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Dokumentenidentifikation DE102004014482B4 03.05.2007
Titel Verfahren zum Erweitern von Limitierungen für Strukturweiten beim Herstellungsprozess von Fotomasken
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Haffner, Henning, 01099 Dresden, DE;
Marek, Peter, 01640 Coswig, DE;
Hay, Bernd, 84405 Dorfen, DE;
Doehr, Nina, 81377 München, DE;
Katzwinkel, Frank, 01109 Dresden, DE;
Jaehnert, Carmen, 01108 Dresden, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 24.03.2004
DE-Aktenzeichen 102004014482
Offenlegungstag 13.10.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse G03F 1/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03F 7/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erweitern von Limitierungen für Strukturweiten beim Herstellungsprozess von auf einen Halbleiterwafer abzubildenden Strukturen auf Fotomasken, um bei einer Abweichung einer auf der Fotomaske vorzusehenden ersten Strukturweite von einem ersten Sollwert, sich durch die Abweichung ergebende Einschränkungen von Toleranzen von auf der Fotomaske vorzusehenden weiteren Strukturweiten zu reduzieren.

Eine Fotomaske weist ein transparentes Substrat, das mit Abschirmmustern aus einem Licht absorbierenden Material bedeckt ist, auf. Das in dem absorbierenden Material der Fotomaske eingeprägte Muster wird mittels einer lithographischen Abbildungsvorrichtung auf einen Halbleiterwafer zur Ausbildung von Mikrostrukturen abgebildet. Aus den Mikrostrukturen können beispielsweise integrierte Halbleitervorrichtungen, wie etwa ein DRAM (Dynamic Random Access Memory)-Speicherbaustein hervorgehen.

Die Fotomaske wird von einem Maskenhersteller, an den Informationen über die Spezifikation der Fotomaske zu übergeben sind, produziert. Auf einer Fotomaske können verschiedene Strukturen vorgesehen sein, die sich in ihrer Dimensionierung, beispielsweise in Länge und Breite, unterscheiden können. Da eine Fotomaske eine Vielzahl von unterschiedlichen Strukturen aufweisen kann, werden stellvertretend eine oder mehrere kritische Strukturen festgelegt und bezüglich ihrer Maßhaltigkeit für den Maskenherstellprozess spezifiziert. Dabei werden den kritischen Strukturen Strukturweiten zugeordnet, die mittels sogenannter Messpunkte charakterisiert werden. Die Strukturweite kann einer zu vermessenden Länge oder einer Breite einer Struktur entsprechen.

Im Lehrbuch "Fotolithographie, Grundlagen und Anwendungen in der Halbleitertechnologie" von Fedotov/Pohl, 1. Auflage, Verlag Technik, Berlin 1974 wird die beugungsbedingte Abhängigkeit der abgebildeten Strukturgröße im Fotoresist während des Lithographieprozesses beschrieben.

In der 1 ist ein Ausschnitt aus einer Fotomaske 3 mit einer Rechteckstruktur, die mittels zweier Strukturweiten (1, 2) charakterisiert wird, dargestellt. Die erste Strukturweite 1 entspricht der Breite und die zweite Strukturweite 2 der Länge der in der 1 dargestellten weißen Rechtecke. Dem Maskenhersteller werden ein auf der Fotomaske anzustrebender erster Sollwert 1a für die erste Strukturweite 1 und ein anzustrebender zweiter Sollwert 2a für die zweite Strukturweite 2 mitgeteilt. Diese Sollwerte 1a, 2a können direkt und unabhängig voneinander aus den geometrischen Entwurfsdaten, im weiteren Fotomaskendesign genannt, abgeleitet werden. In der 1 ist der erste Sollwert 1a und der zweite Sollwert 2a durch den jeweils mittleren Pfeil in den Rechtecken gekennzeichnet. Die Pfeile a und b in der 1 deuten die maximal zulässigen Abweichungen nach oben und nach unten vom jeweiligen Sollwert 1a, 2a an.

