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GEBIET DER ERFINDUNG UND VERWANDTER STAND
DER TECHNIK
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Positionserfassungssystem und eine
Belichtungsvorrichtung, die diese verwendet. Die Erfindung ist insbesondere
in einer Belichtungsvorrichtung (Projektionsbelichtungsvorrichtung)
vom Typ Schritt-und-Wiederholen oder vom Typ Schritt-und-Abtasten
geeignet anwendbar, beispielsweise zur Herstellung von verschiedenen
Geräten,
wie einem Halbleitergerät
(z.B. IC oder LSI) und einem Bildaufnahmegerät (z.B. CCD), oder einem Anzeigegerät, wie beispielsweise ein
Flüssigkristallfeld.
Ist genauer gesagt ein feines elektronisches Schaltungsmuster, das
auf der Oberfläche
eines ersten Objekts, wie einer Maske, gebildet ist, durch Belichtung
zu übertragen
oder durch Projektion durch ein optisches Projektionssystem auf ein
zweites Objekt, wie ein Wafer, in einer derartigen Belichtungsvorrichtung
zu drucken, dann kann ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung bei einer Erfassung einer relativen Position einer
Markierung, die auf dem Wafer bereitgestellt ist, auf der Grundlage von
optischer Interferenz verwendet werden.
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Projektionsbelichtungsvorrichtungen
zur Halbleiterherstellung sollten eine gute Leistungsfähigkeit
zum Projizieren und Übertragen
eines Schaltungsmusters einer Maske auf die Oberfläche eines Wafers
bei einer hohen Auflösungsleistung
aufweisen. Die Auflösung
zur Schaltungsmusterprojektion kann durch Vergrößern der numerischen Aper tur (NA)
eines optischen Projektionssystems verbessert werden, während die
Wellenlänge
eines Belichtungslichts festgelegt gehalten wird. Alternativ kann
sie durch Verwenden einer kürzeren
Lichtwellenlänge verbessert
werden, beispielsweise unter Verwendung von Hg i-line anstelle von
g-line oder unter Verwendung von Licht kurzer Wellenlänge, wie
eine Wellenlänge
von 248 nm oder 193 nm, wie sie beispielsweise von einem Kaltlichtlaser
("Excimerlaser") emittiert werden
kann, oder Licht von synchrotroner Orbitalstrahlung (SOR, "synchrontron orbital
radiation").
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Es
ist andererseits aufgrund einer weitergehenden Miniaturisierung
eines Schaltungsmusters erforderlich, eine ein derartiges elektronisches
Schaltungsmuster aufweisende Maske und einen Wafer sehr genau anzuordnen.
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Die
erforderliche Genauigkeit kann ein Drittel oder weniger eines Schaltungsmusters
betragen. Basiert beispielsweise für ein DRAM mit 1 Giga-Bit ein Schaltungsmuster
auf einer 0,18-Mikronregel, dann kann eine Überlagerungsgenauigkeit (Anordnung durch
den gesamten Belichtungsbereich) von 60 nm oder kleiner erforderlich
sein.
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Des
Weiteren sollte ein Überlagerungsinspektionssystem
zum Messen der Überlagerungsgenauigkeit
eine Genauigkeit von etwa 1/10 der Überlagerungsgenauigkeit aufweisen.
Somit kann für einen
DRAM mit 1 Giga-Bit eine Genauigkeit von 6 nm oder kleiner erforderlich
sein.
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Als
ein Versuch zur Erreichung einer Hochgenauigkeitsmessung wurde ein
TIS-Korrekturverfahren vorgeschlagen, das zum Verringern des Einflusses
einer TIS (werkzeuginduzierte Verschiebung, "Tool Induced Shift") wirksam ist. Eine TIS ist ein erfassungssystembasierter
Fehlerfaktor unter verschiedenen Messfehlerfaktoren.
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1A zeigt
die TIS-Korrektur. In diesem Fall ist als ein Beispiel eines Positionserfassungsmusters
eine Oberflächenstufe
(Niveau-Unterschied) auf einem Siliziumwafer 91 durch einen Ätzprozess definiert,
wodurch ein Muster 92 erzeugt wird. Nach Vollendung eines
Anordnungsvorgangs wird die relative Positionsbeziehung zwischen
diesem Muster 92 und einem Fotolackbildmuster 93 gemessen,
nachdem diese gedruckt und entwickelt sind. Die Messung wird bei
dem TIS-Korrekturverfahren zweimal durchgeführt. Hierbei wird die zweite
Messung durch eine Rotation des Wafers 91 um 180° im Vergleich
zu der ersten Messung durchgeführt.
Aus diesem Grund wird der beim ersten Mal gemessene Wert ein Messwert Δ0-deg von
0° genannt,
während
der beim zweiten Mal gemessene Wert ein Messwert Δ180-deg von
180° genannt
wird.
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Gemäß dem TIS-Korrekturverfahren
wird ein Wert, der durch Subtrahieren eines Messwerts Δ180-deg von
180° von
einem Messwert Δ0-deg von 0° und dann durch Teilen der Differenz
durch 2 erhältlich ist,
als eine ΔTIS-Korrektur
des Messwerts verwendet. Hierbei wird ein Wert, der durch Addieren
des Messwerts Δ0-deg von 0° und des Messwerts Δ180-deg von
180° und
dann durch Teilen der Summe durch 2 erhältlich ist, eine TIS genannt.
