DE69428185T2

DE69428185T2 - Verfahren zur bestimmung des brennpunkts

Info

Publication number: DE69428185T2
Application number: DE69428185T
Authority: DE
Inventors: Akira Watanabe
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2014-10-13
Also published as: WO1995010849A1; EP0674342A4; EP0674342B1; KR100313191B1; KR950704805A; JP3299758B2; EP0674342A1; DE69428185D1

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ein Muster für eine Fokus- bzw. Brennpunktabschätzung, und insbesondere ein Muster für eine Brennpunktabschätzung, um bei einem Belichtungsprozeß für einen Halbleitervorrichtungs-Herstellungsprozeß in einen Brennpunkt zu gelangen. Darüber hinaus betrifft sie ein Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des Musters zur Brennpunktabschätzung.

Hintergrundtechnologie

Herkömmlicherweise ist eine Verkleinerungsprojektionsbelichtung für Musterformationen bzw. -ausbildungen mit hoher Auflösung verwendet worden, wie es in VLSI Technology Guide [Nyumon] (Heibonshia), S. 143-144 beschrieben ist. Bei diesem Verfahren tritt während des Belichtungsprozesses kein Defekt einer Maske auf, weil die Maske und der Wafer einander nicht kontaktieren, so daß eine hohe Ausbeute sichergestellt werden kann. Vorrichtungen, die für das Verkleinerungsprojektionsbelichtungsverfahren verwendet werden, werden Stufen-(Belichtungs-)Einrichtungen (= "steppers") genannt. Hierin nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 17 das Verkleinerungsprojektionsbelichtungsverfahren beschrieben. Licht von einer Quecksilberdampflampe 171 als Lichtquelle verläuft durch ein Filter und wird Licht einer einzigen Frequenz. Das Licht erreicht ein Fadenkreuz bzw. eine Strichplatte 173, ein Original eines Musters, nach einem Durchlaufen einer Kondensorlinse 172. Das durch transparente Teile des Fadenkreuzes gelaufene Licht gelangt nach einem Durchlaufen einer Verkleinerungslinse 174 in einen Brennpunkt. Allgemein wird das Licht gemäß jeweiligen Belichtungsbedingungen mittels eines Sensors (nicht gezeigt), der nahe der Lichtquelle zum Erfassen der Position eines Wafers vorgesehen ist, automatisch in einem Brennpunkt vereinigt bzw. scharf eingestellt.
Jedoch sind in der Praxis die durch den Sensor eingestellte Waferposition und die Brennpunktposition, bei welcher das optische System das Licht in einen Brennpunkt bringt, nicht immer angepaßt, und daher werden allgemein die Abweichungen vorher gemessen, und es ist erforderlich, daß sie korrigiert werden.
Aus der EP-A-0 338 200 ist ein Verfahren zum Bestimmen der optimalen Position eines Wafers in bezug auf einen Brennpunkt einer Vorrichtung zum Herstellen der Halbleitervorrichtung bekannt, die eine Strahlungsquelle, eine Einrichtung zum Tragen eines Halbleiterwafers und ein zwischen der Strahlungsquelle und dem Wafer angeordnetes Fadenkreuz aufweist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Musters mit einer Vielzahl von Objekten mit einer Größe, die gleich der oder größer als die Auflösungsgrenze ist, und Projizieren und Übertragen bzw. Transferieren der Fadenkreuzmuster auf den Wafer eine Vielzahl von Malen mit unterschiedlichen Abständen des Wafers vom Fadenkreuz. Die Bestimmung oder Messung des besten Brennpunkts wird durch Zählen der Anzahl von Musterobjekten, die auf dem Wafer aufgelöst sind, und eine Bewertung ihres jeweiligen Mittelpunktes, der den besten Brennpunkt darstellt, ausgeführt.
Aufgrund dieses Zählens ist das Verfahren nach dem Stand der Technik in bezug auf seine Kosteneffizienz unbefriedigend.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den oben kurz diskutierten Nachteil des Standes der Technik zu überwinden.
