CH672376A5

CH672376A5 -

Info

Publication number: CH672376A5
Application number: CH279386A
Authority: CH
Inventors: Michael Wessner; Bernhard F Dr Gaechter
Original assignee: Wild Heerbrugg Ag
Priority date: 1986-07-12
Filing date: 1986-07-12
Publication date: 1989-11-15
Also published as: DE3634609A1; WO1988000720A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fokussierung 25 eines von einem Objekt über eine Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche entworfenen Bildes, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Ermittlung des Folcussierzustandes zwischen einer 30 Projektionsebene und einem auf die Projektionsebene projizierten Objektbild spielt in der Technik eine vielfältige Rolle. Insbesondere bei der Fotolitographie, aber auch bei der Herstellung von integrierten Schaltungen kommt es entscheidend auf eine möglichst exakte Feinfokussierung des 35 Bildes der Vorlage auf die Zielebene, also die Projektionsebene, an. Obwohl für die Qualität der Bildübertragung eine Reihe weiterer Parameter zu berücksichtigen sind, z. B. die laterale Relativausrichtung, spielt die exakte Fokussierung besonders bei extremen Feinstrukturen auf der Vorlage eine 40 sehr wichtige Rolle. Linienbreiten in der Projektionsebene in der Grössenordnung von 1 |xm oder weniger, wie sie z. B. bei der Halbleiterfabrikation auftreten, erfordern besondere Verarbeitungsmassnahmen.

Bei der erwähnten Feinheit der Bildelemente muss die 45 Fokussierung für die Bildübertragung besonders dann mit grosser Sorgfalt vorgenommen werden, wenn die Projektionsfläche nicht absolut eben ist, sondern Unebenheiten etwa in der gleichen Grössenordnung wie die Bildelemente selbst, also im um-Bereich, aufweist. Vor allem spielt wegen so der nur geringen Tiefenschärfe einer für diesen Zweck geeigneten Projektionsoptik (sie beträgt in den genannten Bereichen typisch 2 jj,m) die möglichst genaue Fokussierung der Bildebene auf die Projektionsfläche eine entscheidende Rolle für die Schärfe aller Bildbereiche. 55 Zur Fokusnachstellung ist es bekannt, den Intensitätsverlauf des von der Projektionsfläche rüclcprojizierten Objektbildes direkt oder in Kombination mit in der Projektionsebene befindlichen Marken auszuwerten. Beispielsweise wird das von der Projektionsfläche rückprojizierte Bild in 60 einer Zwischenebene mit einem Scanner quer zur optischen Achse abgetastet. Dabei entsteht ein charakteristisches Intensitätsprofil, dessen Merkmale unter anderem Rückschlüsse auf den Grad der Fokussierung zulassen. Aus dem abgetasteten Intensitätsprofil lässt sich bei geeigneter Signalverar-65 beitung ein Mass für die Fokussierung des Objektbildes auf der Projektionsfläche herleiten. Aus den errechneten Werten können z. B. Korrektursignale zur Steuerung von entsprechenden Nachführeinrichtungen für die Fokuseinstellung

abgeleitet werden, sobald die aus dem Intensitätsverlauf gewonnenen charakteristischen Merkmale von vorgegebenen Grenzwerten abweichen.

Zur Gewinnung von Signalen, welche den geschilderten Intensitätsverlauf darstellen, ist gemäss DE 3 402 177 eine Abtastvorrichtung mit einer Fotodiodenvorrichtung und einem als Scanner wirkenden Drehspiegel bekannt. Dabei wird ein aus der Projektionsebene rückprojiziertes Bild mit Hilfe des rotierenden Spiegels über eine spaltförmige Fotodiode geleitet, welche ein der empfangenen Lichtstärke entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Bei geeigneter Wahl der Bildmuster in der Projektionsebene steigt das entsprechende Signal zunächst an und sinkt nach einer gewissen Zeitspanne wieder ab. Aus den gemessenen Zeitwerten lässt sich durch entsprechende Signalverarbeitung die Bildschärfe und damit der Fokussierzustand der Einrichtung bestimmen.

