DE102007046850B4

DE102007046850B4 - Verfahren zum Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit

Info

Publication number: DE102007046850B4
Application number: DE102007046850.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulz
Original assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Dresden Module One LLC and Co KG; GlobalFoundries Inc
Priority date: 2007-09-29
Filing date: 2007-09-29
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2027-09-30
Also published as: US7666559B2; US20090087756A1; DE102007046850A1

Abstract

Verfahren mit: (a) Bilden einer Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) mit: vier Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D), die in einem 2 × 2-Array angeordnet sind, wovon jedes eine erste Substruktur (201) aus einer ersten Schicht eines Mehrschichtbauelements und eine zweite Substruktur (202) aus einer zweiten Schicht des Mehrschichtbauelements aufweist; wobei, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur (201) und die zweite Substruktur (202) mindestens eines Überlagerungszielobjekts voneinander beabstandet sind entsprechend einem vordefinierten Versatz (DX, DY), um damit eine vordefinierte Asymmetrie bereitzustellen; und die Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) invariant ist im Hinblick auf eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel und eine Spiegelung um eine Spiegelachse (208, 209), die sich parallel zu einer Reihe oder Spalte des 2 × 2-Arrays erstreckt; wobei der vordefinierte Versatz jedes Überlagerungszielobjekts durch einen entsprechenden Versatzvektor (211A, 211B, 211C, 211D) definiert ist; und jeder Versatzvektor (211A, 211B, 211C, 211D) auf einer geraden Linie liegt, die durch einen Ursprung (210) des kartesischen Koordinatensystems verläuft; (b) Bestimmen einer Justiergenauigkeit zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aus einer räumlichen Beziehung zwischen der ersten Substruktur (201) und der zweiten Substruktur (202) der vier Überlagerungszielobjekte und auf der Grundlage eines Asymmetriewerts von jedem einzelnen Überlagerungszielobjekt; wobei das Bilden der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) weiterhin umfasst: Anordnen der Überlagerungszielobjekte in Quadranten eines kartesischen Koordinatensystems, das von einer X-Achse und einer Y-Achse aufgespannt wird, wobei der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems mit dem Symmetriemittelpunkt der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) zusammenfällt, wobei die X-Achse der Spiegelachse (208) entspricht, die sich parallel zu der Reihe des 2 × 2-Arrays erstreckt und die Y-Achse der Spiegelachse (209) entspricht, die sich parallel zu der Spalte des 2 × 2-Arrays erstreckt; und wobei das Bestimmen der Justiergenauigkeit umfasst: Berechnen des Asymmetriewerts für jedes Überlagerungszielobjekt, der ein Maß für die Symmetrie der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (208A, 200B, 200C, 200D) darstellt ...

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung
Der vorliegende Gegenstand betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bestimmen einer Überlagerungsgenauigkeit, d. h. einer Justiergenauigkeit zwischen zwei Schichten eines Bauelements mit mehreren Schichten.
Beschreibung des Stands der Technik
In der Halbleiterindustrie gibt es ein ständiges Bestreben in Richtung einer größeren Bauteildichte. Um diese höhere Bauteildichte zu erreichen, gab es und gibt es Bestrebungen, die Bauteilabmessungen zu verringern. Somit erfordert das Herstellen von Mikrostrukturen, etwa von integrierten Schaltungen, das Bilden von sehr kleinen Gebieten mit genau gesteuerter Größe in einer Materialschicht über einem geeigneten Substrat, etwa einem Siliziumsubstrat, einem SOI-(Silizium-auf-Isolator-)Substrat oder anderen geeigneten Trägermaterialien. Diese sehr kleinen Gebiete mit genau gesteuerter Größe werden hergestellt, indem die Materialschicht durch Ausführen von Photolithographie, Ätzen, Implantation, Abscheidung, Oxidationsprozessen, und dergleichen strukturiert wird. Typischerweise wird zumindest in einem gewissen Stadium des Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über der zu behandelnden Materialschicht gebildet, um diese kleinen Gebiete zu definieren. Im Allgemeinen besteht eine Maskenschicht aus einer Schicht aus Photolack oder wird aus dieser hergestellt, wobei die Photolackschicht durch einen Lithographieprozess strukturiert wird. Während des lithographischen Prozesses wird der Lack auf die Scheibenoberfläche aufgeschleudert und anschließend selektiv mit ultravioletter Strahlung durch eine entsprechende Lithographiemaske hindurch, etwa ein Retikel, bestrahlt, um damit das Retikelmuster in die Lackschicht abzubilden, um damit ein latentes Bild darin zu schaffen. Nach dem Entwickeln des Photolacks 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 modernen integrierten Schaltungen ständig kleiner werden, müssen die Anlagen, die zum Strukturieren der Bauteilmerkmale eingesetzt werden, sehr strenge Erfordernisse im Hinblick auf die Auflösung und die Überlagerungsgenauigkeit, d. h. die Überlagerungsgenauigkeit der einzelnen Schichten in Bezug zueinander im Hinblick auf die beteiligten Fertigungsprozesse erfüllen. In dieser Hinsicht ist die Auflösung als ein Maß zu betrachten, um die konsistente Fähigkeit zu spezifizieren, um Abbildungen mit minimaler Größe unter den Bedingungen von vordefinierten Fertigungsschwankungen zu erzeugen. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Auflösung ist der lithographische Prozess, in welchem ein Muster, das in der Photomaske oder dem Retikel enthalten ist, optisch auf das Substrat mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen wird. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des lithographischen Systems ständig zu verbessern, etwa im Hinblick auf die numerische Apertur, die Focustiefe und die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle. Die Qualität des lithographischen Systems und der Prozesse ist äußerst wichtig bei der Erzeugung sehr kleiner Strukturgrößen.
Von mindestens vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch auch 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 aufeinanderfolgenden Materialschichten eine räumliche Abhängigkeit zueinander aufweisen. Jedes Muster, das in nachfolgenden Materialschichten hergestellt wird, muss zu einem Muster ausgerichtet sein, das in einer zuvor strukturierten Materialschicht gebildet ist, wobei dies innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen zu erfolgen hat. Abweichungen von einer idealen Ausrichtung werden beispielsweise durch eine Schwankung im Photolackbild auf dem Substrat auf Grund von Ungleichmäßigkeiten von Parameter, etwa der Lackdicke, der Temperatur, der Belichtungsdosis, der Belichtungsdauer und den Entwicklungsbedingungen hervorgerufen. Des weiteren können Ungleichmäßigkeiten des Ätzprozesses ebenfalls zu Schwankungen in den geätzten Strukturelementen führen. Des weiteren gibt es eine Unsicherheit beim Überlagern des Bildes des Musters der aktuellen Materialschicht im Vergleich zu dem geätzten oder anderweitig definierten Muster der zuvor gebildeten Materialschicht, wenn das Bild der Photomaske auf das Substrat durch Photolithographie übertragen wird. Es tragen diverse Faktoren zu dem Verhalten des Abbildungssystems bei, zwei Schichten nicht perfekt zueinander auszurichten, etwa Ungenauigkeiten innerhalb eines Maskensatzes, Temperaturunterschiede zu verschiedenen Belichtungszeitpunkten und eine begrenzte Justierfähigkeit der Justieranlage. Als Folge davon sind die wesentlichen Kriterien zum Bestimmen der minimalen Strukturgröße, die schließlich erreicht werden kann, die Auflösung zum Erzeugen von Strukturelementen in den einzelnen Substratschichten und der Gesamtüberlagerungsfehler, zudem die zuvor erläuterten Faktoren und insbesondere der lithographische Prozess beitragen.
Daher ist es wichtig, die Auflösung, d. h. die Fähigkeit, zuverlässig und reproduzierbar die minimale Strukturgröße zu erzeugen, die auch als kritische Abmessung (CD) innerhalb einer spezifizierten Materialschicht bezeichnet wird, zu überwachen und die Überlagerungsgenauigkeit von Muster der Materialschicht, die aufeinanderfolgend hergestellt und zueinander ausgerichtet wurden, zu bestimmen.
