DE2907648C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten zweier Objekte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine aus der US-PS 39 03 363 bekannte Vorrichtung dieser Art dient beispielsweise dazu, ein Halbleiterplättchen als erstes Objekt in eine vorbestimmte Lage in Bezug auf eine Maske als zweites Objekt zu versetzen. Für diese Ausrichtung werden auf dem Halbleiterplättchen und auf der Maske erste sowie zweite Markierungen angebracht. Eine Recheneinrichtung ermittelt das Ausmaß der Abweichung zwischen den ersten Markierungen und das Ausmaß der Abweichung zwischen den zweiten Markierungen. Gemäß den ermittelten Abweichungen wird von einer Diskriminatoreinrich­ tung die durch das Ausrichten erreichte Lagebeziehung zwi­ schen den beiden Objekten bewertet und der Ausrichtvorgang beendet, wenn die Abweichungen innerhalb eines bestimmten Toleranzbereiches liegen.

Bei diesem gegenseitigen Ausrichten der beiden Objekte ist vorausgesetzt, daß die ersten und die zweiten Markierungen sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Objekt genau an der richtigen Stelle liegen und somit die ersten Markierungen konstante Abstände zu den zweiten Markierungen haben. Infolge von Herstellungsfehlern, Herstellungstoleranzen, Temperatur­ änderungen und dergleichen können jedoch die Abstände zwischen den Markierungen an jedem der Objekte verändert sein, so daß sogenannte Teilungsfehler entstehen. Diese Teilungsfehler er­ geben eine Grundabweichung zwischen den ersten oder zweiten Markierungen, die das Bewerten der Lagebeziehung beeinträchtigt. Es könnte in Betracht gezogen werden, den Toleranz­ bereich für die Abweichungen entsprechend zu erweitern, was aber dazu führen würde, daß dadurch die erreichbare Ausrichtegenauigkeit verringert wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestal­ ten, daß die beiden Objekte selbst bei auftretenden Teilungs­ fehlern mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden können.

Die Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Demnach ermittelt die Recheneinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Differenz zwischen dem Betrag der Abweichung zwischen den ersten Markierungen und dem Betrag der Abweichung zwischen den zweiten Markierungen. Diese Differenz stellt eine durch einen Teilungsfehler hervorgerufene Grundabweichung dar, welche dann von der Diskriminatoreinrichtung bei dem Beurteilen des erreichten Ausrichtungszustands berücksichtigt wird.

Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein auftretender Tei­ lungsfehler erfaßt und die durch diesen verursachte Abweichung bei der Beurteilung des Ausrichtezustands mit einbezogen, bei­ spielsweise dadurch, daß der Abweichung entsprechend die Tole­ ranzbereichsfenster für die berechneten Markierungsabwei­ chungsbeträge verschoben werden. Da hierbei der Toleranz­ bereich nicht erweitert werden muß, können die beiden Objekte immer mit hoher Genauigkeit ausgerichtet werden, selbst wenn ggf. Teilungsfehler in Form von Abstandsveränderungen der Mar­ kierungen an einem Objekt oder an beiden Objekten auftreten.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung besteht gemäß Patentanspruch 2 darin, daß von der Diskri­ minatoreinrichtung der Ausrichtvorgang beendet wird, wenn die durch die ermittelte Differenz, also den Teilungsfehler, verur­ sachte Abweichung innerhalb eines bestimmten Fehlerbereichs liegt. Dadurch ist gewährleistet, daß das Auswertungsergebnis der Diskriminatoreinrichtung nicht durch übermäßig große, auf Teilungsfehler zurückzuführende Abweichungen verfälscht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein optisches System, mit dem durch Punktlichtabtastung ein Abtastsignal erhalten wird,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines opti­ schen Systems, mit dem Abtastsignale von zwei Stellen gebildet werden,

