EP3371656A1 - Verfahren und vorrichtung zur charakterisierung eines durch wenigstens einen lithographieschritt strukturierten wafers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur charakterisierung eines durch wenigstens einen lithographieschritt strukturierten wafers

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EP3371656A1
EP3371656A1 EP16794539.3A EP16794539A EP3371656A1 EP 3371656 A1 EP3371656 A1 EP 3371656A1 EP 16794539 A EP16794539 A EP 16794539A EP 3371656 A1 EP3371656 A1 EP 3371656A1
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EP
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wafer
diffraction
structured
intensity measurements
electromagnetic radiation
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Withdrawn
Application number
EP16794539.3A
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Hans-Michael STIEPAN
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Carl Zeiss SMT GmbH
Original Assignee
Carl Zeiss SMT GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01N2201/0683—Brewster plate; polarisation controlling elements

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for characterizing a wafer structured by at least one lithography step.
  • Microlithography is used to fabricate microstructured devices such as integrated circuits or LCDs.
  • the microlithography process is carried out in a so-called projection exposure apparatus, which has an illumination device and a projection objective.
  • a method according to the invention for characterizing a wafer structured by at least one lithography step at least one characteristic variable being determined on the basis of a plurality of measurements of the intensity of electromagnetic radiation after its diffraction on the structured wafer, these intensity measurements for at least two different diffraction orders are carried out, wherein for at least two regions on the wafer in each case a value of the characteristic assigned to the respective region is determined on the basis of a comparison of the measured values obtained in the intensity measurements for the at least two diffraction orders, and wherein the intensity measurements for determining the characteristic for the at least two regions on the wafer are carried out simultaneously.
  • the invention is initially based on the principle of enabling the determination of the relative position of structures produced in different lithographic steps on the wafer relative to one another by carrying out a diffraction-based measurement for at least two different diffraction orders, which takes into account the fact that a Diffraction-based measurement alone in the zeroth diffraction order for reasons of symmetry would not be sufficient for this purpose.
  • the invention is now based in particular on the concept of such a diffraction-based intensity measurement not only for an area on the wafer or for obtaining a single overlay value for a certain measuring time or measuring step, but rather to simultaneously measure several (ie at least two, but in principle any desired) ranges on the wafer and a corresponding number of parameters or overlay values which are respectively assigned to these areas to determine at once.
  • the said areas on the wafer may be both specially provided (and otherwise functionless) marker areas or structures or also useful structures on the wafer.
  • the invention is not limited to the sole determination of overlay values, but at the same time makes it possible to determine further relevant parameters, such as e.g. Line widths (CD value), layer thicknesses, etc.
  • the intensity measurements are performed for different wavelengths.
  • the intensity measurements are performed for different polarization states of the electromagnetic radiation.
  • the determination of the parameter takes place on the basis of a comparison of measured values obtained on the basis of the intensity measurements for the at least two diffraction orders with model-based simulated values. This comparison can be carried out in particular iteratively.
  • the diffraction orders for which the intensity measurements are made include +1. Diffraction order and the -1. Diffraction order.
  • the diffraction orders for which the intensity measurements are performed include the 0th diffraction order.
  • the at least one determined parameter describes the relative position of two structures produced on the wafer, in particular of two structures produced on the wafer in different lithographic steps, relative to one another.
  • the at least one determined parameter describes the overlay accuracy (overlay) of two structures produced in different lithography steps.
  • the at least one determined parameter describes a CD value.
  • the electromagnetic radiation impinges on the wafer with a maximum numerical aperture of less than 0.1, in particular less than 0.05, more particularly less than 0.01.
  • the intensity measurements are carried out with at least one detector, wherein each of the at least two regions on the wafer is in each case assigned to a region on the detector.
  • the electromagnetic radiation impinges on the detector with a maximum numerical aperture of less than 0.1, in particular less than 0.05, more particularly less than 0.01.
  • the at least one detector is designed to be pivotable. In this way, a variation of the direction of each electromagnetic radiation diffracted for the wafer structures for different wavelengths, different grating periods of the respective structures as well as different diffraction orders are taken into account by the fact that the light, which may be diffracted in these directions, may also be picked up by means of a pivotal movement of the detector.
  • the at least one detector is designed as a line scan camera with a linear array of camera sensors.
  • the wafer can each be tilted accordingly and moved back and forth.
  • This embodiment has the advantage of optical correction that is optically simpler for a line compared to a field, so that a comparatively compact design can be achieved.
  • a variation of the diffraction direction of the electromagnetic radiation occurring as a function of the wavelength is at least partially compensated by using at least one grating in the optical beam path.
