DE10352639B4

DE10352639B4 - Verfahren zur dynamischen Kontrolle eines Reticles

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Publication number: DE10352639B4
Application number: DE10352639A
Authority: DE
Inventors: Andreas Frangen; Norbert Haase; Henning Haffner; Karin Eggers; Carmen Jaehnert
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2023-11-12
Also published as: DE10352639A1; US20050125164A1; US7304721B2

Abstract

Verfahren zur dynamischen Kontrolle eines Reticles, das bei der photolithographischen Strukturierung eines Halbleiterwafers (1) in einem Projektionsapparat eingesetzt wird, mit den folgenden Schritten:
– Bereitstellen eines Reticles, das ein Pellicle (5), ein Reticlesubstrat (7) und eine Absorberschicht (6) umfaßt, wobei die Absorberschicht (6) absorbierende Elemente enthält, die entsprechend eines Schaltungsmusters ausgeführt werden;
– photolithographisches Strukturieren von Schichten (3) von Halbleiterwafern (1) in einem Projektionsapparat mit dem Reticle unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung einer vorherbestimmten Wellenlänge;
– Bestimmen der Zahl der Reticlebewegungen innerhalb und außerhalb des Projektionsapparates;
– Bestimmen der Zeitdauer der Reticlenutzung; und
– Berechnen eines Kontrollwertes aus der Zahl der Reticlebewegungen und der Zeitdauer der Reticlenutzung;
dadurch gekennzeichnet, daß
– bei jeder Belichtung der Dosiswert (E_Wafer) der elektromagnetischen Strahlung am Ort der Schicht (3) bestimmt wird;
– bei jeder Belichtung die Eigenschaften (M, T_Objektiv) des Objektivs (4) des Projektionsapparates für die vorherbestimmte...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Kontrolle eines Reticles, das bei der photolithographischen Strukturierung eines Halbleiterwafers in einem Projektionsapparat eingesetzt wird, mit den folgenden Schritten:

– Bereitstellen eines Reticles, das ein Pellicle, ein Reticlesubstrat und eine Absorberschicht umfaßt, wobei die Absorberschicht absorbierende Elemente enthält, die entsprechend eines Schaltungsmusters ausgeführt werden;
– Photolithographisches Strukturieren von Schichten von Halbleiterwafern in einem Projektionsapparat mit dem Reticle unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung einer vorherbestimmten Wellenlänge;
– Bestimmen der Zahl der Reticlebewegungen innerhalb und außerhalb des Projektionsapparates;
– Bestimmen der Zeitdauer der Reticlenutzung; und
– Berechnen eines Kontrollwertes aus der Zahl der Reticlebewegungen und der Zeitdauer der Reticlenutzung.

Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin bestehen, einen photoempfindlichen Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt zu übertragen.

Für den lithographischen Projektionsschritt eines Schaltungsmusters wird üblicherweise als Belichtungsapparat ein Scanner oder Stepper verwendet. Im Belichtungsapparat erfolgt die Belichtung des photoempfindlichen Resists mit elektromagnetischer Strahlung einer vorherbestimmten Wellenlänge, die beispielsweise im UV-Bereich liegt. Die bei der Belichtung des Resists am Ort des Halbleiterwafers vorliegende Belichtungs dosis wird entsprechend den Spezifikationen der Resistschicht gewählt. Typischerweise beträgt die zur Strukturabbildung nötige mittlere Dosis ungefähr 30 mJ/cm².

Jede einzelne Schicht des Schaltungsmusters wird üblicherweise mit einer Maske (oder Reticle) und einer Projektionsoptik auf den Halbleiterwafer abgebildet. Das Reticle umfaßt eine Substratschicht, die mit absorbierenden Elementen, wie z.B. einer Chromschicht, versehen ist, die das Schaltungsmuster nachbilden. Das Reticle wird meistens mit einer Schutzfolie, dem sogenannten Pellicle, versehen. Das Pellicle dient dazu, die Strukturseite vor Ablagerungen zu schützen. Die Projektionsoptik im Belichtungsapparat bewirkt häufig eine Reduktion des Schaltungsmusters bei der Übertragung auf den Resist.

