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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten von JustierMikroskopen. In dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine Justiermaske verwendet, auf deren einen Seite sich Justiermarken befinden und deren andere Seite teil- oder vollverspiegelt ist. Das senkrechte Ausrichten von Justiermikroskopen wird benötigt, wenn sich die zu positionierenden Justiermarken in unterschiedlichen Objektabständen befinden.
Justier-Mikroskope, insbesondere sogenannte BSA-(Bottom-Side-Alignment-)Mikroskope, werden benötigt, wenn Substrate bzw. Wafer, die ihre Justiermarken auf der Unterseite haben, zu Belichtungsmasken ausgerichtet werden sollen. Ein Aufbau eines Justier-Systems ist schematisch in Figur 1 gezeigt. Vor dem Laden des Wafers 2 in das System wird das Mikroskop 1 zunächst auf die Justiermarke der Belichtungsmaske 3 fokussiert und das Bild dieser Marke zentriert. Die Position der Justiermarke wird gespeichert, und anschliessend wird der Wafer 2 zwischen das Mikroskop 1 und die Maske 3 eingebracht. Danach wird das Mikroskop auf die Justiermarke, die sich auf dem Wafer 2 befindet, fokussiert.
Schliesslich wird die Position des Wafers 2 in der Fokusebene so lange verändert, bis die Marke auf dem Wafer 2 zu der Marke auf der Maske 3 ausgerichtet ist; hierzu wird auf einem Monitor die zunächst gespeicherte Position der Marke auf der Maske 3 mit der aktuellen Position der Marke auf dem Wafer 2 überlagert und so die Ausrichtung ermöglicht.
Während dieses Ausrichtungsvorgangs muss das Justier-Mikroskop 1 stark umfokussiert werden. Dies setzt aber voraus, dass das Mikroskop 1 zuvor genau ausgerichtet wurde, dass sich also die optische Achse 11des Mikroskops 1 möglichst genau senkrecht zu der Ebene der Maske 3 bzw. des Wafers 2 befindet.
Bekannte Verfahren zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen verwenden sogenannte Doppelmarkenmasken. In Figur 2 (a) ist schematisch ein Aufbau zum Ausführen eines solchen bekannten Ausrichtungsverfahrens gezeigt. Die (durchsichtigen) Doppelmarkenmasken 4 weisen auf der Oberseite 42 sowie auf der Unterseite 41 Justiermarken, beispielsweise Kreuzstrukturen, 44 bzw. 43, auf, die vom Maskenhersteller zueinander ausgerichtet wurden. Zum Ausrichten des Justier-Mikroskops wird eine Doppelmarkenmaske 4 anstelle der Maske 3 in das Justier-System geladen. Die Ausrichtung erfolgt dadurch, dass das Mikroskop zuerst auf die Justiermarke 43 auf der Unterseite 41 der Doppelmarkenmaske fokussiert wird.
Nachdem das Mikroskop 1 so eingestellt wurde, dass sich die Justiermarke 43 im Fokus befindet, wird deren Position gespeichert und danach das Justier-Mikroskop 1 auf die Maskenoberseite 42 umfokussiert. Die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 43 wird anschliessend mit dem "Live"Bild der Justiermarke 44 verglichen. Das Justier-Mikroskop 1 wird so lange ausgerichtet, bis sich die Justiermarken in beiden Bildern übereinander und in Deckung befinden. Zur Vereinfachung der Ausrichtung können die oberen Kreuzstrukturen 44 auch in Form von Doppellinien ausgeführt sein.
Doppelmarkenmasken, bei denen die Justiermarken auf der Ober- und Unterseite der Maske mit der geforderten Genauigkeit zueinander ausgerichtet wurden, sind extrem schwierig herzustellen. Die Herstellung solcher Doppelmarkenmasken ist daher sehr teuer. Die US-B-6 340 821 beschreibt ein Projektionsokular und ein Verfahren zum Ausrichten gemusterter Bereiche auf einer Substratoberfläche, die eine mikrooptische Vorrichtung auf einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats aufweist. In dem darin beschriebenen Verfahren zum Ausrichten des Justier-Mikroskops mit der optischen Achse einer der Mikro-Spiegelvorrichtungen wird, nachdem der Maskaligner grob mit dem Spiegel auf dem Substrat ausgerichtet wurde, ein von dem Projektionsokular projiziertes reelles Bild eines Fadenkreuzes mit dem von dem Mikrospiegel reflektierten Bild des Fadenkreuzes verglichen.
