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Dokumentenidentifikation DE102004009095B4 08.03.2007
Titel Verfahren zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer Maskenstruktur auf einer Halbleiterschicht anhand von Justiermarken
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Mantz, Ulrich, Dr., 01099 Dresden, DE;
Guittet, Pierre-Yves, 01099 Dresden, DE
Vertreter Wilhelm & Beck, 80636 München
DE-Anmeldedatum 25.02.2004
DE-Aktenzeichen 102004009095
Offenlegungstag 29.09.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.03.2007
IPC-Hauptklasse G01M 11/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G03F 9/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Maskenschicht auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur werden anhand von Justiermarken, die in der Maskenschicht und unter der Halbleiterschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, mithilfe zweier Abtasteinrichtungen das Halbleitersubstrat an der der Maskenschicht gegenüberliegenden Rückseite mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung, deren Wellenlänge so gewählt ist, dass das Halbleitersubstrat für die erste elektromagnetische Strahlung transparent ist, und die Maskenschicht mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung abgetastet, wobei die auf das Halbleitersubstrat und die Maskenschicht abgestrahlte elektromagnetische Strahlung jeweils in Reflexion aufgenommen wird. Mithilfe einer Auswerteeinheit werden dann die in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbilder ausgewertet, um jeweils die Position der Justiermarke auf dem Halbleitersubstrat und in der Maskenschicht zu ermitteln und daraus dann die Überlagerungsgenauigkeit der in der Maskenschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Strukturen mit der auf dem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand der ermittelten Justiermarkenposition zu bestimmen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer auf einer Halbleiterschicht ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand von Justiermarken, die in der Maskenschicht und unter der Halbleiterschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Integrierte Schaltungen auf Halbleitersubstraten werden in der Regel in Planartechnik hergestellt. Die Planartechnik beinhaltet eine Abfolge jeweils ganzflächig auf die Scheibenoberfläche wirkender Einzelprozessen, die über geeignete Maskierungsschichten gezielt zur lokalen Veränderung des Halbleitersubstrats führen. Die Strukturierung des Halbleitersubstrats erfolgt dabei fast durchwegs mithilfe von Lithographieverfahren. Bei dieser Technik wird ein dünner strahlungsempfindlicher Film, in der Regel eine organische Fotolackschicht, auf die Halbleiterscheibe aufgebracht und mithilfe einer Maske, die die gewünschte Struktur als Muster enthält, belichtet. Anschließend wird dann der Fotolack entwickelt, um die bestrahlt bzw. unbestrahlten Bereichen zu entfernen. Das so entstandene Lackmuster dient dann als Maske für einen darauffolgenden Prozessschritt, z. B. einer Ätzung, um die abgebildete Struktur in die darunter liegende Schicht auf dem Halbleitersubstrat zu übertragen, oder einer Ionenimplantation, um Dotierbereiche in der darunter liegenden Schicht auszubilden.

Um integrierte Schaltungen mit minimalen Strukturgrößen ausbilden zu können, ist es entscheidend die Vielzahl der aufeinanderfolgenden Fotolackstrukturen auf der Halbleiterscheibe maßstabsgetreu, lagerichtig und defektfrei zu erzeugen. Es ist deshalb erforderlich, das erzeugte Lackstrukturmuster genau zu kontrollieren, um insbesondere Lagefehler zu ermitteln und gegebenenfalls dann das defekte Lackstrukturmuster noch mal ablösen und neu und lagerichtig erzeugen zu können. Bei integrierten Schaltungen darf der relative Mittellagenfehler zwei übereinander liegende Strukturen, z. B. einer Leiterbahn über dem Kontaktloch nur etwa 1/3 der minimalen Strukturgröße betragen, weil sonst die mit der minimalen Struktur mögliche Packungsdichte nicht mehr voll genutzt werden kann und darüber hinaus die Funktionalität des Chips eingeschränkt sein könnte.

Die Bestimmung der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Fotolackschicht ausgebildeten Struktur mit einer darunter liegenden Strukturebene erfolgt anhand von Justiermarken, die in der Regel zusammen mit der jeweiligen Strukturebene ausgebildet werden. Anhand der Position der Justiermarken zueinander kann ein evtl. Lagefehler festgestellt werden, um dann, wenn die Abweichung größer als ein tolerierbares Maß ist, die Fotolackschicht abzulösen und den Lithographieprozess nochmals zu wiederholen.

