DE69010978T2

DE69010978T2 - Ausrichtvorrichtung.

Info

Publication number: DE69010978T2
Application number: DE69010978T
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Tama-Ku Kawasaki Aoki; Takeo Tama-Ku Kawasaki Sato; Katsumasa Sagamihara-Shi Kanagawa-Ken Yamaguchi; Masaki Suginami-Ku Tokyo Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-12
Filing date: 1990-05-11
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2010-05-12
Also published as: DE69010978D1; JPH02297005A; US5025168A; EP0397530B1; EP0397530A3; EP0397530A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausricht- bzw. Justiervorrichtung wie ein Masken-Wafer-Justiersystem für die Photolithographie bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen.
In SPIE Bd. 773, Electron-Beam, X-Ray and Ion-Beam Lithographies VI (1987), Seiten 7 bis 14, wird ein interferometrisches optisches Überlagerungsverfahren beschrieben, das für die Bestimmung der Verschiebung zwischen einer Maske und einem Wafer entwickelt worden ist. Dieses Verfahren des Stands des Technik verwendet drei symmetrisch angeordnete Gitter und ein kohärentes Licht, das aus zwei orthogonal-polarisierten Komponenten mit unterschiedlichen Frequenzen besteht. Die Verschiebung zwischen der Maske und dem Wafer wird aus den Phasen der Überlagerungssignale bestimmt. Nach dem Verfahren des Stands der Technik wurde unter Verwendung eines Gittersystems mit 0,76 um Periode und eines He-Ne Zeeman-Laser in transversaler Mode (Wellenlänge = 0,6328 um) eine Empfindlichkeit besser als 1º/0,01 um erreicht, und eine Verschiebung kleiner als 5 nm wurde bestimmt, unabhängig von den Masken-Wafer-Abstands- Schwankungen.
EP-A-0 309 281 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung der Positionsbeziehung zwischen einer Photomaske und einem Wafer unter Verwendung von drei Beugungsgittern. Die Phasendifferenz zwischen den erhaltenen Licht-Überlagerungssignalen entspricht der Positionsdifferenz zwischen Maske und Wafer.
US-A-4 677 301 beschreibt eine Justiervorrichtung, die ein lichtempfindliches Substrat und eine Maske justiert, bei der eine Falschjustierung eines Wafers durch zwei optische Systeme entdeckt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Justieren einer Maske und eines Wafers zur Verfügung gestellt, umfassend:
eine Lichtquelle zur Emission von Licht mit zwei Komponenten, die leicht unterschiedliche Frequenzen haben und die unterschiedliche Polarisationsebenen haben;
Einrichtungen zur Teilung des von der Lichtquelle emittierten Lichts in erste, zweite und dritte Lichtstrahlen, die sich jeweils entlang unterschiedlicher Wege bewegen;
erste, zweite und dritte Referenzgitter zur Beugung der jeweils ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen;
erste, zweite und dritte optische Beleuchtungssysteme zur selektiven Transmission der gebeugten ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils vom ersten, zweiten und dritten Gitter kommen;
erste, zweite und dritte Markierungsgitter, gebildet auf der Maske und beleuchtet mit den ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, wobei das erste, zweite und dritte Markierungsgitter auf der Maske die ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen beugt, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, und die Striche von dem ersten und zweiten Markierungsgitter auf der Maske parallel sind, während die Striche des dritten Markierungsgitters auf der Maske senkrecht zu denen des ersten und zweiten Markierungsgitters auf der Maske sind;
erste, zweite und dritte Markierungsgitter, gebildet auf dem Wafer an Positionen, die den ersten, zweiten und dritten Markierungsgittern auf der Maske entsprechen und beleuchtet mit den ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, wobei das erste, zweite und dritte Markierungsgitter auf dem Wafer die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommenden ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen beugt, und die Striche des ersten und zweiten Markierungsgitters auf dem Wafer parallel sind, während die Striche des dritten Markierungsgitters auf dem Wafer senkrecht zu denen des ersten und zweiten Markierungsgitters auf dem Wafer sind;
