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Dokumentenidentifikation DE102005046973A1 05.04.2007
Titel Struktur und Verfahren zum gleichzeitigen Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit und eines Musteranordnungsfehlers
Anmelder Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale, Calif., US
Erfinder Schulz, Bernd, 01445 Radebeul, DE
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 30.09.2005
DE-Aktenzeichen 102005046973
Offenlegungstag 05.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/544(2006.01)A, F, I, 20060119, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/66(2006.01)A, L, I, 20060119, B, H, DE   G01B 15/00(2006.01)A, L, I, 20060119, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik zum Gewinnen von Überlagerungsfehlerinformation und PPE-Information aus einer einzelnen Messstruktur bereit. Dies wird erreicht, indem periodische Teilstrukturen in zumindest zwei unterschiedlichen Bauteilschichten in einer einzelnen Messstruktur gebildet werden, wobei mindestens ein segmentierter und ein nicht segmentierter Bereich in den beiden unterschiedlichen Bauteilschichten vorgesehen werden.

Beschreibung[de]
GEBIET DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und Strukturen zum Abschätzen einer Überlagerungsgenauigkeit und eines Musteranordnungsfehlers (PPE) bei der Herstellung und Strukturierung gestapelter Materialschichten, die zum Herstellen von Mikrostrukturelementen verwendet werden.

Die Herstellung von Mikrostrukturen, etwa integrierter Schaltungen, erfordert, dass kleinste Gebiete mit präzise gesteuerter Größe in einer Materialschicht eines geeigneten Substrats, etwa eines Siliziumsubstrats, eines SOI- (Silizium-auf-Isolator) Substrats oder anderen geeigneten Trägermaterialien hergestellt werden. Diese sehr kleinen Gebiete mit präzise gesteuerter Größe werden durch Strukturieren der Materialschicht erzeugt, indem Photolithographie-, Ätz,- Implantations-, Abscheide-, Oxidations-Prozesse und dergleichen ausgeführt werden, wobei typischerweise in einem gewissen Stadium des Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über der zu behandelnden Materialschicht gebildet ist, um diese kleinen Gebiete zu definieren. Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Schicht aus Photolack bestehen oder aus dieser hergestellt werden, die mittels eines lithographischen Prozesses strukturiert wird. Während des Lithographieprozesses wird der Lack auf die Scheibenoberfläche aufgeschleudert und anschließend selektiv mit Ultraviolettstrahlung durch eine entsprechende Lithographiemaske, etwa ein Retikel, belichtet, um damit das Retikelmuster in die Lackschicht abzubilden, um damit ein latentes Bild darin zu bilden. Nach dem Entwickeln des Photolackes werden, abhängig von der Art des Lackes, d. h. Positivlack oder Negativlack, die belichteten Bereiche oder die nicht-belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster in der Photolackschicht zu bilden. Da die Abmessungen der Muster in modernsten integrierten Schaltungen ständig abnehmen, müssen die Anlagen, die zum Strukturieren von Bauteilstrukturelementen verwendet werden, sehr strenge Anforderungen in Hinblick auf die Auflösung und die Überlagerungsgenauigkeit der beteiligten Fertigungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht wird die Auflösung als ein Maß betrachtet, um die konsistente Fähigkeit zum Drucken von Bildern minimaler Größe unter Bedingungen vordefinierter Fertigungsschwankungen zu spezifizieren. Einen wichtigen Faktor bei der Verbesserung der Auflösung repräsentiert der Lithographieprozess, in welchem in der Photomaske oder dem Retikel enthaltene Muster optisch auf das Substrat mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems, etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle, zu verbessern.

Die Qualität der lithographischen Abbildung ist äußerst wichtig beim Erzeugen sehr kleiner Strukturgrößen. Von mindestens vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch die Genauigkeit, mit der ein Bild auf der Oberfläche des Substrats positioniert werden kann. Typischerweise werden Mikrostrukturen, etwa integrierte Schaltungen, hergestellt, indem sequenziell Materialschichten strukturiert werden, wobei Strukturelemente auf aufeinanderfolgenden Materialschichten eine räumliche Beziehung zueinander enthalten. Jedes Muster, das in einer nachfolgenden Materialschicht gebildet wird, muss mit einem entsprechenden Muster, das in der zuvor strukturierten Materialschicht gebildet ist, innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen ausgerichtet sein. Diese Justiertoleranzen werden beispielsweise durch eine Variation eines Photolackbildes auf dem Substrat auf Grund von Ungleichförmigkeiten von Parametern, etwa der Schichtdicke, der Ausbacktemperatur, der Belichtungsdosis und der Zeit und den Entwicklungsbedingungen, hervorgerufen. Des weiteren können Ungleichförmigkeiten der Ätzprozesse ebenso zu Schwankungen in den geätzten Strukturelementen führen. Des weiteren gibt es eine Unsicherheit bei der Überlagerung des Bildes des Musters der aktuellen Materialschicht in Bezug zu den geätzten oder anderweitig definierten Mustern der zuvor gebildeten Materialschicht, während das Bild der Photomaske photolithographisch auf das Substrat übertragen wird. Es tragen diverse Faktoren zu der Fähigkeit des Abbildungssystems bei, zwei Schichten in präziser Weise zu überlagern, etwa Unregelmäßigkeiten in einem Satz aus Masken, Temperaturunterschiede während unterschiedlicher Belichtungszeiten und eine begrenzte Justierfähigkeit der Justieranlage. Folglich sind die wesentlichen Kriterien zum Festlegen der minimalen Strukturgröße, die schließlich erreichbar ist, die Auflösung zum Erzeugen von Strukturelementen in einzelnen Substratschichten und der gesamte Überlagerungsfehler, zu dem die zuvor erläuterten Faktoren und insbesondere der Lithographieprozess beitragen.

Es ist daher wesentlich, die Auflösung, d. h. die Fähigkeit des zuverlässigen und reproduzierbaren Erzeugens der minimalen Strukturgröße, die auch als kritische Abmessung (CD), bezeichnet ist, innerhalb einer spezifischen Materialschicht zu überwachen und ständig die Überlagerungsgenauigkeit von Muster von Materialschichten zu bestimmen, die nacheinanderfolgend gebildet sind und die zueinander justiert sein müssen.

Bei der Überlagerungsmessung werden typischerweise zwei unabhängige Strukturen, d. h. eine Struktur in jeder zu druckenden Schicht, durch spezifizierte Fertigungsprozesse gebildet, und es wird die Versetzung zwischen dem Symmetriezentrum bestimmt. Häufig werden sogenannte Feld-in-Feld-Markierungen verwendet, die konzentrisch in jeder der Schichten strukturiert sind, indem ihre Versetzung in Einheiten von Pixeln einer CCD (ladungsgekoppelte Einrichtung) gemessen wird, auf der die konzentrischen Justiermarken während des Messprozesses abgebildet werden. Bei der ständig abnehmenden Strukturgröße von Mikrostrukturen ist jedoch unter Umständen die Erfassung einer Versetzung und damit die Quantifizierung eines Überlagerungsfehlers zwischen beiden Überlagerungsmarkierungen auf der Grundlage von Kantenerkennungsroutinen nicht mehr adäquat und daher werden in neuerer Zeit sogenannte fortschrittliche Abbildungsmess- (AIM) Markierungen zunehmend angewendet, um die Zuverlässigkeit der Überlagerungsmessung zu verbessern. AIM-Markierungen weisen eine periodische Struktur auf, wodurch die Anwendung äußerst mächtiger Messtechniken möglich ist. Somit kann eine erhöhte Leistungsfähigkeit der Überlagerungsmessung erreicht werden, indem periodische Überlagerungsmarkierungen verwendet werden. Mit abnehmender Strukturgröße wird jedoch eine Diskrepanz zwischen Überlagerungseigenschaften innerhalb eines einzelnen Chipgebiets und den signifikant größeren Strukturen der Überlagerungsmarkierungen, die typischerweise in der Schneidelinie des Substrats angeordnet sind, zunehmend beobachtbar, wodurch die Messdaten, die von dem Zielobjekt in der Schneidelinie erhalten werden, weniger zuverlässig werden. Ein Grund für diese Diskrepanz ist in der Tatsache begründet, dass die Lithographieanlage feine Strukturen, wie sie typischerweise innerhalb des Chipgebiets, etwa Gateelektroden, STI-(Flachgrabenisolations-) Strukturen, und dergleichen anzutreffen sind, in unterschiedlicher Weise im Vergleich zu relativ großen Strukturen abbildet, wie sie typischerweise zur Herstellung von Überlagerungsmarkierungen angewendet werden. Dieses struktur- und größenabhängige Phänomen eines unterschiedlichen Grades an Überlagerung wird als Musteranordnungsfehler (PPE) bezeichnet. Folglich muss der Musteranordnungsfehler quantitativ angegeben werden, um die Ergebnisse der Überlagerungsmessungen zu korrigieren, die von den Überlagerungsmarkierungen innerhalb der Schneidelinie erhalten werden, im Hinblick auf ihren Beitrag zu den tatsächlichen Mikrostrukturelementen innehalb des Chipbereichs. Der Musteranordnungsfehler kann effizient durch sogenannte gleichzeitige AIM-Überlagerungsmarkierungen gemessen werden, wie dies nachfolgend mit Bezug zu den 1a und 1b detaillierter beschrieben ist.

