DE4221080A1 - Struktur und verfahren zum direkten eichen von justierungsmess-systemen fuer konkrete halbleiterwafer-prozesstopographie - Google Patents
Struktur und verfahren zum direkten eichen von justierungsmess-systemen fuer konkrete halbleiterwafer-prozesstopographieInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein die
Herstellung von integrierten Schaltungen und
insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Messen und Kalibrieren bzw. Eichen der Registrierung
bzw. Justierung zwischen übereinanderliegenden
Schichten eines Halbleiterwafers.
Die Herstellung von komplexen Halbleiterbauelementen
umfaßt mehrere Verarbeitungsschritte. Mehrere
gemusterte Schichten aus verschiedenen Materialien sind
auf ein Substrat aufgetragen, um das gewünschte
elektronische Halbleiterbauelement zu erzeugen. Die
verschiedenen Schichten liegen übereinander und müssen
genau justiert werden, um einen ordnungsgemäßen Betrieb
des Halbleiterbauelements sicherzustellen. Eine
Verschiebung bzw. ein Versatz zwischen den entspre
chenden Merkmalen bzw. Schichtmerkmalen auf
verschiedenen Schichten kann die Funktionsweise bzw.
Leistungsfähigkeit des Bauelements herabsetzen oder
verursachen, daß das Bauelement überhaupt nicht
funktioniert. Da Halbleiterbauelemente zunehmend
komplexer werden, werden die Abmessungen der Merkmale
entsprechend verkleinert. Diese Verkleinerung der
Merkmal-Abmessungen hat die annehmbaren bzw. zulässigen
Toleranzen der Verschiebung zwischen den Schichten
verkleinert.
Wenn ein Halbleiterbauelement hergestellt wird, ist
es einer von vielen Chips auf einem Wafer eines
Halbleitermaterials. Ein Beispiel eines typischen
Herstellungsprozesses wird nachfolgend beschrieben.
Zuerst wird ein Silizium-Wafer mit einem Nitrid mit
einem Muster versehen bzw. gemustert und geätzt. Eine
Siliziumdioxid-Schicht wächst in den Nitridfenstern
bzw. -bereichen, und das Nitrid wird entfernt. Als
nächstes wird Polysilizium auf den Wafer in Ausrichtung
zur vorherigen Schicht aufgetragen bzw. abgeschieden,
und dann wird der Wafer erneut gemustert und geätzt.
Dann wird der Wafer gegenüber der vorhergehenden
Schicht ausgerichtet, gemustert und Dotierungsmittel
diffundieren in den Wafer ein. Nach diesem Schritt wird
ein Dielektrikum auf den Wafer aufgetragen bzw.
aufgebracht, gegenüber der vorhergehenden Schicht
ausgerichtet, und dann wird der Wafer wieder gemustert
und geätzt. Schließlich wird eine Metallschicht auf den
Wafer aufgetragen, gegenüber der vorhergehenden Schicht
ausgerichtet und dann gemustert und geätzt.
Höhere Schaltungsdichten bzw. Integrationsdichten,
kleinere Bauelementegrößen und größere Chipgrößen sind
das Ergebnis verbesserter Herstellungstechniken. Diese
Fortschritte erfordern, daß die Schaltungsmuster, die
bei jedem Schritt des Herstellungsprozesses verwendet
werden, viel genauer gemacht werden müssen, damit sie
präziser aufeinander ausgerichtet werden können. Um bei
der Justierung der übereinanderliegenden Schichten der
Halbleiter-Wafer zu helfen, ist es allgemein üblich,
Justierungsmuster oder -zeichen bzw. -markierungen in
jede Schicht des Wafers aufzunehmen. Die Muster liegen
übereinander und haben ein vorbestimmtes Verhältnis
bzw. eine bestimmte gegenseitige Lage, wenn die
Schichten korrekt justiert sind. Ein allgemeingültiges
Justierungsmuster beinhaltet verschieden große Quadrate
auf den Schichten, die justiert werden. Wenn die zwei
Schichten genau justiert sind, sind die Quadrate
konzentrisch bzw. deckungsgleich. Jeder Justierungs
fehler erzeugt eine Verschiebung zwischen den
jeweiligen Quadraten.
Da Halbleiter-Wafer, die viele komplexe integrierte
Schaltungen haben, teuer herzustellen sind, ist es
gewöhnlich wünschenswert, die Justierung nach dem
Auftragen jeder Schicht auf den Wafer zu verifizieren
bzw. zu überprüfen. Wenn die Verschiebung der Schichten
außerhalb zulässiger Grenzen ist, kann die defekte
Schicht entfernt und durch eine genau justierte Schicht
ersetzt werden. Justierungsmessung, Verifizierung und
Korrektur eliminieren den Ausschuß von Wafern mit
möglicherweise guter Ausbeute.
Um eine Fehljustierung und die daraus resultierenden
Kosten bzw. Nachteile zu vermeiden, muß die Justierung
genau bestimmt werden. In der Vergangenheit war es
allgemein üblich, die Justierung manuell zu
verifizieren. Erfahrenes Bedienpersonal untersuchte die
Justierung von übereinanderliegenden Mustern,
typischerweise z. B. Paare aus zweischichtig verzahnten
bzw. verschachtelten Kammstrukturen, optische Furniere
(veneers) genannt, auf jedem Wafer. Solche Techniken
waren jedoch relativ langsam, unterlagen menschlichem
Irrtum und führten zur Verunreinigung der Halbleiter-
Wafer.
In letzter Zeit sind automatisierte Systeme zur
Justierungsmessung entwickelt worden. Während diese
automatisierten Systeme gegenüber den früheren
manuellen Systemen enorme Verbesserungen sind, führt
ein Meßsystem jedoch unvermeidlich bestimmte Fehler in
die gemessenen Werte ein. Die Fehler treten sowohl in
den optischen wie elektronischen Teilen des
automatisierten Systems auf. Kein bekanntes System kann
diese Fehler, die typischerweise systematische Fehler
sind, völlig eliminieren oder kompensieren.
In der Vergangenheit wurden gewöhnlich solche
Justierungssysteme bzw. Systeme für
Überdeckungsgenauigkeit geeicht, indem die Messungen
mit jenen verglichen wurden, die man von anderen
Systemen erhalten hat, wie z. B. von einem
Rasterelektronenmikroskop (REM), das als genau
arbeitend bekannt ist. Solche Eichtechniken bzw.
Kalibriertechniken sind jedoch relativ komplex und
erfordern zusätzlich teures Gerät. Gegenwärtig ist die
Möglichkeit, Justiermeßsysteme zu eichen, auf drei
Techniken beschränkt: (1) die indirekte Offset- bzw.
Versatztechnik des Einschichtenaufbaus, (2) die REM-
Mikrograph-Technik der Mehrschichtstrukturen und (3)
die werkzeug- bzw. hilfsmittelinduzierte
Verschiebungstechnik (TIS = tool induced shift). Alle
drei Techniken sind in ihren Anwendungen und ihrer
Genauigkeit begrenzt.
Um die Begrenzungen dieser Techniken zu beschreiben,
muß die konkrete Struktur, die für die
Justierungsbestimmung verwendet wird, und müssen die
Konditionen, unter denen sie an das Meßsystem übergeben
wird, beschrieben werden. Die konkrete Struktur, die
für die Justierungsbestimmung benutzt wird, enthält ein
darunter liegendes Substrat, eine Basisschicht, eine
entwickelte Photoresist- bzw. Photolack-Schicht und
meistens eine Zwischenschicht, die gewöhnlich für eine
nachfolgende Verarbeitung aufgetragen wird. Ein
Beispiel einer typischen Meßstruktur ist als eine
Schachtel in der Schachtel (box within a box) geformt,
so daß die Justierungsmessung für die Photolack-Schicht
gegenüber der Basisschicht bestimmt werden kann. Die
Justierungsmessung wird durch das Messen der x- und y-
Komponenten der konzentrischen Schachteln durchgeführt.
