DE69838564T2

DE69838564T2 - Detektor mit mehreren Öffnungen für die Photolithographie

Info

Publication number: DE69838564T2
Application number: DE69838564T
Authority: DE
Inventors: Andrew W. Newton McCullouch
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2018-03-19
Also published as: KR19980081185A; EP0871072A2; CA2234532A1; US5767523A; JP4174097B2; EP0871072A3; JPH10294278A; EP0871072B1; DE69838564D1

Description

FELD DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Photolithographie, wie sie bei der Herstellung von Halbleitern verwendet wird, und insbesondere auf einen Mehrzweckdetektor, der verwendet wird, um Bildinformation bereitzustellen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Herstellung von Halbleiterschaltkreisen weist die Verwendung von photolithographischen Techniken als Schlüsselschritt auf. Bei dem photolithographischen Prozess besteht eine Notwendigkeit, eine Scheibe, die mit einer lichtempfindlichen Verbindung beschichtet ist, die allgemein als Photolack bekannt ist, in Bezug auf das Bild einer Maske oder einer Blende, die Schaltkreismuster in derselben enthält, zu positionieren. Weil die Bearbeitung die Anordnung von mehreren Schichten auf der Scheibe erfordert, wird eine präzise Positionierung dieser mehreren Schichten benötigt. Häufig muss die Position des Blendenbildes und der Scheibe bekannt sein und in einem Bereich von einigen Nanometern ausgerichtet werden.
Ein derartiges Ausrichtsystem ist in US Patent 4,697,087 mit dem Titel "Reverse Dark Field Alignment System For Scanning Lithographic Aligner", erteilt für Frederick Y. Yu am 29. September 1987, offenbart. Darin wird ein Ausrichtsystem offenbart, in dem eine Scheibe, die ein Scheibenziel auf derselben aufweist, und eine Maske, die ein Maskenziel auf derselben aufweist, in Bezug aufeinander ausgerichtet werden. Bei diesem Ausrichtsystem wird ein Ziel auf der Scheibe und ein Ziel auf einer Blende relativ zueinander abgetastet. Das reflektierte Licht wird erfasst und verglichen, um jegliche Fehlausrichtung zu bestimmen. Ein weiteres Ausrichtsystem ist in US Patent Nr. 4,594,084 mit dem Titel "Alignment And Focusing Systems For Scanning Mask Aligner", erteilt für David A. Markle am 22. Oktober 1985, offenbart. Darin ist ein Ausrichtsystem offenbart, das ein Muster auf der Maske und der Scheibe anwendet, das optische Gitter einschließt, die den Richtungen und dem Abstand der Muster entsprechen, so dass Licht, das durch das Gitter transmittiert wird, stark modelliert wird. Das Licht, das von der Maske und den Scheibenausrichtzielen moduliert wird, wird verwendet, um Ausrichtfehlersignale zu erhalten, ebenso wie dazu, zu messen, wie gut die Maske auf die Scheibe fokussiert wird. Ein weiteres Ausrichtsystem ist in US Patent 5,477,057 mit dem Titel "Off Axis Alignment System For Scanning Photolithography", erteilt für David Angeley et al am 19. Dezember 1995, offenbart. Darin ist ein Ausrichtsystem offenbart, das mehrere Detektoren zur Detektion von Licht aufweist, das von Ausrichtmarken gestreut und reflektiert wird, die auf einer Scheibe angeordnet sind.
Ein weiteres Ausrichtsystem ist in US 4,585,342A mit dem Titel "System for Real-Time Monitoring the Characteristics, Variations and Alignment Errors of Lithography Structures" offenbart. Darin ist ein Überwachungssystem offenbart, das eine Vielzahl von strahlungsempfindlichen Detektoren umfasst, die in einer Matrix angeordnet sind und eine Einrichtung zum sequentiellen Ändern der relativen Position zwischen der Vielzahl der strahlungsempfindlichen Detektoren und einer Strahlungsquelle und zum Bereitstellen von Ausrichtinformation durch Ändern der relativen Position. Dieses System wird erachtet, den nächstliegenden Stand der Technik für die vorliegende Erfindung zu bilden, und bildet die Basis für die zweiteilige Form von Anspruch 1. Der Gegenstand von Anspruch 1 unterscheidet sich von diesem System dadurch, dass

(a) der Signalanalyseschaltkreis einen abgeglichenen Signaldetektionsschaltkreis umfasst, und
(b) Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht auf der Bühne Öffnungen von unterschiedlicher Form umfassen, die unterschiedliche Information bereitstellen.

EP 0341848 A offenbart ein Ausrichtsystem, das vierzellige Detektoren umfasst, d.h. abgeglichene Signaldetektionsschaltkreise. Der Gegenstand von Anspruch 1 unterscheidet sich von dieser Offenbarung nur dadurch, dass die Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht auf der Bühne Öffnungen von unterschiedlicher Form umfassen, zum Bereitstellen unterschiedlicher Information. Dieses System könnte ebenso dahingehend betrachtet werden, dass es den nächstliegenden Stand der Technik für die vorliegende Erfindung darstellt. Die lichtundurchlässige Schicht ist jedoch unterhalb einer Schicht von lichtempfindlichem Lack auf einer Produktionsscheibe, was nicht geeignet wäre, als passender Startpunkt zur Entwicklung eines Mehrfunktionendetektors zu dienen, weil die Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht auf der Scheibe während der Bearbeitung der Scheibe verformt werden würden.