eine erste Nachweisvorrichtung zum Nachweis der ersten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dem ersten Markierungsgitter auf der Maske und dem ersten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die ersten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen;
eine zweite Nachweisvorrichtung zum Nachweis der zweiten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dem zweiten Markierungsgitter auf der Maske und dem zweiten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die zweiten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen;
eine dritte Nachweisvorrichtung zum Nachweis der dritten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dem dritten Markierungsgitter auf der Maske und dem dritten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die dritten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen; und
Einrichtungen zur Einstellung der relativen Position der Maske und dem Wafer.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend näher erklärt unter Bezug auf die folgende Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform und die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Justiervorrichtung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung ist.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Zeeman-Lasers und einer zugehörigen Einstellvorrichtung ist.
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Spiegels und einer zugehörigen Einstellvorrichtung ist.
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Lambda-Viertel-Plättchen und einer zugehörigen Einstellvorrichtung ist.
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des schneidkantigen Spiegels und einer zugehörigen Einstellvorrichtung ist.
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht der Maske und einer zugehörigen Einstellvorrichtung ist.
Unter Bezug auf Fig. 1 emittiert ein Zeeman-Laser 1 Licht 2, dessen Hauptteil zwei orthogonal-polarisierte Komponenten mit leicht unterschiedlichen Frequenzen hat. Ein weiterer Teil des Laser-Lichts 2 ist elliptisch polarisiert. In Hinblick auf eine elliptisch polarisierten Komponente wird das Laser-Licht 2 von einem Spiegel 3 reflektiert und dann durch ein Lambda- Viertel-Plättchen 4 geleitet. Das Lambda-Viertel-Plättchen 4 wirkt als Phasenausgleich des Laser-Lichts 2. Nach dem Durchgang durch das Lambda-Viertel-Plättchen 4 trifft das Laser- Licht 2 auf einen ersten Strahlteiler 5. Das Laser-Licht 2 wird von dem ersten Strahlteiler 5 in zwei Teile 6 und 7 geteilt, die sich entlang unterschiedlicher Wege bewegen.
Das Laser-Licht 7 trifft auf einen Spiegel 12 und wird von dem Spiegel 12 zu einem ersten Referenz-Beugungsgitter 17 hin reflektiert.
Das Laser-Licht 6 trifft auf einen Spiegel 8 und wird von dem Spiegel 8 zu einem zweiten Strahlteiler 9 hin reflektiert. Das Laser-Licht 6 trifft auf den zweiten Strahlteiler 9, wobei es durch den zweiten Strahlteiler 9 in zwei Teile 10 und 11, die sich entlang unterschiedlicher Wege bewegen, geteilt wird. Das Laser-Licht 11 trifft auf einen Spiegel 16 und wird von dem Spiegel 16 zu einem zweiten Referenz-Beugungsgitter 18 hin reflektiert. Das Laser-Licht 10 wird aufeinanderfolgend von den Spiegeln 13, 14 und 15 reflektiert, wobei es auf ein drittes Referenz-Beugungsgitter 19 gerichtet wird.
Die Richtung des Wegs des Laserlichts 7 zwischen dem Spiegel 12 und dem ersten Referenz-Beugungsgitter 17, die Richtung des Wegs des Laserlichts 11 zwischen dem Spiegel 16 und dem zweiten Referenz-Beugungsgitter 18 und die Richtung des Wegs des Laser-Lichts 10 zwischen dem Spiegel 15 und dem dritten Referenz-Beugungsgitter 19 sind so gewählt, daß sie einander ungefähr gleich sind.
Die Laserstrahlen 7, 11 und 10 erreichen das erste, zweite und dritte Referenz-Beugungsgitter 17, 18 und 19 und werden jeweils durch die Vorrichtungen 17, 18 und 19 gebeugt. Dann werden die gebeugten Strahlen jeweils durch optische Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22 geleitet. Die optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22 haben ähnliche Gestaltungen. Jedes der optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22 umfaßt ein räumliches Filter 23, ein Lambda-Halbe-Plättchen 24 und eine Fourier-Transformationslinse 25.
