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当当读书客户端万本电子书免费读Critical dimension determination for laterally structured layer on substrate of microelectronic or micromechanical semiconductor chip, involves using formed test mark to determine critical dimension of laterally structured layer
German Patent DE
The process involves forming a test mark for the laterally structured layer on a substrate, in which the test mark is provided with a layer surface with first and second edges and a layer-free substrate with third and fourth edges. The center (M1) between the first and fourth edges and the center (M2) between the second and third edges are then determined after seizing the test mark. The distance between the determined centers is then measured as the critical dimension of the laterally structured layer. The layer surface with the first and second edges borders the layer-free regions of the substrate. The layer-free surface with the third and fourth edges borders on the regions of the substrate where the laterally structured layer is formed. The first, second, third and fourth edges are arranged in parallel and next to each other. Independent claims are included for the following: (1) a lithography mask used in fabrication of he laterally structured
and (2) a test mark.
Inventors:
Gruss, Stefan (Dresden, 01279, DE)
Bauch, Lothar (Dresden, 01259, DE)
Application Number:
Publication Date:
11/02/2006
Filing Date:
02/17/2005
Export Citation:
Infineon Technologies AG (München, 81669, DE)
International Classes:
Foreign References:
KRAKRADDWOA1
Other References:
Peter an Zant:"Microchip Fabrication", 4. Auflage,
McGraw-Hill, 2000, ISBN 0-, Seite 252,
WO 02/19 415 A1;
KR 10-6 A;
Attorney, Agent or Firm:
Wilhelm & Beck (München, 80636)
1. Verfahren zum Bestimmen einer kritischen Dimension
einer lateral strukturierten Schicht (10) auf einem Substrat,
mit folgenden Schritten: a) Erzeugen (102) der lateral
strukturierten Schicht (10) mit einer Testmarke (78)
auf dem Substrat (12) mit einer Schichtfl?che (14)
mit einer ersten und einer zweiten Kante (16, 18),
die einander gegenüberliegen,
und mit einer schichtfreien Fl?che
(24) mit einer dritten und einer vierten Kante (26, 28),
wobei die Schichtfl?che
(14) mit der ersten und der zweiten Kante (16, 18)
an schichtfreie Bereiche (20, 22) des Substrats
(12) angrenzt, wobei die schichtfreie Fl?che (24)
mit der dritten und der vierten Kante (26, 28) an
Bereiche (30, 32) angrenzt, in denen das Substrat (12)
die Schicht (10) aufweist, und wobei die erste, zweite,
dritte und vierte Kante (16, 18, 26, 28)
nebeneinander und zueinander para b) Erfassen
(104) der Testmarke (78); c) Bestimmen (106)
einer Mitte (M1) zwischen der ersten und
der vierten Kante (16, 28); d) Bestimmen
(108) einer Mitte (M2) zwischen
der zweiten und der dritten Kante (18, 26); und e)
Bestimmen (110) eines Abstands (D1)
der Mitte (M1) zwischen der ersten und der
vierten Kante (16, 28) und der Mitte (M2) zwischen der zweiten und der dritten Kante
(18, 26) als Mass für die kritische Dimension.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Testmarke
(78) im Schritt a) (102) so erzeugt wird, dass
die Schichtfl?che
(14) ferner eine fünfte
und eine sechste Kante (42, 44) aufweist, und die
schichtfreie Fl?che
(24) ferner eine siebte und eine achte Kante (46, 48)
aufweist, wobei die Schichtfl?che
(14) mit der fünften
und der sechsten Kante (42, 44) an Bereiche (20, 22)
des Substrats (12) angrenzt, in denen das Substrat (12)
die Schicht (10) nicht aufweist, wobei die schichtfreie
(24) mit der siebten und der achten Kante (46, 48)
an Bereiche (30, 32) des Substrats (12)
angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10)
aufweist, und wobei die fünfte,
sechste, siebte und achte Kante (42, 44, 46, 48)
zueinander parallel und zu der ersten, zweiten, dritte und vierten
Kante (16, 18, 26, 28) senkrecht
angeordnet sind, ferner mit folgenden Schritten: f) Bestimmen
(112) einer Mitte (M3) zwischen
der fünften
und der achten Kante (42, 48); g) Bestimmen
(114) einer Mitte (M9) zwischen
der sechsten und der siebten Kante (44, 46); und h)
Bestimmen (116) eines weiteren Abstands (D2)
der Mitte (M3) zwischen der fünften und
der achten Kante (42, 48) und der Mitte (M9) zwischen der sechsten und der siebten
Kante (44, 46) als weiteres Mass für die kritische Dimension.
3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit folgendem Schritt
Entfernen (120) der Schicht (10) und Wiederholen der
Schritte a) (102), b) (104), c) (106),
d) (108) und e) (110), wenn der im Schritt e)
(110) bestimmte Abstand einer vorgegebenen Anforderung
nicht entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit folgendem Schritt: i)
Entfernen (120) der Schicht (10) und Wiederholen der
Schritte a) (102), b) (104), c) (106),
d) (108), e) (110), f) (112), g) (114)
und h) (116), wenn der im Schritt e) (110) bestimmte
Abstand (D1) und der im Schritt h) (116)
bestimmte weitere Abstand (D2) einer vorgegebenen
Anforderung nicht entsprechen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Schritte
b) (104), c) (106), d) (108), e) (110),
f) (112), g) (114) und h) (116) durch
eine Lageversatz-Messeinrichtung ausgeführt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Testmarke
(78) im Schritt a) (102) im Bereich eines Ritzrahmens
angeordnet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit folgendem
Schritt: j) ?bertragen
(122) der lateralen Struktur der Schicht (10)
in das Substrat (12).
