DE10043350A1 - Verfahren zur Untersuchung von Strukturen auf einem Wafer - Google Patents
Verfahren zur Untersuchung von Strukturen auf einem WaferInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von Strukturen auf einem Wafer, wobei zur Herstellung der Strukturen wenigstens eine auf dem Wafer aufgebrachte, mittels Belichtungsprozessen hergestellte Maske verwendet wird. Auf der Maske werden in vorgegebenen Referenzpositionen Testschaltungen (4) mit Teststrukturen platziert. Zur Überprüfung der Strukturen und/oder der Belichtungsprozesse werden elektrische Parameter der Testschaltungen (4) ortsabhängig erfasst und ausgewertet.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung von
Strukturen auf einem Wafer gemäß dem Oberbegriff des An
spruchs 1.
Derartige Wafer sind typischerweise von Silizium-Wafern ge
bildet und dienen zur Herstellung von integrierten Schalt
kreisen und dergleichen.
Derartige integrierte Schaltungen bestehen aus komplexen An
ordnungen von Transistoren, Speicherzellen und dergleichen,
die über in verschiedenen Ebenen verlaufenden Leitbahnen kon
taktiert sind.
Zur Herstellung derartiger Strukturen werden insbesondere
auch Fotolithografieprozesse eingesetzt. Bei derartigen Foto
lithografieprozessen werden in vorgegebenen Ebenen Re
sistschichten auf den Wafer aufgebracht. Diese Resistschich
ten werden in vorgegebenen Mustern mit Belichtungssystemen
belichtet, wodurch diese Stellen der Resistschicht chemisch
verändert werden. Danach werden die belichteten oder unbe
lichteten Bereiche der Resistschicht entfernt. Die so erhal
tenen Resistmuster bilden eine Maske für nachfolgende Pro
zessschritte, wie zum Beispiel Ätzprozesse.
Problematisch ist zum einen, dass die Belichtungsprozesse
nicht mit beliebiger Genauigkeit durchführbar sind. Daraus
resultieren zum einen sogenannte Overlay-Fehler, das heißt es
entstehen bei der Durchführung mehrerer aufeinander folgender
Belichtungsprozesse Verschiebungen unterschiedlicher Ebenen
zueinander. Zudem entstehen sogenannte Registration-Fehler,
die in der nicht beliebig genauen Ausrichtbarkeit einer Maske
relativ zum Wafer begründet liegen.
Derartige Fehler führen zu einem Versatz von Strukturen zwi
schen verschiedenen Ebenen. Weiterhin können auch fertigungs-
und prozessbedingte Schwankungen der Abbildungen bei Belich
tungsprozessen innerhalb einer Ebene auftreten. Derartige
Schwankungen werden insbesondere dadurch hervorgerufen, dass
die Abbildungseigenschaften des Belichtungssystems über die
jeweilige Bildebene variieren können. Weiterhin können derar
tige prozessbedingte Schwankungen in Strukturen innerhalb ei
ner Ebene dadurch hervorgerufen werden, dass Inhomogenitäten
in der Resistschicht vorhanden sind. Schließlich können der
artige Strukturschwankungen durch Inhomogenitäten der Ferti
gungsprozesse, wie zum Beispiel Ätzprozesse, Sputterprozesse,
für welche die vorgenannten Masken benötigt werden, hervorge
rufen werden.
Insbesondere zur Untersuchung von Overlay- und Registration-
Fehlern haben sich optische Untersuchungsverfahren bewährt.