In jedem der optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22 wählt das räumliche Filter die Komponenten 26 und 27 der ± 1. Ordnung des gebeugten Lichts aus und entfernt die Komponenten der 0., ±2. und höheren Beugungsordnungen. Nachdem das Lambda- Halbe-Plättchen 24 die Phase des Lichts der -1. Beugungsordnung 27 um 180 ändert, fällt das Licht der -1. Beugungsordnung 27 auf die Fourier-Transformationslinse 25. Das Licht der +1. Beugungsordnung 26 fällt direkt auf die Fourier- Transformationslinse 25.
Die ersten, zweiten und dritten Beugungsgitter 30, 31 und 32, die als Positionsjustierungsmarkierungen dienen, sind auf den Rändern einer Maske 28 gebildet. Die ersten und zweiten Gitter 30 und 31 sind gegenüberliegend angeordnet. Die Striche des ersten Gitters 30 sind parallel zu den Strichen des zweiten Gitters 31. Die Striche des dritten Gitters 32 sind senkrecht zu den Strichen des ersten und zweiten Gitters 30 und 31.
Die ersten, zweiten und dritten Beugungsgitter 33, 34 und 35, die als positionsjustierungsmarkierungen dienen, sind auf den Rändern eines Belichtungsbereichs 48 eines Waf ers 29 gebildet. Die ersten und zweiten Gitter 33 und 34 sind gegenüberliegend angeordnet. Die Striche des ersten Gitters 33 sind parallel zu den Strichen des zweiten Gitters 34. Die Striche des dritten Gitters 35 sind senkrecht zu den Strichen des ersten und zweiten Gitters 33 und 34. Die ersten, zweiten und dritten Gitter 33, 34 und 35 auf dem Wafer 29 sind in Position und Aufbau so konstruiert, daß sie jeweils den ersten, zweiten und dritten Gittern 30, 31 und 32 auf der Maske 28 entsprechen.
Die Fourier-Transformationslinse 25 des optischen Beleuchtungssystems 20 fokussiert die in Beziehung stehenden Lichtstrahlen ± 1. Ordnung 26 und 27 auf das erste Gitter 30 der Maske 28 und das erste Gitter 33 auf dem Wafer 29. Die Lichtstrahlen 11. Ordnung 26 und 27 werden von dem ersten Gitter 30 der Maske 28 und dem ersten Gitter 33 des Wafers 29 gebeugt. Die Teile 36a und 36b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem ersten Gitter 30 der Maske 28 gebeugt wurden, und die Teile 37a und 37b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem ersten Gitter 33 des Wafers 29 gebeugt wurden, bewegen sich entlang ungefähr gleicher Richtungen vorwärts. Die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 36a und 36b und die Lichstrahlen ±1. Ordnung 37a und 37b werden von einer ersten Nachweisvorrichtung 38 gefangen.
Die Fourier-Transformationslinse 25 des optischen Beleuchtungssystems 22 fokussiert die in Beziehung stehenden Lichtstrahlen ± 1. Ordnung 26 und 27 auf das zweite Gitter 31 der Maske 28 und das zweite Gitter 34 auf dem Wafer 29. Die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 26 und 27 werden von dem zweiten Gitter 31 der Maske 28 und dem zweiten Gitter 34 des Wafers 29 gebeugt. Die Teile 36a und 36b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem zweiten Gitter 31 der Maske 28 gebeugt wurden, und die Teile 37a und 37b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem zweiten Gitter 34 des Wafers 29 gebeugt wurden, bewegen sich entlang ungefähr gleicher Richtungen vorwärts. Die Lichtstrahlen 11. Ordnung 36a und 36b und die Lichstrahlen 11. Ordnung 37a und 37b werden von einer zweiten Nachweisvorrichtung 39 gefangen.
Die Fourier-Transformationslinse 25 des optischen Beleuchtungssystems 21 fokussiert die in Beziehung stehenden Lichtstrahlen ± 1. Ordnung 26 und 27 auf das dritte Gitter 32 der Maske 28 und das dritte Gitter 35 auf dem Wafer 29. Die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 26 und 27 werden von dem dritten Gitter 32 der Maske 28 und dem dritten Gitter 35 des Wafers 29 gebeugt. Die Teile 36a und 36b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem dritten Gitter 32 der Maske 28 gebeugt wurden, und die Teile 37a und 37b der Lichtstrahlen ±1. Ordnung, die von dem dritten Gitter 35 des Wafers 29 gebeugt wurden, bewegen sich entlang ungefähr gleicher Richtungen vorwärts. Die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 36a und 36b und die Lichstrahlen ±1. Ordnung 37a und 37b werden von einer dritten Nachweisvorrichtung 40 gefangen.
