DE3118802C2

DE3118802C2 -

Info

Publication number: DE3118802C2
Application number: DE3118802A
Authority: DE
Inventors: Ryozo Yokohama Kanagawa Jp Hiraga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1980-05-14
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1989-05-18
Also published as: US4440493A; DE3118802A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät gemäß dem Ober begriff des Patentanspruchs 1 zur Übertragung eines auf einer Maske ausgebildeten Musters auf ein Halbleiterplättchen.

Bei bekannten Geräten dieser Art wird vor der Übertragung des auf der Maske ausgebildeten Musters auf das Halb leiterplättchen eine gegenseitige Ausrichtung von Masken und Halbleiterplättchen mit Hilfe von Ausrichtmarkierungen durchgeführt, welche sowohl auf der Maske als auch auf dem Halbleiterplättchen ausgebildet sind, indem die jeweilige Lage der Ausrichtmarkierungen mittels einer Detektoreinrichtung erfaßt und das Ausgangssignal der Detektoreinrichtung einer Steuereinrichtung zugeführt wird, welche die Relativlage von Masken und Halbleiterplättchen nach Maßgabe des Ausgangssignals solange ändert, bis die auf diese Weise erfaßte Abweichung eine vorgegebene Toleranzgrenze unterschreitet. Anschließend erfolgt die Belichtung des Halbleiterplättchens mittels einer Beleuchtungsvorrichtung, die die über dem Halbleiterplättchen angeordnete Maske durchstrahlt, wodurch das Muster auf die mit einer foto empfindlichen Schicht überzogene Oberfläche des Halbleiter plättchens übertragen wird.

Die zunehmende Integrationsdichte moderner Halbleiterschaltungen erfordert immer kleinere Strukturbreiten in den Halbleiterplättchen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Herstellung von Masken, die Muster mit entsprechend feinen Linienbreiten aufweisen, auf bedeutende Schwierigkeiten stößt, weshalb eine bestimmte minimale Linienbreite bisher nicht bzw. nur mit großem Kostenaufwand unterschritten werden konnte. Da das Layout und damit die Maske während der Entwurfs- und/oder Testphase einer neuen Schaltung unter Umständen sehr häufig geändert werden muß, werden hierdurch auch die Entwicklungskosten einer neuen Schaltung nicht un beträchtlich erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Übertragung eines auf einer Maske ausgebildeten Musters auf ein Halbleiterplättchen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß mit geringsten Kosten eine kleinere Linienbreite erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen ge löst.

Mit der Erfindung wird demnach eine Linienbreite erzielt, die wesentlich kleiner als die Linienbreite des Musters der Maske ist, so daß sich selbst mit relativ grob strukturierten Masken sehr feine Strukturen auf dem Halb leiterplättchen ausbilden lassen. Da die Linienbreite des Maskenmusters somit selbst bei hoher Integrationsdichte nur unwesentlich verkleinert werden muß, sind die Kosten bei der Entwurfs- und/oder Testphase einer neuen Schaltung entsprechend niedrig. Erfindungsgemäß ist darüber hinaus sichergestellt, daß die erzielte, äußerst schmale Linien breite mit hoher Präzision reproduzierbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der DE 21 46 483 A1 ist ein zum Patentgegenstand gattungsfremdes Gerät in Form einer Reproduktionsvorrichtung beschrieben, mit der lichtdurchlässige Zeichnungsvorlagen auf fotoempfindliches Papier übertragen werden können. Bei dieser bekannten Reproduktionsvorrichtung wird ferner vor geschlagen, durch Verschieben der Zeichnungsvorlage in zwei diagonalen Richtungen eine Vergrößerung oder - bei Ver wendung einer Negativ-Vorlage - eine Verkleinerung der Linienbreiten in der reproduzierten Zeichnung zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 das dem Patentgegenstand zugrundeliegende Prinzip,

Fig. 2A und 2B Mikroskop-Aufnahmen von mit herkömmlichen und mit dem erfindungsgemäßen Gerät erzielten Oberflächen strukturen,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines von der Steuereinrichtung durchgeführten Steuerungsablaufs,

Fig. 4 wesentliche Teile des optischen Systems des Geräts,

Fig. 5 eine optische Ausrichtvorrichtung,

Fig. 6 und 7 eine Maske bzw. ein Halbleiterplättchen,

Fig. 8 Ausrichtmarkierungen,

Fig. 9 Ausgangssignale einer photoelektrischen Detektorein richtung,

Fig. 10 eine Verstellvorrichtung zur Änderung der Relativlage von Masken und Halbleiterplättchen,

Fig. 11A und 11 B ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung des Geräts, und

Fig. 12A bis 12C Ablaufdiagramme weiterer Steuerungs abläufe.

