DE69827608T2

DE69827608T2 - Ausrichtungsvorrichtung und lithographischer apparat mit einer solchen vorrichtung

Info

Publication number: DE69827608T2
Application number: DE69827608T
Authority: DE
Inventors: Peter Dirksen; Maarten Antonius NUIJS
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1997-12-29
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: EP0963573A1; JP3996212B2; WO1999034258A1; US6160622A; EP0963573B1; DE69827608D1; JP2001514804A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten eines ersten Objekts, welches mit wenigstens einer ersten Ausrichtungsmarke versehen ist, gegenüber einem zweiten Objekt, welches mit wenigstens einer zweiten Ausrichtungsmarke versehen ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Strahlungsquelle zum Liefern wenigstens eines Ausrichtungsstrahles, einen ersten Objekt-Halter, einen zweiten Objekt-Halter, ein Abbildungssystem zum Abbilden der ersten Ausrichtungsmarke und der zweiten Ausrichtungsmarke aufeinander, und ein strahlungssensitives Detektionssystem, welches in dem Pfad von selektierten Ausrichtungsstrahlabschnitten angeordnet ist, welche von einer ersten Ausrichtungsmarke und einer zweiten Ausrichtungsmarke, auf welche die erste Ausrichtungsmarke abgebildet wird, herkommen, wobei das Ausgabe-Signal des Detektionssystems das Ausmaß anzeigt, in welchem das erste und zweite Objekt zueinander ausgerichtet sind.
Die Erfindung betrifft ferner einen lithographischen Apparat, welcher je ein Masken-Muster auf ein Substrat abbildet, wobei der Apparat eine solche Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten einer Maske und eines Substrats zueinander verwendet. Die Maske weist wenigstens eine Masken-Ausrichtungsmarke und das Substrat weist wenigstens eine Substrat-Ausrichtungsmarke auf.
Ausrichten, zum Beispiel einer Masken-Ausrichtungsmarke und einer Substrat-Ausrichtungsmarke zueinander, bedeutet sowohl das direkte als auch das indirekte Ausrichten dieser Ausrichtungsmarken. Bei direkter Ausrichtung wird eine Substrat-Ausrichtungsmarke auf eine Masken-Ausrichtungsmarke abgebildet, oder umgekehrt, und das Detektionssystem ist hinter der letzten Marke angeordnet. Bei indirekter Ausrichtung werden sowohl die Substrat-Ausrichtungsmarke als auch die Masken-Ausrichtungsmarke auf verschiedene Teile einer weiteren Referenzmarke abgebildet, und das Detektionssystem ist hinter der Referenzmarke angeordnet. Im letzten Fall wird das Ausmaß, in welchem die Substrat-Ausrichtungsmarke und die Masken-Ausrichtungsmarke zueinander ausgerichtet sind, bestimmt, indem festgestellt wird, in welchem Ausmaß sowohl die Substrat-Ausrichtungsmarke als auch die Masken-Ausrichtungsmarke gegenüber der Referenzmarke ausgerichtet sind.
Die selektierten Ausrichtungsstrahlabschnitte sind jene Abschnitte des Ausrichtungsstrahls, welche effektiv zum Abbilden der ersten Ausrichtungsmarke auf die zweite Ausrichtungsmarke verwendet werden. Wenn die Ausrichtungsmarken Beugungsgitter sind, dann sind die selektierten Ausrichtungsstrahlabschnitte die Strahlabschnitte, die in vorgegebener Ordnung, zum Beispiel erster Ordnung, durch die Ausrichtungsmarken gebeugt werden.
Die US-A 4,778,275 beschreibt einen optischen lithographischen Projektionsapparat zum wiederholten und verkleinerten Abbilden von Maskenmustern, zum Beispiel dem Muster einer integrierten Schaltung (IC) auf mehrere IC-Bereiche oder Substrat-Felder des Substrats. Die Maske und das Substrat werden zwischen zwei aufeinander folgenden Beleuchtungen gegeneinander bewegt, zum Beispiel entlang zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen in einer Ebene parallel zur Substratebene und zur Maskenebene, um so das Maskenmuster nacheinander in alle Substrat-Felder abzubilden.
Integrierte Schaltungen werden mittels Diffusions- und Masken-Verfahren hergestellt. Mehrere unterschiedliche Maskenmuster werden aufeinander folgend an ein und derselben Stelle auf ein Halbleitersubstrat abgebildet. Zwischen den aufeinander folgenden Abbildungsschritten an gleicher Stelle muss das Substrat die gewünschten physikalischen und chemischen Änderungen durchlaufen. Dafür muss das Substrat aus dem Apparat entfernt werden, nachdem es mit einem ersten Maskenmuster beleuchtet worden ist und, nachdem es die gewünschten Verfahrensschritte durchlaufen hat, muss es wieder in der gleichen Position in den Apparat eingebracht werden, damit es mit einem zweiten Maskenmuster beleuchtet werden kann, und so weiter. Danach muss sichergestellt sein, dass die Projektionen des zweiten Maskenmusters und der folgenden Maskenmuster sehr genau gegenüber dem Substrat angeordnet sind.
Die lithographischen Verfahren können auch bei der Herstellung anderer Strukturen angewendet werden, die Strukturgrößen im Bereich von Mikrometern oder weniger aufweisen, wie z. B. die Strukturen integrierter planarer optischer Systeme, Magnetköpfe oder die Strukturen von Flüssigkristall-Anzeigetafeln. Auch bei der Herstellung derartiger Strukturen müssen Abbildungen des Maskenmusters gegenüber einem Substrat sehr genau ausgerichtet sein.
Damit die gewünschte hohe Positioniergenauigkeit innerhalb mehrerer Zehntel eines Mikrometers in dem Apparat gemäß der US-A 4,778,275 der Projektion des Maskenmusters gegenüber dem Substrat realisiert werden kann, weist dieser Apparat eine Vorrichtung zum Ausrichten des Substrats gegenüber dem Maskenmuster auf, mit dem eine im Substrat vorgesehene Ausrichtungsmarke auf eine in der Maske vorgesehene Ausrichtungsmarke abgebildet wird. Wenn die Abbildung der Substrat-Ausrichtungsmarke mit der Masken-Ausrichtungsmarke genau übereinstimmt, ist das Substrat gegenüber dem Maskenmuster genau ausgerichtet. Bei der bekannten Ausrichtungsvorrichtung wird ein Helium-Neon-Laserstrahl als Ausrichtungsstrahl eingesetzt.
Aufgrund der wachsenden Anzahl elektronischer Bauteile pro integrierter Schaltung und den daraus resultierenden kleineren Abmessungen dieser Bauteile unterliegt die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden können, immer strenger werdenden Anforderungen. Dies bedeutet, dass ein Maskenmuster gegenüber den Substratfeldern mit zunehmender Genauigkeit ausgerichtet sein muss.
Die in der US-A 4,778,275 beschriebene Ausrichtungsvorrichtung hat bisher zu voller Zufriedenheit gearbeitet, es ist jedoch zu erwarten, dass mit kleiner werdender Strukturgröße bzw. Streifenbreite der IC-Strukturen und mit der Anwendung neuer Technologien bei der IC-Herstellung die Ausrichtungsvorrichtung Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit und der Genauigkeit hervorbringen kann. Diese Probleme betreffen die Symmetrie einer Ausrichtungsmarke, die für die Ausrichtung erforderlich ist, sowie die Symmetrie der Prozesse, denen das Substrat, folglich auch die Substrat-Ausrichtungsmarke, ausgesetzt ist. Die bekannte Ausrichtungsvorrichtung kann nur zuverlässig arbeiten, wenn sowohl die Ausrichtungsmarke als auch die Prozesse symmetrisch sind.
Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen der neuen Generation mit kleineren Streifenbreiten muss das Auflösungsvermögen des Projektions-Linsensystems, das für die Maskenmusterprojektion verwendet wird, erhöht werden, was bedeutet, dass die numerische Apertur dieses Systems vergrößert werden muss. Das heißt, das die Tiefenschärfe dieses Systems abnimmt. Da eine gewisse Krümmung des Bildfeldes bei dem gewünschten, verhältnismäßig großen Bildfeld des Projektionslinsensystems auftritt, gibt es im wesentlichen keine Toleranz für die Gleichmäßigkeit des Substrats. Um die gewünschte Gleichmäßigkeit des Substrats aufrecht erhalten zu können, kann es zwischen zwei Beleuchtungen des Substrats durch den chemisch-mechanischen Poliervorgang (CMP) poliert werden. Durch diesen Poliervorgang wird eine asymmetrische Verzerrung in einer Substrat-Ausrichtungsmarke bewirkt, die als Gitter dargestellt ist. Neben dem CMP-Verfahren ist die Herstellung von integrierten Schaltungen durch Anwendung ungleichmäßiger Ätzverfahren und Schaffung einer erhöhten Anzahl von Metallschichten auf dem Substrat immer komplexer geworden. Dies führt auch zu einer asymmetrischen Verzerrung der Substrat-Ausrichtungsmarke. Darüber hinaus sind diese Substrate und somit die Ausrichtungsmarken mit mehreren transparenten Schichten wie z. B. Oxidschichten, Nitridschichten und Polyschichten überzogen. Diese Schichten können isotrop aufgebracht sein, sie können jedoch den die Ausrichtung bewirkenden Ausrichtungsstrahl stören. Insbesondere die Kombination aus Asymmetrie der Ausrichtungsmarke und störenden Effekten kann zu verhältnismäßig großen Ausrichtungsfehlern führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausrichtungsvorrichtung zu schaffen, bei der die vorgenannten Probleme nicht auftreten und die genauer und zuverlässiger ist als die bekanntem Vorrichtungen. Diese Ausrichtungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahls im Bereich von wenigstens 1000 nm und höchstens 1100 nm liegt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass dann, wenn die relevanten Parameter der Periode der Gittermarke, die gewählten Beugungsordnungen, das Profil der Marke einschließlich der asymmetrischen Form und der Tiefe, die aufgebrachten die lektrischen Schichten und Metallschichten und die Standard-Abweichung des Ausrichtungsfehlers in Betracht gezogen werden, eine genauere und zuverlässigere Ausrichtungsfehler-Erfassung möglich ist, da die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahls größer ist. Die obere Grenze für diese Wellenlänge ist durch das Material des Substrats gegeben; für eine Wellenlänge von mehr als 1100 nm wird Silizium für den Ausrichtungsstrahl transparent, und seine Rückseite wird für die Ausrichtungsvorrichtung sichtbar. Die Standardabweichung ist die Abweichung, die sich aus einer Variation des Parameters ergibt: Schichtdicke oder Markentiefe. Die Tatsache, dass für diese Standardabweichung eine Auswahl getroffen worden ist, bedeutet, dass nicht der Durchschnittswert von Null maßgebend ist, sondern dass die Position der Substrat-Ausrichtungsmarke, beobachtet von der Vorrichtung, konstant sein muss. Die beobachtete Position der Marke muss konstant bleiben, zum Beispiel bei variierender Schichtdicke, selbst wenn die Marke asymmetrisch und unabhängig von der Dicke der strahlungssensitiven Schicht auf dem Substrat oder dem auf der Marke abgelegten Schichtpaket ist.
Festzustellen ist, dass die englischsprachige Zusammenfassung der JP-A 63-40316 besagt, dass Störungen in der strahlungssensitiven Schicht zu einer willkürlichen Variation der Intensität des reflektierten Ausrichtungsstrahls führen, so dass das Beugungsmuster unbestimmt wird. In dieser Zusammenfassung wird jedoch vorgeschlagen, die Wellenlänge des gelesenen Strahls zu variieren. Diese Lösung weist den gleichen Nachteil auf wie die alternative Lösung, einen Breitband-Ausrichtungsstrahl zu verwenden, d. h. die Elemente der Ausrichtungsvorrichtung müssen für Breiband-Strahlung geeignet sein, wodurch diese Vorrichtung in erheblichem Maße kompliziert wird. Darüber hinaus würde man ein schwaches Detektionssignal erhalten und es könnte keine Ordnungsblende zum Auswählen geeigneter Brechungsordnungen im Ausrichtungsstrahl angeordnet sein.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Ausrichtungsvorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle aus einem der folgenden Laser besteht:

– einem Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm,
– einem Nd:YLF-Laser mit einer Wellenlänge von 1047 nm,
– einem Halbleiter-Laser mit einer Wellenlänge von 980 nm.

Diese Laser werden für andere Anwendungen bereits in großer Zahl hergestellt und sind für den Einsatz in der neuen Ausrichtungsvorrichtung sehr gut geeignet.
Die Ausrichtungsvorrichtung kann ferner dadurch gekennzeichnet sein, dass das Detektionssystem einen InGaAs-Detektor umfasst.
Dieser Detektor hat die gewünschte Empfindlichkeit für diese Wellenlängen.
Es kann auch ein Si-Detektor verwendet werden.
Die Erfindung betrifft auch eine lithographische Vorrichtung zum Abbilden eines Masken-Musters auf ein Substrat, wobei der Apparat eine Beleuchtungs-Einheit zum Beleuchten einer Maske mit einem Projektionsstrahl, einen Masken-Halter, einen Substrat-Halter und ein zwischen dem Masken-Halter und dem Substrat-Halter angeordnetes Projektionssystem umfasst, und wobei der Apparat ferner eine Vorrichtung zum Ausrichten der Maske und des Substrats zueinander umfasst. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung aus der vorstehend beschriebenen Ausrichtungsvorrichtung besteht, wobei das Substrat und die Maske das erste und das zweite Objekt für die Ausrichtungsvorrichtung bilden.
Die am häufigsten verwendete Ausführungsform dieser Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsstrahl ein Strahl aus elektromagnetischer Strahlung ist und das Projektionssystem ein optisches Projektionssystem ist, und dass das Abbildungssystem der Ausrichtungsvorrichtung auch das optische Projektionslinsensystem umfasst.
Jedoch kann der Projektionsstrahl auch ein Strahl mit geladenen Teilchen sein, z. B. ein Ionenstrahl, ein Elektronenstrahl oder ein Röntgenstrahl, wobei das Projektionssystem an die Strahlungsart angepasst wird. Wenn der Projektionsstrahl zum Beispiel ein Elektronenstrahl ist, dann ist das Projektionssystem ein Elektronenlinsensystem.
Dieses Projektionssystem bildet dann kein Teil des Abbildungssystems der Ausrichtungsvorrichtung mehr.