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Die
meisten der gegenwärtig
verwendeten Registrierungsinspektionssysteme und Anordnungserfassungssysteme
basieren auf einem Hellfeldbildverarbeitungsverfahren. 1B zeigt
eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines Registrierungsinspektionssystems
(Positionserfassungssystem) einer bekannten Art. In diesem Beispiel
ist eine spezielle Markierung auf einem Wafer bereitgestellt. Die
Positionserfassung wird durch Erzeugen eines Bilds jener Markierung
durch ein optisches System auf einer Bildaufnahmevorrichtung, wie
beispielsweise einer CCD, und durch Ausführen einer unterschiedlichen
Signalverarbeitung bei einem aus jenem Bild resultierenden, elektrischen
Signal durchgeführt.
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Es
wird genauer gesagt eine Markierung 2 auf einem Wafer 1 durch
beispielsweise einen Ätzprozess
erzeugt. Es wird ebenso eine Markierung 3 auf jener Markierung 2 durch
einen lithografischen Prozess gebildet. Das Registrierungsinspektionssystem
fungiert zum Messen der relativen Positionsbeziehung zwischen diesen
Markierungen 2 und 3. Ein von einer Halogenlampe 5 emittierter
Lichtstrahl 6 wird durch ein optisches Filter 5a und
eine Linse 5b und über
einen Spiegel 5c auf eine Faser 7 gerichtet. Das
Licht aus der Faser 7 wird durch ein Illuminierungssystem 8 gelenkt,
und ein Polarisationsstrahlteiler 9 reflektiert S-polarisiertes
Licht. Das Licht passiert ein optisches Weiterleitungssystem 12,
einen Spiegel 4, eine Viertelwellenplatte 10 und
eine Objektivlinse 11, und es illuminiert die zwei Markierungen 2 und 3 auf
dem Wafer 1. Das Illuminierungssystem umfasst die Linse 8a zum
Sammeln von Lichtstrahlen aus der Faser 7, eine Blende 8b,
eine Linse 8c zum Sammeln von Licht von der Blende 8b und
einen Spiegel 8d.
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Reflektiertes
Licht von den zwei Markierungen 2 und 3 geht entlang
des Illuminierungspfads zurück,
und es passiert die Objektivlinse 11, die Viertelwellenplatte 10,
den Spiegel 4 und das optische Weiterleitungssystem 12.
Da die Polarisationsrichtung zu diesem Zeitpunkt P-polarisiert ist,
passiert das Licht den Polarisationsstrahlteiler 9. Das
Licht wird durch einen Aufrichter 13 auf die Bildaufnahmeoberfläche eines
CCD-Kamera 14 gerichtet, wodurch Bilder der zwei Markierungen 2 und 3 darauf
gebildet werden. Die Bilder der zwei Markierungen 2 und 3 werden durch
die CCD-Kamera 14 in elektrische Signale umgewandelt, die
dann einem Computer (einer Computereinrichtung) 15 zugeführt werden.
Die Signale werden durch den Computer 15 verarbeitet und
analysiert, wodurch die relative Positionsbeziehung zwischen den
zwei Markierungen 2 und 3 erfasst wird.
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Die
in diesem optischen System höchst
erforderliche Bilderstellungsleistung ist die Bildsymmetrie (Markierungsbildsymmetrie).
Gibt es irgendetwas, das die Bildsymmetrie in dem optischen System herabmindert,
dann liegt eine TIS vor.
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In
dieser Art von Erfassungssystemen wird die Vergrößerung auf einen hohen Betrag
gesetzt, wie beispielsweise 100x, und es wird in den meisten Fällen ein
Bereich nahe der optischen Achse verwendet. Somit sind die Hauptfaktoren,
die eine Herabminderung der Bildsymmetrie verursachen, keine achsfernen
Abberationen, sondern sind eher eine exzentrische Komaabberation
nahe der optischen Achse eines optischen Systems, sowie eine Nichteinheitlichkeit
eines Illuminierungssystems.
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Um
weiteren Erhöhungen
in der Integrationsdichte eines Halbleitergeräts zu genügen, wurde zusätzlich zu
einer weitergehenden Miniaturisierung des Schaltungsmusters eine
dreidimensionale Anordnung der Vorrichtungsstruktur erprobt. Wird
die numerische Apertur eines optischen Projektionssystems zum Erhalten
einer höheren
Integrationsdichte eines Halbleitergeräts vergrößert, dann wird die Fokustiefe
des optischen Projektionssystems verkürzt. Aus diesem Grund ist es
sehr wichtig, die Oberfläche einer
Halbleitervorrichtung zum Entfernern jedweder Oberflächenniveaudifferenzen
oder Oberflächenunregelmäßigkeiten
zu polieren, um die Planheit zu verbessern, um wiederum sicherzustellen,
dass ein Fotolack auf eine geebnete Oberfläche aufgebracht wird, um dadurch
eine höhere
Auflösung
der Projektionsbelichtung zu erreichen.
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Ebenso
ist ein Polieren einer auf einem Siliziumsubstrat bereitzustellenden,
isolierenden Filmschicht zum Sicherstellen einer einheitlichen Dickfilmschicht
darauf ein wichtiger Faktor zum Vereinheitlichen einer Kapazitätsdispersion
unter unterschiedlichen Schichten oder zum Regulieren der "Überloch"-Tiefe.
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Ein
chemisch-mechanisches Polier-(CMP, chemical mechanical polishing)-Verfahren
ist ein Beispiel eines Einebnungsverfahrens zum Sicherstellen der
Planheit durch Entfernen jedweder Oberflächenniveaudifferenzen oder
Oberflächenunregelmäßigkeiten
eines Halbleitergeräts.
