DE69433551T2

DE69433551T2 - System zum axialen ausrichten einer maske und eines wafers

Info

Publication number: DE69433551T2
Application number: DE69433551T
Authority: DE
Inventors: N. Daniel GALBURT; M. David WILLIAMSON
Original assignee: SVG Lithography Systems Inc
Current assignee: SVG Lithography Systems Inc
Priority date: 1994-10-11
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2014-10-12
Also published as: DE69433551D1

Description

Verwandte Anmeldungen
Dies ist eine Continuation-In-Part der anhängigen US-Patentanmeldung No. 08/046.038, eingereicht am 12 April 1993.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Herstellung von Halbleitern und insbesondere auf ein optisches Ausrichtsystem, das verwendet wird, um eine Maske und einen Wafer in einer schritt- und abtastartigen Lithographievorrichtung auszurichten, wie sie bei der Halbleiterherstellung verwendet wird.
Hintergrund der Erfindung
Die Herstellung von Halbleiterschaltkreisen oder Chips, auf denen elektronische Schaltkreise ausgebildet sind, wird vorzugsweise mit photolithographischen Techniken bewerkstelligt. Bei diesem Herstellungsverfahren werden aufeinanderfolgende Schichten von Schaltmustern auf einem Halbleiterwafer ausgebildet, indem die Abbildung einer Maske, die die Schaltmuster enthält, auf einen Wafer projiziert wird, der einen lichtempfindlichen Fotolack aufweist. Die Größen der Schaltkreiselemente, die auf dem Halbleiterwafer ausgebildet werden, liegen normalerweise im Bereich von 0,50 μm. Diese extrem geringe Baugröße in Kombination mit der erforderlichen Mehrfachschicht, die beim Ausbilden eines Halbleiterchips verwendet wird, verlangt nach der Verwendung äußerst präziser Ausrichtsysteme, um den Wafer und die Maske auszurichten.
Ein derartiges Ausrichtsystem ist im US-Patent No. 4.697.087 mit dem Titel "Reverse Dark Field Alignment System for Scanning Lithographic Aligner" beschrieben, das für Frederick Y. Wu am 29. September 1987 veröffentlicht wurde und hier durch Bezugnahme enthalten ist. Dort ist ein Ausrichtsystem beschrieben, bei dem ein Wafer mit einem darauf befindlichen Wafer-Target und einer Maske mit einem darauf befindlichen Masken-Target im Bezug zueinander ausgerichtet werden. Das Ausrichtsystem verfügt über zwei optische Kanäle oder Arme, die verwendet werden, um Ausricht-Targets in Schreibkorridoren über und unter dem Maskenmuster zu erfassen, das auf dem Halbleiter-Wafer abgebildet wird. Ein Teil des Lichtweges, der bei den beiden optischen Kanälen oder Armen verwendet wird, verläuft durch die Projektionsoptik. Dieser Weg befindet sich nicht auf der optischen Achse der Projektionsoptik, sondern ist achsversetzt. Die optischen Ausrichtkanäle oder -arme sind zusätzlich bewegbar, um sich unterschiedlichen Projektionsfeldhöhen anzupassen. Dieses System wird achsversetztes Linsendurchgangs-Ausrichtsystem genannt. Wenngleich ein achsversetztes Ausrichtsystem zahlreiche Vorteile hat, ist es komplex und erfordert eine Korrektur infolge der achsversetzten seitlichen Farbaberrationen in der Projektionsoptik. Diese Einstellung der achsversetzten Farbaberrationen muß periodisch neu kalibriert und für unterschiedliche optische Ausrichtkanal oder -armpositionen justiert werden.
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung des Ausrichtsystems, das im US-Patent No. 4.697.087 beschrieben ist. Ein Wafer 10 ist in X- und Y-Richtung durch einen Wafer-Tisch 12 beweglich. Am Wafer-Tisch 12 ist ein Autokalibrationsdetektor 14 angebracht. Eine Maske 20 ist an einem Maskentisch 22 angebracht. Der Maskentisch 22 bewegt sich normalerweise entlang einer einzigen Achse in einer Ebene parallel zu jener der Bewegung des Wafer-Tisches 12. Dies ist in der Regel die Y-Richtung. Zwischen dem Wafer 10 und der Maske 20 befindet sich eine Projektionsoptik 16. Die Projektionsoptik 16 bildet die Maske 20 auf Teile des Wafers 10 ab. Das Beleuchtungssystem zum Abbilden der Maske 20 auf den Wafer 10 ist nicht dargestellt und ist nicht Bestandteil der Erfindung.
