DE19521390C2

DE19521390C2 - Fokussierungsverfahren in der Photolithographie

Info

Publication number: DE19521390C2
Application number: DE19521390A
Authority: DE
Inventors: Eiichi Ishikawa; Ichiro Arimoto; Junichi Kanbe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-08-05
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: KR960008430A; KR0143149B1; US5561495A; JPH0851053A; JP3384880B2; TW257876B; DE19521390A1

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Fokussierungs verfahren in der Photolithographie. Im Besonderen beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit einem Belichtungssystem, in welchem ein Maskenmuster auf einen vorbestimmten Bereich einer Wafer Oberfläche durch eine verkleinernde Abbildungslinse auf einanderfolgend in einem Repetierverfahren übertragen wird, und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Fokussie rung des Belichtungslichts für jeden vorbestimmten Bereich vor der Abstrahlung des Belichtungslichtes im Belichtungssystem.

Ein photolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung stellt eine Art abbildendes Belichtungssystem zur Übertragung eines Musters, welches von einer Maske vorgegeben wird, auf einen Resist dar. Dieses photolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung wendet ein sich schrittweise wiederho lendes Verfahren an, und enthält einen Mechanismus um dieses Verfahren auszuführen.

Im Repetierverfahren wird die Belichtung jedesmal ausgeführt, wenn ein Wafer auf einer zweidimensional beweglichen X-Y Füh rungvorrichtung um eine konstante Strecke während des Vorgangs der Übertragung eines Maskenmusters auf einen Resist weiter geführt wurde. Das Belichtungsverfahren durch ein solches pho tolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung soll im Folgenden beschrieben werden.

Fig. 8 zeigt ein herkömmliches photolithographisches Repetier system mit Rückverkleinerung während des Belichtungsvorgangs. Es wird auf Fig. 8 Bezug genommen, eine Lichtquelle 511 strahlt das Licht einer Quecksilber Lampe (g-Strahlen oder i- Strahlen) durch eine Kondensor Linse 513 auf eine Glasmaske (Strichplatte) 515. Die Lichtstrahlen, die die Glasmaske 515 durchdringen, werden durch eine verkleinernde Abbildungslinse 501 auf den Photoresist auf einem Wafer 50 projiziert.

In dem obigen photolithographisches Repetiersystem mit Rück verkleinerung kann pro Belichtungsvorgang ein Bereich von 15 mm × 15 mm belichtet werden (eine Belichtungszone). Deshalb wird der Wafer 50 jeweils um eine Belichtungszone belichtet, wenn der Wafer 50 von einer X-Y Führungsvorrichtung 502 bewegt wird, welche für schrittweise und automatische Bewegungen in X und Y Richtung bereitgestellt wurde.

Der Wafer 50 ist auf der X-Y Führungsvorrichtung 502 durch Un terdruck befestigt.

Obwohl der Durchsatz bei dem obigen Verfahren, bei dem jeweils eine Belichtungszone in Entsprechung zum Repetierverfahren be leuchtet wird, geringer ist als bei einem Verfahren bei dem der gesamte Wafer übertragen wird, kann es die folgenden Vor teile (1) und (2) verschaffen.

(1) Da die Projektionsfläche verkleinert wird, ist es möglich eine Linse mit ähnlicher Abmessung aber größerer numerischer Apertur (NA) zu verwenden, so daß ein Muster mit guter Steuer barkeit von Größe und Auflösung erreicht werden kann.

(2) Aufgrund der kleinen Abbildungsflächen können Verzerrungen eines Abbilds durch die Linse unterdrückt werden, so daß eine sehr genaue Positionierung möglich ist.

Beim Vorgang der Belichtung des Wafers mit diesem photolitho graphischen Repetiersystem mit Rückverkleinerung zur Herstel lung eines Musters mit hoher Auflösung, liegt ein wesentlicher Gesichtspunkt in der Fokussierung des Belichtungslichts vor dem Belichtungsvorgang. Diese Fokussierung der Belichtung wird üblicherweise durch einen automatischen Fokussierungsmechanis mus ausgeführt, welcher am photolithographischen Repetiersy stem mit Rückverkleinerung vorhanden ist.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Struktur eines herkömmlichen automatischen Fokussierungsmechanismus, wie er in einem photo lithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung verwen det wird. Es wird auf Fig. 9. Bezug genommen, der automatische Fokussierungsmechanismus beinhaltet eine Leuchtdiode (LED) 503, eine Kondensor Linse 504, einen Abbildungsspalt 505, eine Abbildungslinse 506, eine Einfangslinse 507, einen verstellba ren Reflektor 508, einen Einfangsspalt 509 und einen Detektor 510.