Jedes der optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22 ist telezentrisch auf der Waferseite oder der Ausfallseite. Jedes der optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 23 kann auch auf der einfallenden Seite telezentrisch sein.
Die erste, zweite und dritte Nachweisvorrichtung 38, 39 und 40 haben ähnlichen Auf bau. Jede der Nachweisvorrichtungen 38, 39 und 40 enthält eine Bündelungslinse 41, ein Polarisationsfilter 42, einen schneidkantigen Spiegel 43, ein Photodetektorenpaar 44 und 45. Die Photodetektoren 44 und 45 sind beispielsweise aus Photoelektronenvervielfachern zusammengesetzt. Die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 36a und 36b und die Lichtstrahlen ±1. Ordnung 37a und 37b werden von der Bündelungslinse 41 fokussiert, wobei sie auf das Polarisationsfilter 42 eintreffen. Das Polarisationsfilter 42 wirkt, indem es die Komponenten des Lichts, die eine vorbestimmte Polarisationsrichtung haben, auswählt. Nach dem Durchgang durch das Polarisationsfilter 42 fallen die phasengleichen Lichtstrahlen 36a und 37a auf den Photodetektor 44, während die phasengleichen Lichtstrahlen 36b und 37b von dem schneidkantigen Spiegel 43 reflektiert wenden und dann auf den Photodetektor 45 einfallen. Der schneidkantige Spiegel 43 wirkt, indem er die Lichtstrahlen, die von dem Polarisationsfilter 42 kommen, teilt. Der Photodetektor 44 wandelt die einfallenden Lichtstrahlen 36a und 37a in ein entsprechendes elektrisches Überlagerungssignal 46 um, das eine Interferenz zwischen den Lichtstrahlen 36a und 37a darstellt. Das Überlagerungssignal 46 hat beispielsweise eine sinusförmige Wellenform und eine Frequenz, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Hauptkomponenten des Zeeman-Laserlichts 2 ist. Das Überlagerungssignal 46 kann auf einer geeigneten Anzeigevorrichtung gezeigt sein. Der Photodetektor 45 wandelt die einfallenden Lichtstrahlen 36b und 37b in ein entsprechendes elektrisches Überlagerungssignal 47 um, das eine Interferenz zwischen den Lichtstrahlen 36b und 37b darstellt. Das Überlagerungssignal 47 hat beispielsweise eine sinusförmige Wellenform und eine Frequenz, die gleich der Differenz zwischen den Frequenzen der beiden Hauptkomponenten des Zeeman-Laserlichts 2 ist. Das Überlagerungssignal 47 kann auf der Anzeigevorrichtung gezeigt sein.
Die von der ersten Nachweisvorrichtung 38 erzeugten Überlagerungssignale 46 und 47 stellen eine Verschiebung oder Positionsbeziehung zwischen dem ersten Gitter 30 auf der Maske 28 und dem ersten Gitter 33 auf dem Wafer 29 dar. Die von der zweiten Nachweisvorrichtung 39 erzeugten Überlagerungssignale 46 und 47 stellen eine Verschiebung oder Positionsbeziehung zwischen dem zweiten Gitter 31 auf der Maske 28 und dem zweiten Gitter 34 auf dem Wafer 29 dar. Die von der dritten Nachweisvorrichtung 40 erzeugten Überlagerungssignale 46 und 47 stellen eine Verschiebung oder Positionsbeziehung zwischen dem dritten Gitter 32 auf der Maske 28 und dem dritten Gitter 35 auf dem Wafer 29 dar.
Ein Phasenmesser 70 bestimmt die Phasendifferenz zwischen den von der ersten Nachweisvorrichtung 38 erzeugten Überlagerungssignalen 46 und 47. Das Ausgangssignal von dem Phasenmesser 70 wird einer Steuerung 71, die einen Rechner und Antriebsschaltkreise enthält, zugeführt.
Ein Phasenmesser (nicht gezeigt) bestimmt die Phasendifferenz zwischen den von der zweiten Nachweisvorrichtung 39 erzeugten Überlagerungssignalen 46 und 47. Das Ausgangssignal von diesem Phasenmesser wird ebenfalls der Steuerung 71 zugeführt.
Ein Phasenmesser (nicht gezeigt) bestimmt die Phasendifferenz zwischen den von der dritten Nachweisvorrichtung 40 erzeugten Überlagerungssignalen 46 und 47. Das Ausgangssignal von diesem Phasenmesser wird ebenfalls der Steuerung 71 zugeführt.
