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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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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 Computern 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 Dotier stoffmaterial 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 lonenimplantationsprozesse 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 Flachgra benisolationsstrukturen 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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Die
vorliegende Erfindung richtet sich an ein Verfahren und ein Bauelement,
das einige oder alle der zuvor genannten Problem 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 ein Verfahren
und eine Struktur zum Eichen einer Messanlage auf Streumessungsbasis,
die zur Messung von Abmessungen von Strukturelementen auf Halbleiterbauelementen
verwendet wird. In einer anschaulichen Ausführungsform umfasst das Verfahren
das Messen einer kritischen Abmessung mindestens eines Produktstrukturelements,
das über einer
Scheibe gebildet ist, unter Anwendung einer Streumessungsanlage,
das Messen mindestens einer von mehreren Gitterstrukturen, die über der Scheibe
ausgebildet sind, unter Anwendung der Streumessanlage, 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 Formen
mehrerer Gitterstrukturen über
der Scheibe, wobei jede der Gitterstrukturen mehrere Strukturelemente
aufweist, wo von jedes eine kritische Sollabmessung besitzt, die
dadurch eine kritische Abmessung der Gitterstruktur definiert, wobei
jede der Gitterstrukturen eine andere kritische Abmessung aufweist,
das Messen einer kritischen Abmessung mindestens eines der Produktstrukturelemente
unter Anwendung einer Streumessanlage, das Messen mindestens einer
der Gitterstrukturen unter Anwendung 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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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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Obwohl
die Erfindung diversen Modifizierungen und alternativen Formen unterliegen
kann, sind spezielle Ausführungsformen
beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und hierin im Detail beschrieben.
Es sollte jedoch selbstverständlich
sein, dass die Beschreibung spezieller Ausführungsformen nicht beabsichtigt
ist, um die Erfindung auf die speziellen offenbarten Formen einzuschränken, sondern im
Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifizierungen, Äquivalente
und Alternativen, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzbereichs
der Erfindung liegen, wie sie durch die angefügten Patentansprüche definiert
ist, abdecken.
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ART
BZW. ARTEN ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG Es werden nun anschauliche Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben. Der Einfachheit halber werden nicht alle Strukturelemente und
Merkmale einer tatsächlichen
Implementierung in dieser Beschreibung dargelegt. Es sollte jedoch selbstverständlich sein,
dass bei der Entwicklung einer derartigen eigentlichen Ausführungsform
zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden
müssen,
um die speziellen Ziele der Entwickler zu erreichen, etwa die Kompatibilität mit systembezogenen
und geschäftsabhängigen Rahmenbedingungen,
die sich von einer Implementierung zur anderen ändern können. Ferner ist anzumerken,
dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig
sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme für den Fachmann darstellt, der
im Besitz der vorliegenden Offenbarung ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr mit Bezug zu den begleitenden
Zeichnungen beschrieben. Obwohl die diversen Gebiete und Strukturen
eines Halbleiterbauelements in den Zeichnungen so dargestellt sind,
dass diese sehr präzise,
scharfe Konfigurationen und Profile aufweisen, weiß der Fachmann,
dass in Wirklichkeit diese Gebiete und Strukturen nicht so präzise sind,
wie sie in den Zeichnungen dargestellt sind. Ferner sind die relativen Größen der
diversen Strukturelemente und dotierten Gebiete, die in den Zeichnungen
dargestellt sind, unter Umständen übertrieben
oder kleiner im Vergleich zu der Größe dieser Strukturelemente
oder Gebiete auf hergestellten Bauelementen dargestellt. Dennoch
sind die begleitenden Zeichnungen dazu enthalten, um anschauliche
Beispiele der vorliegenden Erfindung zu beschreiben und zu erläutern. Die
Fachwörter
und Ausdrücke,
die hierin verwendet sind, sollten so verstanden und interpretiert
werden, dass diese eine Bedeutung besitzen, die mit dem Verständnis jener
Begriffe und Ausdrücke äquivalent
ist, die von den Fachleuten auf diesen Gebiet verwendet werden.
Es nicht beabsichtigt, eine spezielle Definition eines Ausdrucks
oder eines Begriffs zu implizieren, wenn der Begriff oder der Ausdruck
konsequent verwendet wird, d. h. es ist keine Definition beabsichtigt, die
sich von der allgemeinen und üblichen
Meinung unterscheidet, wie sie von dem Fachmann verstanden wird.
Wenn ein Begriff oder ein Ausdruck eine spezielle Bedeutung aufweisen
soll, d. h. eine andere Bedeutung als sie von den Fachleuten verstanden wird,
so ist eine derartige spezielle Definition ausdrücklich in der Beschreibung
in einer definierenden Weise dargestellt, die direkt und unzweideutig
die spezielle Definition für
diesen Ausdruck oder Begriff liefert.
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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
Fülle 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. Somit sollte das auf einem Halbleiterbauelement gemessene spezielle
Strukturelement nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung
betrachtet werden, sofern derartige Einschränkungen nicht explizit in den
angefügten
Patentansprüchen
dargelegt sind.
