DE3735154C2 - Verfahren zum Erfassen der Lage einer auf einem Objekt vorgesehenen Marke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen der Lage einer auf einem Objekt vorgesehenen Marke, bei dem durch Abtasten ein der Marke entsprechendes Signal gebildet wird, ein Korrelationsverarbeitungsprozeß mit dem gebildeten Signal und einem Referenzsignal zur Erzeugung eines Korrelationssignals durchgeführt wird, und aus der Lage des Spitzenwerts des Korrelationssignals die genaue Lage der Marke auf dem Objekt bestimmt wird.

Auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleitervorrichtungen wie integrierten Schaltungen werden als "Schritt-Belichtungsgeräte" (stepper) oder "Masken-Ausrichtgeräte" bezeichnete optische Belichtungsgeräte und als "Röntgenstrahl-Ausrichtgeräte" bezeichnete Röntgenbestrahlungsgeräte benutzt. Üblicherweise sind diese Geräte mit einer Einrichtung für das Ausrichten eines Plättchens in bezug auf eine Maske oder Strichplatte vor dem Beginn der Belichtung bzw. Bestrahlung des Plättchens mit einem auf der Maske ausgebildeten Muster ausgestattet.

Für diese Maske/Plättchen-Ausrichtung werden üblicherweise Richtmarken, die jeweils auf der Maske und dem Plättchen ausgebildet sind und die Lagen der Maske und des Plättchens wiedergeben, auf optische Weise oder mittels Elektronenstrahlen erfaßt, um dadurch die Lagebeziehung zwischen der Maske und dem Plättchen zu ermitteln.

Typischerweise ist eine Richtmarke an dem Plättchen durch eine Oberflächenstufe (Aussparung oder Vorsprung) gebildet, die auf dem Substrat des Plättchens geformt ist. Für die Übertragung des Maskenmusters auf das Plättchen durch Belichtung bzw. Bestrahlung wird das Plättchen mit einem strahlungsempfindlichen Material wie einem Fotolackmaterial mit einer Dicke in der Größenordnung von weniger als 1 µm bis zu einigen µm beschichtet. Infolgedessen existiert bei der Aus­ richtung auf der Oberfläche des Plättchens einschließlich der Plättchenrichtmarke eine Abdecklackschicht, d. h., die Plättchenrichtmarke muß durch die Abdecklackschicht hindurch oder unter Einbeziehung der Abdecklackschicht erfaßt werden.

Wenn die Plättchenrichtmarke durch die Abdecklackschicht hindurch erfaßt wird, entstehen verschiedene Schwierig­ keiten: Wenn Licht (insbesondere in Form von Laserstrahlen) benutzt wird, wird das Licht an der die Oberfläche der Abdeck­ lackschicht reflektiert und gebrochen. Ferner tritt auch Mehrfachreflexion innerhalb der Abdecklackschicht auf. Weiter­ hin entstehen Interferenzen zwischen dem an der Ober­ fläche der Abdecklackschicht reflektierten Licht und dem am Boden der Abdecklackschicht, nämlich der Oberfläche des Plättchensubstrats, reflektierten Licht. Wenn ein Elektronen­ strahl verwendet wird, wird dieser durch das Material der Abdecklackschicht gestreut. Diese durch das Vorhandensein der Abdecklackschicht verursachten Erscheinungen werden allgemein "Abdecklackeffekt" genannt. Infolge dieses Abdecklackeffektes ist es nicht einfach, die Lagebeziehung zwischen der Maske und dem Plättchen mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, so daß sich eine verschlechterte Ausrichtungsgenauigkeit ergibt.

Dieses Problem wird nun im Zusammenhang mit einem Beispiel ausführlicher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch Richtmarken, die bei einem nachfol­ gend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anwend­ bar sind, sowie ein Beispiel für Kurvenformen von Signalen, die mit diesen Richtmarken erzielbar sind. Die Fig. 1 zeigt jeweilige Markenelemente 1 bis 4 einer an einer Maske ange­ brachten Maskenrichtmarke, eine an einem Plättchen angebrachte Marke bzw. Plättchenrichtmarke 5, eine Abtastlinie 6 bei der Abtastung mit einem Laserstrahl oder einem Elektronenstrahl, jeweilige elektri­ sche Signale bzw. Impulssignale 7 bis 10, die den Schnitt­ punkten zwischen den Richtmarken und der Abtastlinie 6 bei dem Überstreichen der Marken durch den Abtaststrahl entspre­ chen und die auf bekannte Weise durch fotoelektrische Umset­ zung erhalten werden, und einen Schnittpegel 11, der für die Binärcodierung der Impulssignale 7 bis 10 eingestellt wird.

Eine Lageabweichung zwischen der Maskenrichtmarke und der Plättchenrichtmarke 5 beim Beispiel aus Fig. 1 kann auf bekannte Weise folgendermaßen ermittelt werden:

Zur Ermittlung der Lagebeziehung zwischen der Maske und dem Plättchen werden die Maskenrichtmarke mit den Elementen 1 bis 4 und die Plättchenrichtmarke 5 mit einem Strahl, wie einem Laserstrahl oder einem Elektronenstrahl in jeweils zwei zu­ einander senkrechten Richtungen abgetastet (X- und Y-Richtung). Wenn ein solcher Abtaststrahl auf die Plättchenrichtmarke 5 oder ein Markenelement 1 bis 4 trifft, wird im Falle der Laserstrahlabtastung das Licht gestreut oder es werden im Falle der Elektronen­ strahlabtastung reflektierte Elektronen und/oder Sekundär­ elektronen hervorgerufen. Durch das Aufnehmen eines solchen Streulichtes oder solcher reflektierter Elektronen und/oder Sekundärelektronen mittels eines geeigneten Detek­ tors können für jede der beiden zueinander senkrechten Ab­ tastrichtungen (X und Y-Richtung) elektrische Impulssignale 7 bis 10 gemäß der Darstellung in Fig. 1 erhalten werden. Da hinsicht­ lich der beiden zueinander senkrechten Abtastrichtungen diese Impulssignale im wesentlichen auf gleiche Weise verarbeitet werden, wird nunmehr lediglich die Signalverarbeitung bei einer einzigen Abtastrichtung, nämlich der X-Richtung, bei dem dargestellten Beispiel beschrieben.

Für das Ermitteln einer Lageabweichung zwischen der Masken­ richtmarke und der Plättchenrichtmarke bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist es erforderlich, den Abstand bzw. das Intervall zwischen den jeweiligen Markenelementen 2 und 4 der Masken­ richtmarke und einem zugehörigen Teil der Plättchenrichtmarke 5, nämlich dem sich gemäß Fig. 1 links oder rechts vertikal erstreckenden Teil der Plättchenrichtmarke 5 zu ermitteln. Hierzu ist es notwendig, die Mitten bzw. Mittenlagen der jeweiligen Impulssignale 7 bis 10 festzustellen. Zu diesem Zweck werden die Impulssignale 7 bis 10 nach ihrer Aufnahme mit einem geeigneten Schnittpegel wie dem Pegel 11 nach Fig. 1 binär codiert, wodurch elektrische Signale mit Rechteck-Kurvenform erzeugt werden. Danach wird die Breitenmitte eines jeden Rechteckimpulses bestimmt, wodurch die Lage der Mitte eines jeden noch nicht binär codierten Impulssignals 7, 8, 9 oder 10 ermittelt wird.