Fig. 3 die Lage von Ausrichtmarkierungen auf einer Maske,

Fig. 4 die Lage von Ausrichtmarkierungen auf einem Halbleiterplättchen,

Fig. 5 Ausrichtmarkierungen auf der Maske und dem Halbleiterplättchen,

Fig. 6 Abtastsignale eines Photodetektors,

Fig. 7 ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinheit,

Fig. 8 eine Diskriminator­ schaltung, wie sie bei der elektrischen Steuer­ einheit nach Fig. 7 verwendet wird,

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm, das sich auf ein den Teilungsfehler berück­ sichtigendes Ausführungsbeispiel bezieht, und

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer elektrischen Steuereinheit für das den Teilungsfehler berücksichtigende Aus­ führungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein zur photoelektrischen Abtastung dienendes optisches System der Ausrichtevorrichtung veran­ schaulicht.

Mit 13 ist als eines von zwei Objekten ein Halbleiter­ plättchen bezeichnet, das von einem mittels Schrittmotoren in den Richtungen x, y und R bewegbaren Plättchenträger gehalten wird. Mit 12 ist eine von einem fest angeordneten Maskenträger gehaltene Maske als zweites Objekt bezeichnet. An dem Plättchen 13 sind Ausrichtmarkierungen in Form von winklig angeordneten Schrägflächen in der durch 38 und 39 in Fig. 5 dargestellten Weise angebracht, die Bezugs­ punkte auf dem Plättchen bilden. An der Maske 12 sind Ausrichtmarkierungen in Form von Schrägflächen in der durch 34, 35, 36 und 37 in Fig. 5 dargestellten Weise angeordnet, die Richtpunkte an der Maske bilden.

Das optische System gemäß Fig. 1 enthält eine Laserquelle 1, die in Bezug auf Licht­ empfindlichkeit keine sensibilisierende Wirkung auf das Halbleiterplättchen 13 ausübt, eine Sammellinse 2, einen drehbaren Polygonspiegel 3, Zwischenlinsen 4, 6 und 8 ein tele­ zentrisches Objektiv 11. Die Zwischenlinsen 4, 6 und 8 kolli­ mieren das von dem drehbaren Polygonspiegel 3 abgelenkte Licht und bilden einen Ablenkausgangspunkt 33 des ab­ gelenkten Lichtes in einer Blende 10 des Objektivs 11. Auf diese Weise erfolgt eine Punktlichtabtastung der Maske 12 und des Halbleiterplättchens 13, die in einer Brennebene 34 des Objektivs 11 angeordnet sind.

Mit 7 ist ein Strahlenteiler bezeich­ net, durch den ein photoelektrisches Detektorsystem gebil­ det wird. Linsen 14 und 15 wirken mit der Zwischenlinse 8 zur Abbildung des Ablenk­ ausgangspunktes 33 zusammen. Ein räumliches Filter 16 ist in der Bildebene an­ geordnet, in der das Bild des Ablenkausgangs­ punktes 33 abgebildet wird. Das Filter 16 ist mit einem Lichtabschirmteil versehen, der die gleiche Größe wie das Bild des Ablenkausgangspunktes hat. Das Filter 16 schirmt daher das von der senkrecht zu der opti­ schen Achse des Objektivs 11 verlaufenden Ebene reflektierte Licht ab und ermöglicht ein Hindurchtreten des von den Schrägflächen reflektierten Lichtes. Das heißt, das Filter 16 läßt das von den Ausrichtmarkierungen ausgehende Licht hindurchtreten. Mit 17 ist eine Kon­ densorlinse bezeichnet, während mit 18 ein Photodetektor bezeichnet ist. Durch diesen Photodetektor wird mit der Bewegung des Lichtpunktes ein Abtastsignal für die Ausrichtmarkierungen erhalten.

Ein weiterer Strahlenteiler 5 bildet ein Beobachtungssystem. Linsen 22 und 23 wirken mit den Zwischenlinsen 6 und 8 sowie dem Objektiv 11 zur Abbildung der Maske 12 und des Halbleiter­ plättchens 13 auf einer Feldlinse 24 zusammen. Ein Halbspiegel 9 richtet das von einer Lichtquelle 19 ausgehende Licht mit Hilfe der Linsen 20 und 21 auf die Maske 12 und das Halbleiterplättchen 13.