Hierzu werden an vorgegebenen Positionen einer Ebene Testmus
ter angeordnet, welche mit dem Belichtungssystem untersucht
werden. Die Testmuster können dabei beispielsweise von Over
lay-Targets gebildet sein, mit welchen der Versatz zwischen
zwei Ebenen gemessen werden kann. Des weiteren können an vor
gegebenen Positionen Minimal-Strukturen aufweisende Testmus
ter vorgesehen sein, die in Form von periodischen oder iso
lierten Strukturen ausgebildet sein können. Die Strukturgrö
ßen entsprechen vorzugsweise der minimalen im jeweiligen Pro
zess auftretenden Strukturgröße. Durch die Variation der Li
nienbreiten über die einzelnen Testmuster bei der Belichtung
mit dem Belichtungssystem lassen sich Aussagen über die
Schwankungen derartiger Strukturmuster über die Waferoberflä
che machen.
Nachteilig bei derartigen Untersuchungsmethoden ist jedoch,
dass mit diesen Strukturfehler von Schaltungsanordnungen,
insbesondere auch deren Ortsabhängigkeiten nur unvollständig
erfassbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der
eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine möglichst
genaue und umfassende Untersuchung von Strukturen auf einem
Wafer gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1
vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen be
schrieben.
Erfindungsgemäß sind auf wenigstens einer auf einem Wafer
aufgebrachten Maske in vorgegebenen Referenzpositionen Test
schaltungen mit Teststrukturen plaziert.
Zur Überprüfung der Strukturen und/oder der Belichtungspro
zesse werden elektrische Parameter der Testschaltungen orts
abhängig ausgewertet.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, zur Über
prüfung von Strukturen auf dem Wafer und/oder von Belich
tungsprozessen elektrische Parameter von Testschaltungen he
ranzuziehen.
Durch eine geeignete Anordnung der Testschaltungen auf der
Waferoberfläche wird durch eine ortsabhängige Auswertung der
elektrischen Parameter der Testschaltungen neben der Bestim
mung von Overlay- und Registration-Fehlern auch eine detail
lierte und genaue Überprüfung von Schwankungen von Abbil
dungsparametern der eingesetzten Belichtungsprozesse als auch
von Inhomogenitäten bei Fertigungsprozessen ermöglicht. Ins
besondere können Fertigungsschwankungen der bei der Bearbei
tung des Wafers verwendeten Fertigungsprozesse, wie zum Bei
spiel Ätzprozesse oder Sputterprozesse erfasst werden. Des
Weiteren können auch Inhomogenitäten in der Resistschicht der
jeweiligen Maske erfasst werden. Besonders vorteilhaft sind
die Testschaltungen in den sich schachbrettartig über die Wa
feroberflächen erstreckenden Ritzrahmen des Wafers angeordnet.
Dabei sind die Testschaltungen vorzugsweise möglichst
gleichmäßig über die gesamte Waferoberfläche verteilt. Auf
diese Weise können Schwankungen der Belichtungsprozesse und
Fertigungsprozesse vollständig über die gesamte Waferoberflä
che erfasst werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfin
dung bestehen die Testschaltungen aus Test-Transistoren, wel
che in Transistor-Arrays als Referenzumgebungen eingebettet
sind. Die Test-Transistoren weisen dabei bezogen auf die um
liegenden Transistor-Arrays und vorzugsweise auch bezüglich
der Strukturen auf den Wafer minimale Strukturengrößen auf.
Durch eine ortsabhängige Messung der elektrischen Parameter
der Test-Transistoren, insbesondere deren Einsatzspannungen,
können durch Linienbreitenschwankungen des Belichtungssystems
sowie durch Schwankungen der einzelnen Fertigungsprozesse
hervorgerufene Inhomogenitäten der Strukturen der Test-
Transistoren erfasst werden.
Durch die ortsabhängige Auswertung der elektrischen Parameter
können insbesondere genaue Aussagen über die Variation der
Strukturen über die Waferoberfläche gemacht werden und auch
Korrekturwerte für die elektrischen Parameter derartiger
Strukturen abgeleitet werden. Besonders vorteilhaft werden
derartige Korrekturwerte zur Dimensionierung der Parameter
der Strukturen auf dem Wafer verwendet. Derartige Strukturen
können ebenso wie die Testschaltungen beispielsweise von
Transistoren gebildet sein. Die Korrekturwerte geben bei
spielsweise an, innerhalb welchem Bereich die Parameter der
Transistoren variieren können. Dementsprechend werden die
Transistoren so ausgelegt, dass diese bezüglich der auftre
tenden Parameterschwankungen unempfindlich sind.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: Schematische Anordnung eines Testschaltungen auf
weisenden Ritzrahmens auf der Oberfläche eines Wa
fers.