Wenn der Abstand zwischen der Mitte des Impulssignals 7, das dem linken Markenelement 2 der Maskenrichtmarke entspricht, und der Mitte des Impulssignals 8, das dem linken sich verti­ kal erstreckenden Teil der Plättchenrichtmarke 5 entspricht, mit t1 bezeichnet wird, während der Abstand zwischen den Mitten der gleichartigen rechten Impulssignale 9 und 10 mit t2 bezeichnet wird, kann, unter der Bedingung, daß die gegen­ seitige Ausrichtung der Richtmarken erreicht ist, wenn die Plättchenrichtmarke 5 genau in der Mitte der Maskenrichtmarke steht, ein Ausmaß d der Lageabweichung zwischen der Masken­ richtmarke und der Plättchenrichtmarke 5 durch folgende Glei­ chung angegeben werden:

d = (t1 - t2)/2 (1)

Um eine höhere Ausrichtungsgenauigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, die Genauigkeit bei der Ermittlung der die Lageabweichung zwischen den Marken darstellenden Abstände zwischen den Impulssignalen, nämlich der Lagen der Mitten der Impulssignale, zu steigern. Zum Erfassen der Mitte eines jeden Impulssignals mit verbesserter Genauigkeit ist es sehr wün­ schenswert, daß die Kurvenform des Impulssignals in bezug auf die Mitte des Impulssignals symmetrisch ist. Üblicherweise werden die Linienbreite jeder Richtmarke sowie der Punkte­ durchmesser des Laserstrahls oder Elektronenstrahls für die Abtastung derart festgelegt, daß dieser angestrebte Zustand erreicht wird.

In der Praxis ist es jedoch nicht einfach, die symmetrische Kurvenform des Impulssignals zu erreichen. Gemäß der vorange­ henden Beschreibung existiert auf einer an einem Plättchen ausge­ bildeten Plättchenrichtmarke 5 eine Abdecklackbeschichtung mit einer Dicke in der Größenordnung von weniger als 1 µm bis zu einigen µm. Daher muß die Plättchenrichtmarke 5 durch die Abdecklack­ schicht hindurch oder unter Einbeziehung der Abdecklack­ schicht erfaßt werden. Somit wird infolge des vorstehend beschriebenen Abdecklackeffektes und/oder einer Ungleichmäßigkeit der Dicke der Abdecklackschicht auf der Plättchenoberfläche in vielen Fällen das Impulssignal verformt, was zur Folge hat, daß die Symmetrie der Signalkurvenform gestört ist. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Die Verformung des Impulssignals verursacht leicht einen Fehler bei der Ermittlung der Mitte des Impulssignals, so daß der Fehler direkt zu einer verschlechterten Ausrichtungsgenauigkeit führt.

Die US-A-3 924 113 offenbart ein Verfahren zum Erfassen einer auf einem Objekt vorgesehenen Marke, bei dem ein Erfassungssignal gebildet wird. Dieses Signal wird zusammen mit einem Referenzsignal mittels eines Korrelationsverarbeitungsprozesses bearbeitet, so daß ein Korrelationssignal gebildet wird. Jedoch arbeitet dieses Verfahren im Falle einer sehr großen Abweichung zwischen dem erfaßten Signal und dem Referenzsignal sehr zeitaufwendig, um die genaue Lage der Marke zu bestimmen.

Weiterhin ist aus "Feinwerktechnik und Meßtechnik 89 (1981) 2, S. 61-65" die Justierung eines Objekts, z. B. einer Maske bezüglich eines Wafers, anhand von Justiermarken bekannt. Die von den Justiermarken erhaltenen Lichtsignale werden gegebenenfalls nach einer Bildverarbeitung ausgewertet. Bei flächenhafter Bildverarbeitung kann die Erkennung eines Musters aufgrund eines Vergleichs mit einem abgespeicherten Soll-Muster nach Korrelationsverfahren erfolgen.

Außerdem offenbart die DE-OS 23 26 402 Korrelationsverfahren bei verschiedenen elektrischen Signalen und ihre Anwendungsmöglichkeiten, geht jedoch nicht auf die Probleme der Erfassung einer Marke auf einem Objekt ein.

Zudem ist aus der DE 32 35 247 A1 die Erfassung einer Marke auf einem Objekt bekannt, z. B. bei einer Justierung von Maske und Wafer, wobei Spitzenwerte der von den Marken erhaltenen Signale festgestellt werden, um eine Ausrichtung durchzuführen. Hierbei wird jedoch kein Korrelationsverfahren angewandt.

Schließlich offenbart die nachveröffentlichte US-PS-4 679 942 die Erfassung einer Marke auf einem Objekt, um dieses auszurichten, und zwar im Zusammenhang einer Ausrichtung von Maske und Wafer. Hierbei werden die Signale einer vorausgehenden Abtastlinie mit den Signalen einer nachfolgenden Abtastlinie, die jeweils in einem Schieberegister zwischengespeichert werden, verglichen, um festzustellen, ob die Linien miteinander übereinstimmen. Bei diesem Verfahren wird jedoch kein Korrelationsverfahren im eigentlichen Sinne durchgeführt, um eine Korrelationsfunktion zu erhalten, sondern es wird lediglich ein Signalvergleich durchgeführt.

Jedoch besteht bei allen vorstehend beschriebenen Verfahren das Problem, daß die Ausrichtungsgenauigkeit nicht genügend groß ist und zu lange Zeit zur Ermittlung der endgültigen Ausrichtungsposition errforderlich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die Lagebestimmung der auf dem Objekt vorgesehenen Marke jederzeit schnell und mit hoher Genauigkeit durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf dem Objekt vorgesehene Marke mit einem periodischen Muster, dessen Periodizität von der Periodizität einer Störsignalkomponente verschieden ist, ausgebildet wird, und vor dem Korrelationsverarbeitungsprozeß aus der Frequenzverteilung des gebildeten Signals die ungefähre Lage der Marke bestimmt wird.

Durch das periodische Muster der Marke kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus dem bei der Erfassung erzeugten Signal eine Frequenzverteilung gebildet werden. Aus dieser Frequenzverteilung läßt sich sehr schnell eine ungefähre Lagebestimmung ableiten. Aufbauend auf dieser ungefähren Lagebestimmung ist dann eine genaue Bestimmung der Lage nach dem Korrelationsverfahren möglich. Das auf diese Weise nachgeschaltete Korrelationsverfahren arbeitet mit geringem Zeitaufwand, da die ungefähre Lage bereits vorab bestimmt wird.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Beispieles für auf einer Maske und einem Plättchen ausgebildeten Richtmarken sowie von elektrischen Signalen, die mit diesen Richtmarken erzielbar sind.

Fig. 2 eine schematische Darstellung für die Erläuterung einer durch den Abdecklackeffekt hervorgerufenen Verformung eines aus einer Richtmarke abgeleiteten elektri­ schen Signals.

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für ein Ausrichtungssystem zeigt, das eine Lageermittlungseinrichtung gemäß einem Ausführungs­ beispiel enthält;

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des Betriebsablaufes in dem Ausrichtungssystem aus Fig. 3.

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Er­ läuterung eines Korrelationsprozesses, der an elektrischen Signalen ausgeführt wird, die in dem Ausrichtungssystem aus Fig. 3 erfaßt werden.

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Beispieles für eine Maskenrichtmarke und eine Plättchenricht­ marke anderer Art sowie von mittels dieser Marken erzielbaren elektrischen Signalen.

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Korrelationsprozesses, der an den elektrischen Signalen aus­ geführt wird, die mittels der Richtmarken aus Fig. 6 erzielt werden.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Beispieles für eine andere Form einer Maskenrichtmarke und einer Plättchenrichtmarke, die bei dem Verfahren bzw. der Einrichtung verwendet werden können.