Dieses Einebnungsverfahren enthält
jedoch ein ernsthaftes Problem hinsichtlich einer für die Erfassung
zu verwendenden Markierung, da die Oberflächenniveaudifferenz jener Markierung
ebenso durch den Einebnungsvorgang entfernt wird. Dadurch wird in
dem Dunkelfeldverarbeitungsverfahren, das äußerst häufig und mit einer guten Genauigkeit
verwendet wird, beispielsweise der Kontrast eines bei der Messung
verwendeten Markierungsbilds sehr niedrig, wodurch eine Herabminderung
der Erfassungsgenauigkeit verursacht wird.
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Es
gibt ein Fasendifferenzerfassungsverfahren als ein weiteres Beispiel.
Da jedoch eine Fasenplatte bei diesem Verfahren in ein optisches
System eingefügt
werden sollte, kann sie eine vorstehend beschriebene TIS verursachen.
Während
sich der Kontrast erhöhen
kann, ist die Genauigkeit schwierig zu erreichen. Damit das System
insbesondere in Verbindung mit einem üblichen Hellfeldsystem verwendet werden
kann, muss eine Fasenplatte entfernbar bei dem optischen System
angebracht werden. Dies ist ein großer Faktor zur Erzeugung einer
TIS.
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Die
Druckschrift
US-A-5783342 schlägt die Verwendung
eines Interferometersystems vor, wie ein Mirau-Interferometer, zum
Messen der Position eines Fotolackmusters auf einem Halbleiterwafer. Die
Verwendung von Linnik- und Mirau-Interferometern bei der Messung
einer Überlagerungsfehlregistrierung
ist in den Druckschriften
US-A-5438413 und
WO-A-97/40422 beschrieben.
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Auf
dem Gebiet der Oberflächenprofilometrie sind
optische Interferenzoberflächenprofilersteller bekannt,
die Interferenzmikroskope vom Typ Michelson, Linnik oder Mirau verwenden.
Diese werden zur Messung der Oberflächenmikrorauhheitsprofile und Stufenhöhen verwendet.
Die Druckschrift
US-A-4869593 schlägt die Verwendung
von derartigen Oberflächenprofilerstellern
mit einer Laserlichtquelle und einer rotierenden Zerstreuplatte
zum Verringern einer räumlichen
Kohärenz
des Lichts vor, während
eine temporale Kohärenz
beibehalten wird.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
ist ein wie in Patentanspruch 1 dargelegtes Positionserfassungssystem, eine
wie in Patentanspruch 8 dargelegte Belichtungsvorrichtung, die das
Positionserfassungssystem umfasst, und ein wie in Patentanspruch
9 dargelegtes Vorrichtungsherstellungsverfahren, das das Positionserfassungssystem
verwendet, bereitgestellt. Optionale Merkmale sind in den übrigen Patentansprüchen dargelegt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung strebt nach einem Bereitstellen eines Positionserfassungssystems,
durch das ein höherer
Kontrast sichergestellt wird, wie mit einem Fasendifferenzerfassungsverfahren,
während
ein TIS-verursachender Faktor klein gehalten wird, und durch das
eine Positionserfassungsmarkierung stabil und mit guter Genauigkeit selbst
bei einem Prozess erfasst werden kann, der eine kleine Oberflächenniveaudifferenz
bereitstellt, wie beispielsweise ein CMP-Prozess, so dass ein Maskenmuster
mit guter Genauigkeit auf einen Wafer übertragen werden kann.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1A eine
schematische Ansicht zur Beschreibung eines TIS-Korrekturverfahrens,
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1B eine
schematische Ansicht einer optischen Anordnung eines Registrierungsinspektionssystems
einer bekannten Art,
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2 eine
schematische Ansicht eines Positionserfassungssystems gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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3A eine
schematische Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels einer Fokussierung
unter einer Bedingung eines Interferenzbilds, dass das Äußere einer
Markierung hell ist,
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3B eine
schematische Ansicht zur Beschreibung eines Beispiels eines Fokus
unter einer Bedingung eines Interferenzbilds, dass das Äußere einer
Markierung dunkel ist,
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4 eine
schematische Ansicht zur Beschreibung von Signalen, die den Bedingungen
von Interferenzbildern entsprechen, dass das Äußere der Markierung hell ist
und dass das Äußere der
Markierung dunkel ist, sowie ein Signal, das der Differenz zwischen
diesen Signalen entspricht,
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5 eine
schematische Ansicht zur Beschreibung des Prinzips eines Linnik-Interferenzmikroskopsystems,
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6 eine
schematische Ansicht zur Beschreibung des Prinzips eines Mirau-Interferenzmikroskopsystems,
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7 eine
schematische Ansicht eines Positionserfassungssystems gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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8 ein
Ablaufdiagramm eines Vorrichtungsherstellungsprozesses in einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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9 ein
Ablaufdiagramm zur Beschreibung von Einzelheiten einer Waferverarbeitung
bei der Prozedur gemäß 8.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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2 zeigt
eine schematische Ansicht eines Hauptabschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
wird die Erfindung bei einem Registrierungsinspektionssystem angewendet,
das in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung vom Typ Schritt- und-Wiederholen oder
vom Typ Schritt-und-Abtasten umfasst ist, zur Verwendung bei der
Herstellung von Halbleitergeräten
oder anderen Mikrogeräten.
Während
die nachstehende Beschreibung auf einem Beispiel einer Registrierungsinspektion
zwischen zwei Markierungen basiert, kann das System als ein Anordnungserfassungssystem
zum Erfassen einer Position einer Anordnungsmarkierung oder als
ein Wafer-Anordnungssystem verwendet werden.
