DE2624062B2

DE2624062B2 - Justiervorrichtung

Info

Publication number: DE2624062B2
Application number: DE2624062A
Authority: DE
Inventors: Susumu Aiuchi; Minoru Ikeda; Yoshio Matsumoto
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-05-30
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1979-11-08
Also published as: GB1546194A; JPS51140488A; US4170418A; JPS5547453B2; DE2624062A1; DE2624062C3; NL7605772A

Description

Die Erfindung betrifft eine Justiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Palentanspruchs 1.

Eine derartige Justiervorrichtung ist bereits bekannt (DE-AS 19 19 991), die die Ausrichtung von zwei mit Strukturen versehenen Platten zueinander mit nur zwei Meßsystemen ermöglichen soll. Eine lichtelektrische Meßvorrichtung enthält dabei ein Bezugssystem, auf dessen Eingangsebene Justiermarken der Platten abgebildet werden. Justierfehler der einzelnen Justiermarken können nur bei nicht oszillierenden Mebanordnungen durch wiederholtes abwechselndes Justieren beider Platten ausgeschlossen werden, was zeitaufwendig und mühsam ist.

Eine andere bekannte Justiervorrichtung (JP-OS 765/72) hat ein fotoelektrisches Mikroskop mit einer Trommel einschließlich einer Gruppe von Spalten in zwei Reihen, die sich in deren Breitenrichtung erstrecken. Die Spalten sind unter einem Winkel von 45° zur Abtastrichtung geneigt und quer zueinander angeordnet. Ein Lichtfühler erfaßt die durch die Spalten in jeder Reihe übertragenen optischen Bilder und setzt diese in ein Bildsignal um, wobei der Lichtfühler ortsfest in der Trommel vorgesehen ist. Ein Antrieb dreht die Trommel mit konstanter Drehzahl, so daß die Spalten die optischen Bilder von Struktur-Mustern einer überlagerten Maske und einer Scheibe mit der konstanten Drehzahl abtasten, wodurch die Größe der Versetzung zwischen dem Struktur-Muster auf der Maske und dem Struktur-Muster auf der Scheibe mittels eines Bildsignals vom Lichtfühler erfaßt und die Scheibe zum Justieren so bewegt werden kann, daß die Größe der Versetzung Null wird. Da jedoch die bei dieser

Justiervorrichtung in der Trommel vorgesehenen Spalten auch eine Lichtempfangsfläche des Lichtfühlers abtasten, schwankt der Ausgangssignalpegel eines lichtempfindlichen Bauelements zwischen einem Fall, in dem der Spalt den Lichtfühler abtastet, während dieser vollständig in dessen Lichtempfangsfläche vorgesehen ist, und dem Fall, in dem der Spalt abtastet, während dieser vollständig außerhalb der Lichiempfangsfläche ist. Weiterhin empfang' der Lichtfühler abwechselnd optische Bilder von zwei rechtwinklig gekreuzten Spalten. Daher muß bei der bekannten Justiervorrichtung ein wirksamer Verarbeitungsbereich für das vom Lichtfühler abgeleitete Bildsignal festgelegt werden, und für die optischen Bilder von den Spalten muß ermittelt werden, von welchem Spalt sie ausgehen. Deshalb ist die Verarbeitung der Bildsignale vom Lichtfühler kompliziert, weshalb die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Erfassung groß ist. Da es darüber hinaus bei der bekannten Justiervorrichtung unmöglich ist, den Lichtfühler mit einheitlicher Empfindlichkeit über seiner gesamten Lichtempfangsfläche auszustatten, ändert sich der Ausgangspegel des Bildsignals vom Lichtfühler mit der Stellung des Spalte:, wenr. dieser über der Lichtempfangsfläche des Lichtfühlers abtastet. Dies erhöht den Rauschpegel und verringert den Rauschabstand. Obwohl an sich die auf der Trommel bei der herkömmlichen Justiervorrichtung vorgesehenen Spalten mit konstanter Drehzahl umlaufen sollten, um das Struktur-Muster abzutasten, laufen tatsächlich die Spalten nicht mit genau konstanter Drehzahl um. Da die oben beschriebene Justiervorrichtung die Stellung der Struktur zum Justieren mit der Zeit umwandelt, tritt die Änderung der Drehzahl der Spalten direkt als Erfassungsfehler auf. Da zusätzlich bei der beschriebenen Justiervorrichtung die Trommel mit zahlreichen Spalten durch zwei Treibräder gedreht wird, ist die Trommel groß, und daher ist es im Betrieb sehr schwierig, eine neue Trommel mit Spalten auszutauschen, die an die Form des vorhandenen Struktur-Musters angepaßt sind. Es ist also schwierig, eine Trommel mit jedem gewünschten Struktur-Muster auszutauschen.

