DE69229647T2 - Ausrichtverfahren - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Ausrichtverfahren und insbesondere auf ein Verfahren zum Ausrichten einer Maske und eines Wafers oder zum Ausrichten eines Spaltes zwischen einer Maske und einem Wafer.
• Mit dem zunehmendem Maß der Integration einer Halbleitervorrichtung sind Verbesserungen in der Lithographie zum Drucken eines sehr genauen Schaltungsmusters auf einem Wafer wünschenswert geworden. Ein Versuch zum Decken eines derartigen Bedarfs ist ein Röntgenstrahlungsausrichter der Näherungsart (Ausricht- und Belichtungsgerät). Der Röntgenstrahlungsausrichter hat die Möglichkeit eines Druckens eines Schaltungsmusters in der Größenordnung des Submikrometerbereichs, jedoch ist sowohl eine genaue Ausrichtung einer Maske und eines Wafers als auch eine genaue Ausrichtung des Spaltes mit einem geringen Abstand zwischen der Maske und dem Wafer notwendig.
• Viele Versuche sind in Bezug auf eine derartige Ausrichtung einer Maske an einem Wafer oder in Bezug auf eine Ausrichtung des Spaltes unternommen worden (zum Beispiel das US-Patent US-A- 4 948 983 oder die Europäische Patentanmeldung EP-A-0 336 537).
• In der Druckschrift US-A-4 948 983 ist auf einer Maske eine Linearzonenplattierung ausgebildet, durch die ein linearer Lichtstrahl auf einen Wafer projiziert wird. Eine Beugungsgittermarkierung ist an dem Wafer ausgebildet und diese Markierung wird mit dem linearen Lichtstrahl abgetastet, während andererseits die Intensität des durch die Beugungsgittermarkierung erzeugten Beugungslichtes überwacht wird. Die Position des Wafers wird genau eingestellt, bis der Beugungsstrahl eine maximale Intensität hat.
• Bei der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0 336 537 sind auf einer Maske und auf einem Wafer Zonenplattierungsmarkierungen jeweils ausgebildet und jede Verschiebung auf einer vorbestimmten Ebene von einem durch jede Zonenplattierungsmarkierung tretenden Lichtstrahl wird überwacht. Die Position des Wafers wird genau eingestellt, bis der Lichtstrahl an einer vorbestimmten Position auf dieser Ebene einfällt. Das vorgeschlagene Ausrichtverfahren ist sehr wirkungsvoll, da eine sehr geringe Positionsabweichung eines Wafers gegenüber einer Maske in einen großen Verschiebungsbetrag des Lichtstrahles übertragen werden kann, so daß ein Ausrichten mit einer hohen Genauigkeit erreichbar ist. Jedoch hat dieses Verfahren aus demselben Grund nur einen begrenzten Bereich zum Erfassen einer Positionsabweichung. Es ist daher erforderlich, die Position des Wafers (seiner Zonenplattierungsmarkierung) in Bezug auf die Maske (ihrer Zonenplattierungsmarkierung) vorher grob einzustellen (voreinzustellen).
• Die vorstehend erwähnte Europäische Patentanmeldung schlägt des weiteren ein Spalteinstellverfahren vor, bei dem jeder Fehler bei dem Spalt mit einem geringen Abstand zwischen einer Maske und einem Wafer erfaßt wird, indem er in eine große Verschiebung eines Lichtstrahles übertragen wird, der durch die Waferoberfläche reflektiert wird und durch eine Zonenplattierungsmarkierung der Masken tritt. Jedoch ist es auch bei diesem Spalteinstellverfahren aus einem ähnlichen Grund erforderlich, den Spalt zwischen der Maske und dem Wafer zuvor grob einzustellen (voreinzustellen).
• Das vorstehend erwähnte US-Patent schlägt die Verwendung einer Linearzonenplattierung für die Grobausrichtung vor, die auf einer Maske ausgebildet ist und die eine Brennpunktlänge hat, die länger als jene einer Zonenplattierung für die Feinausrichtung ist. Die Grobausrichtung eines Wafers in Bezug auf die Maske kann in einer ähnlichen Weise wie die Feinausrichtung ausgeführt werden. Wenn dieses Verfahren in das in der vorstehend erwähnten Europäischen Patentanmeldung offenbarten Verfahren integriert wird, ist ein separates Ausrichtsystem zum Zwecke der Grobausrichtung erforderlich und somit wird der Aufbau des Ausrichters kompliziert. In ähnlicher Weise ist, wenn ein Ausrichtbeobachtungsinstrument, das herkömmlicherweise bei einem Verkleinerungsprojektionsbelichtungsgerät zur Beobachtung einer Ausrichtmarkierung eines Wafers für die Grobausrichtung verwendet wird, angewendet werden soll, die Verwendung eines derartigen Ausrichtbeobachtungsinstrumentes erforderlich und somit wird der Aufbau des Ausrichters kompliziert.
• Es ergibt sich ein anderes Problem dahingehend, daß ein derartiges Ausrichtbeobachtungsinstrument oder das Ausrichtsystem, das in dem vorstehend erwähnten US-Patent offenbart ist, nicht bei der Grobausrichtung (Vorausrichtung) des Spaltes zwischen einer Maske und einem Wafer, wie dies in der vorstehend erwähnten Europäischen Patentanmeldung offenbart ist, anwendbar ist.
• Es ist demgemäß eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Ausrichtverfahren oder ein verbessertes Spalteinstellverfahren zu schaffen, das einen Schritt der Grobausrichtung oder der Grobspalteinstellung umfaßt und das bei der Ausrichtung der Maske an dem Wafer oder bei der Spalteinstellung der in der vorstehend erwähnten Europäischen Patentanmeldung offenbarten Art geeignet verwendet wird.
• Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verbesserungen des Grobausrichtverfahrens und des Feinausrichtverfahrens der in dem vorstehend erwähnten US-Patent offenbarten Art zu schaffen.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Belichtungsgerät geschaffen, wie es in Anspruch 1 oder Anspruch 19 aufgeführt ist.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ausrichten einer Maske und eines Wafers geschaffen, das in Anspruch 7 oder Anspruch 15 aufgeführt ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Einstellen eins Spaltes zwischen einer Maske und einem Wafer geschaffen, das in Anspruch 12 aufgeführt ist.
• Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Röntgenstrahlbelichtungsgerätes zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2A zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht zur Erläuterung der Bahnen der Lichtstrahlen für eine relativ grobe Ausrichtung und eine relativ feine Ausrichtung in der Nachbarschaft einer Maske und Fig. 2B zeigt eine vergrößerte Ansicht von Maskenausrichtmarkierungen für jeweils die relativ grobe Ausrichtung und die relativ feine Ausrichtung.
• Die Fig. 3A und 3B zeigen schematische Ansichten von jeweils einer ausgeweiteten Form der Bahnen der Lichtstrahlen für jeweils die relativ grobe Ausrichtung und die relativ feine Ausrichtung.
• Fig. 4A zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht zur Erläuterung der Bahnen der Lichtstrahlen für die relativ grobe Spalteinstellung und die relativ feine Spalteinstellung in der Nachbarschaft einer Maske, Fig. 4B zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Maskenmarkierung für die relativ grobe Spalteinstellung und Fig. 4C zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Maskenmarkierung für die relativ feine Spalteinstellung.
• Die Fig. 5A und 5B zeigen jeweils schematische Ansichten einer ausgeweiteten Form der Bahnen der Lichtstrahlen für jeweils die relativ grobe und die relativ feine Spalteinstellung.
• Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm der Betriebsabfolge für die Ausrichtung und die Spalteinstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 7 zeigt eine Darstellung des äußeren Erscheinungsbildes des Belichtungsgerätes von Fig. 1.
• Fig. 8 zeigt eine Darstellung des äußeren Erscheinungsbildes eines Ausrichtkopfantriebsmechanismus von Fig. 1.
• Fig. 9 zeigt eine schematische Ansicht einer abgewandelten Form des Ausrichtkopfes von Fig. 1.
• Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines mit einem Muster versehenen Spiegels von Fig. 9.
• Fig. 11 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer abgewandelten Form einer Maskenmarkierung für die Grobausrichtung und die Feinausrichtung.
• Fig. 12A zeigt eine schematische Ansicht eines Röntgenstrahlbelichtungsgerätes zur Erläuterung eines anderen Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung, Fig. 12B zeigt eine vergrößerte schematische Ansicht von Markierungen einer Maske und eines Wafers für die relativ grobe und die relativ feine Ausrichtung und Fig. 12C zeigt eine schematische Ansicht zur Erläuterung eines linearen Strahles auf dem Wafer für die relativ grobe und die relativ feine Ausrichtung.
• Die Fig. 13A und 13B zeigen jeweils grafische Darstellungen zur Erläuterung eines Signales, das von einem durch eine Wafermarkierung für eine relativ feine Ausrichtung erzeugten Beugungsstrahl erhältlich ist, und eines Signales, das von einem durch eine Wafermarkierung für eine relativ grobe Ausrichtung erzeugten Beugungsstrahles erhältlich ist.
• Unter Bezugnahme von zunächst auf die Fig. 1 bis 8 wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Das in Fig. 1 gezeigte Röntgenstrahlbelichtungsgerät ist sowohl mit einem Ausrichtmechanismus zum Ausrichten einer Maske und eines Wafers als auch mit einem Spalteinstellmechanismus zum Einstellen eines Spaltes (Abstandes) zwischen der Maske und dem Wafer, die einander gegenüberstehend angeordnet sind, ausgerüstet.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel kann sowohl die Erfassung jeder Positionsabweichung zwischen der Maske und dem Wafer bei der Feinausrichtung (Endausrichtung) der Maske an dem Wafer als auch die Erfassung von jedem Fehler bei dem Spalt zwischen der Maske und dem Wafer bei der Feinspalteinstellung (Endspalteinstellung) in Übereinstimmung mit dem Konzept durchgeführt werden, das in der vorstehend erwähnten Europäischen Patentanmeldung offenbart ist.
• Nachstehend wird der Vorgang des Erfassens einer Positionsabweichung zwischen einer Maske und einem Wafer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert.
• Wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, wird von einer Lichtquelle 31 gestrahltes Licht durch eine Sammellinse 32 in paralleles Licht umgewandelt. Dieses parallele Licht verläuft über eine Lichtprojizierlinse 33, einen Halbspiegel 34 und ein Fenster 35 und trifft auf physikalischen optischen Elementen 41M und 42M einer Maske (eines ersten Objektes) 1 mit einer Neigung in Bezug auf eine Normale PA zu der Oberfläche der Maske 1 auf. Jedes physikalische optische Element 41M und 42M weist eine Beugungslinse auf, die beispielsweise eine der Fresnel- Zonenplattierungen ist.
• Das physikalische optische Element 41M dient als eine Ausrichtmarkierung für die Vorausrichtung (für die relativ grobe Ausrichtung), während das physikalische optische Element 42M als eine Ausrichtmarkierung für die Endausrichtung (für die relativ feine Ausrichtung) dient. Diese physikalischen optischen Elemente 41M und 42M haben unterschiedliche Brennpunktlängen und sehen unterschiedliche optische Wirkungen gegenüber dem aufgenommenen Licht vor. Jedes physikalische optische Element bewirkt eine Erzeugung von Brechungslicht einer vorbestimmten Ordnung oder Ordnungen, das entlang der Normalen PA zu der Oberfläche der Maske 1 ausgestrahlt wird. Das erzeugte Beugungslicht von den physikalischen optischen Elementen 41M und 42M fällt auf den physikalischen optischen Elementen 41 W und 42 W eines Wafers (des zweiten Objektes) 2 jeweils auf, die sich in einem vorbestimmten Abstand von den physikalischen optischen Elementen 41M und 42M befinden. Das physikalische optische Element 41 W ist eine Ausrichtmarkieurung für die Vorausrichtung (für die relativ grobe Ausrichtung), während das physikalische optische Element 42 W eine Ausrichtmarkierung für die Endausrichtung (für die relativ feine Ausrichtung) ist. Jedes von ihnen hat eine Lichtstreuwirkung gegenüber dem einfallenden Beugungslicht und strahlt dieses durch ein Reflektieren des aufgenommenen Beugungslichtes zu einem Ausrichtkopf 24 aus. Das ausgestrahlte Beugungslicht verläuft durch eine Sammellinse und wird durch einen Halbspiegel 37 zweigeteilt und die geteilten Strahlen werden jeweils auf Erfassungsflächen von zwei Erfassern (Sensoren) 38 und 39 gerichtet und gebündelt (siehe Fig. 2).
• Der Erfasser 38 dient als ein Sensor für die relativ grobe Ausrichtung, während der Erfasser 39 als ein Sensor für die relativ feine Ausrichtung dient. Jeder Erfasser kann beispielsweise einen CCD-Sensor aufweisen. Die Erfasser 38 und 39 erzeugen jeweils ein Ausgabesignal, das den Einfallpositionen des empfangenen Lichtes auf ihrer Erfassungsoberfläche entspricht, und durch die Verwendung der Ausgabesignale von diesen Erfassern kann jede Positionsabweichung (der Betrag der seitlichen Abweichungen) zwischen der Maske (dem ersten Objekt) 1 und dem Wafer (dem zweiten Objekt) 2 in einer translationalen Richtung erfaßt werden.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Zwecke des Ausrichtens der Maske an dem Wafer ein Objekttisch 25 (siehe Fig. 7), an dem der Wafer 2 angeordnet ist, zum Einstellen der Position des Wafers 2 verschoben. Jedoch kann ein separater Mechanismus zum Bewegen einer Maskenspannvorrichtung vorgesehen sein, um die Maske aus dem gleichen Grund zu verschieben.
• Wenn in dieser Anordnung der Wafer 2 um Aa relativ zu der Maske 1 seitlich verschoben wird, tritt eine Veränderung des Ausgabewinkels des von der Maske 1 ausgestrahlten Lichtes auf, wobei diese Veränderung eine Veränderung der Einfallposition des Lichtes auf jeweils die Erfasser 38 und 39 bewirkt. Wenn der Ausgabewinkel gering ist, wenn die Maske und der Wafer um seitlich und zueinander abweichen und wenn der Abstand von dem Wafer 2 zu dem Konvergenzpunkt (virtuellen Punkt) des durch das physikalische optische Element 41M oder 42M der Maske gebeugten Lichtes mit "bw" bezeichnet wird, kann die Verschiebung Δδ der Einfallposition des Lichtes auf der Oberfläche der Erfasser 38 und 39 wie folgt ausgedrückt werden (siehe Fig. 3):
• Δδ = σΔ · (bw/aw - 1)...(1)
• Die Verschiebung Δδ ist nämlich dem Vergrößerungsbetrag der Positionsabweichung Δσ der Maske und des Wafers gleich, wobei sie durch "(bw/aw - 1)" vergrößert wird. Wenn das Grobausrichtsystem aw = 5,0 mm und bw = 50 mm aufweist, wird die seitliche Abweichung Δσ 9-fach vergrößert, und wenn das Feinausrichtsystem aw = 0,5 mm und bw = 50 mm aufweist, wird die seitliche Abweichung Δσ 99-fach vergrößert.
• Hierbei stehen, wie dies aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, die Verschiebung Δσ und die Positionsabweichung Δσ in einer proportionalen Beziehung. Wenn die Erfasser 38 und 39 eine Auflösung von einem Mikrometer haben, kann die seitliche Abweichung An zwischen der Maske und dem Wafer mit einer Auflösung von 0,1 um (Grobausrichtungssystem) und 0.01 um (Feinausrichtsystem) erfaßt werden. Außerdem haben, wenn die Breite des Erfassungsbereiches auf der Erfassungsoberfläche von jedem Erfasser 38 und 39 in der Richtung der Verschiebung des auf ihr einfallenden Lichtes auf 990 um eingestellt ist, das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem einen Erfassungsbereich von +/- 55 um beziehungsweise +/- 5 um.