Dies wird durch die Kombination von Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht. Das Verfahren gemäß Anspruch 1 unterscheidet sich vom oben diskutierten Stand der Technik (EP-A-0 338 200) dadurch, daß jedes der Elemente der Fadenkreuzmuster von benachbarten Elementen um einen Abstand getrennt wird, der nicht größer als die Auflösungsgrenze der Vorrichtung ist, der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Endteil der transferierten Fadenkreuzmuster gemessen wird, einer der gemessenen Abstände, nämlich der Extremwert, ausgewählt wird und der Wafer auf die Position entsprechend dem gewählten Abstand eingestellt wird.
Motorola Technical Developments, vol. 16 (August 1992), Schaumburg, Illinois, US, Seiten 121 bis 124; S. Malhotra et al. "Method for determining stepper focus and offsets" offenbart ein Verfahren, das ein Fadenkreuz mit Schlangenmuster, ein großes Muster mit dichtem Lochabstand, verwendet, welches eine Untersuchung mit bloßem Auge zur Verfügung stellt.
EP-A-0 111 635 beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen des Brennpunkts einer optischen Anordnung, wobei der Abstand eines Musters und einer Oberfläche, auf welche das Muster projiziert wird, verändert wird, und die entsprechende Größe eines Teils des projizierten Musters gemessen wird. Aus dem Extremwert der Mustergröße wird der optimale Brennpunkt bestimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein erstes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das übertragene Muster des Fadenkreuzmusters in Fig. 1 darstellt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Waferposition und einer Größe eines übertragenen Musters in einer X- Achsenrichtung zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Waferposition und einer Größe eines übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung schematisch zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein zweites Fadenkreuzmuster für eine Birennpunktabschätzung der Erfindung darstellt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das übertragene Muster des Fadenkreuzmusters in Fig. 5 darstellt;
Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein drittes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition im Fall eines Einsatzes des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,2, a2 = 2,0, und a3 = 0,3 um zeigt;
Fig. 9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition in dem Fall einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,2, a2 = 3,0 und a3 = 0,3 um zeigt;
Fig. 10 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition in dem Fall einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,2, a2 = 5,0 und a3 = 0,3 um zeigt;
Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition in dem Fall einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,1, a2 = 5,0 und a3 = 0,2 um zeigt;
Fig. 12 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition in dem Fall einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,2, a2 = 5,0 und a3 = 0,2 um zeigt.
Fig. 13 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in einer X-Achsenrichtung und einer Waferposition in dem Fall einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7 mit a1 = 0,1, a2 = 5,0 und a3 = 0,3 um zeigt;
Fig. 14 ist ein Diagramm, das Vergleichsdaten zeigt;
Fig. 15 ist ein Diagramm, das ein viertes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung darstellt;
Fig. 16 ist ein Diagramm, das ein fünftes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung darstellt; und
Fig. 17 ist ein Diagramm, das eine Stufen-(Belichtungs-)Vorrichtung darstellt.