Fig. 9 eine schematische Darstellung, eines Beispieles für ein Ausrichtungs- und Belichtungssystem mit Verkleinerungsprojektion, in dem die Lage einer jeweiligen Plättchenrichtmarke nach dem Lageermittlungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel erfaßt wird.

Zunächst wird das Prinzip des Lageermittlungsverfahrens be­ schrieben.

Im allgemeinen wird die Maske/Plättchen-Ausrichtung in zwei Ausrichtungsschritten vorgenommen, nämlich mit einem Grobaus­ richtungsschritt (Vorausrichtungsschritt) mit einer verhält­ nismäßig groben Ausrichtungsgenauigkeit in der Größenordnung von einigen µm und einem Endausrichtungsschritt (Feinaus­ richtungsschritt) mit einer sehr hohen Ausrichtungsgenauig­ keit in der Größenordnung von 0,1 µm. Die nachfolgend be­ schriebenen Ausführungsbeispiele des Verfahrens bzw. der Einrichtung betreffen die letztere, nämlich die Feinausrich­ tung mit der höheren Ausrichtungsgenauigkeit. Bei diesem Feinausrichtungsschritt besteht in nahezu allen Fällen eine bestimmte Gleichmäßigkeit hinsichtlich der Größenordnung der von den Richtmarken einer Maske und eines Plättchens erhält­ lichen elektrischen Signale, da die Gleichmäßigkeit als Er­ gebnis des Vorausrichtungsschrittes herbeigeführt worden ist. Wenn beispielsweise die Richtmarken gemäß dem vorangehend beschriebenen Beispiel nach Fig. 1 benutzt werden, besteht eine Gleichmäßigkeit darin, daß das in Fig. 1 mit 7 bezeich­ nete erste Signal die Maske betrifft, das mit 8 bzw. 9 be­ zeichnete zweite und dritte Signal das Plättchen betrifft und das mit 10 bezeichnete vierte Signal die Maske betrifft. Ferner sollte der Abstand zwischen dem ersten Signal 7 und dem zweiten Signal 8 innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, der durch einen Fehler bzw. Toleranzspielraum einge­ grenzt ist, welcher hinsichtlich eines vorbestimmten Bezugs­ wertes durch die Ausrichtungsgenauigkeit bei der groben Vor­ ausrichtung bestimmt ist.

Ferner entstammen das erste Signal 7 und das vierte Signal 10 der gleichen Maskenrichtmarke, so daß sie voneinander genau einen vorbestimmten Abstand haben. Andererseits stehen das zweite Signal 8 und das dritte Signal 9 in Zusammenhang mit der gleichen Plättchenrichtmarke, so daß sie voneinander genau einen vorbestimmten Abstand haben. Daher können das erste und das vierte Signal 7 bzw. 10 als eine Einheit ange­ sehen und behandelt werden, nämlich als ein einziges Signal, das der Maskenrichtmarke entspricht, während andererseits das zweite und dritte Signal 8 bzw. 9 als eine Einheit angesehen und behandelt werden können, nämlich als einzelnes Signal, das der Plättchenrichtmarke entspricht.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß eine vorbestimmte Signalverarbeitung für ein jedes der Signale 7 bis 10 oder ein gewünschtes dieser Signale oder alternativ für jedes Paar aus den Signalen 7 und 10 und den Signalen 8 und 9 ausgeführt werden kann.

Eine Korrelationsverarbeitung bzw. ein Korrelationsprozeß hinsichtlich zweier Funktionen f(x) und g(x) ist allgemein durch folgende Gleichung definiert:

Im besonderen wird in dieser Beschreibung ein Korrelations­ prozeß, der beispielsweise an einem Teilbereich der Funktion f(x) und der Funktion g(x) ausgeführt wird, sowie ein Korre­ lationsprozeß, der an einem bestimmten Teilbereich der Funk­ tion f(x) ausgeführt wird, als "partieller Korrelations­ prozeß" bezeichnet.

Kurz gesagt kann gemäß der nachfolgenden Beschreibung bei dem Verfahren zum Erfassen der Lage einer auf einem Objekt vorgesehenen Marke der Korrelationsprozeß selek­ tiv allein an einer Signalkomponente ausgeführt werden, in der in beträchtlichem Ausmaß Rauschen und/oder Verformung enthalten ist. Ferner können gemäß einem anderen Ausführungs­ beispiel für das Verfahren voneinander verschiedene Signale (wie ein Signal für eine Maske und ein Signal für ein Plättchen) mit voneinander verschiedenen Eigen­ schaften (beispielsweise hinsichtlich der Amplitude, der Kurvenform und dergleichen) unterschiedlichen Korrelations­ prozessen unterzogen werden, die jeweils für die Eigenschaften dieser Signale geeignet sind. In einem jeden Fall wird der Korrelationsprozeß ausgeführt, um die Genaugkeit der Lageermittlung zu verbessern.

Die Lage der Mitte eines Erfassungssignals kann aus der Lage des Spitzenwertes einer entsprechenden Korrelationsfunktion ermittelt werden. Falls jedoch das Erfassungssignal übermäßig stark verformt ist, ist die erhaltene Korrelationsfunktion dementsprechend verformt. Wenn dies der Fall ist, besteht die Möglichkeit, daß der Prozeß zum Ermitteln der Spitzenwertlage kompliziert wird, wodurch die für die Verarbeitung benötigte Zeit länger wird. In Anbetracht dessen wird bei einem nach­ folgend beschriebenen Ausführungsbeispiel an jedem Erfas­ sungssignal vor der Ausführung des Korrelationsprozesses eine Grob-Lageermittlung ausgeführt. Nach der Grob-Lageermittlung wird im Umgebungsbereich der als Ergebnis der Grob-Lageer­ mittlung festgestellten Lage eines jeden Signals ein partieller Korrelationsprozeß ausgeführt, wodurch eine Korrelations­ funktion erhalten wird. Dann wird die Lage des Spitzenwertes der erhaltenen Korrelationsfunktion ermittelt. Dieses Vorge­ hen ergibt auf zweckdienliche Weise die folgenden verschieden­ artigen Vorteile:

• (1) Die Korrelationsfunktion h(x) kann auf einfache Weise durch Integration allein in einem begrenzten Bereich von Y₀+a bis Y₀-a gewonnen werden, wobei Y₀ die bei der Grob- Lageermittlung festgestellte Lage ist. Daher kann die für den Korrelationsprozeß benötigte Zeit verkürzt werden.
• (2) Da die Ermittlung der Lage des Spitzenwertes einer Korrelationsfunktion innerhalb eines engen Bereiches ausrei­ chend ist, ist für die Verarbeitung nur ein einfacher Arbeits­ vorgang erforderlich, so daß daher die Verarbeitungszeit verkürzt werden kann.
• (3) Durch das Bilden einer reinen Korrelationsfunktion ist die Genauigkeit der Lageermittlung verbessert.

Fig. 3 zeigt schematisch in Blockdarstellung als Bei­ spiel ein Ausrichtungssystem mit einer Lageermittlungsein­ richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 3 zeigt eine Maske 21, ein Plättchen 22, opti­ sche oder elektrische Systeme 23 und 24 für das Erfassen von den Richtmarken der Maske und des Plättchens entsprechenden Signalen mittels Laserstrahlen oder Elektronenstrahlen, einen Plättchentisch 25, der das Plättchen 22 trägt und der in den beiden zueinander senkrechten Richtungen längs der X- Achse und der Y-Achse sowie in Drehrichtung R um die Z-Achse bewegbar ist, Stelleneinheiten 26, 27 und 28 für das Ver­ setzen des Plättchentisches 25 in den Richtungen X, Y bzw. R, eine Signalaufnahmeeinheit 29, eine Speichereinrichtung 31, eine Spitzenwert-Lageermittlungseinheit 32, eine Zentraleinheit (CPU) 33, eine Steuereinheit 34 für die Steuerung der Stell­ einheiten 26 bis 28, eine Grob-Lageermittlungseinheit 35 für die grobe Vorerfassung der Lage eines jeden Erfassungssignals und eine Signalverarbeitungseinheit 36.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausrichtungssystem ist insbesondere für den Einsatz in einem Röntgenstrahlen-Ausrichtgerät (alig­ ner) geeignet, in dem eine Maske wie die Maske 21 derart mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, daß ein auf der Maske ausge­ bildetes feines Schaltungsmuster auf eine Abdecklackschicht übertragen wird, die auf die Oberfläche eines Plättchens wie des Plättchens 22 aufgebracht ist.