Konventionelle Überlagerungsmesssysteme ermöglichen das Bestimmen, ob zwei Schichten innerhalb der akzeptablen Toleranzen liegen. Es gibt zweit Hauptfunktionen der Überlagerungsmessung im Hinblick auf die Herstellung integrierter Schaltungen: Überwachen des Leistungsverhaltens von lithographischen Justierprozeduren und Unterstützen der Initialisierung eines Lithographieprozesses. Beispielsweise kann die Überlagerungsmessung mittels einer Probenscheibe angewendet werden, um das Überlagerungsverhalten eines Scheibenloses zu bewerten. Des weiteren können Überlagerungsmessungen eingesetzt werden, um optisch ein Einzelbildbelichtersystem vor dem Betrieb zu konfigurieren und diese Messungen können später verwendet werden, um ein optimales Einzelbildbelichterverhalten durch periodische Bewertung der Überlagerung beizubehalten. Bei der Überlagerungsmessung werden zwei unabhängige Strukturen, d. h. eine Struktur in jeder zu bildenden Schicht, durch die speziellen Fertigungsprozesse hergestellt. Der Überlagerungsfehler kann bestimmt werden, indem die Versetzung zwischen den Symmetriemittelpunkten der beiden unabhängigen Strukturen gemessen wird. Als unabhängige Strukturen werden häufig sogenannte „Feld-in-Feld”-Marken verwendet, die konzentrisch in jeweils den Schichten strukturiert werden. Die Verschiebung bzw. Versetzung der Strukturen zueinander kann in Einheiten von Pixeln einer CCD (ladungsgekoppelte Einrichtung) gemessen werden, auf die die konzentrischen Justiermarken während des Messprozesses abgebildet werden. Für ständig kleiner werdende Strukturgrößen der Mikrostruktur ist jedoch die Erkennung einer Versetzung und damit die Quantifizierung eines Überlagerungsfehlers zwischen beiden Überlagerungsmarken auf der Grundlage von Kantenerkennungsroutinen unter Umständen nicht mehr adäquat und daher werden in jüngerer Zeit sogenannte moderne Abbildungsmess-(AIM)Marken zunehmend eingesetzt, um die Zuverlässigkeit der Überlagerungsmessung zu verbessern. AIM-Marken besitzen eine perodische Struktur, wodurch der Einsatz sehr mächtiger Messtechniken möglich ist. Somit kann ein besseres Leistungsniveau der Überlagerungsmessung unter Anwendung periodischer Überlagerungsmarken erreicht werden. Mit abnehmender Strukturgröße kann jedoch eine Diskrepanz zwischen den Überlagerungseigenschaften innerhalb eines einzelnen Chipbereichs der deutlich größeren Überlagerungsmarken beobachtet werden, wodurch die von dem Zielobjekt gewonnenen Messdaten unzuverlässig sind. Die Überlagerungsmarken sind typischerweise in der Schneidelinie des Substrats angeordnet, d. h. in einem Gebiet zwischen den Chips, in welchem keine Schaltung vorgesehen ist. Ein Grund für die Diskrepanz zwischen den Überlagerungseigenschaften innerhalb eines einzelnen Chipbereichs liegt in der Tatsache begründet, dass die Lithographieanlage Feinstrukturen, wie sie typischerweise innerhalb eines Chipbereichs vorzufinden sind, etwa in Form von Gateelektroden, STI-(flache Grabenisolations-)Strukturen, und dergleichen, in einer unterschiedlichen Weise im Vergleich zu relativ großen Strukturen abbildet, die typischerweise zur Bildung der Überlagerungsmarken verwendet werden. Dieses muster- und größenabhängige Phänomen wird als Musteranordnungsfehler (PPE) bezeichnet. Folglich ist der Musteranordnungsfehler quantitativ anzugeben, um die Ergebnisse der Überlagerungsmessungen, die von den Überlagerungsmarken innerhalb der Schneidelinie gewonnen werden, in Bezug auf ihren Beitrag zu tatsächlichen Mikrostrukturelementen innerhalb des Chipbereichs zu korrigieren. Der Musteranordnungsfehler kann in effizienter Weise durch sogenannte simultane AIM-Überlagerungsmarken gemessen werden, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Eine Überlagerungsmessstruktur in Form einer AIM-Marke weist eine periodische Struktur auf, die die Messung eines Überlagerungsfehlers in mindestens zwei unabhängigen Richtungen ermöglicht. Die Überlagerungsmessstruktur kann gemäß dem folgenden Prozessablauf hergestellt werden. Es wird eine erste periodische Struktur in einer entsprechenden Bauteilschicht, etwa einer Schicht bereitgestellt, die STI-Gräben erhält. Es sollte beachtet werden, dass eine Auswahl entsprechender Sequenzen aus Materialschichten willkürlich ist und die Prinzipien der Herstellung der Überlagerungsmessstruktur entsprechend auf einem beliebigen Fertigungsprozess in der Bauteilebene und auch in der Metallisierungsebene angewendet werden kann, wenn ein Photolithographieschritt zum Strukturieren einer weiteren Materialschicht auf einer oder mehreren vorhergehenden Schichten beteiligt ist. Ein Muster gemäß der ersten periodischen Struktur wird durch Photolithographie in eine entsprechende Lackschicht abgebildet, die über dem betrachteten Substrat ausgebildet ist. Nach dem Entwickeln der Lackschicht wird eine entsprechende gut etablierte Sequenz aus Fertigungsschritten einschließlich anisotroper Ätzverfahren, Abscheidetechniken, chemisch-mechanisches Polieren (CMP) und dergleichen ausgeführt, um die entsprechenden Muster und auch die (ersten) periodischen Strukturen zu bilden. Danach wird eine Prozesssequenz ausgeführt, um Mikrostrukturelemente einer zweiten Schicht auf der zuvor strukturierten Schicht zu bilden, etwa Gateelektrodenstrukturen, Polysiliziumleitungen, und dergleichen. Folglich werden eine Vielzahl von gut etablierten Oxidations- und Abscheideprozessen ausgeführt, etwa die Herstellung einer dünnen Gateisolationsschicht und das nachfolgende Abscheiden eines Gateelektrodenmaterials und dergleichen, woran sich ein weiterer Photolithographieprozess zur Strukturierung der Struktur anschließt, um damit gleichzeitig eine zweite periodische Struktur zu bilden. Wie zuvor dargestellt ist, werden die einzelnen Linien und Zwischenräume der ersten und der zweiten periodischen Struktur nicht gemäß den gleichen Entwurfsregeln gebildet, sondern diese werden gemäß den Messprozesserfordernissen strukturiert, um damit das Erkennen eines Versatzes zwischen der ersten und der zweiten periodischen Struktur zu ermöglichen. Somit kann ein Gitterabstand in der ersten und der zweiten periodischen Struktur deutlich größer sein im Vergleich zu einer kritischen Abmessung von tatsächlichen Bauteilstrukturelementen, die innerhalb den Chipgebieten gebildet sind. Somit kann eine Überlagerungsgenauigkeit in Bezug auf die x-Richtung und die y-Richtung mit moderat hoher Genauigkeit für die Überlagerungsmessstruktur selbst bestimmt werden, wobei jedoch eine präzise Abschätzung der Überlagerungsgenauigkeit innerhalb der eigentlichen Chipgebiete unter Umständen nicht möglich ist, die darin ausgebildet die Strukturelemente mit deutlich geringeren Abmessungen im Vergleich zu den Abmessungen in der Überlagerungsmessstruktur aufweisen. Daher werden zusätzlich zu der Überlagerungsstruktur die sogenannten „gleichzeitigen” AIM-Überlagerungsmarken häufig eingesetzt, in denen zumindest einige der Strukturelemente der periodischen Strukturen eine Feinstruktur aufweisen, die gemäß den jeweiligen Entwurfsregeln für tatsächliche Bauteilstrukturelemente in den Chipgebieten hergestellt sind.