Der festgelegte geometrische Mittelpunkt der zwei
Schachteln wird als Koordinate (0,0) definiert. Die
tatsächliche Differenz zwischen dem Mittelpunkt der
inneren Schachtel und dem Mittelpunkt der äußeren
Schachtel während der Wafer-Bearbeitung ist der
Justierungsversatz bzw. der Justierungsoffset, der
ermittelt werden soll. Eine typische Größe für die
innere Schachtel ist 10 Mikrometer zum Quadrat. Eine
typische Größe für den inneren Rand der äußeren
Schachtel ist 20 Mikrometer zum Quadrat, wobei der
äußere Rand der äußeren Schachtel 50 Mikrometer zum
Quadrat ist. obwohl dies keine absoluten Zahlen sind,
werden sie doch als typische Größen vorgelegt, die in
der Industrie verwendet werden.
In der Einschicht-Offsettechnik sind sowohl die
äußere wie die innere Schachtel auf der selben Schicht
vorhanden, z. B. entweder auf der Basisschicht oder der
Photolack-Schicht. Offsets der äußeren Schachtel in
Bezug zur inneren Schachtel werden in der Struktur
eingeplant. Es gibt gewöhnlich eine Gruppe von
Strukturen mit variierenden Offsets sowohl in der x-
wie in der y-Richtung. Diese Strukturen werden gemessen
und die gemessenen Werte werden gegen die eingeplanten
Werte geplottet bzw. aufgezeichnet. Die Gleichungen
bester Übereinstimmung werden bestimmt und als
Eichkurven im Justierungsmeßsystem zum Messen der
tatsächlichen Vielschicht-Prozeßtopographie benutzt.
Die Beschränkung dieser Technik besteht darin, daß sie
nicht die tatsächliche Topographie repräsentiert, die
gemessen werden soll. Deshalb enthält die Eichung des
Meßsystems nicht die optischen Charakteristiken bzw.
Eigenschaften der Struktur, die gemessen werden soll.
Der am auffallendsten fehlende optische Faktor ist der
optimale Focus zwischen dem oberen Teil der Photolack-
Schicht und dem oberen Teil der Basisschicht. Andere
wichtige Faktoren schließen den Brechungsindex und die
Verzeichnung einer Zwischenschicht ein.
Die REM-Mikrograph-Technik ist sehr schwierig zu
verwenden und in ihren Anwendungen und Genauigkeiten
begrenzt. Diese Technik verwendet ein REM, um
Mikroaufnahmen von oben nach unten bezüglich der
mehrschichtigen Schachtel-in-Schachtel-Struktur oder
einer ähnlich mehrschichtigen Justierungsstruktur
aufzunehmen. Die Mikroaufnahmen bzw. Mikrographien
werden dann zur Messung der x- und y-
Justierungskomponenten verwendet. Diese Messungen
werden durch manuelle Messung mit Tastzirkeln bzw.
Meßlehren und durch eine Korrelation mit einer anderen
REM-Mikroaufnahme eines "bekannten" Standards
durchgeführt. Wenn das REM-System direkte
Meßfähigkeiten hat, dann ist das Aufnehmen und Messen
der Mikroaufnahmen nicht notwendig. Sobald die REM-
Justierungsmessungen einmal durchgeführt sind, werden
sie gegen die Meßsystemwerte aufgetragen bzw.
aufgezeichnet. Die Gleichungen bester Übereinstimmung
werden ermittelt und werden als Eichkurven für die
Justierungsmeßsysteme verwendet.
Da das REM als der Meßstandard der
Halbleiterindustrie angesehen wird, möchte man glauben,
daß eine Eichung nach seinen Messungen die genaueste
sein sollte. Es gibt jedoch einige einem REM
innewohnende Variablen, die sowohl die Anwendungen als
auch die Genauigkeit dieser Technik begrenzen. Zum
ersten ist das REM ein hochempfindliches System, das
von der Strahlungsstabilität abhängt. Unglücklicher
weise sind leichte Fluktuationen in der
Strahlungsstabilität allgemein vorhanden und
verursachen einen Astigmatismus in der resultierenden
Mikroaufnahme. Ein Astigmatismus resultiert aus einem
Fehler in der Messung der x- und y-Justierung. Des
weiteren kann nicht angenommen werden, daß die
Mikroaufnahmen, die zu verschiedenen Zeiten aufgenommen
werden, die gleichen innewohnenden Strahlungscharakte
ristiken haben.
Zum zweiten erlangt das REM seine Berühmtheit durch
seine Fähigkeit, sehr kleine Merkmale bzw. Strukturen
auflösen zu können. Es wird angenommen, daß diese
Fähigkeit auf die Bestimmung sehr kleiner Differenzen
bei der Orientierung bzw. Ausrichtung übertragbar ist.
Das REM muß sich jedoch in sehr hoher Vergrößerung
befinden, um die kleinen Strukturdifferenzen auflösen
zu können. Unglücklicherweise sind die
Justierungsmeßstrukturen, die gegenwärtig benutzt
werden, sehr groß ausgelegt, um die Bildfeld-Ausnutzung
und die Bildfeld-Vergrößerung des Justierungsmeßsystems
zu maximieren, aber diese große Abmessung begrenzt ihr
Bild auf einem REM auf eine sehr geringe Vergrößerung.
Deshalb wird der Vorteil der hohen REM-Auflösung durch
die Verwendung der geringen Vergrößerung vereitelt.
Zum dritten ist der REM-Ausgang ein Ergebnis des
Abprallens eines Elektronenstrahls von einer Oberfläche
und des Spurenzeichnens der gestreuten Elektronen, um
ein Bild zu erzeugen. Unglücklicherweise wird das
Vorhandensein einer Zwischenschicht den Strahl vom
Erreichen der Basisschicht abblocken. Deshalb können
alle Prozeßstufen, die eine Zwischenschicht haben, mit
dieser Technik nicht geeicht werden.
In der TIS-Technik nimmt das Justierungsmeßsystem
(JMS) zwei Messungen einer Justierungsstruktur vor, um die
werkzeuginduzierte Verschiebung, gezeigt beim JMS, zu
bestimmen. Die erste Messung wird mit der
Justierungsstruktur bei 0° durchgeführt. Die zweite
Messung wird mit der um 180° gedrehten
Justierungsstruktur durchgeführt. Die TIS, die aus
diesen Messungen errechnet wird, kann die nachfolgenden
Messungen kompensieren, die mit dem JMS gemacht werden.
Die TIS-Technik kompensiert jedoch nur bei
Translations-Offsets. Sie kompensiert nicht bei
systematischen Vergrößerungen und Verzerrungsfehlern
wie Astigmatismus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eines oder
mehrere der oben dargelegten Probleme zu überwinden
oder wenigstens zu minimieren, und insbesondere auch
Fehler durch Astigmatismus zu kompensieren.
Diese Aufgabe wird durch die Eichstruktur nach
Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren nach Anspruch 6
oder Anspruch 12 gelöst.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird
eine Eichstruktur zur Anwendung beim Eichen eines
Justierungsmeßsystems bereitgestellt. Die Eichstruktur
enthält eine erste Justierungsstruktur, die auf einem
Substrat gebildet wird. Die erste Justierungsstruktur
hat ein erstes Muster und ein zweites Muster,
betrachtet von einem Punkt aus senkrecht zu einer
Fläche, die allgemein durch das Substrat definiert
wird. Jedes des ersten und zweiten Musters hat einen
Mittelpunkt, und die Verschiebung zwischen den Mit
telpunkten des ersten Musters und des zweiten Musters
wird zu Null gewählt, wenn es keine Fehlausrichtung
gibt, die durch Prozeßschritte der integrierten
Schaltungsherstellung induziert wird. In Wirklichkeit
kann es eine Fehlausrichtung aufgrund einer
tatsächlichen Herstellungsmasken-Fehlausrichtung
und/oder anderer Prozeßschritt-Varianten bzw.
