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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen die Halbleiterfertigungstechnologie und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Struktur zum Kalibrieren einer Messanlage auf Streumessungsbasis, die zur Messung von Abmessungen von Strukturelementen auf einem Halbleiterbauelement verwendet wird.
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HINTERGRUND
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WO 02/013 232 A2 offenbart ein Verfahren zum Messen kritischer Abmessungen durch Bestrahlen eines Testmusters auf einer Oberfläche eines Substrats mit Röntgenstrahlung. In einer Ausführungsform wird ein Kollimator verwendet, um den Strahl zu bündeln. Der Kollimator enthält ein Gitter mit Kanten, die einen Abstand aufweisen, der gleich zum Abstand von Kanten in dem Testmuster ist. Wenn der Röntgenstrahl von dem Kollimator auf das Testmuster fällt, tritt Interferenz auf, und das Interferenzmuster kann mit einem Detektor gemessen werden, während der Kollimator und das Testmuster relative zu einander verschoben werden.
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Es gibt ein ständiges Bestreben in der Halbleiterindustrie, die Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungsbauelemente, beispielsweise von Mikroprozessoren, Speicherbauelementen und dergleichen, zu erhöhen. Dieses Bestreben wird bestärkt durch die Verbrauchernachfrage nach Computer und elektronischen Geräten, die mit ständig höheren Geschwindigkeiten arbeiten. Diese Anforderung einer erhöhten Arbeitsgeschwindigkeit hat zu einer ständigen Verringerung der Größe von Halbleiterbauelementen, beispielsweise von Transistoren geführt. D. h., viele Komponenten eines typischen Feldeffekttransistors (FET), beispielsweise die Kanallänge, die Tiefe der Übergänge, die Dicke der Gateisolation und dergleichen werden ständig reduziert. Wenn beispielsweise alle anderen Dinge gleich bleiben, arbeitet der Transistor um so schneller, je kleiner die Kanallänge des Transistors ist. Somit gibt es ein ständiges Bestreben, die Größe oder Skalierung der Komponenten eines typischen Transistors zu verringern, um die Gesamtgeschwindigkeit des Transistors sowie der integrierten Schaltungsbauelemente, in denen derartige Transistoren eingebaut sind, zu erhöhen.
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Als Hintergrundinformation sei ein anschaulicher Feldeffekttransistor 10, der in 1 dargestellt ist, über einer Oberfläche 11a eines halbleitenden Substrats oder einer Scheibe 11, die aus dotiertem Silizium aufgebaut ist, gezeigt. In dem Vorgang zur Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente werden Millionen von Transistoren, etwa vergleichbar zu dem anschaulichen Transistor 10, der in 1 gezeigt ist, über einem halbleitenden Substrat gebildet. Das Substrat 11 kann beispielsweise mit einem N-Typ oder einem P-Typ Dotierstoffmaterial dotiert sein. Der Transistor 10 kann eine dotierte polykristalline Silizium-(Polysilizium)Gateelektrode 14 aufweisen, die über einer Gateisolierschicht 16 gebildet ist. Die Gateelektrode 14 und die Gateisolierschicht 16 können von den dotierten Source/Drain-Gebieten 22 des Transistors 10 durch ein dielektrisches Seitenwandabstandselement 20 getrennt sein. Die Source/Drain-Gebiete 22 für den Transistor 10 können durch Ausführen eines oder mehrerer Ionenimplantationsprozesse gebildet werden, um Dotierstoffatome, beispielsweise Arsen oder Phosphor für NMOS-Bauelemente und Bor für PMOS-Bauelemente, in das Substrat 11 einzubringen. Flache Grabenisolationsgebiete 18 können vorgesehen sein, um den Transistor 10 elektrisch von benachbarten Halbleiterbauelementen, etwa anderen Transistoren (nicht gezeigt) zu isolieren. Ferner weist ein typisches integriertes Schaltungsbauelement mehrere leitende Verbindungen (etwa Leitungen und leitende Kontakte und Kontaktdurchführungen, die in mehreren Schichten aus über dem Substrat gebildeten isolierenden Material angeordnet sind, auf, obwohl dies in 1 nicht gezeigt ist. Diese leitenden Verbindungen ermöglichen, dass sich elektrische Signale zwischen den über dem Substrat ausgebildeten Transistoren ausbreiten.
