DE3114682A1

DE3114682A1 - Verfahren und vorrichtung zum ausrichten von einander beabstandeter masken- und waferelementen

Info

Publication number: DE3114682A1
Application number: DE19813114682
Authority: DE
Inventors: Martin 07974 Murray Hill N.J. Feldman; Alan David 07922 Berkeley Heights N.J. White; Donald Lawrence 07924 Bernardsville N.J. White
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1980-04-11
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1981-12-24
Also published as: IT8121022A0; BE888344A; GB2073950A; NL189632C; NL189632B; NL8101776A; JPH0132649B2; CA1154175A; GB2073950B; IT1137326B; US4326805A; FR2482285A1; FR2482285B1; DE3114682C2; JPS56157033A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten von einander beabstandeter Masken- und Waferelemente gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, bzw. des Anspruchs 2. Ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung kommt zum Einsatz bei der Herstellung integrierter Schaltungen, insbesondere bei dem exakten Ausrichten von Masken und Wafern, die bei der Herstellung solcher Schaltkreise verwendet werden.

Die Herstellung von Mikrominiaturbauelementen und -schaltkreisen macht es häufig erforderlich, daß ein Satz von Masken (manchmal bis zu zwischen 10 und 12) sukzessive bezüglich eines Halbleiterwafer ausgerichtet wird. Um eine vernünftige Ausbeute bei der Herstellung solcher Bauelemente zu erzielen, werden präzise Toleranzen bei dem Ausrichtvorgang gefordert. Bei sehr stark auflösenden Einrichtungen sind häufig Ausrichttoleranzen im Bereich unter der Mikrometergrenze notwendig. In der Praxis hat sich das Problem, zufriedenstellend arbeitende Geräte zum Erreichen einer derart hochgenauen Ausrichtung zu konstruieren, als schwierig zu lösen erwiesen.

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Für sehr stark auflösende Einrichtungen wird die Röntgenstrahllithographie mehr und mehr als zweckmäßiges Mittel eingesetzt. Eines der Hauptprobleme für die Konstrukteure von Röntgenstrahl-Belichtungssystemen bestand in dem Erfordernis, daß die Masken-Wafer-Ausrichtung mit einer Genauigkeit im Sub-Mikrometerbereich erfolgen muß. Wenn darüberhinaus eine mit optischen Mitteln arbeitende Ausrichtmethode ervzünscht ist, ergibt sich für den Konstrukteur das zusätzliche Problem, daß die über einem zugehörigen Wafer liegende Maske in einem solchen System typischerweise keine hohe Durchlässigkeit für das bei der Ausrichtung verwendete Licht aufweist. Folglich sind Helligkeit und Kontrast der auf dem Wafer während des Ausrichtvorgangs betrachteten Maske häufig an der Grenze des Brauchbaren. Darüberhinaus waren bisher bekannte Ausrichtmethoden nicht in der Lage, sogenannte Vergrößerungsfehler zu kompensieren, die in einem Röntgenstrahlsystem aufgrund Verzerrungen in der Maske und/oder dem Wafer oder aufgrund anderer Ursachen, die zurückzuführen sind auf Abstandsänderungen zwischen Maske und Wafer, auftreten.

Folglich wurden beträchtliche Anstrengungen darauf verwendet, eine verbesserte optische Ausrichtmethode, insbesondere zur Verwendung in einem Röntgenstrahllithographiesystem zu entwickeln. Man erkannte, daß, falls diene Bestrebungen erfolqreich sein sollten, eine spürbare Verbesserunq der Leistungs-

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fähigkeit des Systems erzielt werden würde, und daß die Wahrscheinlichkeit, daß sich bei der Herstellung von Bauelementen mit sehr hoher Auflösung solche Anlagen kommerziell durchsetzen, vergrößern würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der oben erläuterten Art anzugeben, das bzw. die sich insbesondere zur Verwendung in einem Röntgenstrahllithographiesystem eignet, und mit dem bzw. mit der eine Kompensierung sogenannter Vergrößerungsfehler möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß werden auf den voneinander beabstandeten Masken- und Waferelementen erzeugte Zonenplattenmarken dazu verwendet, Ausrichtmuster in einem Röntgenstrahllithographiesystem abzubilden. Gemäß einem Merkmal der Erfindung v/erden die Marken optisch unter einem Winkel bezüglich der Haupt-Längsachse des Systems derart beleuchtet, daß die projizierten Abbilder der Zonenplattenmarken entlang Achsen erfolgt, welche die Röntaenstrahlquelle schneiden. Durch Erzielen einer richtigen Ausrichtung der verschiedenen Zonenplattenmarken