Die maximal zulässigen Abweichungen vom Sollwert werden beispielsweise empirisch durch lithographische Belichtungsreihen ermittelt. Dafür werden Variationen in der Länge bzw. Breite der als für die Abbildungstreue am kritischsten betrachteten Strukturweite, in der Regel ist es die kleinste Strukturweite, mit entsprechend in der Abbildungsvorrichtung angepassten Belichtungsparametern auf ein auf dem Halbleiterwafer zu erreichendes Zielmaß belichtet. Diejenigen Abweichungen nach oben und nach unten, jenseits derer sich mittels einer Anpassung von Belichtungsparametern das Zielmass auf dem Halbleiterwafer nicht mehr erreichen lässt, geben die oberen und unteren Toleranzgrenzen an. Es werden also aus dem sich ergebenden Lithographieprozessfenster die obere und untere Toleranzgrenze für die Strukturweite abgeleitet. Aus der Toleranz für die kritische Strukturweite lassen sich die zulässigen Toleranzen für die anderen Strukturweiten bestimmen. Unter Toleranz ist hier ein Toleranzbereich, also der Abstand zwischen oberer und unterer Toleranzgrenze zu verstehen.

In einem realen Lithographieprozess gibt es in der Regel nur ein Zielmaß auf dem Halbleiterwafer, worauf der Abbildungsprozess eingestellt und worauf mittels einer Belichtungsdosisanpassung gezielt wird. In dem in der 1 beschriebenen Beispiel ist der ersten Strukturweite das Zielmaß auf dem Halbleiterwafer zugeordnet, da es sich in diesem Beispiel um die kleinste, die kritischste Strukturweite handelt. Bei dieser Vorgehensweise lässt es sich allerdings nicht verhindern, dass durch die Belichtungsdosisanpassung für die kritischste Strukturweite, Strukturweitenabmessungen auf dem Halbleiterwafer in erster Näherung linear für die weiteren Strukturweiten mit verändert werden. Die realen akzeptablen Toleranzen, die den weiteren Strukturweiten auf der Maske zuzuordnen sind, entsprechen damit in erster Näherung der Differenz zwischen der erlaubten Toleranz der ersten Strukturweite zur erlaubten Toleranz der weiteren Strukturweiten.

In der 2 ist die beschriebene Kopplung der Strukturweiten noch einmal veranschaulicht. Dargestellt ist in der 2 die erste Strukturweite 1 und der der ersten Strukturweite 1 zugeordnete erste Sollwert 1a auf der Fotomaske. Die Pfeile a und b deuten die maximal zulässige Variation des ersten Sollwertes 1a nach oben und nach unten an. Die Differenz in der Länge zwischen a und b ergibt die Toleranz 1b. Weist die erste Strukturweite 1 auf der Maske nun eine Länge b auf, die nach unten vom ersten Sollwert 1a abweicht, so wird mittels Belichtungsdosisanpassung, in diesem Fall bedeutet das eine höhere Belichtungsdosis, auf ein der ersten Strukturweite 1zugeordnetes Zielmaß auf dem Halbleiterwafer belichtet. Durch diese Belichtungsdosisanpassung wird die erste Strukturweite 1 auf dem Halbleiterwafer so abgebildet, als wäre auf der Maske der Sollwert 1a realisiert. Die Belichtungsdosisanpassung bewirkt aber, dass auch die in der 2 dargestellte zweite Strukturweite 2 auf dem Halbleiterwafer entsprechend verlängert abgebildet wird. Ist auf der Maske die erste Strukturweite 1 mit der Länge, die durch den Pfeil b dargestellt ist, realisiert, so entspräche der zweiten Strukturweite 2 aufgrund der Belichtungsdosisanpassung eine vom zweiten Sollwert 2a nach oben abweichende Länge. Diese Länge ist in der Figur durch den Pfeil b' verdeutlicht. Entsprechendes gilt für eine Abweichung der ersten Strukturweite 1 nach oben. Dargestellt ist die vom ersten Sollwert 1a nach oben abweichende Strukturweite durch den Pfeil a. Wegen der Belichtungsdosisanpassung, in diesem Fall bedeutet es eine niedrigere Belichtungsdosis, erhält die zweite Strukturweite 2 nun einen geringeren Wert, dargestellt durch den Pfeil a'.