Von der LED 503 emittiertes Laserlicht fällt durch die Konden sor Linse 504, den Abbildungsspalt 505 und die Abbildungslinse 506 und trifft auf die Oberfläche des Wafers 50 auf. Das von der Oberfläche des Wafers 50 reflektierte Laserlicht fällt durch die Einfangslinse 507 und wird in einem vorbestimmten Winkel vom Reflektor 508 abgelenkt und vom Detektor durch den Einfangsspalt 509 aufgenommen. Der Detektor 510 mißt die In tensität des Laserlichts. Beim Schritt der Fokussierung des Belichtungslichts ist der Wafer 50 mit einem auf ihn aufge brachten Photoresist überzogen.

Auf der Grundlage der vom Detektor gemessenen Intensität des Laserstrahls stellt das System die Höhe, bzw. die vertikale Position des Oberflächenabschnitts des Wafers 50 fest, auf welche die Laserstrahlen gestrahlt werden. Um die optimale Fo kussierung des Belichtungslichtes in Bezug auf die Höhe der Oberfläche zu erreichen, wird die X-Y Führungsvorrichtung 502 vertikal (d. h. in Z-Richtung) und relativ zur verkleinernden Abbildungslinse 501 bewegt. Dadurch wird die Oberfläche des Wafer 50, die mit Laserstrahlen bestrahlt wird, angepaßt um die optimale Position in Bezug auf die verkleinernde Abbil dungslinse 501 einzunehmen.

Im Folgenden wird ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers durch ein photolithographisches Repetiersystem mit Rückver kleinerung beschrieben.

Fig. 10 stellt ein Ablaufdiagramm dar, welches ein Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers durch ein photolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung schematisch zeigt.

Fig. 11 stellt ein Ablaufdiagramm dar, in welchem ein Höhen differenzenmeßschritt 131b und ein Fokuspositionsanpassungs schritt 133 in einem Fokussierungsschritts 130 in Fig. 10 schematisch dargestellt wird.

Fig. 12 stellt einen Plan des Wafers dar und zeigt einen zu belichtenden Bereich, der sich aus einer Mehrzahl von Belich tungszonen zusammensetzt, und einen nicht zu belichtenden Be reich.

Fig. 13 stellt einen schematischen Plan dar, der die Bestrah lungspositionen der Laserstrahlen innerhalb einer Belichtungs zone zeigt.

Es wird hauptsächlich auf Fig. 10 Bezug genommen, ein Halblei terwafer wird in ein photolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung eingebracht (Schritt 110). Dabei wird der Wafer auf die X-Y Führungsvorrichtung gelegt und durch Unter druck an dieser befestigt. Der Ausrichtungsvorgang wird durch geführt, um ein Masken-Muster genau auszurichten, welches auf den Wafer übertragen werden soll (Schritt 120). In diesem Zustand wird die Fokussierung in Bezug auf den Wafer ausgeführt. (Schritt 130). Dieser Fokussierungsschritt 130 um faßt den Höhendifferenzenmeßschritt 131b und den Fokuspositi onsanpassungsschritt 133.

Zuerst wird eine vorbestimmte Anzahl von Belichtungszonen zur Messung einer Höhendifferenz (ΔF) im Höhendifferenzenmeß schritt 131b ausgewählt. Genauer, wie in Fig. 12 gezeigt wird, wird der zu belichtende Bereich 57 auf der Wafer Oberfläche aus einer Mehrzahl von Belichtungszonen 55 gebildet, wovon jede durch die strichpunktierten Linien definiert ist. Eine Belichtungszone 55 stellt einen Bereich dar, welcher auf ein mal im Repetierverfahren durch ein photolithographisches Repe tiersystem mit Rückverkleinerung zu belichten ist. Belich tungszonen 55 umfassen Chipbereiche 51, d. h., Gebiete, auf welchen Chips gebildet werden, und Schneidelinien 53, die sich zwischen den Chipbereichen 51 befinden. Von dieser Mehrzahl von Belichtungszonen 55 wird eine vorbestimmte Anzahl von Be lichtungszonen ausgewählt.

Es wird hauptsächlich auf Fig. 11 Bezug genommen, es wird ein Vorgang ausgeführt um die Höhe F_A eines zentralen Teils (Belichtungszonenmitte) einer Belichtungszone 55 unter den ausgewählten Belichtungszonen 55 zu messen (Schritt 201). Da her werden, wie in Fig. 13 gezeigt, Laserstrahlen 70 auf eine Position 55a gestrahlt, welche als eine im wesentlichen zen trale Position der Belichtungszone 55 angesehen werden kann, und die Höhe F_A wird ausgehend von der Intensität der reflek tierten Laserstrahlen 70 festgestellt, wie dies bereits in Be zug auf Fig. 9 beschrieben wurde.

