DE3228806A1

DE3228806A1 - Belichtungseinrichtung

Info

Publication number: DE3228806A1
Application number: DE19823228806
Authority: DE
Inventors: Masao Yokohama Kanagawa Kosugi; Takashi Yokosuka Kanagawa Omata; Hirosi Tokyo Sato; Akiyoshi Suzuki
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-08-08
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1983-02-24
Anticipated expiration: 2002-08-03
Also published as: US4521082A; GB2105860A; DE3228806C2; JPS5825638A; GB2105860B

Description

Belichtungseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterpidttchen-Druckgerä·: und insbesondere auf eine Einrichtung, bei der ein auf einer MeB-platte bzw. Maske aufgebrachtes Schaltungsmuster hinsichtlich der Lage mit einem Halbleiterplättchen ausgerichtet und belichtet wird.

Die kürzliche Entwicklung der Halbleiterplättchen zu größerem Format hin und der Schaltungsmuster zu einer feineren Gestaltung hin haben verschiedenerlei Probleme aktuell gemacht, die bei dem herkömmlichen Sammel-Belichtungssystem nicht ausgeprägt waren.

Zu diesen Problemen zählen beispielsweise das Problem der sich aus der Umgebungstemperatur ergebenden Wärmeausdehnung des Halbleiterplättchens, das Problem der Spannungsbelastung bzw. Verformung des Halbleiterplättchens, die sich aus der chemischen Behandlung des Halbleiterplättchens bei der Halbleiterherstellung ergibt, und das Problem kleinster Verformungen des übertragenen Musters, die sich aus Eigenschaften des eingesetzten ßelichtungsgerätes ergeben. Sobald das Herstellungsverfahren beschleunigt wurde oder zu einer höheren Integration der Plektronischen Schaltungen das Schaltungsmuster feiner ausgeführt wurde, wurden diese Probleme schwer-

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wiegender. Von den verschiedenartigen Halbleiterplättchen-Belichtungsverfahren ist das Verfahren des schrittweisen Fortschaltens und Wiederholens der Belichtung zum Lösen der vorstehend genannten Probleme geeignet, wobei eine Fortschalteinrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens die folgenden Vorteile hat:

1) Die Anwendung eines Verkleinerungs-Abbildungssystems macht es . leichter, ein Objektiv mit. hohem Auflösungsvermögen zu entwerfen.

2) Das Haltleiterplättchen wird unter Aufteilung in Abschnitte belichtet, wodurch die Beeinflussung des allgemeinen Spannungszustandes des Hdlbleiterplättchens beträchtlich vermindert werden kann.

¹^ 3) Der Einsatz eines Verkleinerungssystems als Projektionsobjektiv macht dieses gegenüber einer Beeinflussung durch Staub an der Maskenseite weniger empfindlich.

Das System der Fortschalteinrichtung bzw. der Einrichtung zum stufenweisen Versetzen kann allgemein in Abhängigkeit von dem System der Lageausrichtung, nämlich der Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen in ein außeraxiales Verfahren und ein sogenanntes TTL-Verfahren mit einer Messung durch das Objektiv hindurch eingeteilt werden. Das außeraxiale Verfahren ist ein Verfahren, bei dem zusätzlich zu einem Projektionsobjektiv ein Ausrichtmikroskop vorgesehen ist, dessen Lage in bezug auf das Projektionsobjektiv im voraus bekannt ist und das zur Lageausrichtung des Halbleiterplättchens eingesetzt wird. Das Halbleiterplättchen wird nach dem Ausrichten mit einer hohen Genauigkeit um eine vorbestimmte Strecke versetzt, wonach dieser Zustand des Halbleiterplättchens als eine Bewegung der Maske angesehen wird. Dieses Verfahren ist streng genommen ein indirektes Anpassungsverfahren, wodurch es die Unzulänglichkeit hat, daß Fehler hervorgerufen werden können und daß es schwierig ist, Zufallskomponenten (zufälligen örtlichen Verteilungen) der Spannungsbelastung des Halbleiterplättchens Rechnung

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zu tragen.

Andererseits ist das TTL-Verfahren ein Verfahren, bei dem für das Ausrichten der Ausrichtungszustand der Maske und des Halbleiterplättchens über ein Abbildungsobjektiv beobachtet wird. Das TTL-Verfahren ist dem außeraxialen Verfahren insofern überlegen, als keine Notwendigkeit zur Festlegung einer Bezugslage zusätzlich zu derjenigen des Abbildungsobjektives besteht, wie es bei dem außeraxialen Verfahren erfolgt.

Ein großer Vorteil bei der Fortschalteinrichtung besteht darin, daß

das Ausrichten bezüglich eines jeden Abschnittes des Halbleiterplättchens erfolgt und optimiert wird, um dadurch die Ausrichtgenauigkeit zu steigern. Dcis TTL-Verfahren hat auch einen Vorteil !5 darin, daß für jede Belichtung der Ausrichtungszustand über das Abbildungsobjektiv festgestellt werden kann, was das Gewährleisten der gesamten Ausrichtgenauigkeit ermöglicht.