Zudem befindet sich zwischen der Maske 20 und dem Wafer 10 ein Strahlteiler 18. Dem Strahlteiler 18 sind zwei optische Ausrichtkanäle zugeordnet. Ein Kanal besteht aus einer ersten Kanalausrichtoptik 26, einer ersten Kanalbeleuchtungsquelle 28 und einem Wafer-Target-Detektor 29. Der zweite Ausrichtkanal besteht aus einer zweiten Kanalausrichtoptik 30, einer zweiten Kanalausrichtbeleuchtungsquelle 32 und einem Wafer-Target-Detektor 33. Der erste Ausrichtkanal hat eine optische Achse 34 und der zweite Ausrichtkanal eine optische Achse 36. Beide Ausrichtkanäle liegen nicht auf der Achse der Projektionsoptik. Die optische Achse der Projektionsoptik ist durch die Linie 38 dargestellt. Die Ausrichtkanalbeleuchtungswege folgen einem speziellen Weg durch die Projektionsoptik, die bei Ausrichtwellenlängen sichtbaren Lichtes korrigiert ist. Jeder Ausrichtkanal in Kombination mit dem Masken-Target-Detektor 24 ist in der Lage, den Ort sowohl der Wafer- als auch der Maskenausricht-Targets zu erfassen, während der Wafer und die Maske gleichzeitig abgetastet werden. Während einer einzigen Ausrichtabtastung werden die Relativpositionen zwischen einer Abfolge von Wafer- und Masken-Targets gemessen, die sich in Schreibkorridoren sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite eines Feldes befinden. Mehrere Wellenlängen der Ausrichtbeleuchtung müssen optisch getrennt werden, wobei jede Farbe auf einem separaten Photodetektor gesammelt wird. Die Ausrichtverschiebungen infolge der achsversetzten seitlichen Farbaberrationen werden korrigiert, nachdem Ausrichtdaten gesammelt wurden. Der Weg des sichtbaren Lichtes der Ausrichtbeleuchtung muß über die gesamte Feldhöhe korrigiert werden. Da die beiden optischen Ausrichtkanäle beweglich sind, um sich unterschiedlichen Feldhöhen anzupassen, muß ein Autokalibrationsdetektor 14 am Wafer-Tisch angebracht sein, der verwendet wird, um periodisch die Verschiebungen zwischen den Ausrichtkanalwegen des sichtbaren Lichtes und dem aktinischen optischen Belichtungsprojektionsweg für die unterschiedlichen Kanalpositionen und die Ausricht-Wafer-Längen zu messen. Der Masken-Target-Detektor 24 wird verwendet, um die Targets auf der Maske 20 zu erfassen und kann in Verbindung mit den Wafer-Target-Detektoren 29 und 33 verwendet werden. Der Betrieb des achsversetzten Linsendurchgangs-Ausrichtsystems wird durch die Steuereinrichtung 39 gesteuert.
Es ist ein weiteres Ausrichtsystem bekannt, bei dem ein stationärer optischer Ausrichtkanal benachbart der Projektionsoptik angeordnet ist und verwendet wird, um sequentiell Wafer-Targets und Masken-Targets abzutasten. Da der Weg der Ausrichtbeleuchtung nicht durch die Projektionsoptik verläuft, wird dieses Ausrichtsystem Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem genannt. Dieses Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem weist somit nicht das Problem der seitlichen Farbaberration des achsversetzten Linsendurchgangs-Ausrichtsystem auf. Das Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem kann jedoch nicht gleichzeitig sowohl die Wafer- als auch die Maskenausrichtmarkierungen während einer einzigen Ausrichtabtastung erfassen. Der Wafer-Tisch und der Maskentisch müssen nacheinander bewegt werden, um die Ausrichtdaten zu sammeln. Demzufolge wird der Durchsatz während der Produktion deutlich beeinträchtigt.
2 zeigt ein weiters Ausrichtsystem nach dem Stand der Technik. Dieses optische Ausrichtsystem gleicht sehr stark jenem, das in 1 beschrieben ist, mit der Ausnahme, daß ein optisches Einzelkanal-Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem verwendet wird. Das Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem in 2 ist mit einer Ausrichtbeleuchtungsquelle 40, einem Wafer-Target-Detektor 41 und einer Ausrichtoptik 42 dargestellt. Das Einzelkanal-Ausrichtsystem hat eine optische Ausrichtachse 44. Das optische Einzelkanal-Ausrichtsystem ist benachbart zur Projektionsoptik 16 angebracht. Die Position der Wafer-Targets auf dem Wafer 10 wird gemessen, wenn der Wafer im Feld des Ausrichtsystems in Position bewegt wird, und durch die Bewegung des Wafer-Tisches 12 abgetastet. Die Position des Maskenausricht-Targets wird durch den Autokalibrationsdetektor oder den Detektor 14 für aktinisches Licht gemessen, wenn es durch den Wafer-Tisch 12 in Position gebracht wird. Somit ist die Erfassung sowohl der Wafer- als auch der Masken-Targets während einer einzigen Ausrichtabtastung nicht möglich, weshalb die Relativpositionen des Wafer-Target-Detektors 41 und der Abbildung der Projektionsoptik 16 zwischen aufeinanderfolgenden Messungen unverändert bleiben müssen. Dieser einzelne achsversetzte Blickpunkt verlangt zudem, daß der Wafer-Tisch 12 eine sehr hohe Genauigkeit über einen großen Bewegungsbereich hat und die optische Vergrößerung sowie der Systemversatz separat gemessen werden. Der Betrieb dieses Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystems wird durch die Steuereinrichtung 43 gesteuert.
Wenngleich diese und weitere Ausrichtsysteme nach dem Stand der Technik für deren beabsichtigten Zweck geeignet sind, besteht ein steigender Bedarf an ein facheren, zuverlässigeren und leistungsfähigeren optischen Ausrichtsystemen zum Ausrichten eines Wafers und einer Maske während der Herstellung von Halbleiterchips.
Übersicht über die Erfindung
Demzufolge besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein einfacheres, präziseres Ausrichtsystem für die Halbleiterlithographie anzugeben.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht zudem darin, ein Ausrichtsystem anzugeben, das nicht hinsichtlich der achsversetzten seitlichen Farbaberrationen korrigiert werden muß.
Weiterhin bestand das Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Ausrichtsystem anzugeben, das die Komplexitäten zweier beweglicher Ausrichtkanäle vermeidet.