Anschließend bewegt sich die X-Y Führungsvorrichtung um eine vorbestimmte Strecke in X und Y Richtung (Schritt 203 in Fig. 11). Dadurch wird die Position des Laserstrahls 70 auf die Re ferenzposition 55b gesetzt, die sich in der selben Belich tungszone 55 befindet wie die Mittenposition 55a, aber von dieser um einen vorbestimmten Abstand entfernt liegt. Die Re ferenzposition 55b wird auf einem im wesentlichen flachen Be reich 63 auf der Waferoberfläche in der Belichtungszone 55 ge setzt.

Im Chipbereich sind die Oberflächen sich wiederholender Berei che flacher als die anderer Bereiche. Deshalb wird, sollte es sich z. B. bei dem Chip um einen DRAM (Dynamic Random Access Memory) handeln, die Referenzposition 55b in einem Speicher zellen Bereich MC gewählt, welcher den sich wiederholenden Be reich darstellt.

Dann wird der Laserstrahl 70 auf diese Referenzposition 55b gestrahlt, um die Höhe F_B an der Position 55b zu messen (Schritt 205 in Fig. 11).

Ausgehend von der Höhe F_A der Belichtungszonenmitte 55a und der Höhe F_B der Referenzposition 55b wird die Differenz ΔF dieser beiden Höhen erhalten (Schritt 207 in Fig. 11). Daher ist, wie in Fig. 14 gezeigt, die Höhendifferenz ΔF gleich dem Wert (F_B - F_A), welcher erhalten wird indem die Höhe F_A der Be lichtungszonenmitte 55a von der Höhe F_B der Referenzposition 55b, welche die Referenzoberfläche bildet, abgezogen wird.

Fig. 14 stellt einen Ausschnitt eines Querschnitt des Wafers dar, welcher eine Struktur zeigt, die zwei Chipbereiche 51 und Schneidelinien 53 innerhalb einer Belichtungszone 55 enthält. Fig. 14 zeigt weiterhin eine Struktur bei der sich die Belich tungszonenmitte 55a auf einer Schneidelinie DL und die Refe renzposition 55b auf einem Speicherzellenbereich MC befinden.

Die Belichtungszonenmitte kann sich in einem Speicherzellenbe reich MC befinden, wie gezeigt in Fig. 15. Fig. 15 zeigt eine Struktur, in welcher drei Chipbereiche 51 und Schneidelinien 53 in einer Belichtungszone enthalten sind.

Dieser Vorgang wird wiederholt um die Höhendifferenz ΔF in al len ausgewählten Belichtungszonen zu erhalten (Schritt 209 in Fig. 11). Nachdem die Höhendifferenz ΔF in allen ausgewählten Belichtungszonen ermittelt wurde, wird ein Durchschnittswert ΔF_ave der Höhendifferenzen ΔF in den jeweiligen Belichtungszo nen errechnet (Schritt 211 in Fig. 11).

Nach der Berechnung des Durchschnitts ΔF_ave der ausgewählten Belichtungszonen wird ein Vorgang in der sich wiederholenden Art und Weise wie in Fig. 10 dargestellt, ausgeführt, und ins besondere werden die Anpassung der Fokusposition (Schritt 133) und die Belichtung mit Strahlen die auf diese Fokusposition fokussiert wurden (Schritt 140) für jede Belichtungszone aus geführt.

Zuerst wird im Fokuspositionsanpassungsschritt 133 eine Höhe F_A1 der Belichtungszonenmitte in jeder zu belichtenden Belich tungszone gemessen (Schritt 221), wie gezeigt in Fig. 11. Anschließend wird die optimale Fokusposition, ausgehend von der Höhe F_A1 der oben erwähnten Belichtungszonenmitte, dem Durchschnittswert ΔF_ave der Höhendifferenzen, ermittelt durch den obigen Höhendifferenzenmeßschritt 131b und dem Fokusver satz F₀ (Schritt 223 in Fig. 11). Daraus wird, wie gezeigt in Fig. 14, die optimale Fokusposition (Oberfläche) F_S durch die Addition des Durchschnittswertes ΔF_ave und des Fokusversatzes F₀ zur Höhe F_A1 (F_A) der Belichtungszonenmitte bestimmt (F_A1 + ΔF_ave + F₀).

Dann wird die X-Y Führungsvorrichtung vertikal in Z-Richtung und relativ zu der verkleinernden Abbildungslinse bewegt, um das Belichtungslicht auf die optimale Fokusposition F_S zu fo kussieren (Schritt 225 in Fig. 11).

Es wird hauptsächlich auf Fig. 10 Bezug genommen, die Belich tung für eine Belichtungszone wird dann ausgeführt, so daß das Maskenmuster auf den Photoresist übertragen wird (Schritt 140).

Anschließend bewegt sich die X-Y Führungsvorrichtung in X und Y Richtung um die Belichtung der nächsten Belichtungszone zu ermöglichen (Schritt 150). Auf diese Weise werden der Fokuspo sitionsanpassungsschritt 133 und der Belichtungsschritt 140 für eine Mehrzahl von Belichtungszonen wiederholt (Schritt 160).

