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Dokumentenidentifikation DE10145183C2 16.10.2003
Titel Verfahren zur automatischen Überwachung und Analyse von durch Objektivlinsenfokusschwankung einer Belichtungsanlage verursachten Fertigungsfehlern
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Steinkirchner, Erwin, 94315 Straubing, DE;
Maeritz, Jörn, 93152 Zeiler, DE
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Anmeldedatum 13.09.2001
DE-Aktenzeichen 10145183
Offenlegungstag 03.04.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.10.2003
IPC-Hauptklasse G03F 7/207
IPC-Nebenklasse G03F 7/20   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwachung und Analyse von durch Objektivlinsenfokusschwankungen einer Belichtungsanlage verursachten Fertigungsfehlern im laufenden Fotolithografieprozess der Halbleiterfertigung.

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise aus Halbleitern mit Maschinen, wie zum Beispiel Belichtungsanlagen, Trockenätzmaschinen, Nassätzmaschinen, Prozessöfen und dergleichen, treten häufig Maschinenprobleme auf, die zur Beeinträchtigung der Qualität der hergestellten integrierten Schaltkreise führen. Die Maschinen erzeugen maschineninterne Daten, die für eine automatische Prüfung auf Fertigungsfehler geeignet sind. Diese Maschinendaten umfassen Fertigungsparameter wie zum Beispiel die Fertigungszeit, das Fertigungsdaten, die Lage von bearbeiteten Halbzeugen (Wafer) in der Maschine, die Prozesstemperatur, die Anzahl ausgeführter Bearbeitungsschritte und auch Objektivlinsenfokusdaten der verwendeten Belichtungsanlage. Da diese maschineninternen Daten gespeichert werden, können sie auch automatisch ausgewertet werden, um Fertigungsfehler zu erfassen.

Bisher werden in Stichproben einzelne Wafer, in der Regel ein Wafer von fünfundzwanzig Wafern eines Fertigungsloses einer Strukturqualitätskontrolle unmittelbar nach der Fototechnikstrukturierung unterzogen.

JP 2001-244182 A beschreibt ein Verfahren zur Messung von Variationen der Abbildungseigenschaften eines optischen Projektionssystems aufgrund der bei der Belichtung entwickelten Wärme. Die gemessenen Variationen werden dabei zur Optimierung eines Korrekturkoeffizienten für die Abbildungseigenschaften verwendet.

Ferner schlägt JP 2001-148337 A, in Patent Abstracts of Japan vor, die Änderungen der optimalen Fokusposition in einem Verkleinerungslinsensystem eines Alignmentprojektors durch die sensorische Erfassung des Atmosphärendrucks, der Temperatur und der erzeugten Wärme zu erfassen, die erfassten Ist-Werte hinsichtlich der optimalen Fokusposition auszuwerten und unmittelbar vor dem Beginn der Belichtung als Korrekturwerte zur Berechnung der optimalen Fokusposition der Verkleinerungslinse zurückzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatischen Überwachung und Analyse von durch Objektivlinsenfokusschwankungen einer Belichtungsanlage verursachten Fertigungsfehlern im laufenden Fotolithografieprozess der Halbleiterfertigung so anzugeben, dass eine 100%-ige Überwachung und Analyse in Echtzeit und dadurch eine Ausbeuteerhöhung und Prozessoptimierung ermöglicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:

  • A) Erfassung aller maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten der Belichtungsanlage in Echtzeit für mehrere Wafer mindestens eines Fertigungsloses;
  • B) methodische Aufbereitung der in Schritt (A) erfassten Daten der gemessenen Wafer eines Fertigungsloses in Echtzeit mit mindestens einem in einem Computer ablaufenden Algorithmus;
  • C) Überprüfung der in Schritt (A) erfassten und in Schritt (B) aufbereiteten Daten auf Überschreitung eines einen Toleranzbereich angebenden Grenzwerts der Objektivlinsenfokusschwankung und
  • D) Ausgabe eines Warnsignals und/oder Initiieren eines automatischen Fertigungsstopps für die betroffenen Wafer.

