DE3006578A1

DE3006578A1 - Bezugsbild zum ausrichten von masken fuer die herstellung von mikroschaltungen, verfahren zum ausrichten einer maske mit einer mikroschaltungsscheibe und verfahren und vorrichtung zum wahrnehmen und ausrichten von derartigen bezugsbildern

Info

Publication number: DE3006578A1
Application number: DE19803006578
Authority: DE
Inventors: Daniel Herbert Berry; David A Markle
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: SVG Lithography Systems Inc
Priority date: 1979-03-12
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-09-25
Also published as: US4353087A; JPS55133539A; CH656743A5; GB2045523A; CA1150418A; GB2045523B; JPH025011B2; DE3006578C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Herstellung von Mikroschaltungen und betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Maskenausrichtung zur Verwendung bei einer Vorrichtung, bei der ein Bild auf einer Maske auf ein mit einem Fotolack beschichtetes Substrat projiziert wird, um den Fotolack für eine weitere Verarbeitung des Substrats zu belichten.

Bei der Herstellung von Mikroschaltungen wird allgemein ein Verfahren angewandt, bei dem ein Oxidfilm auf dem Halbleiter-Substrat ausgebildet wird, der Oxidfilm mit einem Fotolack beschichtet wird und anschliessend der Fotolack über eine Maske beleuchtet wird, um gewählte Teile des Fotolackes zu belichten. Nach der Belichtung wird der Fotolack entwickelt, wodurch ein Muster erzeugt wird, das entweder den belichteten oder nicht belichteten Teilen entspricht, was von der Art des Fotolackes abhängt. Der restliche Fotolack bildet eine Schutzschicht für die Oxidschicht, die dann beispielsweise mit Fluorwasserstoffsäure geätzt wird, um die Schicht unter dem Oxidfilm freizulegen, wonach Störstellen in das Substrat eingegeben werden können, um dieses zu dotieren und dadurch Transistoren und ähnliche Bauelemente zu bilden. Wenn das erfolgt ist, kann das Verfahren mehrmals wiederholt werden, indem zusätzliche Oxidfilme ausgebildet werden, mehr Fotolack aufgebracht wird, der Fotolack belichtet und entwickelt wird und der Oxidfilm geätzt wird, wobei weitere Dotierungsoder Niederschlagsverfahrensschritte ausgeführt werden.

Die Belichtung des Fotolackes erfolgt unter Verwendung von Masken, die für diesen Zweck hergestellt sind. Separate Masken werden für jeden der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte verwandt. Wenn alle Bauelemente an der richtigen Stelle in der Mikroschaltung erscheinen sollen, ist zwischen den Verfahrensschritten ein hohes Mass an Ausrichtung erforderlich.

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Im typischen Fall hat das Substrat, das belichtet wird, die Form einer Scheibe, die eine Vielzahl identischer Plättchen oder Mikroschaltungen enthält. Die Maske wird in ähnlicher Weise eine Vielzahl identischer Mustern und zwar jeweils ein Muster für jedes Plättchen enthalten. Die Maske wird dadurch hergestellt, dass das auf jede Mikroschaltung abzubildende Muster aufgenommen und mehrmals nach einem Schritt- und Wiederholungsverfahren ausgebildet wird. Dasselbe Muster findet sich somit längs der Reihen und Spalten der Maske.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung, die dazu verwandt werden können, die Scheiben in dieser Weise zu belichten, werden in der US-PS 3 975 364, der US-PS 4 011 011 und der US-PS 4 006 645 beispielsweise im einzelnen beschrieben. Dabei wird eine von Hand aus erfolgende Ausrichtung verwandt, wobei die Bedienungsperson die Maske und die Scheibe über ein optisches System betrachtet. Eine FeinJustierungseinrichtung und eine Grobjustierungseinrichtung sind zusammen mit dem Projektionssystem vorgesehen. Das eigentliche Element zur Ausrichtung wird durch eine Vorrichtung gebildet, die in der US-PS 4 006 645 beschrieben wird.

Für eine richtige Ausrichtung ist es erforderlich, wenigstens zwei Bezugsbilder,und zwar jeweils eins auf jeder Seite der Schiebe ausrichten zu können. Das erfolgt mit dem Beobachtungssystem der in der US-PS 4 011 011 dargestellten Art, bei dem das Sichtfeld zwei Bilder enthält, die von der Scheibe und der Maske stammen. Das macht es erforderlich, dass die Ausrichtungsbezugsbilder zu diesem Zweck auf die Maske gedruckt werden.