8. Verfahren zum Herstellen eines mikroelektronischen
oder mikromechanischen Bauelements (76), wobei eine kritische
Dimension nach einem der Ansprüche
1 bis 7 bestimmt wird.
9. Lithographiemaske (72) zum Erzeugen einer lateralen
Struktur in einer Schicht (10) auf einem Substrat (12),
wobei die Maske (72) ein Urbild (80) zum Erzeugen
einer Testmarke (78) mit folgenden Merkmalen aufweist: einer
Schichtfl?che
(14) mit einer ersten und einer zweiten Kante (16, 18),
die einander gegenüberliegen,
wobei die Schichtfl?che
(14) mit der ersten und der zweiten Kante (16, 18)
an schichtfreie Bereiche (20, 22) des Substrats
(12) und einer schichtfreien Fl?che (24)
mit einer dritten und einer vierten Kante (26, 28),
die einander gegenüberliegen,
wobei die schichtfreie Fl?che
(24) mit der dritten und der vierten Kante (26, 28)
an Bereiche (30, 32) des Substrats (12)
angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10)
aufweist, wobei die erste bis vierte Kante (16, 18, 26, 28)
zueinander parallel sind, und wobei der Abstand zwischen der
ersten und der zweiten Kante (16, 18) und der
Abstand zwischen der dritten und der vierten Kante (26, 28)
gleich sind.
10. Lithographiemaske (72) nach Anspruch 9, wobei
die Schichtfl?che
(14) L-f?rmig
ist und einen ersten und einen zweiten Schenkel (141, 142)
umfasst, die zueinander senkrecht angeordnet sind und jeweils die
Form eines Trapezes aufweisen, wobei die schichtfreie Fl?che (24)
ist und einen dritten und einen vierten Schenkel (241, 242) umfasst,
die zueinander senkrecht angeordnet sind und jeweils die Form eines
Trapezes aufweisen, wobei der erste Schenkel (141)
der Schichtfl?che (14)
und der dritte Schenkel (241) der schichtfreien Fl?che (24)
einander gegenüberliegen
und zueinander parallel angeordnet sind, und wobei der zweite Schenkel
(142) der Schichtfl?che
(14) und der vierte Schenkel (242) der schichtfreien
(24) einander gegenüberliegen
und zueinander parallel angeordnet sind.
11. Lithographiemaske (72) nach Anspruch 10, wobei
bei der Testmarke (78) die erste, die vierte, die fünfte und
die achte Kante (16, 28, 42, 48)
an den Seiten eines ersten Quadrats und die zweite, die dritte,
die sechste und die siebte Kante (18, 26, 44, 46) an
den Seiten eines zweiten Quadrats angeordnet sind, und die Schichtfl?che (14)
und die schichtfreie Fl?che
(24) entlang einer gemeinsamen Diagonalen des ersten Quadrats
und des zweiten Quadrats aneinander grenzen.
12. Testmarke (78) zum Prüfen einer kritischen Dimension
einer lateral strukturierten Schicht (10) an einem Substrat
(12), wobei die Testmarke (78) bei der lateralen
Strukturierung der Schicht (10) erzeugt ist, mit einer
Schichtfl?che
(14) mit einer ersten und einer zweiten Kante (16, 18),
die einander gegenüberliegen,
wobei die Schichtfl?che
(14) mit der ersten und der zweiten Kante (16, 18)
an schichtfreie Bereiche (20, 22) des Substrats
(12) und einer schichtfreien Fl?che (24)
mit einer dritten und einer vierten Kante (26, 28),
die einander gegenüberliegen,
wobei die schichtfreie Fl?che
(24) mit der dritten und der vierten Kante (26, 28)
an Bereiche (30, 32) des Substrats (12)
angrenzt, in denen das Substrat (12) die Schicht (10)
aufweist, wobei die erste bis vierte Kante (16, 18, 26, 28)
zueinander parallel sind, und wobei der Abstand zwischen der
ersten und der zweiten Kante (16, 18) und der
Abstand zwischen der dritten und der vierten Kante (26, 28)
soweit gleich sind wie die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist.
13. Testmarke (78) nach Anspruch 12, wobei
die Schichtfl?che
(14) L-f?rmig
ist und einen ersten und einen zweiten Schenkel (141, 142)
umfasst, die zueinander senkrecht angeordnet sind und jeweils die
Form eines Trapezes aufweisen, wobei die schichtfreie Fl?che (24)
ist und einen dritten und einen vierten Schenkel (241, 242) umfasst,
die zueinander senkrecht angeordnet sind und jeweils die Form eines
Trapezes aufweisen, wobei der erste Schenkel (141)
der Schichtfl?che (14)
und der dritte Schenkel (241) der schichtfreien Fl?che (24
einander gegenüberliegen
und zueinander parallel angeordnet sind, und wobei der zweite
Schenkel (142) der Schichtfl?che (14) und der vierte
Schenkel (242) der schichtfreien Fl?che (24) einander
gegenüberliegen
und zueinander parallel angeordnet sind.