Zum Bestimmen der Justiermarkenposition wird ein optisches Erfassungssystem auf die aus dem Design-Layout bekannte Lage der Justiermarken auf der Halbleiterscheibe ausgerichtet und mit einem lichtoptischen Formenerkennungsverfahren die genaue Position der Justiermarken bestimmt. Die lichtoptischen Formenerkennungsverfahren basieren darauf, dass anhand des Kontrastes zwischen den Justiermarken und ihrer Umgebung die jeweilige Position der Justiermarke ermittelt werden kann. Alle lichtoptischen Justiermarken-Formenerkennungsverfahren haben jedoch das Problem, dass der Kontrast der Justiermarken stark von der Oberflächenbeschaffenheit, d. h. der Schichtdicke, der Oberflächenrauigkeit und dem Kantenprofil im Bereich der Justiermarken, abhängen. Bei einem zu geringen Kontrast der Justiermarke besteht die Gefahr einer Fehlerkennung und damit einer fehlerhaften Lagebestimmung. Dies gilt insbesondere für die Referenzjustiermarke, die die Lage der unter der zu strukturierenden Halbleiterschicht bereits vorhandenen Strukturebene anzeigt. Eine direkte Erkennung der Referenzjustiermarke, die die Position der bereits vorhandenen Struktur anzeigt, durch die darüber befindliche Halbleiterschicht hindurch ist nur dann zuverlässig möglich, wenn die Halbleiterschicht für die zur Positionserkennung eingesetzte lichtoptische Strahlung durchlässig ist. Dies trifft z. B. nicht zu, wenn die zu strukturierende Halbleiterschicht eine Metallschicht ist. Solche Metallschichten sind nicht transparent im zur Justiermarkenerkennung herkömmlicherweise verwendeten sichtbaren Wellenlängenbereich. Die Position der Referenzjustiermarke unter einer solchen Metallschicht wird deshalb bisher indirekt so erfasst, dass die sich aufgrund der vergrabenen Referenzjustiermarken ergebene Welligkeit der Oberfläche der Metallschicht lichtoptisch abgetastet und daraus die Lage der Referenzjustiermarke bestimmt wird. Für eine solche Vorgehensweise ist jedoch eine ausreichende Welligkeit der Metallschichtoberfläche notwendig, die zu gewährleisten insbesondere dann schwierig ist, wenn die Metallschicht planarisiert wird. In diesem Fall sind dann zusätzliche Prozessschritte notwendig, um eine ausreichende Welligkeit der Oberfläche über der Referenzjustiermarke zu erreichen.

