DE4416845C2 - Verfahren zur Justierung zweier übereinander liegender und lateral gegeneinander verschiebbarer Proben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Justierung zweier übereinander liegender und lateral gegeneinander ver­ schiebbarer Proben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zweck einer solchen Justierung ist es, die zwei Proben zuein­ ander in einer vorbestimmter Lage zu fixieren, um danach wei­ tere, örtlich begrenzte Arbeitsprozesse an den beiden Proben durchführen zu können.

In der vollautomatischen Maskenjustierung, wie aus der groß­ seriellen Chipfertigung bekannt, werden sog. Maskaligner ver­ wendet, die mit digitalen Bildverarbeitungstechniken die Zen­ tren von speziellen Marken vollautomatisch detektieren und vollständig rechnergesteuert justieren. Voraussetzung dafür sind spezielle Marken und eine daran angepaßte umfangreiche rechnergestützte Bildverarbeitung (siehe Siemens Forsch.- u. Entwickl.- Ber. Bd. 13 (1984) Nr. 2, S. 43-47, "Automatic Mask Alignment for X-Ray Microlithography", Springer-Verlag 1984).

Im Forschungs- und Entwicklungsbereich sowie bei Kleinserien lohnt sich diese spezielle Bildverarbeitung nicht. Die Justie­ rung erfolgt dann manuell mit Hilfe eines Mikroskops und einer Bildspeichereinrichtung (siehe EPA 0 556 669 A1). Hierzu benö­ tigt der Operateur unmittelbare Information durch Mikroskopbe­ obachtung über die Position der Justiermarken des aktuell nicht sichtbaren Justierpartners, also der von der Mikroskop­ optik aus gesehenen, unten liegenden Probe. Die darüber lie­ gende Probe ist wenigstens in der engeren Umgebung der auf ihr vorhandenen Justiermarken optisch durchsichtig. Diese Justier­ marken werden als Grauwertbild gespeichert und nach dem Umfo­ kussieren auf die darunter liegende Justiermarke mit diesem gemischt. Jetzt kann die Justierung erfolgen.

Bei diesem Verfahren des Mischens des Grauwertbildes mit dem Echtbild der Justiermarkenumgebung der unteren Probe ist nicht klar zwischen beiden Bildanteilen zu unterscheiden. Erst wenn das zugehörige, abgespeicherte Grauwertbild des Justierpart­ ners bewegt wird, kann der Bediener die aktuelle Position er­ kennen. Besonders nachteilig ist das, wenn die beiden Justier­ marken gleiche Form haben, weil dann eine völlige Verdeckung bestehen kann. Der problematischste Fall ist der der gleich­ artigen Justiermarken, bei der eine von beiden kleiner in den Abmessungen ist. Dieser Fall könnte durch solche Verdeckungen zu Fehljustierungen führen, die im weiteren Fertigungsprozeß unvermeidlich einen Produktausschuß zur Folge haben würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für den Forschungs- und Entwicklungsbereich als auch für die Kleinserienfertigung von Mikrostrukturen (Elektronik- und Mikrostrukturfertigung) ein zuverlässiges und wirtschaftliches Justierverfahren bereit zu stellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte des Anspruchs 1 gelöst. Entscheidend ist die Darstellung des einen Justierpartners in Form einer Lini­ engraphik von seinen Kanten und die Einblendung dieser Linien­ graphik in das aktuelle Bild des andern Justierpartners. Von dem nicht sichtbaren Justierpartner werden die ausschließlich für die Justierung erforderlichen Markenkanten als die Linien­ graphik eingeblendet. Dadurch kann ständig die aktuelle Posi­ tion der beiden Justierpartner zueinander beurteilt und eine genaue oder nur optimale Justierung, letzteres bei verschie­ denen Justierpartnerpaaren der gerade eingespannten Proben, wie in Anspruch 2 gekennzeichnet, bei nur einer monokularen Mikroskopoptik vorgenommen werden.

