DE10134755B4 - Verfahren zur Messung einer charakteristischen Abmessung wenigstens einer Struktur auf Halbleiterwafern - Google Patents

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    • G03F7/70616Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70625Dimensions, e.g. line width, critical dimension [CD], profile, sidewall angle or edge roughness

Abstract

Verfahren zur Messung einer charakteristischen Abmessung wenigstens einer Struktur auf einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterwafern mittels einer Meßanordnung umfassend:
a) ein Rasterelektronenmikroskop (2) zur Messung der charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur,
b) wenigstens ein Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht an der wenigstens einen Struktur,
c) einer Be- und Entladestation (5),
d) ein Transportsystem (4) zur Beförderung des Halbleiterwafers (1) zwischen der Be- und Entladestation (5), dem Rasterelektronenmikroskop (2) und dem Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht,
umfassend die Schritte:
– Bereitstellen der Vielzahl von Halbleiterwafern in mindestens einem Wafertransportbehälter (6),
– Entladen eines ersten und eines zweiten Halbleiterwafern an der Be- und Entladestation (5),
– Befördern des ersten Halbleiterwafern zum Rasterelektronenmikroskop (2) mittels des Transportsystems (4),
– Befördern des zweiten Halbleiterwafern zum Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verfahren zur Messung einer charakteristischen Abmessung wenigstens einer Struktur auf Halbleiterwafern.
  • Der Bereich der Metrologie, d.h. der Abstands- beziehungsweise Größenbestimmung von Strukturen auf einem Substrat, nimmt im Bereich der Qualitätssicherung bei der Herstellung von Halbleiterprodukten einen wesentlichen Anteil an der Herstellungszeit und den Kosten für die Herstellung eines Halbleiterproduktes ein. Die immer kleiner werdenden Strukturgrößen führen heutzutage dazu, daß herkömmliche optische Mikroskope oftmals nicht mehr ausreichen, z.B. die Strukturgrößenbestimmungen für den Vergleich mit vorgegebenen Spezifikationen durchzuführen.
  • Der Begriff Struktur wird in diesem Dokument sowohl für Materialerhebungen auf einem Untergrund wie Linien, Pads, etc., als auch für Löcher beziehungsweise Spalten darin verwendet. Bei einem sog. lines-and-spaces pattern, kann eine Struktur als Linie, als (benachbarte) Spalte wie auch als Zusammensetzung aus beidem aufgefasst werden. Der Abstand zweier Linien entspricht dann genau der Spaltbreite.
  • Die Messung einer charakteristischen Abmessung (englisch: critical dimension, CD) von auf einem Halbleiterwafer abgebildeten Strukturen wie etwa Längen, Breiten, Höhen, Kantenneigungswinkeln etc. für den Vergleich mit aus dem Design beispielsweise einer intergrierten Schaltung vorgegebenen Dimensionen wird bei an der Auflösungsgrenze der Projektion von der Maske auf den Wafer liegenden Größenordnungen zunehmend mit Rasterelektronenmikroskopen (englisch: scanning electron microscope, SEM) bewerkstelligt. Durch die hohe Auflösung und dem damit verbundenen kleinen Bildausschnitt einerseits, sowie die ansteigenden Wafergrößen (derzeit 300 mm) andererseits sind dabei allerdings die derzeitigen Kontrollen nur punktuell durchführbar.
  • Zur Erzielung eines hohen Durchsatzes von Messungen mit einem SEM werden daher typischerweise 5 Meßstellen pro Wafer definiert, wofür sich größenordnungsmäßig eine Meßzeit von etwa 1 Minute pro Wafer für die Messung der Breiten oder Abstände der Meßstellen ergibt. Bei den üblicherweise gemeinsam in einem Wafertransportbehälter beförderten Losen umfassend 25 Wafer entspricht dieses einem Durchsatz von etwa 2 Losen pro Stunde. Für die Produktionsphase einer Waferfabrik hat sich ein derart niedriger Durchsatz als unökonomisch erwiesen, da sich dadurch der Kosteneinsatz pro Wafer aufgrund der längeren Durchlaufzeit, des Mehrbedarfs an Equipment und dessen Bedarfs an Reinraumgrundfläche signifikant erhöht.
