DE2846316A1 - Verfahren und vorrichtung zur automatischen ausrichtung von zwei aufeinander einzujustierenden objekten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Ausrichtung
• von zwei aufeinander einzujustierenden Objekten, insbesondere für die Maskenjustage (Zusatz zu Patent P 28 22 269.7) Das Hauptpatent bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Ausrichtung von zwei aufeinander einzujustierenden Objekten, insbesondere zur Automatisierung der Maskenjustierung, um bei der Scheibenbelichtung in der Halbleiterfertigung die Struktur der Maske zur Struktur auf der Scheibe präzise zu positionieren.
• Das dem Hauptpatent zugrundeliegende Problem besteht darin, bei geringsten optischen Kontrasten und unscharfer Abbildung der Strukturen auf der Maske zu den Strukturen auf der Scheibe mit hoher Genauigkeit vollautomatisch in kurzer Zeit zu justieren. Außerdem soll das Verfahren mit möglichst geringem apparativen Aufwand realisierbar sein und das Justierergebnis von Schwankungen der optischen Eigenschaften der Strukturen sowie von Störungen in deren Verlauf weitgehend unbeeinflußt sein.
• Diese Aufgabe wird gemäß dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß anhand von verschiedenen orthogonal zueinander verlaufenden geraden Linien auf Scheibe und Maske mittels dazu jeweils parallel verlaufender zeilenweisen optoelektronischen Abtastung die Intensität der Helligkeitswerte zeilenweise oder zeilenabschnittsweise integriert wird, daß die daraus resultierenden Werte gespeichert und die Differenz aus dem Ergebnis von aufeinanderfolgenden Zeilen gebildet und daß aus den dabei entstehendem Verlauf in den Bereichen Flächenschwerpunkte gebildet werden, die aufgrund der Helligkeitsänderung entstanden sind, und daß die so erhaltenen Lagen der verschiedenen Flächenschwerpunkte weiter zu einem Mittelwert zusammengefaßt werden, der der Lage der Mittelachse eines Striches auf der Scheibe bzw. Maske zuzuordnen ist und daß dieser Vorgang für beide Richtungen (x, y) anhand der entsprechenden Justierstrukturen auf Maske und Scheibe ebenfalls durchgeführt wird.
• Nach einer Weiterbildung erfolgt das im Hauptpatent beschriebene Verfahren in mindestens zwei Schritten, und zwar einer Grobjustierung und einer Feinjustierung, wobei zur Grobjustierung in dem Randbereich des Gesichtsfeldes zeilenweise zur Erfassung der Linien auf der Scheibe integriert und dann die Scheibe bzw. Maske verfahren wird und zur Feinjustierung in einem anderen Integrationsbereich, z. B. in der Mitte die Lage der dann schon eng benachbarten Justierlinien von Maske zu Scheibe zueinander ermittelt wird.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegen zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei der Feinjustierung die Justierlinien der Scheibe zwischen denen der Maske bzw. umgekehrt, z. B. Scheibenstrich-Maskenstrich-Scheibenstrich oder umgekehrt, so daß eine Symmetriebetrachtung durchgeführt werden kann.
• Zur vollen Ausnützung der Leistungsfähigkeit von besonders genauen -Strukturübertragungsverfahren für kleinste Strukturen wie beispielsweise Projektionsbelichtung und Röntgenlithographie, ist die visuelle Justiergenauigkeit häufig nicht mehr ausreichend. Durch die Erfindung soll in Weiterbildung des im Hauptpatent offenbarten Gedankens ein vollautomatischer Justierablauf gewährleistet werden, dessen Genauigkeit den Anforderungen z. B. auch der eben angegebenen Verfahren entspricht.
• Die Lösung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß durch Mehrfachanordnung der Kombination Scheibenstrich-Maskenstrich-Scheibenstrich oder umgekehrt jeweils die symmetrische Betrachtung aus der vorangegangenen Auswertung durchgeführt wird und die Einzelergebnisse zu einem Endergebnis zusammengefaßt werden. Bei der Lösung nach der Erfindung wird dabei die Genauigkeit entsprechend den statistischen Gesetzen erhöht und nimmt mit der Zahl der Einzelelemente zu. Ferner wird durch die Mehrfachanordnung der Einfluß von sich ändernden Kantentausbildungen insbesondere auf der Scheibe von der Justiergenauigkeit weitgehend eliminiert.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und der Beschreibung.
• Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Figur 1a bis 1g im Prinzip die Einzelanordnung Scheibenstrich-Maskenstrich-Scheibenstrich mit den ent- sprechenden Auswertungen, Figur 2 eine Mehrfachanordnung in Form eines zweidimensionalen Gitters, Figur 3 das zweidimensionale Gitter auf Maske und Scheibe zentrisch in einem Gesichtsfeld, Figur 4 zeigt ein Matrixfeld der Einzelergebnisse und ebenfalls ein Matrixfeld mit möglichen Gewichtungsfaktoren und Figur 5 wiederum das zweidimensionale Gitter mit den Integrationsbereichen sowie eine Anordnung von parallelen Prozessoren.
• In der Figur 1a ist mit 1 eine Maske bezeichnet, die auf der einer Scheibe 2 zugewandten Seite einen Chromstrich 3 aufweist. Die Scheibe 2, die in einem gewissen Abstand angeordnet sein kann, besteht z. B. aus Silizium 4, worauf zwei Striche 5 sich befinden, die aus Aussparungen von Siliziumoxid 6 herrühren können. Darüber befindet sich die Strukturübertragung einer Fotolackschicht 7. Bei paralleler Auflichtbeleuchtung 8 erscheinen die Striche auf der Scheibe als dunkle Doppellinien aufgrund des an der Böschung aus dem abbildenden Objektiv heraus reflektierten Licht.
• Die Figur 1b zeigt die Ergebnisse der zeilenweisen Integration über dem Ort der Anordnung Maske-Scheibe, wobei die Einbuchtungen im Linienzug den dunklen Linien zuzuordnen sind, die von den Böschungen bzw. von dem Chromstrich hervorgerufen werden.
• Die Figur 1c zeigt die Differenzbildung der Integrationswerte benachbarter Zeilen sowie die eindeutige Zuordnung zu den Bereichen Scheibe S, Maske M und Scheibe S.
• Nach einer Digitalisierung der Amplitudenwerte im Signalverlauf der Figur 1c erfolgt die Errechnung der jeweiligen Spitzenmaxima bzw. Flächenschwerpunkte. Daraus ergeben sich Lagekoordinaten in Richtung x bzw. y (Figur 1d). Diese werden nun weiter zusammengefaßt, wie Figur le zeigt und nach einer Symmetriebetrachtung (Figur 1f) das Endergebnis xx bzw. a y (Figur Ig) ermittelt.
• Die Figur 2 zeigt die Mehrfachanordnung in Form eines zweidimensionalen Gitters mit den entsprechenden parallelen Integrationsbereichen, sowie die Auswertung für die verschiedenen Einzelanordnungen. In dieser Figur sind mit 1 die Breite eines Integrationsbereiches und mit I1 bis 13 bzw. III bis I3' Einzelintegrationsbereiche gekennzeichnet. Die Bezugszeichen # y11 .... # y33 kennzeichnen die einzelnen Ergebnisse in der y-Richtung und A x11 .... Ax33 die Ergebnisse in der x-Richtung. Bei der Lösung nach der Erfindung wird entsprechend der Zahl der Gitterelemente in drei Spalten in x- und y-Richtung integriert. Dadurch entstehen neun Gitterelemente mit jeweils neun Wertepaaren A xm, a Ym. Der Mittelwert hieraus liefert dann die endgültige Ablage /#x und a y.
• Die Figur 3 zeigt das zweidimensionale Gitter auf Maske 1 und Scheibe 2 zentrisch in einem Gesichtsfeld 9 der abbillenden Optik, sowie für die Realisierung der parallelen und orthogonalen Integrationsbereiche zwei orthogonal angeordnete zeilenweise organisierte Abtastfelder von zwei elektronischen Bildwandlern, z. B.
• TV-Kameras.
• Bei der Darstellung in der Figur 4 wurde als Einzelkriterium der Abstand von der optischen Achse der Einzelanordnung herangezogen. Bei der Mittelwertbildung kann nämlich zur Steigerung der Gesamtgenauigkeit noch eine Gewichtung der Ergebnisse t xm, L2Yn aus den einzelnen Gitterelementen derart erfolgen, daß die Ergebnisse aus den Elementen, die von der optischen Achse weiter entfernt sind, geringer gewichtet werden. Durch die Verschiebung der Gitter auf Maske und Scheibe ineinander und infolge der zunächst auf die einzelnen Gitterelemente bezogenen Auswertung für 8 xm, # Yn ist die Genauigkeit, mit der eine einzelne Linie erfaßt wird, nur auf den kleinen Bereich eines Gitterelementes zu beziehen. Die erzielbare Gesamtgenauigkeit ergibt sich aus der Genauigkeit der Einzellinien in Verbindung mit der Zahl der Linien je Gitterelement und der Anzahl der Gitterelemente nach den statistischen Gesetzen.
