DE10142318C1

DE10142318C1 - Halbleiterstruktur und Verfahren zur Bestimmung kritischer Dimensionen und Überlagerungsfehler

Info

Publication number: DE10142318C1
Application number: DE10142318A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulz
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2001-08-30
Filing date: 2001-08-30
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: US20030042579A1; US6765282B2

Abstract

Es ist eine Halbleiterstruktur und ein Verfahren zum Bestimmen eines Überlagerungsfehlers, der während der Herstellung der Halbleiterstruktur erzeugt worden ist, offenbart. Die Halbleiterstruktur umfasst ein erstes zweidimensionales periodisches Muster und zweites zweidimensionales periodisches Muster, die miteinander überlappen, wobei eine relative Lage zwischen den überlappenden ersten und zweiten zweidimensionalen periodischen Mustern die Größe und die Richtung eines Überlagerungsfehlers anzeigt, der während der Bildung der ersten und zweiten zweidimensionalen periodischen Muster hervorgerufen wird. Die Halbleiterstruktur erlaubt das unabhängige Bestimmen der Überlagerungsfehler in linear unabhängigen Richtungen durch Lenken eines Lichtstrahls mit bekannten optischen Eigenschaften auf die ersten und zweiten zweidimensionalen periodischen Muster und durch Analysieren des gebeugten Lichtstrahls durch Vergleichen mit Referenzdaten.

Description

Gebiet der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen und betrifft insbesondere eine Halbleiterstruktur und ein Verfahren zur Bestimmung kriti scher Dimensionen und eines Überlagerungsfehlers, der während der Herstellung zwei er aufeinanderfolgender Materialschichten entsteht.

Beschreibung des Stands der Technik

Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert, dass kleine Gebiete mit präzise ge steuerter Größe in einer Materialschicht eines geeigneten Substrats, etwa eines Silizi umsubstrats, gebildet werden. Diese kleinen Gebiete mit präzise gesteuerter Größe werden durch Behandeln der Materialschicht mittels beispielsweise Ionenimplantation oder Ätzung erzeugt, wobei eine Maskenschicht über der zu behandelnden Material schicht gebildet wird, um diese kleinen Gebiete zu definieren. Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Schicht aus Fotolack bestehen oder damit gebildet werden, die mittels eines lithografischen Prozesses strukturiert ist. Während des lithografischen Pro zesses kann der Fotolack auf das Wafersubstrat aufgeschleudert werden und wird an schließend selektiv mit ultravioletter Strahlung belichtet. Nach Entwicklung des Foto lacks werden abhängig von der Art des Fotolacks - Positivlack oder Negativlack - die belichteten Bereiche oder die nichtbelichteten Bereiche entfernt, um das geforderte Muster in der Fotolackschicht zu bilden. Da die Abmessungen der Muster in modernen integrierten Schaltungen ständig kleiner werden, müssen die Anlagen zum Strukturieren von Elementstrukturen sehr strenge Anforderungen hinsichtlich der Auflösung der betei ligten Herstellungsvorgänge erfüllen. In diesem Zusammenhang wird Auflösung als ein Maß betrachtet, das die gleichbleibende Fähigkeit spezifiziert, Bilder mit minimaler Grö ße unter vordefinierten Herstellungsschwankungen zu drucken. Einen wichtigen Faktor bei der Verbesserung der Auflösung stellt der lithografische Prozess dar, in dem die in einer Fotomaske oder Retikel enthaltenen Muster optisch auf das Substrat mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Daher werden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des lithografischen Systems, etwa die numerische Apertur, die Fokustiefe, und die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle ständig zu verbessern.

Die Qualität der lithografischen Abbildung ist äußerst wichtig bei der Erzeugung sehr kleiner Strukturgrößen. Von vergleichbarer Bedeutung ist jedoch auch die Genauigkeit, mit der ein Bild auf der Oberfläche des Substrats positioniert werden kann. Integrierte Schaltungen werden durch sequentielles Strukturieren von Materialschichten hergestellt, wobei Strukturelemente auf aufeinanderfolgenden Materialschichten eine räumliche Be ziehung zueinander aufweisen. Jedes in einer nachfolgenden Materialschicht gebildete Muster muss zu einem entsprechenden, in der vorhergehenden Materialschicht gebilde ten Muster innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen ausgerichtet werden. Diese Justier toleranzen werden beispielsweise durch eine Variation eines Fotolackbildes auf dem Substrat aufgrund von Ungleichförmigkeiten von Parametern, wie etwa Fotolackdicke, Ausbacktemperatur, Belichtung und Entwicklung hervorgerufen. Ferner können Un gleichförmigkeiten bei den Ätzprozessen zu Abweichungen in den geätzten Strukturele mente führen. Ferner gibt es eine Unsicherheit bei der Überlagerung des Bildes des Musters für die momentane Materialschicht zu dem geätzten Muster der vorhergehen den Materialschicht, wenn das Bild fotolithografisch auf das Substrat übertragen wird. Mehrere Faktoren tragen dazu bei, dass das Abbildungssystem nicht in der Lage ist, zwei Schichten in perfekter Weise zu überlagern, etwa Unzulänglichkeiten innerhalb eines Maskensatzes, Temperaturunterschiede zwischen den Zeitpunkten der Belich tung, und eine begrenzte Justierfähigkeit der Justiervorrichtung. Folglich sind die domi nierenden Kriterien zur Bestimmung der minimalen Strukturgröße, die schließlich er reichbar ist, die Auflösung für das Erzeugen von Strukturelementen in einzelnen Sub stratebenen und der gesamte Überlagerungsfehler, zu dem die oben erläuterten Fakto ren, insbesondere die Lithografieprozesse, beitragen.