Die erste Maske, die auf die Scheibe abgebildet wird, benötigt keine Ausrichtung, da auf der Scheibe kein vorhergehendes Muster vorhanden ist, auf das die Maske auszurichten ist. Für eine anschliessende automatische Ausrichtung ist es notwendig, Bezugsbilder auf wenigstens zwei Stellen auf

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der Scheibe zu drucken. Nach diesem Arbeitsvorgang werden die vorhandenen Bezugsbilder dazu verwandt, im nächsten Arbeitsschritt die Scheibe genau mit den nächsten Masken auszurichten. Wenn die Ausrichtung von Hand aus erfolgt, ist die Form der Bezugsbilder nicht von besonderer Bedeutung, Wenn diese Ausrichtung jedoch automatisch erfolgen soll, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten. Bei der automatischen Ausrichtung ist es bisher üblich, grosse Bezugsbilder, d.h. Bezugsbilder vorzusehen, die den Platz von zwei oder mehr Mikroschaltungen einnehmen. Das macht es erforderlich, dass bei dem Schritt- und Wiederholungsverfahren der Herstellung der Maske die Mikroschaltungsmuster an wenigstens zwei Stellen unterbrochen werden, um die grossen Bezugsbildmuster zur Ausrichtung aufzunehmen. Da sich die relative Lage der Schaltung und der Ausrichtungsmuster von einer Maske zur anderen ändern kann, kann die Ausrichtung der Ausrichtungsmuster zu einer Fehlausrichtung der Schaltungsmuster führen. Weiterhin geht wenigstens der Platz, der normalerweise für zwei Mikroschaltungen ausreicht, an das Bezugsbild verloren .

Es ist somit ersichtlich, dass die automatische Ausrichtung verbessert werden sollte, um diese Schwierigkeiten zu vermeiden .

Durch die Erfindung wird eine Lösung dieses Problems geliefert. Im weitesten Sinne wird erfindungsgemäss ein kleines Bezugsbild, d.h. ein Bezugsbild mit einer derartigen Grösse verwandt, dass es auf ein einzelnes Mikroschaltungsplättchen selbst gedruckt werden kann, ohne die darauf befindlichen senkrechten Linien zu stören. Damit das Bezugsbild zuverlässig wahrgenommen werden kann, besteht es nur aus Diagonallinien untereinem Winkel von 45° zu den Kanten des Plättchens. Da die Linien, die auf der Mikroschaltung zur Weiterver-

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arbeitung ausgebildet werden, normalerweise horizontal und vertikal verlaufen, ist das Bezugsbild somit von dem normalen Mikroschaltungslichtbild unterscheidbar. In der einfachsten Form besteht das Bezugsbild aus einer Raute. Die Ausrichtung erfolgt dadurch, dass am Anfang eine grössere Raute auf die Mikroschaltung belichtet und um eine kleinere Raute herum zentriert wird, die in der nächsten Maske enthalten ist. Es ist manchmal bevorzugt, neue Scheibenbezugsbilder immer dann aufzudrucken, wenn eine Belichtung erfolgt. Das vermeidet einen Auflösungsverlust, der dann auftreten kann, wenn zusätzliche Schichten aus Siliciumoxid über den Bezugsbilder ausgebildet werden und verhindert gleichzeitig eine Unscharfe, die durch das Maskenbezugsbild hervorgerufen wird, das nach der früheren Ausrichtung belichtet wird. Obwohl weiterhin das Bezugsbild eine volle oder ausgefüllte Raute sein kann, ist ein nicht ausgefülltes Bezugsbild bevorzugt. Vorzugsweise ist die Raute nicht vollständig, sondern hat jede das Maskenbezugsbild und das Scheibenbezugsbild bildende Raute fehlende Teile, um eine leichtere Identifizierung zu ermöglichen. Bei der Verwendung eines derartigen Bezugsbildes sind verschiedene Aufnahmeverfahren möglich.

Durch die Erfindung werden weiterhin ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Aufnahme dieser Muster auf der Scheibe geliefert.

Obwohl es lediglich notwendig; ist, dass die Bezugsbilder an zwei Stellen der Scheibe vorhanden sind, ist das Bezugsbild vorzugsweise auf jedes Plättchen gedruckt, um nicht geänderte Bilder in der Schritt- und Wiederholungskamera zu erhalten. Das dort vorhandene Bezugsbild schadet selbst dann nicht, wenn es nicht benutzt wird. Statt die Bezugsbilder irgendwo in den Plättchen auszubilden, können sie auch an Bereichen der Scheibe zwischen den Plättchen vorgesehen sein. Gewöhnlich werden diese Bereiche maskiert, es ist jedoch

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problemlos, in diesen Bereichen die Bezugsbilder vorzusehen. Das ist nur möglich, wenn die kleinen Bezugsbilder gemäss der Erfindung verwandt werden.

Im weitesten Sinne weist die Vorrichtung zur Aufnahme des Vorliegens von Bezugsbildern eine Fernsehkamera, die ein sehr empfindliches Vidicon verwendet, eine Schaltung, die das Vorliegen einer Bezugsbildlinie im Videosignal wahrnimmt, einen Analog/Digitalwandler, der diese Stellen digital darstellt, d.h. deren X- und Y-Koordinaten digitalisiert und einen Pufferspeicher enthält, und ein Mikrocomputersystem auf, das die digitalisierten Daten empfängt und aus diesen Daten die Diagonallinien lokalisiert, die Endpunkte der Diagonallinien bestimmt, die Raute rekonstruiert und daraus die Ausrichtung festlegt. Wenn die Ausrichtung nicht innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt, liefert das Mikrocomputersystem Ausgangssignale' dem Ausrichtungsmotorantrieb, der in einer Weise aufgebaut ist, wie es in der US-PS 4 006 645 beschrieben ist.

