DE1623207A1

DE1623207A1 - Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen

Info

Publication number: DE1623207A1
Application number: DE19671623207
Authority: DE
Inventors: Rottmann Hans Ralph
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1966-12-19
Filing date: 1967-12-15
Publication date: 1971-01-28
Also published as: US3442583A; FR1567936A; GB1207515A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH

Hauptverwaltung 7032Sindelfingen Postfach 266

Böblingen, 11. 12. 1967 pr -hn

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y, 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin;

Docket 14 470

Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen, insbesondere von zur Herstellung von integrierten Schaltungen dienenden Halbleiterplättchen und/oder Masken.

Mit den immer größer werdenden Anforderungen an die genaue Maßhaltigkeit der Einzelteile moderner Industrieerzeugnisse wird die Bedeutung optischer Meß- und Beobachtungsmethoden immer größer. In diesem Zusammenhang finden optische Komparator- und Interferenzmethoden immer mehr Eingang in die verschiedensten Produktionszweige.

Insbesondere bei der Herstellung von sogenannten integrierten Schaltungen,

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bei denen in zeitlich aufeinanderfolgenden Verfahrens schritten verschiedene Masken zur Herstellung von oft nur wenige Mikron breiten leitenden oder halbleitenden Bereichen auf den gleichen Bereichen eines HaIbleiterplättchens abgebildet werden, ist die Leistungsfähigkeit der ange- ' wandten optischen Methoden ausschlaggebend für die Qualität der Enderzeugnisse. Bei der Herstellung integrierter Schaltungen tritt besonders das Problem auf, die in den verschiedenen Verfahrens schritten abzubildenden Masken manchmal bis auf Bruchteile von Mikron in bezug auf auf dem Halbleiterplättchen angebrachte Markierungen auszurichten. Auch eine Ausrichtung von gleichzeitig auf gegenüberliegende Seiten eines Halbleite rplättchens abzubildenden Masken ist in vielen Fällen erforderlich. Es ist zwar möglich, eine als Markierung in einer Maske angeordnete Ausnehmung mittels einer durch sie hindurchtretenden Strahlung auf eine entsprechende Markierung des Halbleiterplättchens auszurichten, bei sehr hohen Genauigkeiten ist die Brennweite des dazu benötigten Mikroskops aber so kurz, daß eine gleichzeitige scharfe Abbildung beider Markierungen nicht möglich ist. Auch bei Verwendung eines Fadenkreuzes ist es bisher nicht möglich gewesen, zwei Elemente, insbesondere zwei mit einem gewissen Abstand voneinander ange-

_4 ordnete Elemente mit einer größeren Genauigkeit als etwa + 25 · 10 mm gegeneinander auszurichten. Noch größere Schwierigkeiten in bezug auf die Einhaltung sehr enger Toleranzen entstehen dann, wenn zwei oder mehr in beliebigen Lagen anzuordnende Elemente in ein be-

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- 3 stimmtes räumliches Verhältnis zueinander gebracht werden sollen.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Anordnung zu schaffen, mit der zwei oder mehr Elemente, vorzugsweise zur Her·» stellung von integrierten Schaltungen dienende Masken, mit geringem technischem und zeitlichem Aufwand in beliebige vorgegebene Relativ lagen zueinander zu bringen sind.

Diese Aufgabe wird auf Grund der Erfindung durch eine Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen, insbesondere von zur Herstellung von integrierten Schaltungen dienenden Halbleiterplättchen und/oder Masken gelöst* die gekennzeichnet ist, durch zwei oder mehrere optische Systeme und eine oder mehrere, aus je einer Faser-Optik und gegebenenfalls aus einem oder mehreren Umlenkelementen und Strahlenteilern bestehenden Strahlenführungen, durch die die auszurichtenden Elemente auf einer gemein samen Ebene abgebildet werden.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist gekennzeichnet durch ein erstes, aus einem Objektiv, einem Okular, und einer Beleuchtungsvorrichtung bestehendes, vorzugsweise als Mikroskop ausgebildetes optisches System zur Abbildung eines ersten Elements auf einem Schirm und ein zweites, aus einem Objektiv, einem

Faserbündel, einem Okular und einem Strahlenteiler bestehende , vorzugsweise ebenfalls als .Mikroskop ausgebildetes optisches System, durch das die Abbildung des zweiten Elements in den Strahlengang des ersten optischen Systems eingespiegelt wird.

