DE19632763A1

DE19632763A1 - Meßkopf für die Beobachtung der Photolackentwicklung

Info

Publication number: DE19632763A1
Application number: DE19632763A
Authority: DE
Inventors: Holger Moritz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1998-02-26
Anticipated expiration: 2016-08-15
Also published as: DE19632763C2

Description

Bei der Herstellung Integrierter Schaltkreise werden die Strukturen, die die Schaltkreisinformationen enthalten, mit einem Photolithographie genannten Verfahren erzeugt: die Siliziumscheiben werden mit einem ca. 1 µm dicken Photolack beschichtet, dieser mit dem Schaltkreismuster belichtet und dann naßchemisch entwickelt. Bei den heute überwiegend verwendeten positiv arbeitenden Lacken bleiben die unbelichteten Flächen unlöslich und die belichteten Bereiche werden löslich. Ihre Löslichkeit hängt empfindlich von der Belichtungsdosis und anderen Prozeßparametern ab. Das macht den Entwicklungsschritt zu einem kritischen Prozeß.

Zur Beobachtung und Steuerung des Entwicklungsprozesses wurden schon vor über 20 Jahren optische Verfahren vorgeschlagen (Ref. 1). Alle beobachten das direkt reflektierte Licht: nimmt die Schichtdicke ab, so geht das Reflexionsvermögen durch eine Reihe von Maxima und Minima, und wird konstant, wenn die Lackdicke null ist. Das funktioniert zufriedenstellend, wenn große, zusammenhängende belichtete Flächen auf der Siliziumscheibe belichtet wurden. Wenn jedoch Strukturmuster unter 1 bis 0,5 µm erzeugt werden, nimmt das direkt reflektierte Licht stark ab, da das sich entwickelnde Photolackmuster optisch eine komplizierte Mischung aus Phasen- und Stufengittern darstellt. Licht wird in höhere Beugungsordnungen reflektiert.

Gegenstand der Erfindung ist eine besonders einfache und robuste optische Anordnung, die um so besser funktioniert, je kleiner die lateralen Strukturabmessungen sind. Sie besteht aus einem Meßkopf nach Fig. 1:

Eine Linse 2 fokussiert das vorzugsweise monochromatische Licht eines kleinen Halbleiterlasers 1 in die innere Öffnung eines Ringdetektors 3, der sich in der Brennebene der Sammellinse 4 befindet. Das Licht trifft als kollimiertes Bündel auf die - die Siliziumscheibe 6 bedeckende - Photolackschicht 5, wird reflektiert und durchläuft, in sich selbst zurückgeworfen, nun in umgekehrter Richtung die Linse 4. Dadurch heben sich etwaige Abbildungsfehler auf und die Linse 4 fokussiert alles Licht in die Öffnung des Ringdetektors, solange Lackschicht 5 und Siliziumoberfläche strukturlos plan sind.

Sobald ein Muster in der Photolackschicht entsteht, wird ein Teil des Lichts gebeugt und beleuchtet nun den Ringdetektor 3.

Stand der Technik

Kleinknecht et al. (Referenz 2) beschreiben eine optische Anordnung zur Messung kleiner Strukturparameter, insbesondere von Linienbreiten. Die Anordnung besteht aus einer monochromatischen Lichtquelle und fest installierten Detektoren, die die Reflexion einer speziellen Monitorstruktur beobachten. Als Monitorstruktur verwenden sie ein optisches Beugungsgitter von bekannter Linienbreite (2 µm) und Periodizität (8 µm). Dadurch kennen sie die Beugungswinkel der einzelnen Beugungsordnungen. Die Intensitätsverhältnisse der Beugungsordnungen können dann mit der Linienbreite und dem Linienquerschnitt korreliert werden.

Nachteilig sind natürlich: 1. Eine Monitorstruktur wird benötigt, die kostbare Fläche auf der Siliziumscheibe verbraucht, 2. Linienbreite und Periodizität der Monitorstruktur sind vorgegeben und damit i.A. verschieden von den eigentlichen Produktstrukturen, die viel kleiner (<0,7 µm) als auf dem Monitor (2 µm) sind, und 3. wollte man die Monitorstrukturen den Strukturen auf den Produktchips anpassen, werden die Beugungswinkel schon der 1. Ordnung fast 90°, höhere Ordnungen fallen ganz weg.