Das vorstehend beschriebene optische System ist ein Abtastsystem für den Fall, daß nur eine Aus­ richtmarkierung an einer Stelle vorgesehen ist, wird jedoch gleichermaßen auch verwendet, wenn Ausrichtmarkierungen an Stellen 30 und 31 auf der Oberfläche der Maske 12 in der in Fig. 3 darge­ stellten Weise sowie an Stellen 32 und 33 auf der Ober­ fläche des Halbleiterplättchens 13 in der in Fig. 4 dargestellten Weise vorgesehen sind, so daß jeweils eine Ausrichtung in bezug auf die Stellen 30 und 32 sowie in bezug auf die Stellen 31 und 33 durchgeführt wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten optischen System dient eine einzige Laserquelle 1 zur Abtastung der an zwei Stellen angebrachten Ausrichtmarkierungen. Da das von dem drehbaren Polygonspiegel 3 abgelenkte Licht zu verschiedenen Zeitpunkten auf reflektierende Flächen eines Sichtfeld-Teilerspiegels 25 fällt, wird das Licht zur Abtastung von zwei Stellen zeitlich aufgeteilt.

In Fig. 7 ist das Prinzip veranschaulicht, das dem elektrischen System zur Messung des Betrages der Abweichung von einer vorgegebenen Lagebeziehung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen mittels des von dem Photodetektor erfaßten Abtastsignals sowie zur Steuerung des Antriebs von Schrittmotoren für die Korrektur dieser Abweichung zugrunde liegt. Das System weist Photodetektoren 18-1 und 18-2, Vorverstärker 50-1 und 50-2, Zeitsteuerschaltungen 51-1 und 51-2, Impulsregenerierschaltungen 52-1 und 52-2 sowie Impulsintervall-Meßschaltungen 53-1 und 53-2 auf. Von die­ sen Schaltungsanordnungen werden zwei Schaltungsgruppen zur Verarbeitung der jeweiligen Abtastsignale der Aus­ richtmarkierungen gebildet. Die von den Photodetektoren 18 erfaßten Abtast­ signale werden von den Vorverstärkern 50 verstärkt und den Zeitsteuerschaltungen 51 sowie den Impulsregenerier­ schaltungen 52 zugeführt.

Die Zeitsteuerschaltungen 51 erzeugen Zeitsteuer­ signale, die den Beginn und das Ende der Messung fest­ legen und die Impulsintervall-Meßschaltung 53 und eine Diskriminatorschaltung 55 steuern.

Das Abtastsignal wird z. B. von der Impulsregene­ rierschaltung 52-1 in ein Impulssignal umgeformt. In Fig. 6 sind derart umgeformte Signale dargestellt. Signale 41, 42, 43, 44, 45 und 46 werden an denjenigen Punkten erhalten, an denen die Ausrichtungsmarkierungen 34, 38, 35, 36, 39 und 37 die Abtastlinie 40 des Punktlichtes schneiden. Die Intervalle ω₁, ω₂, ω₃, ω₄ und ω₅ zwischen den Impulssignalen werden von den Impuls­ intervall-Meßschaltungen 53 gemessen.

Eine Schaltungsanordnung 54 enthält eine Rechenschaltung zur Berechnung des Betrages der Ab­ weichung an den Stellen der jeweiligen Ausricht­ markierungen und des Betrages des über die jeweiligen Schrittmotoren erfolgenden Antriebs aus den von den Impuls­ intervall-Meßschaltungen 53-1 und 53-2 gemessenen Impuls­ intervallen sowie ein Register zur Abspeicherung des Er­ gebnisses dieser Berechnung.