Gemäß Fig. 1 ist eine Maske 11 mit einem undurchlässigen Bereich 12 zur Bildung eines Musters versehen. Auf einem Halbleiterplättchen bzw. Wafer 14 ist eine negativempfindliche Schicht gebildet. Mit Hilfe von Licht 15 werden die Maske 11 und das Halbleiterplättchen 14 einer ersten Belichtung unterzogen. Dieser Zustand ist in Fig. 1 (a-1) gezeigt. Der Zustand nach Beendigung der ersten Belichtung ist in Fig. 1 (a-2) dargestellt. Ein unbelichteter Bereich 13 entspricht dem undurchlässigen Bereich 12, während ein Bereich 13-1 bei der ersten Belichtung belichtet wird. Der Zustand bei einer zweiten Belichtung ist in Fig. 1 (b-1) dargestellt, bei dem die Maske 11 in bezug auf das Halbleiterplättchen nach rechts um eine vorbestimmte geringe Strecke, nämlich gemäß dieser Figur um die halbe Breite des undurchlässigen Bereichs 12 versetzt ist. In dieser Lage wird die zweite Belichtung vorgenommen. Der Zustand nach Beendigung der zweiten Belichtung ist Fig. 1 (b-2) dargestellt. 13 ist ein unbelichteter Bereich, 13-1 und 13-2 sind Bereiche, die jeweils einer Belichtung unterzogen wurden, und 13-3 ist ein Bereich, der beiden Belichtungen unterzogen wurde. Gemäß Fig. 1 (c) entsteht bei der Ent wicklung einer Vertiefung mit einer Linienbreite, die schmäler als diejenige des undurchlässigen Bereichs 12 ist.

Die Fig. 2A und 2B sind Kopien von Mikroskop-Photo graphien, welche Halbleiterplättchen zeigen, die mit einem herkömmlichen bzw. dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellt wurden. Bei dem in Fig. 2A gezeigten Halbeiter plättchen kann keine Auflösung für die Linienbreite 2 µm erzielt werden, wogegen bei dem mit dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellten Halbleiterplättchen gemäß Fig. 2B eine Auf lösung von 2 µm erzielbar ist.

Die Daten bei diesem Versuch waren folgende:
Masken:
Bekanntes Gerät: Linienbereite 2 µm
Erfindung: Linienbreite 4 µm
Halbleiterplättchen: Auf ein SiO₂-Substrat wurde ein Photolack in einer Dicke von 1 µm aufgebracht und für 25 Minuten bei 83°C vorbehandelt.
Bearbeitung: Das Halbleiterplättchen wurde für 60 Sekunden mittels einer geeigneten Entwicklungsflüssigkeit für den Photolack entwickelt, wonach es für 60 Sekunden mit einem Spülmittel gewässert wurde.
Übertragungsbedindungen:
Abstand zwischen Maske und Halbleiterplättchen: 10 µm
Belichtungszeit:
Bekanntes Gerät: 0,8 s
Erfindung:
Erste Belichtung: 0,8 s
Zweite Belichtung: 0,8 s

Der grundlegende Betriebsablauf bei der Musterüber tragung wird nachstehend anhand von Fig. 3 beschrieben, wobei die Mehrfachbelichtung der Einfachheit halber als Doppelbelichtung erläutert wird.

Gemäß Fig. 3 wird in einem Bedingungswählschritt 30 mittels eines Wählschalters die Betriebsweise von der Einfachbelichtung auf die Doppel belichtung umgestellt. Ferner werden die Belichtungsmengen für eine erste Belichtung und eine zweite Belichtung gewählt. Die Summe dieser beiden Belichtungsmengen ist größer als die Belichtungsmenge bei der Einfachbelichtung. Weiterhin wird für die zweite Belichtung die Strecke der Bewegung aus der während der ersten Belichtung bestehenden gegenseitigen Relativlage zwischen einem Maskenmuster und einem Plättchenmuster gewählt. In einem Schritt 31 wird ein Halbleiterplättchen mittels einer Plättchenfördereinrichtung zu einem Plättchenträger transportiert. In einem Ausrichtungsschritt 32 werden die Maske und das Plättchen in eine bestimmte Relativlage ausgerichtet, während die Maske in einem ersten Belichtungsschritt 33 belichtet wird. Um zu verhindern, daß das Plättchen vor diesem Schritt und nach Abschluß des ersten Belichtungsschritts ausgestoßen wird, ist es notwendig, gleichzeitig mit der Wahl der Doppelbe lichtung zum Abschluß der ersten Belichtung einen Plättchen ausstoß-Signalgeber außer Betrieb zu setzen. Nach dieser ersten Belichtung wird das Plättchen um die vorher ge wählte Bewegungsstrecke in bezug auf das Maskenmuster versetzt (Schritt 34). Diese Versetzung wird bewerkstelligt, indem das Plättchen von einer Steuereinrichtung unter Verwendung einer Verstellvorrichtung in bezug auf die Maske um die genannte Strecke bewegt wird, wobei die Steuereinrichtung diese Versetzung dann beendet, wenn eine später beschriebene Detektoreinrichtung das Erreichen der entsprechenden Soll-Lage signalisiert. Nach dieser Versetzung um die genannte Strecke wird die zweite Belichtung vorgenommen (Schritt 35). Schließlich wird das Plättchen ausgestoßen (Schritt 36).

Nachstend wird anhand von Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Musterübertragungsgeräts beschrieben. Gemäß Fig. 4 wird ein Maske M von einem nicht gezeigten feststehenden Maskenträger gehalten. Angrenzend an die Maske M ist ein Halbleiterplättchen W auf einen Plättchenträger 41 ausgelegt. Das Gerät gemäß Fig. 4 weist ferner eine Lichtquelle 42, einen Reflektorschirm 43, einem Um lenkspiegel 44, einen Verschluß 45 zur Steuerung der Belichtungszeit, ein Linsenraster- Objektiv 46 zum Verhindern von Interferenzen und eine Konden sorlinse 48 auf. Die Elemente 42 bis 48 bilden zusammen eine Belichtungsvorrichtung mit der die Maske belichtet wird, um auf dem Plättchen W das Maskenmuster abzubilden. Ein Optisches System 49 zur photoelektrischen Messung wird vor der Übertragung des Musters eingesetzt und dient als Detektoreinrichtung zur Erfassung der Relativlage von Maske und Plättchen.

