Einstellung eines Beleuchtungssettings verwendet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform werden zumindest einige der Intensitätsmessungen unter Einstellung einer elliptischen oder zirkularen Polarisation durchgeführt. Hierdurch kann je nach dem jeweils zu bestimmenden charakteristischen Parameter bzw. der zu charakterisierenden, gegebenenfalls asymmetrischen Struktur eine zusätzliche Symmetriebrechung erzielt werden. Dabei kann die Einstellung der elliptischen bzw. zirkularen Polarisation insbesondere unter Verwendung einer Lambda/4-Platte realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform werden sämtliche Intensitätsmessungen für die nullte Beugungsordnung der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Parameter die Überdeckungsgenauigkeit (Overlay) von zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten erzeugten Strukturen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Parameter ein Flankenwinkel einer auf dem Wafer erzeugten asymmetrischen Struktur.
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Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen für wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer simultan durchgeführt.
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Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Zu Vorteilen sowie vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die vorstehenden Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1a–b schematische Darstellungen zur Veranschaulichung eines im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmbaren Overlay-Wertes (1a) bzw. Flankenwinkels (1b);
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2a–b schematische Darstellungen möglicher Ausführungsformen einer Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3a–b schematische Darstellungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Berechnung von Overlay-Werten sowie ggf. weiterer Kenngrößen aus den mit der Messanordnung von 2a–b erhaltenen Intensitätswerten;
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4 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer im Rahmen der Erfindung erfolgenden Vermessung eines größeren Feldes auf einem Wafer; und
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5–7 schematische Darstellungen zur Erläuterung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In 1a–b sind zunächst lediglich schematische, stark vereinfachte Darstellungen zur Veranschaulichung beispielhafter, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmbarer Parametern gezeigt. 1a zeigt lediglich schematisch zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten auf einem Wafer 150 erzeugte Strukturen, welche in lateraler Richtung (x-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) einen erfindungsgemäß bestimmbaren Versatz d aufweisen, angedeutet, wobei dieser Versatz als Overlay-Wert bestimmbar ist. 1b zeigt eine schematische Darstellung typischer infolge von Ätzprozessen auf einem Wafer 160 erzeugter asymmetrischer Strukturen 161–163, die u.a. durch ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmbare Flankenwinkel charakterisierbar sind.
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2a–b zeigen in schematischer Darstellung mögliche Ausführungsformen einer Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die Messanordnungen von 2a bzw. 2b sind jeweils als Scatterometer ausgestaltet und weisen eine Lichtquelle 201 auf, bei der es sich z.B. um eine breitbandige stimmbare Lichtquelle zur Erzeugung eines Wellenlängenspektrums (beispielsweise im Wellenlängenbereich von 300nm bis 800nm) handeln kann. In 2a–b ist der Beleuchtungsstrahlengang jeweils mit „200“ und der Abbildungsstrahlengang mit „210“ bezeichnet.
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Das Licht der Lichtquelle 201 gelangt über eine Einkopplung sowie eine Linse 202 auf ein in einer Feldebene FP1 befindliches Element 203 zur variablen Einstellung eines Beleuchtungssettings, welches im Ausführungsbeispiel als räumlicher Lichtmodulator (SLM) ausgestaltet ist. Von dort gelangt das Licht über eine wiederum durch eine Linse 204 repräsentierte Optik in eine Pupillenebene PP, wo eine durch das Element 203 eingestellte Intensitätsverteilung erzeugt wird.
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Mit „205“ ist ein Polarisator zur Einstellung erwünschter Polarisationszustände (z.B. von linear polarisiertem Licht einer vorgegebenen Polarisationsrichtung) bezeichnet, wobei unterschiedliche Polarisationszustände bzw. Polarisationsrichtungen je nach konkreter Ausgestaltung des Polarisators 205 durch variable Einstellung oder auch Austausch desselben einstellbar sind. Von dem Polarisator 205 aus trifft das Licht gemäß 2a über eine Linse 206 bzw. eine hierdurch repräsentierte optische Gruppe, einen Umlenkspiegel 207 sowie einen Strahlteiler 208 auf einen in der Feldebene FP2 befindlichen und in einer Waferebene auf einer Waferstage angeordneten Wafer 209 bzw. die auf diesem Wafer 209 bereits lithographisch erzeugten Strukturen.