Aus der US 4 952 060 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Ausrichtung einer Maskenprojektionseinrichtung zur Belichtung einer Lackschicht mit einer Maske anhand einer Justiermarke erfolgt, die von der Wafer-Rückseite her abgetastet wird, um die aufgebrachte Lackmaske nicht zu beeinträchtigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem sich einfach, schnell und zuverlässig die Überlagerungsgenauigkeit von übereinander liegenden Strukturen auf einem Halbleitersubstrat anhand von Justiermarken ermitteln lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Maskenschicht auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand von Justiermarken, die in der Maskenschicht und unter der Halbleiterschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, mithilfe zweier Abtasteinrichtungen, das Halbleitersubstrat an der der Maskenschicht gegenüber liegenden Rückseite mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung, deren Wellenlänge so gewählt ist, dass das Halbleitersubstrat für die erste elektromagnetische Strahlung transparent ist, und die Maskenschicht mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung abgetastet werden, wobei die auf das Halbleitersubstrat und die Maskenschicht abgestrahlte elektromagnetische Strahlung jeweils in Reflexion aufgenommen wird. Mithilfe einer Auswerteeinheit werden dann die in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbilder ausgewertet, um jeweils die Position der Justiermarke auf dem Halbleitersubstrat und in der Maskenschicht zu ermitteln und daraus dann die Überlagerungsgenauigkeit der in der Maskenschicht auf dem Halbleitersubstrat ausgebildeten Strukturen mit der auf dem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand der ermittelten Justiermarkenposition zu bestimmen.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise, die Position der Referenzjustiermarke nicht von der Vorderseite aus durchzuführen, sondern das Halbleitersubstrat zur Positionsbestimmung von der gegenüber liegenden Rückseite her abzutasten, sorgt dafür, dass insbesondere dann, wenn die über der Referenzjustiermarke ausgebildete Halbleiterschicht im sichtbaren Bereich nicht durchsichtig ist, eine zuverlässige Positionsbestimmung gewährleistet wird. Der Kontrast der Referenzjustiermarke hängt nämlich im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren nur vom Profil der Justiermarke selbst ab. Die Oberflächenbeschaffenheit der Halbleiterschicht über der Referenzjustiermarke, insbesondere deren Welligkeit, die bei einer im sichtbaren Bereich nicht transparenten Halbleiterschicht zur Bestimmung der Referenzjustiermarkenposition erforderlich ist, ist erfindungsgemäß unerheblich. Weiterhin ist es mithilfe der Rückseitenabtastung möglich anhand eines einzelnen Referenzjustiermarkensatzes, der vorzugsweise direkt auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, alle später erzeugten Lackstrukturen zu kontrollieren. Zur Bestimmung der Überlagerungsgenauigkeit der in einer Maskenschicht ausgebildeten Struktur ist es dann immer nur erforderlich die Justiermarkenposition in der Maskenschicht mit den Koordinaten der Referenzjustiermarke zu vergleichen. Diese Vorgehensweise sorgt für eine vereinfachte Justiermarkenprozessierung im Vergleich zum Stand der Technik, da nur ein einziges Mal im Rahmen der Bauelementherstellung Referenzjustiermarken erzeugt werden müssen.

Erfindungsgemäß wird zur Messkalibrierung eine Referenzjustiermarke von der Halbleitersubstratrückseite her mit der ersten elektromagnetischen Strahlung und von der Halbleitersubstratoberseite her mit der zweiten elektromagnetischen Strahlung abgetastet, wobei die von der Rückseite und von der Oberseite abgestrahlte elektromagnetische Strahlung jeweils in Reflexion aufgenommen und ausgewertet wird, um jeweils die Position der Referenzjustiermarke aus den aufgenommenen Strahlungsbildern zu ermitteln. Anhand der dabei ermittelten Referenzjustiermarkenpositionen wird dann ein Positionskorrekturwert bestimmt, der zur Kalibrierung weiterer Justiermarkenpositionsbestimmungen bei Kontrolle erzeugter Lackstrukturen genutzt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halbleitersubstrat eine Siliziumscheibe und die Wellenlänge der ersten elektromagnetischen Strahlung zum Erfassen der Referenzjustiermarken von der Rückseite der Siliziumscheibe her liegt im Infrarot- oder Naheninfrarotbereich. Mit dieser Vorgehensweise lassen sich aufgrund des guten Kontrastes besonders zuverlässig Referenzjustiermarken in einem Siliziumsubstrat auffinden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch ein optisches System gemäß der Erfindung.

In der Figur ist eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Systems zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Maskenschicht auf einer Halbleiterschicht ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand von Justiermarken dargestellt. Die Figur zeigt dabei schematisch und stark vergrößert ein Prozessstadium im Rahmen der Ausbildung einer hoch integrierten Schaltung auf einem Halbleitersubstrat.

Hoch integrierte Schaltungen werden vorzugsweise aus Silizium aufgrund der ausgereiften Bearbeitungstechnik in Verbindung mit den günstigen Materialeigenschaften gefertigt. Um die elektrischen Funktionen einer integrierten Schaltung auf einer Siliziumscheibe zu realisieren wird in der Regel die Planartechnik eingesetzt. Diese beinhaltet eine Abfolge von jeweils ganzflächig an der Scheibenoberfläche wirkenden Einzelprozessen, die über geeignete Maskierungsschichten gezielt zu lokalen Veränderung des Siliziummaterials führen. Eine Bearbeitungsfolge zum Ausbilden einer Strukturebene auf dem Siliziumsubstrat umfasst dabei in der Regel folgende Schritte: Aufbringen eines lichtempfindlichen Fotolacks, Belichten des lichtempfindlichen Fotolacks mit einer Maske, die die Struktur einer Entwurfsebene der integrierten Schaltung enthält, Entwickeln, d. h. Entfernen des belichteten Fotolacks, Strukturieren der Siliziumscheibe mit dem Fotolack als Maskierungsschicht, um die im Fotolack erzeugte Struktur in das Siliziumsubstrat zu übertragen und anschließend Entfernen des Fotolacks.

