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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Herstellung von Mikrostrukturen, wie z. B. integrierte Schaltungen, und insbesondere eine Technik zur Bestimmung der Ausrichtungsgenauigkeit und Strukturanordnungspräzision in Strukturierungsprozessen.
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Die Herstellung von Mikrostrukturen, z. B. von integrierten Schaltungen, erfordert eine Ausbildung kleiner Bereiche mit präzise kontrollierter Größe in einer Materialschicht eines geeigneten Substrats, wie z. B. eines Siliziumsubstrats oder eines Silizium-auf-Isolator(SOI)-Substrats oder anderer geeigneter Trägermaterialien. Durch Strukturieren der Materialschicht werden diese kleinen Bereiche mit präzise kontrollierter Größe unter Verwendung von Lithographie-, Ätz-, Implantations-, Abscheidungs-, Oxidationsprozesse und dergleichen erzeugt, wobei typischerweise wenigstens in einer bestimmten Phase des Strukturierungsprozesses eine Maskenschicht über der zu behandelnden Materialschicht gebildet werden kann, um diese kleinen Bereiche festzulegen.
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Im Allgemeinen kann eine Maskenschicht aus einer Fotolackschicht bestehen oder daraus gebildet sein, wobei die Fotolackschicht durch einen lithographischen Prozess strukturiert wird, häufig durch einen Fotolithographieprozess. Während des Fotolithographieprozesses kann der Lack unter Verwendung von Rotationsbeschichtung auf die Substratoberfläche aufgebracht werden und wird dann unter Verwendung einer entsprechenden Lithographiemaske selektiv einer Strahlung ausgesetzt. Die Lithographiemaske kann z. B. ein Reticle sein, wodurch die Struktur des Reticles in die Lackschicht abgebildet wird, so dass darin ein latentes Bild gebildet wird. Abhängig von der Art des Lacks (Positivlack oder Negativlack) werden die bestrahlten Bereiche (die der Strahlung ausgesetzten Bereiche) oder die nicht bestrahlten Bereiche nach einer Entwicklung des Fotolacks entfernt, um die geforderte Struktur in der Fotolackschicht zu bilden. Auf Grundlage dieser Lackstruktur können eigentliche Vorrichtungsstrukturen unter Verwendung weiterer Herstellungsprozesse gebildet werden, wie z. B. durch Ätz-, Implantations-, Ausheizprozesse und dergleichen.
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Aufgrund der konstanten Nachfrage, angesichts eines besseren Leistungsvermögens Dimensionen von Strukturen in fortgeschrittenen integrierten Mikrostrukturvorrichtungen zu verkleinern, haben die für die Strukturierung von Vorrichtungsmerkmale verwendeten Prozesswerkzeuge und Prozessrezepte sehr hohe Anforderungen hinsichtlich Auflösung und Überlagerungsgenauigkeit zu erfüllen. Diesbezüglich wird die Auflösung als ein Maß für die Spezifizierung des konsistenten Vermögens zum Drucken von Bildern kleinster Größe unter Bedingungen mit vorgegebenen Herstellungsabweichungen erachtet.
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Bei der Verbesserung der Auflösung stellt der Lithographieprozess einen wichtigen Faktor dar, in dem Strukturen, die in der Fotomaske oder dem Reticle enthalten sind, unter Verwendung eines optischen Abbildungssystems auf das Substrat optisch übertragen werden. Aus diesem Grund wurden große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems, wie z. B. die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle zu verbessern.
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Bei der Herstellung kleiner Merkmalsgrößen ist die Qualität der lithographischen Abbildung sehr wichtig. Von wenigstens vergleichbarer Bedeutung ist die Genauigkeit, mit der ein Bild auf der Oberfläche des Substrats angeordnet werden kann. Mikrostrukturen, wie z. B. integrierte Schaltungen werden typischerweise durch sequenzielles Strukturieren von Materialschichten hergestellt, wobei Merkmale auf sukzessiven Materialschichten relativ zueinander in einer räumlichen Beziehung stehen. Jede in einer folgenden Materialschicht gebildete Struktur ist innerhalb bestimmter Ausrichtungstoleranzen bezüglich einer entsprechenden Struktur auszurichten, die in der vorangehend strukturierten Materialschicht gebildet ist. Die Ausrichtungstoleranzen werden z. B. durch eine Abweichung eines Fotolackbildes auf dem Substrat aufgrund von Ungleichmäßigkeiten in Parametern hervorgerufen, wie z. B. der Lackdicke, der Temperatur in Temperaturbehandlungen des Lacks („Baking temperature”), Belichtungs- bzw. Bestrahlungsdosis und Belichtungszeit und die Bedingungen bei der Entwicklung. Weiterhin können Ungleichmäßigkeiten der Ätzprozesse auch zu Abweichungen in den geätzten Merkmalen führen. Darüber hinaus existiert während der fotolithographischen Übertragung des Bildes der Fotomaske auf das Substrat eine Unsicherheit bei der Überlagerung der Strukturbilder der gegenwärtigen Materialsschicht hinsichtlich der geätzten oder anderweitig festgelegten Strukturen vorangehend gebildeter Materialsschichten. Unterschiedliche Faktoren tragen hinsichtlich der Überlagerung (Overlay) zweier Schichten zu einem ungenügenden Überlagerungsvermögen des Abbildungssystems bei, wie z. B. Ungenauigkeiten innerhalb einer Maskenmenge, Temperaturunterschiede bei unterschiedlichen Belichtungszeiten, ein beschränktes Vermögen zur Ausrichtung des Ausrichtungswerkzeugs und, als ein hauptsächlicher Beitrag zu Ausrichtungsfehlern, Ungenauigkeiten des Belichtungswerkzeugs an sich, wie z. B. Linsenfehler und Fehler hervorgerufen durch die Ausrichtungshardware, wie z. B. der Substrathalterung und dergleichen. Bei der Verwendung unterschiedlicher Belichtungswerkzeuge zur Festlegung nachfolgender Vorrichtungsschichten verschlimmert sich die Situation sogar noch, da dann die im Belichtungswerkzeug und der entsprechenden Komponenten vorhandenen Fehler zwischen den unterschiedlichen Werkzeugen variieren können.
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Obwohl für die Abbildung kritischer Vorrichtungsschichten zwar das gleiche Belichtungswerkzeug verwendet werden kann, wirken solche Beschränkungen einem effizienten Gesamtprozessfluss in einer komplexen Herstellungsumgebung entgegen, da typischerweise in komplexe Herstellungsumgebungen für dieselbe Vorrichtungsschicht eine Vielzahl von Lithographiewerkzeuge vorgesehen werden. Folglich stellen die Auflösung zur Erzeugung von Merkmalen in einzelnen Substratschichten und der gesamte Überlagerungsfehler, zu welchem die vorangehend erläuterten Faktoren beitragen, hinsichtlich der Festlegung der erreichbaren kleinstmöglichen Merkmalsgröße dominierende Kriterien dar.