Beste Art zum Ausführen der Erfindung

[Erstes Ausführungsbeispiel]

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein erstes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung darstellt. In Fig. 1 sind Linienmuster 11, die sich in Querrichtung mit einer Breite von a um ausdehnen, mit Intervallen von a um in Längsrichtung angeordnet. Die Musterbreite a ist eine Linienbreite, die kleiner als die Auflösungsgrenze einer Stufenbelichtungseinrichtung ist, die eine Belichtung durchführt. Hier ist deshalb, weil N. A. (die numerische Apertur der Linse) = 05, i- Linie (365 nm) verwendet wird, die Auflösungsgrenze R der Stufenbelichtungseinrichtung theoretisch:
R = k λ/N.A.
λ: Belichtungsfrequenz
N.A.: Numerische Apertur der Linse
k = 0,5 (Konstante)
weshalb folgendes gilt:
R = 0,5 · 0,365/0,5= 0,365
Demgemäß kann die Musterbreite und das Musterintervall a theoretisch gleich oder kleiner als 0,365 um sein.
Als nächstes werden übertragene Muster beschrieben, wenn das Fadenkreuzmuster für eine Fokus- bzw. Brennpunktabschätzung in Fig. 1 auf einen Wafer übertragen wird.
Fig. 2(a) ist ein übertragenes Muster in dem Fall, daß der Wert a der Musterbreite und des Musterintervalls des Fadenkreuzmusters in Fig. 1 0,35 um ist. Obwohl das Ende des Linienmusters gerundet ist, sind jeweilige Linienmuster getrennt. Fig. 2(b) ist ein übertragenes Muster in dem Fall, daß der Wert a der Musterbreite und des Musterintervalls des Fadenkreuzmusters in Fig. 1 0,30 um ist. Die jeweiligen Linienmuster sind nicht getrennt; die Enden der übertragenen Muster sind gewellt. Fig. 2(c) ist ein übertragenes Muster in dem Fall, daß der Wert a der Musterbreite und des Musterintervalls des Fadenkreuzmusters in Fig. 1 0,25 um ist. Die jeweiligen Muster sind nicht getrennt. Das übertragene Muster ist in einem großen Viereck ausgebildet. Fig. 2(d) ist ein übertragenes Muster in dem Fall, daß der Wert a der Musterbreite und des Musterintervalls des Fadenkreuzmusters in Fig. 1 0,20 pm ist. Die jeweiligen Muster sind nicht getrennt; das übertragene Muster ist in einem großen Rechteck ausgebildet.
Der obige Wert a ist ein numerischer Wert, wenn das Muster auf einen Wafer übertragen wird, und nimmt einen fünffachen Wert von ihm an, wenn das Muster auf dem Fadenkreuz ist (in dem Fall der Verkleinerung von 1/5). Die Belichtungsperiode war 160 msek.
Somit werden die Muster dann, wenn die Muster die Musterbreite und das Musterintervall haben, die gleich oder kleiner als die Auflösungsgrenze sind, nicht genau getrennt oder bilden keine unterscheidungskräftige Auflösung; wenn die Musterbreite und das Musterintervall gleich oder kleiner als 0,25 um sind, wird das Muster in einer Erscheinung von einem großen Rechteck ausgebildet.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Schätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des in Fig. 1 gezeigten Fadenkreuzmusters beschrieben.
Zuerst wird das Fadenkreuzmuster in Fig. 1 vorbereitet. Hier wird das Fadenkreuzmuster verwendet, dessen Musterbreite und dessen Musterintervall 0,25 um sind (Fig. 2(c)). Wie es in Fig. 2(c) gezeigt ist, wird dann, wenn dieses Fadenkreuzmuster verwendet wird, die Form des übertragenen Musters bei einem Erscheinen ein großes Rechteck, so daß die Größe auf einfache Weise gemessen wird. Dieses Fadenkreuzmuster wird auf einen Wafer übertragen (belichtet und entwickelt), wobei die Waferposition derart verändert wird, daß sie zu mehreren Unterteilungsbereichen des Wafers gebracht wird, der zuvor mit Fotolack beschichtet worden ist. Hier war die Belichtungsmenge eine Konstante; die Belichtungszeit wurde auf 160 msek. eingestellt. Die durch den Sensor eingestellte Waferposition wird zur Referenz (0) gemacht, und die Waferposition wird von der Referenz aus um 0,1, 0,2 und 0,3 um nach oben (+) und um 0,1, 0,2 und 0,3 um nach unten (-) verändert. Hier bedeutet die Waferposition die Waferposition der vertikalen Richtung auf dem Objekttisch der Fig. 17, was in den Absätzen unter Hintergrundtechnologie erklärt ist. Als nächstes wird die Größe der auf den Wafer übertragenen Muster in der X-Achsenrichtung durch ein optisches Größenmeßgerät gemessen.