Wenngleich diese Ausrichtsysteme sich für ihren vorgesehenen Zweck bei abtastender Photolithographie und kontinuierlichen Lichtquellen als ausreichend herausgestellt haben, kön nen sie Schwierigkeiten dahingehend aufweisen, geeignete Ausrichtsignale in anderen Anwendungen bereitzustellen, beispielsweise bei der Verwendung von gepulsten Beleuchtungsquellen oder statischen oder schrittweisen Photolithographietechniken, bei denen Abtasten nicht angewandt wird. Daher besteht ein Bedarf, eine geeignete Ausrichtung zwischen einer Maske und einer Scheibe bereitzustellen, wenn eine gepulste Beleuchtungsquelle verwendet wird, ebenso wie nicht abhängig zu sein von der Abtastbewegung einer Maske und der Scheibe, um Ausrichtinformation zu erhalten. Weiterhin besteht ein Bedarf, andere Bildinformation von einem einzigen Detektor zu erhalten, der relativ einfach ist und einfach herzustellen oder zu modifizieren ist, in Abhängigkeit der bestimmten Anwendung und der gewünschten Bildinformation, wie etwa das Überwachen von Fokus- oder Bildqualität.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Detektor, der die Merkmale aufweist, wie sie in Anspruch 1 aufgeführt sind und aus einem Verfahren mit den Merkmalen, wie sie in Anspruch 13 aufgeführt sind. Ein derartiger Detektor kann Röntgenstrahlen detektieren und ist verwendbar zur Bereitstellung von Bildinformation, wie etwa Ausrichten einer Maske auf ein vorher bestehendes Muster auf einer Halbleiterscheibe über die Ausrichtung des Maskenbildes zu dem vorher bestehenden Muster über eine Detektoranordnung und um Bildqualitätsinformation zu erhalten. Das Bild einer Maske, die vorbestimmte Aperturen in derselben aufweist, wird auf einen Detektor projiziert, der auf einer X-Y-Bühne angeordnet ist. Der Detektor weist eine lichtempfindliche Schicht auf, die eine rechteckige oder sonstige geordnete Anordnung von individuellen Elementen oder Zeilen ausbildet, wie etwa ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung. Eine lichtundurchlässige Schicht bedeckt einen Abschnitt der lichtempfindlichen Schicht. Die lichtundurchlässige Schicht hat vorbestimmte Öffnungen, die mit den Aperturen in der Maske zusammenpassen. Die Öffnungen sind derart aufgebaut, dass Positionierungs- und Bildqualitätsinformation wie etwa Fokus und Astigmatismus aus dem Signal, das von einzelnen Elementen ausgelesen wird, erhalten wird. Das Bild der Maske, die durch eine Quelle beleuchtet wird, wird durch eine Projektionsoptik auf die vorbestimmten oder zusammenpassenden Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht projiziert, wodurch ein Signal erzeugt wird. Es können mehrere Öffnungen auf einem einzigen monolithischen lichtempfindlichen Element verwendet werden, wobei der Detektor in Subdetektorgebiete unterteilt wird. Ein Subdetektorgebiet, das mehrere unabhängige individuelle Elemente aufweisen kann, weist in der lichtundurchlässigen Schicht Öffnungen auf, zur Bestimmung der Position durch Abgleichen der Beleuchtung von gefüllten oder belichteten Abschnitten von benachbarten Öffnungen. Die mit Beleuchtung gefüllten Abschnitte werden durch ein vorbestimmtes Beleuchtungsmuster von Aperturen in der Maske beleuchtet. Weitere Subdetektorgebiete detektieren Bildqualität, wie etwa Fokus und Astigmatismus durch Projizieren des Bildes der vorbestimmten oder zusammenpassenden Aperturen in der Maske auf vorbestimmte oder zusammenpassende Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht. In einer Ausführung wird der optimale Fokus durch Fokussieren eines vorbestimmten Beleuchtungsmusters auf eine vorbestimmte Öffnung und Maximieren des Signals erhalten. In einer weiteren Ausführung wird Astigmatismus erhalten durch aufeinanderfolgendes Fokussieren eines vorbestimmten Bildes einer Apertur in der Maske auf vorbestimmte Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht, die orthogonale Achsen aufweisen.
Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen relativ einfachen Detektor bereitzustellen, der mehrere Aufgaben erfüllt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Detektor bereitzustellen, der einfach hergestellt und abhängig von der bestimmten Anwendung modifiziert werden kann.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Positionsinformation und ebenso weitere Bildinformation mit einer gepulsten Quelle erhalten werden kann.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass Positionsinformation ohne die Notwendigkeit der Abtastung erhalten werden kann.
Es ist ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Struktur des Detektors eine einfache Herstellung von mehreren Elementen für Redundanzzwecke erlauben kann.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass vorbestimmte Öffnungen, die mit vorbestimmten Aperturen in einer Maske zusammenpassen, in einer lichtundurchlässigen Schicht angeordnet werden und dass die erhaltenen Signale verwendbare Information enthalten.
Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, dass ein monolithischer Detektor verwendet werden kann, der in Subdetektoren unterteilt ist, die unterschiedliche Funktionen aufweisen.
Diese und andere Ziele, Vorteile und Merkmale werden mit Blick auf die nachfolgende eingehende Beschreibung der Ausführungen der Erfindung offenbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockschaltbild, das ein System gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine schematische Draufsicht auf eine Scheibenbühne.
3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Detektor, die Öffnungen in demselben veranschaulicht.
4 ist eine schematische Draufsicht auf einen Abschnitt des in 3 veranschaulichten Detektors.