14. Testmarke (78) nach Anspruch 13, bei der
der erste und der zweite Schenkel (141, 142) der Schichtfl?che (14)
und der dritte und der vierte Schenkel (241, 242)
der schichtfreien Fl?che
(24) entlang den Seiten eines Rechtecks oder Quadrats angeordnet
15. Testmarke (78) nach einem der Ansprüche 12 bis
14 mit einer Idealform, bei der die erste, die vierte, die fünfte und
die achte Kante (16, 28, 42, 48)
an den Seiten eines ersten Quadrats und die zweite, die dritte,
die sechste und die siebte Kante (18, 26, 44, 46) an
den Seiten eines zweiten Quadrats angeordnet sind, und bei der die
Schichtfl?che
(14) und die schichtfreie Fl?che (24) entlang einer
gemeinsamen Diagonalen des ersten Quadrats und des zweiten Quadrats
aneinander grenzen, wobei die Testmarke (78) von dieser
Idealform insoweit abweicht, wie die kritische Dimension von ihrem
Sollwert abweicht.
16. Mikroelektronischer oder mikromechanischer Halbleiterchip
(76) mit einer Testmarke (78) nach einem der Ansprüche 12 bis
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Testmarke
(78) eine Testmarke nach einem der Ansprüche 12 bis
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schritt
a) (102) mit einer Lithographiemaske (72) nach
einem der Ansprüche
9 bis 11 durchgeführt
Description:
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, eine Testmarke
und eine Lithographiemaske zum Herstellen einer Testmarke zum Bestimmen
einer kritischen Dimension einer lateral strukturierten Schicht.Mikroelektronische
und mikromechanische Bauelemente werden mit immer kleineren Strukturgr?ssen hergestellt.
Zur Qualit?tskontrolle
und zur Verbesserung der Ausbeute werden w?hrend des Herstellungsprozesses
kritische Dimensionen gemessen. Wenn dabei festgestellt wird, dass
eine kritische Dimension eine vorbestimmte Anforderung nicht erfüllt, beispielsweise
nicht einen Sollwert aufweist oder nicht innerhalb eines erwünschten
Intervalls liegt, sind verschiedene Konsequenzen m?glich. Wenn
die kritische Dimension an einer Fotolack- bzw. Resist-Maske, einer
Imid- oder einer anderen Maske bestimmt wurde, bevor deren laterale
Struktur, beispielsweise durch ?tzen,
in das Substrat übertragen
wurde, kann diese Maske abgewaschen und erneut (lithographisch)
erzeugt werden. Wenn die kritische Dimension an einer bereits unver?nderlich
erzeugten Struktur des Substrats gemessen wurde, kann dieses aus
dem Produktionsprozess entfernt werden, um die Kosten für eine weitere
Prozessierung zu vermeiden.Herk?mmlich wird
eine kritische Dimension typischerweise durch Abtasten bzw. Erfassen
einer Testmarke oder einer anderen lateralen Struktur mit bekannten
Abmessungen durch ein Rasterelektronenmikroskop bestimmt. Diese
Methode ist jedoch nicht immer geeignet, beispielsweise weil elektrostatische
Aufladungen an dicken nicht leitenden Schichten, wie Imid, zu Bildverzerrungen
Ausserdem sind
Rasterelektronenmikroskope in Anschaffung und Betrieb teuer.Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Bestimmen einer kritischen Dimension, eine Lithographiemaske
zum Erzeugen einer Testmarke, eine Testmarke und einen mikroelektronischen
oder mikromechanischen Halbleiterchip zu schaffen, die eine einfache
und kostengünstige
Bestimmung einer kritischen Dimension erm?glichen, insbesondere auch
bei Imid-Strukturen.Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren gem?ss Anspruch 1, eine Lithographiemaske
gem?ss Anspruch
9, eine Testmarke gem?ss Anspruch
12 und einen mikroelektronischen oder mikromechanischen Halbleiterchip
gem?ss Anspruch
16 gel?st.Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den abh?ngigen
Ansprüchen
definiert.Die
vorliegende Erfindung wird verwendet bzw. schafft eine Testmarke
und eine Lithographiemaske zur Erzeugung der Testmarke auf einem
Substrat. Die Testmarke umfasst eine erste Fl?che bzw. eine Schichtfl?che, innerhalb
derer das Substrat die Schicht aufweist, und eine zweite Fl?che bzw.
eine schichtfreie Fl?che,
innerhalb derer das Substrat die Schicht nicht aufweist. Die erste
weist eine erste Kante und eine zweite Kante auf, die einander gegenüber liegen
und mit denen die erste Fl?che
an Bereiche angrenzt, in denen das Substrat die Schicht nicht aufweist.
Die zweite Fl?che
weist eine dritte Kante und eine vierte Kante auf, die einander
gegenüber
liegen und mit denen die zweite Fl?che an Bereiche angrenzt, in
denen das Substrat die Schicht aufweist. Die vier Kanten sind nebeneinander
und parallel angeordnet. Die relativen Abst?nde der vier Kanten sind indirekte
Funktionen der kritischen Dimension oder sogar mit derselben identisch.Die
Testmarke wird vorzugsweise so erzeugt, dass der Abstand zwischen
der ersten Kante und der zweiten Kante und der Abstand zwischen
der dritten Kante und der vierten Kante gleich sind, wenn die kritische
Dimension ihren Sollwert aufweist. Dies bedeutet, dass der Abstand
zwischen der ersten und der zweiten Kante und der Abstand zwischen
der dritten und der vierten Kante insoweit bzw. in dem Masse gleich
sind, wie die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist oder anders
ausgedrückt
insoweit voneinander abweichen, wie die kritische Dimension von
ihrem Sollwert abweicht.Zum
Bestimmen der kritischen Dimension wird die Testmarke erfasst bzw.
abgebildet, beispielsweise lichtmikroskopisch. Anhand des Abbilds
der Testmarke werden die Mitte zwischen der ersten und der vierten
Kante und die Mitte zwischen der zweiten und der dritten Kante bestimmt.
