DE19925831A1 - Process for measuring the positioning errors of structured patterns used in semiconductor production comprises forming test grating structures, and measuring the light bent at the structures - Google Patents

Process for measuring the positioning errors of structured patterns used in semiconductor production comprises forming test grating structures, and measuring the light bent at the structures

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Abstract

Positioning errors of structured patterns are measured by forming test grating structures (4, 7) in at least one plane; measuring light bent at the structures; determining connection between bent light and positioning of both test lattice structures to each other by calibrating and simulating; and determining positioning errors using intensity measurement of bent light of bending level(s). Preferred Process: The test grating structure is produced by etching a metal layer, an insulating layer or a semiconductor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Positionierungsfehlers von Strukturmu­ stern, die in mehreren Ebenen übereinander angeordnet sind, insbesondere für die Anwendung in der Halbleiterherstellung.The invention relates to a method for measuring the positioning error of structural mu asterisks, which are arranged one above the other in several levels, especially for use in semiconductor manufacturing.

In dem Bestreben der Erzielung höherer Packungsdichten erreichen die Strukturbreiten in Halbleiterbauelementen eine Größenordnung von sub. 0,25 µm. Das macht in dem Herstel­ lungsprozeß eine Positionierungsgenauigkeit von kleiner 5 nm erforderlich, wobei der zu be­ trachtende Gesamtfehler aus der Summe von Einstell- und Maschinenfehler besteht. Die derzeit angewendeten Meßverfahren beruhen im wesentlichen auf optischen, abbildenden Verfahren, die mit einer hochgenauen Bildverarbeitung gekoppelt sein können. Trotz der enormen Kosten, die die Anfertigung von Geräten auf der Basis dieser Verfahren fordert, stoßen die optischen, abbildenden Meßverfahren bei Strukturbreiten von 0,6-0,8 µm, verursacht durch die Apertur und die Wellenlänge des Lichts, an ihre physikalischen Grenzen. Dabei lassen sich die zuge­ sagten Meßgenauigkeiten nur unter besonderen Bedingungen erzielen, beispielsweise bei sehr kontrastreichen Objekten beziehungsweise nur außerhalb des Produktionsprozesses unter spe­ ziellen Laborbedingungen. Geräte mit kürzeren Abbildungswellenlängen, wie beispielsweise Rasterelektronenmikroskope, sind noch kostenintensiver, arbeiten nicht zerstörungsfrei, sind deshalb nicht in-line-fähig und sind zum Teil strahlungsgefährdend.In striving to achieve higher packing densities, the structural widths in Semiconductor components have a magnitude of sub. 0.25 µm. That makes in the manufacturer tion process requires a positioning accuracy of less than 5 nm, the to be total error that is sought consists of the sum of setting and machine errors. The currently measuring methods used are essentially based on optical imaging methods, that can be coupled with high-precision image processing. Despite the enormous cost, which requires the production of devices based on these processes, the optical, imaging measuring method with structure widths of 0.6-0.8 µm, caused by the aperture and the wavelength of light, to their physical limits. Here, the drawn said measurement accuracies can only be achieved under special conditions, for example very high-contrast objects or only outside the production process specific laboratory conditions. Devices with shorter imaging wavelengths, such as Scanning electron microscopes are even more expensive, do not work non-destructively, are therefore not in-line capable and are sometimes hazardous to radiation.

Unter Verzicht auf die Abbildung der zu messenden Strukturmuster bieten indirekte Messun­ gen auf der Grundlage von Streulicht-Methoden höhere Genauigkeiten. Eine Information über die Struktur wird dabei aus den relativen Intensitäten des Lichts in den einzelnen Beugungs­ ordnungen gewonnen. Bekannt geworden ist hierzu ein Gerät zur fotoelektrischen Messung des Positionierungsfehlers zweier zueinander beweglicher Körper, wobei der eine Körper ein Skalen-Gitter und der andere Körper ein Index-Gitter trägt. Auf das Skalen-Gitter fällt ein di­ rekter Lichtstrahl in der Weise, daß das reflektierte, das Index-Gitter passierende Licht zumin­ dest teilweise diffus ist. Das das Index-Gitter passierende Licht wird zwecks Analyse der räumlichen, periodischen Verteilung seiner Beugungsmuster auf einer Skala fotoelektrischer Wandler abgebildet. Aus der Intensität der räumlichen, periodischen Verteilung des Streulichts wird auf die Position der beiden Körper zueinander geschlossen, vgl. US-PS 4.079.252.Indirect measurements are provided without the representation of the structural patterns to be measured higher accuracy based on scattered light methods. Information about the structure is made up of the relative intensities of light in the individual diffractions won orders. A device for photoelectric measurement has become known for this purpose the positioning error of two mutually movable bodies, one body being a Scale grid and the other body carries an index grid. A di falls on the scale grid right light beam in such a way that the reflected light passing through the index grating at least is at least partially diffuse. The light passing through the index grating is used for the analysis of the spatial, periodic distribution of its diffraction patterns on a photoelectric scale  Converter pictured. From the intensity of the spatial, periodic distribution of the scattered light the position of the two bodies relative to one another is concluded, cf. U.S. Patent 4,079,252.