Die vorliegende Erfindung erreicht ihr Ziel durch ein Ausrichtsystem, das die Merkmale von Anspruch 1 enthält oder alternativ dazu die Merkmale von Anspruch 6 umfaßt.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Einzelkanal-Ausrichtsystem an, dessen optischer Weg teilweise auf der optischen Achse der Projektionsoptik liegt. Ein Wafer-Tisch, der in der Lage ist, einen Halbleiter-Wafer zu halten, auf dem sich Wafer-Targets befinden, und ein Maskentisch, der in der Lage ist, eine Maske zu halten, auf der sich Masken-Targets befinden, werden in parallelen Ebenen bewegt. Die Projektionsoptik, die über eine optische Achse verfügt, ist zwischen dem Wafer-Tisch und dem Maskentisch angeordnet, um die Abbildung der Maske auf den Wafer zu projizieren. Der Ausrichtkanal, der über die Ausrichtoptik und eine Beleuchtungsquelle verfügt, wird verwendet, um die Wafer-Targets zu beleuchten und zu erfassen. Die Beleuchtung des Ausrichtkanals kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die Masken-Targets zu erfassen. Der optische Weg des Einzelkanal-Ausrichtsystems stimmt teilweise mit der optischen Achse der Projektionsoptik überein. Dadurch erhält man einen einzelnen Kanal auf der Achse durch das Linsenausrichtsystem. Die Maske und der Wafer können dadurch gleichzeitig durch das Ausrichtsystem abgetastet werden, und die Ausrichtung von Maske und Wafer können während der Abtastung und der Belichtung beibehalten werden. Eine Steuereinrichtung wird verwendet, um die Relativbewegung zwischen dem Wafer- und dem Maskentisch zu steuern und so die Ausrichtung der Maske und des Wafers während der Abtastung und der Belichtung beizubehalten.
Gemäß dem Ausrichtsystem der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Teil des Ausrichtbeleuchtungsweges auf der optischen Achse der Projektionsoptik.
Ein weiteres Merkmal des Ausrichtsystems der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Erfassung sowohl der Wafer- als auch der Maskenausricht-Targets und die Abtastung während einer einzelnen simultanen Abtastung von Wafer und Maske erfolgen können.
Diese und weitere Ziele, Vorteile und Merkmale werden mit der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung eines achsversetzten optischen Zweikanal-Ausrichtsystems nach dem Stand der Technik.
2 ist eine schematische Darstellung eines optischen Nicht-Linsendurchgangs-Ausrichtsystems nach dem Stand der Technik.
3 ist eine schematische Darstellung des optischen Ausrichtsystems der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Ausführungsform einer optischen Vorrichtung, die bei einem Auf-Achsen-Ausrichtbeleuchtungs-Masken- und Wafer-Ausrichtsystem verwendet werden kann.
5 stellt die Wafer-Ausrichtmarkierungstreuung des Lichtes auf dem optischen Weg durch das Umkehr-Dunkelfeld dar.
6 zeigt die Wafer-Ausrichtmarkierungsstreuung des Lichtes in Winkeln, die kleiner sind als ein Beleuchtungssystem, das ein numerische Apertur von 0,25 hat.
7 stellt den Weg für sichtbares Beleuchtungslicht dar, das spiegelartig vom Wafer reflektiert und dazu benutzt wird, das Fadenkreuz auf dem Rückweg zu beleuchten und dadurch ein Signal zu erzeugen, um dessen Position relativ zur Wafer-Ausrichtmaske zu ermitteln.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
3 zeigt das optische Ausrichtsystem der vorliegenden Erfindung. In 3 ist der Wafer 10 durch einen Wafer-Tisch 12 gehalten. Der Wafer-Tisch kann sich entlang zweier Achsen, X und Y, in einer einzelnen Ebene bewegen. Der Wafer-Tisch 12 kann sich auch in einer Drehung oder θ bewegen. Am Wafer-Tisch 12 ist ein Autokalibrationsdetektor 14 angebracht. Der Autokalibrationsdetektor 14 hat primär zwei Funktionen. Die erste Funktion besteht darin, die Abbildung eines Masken-Targets zu erfassen, und die zweite Funktion besteht darin, ein Target bereitzustellen, das vom Ausrichtsystem geortet werden soll. Die Maske 20 ist von einem Maskentisch 22 gehalten. Der Maskentisch 22 kann sich entlang einer einzelnen Achse in einer Ebene parallel zur Ebene bewegen, die durch die Bewegung des Wafer-Tisches 12 gebildet wird. Zwischen dem Wafer 10 und der Maske 20 befinden sich eine Projektionsoptik 16 und ein Strahlteiler 18. Die Projektionsoptik 16 hat eine optische Achse 38. Der Strahlteiler 18 befindet sich im Weg der optischen Achse 38. Dem Strahlteiler 18 ist ein einzelner optischer Ausrichtkanal zugeordnet. Der optische Ausrichtkanal enthält eine Beleuchtungsquelle 45, einen Wafer-Target-Detektor 46 und eine Ausrichtoptik 48. Der Wafer-Target-Detektor 46 kann sich an anderer Stelle im Ausrichtsystem befinden. Die Ausrichtoptik 48 hat eine optische Achse 50. Ein Teil der optischen Achse 50 stimmt mit einem Teil der optischen Achse 38 der Projektionsoptik 16 überein. Hinter der Maske 20 befindet sich ein Masken-Target-Detektor 24. Die Bewegung des Wafer-Tisches 12 und des Maskentisches 22 wird durch die Steuereinrichtung 52 gesteuert. Die Steuereinrichtung 52 empfängt zudem Signale vom Autokalibrationsdetektor 14, vom Masken-Target-Detektor 24 und vom Wafer-Detektor 46. Die Steuereinrich tung 52 steuert die Relativbewegung des Wafer-Tisches 12 und des Maskentisches 22 gemäß den Signalen, die sie vom Autokalibrationsdetektor 14, dem Target-Detektor 24, dem Wafer-Tisch 12, dem Maskentisch 22 und dem Wafer-Target-Detektor 46 empfängt, um den Wafer 10 und die Maske 20 auszurichten.