Der Halbleiterwafer wird im allgemeinen auf einem Substrathalter abgelegt und zur Belichtung in eine entsprechende Position gefahren. Dann wird das auf einer Maske angeordnete Schaltungsmuster sukzessive in einzelne Belichtungsfelder auf dem photoempfindlichen Resist übertragen. Üblicherweise beträgt die Größe eines Belichtungsfeldes etwa 25 mm × 35 mm.

Die im lithographischen Belichtungsprozeß verwendeten Reticle unterliegen durch die Bewegungen innerhalb und außerhalb der Belichtungsanlagen mechanischen Belastungen, die Defekte oder Kontaminationen hervorrufen können.

Weiterhin können sich Partikel bzw. Kontaminationen an der Oberfläche durch Adhäsion aus der Umgebungsatmosphäre anlagern, so daß Reticle innerhalb gewisser Zeitabstände mindestens aber vor deren Einsatz nach längerer Nutzungspause kontrolliert werden müssen.

Um solche Kontrollen in einem hochvolumigen Fertigungsprozeß und bei großer Produktvielfalt realisieren zu können, wird im allgemeinen die Anzahl der Reticlebewegungen automatisiert gezählt. Dabei wird üblicherweise die Zahl der Bewegungen des Reticles innerhalb und außerhalb der Belichtungsapparate, z.B. zu einem Lagerort, gezählt und aus diesem Wert eine Kontrollgrenze abgeleitet. Weiterhin wird ein starres Zeitschema vorgegeben, das in Abhängigkeit der Nutzungsdauer eine weitere Kontrollgrenze vorgibt. Bei Erreichen der starren Kontrollgrenzen erfolgt dann eine Reticlekontrolle, bei der Makroinspektionen oder Defektinspektionen durchgeführt werden.

Makroinspektionen sind großflächige Schräglichtinspektionen im Weißlicht, um Defektstellen oder Partikel ab einer Größe von etwa 10 μm im Streulicht zu erkennen. Um auch kleinere Defekte erkennen zu können, müssen andere Verfahren, beispielsweise Laserstrahl-Scanverfahren, Scatterometry oder Bildrückerkennung mit Layoutvergleich, zur Defektkontrolle eingesetzt werden.

Ein in diesem Zusammenhang bisher wenig beachtetes Problem ist, daß die Kontrollgrenzen unabhängig von der tatsächlichen Strahlungsbelastung des Reticles festgelegt werden. Durch die Strukturübertragung der auf dem Reticle befindlichen Strukturen auf den Halbleiterwafer durch eine Reduktionsoptik mittels elektromagnetischer Strahlung erfährt das Reticle eine nicht unerhebliche Strahlungsbelastung, die durch Energieabsorption und photochemische Prozesse in den verschiedenen Schichten des Reticlematerials zu Schädigungen und Kontaminationen führt. Ein starres Kontrollsystem ignoriert die Tatsache, daß beobachtete Rekristallisationen auf Reticlevorder- und Rückseite sowie mögliche, auftretende Pellicletrübungen durch die Einwirkung elektromagnetischer Strahlung ausgelöst werden können.

So führt beispielsweise die Anwesenheit von Ammoniumionen und CO₂ auf der Reticleoberfläche zur Bildung von Cyanursäurekristallen oder von Ammonium- und Sulfat-Ionen zur Bildung von Ammoniumsulfat, welche beide unter Wellenlängen abhängiger Energieeinstrahlung wachsen können. Die Anwesenheit von Ammoniumionen und CO₂ führt auf der Reticleoberfläche zur Bil dung von Ammoniumacidkristallen, die unter Wellenlängen abhängiger Energieeinstrahlung wachsen können.