Nachdem das Maskenmuster auf alle Belichtungszonen übertragen wurde, wird der Wafer aus dem photolithographischen Repetier system mit Rückverkleinerung entfernt (Schritt 170). Nach dem herkömmlichen Fokussierungsverfahren der Photolitho graphie wird die Höhe F_B der Referenzposition 55b (d. h. die Referenzoberfläche) zur Ermittlung der Höhendifferenz ΔF ge messen. Da die Höhe F_B der Referenzoberfläche einen Wert dar stellt, welcher als Bezugspunkt zur Ermittlung der optimalen Fokusposition verwendet wird, ist es wünschenswert, daß dieser Wert genau ist. Aus diesem Grund werden die Bereiche aus sich wiederholenden Mustern, da diese eine flachere Oberfläche be sitzen als andere Bereiche des Chips, als Bezugsoberfläche verwendet. Da der Bereich mit sich wiederholenden Mustern eine relativ flache Oberfläche besitzt, so daß die Intensität von Laserstrahlen zur Messung der Höhen, die auf den Bereich mit sich wiederholenden Mustern gestrahlt und von diesem reflek tiert werden, von dem Höhenunterschied der Oberfläche selbst kaum beeinträchtigt werden, kann die Oberflächenhöhe genau ermittelt werden.

Allerdings, auch wenn der Bereich mit sich wiederholenden Mu stern als Referenzoberfläche verwendet wird, werden Ausfälle, z. B. in der Anordnung der Muster, verursacht wenn der Grad der Integration erhöht wird. Dies wird im Weiteren erläutert.

(1) Der Querschnitt des Laserstrahls 70, welcher für die Hö henmessung verwendet wird hat auf dem Wafer eine Länge L von 2 mm und eine Breite W von 150 µm, wie gezeigt in Fig. 13. Des halb muß der Bereich 63 aus sich wiederholenden Mustern, auf die der Laserstrahl auftrifft, eine ebene Fläche einnehmen, die nicht kleiner sein darf als die des Strahlquerschnitts 70. Nimmt der Bereich 63 aus sich wiederholenden Mustern eine Flä che ein, die nicht kleiner ist als die des Laserstrahlquer schnitts 70, dann wird der Laserstrahl 70a ausschließlich auf diesen Bereich 63 aus sich wiederholenden Mustern gestrahlt und nur von dort reflektiert, wie gezeigt in Fig. 16.

Deshalb kann die Höhe des Bereichs 63 aus sich wiederholenden Mustern, der die Referenzoberfläche bildet, genau gemessen werden.

Sollte der Bereich 63 aus sich wiederholenden Mustern jedoch nicht eine Fläche einnehmen, die nicht kleiner ist als die des Laserstrahlquerschnitts 70, würde der Laserstrahlquerschnitt 70 über den Bereich 63 aus sich wiederholenden Mustern hervor ragen, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist. In diesem Falle würde der Laserstrahl 70a ebenfalls auf den Bereich 61, mit unter schiedlichen Höhen gestrahlt, so daß sich die Intensität des reflektierten Laserstrahls 70a verändern und somit die Höhe nicht genau gemessen würde.

(2) Einige Arten von ICs (Integrated Circuits) wie z. B. logi sche LSIs (z. B. ASICs (Application Specified Integrated Cir cuits)) enthalten keine Bereiche, wie z. B. sich wiederholende Bereiche, die nicht als ein flacher Bereich angesehen werden können. In einem solchen Fall ist es unmöglich, die Höhe des Bereichs, der als Referenzoberfläche für die Bestrahlung mit Laserlicht verwendet wird, genau zu bestimmen.

Nach der herkömmlichen Regel des Designs bis zu 0.8 µm hat die Belichtungsvorrichtung einen ausreichenden Spielraum in Hin blick auf die Regeln des Designs und eine ausreichend große Brennweite. Für logische LSIs, wie z. B. ASICs, wird der Brenn punkt nicht individuell für die jeweilige Art des Schaltkrei ses eingestellt, sondern eine einheitliche Fokussierung wird für alle Produkte, die nach der gleichen Regel entworfen wur den angewendet. Allerdings werden heute Bauelemente in einem größeren Maße, im Zusammenhang mit einer höheren Integration miniaturisiert, und deshalb werden einige Arten von Bauele mente nun unter Anwendung einer Design Regel nicht mehr als 0.6 µm produziert, so daß verlangt wird die Brennweite unter strengeren Bedingungen einzustellen.