Eine Kurve 1 in Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen einer Größe in der X- Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall. Der maximale Wert der Kurve 1 wird die Waferposition (die beste Brennpunktposition), bei welcher das Muster in den Brennpunkt gelangt. Das bedeutet in diesem Fall, daß die Position, bei welcher das Muster in den Brennpunkt gelangt, sich gegenüber der durch den Sensor eingestellten Position um 0,1 um verschoben hat.
Somit kann unter einer konstanten Belichtungsbedingung über die beste Brennpunktposition aus dem Korrelationsdiagramm der Waferposition und der Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung geurteilt werden, und daher kann das Muster durch Korrigieren der durch den Sensor eingestellten Position hinsichtlich der Abweichungen zwischen der besten Brennpunktposition und der durch den Sensor eingestellten Position genauer gebildet werden.
Eine Kurve 2 zeigt hier Daten zum Beschreiben der Effekte der Erfindung und ist ein Meßergebnis einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung, wenn es unter Verwendung eines Fadenkreuzmusters übertragen wird, dessen Musterbreite und dessen Musterintervall 0,5 um ist. Wo die Musterbreite und das Musterintervall 0,5 um sind, sind die jeweiligen Linienmuster getrennt und unterscheidend gemacht, und die gesamte Form bildet kein Rechteck. Dies wurde durch ein Größenmeßgerät vom SEM-Typ gemessen. Der Grund dafür, daß das Größenmeßgerät vom SEM-Typ verwendet wurde, besteht darin, daß eine sehr feine Linienbreite, wie 0,5 um, nicht durch ein optisches Größenmeßgerät gemessen werden kann. Seine Details sind bei einem dritten Ausführungsbeispiel spezifisch beschrieben.
In der Kurve 1 ist die Waferposition, bei welcher das Muster in den Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei +0,1 um, und die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der X-Achsenrichtung, wo die Waferposition bei -0,3 um ist, und der Größe in der X-Achsenrichtung bei einem Wendepunkt (wo die Waferposition bei +0,1 um ist), ist etwa 0,34 um.
Gegensätzlich dazu ist dort, wo das Fadenkreuzmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von 0,5 um verwendet wird, die Umwandlungsdifferenz Etwa 0,1 um.
Demgemäß stellt sich heraus, daß das Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts der Erfindung eine dreifache oder größere Empfindlichkeit hat.
Somit kann gemäß dem Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des ersten Fadenkreuzmusters für eine Brennpunktabschätzung das Umwandlungsausmaß der Größe des übertragenen Musters gegenüber den Änderungen der Waferposition größer gemacht werden, so daß die beste Brennpunktposition auf einfache Weise beurteilt werden kann. Folglich kann aus der Beurteilung der besten Brennpunktposition das Muster durch Feineinstellen der Waferposition genau ausgebildet werden.
In Fig. 3 sind deshalb, weil sich in beiden der Kurven 1, 2 die Breiten der übertragenen Muster in Richtung zu einer Größenreduktion verschieben, konvex geformte Kurven gezeigt. Jedoch dann, wenn eine Belichtungsmenge groß wird oder eine Belichtungsperiode länger wird, würden sich die Breiten der übertragenen Muster in Richtung zu einer Größenvergrößerung verschieben, so daß konkav geformte Kurven gezeigt werden würden. In Fig. 4 sind eine Kurve (2) in einer konvexen Form und eine Kurve (1) in einer konkaven Form schematisch gezeigt. Im Fall der Kurve (1) zeigt der minimale Wert der Kurve die beste Brennpunktposition an.
Das bedeutet, daß dort, wo viele Wendepunkte in der Kurve oder eine große Belichtungsmenge existieren, oder dort, wo eine Belichtungsperiode länger ist, der maximale Wert die Waferposition (die beste Brennpunktposition) anzeigt, bei welcher das Muster in den Brennpunkt gelangt; wo sie wenige sind, zeigt der minimale Wert dies an.