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Das
gezeigte Positionserfassungssystem ist derart angeordnet, dass zwei
Anordnungsmarkierungen 2 und 3, wobei jede mit
einer dreidimensionalen Form auf einem Wafer 1 gebildet
ist, mit einem nicht-synthetisierenden Licht (Nicht-Belichtungslicht) belichtet
werden, wie Licht von einem He-Ne-Laser (Lichtquelle) 31 beispielsweise
einer Wellenlänge von
633 nm, anhand dessen ein auf den Wafer 1 aufgebrachter
Fotolack nicht synthetisiert wird, wobei das Licht von der Lichtquelle
durch verschiedene, nachstehend zu beschreibende Komponenten projiziert
wird.
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Licht
von diesen Markierungen 2 und 3 wird durch verschiedene
(nachstehend zu beschreibende) Komponenten auf eine CCD-Kamera 14 gerichtet,
so dass die Positionsinformationen bezüglich der Anordnungsmarkierungen 2 und 3 durch
die CCD-Kamera 14 beobachtet werden, auf deren Grundlage
die Positionen der Markierungen erfasst werden.
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Demgegenüber wird
in diesem Ausführungsbeispiel
eine Maske (erstes Objekt: nicht in der Zeichnung gezeigt), die
ein auf ihr gebildetes Schaltungsmuster aufweist, mit Licht (Belichtungslicht)
von einer Lichtquelle illuminiert, die eine Komponente eines Illuminierungssystems
(nicht gezeigt) einer Projektionsbelichtungsvorrichtung ist, wie
beispielsweise g-line- oder i-line-Licht von einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe
oder Belichtungslicht einer Emissionswellenlänge von einem Kaltlichtlaser.
Das optische Projektionssystem (nicht gezeigt) dient zum Projizieren
des Schaltungsmusters der Maske auf die Oberfläche eines Wafers (zweites Objekt) 1 mit
einer Verkleinerung von beispielsweise 1:5 oder 1:10.
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Der
Wafer 1 wird auf einem nicht-gezeigten Waferspannfutter
platziert. Das Waferspannfutter ist auf einer O-Z-Plattform (Ansteuereinrichtung:
nicht gezeigt) angebracht, und es dient zum Anziehen des Wafers 1 an
seine Spannfutteroberfläche,
so dass die Position des Wafers 1 sich gegenüber jedweden Vibrationen
nicht verschiebt. Die θ-Z-Plattform
ist auf einer Neigungsplattform (nicht gezeigt) angebracht, und
sie dient zum Bewegen des Wafers 1 in einer Fokusrichtung
(eine Richtung einer optischen Achse des optischen Systems) nach
oben und nach unten.
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In
dem gemäß 2 gezeigten
Positionserfassungssystem wird eine Ätzmustermarkierung (Markierung) 2 auf
einem Siliziumätzwafer
(Wafer) 1 beispielsweise durch einen lithografischen Prozess, einen
Entwicklungsprozess und einen Ätzprozess gebildet.
Auf der so bereitgestellten Ätzmustermarkierung 2 wird
eine Fotolackmustermarkierung (Markierung) 3 durch einen
lithografischen Prozess und einen Entwicklungsprozess gebildet.
In dem in dieser Zeichnung gezeigten System wird die relative Positionsbeziehung
zwischen diesen zwei Markierungen 2 und 3 gemessen.
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In
dem Messsystem dieses Ausführungsbeispiels
wird eine auf einem Wafer bereitgestellte Markierung auf ein fotoelektrisches
Umwandlungselement durch ein optisches System abgebildet, und die Position
des Wafers wird auf der Grundlage eines entsprechenden Videosignals
gemessen. Hierbei wird kohärentes
Licht als eine Lichtquelle ver wendet, und es ist eine rotierende
Diffusionsplatte zwischen der Lichtquelle und einer Faser zum Umwandeln
des Lichts in inkohärentes
Licht angeordnet. In diesem Zusammenhang bedeutet der Ausdruck "inkohärentes Licht" Licht, das eine
Speckle-Mittelung durchlaufen hat. Das Licht behält die Kohärenz bei, die zum Bilden eines
Interferenzmusters wie nachstehend beschrieben erforderlich ist.
Die Markierung auf dem Wafer wird mit dem inkohärenten Licht illuminiert. Ein Teil
des Illuminierungslichts wird bei einer Ebene reflektiert, die bezüglich der
Markierung auf dem Wafer optisch konjugiert ist, und er wird mit
dem reflektierten Licht von der Markierung des Wafers rekombiniert.
Dieses rekombinierte Licht wird auf das fotoelektrische Umwandlungselement
abgebildet, um ein Bild darauf zu bilden. Ein Bild bei einem Fokus,
bei dem die Differenz in einem Reflexionsfaktor zwischen dem Äußeren und
dem Inneren der Markierung auf dem Wafer am größten wird, kann von einem Bild
bei einem Fokus abgezogen werden, bei dem die Differenz in einem
Reflexionsfaktor auf ähnliche
Weise, aber mit dem umgekehrten Vorzeichen, am größten wird.
Ein auf diese Weise erhältliches
Differenzbild wird beim Ausführen
der Messung verwendet. Für
eine Änderung
bei der Oberflächenniveaudifferenz
(Stufenhöhe)
auf dem Wafer wird in dem Erfassungssystem eine derartige Lichtquelle
verwendet, bei der der Kontrast am größten wird.
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Als
nächstes
ist nachstehend das Registrierungsinspektionsverfahren (Markierungspositionserfassungsverfahren)
in diesem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Dieses kann bei einer Erfassung einer Anordnungsmarkierungsposition
in einem üblichen Anordnungsprozess
angewendet werden.