Dieses Verfahren ermöglicht die Echtzeiterkennung von Fokusschwankungen der abbildenden optischen Teile der Belichtungsanlage, insbesondere der sogenannten Objektivlinse einschließlich deren Halterung, deren Fokus in der Regel mittels einer anlageninternen Autofokusmessung in regelmäßigen zeitlichen Abständen ermittelt wird. Bei in der Halbleiterfertigung der Anmelderin eingesetzten Canon i-line-Steppern* ist diese Autofokusmessung mit "Through The Lens Auto Focus" (abgekürzt: "TTLAF") oder "Advanced Lens Focus Control" (abgekürzt: "ALFC") bezeichnet (* Produktbezeichnung der Firma Canon). Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die erfassten und methodisch aufbereiteten Objektivlinsenfokusdaten und der jeweilige Grenzwert protokolliert und/oder angezeigt.

Ferner kann mittels des Computers unter Hinzunahme anderer maschineninterner Prozessdaten untersucht werden, ob die Ursache in einer unzulässigen Erwärmung der Objektivlinsenoptik, einer Luftdruckveränderung oder in einem menschlichen Fehlverhalten des Bedienerpersonals liegt.

Vorteilhafterweise umfassen die erfassten und aufbereiteten maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten den durch die Objektivlinse der Belichtungsanlage gemessenen Autofokusbereich-Offsetwert für das wenigstens eine Fertigungslos, d. h. den oben erwähnten TTLAF-Fokusoffsetwert der Belichtungsanlage. Bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden pro Fertigungslos die Objektivlinsenfokusdaten an mehr als zwei Wafern erfasst. Ferner können bei einem Ausführungsbeispiel die Objektivlinsenfokusdaten an mehreren Belichtungsfeldern eines Wafers erfasst werden.

Außerdem ist es möglich die Objektivlinsenfokusdaten von mehreren Fertigungslosen zu erfassen, aufzubereiten und auf Überschreitung eines Toleranzbereiches zu untersuchen.

Die Erfindung bezieht alle maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten in ein neuartiges Kontroll- oder Regelsystem ein. Sie ermöglicht damit die methodische Aufbereitung der Objektivlinsenfokusdaten in Echtzeit und eine automatische, produkt-, ebenenfeine und ereignisgesteuerte Erzeugung von Fertigungsstopps mit entsprechendem Aktionsplan, zum Beispiel Initiierung eines Fertigungsstopps für die betroffenen Wafer.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung Bezug nehmend auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1A zeigt schematisch, teilweise als Funktionsblockdiagramm eine für die Halbleiterfertigung vorgesehene Belichtungsanlage, die für eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist;

Fig. 1B zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen mehrere Belichtungsfelder aufweisenden Halbleiterwafer, und

Fig. 2 zeigt graphisch eine Darstellung von Fokusrangewerten von etwa 300 Losen, wobei je Los ein Punkt eingetragen ist.

Mit der in Fig. 1A schematisch und teilweise als Funktionsblockdiagramm dargestellten Belichtungsanlage wird ein auf einem Tisch 3 mittels einer Spannvorrichtung 6 aufgespannter und unter der Lichtquelle 2 der Belichtungsanlage positionierter Wafer 1 durch ein von der Lichtquelle 2 ausgesendetes Belichtungsstrahlenbündel F belichtet, das durch eine Belichtungsmaske 8 geht und durch eine Objektivlinse 7 auf das zu belichtende Belichtungsfeld des Wafers 1 fokussiert wird. Ein Pfeil F stellt einen eine Fokusmessung der Objektivlinse 7 ermöglichenden Hauptstrahl dar.