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entlang dieser Achsen erreicht man eine richtige Ausrichtung von Maske und Wafer zu der Röntgenstrahlquelle.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 beispielhafte auf einer Maske bzw. einem Wafer ausgebildete Zonenplattenmarken,

Fig. 3 eine Anordnung mit voneinander beabstandeten Masken- und Waferelementen, auf denen jeweils Zonenplattenmarken ausgebildet sind, wobei aus der Darstellung hervorgeht, wie die Marken während des Ausrichtens beleuchtet werden,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines von Hand betätigten Ausrichtsystems,

Fig. 5 eine einem physikalisch verzerrten Wafer zugeordnete Maske, wobei aus der Darstellung die erfolgende Korrektur sogenannter Vergrößerungsfehler hervorgeht,

Fig. 6 verschiedene Ausrichtmarken-Muster, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines automatisch arbeitenden Ausrichtsystems.

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Die Verwendung von Zonenplattenmustern auf Masken und/oder Wafern zum Erleichtern der Ausrichtung dieser Teile ist in der US-PS 4 037 969 beschrieben. Wie in dieser Patentschrift im einzelnen erläutert ist, wirkt ein solches Muster wie eine Linse, die in der Lage ist, selbst bei schwachem Licht und selbst dann, falls das Muster beispielsweise durch Verschließ oder Staub schlechter geworden ist, ein Abbild relativ hoher Helligkeit mit gutem Kontrast zu liefern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Muster, wie sie in der erwähnten US-Patentschrift beschrieben sind, auf Masken- und Waferelementen vorgesehen, die in einem Röntgenstrahllithographiesystern verarbeitet werden. Fig. 1 und 2 zeigen eine typische derartige Maske bzw. einen typischen Wafer.

Fig. 1 zeigt in Draufsicht eine Maske 10, die beispielsweise ein Substrat aufweist, auf dem eine Goldschicht entsprechend einem speziellen Muster aufgebracht ist. In der Nähe des Umfangs der Maske 10 sind, auf einer x-Achse 18 zentriert, voneinander beabstandet zwei Gruppen 12 und 20 spezieller Ausrichtmuster ausgebildet. Die Gruppe 12 enthält vier im wesentlichen identische Muster 13 bis 16, die Gruppe 20 enthält vier im wesentlichen identische Muster 21 bis 24.

Beispielsweise hat die Maske 10 gemäß Fig. 1 einen Durchnesser

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von etwa 7,5 cm, und die jeweiligen Mitten 17 bzw. 25 der Gruppen 12 und 20 sind etwa 6 mm von der Kante der Maske beabstandet- Beispielsweise hat jedes der Muster 13 bis 16 sowie 21 bis 24 einen Durchmesser von etwa 100 Mikrometer, der Gesamtdurchmesser jeder der Gruppen 12 und 20 beträgt etwa 300 Mikrometer.

Fig. 1 zeigtveiterhin eine vergrößerte Darstellung 26 der Ausgestaltung der Marke 23. Die vergrößerte Marke 26 weist gemäß ihrer schematischen Darstellung einen inneren Kreis 28 auf, der von einem Satz konzentrischer Ringe 29 bis 42 umgeben ist. Die übrige Oberfläche der Maske 10 ist in (nicht dargestellter) herkömmlicher Weise mit Mustern versehen, die der speziellen Ausgestaltung einer auf dem zugehörigen Halbleiterwafer auszubildenden integrierten Schaltung entsprechen.

Der innere Kreis 28 sowie die Ringe 30, 32, 34, 36, 38, 40 und 42 der Marke 26 gemäß Fig. 1 können z. B. Bereiche mit relativ starkem Reflexionsvermögen sein, wohingegen die Ringe 29, 31, 33, 35, 37, 39 und 41 derart ausgebildet sind, daß sie ein relativ geringes Reflexionsvermögen besitzen. In dem speziell dargestellten Beispiel, bei dem die Maske 10 ein für Röntgenstrahlen durchlässiges Substrat aufweist, auf dem Goldmuster ausgebildet sind, bestehen die Flächenbereiche 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40 und 42 aus Gold, während die Flä-

