DE2536263A1

DE2536263A1 - Anordnung zum orten von teilen, zum ausrichten von masken und zum feststellen der richtigen ausrichtung einer maske

Info

Publication number: DE2536263A1
Application number: DE19752536263
Authority: DE
Inventors: Frederick Hayes Dill; Jan Pieter Hoekstra
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-08-14
Publication date: 1976-03-25
Also published as: FR2285648A1; JPS5148281A; US3989385A; GB1519469A; FR2285648B1

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen; Neuanmeldung
Aktenzeichen der Anmelderin: YO 973 073

Anordnung zum Orten von Teilen, zum Ausrichten von Masken
und zum Feststellen der richtigen Ausrichtung einer Maske

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für die genaue
Ortung von Teilen in bezug auf einen festliegenden Bezugspunkt
und insbesondere die Feststellung der relativen Lage zweier Gegenstände in bezug auf einen solchen Bezugspunkt. Die Erfindung wird insbesondere bei der Herstellung integrierter Schaltungen
eingesetzt.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden gewöhnlich
auf einem Substrat oder Plättchen verschiedene Materialien
schichtenweise auf dem Substrat in verschiedenen Mustern aufgebracht, die sich auf die verschiedenen, durch die einzelnen
Schichten durchzuführenden Funktionen beziehen. Eine integrierte Schaltung kann dabei eine größere Anzahl unterschiedlicher
Schichten aufweisen. Da die einzelnen, auf dem Substrat niedergeschlagenen Materialschichten mit anderen benachbarten Schichten zusammenwirken sollen, müssen die für das Aufbringen der

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Materialien in irgendeiner solchen Schicht verwendeten Muster in bezug auf die benachbarten Schichten genau ausgerichtet sein.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise optische Verfahren für die Übertragung eines für den Niederschlag eines Materials einer bestimmten Schicht verwendeten Musters auf die teilweise fertiggestellte integrierte Schaltung verwendet. Eine solche Apparatur für die Übertragung von Mustern und zum Niederschlagen von Materialien muß notwendigerweise in der Nachbarschaft des Plättchens angebracht sein. Die tatsächliche körperliche Einstellung einer solchen Apparatur schränkt jedoch die Möglichkeiten der Verwendung von weiteren Apparaturen zur genauen Feststellung und Einstellung derjenigen Vorrichtungen ein, die der Übertragung des Musters und dem Aufbringen des Materials dienen, bei der Ausrichtung der verschiedenen, für die Übertragung der Muster verwendeten Masken und bei der Feststellung, daß das Material an den richtigen Stellen niedergeschlagen worden ist. Aus diesen Gründen wird zur Feststellung der Position von Teilen und Mustern auf einem HaIbleiterplättchen heute noch am häufigsten ein Mikroskop verwendet, durch das sich die Lage der Teile und Muster auf einem Plättchen beobachten lassen. Die sich bei einem solchen Verfahren ergebenden Schwierigkeiten sind selbst dem Nichtfachmann sofort klar und leiten sich im wesentlichen daraus ab, daß das Ergebnis sehr stark von den Fähigkeiten des Beobachters abhängt.

Ein anderes bereits vorgeschlagenes Verfahren zur Feststellung, ob die verschiedenen, die integrierte Schaltung bildenden Teile auch an ihrem richtigen Ort liegen, verwendet eine Apparatur, die mit Proben der integrierten Schaltung nach deren Herstellung arbeitet. Selbstverständlich treten dabei keine Schwierigkeiten mit der für die Fertigung notwendigen Apparatur auf. Solche Prüfverfahren lassen sich also unabhängig und räumlich von den Herstellungsverfahren getrennt durchführen. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren liegt jedoch darin, daß

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dann, wenn die Lage eines Teiles nicht bestätigt, wird, nichts zur Beseitigung oder Korrektur di3k.es Fehlers getan werden kann, d.h., man kann die integrierte Schaltung nur wegwerfen und neu anfangen. D.h. also, daß die nach dam Ende der Fertigung durchgeführte Prüfung nur dazu dienen kann, die brauchbaren von den unbrauchbaren Schaltungen zu trennen und sich nicht für eine Steuerung der Fertigung einsetzen läßt, um damit während des Fertigungsverfahrens eine optimale Ausbeute zu erzielen.