• Bei jedem Erfasser 38 und 39 ist eine Bezugsposition für die Erfassung der Positionsabweichung eingestellt, wobei diese Position der "korrekten" Ausrichtung der Maske und des Wafers entspricht. Eine derartige Bezugsposition kann zuvor während des Einstellens der Maske auf der Grundlage von Probedrucken bestimmt werden. Die Einfallposition des Lichtes auf den Erfasser wird nämlich, wenn die Maske und der Wafer keine relative Positionsabweichung aufweisen, als die Bezugsposition bestimmt. Danach wird während des wirklichen Erfassens einer Positionsabweichung der Maske und des Wafers der Betrag der Abweichung des Lichtes von der Maske, das auf den Erfasser von dem somit bestimmten Bezug einfällt, gemessen und auf der Grundlage der in Gleichung (1) ausgedrückten proportionalen Beziehung wird die Positionsabweichung der Maske und des Wafers bestimmt. Die somit bestimmte Positionsabweichung wird danach korrigiert, wodurch die Ausrichtung der Maske an dem Wafer ausgeführt worden ist.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf der Grundlage einer Positionsabweichung Δσ, die durch eine Signalverarbeitung erhältlich ist, die bei einer Steuereinrichtung 100 auszuführen ist, der Wafer 2 verschoben, um selbigen mit der Maske genau auszurichten.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Einfallposition des Lichtes auf die Erfasser 38 und 39 durch eine Erfassung der Schwerpunktmittenposition der Intensitätsverteilung des darauf einfallenden Lichtes bestimmt werden. Eine derartige Schwerpunktmittenposition kann eine Position sein, bei der, wenn im Schwerpunkt des Lichtes ein Positionsvektor von jedem Punkt in dem Abschnitt mit der Lichtintensität von jenem Punkt multipliziert wird und die somit erhaltenen Produkte über den gesamten Abschnitt integriert werden, die integrierte Größe einen "Null-Vektor" hat. Anstelle einer derartigen Schwerpunktmittelposition kann ein Spitzenpunkt der Lichtintensitätsverteilung als die Einfallposition des Lichtes verwendet werden.
• Die Lichtquelle 31 kann eine Lichtquelle mit hoher Kohärenz aufweisen, wie beispielsweise ein He-Ne-Laser oder ein Halbleiterlaser, oder sie kann eine Lichtquelle mit einer geringen Kohärenz aufweisen, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED), eine Xenonlampe oder eine Quecksilberlampe.
• Nachstehend wird unter Bezugnahme auf insbesondere die Fig. 4A-4C, 5A und 5D die Art und Weise des Messens des Spaltes (des Abstandes) zwischen einer Maske 1 und einem Wafer 2 und des Einstellens des Spaltes zwischen ihnen, um dadurch die Relativposition von ihnen in der Richtung der Normalen PA einzustellen, beschrieben.
• Licht für die Spaltmessung wird von dem Ausrichtungskopf 24 ebenfalls geliefert. Ein Paar Lichtstrahlen, die einen Fehler in dem Spalt zwischen der Maske 1 und dem Wafer 2 darstellen, werden durch die gleichen Lichtaufnahmeelemente (Fotoerfasser) 38 und 39 des Ausrichtkopfes 24 aufgenommen, die außerdem für die Erfassung der seitlichen Abweichung der Maske und des Wafers verwendet werden. In den Fig. 4A-4C, 5A und 5B sind mit den Bezugszeichen 43in und 43out Ausrichtmuster (Markierungen) für die Voreinstellung (für die relativ grobe Eistellung) bezeichnet, während mit den Bezugszeichen 44in und 44out Ausrichtmuster (Markierungen) für die Endeinstellung (relativ feine Einstellung) bezeichnet sind. Jedes Ausrichtmuster 43in und 44in ist mit einem linearen Gitter versehen, während jedes Ausrichtmuster 43out und 44out mit einer Fresnel- Zonenplattierung versehen ist.
• Wie dies am deutlichsten in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, wird sämtliches von dem Kopf 24 ausgestrahltes und auf dem Ausrichtmuster 43in (44in) der Maske 1 auftreffendes Licht 47 beispielsweise in der ersten Ordnung gebeugt und wird zu der Oberfläche des Wafers 2 mit einer Neigung um einen bestimmten Winkel in Bezug auf eine Normale zu der Oberfläche des Wafers 2 projiziert. Danach wird das Licht durch die Oberfläche des Wafers 2 regelmäßig reflektiert und verläuft durch das Ausrichtmuster 43out (44out) der Maske 1. Zu diesem Zeitpunkt unterscheidet sich die Position an dem zweiten Muster 42out (44out) des durch dieses hindurchtretenden Lichtes von dem Abstand zwischen der Maske 1 und dem Wafer 2.
• Die Ausrichtmuster 43out und 44out haben die gleiche Brennpunktlänge fM und sie dienen dem Richten des ausgestrahlten Lichtes 46 zu den Erfassern 38 und 39 hin. Außerdem hat jedes von ihnen eine Funktion zum Verändern des Ablenkwinkels des ausgestrahlten Lichtes 46 in Übereinstimmung mit der Einfallposition des Lichtes auf das Ausrichtmuster 43out (44out), wobei diese Funktion als Linsenfunktion bezeichnet werden kann.
• Selbstverständlich können die Ausrichtmuster 43out und 44out so eingestellt werden, daß sie einen konstanten Ablenkwinkel gegenüber dem Licht vorsehen.
• Die Verwendung einer Lichtaufnahmelinse 36, wie sie in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, schafft die nachstehenden beschriebenen Vorteile: Bei einem Fall, bei dem das Licht 46 von der Maske in geringfügig divergenter Form so ausgestrahlt wird, daß der Lichtstrahldurchmesser wahrscheinlich groß wird, kann nämlich die Lichtaufnahmelinse 36 das Licht bündeln und somit kann ein deutlicher Lichtpunkt mit einer hohen Energiedichte an dem Erfasser 38 (39) erzeugt werden, wenn der Erfasser 38 (39) an der Brennpunktposition der Lichtaufnahmelinse 36 mit einer Brennpunktlänge fS angeordnet ist, kann das System dem Erfassen von nur dem Lichtwinkel in einer derartigen Weise dienen, daß, selbst wenn die Lichtaufnahmelinse 36 und die Erfasser 38 und 39 in einem einstückigen Aufbau ausgebildet sind und wenn eine Positionsabweichung in einer senkrecht zu der optischen Achse in der Lichtaufnahmelinse 36 stehenden Richtung auftritt, eine derartige Positionsabweichung nicht zu einer nachteiligen Wirkung führt. Jedoch ist, selbst bei einem Fall, bei dem die Erfasser 38 und 39 nicht an der Brennpunktposition der Lichtaufnahmelinse aus irgendeinen Grund angeordnet sind, die Genauigkeit innerhalb eines Bereiches ausreichend in der Praxis anwendbar, bei dem die Wirkung einer derartigen Positionsabweichung vernachlässigt werden kann. Daher ist die Position der Erfasser 38 und 39 nicht unbedingt auf die Brennpunktposition der Lichtaufnahmelinse 36 beschränkt.
• In den Fig. 5A und 5B kann die Verschiebung S des Lichtpunktes auf der Oberfläche des Erfassers mit einem Einheitsfehler in dem Spalt zwischen der Maske und dem Wafer wie folgt ausgedrückt werden:
• S = fS/fM · dM... (2)
• Wenn der zwischen dem von dem Ausrichtmuster 43in (44in) ausgestrahlten Licht und einer Normalen zu der Oberfläche des Wafers 2 definierte Winkel θ beträgt, kann die Verschiebung S des Lichtpunktes auf der Oberfläche des Erfassers, die durch eine Veränderung des Spaltes der Maske gegenüber dem Wafer (des Bezugsspaltes) um einen Abstand dG bewirkt wird, wie folgt ausgedrückt werden:
• S = 2dG (fS/fM) tanθ... (2')
• Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist derart eingerichtet, daß: der Neigungswinkel A an der Oberfläche des Wafers 2 von dem Beugungslicht von dem Ausrichtmuster 43in des Grobausrichtsystems für die Spalteinstellung θ = θ&sub1; beträgt, der Neigungswinkel θ an der Oberfläche des Wafers 2 des Beugungslichtes von dem Ausrichtmuster 44in des Feinausrichtsystems für die Spalteinstellung θ = θ&sub2; beträgt, und θ&sub1; = 10º ist, während θ&sub2; = 40º ist. Demgemäß ist, wenn fS/fM = 20 beträgt, die Verschiebung S des Lichtpunktes bei dem Grobausrichtsystem S = 7dG, während andererseits S = 33,6 dG bei dem Feinausrichtsystem beträgt. Wenn daher die Breite des Erfassungsbereiches an der Erfassungsoberfläche des Erfassers 38 (39) in der Richtung der Verschiebung des Lichtpunktes 990 um beträgt und wenn der Erfasser eine Auflösung von 1 um hat, hat das Grobausrichtsystem eine Auflösung von 0,14 um und einen Erfassungsbereich von 141 um, während das Feinausrichtsystem eine Auflösung von 0,03 um und einen Erfassungsbereich von 29,5 um hat.