Es kann weiterhin ein digitaler Vorrechner oder Vorprozessor vorgesehen sein, um die Daten herauszufiltern, die nicht zu den Diagonallinien gehören.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einem Bezugsbild zum Ausrichten von Masken für die Herstellung von Mikroschaltungen, wobei das erfindungsgemässe Bezugsbild eine derartige Grosse.hat, dass es auf ein Mikroschaltungsplättchen gedruckt werden kann, ohne die darauf befindlichen Linien zu stören^und nur aus Linien · besteht, die vertikal oder diagonal bezüglich des Bildwandlers verlaufen. Die Erfindung befasst sich weiterhin mit einer automatischen Vorrichtung zum Ausrichten derartiger Bezugsbilder.

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Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt einen Vergleich des bekannten grossen Bezugsbildes mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen kleinen Bezugsbildes.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfin- " . dungsgemässen Ausrichtungsbezugsbildes.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Bildmusters.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines nicht ausgefüllten Bildmusters.

Fig. 5 ■ zeigt das Grundblockschaltbild einer Vorrichtung zur Aufnahme der in Fig. 2 und 3 dargestellten Bildmuster.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm das Grundprinzip der

Positionsaufnahme bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 7 zeigt das Schaltbild einer Schaltung zur Aufnahme der Linienposition.

Fig. 8 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrechnereinheit, die digitale Schieberegister verwendet.

Fig. 9 zeigt das schematische Schaltbild eines digitalen !Correlators für die Bezugsbildlinien mit einem Vertikal-zu Horizontal-Digitalisierungsverhältnis von 1,5:1.

Fig. 10 zeigt das schematische Schaltbild eines Analog-Digitalwandlers und eines Pufferspeichers.

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Wie es oben bereits erwähnt wurde, liegt das wesentliche Merkmal der Erfindung in der Verwendung eines kleinen Bezugsbildes sowie in der Verwendung eines Bezugsbildes, das rautenförmig ist. Das ist am besten anhand von Fig. 1 ersichtlich, die einen Vergleich eines kleinen Bezugsbildes mit einem grossen Bezugsbild zeigt. Eine Scheibe 11 ist in eine Vielzahl von quadratischen Flächenbereichen-.unterteilt, wobei jedes Quadrat eine Mikroschaltung wiedergibt. Wie es bereits beschrieben wurde, ist es notwendig, ein Bezugsbild an wenigstens zwei Stellen auf der Scheibe vorzusehen. Es sind somit herkömmliche Bezugsbildanordnungen 13 auf jeder Seite der Scheibe 11 dargestellt. Die Bezugsbildanordnung 13 auf der linken Seite der Scheibe ist in einer vergrösserten Darstellung gezeigt. Die Bezugsbildanordnung 13 besteht dabei aus einem rechteckigen Block der drei separate Bezugsbilder 15 enthält, wobei jede Anordnung eine integrierte Schaltung auf der Substratscheibe ersetzt. Erfindungsgemäss werden jedoch kleine Bezugsbilder verwandt. Ein derartiges kleines Bezugsbild ist in einer vergrösserten Ansicht der Schaltung 17 dargestellt. Es ist dabei zu beachten, dass ein wesentlich kleinerer Flächenbereich der Scheibe 11 von einem Kreis umgeben ist, und dieser Kreis Teile von vier Mikroschaltungen einschliesst. Auf dem Mikroschaltungsplättchen sind typische Anschlussflachen 19 erkennbar, die im typischen Fall Quadrate mit einer Kantenlänge von 12,7x10 cm sind. Es sind weiter ein nicht benutztes Ausrichtungsbezugsbild 21 und ein Ausrichtungsbezugsbild 23 dargestellt, das bereits vorher benutzt wurde. Die Ausrichtungsbezugsbilder sind dabei auf jeden Teilbereich oder auf jede Mikroschaltung 25 auf der Scheibe gedruckt. Sie befinden sich daher zwischen anderen Bauelementen auf der Scheibe und machen es nicht erforderlich, zwei integrierte Schaltungen zu ersetzen, was zu einer grösseren Ausbeute führt.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Ausrichtungsbildmusters. Immer wenn ein Muster zur Weiterverarbeitung auf die Scheibe für jede Mikroschaltung

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gedruckt wird, wird auch ein Ausrichtungsbildmuster 27 aufgedruckt. Auf der nächsten folgenden Maske ist ein Ausrichtungsbildmuster 28 mit derselben Rautenform und an einer dem Muster 27 entsprechenden Stelle,jedoch mit geringerer Grosse vorgesehen- Wenn diese beiden Muster zueinander ausgerichtet sind, nehmen sie die relative Lage ein, wie sie durch die Gesamtansicht 30 in Fig. 2 dargestellt ist. Die Maske kann natürlich neben einem kleineren Muster 28 irgendwo eine oder mehrere Kopien des Musters 31 enthalten, die für die nächsten Verarbeitungsschritte zur Verfügung stehen.