Nach der obigen Regel des Designs, bestimmt für eine weitere Miniaturisierung, wäre es unmöglich, die optimale Fokussierung der Belichtung auszuführen, wenn die Höhe der Referenzoberflä che nicht gemessen wurde, wie in den obigen Fällen (1) und (2) beschrieben wurde. Dies würde Ausfälle im Aufbau der Muster verursachen, z. B. während diese Muster gebildet werden.

Aus der US 5 117 254 ist ein Fokussierungsverfahren für die Foto lithografie bekannt, bei dem für einen Vorgang des aufeinander folgenden Übertragens eines Maskenmusters durch eine verklei nernde Abbildungslinse auf jeden aus einer Mehrzahl von vorbe stimmten Bereichen auf einer Oberfläche eines Wafers in einer sich schrittweise wiederholenden Art und Weise zum Belichten der Oberfläche des Wafers eine Fokussierung des Belichtungslichts für jeden der vorbestimmten Bereiche vor der Belichtung mit dem Belichtungslicht durchgeführt wird, mit den Schritten:

a) Messen einer Oberflächenhöhe an einem flachen Referenzspiegel, der nicht Teil des Wafers ist,
b) Messen der Oberflächenhöhe an einer ersten vorbestimmten Posi tion in einem aus der Mehrzahl der vorbestimmten Bereiche aus gewählten vorbestimmten Bereich,
c) Bestimmen der optimalen Fokusposition für den ersten vorbe stimmten Bereich,
d) Belichten des ersten vorbestimmten Bereichs, und
e) Wiederholen der Schritte b) bis d) für weitere ausgewählte vorbestimmte Bereiche.

Aus der JP 3-46220 (A) ist ein Elektronenstrahlbelichtungsverfah ren bekannt, bei dem eine erste Fokuspunkteinstellposition gemes sen und dann durch Addieren des arithmetischen Mittelwerts der höchsten und der niedrigsten Höhe des zu belichtenden Bereiches in die Fokuspunkteinstellposition umgerechnet wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fokussierungsver fahren für die Fotolithografie anzugeben, mit dem Bauelemente mit fehlerfreiem Musteraufbau hergestellt werden können, auch wenn diese Muster aufgrund einer höheren Integration weiter mineaturi siert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fokussierungsverfahren nach Anspruch 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Dem Verfahren zur Fokussierung in der Photo lithographie entsprechend wird eine Referenzoberfläche aus einer Waferoberfläche gebildet, welche sich unter einem nicht zu belichtenden Bereich befindet. Dieser Bereich wird nicht belichtet und wird nicht mit einem Chip versehen, so daß seine Oberfläche im wesentlichen flach ist. Es können weiterhin leicht Abmessung dieses Bereichs so gewährleistet werden, daß der Querschnitt des Laserstrahls nicht über sie hinausragt. Deshalb kann die Höhe der Referenzoberfläche genau gemessen werden. Dementsprechend können Ausfälle im Aufbau der Muster für Photolithographie auch dann unterdrückt werden, wenn Bau elemente in höherem Ausmaß integriert werden.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufdiagramm welches die Fokusierungschritte in einer Ausführungsform der Erfindung darstellt und und insbesondere einen Höhendifferenzenmeßschritt und einen Fokuspositionsanpassungsschritt;

Fig. 2 einen schematischen Plan eines Wafers in dem ein zu belichtender Bereich aus einer Mehrzahl von Belich tungszonen gebildet ist, sowie einen Bereich, der nicht belichtet wird;

Fig. 3 einen Plan eines vergrößerten Ausschnitts des Wafers aus Fig. 2;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt, welcher die Berech nung der optimalen Fokusposition für den Fall zeigt, daß die Mitte einer Belichtungszone an einem periphe ren Schaltkreisbereich gewählt ist;

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt, welcher die Berech nung einer optimalen Fokusposition für den Fall zeigt, daß die Mitte einer Belichtungszone an einer Schneidelinie gewählt ist;

Fig. 6 einen schematischen Plan eines Wafers, in welchem ein nicht zu belichtender Bereich am peripheren Abschnitt eines Bereichs gebildet ist, welcher üblicherweise einen zu belichtenden Bereich bildet;

Fig. 7 einen schematischen Plan eines Wafers in welchem ein nicht zu belichtender Bereich in einem zentralen Ab schnitts des Bereichs gebildet ist, welcher üblicher weise einen zu belichtenden Bereich bildet;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Darstellung die ein Prinzip der Belichtung in einem photolithographischen Repetiersystem mit Rückverkleinerung zeigt;

Fig. 9 schematisch eine Seitenansicht eines automatischen Fokussierungsmechanismus in einem photolithographi schen Repetiersystem mit Rückverkleinerung;

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm welches ein allgemeines Verfahren zur Bearbeitung eines Wafers durch ein photolithogra phisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung dar stellt;

Fig. 11 ein Ablaufdiagramm in welchem ein herkömmlicher Fo kussierungsschritt schematisch dargestellt ist;