Wenn z. B. eine vollständige Ausrichtung (bei der der Betrag der Abweichung zwischen dem Richtpunkt an der Maske und den Bezugspunkt auf dem Halbleiterplätt­ chen 0 ist) dann erzielt ist, wenn die Ausricht­ markierungen 38 und 39 auf dem Halbleiterplättchen eine Lage einnehmen, bei der der Abstand zwischen den Aus­ richtmarkierungen 36 und 37 auf der Maske halbiert ist, sind die Beziehungen zwischen dem Betrag der Abweichung zwischen den Ausrichtmarkierungen und den Impulsintervallen durch folgende Gleichungen gegeben:

wobei Δx der Betrag der Abweichung in Richtung der x-Achse, d. h., der Betrag der Abweichung des Bezugspunktes in der x-Richtung in bezug auf den Richtpunkt an der Maske, und Δy der Betrag der Abweichung in der Richtung der y-Achse, d. h. der Betrag der Abweichung des Bezugspunktes in der y-Richtung in bezug auf den Richtpunkt an der Maske, sind.

Die Beträge der von den Impulsmotoren bewirkten Verstellung sind dann gegeben durch:

wobei Δx₁, Δx₂, Δy₁ und Δy₂ die Beträge der an den Stellen der jeweiligen Ausrichtmarkierungen gemessenen Abweichung, D der Abstand zwischen den Ausrichtmarkierungen und X, Y und H die Beträge des durch die Schrittmotoren erfolgenden Antriebs in Richtung der x-Achse, in Richtung der y-Achse und in der Drehrichtung sind.

Die Diskriminatorschaltung 55 nimmt eine Unterschei­ dung dahingehend vor, ob der Betrag der von der Rechen­ schaltung errechneten Abweichung innerhalb eines zu­ lässigen Toleranzbereichs liegt oder nicht. Einzelheiten der Diskriminatorschaltung 55 sind in Fig. 8 ver­ anschaulicht.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 8 speichern Register 61, 62, 63 und 64 jeweils den Wert |Δx₁+Δy₁ |, |Δx₁-Δy₁ |, |Δx₂+Δy₂ | bzw. |Δx₂-Δy₂ |. Mit 65, 66, 67 und 68 sind Vergleicher bezeichnet, die positive Signale abgeben, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

|Δx₁ + Δy₁ | ≦ T (6)

|Δx₁ - Δy₁ | ≦ T (7)

|Δx₂ + Δy₂ | ≦ T (8)

|Δx₂ - Δy₂ | ≦ T (9)

wobei T ein zulässiger Toleranzwert in bezug auf die Beträge der Abweichung in den Richtungen x und y unter Einbeziehung des Richtpunktes an der Maske als Ausgangs­ punkt ist.

Mit 69 ist ein UND-Glied mit vier Eingängen bezeichnet, das ein positives Ausgangs­ signal abgibt, wenn die Bedingungen (6) bis (9) sämtlich erfüllt sind, wobei dieses Signal zur Einschaltung einer an einem Bedienfeld 56 vorgesehenen Lampe dient. Das Aufleuchten dieser Lampe zeigt der Bedienungsperson an, daß die Maske und das Halbleiterplättchen korrekt zueinander ausgerichtet sind.

Eine Zeitsteuerschaltung 70 gibt ein Zeitsteuer­ signal an eine Steuerschaltung 57 an, über die die Steuerung der Schrittmotoren erfolgt. Die Steuerschaltung 57 steuert die Geschwindigkeiten, die Antriebswege und die Anlauf­ zeiten von Schrittmotoren 58, 59 und 60 zur Bewegung des Halbleiterplättchens in Richtung der x-Achse, in Richtung der y-Achse sowie in Drehrichtung jeweils um den von der Rechenschaltung 54 errechneten Betrag X, Y bzw. H.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel für die Ausrichtevorrichtung beschrieben, bei dem der eingangs genannte Teilungsfehler berücksichtigt ist.

In Fig. 9 ist ein Ablauf veranschaulicht, gemäß dem der Betrag der Abweichung errechnet und sodann eine Unter­ scheidung dahingehend getroffen wird, ob der Abweichungs­ betrag innerhalb eines zulässigen Toleranzwertes liegt oder nicht.