Obwohl die in Fig. 2 dargestellten geschlossenen Rauten verwandt werden könnne, werden vorzugsweise die in Fig. 3 dargestellten Muster verwandt. Bei diesen Mustern ist die Raute 27 durch ein Muster ersetzt, das einen rautenförmigen Umriss hat, bei dem jedoch die Ecken abgeschnitten sind. Auf jeder Seite der Raute ist somit nur ein Segment 31 übriggeblieben. Bei der kleinen Raute bleiben in ähnlicher Weise nur die Segmente 33, so dass sich ein in der Figur dargestelltes resultierendes Muster 34 ergibt, wenn die Ausrichtung erfolgt. Die Abmessungen der Bezugsbilder 31 und 33 können so geändert werden, dass sie zur Auflösung des Abbildungssystemes und zum Blickfeld des Betrachtungssystems passen und können im typischen Fall die in Fig. 3 angegebenen Werte haben. Obwohl weiterhin die in den Fig* 2 und 3 dargestellten Muster nicht ausgefüllte Muster sind, die gewisse Vorteile bieten, ist es auch möglich, ausgefüllte Muster zu verwenden.

Fig. 4 zeigt die beiden Bezugsbildtypen.

Wie es bereits beschrieben wurde, ist durch die Verwendung derartiger Bildmuster eine automatische Ausrichtung möglich, so dass der Grundgedanke der Erfindung im weitesten Sinne in der Verwendung derartiger Bildmuster für die Ausrichtung liegt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht jedoch darin,

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wie diese Bildmuster dazu verwandt werden, die automatische Ausrichtung durchzuführen. Das wird im folgenden beschrieben.

Fig. 5 zeigt ein Grundblockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäss der Erfindung. In üblicher Weise befindet sich die Scheibe auf einer Bühne 41. über das optische System gemäss der oben erwähnten Patentschrift können sowohl die Scheibe als auch die Maske 43 betrachtet werden. Eine Fernsehkamera ist derart angeordnet, dass sie zwei Bereiche der Maske und der Scheibe über ein optisches Schnittbild mit Dunkelfeldbeleuchtung sieht. Die Betrachtung der Bezugsbilder bei einer Dunkelfeldbeleuchtung führt zu Umrandungen, die konsistente helle Bilder auf einem dunklen Hintergrund aufgrund der Topographie liefern, die der Herstellung von integrierten Schaltungen eigen ist. Diese Art der Beleuchtung erlaubt auch eine wirkungsvolle Verwendung der als Video-Integration bekannten Technik, um das Signal/ Rauschverhältnis zu erhöhen. Die Video-Integration erfolgt dadurch, dass der Elektronenlesestrahl in der Vidoconbildröhre über eine gewünschte Anzahl von Halbbildern ausgetastet wird, so dass sich das Fernsehbild in Form einer Fotokathodenladung oder eines Leitfähigkeitsunterschiedes mit der Zeit aufbauen " kann, was zu einem verstärkten Videosignal führt, wenn das Vidicontarget zum ersten Mal abgetastet wird.

Die anfängliche mechanische Positionierung erfolgt durch den Scheibenlademechanismus, um die Maske und die Scheibe allgemein zueinander auszurichten. Die Fernsehkamera tastet Bereiche der Maske und der Scheibe im Blickfeld ab und liefert ihr Videoausgangssignal während eines Halbbildes einem Linienpositionsdetektor 47. Der Detektor nimmt in einer mehr im einzelnen später beschriebenen Weise das Vorliegen der Linien in den Ausrichtungsbildmustern auf. Auf die Aufnahme dieser Linien werden diese Linienpositionen digitalisiert und in einem Pufferspeicher 59 zwischengespeichert und anschliessend in einem Mikrocomputerspeicher gespeichert. Die digitalisierte

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Information steht dann einem Mikrocomputer 51 zur Verfügung, in dem Berechnungen durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob das Maskenmuster zu dem Scheibenmuster ausgerichtet ist oder nicht. In Abhängigkeit vom Grad der Fehlausrichtung werden Ausgangssignale einem Ausrichtungsmotorantrieb 53 geliefert, der die Scheibenbühne so antreibt, wie es in der US-PS 4 006 645 beschrieben wird.

Während die Fernsehkamera horizontal abtastet, wird der Linienpositionsdetektor 47 nicht nur diagonale Umrandungen des Musters, sondern auch beliebige vertikale Linien aufnehmen.

Das Arbeitsprinzip ist in Fig. 6 dargestellt. Das Videosignal 55 von einer Linie 56 eines typischen nicht ausgefüllten Bezugsbildes, das über eine Dunkelfeldbeleuchtung beleuchtet wird, hat einen charakteristischen Spannungsverlauf 59 gegenüber der Zeit, wie er in Fig. 6 mit V^ bezeichnet ist. Die Signalaufnahme erfolgt in der folgenden Weise:

1. Ein zweites Signal Vj wird von dem Signal V^ dadurch abgeleitet, dass dieses um eine Zeit Δ.Τ verzögert wird.

2. Der Kreuzungspunkt 61, an dem das Signal V2 grosser als das Signal V₁ wird, wird dazu verwandt, ein Signal V out zu erzeugen, das bewirkt, dass der Inhalt eines Zählers in einem Speicher gespeichert wird.

3. Das Ausgangssignal Vout wird durch die Eorderung qualifiziert, dass das Signal V₂ über einer Schwellenspannung Vm, d.h. über dem Rauschpegel liegt.

Die sich ergebende in positive Richtung verlaufende Flanke des Vout-Impulses 63 wird zu einem Zeitpunkt erzeugt, der um einen konstanten Betrag nach dem Auftreten der Mitte der Wellenform verzögert ist. Diese konstante Verzögerung ist gleich der Hälfte der gesamten LinienverzögerungszeitA t.