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Es ist daher notwendig, die Auflösung fortwährend zu überwachen, insbesondere die Fähigkeit, eine minimale Merkmalsgröße, die auch als kritische Dimension (critical dimension; CD) bezeichnet wird, in einer speziellen Materialschicht zuverlässig und wiederholbar zu erzeugen. Weiterhin ist es notwendig, die Überlagerungsgenauigkeit (overlay accuracy) von Strukturen der Materialschichten fortwährend zu bestimmen, die schon erfolgreich gebildet wurden und die aneinander auszurichten sind. Bei der Bildung einer Verdrahtungsstruktur für eine integrierte Schaltung können z. B. entsprechende Metallleitungen und Vias, die zwei gestapelte Metallbereiche verbinden, innerhalb strenger Prozessrahmen zueinander auszurichten sein, so dass sich eine wohldefinierte Überlappung (well-defined overlap) ergibt. Hierbei kann eine signifikante Fehlausrichtung einen Kurzschluss zwischen eigentlich nicht verbundenen Leitungen bewirken. Dadurch wird möglicherweise ein schwerwiegender Vorrichtungsdefekt erzeugt, wohingegen eine Verringerung der beabsichtigten Überlappungsbereiche einen Leistungsverlust aufgrund vergrößerter Kontakt- und Reihenwiderstände bewirken kann. Ähnliche Kriterien sind auch bei anderen Vorrichtungsschichten von Bedeutung, die wohldefinierte Überlappungsbereiche erfordern, um eine einwandfreie Vorrichtungsfunktion sicherzustellen.
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Aus diesen Gründen wird ein großer Aufwand betrieben, um kritische Überlappungsbereiche zu erfassen, insbesondere Überlappungsbereiche, die bei einer entsprechenden Abweichung vom anfänglichen Entwurf zu schweren Vorrichtungsfehlern oder zur Verschlechterung des Leistungsvermögens bei Implementierung des Layouts einer entsprechenden Vorrichtungsschicht in das Material der Halbleitervorrichtung führen können. Das Layout der einzelnen räumlich korrelierten Vorrichtungsschichten ist z. B. derart ausgelegt, dass eine perfekte Überlappung sichergestellt wird, die die Anwendung verschiedener Teststrategien auf der Entwurfsebene betreffen können. Während des Lithographieprozesses und nachfolgender Ätzprozesse können jedoch bedeutende Änderungen der anfänglichen Layoutstruktur, z. B. durch Verdünnen kleiner Strukturen, hervorgerufen werden. Im Allgemeinen kann während der Übertragung einer speziellen Struktur einer Layoutschicht eine Vielzahl von Fluktuationen auftreten, wobei die Struktur anfänglich auf ein Reticle oder eine Lithographiemaske übertragen und wiederum zur wiederholten Abbildung der Struktur auf eine Materialschicht auf dem Halbleitersubstrat verwendet wird. Wie vorangehend erläutert, können die verschiedenen Prozessschritte, die bei der tatsächlichen Bildung einer gewünschten Struktur in einer Materialschicht der Halbleitervorrichtung auftreten, mehr oder weniger ausgeprägte Prozessungenauigkeiten einbringen, z. B. eine ungenaue Ausrichtung der Lithographiemaske bezüglich des Halbleitersubstrats, Prozesstoleranzen hervorgerufen durch den Abbildungsprozess, wie z. B. Linsenfehler und Störungen des Substrats durch mechanische Verspannung und dergleichen. Auch verschiedene, während der Ätzprozesse auftretende Toleranzen können in den sich ergebenden Vorrichtungsstrukturen Ungenauigkeiten hervorrufen, die wiederum eine geringere Überlagerungsgenauigkeit ergeben können. Da die Überlagerung entsprechender Vorrichtungsmerkmale von zwei aufeinander folgenden Vorrichtungsschichten stark von der letztendlich zu erreichenden Überlagerungsgenauigkeit abhängt, wird insbesondere in sehr kleinen dreidimensionalen Strukturen ein großer Aufwand betrieben, kritische Überlappungsflächen zu identifizieren und die gesamte Überlagerungsgenauigkeit zu verbessern. Auf der Layoutebene können z. B. komplexe optische Näherungskorrekturtechniken (proximity correction techniques) angewendet werden, um das grundlegende geometrische Layout von wenigstens einigen Vorrichtungsmerkmalen zu modifizieren, so dass bestimmten Prozessvariationen Rechnung getragen wird, die insbesondere während des Abbildungsprozesses auftreten können. Obwohl z. B. unter Verwendung von optischen Näherungskorrekturtechniken zu einem gewissen Grad eine Verbesserung der Prozessstabilität erreicht werden kann, ist es dennoch sehr schwer, die meisten kritischen Überlappungsflächen zu identifizieren, da wenigstens zwei folgende Strukturübertragungsprozesse betroffen sind, so dass die Anzahl möglicher Fehlerquellen sehr groß sein kann und eventuell zu groß sein kann, um beliebige Prozessvariationen durch entsprechende Modelle vorherzusagen, die für OPC-Strategien verwendet werden. Auf der anderen Seite ist eine direkte Beobachtung kritischer Überlappungsbereiche sehr schwer, da die unterhalb angeordnete Schicht nicht unbedingt durch bekannte Inspektionstechniken, z. B. Rasterelektronenmikroskopie, zugänglich ist.
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Aus diesen Gründen wurden alternative Strategien entwickelt, um kritische Überlappungsbereiche zu erkennen. Der seitliche Versatz (lateral translation) an bestimmten Orten innnerhalb eines Bildfelds eines Lithographiewerkzeugs kann z. B. auf Grundlage speziell ausgelegter Überlagerungsziele (overlay targets) gemessen werden. Auf Grundlage der gemessenen Daten kann eine Berechnung der Überlagerungsleistung (overlay performance) entlang des gesamten Bildfeldes unter Verwendung von Simulationen durchgeführt werden. Das Ergebnis dieses Verfahrens hängt jedoch stark von der Genauigkeit des zugrunde liegenden Modells und des Simulationsalgorithmus ab.
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In anderen Strategien wird die Überlagerungsleistung auf Grundlage elektrischer Messverfahren gemessen, z. B. durch Bildung von Kontaktketten und unter Verwendung von Kontakten mit einem bestimmten Grad an „Fehlausrichtung”. Diese Vorgehensweise ist jedoch auf spezielle Strukturen und Orte innerhalb des Bildfeldes oder der Chipfläche beschränkt.
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In anderen Fällen können gemessene Daten zur Erkennung kritischer Überlappungsbereiche verwendet werden, wobei jedoch ein direkter Einfluss der kritischen Überlappungsbereiche auf die sich ergebende Endproduktionsausbeute schwer zu bestimmen ist, solange entsprechende Fehlausrichtungen nicht auf Grundlage von Elektronenmikroskopiemessungen entlang Querschnitte bestimmt werden können. Diese sind jedoch aufgrund der Querschnittsvorbereitung von Messproben sehr teuer. Darüber hinaus ergibt diese Strategie für die Erkennung kritischer Überlagerungsbereiche eine sehr lange Antwortzeit. Dadurch kann sich aufgrund einer großen Anzahl mangelhaft verarbeiteter Substrate ein bedeutender Verlust in der Ausbeute ergeben. Weiterhin können beliebige Algorithmen zur Erkennung kritischer Überlappungsstrukturen im grundlegenden Halbleiterentwurf eine weitere Bestätigung auf Substratebene erforderlich machen und verschiedenen Prozessungenauigkeiten nicht in geeignetem Maße Rechnung tragen.
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Angesichts der voran beschriebenen Situation betrifft die vorliegende Erfindung Techniken und Systeme zur Erkennung kritischer Bereiche bei der Bildung von überlappenden Vorrichtungsmerkmalen in einer Halbleitervorrichtung, während wenigstens die Effekte von einem oder mehreren der vorangehend erläuterten Probleme verringert wird.