  • the electromagnetic radiation after its diffraction on the structured wafer is reflected back by using a Littrow grating.
  • a Littrow grating As a result, for example, in the +1. or -1. Diffraction diffracted light are each reflected back in itself, making a total of the detector arrangement a more compact design can be realized.
  • the invention further relates to an apparatus for characterizing a wafer structured by at least one lithography step, wherein at least one characteristic variable for the structured wafer based on a plurality of measurements of the intensity of electromagnetic radiation the diffraction of which can be determined on the structured wafer, wherein the device is configured to perform a method with the features described above.
  • Figure 1 is a schematic representation of a possible structure of a
  • FIG. 2 shows a schematic illustration for illustrating the overlay value determined according to the invention
  • FIGS. 3a-b are schematic representations for explaining the inventive calculation of overlay values and possibly further characteristic variables from the intensity values obtained with the measuring arrangement of FIG. 1;
  • FIG. 1 initially shows, in a schematic representation, the possible structure of a measuring arrangement or device for carrying out the method according to the invention.
  • the measuring arrangement of FIG. 1 is designed as a scatterometer and has a light source 101, which may be e.g. can be a broadband tunable light source for generating a wavelength spectrum (for example in the wavelength range of 300 nm to 800 nm).
  • the light from the light source 101 strikes a polarizer 102 (possibly exchangeable for setting linearly polarized light of different polarization directions), a deflection mirror 103, a lens 104, a diaphragm 105 and a further lens 106 arranged on a wafer plane 140 Wafer 150 or on this wafer 150 already lithographically generated (and in Fig. 1 only schematically indicated) structures. After diffraction on these structures, the light passes in accordance with FIG.
  • Diffraction order (shown on the left in Fig. 1) via a lens 1 14, a diaphragm 1 13, a further lens 1 12 and an analyzer 1 1 1 on a first detector (camera) 1 10.
  • Diffraction order (shown in Fig. 1 right) passes the light via a lens 124, an aperture 123, another lens 122 and an analyzer 121 to a second detector (camera) 120.
  • the Intensity measurement with the detectors 1 10, 120 for a variety of different wavelengths or polarization states take place.
  • Diffraction order also other diffraction orders are taken into account.
  • FIG. 3 a for the example of the overlay determination
  • FIG. 3 b for the overlay determination as well as additional determination of further parameters or parameters
  • FIG. 2 merely schematically shows two structures produced in different lithographic steps on the wafer 150, which have an offset d which can be determined according to the invention in the lateral direction (x-direction in the depicted coordinate system).
  • the measured values obtained for different combinations of polarization, diffraction order and wavelength are shown in FIG. 3a and Fig. 3b in each case attached to a model generated by solving the Maxwell equations, wherein, for example the method of least squares deviation can be applied.
  • an iteration may optionally also be carried out.
  • additional parameters such as CD can also be determined, if necessary.
  • additional parameters such as CD can also be determined, if necessary.
  • each of the above-mentioned structured wafer areas corresponds to one corresponds to the respective detector 1 10 or 120 imaged (camera) area.
  • the field formed according to the invention can have a size of typically several mm 2 .
  • the total recorded area on the wafer may be the size of a typical wafer element or die and have a value of 26mm * 33mm, for example
  • the structures present on these wafer regions can be different or identical structures, user structures or otherwise functionless marker structures, or they can also be regions of one and the same continuous periodic structure, for which then According to the invention, overlay values at different locations on the wafer are determined.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of another possible embodiment of a measuring arrangement according to the invention, wherein components analogous or substantially functionally identical to FIG. 1 are designated by reference numerals increased by "300".
  • the measuring arrangement of FIG. 4 differs from that of FIG. 1 only in that the sections comprising the respective detector 410 or 420 as well as the components 41 1 -414 or 421 -424 are designed to be pivotable, in order to vary the direction of the In each case diffracted at the Waferstruc- tures electromagnetic radiation for different wavelengths, different grating periods of the respective structures as well as different diffraction orders to be considered and thus also to catch the possibly diffracted in these directions light.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of a measuring arrangement, wherein components analogous or substantially functionally identical to FIG. 4 are designated by reference numerals increased by "100".
  • the above-mentioned effect of variation of the diffraction direction as a function of the wavelength is compensated for by use of a grating 515 and 525, respectively, which is arranged in the beam path after the wafer 550 Grids 515 and 525 are made to achieve the desired compensation effect).
  • FIG. 6 shows a further possible embodiment of a measuring arrangement according to the invention, in which analogous or substantially functionally identical components are designated by reference numerals increased by "100.”