Fig. 2: Ausführungsbeispiel einer in dem Ritzrahmen gemäß
Fig. 1 angeordneten Testschaltung.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer Wafero
berfläche 1 eines Wafers, insbesondere eines Silizium-Wafers.
Der Wafer wird zur Herstellung von Chips mit integrierten
Schaltkreisen verwendet.
Auf der Waferoberfläche 1 ist ein schachbrettartiger Ritzrah
men 2 vorgesehen, welche die Waferoberfläche 1 in eine Viel
zahl von Nutzflächen 3 bildenden Segmenten unterteilt, welche
vorzugsweise den einzelnen Chipflächen entsprechen.
In diesen Segmenten befinden sich die Strukturen der integ
rierten Schaltkreise, wie zum Beispiel Anordnungen von Tran
sistoren und Speicherzellenanordnungen.
In den Ritzrahmen 2, die nach Abschluss der am Wafer durchzu
führenden Fertigungsprozesse als Ausschuss anfallen, sind
verschiedene Anordnungen zur Überprüfung der Strukturen auf
dem Wafer vorgesehen.
Zur Herstellung der Strukturen auf dem Wafer werden insbeson
dere auch Fotolithografieprozesse eingesetzt.
Zur Durchführung eines derartigen Fotolithografieprozesses
wird auf den Wafer eine fotoempfindliche Resistschicht aufge
bracht. Aus dieser Resistschicht wird eine Maske dadurch her
gestellt, dass vorgegebene Stellen der Resistschicht mittels
eines Belichtungssystems belichtet werden, wodurch diese
Stellen chemisch verändert werden.
Mittels eines Entwicklers werden entweder nur die belichteten
oder nur die unbelichteten Stellen der Resistschicht ent
fernt, wodurch die jeweilige Maske erhalten wird.
Bei der Herstellung derartiger Masken können insbesondere O
verlay-Fehler und Registration-Fehler auftreten, das heißt es
treten Verschiebungen zwischen verschiedenen Ebenen in der
auf dem Wafer aufgebrachten Maske auf oder die Maske selbst
ist relativ zum Wafer nicht exakt ausgerichtet. Des weiteren
können fertigungs- und prozessbedingte ortsabhängige Schwan
kungen der Strukturen auf dem Wafer auftreten. Derartige
Schwankungen werden zum einen durch Schwankungen der mit dem
Belichtungssystem durchgeführten Abbildungen erhalten. Zudem
können durch Inhomogenitäten in der Maske oder durch Unregel
mäßigkeiten der an der Maske durchgeführten Fertigungsprozes
se, wie zum Beispiel Ätz- oder Sputterprozesse, derartige
Schwankungen verursacht werden.
Erfindungsgemäß sind sowohl zur Erfassung von Overlay- und
Registration-Fehler als auch zur Erfassung ortsabhängiger
Schwankungen in vorgegebenen Referenzpositionen in dem Ritz
rahmen 2 des Wafers Testschaltungen 4 mit vorgegebenen Test
strukturen vorgesehen (Fig. 2).
Zur Bestimmung der auftretenden Fehler werden die elektri
schen Parameter der Testschaltungen 4 ortsabhängig ausgewer
tet. Die Testschaltungen 4 in den Ritzrahmen 2 sind über die
gesamte Waferoberfläche 1 möglichst gleichmäßig verteilt. Da
bei sind die Testschaltungen 4 in den jeweiligen Referenzpo
sitionen identisch ausgebildet.