Die in Fig. 1A dargestellte Belichtungsanlage weist ferner eine mit der Lichtquelle 2 und einer (nicht dargestellten) Fokussteuerung (in Z-Richtung) für die Objektivlinse 7 in Wirkverbindung stehende Belichtungssteuer/Fokusregeleinheit 4 und eine mit dem Tisch 3 bzw. der Spannvorrichtung 6 des Wafers 1 in Wirkverbindung stehende Tischsteuereinheit 5 auf. Letztere und die Belichtungssteuer- und Fokusregeleinheit 4 stehen in Wirkverbindung mit einem Computer 10, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. In dem Computer 10 ist mindestens ein zur Echtzeit- Aufbereitung der in der Belichtungsanlage in Echtzeit erfassten maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten eingerichteter Algorithmus gespeichert sowie ein Programm, das die erfassten und aufbereiteten Objektivlinsenfokusdaten auf Überschreiten eines einen Toleranzbereich angebenden Grenzwerts überprüft und gegebenenfalls ein Warnsignal ausgibt und/oder einen automatischen Fertigungsstopp der betroffenen Wafer initiiert.

Es sei erwähnt, dass die Funktionseinheiten 4, 5 und 10 auch in einem einzigen Gerät integriert sein können. Wesentlich für die Erfindung ist, dass die erfindungsgemäß erfassten und aufbereiteten maschineninternen Fokusdaten aus Fokusmessungen durch die Objektivlinse 7 resultieren.

Bei einer bei der Anmelderin verwendeten Belichtungsanlage von Canon, gibt es für die erfindungsgemäß zu erfassenden Objektivlinsenfokusdaten den "Through-The-Lens-Auto-Focus" (TTLAF)- oder "Advanced-Lens-Focus-Control" (ALFC)-Wert, die normalerweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen oder einmal pro Fertigungslos ermittelt werden. Die Erfindung schlägt vor, derartige Objektivlinsenfokusdaten der Belichtungsanlage nicht nur einmal pro Los oder in regelmäßigen Zeitabständen, sondern mehrere Objektivlinsenfokusdaten pro Los, zum Beispiel einmal pro Wafer oder alle zwei Wafer oder sogar mehrmals pro Wafer, das heißt bei mehreren Belichtungsfeldern zu messen, methodisch aufzubereiten und auf Überschreitung eines einen Toleranzbereich angebenden Grenzwerts zu überprüfen.

In Fig. 1B ist ein mit der Belichtungsanlage gemäß Fig. 1A zu belichtender Wafer 1 in Draufsicht dargestellt. Gezeigt sind mehrere Belichtungsfelder oder -blöcke 11, 12, 13, 14, . . . 1n und Justagemarken 21, 22 auf dem Wafer 1. Fig. 1B zeigt eine Spur 20, entlang der der Belichtungsstrahl, das heißt das durch die Maske 8 und die Objektivlinse 7 gegangene Strahlenbündel, die Belichtungsfelder 11, 12, 13, 14, . . ., 1n überstreicht. Gezeigt ist ferner ein X-Y-Z-Koordinatensystem, in dem die verstellbare Lage des Wafers 1 relativ zum belichtenden Strahlenbündel erfasst wird.

Die graphische Darstellung der Fig. 2 zeigt die erwähnten TTLAF-Fokusrangewerte von ca. 300 Losen, wobei auf der Ordinate der Fokusrangewert in 0,1 µm Schritten und auf der Abszisse Datum und Stunde der Belichtung aufgetragen ist. Die Prozessierung der 300 Lose und die Erfassung der als Punkte dargestellten Fokusrangewerte ging zum Beispiel über sechs Tage. Pro Los ist ein Punkt eingetragen. Die strichpunktiert eingezeichnete Gerade gibt einen Grenzwert G an. Die mit den Pfeilen I bezeichneten gemessenen Fokusrangewerte liegen alle unterhalb des mit der Geraden G bezeichneten Grenzwerts, der etwa bei 0,3 µm liegt. Der mit dem Pfeil II bezeichnete TTLAF-Fokusrangewert gibt ein Los mit einem weit außerhalb des Grenzwerts G liegenden Fokusrangewert (etwa bei 0,7 µm) an. Als Ursache kommt hier eine fehlerhafte Kompensation der Objektivlinsenerwärmung in Frage. Ein automatischer Fertigungsstopp kann für dieses Fertigungslos durch die erfindungsgemäße automatische Erfassung und Aufbereitung in Echtzeit initiiert werden.