Wie zuvor erläutert ist, kann auf Grund des Musteranordnungsfehlers eine entsprechende Verschiebung in Form eines offensichtlichen Überlagerungsfehlers erkannt werden, und dieses Maß kann zum Bewerten des Anteils des Musteranordnungsfehlers innerhalb eines Chipgebiets verwendet werden, um damit ein Maß zum Korrigieren des eigentlichen Überlagerungsfehlers zwischen zwei unterschiedlichen Bauteilschichten, wie er durch die Überlagerungsmessstruktur gemessen wird, zu erhalten. Somit müssen während der Messung moderner Mikrostrukturbauelemente mindestens zwei Überlagerungsmessungsstrukturen vorgesehen werden.
Die Positionierung der Überlagerungsmessstruktur in den Schneidelinien einer Scheibe beruht auf der Annahme eines Überlagerungsmodells mit einer linearen Feldabhängigkeit. Jedoch haben jüngere Studien gezeigt, dass die Abweichungen von der Feldlinearität für anspruchsvolle Überlagerungssteuerungserfordernisse, beispielsweise bei der 65 nm-Technologie, nicht mehr vernachlässigbar sind. Beispielsweise sind Verzerrungsunterschiede der Linsen der Abtastsysteme und die Retikeljustierung als wesentliche Beiträge zu feldinternen Überlagerungsfehlern bekannt. Daher ist es für anspruchsvolle Anforderungen notwendig, Messstrukturen gemäß den Entwurfsregeln in anderen Positionen als den Schneidelinien vorzusehen. Da Überlagerungsstrukturen mit Standardgröße nur schwer im Chipgebiet anzuordnen sind und für das Schaltungsmuster nicht repäsentativ sind, scheinen Überlagerungsmessmarken mit reduzierter Größe, sogenannte Mikrozielobjekte, geeignet zu sein. Beispielsweise wurde die Machbarkeit für das Messen der Überlagerung unter Anwendung kleiner Zielobjekte mit einer Größe zwischen 1 × 1 μm und 3 × 3 μm an Gesamtgröße gezeigt. Die Bildasymmetrie wird verwendet, um den Überlagerungsfehler zu messen. Ohne Rauschen in dem Signal ist die Antwort linear, während ein Rauschen dazu führt, dass die Antwort der Bildsymmetrie als eine Funktion des Überlagerungsfehlers für kleine Überlagerungsunterschiede ansteigt. Daher wurde vorgeschlagen, einen Versatz bei der Gestaltung der Zielobjekte so einzubauen, dass die Symmetrie stets in dem linearen Gebiet der Antwortkurve liegt. Durch Verwenden von mehr als einem Zielobjekt kann, beispielsweise einer Gruppe von drei oder vier Zielobjekten mit unterschiedlich eingestellten Versatzwerten von beispielsweise 30 nm, 50 nm und 70 nm, ist es möglich, die Linearität zu prüfen und die Robustheit der Messung abzuschätzen.
1a zeigt den geometrischen Aufbau eines einzelnen konventionellen Mikrozielobjekts 100 in der Art eines sogenannten Feldes in einem Rahmen. Das Zielobjekt 100 umfasst eine erste Struktur 101, die in einer Referenzschicht gebildet ist und im Allgemeinen rahmenförmig vorgesehen ist. Innerhalb der ersten Struktur 101 ist eine zweite Struktur 102 ausgebildet, die im Allgemeinen feldförmig ist und in einer Lackschicht ausgebildet ist, die über der Referenzschicht liegt. Ferner ist in der 1a auch der linksseitige Abstand Gx1 zwischen der ersten Struktur 101 und der zweiten Struktur 102, sowie der rechtsseitige Abstand Gx2 zwischen den beiden Strukturen 101, 102 und auch der untere Abstand Gy1 und der obere Abstand Gy2 zwischen den beiden Strukturen 101, 102 dargestellt. Wie zuvor erwähnt ist, sind die beiden Strukturen 101, 102 nicht symmetrisch angeordnet, sondern besitzen einen eingestellten Versatz bzw. Offset. Mit einem Versatz Gx in der X-Richtung sind der rechtsseitige Abstand Gx2 und der linksseitige Abstand Gx1 durch die folgenden Gleichungen gegeben: Gx1 = Gx0 + Dx Gx2 = Gx0 – Dx wobei Gx0 der Abstand zwischen den beiden Strukturen ohne Versatz ist, d. h. in einer Konfiguration, in der der linksseitige Abstand gleich dem rechtsseitigen Abstand ist. Es sollte beachtet werden, dass die Abstände zwischen den beiden Strukturen, d. h. der linksseitige Abstand sowie der rechtsseitige Abstand, kleiner sind als das Auflösungsvermögen des Messinstruments. Somit kann in der in 1a gezeigten Struktur kein Kantenerkennungsalgorithmus eingesetzt werden, sondern es wird vielmehr eine Asymmetriemessung ausgeführt.
Mit einem vorgegebenen Versatz DY in der y-Richtung werden der untere Abstand Gy1 und der obere Abstand Gy2 durch die folgenden Gleichungen angegeben: Gy1 = Gy0 + DY Gy2 = Gy1 – DY wobei Gy0 der Abstand zwischen den beiden Strukturen ohne Versatz ist, d. h. in einer Konfiguration, in der in der untere Abstand gleich dem oberen Abstand ist.
Die Gesamtabmessung S des Zielobjekts 100, das in 1a gezeigt ist, beträgt 3 Mikrometer (μm). Die Breite W1 von Balken, die die erste Substruktur 101 bilden, beträgt 250 nm. Der Abstand Gx0 und der Abstand Gy0 betragen 150 nm.
1b zeigt eine Überlagerungszielobjektanordnung 103 mit vier Zielobjekten mit unterschiedlich eingestellten Versatzwerten. Ein erstes Zielobjekt 100a besitzt Versatzwerte DX = DY = 50 Nanometer (nm). Ein zweites Zielobjekt 100b besitzt Versatzwerte DX = DY = 70 Nanometer. Ein drittes Zielobjekt 100c besitzt Versatzwerte DX = DY = 30 Nanometer, und ein viertes Zielobjekt 100d besitzt Versatzwerte, die gleich den Versatzwerten des ersten Zielobjekts sind, d. h. DX = DY = 50 nm. Die Anordnung aus Zielobjekten 103 ist in einem Chipgebiet 104 angeordnet. Der Abstand zwischen den Zielobjekten 100a, 100b, 100c, 100d sowie der Abstand zwischen den Zielobjekten 100a, 100b, 100c, 100d und dem Chipgebiet 104 sind von einer gewissen Größe D, beispielsweise D = 2 μm. 1c zeigt die Versatzvektoren OV1, OV2, OV3, OV4 der Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d. 1d zeigt die Anordnung der Zielobjekte 103 in einer Konfiguration nach einer 90 Grad-Drehung im Vergleich zu der Konfiguration aus 1c. 1e zeigt die Zielobjektanordnung 103 aus 1c in einer vertikal gekippten Anordnung. Für gewöhnlich führt eine zur Messung verwendete Messanlage die Überlagerungsmessung der Scheibe lediglich in einer einzelnen vordefinierten Orientierung durch. Daher muss das Messrezept den Zielobjektanordnungen angepasst werden, die in der geometrischen Anordnung gedreht oder gespiegelt sind, wobei angenommen wird, dass die Software der Messanlage ausreichend flexibel ist, um Zielobjekte mit unterschiedlichen Richtungen der Versatzvektoren zu handhaben.
Die US 2007/0058169 A1 offenbart ein Verfahren zur Mehrfachschichtenausrichtung und Bestimmung von Positionierungsfehlern lithografisch hergestellter Schaltungen mithilfe eines Zielsystems, das rotationsinvariante Teilmuster aufweist.