Bei den vorstehend genannten Wellenlängen für den Ausrichtungsstrahl werden Abbildungsfehler, d. h. ein Vergrößerungsfehler und ein Fokussierfehler, erzeugt, wenn das Projektionssystem zum Abbilden einer ersten Ausrichtungsmarke auf eine zweite Ausrichtungsmarke verwendet wird. Der Grund dafür ist, dass das Projektionssystem für die Kurzwellen-Projektionsstrahlung, z. B. tiefe UV-Strahlung, optimiert ist. Der Unterschied zwischen den Wellenlängen der Projektionsstrahlung und derjenigen der Ausrichtungsstrahlung ist nun sogar größer als bei bekannten Vorrichtungen, bei denen die Ausrichtungsstrahlung eine Wellenlänge von 633 nm aufweist.
Um diese Abbildungsfehler zu verhindern, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrektur-Element zum Korrigieren der Richtung und Konvergenz des von einer Ausrichtungs-Marke reflektierten Ausrichtungsstrahlabschnitts zwischen dem Substrat-Halter und dem Masken-Halter angeordnet ist, wobei das Korrektur-Element eine Größe aufweist, die wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Projektionsstrahls in der Ebene des Korrektur-Elements.
Das Prinzip der Anwendung eines derartigen Korrektur-Elements in einer Ausrichtungsvorrichtung ist in der US-A 5,100,237 beschrieben. In diesem Patent finden sich auch genauere Angaben über die Position des Korrektur-Elements, und es werden einige Ausführungsformen dieses Elements erwähnt. Bei einer Ausrichtungsvorrichtung mit der vorgeschlagenen Wellenlänge für den Ausrichtungsstrahl wird das Korrektur-Element sogar noch stärker benötigt als bei der in der US-A 5,100,237 beschriebenen Vorrichtung.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung werden mit Bezug auf die im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele offensichtlich und klar.
In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Ausführungsform einer lithographischen Vorrichtung zum wiederholten Abbilden eines Masken-Musters auf ein Substrat;
2 eine Ausführungsform einer Ausrichtungsmarke in Form eines zweidimensionalen Gitters;
3 eine Ausführungsform der lithographischen Vorrichtung, die eine Doppel-Ausrichtungsvorrichtung umfasst;
4 den Ausrichtungsfehler als eine Funktion der Dicke einer lichtempfindlichen Schicht für die neue Ausrichtungs-Wellenlänge und für bekannte Ausrichtungs-Wellenlängen; und
5 die Arbeitsweise einer Korrekturlinse für die Ausrichtungsstrahlung.
1 zeigt das Prinzip und eine Ausführungsform einer lithographischen Vorrichtung zum wiederholten Abbilden eines Masken-Musters auf ein Substrat. Die Hauptkomponenten dieser Vorrichtung sind eine Projektionssäule, in der eine mit dem abzubildenden Masken-Muster C versehene Maske MA angeordnet ist, und ein bewegbarer Substrat-Tisch WT, mit dem das Substrat W gegenüber dem Masken-Muster angeordnet sein kann. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Beleuchtungs-Einheit, die aus einer Strahlungsquelle LA, z. B. einem Krypton-Fluorid-Laser, einem Linsensystem LS, einem Reflektor RE und einer Sammellinse CO besteht. Der von der Beleuchtungseinheit zugeführte Projektionsstrahl PB beleuchtet das Masken-Muster C, das sich in der Maske MA befindet, die auf einem (nicht dargestellten) Masken-Halter im Masken-Tisch MT angeordnet ist.
Der das Masken-Muster C passierende Projektionsstrahl PB durchläuft ein Projektionslinsensystem PL, das in der Projektionssäule angeordnet und nur graphisch dargestellt ist, wobei das System jedes mal in einem der vielen IC-Bereiche oder Substrat-Feldern eine Abbildung des Musters C des Substrats W bildet. Das Projektionslinsensystem weist z. B. eine Vergrößerung M von ¼, eine numerische Apertur der Größenordnung 0,5 und ein beugungsbegrenztes Bildfeld mit einem Durchmesser der Größenordnung 0,25 auf. Diese Zahlen sind willkürlich und können mit jeder neuen Generation der Projektionsvorrichtung variieren. Das Substrat W ist in einem (nicht dargestellten) Substrat-Halter angeordnet, der zu einem Substrat-Tisch WT gehört, der z. B. durch Luftlager getragen wird. Das Projektionslinsensystem PL und der Substrat-Tisch WT sind in einem Gehäuse HO angeordnet, das an seiner Unterseite durch eine Grundplatte BP aus z. B. Granit und an seiner Oberseite durch den Masken-Tisch MT verschlossen ist.
Wie in der oberen rechten Ecke von 1 dargestellt, umfasst die Maske MA zwei Ausrichtungs-Marken M₁ und M₂. Diese Marken bestehen vorzugsweise aus Beugungsgittern, sie können alternativ jedoch aus anderen periodischen Strukturen gebildet sein. Die Ausrichtungs-Marken sind vorzugsweise zweidimensional, d. h. sie verlaufen in zwei gegeneinander senkrechte Richtungen, die Y- und Y-Richtungen gemäß 1. Das Substrat W, z. B. ein Halbleitersubstrat, auf welche das Muster C in den verschiedenen Substratfeldern abgebildet werden muss, umfasst eine Vielzahl von Ausrichtungs-Marken, vorzugsweise ebenfalls zweidimensionale Beugungsgitter, von denen zwei, P₁ und P₂, in 1 dargestellt sind. Die Marken P₁ und P₂ befinden sich außerhalb der Substratfelder, in denen die Abbildungen des Masken-Musters erzeugt werden müssen. Die Substrat-Ausrichtungsmarken P₁ und P₂ sind vorzugsweise als Phasengitter ausgebildet, und die Masken-Ausrichtungsmarken M₁ und M₂ sind vorzugsweise als Amplitudengitter ausgebildet.
2 zeigt eins der beiden identischen Substrat-Phasengitter in großem Maßstab. Ein derartiges Gitter kann vier Teilgitter P_1,a, P_1,b, P_1,c und P_1,d umfassen, wobei zwei davon, nämlich P_1,b und P_1,d, für die Ausrichtung in X-Richtung und die beiden anderen Teilgitter P_1,a und P_1,c für die Ausrichtung in Y-Richtung verwendet werden. Die beiden Teilgitter P_1,b und P_1,c weisen eine Gitterperiode von z. B. 16 μm und die Teilgitter P_1,a und P_1,d eine Gitterperiode von z. B. 17,6 μm auf. Jedes Teilgitter kann einen Flächenbereich von z. B. 200 × 200 μm bedecken. Mit diesen Gitter-Marken und einem geeigneten optischen System kann eine Ausrichtgenauigkeit, die im Prinzip unter 0,1 μm liegt, erzielt werden. Es sind unterschiedliche Gitterperioden gewählt worden, um den Erfassungsbereich der Ausrichtungsvorrichtung zu vergrößern.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Ausrichtungsvorrichtung, nämlich eine Doppel-Ausrichtungsvorrichtung, bei der zwei Ausrichtungsstrahlen b und b' zum Ausrichten der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ auf die Masken-Ausrichtungsmarke M₂ und der Substrat-Ausrichtungsmarke P₁ auf die Masken-Ausrichtungsmarke M₁ verwendet werden. Der Ausrichtungsstrahl b wird auf die Reflexionsfläche 27 eines Prismas 26 über ein Reflexionselement 30, z. B. einen Spiegel, reflektiert. Die Fläche 27 reflektiert den Strahl b auf die Substrat-Ausrichtungsmarke P₂, die einen Teil der Strahlung als Strahl b₁ zu der dazugehörigen Masken-Ausrichtungsmarke M₂ schickt, wo eine Abbildung der Marke P₂ gebildet wird. Ein Reflexionselement 11, z. B. ein Prisma, das die Strahlung, welche die Marke M₂ passiert hat, auf einen strahlungssensitiven Detektor 13 richtet, ist über der Marke M₂ angeordnet.