In einem Schritt 200 errechnet die Rechenschaltung 54 den Betrag der Abweichung gemäß den Gleichungen (1) und (2) aus den Impulsintervallen. In einem Schritt 201 berechnet sie den Teilungs­ fehler aus dem Betrag der Abweichung gemäß der Gleichung

In einem Schritt 202 nimmt sie eine Unter­ scheidung dahingehend vor, ob der Teilungsfehler Ep inner­ halb eines vorgegebenen zulässigen Toleranzbereichs liegt oder nicht. In einem Schritt 203 wird ermittelt, ob die Be­ dienungsperson eine Änderung in bezug auf den zulässigen Teilungsfehler Ep erlaubt, und in einem Schritt 204 wird das den Teilungsfehler Ep speichernde Register gelöscht, falls eine solche Änderung nicht erlaubt wird.

In einem Schritt 205 führt die Rechenschaltung Rechenoperationen gemäß folgenden Formeln (11) bis (14) durch:

|Δx₁ - Ep + Δy₁ | (11)

|Δx₁ - Ep - Δy₁ | (12)

|Δx₂ + Ep + Δy₂ | (13)

|Δx₂ + Ep - Δy₂ | (14)

In einem Schritt 206 nimmt sie eine Unter­ scheidung dahingehend vor, ob die Werte der Formeln (11) bis (14) sämtlich innerhalb der erlaubten Toleranzbereiche liegen.

In einem Schritt 207 wird angezeigt, daß eine Ausrichtung nicht möglich ist, weil der Teilungsfehler seinen zulässigen Wert überschreitet. Ein Schritt 208 stellt die Be­ endigung der Justierung bzw. Ausrichtung dar. In einem Schritt 209 gibt die Rechenschaltung ein Signal an die Abtriebsschaltung für die Schrittmotoren dahingehend ab, daß die Ausrichtung unvollständig ist.

Nachstehend wird die in Fig. 10 gezeigte Schaltungsanordnung zur Aus­ führung der Steuervorgänge gemäß dem Ablaufdiagramm nach Fig. 9 näher beschrieben.

Der Signalverarbeitungsabschnitt zum Messen der Impuls­ intervalle der von dem Photodetektor erfaßten Abtast­ signale ist mit dem vorstehend beschriebenen identisch.

Bei dem Ausführungsbeispiel berechnet die Rechenschaltung 54 die Abweichungsbeträge Δx₁, Δy₁, Δx₂ und Δy₂ an den Stellen, an denen jeweils Aus­ richtmarkierungen angebracht sind, sowie die Beträge X, Y und H der von den Schrittmotoren vorgenommenen Ver­ stellung, den Teilungsfehler Ep sowie dessen absoluten Betrag |Ep |, woraufhin der Betrag |Ep | des Teilungsfehlers in einem Register 210 und der Wert Ep des Teilungsfehlers in einem Register 211 abgespeichert werden. Mit 212 ist ein Vergleicher bezeichnet, der ein positives Signal abgibt, wenn der Teilungsfehler­ betrag |Ep | unterhalb des zulässigen Wertes liegt. Durch ein Ausgangssignal c eines Inverters 216 wird an dem Bedienfeld 56 angezeigt, daß eine Ausrichtung nicht möglich ist, weil der Teilungsfehler größer als sein zulässiger Wert ist. Die Bedienungsperson kann dann über einen an dem Bedienfeld vorgesehenen Schal­ ter ein Signal b eingeben, das angibt, ob eine Änderung des Toleranzwertes für die auf dem Teilungsfehler beruhenden Abweichung erlaubt ist.

Wird keine Änderung des Toleranzwertes erlaubt, so ist das Signal b ein positives Signal, und das Ausgangssignal eines UND-Gliedes 215 ist nur dann ein positives Signal, wenn der Teilungsfehler innerhalb seines zulässigen Bereichs liegt und keine Änderung des Toleranzbereichs erlaubt ist, wobei der Inhalt des den Teilungsfehler Ep speichern­ den Registers gelöscht wird.