Es gibt auch noch zahlreiche andere Justiervorrichtungen zum Justieren von zwei übereinander gelagerten Gegenständen mit Einrichtungen, um zwei jeweils mit Struktur-Mustern versehene Gegenstände übereinander zn justieren, mit einer Abhildiingsoptik, mit einer Abtasteinrichtung, mit einer Fehlersignalermittlur.gseinrichtung und mit einem abhängig vom Fehlersignal betätigen Stellantrieb (DE-OS 22 24 083; IBM Technical Disclosure BulWtin, Vol. 17, Nr. 10, März !975, S. 2895).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Justiervorrichtung zum Justieren eines ersten und eines zweiten Gegenstandes mit einem ersten bzw. einem /weiten Struktur-Mus'er anzugeben, bei der die Größe einer Relativversetzung der Struktur-Muster mit hoher Genauigkeit (ca. I μπι) erhalten werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabt ist bei einer Justiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgeniäß durch die Merkmale von dessen kennzeichnendem Teil gegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung ist der Lichtfühler also direkt auf dem Spaltträger vorgesehen, so daß die Lichtempfangsfläche des Lichtfühlers klein ausgeführt werden kann, was ein genaues Justieren begünstigt. Weiterhin ist das Verarbeiten des vom Lichtfühler erzeugten Bildsignals vereinfacht, die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Erfassung verringert und der Rauschabstand des vom Lichtfühler erzeugten Bildsignals vergrößert Da außerdem die Abtastgeschwindigkeit beliebig eingestellt werden ι kann, ist keine besondere Steuerschaltung für die Geschwindigkeit erforderlich, so daß die Abtasteinrichtung einfach aufgebaut werden kann. Da eine Hin- und Herabtastung erfolgt, können die Meßergebnisse sofort gemittelt werden, wodurch die Erfassungsgenauigkeit

in bei einer Relativversetzung der Struktur-Muster steigt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2-8 angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

ii F i g. 1 eine Maske mit einem Justier-Struktur-Muster, Fig.2 eine Halbleiterscheibe mit einem Justier-Struktur-Muster,

F i g. 3 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Ju-

.'(I Stiervorrichtung,

Fig.4 eine perspektivische, vergrößerte Darstellung eines Spaltträgers in F i g. 3 mit kissen Antrieb, der den Spaltträger linear hin- und herbeweg., Fig. 5 X-Achsen- und K-Achsen-Abtastspalten rela-

-'¹I ti ν zur Lagebeziehung zwischen überlagerten Struktur-Mustern und ein Bildsignal von einem Lichtfühler, wenn die Jpalten zum Abtasten angesteuert sind,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer Schaltung für Signale vom Lichtfühler und dem Versetzungs-Detektor,

in F i g. 7 ein Schaltbild eines Binärcodierers in F i g. 6,

Fig. 8(a) die Abtastung der Struktur-Muster durch die Spalten,

Fig. 8(b)-(j) Signale, die durch die Schaltung der F i g. 6 verarbeitet sind,

η Fig. 9 ein durch den Binärcodierer der Fig. 7 differenziertes Signal in Binärdarstellung, und

Fig. 10 einen Fehler zwischen dem Struktur-Muster auf der Maske und dem Struktur-Muster auf der Scheibe.

in Die Erfindung wird im folgenden ar.hand der dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine zu justierende Maske 3 und Struktur-Muster 1 und 2, die seitlich in symmetrischer

ι. Lage auf der Maske 3 vorgesehen sind wobei jedes Struktur-Muster vier L-förmige dunkle Liniensegmente hat, die einander zugekehrt sind.

Die Fig. 2 zeigt eine Halbleiterscheibe 6 und Struktur-Muster 4 und 5, die seitlich in symmetrischen

■.ii Lagen auf der Halbleiterscheibe 6 durch Ätzen vorgesehen sind, wobei jedes Struktur-Muster kreuzförmige dunkle Liniensegmente hat. Wenn die Mitten der kreuzförmigen Struktur-Muster 4 und 5 auf der Scheibe 6 genau auf die Mitten der Struktur-Muster 1 und 2 der

• ι Maske 3 justiert sind, können zwei Punkte auf der Ebene bestimmt werden, und die Justierung zwischen der Halbleiterscheioe 6 und der Maske 3 is· in X-Achsen-Richtung, V-Achsen-Richtung und Drehrichtung vollständig.