1a zeigt schematisch eine Draufsicht einer Überlagerungsmessstruktur 100, die auf einem spezifizierten Substratbereich 101 ausgebildet ist, der typischerweise in einer Schneidelinie eines geeigneten Substrats angeordnet ist, das mehrere Chipbereiche aufweist, in denen eigentliche funktionale Mikrostrukturelemente gebildet sind. Die Überlagerungsmessstruktur 100 kann in Form einer AIM-Markierung vorgesehen sein, d. h., die Struktur 100 kann eine periodische Struktur aufweisen, die das Messen eines Überlagerungsfehlers in zumindest zwei unabhängigen Richtungen ermöglicht. In diesem Beispiel umfasst die Struktur 100 vier äußere periodische Strukturen 101o, von denen zwei Linien und Abstände aufweisen, die entlang einer X-Richtung orientiert sind, während die verbleibenden beiden periodischen Strukturen 101o Linien und Abstände aufweisen, die im Wesentlichen entlang der Y-Richtung orientiert sind. In ähnlicher Weise sind vier innere periodische Strukturen 101i vorgesehen, wobei zwei der inneren periodischen Strukturen 101i Linien und Abstände besitzen, die in der X-Richtung angeordnet und benachbart zu den entsprechend orientierten äußeren Strukturen 101o platziert sind. Ferner sind die verbleibenden beiden inneren Strukturen 101i entlang der Y-Achse angeordnet und benachbart zu den entsprechenden äußeren Strukturen 101o angeordnet. Dabei sind die äußeren Strukturen 101o und die inneren Strukturen 101i in unterschiedlichen Schichten ausgebildet, so dass die kombinierte Überlagerungsmessstruktur 100 Information hinsichtlich der Überlagerungsgenauigkeiten der beiden Schichten mit den periodischen Strukturen 101o und 101i in Bezug auf die X- und Y-Richtungen aufweist.

Die Struktur 100 kann gemäß den folgenden Prozessablauf hergestellt werden, wobei angenommen wird, dass die äußere periodische Struktur 101o zuerst in einer entsprechenden Bauteilschicht gebildet wird, etwa einer Schicht, die STI-Gräben erhält. Es sollte beachtet werden, dass die Auswahl einer entsprechenden Sequenz aus Materialschichten willkürlich ist und die Prinzipien der Herstellung der Struktur 100 entsprechend auf eine beliebige Prozesssequenz auf Bauteilebene oder auf Metallisierungsebene angewendet werden können, in der ein Photolithographieschritt zum Strukturieren einer weiteren Materialschicht auf einer oder mehreren vorhergehenden Schichten beteiligt ist. Ein Muster entsprechend den äußeren periodischen Strukturen 101o kann durch Photolithographie in eine entsprechende Lackschicht mittels Photolithographie abgebildet werden, die über dem betrachteten Substrat und auch über dem Substratbereich 101 gebildet ist. Folglich können in beliebigen Chipgebieten (nicht gezeigt) ein entsprechendes Muster, beispielsweise für STI-Gräben gleichzeitig mit den äußeren periodischen Strukturen 101o definiert werden. Nach der Entwicklung der Lackschicht wird eine entsprechende gut erprobte Sequenz aus Fertigungsschritten durchgeführt, zu denen anisotrope Ätztechniken, Abscheidetechniken, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen gehört, um die entsprechenden Muster in dem Chipgebiet und auch die periodischen Strukturen 101o zu bilden. Danach kann eine Prozesssequenz zur Herstellung von Mikrostrukturelementen auf der zuvor strukturierten Schicht ausgeführt werden, etwa Gateelektrodenstrukturen, Polysiliziumleitungen, und dergleichen. Somit können eine Vielzahl gut etablierter Oxidations- und Abscheideprozesse ausgeführt werden, etwa das Herstellen einer dünnen Gateisolationsschicht und ein nachfolgendes Abscheiden eines Gateelektrodenmaterials, und dergleichen, woran sich ein weiterer Photolithographieprozess zur Strukturierung der Struktur anschließt, wodurch gleichzeitig die periodischen inneren Strukturen 101i in dem Substratbereich 101 gebildet werden. Wie zuvor dargestellt ist, werden die einzelnen Linien und Abstände der inneren und äußeren periodischen Strukturen 101i, 101o nicht entsprechend den gleichen Entwurfsregeln hergestellt, sondern werden gemäß den Messerfordernissen strukturiert, um damit das Erkennen eines Versatzes zwischen der inneren und der äußeren periodischen Struktur 101i, 101o zu verbessern. Somit kann der Abstand in den inneren und äußeren periodischen Strukturen 101i, 101o deutlich größer sein im Vergleich zu kritischen Abmessungen tatsächlicher Bauteilstrukturelemente, die innerhalb der Chipgebiete ausgebildet sind. Somit kann eine Überlagerungsgenauigkeit in Bezug auf die X- und Y-Richtungen mit moderat hoher Genauigkeit für die Überlagerungsmessstruktur 100 selbst abgeschätzt werden, wobei jedoch unter Umständen eine präzise Abschätzung der Überlagerungsgenauigkeit innerhalb eigentlicher Chipgebiete, die dann ausgebildet Strukturelemente mit deutlich kleineren kritischen Abmessungen im Vergleich zu den Abmessungen in der Überlagerungsmessstruktur 100 aufweisen, nicht möglich ist. Daher werden zusätzlich zu der Überlagerungsstruktur 100 die sogenannten gleichzeitigen AIM-Überlagerungsmarkierungen häufig eingesetzt, in denen zumindest einige der Strukturelemente der periodischen Strukturen eine „Feinstruktur" aufweisen, die gemäß den entsprechenden Entwurfsregeln für eigentliche Bauteilstrukturelemente in den Chipgebieten hergestellt sind.

Beim Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit der beiden unterschiedlichen Schichten, die durch die innere und äußere periodische Struktur 101i, 101o repräsentiert sind, wird eine Messanlage, etwa eine Anlage zum Gewinnen optischer Daten, in Bezug auf die Struktur 100 ausgerichtet und es werden Daten von entsprechenden Arbeitszonen 110i, 110o gewonnen, die einen entsprechenden Messbereich in jeder der periodischen Strukturen 101i, 101o definieren. Beispielsweise kann die Position der Linien und Abstände innerhalb der entsprechenden Arbeitszone 110i gemäß einer inneren periodischen Struktur 101i bestimmt werden und dann mit der entsprechenden Positionsinformation von Linien und Abständen verglichen werden, die für die entsprechende äußere periodische Struktur 101o bestimmt wurde. Auf der Grundlage dieser Information kann die erforderliche Information im Hinblick auf die Überlagerungsgenauigkeit in der X- und Y-Richtung gewonnen werden.