Diese Schwierigkeiten und Nachteile werden durch Einsatz einer gemäß der Erfindung aufgebauten Anordnung und des arfindungsgemäßen Verfahrens ausgeschaltet. Für die genaue Feststellung des Ortes von einzelnen Teilen wird ein rotierender Lichtstrahl auf einen Punkt auf der festzustellenden Oberfläche fokussiert. Diese Oberfläche weist als Ausrichtmarke ein Muster aus regelmäßige Abstände aufweisenden, eine Streuung des Lichtes bewirkenden Kanten auf. Der rotierende Lichtstrahl kann durch ein rotierendes Prisma und eine optische planparallele Platte erzeugt werden. Die rotierenden optischen Elemente tragen außerdem einen die Position der Antriebswelle codierenden schrittweise arbeitenden Codierer, der eine Echtzeitanzeige der jeweiligen Winkellage des Lichtpunktes um die Achse liefert. Ein Lichtdetektor dient zum Feststellen des von den Kanten der Ausrichtmarke zerstreuten Lichtes, Eine Photovervielfacherstufe oder eine ähnliche Einrichtung liefert ein dem Streulicht entsprechendes elektrisches Signal. Zeichnet man das elektrische Signal an vorbestimmten Punkten des Leuchtflecks auf, dann kann Ort und Ausrichtung der Ausrichtmarke in bezug auf die Achse festgestellt werden. Andererseits oder zusätzlich dazu können die elektrischen Signale über einen durch das Ausgangssignal des Codierers gesteuerten Analog-Digitalwandler dem Eingang einer digitalen Datenverarbeitungsanlage zur Bestimmung der Lage und Ausrichtung der Ausrichtmarke zugeleitet werden.

Diese Apparatur kann auch zum Ausrichten einer Maske und zur Feststellung der richtigen Ausrichtung eines Photolackmusters dienen.

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Die Maskenausrichtung wird unter Verwendung dieser Apparatur in der Weise durchgeführt, daß die Position eines Plättchens in bezug auf eine erste feststehende Achse bestimmt wird und daß eine modifizierte Apparatur zur Feststellung einer Maske in bezug auf eine zweite feststehende Achse benutzt wird. Natürlich muß die gegenseitige Beziehung der beiden Achsen zueinander bekannt sein. Die modifizierte Apparatur verwendet einen ähnlichen rotierenden Leuchtfleck und einen schrittweise arbeitenden Codierer, Die Maske hat jedoch die Eigenschaft, daß sie das Licht nicht durchläßt, statt es zu zerstreuen. Daher wird auf der der Lichtquelle und den anderen optischen Elemente abgewandten Seite der Maske ein lichtempfindliches Element angebracht. Dieses lichtempfindliche Element stellt durch die Maske hindurchkommendes Licht fest, und die Position der Maske wird daher aus den Positionen des Leuchtflecks bestimmt, bei denen kein Licht durchgelassen wird. Am Ausgang des lichtempfindlichen Elements tritt ein elektrisches Signal auf, das aufgezeichnet, in digitale Form umgewandelt und einer Datenreduzierung unterzogen werden kann.

Für die Bestätigung, daß ein Photolackmuster sich an seiner richtigen Stelle befindet, verwendet man eine Ausrichtmarke auf dem Plättchen und die anderen Einrichtungen, wie sie in ähnlicher Weise für die Ortsbestimmung von Bauelementen oder Teilen benutzt wurde. Die Maske enthält eine ähnliche Ausrichtmarke in einer Position, die über der Ausrichtmarke des Plättchens liegt, wenn der Photolack belichtet und entwickelt wird. Das Maskenmuster liefert jedoch eine Ausrichtmarke in dem Photolack, welche in bezug auf die Ausrichtmarke bei gegenseitiger richtiger Ausrichtung verdreht ist. Da das Licht sowohl durch die Ausrichtmarke im Photolack als auch durch die Ausrichtmarke des Plättchens zerstreut wird, stellt das lichtempfindliche Element von beiden Ausrichtmarken stammendes zerstreutes Licht fest. Mit einer ähnlichen Datenreduzierung gelingt eine Bestätigung des Ortes des Musters und dessen Ausrichtung.

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Die Apparatur zur Feststellung der Lage von einzelnen Teilen kann sehr gedrängt aufgebaut sein und die Einstellung des Plättchens kann auch von Ausrichtmarken außerhalb der durch eine Maske zu belichtenden Fläche aus bestimmt werden. Die einzelnen Komponenten werden auf diese Weise die optische Übertragung eines Musters von einer Maske auf das Plättchen nicht behindern. Für die Maskenausrichtung kann man Ausrichtmarken auf dem Plättchen außerhalb der durch die Maske zu belichtenden Fläche benutzen, so daß dadurch keine Beeinträchtigung der verschiedenen Verfahrensschritte bei der Herstellung eintritt. Die Masken-Ausrichtmarken können außerhalb der durch das Muster belegten Fläche der Maske liegen, so daß die Apparatur die Übertragung eines Musters von der Maske nach dem Plättchen nicht behindert. Die zum Feststellen der richtigen Lage der einzelnen Komponenten des aus Photolack bestehenden Ausrichtmusters liegen natürlich notwendigerweise über den belichteten Bereichen des Plättchens, doch kann man die richtige Lage auch an einem anderen Ort feststellen, als den bei der Belichtung benutzten Ort,