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Die optimale Zeitverzögerung Δt ist für verschiedene Linienbreiten des Bezugsbildes verschieden, geringe Änderungen in der Liniengrösse oder der Musterumrandung können jedoch leicht mit einer festen Zeitverzögerung aufgefangen werden. Fig. 7 zeigt das schematische Schaltbild des Linienpositionsdetektors .

Fig. 10 zeigt, wie das Umrandungspositionssignal Vout in eine Zahl umgewandelt wird, die der horizontalen Position entspricht und die im Mikrocomputerspeicher gespeichert werden kann. Die Digitalisierung der horizontalen Position einer Linie oder einer Umrandung erfolgt dadurch, dass ein Zähler zu Beginn jeder horizontalen Abtastzeile in Gang gesetzt wird und mit einer Frequenz von 10 MHz aufgezählt wird. Wenn eine Umrandung wahrgenommen wird, wird deren Position im Mikrocomputerspeicher in Form eines 8-Bitwortes gespeichert, " das dem Zählerstand entspricht, der dann vorliegt, wenn die Umrandung wahrgenommen wird. Die Zählfrequenz von 10 MHz erlaubt es, jede horizontale Fernsehzeile in zwei Akquisitionszonen zu unterteilen, von denen jede 256 mögliche Linienpositionen hat. Für jede Linie sind 16 Wörter des Computerspeichers reserviert, so dass bis zu 15 Umrandungspositionen und ein Null-Wort möglich sind, das das Ende der gültigen Daten bezeichnet. Wenn 170 Linien in jeder Akquisitionszone verwandt werden, ist ein Speicher mit insgesamt 16 mal 170 oder 2720 Wörtern für jede Akquisitionszone erforderlich.

Am Ende der Digitalisierung werden die Stellen aller Umrandungskreuzungspunkte in einem Speicher gespeichert, der zum Mikrocomputer gehört. Der Wert des Wortes im Speicher gibt die horizontale Positionskoordinate wieder und der Speicherplatz gibt die vertikale Positionskoordinate an. ·

Im folgenden wird ein Computerprogramm für den Mikroprozessor angegeben, der dazu erforderlich ist, die Identifizierung der Bezugsbilder und die Positionierung der Scheibenbtihne durch-

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zuführen, um die Bezugsbilder in eine Ausrichtung zu bringen.

Das Computerprogranun führt im Prinzip die folgenden Programmschritte aus:

1. Suche über alle im Speicher gespeicherten Originaldaten, um diagonale Linien aufzusuchen. Alle diagonalen Linien mit drei oder mehr aufeinanderfolgenden Punkten werden aufgelistet.

2. Es werden die Endpunkte und die y-Achsenschnittpunkte jeder Diagonallinie berechnet.

3. Diagonallinien mit ähnlicher Steigung werden sofort kombiniert, wodurch die Anzahl der Endpunkte der y-Ächsenschnittpunkte herabgesetzt wird.

4. Die bekannte Grosse des Maskenbezugsbildes dient dazu, die Abstände der y-Achsenschnxttpunkte für die Maskenbezugsbilder vorherzusagen. Die Abstände der y-Achsenschnittpunkte von Linienpaaren mit ähnlicher Steigung, die den Maskenabschnitten entsprechen, werden"aufgelistet und für jedes Paar wird ein Mittelpunkt berechnet. Wenn für jede Steigung mehr als ein Linienpaar gefunden wird, werden die Linien mit der grössten Anzahl von Datenpunkten benutzt.

5. Aus den Mittelpunkten von Diagonallxnienpaaren mit entgegengesetzter Steigung wird der Mittelpunkt des Maskenbezugsbildes berechnet.

6. Dasselbe Verfahren wird dazu angewandt, den Mittelpunkt des Scheibenbezugsbildes aufzufinden und es wird die Trennung zwischen dem Maskenbezugsbild und dem Scheibenbezugsbild berechnet.

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7. Die Information von der anderen Seite des Schnittbildbetrachtungssystems wird dazu verwandt, deren Masken- und Scheibenbezugsbildtrennung in derselben Weise zu ermitteln*

8. Die Bezugsbildtrennungen von beiden Betrachtungsstellen werden dazu verwandt, den grössten Ausrichtungsfehler zu berechnen.

9. Wenn der Fehler grosser als ein vorbestimmter Grenzwert von beispielsweise 1,0 μΐη ist, wird ein Ausgangssignal geliefert, um die Scheibenbühne so zu betreiben, dass die Fehlausrichtung korrigiert wird_;und die Vorgänge, bei denen ein weiteres Ausrichtungsbild in den Speicher geladen wird und der Ausrichtungsfehler berechnet wird, werden wiederholt. Wenn der Fehler unter dem Grenzwert liegt, kann eine Belichtung erfolgen.