Diese Mitten sind strenggenommen zu den Kanten parallele Geradenabschnitte.
Der Abstand der Mitte zwischen der ersten und der vierten Kante
und der Mitte zwischen der zweiten und der dritten Kante ist ein
Mass für die kritische
Dimension. Er entspricht der Abweichung der kritischen Dimension
von deren Sollwert.Vorzugsweise
sind sowohl die erste Fl?che als
auch die zweite Fl?che
und liegen einander gegenüber,
dass ihre Schenkel wie die Seiten eines Quadrats angeordnet sind.
Jeder Schenkel der ersten Fl?che
und jeder Schenkel der zweiten Fl?che ist trapezf?rmig und
weist somit zwei einander gegenüberliegende
parallele Kanten auf. Die Testmarke weist damit insgesamt zwei Gruppen
mit jeweils vier untereinander parallelen Kanten auf. Für jede Gruppe
kann, wie oben beschrieben, ein Abstand der Mitte zwischen den beiden ?usseren Kanten
der Gruppe von der Mitte zwischen den beiden inneren Kanten der
Gruppe als Mass für die kritische
Dimension bestimmt werden. Die kritische Dimension bzw. ihre Abweichung
von ihrem Sollwert kann somit in zwei zueinander senkrechten Richtungen
bestimmt werden.Die
linearen Abmessungen der Testmarke, insbesondere die Abst?nde der
Kanten, k?nnen
wesentlich gr?sser sein
als die kritische Dimension. Vorzugsweise weist die Testmarke lineare Abmessungen
in der Gr?ssenordnungen
von einigen μm
auf und ist deshalb ohne weiteres mit sichtbarem Licht lichtmikroskopisch
erfassbar. Jede Kante erzeugt bei einer lichtmikroskopischen Abbildung
ein Intensit?tsprofil
mit einer Unsch?rfe
in der Gr?ssenordnung
der Wellenl?nge
des verwendeten Lichts. Durch einen Fit einer mathematischen Modellfunktion
an dieses Intensit?tsprofil
kann der Ort jeder Kante bis auf wenige nm genau bestimmt werden.
Die erfindungsgem?sse Testmarke
erm?glicht
somit eine Bestimmung einer kritischen Dimension mit einer Genauigkeit
von wenigen nm, ohne dass die Testmarke mit einer entsprechenden
r?umlichen
erfasst werden müsste,
beispielsweise durch ein Rasterelektronenmikroskop. Ein Vorteil
der Testmarke besteht somit darin, dass sie mit relativ einfachen
und kostengünstigen Mitteln
erfassbar ist.Vorzugsweise
wird die oben beschriebene Testmarke mit L-f?rmigen
die in der Form eines quadratischen Rahmens angeordnet sind, so
dimensioniert, dass sie einer herk?mmlichen Testmarke zur Bestimmung
des Overlays bzw. des Lageversatzes der Abbildungen zweier Masken ?hnelt. Herk?mmliche
Lagerversatz-Testmarken bestehen aus einem quadratischen Rahmen
bzw. einer quadratischen ?ffnung,
die durch eine erste Maske erzeugt wird und einer (quadratischen)
die mit einer zweiten Maske erzeugt wird. Diese Fl?che ist
zentrisch zu dem Rahmen bzw. der ?ffnung angeordnet, wenn die
beiden Masken ohne relativen Lageversatz auf das Substrat abgebildet
wurden. Für
derartige Testmarken existieren automatische Lageversatz-Messeinrichtungen,
welche die Testmarken lichtmikroskopisch erfassen und für beide
Hauptrichtungen der Testmarke die Abst?nde der Mitte zwischen den ?usseren, durch
die erste Maske erzeugten Kanten von der Mitte zwischen den inneren,
durch die zweite Maske erzeugten Kanten als Mass für den relativen Lageversatz
der Abbildungen der beiden Masken bestimmen.Wenn
die erfindungsgem?sse Testmarke
und insbesondere ihre linearen Abmessungen einer herk?mmlichen
Lageversatz-Testmarke hinreichend ?hnlich sind, kann sie automatisiert
und entsprechend kostengünstig
durch eine Lageversatz-Messeinrichtung ausgewertet werden. Der von
der Lageversatz-Messeinrichtung ausgegebene Messwert wird dann nicht
als relativer Lageversatz zwischen den Abbildungen zweier Masken,
sondern als Mass für die Abweichung
der kritischen Dimension von ihrem Sollwert interpretiert.Durch
die lichtmikroskopische Erfassung bzw. Erfassbarkeit der Testmarke
wird auch eine Reihe von Problemen vermieden, die mit der Erfassung durch
ein Rasterelektronenmikroskop einhergehen. Als Beispiel sei hier
eine Erfassung einer kritischen Dimension in einer Imid-Schicht
wie sie zur Strukturierung der letzten Kontaktebene bzw. Terminal-Via-Ebene eines Halbleiterbauelements
h?ufig verwendet
wird. Die kleinsten, in einer Imid-Schicht erzeugbaren ?ffnungen
sind mindestens 10 μm gross. Es ist
jedoch schwierig, mit den Rasterelektronenmikroskopen, die herk?mmlich für die Bestimmung
der kritischen Dimension verwendet werden, derart grosse Strukturen
mit der erforderlichen Pr?zision
zu erfassen. Da Imid-Schichten elektrisch isolierend und in der
Regel relativ dick sind, werden sie vom Elektronenstrahl elektrostatisch
aufgeladen. Diese Aufladung wiederum führt zu einer Verzerrung durch
das Rasterelektronenmikroskop erzeugten Bildes. Beide Probleme werden
gem?ss der vorliegenden
Erfindung vermieden, indem anstelle eines Rasterelektronenmikroskops
ein Lichtmikroskop verwendet wird.Bevorzugte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abh?ngigen Patentansprüchen definiert.
