DE2211476B2

DE2211476B2 - Verfahren zur Ausrichtung von zur Deckung zu bringenden Bildern in einer Projektions-Belichtungseinrichtung, insbesondere zur Fertigung integrierter Schaltungen

Info

Publication number: DE2211476B2
Application number: DE2211476A
Authority: DE
Inventors: Tsuneo Niiza Saitama Hidaka (Japan)
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-09
Publication date: 1975-04-30
Also published as: US3751170A; FR2128822B1; JPS5117297B1; DE2211476A1; GB1382148A; DE2211476C3; FR2128822A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung von zur Deckung zu bringenden Bildern, insbesondere zur Fertigung integrierter Schaltungen, bei dem tin auf einem Träger angebrachtes in einer ersten Brennebene eines Projektionsobjektivs angeordnetes Muster mittels einer Projektionsvorrichtung auf einen ki einer zweiten Brennebene des Projektionsobjektivs angeordneten Träger übertragen wird und bei dem eine auf dem erstgenannten Träger vorgesehene Belugsmarke mit einer auf dem zweiten Träger angebrachten Marke zur Deckung gebracht werden soll.

Es ist bekannt, sehr kleine Muster, etwa die Schaltichemata von integrierten Schaltkreisen durch photof raphische Verfahren auf eine Unterlage, beispielswei-•e auf ein mit einem lichtempfindlichen Überzug versehenes Siliciumplättchen zu übertragen. Hierbei wird 4as Muster zunächst auf einer Silbersalz-Trockenplatte •der einem ähnlichen Trägermaterial aufgebracht. Dietes Muster dient anschließend als Maske zur Belichtung SS der lichtempfindlichen Aufnahmeschicht. Bei der Beichtung sind die Maske und die mit der lichtempfindlichen Schicht versehene Unterlage eng miteinander verbunden, z. B. miteinander verklebt. Die Ausrichtung kann bei diesem Verfahren mittels eines optischen Mikroskops vorgenommen werden.

Als Weiterentwicklung sind — von diesem Kontaktbelichtungsverfahren ausgehend — neuerdings Belichtungsverfahren entwickelt worden, bei denen das abzubildende Muster mittels einer Projektionsvorrichtung auf das zu belichtende Trägermaterial übertragen wird.

Das bei einer derartigen Projektionsvorrichtung verwendete Projektionsobjektiv muß im allgemeinen einen großen Öffnungswinkel und eine hohe Auflösung besitzen. Es ist deshalb zweckmäßig, die erforderliche Korrektur der Aberrationen auf hinreichend kleine Beträge nur für bestimmte Wellenlängen vorzunehmen. Hierunter muß sich selbstverständlich die Wellenlänge befinden, auf die das lichtempfindliche Material, das beispielsweise als Photowiderstandsmaterial auf der betreffenden Unterlage aufgebracht ist, anspricht. Diese Wellenlänge entspricht beispielsweise der g-Linie im Linienspektrum einer puecksilberlampe, d.h. einer Wellenlänge von 4358 Ä. Ferner muß sich unter den Wellenlängen, für die das Objektiv hinsichtlich der Aberration korrigiert ist, die Wellenlänge des sichtbaren Lichts befinden, das bei der Ausrichtung verwendet wird und für das das lichtempfindliche Material nichtempfindlich ist. Dies ist beispielsweise die der e-Linie des Linienspek^rums einer Quecksilberlampe entsprechende Wellenlänge von 5461 A.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Entwurf und die Herstellung von Projektionsobjektiven für den vorliegenden Verwendungszweck, bei denen gleichzeitig die Aberration für derart verschiedene Wellenlängen kompensiert ist, schwierig und teuer sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem ein Projektionsobjektiv Verwendung finden kann, dessen Aberration für nur eine Wellenlänge kompensiert ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die von der ersten Brennebene ausgehenden Lichtstrahlen mittels eines im Strahlengang des Projektionsobjektivs geneigt und wegklappbar angeordneten Spiegels in einer zur zweiten Brennebene spiegelsymmetrisch gelegenen Bildebene fokussiert werden und daß ein Bild der genannten in der zweiten Brennebene vorgesehenen Marke mittels eines eine Sicherheitslichtquelle beinhaltenden optischen Systems durch Verschiebung der Relativstellung der Träger innerhalb ihrer Brennebenen mit dem in der genannten spiegelsymmetrisch gelegenen Bildebene fokussierten Bild der auf dem ersten Träger vorgesehenen Bezugsmarke visuell zur Dekkung gebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die Fertigung integrierter Schaltkreise beschränkt sondern eignet sich ganz allgemein zur Ausrichtung von Apparaten oder Geräten mit Projektionsvorrichtungen. Selbstverständlich ist auch der Abbildungsmaßstab nicht auf den Faktor 1 beschränkt.