Abweichungen geben, die durch Prozeßschritte, wie sie
tatsächlich durchgeführt wurden, induziert werden.
Wünschenswert ist, daß die Größe und Richtung dieser
tatsächlichen Fehlausrichtung durch das Justierungsmeß
system gemessen wird, wobei die Eichung durch die
Verwendung der Struktur und des Verfahrens der
vorliegenden Erfindung erleichtert werden soll. Die
Eichstruktur enthält auch eine Vielzahl von zweiten
Justierungsstrukturen, jede davon auf dem Substrat
ausgebildet und auf dem Substrat mit genügendem Abstand
zueinander und zur ersten Justierungsstruktur plaziert.
Jede der zweiten Justierungsstrukturen hat ein drittes
Muster und ein viertes Muster, jedes davon hat einen
Mittelpunkt auf der gleichen Blickwinkelebene wie das
erste und zweite Muster. Die Mittelpunkte jedes dritten
Musters und seines jeweiligen vierten Musters sind
derart ausgewählt, daß eine vorgewählte Offset-
Verschiebung, die nicht Null ist, einer bekannten Größe
in einer bekannten Richtung ausgeglichen wird, wieder
in der Annahme, daß es keine Fehlausrichtung gibt, die
durch Prozeßschritte der Herstellung der integrierten
Schaltung induziert wird. In Wirklichkeit können die
vorgewählten Verschiebungen der Mittelpunkte der
jeweiligen dritten und vierten Muster von den
vorgewählten Verschiebungen fehlausgerichtet sein, in
etwa bis zum gleichen Ausmaß, in dem die ersten und
zweiten Muster der ersten Justierungsstruktur in der
Konzentrizität fehlausgerichtet sind, ganz gleich,
welche Masken-Fehlausrichtungen oder andere
prozeßvariable Fehlausrichtungen auch immer die
Fehlausrichtung der ersten Justierungsstruktur
beeinflußt haben.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung
wird ein Verfahren zum Eichen eines
Justierungsmeßsystems zur Verfügung gestellt. Das
Verfahren enthält die folgenden Schritte. Eine
Eichstruktur wird auf dem Justierungsmeßsystem in einer
Ausgangsposition plaziert. Die Eichstruktur hat eine
vorbestimmte Null-Offset-Justierungsstruktur und
darüber hinaus eine Vielzahl von vorbestimmten
Justierungsstrukturen mit einem Offset, der nicht Null
ist. Vorzugsweise korrespondiert die Eichstruktur mit
der oben beschriebenen Eichstruktur. Die
werkzeuginduzierte Verschiebung (TIS), die bei dem
Justierungsmeßsystem gezeigt wurde, wird bestimmt.
Vorzugsweise wird die TIS durch die Messung der
Verschiebung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der
Ausgangsposition und bei 180 Grad zur Ausgangsposition
ermittelt, und indem man dann den Mittelwert dieser
Messungen nimmt. Mit dem Wafer in der Ausgangsposition
wird eine erste Verschiebungsmessung der Null-Offset-
Justierungsstruktur in einer vorgegebenen Richtung
unter Verwendung des Justierungsmeßsystems
durchgeführt. Die Eichstruktur wird um 90 Grad zur
Ausgangsposition gedreht, und eine zweite
Verschiebungsmessung der Null-Offset-
Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung wird
unter Verwendung des Justierungsmeßsystems
durchgeführt. Die Eichstruktur wird wieder um 180 Grad
zur Ausgangsposition gedreht, und eine dritte Ver
schiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur
in der vorgegebenen Richtung wird unter Verwendung des
Justierungsmeßsystems durchgeführt. Die Eichstruktur
wird um 270 Grad zur Ausgangsposition gedreht, und eine
vierte Verschiebungsmessung der Null-Offset-
Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung wird
unter Verwendung des Justierungsmeßsystems
durchgeführt. Unter Verwendung dieser Messungen wird
die werkzeuginduzierte Verschiebung verifiziert und die
Anwesenheit oder Abwesenheit des Astigmatismus wird
bestimmt. Dann wird die Eichstruktur wieder in die Aus
gangsposition gebracht, und eine fünfte Messung wird
für alle Null-Offset- und Nicht-Null-Offset-
Justierungsstrukturen durchgeführt. Dann werden die
geänderten fünften Verschiebungsmessungen berechnet,
indem man die fünfte Null-Offset-Verschiebungsmessung
von jeder der jeweiligen fünften Nicht-Null-
Verschiebungsmessung subtrahiert. Eine Eichkurve wird
aus den geänderten fünften Verschiebungsmessungen und
ihrer jeweiligen vorgewählten Offsets abgeleitet bzw.
ermittelt. Das Justierungsmeßsystem wird unter
Verwendung der ermittelten werkzeuginduzierten
Verschiebung geändert bzw. eingestellt, um
Translationsfehler wie z. B. die werkzeuginduzierte
Verschiebung auszugleichen, die bei dem Justierungs
meßsystem auftraten, und unter Verwendung der Eich
kurve, die aus den geänderten fünften
Verschiebungsmessungen und ihrer jeweiligen
vorbestimmten Offsets abgeleitet wurde, wird das
Justierungsmeßsystem eingestellt, um die systematischen
Fehler auszugleichen, wie z. B. Vergrößerung und
Verzerrung, die bei dem Justierungsmeßsystem auftreten.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind den
Unteransprüchen zu entnehmen.
Die vorhergehenden und weitere Vorteile und
Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung sind aus der
folgenden detaillierten Beschreibung von
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen
ersichtlich. Es zeigt
Fig. 1 ein exemplarisches Justierungsmeßsystem, das
geeicht wird;
Fig. 2 eine exemplarische Eichstruktur, die in dem
Eichverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
angewendet werden soll;
Fig. 3 eine Aufsicht von einer Justierungsstruktur
auf der Eichstruktur von Fig. 2;
Fig. 4 einen typischen Querschnitt der Justierungs
struktur von Fig. 3 entlang der Linie 4-4 geschnitten;
Fig. 5 die inneren Schachteln der Justierungs
strukturen auf einer teilweise gefertigten
Eichstruktur und
Fig. 6 die äußeren Schachteln der Justierungs
strukturen auf einer Eichstruktur.
Wir wenden uns jetzt den Zeichnungen zu und beziehen
uns anfangs auf Fig. 1, wo ein exemplarisches
Justierungsmeßsystem (JMS) dargestellt ist und
allgemein mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist.
Grundsätzlich erleichtert das JMS 10 die Ausrichtung
verschiedener Schichten beim
Halbleiterherstellungsprozeß. Das JMS 10 enthält eine
Wafer-Halterung 12, die Wafer enthält, die gemessen
werden. Ein Wafer-Transportgreifer (nicht gezeigt)
nimmt einen Wafer 14 von der Wafer-Halterung 12 weg und
plaziert ihn auf einem Vor-Ausrichter 16. Der Vor-
Ausrichter 16 dreht den Wafer 14 in eine vorbestimmte
Richtung, indem er die Wafer-Abflachung ertastet, d. h.
den geraden Rand des Wafers. Der Wafer-Transportgreifer
führt dann den Wafer 14 vom Vor-Ausrichter 16 zu einer
Meßstufe 18.
Ein optisches System 20 ist oberhalb der Meßstufe 18
angeordnet. Das optische System 20 enthält ein
Mikroskop 22 und eine Videokamera 24, die in
gegenseitiger Axial-Ausrichtung so positioniert sind,
daß die Videokamera 24 die Bilder aufnehmen kann, die
von dem Mikroskop 22 erfaßt werden. Vorzugsweise ist
das Mikroskop in der Lage, einen Wafer 14, der auf der
Meßstufe 18 positioniert ist, 2- bis 200mal zu
vergrößern.