Bei dem TTL-Verfahren hat jedoch das Projektionsobjektiv Farbabbildungsfehler, so daß die Maske nur bei der Druck-Wellenlänge scharf auf dem Halbleiterplattchen abgebildet ist, während bei anderen . Wellenlängen die Maske nicht scharf auf dem llalbleiterplättchen abgebildet ist: Um es zu ermöglichen, die Maske' auch bei den anderen •Wellenlängen scharf auf dem Halbleiterplattchen abzubilden, ist es bekannt, einen Teil des l'rojektionsobjektives auszutauschen oder eine zusätzliche Linse einzufügen. Diese Verfahren haben den Vorteil, daß Licht eingesetzt werden kann, welches den Fotolack nicht sensibilisiert, während sie den Nachteil haben, daß die sich aus dem Umstellen des Projektionsobjektives oder dem Hinzufügen einer Linse ergebende Vibration wieder eine Fehlausrichtung verursachen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungseinrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, ein TTL-Verfahren auszuführen, bei dem ein erstes Objekt wie eine Maske und ein zweites Objekt wie ein auszurichtendes Halbleiterplattchen über ein optisches Projek-

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tionssystem direkt beobachtet werden, wobei das Ausmaß einer Abweichung erfaßt wird.

Ferner soll mit der Erfindung eine hochgenaue Einrichtung mit einem verringerten Fehlerfaktor geschaffen werden, bei der der Ausrichtzustand einer Maske und eines Halbleiterplättchens, die für die Belichtung vorbereitet sind, direkt festgestellt werden kann und unter Beibehalten des Lagezusammenhanges zwischen der Maske und dem Halblei terplättchen auf den Belichtungsvorgang übergewechselt werden kann. Das heißt, das optische Projektionssystem wird sowohl während des Ausrichtens als auch während des Belichtens im gleichen Zustand gehalten.

Weiterhin soll die Erfindung eine Belichtungseinrichtung ergeben, bei der entsprechend Größenänderungen des elektronischen Schaltungsmusters an der Maske Ausrichtmarken bzw. Paßmarken an beliebige Stellen im Bildfeld des Projektionsobjektives gesetzt werden können und es nicht erforderlich ist, an der Einrichtung im voraus irgendwelche besonderen Stellen für die Paßmarken festzulegen, so daß daher der Spielraum hinsichtlich der Gestaltung der Maske erweitert ist.

Ferner soll die erfindungsgemäße Belichtungseinrichtung ein Ausrichten ermöglichen, bei dem Kontraste hervorgehoben werden, so daß auch von einem Halbleiterplättchen mit geringem Kontrast ein Ausrichtsignal erfaßbar ist.

Weiterhin soll bei der erfindungsgemäßen Belichtungseinrichtung in das optische Projektionssystem ein Polarisationsglied eingefügt sein, um während des Ausrichtens ein von der Maske kommendes Signal von einem von dem HaTbleiterplättchen kommenden Signal zu trennen und die Signale unabhängig voneinander herauszuziehen.

Ferner soll bei der erfindungsgemäßen Belichtungseinrichtung während des Ausrichtens die Erfassung mit Licht einer Wellenlänge erfolgen,

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die gleich oder gleichwertig derjenigen des Drucklichtes ist und bei der keine Beeinträchtigung durch den Farbabbildungsfehler des Projektionsobjektives erfolgt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines AusfUhrungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems als besonderes Ausführungsbeispiel der Beübungseinrichtung;

Figur 2A ist eine Draufsicht auf eine Maske nach dem Stand der Technik;

Figur 2B ist eine Draufsicht auf eine Maske bei der Belichtungseinrichtung;

Figur 2C ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen;

Figur 3 ist eine bildhafte perspektivische Ansicht eines Belichtungsgerätes.

Die Figur 1 zeigt ein optisches System, das in einem in Figur 3 gezeigten Belichtungsgerät enthalten ist. Ein Netzmuster bzw. eine Maske 1 nach Figur 1 ist gemäß der Darstellung in Figur 2A mit einem elektronischen Schaltungsmuster CP und Markierungen AM für das Ausrichten versehen. Auf der Oberfläche eines Halbleiterplättchens 3 ist eine fotoempfindliche Schicht aufgebracht. Ein Verkleinerungs-Projektionsobjektiv 2 ist derart ausgelegt, daß es sowohl bezüglich der Richtung zur Maske 1 als auch bezüglich der Richtung zum Halbleiterplättchen 3 ein telezentrisches System ist. Das heißt, ein von dem Projektionsobjektiv 2 ausgehender Hauptstrahl fällt senkrecht auf das Halbleiterplättchen 3 sowie .auch senkrecht auf die Maske 1.