Es zeigen1 eine
schematische Draufsicht auf eine Testmarke gem?ss einem ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden E2 eine
schematische Draufsicht auf eine Testmarke gem?ss einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden E3 eine
schematische Draufsicht auf die Testmarke des zweiten Ausführungsbeispiels
bei nicht-idealer kritischer D4 eine
perspektivische Darstellung einer Maske und eines Chips gem?ss weiteren
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, und5 ein
schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gem?ss der vorliegenden Erfindung.1 ist
eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt aus einer lateral
strukturierten Schicht 10 auf einem Substrat 12.
In dem dargestellten Ausschnitt weist die lateral strukturierte
Schicht 10 eine Testmarke auf bzw. ist als Testmarke strukturiert.Die
Testmarke umfasst eine erste Fl?che bzw.
Schichtfl?che 14 mit
einer ersten Kante 16 und einer zweiten Kante 18,
die einander gegenüber
liegen und zueinander parallel sind. Innerhalb der Schichtfl?che 14 weist
das Substrat 12 die Schicht 10 auf. Mit den Kanten 16, 18 grenzt
die Schichtfl?che 14 an
Bereiche 20, 22 des Substrats 12 an,
in denen das Substrat 12 die Schicht 10 nicht
aufweist.Die
Testmarke umfasst ferner eine zweite Fl?che bzw. schichtfreie Fl?che 24 mit
einer dritten Kante 26 und einer vierten Kante 28,
die einander gegenüberliegend
und zueinander parallel sind. Innerhalb der schichtfreien Fl?che 24 weist
das Substrat 12 die Schichten 10 nicht auf. Mit
den Kanten 26, 28 grenzt die schichtfreie Fl?che 24 an
Bereiche 30, 32 des Substrats 12, in
denen das Substrat 12 die Schicht 10 aufweist.Die
Testmarke wird, vorzugsweise lichtmikroskopisch, abgetastet bzw.
erfasst. Das zweidimensionale Abbild der Testmarke bzw. die ortsabh?ngige Intensit?t des durch
die Testmarke gestreuten oder reflektierten Lichts wird in der Richtung
parallel zu den Kanten 16, 18, 26, 28 aufintegriert,
um das Signal-Rausch-Verh?ltnis
zu verbessern. Das aufintegrierte Signal I ist in 1 unter
der Darstellung des Ausschnitts der lateral strukturierten Schicht
in Abh?ngigkeit
von der Koordinate x (senkrecht zu den Kanten 16, 18, 26, 28)
dargestellt. Es ist erkennbar, dass jede Kante 16, 18, 26, 28 einen
Peak bzw. ein Maximum 34, 36, 38, 40 in
dem integrierten Signal I hervorruft. Die Breite des Maximums 34, 36, 38, 40 resultiert
vor allem aus der Wellenl?nge
des verwendeten Lichts und der Abbildungsleistung des Lichtmikroskops.
Sie liegt typischerweise in der Gr?ssenordnung einer Wellenl?nge. Um
die Koordinate x jeder Kante 16, 18, 26, 28 m?glichst
genau zu bestimmen, wird an jedes Maximum 34, 36, 38, 40 eine
mathematische Modellfunktion gefittet bzw. durch Optimierung freier
Parameter angepasst. Als Modellfunktion kommen beispielsweise eine
Lorentz- oder Gauss-Kurve bzw. -Funktion in Frage. Dadurch sind
die x-Koordinaten x1, x2,
x3, x4 der Kanten 14, 18, 26, 28 bis
auf wenige nm genau bestimmbar.Die
Testmarke wird vorzugsweise so erzeugt, dass der Abstand der ersten
Kante 16 und der zweiten Kante 18 bzw. die Breite
der Schichtfl?che 14 und
der Abstand der dritten Kante 26 und der vierten Kante 28 bzw.
die Breite der schichtfreien Fl?che 24 gleich
sind, wenn die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist. In dem
in dem die kritische Dimension von ihrem Sollwert abweicht, unterscheiden sich
die Breiten x2–x1 der
Schichtfl?che 14 und
x4–x3 der schichtfreien Fl?che 24 voneinander.
In diesem Fall sind beispielsweise die erste Kante 16 und
die vierte Kante 28 nach links verschoben und die zweite Kante 18 und
die dritte Kante 26 nach rechts verschoben oder umgekehrt.
Die Mitte M1 zwischen der ersten Kante 16 und
der vierten Kante 28 und die Mitte M2 zwischen
der zweiten Kante 18 und der dritten Kante 26 stimmen
deshalb nur dann, wie in 1 dargestellt, überein,
wenn die kritische Dimension ihren Sollwert aufweist.Der
Abstand zwischen der Mitte M1 und der Mitte
M2 ist eine monotone Funktion der Abweichung der
kritischen Dimension von ihrem Sollwert. N?herungsweise ist der Abstand
zwischen der Mitte M1 und der Mitte M2 gleich der Abweichung der kritischen Dimension
von ihrem Sollwert. Durch Bestimmung der x-Koordinaten x1,
x2, x3, x4 der Kanten 16, 18, 26, 28,
Bestimmung der Mitten M1, M2 und
Bestimmung von deren relativer Lage bzw. Abstand erh?lt man somit
ein Mass für die Abweichung
der kritischen Dimension von ihrem Sollwert.2 ist
eine schematische Draufsicht auf eine lateral strukturierte Schicht 10 mit
einer Testmarke auf einem Substrat 12 gem?ss einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Testmarke des zweiten Ausführungsbeispiels
unterscheidet sich von dem oben anhand der 1 dargestellten
ersten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass die Schichtfl?che 14 und
die schichtfreie Fl?che 24 jeweils
L-f?rmig sind
und aus je zwei trapezf?rmigen Schenkeln 141, 142, 241, 242 bestehen.