chenbereiche 29, 31, 33, 35, 37, 39 und 41 aus Oberf lächen'r· abschnitten des Substrats bestehen. Diese Oberflächenabschnitte weisen ein relativ niedriges Reflexionsvermögen auf und lassen zumindest teilweise das beim Ausrichten verwendete Licht durch. Alternativ könnten die Flächenbereiche 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40 und 42 relativ niedriges Reflexionsvermögen aufweisen, während die Flächenbereiche 29, 31, 33,-35, 37, 39 und 41 ein relativ hohes Reflexionsvermöaen aufweisen könnten.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterwafer 60. In voneinander beabstandeten Bereichen am Umfang des Wafers 60 sind zwei speziell dargestellte Ausrichtmuster 61 und 62 ausgebildet. Beispielsweise ähneln die Muster 61 und 62 den bereits beschriebenen Marken 13 bis 16 und 21 bis 24, die in Fig. 1 dargestellt sind. Fig. 2 zeigt weiterhin eine vergrößerte Darstellung 64 der Ausgestaltung der Marke 62. Die vergrößerte Darstellung 64 zeigt schematisch einen inneren Kreis 66, der von einem Satz konzentrischer Ringe 67 bis 80 umgeben ist.

Jedes Ausrichtmuster 61 und 6 2 gemäß Fig. 2 besitzt etwa einen Durchmesser von 100 Mikrometer. Erfindungsgemäß sind die Muster 61 und 62 so anneordnet, daß sie etwas versetzt bezüglich der Mitten der Gruppen 12 und 20 (Fia. 1) liegen,

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- ι/- 49.

wenn die Maske 10 und der Wafer 60 in der noch unten zu beschreibenden Weise ausgerichtet sind. In einem speziellen Beispiel ist die Mitte des Musters 61 zweckmäßigerweise um 2,54 Mikrometer bezüglich des Mittelpunktes 17 der Gruppe 12 nach links versetzt, und die Mitte des Musters 62 ist zweckmäßigerweise um 2,54 Mikrometer bezüglich des Mittelpunkts 25 der Gruppe 20 nach rechts versetzt. In Fig. 2 liegen imaginäre Punkte 81 und 82 auf dem Wafer 60 direkt unter den Mittelpunkten Ϊ7 bzw. 25 der Maske 10, wenn die Elemente 10 und 60 exakt ausgerichtet sind.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene einfache Wege zum Herstellen der Ausrichtmuster gemäß Fig. 1 und 2 bekannt. Auf dem Wafer 60 können die Muster 61 und 62 Bereiche hohen Reflexionsvermögen der Art aufweisen, die oben in Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurden. Alternativ können die Muster 61 und 62 sogenannte Phasendifferenzmuster sein, die gekennzeichnet sind durch entweder unterschiedlich hohe Abstufungen oder Brechungsindexunterschiede, wie es in dem oben erwähnten US-Patent beschrieben ist.

Die speziellen in Fig. 1 und 2 dargestellten Zonenplattenmuster enthalten kreisförmige Fresnelzonenplatten. Eine genaue Beschreibung eines solchen Musters und seiner Wirkungsweise als Linse findet sich in der oben angegebenen US-Patentschrift.

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Hier handelt es sich zum Zwecke der Anschauung bei den speziellen dargestellten und beschriebenen Zonenplatten um kreisförmige Fresnelzonenplatten. Andere Arten von Zonenplatten und auch andere Muster als Zonenplatten sind möglich, um fokussierte Abbilder zu Ausrichtzwecken zu erhalten, wie es in der erwähnten US-Patentschrift angegeben ist. Diese anderen Muster können die im vorliegenden Fall dargestellten und beschriebenen Muster ersetzen.

Die auf der Maske 10 gemäß Fig. 1 ausgebildeten Zonenplattenmarken unterscheiden sich von den auf dem Wafer 60 gemäß Fig. 2 ausgebildeten Zonenplattenmarken in dem einen Punkt, daß ihre Brennweiten unterschiedlich sind. Wie in der erwähnten US-Patentschrift dargelegt ist, können Zonenplattenmarken so ausgelegt werden, daß sie spezielle Brennweiten ergeben. Im vorliegenden Fall ist jede der Zonenmarken 13 bis 16 und 21 bis 24 so ausgelegt, daß sie eine Brennweite von f hat, und jede Zonenplattenmarke 61 und 62 ist so ausgelegt, daß sie eine Brennweite von f hat. In den unten erläuterten Beispielen ist f so ausgelegt, daß sie um s Mikrometer größer

ist als f , wobei s der Nennabstand zwischen der Maske und m

Wafer ist, wenn diese Elemente zur Belichtung in einem Röntgenstrahllithographiesystem ausgerichtet sind.