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Die Maske 1 und das Halbleiterplättchen 3 sind in bezug aufeinander über das Projektionsobjektiv 2 optisch konjugiert, so daß über das Projektionsobjektiv 2 die Maske 1 auf dem Halbleiterplättchen 3 abgebildet wird. Die Maske wird auf eine (nicht gezeigte) Maskenbühne aufgelegt und zur Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung im voraus der folgenden Ausrichtung unterzogen: Die Maske ist mit Ausgangsstellungs-Einstellmarkierungen SM (Figur 2A) versehen und die Einstellung der Maske wird dadurch vorgenommen, daß diese Markierungen mit an dem Gerätehauptteil angebrachten Markierungen in Oberein-Stimmung gebracht werden. Der AnpassungsVorgang erfolgt mittels einer nicht gezeigten Maskenstellbühne, wobei zur Erfassung des Ausmaßes der Verstellung ein Ausrichtungs-Beobachtungssystem verwendet wird, das so angebracht ist, daß von oben auf die Maskenbühne geschaut wird. Bei dem System der Belichtungseinrichtung werden Abweichungen zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen direkt gemessen, so daß daher die Lageeinstellung der Maske nicht so schwerwiegend wie bei dem vorangehend beschriebenen außeraxialen System ist. Die Maskeneinstellmarkierungen an dem Gerätehauptteil werden so gewählt, daß sie mit einer X-Achse und einer Y-Achse übereinstimmen, die Fortschaltachsen einer Plättchenbühne 4 sind, welche das Halbleiterplättchen schrittweise bewegt. Daher sind zu einem Zeitpunkt, an dem die Einstellung der Maske abgeschlossen ist, die X-Achse und die Y-Achse der Maske sehr genau parallel zu der X-Achse bzw. der Y-Achse der Plättchenbühne. Diese Genauigkeit steht in engem Zusammenhang mit dem Ausmaß einer Ausrichtungskorrektur, die vorzunehmen ist, wenn das Halbleiterplättchen um einen Schritt zu einer nächsten Belichtungsstellung versetzt wird. Die Einstellungsmarken der Maske sind derart beschaffen, daß sie unabhängig von dem Schaltungsmuster auf der Maske gewählt werden können, jedoch ist ihre Lage vorgegeben, da die Lage der entsprechenden Markierungen an dem Gerät festgelegt ist. Wenn das Ausrichten der Maske vorzunehmen ist, wird das Objektiv des Ausrichtungs-Betrachtungssystems bzw. -Mikroskops zu einer der Markierung entsprechenden Stelle bewegt und die Markierung fotoelektrisch erfaßt. Diese Erfassungseinrichtung kann gemeinschaftlich für eine noch zu beschreibende Masken/

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Halbleiter-Anpassungseinrichtung verwendet werden.

Nachdem das Einstellen der Maske abgeschlossen wurde,sind die Vorgänge der Lageeinstellung in bezug auf das vorliegende Halbleiterplättchen und des Belichtens auszuführen.

Wie schon ausgeführt wurde, beinhaltet andererseits das TTL-Verfahren das Problem hinsichtlich des Farbabbildungsfehlers des Projektionsobjektives und das Problem hinsichtlich der für den Betriebs-Vorgang erforderlichen Zeit. Bei einem Gerät, bei dem wie bei der Fortschalteinrichtung eine Feinausrichtung notwendig ist, ist es daher vorzuziehen, den Zustand der Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen mit Hilfe von Licht der Druck-Wellenlänge oder einer derselben sehr naheliegenden Wellenlänge dadurch zu beobachten, daß in direkter Weise das optische Projektionssystem selbst ohne Einfügen irgendeiner zusätzlichen Linse oder dergleichen herangezogen wird. Gemäß diesem Grundgedanken wurde bisher die fotoelektrische Erfassung unter Einsatz einer Quecksilberlampe als Lichtquelle vorgenommen. Bekanntermaßen ist das Halbleiterplättchen je-

²^ doch ein das Licht reflektierendes Objekt, so daß daher bei dem herkömmlichen Hell feid-Erfassungsverfahren der Fall auftritt, daß kein ausreichender Kontrast erzielbar ist. Als Lösung dieses Problems gibt es ein in Dunkel feid-Beleuchtung ausgeführtes Erfassungsverfehren, bei dem der Kontrast auf optische Weise gesteigert wird, jedoch ist

²^ bei einem System, bei dem das Licht aus der Quecksilberlampe mittels einer Anzahl von Lichtleitern geführt wird, die Helligkeit unzureichend.

Ein fotoelektrisches Erfassungssystem, bei dem das Problem der unzureichenden Lichtmenge gelöst ist und das eine Dunkelfeld-Erfassung ermöglicht, ist beispielsweise in der JP-OS Nr. 132851/1977 (US-PS 4 199 219) beschrieben. Dieses System ist auf einen Laser ausgerichtet, der als Lichtquelle hohe Helligkeit liefern kann, wobei eine Objektoberfläche mit einem Laserstrahl überstrichen wird. Normalerweise wird als Laser ein He-Ne-Laser eingesetzt, der ge-

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wohnlich eine Schwingungs-Wellenlange von 632,8 nm hat.

Bei dem System gemäß dem Ausführungsbeispiel der Belichtungseinrichtung wird das optische Projektionssystem für die G-Linie (436 nm) oder die G-Linie und die H-Linie (405 nm) korrigiert. Die Schwingungs-Wellenlänge 632,8 mn des He-Ne-Lasers ist ungeeignet, da sie einen zu großen Farbabbildungsfehler hervorruft. Demgemäß wird bei der Belichtungseinrichtung ein He-Cd-Laser mit einer Wellenlänge von 441,6 nm eingesetzt, die der G-Linie naheliegt. Da das Projektionsobjektiv für diese Wellenlänge in der Nähe der G-Linie korrigiert ist, ist das Ausmaß der bei der Wellenlänge 441,6 nm hervorgerufenen Abbildungsfehler gering, so daß festgestellt wurde, daß das Projektionsobjektiv die höchste Leistung zeigt und eine Verschlechterung des Bildes kaum wahrnehmbar ist. Demnach ergibt sich durch das Einsetzen des He-Cd-Lasers bei der Belichtungseinrichtung die Möglichkeit, in der Fortschalteinrichtung das bei der herkömmlichen Einrichtung verwendete optische Laserabtastungssystem einzusetzen.