Um die erforderliche Speicherkapazität des Computerspeichers weiter herabzusetzen, ist eine weitere Verarbeitung der Umrandungspositionsdaten vor der Abspeicherung im Speicher möglich. Fig. 9 zeigt eine dieser Möglichkeiten. Gemäss der schematisehen Darstellung in Fig. 9 ist eine Anzahl von 256-Bit-Schieberegistern 101 vorgesehen und derart geschaltet, dass das Ausgangssignal des ersten Schieberegisters 101 das Eingangssignal der ersten Stufe des zweiten Schieberegisters ist usw. Jedes Schieberegister speichert eine Datenzeile. Die Ausgangssignale von der ersten Stufe des ersten Schieberegisters 101, der zweiten Stufe des zweiten Schieberegisters 101 und der dritten Stufe des dritten Schieberegisters 101 liegen an einem UND-Glied 103. Ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 10 MHz von einem Taktgeber liefert den Schiebebefehl den Schieberegistern. Das Dateneingangssignal ist das Ausgangsssignal des Linienpositionsdetektors 47. Diese Daten werden daher abgefragt und in die Register geladen und fortlaufend durch die Register geschoben. Jedes Schieberegister 101 enthält eine Datenzeile in digitaler Form, wobei

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die Werte "1" schmale Linien oder Umrandungen angeben, während das Fehlen eines Wertes "1" das Fehlen einer schmalen Linie oder Umrandung anzeigt. Wenn eine diagonale Linie vorliegt, treten diagonal die Werte "1" auf, wie es in der Figur dargestellt ist. Wenn das der Fall ist, ist eine Diagonallinie wahrgenommen, die normalerweise nur in der Geometrie der Ausrichtungsbezugsbilder auftritt,und liefert das UND-Glied 103 ein Ausgangssignal, das dann im Speicher gespeichert werden kann. D.h. m.a.W., dass im Speicher ein Wert gespeichert wird, der der horizontalen Position des Wertes "1" entspricht, der als ein Wert identifiziert worden ist, der zu einer Diagonalen gehört. Eine etwas andere Anordnung der Eingangssignale für das UND-Glied ist erforderlich, um Linien oder Umrandungen mit entgegengesetzter Steigung wahrzunehmen.

Wenn die horizontale Digitalisierungsfrequenz und der vertikale Abstand zwischen den Lesezeilen der Fernsehkamera nicht demselben Abstand am Fernsehbild entsprechen, dann ist eine gewisse Abwandlung der oben beschriebenen schematischen Anordnung notwendig. Eine Möglichkeit besteht einfach darin, eine diagonale Linie mit einer derartigen Steigung zu wählen, dass der Schnittpunkt mit zwei benachbarten'horizontalen Lesezeilen einer ganzen Zahl von Digitalisierungsintervallen entspricht (gleich dem Vertikal- zu Horizontaldigitalisierungsverhältnis). Das führt zu einem Digitalisierungsfehler gleich der Hälfte des DigitalisierungsZuwachses. Wenn der Zuwachs gleich 1 pm ist und angenommen wird, dass die Linie in der Mitte des Zuwachses liegt, diese Linie jedoch statt dessen am Rand des Zuwachses liegt, dann ist der Fehler gleich der Hälfte des Zuwachses. Der Digitalisierungsfehler kann dadurch herabgesetzt werden, dass eine derartige Bezugsbildlinienneigung und ein derartiges Lese- und Digitalisierungsverfahren gewählt werden, das keine ganze Zahl von Digitalisierungsintervallen zwischen benachbarten horizontalen Fernsehlesezeilen liegt. Wenn beispielsweise Bezugsbildlinien mit 45° bei einem Digitalisierungsverfahren mit einem Intervall von 1,5 μΐη zwischen horizontalen

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Zeilen und einem Digitalisierungszuwachs von 1,0 μπι längs jeder Zeile gewählt werden (Vertikal- zu Horizontaldigitalisierungsverhältnis 1,5:1), dann wird der grösste Fehler aufgrund der Digitalisierung 0,25 μΐη im Mittel über zwei benachbarte Zeilen betragen. Bei diesem Verfahren müsste der Korrelator zwei mögliche Umrandungspositionen auf jeder zweiten Zeile einschliessen. Das ist in Fig. 9 dargestellt.

In Fig. 10 ist das schematische Schaltbild des Digitalisierers und des Pufferspeichers dargestellt. Die Vertikal- und Horizontal* synchronimpulse, die durch die Fernsehkamera erzeugt werden, werden durch die Speicheradressenlogik dazu ausgenutzt, zu bestimmen, wann das ausgelesene Fernsehsignal in einem der beiden Akquisitionszonen liegt. Im typischen Fall ist jede Akquisitionszone ein rechteckiger Flächenbereich, der den grössten Teil der einen oder der anderen Hälfte des Schnittbild^ feldes überspannt. Wenn der Lesestrahl der Fernsehkamera den Rand einer Akquisitionszone kreuzt, wird ein Umrandungspos it ions zähler 105 mit einer Frequenz von 10 MHz über einen Taktgeber 106 aufgezählt und wird ein Umrandungszähler 107 in Betrieb gesetzt. Ein Signal, das das Vorliegen einer Bezugsbildumrandung angibt, bewirkt, dass der Zählerstand im Positionszähler 105 in einer Verriegelungsschaltung 108 gehalten wird und dass der Umrandungszähler 107 aufgezählt wird. Wenn der Zählerstand im Umrandungszähler 107 kleiner als 16 ist, bewirkt die Speicheradressenlogik 109, dass die Zahl in der Verriegelungsschaltung 108 im Computerspeicher 110 an einer Adresse gespeichert wird, die um das 16-fache der horizontalen Zeilenzahl plus dem Zählerstand des Umrandungszählers versetzt ist. Wenn der Computerspeicher ausreichend schnell ist, kann die Zeilenumrandungsposition direkt ohne Verwendung eines schnellen Pufferspeichers gespeichert werden.