Beim Betrieb positioniert der Wafer-Transportgreifer
den Wafer 14 auf der Stufe bzw. Ablage 18 in einer
horizontalen Position, so daß die Oberfläche, die durch
den Wafer 14 definiert wird, senkrecht zur optischen
Achse des optischen Systems 20 steht. Vorzugsweise ist
die Stufe 18 in drei Dimensionen bewegbar, um die
gewählten Justierungsmuster relativ zum optischen
System 20 zu positionieren. Deshalb positioniert die
Stufe 18 den Wafer 14 präzise, bis die
Justierungsmuster, die ausgemessen werden sollen,
geführt unter dem Mikroskop 22 angeordnet sind. Dann
stellt sich die Mikroskoplinse auf die gewünschte
Vergrößerung ein und die Videokamera 24 nimmt das
fokussierte Bild des Justierungsmusters auf.
Die Videokamera 24 liefert elektrische Signale, die
charakteristisch für das aufgenommene Bild sind, an
einen Bildprozessor (nicht gezeigt), der im Gehäuse 26
des JMS 10 untergebracht ist. Der Bildprozessor, der
bekannte Techniken benutzt, liefert die verarbeiteten
elektrischen Bildsignale an einen Computer (nicht
gezeigt), der auch im Gehäuse 26 untergebracht ist. Der
Computer verarbeitet die elektrischen Signale weiter,
die er vom Bildprozessor erhalten hat, und zeigt das
aufgenommene Bild auf einem Bildmonitor 28, der mit dem
Computer verbunden ist. Eine Textanzeige 30 und eine
Tastatur 32 sind ebenfalls mit dem Computer verbunden,
so daß eine Betriebsperson den Computer anweisen kann,
unter anderem die Verschiebung der verschiedenen
Schichten als Antwort auf die Messungen der
Justierungsstruktur zu bestimmen. Ferner, und für den
Zweck der Eichung wichtiger, kann der Computer, der mit
vielen Justierungsmeßsystemen 10 verbunden ist,
programmiert werden, Messungs-Offsets oder -Kurven
anzunehmen, auf die der Computer zugreift, wenn er die
Justierung durchführt.
Das JMS 10 und alle beschriebenen damit verbundenen
Komponenten sind im Handel erhältlich. Zum Beispiel
könnte das JMS 10 ein "Model Accuvision ACV-8" sein,
erhältlich bei "Interactive Video System, Inc. of
Concord, Massachusetts", oder ein "Model 2031"
erhältlich bei "KLA Instruments, Inc. of Santa Clara,
California". Jedoch sollte in Erwägung gezogen werden,
daß der im folgenden beschriebene Aufbau der
Eichstruktur und des Verfahrens, um sie zu analysieren,
die Eichung und Messung vieler allgemein benutzter
Justierungsmeßsysteme ermöglicht.
Um das JMS 10 zu eichen, wird eine Eichstruktur
hergestellt. Fig. 2 zeigt eine exemplarische
Eichstruktur 34. Vorzugsweise enthält die Eichstruktur
34 eine Mehrzahl von zweistufigen Justierungsstrukturen
36A bis I, von der Art wie sie obenstehend erläutert
wurden. Die Justierungsstrukturen 36A bis I auf der
Eichstruktur 34 sind so entworfen und ausgelegt, daß
das Messen der Justierungsstrukturen 36A bis I, gemäß
des unten beschriebenen Eichverfahrens, die genaue
Eichung des JMS 10 erleichtert.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine exemplarische
Justierungsstruktur 36. Jede Justierungsstruktur 36
enthält eine innere Schachtel 40 bzw. ein Quadrat, die
von einer offenen äußeren Schachtel 42 bzw. einem
Rahmen umgeben ist. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die
Positionen der inneren Schachtel 40 und der äußeren
Schachtel 42 in bezug auf ein kartesisches
Koordinatensystem bestimmt, das eine X-Achse 44 und
eine senkrechte Y-Achse 46 hat. Wie gezeigt, ist der
Mittelpunkt der inneren Schachtel 40 konzentrisch mit
dem Mittelpunkt der äußeren Schachtel 42, wie im
Schnittpunkt der X-Achse 44 mit der Y-Achse 46 defi
niert. Jedoch ist es wichtig zu bemerken, daß die
Abmessungen des äußeren Randes der inneren Schachtel 40
genügend kleiner sind als die Abmessungen der Öffnung
der äußeren Schachtel 42, so daß die innere Schachtel
40 innerhalb der Öffnung 48 versetzt von der gezeigten
konzentrischen Position positioniert werden kann, ohne
daß die Arbeitsweise der Eichstruktur 36 nachteilig
beeinflußt wird.
Der Querschnitt der Justierungsstruktur 36 wird in
Fig. 4 gezeigt. Da jede Justierungsstruktur 36 mittels
bekannter Herstellungstechniken hergestellt wird, wird
nicht jeder Schritt im Herstellungsprozeß der
Eichstruktur 34 im Detail hiervon beschrieben. Es
genügt zu bemerken, daß jede Justierungsstruktur 36 auf
einem Substrat 38 wie etwa einem Silizium-Wafer
ausgebildet ist. Die innere Schachtel 40 ist durch eine
Basisschicht 50 auf dem Substrat 38 gebildet. Dann kann
es oder kann es nicht eine oder mehrere Zwi
schenschichten 52 geben, die auf der Oberfläche des
Substrats 38 und der Basisschicht 50 gebildet sind. Die
äußere Schachtel 42 ist vorzugsweise durch eine
Photolack-Schicht 54 auf der Oberfläche der
Zwischenschicht 52, so es diese gibt, aufgebracht, oder
auf dem Substrat 38, wenn es keine Zwischenschicht 52
gibt.
Mit kurzem Bezug auf die Fig. 5 und 6 kann der Leser
ein Grundverständnis der Herstellung der Zweischicht-
Eichstruktur 34 erlangen. Fig. 5 zeigt eine Mehrzahl
von inneren Schachteln 40A bis I, die in einer
Basisschicht auf dem Substrat 38 gebildet sind. Sobald
die inneren Schachteln 40A bis I erzeugt worden sind,
kann die Zwischenschicht 52 darauf aufgebracht werden.
Dann werden, wie in Fig. 6 gezeigt, die äußeren
Schachteln 42A bis I in einer Photolack-Schicht 54 auf
der Zwischenschicht 52 erzeugt, oder auf dem Substrat
38, wenn es keine Zwischenschicht 52 gibt, und zwar bei
vorgewählten Orten in bezug auf die inneren Schachteln
40A bis I erzeugt. Dieser Herstellungsprozeß ergibt
sich aus der Bildung der Eichstruktur 34, wie in Fig. 2
gezeigt.
Die Eichstruktur 34 enthält eine oder mehrere
Justierungsstrukturen, die mit der inneren Schachtel 40
konzentrisch mit der äußeren Schachtel 42 entworfen
wurden, so daß die X,Y-Koordinate des Mittelpunkts
jeder Justierungsstruktur (0,0) ist. Mit anderen Worten
sind diese Justierungsstrukturen ausgelegt worden, um
(0,0) zu messen, wenn es keine Wafer-Ausrichtungsfehler
oder durch das JMS 10 induzierte Fehler gibt. Wie in
Fig. 2 gezeigt, ist nur die Justierungsstruktur 36A
konzentrisch ausgelegt, um (0,0) zu messen.