Das optische Projektionssystem nach Figur 1 hat ein zusätzliches Merkmal darin, daß es sowohl an der Seite der Maske als auch an der Seite des Halbleiterplättchens telezentrisch ist. Da der Hauptstrahl senkrecht zur Maske steht, ist, gleich wie die Maske eingestellt werden mag, das Objektiv des Ausrichtungs-Mikroskops in genau der gleichen Lage. Die meisten bekannten optischen Projektionssysteme sind zur Maske zu nicht telezentrisch, so daß demnach bei einem Wechsel der Stelle der Betrachtung der Maske sich die Richtung des auf das Objektiv des Ausrichtungs-Mikroskops fallenden Hauptstrahls ändert und sich die Richtung des von dem Halbleiterplättchen zurückgeworfenen Lichtes ändert. Dies hat zu dem Nachteil geführt, daß das Ausrichtungs-Mikroskop auf eine bestimmte Stelle der Maske eingestellt werden muß und das Ausrichten nur an dieser Stelle vorgenommen werden kann. Die Stellen, an die die Paßmarkierungen gesetzt werden, werden unabhängig von der Größe des auf die Maske aufgebrachten Schaltungsmusters festgelegt, so daß daher der Ausrichtungs-

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Vorgang gemäß den nachstehenden Ausführungen kompliziert wird: In der Figur 2C, die das Halbleiterplättchen zeigt, sind L und L' Anreißlinien für das Zertrennen des Halbleiterplättchens in Blöcke. Während die Stellen festgelegt sind, an denen die Paßmarkierungen der Maske angebracht sind, ist es erwünscht, die Paßmarkierungen des Halbleiterplättchens an diesen Linien anzubringen. Selbst wenn folglich die Lageeinstellung an einer vorbestimmten Stelle ausgeführt wird, kommen lediglich die Paßmarkierungen der Maske und des Halbleiterplättchens in Übereinstimmung, während das schon auf das Halbleiterplättchen übertragene Muster nicht mit dem Muster auf der Maske übereinstimmt. Der Abstand zwischen der Mitte der Paßmarkierungen AM der Maske nach Figur 2A und der Mitte des Schaltungsmusters unterscheidet sich im al!gemeinen von dem Abstand zwischen der Mitte der Paßmarkierungen des Halbleiterplättchens und der Mitte des Schaltungsmusters, auch wenn diese Abstände gemäß der Vergrößerung des Projektionssystems umgesetzt werden. Diese Abweichung hat ein vorbekanntes Ausmaß, so daß daher bei dem herkömmlichen System die Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen nicht abgeschlossen ist, bevor nicht das Halbleiterplättchen um eine vorgegebene Strecke mit einer Genauigkeit von 0,1 μηι bewegt wurde, nachdem die Paßmarkierungen miteinander in Übereinstimmung gekommen sind. Demgemäß muß bei dem herkömmlichen Verfahren, nachdem die Paßmarkierungen in Übereinstimmung gekommen sind, unvermeidbar auf einen Arbeitsgang zurückgegriffen werden, der von der Bewegungsgenauigkeit einer Bühne abhängt, wobei ein Laser-Interferometer oder dergleichen eingesetzt wird, was nicht nur zu einem komplizierten Arbeitsgang, sondern auch zu einem großen Zeitverlust führt, wobei an den komplizierten Aufbau und die hohe Genauigkeit der Einrichtung sowie auch die Einstellung der Umgebung hohe Anforderungen gestellt sind. Wie vorangehend ausgeführt wurde, ist dies dem Umstand zuzuschreiben, daß die der Maske zugewandte Seite des Projektionsobjektives nicht telezentrisch ist, wodurch gemäß der vorangehenden Beschreibung die Stellen eingeschränkt sind, an die die Paßmarkierungen gesetzt werden können.
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Wie aus der JP-OS 1170$/1979 (US-PS 3 794 421) ersichtlich ist, ist hinsichtlich des Problems der Betrachtung des Hälbleiterplättchens und der mit der Defokussierung zusammenhängenden Stabilität der Bildgröße der Gedanke bekannt , die dem Halbleiterplättchen zugewandte Seite telezentrisch zu machen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Belichtungseinrichtung ist auch die der Maske zugewandte Seite telezentrisch ausgeführt, wodurch die Beschränkung hinsichtlich der Stelle des Anbringens der Paßmarkierung aufgehoben ist. Daher können die Ausrichtungs- bzw. Paßmark ie run gern AM an irgendwelchen beliebigen Stellen der Maske angeordnet und beispielsweise an Stellen ange-^ ordnet werden, die an das Schaltungsmuster der Maske angrenzend (Figur 2B) den Anreißlinien entsprechen.\ Ein optisches System, bei dem auch die der Maske zugewandte Seite telezentrisch ausgeführt war, wurde in der Praxis schon bei einer Projektionseinrichtung mit der Vergrößerung 1:1 oder dergleichen eingesetzt und es spielt auch bei dieser Fortschalteinrichtung eine bedeutende Rolle.