Die Genauigkeit einer solchen Messung ist insofern unbefriedigend, als für jede Messstelle das Optimum im Schärfesignal-Maximum gesucht wird und das Kurvenmaximum zunächst nicht eindeutig bestimmt ist, sondern durch Interpolation von Einzelmesswerten in grober Näherung gesucht werden muss. Erst nach Bestimmung von mindestens ca. 5 bis 8 Messpunkten ist eine Interpolation des Schärfeverlaufs für jeden der ausgewählten Messpunkte überhaupt erst möglich, wobei die Interpolation aber wegen der geringen Zahl von Messpunkten immer noch relativ ungenau ist. Da das gesuchte Optimum im Bereich des Kurvenmaximums liegt, welches durch Interpolation weniger Näherungspunkte bestimmt werden muss, ergeben sich Ungenauigkeiten, welche die Fehlerquote des Verfahrens bei erhöhten Qualitätsanforderungen auf unzulässig hohe Werte ansteigen lassen. Eine Berücksichtigung und serielle Verarbeitung weiterer Messpunkte kann häufig wegen des damit verbundenen Zeitaufwandes nicht erfolgen. Schliesslich wird gemäss dem bekannten Verfahren für die einzelnen Messpunkte der Schärfezustand über den Fokusbereich verfahrensbedingt in Zeitabständen gemessen, in denen sich einzelne Parameter bereits verändert haben können, wodurch sich zeitliche Schwankungen der Bildschärfe als Folge der Instabilität der verwendeten Lichtquelle, dem Mechanikaufbau, der Optik etc. ergeben. Dadurch wird das Schärfesignal verfälscht und somit die Genauigkeit der Fokusbestimmung nochmals negativ beeinflusst.

Zur Vermeidung einer mehrfachen mechanischen Verschiebung der Projektionsebene oder der Objektebene während des Fokussiervorganges wurde ferner vorgeschlagen, verschieden dicke Glasplatten wahlweise in den Strahlengang einzuführen, welche eine kontrollierte Veränderung der optischen Weglänge im Strahlengang zwischen dem Objekt und der Projektionsebene hervorrufen. Diese Massnahme vergrössert j edoch wegen der Vielzahl von diskreten Einzelmessungen für die Bestimmung des Intensitätsverlaufs den für die Messung erforderlichen Zeitaufwand. Ausserdem ist das ständige Ein- und Ausschwenken der Glasplatten in bzw. aus dem Strahlengang mit Nachteilen verbunden, die sich aus der mechanischen Beanspruchung der Teile sowie aus der Trägheit der bewegten Teile ergeben. Dabei kann sich die optische Weglänge unkontrolliert diskret verschieben, was zu nicht reproduzierbaren Fokuspositions-Schwankungen, dem sogenanntem Jitter, führt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Fokussier-verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, dass die geschilderten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen mehrfache mechanische Verschiebevorgänge während des MessVorganges aus Zeit- und Genauigkeitsgründen vermieden werden. Ferner sollen bereits vorhandene Hilfsmittel eingesetzt werden können, welche für andere Justiervorgänge ohnehin vorhanden sind.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren und eine Einrichtung mit den in den Patentansprüchen 1 und 9 definierten Merkmalen gelöst.

Durch die beanspruchte Massnahme lässt sich mit Hilfe eines gut zu beherrschenden und einfach durchzuführenden maschinellen Rechenvorgangs die genaue Fokusposition schnell, zuverlässig sowie mit erheblich verbesserter Genauigkeit bestimmen bzw. korrigieren. Es werden weitgehend Hilfsmittel ausgenutzt, welche in der Regel ohnehin vorhanden oder erforderlich sind, beispielsweise für die Horizontal-Justierung. Damit werden umfangreiche Zusatzmittel und -massnahmen vermieden, wie sie bei bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen zur Feinfokussierung erforderlich sind. Die Einstellgenauigkeit wurde mit dem vorliegenden Verfahren erheblich verbessert. Das Verfahren lässt sich uneingeschränkt in der Fabrikation einsetzen. Es ist merklich schneller und trotzdem präziser als bisher bekannte Verfahren. Separate Autokalibrationsfelder, wie sie bei bekannten Verfahren erforderlich sind, werden bei dem vorliegenden Verfahren vermieden, wodurch sich die Anwendungsmöglichkeiten verbreitern bzw. die Anwendung vereinfacht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 den Strahlengang gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 den Stahlengang gemäss einem zweiten Auführungs-beispiel, und

Fig. 3 den Schärfesignalverlauf als Funktion der Fokusposition für zwei Detektoren S' und S".

Die folgenden Ausführungsbeispiele werden in Zusammenhang mit der Produktion von Halbleiterschaltungen aus vorbereiteten Halbleiterwafern beschrieben. Diese Anwendung ist jedoch nur ein Beispiel aus einer Vielzahl von technisch ähnlichen Anwendungsfällen. Das gewählte Beispiel ist daher nicht als Einschränkung der vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung aufzufassen.