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Claims

PATE NTAN WALTE

A. GRUNECKER H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

DR- mc. · AaC (CALTECr*

K. SCHUMANN

DRHERWTOR. w«3.

P. H. JAKOB

DlPU-ING

G. BE2OLD

DRMBlNKt DWlOCM

8 MÜNCHEN

MAXlMlUlANSTF)ASSe

21. Pe"b. 1980 P 14- 737

The Perkin-Elmer Corporation

Main Avenue

Norwalk, Connecticut 06856, USA

Bezugsbild zum Ausrichten von Masken für die
Herstellung von Mikroschaltungen, Verfahren zum Ausrichten einer Maske mit einer Mikroschaltungsscheibe
und Verfahren und Vorrichtung zum Wahrnehmen und ·
Ausrichten von derartigen Bezugsbildern

PATENTANSP rüche

/ IJ Bezugsbild zum Ausrichten von Masken für die Herstellung von Mikroschaltungen, dadurch gekennzeichnet , dass das Bezugsbild eine derartige Grosse hat, dass es
auf ein Mikroschaltungsplattchen gedruckt werden kann, ohne die darauf befindlichen Linien zu stören, und nur aus Linien besteht, die unter einem Winkel bezüglich des Bildwandlers, beispielsweise einer Fernsehkamera, verlaufen.

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TELEFON (O8O) 39 98 63

TELEX OS-SO 3BO

TEUEORAMNfE

TBLEKOPIERER

2. Bezugsbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass es rautenförmig ist.

3. Bezugsbild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Teile an den Ecken der Raute fehlen.

4. Bezugsbild nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des rautenförmigen Bezugsbildes eine Abmessung im Bereich von 16 μπι bis 105 μπι und eine Breite in der Grössenordnung von 4 μπι haben.

5. Bezugsbild nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus vertikalen und/oder diagonalen Linien besteht.

6. Bezugsbild nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichne t, daß es aus Doppellinien besteht.

7. Verfahren zum Ausrichten einer Maske mit einer Mikroschaltungsscheibe, dadurch gekennzeichnet , dass

a) wenigstens zwei Stellen der Scheibe unter Verwendung

einer ersten Maske, die auch Schaltungseinzelheiten enthält, mit einem ersten rautenförmigen Bezugsbild belichtet wird, das eine derartige Grosse hat, dass es auf ein Mikroschaltungs plättchen gedruckt werden kann, ohne die darauf befindlichen Linien zu storey und das nur aus Linien besteht, die diagonal bezüglich der Lesezeile eines Bildsensors, beispielsweise einer Fernsehkamera verlaufen, ·

b) die Mikroschaltung so bearbeitet wird, dass sie die belichtete Merkmale einschliesslich des ersten Bezugsbildes enthält,

c) auf eine zweite Maske ein rautenförmiges Bezugsbild mit einer zweiten Grosse aufgebracht wird, mit dem die Mikroschaltung nach der ersten Maske belichtet wird, und

d) vor dem Belichten mit der zweiten Maske das erste und das zweite Bezugsbild miteinander an zwei Stellen auf der Scheibe zentriert werden.

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8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennze ich* net, dass weitere Belichtungsschritte und weitere Verarbeitungsschritte der Schaltungsmerkmale durchgeführt werden und dass bei jedem Verfahrensschritt eine Belichtung mit einem Bezugsbild der ersten Grosse erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bezugsbild grosser als das zweite Bezugsbild ist.

10. Verfahren zum Wahrnehmen und Ausrichten eines ersten

und eines zweiten rautenförmigen Bezugsbildes, die eine derartige Grosse haben, dass sie auf ein Mikroschaltungsplättchen gedruckt werden können, ohne die darauf befindlichen Linien zu stören,und die nur aus Linien bestehen, die diagonal bezüglich des Bildwandlers verlaufen, wobei die Bezugsbilder eine verschiedene Grosse haben und sich das erste Bezugsbild auf einer Mikroschaltung befindet, während sich das zweite Bezugsbild auf einer Maske befindet, mit der die Mikroschaltung zu belichten ist, dadurch gekennzeichnet , dass

a) die Position jeder diagonalen Linie auf der Mikroschaltung und der Maske aufgenommen wird,

b) die Koordinaten gespeichert werden, die die Stelle jeder aufgenommenen Linie oder Umrandungsposition wiedergeben,

c) aus den gespeicherten Linien oder Umrandungspositionen die Mittelpunkte der rautenförmigen Bezugsbilder berechnet werden und

d) der Unterschied zwischen den Stellen der Mittelpunkte des ersten und des zweiten Bezugsbildes berechnet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Mikroschaltung verändert wird, wenn ein Unterschied über einem vorbestimmten Grenzwert berechnet wird und dass die Verfahrensschritte a) bis d) wiederholt werden.