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Bei 31 ist
eine Lichtquelle (Lichtquelleneinrichtung) angegeben, die beispielsweise
einen He-Ne-Laser umfasst und die kohärentes Licht emittiert. Bei 32 ist
eine rotierende Diffusionsplatte angegeben, die zum Umwandeln des
Laserlichts von der Lichtquelle 31 in inkohärentes Licht
dient. Die rotierende Diffusionsplatte 32 fungiert zum
Bewegen des auf dem Wafer 1 gebildeten Specklemusters,
um dadurch selbiges in einer Zeitspanne zu mitteln, während jener
ein Markierungsbild durch eine CCD-Kamera 14 aufgenommen wird.
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Bei 33 ist
ein Kondensor zum Sammeln von Licht (inkohärentem Licht) von der rotierenden
Diffusionsplatte 32 angegeben. Das Licht wird dann durch einen
Spiegel reflektiert, und es tritt in eine Faser 7 ein.
Das von der Faser 7 emittierte Licht wird innerhalb eines
Illuminierungssystems 8 gesammelt, wobei S-polarisiertes
Licht durch einen Polarisationsstrahlteiler 9 reflektiert
wird und dann bei einem Punkt P2 abgebildet wird. Danach passiert
das Licht ein optisches Weiterleitungssystem 12, einen
Spiegel 4, eine Viertelwellenlängenplatte 10 und
eine Objektivlinse (optisches Projektionssystem) 11 in
dieser Reihenfolge, und es illuminiert zwei Markierungen 2 und 3,
die auf der Oberfläche
des Wafers 1 gebildet sind. Das Illuminierungssystem 8 umfasst
eine Linse 8a, eine Blende 8b, einen Kondensor 8c und
einen Spiegel 8d. Die Blende 8b und der Punkt
P2 sind optisch konjugiert zueinander platziert.
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Das
reflektierte Licht von den Markierungen 2 und 3 auf
dem Wafer 1 geht entlang seines Ankunftspfads über die
Objektivlinse 11, die Viertelwellenlängenplatte 10, den
Spiegel 4 und das optische Weiterleitungssystem 12 in
dieser Reihenfolge zurück.
Es wird dann bei dem Punkt P2 abgebildet und tritt danach in den
Polarisationsstrahlteiler 9 ein. Da das Licht, das auf
den Polarisationsstrahlteiler 9 fällt, P-polarisiertes Licht
ist, passiert es den Strahlteiler 9. Danach passiert es
eine Viertelwellenlängenplatte 21 und
einen Aufrichter 13, durch den es auf eine Bildaufnahmeoberfläche einer
CCD-Kamera 14 gerichtet wird. Dadurch werden Bilder (Markierungsbilder)
der zwei Markierungen 2 und 3 auf die Bildaufnahmeoberfläche abgebildet.
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Als
nächstes
ist nachstehend ein Referenzlicht zum Erzeugen eines Interferenzbilds
auf der Grundlage des Bilds der Markierungen 2 und 3 auf der
Bildaufnahmeoberfläche
der CCD-Kamera 14 beschrieben.
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Das
P-polarisierte Licht, das den Polarisationsstrahlteiler passiert,
das ein Teil des Lichts von der Lichtquelle 31 ist, und
das das Illuminierungssystem 8 passiert hat, wird durch
eine Viertelwellenlängenplatte 22 in
zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, das dann durch einen Spiegel 23 reflektiert
wird. Hierbei ist die Position des Spiegels 23 in einer
Ebene platziert, die optisch konjugiert zu dem zu beobachtenden
Wafer 1 ist. Das reflektierte Licht passiert wieder die
Viertelwellenlängenplatte 22,
durch die es in S-polarisiertes Licht ungewandelt wird, und tritt
in den Polarisationsstrahlteiler 9 ein. Das Licht, das S-polarisiertes
Licht ist, wird durch den Polarisationsstrahlteiler 9 reflektiert.
Danach passiert es die Viertelwellenlängenplatte 21 und
den Aufrichter 13, durch den es auf die Bildaufnahmeoberfläche der
CCD-Kamera 14 als Referenzlicht projiziert wird. Somit
wird das Referenzlicht auf der Bildaufnahmeoberfläche der
CCD-Kamera 14 dem Reflexionsbild der Markierung 2 oder 3 des
Wafers 1 überlagert,
wodurch ein Interferenzbild auf der Bildaufnahmeoberfläche erzeugt
wird.
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Die
Bilder der zwei Markierungen 2 und 3 werden durch
die CCD-Kamera 14 fotoelektrisch in entsprechende Signale umgewandelt,
die einem Computer (einer Computereinrichtung) 15 zugeführt werden.
Die Signale werden durch den Computer 15 verarbeitet, wodurch
die relative Positionsbeziehung zwischen den Markierungen 2 und 3 erfasst
wird.
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In
dem Ausführungsbeispiel
wird ein auf die Markierung 2 und 3 bezogenes
Interferenzbild auf die vorstehend beschriebene Weise erzeugt. Somit
kann mit diesem Ausführungsbeispiel
ein Bild mit einem Kontrast erzeugt werden, der höher als
der eines Bilds ist, das mit einer üblichen Hellfeldilluminierung erhältlich ist.
Ferner kann in diesem Ausführungsbeispiel
die Differenz zwischen zwei Fokussen entsprechenden Interferenzbildern
ermittelt werden, wodurch ein Bild von zweifachem Kontrast erzeugt
werden kann.