In der US 5,323,440 A ist ein Röntgenlithographiegerät gezeigt, bei dem die absorbierte und die den Belichtungsapparat durchdringende Röntgenstrahlung bestimmt wird. Aus diesen beiden Messungen wird der Differenzwert gebildet, der angibt, welche Gesamtdosis von der Maske absorbiert wird. Aus der Wellenlänge der Röntgenstrahlung und der gemessenen Belichtungszeit wird daraus ein Dosiswert für die gesamte integrale Dosis bestimmt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das oben genannte Probleme überwindet, indem Reticle nach einem Verfahren kontrolliert werden, das keine starren Kontrollgrenzen vorsieht.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß:

– bei jeder Belichtung der Dosiswert der elektromagnetischen Strahlung am Ort der Schicht bestimmt wird;
– bei jeder Belichtung die Eigenschaften des Objektivs des Projektionsapparates für die vorherbestimmte Wellenlänge erfaßt wird;
– der Hell-Dunkelanteil des Reticles bestimmt wird;
– die bestrahlte Fläche des Halbleiterwafers bestimmt wird;
– der Transmissionsgrad des Pellicles für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird;
– der Transmissionsgrad der Absorberschicht für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird;
– der Transmissionsgrad des Reticlesubstrats für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird; und
– eine maximale Anzahl von Waferbelichtungen aus dem Kontrollwert, dem Dosiswert, den Eigenschaften des Objektivs, dem Hell-Dunkelanteil, der bestrahlten Fläche, dem Transmissionsgrad des Pellicles, dem Transmissionsgrad der Absorberschicht und dem Transmissionsgrad des Reticlesubstrats berechnet wird, bei der das Reticle einer Kontrolle unterzogen werden muß, wobei die maximale Anzahl von Waferbelichtungen für das Reticlesubstrat und für die Absorberschicht des Reticles getrennt bestimmt wird und aus dem niedrigeren der beiden Werte der Zeitpunkt der Reticlekontrolle bestimmt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Reticle sowohl hinsichtlich ihrer mechanischen Belastung einschließlich Partikelablagerungen oder elektrostatisch induzierter Beschädigungen als auch hinsichtlich ihrer energetischen Belastung und der damit verbundenen Änderungen der Reticle Material- und Oberflächeneigenschaften präventiv einer Kontrolle unterzogen. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt ebenfalls die unterschiedlichen Flächenverteilungen der Absorberschicht sowie Eigenschaften der Belichtungsanlage. Außerdem können unterschiedliche Eigenschaften des Reticlesubstrats und der Absorberschicht des Reticles berücksichtigt werden, die sich beispielsweise durch unterschiedliche Oberflächen ergeben können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden lokal unterschiedliche Hell-Dunkelanteile an verschiedenen Positionen des Reticles mit einem Korrekturfaktor be legt.
Gemäß dieser Vorgehensweise können Schaltungsmuster mit stark schwankenden Hell-Dunkelanteilen entsprechend korrigiert werden, ohne das Reticle zu häufig oder zu selten kontrollieren zu müssen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden beim Vorhandensein Kontamination verhindernder Maßnahmen die Anzahl der maximalen Waferbelichtungen mit einem weiteren Korrekturfaktor berechnet.
Gemäß dieser Vorgehensweise kann beispielsweise der Einfluß einer Stickstoffspülung im Objektiv-Reticle-Raum berücksichtigt werden, was die Kontrollintervalle erhöht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch einen Halbleiterwafer in einer Draufsicht, der mit Belichtungsfeldern gemäß eines Teilschrittes des erfindungsgemäßen Verfahrens belichtet wird, und