Der Umstand, daß die Paßmarkierungen direkt neben dem Schaltungsmuster angeordnet werden können, hat die Bedeutung, daß die überein- Stimmung zwischen den Paßmarkierungen direkt zu der Übereinstimmung zwischen dem Schaltungsmuster der Maske und dem Schaltungsmuster des Halbleiterplättchens führt. Wenn demnach die Paßmarkierung unter Beobachtung der nächsten Paßmarkierung eine Lage einnimmt, bei der sie nicht das Drucklicht stört, wird der Belichtungsvorgang an der Maske und dem Halbleiterplättchen eingeleitet, wobei diese miteinander ausgerichtet sind. Das System bei der Belichtungseinrichtung ist hinsichtlich der Gleichmäßigkeit insofern verbessert, als es nicht mit dem Fehlerfaktor belastet ist, mit einer hohen Genauigkeit eine Bewegung um eine vorgegebene Strecke ausführen zu müssen, um die Schaltungsmuster miteinander in Übereinstimmung zu bringen, wie es nach dem Stand der Technik erfolgt.

Die telezentrische Gestaltung der der Maske zugewandten Seite hat auch einen weiteren Vorteil dadurch, daß das vorangehend beschriebene optische Lasersystem anwendbar ist. Die Figur 1 zeigt den Auf-

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bau des optischen Lasersystems. In der Figur 1 ist 5 ein He-Cd-Laser, während 6 ein Polygonaldrehspiegel ist. Einzelheiten der optischen Anordnung sind beispielsweise in der JP-OS 24504/1981 (US-Patentanmeldung 173 889) beschrieben, so daß sie hier nicht erläutert werden müssen. Bei dem in der Figur 1 gezeigten optischen System wird eine Objektoberfläche mittels des Polygonalspiegels mit einem Punkt oder Streifen abgetastet bzw. überstrichen, der durch das Verdichten von Laserlicht gebildet ist. Wenn der Laserpunkt über die Objektoberfläche streicht, wird er durch den Randteil der Paßmarkierung gestreut. Auf fotoelektrische Detektoren 7 und 8 wird nur das Streulicht gerichtet. Da das optische Projektionssystem sowohl an der der Maske als auch an der dem Halbleiterplättchen zugewandten Seite telezentrisch ausgebildet ist, wird das senkrecht einfallende Licht senkrecht reflektiert, so daß es wieder zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkehrt. Aus dem vorangehend angeführten Grund ist gewöhnlich die Halbleiterplä'ttchen-Seite telezentrisch gestaltet; falls jedoch nicht die Maskenseite telezentrisch ausgebildet ist, kehrt das von dem Halbleiterplättchen reflektierte Licht nicht senkrecht zurück, so daß es schwierig ist, das Dunkelfeld zu erfassen.

Demzufolge ist das Einführen des He-Cd-Lasers 5 in Verbindung mit dem sowohl an der Maskenseite als auch an der Halbleiterplättchenseite telezentrisehen Projektionsobjektives außerordentlich wirkungsvoll. Der He-Cd-Laser ist auch dadurch sehr vorteilhaft, daß er frei von chromatischen bzw. Farbabbildungsfehlern ist und die Konstruktion des Projektionsobjektives nicht mit der Berücksichtigung der Farbabbildungsfehler belastet.

Ein weiterer großer Vorteil des in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispieles beruht auf der Verwendung von polarisiertem Licht. Da das Laserlicht polarisiert ist, kann durch den Einsatz eines optischen Elementes wie eines Polarisations-Strahlenteilers 14 das Licht wirkungsvoll für die fotoelektrische Erfassung genutzt werden. Beispielsweise wird linear polarisiertes Laserlicht über Linsen, den

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Polygonalspiegel 6, einen Strahlenteiler 11 und eine optische Weiche auf den Polarisations-Strahlenteiler 14 gerichtet; wenn die Polarisationsrichtung des Laserlichtes so liegt, daß sie zu der Richtung der Neigung der reflektierenden Fläche des Polarisations-Strahlenteilers 14 senkrecht steht, wird das einfallende Licht vollständig reflektiert. Falls ferner die Polarisationsrichtung des von einem Objekt zurückgeworfenen Lichtes mit der Neiguhgsrichtuncj der Reflexionsfläche des Polarisations-Strahlenteilers 14 übereinstimmt, wird das ganze einfallende Licht durchgelassen.
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Ferner kann zum Vermeiden der Beeinflussung durch die Reflexion von dem Halbleiterplättchen bei dem Erfassen des Signals von der Maske die Art der Polarisation des direkt von der Maske reflektierten und zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommenden Lichts von der Art der Polarisation des das Halbleiterplättchen erreichenden und dann zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommenden Lichtes verschieden gemacht werden, d.h., es können beispielsweise die Polarisationsebenen dieser Lichtstrahlen senkrecht zueinander gestellt werden. Das durch die Maske 1 hindurchgeführte Laserlicht durchläuft nämlich eine Viertel-Wellenlängen- bzw. λ/4-Platte 9 und wird von der Oberfläche des Halbleiterplättchens 3 reflektiert, wonach das Laserlicht die 7\/4-Platte 9 in der Gegenrichtung durchläuft, woraufhin sich die Polarisationsrichtung des Laserlichtes von der Polarisationsrichtung bei dem Einfallen des Laserlichtes um 90° unterscheidet. Demgemäß unterscheidet sich das von der Maske 1 reflektierte Licht hinsichtlich der Polarisationsrichtung von dem von dem Halbleiterplättchen 3 reflektierten Licht, so daß daher dann, wenn das Licht danach in Polarisations-Strahlenteiler 14 und 14' eintritt, das Licht, dessen Polarisationsrichtung mit der Neigungsrichtung der Reflexions flächen der Strahlenteiler übereinstimmt, durch die Strahlenteiler durchgelassen wird, während das Licht, dessen Polarisationsrichtung zu der Neigungsrichtung senkrecht steht, reflektiert und abgesondert wird.