Die Steuerung 71 erzeugt Antriebssignale 72a, 72b und 72c in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der Phasenmesser. Die Antriebssignale 72a, 72b und 72c werden jeweils den Stellantrieben 74c, 74b und 74a zugeführt. Die Stellantriebe 74a, 74b und 74c sind mechanisch mit einem Wafer-Objekttisch 73, auf dem der Wafer 29 aufgebaut ist, verbunden. Die Stellglieder 74a, 74b und 74c bewegen den Wafer-Objekttisch 73 relativ zur Maske 28 im Einklang mit den Antriebssignalen 72a, 72b und 72c, so daß eine annehmbare Justierung zwischen der Maske 28 und dem Wafer 29 erreicht werden kann. Die Stellglieder 74a, 74b und 74c sind so gebaut, daß sie eine Bewegung des Wafer-Objekttischs 72 entlang der X-Richtung, eine Bewegung des Wafer-Objekttischs 72 entlang der Y-Richtung und eine Drehung des Wafer-Objekttischs 72 hervorrufen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Körper des Zeeman-Lasers 1 von einer Einstellvorrichtung 49 getragen. Die Einstellvorrichtung 49 enthält ein von einem Rahmen (nicht gezeigt) getragenes Ringpaar 50. Die Schrauben 51 sind beweglich auf jedem der Ringe 50 befestigt und sind in gleichen Winkelintervallen von 120 Grad voneinander entfernt. Die Spitzen der Schrauben 51 spannen den Körper des Zeeman-Lasers 1 so ein, daß der Körper des Zeeman-Lasers 1 durch die Schrauben 51 auf den Ringen 50 gehalten wird. Die optische Achse des Zeeman-Lasers 1 kann entlang jeder Richtung durch Einstellung der Schrauben 51 und Bewegen des Körpers des Zeeman-Lasers 1 verändert werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der Spiegel 3 von einer Einstellvorrichtung 52 getragen. Die Einstellvorrichtung 52 enthält eine Basis 53 und ein bewegliches Element 54, das auf der Basis 53 gehalten wird. Das bewegliche Element 54 kann relativ zur Basis 53 in die Y-Richtung gleiten. Die Position des beweglichen Elements 54 relativ zur Basis 53 kann durch Bedienung einer Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt) mit einer Schraube verändert werden. Eine Welle 55 ist drehbar auf dem beweglichen Element 54 über eine Scheibe 56 befestigt. Ein Ring 57 ist an der Welle 55 befestigt. Schrauben 58 sind beweglich auf dem Ring 57 befestigt. Die Spitzen der Schrauben 58 spannen den Spiegel 3 so ein, daß der Spiegel 3 auf dem Ring 57 durch die Schrauben 58 gehalten wird. Der Spiegel 3 kann in die ?-Richtung bewegt werden, wenn das bewegliche Element 54 relativ zur Basis 53 gleitet. Der Spiegel 3 kann durch Drehen der Welle 55 in eine Richtung Θ1 gedreht werden. Der Spiegel 3 kann durch Einstellung der Schrauben 58 vertikal in eine Richtung Θ2 bewegt werden. Der Spiegel 3 kann in Kreisumfangsrichtung in eine Richtung Θ durch Lösen der Schrauben 58 und Drehen des Spiegels 3 gedreht werden.
Die Spiegel 8, 12, 13, 14, 15 und 16 und die Strahlteiler 5 und 9 werden jeweils von Einstellvorrichtungen getragen, die der Einstellvorrichtung 52 für den Spiegel 3 ähnlich sind.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das Lambda-Viertel-Plättchen 4 von einer Einstellvorrichtung 59 getragen. Die Einstellvorrichtung 59 enthält einen von einem Rahmen (nicht gezeigt) getragenen Ring 60. Die Schrauben 61 sind beweglich auf dem Ring 60 befestigt. Die Spitzen der Schrauben 61 spannen das Lambda-Viertel-Plättchen 4 so ein, daß das Lambda-Viertel-Plättchen 4 durch die Schrauben 61 auf dem Ring 60 gehalten wird. Das Lambda-Viertel-Plättchen 4 kann in Kreisumfangsrichtung in eine Θ-Richtung durch Lösen der Schrauben 61 und Drehen des Lambda-Viertel-Plättchens 4 gedreht werden.
Die Referenz-Gitter 17, 18 und 19, die Lambda-Halbe-Plättchen 24 und die Polarisationsfilter 42 werden jeweils von Einstellvorrichtungen getragen, die der Einstellvorrichtung 59 für das Lambda-Viertel-Plättchen ähnlich sind.
Wie in Fig. 5 gezeigt, wird jeder der schneidkantigen Spiegel 43 von einer Einstellvorrichtung 62 getragen. Die Einstellvorrichtung 62 enthält ein von einem Rahmen (nicht gezeigt) beweglich getragenes Element mit Gewinde. Der schneidkantige Spiegel 43 ist auf dem beweglichen Element so befestigt, daß der schneidkantige Spiegel 43 in die Z-Richtung bewegt werden kann, was die Teilung der Lichtstrahlen, die aus dem Polarisationsfilter 42 herauskommen, beeinflußt.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird die Maske 28 von einer Einstellvorrichtung 63 getragen. Die Einstellvorrichtung 63 enthält eine Basis 64 und ein erstes, auf der Basis 64 getragenes bewegliches Element 65. Das erste bewegliche Element 65 kann relativ zur Basis 64 in die X-Richtung gleiten. Die Position des ersten beweglichen Elements 65 relativ zur Basis 64 kann durch Bedienung einer Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt) mit einer Schraube verändert werden. Ein zweites bewegliches Element 66 ist auf dem ersten beweglichen Element 65 befestigt. Das zweite bewegliche Element 66 kann relativ zum ersten beweglichen Element 65 in der Y-Richtung senkrecht zur X-Richtung gleiten. Die Position des zweiten beweglichen Elements 66 relativ zum ersten beweglichen Element 65 kann durch Bedienung einer Bewegungsvorrichtung (nicht gezeigt) mit einer Schraube verändert werden. Die Maske 28 ist auf dem zweiten beweglichen Element 66 befestigt. So kann die Maske 28 in die X- und Y- Richtung, die senkrecht zueinander sind, bewegt werden.