  • Littrow grids 616 and 626 each with an associated aperture arrangement (shutter) 617 or 627 arranged in front of it in the light propagation direction
  • aperture arrangement (shutter) 617 or 627 arranged in front of it in the light propagation direction
  • diffracts into the +1 or -1 diffraction order Each light reflected back in itself, so that a total of a more compact design can be realized with respect to the detector arrangement.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a measuring device according to the invention. Arrangement, wherein to Fig. 1 analog or substantially functionally identical components are designated by "600" increased reference numerals.
  • the measuring arrangement according to FIG. 7 differs from that according to FIG. 1 in that the measuring arrangement according to FIG. 7 - in addition to the detection of the in the +1. or -1.
  • Diffraction order diffracted light - is designed to detect the outgoing in the zeroth order of diffraction from the wafer 750 light and this purpose, a further detector (camera) 730 is provided with in the light propagation direction in front arranged analyzer 731.
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a measuring arrangement, wherein components which are analogous or substantially functionally identical to those of FIG. 1 are designated by reference numerals increased by "700.”
  • the measuring arrangement has a construction which is the opposite in comparison to FIG on, as shown in FIG. 8 are two "lighting units", each with a light source 801 a and 801 b (followed by the other components 802a-806a and 802b-806b) are provided so that here only a detector (camera) 810 with the corresponding components 81 1 -814 is needed.
  • This detector 810 detects +1 for the light coming from the first light source 801a. Diffraction order, whereas he for coming from the second light source 801 b light the -1. Diffraction order recorded (or vice versa).
  • the optical design can be simplified and, on the other hand, on the other hand, a cost advantage can also be achieved due to the illumination components typically more cost-effective compared to the detector 810.
  • Fig. 9a-b shows a further possible embodiment of a measuring arrangement, wherein analogous to Fig. 1 or substantially functionally identical components are designated by "800" reference numerals.
  • the intensity measurement according to the invention is carried out using a linear sensor arrangement (line scan camera). Camera) having detector 910, wherein here the wafer 950 as shown in Fig. 9b indicated tilted and moved back and forth.
  • This refinement has the advantage of optical optics which are optically simpler for a line compared to a field, so that a comparatively compact structure can also be achieved here.
  • the measuring arrangement according to the invention may be e.g. Starting from FIG. 1 or FIG. 4, four instead of just two detector branches or arms have to be determined in order to determine the respectively determined overlay values in two mutually perpendicular directions (x and y direction).
  • the measuring arrangement may also be configured such that the detectors 110 and 120, when discrete wavelengths are used for a first wavelength (e.g., 800nm), are just +1. or -1. Diffraction order, for a second wavelength (of e.g. 400nm) just the +2. or -2. Diffraction order and for a third wavelength (of e.g. 200nm) the +3. or -3. Diffraction order. In this way, if necessary, the need for a pivotable design of the respective detector branches or arms can be avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Kenngröße auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt, wobei diese Intensitätsmessungen für wenigstens zwei unterschiedliche Beugungsordnungen durchgeführt werden, wobei für wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) jeweils ein dem jeweiligen Bereich zugeordneter Wert der Kenngröße auf Basis eines Vergleichs der in den Intensitätsmessungen für die wenigstens zwei Beugungsordnungen erhaltenen Messwerte bestimmt wird, und wobei die Intensitätsmessungen zur Bestimmung der Kenngröße für die wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer simultan durchgeführt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Charakterisierung
eines durch wenigstens einen
Lithographieschritt strukturierten Wafers
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Deutschen Patent- anmeldung DE 10 2015 221 773.6, angemeldet am 5. November 2015. Der Inhalt dieser DE-Anmeldung wird durch Bezugnahme („incorporation by reference") mit in den vorliegenden Anmeldungstext aufgenommen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers.
Stand der Technik Mikrolithographie wird zur Herstellung mikrostrukturierter Bauelemente, wie beispielsweise integrierter Schaltkreise oder LCD's, angewendet. Der Mikro- lithographieprozess 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) proji- ziert, um die Maskenstruktur auf die lichtempfindliche Beschichtung des Substrats zu übertragen.
Hierbei besteht in der Praxis häufig der Bedarf, die relative Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen zu kontrollieren, wobei möglichst hohe Genauigkeiten (z.B. in der Größenordnung von 1 nm) angestrebt werden. Dies ist z.B. bei der Kontrolle der Überdeckungsgenauigkeit („Overlay") in sogenannten „Multi-Patterning"-Verfahren der Fall, bei denen die Strukturen auf dem Wafer zur Unterschreitung der Auflösungsgrenze des optischen Systems in mehreren Lithographieschritten erzeugt werden.