  • Es wird daher oftmals dazu übergegangen, sogenannte Sampling-Strategien anzuwenden, wonach aus dem Los zunächst 3 Wafer ausgewählt und im SEM untersucht werden. Ergibt sich dabei im Rahmen der Waferspezifikation für die charakteristsche Abmessung der Struktur unter Anwendung statistischer Modelle eine hinreichende Übereinstimmung mit den Vorgaben aus den Designdaten, so wird angenommen, daß das gleiche auch für die verbleibenden 22 Wafer gelte. Andernfalls müssen weitere Wafer zur Kontrolle der CD herangezogen werden – gegebenenfalls mit der Folge der Wiederholung der letzten Prozeßschritte, der die Waferspezifikation verletzenden Wafer. Bei Sampling-Strategien besteht grundsätzlich die Gefahr, daß die Gleichmäßigkeit (englisch: uniformity) der Strukturabmessungen von Wafer zu Wafer aufgrund gerade nur zufällig in ihren Daten übereinstimmender Samples vorgetäuscht wird.
  • In der Druckschrift DE 199 22 614 A1 ist eine Anordnung umfassend ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) und ein sogenanntes Scatterometer beschrieben. Mit dem Scatterometer werden winkelabhängige Beugungseffekte von Waferstrukturen als Referenzsignaturen aufgenommen und jeweils mit Hilfe des SEM an absolute Meßwerte für charakteristische Größen der Strukturen kalibriert.
  • In der Druckschrift US 6137303 A ist ein karusselartiges, rotierbares Transportsystem beschrieben, mit dem Wafer zwischen einer Be- und Entladestation, optischen Meß- und elektrischen Testgeräten für die Funktionsweise von integrierten Schaltungen sowie Geräten zur Markierung defekter Schaltungen mit Tinte bewegt werden können.
  • In der Druckschrift Brain, M. et al., „Emerging Needs for Continuous Flow FOUP Transport" in: Twenty Fourth IEEE/CPMT International Electronics Manufacturing Technology Symposium, S. 76–82, 1999 ist ein Transportsystem beschrieben, welches eine Anzahl von Metrologie-Meßgeräten über standardisierte Schnittstellen an den Be- und Entladestationen mit Wafern zur jeweiligen Messung von Strukturgrößen versorgen kann.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Maß an Sicherheit bei der Gleichmäßichkeit von Wafer zu Wafer und/oder den Durchsatz von Wafern innerhalb einer gegebenen Zeitspanne bei der Durchführung der Messung der charakteristischen Abmessung der Struktur zu erhöhen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Messung einer charakteristischen Abmessung wenigstens einer Struktur auf einer Vielzahl von gleichertigen Halbleiterwafern mittels einer Meßanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
  • Ein Gerät zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht wird oftmals auch Scatterometer genannt. Die Erfindung umfaßt eine besonders vorteilhafte Kombination ei nes solchen Scatterometers mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM). Scatterometer sind aus dem Stand der Technik bekannt, werden dort jedoch nur als Stand-alone-Geräte entweder zu Testmessungen oder mit eigenständiger Beplanung eines eigenen Kontrollschrittes für die Messung von Parametern von Wafern eingesetzt. Dies ergibt sich aus der herkömmlicherweise weniger flexiblen Bauart und deren nicht wesentlich kürzerer Meßzeit als bei den CD-SEMs.
  • In jüngerer Zeit wurde eine neue Art von Scatterometern vorgesschlagen, wie jenes aus WO 00/58713A2. Bei derartigen Scatterometern wird durch eine Spiegelanordnung umfassend einen drehbaren Spiegel sowie einen ellipsodial- oder ringförmigen Spiegel ein Lichtstrahl unter jeweils verschiedenen Winkeln auf einem Probepunkt gebracht, d.h. eine oder mehrere Strukturen auf einem Halbleiterwafer und mit einem Detektor die winkelabhängige Streuung oder Beugung des Lichtstrahls an den Strukturen gemessen. Die vorteilhafte Anordnung der Spiegel erlaubt es, daß anstatt wie im herkömmlichen Fall auf komplizierte Weise sowohl die Probe als auch die drehbaren Umlenkspiegel bewegt werden müssen, nur noch der Umlenkspiegel mit einem Motor versehen sein muß. Daraus resultiert einerseits eine mögliche Kompaktheit des Scatterometers, andererseits werden für eine Streuungs- beziehungsweise Beugungsmessung nur noch etwa 5 Sekunden benötigt.