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12. Vorrichtung zum Wahrnehmen und Ausrichten eines ersten und eines zweiten rautenförmigen Bezugsbildes, die eine derartige Grosse haben, dass sie auf ein Mikroschaltungsplättchen gedruckt werden können, ohne die darauf befindlichen Linien zu stören,und die nur aus Linien bestehen, die diagonal bezüglich eines Bildwandlers verlaufen und die gleichfalls schräg bezüglich der Mikroschaltungsplättchenränder verlaufen können, wobei die Bezugsbilder eine verschiedene Grosse haben und sich das erste Bezugsbild auf einer Mikroschaltung befindet, während sich das zweite Bezugsbild auf einer Maske befindet, mit der die Mikroschaltung zu belichten ist, gekennzeichnet durch

a) eine Fernsehkamera (45) und ein optisches System, das das erste Bezugsbild auf der Mikroschaltung (41) und das zweite Bezugsbild auf der Maske (43) sieht, mit der die Mikroschaltung zu belichten ist,

b) eine Einrichtung (47),an der das Ausgangssignal der Fernsehkamera (45) als Eingangssignal liegt, um den Rand jeder diagonalen Linie auf der Mikroschaltung (41) und der Maske (43) wahrzunehmen,

c) eine Einrichtung (49), die die Koordinaten speichert, die die Stelle jedes aufgenommenen Randes .wiedergeben und

d) eine Recheneinrichtung (51), die

1) aus den gespeicherten Linienpositionen die Mittelpunkte der rautenförmigen Bezugsbilder berechnet und

2) den Unterschied zwischen den Stellen der Mittelpunkte der beiden Bezugsbilder berechnet.

I?. Vorrichtung nach Anspruch 12,. gekennzeichnet durch eine Einrichtung (53) , die die Mikroschaltungsscheibe (41) neu in Stellung bringt..

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet, durch eine Einrichtung, die eine Dunkelfeldbeleuchtung liefert, um das Hervortreten der Bezugsbildränder zu verstärken,

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15· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , dass die Aufnahmeeinrichtung (47)

a) eine analoge Verzögerungsleitung,an der das Videoausgangssignal der Fernsehkamera als Eingangssignal liegt,

b) einen Diffentialverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor, an dessen invertierendem Eingang das Ausgangssignal der Fernsehkamera liegt und an dessen nicht invertierendem Eingang das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung liegt, wobei dieser Aufbau als Eingangsspanungsskomparator wirkt, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers auf einen maximalen positiven Wert geht, wenn die Summe der Eingangssignale positiv ist,und wobei das Ausgangssignal des Verstärkers auf einen maximalen negativen Wert geht, wenn die Summe der Eingangssignale negativ ist,

c) einen Verstärker, der dem unter b) beschriebenen Verstärker ähnlich ist und an dessen nicht invertierendem Eingang das Ausgangssignal der Verzögerungsleitung liegt und an dessen invertierendem Eingang eine konstante Vergleichsspannung liegt, wobei diese Einrichtung als Spannungskomparator wirkt, dessen Ausgangssignal auf einen maximalen Wert geht, wenn das Eingangssignal am nicht invertierenden Eingang positiver als die Vergleichsspannung wird,und der daher als Spannungsschwellenwertschaltung wirkt, um das Signal über einem vorbestimmten Rauschpegel zu qualifizieren, und

d) eine Schaltung aufweist, die die Ausgangssignale der oben beschriebenen Verstärker nach einer logischen UND-Funktion verknüpft und eine positive Ausgangsspannung liefert, wenn beide Eingangssignale positiv sind.

16* Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Datenvorverarbeitungseinrichtung zur Auf- ' nähme diagonaler Linien, die zwischen den Positiondetektor und die Recheneinrichtung geschaltet ist.

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17· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenvorverarbeitungseinrichtung eine Vielzahl von Schieberegistern (101) und zwar jeweils ein Schieberegister (101) für jede Abtastzeile aufweist, wobei jedes Schieberegister ausser dem letzten Schieberegister eine Anzahl von Stufen aufweist, die der gewünschten Auflösung über eine Fernsehabtastzeile entspricht, die Schieberegister (101) in Reihe geschaltet sind und das Ausgangssignal (83) der Fernsehkamera (45) an der ersten Stufe des ersten Schieberegisters (101) liegt, und eine Addiereinrichtung (103) aufweist, an deren Eingängen die Ausgangssignale der ersten Stufe des ersten Schieberegisters (101), ( der zweiten Stufe des zweiten Schieberegisters (101) und der dritten Stufe des dritten Schieberegisters (101) liegen, wobei das Ausgangssignal der Addiereinrichtung (103) an der Recheneinrichtung (51) liegt, oder dass dann, wenn der vertikale und horizontale Digitalisierungszuwachs nicht gleich sind, die verschiedenen Stufen jedes Registers (101) logisch so gekoppelt sind, dass ein Ausgangssignal immer dann erzeugt wird, wenn eines von mehreren möglichen diagonalen Bit-Mustern erhalten wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , dass die Schieberegister (101) aus digitalen Schieberegistern bestehen, dass das Ausgangssignal der Fernsehkamera (45) am ersten Schieberegister (101) über den Umrandungsdetektor (47) liegt und dass die Addiereinrichtung (103) ein logisches UND-Glied ist.

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