«ι Anhand der Fig. 3 und A wird nun eine Masken-J¹.!· Stiervorrichtung zum Justieren der Halbleiterscheibe 6 relativ zur Maske 3 erläutert. Die Halbleiterscheibe 6 ist auf einem X-Achsen-Tisch 7 befestigt, der in der X-Achsen-Richtung durch die Antriebskraft von einer

h> (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, wie z. B. einem Motor, bewegt werden kann. Der X-Achsen-Tisch 7 ist seinerseits auf einem V-Achsen-Tisch 8 befestigt, der in der V-Achsen-Richtung quer zur

X-Achsen-Richtung durch die Antriebskraft von einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, wie ζ. B. einem Motor, bewegt werden kann, und der X-Achsen-Tisch 7 kann auf dem V-Achsen-Tisch in der X/Uhsen-Richtung verschoben werden. Der K-Achscn-Tisch ist seinerseits auf einem Drehtisch 9 befestigt, der in einer Ebene parallel zu der die X-Achse und !'-Achse einschließenden Ebene mittels eines Lagers oder einer Unterlage 10 durch eine Antriebskraft von einer (nicht dargestellten) Antriebseinrichtung, wie z. B. einem Motor, gedreht werden kann, und der V-Achsenliseh kann auf dem Drehtisch 9 in V-Achsen-Richiung verschoben werden. Weiterhin ist die Maske 3 an einem I .agcr 11 befestigt, das an der Unterlage 10 angebracht ist. so daß die Maske 3 derart justiert werden kann, daß sie die Halbleiterscheibe 6 überlagert. Die Maske 3 mit dem Muster einer integrierten Halbleiterschaltung zum Belichten und Kopieren wird so justiert, daß sie die Halbleiterscheibe 6 überlagert, und ein Lagefehicr zwischen den Struktur-Mustern 1 und 2 der Maske und den Struktur-Mustern 4 und 5 auf der Halbleiterscheibe 6 wird durch ein fotoelektrisches Mikroskop erfaßt, das /wei Kanäle mit Beleuchtungs-Optiken 12a und 126 und Abbildungsoptiken 13a und 136, wobei jeder Kanal den Struktur-Mustern und der Maske entspricht, sowie eine Abtasteinrichtung 14 aufweist. Die Beleuchtungs-Optiken 12a und 126 haben jeweils eine Beleuchtungslampe 15. eine Sammellinse 16, einen halbdurchlässigen Spiegel 17 und eine Objektivlinse 18. Die Abbildungsoptiken 13a und 136 haben jeweils die Objektivlinse 18, die halbdurchlässigen Spiegel 17 und 19, reflektierende Spiegel 20, 21 und 22, ein X-Achsen-Bild-Drehglied 23 und ein K-Achsen-Bild-Drehglied 24. Die reflektierenden Spiegel 21 und 22 dienen zum Ausgleichen der Länge des Lichtweges, so daß das optische Bild, das durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 verläuft, auf der Oberfläche des gleichen Pegels wie das durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 reflektierte optische Bild erzeugt wird. Die Abtasteinrichtung 14 hat einen Spaltträger 25 mit X-Achsen-ErfassungsSpalten 26 und 29 und V'-Achsen-F.rfassungs-Spalten 27 und 28, die in } Achsen-Richtung angeordnet sind (vgl. Fig. 3). fotoelektrische Lichtfühler 30, 31, 32 und 33, die am Spaltträger 25 entsprechend den Spalten 26 bis 29 angebracht sind, parallele metallische Blattfedern 34, die den Spaltträger 25 so an der Unterlage 10 befestigten, daß der Spaltträger 25 in V-Achsen-Richtung verschoben werden kann, eine Exzenter- oder Kurvenscheibe 36. die in eine am einen Ende des Spaltträgers 25 angebrachte Exzenterrolle 35 eingreift, um auf den Spal'.träger 2* eine linear hin- und hergehende Bewegung zu übertragen, eine Welle 39. an der die Exzenterscheibe 36 befestigt ist und die drehbar durch die Unterlage 10 und ein Lager 38 gelagert isi, das an einem Träger oder Arm 37 befestigt ist, der an der Unterlage 10 angebracht ist, einen Motor 43, der eine an der Welle 39 befestigte Riemenscheibe 40 mit einer an einer Ausgangswelle befestigten Riemenscheibe 41 über einen Riemen 42 verbindet, um die Exzenterscheibe 36 in Drehung zu versetzen, einen Versetzungs-Detektor 44 am anderen Ende des Spaltträgers 25 zum Erfassen der Größe der Versetzung des Spaltträgers 25 und eine Feder 46 zwischen dem anderen Ende des Spaltträgers 25 und einem Träger oder Arm 45, der an der Unterlage 10 befestigt ist. um eine Zwangskraft zu übertragen, so daß die Exzenterrolle 35 in die Lauffläche der Fxzenterscheibe 36 eingreift.