Mit 214 ist eine Zeitsteuerschaltung bezeichnet, die ein Zeitsteuersignal für eine Rechenschal­ tung 217 erzeugt. Die Rechenschaltung 217 berechnet die Ausdrücke (11), (12), (13) und (14) aus den von der Rechen­ schaltung 54 errechneten Abweichungsbeträgen Δx₁, Δy₁, Δx₂ und Δy₂ sowie aus dem von dem Register 211 ge­ speicherten Wert und veranlaßt, daß die jeweiligen Rechen­ werte in den Registern 61, 62, 63 und 64 gemäß Fig. 8 abge­ speichert werden.

Der Vergleicher 55, die Schrittmotor-Steuerschaltung 57 sowie die Schrittmotoren 58, 59 und 60 entsprechen in bezug auf Funktion und Wirkungsweise den üblichen Ausführungs­ formen.

Der Vergleicher 55 bestimmt hierbei, ob die folgenden Bedingungen erfüllt sind oder nicht:

|Δx₁ - Ep + Δy₁ | ≦ T′ (15)

|Δx₁ - Ep - Δy₁ | ≦ T′ (16)

|Δx₂ + Ep + Δy₂ | ≦ T′ (17)

|Δx₂ + Ep - Δy₂ | ≦ T′ (18)

Die Schrittmotor-Steuerschaltung 57 steuert die Ge­ schwindigkeiten, die Antriebswege und die Anlaufzeiten der Schrittmotoren 58, 59 und 60 zur Bewegung des Halbleiterplättchens in Richtung der x-Achse, der y-Achse sowie in Drehrichtung um die von der Rechen­ schaltung 54 errechneten Beträge X, Y und H.

Mit der vorstehend beschriebenen Ausrichtevorrichtung werden somit die Ausrichtmarkierungen auf einer Maske und einem Halbleiterplättchen zur Herstellung eines Halbleiter- Schaltungselementes auf photoelektrischer Weise abgetastet und die Lageabweichungen zwischen den jeweiligen bei­ den Markierungen ermittelt, woraufhin entweder die Maske oder das Halbleiterplättchen entsprechend dem fest­ gestellten Abweichungsbetrag zur Ausrichtung der Maske und des Halbleiterplättchens auf eine vorgegebene Lage­ beziehung parallel verstellt wird. Hierbei wird jeder Ab­ standsfehler korrigiert, der zwischen den Ausrichtmarkierungen auftreten kann.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten zweier Objekte, auf denen jeweils erste sowie zweite Ausrichtmarkierungen an­ gebracht sind, mit einer Recheneinrichtung, die die Beträge der Abweichungen der ersten und zweiten Markierungen auf dem einen Objekt in bezug auf die ersten und zweiten Markierungen auf dem anderen Objekt berechnet, und mit einer Diskriminator­ einrichtung, die gemäß den berechneten Abweichungsbeträgen die durch das Einbringen der beiden Objekte in eine vorbe­ stimmte gegenseitige Lagebeziehung vorgenommene Ausrichtung der beiden Objekte beurteilt und ggf. beendet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Recheneinrichtung (54) als Teilungsfehler die Differenz zwischen dem Abweichungsbetrag der ersten Mar­ kierungen und dem Abweichungsbetrag der zweiten Markierungen ermittelt und daß die Diskriminatoreinrichtung (55) bei dem Beurteilen bzw. Beenden der Ausrichtung der beiden Objekte (12, 13) die ermittelte Differenz berücksichtigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diskriminatoreinrichtung (55) ein Signal zum Beenden der Ausrichtung der beiden Objekte (12, 13) abgibt, wenn das Aus­ maß der durch die ermittelte Differenz hervorgerufene Abweichung innerhalb eines vorgewählten zulässigen Fehlerbereichs liegt.