• Figur 5 zeigt wiederum das zweidimensionale Gitter mit den Integrationsbereichen I bzw. I', sowie eine Anordnung von Parallel-Prozessoren /uP1 bis /uP3 bzw. /uP1' bis uP3' sowie die Prozessoren /uP4' und /uP4 zur Zusammenfassung bzw. Mittelwertbildung der Einzelergebnisse in x- und y-Richtung.
• Für die Realisierung der in der Figur 2 gezeigten Auswerteverfahren bietet sich bei der Matrix-Struktur für die Berechnung der ##n #Yn in den einzelnen Elementen der Einsatz von Parallel-Prozessoren /uP an, denen jeweils ein Analogteil für die zeilenweise Integration und Differenzbildung zugeordnet ist. Weitere Mikroprozessoren übernehmen die Mittelwertbildung der Ergebnisse aus den einzelnen Gitterelementen.
• Um eine möglichst kurze Justierzeit zu erreichen, zeigt Figur 5 eine möglichst parallele Bildverarbeitung des zweidimensionalen Gitters. Dabei ist für jede Spalte in x- und y-Richtung jeweils eine analoge Auswerteeinrichtung (At bis A3 bzw. Alt bis A3t) vorgesehen, durch die die Integration und die Differenzbildung vorgenommen wird. Für die deitere digitalisierte Verarbeitung (Flächenschwerpunktbildung, Mittelwertbildung, Zusammenfassung und Symmetriebetrachtung) nach Figur 1 ist wiederum für jede Spalte in x- und y-Richtung ein Mikroprozessor (/uP1 bis /uP3 bzw. /uP1' bis /uP3') vorgesehen. Die Zusammenfassung der Einzelergebnisse aus den Einzelanordnungen in x- und y-Richtung wird durch die Prozessoren /uP4 bzw. 1uP4t durchgeführt.
• Die Pfeile in Richtung Ax und ng deuten die Ausgabe des Ergebnisses der Lageerkennung zu den Stellelementen an.
• Zur Steigerung der Genauigkeit bietet sich bei der hier vorliegenden schnellen parallelen Informationsverarbeitung eine Mehrfachwiederholung des Meßdurchlaufes und eine Mittelwertbildung aus den Einzelergebnissen (t x,8 y) an.
• 4 Patentansprüche 5 Figuren

Claims (4)

1. Patentanspriiche.

   ~Verfahren zur automatischen Ausrichtung von zwei aufeinander einzu#ustierenden Objekten, insbesondere zur Automatisierung der Maskenjustierung, um bei der Scheibenbelichtung in der Halbleiterfertigung die Struktur der Maske zur Struktur auf der Scheibe präzise zu positionieren, nach Patent P 28 22 269.7, wobei zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei der Feinjustierung die Justierlinien der Scheibe zwischen denen der Maske liegen bzw. umgekehrt, das heißt Scheibenstrich-Maskenstrich-Scheibenstrich oder umgekehrt, so daß eine Symmetriebetrachtung durchgefUhrt werden kann, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß durch eine Mehrfachanordnung der Kombination Scheibenstrich-Maskenstrich-Scheibenstrich oder umgekehrt jeweils die Synmietriebetrachtung aus der vorangegangenen Auswertung durchgeftihrt wird und die Einzelergebnisse zu einem End ergebnis zusammengefaßt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeder Einzelanordnung Maske, Scheibe, Maske oder umgekehrt ein Integrationsbereich zugeordnet ist, dessen Integrationsrichtung parallel zu den jeweiligen Linien verläuft und dessen Integrationslänge der Länge der Linien entspricht.
3. 3. Verfahren nach den Anspruche 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei der Mittelwertbildung eine Gewichtw# der Ergebnisse derart erfolgt, daß den Einzelergebnissen aus Bereichen mit einer geringer erwarteten Meßunsicherheit höhere Werte beigemessen werden, z. B. einer zweidimensionalen Gitteranordnung der Mitte, die der optischen Achse am nächsten liegt, ein höheres Gewicht beigemessen wird als den Ergebnissen aus den Einzelanordnungen, die von der optischen Achse weiter entfernt sind (Figur 4).
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Mehrfachanordnung z. B. ein zweidimensionales, quadratisches Gitter von Scheibe 2 und Maske 1 mit gleichen Abmessungen angeordnet ist und die Integrationsbereiche in parallelen Spalten kreuzweise über das Gitter angeordnet sind (Figur 2).