Die Testschaltungen 4 werden auf der zu untersuchenden Maske
platziert, wobei zur Herstellung der Testschaltungen 4 insbe
sondere auch das Belichtungssystem verwendet wird, welches
zur Belichtung der Maske eingesetzt wird.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer im
Ritzrahmen 2 angeordneten Testschaltung. Die Testschaltung
ist im vorliegenden Beispiel zwischen zwei Testpads 5 ange
ordnet. Zum elektrischen Anschluss der Testschaltung sind
mehrere Leitbahnen 6 vorgesehen.
Die Testschaltung weist einen oder mehrere Test-Transistoren
7 auf, die in einem Transistor-Array 8 eingebettet sind. Das
Transistor-Array 8 bildet eine definierte Referenzumgebung
für die Test-Transistoren 7, die vorzugsweise im Zentrum des
Transistor-Arrays 8 angeordnet sind.
Die Test-Transistoren 7 weisen ebenso wie die Transistoren
des Transistor-Arrays 8 definierte Gate-Oxid Gebiete, Sour
ce/Drain Gebiete sowie Deep-Trench Gebiete auf. Diese Gebiete
der Test-Transistoren 7 bilden Teststrukturen, deren Ausbil
dungen durch Messen der elektrischen Parameter der Test-
Transistoren 7 erfasst werden. Um eine möglichst detaillierte
Aussage über insbesondere optische Abbildungsfehler des Be
lichtungssystems zu erhalten, sind die Teststrukturen der
Test-Transistoren 7 als Minimalstrukturen ausgebildet.
Dies bedeutet, dass die Abmessungen der Teststrukturen bezo
gen auf die entsprechenden Schaltungsstrukturen der Transis
toren des Transistor-Arrays 8 und vorzugsweise auch der ent
sprechenden Strukturen auf der Nutzfläche 3 des Wafers mini
male Strukturgrößen aufweisen.
Dadurch weisen die Teststrukturen die maximale Empfindlich
keit bezüglich der auftretenden Fehler, insbesondere der auf
tretenden Abbildungsfehler des Belichtungssystems auf.
Die bei den Testmessungen an den Test-Transistoren 7 ermit
telten elektrischen Parameter variieren entsprechend der
Schwankungen der Teststrukturen. Somit wird durch eine orts
abhängige Bestimmung dieser Parameter eine umfassende Infor
mation über die gegebenenfalls über die Waferoberfläche 1 variierenden
Fehler der einzelnen Fertigungs- und Prozesspara
meter erhalten.
Ein Beispiel für einen derartigen Parameter ist die Einsatz
spannung eines Test-Transistors 7.
Diese Einsatzspannung ist zum einen äußerst empfindlich gegen
Linienbreitenschwankungen bei der Durchführung von Belich
tungsprozessen zur Herstellung der Gate-Oxid Gebiete. Insbe
sondere die aktiven Gate-Oxid-Längen der Test-Transistoren 7
sind äußerst empfindlich gegen derartige Linienbreitenschwan
kungen, wobei sich die Schwankungen der Gate-Oxid-Längen
stark auf die Einsatzspannungen auswirken. Derartige Linien
breitenschwankungen können insbesondere durch räumlich vari
ierende Abbildungseigenschaften des Belichtungssystems verur
sacht werden. Dementsprechend wird bei der ortsabhängigen Be
stimmung der über den Wafer verteilten Test-Transistoren 7
eine entsprechende räumliche Variation der Einsatzspannungen
erhalten.
Des weiteren sind die Einsatzspannungen der Test-Transistoren
7 von eventuell vorhandenen Verschiebungen der Source/Drain-
Gebiete relativ zu den Gate Oxid Gebieten und/oder den Deep-
Trench Gebieten abhängig. Somit geben die Abweichungen der
gemessenen Einsatzspannungen von vorgegebenen Sollwerten so
wie deren räumliche Schwankungen einen Aufschluss über die
auftretenden Linienbreitenschwankungen und Verschiebungen
einzelner Teststrukturen in den Test-Transistoren 7.