[Zweites Ausführungsbeispiel]

Fig. 5 zeigt ein zweites Fadenkreuzmuster 50 für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung und viele dreieckige sägezahnförmige Teile 52 sind um ein rechteckiges Muster 51 ausgebildet. Die Form des rechteckigen Musters 51 ist veränderbar, wenn die Änderung geeignet ist. Der dreieckige sägezahnförmige Teil 52 ist ein rechtwinkliges gleichschenkliges Dreieck mit einer Basis von 2a um und einer Höhe von a um.
In den Fig. 6(a), 6(b), 6(c) und 6(d) sind übertragene Muster gezeigt, wenn das Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung in Fig. 5 auf einen Wafer übertragen ist. Fig. 6(a) ist ein übertragenes Muster, wo der Wert a in Fig. 5 0,35 um ist. Das Ende des übertragenen Musters ist sägezahnförmig. Fig. 6(b) ist ein übertragenes Muster, wo der Wert a in Fig. 5 0,30 um ist. Das übertragene Muster ist nahezu rechteckig. Fig. 6(c) ist ein übertragenes Muster, wo der Wert a in Fig. 6 0,25 um ist. Das übertragene Muster ist fast rechteckig. Fig. 6(d) ist ein übertragenes Muster, wo der Wert a in Fig. 5 0,20 um ist. Das übertragene Muster ist fast rechteckig. Hier ist der Wert a ein numerischer Wert, wenn das Muster auf einen Wafer übertragen ist, und nimmt einen fünffachen Wert von ihm auf dem Fadenkreuz an (im Fall der Reduktion bzw. Verkleinerung von 1/5). Die Belichtungsperiode wurde auf 160 msek. eingestellt.
Somit wird bei der Musterbreite und dem Musterintervall, die gleich oder kleiner als die Auflösungsgrenze sind, das Muster nicht genau unterscheidend gemacht; bei der Musterbreite und dem Musterintervall a von 0,30 um oder darunter wird das Muster in seiner Erscheinung ungefähr rechteckig ausgebildet.
Demgemäß würde beispielsweise dann, wenn das Fadenkreuzmuster in Fig. 5, bei welchem a = 0,30 um bei einem Verändern der Waferposition auf eine Weise wie derjenigen beim ersten Ausführungsbeispiel übertragen wird, und dann die Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung gemessen wird, eine Kurve gleich der Kurve 1 in Fig. 3 erhalten werden, wobei der Umwandlungsbetrag der Größe des übertragenen Musters gegenüber den Änderungen der Waferposition groß ist.
Somit kann gemäß dem Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des zweiten Fadenkreuzmusters für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung das Umwandlungsausmaß der Größe des übertragenen Musters gegenüber den Änderungen der Waferposition größer sein, und die beste Brennpunktposition kann auf einfache Weise beurteilt werden. Demgemäß kann aus der Beurteilung der besten Brennpunktposition das Muster durch Feineinstellen der Waferposition genau ausgebildet werden.

[Drittes Ausführungsbeispiel]