Vor der Übertragung der in der Fotolackschicht erzeugten Struktur in die darunter liegende Halbleiterschicht ist insbesondere eine Kontrolle der erzeugten Struktur notwendig. Bei integrierten Schaltungen darf der relative Mittellagefehler zweier übereinander liegender Strukturebenen, z. B. einer Leiterbahn über dem Kontaktloch nur etwa 1/3 der minimalen Strukturbreite betragen, weil andernfalls die mit der minimalen Struktur mögliche Packungsdichte nicht mehr voll genutzt werden kann und die Funktionalität des Chips eingeschränkt sein könnte. Die Kontrolle der Überlagerungsgenauigkeit einer Maskenstruktur mit einer bereits auf der Halbleiterscheibe vorhandenen Struktur erfolgt dabei anhand von Justiermarken, die in der Maskenschicht und in der bereits vorhandenen Struktur mit erzeugt werden. Die Justiermarken sind in der Regel Vertiefungen, die vorzugsweise im Zwischenbereich zwischen den einzelnen integrierten Schaltungen auf der Siliziumscheibe ausgebildet werden. Der Vorgang der Strukturkontrolle erfolgt in der Regel drei Schritten. Zum Bestimmen der Justiermarkenposition in der Maskenschicht wird ein optisches Erfassungssystem auf die aus dem Design-Layout bekannte Lage der Justiermarke in der Maskensicht ausgerichtet und dann mit einem lichtoptischen Formenerkennungsverfahren die Position der Justiermarke bestimmt. Dann wird in gleicher Weise die Position einer Referenzjustiermarke in der bereits auf der Halbleiterscheibe vorhandenen Strukturebene ermittelt. Anhand der beiden Justiermarkenpositionen wird dann festgestellt, ob eine ausreichende Überlagerungsgenauigkeit der Maskenstruktur mit der darunter liegenden Struktur vorliegt. Bei zu großen Lagefehlern kann dann die Maskenschicht nochmals abgelöst und neu erzeugt werden.

Zur Positionsbestimmung der Justiermarken werden vorzugsweise optische Formenerkennungsverfahren eingesetzt, bei denen anhand des Kontrastes zwischen der Justiermarke und ihrer Umgebung die jeweilige Position der Justiermarke ermittelt werden kann. Problematisch gestaltet sich die Erkennung insbesondere der Referenzjustiermarke dann, wenn diese mit einer Halbleiterschicht bedeckt ist, die gegen lichtoptische Strahlung undurchsichtig ist, wie z. B. Polysiliziumdeckschichten oder Metallschichten, in denen Leiterbahnebenen ausgebildet werden sollen. Die Position der Referenzjustiermarke unter solchen undurchsichtigen Halbleiterschichten wird im Stand der Technik bisher indirekt so erfasst, dass die sich aufgrund der vergrabenen Referenzjustiermarke ergebene Welligkeit der Oberfläche der Halbleiterschicht lichtoptisch abgetastet und daraus die Lage der Referenzjustiermarke bestimmt wird. Eine solche Vorgehensweise macht jedoch eine aufwändige Justiermarkenpräparation erforderlich, um eine ausreichende Welligkeit der Oberfläche über der Referenzjustiermarke zu gewährleisten und so ein Erkennen der Justiermarke zu ermöglichen.