In den Beleuchtungs-Optiken 12a und 126 wird das von der Belcuchtiingslampc 15 ausgestrahlte Licht durch die Sammellinse 16 gesammelt und am halbdurchlässigen Spiegel 17 reflektiert; das Licht verläuft sodann durch die Objektivlinse 18 und beleuchtet die Probenebene, in der die Struktur-Muster 1 und 2 und die Struktur-Muster 4 und 5 überlagert sind. Beispielsweise verläuft das optische Bild von den linken Struktur-Mustern 1 und 4 durch die Objektivlinse 18 und den halbdurchlässigen Spiegel 17 und wird durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 in zwei Teile aufgespalten. Das durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 reflektierte optische Bild wird nach oben durch den reflektierenden Spiegel 20 abgelenkt, um in das X-Achsen-Bild-Drehglied 23 einzutreten, wo das optische Bild um einen kleinen Korrekturwinkcl in der Ebene senkrecht zur optischen Achse gedreht und auf dem Spalt 26 erzeugt wird. Andererseits wird das durch den halbdurchlässigen Spiegel 19 verlaufende optische Bild durch die reflektierenden Spiegel 2i und 22 paraiiei verschoben, um in das K-Achsen-Bild■ Drehglied 24 einzutreten, wo das optische Bild um 90" entgegengesetzt in ähnlicher Weise wie im X-Achsen-Bild-Drchglied 23 gedreht und auf dem Spalt 27 erzeugt wird. Die Abtastrichtung der Spalten 26 und 27 verläuft in der V-Achsen-Richtung. und die Struktur-Muster 4 und 5 sowie die Struktur-Muster 1 und 2 werden jeweils durch biaxiale Liniensegmente gebildet, wobei die Ausgangsbilder vom X-Achsen-B. itl-Drehglied 23 und vom K-Achsen-Bild-Drehglied 24 jeweils um 90^c zu den dort eintretenden optischen Bildern gedreht werden. Der optische Weg wird durch den halbdurchlässigtn Spiegel 19 aufgespaltet, um die Lagefehler der überl jgerten Struktur-Muster in der X-Achsen- und der K-Achsen-Richtung zu erfassen, die quer zueinander verlaufen. Da das V-Achsen-Bild-Drehglicd 24 das optische Bild um 90° dreht, muß das X-Achsen-Bild-Drehglied 23 nicht vorgesehen sein. Das X-Achsen-Bild-Drehglied 23 dreht jedoch das optische Bild um einen kleinen Korrekturwinkel, um genau die Ahtastrichtung des Spaltes 26 mit der Bewegungsrichtung des X-Achsen-Tisches 7 zu justieren. Für die Struktur-Muster 2 und 5 auf der rechten Seite wird eine ähnliche, symmetrisch angeordnete Optik verwendet, um die optischen Bilder auf dem die X-Achse erfassenden Spalt 29 und dem die V-Achse erfassenden Spalt 28 zu erzeugen, die in der gleichen Abtasteinrichtung 14 vorgesehen sind. Der Spaltträger 25 einschließlich der Spalten 26 bis 29 mit den dort erzeugten optischen Bildern wird durch Deformieren der parallelen Blattfedern 34 in Richtung von deren Dicke durch eine lineare hin- und hergehende Bewegung der Exzenterrolle 35 abgetastet, di^ in die Lauffläche der Exzenterscheibe 36 eingreift, indem Kraft auf die Feder 46 einwirkt, wobei die Exzenterscheibe 36 durch den Motor 43 angetrieben wird. Die Lichtfühler 30 bis 33, die am Spaltträger 25 hinter den Spalten 26 bis 29 angebracht sind, empfangen die durch die Spalten 26 bis 29 abgetasteten optischen Glieder, um Bildsignale zu erzeugen. Der lineare Versetzungs-Detektor 44, der ein Versetzungs-Erfassungs-Gitter oder -Netz verwendet, erfaßt die Größe der Versetzung des Spaltträgers 25. Der Vergrößerungsfaktor eines durch die Objektivlinse 18 erzeugten Bildes beträgt ungefähr 10. und die Abtasteinrichtung 14 wird so angetrieben, daß sie über einen Bereich oder eine Fläche von ungefähr 10 mm hin- und herfährt, in der die Bilder der Struktur-Muster auf der Maske 3 und der Scheibe 6 erzeugt werden, so daß die Spalten 26 bis 29 über dem Bereich von 10 mm abtasten, um so die Bilder der