Dieses optische System ist in Fig. 5 in Einzelheiten gezeigt und in der DE 27 18 711 A1 beschrieben. Bei diesem Maßsystem erfolgt die Abtastung der Maske und des Plättchens mittels eines Abtastungs-Lichtpunkts in Form eines Laser- Lichtpunkts.

Das Meßsystem gemäß Fig. 5 besitzt eine Laserlichtquelle 51, eine Kondensorlinse 52, einen Poly gonal-Drehspiegel 53, eine Relaislinse 54, einen Strahlen teiler 55, zum Abzweigen von Licht für ein optisches Sichtgerät, eine Feldlinse 56, einen Strahlenteiler 57 zum Abzweigen von Licht für das photoelektrische Meßsystem, eine Relaislinse 58, einen Strahlenteiler 59 und eine Pupille 60 eines Objektivs 61. Diese Elemente bilden ein optisches Laserstrahl-Abtastsystem. Die Konjugationsverhältnisse für die Laserstrahlen selbst sind folgende: Die Laserstrahlen werden zunächst mittels der Kondensorlinse 52 an einer Stelle 62 vor dem Poly gonal-Drehspiegel 53 zusammengefaßt. Der Lichtpunkt-Durch messer d der Laserstrahlen an der Stelle 62 ist durch den Durchmesser D der einfallenden Laserstrahlen und die Brenn weite f₂ der Kondensorlinse 52 bestimmt. Wenn die Laser strahlen über ihren Durchmesser D eine gleichförmige Ver teilung zeigen, ergibt sich der Durchmesser d des Laser- Lichtpunkts zu:

Die von der Stelle 62 auseinanderlaufenden Laserstrahlen werden von dem Polygonal-Drehspiegel 53 reflektiert, wonach sie durch die Relaislinse 54 gelangen und ein weiteres Mal an einer Stelle 63 nahe der Feldlinse 56 abgebildet werden. Das Licht fällt durch die Relaislinse 58 und das Objektiv 61 und wird an einer Stelle 64 abgebildet, die den Oberflächen der Maske und des Plättchens entspricht.

Demnach sind gemäß Fig. 5 die Stellen 62, 63 und 64 zueinander konjugiert. Die an der Stelle 64 zusammengeführten Laserstrahlen überstreichen mit der Drehung des Poly gonal-Drehspiegels 53 die Oberflächen der Maske und des Plättchens.

Gleichermaßen wie die vorstehend beschriebenen Konjugationsverhältnisse für die Abtaststrahlen an der tatsächlichen Objektfläche sind die Abbildungsverhältnisse für die Pupille des optischen Systems von Bedeutung. Die Pupille des Objektivs 61 ist mit 60 bezeichnet; ein Punkt 65 auf der optischen Achse, der den Mittelpunkt der Pupille 60 darstellt, und ein Reflexions punkt 66 des Polygonal-Drehspiegels sind zueinander konjugiert. Das heißt, bezüglich der auf das Objekiv einfallenden Laserstrahlen ist der Aufbau der Fig. 5 äquivalent zu einem solchen, bei dem der Polygonal-Drehspiegel 53 an der Stelle der Pupille 60 angeordnet ist.

Wenn ein reflektierendes Objekt wie ein Halbleiter- Plättchen beobachtet werden soll, wird ein telezentrisches Objektiv verwendet. Bei dem Objektiv 61 der Fig. 5 ist eine telezentrische Anordnung vorgesehen, bei der die Pupille 60, die die durch das optische System hindurchtretenden Lichtstrahlen bestimmen, an dem vorderen Brennpunkt des Objektivs 61 angeordnet ist. Der Mittel punkt 65 der Pupille 60, der auch den vorderen Brennpunkt des Objektivs 61 darstellt, ist gemäß der vorangehenden Beschreibung zum Laserstrahl-Reflexionspunkt 66 des Polygonal-Drehspiegels 53 konjugiert, so daß der Mittelpunkt so wirkt, als ob er die Abtastungs-Laserstrahlen erzeugen würde. Der Hauptstrahl, der die Mittellinie der Abtaststrahlen bildet, verläuft durch den vorderen Brennpunkt 65 des Objektivs, so daß er nach Durchlaufen des Objektivs 61 zur optischen Achse parallel wird und senkrecht auf die Maske und das Plättchen fällt. Falls die Stelle, auf die die Abtast strahlen fallen, ein ebener Bereich ist, wird das einfallende Licht reflektiert und kehrt wieder zu dem Brenn punkt 65 zurück. Falls sich andererseits an der Stelle, an der die Abtaststrahlen auftreffen, ein Muster befindet, wird durch den Rand am Grenzbereich des Musters das Licht gestreut, so daß es nicht direkt reflektiert wird. Das heißt, das Streulicht wird mittels des Ob jektivs 61 erfaßt, läuft jedoch beim erneuten Durchlaufen der Pupille 60 nicht durch den Brennpunkt 65 der Pupille, sondern durch den Rand der Pupille. Dies bedeutet, daß das Streulicht und das nichtgestreute Licht an der Pupille räumlich getrennt sind. Nachstehend wird ein Meßsystem zur Erfassung dieses Streulichts beschrieben.