Der erste Schenkel 141 der Schichtfl?che 14 weist eine
erste Kante 16 und eine zweite Kante 18 auf, die
einander gegenüber
liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der dritte Schenkel 241 der
schichtfreien Fl?che 24 weist
eine dritte Kante 26 und eine vierte Kante 28 auf,
die einander gegenüber
liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der zweite Schenkel 142 der
Schichtfl?che 14 weist
eine fünfte
Kante 42 und eine sechste Kante 44 auf, die einander
gegenüber
liegen und zueinander parallel angeordnet sind. Der vierte Schenkel 242 der
schichtfreien Fl?che 24 weist
eine siebte Kante 46 und eine achte Kante 48 auf,
die einander gegenüber
liegen und zueinander parallel angeordnet sind.Die
Schichtfl?che 14 grenzt
mit der ersten Kante 16, der zweiten Kante 18,
der fünften
Kante 42 und der sechsten Kante 44 an Bereiche 20, 22 an,
in denen das Substrat die Schicht nicht aufweist. Die schichtfreie
Fl?che 24 grenzt
mit der dritten Kante 26, der vierten Kante 28,
der siebten Kante 46 und der achten Kante 48 an
Bereiche 30, 32 an, in denen das Substrat die
Schicht aufweist. Die erste Kante 16, die zweite Kante 18,
die dritte Kante 26 und die vierte Kante 28 sind
zueinander parallel. Die fünfte
Kante 42, die sechste Kante 44, die siebte Kante 46 und
die achte Kante 48 sind zueinander parallel und zu der ersten
bis vierten Kante 16, 18, 26, 28 senkrecht
angeordnet.Die
Schichtfl?che 14 und
die L-f?rmige
schichtfreie Fl?che 24 sind
einander gegenüber so
angeordnet, dass sie zusammen einen quadratischen Rahmen bilden.
Anders ausgedrückt,
liegen die erste Kante 16, die vierte Kante 28,
die fünfte Kante 42 und
die achte Kante 48 auf einem ersten, gr?sseren Quadrat und die zweite
Kante 18, die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und
die siebte Kante 46 auf einem zweiten, kleineren Quadrat.
Das zweite, kleinere Quadrat ist zentrisch zu dem ersten, gr?sseren Quadrat
angeordnet, d.h. die Ecken des kleineren Quadrats liegen auf den
Diagonalen des gr?sseren Quadrats.Bei
der lichtmikroskopischen Erfassung der Testmarke werden die Positionen
bzw. Koordinaten der Kanten 16, 18, 26, 28, 42, 44, 46, 48 ermittelt,
indem die ortsabh?ngige
Intensit?t
innerhalb von Messfenstern 52, 54, 56, 58, 62, 64, 66, 68 ausgewertet
wird. Dies erfolgt jeweils auf ?hnliche
Weise, wie sie oben anhand der 1 beschrieben
wurde. Die Intensit?tssignale
werden vorzugsweise zun?chst
in Richtung parallel zur entsprechenden Kante auf integriert. Das
aufintegrierte Identit?tssignal
als Funktion der senkrecht zur entsprechenden Kante gemessenen Koordinate
weist ein Maximum auf. An dieses wird eine mathematische Modellfunktion
gefittet. Ergebnisse dieser Fits sind x-Koordinaten der ersten,
zweiten, dritten, vierten Kante 16, 18, 26, 28 und
y-Koordinaten der fünften,
sechsten, siebten und achten Kante 42, 44, 46, 48.Jede
dieser x- bzw. y-Koordinaten kann so mit einer Genauigkeit von wenigen
nm oder besser ermittelt werden.Aus
den Koordinaten der Kanten 16, 18, 26, 28, 42, 44, 46, 48 k?nnen die
Mitte M1 der ersten Kante 16 und
der vierten Kante 28, die Mitte M2 der
zweite Kante 18 und der dritten Kante 26, die
Mitte M3 der fünften Kante 42 und
der achten Kante 48 (nicht dargestellt) und die Mitte M4 der sechsten Kante 44 und der
siebten Kante 46 (nicht dargestellt) ermittelt werden.
Wie oben anhand der 1 ausgeführt, ist auch bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Abstand der Mitte M1 und der Mitte M2 ein Mass für die Abweichung
der kritischen Dimension von ihrem Sollwert. Als weiteres Mass für die Abweichung
der kritischen Dimension von ihrem Sollwert erh?lt man den Abstand der Mitte M3 und der Mitte M4.
Beide Abst?nde
gemeinsam interpretiert werden (beispielsweise im Sinne einer ?ber- oder
Unterbelichtung bei der Lithographie zur Strukturierung der Schicht
mit der Testmarke) oder unabh?ngig
voneinander.3 ist
eine schematische Draufsicht auf eine Testmarke, wie sie oben anhand
der 2 dargestellt wurde. Die in 3 dargestellte
Testmarke wurde auf die gleiche Weise, insbesondere beispielsweise
mit Hilfe derselben Lithographiemaske, hergestellt, wie die in 2 dargestellte.