Bei der Kontrolle der relativen Position von Strukturen bzw. der Überdeckungsgenauigkeit ist es u.a. auch bekannt, Markerbereiche bzw. -strukturen insbesondere in Randbereichen der jeweils hergestellten Waferelemente zu erzeugen, um anhand dieser Markerbereiche bzw. -strukturen eine beugungs- basierte Overlay-Bestimmung in einem scatterometrischen Aufbau durchzuführen. Hierbei tritt jedoch in der Praxis das Problem auf, dass aufgrund der Vielzahl zu vermessender Markerstrukturen die betreffende Overlay-Bestimmung sowie ggf. auch die Bestimmung weiterer relevanter, für den strukturierten Wafer charakteristischer Kenngrößen zeitaufwendig ist, wodurch im Ergebnis der erzielbare Durchsatz des Lithographieverfahrens beeinträchtigt wird.
Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf US 2006/0274325 A1 , US 8,339,595 B2, US 8,670, 1 18 B2 und US 2012/0224176 A1 verwiesen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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 die Ermittlung von einer oder mehreren für den strukturierten Wafer charakteristi- sehen Kenngrößen, insbesondere der relativen Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten erzeugten Strukturen auf dem Wafer, bei möglichst geringer Beeinträchtigung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 19 gelöst. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Kenngröße auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt wird, werden diese Inten- sitätsmessungen für wenigstens zwei unterschiedliche Beugungsordnungen durchgeführt, wobei für wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer jeweils ein dem jeweiligen Bereich zugeordneter Wert der Kenngröße auf Basis eines Vergleichs der in den Intensitätsmessungen für die wenigstens zwei Beugungsordnungen erhaltenen Messwerte bestimmt wird, und wobei die Intensi- tätsmessungen zur Bestimmung der Kenngröße für die wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer simultan durchgeführt werden.
Die Erfindung geht zunächst von dem Prinzip aus, über die Durchführung einer beugungsbasierten Messung für wenigstens zwei unterschiedliche Beugungs- Ordnungen auch die Bestimmung der relativen Position von in unterschiedlichen Lithographieschritten erzeugten Strukturen auf dem Wafer zueinander zu ermöglichen, wodurch dem Umstand Rechnung getragen wird, dass eine beugungsbasierte Messung etwa allein in der nullten Beugungsordnung aus Symmetriegründen hierfür nicht ausreichend wäre.
Von diesem Prinzip ausgehend liegt der Erfindung nun insbesondere das Konzept zugrunde, eine solche beugungsbasierte Intensitätsmessung nicht nur für einen Bereich auf dem Wafer bzw. zum Erhalt eines einzigen Overlay-Wertes für einen bestimmten Messzeitpunkt bzw. Messschritt durchzuführen, sondern vielmehr simultan mehrere (d.h. wenigstens zwei, grundsätzlich aber beliebig viele) Bereiche auf dem Wafer entsprechend zu vermessen und eine entsprechende Anzahl von Kenngrößen bzw. Overlay-Werten, welche diesen Berei- chen jeweils zugeordnet sind, auf einmal zu bestimmen. Bei den besagten Bereichen auf dem Wafer kann es sich sowohl um eigens hierzu vorgesehene (und ansonsten funktionslose) Markerbereiche bzw. -strukturen oder auch um Nutzstrukturen auf dem Wafer handeln. Im Ergebnis wird erfindungsgemäß ein erheblicher Geschwindigkeitsvorteil erzielt, so dass auch eine zur Charakterisierung komplexer Nutzstrukturen erforderliche Vermessung einer Vielzahl von Markerstrukturen bzw. Ermittlung einer Vielzahl von (z.B. Marker-)Strukturen ohne zu große Beeinträchtigung des Durchsatzes der Projektionsbelichtungsanlage ermöglicht wird.
Die Erfindung ist nicht auf die alleinige Bestimmung von Overlay-Werten beschränkt, sondern ermöglicht zugleich die Ermittlung weiterer relevanter Parameter wie z.B. Linienbreiten (CD-Wert), Schichtdicken etc. Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen für unterschiedliche Wellenlängen durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen für unterschiedliche Polarisationszustände der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Bestimmung der Kenngröße auf Basis eines Vergleichs von anhand der Intensitätsmessungen für die wenigstens zwei Beugungsordnungen erhaltenen Messwerten mit modellbasiert simulier- ten Werten. Dieser Vergleich kann insbesondere iterativ durchgeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Beugungsordnungen, für welche die Intensitätsmessungen durchgeführt werden, die +1 . Beugungsordnung und die -1 . Beugungsordnung. Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Beugungsordnungen, für welche die Intensitätsmessungen durchgeführt werden, die 0. Beugungsordnung.
