DE2335227A1

DE2335227A1 - Verfahren zur ausrichtung der winkellage eines werkstueckes mit optisch erfassbaren strukturen relativ zu einer bezugsrichtung sowie einrichtungen zu dessen durchfuehrung

Info

Publication number: DE2335227A1
Application number: DE19732335227
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl Ing Dr Jacoby
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1973-07-11
Filing date: 1973-07-11
Publication date: 1975-01-30
Also published as: JPS5034848A; US3953133A; GB1468545A

Description

Umar Zeichen* A I938 / B 28oo 633 Wetzlar,den. 6. JuIi 1973

Pat Se/Hz

Verfahren zur Ausrichtung der Winkellage eines Werkstückes mit optisch erfaßbaren Strukturen relativ zu einer Bezugsrichtung sowie Einrichtungen zu dessen Durchführung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung der Winkellage eines Werkstückes mit optisch erfaßbaren Strukturen relativ zu einer Bezugsrichtung, beispielsweise von Masken in der Halbleiterindustrie, sowie Einrichtungen zu dessen Durchführung.

Es ist bekannt, in der Halbleiterindustrie Masken für die Belichtung dadurch zu justieren, daß man deren diskrete Strukturen mit Hilfe von split-field-Mikroskopen anvisiert und dann eine Ausrichtung von Hand oder automatisch durchführt. Im Hinblick auf eine automatische Ausrichtung bezüglich Winkellage (DrehungJ und Ortslage (Koordinaten x, y) ist es vorteilhaft, zunächst die Orientierung der der Winkellage und erst dananh die Korrektur des Ortes vorzunehmen, weil dann keine Verkopplung mit der Drehung mehr vorhanden ist, welche einen vernaschten Regelkreis bedingen würde.

Aufgabe der vorliegenden Anmeldung ist es daher, die Orientierung eines Werkstückes in Drehrichtung automatisch auf einen vorgegebenen Wert genau festzulegen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, daß das Werkstück auf ein Gitter eines optischen, mindestens ein Gitter in einer Bildebene, sowie mindestens einen, diesem Gitter zugeordneten, das Gitter abtastenden fotoelektrischen

409885/1 163

A 1V38/B 2»oo 6.7.1973

Empfänger aufweisenden Korrelatorsystems abgebildet wird, wobei dieses Gitter relativ vom Werkstückbild eine Bewegung ausführt und daß das Korrelatorsystem relativ zum Werkstückbild so lange um seine optische Achse gedreht wird, bis die resultierenden Ausgangssignale des fotoelektrischen Empfängersystems des Korrelatorsystems einen Extremwert haben und damit die Orientierung der Werkstückstrukturen in Richtung der Längsausdehnung der Markierungen des Gitters signalisieren.

Mit Vorteil wird dabei das Gitter einer oszillatorischen Linearbewegung unterworfen. Es ist auoh möglich, daß Abbildungsoptik und fotoelektrisches Empfängersystem einer zusätzlichen, zur Gitterbewegung parallelen Oszillation mit einer von der Gitterschwingung abweichenden Frequenz unterworfen werden. Auch kann man das Gitter lediglich einer oszillatorischen Drehbewegung mit verschiebbarem Schwingungsnullpunkt unterziehen. - Einrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüohen 5 und 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Werkstück als Objekt bezeichnet, dessen Orientierung bestimmt werden soll. Die im Schnitt dargestellte Oberfläche weist Strukturen auf, welche sich im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Mittels der Eingangsoptik 2 eines optischen Korrelatorsystems 3 wird das Werkstück 1 auf das Raster 4 des Systems 3 scharf abgebildet. Dieses Raster 4 weist auf einem transparenten Träger eine Vielzahl geradliniger, nebeneinanderliegender Furchen mit dreieckförmige« Querschnitt auf, die sich im wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Das Raster 4 ist innerhalb des Systems mittels zweier piezoelektrischer Biegestäbe 5 und 6 senkrecht zur optischen Achse beweglich gelagert. Mittels einer zweiten, im Korrelatorsystem 3 dem Raster 4 nach-

409885/1 163

A 193S/B 28oo 6.7-1973

geordneten Optik 7 wird die strahlaufspaltende Oberfläche des Rasters 4 auf zwei getrennte fotoelektrische Empfänger 8 und 9 so abgebildet, daß infolge der Aufspaltung am Haster 4 die Oberfläche des Werkstückes 1 auf jedem Empfänger 8 oder 9 getrennt erscheint. Das Korrelatorsystem 3 mit den soweit beschriebenen Bauelementen ist um seine optische Achse drehbar gelagert.

Die Ausgänge der fotoelektrischen Empfänger 8, 9 sind mit einer nicht dargestellten elektrischen Auswerteeinrichtung verbunden. Als solche eignet sich beispielsweise ein phasenempfindlicher Gleichrichter mit dem Rasterantriebsignal als Referenz.