• Im Betrieb kann der Abstand zwischen der Maske und dem Wafer bei einer korrekten Höhe (Bezugsspalt) zuvor eingestellt werden, indem eine separate Spaltmeßeinrichtung verwendet wird, und die Schwerpunktmittenposition der Lichtmengenverteilung des auf dem Erfasser 38 (39) an einem derartigen Bezugsspalt einfallenden Lichtes kann zuvor als eine Bezugsposition bestimmt werden. Während der tatsächlichen Erfassung des Spaltes zwischen der Maske und dem Wafer unter Verwendung der Steuereinrichtung 100 kann eine Abweichung der Schwerpunktmittenpositon des Lichtes 46 von der Bezugsposition als "S" erfaßt werden, wobei dieser Wert anschließend in die Gleichung (2') eingesetzt werden kann, um den Abstand dG zu berechnen. Der Abstand dG kann als ein Spaltfehler aus dem Bezugsspalt bestimmt werden und die Spaltmessung kann ausgeführt werden. Danach kann der Wafer 2 durch eine Waferantriebseinrichtung nach oben oder nach unten bewegt werden, um den Fehler zu korrigieren.
• Gemäß dem vorstehend beschriebenen Prinzip kann der absolute Betrag des Abstandes zwischen der Maske und dem Wafer gemessen werden. Demgemäß ist bei einem Fall, bei dem ein Wafer zu einer Maske geliefert wird, die bereits eingestellt ist, und bei dem der Wafer bei einem Abstand von 100 um von der Maske angeordnet ist, die größer als der Bezugsspalt von beispielsweise 30 um bei der vorliegenden Erfindung ist, ein Erfassen des Spaltes zwischen der Maske und dem Wafer von 100 um genau möglich und es ist außerdem möglich, den Spalt zwischen der Maske und dem Wafer genau auf den gewünschten Spalt von 30 um schnell auf der Grundlage dieser Messung zu steuern.
• Die Aufbaumerkmale und die Betriebsfolge bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nachstehend beschrieben.
• Der von dem Ausrichtkopf (Aufnahmekopf) 24, in dem die Lichtquelle 31 und die Erfasser 38 und 39 untergebracht sind, ausgestrahlte Lichtstrahl wird auf einen Bereich in einem Markierungseinstellbereich 20 der Maske 1 und des Wafers 2 projiziert, in dem verschiedene Muster ausgebildet sind. Der Lichtstrahl wird durch diese Muster moduliert und wird von der Maske 1 zurück zu dem Ausrichtaufnahmekopf 24 gestrahlt. Wie dies am deutlichsten in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, ist der Ausrichtaufnahmekopf 24 an dem Objekttisch 21 montiert, so daß er wunschgemäß in Übereinstimmung mit dem Ausrichtbereich zweidimensional bewegt werden kann. Diese Bewegung wird durch eine Objekttischsteuereinrichtung 22 gesteuert. Hierbei wird der Objekttisch 21 durch eine äußerst flache Grundplatte 23 geführt und es tritt kein Neigen oder Gieren auf. Zu Beginn des Ausrichtvorgangs oder des Spaltsteuervorgangs treibt die Objekttischsteuereinrichtung 23 den Objekttisch 21 an, um den Kopf 24 zu einer vorbestimmten Position zum Beleuchten einer Auswertungsmarkierung 20 der Maske und des Wafers und zum Erfassen des Lichtes von der Maske 1 zu bewegen, wobei diese Position zuvor gespeichert worden ist.
• Die Einzelheiten des Bewegungsmechanismus werden nachstehend beschrieben. Wie dies am deutlichsten in Fig. 8 gezeigt ist, ist der Ausrichtkopf 24 an einer Klemmeinrichtung 27 montiert, die dem Drücken der äußerst flachen Oberfläche 10 eines Stützelementes 26 an die äußerst flache Grundplatte 23 mit einer konstanten Drückkraft dient, wobei somit der Ausrichtkopf an dem oberen Abschnitt der Ausrichtvorrichtungshauptbaugruppe bei einem Eingreifen der äußerst flachen Grundplatte 23 angeordnet ist. Die Klemmeinrichtung 27 ist an einem Bewegungsstützabschnitt 28 an dem zweidimensional bewegbaren Objekttisch 21 durch parallele Federn 30 gekuppelt. Der Objekttisch 21 weist einen Grundabschnitt 21B, einen X-Achsen- Gleitabschnitt 21X, einen Y-Achsen-Gleitabschnitt 21Y, einen Führungsabschnitt 21 G zum Führen des X-Achsen-Gleitabschnittes und des Y-Achsen-Gleitabschnittes als auch Antriebsquellen 21MX und 21MY zum Antreiben der Gleitabschnitte 21X und 21Y, die an dem Grundabschnitt 21B montiert sind, jeweils in der X-Richtung beziehungsweise in der Y-Richtung, auf. Der Betrieb der Antriebsquellen MX und MY wird durch die Steuereinrichtung 22 so gesteuert, daß der Kopf 21 in die jeweilige Richtung bewegt wird, um dadurch den Kopf an einer erwünschten Position zu positionieren.
• Der Bewegungsbetrag des Objekttisches wird mittels einer Laserabstandsmeßeinrichtung 29X und/oder einer Laserabstandsmeßeinrichtung 29Y genau gemessen und die erhaltenen Daten werden in die Steuereinrichtung 22 eingegeben. Auf der Grundlage der erhaltenen Daten erfaßt die Steuereinrichtung 22 die gegenwärtige Position des Kopfes 24 und liefert ein Befehlssignal zu der Antriebsquelle MX und/oder MY entsprechend der erwünschten Position. Dadurch kann die Position des Kopfes 24 genau gesteuert werden. Nach der Bewegung des Kopfes zu der Erfassungsposition werden die Seitenabweicherfassung und die Spalterfassung durch das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem nacheinander ausgeführt und auf der Grundlage der Ergebnisse der Erfassung wird der Waferobjekttisch 25 (siehe Fig. 7) durch eine nicht gezeigte Antriebseinrichtung um einen Betrag und in einer Richtung bewegt, so daß die erfaßte seitliche Abweichung und der erfaßte Spaltfehler korrigiert werden.
• In dem Ausrichtaufnahmekopf 24 sind sowohl das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem des Seitenabweichungserfassungssystemes als auch das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem des Spalterfassungssystemes untergebracht, wobei die Hauptabschnitte des Lichtprojiziersystems und des Lichtaufnahmesystems bei diesen Ausrichtsystemen gemeinsam verwendet werden.
• Das Lichtprojizier- und Aufnahmefenster 35 des Ausrichtaufnahmekopfes 24 ist mit einem Filter ausgerüstet, der zum Blockieren von Röntgenstrahlen von einer Lichtquelle wirkungsvoll ist, die für die Belichtung (Musterdrucken) verwendet wird.
• Der von der Lichtquelle (bei diesem Beispiel ein Halbleiterlaser) 31 ausgestrahlte Lichtstrahl verläuft über eine Sammellinse 32, eine Lichtprojizierlinse 33 und einen Reflexionsspiegel 34 und trifft auf einen Auswertungsmarkierungseinstellbereich 20 auf. Der von dem Markierungseinstellbereich 20 ausgestrahlte Lichtstrahl wird durch eine Erfassungslinse 36 zu einem Halbspiegel 37 gerichtet, durch den er zweigeteilt wird. Die geteilten Lichtstrahlen treffen auf dem Lichtaufnahmeelement 38 für den Zweck der Grobausrichtung und auf dem Lichtaufnahmeelement 39 zum Zweck der Feinausrichtung auf. Danach werden diese in die Lichtaufnahmeelemente 38 und 39 einfallenden Lichtstrahlen in elektrische Signale jeweils für die Grobausrichtung und die Feinausrichtung umgewandelt und danach werden diese Signal in die Steuereinrichtung eingegeben und in dieser verarbeitet.
• In dem Markierungseinstellbereich 20 sind an der Maske 1 Markierungen 41M und 42M für die Erfassung einer seitlichen Abweichung und Markierungen 43in, 44in, 43out und 44out für die Spaltmessung vorgesehen, die in einer angrenzenden Beziehung ausgebildet sind. An dem Wafer 2 sind Markierungen 41W und 42W an Positionen ausgebildet, die den Markierungen 41M und 42M der Maske entsprechen. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist so gestaltet, daß an den Markierungseinstellbereich 20 das projizierte Licht 47 von dem Ausrichtkopf 24 paralleles Licht aufweist und dieses gleichzeitig die Markierungen 41M und 42M beleuchtet.