1b zeigt schematisch eine gleichzeitige AIM-Überlagerungsmessstruktur 150, die in dem Substratbereich 101 zusätzlich zu der Überlagerungsmessstruktur 100 gebildet sein kann. Die gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 kann innere periodische Strukturen 151i und äußere periodische Strukturen 151o aufweisen, wobei eine der inneren und äußeren periodischen Strukturen 151i, 151o eine Feinstruktur aufweist, die in dem gezeigten Beispiel durch 152 repräsentiert ist und in den äußeren periodischen Strukturen 151o ausgebildet ist. Es sollte beachtet werden, dass die inneren periodischen Strukturen 151i sowie die äußeren periodischen Strukturen 151o in der gleichen Materialschicht, beispielsweise in der STI-Schicht, gebildet sind, wie dies zuvor erläutert ist. Hinsichtlich der Ausbildung der gleichzeitigen Überlagerungsmessstruktur 150 gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor mit Bezug zu der Struktur 100 dargelegt sind, mit der Ausnahme, dass eine andere Lithographiemaske verwendet wird, um die Feinstruktur 152 in einer der inneren oder äußeren periodischen Strukturen 151i, 151o bereitzustellen. Ferner wird ein Betrag des Versatzes zwischen den inneren und äußeren periodischen Strukturen 151i, 151o auf einen vordefinierten Wert, vorzugsweise Null, durch Entwurfsregeln festgelegt, um damit das Bestimmen einer Verschiebung der Feinstruktur 152, die auch als eine segmentierte Struktur bezeichnet werden kann, in Bezug auf die periodischen Strukturen 151i ohne die Feinstruktur, d. h., die nicht segmentierte periodische Struktur 151i zu ermöglichen.

Wie zuvor erläutert ist, kann auf Grund des Musteranordnungsfehlers eine entsprechende Verschiebung in Form eines offensichtlichen Überlagerungsfehlers erkannt werden, und dieses Maß kann verwendet werden, um den Beitrag des Musteranordnungsfehlers innerhalb eines Chipgebiets zu bewerten, um damit ein Maß zum Korrigieren des tatsächlichen Überlagerungsfehlers zwischen zwei unterschiedlichen Bauteilschichten, der durch die Überlagerungsmessstruktur 100 gemessen wird, zu erhalten, wie dies in 1a gezeigt ist. Somit müssen während des Messens moderner Mikrostrukturbauelemente mindestens zwei Überlagerungsmessstrukturen, etwa die Struktur 100 und 150, vorgesehen werden, wobei in sehr anspruchsvollen Anwendungen sogar eine gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 für jede der Schichten vorgesehen wird, von denen die Überlagerungsgenauigkeit bestimmt werden muss. Somit sind drei Überlagerungsmessstrukturen, d. h. eine für die Überlagerung, d. h. die Struktur 100, und zwei für die PPE-Einstufung zweier unterschiedlicher Lithographieschichten, d. h. die Struktur 150, vorzusehen.

1c zeigt schematisch diese Situation. Hier sind drei Überlagerungsstrukturen 100, 150 und 150 vorgesehen, wobei jede der beiden Strukturen 150 in einer anderen Schicht ausgebildet ist.

Auf Grund der ständig zunehmenden Anforderung hinsichtlich einer verbesserten Produktivität und reduzierten Fertigungskosten werden auch unter Umständen die Abmessungen der Schneidelinien verringert, wodurch der verfügbare Platz für Messbereiche innerhalb der Schneidelinien deutlich eingeschränkt wird. Angesichts dieser Situation besteht ein Bedarf für eine verbesserte Technik, um Überlagerungsfehler zu bestimmen, wobei eines oder mehrere der zuvor erkannten Probleme vermieden oder deren Auswirkungen zumindest reduziert werden.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine Technik, die die Bewertung von Positionsfehlern während der Herstellung von Mikrostrukturelementen, etwa von integrierten Schaltungen, und dergleichen, ermöglicht, wobei der Anteil an Fläche, der zum Vorsehen einer entsprechenden Messstruktur erforderlich ist, im Vergleich zu konventionellen Verfahren verringert werden kann, während gleichzeitig in einigen anschaulichen Ausführungsformen die Menge an Positionsinformationen, die während eines einzelnen Messvorgangs erhalten wird, vergrößert werden kann. Zu diesem Zweck wird eine gestapelte Messstruktur vorgesehen, die periodische Bereiche enthält, die das Gewinnen von Informationen über schichtinterne Positionierfehler und Zwischenschichtpositionierfehler innerhalb eines vordefinierten Messbereichs, der während eines einzelnes Messzyklus zugänglich ist, ermöglicht.

Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Überlagerungsmessstruktur eine erste periodische Struktur, die in einer ersten Bauteilschicht eines spezifizierten Messortes, der auf einem Substrat gebildet ist, ausgebildet ist, wobei die erste periodische Struktur eine erste periodische Teilstruktur und eine zweite periodische Teilstruktur aufweist. Die erste und die zweite periodische Teilstruktur enthalten jeweils mehrere erste Strukturelemente, von denen einige einen ersten segmentierten Bereich aufweisen. Ferner umfasst die Überlagerungsmessstruktur eine zweite periodische Struktur, die in einer zweiten Bauteilschicht ausgebildet ist und die über der ersten Bauteilschicht angeordnet ist, wobei die zweite periodische Struktur eine erste periodische Teilstruktur und eine zweite periodische Teilstruktur mit mehreren zweiten Strukturelementen aufweist, von denen einige einen zweiten segmentierten Bereich besitzen. Des weiteren bilden die erste und die zweite periodische Struktur eine periodische gestapelte Struktur in der spezifizierten Messposition.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer gestapelten periodischen Messstruktur in einer vordefinierten Messposition eines Substrats, das für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist, wobei die gestapelte periodische Struktur einen ersten segmentierten Bereich und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten Schicht gebildet sind, und einen zweiten segmentierten Bereich und einen zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer zweiten Schicht gebildet sind, umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Gewinnen von Positionsinformationen von jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereichen und das Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit von Strukturelementen, die über dem Substrat außerhalb der vorbestimmten Messposition gebildet sind.

Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bilden einer gestapelten periodischen Messstruktur in einer vordefinierten Messposition eines Substrats, das für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist. Die gestapelte periodische Struktur umfasst einen ersten segmentierten Bereich und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten Schicht ausgebildet sind, und umfasst ferner einen zweiten segmentierten Bereich und einen zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer zweiten Schicht ausgebildet sind. Der segmentierte oder nicht segmentierte Bereich der ersten oder der zweiten Schicht ist in einem ersten Belichtungsfeld und der andere Bereich ist in einem zweiten Belichtungsfeld, das sich mit dem ersten Belichtungsfeld während eines Belichtungsprozesses zur Bildung der gestapelten periodischen Messstruktur überlappt, angeordnet. Ferner umfasst das Verfahren das gewinnen von Positionsinformationen von jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereich und das Bewerten einer Gitterverzerrung oder einer Überlagerungsgenauigkeit auf der Grundlage der Positionsinformation.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen und in der folgenden Beschreibung definiert und gehen deutlicher durch das Studium der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme zu den begleitenden Zeichnungen hervor, in denen:

1a schematisch eine Draufsicht einer bekannten Überlagerungsstruktur mit nicht segmentierten periodischen Teilstrukturen zeigt, von denen jede in einer entsprechenden Bauteilschicht gebildet ist;

1b schematisch eine Draufsicht einer bekannten gleichzeitigen Überlagerungsmessstruktur mit segmentierten und nicht segmentierten Teilstrukturen, die in einer einzelnen Bauteilschicht gebildet sind, zeigt;

1c schematisch eine Draufsicht einer Schneidelinie mit bekannten Messstrukturen zum Bestimmen eines PPE und einer Überlagerungsgenauigkeit für zwei unterschiedliche Bauteilebenen zeigt;

2a schematisch eine Draufsicht einer Messstruktur mit segmentierten und nicht segmentierten Teilstrukturen in einer gestapelten Konfiguration für das gleichzeitige Erhalten von schichtinternen und Zwischenschicht-Positionsinformationen gemäß einer anschaulichen Ausführungsform zeigt;

2b schematisch eine vergrößerte Ansicht einer einzelnen Messstruktur ähnlich zu der in 2a gezeigten Messstruktur zeigt;

2c und 2d schematisch einen Querschnitt entlang der Linie IIc-IIc bzw. IId-IId aus 2b zeigen;

2e und 2f schematisch eine Draufsicht einer multifunktionalen Messstruktur und geeigneter Arbeitszonen eines Messinstruments gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen zeigt; und

2g schematisch eine Draufsicht einer Messstruktur zeigt, in der zumindest ein Bereich der Struktur zum Gewinnen zusätzlicher Informationen verwendet wird, etwa Positionsinformationen auf der Grundlage einer Querschnittsanalyse, Informationen über eine Gitterverzerrung zwischen benachbarten Belichtungsfeldern und dergleichen, gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen anschaulich offenbarten Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorliegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.