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Diese
beiden Fokusse können
genauer gesagt als jene Fokuspositionen eingestellt werden, in denen
wie gemäß 3A, 3B und 4 gezeigt
die Differenz zwischen einer Ausgabe der CCD-Kamera 14,
die einer Anordnungsmarkierung 41 entspricht (die der obenliegenden
Fläche 2a der Markierung 2 gemäß 2 entspricht),
und einer Ausgabe der CCD-Kamera, die einer Markierung 42 außerhalb
der Markierung 41 entspricht (wobei Markierung 42 der
untenliegenden Fläche 2b der
Markierung 2 gemäß 2 entspricht),
d.h. die Differenz in ihren Bildintensitäten am größten wird, und in denen ebenso
ihre Vorzeichen gegenseitig umgekehrt sind. Die Positionen können auf
der Grundlage der Intensität
des reflektierten Lichts von der Markierung 41 oder 42 in
dem Maße
bestimmt werden, in dem der Wafer 1 entlang der optischen
Achsrichtung des optischen Systems bewegt wird.
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Als
ein Beispiel sei nun angenommen, dass die Oberflächenniveaudifferenz der Anordnungsmarkierung 41 gleich λ/4 ist, was
1/4 der Illuminierungswellenlänge λ (633 nm,
wobei ein He-Ne-Laser verwendet wird) entspricht. Dann wird die
Intensität
des Interferenzbilds der Markierung 42 außerhalb
der Markierung 41 am größten, da
der Fokus geändert und
in einen Hellinterferenzzustand eingestellt wird, wobei die optische
Pfaddifferenz zwischen dem Referenzlicht und dem Licht, das durch
die Markierung 42 außerhalb
der Markierung 41 reflektiert wird, gleich einem ganzzahligen
Vielfachen der Illuminierungswellenlänge λ ist.
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Hinsichtlich
der Anordnungsmarkierung 41 andererseits wird die Intensität hierbei,
da die Oberflächenniveaudifferenz λ/4 beträgt, minimal
(d.h., die zwei Strahlen interferieren destruktiv, und gleicht die Intensität des reflektierten
Referenzlichts der Intensität
des von dem Wafer reflektierten Lichts, dann wird die Intensität Null,
und das Licht wird vollständig
ausgelöscht).
Im Ergebnis wird ein Muster (erstes Bild) wie gemäß 3A gezeigt
erzeugt.
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Wird
als zweites der Fokus um λ/4
bezüglich des
anfänglichen
Fokus wie gemäß 3B gezeigt geändert, dann
wird die optische Pfaddifferenz zwischen dem Referenzlicht und dem
von der Markierung 42 außerhalb der Markierung 41 reflektierten Licht
gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Illuminierungswellenlänge λ + λ/2, was einem
Auslöschungsinterferenzzustand
entspricht. Im Ergebnis wird die Intensität des Interferenzbilds der
Markierung 42 außerhalb
der Markierung 41 am kleinsten. Hinsichtlich der Anordnungsmarkierung 41 wird
demgegenüber
die Intensität
hierbei am größten, da
die Oberflächenniveaudifferenz λ/4 beträgt. Im Ergebnis wird
ein Muster (zweites Bild) wie gemäß 3B gezeigt
erzeugt.
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Durch
Ermitteln einer Differenz zwischen diesen zwei Bildern kann ein
Bild 43 (4) erzeugt werden, das einen
Kontrast aufweist, der zweimal so groß wie der eines Interferenzbilds
ist, das einem einfachen Fokus entspricht. Ist eine Hellfeldilluminierung
gewünscht,
die kein Referenzlicht erfordert, dann kann ein Shutter 24 (2)
eingefügt
werden oder können
alternativ die Viertelwellenlängenplatte 22 und
der Spiegel 23 ausgelassen werden.
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Die
Struktur und Funktion der Erfindung sind nachstehend im Vergleich
zu den gemäß den 5 und 6 gezeigten
Interferenzmikroskopsystemen ausführlich beschrieben.
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5 zeigt
ein Linnik-Interferenzmikroskopsystem, in dem eine Linse, die die
gleiche wie das Objektiv ist, für
das Referenzlicht verwendet wird, um dadurch beim Entwurf jedwede
achsferne Abberationen zu beseitigen. Demgegenüber zeigt 6 ein Mirau-Interferenzmikroskopsystem,
in dem ein Halbspiegel zwischen einem Objektiv und einem zu beobachtenden
Gegenstand angeordnet ist, so dass von dem Halbspiegel reflektiertes
Licht als das Referenzlicht verwendet wird. Hinsichtlich der Einzelheiten dieser
Interferenzmikroskopsysteme kann Bezug auf "Wave Optics", Hiroshi Kubota, Iwanami Shuppan Co.,
Seiten 414 und 415 genommen werden.
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In
dem gemäß 5 gezeigten
Linnik-Interferenzmikroskop wird eine Objektivlinse L2, die die gleiche
wie die Objektivlinse L1 ist, für
das Referenzlicht verwendet. In dem Ausführungsbeispiel wird im Vergleich
dazu keine Linse verwendet, die die gleiche wie das Objektiv ist.
Es wird im Gegenteil ein zwischenliegendes Bild bei dem Spiegel 23 erzeugt,
und davon reflektiertes Licht wird als das Referenzlicht verwendet.
Liegt irgendeine vorstehend beschriebene TIS, wie eine sphärische Abberation oder
eine Komaabberation, in einem optischen System zwischen einem Objektiv
und einer Weiterleitung vor, was in einem optischen System nicht üblich ist,
dann wird das erzeugte Interferenzbild um eine Farbe verschoben, so
dass kein scharfes Interferenzbild erhältlich ist.
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In
dem Ausführungsbeispiel
kann demgegenüber,
da gewünscht
wird, eine TIS wie vorstehend beschrieben in einem Hellfeldsystem
zu beseitigen, ein klares oder scharfes Interferenzbild selbst dort
erzeugt werden, wo Referenzlicht von einem zwischenliegenden Bild
verwendet wird.