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Während des Herstellens derartiger integrierter Schaltungsbauelemente werden eine Vielzahl von Strukturelementen, beispielsweise Gateelektroden, Leitungen, Öffnungen in Schichten aus isolierendem Material, etc. mit äußerst präzise gesteuerten Abmessungen hergestellt. Derartige Abmessungen werden häufig als kritische Abmessung bzw. Dimension (CD) des Strukturelements bezeichnet. In der modernen Halbleiterbearbeitung ist es sehr wichtig, dass die Strukturelemente so genau wie möglich auf Grund der reduzierten Größe dieser Strukturelemente in modernen Bauelementen hergestellt werden. Die Gateelektrode 14 besitzt eine kritische Abmessung 12, d. h. die Breite der Gateelektrode 14, die ungefähr der Kanallänge 13 des Bauelements entspricht, wenn der Transistor 10 in Betrieb ist. Gateelektroden 14 können nunmehr auf eine Breite 12 strukturiert werden, die ungefähr 180 nm beträgt, wobei weitere Größenreduzierungen, z. B. auf 120 nm, in der Zukunft geplant sind. Da die Breite 12 der Gatelelektrode 14 ungefähr der Kanallänge 13 des Transistors 10 entspricht, wenn dieser in Betrieb ist, können selbst geringfügige Schwankungen der kritischen Abmessung 12 der Gateelektrode 14 nach der Herstellung des Bauteilverhalten negativ beeinflussen. Ferner können für eine vorgegebene Ebene einer Scheibe Strukturelemente, beispielsweise Gateelektroden, mit diversen unterschiedlichen kritischen Abmessungen hergestellt werden. Des weiteren können Gateelektroden und/oder Flachgrabenisolationsstrukturen bei einer vorgegebenen Ebene mit unterschiedlichen kritischen Abmessungen hergestellt werden.
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Aufgrund der Wichtigkeit des Herstellens von Strukturelementen mit sehr präzisen Abmessungen messen Halbleiterhersteller typischerweise die kritische Abmessung der resultierenden Strukturelemente, um sicherzustellen, dass die Herstellungsvorgänge Strukturelemente mit Abmessungen hervorbringen, die innerhalb eines zuvor festgelegten akzeptablen Bereichs liegen. Es können Messanlagen auf Streumessungsbasis beim Bestimmen diversen Abmessungen verwendet werden. Jedoch ist es in Situationen, in den Strukturelemente mit einer Vielzahl unterschiedlicher kritischer Abmessungen zu messen sind, wichtig, dass die Messdaten, die während des Messens dieser Strukturen gewonnen werden, präzise sind und dass die Messanlage in genauer Weise als Teil des gesamten Messprozesses kalibriert werden kann.
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Das Dokument
WO 02/013 232 A2 beschreibt ein Verfahren zur Messung kritischer Abmessungen mit Hilfe von Testgitterstrukturen und Röntgenstrahlung, wobei die Teststrukturen unter Anwendung gleicher Herstellungsverfahren, wie sie auch für die eigentlichen Produktstrukturelemente eingesetzt werden, erzeugt werden, um damit bei der Messung der Teststruktur auf der Grundlage von Röntgenstrahlen auf die kritischen Abmessungen der eigentlichen Produktstrukturelemente zu schließen. In dem beschriebenen Verfahren wird keine Kalibrierung vorgenommen und auch die Kombination einer Produktstruktur mit einer Teststruktur in Form besagter Gitterstruktur, welche für die Kalibrierung erforderlich ist, auf demselben Wafer und Messungen sowohl der Produktstruktur als auch der Gitterstruktur sind nicht beschrieben.