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Die vorangehend genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 12 und ein Überlappungserfassungssystem gemäß Anspruch 20. Weitere vorteilhaftere Ausgestaltungen hierin sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
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Die vorliegende Erfindung stellt allgemein Techniken und Systeme bereit, in denen hinsichtlich einer Überlagerungsgenauigkeit, und folglich hinsichtlich Fehlüberlappungen, als kritisch erachtete Bereiche einer Halbleitervorrichtung mit größerer Effizienz durch Verwendung geeigneter verfügbarer Erfassungsverfahren erkannt werden können. Die verfügbaren Detektionsverfahren können z. B. eine Verwendung von Defekterfassungstechniken oder Inspektionstechniken umfassen, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Strategien schnelle Antwortzeiten bei verringertem Gesamtaufwand sichergestellt werden. Dazu können zwei subsequente Layoutschichten einer Halbleitervorrichtung in die gleiche Materialschicht übertragen werden, so dass eine kombinierte Struktur erhalten wird, die dann auf Grundlage geeigneter Erfassungstechniken untersucht werden kann, ohne dass teuere Querschnittsanalyseprozesse erforderlich sind.
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Ein hierin offenbartes anschauliches Verfahren umfasst ein Übertragen einer ersten Struktur einer ersten Layoutschicht einer Halbleitervorrichtung in eine Materialschicht, die über einem ersten Testbereich und einem zweiten Testbereich eines Substrats gebildet ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Übertragen einer zweiten Struktur einer zweiten Layoutschicht der Halbleitervorrichtung in die über dem ersten Testbereich gebildete Materialschicht, wobei die ersten und zweiten Layoutschichten zueinander räumlich korreliert sind, so dass ein Überlappungsbereich festgelegt wird. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Übertragen einer geometrisch modulierten Version der zweiten Struktur in die über dem zweiten Testbereich gebildete Materialschicht. Zusätzlich dazu umfasst das Verfahren ein Bestimmen einer strukturellen Differenz in der Materialschicht zwischen dem ersten Testbereich und dem zweiten Testbereich, so dass hinsichtlich des Überlappungsbereichs ein Prozessrahmen abgeschätzt (to assess) wird.
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Ein weiteres hierin offenbartes anschauliches Verfahren umfasst ein Bilden einer ersten kombinierten Struktur aus einer ersten Layoutschicht und einer zweiten Layoutschicht einer Halbleitervorrichtung in einer Materialschicht, die in einem ersten Testbereich eines Substrats gebildet ist, wobei die ersten und zweiten Layoutschichten einen Überlappungsbereich festlegen. Das Verfahren umfasst ferner ein Bilden einer zweiten kombinierten Struktur aus der ersten Layoutschicht und der zweiten Layoutschicht in der Materialschicht, die in einem zweiten Testbereich des Substrats gebildet ist, wobei die zweite kombinierte Struktur bezüglich der ersten kombinierten Struktur eine geometrische Modulation aufweist. Das Verfahren umfasst zusätzlich ein Durchführen eines Inspektionsprozesses wenigstens für den Überlappungsbereich im ersten Testbereich und im zweiten Testbereich.
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Ein hierin offenbartes anschauliches Überlappungserfassungssystem umfasst ein Inspektionswerkzeug, das zum Erhalten von ersten Inspektionsdaten aus einem ersten Testbereich konfiguriert ist, der eine erste kombinierte Struktur umfasst. Das Inspektionswerkzeug ist ferner zum Erhalten von zweiten Inspektionsdaten aus einem zweiten Testbereich konfiguriert, der eine zweite kombinierte Struktur umfasst. Die ersten und zweiten kombinierten Strukturen sind jeweils aus einer ersten Layoutschicht und einer zweiten Layoutschicht einer Halbleitervorrichtung gebildet, wobei die zweite kombinierte Struktur eine modulierte Version der ersten kombinierten Struktur darstellt. Das Überlappungserfassungssystem umfasst ferner eine zum Empfangen der ersten und zweiten Inspektionsdaten funktionell verbundene Steuerung. Die Steuerung ist ferner zum Erkennen von kritischen Überlappungsbereichen in den ersten und zweiten Strukturen durch Vergleichen der ersten und zweiten Inspektionsdaten und zum Bestimmen einer strukturellen Differenz zwischen den ersten und zweiten kombinierten Strukturen konfiguriert.
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Anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die folgende Beschreibung zusammen mit den Figuren beschreiben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, und:
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1a schematisch eine Aufsicht eines Testbereichs einer Halbleitervorrichtung darstellt, in der eine kombinierte Struktur aus zwei folgenden Layoutschichten entsprechend anschaulicher Ausführungsformen gezeigt ist;
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1b schematisch eine Aufsicht eines zweiten Testbereichs entsprechend anschaulicher Ausführungsformen darstellt, in dem eine kombinierte Struktur gebildet ist, so dass diese hinsichtlich der ersten kombinierten Struktur räumlich und geometrisch moduliert ist, um kritische Überlappungsbereiche zu erkennen;
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2a bis 2d schematisch Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung gemäß anschaulicher Ausführungsformen darstellen, die zwei Testbereiche zur Bildung kombinierter Strukturen in einer Materialschicht umfasst, um während unterschiedlicher Herstellungsphasen kritische Überlappungsbereiche zu erkennen;
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2e bis 2h schematisch Querschnittsansichten der Halbleitervorrichtung gemäß weiterer anschaulicher Ausführungsformen darstellen, in denen eine unterschiedliche Art von Ätzrezept und/oder eine unterschiedliche Materialzusammensetzung der Materialschicht verwendet sein kann;
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2i schematisch eine Aufsicht eines Testsubstrats darstellt, das eine Vielzahl von Testbereiche mit unterschiedlichen geometrischen Modulationen umfasst, um kritische Überlappungsbereiche mit genügender statistischer Relevanz zu erkennen; und
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3 schematisch ein System zur Erfassung kritischer Überlappungsbereiche entsprechend weiterer anschaulicher Ausführungsformen darstellt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Prozessstrategie und ein entsprechendes System, in dem sehr effiziente und erprobte Inspektionstechniken, wie z. B. Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und dergleichen, verwendet werden können, um kritische Überlappungsbereiche zu identifizieren. Hierzu kann eine erste Vorrichtungsstruktur, die einer Layoutstruktur einer ersten Layoutschicht entspricht, in eine geeignete Materialschicht übertragen werden, gefolgt von einem Übertragen einer zweiten Vorrichtungsstruktur, die auf einer Layoutstruktur einer zweiten Layoutschicht basiert, um eine kombinierte Vorrichtungsstruktur zu bilden, die mittels einer entsprechenden Inspektionstechnik zugänglich ist. Die ersten und zweiten Layoutschichten sind räumlich korreliert, so dass entsprechende Überlappungsbereiche gemäß der geeigneten Funktionalität der betrachteten integrierten Schaltung festgelegt werden. Die erste Layoutschicht kann z. B. leitfähige Leitungen festlegen, wie z. B. Gateelektrodenstrukturen, Drain- und Sourcebereiche und dergleichen, die mit entsprechenden Kontaktelementen zu kontaktieren sind, wobei die Kontaktelemente folglich Vorrichtungsmerkmale der zweiten Layoutschicht darstellen, die hinsichtlich der unterhalb angeordneten Struktur präzise auszurichten sind. In anderen Fällen ist eine erste Metallisierungsschicht mit einer folgenden Metallisierungsschicht, die auf Vias basiert, zu verbinden, wodurch eine genaue Überlappung der Vias mit Metallleitungen der unterhalb und/oder oberhalb angeordneten Metallschicht erforderlich ist.