Der spezielle Aufbau des Einzelkanal-Ausrichtsystems kann jenem ähnlich sein, der im US-Patent No. 4.697.087 entweder bei den Kanälen oder den Abtastarmen beschrieben ist. Das bedeutet, es kann vom Umkehr-Dunkelfeldtyp oder einem anderen bekannten optischen Ausrichtsystem sein.
Im Betrieb werden die Beleuchtungsquelle 45 und der Wafer-Target-Detektor 46 verwendet, um Targets zu erfassen, die sich auf dem Wafer während der Abtastung befinden. Die Ausrichtbeleuchtung wird auf den Wafer projiziert und durch die Projektionsoptik 16 auf den Wafer-Target-Detektor 46 und den Masken-Target-Detektor 24 reflektiert oder zurückgestreut. Die Ausrichtbeleuchtung kann sich im Bereich des sichtbaren Lichtes befinden. Der Weg der Ausrichtbeleuchtung liegt zum Teil auf der optischen Achse 38 der Projektionsoptik 16. Der Masken-Target-Detektor 24 arbeitet auf der Achse der Projektionsoptik und wird verwendet, um entweder die Position des Wafer-Targets oder sowohl der Wafer- als auch der Masken-Targets zu erfassen. Um jedoch einen auf der Achse liegenden Detektor zu verwenden, muß die Maske Targets im Zentrum des Maskenfeldes haben. Die Masken-Targets können in der vertikalen Fuge im Zentrum des Feldes zwischen den Schaltkreismustern positioniert sein. Somit wird ein nur kleines Feld eines Weges mit korrigiertem sichtbaren Licht benötigt. Alternativ dazu kann die Relativposition zwischen den Masken-Targets und den gewählten Wafer-Targets durch den Target-Detektor 24 gemessen werden, während sowohl der Wafer und die Maske gleichzeitig abgetastet werden. Der einzelne Blickpunkt des Masken-Target-Detektors 24 macht es erforderlich, daß die optische Vergrößerung und der Versatz des Systems durch den Autokalibrationsdetektor 14 gemessen werden. Das Erfordernis einer hochpräzisen Bewegung des Wafer-Tisches 12 wird jedoch minimiert. Optisch können die Masken-Targets gemessen werden, indem der Autokalibrationsdetektor 14 zur Abtastung über die Abbildung des Masken-Targets geführt wird, wobei unter Verwendung einer Belichtungsbeleuchtung, die nicht dargestellt ist, dadurch die Relativposition von Masken-Targets und gewählten Wafer-Targets während einer nachfolgenden Abtastung erfaßt wird.
Somit ist deutlich zu erkennen, daß das optische Auf-Achsen-Einzelkanal-Linsendurchgangs-Ausrichtsystem der vorliegenden Erfindung zahlreiche Vorteile gegenüber Ausrichtsystemen nach dem Stand der Technik hat. Beispielsweise wird der Durchsatz gegenüber den Nicht-Linsendurchgangssystemen dadurch verbessert, daß die Tischbewegung entfällt, die erforderlich ist, um den Tisch zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen zu repositionieren. Zusätzlich wird ein Großteil der Stabilitätsvorteile eines zum Teil gemeinsamen Weges mit dem aktinischen Licht oder der Belichtungsbeleuchtung, die zur Belichtung des Wafers verwendet wird, und der Möglichkeit, Relativmessungen von Maske und Wafer gleichzeitig auszuführen, ohne die zusätzliche Komplexität eines achsversetzten Zweikanal-Ausrichtsystems beibehalten.
4 zeigt eine Ausführungsform einer optischen Vorrichtung 60, die mit dem zuvor beschriebenen Auf-Achsen-Wafer-Masken-Ausrichtsystem verwendet werden kann, das in 3 dargestellt ist. Ein Argonionenlaser 11, der Spektrallinien bei 488 nm und 515 nm aussendet, kann als Beleuchtungsquelle verwendet werden. Ein geeigneter Laser ist das Modell 85, das von der Lexel Laser Corporation hergestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform strahlt der Laser 11 sichtbares linearpolarisiertes Licht ab, das auf eine planparallele Platte 59 auftrifft. Die Platte 59 verfügt über eine chrombeschichtete Oberfläche, die eine Markierung, wie etwa ein geätztes Kreuz aufweist, die ein Objekt 61 definiert. Das Kreuz "X" ist derart ausgerichtet, daß seine Linien in Ebenen unter 45° zur Ebene von 4 ausgerichtete sind und sich an der optischen Achse der optischen Vorrichtung 60 schneiden. Die Ausrichtung kann durch die Vorstellung erläutert werden, daß ein X auf der Ebene der Seite von 4 an der Platte 59 in derselben Ausrichtung liegt, wie die Numerierung und die Beschriftung. Das X wird anschließend von der Seite gehoben, indem die linken Arme des X auf der Seite gehalten werden und die rechten Arme um 90° angehoben werden, so daß die letztgenannten Arme auf der Seite stehen. Dies ist die Ausrichtung des Kreuzes. Das Zentrum des X befindet sich dann auf der optischen Achse, so daß das halbe X unter der Ebene der Seite von 4 begraben ist.