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Nach Beugung an diesen Strukturen gelangt das Licht gemäß 2a–b wiederum über den Strahlteiler 208 im Abbildungsstrahlengang über eine optische Gruppe 211, einen in einer Pupillenebene PP oder deren Nähe befindlichen Analysator 212 sowie eine weitere Baugruppe 213 auf einen in einer Feldebene FP3 befindlichen Detektor (Kamera) 215. Analysator 212 und Polarisator 205 können jeweils rotierbar ausgestaltet sein.
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In der Ausführungsform von 2b ist zusätzlich eine Streuscheibe 220 eingesetzt, um zu erreichen, dass eine z.B. auf einem das Element 203 zur variablen Einstellung eines Beleuchtungssettings bildenden SLM vorhandene Feinstruktur möglichst unscharf abgebildet wird. Des Weiteren wird eine zusätzliche (Monitor-)Kamera 223 zur Überprüfung der Beleuchtungshomogenität insbesondere in der Waferebene verwendet.
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Ferner ist gemäß 2b in Lichtausbreitungsrichtung nach dem Polarisator 205 eine zusätzliche Lambda/4-Platte 221 zur Einstellung zirkularer Polarisation vorgesehen.
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Unter Einsatz der stimmbaren Lichtquelle 201 bzw. des Polarisators 205 kann die Intensitätsmessung mit dem Detektor 215 für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Polarisationszustände erfolgen. Zugleich kann über das Element 203 eine Variation des Beleuchtungssettings erreicht werden.
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Auf Basis der mit dem Detektor 215 jeweils gemessenen Intensitätswerte lässt sich durch Vergleich (insbesondere Differenzbildung) grundsätzlich modellbasiert gemäß den in 3a (für das Beispiel der Overlay-Bestimmung) bzw. 3b (für die Overlay-Bestimmung sowie zusätzliche Bestimmung weiterer Parameter bzw. Kenngrößen) dargestellten Verfahren in für sich bekannter Weise eine Bestimmung bzw. Kontrolle der relativen Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer 209 erzeugten Strukturen vornehmen. Dabei kann diese Analyse erfindungsgemäß insbesondere bereits an den auf dem Wafer erzeugten Nutzstrukturen selbst (d.h. ohne Erfordernis vergleichsweise groberer Hilfs- bzw. Markerstrukturen) durchgeführt werden.
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Für die vorstehend genannte Overlay-Bestimmung werden die für unterschiedliche Kombinationen aus Polarisation, Wellenlänge und Beleuchtungssetting erhaltenen Messwerte (z.B. 2·2·10 = 40 Messwerte bei Messung für zwei unterschiedliche Polarisationszustände, zwei Beleuchtungssettings und zehn unterschiedliche Wellenlängen) gemäß 3a bzw. 3b jeweils an ein durch Lösung der Maxwell-Gleichungen erzeugtes Modell angefittet, wobei z.B. die Methode der kleinsten quadratischen Abweichung angewendet werden kann. Hierbei kann wie in 3b angedeutet gegebenenfalls auch eine Iteration durchgeführt werden.
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Dabei erfolgt ferner die vorstehend beschriebene Bestimmung des jeweils einem strukturierten Waferbereich zugeordneten Overlay-Wertes sowie gegebenenfalls weiterer Parameter bzw. Kenngrößen (z.B. Flankenwinkel asymmetrischer Strukturen gemäß 1b, CD-Wert etc.) zu jedem Messzeitpunkt bzw. in jedem Messschritt nicht nur für einen einzigen strukturierten Waferbereich, sondern simultan für eine Mehrzahl von Waferbereichen, d.h. zur Ermittlung einer Mehrzahl von Overlay-Werten bzw. weiteren Kenngrößen, wobei jeder dieser Overlay-Werte jeweils einem der Mehrzahl von simultan vermessenden Bereichen zugeordnet ist.
