DE2421509C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Ausrichtung einer Folge von Masken in Bezug auf ein Substrat - Google Patents

Description

ίο Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindliche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur zu bearbeitenden Substrates, bei dem jeweils Bezugsmarken auf einer Maske mit Bezugsmarken auf dem Substrat ausgerichtet werden sowie Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Erfindung ist insbesondere mit dem Problem

befaßt, für eine dauerhafte und genaue Ausrichtung von Bezugsmarken auf einer Oberfläche auf der in einer Folge von photographischen Vorgängen Abbildungen erzeugt werden sollen, mit entsprechenden Bezugsmarken auf einer Folge von Masken für jeden Vorgang zu

2"> sorgen. Dieses Problem tritt unabhängig davon auf, ob die Ausrichtung automatisch oder von Hand erfolgt Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausrichtung aufeinanderfolgender Masken relativ zu einem lichtempfindlichen Substrat bei der Herstellung einer Mehrschichtstruktur zur Behandlung des Substrats in einer Folge von Bearbeitungsschritten, zu denen photographische Belichtungen ausgewählter Bereiche des Substrats durch aufeinanderfolgende Masken hindurch gehören, wobei jede Maske in eine gewünschte räumliche Beziehung zum Substrat gebracht wird.

Jeder photographische Abbildungsvorgang umfaßt das Beschichten der Oberfläche des Substrats mit einem lichtempfindlichen Abdeckmittel, d. h einem Photolack, das bzw. der in der Regel vom Negativtyp ist, die Belichtung der Oberfläche durch eine zwischengelegte Maske hindurch und die Entwicklung der belichteten Oberfläche. Die belichtete Oberfläche kann einer Anzahl verschiedener weiterer Behandlungen unter worfen werden, beispielsweise kann sie geätzt werden, einer Diffusionsbehandlung unterworfen werden, oder Aluminium kann aufgespritzt werden. Durch Steuerung und Auswahl der Maskenmuster und Maskenverfahren kann eine komplizierte Schichtstruktur aufgebaut

so werden. Es ist wichtig, daß die bei jeder Belichtung auf die Oberfläche reproduzierten Muster eine genaue räumliche Beziehung zueinander einhalten. Aus diesem Grunde muß die jeweils für eine Belichtung der Oberfläche verwendete Maske relativ zu zuvor erzeugten Mustern auf der Oberfläche genau ausgerichtet sein. Zu diesem Zweck, nämlich der Erreichung einer solchen genauen Ausrichtung, sind Bezugsmarken auf die Oberfläche und die Masken aufgebracht bzw. aufgedruckt.

Gemäß einem bekannten, bisher verwendeten Verfahren zur Ausrichtung von Bezugsmarken werden zunächst zwei Bezugsmarken auf der Oberfläche eines Substrats, beispielsweise einer Platte, abgebildet bzw. aufgedruckt, die die komplexe Schichtstruktur erhalten

•>5 soll. Die zwei Bezugsmarken haben einen bestimmten Abstand voneinander, der in der Regel der Breite der Platte vergleichbar ist, so daß eine Ausrichtung dieser Bezugsmarken zwangsläufig zu einer Ausrichtung der

gesamten Platte führt. Jede Bezugsmarke hat grundsätzlich die Form eines einfachen Kreuzes, und die zwei Bezugsmarken liegen parallel zueinander. Weitere Bezugsmarken in Form von zwei Kreuzen, die durch den gleichen Abstand wie die auf der Platte getrennt sind, sind auf jeder Maske vorgesehen, mit der die Platte aufeinanderfolgend ausgerichtet werden soll. Die Ausrichtung der zwei Bezugsmarken auf der Platte und der entsprechenden Maskenmarken wird dadurch erleichtert, daß die Kreuze der Platte mittels einer mechanischen Einrichtung automatisch relativ zu den Kreuzen jeder Maske innerhalb der Abmessungen eines gleichförmigen bzw. leeren Bereiches um die Kreuze herum angeordnet werden und daß dann mit Hilfe von Servomotoren eine weitere automatische Lageeinstellung der Maske in der Weise erfolgt, daß sich deren Bezugsmarken mit denen der Platte decken. Zum Antrieb der Servomotoren werden Fehlersignale photoelektrisch aus optischen Abtastungen entsprechender Linien der jeweiligen Maskenkreuze und Plattenkreuze abgeleitet, wobei ein Nullsignal geliefert wird, wenn sich die Maskenkreuze und die Plat'enkreuze decken. Bei einer automatischen Ausrichtung müssen die Bereiche in der Umgebung der Bezugsmarken gleichmäßig frei sein, da die sich aus der optischen Abtastung ergebenden Signale nur dann ausgewertet werden können, wenn keine nennenswert störende Marke in den Abtastbereich fällt