Nachdem die Maske 21 und das Plättchen 22 in einem (nachfolgend beschriebenen) Ausrichtungsvorgang miteinander ausge­ fluchtet sind, wird über ein röntgenoptisches System, das hauptsächlich durch mehrere Reflektoren gebildet ist, der Strom von Röntgenstrahlen aus einer nicht gezeigten Röntgen­ strahlquellle auf die Maske 21 gerichtet. Auf diese Weise wird die auf die Oberfläche des Plättchens 22 aufgebrachte Abdeck­ lackschicht mit den durch die Maske 21 durchgelassenen Rönt­ genstrahlen bestrahlt.

Ein jedes der optischen Systeme 23 und 24 ist mittels einer eigenen nicht gezeigten Stellvorrichtung derart bewegbar, daß es bei der Röntgenbestrahlung aus der Bahn des Röntgenstrah­ lenflusses herausgezogen werden kann. Zu diesem Zweck gibt die Steuereinheit 34 Befehlssignale ab, die jeweils über nicht gezeigte Signalleitungen den beiden nicht gezeigten Stellvorrichtungen zugeführt werden. Daraufhin werden die optischen Systeme 23 und 24 mittels ihrer Stellvorrichtungen bewegt.

Die Maske 21 und das Plättchen 22 sind mit Richtmarken gemäß der Darstellung durch 1 bis 5 in Fig. 1 versehen.

Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das die Funktion des Ausrichtungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 veranschaulicht. Gemäß Fig. 4 umfaßt der Ausrichtungsvor­ gang einen Schritt 110 zur Signalaufnahme, einen Schritt 111 zur Grob-Lageermittlung, einen Schritt 112 für den partiellen Korrelationsprozeß, einen Schritt 113 zur Spitzenwertlage- Ermittlung für jedes Signal, einen Schritt 114 für das Ermitteln der Lagebeziehung zwischen der Maske und dem Plättchen und einen Schritt 115 zur Relativlageeinstellung, durch die die Maske und das Plättchen in eine vorbestimmte Lagebezie­ hung gebracht werden.

Wenn Richtmarken in der in Fig. 1 gezeigten Form benutzt werden, ergeben sich bei der Signalaufnahme (bei dem Schritt 110) Signale gemäß der Darstellung in Fig. 5. In dieser Figur sind mit 120′ bis 123′ Signale bezeichnet, die von den Richtmarken der Maske 21 und des Plättchens 22, nämlich insbesondere von den in Fig. 1 mit 2, 5 und 4 bezeichneten Bereichen hervorgerufen werden.

Als erstes werden bei der Signalaufnahme (Schritt 110) von der Signalaufnahmeeinheit 29 Markensignale erfaßt, die den Richt­ marken an der Maske und dem Plättchen entsprechen. Zu diesem Zweck werden die optischen Systeme 23 und 24 derart einge­ setzt, daß sie jede der Richtmarken mit einem Laserstrahl oder einem Elektronenstrahl in zwei zueinander senkrechten Richtungen (X- und Y-Richtung) abtasten bzw. überstreichen. Ein Markensignal kann dadurch erfaßt werden, daß das von einer Richtmarke reflektierte Licht aufgenommen wird oder Elektronen wie Sekundärelektronen erfaßt werden, die durch die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl hervorgerufen werden.

Falls die Maske 21 und das Plättchen 22 beide mit jeweils zwei Richtmarken versehen sind, die an zwei voneinander beab­ standeten Stellen ausgebildet sind, und jede dieser Richtmar­ ken an der Maske und dem Plättchen die in Fig. 1 gezeigte Form hat, werden durch das Abtasten der beiden Paare von Masken- und Plättchenrichtmarken in den beiden zueinander senkrechten Richtungen vier Sätze von zeitlich seriellen Signalen erzeugt (wobei jeder Satz der Signale aus den in Fig. 1 mit 7 bis 10 bezeichneten Impulssignalen besteht). Das Rauschen im Hochfrequenzbereich, das gegebenenfalls in einem jeden aufgenommenen Markensignal enthalten ist, kann mit einem Tiefpaßfilter unterdrückt werden, das in der Signalaufnahme­ einheit 29 eingebaut sein kann.

In der Grob-Lageermittlungseinheit 35 werden die jeweils aus der Signalaufnahmeeinheit 29 abgegebenen Erfassungssignale 120′ bis 123′ mit einem geeigneten Schnittpegel binär co­ diert, wodurch binär codierte Signale 120′′ bis 123′′ mit rechteckiger Kurvenform erzeugt werden. Dann wird bei dem Schritt 111 auf an sich bekannte Weise die Lage der Mitte eines jeden Rechteckimpulssignals festgestellt. Zur Erläuterung sind hierbei die Mittenlagen der binär codierten Signale 120′′ bis 123′′ jeweils mit T₁, T₂, T₃ bzw. T₄ dargestellt. Falls in dem Erfassungssignal Rauschkomponenten und/oder Verformungen enthalten sind, ergibt sich für den numerischen Wert für die Mittenlage des Rechteckimpulssignals nur eine Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 bis 1,0 µm, was unzureichend ist. Das heißt, die Lageermittlung bei dem Schritt 111 ist in einem solchen Fall "grob".

In der Signalverarbeitungseinheit 36 werden die Signale 120′ bis 123′ dem partiellen Korrelationsprozeß in bezug auf ein Bezugssignal 124′ unterzogen (Schritt 112). Wenn jedes der Signale 120′ bis 123′ durch eine Funktion f(x) und das Bezugssignal 124′ durch eine Funktion g(x) vertreten ist, werden bei dem Ausführungsbeispiel in begrenzten Bereichen T₁+a<Y<T₁-a, T₂+a<Y<T₂-a, T₃+a<Y<T₃-a und T₄+a<Y<T₄-a Berechnungen nach folgenden Glei­ chungen ausgeführt:

dabei sind mit f₁ bis f₄ jeweils die Signale 120′ bis 123′ und mit h₁ bis h₄ jeweils Signale 125′ bis 128′ dargestellt, während a ein Parameter ist, der den Integrationsbereich bestimmt und der einen Wert hat, der ungefähr der Breite eines jeden Signals entspricht.

Die Signalverarbeitung hat bei diesem Ausführungsbeispiel das unterscheidende besondere Merkmal, daß der Integrationsbe­ reich schmal ist. Infolgedessen ist der Bereich der Variablen Y schmal. Dadurch kann die für die Verarbeitung erforderliche Zeit beträchtlich verkürzt werden. Weiterhin ist anzumerken, daß durch das Verschmälern des Abtastintervalls für die Va­ riable Y die Erfassungsgenauigkeit bedeutend mehr verbessert werden kann.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für den Korrelationspro­ zeß an den Erfassungssignalen 120′ bis 123′ nur ein einziges Bezugssignal wie das in Fig. 5 dargestellte Bezugssignal 124′ verwendet. Jedoch können gesondert zwei Sätze von Bezugssignalen aus jeweils paarweisen Signalen für das Erfassen der Maskenrichtmarke und für das Erfassen der Plättchen­ richtmarke verwendet werden, d. h. es kann für den partiellen Korrelationsprozeß mit den der Maskenrichtmarke entsprechen­ den Erfassungssignalen 120′ und 123′ ein erster Satz von Bezugssignalen verwendet werden, während für den partiellen Korrelationsprozeß mit den der Plättchenrichtmarke entsprechenden Erfassungssignalen 121′ und 122′ ein zweiter Satz von Bezugssignalen verwendet wird. Dadurch ist eine weitere Ver­ besserung der Erfassungsgenauigkeit erzielbar.