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Das Dokument
DE 199 22 614 A1 beschreibt ein Verfahren zur optischen Kontrolle von Fertigungsprozessen fein strukturierter Oberflächen, wobei entsprechende Signaturen von Referenzstrukturen oder Prototypen ermittelt werden, die dann zu einem Vergleich von entsprechenden Messdaten mit eigentlichen Produktsubstraten herangezogen werden, um ohne aufwendige Modellrechnungen eine Abweichung zu erkennen. In dieser Druckschrift wird keine Streumessanlage kalibriert.
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Das Dokument
WO 01/011 656 A1 beschreibt die Kalibrierung eines Rasterelektronenmikroskops, wobei die lokale Aufladung auf einer Scheibe gemessen wird, woraus dann ein Skalierungsfaktor ermittelt wird. Des weiteren ist eine Kalibrierungsscheibe erforderlich, um die gemessenen Abmessungen zu korrigieren, Das Dokument beschreibt jedoch kein Streumessverfahren.
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Die Druckschrift
US 6 354 133 B1 beschreibt Systeme, Verfahren und Standards zum Kalibrieren von Nanomessvorrichtungen. Dabei werden Nanostrukturen und Benutzung von Kohlenstoffnanoröhrchen mit Hilfe von einem AFM-Mikroskop untersucht und die Ergebnisse mit Hilfe der relativ genau bekannten Abmessungen der Kohlenstoffnanoröhrchen kalibriert. Es werden keine Streumessungen durchgeführt.
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Das Dokument
US 5 949 547 A beschreibt ein Muster zur Überwachung des Fokus bei der Belichtung von Halbleiterscheiben, wobei eine Anzahl unterschiedlichen Testmuster für unterschiedliche Höhen über der Scheibenoberfläche vorgesehen sind. Das Dokument beschreibt kein Kalibrierverfahren, sondern ausschließlich ein Fokussierverfahren.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren, das einige oder alle der zuvor genannten Probleme lösen oder deren Wirkung zumindest reduzieren kann.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung richtet sich im Allgemeinen an Verfahren gemäß Ansprüchen 1 und 7 zum Kalibrieren einer Messanlage auf Streumessungsbasis, die zur Messung von Abmessungen von Strukturelementen auf Halbleiterbauelementen verwendet wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung kann durch die folgende Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
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1 eine Querschnittsansicht eines anschaulichen konventionellen Transistors ist;
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2 eine Draufsicht einer anschaulichen Scheibe ist, wobei mehrere Produktchipbereiche und mehrere über der Scheibe ausgebildete Gitterstrukturen dargestellt sind;
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3 eine vergrößerte Ansicht eines anschaulichen Arrays aus Gitterstrukturen ist, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
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4a bis 4b eine anschauliche Ausführungsform einer anschaulichen Gitterstruktur zeigen, die in der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.
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AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Es werden nun anschauliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wird zunächst mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an ein Verfahren und eine Struktur zum Kalibrieren einer Messanlage auf Streumessungsbasis, die zur Messung von Abmessungen von Strukturelementen auf einem Halbleiterbauelement verwendet wird. Wie der Fachmann beim vollständigen Studium der vorliegenden Anmeldung leicht erkennt, ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, um Messdaten für eine große Felle unterschiedlicher Strukturelemente zu ermitteln, die auf integrierten Schaltungsbauelementen ausgebildet sind, beispielsweise die kritische Abmessung der Gateelektrodenstrukturen, die Breite der Flachgrabenisolationsgebiete, die Breite von Leitungen, etc..