Fig. 12 einen Plan dar und zeigt schematisch eine Struktur eines Wafers in dem Belichtungszonen gesetzt sind;

Fig. 13 einen schematischen Plan, der die Positionen der La serstrahlen innerhalb einer Belichtungszone zeigt;

Fig. 14 einen schematischen Querschnitt durch einen Wafer, der die herkömmliche Methode zur Berechnung der opti malen Fokusposition für den Fall, daß die Belich tungszonenmitte an einer Schneidelinie gewählt ist, zeigt;

Fig. 15 einen schematischen Querschnitt durch einen Wafer, der die herkömmliche Methode zur Berechnung der opti malen Fokusposition für den Fall, daß die Belich tungszonenmitte an einer Speicherzelle gewählt ist, zeigt;

Fig. 16 eine schematische Seitenansicht eines Zustands in dem Laserstrahlen auf einen sich wiederholenden Bereich gestrahlt werden; und

Fig. 17 eine schematische Seitenansicht eines Zustands in dem abgestrahlte Laserstrahlen über einen sich wiederho lenden Bereich hinausragen.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

Ein Belichtungsschritt in der Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem herkömmlichen Belichtungsschritt, gezeigt in Fig. 10, insbesondere durch den Fo kussierungsschritt (Schritt 130).

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, ein Halbleiterwafer wird in ein photolithographisches Repetiersystem mit Rückverkleinerung eingebracht und ausgerichtet. Hiernach wird eine vorbestimmte Anzahl von Belichtungszonen unter einer Mehrzahl der Belich tungszonen ausgewählt. So sind die Belichtungszonen 55A, 55B, 55C, und 55D, schraffiert in Fig. 2, unter einer Mehrzahl der Belichtungszonen 55 des Wafers 50 ausgewählt. Ein Bereich 57, der aus allen Belichtungszonen 55 gebildet wird, ist ein Bereich der mit Belichtungslicht bestrahlt wird und bildet so mit den sogenannten zu belichtenden Bereich. Ein Bereich 59 stellt, anders als der obige Bereich, einen Bereich dar, der nicht mit Belichtungslicht bestrahlt wird und bildet somit den sogenannten nicht zu belichtenden Bereich. Belichtungszonen 55 enthalten Chipbereiche 51 und Schneidelinien 53, welche sich zwischen den Chipbereichen befinden.

Anschließend wird einen Höhe F_A eines zentralen Abschnitts einer Belichtungszone 55 unter den ausgewählten Belichtungszo nen 55 gemessen (Schritt 1 in Fig. 1). Genauer, Laserstrahlen 70 werden z. B. auf eine Position 55a (Belichtungszonenmitte) gestrahlt, die als im wesentlichen zentraler Abschnitt der ausgewählten Belichtungszone 55A, wie gezeigt in Fig. 3, an gesehen wird, und die Höhe wird auf der Grundlage der Intensi tät der reflektierten Strahlen der Laserstrahlen 70 gemessen.

Danach bewegt sich die X-Y Führungsvorrichtung um vorbestimmte Distanzen in X und Y Richtung (Schritt 3 in Fig. 1). Dabei wird die Strahlposition des Laserstrahls 70 auf die Referenz position 61A innerhalb des nicht zu belichtenden Bereichs 59 und außerhalb der Belichtungszone gesetzt, wie gezeigt in Fig. 3.

Laserstrahlen 70 werden auf die Referenzposition 61A gestrahlt um dort eine Höhe F_B der Referenzposition 61A auf der Grund lage der Intensität des reflektierten Strahls zu messen. (Schritt 5 in Fig. 1).

Anschließend wird Schritt 7 in Fig. 1 ausgeführt, um eine Hö hendifferenz ΔF zwischen der Höhe der Belichtungszonenmitte 55a in der ausgewählten Belichtungszone 55A und der Referenz position 61A im nicht zu belichtenden Bereich 59 zu erhalten. Genauer, wie in Fig. 4 gezeigt, ist die Höhendifferenz ΔF gleich dem Wert (F_B - F_A), der erhalten wird in dem die Höhe F_A der Belichtungszonenmitte 55a von der Höhe F_B der Refe renzposition 61A der Referenzoberfläche abgezogen wird. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt des Wafers und zeigt eine Struktur bei welcher sich die Belichtungszonenmitte 55a an einem der peripheren Bereiche PC befindet. Eine Struk tur in der sich die Belichtungszonenmitte an einer Schneideli nie DL befindet wird in Fig. 5 gezeigt.

Die Berechnung der Höhendifferenzen ΔF in der oben angegebenen Art und Weise wird für alle weiteren ausgewählten Belichtungs zonen 55B, 55C und 55D wiederholt (Schritt 9 in Fig. 1). Nachdem die Höhendifferenz für alle ausgewählten Belichtungszonen gemessen wurde, wird ein Durchschnittswert ΔF_ave der Höhenunterschiede (ΔF) der entsprechenden Belich tungszonen berechnet (Schritt 11 in Fig. 1).