In Bezug auf den Herstellungsprozeß von Halbleiterstrukturen hat die hier angewendete Me­ thode den Nachteil, daß zwei räumlich getrennte Gitter mit fester Gitterperiode in ihrer Positi­ on zueinander vermessen werden.With regard to the manufacturing process of semiconductor structures, the Me thode the disadvantage that two spatially separate grids with a fixed grating period in their positi be measured to each other.

Ein weiteres Verfahren zur Messung des Positionierungsfehlers bedient sich zweier übereinan­ der angeordneter Submikrometer-Gitterstrukturen unterschiedlicher Periodizität. Dabei ist die eine Gitterstruktur an einen Bezugskörper gebunden, während die andere Gitterstruktur mit einer lithographischen Vorlage in Verbindung steht. Ein diese Anordnung passierender Licht­ strahl läßt ein Beugungsmuster des Lichts entstehen, dessen räumliche Verteilung Aufschluß über die Position der lithographischen Vorlage in Hinsicht auf den Bezugskörper gewährt, vgl. US-PS 5.216.257 und 5.343.292.Another method for measuring the positioning error makes use of two the arranged submicrometer grating structures of different periodicity. Here is the one lattice structure bound to a reference body, while the other lattice structure with a lithographic template. A light passing through this arrangement beam creates a diffraction pattern of light, the spatial distribution of which reveals granted on the position of the lithographic template with respect to the reference body, cf. U.S. Patent Nos. 5,216,257 and 5,343,292.

Diesen Verfahren gemeinsam haftet der Mangel an, daß die Position der zu prüfenden Struktur nur in Relation auf den Bezugskörper bestimmt werden kann, wobei jeweils die zu prüfende Struktur und der Bezugskörper zu Meßzwecken an einem vorbestimmten Punkt außerhalb der lithographischen Vorlage die zueinander auszurichtenden Gitterstrukturen aufweisen. Eine derartige Anordnung läßt lediglich die Schlußfolgerung zu, daß nach Ausrichtung der Gitter­ strukturen auch die lithographischen Strukturen in der gewünschten Genauigkeit zueinander ausgerichtet sind. Ein Fehler zwischen Gitterstruktur und lithographischer Vorlage bleibt dabei unberücksichtigt. Der Fehler zweier lithographischer Ebenen wird nicht unmittelbar gemessen, und der tatsächliche Zustand der Positionierung zweier Ebenen bleibt unbekannt.Common to these procedures is the lack of the position of the structure under test can only be determined in relation to the reference body, the one to be tested in each case Structure and the reference body for measurement purposes at a predetermined point outside the lithographic template which have lattice structures to be aligned with one another. A such an arrangement only leads to the conclusion that after alignment of the grids structure the lithographic structures to each other with the desired accuracy are aligned. An error remains between the lattice structure and the lithographic template disregarded. The error of two lithographic planes is not measured immediately, and the actual state of the positioning of two levels remains unknown.