Fig. 3 zeiqt die Maske 10 gemäß Fia. 1 und den Wafer 60 cre-

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maß Fig. 2 in zueinander beabstandeter Lage zur Belichtung in einem Röntgenstrahllithographiesystern. Der Wafer 60 wird von einem beweglichen Tisch 84 getragen. (Ein typisches Röntgenstrahlbelichtungssystem ist im einzelnen in der US-PS 4 185 202 beschrieben.) In einem beispielhaften derartigen System ist die Röntgenstrahlquelle 85 etwa 50 cm oberhalb der Maske 10 in der Mitte angeordnet. Ein von der Quelle 85 ausgehendes divergierendes Bündel von Röntgenstrahlen hat eine derartige Form, daß es die gesamte Oberseite der Maske 10 bestreicht. Strahlen 86 und 87 des Röntgenstrahlbündels sind auf die oben spezifizierten Mittenpunkte 17 und 25 der Ausrichtmarkengruppen 12 bzw. 20, die auf der Unterseite der Maske 10 gemäß Fig. 3 ausgebildet sind, gerichtet. In dem vorliegenden System beträgt der Winkel a zwischen jedem der Strahlen 86 und 87 einerseits und der Haupt-Längsachse 83 andererseits etwa 3,6 Grad.

Erfindungsgemäß sind die Strahlen 86 und 87 gemäß Fig. 3 außerdem jeweils auf die Mitten der Marken 61 und 62 des Wafers 60 gerichtet» Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 beträgt die Versetzung oder der Abstand d zwischen den überlappenden Ausrichtmustern auf Maske und Wafer etwa 2,54 Mikrometer, wenn der Abstand s zwischen der Maske 10 und dem Wafer 60 etwa 40 Mikrometer beträgt.

Gemäß einem erfindungsgemäßen Merkmal wird jedes überlappende

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Paar von Zonenplattenmustern auf Maske und Wafer gemäß Fig. 3 von einem achsenversetzten, d. h. nicht in der Achse befindlichen optischen Strahl beleuchtet, der von einer virtuellen Quelle im Unendlichen kommt. Gemäß Fig. 3 sind die auffallenden Beleuchtungsstrahlen auf Linien 88 und 90 zentriert, Der Hauptstrahl aus der Mitte jeder Quelle bildet einen winkel b mit der horizontalen Achse 92. Der Winkel b ist das Komplement bezüglich des Winkels a und beträgt folglich in dem dargestellten Ausführungsbeispiel 86,4 Grad.

Die entlang der Linien 88 und 90 gemäß Fig. 3 gerichteten einfallenden Strahlen werden von den auf der Maske 10 und dem Wafer 60 ausgebildeten Zonenplattenmarken reflektiert und fokussiert» Die Brennweite jeder der Zonenplattenmarken in der Gruppe 12 und 20 auf der Maske 10 ist derart ausgelegt, daß sie etwa 300 Mikrometer beträgt, wohingegen die Brennweite der Marken 61 und 62 auf dem Wafer 60 etwa 300 + s oder 340 Mikrometer beträgt. Folglich erscheinen die durch sämtliche Zonenplattenmarken erzeugten Abbilder in einer gemeinsamen x-y-Ebene etwa 300 Mikrometer oberhalb und parallel zur Oberseite der Maske 10.

In Fig. 3 verläuft der Hauptstrahl 94 des von der Zonenplattenmarke 61 auf dem Wafer 60 reflektierten und fokussierten Lichts durch die Mitte der Gruppe 12 auf der Maske 10 und ist auf die Quelle 85 gerichtet. Unter dieser Bedinguna, die

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in der nachstehend erläuterten Weise gewährleistet wird, sind Maske 10 und Wafer 60 zueinander bezüglich der Röntgenstrahlenquelle 85 richtig ausgerichtet, wobei jedes Maskenelement bezüglich des entsprechenden Oberflächenabschnitts auf dem Wafer seitlich richtig versetzt ist, um einen solchen Oberflächenabschnitt durch divergierende Röntgenstrahlen zu maskieren, d. h., um Schatten auf diese Bereiche zu werfen. In ähnlicher Weise verläuft der Hauptstrahl 96 des von der Marke 62 reflektierten und fokussierten Lichts durch die Mitte der Gruppe 20, und er ist ebenfalls auf die Quelle 85 gerichtet. Die Hauptstrahlen des von den vier Zonenplattenmarken in der Gruppe 12 auf der Maske 10 reflektierten und fokussierten Lichts verlaufen jeweils parallel zum Strahl 94. In ähnlicher Weise verlaufen die Hauptstrahlen des von den Marken in der Gruppe 20 kommenden Lichts jeweils parallel zum Strahl 96.

Fig. 4 zeigt eine von Hand zu bedienende Ausrichteinrichtung gemäß der Erfindung. Die Einrichtung enthält eine optische Quelle 10, bei der es sich beispielsweise um eine nicht-kohärentes, polychromatisches Licht abgebende Quelle handeln kann, beispielsweise um eine herkömmliche Wolfram-Halogenoder Quecksilberdampflampe. (Die Quelle lOOkann auch aus einer Laserquelle bestehen. Ein automatisch arbeitendes Ausrichtsystem mit einer Laser-Lichtquelle wird unten in Zusam-

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menhang mit Fig. 7 erläutert werden.) Wie man der Zeichnunq entnimmt, werden die Ausgangsstrahlen der Quelle 10 auf die Eingangsseite einer optischen Faser 102 gekoppelt, deren ausgangsseitiges Ende so positioniert ist, daß eine Targetplatte 104 beleuchtet wird. Die Platte 104 besteht beispielsweise aus einem undurchsichtigen Metallsubstrat, in dem in der Mitte eine durchsichtige Marke ausaebildet ist. Im vorliegenden Fall besteht die durchsichtige Targetmarke aus einem einzelnen Kreuz. (Felder derartiger Kreuze sind in Fig. 6 dargestellt; hierauf wird unten noch eingegangen.)

Die in Fig. 4 dargestellte Einrichtung enthält weiterhin eine Standard- Relaislinse 106 und einen herkömmlichen Strahlteiler 108. Durch die Linse 106 wird um den Punkt 112 herum zentriert ein Abbild des beleuchteten Targetkreuzes in der rückseitigen Brennebene eines herkömmlichen Mikroskopobjektivs 110 gebildet. Das Objektiv 110 wiederum lenkt einen optischen Strahl von einer im Unendlichen gelegenen virtuellen Targetquelle bei den linken Zonenplattenmarken der Maske 10 und des Wafers 60. Der nicht in der Achse orientierte einfallende Strahl ist durch eine Linie 114 angedeutet. Die Orientierung erfolgt genau so, wie es oben in Zusammenhang mit der Beschreibung der Fig. 3 erläutert wurde.

Das auf die Zonenplatten-Ausrichtmarkcn gemäß Fig. A gelenkte

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Licht wird von diesen reflektiert und in einer 300.Mikrometer oberhalb der Maske 10 liegenden Ebene fokussiert. Die Achse des Lichts schneidet die (nicht dargestellte) Röntgenstrahlquelle. Wenn man annimmt, daß die speziell in Fig. 1 und 2 dargestellten Zonenplattenmuster auf der Maske und dem Wafer gemäß Fig. 4 ausgebildet sind, wird hierdurch in der angegebenen Ebene ein aus fünf Targetkreuzen bestehendes Feld fokussiert. Die relative Lage dieser Targetkreuze gibt, wie noch beschrieben werden wird, Aufschluß über die richtige Ausrichtung von Maske und Wafer bezüglich der Röntgenstrahlenquelle. Dieses Feld von Abbildern wird durch das Objektiv 110, den Strahlenteiler 108 und ein herkömmliches Okular 116 auf das Auge 118 einer Bedienungsperson des Ausrichtsystems gelenkt. Die Bedienungsperson sieht das Ausrichtmuster effektiv so, wie es von der Röntgenstrahlenquelle "gesehen" wird.

In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ist es vorteilhaft, in der Anordnung gemäß Fig. 4 ein herkömmliches optisches Filter anzuordnen. Auf diese Weise kann eine spezielle Wellenlänge ausgewählt werden, die angepaßt ist an die Ausgestaltung der Zonenplattenmarken und die Ausrichtmarken mit relativ hoher Intensität ergibt. Es wurde jedoch auch ohne ein solches Filter bei Verwendung einer nolychromatischen Lichtquelle zufriedenstellend gearbeitet. Zurückzuführen ist dies auf verschiedene Faktoren, die in Kombination

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eine Filterwirkung ergeben. Zunächst besitzt das menschliche Auge in einem relativ schmalen Frequenzband ein eine Spitze aufweisendes Ansprechverhalten. Zweitens wurde beobachtet, daß die verschiedenen speziellen Materialien von Maske und Wafer kürzere Wellenlängen dämpfen. Darüber hinaus ergibt nur eine dominierende Wellenlänge typischerweise eine scharfe Fokussierung in der speziellen Target-Abbildungsebene, die von der Bedienungsperson beobachtet wird.

In der in Fig. 4 dargestellten Anordnung ist noch ein weiterer Ausrichtkanal vorgesehen, der identisch aufgebaut ist wie der oben erläuterte. Dieser Kanal dient zum Beleuchten der rechts auf der Maske 10 und dem Wafer 60 ausgebildeten Zonenplattenmarken. Um die Zeichnung nicht zu überlasten, ist lediglich das Mikroskopobjektiv 120 dieses weiteren Kanals durch gestrichelte Linien in Fig. 4 angedeutet. Dieser andere Kanal liefert ein weiteres aus fünf Targetkreuzen bestehendes Feld, das in der oben angegebenen Ebene fokussiert wird.

Durch Betrachten der zwei Targetkreuz-Felder, wie sie für die Röntgenstrahlenquelle "erscheinen", kann die Bedienungsperson die Maske 10 und den Wafer 60 zueinander exakt bezüglich der Röntgenstrahlenquelle ausrichten. Die Ausrichtung erfolgt durch einen von Hand betätiqten Mikropositionierer 122. Durch diesen Mikronositionieror 122 kann die Bedienungsperson den

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Wafer 60 in x- und y-Richtung bewegen. Darüber hinaus kann der den Wafer 6O tragende Tisch 84 durch den Mikropositionierer 122 in z-Richtung bewegt werden, um den Masken-Wafer-Abstand einzustellen. Zusätzlich kann der Wafer 60 dadurch in einer x-y-Ebene um eine zur z-Achse parallele Achse gedreht werden,um eine spezielle sogenannte Θ-Ausrichtung zu erhalten.

In Fig. 5 ist ein zu groß bemessener Wafer 126 (d. h. der Wafer ist bezüglich seiner Nenn-Abrnessungen zu groß) beabstandet von einer normal großen Maske 128 dargestellt. Die Beabstandung zwischen diesen Elementen entspricht der oben erwähnten Lücke von 40 Mikrometer. Die Linien 130 und 132 gemäß Fig. 5 stammen jeweils von einer zentrisch angeordneten Röntgenstrahlenquelle 134, sie verlaufen durch die jeweiligen Mitten der beiden Zonenplattenmuster 136 und 138 auf der Unterseite der Maske 128. Aufgrund der Vergrößerung des Wafers 126 bezüglich seiner vorgeschriebenen Nenngröße jedoch sind die Zonenplattonmuster 140 und 142 ebenso wie weitere oben angegebene Elemente auf dem Wafer 126 bezüglich den auf der Maske 128 ausgebildeten Elementen nicht richtig ausgerichtet. Demzufolge würden Fehler auftreten, wenn die Belichtung der Maske 128 und des übergroßen Wafers 126 mit einem Lückenabstand von 40 Mikrometer durchgeführt würde.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die achsenversetzte Be-

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if.

leuchtung der Zonenplattenmuster 136, 138, 140 und 142 gemäß Fig. 5 geeignet, Target-Abbilder zu liefern, die kennzeichnend sind für die Fehlerbedingung, die sich ergäbe, falls die Maske 128 und der Wafer 126 um 40 Mikrometer beabstandet bleiben würden. Wie in Fig. 5 angedeutet ist, führt die achsenversetzte Beleuchtung der Zonenplattenmarken 140 und 142 dazu, daß die Target-Kreuze links und rechts von der Soll-Stelle erscheinen, wo sie erscheinen würden, falls der Wafer 126 nicht zu groß wäre. (Diese Fehlerbedingung ist in Fig. 6 in der untersten Reihe dargestellt.)

Erfindungsgemäß ist eine Unterlage vorgesehen zum Einstellen des Masken-Wafer-Abstands derart, daß ein auf einen zu großen oder zu kleinen Wafer 126 zurückzuführender Fehler kompensiert wird. Dadurch, daß der Wafer um eine zusätzliche Entfernung g (vgl.Fig. 5) von der Maske 128 entfernt wird, bzw. auf die Maske hinzubewegt wird, wird die gewünschte Ausrichtung zwischen den oben erwähnten Elementen auf dem Wafer und den auf dem Wafer neu zu definierenden Elementen (wie sie durch die Maske 128 vorgegeben werden) erreicht. Das Erreichen des richtigen Masken-Wafer-Abstands zwecks exakter Ausrichtung wird angezeigt, wenn die durch die Zonenplattenrnarken 140 und 142 des Wafers fokussierten Target-Kreuze in der Mitte der jeweiligen Kreuzfelder, wie sie durch die Zonenplattenfeider 136 und 138 der Maske 128 fokussiert werden,

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erscheinen. Dies ist in der oberen Reihe von Fig. 6 dargestellt.

Die beiden Targetkreuzfelder in der oberen Reihe in Fig. 6 kennzeichnen beabstandete Masken- und Waferelemente der hier speziell beschriebenen Art, wobei die Elemente in x-, y-, z- und Θ-Richtung ausgerichtet sind. Die Kreuze 144 bis 151 gemäß Fig. 6 sind Abbilder, die durch die einzelnen Zonenplattenmarken 13 bis 16 bzv/. 21 bis 24 der in Fig. 1 dargestellten Maske 10 gebildet werden. Die in der oberen Reihe in Fig. 6 zentral liegenden Kreuze 161 und 162 sind Target-Abbilder, die durch die Zonenplattenmarken 61 bzw. 62 des Wafers 60 gemäß Fig. 2 erzeugt werden.

Die Targetkreuzfelder in der zweiten, dritten und vierten Reihe von Fig. 6 sind repräsentativ für beabstandete Masken- und Waferelemente, die in x-, y- und Θ-Richtung fehlausgerichtet sind. Ferner ist das in der letzten Reihe von Fig. 6 dargestellte Feld repräsentativ für eine Fehlorbedingung, die durch eine zu große oder zu kleine Maske und/oder einen zu großen oder zu kleinen Wafer entsteht. Durch Betrachtung dieser Felder und durch Manipulieren des Mikropositionierers 122 (Fig. 4) kann eine Bedienungsperson die Maske und den Wafer so ausrichten, daß diese Elemente richtig orientiert sind.

Ein erfindungsqemäß aufgebciutes, automatisch arbeitendes Aus-

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richtsystem ist in Fig. 7 dargestellt. Bei diesem System int es vorteilhaft, einen Laser 166 als Lichtquelle zu verwenden. Auf diese Weise wird ein relativ höher Störabstand erzielt.

Um bei dem in Fig. 7 dargestellten System Interferenzerscheinungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das Einzelpunkt-Ausgangssignal des Lasers 166 zum Bilden eines Vier-Punkt-Tarqetfeldes, bestehend aus zwei nacheinander auftretenden Punktpaaren, zu verarbeiten. In jedem Punktpaar sind die Einzelpunkte unterschiedlich polarisiert. So sei z. B. angenommen, daß das Ausgangssignal des Lasers 166 fokussiert werde, um einen einzelnen, um 45 ° polarisierten Lichtpunkt zu bilden. Dieser Punkt wird auf einen herkömmlichen Polarisations-Strahlenteiler 168 gegeben, der das Licht durch λ/4-Plättchen 170 bzw. 172 nach oben bzw, nach links durchlaufen läßt, so daß es auf Spiegel 174 bzw. 176 auftrifft. Das von den Spiegeln reflektierte Licht wird durch die Plättchen 170 und 172 zurückgeworfen, um dann von dem Strahlenteiler 168 auf den quer verlaufenden Weg 177 gerichtet zu werden, so daß die Strahlen auf einen Galvanometerspiegel 178 auftreffen, der so angeordnet ist, daß er sich um eine in y-Richtung verlaufende Achse dreht.

Dadurch, daß einer der Spiegel 174 und 176 gemäß Fig. 7 um einige Grad orthogonal bezüglich des anderen Spiegels anneordnet:

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wird, verlaufen entlang des Weqes 177 zwei räumlich getrennte Strahlen zum Erzeugen beabstandeter Punkte. Gemäß dem Beispiel ist ein Punkt-Strahl in einer horizontalen Ebene polarisiert, während der andere Strahl in der vertikalen Ebene polarisiert ist. Diese Punktstrahlen treffen auf den Spiegel 178 an in der y-Richtung beabstandeten Stellen auf und werden reflektiert, um entlang des Weges 180 weiterzulaufen. Nach dem Durchlaufen von Linsen 182 und 184 werden diese Punkte in derselben x-Lage an entlang der y-Richtung beabstandeten Stellen auf jeder Seite einer Bezugslinie 186 abgebildet.

Anschließend wird der Spiegel 178 gedreht, so daß die zwei von ihm reflektierten Punktstrahlen entlang eines Weges 188 verlaufen, um die Linsen 182 und 190 zu passieren. Wie zuvor werden diese Punkte in y-Richtung beabstandet auf beiden Seiten der Bezugslinie 186, jedoch an unterschiedlichen Stellen der x-Achse abgebildet. Als Beispiel sei angegeben, daß der Spiegel 179 zwischen den beiden anqeqebenen Stellunqen mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 Schwenkbewegungen pro Sekunde bewegt wird.

In dem oben erläuterten und in Fig. 7 skizzierten Ausführungsbeispiel wird dadurch ein Vier-Punkt-Targetfeld erzeugt. Dieses Feld ist ein Ersatz für das einzelne Targetkreuz, welches oben

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in Zusammenhang mit dem System gemäß Fig. 4 beschrieben wurde.

Die Relaislinse 106, der Strahlenteiler 108 und das Mikroskopobjektiv 110 gemäß Fig. 7 entsprechen den identisch numerierten Elementen in Fig. 4. Die Maske 10 und der Wafer 60 auf dem beweglichen Tisch 84 können identisch ausgebildet sein wie die oben beschriebenen Masken- und Waferelemente. Zonenplattenmarken auf den Elementen dienen zum Fokussieren des einfallenden Punktfeldes oberhalb der Oberfläche der Maske 10. Danach werden die Punkte durch das Objektiv 110 und den Strahlenteiler 108 auf die Linse 192 gelenkt, welche die Punkte auf die Fläche eines herkömmlichen photoempfindlichen Detektors, wie z. B. einer Fernsehkamera 194, fokussiert. Ansprechend hierauf erzeugt die Kamera 194 elektrische Signale, die repräsentativ sind für das einfallende Feld der optischen Punkte. Für Fehlerbedingungen, die der Fehlausrichtung in x-, y- oder Θ-Richtung entsprechen, oder für eine Fehlerbedingung, die aus einer Verzerrung oder einer Größenschwankung der Maske und/oder des Wafers resultiert, werden von einer herkömmlichen Steuerschaltung 196 elektrische Korrektursignale erzeugt und an eine Mikropositionier-Einheit 198 gegeben. Die Einheit 198 bewirkt eine Justierung in x-, y- und Θ-Richtung und führt eine Abstandsänderung der dargestellten Masken- und Waferelemente aus, um zu veranlassen, daR ein

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symmetrisches Muster auf die Kamera 194 auftrifft. Ein solches symmetrisches Muster ist kennzeichnend für eine exakte Ausrichtung der Elemente. An diesem Punkt werden keine weiteren Korrektursignale durch die Steuerschaltung 196 erzeugt und an den Mikropositionierer 198 gegeben. Folglich erfolgt keine weitere Bewegung der ausgericheteten Masken- und Waferelemente.

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Claims

Patentansprüche

1. / Verfahren zum Ausrichten von einander beabstandeter Masken-

und Waferelemente (10, 60) bezüglich einer Quelle (85) divergierender Energiestrahlen, wobei auf den Elementen jeweils Ausrichtmuster (12, 61) vorgesehen sind, die zum Zwecke der Ausrichtung ausgebildet sind und jeweils auf einfallende Beleuchtung, die Ausrichtmarkeninformation enthält, anspricht, um durch Reflexion ein fokussiertes Abbild der Marke zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Ausrichtmuster unter einem solchen Winkel beleuchtet wird, daß Reflexion und die damit einhergehende Erzeugung der Abbilder in Richtungen erfolgt, die die Quelle schneiden.

2. Vorrichtung zum Ausrichten von einander beabstandeter Masken- und Waferelemente (10, 60) bezüglich einer Quelle (85) divergierender Energiestrahlen, wobei die Elemente jeweils ein Ausrichtmuster aufweisen, das, wenn es von einfallender, Ausrichtmarkeninformation enthaltender Strahlung beleuchtet wird, die Strahlung durch Reflexion fokussiert, um entsprechende Abbilder der Ausrichtmarke zu erzeugen, gekennzeichnet durch eine Anordnung (100, 102, 104, 106, 110) zum Beleuchten jedes Ausrichtmusters unter einein solchen

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Winkel, daß Reflexion und die damit einhergehende Erzeugung von Abbildern entlang die Quelle schneidender Richtungen erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ändern des Abstands zwischen den Elementen (10, 60).