2 schematisch eine Seitenansicht einen Belichtungsapparat, bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
In 1 ist ein Halbleiterwafer 1 gezeigt, der mittels eines Belichtungsgeräts, beispielsweise eines Scanners oder Steppers, in einzelnen Belichtungsfeldern 2 belichtet wird. Für einen Halbleiterwafer 1 mit 300 mm Durchmesser erhält man einen typischen Wert von etwa 100 belichteten Bildfeldern 2, wobei die maximale Größe eines Bildfeldes etwa 25 mm × 35 mm betragen kann. Das zu belichtende Bildfeld wird auch als Shot bezeichnet.
In 2 ist schematisch ein Belichtungsapparat mit einem Objektiv 4 gezeigt, der zur lithographischen Strukturübertragung eines Schaltkreismusters eines Reticles auf eine Resistschicht 3 des Halbleiterwafers 1 verwendet wird. Das Objektiv 4 ist zwischen dem Reticle und dem Halbleiterwafer 1 angebracht. Das Reticle kann dabei aus einem Reticlesubstrat 7, einer Absorberschicht 6, einem die Vorderseite 9 des Reticles bedeckenden Pellicle 5 und einer optional vorhandenen und auf der Rückseite 10 des Reticles angebrachten Anti-Reflexionsschicht 8 bestehen. Die Absorberschicht 6 wird auf der Vorderseite 9 des Reticles angebracht und entsprechend des Schaltkreismusters strukturiert. Die Absorberschicht 6 kann beispielsweise aus einer Chrom-Schicht oder bei einer Halbton-Phasenmaske aus MoSi-Schicht bestehen. Das Reticlesubstrat 7 kann beispielsweise aus Quarzglas bestehen, zur Herstellung des Pellicles 5 wird üblicherweise eine dünne Polymerfolie verwendet.
Für die energetische Belastung der Vorderseite 9 und Rückseite 10 des Reticles ist der Ausgangspunkt für die Betrachtungen der gemessene Dosiswert E_Wafer am Ort der Resistschicht 3. In 2 sind zwei Strahlengänge eingezeichnet, wobei im ersten Strahlengang 11 eine Belichtung bis zur Resistschicht erfolgt, während im zweiten Strahlengang 12 die elektromagnetische Strahlung im Objektiv 4 absorbiert wird. Der Dosiswert E_Wafer einer lithographischen Belichtungsanlage ist eine dynamische Regelgröße und kann über die gemessene Breite von Strukturelementen der belichteten Resistschicht 3 auf einfache Weise kontrolliert werden. Davon ausgehend läßt sich unter Berücksichtigung der Eigenschaften der abbildenden Optik ein Dosiswert E_Reticle unterhalb des Reticleortes vom Halbleiterwafer aus gesehen angeben. Da in einer Belichtungsanlage der Dosiswert E_Wafer am Waferort eine Regelgröße ist, läßt sich die Strahlungsdosis am Ort des Reticles unter Berücksichtigung der optischen Eigenschaften der Belichtungsanlage Verkleinerungsmaßstab M, Objektivtransmission T_Objektiv und Bildfeldgröße der verwendeten Stepper/Scanner berechnen.
Ein Hell-Dunkelanteil (CLR = engl. Clear Field Ratio) des durch die Belichtungsanlage bestrahlten Bereiches des Reticles läßt sich leicht aus dem Layout des Schaltungsmusters ermitteln. Dazu wird der Hellfeld-Bedeckungsgrad des Schaltungsmusters bestimmt, um festzustellen welcher Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung durch das Reticle hindurch tritt bzw. von der Absorberschicht absorbiert wird. Um eventuell deutliche Asymmetrien der Hell-Dunkel-Flächenverteilung innerhalb des Schaltungsmusters zu berücksichtigen, läßt sich der Wert des Hell-Dunkelanteils CLR gegebenenfalls korrigieren, indem ein Mittelwert aus lokal bestimmten Werten des Hell-Dunkelanteils CLR des Reticles gebildet wird.
