DD159377A1 - ARRANGEMENT FOR POSITIONING - Google Patents

Abstract

Anordnung zur Positionierung einer Substratoberflaeche in die Bildebene eines Projektionsobjektives. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Positionierung zu schaffen, die unter Verwendung optischer Hilfsmittel eindeutig Verkippung und vertikale Verschiebung einer Substratoberflaeche bezueglich der Bildebene eines Projektionsobjektivs ermittelt, die aufgrund der geringen Schnittweite und des grossen Durchmessers des Projektionsobjektives einen geringen Platzbedarf hat und bei der der Strahlengang vollstaendig ausserhalb d. Projektionsobjektives verlaeuft. Mittels eines Lichtstrahlenbuendel erzeugenden Beleuchtungsanordnung u. einer lichtempfindlichen Empfaengeranordnung fuer die Lichtstrahlenbuendel, die beide ausserhalb des Projektionsobjektivs liegen, wird sie erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die beiden Lichtstrahlenbuendel im wesentlichen in einer Ebene, die vorzugsweise senkrecht zur Bildebene liegt, angeordnet sind und sich in der Mitte der Bildebene schneiden. Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei der fotolithografischen Uebertragung von Strukturen auf Halbleiterbauelemente.Arrangement for positioning a Substratoberflaeche in the image plane of a projection lens. The object of the invention is to provide an arrangement for positioning, which determines using optical aids clearly tilting and vertical displacement of a Substratoberflaeche with respect to the image plane of a projection lens, which has a small footprint due to the small kerf and the large diameter of the projection lens and in the the beam path completely outside d. Projection lenses runs. By means of a Lichtstrahlenbuendel generating illumination arrangement u. a photosensitive Empfaengergeranordnung for the Lichtstrahlenbuendel, both of which are outside the projection lens, it is inventively solved by the fact that the two Lichtstrahlenbuendel substantially in a plane which is preferably perpendicular to the image plane, are arranged and intersect in the middle of the image plane. The invention is preferably used in the photolithographic transfer of structures to semiconductor devices.

Description

Titel:Title:

Anordnung zur PositionierungArrangement for positioning

Anwendun^smöfilichkeii; .der. Brf indung;Applicatio ^ smöfilichkeii; .the. Bridge;

V ) Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Positionierung einer Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives geringer Schnittweite« Sie findet vorzugsweise Anwendung bei der fotolithografischen Übertragung von Strukturen auf Halbleiterbauelemente· .The invention relates to an arrangement for positioning a substrate surface in the image plane of a projection lens of short cutting distance. It is preferably used in the photolithographic transmission of structures to semiconductor components.

Charakteristik der_t bekannten technischen LösungenCharacteristic of _t known technical solutions

Es ist bereits bekannt, die Positionierung von Substraten in die Bildebene des Projektionsobjektives durch optische Systeme vorzunehmen, bei denen der Strahlengang durch das Projektionsobjektiv verläuft. Diese Systeme haben den Nachteil, die f\ Abbildungsgüte des Projektionsobjektives mit wachsendem Bildfelddurchmesser negativ zu beeinflussen, weiterhin ist es bekannt, Anordnungen zu verwenden, bei denen der Strahlengang ' völlig außerhalb des Projektionsobjektives verläuft» Dabei wird eine Marke in der Mitte der Substratfläche abgebildet und ihre Lage Über ein zweites Abbildungssystem beobachtet» Die für diese Lösung benötigten Abbildungssysteme können aufgrund ihres Platzbedarfes bei Objektiven kleiner Schnittweite und großem Durchmesser nicht realisiert werden· Ein Uach-" teil der genannten Lösungen ist weiterhin die fehlende Möglichkeit, Verkippuiigen der zu positionierenden Substratoberfläche'bezüglich der Bildebene zu erkennen»It is already known to carry out the positioning of substrates in the image plane of the projection lens by optical systems in which the beam path passes through the projection lens. These systems have to influence the disadvantage that f \ imaging quality of the projection objective with increasing image field diameter negative, further, it is known to use arrangements in which the beam path extends' entirely outside of the projection objective "Here a mark in the center of the substrate area is imaged and their position Observed via a second imaging system »The imaging systems required for this solution can not be realized due to their space requirement with lenses of small kerf and large diameter. A major part of the mentioned solutions is the missing possibility of tilting the substrate surface to be positioned to recognize the picture plane »