Im Allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Messstruktur mit erhöhter Funktionalität bereit. Die verbesserte Messstruktur kann Informationen über die Überlagerungsgenauigkeit und/oder den Musteranordnungsfehler und/oder eine Gitterverzerrung, und dergleichen in einer zeiteffizienten Weise und, in einigen Ausführungsformen, in im Wesentlichen gleichzeitiger Weise bereitstellen. Die verbesserte Messstruktur kann ferner weniger Platz auf einem Substrat einnehmen. Zu diesem Zwecke wird eine neue Konfiguration für eine Messstruktur vorgesehen, in der zumindest zwei periodische Muster in jeder Bauteilschicht gebildet sind, die in Hinblick auf Positionsfehler zu überwachen sind, wobei eine gesamte gestapelte Konfiguration erhalten wird, die nicht in unerwünschter Weise wertvollen Substratplatz verbraucht, so dass von der entsprechenden Messstruktur Informationen über schichtinterne Positionsfehler sowie Zwischenschichtpositionsfehler in einem einzelnen Messdurchlauf ermittelt werden können. Dabei ist der Begriff „gestapelt" im Hinblick auf eine Messposition wie folgt zu verstehen: innerhalb einer Messposition oder eines Messortes enthält eine gestapelte Struktur eine Konfiguration, in der zwei Teilstrukturen übereinander angeordnet und auch seitlich zueinander versetzt sein können. Dies kann erreicht werden, indem in jeder Schicht ein entsprechender Strukturbereich vorgesehen ist, der durch relativ große Strukturelemente gebildet ist, die auch als nicht segmente Strukturelemente bezeichnet werden können, während der andere Bereich in der gleichen Schicht aus Strukturelementen gebildet ist, die eine „Feinstruktur" aufweisen, und somit können diese Strukturelemente auch als segmentierte Strukturelemente bezeichnet werden.

Wie zuvor erläutert ist, kann der Strukturierungsprozess zur Herstellung von Mikrostrukturelementen in zwei oder mehreren aufeinanderfolgenden Bauteilschichten deutlich von einer Musterdichte, der Strukturgröße und dergleichen abhängen, so dass eine signifikante Diskrepanz beim Erzeugen entsprechender Messergebnisse vorgefunden werden kann, wenn relativ große Strukturelemente in spezifizierten Messpositionen außerhalb eines eigentlichen Bauteilgebiets in Bezug auf Positionsfehler von Strukturelementen innerhalb des eigentlichen Bauteilgebiets bewertet werden. Im Gegensatz zu konventionellen Lösungen, in denen eine oder mehrere Messstrukturen zum Bestimmen eines schichtinternen Positionsfehlers innerhalb jeder einzelnen Bauteilschicht vorgesehen werden, wodurch ein merklicher Anteil an Substratfläche vereinnahmt wird, kann durch Anwenden der multifunktionalen Messstruktur der vorliegenden Erfindung ein signifikant höherer Anteil an Information pro Einheitsfläche gewonnen werden. Ferner kann das hierin beschriebene Messverfahren so verbessert werden, dass eine erhöhte Menge an Information im Wesentlichen gleichzeitig gewonnen werden kann. Ferner kann gemäß der erfindungsgemäßen Konfiguration der hierin offenbarten Messstruktur eine weitergehende Verbesserung erreicht werden, indem die Struktur zum Gewinnen von Messdaten mittels Querschnittsanalyse und/oder zum Bestimmen anderer lithographiespezifischer Positionierfehler, etwa einer Gitterverzerrung, und dergleichen verwendet wird. Mit Bezug zu den 2a2e werden nunmehr weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detaillierter beschrieben.

2a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Bauelements 290, das ein Halbleiterbauelement, ein mikromechanisches Bauelement, ein mikrooptisches Bauelement oder eine Kombination davon repräsentieren kann, das auf der Grundlage mikromechanischer und mikroelektronischer Prozesse hergestellt ist. Das Bauelement 290 umfasst ein geeignetes Substrat, wovon ein spezifizierter Bereich 201 eine Substratposition repräsentieren kann, die für die Bildung von Messpositionen bzw. Messstellen darin verfügbar ist, um damit die Möglichkeit zur Gewinnung von Information während des Fertigungsprozesses des Bauelements 290 bereitstellt. Beispielsweise kann der Bereich 201 eine Schneidelinie eines Halbleiterbauelements repräsentieren, das mehrere Chipgebiete (nicht gezeigt) enthält, in denen spezifizierte Mikrostrukturelemente gebildet sind. Eine Messposition bzw. eine Messstelle 205 ist in dem Bereich 201 gebildet, wobei die Messposition 205 unter Umständen nicht durch physikalische Grenzen begrenzt ist, sondern diese kann funktionell definiert sein, indem darin eine Messstruktur 200 angeordnet wird, auf die durch ein spezifiziertes Messverfahren in einem einzelnen Abtastprozess zugegriffen wird. Beispielsweise kann die Messposition 205 durch im Wesentlichen die Abmessung der Messstruktur 200 definiert sein, die wiederum so gewählt sind, dass diese während eines einzelnen Justiervorganges erkennbar und vermessbar ist, das von einem beliebigen geeigneten Messinstrument ausgeführt wird. Beispielsweise definieren die diversen Messstrukturen 100, 150 in 1c typischerweise drei unterschiedliche Messpositionen, da ein Messvorgang zum Erhalten von Daten von jeder der Messstrukturen mindestens einen Justiervorgang erfordert und einen nachfolgenden Datengewinnungsdurchlauf für jede der Messstrukturen notwendig macht.

Die Messstruktur 200 kann in einer anschaulichen Ausführungsform eine erste periodische Struktur 230, die in einer ersten Bauteilschicht ausgebildet ist, und eine zweite periodische Struktur 260, die in einer zweiten Bauteilschicht ausgebildet ist, aufweisen. Die erste periodische Struktur 230 umfasst wiederum eine erste periodische Teilstruktur oder einen Bereich 210 und eine zweite periodische Teilstruktur oder einen Bereich 220. In ähnlicher Weise umfasst die zweite periodische Struktur 260 eine erste periodische Teilstruktur oder einen Bereich 240 und eine zweite periodische Teilstruktur oder einen Bereich 250. Die erste und zweite periodische Struktur 210, 220 weisen mehrere Strukturelemente 211, 221auf, von denen einige in Form von im Wesentlichen kontinuierlichen, d. h. nicht segmentierten Elementen, vorgesehen sind, während andere in Form segmentierter Elemente bereitgestellt sind. In diesem Zusammenhang kann ein segmentiertes Strukturelement als eines betrachtet werden, das ein beliebiges Muster enthält, das durch eine laterale Abmessung definiert ist, die kleiner ist als eine minimale laterale Abmessung eines nicht segmentierten Elements.