Ist auf der Maske der erste Sollwert 1a der ersten Strukturweite 1 realisiert, so sind keine Belichtungsdosisanpassungen nötig und auf der Fotomaske ist der zweite Sollwert 2a der zweiten Strukturweite 2 ebenfalls realisiert. Dargestellt sind die Sollwerte 1a, 2a durch die jeweils mittleren Pfeile in der 2.

Das gezeigte Beispiel geht zum Zweck der Einfachheit der Darstellbarkeit davon aus, dass die zweite Strukturweite auf der Maske hinsichtlich ihrer Länge nicht fehlerbehaftet ist.

Anhand einer Beispielrechnung soll noch einmal gezeigt werden, welche Konsequenzen sich aus dem oben gesagten für die jeweiligen Toleranzen ergeben. Für die Rechteckstruktur ist auf der Maske der erste Sollwert für die erste Strukturweite, hier die Breite des Rechteckes, zu 70 nm mit einer Toleranz von ±10 nm vorgegeben. Für die zweite Strukturweite, hier die Länge des Rechteckes, wird der Sollwert von 100 nm mit einer Toleranz von ±12 nm vorgegeben. Erreicht die erste Strukturweite einen realen Wert an der unteren Grenze der Toleranz, also realer Wert = Sollwert – 10 nm = 60 nm, so wird durch die Belichtungsdosisanpassung die Strukturweite um +10 nm nachgeregelt. Da sich die Nachregelung entsprechend auf die zweite Strukturweite auswirkt, bedeutet das, dass die zweite Strukturweite einen vom zweiten Sollwert um +10 nm abweichenden Wert erhält. Es verbleibt also für die zweite Strukturweite ein oberer Toleranzrest von +2 nm. Eine entsprechende Rechnung gilt, wenn der reale Wert der ersten Strukturweite vom Sollwert um +10 nm abweicht. Dann verbleibt für die Toleranz der zweiten Strukturweite ein unterer Toleranzrest von –2 nm.

Bei einer Toleranz von ±10 nm für die erste Strukturweite und einer Toleranz von ±12 nm, die für die zweite Strukturweite angegeben wird unter der Bedingung, dass die erste Strukturweite den ersten Sollwert aufweist, verbleibt in einem realen Fall, in dem die erste Strukturweite auf der Fotomaske innerhalb der vorgegebenen Toleranz von ±10 nm variieren kann, eine minimale Resttoleranz für die zweite Strukturweite von ±2 nm.

Die Resttoleranz für die zweite Strukturweite kann erweitert werden, indem die Toleranz für die erste Strukturweite entsprechend verringert wird. Möglich wären in diesem Beispiel also auch eine Toleranz für die erste Strukturweite von ±6 nm und für die zweite Strukturweite von ±6 nm. Es gilt, dass eine Entspannung der Resttoleranz der zweiten Strukturweite nur mit einer Verschärfung der Toleranz der ersten Strukturweite zu kompensieren ist.

Dadurch, dass der Abbildungsprozess auf das der kritischsten ersten Strukturweite zugeordnete Zielmaß auf dem Halbleiterwafer eingestellt wird, ergeben sich für die Maße auf dem Halbleiterwafer, die den weiteren Strukturweiten auf der Maske zugeordnet sind, entsprechend der Belichtungsdosisanpassung in der Abbildungsvorrichtung, Abweichungen von Sollmaßen auf dem Halbleiterwafer. Aufgrund dieser mit der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert gekoppelten Abweichungen verringern sich die Toleranzen für die weiteren Strukturweiten.

Zusätzliche weitere Einschränkungen ergeben sich für die Toleranzen noch dadurch, dass reale Maskenherstellprozesse verschiedene systematische Abweichungen der Strukturweiten zu beispielsweise aus dem Fotomaskendesign abgeleiteten Sollwerten aufweisen. Strukturen unterschiedlicher Strukturgrößen können in einem realen Fotomaskenherstellungsprozess unterschiedlich bezüglich einer Abweichung der Strukturweiten vom Sollwert ausfallen, ein Effekt, der mit Linearität bezeichnet wird. Des weiteren können gleichartige Strukturen in verschiedenen Umgebungen unterschiedlich ausgebildet werden, der so genannte Nachbarschafts (Proximity)-Effekt. Bei der Erzeugung zweidimensionaler Strukturen auf der Fotomaske kann ein weiterer Effekt, der als Linien-Verkürzung (line shortening) bezeichnet wird, auftreten und eine systematische Abweichung der Strukturweite vom Sollwert verursachen.