Zie 1₁ der_ Erf iiidung;Reference 1 _{1 of the} invention;

Ziel der Erfindung ist es, eine hochgenaue und einfache Anordnung zur Positionierung einer Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives geringer Schnittweite zu schaffen, die einen vom Abbildungssystem des Projektionsobjektives unabhängigen Strahlengang ausweist und eindeutig vertikale Verschiebung und Verkippung der Substratoberfläche bezüglich der Bildebene des Projektionsobjektives bestimmtaThe aim of the invention is to provide a highly accurate and simple arrangement for positioning a substrate surface in the image plane of a projection lens low kerf, which identifies an independent of the imaging system of the projection lens beam path and clearly determined vertical displacement and tilting of the substrate surface with respect to the image plane of the projection lens

Darlegung deS₁₁ Wesens _der Erfindung Loan of the _11th essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hochgenaue und einfache Anordnung zur Positionierung einer Substratoberfläche in die Bildebene eines Projektionsobjektives zu schaffen, die aufgrund ihres geringen Platzbedarfes für Objektive geringer Schnittweiten und großen Durchmessers geeignet ist sowie Informationen über vertikale Verschiebung und Verkippung des Substrates bezüglich der Bildebene des Projektionsobjektives liefert»The object of the invention is to provide a highly accurate and simple arrangement for positioning a substrate surface in the image plane of a projection lens, which is suitable for low kerf lenses and large diameter due to their small footprint and information about vertical displacement and tilting of the substrate with respect to the image plane of the Projection lenses delivers »

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß außerhalb des Projektionsobjektives eine zwei Lichtstrahlenbündel erzeugende Beleuchtungseinrichtung und eine lichtempfindliche Empfängeranordnung für die Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, wobei die beiden Lichtstrahlenbündel im wesentlichen in einer ersten Ebene, die vorzugsweise senkrecht zur Bildebene liegt, angeordnet sind und sich in der Mitte der Bildebene schneiden· Als Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung von zwei Lichtstrahlenbündel kann eine Lichtquelle dienen, der ein Strahlenteiler element angeordnet ist* Die lichtempfindliche Empfängeranordnung besteht aus zwei lichtempfindlichen Empfängern bzw· aus einem lichtempfindlichen Empfänger, vor dem eine Blende zur Ausblendung jeweils eines Lichtstrahlenbündels vorgesehen iste Als lichtempfindliche Empfänger werden Differenz-Fotoelemente, als Lichtquelle ein Laser verwendet« Die vollständige Erfassung von Verkippung und vertikaler Verschiebung des Substrates bezüglich der Bildebene eines Projektionsobjektives wird dadurch erreicht, daß zusätzlich eine mindestens ein Lichtstrahlenbündel erzeugende Beleuchtungseinrichtung undAccording to the invention the object is achieved in that outside the projection objective a two light beams generating illumination device and a photosensitive receiver arrangement for the light beams are arranged, wherein the two light beams are arranged substantially in a first plane, which is preferably perpendicular to the image plane, and in the Intersecting the center of the image plane · A light source which has a beam splitter element can be used as the illumination device for generating two light beams. The photosensitive receiver arrangement consists of two light-sensitive receivers or a light-sensitive receiver in front of which an aperture is provided to block one light beam in each case Differential photosensors are used as light-sensitive receivers, lasers are used as the light source. «Complete detection of tilting and vertical displacement of the substrate Ates with respect to the image plane of a projection lens is achieved in that in addition to at least one light beam generating illumination device and