Beispielsweise können in der gezeigten Ausführungsform die Strukturelemente 211 als nicht segmentierte Elemente vorgesehen sehen, wohingegen die Strukturelemente 221 als segmentierte Elemente vorgesehen werden, die darin ein Muster aus „Linien" und „Abständen" aufweisen, wobei die Linien und die Abstände durch entsprechende Gebiete unterschiedlicher Eigenschaften repräsentiert sein können, die nicht notwendigerweise einen Unterschied in der Topographie beinhalten, wie dies durch die Begriffe Linien und Abstände impliziert sein kann. Der Einfachheit halber werden diese Begriffe durchwegs in der Beschreibung verwendet, wobei jedoch nicht beabsichtigt ist, die vorliegende Erfindung auf die wörtliche Bedeutung von Linien und Abständen einzuschränken. Ferner kann der Begriff „segmentiert" auch eine beliebige Art an Musterung innerhalb jedes segmentierten Bereichs beinhalten, wobei das Mustern sich auf eine beliebige Art geometrischer Konfiguration beziehen kann, in der laterale Abmessungen beteiligt sind, die kleiner sind als die lateralen Abmessungen von nicht segmentierten Elementen, etwa den Elementen 211. Daher können die segmentierten Elemente 221 auch Öffnungen, Liniensegmente und dergleichen aufweisen, wie sie zum Erzeugen einer Musterdichte als geeignet erachtet werden, und können eine Strukturgröße aufweisen, wie sie auch in tatsächlichen Bauteilgebieten in dem Bauelement 290 vorzufinden sind. Daher sind in einigen anschaulichen Ausführungsformen die segmentierten Strukturelemente 221 auf der Grundlage lateraler Größen segmentiert, die vergleichbar sind zu Entwurfsstrukturgrößen der spezifizierten Bauteilschicht, in der die periodische Struktur 230 gebildet ist. In ähnlicher Weise können die periodischen Teilstrukturen 240 und 250 aus Strukturelementen 241 bzw. 251 aufgebaut sein, von denen einige in Form von segmentierten Elementen vorgesehen sind, während andere als nicht segmentierte Elemente bereitgestellt werden. Hinsichtlich der Art der „Segmentierung" sowie der lateralen Abmessungen gelten die gleichen Kriterien, wie sie zuvor erläutert sind. Es sollte beachtet werden, dass in einigen Ausführungsformen die segmentierten Elemente 241 sich von den segmentierten Elementen 221 dahingehend unterscheiden können, dass die Art der Segmentierung und/oder die lateralen Abmessungen der Segmentierung unterschiedlich sein können. In diesem Falle kann jede Art segmentierter Elemente 221, 241 geeignet an die Entwurfsregelnspezifikationen der entsprechenden Schicht angepasst sein, so dass schichtinterne Positionsinformationen, etwa Informationen über den Musteranordnungsfehler in jeder einzelnen Schicht präziser erhalten werden können. Ferner können in einigen Ausführungsformen die Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 jeweils eine Kombination aus segmentierten und nicht segmentierten Strukturelementen enthalten.

Ferner kann die Anzahl der Strukturelemente in jeder der Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 in Abhängigkeit der Entwurfs- und Bauteilerfordernisse variieren, wobei vorteilhafterweise mindestens drei oder mehr Strukturelemente pro Teilstruktur vorgesehen sind. Wie ferner in einigen anschaulichen Ausführungsformen gezeigt ist, können die erste und die zweite Teilstruktur 210, 220 mit der ersten periodischen Struktur 230 so positioniert sein, dass die erste periodische Teilstruktur 240 der zweiten periodischen Struktur 260 teilweise dazwischen angeordnet ist. In anderen anschaulichen Ausführungsformen können die erste und die zweite Teilstruktur 210, 220 benachbart zueinander angeordnet sein und in ähnlicher Weise können die erste und die zweite Teilstruktur 240, 250 benachbart zueinander angeordnet sein. Die Messstruktur 200 ist so gestaltet, dass schichtinterne Positionsinformationen und Zwischenschichtpositionsinformationen im Hinblick auf mindestens eine vordefinierte Richtung erhalten wird, die in der gezeigten Ausführungsform die Y-Richtung ist. In dieser Hinsicht kann eine schichtinterne Positionsinformation als eine Versetzung der ersten und der zweiten Teilstruktur 210, 220 betrachtet werden, oder von Bereichen davon in Bezug zueinander, während eine Zwischenschichtpositionsinformation als eine Information betrachtet werden kann, die eine relative Verschiebung einer oder mehrerer der ersten und zweiten Teilstrukturen 210, 220 oder Teilen davon in Bezug auf eine oder mehrere der Teilstrukturen 240, 250 oder Gereichend davon beschreiben. Beispielsweise kann die relative Verschiebung bzw. Versetzung zwischen der periodischen Teilstruktur 210 und der periodischen Teilstruktur 250 als ein Überlagerungsfehler zwischen den entsprechenden Bauteilschichten entsprechend dem Überlagerungsfehler betrachtet werden, wie er in der konventionellen Messstruktur 100 gemessen wird, die mit Bezug zu 1a beschrieben ist. Ein Beispiel für eine schichtinterne Positionsinformation kann eine relative Versetzung, wie sie beispielsweise durch den Musteranordnungsfehler beschrieben wird, zwischen der Teilstruktur 210 und 220 sein, der dem schichtinternen Positionierfehler entspricht, der durch die gleichzeitige Überlagerungsmessstruktur 150 erhalten wird, die mit Bezug zu 1b beschrieben ist. Ferner können, wie in 2a gezeigt, mehrere Messstrukturen 200 so vorgesehen sein, um für eine verbesserte Messgenauigkeit zu sorgen und um ferner die Möglichkeit zum Bestimmen von Positionsinformationen in Bezug auf mindestens eine weitere vordefinierte Richtung, etwa die X-Richtung, bereitzustellen.

2d zeigt schematisch die Messstruktur 200 in einer vergrößerten Ansicht gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. In einigen Ausführungsformen können die segmentierten Elemente 241 und 221 unterschiedlich ausgewählt sein. Mehrere beispielhafte Segmentierungen 242a, 242b, 242c, 222a, 222b, 222c sind gezeigt und sollten nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung verstanden werden, sofern dies nicht anderweitig in den Patentansprüchen dargestellt ist. Beispielsweise kann eine der Segmentierungen 242a, 242b, 242c in der Teilstruktur 240 und eine der Segmentierungen 222a, 222b, 222c kann in der Teilstruktur 220 verwendet werden. Wie zuvor erläutert ist, können die segmentierten Strukturelemente, etwa die Elemente 221 oder 241 mit einer oder mehreren der Segmentierungen 222a, 222b, 222c, 242a, 242b, 242c auch in einer oder beiden Teilstrukturen 210 und 250 vorgesehen werden. Es sollte ferner beachtet werden, dass die Größe und die Form der Strukturelemente 211, 241, 221, 251 in einer beliebigen geeigneten Weise gewählt werden kann, solange die vordefinierte Periodizität, d. h. eine im Wesentlichen identische Wiederholung mehrerer Strukturelemente entlang einer vorbestimmten Richtung, erreicht wird. D. h., die Größe und die Form der einzelnen Strukturelemente 211, 241, 221, 251 kann rechteckig (wie gezeigt), quadratisch, T-förmig, L-förmig, und dergleichen sein, wobei die Gesamtabmessungen so gewählt sind, dass die erforderliche Positionsinformation vorzugsweise durch optische Detektionstechniken, etwa Mikroskopie, und dergleichen erhalten wird. Andererseits wird die Segmentierung oder die Feinstruktur der Elemente 241, 221 gemäß den Entwurfsregeln tatsächlicher Bauteilstrukturen gewählt, um damit eine aussagekräftige Information hinsichtlich des Einflusses der Musterdichte und/oder der Strukturgröße auf die Überlagerungsgenauigkeit bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen können, wie später erläutert ist, einige der Strukturelemente einer darunterliegenden Schicht, etwa die Elemente 211 oder 241 in 2b, zumindest teilweise durch einige der Strukturelemente 241 oder 251 „überschrieben" werden, wodurch eine präzise Analyse mittels Querschnittsanalyse, beispielsweise durch Elektronenmikroskopie, Röntgenstrahlmikroskopie, und dergleichen möglich ist, wenn ein überschriebener Bereich als eine Querschnittsprobe präpariert wird.