Zunächst wird ein photoelektrisches Meß sytem betrachtet, das Licht von dem Strahlenteiler 57 zu einem Photodetektor 67 leitet. In Fig. 5 bezeichnet 68 eine Linse zum Abbilden der Pupille 60 des Objektivs 61, während 69 ein Filter ist, das das Meßlicht für die photoelektrische Messung durchläßt und im wesentlichen das Licht anderer Wellenlängen absorbiert, wie beispielsweise der bei dem optischen Sichtgerät verwendeten Wellenlängen. Der Ort einer Abschirmplatte 70 ist die Stelle, an der die Pupille 60 mittels der Linse 68 abgebildet wird. An dieser Stelle ist die Abschirmplatte 70 angebracht, die nur das Streulicht durchläßt, während sie das nichtgestreute Licht abfängt. Das durch die Ab schirmplatte hindurchtretende Streulicht wird mittels einer Kondensorlinse 71 wieder zusammengeführt und tritt in den Photodetektor 67 ein. Dementsprechend sind die Pupille 60, die Abschirmplatte 70 und der Photodetektor 67 zueinander konjugiert. Die Abschirmplatte kann auf einfache Weise hergestellt werden, indem auf einem durchsichtigen Glassubstrat 72 mit einem Material 73 wie Metall oder Tusche eine Schablone aufgebracht wird. Bei diesem photoelektrischen Meßsystem tritt ein Ausgangssignal nur dann auf, wenn der Abtastlichtpunkt in die Nähe des Randbereichs des Musters kommt. Daher ist bei Beobachtung des Ausgangssignals ersichtlich, daß ein impulsartiges Signal erzeugt wird, wenn die Ab taststrahlen auf den Rand treffen.

Gemäß Fig. 5 sind für die Sichtbestätigung ein Beleuchtungssystem 74 und ein Betrach tungssystems 75 vorgesehen. In Fig. 5 bezeichnet 76 eine Lichtquelle, während 77 eine Kondensor linse bezeichnet, die dazu dient, die Lichtquelle 76 an der Pupille 60 des Objektivs 61 abzubilden. Mittels eines Filters 78 wird das Licht in demjenigen Wellenlängenbereich unterdrückt, auf den der Photolack sensibilisiert ist. 79 ist eine Umkehrlinse zum Aufrichten des Bildes, 80 ist ein Filter zum Absorbieren des Lichts mit der Laserwellenlänge und zum Durchlassen des Lichts mit den Wellenlängen für die Betrachtung und 81 ist ein Okular.

Die Maske M und das Halbleiterplättchen W werden nun anhand der Fig. 6, 7 und 8 beschrieben. Die Maske M ist in Fig. 6 gezeigt. An einem linken und einem rechten Teilbereich 90 der Maske sind Aussichtsmarkierungen durch Randlinien gebildet, die in Fig. 8 mit 91, 92, 93 und 94 dargestellt sind. Ferner sind an einem linken und einem rechten Teilbereich 95 des in der Fig. 7 gezeigten Plättchens W Aussichtsmarkierungen durch Randlinien gebildet, die in Fig. 8 mit 96 und 97 dargestellt sind. Wenn die Maske M das Plättchen W unter Verwendung zweier photoelektrischer Meßsysteme gemäß Fig. 5 längs einer Abstastlinie 98 abge tastet werden, werden Randsignale 99 bis 104 gemäß der Darstellung in Fig. 9 erzielt. Aus den Intervallen W₁ bis W₅ zwischen diesen Randsignalen 99 bis 104 können mittels einer später angegebenen Gleichung Ab weichungen X, Y und R zwischen den Ausrichtmarkierungen errechnet werden.

Der Plättchenträger 41 wird nun anhand von Fig. 10 beschrieben, in der eine Grobaufteilung in zwei Bereiche besteht, nämlich in eine Gruppe mit einer Parallelbewegungs-Verstell vorrichtung 251 bis 264 und eine Gruppe mit einer Bühne 276, die eine Stelleinheit hat, welche mittels der Parallelbe bewegungs-Verstellvorrichtung bewegt wird.

Die Parallelbewegungs-Verstellvorrichtung weist einen X-Schrittmotor 251 und einen Y-Schrittmotor 256 auf. In die Schrittmotoren 251 und 256 werden als Eingangssignale in Form einer Steuerimpulszahl die Ergebnisse der mittels einer noch zu beschreibenden Schaltung verarbeiteten Signale aus dem vorangehenden beschriebenen optischen Meßsystem eingegeben. Zahnräder 251 und 257 sind direkt an die Wellen der Schrittmotoren angeschlossen und stehen mit Stell gliedern 253 bzw. 258 in Verbindung. Mit Dreh achsen 254 bzw. 259 der Stellglieder 253 bzw. 258 als Drehpunkte werden Rollen 255 bzw. 260 so angedrückt, daß sie eine Unterbühne 263 in einer X- bzw. einer Y-Parallel bewegung bewegen. Das heißt, mittels eines Parallelbewegungs- Steuersignals eines Schrittmotors wird zunächst die Unterbühne 263 verstellt. Mit 264 ist eine Unterdruck kupplung bezeichnet, die die Umstellung zwischen dem Betrieb von Hand und dem Betriebsvorgang zum Verändern der Relativlage zwischen dem Maskenmuster und dem Plättchen muster um eine bestimmte Strecke nach einer Belichtung bewirkt. Die Unterdruckkupplung 264 kann eingedrückt werden, wenn eine Bewegung um eine bestimmte Strecke erfolgt, und sie bewirkt, daß X- und Y-Steuersignale über einen Arm 280 auf eine Hauptverstellungs-Bühne 279 übertragen werden.