Benz, Schneider und Lohner (Referenz 3) beschreiben ein Anordnung zur Untersuchung von Oberflächen, bei der sich ein zentraler Detektor und ein Kreis von vielen ringförmig angeordneten Einzeldetektoren in der hinteren Brennebene einer Linse befinden. Ein kleiner Spiegel rastert die zu prüfende Oberfläche mit monochromatischen Licht ab. Ist die Oberfläche fehlerfrei, trifft das Licht nur auf den zentralen Detektor. Kratzer streuen das Licht, so daß auch einige Detektoren aus dem Ring ein Signal anzeigen.

Die entscheidenden Unterschiede zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind 1.) Verwendung eines Strahlenteilers, der zweimal durchlaufen wird und also schon 75% des Lichts verwirft, 2.) die Abtastung der Oberfläche mit Hilfe eines Spiegels, was apparativ mechanischen und meßzeitlichen Aufwand bedeutet, und die Auflösung des Verfahrens auf die Größe des Meßstrahls begrenzt, 3.) Messung nach der Oberflächenbehandlung (und nicht "in-situ" wie bei der vorliegenden Erfindung), und 4.) die Detektoranordnung, bestehend aus vielen Detektoren, die gerade dort ihren "blinden Fleck" haben, wo bei der vorliegenden Erfindung der prozeßtechnisch empfindliche Bereich ist, was natürlich an dem gänzlich verschiedenen Anwendungsbereich liegt (Prüfung ein einer mechanisch polierten Oberfläche im Gegensatz zur Beobachtung eines naßchemischen Entwicklungsprozesses).

Aton et al. (Referenz 4) beschreiben eine Anordnung zur Messung der Linienbreite von Strukturen, die ähnlich der Referenz 2 die Intensität und das Verhältnis von geeigneten Intensitäten der Beugungsordnungen von speziell zu diesem Zweck aufgebrachten Monitorgittern auf den Siliziumwafern beobachten. Damit hat die Anordnung ähnliche Nachteile: Die Linienbreiten und die Periodizität der Beugungsgitter sind vorgegeben. Bei Strukturen < 0,7 µm sind nur noch die ersten Ordnungen vorhanden. Ein ganzer Satz von diesen Gittern muß auf den Siliziumscheiben vorhanden sein, und verbraucht also viel Platz, der nicht für Produktchips genutzt werden kann.

Referenzen

1. R.N. Price, Etch Endpoint Monitor, IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 15 No. 11, p. 3532, April 1973.
2. Kleinknecht et al., US Patent 4,408,884
3. Benz, Schneider, Lohner, DE 32 32 885
4. Aton et al., US Patent 5,361,137

Claims

1. Vorrichtung zur in-situ Beobachtung und Steuerung des Entwickelns von feinen Strukturen in einer Photolackschicht mit Hilfe einer Sammellinse und eines in ihrer Brennebene angebrachten ringförmigen Detektors, dadurch gekennzeichnet, daß Linse und Detektor rotationssymmetrisch zu einer gemeinsamen optischen Achse angeordnet sind, und die optische Achse senkrecht auf der zu beobachtenden Photolackfläche steht.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Lichtquelle kommende Lichtbündel ebenfalls rotationssymmetrisch um dieselbe optische Achse verteilt ist, monochromatisch ist und mit geeigneten optischen Elementen wie z. B. einer Linse in die Mitte des Ringdetektors fokussiert wird.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beobachtung nicht nur ein Detektor, sondern mehrere ringförmige Detektoren verwendet werden, die um ein gemeinsames Zentrum herum angeordnet sind, so daß das reflektierte Licht nach geeignet unterteilten Raumwinkelbereichen separat erfaßt werden kann.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennweitenverhältnis der Linsen 2 und 4 so gewählt wird, daß der messend erfaßte Bereich auf der Siliziumscheibe größer als das sich wiederholende Strukturmuster ist, und damit die beobachteten Signale von der zufälligen Positionierung der Siliziumscheibe unter dem Meßkopf unabhängig sind.

Ein Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Halbleiterlaser (670 nm Wellenlänge) als monochromatische Lichtquelle verwendet wird. Die Linse 2 hat eine Brennweite von 3 mm und fokussiert das Lichtbündel in die Mitte des ringförmigen Detektors (Innendurchmesser 1 mm, Außendurchmesser 5 mm). Linse 4 mit einer Brennweite von 25 mm kollimiert das Licht und wirft es auf die Photolackfläche, die mit der Entwicklerflüssigkeit bedeckt ist (in der Fachliteratur als "Puddle Development" bezeichnet).