Die Wiederverwendbarkeit wird jedoch beibehalten, da eine schlecht ausgerichtete Photolackmaske abgewaschen werden kann, und es kann ein neuer Photolack benutzt werden. Durch dieses Verfahren läßt sich dann eine teilweise fertiggestellte integrierte Schaltung auch dann noch retten, wenn ein nicht richtig ausgerichtetes Muster festgestellt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale sind den Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen.

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In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt den

grundsätzlichen Aufbau einer Meßvorrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung einer bevorzugten Ausrichtmarke ;

Fig. 3 schematisch ein Blockschaltbild zur Darstellung der Signalverarbeitung;

Fig. 4 eine Darstellung des analogen Ausgangssignals

der Meßvorrichtung;

Fig. 5 eine isometrische Teilansicht einer Vorrichtung zum Ausrichten einer Maske und

Fig. 6 eine Draufsicht auf Ausrichtmarken für die Feststellung! ob ein Muster richtig liegt.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Meßvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zur Ableitung von Signalen, die der Lage des Teils oder des Musters entsprechen. Dabei ist in Fig. 1 die optische Einrichtung im Schnitt gezeigt. In Fig. 1 ist ebenfalls ein Teil 19 im Schnitt dargestellt, dessen
Position bestimmt werden soll. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet die Feststellung des Ortes des Teiles 19 in bezug auf die Achse 24 der Linse 17, Vorzugsweise wird das
Teil 19 zunächst in üblicher Weise grob eingestellt. Das Teil 19 kann beispielsweise ein Halbleiterplättchen sein, das an
einer Kante für die Einstellung eine Kerbe oder einen Einschnitt trägt. Für eine genaue Feststellung des Ortes des Teils 19
befindet sich auf diesem Teil eine Ausrichtmarke 20, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.

Fig, 2 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform

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des Musters einer Ausrichtmarke auf den« Teil 19, Das Muster besteht aus einer kreuzförmigen Anordnung, wobei diese kreuzförmige Anordnung in einer anderen Ebene liegt als die übrigen Abschnitte des Teils 19, Dieses Kreuz kann z.B. in üblicher Weise abgeätzt sein. Es ist ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß die exakten Abmessungen das Kreuzes nicht kritisch sind. Somit ist die Breite der Schenkel des Kreuzes kein kritischer Parameter für das Meßverfahren. Die Erfindung verwendet vielmehr die symmetrische Anordnung der einzelnen Schenkel für die Ortbestimmung des Teils. Damit ist aber auch ein Unterätzen oder Überätzen des Kreuzes für das Meßverfahren und die Meßvorrichtung ohne Bedeutung,

In Fig. 1 ist eine Lichtquelle 1O gezeigt, die einen achsparallelen Lichtstrahl erzeugt. Als Lichtquelle ka,nn man mit Vorteil einen Laser, insbesondere einen Helium-Neon-Laser benutzen. Diese Art von Lasern ist deswegen besonders geeignet, da dadurch ein Photolack nicht belichtet wird. Dem Fachmann ist dabei klar, daß auch andere Lichtquellen eingesetzt werden können. Der von der Lichtquelle 10 ausgehende Lichtstrahl erhält seine gewünschte Form durch ein Prisma 12, eine optische Platte 13 und eine Linse 17.

Ein Zylinder 11 ist dabei in Gleit- oder Kugellagern 14 drehbar gelagert. Der Antrieb für den Zylinder 11 ist nicht dargestellt, doch kann dafür ein gewöhnlicher Motor verwendet werden. In dem Zylinder 11 ist ein dünnes, optisches Prisma 12 und eine optisch plane Platte 13 enthalten. Das Prisma 12 lenkt das von der Lichtquelle 10 kommende Licht um einen Winkel ab_f der durch die Formel

DEV = (n - 1) W

gegeben ist, wobei η der Berechungsindex des Prismas und W der Keilwinkel des Prismas ist.