JP 2004 252313 A offenbart eine Belichtungseinrichtung zur Herstellung von Halbleiterbauteilen mit genauer Ausrichtung von Belichtungsregion und Maskenmuster.
Die US 2007/0008533 A1 , US 2005/0195398 A1 und US 2007/0096094 A1 lehren ebenfalls Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung von Überlagerungsstrukturen, die in der Halbleitertechnologie Verwendung finden.
Die vorliegende Offenbarung richtet sich an diverse Verfahren und Systeme, die die Auswirkungen eines oder mehrerer der oben erkannten Probleme vermeiden oder zumindest reduzieren.
Überblick über die Erfindung
Im Allgemeinen betrifft die vorliegende Offenbarung eine Technik, die die Bewertung von Positionsfehlern während der Herstellung von Mikrostrukturelementen, etwa integrierten Schaltungen, und dergleichen, ermöglicht.
Es wird bereitgestellt ein Verfahren nach Anspruch 1.
Weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird, in denen:
1a schematisch eine Draufsicht eines konventionellen Mikroüberlagerungszielobjekts zeigt;
1b schematisch eine konventionelle Anordnung mit Mikrostrukturzielobjekten zeigt;
1c bis 1e schematisch voreingestellte Versatzvektoren der Zielobjektanordnung aus 1b in unterschiedlichen Konfigurationen zeigen;
2a schematisch eine Anordnung aus Zielobjekten gemäß anschaulicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
2b bis 2d Versatzvektoren der Zielobjektanordnung aus 2a in unterschiedlichen Konfigurationen zeigen;
2e eine Zielobjektanordnung gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstands zeigt;
2f eine Querschnittsansicht der Zielobjektanordnung aus 2a entlang der Linie II-II zeigt;
2g schematisch die Asymmetrie der Zielobjekte 200b und 200c aus 2a gegenüber dem jeweiligen Gesamtversatz zeigt;
3 bis 5 schematisch Überlagerungszielobjekte gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstandes zeigen;
6 bis 8 schematisch Zielobjektanordnungen gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand zeigen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Obwohl der vorliegende Gegenstand 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 offenbarten anschaulichen Ausführungsformen einzuschränken, sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhaft die diversen Aspekte der vorlegenden Erfindung dar, deren Schutzbereich durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
Wenn dies nicht anderweitig angegeben ist, bezeichnen spezielle Konfigurationen einer Anordnung aus Überlagerungszielobjekten, wie sie nachfolgend beschrieben sind, einen Zustand, in welchem die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt ausgerichtet sind. Somit bezeichnet der Begriff „korrekt ausgerichtet” bzw. „korrekt justiert” eine räumliche Abhängigkeit bzw. Ortsabhängigkeit zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, die keine Abweichung von einer optimalen Justierung besitzt. Es sollte beachtet werden, dass diese optimale Justierung theoretischer Natur ist und kaum zu erreichen ist. Für gewöhnlich wird in einem Fertigungsprozess eines Halbleiterbauelements eine tatsächliche Justierung der beiden Schichten akzeptiert, wenn diese innerhalb zulässiger Toleranzen im Hinblick auf die optimale Justierung liegt.
Im Allgemeinen stellt der vorliegende Gegenstand eine Überlagerungsmessstruktur mit verbesserter Funktionsfähigkeit bereit. Die Überlagerungsmessstruktur gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand bietet Information über die Überlagerungsgenauigkeit und/oder den Musteranordnungsfehler und/oder die Gitterverzerrung und dergleichen. Gemäß anschaulicher Ausführungsformen verbraucht die verbesserte Messstruktur auch weniger Platz auf einem Substrat. Die Überlagerungsmessstruktur oder die Überlagerungszielobjektstruktur gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand ist in einem Chipgebiet eines Halbleiterbauelements angeordnet (sogenannte „chipinterne Konfiguration”).
Im Allgemeinen betrifft ein erster Aspekt des hierin offenbarten Gegenstands eine Überlagerungszielobjektstruktur zum Bestimmen einer Justiergenauigkeit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht eines Mehrschichtbauelements. Die Überlagerungszielobjektstruktur umfasst eine erste Substruktur der ersten Schicht und eine zweite Substruktur der zweiten Schicht. Die Überlagerungszielobjektstruktur ist so ausgebildet, dass, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur und die zweite Substruktur in Bezug zueinander gesetzt sind und die Überlagerungszielobjektstruktur zumindest bei einer geometrischen Transformation invariant ist. Eine geometrische Transformation kann beispielsweise eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel sein. Ein weiteres Beispiel einer geometrischen Transformation ist die Spiegelung.
Gemäß einem zweiten Aspekt des hierin offenbarten Gegenstands ist eine Überlagerungszielobjektstruktur eine Überlagerungszielobjektanordnung mit mindestens zwei Zielobjekten, wobei jedes Zielobjekt eine erste Substruktur der ersten Schicht und eine zweite Substruktur der zweiten Schicht aufweist. Wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, sind die erste Substruktur und die zweite Substruktur mindestens eines der Zielobjekte zueinander versetzt entsprechend einem voreingestellten Versatz und ferner ist die Überlagerungszielobjektanordnung in Bezug auf mindestens eine geometrische Transformation invariant, beispielsweise eine geometrische Transformation, wie sie zuvor genannt ist. Die Überlagerungszielobjektstruktur oder die Zielobjektanordnung gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand ist anders als entsprechend den Entwurfsregeln konventioneller Zielobjektstrukturen hergestellt. Beispielsweise wird in dem konventionellen 2 × 2-Zielobjektarray, das in 1b gezeigt ist, in jedem der vier Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d ein anderer voreingestellter Versatz verwendet. Obwohl die Größe des Versatzvektors OV1, OV2, OV3, OV4 in bestehenden Arrays unterschiedlich sein kann, ist die Richtung der Versatzvektoren (durch DX und DY und ihre Vorzeichen definiert) stets für alle vier Zielobjekte gleich. Dies bedeutet, dass die resultierende Struktur des vollständigen 2 × 2-Arrays nicht vollständig symmetrisch in Bezug auf eine Drehung oder Spiegelung ist. In Gestaltungsformen für komplexe Logikbauelemente werden häufig Blöcke der Schicht kopiert und mittels zusätzlicher geometrischer Operationen, etwa Drehung und Spiegelung wieder verwendet. Auf Grund des Mangels an Symmetrie in einem bestehenden Array ändert sich die Zuordnung der Versatzwerte zu den einzelnen Zielobjekten in jedem Quadranten. Die Messanlage misst normalerweise die Scheibe lediglich in einer vordefinierten Orientierung der Scheibenkerbe. Folglich muss das Messrezept den Arrays angepasst werden, die in der geometrischen Anordnung rotiert oder gespiegelt wurden. Dies erfordert eine Anlagensoftware, die ausreichend flexibel ist, um Zielobjekte mit unterschiedlichen Richtungen der Versatzvektoren zu handhaben. Ferner würde dies erfordern, dass die Information über alle Arrays und ihre individuellen Eigenschafen für den ausführenden Messingenieur vorab zur Verfügung stehen.
Gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand ist die Überlagerungszielobjektstruktur im Wesentlichen invariant in Bezug auf mindestens eine geometrische Transformation. Gemäß anschaulicher Ausführungsformen ist die Zielobjektstruktur oder die Zielobjektanordnung vollständig symmetrisch im Hinblick auf die Rotation um mindestens einen vorbestimmten Winkel und/oder im Hinblick auf eine Spiegelung. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform wird dies erreicht, indem lediglich eine einzige Versatzgröße für alle vier Quadranten angewendet wird, wobei die Versatzvektoren jedes Quadranten entweder nach außen oder zum Mittelpunkt des Arrays zeigen. Auf Grund der Symmetrie des Arrays kann die innere Ausschlusszone vermieden werden, wodurch die Gesamtarraygröße verringert werden kann. Die Messanlagensoftware sowie das Erstellen eines Rezepts werden deutlich einfacher im Vergleich zu einem konventionellen Array aus Mikroüberlagerungszielobjektstrukturen.