Zum Ausrichten von nicht durchsichtigen Elementen hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, daß beide auszurichtenden Elemente durch besondere Lichtquellen und über besondere Strahlenteiler beleuchtet werden, während es bei durchsichtigen Elementen möglich ist, das eine Element durch das durch das andere Element hindurchtretende Licht zu beleuchten, so daß nur eine einzige Lichtquelle erforderlich ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und die Austrittspupillen des Faserbündels in der gleichen Ebene liegen und ein Umlenkelement vorgesehen ist, das die aus dem Objektiv des zweiten optischen Systems austretenden Strahlen der Eintrittspupille zuführt. Zur Erhöhung der Bildqualität kann es zweckmäßig sein, daß das Faserbündel parallel zu den Ebenen seiner Ein- und Austrittspupillen eine Schwingung mit einer mindestens «dem Abstand zweier Fasern des Faserbündels gleichen Amplitude ausführt.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die Anordnung derart abzuwan-

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dein, daß mehr als zwei in beliebigen Ebenen und in beliebiger Lage zueinander angeordnete Elemente ausgerichtet werden können.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: die schematische Darstellung einer Ausführungsform der

Erfindung,

Fig. 2: die schematische Darstellung einer abgeänderten Ausführung

der Erfindung.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die aus photographischen Platten bestehenden Masken 10 und 12 auf einem Trägerelement 14 angeordnet. Die beiden Masken sollen axial ausgerichtet werden, was durch Auswahl bestimmter Linienelemente der auf den beiden Masken befindlichen Muster 10a und 12a erfolgen kann. Zunächst wird die Maske 12 fixiert und die Maske 10 durch Verschiebung in der X- Y-Ebene in bezug auf die festliegende Maske 12 grob ausgerichtet. Der Einstellknopf K deutet die Mittel dazu symbolisch an. Die Überprüfung der Feinausrichtung der Masken 10 und 12 erfolgt mit Hilfe von zwei gesonderten Mikroskopen. Das erste Mikroskop besteht aus einem Objektiv 16 und aus einem Okular 18, das vorzugweise ein optisches

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System mit veränderlicher Brennweite, beispielsweise eine Zoom-Linse enthält, um die Vergrößerung beider Mikroskope einander anpassen zu können. Das zweite Mikroskop besteht aus dem Objektiv 20 und dem Okular 28. Im Strahlengang zwischen dem Objektiv 20 und dem Okular 28 ist eine sog. Faseroptik oder ein sog. Faserkabel angeordnet, das aus einem Faser-Bündel· 26 besteht und die Eintritts- und Austritts-Pupillen 26a und 26b enthält. In diesem. Strahlengang ist ferner ein Umlenkspiegel 22 angeordnet.

Das von der Lichtquelle 40 ausgehende Licht durchsetzt den Kondensor 42 und wird mit Hilfe des Strahlenteilers 44 nach rechts in Richtung auf die Masken 10 und 12 abgelenkt. An der Maske 10 wird ein Teil des einfallenden Lichtes reflektiert und auf den Schirm 46 als vergrößerte Abbildung der Maske geworfen. Ein anderer Teil des einfallenden Lichtes durchsetzt die Maske 12 und das Objektiv 20 und wird mit Hilfe des Spiegels 22 auf die Eintrittspupille 26a des Faser-Bündels 26 geworfen. Das Faser-Bündel 26 überträgt das Bild zur Austrittspupille 26b, von wo es durch das Okular 28 und den Strahlenteiler 50 als vergrößerte Abbildung der Maske 12 afif den Schirm 46 geworfen wird. Der Vorteil des Faser-Bündels 26 liegt vory&llem darin, daß es das auf die Eintrittspupille 26a geworfene vergrößerte Bild pajrktisch ohne Verlust an Auflösung überträgt. Das an sich bekannte Faserbündel 26 besteht aus einer großen Anzahl parallel zueinander angeord-