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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 Metalloder 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 Streumess anlage 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. Jedes der Gitterstrukturen 60A bis E weist
mehrere Strukturelemente 38 auf. Die Strukturelemente 38 in
jedem 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 Entwurfserforder nisse 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 Struktur größen 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 eine
Struktur und 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 Struk turgröße oder Sollstrukturgröße von 90
nm aufweist. Auf Grundlage der Messung der Gitterstruktur 60C 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. Beispielsweise können
zu den optischen Einrichtungen ein Modell OP5230 oder OP5240 mit
einem spektroskopischen Ellipsometer gehören, das von Thermawave, Inc.,
Fremont, Kalifornien, angeboten wird. Die Datenverarbeitungseinheit
kann einen Profilanwendungsserver umfassen, der von Timbre Technologies,
die eine 100%ige Tochtergesellschaft von Tokio Elektron Amerika,
Inc., Austin, Texas, ist, hergestellt wird und von Thermawave, Inc.
vertrieben wird.
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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. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind jene, die
vom Fachmann benutzt werden, um den Inhalt seiner Arbeit in effizienter
Weise an andere Fachleute weiter zu vermitteln. Im hierin verwendeten
Sinne und auch im Allgemein verwendeten Sinne bezeichnet der Begriff
Algorithmus eine selbstkonsistente Sequenz von Schritten, die zu
einem gewünschten
Ergebnis führen.
Die Schritte sind solche, die physikalische Manipulationen physikalischer
Größen erfordern.
Für gewöhnlich,
ohne dass dies jedoch erforderlich ist, nehmen diese Größen die
Form optischer, elektrischer oder magnetischer Signale an, die gespeichert, übertragen,
kombiniert, verglichen oder anderweitig bearbeitet werden können. Es
hat sich gegebenenfalls als bequem erwiesen, insbesondere im Hinblick
auf die gemeinsame Verwendung, diese Signale als Bits, Werte, Elemente,
Symbole, Zeichen, Begriffe, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
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Es
sollte jedoch selbstverständlich
sein, dass alle diese oder ähnliche
Begriffe mit geeigneten physikalischen Größen zu verknüpfen sind
und lediglich bequeme Namen sind, die diesen Größen verliehen werden. Sofern
dies nicht anders speziell dargestellt ist oder dies aus der Erläuterung
hervorgeht, bezeichnen Begriffe, wie „Bearbeiten" oder „Berechnen" oder „Ausrechnen" oder „Bestimmen" oder „Anzeigen" oder dergleichen
Aktionen und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen
elektronischen Recheneinheit, die Daten, wie sie als physikalische,
elektronische Größen innerhalb
der Register und Speicher in dem Computersystem dargestellt sind,
manipuliert und in andere Daten transformiert werden, die in ähnlicher
Weise als physikalische Größen in den
Speichern und Registern des Computersystems oder anderen derartigen
Informationseinrichtungen, Übertragungs-
oder Anzeigeeinrichtungen dargestellt sind.
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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 besserte 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
zuvor offenbarten speziellen Ausführungsformen sind lediglich
anschaulicher Natur, da die Erfindung auf unterschiedliche aber äquivalente Weisen,
die dem Fachmann im Besitze der hierin dargelegten Lehren offenkundig
sind, modifiziert und praktiziert werden kann. Beispielsweise können die dargelegten
Prozessschritte in einer unterschiedlichen Reihenfolge ausgeführt werden.
Ferner sind keine Einschränkungen
im Hinblick auf die Details des Aufbaus oder der Gestaltung, wie
sie hierin gezeigt sind, beabsichtigt, sofern diese nicht in den
folgenden Ansprüchen
beschrieben sind. Es ist daher offensichtlich, dass die zuvor offenbarten
speziellen Ausführungsformen
geändert
oder modifiziert werden können
und dass alle derartigen Variationen als innerhalb des Schutzbereichs
und des Grundgedankens der Erfindung liegend betrachtet werden.
Daher ist der angestrebte Schutzbereich durch die nachfolgenden
Patentansprüche
definiert.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und
eine Struktur zum Kalibrieren einer Messanlage auf Streumessungsbasis
(74), die zum Messen von Abmessungen von Strukturelementen
auf einem Halbleiterbauelement verwendet wird. In einer anschaulichen
Ausführungsform
umfasst das Verfahren: Messen einer kritischen Abmessung mindestens
eines Produktstrukturelements, das über einer Scheibe (31)
gebildet ist, unter Anwendung einer Streumessanlage (74),
das Messen mindestens einer von mehreren Gitterstrukturen (60),
die über
der Scheibe (31) gebildet sind, unter Anwendung der Streumessanlage
(74), wobei jede der Gitterstrukturen (60) 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
(60). In weiteren Ausführungsformen
umfasst das Verfahren das Bilden mehrerer Produktstrukturelemente über einer Scheibe
(31), das Bilden mehrerer Gitterstrukturen (60) über der
Scheibe (31 ), wobei jede der Gitterstrukturen (60)
mehrerer Strukturelemente (38A) aufweist, wovon jedes eine
kritische Sollabmessung aufweist, die dadurch eine kritische Abmessung
der Gitterstruktur (60) definieren, wobei jede der Gitterstrukturen
(60) eine unterschiedliche kritische Abmessung aufweist,
das Messen einer kritischen Abmessung mindestens eines der Produktstrukturelemente
unter Anwendung einer Streumessanlage (74), das Messen
mindestens einer der Gitterstrukturen (60) unter Anwendung
der Streumessanlage (74), um eine gemessene kritische Abmessung
mindestens eines Strukturelements der mindestens einen Gitterstruktur (60)
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 (38A) in der mindestens einen Gitterstruktur
(60) und der kritischen Sollabmessung des Strukturelements (38A)
in der mindestens einen Gitterstruktur (60).