Im folgenden sei die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert:

F i g. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel eine Projektions-Belichtungseinrichtung mit einer Vergrößerung von 1, wie sie üblicherweise verwendet wird;

F i g. 2 dient zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung;

F i g. 3 verdeutlicht die Art und Weise, wie sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausrichtung von aufeinander zur Deckung zu bringender Bilder durchführen läßt; und

Fig.4 verdeutlicht in einer weiteren Darstellung einen wesentlichen Abschnitt des Verfahrens nach der Erfindung.

Bei der bekannten Projektions-Belichtungseinrichtung nach F i g. 1, die eine Verstärkung von 1 aufweist, ist eine Linse vorgesehen, die für zwei Wellenlängen kompensiert ist. In F i g. 1 ist mit Bezugszeichen 1 ein Plättchen, mit 2 eine Projektorlinse mit dem Vergrößerungsfaktor 1, mit 3 eine aus einer Silbersalz-Trocken-

platte bestehende Maske oder ein Chrommaske bezeichnet, auf der ein sehr kleines Muster gespeichert ist. Es sei zunächst überprüft, ob ein Puni.t P', auf den ein Punkt P der Maske 3 durch die Prcjektorlinse 2 fokussiert wird, in einem Bild mit einem Punkt Q auf dem Plättchen 1 innerhalb eines zulässigen Fehlerbereichs koinzidiert Koinzidieren die Punkte nicht miteinander, so bedeutet dies, daß die Maske 3 oder das Plättchen 1 auf den Brennebenen verrutscht sind, und es muß sichergestellt werden, daß die Punkte P und Q in einer ausreichend zufriedenstellenden Relativstellung zueinander angeordnet sind Wie diese Ausrichtung gemäß der Erfindung vorgenommen wird, soll in einem Arbeitszyklus bis zum Zeitpunkt der Belichtung erläutert werden.

Bei der Darstellung nach F i g. 1 überträgt ein Filter 5 Lichtstrahlen der Wellenlänge, auf die ein Photowiderstandsmaterial anspricht und für die die Aberration kompensiert ist. Weiterhin überträgt ein Filter 4 das zur Ausrichtung bestimmte Licht, das nachfolgend je nach Bedarf in den Lichtweg eingeblendet wird. Zunächst wird die Maske 3 in Stellung gebracht, woraufhin das Plättchen 1 ausgerichtet wird. Das von einer Lichtquelle 8 emittierte Licht wird von einer Kondensorlinse 7 so eingefangen, daß die Lichtenergie mit gutem Wirkungsgrad auf die Projektorlinse 2 auftrifft. Daraufhin wird der Lichtweg durch einen Reflektor 6 umgelenkt, und das Licht gelangt durch ein zuvor wahlweise einsetzbares Filter 4 oder 5 und belichtet dann die Maske 3. Die von dieser Maske 3 ausgehenden Lichtstrahlen gelangen dann über die Projektorlinse 2 auf das Plättchen 1. Das auf dem Plättchen 1 in Abhängigkeit vom speziellen Muster auf dem Plättchen 1 reflektierte Licht, das eine Information über des spezielle Muster enthält, wird durch die Projektorlinse 2 wiederum als Bild auf der Maske 3 fokussiert. Das vom Plättchen 1 reflektierte Licht wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel 9 umgelenkt, wird jedoch nur während des Ausrichtens vom Lichtweg abgezweigt. Dieser halbdurchlässige Spiegel wird während des Belichtens aus dem Lichtweg entfernt, so daß der Belichtungsvorgang nicht gestört wird. Über ein Objektiv 10 wird der Punkt P und das Bild dieses Punktes P vergrößert und läßt sich über ein Okular 11 beobachten, d.h., es läßt sich sicherstellen, daß das Bild des Plättchens 1, das auf diese Weise auf die Maske 3 fokussiert wird, mit dem Muster auf der Maske 3 selbst koinzidiert. Die Relativstellung der Maske 3 und des Plättchens 1 lassen sich nun einstellen, so daß nach erfolgter genauer Einstellung und Ausrichtung und nach einem Auswechseln der Filter 4 und 5 die Belichtung erfolgen kann. Bei diesem System hängt die Verbesserung der Ausrichtgenauigkeit vom Grad der Auflösung in bezug auf die zur Ausrichtung verwendete Lichtwellenlänge ab.

Unter Bezug auf F i g. 2 wird nun eine Ausführungsform einer Projektions-Belichtungseinrichtung beschrieben, die sich besonders gut für das erfindungsgemäße Verfahren eignet. Zur Erleichterung der Anschaulichkeit der Darstellung ist das Beleuchtungssystem weggelassen worden.