Unter Berücksichtigung des Hellfeld-Bedeckungsgrades CLR, des Transmissionsgrades T_Pellicle des auf dem Reticle befindlichen Pellicles 5 und des Transmissionsgrades T_Absorber der Absorberschicht 6 des Reticles läßt sich die Strahlungsdosis in der Nähe der Absorberschicht 5 angeben mit: EAbsorber = ZWafer_Absorber·EWafer·SWafer·TPellicle·[CLR + (1 – CLR)·TAbsorber]2/(M2·TObjektiv),wobei Z_{Wafer_Absorber} die Anzahl der belichteten Wafer ist.
Für die Strahlungsdosis auf der Substratrückseite erhält man analog unter Berücksichtigung der Materialdispersion des Substrates mit Z_{Wafer_Substrat} für die Anzahl der belichteten Halbleiterwafer: ESubstrat = ZWafer_Substrat·EWafer·SWafer·TPellicle·[CLR + (1 – CLR)·TAbsorber]/(TSubstrat·M2·TObjektiv).
Sind diejenigen Dosiswerte für E_Absorber und E_Substrat bekannt, bei denen eine Rekristallisation bzw. Kontamination an der Reticlevorder- bzw. Rückseite lithographisch wirksam wird, lassen sich nun die Anzahl der maximal belichtbaren Halbleiterwafer Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} angeben. Da E_Wafer für den Belichtungsprozeß eine dynamische Regelgröße ist, sind somit bei fester Vorgabe Von E_Absorber und E_Substrat Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} ebenfalls dynamische Regelgrößen für Defektinspektionen der Reticlevorder- bzw. Rückseite. Tritt eine merkliche Pellicletrübung beispielsweise durch Veränderung der Transmissionseigenschaften des Polymers oder durch Oberflächenkontamination auf, so wirkt diese wie ein Offset auf den Dosiswert E_Wafer, so daß sich für Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} kleinere Werte ergeben.
Die mechanische Belastung des Reticles wird über die Registrierung der Anzahl der Reticlebewegungen innerhalb und außerhalb der Belichtungsanlage erfaßt. Bei Überschreitung einer vorgegebenen Zählergrenze erfolgt eine Makrokontrolle.
Wird diese oder die für die energetische Reticlebelastung berechnete Kontrollgrenze nicht überschritten, erfolgt eine Makrokontrolle und eine Defektinspektion bei Überschreitung eines vorgegebenen Zeitlimits. Auch werden auftretende Pellicletrübungen in der Regel frühzeitig bei Makrokontrollen bemerkt.
Hei Vorhandensein verschiedener Schwelldosiswerte zur Auslösung von Kristallbildungen von Vorderseite 9 und Rückseite 10 des Reticles, beispielsweise durch einseitige Kapselung des Reticles oder durch eine unterschiedliche Oberflächennachbehandlung, werden beide Schwelldosiswerte zur Bestimmung der maximal belichtbaren Halbleiterwafer 1 benutzt, um das Reticle einer Defektinspektion zuzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand mehrerer Beispiele näher erläutert werden, wobei die einzelnen Beiträge zu E_Absorber und E_Substrat für verschiedene Belichtungsbedingungen gezeigt werden.
Tabelle 1
Aus der Bildfeldgröße und der Größe des zu belichtenden Halbleiterwafers ergibt sich die Anzahl der zu belichtenden Bildfelder (auch Shots genannt) S_Wafer je Halbleiterwafer. Für einen Halbleiterwafer mit 300 mm Durchmesser erhält man einen typischen Wert von etwa 100 Shots je Halbleiterwafer 1. Moderne Belichtungsanlagen besitzen typischerweise ein Reduktionsverhältnis von 1 : 4, so daß sich für den Reduktionsmaßstab M der Wert 4 ergibt.
In einem ersten Beispiel wird die Strukturübertragung einer Leitbahnebene eines Reticles in einer Belichtungsanlage mit einer Wellenlänge von 193 nm in die Resistschicht 3 des Halbleiterwafers 3 betrachtet. In diesem Fall ergeben sich die nachfolgenden Werte. Der Transmissionsgrad des Objektivs 4 der Belichtungsanlage für eine Wellenlänge von 193 nm liegt bei T_Objektiv = 0,1. Die Größe S_Wafer/(M²·T_Objektiv) wird auch als Tool-Faktor bezeichnet. In Tabelle 1 sind für verschiedene Wellenlängen (365 nm i-Line, 248 nm DUV und 193 nm DUV) die Tool-Faktoren für einen 300 mm Halbleiterwafer aufgeführt.