Bei dem Verfahren, wie es im folgenden beschrieben ist, werden die Ergebnisse aus den abgetasteten Werten für den Intensitätsverlauf der Bilder eines Objekts als Kriterium für eine Vergleichsoperation zwischen zwei aus dem Intensitätsverlauf abgeleiteten Schärfesignalen herangezogen. Entsprechend dem Ergebnis der Vergleichsoperation wird die automatische Nachfokussierung durch Verstellen der Projektionsoptik und/oder der Projektionsebene und/oder der Objektebene vorgenommen.

Zu diesem Zweck ist z. B. gemäss der schematischen Darstellung des Strahlengangs nach Fig. 1 eine Projektionsoptik

10 vorgesehen, welche ein Bild der Projektionsfläche 1 in eine Detektoreinrichtung 11 leitet. Die Detektoreinrichtung

11 enthält einen als Scanner wirkenden rotierenden Spiegel 12, dem ein Strahlenteiler 13 nachgeordnet ist. Der Strahlenteiler teilt die von der Projektionsfläche 1 kommende Information in zwei Strahlengänge A und B auf. Im Strahlengang A wird die Information aus der Projektionsfläche 1 in die Bildebene einer photoelektrischen Detektoranordnung 14 projiziert, welche nicht genau in der Brennebene, sondern um einen gewissen Abstand hinter der Brennebene Bl liegt. Im zweiten Strahlengang B wird die Information aus der Projektionsfläche in eine Bildebene einer zweiten photoelektrischen Detektoranordnung 15 projiziert, welche ebenfalls nicht genau in der Brennebene, sondern diesmal etwas vor der Brennebene B2 liegt (in beiden Fällen in Richtung des Strahlengangs).

Von jedem der photoelektrischen Detektorelemente 14 bzw. 15 wird das von der Projektionsfläche 1 empfangene

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Bild linear in einer vorgegebenen Richtung hinsichtlich Intensitätsänderungen abgetastet. Aus jedem der so gewonnenen Kontrastsignale werden anschliessend durch entsprechende Signal Verarbeitung Schärfesignale S ' und S" abgeleitet.

In dem entscheidenden Schritt des Verfahrens wird nun, wie anhand von Fig. 3 erläutert, ein Nullabgleich zwischen den beiden aus den aufgenommenen Intensitätswerten abgeleiteten Schärfesignalen S' und S' vorgenommen. Während gemäss der bisherigen Praxis das Kurvenmaximum des Schärfesignals als Auswertungskriterium herangezogen wurde, wobei das Maximum der aus nur wenigen Messpunkten interpolierten Kurve nur sehr ungenau bestimmt werden kann und die ideale Fokusposition durch Mittelung zwischen diesen Messwerten gewonnen wurden, sieht die Erfindung vor, die Fokusposition Z/F im Schnittpunkt X beider Kurven S' und S" gemäss Fig. 3 als Kriterium für die optimale Fokusposition zu wählen.

Im Verlauf des Optimierungsvorganges werden die Projektionsfläche 1 und/oder die Projektionsoptik 10 und/oder gegebenenfalls die Objektebene 20 so lange kontrolliert parallel zur optischen Achse verstellt, bis der gewünschte Null-abgleich erreicht ist.

Das die Fokusposition ausgleichende Regelsignal lässt sich nach Ermittlung der Fokusposition Z/F im Kurvenschnittpunkt X der beiden Signale S' und S" auf unterschiedliche Weise gewinnen. Gemäss einem ersten Beispiel lässt sich das Korrektursignal entsprechend der tatsächlichen Verschie10

bung einer der beiden Detektorebenen definieren, wenn die andere Detektorposition konstant gehalten wird. Die ideale Fokusposition ist dann erreicht, wenn der Schnittpunkt X der beiden Kurven S' und S" innerhalb eines vorgegebenen s Toleranzbereiches Y2-Y1 der Signalamplituden liegt.

Gemäss einem zweiten Beispiel kann der Schärfesignalunterschied (S" —S' ) direkt zur Ableitung eines Regelsignals herangezogen werden.

Gemäss einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird zusätzlich das Bild einer Maske auf eine Halbleiter-Wafer-Oberfläche abgebildet. Dabei wird von einer Maske 20 über die Optik 10 ein Bild der Maske auf die als Projektionsfläche 1 wirkende Waferoberfläche projiziert und anschliessend von der Waferoberfläche über die Optik 10, einen halbdurch-3 lässigen Spiegel 25 und den Scanner 12 in die Detektoreinrichtung rückprojiziert. Die Abtastung der Intensitätssignale durch die Detektoranordnungen 14 und 15 sowie die weitere Signalverarbeitung zur Ableitung geeigneter Steuer- bzw. Korrektursignale für die Fokusnachstellung erfolgt im übrigen nach der zuvor beschriebenen Methode.