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eine dieses Lichtstrahlbündel nach Reflexion auf der Substratoberfläche empfangende lichtempfindliche Empfängeranordnung vorgesehen sind, wobei Beleuchtungseinrichtung, Bildebe~ nenmitte und Empfängeranordnung in einer Ebene liegen, die vorzugsweise rechtwinklig zur ersten Ebene und zur Bildebene angeordnet ist. 'a light-sensitive receiver arrangement receiving this light beam bundle after reflection on the substrate surface is provided, wherein illumination device, image center and receiver arrangement lie in a plane which is preferably arranged at right angles to the first plane and to the image plane. '

Ausfuhr ungsbe ispielExportation game

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. Show it:

Fig* 1i Die Anordnung zur Positionierung, wobei das SubstratFIG. 1i The positioning arrangement with the substrate. FIG

in der Bildebene des Projektionsobjektives liegt» Pig· 2: Das Signalbild auf den Photoempfängern entsprechendin the image plane of the projection lens is »Pig · 2: The signal image on the photoreceivers accordingly

Fig· 1. ' Pig« 3J Die Anordnung bei bezüglich der Bildebene verkipptemFig. 1. Pig 3J The arrangement tilted with respect to the image plane

Substrat» Fig» 4ί Das Signalbild auf den Photoempfängern entsprechendSubstrate »Fig» 4ί Corresponding to the signal image on the photoreceivers

Fig· 3 Fig. 5: Die Anordnung bei bezüglich der Bildebene vertikalFig. 3 Fig. 5: The arrangement with respect to the image plane vertically

verschobenen Substrat Fig. 6: Das Signalbild auf den Photoempfängern entsprechend Fig. 5shifted substrate Fig. 6: The signal image on the photoreceptor according to FIG. 5

Fig. 7: Sine weitere Variante der Anordnung zur PositionierungFig. 7: Sine another variant of the arrangement for positioning

Fig. 8; Eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung Wie in Fig. 1, 3 und 5 dargestellt, umfaßt die Anordnung zur Positionierung die Lichtquellen 1 und 2, von denen die Lichtstrahlenbündel 3 und 4 ausgehen, die sich in der Mitte der Bildebene 5 des Projektionsobjektives 6 schneiden«, Die reflektierten Lichtstrahlenbündel 7 und 8 treffen auf zwei Differenz-Photoelemente 9 und 10* Das ebene Substrat 11 liegt in Fig. 1 in der Bildebene 5 des Projektionsobjektives 6. Die Photoelemente 9 und 10 sind vorzugsweise so justiert, daß die durch die entstandenen Signalbilder 12.und 13 nach Fig. 2 erzeugten Fotoströme jeweils zu Hull werden. Damit wird auch die Differenz und die Summe der Fotoströme der Photoelemente 9 und 19 zu NullFig. 8; A plan view of a further arrangement As shown in FIGS. 1, 3 and 5, the arrangement for positioning comprises the light sources 1 and 2, from which the light beams 3 and 4 emanate, which intersect at the center of the image plane 5 of the projection objective 6. , The reflected light beams 7 and 8 meet two differential photoelements 9 and 10 * The planar substrate 11 is located in Fig. 1 in the image plane 5 of the projection lens 6. The photoelements 9 and 10 are preferably adjusted so that the resulting signal images 12 and 13 of Fig. 2 generated photocurrents are each to Hull. Thus, the difference and the sum of the photocurrents of the photoelements 9 and 19 also become zero

In Fig_e 3 ist das Substrat 11 bezüglich der Bildebene 5 ver-In Figure 3, the substrate 11 _e is comparable with respect to the image plane 5