Die DE 26 05 940 A1 beschreibt den prinzipiellen Grundaufbau eines Maskenjustiergeräts.
Die DE 31 16 634 A1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem zwei Substrate (Maske bzw.
Wafer) zueinander justiert werden. Dieses Verfahren setzt ein ausgerichtetes Mikroskop voraus.
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Die DE 40 00 785 beschreibt Justiermarken, die für das Justieren zweier Objekte genutzt werden können.
Die DE 100 188 10 A1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem Maske und Wafer zueinander ausgerichtet werden. Auch dieses Verfahren setzt ein ausgerichtetes Mikroskop voraus.
Die DE 101 53 851 A1 beschreibt einen Maskenadapter für unterschiedliche Maskengrössen.
Die DE 81 12 436 U1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem zwei ebene Gegenstände zueinander justiert werden.
Die DE 93 21 230 U1 beschreibt ein Justierverfahren, bei dem Maske und Wafer mit Hilfe eines Videomikroskops ausgerichtet werden. Auch bei diesem Verfahren wird ein ausgerichtetes Mikroskop vorausgesetzt.
Die DE 42 42 632 C1 beschreibt ein Justierverfahren zur Ausrichtung von Röntgenmasken mit Hilfe eines Autokollimationsfernrohrs.
Die DE 40 10 880 C1 beschreibt ein Justierverfahren zum Ausrichten von Maske zu Wafer.
Die JP 6325996 A sowie die JP 11097327 A beschreiben jeweils Maskenhalter.
Schliesslich zeigt die US 5 909 030 A den prinzipiellen Grundaufbau eines Belichtungsgerätes.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines verbesserten Verfahrens zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Ausrichten von Justier-Mikroskopen bereit, die insbesondere einfacher und kostengünstiger herzustellen ist und dabei die geforderte Genauigkeit bei der Ausrichtung des Mikroskops gewährleistet.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen enthaltenen Merkmale gelöst.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird anstelle einer Doppelmarkenmaske eine Justiermaske eingesetzt, auf deren einen Seite sich mindestens eine Justiermarke befindet und deren andere Seite verspiegelt ist. Die verspiegelte Seite kann hierbei teilweise (oder teildurchlässig) oder vollverspiegelt sein. Das Ausrichten der Justier-Mikroskope erfolgt analog zu dem bekannten Verfahren mit Doppelmarkenmaske: im Falle der vorliegenden Erfindung wird das Mikroskop zunächst auf eine der Justiermarken auf der Maskenunterseite fokussiert und vorzugsweise die Position bzw. das Mikroskopbild der Justiermarke gespeichert. Anschliessend wird das Mikroskop auf das Spiegelbild der Justiermarke umfokussiert.
Die Position (bzw. das Mikroskopbild) der gespiegelten Justiermarke wird dann mit der gespeicherten Position (bzw. mit dem gespeicherten Mikroskopbild) verglichen und danach das Justier-Mikroskop ausgerichtet bis die gespeicherte Position und die Position des Spiegelbilds bzw. beide Mikroskopbilder übereinstimmen.