Das Prinzip der Überlagerungsmessung in konventioneller Art eines Mikroüberlagerungsobjekts, wie es in 1b gezeigt ist, basiert auf dem linearen Verhalten (nicht vorzeichenbehafteten) der asymmetrischen Metrik, die aus dem Intensitätsprofil des Bildes des Zielobjektes berechnet wird, wobei die einzelnen Strukturen und insbesondere die Abstände dazwischen kleiner sind als das Auflösungsvermögen der abbildenden Optik. Auf Grund der indirekten Natur des Messverfahrens ist stets eine Kalibrierung der Antwort auf den wahren Überlagerungswert erforderlich. Dies ist auch der Grund, warum in dem konventionellen 2 × 2-Array zumindest drei unterschiedliche vordefinierte Versatzwerte verwendet werden. Unter Kenntnis des vordefinierten Versatzes für jedes Zielobjekt kann der Überlagerungsfehler einfacher berechnet werden. Da der Algorithmus zum Bewerten eines Überlagerungsfehlers aus der Asymmetrie des Zielobjekts lediglich eine lineare Antwort auf die Überlagerung gibt, die unabhängig in Bezug auf die Richtung des Überlagerungsfehlers ist, ist mindestes eine weitere Teststruktur und ein weiterer Berechnungsschritt in der Analyse zur Erzeugung wahrer Überlagerungsfehlerwerte erforderlich.
Für die neue vorgeschlagene Zielobjektanordnung gemäß anschaulicher Ausführungsformen, wie sie hierin offenbart sind, in der das Zielobjekt mindestens einen vordefinierten Versatz enthält, wird die asymmetrische Metrik in der gleichen Weise wie zuvor mit allerdings einem Unterschied berechnet. Das Metrik-Ergebnis des linken (oder entsprechend unteren) Quadranten wird mit dem Faktor (–1) multipliziert. Mit dieser Modifizierung kann gezeigt werden, dass der wahre Überlagerungsfehler nunmehr auf der Grundlage der asymmetrischen Metrikwerte aller vier Quadranten berechnet werden kann, ohne dass eine weitere Kalibrierung erforderlich ist.
2a zeigt schematisch eine Draufsicht einer Zielobjektanordnung 203, die in oder an einem Halbleiterbauelement, einem mikromechanischen Bauelement, einem mikrooptischen Bauelement oder einer Kombination davon angeordnet sein kann. Das Bauelement 205 wird durch geeignete Prozesse hergestellt, beispielsweise Prozesse, die bei der Herstellung mikromechanischer und/oder mikroelektronischer Bauelemente üblich sind. Das Bauelement 205 umfasst eine Zielobjektanordnung 203, die entsprechend anschaulichen Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstandes ausgebildet ist. Die Zielobjektanordnung 203 wird durch die gleichen Prozesse wie das Bauelement 205 hergestellt. Somit kann die Zielobjektanordnung 203 gemäß gut etablierter Prozessverfahren hergestellt werden, wie sie auch für die Herstellung tatsächlicher Mikrostrukturelemente, etwa Schaltungselemente von integrierten Schaltungen, angewendet erden. Während dieses gut etablierten Prozessablaufs, wird eine entsprechend gestaltete Photomaske mit einem entsprechenden Muster für die Zielobjektanordnung 203 bereitgestellt, um damit die Zielobjektanordnung 203 innerhalb des Bauteilgebiets des Bauelements 205 anzuordnen.
Die Zielobjektanordnung 203 umfasst vier Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d, wovon jedes eine erste Substruktur 201 und eine zweite Substruktur 202 aufweist. Die erste Substruktur 201 ist im Wesentlichen rahmenförmig und besitzt vier Elemente 206, die so gestaltet sind, dass sie die zweite Substruktur 202 umgeben. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die Elemente 206 der ersten Substruktur 201, die zwischen zwei zweiten Substrukturen zwei unterschiedlicher Zielobjekte liegen, gemeinsam von beiden Zielobjekten verwendet. Beispielsweise ist das Element 206a, das zwischen den zweiten Substrukturen 202 eines ersten Zielobjekts 200a und eines zweiten Zielobjekts 200b liegt, ein gemeinsames Element der ersten Substrukturen 201 dieser Zielobjekte 200a, 200b. Dies ermöglicht eine sehr kompakte Gestaltungsweise für die Anordnung aus Zielobjekten. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform besitzt jedes Zielobjekt in der Anordnung seine eigenen getrennten Strukturen, ohne dass gemeinsame Elemente vorgesehen sind. Gemäß anschaulicher Ausführungsformen sind die einzelnen Elemente 206 der ersten Substruktur durch einen gewissen Abstand getrennt. Gemäß anderer anschaulicher Ausführungsformen ist die erste Substruktur 201 aus einem einzelnen Element aufgebaut. Beispielsweise ist ein derartiges einzelnes Element der ersten Substruktur von rechteckiger Form. Die erste Substruktur 201 ist ein Teil einer ersten Schicht, die hierin als Referenzschicht bezeichnet wird. Die zweite Substruktur 202 ist Teil einer zweiten Schicht. Eine derartige zweite Schicht kann beispielsweise eine Lackschicht, eine Maskenschicht oder eine andere Schicht sein, die gemäß den Fertigungsprozess für das Bauelement 205 hergestellt ist.
In der Konfiguration der Zielobjektanordnung 203, die in 2a gezeigt ist, sind die erste Schicht und die zweite Schicht, d. h. die erste Substruktur 201 und die zweite Substruktur 202 korrekt ausgerichtet bzw. justiert. In dieser Konfiguration der korrekten Justierung sind die erste Substruktur und die zweite Substruktur aller Zielobjekte zueinander um einen vordefinierten Versatz beabstandet. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform, in der die erste Substruktur 202 einen Symmetriemittelpunkt und die zweite Substruktur 202 einen Symmetriemittelpunkt besitzt, sind die Symmetriemittelpunkte entsprechend dem vordefinierten Versatz beabstandet. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform sind, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur und die zweite Substruktur zumindest eines Zielobjekts durch den vordefinierten Versatz beabstandet, um damit eine vordefinierte Asymmetrie bereitzustellen. Wie in der Literatur gut dokumentiert ist, liefert der Versatz zwischen der ersten Substruktur 201 und der zweiten Substruktur 202 eine lineare Antwort der Bildsymmetrie in Bezug auf Änderungen des Überlagerungsfehlers, wie dies beispielsweise in SPIE, Band 5752, Seite 438 bis 448, gezeigt ist. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform des vorliegenden Gegenstands ist die Symmetrie des Bildes F der kleinste Wert der mittleren quadratischen Abweichung von Intensitäten bei gleichen Abständen bezüglich einem Punkt S innerhalb des Bildes, wie dies in der Gleichung (1) beschrieben ist (Y. S. Ku et al. in Proc SPIE, Band 6617, „Chipinternes Überlagerungsmessverfahren für 45 Nanometer-Prozesse”).