Für einen stabilen Fotomaskenherstellungsprozess gilt, dass Abweichungen der Strukturweiten vom Sollwert, die durch Linearitäts-, Nachbarschafts- und Linien-Verkürzungs-Verhalten verursacht werden, stabil sind und keinen Schwankungen unterliegen.

Eine Vorgabe sehr kleiner erlaubter Toleranzen bei der Fertigung führen zu einer hohen Ausschussrate bei der Fotomaskenherstellung, was sich auf die Kosten für eine Fotomaske, die dann entsprechend hoch angesetzt werden, auswirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Entspannung von Toleranzen für Strukturweiten bei gleichbleibender Fotomaskenqualität zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Es wird ein Verfahren zum Erweitern von Limitierungen für Strukturweiten beim Herstellungsprozess von auf einen Halbleiterwafer abzubildenden Strukturen auf Fotomasken, um bei einer Abweichung einer auf der Fotomaske vorzusehenden, ersten Strukturweite von einem ersten Sollwert, sich durch die Abweichung ergebende Einschränkungen von Toleranzen von auf der Fotomaske vorzusehenden weiteren Strukturweiten zu umgehen, zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Es wird der erste Sollwert für die erste Strukturweite vorgegeben. Dem ersten Sollwert wird eine erste Toleranz zugeordnet, wobei unter Toleranz ein Bereich zu verstehen ist, in dem ein Abweichen der auf der Fotomaske realisierten Strukturweite vom Sollwert erlaubt ist. Die Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten Sollwert wird bestimmt, beispielsweise durch eine Messung, wobei sich die Abweichung als eine Differenz zwischen der auf der Fotomaske realisierten Strukturweite und dem Sollwert ergibt. Erfindungsgemäß werden die den weiteren Strukturweiten jeweils zuzuordnenden Sollwerte jeweils in Abhängigkeit von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert berechnet. Die den berechneten Sollwerten jeweils zuzuordnenden Toleranzen werden vorgegeben, wobei die Toleranzen auf der Fotomaske, aufgrund der Berechnung der Sollwerte, unabhängig von der ersten Toleranz und von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert vorgegeben werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erster Sollwert für eine erste Strukturweite vorgegeben, für die eine Anpassung von Abbildungsparametern, z.B. mittels einer Belichtungsdosisanpassung, einer Abbildungsvorrichtung in der Weise vorgesehen wird, dass ein der ersten Strukturweite zuzuordnendes Zielmaß auf dem Halbleiterwafer erreicht wird.

Erfindungsgemäß werden die den weiteren Strukturweiten auf der Fotomaske jeweils zuzuordnenden Sollwerte jeweils in Abhängigkeit von der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert berechnet.

Die Sollwerte erhalten einen erfindungsgemäßen berechneten Wert, der so vorgesehen wird, dass eine durch die Anpassung der Abbildungsparameter verursachte Abweichung von jeweiligen Sollmaßen der weiteren Strukturweiten auf dem Halbleiterwafer kompensiert wird. Dadurch lassen sich die den berechneten Sollwerten zuzuordnenden Toleranzen der weiteren Strukturweiten von Einschränkungen, die durch die Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert und der daraus folgenden Anpassung der Abbildungsparameter verursacht werden, befreien. Die erlaubten Toleranzen aller Strukturweiten können jetzt wieder unabhängig voneinander und von der Abweichung der ersten Strukturweite vorgesehen werden.