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Hinsichtlich
der Beziehung zwischen der Inkohärenztransformation
(Specklemittelung) und dem Interferenzbild wurde durch Experimente
bestätigt, dass
ein bei der CCD-Kamera 14 erhältlicher
Interferenzrand ohne Speckles beobachtet werden kann. Dies ist dadurch
begründet,
dass der Interferenzrand durch eine Interferenz zwischen Oberflächen (Spiegel 23 und
Wafer 1) erzeugt wird, die optisch zueinander konjugiert
sind, so dass der Interferenzrand unter einer Interferenzbedingung
erzeugt wird, die mit optischen Pfadlängen zwischen Paaren von Punkten
auf den optisch konjugierten Oberflächen eingerichtet ist, und
dadurch begründet,
dass eine Mittelung durch Bewegen des Speckles relativ zu dem Rand
mittels der rotierenden Diffusionsplatte 32 erreicht wird.
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7 zeigt
eine schematische Ansicht des Hauptabschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels der
Erfindung. Gemäß 7 sind
den entsprechenden Elementen gleiche Bezugszeichen wie jene gemäß 2 zugewiesen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
gibt es drei Laser, die unterschiedliche Emissionswellenlängen aufweisen.
Das System umfasst wie gezeigt eine rotierende Diffusionsplatte 32,
eine Faser 7, ein Illuminierungssystem 8, einen
Polarisationsstrahlteiler 9, eine Viertelwellenlängenplatte 10,
ein erstes Objektiv 11, ein zweites Objektiv 13,
eine CCD-Kamera 14, eine Viertelwellenlängenplatte 21, eine
weitere Viertelwellenlängenplatte 22,
einen Spiegel 23 und einen Shutter 24.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
kann, selbst wenn die zu erfassende Oberflächenniveaudifferenz einer zu
erfassenden Markierung 2 oder 3 geändert wird,
ein geeigneter Laser ausgewählt
werden, um eine Erzeugung eines Signals von hohem Kontrast sicherzustellen.
Gleicht beispielsweise die Oberflächenniveaudifferenz der Markierung 2 oder 3 einem Produkt
der Illuminierungswellenlänge
mit einer Ganzzahl plus einer halben Wellenlänge, dann unterliegt das Differenzbild
derselben Interferenzbedingung zur Reflexion von der Anordnungsmarkierung 3 wie
für eine
Reflexion von der Markierung 2 außerhalb der Markierung 3.
Somit ist der Signalkontrast sehr gering.
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Als
ein numerisches Beispiel sei angenommen, dass die Wellenlänge des
Illuminierungslichts 633 nm beträgt
und die Oberflächenniveaudifferenz 950
nm beträgt,
was der 1½-fachen
Längenwelle
entspricht. Dies ist einfach die vorstehend beschriebene Bedingung.
Wird beispielsweise ein Laser, der eine Emissionswellenlänge von
785 nm aufweist, als Illuminierungslicht verwendet, dann entspricht
die Niveaudifferenz von 950 nm nun 1,21 λ (950 = 785 + 165 = 785 + 0,21·785),
so dass ein Interferenzbild von hohem Kontrast erzeugt werden kann.
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Die
Anzahl auszubildender Laser ist nicht auf drei wie in dem Beispiel
gemäß 7 beschränkt. Lediglich
zwei Laser können
ein hinreichendes Ergebnis bereitstellen. Hin sichtlich der Komplexität bei Halbleiterprozessen
jedoch werden vorzugsweise so viele Lichtquellen wie möglich verwendet.
Somit werden in diesem Beispiel drei Laser verwendet.
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Während die
Ausführungsbeispiele
vorstehend unter Bezugnahme auf Beispiele beschrieben sind, in denen
ein niedriger Bildkontrast für
eine kleine Oberflächenniveaudifferenz
in einem Hellfelderfassungssystem merklich erhöht wird, ist die Erfindung
nicht auf dies beschränkt.
Die Erfindung kann beispielsweise bei einer Messung einer Markierung mit
einer dreidimensionalen Form mit ähnlichen vorteilhaften Ergebnissen
angewendet werden.
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Es
können
wie gemäß 2 gezeigt
sowohl ein He-Ne-Laser 31 als auch eine Halogenlampe 5 als
Lichtquelleneinrichtung ausgebildet werden, die untereinander austauschbar
verwendet werden können.
Wird der He-Ne-Laser 31 als eine Lichtquelle verwendet,
dann kann eine Messung einer dreidimensionalen Form auf der Grundlage
von Bildern bei vier Fokuspositionen (Bilder, die erhältlich sind,
während
der Fokusbetrag sukzessive jeweils um eine Einheit von λ/4 geändert wird)
durchgeführt
werden, d.h., es kann eine Messung gemäß einem sogenannten Randabtastverfahren
durchgeführt
werden.
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Wird
demgegenüber
die Halogenlampe 5 verwendet, tritt eine Weißinterferenz
auf, und somit wird die Kohärenzlänge kurz.
Deshalb kann eine Messung einer dreidimensionalen Form auf der Grundlage
eines sogenannten Kohärenzsondierverfahren
durchgeführt
werden.
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Hinsichtlich
Einzelheiten des Randabtastverfahrens zur Messung einer dreidimensionalen
Form kann Bezug auf "Needs
and Seeds of Optical Measurement",
Corona Co., Seite 228 genommen werden. Ebenso kann hinsichtlich
Einzelheiten des Kohärenzsondierverfahrens
Bezug auf "Theory
and Practice of Laser Microscopes", Seite 82, Ausgabe 1 des "New Optical Microscopes", Gakusai-Kikaku
Co. genommen werden.
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Als
nächstes
ist nachstehend ein Ausführungsbeispiel
eines Halbleitergeräteherstellungsverfahrens
beschrieben, das ein Positionserfassungssystem wie das vorstehend
beschriebene verwendet.