Der Lichtstrahl, der den Punkt P auf der Maske 3 belichtet hat, wird über die Projektorlinse 2 geleitet und als Bildpunkt P' auf das Plättchen 1 fokussiert. Dieser Lichtstrahl ist so beschaffen, daß er im empfindlichen Bereich des Photowiderstandsmaterials liegt. Nur der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß bei der Projektorlinse 2 die Aberration im Bereich der Wellenlänge dieses Lichtstrahls kompensiert ist.

Zwischen dem unteren Ende der Projektorlinse 2 und der Brennebene ist ein Reflektor 13 in einem Winkel von 45° in bezug auf die optische Achse eingesetzt. Der Lichtstrahl, der ein Bild auf den Punkt P' fokussiert, wird durch den Reflektor 13 umgelenkt und fokussiert ein Bild auf einen Punkt P" für den gemäß Fig.2 die Relation RP' = RP" gilt, wobei mit P¹R die durch den Punkt P' hindurchgehende und parallel zur optischen Achse AC verlaufende Gerade bezeich-

net ist, die den Reflektor 13 bei R trifft. Das mit einer Verstärkung von 1 auf den Punkt P" fokussierte Bild

wird über eine Relaislinse 14 als vergrößertes Bild auf einen Punkt 5 fokussiert

Ein Spiegelmikroskop ist so einjustiert, daß sich der

Punkt P' in seiner relativen Lage zum Punkt /»beobachten läßt. Bei diesem optischen System gelangt das von einer Lichtquelle 18 emittierte Licht durch eine Kondensorlinse 19 und schneidet die vom photoempfindlichen Material über ein Filter 20 aufgenommene Lichtstrahlen, während der Rest, die sogenannten »Sicherheitslichtstrahlen«, lediglich durch einen halbdurchlässigen Spiegel 17 reflektiert werden und dann über ein Objektiv 21 gelangen und durch einen Reflektor 16 reflektiert werden, der in einem Winkel von 45° in bezug auf die optische Achse in gleicher Weise wie der Reflektor 13 angeordnet ist, so daß die Oberfläche des Plättchens 1 belichtet wird. Der vom Punkt P' auf dem Plättchen 1 reflektierte Lichtstrahl passiert den Reflektor 16, das Objektiv 21 und den halbdurchlässigen Spiegel 17 und wird durch einen Reflektor 23 und einen halbdurchlässigen Spiegel 15 als Bild in den Punkt 5 fokussiert Ein Spiegel- oder Prismensystem 22 ist im Lichtweg so angeordnet daß eine vertikale oder seitliche Inversion der Bilder der Punkte P' und P" verhindert wird, was sonst in bezug auf den Punkt 5 der Fall wäre. Es ist auch möglich, die Punkte P' und P" mit einer Vergrößerung von 1 in die jeweiligen Bilder irgendeines geeigneten Punkts S durch zweckentsprechende Auslegung des optischen Systems zu fokussie-

ren.

Für die Vergrößerung braucht nicht stets der Wert 1 vorgesehen zu sein. Wenn das Muster (i) auf der Maske 3 und das Muster (H) auf dem Plättchen 1 mit dem Muster (i) zur Deckung gebracht werden soll, so muß die Beziehung

χ < y

erfüllt sein, worin χ und ydie Größe der Muster (i)bzw. (H), wie F i g. 3 zeigt, wiedergeben. Dabei wäre, wie aus (Hi) (Bild links unten in F i g. 3) ersichtlich ist, eine genaue Ausrichtung bei einer Verstärkung von 1 schwierig. In diesem Fall kann die Vergrößerung des Objektivs zur Erleichterung des Ausrichtens kleiner sein. Das Ergebnis läßt sich aus (iv) (Bild rechts unten in F i g. 3) ersehen. Aus der so weit beschriebenen Anordnung ergibt sich, daß die Bilder der Punkte P' und P", d.h. genaugenommen die Bilder der Punkte fund P', miteinander im Punkt 5 koinzidieren. Es ist also lediglich erforderlich, diese Bilder über ein Okular zweckentsprechend zu vergrößern, um eine richtige Ausrichtung sicherzustellen. Für den Fall, daß der mit dem Punkt P auf der Maske zur Deckung zu bringende Punkt Q auf dem Plättchen sein, kann dieser Punkt an die Stelle des Punktes P' gerückt werden. Dann koinzidiert der Punkt P mit dem Punkt Q. Die Auslegung des Objektivs in dieser Weise ist insoweit vorteilhaft, als das Bild der über das Objektiv laufenden Lichtstrahlen, das vom

Photowiderstandsmaterial aufgenommen wird, und das Bild des Mikroskops des auftreffenden Lichts in verschiedener Farbgebung beobachtet werden, und das über das Objektiv laufende Licht kann so ausgewählt werden, daß sich die koinzidierenden Bilder so beobachten lassen, daß eine Kompensation der Aberration nur in bezug auf die Wellenlänge der ausgewählten Lichtstrahlen erforderlich ist.