5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 4.
6 ist eine schematische Draufsicht eines anderen Abschnitts des in 3 veranschaulichten Detektors.
7 ist eine schematische Draufsicht einer Blende oder Maske, die die Aperturen in derselben veranschaulicht.
8A ist eine Draufsicht, die eine Öffnung veranschaulicht, die zur Lieferung von Fokusinformation dient.
8B ist ein Diagramm, das die Signale darstellt, die von der in 8A veranschaulichten Öffnung erhalten werden.
9A ist eine Draufsicht, die Öffnungen veranschaulicht, die für die Erlangung von Astigmatismusinformation verwendet werden.
9B ist ein Diagramm, das das Signal veranschaulicht, das von den in 9A veranschaulichten Öffnungen erhalten wird.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
1 veranschaulicht allgemein ein photolithographisches System, das die vorliegende Erfindung verwendet. Eine Beleuchtungsquelle 11 projiziert das Bild einer Maske 15 durch die Optik 13 auf eine Scheibe 12, die mit lichtempfindlichem Lack bedeckt ist. Die Scheibe 12 ist auf einer X-Y-Bühne 10 angeordnet. Ein Detektor 14 ist auf der X-Y-Bühne 10 angeordnet. Aperturen in der Maske 15 sind zusammenpassend mit Öffnungen in dem Detektor 14. Der Detektor 14 wird derart bewegt, dass das Bild des geeigneten Maskenmusters auf die Aperturen in einer lichtundurchlässigen Schicht fällt. Signale von dem Detektor 14 werden durch Signalanalyse der Daten in dem Funktionsblock 14 interpretiert. Die zusammenpassenden Aperturen und Öffnungen stellen gewünschte Bildinformation bereit, wie etwa Ausricht- und Positionsinformation ebenso wie Bildqualitätsinformation.
2 veranschaulicht genauer die Deckfläche der Bühne 14. Mittig auf der Bühne 10 ist eine Scheibe 12 angeordnet. Der Detektor 14 ist vorzugsweise in einer Ecke der Bühne 10 angeordnet. Die Bühne ist entlang der X- und Y-Achsen beweglich, was eine genaue Positionierung des Detektors 14 ermöglicht.
3 veranschaulicht genauer die Struktur eines Detektors gemäß der vorliegenden Erfindung, aber beschränkt diesen nicht. Der Detektor 14 ist aus einer Vielzahl von Subdetektoren 16, 18 und 20 aufgebaut. Der Subdetektor 16 stellt Information bereit, die sich auf Grobpositionierung bezieht. Der Subdetektor 18 stellt Information bereit, die sich auf Feinpositionierung bezieht. Der Subdetektor 20 stellt Information bereit, die sich auf Bildqualität bezieht. Der Subdetektor 16 umfasste in freigelegtes Detektorfeld 34. Das gesamte Detektorfeld könnte ein herkömmliches Detektorfeld, wie etwa ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung sein. Andere Felder, die verwendet werden können, sind beispielsweise ein CMOS-Feld, ein CMOS-Feld mit intelligenten Bildelementen, ein Photodiodenfeld. Dieses benötigt eine geeignete Empfindlichkeit bei der Wellenlänge, bei der das gesamte System arbeitet. Felder wie etwa CCDs oder selbstabtastende Felder sind bei den möglichen Hauptwellenlängen 365, 248, und 193 Nanometer erhältlich. Röntgenstrahlfelder sind ebenso erhältlich. Ein Beleuchtungsmuster 22, das als eine X-Form veranschaulicht ist, aber irgendeine andere vorbestimmte Form aufweisen kann, wird auf die freigelegte Detektoranordnung 34 projiziert. Dieses Beleuchtungsmuster wird von einer Apertur in einer Blende oder Maske erzeugt. Das Detektorfeld 34 ist in der Lage, Information bereitzustellen, die sich auf den allgemeinen Ort des Beleuchtungsmusters 22 bezieht, wodurch eine grobe Positionierungsin formation durch standardmäßige Mustererkennungstechniken bereitgestellt wird. Die grobe Positionierungsinformation wird verwendet, um einen einigermaßen präzisen Ort des Detektors 14 zu erhalten, bis auf einige Mikrometer, um die Positionierung des Subdetektors 18 zu erleichtern, der für die Erstellung der feinen Positionierungsinformation verwendet wird. Der Subdetektor 18 weist eine lichtundurchlässige Chromschicht 42 mit den Öffnungen 24, 24', 26, 26', 28, 28', 29 und 29' in derselben auf. Die Öffnungen 24, 24', 26, 26', 28, 28', 29 und 29' legen einen Abschnitt der Detektoranordnung oder lichtempfindlichen Fläche oder Schicht frei, wie etwa ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung. Die Öffnungen 24 und 24' werden verwendet, um die Positionierung in der X-Richtung zu bestimmen. Die Öffnungen 26 und 26' werden verwendet, um die Positionierung in der Y-Richtung zu bestimmen. Die Öffnungen 28, 28', 29, 29' sind angewinkelt in Bezug auf die X- und Y-Bewegung der Bühne 10, die in 1 und 2 gezeigt ist, und werden verwendet, X- und Y-Positionierungsinformation zu erlangen. Die longitudinalen Achsen der Öffnungen 28, 28', 29 und 29' sind vorzugsweise um 45° angewinkelt oder verschoben von den X- und Y-Achsen der Bühne 10, die in 1 und 2 gezeigt sind. Die Öffnungen 28, 28', 29, 29' erlauben, dass der Detektor der vorliegenden Erfindung mit bekannten Masken verwendet wird, ähnlich geformte angewinkelte Ausrichtaperturen verwenden. Der Subdetektor 20 wird durch die Öffnungen 30, 31 und 32 ausgebildet, die in einer lichtundurchlässigen Chromschicht 42' ausgebildet sind. Die Öffnung 30 wird verwendet, um optimale Fokussierungsinformation zu erhalten. Die Öffnungen 31 und 32 werden verwendet, um Information zu erhalten, die sich