Die Eichstruktur 34 enthält auch eine Mehrzahl von
Justierungsstrukturen 36, die mit Offsets zwischen den
jeweiligen inneren Schachteln 40 und den äußeren
Schachteln 42 entworfen worden sind. Mit anderen Worten
sind die jeweiligen inneren Schachteln 40 nicht mit den
äußeren Schachteln 42 konzentrisch. Wie in Fig. 2
gezeigt, sind die Justierungsstrukturen 36B bis I mit
verschiedenen X- und Y-Fehljustierungen entworfen. Wenn
es keine Wafer-Ausrichtungsfehler gibt, oder durch das
JMS induzierte Fehler, sollten diese
Justierungsstrukturen 36B bis I den vorbestimmten Fehl
justierungswert zwischen den Prozeßschichten messen,
wie bei Fig. 2 angedeutet. Um mit einer typischen
Konvention gleichzugehen, sollte der Mittelpunkt der
inneren Schachteln 40 bei der Koordinate (0,0)
positioniert werden, und der Mittelpunkt der äußeren
Schachteln 42 hiervon versetzt werden.
Die Kombination der vorher beschriebenen
Justierungsstrukturen 36A bis I und ihrer Auslegung
erleichtert die Eichung des JMS 10. Da mathematische
Gleichungen benutzt werden, um das Eichverfahren zu
beschreiben, das die Eichstrukturen 34 benutzt, werden
die Justierungsstrukturen 36A bis I jeweils mit S0 bis
S8 bezeichnet. Zusätzlich wird die Eichstruktur 34
vorzugsweise auf mehreren Abschnitten (engl.: die) auf
dem Eich-Wafer 14 dupliziert bzw. vervielfältigt.
Wenigstens einer der Abschnitte sollte nahe dem
Mittelpunkt bzw. dem Zentrum von Wafer 14 sein, um
Dreheffekte, die auftreten können, zu minimieren. Der
Rest der Eichstrukturen 34 kann wie gewünscht verteilt
werden, um die genaueste Eichung für dieses besondere
Justierungsmeßsystem bereitzustellen.
Zuerst werden die X- und Y-Komponenten von S0 für
eine Eichstruktur 34 auf dem mittleren Abschnitt des
Wafers 14 unter Anwendung des JMS 10 gemessen.
Vorzugsweise werden diese Messungen in statistisch
ausreichender Zahl gemacht. Diese X- und Y-Komponenten
werden vorzugsweise im Computer des JMS 10 gespeichert.
Als nächstes wird der Wafer 14 von seiner
Ausgangsposition um 180° um die optische Achse gedreht.
Die Drehung des Wafers 14 kann erreicht werden, indem
man die Stufe 18 dreht. Alternativ kann der Wafer zum
Vor-Ausrichter 16 gebracht werden, um 180° gedreht
werden, und zurück zur Bühne 18 gebracht werden.
Manuelle Drehung des Wafers ist auch möglich, aber
nicht empfehlenswert. Natürlich würde auch eine Drehung
des optischen Systems 20 um 180° in bezug auf die
Eichstruktur 34 den gleichen Effekt ergeben.
Die Messung der Verschiebung zwischen den Mustern
benutzt bekannte Signalverarbeitungstechniken. Der
Abstand zwischen der inneren Schachtel 40 und der
äußeren Schachtel 42 in Fig. 3 wird durch eine Analyse
der Signale der Kamera 24 ermittelt. Die Zeilen der
Muster 40 und 42 erzeugen je einen Übergang in einem
Abtastzeilensignal der Kamera 24. Das Zeitintervall
zwischen einem Übergang, der mit der äußeren Schachtel
korrespondiert, und einem Übergang, der mit der inneren
Schachtel korrespondiert, ist repräsentativ der Distanz
zwischen diesen zwei Mustern. Signalprozeßtechniken
zum Analysieren des Kamerabildes, um die Verschiebung
zwischen den Mustern zu bestimmen, sind bekannt.
Nach dem Drehen des Wafers, der die Eichstruktur 34
aufweist, um 180° wird ein zweiter Satz von
Verschiebungsmessungen erhalten, indem man die X- und
Y-Komponenten von S0 der gleichen Eichstruktur 34, die
früher gemessen wurde, in statistisch ausreichender
Zahl unter Anwendung des JMS 10 mißt. Da die
Eichstruktur 34 umgekehrt wurde, hat sich die Richtung
der Verschiebung zwischen der inneren Schachtel 40 und
der äußeren Schachtel 42 umgekehrt. Wenn es keine Feh
ler bei der Messung gibt, ist die Größe der
Verschiebung zwischen diesen Schachteln für beide
Messungen gleich, d. h. die X-Komponente der ersten
Messung X0 ist gleich der X-Komponente der zweiten
Messung X180 und die Y-Komponente der ersten Messung
Y0 ist gleich der Y-Komponente der zweiten Messung
Y180 Jedoch ändert die werkzeuginduzierte Verschiebung
(TIS) im JMS 10 nicht die Richtung, wenn die
Eichstruktur 34 gedreht wird. Deshalb, wenn das JMS 10
eine TIS zeigt, differieren dann die zweiten Messungen
von den ersten Messungen.
Um die TIS zu berechnen, wird der Mittelwert der X-
und Y-Komponenten von S0 unter Verwendung der
Gleichungen 1 und 2 berechnet, wie unten angegeben:
TISx = (₁₈₀ -₀)/2 Gleichung 1
TISy = (₁₈₀ -₀)/2 Gleichung 2
wobei ₀, ₀, ₁₈₀ und ₁₈₀ die Mittelwerte von X₀,
Y₀, X₁₈₀ bzw. Y₁₈₀ repräsentieren, die sich aus den
wiederholten statistischen Messungen ergeben haben.
Wenn die TIS errechnet worden ist, kann sie verwendet
werden, um die Messungen, die vom JMS 10 erhalten
wurden, zu korrigieren. Einige Justierungsmeßsysteme,
wie etwa das JMS des früher erwähnten "Interactive
Video System", erlauben den X- und Y-Komponenten der
TIS eingegeben zu werden, so daß das JMS sich
automatisch an die TIS angleicht. Viele
Justierungsmeßsysteme besitzen jedoch nicht diese
Fähigkeit. Deshalb werden TISx und TISy für weitere
Berechnungen gespeichert, um die werkzeuginduzierte
Verschiebung der erhaltenen Messungen unter Anwendung
des Justierungsmeßsystems zu eliminieren.
Um die Anwendung der Gleichungen 1 und 2 zu zeigen,
nehmen wir an, daß ₀ = -0,6 Mikrometer und ₀ = 0,3
Mikrometer. Nehmen wir weiter an, daß ₁₈₀ = 0,4
Mikrometer und daß ₁₈₀ = -0,1 Mikrometer. Mit
Gleichung 1 wird TISx = 0,5 Mikrometer und mit
Gleichung 2 wird TISy = -0,2 Mikrometer. So zeigt das
JMS 10 eine werkzeuginduzierte Verschiebung von (0,5-
0,2), die kompensiert werden muß, um eine genaue
Messung zu erhalten.
Es sollte auch klar sein, daß die S0-Struktur für
jeden der Abschnitte auf dem Wafer gemessen werden
kann, um die TIS zu berechnen. Jedoch verringert die
Anwendung des mittleren Abschnitts Fehler, die bei der
Herstellung der Eichstrukturen 34 eingeführt wurden.
Wenn zum Beispiel der Wafer während der Herstellung
etwas angeschrägt bzw. gekrümmt wurde, dann wird die
Eichstruktur 34, die auf einen Abschnitt nahe der
Peripherie des Wafers 14 hergestellt wurde, eine höhere
Fehlerquote durch die Krümmung aufweisen als die Eich
struktur 34, die auf einer Matrize nahe dem Mittelpunkt
des Wafers 34 gebildet wurde.
Sobald die TIS berechnet ist, wird sie, wenn möglich,
in das JMS 10 als Korrektur eingegeben und dann durch
die Wiederholung der Messung von S0 bei den
Winkelausrichtungen 0°, 90°, 180° und 270° verifiziert.