  • Wie beispielsweise in dem Dokument WO 00/58713 A2 erläutert ist, findet in dem Gerät zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung an Licht eine Messung der charakteristischen Abmessung der Struktur durch Aufnahme – beziehungsweise Messung – des Streu- oder Beugungssignals statt, wobei hier die strukturbeinhaltende Fläche auf dem Halbleiterwafer in der Größenordnung von 1 mm2 liegt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine periodisch angeordnete Struktur, wie insbesondere bei Speicherprodukten, aber auch bei Logikprodukten vorkommmen kann. Durch eine Messung der charakteristischen Abmessung derselben Struktur mittels eines Rasterelektronenmikroskops oder vergleichbaren hochauflösenden Gerätes wird dem Meßsignal, welches im folgenden als Referenzsignal in einer Referenzbibliothek betrachtet wird, die gemessene Strukturbreite, -abstände, -kantenwinkel etc. zugeordnet.
  • Durch parallele Messung der Meßsignale mittels Scatterometer und der zugehörigen Strukturbreiten etc. mittels Rasterelektronenmikroskopen für eine Matrix von Belichtungsparametern auf dem Wafer wie etwa Fokus und Intensität, die sogenannte Fokus-Exposure-Matrix, welche jeweils Einfluß auf unter anderem auf die charakteristische Abmessung der Struktur hat, wird eine matrixartige Referenzbibliothek aufgebaut. Unter der Voraussetzung eines gleichen Strukturdesigns, d.h. eines gleichen Waferproduktes, ist es damit möglich, für einen weiteren Wafer mittels des gleichen Scatterometers ein Meßsignal aufzunehmen, durch Korrelation das in der Bibliothek dem Meßsignal am stärksten ähnelnde Referenzsignal zu finden und schließlich der Struktur die dem Referenzsignal zugeordnete charakteristische Abmessung der (Referenz-)struktur zuzuordnen. Mit dem so beschriebenen Vorgang wird mit dem Gerät zur Messung der winkelabhängigen Streuung oder Beugung von Licht die charakteristische Abmessung einer Struktur gemessen.
  • Erfindungsgemäß werden die Vorteile des Rasterelektronenmikroskopes und des Scatterometers, d.h. die höhere Präzision und die Möglichkeit des Bibliotheksaufbaus durch das Rasterelektronenmikroskop und der höhere Durchsatz und die Flexibilität des Scatterometers, durch ein gemeinsames Handling- beziehungsweise Transportsystem ausgenutzt. Dadurch wird vorteilhaft eine gemeinsame Planung der Meßabfertigung von Losen möglich. Idealerweise befindet sich in dem Bereich des Transportsystems, welches die Wafer von einer Be- und Entladestation (englisch: loadport) entweder zum Rasterelektronenmikroskop oder zum Scatterometer befördert, eine Pufferstation, in der auf eine Messung wartende Wafer zwischengelagert werden können. Meldet eines der beiden Meßgeräte freiwerdende Meßkapazität, so kann der als nächstes zu messende Wafer vom Handling-System sofort zu diesem Gerät befördert werden.
  • Rasterelektronenmikroskop und Scatterometer können vorteilhaft in einer gemeinsamen Anordnung mit Transportsystem und vorzugsweise – aber nicht notwendigerweise – Mini-environment integriert sein. Durch das heutzutage üblicherweise hohe Gewicht und die Außendimensionen des SEM-Teiles der Anordnung ist damit allerdings ein im wesentlichen statisches Verwendungmodell vorgegeben.
  • Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Meßanordnung ergibt sich aus der möglichen Kompaktheit und Portabilität des Scatterometers. Für die Fertigung von Halbleiterwafern mit einer Größe von 300 mm werden im Regelfall sogenannte Front Opening Unified Pods (FOUP) verwendet. Die mechanischen Eigenschaften der FOUPs sind standardisiert, beispielsweise die SEMI-Standards E19 für Gehäuseabmessungen oder E15 für Schnittstellen an den Be- und Entladestationen (loadports) zu den Fertigungsgeräten oder E57 für sog. kinetamic coupling pins zur Plazierung der FOUPs. In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Schnittstelle des Scatterometers zum Transportsystem derart beschaffen, daß dieses z.B. an den o.g. SEMI-Standards entsprechenden loadports anstatt eines Wafertransportbehälters (FOUP) andocken kann. Das Transportsystem führt dann zur Durchführung einer Messung zunächst die Entladetätigkeit eines Wafers aus einem Wafertransportbehälter an einer ersten Be- und Entladestation aus, und befördert anschließend den Wafer zur zweiten Be- und Entladestation, an dem das Scatterometer angedockt ist.
  • Vorteilhafterweise können bei Vorhandensein von noch mehreren Be- und Entladestationen bei Bedarf weitere Scatterometer, welche den betreffenden Schnittstellenstandards entsprechen, angedockt werden. Die Meßanordnung kann durch wenigstens 3, idealerweise 4 Be- und Entladestationen, von denen eine durch das Scatterometer und 2 weitere durch parallel abgefertigte Wafertransportbehälter, belegt sind besitzen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß ständig weitere Wafer für eine Messung zur Erhöhung der Auslastung der Meßanordnung vorhanden sind.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus der gemeinsamen Datenbank, an welche das Rasterelektronenmikroskop und das Scatterometer angekoppelt sind. Die Datenbank beinhaltet wenigstens die Referenzbibliothek, welche einerseits ständig durch weitere Meßpaare resultierend aus den Strukturbreitemessungen des SEM sowie der Meßsignalaufnahme aus dem Scatterometer erweitert werden kann. Andererseits dient es auch zur Messung der Strukturbreiten etc. durch das Scatterometer, welches die Bibliothek zur Durchführung der Korellation zur Auffindung der genäherten Strukturbreite benötigt. Idealerweise ist mit der Datenbank auch ein neuronales Netzwerk verbunden, welches mit dem vom Rasterelektronenmikroskop eingehenden Daten zur Beurteilung eines vom Scatterometer aufgenommenen Meß- beziehungsweise Referenzsignals trainiert wird.
  • Die Meßanordnung umfaßt auch eine Steuereinheit, welche vorteilhafterweise neben der Steuerung des Transportsystems auch die Beplanungsaufgaben zur Verteilung der Wafer auf das Rasterelektronenmikroskop und das Scatterometer übernimmt. Hierbei werden auch Fallunterscheidungen unternommen, je nach dem, in welchem der beiden Geräte welche Meßergebnisse erzielt werden. Im einfachsten Fall wird bei einer Spezifikationsverletzung einer Strukturbreitentoleranz der Wafer entladen und in Nacharbeit gesendet. Es ist aber auch möglich, daß vorteilhaft die Verletzung zu einem Signal führt, welches die Steuereinheit veranlaßt, zur Bibliothekserweiterung beziehungsweise zum weiteren Trainieren des neuronalen Netzes den Wafer über das Transportsystem zu einem jeweils anderen Meßgerät für eine dortige Messung zu befördern.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird das Signal von der Steuereinheit zum Anlaß genommen, die Beplanungsstrategie der wenigstens zwei Geräte zu ändern. Ergibt sich beispielsweise aus Messungen mittels Scatterometer, daß wiederholt Probleme auftreten, kann zu einer gezielten Kontrolle aller folgenden Wafer im Rasterelektronenmikroskop übergegangen werden, um einerseits die Korrektheit der Scatterometermessungen zu überprüfen, andererseits der möglichen Ursache auf den Grund zu gehen. Durch die Kombination der beiden Meßgeräte können spezifische Recipes, d.h. Steueranweisungen für die Messung, erstellt werden, in denen definiert ist – angepaßt an die spezifischen Meßzeiten – wieviele Wafer jeweils im Rasterelektronenmikroskop und im Scatterometer beurteilt werden sollen, und unter welchen Umständen die Strategien im Einzelfall geändert werden.
  • Da durch das erfindungsgemäße Verfahren alle Wafer eines Loses in kürzerer Zeit vermessen werden kön-. nen, kann sowohl eine Durchsatzerhöhung wie auch eine erhöhte Sicherheit der Gleichmäßigkeit von Wafer zu Wafer eines Loses erreicht werden. Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, aus ökonomischen Gründen Los-Sampling-Strategien zu fahren.