Um bei der Bestimmung der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Maskenschicht auf einer Halbleiterschicht ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand von Justiermarken, insbesondere die Referenzjustiermarke einfach und zuverlässig erfassen zu können, wird erfindungsgemäß so vorgegangen, dass die Referenzjustiermarke durch Abtasten des Halbleitersubstrats von der Rückseite her mit einer elektromagnetischen Strahlung erfolgt, deren Wellenlänge so gewählt ist, dass das Halbleitersubstrat für die elektromagnetische Strahlung transparent ist, wobei durch Auswerten des in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbildes die Position der Referenzjustiermarke auf dem Halbleitersubstrat ermittelt wird. Gleichzeitig wird auch die Maskenschicht von ihrer Oberseite her abgetastet, um aus dem Strahlungsbild die Justiermarke in der Maskenschicht zu ermitteln. Anhand der Justiermarkenposition in der Maskenschicht und der Referenzjustiermarkenposition in der unter der zu strukturierenden Halbleiterschicht bereits vorhandenen Strukturebene wird dann die Überlagerungsgenauigkeit der in der Maskenschicht auf der Halbleiterschicht ausgebildeten Struktur mit der auf dem Halbleitersubstrat unter der Halbleiterschicht vorhandenen Struktur bestimmt. Durch die direkte Erfassung der Referenzjustiermarke von der freien Halbleitersubstratrückseite her, kommt es bei der Positionserfassung auf die Eigenschaften der Halbleiterschicht, die die Referenzjustiermarke abdeckt, nicht mehr an. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht somit auf einfache Weise zuverlässig die Position einer Referenzjustiermarke und damit zur Lagefehlerkontrolle zu ermitteln und einen entsprechenden Lagefehler festzustellen.

In der Figur ist schematisch eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen Systems zur Lagefehlerkontrolle gezeigt. Die Figur stellt stark vergrößert einen Ausschnitt einer Siliziumscheibe 10 in einem Prozessstadium zur Herstellung einer Metallebene im Rahmen der Ausbildung von integrierten Schaltungen dar. Auf der Siliziumscheibe 10 sind bereits in übereinander liegenden Ebenen Strukturen der integrierten Schaltungen ausgebildet. Zur Kennzeichnung der Lage der auf dem Siliziumsubstrat 10 ausgebildeten Strukturebenen ist eine Referenzjustiermarke 11 in Form einer Senke vorgesehen. Auf der Referenzjustiermarke 11 sind weitere Halbleiterschichten 12, 13 aufgebracht, wobei die obere Halbleiterschicht die zu strukturierende Metallschicht 13 darstellt. Zur Strukturierung der Metallschicht 13 ist eine Maskenschicht 14 auf der Oberfläche der Metallschicht 13 vorgesehen. In der Maskenschicht 14 ist mithilfe der Lithographietechnik die gewünschte Struktur der Metallebene erzeugt worden. Im Rahmen der Maskenstrukturierung ist eine weitere Justiermarke 15 ausgebildet worden, die die Position der in der Maskenschicht ausgebildeten Struktur wiedergibt. Zur Kontrolle der erzeugten Maskenstruktur wird die Position der Referenzjustiermarke 11, die die Lage der bereits erzeugten Strukturen auf der Siliziumscheibe 10 wiedergibt, mit der Position der Justiermarke 15 in der Maskenschicht 14 verglichen, um einen evtl. Mittellagefehler zu ermitteln und dann gegebenenfalls den Maskenstrukturierungsprozess nochmals wiederholen zu können.

Zur Bestimmung der Justiermarkenpositionen werden dabei die Justiermarken 15 in der Oberfläche der Maskenschicht 14 und gleichzeitig die Referenzjustiermarke 11 von der Rückseite der Siliziumscheibe 10 her mit jeweils einer optischen Abtasteinrichtung erfasst. Zur Positionsbestimmung der Justiermarke 15 in der Maskenschicht 14 dient eine erste Abtasteinrichtung 16, die ausgelegt ist, die Maskenschicht 10 mit einer elektromagnetischen Strahlung, vorzugsweise Licht, im Bereich der aus dem Layout bekannten Justiermarkenanordnung in der Maskenschicht abzutasten und im Reflexionsstrahlungsbild aufzunehmen. Als Abtasteinrichtung 16 kann hierbei eine CCD-Kamera eingesetzt werden, die das von der Maskenschicht 14 reflektierte Licht erfasst. Grundsätzlich besteht jedoch die Möglichkeit jedes beliebige, bekannte, optische Bilderfassungssystem, das mit hoher Genauigkeit arbeitet, einzusetzen.