Unterhalb der Bühne 279 befinden sich Nuten 265, die Verstellungsführungen bilden und Lauflager 266 umschließen. Durch diese Führungen werden die Verstellungen des X-Schrittmotors 251 bzw. des Y-Schrittmotors 256 genau zur Bühne übertragen. In der Bühne 279 ist eine Drehbühne 268 eingegliedert, die drehend verstellbar ist. Auf die Drehbühne 268 werden ein Plätt chenaufnahmefutter und ein Plättchen aufgelegt. Das Plättchen ist durch die gestrichelte Linie an der Drehbühne 268 dargestellt. Die Parallelbewegung der Drehbühne 268 wird mit Hilfe von Rollen 267 gesteuert, die an drei Stellen an der Bühne 279 angebracht sind. Mit 275 ist ein Verstellungs-Schrittmotor bezeichnet. Die Drehung eines an der Drehwelle des Motors angebrachten Zahnrads 274 wird über ein Zahnrad 273 auf ein zu diesem koaxiales Schneckenrad 272 übertragen und ergibt eine Verstellung eines Zahnrads 271, an dem eine Führung 270 angebracht ist, in die ein an der Drehbühne 268 aufgesetzter Stift 269 greift. Durch Bewegen dieses in der Führung gefaßten Stifts 269 kann die Dreh bühne 268 geschwenkt werden, um die Drehausrichtung des Plättchens zu korrigieren.

Demzufolge erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel die X- und Y-Verstellung in der Form, daß Motoren an der X- und Y-Verstellungsbühne angebracht sind. Die Drehbühne 268 ist mit einer Anzahl von Luftlager-Düsen 285 versehen, die auch beim Ausstoßen des Plättchens verwendet werden können. Die Luftlager sind so gewählt, daß sie durch Luftausstoß das Plättchen nach links in der Fig. 10 bewegen; durch den Luftausstoß wird das Plättchen zu einem Ausstoßbett 283 hin geführt. Das Ausstoßbett 283 ist gleichfalls mit einer Anzahl von Luftausstoßkanälen 284 versehen, um damit das von der Drehbühne 268 her zugeführte Plättchen weiter nach links zu bewegen. Um das Ausstoßbett 283 herum ist ein Führungsrahmen 286 angebracht, so daß das Plättchen beim Luftblasen an der linken Seite des Ausstoßbettes zum Stillstand kommt. Wenn das Plättchen eingebracht wird, nämlich unter das Maskenmuster geführt wird, nimmt ein mit einem Drehmechanismus verbundener Aufnahmearm 281 das Plättchen mit Unterdruck-Sauggummis 282 von einer Plättchenauflage 287 auf, schwenkt nach rechts zu und läßt das Plättchen an der Drehbühne 268 ab.

Nachstehend wird anhand von Fig. 11 das elektrische Blockschaltbild des Musterübertragungsgeräts beschrieben, welches einen Mikrocomputer 300, wie beispielsweise eine 8-Bit- Mikroprozessoreinheit (MPU) einen Festspeicher 301 (ROM), einen Schreib-Lese- Speicher 302 und eine Ein-Ausgabsteuereinheit 303 (IOC) aufweist.

Mit 304 ist ein Belichtungsmengen-Wählschalter bezeichnet. Die Schaltung gemäß Fig. 11 besitzt ferner einen Zeitgeber 305 zur Bestimmung der Belichtungszeit, einen Verschluß 306, eine automatische Zuführvorrichtung 307 zum Zuführen von Plättchen, eine Ausstoßeinheit 308 für den Ausstoß des Plättchens nach der Musterübertragung einen Doppelbelichtungs-Schalter 309 zur Wahl einer Doppelbelichtung, einen Sollstrecken-Wählschalter 310 zur Veränderung der Realtivlage zwischen Maske und Plättchen nach der ersten Belichtung, Photodetektoren 311-1 und 311-2 zur Erfassung von Signalen für die automatische Ausrichtung, Verstärker 312-1 und 312-2, Kurvenformerschaltungen 313-1 und 313-2, Zeitgeberschaltungen 314-1 und 314-2, Impulsintervall-Detektorschaltungen 315-1 und 315-2 sowie Speicherschaltungen 316-1 und 316-2 zur Speicherung von fünf Intervallwerten. Eine Schrittmotor- Steuerschaltung 317 dient zur Verstellung der Plättchenbühne. 317-1 ist ein X-Schrittmotor-Impulszählsignal, 317-2 ist ein Y-Schrittmotor-Impulszählsignal, 317-3 ist ein R-Schritt motor-Impulszählsignal und 317-4 ist ein Verstellungs endsignal.

Mit 318 ist ein X-Schrittmotor bezeichnet, während 319 ein Y-Schrittmotor und 320 ein R-Schrittmotor ist. 321 ist ein Versetzungsmaß-Wählschalter und 322 ist ein Ausrichtungsart-Wählschalter zur Wahl des Ausrichtens von Hand oder des automatischen Ausrichtens. Der Mikrocomputer 300 liest die in dem Festspeicher 301 gespeicherten Steuerungsabläufe nacheinander aus und bewirkt die notwendige Steuerung der Ein- und Ausgabevorgänge über die Ein-Ausgabesteuereinheit 303, die Lageaus richtung und die Musterübertragung auf das Plättchen mittels der Maske. Die Ein-Ausgabesteuereinheit 303 hat demnach die Ein- und Ausgabevorgänge zwischen dem Mikrocomputer 300 und den exteren Einrichtungen wie dem Belichtungsmengen-Wählschalter 304, dem Zeitgeber 305, dem Verschluß 306 usw., zu steuern.