Durch eine entsprechende Auswertung weiterer elektrischer Pa
rameter der Test-Transistoren 7 lassen sich die einzelnen
Fehler bei der Abbildung des Belichtungssystems, die Fehler
aufgrund von Inhomogenitäten in der Maske sowie bei den an
der Maske durchgeführten Fertigungsprozessen genau bestimmen.
Durch Auswertung der ortsabhängigen Messergebnisse können
Aussagen über die Qualitäten der Strukturen auf der Nutzfläche
3 des Wafers gemacht werden, wobei insbesondere Informa
tionen über den räumlichen Verlauf der elektrischen Parameter
der Strukturen erhalten werden.
Insbesondere können aus den Messergebnissen an den Test-
Transistoren 7 Korrekturwerte für die Parameter der Struktu
ren auf dem Wafer abgeleitet werden. Beispielsweise können
die Korrekturwerte ein Maß für die Streuung der Parameter der
Strukturen auf dem Wafer bilden. Anhand der Korrekturwerte
können dann die herzustellenden Strukturen wie zum Beispiel
Transistoren so ausgelegt werden, dass sie gegen die an den
Testmessungen ermittelten Streuungen unempfindlich sind.
Claims (14)
1. Verfahren zur Untersuchung von Strukturen auf einem Wa
fer, wobei zur Herstellung der Strukturen wenigstens eine auf
dem Wafer aufgebrachte, mittels Belichtungsprozessen herge
stellte Maske verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass auf der
Maske in vorgegebenen Referenzpositionen Testschaltungen (4)
mit Teststrukturen plaziert werden, und dass zur Überprüfung
der Strukturen und/oder der Belichtungsprozesse elektrische
Parameter der Testschaltungen (4) ortsabhängig erfasst und
ausgewertet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test
schaltungen (4) von Test-Transistoren (7) gebildet sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test-
Transistoren (7) in Transistor-Arrays (8) eingebettet sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test-
Transistoren (7) als Teststrukturen Gate-Oxid Gebiete, Sour
ce/Drain Gebiete und Deep-Trench Gebiete aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test
strukturen der Test-Transistoren (7) bezogen auf die Transis
tor-Arrays (8) minimale Strukturgrößen aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test
strukturen der Test-Transistoren (7) bezogen auf die zu un
tersuchenden Strukturen minimale Strukturgrößen aufweisen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6,
dadurch gekennzeichnet, dass durch Mes
sung elektrischer Parameter der Test-Transistoren (7) die
durch Linienbreitenschwankungen im Belichtungsprozess verur
sachten Variationen der Längen der Gate-Oxid Gebiete erfasst
werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-7,
dadurch gekennzeichnet, dass durch Mes
sung elektrischer Parameter der Test-Transistoren (7) der
Versatz von Source/Drain Gebieten zu Gate-Oxid Gebieten
und/oder Deep-Trench Gebieten erfasst wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, dass als elek
trische Parameter die Einsatzspannungen der Test-Transistoren
(7) ausgewertet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9,
dadurch gekennzeichnet, dass durch Mes
sung elektrischer Parameter der Testschaltungen (4) die orts
abhängigen Schwankungen von elektrischen Parametern der zu
untersuchenden Strukturen abgeleitet werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass aus den
ortsabhängigen Schwankungen von elektrischen Parametern der
Strukturen Korrekturwerte abgeleitet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Korrek
turwerte zur Dimensionierung der Parameter der Strukturen auf
dem Wafer verwendet werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test
schaltungen (4) im Ritzrahmen (2) der Maske platziert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Test
schaltungen (4) in den Ritzrahmen (2) über die gesamte Wafe
roberfläche (1) verteilt sind.
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