Auf diese Weise werden die beiden Lichtstrahlen voneinander abgeson-³^ dert, wodurch die Information bezüglich der Maske als ein gleichmäs-

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siges Signal abgenommen werden kann, das nicht von dem von dem HaIbleiterplättchen kommenden Licht beeinflußt ist.

Als Maßnahme zum Trennen durch eine derartige Polarisation wurde bisher ein System angewandt, bei dem während des Ausrichtens ein Teil des Projektionsobjektives ausgetauscht und während dieser Zeit als ein Teil des Objektives eine ?k/4-Phasenplatte eingesetzt wurde. Dieser Austausch des Teils des Projektionsobjektives und der Zusatzlinse hatte hauptsächlich die Farbkorrektur des Projektionsobjektives zum Zweck; bei der Belichtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel entfällt jedoch die Notwendigkeit des Austausches der Linsen dadurch, daß ein He-Cd-Laser mit Licht einer Wellenlänge eingesetzt wird, die nahe der Belichtungswellenlänge ist.

In diesem Fall entsteht durch das Einfügen eines die % /4-Phasenplatte bildenden Kristallelementes ein Problem durch eine Verschlechterung des Auflösungsvermögens. Es wurde festgestellt, daß das Auflösungsvermögen kaum beeinträchtigt wird, wenn in dem Projektionsobjektiv eine Stelle gebildet wird, an der die axialen Abbildungslichtstrahlen so weit wie möglich parallelen Lichtstrahlen angenähert werden, und die ?\/4-Phasenplatte an dieser Stelle eingefügt wird. Nimmt man an, daß die ft/4-Phasenplatte aus zwei miteinander verkitteten Kristall platten gebildet ist, so ist das Erfüllen der folgenden Bedingung anzustreben:

2Δη . sinQ . sin i . ν

ⁿ cos^B

wobei d die Gesamtdicke des Kristalls ist, η der Brechungsindex des Kristalls für Normal-Lichtstrahlen ist,Δη die Brechungsindex-Differenz zwischen Normal-Lichtstrahlen und Abnormal-Lichtstrahlen ist, i die Neigung des auf die ft/4-Phasenplatte fallenden axialen Randlichtstrahles ist, θ der Winkel des Normal-Lichtstrahles in dem Kristall für den auf die Ä/4-Phasenplatte fallenden axialen Maximum-Hauptstrahl ist und λ die Wellenlänge ist.

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Die Λ/4-Phasenplatte wird in das Projektionsobjektiv, nämlich in den optischen Weg zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen eingesetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist die λ/4-Phasenplatte 9 an einer mittleren Stelle des Projektionsobjektives angeordnet.

Daher wird auch dann, wenn die Belichtung unter Einsatz der fl/4-Phasenplatte vorgenommen wird, das Auflösungsvermögen nicht verschlechtert, während zusätzlich die Trennung der fotoelektrischen Signale bei dem Ausrichten mit einem Projektionsobjektiv möglich wird, das bei' der Belichtung unverändert verwendet wird.

Bei dem System nach Figur 1 ist mit 7 der Fotodetektor bezeichnet, der das Licht empfängt, welches das Halbleiterplättchen erreicht hat, ¹^ während mit 8 der Fotodetektor bezeichnet ist, der das Licht empfängt, welches direkt von der Maske zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommt.

Hinsichtlich der Funktion der restlichen Teile des Systems nach Figur 1 ist anzuführen, daß ein mit 10 bezeichneter Lichtleiter eine Lichtquelle in dem Fall ergibt, daß eine Beobachtung mit dem Auge ober über einen Fernsehbildschirm 13 erfolgt. Das Licht, das das Halbleiterplättchen erreicht hat, wird über den Strahlenteiler 11 auf ein Bildaufnahmeelement 12 gerichtet. Bei der Betrachtung mit dem Auge oder über den Fernsehbildschirm kann das Laserlicht manchmal flackern und das Halbleiterplättchen-Bild überdecken, so daß es daher anzustreben ist,· einen Zustand herbeizuführen, bei dem das Laserlicht nicht die Beobachtung stört, wie beispielsweise einem Zustand, bei dem das Laserlicht mittels eines Verschlusses abgefangen 3® wird oder bei dem der Polygonalspiegel derart angehalten wird, daß ein Eindringen des Laserlichtes in das nachfolgende optische System verhindert ist.

Das automatische Ausrichten kann durch die Verarbeitung mittels der ^° Detektoren 7 und 8 gewonnener Signale vorgenommen werden. Das Signal

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für die Maske wird mittels des Detektors 8 aufgenommen, während das Signal für das Halbleiterplättchen mittels des Detektors 7 aufgenommen wird; das Ausmaß der Abweichung zwischen Maske und Halbleiterplättchen wird dann durch das Zusammensetzen der beiden Signale gemessen. Aufgrund des Meßsignales wird die Halbleiterplättchen-Bühne 4 oder eine Maskenbühne 23 bewegt, wodurch die Versetzung korrigiert wird. Nachdem die Objektiveinheit eine Lage eingenommen hat, bei der sie. nicht das Belichtungslicht stört, wird zum Ausfuhren der Belichtung ein Verschluß ausgelöst, wonach die Halbleiterplättchen-Bühne in ¹^ einem Schritt um eine vorgegebene Strecke zu der nächsten Belichtungsstelle bewegt wird, woraufhin die Einrichtung auf einen neuen Ausrichtungs/BelichtungsVorgang überwechselt.