Xnfolge der Relativbewegung zwischen dem Bild des Objektes und dem Raster 4 werden die jeweils eine Plankengruppe gleicher Neigung der Furchen beaufschlagenden Lichtflüsse die fotoelektrischen Empfänger S und 9 laufend abwechselnd erreichen, so daß Gegentaktsignale erzeugt werden. Da das Objekt 1 Strukturen mit Vorzugsrichtung aufweist, ist die Modulation dieser Signale abhängig vom Winkel zwischen der Vorxugarichtung und der Furchenrichtung des Rasters 4. Die Größe des Auegangssignale des phasenempfindlichen Gleichrichters ist somit ein Maß dafür, wieweit diese beiden Richtungen übereinstimmen. Das Ausga/ngssignal ist maximal, wenn die Richtungen genau gleich sind. Bei der Anwendung für die Maskenjustierung wird daher das Korrelatorsystem 3 ^8O lange gedreht, bis das Ausgangssignal maximal und damit die Winkellage des Werkstückes 1 gewonnen' ist.

Xn einer weiteren Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann auch der Korrelator zusätzlich eine oszillatorische Bewegung ausführen, deren Frequenz von der Schwingfrequenz des Furchenrasters einen gewissen Abstand hat. Das Ausgangssignal des genannten phasenempfindlichen Gleichrichters wird dann einem zweiten phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt, dessen Referenzeingang von der Schwingung des

409885/1 163

4 193β/Β 2βοο 6.7-1973

Korrelatorsysterns angesteuert wird. In diesem Fall wird die oben beschriebene Maximumsfindung, die immer mit Fehlern behaftet ist, durch eine phasenempfindliche Gleichrichtung ersetzt. Es wird ferner möglich sein, anstelle des letztgenannten Vorschlages die bekannten Verfahren der Differentiation vor der phasenempfindlichen Gleichrichtung anzuwenden und ferner kann auch auf das Schwingen des Prismenrasters verzichtet werden, wenn die Drehung eine oszillatorische Bewegung beinhaltet und durch elektronische Auswerteschaltungen, die ebenfalls Differentiationen durchführen, die Drehposition maximaler Modulationsänderung elektronisch bestimmt wird. Ferner ist die Nutzung weiterer korrelationsoptischer Prinzipien, wie Pupillenteilung, oder die Verwendung besonders ausgestalteter Korrelatoren möglich.

Die Vorteile der Erfindung sind die Einfachheit des Aufbaues sowie der elektronischen Auswertung. Weiterhin besteht der Vorteil, daß die Gesamtheit der Strukturen zur Informationsfindung herangezogen wird, so daß Fehler, die bei der Anmessung einzelner Strukturen in die Justierung eingehen, hier nicht mehr zum Tragen kommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Ausrichtung von Werkstücken mit optisch erfaßbaren Strukturen. Bei transparenten Werkstücken können diese Strukturen innerhalb des Werkstückes verteilt sein, bei opaken Werketücken sind da- > gegen nur Oberflächenstrukturen optisch wirksam.

Claims

A 1938/B 28oo 6.7.1973

Ansprüche

/1 .A Verfahren zur Ausrichtung der Winkellage eines Werk- ^—' Stückes mit optisch erfaßbaren Strukturen relativ zu einer ßezugsrichtung, beispielsweise von Masken in der Halbleiterindustrie, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (1) auf ein Gitter (4) eines optischen, mindestens ein Gitter {k) in einer Bildebene, sowie mindestens einen, diesem Gitter zugeordneten, das Gitter abtastenden fotoelektrischen Empfänger (8, 9) aufweisenden Korrelatorsystems (3) abgebildet wird, wobei dieses Gitter {k) relativ zum Werkstückbild eine Bewegung ausführt und daß das Korrelatorsystem (3) relativ zum Werkstückbild so lange um seine optische Achse gedreht wird, bis die resultierenden Ausgjafangssignale des fotoelektriscben Empfängersystems (8, 9) des Korrelatorsystems )3) einen Extremwert haben und damit die Orientierung der Werkstückstrukturen in Rich tung der Längsausdehnung der Markierungen des Gitters signalisieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (k) einer oszillatorischen Linearbewegung unterworfen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Abbildungsoptik (2) und fotoelektrisches Empfängersystem (7» 8, 9) einer zusätzlichen, zur Gitterbewegung parallelen Oszillation mit einer von der Gitterschwingung abweichenden Frequenz unterworfen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (k) lediglich einer oszillatorischen Drehbebewegung mit verschiebbare« Schwingungsnullpunkt unterzogen wird.

9~885/ 1 163

A 193B/B 2boo 6.7.1973
5· Einrichtung zur Durchführung des Verfahreng4iach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen phasenempfindlichen Gleichrichter mit einem von der Gitterbewegung abgeleiteten Signal als Referenz, an dessen Eingangsklemmen die AusgangssignaIe des fotoelektrischen Empfängersystems (8, 9) angeschlossen sind.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3» gekennzeichnet durch zwei phasenempfindliche Gleichrichter, welche dem fotoelektrischen Empfängersystem (8, 9) in Serie nachgeschaltet sind und von denen dem einen ein der Gitterbewegung entsprechendes, dem anderen ein der Zusatzbewegung entsprechendes Referenzsignal zugeführt ist.

409885/1 163