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Wie in 2 gezeigt ist, sind mehrere Produktchipbereiche 42 über einer Scheibe 31 ausgebildet. Die Chipbereiche 42 definieren einen Bereich der Scheibe 31, in welchem integrierte Produktschaltungselemente, beispielsweise Mikroprozessoren, ASICs, Speicherbauelemente, etc., hergestellt werden. Die Größe, Form und Anzahl der Chipbereiche 42 pro Scheibe 31 hängt von der Art des herzustellenden Bauelements ab. Beispielsweise können einige hundert Chipbereiche 42 über einer Scheibe 31 mit 8-Zoll Durchmesser ausgebildet sein. Die Produktchipbereiche 42 sind voneinander durch Trennlinien 42A getrennt. Nachdem die Fertigungsprozesse beendet sind, wird die Scheibe 31 entlang der Trennlinien 42A geschnitten und die Produktchipbereiche 42 mit den darauf ausgebildeten integrierten Schaltungselementen werden in ein Gehäuse gegeben und verkauft.
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Bei der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente werden viele Strukturelemente über der Scheibe 31 hergestellt. Zu derartigen Strukturelementen gehören, ohne einschränkend zu sein, Flachgrabenisolationsstrukturen (STI), Gateelektrodenstrukturen, leitende Metall- oder Polysiliziumleitungen, etc. Ferner können derartige Strukturelemente auf diversen Ebenen des fertiggestellten integrierten Schaltungsbauelements ausgebildet sein. Beispielsweise sind Flachgrabenisolationsstrukturen und Gateelektrodenstrukturen auf der untersten Ebene ausgebildet, d. h. der Bauteilebene, während leitende Metallleitungen in mehreren Ebenen über der Scheibe 31 ausgebildet sind. Ferner können in jeder Ebene die auf dieser Ebene ausgebildeten Strukturelemente unterschiedliche kritische Abmessungen aufweisen, beispielsweise können die kritischen Abmessungen der Gateelektrodenstrukturen unterschiedlich sein, die STI-Strukturen können unterschiedliche kritische Abmessungen im Vergleich zu den auf der gleichen Ebene ausgebildeten Gateelektrodenstrukturen aufweisen und dergleichen. Beispielsweise können auf der Bauteilebene Flachgrabenisolationen gebildet werden, die eine Breite von ungefähr 250 nm aufweisen, während auf dieser Ebene ausgebildete Gateelektrodenstrukturen eine kritische Abmessung von ungefähr 180 nm aufweisen können. Des weiteren können ähnliche Strukturtypen, beispielsweise Leitungen auf einer vorgegebenen Ebene mit unterschiedlichen nominellen Breiten auf Grund einer Vielzahl von Faktoren, etwa physikalischer Abstandbegrenzungen oder auf Grund der Entwurfsauswahl aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich im Allgemeinen an diverse Verfahren und Strukturen, die zur Kalibrierung von Messanlagen auf Streumessungsbasis, die zum Messen der kritischen Abmessung dieser diversen Strukturelemente verwendet werden, benutzt werden können. Allgemein gilt, dass derartige Messtechniken die Verwendung eines anschaulichen Arrays 61 (siehe 2 und 3) beinhalten, das aus mehreren Gitterstrukturen 60A–E aufgebaut ist, die über der Scheibe 31 ausgebildet sind. Zur einfacheren Bezeichnung können die Gitterstrukturen 60A bis E einzeln und oder zusammen durch das Bezugszeichen 60 bezeichnet sein. Wie der Fachmann nach einem vollständigen Studium der vorliegenden Anmeldung leicht erkennt, kann die Größe, Form, die Anzahl, die Position und die Orientierung der Gitterstrukturen 60 in Abhängigkeit des Zusammenhangs, in welchem die Erfindung verwendet wird, und in Abhängigkeit der zu messenden Strukturelemente variiert werden. Obwohl ferner die anschaulichen Gitterstrukturen 60A bis E als ein lineares Array gezeigt sind, können diese unterschiedlich orientiert sein, oder diese können einzeln über die Oberfläche der Scheibe 31 in einer zufälligen Weise verteilt sein. Die Gitterstrukturen 60 können in den Trennlinien 42A der Scheibe 31 ausgebildet sein. Schließlich können mehr als ein derartiges Array 61 in einer vorgegebenen Ebene des Bauelements vorgesehen sein, und derartige mehrere Arrays 61 können für die Kalibrierung einer Streumessanlage zum Messen von Strukturelementen mit unterschiedlichen nominellen Strukturgrößen benutzt werden. Beispielsweise kann ein erstes derartiges Array für die Kalibrierung einer Streumessanlage zur Messung eines ersten nominellen Bereichs von etwa 220 bis 280 nm ausgebildet sein, während das zweite derartige Array für die Kalibrierung einer Streumessanlage zur Messung von Abmessungen in dem Bereich von 110 bis 70 nm ausgebildet sein kann.