Nach der automatischen Ausrichtung mit der Maske wird die Platte photographisch belichtet, damit das jo Muster der Maske auf die Platte reproduziert wird. Eine bisher bestehende Schwierigkeit liegt darin, daß bei jeder Belichtung eine weitere Abbildung der Bezugsmarke der Maske, beispielsweise des erwähnten Kreuzes, der Originalmarke auf der Platte überlagert wird, bis mehrere photographische Abbildungen den Plattenmarken überlagert sind. Die überlagerten photographischen Abbildungen führen zwangsläufig zu störenden Änderungen der Deutlichkeit der Bezugsmarken im Hinblick auf die Breite, die Schattenbiidung und die allgemeine Kontrasthöhe, was zu einer gewissen Ungenauigkeit bei der Nullanzeige des Abtasters führt. Diese Ungenauigkeit wächst mit der Anzahl der Überlagerungen.

Ein bekanntes Verfahren zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ist die Verwendung eines unterschiedlichen Satzes von Bezugsmarken für jede Belichtung. Jede Maske reproduziert dabei photographisch ihren eigenen Satz von Bezugsmarken, so daß zuvor überlagerte Plattenbezugsmarken nicht verwendet werden. Die Platte selber ist mit Bezugsmarken versehen, die durch Überlagerung nicht beeinträchtigt sind, damit eine genaue Ausrichtung jeder aufeinanderfolgenden Maske möglich ist. Der verwendete Satz von Plattenbezugsmarken entspricht dem für jede Maske typischen Satz. Wie bereits erläutert wurde, muß jedoch leider zum Zweck der automatischen Ausrichtung notwendigerweise ein trennender, freier Bereich um jede Bezugsmarke vorgesehen sein, damit eine photoelektrische Erkennung möglich ist. Bei mehreren Sätzen ω von Plattenmarken hat dies demzufolge einen Verlust des praktisch verwendbaren Bereichs der Platte zur Folge. Die verlorene Fläche hängt von der Anzahl der angewendeten Maskenvorgänge und der erwarteten Abweichung bei der anfänglichen mechanischen Einstellung ab. Dieses Verfahren ist bei manueller Ausrichtung anwendbar, bei der eine Frkennung enger Muster durch ein Mikroskop möglich ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die es ermöglichen, die Masken jeweils mit Hilfe nur eines Paares auf dem Substrat vorgesehener, unveränderbarer Bezugsmarken genau auszurichten.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Lösung der Erfindung wie im Anspruch 1 angegeben, gelöst

Hierdurch wird erreicht, daß die Bezugsmarken der Maske jeweils nicht auf die Bezugsmarken des Substrats abgebildet werden, sondern daß die Bezugsmarken auf dem Substrat in unveränderter, genauer Form erhalten bleiben. Aus diesem Grunde können die Bezugsmarken auf dem Substrat jeweils die gleichen sein, so daß lediglich jeweils zwei Bezugsmarken auf dem Substrat erforderlich sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird es somit ermöglicht, daß ein einziger ursprünglicher Satz von Bezugsmarken, der etwa während eines anfänglichen Abbildungs- bzw. Druckvorganges auf eine Substratoberfläche aufgebracht worden ist bei weiteren aufeinanderfolgenden Abbildungsvorgängen als Bezugssystem für aufeinanderfolgende Ausrichtungen relativ zu den Oberflächen aufeinanderfolgender Masken verwendet wird, wobei das Verfahren so arbeitet daß ein Oberdecken des ursprünglichen einzigen Satzes von Bezugsmarken durch photographische Abbildung von Bezugsmarken auf den Masken vermieden wird, so daß bei jeder der aufeinanderfolgenden Ausrichtungen von Maske und Substrat die gleichen Auswertbedingungen bestehen. Es wird somit eine genaue Ausrichtung erreicht ohne daß zahlreiche, auf dem Substrat verteilte Bezugsmarkensätze verwandt werden müssen. Ferner ist dann, wenn bei der Aufbringung der Bezugsmarken auf einer Maske ein Fehler vorliegt, der dadurch verursachte Fehler der Plattenausrichtung beschränkt und es ist eine Korrektur möglich. Schließlich kann eine einfache Ausrichtung derart jeweils durchgeführt werden, daß die Bezugsmarken auf dem Substrat und der Marke übereinander in Deckung miteinander gebracht werden.