Die Eintrittspupille der optischen Vorrichtung 60 ist auf unendlich eingestellt und wird durch eine Linse 62 zu einer Öffnungsblende 63 abgebildet, die die numerische Öffnung der optischen Vorrichtung 60 definiert. Die numerische Öffnung (N. A.) ist per Definition der Sinus des Winkels, den der Randstrahl mit der optischen Achse einschließt. Darauf folgt eine Zylinderlinse 64. Ein Linsenduplett 65, 66 mit Luftzwischenraum leitet die Abbildung des Objektes 61 zu einer Sehfeldblende 68 durch einen teilreflektierenden Klappspiegel 67 weiter, der die Vorrichtung zu Verpackungszwecken kompakter gestaltet. Ein Klappspiegel 69 leitet das Licht anschließend durch eine Aberrations-Korrekturlinse 70, eine geneigte planparallele Platte 71, einen dichroitischen Platten-Strahlteiler 72, nach dem es mit der optischen Achse des ultravioletten (UV) Projektionsoptiksystems zusammenfällt, das verwendet wird, um den Wafer 89 zu belichten.
Beispiele geeigneter optischer UV-Projektionssysteme sind im US-Patent No. 4.953.960 mit dem Titel Optical Reduction System, erteilt am 9. September 1990 für David Williamson, und der anhängigen US-Anmeldung No. 08/134.505 mit dem Titel Catadioptric Optical Reduction System With High Numerical Aperture beschrieben, die hier durch Bezugnahme enthalten sind. Bei einer Ausführungsform enthält das optische UV-Projektionssystem Linsen 73, 74, 75, 76 und einen polarisierenden Strahlteilerwürfel, der aus rechtwinkeligen Prismen 77, 79 besteht, die einander mit den Hypotenusenflächen berühren, wobei eine dielektrische Mehrlagenbeschichtungsfläche 78 dazwischen ausgebildet ist. Eine geeignete Beschichtung für die Fläche 78 des Strahlteilers ist bei zahlreichen hinlänglich bekannten Händlern speziell angefertigter Beschichtungen erhältlich, wie etwa bei O. C. L. I., Santa Rosa, Kalifornien oder Rocky Montain Instruments, Longmont, Colorado.
Das optische UV-Projektionssystem verwendet s-polarisiertes Licht, das somit von der Oberfläche 78 des Strahlteilers reflektiert wird. Im Gegensatz dazu wird das Licht, das aus dem Laser 11 austritt, an der Strahlteileroberfläche 78 p-polarisiert. Somit wird das Licht größtenteils durch die Strahlteileroberfläche 78 auf eine Null-Ordnungs-Viertelwellenplatte für sichtbares Licht, auf eine sphärische Aberrations-Korrekturlinse 81 und einen sphärischen konkaven Spiegel 82 übertragen. Das reflektierte Licht kehrt dann durch die Brechungslinse 81 und die Viertelwellenplatte 80 zur Strahlteileroberfläche 78 zurück. Da das Licht jedoch nun die Viertelwellenplatte 80 zweimal durchlaufen hat, ist das Licht s-polarisiert. Somit wird das Licht zum Großteil von der Strahlteileroberfläche 78 reflektiert und kehrt entlang der optischen Achse des optischen UV-Projektionssystems zur Brechungslinsengruppe, die eine UV-Null-Ordnungs-Viertelwellenplatte 83 enthält, und anschließend zu den Linsen 84, 85, 86, 87 und 88 zurück. Beim Austreten aus dieser Brechungslinsengruppe beleuchtet das Licht die Oberfläche des Wafers 89, wobei ein kleiner kreuzförmiger Bereich auf der optischen Achse des optischen UV-Systems zentriert ist.
Die beschriebenen optische Vorrichtung 60 bietet eine Reihe von Eigenschaften und Vorteilen. Die geneigte planparallele Platte 71 verringert oder beseitigt die Koma, die durch den dichroitischen Strahlteiler 72 mit geneigter Platte verursacht werden. Das zylindrische Linsenelement 64 korrigiert den Astigmatismus, der durch die Platten 71 und 72 verursacht wird. Die Linsen 62, 65 und 66 wirken als zweifache Verkleinerungs-Verstärkungslinse, die eine Zwischenabbildung an der Sehfeldblende 68 bildet. Die Sehfeldblende 68 ist mit dem Bild eines Fadenkreuzes 97 (7) konjugiert, das durch den Weg des sichtbaren Lichtes des UV-Projektionssystems durch die Elemente 80, 81, 82 ausgebildet wird, wodurch das Objekt 61 um den Faktor 4 weiter verkleinert wird. Somit ist die finale Abbildung am Wafer 89 achtmal kleiner als das Objekt 61. Der Spiegel 82 befindet sich dicht an der Pupille der optischen Vorrichtung 60, d. h. er ist in etwa mit der Öffnungsblende 63 konjugiert. Der Strahl des sichtbaren Lichtes 89 hat ein N. A. von 0,25, und der Durchmesser des kreuzförmigen Sichtfeldes beträgt 500 μm.