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Die optisch plane Platte 13 ist unter einem Winkel in bezug auf die Achse der Linse befestigt. Der Winkel, unter dem die optisch plane Platte angebracht ist und der Abstand der optisch planen Platte von dem Prisma werden wie folgt bestimmt. Die Wirkung der optisch planen Platte 13 besteht darin, den vom Prisma 12 kommenden Lichtstrahl so abzulenken, daß er genau in der Mitte der Linse 17 auftrifft. Somit kann also der Winkel, den die optisch plane Platte 13 in bezug auf die Achse der Linse 17 einnimmt und der Abstand zwischen der optisch planen Platte 13 und dem Prisma 12 dann bestimmt werden, wenn die Lage der Linse 17 in bezug auf das Prisma festgelegt und bestimmt ist. Wenn der Zylinder 11 mit dem Prisma 12 und der optisch planen Platte 13 rotiert, dann rotiert auch der Lichtstrahl um die optische Achse der Linse 17,

An dem Zylinder 11 ist auch eine Codiervorrichtung für eine schrittweise Codierung der Position der Antriebswelle angebracht. Dieser optische Codierer zeigt dabei die jeweilige Position des rotierenden Zylinders 11 an. Außerdem wird bei dem optischen Codierer eine Bezugsmarke verwendet, die der Synchronsierung dient. Die besondere Form des Codierers ist ohne Bedeutung, und Codierer dieser Art sind allgemein bekannt.

Wenn der Zylinder 11 sich dreht, dann wird durch das Prisma der Lichtstrahl um die Rotationsachse des Zylinders 11 ausgelenkt. Angenommen, daß diese Rotationsachse nahe genug an der Achse der Linse 17 liegt, dann rotiert der Strahl um die Achse der Linse 17. Die Lichtquelle 10 hat dabei von der Linse 17 einen zweckentsprechenden Abstand. Das Teil 19 hat von der Linse 17 einen der Brennweite der Linse 17 entsprechenden Abstand. Dadurch wird der Lichtstrahl durch die Linse 17 auf einem Punkt auf dem Teil 19 fokussiert. In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck "Punkt", wie er in der Beschreibung verwendet wird, auf einen darstellbaren Punkt und nicht auf einen theoretischen Punkt von unendlich kleinen Abmessungen angewandt.

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Wenn dieser Lichtpunkt rotiert oder umläuft, dann wird das Licht an den Kanten der kreuzförmigen Ausrichtmarke zerstreut, wenn der im Brennpunkt erzeugte Lichtpunkt die Kanten der Ausrichtmarke trifft. Die Messungen werden in einem Dunkelfeld durchgeführt und ein kreisförmiger oder ringförmiger Lichtkollektor 18 nimmt das reflektierte Streulicht auf. Auf einer spiegelglatten Oberfläche ohne Stufen oder Kanten wird kein Licht nach dem Lichtkollektor als Streulicht reflektiert. Wenn dagegen der Lichtpunkt eine Kante überfährt, dann wird Streulicht an den Ringkollektor reflektiert. Der Ringkollektor kann dabei ein üblicher optische Leiter sein, wie er beispielsweise zur Beleuchtung eines Dunkelfeldmikroskops benutzt wird oder es kann ein aus einer Faseroptik bestehender Ring sein. Die Verwendung einer Faseroptik ist deswegen besonders günstig, da eine Faseroptik in verschiedene Sektoren unterteilt werden kann, wodurch das Signal:Stör-Verhältnis wesentlich verbessert werden kann, falls dies für erforderlich gehalten wird» Wie in Fig, 3 gezeigt, ist der Kollektor 18 mit einem Photovervielfacher oder mehreren Photovervielfachern verbunden. Vorzugsweise ist der Kollektor 18 so aufgebaut, daß er unter einem spitzen Winkel eintreffende Strahlung, d.h. Licht, das unter einem Winkel von etwa 30 bis 80° gegen die Achse der Linse reflektiert wird, aufnimmt,

Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Verarbeitung der von der Meßeinrichtung in Fig. 1 kommenden Signale. In Fig. 3 ist der Lichtdetektor 18 mit einem Photovervielfacher 25 verbunden. Obgleich nur ein Photokollektor 18 und ein Photovervielfacher dargestellt sind, können bei Unterteilung des Kollektors 18 in mehrere Segmente tatsächlich mehrere Kollektoren 18 und je ein Photovervielfacher für jeden Kollektor vorgesehen sein. Das Ausgangssignal des Photovervielfachers wird einem Analog-Digitalwandler 26 zugeleitet, der ein den vom Kollektor 18 aufgenommen Lichtsignalen entsprechendes digitales Ausgangssignal liefert. Der Codierer 15 ist ebenfalls an dem Analog-Digitalwandler 26 angeschlossen und gibt zu genau

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bestimmten Zeitpunkten digitale Werte ab« Zweckmäßigerweise wird man für jeden Umlauf des Zylinders 11 256 ooder mehr Impulse nehmen. Außerdem steht an dem Codierer 15 ein Ausgangssignal zur Verfügung, das beispielsweise dazu benutzt werden könnte, auf einem Streifenschreiber das analoge Ausgangssignal des Photovervielfachers 25 aufzuschreiben. Andererseits kann das Ausgangssignal auch einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt oder einem Kurvenschreiber zugeleitet werden.