  • Die Zeichnungen stellen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, die im folgenden näher beschrieben werden. Darin zeigen:
  • 1 eine erfindungsgemäße Meßanordnung mit 4 Loadports, von denen eine durch ein FOUP, und ein weiterer durch das Scatterometer belegt ist,
  • 2 ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung des Durchsatzes bei der CD-Messung,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der Sicherheit bei der Wafer-Zu-Wafer-Uniformity.
  • Ein Beispiel für eine Meßanordnung ist in 1 gezeigt. Ein Rasterelektronenmikroskop 2 wird von einem Transportsystem 4 zur Vermessung von Halbleiterwafern 1 in einem gemeinsamen Bereich eines Mini-Environments bedient. Das Transportsystem 4 arbeitet in einem Handling-Bereich 4' das über Schnittstellen 5' mit Be- und Entladestationen 5, im folgenden: Loadports, verbunden ist. Zum Erhalt des Mini-Environments, d.h. einer erheblich verminderten Dichte kontaminierender Teilchen pro Luftraum, werden die Schnittstellen 5' nur im Fall eines Be- oder Entladevorgangs geöffnet. Auf einem der loadports 5 ist ein Scatterometer 3, ein sogenanntes ϕ-Scatterometer eingerichtet, bei welchem mittels ringförmigem Spiegels der Azimuthwinkel des auf die Probe einfal lenden Strahls variiert wird. Alternativ kann auch ein 2-θ-Sactterometer verwendet werden. Die Loadports 5 und die Schnittstellen 5' entsprechen den genannten SEMI-Standards, und die Ladeseite des ϕ-Scatterometers 3 entspricht dem betreffenden SEMI-Standard eines FOUPs 6 als Wafertransportbehälter. Über die entsprechende Schnittstelle 5' ist das ϕ-Scatterometer für das Transportsystem 4 in dem Handling-Bereich 4' für die Be- und Entladung von Halbleiterwafern 1 zugänglich.
  • Ebenfalls zu sehen in 1 ist ein FOUP 6 auf einem mittleren der Loadports 5, welcher über die Schnittstelle 5' be- oder entladen werden kann. Das Transportsystem 4 bewerkstelligt sämtliche Wafertransporte zwischen dem FOUP 6, dem SEM 2, sowie dem ϕ-Scatterometer 3. Durch einen im wesentlichen luftdichten Abschluß, wie er den SEMI-Standards entspricht, befinden sich die drei genannten Waferstationen in einem gemeinsamen Mini-Environment.
  • Die Be- und Entladetätigkeit sowie der Transport von Halbleiterwafern 1 durch das Transportsystem 4 wird durch eine Steuereinheit 7 gesteuert. Die Steuereinheit 7 umfaßt auch eine Recheneinheit, in welcher z.B. aus hinterlegten voraussichtlichen Verarbeitungszeiten im SEM 2 und dem ϕ-Scatterometer 3 eine Beplanung für die Verteilung von Halbleiterwafern 1 aus dem FOUP 6 durchgeführt werden kann, so daß eine optimale Auslastung der Meßanordnung gewährleistet ist. Im Wafertransportbereich 4' befindet sich eine Pufferkapazität 10 zur Aufnahme von Halbleiterwafern 1, welche sich in einer Warteposition für die Verarbeitung im SEM 2 oder ϕ-Scatterometer 3 befinden. Dadurch entsteht der Vorteil, daß im Falle freiwerdender Meßkapazität der nächste Halbleiterwafer vergleichsweise schnell in das betreffende Meßgerät geladen werden kann. Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, daß bei Andocken eines weiteren FOUPs 6 auf einem weiteren Loadport 5 die Meßverarbeitung der ein neues Los bildenden in dem weiteren FOUP 6 enthaltenen Halbleiterwafer 1 nahtlos weiterverfolgt werden kann durch die Verwendung des Puffers. Zudem können für die beiden Lose der beiden FOUPs 6 verschiedene Meßstrategien verfolgt werden, wie sie im weiteren noch beschrieben werden sollen.