Sie können vorzugsweise in einer Größenordnung von der der jeweiligen abgebildeten Strukturweite zugeordneten Toleranz auf dem Halbleiterwafer vorgesehen werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren deutliche Entspannung der Toleranzen der weiteren Strukturweiten erreicht, ohne dass die Qualität der Fotomaske dadurch beeinträchtigt wird. Durch das erfindungsgemäße Berechnen der weiteren Sollwerte wird in vorteilhafter Weise der Umstand berücksichtigt, dass sich Abweichungen der Strukturweiten vom Sollwert an derselben Stelle auf der Fotomaske typischerweise auf alle Dimensionen gleichartig auswirken. Das bedeutet, dass beispielsweise Rechteckstrukturem deren erste Strukturweite, also die Breite, kleiner als der erste Sollwert ist, im Allgemeinen auch zu klein in anderen Dimensionen gleichen Tonwertes, zum Beispiel der Länge, ausgeführt sind. Unter dem Tonwert wird hier eine Lichtdurchlässigkeit der Struktur, die transparent oder opak oder semitransparent sein kann, verstanden.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich beispielsweise für eine Spezifizierung von Fotomasken anwenden. Es führt zu einer Entspannung der Toleranzen bei dem Fotomaskenherstellungsprozess, wodurch eine höhere Ausbeute und damit eine Verringerung der Kosten erzielt wird.

Vorzugsweise wird der erste Sollwert aus einem Fotomaskendesign abgeleitet. Der Sollwert auf der Fotomaske ist dabei so vorzusehen, dass mit Hilfe der Abbildungsvorrichtung ein auf dem Wafer vorgegebenes Zielmaß erreicht wird.

In vorteilhafter Weise wird die erste Toleranz so vorgesehen, dass mittels einer Anpassung von Parametern der Abbildungsvorrichtung ein Zielmaß der abgebildeten ersten Strukturweite auf dem Halbleiterwafer erreicht wird. Wenn also die erste Strukturweite innerhalb der ersten Toleranz liegt, so kann durch eine Anpassung von Parametern der Abbildungsvorrichtung das Zielmaß auf dem Wafer erreicht werden.

In vorteilhafter Weise werden als die angepassten Parameter Belichtungsparameter vorgesehen. Durch eine Belichtungsdosisanpassung kann eine auf der Fotomaske zu groß bzw. zu klein geratene Strukturweite wieder mit dem vorgegebenen Zielmaß auf dem Halbleiterwafer abgebildet werden.

Vorzugsweise werden die den weiteren Strukturweiten jeweils zugeordneten Sollwerte mit folgender Rechenvorschrift berechnet: Sollwert = ein Strukturmaß +/– der Abweichung der ersten Strukturweite vom ersten Sollwert.

Der Rechenvorschrift zufolge ergibt sich der Sollwert als Summe oder Differenz aus einem der jeweiligen Strukturweite zugeordneten Strukturmaß und der Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten Sollwert. Für die erste und die weiteren Strukturweiten gleichen Tonwertes gilt: Handelt es sich bei der Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten Sollwert um eine Abweichung nach oben, ist also die erste Strukturweite größer als der erste Sollwert, so ist in der Rechenvorschrift das Pluszeichen zu setzen. Handelt es sich bei der Abweichung der ersten Strukturweite von dem ersten Sollwert um eine Abweichung nach unten, ist die erste Strukturweite also kleiner als der erste Sollwert, so ist in der Rechenvorschrift das Minuszeichen zu setzen.

Die Rechenvorschrift gilt auch, wenn die erste und die weiteren Strukturweiten einen verschiedenen Tonwert aufweisen. Gehört die erste Strukturweite zu einer transparenten Struktur und weist die erste Strukturweite eine Abweichung vom Sollwert nach oben auf und gehört die weitere Strukturweite zu einer opaken Struktur, so ist in der Rechenvorschrift das Minuszeichen zu setzen. Je nach Kombination der Tonwerte und abhängig davon, ob die Abweichung nach oben oder unten vorliegt, ist in der Rechenvorschrift entweder das Minus- oder das Pluszeichen einzusetzen.

Vorzugsweise wird das der jeweiligen Strukturweite zugeordnete Strukturmaß aus dem Fotomaskendesign abgeleitet.

In vorteilhafter Weise wird als die erste Strukturweite die kleinste für den Halbleiterprozess auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite gewählt. Die kleinste Strukturweite ist im Allgemeinen auch am schwierigsten maßhaltig abzubilden. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, den gesamten Abbildungsprozess an die kleinste, Strukturweite anzupassen.