Der Einsatz von verspiegelten Justiermasken hat gegenüber herkömmlichen Doppelmarkenmasken die folgenden Vorteile: Verspiegelte Justiermasken sind im Vergleich zu den bisher verwendeten Doppelmarkenmasken einfacher herzustellen, da die überaus schwierige Ausrichtung der Justiermarken auf der einen Seite zu den Marken auf der anderen Seite nicht notwendig ist. Dadurch sind verspiegelte Masken leichter verfügbar und deutlich preiswerter. Weiterhin ist die Genauigkeit des erfindungsgemässen Verfahrens grösser als die herkömmlicher Verfahren, da Positionierfehler beim Schreiben der Maske vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :
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Figur 1 schematisch den Aufbau eines Justier-Mikroskopsystems; Figur 2 schematisch den Aufbau zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops (a) mittels einer bekannten Doppelmarkenmaske und (b) bzw. (c) mittels einer verspiegelten Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei in (c) zusätzlich eine transparente planparallele Platte zur Korrektur der Spiegelbildebenen verwendet wird; Figur 3 eine Skizze zur Verdeutlichung des durch den Keilfehler einer erfindungsgemässen Justiermaske verursachten Justierfehlers; und Figuren 4 (a) bis (d) Skizzen möglicher Lösungen, die es erlauben, die Verlagerung des JustierMikroskops zu vermeiden.
Figur 2 (b) zeigt schematisch einen Aufbau zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops mittels einer verspiegelten Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung. Die Justiermaske 5 trägt an der dem Mikroskop zugewandten Seite 51 eine oder mehrere Justiermarken 53, die Rückseite 52 der Justiermaske 5 ist mindestens im Bereich der Justiermarke 53 teilweise oder ganz verspiegelt. Dadurch liegt das durch die verspiegelte Fläche 52 erzeugte Spiegelbild 53' der Justiermarke 53 bezogen auf die verspiegelte Fläche 52 - jedenfalls bei exakt paralleler Oberund Unterseite der Maske im Bereich der Justiermarke 53 - exakt senkrecht gegenüber der Justiermarke 53.
Diese Eigenschaft, dass nämlich die beiden Justiermarken bezogen auf eine Ebene der Justiermaske exakt gegenüberliegend angeordnet sind, konnte bei den bekannten Doppelmarkenmasken 4, bei denen die Justiermarken beidseitig angebracht sind, nie exakt erreicht werden und ist mit geringer Toleranz nur mit extremem Aufwand zu fertigen. Die Justiermasken 5 der vorliegenden Erfindung müssen dabei nur halb so dick sein wie bekannte Doppelmarkenmasken 4.
Im erfindungsgemässen Verfahren wird das Justier-Mikroskop 1 auf die auf der einen Seite 51 der Justiermaske befindlichen Justiermarken 53 fokussiert, vorzugsweise das Bild einer der Justiermarken zentriert und die Position der Justiermarke gespeichert. Anschliessend wird das Mikroskop auf das durch die verspiegelte Seite 52 (Spiegelbereich 54) erzeugte Spiegelbild 53' der Justiermarke 53 umfokussiert. Bevorzugt wird die Position des nun sichtbaren Spiegelbilds 53' und die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 53 gleichzeitig, etwa auf einem Monitor, dargestellt (überlagert). Das Mikroskop 1 wird nun so lange ausgerichtet bis die Position des Spiegelbilds 53' und die zuvor gespeicherte Position der Justiermarke 53 übereinstimmen.
Das Ausrichten des Mikroskops ist ein iterativer Prozess, bei dem sich sowohl die Position der Justiermarke 53 als auch die des Spiegelbilds 53' verändern.
In Figur 3 ist schematisch ein bei Verwendung einer erfindungsgemässen Justiermaske möglicherweise auftretender Justierfehler dargestellt, der auf Grund eines Keilfehlers der Maske entsteht. Der Justierfehler f ergibt sich durch die folgende Gleichung aus der Maskendicke d und dem Keilfehler (Keilwinkel) # der Maske: f=2*d*ö.
Bei Masken mit einem Parallelitätsfehler von 5 um ergibt sich für eine quadratische Maske von 7" x 7" (17,8 cm x 17,8 cm) Kantenlänge ein Keilfehler von 5,8 Bogensekunden ; einer Mas- kendicke von 2 mm ergibt sich dann ein Justierfehler von 0,11 um, bei einer Maskendicke von 3 mm ein Justierfehler von 0,17 um und bei einer Maskendicke von 4,5 mm ein Justierfehler von 0,25 um. Die so errechneten Justierfehler sind allein durch den Keilfehler der Justiermaske bzw. durch die Neigung der Spiegelfläche gegenüber der Referenzfläche bedingt. Der Justierfehler ist dabei (bei den auftretenden kleinen Keilwinkeln) direkt proportional zu der Parallelitätsabweichung der Maske.
