DE2506628A1

DE2506628A1 - Optische vorrichtung

Info

Publication number: DE2506628A1
Application number: DE19752506628
Authority: DE
Inventors: Walter J Wojcik
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1975-02-17
Publication date: 1975-09-25
Also published as: FR2265112B1; US3865483A; JPS50126443A; FR2265112A1; GB1457394A

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 973 074

Optische Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine optische Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten zweier mit Ausrichtmarkierungen versehener Objekte,

Stand der Technik

Bei bekannten Vorrichtungen zum Ausrichten zweier oder mehrerer Objekte in bezug auf einander werden Abbildungen dieser Objekte oder Abbildungen von Teilen dieser Objekte erzeugt und anschließend visuell oder automatisch festgestellt, in welchem Umfang die einzelnen Objekte in bezug aufeinander ausgerichtet bzw. nicht ausgerichtet sind. Anschließend werden diese Objekte so lange verschoben, bis sie mit der gewünschten Genauigkeit aufeinander ausgerichtet sind. Bei automatischen computergesteuerten Herstellungsverfahren mit optischen Ausrichtvorrichtungen werden Detektoren verwendet, die aufgrund des von den einzelnen Objekten zurückgesteuerten Lichtes Signale erzeugen, die eine Aussage über j die jeweilige Lage der einzelnen Objekte in bezug aufeinander ent- \ halten. Bei diesen optischen Ausrichtvorrichtungen sind die ein- j zelnen Objekte mit Ausrichtmarkierungen versehen, durch die eine besonders einfache Auswertung der zur Ausrichtung erforderlichen optischen Signale möglich wird. Insbesondere beim Einsatz derarti-, ger optischer Ausrichtvorrichtungen bei der Produktion großer Zah- I len von zum Teil recht unterschiedlichen Gegenständen ist es besonders wichtig, die von den zum Teil recht unterschiedlich ausge-

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bildeten Ausrichtmarkierungen ausgehenden optischen Signale mög- :liehst wenig störanfällig zu machen und optimal auszunutzen. Eine besonders exakte Ausrichtung wird beispielsweise bei der Herstellung von integrierten Schaltungen erforderlich, bei der feinstrukiturierte Lichtmuster enthaltende Masken in einer Vielzahl von aufieinanderfolgender Verfahrensschritten auf mit einer Phototlackschicht überzogene Halbleiterscheiben ausgerichtet und abgebildet werden müssen. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in ;der US-Anmeldung, Ser.Nr. 230 736 beschrieben, bei der die Ausrichtung der beiden Objekte mit Hilfe von jeweils zwei auf den einzelnen Objekten angeordneten, Ausrichtmarkierungen erfolgt. Diese ι Ausrichtmarkierungen werden mit Hilfe eines Photodetektors zur Erzeugung von jeweils die Lage der einzelnen Markierungen angebenden Signalen abgetastet. Da die Größe der Objekte und/oder die Lage der Ausrichtmarkierungen sich in großem Umfang ändern können_f ist

!es erforderlich, entweder eine Verschiebung der Beleuchtungsvor- : ¹ richtung vorzunehmen oder den Durchmesser des Abtaststrahls so j groß zu machen, daß eine Erfassung auch weit auseinanderliegender j Markierungen sichergestellt wird. Im ersten Fall sind bewegliche j !Elemente erforderlich, die Vorrichtungen verschleißempfindlich ί I und störanfällig machen. Im zweiten Fall werden die zur Abtastung erforderlichen Lichtmengen nur schlecht ausgenützt. Im letzten Fall ist es auch nicht immer mit Sicherheit zu vermeiden, daß von 'einer Markierung ausgehende Strahlung auch zu dem für die Abta-¹stung der anderen Markierung bestimmten Detektor gelangt, was zu einer Herabsetzung der Anzeigegenauigkeit und zur Erhöhung der Störanfälligkeit dieser Vorrichtungen führen kann.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten von zwei oder mehr mit Ausrichtmarkierungen versehenen Objekten, insbesondere von Masken und Halbleiterscheiben bei der Herstellung integrierter Schaltungen anzugeben, bei der die oben angegebenen Fehler vermieden werden und eine ausreichende Beleuchtung der Ausrichtmarkierungen mit gutem Wir-

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kungsgrad sichergestellt wird. Weiterhin soll ein übersprechen der von den einzelnen Ausrichtmarkierungen ausgehenden optischen Signale mit Sicherheit vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung vermieden.