Daher ist es äußerst wichtig, die Auflösung, d. h. die Fähigkeit zuverlässig und reprodu zierbar die minimale Strukturgröße zu erzeugen, die ebenso als kritische Abmessung bzw. Dimension (CD) bezeichnet wird, in einer spezifischen Materialschicht zu überwa chen und ständig die Überlagerungsgenauigkeit von Mustern von zwei nacheinander gebildeten Materialschichten zu bestimmen. In jüngster Zeit ist das Streumessungsver fahren zu einem mächtigen Werkzeug bei der Bestimmung eines periodischen Musters aus Strukturelementen mit einer Größe im Bereich von 1 µm bis 0,1 µm geworden. Bei der Streumessungsanalyse wird das Substrat, das eine periodische Struktur enthält, mit Strahlung eines geeigneten Wellenlängenbereichs belichtet und das gebeugte Licht wird detektiert. Es können viele Arten von Vorrichtungen zur Belichtung und Erfassung des gebeugten Lichtstrahls verwendet werden. US-Patent 5,867,276 beschreibt einen soge nannten Zwei-θ-Streumesser, wobei der Einfallswinkel eines Lichtstrahls kontinuierlich durch gleichzeitiges Drehen der Probe und des Detektors variiert wird. Ferner beschreibt dieses Dokument ein Linsenstreuungsmessungssystem unter Anwendung eines rotie renden Blocks, um einen Lichtstrahl, der von einer Lichtquelle emittiert wird, zu unter schiedlichen Stellen der Eingangsapertur einer Linse zu lenken, um das Substrat unter unterschiedlichen Einfallswinkeln zu belichten. Des Weiteren beschreibt dieses Doku ment einen Streuungsmesser mit einem fixierten Einfallswinkel, wobei eine Belichtungs quelle mit mehreren Wellenlängen verwendet wird, um die erforderliche Information aus dem gebeugten Strahl mit mehreren Wellenlängen zu erhalten. Aus dieser in dem Mess spektrum enthaltenen Information können die optischen und dimensionalen Eigenschaf ten der einzelnen Elemente, die die periodische Struktur bilden, und die Dicke darunter liegender Schichten beispielsweise durch statistische Verfahren ermittelt werden. Die interessierenden Probenparameter können die Breite von Linien, wenn das periodische Muster Linien und Abstände enthält, deren Seitenwandwinkel und andere strukturelle Details einschließen. Im Falle einer komplexeren periodischen Struktur mit beispielswei se einer zweidimensionalen Periodizität können die Parameter räumliche Eigenschaften, etwa einen Lochdurchmesser oder eine Tiefe, einschließen. Es sollte erwähnt werden, dass in der vorliegenden Anmeldung der Begriff "Streuungsmesser" auch Geräte mit einschließt, die einen im Wesentlichen linear polarisierten Lichtstrahl aussenden, etwa wie ein Ellipsometer, um strukturelle Informationen hinsichtlich der Änderungen in dem Polarisationszustand durch Erfassen und Analysieren des von der periodischen Struktur gestreuten Lichtstrahls zu erhalten.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum genauen Ausrichten einer Maske zu einem Substrat unter Nutzung von Moireeffekten, die durch sich überlagernde Beugungsgitter erzeugt werden, ist in US-Patent 4,193,687 offenbart. Überlappende Muster werden darin jedoch als unbrauchbar für die Messung der Überlagerungsgenauigkeit erachtet.

Obwohl ein Streumesser ein mächtiges Werkzeug für ein sehr störungsfreies und wirk sames Verfahren zur Bestimmung der Qualität periodischer Strukturen, die in einer Ma terialschicht im Rahmen von Halbleiterherstellungsprozessen gebildet werden, bereit stellt, ist es wünschenswert, auch die Überlagerungsgenauigkeit mittels der Streuungs messung zu bestimmen.

Überblick über die Erfindung

Gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Halb leiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungsgenauigkeit ein Substrat mit einer Oberfläche, die durch eine X-Richtung und eine Y-Richtung definiert ist. Ferner umfasst das Halbleitersubstrat ein erstes periodisches Muster, das auf dem Substrat gebildet ist, und eine erste X-Periodizität entlang der X-Richtung und eine erste Y-Periodizität entlang der Y-Richtung aufweist. Des Weiteren umfasst die Halbleiter struktur ein zweites periodisches Muster, das auf dem Substrat gebildet ist und eine zweite X-Periodizität entlang der X-Richtung und eine zweite Y-Periodizität entlang der Y-Richtung aufweist, wobei das erste periodische Muster und das zweite periodische Muster einander überlappen und ein X-Überlappgebiet, das einen Überlagerungsfehler in der X-Richtung anzeigt, und ein Y-Überlappgebiet definieren, das einen Überlage rungsfehler in der Y-Richtung definiert.

Gemäß Anspruch 14 der vorliegenden Erfindung umfasst eine erfindungsgemäße Halb leiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungsgenauigkeit ein Substrat mit einer Oberfläche, die durch eine X-Richtung und eine Y-Richtung definiert ist, und eine zweidimensionale periodische Struktur mit Elementarzellen. Ferner umfasst jede Elementarzelle ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet, die einen ersten Rand, der sich entlang der X-Richtung erstreckt, und einen zweiten Rand, der sich entlang der Y-Richtung erstreckt, definieren. Des Weiteren umfasst die Elementarzelle ein drittes Gebiet, das in einer überlappenden Weise zu den ersten und zweiten Gebieten gebildet ist und wobei das dritte Gebiet ein Y-Überlappungsgebiet mit dem ersten Gebiet an dem ersten Rand und ein X-Überlappungsgebiet mit dem ersten Gebiet an dem zweiten Rand bildet, wobei das X-Überlappungsgebiet und das Y-Überlappungsgebiet sich in der Form, und/oder der Gesamtfläche, und/oder den Beugungseigenschaften und/oder den optischen Eigenschaften unterscheiden.

Gemäß Anspruch 20 der vorliegenden Erfindung umfasst eine Halbleiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungsgenauigkeit ein Substrat mit einer durch eine X-Richtung und eine Y-Richtung definierten Oberfläche, einem ersten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist, und einem zweiten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist. Die ersten und zweiten periodischen Muster überlappen einander und definieren ein zusammenge setztes zweidimensionales Beugungsmuster, das durch einen Abstand DX entlang der X-Richtung und einen Abstand DY entlang der Y-Richtung definiert ist, wobei DX und DY durch die relative Lage der ersten und zweiten periodischen Muster bestimmt sind.