Die Funktion des Musterübertragungsgeräts wird nun anhand des in Fig. 12 gezeigten Ablauf diagramms beschrieben.

In einem Schritt 1 wird ein Plättchen unter das Maskenmuster gebracht. In diesem Schritt nimmt der Aufnahmearm 281 auf Empfang eines Befehls aus dem Mikro computer 300 hin ein auf die Plättchenauflage 287 nach Fig. 10 aufgelegtes unbedrucktes Plättchen auf, schwenkt nach rechts, um das Plättchen auf die Plättchen-Drehbühne 268 aufzulegen, und schwenkt dann nach links in seine Ausgangsstellung.

In einem Schritt 2 wird das optische Meßsystem 49 zur Erfassung der Aussicht markierungen der Maske und des Plättchens zurückgeholt. In diesem Schritt arbeitet eine Objektiv-Verstelleinheit 323 auf den Empfang eines Befehls aus dem Mikrocomputer 300 hin auf die vorangehend beschriebene Weise. In einem Schritt 3 wird über die Ein-Ausgabesteuereinheit 303 sowohl das Versetzungsmaß als auch der an dem Versetzungsgrößen-Wählschalter Wert in den Mikrocomputer 300 eingegeben. Die Versetzung wird nachstehend beschrieben. Wenn die Ausrichtmarkierungen gesondert erzeugt werden, wird aufgrund von Genauigkeitsproblemen unvermeidbar eine Abweichung zwischen diesen und dem zu erzeugenden Muster hervorgerufen. Das heißt, an dem zu erzeugenden Muster entsteht selbst dann eine (als Versetzungsgröße bezeichnete) Abweichung, wenn die Ausrichtmarkierungen der Maske und des Plättchens in eine bestimmte Lagebeziehung gebracht werden. Es wird daher beim automatischen Ausrichten im voraus dieser Wert an dem Versetzungsgrößen- Wählschalter 321 in den Mikrocomputer 300 eingegeben und das zu erzeugende Muster zweckdienlich um eine Größe abzüglich der Versetzungsgröße versetzt.

Die Versetzungsgröße ist von "links" und "rechts" unabhängig und hat jeweils eine X- und eine Y-Komponente in jeder Richtung, wobei hier jedoch nur die X- und die Y-Komponente, nämlich Δ X _OFF und Δ Y _OFF beschrieben werden.

In einem Schritt 4 werden die Meßwerte für die Impulsintervalle W₁ bis W₅ eingegeben. Diese Werte werden aus den mittels der beiden Photodetektoren 311-1 und 311-2 der Fig. 11 erfaßten Abtastsignalen gewonnen. Die mittels der Photosensoren 311 erfaßten Ab tastsignalen werden in geeigneter Weise mittels der Verstärker 312 verstärkt und danach in die Kurvenformerschaltungen 313 und die Zeitgeberschaltungen 314 eingegeben. Die Zeitgeberschaltungen 314 erzeugen Zeitsteuersignale für den Beginn und das Ende der Messung, mit denen die Impulsintervall-Detektorschaltungen 315 und die Speicher schaltungen 316 gesteuert werden.

Die Kurvenformerschaltungen 313 setzen die analogen Abtastsignale in die in Fig. 9 gezeigten digitalen Signale um und führen eine Impulsformung aus. In Fig. 9 sind 99 bis 104 die Signale, die durch die Aussichtsmarkierungen 91 bis 94, 96 und 97 gemäß Fig. 8 während der Abtastung mittels des Laser lichtpunkts erzielt werden.

Die Impulsintervall-Detektorschaltungen 315 sind Schaltungen zur Messung der in Fig. 9 gezeigten fünf Impuls intervalle W₁, W₂, W₃, W₄ und W₅ und weisen Zähler oder dgl. auf. Dementsprechend werden jedesmal dann, wenn der Laserstrahl eine Abtastung der (in Fig. 8 gezeigten) Aussicht markierungen an der Maske und dem Plättchen beendet, in die Speicherschaltungen 316 fünf Impulsintervalle eingegeben, deren Wert über die Ein-Ausgabesteuereinheit 303 dem Mikrocomputer 300 zugeführt werden. In einem Schritt 5 wird ein aus den fünf Impulsintervallen W₁ bis W₅ die Abweichung der Relativmenge zwischen der Maske und dem Plättchen berechnet. Falls eine vollständige Ausrichtung erreicht wird (Nullabweichung zwischen dem Bezugspunkt an der Maske und dem Vergleichspunkt an dem Plättchen), wenn die Ausrichtmarkierungen 96, 97 an dem Plättchen an einer Stelle liegen, die den Abstand zwischen den Ausrichtmarkierungen 91, 92 und 93, 94 an der Maske halbiert, so ist der Zusammenhang zwischen der Abweichung der Plättchenmarkierung mit den Ausrichtmarkierungen an der Maske als Bezug und den Impulsintervallen durch folgende Gleichungen gegeben:

wobei Δ X die Größe der Abweichung in Richtung der X-Achse und Δ Y die Größe der Abweichung in Richtung der Y-Achse ist; diese Werte werden von dem Mikro computer 300 errechnet.