Weiter wurde der Öffentlichkeit bekanntgemacht, daß mit Meßverfahren auf der Basis der in­ versen Streulichtverteilung die Meßgenauigkeit an lithographischen Strukturen erheblich ver­ bessert werden kann. Dazu wird das an sehr feinen Strukturen reflektierte und in mehreren Ordnungen gebeugte Licht als Scatterogramm aufgezeichnet. Die anschließende Datenanalyse geschieht in zwei Schritten. In dem ersten Schritt ist ein Anlernzyklus mit einer rigorosen Vorwärtsmodellierung verbunden. In dem folgenden Schritt werden die so gewonnenen Daten zur Interpretation der aufgezeichneten Scatterogramme genutzt und auf die Breite der Struktu­ ren geschlossen. Es wurde gezeigt, daß derartige Scatterogramme an unterschiedlichen Mate­ rialien des Herstellungsprozesses von integrierten Schaltkreisen gewonnen werden können, vgl. Photoresistmetrology based on light scattering - SPIE Vol. 2725; Diffraction analysis based on characterization of very fine gratings - SPIE Vol. 3099-25; Optical scatterometry of quarter micron patterns using neural regressions - SPIE Vol. 333.It was also announced to the public that measuring methods based on the verse scattered light distribution significantly ver the measurement accuracy on lithographic structures can be improved. This is reflected in very fine structures and in several Orders of diffracted light recorded as a scatterogram. The subsequent data analysis happens in two steps. The first step is a learning cycle with a rigorous one Forward modeling connected. In the following step the data obtained in this way used to interpret the recorded scatterograms and the width of the structure closed. It has been shown that such scatterograms on different mate rialien of the manufacturing process of integrated circuits can be obtained, cf. Photoresistmetrology based on light scattering - SPIE Vol. 2725; Diffraction analysis based on  characterization of very fine gratings - SPIE Vol. 3099-25; Optical scatterometry of quarter micron patterns using neural regressions - SPIE Vol. 333.

Mit den hier aufgezeigten Meßverfahren sind erstmals Messungen im Submikrometer-Bereich möglich geworden, wobei die Breite einzelner Strukturelemente unter Laborbedingungen er­ mittelt wird. Ungelöst bleibt jedoch das Problem, den Positionierungsfehler einer Struktur zu bestimmen, die in einem folgenden technologischen Schritt auf eine vorhandene Struktur auf­ gebracht wurde.With the measurement methods shown here, measurements in the submicrometer range are possible for the first time become possible, the width of individual structural elements under laboratory conditions is averaged. However, the problem of the positioning error of a structure remains unsolved determine that in a subsequent technological step based on an existing structure was brought.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit Hilfe der an sich bekannten Scatterometrie der inversen Streulicht-Verteilung und einer anschließenden Datenanalyse in einem ersten Anlernschritt und nachfolgenden Auswertungsschritten ein Verfahren vorzuschlagen, nach dem der Positionie­ rungsfehler zweier lithographischer Ebenen direkt im Herstellungsprozeß ermittelt werden kann.The object of the invention is, using the known scatterometry of the inverse Scattered light distribution and a subsequent data analysis in a first learning step and Subsequent evaluation steps to propose a method according to which the position error in two lithographic planes can be determined directly in the manufacturing process can.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, das durch die folgenden Verfahrenschritte gekennzeichnet ist:
According to the invention, this object is achieved by a method which is characterized by the following method steps:

  • 1. A: Erzeugung von zwei Testgitterstrukturen in mindestens einer Ebene,1. A: Generation of two test grid structures in at least one level,
  • 2. B: Messung des an den Testgitterstrukturen gebeugten Lichts,2. B: measurement of the light diffracted at the test grid structures,
  • 3. C: Ermittlung des Zusammenhanges zwischen dem gebeugten Licht und der Positionie­ rung der beiden Testgitterstrukturen zueinander durch Kalibriermessung und durch Si­ mulationsberechnung und3. C: Determination of the relationship between the diffracted light and the position tion of the two test grid structures to each other by calibration measurement and by Si calculation and
  • 4. D: Bestimmung des Positionierungsfehlers mittels Messung der Intensität des gebeugten Lichts einer oder mehrerer Beugungsordnungen.4. D: Determination of the positioning error by measuring the intensity of the diffracted Light of one or more diffraction orders.