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Dies wird in der Messanordnung von 2a–b insbesondere dadurch ermöglicht, dass die Abbildung vom Wafer 209 auf den Detektor 215 so gestaltet wird, dass die Abbildung bzgl. die Spot-RMS auf Subpixelniveau des Sensors korrigiert wird, z.B. typischerweise auf weniger als 5um Spotgröße. Besonders günstig ist es, hier eine sogenannte 1:1-Abbildung zu verwenden. Somit korrespondiert jeder der vorstehend genannten strukturierten Waferbereiche mit einem auf den jeweiligen Detektor 215 abgebildeten (Kamera-)Bereich. Demzufolge werden erfindungsgemäß in jedem Messschritt bzw. zu jedem Messzeitpunkt nicht nur einzelne Spots (zur Bestimmung jeweils nur eines einzigen Overlay-Wertes) vermessen, sondern es wird ein Feld auf den betreffenden Detektor (Kamera) 215 abgebildet. Das erfindungsgemäß abgebildete Feld kann hierbei eine Größe von typischerweise mehreren mm2 aufweisen. Hierbei kann lediglich beispielhaft der simultan aufgenommene Gesamtbereich auf dem Wafer der Größe eines typischen Waferelements bzw. Chips („Die“) entsprechen und einen Wert von z.B. 26mm·33mm besitzen.
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Mit anderen Worten erfolgt anstelle einer sukzessiven Beleuchtung und beugungsbasierter Vermessung einzelner Strukturen die Beleuchtung eines ganzen Feldes 401 gemäß 4, wobei dieses Feld lediglich beispielhaft eine Größe von mehreren mm2, z.B. 30mm·40mm aufweisen kann. Hierbei entsprechen einzelne Waferbereiche jeweils einem Detektorbereich (umfassend einen oder mehrere Kamerapixel auf dem Detektor).
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In 5a–b sind zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels zwei unterschiedliche, auf einem Wafer erzeugte asymmetrische Strukturen „A“ (5a) und „B“ (5b) schematisch dargestellt. Im Falle einer herkömmlichen scatterometrischen Vermessung mit senkrechter Beleuchtung und einem symmetrischen Beleuchtungssetting könnten diese Strukturen „A“ und „B“ ohne zusätzliche Nutzung auch höherer Beugungsordnungen nicht voneinander unterschieden werden.
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6a bzw. 6b zeigen beispielhafte zu erwartende Ergebnisse einer z.B. mit dem erfindungsgemäßen Aufbau von 2a–b durchgeführten Reihe von Intensitätsmessungen. Dabei wird wenigstens ein asymmetrisches Beleuchtungssetting (z.B. ein lediglich einen entfernt von der Mitte der Pupille befindlichen Beleuchtungspol aufweisendes Beleuchtungssetting gemäß 7) eingestellt, und es werden jeweils für eine vorgegebene Wellenlänge die Einstellungen von Polarisator 205 und Analysator 212 variiert.
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Wie die in 6c dargestellte Differenz der beiden Intensitätsverläufe von 6a–b zeigt, sind die Messergebnisse von 6a und 6b voneinander verschieden, d.h. das erfindungsgemäße Verfahren liefert für die voneinander verschiedenen Strukturen „A“ und „B“ auch unterschiedliche Signale, so dass die Strukturen „A“ und „B“ voneinander unterschieden werden können.
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Wenn die Erfindung auch anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen, z.B. durch Kombination und/oder Austausch von Merkmalen einzelner Ausführungsformen. Dementsprechend versteht es sich für den Fachmann, dass derartige Variationen und alternative Ausführungsformen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0274325 A1 [0008]
- US 8339595 B2 [0008]
- US 8670118 B2 [0008]
- US 2012/0224176 A1 [0008]