Vorteile

Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zwei linear und senkrecht zueinander polarisierte Abtaststrahlenbündel vorgesehen sind, ist es möglich, eine gegenseitige Störung der durch die Abtastung mit den einzelnen Lichtbündeln erzeugten Signale nahezu vollständig unmöglich zu machen, so daß die Störanfälligkeit der Vorrichtung herabgesetzt wird. Schon aus diesem Grunde ist es möglich, mit wesentlich niedrigeren Lichtmengen als bei den vorbekannten Vorrichtungen auszukommen. Weiterhin wird durch im Weg der beiden Abtaststrahlenbündel angeordnete Zylinderlinse der Strahlquerschnitt den abzutastenden Bereichen optimal angepaßt.

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das in einer Maske 11 enthaltene Muster über eine hochauflösende, verkleinernde Projektionslinse auf eine mit einer Photolackschicht überzogene Halbleiterscheibe 15 übertragen. Die Maske 11 und die Halbleiterscheibe 15 sind auf nicht dargestellten Kreuzsupporten in bezug aufeinander verschiebbar angeordnet, so daß sie mit Hilfe von mittels auf ihnen angeordneten Mustern (Ausrichtmarkierungen) 12A, 12B, 16A und 16B erzeugten Signalen ausgerichtet werden können. Die Ausrichtmarkierungen auf der Halbleiterscheibe 15 werden in der Ebene der Maske 11 abgebildet. Die Abbildungen der Ausrichtmarkierungen auf der Maske 11 und der Halbleiterscheibe 15 werden durch sogenannte Ausrichtfinger 17 und 19 zu Detektoren übertragen, an deren Ausgängen elektrische Signale auftreten, die eine Funktion der Lage der durch die Ausrichtfinger abgetasteten Ausrichtmarkierungen sind. Diese elektrischen Signale können zur Ausrichtung der Maske 11

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und/oder der Halbleiterscheibe 15 verwendet werden. Beispielsweise können Maske und Halbleiterscheibe auf KreuzSupporten !befestigt sein, die in X- und Y verschiebbar und gleichzeitig drehbar sind und durch Schrittschaltmotore unter Steuerung der oben genannten Signale bewegt werden.

Sie Ausrichtbeleuchtung erfolgt mittels einer geeigneten Lichtquelle 21, die beispielsweise als Argon-Laser ausgebildet sein kann. Der von dieser Lichtquelle 21 ausgehende Strahl 22 weist beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt von etwa 1,2 mm auf und besteht aus einer monochromatischen linear polarisierten Strahlung einer Wellenlänge von 5 154 A. Diese Wellenlänge ist in an sich bekannter Weise so gewählt, daß die Photolackschicht während des Ausrichtvorganges nicht beeinflußt wird. Anschließend wird der Querschnitt des Strahles 22 mit Hilfe von Linsen 23 und 25 auf einen Durchmesser von etwa 0,4 mm erweitert und anschließend mit Hilfe eines Strahlenteilers 27 in zwei Teilstrahlen 22A und 22B aufgespalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Strahlenteiler eine planparallele Platte mit einem rransmissionsverhältnis von 50:50 verwendet. Die Strahlen 22A and 22B werden mit Hilfe von Spiegeln 28, 29 und 30 so umgelengt, laß sie mit der Richtung des Strahls 22 Winkel von jeweils 3,55° Dilden. Im Wege des Strahles 22A ist ein Polarisator 31 drehbar

angeordnet, mit dessen Hilfe die Intensität der beiden Strahlen in bezug aufeinander abgeglichen werden kann. Im Wege des Strahles 22B ist eine \ /2-Platte 33 angeordnet, durch die die 'Polarisationsebene des im Durchsetzen des Strahls um 90° gedreht 'wird, so daß die Polarisationsebenen der Strahlen 22A und 22B jsenkrecht zueiannder liegen. Mit Hilfe von Linsen 34A, 34B, |36A und 36B werden die kreisförmigen Querschnitte der Teilstrah-.len 22A und 22Bin elliptische Querschnitte umgewandelt. Die Linsen 34A und 36A haben eine Brennweite von 10 cm, während die Linsen 34B und 36B jeweils Brennweiten von 7,5 cm haben. Der Abstand zwischen den in den beiden Teilstrahlen angeordneten Linsen beträgt jeweils 2,5 cm, so daß die gemeinsamen Brennpunkte dieser Linsen in 35A bzw. 35B liegen. Die Teilstrahlen