Bevorzugt wird der Positionierungsfehler mittels Messung des gebeugten Lichts einer jeweils 1. Ordnung bestimmt. Dazu wird je eine Testgitterstruktur in einer Schaltkreisebene und in einer weiteren Ebene erzeugt. In einer anderen bevorzugten Ausführung wird auf einem Sub­ strat zuerst eine erste Testgitterstruktur erzeugt und danach das Substrat anhand der Marken der ersten Testgitterstruktur erneut justiert und innerhalb der ersten Testgitterstruktur eine zweite Testgitterstruktur erzeugt. Vorteilhafterweise wird auf dem Substrat mittels eines litho­ graphischen Verfahrens, insbesondere Fotolithographie, mit der Strukturierung einer Schalt­ kreisstruktur zugleich eine Testgitterstruktur erzeugt. Die Schaltkreisstruktur, in der die Test­ gitterstruktur erzeugt wird, ist eine Ebene im Halbleiter-Herstellungsprozeß. Dabei wird die Testgitterstruktur durch Ätzen einer Metallschicht, einer Isolationsschicht oder eines Halblei­ ters erzeugt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird die fiestgitterstruktur durch das Belichten und Entwickeln einer Fotoresistschicht erzeugt. Die Strukturbreite der Testgitter­ strukturen liegt im µm- bis subµm-Bereich. Vorteilhafterweise ist das Pitch einer Testgitter­ struktur größer als die Summe aus dem maximalen absoluten Positionierungsfehler und den Strukturbreiten der Testgitterstrukturen. Vorzugsweise besitzt die Testgitterstruktur aus der Fotoresistschicht dieselbe Strukturbreite wie die Testgitterstruktur, die in einer Schalt­ kreisstruktur erzeugt wird, so daß ein Mischgitter mit doppelter Strukturbreite entsteht.The positioning error by measuring the diffracted light is preferred in each case 1st order determined. For this purpose, a test grid structure is created in a circuit level and in another level. In another preferred embodiment, a sub strat first created a first test grid structure and then the substrate based on the marks readjusted the first test grid structure and one within the first test grid structure second test grid structure generated. Advantageously, on the substrate by means of a litho graphic method, in particular photolithography, with the structuring of a circuit circular structure also creates a test grid structure. The circuit structure in which the test lattice structure is a level in the semiconductor manufacturing process. The Test grid structure by etching a metal layer, an insulation layer or a semi-lead  ters generated. In a further advantageous embodiment, the fixed grid structure is replaced by the Expose and develop a photoresist layer. The structure width of the test grid structures is in the µm to subµm range. The pitch is advantageously a test grid structure greater than the sum of the maximum absolute positioning error and the Structure widths of the test grid structures. Preferably, the test grid structure from the Photoresist layer the same structure width as the test grid structure, which in a circuit circular structure is generated so that a mixing grid with double structure width is created.

Zur Durchführung des Verfahrens wird auf die Testgitterstrukturen ein unter einem bestimm­ ten Winkel einfallender Lichtstrahl gerichtet. In einer anderen Ausführung werden auf die Testgitterstrukturen gleichzeitig mehrere, unter verschiedenen Winkeln einfallende Lichtstrah­ len gerichtet. Die Intensität des gebeugten Lichts wird an einer seiner räumlichen Verteilung entsprechenden Skala fotoelektrischer Wandler gemessen. Vorzugsweise wird ein Lichtstrahl aus einem Laser auf die Testgitterstrukturen gerichtet. In einer anderen Ausführung wird ein Lichtstrahl aus einer monochromatischen Strahlungsquelle auf die Testgitterstrukturen gerich­ tet.To carry out the method, a test is made on the test grid structures direction of the incident light beam. In another version, the Test grating structures simultaneously several light beams incident at different angles len directed. The intensity of the diffracted light is due to one of its spatial distribution corresponding scale of photoelectric converter measured. A beam of light is preferred directed from a laser onto the test grid structures. In another version, a Beam of light from a monochromatic radiation source onto the test grid structures tet.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehre­ ren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The features of the invention go beyond the claims also from the description and the drawings, with the individual features individually or in multiples represent protective designs in the form of sub-combinations, for which protection here is claimed. Embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail below. The drawings show:

Fig. 1a)-i): Verfahrensschritte zur Herstellung von Testgitterstrukturen in der Ebene einer Schaltkreisstruktur und in einer lithografischen Ebene, Fig 1a) -i). The method steps for the production of test grating structures in the plane of a circuit structure and a lithographic level,

Fig. 2 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Streulichtmessung, Fig. 2 shows a schematic representation of an apparatus for measuring scattered light,

Fig. 3 Darstellung der Diffraktionseffektivität in Abhängigkeit vom Positio­ nierfehler für ein erstes Beispiel, Fig. 3 showing the diffraction efficiency in dependence on the positio nierfehler for a first example,

Fig. 4a)-g) Verfahrensschritte zur Herstellung von Testgitterstrukturen in einer Ebene Fig. 4a) -g) method steps for the production of test grid structures in one plane

Fig. 5 Darstellung der Diffraktionseffektivität in Abhängigkeit vom Positio­ nierfehler für ein zweites Beispiel. Fig. 5 shows the diffraction effectiveness as a function of the positioning error for a second example.