2c zeigt schematisch eine Querschnittsansicht der Messstruktur 200 aus 2b gemäß dem Schnitt IIc, der in 2a gezeigt ist. Eine erste Bauteilschicht 202 ist über dem Substratbereich 201 ausgebildet und kann die erste periodische Struktur 230 enthalten, d. h. die Strukturelemente 211 und 221, beispielsweise in Form von mit einem spezifizierten Material, etwa Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, und dergleichen, gefüllten Gräben, wenn die erste Bauteilschicht 202 eine STI- (Flachgrabenisolations-) Schicht einer siliziumbasierten integrierten Schaltung repräsentiert. In anderen Beispielen kann die erste Bauteilschicht 202 eine Metallisierungsebene repräsentieren, in der die Strukturelemente 211, 221 metallgefüllte Leitungen oder andere Gebiete repräsentieren. Über der ersten Bauteilschicht 202 ist eine zweite Bauteilschicht 203 gebildet, die die zweite periodische Struktur 260, d. h. die Strukturelemente 241 und 251 enthält. In dem zuvor genannten Beispiel einer STI-Schicht können die Strukturelemente 241, 251 beispielsweise aus einem Lackmuster gebildet sein, das über einer Gateelektrodematerialschicht, einem strukturierten Schichtstapel mit Polysilizium, und dergleichen gebildet ist. Z. B. können in modernen integrierten Schaltungen die kritischen Abmessungen, d. h. Abmessungen in der STI-Schicht, die Gateelektroden erhält, 50 nm oder sogar weniger betragen, so dass die Überlagerungsgenauigkeit merklich von den Strukturgrößen auf Grund erhöhter Musteranordnungsfehler abhängen kann. Folglich können in anspruchsvollen Anwendungen beispielsweise die Strukturelemente 241 und/oder 221 eine Segmentierung (in den Querschnitt in 2c nicht gezeigt) beinhalten, in denen Abmessungen vergleichbar zu den kritischen Abmessungen enthalten sind, wie sie in den entsprechenden Bauteilschichten 202, 203 anzutreffen sind.

2d zeigt schematisch eine Querschnittsansicht entlang des Schnittes IId, der in 2a dargestellt ist. In diesem Beispiel umfasst jedes der einzelnen Strukturelemente 221 und 241 drei „Teilelemente" 221s und 241s, die die entsprechende, in den Teilstrukturen 220 und 240 verwendete Segmentierung repräsentieren (siehe 2a).

Die Messstruktur 200 kann gemäß gut etablierter Prozesstechniken hergestellt werden, die für die Herstellung tatsächlicher Mikrostrukturelemente, etwa von Schaltungselementen in integrierten Schaltungen, eingesetzt werden. Während dieses gut etablierten Prozessablaufes wird eine entsprechend gestaltete Photomaske mit einem entsprechenden Muster für die Messstruktur 200 oder eine Vielzahl davon, wie dies beispielsweise in 2a gezeigt ist, bereitgestellt, um die Struktur 200 oder eine beliebige Anzahl von Kombinationen davon mit geeignet ausgewählten unterschiedlichen Orientierungen in dem vordefinierten Substratbereich 201 anzuordnen. D. h., während einer ersten Fertigungssequenz wird die erste Bauteilschicht 202 gebildet, beispielsweise unter Verwendung von Photolithographieverfahren, Ätztechniken, Abscheidetechniken, Implantationstechniken, Einebnungstechniken und dergleichen, und danach wird die zweite Bauteilschicht 203 gebildet, wobei ein Photolithographieschritt ausgeführt wird, wodurch die Mikrostrukturelemente und auch die Strukturelemente der Messstruktur 200, d. h. die zweite periodische Struktur 260 (siehe 2a) zu der ersten periodischen Struktur 230, ausgerichtet werden. Danach wird das Bauelement 290 einem Messverfahren unterzogen, wie dies auch detaillierter mit Bezug zu 2e beschrieben ist.

2e zeigt schematisch eine Draufsicht des Bauelements 290 während eines Messprozesses zum Gewinnen von Positionsinformationen aus der Messstruktur 200. Ähnlich zu dem Messverfahren auf der Grundlage von Arbeitszonen einer entsprechenden Messanlage, etwa einem Mikroskop, und dergleichen, wird eine erste oder innere Arbeitszone 270 und eine zweite oder äußere Arbeitszone 280 definiert, wenn eine Messvorrichtung verwendet wird, die lediglich zwei Arbeitszonen bereitstellen kann, wie dies typischerweise in konventionellen Techniken der Fall ist. Die Fähigkeit des Messinstruments kann dabei in Betracht gezogen werden, wenn die Messstruktur 200 gestaltet wird, um damit eine Überlappung der inneren und äußeren Arbeitszonen 270, 280 während der Messung effektiv zu unterdrücken, und die entsprechenden Arbeitszonen können so angeordnet werden, dass Positionsinformationen nur von den entsprechenden zwei periodischen Teilstrukturen gewonnen werden. Mit einer entsprechenden Einstellung des Messinstruments und/oder mit einer geeigneten Gestaltung der einzelnen Teilstrukturen 210, 240, 220, 250 können die erste und zweite Arbeitszone 270, 280 gemeinsam sequenziell auf den entsprechenden zwei periodischen Teilstrukturen angeordnet werden, um damit Positionsinformationen zu gewinnen, die die relative Positionierung der entsprechenden Teilstrukturen kennzeichnen. Folglich können die folgenden Messungen sequenziell ausgeführt werden:

  • 1: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 210 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 240 – führt zu schichtinternen Positionsinformationen beispielsweise PPE der ersten Bauteilschicht 202;
  • 2: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer schichtinternen Positionsinformation der zweiten Bauteilschicht 203, etwa PPE;
  • 3: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer Zwischenschichtinformation, d. h. einer Überlagerungsinformation zwischen nicht segmentierten Teilstrukturen;
  • 4: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 240 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 220 – führt zu einer Zwischenschichtpositionsinformation, d. h., einer Überlagerungsinformation im Hinblick auf segmentierte Teilstrukturen;
  • 5: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 210 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 240 – führt zu einer Zwischenschichtpositionsinformation der Art: nicht segmentiert über segmentiert;
  • 6: die Arbeitszone 270 ist über der Teilstruktur 220 und die Arbeitszone 280 ist über der Teilstruktur 250 – führt zu einer Zwischenschichtpositionsinformation der Art: segmentiert gegenüber nicht segmentiert.

Folglich können durch die Struktur 200 schichtinterne Positionsinformationen und Zwischenschichtpositionsinformationen gewonnen werden, wobei abhängig von der Prozessstrategie die gesamte erhaltene Information beim Bewerten der Überlagerungsgenauigkeit des Bauelements 290 verwendet werden kann, oder es kann lediglich ein Teil der Information erhalten und/oder bewertet werden, wodurch die Messzeit reduziert wird.

Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der Messprozess ausgebildet, um die Datennahme zu verbessern. Dazu können die Arbeitszone 270, 280 jeweils in zwei entsprechende Teilzonen, die als 270a, 270b für die Arbeitszone 270 und 280a, 280b für die Arbeitszone 280 bezeichnet sind, unterteilt werden, wie dies beispielhaft für eine der Strukturen 200 in 2e gezeigt ist. In dieser Ausführungsform können Messdaten von den Teilstrukturen 210, 220, 240, 250 gleichzeitig gewonnen werden. In diesem Falle können die entsprechenden Messalgorithmen für das Extrahieren und Berechnen von Positionsfehlern aus den entsprechenden Bildinhalten der Arbeitszonen 270a, 270a, 280a, 280b auf alle möglichen Kombinationen angewendet werden, oder diese können lediglich auf gewünschte Kombinationen, parallel und unabhängig voneinander angewendet werden. Folglich können bis zu sechs unabhängige Messdaten gleichzeitig ermittelt werden, ähnlich zu dem zuvor geschilderten Falle.

  • 1: Arbeitsteilzonen 270a und 270b – schichtinterne Information der ersten Bauteilschicht 202;
  • 2: Arbeitsteilzonen 280a und 280b – schichtinterne Information über die zweite Bauteilebene 203;
  • 3: Arbeitsteilzonen 270a und 280a – Überlagerungsfehlerinformation der Art: nicht segmentiert – segmentiert;
  • 4: Arbeitsteilzonen 270b und 280b – Überlagerungsfehlerinformation der Art: segmentiert – nicht segmentiert;
  • 5: Arbeitsteilzonen 270a und 280b – Überlagerungsfehlerinformation der Art: nicht segmentiert – nicht segmentiert;
  • 6: Arbeitsteilzonen 280a und 270b – Überlagerungsfehlerinformation der Art: segmentiert – segmentiert.