Der Wafer 29 kann von einer Einstellvorrichtung, die ähnlich der Einstellvorrichtung 63 für die Maske 28 ist, getragen werden. In diesem Fall kann der Wafer 29 in die zueinander senkrechten X- und Y-Richtungen bewegt werden.
In Vorbereitung eines Verfahrens zur Justierung der Maske 28 und des Wafers 29 wird die Justiervorrichtung wie folgt eingestellt. Zuerst wird der Zeeman-Laser 1 durch Bedienung der Einstellvorrichtung 49 geeignet aufgestellt. Die Spiegel 3, 8 und 13 sind durch Bedienung der zugehörigen Einstellvorrichtungen geeignet aufgestellt, wobei ein erwünschter Weg des Laser-Lichts 2 realisiert wird. Dann werden die Strahlteiler 5 und 9 und die Spiegel 12, 14, 15 und 16 durch Bedienung der zugehörigen Einstellvorrichtungen geeignet aufgestellt. Darauffolgend wird das Lambda-Viertel-Plättchen 4 geeignet aufgestellt, wobei eine gewünschte Polarisationsrichtung durch Bedienung der Einstellvorrichtung 59 realisiert wird. Die Referenzgitter 17, 18 und 19, die Lambda-Halbe-Plättchen 24 und die Polarisationsfilter 42 werden durch Bedienung der zugehörigen Einstellvorrichtungen geeignet aufgestellt in Hinblick auf die Laser-Strahlen 7, 10 und 11. Durch Bedienung der Einstellvorrichtungen 62 werden die schneidkantigen Spiegel 43 geeignet aufgestellt, so daß die Lichtstrahlen vom Polarisationsfilter 42 geteilt werden können. Die anderen optischen Teile werden durch Bedienung der zugehörigen Einstellvorrichtungen geeignet aufgestellt.
Nachdem die Einstellung der Justiervorrichtung vollständig ausgeführt ist, wird der Vorgang der Justierung von Maske 28 und des Wafers 29 wie folgt ausgeführt. Zuerst werden die Maske 28 und der Wafer 29 auf die jeweiligen Einstellvorrichtungen plaziert und eine Grobjustierung zwischen der Maske 28 und dem Wafer 29 wird durch Verwendung einer optischen Vorrichtung (nicht gezeigt) durchgeführt. Nachdem die Grobjustierung zwischen der Maske 28 und dem Wafer 29 beendet ist, wird der Zeeman-Laser 1 unter Erzeugung von Laser-Licht 2 in Betrieb gesetzt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung verstanden wird, geben, wenn das Laser-Licht 2 erzeugt wird, die Nachweisvorrichtungen 38, 39 und 40 die Überlagerungssignale 46 und 47 als Ausgangssignale. Die relativen Positionen der Maske 28 und des Wafers 29 werden zweidimensional in Einklang mit den Überlagerungssignalen 46 und 47 durch das Steuerungssystem, das die Vorrichtungen 70, 71, 74a, 74b, 74c und 73 enthält, eingestellt. Insbesondere werden die relativen Positionen der Maske 28 und des Wafers 29 so eingestellt, um die Phasen der von jeder der Nachweisvorrichtungen 38, 39 und 40 erzeugten Überlagerungssignale 46 und 47 abzugleichen. Wenn die Phasen der von jeder der Nachweisvorrichtungen 38, 39 und 40 erzeugten Überlagerungssignale 46 und 47 abgeglichen sind, sind die Maske 28 und der Wafer 29 annehmbar justiert.
Gemäß den Versuchen wurde gefunden, daß die Maske 28 und der Wafer 29 innerhalb einer Genauigkeit in der Größenordnung von einem Nanometer justiert werden konnten.
Ein telezentrisches System ist ein teleskopisch zusammenschiebbares System, dessen Aperturblende an einem Brennpunkt der Objektivlinse liegt oder, gleichbedeutend, ein optisches System mit einer Eintritts- oder Austrittspupille im Unendlichen. In dieser Vorrichtung ermöglicht die Verwendung eines telezentrischen System für die optischen Beleuchtungssysteme 20, 21 und 22, daß das gebeugte Licht auf den Wafer senkrecht zur Waferoberfläche eintritt. Dies könnte selbstverständlich auch durch andere Verfahren erreicht werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Justieren einer Maske (28) und eines Wafers (29) umfassend:

eine Lichtquelle (1) zur Emission von Licht mit zwei Komponenten, die leicht unterschiedliche Frequenzen haben und die unterschiedliche Polarisationsebenen haben;

Einrichtungen zur Teilung (5, 9) des von der Lichtquelle emittierten Lichts in erste, zweite und dritte Lichtstrahlen, die sich jeweils entlang unterschiedlicher Wege bewegen;

erste, zweite und dritte Referenzgitter (17, 18, 19) zur Beugung der jeweils ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen;

erste, zweite und dritte optische Beleuchtungssysteme (20, 21, 22) zur selektiven Transmission der gebeugten ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils vom ersten, zweiten und dritten Referenz-Gitter kommen;

erste, zweite und dritte Markierungsgitter (30, 31, 32), gebildet auf der Maske (28) und beleuchtet mit den ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, wobei das erste, zweite und dritte Markierungsgitter auf der Maske die ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen beugt, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, und die Striche von dem ersten und zweiten Markierungsgitter auf der Maske parallel sind, während die Striche des dritten Markierungsgitters auf der Maske senkrecht zu denen des ersten und zweiten Markierungsgitters auf der Maske sind;

erste, zweite und dritte Markierungsgitter (33, 34, 35), gebildet auf dem Wafer an Positionen, die den ersten, zweiten und dritten Markierungsgittern auf der Maske entsprechen und beleuchtet mit den ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen, die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommen, wobei das erste, zweite und dritte Markierungsgitter auf dem Wafer die jeweils von dem ersten, zweiten und dritten Beleuchtungssystem kommenden ersten, zweiten und dritten Lichtstrahlen beugt und die Striche des ersten und zweiten Markierungsgitters auf dem Wafer parallel sind, während die Striche des dritten Markierungsgitters auf dem Wafer senkrecht zu denen des ersten und zweiten Markierungsgitters auf dem Wafer sind;

eine erste Nachweisvorrichtung (38) zum Nachweis der ersten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dein ersten Markierungsgitter auf der Maske und dem ersten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die ersten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen;

eine zweite Nachweisvorrichtung (39) zum Nachweis der zweiten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dem zweiten Markierungsgitter auf der Maske und dem zweiten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die zweiten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen;

eine dritte Nachweisvorrichtung (40) zum Nachweis der dritten optischen Überlagerungssignale des gebeugten Lichts, das von dem dritten Markierungsgitter auf der Maske und dem dritten Markierungsgitter auf dem Wafer kommt, wobei die dritten optischen Überlagerungssignale einen Positionierfehler zwischen der Maske und dem Wafer darstellen; und