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Nach der Übertragung der unterschiedlichen Vorrichtungsstrukturen, die zueinander räumlich korrelierten sind, in die gleiche Materialschicht, die zwei oder mehr Unterschichten umfassen kann, weist die kombinierte Struktur Informationen bezüglich der sich ergebenden Überlagerungsgenauigkeit und folglich über das Leistungsvermögen der Überlappungsbereiche auf. Zur Bestimmung eines geeigneten Prozessfensters, wobei insbesondere die Stabilität des entsprechenden zugrundeliegenden Vorrichtungslayouts und -designs in Kombination mit einem beliebigen betroffenen Abbildungsprozess abgeschätzt oder beurteilt wird, kann ein Vergleich zwischen zwei kombinierten Strukturen erfolgen, wobei eines davon auf Grundlage einer absichtlich eingebrachten räumlichen oder geometrischen Modulation gebildet sein kann, um die Empfindlichkeit des Entwurfs und der Prozessstrategie hinsichtlich beliebiger Prozessvariationen festzustellen.
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In einer anschaulichen Ausführungsform kann z. B. eine kombinierte Struktur durch Übertragen der ersten und zweiten Struktur auf Grundlage einer vorgegebenen Prozessstrategie gebildet werden, während die ersten und zweiten Strukturen in einem weiteren Testbereich absichtlich um einen bestimmten Abstand zueinander versetzt sein können. Der strukturelle Unterschied der zwei kombinierten Strukturen kann auf diese Weise schon auf Grundlage von Inspektionstechniken bestimmt werden, wodurch eine zuverlässige Abschätzung oder Beurteilung der Prozessstabilität möglich ist.
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In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Größe wenigstens einiger Vorrichtungsmerkmale in der ersten Struktur und/oder in der zweiten Struktur durch Bilden der zweiten kombinierten Struktur modifiziert werden, wodurch auch ein struktureller Unterschied zwischen den zwei kombinierten Strukturen erreicht wird, der schon bestimmt sein kann und zur Beurteilung von Überlappungsbereichen verwendet werden kann. Die Modifizierung der Größe von wenigstens einigen der Strukturmerkmale kann durch Implementieren unterschiedlicher kritischer Dimensionen erreicht werden, z. B. durch ein geeignetes Anpassen des Abbildungsprozesses und dergleichen, wobei in der Lithographiemaske und dergleichen eine geeignet modifizierte Struktur verwendet wird, während die Vergrößerung in anderen Fällen bei der Abbildung der Struktur von der Lithographiemaske auf den Fotolack verändert werden kann, so dass eine globale Änderung der seitlichen Dimensionen entsprechender Vorrichtungsmerkmale erhalten wird.
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In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann eine Kombination einer seitlichen Verschiebung (Translation) oder eines seitlichen Versatzes und einer Änderung einer Größe von wenigstens einigen Strukturmerkmalen vorgesehen werden, um einen strukturellen Unterschied zwischen den zwei kombinierten Strukturen zu erhalten.
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Die Übertragung der Strukturen der unterschiedlichen Layoutschichten kann auf Grundlage einer Lithographie zusammen mit einem oder mehreren Ätzprozessen erreicht werden, wobei gleiche oder unterschiedliche Ätzrezepte angewendet werden können, falls dies erwünscht ist, um einen gewünschten Bereich von Prozessvariationen abzudecken, der während des tatsächlichen Herstellungsprozesses auftreten kann. In anderen anschaulichen Ausführungsformen kann die Strukturübertragung lediglich auf Grundlage einer Lithographiesequenz erreicht werden, insbesondere auf Grundlage einer Prozesssequenz mit einem Belichtungsprozess in Kombination mit einem Entwicklungsprozess, ohne dass ein anisotroper Ätzprozess erforderlich ist. Zum Beispiel können Doppelbelichtungstechniken (double exposure techniques) angewendet werden. Dabei kann ein latentes Bild in einem entsprechenden Lackschichtsystem gebildet werden, das folglich nach dem Entwickeln eine kombinierte Struktur aufweist, die mit der in einem Doppelbelichtungsprozess erhaltenen kombinierten Struktur vergleichbar ist. Hierbei, kann eine spezifische geometrische Modulation umgesetzt werden, wie vorangehend erläutert ist.
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In weiteren anschaulichen Ausführungsformen kann die kombinierte Struktur in eine im Wesentlichen homogene Materialschicht übertragen werden, z. B. in ein typisches Hartmaskenmaterial, oder ein anderes geeignetes Material, während die Materialschicht in anderen Fällen in Form von zwei oder mehr Unterschichten vorgesehen werden kann, um unterschiedliche Prozessbedingungen zum Übertragen der unterschiedlichen Vorrichtungsstrukturen festzulegen.
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1a stellt schematisch eine Aufsicht auf eine Halbleitervorrichtung 100 dar, die ein Testsubstrat und dergleichen darstellen kann, welches jedoch die Anwendung von Prozessstrategien ermöglichen kann, die auch während unterschiedlicher Prozessschritte in tatsächlichen Halbleitervorrichtungen eingesetzt werden können und bei der Bildung von Vorrichtungsstrukturen in unterschiedlichen Vorrichtungsschichten vorgesehen sind.
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1a zeigt eine Aufsicht eines Testbereichs 110a, in dem eine Vielzahl von ersten Strukturmerkmalen 122a, 122b, 122c, 122d in einer Materialschicht gebildet sind, die im Zuge einer einfachen Darstellung in 1a nicht gezeigt ist. Die Strukturmerkmale 122a, 122b, 122c, 122d können eine spezielle Struktur der Halbleitervorrichtung 100 darstellen, die auch bei der Bildung einer tatsächlichen Halbleitervorrichtung vorgesehen sein kann. Die Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d können z. B. leitfähige Halbleiterleitungen darstellen, wie z. B. Gateelektrodenstrukturen, Metallleitungen und dergleichen, die zu kontaktieren sind. Die Strukturen 122a, 122b, 122c, 122d stellen folglich Merkmale einer ersten Layoutschicht 120 dar, die wiederum die zweidimensionale geometrische Konfiguration dieser Merkmale beschreibt. Im Zuge einer einfachen Darstellung wird auch das entsprechende Layout der Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d in 1a dargestellt und mit den Bezugszeichen 120a, 120b, 120c, 120d bezeichnet. Die grundlegenden Layoutmerkmale 120a, 120b, 120c, 120d können durch zusätzliche Layoutmerkmale 121a, 121b, 121c, 121d vervollständigt sein, die beispielsweise durch eine OPC-Technik erhalten werden können, um wenigstens bis zu einem gewissen Grad jegliche Ungenauigkeiten zu kompensieren, die während der eigentlichen Abbildung der Layoutmerkmale 120a, 120b, 120c, 120d in die Vorrichtungsmerkmale 122a, 122b, 122c, 122d eingebracht sein können.