Gemäß Anspruch 24 der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung ei nes Überlagerungsfehlers, der während der Herstellung einer Halbleiterstruktur hervor gerufen wird, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen der Halbleiter struktur, die ein Substrat, das eine erste und eine zweite Richtung definiert und ein ers tes zweidimensionales periodisches Muster, das durch einen ersten Lithografieprozess gebildet ist, und ein zweites zweidimensionales Muster, das durch einen zweiten Litho grafieprozess gebildet ist, umfasst, wobei die relative Lage der ersten und zweiten Muster zueinander einen Überlagerungsfehler hinsichtlich jeweils der ersten und zweiten Richtungen kennzeichnet. Ferner umfasst das Verfahren das Lenken eines Lichtstrahls auf das erste und das zweite zweidimensionale periodische Muster und das Erfassen eines von dem ersten und dem zweiten zweidimensionalen periodischen Muster ge beugten Lichtstrahls, um ein Messspektrum zu erzeugen. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Vergleichen des Messspektrums mit Referenzdaten, wobei die Referenz daten Informationen über einen vordefinierten Überlagerungsfehler der ersten und zwei ten periodischen Muster hinsichtlich der ersten und zweiten Richtungen repräsentieren.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert und gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:

Fig. 1a und 1b schematische Draufsichten einer Ausführungsform einer Halbleiter struktur, die zur Bestimmung einer Überlagerungsgenauigkeit von Mustern geeignet ist, die durch aufeinanderfolgende Lithografievorgän ge gebildet sind;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf eine weitere anschauliche Ausfüh rungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf eine weitere anschauliche Ausfüh rungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist, wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den Zeichnungen darge stellt sind, sollte es selbstverständlich sein, dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen nicht beabsichtigen, die vorliegende Erfindung auf die speziellen offenbarten anschaulichen Ausführungsformen zu beschränken, sondern die beschrie benen anschaulichen Ausführungsformen sollen lediglich beispielhaft die diversen As pekte der vorliegenden Erfindung beschreiben, deren Schutzbereich durch die angefüg ten Patentansprüche definiert ist.

Wie zuvor erläutert ist, zeigt ein von einem periodischen Muster gebeugter Lichtstrahl eine Intensitätsverteilung hinsichtlich des Einfallswinkels und/oder der Polarisationsrich tung und/oder des Ablenkwinkels, die eine starke Abhängigkeit von den Beugungsei genschaften des periodischen Musters aufweist. Dieser Effekt wird ausgenutzt, um bei spielsweise kritische Dimensionen von Schaltungselementen in einer speziellen Pro zessebene zu überwachen. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Erfinders, dass zwei überlappende periodische Muster, die in aufeinanderfolgenden lithografischen Vorgängen gebildet sind, Informationen über den Überlagerungsfehler entlang zweier linear unabhängiger Richtungen beinhalten können. Das heißt, durch geeignetes Überlappen zweier periodischer Muster kann eine Streuungsmessung nicht nur die Größe eines Überlagerungsfehlers entlang zweier linear unabhängiger Richtun gen liefern, sondern liefert auch das Vorzeichen oder die Richtung (beispielsweise -X, +X) des Überlagerungsfehlers unabhängig in jeder der beiden Richtungen.

Mit Bezug zu den Fig. 1a und 1b wird eine anschauliche Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

In Fig. 1a umfasst eine Halbleiterstruktur 100 ein Substrat 101, beispielsweise ein Sub strat, das für die Herstellung integrierter Schaltungen verwendet wird, etwa ein Silizium substrat, ein Germaniumsubstrat, ein Glassubstrat und dergleichen. Das Substrat 101 kann mehrere Materialschichten mit darin gebildeten Schaltungselementen umfassen, abhängig von einer speziellen Prozessebene der Halbleiterstruktur 100. Über dem Sub strat 101 ist ein erstes periodisches Muster 102 gebildet, das eine X-Periodizität und eine Y-Periodizität entlang einer X-Richtung und einer Y-Richtung aufweist, wie dies durch das in Fig. 1a gezeigte Koordinatensystem gekennzeichnet ist. Das erste periodi sche Muster 102 kann als aus mehreren Elementarzellen 106 mit einem ersten Gebiet 104 und einem zweiten Gebiet 105 zusammengesetzt betrachtet werden. Die ersten und zweiten Gebiete 104 und 105 besitzen unterschiedliche optische Eigenschaften aus ei ner Reihe von Gründen, so sind etwa die ersten und zweiten Gebiete 104, 105 aus un terschiedlichen Materialarten mit unterschiedlichen komplexen Brechungsindizes gebil det. Ferner kann die Elementarzelle 106 ein sich änderndes Oberflächenprofil entspre chend zu den ersten und zweiten Gebieten 104 und 105 aufweisen. Zum Beispiel kann das erste Gebiet 104 als Linien mit einer spezifizierten Breite und einer spezifizierten Höhe gebildet sein, wohingegen das zweite Gebiet 105 als eine Öffnung oder eine Ver tiefung, abhängig von den erforderlichen optischen Eigenschaften des ersten periodi schen Musters 102 gebildet sein kann. Ebenso kann das erste Gebiet 104 als Öffnun gen oder Vertiefungen ausgebildet sein, um ein variierendes Oberflächenprofil der Ele mentarzelle 106 zu erzeugen. Der periodische Unterschied zwischen den ersten und zweiten Gebieten 104, 105 resultiert in einer zweidimensionalen Periodizität, die die Beugungseigenschaften des periodischen Musters 102 definiert. Die Anzahl der Ele mentarzellen 106 hängt von Entwurfsregeln und dem verfügbaren Platz auf dem Sub strat 101 ab. In einer Ausführungsform ist das periodische Muster 102 in einer Schnei delinie angeordnet, die einzelne Chipflächen voneinander trennt.

