CH672376A5 - - Google Patents
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- CH672376A5 CH672376A5 CH279386A CH279386A CH672376A5 CH 672376 A5 CH672376 A5 CH 672376A5 CH 279386 A CH279386 A CH 279386A CH 279386 A CH279386 A CH 279386A CH 672376 A5 CH672376 A5 CH 672376A5
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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. DESCRIPTION The invention relates to a method for focusing an image designed by an object via projection optics onto a projection surface, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a device for carrying out the method. The determination of the state of folcussing between a projection plane and an object image projected onto the projection plane plays a diverse role in technology. Particularly in the case of photolithography, but also in the production of integrated circuits, it is crucial that the image of the original is focused as precisely as possible on the target plane, that is to say the projection plane. Although a number of other parameters have to be considered for the quality of the image transmission, e.g. B. the lateral relative alignment, the exact focusing plays a very important role, especially with extreme fine structures on the template. Line widths in the projection plane on the order of 1 | xm or less, as z. B. occur in semiconductor manufacturing, require special processing measures.
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 Given the fineness of the picture elements mentioned, the focusing for the image transmission must be carried out with great care, especially if the projection surface is not absolutely flat, but has unevenness of about the same order of magnitude as the picture elements themselves, i.e. in the um area. Above all, because of the low depth of focus of a projection lens suitable for this purpose (it is typically 2 yy, m in the above-mentioned areas), the most accurate focusing of the image plane on the projection surface plays a decisive role in the sharpness of all image areas. 55 For focus adjustment, it is known to evaluate the intensity profile of the object image projected back from the projection surface directly or in combination with marks located in the projection plane. For example, the image projected back from the projection surface is scanned 60 in an intermediate plane with a scanner transverse to the optical axis. This creates a characteristic intensity profile, the characteristics of which allow conclusions to be drawn as to the degree of focus. With suitable signal processing, a measure for the focusing of the object image on the projection surface can be derived from the scanned intensity profile. From the calculated values, e.g. B. correction signals for controlling corresponding tracking devices for focus adjustment
abgeleitet werden, sobald die aus dem Intensitätsverlauf gewonnenen charakteristischen Merkmale von vorgegebenen Grenzwerten abweichen. are derived as soon as the characteristic features obtained from the intensity curve deviate from specified limit values.
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. According to DE 3 402 177, a scanning device with a photodiode device and a rotating mirror acting as a scanner is known for obtaining signals which represent the intensity curve described. An image projected back from the projection plane is passed with the help of the rotating mirror over a slit-shaped photodiode, which emits an electrical signal corresponding to the received light intensity. With a suitable choice of the image pattern in the projection plane, the corresponding signal initially rises and falls again after a certain period of time. The image sharpness and thus the focus state of the device can be determined from the measured time values by appropriate signal processing.
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. The accuracy of such a measurement is unsatisfactory insofar as the optimum in the sharpness signal maximum is sought for each measuring point and the curve maximum is initially not clearly determined, but rather a rough approximation has to be sought by interpolating individual measured values. An interpolation of the sharpness curve for each of the selected measurement points is only possible after at least approximately 5 to 8 measurement points have been determined, although the interpolation is still relatively imprecise due to the small number of measurement points. Since the optimum sought is in the range of the curve maximum, which requires fewer approximation points to be determined by interpolation, there are inaccuracies which cause the error rate of the method to increase to inadmissibly high values with increased quality requirements. Consideration and serial processing of other measuring points can often not be done due to the time involved. Finally, according to the known method, the focus state is measured for the individual measuring points over the focus area, at process intervals at which individual parameters may have already changed, which causes temporal fluctuations in the image sharpness as a result of the instability of the light source used, the mechanical structure, the optics, etc. . result. As a result, the focus signal is falsified and the accuracy of the focus determination is negatively influenced again.
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. In order to avoid multiple mechanical displacement of the projection plane or the object plane during the focusing process, it has also been proposed to optionally introduce glass plates of different thicknesses into the beam path, which bring about a controlled change in the optical path length in the beam path between the object and the projection plane. However, this measure increases the time required for the measurement because of the large number of discrete individual measurements for determining the intensity curve. In addition, the constant pivoting in and out of the glass plates in and out of the beam path is associated with disadvantages which result from the mechanical stress on the parts and from the inertia of the moving parts. The optical path length can shift discretely in an uncontrolled manner, which leads to non-reproducible fluctuations in focus position, the so-called jitter.
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. It is an object of the present invention to further develop the focusing method in such a way that the disadvantages described are avoided. In particular, multiple mechanical displacements during the measurement process should be avoided for reasons of time and accuracy. Furthermore, existing aids should be able to be used, which are already available for other adjustment processes.
672376 672376
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren und eine Einrichtung mit den in den Patentansprüchen 1 und 9 definierten Merkmalen gelöst. This object is achieved according to the invention by a method and a device with the features defined in patent claims 1 and 9.