Diese Verifizierung überprüft die Genauigkeit der
Bestimmung der TIS und das Vorliegen eines
Astigmatismus. Das Vorliegen eines Astigmatismus wird
durch das Aufzeichnen der vier Messungen von S0 auf
einem kartesischen Koordinatensystem bestimmt. Dann
wird eine Linie zwischen den 0°- und den 180°-
Meßkoordinaten gezogen. Eine zweite Linie wird zwischen
den 90°- und den 270°-Meßkoordinaten gezogen. Die
Längen der zwei zwischen ihren jeweiligen Punkten
gezogenen Linien werden verglichen. Ein Astigmatismus
liegt vor, wenn die Längen nicht gleich sind.
Wenn die TIS in Anbetracht dieser Verifizierung
vollständig ausgerechnet (und in Systemen, wo es
möglich ist, korrigiert) worden ist, wird der Wafer
wieder in eine Winkelausrichtung von 0° gebracht, z. B.
bezüglich der Wafer-Abflachung, und die Verschiebung
jeder Justierungsstruktur S0 bis S8 auf jeder
Eichstruktur 34 wird gemessen. Die folgenden Glei
chungen werden verwendet, um die X- und Y-Komponenten
von S0 bis S8 für diese Messungen für jede Eichstruktur
34 einzustellen.
Für Justierungsmeßsysteme mit TIS-Korrektur werden
die Gleichungen 3 und 4 angewendet, um die geänderten
X- und Y-Komponenten zu berechnen.
XSn geä = XSn - XS0 Gleichung 3
YSn geä = YSn - YS0 Gleichung 4
wobei n = 1 bis 8.
Für Justierungsmeßsysteme ohne TIS-Korrektur werden
die Gleichungen 5 und 6 angewendet, um die geänderten
X- und Y-Komponenten zu berechnen.
XSn geä = XSn - TISX - XS0 Gleichung 5
YSn geä = YSn - TISY - YS0 Gleichung 6
wobei n = 1 bis 8.
Die X- und Y-Komponenten von S0 sind der Grund für
die örtlichen Wafer-Verschiebungsfehler, und die X- und
Y-Komponenten der TIS sind der Grund für die
werkzeuginduzierte Verschiebung des JMS 10. Es sollte
beachtet werden, daß die Eichstruktur 34, die auf dem
jeweiligen Abschnitt gemessen wird, ihr eigenes S0 für
die Änderungen der Offset-Justierungsmeßstrukturen S1
bis S8 des Abschnitts verwenden sollte. Da die S0-
Messung von den S1- bis S8-Messungen der entworfenen
Offsets subtrahiert wird, repräsentieren die sich erge
benden, geänderten X- und Y-Komponenten XSn geä und YSn geä
für jede Messung für jeden Abschnittsort die X- und
Y-Messungen, die das JMS 10 messen würde, wenn es frei
von werkzeuginduzierter Verschiebung und systematischen
Fehlern wäre.
Indem man diese geänderten X- und Y-Komponenten XSn geä
und YSn geä verwendet, die aus den vorher
beschriebenen Messungen abgeleitet wurden, können
Eichgleichungen oder -kurven abgeleitet und verwendet
werden, um die rohen Justierungsmessungswerte in genaue
Endwerte für alle Bauelemententwürfe zu ändern, die die
gleichen Prozeßstufen wie die Eichstruktur 34
verwenden. Vorzugsweise werden die gemessenen Werte von
X und Y gegen die entworfenen Werte von X und Y
geplottet und die Gleichungen bester Übereinstimmung
werden berechnet. Vorzugsweise wird eine Methode der
kleinsten Quadrate verwendet. Die Eichkurven sind
linear und durch die Gleichung y = mx + b definiert,
wobei y der entworfene oder voreingestellte Offset bzw.
Soll-Offset ist, x der gemessene Offset bzw. Ist-Offset
ist, und m und b Konstanten sind, die systematische
Fehler repräsentieren.
In Justierungsmeßsystemen, die TIS-Korrektur
besitzen, sind die Gleichungen bester Übereinstimmung,
die Eichgleichungen, die für die Prozeßkonfiguration,
die gemessen wird, verwendet werden. Für Systeme ohne
TIS-Korrektur wird die TIS erneut berechnet, wie vorher
ausgeführt, indem man die Gleichungen bester
Übereinstimmung verwendet, um die End-TIS-Werte zu
bestimmen. Dann werden die Gleichungen bester
Übereinstimmung durch Subtraktion der End-TIS-Werte
geändert, um die Eichgleichungen zu erhalten. Die
Eichgleichungen werden in den Computer des JMS 10 ein
gegeben, so daß die Bilddaten, die von der Kamera 24
empfangen werden, automatisch durch den Computer
geändert werden, um die Fehler auszugleichen, die im
JMS 10 vorkommen.
Die Eichstruktur und das Eichverfahren, wie oben
beschrieben, bieten mehrere Vorteile. Als erstes wird
die Eichung mit identischen Strukturen (mit Ausnahme
der entworfenen Offsets) wie jenen durchgeführt, die
für die Endmessungen verwendet werden, wodurch direkte
Eichung ermöglicht wird. Mit anderen Worten sind die
Eichstrukturen, die verwendet werden, um verschiedene
Prozeßpegel während der Wafer-Herstellung aufeinander
auszurichten, substantiell identisch mit den
Justierungsmeßstrukturen 36A bis I, die in der
Eichstruktur 34 angewendet werden. Zum zweiten
verwendet das Eichverfahren das JMS 10 und stützt sich
auf kein anderes Meßsystem. Deshalb werden Fehler, die
durch andere Meßsysteme eingeführt würden, während der
Eichung nicht vergrößert. Zum dritten integriert das
Eichverfahren eine Prozeßtopographie und ist
unempfindlich gegenüber Zwischenschritten. Dadurch kann
das Eichverfahren in allen Prozeßstufen angewendet
werden, die gemessen werden können. Viertens, sobald
Eichkurven für eine bestimmte Prozeßstufe bestimmt
worden sind, können diese Eichkurven verwendet werden,
um die Messungen von allen Bauelemententwürfen
(designs), die die gleichen Prozeßstufen verwenden, zu
ändern. Diese Vorteile ergeben viel genauere
Berechnungen der Schicht-auf-Schicht-Justierungen "im
Prozeß". Die Verbesserungen in der Genauigkeit als ein
Ergebnis dieses Eichverfahrens ermöglichen bessere
Justierungskontrollen und -steuerungen, und dadurch
ergeben sie eine höhere Ausbeute an funktionierenden
Halbleiterbauelementen und Chips.
Claims (12)
1. Eichstruktur zur Verwendung beim Eichen eines
Justierungsmeßsystems, wobei die Eichstruktur durch
Prozeßschritte einer Herstellung integrierter
Schaltungen erzeugt wird und aufweist:
eine erste Justierungsstruktur, die auf einem Substrat erzeugt wird und ein erstes Muster und ein zweites Muster, betrachtet von einem Punkt aus senkrecht zu einer Ebene hat, die allgemein durch das Substrat definiert ist, wobei jedes der ersten und zweiten Muster einen Mittelpunkt hat und wobei die Verschiebung zwischen den Mittelpunkten der ersten und zweiten Muster zu Null gewählt wird, wenn es keine Fehlausrichtung gibt, die durch die Prozeßschritte der Herstellung der integrierten Schaltungen induziert bzw. erzeugt wird; und
eine Vielzahl von zweiten Justierungsstrukturen, die auf dem Substrat erzeugt werden und auf dem Substrat mit genügendem Abstand zueinander und zur ersten Justierungsstruktur plaziert sind, wobei jede der zwei ten Justierungsstrukturen ein drittes Muster und ein viertes Muster hat, wobei jedes der dritten und vierten Muster einen Mittelpunkt hat und wobei die Verschiebung zwischen den Mittelpunkten jedes dritten Musters und seines jeweiligen vierten Musters als eine bekannte Größe und in eine bekannte Richtung gewählt wird, wenn es keine Fehlausrichtung gibt, die durch die Prozeßschritte der Herstellung der integrierten Schaltungen induziert wird.