Ist es erwünscht, festzustellen, ob die richtige Ausrichtung eines ganzen Bereichs auch bei Beobachtung nur eines Teilbereichs mit einem Durchmesser von weniger als 0,1 mm bei einem Gesamtbereich von beispielsweise 50 mm im Durchmesser vorliegt, so braucht nur die Koinzidenz an zwei Punkten festgestellt zu werden. Dies läßt sich beispielsweise mit einer paarweisen Anordnung gemäß F i g. 2 erreichen, wobei es eine beträchtliche Erleichterung bei der Beobachtung darstellt, ein Paar Doppelbilder über ein Okular mit einem einzigen Blick sichtbar zu machen, wobei eine übliche Vorrichtung mit zwei Sichtfeldern verwendet wird. Die sogenannte »mechanische Wölbung« der Projektorlinse muß ausreichend groß sein, um die beschriebene Ausrichtung ermöglichen zu können. Der über das Objektiv während des Ausrichtvorgangs übertragene Lichtstrahl wird vom Photowiderstandsmaterial aufgenommen, so daß zweckmäßigerweise eine Lichtausblendplatte 24 zum Ausblenden des unerwünschten An teils der Lichtsstrahlen vorgesehen ist.

Es ist selbstverständlich erforderlich, die Einrichtung so auszulegen, daß die vom Sichtfeld aus zu beobachtenden Teile während der Belichtung entfernt sind.

5 Obgleich bei der Ausführungsform nach F i g. 2 die Reflektoren 13 und 16 getrennt angeordnet sind, kann auch nur ein einziges rechtwinkliges Prisma vorgesehen sein, dessen geneigte Flächen, wie in F i g. 4 angedeutet, eingesetzt sind.

ίο Dieses Verfahren läßt sich auch dort anwenden, wo die Vergrößerung der Projektorlinse einen anderen Wert als 1 aufweist. In diesem Fall kann die Vergrößerung und die Brennweite der Relaislinse bzw. des Objektivs in Anpassung an die Vergrößerung der Projektorlinse so gewählt sein, daß bei dem optischen System die von der Relaislinse und dem Objektiv erzeugten Bilder miteinander koinzidieren.

Aus der soweit gegebenen Beschreibung der Erfindung ist ersichtlich, daß nicht nur die Auslegung und der Aufbau der Projektorlinse in vorteilhafter Weise beträchtlich vereinfacht wurden, sondern auch, daß sich die Ausrichtung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ sehr leicht erreichen läßt, da die Maske und das Plättchen in wenigstens zwei verschiedenen Farben beim Ausrichten beobachtet werden können, was bei den herkömmlichen Projektions-Belichtungseinrichtungen nicht der Fall ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Ausrichtung von zur Deckung zu bringenden Bildern, in einer Projektionsbelüftungseinrichtung, insbesondere zur Fertigung integrierter Schaltkreise, bei dem ein auf einem Träger angebrachtes in einer ersten Brennebene eines Projektionsobjektivs angebrachtes Muster mittels einer Projektionsvorrichtung auf einen in einer zweiten Brennebene des Projektionsobjektivs angeordneten Träger übertragen wird und bei dem eine auf dem erstgenannten Träger vorgesehene Bezugsmarke mit einer auf dem zweiten Träger angebrachten Marke zur Deckung gebracht werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Brennebene (Ebene von 3) ausgehenden Lichtstrahlen mittels eines im Strahlengang des Projektionsobjektivs (2) geneigt und wegklappbar angeordneten Spiegels (13) in einer zur zweiten Brennebene (Ebene von 1) spiegelsymmetrisch gelegenen Bildebene fokussiert werden und daß ein Bild der genannten in der zweiten Brennebene (Ebene von 1) vorgesehenen Marke (Q) mittels eines eine Sicherheitslichtquelle (18) beinhaltenden optischen Systems (21, 17, 22, ...) durch Verschiebung der Relativstellung der Träger (1,3) innerhalb ihrer Brennebenen mit den in der genannten spiegelsymmetrisch gelegenen Bildebene fokussierten Bild (P") der auf dem ersten Träger (3) vorgesehenen Bezugsmarke (P) visuell zur Deckung gebracht wird.