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform wird die Asymmetrie der Zielobjektanordnung 203 für jeden individuellen Quadranten der 2 × 2-Zielobjektanordnung gemessen, d. h. die Asymmetrie wird für jedes Zielobjekt 200a, 200b, 200c, 200d gemessen. Daher wird die Überlagerung für zwei interessierende Gebiete 207 in jeder Richtung X, Y mit Redundanz bestimmt. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform enthält jedes interessierende Gebiet 207 zwei Zielobjekte.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform besitzt in einer 2 × 2-Zielobjektanordnung, wie dies in 2a gezeigt ist, ein oberes linkes Zielobjekt 200a einen Versatz DX = –OS und DY = OS, ein oberes rechtes Zielobjekt 200b besitzt einen Versatz von DX = OS und DY = OS; ein unteres linkes Zielobjekt 200c besitzt Versatzwerte DX = –OS und DY = –OS; und ein unteres rechtes Zielobjekt 200d besitzt Versatzwerte DX = OS und DY = –OS. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform besitzt OS einen Wert von 50 nm. In anderen Ausführungsformen liegen die Werte von OS zwischen 10 nm und 80 nm, beispielsweise OS = 30 nm oder OS = 70 nm. Die Begriffe „obere”, „untere”, „linke” und „rechte” bezeichnen die Konfiguration der Zielobjekte, wie sie in 2a gezeigt ist. Obwohl vier Zielobjekte in der Anordnung aus Zielobjekten 203 in 2a gezeigt sind, können gemäß anderer anschaulicher Ausführungsformen eine beliebige geeignete Anzahl an Arrays in einem N × N-Array angeordnet werden. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung 203 im Hinblick bei Spiegelung um eine Spiegelachse 208 invariant, die sich parallel zu einer Reihe des N × N-Arrays erstreckt, d. h. diese ist parallel zur X-Richtung. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung invariant auf eine Spiegelung um eine Spiegelachse 209, die sich parallel zur Spalte des N × N-Arrays erstreckt, d. h. diese ist parallel zur X-Achse in 2a. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d in Quadranten eines kartesischen Koordinatensystems angeordnet, das von einer X-Achse und einer Y-Achse aufgespannt wird, wobei die X-Achse der Spiegelachse 208 entspricht, die sich parallel zu der Reihe des N × N-Arrays erstreckt, und wobei die Y-Achse der Spiegelachse 209 entspricht, die sich parallel zur Spalte des N × N-Arrays erstreckt. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der vordefinierte Versatz jedes Zielobjektes 200a, 200b, 200c, 200d durch einen entsprechenden Versatzvektor definiert, wobei jeder Versatzvektor eine gerade Linie ist, die durch einen Ursprung 210 des kartesischen Koordinatensystems verläuft.
2b zeigt schematisch die Überlagerungszielobjektanordnung 203 aus 2a und die entsprechenden Versatzvektoren 211a, 211b, 211c, 211d der Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d gemäß anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die Versatzvektoren von einander diametral gegenüberliegenden Quadranten punktsymmetrisch in Bezug auf den Ursprung 210 des kartesischen Koordinatensystems. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform schließt jeder Versatzvektor 211a, 211b, 211c, 211d einen Winkel von 45 Grad oder einem Vielfachen davon mit der X-Achse ein. Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform besitzen die Versatzvektoren 211a, 211b, 211c, 211d der Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d die gleiche Länge, d. h. die Versatzvektoren aller Zielobjekte der Überlagerungszielobjektanordnung 203 besitzen die gleiche Norm. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung 203 invariant gegenüber einer Drehung um 90 Grad, wie in 2c gezeigt ist, wobei die Überlagerungszielobjektanordnung 203 aus 2b um 90 Grad gegenüber dem Ursprung 210 gedreht ist. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung 203 invariant gegenüber einer Drehung um 90 Grad um ein Symmetriezentrum der Überlagerungszielobjektanordnung 203. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung 203 invariant gegenüber einer Drehung um 180 Grad um das Symmetriezentrum oder um den Ursprung des kartesischen Koordinatensystems. In der in 2a gezeigten Überlagerungszielobjektanordnung 203 fällt der Ursprung 210 des kartesischen Koordinatensystems mit dem Symmetriemittelpunkt der Überlagerungszielobjektanordnung 203 zusammen. 2d zeigt die Überlagerungszielobjektanordnung 203 aus 2a in einer vertikal gekippten Konfiguration, d. h. in einer Konfiguration, in der die Überlagerungszielobjektanordnung 203 aus 2a um die Spiegelachse 208 bespiegelt ist.
2e zeigt die Überlagerungszielobjektanordnung 203 gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist die Überlagerungszielobjektanordnung 203 in einem Bauteilgebiet 212 des Bauelements 205 angeordnet. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform sind die einzelnen Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d von dem Bauteilgebiet 212 unter einem Abstand D angeordnet. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die Spalten 213 der Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d unter einem Abstand G angeordnet. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform sind die Reihen 214 der Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d unter dem gleichen Abstand G wie die Spalten 213 angeordnet. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform sind die Spalten 213 voneinander entsprechend einem Abstand angeordnet, der sich von einem Abstand zwischen den Reihen 214 unterscheidet. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen den Spalten 213 und den Reihen 214 der Zielobjekte 100a, 100b, 100c, 100d gleich Null. Ein Beispiel für eine derartige Konfiguration ist in 2a gezeigt, in der die Zielobjekte gemeinsame Elemente 206 aufweisen.
2f zeigt schematisch eine Querschnittsansicht gemäß der in 2a gezeigten Schnittlinie. Die erste Substruktur 201 ist in einer ersten Schicht 215 angeordnet und dort ausgebildet und die zweite Substruktur 202 ist in einer zweiten Schicht 216 angeordnet und dadurch gebildet. Die Überlagerungszielobjektanordnung 203 kann gemäß gut etablierter Prozessverfahren hergestellt werden, die für die Fertigung tatsächlicher Mikrostrukturelemente eingesetzt werden, etwa für Schaltungselemente integrierter Schaltungen. Während des gut etablierten Prozessablaufes wird eine entsprechend gestaltete Photomaske vorgesehen, die ein entsprechendes Muster für die Überlagerungszielobjektanordnung 203 enthält, wie dies beispielsweise in 2a gezeigt ist, um damit die Überlagerungszielobjektanordnung 203 innerhalb des Bauelements 205 anzuordnen. Beispielsweise wird während einer ersten Fertigungssequenz die erste Schicht 215, die auch einer ersten Bauteilschicht entspricht, beispielsweise unter Anwendung von Photolithographie, Ätzverfahren, Abscheidetechniken, Implantationstechniken, Einebnungsverfahren und dergleichen hergestellt, und danach wird die zweite Schicht 216, die einer zweiten Bauteilschicht entspricht, hergestellt, wobei eine Photolithographiesequenz auszuführen ist, wodurch die Mikrostrukturelemente und auch die Strukturelemente der Überlagerungszielobjektanordnung 203, d. h. die erste Substruktur und die zweite Substruktur, justiert werden. Danach wird die Überlagerungszielobjektanordnung 203 einem Überlagerungsmessverfahren unterzogen, wie es detaillierter mit Bezug zu 2g beschrieben ist.
2g zeigt die Asymmetrie gegenüber dem gesamten Versatz zwischen der ersten Substruktur und der zweiten Substruktur für eine Konfiguration der vordefinierten Versatzvektoren 211a, 211b, 211c, 211d, wie dies in 2b, 2c, 2d gezeigt ist. Dabei ist der gesamte Versatz der Summe des vordefinierten Versatzwertes und des Überlagerungsfehlers zwischen der ersten Substruktur 201 und der zweiten Substruktur 202. Der gesamte Versatz in 2g ist in X-Richtung dargestellt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die gleichen Überlegungen, die nachfolgend dargestellt sind, auch für die Y-Richtung der Überlagerungszielobjektanordnung 203 gelten. Die in 2g gezeigte Asymmetrie ist ein geeignetes Maß für die Symmetrie der Überlagerungszielobjektanordnung 203, die von dem Überlagerungsfehler abhängt. Ein Maß für die Symmetrie der Überlagerungszielobjektanordnung 203 kann so bestimmt werden, wie dies zuvor mit Bezug zur Gleichung (1) beschrieben ist und wie dies auch in der Literatur dargelegt ist.