Zur Erfassung der Referenzjustiermarkenposition von der Rückseite der Siliziumscheibe 10 her wird eine zweite Abtasteinrichtung 17 eingesetzt, die die Siliziumscheibe 10 mit einer elektromagnetischen Strahlung abtastet, für die Silizium durchlässig ist. Die Figur zeigt eine mögliche Ausführungsform einer solchen Abtasteinrichtung 17. Die elektromagnetische Strahlung wird dabei von einer Breitbandlichtquelle 171 eingestrahlt, wobei im Strahlengang der elektromagnetischen Strahlung ein optisches Filter 172 vorgesehen ist, um nur elektromagnetische Strahlung mit einer vorgegebenen Wellenlänge bzw. einem vorgegebenen Wellenlängenbereich durchzulassen. Dieser Wellenlängenbereich ist so abgestimmt, dass das Siliziumsubstrat 10 für die Wellenlänge durchlässig ist. Da Silizium für Wellenlängen unter 1100 nm transparent ist, ist das Filter 172 vorzugsweise so ausgelegt, dass Wellenlängen im Infrarot- oder Naheninfrarotbereich durchgelassen werden. Alternativ besteht die Möglichkeit statt einer Kombination einer Breitbandlichtquelle mit einem optischen Filter eine Lichtquelle einzusetzen, die die gewünschte Wellenlänge im Infrarot- bzw. Naheninfrarotbereich direkt erzeugt, z. B. einen Infrarotlaser.

Die vom Filter 172 transmittierte elektromagnetische Strahlung wird von einem Strahlenteiler 173 auf die Rückseite des Siliziumsubstrats 10 umgelenkt und dabei mit einer Fokussieroptik 174 auf die Referenzjustiermarke 11 fokussiert. Die im Bereich der Referenzjustiermarke 11 beim Übergang zwischen dem Siliziumsubstrat 10 und der Halbleiterschicht 12 reflektierte Strahlung wird dann über die Fokussieroptik 174 und den Strahlenteiler 173 auf eine Detektoreinheit geleitet, die in der gezeigten Ausführungsform ein Beugungsgitter 175 und einen Infrarotdetektor 176 aufweist. Der Infrarotdetektor 176 ist dabei vorzugsweise eine InGaAs-CCD-Kamera, die ein Strahlungsbild der rückgestrahlten Infrarotstrahlung erfasst.

Das von der ersten Abtasteinrichtung 16 aufgenommene Strahlungsbild der Justiermarke 15 in der Maskenschicht 14 und das von der zweiten Abtasteinrichtung 17 von der Siliziumrückseite her aufgenommene Strahlungsbild der Referenzjustiermarke 11 werden von einer Auswerteeinheit 18 ausgewertet, um jeweils die Position der Referenzjustiermarke 11 auf dem Siliziumsubstrat 10 und der Justiermarke 15 in der Maskenschicht 14 zu ermitteln. Zum Ermitteln der Justiermarkenposition, insbesondere der Position der Referenzjustiermarke 11, können dabei die bekannten optischen Formenerkennungsverfahren, wie Kantenkontrast-, Phasenkontrast-, Beugungskontrast- und Fresnelzonenmethode eingesetzt werden. Die Phasenkontrastmethode basiert dabei auf dem Prinzip, dass sich aufgrund der unterschiedlichen optischen Dicke der Siliziumscheibe 10 im Bereich der Justiermarke 11 und im Bereich außerhalb der Referenzjustiermarke 11 unterschiedliche Intensitäten der reflektierten Strahlung ergeben.

Bei der Kantenkontrastmethode wird zwischen einer Hellfeldmethode und einer Dunkelfeldmethode unterschieden. Bei der Hellfeldmethode wird senkrecht auf die Referenzjustiermarke 11 eingestrahlt, wobei die von der Kanten der Referenzjustiermarke reflektierten Strahlung nicht in das Objektiv des Infrarotdetektors gelangen. Die Kanten erscheinen dann als dunkle Linien in einem hellen Umfeld. Bei der Dunkelfeldmethode wird die Infrarotstrahlung unter einem schrägen Winkel eingestrahlt oder die senkrecht reflektierten Strahlen werden ausgeblendet, so dass helle Linien in einem dunklen Umfeld entstehen.

Bei der Beugungskontrastmethode ist die Referenzjustiermarke gitterförmig strukturiert, so dass ein Teil der eingestrahlten Infrarotstrahlung unter einem bestimmten Winkel gebeugt wird. Es wird dann sowohl die Intensität der gebeugten Infrarotstrahlung als auch die Intensität der senkrecht reflektierten Strahlung zur Justiermarkenerkennung herangezogen.