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neter Glasfasern, das das der Eintrittspupille zugeführte Bild in einzelne Punkte zerlegt und diese unabhängig voneinander zur Austritts pupille überträgt. Jede der Glasfasern besteht ebenfalls in bekannter Weise aus einem Glaskern, der durch eine Glasschicht mit niedrigerem Brechungsindex überzogen ist, so daß das in einen Kern eintretende Licht durch innere Totalreflexion weitergeleitet wird. Derartige Faser-Bündel werden beispielsweise in dem Buch "Fiver-Optics" von Hick, J.W. und Kiritsy, P. The Galssindustry, VoI 44, Nr. 4(1962), Seiten 1-93-196 und 208-211 beschrieben.

Das Faser-Bündel 26 ist von Klammern 54a und 54b an dem Bügel befestigt, der seitenverschieblich angeordnet ist, do daß er mit Hilfe der Anordnung 56 Schwingungen von einer Amplitude von etwa 0, 2 mm ausführen kann. Ist nämlich das durch die Anzahl der Einzelfasern gegebene Auflösungsvermögen eines Faser-Bündels für ein gegebenes Bild zu klein, so kann das an die Austrittspupille übertragene Bild durch eine senkrecht zur Bildnormalen erfolgende Schwingung verbessert werden. Dabei wird ein bestimmter Bildpunkt nicht mehr durch eine einzige Faser sondern in nacheinanderfolgenden Zeitpunkten durch verschiedene Fasern übertragen, so daß eine Integration des Bildes erfolgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Schwingung in Z -Richtung durch den eingezeichneten Pfeil.

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Zu diesem Zweck sollen die Eintritts- und die Austrittspupillen 26a und 26b parallel liegen, vorzugsweise aber coplanar geschliffen sein. Ist eine Schwingungsbewegung parallel zur optischen Achse des Systems nicht erforderlich, so kann der Spiegel 22 weggelassen werden. In diesem Fall wird das die Eintrittspupi'lle 26a aufweisende Ende des Faser-Bündels bis in den Bereich der optischen Achse der beiden Mikroskope gebracht, d.h. das Faser-Bündel wird insgesamt um 270 gebogen. Wie aus der Fig. 1 und dembisher Gesagten hervorgeht, sieht ein von links auf den beispielsweise als Mattscheibe ausgebildeten Schirm 26 blickender Beobachter zwei scharfe vergrößerte Bilder der beiden Masken 10 und 12. Daher ist eine sehr feine Einstellung möglich, so daß der Beobachter die Maske 10 in bezug auf die Maske 12 mit einer Ge-

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nauigkeit von etwa +_ 25 χ 10 mm ausrichten kann. Es ist selbstverständlich möglich, an Stelle des Schirms 46 andere bekannte Mittel zur Einstellung und Ausrichtung der Masken zu verwenden. Weiterhin kann es.vorteilhaft sein, zwei Farbfilter 60 und 62 zu verwenden, damit etwa durch Farbfehler entstehende Unscharfen der beiden Maskenbilder herabgesetzt oder ganz vermieden werden.

Im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Verwendung des Erfindungsgedankens zur Ausrichtung von vorzugsweise auf photographische^m Wege hergestellten, durchsichtigen Masken gezeigt. Es ist aber auch möglich, andere Objekte, z.B. undurch-

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sichtige Masken oder dgl,, nach dem gleichen Verfahren und mit einer etwas abgeänderten Anordnung auszurichten. Eine derartige Anordnung wird in Fig. 2 dargestellt, die sich von der in Fig. 1 dargestellten Anordnung im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß für jede Maske eine besondere Lichtquelle vorgesehen ist.