Gemäß 2g wird für einen vordefinierten Versatz DX eine Asymmetrie AS(DX) erhalten. Bei einem Überlagerungsfehler OVL wird ein Asymmetriewert AS₊ ermittelt. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform wird gemäß Definition der nicht vorzeichenbehaftete (positive) Asymmetriewert des linken (entsprechend unteren) Quadranten stets mit (–1) multipliziert, d. h. AS(+DX) = –AS(–DX) (2)
Wie im Folgenden gezeigt wird, ermöglicht dies eine Bestimmung des Überlagerungsfehlers ohne Kalibrierung. Die Asymmetrie jedes Quadranten kann durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden. Auf Grund des symmetrischen Aufbaus können die Gleichungen in entsprechender Weise für die Y-Richtung angewendet werden. AS_– = AS(–DX + OVL) = m·(–DX + OVL) (3) AS₊ = AS(+DX + OVL) = m·(+DX + OVL) (4)
Dabei beschreibt Gleichung (3) die Symmetrieantwort des linken Quadranten und die Gleichung (4) beschreibt die Symmetrieantwort des rechten Quadranten. Bei zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten kann der Skalierungsfaktor m* eliminiert werden: OVL = DX· AS(+DX + OVL) + AS(–DX + OVL) / AS(+DX + OVL) – AS(–DX + OVL) (5) wobei OVL = 0 gilt: AS(+DX + 0) + AS(–DX + 0) = 0 AS(+DX + 0) – AS(–DX + 0) ≠ 0 (6)
Da die beiden interessierenden Gebiete (ROI) 207 für jede Richtung analysiert werden können, können die Gleichungen (3) und (4) für jedes interessierende Gebiet 207 berechnet werden. Folglich kann ein Mittelwert der Symmetrieantworten aus beiden interessierenden Gebieten in Gleichung (5) für die endgültige Bestimmung des Überlagerungsfehlers verwendet werden. Die Gleichung (5) kann dann in der folgenden Weise vereinfacht werden, wobei AS*₊ und AS*_– für die Mittelwerte der beiden Quadranten stehen:
Die sich ergebende, d. h. gemessene, Asymmetrie AS₊ und AS_– ist in 2g dargestellt.
3 bis 5 zeigen Zielobjekte gemäß anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. 3 zeigt ein „Feld in einem Rahmen”-Zielobjekt 300, das ähnlich ist zu einem „Feld in einem Rahmen”-Zielobjekt, wie es in 2a verwendet ist. Während jedoch in 2a zwei benachbarte Zielobjekte ein gemeinsames Element 206a aufweisen, kann das in 3 gezeigte Zielobjekt als Ganzes verwendet werden, um eine Überlagerungszielobjektanordnung zu erzeugen, beispielsweise durch Anordnen von 4 (vier) Zielobjekten 300 in einer Weise, wie dies in 2e gezeigt ist. Neben dem gemeinsamen Element 206a entspricht das Zielobjekt 200 beispielsweise dem Zielobjekt 200a aus 2a, so dass die detaillierte Beschreibung davon nicht wiederholt wird.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform können innerhalb der ersten Substruktur 201 geometrische Elemente, die sich von dem Feld 202, wie es in 3 gezeigt ist, unterscheiden, innerhalb der rahmenartigen ersten Substruktur 201 angeordnet werden. Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, umfasst ein Zielobjekt 200 eine zweite Substruktur in Form eines Kreuzes 420, das innerhalb des Rahmens positioniert ist, der durch die Elemente 206 der ersten Substruktur 201 gebildet ist. Die zweite Substruktur in Form des Kreuzes 420 kann aus einer einzelnen zusammenhängenden Substruktur gebildet sein oder kann aus einzelnen Elementen 221 gebildet sein, wie in 4 gezeigt ist.
Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist ein Zielobjekt 500 aus einer eindimensionalen Struktur gebildet. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform besitzt die eindimensionale Struktur lediglich eine einzelne Symmetrieachse (Spiegelachse). Beispielsweise umfasst gemäß einer anschaulichen Ausführungsform die erste Substruktur 201 zwei parallele Balken, wobei mindestens ein Balken in der zweiten Substruktur 202 parallel zu dem Balken der ersten Substruktur 201 angeordnet ist. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform ist der Balken in der zweiten Substruktur 202 zwischen zwei Balken der Substruktur 201 angeordnet. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform besitzen die Balken der ersten Substruktur 201 die gleiche Länge. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform besitzt der Balken der zweiten Substruktur 202 die gleiche Länge wie mindestens ein Balken der ersten Substruktur 201. Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform besitzen die Balken der ersten Substruktur 201 eine unterschiedliche Länge. Gemäß einer noch weiteren anschaulichen Ausführungsform ist die Länge des Balkens der zweiten Substruktur 202 unterschiedlich zu der Länge der Balken der ersten Substruktur 201.
Die Abmessungen der Zielobjekte, wie sie hierin offenbart sind, und die Abmessungen der ersten Substruktur 201 und der zweiten Substruktur 202 können entsprechend den Erfordernissen und Bedingungen der jeweiligen Anwendung gewählt werden, etwa im Hinblick auf die Strukturgröße, die Messwellenlänge für die optische Bestimmung der Asymmetrie des Zielobjekts, etc. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die jeweiligen Abmessungen der Zielobjekte gemäß dem hierin offenbarten Gegenstand, mit Ausnahme des Versatzes, ähnlich, wie dies im Hinblick auf das konventionelle Zielobjekt erläutert ist, das in 1a gezeigt ist. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die Gesamtabmessungen der Zielobjekte kleiner als 4,5 μm. Gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen sind die Gesamtabmessungen des Zielobjekts kleiner als beispielsweise 3 μm, 2 μm, 1 μm oder weniger.
6 zeigt eine Überlagerungszielobjektanordnung 603 gemäß anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Die Überlagerungszielobjektanordnung 603 besitzt eine erste Substruktur 201, die ähnlich zu der ersten Substruktur 201 der 2a ist. Die zweite Substruktur 202 jedes Zielobjekts 200a, 200b, 200c, 200d der Zielobjektanordnung 603 ist kreuzförmig und kann wie die zweite Substruktur 202 gebildet sein, wie dies in Bezug auf das Zielobjekt 300 der 4 gezeigt ist.
7 zeigt eine Überlagerungszielobjektanordnung 703 gemäß anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform sind die einzelnen Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d der Überlagerungszielobjektanordnung 703 nicht in Form eines Arrays angeordnet, sondern diese sind in Sektoren 223a, 223b, 223c, 223d angeordnet. Beispielsweise liefert eine Anzahl aus vier Sektoren und damit aus vier Zielobjekten 200a, 200b, 200c, 200d eine Überlagerungszielobjektanordnung, die im Hinblick auf eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel von (360 Grad/4) = 90 Grad invariant ist. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform reproduzieren sich zwei derartige benachbarte Zielobjekte in zwei benachbarten Sektoren bei Spiegelung an einer entsprechenden Spiegelachse 222 gegenseitig. Die Entwurfsregel zum Positionieren der einzelnen Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d in den jeweiligen Sektoren 223a, 223b, 223c, 223d ist für ein eindimensionales Zielobjekt der in 5 gezeigten Art geeignet. Gemäß anderer anschaulicher Ausführungsformen können jedoch auch die zweidimensionalen Zielobjekte der Art, wie sie beispielsweise in 3 und 4 gezeigt sind, ebenfalls mit den Entwurfsregeln zum Positionieren der Zielobjekte in entsprechenden Sektoren der Überlagerungszielobjektanordnung verwendet werden.
8 zeigt eine Überlagerungszielobjektanordnung gemäß anschaulicher Ausführungsformen des hierin offenbarten Gegenstands. Die Überlagerungszielobjektanordnung 803 der 8 entspricht den gleichen Entwurfsregeln wie die Überlagerungszielobjektanordnung 703 aus 7, so dass die Details nicht wiederholt werden. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform enthält die Überlagerungszielobjektanordnung 703 Zielobjekte, wovon jedes zwei oder mehr vordefinierte Versatzwerte aufweist.