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Darüber hinaus ist eine zweite Struktur von Merkmale 130a, 130b, 130c, 130d in der gleichen Materialschicht gebildet, wie die Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d, wobei die Merkmale 130a, 130b, 130c, 130d Bereiche darstellen können, die in einer tatsächlichen Halbleitervorrichtung eine präzise Überlappung durch die Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d erfordern. Die Merkmale 130a, 130b, 130c, 130d können z. B. Kontaktelemente einer Layoutschicht 130 darstellen, die in einigen beispielhaften Ausführungsformen direkt über oder direkt unter der Layoutschicht 120 auszubilden sind, wie z. B. Vias und dergleichen.
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In dem in 1a dargestellten Beispiel kann die zur Bildung der Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d und 130a, 130b, 130c, 130d verwendete Prozesssequenz eine gewünschte Überlappung dieser Merkmale ergeben, jedoch ohne tatsächlich anzuzeigen, welche dieser überlappten Bereiche unter Umständen empfindlich auf eine Prozessfluktuation antwortet, die während eines Massenproduktionsprozesses auftreten kann und z. B. durch Tooldrifts, Wechsel in Prozessrezepte und dergleichen hervorgerufen wird.
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1b stellt schematisch eine Aufsicht der Vorrichtung 100 dar, wobei ein zweiter Testbereich 110b dargestellt ist, in dem grundsätzlich in der Materialschicht die gleichen Strukturmerkmale 122a, 122b, 122c, 122d vorgesehen sein können, während auf der anderen Seite die Merkmale 130a, 130b, 130c, 130d in einer geometrisch modulierten Weise ausgebildet sein können, um Strukturmerkmale 140a, 140b, 140c, 140d zu bilden. In dem in 1b dargestellten Beispiel kann eine geometrische oder räumliche Modulation durch Anlegen einer speziellen seitlichen Versetzung erhalten werden, z. B. in positiver y-Richtung („+y-Richtung”), beispielsweise um 20 nm, während auch die Gesamtgröße, insbesondere die kritischen Dimensionen der Merkmale 130a, 130b, 130c, 130d (vgl. 1a) um ca. 20 nm vergrößert wurden, so dass sich die Merkmale 140a, 140b, 140c, 140d ergeben. Durch Vergleichen der kombinierten Struktur des Testbereichs 110a (vgl. 1a), d. h. der Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d in Verbindung mit den Merkmalen 130a, 130b, 130c, 130d, mit der kombinierten Struktur, die im Testbereich 110b gebildet ist, insbesondere mit der Kombination der Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d und 140a, 140b, 140c, 140d, können kritische Überlappungsbereiche identifiziert werden. Das Strukturmerkmal 140b, das dem Merkmal 130b entspricht, verbleibt, wie z. B. aus den 1a und 1b ersichtlich ist, beispielsweise vollständig in „Überlappung”, d. h. das Merkmal 140b ist vollständig innerhalb des Merkmals 122b ausgebildet, wodurch ein hoher Grad an Prozessstabilität dieses Überlappungsbereichs angezeigt wird. Auf der anderen Seite werden die Merkmale 140a, 140b, 140c, 140d nicht länger vollständig überlappt, insbesondere innerhalb der entsprechenden Merkmale 122a, 122b, 122c, 122d, wodurch eine verringerte Stabilität hinsichtlich Prozessvariationen angezeigt wird. Insbesondere können die Merkmale 140c, 140d zu schweren Vorrichtungsfehlern führen, da die Kontaktwiderstände erhöht werden und insbesondere ein möglicher Kurzschluss mit den entsprechenden benachbarten Leitungsstrukturen auftreten kann. Demzufolge kann ein geeignetes Prozessfenster bestimmt werden und/oder kann ein entsprechender Neuentwurf erstellt werden, um zu einer besseren Prozessstabilität zu führen, wie aus dem Vergleich zwischen den Testbereichen 110a, 110b hervorgeht. Der Vergleich der Testbereiche 110a, 110b kann schon durch Verwendung eines geeigneten Systems erreicht werden, das ein Inspektionswerkzeug oder eine andere Messtechnik verwendet, in der die strukturellen Unterschiede zwischen den Testbereichen 110a, 110b schon bestimmt sind, und mit einer Überlappungsleistung des entsprechenden Layouts und/oder der entsprechenden Prozesssequenz in Betracht korreliert werden. Entsprechende Herstellungstechniken und Messstrategien werden weiter unten mit Bezug auf die 2a bis 2i und die 3 beschreiben.
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2a stellt schematische eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung 200 dar, die z. B. in Form einer Testvorrichtung und dergleichen vorgesehen sein kann. In der Halbleitervorrichtung 200 können ein erster Testbereich 210a und wenigstens ein zweiter Testbereich 201b vorgesehen sein, um darin entsprechende kombinierte Strukturen zu bilden, die mittels erprobter Inspektionstechniken zugänglich sein können. Darstellungsgemäß kann die Vorrichtung 200 ein Substrat 201 umfassen, wie z. B. ein Halbleitersubstrat und dergleichen. Darüber hinaus kann eine Materialschicht 202 über dem Substrat 201 gebildet sein und sich folglich in oder über die Testbereiche 201a, 201b erstrecken. Die Materialschicht 202 kann dazu geeignet sein, darin eine kombinierte Struktur auf Basis zweier Strukturübertragungsprozesse zu bilden, wobei in einem der Testbereiche eine geometrische Modulation angewendet sein kann, um in diesen Testbereichen einen systematischen Unterschied hinsichtlich der sich ergebenden kombinierten Strukturen hervorzurufen. Zur Bildung einer kombinierten Struktur in der Materialschicht 202 kann eine beliebige geeignete Konfiguration und Materialzusammensetzung verwendet werden. Zum Beispiel kann eine im Wesentlichen homogene Materialzusammensetzung (nicht dargestellt) in der Schicht 202 vorgesehen sein, z. B. auf Basis erprobter Hartmaskenmaterialien, wie z. B. Siliziumdioxide, Siliziumnitride, Siliziumoxynitride und dergleichen, während in anderen Fällen organische Materialien, wie z. B. Polymermaterialien und dergleichen, eingesetzt sein können. In wieder anderen Fällen kann die Materialschicht 202 ein oder mehrere Schichten eines strahlungsempfindlichen Materials darstellen, wodurch eine Strukturierung der Schicht 202 auf Grundlage zweier oder mehrerer nachfolgender Belichtungsprozesse und ein oder mehrer Entwicklungsprozesse ermöglicht wird, wie z. B. in Doppelbelichtungslithographietechniken eingesetzt wird. In der 2a dargestellten Ausführungsform kann die Schicht 202 eine erste Unterschicht 202a und zweite Unterschicht 202b umfassen, die im Wesentlichen gleich sein können oder unterschiedliche Materialzusammensetzungen aufweisen können. Wenigstens eine der Schichten 202a, 202b kann ferner in Form eines dielektrischen antireflektierenden Beschichtungsmaterials (ARC-Material; antireflective coating material) vorgesehen sein, wie in der Herstellung von Halbleitervorrichtungen bekannt ist. In anderen Fällen kann für die Schicht 202 eine einzige Schicht aus einem ARC-Material verwendet werden.