Für den Transmissionsgrad der Absorberschicht 6 bei 193 nm werden typische Werte um T_Absorber = 0,06 angegeben. Die Substrattransmission des Quarzglases 7 des Reticles liegt bei dieser Wellenlänge bei T_Substrat = 0,86 und die der Transmission des Pellicles 5 bei T_Pellicle = 0,95.
Tabelle 2
Für andere Wellenlängen und für verschiedene Maskentypen (Chrom auf Glas COG, Halbton-Phasenmaske HPSM, alternierende Phasenmaske APSM) finden sich die dazugehörigen Werte der Transmissionsgrade in Tabelle 2.
Für ein Reticle einer Leitbahnebene mit einem CLR-Wert von 0,46 ist eine mittlere Dosis am Ort der Resitschicht 3 von 26 mJ/cm² erforderlich, um die Strukturen entsprechend der Spezifikation in den Resist am Waferort zu übertragen.
Bei einem Grenzwert von 4 kJ/cm² für die Vorderseite 9 sowie Rückseite 10 des Reticles muß das Reticle spätestens vor 4500 belichteten Halbleiterwafern 1 auf der Rückseite 10 einer Makroinspektion und spätestens vor 10600 belichteten Halbleiterwafern 1 auf der Vorderseite 9 in einer Defektinspektion bezüglich Kristallbildungen untersucht werden.
Eine Spülung des Objektiv-Reticle-Raumes innerhalb der Belichtungsanlage, beispielsweise mit N₂, reduziert die Bildung von Ammoniumsulfat und Cyanursäurekristallen. Solche Prozesse schließen oftmals eine Oberflächendehydrierung im Reaktionsmechanismus ein. Spülungen des optischen Systems mit beispielsweise N₂ einer Belichtungsanlage können oftmals den Ablauf solcher Prozesse reduzieren, was zu einer Erhöhung der Werte für Z_{Wafer_Absorber} Und Z_{Wafer_Substrat} führt.
Dies kann mit einem für die Belichtungsanlage spezifischen Korrekturfaktor K berücksichtigt werden. Da moderne Belichtungsanlagen in der Regel mit einer solchen Spülung ausgerüstet sind, können die Maximalwerte Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} erfahrungsgemäß um den Korrekturfaktor K = 1,3 erhöht werden, so daß sich für die Rückseite 10 des Reticles eine Defektinspektion vor 5800 belichteten Halbleiterwafern 1 und für die Vorderseite 9 des Reticles vor 13800 belichteten Halbleiterwafern 1 ergibt.
Präventiv werden jeweils bei einem viertel des Maximalwertes von Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} die entsprechenden Kontrollen durchgeführt, da die Maximalwerte den möglichen Ausfall des Reticles repräsentieren und nicht ohne einen Kontrollschritt erreicht werden dürfen.
In einem weiteren Beispiel soll der Fall einer Strukturübertragung einer Implantationsebene auf einer Belichtungsanlage mit 365 nm Wellenlänge betrachtet werden. Hier ergeben sich die nachfolgenden Werte für ein Reduktionsobjektiv mit M = 4 und 100 Shots auf einem 300 mm Halbleiterwafer. Der Transmissionsgrad des Objektivs liegt für diese Wellenlänge bei T_Objektiv = 0,6.
Tabelle 3
Der Transmissionsgrad der Absorberschicht 6 des Reticles wird ebenfalls auf 0,06 eingestellt. Die Transmission des Reticlesubstrats 7, das beispielsweise aus Quarzglases bestehen kann, beträgt bei dieser Wellenlänge etwa 0,92 und die Transmission T_Pellicle des Pellicles 5 etwa 0,97.
Bei einem CLR-Wert von 0,11 und einer mittleren Dosis von 105 mJ/cm² und einem Grenzwert von 5 kJ/cm² für E_Absorber und E_Substrat muß die Rückseite 10 des Reticles vor 4300 einer Makroinspektion und die Vorderseite 9 des Reticles vor 28300 belichteten Halbleiterwafern 1 einer Defektinspektion unterzogen werden.