Aufgrund des Zusammensetzens der Signale aus den Detektoren 7 und 8 ¹^ kann die Messung sehr gleichmäßig und mit hoher Genauigkeit erfolgen. Wenn der vorstehend beschriebene Vorgang bei jedem Schritt wiederholt wird, ist bei jeder Belichtung die Ausrichtung herbeigeführt, so daß über die Vorderfläche des Halbleiterplättchens ein gleichartiges und außerordentlich genaues Drucken vorgenommen werden kann. Bei der Belichtungseinrichtung gemäß der Beschreibung ist allen Arten von kleinsten Verformungen des Schaltungsmusters auf dem Halbleiterplättchen wie der Verformung und der sich aus der Bearbeitung des Halbleiterplättchens ergebenden Wärmeausdehnung Rechnung getragen. Ferner erfolgt das Ausrichten für eine jede Belichtung, so daß daher ²^ eine Bühnen-Überwachungseinrichtung wie ein Laser-Interferometer nicht immer erforderlich ist und irgend einer beliebigen Grob-Schrittgenauigkeit Rechnung getragen ist.

Die Figur 3 zeigt als Ganzes ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Belichtungseinrichtung. In der Figur 3 sind Teile, die denjenigen nach Figur 1 gleichartig sind, wie die Maske, das Projektionsobjektiv, das Halbleiterplättchen usw., mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Figur 3 ist 21 eine Beleuchtungseinheit für die Belichtung, während 22 eine Hochdruck-Quecksilberlampe als Drucklichtquelle ist. Mittels dieser Einheit werden dem Projektionssystem die

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G-Linie oder die G-Linie und die Η-Linie zugeführt, die für die Belichtung eingesetzt werden. 23 ist die Maskenbühne. Mit der Maskenbühne 23 wird die Maske 1 gehalten und das Einstellen sowie die Feinausrichtung der Maske vorgenommen. 24 ist eine Objektiveinheit eines außeraxialen Mikroskops. Dieses kann zur Vielseitigkeit zu einem außeraxialen Ausrichten sowie auch zu einer Vor-Ausrichtung des Halblei terplättchens eingesetzt werden. Mit 25 ist eine Binokular-Einheit für die Betrachtung mit dem Auge bezeichnet.

Der Grundgedanke bei der Belichtungseinrichtung wurde bisher anhand der Figur 1 beschrieben, jedoch besteht natürlich dadurch keine Einschränkung auf das Ausführungsbeispiel nach Figur 1.

Bei der Belichtungseinrichtung ist es notwendig, eine Λ/4-Phasenplatte in bezug auf das optische Projektionssystem einzufügen, jedoch kann die λ/4-Phasenplatte auch beispielsweise zwischen der Maske und dem Projektionsobjektiv angeordnet werden. Eine weitere Alternative besteht darin, die λ/4-Phasenplatte zwischen dem Halbleiterplättchen und dem Projektionsobjektiv anzuordnen. In diesem Fall müssen jedoch die Dicke d usw. der Λ/4-Phasenplatte Bedingungen erfüllen, die sich von den vorangehend genannten Bedingungen unterscheiden.

Obzwar bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bühne im Hinblick auf ein Beispiel dargestellt wurde, bei dem für jede Belichtung ein automatisches Ausrichten erfolgt, ist auch ein System möglich, bei dem die Belichtung ausgeführt wird, während der Ausrichtungszustand manchmal überprüft wird. In diesem Fall kann das Ausmaß des Schrittes bzw. Fortschaltens für eine jede Belichtung mittels eines ■ Laser-Interferometers, eines Kodierers oder dergleichen überwacht werden. Wenn aus irgendeinem Grund die Paßmarkierungen nur an einem bestimmten Teilbereich des Halbleiterplättchens beschädigt wurden, kann dieser Teilbereich allein unter Einsatz- der überwachungseinrichtung für die Bühne zugeführt werden.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung ergibt die Belichtungseinrich-

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tung eine Belichtungseinrichtung mit echter TTL-Ausrichtung, bei der die Maske und das Halbleiterplättchen in genau dem gleichen Zustand wie bei der Belichtung verstellt werden, was eine Bestätigung der Ausrichtung erlaubt. Durch Verwendung von Laserlicht, das nahezu der Druckwellenlänge äquivalent ist, gemäß der das Projektionsobjektiv gestaltet ist, wird es bei der ßelichtungseinrichtung möglich, ein fotoelektrisches Meßsystem mit hoher Meßgeschwindigkeit aufzubauen, das keinerlei Veränderung durch das Projektionsobjektiv unterliegt. Bei der Belichtungseinrichtung ist die Lage der Paßmarkierungen beliebig wählbar, so daß es daher einfach ist, eine Anordnung zu wählen, die dem Format des Schaltungsmusters auf der Maske entspricht. Durch das Einfügen einer λ/4-Phaseriplatte in das Projektionsobjektiv ist es ferner möglich, die Signale für die Maske und das Halbleiterplättchen voneinander zu trennen und gleichmäßige Messungen mit hoher Genauigkeit auszuführen.