In Fig. 4 sind zwei typische Ausgangssignale dargestellt, die sichtbar gemacht oder aufgezeichnet werden können. In Fig, 4 ist die X-Achse mit einem den Umläufen des Lichtstrahles entsprechenden Maßstab versehen. Auf der Y-Achse ist die Amplitude des Ausgangssignals des Lichtdetektors aufgetragen. Für jeden Schenkel des Kreuzes sind zwei typische Ausgangssignale,, nämlich A bzw. B gezeigt. Die Form des vom Lichtdetektor kommenden Ausgangssignals hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Zunächst ist der Durchmesser des durch die Linse 17 fokussierten Lichtpunktes sowie die Breite der Schenkel der Meß- oder Ausrichtmarke 20 von Bedeutung. Der Kurvenverlauf A stellt ein Ausgangssignal für den Fall dar, daß die Breite der Schenkel der Ausrichtmarke im Vergleich zur Größe des Lichtpunktes groß ist. Die Kurve A zeigt dabei insbesondere, daß jede Kante der Ausrichtmarke für sich genau definiert ist. Liegt andererseits die Größe des Lichtpunktes in der Größenordnung der Breite der Schenkel der Ausrichtmarke, dann wird eine Kurve, wie etwa B, erzeugt. Kurve B zeigt damit, daß für jeden Schenkel der Ausrichtmarke ein einziger Impuls erzeugt wird. Die Meßanordnung gemäß der Erfindung kann bei beiden Arten von Ausgangssignalen eingesetzt werden sowie auch mit einem Ausgangssignal_f das zwischen diesen beiden Extremwerten liegt. Fig, 4 zeigt aber die Tatsache, daß die Breite der einzelnen Schenkel der Ausrichtmarke für die Arbeitsweise dieser Meßanordnung keinesfalls von überragender Bedeutung ist.

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ti Ii Cj O Λ "i 1 Λ C Γ Α

Zur Bestimmung, ob das Tsil 19 gäian eingestallt ist. oder nicht, wird die Symmetrieachse, wie g,B_o ?:=^;J₇ für jeden Impuls B oder die Symmetrieachsen für die beicLs.¹.. 'L'upn.lBe A bestimmt, i-Tach Bestimmung der Symmetrieachsen ist c'ar Wiakslabstsind zwischen diesen Achsen ein Hinweis auf den Ort. dsa TeUs₁₈ Im Betrieb werden nat.urZ.irjh mehrere Messungen durenc■■ ".führt, um das Signal: Stör-Verhältnis su verbessern» Wenn beispielsweise die Abstände zwischen jeder der Symmetrieachsen; die den einzelnen Schenkeln der Ausrichtmarke entsprechen, gleich sind, dann ist die Achse der Ausrichtmarke mit der Achse der Linse 17 ausgerichtet, die für das System die Bezugsachse ist, Unterschiedliehe Abstände zwischen den Symmetrieachsen der den einzelnen Schenkeln der Ausrichtmarke zugeordneten Impulsgruppen läßt sich ganz eindeutig mit einer Fehlausrichtung das Teils 19 in bezug auf die Achse 24 in Verbindung bringen« Führt man diese Operation an zwei weit auseinanderlegenden Ausrichtmarken auf einem Plättchen durch, dann läßt sich dadurch das Plättchen für nachfolgende Fertigungsschritte genau einstellen» Eine gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung aufgebaute Apparatur benutzte eine Linse mit einer Brennweite von 1 cm. Der Durchmesser der Abtastung ist 0,1 mm, Für die Ausrichtung der Lichtquelle 10 auf äie Achse der Linse 17 wird der Zylinder 11 entfernt und an die Stelle des Teils 19 in Fig. 1 ein Spiegel gelegt. Dadurch wird das von der Lichtquelle 10 kommende Licht für die Ausrichtung in sich selbst zurück reflektiert. Mit heute bekannten Verfahren kann man ohne weiteres die Achse einer Lichtquelle innerhalb von 0,1° parallel zur Achse einer Linse ausrichten. Dadurch erhält man eine Genauigkeit für den Ort des Lichtflecks in der Größenordnung von 0,25 Mikrometer, Wenn der fokussierte Strahl einen Kreis mit einem Durchmesser von 0,1 mm beschreibt, dann sollten die Länge der einzelnen Schenkel der Ausrichtmarke größer sein als 0,05 mm. Mit der soeben beschriebenen Apparatur kann man dann das Teil 19 so lange genau ausrichten, als der fokussierte Lichtfleck mindestens einen Teil der Ausrichtmarke sieht.