Präventiv werden auch hier aus demselben Grund bei einem Viertel des Maximalwertes die entsprechenden Kontrollen durchgeführt und gegebenenfalls das Reticle einem Reinigungsschritt unterzogen.
Die Makroinspektion richtet sich auch nach der Anzahl der Reticlebewegungen. Werden bei kritischen Ebenen eine maximale Anzahl für Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} von 800 im ersten Beispiel und bei unkritischen Ebenen (wie im zweiten Beispiel) von 3000 erreicht, so werden die Reticle einer Makroinspektion bezüglich möglicher Defekte größer 10 μm unterzogen. Gleichzeitig wird das Reticle auf eventuelle Kontaminationen oder Polymerveränderungen, die sich als Pellicletrübungen äußern, untersucht.
Weitere Beispiele bei verschieden Wellenlängen und verschieden Typen von Schichtebenen (mit unterschiedlichen CLR-Werten) sind in Tabelle 3 angegeben. Für die maximale Anzahl für Z_{Wafer_Absorber} und Z_{Wafer_Substrat} ergeben sich sehr unterschiedliche Werte, was nochmals die Notwendigkeit eines dynamischen Kontrollverfahrens unterstreicht.
Zusammenfassend besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß Reticle sowohl hinsichtlich ihrer mechanischen Belastung einschließlich Partikelablagerungen oder elektrostatisch induzierter Beschädigungen als auch hinsichtlich ihrer energetischen Belastung und der damit verbundenen Änderungen der Reticle-Material- und Oberflächeneigenschaften präventiv einer Makrokontrolle und Defektinspektion unterzogen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt ebenfalls die unterschiedlichen Flächenverteilungen der Absorberschicht sowie Eigenschaften der Belichtungsanlage wie N₂-Spülung des Objektiv-Reticle-Raumes zur Reduzierung von Kontaminationen bzw. Rekristallisationen auf optisch aktiven Flächen.
Durch diese präventiven Kontrollen wird im Fertigungsprozeß sichergestellt, daß die auf dem Reticle vorhandenen Fehler für den lithographischen Prozeß zu klein und somit nicht wirksam werden. Bei Auftreten größerer Fehler, wie nicht entfernbare Partikel oder Kristallbildung in einer Größe oberhalb der Auflösungsgrenze der Belichtungsanlage, werden die Reticle rechtzeitig einem Reinigungsschritt zugeführt.
So wird beispielsweise auch berücksichtigt, daß der unterschiedliche Transmissionsgrad der Reduktionsoptiken der für die Strukturübertragung verwendeten Wellenlängen zu einer unterschiedlichen Strahlungsbelastung der Reticle führt. Weiterhin wird berücksichtigt, daß bei Verwendung eines vom herzustellenden Produkt abhängigen, kleineren Bildfeldes Teile des Reticles durch mechanische Blenden abgedeckt und somit vor der Strahlungseinwirkung geschützt werden.
Gleichzeitig wird dadurch die Kapazität der Reticlekontrollanlagen optimal ausgenutzt. Außerdem gehen verschiedene Materialeigenschaften des Reticles und des Pellicles sowie der Flächenbedeckungsgrad der Reticle-Absorberschicht in die Betrachtungen mit ein. In Summe dieser komplexen Betrachtung ergeben sich dynamische, für jedes Reticle individuelle Kontrollgrenzen, so daß jedes Reticle zum richtigen Zeitpunkt kontrolliert werden kann.
Wird ein Reticle benutzt und die berechnete energetische Kontrollgrenze jedoch nicht erreicht, so wird dieses nach Erreichen eines vorgegebenen Zeitlimits einer Kontrolle zugeführt. Dadurch können Verschmutzungen, beispielsweise durch Reticlehandhabung entstanden, beseitigt bzw. Langzeiteffekte präventiv erkannt und das Reticle einer Reinigung zugeführt werden.