Der zweite Ausrichtungsstrahl b' wird über einen Spiegel 31 auf einen Reflektor 29 im Projektionslinsensystem 28 reflektiert. Dieser Reflektor schickt den Strahl b' auf eine zweite Reflexionsfläche 28 des Prismas 26, wobei diese Fläche den Strahl b' auf die Substrat-Ausrichtungsmarke P₁ richtet. Diese Marke reflektiert einen Teil der Strahlung des Strahls b' als Strahl b'₁ auf die Masken-Ausrichtungsmarke M₁, wo eine Abbildung der Marke P₁ gebildet wird. Die Strahlung des Strahls b'₁, der durch die Marke M₁ verläuft, wird über einen Reflektor 11' auf einen strahlungssensitiven Detektor 13' gerichtet. Die Arbeitsweise der Doppel-Ausrichtungsvorrichtung wird anhand von 3 näher beschrieben, die eine weitere Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung zeigt.
Die Projektionsvorrichtung umfasst ferner ein Fokusfehler-Detektionssystem zum Bestimmen einer Abweichung zwischen der Bildebene des Projektionslinsensystems PL und der Fläche des Substrats W, so dass diese Abweichung korrigiert werden kann, indem z. B. das Projektionslinsensystem gegenüber dem Substrat-Halter entlang der optischen Achse des Projektionslinsensystems verschoben wird. Das Fokus fehler-Detektionssystem kann aus den Elementen 40, 41, 42, 43, 44, 45 und 46 bestehen, die in einem (nicht dargestellten) Halter angeordnet sind, der fest mit dem Halter des Projektionslinsensystems verbunden ist. Das Element 40 ist eine Strahlungsquelle, z. B. ein Dioden-Laser, der einen Fokussierstrahl b₃ abgibt. Dieser Strahl wird über ein Reflexionsprisma 42 in kleinem Winkel auf das Substrat gerichtet, während der vom Substrat reflektierte Fokussierstrahl über das Prisma auf einen Retro-Reflektor? 44 gerichtet wird. Dieses Element reflektiert den Strahl in sich selbst, so dass der Fokussierstrahl einmal mehr den gleichen Pfad wie der Strahl b'₃ durch Reflexion am Prisma 43 zum Substrat und von diesem Substrat zum Prisma 42 durchquert. Dann erreicht der reflektierte Fokussierstrahl b'₃ einen Strahlenteiler 41, der den Strahl zu einem weiteren Reflektor 45 reflektiert. Dieser Reflektor schickt den Fokussierstrahl zu einem strahlungssensitiven Detektionssystem 46. Dieses Detektionssystem besteht z. B. aus einem positionssensitiven Detektor oder aus zwei separaten Detektoren. Die Position des durch den Strahl b' auf diesem System gebildeten Strahlungs-Punkts hängt von dem Maß ab, in dem die Bildebene des Projektionslinsensystems mit der Fläche des Substrats W übereinstimmt. Eine ausführliche Beschreibung des Fokusfehler-Detektionssystems kann der US-A 4,356,392 entnommen werden.
Anstelle dieses Fokusfehler-Detektionssystems mit monochromem Fokussierstrahl wird vorzugsweise ein Fokus-und-Neigungs-Detektionssystem verwendet, das mit einem Breitbandstrahl arbeitet. Ein derartiges Breitband-Detektionssystem ist in der US-A 5,191,200 beschrieben.
Um die X- und Y-Positionen des Substrats sehr genau bestimmen zu können, umfasst die Vorrichtung ein zusammengesetztes Interferometer-System mit mehreren Messachsen, von denen nur ein Teilsystem mit einer Achse in 1 dargestellt ist. Dieses Teilsystem umfasst eine Strahlungsquelle 50, z. B. einen Laser, einen Strahlenteiler 51, einen stationären Referenzspiegel 52 und einen strahlungssensitiven Detektor 53. Der von der Quelle 50 gesendete Strahl b₄ wird durch den Strahlenteiler 51 in einen Messstrahl b_4,m und einen Referenzstrahl b_4,r geteilt. Der Messstrahl erreicht den Messspiegel in Form einer reflektierenden Seitenfläche der Substrat-Platte bzw. vorzugsweise einer reflektierenden Seitenfläche des Substrat-Halters, der Teil der Substrat-Platte ist und auf der das Substrat fest gesichert ist. Der vom Messspiegel reflektierte Messstrahl wird über den Strahlenteiler 51 mit dem durch den Referenzspiegel 52 reflektierten Referenzstrahl verbunden, um so ein Interferenz-Muster an der Stelle des Detektors 53 zu bilden. Das zusammengesetzte Interferometer-System kann wie in der US-A 4,251,160 beschrieben ausgeführt sein und weist dann zwei Messachsen auf. Alternativ kann das Interferometer-System drei Messachsen aufweisen, wie in der US-A 4,737,823 beschrieben, ist jedoch vorzugsweise ein System mit wenigstens fünf Messachsen, wie in der EP-A 0 498 499 beschrieben.
Durch Anwendung einer Substratpositions-Detektionsvorrichtung in Form eines zusammengesetzten Interferometer-Systems können die Positionen der Ausrichtungsmarken P₁ und P₂ und den Marken M₁ und M₂ – und die wechselseitigen Abstände dazwischen – während der Ausrichtung in einem System von Koordinaten, die durch das Interferometer-System definiert sind, fixiert werden. Dann ist es nicht erforderlich, auf einen Rahmen der Projektionsvorrichtung oder auf ein Bauteil dieses Rahmens Bezug zu nehmen, so dass Änderungen dieses Rahmens, z. B. aufgrund von Temperaturschwankungen, mechanischem Schlupf und dergleichen die Messungen nicht beeinträchtigen.
3 zeigt das Prinzip der Doppel-Ausrichtungsvorrichtung mit Bezug auf eine Ausführungsform, die sich von der nach 1 durch eine unterschiedliche Art des Einkoppelns der Ausrichtungsstrahlen b und b' in das Projektionslinsensystem unterscheidet. Die Vorrichtung umfasst zwei separate und identische Ausrichtungssysteme AS₁ und AS₂, die symmetrisch gegenüber der optischen Achse AA' des Projektionslinsensystems PL angeordnet sind. Das Ausrichtungssystem AS₁ ist der Masken-Ausrichtungsmarke M₂ zugeordnet und das Ausrichtungssystem AS₂ ist der Masken-Ausrichtungsmarke M₁ zugeordnet. Die entsprechenden Elemente der beiden Ausrichtungssysteme weisen die gleichen Bezugsziffern auf, wobei sich diejenigen der Elemente des Systems AS₂ durch den Strichindex unterscheiden.