Wie dargestellt, führt Tabelle 1 eine Vorgabe für eine Ausführungsform der optischen Vorrichtung 60, einschließlich der Radien, der Dicken, der Materialien für die einzelnen Linsenelemente und der Abmessungen und Orte der Spiegel und des Strahlteilers auf. Zur Vereinfachung sind die Oberflächen der Elemente, die in den Tabellen 1 bis 4 aufgeführt sind, mit den folgenden Abkürzungen versehen: ein infiniter Krümmungsradius (INF), eine flache Form (FLT), eine gekrümmte Flä che ist konvex (CX), konkav (CC), sphärisch (SPH) oder zylindrisch (CYL). Die Form der Blenden sind mit rund (CIR) oder rechteckig (REC) gekennzeichnet. Geeignete Materialien für die unterschiedlichen Linsen sind Schmelz-Siliziumoxid (SILICA) oder Glas optischer Güte, das man bei zahlreichen hinlänglich bekannten Herstellern erhält. Beispielsweise stellen Heraeus Amersil aus Sayreville, New Jersey und Corning Glass Works aus Corning, New York Schmelz-Siliziumoxidglas her; Schott Optical Glass aus Duryea, Pennsylvania fertigt optisches Glas der Güte BK7 (Glasspalte in den Tabellen); und Ohara Optical Glass aus Somerville, New Jersey liefert zudem das Glas der Güte BSM16C (Tabelle 1 Element 65); die sich als Materialien für die Elemente eignen, die in den Tabellen 1 bis 4 aufgeführt sind.
5 zeigt, daß, wenn eine Wafer-Ausrichtmarkierung sichtbares Licht streut, einige der resultierenden Wege Winkel haben, die größer sind als N. A. des Beleuchtungssystems für sichtbares Licht, jedoch kleiner als N. A. des UV-Projek tionssystems. Licht, das in diesen Bereich fällt, wird als "Dunkelfeld", passender jedoch als "umgekehrtes Dunkelfeld" bezeichnet, da es die entgegengesetzte Wirkung der Beleuchtungstechnik hat, die bei der Dunkelfeld-Mikroskopie verwendet wird. Bei der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, ist N. A. des Beleuchtungssystems 0,25 und N. A. des optischen Projektionssystems 0,6.
5 zeigt sichtbare Lichtstrahlen entsprechend N. A. von 0,6, wie sie den Wafer 89 verlassen und die optischen UV-Projektionssystemlinsen 88, 87, 86, 85, 84 und die UV-Viertelwellenplatte 83 durchlaufen. Da die Wellenlänge des sichtbaren Lichtes etwa das Doppelte jener der Strahlung im UV-Bereich ist, fungiert die UV-Viertelwellenplatte 83 als Achtelwellenplatte für sichtbares Licht. Somit wird das s-polarisierte sichtbare Licht, das auf den Wafer 89 fällt, zu etwa zirkular polarisiertem Licht nach zwei Durchläufen durch die UV-Viertelwellenplatte 83 umgewandelt. Wenn derartiges Licht wieder auf die Strahlteileroberfläche 78 des Strahlteilerwürfels 77, 79 trifft, wird ein Teil des Lichtes von der Oberfläche 78 reflektiert und verläßt das Prisma 79 außerhalb der freien Öffnung der Elemente 80, 81 und 82 für sichtbares Licht. Vier Detektoren befinden sich vorzugsweise an einer Stelle 90, die sich dicht an der Pupille des Systems befindet und der Richtung des Lichtes entspricht, das von den beiden Armen des Wafer-Ausrichtkreuzes in 45° zur Ebene von 4 und 5 gestreut wird.
Tabelle 2 führt eine geeignete optische Vorgabe für die Elemente zwischen dem Prisma 79 und dem(n) Detektoren) an der Stelle 90 außerhalb der Linse 80, 81 und 82 auf.
6 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Weg für Licht, das von einer Ausrichtmarkierung auf dem Wafer 89 gestreut wird, in Winkeln verläuft, die geringer sind als N. A. des Beleuchtungssystems von 0,25. Das Licht durchläuft die opti sche Vorrichtung 60 in umgekehrter Abfolge, nämlich zunächst durch die Linsen 88, 87, 86, 85, 84, die Viertelwellenplatte 83, das Prisma 79, die Oberfläche 78, das Prisma 79, die Viertelwellenplatte 80, die Linse 81, den Spiegel 82, die Linse 81, die Viertelwellenplatte 80, das Prisma 79, die Oberfläche 78, das Prisma 77, die Linse 76, 75, 74, 73, und verläßt das optische UV-Projektionssystem durch den dichriotioschen Strahlteiler 72, und läuft von dort zur geneigten Platte 71, zur Linse 70 und zum Spiegel 69. Das Licht durchläuft anschließend eine Sehfeldblende 68 in einer Zwischenbildebene. Die Sehfeldblende 68 blockiert unscharfe Geisterbilder von Licht, das durch Streuflächen zwischen der Sehfeldblende 68 und dem Wafer 89 reflektiert wird. Etwa 10% der Lichtintensität wird durch den Teilreflexionsspiegel 67 weitergeleitet und durchläuft eine Einzellinse 91, die eine Abbildung der Pupille der optischen Vorrichtung an der Detektorebene 92 ausbildet. Ein Detektor (nicht gezeigt) befindet sich in der Detektorebene 92, um das sogenannte Hellfeldsignal von einer Ausrichtmarkierung auf dem Wafer 89 zu empfangen. Geeignete Detektoren beinhalten Hamamatsu S35590-01 Umkehr-Dunkelfeld-Signaldetektoren und Hamamatsu S-3071 Hellfeld-Wafer-Signaldetektoren. Wenngleich es kaum benötigt wird, kann dieses Hellfeldsignal verwendet werden, wenn die Ausrichtmarkierung auf dem Wafer 89 im Dunkelfeldsystem nicht deutlich sichtbar ist, wie etwa wenn die Markierung auf der Oberseite eines sehr rauhen, körnigen Metallsubstrates aufgebracht ist.
Tabelle 3 stellt eine Vorgabe für optische Elemente bereit, die zwischen dem Teilreflexionsspiegel 67 und der Detektoreben 92 angeordnet sind.