Wird die Liniengraphik in einer Farbe dargestellt, die sich stets deutlich auf dem Monitorbild von der Darstellung des Echtbilds abhebt, ist eine zusätzliche Erleichterung für die Positionierarbeit gegeben. Anspruch 3 kennzeichnet diesen Ver­ fahrensschritt.

Bei balkenartigen Justiermarkenstrukturen ist es bei ver­ schwommenen Grauwertstrukturen hilfreich, wenn in der Linien­ graphik noch eine Mittellinie mit dargestellt wird. Andere Li­ niengraphiken, wie einstellbare Visierfadenkreuze (Anspruch 4), können für die Justierung ebenfalls nützlich sein. Sie wä­ ren in ihrer Struktur entsprechend herzustellen.

In die Zeichnung sind Beispiele zweier Justierpartner, die auf dem Monitor dargestellt werden, aufgenommen. Zusätzlich soll anhand des schematischen Aufbaus einer Justiereinrichtung der Einstellvorgang erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 die aus seinem Echtbild detektierten Markenkanten des ersten Justierpartners,

Fig. 2 die detektierten Markenkanten dem Echtbild des anderen Justierpartners als Liniengraphik überlagert,

Fig. 3 den schematischen Aufbau des Justiersystems und

Fig. 4 die gleichzeitige Darstellung der abgespeicherten Bil­ der auf dem Monitor von zwei Justiermarkenpaaren.

Zur Herstellung beweglicher LIGA-Mikrostrukturen mit der Opferschichttechnik muß vor der Probenbestrahlung das Substrat bezüglich der Maske justiert werden. Für diese Justierung sind auf der Maske und dem Substrat jeweils zwei Justiermarken vor­ handen. Zur Beobachtung der Justierkreuze auf dem Substrat sind Justieröffnungen in der nicht transparenten Maskenträger­ folie vorhanden. Über diesen freigeätzten Justieröffnungen sind feine Golddrähte kreuzförmig gespannt. Diese Justier­ kreuze auf der Maske müssen mit den Justiermarken auf dem Sub­ strat zur Deckung gebracht werden, und zwar mit einer Genauig­ keit von 1 bis 2 µm.

Zur automatischen Bestimmung der Markenzentren werden Bildver­ arbeitungsalgorithmen eingesetzt. Von der Maskenmarke werden die Stegränder ermittelt und die Ausgleichsgeraden dazu gebil­ det, die sich dann zu der Liniengraphik zusammensetzen.

Fig. 1 zeigt das Monitorbild 14 der Maskenmarke und die de­ tektierte Liniengraphik 2, die durch den Einsatz digitaler Bildverarbeitungstechniken im Rechner (PC) 9 des Positionie­ rungssystems erzeugt wurde. Das Echtbild der Substratmarke 3 wäre ja schon aufgrund der geringen Tiefenschärfe nicht mehr gleichzeitig mit der zugehörigen Maskenmarke 5 scharf dar­ stellbar.

Fig. 2 zeigt das Echtbild 1 der Substratmarke mit den Masken­ markenkanten als Liniengraphik 2 eingeblendet. Die Position des Substrats und der Maske zueinander ist in dieser Darstel­ lung versetzt und muß noch justiert werden, indem über die Ju­ stiervorrichtung der laterale Versatz 4 der Markenzentren ma­ nuell oder durch angeflanschte Stellmotoren behoben wird. Letztere können bei ausreichender Automatisierung auch über oder von dem PC 9 betrieben werden.

Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau des Positioniersystems CALIMA (Computer Aided LIGA Mask-Alignment), mit dem die Ju­ stierung Maske und Substrat zur Erzeugung von LIGA-Strukturen rasch und zuverlässig durchgeführt wird.