kippt, seine Mitte liegt aber in der Bildebene, Pig. 4 zeigt die entstandenen Signalbilder 14 und 15ο Die Summe der Fotoströme der Fotoelemente 9 und 10 ist von Null verschieden, die Differenz bleibt Hülle Eine entsprechende Korrektur der Lage des Substrates 11 wird durchgeführt, bis der Zustand nach Fig. 1 und 2 erreicht ist. In Fig. 5 ist ein vertikal zur Bildebene 5 verschobenes, aber unverkipptes Substrat 11 dargestellt« Summe und Differenz der durch die in Fig. β dargestellten Signalbilder 16 und 17 erzeugten Fotoströme sind ungleich Hull, eine entsprechende Koorektur der vertikalen Lage führt zum Zustand nach Fig. 1 und 2. Dabei wird zunächst durch vertikale Verschiebung die Differenz zu Null gemachte Eine Variante der Anordnung zeigt Fig. 6. Unter Verwendung einer Lichtquelle 18 und eines drehbaren Strahlenteilerelementes 19, das den aus der Lichtquelle 18 stammenden Lichtstrahl wechselweise durchläßt oder auf einen Spiegel 20 reflektiert, werden die Lichtstrahlenbündel 3 und 4 erzeugt» Die vom Substrat 11 reflektierten Lichtstrahlenbündel 7 und 8 gelangen über eine Blende 21 zur Ausblendung jeweils eines Lichtstrahlenbündels, die die Frequenz des Strahlenteilerelementes 19 aufweist, wechselweise auf ein Differenz-Fotoelement 22. Die durch die wechselweise auftretenden Signale erzeugten Fotoströme werden addiert bzw. subtrahiert und entsprechend Fig. 1,3 und 5 eine Korrektur der Substratlage durchgeführt. In Gestalt von Summe und Differenz der Fotoströme liegen somit Signale zur Korrektur von vertikaler Höhe und Verkippung des Substrates bezüglich der Bildebene des Projektionsobjektives vor. Bei gleichzeitiger Verkippung und Verschiebung wird zunächst die Differenz der Photoströme durch entsprechende Lagekorrekturen ausgeglichen und anschließend die Summe,but his middle lies in the picture plane, Pig. 4 shows the resulting signal images 14 and 15 o The sum of the photocurrents of the photoelements 9 and 10 is different from zero, the difference remains envelope. A corresponding correction of the position of the substrate 11 is carried out until the state according to FIGS. 1 and 2 is reached. FIG. 5 shows a substrate 11 displaced vertically to the image plane 5 but not tilted. The sum and difference of the photoelectric currents generated by the signal images 16 and 17 shown in FIG. 6 are not equal to Hull, a corresponding coercion of the vertical position leads to the state of FIG A variant of the arrangement is shown in FIG. 6. Using a light source 18 and a rotatable beam splitter element 19, which alternately transmits the light beam originating from the light source 18 or onto a mirror 20, the light beams 3 and 4 are generated »The light beams 7 and 8 reflected from the substrate 11 pass through a diaphragm 21 to hide each of a light beam having the frequency of the beam splitter element 19, alternately on a differential photoelement 22. The by the alternately occurring signals generated Fo tocurrents are added or subtracted and, according to FIGS. 1, 3 and 5, a correction of the substrate layer is carried out. In the form of the sum and difference of the photocurrents, there are thus signals for the correction of vertical height and tilting of the substrate with respect to the image plane of the projection objective. With simultaneous tilting and displacement, the difference of the photocurrents is first compensated by corresponding position corrections and then the sum,

Eine Draufsicht auf eine weitere Enordnung zeigt Fig. 8. Zusätzlich zur Anordnung nach Fig. 7 mit Lichtquelle 18, Strahlenteilerelement 19> den Lichtstrahlenbündeln 3» 4> 7 und 8, sowie den Differenz-Photoelementen 21. und 22 ist eine weitere Lichtquelle 23 und ein Differenz-Fotoelement 24 so angeordnet, daß das auf daa Substrat auftretende Lichtstrahlenbündel 25 und das reflektierte Lichtstrahlenbündel 26 in einer EbeneA plan view of a further Enordnung shows Fig. 8. In addition to the arrangement of Fig. 7 with light source 18, beam splitter element 19> the light beams 3 »4> 7 and 8, and the differential photoelements 21 and 22 is a further light source 23 and a differential photoelement 24 is arranged such that the light beam 25 occurring on the substrate and the reflected light beam 26 in a plane

liegen, die senkrecht zur durch die Lichtstrahlenbündel 3, 4, 7 und 8 nach Fig» 7 gebildeten Ebene und zur Bildebene liegte Die Anordnung nach Pig» 8 liefert eindeutig Informationen über vertikale Verschiebung und Verkippung des Substrates bezüglich der Bildebene des Projektionsobjektives.The arrangement according to Pig. 8 clearly provides information about vertical displacement and tilting of the substrate with respect to the image plane of the projection objective.