7 zeigt den Weg von sichtbarem Beleuchtungslicht, das spiegelnd von der Oberfläche des Wafers 89 reflektiert und anschließend verwendet wird, um das Fadenkreuz 97 (7) auf dem Rückweg zu beleuchten und dadurch ein Signal zu erzeugen, um dessen Position relativ zur Ausrichtmarkierung auf dem Wafer 89 zu ermitteln. Dieses Licht folgt demselben Weg durch die Linsen 88, 87, 86, 85, 84, die Viertelwellenplatte 83, das Prisma 79, die Oberfläche 78, das Prisma 79, die Elemente 80, 81, den Spiegel 82, die Elemente 81, 80, das Prisma 79, die Oberfläche 78, das Prisma 77, die Linsen 76, 75, 74 und 73. Ein Teil der Lichtintensität wird jedoch von einer dielektrischen mehrlagigen Oberfläche auf der geneigten planparallelen Platte 72 reflektiert, um im Weg des optischen Systems durch die Linsen 93, 94, 95 und 96 zum Fadenkreuz 97 zu bleiben. Eine geeignete Beschichtung für die dielektrische mehrlagige Oberfläche ist bei zahlreichen hinlänglich bekannten Händlern für sonderangefertigte Beschichtungen erhältlich, wie etwa bei O. C. L. I., Santa Rosa, Kalifornien oder bei Rocky Montain Instruments, Longmont, Colorado. Das Licht beleuchtet eine freie Fläche im Chrom des Fadenkreuzes 97, durchläuft das Fadenkreuz 97 in die Linse 98 des UV-Beleuchtungssystems, bevor es aus dem Weg des UV-Beleuchtungssystems durch einen dichriotischen Strahlteiler 99 reflektiert wird. Von dort bildet eine Linse 100 eine tatsächliche Ausgangspupille an der Ebene 101, in der ein Detektor 102 für ein Fadenkreuzsignal angebracht ist, wie etwa Hamamatsu S-3071 Fadenkreuz-Signaldetektoren.
Tabelle 4 zeigt die optische Vorschrift zwischen den Elementen 72 und 101.
Wenngleich einige Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, sollte es verständlich sein, daß unterschiedliche Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Geltungsbereich dieser Erfindung abzuweichen.

Claims

Ausrichtsystem zum Einsatz beim Ausrichten einer Maske und eines Wafers bei Lithografie, das umfasst: einen Wafer-Tisch (12), der in einer ersten Ebene bewegt werden kann; einen Masken-Tisch (22), der in einer zweiten Ebene bewegt werden kann, wobei die erste und die zweite Ebene im Wesentlichen parallel sind; Projektions-Optik (16), die zwischen dem Wafer-Tisch und dem Masken-Tisch positioniert ist, wobei die Projektions-Optik eine optische Achse (38) hat; einen Strahlteiler (18), der auf dem Weg der optischen Achse der Projektions-Optik angeordnet ist; eine Ausrichtvorrichtung, die umfasst: eine Quelle von Ausricht-Beleuchtung (45), die sich von einer Quelle von Belichtungs-Beleuchtung unterscheidet; und Ausricht-Optik (48), die in der Lage ist, einen Teil der Ausricht-Beleuchtung auf den Wafer zu projizieren; eine erste Erfassungseinrichtung (46), die mit der Quelle von Ausricht-Beleuchtung (45) verbunden ist, um von dem Wafer reflektierte Beleuchtung zu erfassen; eine zweite Erfassungseinrichtung (24), die einen Teil der Maske erfasst; eine Steuereinrichtung (52), die mit dem Wafer-Tisch, dem Masken-Tisch, der ersten Erfassungseinrichtung und der zweiten Erfassungseinrichtung verbunden ist, um die relative Bewegung des Wafer-Tischs und des Masken-Tischs zu steuern, so dass die Maske und der Wafer ausgerichtet werden; und wobei der Weg der optischen Achse (38) so ausgeführt ist, dass die Ausricht-Beleuchtung auf einen Wafer auf dem Wafer-Tisch (12) projiziert wird, bevor sie über die Projektions-Optik (16) zu der ersten (46) und der zweiten Erfassungseinrichtung (24) zurückreflektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Ausrichtvorrichtung ein einzelner Ausrichtkanal mit einer einzelnen Ausricht-Beleuchtungsquelle (45) und einem einzelnen optischen Ausricht-System (48) ist, so dass die Ausricht-Beleuchtung der Quelle (45) einen Weg hat, von dem ein Teil auf der optischen Achse (38) liegt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Erfassungseinrichtung (24) auf der optischen Achse (38) der Projektions-Optik liegt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Erfassungseinrichtung (14) an dem Wafer-Tisch angebracht ist.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei die Quelle von Ausricht-Beleuchtung (45) Licht im sichtbaren Bereich erzeugt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei die Ausricht-Optik (48) ein Umkehr-Dunkelfeldbild erzeugt.
Ausrichtsystem zum Einsatz beim Ausrichten einer Maske und eines Wafers bei Lithografie, das umfasst: einen Wafer-Tisch (12), der in einer ersten Ebene bewegt werden kann; einen Wafer (10), der auf dem Wafer-Tisch angeordnet ist, wobei der Wafer Wafer-Targets darauf aufweist; einen Masken-Tisch (22), der in einer zweiten Ebene bewegt werden kann, wobei die erste und die zweite Ebene im Wesentlichen parallel sind; eine Maske (20), die auf dem Masken-Tisch angeordnet ist, wobei die Maske Masken-Targets darauf aufweist; Projektions-Optik (16), die zwischen dem Wafer-Tisch und dem Masken-Tisch positioniert ist, wobei die Projektions-Optik eine optische Achse (38) hat; einen Strahlteiler (18), der auf dem Weg der optischen Achse der Projektions-Optik angeordnet ist; eine Ausrichtvorrichtung, die eine Quelle von Ausricht-Beleuchtung (45) und Ausricht-Optik (48) umfasst, die in der Lage ist, die Ausricht-Beleuchtung auf die Masken- und die Wafer-Targets zu projizieren; eine Wafer-Target-Erfassungseinrichtung, die die Wafer-Targets erfasst und lokalisiert; eine Masken-Target-Erfassungseinrichtung (24), die die Masken-Targets erfasst und lokalisiert; und eine Steuereinrichtung (52), die mit dem Wafer-Tisch, dem Masken-Tisch, der Wafer-Target-Erfassungseinrichtung und der Masken-Target-Erfassungseinrichtung gekoppelt ist, um die relative Bewegung der Maske und des Wafers zu steuern, so dass die Maske und der Wafer ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass: die Ausrichtvorrichtung ein einzelner Ausricht-Kanal mit einer einzelnen Ausricht-Beleuchtungsquelle (45) und einem einzelnen optischen Ausricht-System (48) ist, so dass die Ausricht-Beleuchtung der Quelle (45) einen Weg hat, von dem ein Teil auf der optischen Achse (38) liegt; und dadurch, dass: das optische Ausricht-System (48) eine geneigte dichroitische Strahlteilerplatte (72), eine geneigte planparallele Platte (71) und eine Zylinderlinse (64) enthält.
Ausrichtsystem nach Anspruch 6, wobei die Masken-Target-Erfassungseinrichtung (24) auf der optischen Achse der Projektions-Optik liegt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 6, wobei die Masken-Target-Erfassungseinrichtung (14) an dem Wafer-Tisch angebracht ist.
Ausrichtsystem nach Anspruch 6, wobei die Quelle von Ausricht-Beleuchtung (45) Licht im sichtbaren Bereich erzeugt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 6, wobei die Ausricht-Optik (48) ein Umkehr-Dunkelfeldbild erzeugt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei: die Ausricht-Optik eine planparallele Platte (59) mit einem transparenten Kreuz, das in ihre chrombeschichtete Fläche geätzt ist, ein Reduktions-Relaysystem (65, 66), eine Aberrationskorrektur-Linsengruppe (70), eine geneigte planparallele Platte (71), eine dichroitische Strahlteilerplatte (72) und die Projektions-Optik (18) enthält, deren optische Achse mit dem Kreuz auf der planparallelen Platte, dem Reduktions-Relay und der Aberrationskorrektur-Linsengruppe zusammenfällt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 11, wobei die erste Erfassungseinrichtung, die von dem Wafer reflektierte Beleuchtung erfasst, umfasst: eine Einrichtung, die Licht erfasst, das bei einer numerischen Apertur reflektiert wird, die kleiner ist als die numerische Apertur der Beleuchtung; eine Einrichtung, die Licht erfasst, das bei einer numerischen Apertur reflektiert wird, die größer ist als die numerische Apertur der Beleuchtung.
Ausrichtsystem nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung, die Licht erfasst, das bei einer numerischen Apertur reflektiert wird, die kleiner ist als die numerische Apertur der Beleuchtung, umfasst: eine Projektions-Optik (73–88); eine dichroitische Strahlteilerplatte (72); eine Aberrationskorrektur-Linsengruppe; eine Feldblende (68); einen Strahlteiler; eine Pupillen-Relaylinsengruppe; eine Erfassungsvorrichtung, der an einer Ebene angeordnet ist, die an die Projektions-Optik-Pupille angrenzt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung, die Licht erfasst, das bei einer numerischen Apertur reflektiert wird, die größer ist als die Apertur der Beleuchtung, umfasst: eine Projektions-Optik; einen Strahlteiler in der Projektions-Optik; Erfassungsvorrichtungen, die an einer Ebene angeordnet sind, die an die Pupillen-Ebene der Projektions-Optik angrenzt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Erfassungseinrichtung, die einen Abschnitt der Maske erfasst, umfasst: eine Projektions-Optik; einen transparenten Bereich auf der Maske; einen Strahlteiler; eine Pupillen-Relaylinsengruppe; eine Erfassungsvorrichtung, der an einer Ebene angeordnet ist, die an die Pupillen-Ebene der Projektions-Optik angrenzt.
Ausrichtsystem nach Anspruch 1, wobei: die Ausricht-Optik eine Reduktions-Relaylinse, eine Abberationskorrektur-Linsengruppe und eine geneigte planparallele Platte, wobei die Ausricht-Optik eine optische Ausricht-Achse hat, die die Projektions-Achse schneidet, und eine dichroitische Strahlteilerplatte enthält, wobei sich die dichroitische Strahlteilerplatte am Schnittpunkt der optischen Ausricht-Achse und der optischen Projektions-Achse befindet.
Ausrichtsystem zum Einsatz beim Ausrichten einer Maske und eines Wafers bei Fotolithografie nach Anspruch 16, wobei: die Projektions-Optik eine Ultraviolett-Projektions-Optik ist; und die Quelle von Ausricht-Beleuchtung Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich erzeugt.
Ausrichtsystem zum Einsatz beim Ausrichten einer Maske und eines Wafer bei Fotolithografie nach Anspruch 17, das des Weiteren umfasst: eine planparallele Platte, die auf die dichroitische Strahlteilerplatte folgt.