Aufgrund einer ?ber-
oder Unterbelichtung oder einer anderen Ungenauigkeit oder Abweichung
eines Parameters von seinem Sollwert weist die kritische Dimension
jedoch nicht ihren Sollwert auf. Dies hat hier konkret zur Folge,
dass die erste Kante 16, die vierte Kante 28,
die fünfte
Kante 42 und die achte Kante 48 nach links bzw.
oben und die zweite Kante 18, die dritte Kante 26,
die sechste Kante 44 und die siebte Kante 46 nach
rechts bzw. unten verschoben sind. Beide Schenkel 141, 142 der
Schichtfl?che 14 sind
deshalb breiter und beide Schenkel 241, 242 der
schichtfreien Fl?che 24 sind
deshalb schm?ler
als bei der Darstellung in 2. Bei 3 ist,
wie auch bei 2, auf die Darstellung einer
realistischen Verrundung von Ecken zugunsten einer gr?sseren Klarheit
verzichtet.Bei
der oben anhand der 2 dargestellten Auswertung ergibt
sich im Fall der in 3 dargestellten Situation ein
Abstand D1 der Mitte M1 zwischen
der ersten Kante 16 und der vierten Kante 28 und
der Mitte M2 zwischen der zweiten Kante 18 und der
dritten Kante 26. Entsprechend ergibt sich ein Abstand
D2 der Mitte M3 zwischen
der fünften
Kante 42 und der achten Kante 48 und der Mitte
M4 zwischen der sechsten Kante 44 und
der siebten Kante 46 (nicht dargestellt).Vorzugsweise
erfolgen die Erfassung und Auswertung der Testmarke durch eine Lageversatz-Messeinrichtung.
Diese interpretiert die erste Kante 16, die vierte Kante 28,
die fünfte
Kante 42 und die achte Kante 48 wie die inneren
einer quadratischen Ausnehmung in einer Schicht, die durch die lithographische
Abbildung einer ersten Maske erzeugt wurde. Die zweite Kante 18,
die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und
die siebte Kante 46 werden von der Lageversatz-Messeinrichtung
wie die ?usseren R?nder einer
quadratischen Fl?che
interpretiert, die durch die lithographische Abbildung einer zweiten Maske
erzeugt wurde.Bei
der in 3 dargestellten Situation erkennt die Lageversatz-Messeinrichtung
einen Versatz des durch die erste Kante 16, die vierte
Kante 28, die fünfte
Kante 42 und die achte Kante 48 bestimmten Quadrats
nach links oben bzw. einen Versatz des durch die zweite Kante 18,
die dritte Kante 26, die sechste Kante 44 und
die siebte Kante 46 bestimmten Quadrats nach rechts unten.
Die Lageversatz-Messeinrichtung erzeugt und gibt ein Signal aus,
das anzeigt, dass und um wie viel die Abbildung der zweiten Maske
gegenüber
der ersten Maske nach rechts unten versetzt w?re. Dieses Signal wird gem?ss der vorliegenden
Erfindung als Mass für die Abweichung
der kritischen Dimension von ihrem Sollwert interpretiert.4 ist
eine schematische Darstellung einer Lithographiemaske 72,
einer Abbildungseinrichtung 74 und eines Chips 76.
Die Abbildungseinrichtung 74 bildet die Lithographiemaske 72 auf
die Oberfl?che
des Chips 76 ab. Dadurch wird eine Schicht an der Oberfl?che des
Chips 76 lateral strukturiert. Diese laterale Struktur
wird durch nachfolgende Entwicklungs- und/oder ?tz-Schritte oder auch durch
Bedampfen oder Besputtern und einen Lift-Off-Schritt dauerhaft auf
den Chip 76 übertragen. Die
so erzeugte laterale Struktur der Schicht an der Oberfl?che des
Chips 76 umfasst unter anderem eine oder mehrere Testmarken 78,
wie sie oben anhand der 1 bis 3 beschrieben
wurden. Dazu enth?lt
die Lithographiemaske 72 ein Urbild 80 der Testmarke 78.Das
Verh?ltnis
zwischen dem Urbild 80 und der Testmarke 78 wird
durch die Art der Lithographiemaske 72 (beispielsweise
Schattenmaske oder Phasenmaske), die verwendete Abbildungseinrichtung 74,
die verwendete Strahlung (Licht, Elektronen, Ionen etc.) und die
verwendete lichtempfindliche Schicht (Photoresist etc.) bestimmt.
Wenn die Testmarke 78 wesentlich gr?sser als die verwendete Wellenl?nge ist,
kann das Urbild 80 der Testmarke 78 sehr ?hnlich sein.