Beispiel 1example 1

Das Beispiel 1 zeigt die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte zur Messung des Positionie­ rungsfehlers einer Bauelemente-Ebene zu einer weiteren lithographischen Ebene innerhalb des Herstellungsprozesses für ein Halbleiterbauelement. Die Aufeinanderfolge der einzelnen Ver­ fahrensschritte ist in der Fig. 1 dargestellt.Example 1 shows the method steps according to the invention for measuring the positioning error of a component level with respect to a further lithographic level within the manufacturing process for a semiconductor component. The sequence of the individual process steps is shown in FIG. 1.

Auf einem Substrat 1 ist eine erste Ebene als eine Testgitterstruktur herzustellen. Bei der er­ sten Ebene handelt es sich in diesem Beispiel um eine Schaltkreisstruktur in Form einer Metal­ lisierung 2 aus Aluminium. Eine Schaltkreisstruktur als eine Ebene im Halbleiter- Herstellungsprozeß können beliebige Metallisierungen, unterschiedliche Halbleitermaterialien, wie monokristallines oder polykristallines Silizium, aber auch Isolationsschichten, wie SiO2, sein. Dazu wird in einem ersten Schritt (Fig. 1a) auf die Metallisierung 2 eine Fotoresist­ schicht 3 aufgebracht, belichtet (Fig. 1b) und entwickelt (Fig. 1c). Durch ein Ätzen der Metal­ lisierung 2 (Fig. 1d) entsteht eine erste Testgitterstruktur 4 in der ersten Ebene in der Form eines Aluminiumgitters. Auf das Aluminiumgitter wird anschließend eine SiO2-Schicht 5 (Fig. 1e) aufgebracht. In einer weiteren lithographischen Strukturierung durch das Auftragen einer nächsten Fotoresistschicht 6 und deren Belichtung (Fig. 1f) sowie einer nachfolgenden Ent­ wicklung (Fig. 1g) entsteht in einer zweiten Ebene ein Fotoresistgitter als eine zweite Testgit­ terstruktur 7. Das Fotoresistgitter besitzt dieselben Strukturmaße wie das Aluminiumgitter, nämlich eine Strukturbreite von 0,4 µm bei einem Pitch von 1,6 µm. Das Fotoresistgitter soll derart über der ersten Testgitterstruktur 4 positioniert sein, daß es mittig innerhalb der ersten Testgitterstruktur 4 angeordnet ist. Auf diese Weise entsteht ein Mischgitter aus einer Schalt­ kreisstruktur und einer Fotoresiststruktur. Die Strukturbreiten der beiden Testgitterstrukturen 4; 7 müssen für dieses Verfahren nicht identisch sein, jedoch sollten sich die beiden Gitter auch bei auftretenden Positionierungsfehlern, wie sie beispielhaft in Fig. 1h und Fig. 1i dargestellt sind, nicht überlappen.A first level is to be produced on a substrate 1 as a test grid structure. The first level in this example is a circuit structure in the form of a metalization 2 made of aluminum. A circuit structure as a level in the semiconductor manufacturing process can be any metallizations, different semiconductor materials, such as monocrystalline or polycrystalline silicon, but also insulation layers, such as SiO 2 . For this purpose, in a first step ( Fig. 1a), a photoresist layer 3 is applied to the metallization 2 , exposed ( Fig. 1b) and developed ( Fig. 1c). By etching the metalization 2 ( FIG. 1d), a first test grid structure 4 is formed in the first level in the form of an aluminum grid. An SiO 2 layer 5 ( FIG. 1e) is then applied to the aluminum grid. In a further lithographic structuring by applying a next photoresist layer 6 and exposing it ( FIG. 1f) and a subsequent development ( FIG. 1g), a photoresist grating is formed in a second plane as a second test grating structure 7 . The photoresist grid has the same structure dimensions as the aluminum grid, namely a structure width of 0.4 µm with a pitch of 1.6 µm. The photoresist grid should be positioned above the first test grid structure 4 in such a way that it is arranged centrally within the first test grid structure 4 . In this way, a mixing grid is formed from a circuit structure and a photoresist structure. The structure widths of the two test grid structures 4 ; 7 do not have to be identical for this method, however, the two gratings should not overlap even if positioning errors occur, as are shown by way of example in FIG. 1h and FIG. 1i.