Claims (4)

1. Anordnung zur Positionierung einer Subatratoberflache in die Bildebene eines Projektionsobjektives, bei der außerhalb des Projektionsobjektives eine zwei Lichtstrahlenbündel erzeugende Beleuchtungseinrichtung und eine lichtempfindliche Empfängeranordnung für die Lichtstrahlenbündel angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die beiden Lichtstrahlenbündel im wesentlichen in einer ersten Ebene, die vorzugsweise senkrecht zur Bildebene liegt, angeordnet sind und sich in der Mitte der Bildebene schneiden. 1. Arrangement for positioning a Subatratoberflache in the image plane of a projection lens, in which outside the projection lens a two light beam generating illumination device and a light-sensitive receiver arrangement for the light beams are arranged, characterized in that the two light beams substantially in a first plane, preferably perpendicular lies to the image plane, are arranged and intersect in the middle of the image plane. 2. Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die lichtempfindliche Empfängeranordnung aus zwei lichtempfindlichen Empfängern besteht.2. Arrangement for positioning according to claim 1, characterized in that the photosensitive receiver arrangement consists of two photosensitive receivers. 3« Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Beleuchtungseinrichtung eine Lichtquelle dient, der ein Strahlenteilerelement, vorzugsweise ein rotierender Sektorenspiegel, nachgeordnet ist.3 «positioning arrangement according to claim 1, characterized in that the illumination device is a light source, which is a beam splitter element, preferably a rotating sector mirror, arranged downstream. 4· Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 1 und 3> gekennzeichnet dadurch, daß als lichtempfindliche Empfängeranordnung ein Differenz-Fotoelement verwendet wird und daß vor dem Differenz-Fotoelement eine Blende zur Ausblendung jeweils eines Lichtstrahlbündels vorgesehen ist«4 positioning arrangement according to claim 1 and 3> characterized in that a differential photoelement is used as a photosensitive receiver arrangement and that in front of the differential photoelement, a diaphragm for the suppression of each light beam bundle is provided « 5. Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 3 und 4» gekennzeichnet dadurch, daß als Lichtquelle ein Laser verwendet wird. 5. Arrangement for positioning according to claim 3 and 4 », characterized in that a laser is used as the light source. 6. Anordnung zur Positionierung nach Anspruch 2 und 3> gekennzeichnet dadurch, daß eine mindestens ein Lichtstrahl-* lenbündel erzeugende Beleuchtungseinrichtung und eine dieses Lichtstrahlenbündel nach Reflexion auf der Substratoberfläche empfangende lichtempfindliche Empfängeranordnung vorgesehen sind, wobei Beleuchtungseinrichtung, Bildebenenmitte und Empfängeranordnung in einer Ebene liegen, die vorzugsweise senkrecht zur ersten Ebene und zur Bildebene angeordnet ist.6. Arrangement for positioning according to claim 2 and 3, characterized in that an illuminating device generating at least one light beam bundle and a light-sensitive receiver arrangement receiving this light beam bundle after reflection on the substrate surface are provided, wherein illumination device, image plane center and receiver arrangement lie in one plane, which is preferably arranged perpendicular to the first plane and to the image plane. Hierzu 1 Blatt ZeichnungenFor this 1 sheet drawings 3 0 35 B3 0 35 B Erf indim_fg;sanspruchErf Indim _f g; sanspruch 04.12.198104/12/1981 WEL 2/Hm . 3794WEL 2 / Hm. 3794