Durch Hinführen eines Lichtstrahls mit bekannten Eigenschaften, etwa dem Polarisati onszustand, dem Einfallswinkel, der Wellenlängenverteilung, kann ein von dem ersten periodischen Muster 102 gebeugter Lichtstrahl erfasst und analysiert werden, um Infor mationen über die Beugungseigenschaften des ersten periodischen Musters 102 zu er mitteln. In diesem Zusammenhang ist mit Beugungseigenschaften gemeint, dass diese geometrische Faktoren, etwa die X-Periodizität und die Y-Periodizität des periodischen Musters 102, die Höhe von Strukturelementen des periodischen Musters 102, Seiten wandwinkel von Strukturelementen, z. B. von dem ersten Gebiet 104, wenn dieses als eine Linie ausgebildet ist, die Art des Materials der ersten und zweiten Gebiete 104 und 105, und dergleichen mit einschließen. Das schließlich erhaltene Messspektrum hängt stark von den Beugungseigenschaften des ersten periodischen Musters 102 ab. Eine Variation in einem der Parameter, die die Beugungseigenschaften bestimmen, führt zu einer entsprechenden Änderung eines der optischen Parameter des gestreuten Strah les, etwa zu einer Änderung des Polarisationszustandes hinsichtlich des Polarisations zustandes des ankommenden Lichtstrahls. Das Messspektrum wird dann mit Referenz daten verglichen, die experimentell oder theoretisch durch Modellieren des ersten perio dischen Musters 102, z. B. durch auf den Maxwell-Gleichungen basierenden Berechnun gen, oder durch eine Kombination beider Verfahren gewonnen werden können, um die benötigte Information über die Qualität der Strukturelemente, die das erste periodische Muster 102 definieren, zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird ein zweites periodisches Muster 110 über dem Substrat 101 ge bildet. Der Einfachheit halber sind in Fig. 1a das erste periodische Muster 102 und das zweite periodische Muster 110 nebeneinander gezeigt, aber in Wirklichkeit sind die peri odischen Muster 102 und 110 so gebildet, dass diese miteinander überlappen (Fig. 1b). Das zweite periodische Muster 110 besitzt eine vordefinierte X-Periodizität und eine Y- Periodizität entlang jeweils der X-Richtung und der Y-Richtung. Das zweite periodische Muster 110 umfasst ebenso mehrere Elementarzellen 115. Jede Elementarzelle 115 des zweiten periodischen Musters 110 umfasst ein erstes Gebiet 111 und ein zweites Gebiet 112. Hinsichtlich der Eigenschaften der ersten und zweiten Gebiete 111 und 112 gelten die gleichen Kriterien, wie sie mit Bezug zu den ersten und zweiten Gebieten 104 und 105 des ersten periodischen Musters 102 angeführt wurden. In diesem Beispiel werden die ersten Gebiete 111 und durch mehrere erste Linien 113 und eine zweite Linie 114 repräsentiert, wobei die zweite Linie 114 kürzer als die ersten Linien 113 ist. Die zweiten Gebiete 112 sind als Vertiefungen oder Öffnungen ausgebildet.

Fig. 1b zeigt eine schematische Draufsicht einer Elementarzelle 106, wobei das erste periodische Muster 102 und das zweite periodische Muster 110 miteinander überlappen. Im Folgenden wird angenommen, dass ein maximaler Überlagerungsfehler mit Bezug zu der X-Richtung und der Y-Richtung, der während der Herstellung des periodischen Mus ters 102 und zweiten periodischen Musters 110 erzeugt worden ist, durch B gegeben ist.

Einzelne Linien 107, die das erste Gebiet 104 definieren, besitzen eine Breite, die durch näherungsweise 2 × B + A gegeben ist, wobei A ein Maß ist, das durch Entwurfsregeln für die spezifische Prozessebene gegeben ist. Typischerweise liegt ein maximaler Über lagerungsfehler im Bereich von ungefähr 20-50% der betrachteten kritischen Dimension und die Größe des Maßes A kann in der gleichen Größenordnung wie der maximale Überlagerungsfehler gewählt werden. Beispielsweise können bei Anwendung der ge genwärtigen Prozesstechnologie Strukturgrößen, z. B. Gate-Elektroden, eine kritische Dimension von ungefähr 0,18 µm aufweisen. Somit kann in diesem Beispiel der Wert von A im Bereich von ungefähr 0,036-0,09 µm liegen.

In diesem Beispiel besitzen die Linien 113 der zweiten periodischen Struktur 110 eine Länge, die ausreicht, dass diese mit einer der vertikal orientierten Linien 107 mit einem Betrag von ungefähr B + 0,5A überlappen, wenn der Überlagerungsfehler hinsichtlich der X-Richtung als Null angenommen wird. Die Linie 114 der zweiten periodischen Struktur 110 besitzt eine Länge, die kleiner als die Länge der Linien 113 ist und ist so gestaltet, dass ein Abstand von der Linie 114 zu den vertikal orientierten Linien 107 un gefähr B + A ist, wenn der Überlagerungsfehler in der X-Richtung gleich Null ist. Somit führt ein maximaler Überlagerungsfehler B in der X-Richtung nicht zu einem Überlapp der vertikal orientierten Linien 107 und der Linien 114. Die Breite der Linien 114 wird ungefähr 2 × B gewählt und die Linie 114 ist in der Elementarzelle 106 so angeordnet, um mit Bezug zur Y-Richtung mit einer der horizontal orientierten Linien 107 mit einem Betrag gleich ungefähr B zu überlappen, wenn ein Y-Überlagerungsfehler gleich Null ist. Ferner ist ein minimaler vertikaler Abstand zwischen den Linien 113 und der Linie 114 größer als B + A, so dass eine relative Verschiebung des ersten periodischen Musters 102 mit Bezug zu dem zweiten periodischen Muster 110 aufgrund eines Y-Überlage rungsfehlers in einem maximalen Überlapp der besagten einen horizontal orientierten Linie 107 und der Linie 114 resultiert, aber nicht zu einem Überlapp einer der Linien 113 mit einer horizontal orientierten Linie 107 des ersten periodischen Musters 102 führt.