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In dem dargestellten Herstellungsprozess kann über der Schicht 202 eine Maskenschicht 203, wie z. B. ein Lackmaterial, mit einer darin gebildeten ersten Struktur 225 vorgesehen sein, um eine nachfolgende Übertragung der Struktur 225 in wenigstens einen Bereich der Schicht 202 zu ermöglichen. Es wird angemerkt, dass die Struktur 225 einer entsprechenden Layoutstruktur einer ersten Layoutschicht der Vorrichtung 200 entsprechen kann, wie z. B. vorangehend mit Bezug auf die Vorrichtung 100 erläutert wurde. Es wird jedoch angemerkt, dass die Struktur 225 hinsichtlich einer entsprechenden anfänglichen Layoutstruktur bestimmte Unterschiede aufweisen kann oder auch im Vergleich zu einer entsprechenden Struktur aufweisen kann, die auf Basis einer Lithographiemaske ausgebildet ist (z. B. auf einer Lithogrphiemaske). Diese Unterschiede können aufgrund von Ungenauigkeiten vorhanden sein, die bei dem Abbildungsprozess zum Übertragen der Struktur einer Lithographiemaske auf ein strahlungsempfindliches Material auftreten können, wie z. B. der Schicht 203, wie vorangehend erläutert ist. Die Schicht 203 kann im zweiten Testbereich 210b in ähnlicher Weise auf der Schicht 202 gebildet sein und, mit Ausnahme von geringen Änderungen, im Wesentlichen die gleiche darin gebildete Struktur 225 aufweisen, wobei kleine Änderungen z. B. durch die unterschiedliche Position und/oder Anordnung der Bereiche 210a, 210b im Substrat 201 hervorgerufen sein können. Die Testbereiche 210a, 210b können z. B. auf Grundlage verschiedener Bildfelder des entsprechenden Lithographiewerkzeugs gebildet sein, wodurch möglicherweise bestimmte Unterschiede zwischen der Struktur 225 im Testbereich 210a und der Struktur 225 im Testbereich 210b eingebracht werden.
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Die Vorrichtung 200 kann, wie in 2a dargestellt ist, auf Grundlage bekannter Prozesstechniken gebildet werden, in denen die Schicht 202 z. B. unter Verwendung chemischer Gasphasenabscheidungstechniken (CVD-Techniken), Rotationsbeschichtungstechniken und dergleichen gebildet werden kann. Darüber hinaus können zusätzliche Behandlungen durchgeführt werden, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erhalten. Es wird angemerkt, dass die Schicht 202 über einem geeigneten Substrat gebildet werden kann, ohne dass unter der Schicht 202 angeordnete spezifisch verarbeitete Vorrichtungsschichten erforderlich sind. In anderen Fällen können unterhalb der Schicht 202 weitere verarbeitete Schichten ausgebildet sein, falls dies als geeignet angesehen wird. Daraufhin kann die Maskenschicht 203 vorgesehen werden und es kann ein Lithographieprozess eingesetzt werden, um die Struktur 225 in der Schicht 203 zu bilden. Dabei können verschiedene Belichtungsschritte vorgesehen sein, wenn die Bereiche 210a, 210b in unterschiedlichen Bildfeldern des Lithographiewerkzeugs bereitgestellt werden. In anderen Fällen können die Bereiche 210a, 210b während des gleichen Lithographieprozesses gebildet werden. Es wird angemerkt, dass der Lithographieprozess auch Vorbehandlungen und Nachbehandlungen der Schicht 203 vor und nach dem Belichtungsschritt umfassen kann. Der Lithographieprozess kann auch einen Entwicklungsprozess aufweisen, um die Strukturen 225 in der Schicht 203 aus einem vorab erzeugten latenten Bild zu bilden.
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Daraufhin können geeignete Ätzrezepte verwendet werden, um die Struktur 225 in die Materialschicht 202 zu übertragen, beispielsweise in die obere Schicht 202a. Dies kann unter Verwendung erprobter anisotroper Ätzrezepte und unter Verwendung der Schicht 203 als Ätzmaske erreicht werden.
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2b stellt schematisch eine Vorrichtung 200 in einer weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase dar, in der die Maskenschicht 203 entfernt ist und die Struktur 225 in die Schicht 202a übertragen wurde. Es wird jedoch angemerkt, dass sich die Struktur 225 in der Schicht 202a zu einem gewissen Grad von der Struktur 225 unterscheiden kann, die aufgrund der ausgeführten Ätzprozesse in der Maskenschicht 203 (vgl. 2a) ausgebildet ist. Das Querschnittsprofil und/oder die kritische Dimension der entsprechenden Öffnungen können sich beispielsweise in den Strukturen 225 der 2a und 2b unterscheiden.
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2c stellt schematisch die Vorrichtung 200 in einer weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase dar, in der über der Schicht 202 eine zweite Maskenschicht 204 gebildet sein kann und eine darin eingebaute zweite Struktur 235 aufweisen kann, die einer zweiten Layoutschicht der Vorrichtung 200 entsprechen kann, wie vorangehend mit Bezug auf die 1a und 1b erläutert ist. Dies bedeutet, dass die Strukturen 225 und 235 eine räumliche Korrelation zueinander aufweisen können, so dass ein oder mehrere Überlappungsbereiche festgelegt werden. In 2c ist z. B. ein Überlappungsbereich 228a dargestellt. Hinsichtlich der Bildung der Maskenschicht 204 und einem Erhalten der Struktur 235 darin können dieselben Kriterien angewendet werden, wie vorangehend diskutiert wurde. Dies bedeutet, dass eine erprobte Lithographiesequenz durchgeführt werden kann, um die strukturierte Maskenschicht 204 zu bilden. Es wird angemerkt, dass die vorangehend gebildete Oberflächentopographie unter Verwendung geeigneter Planarisierungstechniken, wie z. B. unter Verwendung eines optischen Planarisierungsmaterials und dergleichen, eingeebnet werden kann, falls dies als notwendig erachtet wird. In dem zweiten Testbereich 210b wird die Schicht 204 mit einer Struktur 235m bereitgestellt, die als eine räumlich oder geometrisch modulierte Version der Struktur 235 zu verstehen ist. Dies bedeutet, dass die Strukturen 235, 235m einen hohen Grad an Ähnlichkeit aufweisen können, wobei zusätzlich zu möglichen statistischen Fluktuationen eine systematische Abweichung eingebracht wird, um zwischen den Testbereichen 210a und 210b eine systematische Abweichung der sich ergebenden kombinierten Struktur in der Schicht 202 hervorzurufen. Die Größe und/oder Anordnung wenigstens einiger Strukturmerkmale der Struktur 235m kann z. B., wie vorangehend erläutert, hinsichtlich der Struktur 235 modifiziert sein. In dem dargestellten Beispiel kann bei Bildung der Struktur 235m eine seitliche Translation oder einen seitlichen Versatz in +y-Richtung vorgesehen werden, während, abgesehen von kleineren Prozessfluktuationen, eine beliebige kritische Dimension erhalten werden kann, wie vorangehend erläutert ist. Daraufhin kann ein geeigneter Ätzprozess durchgeführt werden, der auf Basis des gleichen Prozessrezeptes durchgeführt sein kann, das zur Bildung der Struktur 225 in der Schicht 202 verwendet wird oder wobei abhängig von der gesamten Prozessstrategie ein unterschiedliches Prozessrezept verwendet werden kann.