Wenn beispielsweise sichtbares Licht verwendet wird und die oben
anhand der 2 und 3 dargestellte
Testmarke eine Gr?sse von 40 μm oder mehr
aufweist, entspricht das Urbild 80 (massst?blich vergr?ssert) der oben anhand der 2 dargestellten
Gestalt der Testmarke. Je kleiner die Testmarke im Verh?ltnis zur
verwendeten Wellenl?nge
ist, desto st?rker
weicht die Gestalt bzw. Form des Urbilds 80 von der der
Testmarke 78 ab, um beispielsweise dem Proximity-Effekt
entgegenzuwirken und eine Verrundung von Ecken zu verhindern.In
der Regel wird durch die in 4 beschriebene
Abbildung zun?chst
eine laterale Struktur und mit dieser die Testmarke 78 in
einer Photoresist- oder einer anderen Schicht erzeugt, die nachfolgend als
Maske für
einen weiteren Verfahrensschritt verwendet wird, beispielsweise
Nass- oder Trocken?tzen
oder einen Lift-Off-Schritt. Die anhand der 1 bis 3 dargestellte
Erfassung und Auswertung der Testmarke erfolgt vorzugsweise bereits
an der lateral strukturierten, entwickelten Photoresist-Schicht
oder anderen Maskenschicht. Wenn die kritische Dimension einer vorgegebenen
Anforderung nicht entspricht kann die Photoresist-Schicht oder andere
Maskenschicht entfernt und anschliessend neu erzeugt und lateral
strukturiert werden. Dadurch wird vermieden, dass der Chip 76 dauerhaft
mit der falschen kritischen Dimension strukturiert wird.Alternativ
wird die Testmarke auf die oben anhand der 1 bis 3 dargestellte
Weise erst dann erfasst und ausgewertet, wenn die durch die anhand
der 4 beschriebene Abbildung erzeugte laterale Struktur
mit der Testmarke dauerhaft auf den Chip 76 übertragen
ist. Dadurch erfolgt beispielsweise am Ende eines Herstellungsprozesses
eine Qualit?tskontrolle.Die
Teststruktur 78 und ihre dauerhafte ?bertragung auf den Chip 76 haben
dabei vorzugsweise keine weitere elektrische, elektronische oder
mechanische Funktion am fertigen Chip. Um m?glichst wenig Chipfl?che zu verbrauchen,
ist die Teststruktur vorzugsweise im Bereich eines Ritzrahmens auf
einem Wafer zwischen zwei Chips angeordnet. In diesem Fall ist die
Testmarke am fertigen Chip nicht oder nur noch teilweise vorhanden.Im
Idealfall weist an einem fertigen Chip die kritische Dimension ihren
Sollwert auf oder weicht von diesem nur geringfügig ab. Der Abstand zwischen
der ersten Kante 16 und der zweiten Kante 18, der
Abstand zwischen der dritten Kante 26 und der vierten Kante 28 und
ggfs. der Abstand zwischen der fünften
Kante 42 und der sechsten Kante 44 sowie der Abstand
zwischen der siebten Kante 46 und der achten Kante 48 sind
in diesem Fall gleich oder fast gleich, wobei eine kleine Differenz
der Abst?nde
einer kleinen Abweichung der kritischen Dimension von ihrem Sollwert
entspricht.5 ist
ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gem?ss einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 102 wird
eine lateral strukturierte Schicht mit einer Testmarke 78,
wie sie oben anhand der 1 bis 3 beschrieben
wurde, erzeugt. In einem zweiten Schritt 104 wird die Testmarke 78 erfasst,
beispielsweise lichtmikroskopisch. In einem dritten Schritt 106 wird
eine erste Mitte M1 zwischen einer ersten
Kante 16 und einer vierten Kante 28 bestimmt.
In einem vierten Schritt 108 wird eine zweite Mitte M2 zwischen einer zweiten Kante 18 und
einer dritten Kante 26 bestimmt. In einem fünften Schritt 110 wird
ein erster Abstand D1 zwischen der ersten Mitte
M1 und der zweiten Mitte M2 bestimmt.
In einem sechsten Schritt 112 wird eine dritte Mitte M3 zwischen einer fünften Kante 42 und
einer achten Kante 48 bestimmt. In einem siebten Schritt 114 wird
eine vierte Mitte M4 zwischen einer sechsten
Kante 44 und einer siebten Kante 46 bestimmt.
In einem achten Schritt 116 wird ein zweiter Abstand D2 zwischen der dritte Mitte M3 und
der vierten Mitte M4 bestimmt.In
einem neunten Schritt 118 wird geprüft, ob der erste Abstand D1 und der zweite Abstand D2 einer oder
mehreren vorgegebenen Anforderungen entsprechen. Wenn dies nicht
der Fall ist, wird die lateral strukturierte Schicht in einem zehnten
Schritt 120 entfernt und der erste bis achte Schritt 102 bis 116 werden
wiederholt. Wenn der erste Abstand D1 und der
zweite Abstand D2 der oder den vorgegebenen Anforderungen
entsprechen, wird die laterale Struktur der Schicht in einem elften
Schritt 122 in oder auf das Substrat 12 übertragen.Es
ist offensichtlich, dass für
das vorstehend beschriebene Verfahren auch andere Testmarken verwendbar
sind als die oben anhand der 1 bis 3 dargestellten.
Vorzugsweise wird jedoch eine Testmarke verwendet, die einer herk?mmlichen
Lageversatz-Testmarke ?hnlich
ist, um eine Erfassung und Auswertung durch eine Lageversatz-Messeinrichtung
zu erm?glichen.10lateral
strukturierte Schicht12Substrat14Schichtfl?che16erste
Kante18zweite
Kante20Bereich22Bereich24schichtfreie
Fl?che26dritte
Kante28vierte
Kante30Bereich32Bereich34Maximum36Maximum38Maximum40MaximumM1erste
MitteM2zweite
Mitte42fünfte Kante44sechste
Kante46siebte
Kante48achte
Kante52erste
Messfenster54zweites
Messfenster56drittes
Messfenster58viertes
Messfenster62fünftes Messfenster64sechstes
Messfenster66siebtes
Messfenster68achtes
Messfenster72Lithographiemaske74Abbildungseinrichtung76Chip78Testmarke80Urbild
der Testmarke 78102erster
Schritt104zweiter
Schritt106dritter
Schritt108vierter
Schritt110fünfter Schritt112sechster
Schritt114siebter
Schritt116achter
Schritt118neunter
Schritt120zehnter
Schritt122elfter
Schritt141erster
Schenkel142zweiter
Schenkel241dritter
Schenkel242vierter
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