Nach der Berechnung des Durchschnittswertes ΔF_ave der Höhen differenzen an den ausgewählten Belichtungszonen, werden die Anpassung der Fokusposition (Schritt 133) und die Belichtung mit Licht, das auf die Fokusposition fokussiert ist (Schritt 140) in der sich schrittweise wiederholenden Art und Weise für die entsprechenden Belichtungszonen durchgeführt, wie in Fig. 10 gezeigt.

Es wird hauptsächlicher Bezug genommen auf Fig. 1, die Ein stellung der Fokusposition wird wie folgt durchgeführt. Zuerst wird eine Höhe F_A1 der Belichtungszonenmitte in jeder Belich tungszone, welche belichtet werden soll, gemessen (Schritt 21).

Dann wird eine optimale Fokusposition F_S bestimmt auf der Grundlage der Höhe F_A1 der Belichtungszonenmitte, dem Durch schnittswert ΔF_ave der Höhendifferenzen wie er durch den obi gen Höhenmessungsschritt ermittelt wurde und einen Fokusver satz F₀ (Schritt 23 in Fig. 1). Genauer, wie gezeigt in Fig. 4, wird die optimale Fokusposition (Oberfläche) F_S durch die Addition des Durchschnittswertes ΔF_ave und des Fokusversatzes F₀ zur Höhe F_A1 (F_A) der Belichtungszonenmitte ermittelt, d. h. auf der Grundlage von (F_A1 + ΔF_ave + F₀).

Der Fokusversatz F₀ wurde im voraus bestimmt.

Anschließend wird die X-Y Führungsvorrichtung vertikal in Z- Richtung (Höhenrichtung) und in Bezug auf die verkleinernde Abbildungslinse bewegt, um das Belichtungslicht auf die opti male Fokusposition F_S zu fokussieren (Schritt 25 in Fig. 1).

Danach wird die Belichtung ausgeführt, so wie dies bereits in Bezug auf Fig. 10 (Schritt 140) beschrieben wurde, genauer, die Fokussierung und die Belichtung werden nacheinander für die jeweiligen Belichtungszonen wiederholt. Andere Schritte als die Obigen stimmen im wesentlichen mit den herkömmlichen Schritten überein und werden deshalb im Weiteren nicht be schrieben.

Der obigen Ausführungsform des Fokussierungsverfahrens in der Photolithographie entsprechend werden die Referenzoberflächen auf den vorbestimmten Oberflächen 61A, 61B, 61C und 61D des Wafers 50 in dem nicht zu belichtenden Bereich 59 gebildet, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Da im nicht zu belichtenden Be reich 59 keine Muster gebildet werden weist er eine im wesent lichen flache Oberfläche auf. Obwohl in dem nicht zu be lichtenden Bereich 59 Abmessungen die denen einer Belichtungs zone 55 entsprechen nicht gewährleistet werden können, kann gewährleistet werden, daß sich im nicht zu belichtenden Be reich 59 ebene Flächen, größer als die sich wiederholenden Mu ster innerhalb einer Belichtungszone, befinden. Es ist daher einfach zu gewähleisten, daß sich Bereiche von einer Größe, über die der Laserstrahlquerschnitt nicht hinausragt, inner halb des nicht zu belichtenden Bereichs 59 befinden. Ein Be reich mit flacher Oberfläche kann ohne Rücksicht auf die Art der herzustellenden Chips, wie z. B. DRAM und ASIC, gewährlei stet werden. Deshalb kann die Höhe der Referenzoberfläche ge nau gemessen werden und deshalb kann die optimale Fokusposi tion auf der Grundlage dieser Höhe der Referenzoberfläche, ge nau ermittelt werden. Dementsprechend können Ausfälle in der Anordnung der Muster bei der Photolithographie unterdrückt werden sogar wenn Bauelemente in höherem Maße integriert wer den.

Die Ausführungsform wurde im Zusammenhang mit der Struktur be schrieben, bei der eine Hauptoberfläche des Wafers 50 als Be reich 55 aus Belichtungszonen gewährleistet wird und einen Ab schnitt in welchem die Abmessungen einer Belichtungszone 55 nicht gewährleistet werden können, der den nicht zu belichten den Bereich 59 bildet. Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf derartige Strukturen. So kann ein Bereich, der übli cherweise als Belichtungszone 55 gewählt wird, ebenfalls als nicht zu belichtender Bereich, der nicht belichtet wird, ge wählt werden. So können z. B. die schraffierten Bereiche 59a, 59b, 59c, 59d, 59e und 59f in den Fig. 6 und 7 als nicht zu belichtende Bereiche bereitgestellt werden und die Referenzpo sitionen, die die Referenzoberflächen bilden, können in diesen nicht zu belichtenden Bereichen 59a-59f gewählt werden.