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. As a result of the claimed measure, the exact focus position can be determined or corrected quickly, reliably and with considerably improved accuracy with the aid of a mechanical computing process that is easy to control and easy to carry out. Aids are largely used, which are usually present or necessary anyway, for example for horizontal adjustment. This avoids extensive additives and measures, as are required in known methods or devices for fine focusing. The setting accuracy was significantly improved with the present method. The process can be used without restriction in production. It is noticeably faster and yet more precise than previously known processes. Separate autocalibration fields, such as are required in known methods, are avoided in the present method, as a result of which the possible uses are broadened or the application is simplified.
Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen : The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments. Show it :
Fig. 1 den Strahlengang gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel, 1 shows the beam path according to a first embodiment,
Fig. 2 den Stahlengang gemäss einem zweiten Auführungs-beispiel, und 2 shows the steel passage according to a second example of performance, and
Fig. 3 den Schärfesignalverlauf als Funktion der Fokusposition für zwei Detektoren S' und S". Fig. 3 shows the sharpness waveform as a function of the focus position for two detectors S 'and 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. The following exemplary embodiments are described in connection with the production of semiconductor circuits from prepared semiconductor wafers. However, this application is only one example from a large number of technically similar applications. The example chosen is therefore not to be interpreted as a restriction of the many possible uses of the invention.
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. In the method as described below, the results from the sampled values for the intensity profile of the images of an object are used as a criterion for a comparison operation between two sharpness signals derived from the intensity profile. In accordance with the result of the comparison operation, the automatic refocusing is carried out by adjusting the projection optics and / or the projection plane and / or the object plane.
Zu diesem Zweck ist z. B. gemäss der schematischen Darstellung des Strahlengangs nach Fig. 1 eine Projektionsoptik For this purpose, e.g. B. according to the schematic representation of the beam path according to FIG. 1, projection optics
10 vorgesehen, welche ein Bild der Projektionsfläche 1 in eine Detektoreinrichtung 11 leitet. Die Detektoreinrichtung 10 is provided, which conducts an image of the projection surface 1 into a detector device 11. The detector device
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). 11 contains a rotating mirror 12 which acts as a scanner and to which a beam splitter 13 is arranged. The beam splitter divides the information coming from the projection surface 1 into two beam paths A and B. In the beam path A, the information is projected from the projection surface 1 into the image plane of a photoelectric detector arrangement 14, which is not exactly in the focal plane, but a certain distance behind the focal plane B1. In the second beam path B, the information is projected from the projection surface into an image plane of a second photoelectric detector arrangement 15, which likewise is not exactly in the focal plane, but this time somewhat in front of the focal plane B2 (in both cases in the direction of the beam path).
Von jedem der photoelektrischen Detektorelemente 14 bzw. 15 wird das von der Projektionsfläche 1 empfangene Each of the photoelectric detector elements 14 and 15 receives that received from the projection surface 1
3 3rd
5 5
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
672376 672376
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. Image scanned linearly in a predetermined direction with regard to intensity changes. Sharpness signals S 'and S "are then derived from each of the contrast signals obtained in this way by appropriate signal processing.
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. In the decisive step of the method, as explained with reference to FIG. 3, a zero adjustment is carried out between the two sharpness signals S 'and S' derived from the recorded intensity values. While, according to previous practice, the curve maximum of the sharpness signal was used as an evaluation criterion, the maximum of the curve interpolated from only a few measurement points being able to be determined only very imprecisely and the ideal focus position being obtained by averaging between these measurement values, the invention provides that the focus position Z / F at the intersection X of both curves S 'and S "according to FIG. 3 as the criterion for the optimal focus position.
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. In the course of the optimization process, the projection surface 1 and / or the projection optics 10 and / or possibly the object plane 20 are adjusted parallel to the optical axis until the desired zero adjustment is achieved.
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 The control signal compensating the focus position can be obtained in different ways after determining the focus position Z / F at the curve intersection X of the two signals S 'and S ". According to a first example, the correction signal can be obtained in accordance with the actual displacement
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. Define the exercise of one of the two detector levels if the other detector position is kept constant. The ideal focus position is reached when the intersection X of the two curves S 'and S "lies within a predetermined tolerance range Y2-Y1 of the signal amplitudes.
Gemäss einem zweiten Beispiel kann der Schärfesignalunterschied (S" —S' ) direkt zur Ableitung eines Regelsignals herangezogen werden. According to a second example, the sharpness signal difference (S "-S ') can be used directly to derive a control signal.
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. According to an exemplary embodiment according to FIG. 2, the image of a mask is additionally imaged on a semiconductor wafer surface. An image of the mask is projected onto the wafer surface acting as projection surface 1 from a mask 20 via the optics 10 and then back-projected from the wafer surface via the optics 10, a semi-transparent mirror 25 and the scanner 12 into the detector device. The scanning of the intensity signals by the detector arrangements 14 and 15 and the further signal processing for deriving suitable control or correction signals for the focus adjustment is otherwise carried out according to the previously described method.
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. Due to the detector arrangement described and the evaluation of the intensity signals in the manner described, the construction outlay for the scanning or correction devices can be greatly reduced compared to known methods or devices. In addition, the accuracy of the focus setting is significantly increased due to the improved determination of the criterion for the zero adjustment.
20 20th
B B
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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