Demgemäß ergibt die Belichtungseinrichtung in Verbindung mit einem Meßsystem für hohe Meßgeschwindigkeit eine Belichtungseinrichtung mit verringerten Fehlerquellen, die dadurch sehr beständig ist, daß das Ausrichten mittels der tatsächlich für das Drucken angewandten Wellenlänge überwacht werden kann und daß die Maske und das Halbleiterplättchen nach dem Abschluß des Ausrichtens bis zur Belichtung nicht bewegt werden.

Es wird eine Belichtungseinrichtung angegeben, die eine mit mindestens einer Markierung versehene Maske, ein mit mindestens einer Markierung versehenes Halbleiterplättchen, ein optisches Projektionssystem für die optische Konjugation zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen, eine Markierungsmeßeinrichtung für das Erfassen der

^O Markierung der Maske und das Erfassen der Markierung des Halbleiterplättchens über das optische Projektionssystem, eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Halbleiterplättchens mit Sensibilisierungs-Licht und ein Phasenumsetzelement hat, das zwischen dem Halbleiterplättchen und der Maske angeordnet ist und die Art der PoIaH--.

sierung von Licht verändert, das von der an dem Halbleiterplättchen angebrachten Markierung kommt.

Claims

Patentansprüche

durch ein mit mindestens einer Markierung versehenes erstes Objekt (1), ein mit mindestens einer Markierung versehenes zweites Objekt (3), ein optisches Projektionssystem (2) zum optischen Verbinden

15 des ersten Objekts mit dem zweiten Objekt, eine Markierungsmeßeinr.ichtung (7,8) zum Erfassen der Markierung des ersten Objekts und zum Erfassen der Markierung des zweiten Objekts über das optische Projektionssystem, eine Beleuchtungseinrichtung (21) zum Beleuchten des ersten oder des zweiten Objekts und eine Phasenumsetzeinrich-

20 tung (9), die zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt fest angebracht ist und die Phase des von der Markierung des zweiten Objekts kommenden Lichts umsetzt.

Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet,

daß in dem optischen Projektionssystem (2) ein optischer Weg gebildet ist, auf dem axiale Strahlen im wesentlichen parallel werden, und daß die Phasenumsetzeinrichtung (9) eine in dem optischen Weg angeordnete

ft/4-Phasenplatte ist.

Belichtungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844

[l.iyer Veremsbunk (München) KIo SlW 941

Postscheck (München) KIo 670-43-804

-2- DE 2381

daß die ^/4-Phasenplatte (9) die Bedingung 2Δη . sin9 . sin i

cos θ

d < λ

erfüllt, wobei d die Gesamtdicke von zwei zusammengekitteten Kristallplatten ist, η der Brechungsindex des Kristalls für Normal-Lichtstrahlen ist, Δη die Brechungsindex-Differenz zwischen Normal-Lichtstrahlen und Abnormal-Lichtstrahlen ist, i die Neigung der auf ¹O. die ¹X /4-Phasenplatte fallenden axialen Randlichtstrahlen ist, θ der Winkel des Normal-Lichtstrahls in dem Kristall für den auf die λ /4-Phasenplatte fallenden außeraxialen Maximum-Hauptstrahl ist und Λ die Wellenlänge ist.

4. Belichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Projektionssystem (2) in bezug auf das erste Objekt (1) und das zweite Objekt (3) im wesentlichen telezentrisch

ist.
20

5. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Projektionssystem (2) ein Verkleinerungs-Projektionsobjekt ist, das erste Objekt (1) eine Maske ist und das zweite Objekt (3) ein Halbleiterplättchen ist.

6. BeÜchtungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet ,

daß die Beleuchtungseinrichtung (21) Sensibilisierungslicht für das ^O Sensibilisieren des ersten Objekts (1) oder des zweiten Objekts (3) abgibt, die Markierungsmeßeinrichtung (7, 8) die Markierungen mit Licht einer Wellenlänge beleuchtet, die im wesentlichen gleich derjenigen des Sensibilisierungslichtes ist, und das optische Projektionssystem (2) ein Verkleinerungssystem ist. 35

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-3- DE 2381

7. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 6,

dadurch geke.nnzei chnut ,

daß das erste Objekt (1) eine Maske ist und das zweite Objekt

(3) ein Halbleiterplättchen ist.
5

8. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

daß das optische Projektionssystem (2) in bezug auf das erste Objekt (1) und dcis zweite Objekt (3) im wesentlichen telezentrisch ist.

9. Belichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Markierungsmeßeinrichtung (7, 8) mit einem Laser (5) zum Beleuchten der Markierungen versehen ist.

10. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzei chnet ,
daß das erste Objekt (1) eine Maske ist, das zweite Objekt (3) ein Haibleiterplättchen ist, die Beleuchtungseinrichtung (21) das zweite Objekt mit Sensibilisierungslicht beleuchtet, die Markierungsmeßeinrichtung (7, 8) die Markierungen mit Licht einer Wellenlänge beleuchtet, die im wesentlichen gleich derjenigen des Sensibilisierungslichtes ist, das optische Projektionssystem (2) ein Verkleinerungs-Projektionsobjektiν ist, das einen optischen Parallel-Weg enthält, in dem axiale Strahlen im wesentlichen parallel werden, und das in bezug auf das erste Objekt und das zweite Objekt im wesentlichen telezentrisch ist, und die Phasenumsetzeiηrichtung (9) eine in dem optischen Parallel-Weg angeordnete Τι/4-Phasenplatte ist.