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22A und 22B werden dann an einem auf der optischen Achse X¹ des verkleinernden Projektionssystems 13 liegenden Spiegel 37 in Richtung auf die Halbleiterscheibe 15 abgelenkt. Die beiden Teilstrahlen durchsetzen dann das Projektionssystem 31 und eine Ausrichtlinse 39 und fallen dann auf die Ausrichtmarkierungen 16A und 16B der Halbleiterscheibe 15. Die Linse 39 ist als schwach positive Linse ausgebildet und dient dazu, bei der zur Beleuchtung verwendeten Wellenlänge die Abbildung der Halbleiterscheibe in der Maskenebene richtig einzustellen. Die Linse 39 ist deshalb erforderlich, da das Projektionssystem 13 sorgfältig zur Erzeugung einer scharfen Abbildung der Maske in der Ebene der Halbleiterscheibe für die zur Belichtung der Photolackschicht verwendete Wellenlänge eingestellt ist. Die beiden Teilstrahlen werden an der Fläche der Halbleiterscheibe durch das Projektionssystem 13 und die Linse 39 zurückreflektiert, wobei sie mit der optischen Achse X¹ einen Winkel von etwa 1° einschließen. Die Größe des Spiegels 37 ist so gewählt, daß die Strahlen 22A und 22B beiderseits ungehindert zu den Ausrichtmarkierungen 12A und 12B gelangen können. Die Lage der sich kreuzenden Zylinderlinsen ist so gewählt, daß die Strahlen 22A und 22B beim Verlassen des Projektionssystems 13 in Richtung auf die Maske 11 parallele Strahlenbündel bilden. Beide Strahlen werden dann an Spiegeln 41 und 43 reflektiert und gelangen als sogenannte Ausrichtfinger 17 und 19 zu den Detektorvorrichtungen, die beispielsweise als Photozellen und/oder Fernsehkameraröhren und Kathodenstrahlröhren ausgebildet sein können. Zweckmäßigerweise wird jedem Photodetektor ein Mikroskop vorgeschaltet, das diesem eine vergrößerte Abbildung der Ausrichtmarkierungen zuführt. Im Verlauf der Ausrichtfinger 17 und 19 sind ferner Polarisatoren 45 und 46 so angeordnet, daß jeweils nur Licht mit der dem betreffenden Kanal zugeordneten Polarisationsrichtung durchgelassen wird. Die gekreuzt angeordneten Zylinderlinsen erzeugen elliptische Strahlquerschnitte, die, wie aus den Figuren 2, 3A und 3B hervorgeht, der rechteckigen Form der Ausrichtmarkierungen besser angepaßt sind als Strahlen mit kreisförmigen Querschnitten. Durch die Strahlen mit elliptischem Querschnitt wird auch eine

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Ausleuchtung des gesamten Feldes mit einem Minimum an Lichtverlusten möglich. Dabei ist es möglich, Ausrichtmarkierungen in verschiedenen Lagen, die durch verschiedene Halbleiterscheibengrößen oder durch Verschiebungen der Halbleiterscheiben bedingt sein können, ohne Änderung der Lage der Ausrichtoptik abzutasten. Durch die mit zueinander senkrecht liegenden Durchlaßrichtungen angeordneten Polarisatoren 45 und 46 werden Störsignale vermieden, die beispielsweise durch Lichtreflektion an den einzelnen reflektierenden Flächen des Projektionssystems bedingt sein können. Durch die besondere Anordnung des Spiegels 37, durch den nur die Teil-I strahlen 22A und 22B in Richtung auf die Halbleiterscheibe 15 !abgelenkt werden, ist eine optimale Lichtausnützung sichergestellt, die beispielsweise bei Verwendung von halbdurchlässigen , Spiegeln oder Strahlenteilern nicht erreicht werden könnte.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Optische Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten zweier mit Ausrichtmarkierungen versehener Objekte, gekennzeichnet durch Mittel (21, 27, 33) zur Erzeugung von mindestens zwei je einem aus einer Ausrichtmarkierurig auf dem einen Objekt (11) und einer Ausrichtmarkierung auf dem anderen Objekt (15) bestehenden Ausriehtmarkierungspaar {12A, 16A bzw. 12B, 16B) zugeordneten, senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen (22A, 22B), durch ein abbildendes optisches System (13, 39) zur Abbildung der Ausrichtmarkierung des einen Objekts (15) auf die Ausrichtmarkierungen des anderen Objekts (11), und durch Elemente (17, 19, 41, 43) zur Übertragung der Abbildungen der besagten Ausrichtmarkierungspaare (12A, 16A bzw. 12B_f 16B) auf zwei die Ausrichtung ermittelnde Detektoren und durch zwei vor den Detektoren angeordnete Polarisatoren (45, 46), durch die die jeweils von dem den anderen Detektor zugeordneten Ausrichtungsmarkierungspaaren ausgehende Strahlung unterdrückt wird.