Wird eine derartig einseitig verspiegelte Justiermaske wie eine Anwendungsmaske in den Maskenhalter geladen, ist eine Verlagerung des Fokussierbereichs des Justier-Mikroskops um den gesamten Fokussierbereich nach oben erforderlich, um die reelle und die virtuelle (gespiegelte) Marke im Justier-Mikroskop für die Justage sehen zu können. Dies ist notwendig, da bei der
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normalen Justier-Anwendung der oberste Fokuspunkt gerade eben die strukturierte Maskenebene erreichen muss und der gesamte Fokussierweg nach unten für Justierabstand und Substratdicke zur Verfügung steht.
Will man mit einer Justiermaske den gesamten Fokussierweg ausnutzen, um die bestmögliche Ausrichtung des Justier-Mikroskops zu erhalten, muss der unterste Fokuspunkt die unten liegende Marke und der oberste Fokuspunkt die oben liegende Marke, also bei Verwendung einer Justiermaske gemäss der vorliegenden Erfindung, das Spiegelbild der Marke erreichen können. Damit liegt aber das Justier-Mikroskop für den Justiervorgang um den gesamten Fokussierweg zu hoch.
Um diese Verlagerung des Fokussierbereichs zu kompensieren, gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder wird nach dem Einjustieren das Justier-Mikroskop um den gesamten Fokussierbereich nach unten verlagert, um es anwendungsgerecht anzuordnen, oder die Justiermaske wird mit ihrer Markenebene um den gesamten Fokussierbereich unterhalb der jeweiligen Soll-Lage der Anwendungsmaske angeordnet.
In beiden Fällen entsteht eine zusätzliche Fehlerquelle, die bezüglich der dabei möglichen Richtungsfehler bei der Verlagerung des Justier-Mikroskops oder durch einen Parallelitätsfehler zwischen der Spiegelebene der Justiermaske und der Referenzebene die gleichen Justierfehler ergibt, wie sie oben berechnet wurden. Dabei handelt es sich bei dem angenommenen Wert von 5,8 Bogensekunden um eine sehr enge Toleranz.
Um eine Verlagerung des Justier-Mikroskops zu vermeiden, kann eine Justiermaske verwendet werden, die zusätzlich zu einer einseitig verspiegelten Maske eine Einrichtung aufweist, es ermöglicht, die Verlagerung des benötigten Fokussierbereichs zu kompensieren. Dazu kann beispielsweise die verspiegelte Maske, die auf der der verspiegelten Seite gegenüberliegenden Seite Justiermarken aufweist, mit der verspiegelten Seite auf eine Trägerplatte befestigt, z.B. aufgekittet sein. Dabei muss die Dicke der Trägerplatte so gross sein, dass der Fokussierbereich um den erforderlichen Abstand verlagert wird. Dadurch kann das Justier-Mikroskop nach dem Einjustiervorgang seine Lage beibehalten.
In den Figuren 4 (a) und (b) sind zwei bevorzugte Lösungen zum Vermeiden einer Verlagerung des Justier-Mikroskops skizziert. Der obere bzw. untere Fokuspunkt ist dabei mit FPo bzw. FPu bezeichnet, y ist der Abstand zwischen dem virtuellen Bild der Justiermarke und der Spiegelfläche und MD die Dicke einer üblichen Anwendungsmaske.
Die in der Figur 4 (a) gezeigte Top-Load-Variante erfordert eine Trägerplatte 55 mit einer ebenen Referenzfläche, an die eine Zwischenplatte 56 der Dicke y, die an der Unterseite 52 verspiegelt ist, befestigt wird. An diese Zwischenplatte 56 werden an erforderlicher Stelle Teilstücke 57, auf denen sich Justiermarken befinden, befestigt. Die Genauigkeitsanforderung besteht bei dieser Variante darin, dass die Spiegelfläche 52 der Zwischenplatte 56 zur Referenzfläche der Trägerplatte 55 nach dem Befestigen parallel ist.