Abhängig von den Erfordernissen können die entsprechenden Messdaten in beliebiger Weise erhalten und bewertet und kombiniert werden, um damit die Überlagerungsgenauigkeit quantitativ zu bewerten. Folglich kann eine erhöhte Menge an Informationen aus der Messstruktur 200 im Vergleich zu konventionellen Techniken, wie sie in 1c gezeigt sind, gewonnen werden, da dort lediglich schichtinterne Informationen der ersten und der zweiten Bauteilschichten sowie Zwischenschichtfehlerinformationen der Art nicht segmentiert – nicht segmentiert für jedes Messereignis erhalten werden können. Ferner kann abhängig von der Größe der Messstruktur 200 eine größere Informationsmenge aus einem deutlich reduziertem Raumbereich des Bauelements 290 im Vergleich zu einer konventionellen Technik gewonnen werden. Es sollte beachtet werden, dass die Größe der einzelnen Strukturelemente 211, 241, 221 und 251 geeignet so ausgewählt werden kann, dass eine entsprechende Definition von Arbeitszonen 270 und 280 und, falls gewünscht, der entsprechenden Teilzonen möglich ist, was zu einer etwas vergrößerten Gesamtfläche entsprechend einer einzelnen Struktur 100, 150, wie sie in 1c gezeigt sind, führen kann, wobei dennoch eine deutliche Reduzierung des eingenommenen Flächenbereichs erreicht wird. In anderen Ausführungsformen kann eine ähnliche Größe wie für eine der Strukturen 100, 150 für die vier Strukturen 200 benutzt werden, wie sie in der 2a oder 2e gezeigt sind.

2f zeigt schematisch die Struktur 200 gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform, in der die ersten und die zweiten periodischen Strukturen 230 und 260 nebeneinander angeordnet sind, ohne dass sie miteinander verzahnt sind. Die entsprechenden Arbeitszonen 270 und 280 sind entsprechend in geeignete Teilzonen 270a, 270b und 280a und 280b unterteilt.

2g zeigt schematisch die Strukturen 200 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen eine erhöhte Funktionalität der Struktur 200 erreicht wird. In einer Ausführungsform ist die Struktur 200 so gestaltet, dass zumindest eine der periodischen Teilstrukturen in einer dritten Bauteilschicht ausgebildet ist. Beispielsweise sind in der gezeigten Ausführungsform die Teilstrukturen 210 und 220 in einer ersten Bauteilschicht, etwa der Schicht 202, gebildet, wie dies zuvor erläutert ist, und die Teilstruktur 240 kann in einer zweiten Bauteilschicht, etwa der Schicht 203, gebildet sein, wie sie zuvor erläutert ist, während die Teilstruktur 250, die nunmehr als 250a bezeichnet ist, in einer dritten Bauteilschicht ausgebildet ist, die unter oder über oder zwischen der ersten und der zweiten Bauteilschicht angeordnet sein kann. Folglich können unter Anwendung der Messtechnik, in der Arbeitsteilzonen vorgesehen sind, d. h., die Teilzonen 270a, 270b, 280a, 280b, die folgenden Messdaten gleichzeitig aus der Messstruktur 200 gewonnen werden:

  • 1: Arbeitsteilzonen 270a und 270b – schichtinterne Positionsinformationen der ersten Schicht;
  • 2: Arbeitsteilzonen 280a und 280b – Überlagerungsinformationen der zweiten und der dritten Schicht;
  • 3: Arbeitsteilzonen 270a und 280a – Überlagerungsinformationen der ersten und der zweiten Schicht der Art: nicht segmentiert – segmentiert;
  • 4: Arbeitsteilzonen 270b und 280b – Überlagerungsinformationen der ersten und der dritten Schicht der Art: segmentiert – nicht segmentiert;
  • 5: Arbeitsteilzonen 270a und 280b – Überlagerungsinformationen der ersten und der dritten Schicht der Art: nicht segmentiert – nicht segmentiert;
  • 6. Arbeitsteilzonen 270b und 280a – Überlagerungsinformation der ersten und der zweiten Schicht der Art: segmentiert – segmentiert.

Folglich wird eine verbesserte Funktionalität erreicht, die das Beobachten der Überlagerungsgenauigkeit im Hinblick auf eine vergrößerte „Spannweite" ermöglicht, während dennoch ein deutlich reduzierter Anteil einer Fläche erforderlich ist, und, wenn eine gleichzeitige Messtechnik eingesetzt wird, ein deutlich reduzierter Betrag an Messzeit erforderlich ist. Es sollte beachtet werden, dass es andere Kombinationen im Hinblick auf das Anordnen einer oder mehrerer Detailstrukturen innerhalb der dritten Bauteilschicht gibt.

In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform kann die Messstruktur 200 innerhalb des Substratsbereichs 201 so angeordnet sein, dass zwei Bereiche oder Teilstrukturen, die in der gleichen Bauteilschicht ausgebildet sind, in benachbarten überlappenden Belichtungsfeldern angeordnet sind, die als Belichtungsfeld 206 und 207 in 2e gekennzeichnet sind. D. h., die Teilstrukturen 210 und 220, die in einer einzelnen Bauteilschicht ausgebildet sind, können in dem Belichtungsfeld 206 gebildet sein, wobei eine der Strukturen, etwa die Struktur 220, auch innerhalb des Belichtungsfelds 207 positioniert ist. In anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann die Messstruktur 200 so gestaltet sein, dass ein Überlagerungsbereich des Belichtungsfeldes 206 und 207 beispielsweise zwischen den Strukturen 240 und 220 angeordnet ist, wodurch sichergestellt ist, dass die Teilstruktur 210 lediglich innerhalb des Belichtungsfeldes 206 gebildet ist, während die in der gleichen Schicht gebildete Teilstruktur 220 lediglich durch das Belichtungsfeld 207 gebildet wird. In jedem Falle kann eine wertvolle Information beispielsweise im Hinblick auf eine Gitterverzerrung und dergleichen gewonnen werden, wobei diese Information gleichzeitig verfügbar ist, wenn die Messtechnik auf der Grundlage unterteilter Teilzonen verwendet wird, wie sie mit Bezug zu 2e beschrieben ist.

In einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Messstruktur 200 so gestaltet, dass eine der Teilstrukturen, beispielsweise die Teilstruktur 250a, ein Überlappungsgebiet der Messstruktur 200 repräsentiert, d. h. eine spezielle Teilstruktur (nicht gezeigt), kann zusätzlich in der ersten Schicht ausgebildet sein und kann nachfolgend durch eine entsprechende Teilstruktur in der zweiten Schicht „überschrieben" werden, wodurch das Überlappungsgebiet 250a gebildet wird. In diesem Falle kann die gleiche Menge an Information erhalten werden, wie dies zuvor beschrieben ist, wobei zusätzlich Positionsinformation in dem Überlappungsgebiet 250a „konserviert" werden kann, die dann zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise durch Querschnittsanalyse unter Verwendung von Elektronenmikroskopie, Röntgenstrahlmikroskopie, und dergleichen, gewonnen werden kann. Dazu kann eine entsprechende Schnittprobe aus dem Überlappungsgebiet 250a, beispielsweise durch FIB-Techniken (focusierter Ionenstrahl) präpariert werden. Auf diese Weise kann ein erhöhtes Maß an Genauigkeit auf Grund der hohen Auflösung der dabei beteiligten Messverfahren erreicht werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, „Kalibrier"- oder „Referenz"-Daten zu gewinnen, die zum Skalieren oder Normieren der durch die optischen Techniken erhaltenen Messdaten verwendet werden können. Beispielsweise kann anstelle des Verwendens eines nicht segmentierten Überlagerungsbereichs, wie dies in 2g gezeigt ist, beispielsweise die Teilstruktur 220 durch eine entsprechende segmentierte Teilstruktur überschrieben werden, etwa die in der zweiten Schicht ausgebildete Struktur 240, wodurch bessere Informationen im Hinblick auf die Überlagerungsgenauigkeit auf der Grundlage kritischer Abmessungen bereitgestellt werden, die dann beim geeigneten Kalibrieren und Bewerten der durch die zerstörungsfreien Techniken gewonnenen Messdaten verwendet werden können.