  • An der Steuereinheit 7 ist auch eine Datenbank 8 angeschlossen, welche die Referenzbibliothek von Meßsignalen sowie den dafür jeweils mit einem SEM verifizierten Referenzbreiten der vorgegebenen Strukturen. Die erfindungsgemäß entweder als zusätzlich zur Steuereinheit 7 ausgebildete Steuerlogik des SEM 2 und des ϕ-Scatterometers 3 oder die als Gesamtheit in der Steuereinheit 7 zusammengefaßte Steuerlogik der Meßgeräte ermöglicht eine Datenankopplung beziehungsweise -zugriff sowohl des SEM 2 als auch des ϕ-Scatterometers 3 auf die Datenbank 8. Das SEM 2 schreibt dabei seine Referenzmeßergebnisse der Strukturbreiten zu den entsprechenden Datenbankeinträgen der im ϕ-Scatterometer 3 gemessenen Referenzsignale hinzu. Das ϕ-Scatterometer andererseits trägt seine gemessenen Referenzsignale wie auch die Meßsignale von aktuell zu bestimmenden Breiten 21 von Strukturen 22 auf Halbleiterwafern 1 der Produktion in die Datenbank 8 ein, und benutzt die Referenzsignale für eine Korrelation, um mit den am besten korrelierenden Referenzsignalen den entsprechenden Strukturbreiteneintrag der Referenz zu finden, und diesen der aktuellen Breite 21 der Struktur 22 zuzuordnen.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 gezeigt. Analog zur herkömmlichen Sampling-Strategie werden beispielsweise drei Halbleiterwafer 1 aus dem 25 Halbleiterwafer enthaltenden Los, welches dem FOUP 6 entnommen wird, über das Transportsystem 4 dem SEM 2 zugeführt, um damit eine hochpräzise Messung zu erhalten. Zur Messung der 3 Halbleiterwafer 1 werden insgesamt knapp 3 Minuten benötigen. Anstatt wie herkömmlich die verbleibenden 22 Wafer 1 auf das Ergebnis der Messung der 3 ersten Halbleiterwafer 1 warten zu lassen, werden diese sukzessive dem φ-Scatterometer 3 zugeführt. Für die einzelnen Halbleiterwafer 1 werden etwa 5 Sekunden Meßzeit sowie 10 Sekunden Be- und Entladezeit benötigt, so daß diese Vermessung der Breiten 21 etwa 5 Minuten in Anspruch nimmt. Vom Transportsystem 4 werden nacheinander alle in der Messung abgefertigten Halbleiterwafer 1 in den auf dem Loadport 5 wartenden FOUP 6 zurückgeladen. Unter der Annahme eines üblicherweise nicht verschwindenen Prozentsatzes an Halbleiterwafern, die im SEM 2 in dem gemessenen Breiten 21 der Strukturen 22 nicht mit den vorgegebenen Spezifikationstoleranzen übereinstimmen, entsteht ein Vorteil dadurch, daß im erfindungsgemäßen Verfahren für jeden der zusätzlich 22 gemessenen Halbleiterwafer 1 eine – wenn auch etwas gröbere – Angabe der Breiten 21 der Strukturen 22 vorliegt. Im herkömmlichen Fall hingegen muß aufgrund der Spezifikationsverletzung umständlich ein vergrößertes Sample mit dem SEM 2 untersucht werden. Zwangsläufig entsteht im zeitlichen Mittel ein Zeitvorteil. Unter Hinzunahme eines weiteren ϕ-Scatterometers 3 können die verbleibenden 22 Halbleiterwafer 1 sogar in zwei Gruppen zu je 11 Halbleiterwafern 1 aufgeteilt werden, so daß in diesem Beispiel das SEM 2 den Engpaß für den Durchsatz an Wafern bildet. Durch die Messung jedes Halbleiterwafers 1 liegen damit genauere statistische Informationen über das gesamte Los vor, und Probleme verursacht in vorhergehenden Prozeßschritten können leichter erkannt werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt. Eine im oberen Teil des Flußdiagrammes gezeigte Schleife sorgt für die sukzessive Entladung jedes Halbleiterwafers 1 aus einem FOUP 6, welches an einem Loadport 5 angedockt wurde. Das Transportsystem 4 befördert jeden dieser Halbleiterwafer 1 in eine in dem Transportbereich 4' eingerichtete Pufferstation 10. Die Steuereinheit 7 erhält über Signale sowohl vom SEM 2 als auch vom ϕ-Scatterometer 3 die Information, daß freie Meßkapazität vorhanden ist. Je nachdem von welchem Meßgerät dieses Signal stammt, wird jeweils ein Halbleiterwafer 1 in das betreffende Gerät zur weiteren Vermessung geladen. Auf beiden Seiten wird – bestimmt durch die jeweiligen Meßmethoden – die Breite 21 der Struktur 22 auf dem Halbleiterwafer 1 gemessen.