Fig. 7(a) ist ein drittes Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung der Erfindung, und viele rechteckförmige Kammzahnteile 72 sind um einen ersten rechteckigen Musterteil 71 von 25 um im Quadrat ausgebildet. Die Form des ersten rechteckigen Musterteils 71 ist dann änderbar, wenn die Änderung geeignet ist, und kann 10 oder 40 um im Quadrat sein. Sie kann rechteckförmig sein. Fig. 7(b) ist eine vergrößerte Ansicht des oberen linken Teils (Teil A) der Fig. 7(a). Wie es in Fig. 7(b) gezeigt ist, ist der rechteckige Kammzahnteil 72 aus einem Rechteck gebildet, dessen Breite a1 und dessen Länge a2 bei jedem Abstand a3 angeordnet sind. Ein Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des in den Fig. 7(a), 7(b) gezeigten Fadenkreuzmusters wird wie folgt beschrieben.
(i) Es wird ein Verfahren zum Abschätzen eines Brennpunkts bei einer Verwendung des Fadenkreuzmusters in Fig. 7(a) beschrieben, wobei a1 = 0,2 um, a2 = 2,0 um und a3 = 0,3 um. Zuerst wird das Fadenkreuzmuster in Fig. 7(a) vorbereitet, wobei a = 0,2 um, a2 = 2,0 um und a3 = 0,3 um. Als nächstes wird das Muster auf einen Wafer übertragen (belichtet und entwickelt), wobei die Waferposition derart variiert wird, daß sie zu vielen unterteilten Bereichen des Wafers gebracht wird, auf welchem zuvor Fotolack aufgetragen worden ist. Hier wurden die Belichtungsmenge und die Belichtungszeit jeweils auf eine Konstante eingestellt. Die Waferposition wurde mit der durch den Sensor eingestellten Waferposition als Referenz (0) von +1,5 um und -1,5 um verändert. Als nächstes wird die Größe in der X-Achsenrichtung der übertragenen Muster, die auf den Wafer übertragen werden, durch ein optisches Größenmeßgerät gemessen. Das optische Größenmeßgerät hat hier die Vorteile, daß es billiger als das Meßgerät vom SEM-Typ ist, das beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, daß es für allgemeine Zwecke ist und daß es in kurzer Zeit und vollautomatisch messen kann, hat aber eine geringere Auflösungsleistung. Das bedeutet, daß das Gerät keine sehr feine Musterbreite um 0,5 um messen kann, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X- Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall ist in Fig. 8 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in den Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz zwischen der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 1,5 um ist) und dem maximalen Wert (in diesem Fall die Größe in der X- Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um = 29,0 ist) ist etwa 0,81 um.
Fig. 14 zeigt Vergleichsdaten. Eine Kurve 1 in Fig. 14 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis in dem Fall zeigt, daß eine Größe in einer Y-Achsenrichtung des übertragenen Musters, zu welchem ein Fadenkreuzmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von 0,5 um übertragen (belichtet und entwickelt) wird, während seine Waferposition verändert wird, durch ein Größenmeßgerät vom SEM = Typ gemessen wird. In diesem Fall ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der Y-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um = 29,0 ist) etwa 0,30 um. Hier ist der Grund dafür, daß die Umwandlungsdifferenz (0,30 um) in diesem Fall größer als diejenige in dem Fall der Kurve 2 in Fig. 3 (die Umwandlungsdifferenz = 0,1 um) ist, daß die Waferposition veranlaßt wird, sich stark zu ändern (von +1,5 um zu -1,5 um). Somit wird dort, wo a1, a2 und a3 des Fadenkreuzmusters in Fig. 7(a) jeweils auf 0,2 um, 2,0 um und 0,3 um eingestellt sind, die Umwandlungsdifferenz von etwa dem 2,7- fachen von derjenigen in dem Fall erhalten, daß das Linienmuster verwendet wird, bei welchem seine Musterbreite und sein Musterintervall 0,5 um sind (die Umwandlungsdifferenz = etwa 0,30 um). Dieses Muster läßt zu, daß die Mustergröße auf einfache Weise und in kurzer Zeit gemessen wird, weil sie durch das optische Größenmeßgerät meßbar ist.
Für eine Referenz ist ein Meßergebnis der Mustergröße des Linienmusters durch das optische Größenmeßgerät in einer Kurve 2 in Fig. 14 gezeigt. Das optische Größenmeßgerät kann die Mustergröße des übertragenen Musters nicht messen, bis das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 1,5 um verwendet wird, weil es eine niedrige Auflösungsleistung hat. In diesem Fall ist, wie es durch die Kurve 2 gezeigt ist, die Umwandlungsdifferenz etwa 0,11 um, was 1/3 von derjenigen in dem Fall der Kurve 1 ist. Demgemäß wird dort, wo eine Messung durch das optische Größenmeßgerät durchgeführt wird, eine Empfindlichkeit, die das achtfache von derjenigen in dem Fall ist, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 1,5 um verwendet wird, erhalten, wenn ein Fadenkreuzmuster verwendet wird, um welches Kammzahnteile, die gleich oder kleiner als die Auflösungsgrenze sind, ausgebildet sind, wie es in Fig. 7 gezeigt ist.