Vorzugsweise wird als die erste Strukturweite die lithographisch oder elektrisch funktional kritischste auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite gewählt. Die Strukturweite mit der eine elektrisch funktional bedeutsame Struktur im Halbleiterwafer hergestellt wird, ist eine kritische Strukturweite, die möglichst maßhaltig abgebildet werden sollte.

Die Toleranzen werden vorzugsweise für die berechneten Sollwerte in einer Größenordnung von der auf dem Halbleiterwafer vorgesehenen Toleranz für die jeweils auf den Halbleiterwafer abgebildete Strukturweite vorgesehen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 Ausschnitt aus einer Fotomaske mit einer Rechteckstruktur,

2 schematische Darstellung von zwei Strukturweiten,

3 schematische Darstellung von gemäß dem Stand der Technik vorgegebenen Toleranzen und

4 eine schematische Darstellung von erfindungsgemäß vorgegebenen Toleranzen.

Die 1 und 2 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert.

Gemäß der 3 werden bei einem herkömmlichen Verfahren zur Spezifizierung von Fotomasken 3 für eine erste Strukturweite 1 und für weitere Strukturweiten 2, in diesem Ausführungsbeispiel wird der Einfachheit halber eine Beschränkung auf zwei Strukturweiten vorgenommen, Sollwerte 1a, 2a, die beispielsweise aus einem Fotomaskendesign abgeleitet werden, vorgegeben. Dem ersten Sollwert 1a wird eine erste Toleranz 1b zugewiesen. Unter Toleranz ist der begrenzende Bereich, in dem die reale Strukturweite vom Sollwert abweichen darf, zu verstehen. Dem zweiten Sollwert 2a wird eine zweite Toleranz 2b, unter der Bedingung zugewiesen, dass die erste Strukturweite 1 den ersten Sollwert 1a aufweist. Ist dies nicht der Fall, sondern weist die erste Strukturweite 1a eine Abweichung 1c auf, die zum Beispiel an einer unteren Toleranzgrenze liegt, so wird mittels einer Anpassung einer Belichtungsdosis in einer Abbildungsvorrichtung ein der ersten Strukturweite 1 zugeordnetes Zielmaß auf dem Halbleiterwafer erreicht. Dies bedeutet, dass durch die Belichtungsdosisanpassung eine Situation hergestellt wird, als würde die erste Strukturweite 1 den ersten Sollwert 1a auf der Fotomaske aufweisen. Ungünstigerweise wird durch die Belichtungsdosisanpassung im gleichen Maße die Abbildung der zweiten Strukturweite 2 auf den Halbleiterwafer mit verändert. Durch die Belichtungsdosisanpassung entsteht für die zweite Strukturweite 2 eine Situation, als wenn sie auf der Fotomaske 3 um die Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 verlängert wäre. Das hat zur Folge, dass von der ursprünglichen Toleranz 2b für die zweite Strukturweite 2 nur noch eine um die Abweichung 1c verringerte Resttoleranz 2c übrig bleibt.

In der 3a ist der erste Sollwert 1a für die erste Strukturweite 1 und der zweite Sollwert 2a für die zweite Strukturweite 2 dargestellt. Der erste Sollwert 1a ist mit der eingezeichneten Toleranz 1b vorgesehen und der zweite Sollwert 2a mit der eingezeichneten Toleranz 2b. Wie der 3a zu entnehmen ist, liegt der reale Wert der ersten Strukturweite 1 an der unteren Toleranzgrenze, dargestellt durch den Pfeil b. Die Strukturweiten 1 und 2 geben die Breite und die Länge eines auf den Halbleiterwafer abzubildenden Rechteckes an. Das aus einem Fotomaskendesign abgeleitete Rechteck ist mit einer gestrichelten Linie in der 3a und das real auf der Fotomaske ausgebildete Rechteck mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.