Struktur-Muster zu erfassen. Die Größe der Struktur-Muster beträgt ungefähr 0,5 mm · 0,5 mm, innerhalb der kein Muster außer der Struktur gebildet wird. Die Spalten sind so angeordnet, daß sie den gesamten Bereich abtasten, in dem die optischen Bilder der Struktur-Muster möglicherweise liegen, um so die Struktur-Muster zu erfassen.

Ißf folgenden wird das Erfassen eines Lagefehlers zwischen der Maske 3 und der Halbleiterscheibe 6 näher erläutert. Die F i g. 5 zeigt die X-Achsen-Abtast-Spalten 26 und 29, die V-Achsen-Abtast-Spalten 1'.7 und 28, die Lagebeziehung zwischen den Struktur-Mustern 4 und 5 der Scheibe 6 und den Struktur-Mustern 1 und 2 der Maske 3, ein Rechtecksignal 47, das durch Binärcodieren des Bildsignals erhalten wird, das durch die Lichtfühler 30 und 33 erfaßt wird, wenn die Spalten 26 und 29 in V-Achsen-Richtung abgetastet werden, und ein Rechtecksignal 48, das durch Binärcodieren des

Cl liailt-ll nilU,

32 erfaßt wird, wenn die Spalten 27 und 28 zum Abtasten in der K-Achsen-Richtung angetrieben sind. Während die Spalten 26 und 29 tatsächlich abtasten, indem sie lediglich in der K-Achsen-Richtung hin- und herfahren (vgl. oben), tasten die Spalten 27 und 28 die Probenebene in der X-Achsen-Richtung ab, da das Bild-Drehglied vorgesehen ist.

Zunächst wird anhand der F i g. 6 eine Verarbeitungsschaltung für das durch die Lichtfühler 30 bis 33 erfaßte Bildsignal näher erläutert. Das Ausgangs-Bildsignal von den auf der Oberfläche des Spaltträgers 2!» entgegengesetz. von dessen Lichtempfangsfläche entsprechend den Spalten 26 bis 29 angebrachten Lichtfühlern 30 bis 33 wird jeweils zu einem Verstärker 49, dann zu einem Differenzierer 50, zu einem Binärcodierer 51 mit Hysterese-Vergleichsfunktion und schließlich zu einem Rechenwerk 52 gespeist, um die Größe der Verschiebung zwischen den Struktur-Mustern zu berechnen.

Die Verarbeitung des von den Lichtfühlern 30 bis 33 erzeugten Bildsignals wird nun anhand der F i g. 8 näher erläutert, wobei auf das Schaltbild der F i g. 6 Bezug genommen wird. Wie in der F i g. 8(a) dargestellt ist, werden die optischen Bilder der Justier-Struktur-Muster 1 und 2 und der Struktur-Muster 4 und 5 einander überlagert und auf eiern Spaltträger 25 erzeugt. Da die Spalten 26 bis 29 so angetrieben sind, daß sie in der Pfeilrichtung abtasten, wird ein Bildsignal 53 mit dem in F i g. 8(b) dargestellten Verlauf durch die Lichtfühler 30 bis 33 erfaßt. Das Bildsignal 53 wird zum Verstärker 49 gespeist, dort verstärkt und dann an den Differenzierer 50 abgegeben, wo es in ein differenziertes Signal 54 mit dem in Fig.8(c) dargestellten Verlauf umgewandelt wird. Der Differenzierer hat ein Hochpaßfilter, so daß eine niederfrequente Komponente des Bildsignals gesperrt wird, um so Wenigkeiten des Bildsignals auszuschließen. Der Binärcodierer 51 hat einen Operationsverstärker 55, wobei das differenzierte Signal 54 über einen Widerstand Rt an einen (-)Minus-Eingangsanschluß hiervon gekoppelt ist, während eine Summe aus einem vom Ausgangsanschluß über einen Widerstand R₃ rückgekoppelten Hysteresesignal und aus einem von einer Mittelanzapfung eines zwischen - V_BB und + V_Cc über einen Widerstand Ra erzeugten Bezugs-Schwellenspannung-Signal V, mit einem (+)Plus-Eingangsanschluß gekoppelt ist, und es wird ein binärcodiertes Signal 56 über einen Widerstand Ri am Ausgangsanschluß erzeugt Wenn das differenzierte Signal 54 im Vergleicher mit der Hysterese-Kennlinie verglichen wird, wird es in gleicher Weise mit dem in Fig.8(c) dargestellten Signal 57 verglichen, was zu dem in Fig.8(d) dargestellten binärcodierten Signal 56 führt. Zur Erläuterung sind die Anstiegs- und Abfallzeiten des in F i g. 8(d) dargestellten binärcodierten Signals 56 mit fi, f₂, <3, U, ts und k bezeichnet. Das Rechenwerk 52 hat fünf Gatter a, b, c, </und e, die zeitlich synchron mit dem binärcodierten Signal 56 arbeiten, um in den Fig.8(e) bis 8(i) dargestellte Gattersignale 58, 59, 60 und 61 zu bilden. Insbesondere ist das Gatter a während