Gemäß einer Ausführungsform beschreibt die wenigstens eine ermittelte Kenngröße die relative Position von zwei auf dem Wafer erzeugten Strukturen, insbesondere von zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer erzeugten Strukturen, zueinander.
Gemäß einer Ausführungsform beschreibt die wenigstens eine ermittelte Kenngröße die Überdeckungsgenauigkeit (Overlay) von zwei in unterschiedli- chen Lithographieschritten erzeugten Strukturen.
Gemäß einer Ausführungsform beschreibt die wenigstens eine ermittelte Kenngröße einen CD-Wert. Gemäß einer Ausführungsform trifft die elektromagnetische Strahlung auf den Wafer mit einer maximalen numerischen Apertur von weniger als 0.1 , insbesondere weniger als 0.05, weiter insbesondere weniger als 0.01 , auf.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Intensitätsmessungen mit wenigs- tens einem Detektor durchgeführt, wobei jeder der wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer jeweils einem Bereich auf dem Detektor zugeordnet ist.
Gemäß einer Ausführungsform trifft die elektromagnetische Strahlung auf den Detektor mit einer maximalen numerischen Apertur von weniger als 0.1 , insbe- sondere weniger als 0.05, weiter insbesondere weniger als 0.01 , auf.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Detektor schwenkbar ausgebildet. Auf diese Weise kann eine Variation der Richtung der jeweils an den Waferstrukturen gebeugten elektromagnetischen Strahlung für unterschiedliche Wellenlängen, unterschiedliche Gitterperioden der jeweiligen Strukturen sowie auch unterschiedliche Beugungsordnungen berücksichtigt werden, indem über eine Schwenkbewegung des Detektors auch das ggf. in diese Richtungen gebeugte Licht aufgefangen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der wenigstens eine Detektor als Zeilenkamera mit einer linearen Anordnung von Kamerasensoren ausgebildet. Hierbei kann der Wafer jeweils entsprechend gekippt sowie hin- und hergefahren wer- den. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil der für eine Linie im Vergleich zu einem Feld optisch einfacheren optischen Korrektur, so dass ein vergleichsweise kompakter Aufbau erzielt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform entsprechen die wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer einer integralen Fläche von wenigstens 1 mm2, insbesondere von wenigstens 10mm2, weiter insbesondere von wenigstens 100mm2.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine in Abhängigkeit von der Wellenlänge auftretende Variation der Beugungsrichtung der elektromagnetischen Strah- lung durch Verwendung wenigstens eines Gitters im optischen Strahlengang wenigstens teilweise kompensiert.
Gemäß einer Ausführungsform wird die elektromagnetische Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer durch Verwendung eines Littrow- gitters zurückreflektiert. Hierdurch kann z.B. das in die +1 . bzw. -1 . Beugungsordnung gebeugte Licht jeweils in sich selbst zurückreflektiert werden, wodurch insgesamt hinsichtlich der Detektoranordnung ein kompakterer Aufbau realisiert werden kann. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Kenngröße auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelbar ist, 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.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines möglichen Aufbaus einer
Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Figur 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des erfindungsgemäß bestimmen Overlay-Wertes;
Figur 3a-b schematische Darstellungen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Berechnung von Overlay-Werten sowie ggf. weiterer Kenngrößen aus den mit der Messanordnung von Fig. 1 erhaltenen Intensitätswerten; und
Figur 4-9 schematische Darstellungen des möglichen Aufbaus einer
Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in weiteren Ausführungsformen. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN Fig. 1 zeigt zunächst in schematischer Darstellung den möglichen Aufbau einer Messanordnung bzw. Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Messanordnung von Fig. 1 ist als Scatterometer ausgestaltet und weist ei- ne Lichtquelle 101 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. Das Licht der Lichtquelle 101 trifft über einen (ggf. zur Einstellung von linear polarisiertem Licht unterschiedlicher Polarisationsrichtungen austauschbaren) Polarisator 102, einen Umlenkspiegel 103, eine Linse 104, eine Blende 105 und eine weitere Linse 106 auf einen auf einer Waferebene bzw. Waferstage 140 angeordneten Wafer 150 bzw. die auf diesem Wafer 150 bereits lithographisch erzeugten (und in Fig. 1 lediglich schematisch angedeuteten) Strukturen. Nach Beugung an diesen Strukturen gelangt das Licht gemäß Fig. 1 in der -1 . Beugungsordnung (in Fig. 1 links dargestellt) über eine Linse 1 14, eine Blende 1 13, eine weitere Linse 1 12 und einen Analysator 1 1 1 auf einen ersten Detektor (Kamera) 1 10. In der +1 . Beugungsordnung (in Fig. 1 rechts dargestellt) gelangt das Licht über eine Linse 124, eine Blende 123, eine weitere Linse 122 und einen Analysator 121 auf einen zweiten Detektor (Kamera) 120. Unter Einsatz der stimmbaren Lichtquelle 101 bzw. Polarisatoren 102 kann die Intensitätsmessung mit den Detektoren 1 10, 120 für eine Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen bzw. Polarisationszustände erfolgen. In weiteren Ausführungsformen können zusätzlich oder alternativ zu der ±1 . Beugungsordnung auch andere Beugungsordnungen berücksichtigt werden.