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3 zeigt ein anschauliches Array 61, das aus den anschaulichen Gitterstrukturen 60A bis E aufgebaut ist. Jede der Gitterstrukturen 60A bis E weist mehrere Strukturelemente 38 auf. Die Strukturelemente 38 in jeder der Gitterstrukturen 60A bis E besitzen unterschiedliche kritische Abmessungen. Wie zuvor dargelegt ist, können die Größe, Form und Konfiguration der Gitterstrukturen 60A bis E in Abhängigkeit von den Strukturelementen, die unter Anwendung einer Streumessanlage zu vermessen sind, variieren. Die Gitterstrukturen 60 können beliebige Arten von Strukturelementen 38, beispielsweise Metallleitungen, STI-Strukturen, Gateelektrodenstrukturen, etc. aufweisen. Wenn bekannt ist, dass mehrere Strukturelemente über der Scheibe 31 mit einer nominellen kritischen Abmessung von 100 nm herzustellen sind, so können die Gitterstrukturen 60A bis E aus Strukturelementen aufgebaut sein, die kritische Abmessungen aufweisen, die um diesen nominellen Wert herum um einen bekannten Betrag variieren, d. h. mit einem festgelegten Offset versehen sind. Beispielsweise kann in einer anschaulichen Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, und in der die nominelle kritische Abmessung des Strukturelements 100 nm beträgt, beispielsweise für Gateelektrodenstrukturen, das Array 61 aus 5 Gitterstrukturen 60A bis E aufgebaut sein, wovon jede Strukturelemente mit kritischen Abmessungen von 110 nm, 100 nm, 90 nm, 80 nm und 70 nm aufweist. D. h. die kritische Abmessung jeder Gitterstruktur 60A bis E ist durch die Größe der Strukturelemente 38, die die Gitterstruktur 60A bis E bilden, definiert. Die spezielle Größe der kritischen Abmessung der Strukturelemente 38, die die Gitterstruktur 60A bis E bilden, und der inkrementale Unterschied der kritischen Abmessung der Strukturelemente 38, die die Gitterstruktur 60 bilden, können variieren. In der dargestellten Ausführungsform aus 3 besitzen die Gitterstrukturen 60A bis E einen Abmessungsversatz bzw. Offset von 10 nm von einer Gitterstruktur zu der nächsten.
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Eine anschauliche Gitterstruktur 60, die in den 4A bis 4B gezeigt wird, ist aus mehreren Gateelektrodenstrukturen 38A aufgebaut. Die Gateelektrodenstrukturen 38A, die die Gitterstruktur 60 bilden, besitzen eine Dicke 65 und Seitenwände 62, die unter einem Winkel 63 (relativ zu einer Linie senkrecht zu der Oberfläche 43 des Substrats) angeordnet sind. Die Gateelektrodenstruktur 38A besitzen eine kritische Abmessung 52. Die Dicke 65 der Seitenwandwinkel 63, der Abstand 64 der Gateelektrodenstruktur 38A und die kritische Abmessung 52 der Gateelektrodenstrukturen 38A können auf Grund der Entwurfserfordernisse variieren. Die Gitterstruktur 60 kann in Gebieten hergestellt sein, die beispielsweise ungefähre Abmessungen von 100 μm × 120 μm besitzen, und kann aus ungefähr 150 bis 200 Gateelektrodenstrukturen 38A (abhängig von dem ausgewählten Abstand) aufgebaut sein. Selbstverständlich variieren die Strukturelemente, die die Gitterstrukturen 60A bis E bilden, in Abhängigkeit von den zu messenden Strukturelementen.