auf Astigmatismus bezieht. Die Öffnungen 30, 31 und 32 in der lichtundurchlässigen Chromschicht 42' legen eine lichtempfindliche Oberfläche oder Schicht frei, wie etwa ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung. Die freigelegte Detektoranordnung 34 und die lichtempfindliche Oberfläche oder Schicht unterhalb den lichtundurchlässigen Schichten 42 und 42' sind vorzugsweise aus einem einzigen monolithischen Element hergestellt. Der Detektor 14 weist Öffnungen 24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29', 30, 31 und 32 auf, die mit den Aperturen zusammenpassen, die in einer Maske 15 ausgebildet sind, die in 1 gezeigt ist. Mit zusammenpassend ist gemeint, dass die Dimensionen der Aperturen derart in Beziehung stehen zu den Dimensionen der Öffnungen, dass die gewünschte Bildinformation erhalten wird und ebenso jede relevante Öffnung mit der Elementgröße der verwendeten Detektoranordnung zusammenpasst. Die in einer Maske ausgebildeten Aperturen verursachen, dass Licht von einer Beleuchtungsquelle auf die Öffnungen 24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29', 30, 31 und 32 auf eine vorbestimmte Weise projiziert wird, um Bildinformation bereitzustellen, wie etwa Positionierung und Bildqualität. Wenngleich nur drei Subdetektoren 16, 18 und 20 in Bezug auf den Detektor 14 veranschaulicht wurden, ist anzumerken, dass mehr als drei Subdetektoren 16, 18 und 20 auf einer einzigen monolithischen lichtempfindlichen Oberfläche ausgebildet werden können, wie etwa einem CCD oder einer ladungsgekoppelten Einrichtung. Die Anwendung einer lichtundurchlässigen Chromschicht 42 oder 42' auf einen Abschnitt der lichtempfindlichen Oberfläche und die einfache Art, auf welche die Öffnungen hergestellt werden, ermöglicht Flexibilität und erlaubt die Verwendung von mehreren Subdetektoren. Weiterhin kann jeder Subdetektor eine Vielzahl von ähnlichen Öffnungen aufweisen, was Redundanz und Signalmittelung vereinfacht.
4 veranschaulicht genauer einen Abschnitt des Subdetektors 18 und dessen Betrieb. Die rechtwinkeligen Öffnungen 24 und 24', die in der lichtundurchlässigen Chromoberfläche 42 ausgebildet sind, legen eine lichtempfindliche Schicht oder Oberfläche 36 und 36' frei. Die lichtempfindlichen Oberflächen 36 und 36' erzeugen ein elektrisches Signal, wenn diese durch elektromagnetische Strahlung von den Beleuchtungsquellen beleuchtet werden. Die lichtempfindliche Oberfläche ist vorzugsweise in einem Feld ausgebildet, beispielsweise durch ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung. Die rechtwinkeligen Öffnungen 24 und 24' sind durch einen Abstand d getrennt. Eine Blende oder Maske, die eine zusammenpassende oder vorbestimmte Apertur aufweist, erzeugt ein Beleuchtungsmuster 38, das auf den Subdetektor 18 projiziert werden soll. Ein Abschnitt des Beleuchtungsmusters 38 wird veranlasst, auf die lichtempfindlichen Oberflächen 36 und 36 zu fallen. Die Abschnitte der Beleuchtung 38, die auf die lichtempfindlichen Flächen 36 und 36' auftreffen, erzeugen jeweils aufgefüllte Abschnitte 40 und 40'. Die Breite der Beleuchtung 38 braucht lediglich größer zu sein als der Abstand d zwischen den Öffnungen 24 und 24' und kleiner als der Abstand d plus die kombinierte Breite der zwei Öffnungen 24 und 24'. Daher können die gefüllten Abschnitte 40 und 40' in der Breite variieren, wodurch unterschiedliche Füllverhältnisse erzeugt werden. Die präzise Positionierung einer Maske und einer Bühne, auf der der Detektor angebracht ist, kann leicht durch Abgleichen der elektrischen Signale, die durch die gefüllten Abschnitte 40 und 40' erzeugt werden, erhalten werden. Wenn die gefüllten Abschnitte 40 und 40' gleich sind, ist das Beleuchtungsmuster 38 genau mittig zwischen den Öffnungen 24 und 24' angeordnet. Daher ist die Maske präzise in Bezug auf den Detektor und daher die Bühne positioniert. Dies wird ohne jegliches Abtasten erreicht und es kann in einer statischen Umgebung ausgeführt werden, ohne die Notwendigkeit, den Detektor und die Maske zu rastern. Weiterhin werden genaue Signale, die für die Ausrichtung verwendet werden, mit gepulsten Beleuchtungsquellen erhalten. Ein einziger Puls von Beleuchtung stellt Ausrichtin formation bereit. Die Schaltung, die notwendig ist, um ein abgeglichenes Signal zu erzeugen, das von den gefüllten Abschnitten 40 und 40' erzeugt wird, ist relativ einfach und wohlbekannt und kann sehr genau erstellt werden. Diese Schaltung kann in die Signalanalyse 114, die in 1 veranschaulicht ist, aufgenommen werden. Die relativ einfache und wirtschaftliche Struktur erlaubt ebenso eine Vielzahl von ähnlichen Öffnungen in einem Detektor und auszubildende Aperturen in einer Maske, was Redundanz und Mittelung erlaubt, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit verbessern. Demnach kann die Position entlang einer einzigen Achse sehr genau bestimmt werden. Durch Kombinieren einer Vielzahl von Öffnungen und Aperturen, die sich schneidende oder orthogonale Achsen, X und Y aufweisen, kann genaue Ausrichtung und Positionierung sehr einfach bereitgestellt werden. Rauschpegel und Mikrovariationen in der Position über die Zeit können durch mehrere zeitverteilte Messungen bestimmt werden.
