Overlay-Messung

Overlay bezeichnet die Registriergenauigkeit zwischen einer neu belichteten Lithografie-Ebene und der darunterliegenden, bereits strukturierten Ebene. Trifft eine Kontaktloch-Ebene nicht exakt auf die darunterliegende Metallisierung, entsteht ein hochohmiger oder ganz fehlender Kontakt – bei fortgeschrittenen Knoten mit Überlagerungstoleranzen im einstelligen Nanometerbereich reicht dafür schon eine geringfügige Verschiebung.

Anders als die Strukturgröße selbst betrifft Overlay nicht nur eine einzelne Ebene, sondern jedes Ebenenpaar, das zueinander ausgerichtet werden muss – bei einem modernen Logik-Prozess mit mehreren Dutzend Lithografie-Schritten sind das entsprechend viele einzelne Overlay-Budgets, die alle gleichzeitig eingehalten werden müssen. Ein Fehler auf nur einer dieser Ebenenpaarungen kann bereits den gesamten Die unbrauchbar machen, weshalb Overlay neben der reinen Strukturgröße zu den ausbeutebestimmendsten Messgrößen der gesamten Fertigung zählt.

Gemessen wird an eigens dafür belichteten Zielstrukturen, meist am Rand der Scribe Line außerhalb des eigentlichen Dies. Klassisch sind Box-in-Box-Targets: ein Quadrat auf der unteren, ein zweites, kleineres auf der oberen Ebene, deren Versatz zueinander vermessen wird. Modernere AIM-Targets (Advanced Imaging Metrology) ersetzen die einfachen Kästen durch segmentierte Strukturen, die deutlich unempfindlicher gegen Prozessschwankungen wie ungleichmäßiges CMP-Polieren sind.

Wie viele Targets pro Wafer belichtet werden, ist ein Kompromiss zwischen Messaufwand und räumlicher Auflösung: Wenige, großzügig verteilte Targets liefern schnell ein grobes Bild, verpassen aber lokale Abweichungen innerhalb eines einzelnen Belichtungsfeldes. Deshalb wandert der Trend zunehmend zu In-Die-Targets, die direkt zwischen den Schaltungsstrukturen sitzen statt nur am Scribe-Line-Rand – sie liefern ein feineres Abbild der tatsächlichen Verzerrung, kosten aber wertvolle Chipfläche und müssen entsprechend klein und unauffällig gestaltet sein.