In einem Schritt 6 werden in dem Mikro computer 300 auch die tatsächlichen Abweichungen Δ X _T und Δ Y _T berechnet, die der Einstellungsgenauigkeit des zu erzeugenden Musters entsprechen. Das heißt, es werden die Werte errechnet, die gleich den von den Ausrichtmarkierungen her gemessenen Versetzungsgrößen Δ X, Δ Y abzüglich der Versetzungsgrößen Δ X _OFF, Δ Y _OFF sind.

Die entsprechenden Gleichungen sind:

Δ X _′T = Δ X - Δ X _OFF

Δ Y _T = Δ Y - Δ Y _OFF

Ein Schritt 7 ist ein Toleranzbestimmungsschritt, in dem ermittelt wird, ob die tatsächlichen Abweichungen Δ X _T, Δ Y _T innerhalb eines Toleranzwerts T liegen, der einen zulässigen Ausrichtungsfehler darstellt. Beispiele für Bestimmungsgleichungen hierfür sind:

|Δ X _T| ≦ T

|Δ Y _T| ≦ T

Wenn in diesem Schritt ermittelt wird, daß die Maske und das Plättchen noch nicht ausreichend ausgerichtet sind, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 8 weiter.

Im Schritt 8 wird aus der tatsächlichen Abweichung die Anzahl der Impulse berechnet, die an die Schrittmotoren 318, 319 und 320 zur Verstellung der Plättchenbühne anzulegen sind.

Die Plättchenbühne hat gemäß den vorangehenden Aus führungen drei Freiheitsgrade, die bei diesem Schritt berechnet werden. Die Gleichungen hierfür lauten:

wobei Δ X _{T 1}, Δ Y _{T 1}, Δ X _{T 2} und Δ Y _{T 2} die tatsächlichen Ab weichungen an den linken bzw. rechten Ausrichtmarkierungen sind. D ist der Abstand zwischen den linken und den rechten Ausrichtmarkierungen X, Y und sind die Im pulszählstände in Richtung der X-Achse, der Y-Achse und der Drehung für die Verstellung mittels der Schrittmotoren.

In einem Schritt 9 werden die im Schritt 8 gewonnenen Impulszählstände an die Schrittmotor- Steuerschaltung 317 angelegt, wobei der X-Impulszählstand über die Signalleitung 317-1, der Y-Impulszählstand über die Signalleitung 317-2 und der -Impulszählstand über die Signalleitung 317-3 aus dem Mikrocomputer über die Ein-Ausgabesteuerschaltung 303 abgegeben wird.

Sobald eines der Steuersignale X, Y und für die Verstellung angewählt wird, steuert die Schrittmotor- Steuerschaltung 317 die Schrittmotoren 318, 319 und 320 dementsprechend an und führt dem Mikrocomputer 300 das Verstellungsendsignal 317-4 über die Ein-Ausgabesteuerschaltung 303 zu.

Falls bestimmte Abweichungen Δ X _T und Δ Y _T erfaßt werden, wird zu deren Korrektur in den Schritten 8 und 9 die Plättchenbühne verstellt.

Bei Erfassung des Verstellungsendsignals 317-4 führt der Mikrocomputer 300 wieder den Schritt 4 aus. Auf diese Weise werden die Verstellung, die Messung und die Bestimmung der Abweichung wiederholt, wonach das Ausrichten beendet ist und der Ablauf zu einem Schritt 10 fortschreitet.

Im Schritt 10 wird die erste Belichtung vorgenommen, welche in dem ausführlichen Ablaufdiagramm der Fig. 12C näher erläutert ist.

In einem Schritt 10-1 wird das über der Maske und dem Plättchen befindlichen Objektiv seitlich herausgezogen, in einem Schritt 10-2 wird zum Einleiten der Belichtung der Verschluß geöffnet, in einem Schritt 10-3 wird der an dem Belichtungsmengen-Wählschalter 304 eingestellte Wert eingegeben und in einem Schritt 10-4 wird die Einstellung des Wählschalters 304 entsprechende Zeit ermittelt und über eine Signalleitung 305-1 im Zeitgeber 305 eingestellt; wenn diese Zeit abgelaufen ist, führt der Zeitgeber 305 dem Mikrocomputer 300 über eine Signalleitung 305-2 ein End signal zu. Wenn das Ablaufen des Zeitgebers über die Ein-Ausgabesteuereinheit 303 erfaßt wird, schließt der Mikrocomputer 300 den Verschluß 306. Die erste Belichtung ist damit beendet. Anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 3 wurde bereits beschrieben, daß nach Beendigung der ersten Belichtung sofort die Relativlage zwischen der Maske und dem Plättchen um ein bestimmtes Maß verändert wird und die zweite Belichtung durch geführt wird; demgegenüber kann bei diesem Ausführungsbeispiel wahlweise eine Einfach- oder eine Doppelbelichtung gewählt werden. In einem Schritt 11 wird die vorstehend beschriebene Betriebsartwahl ermittelt. Falls der Doppelbelichtungs- Schalter 309 eingeschaltet ist, erfolgt die Doppel belichtung, während bei ausgeschaltetem Schalter die Einfachbelichtung erfolgt. Dementsprechend erfaßt der Mikrocomputer 300 über die Ein-Ausgabesteuereinheit 303 den Schaltzustand des Doppelbelichtungs-Schalters 309. Falls der Doppel belichtungs-Schalter 309 nicht eingeschaltet ist, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 12 fort, in dem das Plättchen ausgestoßen wird. Der Plättchenausstoß erfolgt dadurch, daß der Mikrocomputer 300 die Inbetriebnahme der Ausstoßeinheit befiehlt, die durch die Luftausstoßkanäle 284 bzw. 285 gemäß Fig. 10 gebildet ist. Demgemäß wird der Übertragungsvorgang beendet, falls die bestehende Betriebsart die Einfachbelichtungs- Betriebsart ist.