Das Mikroskop 6 hat nur eine Optik 7 mit Wechselobjektiv 8. An diese Optik 7 ist eine CCD-Kamera 10 angekoppelt, die eine Vi­ deoverbindung zu dem PC 9 hat. Auf dem x-y-Tisch 11 ist die Justiervorrichtung 12 aufgesetzt, in der das Substrat und die Maske eingespannt sind. Die Justiervorrichtung 12 hat eine Verbindung zum Rechner 9, von dem der Ausgleich des lateralen Versatz 4 gesteuert werden kann. Desgleichen besteht eine Ver­ bindung vom x-y-Tisch zum Rechner, um gegebenenfalls weitere Justierpositionen anzufahren. Verfolgt wird der ganze Justier­ prozeß über den Monitor 13.

Fig. 4 zeigt die gleichzeitige Darstellung auf dem Monitor 13 der rechten und linken Substratmarke 3 und 3′ mit den einge­ blendeten graphischen Kanten der zugehörigen Maskenmarke 5 und 5′. Mit dieser Darstellung auf dem geteilten Bildschirm kann der Operateur beurteilen, welche Qualität die aktuelle Justie­ rung bereits aufweist.

Dieses Verfahren kann neben der Erzeugung von LIGA-Strukturen oder integrierter Schaltkreise auch für ein einfaches Inspek­ tions- oder Qualitätskontrollsystem bei der Lithographie oder auch beim Kopieren eingesetzt werden. Die Strukturen der Maske werden in diesem Fall in der selben Weise mit der Kamera auf­ genommen. Mit digitalen Bildverarbeitungstechniken werden wie­ derum die Konturen ermittelt und als Liniengraphik in das Echtbild beim Betrachten eingeblendet. Aus diesen eingeblende­ ten Konturen kann der Bediener erkennen, ob alle Strukturen in ausreichender Qualität auf das Substrat übertragen wurden.

Bezugszeichenliste

1 Bild, Echtbild
2 Liniengraphik
3 Substratmarke
4 Versatz
5 Maskenmarke
6 Mikroskop
7 Optik, Mikroskopoptik
8 Wechselobjektiv
9 Rechner, PC
10 CCD-Kamera
11 x-y-Tisch
12 Justiervorrichtung
13 Monitor

Claims (4)

1. Verfahren zur Justierung zweier in einer Justiervorrichtung übereinander liegender und gegeneinander lateral verschieb­ barer, mit Justiermarken versehener Proben, von denen die eine mit einer Bildaufnahme- und Bildspeicher-Vorrichtung abgetastet und abgespeichert wird, und nach Nachfokussie­ rung die zweite auf einem Bildschirm (Monitor) überlagert wird, um unter visueller Kontrolle die Justiermarken über­ einander zu justieren, dadurch gekennzeichnet, daß
mittels digitaler Bildverarbeitungstechniken die Lage der Kanten der Justiermarken des aufgenommenen Bildes (5) de­ tektiert und in Form einer Liniengraphik (2) als Bildersatz abgespeichert werden,
nach dem Nachfokussieren auf die andere Probe und Darstel­ lung derselben auf einem Monitor (13) die Liniengraphik (2) in ihrer tatsächlichen Position dazu eingeblendet und dann die eventuell notwendige laterale Positionsverschiebung der Proben in der Justiervorrichtung gegeneinander vorgenom­ men wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens zwei Justiermarkenpaaren auf den Proben die einzelnen Justiermarken sukzessive angefahren, der Ein­ stellvorgang mit dem monokularen Mikroskopoptik iterativ durchgeführt und die Bilder der Justiermarken einschließ­ lich der eingeblendeten Liniengraphik abgespeichert werden, so daß der Bediener die Qualität der Justierung durch gleichzeitiges Darstellen der abgespeicherten Bilder auf dem Monitor beurteilen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Monitor die Linien der Liniengraphik (2) in einer zum Bild des Justierpartner kontrastreichen Farbe darge­ stellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Monitor (13) in das Echtbild (1) die Liniengraphik (2) in Form einer einstellbaren Visierkonfiguration einge­ blendet wird.