Die Struktur des Systems AS₁ sowie die Art, in der die wechselseitige Position der Masken-Ausrichtungsmarke M₂ und z. B. der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ bestimmt werden, wird im Folgenden als erstes beschrieben.
Das Ausrichtungssystem AS₁ umfasst eine Strahlungsquelle 1, die einen Ausrichtungsstrahl b abgibt. Dieser Strahl wird über einen Strahlungsteiler 2 zum Substrat reflektiert. Der Strahlungsteiler kann ein zum Teil transparenter Reflektor oder ein zum Teil transparentes Prisma sein, ist vorzugsweise jedoch ein polarisationssensitives Teilungsprisma, dem eine Viertelwellenlängen-Platte 3 folgt. Das Projektionslinsensystem PL fokussiert den Ausrichtungsstrahl b auf einen kleinen Strahlungs-Punkt V, dessen Durchmesser im Bereich von 1 mm auf dem Substrat W liegt. Dieses Substrat reflektiert einen Teil des Ausrichtungsstrahls als Strahl b₁ in Richtung der Maske MA. Der Strahl b₁ durchläuft das Projektionslinsensystem PL, welches den Strahlungs-Punkt auf die Maske abbildet. Ehe das Substrat in der Projektionssäule angeordnet wird, ist es vorab in einer Vor-Ausrichtungsstation, z. B. der in der US-A 5,026,166 beschriebenen Station, ausgerichtet worden, so dass sich der Strahlungs-Punkt V auf der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ befindet. Diese Marke wird dann durch den Strahl b₁ auf die Masken-Ausrichtungsmarke M₂ abgebildet. Berücksichtigt man die Vergrößerung M des Projektionslinsensystems, werden die Ausmaße der Masken-Ausrichtungsmarke M₂ an die der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ angepasst, so dass das Bild der Marke P₂ genau mit der Marke M₂ übereinstimmt, wenn die beiden Marken wechselseitig auf korrekte Weise angeordnet worden sind.
Auf ihrem Pfad zum und vom Substrat W haben die Ausrichtungsstrahlen b und b₁ die Viertelwellenlängen-Platte 3, deren optische Achse sich in einem Winkel von 45° in die Polarisationsrichtung des von der Quelle 1 kommenden linear polarisierten Strahls b erstreckt, zweimal durchquert. Der die Platte 3 durchlaufende Strahl weist dann eine Polarisationsrichtung auf, die um 90° zu derjenigen des Strahls b gedreht wird, so dass der Strahl b₁ das Polarisations-Teilungsprisma 2 passiert. Die Verwendung des Polarisations-Teilungsprismas zusammen mit der Viertelwellenlängen-Platte schafft den Vorteil, dass nur ein Minimum an Strahlungsverlust auftritt, wenn der Ausrichtungsstrahl in den Strahlungspfad des Ausrichtungssystems eingekoppelt wird.
Der die Ausrichtungsmarke M₂ passierende Strahl b₁ wird durch ein Prisma 11 reflektiert und z. B. durch ein weiteres Reflexionsprisma 12 zu einem strahlungssensitiven Detektor 13 geleitet. Dieser Detektor ist z. B. eine zusammengesetzte Photodiode mit z. B. vier separaten strahlungssensitiven Bereichen, die mit der Anzahl der Teilgitter gemäß 2 übereinstimmen. Die Ausgangssignale der Teil-Detektoren enthalten Informationen über das Ausmaß, in dem die Marke M₂ mit dem Bild der Marke P₂ übereinstimmt. Diese Signale können elektronisch verarbeitet und für die Verschiebung der Maske gegenüber dem Substrat durch (nicht dargestellte) Antriebssysteme verwendet werden, so dass das Bild der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ mit der Masken-Ausrichtungsmarke M₂ übereinstimmt.
Ein Strahlungsteiler 14, der einen Teil des Strahls b₁ als Strahl b₂ abteilt, kann zwischen dem Prisma 11 und dem Detektor 13 angeordnet sein. Der geteilte Strahl trifft dann z. B. über zwei Linsen 15 und 16 auf eine Fernsehkamera, die mit einem (nicht dargestellten) Monitor verbunden ist, auf dem die Ausrichtungsmarken P₂ und M₂ für den Bediener der Vorrichtung sichtbar werden.
Analog zu dem vorstehend beschriebenen hinsichtlich der Ausrichtungsmarken P₂ und M₂ können die Marken M₁ und P₁ und M₁ und P₂ jeweils einander gegenüber ausgerichtet werden. Das Ausrichtungssystem AS₂ wird für die zuletzt genannten Ausrichtungen verwendet.
Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Ausrichtungsverfahren durch das Doppel-Ausrichtungssystem können der US-A 4,778,275 entnommen werden.
Die Ausrichtungsmarken P₁ und P₂ in Form von Gittern oder anderen Beugungselementen teilen die darauf auftreffenden Ausrichtungsstrahlen in einen nicht abgelenkten Teilstrahl nullter Ordnung und eine Vielzahl von abgelenkten Teilstrahlen erster und höherer Ordnung. Aus diesen Teilstrahlen werden nur diejenigen gleicher Ord nung in der Ausrichtungsvorrichtung ausgewählt, um die Substrat-Ausrichtungsmarke auf eine Masken-Ausrichtungsmarke abzubilden. Für eine Auswahl der Teilstrahlen ist im Projektionslinsensystem eine Ordnungsblende an einer Stelle angeordnet, bei der die in den unterschiedlichen Größenordnungen der Beugung gebeugten Teilstrahlen räumlich in ausreichendem Maß getrennt sind, z. B. in der Fourier-Ebene des Projektionslinsensystems. Diese Blende ist mit der Bezugsziffer 55 in 3 graphisch dargestellt und besteht aus einer Platte, die für die Ausrichtungsstrahlung undurchlässig ist und eine Vielzahl von Strahlung durchlassenden Öffnungen bzw. Bereichen aufweist. Weist die Ausrichtungsmarke eine zweidimensionale Gitterstruktur auf, hat die Platte vier Öffnungen: zwei für die im relevanten Bereich in der Plus- und Minusrichtung der X-Achse gebeugten Teilstrahlen und zwei für die in der Plus- und Minusrichtung der Y-Achse gebeugten Teilstrahlen. Ferner ist eine weitere Ordnungsblende, welche die Auswahl des gewünschten Bereichs verbessert, vorzugsweise im Detektionsabschnitt angeordnet, d. h. in dem Teil des Strahlungspfades von der Masken-Ausrichtungsmarke bis zum Detektor 13, 13'. Die in erster Ordnung gebeugten Teilstrahlen werden vorzugsweise für die Ausrichtung verwendet.