Nach der Lithographie folgt die Vermessung der Position mittels einer Streulichtanalyse. Eine Vorrichtung zur Streulichtmessung ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Auf die beiden Test­ gitterstrukturen 4; 7 werden ein oder gleichzeitig mehrere, unter verschiedenen Winkeln ein­ fallende Lichtstrahlen gerichtet und die Intensitäten der gebeugten Lichtstrahlen an einer ihrer räumlichen Verteilung entsprechenden Skala fotoelektrischer Wandler gemessen. Ein Positio­ nierungsfehler beeinflußt dabei die Streulichtverteilung. Somit ist eine Kontrolle der Positionie­ rungsgenauigkeit der Ebenen zueinander möglich. Die Positionierungsfehler können beispiels­ weise als Korrekturwert in Datenfiles der Lithographiegeräte (Stepper) eingegeben werden. Somit lassen sich die Positionierungsgenauigkeiten aller Ebenen zueinander korrigieren und verbessern.After the lithography, the position is measured using a scattered light analysis. A device for measuring scattered light is shown schematically in FIG. 2. On the two test grid structures 4 ; 7 , one or several light beams falling at different angles are directed and the intensities of the diffracted light beams are measured on a scale of photoelectric transducers corresponding to their spatial distribution. A positioning error affects the scattered light distribution. A control of the positioning accuracy of the levels relative to one another is thus possible. The positioning errors can, for example, be entered as a correction value in data files of the lithography devices (steppers). In this way, the positioning accuracies of all levels to each other can be corrected and improved.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der Diffraktionseffektivität vom Positionierungsfehler. Es wurde die Intensität der +1. Ordnung bei senkrecht polarisierter Strahlung gemessen. Grundsätzlich ist die Messung der Intensität jeder anderen Beugungsordnung ebenfalls möglich, jedoch wird die Messung der Intensität des gebeugten Lichts der +1. bzw. -1. Ordnung bevorzugt, da in diesen Ordnungen die stärksten Intensitäten auftreten und das gebeugte Licht im Sinne des Meßverfahrens sehr sensibel reagiert. Es ist aber auch die Messung des in höheren Ordnungen gebeugten Lichts bzw. der gesamten Streulichtverteilung möglich. In diesem Ausführungsbei­ spiel wurde ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von 633 nm zur Erzeugung der po­ larisierten Strahlung verwendet. Es können aber auch andere Laser oder monochromatische Strahlungsquellen vom roten bis zum UV-Bereich genutzt werden. Durch Kalibriermessungen und durch Simulationsberechnungen wird der Zusammenhang zwischen dem gebeugten Licht und der Positionierung der beiden Ebenen zueinander zunächst ermittelt, während anschließend der Positionierfehler genau bestimmt wird. Fig. 3 shows the dependence of the diffraction efficiency from the positioning error. It became the intensity of +1. Order measured with perpendicularly polarized radiation. Basically, the measurement of the intensity of any other diffraction order is also possible, but the measurement of the intensity of the diffracted light becomes +1. or -1. Order preferred, since the strongest intensities occur in these orders and the diffracted light reacts very sensitively in the sense of the measuring method. However, it is also possible to measure the light diffracted in higher orders or the total scattered light distribution. In this exemplary embodiment, a helium-neon laser with a wavelength of 633 nm was used to generate the polarized radiation. However, other lasers or monochromatic radiation sources from the red to the UV range can also be used. The relationship between the diffracted light and the positioning of the two planes with respect to one another is first determined by means of calibration measurements and simulation calculations, while the positioning error is then precisely determined.

Beispiel 2Example 2

In diesem Ausführungsbeispiel soll die Positioniergenauigkeit von lithographischen Geräten bestimmt werden. Hierbei wird ein mit einer Fotoresistschicht 22 beschichtetes Substrat 21 in einer Ebene zur Justierung bzw. Kontrolle der Positioniergenauigkeit des Steppers eines litho­ graphischen Gerätes strukturiert. Dazu wird die Fotoresistschicht 22 fotolithographisch struk­ turiert (Fig. 4a; 4b; 4c), wodurch eine erste Testgitterstruktur 23 entsteht.In this exemplary embodiment, the positioning accuracy of lithographic devices is to be determined. Here, a substrate 21 coated with a photoresist layer 22 is structured in a plane for adjusting or checking the positioning accuracy of the stepper of a lithographic device. For this purpose, the photoresist layer 22 is structured photolithographically (FIGS . 4a; 4b; 4c), whereby a first test grid structure 23 is created.