In diesem Fall ist die erfaßbare Lageabweichung ein Abstand zwischen Spitzenwerten zweier Signale, die als Ergebnis der vorstehend beschriebenen gesonderten Korrela­ tionsprozesse erhalten werden.

Alternativ ist es möglich, den partiellen Korrelationsprozeß an den der Maskenrichtmarke entsprechenden Erfassungssignalen 120′ und 123′ und den partiellen Korrelationsprozeß an den der Plättchenrichtmarke entsprechenden Erfassungssignalen 121′ und 122′ parallel zueinander auszuführen. Ferner können die Prozesse zeitlich aufeinanderfolgend ausgeführt werden.

Bei diesem weiteren Beispiel wird gleichermaßen wie bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bei der Grob-Lageermittlung die ungefähre Lage der Mitte eines jeden der Signale 120′ bis 123′ festgestellt. Dann wird die Mitte T₅ zwischen den Signalen 120′ und 123′ sowie die Mitte T₆ zwischen den Signalen 121′ und 122′ bestimmt. Darauffolgend werden bei dem partiellen Korrelationsprozeß (Schritt 112) Berechnungen nach folgenden Gleichungen ausgeführt:

dabei ist g₁ das Bezugssignal für die Erfassung der Masken­ richtmarke, g₂ das Bezugssignal für die Erfassung der Plätt­ chenrichtmarke, h₅ ein Signal, das eine erste Korrelations­ funktion darstellt, h₆ ein Signal, das eine zweite Korrelations­ funktion darstellt, und f jedes der in Fig. 12 gezeigten Signale 120′ bis 123′.

Es ist ersichtlich, daß das die erste Korrelationsfunktion darstellende Signal h₅ zur Lageermittlung bezüglich der Mas­ kenrichtmarke verwendet wird, während das die zweite Korrela­ tionsfunktion darstellende Signal h₆ zur Lageermittlung be­ züglich der Plättchenrichtmarke benutzt wird.

Bei dem unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 beschriebenen Lageermittlungsverfahren ist durch die Ausführung des Korrelations­ prozesses auf die beschriebene Weise gewährleistet, daß die Lage der Mitte eines jeden Erfassungssignals mit hoher Genauigkeit bestimmt wird. Weiterhin wird durch das Bestimmen oder Einschränken des Verarbeitungsbereiches (Inte­ grationsbereiches) bei dem Korrelationsprozeß eine schnelle Signalverarbeitung erreicht. Infolgedessen ist mit dem Lageermittlungsverfahren eine Lageermittlung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit sichergestellt. Daher sind bei der Anwendung des Verfahrens in einem Ausrich­ tungssystem eines Belichtungs- oder Bestrahlungsgerätes zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen gemäß der Beschrei­ bung in bezug auf die vorangehend angeführten Ausführungsbei­ spiele besondere und ausgeprägte Vorteile erzielbar.

Nachstehend wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel des Lageermittlungsverfahrens bzw. der Lageermittlungseinrichtung beschrieben.

Wie schon in bezug auf die vorstehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert wurde, kann die Lage der Mitte eines Erfassungssignales aus der Lage des Spitzenwertes einer ent­ sprechenden Korrelationsfunktion bestimmt werden. Falls je­ doch das Nutzsignal/Störsignal-Verhältnis bzw. der Störab­ stand sehr klein ist, ist dies nicht immer leicht zu erreichen.

Üblicherweise ist es zum von Stör- bzw. Rauschkomponenten gesonderten Herausziehen und Aufnehmen eines Signals mit hoher Genauigkeit gemäß dem Korrelationsverfahren anzustre­ ben, daß ein möglichst großer Wert durch folgende Berechnung erzielbar ist:

dabei ist s das zu erfassende Signal, n das Stör- oder Rauschsignal, g das Bezugssignal und x ein Wert, bei dem der Ausdruck

maximal wird.

Um dies zu erreichen, müssen die folgenden zwei Bedingungen erfüllt werden:Bedingung : Vergrößern von

undBedingung : Verkleinern von

Nimmt man beispielsweise an, daß

s(y) = g(y) (7)

gilt, dann ist die Bedingung erfüllt, wenn folgende Gleichung gilt:

Dies ist eine Autokorrelation von s(y), woraus bekanntermaßen folgt, daß i) die Gleichung (8) das Maximum für x=0 ergibt und ii) der Wert gemäß Gleichung (8) durch Erhöhen der Leistung bzw. Energie des Signals vergrößert werden kann.

Andererseits wird die Bedingung dadurch erfüllt, daß ein Bezugssignal g verwendet wird, welches geringere Korrelation mit dem Stör- oder Rauschsignal hat.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß es vorteilhaft ist, eine Richtmarke zu verwenden, die durch ein gitterartiges Muster mit einer Periodizität gebildet ist, welche von derje­ nigen des Störsignals verschieden ist. Wenn eine solche Richtmarke verwendet wird und mit einem Lichtstrahl oder Elektronenstrahl mit ausreichend hoher Intensität (oder Lei­ stung bzw. Energie) abgetastet wird, können die vorstehend genannten Bedingungen und erfüllt werden, so daß eine Lageermittlung mit hoher Genauigkeit gewährleistet ist. Bei einem nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von den vorstehend erläuterten Erkenntnissen ausgegangen. Bei der Lageermittlung in einem Belichtungs- oder Bestrahlungsgerät für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen enthalten gewöhnlich infolge des Abdecklackeffektes nur die von einem Plättchen abgenommenen elektrischen Signale einen besonders hohen Anteil von Störkomponenten. In Anbetracht dessen brauchen nur die Richtmarken auf dem Plättchen durch gitterartige Muster gebildet sein. Es ist auch anzumerken, daß durch das Erfüllen der Bedingung die Ermittlungsgenauigkeit verbes­ sert wird.

Es wird nun ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem das vorstehend erläuterte Prinzip angewandt ist. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel werden Richtmarken gemäß der Darstellung in Fig. 6 verwendet. Zur Erläuterung eines Ausrichtungssystems, das zur Verarbeitung der von einer Richtmarke her aufgenommenen Signale entsprechend dem vorstehend erläuterten Prinzip ausgebildet ist, um dadurch die Lage der Richtmarke zu ermit­ teln, wird wieder auf das in Fig. 3 gezeigte Ausrichtungs­ system Bezug genommen, d. h. dieses Ausführungsbeispiel wird auch in Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 beschrieben.

Der Lageermittlungsvorgang unter Anwendung des Ermittlungs­ prinzips bei diesem Ausführungsbeispiel wird ausführlich anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 4 beschrieben.