Die nachfolgende Bildung des ersten periodischen Musters 102 und des zweiten perio dischen Musters 110 führt zu einem Überlagerungsfehler in den X- und Y-Richtungen aufgrund unvermeidbarer Ungenauigkeiten während der fotolithografischen und Struktu rierungsprozesse, die bei der Herstellung der Muster 102 und 110 beteiligt sind. Die Größe des Überlapps der vertikal orientierten Linien 107 des ersten Musters 102 und der Linien 113 des zweiten Musters 110 ist sensitiv auf den Überlagerungsfehler auf der X-Richtung, unabhängig von einer Verschiebung in der Y-Richtung. Ebenso ist die Grö ße des Überlapps der horizontal orientierten Linie 107 und der Linie 114 nur von dem Überlagerungsfehler entlang der Y-Richtung abhängig, unabhängig von einer Verschie bung in der X-Richtung. Somit ändert die Größe des Überlapps mit Bezug zu der X- Richtung und mit Bezug zu der Y-Richtung abhängig voneinander die Beugungseigen schaften des kombinierten Musters, das aus dem ersten periodischen Muster 102 und dem zweiten Muster 110 besteht. Der Grund dafür resultiert aus der Tatsache, dass bei spielsweise der vertikal orientierte Rand der Linie 107 und das zweite Gebiet 105 eine unterschiedliche Modifizierung oder "Störung" aufgrund der unterschiedlichen Art von "Randeffekt" Verfahren, der durch den quadratmäßigen Überlapp mit den Linien 113 in Vergleich zu dem rechteckigen Y-Überlapp des horizontal orientierten Randes der Linie 107 und des zweiten Gebiets 105 bewirkt wird. Es sollte dazu angemerkt werden, dass die in Fig. 1b dargestellte Anordnung auf zahlreiche Weisen variiert werden kann. Zum Beispiel sind zwei Linien 113, die mit der vertikal orientierten Linie 107 überlappen, dar gestellt. In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform können eine oder drei oder mehr Linien vorgesehen sein, um z. B. die Intensität der "Antwort", die durch den "Rand effekt" der X-Überlappung zu der Intensität der "Antwort" der Linie 114 mit der horizontal orientierten Linie 107 in dem gebeugten Strahl bewirkt wird, einzustellen. Das heißt, das Maß der Änderung in dem Messspektrum, das durch den Überlapp der Linien 113 in der X-Richtung hervorgerufen wird, kann eingestellt werden, indem mehr Linien oder weni ger Linien, abhängig von dem erforderlichen Maß an Änderung in dem Spektrum, be reitgestellt werden. Um ferner deutlicher zwischen Änderungen in dem Spektrum zu un terscheiden, die durch eine Variation des X-Überlapps oder des Y-Überlapps hervorge rufen werden, wird durch Bereitstellen mehrerer Linien 113 eine zusätzliche "Störungs periodizität" erzeugt, wodurch eine "Fein-"Struktur erzeugt wird, die die Analyse des Messspektrums hinsichtlich der Trennung des Y-Überlagerungsfehlers und des Y- Überlagerungsfehlers erleichtert. Ferner kann die Länge der Linie 114 so eingestellt werden, dass diese der Antwort aus den X-Überlappgebieten der Linien 113 angepasst ist. Folglich kann das Verhältnis der Anzahl N der Linien 113 und der Länge L der Linie 114 entsprechend eingestellt werden, um das gewünschte Maß an Änderungen in dem Messspektrum zu erhalten. Des Weiteren kann anstatt einfacher Linien 113 und 114 eine komplexere Struktur verwendet werden. Beispielsweise können die Linien 113 mit tels einer Kette von Kontaktöffnungen oder durch eine Reihe von Kontaktöffnungen oder einer anderen geeigneten Struktur, die vorzugsweise ebenso in den Schaltungselemen ten im restlichen Bereich des Substrats 101 verwendet wird, repräsentiert sein. Ferner können die Linien 113 und 114 durch Öffnungen oder Vertiefungen, die in den zweiten Gebieten 112 des zweiten periodischen Musters 110 gebildet sind (siehe Fig. 1a), ver treten sein.

Die Abmessungen der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind so gewählt, dass für jeden möglichen Überlagerungsfehler innerhalb eines jeden definierten maximalen Be reichs von [+B, -B] Änderungen des Überlapps, der den X-Überlagerungsfehler kenn zeichnet, niemals zu Änderungen des Überlapps beitragen, die den Y-Überlagerungs fehler kennzeichnen. Ferner behalten unter Anwendung der vorliegenden Erfindung die Überlappgebiete die Sensitivität für einen Überlagerungsfehler innerhalb eines vordefi nierten maximalen Überlagerungsbereiches, d. h. die Situation mit überhaupt keiner Überlapppung oder immer 100% Überlappung werden vermieden. Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet, besitzen das erste periodische Muster 102 und das zweite periodische Muster 110 die gleichen ungefähren X- und Y-Periodizitäten und sind so angeordnet, dass diese eine räumliche "Phasenverschiebung" aufweisen, die von der relativen Verschiebung der ersten und zweiten periodischen Muster 102 und 110 zuein ander abhängt. Somit ist die Halbleiterstruktur 100 für die absolute Größe des Überlage rungsfehlers sowie auf das Vorzeichen oder die Richtung (±X, ±Y) des Überlagerungs fehlers sensitiv.