In Fig. 6 sind die nicht zu belichtenden Bereiche 59a-59f Be reiche, die normalerweise an der äusseren Peripherie des zu belichtenden Bereiches liegen.

In Fig. 7 befinden sich die nicht zu belichtenden Bereiche 59e und 59f in relativ nahe zur Mitte der zu belichtenden Bereiche und sind an Positionen angeordnet, die von Belichtungszonen 55 umgeben sind.

Dem Verfahren zur Fokussierung in der Photolithographie ent sprechend bildet die Waferoberfläche im nicht zu belichtenden Bereich die Referenzoberfläche. Da dieser Bereich keiner Be lichtung ausgesetzt ist und sich auf ihr auch kein Chip befin det, hat er eine im wesentlichen flache Oberfläche. Es kann einfach gewährleistet werden, daß dieser Bereich Abmessungen besitzt, die ein Überragen des Laserstrahlquerschnitts ver hindern. Dementsprechend ist es möglich die Höhe der Refe renzoberfläche genau zu bestimmen und so Ausfälle im Aufbau der Muster zu unterdrücken, auch wenn Bauelemente in höherem Maße integriert werden.

Claims

1. Fokussierungsverfahren für die Photolithographie, bei dem, für einen Vorgang des aufeinanderfolgenden Übertragens eines Maskenmusters (515) durch eine verkleinernde Abbildungslinse (501) auf jeden aus einer Mehrzahl von vorbestimmten Bereichen (55) auf einer Oberfläche eines Wafers (50) in einer sich schrittweise wiederholenden Art und Weise zum Belichten der Oberfläche des Wafers (50), um einen ersten Bereich (57), der von der Mehrzahl der vorbestimmten Bereiche (55), welche zu belichten sind, gebildet wird, und einen zweiten Bereich (59), der nicht zu belichten ist, auf der Oberfläche des Wafers vorzusehen, eine Fokussierung des Belichtungslichts für jeden der vorbestimmten Bereiche (55) vor der Belichtung mit dem Belichtungslicht durchgeführt wird, mit den Schritten:

a) Messen einer Oberflächenhöhe an einer ersten vorbestimmten Position (55a) in einem aus der Mehrzahl der vorbestimmten Bereiche ausgewählten, ersten vorbestimmten Bereich (55A-D),
b) Messen einer Oberflächenhöhe an einer zweiten vorbestimmten Position (61A-D) in dem zweiten Bereich (59),
c) Berechnen einer Höhendifferenz (ΔF) zwischen der Oberflächenhöhe an der ersten vorbestimmten Position (55a) und der Oberflächenhöhe an der zweiten vorbestimmten Position (61A-D),
d) Messen einer Oberflächenhöhe (F_A) an einer dritten vorbestimmten Position, die der ersten vorbestimmten Position entspricht, in einem willkürlich aus der Mehrzahl der vorbestimmten Bereiche ausgewählten zweiten vorbestimmten Bereich,
e) Bestimmen einer optimalen Fokusposition (F_S) für den zweiten vorbestimmten Bereich auf der Grundlage der Höhendifferenz und der Oberflächenhöhe (F_A) an der dritten vorbestimmten Position, und
f) Einstellen einer Positionsbeziehung zwischen dem Wafer (50) und der verkleinernden Abbildungslinse (501) derart, daß das Belichtungslicht auf die optimale Fokusposition (F_S) für die Belichtung des zweiten vorbestimmten Bereichs fokussiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schritte a) bis c) für eine Mehrzahl von ersten vorbestimmten Positionen in unterschiedlichen ersten vorbestimmten Bereichen (55A-D) wiederholt werden, was in einer Mehrzahl von Höhendifferenzen (ΔF) resultiert,
daß ein Durchschnittswert (ΔF_ave) der Höhendifferenzen (ΔF) berechnet wird, und
daß in Schritt e) die optimale Fokusposition (F_S) durch Addieren des Durchschnittswerts (ΔF_ave) und eines Fokusversatzes (F₀) bezüglich der Oberflächenhöhe an der zweiten vorbestimmten Position zu der gemessenen Höhe (F_A) an der dritten vorbestimmten Position bestimmt wird.

3. Fokussierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer (50) eine Mehrzahl von Chipbereichen (51) aufweist und alle Chipbereiche (51) innerhalb des ersten Bereichs (57) liegen.

4. Fokussierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (59a, 59b, 59c und 59d) in einem peripheren Abschnitt auf der Oberfläche des Wafers (50) liegt und den ersten Bereich (57) umgibt.

5. Fokussierungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (59) einen Teil (59f, 59e) aufweist, der von dem ersten Bereich (57) umgeben ist.