eine erste Justierungsstruktur, die auf einem Substrat erzeugt wird und ein erstes Muster und ein zweites Muster, betrachtet von einem Punkt aus senkrecht zu einer Ebene hat, die allgemein durch das Substrat definiert ist, wobei jedes der ersten und zweiten Muster einen Mittelpunkt hat und wobei die Verschiebung zwischen den Mittelpunkten der ersten und zweiten Muster zu Null gewählt wird, wenn es keine Fehlausrichtung gibt, die durch die Prozeßschritte der Herstellung der integrierten Schaltungen induziert bzw. erzeugt wird; und
eine Vielzahl von zweiten Justierungsstrukturen, die auf dem Substrat erzeugt werden und auf dem Substrat mit genügendem Abstand zueinander und zur ersten Justierungsstruktur plaziert sind, wobei jede der zwei ten Justierungsstrukturen ein drittes Muster und ein viertes Muster hat, wobei jedes der dritten und vierten Muster einen Mittelpunkt hat und wobei die Verschiebung zwischen den Mittelpunkten jedes dritten Musters und seines jeweiligen vierten Musters als eine bekannte Größe und in eine bekannte Richtung gewählt wird, wenn es keine Fehlausrichtung gibt, die durch die Prozeßschritte der Herstellung der integrierten Schaltungen induziert wird.
2. Eichstruktur nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Justierungsstruktur
aufweist:
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das erste Muster bildet;
eine Zwischenschicht, die das erste Muster abdeckt; und
eine zweite Schicht auf der Zwischenschicht, die das zweite Muster bildet.
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das erste Muster bildet;
eine Zwischenschicht, die das erste Muster abdeckt; und
eine zweite Schicht auf der Zwischenschicht, die das zweite Muster bildet.
3. Eichstruktur nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß jede der zweiten
Justierungsstrukturen aufweist:
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das dritte Muster bildet;
eine Zwischenschicht, die das dritte Muster abdeckt; und
eine zweite Schicht auf der Zwischenschicht, die das vierte Muster bildet.
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das dritte Muster bildet;
eine Zwischenschicht, die das dritte Muster abdeckt; und
eine zweite Schicht auf der Zwischenschicht, die das vierte Muster bildet.
4. Eichstruktur nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Justierungsstruktur
aufweist:
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das erste Muster bildet; und
eine zweite Schicht auf dem Substrat, die das zweite Muster bildet, wobei jede der zweiten Justierungsstrukturen aufweist:
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das dritte Muster bildet; und
eine zweite Schicht auf dem Substrat, die das vierte Muster bildet.
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das erste Muster bildet; und
eine zweite Schicht auf dem Substrat, die das zweite Muster bildet, wobei jede der zweiten Justierungsstrukturen aufweist:
eine erste Schicht auf dem Substrat, die das dritte Muster bildet; und
eine zweite Schicht auf dem Substrat, die das vierte Muster bildet.
5. Eichstruktur nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet,
daß das zweite Muster rechtwinklig ist, eine Öffnung hat, und daß das erste Muster rechtwinklig ist und in dieser Öffnung positioniert ist; und
daß jedes der vierten Muster rechtwinklig ist, eine Öffnung hat, und daß jedes der jeweiligen dritten Muster rechtwinklig ist und in dieser jeweiligen Öffnung positioniert ist, wobei die Verschiebung zwi schen dem Mittelpunkt des ersten Musters und dem Mittelpunkt des zweiten Musters und zwischen jedem Mittelpunkt der dritten Muster und dem jeweiligen Mittelpunkt der vierten Muster in bezug auf die jeweiligen, orthogonalen, sich schneidenden X- und Y- Achsen bestimmt ist, die auf der Ebene liegend definiert sind, wobei des weiteren der Schnittpunkt von jeder der jeweiligen X- und Y-Achsen eine x, y- Koordinate (0,0) definieren und wobei die Mittelpunkte von jedem der ersten und dritten Muster auf der x, y- Koordinate (0,0) ihrer jeweiligen X- und Y-Achsen liegen.
daß das zweite Muster rechtwinklig ist, eine Öffnung hat, und daß das erste Muster rechtwinklig ist und in dieser Öffnung positioniert ist; und
daß jedes der vierten Muster rechtwinklig ist, eine Öffnung hat, und daß jedes der jeweiligen dritten Muster rechtwinklig ist und in dieser jeweiligen Öffnung positioniert ist, wobei die Verschiebung zwi schen dem Mittelpunkt des ersten Musters und dem Mittelpunkt des zweiten Musters und zwischen jedem Mittelpunkt der dritten Muster und dem jeweiligen Mittelpunkt der vierten Muster in bezug auf die jeweiligen, orthogonalen, sich schneidenden X- und Y- Achsen bestimmt ist, die auf der Ebene liegend definiert sind, wobei des weiteren der Schnittpunkt von jeder der jeweiligen X- und Y-Achsen eine x, y- Koordinate (0,0) definieren und wobei die Mittelpunkte von jedem der ersten und dritten Muster auf der x, y- Koordinate (0,0) ihrer jeweiligen X- und Y-Achsen liegen.
6. Verfahren zum Eichen eines Justierungsmeßsystems,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Bestimmen jeder werkzeuginduzierten Verschiebung, die durch das Justierungsmeßsystem gezeigt wird;
Positionieren einer Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in einer Ausgangsposition, wobei die Eichstruktur eine Justierungsstruktur, die ein vorgewähltes Null-Offset hat, und eine Mehrzahl von Justierungsstrukturen hat, die die jeweiligen vorgewählten Nicht-Null-Offsets haben;
Durchführen einer ersten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in einer vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 90 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer zweiten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in vorgegebener Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 180 Grad zur besagten Ausgangsposition;
Durchführen einer dritten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 270 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer vierten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems,
Verifizieren der werkzeuginduzierten Verschiebungs bestimmung und Prüfen auf irgendwelchen Astigmatismus als Antwort auf die ersten, zweiten, dritten und vierten Messungen;
Drehen der besagten Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer fünften Verschiebungsmessung von jeder der Justierungsstrukturen in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen der geänderten fünften Verschiebungsmessungen für die Nicht-Null-Offset- Justierungsstrukturen durch Subtraktion der fünften Null-Offset-Verschiebungsmessung von jeder der jeweiligen fünften Nicht-Null-Verschiebungsmessungen;
Ableiten einer Eichkurve aus den geänderten fünften Verschiebungsmessungen und den jeweiligen vorgewählten Null-Offsets und Nicht-Null-Offsets;
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der ermittelten werkzeuginduzierten Verschiebung, um die werkzeuginduzierte Verschiebung auszugleichen, die durch das Justierungsmeßsystem gezeigt wird; und
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der Eichkurve, um die systematischen Fehler auszuglei chen, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt werden.
Bestimmen jeder werkzeuginduzierten Verschiebung, die durch das Justierungsmeßsystem gezeigt wird;
Positionieren einer Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in einer Ausgangsposition, wobei die Eichstruktur eine Justierungsstruktur, die ein vorgewähltes Null-Offset hat, und eine Mehrzahl von Justierungsstrukturen hat, die die jeweiligen vorgewählten Nicht-Null-Offsets haben;
Durchführen einer ersten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in einer vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 90 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer zweiten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in vorgegebener Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 180 Grad zur besagten Ausgangsposition;
Durchführen einer dritten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Eichstruktur um 270 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer vierten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems,
Verifizieren der werkzeuginduzierten Verschiebungs bestimmung und Prüfen auf irgendwelchen Astigmatismus als Antwort auf die ersten, zweiten, dritten und vierten Messungen;
Drehen der besagten Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer fünften Verschiebungsmessung von jeder der Justierungsstrukturen in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen der geänderten fünften Verschiebungsmessungen für die Nicht-Null-Offset- Justierungsstrukturen durch Subtraktion der fünften Null-Offset-Verschiebungsmessung von jeder der jeweiligen fünften Nicht-Null-Verschiebungsmessungen;
Ableiten einer Eichkurve aus den geänderten fünften Verschiebungsmessungen und den jeweiligen vorgewählten Null-Offsets und Nicht-Null-Offsets;
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der ermittelten werkzeuginduzierten Verschiebung, um die werkzeuginduzierte Verschiebung auszugleichen, die durch das Justierungsmeßsystem gezeigt wird; und
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der Eichkurve, um die systematischen Fehler auszuglei chen, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Ermittlung der werkzeuginduzierten
Verschiebung erreicht wird durch:
Positionieren der Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in der Ausgangsposition;
Durchführen einer Ausgangsmessung der Verschiebung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Null-Offset-Justierungsstruktur um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer nachfolgenden Messung der Verschiebung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungs meßsystems; und
Berechnen jeder werkzeuginduzierten Verschiebung, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt wird, als Antwort auf Ausgangs- und nachfolgende Messungen.