in einer Zeitdauer von ii bis h geöffnet, das Gatter b während einer Zeitdauer von (j bis /4 geöffnet, das Gatter c während einer Zeitdauer von i? bis fe geöffnet, das Gatter d während einer Zeitdauer von (2 bis r> geöffnet und das Gatter e während einer Zeitdauer von

r. U bis t=, geöffnet. Andererseits erzeugt während der Abtastperiode der Spalten 26 bis 2? der Versetzungs-Detektor 44 einen Impuls für jede Bewegung einer Einheitslänge, was zu einem Impulssignal 63 mit dem in pj" o/:\ dargestellten Verlauf führt Da: !rr;"ⁱ,;!5r,:"r,r'.!

.'ο 63 wird zum Rechenwerk 52 und von dort zu den Gattern a, b, c, rf und e gespeist, so daß die Impulse bei geöffneten Gattern durch einen Zähler gezählt werden. Es sei angenommen, daß die Zähleranzeigen jeweils N₃, Nh, N« Nd und N_c sind; dann ist der Betrag der

.'-, Versetzung zwischen den Strukturen, d. h. die Impuls-Zähleranzeigen N\' und Ni' zwischen den Strukturen, durch die folgenden Gleichungen (1) gegeben:

N₁, + N_h

^N<

Die sich ergebenden Zähleranzeigen haben jedoch Fehler aufgrund eines Unterschiedes in der Phasenvoreilung zwischen den Struktur-Mustern 1, 2 und den Struktur-Mustern 4, 5, da das differenzierte Signal 54

jo verwendet wird. Der Differenzierer neigt im allgemeinen zu einer Verstärkung des Rauschens im Eingangssignal. Tatsächlich zeigt das vergrößerte differenzierte Signal die Überlagerung des HF-Rauschens (vgl. F i g. 9). Wenn es daher mit einem Signal mit festem Pegel zum Binärcodieren verglichen wird, kann eine genaue Binärdarstellung aufgrund des Rauscheinflusses nicht erhalten werden. Dieser Nachteil kann durch den Vergleicher mit Hysterese ausgeschlossen werden (vgl. Fig. 7). Insbesondere wird für den Anstieg des

5n differenzierten Signales 54 (vgl. F i g. 9) der Bezugsspannungspegel auf V₃ eingestellt, und die Vergleichszeit wird auf einen Punkt A eingestellt. Danach wird die Bezugsspannung um Δ V auf Vj, verringert. Demgemäß liegt für das differenzierte Signal 54 die Vergleichszeit in einem Punkt C Indem die Höhe Δ V größer als der Rauschpegel gemacht wird, kann eine wirksame Binärdarstellung erzielt werden. Um jedoch die Versetzung zwischen den Strukturen zu messen, sollte die Vergleichszeit für den Abfall des differenzierten Signals 54 im Punkt B sein. Daher liegt ein Fehler <5 zwischen den Zeiten im Punkt Sund im Punkt Q was zu einem Meßfehler für die Versetzung zwischen den Strukturen führt. In F i g. 6 kann der Phasenvoreilfehler aufgrund des Differenzierers 50 und der Meßfehler aufgrund des Hysterese-Vergleichers ausgeschlossen werden, indem die Ergebnisse der hin- und herlaufenden Abtastung durch den Spaltträger 25 gemittelt werden. Indem so der Mittelwert der Zähleranzeigen Ni' und N₂'

für die Ausgangsimpulse des Versetzungs-Detektors zwischen den Strukturen während der Vorwärts-Abtastperiode und der Zähleranzeigen Ni" und N₂" während der Rückwärts-Abtastperiode mit den folgenden Gleichungen (2) berechnet werden, können die wahren Versetzungen N_t und W₂ bestimmt werden:

N₁ =

n; +

n; -t n;

(2)

Demgemäß kann ein durch die K-Achsen-Abtastung des Spaltes 26 mit dem dahinter vorgesehenen Lichtfühler 26 (vgl. Fig. 5) erfaßter K-Achsen-Fehler Ay\ zwischen der Mitte R\ des Struktur-Musters 1 der Maske 3 und der Mitte des Struktur-Musters 4 der Scheibe 6 aus N\ und N₂ der Gleichungen (2) entsprechend der folgenden Gleichung gebildet werden:

Iv, = M/V, - /V₁)

13)

mit k = ein in eine Länge umgewandelter Faktor je Impuls, erfaßt durch den Versetzungs-Detektor 44. Auf ähnliche Weise kann ein .Y-Achsen-Fehler Ax für die linke Struktur bestimmt werden. Für das rechte Struktur-Muster können auch der X-Achsen-Fehler Ax₂ und der K-Achsen-Fehler Ay₂ bestimmt werden.

Die jeweiligen Abstände zwischen den Strukturen auf der Maske und zwischen denjenigen auf der Scheibe stimmen nicht überein, so daß, wenn die linken Strukturen genau justiert sind, die rechten Strukturen nicht genau justiert sein können. Daher wird der Fehler zwischen dem Abstand zwischen den Struktur-Mustern 4 und 5 der Scheibe 6 und dem Abstand zwischen den Struktur-Mustern 1 und 2 der Maske 3 in gleicher Weise auf jeder Seite geteilt, so daß der Lagefehler zwischen der Scheibe 6 und den Struktur-Mustern 4 und 5 über der gesamten Fläche der Scheibe 6 möglichst klein gemacht wird.

Dies wird im folgenden anhand der Fig. 10 näher erläutert.

10

Mit R\, /?2 und Ro sind jeweils die Mitten der linken Struktur I₁ der rechten Struktur 2 der Maske 3 und die Mitte zwischen der linken und der rechten Struktur 1 bzw. 2 bezeichnet. Mit P\, P₂ und Po sind jeweils die Mitten der linken Struktur 4, der rechten Struktur 5 der Scheibe 6 und die Mitte zwischen der linken und der rechten Struktur 4 bzw. 5 bezeichnet. Wenn die X-Achsen und die V-Achsen-Fehler (Lagefehler) zwischen der Scheibe und der Maske hinsichtlich der linken Struktur Δχ\ und Ay\ und hinsichtlich der rechten Struktur Δχι und Ay? betragen, dann sind die X-Achsen- und K-Achsen-Fehler (Lagefehler) Ax und Ay zwischen den Mitten Rn und Pt, zwischen der Maske 3 und der Scheibe 6 durch die folgende Gleichung (4) gegeben:

I ν ==

I ν =

I .ν, + I V₂

ι ν·

(4)

Ein Neigungsfehler ΔΘ zwischen der Maske 3 und der Scheibe 6 kann aus der folgenden Gleichung mit hinreichend großer Näherung ermittelt werden:

I β =

Iy, - Iy
1

[Winkelgrad] (5)

mit 1 = Abstand zwischen den Strukturen.

Demgemäß werden durch manuelle oder automatische Bewegung des X-Achsen-Tisches 7, des K-Achsen-Tisches 8 und des Drehtisches 9 (vgl. F i g. 3) um die oben bestimmten Fehlerbeträge Ax, Ay und AB die Maske 3 und die Halbleiterscheibe 6 zueinander justiert. Nach dem Bewegen der Tische zum Justieren wird der Lagefehler zwischen der Maske 3 und der Scheibe 6 wieder durch Abtasten des Spaltes erfaßt, um zu ermitteln, ob der Fehler innerhalb eines erlaubten Bereiches liegt. Wenn der Fehler nicnt innerhalb des erlaubten Bereiches ist, wird die Korrektur wiederholt, bis der Fehler in den erlaubten Bereich kommt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Justiervorrichtung zum Justieren eines ersten und eines zweiten Gegenstandes mit einem ersten bzw. einem zweiten Struktur-Muster, die jeweils optisch einander 2u Oberlagern sind, mit