5 ist ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 4 und veranschaulicht eine eben geschichtete Struktur des Subdetektors 18. Die lichtundurchlässige Chromschicht 42 ist auf einer Schutzschicht 44 aus Siliciumdioxid ausgebildet. Die Anforderungen an die Lichtundurchlässigkeit sind nicht hoch, da das Füllverhältnis groß ist. Die Schutzschicht 44 ist für die Beleuchtung transparent und schützt die lichtempfindliche Schicht 46. Die lichtempfindliche Schicht 46 ist auf einer Substratschicht 48 ausgebildet. Die Schichten 44, 46 und 48 sind allgemein veranschaulichend für ein CCD oder ladungsgekoppelte Einrichtung, die im Handel erhältlich sind. Bei im Handel erhältlichen Einrichtungen ist jedoch die Schutzschicht 44 ungefähr 3 Mikrometer dick. Diese Schutzschicht 44 kann auf 1 Mikrometer reduziert werden, so dass die lichtundurchlässige Chromschicht 42 näher an der lichtempfindlichen Schicht 46 ist. Dies verhindert Übersprechen zwischen den Elementen der Detektoranordnung aufgrund von Lichtausbreitung. 5 veranschaulicht genau das Beleuchtungsmuster 38 und die gefüllten Abschnitte 40 und 40', die die lichtempfindliche Schicht 46 beleuchten.
6 veranschaulicht einen weiteren Abschnitt des Subdetektors 18. 6 veranschaulicht genauer die Anwendung der vorliegenden Erfindung für unterschiedliche Öffnungskonfigurationen. Öffnungen 28, 28', 29 und 29' in der lichtundurchlässigen Chromschicht 42' legen die lichtempfindliche Oberfläche für elektromagnetische Beleuchtung frei. Ähnlich zusammenpassende oder in vorbestimmter Weise geformte Aperturen in einer Maske bilden die Beleuchtungsmuster 138, 138', 139 und 139' aus. Ein Abschnitt der Beleuchtungsmuster 138, 138', 139 und 139' beleuchtet die lichtempfindliche Oberfläche, die durch Öffnungen 28, 28', 29 und 29' freigelegt ist, um die gefüllten Abschnitte 140, 140', 141 und 141' auszubilden. Analog zu der in 4 veranschaulichten Ausführung werden die Signale, die von den gefüllten Abschnitten 140, 140', 141 und 141' erzeugt werden, abgeglichen und derart gleichgemacht, dass eine präzise Ausrichtung zwischen dem Detektor 14, der auf der Bühne 10 befestigt ist, und der Maske erreicht wird. Die in 6 veranschaulichte Ausführung hat den Vorteil, kompatibel mit bestehenden Masken zu sein. Zusätzlich werden Paare von Beleuchtungsmustern 138, 138', 139 und 139' mit jedem Paar von Öffnungen 28, 28', 29 und 29' jeweils verwendet. Das Beleuchtungsmuster muss jedoch nicht unterteilt werden und kann ein einziges Paar von Beleuchtungsmustern sein, wobei jedes jeweils den Abstand zwischen den Öffnungen 28, 28', 29, und 29' überspannt.