Durch die beschriebene Detektoranordnung und die Auswertung der Intensitätssignale auf die beschriebene Weise lässt sich der Bauaufwand für die Abtast- bzw. Korrekturein-25 richtungen gegenüber bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen stark reduzieren. Ausserdem wird die Genauigkeit der Fokuseinstellung wegen der verbesserten Bestimmung des Kriteriums für den Nullabgleich wesentlich erhöht.

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B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Fokussierung eines von einem Objekt über eine Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche entworfenen Bildes, wobei ein von der Projektionsfläche zurückgeworfenes Bild und/oder in der Projektionsfläche befindliche Marken elektrooptisch abgetastet wird bzw. werden, um aus den Abtastinformationen Steuerungssignale zur Schärfe-Korrektur abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Kanal eine erste Intensitätsabtastung des von der Projektionsfläche zurückgeworfenen Bildes und/ oder der Bilder der Marken in einer Ebene vor dem erwarteten Schärfebereich im Abbildungsraum des zurückgeworfenen Bildes vorgenommen wird, dass gleichzeitig in einem zweiten Kanal eine zweite Intensitätsabtastung des von der Projektionsfläche zurückgeworfenen Bildes und/oder der Bilder der Marken in einer Ebene hinter dem erwarteten Schärfebereich vorgenommen wird, dass beide Abtastergebnisse oder aus diesen abgeleitete Schärfesignale verglichen werden und dass das Vergleichsergebnis zur Verstellung der Projektionsfläche und/oder der Objektebene und/oder der Projektionsoptik herangezogen wird.
2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Abtastergebnisse oder der beiden Schärfesignale nach Grösse und Richtung ermittelt wird,

dass geprüft wird, ob die Grösse der Differenz in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt, und dass die Grösse und die Richtung der ermittelten Differenz zur Verstellung der Pro-jektionsfläche und/oder der Objektebene und/oder der Projektionsoptik herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild von der Projektionsfläche gespiegelt wird und die Intensitätsänderungen im gespiegelten Bild abgetastet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis des Vergleichs zwischen den beiden Schär-fesignalen zur Verstellung der Projektionsfläche (1) und/ oder der Objektebene (20) und/oder der Projektionsoptik herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Detektoranordnung (14,15) für die Intensitätsabtastung die Sollposition für die Fokussieroptik definiert wird und dass entspechend dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den Schärfesignalen (S', S") ein Regelsignal zur Verstellung der Projektionsfläche (1) und/oder der Projektionsoptik (10) um einen Betrag abgeleitet wird, welcher dem Versatz der tatsächlichen Fokusposition gegenüber der in der Detektoranordnung definierten Sollposition entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Detektorebenen (Dl ; D2) der Detektoranordnung verstellt wird, bis sich ein Nullabgleich zwischen den beiden Schärfesignalen (S', S") ergibt, und dass aus dem Mass der Verstellung der Detektorebene das Korrektursignal zur Fokus-Nachstellung abgeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Marken von der Projektionsfläche (1) in die beiden Kanäle (A, B) derart rückprojiziert werden, dass sie dem von Detektoren abgetasteten Bildbereich der Projektionsfläche überlagert sind.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeleitete Regelsignal aus der tatsächlichen Verschiebung einer ersten Detektorebene (Dl) der Detektoranordnung gewonnen wird, wobei die Position einer zweiten Detektorebene (D2) konstant gehalten wird, und der Sollwert der Fokusposition dann erreicht ist, wenn der Schnittpunkt (X) der beiden aus den Detektorsignalen gewonnenen Schärfesignale (S', S") und damit die Fokusposition (Zf) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches (Y2-Y1) der Schärfesignal-Amplituden liegt.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Scanner (12) und einem Strahlenteiler (13), dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Kanäle (A, B) nach dem Strahlenteiler (13) mindestens ein s Detektor (14,15) zur Abtastung von Intensitätsänderungen innerhalb der durch den Scanner ausgewählten Signalfolge zugeordnet ist, wobei die Detektoren in beiden Kanälen ausserhalb der idealen Bildebene (Bl, B2) fur das von der Projektionfläche (1) zurückgeworfene Bild angeordnet sind, und io zwar im gegenläufigen Sinn, d. h. im ersten Kanal (A) hinter der idealen ersten Bildebene (Bl) und im zweiten Kanal (B) vor der idealen zweiten Bildebene (B2), oder umgekehrt.
10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Detektorebene (Dl) im ersten Kanal

15 (A) um den gleichen Betrag vor der idealen ersten Bildebene (Bl) dieses Kanals angeordnet ist, um den im zweiten Kanal (B) die zweite Detektorebene (D2) hinter der zugehörigen idealen zweiten Bildebene (B2) liegt.

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