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2d stellt schematisch die Vorrichtung 200 in einer weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase dar, in der in der Schicht 202 eine kombinierte Struktur 226 gebildet wird, die die Kombination der Strukturen 225 und 235 im Testbereich 210a darstellt. In ähnlicher Weise kann eine kombinierte Struktur 227 im Testbereich 210b erhalten werden, wobei die kombinierte Struktur 227 eine Kombination der Strukturen 225 und 235m darstellt. Aufgrund der systematischen geometrischen Modulation der Struktur 235m hinsichtlich der Struktur 235 ergibt sich ein struktureller Unterschied, beispielsweise in Form eines zusätzlichen Vorrichtungsmerkmals oder „Defekts” 227b, der mittels erprobter Defektinspektionstechniken erfassbar ist. Darüber hinaus kann eine Messung kritischer Dimensionen und einer Überlagerungsgenauigkeit durchgeführt werden und/oder im Allgemeinen kann eine Prozessfensterqualifizierungstechnik vorgesehen werden, z. B. auf Grundlage der Rasterelektronenmikroskopie und dergleichen, um den strukturellen Unterschied 227b zu erfassen. Auf Grundlage des erfassten strukturellen Unterschieds 227b kann eine Abschätzung oder Beurteilung hinsichtlich einer Überlappungsleistung des betroffenen zugrundeliegenden Layouts und der betroffenen zugrundeliegenden Prozessstrategie gemacht werden. Die Größe des strukturellen Unterschieds 227b kann z. B. bestimmt werden und als ein Kriterium für die Abschätzung oder Beurteilung der Gültigkeit eines zugrundeliegenden Vorrichtungslayouts und/oder einer entsprechenden Prozesssequenz verwendet werden.
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Es wird angemerkt, dass unterschiedliche Materialien und/oder Prozessrezepte und Strategien beim Vergleich der kombinierten Strukturen verwendet werden können, um eine umfangreichere Abschätzung zu erreichen. Unter Verwendung unterschiedlicher Prozessstrategien und/oder Konfigurationen der Testbereiche kann weiterhin eine entsprechende Vielzahl von Prozessfluktuationen „simuliert” werden, um hinsichtlich einer Bildung von Überlappungsbereichen eine stabile Festlegung eines zuverlässigen Prozessfensters zu ermöglichen, wie z. B. von Kontakten und Vias mit Bezug auf Leitungen, wie z. B. vorangehend mit Bezug auf die 1a und 1b erläutert ist.
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Mit Bezug auf die 2e bis 2h kann eine ähnliche Prozesssequenz zur Bildung der kombinierten Strukturen 226, 227 beschrieben werden, wobei jedoch ein oder mehrere Prozessparameter unterschiedlich ausgewählt sein können, beispielsweise hinsichtlich einer Verbesserung der Detektion von Defekten und dergleichen.
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2e stellt schematisch die Vorrichtung 200 in einer ähnlichen Konfiguration dar, wie vorangehend mit Bezug auf 2a beschrieben ist. Die Schicht 203 umfasst demzufolge die Strukturen 225, die in die Schicht 202 zu übertragen sind. In diesem Fall kann jedoch eine größere Ätzzeit angewendet werden, um entsprechende Prozessänderungen zu „simulieren”. Dies kann eine entsprechende Modifizierung der Struktur 225 ergeben und innerhalb der Schicht 202 zu einer größeren Ätztiefe führen.
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2f stellt schematisch die Vorrichtung 200 in einer weiter fortgeschrittenen Herstellungsphase dar, in der im Wesentlichen eine doppelte Ätzzeit angewendet wurde, um die Struktur 225 in die Schicht 202 zu übertragen. In diesem Fall können die Schichten 202a, 202b die gleiche Materialzusammensetzung aufweisen, wodurch beide Schichten 202a, 202b abhängig von deren anfänglicher Dicke strukturiert werden.
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2g stellt schematisch die Vorrichtung 200 mit der Schicht 204 dar, die im ersten Testbereich 210a die darin eingebaute Struktur 235 und im zweiten Testbereich 210b die geometrisch modulierte Struktur 235m aufweist. Auch in diesem Fall wurden die entsprechenden Strukturen in die Schicht 202 beispielsweise unter Verwendung des gleichen Ätzrezeptes übertragen, wie vorangehend erläutert ist.
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2h stellt schematisch im Testbereich 210a die kombinierte Struktur 226 und im Testbereich 210b die kombinierte Struktur 227 dar, wobei sich auch der strukturelle Unterschied 227b aufgrund der systematischen geometrischen Modulation ergeben kann, wie vorangehend erläutert ist. Es wird jedoch angemerkt, dass sich aufgrund der unterschiedlichen Prozessparameter, wie z. B. einer unterschiedlichen Ätzzeit, der strukturelle Unterschied 227b im Allgemeinen von dem vorangehend erhaltenen strukturellen Unterschied unterscheiden kann. Auf diese Art können verschiedene Einflüsse von Unterschieden in der Prozessstrategie durch einen Vergleich der entsprechenden „Defekte” 227b quantitativ abgeschätzt oder beurteilt werden.
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Es wird angemerkt, dass zusätzlich oder alternativ zu einer Modifizierung des Prozessrezeptes oder der Prozesszeit, auch andere Unterschiede vorgesehen sein können, um ein statistisch bedeutungsvolles Ergebnis und eine breite Abdeckung von Prozessfluktuationen zu erhalten.
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Beispielsweise kann die Struktur 235m in der Vorrichtung 200 mit unterschiedlichen Arten von Modulationen vorgesehen werden, z. B. durch Bereitstellen einer Vielzahl unterschiedlicher Testbereiche, die auf Grundlage gleicher oder unterschiedlicher Prozessstrategien bearbeitbar sind.
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2i stellt schematisch eine Aufsicht einer Halbleitervorrichtung 200 dar, wobei eine Vielzahl von Testbereiche 210a, 210b, 210c, 210d, 210e, 210f auf dem Substrat 201 gebildet sein kann, um eine breite Abdeckung verschiedener Einflüsse auf die Bildung von Überlappungsbereiche zu erhalten und eine statistische Relevanz für jeden dieser unterschiedlichen Typen von Testbereiche zu ergeben. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Testbereiche 210a in einer Nähe zu entsprechenden Testbereichen vorgesehen sein, die darin gebildete geometrisch modulierte Strukturen aufweisen, wie vorangehend erläutert ist. Beispielsweise können Testbereiche 210a grundsätzlich dem Testbereich 210a entsprechen, der vorangehend beschrieben ist. Demzufolge können Testbereiche 210a das Substrat 201 in x-Richtung und y-Richtung bedecken, so dass eine effiziente Evaluierung von Änderungen entlang des Substrats ermöglicht wird. In ähnlicher Weise kann eine Vielzahl von Testbereiche 210b vorgesehen sein, in der eine kombinierte Struktur auf Grundlage eines seitlichen Versatzes in +x-Richtung gebildet sein kann, wobei eine geeignete Größe des Versatzes vorgesehen sein kann, beispielsweise können 25 nm vorgesehen sein. Die Testbereiche 210c können in ähnlicher Weise auf Grundlage eines seitlichen Versatzes in +x-Richtung gebildet sein, wobei die gleiche Größe oder eine verschiedene Größe verwendet sein kann. Beispielsweise können 50 nm vorgesehen sein. Testbereiche 210e, 210f können in ähnlicher Weise mit kombinierten Strukturen bereitgestellt sein, die auf Grundlage eines seitlichen Versatzes in y-Richtung, z. B. unter Verwendung von +50 nm und –25 nm, gebildet sind. Auf der anderen Seite können die Testbereiche 210d mit einer kombinierten Struktur bereitgestellt sein, die auf Grundlage einer Modulierung der betroffenen kritischen Dimension gebildet sein kann, z. B. durch Vergrößerung der kritischen Dimensionen um 10 nm.