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Jede der Gitterstrukturen 60A bis E oder das Array 61, das die Gitterstrukturen 60 aufweist, kann als eine separate Teststruktur ausgebildet sein, die in einen Bereich hergestellt ist, der durch eine Trennlinie 42A einer Scheibe 31 definiert ist. Die Strukturelemente, die ein Teil der Gitterstruktur 60 sind, können gleichzeitig mit anderen ähnlichen Strukturelementen hergestellt werden, die für Produktbauelemente ausgebildet werden, die auf der Scheibe 31 hergestellt werden. D. h. ein Muster für die Gitterstrukturen 60A bis E kann in einem Retikel ausgebildet sein, das in dem Prozess zur Herstellung von integrierten Produktschaltungsbauelementen innerhalb der Chipbereiche 42 verwendet wird. Alternativ kann ein separates Retikel verwendet werden, um die Strukturelemente zu bilden, die die Gitterstrukturen 60A bis E bilden.
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Typischerweise ist die kritische Abmessung 52 der Strukturelemente 38, die in den diversen Gitterstrukturen 60A bis E enthalten sind, so gestaltet, dass zumindest einige der mehreren Gitterstrukturen 60A bis E aus Strukturelementen 38 aufgebaut sind, die ein kritische Abmessung haben, die vergleichbar mit der beabsichtigten oder nominellen kritische Abmessung von Strukturelementen ist, die bei der Herstellung von Produktbauelementen zu bilden sind. D. h., die Gruppe der Gitterstrukturen 60A bis E liefert einen Bereich kritischer Abmessungen von Strukturelementen 38, die auf einem integrierten Schaltungsbauelement zumindest für eine vorgegebene Art von Strukturelementen hergestellt werden können.
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In einer anschaulichen Ausführungsform kann das Array 61 fünf Gitterstrukturen 60A bis E aufweisen. In dieser Ausführungsform kann die erste Gitterstruktur, beispielsweise 60A, Strukturelemente 38 aufweisen, die einen festgelegten Abweichungswert über einer normalen Strukturgröße aufweisen, während die zweite Gitterstruktur 60B aus Strukturelementen 38 aufgebaut ist, die näherungsweise die nominelle Strukturgröße besitzen, und die Gitterstrukturen 60C bis D enthalten Strukturelemente 38, die jeweils kleiner als die nominelle Strukturgröße sind. Beispielsweise kann für eine nominelle Strukturgröße von 250 nm, beispielsweise für Metallleitungen, das Array 61 aus Gitterstrukturen 60A bis E mit Strukturgrößen von jeweils 260 nm, 250 nm, 240 nm, 230 nm und 220 nm aufgebaut sein. Selbstverständlich kann dieses anschauliche Arraymuster variiert werden, beispielsweise kann das Array 61 aus Gitterstrukturen 60A bis E aufgebaut sein mit Strukturgrößen von jeweils 280 nm, 275 nm, 250 nm, 235 nm und 220 nm. Somit kann das spezielle Muster oder die Anordnung des Arrays 61 sowie der inkrementalen Unterschied der Strukturgrößen jeder Strukturgrößer 60A bis E als eine Folge der Entwurfserfordernisse variiert werden.