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Zusätzlich zu der genauen Feststellung des Ortes eines Teils 19, das beispielsweise ein Halbleiterplättchen sein kann, läßt sich die erfindungsgemäß ausgestaltete Apparatur auch für die Ausrichtung einer Maske und für die Feststellung einer korrekten Ausrichtung einer solchen Maske vor und nach dem Belichten der auf dem Halbleiterplättchen 19 befindlichen Photolackschicht verwenden.

Für eine richtige Ausrichtung einer Maske muß eine vorbestimmte Beziehung zwischen der Maske und dem Plättchen bestehen. Fig. 5 erläutert, wie die Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Ausrichten einer Maske eingesetzt werden kann. In Fig. 5 weist ein Halbleiterplättchen 19 zwei Ausrichtmarken 20 auf. Jeder dieser Ausrichtmarken ist eine optische Apparatur 5 zugeordnet_f die auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens 19 einen rotierenden fokussierten Lichtfleck liefert. Jeder dieser Ausrichtmarken 20 ist auch ein ringförmiger Ringkollektor 18 der oben beschriebenen Art zugeordnet. Eine Maske 39 liegt in der Nachbarschaft des Plättchens 19, so daß das Maskenbild 35 durch eine nicht dargestellte Vorrichtung auf das Plättchen 19 projiziert werden kann. Bevor jedoch das Plättchen 19, das mit einem überzug aus Photolack versehen ist, tatsächlich belichtet werden kann, muß das Maskenbild in bezug auf zuvor bereits auf das Plättchen übertragene Maskenbilder oder Muster ausgerichtet werden. Zu diesem Zweck weist die Maske 39 zwei Ausrichtmarken 20" auf. Jeder dieser Ausrichtmarken 20' ist eine weitere optische Apparatur 5 zugeordnet_f die einen auf die Maske 39 fokussierten rotierenden oder umlaufenden Lichtfleck erzeugt. Da die Maske 39 lichtdurchlässig ist, kann die Maske 39 unter Verwendung der Lxchtdurchlässigkeit dieser Maske eingestellt werden. Zu diesem Zweck sind jedem dieser Ausrichtmarken 20* auch Lichtkollektoren 18' zugeordnet, die das durch die Maske übertragene Licht abfühlen. Die Ausrichtmarken 20' auf der Maske sind dabei so angelegt, daß sie eine übertragung von Licht verhindern. Daher geben die Detektoren ein Signal ab, das eine zu den in Fig, 4 dargestellten Signalen komplementäre Form auf-

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weist. Unter Verwendung gleichartiger Symmetrieverfahren läßt sich dann die Maske 39 genau in eine vorbestimmte Lage zum Plättchen 19 bringen, solange eine vorbestimmte Beziehung zwischen den Achsen der verschiedenen Linsen 17 besteht, die jeder der einen Lichtfleck erzeugenden Apparaturen zugeordnet ist. Die für die Bestimmung der Lagebeziehungen zwischen dem Plättchen 19 und der Maske 39 erforderliche Datenreduzierung eignen sich besonders für datenverarbeitende Anlagen.

Die Erfindung läßt sich außerdem noch für die Feststellung einer tatsächlich erfolgten richtigen Ausrichtung einsetzen. Insbesondere ist es oft erwünscht, festzustellen, nachdem ein Photolack belichtet und entwickelt worden ist, ob der entwickelte Photolack mit dem Substrat richtig ausgerichtet ist. Es ist dabei vorteilhaft, diese richtige oder fehlerhafte Ausrichtung vor einem Ätzvorgang festzustellen, damit man dann, wenn die Photolackbelichtung nicht genau mit dem Substrat ausgerichtet war, den Photolack abwaschen und neuen Photolack aufbringen, belichten und entwickeln kann. Wenn dies möglich ist, kann man selbstverständlich eine fehlerhaft ausgerichtete Photolackmaske verwerfen, ohne daß man dabei das Substrat selbst wegwerfen muß und die Arbeit, die für die teilweise Herstellung des Halbleiterplättchens bereits aufgewandt wurde, vergeblich war. Ein solches Verfahren ist mit dem Verfahren und der Apparatur gemäß der Erfindung möglich.