Zuerst werden bei der Signalaufnahme (Schritt 110) von den in dem oberen Teil von Fig. 6 dargestellten Richtmarken her Signale aufgenommen, die in dem unteren Teil von Fig. 6 dargestellt sind. Fig. 6 zeigt Markenelemente 121 bis 124 einer auf einer Maske gebildeten Richtmarke, eine auf einem Plättchen gebildete gitterartige Richtmarke 125, senk­ recht zueinander verlaufende Abtastlinien 126 und 127, ent­ lang denen die Richtmarken der Maske und des Plättchens mit Lichtstrahlen oder Elektronenstrahlen abgetastet werden, ein Signal 130, das am Schnittpunkt der Abtastlinie 127 mit dem Markenelement 122 der Maskenrichtmarke abgenommmen wird, Signale 131 bis 136, die an den Schnittpunkten der Abtastlinie 127 mit den Markenelementen der Plättchenrichtmarke 125 erzielt werden, und ein Signal 137, das an dem Schnittpunkt der Abtastlinie 127 mit dem Markenelement 124 der Masken­ richtmarke abgenommen wird.

Danach wird bei der Grob-Lageermittlung (Schritt 111) die Grob-Lageermittlungseinheit 35 zum Ermitteln der ungefähren Lage eines jeden der Signale 130 und 137 sowie eines jeden der Signale 131 bis 136 der Signalgruppe eingesetzt. Dies kann im wesentlichen auf die vorangehend im Zusammenhang mit den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erläuterte Weise erfolgen. Falls im wesentlichen keine Störkomponente vorliegt, kann wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungs­ beispielen die Lageabweichung durch das Bestimmen des Abstandes zwischen den Signalen 130 und 131 ermittelt werden. Falls jedoch der Pegel der Störkomponente annähernd gleich dem Signalpegel ist oder diesem nahe kommt, ist es nicht mehr möglich, die Lageabweichung auf diese Weise zu ermitteln.

Falls die Störkomponente periodisch ist, nämlich bei einer bestimmten Frequenz oder bestimmten Frequenzen hohe Leistung oder Intensität hat, ist es möglich, ein Erfassungssignal mit einer anderen Periodizität zu erhalten. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Teilungsabstand des gitterartigen Musters der Richtmarke 125 geeignet gewählt wird (da die Periodizität der Störkomponente vorbereitend gemessen werden kann). Von dieser Erkenntnis ausgehend wird bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel die Richtmarke 125 mit einem geeigneten Teilungs­ abstand ausgelegt.

Wenn durch den Teilungsabstand der Richtmarke 125 eine Fre­ quenz f₀ des der Marke entsprechenden Signales bestimmt ist, zeigt die Frequenzcharakteristik bzw. das Spektrum des aufge­ nommenen Signals eine Ausbreitung um die Frequenz f₀ herum, da die Anzahl der das Gitter des Musters der Richtmarke bildenden balkenartigen Elemente begrenzt bzw. endlich ist. Ferner tritt auch eine Seitenbandwelle auf. Daher enthalten dann, wenn aus dem aufgenommenen Signal nur die Frequenzkom­ ponenten nahe der Frequenz f₀ herausgegriffen werden, die herausgezogenen Komponenten im wesentlichen keine Störkompo­ nente. Ein auf diese Weise gebildetes Signal hat eine Spitze, die der Lage der Mitte des entsprechenden Signals 131 bis 136 entspricht.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird von der vorstehend erläuterten Theorie ausgegangen, so daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Plättchenrichtmarken-Signale selektiv aus den aufgenommenen Signalen herausgegriffen werden. Dies ist leicht zu erreichen, da infolge der Vorausrichtung der Abstand zwischen einem Maskenrichtmarken-Signal und einem Plättchenrichtmarken-Signal gewöhnlich in einem begrenzten Bereich liegt. Die herausgegriffenen Signalkomponenten werden mittels eines Bandpaßfilters aufbereitet, welches für das Durchlassen der Frequenzkomponenten nahe der Frequenz f₀ ausgelegt ist. Die sich ergebenden Signale werden mit einem geeigneten Schnittpegel binär codiert. Auf diese Weise können aus den binär codierten Signalen die Lagen der Spitzenwerte der Signale 131 bis 136 ermittelt werden.

Durch die vorstehend beschriebenen Lageermittlungsschritte ist es nunmehr möglich, die Lage der Mitte der Signalfolge aus den Signalen 131 bis 136 grob zu bestimmen, und zwar schnell und ohne Beeinträchtigung durch die Störkomponente.

Falls jedoch die Plättchenrichtmarke ein gitterartiges Muster mit einer kleinen Anzahl von balkenartigen Elementen des Gittermusters hat, ist es nicht möglich, mit dem vorstehend beschriebenen Lageermittlungsverfahren eine hohe Genauigkeit zu erzielen. In diesem Fall sollte daher das auf dem vorste­ hend beschriebenen Prinzip beruhende Lageermittlungsverfahren als Verfahren zur groben Lageermittlung angewandt werden.

Nach Fig. 4 wird bei dem partiellen Korrelationsprozeß (Schritt 112) von der Signalverarbeitungseinheit 36 auf die anhand von Fig. 5 beschriebene Weise der Korrelationsprozeß für die Maskenrichtmarken-Signale und für die Plättchenricht­ marken-Signale ausgeführt. Diese Verarbeitung ist in der Fig. 7 veranschaulicht.

Fig. 7 zeigt Bezugssignale 140 und 141, eine Korrela­ tionsfunktion 142 aus dem Bezugssignal 140 und den Signalen 130 und 137, die von der Maskenrichtmarke abgenommen sind, und eine Korrelationsfunktion 143 aus dem Bezugssignal 141 und den von der Plättchenrichtmarke abgenommenen Signalen 131 bis 136.

Bei der Spitzenwert-Lageermittlung (Schritt 113) für ein jedes Signal wird von der Lageermittlungseinheit 32 die Lage des Spitzenwertes einer jeden der Korrelationsfunktionen 142 und 143 ermittelt. Der Abstand zwischen den erfaßten Spitzen­ werten dieser Funktionen entspricht dem Lagefehler bzw. der Lageabweichung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden gleichermaßen wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen jeweils zwei Paare von Richtmarken, die an zwei voneinander beabstan­ deten Stellen ausgebildet sind, in zwei zueinander senkrechten Richtungen abgetastet, wodurch vier Sätze zeitlich se­ rieller Signale erhalten werden. Für jeden dieser vier Sätze zeitlich serieller Signale wird die vorstehend beschriebene Signalverarbeitung ausgeführt, wodurch die Komponenten der Lageabweichung in der X-Richtung, der Y-Richtung und der R-Drehrichtung ermittelt werden.

Bei der Relativlageeinstellung (Schritt 115) werden auf die vorangehend beschriebene Weise die ermittelten Lagefehler korrigiert, wodurch die Maske/Plättchen-Ausrichtung ausge­ führt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwar die in Fig. 6 dargestellten Richtmarken benutzt, jedoch ist festzustellen, daß die Relativlage der jeweiligen Abtastlinien 126 und 127 zu der Plättchenrichtmarke 125 eingeschränkt ist. Dies stellt eine Unzulänglichkeit dar.

Fig. 8 zeigt als ein Beispiel Richtmarken, bei denen eine derartige Einschränkung nicht besteht. In Fig. 8 sind mit 150 und 152 Markenlemente einer auf einer Maske ausgebildeten Richtmarke bezeichnet, während mit 151 Marken­ elemente einer auf einem Plättchen ausgebildeten Richtmarke bezeichnet sind und mit 153 eine Abtastlinie bezeichnet ist, entlang der die Richtmarken auf der Maske und dem Plättchen mit einem Lichtstrahl oder einem Elektronenstrahl abgetastet werden.