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Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung können Messanlagen auf Streumessungsbasis in genauer und zuverlässiger Weise kalibriert werden, um die Genauigkeit der kritischen Messdaten, die mittels derartiger Anlagen gewonnen werden, zu verbessern. Auf Grund der Komplexität moderner Halbleiterbearbeitungsanlagen gibt es beispielsweise Schwankungen in der Größe, beispielsweise der kritischen Abmessung von Strukturelementen, die auf einer Scheibe hergestellt werden. Obwohl Streumessanlagen in genauer Weise auf einen bekannten nominellen Wert kalibriert werden können, kann beim Messen von Strukturgrößen, die sich von diesen nominellen Wert unterscheiden, ein unerwünschter Fehler in den Messvorgang eingeführt werden. D. h, wenn eine Streumessanlage dafür kalibriert ist, kritische Abmessungen mit einem Sollwert von 100 nm zu messen, können ungewollte Fehler in den Messprozess eingeführt werden, wenn die Messanlage auf Streumessungsbasis verwendet wird, um kritische Abmessungen zu messen, die deutlich über oder unter diesen Wert liegen. Die vorliegende Erfindung stellt diverse Verfahren bereit, die beim Kalibrieren einer derartigen Anlage effizient anwendbar sind, um damit die Wirkungen dieser Fehler zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
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Lediglich beispielhaft sei angenommen, dass das zu messende Strukturelement eine nominelle kritische Abmessung von 100 nm aufweist und mit einer Messanlage auf Streumessungsbasis werden viele der Strukturelemente gemessen, wodurch herausgefunden wird, dass die kritische Abmessung von 98 bis 101 nm variiert. Jedoch können einigen der Strukturelemente zunächst so gemessen worden sein, dass diese eine kritische Abmessung von beispielsweise 93 nm aufweisen. Hierbei kann die auf Streumessung basierende Anlage unter Anwendung des Arrays 61 der Gitterstrukturen 60A bis E, die hierin offenbart sind, kalibriert werden. Genauer gesagt, die Streumessanlage kann verwendet werden, um eine der Gitterstrukturen 60A bis E zu messen, die die nächstliegende Sollstrukturgröße im Vergleich zu jener der gemessenen Abmessung aufweist. In diesem Falle kann die Streumessanlage verwendet werden, die Gitterstruktur 60C zu messen, die eine bekannte Strukturgröße oder Sollstrukturgröße von 90 nm aufweist. Auf Grundlage der Messung der Gitterstruktur 600 kann dann die Streumessanlage kalibriert werden., D. h., wenn beim Messen der Gitterstruktur 60C (mit einem bekannten Wert von 90 nm) die Anlagendaten einen Wert von 91 anzeigen, so kann die Anlage auf der Grundlage dieser Daten kalibriert werden, indem die Messdaten für das gemessene Strukturelement mit einem Korrekturfaktor, der auf den Messdaten der Gitterstruktur 60C basiert, multipliziert werden. D. h., ein gemessener Wert von 93 nm ergäbe mit einer geeigneten Kalibrierung 93 nm × (91/90) = 94,03 nm. Obwohl derartige Fehler bei der Messung in Absolutzahlen sehr gering sein können, kann es im Zusammenhang mit der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente mit Abmessungen entsprechend moderner Bauelemente äußerst wichtig sein, in genauer Weise die Größe oder die kritische Abmessung der resultierenden Strukturelemente zu bestimmen und die Effizienz der Prozesse zu erkennen, die zum Herstellen derartiger Bauelemente verwendet werden.