Fig, 5 zeigt insbesondere, daß das Plättchen 19 in dem durch die Maske 39 zu belichteten Bereich 36 ein Paar Ausrichtmarken 20" aufweist. Diese Marken 20" liegen nicht in dem Photolack, sondern liegen in einer Ebene unterhalb des Photolacks und sind bei einem vorhergehenden Arbeitsschritt eingeätzt worden. Innerhalb des Bereiches 35 der Maske 39, die ein Bild auf dem Plättchen 19 abbildet, liegen zwei weitere Ausrichtmarken 20¹¹¹. Diese Marken 20' " sind so angeordnet, daß sie zwar genau über den Ausrichtmarken 20" liegen, jedoch um einen Winkel gegen die Ausrichtmarken 20" verdreht sind. Eine Drehung

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um 45 wird vorgezogen, obgleich dies nicht wesentlich ist. Durch die Lage und Ausrichtung der Ausrichtmarken 20'' ' werden bei Belichtung des Photolacks auf dem Plättchen 19 durch die Maske 35 auch Bilder der Ausrichtmarken 20''' belichtet. Nach der Entwicklung des Photolacks liegt die Ausrichtmarke 20¹ ' ' über der Ausrichtmarke 20". Da der entwickelte Photolack Stufen oder Kanten an den Kanten der Ausrichtmarke 20' " zeigt, kann ein in Fig. 1 gezeigtes optisches System in Verbindung mit einem ringförmigen Lichtkollektor benutzt werden, um die an den Kanten beider Ausrichtmarken 20" und 20'" erzeugten Signale abzunehmen. Durch Untersuchung dieser Signale läßt sich die Ausrichtung zwischen dem entwickelten Photolack und dem Plättchen 19 bestimmen. Außerdem läßt sich diese Bestimmung vor Einsatz des Photolacks beim Niederschlag einer Schicht oder zum Ä'tzen benutzen. Wenn daher der entwickelte Photolack nicht richtig ausgerichtet ist, kann er abgewaschen werden und ein neuer Photolack kann vor dem Niederschlag einer Schicht erneut belichtet und entwickelt werden. Auf diese Weise kann man vor einem Niederschlagsverfahren bestimmen, ob der Photolack auf dem Plättchen richtig ausgerichtet ist oder nicht.

Es ist physikalisch möglich, aus einer Analogaufzeichnung der in Fig. 4 dargestellten Art die tatsächliche Lage des Teils 19 zu ermitteln. Man kann dabei beispielsweise mit bloßem Auge oder mit einem Lineal die Symmetriepunkte für jeden der Impulse oder Impulsgruppen feststellen. Nach Feststellen jedes der Symmetriepunkte kann man das Lineal erneut benutzen, um damit den Relativabstand zwischen den einzelnen Symmetriepunkten festzustellen und damit die Ausrichtung bzw. die fehlerhafte Ausrichtung mit der Achse der Linse 17 feststellen. Das vom Analog-Digitalwandler 26 kommende digitale Ausgangssignal kann jedoch auch einer Datenverarbeitungsanlage zugeführt werden, die programmgesteuert die gleiche Analyse durchführt. Diese Programme können dabei entweder nur die mit einem Lineal oder Maßstab durchgeführten Messungen reproduzieren oder man kann auch kompliziertere Programme einsetzen, die mit der Anpassung

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an Kurven und Fouriertransformationen arbeiten. Ein weiterer wichtiger Vorteil ergibt sich aus der Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage dadurch, daß man das Ausgangssignal der Lichtdetektoren analysieren kann. Durch die wesentlich größeren Möglichkeiten, die der Einsatz einer Datenverarbeitungsanlage bietet, ist es nicht länger notwendig, die Achse der Meß- oder Ausrichtmarke 20 genau auf die Achse der Linse 17 zu zentrieren, Ist die Achse der Ausrichtmarke 20 gegenüber der Achse der Linse 17 verschoben, so kann diese Information in der Datenverarbeitungsanlage eingespeichert und bei der Bestimmung der Ausrichtung der Maske verwendet werden. D.h. aber, daß es nicht notwendig ist, daß die Maske und das Halbleiterplättchen in bezug auf die Bezugsachse genau zentriert sind. Wichtig ist dabei, daß die gegenseitige Beziehung zwischen der Maske und dem Plättchen vorherbestimmt ist. Wenn daher beispielsweise das Plättchen in bezug auf die Bezugsachse fehlerhaft ausgerichetet und wenn außerdem die Maske vorsätzlich in gleicher Richtung und um den gleichen Betrag falsch ausgerichtet ist, dann stimmt die Ausrichtung zwischen Maske und Plättchen.