7 veranschaulicht eine Maske, die verwendet wird, um die in 4, 5 und 6 veranschaulichten Beleuchtungsmuster zu erzeugen. Die Aperturen in der Maske 15 sind zusammenpassend mit den Öffnungen in dem Detektor 14. Die Blende oder Maske 15 ist aus Submasken 17, 19 und 21 aufgebaut, die den Subdetektoren 16, 18 und 20 entsprechen, die in 3 veranschaulicht sind. Die Submaske 17 weist eine X-geformte Apertur 22' in derselben auf. Die Apertur 22' bildet ein X-förmiges Beleuchtungsmuster 22 aus, das in 3 veranschaulicht ist. Die Submaske 17 wird verwendet, um eine allgemeine oder grobe Ausrichtung oder Position zu erhalten. Die Submaske 19 hat die Aperturen 38', 39', 238, 238', 239, und 239' in derselben. Diese Aperturen 38', 39', 238, 238', 239, und 239' sind von einer vorbestimmten Form und Anordnung, die den Öffnungen in dem Subdetektor 18 angepasst sind, der in 3 veranschaulicht ist. Die Aperturen 38', 39', 238, 238', 239, und 239' werden auf den Subdetektor 18, der in 3 veranschaulicht ist, projiziert oder abgebildet. Die Signale, die von der Beleuchtung abgeleitet werden, die auf die lichtempfindliche Schicht fällt, werden abgeglichen, wie mit Bezug auf 4, 5 und 6 erläutert, um genaue Position- und Ausrichtungsinformation zu erhalten. Es ist zu würdigen, dass, wenn Optiken mit einer Vergrößerung verwendet werden, die Dimensionen der Aperturen in der Maske 15 geeignet proportioniert sind, um die gewünschte Beziehung zu erhalten, um ein Signal zu erreichen, das die Positions- und Ausrichtungsinformation bereitstellt. Wenn beispielsweise Reduktionsoptiken verwendet werden, die ein Reduktionsverhältnis von 4 zu 1 aufweisen, wäre die Maske geeignet proportioniert, um Aperturen von vorbestimmter Größe aufzuweisen, die um einen Faktor 4 vergrößert sind. Die Submaske 21 weist Aperturen 30', 31' und 32' mit vorbestimmten Positionen und Formen in derselben auf, um mit denjenigen der Öffnungen 30, 31 und 32 des Subdetektors 20 zusammen zu passen, der in 3 veranschau licht ist. Die Aperturen 30', 31' und 32' werden auf die Öffnungen 30, 31 und 32 in dem Subdetektor 20 abgebildet, der in 3 veranschaulicht ist. Die Aperturen 30' und 31' und 32' und die Öffnungen 30, 31 und 32 sind von vorbestimmter Form und Größe oder passen zusammen, um Bildqualitätinformation bereitzustellen, wie etwa Fokus und Astigmatismus. In dieser Ausführung sind die Aperturen 30', 31' und 32' von einer Größe, so dass diese ein Bild erzeugen, dessen isofocale Intensitätspunkte mit der Größe des Subdetektors 20 zusammenpassen. Wenn klar oder im Fokus abgebildet wird, wird das Signal ein Maximum aufweisen. Die Maske 15 kann durch irgendeinen herkömmlichen Maskenherstellprozess erstellt werden, wie etwa die Bereitstellung einer lichtundurchlässigen Schicht von Chrom auf einem Glassubstrat. Die lichtundurchlässige Schicht aus Chrom wird durch standardmäßige Bearbeitung geätzt, um die Aperturen in derselben auszubilden. Die Ausführung der gemusterten, lichtundurchlässigen Schicht über dem Detektor kann durch Chrombeschichtung des Detektors geschehen und Mustern der Schicht durch E-Strahltechniken wie bei der standardmäßigen Maskenherstellung. Dies kann auf der Scheibenbühne der Herstelleinrichtung erfolgen. Es ist vorgesehen, dass die Oberfläche des Detektors bis zur erforderlichen Genauigkeit eben hergestellt wird. Weiterhin ist anzumerken, dass die Maske 15 nur ein kleiner Abschnitt einer großen Maske ist, die im Allgemeinen ein Schaltungsmuster in derselben enthält.
8A und B veranschaulichen wie die Bildfokusqualität erhalten wird. Eine relative lange, schmale rechteckige Öffnung 30 wird in dem Subdetektor 20 ausgebildet, der in 3 veranschaulicht ist. Eine dazu passende Apertur 31 wird in der Submaske 21, die in 7 veranschaulicht ist, derart ausgebildet, dass das Bild der Apertur 30' und die Ränder der Öffnung 30 zusammenfallen, wenn Fokus vorliegt. Wenn sich das System in optimalem Fokus befindet, wird demnach ein maximales Signal erhalten, und wenn sich das System aus dem Fokus befindet, wird ein etwas geringeres Signal erhalten. Dies ist in dem Diagramm der 8B veranschaulicht. Das Signal für Fokus oder optimalen Fokus ist als Wellenform 50 veranschaulicht, die eine maximale Signalamplitude aufweist. Die Wellenform 52 veranschaulicht das Signal, wenn das System außerhalb des Fokus ist, und veranschaulicht eine geringere Amplitude.
9A und 9B veranschaulichen eine analoge Technik, um Astigmatismus zu messen. Rechteckige Öffnungen 31 und 32 weisen orthogonale longitudinale Achsen auf und passen mit der vorbestimmten Größe der Aperturen 31' und 32' in der Submaske 21 zusammen, die in 7 veranschaulicht ist. Die Aperturen 31' und 32' weisen eine Größe auf, dass dieselben ein optimales oder im Fokus befindliches Bild bereitstellen, das mit den Rändern der Öffnungen 31 und 32 zusammenfällt. Wenn der Systemfokus vergrößert und verkleinert wird, wird, abhängig von jeglichem Astigmatismus des Systems, ein optimaler Fokus entlang der X-Achsen, entsprechend zu der Öffnung 32 und ein optimaler Fokus entlang der Y-Achsen entsprechend zu der Öffnung 31 dementsprechend erhalten werden. Dies ist in dem Diagramm der 9B veranschaulicht, wobei die X-Achse des Diagramms den Fokus repräsentiert und die Y-Achse des Diagramms die Signalamplitude. Die Wellenform 54 repräsentiert das maximale Signal, das von der Öffnung 32 erhalten wird. Der maximale Punkt 58 entspricht f_x auf der X-Achse des Diagramms. In ähnlicher Weise repräsentiert die Wellenform 56 das Signal von der Öffnung 31, das f_y auf der Y-Achse des Diagramms entspricht. Der Abstand zwischen f_x und f_y ist repräsentativ für den Astigmatismus des Systems.