Gemäß einer zweiten Lösung der Erfindung wird die Aufgabe alternativ durch ein Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 2 angegeben ist.

Eine Vorrichtung zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindüche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur zu bearbeitenden Substrats, wobei zur gegenseitigen Ausrichtung von Substrat und jeweils einer Maske sowohl auf dem Substrat wie auch auf den Masken Bezugsmarken vorgesehen sind, und mit einer optischen Abbildungsvorrichtung zur Erzeugung von zur Ausrichtung dienenden Bildern der Bezugsmarken zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß Einrichtungen zur von der Hauptbelichtung des Substrats durch eine Maske getrennten fielichtung eines die Bezugsmarken des Substrates enthaltenden Bereichs nach der gegenseitigen Ausrichtung der Bezugsmarken von Substrat und Maske vorgesehen sind. Eine andere Vorrichtung zeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch aus, daß zur Verhinderung der Belichtung jeweils eines die Bezugsmarken auf dem Substrat enthaltenden Bereichs zurückziehbare und jeweils während der Belichtung des Substrats durch eine Maske in den Strahlengang einführbare Maskene'emente vorgesehen sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Gerätes, das zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, und

F i g. 2 einen Querschnitt gemäß V-V in F i g. 1. *>

Gemäß einer ersten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Überdrucken bzw. Überdecken von Bezugsmarken dadurch verhindert, daß so vorgegangen wird, daß die Bereiche um die Bezugsmarken auf dem Substrat vor der Ausrichtung ι ο mit den Bezugsmarken auf der Maske getrennt belichtet werden, so daß letztere während der Hauptbelichtungen des übrigen Substrats nicht photographisch auf dem Substrat abgebildet werden. Beispielsweise könnte für eine vorausgehende, näherungsweise Ausrichtungsbe- r> lichtung eine Maske verwendet werden, die Licht nur zu den Bereichen des Substrats in der Umgebung der Bezugsmarken auf dem Substrat durchläßt, wobei das Substrat nur in diesen Bereichen photographisch belichtet wird. Danach wurde die Maske für die ^n Belichtung des übrigen Substrats ausgerichtet. Dieses Vorgehen würde in der Praxis zeitraubend sein, da es die Durchführung von zwei getrennten Maskenausrichtungen erfordern würde.

Bei der in den F i g. I und 2 dargestellten bevorzugten >■< Ausführungsform ist das Gerät, das zur Übergabe und/oder zum Halten der Maske und des Substrats zum Zweck der relativen Ausrichtung vor der Hauptbelichtung des Substrats durch die Maske dient, in der Weise abgewandelt, daß eine Maskenvorrichtung gebildet wird, die für die vorausgehende Belichtung der Bereiche der Substratbezugsmarken verwendet wird, wobei sich das Substrat für die Hauptbelichtung bereits an Ort und Stelle befindet.

Im folgenden wird auf die F i g. 1 und 2 Bezug i > genommen. Eine Einspannvorrichtung 16 weist nich! dargestellte, jedoch bekannte Saugöffnungen auf, die ein zu belichtendes Substrat anheben, so daß das Substrat 4 auf der flachen Unterseite der Einspannvorrichtung 16 gehalten wird. Vor dem Anheben wird das an Substrat 4 vorbereitend mechanisch relativ zur Einspannvorrichtung iö in eine öezugssteiiung ausgerichtet, so daß das Substrat 4 dann, wenn es die Einspannvorrichtung anhebt und aufgrund der Bewegung eines die Einspannvorrichtung tragenden Übertra- ■>=, gungsarms über eine bekannte Bahn bewegt, in richtiger räumlicher Stellung relativ zu einem ringförmigen Maskentragtisch 17 angeordnet ist. Die nicht dargestellte Maske soll auf dem Maskentragtisch 17 in genau bestimmter Weise so angebracht werden, daß sich die w Bezugsmarken auf dem Substrat und der Maske in richtiger räumlicher Beziehung befinden, die es ermöglicht, daß der Maskentragtisch 17 von Servomotoren so verfahren wird, daß genaue Koinzidenz zwischen den entsprechenden Bezugsmarken auf dem Substrat und der Maske besteht.