Wenn Richtmarken mit der in Fig. 8 dargestellten Gestaltung benutzt werden, besteht keine Einschränkung hinsichtlich der Abtastlinie 153. In diesem Fall ist jedoch aus einem einzigen Satz aus der Maskenrichtmarke und der Plättchenrichtmarke nur eine Lageinformation hinsichtlich einer einzigen Richtung erzielbar. Daher ist es erforderlich, Richtmarken an drei voneinander beabstandeten Stellen auf der Maske oder dem Plättchen oder alternativ sowohl auf der Maske als auch auf dem Plättchen vorzusehen, um Lageinformationen hinsichtlich dreier Richtungen zu erhalten (X-Richtung, Y-Richtung und R- Drehrichtung). Zur Erfassung dieser Richtmarken kann ein optisches System oder können mehrere optische Systeme einge­ setzt werden.

In Fig. 9 ist schematisch in Blockdarstellung ein Aus­ richtungs- und Belichtungssystem gezeigt, welches derart gestaltet ist, daß die Strichplatte bzw. Maske und das Plätt­ chen 22 ausgerichtet und ein auf der Maske 21 gebildetes Schaltungsmuster mittels eines Verkleinerungs-Projektionslin­ sensystems 162 in verkleinertem Maßstab auf das Plättchen 22 übertragen wird.

Bei der in Fig. 9 gezeigten Anordnung wird die Maske 21 von einem Maskentisch 163 gehalten, der in X-Richtung, in Y- Richtung und in R-Drehrichtung bewegbar ist. Die Versetzung des Maskentisches 163 wird mittels einer Stellvorrichtung 164 bewerkstelligt. Andererseits wird das Plättchen 22 auf dem Plättchentisch 25 festgehalten, der wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen mittels einer Stellvor­ richtung 165 in X-Richtung, Y-Richtung und der Drehrichtung R bewegbar ist.

Der Plättchentisch 25 ist auch mittels einer nicht gezeigten Scharfeinstellvorrichtung in der Z-Richtung bewegbar, so daß die Oberfläche einer auf dem Plättchen 22 ausgebildeten Ab­ decklackschicht genau in die Abbildungsebene des Projektions­ linsensystems 162 versetzt werden kann.

Mit 160 ist eine Lichtquelle für die Abgabe von Licht zur Beleuchtung des Plättchens 22 bezeichnet. Die Lichtquelle 160 kann eine Quecksilberlampe, ein Dimer-Anregungs-Laser bzw. Excimer-Laser oder dergleichen sein. Das von der Lichtquelle 160 abgegebene Licht wird über ein Beleuchtungssystem 161 auf die Maske 21 gerichtet, wodurch ein zu projizierender Bereich der Maske 21 ausgeleuchtet wird. Wenn die Lichtquelle 160 wie beispielsweise im Falle des Dimer-Anregungs-Lasers kohärentes Licht abgibt, sollte das Beleuchtungssystem 161 vorzugsweise eine Einrichtung für das Umsetzen des kohärenten Lichtes in inkohärentes Licht enthalten.

Das mit dem Licht aus dem Beleuchtungssystem 161 bestrahlte Schaltungsmuster der Maske 21 wird mittels des Verkleinerungs- Projektionslinsensystems 162 mit mehreren Linsen auf die Abdecklack- bzw. Fotolackoberfläche auf dem Plättchen 22 projiziert, die genau in die Abbildungsebene des Projektons­ linsensystems gesetzt wird.

Auf der Maske 21 sind an vorbestimmten Stellen Richtmarken ausgebildet. Ein nicht gezeigtes Maskenausrichtungs-Mikros­ kopsystem wird dazu benutzt, die Maskenrichtmarken zu be­ trachten oder deren Lagen zu erfassen. Entsprechend dem Er­ fassungsergebnis wird die Maske 21 in bezug auf eine vorbe­ stimmte Bezugs- oder Normallage ausgerichtet, die in dem Belichtungsgerät selbst festgelegt ist, wonach dann die Maske 21 in dieser Lage festgelegt wird.

Andererseits hat das Plättchen 22 eine Vielzahl von Aufnahme­ flächen, die jeweils aufeinanderfolgend mit dem Leitermuster­ licht aus der Maske 21 belichtet werden sollen. In jeder dieser Aufnahmeflächen werden mehrere Richtmarken ausgebil­ det. Das Plättchen 22 wird auf nachfolgend beschriebene Weise in bezug auf eine vorbestimmte Bezugs- oder Normallage ausge­ richtet (die in einem geeigneten Teil des Ausrichtungssystems festgelegt ist).

Nach Fig. 9 ist in dem optischen Weg zwischen der Maske 21 und dem Projektionslinsensystem 162 ein Totalreflexionsspie­ gel 166 angeordnet. Der Spiegel 166 ist mittels einer nicht gezeigten Stellvorrichtung derart bewegbar, daß er zur Über­ tragung des Schaltungsmusters aus dem optischen Weg herausge­ zogen werden kann.

Für die Ausrichtung einer bestimmten Aufnahmefläche auf dem Plättchen 22 werden die in dieser Aufnahmefläche ausgebildeten Richtmarken aufeinanderfolgend mit Licht beleuchtet, das für die Ausrichtung aufgestrahlt wird. Das von einem solchen Bereich mit einer Richtmarke reflektierte Licht wird über den Spiegel 166 zu einer Plättchenausrichtungsmarken-Erfassungs­ einrichtung 167 geleitet. Die Erfassungseinrichtung 167 ent­ hält ein optisches Ausrichtungssystem und einen Fotodetektor wie eine Bildaufnahmevorrichtung. Wenn die verwendeten Plätt­ chenrichtmarken die in Fig. 8 dargestellten Richtmarken 151 sind, werden durch das Hindurchführen der durch fotoelektri­ sche Umsetzung erzielten Ausgangssignale der Erfassungsein­ richtung 167 durch ein Frequenzfilter 168 Signalfolgen aus jeweiligen Signalen 131 bis 136 nach Fig. 6 erhalten. Das Frequenzfilter 168 kann ein Tiefpaßfilter oder ein Bandpaß­ filter enthalten.

Gemäß Fig. 9 ist in dem System ferner eine Binärcodierschal­ tung 169 enthalten, die die Signale der Signalfolgen aus dem Frequenzfilter 168 mit einem geeigneten Schnittpegel binär codiert. Ferner werden die Signalfolgen aus dem Frequenzfil­ ter 168 auch einem Speicher 171 zugeführt. Der Speicher 171 wird derart betrieben, daß er auf ein vorbestimmtes Steuer­ signal hin die Signalfolge einer nachgeschalteten Schaltungs­ einrichtung zuführt.

Mit 170 ist in Fig. 9 eine Signallage-Ermittlungsschaltung mit Funktionen bezeichnet, die denjenigen der Grob-Lageer­ mittlungseinheit 35 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gleichartig sind. Die Signallage-Ermittlungsschaltung 170 dient zum groben Ermitteln der Lage der Mitte eines jeden von Impulssignalen, die die mittels der Binärcodierschaltung 169 codierte Signalfolge bilden. Die das Ermittlungsergebnis der Signallage-Ermittlungsschaltung 170 wiedergebenden elektri­ schen Signale werden einer Korrelationsprozessorschaltung 173 zugeführt, die nachfolgend ausführlich beschrieben wird.

Das System enthält ferner eine Bezugssignal-Formungsschaltung 172, in die jede in dem Speicher 171 gespeicherte Signalfolge eingegeben wird. In dieser Bezugssignal-Formungsschaltung wird ein einzelnes Bezugssignal aus einem einzelnen Signal oder mehreren Signalen einer jeden Signalfolge gebildet. Das auf diese Weise gebildete Bezugssignal wird der Korrelations­ prozessorschaltung 173 zugeführt.