einem Träger, der den ersten und den zweiten Gegenstand so lagert, daß der erste bzw. zweite Gegenstand zum anderen Gegenstand beweglich ist, einem Lichtfühler zum Erzeugen elektrischer Signale, die auf ihn projizierte optische Bilder darstellen,
einer Abbildungsoptik zum Projizieren eines optisch überlagerten Bildes des ersten und des zweiten Struktur-Musters auf den Lichtfühler,
einer Abtasteinrichtung einschließlich eines Spaltträgers mit einem Spalt, durch den das erste und das zweite Struktur-Muster übertragbar sind, um das optisch überlagerte Bild abzutasten,
einer Fehlersignalermittlungseinrichtung, die aus dem elektrischen Signal ein Fehlersignal erzeugt, das die Grdße der Relativversetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Struktur-Muster anzeigt, und

einem Stellantrieb, der eine Relativbewegung des ersten und des zweiten Gegenstandes ausführt, um das Fehlersignal auszuschließen,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtfühler (30-33) auf dem Spaltträger (25) vorgesehen ist,

daß die Abtasteinrichtung (14) einen Versetzungs-Detektor (44) aufweist, um die Abtastgeschwindigkeit des Spaltträgers (25) zu erfassen, und
daß die Fehlersigtialermii.lungseinrichtung (50 — 52) ein Glied (52) aufweist, um die Größe einer Relativversetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Struktur-Muster (1, 2; 4, 5) aus einer Multiplikation des elektrischen Signals und der Größe der Abtastgeschwindigkeit zu bestimmen (F ig. 3,4).

2. Justiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung (14) den Spaltträger (25) linear hin- und herbewegt, indem sie ihn auf einer Unterlage (10) mit parallelen metallischen Blattfedern (34) lagert, um auf den Spaltträger (25) über einen Exzenter (35, 36) eine Seitenkraft auszuüben.

3. Justiervorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gegenstand (3, 6) jeweils wenigstens zwei Struktur-Muster (1, 2; 4, 5) in symmetrischen Lagen hat,

daß die Abtasteinrichtung (14) wenigstens vier Lichtfühler (30-33) hat, die zwei X-Achsen-Komponenten und zwei V-Achsen-Komponenten de;> aus den Struktur-Mustern (1,2; 3,4) erzeugten optischen Bildes erfassen, und

daß der Spaltträger (25) wenigstens vier Spalten (26 - 29) entsprechend den Lichtfühlern (30-33) hat, die auf ihm befestigt sind.

4. Justiervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (13a, i3b) das optische Bild von den überlagerten Sfruktur-Mustern in /Y-Achsen-Komponenten-Bilder und K-Achsen-Komponenten-Bilder aufspaltet und jedes Komponenten-Bild bei jedem Spalt (26-29) des Spaltträgers (25) erzeugt.

5. Justiervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungsoptik (13a, Hb) ein Bild-Drehglied (23, 24) zum Drehen der K-Achsen-Komponenten-Bilder gegenüber den X-Achsen-Komponenten-Bildern hat,

6. Justiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignalermittlungseinrichtung (50-52) die Größe der Relativversetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Struktur-Muster (I₁2; 3,4) durch Berechnen des Mittelwertes der Größe der während Vorwärts-Abtastung erhaltenen Relativversetzuug und der Größe der während Rückwärts-Abtastung erhaltenen Relativversetzung ermittelt.

7. Justiervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlersignalermittlungseinrichtung (50 - 52) aufweist:

einen Differenzierer (50) zum Differenzieren des vom Lichtfühler (30 - 33) erfaßten Bildsignals, und
einen Binärcodierer (51) zum Binärcodieren des differenzierten Signals um einen Schwellenwert mit Hysterese-Vergleichsfunktion,
um die Größe der Relativversetzung zwischen dem ersten und dem zweiten Struktur-Muster (1, 2; 3. 4) abhängig vom durch den Binärcodierer (51) erzeugten binärcodierten Signal und vom durch den Versetzungs-Detektor (44) erzeugten Abtastgeschwindigkeits-Signal zu ermitteln (F i g. 6).

8. Justiervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Versetzungs-Detektor (44) ein Detektor für lineare Versetzung mit einem Versetzungserfassungs-Gitter ist, um einen Ausgangsimpuls für jede Größeneinheit der Versetzung zu erzeugen.