Die beschriebene Ausrichtungsvorrichtung arbeitet zufrieden stellend, wenn die Substrat-Ausrichtungsmarke symmetrisch ist und die Prozesse, denen das Substrat und somit die auf dem Substrat vorhandenen Ausrichtungsmarken ausgesetzt sind, symmetrische Prozesse sind. Nur wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, ist die Position der Symmetrieachse einer durch die Ausrichtungsvorrichtung beobachteten Substrat-Ausrichtungsmarke eine Konstante, und die Ausrichtungsposition bleibt während der Prozessschritte konstant. Allerdings sind die lithographischen Verfahrenstechniken im Laufe der Zeit komplex geworden und werden aufgrund der Anwendung nicht-einheitlicher Ätzverfahren, chemisch-mechanischer Polierverfahren und der Aufbringung einer größer werdenden Anzahl von Metallschichten auf das Substrat sogar immer komplexer. Als Ergebnis dessen wird Material hauptsächlich an einer Seite einer Substrat-Ausrichtungsmarke aufgebracht bzw. abgenommen, so dass diese Marke asymmetrisch wird. Darüber hinaus sind die Substrat-Ausrichtungsmarken mit transparenten dielektrischen Schichten beschichtet, deren Dicke schlecht zu steuern ist. Obwohl das Aufbringen von üblichen Oxid-, Nitrid- und Polyschichten im Prinzip isotrop erfolgt, können die Interferenzauswirkungen, die in diesen Schichten auftreten können, zusammen mit der resultierenden Asymmetrie der Marken unerlaubt große Ausrichtungsfehler bewirken. Wenn der Ausrichtungsfehler über die Schichtdicke in einem Diagramm dargestellt wird, erhält man eine Schwingungskurve. Jede Änderung einer Schichtdicke um λ/4.n, wobei n der Brechungsindex der Schicht ist, bewirkt eine Änderung des Ausrichtungsfehlers von einem Höchstwert zu einem Mindestwert. Wird eine Ausrichtungsstrahlung mit einer Wellenlänge von 633 nm (von einem Helium-Neon-Laser) verwendet, tritt eine Änderung der Dicke einer Oxidschicht um 100 nm während einer vollen Schwingungsperiode auf. Da die Anzahl transparenter Schichten immer größer wird, ist es außerordentlich schwierig, die Variation der Schichtdicke auf einen Bruchteil von 100 nm einzugrenzen.
Um den Einfluss der besagten Auswirkungen auf das Ausrichtungssignal auf ein erhebliches Maß zu reduzieren, wird erfindungsgemäß eine Wellenlänge des Ausrichtungsstrahls/der Ausrichtungsstrahlen im Bereich von 1000 nm gewählt. Es ist festgestellt worden, dass die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahls so groß wie möglich sein muss, um die Störung des Ausrichtungssignals auf ein Minimum reduzieren zu können. Andererseits gibt es einen Höchstwert für diese Wellenlänge, weil ein Siliziumsubstrat transparent wird, zum Beispiel bei Wellenlängen von mehr als 1100 nm. Bei dieser Wellenlänge könnte die Ausrichtungsvorrichtung die Unterseite des Substrats beobachten, so dass weitere Fehler auftreten können.
Erfindungsgemäß wird ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm als Strahlungsquelle 1 (1') der Ausrichtungsvorrichtung verwendet. Alternativ kann ein Nd:YLF-Laser mit einer Wellenlänge von 1047 nm verwendet werden. Eine weitere Alternative ist die Verwendung eines Halbleiter-Dioden-Lasers mit einer Wellenlänge von 980 nm.
Die Auswirkungen der Wahl einer größeren Wellenlänge für die Ausrichtungsstrahlung ist in 4 dargestellt. In dieser Figur ist der Ausrichtungsfehler Er als eine Funktion der Dicke Th der lichtempfindlichen Schicht auf dem Substrat bei drei un terschiedlichen Wellenlängen gezeigt. Es wird sofort klar, dass der Ausrichtungsfehler bei der Wellenlänge von 1060 nm erheblich kleiner ist als derjenige, der auftritt, wenn eine der beiden anderen Wellenlängen verwendet wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung besteht der Detektor 13 (13') der Ausrichtungsvorrichtung aus einem Halbleiter-Detektor, dessen strahlungssensitives Element aus den Materialien Indium, Gallium und Arsen zusammengesetzt ist. Ein derartiger InGaAs-Detektor weist die gewünschte Empfindlichkeit für die gewählten Wellenlängen auf.
Da das Projektionslinsensystem PL für die Wellenlänge des Projektionsstrahls PB entwickelt ist, die, zusammen mit dem gewünschten hohen Auflösungsvermögen der Vorrichtung, so klein wie möglich sein sollte, können Abweichungen auftreten, wenn dieses System zum Abbilden der Ausrichtungsmarken P₁, P₂ und M₁, M₂ aufeinander durch den Ausrichtungsstrahl verwendet wird. So werden zum Beispiel die Substrat-Ausrichtungsmarken nicht in der Ebene des Masken-Musters abgebildet, in der sich die Masken-Ausrichtungsmarken befinden, sondern in einer in einem vorgegebenen Abstand davon befindlichen Ebene. Dieser Abstand wird bestimmt durch den Unterschied zwischen den Wellenlängen des Projektionsstrahls und des Ausrichtungsstrahls und durch den Unterschied zwischen den Brechungsindexen des Materials der Elemente des Projektionslinsensystems für die beiden Wellenlängen. Bei einer bekannten lithographischen Vorrichtung, bei welcher der Projektionsstrahl eine Wellenlänge von z. B. 248 nm und der Ausrichtungsstrahl eine Wellenlänge von 633 nm aufweist, kann der Abstand bis zu 2 m betragen. Darüber hinaus wird aufgrund dieses Wellenlängenunterschiedes eine Substrat-Ausrichtungsmarke auf eine Masken-Ausrichtungsmarke mit einer Vergrößerung abgebildet, die von der gewünschten Vergrößerung abweicht. Es ist einleuchtend, dass der Vergrößerungsfehler und der besagte Abstand in einem größeren Unterschied zwischen den Wellenlängen des Projektionsstrahls und des Ausrichtungsstrahls zunehmen und dass korrigierende Maßnahmen sogar noch wichtiger werden.
Eine wegen ihrer Einfachheit bevorzugte Korrekturmöglichkeit besteht darin, eine Korrekturlinse 25 oder ein anderes Brechungs- oder Beugungselement im Projektionslinsensystem wie es in den 1 und 3 dargestellt ist, vorzusehen. Die Korrekturlinse ist in der Projektionssäule in einer solchen Höhe angeordnet, dass einerseits nur die Teilstrahlen mit den ausgewählten Beugungsordnungen, z. B. erster Ordnung, die von der Substrat-Ausrichtungsmarke kommen, mit dieser Linse beeinflusst werden, und dass andererseits diese Linse einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Projektionsstrahl und die dadurch gebildete Abbildung des Maskenmusters hat.