Bevor die Maske auf dem Maskentragtisch 17 angeordnet wird, wird jedoch die Einspannvorrichtung 16 auf den Maskentragtisch 17 abgesenkt, während er nach wie vor das Substrat 4 hält. Währenddessen wird t>o ein Mittelfutter 18 auf einem nicht dargestellten Luftlager so hochgefahren, daß es relativ zur Einspannvorrichtung 16 eben ausgerichtet ist und das Substrat 4 fest einspannt. Während dieser Vorgänge ist das Substrat genau an der flachen Unterseite der Einspannvorrichtung 16 angeordnet, wie bereits erwähnt wurde. Diese genaue Anordnung wird durch die an sich bekannte Technik erzielt, daß das Substrat 4 mittels einer kinematischen Sonde in eine genaue Stellung relativ zur Einspannvorrichtung 16 in einer nicht dargestellten Aufgabestation gebracht wird, und daß die Einspannvorrichtung 16 selber in einer besonderen Lage über der Aufgabestation, beispielsweise mittels eines kinematischen Verriegelungssystems mit drei Kugeln und drei Rillen, von dem eine Kugel 19 in F i g. 2 dargestellt ist, örtlich festgelegt wird.

Genau im Bereich der Bezugsmarken 3 des Substrates 4 sind Löcher 20 in die Einspannvorrichtung 16 gebohrt, die dazu dienen, während einer vorausgehenden Belichtung Licht durchzulassen, wobei diese Belichtung durchgeführt wird, während sich das Substrat 4 an Ort und Stelle befindet und während das Mittelfutter 18 in Stellung gebracht wird. Eine Kunststoffabdeckung 21 für die Einspannvorrichtung 16 trägt die kinematischen Haltekugeln 19 und bildet ferner eine Einstellmöglichkeit zur Beschränkung des Lichtes für die vorläufige Belichtung auf die Bereiche der Bezugsmarken. Um diese Einstellung zu erleichtern, sind die Löcher 20 größer als erforderlich ausgebildet, und rohrförmige Hülsen 22 mit geeignetem Durchmesser sind in den Löchern 20 angeordnet. Die Hülsen 22 sind in ihrer Lage genau und einfach einstellbar mittels Schrauben 23. die in die Abdeckung 21 für die Einspannvorrichtung eingeschraubt sind und durch erweiterte Löcher in Flanschen 24 hindurchgehen, die an den Hülsen 22 ausgebildet sind. Die Ausrichtung der Bereiche der Bezugsmarken wird vor der vorausgehenden Belichtung mittels eines nicht dargestellten Prüfmikroskops betrachtet. Die Flansche 24 der Hülsen 22 verhindern ein Durchdringen von störendem Licht auf dns Substrat 4.

Nach der vorausgehenden Belichtung der Bereiche der Substratbezugsmarken durch das Substrat und nach dem Ausrichten des Substrats 4 relativ zum Maskentragtisch 17 wird das Mittelfutter 18 entfernt, die Maske in Stellung gebracht und die Hauptbelichtung des Substrates 4 durch die Maske durchgeführt, nachdem die Bezugstnarken auf der Maske und dem Substrat in der oben beschriebenen Weise ausgerichtet worden sind.

Nach uei Belichtung, der Bearbeitung uiici der erneuten Beschichtung ist das Substrat für eine weitere vorausgehende Belichtung der Bereiche der Bezugsmarken vor der Ausrichtung mit der folgenden Maske und vor der Belichtung durch dieselbe bereit.

Das Substrat und jede Maske werden mittels photoelektrischer Mikroskope so zur Deckung gebracht, daß die übereinanderliegenden Bilder der Substratbezugsmarken und der Maskenbezugs'-.arken an bestimmten Bezugsorten liegen. V/ährend jeder Hauptbelichtung des Substrats werden die Maskenbezugsmarken nicht auf den Substratmarken photographisch abgebildet, da die Bereiche des Substrats, die die Bezugsmarken auf dem Substrat umgeben, bereits zuvor belichtet worden sind.

Die zusätzliche Belichtung der Substratmarkenbereiche zur Verhinderung eines Überdruckes kann auch nach anstatt vor der Hauptbelichtung erfolgen. Beispielsweise kann eine Einspannvorrichtung zu diesem Zweck ausgebildet sein. Auch andere Anordnungen als die hier als Beispiele beschriebenen können dazu verwendet werden, eine zusätzliche Belichtung der Bereiche der Substratbezugsmarken an Ort und Stelle zu erreichen.