Auf Basis der mit den Detektoren 1 10, 120 jeweils gemessenen Intensitätswerte lässt sich durch Vergleich (insbesondere Differenzbildung) grundsätzlich modellbasiert gemäß den in Fig. 3a (für das Beispiel der Overlay-Bestimmung) bzw. Fig. 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 unter- schiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer 150 erzeugten Strukturen (z.B. hierzu vorgesehenen Markerstrukturen) vornehmen. In Fig. 2 sind lediglich schematisch zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer 150 erzeugte Strukturen, welche in lateraler Richtung (x-Richtung im eingezeichneten Koordinatensystem) einen erfindungsgemäß bestimmbaren Versatz d aufweisen, angedeutet.
Für die vorstehend genannte Overlay-Bestimmung werden die für unterschiedliche Kombinationen aus Polarisation, Beugungsordnung und Wellenlänge erhaltenen Messwerte (z.B. 2*2*10=40 Messwerte bei Messung für zwei unter- schiedliche Polarisationszustände, zwei Beugungsordnungen und zehn unterschiedliche Wellenlängen) gemäß Fig. 3a bzw. Fig. 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 Fig. 3b angedeutet gegebenenfalls auch eine Iteration durchgeführt werden.
Im Hinblick auf die ggf. große Anzahl der bei Nutzstrukturen zu bestimmenden Kenngrößen können ferner erforderlichenfalls zusätzliche Parameter wie CD bestimmt werden. Ferner ist es auch möglich, bei der Bestimmung des Over- lays Werte für bestimmte kritische Parameter miteinzubeziehen, die durch
Messung anderer Marker- bzw. Nutzstrukturen erhalten wurden. Dies beruht darauf, dass z.B. der Wert eines Flankenwinkels in einer Struktur stark korreliert mit dem Wert eines Flankenwinkels in einer anderen Struktur ist. Erfindungsgemäß erfolgt nun die vorstehend beschriebene Bestimmung des jeweils einem strukturierten Waferbereich zugeordneten Overlay-Wertes sowie gegebenenfalls weiterer Parameter bzw. Kenngrößen (z.B. CD-Wert) zu jedem Messzeitpunkt bzw. in jedem Messschritt nicht nur für einen einzigen struktu- rierten 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. Dies wird in der Messanord- nung von Fig. 1 insbesondere dadurch ermöglicht, dass das Licht sowohl auf den Wafer 150 als auch auf den jeweiligen Detektor 1 10 bzw. 120 in einem im Wesentlichen kollimierten Strahlengang auftrifft, wobei jeder der vorstehend genannten strukturierten Waferbereiche einem auf den jeweiligen Detektor 1 10 bzw. 120 abgebildeten (Kamera-)Bereich entspricht.