Durch die erfindungsgemäße automatische Erfassung der beschriebenen Objektivlinsenfokusdaten in Echtzeit kann ein grenzwertüberschreitender Objektivlinsenfokuswert erkannt und daraufhin ein Warnsignal und/oder ein automatischer Fertigungsstopp der betroffenen Wafer initiiert werden. Da die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte im Computer 10 durchgeführt werden, können die Objektivlinsenfokusdaten, eventuell damit korrelierte andere Prozessdaten und der jeweilige Grenzwert angezeigt und/oder protokolliert werden. Durch eine Korrelation der erfindungsgemäß erfassten und methodisch aufbereiteten Objektivlinsenfokusdaten mit weiteren maschinenintern anfallenden Prozessdaten lässt sich die jeweilige Ursache der Grenzwertüberschreitung automatisch ermitteln und man erhält eine Aussage, ob diese Ursache in einer unzulässigen Erwärmung der Objektivlinsenoptik, einer Luftdruckveränderung oder gar in einem menschlichen Fehlverhalten des Bedienpersonals liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erreicht durch die rechtzeitige Erkennung von Anlagen- und Prozessproblemen bzw. Schwächen vorteilhafterweise eine Ausbeuteerhöhung und Prozessoptimierung. Die Erfindung erreicht eine automatische, produkt-, ebenenfeine und ereignisgesteuerte Erzeugung von Fertigungsstopps mit entsprechendem Aktionsplan. Bezugszeichenliste 1 Wafer

2 Lichtquelle der Belichtungsanlage

3 Tisch

4 Belichtungssteuer/Fokusregeleinheit

5 Tischsteuereinheit

6 Spannvorrichtung

7 Objektivlinse

8 Maske

10 Computer

11, 12, 13, 14, . . ., 1n Belichtungsfelder

20 Spur des Strahlenbündels auf dem Wafer

21, 22 Positioniermarken

X, Y, Z Positionskoordinaten des Wafers

F Belichtungshauptstrahl

G Grenzwert

I, II Messwerte für die Objektivlinsenfokusabweichung


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur automatischen Überwachung und Analyse von durch Objektivlinsenfokusschwankungen einer Belichtungsanlage bedingten Fertigungsfehlern im laufenden Fotolithografieprozess der Halbleiterfertigung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    1. A) Erfassung aller maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten der Belichtungsanlage in Echtzeit für mehrere Wafer mindestens eines Fertigungsloses;
    2. B) methodische Aufbereitung der in Schritt (A) erfassten Daten der gemessenen Wafer eines Fertigungsloses in Echtzeit mit mindestens einem in einem Computer ablaufenden Algorithmus;
    3. C) Überprüfung der in Schritt (A) erfassten und in Schritt
    4. D) aufbereiteten Daten auf Überschreitung eines einen Toleranzbereich angebenden Grenzwerts der Objektivlinsenfokusschwankung und
    5. E) Ausgabe eines Warnsignals und/oder Initiieren eines automatischen Fertigungsstopps für die betroffenen Wafer.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Schritt (E), durch den die erfassten und aufbereiteten Prozessdaten und der jeweilige Grenzwert protokolliert und/oder angezeigt werden.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

    dass die jeweilige Ursache der Grenzwertüberschreitung analysiert wird, ob es sich um

    eine unzulässige Erwärmung der Objektivlinsenoptik,

    eine Luftdruckveränderung oder

    um menschliches Fehlverhalten des Bedienpersonals

    handelt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt (A) erfassten und in Schritt (B) aufbereiteten maschineninternen Objektivlinsenfokusdaten den durch die Objektivlinse (7) der Belichtungsanlage gemessenen Autofokusbereich-Offsetwert für das wenigstens eine Fertigungslos umfassen.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) pro Fertigungslos die Objektivlinsenfokusdaten an mehr als zwei Wafern erfasst werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) die Objektivlinsenfokusdaten an mehreren Belichtungsfeldern jedes Wafers erfasst werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (A) die Objektivlinsenfokusdaten von mehreren Fertigungslosen erfasst werden.






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