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Folglich können durch Inspektion des Substrats 201 auf Basis geeigneter Inspektionstechniken strukturelle Unterschiede zwischen benachbarten Bereichen 201a und Bereichen 201b, 201c, 201d, 210e, 210f, 210e, 210f verwendet werden, um kritische Überlappungsbereiche zu identifizieren. Aufgrund der Bereitstellung einer Vielzahl von Testbereichen für jeden Typ kann darüber hinaus ein statistisch relevantes Ergebnis erhalten werden, während die unterschiedlichen Typen von Testbereiche weiter eine Leistungsbeurteilung auf Grundlage einer breiten Änderung von Fluktuationen ermöglicht. Es wird angemerkt, dass die vorangehend dargestellte Konfiguration von Testbereiche und Parameter zur geometrischen Modulierung kombinierter Strukturen in entsprechenden Testbereichen lediglich von anschaulicher Natur ist und auch eine andere geometrische Modulierung verwendet werden kann, z. B. unter Verwendung einer beliebigen Größe für einen Versatz und/oder eine Verschiebung und/oder einer Modifizierung der Größe der unterhalb angeordneten Layoutstruktur.
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3 stellt schematisch ein System 350 dar, das zum Erfassen kritischer Überlappungsbereiche und folglich zur Abschätzung und Bewertung der Überlappungsleistung eines speziellen Vorrichtungsdesigns und/oder Prozessflusses zur Herstellung desselben verwendet werden kann. Das System 350 kann darstellungsgemäß ein Inspektionswerkzeug 357 umfassen. Das Inspektionswerkzeug 357 kann z. B. geeignet konfiguriert sein, um kritische Dimensionen, Überlagerungsfehler, Oberflächendefekte und dergleichen zu bestimmen. Das Inspektionswerkzeug 350 kann eine Substrathalterung 351 aufweisen, auf der ein Substrat 301 angeordnet sein kann, das wenigstens zwei Testbereiche 310a, 310b mit einer darin gebildeten kombinierten Struktur aufweist, wie vorangehend mit Bezug auf die 1a bis 1b und 2a bis 2e beschrieben ist. Dies bedeutet, dass der Testbereich 310a eine strukturierte Materialschicht aufweist, die eine darin gebildete kombinierte Struktur umfasst, welche auf Grundlage von Strukturen gebildet ist, die zwei unterschiedlichen Vorrichtungsebenen entsprechen, um einen Überlappungsbereich festzulegen. Dabei unterscheiden sich die entsprechenden kombinierten Strukturen in den Bereichen 310a, 310b durch eine systematische geometrische Modulation. Die Substrathalterung 351 ist geeignet konfiguriert, um eine seitliche Relativbewegung zwischen dem Substrat 301 und einem Detektor 352 zu ermöglichen, der eine beliebige Art von Strahl empfangen kann, der in Antwort auf einen auf das Substrat gerichteten Strahl 301 erzeugt wird. Beispielsweise kann ein Elektronenstrahl zur Bestimmung von Oberflächeneigenschaften des Substrats 301 unter Verwendung der erfassten Strahlung verwendet werden, die durch den einfallenden Elektronenstrahl erzeugt wird (Primär- oder Sekundärstrahlung). In anderen Fällen kann eine beliebige weitere Art von Strahlung, wie z. B. ultraviolette Strahlung und dergleichen, zur Bestimmung von Überlagerungseigenschaften und/oder Eigenschaften kritischer Dimensionen verwendet werden. Der Detektor 352 ist geeignet konfiguriert, um Inspektionsdaten 353a, 353b bereitzustellen, die eine darin kodierte strukturelle Information aufweisen können, z. B. hinsichtlich kritischer Dimensionen, der Größe bestimmter Objekte und dergleichen. Darüber hinaus kann das System 350 eine Steuerung 355 umfassen, die zum Empfangen der Inspektionsdaten 353a, 353b geeignet konfiguriert ist, welche z. B. in Form eines Bitmap-Formats (z. B. Bitmap-Daten beispielsweise in wenigstens einer Bitmap-Datei) und dergleichen bereitgestellt sein können, um eine quantitative Beurteilung von den Pixeln zu ermöglichen, die den Bereichen 310a, 310b oder entsprechenden Bereichen davon entsprechen. Zum Beispiel können die Daten 353a, 353b jeweils ein Bildfeld darstellen, das durch einen Lithographieprozess gebildet wird.
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Die Steuerung 355 umfasst ferner einen Comparator oder eine Vergleichseinrichtung 354, in der die Inspektionsdaten 353a mit Daten 353b verglichen werden können, z. B. zur Erfassung von strukturellen Unterschieden durch einen Pixel-weisen Vergleich. Die strukturellen Unterschiede können wiederum zur Beurteilung der Überlagerungsleistung eines speziellen Layouts und/oder eines Prozessflusses verwendet werden, wie vorangehend erläutert ist. Die Vergleichseinrichtung 354 kann demzufolge entsprechende Daten 356 bereitstellen, die eine Überlagerungsleistung des Layouts und der Prozesssequenz bezeichnen können, die zur Bildung der Testbereiche 310a, 310b eingesetzt werden. Die Gegenwart von „Defekte” in einem der Bereiche 310a, 310b im Vergleich zu anderen Testbereichen kann z. B. die Hinfälligkeit eines entsprechenden Designs und/oder entsprechender Prozesssequenzen für einen gegebenen Bereich möglicher Prozessfluktuationen bezeichnen, die auf Grundlage der entsprechenden geometrischen Modulation simuliert werden können, wie vorangehend erläutert ist.
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Die vorliegende Offenbarung stellt demzufolge Techniken und Systeme bereit, in denen die Überlagerungsleistung auf Grundlage schneller und zuverlässiger Messtechniken beurteilt werden kann, z. B. unter Verwendung von Defektinspektionswerkzeugen. Hierzu kann ein geeignetes Testsubstrat gebildet werden, ohne dass ein vollständig verarbeitetes Substrat erforderlich ist. Ferner werden komplexe Vorbereitungstechnik vermieden, wie z. B. die Vorbereitung von Querschnittsmessproben für TEM- oder SEM-Messungen. Gemäß den hierin offenbarten Prinzipien kann eine direkte Inspektion kritischer Bereiche hinsichtlich der Überlagerungsgenauigkeit eine schnelle Antwort auf jegliche Prozessfluktuationen ermöglichen. Es wird auch eine zuverlässige und stabile Festlegung von Prozessfenstern für die Bildung von Überlappungsbereichen erlaubt.
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Wie vorangehend erläutert wurde dargestellt, dass die Bildung von Überlappungsbereichen in komplexen Halbleitervorrichtungen einen kritischen Aspekt darstellt, der auf Grundlage herkömmlicher Mess- und Designstrategien nicht effizient auswertbar ist. Aus diesem Grund stellt die vorliegende Erfindung Messtechniken und -systeme bereit, in denen überlagernde Vorrichtungsstrukturen in die gleiche Materialschicht übertragen werden, wodurch eine kombinierte Struktur gebildet wird, die bekannten Defektinspektionstechniken zugänglich ist. Durch eine geometrische Modulierung einiger dieser kombinierten Strukturen kann eine systematische Auswertung der Überlappungsprozessfenster erreicht werden.