(ii) Es wird ein Fall beschrieben, bei welchem auf dieselbe Weise wie bei (i) ein Fadenkreuzmuster gemäß Fig. 7(a) mit a1 = 0,2 um, a2 = 3,0 um und a3 = 0,3 um verwendet wird. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall wurde in Fig. 9 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in einem Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall ist die Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um ist, 31,0) etwa 0,72 um.
(iii) Es wird ein Fall beschrieben, bei welchem auf die gleiche Weise wie bei (i) unter Verwendung eines Fadenkreuzmusters gemäß Fig. 7(a) mit a1 = 0,2 um, a2 = 5,0 um und a3 = 0,3 um übertragen wird. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall wurde in Fig. 10 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in einen Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der X- Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall ist die Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um ist, 35,0) etwa 0,80 um.
Wie es in (i), (ii) und (iii) gezeigt ist, wird dann, wenn a1 und a3 des Linienmusters in Fig. 7(a) jeweils 0,2 um und 0,3 um sind, ungeachtet der Länge a2 die Umwandlungsdifferenz von 0,7 bis 0,8 um erhalten. Dies ist das 2,4- bzw. 2,8-fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,30 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 0,5 um verwendet wird und durch das Größenmeßgerät vom SEM-Typ gemessen wird. Weiterhin ist dies etwa das 7- bis 8-fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,11 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 1,5 um verwendet wird und durch das optische Größenmeßgerät gemessen wird.
(iv) Weiterhin wird ein Fall beschrieben, bei welchem auf dieselbe Weise wie bei (i) unter Verwendung eines Fadenkreuzmusters gemäß Fig. 7(a) mit a1 = 0,1 um, a2 = 5,0 um und a3 = 0,2 um übertragen wird. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall wurde in Fig. 11 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in den Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe der X- Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um ist, = 35,0) etwa 0,70 um. Dieser numerische Wert ist auch ein Wert, der das siebenfache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,1 um) für den Fall ist, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 0,5 um verwendet wird.
(v) Es wird ein Fall beschrieben, bei dem auf dieselbe Weise wie bei (i) unter Verwendung eines Fadenkreuzmusters gemäß Fig. 7(a) mit a1 = 0,2 um, a2 = 5,0 um und a3 = 0,2 um übertragen wird. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall wurde in Fig. 12 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in den Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der X- Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um ist, = 35,0) etwa 0,34 um. Dieser numerische Wert ist das 1,13-fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,30 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 0,5 um verwendet wird und durch das Größenmeßgerät vom SEM-Typ gemessen wird, und ist etwa das 3- fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,11 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 1,5 um verwendet wird und durch das optische Größenmeßgerät gemessen wird, ist aber etwa eine Hälfte der Empfindlichkeit der Ergebnisse von (i) bis (iv).
(vi) Es wird ein Fall beschrieben, bei welchem auf dieselbe Weise wie bei (i) unter Verwendung eines Fadenkreuzmusters gemäß Fig. 7(a) mit a1 = 0,1 um, a2 = 5,0 um und a3 = 0,3 um übertragen wird. Die Beziehung zwischen einer Größe des übertragenen Musters in der X-Achsenrichtung und einer Waferposition in diesem Fall wurde in Fig. 13 gezeigt. In diesem Fall ist die Waferposition, bei welcher das Muster in den Brennpunkt (die beste Brennpunktposition) gelangt, bei 0 um, und ist die Abweichung (die Umwandlungsdifferenz) zwischen der Größe in der X- Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei -1,5 um ist, und dem maximalen Wert (in diesem Fall der Größe in der X-Achsenrichtung, wenn die Waferposition bei 0 um = 27,0 ist) etwa 0,31 um. Diese numerische Wert ist das 1,03-fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,30 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 0,5 um verwendet wird und durch das Größenmeßgerät vom SEM-Typ gemessen wird, und ist etwa das 3- fache der Umwandlungsdifferenz (etwa 0,11 um) für den Fall, daß das Linienmuster mit seiner Musterbreite und seinem Musterintervall von etwa 1,5 um verwendet wird und durch das optische Größenmeßgerät gemessen wird, ist aber etwa die Hälfte der Empfindlichkeit der Ergebnisse von (i) bis (iv).
Eine Tabelle 1 zeigt Daten der Umwandlungsdifferenzen von (i) bis (vi) von oben. Tabelle 1 [Einheit: um]
Somit kann dann, wenn das Fadenkreuzmuster für eine Brennpunktabschätzung in Fig. 7(a) verwendet wird, das Umwandlungsausmaß der Mustergröße gegenüber den Änderungen der Waferposition größer gemacht werden. Demgemäß wird die beste Brennpunktposition auf einfache Weise beurteilt, und Muster können durch Feineinstellen der Waferposition aus der Beurteilung der besten Brennpunktposition genau ausgebildet werden.