Alternativ kann bei der Top-Load-Variante auf die Zwischenplatte 56 verzichtet werden und die Referenzfläche der Trägerplatte 55 verspiegelt werden. Dabei werden die beiden Fokuspunkte um das Mass y nach oben verlagert und der nutzbare Fokussierbereich um das Mass y verringert. Die erforderliche Parallelität der Spiegelfläche 52 zur Referenzfläche ist damit jedoch sehr gut gewährleistet.
Die in der Figur 4 (b) gezeigte Bottom-Load-Variante erfordert eine Trägerplatte 55, deren Dicke um das Mass y grösser ist, als eine übliche Anwendungsmaske. Die Unterseite 52 ist verspiegelt. An diese Trägerplatte 55 werden an erforderlicher Stelle Teilstücke 57, auf denen sich Justiermarken befinden, befestigt. Die Genauigkeitsanforderung dieser Variante besteht in der Parallelität der Trägerplatte 55.
Statt das Spiegelbild der Justiermarke wie oben beschrieben durch Aufbauten, wie der Zwi-
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schenplatte 56 bzw. der Teilstücke 57, in die Maskenebene zu legen, kann diese Korrektur der Spiegelbildebenen auch durch eine transparente planparallele Platte zwischen der Justiermaske und dem Justier-Mikroskop erreicht werden. Ein solcher Aufbau ist schematisch in der Figur 2 (c) gezeigt. Die Dicke bzw. der Brechungsindex der Korrekturplatte 61 kann hierbei so ausgewählt werden, dass die nötige Verschiebung der Spiegelbildebene erreicht wird. Beispielsweise kann eine Glasplatte verwendet werden. Wie in den Figuren 4 (c) bzw. (d) gezeigt wird, kann die Korrekturplatte 61 entweder direkt an der Justiermaske befestigt werden oder in dem optischen Strahlengang zwischen Mikroskop und Justiermaske gehalten werden.
Eine Richtungsänderung des Justier-Mikroskops nach der Einjustierung durch Verstellen in der z-Richtung, d. h. in der Richtung senkrecht zur Ebene der Maske, aber auch beim Verschieben in der x-y-Ebene, d. h. parallel zur Maskenebene, erzeugt den gleichen Justierfehler, wie ein Keilfehler zwischen der Spiegelfläche und der Referenzebene. Zur Berechnung des dabei entstehenden Justierfehlers gut dabei die gleiche Formel wie für die Berechnung des Justierfehlers auf Grund des Keilfehlers der Maske. Für den Keilfehler muss hierbei nur der Richtungsfehler bei der Verschiebung eingesetzt werden. Bei dem Justierverfahren und zusammengesetzten Justiermasken gemäss der vorliegenden Erfindung gibt es deshalb keinen Grund, das JustierMikroskop in z-Richtung verstellbar zu machen.
Patentansprüche: 1. Verfahren zum Ausrichten eines Justier-Mikroskops (1 ) mit den Schritten: (a) Bereitstellen einer Justiermaske (5), auf deren einen Seite (51) sich mindestens eine
Justiermarke (53) befindet und deren andere Seite (52) zumindest in dem Bereich (54), der der Justiermarke (53) gegenüberliegt, verspiegelt ist ; (b) Fokussieren des Mikroskops (1) auf die Justiermarke (53); (c) Umfokussieren des Mikroskops (1) auf das durch die verspiegelte Seite (52) erzeugte
Spiegelbild (53') der Justiermarke (53); (d) Vergleichen der Position der Justiermarke (53) und des erzeugten Spiegelbilds (53') der Justiermarke (53);
(e) Ausrichten des Mikroskops (1), um die Justiermarke (53) mit deren Spiegelbild (53') zur Deckung zu bringen ; (f) Wiederholen der Schritte (b) bis (e) bis der Vergleich in Schritt (d) ergibt, dass die Jus- tiermarke (53) und das Spiegelbild (53') der Justiermarke (53) aufeinander ausgerich- tet sind.