Die Auswirkung der Korrekturlinse kann mit Bezug auf 5 erläutert werden, welche den Teil des Strahlungspfades zwischen der Korrekturlinse und der Substrat-Ausrichtungsmarke P₂ zeigt. Der auf das Beugungsgitter P₂ auftreffende Ausrichtungsstrahl b wird in einen Teilstrahl b(0) nullter Ordnung geteilt, der, nachdem er senkrecht auf den Strahl b aufgetroffen ist, die gleiche Richtung wie der Ausrichtungsstrahl, zwei Teilstrahlen b(+1) und b(–1) erster Ordnung und eine Vielzahl von Teilstrahlpaaren dritter, fünfter, etc. Ordnung hat. Diese Teilstrahlen werden zum Projektionslinsensystem hin reflektiert. Die Teilstrahlen erster Ordnung erreichen die in der Ebene 24 angeordnete Korrekturlinse 25. Diese Linse ist so stark, dass sie die Richtung der Teilstrahlen erster Ordnung so ändert, dass sich die Hauptstrahlen dieser Strahlen in der Ebene der Masken-Ausrichtungsmarke M₂ schneiden. Die Korrekturlinse weist einen derart kleinen Durchmesser auf, dass die Strahlen höherer Ordnung diese Linse nicht passieren. Ein das Durchlaufen des Teilstrahls nullter Ordnung durch diese Linse verhinderndes Element ist anschließend an die Korrekturlinse angeordnet. Bei der Ausführungsform gemäß 5 besteht dieses Element aus dem Reflexionsprisma 26, das zum Einkoppeln der Ausrichtungsstrahlen b und b' in das Projektionslinsensystem verwendet wird. Dieses Prisma reflektiert den Teilstrahl nullter Ordnung in die Richtung des aufgetroffenen Ausrichtungsstrahls b. Aufgrund dieser Maßnahme ist erreicht worden, dass nur die Teilstrahlen erster Ordnung zum Abbilden der Substrat-Ausrichtungsmarke auf die Masken-Ausrichtungsmarke verwendet werden, so dass einige weitere Vorteile erreicht werden können.
Der Teilstrahl nullter Ordnung umfasst keine Informationen über die Position der Substrat-Ausrichtungsmarke. Je nach Geometrie der gitterförmigen Marke, insbesondere der Tiefe der Gitterrillen und des Verhältnisses zwischen der Breite dieser Rillen und der Breite der Gitter-Zwischenstreifen, kann dieser Strahl eine beträchtliche Intensität verglichen mit der Intensität der Teilstrahlen erster Ordnung aufweisen. Durch Unterdrücken des Teilstrahls nullter Ordnung kann der Kontrast im Bild der Substrat-Marke erheblich verstärkt werden. Wenn nur die Teilstrahlen erster Ordnung verwendet werden, wird die zweite Oberwelle der Substrat-Ausrichtungsmarke so abgebildet wie sie war, was bedeutet, das das Bild der Marke, abgesehen von der Vergrößerung M des Projektionslinsensystems, eine Periode aufweist, die halb so groß ist wie die Marke selbst. Wenn sichergestellt ist, dass die Gitterperiode der Masken-Ausrichtungsmarke derjenigen des Bildes der Substrat-Ausrichtungsmarke gleicht, d. h. gleich M/2 mal der Gitterperiode der Substrat-Ausrichtungsmarke, ist die Genauigkeit, mit der eine Substrat-Ausrichtungsmarke gegenüber einer Masken-Ausrichtungsmarke ausgerichtet wird, zweimal so groß als in dem Fall, in dem der volle Ausrichtungsstrahl für den Abbildungsschritt verwendet wird.
Durch die Korrekturlinse ist nicht nur gewährleistet, dass die ausgewählten Ausrichtungsstrahlbereiche scharf auf die Maskenebene fokussiert werden, sondern im Prinzip auch ein Vergrößerungsfehler korrigiert werden kann, mit dem eine Substrat-Ausrichtungsmarke auf eine Masken-Ausrichtungsmarke abgebildet worden ist. Da der Unterschied zwischen den Wellenlängen des Projektionsstrahls und des Ausrichtungsstrahls größer ist als vorher, ist eine weitere Linse 9 zum Korrigieren des verbleibenden Vergrößerungsfehlers vorzugsweise im Pfad des Ausrichtungsstrahls zwischen dem Projektionslinsensystem PL und der Masken-Ausrichtungsmarke angeordnet, siehe 3.
In der PCT-Patentanmeldung WO 97/35234, die eine spezielle Auswahl der Beugungsordnungen des Ausrichtungsstrahls betrifft, um die Genauigkeit der Ausrichtungsvorrichtung erhöhen zu können, werden mehrere Ausführungsformen der Ausrichtungsvorrichtung beschrieben, die auch auf die erfindungsgemäße Ausrichtungsvorrichtung anwendbar sind. So kann zum Beispiel ein Strahlablenkelement z. B. in Form eines Keils zwischen dem Projektionslinsensystem PL und der Maskenplatte MA angeordnet sein, wobei durch dieses Element sichergestellt ist, dass die Symmetrieachse der ausgewählten Ausrichtungsstrahlabschnitte senkrecht zur Maskenplatte ist. Dadurch wird verhindert, dass aufgrund interner Reflexionen in der Maskenplatte Phasenverschiebungen, welche die Genauigkeit der Ausrichtung nachteilig beeinflussen, im Ausrichtungsstrahl auftreten.
Die Erfindung kann nicht nur in einer Vorrichtung verwendet werden, bei der eine Substrat-Ausrichtungsmarke auf eine Masken-Ausrichtungsmarke abgebildet wird, sondern auch in einer Vorrichtung, bei welcher der Betrieb umgekehrt erfolgt.
Ferner kann die Erfindung in einer Vorrichtung verwendet werden, bei der sowohl eine Masken-Ausrichtungsmarke als auch eine Substrat-Ausrichtungsmarke jeweils auf eine Referenzmarke abgebildet werden, die sich außerhalb des Substrats und außerhalb der Maske befindet.
Diese Referenzmarke kann eine physische Marke, aber auch eine artifizielle Marke in Form eines Interferenzmusters an der Stelle der Substrat-Ausrichtungsmarke und der Masken-Ausrichtungsmarke sein, wobei das Interferenzmuster aus zwei von der Strahlungsquelle der Ausrichtungsvorrichtung kommenden Störstrahlen besteht.
Die Genauigkeit, mit der eine Substrat-Ausrichtungsmarke gegenüber einer Masken-Ausrichtungsmarke ausgerichtet werden kann, kann erheblich verbessert werden, indem die Ausgangssignale der Detektoren 13 und 13' in den 1 und 3 mit einer fixen Frequenz moduliert werden. Hierzu kann die Maske MA und somit zum Beispiel die Masken-Ausrichtungsmarke M₂ periodisch verschoben werden. Vorzugsweise wird jedoch eine elektro-optische Modulation basierend auf Schaltrichtungen der Polarisation zusammen mit einer Verschiebung mittels eines Doppelbrechungselements angewendet.
Das Prinzip der zuletzt genannten Ausführungsformen, wie sie in den Ansprüchen 8–14 definiert sind, ist in der besagten PCT-Patentanmeldung WO 97/35234 beschrie ben, wobei auf die relevanten Textabschnitte und Figuren hier Bezug genommen wird.
Anstelle eines InGaAs-Detektors mit ausreichender Empfindlichkeit im Bereich von 1000–1100 nm kann verwendet werden.
Die Erfindung kann auch bei einer Vorrichtung Anwendung finden, bei der Teilstrahlen höherer Beugungsordnungen, zum Beispiel eine oder mehrere der Ordnungen 2–7, von der Substratmarke zur Ausrichtungserfassung verwendet werden. Eine Ausrichtungserfassung mit Teilstrahlen höherer Ordnung weist den Vorteil auf, auf asymmetrische Fehler in den Substrat-Ausrichtungsmarken weniger ansprechbar zu sein. Bei der Durchführung der Ausrichtungserfassung mit Teilstrahlen höherer Ordnung ist es nicht länger möglich das TTL-Verfahren anzuwenden, d. h. das Verfahren, bei dem die Masken-Ausrichtungsmarke und die Substrat-Ausrichtungsmarke aufeinander über die Projektionslinse abgebildet werden. In diesem Fall sollte sowohl die Substrat-Marke als auch die Masken-Marke über Strahlen, welche die Projektionslinse nicht passieren, auf eine Referenzmarke abgebildet werden.