• Bei dem Grobausrichtsystem und dem Feinausrichtsystem für die Erfassung einer seitlichen Abweichung haben die Ausrichtmarkierungen 41M und 42M der Maske 1 jeweils eine Lichtkonvergierfunktion. Die Wafermarkierungen 41W und 42W haben jeweils eine Funktion zum Abbilden durch die Linse des Konvergenzpunktes des Lichtes an einer Position, die mit dem Erfasser 38 (39) optisch konjugiert ist. Dadurch wird die seitliche Abweichung an der Erfassungsoberfläche vergrößert und erfaßt. Die Lichtaufnahmelinse 36 bildet ein Übertragungslinsensystem zum Übertragen des Konvergenzpunktes des Lichtes durch die Wafermarkierung 41W (42W) zu dem Erfasser 38 (39) (siehe die Fig. 3A und 3B).
• Andererseits beleuchtet das projizierte parallele Licht 47 das Ausrichtmuster 43in (für die Grobspalteinstellung) und das Ausrichtmuster 44in) für die Feinspalteinstellung (der Maske gleichzeitig). Das durch das Ausrichtmuster 43in (44in) hindurch tretende und dadurch gebeugte und abgelenkte Licht wird durch die Oberfläche des Wafers 2 regelmäßig reflektiert und danach auf einen bestimmten Bereich des Ausrichtmusters 43out (44out) der Maske in Übereinstimmung mit dem Spalt zwischen der Maske und dem Wafer projiziert. Danach wird es von der Maske unter einem Winkel ausgestrahlt, der dem Spalt entspricht, und es wird zu dem Erfasser 38 (39) mit einer Verschiebung an diesem, die in Übereinstimmung mit der Gleichung (2) bestimmt wird, gerichtet (siehe die Fig. 5A und 5B). Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann das Erfassungssystem für die seitliche Abweichung und das Spalterfassungssystem in separaten Aufnahmeköpfen vorgesehen sein. Außerdem können das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem ein gemeinsames Signalverarbeitungssystem haben.
• Sowohl bei der Spalteinstellung einer Maske und eines Wafers als auch bei der Ausrichtung von ihnen können die Vorgänge jeweils in Übereinstimmung mit dem Ablauf bei dem in Fig. 6 gezeigten Flußdiagramm ausgeführt werden.
• Zunächst wird unter Verwendung des Grobausrichtsystems für die Spalterfassung der Spalt zwischen der Maske und dem Wafer erfaßt. Danach wird der Spalt der Maske zu dem Wafer eingestellt, indem der Waferobjekttisch nach oben oder nach unten bewegt wird, so daß der Wafer innerhalb des Erfassungsbereiches des Feinausrichtsystemes des Spalterfassungssystemes positioniert werden kann. Dies ist die Vorspalteinstellung oder die Grobspalteinstellung (relativ grobe Spalteinstellung). Danach wird unter Verwendung des Feinausrichtsystemes des Spalterfassungssystems der relativ grob eingestellte Spalt der Maske und des Wafers erfaßt und durch ein Bewegen des Waferobjekttisches wird der Spalt sehr exakt auf einen gewünschten Spalt eingestellt. Dies ist die Endspalteinstellung oder auch Feinspalteinstellung (relativ feine Spalteinstellung).
• Anschließend wird unter Verwendung des Grobausrichtsystems des Erfasssungssystems für die seitliche Abweichung eine Positionsabweichung der Maske und des Wafers erfaßt und durch ein Bewegen des Waferobjekttisches 25 wird die Relativposition der Maske und des Wafers relativ grob eingestellt, so daß sie in den Erfassungsbereich des Feinausrichtsystems des Erfassungssystems für die seitliche Abweichung gebracht werden. Danach wird durch eine Verwendung dieses Feinausrichtsystems eine jegliche Restpositionsabweichung der Maske und des Wafers erfaßt und durch ein Bewegen des Waferobjekttisches wird die Endausrichtung oder Feinausrichtung (relativ feine Ausrichtung) der Maske und des Wafers ausgeführt.
• Nach dem diese Feinausrichtung vollendet worden ist, wird ein Röntgenstrahl auf die Maske projiziert, wodurch der Wafer durch die Maske belichtet wird und wodurch das Schaltungsmuster der Maske auf dem Wafer aufgedruckt wird.
• Fig. 9 zeigt einen Hauptabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel darin, daß als eine Einrichtung zum Teilen des Lichtes von der Linse 36 in die von den Erfassern 38 und 39 des Grobausrichtsystems und des Feinausrichtsystems jeweils aufzunehmenden Lichtstrahlen ein mit einem Muster versehener Spiegel 53 mit einer Reflexionsoberfläche, die nur in einem bestimmten Bereich ausgebildet ist, anstelle des Halbspiegels 37 verwendet wird. Der übrige Abschnitt hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Grobausrichtsystem und dem Feinausrichtsystem ein geringer Unterschied im Ausgabewinkel des Lichtes von der Maske 1 vorhanden und somit werden die Lichtstrahlen von diesen Ausrichtsystemen räumlich getrennt. Außerdem ist nur der Bereich, durch den der Lichtstrahl des Grobausrichtsystems tritt, zu einer Spiegeloberfläche 52 ausgebildet und der übrige Bereich ist zu einer durchlässigen Fläche ausgebildet.
• Fig. 10 zeigt eine schematische Ansicht der Oberfläche des mit einem Muster versehenen Spiegels 53. Es wird angenommen, daß, wenn das Grobausrichtsystem und das Feinausrichtsystem einen Unterschied von ungefähr 4º im Einfallswinkel des Lichtes auf die Linse 36 haben und wenn auf die Oberfläche des mit einem Muster versehen Spiegels 53 die Lichtstrahlen von diesen Ausrichtsystemen an unterschiedlichen Bereichen einfallen, der bewegliche Bereich des Lichtstrahles des Grobausrichtsystems in dem praktischen Bereich durch Bereiche 50a-50n entsprechend den jeweiligen dynamischen Bereichen abgebildet werden, während jene Bereiche des Lichtstrahls des Feinausrichtsystems durch Bereiche 51a-51k abgebildet werden. Hierbei entsprechen die Bereiche 50a-50n dem Bereich 54, der in Fig. 10 durch eine gestrichelte Linie abgebildet ist. In dieser Zeichnung ist der Bereich 52, der die beweglichen Bereiche 51a-51k des Lichtstrahles von dem Feinausrichtsystem in dem praktischen Bereich umfaßt aber die beweglichen Bereiche 50a-50n des Lichtstrahlsgrobausrichtsystems nicht umfaßt, zu einer Spiegeloberfläche ausgebildet.
• Es sollte hierbei beachtet werden, daß im wesentlichen die vorteilhaften Wirkungen erzielt werden können, indem eine Spiegelfläche nur an dem Bereich 54 vorgesehen wird, durch den der Lichtstrahl des Grobausrichtsystems verläuft, so daß die Lichtstrahlen des Grobausrichtsystems und des Feinausrichtsystems voneinander getrennt werden.
• Als einer Alternative können durch ein Verändern des Signalausgabewinkels des Grobausrichtsystems und des Feinausrichtsystems in der Längsrichtung des Sensors unterschiedliche Bereiche eines gemeinsamen Sensors als ein Sensor für die Erfassung einer Verschiebung des Lichtstrahles bei dem Grobausrichtsystems und dem Feinausrichtsystem verwendet werden. Des weiteren kann die Erfassung durch das Grobausrichtsystem und die Erfassung durch das Feinausrichtsystem nacheinander derart ausgeführt werden, daß der gleiche Bereich eines Sensors verwendet werden kann. Als eine weitere Alternative kann die Ausrichtmarkierung (Zonenplattierung) der Maske oder des Wafers für die Erfassung der seitlichen Abweichung eine derartige Ausrichtmarkierung aufweisen, wie sie in Fig. 11 gezeigt ist, bei der ein Grobausrichtmuster und ein Feinausrichtmuster in übereinander angeordneter Weise an dem gleichen Bereich ausgebildet sind.