Es gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Technik zum Ermitteln effizienter Informationen mit reduzierter Messzeit und/oder reduziertem Flächenbedarf, der in den Schneidelinienbereichen von Mikrostrukturbauelementen erforderlich ist, bereit, indem eine Messstruktur periodische Bereiche enthält, die in unterschiedlichen Bauteilschichten ausgebildet sind, derart, dass die schichtinternen Informationen sowie Zwischenschichtinformationen aus der Messstruktur in einer einzelnen Messposition gewonnen werden können. Ferner kann in einigen Ausführungsformen die Messprozedur so ausgebildet sein, dass schichtinterne Informationen und Zwischenschichtinformationen gleichzeitig gewonnen werden können, wodurch der Messprozess deutlich verbessert wird, während gleichzeitig die Genauigkeit der Interpretation der Messdaten verbessert werden kann. Ferner wird eine erhöhte Funktionalität der Messstruktur im Vergleich zu konventionellen Überlagerungs- und PPE-Strukturen erreicht, da zusätzliche Informationen aus Querschnittsanalysemessdaten, und dergleichen zusammen mit den Überlagerungs- und PPE-Daten gewonnen werden können.

Weitere Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann angesichts dieser Beschreibung offenkundig. Daher ist diese Beschreibung als lediglich anschaulich und für die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des Ausführens der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen zu betrachten.


Anspruch[de]
Überlagerungsmessstruktur mit:

einer ersten periodischen Struktur, die in einer ersten Bauteilschicht und einer spezifizierten Messposition gebildet ist, die auf einem Substrat ausgebildet ist, wobei die erste periodische Struktur eine erste periodische Teilstruktur und eine zweite periodische Teilstruktur aufweist, wobei die erste und die zweite periodische Teilstruktur in der ersten periodischen Struktur jeweils mehrere erste Strukturelemente enthalten, und wobei einige der ersten Strukturelemente einen ersten segmentierten Bereich aufweisen;

einer zweiten periodischen Struktur, die in einer zweiten Bauteilschicht ausgebildet, die über der ersten Bauteilschicht angeordnet ist, wobei die zweite periodische Struktur eine erste periodische Teilstruktur und eine zweite periodische Teilstruktur aufweist, wobei die erste und die zweite Teilstruktur in der zweiten periodischen Struktur jeweils mehreren zweite Strukturelemente aufweisen, wobei einige der zweiten Strukturelemente einen zweiten segmentierten Bereich aufweisen, und wobei die erste und die zweite periodische Struktur eine periodische gestapelte Struktur an der spezifizierten Messposition bilden.
Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite periodische Struktur so zueinander orientiert sind, dass Positionsinformation über eine relative Versetzung in Bezug auf mindestens eine vordefinierte Richtung bereitgestellt wird. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste und die zweite periodische Teilstruktur der ersten periodischen Struktur so zueinander orientiert sind, dass Positionsinformation über eine relative Versetzung in Bezug auf die mindestens eine vordefinierte Richtung bereitgestellt wird. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite periodische Teilstruktur der zweiten periodischen Struktur so zueinander orientiert sind, dass Positionsinformation über eine relative Versetzung in Bezug auf die mindestens eine vordefinierte Richtung bereitgestellt wird. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 3 und 4, wobei die erste periodische Teilstruktur der ersten Struktur benachbart zu der ersten periodischen Teilstruktur der zweiten periodischen Struktur angeordnet ist. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 1, wobei jedes erste Strukturelement der ersten periodischen Teilstruktur der ersten periodischen Struktur den ersten segmentierten Bereich aufweist. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 6, wobei jedes erste Strukturelement der zweiten periodischen Teilstruktur der ersten periodischen Struktur nicht segmentiert ist. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 6, wobei jedes zweite Strukturelement der ersten periodischen Teilstruktur der zweiten periodischen Struktur den zweiten segmentierten Bereich aufweist. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 8, wobei jedes zweite Strukturelement der zweiten periodischen Teilstruktur der zweiten periodischen Struktur nicht segmentiert ist. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 1, die ferner ein Überlappungsgebiet aufweist, in welchem ein Bereich der ersten periodischen Struktur und der zweiten periodischen Struktur miteinander überlappen. Überlagerungsmessstruktur nach Anspruch 1, die ferner eine dritte periodische Struktur aufweist, die in einer dritten Bauteilschicht ausgebildet ist, die über dem Substrat angeordnet ist, um damit eine Schichtstapel mit der ersten und der zweiten Bauteilschicht zu bilden, wobei die dritte periodische Struktur mehrere dritte Strukturelemente aufweist und so orientiert ist, dass Positionsinformation über eine relative Versetzung in Bezug auf die erste und die zweite periodische Struktur für mindestens eine vordefinierte Richtung bereitgestellt wird. Verfahren mit:

Bilden einer gestapelten periodischen Messstruktur an einer vordefinierten Messposition eines Substrats, das für die Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist, wobei die gestapelte periodische Struktur einen ersten segmentierten Bereich und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten Schicht ausgebildet sind, und einen zweiten segmentierten Bereich und einen zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer zweiten Schicht ausgebildet sind, aufweist;

Gewinnen von Positionsinformationen von jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereich; und

Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit von Strukturelementen, die über dem Substrat außerhalb der vorbestimmten Messposition gebildet sind, auf der Grundalge der gewonnenen Positionsinformation.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei Gewinnen der Positionsinformation von jeweils den ersten und zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereichen umfasst: Abtasten der ersten und zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereiche mit einer spezifizierten Arbeitszone, um entsprechende Messdatensätze von innerhalb entsprechender Arbeitszonen zu gewinnen. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit umfasst: Bewerten von Messdaten, die von dem segmentierten Bereich erhalten werden, und von Messdaten, die von dem ersten nicht segmentierten Bereich erhalten werden, um einen Musteranordnungsfehler in der ersten Schicht zu bestimmen. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit umfasst: Bewerten von Messdaten, die von dem zweiten segmentierten Bereich erhalten werden, und von Messdaten, die von dem zweiten nicht segmentierten Bereich erhalten werden, um einen Musteranordnungsfehler in der zweiten Schicht zu bestimmen. Verfahren nach Anspruch 13, wobei Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit umfasst: Bewerten von Messdaten, die von dem ersten segmentierten und/oder nicht segmentierten Bereich erhalten werden, und von Messdaten, die von dem zweiten segmentierten und/oder nicht segmentierten Bereich erhalten werden, um einen Überlagerungsfehler zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht zu bestimmen. Verfahren nach Anspruch 12, wobei Bilden der gestapelten periodischen Struktur umfasst: Bilden eines Überlappungsgebiets an der Messposition, wobei der erste segmentierte und/oder nicht segmentierte Bereich mit dem zweiten segmentierten und/oder nicht segmentierten Bereich in dem Überlappungsgebiet überlappt. Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Erhalten von Messdaten durch Elektronenmikroskopie und/oder Röntgenstrahlmikroskopie aus dem Überlappungsgebiet umfasst. Verfahren nach Anspruch 18, wobei Erhalten von Messdaten durch Elektronenmikroskopie und/oder Röntgenstrahlmikroskopie aus dem Überlappungsgebiet das Herstellen einer Querschnittsprobe aus dem Überlappungsgebiet umfasst. Verfahren nach Anspruch 18, das ferner umfasst: Anwenden der Messdaten, die durch Elektronenmikroskopie und/oder Röntgenstrahlmikroskopie gewonnen werden, um die Positionsinformation zu bewerten. Verfahren mit:

Bilden einer gestapelten periodischen Messstruktur an einer vordefinierten Messposition eines Substrats, das zur Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendbar ist, wobei die gestapelte periodische Struktur einen ersten segmentierten Bereich und einen ersten nicht segmentierten Bereich, die in einer ersten Schicht ausgebildet sind, und einen zweiten segmentierten Bereich und einen zweiten nicht segmentierten Bereich, die in einer zweiten Schicht ausgebildet sind, aufweist, wobei der segmentierte oder der nicht segmentierte Bereich der ersten oder der zweiten Schicht in einem ersten Belichtungsfeld angeordnet sind, und wobei der andere des segmentierten oder nicht segmentierten Bereichs in einem zweiten Belichtungsfeld angeordnet ist, das mit dem ersten Belichtungsfeld während der Belichtung überlappt;

Gewinnen von Positionsinformationen aus jeweils dem ersten und dem zweiten segmentierten und nicht segmentierten Bereich;

Bewerten einer Gitterverzerrung und einer Überlagerungsgenauigkeit auf der Grundlage der Positionsinformation.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
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