  • Die gemessene Breite 21 der Struktur 22 wird anschließend auf beiden Seiten mit Referenzwerten, d.h. den Spezifikationwerten mit Toleranzwerten, verglichen. Im Falle der Einhaltung dieser Toleranzen können für diesen Halbleiterwafer 1 nach Durchführen der notwendigen Entladeschritte beziehungsweise der endgültigen Beladung des FOUPs 6 die nächsten Prozeßschritte ausgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist dieses Ausführungsbeispiel in dem Fall, daß eine Spezifikationsverletzung der gemessenen Struktur 22 auf dem aktuellen Halbleiterwafer 1 vorliegt.
  • Wird diese Spezifikationsverletzung auf Seiten des SEM 2 festgestellt, so wird durch Generierung eines Warnsignals 30 die Steuereinheit 7 dazu veranlaßt, zu prüfen, ob durch das ϕ-Scatterometer bereits eine Messung durchgeführt würde, so daß ein Meßsignal vorhanden ist. Ziel ist es dabei, diesen Fall einer Spezifikationsverletzung durch einen Eintrag in der Referenzbibliothek in der Datenbank 8 zu dokumentieren, sowie ein gegebenenfalls vorhandenes neuronales Netz zu trainieren. Entsprechend werden in diesem Fall die gemessene Breite 21 der Struktur 22 sowie das dazugehörige Meßsignal aus dem ϕ-Scatterometer 3 als Referenzwerte in die Datenbank 8 eingetragen. Liegt hingegen noch kein Meßsignal vor, so befördert das Transportsystem 4 den Halbleiterwafer 1 vom SEM 2 zum ϕ-Scatterometer 3 zur dortigen Aufnahme des Meßsignals. Der Übersichtlichkeit halber in 3 nicht eingetragen ist der weitere Rücklauf dieses die Spezifikation verletzenden Halbleiterwafers 1 zu dem FOUP 6 sowie der erforderliche Datenbankeintrag. Ebenso ist in diesem Falle der Spezifikationsvergleich auf Seiten des Scatterometers 3 nicht erforderlich, da davon auszugehen ist, daß das SEM 2 eine genauere Messung der Breite 21 der Struktur 22 vornehmen kann als das ϕ-Scatterometer 3. Auch eine Prüfung, ob nicht vorher schon eine im wesentlichen identische Spezifikationsverletzung mit einer nahezu gleichen Breite 21 der Struktur 22 sowie einem nahezu gleichen Meßsignal vorgelegen hat, um keine Redundanzen in der Datenbank 8 durch einen zusätzlichen Eintrag aufzubauen, ist möglich.
  • Wird eine Spezifikationsverletzung nach der Messung durch das Scatterometer 3 festgestellt, so wird durch die Steuereinheit 7 das Transportsystem 4 dazu veranlaßt, den Halbleiterwafer 1 vom Scatterometer 3 in das SEM 2 zu befördern, ohne dort eine Verifikation der Spezifikationsverletzung durchzuführen.
  • Durch diese Maßnahmen wird einerseits der Waferdurchsatz im CD-Meßschritt erhöht, andererseits wird bei Auftreten von Problemen durch eine jeweilige Gegenprüfung eine schnelle automatische Verifikation der Spezifikationsverletzung möglich und der Grad an Sicherheit einer für ein Los bestimmten Wafer-Zu-Wafer-Uniformity wird erheblich vergrößert.