Positionieren der Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in der Ausgangsposition;
Durchführen einer Ausgangsmessung der Verschiebung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Null-Offset-Justierungsstruktur um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer nachfolgenden Messung der Verschiebung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungs meßsystems; und
Berechnen jeder werkzeuginduzierten Verschiebung, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt wird, als Antwort auf Ausgangs- und nachfolgende Messungen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Berechnung der werkzeuginduzierten
Verschiebung erreicht wird unter Verwendung der
Gleichung:
TIS = (D₁₈₀ - D₀)/2;wobei TIS die werkzeuginduzierte Verschiebung
darstellt, D180 die nachfolgende Verschiebungsmessung
und D0 die Ausgangsverschiebungsmessung darstellt.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schritt der Berechnung der geänderten fünften
Verschiebungsmessung erreicht wird unter Verwendung der
Gleichung:
DSn geä = DSn - DS0;wobei n eine der jeweiligen Nicht-Null-
Justierungsstrukturen darstellt; DSn geä die jeweilige
fünfte geänderte Verschiebungsmessung für eine der
Nicht-Null-Offset-Justierungsstrukturen darstellt; DSn
die jeweilige fünfte Verschiebungsmessung für eine der
Nicht-Null-Offset-Justierungsstrukturen darstellt; und
DS0 die fünfte Verschiebungsmessung für die Null-Offset
Justierungsstruktur darstellt.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt der Berechnung der
geänderten fünften Verschiebungsmessung erreicht wird
unter Verwendung der Gleichung:
DSn geä = DSn - TIS - DS0;wobei n eine der jeweiligen Nicht-Null-
Justierungsstrukturen darstellt; DSn geä die jeweilige
fünfte geänderte Verschiebungsmessung für eine der
Nicht-Null-Offset-Justierungsstrukturen darstellt; DSn
die jeweilige fünfte Verschiebungsmessung für eine der
Nicht-Null-Offset-Justierungsstrukturen darstellt; TIS
die werkzeuginduzierte Verschiebung darstellt; und DS0
die fünfte Verschiebungsmessung für die Null-Offset-
Justierungsstruktur darstellt.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schritt der Änderung des
Justierungsmeßsystems unter Verwendung der ermittelten
werkzeuginduzierten Verschiebung erreicht wird durch:
Ableiten einer TIS-Eichkurve aus der Gleichung; und
Abändern der Messungen, die mit dem Justierungs meßsystem gemäß der TIS-Eichkurve durchgeführt wurden.
Ableiten einer TIS-Eichkurve aus der Gleichung; und
Abändern der Messungen, die mit dem Justierungs meßsystem gemäß der TIS-Eichkurve durchgeführt wurden.
12. Verfahren zum Eichen eines Justierungsmeßsystems,
wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Positionieren einer Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in einer Ausgangsposition, wobei die Eichstruktur eine Justierungsstruktur, die ein vorgewähltes Null-Offset hat, und eine Vielzahl von Justierungsstrukturen hat, die jeweilige vorgewählte Nicht-Null-Offsets haben;
Durchführen einer ersten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in einer vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Null-Offset-Justierungsstruktur um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer zweiten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen einer Messungsverschiebung, induziert durch das Justierungsmeßsystem, als Antwort auf die erste und zweite Messung;
Einstellen des Justierungsmeßsystems, um die induzierte Verschiebung auszugleichen;
Drehen der Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer dritten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung von dem Justierungsmeßsystem;
Drehen der Justierungsstrukturen um 90 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer vierten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Justierungsstrukturen um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer fünften Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Justierungsstrukturen um 270 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer sechsten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Verifizieren der berechneten Messungsverschiebung und Überprüfen auf irgendeinen Astigmatismus als Antwort auf die dritte, vierte, fünfte und sechste Messung;
Drehen der Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer siebten Verschiebungsmessung von jeder der Justierungsstrukturen in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen der eingestellten siebten Verschiebungsmessungen für die Nicht-Null-Offset- Justierungsstrukturen durch Subtraktion der siebten Null-Offset-Verschiebungsmessung von jeder der jeweiligen siebten Nicht-Null-Verschiebungsmessungen;
Ableiten einer Eichkurve aus den eingestellten siebten Verschiebungsmessungen und den jeweiligen vorgewählten Null-Offsets und Nicht-Null-Offsets; und
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der Eichkurven, um systematische Fehler auszugleichen, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt werden.
Positionieren einer Eichstruktur gegenüber dem Justierungsmeßsystem in einer Ausgangsposition, wobei die Eichstruktur eine Justierungsstruktur, die ein vorgewähltes Null-Offset hat, und eine Vielzahl von Justierungsstrukturen hat, die jeweilige vorgewählte Nicht-Null-Offsets haben;
Durchführen einer ersten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in einer vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Null-Offset-Justierungsstruktur um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer zweiten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen einer Messungsverschiebung, induziert durch das Justierungsmeßsystem, als Antwort auf die erste und zweite Messung;
Einstellen des Justierungsmeßsystems, um die induzierte Verschiebung auszugleichen;
Drehen der Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer dritten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung von dem Justierungsmeßsystem;
Drehen der Justierungsstrukturen um 90 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer vierten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Justierungsstrukturen um 180 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer fünften Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Drehen der Justierungsstrukturen um 270 Grad zur Ausgangsposition;
Durchführen einer sechsten Verschiebungsmessung der Null-Offset-Justierungsstruktur in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Verifizieren der berechneten Messungsverschiebung und Überprüfen auf irgendeinen Astigmatismus als Antwort auf die dritte, vierte, fünfte und sechste Messung;
Drehen der Eichstruktur in die Ausgangsposition;
Durchführen einer siebten Verschiebungsmessung von jeder der Justierungsstrukturen in der vorgegebenen Richtung unter Verwendung des Justierungsmeßsystems;
Berechnen der eingestellten siebten Verschiebungsmessungen für die Nicht-Null-Offset- Justierungsstrukturen durch Subtraktion der siebten Null-Offset-Verschiebungsmessung von jeder der jeweiligen siebten Nicht-Null-Verschiebungsmessungen;
Ableiten einer Eichkurve aus den eingestellten siebten Verschiebungsmessungen und den jeweiligen vorgewählten Null-Offsets und Nicht-Null-Offsets; und
Einstellen des Justierungsmeßsystems unter Verwendung der Eichkurven, um systematische Fehler auszugleichen, die von dem Justierungsmeßsystem gezeigt werden.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/723,170 US5280437A (en) | 1991-06-28 | 1991-06-28 | Structure and method for direct calibration of registration measurement systems to actual semiconductor wafer process topography |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4221080A1 true DE4221080A1 (de) | 1993-01-14 |
DE4221080C2 DE4221080C2 (de) | 1997-06-19 |
Family
ID=24905156
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4221080A Expired - Fee Related DE4221080C2 (de) | 1991-06-28 | 1992-06-26 | Struktur und Verfahren zum direkten Eichen von Justierungsmess-Systemen für konkrete Halbleiterwafer-Prozesstopographie |
Country Status (6)
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