Andererseits werden die Signalfolgen, die in den Speicher 171 eingespeichert worden sind, zu geeigneten Zeiten auch direkt der Korrelationsprozessorschaltung 173 zugeführt. In dieser Korrelationsprozessorschaltung 173 werden die Signale einer jeden Impulsfolge (die die niedrigen Daten aus dem Ortsfre­ quenz-Filter 168 sind) und das Bezugssignal aus der Bezugs­ signal-Formungsschaltung 172 dem Korrelationsprozeß unterzo­ gen, wodurch ein einer Korrelationsfunktion entsprechendes Signal bzw. Korrelationssignal erzeugt wird. Hierbei ist anzumerken, daß der an jedem Signal in der Korrelationspro­ zessorschaltung 173 ausgeführte Korrelationsprozeß in einem vorbestimmten engen Bereich ausgeführt wird, der entsprechend der ungefähren Mittenlage eines jeden Signals festgelegt wird, die gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 5 durch die Signallage-Ermittlungsschaltung 170 grob bestimmt wurde. Daher kann jedes Korrelationssignal schnell erzeugt werden.

Ferner enthält das System eine Markenlage-Ermittlungsschaltung 174, in die die von der Korrelationsprozessorschaltung 173 erzeugten Korrelationssignale eingegeben werden. In der Markenlage-Ermittlungsschaltung 174 wird die Lage der Mitte eines jeden Korrelationssignals aufgrund der Lage des Spit­ zenwertes desselben ermittelt. Ferner wird in der Markenlage- Ermittlungsschaltung 174 die Lageabweichung der dermaßen erfaßten Mitte gegenüber der Bezugslage ermittelt, die vorge­ geben ist, d. h. es wird die Mittenlage bezogen auf die vorbestimmte Bezugslage ermittelt. Als Ergebnis werden Sig­ nale erzeugt, die proportional zu Lagefehlern bzw. Lageabwei­ chungen ΔX, ΔY und ΔR des Plättchens in X-Richtung, Y- Richtung und R-Drehrichtung gegenüber der Bezugslage sind. Die Signale, die die Lageabweichungen in der X-Richtung, der Y-Richtung und der R-Richtung darstellen, werden einer Steuereinheit 175 zugeführt. Daraufhin erzeugt die Steuerein­ heit 175 Steuersignale, die der Stellvorrichtung 165 zuge­ führt werden. Darauf wird von der Stellvorrichtung 165 der Plättchentisch 25 um die erforderlichen Strecken ΔX, ΔY und ΔR versetzt, wodurch die Ausrichtung des Plättchens 22 hin­ sichtlich der bestimmten Aufnahmefläche gemäß der vorangehen­ den Beschreibung herbeigeführt wird.

Nach beendeter Plättchenausrichtung wird das Schaltungsmuster der Maske 21 in verkleinertem Maßstab auf die Aufnahmefläche des Plättchens 22 durch Belichtung desselben mit dem von der Maske 21 durchgelassenen Licht übertragen.

Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Bezugssignal entspre­ chend dem von der Richtmarke her erhaltenen Erfassungssignal geformt wird, kann die Lage der Mitte des Erfassungssignals richtig und genau bestimmt werden. Dies ist deshalb der Fall, weil in der Bezugssignal-Formungsschaltung 172 ein Bezugssig­ nal erzeugt werden kann, dessen Kurvenform gleich oder ähn­ lich der Kurvenform des verformten Erfassungssignals ist, so daß die Korrelationsprozessorschaltung 173 einen Autokorrela­ tionsprozeß ausführen kann.

Wenn die Markenerfassung aufeinanderfolgend an mehreren Mar­ ken ausgeführt wird, kann das während der Erfassung einer ersten Marke erzeugte Bezugssignal für die Erfassung einer zweiten Marke herangezogen werden. In diesem Fall kann das Bezugssignal in einen geeigneten Speicher eingespeichert werden, der in der Korrelationsprozessorschaltung 173 enthal­ ten sein kann.

Wenn andererseits wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 bei jeder Erfassung einer Marke ein Bezugssignal erzeugt wird, kann unabhängig von irgendeiner Änderung der Kurvenform der Erfassungssignale die Markenerfassung gleichmäßig gehal­ ten werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 können die Stellen der Richtmarken an der Maske 21 und dem Plättchen 22 derart festgelegt werden, das bei der Projektion der Richtmarken einer bestimmten Aufnahmefläche des Plättchens 22 mittels des Projektionslinsensystems 162 auf die Maske 21 eine jede Plättchenrichtmarke in der Nähe einer entsprechenden Masken­ richtmarke abgebildet wird. In diesem Fall kann der Totalref­ lexionsspiegel 160 oberhalb der Maske 21 angebracht werden. Dadurch können die Richtmarken der Maske und des Plättchens wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen über die Erfassungseinrichtung 167 gleichzeitig aufgenommen werden.

Falls die vorstehend beschriebene gleichzeitige Aufnahme erwünscht ist, kann die Bezugssignal-Formungsschaltung 172 derart betrieben werden, daß ein erstes Bezugssignal für die Maskenrichtmarken-Signale und ein zweites Bezugssignal für die Plättchenrichtmarken-Signale erzeugt wird. Die auf diese Weise erzeugten ersten und zweiten Bezugssignale werden se­ lektiv und aufeinanderfolgend synchron mit dem Anlegen der Signalfolgen an die Korrelationsprozessorschaltung 173 aus dem Speicher 171 der Korrelationsprozessorschaltung 173 zuge­ führt.

Die Korrelationsprozessorschaltung 173 bildet dann aus den Signalfolgen und dem ersten Bezugssignal ein erstes Korrelations­ signal für die Bestimmung der Lage der Maskenrichtmarke und darauffolgend aus den Signalfolgen und dem zweiten Be­ zugssignal ein zweites Korrelationssignal für die Bestimmung der Lage der Plättchenrichtmarke. Die auf diese Weise erhal­ tenen Korrelationssignale werden aufeinanderfolgend der Mar­ kenlagen-Ermittlungsschaltung 174 zugeführt und in dieser verarbeitet. Der darauffolgende Teil der Lageermittlungs- Ablauffolge kann der gleiche wie der entsprechende Teil der im Zusammenhang mit den vorangehend beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispielen erläuterten Ablauffolge sein.

Claims (5)

1. Verfahren zum Erfassen der Lage einer auf einem Objekt vorgesehenen Marke, bei dem
durch Abtasten ein der Marke entsprechendes Signal gebildet wird,
ein Korrelationsverarbeitungsprozeß mit dem gebildeten Signal und einem Referenzsignal zur Erzeugung eines Korrelationssignals durchgeführt wird, und
aus der Lage des Spitzenwerts des Korrelationssignals die genaue Lage der Marke auf dem Objekt bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
die auf dem Objekt vorgesehene Marke mit einem periodischen Muster, dessen Periodizität von der Periodizität einer Störsignalkomponente verschieden ist, ausgebildet wird, und
vor dem Korrelationsverarbeitungsprozeß aus der Frequenzverteilung des gebildeten Signals die ungefähre Lage der Marke bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Marke entsprechende Signal durch Umwandeln von von der Marke kommendem Licht in ein elektrisches Signal gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Marke entsprechende Signal durch Umwandeln von von der Marke kommenden Sekundärelektronen in ein elektrisches Signal gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das der Marke entsprechende Signal durch Filtern des elektrischen Signals unter Verwendung eines Frequenzfilters gebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Korrelationsverarbeitungsprozeß die ungefähre Lage der Mitte des der Marke entsprechenden Signals erfaßt und der Korrelationsverarbeitungsprozeß bezüglich eines vorbestimmten Bereichs um die erfaßte Lage der Mitte des Signals durchgeführt wird.