Wenngleich verschiedene Formen und Funktionen in den vorstehenden Ausführungen veranschaulicht worden sind, ist zu würdigen, dass eine Vielfalt von Formen leicht erhalten werden kann, um Bildinformation, wie etwa Positionierungs- und Ausrichtinformation, ebenso wie Bildqualität, auf einem einzigen monolithischen Detektor, der einfach und kostengünstig hergestellt werden kann, bereitzustellen. Weiterhin ist anzumerken, dass der vorliegende Detektor eine Vielzahl von Funktionen bereitstellt, die einfach geändert oder modifiziert werden können bei geringen Kosten; ebenso wird auf einfache Weise Redundanz bereitgestellt. Eine Anzahl von sich wiederholenden Öffnungen kann verwendet werden, um Redundanz in dem Fall eines Ausfalls von einigen der Elemente bereitzustellen. Zusätzlich erlaubt die Verwendung einer Vielzahl von mehreren, sich wiederholenden Öffnungen eine Signalmittelung, um eine zuverlässigere Information zu erhalten. Weiterhin erlaubt die vorliegende Erfindung Positionierungs- und Ausrichtinformation ebenso wie Bildqualitätsinformation mit gepulsten Beleuchtungsquellen oder in Systemen zu erhalten, die nicht abtasten. Dementsprechend kann Ausrichtinformation für jeden Puls der Beleuchtungsquelle, wie etwa einem gepulsten Laser erhalten werden. Beispielsweise kann ein Laser typischerweise bei 1000 Hz pulsen. Dies stellt jede Millisekunde ein erneutes Ausrichtsignal bereit. Weiterhin stellen Variationen oder Rauschen auf dem Signal unter stabilen Bedingungen ein Maß für Vibrationspegel in dem System bereit. Die Genauigkeit des Detektorsystems hängt von der Genauigkeit der Aperturen und der Öffnungen ab. Mit einer Breite einer Öffnung von einem Mikrometer und ungefähr die Hälfte der Breite, 0,5 Mikrometer, ausgefüllt durch das Beleuchtungsmuster würde typischerweise eine Empfindlichkeit von 2,5 Nanometer mit einem typischen, handelsüblichen CCD ergeben, das Empfindlichkeiten in der Größenordnung von 1 % aufweist. Diese Zahl kann durch Anpassen des gefüllten Abschnitts oder des Füllverhältnisses variiert werden. Eine Einstelleinrichtung, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, kann durch die Verwendung von mehreren Paaren von Öffnungen erhalten werden, die voneinander durch einen bekannten Betrag oder Abstand beabstandet sind, so dass ein Signal von der Vielzahl der Sätze erhalten wird, deren am besten abgeglichene Sätze Ausrichtinformationen liefern. Weiterhin können unterschiedliche Konfigurationen verwendet werden, um andere Aspekte der Bildqualität zu messen. Beispielsweise kann Streuung durch die Verwendung eines kleinen Abtastfensters, ungefähr ein Mikrometer im Quadrat, angenähert werden, das bis zu der Randlinie eines Beleuchtungsmusters bewegt werden kann. Das Signal variiert mit dem Abstand von dem Rand des Beleuchtungsmusters und dessen Abweichung von der beugungsbegrenzten Vorhersage kann verwendet werden, um Streupegel eines lithographischen Werkzeugs zu überwachen. Für den Fachmann liegt es auf der Hand, dass es eine Vielzahl von Kombinationen von Maskenöffnung/Apertur der lichtundurchlässigen Schicht gibt, die vorhanden sein können, um eine Vielzahl von Informationen über Bildqualität und Position bereitzustellen. Dementsprechend sind detaillierte Abwandlungen möglich, die dem Fachmann klar sein werden. Wenngleich die bevorzugten Ausführungen veranschaulicht und beschrieben wurden, liegt es demnach für den Fachmann auf der Hand, dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang dieser Erfindung, die durch die Ansprüche festgelegt wird, abzuweichen.

Claims

Ein Detektor (10, 11, 13-15, 114) zur Verwendung in der Photolithographie, wobei der Detektor umfasst: eine Beleuchtungsquelle (11); eine Maske, wobei die Maske (15) eine Vielzahl von Aperturen (22', 38', 39', 238, 238', 239, 239', 30', 31', 32') in derselben aufweist; Optiken (13), die eingerichtet sind, ein Bild der Maske zu projizieren; eine Bühne (10); eine lichtempfindliche Schicht (46), die auf der Bühne angeordnet ist; und eine lichtundurchlässige Schicht (42), die auf der lichtempfindlichen Schicht ausgebildet ist, wobei die lichtundurchlässige Schicht in derselben eine Vielzahl von Öffnungen (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29', 30-32) aufweist, die zu der Vielzahl der Aperturen korrespondiert, wobei: die Vielzahl der Aperturen eine Dimensionierung aufweist, um ein Bild (38, 138, 138', 139, 139') auf ein Paar (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29') aus der Vielzahl der Öffnungen zu projizieren, das einen Abschnitt (40, 40', 140, 140', 141, 141') von jeder von dem Paar der Vielzahl der Öffnungen beleuchtet, wodurch die Lage der Maske (15) in Bezug auf die Bühne (10) genau bestimmt werden kann, wobei das Paar der Öffnungen in Bezug auf die Vielzahl der Aperturen in der Maske in Vorfestlegung derart angeordnet ist, dass, wenn das Bild der Maske auf die lichtundurchlässige Schicht (42) und die lichtempfindliche Schicht (46) projiziert wird, Ausrichtinformation aus der lichtempfindlichen Schicht erhalten werden kann, ohne die Bühne zu bewegen; und ein Signalanalyseschaltkreis (114) zum Empfang von Signalen von Abschnitten der lichtempfindlichen Schicht bereitgestellt wird, die durch das Paar der Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht freigelegt sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Signalanalyseschaltkreis eingerichtet ist, anzuzeigen, wann Signale von der lichtempfindlichen Schicht, die durch das Paar von Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht freigelegt ist, gleich sind; und die Vielzahl der Öffnungen Öffnungen (28, 28', 29, 29', 30-32) von unterschiedlichen Formen umfasst, um unterschiedliche Information zu erhalten.