In der 3b ist gezeigt, wie sich die erste Strukturweite 1 und die zweite Strukturweite 2 verändern, wenn mittels einer Belichtungsdosisanpassung auf das Zielmaß der ersten Strukturweite 1 auf dem Halbleiterwafer gezielt wird. Für die erste Strukturweite 1 stellt sich auf der Fotomaske 3 die Situation nach der Belichtungsdosisanpassung so dar, als wenn sie den ersten Sollwert 1a erreicht hätte. Dies ist in der 3b durch die lange durchgezogene Linie angedeutet, die auf der gestrichelten Linie liegt, so dass die gestrichelte Linie unter der durchgezogenen Linie nicht mehr erkennbar ist. Bezüglich der zweiten Strukturweite 2 liegt, wie es der 3b zu entnehmen ist, eine Abweichung vom Sollwert 2a vor. Der Pfeil b' deutet die zweite Strukturweite 2 an, wie sie sich nach der Belichtungsdosisanpassung auf dem Halbleiterwafer ergeben würde. In erster Näherung gilt dann in der Konsequenz für die Strukturen auf dem belichteten Halbleiterwafer, dass eine Abweichung der zweiten Strukturweite 2 vom Sollwert 2a der Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 vom ersten Sollwert 1a entspricht. Wie es in der 3b dargestellt ist, ergibt sich nun ein minimaler Toleranzrest 2c für die zweite Strukturweite 2. Eine Beispielrechnung für den Toleranzrest 2c findet sich in der Beschreibungseinleitung.

Wie es in der 4 gezeigt ist, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Sollwert 2a als eine Summe bzw. Differenz zwischen dem aus dem Fotomaskendesign abgeleiteten Strukturmaß und der Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 vom ersten Sollwert 1a berechnet. Das Strukturmaß entspricht dem herkömmlichen Sollwert 2a gemäß 3. In diesem Beispiel verkürzt sich der erfindungsgemäße Sollwert 2a um genau den Betrag der Abweichung 1c.

Die 4a unterscheidet sich von der 3a durch den verkürzten Sollwert 2a. Dieser Sollwert 2a ist durch den Prfeil repräsentiert und durch die gestrichelten waagerechten Linien im Inneren des gestrichelten Rechteckes. Der verkürzte Sollwert 2a ist mit der in der 4a dargestellten Toleranz 2b vorgesehen, die der Toleranz entspricht, mit der der herkömmliche Sollwert für die zweite Strukturweite 2 vorgesehen werden kann, wenn für die erste Strukturweite 1 der erste Sollwert 1a auf der Fotomaske 3 realisiert ist.

Wenn der erste Sollwert 1a auf der Fotomaske 3 nicht realisiert ist, wird nach einer Belichtungsdosisanpassung, bei der die Strukturweite 1 auf den Sollwert 1a belichtet wird, auch die Strukturweite 2 verändert und zwar in erster Näherung um den Betrag der Abweichung 1c, so dass die Strukturweite 2 wieder auf das Strukturmaß aus dem Fotomaskendesign belichtet wird, falls die reale Abweichung der zweiten Strukturweite 2auf der Fotomaske 3 der realen Abweichung 1c der ersten Strukturweite 1 entspricht. Daraus ergibt sich, dass die volle Toleranz 2b für die zweite Strukturweite 2 erhalten bleibt.

In der 4b ist analog zur 3b die Situation, die sich nach einer Belichtungsdosisanpassung ergeben würde, dargestellt. Die Strukturweite 1 hat den Sollwert 1a erreicht und die zweite Strukturweite 2 hat näherungsweise das aus dem Fotomaskendesign abgeleitete Strukturmaß erreicht. Für die zweite Strukturweite 2 verbleibt also noch, wie in der 4b angedeutet, die gesamte Toleranz 2b.

Die in der 4 dargestellten Toleranzen und Sollwerte sollen im folgenden noch einmal anhand des in der Beschreibungseinleitung behandelten Beispiels verdeutlicht werden.