Das zweite periodische Muster 110 kann gebildet werden, indem eine strukturierte Foto lackschicht über dem ersten periodischen Muster 102 vorgesehen wird, um die Überla gerungsgenauigkeit des fotolithografischen Vorganges zu überwachen. Das zweite peri odische Muster 110 kann ferner gebildet werden, indem weitere Strukturierungsprozes se, etwa Ätzen, Ionenimplantation, und dergleichen ausgeführt werden, die zur Errich tung des zweiten periodischen Musters 110 in Übereinstimmung zu aktuellen Schal tungselementen erforderlich sind, um die Überlagerungsgenauigkeit eines Teiles oder des gesamten Strukturierungsvorganges für die beiden Prozessebenen zu überwachen.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 zeigt eine Elementarzelle 206, die durch ein erstes periodisches Muster definiert ist, das durch erste Gebiete 204 und ein zweites Gebiet 205 repräsentiert ist, und ein zweites periodisches Muster, das durch ein drittes Gebiet 213 und ein viertes Gebiet 214 repräsentiert ist. Die Gebiete 204 können Linien sein eines ersten Materials, die in dem zweiten Gebiet 205, das aus einem zweiten Material hergestellt ist, eingebettet sind. Das dritte Gebiet 213 und das vierte Gebiet 214 können mittels eines zusätzlichen fotolithografischen Schrittes und einem anschließenden Struk turierungsschritt, etwa einer anisotropen Ätzung, gebildet sein, um das dritte Gebiet 213 in Form einer Kontaktöffnungskette und das vierte Gebiet 214 in Form einer Linie zu erzeugen. Wie in den mit Bezug zu den Fig. 1 erläuterten Ausführungsformen können die Abmessungen der Gebiete 204, 213 und 214 vorzugsweise so gewählt werden, um 100% Überlagerungssensitivität für einen vordefinierten maximalen Überlagerungsfeh ler zu erreichen. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die Elementarzelle 206 einzeln auf eine relative Verschiebung des dritten und des vierten Gebiets 213 und 214 mit Bezug zu den ersten Gebieten 204 sensitiv. Insbesondere die unterschiedlichen Formarten des dritten Gebiets 213 und des vierten Gebiets 214 führen zu einer Antwort in dem Mess spektrum, um in einfacher Weise eine Verschiebung jeweils in der X- und Y-Richtung aufgrund der unterschiedlichen Art des Randeffekts, der durch die entsprechenden Ü berlappgebiete erzeugt wird, wie dies zuvor erläutert ist, zu erkennen.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Draufsicht einer weiteren anschaulichen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 umfasst eine Elementarzelle 306 einer Halbleiterstruktur ein erstes Gebiet 304 und ein zweites Gebiet 305. Die ersten und zweiten Gebiete 304 und 305 sind in einem ersten Herstellungsschritt unter Anwendung eines ersten Fotolithografieprozesses gebildet worden. Ferner umfasst die Elementarzelle 306 ein drittes Gebiet 313 und ein viertes Gebiet 314, die während eines zweiten Herstellungsschritts einschließlich eines zweiten fotolithografischen Prozesses gebildet wurden. In dieser anschaulichen Ausführungsform können die Gebiete 304 und 313 einerseits und die Gebiete 305 und 314 andererseits aus Materialien mit äußerst unterschiedlichen optischen Eigenschaften, etwa äußerst unterschiedlicher Reflektivität, gebildet sein. Die Gebiete 304 und 313 können z. B. als Schlitze oder Balken eines zwei dimensionalen periodischen Arrays betrachtet werden. Die Gebiete 304 und 313 definie ren dann einen "Gitterabstand" DY in der Y-Richtung und einen entsprechenden "Gitter abstand" DX in der X-Richtung, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Gebiete 304 und 313 sind voneinander hinsichtlich der X-Richtung sowie hinsichtlich der Y-Richtung ver setzt. Vorzugsweise ist eine Breite eines Gebiets 304 und 313 größer als 2 × B, wobei B der maximale Überlagerungsfehler in der X- und Y-Richtung ist. Somit sind die Gebiete 304 und 313 so angeordnet, dass der entsprechende Versatz in der Y- und X-Richtung ungefähr B ist. Eine relative Verschiebung der Gebiete 304 und 313, die durch einen Überlagerungsfehler in den ersten und zweiten Herstellungsschritten bewirkt wird, führt unabhängig zu einer Änderung von DY und DX. Diese Anordnung ist insbesondere vor teilhaft, wenn die zur Analyse des von der periodischen Struktur aus Fig. 3 gebeugten Lichtstrahls verwendete Vorrichtung einen räumlich auflösenden Detektor umfasst, der die Detektion von Intensitätsschwankungen mit Bezug zur X- und Y-Richtung erlaubt. Es sollte angemerkt werden, dass die geometrische Form der Gebiete 304 und 313 auf zahlreiche Weisen variierbar ist, so dass diese in Übereinstimmung mit entsprechenden Entwurfsregeln und Entwurfsanforderungen hinsichtlich der ersten und zweiten Herstel lungsschritte gebildet sind.

Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, um einen während der Herstellung einer Halbleiterstruktur hervorgerufenen Überlagerungsfehler, wobei zwei aufeinanderfolgen de Fotolithografieprozesse beteiligt sind, zu bestimmen. Zunächst wird eine Halbleiter struktur mit zumindest einem darauf ausgebildeten zweidimensionalen Beugungsbereich bereitgestellt. Der Beugungsbereich wurde während eines ersten und eines zweiten Herstellungsschritts, einschließlich eines ersten und zweiten fotolithografischen Prozes ses gebildet, so dass ein beliebiger Überlagerungsfehler, der während der Herstellung des Beugungsbereichs auftritt, in die Beugungseigenschaften des Beugungsgebiets übertragen wird. Die Halbleiterstrukturen, die mit Bezug zu den Fig. 1 bis 3 beschrieben sind, können vorzugsweise für diesen Zweck verwendet werden. Anschließend wird ein Lichtstrahl auf das zumindest eine Beugungsgebiet gerichtet, wobei vorteilhafterweise der auf das Beugungsgebiet fokussierte Lichtfleck kleiner als das Beugungsgebiet in der Größe ist, um Randeffekte an einem Grenzübergang zwischen dem Beugungsgebiet und der normalen Chipfläche zu vermeiden und um eine zentrische Justierung des Lichtfleckes auf das Beugungsgebiet zu erleichtern. Dieser "globale" Randeffekt sollte jedoch nicht mit den "lokalen" periodisch in jeder Elementarzelle erzeugten Randeffek ten, die durch X- und Y-Überlappungen hervorgerufen werden, verwechselt werden.

Wie zuvor erläutert ist, wird vorzugsweise ein Beugungsgebiet in einem oder mehreren Gebieten der Halbleiterstruktur gebildet, wo keine weitere Chipfläche für Schaltungs elemente verbraucht wird. Somit ist die Schneidelinie eine bevorzugte Stelle für das Beugungsgebiet. Das Beugungsgebiet kann jedoch an einer beliebigen Stelle in der Halbleiterstruktur, die als geeignet zum Erhalten der gewünschten Überlagerungsinfor mation betrachtet wird, vorgesehen werden. Insbesondere können periodisch angeord nete Schaltungselemente, die ein in einer Prozesssequenz einschließlich von überlage rungssensitiven Prozessschritten gebildetes zweidimensionales periodisches Muster definieren, als ein Beugungsgebiet verwendet werden, sofern diese periodisch angeord neten Schaltungselemente so zueinander relativ angeordnet sind, dass diese die Größe und die Richtung des Überlagerungsfehlers repräsentieren. Zum Beispiel kann eine Fo tolackschicht auf einer zweidimensionalen periodischen Schaltungsstruktur strukturiert werden. Diese Anordnung ist vorteilhaft für die Untersuchung des Überlagerungsfehlers, der ausschließlich durch den fotolithografischen Vorgang und unabhängig von anderen Strukturierungsschritten verursacht wird. Nach Abschluss der Messung und der Be stimmung der Überlagerungsgenauigkeit des Lithografieprozesses kann die Fotolack schicht, abhängig von Entwurfsanforderungen, entfernt werden oder nicht.

Der auf das Beugungsgebiet gerichtete Lichtstrahl enthält vorzugsweise mehrere Wel lenlängen und einen definierten Polarisationszustand, wie etwa ein Lichtstrahl, der von einem spektroskopischen Ellipsometer ausgesendet wird, wie dies auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung bekannt ist. Anstelle eines Mehrfach-Wellenlängenstrahles kann ein monochromatischer Strahl verwendet werden und der Einfallswinkel kann in einem vordefinierten Bereich variiert werden. Wie im Falle eines Ellipsometers kann der einfal lende Lichtstrahl linear polarisiert sein, beispielsweise mittels eines Polarisators, aber es kann ebenso ein nichtpolarisierter Lichtstrahl verwendet werden. Der Begriff "Lichtstrahl" beabsichtigt, einen breiten Wellenlängenbereich einzuschließen, der für die Analyse von Beugungseigenschaften des zweidimensionalen Beugungsgebiets geeignet ist. Somit beabsichtigt der Begriff "Lichtstrahl", Strahlung mit einer Wellenlänge von einigen Milli metern bis einige Nanometer einzuschließen.