• Fig. 12A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das bei einem Röntgenstrahlungsbelichtungsgerät angewendet wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel hinsichtlich des Ausrichtsystems. Fig. 12B zeigt Maskenmarkierungen und Wafermarkierungen von Fig. 12A, wobei auf der Maske 18 Linearzonenplattierungen (Ausrichtmarkierungen) 121a und 121b ausgebildet sind, während auf dem Wafer 19 rechtwinklige Musteraufreihungen (Ausrichtmarkierungen) 122a und 122b ausgebildet sind, die entlang einer geraden Linie mit einem regelmäßigen Abstand aufgereiht sind. Die Richtung, in der die Linearzonenplattierung 121a (121b) eine Lichtkonvergierfunktion (eine Lichtkonvergierwirkung) hat, entspricht der Ausrichtrichtung. Ein von einer Lichtquelle S projizierter Lichtstrahl B1 läuft über einen Spiegel 17 und wird auf eine Zonenplattierung 121a (121b) innerhalb eine Ebene, die eine Normale Z zu der Mitte der Markierung enthält und senkrecht zu der Positionsabweichungserfassungsrichtung steht, unter einem bestimmten Winkel α in Bezug auf die Normale (Z-Achse) projiziert. Durch die Zonenplattierung 121a (121b) wird der Lichtstrahl auf dem Wafer zu einer linearen Form konvergiert, wie dies in Fig. 12c gezeigt ist. Danach wird der Lichtstrahl durch das Muster 122a (122b) des Wafers gebeugt und wird als ein Signallicht B2 (B3) einer vorbestimmten Ordnung oder vorbestimmten Ordnungen mit einem bestimmten Winkel, der durch den Abstand des Wafermusters bestimmt wird, ausgestrahlt. Der ausgestrahlte Lichtstrahl läuft über den Spiegel 17 und trifft auf einen Erfasser D1 (D2) auf. In Fig. 12C ist mit dem Bezugszeichen 1a der Lichtstrahl mit der linearen Form bezeichnet, der durch die Zonenplattierung 121a ausgebildet wird, und mit dem Bezugszeichen 1b ist der Strahl mit einer linearen Form bezeichnet, der durch das Zonenplattierungsmuster 121b ausgebildet wird. Durch ein Bewegen des Wafers 19 in der Positionsabweichungserfassungsrichtung werden die Musteraufreihungen 122a und 122b mit entsprechenden linearen Strahlen 1a und 1b jeweils abgetastet.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Zonenplattierung 121b und die Musteraufreihung 122b als Paar für die relativ grobe Ausrichtung verwendet, wohingegen die Zonenplattierung 121a und die Musteraufreihung 122a als ein Paar für die relativ feine Ausrichtung verwendet werden.
• Der Abstand zwischen der Maske 18 und zwischen dem Wafer 19 ist in der Zeichnung in einem vergrößerten Maßstab dargestellt und in der Realität sind die Maske und der Wafer nahe beieinander bei einem Abstand angeordnet, der nicht größer als 100 um ist. Wenn eine Positionsabweichung in der Ausrichtrichtung zwischen der Maske und dem Wafer auftritt, tritt eine Veränderung der Menge an Beugungslicht, das durch das Wafermuster 122a (122b) gebeugt wird, auf und als eine Folge ändert sich die Menge an von dem Erfasser D1 (D2) aufgenommenen Beugungslicht.
• Die Fig. 13A und 13B zeigen jeweils die Beziehung zwischen (i) der Positionsabweichung der Maske und des Wafers in der Ausrichtrichtung und (ii) des Lichtmengensignals der Erfassers D1 (D2), das die Menge an aufgenommenem Beugungslicht darstellt. Fig. 13A zeigt das Ausgangssignal des Erfassers D1, der das Signallicht B2 aufnimmt, das durch die Ausrichtmarkierungen 121a und 122a gebeugt wird, während Fig. 13B das Ausgangssignal des Erfassers D2 zeigt, der das Signallicht B3 aufnimmt, das durch die Ausrichtmarkierungen 121b und 122b gebeugt wird.
• Das Signal von dem Erfasser D1 erreicht seine maximale Höhe, wenn die Mitte des linearen Strahles 1a an der Oberfläche des Wafers 19 an der Mitte der rechtwinkligen Musteraufreihung 122a bei korrekt ausgerichteter Maske und Wafer ausgerichtet ist. Wenn als eine Größe, die die maximale Höhe darstellt, die Breite des erfaßten Signales, das durch eine Störkomponente beeinflußt wird, als ΔSa betrachtet wird und derart bezeichnet wird, kann der Positionsabweichfehler entsprechend jener Breite durch ΔPa dargestellt werden, wie dies in der Zeichnung abgebildet ist.
• Andererseits erreicht das Ausgabesignal des Erfassers D2 seine maximale Höhe, wenn die Mitte des Lichtstrahles 1b an der Oberfläche des Wafers 19 an der Mitte der rechtwinkligen Musteraufreihung 122b bei korrekt ausgerichteter Maske und Wafer ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise kann durch ein Verwenden der Breite ΔSb des erfaßten Signales mit maximaler Höhe der Positionsabweichfehler entsprechend jener Breite durch ΔPb dargestellt werden, wie dies in der Zeichnung abgebildet ist.
• In den Fig. 13A und 13B sind die Erfassungsbereiche jeweils Pa bis Pa und -Pb bis Pb. Somit ist der Erfassungsbereich bei dem Signal von dem Erfasser D2 (siehe Fig. 13B) breiter als bei dem Erfasser D1.
• Der Signalerfassungsbereich wird durch die Breite des linearen Strahles 1a (1b) an der Oberfläche des Wafers 19 und durch die Breite der rechtwinkligen Musteraufreihung 122a (122b) jeweils in der Ausrichtrichtung bestimmt. Demgemäß ist es, indem die Breite des linearen Strahles und die Größe des rechtwinkligen Musters kleiner gestaltet wird, möglich, den Positionsabweichfehler wie in dem Fall des Signales des Erfassers D1 zu verringern. Somit ist eine höhere Ausrichtgenauigkeit erzielbar, jedoch wird der Erfassungsbereich kleiner. Im Gegensatz dazu wird, indem zumindest entweder die Breite des linearen Strahles oder die Größe des rechtwinkligen Musters größer gestaltet wird, der Erfassungsbereich wie bei dem Fall des Signales von dem Erfassers D2 breiter, obwohl der Positionsabweichfehler größer wird.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel werden ein Grobausrichtsystem und ein Feinausrichtsystem mit unterschiedlichen Genauigkeiten und unterschiedlichen Erfassungsbereichen kombiniert verwendet, um ein Ausrichtsystem mit einer hohen Genauigkeit und einem weiten Erfassungsbereich dadurch sicherzustellen.
• Der Ausrichtvorgang bei diesem Ausführungsbeispiel kann in der nachstehend beschriebenen Abfolge gestaltet werden: zunächst wird der Wafer 19 in der Ausrichtrichtung bewegt, so daß das Signal von dem Erfasser D2 des Grobausrichtsystems seine maximale Höhe erreicht. Wenn dies derart ausgeführt worden ist, kann, während das Signal von dem Erfasser D2 einen Positionsabweichfehler ΔPa enthält, der Wafer 19 innerhalb des Erfassungsbereiches des Feinausrichtsystems positioniert werden. Danach wird der Wafer 19 erneut derart bewegt, daß das Signal von dem Erfasser des Feinausrichtsystems seine maximale Höhe erreicht. Dadurch wird die Feinausrichtung oder Entausrichtung des Wafers ausgeführt.
• Bei dem vorliegendem Ausführungsbeispiel wird zum Beschleunigen des Ausrichtvorgangs der Spalt zwischen der Maske und dem Wafer während des gesamten Ablaufs des Grobausrichtvorgangs und des Feinausrichtvorgangs konstant gehalten. Der Spalt der Maske zu dem Wafer wird nämlich so eingestellt, daß er der Brennpunktlänge der Linearzonenplattierung 121a des Feinausrichtsystems gleich ist. Somit wird der durch die Zonenplattierung 121b des Grobausrichtsystems ausgebildete lineare Strahl 1d geringfügig an der Oberfläche des Wafers 19 fokussiert, während der durch die Zonenplattierung 121a des Feinausrichtsystems ausgebildete lineare Strahl 1a an der Oberfläche des Wafers 19 korrekt fokussiert wird.
• Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die hierbei offenbarten Aufbauarten beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die aufgezeigten Einzelheiten beschränkt und diese Anmeldung soll derartige Abwandlungen oder Veränderungen abdecken, die Verbesserungen darstellen oder in den Umfang der nachstehend aufgeführten Ansprüche fallen.