Falls der Schalter 309 eingeschaltet ist, schreitet der Ablauf zu einem Schritt 13 fort, so daß die Doppel belichtung durchgeführt wird. In Schritt 13 wird in den Mikrocomputer 300 aus dem Sollstrecken-Wählschalter 310 ein bestimmtes Maß zur Änderung der Relativlage zwischen der Maske und dem Plättchen gegenüber ihrem vor angehenden Ausrichtungszustand eingegeben und in Abweichungswerte Δ X _S und Δ Y _S umgesetzt. Als Verfahren zum Bewegen der Maske oder des Plättchens um die entsprechende Strecke ist in Betracht zu ziehen:

(i) die Plättchenbühne direkt um die genannte Strecke zu versetzen, oder
(ii) die genannte Strecke als gleichartig zu der vorangehend genannten Versetzung zu betrachten und sie in die Schleife für die Meßsteuerung zur automatischen Ausrichtung einzugliedern. Das Verfahren nach (i) setzt jedoch voraus, daß die Bühne der Steuergröße folgt. Dabei ist es möglich, daß die Bühne nicht um die gewünschte Strecke bewegt wird, wenn an der Bühne auch nur ein geringes ein Spiel aufweist.

Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher das Verfahren (ii) angewendet.

Die Schritte 14, 15, 17, 18 und 19 sind im Inhalt völlig mit den vorangehend beschriebenen Schritten 4, 5, 7, 8 und 9 identisch.

Der Schritt 16 unterscheidet sich von dem Schritt 6 hinsichtlich der Gleichung zur Berechnung der tatsächlichen Abweichung. Da nämlich die Sollstrecke auf die gleiche Weise wie die Versetzung gehandhabt wird, werden die tatsächlichen Abweichungen erreicht, indem von der gemessenen Abweichung der Ausdruck (Versetzungsgröße +Sollstrecke) subtrahiert wird.

Für die tatsächlichen Abweichungen Δ X _T und Δ Y _T gelten die folgenden Gleichungen:

Δ X _T = Δ X - Δ X _OFF - Δ X _S

Δ Y _T = Δ Y - Δ Y _OFF - Δ Y _S

wobei Δ X und Δ Y die aus den gemessenen Impulsintervallen abgeleiteten Abweichungen, Δ X _OFF und Δ Y _OFF die Versetzungsstrecken und Δ X _S und Δ Y _S die Sollstrecken sind.

Während der Wiederholung der Schritte 14, 15, 16, 17, 18 und 19 gelangen die tatsächlichen Abweichungen Δ X _T und Δ Y _T in den Toleranzbereich, womit die zweite Ausrichtung abgeschlossen ist. Bei der visuellen Beobachtung der Ausrichtungsmarkierungen ist zu erkennen, daß die Maske und das Plättchen zueinander unter einer bestimmten Abweichung gegenüber der Versetzung ausgerichtet sind.

In einem Schritt 20 erfolgt die zweite Belichtung. Dieser Schritt ist im wesentlichen gleich demjenigen bei der ersten Belichtung und wird daher nicht in Einzelheiten beschrieben.

Wenn auf diese Weise die Verstellung um die Sollstrecke und die zweite Belichtung abgeschlossen sind, schreitet der Ablauf zu dem Plättchenausstoß-Schritt 12 fort, worauf das Plättchen auf die vorangehend be schriebene Weise ausgestoßen und damit der ganze Übertragungsvorgang beendet wird.

Claims

1. Gerät zur Übertragung eines auf einer Maske ausgebildeten Musters auf ein Halbleiterplättchen, wobei auf der Maske und dem Halbleiterplättchen jeweils Ausrichtmarkierungen ausgebildet sind, mit einer Belichtungsvorrichtung zur Belichtung des Halbleiterplättchens durch die Maske, einer Verstellvorrichtung zur Änderung der Relativlage von Maske und Halbleiterplättchen, einer Detektoreinrichtung, die die jeweilige Lage der Ausrichtmarkierung erfaßt, sowie mit einer Steuereinrichtung, die anhand des Aus gangssignals der Detektoreinrichtung die Verstellvorrichtung derart ansteuert, daß die Maske und das Halbleiter plättchen zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (300) das Halbleiter plättchen (14; W) mittels der Belichtungsvorrichtung (42) mehrere Male belichtet und zwischen jeder Belichtung die Relativlage von Maske (11; M) und Halbleiterplättchen (14; W) um ein geringes Maß ändert, welches sie anhand des Aus gangssignals der Detektoreinrichtung (311) mit einem vor gegebenen Wert in Übereinstimmung bringt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (300) die Relativlage von Maske (11; M) und Halbleiterplättchen (14; W) zwischen jeder Belichtung um einen Betrag ändert, der kleiner als die Breite der Linien des Maskenmusters ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (300) das Halbleiterplättchen (14; W) mittels der Belichtungsvorrichtung (42) zweimal belichtet und zwischen diesen Belichtungen die Relativmenge von Maske (11; M) und Halbleiterplättchen (14; W) ändert.