Für die Rechteckstruktur ist auf der Fotomaske der erste Sollwert für die erste Strukturweite, hier die Breite des Rechteckes, zu 70 nm mit einer Toleranz von ±10 nm vorgegeben. Für die zweite Strukturweite, hier die Länge des Rechtecke wird das Strukturmaß mit 100 nm mit einer Toleranz von ±12 nm angegeben. Erreicht die erste Strukturweite einen realen Wert an der unteren Grenze der Toleranz, also realer Wert = Sollwert – 10 nm = 60 nm, so kann mittels der Belichtungsdosisanpassung die Strukturweite um +10 nm nachgeregelt werden. Der Sollwert für die zweite Strukturweite ergibt sich dann zu: Sollwert = Strukturmaß – Abweichung = 100 nm – 10 nm = 90 nm. Da sich die Nachregelung entsprechend auf die zweite Strukturweite auswirken wird, bedeutet das, dass die zweite Strukturweite einen vom zweiten Sollwert um +10 nm abweichenden Wert und damit wieder den Wert des Strukturmaßes von 100 nm erhält, falls erwartungsgemäß der reale Wert der zweiten Strukturweite ebenfalls um 10 nm zu klein hergestellt wurde. Die erlaubte Toleranz von ±12 nm, kann somit für den berechneten Sollwert erhalten bleiben.

1
erste Strukturweite
1a
erster Sollwert
1b
erste Toleranz
1c
Abweichung
2
weitere (zweite) Strukturweite
2a
Sollwert
2b
Toleranz
2c
Resttoleranz
3
Fotomaske


Anspruch[de]
Verfahren zum Erweitern von Limitierungen für Strukturweiten (1, 2) beim Herstellungsprozess von auf einen Halbleiterwafer abzubildenden Strukturen auf Fotomasken (3), um bei einer Abweichung (1c) einer auf der Fotomaske (3) vorzusehenden ersten Strukturweite (1) von einem ersten Sollwert (1a), sich durch die Abweichung (1c) ergebende Einschränkungen von Toleranzen (2b) von auf der Fotomaske (3) vorzusehenden weiteren Strukturweiten (2) zu reduzieren,

umfassend die folgenden Schritte:

– Vorgabe des ersten Sollwertes (1a) der ersten Strukturweite (1),

– Vorgabe einer dem ersten Sollwert (1) zuzuordnenden ersten Toleranz (1b),

– Bestimmung der Abweichung (1c) der ersten auf der Fotomaske (3) hergestellten Strukturweite (1) vom ersten Sollwert (1a),

– Berechnung von den weiteren Strukturweiten (2) jeweils zuzuordnenden Sollwerten (2a) jeweils in Abhängigkeit von der Abweichung (1c) der ersten Strukturweite (1) vom ersten Sollwert (1a) und den daraus resultierenden Parametern bei der durchzuführenden Abbildung der Strukturen auf den Halbleiterwafer und

– Vorgabe von den berechneten Sollwerten (2a) jeweils zuzuordnenden Toleranzen (2b), wobei die Toleranzen (2b) aufgrund der Berechnung der Sollwerte (2a) unabhängig von der ersten Toleranz (1b) und von der Abweichung (1c) der ersten Strukturweite (1) vom ersten Sollwert (1a) vorgesehen werden können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Sollwert (1a) aus einem Fotomaskendesign abgeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Toleranz (1b) so vorgesehen wird, dass mittels einer Anpassung von Parametern einer Abbildungsvorrichtung ein Zielmaß der abgebildeten ersten Strukturweite (1) auf dem Halbleiterwafer erreicht wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als die angepassten Parameter Belichtungsparameter vorgesehen werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der den weiteren Strukturweiten (2) jeweils zugeordneten Sollwerte (2a) folgende Rechenvorschrift angewendet wird: Sollwert (2a) = ein Strukturmaß +/– der Abweichung (1c) der ersten Strukturweite (1) vom ersten Sollwert (1a). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das der jeweiligen Strukturweite (2) zugeordnete Strukturmaß aus einem Fotomaskendesign abgeleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als die erste Strukturweite (1), die kleinste auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als die erste Strukturweite (1), die lithographisch oder elektrisch, funktional kritischste auf der Fotomaske vorkommende Strukturweite gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzen (2b) für die berechneten Sollwerte (2a) in einer Größenordnung von der jeweilig abgebildeten Strukturweite (2) auf dem Halbleiterwafer zugeordneten Toleranz vorgesehen werden.






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