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Es können viele Streumessanlagen 74 mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, beispielsweise sogenannte 2-θ-Systeme und Linsen-Streumessanlagen. Die Streumessanlage 74 kann weißes Licht oder eine andere Wellenlänge oder mehrere Wellenlängen benutzen, abhängig von der spezifischen Implementierung. Typischerweise erzeugt die Streumessanlage 74 einen einfallenden Strahl, der eine breite spektrale Zusammensetzung aufweist, wobei die Intensität des Lichtes sich langsam im Vergleich zur Wellenlänge ändert. Der Einfallswinkel des Lichtes kann, abhängig von der speziellen Implementierung, ebenso variiert werden. Die charakteristischen optischen Aufzeichnungen, die von der Streumessanlage 74 erzeugt werden, können auf einem Vergleich der Lichtintensität mit der Wellenlänge (für weißes Licht, und Streumessanlagen mit festem Winkel) oder einem Vergleich der Intensität mit dem Einfallswinkel (für winkelauflösende Systeme, die eine monochromatische Lichtquelle verwenden) beruhen. Ferner können die Lichtquelle 72 und der Detektor 75 in einer Konfiguration mit konzentrischen Kreisen angeordnet sein, wobei die Lichtquelle 73 die Gitterstrukturen 60A bis E aus einer senkrechten Orientierung bestrahlt, wie dies beispielsweise bei einem Reflektometer der Fall ist. Die Intensität des reflektierten Lichts kann als eine s- und p-Polarisierung über mehrere Winkel hinweg oder über mehrere Wellenlängen hinweg gemessen werden.
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Im Allgemeinen umfasst die Streumessanlage 74 (siehe 4a) optische Einrichtungen, etwa ein Ellipsometer oder ein Reflektometer, und eine Datenverarbeitungseinheit, die mit einer Streumessungsanwendungssoftware zum Verarbeiten der Daten, die von den optischen Einrichtungen gewonnen werden, versehen ist.
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Teile der Erfindung und der entsprechenden detaillierten Beschreibung sind in Begriffen von Software oder Algorithmen oder symbolischen Darstellungen von Operationen an Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargestellt.
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Die vorliegende Erfindung richtet sich allgemein an ein Verfahren und eine Struktur zum Kalibrieren einer Messanlage auf Streumessungsbasis, die zur Messung von Abmessungen von Strukturelementen auf einem Halbleiterbauelement verwendet wird. In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Messen einer kritischen Abmessung mindestens eines Produktstrukturelements, das über einer Scheibe ausgebildet ist, wobei eine Streumessanlage verwendet wird, das Messen mindestens einer von mehreren Gitterstrukturen, die über der Scheibe ausgebildet sind, wobei die Streumessanlage verwendet wird, und wobei jede der Gitterstrukturen eine unterschiedliche kritische Abmessung aufweist, und das Korrigieren der gemessenen kritischen Abmessung des mindestens einen Produktstrukturelements auf der Grundlage der Messung der mindestens einen Gitterstruktur.
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In einer weiteren anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Bilden mehrerer Produktstrukturelemente über einer Scheibe, das Bilden mehrerer Gitterstrukturen über der Scheibe, wobei jede Gitterstruktur mehrere Strukturelemente aufweist, die jeweils eine kritische Sollabmessung aufweisen, die damit eine kritische Abmessung der Gitterstruktur definiert, wobei jede Gitterstruktur eine unterschiedliche kritische Abmessung besitzt, das Messen einer kritischen Abmessung mindestens eines der Produktstrukturelemente unter Anwendung einer Streumessanlage, das Messen mindestens einer der Gitterstrukturen unter Verwendung der Streumessanlage, um eine gemessene kritische Abmessung mindestens eines Strukturelements der mindestens einen Gitterstruktur zu bestimmen, und das Korrigieren der gemessenen kritischen Abmessung des mindestens einen Produktstrukturelements auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen der gemessenen kritischen Abmessung des mindestens einen Strukturelements in der mindestens einen Gitterstruktur und der kritischen Sollabmessung des Strukturelements in der mindestens einen Gitterstruktur.
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Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung können bessere Messdaten im Verlauf der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente ermittelt werden. Die vorliegende Erfindung kann auch bei der Bestimmung der Effizienz diverser Prozesse eingesetzt werden, die bei der Herstellung integrierter Schaltungsbauelemente ausgeführt werden. Im Allgemeinen kann die vorliegende Erfindung zu einer Verbesserung des Bauteilverhaltens und der Erhöhung der Produktionsausbeute führen.
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Die dargelegten Prozessschritte können in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