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 dem betreffenden Detektor (Kamera) 1 10 bzw. 120 abgebildet. Das erfindungsgemäß ab- gebildete 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. Die Erfindung ist hinsichtlich der Beschaffenheit der einzelnen, wie vorstehend beschrieben simultan vermessenen Waferbereiche nicht weiter eingeschränkt. So kann es sich bei den auf diesen Waferbereichen vorhandenen Strukturen um unterschiedliche oder auch identische Strukturen, Nutzstrukturen oder ansonsten funktionslose Markerstrukturen handeln. Des Weiteren kann es sich auch um Bereiche ein- und derselben durchgehenden periodischen Struktur handeln, für welche dann somit erfindungsgemäß Overlay-Werte an verschiedenen Orten auf dem Wafer ermittelt werden.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Messanordnung, wobei zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um „300" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Die Messanordnung von Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen aus Fig. 1 lediglich dadurch, dass die den jeweiligen Detektor 410 bzw. 420 sowie die Komponenten 41 1 -414 bzw. 421 -424 umfassenden Abschnitte schwenkbar ausgestaltet ist, um eine Variation der Richtung der jeweils an den Waferstruk- turen gebeugten elektromagnetischen Strahlung für unterschiedliche Wellenlängen, unterschiedliche Gitterperioden der jeweiligen Strukturen sowie auch unterschiedliche Beugungsordnungen zu berücksichtigen und somit auch das ggf. in diese Richtungen gebeugte Licht aufzufangen. Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Messanordnung, wobei zu Fig. 4 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„100" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Gemäß Fig. 5 wird der vorstehend genannte Effekt der Variation der Beu- gungsrichtung in Abhängigkeit von der Wellenlänge durch Einsatz jeweils eines (in Transmission betriebenen) Gitters 515 bzw. 525, welches im Strahlengang nach dem Wafer 550 angeordnet ausgestaltet ist, kompensiert (wobei die Gitter 515 und 525 zur Erzielung der gewünschten Kompensationswirkung entsprechend gefertigt sind).
Fig. 6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messanordnung, wobei zu Fig. 5 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„100" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß Fig. 6 wird ein kompakterer Aufbau der Messanordnung dadurch realisiert, dass für die +1 . bzw. -1 . Beugungsordnung Littrowgitter 616 bzw. 626 (jeweils mit einer zugehörigen, in Lichtausbreitungsrichtung davor angeordneten Blendenanordnung (Shutter) 617 bzw. 627 eingesetzt werden. Hierdurch wird das in die +1 . bzw. -1 . Beugungsordnung gebeugte Licht jeweils in sich selbst zurückreflektiert, so dass insgesamt hinsichtlich der Detektoranordnung ein kompakterer Aufbau realisiert werden.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Mess- anordnung, wobei zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„600" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Die Messanordnung gemäß Fig. 7 unterscheidet sich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, dass die Messanordnung gemäß Fig. 7 - zusätzlich zur Erfassung des in die +1 . bzw. -1 . Beugungsordnung gebeugten Lichtes - auch zur Erfassung des in der nullten Beugungsordnung vom Wafer 750 ausgehenden Lichtes ausgestaltet ist und hierzu ein weiterer Detektor (Kamera) 730 mit in Lichtausbreitungsrichtung davor angeordnetem Analysator 731 vorgesehen ist.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Messanordnung, wobei zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„700" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind. Gemäß Fig. 8 weist die Messanordnung einen im Vergleich etwa zu Fig. 1 insofern umgekehrten Aufbau auf, als gemäß Fig. 8 zwei„Beleuchtungseinheiten" mit jeweils einer Lichtquelle 801 a bzw. 801 b (gefolgt von den übrigen Komponenten 802a-806a bzw. 802b-806b) vorgesehen sind, so dass hier nur ein Detektor (Kamera) 810 mit den entsprechenden Komponenten 81 1 -814 benötigt wird. Dieser Detektor 810 erfasst für das von der ersten Lichtquelle 801 a kommende Licht die +1 . Beugungsordnung, wohingegen er für von der zweiten Lichtquelle 801 b kommendes Licht die -1 . Beugungsordnung erfasst (oder umgekehrt). Hierdurch kann zum einen der optische Aufbau vereinfacht werden und zum anderen aufgrund der im Vergleich zum Detektor 810 typi- scherweise kostengünstigeren Beleuchtungskomponenten ggf. auch ein Kostenvorteil erzielt werden.
Fig. 9a-b zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer Messanordnung, wobei zu Fig. 1 analoge bzw. im Wesentlichen funktionsgleiche Komponenten mit um„800" erhöhten Bezugsziffern bezeichnet sind.
Gemäß Fig. 9a-b erfolgt die erfindungsgemäße Intensitätsmessung unter Verwendung eines eine lineare Sensoranordnung („Linescan-Kamera"= Zeilen- kamera) aufweisenden Detektors 910, wobei hier der Wafer 950 wie in Fig. 9b angedeutet entsprechend gekippt sowie hin- und hergefahren wird. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil der für eine Linie im Vergleich zu einem Feld optisch einfacheren optischen Korrektur, so dass auch hier ein vergleichsweise kom- pakter Aufbau erzielt werden kann.
In weiteren Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Messanordnung z.B. ausgehend von Fig. 1 oder Fig. 4 auch vier statt nur zwei Detektorzweige bzw. -arme aufweisen, um die jeweils ermittelten Overlay-Werte in zwei zu- einander senkrechten Richtungen (x- und y-Richtung) zu bestimmen.