Für die Fresnelzonenmethode ist eine gitterförmige Referenzjustiermarkenanordnung erforderlich, wobei der Fokuspunkt bei der Aufnahme der reflektierten Infrarotstrahlung so gewählt wird, dass der Gangunterschied der reflektierten Strahlung zwischen benachbarten Zonen im Bereich der Wellenlänge liegt. Hieraus ergeben sich dann ringförmige Fresnelzonen-Anordnung.

Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Erfassung der Referenzjustiermarke einer bereits vorhandenen Struktur auf der Siliziumscheibe von der Siliziumscheibenrückfläche her ist es möglich, alle Kontrollvorgänge der im Rahmen der Herstellung der integrierten Schaltung erzeugten Maskenstrukturen anhand einer einzelnen Referenzjustiermarkenanordnung auszuführen.

Hierzu wird vorzugsweise beim Ausbilden dieser Referenzjustiermarke 11 auf dem Siliziumsubstrat 10 ein Messkalibrierungsvorgang durchgeführt. Zur Messkalibrierung wird die Referenzjustiermarke auf dem Siliziumsubstrat 10 von der dann freien Oberseite her mit der ersten Abtasteinrichtung 16 abgetastet und gleichzeitig von der Rückseite her mit der zweiten Abtasteinrichtung 17. Durch Auswerten der jeweils in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbilder kann dann jeweils die Position der Referenzjustiermarke ermittelt werden, um einen Korrekturwert bzw. eine Korrekturkurve festzulegen, mit der die Positionen der nachfolgend in den Maskenschichten ermittelten Justiermarkenpositionen berichtigt werden kann.


Anspruch[de]
Verfahren zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit einer in einer Maskenschicht (14) auf einer Halbleiterschicht (13) ausgebildeten Struktur mit einer auf einem Halbleitersubstrat (10) unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur, wobei zur Messkalibrierung folgende Verfahrenschritte ausgeführt werden:

– Abtasten einer Referenzjustiermarke (11) auf dem Halbleitersubstrat (10) von der Rückseite mit der ersten elektromagnetischen Strahlung und von der Oberseite mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung;

– Aufnehmen der auf die Rückseite und die Oberseite des Halbleitersubstrats abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung jeweils in Reflexion;

– Auswerten der in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbilder, um jeweils die Position der Referenzjustiermarke auf dem Halbleitersubstrat zu ermitteln; und

– Bestimmen eines Positionskorrekturwertes anhand der ermittelten Referenzjustiermarkenpositionen; und

wobei zum Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit der in einer Maskenschicht (14) auf der Halbleiterschicht (13) ausgebildeten Struktur folgende Verfahrenschritte ausgeführt werden:

– Abtasten des Halbleitersubstrats (10) an der der Maskenschicht gegenüber liegenden Rückseite mit einer ersten elektromagnetischen Strahlung, deren Wellenlänge so gewählt ist,

dass das Halbleitersubstrat für die erste elektromagnetische Strahlung transparent ist, und der Maskenschicht (14) mit einer zweiten elektromagnetischen Strahlung;

– Aufnehmen der auf das Halbleitersubstrat (10) und die Maskenschicht (14) abgestrahlten elektromagnetischen Strahlung jeweils in Reflexion;

– Auswerten der in Reflexion aufgenommenen Strahlungsbilder, um jeweils die Position der Referenzjustiermarke (11) auf dem Halbleitersubstrat (10) und die Position einer Justiermarke (15) in der Maskenschicht (14) zu ermitteln; und

Bestimmen der Überlagerungsgenauigkeit der in einer Maskenschicht (14) auf der Halbleiterschicht (13) ausgebildeten Struktur mit der auf dem Halbleitersubstrat (10) unter der Halbleiterschicht erzeugten Struktur anhand der ermittelten Justiermarkenpositionen unter Berücksichtigung des Positionskorrekturwertes aus der Messkalibrierung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (10) eine Siliziumscheibe ist und die abgestrahlte erste elektromagnetische Strahlung im Infrarotbereich oder im nahen Infrarotbereich liegt.






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