Anschließend wird der gebeugte Lichtstrahl durch einen geeigneten Detektor erfasst, etwa eine oder mehrere Fotodioden, CCD-Elemente, oder andere geeignete Hilfsmittel, die in der Lage sind, die Intensität mit Bezug zur Wellenlänge und/oder zum Einfallswin kel zu erfassen. Ferner kann der Detektor ausgebildet sein, den Polarisationszustand des gebeugten Strahls zu detektieren. Der Detektor kann ferner Mittel umfassen, um die Intensität und/oder den Polarisationszustand in räumlich aufgelöster Weise zu detektie ren. Ein entsprechend ausgestatteter Detektor ist besonders vorteilhaft in Kombination mit einer in Fig. 3 beschriebenen Halbleiterstruktur, da die spektrale Intensitätsverteilung des gebeugten Strahls deutlich mit Bezug zur Änderung von DX und DY variiert. Die den einfallenden Strahl aussendende Lichtquelle, der Detektor und das Beugungsgebiet sind so positioniert, um eine Einfallsebene zu definieren. Aufgrund der zweidimensionalen Periodizität des Beugungsgebiets und der Gestaltung des Beugungsgebiets gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Überlagerungsinformation hinsichtlich der X-Richtung und Y-Richtung unabhängig voneinander in dem gebeugten Strahl enthalten. Somit kann der Überlagerungsfehler in der X- und Y-Richtung durch einen einzelnen Mess schritt einschließlich nur eines einzigen Ausrichtungsschritts zum Justieren des einfal lenden Strahls auf das Beugungsgebiet bestimmt werden.

Nach der Detektion des gebeugten Strahles werden das gemessene Spektrum und/oder daraus ermittelte Informationen mit einem entsprechenden Referenzspektrum und/oder entsprechenden Referenzdaten verglichen, um die Beugungseigenschaften des zwei dimensionalen Beugungsgebiets zu bestimmen, wobei Informationen über die Größe und die Richtung, d. h. das Vorzeichen des Überlagerungsfehlers, im Hinblick auf zwei linear unabhängige Richtungen, d. h. die X- und die Y-Richtung, mit eingeschlossen ist. Die Referenzdaten und/oder Referenzspektren können aus einem theoretischen Modell, experimentellen Daten und/oder einer Kombination davon abgeleitet sein.

Vorzugsweise sind mehrere zweidimensionale Beugungsgebiete auf der Halbleiterstruk tur an diversen Orten vorgesehen, um die Überlagerungsgenauigkeit im Hinblick auf mögliche Inhomogenitäten über die gesamte Substratoberfläche hinweg zu überwa chen. Vorteilhafterweise sind die mehreren zweidimensionalen Beugungsgebiete an diversen Stellen in den Schneidelinien vorgesehen, so dass nicht unnötigerweise wert volle Chipfläche verschwendet wird.

Des Weiteren wird der gebeugte Lichtstrahl auch im Hinblick auf kritische Dimensionen von Strukturelementen untersucht, die das zweidimensionale Beugungsgebiet bilden, so dass gleichzeitig erforderliche Überlagerungsinformation und Information über die Quali tät der Strukturelemente mit kritischen Dimensionen erhalten wird.

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

Claims

1. Halbleiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungsge nauigkeit, mit:
einem Substrat mit einer Oberfläche, die durch eine X-Richtung und eine Y-Rich tung definiert ist;
einem ersten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist und eine erste X-Periodizität entlang der X-Richtung und eine erste Y-Periodizität entlang der Y-Richtung aufweist; und
einem zweiten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist und eine zweite X-Periodizität entlang der X-Richtung und eine zweite Y-Periodizität entlang der Y-Richtung aufweist;
wobei das erste periodische Muster und das zweite periodische Muster miteinan der überlappen, um ein X-Überlappgebiet, das einen Überlagerungsfehler in der X- Richtung kennzeichnet, und ein Y-Überlappgebiet, das einen Überlagerungsfehler in der Y-Richtung kennzeichnet, zu definieren.

2. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei die erste X-Periodizität durch ein erstes X-Gitter und die erste Y-Periodizität durch ein erstes Y-Gitter definiert ist.

3. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, wobei das erste X-Gitter und das erste Y- Gitter Linien und Abstände aufweisen, die sich jeweils entlang der X- und Y-Rich tungen erstrecken.

4. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, wobei das erste X-Gitter durch benach barte Linien unterschiedlicher optischer Eigenschaften, und wobei das Y-Gitter durch benachbarte Linien unterschiedlicher optischer Eigenschaften gebildet sind.

5. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 4, wobei zwei benachbarte Linien des X- Gitters und des Y-Gitters aus einem unterschiedlichen Material gebildet sind.

6. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste X-Periodizität durch be nachbarte erste und zweite Gebiete definiert ist, wobei die ersten und zweiten Ge biete sich voneinander in Form, und/oder Art des Materials und/oder dem Oberflä chenprofil unterscheiden.

7. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 2, wobei die erste Y-Periodizität durch be nachbarte erste und zweite Gebiete definiert ist, wobei die ersten und zweiten Ge biete sich voneinander in der Form und/oder der Materialart und/oder dem Ober flächenprofil unterscheiden.

8. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 1, wobei das zweite periodische Muster erste Linienabschnitte und zweite Linienabschnitte aufweist, die in der X-Richtung oder der Y-Richtung orientiert sind.

9. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 8, wobei die ersten Linienabschnitte mit dem ersten periodischen Muster die X-Überlappungsgebiete für einen vordefinierten Bereich an X-Überlagerungsfehlern bilden, und wobei die zweiten Linienabschnitte mit dem ersten periodischen Muster die Y-Überlappungsgebiete für ein vordefi niertes Intervall an Y-Überlagerungsfehlern bilden.

10. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 9, wobei ein Abstand der ersten Linienab schnitte von dem Y-Überlappungsgebiet größer ist als ein maximaler Y-Überlap pungsfehler, und wobei ein Abstand der zweiten Linienabschnitte von dem X-Über lappungsgebiet größer als ein maximaler X-Überlagerungsfehler ist.

11. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 10, wobei die ersten und zweiten periodi schen Muster mehrere Elementarzellen definieren, wobei jede Elementarzelle N erste Linienabschnitte umfasst, wobei N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist.

12. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 11, wobei jede Elementarzelle zumindest einen zweiten Linienabschnitt mit einer vordefinierten Länge L aufweist, wobei L kleiner als eine Länge der ersten Linienabschnitte ist.

13. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 12, wobei ein Verhältnis aus N und L so ge wählt ist, um die Antwort der ersten und zweiten periodischen Muster einzustellen.

14. Halbleiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungsge nauigkeit mit:
einem Substrat mit einer Oberfläche, die durch eine X-Richtung und eine Y-Rich tung definiert ist;
einer zweidimensionalen periodischen Struktur einschließlich mehrerer Elementar zellen, wobei jede Elementarzelle umfasst:
ein erstes Gebiet (104, 107) und ein zweites Gebiet (105), die einen ersten Rand, der sich entlang der X-Richtung erstreckt, und einen zweiten Rand, der sich ent lang der Y-Richtung erstreckt, definieren; und
ein drittes Gebiet (113, 114), das in überlappender Weise zu den ersten (104) und zweiten (105) Gebieten ausgebildet ist, wobei das dritte Gebiet (114) ein Y- Überlappungsgebiet mit dem ersten Gebiet (107) an dem ersten Rand bildet, und ein X-Überlappungsgebiet mit dem ersten Gebiet (107) an dem zweiten Rand bil det, wobei das X-Überlappungsgebiet und das Y-Überlappungsgebiet sich vonein ander zumindest in Form und/oder der Gesamtfläche und/oder den Beugungsei genschaften und/oder den optischen Eigenschaft unterscheiden.

15. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 14, wobei zumindest eine der Eigenschaften aus: Form, Gesamtfläche, Beugungseigenschaften und optischen Eigenschaften des X-Überlappungsgebiets durch einen Überlagerungsfehler in der X-Richtung bestimmt ist, und wobei zumindest eine der Eigenschaften aus: Form, Gesamtflä che, Beugungseigenschaften und optischen Eigenschaften des Y-Überlappungs gebiets durch einen Überlagerungsfehler in der Y-Richtung bestimmt ist.

16. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 14, wobei mindestens eines der ersten, zweiten und dritten Gebiete ein oder mehrere vertiefte Gebiete umfasst.

17. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 16, wobei die vertieften Gebiete Öffnungen sind.

18. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 14, wobei das dritte Gebiet über den ersten und zweiten Gebieten ausgebildet ist.

19. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 14, die ferner ein viertes Gebiet umfasst, das in der gleichen Materialschicht als das dritte Gebiet gebildet ist.

20. Halbleiterstruktur zur Messung kritischer Dimensionen und der Überlagerungs genauigkeit, mit:
einem Substrat mit einer Oberfläche, die durch eine X-Richtung und eine Y-Rich tung definiert ist;
einem ersten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist; und
einem zweiten periodischen Muster, das auf dem Substrat gebildet ist;
wobei die ersten und zweiten periodischen Muster miteinander überlappen und ein zusammengesetztes zweidimensionales Beugungsmuster mit einem Abstand DX entlang der X-Richtung und einem Abstand DY entlang der Y-Richtung definieren, wobei DX und DY durch die relative Lage der ersten und zweiten periodischen Muster zueinander bestimmt sind.

21. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 20, wobei jeweils das erste und jeweils das zweite periodische Muster in einer ersten Materialschicht und einer zweiten Mate rialschicht gebildet sind.

22. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 21, wobei das erste periodische Muster und das zweite periodische Muster entlang der X-Richtung voneinander durch einen Abstand getrennt sind, der durch einen Überlagerungsfehler zwischen der ersten und zweiten Materialschicht bestimmt ist.

23. Die Halbleiterstruktur nach Anspruch 22, wobei die ersten und zweiten periodi schen Muster entlang der Y-Richtung durch einen Abstand getrennt sind, der durch einen Überlagerungsfehler entlang der Y-Richtung bestimmt ist.

24. Verfahren zum Bestimmen eines Überlagerungsfehlers, der während der Herstel lung einer Halbleiterstruktur hervorgerufen wird, wobei das Verfahren umfasst:

a) Bereitstellen der Halbleiterstruktur mit einer Oberfläche, die durch eine erste und eine zweite Richtung definiert ist und ein erstes zweidimensionales peri odisches Muster, das durch einen ersten lithografischen Prozess gebildet ist, und ein zweites zweidimensionales periodisches Muster, das durch einen zweiten lithografischen Prozess gebildet ist, aufweist, wobei die relative Lage der ersten und zweiten periodischen Muster zueinander einen Überlage rungsfehler hinsichtlich der ersten Richtung und der zweiten Richtung kenn zeichnet;
b) Lenken eines Lichtstrahls auf das erste und das zweite zweidimensionale pe riodische Muster;
c) Erfassen des Lichtstrahls, der von dem ersten und dem zweiten zweidimen sionalen periodischen Muster gestreut wird, um ein Messspektrum zu erzeu gen; und
d) Vergleichen des Messspektrums mit Referenzdaten, wobei die Referenzda ten Informationen über einen vordefinierten Überlagerungsfehler der ersten und zweiten zweidimensionalen periodischen Muster hinsichtlich der ersten und zweiten Richtungen repräsentieren.

25. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Lichtstrahl ein Lichtstrahl mit mehre ren Wellenlängen ist.

26. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Lichtstrahl ein im Wesentlichen linear polarisierter Lichtstrahl ist.

27. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei Schritt (b) Variieren des Einfallswinkels des Lichtstrahls umfasst.

28. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei Schritt (c) umfasst: Detektieren einer In tensität des gebeugten Lichtstrahls hinsichtlich zumindest einer der folgenden Ei genschaften: Einfallswinkel, Polarisationszustand, Wellenlänge, Position des ge beugten Lichtstrahls auf einem zweidimensionalen Detektionsgebiet.

29. Das Verfahren nach Anspruch 24, wobei Schritt (d) umfasst: Herauslösen von In formationen, die sich auf kritische Dimensionen von Strukturelementen beziehen, die das erste und/oder zweite periodische Muster bilden.