Nach dem Entwickeln wird das Substrat 21 erneut in dem Stepper an den Justiermarken der ersten Testgitterstruktur 23 justiert. Es folgt die Belichtung einer zweiten Testgitterstruktur 24 in die erste Testgitterstruktur 23 hinein (Fig. 4d). Nach dem Entwickeln (Fig. 4e) erhält man somit eine zweite Testgitterstruktur 24 innerhalb der ersten Testgitterstruktur 23. Mit ihrer Hilfe läßt sich die Positioniergenauigkeit eines Steppers in einem lithographischen Gerät mittels der bereits im Beispiel 1 beschriebenen Streulichtmessung bestimmen. Zwei Beispiele von Po­ sitionierfehlern sind in Fig. 4f) und 4g) dargestellt. After the development, the substrate 21 is again adjusted in the stepper at the alignment marks of the first test grid structure 23 . This is followed by exposure of a second test grid structure 24 into the first test grid structure 23 ( FIG. 4d). After development ( FIG. 4e), a second test grid structure 24 is thus obtained within the first test grid structure 23 . With their help, the positioning accuracy of a stepper in a lithographic device can be determined by means of the scattered light measurement already described in Example 1. Two examples of positioning errors are shown in Fig. 4f) and 4g).

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit der Diffraktionseffektivität von Positionierfehler für das Beispiel 2. Es wurde die Intensität der +1. Ordnung bei senkrecht polarisierter Strahlung gemessen. In diesem Ausführungsbeispiel wurde ebenfalls ein Helium-Neon-Laser mit einer Wellenlänge von 633 nm zur Erzeugung der polarisierten Strahlung verwendet. Durch Kalibriermessungen und durch Simulationsberechnungen wird der Zusammenhang zwischen dem gebeugten Licht und der Positionierung der beiden Ebenen zueinander ermittelt. Anschließend wird der Positionier­ fehler genau bestimmt. Fig. 5 shows the dependence of the diffraction efficiency of positioning for the example 2. It has been the intensity of the +1. Order measured with perpendicularly polarized radiation. In this exemplary embodiment, a helium-neon laser with a wavelength of 633 nm was also used to generate the polarized radiation. The relationship between the diffracted light and the positioning of the two planes relative to one another is determined by calibration measurements and simulation calculations. The positioning error is then precisely determined.

In der vorliegenden Erfindung wurde anhand konkreter Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Messung des Positionierfehlers von Strukturmustern erläutert. Es sei aber vermerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Beschreibung in den Ausführungsbei­ spielen eingeschränkt ist, da im Rahmen der Patentansprüche Änderungen und Abwandlungen beansprucht werden.In the present invention, a method was based on specific exemplary embodiments for measuring the positioning error of structural patterns explained. However, it should be noted that the present invention is not based on the details of the description in the embodiments play is restricted, as changes and modifications within the scope of the claims be claimed.

Claims (16)