Claims (21)

1. Belichtungsgerät zum Belichten eines Wafers (2) mit einem Schaltungsmuster einer Maske (1), wobei die Maske (1) auf ihr ausgebildete erste und zweite Muster (41M, 42M) mit jeweils einer Brechkraft hat, wobei der Wafer (2) auf ihm ausgebildete erste und zweite Markierungen (41W, 42W) mit jeweils einer Brechkraft hat, wobei das erste Muster (41M) und die erste Markierung (41W) miteinander zusammenwirken können, um im Ansprechen auf eine Bestrahlung eines Bestrahlungsstrahls (47) einen ersten Strahl zu erzeugen, der bei einer ersten Vergrößerung mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) verschiebbar ist, und wobei das zweite Muster (42M) und die zweite Markierung (42W) miteinander zusammenwirken können, um in Ansprechen auf eine Bestrahlung eines Bestrahlungsstrahls (47) einen zweiten Strahl zu erzeugen, der bei einer zweiten Vergrößerung, die größer als die erste Vergrößerung ist, mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) verschiebbar ist, wobei das Gerät folgendes aufweist:

eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Wafers (2),

einen optischen Kopf (24), der (i) eine Bestrahlungseinrichtung (31, 32, 33, 34) zum gleichzeitigen Projizieren eines Bestrahlungsstrahls (47) auf das erste und das zweite Muster der Maske (1) und (ii) eine Lichtaufnahmeeinrichtung (36, 37, 38, 39) mit einem ersten und einem zweiten Sensor (38, 39) zum Aufnehmen des ersten und des zweiten Strahles jeweils von der Maske, um jeweils erste und zweite Signale zu erzeugen, die den Einfallpositionen des aufgenommenen ersten beziehungsweise zweiten Strahles jeweils entsprechen, umfaßt, und

eine Steuereinrichtung (100) zum Aufnehmen des ersten und des zweiten Signals jeweils von dem ersten und dem zweiten Sensor (38, 39), wobei die Steuereinrichtung (100) ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das erste Signal bewirkt, um den Wafer (2) an der Maske (1) anfänglich relativ grob auszurichten, und ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das zweite Signal bewirkt, um anschließend den relativ grob ausgerichteten Wafer (2) an der Maske (1) relativ fein auszurichten.

2. Belichtungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die relative Positionsabweichung der Maske und des Wafers sich in einer zu der Ebene des Wafers parallelen Richtung befindet.

3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sowohl das erste und das zweite Muster (41M, 42M) als auch die erste und die zweite Markierung (41W, 41W) ein Zonenplattierungsmuster aufweisen.

4. Gerät gemäß Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Muster (41M, 41W) sich überdecken.

5. Gerät gemäß Anspruch 1, wobei das erste Muster (41M) ein erstes Musterpaar (43) ist, das ein erstes Gittermuster (43in) und ein erstes Ablenkmuster (43out) mit einer Brechkraft aufweist, und das zweite Muster (42M) ein zweites Musterpaar (44) ist, das ein zweites Gittermuster (44in) und ein zweites Ablenkmuster (44out) mit einer Brechkraft aufweist, wobei der erste Strahl durch das erste Musterpaar (43) erzeugt wird, wenn ein Bestrahlungsstrahl (47) durch das erste Gittermuster (43in) gebeugt wird, von einer Oberfläche des Wafers (2) reflektiert wird und durch das erste Ablenkmuster (43out) tritt, wobei der erste Strahl bei einer ersten Vergrößerung mit einem Fehler eines Spaltes zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) verschiebbar ist, und wobei der zweite Strahl durch das zweite Musterpaar (44) erzeugt wird, wenn ein Bestrahlungsstrahl (47) durch das zweite Gittermuster (44in) gebeugt wird, von der Oberfläche des Wafers (2) reflektiert wird und durch das zweite Ablenkmuster (44out) tritt, wobei der zweite Strahl bei einer zweiten Vergrößerung, die größer als die erste Vergrößerung ist, mit einem Fehler in dem Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) verschiebbar ist, und wobei die Steuereinrichtung (100) ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das erste Signal bewirkt, um den Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) anfänglich relativ grob einzustellen, und ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das zweite Signal bewirkt, um anschließend den Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) relativ fein einzustellen.

6. Gerät gemäß Anspruch 5, wobei jeweils das erste und das zweite Ablenkmuster (43out, 44out) ein Zonenplattierungsmuster aufweist.

7. Verfahren zum Positionieren einer Maske (1) relativ zu einem Wafer (2), wobei die Maske (1) ein erstes und ein zweites Muster (41M, 42M) hat, die jeweils eine Brechkraft haben, und der Wafer (2) eine erste und eine zweite Markierung (41W, 42W) hat, die jeweils eine Brechkraft haben, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

einen Bestrahlungsschritt zum Bestrahlen des ersten Musters (41M) und der ersten Markierung (41W) unter Verwendung eines Bestrahlungsstrahles (47), um einen ersten Strahl zu erzeugen, der bei einer ersten Vergrößerung mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) verschiebbar ist, und zum gleichzeitigen Bestrahlen des zweiten Musters (42M) und der zweiten Markierung (42W) mit dem gleichen Bestrahlungsstrahl (47), um einen zweiten Strahl zu erzeugen, der bei einer zweiten Vergrößerung, die größer als die erste Vergrößerung ist, mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) verschiebbar ist,

einen ersten Erfassungsschritt zum Erfassen einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) auf der Grundlage des ersten Strahles,

einen ersten Positionierschritt zum relativ groben Positionieren des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) in Übereinstimmung mit der Erfassung durch den ersten Erfassungsschritt,

einen nach dem ersten Positionierschritt erfolgenden zweiten Erfassungsschritt zum Erfassen einer Restpositionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) auf der Grundlage des zweiten Strahles, und

einen zweiten Positionierschritt zum genauen Positionieren des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) in Übereinstimmung mit der Erfassung durch den zweiten Erfassungsschritt.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die relative Positionierbewegung der Maske (1) und des Wafers (2) in Richtungen stattfindet, die parallel zu der Ebene des Wafers (2) verlaufen.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei sowohl das erste und das zweite Muster (41M, 42M) als auch die erste und die zweite Markierung (41 W, 42 W) ein Zonenplattierungsmuster aufweisen.

10. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das erste und das zweite Muster (41M, 42M) sich überdecken.

11. Halbleitervorrichtungsherstellverfahren mit den Schritten gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dem Schritt des Belichtens des Wafers (2) mit einem Schaltungsmuster der Maske (1) und einem Herstellen einer Halbleitervorrichtung aus dem belichteten Wafer.