Ferner kann eine Projektionsvorrichtung auch mit einer kombinierten Ausrichtungsvorrichtung versehen sein, wobei sowohl ein herkömmlicher Ausrichtungsstrahl mit einer Wellenlänge von z. B. 633 nm als auch der neue Ausrichtungsstrahl mit einer Wellenlänge im Bereich von 1000-11-- nm verwendet werden kann. Für ungestörte Substrat-Marken kann dann der herkömmliche Ausrichtungsstrahl verwendet werden, wohingegen für asymmetrisch gestörte Substrat-Marken der neue Ausrichtungsstrahl verwendet werden kann. Die kombinierte Ausrichtungsvorrichtung weist separate Strahlungsquellen und separate Detektoren jeweils für den herkömmlichen und den neuen Ausrichtungsstrahl auf. Diese Vorrichtung kann eine TTL-Ausrichtungsvorrichtung oder eine Ausrichtungsvorrichtung sein, bei der Teilstrahlen höherer Ordnung verwendet werden, welche die Projektionslinse nicht durchlaufen.
Die Erfindung ist mit Bezug auf eine optische lithographische Vorrichtung erläutert worden, ist jedoch nicht darauf begrenzt. Die Erfindung kann auch in einer lithogra phischen Vorrichtung verwendet werden, bei welcher der Projektionsstrahl ein Strahl mit geladenen Teilchen wie z. B. ein Elektronenstrahl, ein Ionenstrahl oder ein Röntgenstrahl ist. Diese lithographischen Vorrichtungen können nicht nur zur Herstellung integrierter Schaltungen verwendet werden, sondern auch zur Herstellung von z. B. Flüssigkristall-Anzeigetafeln, Magnetköpfen oder integrierten planaren optischen Systemen.

Claims

Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten eines ersten Objektes (W), welches mit wenigstens einer ersten Ausrichtungsmarke (P₁, P₂) versehen ist, gegenüber einem zweiten Objekt (MA), welches mit wenigstens einer zweiten Ausrichtungsmarke (M₁, M₂) versehen ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Strahlungsquelle (1) zum Liefern wenigstens eines Ausrichtungsstrahles (b), einen ersten Objekt-Halter, einen zweiten Objekt-Halter, ein Abbildungssystem zum Abbilden der ersten Ausrichtungsmarke und der zweiten Ausrichtungsmarke aufeinander, und ein strahlungssensitives Detektionssystem (13), welches in dem Pfad von selektierten Ausrichtungsstrahlabschnitten, welche von einer ersten Ausrichtungsmarke und einer zweiten Ausrichtungsmarke, auf welche die erste Ausrichtungsmarke abgebildet wird, herkommen, angeordnet ist, wobei das Ausgabe-Signal des Detektionssystems das Ausmaß anzeigt, in welchem das erste und zweite Objekt zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahls im Bereich von wenigstens 1000 nm und höchstens 1100 nm liegt.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle aus einem der folgenden Laser besteht: – einem Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064 nm, – einem Nd:YLF-Laser mit einer Wellenlänge von 1047 nm, – einem Halbleiter-Laser mit einer Wellenlänge von 980 nm.
Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem einen InGaAs-Detektor umfasst.
Lithographischer Apparat zum Abbilden eines auf einer Maske vorhandenen Masken-Musters auf ein Substrat, wobei der Apparat eine Beleuchtungs-Einheit zum Beleuchten der Maske mit einem Projektionsstrahl, einen Masken-Halter, einen Substrat-Halter, und ein zwischen dem Masken-Halter und dem Substrat-Halter angeordnetes Projektionssystem umfasst, wobei der Apparat ferner eine Vorrichtung zum Ausrichten der Maske und des Substrates zueinander umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtungsvorrichtung aus der Ausrichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 3 besteht, wobei das Substrat und die Maske das erste und das zweite Objekt für die Ausrichtungsvorrichtung bilden.
Lithographischer Apparat gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Projektionsstrahl ein Strahl aus elektromagnetischer Strahlung ist und das Projektionssystem ein optisches Projektionssystem ist, und dass das Abbildungssystem der Ausrichtungsvorrichtung auch das optische Projektionssystem umfasst.
Lithographischer Apparat gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrektur-Element zum Korrigieren der Richtung und Konvergenz des von einer Ausrichtungs-Marke reflektierten Ausrichtungsstrahlabschnittes zwischen dem Substrat-Halter und dem Masken-Halter angeordnet ist, wobei das Korrektur-Element eine Größe aufweist, welche wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Projektions-Strahles in der Ebene des Korrektur-Elementes.
Lithographischer Apparat gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Projektions-System eine Ordnungsblende umfasst, welche mit strahlungsdurchlässigen Abschnitten versehen ist, welche nur Ausrichtungsstrahl-Abschnitte, welche von einer ersten Ausrichtungsmarke in erster Ordnung gebeugt werden, zu der zweiten Ausrichtungsmarke transmittiert.
Lithographischer Apparat gemäß Anspruch 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strahlungsablenkelement in der Nähe einer Maskenausrichtungsmarke angeordnet ist, um die Symmetrieachse von ausgewählten Strahlabschnitten im wesentlichen senkrecht zu der Ebene der Masken-Platte auszurichten, wobei das Strahlungsablenkungselement wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Projektionsstrahls in der Ebene der Platte.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einer ersten Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten einer ersten Ausrichtungsmarke gegenüber einer Substratausrichtungsmarke eine zweite Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten einer zweiten Maskenausrichtungsmarke gegenüber einer Substratausrichtungsmarke bereitgestellt ist.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausrichtungsmarke eine Substratausrichtungsmarke ist, und dass die zweite Ausrichtungsmarke eine Maskenausrichtungsmarke ist.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ausrichtungsmarke eine Maskenausrichtungsmarke ist, und dass die zweite Ausrichtungsmarke eine Substratausrichtungsmarke ist.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ausrichtungsmarke eine Referenzausrichtungsmarke ist, welche außerhalb des Substrates und außerhalb der Maske angeordnet ist, und dass sowohl eine Substratausrichtungsmaske als auch eine Maskenausrichtungsmarke erste Ausrichtungsmarken bilden, welche jeweils auf die Referenzausrichtungsmarke abgebildet werden.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle der Ausrichtungsvorrichtung zwei Strahlen erzeugt, welche ein Interferenzmuster in der Ebene einer Substratausrichtungsmarke und in der Ebene einer Maskenausrichtungsmarke bilden, dass die erste Ausrichtungsmarke aus einem Interferenzmuster besteht, und dass sowohl die Substratausrichtungsmarke als auch die Maskenausrichtungsmarke zweite Ausrichtungsmasken sind.
Lithographischer Apparat gemäß einem der Ansprüche 4–13, dadurch gekennzeichnet, dass eine von periodischen Signalen gesteuerte Vorrichtung in dem Strahlungspfad eines Ausrichtungsstrahls angeordnet ist, um periodisch eine zweite Ausrichtungsmarke und das Bild auf der Marke einer durch das Detektionssystem beobachteten ersten Ausrichtungs-Marke gegeneinander zu versetzen.