1. Verfahren zur Messung des Positionierungsfehlers von Strukturmustern, gekennzeich­ net durch die Verfahrensschritte:
  • 1. A: Erzeugung von zwei Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) in mindestens einer Ebene,
  • 2. B: Messung des an den Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) gebeugten Lichts,
  • 3. C: Ermittlung des Zusammenhanges zwischen dem gebeugten Licht und der Positionie­ rung der beiden Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) zueinander durch Kalibriermes­ sung und durch Simulationsberechnung und
  • 4. D: Bestimmung des Positionierungsfehlers mittels Messung der Intensität des gebeug­ ten Lichts einer oder mehrerer Beugungsordnungen.
1. Method for measuring the positioning error of structural patterns, characterized by the method steps:
  • 1. A: Generation of two test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ) in at least one plane,
  • 2. B: measurement of the light diffracted at the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ),
  • 3. C: Determination of the relationship between the diffracted light and the positioning of the two test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ) in relation to one another by calibration measurement and by simulation calculation and
  • 4. D: Determination of the positioning error by measuring the intensity of the diffracted light of one or more diffraction orders.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierungsfehler mittels Messung des gebeugten Lichts einer jeweils 1. Ordnung bestimmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the positioning error is determined by measuring the diffracted light of a 1st order. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Testgitter­ struktur (4; 7) in einer Schaltkreisebene und in einer weiteren Ebene erzeugt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that a test grid structure ( 4 ; 7 ) is generated in a circuit level and in a further level. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Substrat (1) zuerst eine erste Testgitterstruktur (23) erzeugt wird und danach das Substrat (1) anhand der Marken der ersten Testgitterstruktur (23) erneut justiert und innerhalb der ersten Testgitterstruktur (23) eine zweite Testgitterstruktur (24) erzeugt wird.4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that on a substrate ( 1 ) first a first test grid structure ( 23 ) is generated and then the substrate ( 1 ) on the basis of the marks of the first test grid structure ( 23 ) readjusted and within the first Test grid structure ( 23 ) a second test grid structure ( 24 ) is generated. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf einem Substrat (1) mittels eines lithographischen Verfahrens, insbe­ sondere Fotolithographie, mit der Strukturierung einer Schaltkreisstruktur zugleich eine Testgitterstruktur (4) erzeugt wird. 5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a test grid structure ( 4 ) is simultaneously generated on a substrate ( 1 ) by means of a lithographic process, in particular special photolithography, with the structuring of a circuit structure. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltkreisstruktur, in der die Testgitterstruktur (4) erzeugt wird, eine Ebene im Halbleiter-Herstellungsprozeß ist.6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the circuit structure in which the test grid structure ( 4 ) is generated is a level in the semiconductor manufacturing process. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Testgitterstruktur (4) durch Ätzen einer Metallschicht, einer Isolati­ onsschicht oder eines Halbleiters erzeugt wird.7. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the test grid structure ( 4 ) is produced by etching a metal layer, an insulation layer or a semiconductor. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Testgitterstruktur (7; 23; 24) durch das Belichten und Entwickeln ei­ ner Fotoresistschicht (3; 6; 22) erzeugt wird.8. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the test grid structure ( 7 ; 23 ; 24 ) is produced by the exposure and development of a photoresist layer ( 3 ; 6 ; 22 ). 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Strukturbreite der Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) im µm-Bereich bis subµm-Bereich liegt.9. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the structural width of the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ) is in the µm range to subµm range. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Pitch einer Testgitterstruktur (4; 7; 23; 24) größer als die Summe aus dem maximalen absoluten Positionierungsfehler und den Strukturbreiten der Testgitter­ strukturen ist.10. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the pitch of a test grid structure ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ) is greater than the sum of the maximum absolute positioning error and the structure widths of the test grid structures. 11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Testgitterstruktur (7) aus der Fotoresistschicht (6) dieselbe Struktur­ breite besitzt wie die Testgitterstruktur (4), die in einer Schaltkreisstruktur erzeugt wird, so daß ein Mischgitter mit doppelter Strukturbreite entsteht.11. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the test grid structure ( 7 ) from the photoresist layer ( 6 ) has the same structure width as the test grid structure ( 4 ) which is generated in a circuit structure, so that a mixing grid with double structure width arises. 12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf die Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) ein unter einem bestimmten Winkel einfallender Lichtstrahl gerichtet wird.12. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that an incident at a certain angle light beam is directed onto the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ). 13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf die Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) gleichzeitig mehrere, unter ver­ schiedenen Winkeln einfallende Lichtstrahlen gerichtet werden. 13. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that on the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ) are simultaneously directed several light beams incident at different angles. 14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Intensität des gebeugten Lichts an einer seiner räumlichen Verteilung entsprechenden Skala fotoelektrischer Wandler gemessen wird.14. The method according to one or more of the preceding claims, characterized records that the intensity of the diffracted light at one of its spatial distribution corresponding scale photoelectric converter is measured. 15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Lichtstrahl aus einem Laser auf die Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) gerichtet wird.15. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a light beam from a laser is directed onto the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ). 16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Lichtstrahl aus einer monochromatischen Strahlungsquelle auf die Testgitterstrukturen (4; 7; 23; 24) gerichtet wird.16. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that a light beam from a monochromatic radiation source is directed onto the test grid structures ( 4 ; 7 ; 23 ; 24 ).
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