Im Folgenden wird der Aufbau eines Zielobjekts 200a der Zielobjektanordnung 803 detaillierter beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass gemäß den Entwurfsregeln der Struktur aus 7 die vier Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d identisch sind mit Ausnahme ihrer Orientierung. In der Anordnung aus Überlagerungszielobjekten 803 enthält somit das erste Zielobjekt 200a eine erste Substruktur 201. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform enthält die erste Substruktur 201 drei Balken 206a, 206b, 206c, die parallel angeordnet sind. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist die Länge der Balken unterschiedlich und verringert sich in Richtung der Mitte der Überlagerungszielobjektanordnung 803. Die Überlagerungszielobjektanordnung 803 enthält eine zweite Substruktur 202. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform enthält die zweite Substruktur zwei Balken 226a, 226b, die parallel angeordnet sind. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform besitzen die Balken 226a, 226b der zweiten Substruktur 202 die gleiche Länge. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform sind die Balken der zweiten Substruktur von unterschiedlicher Länge. Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform nimmt die Länge der Balken der zweiten Substruktur ab, wenn die Balken näher im Mittelpunkt der Überlagerungszielobjektanordnung liegen. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform ist jeder Balken 226a, 226 der zweiten Substruktur 202 zwischen zwei Balken 206a, 206b und 206b, 206c der ersten Substruktur 201 angeordnet. Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform des offenbarten Gegenstand sind die Balken 226a, 226b der zweiten Substruktur 202 durch unterschiedlich vordefinierte Versatzwerte im Hinblick auf ihre benachbarten Balken der ersten Substruktur beabstandet. Insbesondere ist der erste Balken 226a der zweiten Substruktur unter einem Abstand zu der Mittellinie zwischen dem ersten Balken 206a, 206b der ersten Substruktur 201 entsprechend einem ersten vordefinierten Versatz DX1 angeordnet. Ein zweiter Balken 226b der zweiten Substruktur 202 ist von einer Mittellinie zwischen dem zweiten Balken 206b und einem dritten Balken 206c der ersten Substruktur entsprechend einem Versatzwert von DX2 angeordnet. Der Begriff „Mittellinie” bezeichnet eine Linie 227, deren Abstand A in benachbarten Balken der ersten Substruktur 201 gleich ist. Unter Verwendung der Zielobjekte 200a, 200b, 200c, 200d, die zwei oder mehr vordefinierte Versatzwerte aufweisen, kann die Redundanz erhöht werden. Der Gesamtüberlagerungsfehler kann als Durchschnitt der einzelnen Überlagerungsfehler für jeden vordefinierten Versatzwert, der gemäß Gleichung (7) berechnet wird, ermittelt werden.
Gemäß anderer anschaulicher Ausführungsformen sind die einzelnen Zielobjekte mit zwei oder mehr unterschiedlichen vordefinierten Versatzwert zweidimensional, so dass sich eine Kontraständerung in zwei Dimensionen ergibt.
Es gilt also: Der hierin offenbarte Gegenstand stellt eine verbesserte Technik zum Ermitteln einer effizienten Information mit geringerer Messzeit bereit, indem die Überlagerungszielobjektanordnung mindestens zwei Zielobjekte aufweist, wobei jedes Zielobjekt eine erste Substruktur einer ersten Schicht und eine zweite Substruktur einer zweiten Schicht aufweist, und wobei, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur und die zweite Substruktur mindestens eines der Zielobjekte in Bezug zueinander um einen vordefinierten Versatz beabstandet sind und die Überlagerungszielobjektanordnung invariant ist gegenüber mindestens einer geometrischen Transformation. Wenn die Versatzvektoren, die den Versatz zwischen der ersten Substruktur und der zweiten Substruktur beschreiben, die gleiche Norm besitzen, kann der Überlagerungsfehler ohne Kalibrierung bestimmt werden. Die Redundanz wird erhöht, indem jedes Zielobjekt mit zwei oder mehr vordefinierten Versatzwerten zwischen Elementen der ersten Substruktur und Elementen der zweiten Substruktur vorgesehen wird.
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.

Claims

Verfahren mit: (a) Bilden einer Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) mit: vier Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D), die in einem 2 × 2-Array angeordnet sind, wovon jedes eine erste Substruktur (201) aus einer ersten Schicht eines Mehrschichtbauelements und eine zweite Substruktur (202) aus einer zweiten Schicht des Mehrschichtbauelements aufweist; wobei, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur (201) und die zweite Substruktur (202) mindestens eines Überlagerungszielobjekts voneinander beabstandet sind entsprechend einem vordefinierten Versatz (DX, DY), um damit eine vordefinierte Asymmetrie bereitzustellen; und die Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) invariant ist im Hinblick auf eine Drehung um einen vorbestimmten Winkel und eine Spiegelung um eine Spiegelachse (208, 209), die sich parallel zu einer Reihe oder Spalte des 2 × 2-Arrays erstreckt; wobei der vordefinierte Versatz jedes Überlagerungszielobjekts durch einen entsprechenden Versatzvektor (211A, 211B, 211C, 211D) definiert ist; und jeder Versatzvektor (211A, 211B, 211C, 211D) auf einer geraden Linie liegt, die durch einen Ursprung (210) des kartesischen Koordinatensystems verläuft; (b) Bestimmen einer Justiergenauigkeit zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht aus einer räumlichen Beziehung zwischen der ersten Substruktur (201) und der zweiten Substruktur (202) der vier Überlagerungszielobjekte und auf der Grundlage eines Asymmetriewerts von jedem einzelnen Überlagerungszielobjekt; wobei das Bilden der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) weiterhin umfasst: Anordnen der Überlagerungszielobjekte in Quadranten eines kartesischen Koordinatensystems, das von einer X-Achse und einer Y-Achse aufgespannt wird, wobei der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems mit dem Symmetriemittelpunkt der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) zusammenfällt, wobei die X-Achse der Spiegelachse (208) entspricht, die sich parallel zu der Reihe des 2 × 2-Arrays erstreckt und die Y-Achse der Spiegelachse (209) entspricht, die sich parallel zu der Spalte des 2 × 2-Arrays erstreckt; und wobei das Bestimmen der Justiergenauigkeit umfasst: Berechnen des Asymmetriewerts für jedes Überlagerungszielobjekt, der ein Maß für die Symmetrie der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (208A, 200B, 200C, 200D) darstellt; Berechnen des Überlagerungsfehlers in X-Richtung umfassend Multiplizieren des berechneten Asymmetriewerts (AS₊), der für einen vordefinierten Versatz (DX) in der Richtung der X-Achse erhalten wird, von einem von zwei in X-Richtung benachbarten Überlagerungszielobjekten mit –1; und Berechnen des Überlagerungsfehlers in Y-Richtung umfassend Multiplizieren des berechneten Asymmetriewerts (AS_–), der für einen vordefinierten Versatz (DY) in der Richtung der Y-Achse erhalten wird, von einem von zwei in Y-Richtung benachbarten Überlagerungszielobjekten mit –1.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die erste Schicht und die zweite Schicht korrekt justiert sind, die erste Substruktur (201) und die zweite Substruktur (202) jedes der vier Überlagerungszielobjekte zueinander durch einen entsprechenden vordefinierten Versatz beabstandet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Versatzvektoren (211A, 211B, 211C, 211D) von diamentral gegenüberliegenden Quadraten punktsymmetrisch in Bezug auf den Ursprung (210) des kartesischen Koordinatensystems sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Versatzvektoren (211A, 211B, 211C, 211D) gleiche Länge besitzen.
Verfahren nach Anspruch 1, das bei einer Drehung um 90 Grad invariant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei dieses bei einer Drehung um 180 Grad invariant ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Überlagerungszielobjekt eine rechteckige Form aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei jedes Überlagerungszielobjekt eine Abmessung kleiner als 4,5 μm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei benachbarte Überlagerungszielobjekte ein gemeinsames Überlagerungszielobjektelement aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin das Positionieren der Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200Cc, 200D) auf einem Halbleiterbauelement (205) umfassend.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Anordnung (203) aus Überlagerungszielobjekten (200A, 200B, 200C, 200D) in einem Chipbereich mit aktiven Elementen des Halbleiterbauelements positioniert wird.