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8 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Prozedur zur Herstellung von Mikrogeräten, wie
beispielsweise Halbleiterchips (z.B. ICs oder LSIs), Flüssigkristallfelder
oder CCDs.
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Schritt
1 ist ein Entwurfsprozess zum Entwerfen einer Schaltung eines Halbleitergeräts. Schritt 2
ist ein Prozess zum Herstellen einer Maske auf der Grundlage des
Schaltungsmusterentwurfs. Schritt 3 ist ein Prozess zum Vorbereiten
eines Wafers unter Verwendung eines Materials wie Silizium. Schritt
4 ist eine Waferverarbeitung (Vorverarbeitung genannt), wobei, durch
Verwenden der so vorbereiteten Maske und Wafer, Schaltungen auf
dem Wafer in der Praxis durch Lithographie gebildet werden. Der
nachfolgende Schritt 5 ist ein Zusammenbauschritt (Nachverarbeitung
genannt), wobei der durch Schritt 4 verarbeitete Wafer in Halbleiterchips
geformt wird. Dieser Schritt enthält ein Zusammenbau-(Zerteilen
und Bonden)-Prozess und einen Verpackungs-(Chipversiegelungs-)-Prozess.
Schritt 6 ist ein Inspektionsschritt, in dem eine Betriebsprüfung, eine
Haltbarkeitsprüfung
usw. für
die durch Schritt 5 bereitgestellten Halbleitergeräte ausgeführt werden.
Anhand dieser Prozesse werden Halbleitergeräte vollendet, und sie werden
versandt (Schritt 7).
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9 zeigt
ein Ablaufdiagramm von Einzelheiten der Waferverarbeitung.
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Schritt
11 ist ein Oxidationsprozess zum Oxidieren der Oberfläche eines
Wafers. Schritt 12 ist ein CVD-Prozess zum Bilden eines Isolierfilms
auf der Waferoberfläche.
Schritt 13 ist eine Elektrodenbildungsprozess zum Bilden von Elektroden
auf dem Wafer durch Dampfaufbringung. Schritt 14 ist ein Ionenimplantationsprozess
zum Implantieren von Ionen in den Wafer. Schritt 15 ist ein Fotolackprozess zum
Aufbringen eines Fotolacks (fotosensitives Material) auf den Wafer.
Schritt 16 ist ein Belichtungsprozess zum Drucken des Schaltungsmusters
der Maske auf den Wafer durch Belichtung durch eine Belichtungsvorrichtung,
die eine vorstehend beschriebene. Der Belichtungsprozess wird nach
einem Waferanordungsprozess auf der Grundlage einer Erfassung der
Position einer Anordnungsmarkierung oder -markierungen durch ein
vorstehend beschriebenes Positionserfassungssystem durchgeführt.
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Schritt
17 ist ein Entwicklungsprozess zum Entwickeln des belichteten Wafers.
Schritt 18 ist ein Ätzprozess
zum Entfernen von Abschnitten, die sich von dem entwickelten Fotolackbild
unterscheiden. Schritt 19 ist ein Fotolackabtrennverfahren zum Abtrennen
des Fotolackmaterials, das auf dem Wafer verbleibt, nachdem dieser
der Ätzverarbeitung
unterzogen wurde. Durch Wiederholen dieser Prozesse werden Schaltungsmuster
einander überlagert
auf dem Wafer gebildet.
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Anhand
dieser Prozesse können
Mikrogeräte
hoher Dichte hergestellt werden.
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Gemäß den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann der Kontrast, wie mit einem Phasendifferenzerfassungssystem, verbessert
werden, während
eine Ursache der TIS unterdrückt
wird, und somit eine Markierung zur Positionserfassung stabil und
mit guter Genauigkeit selbst in einem Prozess mit einer kleinen
Oberflächenniveaudifferenz,
wie ein CNP-Prozess, erfasst werden kann. Deshalb kann die Erfindung
ein Positionserfassungssystem und/oder eine Belichtungsvorrichtung,
die selbiges aufweist, mit denen ein Muster einer Maske auf die
Oberfläche
eines Wafers sehr akkurat und genau übertragen werden kann, bereitstellen.
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Ferner
kann in Ausführungsbeispielen
der Erfindung ein Interferenzmikroskopsystem mit einer Hellfeldilluminierung
verwendet werden, durch das ein hoher Kontrast für eine Markierung von kleiner Oberflächenniveaudifferenz,
wie in einem CNP-Prozess, sichergestellt werden kann. Somit kann
eine Positionserfassung hoher Genauigkeit erreicht werden.
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Während die
Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf die dort offenbarten Strukturen
beschrieben ist, ist sie nicht auf die dargelegten Einzelheiten
festgelegt.
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Bei
der Beschreibung der Ausführungsbeispiele
wurde beschrieben, dass die Reflexionsebene für das Referenzlicht (die Oberfläche des
Spiegels 23) optisch konjugiert mit dem Wafer 1 oder
den Markierungen 2, 3 darauf ist. Wie für den Fachmann
verständlich,
stehen diese Abschnitte nicht in einer Objekt/Bild-Beziehung zueinander.
Dementsprechend lässt
sich verstehen, dass die Beziehung zwischen diesen Abschnitten darin
besteht, dass sie dieselbe optische Konjugationseigenschaft verwenden,
die relativ zu dem gemeinsamen Abschnitt des Lichtpfads ist, bevor das
Licht auf die Referenzebene und das Licht auf den Wafer voneinander
getrennt werden. Somit sind sie beide gemäß 2 mit der
Blende 8b optisch konjugiert.