Einrichtungen zur Einstellung (71, 72, 73, 74) der relativen Position der Maske und des Wafers.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend:

eine Einrichtung zum Vergleichen der Phasen (70) der ersten optischen Überlagerungssignale und zum Erzeugen eines ersten, von der Phasendifferenz zwischen den ersten Überlagerungssignalen abhängigen Steuersignals;

eine Einrichtung zum Vergleichen der Phasen (70) der zweiten optischen Überlagerungssignale und zum Erzeugen eines zweiten, von der Phasendifferenz zwischen den zweiten Überlagerungssignalen abhängigen Steuersignals; und

eine Einrichtung zum Vergleichen der Phasen (70) der dritten optischen Überlagerungssignale und zum Erzeugen eines dritten, von der Phasendifferenz zwischen den dritten Überlagerungssignalen abhängigen Steuersignals;

wobei

die Einstelleinrichtung die relative Position der Maske und des Wafers im Einklang mit den ersten, zweiten und dritten Steuersignalen einstellt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Lichtquelle einen Zeeman-Laser (1) umfaßt und die Vorrichtung ferner ein Lambda-Viertel-Plättchen (4) zur Einstellung der Phase des von dem Zeeman-Laser emittierten Lichts umfaßt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei der die Teilungseinrichtung erste und zweite Strahlteiler (5, 9) und eine Vielzahl von Spiegeln (8, 12 bis 16) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei der jedes der ersten, zweiten und dritten optischen Beleuchtungssysteme ein räumliches Filter (23) zur Entfernung der gebeugten Strahlen, 0., 2. und höherer Ordnung und zur Auswahl gebeugter Strahlen ±1. Ordnung und ein phasenausgleichendes Plättchen (24) zur Veränderung der Phase eines der Strahlen ± 1. Beugungsordnung um 180 Grad umfaßt und auf der Maskenseite telezentrisch ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der jede der ersten, zweiten und dritten Nachweisvorrichtungen eine Bündelungslinse (41) zur Fokussierung des gebeugten Lichts, ein Polarisationselement (42) zur Auswahl von Komponenten mit vorbestimmter Polarisation aus dem fokussierten Licht, das aus der Bündelungslinse kommt, einen schneidkantigen Spiegel (43) zur Teilung der ausgewählten Lichtkomponenten in zwei Gruppen, von denen jede eine von dem Markierungsgitter auf der Maske reflektierte Komponente und eine von dem Markierungsgitter auf dem Wafer reflektierte Komponente hat, einen ersten Photodetektor (44) zum Nachweis von Licht in einer der Gruppen und einen zweiten Photodetektor (45) zum Nachweis von Licht in der anderen Gruppe umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Lichtquelle einen Zeeman-Laser (1) umfaßt und die Vorrichtung ferner ein Lambda-Viertel-Plättchen (4) zur Einstellung der Phase des von dem Zeeman-Laser emittierten Lichts umfaßt; wobei die Teilungseinrichtung erste und zweite Strahlteiler (5, 9) und eine Vielzahl von Spiegeln (8, 12 bis 16) umfaßt; wobei jedes der ersten, zweiten und dritten optischen Beleuchtungssysteme ein räumliches Filter (23) zur Entfernung der gebeugten Strahlen in 0., 2. und höherer Ordnung und zur Auswahl der Strahlen ±1. Beugungsordnung und ein phasenausgleichendes Plättchen (24) zur Veränderung der Phase von einem der Strahlen ±1. Beugungsordnung um 180 Grad umfaßt und auf der Maskenseite telezentrisch ist; und wobei jede der ersten, zweiten und dritten Nachweisvorrichtungen eine Bündelungslinse (41) zur Fokussierung der gebeugten Lichtstrahlen, ein Polarisationselement (42) zur Auswahl der Komponenten mit vorbestimmter Polarisation des fokussierten, von der Bündelungslinse kommenden Lichts, einen schneidkantigen Spiegel (43) zur Teilung der ausgewählten Lichtkomponenten in zwei Gruppen, von denen jede eine von dem Markierungsgitter auf der Maske reflektierte Komponente und eine von dem Markierungsgitter auf dem Wafer reflektierte Komponente hat, einen ersten Photodetektor (44) zum Nachweis des Lichts in einer der Gruppen und einen zweiten Photodetektor (45) zum Nachweis des Lichts in der anderen Gruppe umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend Einrichtungen zur Einstellung der Position des Zeeman-Lasers (49), Einrichtungen (52) zur Einstellung der Positionen des Strahlteilers und der Spiegel, Einrichtungen (59) zur Einstellung der Positionen des Lambda-Viertel-Plättchens, der Referenz-Gitter, des phasenausgleichenden Plättchens und der Polarisationselemente und Einrichtungen (12) zur Einstellung der Postionen der schneidkantigen Spiegel.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die optischen Beleuchtungssysteme Einrichtungen (23) zur Auswahl von Komponenten mit vorbestimmter Beugungsordnung aus den jeweils gebeugten Strahlen umfaßt.