  • Ein analoges Verfahren kann für ein weiteres Ausführungsbeispiel auch mit mehreren Losen in paralleler Bearbeitung durchgeführt werden. Beispielsweise kann von einem ersten Los ein erster Wafer im SEM 2 beurteilt werden, während von einem zweiten Los sukzessive alle Halbleiterwafer 1 im Scatterometer 3 geprüft werden. Ist diese Korrelation erfolgreich, so können entweder zur weiteren Datensammlung in der Referenzbibliothek ein oder mehrere Halbleiterwafer 1 des zweiten Loses in SEM 2 beurteilt werden, oder es wird einfach das Warnsignal 30 nach dem Vergleich mit dem Referenzwert im Scatterometer 3 wie oben beschrieben als Kriterium für die weitere Prozessierung der entsprechenden Halbleiterwafer 1 verwendet. Voraussetzung ist hier natürlich, daß die Halbleiterwafer 1 des ersten und des zweiten Loses das gleiche Produkt darstellen.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Messung einer charakteristischen Abmessung wenigstens einer Struktur auf einer Vielzahl von gleichartigen Halbleiterwafern mittels einer Meßanordnung umfassend: a) ein Rasterelektronenmikroskop (2) zur Messung der charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur, b) wenigstens ein Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht an der wenigstens einen Struktur, c) einer Be- und Entladestation (5), d) ein Transportsystem (4) zur Beförderung des Halbleiterwafers (1) zwischen der Be- und Entladestation (5), dem Rasterelektronenmikroskop (2) und dem Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht, umfassend die Schritte: – Bereitstellen der Vielzahl von Halbleiterwafern in mindestens einem Wafertransportbehälter (6), – Entladen eines ersten und eines zweiten Halbleiterwafern an der Be- und Entladestation (5), – Befördern des ersten Halbleiterwafern zum Rasterelektronenmikroskop (2) mittels des Transportsystems (4), – Befördern des zweiten Halbleiterwafern zum Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht mittels des Transportsystems (4), – gleichzeitiges Messen a) einer ersten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur auf dem ersten Halbleiterwafer im Rasterelektronenmikroskop (2), b) einer zweiten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur auf dem zweiten Halbleiterwafer im . Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht, – Vergleich der ersten und der zweiten charakteristischen Abmessung mit einem Referenzwert, – Erzeugen eines Warnsignals (30) in Abhängigkeit von den Vergleichen, – Entladen eines dritten Halbleiterwafers an der Be- und Entladestation (5) aus dem Wafertransportbehälter (6), – Befördern des dritten Halbleiterwafers in Abhängigkeit von dem erzeugten Warnsignal (30) durch das Transportsystem (4) zum Rasterelektronenmikroskop (2) oder zum Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht – Rückbefördern des ersten, zweiten und dritten Halbleiterwafers zur Be- und Entladestation (5) und Beladen des mindestens einen Wafertransportbehälters (6).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß der dritte Halbleiterwafer zur Pufferstation (10) befördert wird, – daß die Steuereinheit (7) prüft, ob das Rasterelektronenmikroskop (2) für eine weitere Messung verfügbar ist, – daß der dritte Halbleiterwafer in Abhängigkeit vom Prüfergebnis zum Rasterelektronenmikroskop (2) zur Messung einer dritten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur befördert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – daß der dritte Halbleiterwafer zur Pufferstation (10) befördert wird, – daß die Steuereinheit (7) prüft, ob das Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht für eine weitere Messung verfügbar ist, – daß der dritte Halbleiterwafer in Abhängigkeit vom Prüfergebnis zum Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht zur Messung einer dritten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur befördert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom nach der Messung der ersten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur erzeugten Warnsignal (30) der erste Halbleiterwafer durch das Transportsystem (4) vom Rasterelektronenmikroskop (2) zum Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht zur Messung eines der ersten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur zugeordneten Referenzsignals befördert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom nach der Messung der zweiten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur erzeugten Warnsignal (30) der zweite Halbleiterwafer durch das Transportsystem (4) vom Gerät (3) zur winkelabhängigen Messung der Streuung oder Beugung von Licht zum Rasterelektronenmikroskop (2) zur Durchführung einer weiteren Messung der zweiten charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur auf dem zweiten Halbleiterwafer befördert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar umfassend das Referenzsignal und die erste charakteristischen Abmessung der wenigstens einen Struktur in der Datenbank (8) gespeichert wird.
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