In der Beschreibung wird zwar ausdrücklich auf die Verwendung von Photovervielfachern als Lichtdetektoren bezug genommen, doch ist dies für die Erfindung nicht zwingend. Es könnten genausogut Phototransistoren, Photodioden oder Photoleiter_f je nach der zur Verfügung stehenden Lichtstärke, eingesetzt werden. Bei manchen Anwendungsgebieten können die Kollektoren weggelassen werden und das Licht unmittelbar dem Photovervielfacher, dem Phototransistor, der Photodiode oder einem ähnlichen Bauelement zugeführt werden.

Man erkennt somit, daß durch die vorliegende Erfindung eine praktische und nützliche Meßapparatur für die präzise Feststellung der Lage eines Plättchens und für die Ausrichtung einer Maske mit dem Plättchen geschaffen wurde und daß die Feststellung einer tatsächlich erfolgten richtigen Ausrichtung einer Maske möglich ist, wie sie beim Herstellen von integrierten

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Schaltungen erforderlich ist. Bei Anwendung der Erfindung ergeben sich gegenüber dem bisher mit bloßem Auge oder mit dem Mikroskop durchgeführten Verfahren eine Reihe von Verbesserungen. Zunächst einmal ist die Größe der Ausrichtmarken nicht kritisch, so daß ein Unterätzen oder überätzen der Ausrichtmarke für das Meßverfahren nicht nachteilig ist. Außerdem läßt sich die Messung durch transparente dielektrische Schichten hindurch vornehmen. Das Meßverfahren kann dabei Information in bezug auf die Ausrichtung in der Weise liefern, daß die Bestätigung der richtigen Ausrichtung nicht beeinflußt wird, und es lassen sich dann Schritte unternehmen, um eine fehlerhafte Ausrichtung zu korrigieren, bevor nicht umkehrbare Verfahrensschritte durchgeführt worden sind, die die Brauchbarkeit des Plättchens einschränken könnten. Außerdem erfordert die Apparatur, obgleich sie den Ort eines Plättchens oder Teils sehr genau zu messen in der Lage ist, keine sehr genaue gegenseitige Zuordnung der einzelnen Elemente. Wenn z.B. die Ausrichtmarke 19 nicht genau in der Brennpunktebene der Linse liegt, dann ist auch der Lichtfleck 21 nicht genau fokussiert, was jedoch den Einsatz der erfindungsgemäßen Apparatur nicht beeinträchtigt.

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Claims

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1. Anordnung zum Bestimmen der Lage von Teilen durch Erfassen des von einer Ausrichtmarke an deren das auftreffende Licht zerstreuenden Kanten reflektierte Licht unter Verwendung einer Lichtquelle zur Erzeugung von achsparallelem Licht,

dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines fokussierten, rotierenden Lichtpunktes auf der Ausrichtmarke eine rotierbare, den Strahl ablenkende Vorrichtung vorgesehen ist,

daß ferner eine Fokussierlinse (17) vorgesehen ist, die den rotierenden Lichtstrahl zu einem in der Ebene der Ausrichtmarke fokussierten, rotierenden Lichtpunkt fokussiert,

daß außerdem Abfühleinrichtungen (18) für das von den Kanten der Ausrichtmarke reflektierte Licht vorgesehen sind, die ein entsprechendes elektrisches Signal liefern und

daß schließlich eine auf die Winkellage des rotierenden Lichtstrahls ansprechende Äbfühlexnrichtung vorgesehen ist, die ein Maß für den Ort des Lichtflecks liefert, so daß Ort und Ausrichtung des zu messenden Teils aus diesen beiden Signalen ableitbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des rotierenden Lichtstrahls ein drehbar gelagerter Zylinder (11) vorgesehen ist, in dessen Innerem ein Prisma (12) und eine optisch planparallele Platte (13) vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (12) einen sehr kleinen Keilwinkel aufweist und das von der Lichtquelle (10) kommende Licht ablenkt

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und daß die optische plan-parallele Platte unter einem gegen die Achse der Lichtquelle geneigten Winkel angebracht ist und damit das Licht auf die Mitte der Fokussierlinse lenkt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Element eine Faseroptik benutzt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als lichtempfindliches Element ein ringförmiger Lichtsensor verwendet ist, der aus einer Anzahl von Faseroptischen Vorrichtungen besteht.

6. Anordnung nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühleinrichtung aus einer Anzahl von Sektoren aus Faseroptik besteht,

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer ein schrittweise arbeitender optischer
Codierer ist.

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