[Viertes Ausführungsbeispiel]

Die Formen von sägezahnförmigen Teilen und Kammzahnteilen sind veränderbar, wenn die Änderung geeignet ist. Die Fig. 15, 16 zeigen andere Beispiele. Die Fig. 15 ist ein Beispiel, bei welchem die Form der sägezahnförmigen Teile als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet ist; Fig. 16 ist ein Beispiel, bei welchem die form des Kammzahnteils als Rechteck ausgebildet ist.
Obwohl solche sägezahnförmigen Teile und Kammzahnteile selbst dann effektiv sind, wenn sie nur in entweder der X- oder der Y-Achsenrichtung ausgebildet sind, kann die Brennpunktabschätzung in den X- und Y-Achsenrichtungen gleichzeitig aus demselben Muster durchgeführt werden, wenn sie am gesamten Umfang des Musters ausgebildet sind.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß der ersten Erfindung werden unter Mustern für eine Brennpunktabschätzung ein erster Musterteil, der auf einem Körper gezeigt ist und der dann, wenn Licht aus einer Lichtquelle über den Körper gestrahlt wird, auf einem Wafer unter dem Körper mit einer auflösbaren Linienbreite gezeigt ist, und ein zweiter Musterteil, der benachbart zum ersten Musterteil ausgebildet ist, mit einem sehr feinen Muster, das mit einer nicht auflösbaren Linienbreite oder isoliert mit einem nicht auflösbaren Abstand gezeigt ist, so ausgebildet, daß dann, wenn das Muster verwendet wird, das Umwandlungsausmaß der Mustergröße gegenüber den Änderungen der Waferposition größer gemacht werden kann.
Gemäß der zweiten Erfindung kann die beste Brennpunktposition auf einfache Weise beurteilt werden, weil beim Prozeß zum Übertragen des Musters für eine Brennpunktabschätzung der ersten Erfindung auf den Wafer das Muster mehrere Male mit einem variierenden Abstand zwischen dem Muster für eine Brennpunktabschätzung und der eingestellten Position des Wafers übertragen wird; der Abstand vom Ende des ersten übertragenen Teils entsprechend dem ersten Musterteil bis zum Ende des zweiten übertragenen Teils entsprechend dem zweiten Musterteil der jeweiligen übertragenen Muster, die durch die mehrmaligen Übertragungen auf den Wafer übertragen werden, wird gemessen; die eingestellte Position des Wafers, bei welcher das Muster in den Brennpunkt gelangt, wird aus den Meßergebnissen beurteilt.
Demgemäß können aus dieser Beurteilung der besten Brennpunktposition die Muster durch Feineinstellen der Waferposition genau ausgebildet werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der optimalen Position eines Halbleiterwafers (175) in bezug auf einen Brennpunkt davon zur Verwendung in einer Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei die Vorrichtung eine Strahlungsquelle (171), eine Einrichtung (176) zum Tragen des Wafers und ein Fadenkreuz (173), das zwischen der Strahlungsquelle und dem Wafer angeordnet ist, aufweist, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Ausbilden eines Fadenkreuzmusters (10, 40, 70) in der Oberfläche des Fadenkreuzes (173), wobei das Fadenkreuzmuster eine Vielzahl von Elementen (11, 52, 72) hat, die jeweils um einen Abstand von benachbarten Elementen getrennt sind, der nicht größer als die Auflösungsgrenze der Vorrichtung ist;

Ändern des Abstands zwischen dem Wafer (175) und dem Fadenkreuz (173) in aufeinanderfolgenden Inkrementen und/oder Dekrementen;

Projizieren einer Strahlung von der Strahlungsquelle (171) durch das Fadenkreuzmuster, um übertragene Fadenkreuzmuster auf dem Wafer (175) bei jedem der inkrementellen und/oder dekrementellen Abstände auszubilden, wobei jedes der übertragenen Fadenkreuzmuster einen ersten und einen zweiten beabstandeten Endteil hat;

Messen der Beabstandung zwischen dem ersten und dem zweiten Endteil der übertragenen Fadenkreuzmuster bei jedem der Abstände;

Auswählen einer der gemessenen Beabstandungen, nämlich des minimalen oder des maximalen Werts; und

Einstellen des Wafers bei der Position entsprechend der gewählten Beabstandung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fadenkreuzmuster eine Vielzahl von beabstandeten parallelen Linien (11) gleicher Breite aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Beabstandung zwischen jeder der Linien (11) gleich der Breite der Linien ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Bildmuster auch auf dem Fadenkreuz ausgebildet wird, wobei das Bildmuster, wenn es auf den Wafer projiziert wird, ein projiziertes Bildmuster auf dem Wafer ausbildet, das auflösbar ist, wobei die Auflösung des projizierten Bildmusters größer als die Auflösungsgrenze der Vorrichtung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fadenkreuzmuster einen rechteckigen Bereich (41) mit parallelen beabstandeten Seiten aufweist, wobei gegenüberliegende beabstandete Seiten des rechteckigen Bereichs dreieckige sägezahnförmige Teile (42) haben.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei jeder der dreieckigen Teile eine Basis hat, die das Zweifache seiner Höhe ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fadenkreuzmuster einen rechteckigen Bereich (71) aufweist, der parallele beabstandete Seiten aufweist, wobei jede der Seiten des rechteckigen Bereichs mehrere rechteckige kammzahnförmige Teile (72) hat, wobei abwechselnde erste Elemente der kammzahnförmigen Teile eine erste Breite haben und ihre zweiten Elemente, die zwischen jedem der ersten Elemente angeordnet sind, eine zweite Breite haben.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist.