DE3116634A1

DE3116634A1 - Vorrichtung zum automatischen justieren von ebenen gegenstaenden mit zwei bezugspunkten, insbesondere bei der herstellung von halbleiterbauelementen

Info

Publication number: DE3116634A1
Application number: DE19813116634
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Phys. Dr. 8031 Gröbenzell Cullmann; Eberhard Dipl.-Ing. Feick; Hans Fießer; Winfried Dr.-Ing. 8000 München Süss
Original assignee: SUESS KG KARL
Current assignee: SUESS KG KARL
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1982-11-11

Description

Bei der Herstellung von elektrischen Halbleitern werden
auf Kopiermasken befindliche, einander ähnliche Strukturen aufeinander abgebildet und kopiert. Dabei ist es wesentlich, daß Maske und Substrat (Wafer) während des Kopiervorganges zueinander ausgerichtet sind.
Zu diesem Zweck ist beispielsweise aus der US-PS 4 211 489-eine mit einem Laser arbeitende Vorrichtung zum automatischen Justieren der Photomaske gegenüber dem Wafer bekannt. Für den Justiervorgang weisen die Photomaske und der Wafer jeweils zwei Bezugsmarkierungen auf, die durch gesteuerte Relativbewegung zwischen der Photomaske und dem Wafer zur Deckung gebracht werden Das hierfür erforderliche Steuersignal wird in der folgenden Weise abgeleitet. Der von dem Laser herrührende Laserstrahl wird in zwei zueinander parallele ~Bezugs strahlenbündel aufgeteilt, deren Abstand gleich dem der Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer sind. In der Soll-Stellung sind die beiden Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer in Deckung und befinden sich im Strahlengang der beiden zueinander parallelen Laserstrahlbündel. Befinden sich die Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer nicht in Deckung und/oder weichen vom Strahlengang der beiden Lichtstrahlenbündel ab, so werden aus dem reflektierten Licht Steuersignale für die Positionierung der Photomaske gegenüber dem Wafer abgeleitet, so daß man die gewünschte Soll-Stellung erhält Auf gabe der Erfindung ist es, bei einer derartigen automatischen Justiervorrichtung eine einfache und präzise Einrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe eine Vorjustierung von Hand, eine Kontrolle der automatischen Justierung und/ oder eine Ermittlung der Soll-Parameter für die automatische Justierung vorgenommen werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein sogenanntes Splitfield-Mikroskop auf, dessen beide Strahlengänge zumindest im Bereich der Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer mit den entsprechenden Strahlengängen der beiden Lichtstrahlenbündel zur Deckung gebracht werden können.
Das Wesen der Erfindung besteht somit allgemein darin, ein sogenanntes Splitfield-Mikroskop mit einer automatischen Justiervorrichtung zu kombinieren, deren Bezugsposition durch zwei im wesentlichen parallele Lichtstrahlenbündel definiert wird, wobei durch geeignete optische Einrichtung die Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel mit den zugehörigen beiden Strahlengängen des Splitfield-Mikroskops zumindest in der Nähe der Bezugsmarkierungen des zu justierenden Objekts zur Deckung gebracht werden. In diesem Sinne ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die hier näher beschriebene Justierung von Wafern und Photomasken bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen beschränkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerordentlich kompakt aufgebaut und ermöglicht eine präzise Parametervorgabe und Überwachung der automatischen Justierung. Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, daß für die Betrachtung mit dem Splitfield-M#ikroskop die gleichen Bezugsmarkierungen auf dem zu justierenden Objekt wie für den automatischen Justiervorgang ausgenutzt werden können und somit Positionierungsfehler aufgrund verschiedener Bezugspunkte bei den beiden Justiervorgängen vermieden werden. Auch ist keine Relativbewegung zwischen der Justiervorrichtung und dem Objekt beim Übergang vom Justieren mit dem Splitfield-Mikroskop zum automatischen Justieren oder umgekehrt erforderlich, da die Strahlengänge in Bereich der Bezugsmarkie- rungen auf dem Objekt in beiden Fällen übereinstimmen; vielmehr muß lediglich der Objektivschuh des Mikroskops in den Laserstrahlengang hinein-(eventuell mit einem einfachen Positionierungsanschlag) bzw. aus diesem herausgeschwenkt werden. Positionierungsfehler aufgrund ungenauer-Bewegungsabläufe zwischen den beiden Justiervorgängen wèrden dadurch vermieden.
Vorzugsweise sind die Abstände der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbünden und/oder des Splitfield-Mikroskops verstellbar, wobei dieser Verstellvorgang erfindungsgemäß gekoppelt, d.h. gemeinsam erfolgt, so daß bei einer erforderlich werdenden Verstellung des Abstandes aufgrund eines anderen Abstandes der Bezugsmarkierungen auf dem Objekt durch ein einziges Nachstellen sowohl das Splitfield-Mikroskop als auch die Lichtstrahlenbündel für das automatische Justieren gemeinsam auf den neuen Wert eingestellt werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich ferner aus den Unteransprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung.
ws zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung und Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.
Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf einem Objekttisch 1 ein Substrat oder Wafer 2 befestigt, über dem planparallel eine Maske 3 angeordnet ist. Sowohl die Maske 3 als auch das Substrat 2 weisen jeweils mindestens zwei einander entsprechende Bezugsmarkierungen 3a bzw. 2a von einigen Zehntel mm Kantenlänge auf. Beispiele für derartige Bezugsmarkierungen sind in der US-PS 4 211 489 beschrieben; so können etwa die beiden Bezugsmarkierungen 2a auf dem Substrat 2 den diagonal unterteilten Beugungsgittern auf dem Wafer und die Bezugsmarkierungen 3a der Maske 3 den beiden lichtundurchlässigen Richtmarken auf der Maske bei der US-PS entsprechen.
Die automatische Justierung erfolgt mit Hilfe eines Lasers 4, dessen geeignet kollimiertes Laserstrahlenbündel 5 in einem Teilerprisma 6 in zwei zueinander parallele (Teil)-Lichtstrahlenbündel 7, 7' aufgespalten wird, die schließlich über Ablenkprismen 8 bzw. 8' so zueinander parallel abgelenkt werden, daß sie etwa senkrecht auf der aus Maske 3 und Wafer 2 bestehenden Kombination auftreffen.
Das Teilerprisma 6 sowie die beiden Ablenkprismen 8 befinden sich auf einem Prismenschlitten 9, auf dem mit Hilfe von Stellschrauben 10 bzw. 10' die beiden Ablenkprismen 8 bzw. 8' (in der Zeichnung) horizontal so verschoben werden können, daß der Abstand der beiden austretenden Lichtstrahlenbündel 7 bzw. 7' voneinander gleich dem Sollabstand zwischen den Bezugsmarkierungen 2a, 3a einerseits und 2a', 3a' andererseits entsprechen.
Zum automatischen Justieren kann beispielsweise die Maske 3 in ihrer Ebene linear verschoben (was durch den Doppelpfeil angedeutet ist) und/oder um eine hierzu senkrechte Achse gedreht werden. Diese Bewegung erfolgt mit Hilfe einer nicht dargestellten automatischen Steuerung, wie sie etwa in der US-PS 4 211 489 erläutert ist. Zu diesem Zweck sind in den Gehäusen für die Ablenkprismen 8, 8' konzentrisch zu den Lichtstrahlenbündeln 7 bzw 7' jeweils mehrere Detektoren 11 bzw. 11' kreisförmig angeordnet, mit deren Ausgangssignalen die Bewegung der Maske 3 aufgrund der durch die Bezugsmarkierungen 2a, 3a bzw. 2a', 3a' erzeugten Beugungsmuster gesteuert wird. Zur Kolltierung des Strahlengangs können ferner unmittelbar vor der Maske 3 Blenden 12 bzw. 12' vorgesehen sein.
Gemäß Fig. 2 ist vor dem Prismenschlitten 9 ein Splitfield-Mikroskop 13 angeordnet, das mit Hilfe einer Halterung 14 am Gehäuse 15 der Vorrichtung befestigt ist. Das Splitfield-Mikroskop 13 weist bekanntlich zwei voneinander unabhängige Strahlengänge auf, von denen der eine Strahlengang 16 zwischen dem einen Okular 17 und dem dazugehörigen Objektiv 18 strichpunktiert eingezeichnet ist. Am Austrittsende des Objektivs 18 ist ein Objektivschuh 19 mit zwei Ablenkprismen 20, 21 befestigt, so daß der Strahlengang 16 zwischen dem Ablenkprisma 21 und dem Wafer 2 mit dem zugehörigen Lichtstrahlenbündel 7 nach dem Ablenkprisma 8 zur Deckung gebracht werden kann. Entsprechendes gilt für den zweiten Strahlengang des Splitfield-Mikroskops 13, der mit dem Strahlengang des Lichtstrahlenbündels 7' nach dem Ablenkprisma 8' zur Deckung gebracht werden kann, so daß man mit Hilfe des Splitfield-Mikroskops 13 die Relativlage von Maske 3 und Wafer 2 zum Strahlengang der Lichtstrahlenbündel 7 und 7' direkt überprüfen'kann'# Während des automatischen Justiervorgangs mit Hilfe der Lichtstrahlenbündel 7 und 7' vom Laser 4 wird der Objektivschuh 19 aus dem Strahlengang der Lichtstrahlenbündel 7, 7' herausgeschwenkt, d.h. das Ablenkprisma 21 befindet sich nicht mehr im Strahlengang zwischen dem Prismenschlitten 9 und der Maske-Wafer-Kombination.
Die Verstellung der beiden Ablenkprismen 8 und 8' im Prismenschlitten mit Hilfe der Stellschrauben 10 bzw. 10' kann unmittelbar mit der nicht dargestellten Verstelleinrichtung für den Abstand der beiden Objektive des Splitfield-Mikroskops 13 gekoppelt sein, so daß die Einstellung auf den Abstand der Bezugsmarkierungen nur einmal vorgenommen werden muß.
Gemäß Figur 2 ist der Laser 4 mit horizontaler Achse oberhalb des Gehäuses 15 in einem Laserhaus 22 angeordnet, und das aus dem Laser 4 austretende Lichtstrahlenbündel wird über ein Ablenkprisma 23 nach unten in das Teilerprisma 6 abgelenkt. Durch diese Anordnung erhält man einen sehr kompakten Aufbau.

Claims

Vorrichtung zum automatischen Justieren von ebenen Gegenständen mit zwei Bezugspunkten, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen Patentansprüche Vorrichtung zum automatischen Justieren von zwei Bezugspunkte (2a, 2a'; 3a, 3a') aufweisenden ebenen Objekten (2, 3) gegenüber einer durch zwei im wesentlichen parallelen Iiichtstrahlenbündeln (7, 7') definierten Bezugsposition, die durch gesteuerte'Querverschiebung gegenüber dem Objekt (2, 3) mit dessen Bezugspunkten (2a, 2a'; 3a, 3a') zur Deckung gebracht werden, insbe-sondere zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Splitfield-Mikroskop (13), dessen beide Strahlengänge (16) zumindest im Bereich der Bezugspunkte (2a, 2a'; 3a, 3a') mit dem entsprechenden Strahlengang der beiden I.ichtstrahlenbündel (7, 7') zur Deckung bringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') und die Strahlengänge (16) des Splitfield-Mikroskops (13) senkrecht auf. dem ebenen Objekt (2, 3) auftreffen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') verstellbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlenbündel (7, 7') durc#h Teilung eines Laserstrahlbündels (5) gebildet werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein den Laserstrahl (5) aufspaltendes Teilerprisma (6).-
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgespaltene Laserstrahl durch zwei Ablenkprismen (8 bzw. 8') in zueinander parallele Lichtstrahlenbündel (7, 7') abgelenkt wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abstand der beiden Ablenkprismen (8, 8') gleich dem der Bezugspunkte (2a, 2a'~ 3a, 3a') auf dem zu positionierenden Gegenstand (2, 3) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abstand der beiden Ablenkprismen (8, 8') verstellbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') und der Abstand der beiden Strahlengänge des Splitfield-Mikroskops (13) gemeinsam verstellbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen in die Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') schwenkbaren Objektivschuh (19) an den Objektiven (18) des Splitfield-Mikroskops (13).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektivschuh (19) für jeden Strahlengang jeweils zwei Prismen (20, 21) zum Parallelversatz des Strahlenganges des Splitfield-Mikroskops in den Strahlengang der Lichtstrahlenbündel (7 bzw. 7') aufweist.