1: Halbleiterwafer
2: Belichtungsfeld
3: Resistschicht
4: Objektiv
5: Pellicle
6: Absorberschicht
7: Reticlesubstrat
8: Anti-Reflexionsschicht
9: Vorderseite
10: Rückseite
11: erster Strahlengang
12: zweiter Strahlengang

Claims

Verfahren zur dynamischen Kontrolle eines Reticles, das bei der photolithographischen Strukturierung eines Halbleiterwafers (1) in einem Projektionsapparat eingesetzt wird, mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Reticles, das ein Pellicle (5), ein Reticlesubstrat (7) und eine Absorberschicht (6) umfaßt, wobei die Absorberschicht (6) absorbierende Elemente enthält, die entsprechend eines Schaltungsmusters ausgeführt werden; – photolithographisches Strukturieren von Schichten (3) von Halbleiterwafern (1) in einem Projektionsapparat mit dem Reticle unter Verwendung elektromagnetischer Strahlung einer vorherbestimmten Wellenlänge; – Bestimmen der Zahl der Reticlebewegungen innerhalb und außerhalb des Projektionsapparates; – Bestimmen der Zeitdauer der Reticlenutzung; und – Berechnen eines Kontrollwertes aus der Zahl der Reticlebewegungen und der Zeitdauer der Reticlenutzung; dadurch gekennzeichnet, daß – bei jeder Belichtung der Dosiswert (E_Wafer) der elektromagnetischen Strahlung am Ort der Schicht (3) bestimmt wird; – bei jeder Belichtung die Eigenschaften (M, T_Objektiv) des Objektivs (4) des Projektionsapparates für die vorherbestimmte Wellenlänge erfaßt wird; – der Hell-Dunkelanteil (CLR) des Reticles bestimmt wird; – die bestrahlte Fläche (2) des Halbleiterwafers (1) bestimmt wird; – der Transmissionsgrad (T_Pellicle) des Pellicles für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird; – der Transmissionsgrad (T_Absorber) der Absorberschicht (6) für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird; – der Transmissionsgrad (T_Substrat) des Reticlesubstrats (7) für die vorherbestimmte Wellenlänge bestimmt wird; und – eine maximale Anzahl von Waferbelichtungen aus dem Kontrollwert, dem Dosiswert (E_Wafer), den Eigenschaften (M, T_Objektiv) des Objektivs (4), dem Hell-Dunkelanteil (CLR), der bestrahlten Fläche (2), dem Transmissionsgrad (T_Pellicle) des Pellicles, dem Transmissionsgrad (T_Absorber) der Absorberschicht und dem Transmissionsgrad (T_Substrat) des Reticlesubstrats berechnet wird, bei der das Reticle einer Kontrolle unterzogen werden muß, wobei die maximale Anzahl (Z_{Wafer_Substrat}, Z_{Wafer_Absorber}) von Waferbelichtungen für das Reticlesubstrat (7) und für die Absorberschicht (6) des Reticles getrennt bestimmt wird und aus dem niedrigeren der beiden Werte der Zeitpunkt der Reticlekontrolle bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Kontrolle das Durchführen einer Makroinspektion und einer Defektinspektion umfaßt, wobei bei der Makrokontrolle das Pellicle einer optischen Inspektion unterzogen wird, bei der eine eventuelle Trübung des Pellicles nachgewiesen werden kann.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem lokal unterschiedliche Hell-Dunkelanteile (CLR) an verschiedenen Positionen des Reticles mit einem Korrekturfaktor belegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem beim Vorhandensein Kontamination verhindernder Maßnahmen die Anzahl (Z_{Wafer_Substrat}, Z_{Wafer_Absorber}) der maximalen Waferbelichtungen mit einem weiteren Korrekturfaktor berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Kontamination verhindernden Maßnahmen das Spülen mit einem inerten Gas wie Stickstoff oder Argon umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei unterschiedlichen chemisch physikalischen Oberflächeneigenschaften der Vorder- und Rückseite des Reticles unterschiedliche Schwelldosiswerte bei unterschiedlichen Belichtungswellenlängen für Oberflächenänderungen verwendet werden, die als für die Bestimmung der maximal belichtbaren Wafer benutzt werden, um das Reticle einer Inspektion der jeweiligen Reticleoberfläche zuzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Reticle eine COG-Maske, Halbton-Phasenmaske, eine alternierende Phasenschiebermaske, eine Stencilmaske oder eine andere photolithographische Maske ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Eigenschaften des Objektivs durch einen Transmissionsgrad bei der vorherbestimmten Wellenlänge und einem Reduktionsfaktor bei der Abbildung festgelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Schritt der photolithographischen Strukturierung einer Schicht, das Belichten einer Resistschicht umfaßt, wobei der Dosiswert der Belichtung durch die Spezifikationen des Resists bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Kontrolle des Reticles bei einem vorherbestimmten Bruchteil der maximalen Anzahl (Z_{Wafer_Substrat}, Z_{Wafer_Absorber}) von Waferbelichtungen durchgefürt wird, wobei der Bruchteil für kritische und unkritische Ebenen unterschiedlich festgelegt werden kann.