Optische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- j net, daß die Mittel zur Erzeugung der die einzelnen Aus- I richtmarkierungspaare beleuchtenden Teilstrahlen (22A, { 22B), aus einem Argonlaser (22) und einem Strahlenteiler ι (27) bestehen. j

3. Optische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch in dem von Argon-Laser (21) erzeugten monochromatischen linear polarisierten Strahl (22) angeordnete Linsen (23, 25) zur Vergrößerung des Strahlquerschnitts.

4. Optische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine im Verlauf des einen Teilstrahls (22B) angeordnete λ/2-Platte (33), durch die die Polarisations-

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richtung des einen Teilstrahls (22B) senkrecht zur Polarisationsrichtung des anderen Teilstrahls (22A) gedreht wird.

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5. Optische Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch je zwei im Verlauf der beiden Teilstrahlen (22A, 22B) angeordnete, einander kreuzende zylindriche

Linse (34A, 34B bzw. 36A, 36B), durch die der Querschnitt der beiden Teilstrahlen der Lage und/oder der Form der zu beleuchtenden Ausrichtmarkierungen angepaßt wird.

J 6. Optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche

1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (21) zur j Erzeugung eines linear polarisierten Strahls (22) , einen , Strahlenteiler (27) zur Aufspaltung des Strahls in zwei

Teilstrahlen (22A, 22B), eine im Verlauf eines der Teil- _: strahlen angeordnete χ/2-Platte (33) _ZUr Drehung der Po- < larisationsebene dieses Teilstrahls um 90 , durch mindestens j einen im Verlauf mindestens eines Teilstrahls drehbar an- : geordneten Polarisator (31) zur steuerbaren Schwächung der Intensität des betreffenden Teilstrahls, durch je

zwei im Verlauf jedes Teilstrahls angeordnete, sich kreuzende Zylinderlinse (34A, 34B, 36A, 36B) zur Anpassung ' der Strahlquerschnitte an die Form und/oder die Lage der einzelnen Ausrichtmarkierungen, einen die beiden Teilstrahlen in Richtung auf die Ausrichtmarkierungen des einen Objekts ablenkenden Umlenkspiegel (37) , ein die Teilstrahlen auf die Ausrichtmarkierungen (16A, 16B) des einen Objekts und diese auf die Ausrichtmarkierungen (12A, 12B) abbildendes optisches System (13, 39), Umlenkspiegel (41, 43) und Linsen (17, 19) zur übertragung der die Abbildungen der Ausrichtmarkierungen (12A, 16A bzw. 12B, 16B) enthaltenden Strahlen auf je einen einem Ausrichtmarkierungspaar zugeordneten Detektor zur Feststellung der Ausrichtung und durch vor jedem Detektor mit senkrecht zueinander verlaufenden Durchlaßrichtungen angeordnete

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Polarisatoren (45, 46), durch die die von jeweils dem anderen Detektor zugeordneten Ausrichtmarkierungen ausgehende Strahlung unterdrückt wird.

7. Optische Vorrichtung nach einem oder mehrern der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der die Ausrichtmarkierungen beleuchtenden Teilstrahlen (22A, 22B) elliptisch sind.

8. Optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden aufeinander auszurichtenden Objekte (11) eine Maske und das andere Objekt (15) eine zur Herstellung von integrierten Schaltungen dienende, mit einer Photolackschicht überzogene Halbleiterscheibe ist,

9. Optische Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorher- [ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden j Teilstrahlen (22A, 22B) mit der Richtung des Strahls (22) J jeweils einen Winkel von 3,55 einschließen. J

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