Die die Muster 80a und 82a tragenden Masken 80 und 82 sind beiderseits des undurchsichtigen Elements 84 angeordnet. Die Maske 82 ist unverschiebbar befestigt, während die andere Maske mit Hilfe der symbolisch dargestellten Einstellvorrichtung K in bezug auf die Maske 82 nach allen Seiten verschoben werden kann. Da die Ausleuchtung einer Maske nicht mehr durch das durch die andere Maske hindurchtretende Licht erfolgen kann, sind zwei Lichtquellen 40a und 40b vorgesehen, deren Licht über die Strahlenteiler 40c bzw. 40d und die Objektive 16 bzw. 20 in den Bereich der Masken 80 und 82 gespiegelt wird. Im übrigen ist der Aufbau der den in Fig. 2 dargestellten Ausschnitt enthaltenden Anordnung gleich der in Fig. 1 dargestellten . Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Erfindung sich auch auf Anordnungen bezieht, mit denen in beliebigen Ebenen und in beliebigen Bereichen liegende Masken in gewünschte Relativlagen zueinander gebracht und äußerst genau eingestellt und ausgerichtet werden können.

Da bei gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Anordnungen Mik-

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roskope mit beliebig kurzer Brennweite und beliebig starker Vergrößerung verwendet werden können, ist das erfindungsgemäße Verfahren all den Verfahren überlegen, bei denen ein einziges Mikroskop Verwendung findet. Durch die Verwendung eines Faser-Bündels wird das hohe Auflösungsvermögen der durch die Mikroskope stark vergrößert wiedergegebenen Bilder der Masken unabhängig von der Länge des Lichtweges zwischen den beiden Mikroskopen voll erhalten.

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Claims

- 11 - Böblingen, 12. 12. 1967 pr -hn PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen, insbesondere von zur Herstellung von integrierten Schaltungen dienenden Halbleite rplättch en und/oder Masken, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere optische Systeme und eine oder mehrere aus einer Faser-Optik und gegebenenfalls aus einem oder mehreren Umlenkelementen und Strahlenteilern bestehenden Strahlenführungen, durch die die beiden auszurichtenden Elemente auf einer gemeinsamen Ebene abgebildet werden.

2. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen nach An—spruch 1, gekennzeichnet durch ein erptes, aus einem Objektiv (16), einem Okular (18) und einer Beleuchtungseinrichtung (40, 42, 44) bestehendes, vorzugsweise als Mikroskop ausgebildetes optisches System zur Abbildung eines ersten Elements (10) auf einem Schirm (46) und durch ein zweites, aus einem Objektiv (20),

einem Faser-Bündel (26), einem Okular (28) und einem Strahlenteiler (50) bestehendes, vorzugsweise als Mikroskop ausgebildetes optisches System, durch das die Abbildung des in der Objektebene des zweiten Systems liegenden Elements (12) in den Strahlengang

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- 12 des ersten optischen Systems eingespiegelt wird.

3. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide auszurichtenden Elemente (10, 12, 80, 82) durch besondere Lichtquellen (40a, 40b) und über besondere Strahlenteiler (40c, 40d) beleuchtet werden.

4. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintritts- und Austrittspupillen (26a, 26b) des Faser-Bündels (26) in der gleichen Ebene liegen und ein Umlenkelement (22) vorgesehen ist, das die aus dem Objektiv (20) des zweiten optischen Systems austretenden Strahlen der EintrittspupÜB (26a) des Faser-Bündels (26) zuführt.

5. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faser-Bündel (26) parallel zu den Ebenen seiner Ein- und Austrittspupillen (26a, 26b) eine Schwingung mit einer mindestens dem Abstand zweier Fasern des Faser-Bündels gleicher Amplitude ausführt.

6. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen nach den Ansprüchen 1 bis- 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als zwei Objektive über aus Faser-Bündeln, Umlenkspiegeln und Strah-

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lenteilem beistehende Strahlenleiter zur Abbildung mehrerer auszurich-

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- 13 tender Elemente auf einen Schirm vorgesehen sind.

7. Anordnung zum Ausrichten von mit Markierungen versehenen Elementen nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von durch chromatische Fehler der abbildenden Elemente bedingte: Unscharfen in den einzelnen Strahlengängen Lichtfilter (60, 62) vorgesehen sind.

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