Ein Detektor gemäß Anspruch 1, wobei die lichtempfindliche Schicht umfasst: einen ersten Subdetektor (16), der in einem ersten Abschnitt der lichtempfindlichen Schicht ausgebildet ist, wobei der erste Subdetektor Grobausrichtung bestimmt; einen zweiten Subdetektor (18), der in einem zweiten Abschnitt der lichtempfindlichen Schicht ausgebildet ist, wobei der zweite Subdetektor Feinausrichtung bestimmt; und einen dritten Subdetektor (20), der in einem dritten Abschnitt der lichtempfindlichen Schicht ausgebildet ist, wobei der dritte Subdetektor Information über Bildqualität bereitstellt; und wobei die lichtundurchlässige Schicht umfasst: eine lichtundurchlässige Schicht (42), die über einem Abschnitt der zweiten und dritten Subdetektoren (18, 20) angeordnet ist, wobei die lichtundurchlässige Schicht eine Vielzahl von Öffnungen in derselben aufweist, wobei die Öffnungen vorbestimmte Form und Lage aufweisen, wodurch Lageinformation und Bildqualität erhalten werden können, wenn das Bild einer zusammenpassenden Maske auf die lichtundurchlässige Schicht und die lichtempfindliche Schicht projiziert wird.
Ein Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die lichtempfindliche Schicht eine Anordnung von individuellen Elementen umfasst.
Ein Detektor gemäß Anspruch 3, wobei die Anordnung eine ladungsgekoppelte Einrichtung ist.
Ein Detektor gemäß Anspruch 3, wobei die Anordnung ein CMOS-Feld ist.
Ein Detektor gemäß Anspruch 3, wobei die Anordnung ein CMOS-Feld mit intelligenten Bildelementen ist.
Ein Detektor gemäß Anspruch 3, wobei die Anordnung ein Photodiodenfeld ist.
Ein Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: die Vielzahl der Öffnungen eine vorbestimmte Form und Lage aufweisen; und die Vielzahl der Aperturen eine vorbestimmte Form und Lage in Bezug auf die Vielzahl der Öffnungen aufweisen, um Bildinformation zu erzeugen.
Ein Detektor gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl der Öffnungen (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29', 30-32) Vierecke sind.
Ein Detektor gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl der Öffnungen rechteckige Öffnungen (24, 24', 26, 26', 30-32) umfassen.
Ein Detektor gemäß Anspruch 8, wobei die Vielzahl der Öffnungen rhombische Öffnungen (28, 28', 29, 29') umfassen.
Ein Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vielzahl der Aperturen zusammenpassend ist mit der Vielzahl der Öffnungen, wodurch das Signal erzeugt wird, das Bildinformation enthält.
Ein Verfahren zur Erlangung von Bildinformation in der Photolithographie, das die Schritte umfasst: Bereitstellen einer lichtempfindlichen Schicht (46) auf einer Bühne (10); Bereitstellen einer lichtundurchlässigen Schicht (42) auf dieser lichtempfindlichen Schicht; Ausbilden einer Vielzahl von Öffnungen (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29', 30-32), die unterschiedliche Formen in dieser lichtundurchlässigen Schicht aufweisen, wodurch unterschiedliche Typen von Subdetektoren (18, 20) ausgebildet werden; Bereitstellen einer Vielzahl von Aperturen (38', 39', 238, 238', 239, 239', 30', 31', 32') von vorbestimmten Formen, die sich auf die unterschiedlichen Formen der Öffnungen beziehen; Projizieren eines Bildes der Vielzahl der Aperturen auf die Vielzahl der Öffnungen; und Berechnen von gewünschter Bildinformation aus Signalen, die durch die unterschiedlichen Typen der Subdetektoren (18, 20) bereitgestellt werden, wenn das Bild der Vielzahl der Aperturen auf dieselben projiziert wird und wobei keine Bewegung der Bühne (10) angewandt wird; wobei die Vielzahl der Aperturen eine Dimensionierung aufweist, um ein Bild (38, 138, 138', 139, 139') auf ein Paar (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29') aus der Vielzahl der Öffnungen zu projizieren, das einen Abschnitt (40, 40', 140, 140', 141, 141') von jeder von dem Paar der Vielzahl der Öffnungen beleuchtet, wodurch die Lage der Aperuren in Bezug auf die Öffnungen genau bestimmt wird, wobei das Paar der Öffnungen in Bezug auf die Vielzahl der Aperturen in Vorfestlegung derart angeordnet ist, dass, wenn das Bild der Aperture auf die lichtundurchlässige Schicht (42) auf der lichtempfindlichen Schicht (46) projiziert wird, Ausrichtinformation aus der lichtempfindlichen Schicht erhalten wird; und Bereitstellen eines Signalanalyseschaltkreises (114) zum Empfang von Signalen von Abschnitten der lichtempfindlichen Schicht, die durch das Paar (24, 24', 26, 26', 28, 28', 29, 29') der Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht freigelegt sind, wobei der Signalanalyseschaltkreis anzeigt, wann Signale von der lichtempfindlichen Schicht, die durch das Paar der Vielzahl von Öffnungen in der lichtundurchlässigen Schicht freigelegt ist, gleich sind.