Die Erfindung kann auch zur Belichtung eines positiven lichtempfindlichen Abdeckmittels, d. h. eines Positivphotolackes, verwendet werden. Wenn ein

Positivphotolack auf ein Substrat bzw. eine Platte aufgebracht worden ist, können die Bezugsmarken des Substrates mit ultraviolettem Licht oder anderer Strahlung vor einem Überdrucken, d. h. einer photographischen Abbildung der Bezugsmarken auf der Maske, geschützt werden, indem die Bezugsmarken und ihre Hintergrundbereiche mit Hilfe von Abdeckelementen abgeschirmt werden, die von geeigneten einfahrbaren und genau einstellbaren Haltern getragen werden. Zu diesem Zweck können die Abdeckelemente geeignete kleine Platten aufweisen, die von gleitend verschiebbaren Haltern getragen werden, die vorzugsweise in

Präzisionskugelbuchsen gelagert sind, so daß deren Bewegungen genau wiederholbar sind. Jedes Abdeckelement wiederum ist an seinem gleitend verschiebbaren Halter einstellbar angebracht, beispielsweise mittels einer exzentrischen Schraube, wodurch ermöglicht wird, daß die Stellung des Abdeckelementes relativ zu seinem gleitend verschiebbaren Halter genau eingestellt werden kann. Während des Ausrichtungsschrittes kann, wenn die Bezugsmarken auf dem Substrat belichtet werden, ein Überdrucken dadurch verhindert werden, daß ein Filter eingeführt wird, das den Ultraviolettbereich ausschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche;

   J, Verfahren zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindliche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur zu bearbeitenden Substrates, bei dem jeweils Bezugsmarken auf einer Maske mit Bezügsmarken auf dem Substrat ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein die Bezugsmarken des Substrates enthaltender Bereich belichtet wird bevor oder nachdem die eigentliche Belichtung des Substrates durch eine Maske erfolgt

   Z Verfahren zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindliche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur zu' bearbeitenden Substrates, bei dem jeweils Bezugsmarken auf einer Maske mit Bezugsmarken auf dem Substrat ausgerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarken auf dem Substrat während der Belichtungen durch die Masken getrennt abgedeckt werden, nachdem sie mit den entsprechenden Bezugsmarken auf jeder Maske ausgerichtet worden sind.

   3. Vorrichtung zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindliche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur zu bearbeitenden Substrates, wobei zur gegenseitigen Ausrichtung von Substrat und jeweils einer Maske sowohl auf dem Substrat wie auch auf den Masken Bezugsn- irken vorgesehen sind, und mit einer optischen Abbildungsvorrichtung zur Erzeugung von zur Ausrichtung dienenden Bildern der Bezugsmarken, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (22) zur von der Hauptbelichtung des Substrates (4) durch eine Maske getrennten Belichtung eines die Bezugsmarken (3) des Substrates (4) enthaltenden Bereichs nach der gegenseitigen Ausrichtung der Bezugsmarken von Substrat und Maske vorgesehen sind.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine das Substrat (4) für eine relative Bewegung zu einer Maskenhalterung (17) tragende, bewegliche Einspannvorrichtung (16) und durch an der Einspannvorrichtung (16) vorgesehene, lichteinlassende und lichtleitende Einrichtungen (22) zum separaten Belichten eines eine Bezugsmarke auf dem Substrat (4) enthaltenden Bereiches.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichteinlassenden und lichtleitenden Einrichtungen aus jeweils in der Einspannvorrichtung (16) vorgesehenen rohrförmigen Hülsen (22) bestellen.

   6. Vorrichtung zur Ausrichtung einer Folge von Masken in bezug auf die photoempfindliche Oberfläche eines jeweils durch die Masken zu belichtenden und zur Herstellung einer Mehr-Schichtstruktur zu bearbeitenden Substrates, wobei zur gegenseitigen Ausrichtung von Substrat und jeweils einer Maske sowohl auf dem Substrat wie auch auf den Masken Bezugsmarken vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Belichtung jeweils eines die Bezugsmarken (3) auf dem Substrat (4) enthaltenden Bereiches zurückziehbare und jeweils während der Belichtung des Substrates (4) durch eine Maske (1) in den Strahlengang einführbare Maskenelemente vorgesehen sind.