Die Detektoren 1 10, 120, ... in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können jeweils einzeln verkippbar ausgestaltet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann (z.B. ausgehend wiederum von Fig. 1 ) die Messanordnung auch derart ausgestaltet sein, dass die Detektoren 1 10 bzw. 120 bei Einsatz diskreter Wellenlängen für eine erste Wellenlänge (z.B. 800nm) gerade die +1 . bzw. -1 . Beugungsordnung auffangen, für eine zweite Wellenlänge (von z.B. 400nm) gerade die +2. bzw. -2. Beugungsordnung und für eine dritte Wellenlänge (von z.B. 200nm) die +3. bzw. -3. Beugungsordnung. Auf diese Weise kann gegebenenfalls die Notwendigkeit einer schwenkbaren Ausführung der jeweiligen Detektorzweige bzw. -arme vermieden werden. 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 Ausführungs- formen von der vorliegenden Erfindung mit umfasst sind und die Reichweite der Erfindung nur im Sinne der beigefügten Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Kenngröße auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelt wird,
• wobei diese Intensitätsmessungen für wenigstens zwei unterschiedliche Beugungsordnungen durchgeführt werden;
• wobei für wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) jeweils ein dem jeweiligen Bereich zugeordneter Wert der Kenngröße auf Basis eines Vergleichs der in den Intensitätsmessungen für die wenigstens zwei Beugungsordnungen erhaltenen Messwerte bestimmt wird; und
• wobei die Intensitätsmessungen zur Bestimmung der Kenngröße für die wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) simultan durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Intensitätsmessungen für unterschiedliche Wellenlängen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese Intensitätsmessungen für unterschiedliche Polarisationszustände der elektromagnetischen Strahlung durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Kenngröße auf Basis eines Vergleichs von anhand der Intensitätsmessungen für die wenigstens zwei Beugungsordnungen erhaltenen Messwerten mit modellbasiert simulierten Werten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Vergleich iterativ durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungsordnungen, für welche die Intensitätsmessungen durchgeführt werden, die +1 . Beugungsordnung und die -1 . Beugungsordnung umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beugungsordnungen, für welche die Intensitätsmessungen durchgeführt werden, die 0. Beugungsordnung umfassen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine ermittelte Kenngröße die relative Position von zwei auf dem Wafer erzeugten Strukturen, insbesondere von zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten auf dem Wafer (150) erzeugten Strukturen (151 , 152), zueinander beschreibt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine ermittelte Kenngröße die Überdeckungsgenauigkeit (Overlay) von zwei in unterschiedlichen Lithographieschritten erzeugten Strukturen beschreibt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine ermittelte Kenngröße einen CD-Wert beschreibt.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung auf den Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) mit einer maximalen numerischen Apertur von weniger als 0.1 , insbesondere weniger als 0.05, weiter insbesondere weniger als 0.01 , auftrifft.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensitätsmessungen mit wenigstens einem Detektor (1 10, 120, 410, 420, 510, 520, 610, 710, 720, 730, 810, 910) durchgeführt werden, wobei jeder der wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) jeweils einem Bereich auf dem Detektor (1 10, 120, 410, 420, 510, 520, 610, 710, 720, 730, 810, 910) zugeordnet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung auf den Detektor (1 10, 120, 410, 420, 510, 520, 610, 710, 720, 730, 810, 910) mit einer maximalen numerischen Apertur von weniger als 0.1 , insbesondere weniger als 0.05, weiter insbesondere weniger als 0.01 , auftrifft.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Detektor (410, 420) schwenkbar ausgebildet ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Detektor (910) als Zeilenkamera mit einer linearen Anordnung von Kamerasensoren ausgebildet ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Bereiche auf dem Wafer (150, 450, 550, 650, 750, 850, 950) einer integralen Fläche von wenigstens 1 mm2, insbesondere von wenigstens 10mm2, weiter insbesondere von wenigstens 100mm2 entsprechen.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit von der Wellenlänge auftretende Variation der Beugungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung durch Verwendung wenigstens eines Gitters (515, 525) im optischen Strahlengang wenigstens teilweise kompensiert wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer durch Verwendung eines Littrowgitters (616, 626) zurückreflektiert wird.
19. Vorrichtung zur Charakterisierung eines durch wenigstens einen Lithographieschritt strukturierten Wafers, wobei wenigstens eine für den strukturierten Wafer charakteristische Kenngröße auf Basis einer Mehrzahl von Messungen der Intensität elektromagnetischer Strahlung nach deren Beugung an dem strukturierten Wafer ermittelbar ist, wobei die Vorrichtung dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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