12. Verfahren zum Einstellen eines Spaltes zwischen einer Maske (1) und einem Wafer (2), die einander gegenüberstehend angeordnet sind, wobei die Maske (1) ein erstes Musterpaar (43) hat, das ein erstes Gittermuster (43in) und ein erstes Ablenkmuster (43out) mit einer Brechkraft aufweist, und ein zweites Musterpaar (44) hat, das ein zweites Gittermuster (44in) und ein zweites Ablenkmuster (44out) mit einer Brechkraft hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

einen Bestrahlungsschritt zum Bestrahlen des ersten Musterpaares (43) mit einem Bestrahlungsstrahl (47), so daß der Bestrahlungsstrahl (47) durch das erste Gittermuster (43in) gebeugt wird, von einer Oberfläche des Wafers (2) reflektiert wird und durch das erste Ablenkmuster (43out) tritt, wodurch ein erster Strahl erzeugt wird, wobei dieser erste Strahl bei einer ersten Vergrößerung mit einem Fehler eines Spaltes zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) verschiebbar ist, und zum gleichzeitigen Bestrahlen des zweiten Musterpaares (44) mit dem Bestrahlungsstrahl (47), so daß der Bestrahlungsstrahl (47) durch das zweite Gittermuster (44in) gebeugt wird, von der Oberfläche des Wafers (2) reflektiert wird und durch das zweite Ablenkmuster (44out) tritt, wodurch ein zweiter Strahl erzeugt wird, wobei der zweite Strahl bei einer zweiten Vergrößerung, die größer als die erste Vergrößerung ist, mit einem Fehler in dem Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) verschiebbar ist,

einen ersten Erfassungsschritt zum Erfassen eines Fehlers in dem Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) unter Verwendung des ersten Strahles, der durch das erste Musterpaar (43) erzeugt worden ist,

einen ersten Einstellschritt zum relativ groben Einstellen des Spaltes zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) in Übereinstimmung mit der Erfassung bei dem ersten Erfassungsschritt,

einen nach dem ersten Einstellschritt erfolgenden zweiten Erfassungsschritt zum Erfassen eines Fehlers in dem Spalt zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2) unter Verwendung des zweiten Strahles, der durch das zweite Musterpaar (44) erzeugt worden ist, und

einen zweiten Einstellschritt zum genauen Einstellen des Spaltes zwischen der Maske (1) und dem Wafer (2).

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei sowohl das erste als auch das zweite Ablenkmuster (43out, 44out) ein Zonenplattierungsmuster aufweisen.

14. Halbleitervorrichtungsherstellverfahren mit den Schritten von Anspruch 12 oder Anspruch 13, dem Schritt des Belichtens des Wafers mit einem Schaltungsmuster einer Maske (1) und dem Herstellen einer Halbleitervorrichtung aus dem belichteten Wafer.

15. Verfahren zum Ausrichten einer Maske (1) und eines Wafers (2), wobei die Maske (1) ein erstes Muster (121a) mit einer Brechkraft und ein zweites Muster (121b) mit einer Brechkraft, die größer als diejenige des ersten Musters (121a) ist, hat, und der Wafer (2) eine erste Gittermarkierung (122a), die in einer vorbestimmten Richtung aufgereihte erste Markierungselemente umfaßt, und eine zweite Gittermarkierung (122b), die in der vorbestimmten Richtung aufgereihte zweite Markierungselemente umfaßt, hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist,

einen Bestrahlungsschritt zum Bestrahlen des ersten Musters (121a) und der ersten Gittermarkierung (122a) unter Verwendung eines Bestrahlungsstrahles (B1), um einen ersten Beugungsstrahl (B2) mit einer Intensität, die mit einer Positionsabweichung von dem Wafer (2) gegenüber der Maske (1) veränderbar ist, zu erzeugen, und zum gleichzeitigen Bestrahlen des zweiten Musters (121b) und der Gittermarkierung (122b) unter Verwendung des Bestrahlungsstrahles (B1), um einen zweiten Beugungsstrahl (B3) mit einer Intensität, die mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) um einen größeren Betrag als diejenige des ersten Beugungsstrahles veränderbar ist, zu erzeugen,

einen ersten Erfassungsschritt zum Erfassen einer Positionsabweichung des Wafers (2) in Bezug auf die Maske (1) unter Verwendung des ersten Strahles (B2), der durch das erste Muster (121a) und durch die erste Gittermarkierung (122a) erzeugt worden ist,

einen ersten Ausrichtschritt zum relativ groben Ausrichten des Wafers (2) in Bezug auf die Maske (1) in Übereinstimmung mit der Positionsabweichung, die bei dem ersten Erfassungsschritt erfaßt worden ist,

einen nach dem ersten Ausrichtschritt erfolgenden zweiten Erfassungsschritt zum Erfassen einer Restpositionsabweichung des Wafers (2) in Bezug auf die Maske (1) unter Verwendung des zweiten Strahles (B3), der durch das zweite Muster (121b) und durch die zweite Gittermarkierung (122b) erzeugt worden ist, und einen zweiten Ausrichtschritt zum relativ feinen Ausrichten des Wafers (2) in Bezug auf die Maske (1) in Übereinstimmung mit der Erfassung durch den zweiten Erfassungsschritt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei sowohl das erste als auch das zweite Muster (121a, 121b) ein Zonenplattierungsmuster aufweist, das ein Konvergieren des aufgenommenen Bestrahlungsstrahls (B1) bewirkt, um auf den Wafer (1) einen Strahl mit einer linearen Form, die sich in der vorbestimmten Richtung erstreckt, zu projizieren.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei der Bestrahlungsstrahl (B1) einen im wesentlichen parallelen Strahl aufweist und wobei der vorbestimmte Spalt so eingestellt wird, daß er im wesentlichen einer Brennpunktlänge des zweiten Musters (121b) gleich ist.

18. Halbleitervorrichtungsherstellverfahren mit den Schritten gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dem Schritt des Belichtens des Wafers mit einem Schaltungsmuster der Maske (1) und dem Herstellen einer Halbleitervorrichtung aus dem belichteten Wafer.

19. Belichtungsgerät zum Belichten eines Wafers (2) mit einem Schaltungsmuster von einer Maske (1), wobei die Maske ein erstes Muster (121a) mit einer Brechkraft und ein zweites Muster (121b) mit einer Brechkraft, die größer als diejenige des ersten Musters (121a) ist, hat und der Wafer (2) eine erste Gittermarkierung (122a), die in einer vorbestimmten Richtung aufgereihte erste Markierungselemente umfaßt, und eine zweite Gittermarkierung (122b) hat, die in der vorbestimmten Richtung aufgereihte zweiten Markierungselemente umfaßt, wobei ein erster Beugungsstrahl (B2) durch die erste Gittermarkierung (122a) erzeugt wird, wenn ein Bestrahlungsstrahl (B1) gestrahlt wird und durch das erste Muster (121a) der Maske (1) konvergiert, wobei der erste Beugungsstrahl (B2) eine Intensität hat die mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) veränderbar ist, und wobei ein zweiter Beugungsstrahl (B3) durch die zweite Gittermarkierung (122b) erzeugt wird, wenn der Bestrahlungsstrahl (B1) gestrahlt wird und durch das zweite Muster (121b) konvergiert, wobei der zweite Beugungsstrahl eine Intensität hat, die mit einer Positionsabweichung des Wafers (2) relativ zu der Maske (1) um einen höheren Betrag als diejenige des ersten Beugungsgitters veränderbar ist, wobei das Gerät folgendes aufweist:

eine Einrichtung zum Bewegen des Wafers (2),

einen optischen Kopf (24), der (i) eine Bestrahlungseinrichtung (S) zum Projizieren des Bestrahlunsstrahles (B1) gleichzeitig auf das erste und das zweite Muster (121a, 121b) der Maske (1) und (ii) eine Lichtaufnahmeeinrichtung (D1, D2) zum jeweiligen Aufnehmen des ersten und des zweiten Beugungsstrahles (B2, B3) von der Maske (1), um jeweils erste und zweite Signale entsprechend den Intensitätsveränderungen von jeweils dem ersten und dem zweiten Beugungsstrahl (B1, B2) zu erzeugen, umfaßt, und

eine Steuereinrichtung (100) zum Aufnehmen des ersten und des zweiten Signales von jeweils dem ersten und dem zweiten Sensor (D1, D2), wobei die Steuereinrichtung (100) ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das erste Signal bewirkt, um anfänglich den Wafer (2) mit der Maske (1) relativ grob auszurichten, und ein Steuern der Bewegungseinrichtung im Ansprechen auf das zweite Signal bewirkt, um anschließend den relativ grob ausgerichteten Wafer (2) an der Maske (1) relativ fein auszurichten.

20. Gerät gemäß Anspruch 19, wobei sowohl das erste als auch das zweite Muster (121a, 121b) ein Zonenplattierungsmuster aufweist, um ein Konvergieren des aufgenommenen Bestrahlungsstrahles (B1) zu bewirken, um auf den Wafer (2) einen Strahl mit einer linearen Form, die sich in der vorbestimmten Richtung erstreckt, zu projizieren.

21. Gerät gemäß Anspruch 19 oder 20, wobei die Bestrahlungseinrichtung (S) so angeordnet ist, daß sie den im wesentlichen parallelen Strahl erzeugt, und wobei der vorbestimmte Spalt so eingestellt ist, daß er im wesentlichen mit einer Brennpunktlänge des zweiten Musters (121b) gleich ist.