DE2557675C2

DE2557675C2 - Verfahren zum Ausrichten von mit zwei Markierungen von bekanntem Abstand versehenen planaren Werkstücken

Info

Publication number: DE2557675C2
Application number: DE2557675A
Authority: DE
Inventors: Karl Fishkill N.Y. Karlson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-23
Filing date: 1975-12-20
Publication date: 1985-04-18
Also published as: DE2557675A1; US4052603A; GB1502478A; FR2296215B1; FR2296215A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausrichten von mit zwei Markierungen von bekanntem Abstand versehenen planaren Werkstücken, z. B. zum Ausrichten einer Maske zu einem X, Y-Werkstücktisch, wobei <üe Koordinaten der Markierungen abgetastet und daraus die Winkellage des Werkstücks in bezug auf ein vorgegebenes Achsenkreuz ermittelt wird, zur Herstellung von elektronischen Schaltungskomponenten.

Bei der Herstellung derartiger Elemente müssen mehrere Fotoresistschichten aufeinanderfolgend mit einer Reihe von Fotomasken belichtet werden, die jeweils bestimmte Bereiche des Substrates abdecken, jede Belichtung muß genau auf das vorhandene Muster auf dem Substrat ausgerichtet sein, da andernfalls die Brauchbarkeit des fertigen Produktes beeinträchtigt ist Diese Ausrichtung erfolgte bisher häufig manuell durch Bedienungskräfte, welche die Maske und die Wafermuster durch ein Mikroskop oder eine andere optische Einrichtung betrachten. Verschiedentlich sind spezielle Ausrichtpunkte vorgesehen, die der Bedienungskraft das

jo Ausrichten erleichtern. Ein korrektes Ausrichten ist jedoch bei den bekannten Anordnungen nicht unabhängig von menschlichen Irrtümern und Ermüdungserscheinungen.
Bei Versuchen, die Produktivität beim Herstellprozeß von elektronischen Schaltungskomponenten zu erhöhen und eine verläßlichere Ausrichtung zu erreichen, wurden automatische Ausrichtsysteme entwickelt, in denen elektrooptische Einrichtungen zum Abfühlen der jeweiligen Lage von Wafer und MasKcr. oder entsprechender Ausrichtpunkte verwendet wurden. Wegen der wechselnden Qualitätsanforderungen und der unterschiedlichen Art der auszurichtenden Muster sind jedoch auch die bekannten automatisierten Systeme zur Erzielung zuverlässiger Ausrichtungen nicht voll befriedigend einsetzbar. Sowohl in den manuellen als auch in den automatischen Systemen ist es außerdem schwierig, bevor der Verarbeitungsschritt fertig ist zu überprüfen, ob die Ausrichtung richtig durchgeführt wurde. Treten in den späteren Verarbeitungsschritten Fehler in der

so Ausrichtung auf, so können die resultierenden Ausschußverluste kostspielig sein.

Bekannt ist aus der DE-OS 18 16 816 eine Positionsund Richtungsermittlungseinrichtung für mit zwei Kennmarken versehene planare Werkstücke, etwa in bezug auf ein vorgegebenes Achsensystem, bei der die beiden — notwendigerweise unterschiedlichen — Kennmarken vorzugsweise elektrisch abgetastet und identifiziert werden können, um daraus die Lage des Werkstücks relativ zu einem definierten Punkt des Achsensystems zu ermitteln. Hierbei wird anhand der Abtastsignale die Lage der ersten Kennmarke und der zweiten Kennmarke jeweils in Koordinatenwerten ermittelt und sodann aus der Differenz dieser Koordinatenwerte die Winkelausrichtung des Werkstücks feslge* stellt. Diese Einrichtung erfordert somit einen beträchtlichen Aufwand zum maschinellen Erkennen und Abtasten der unterscheidbaren Kennmarken, und zudem kann man mit der bekannten Einrichtung nicht ein

Werkstück relativ zu einem anderen Werkstück ausrichten.

Der Krliiidung liegi die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung zu entwickeln, mit dem das Ausrichten zweier Werkstücke zueinander, z. B. einer Maske zu einem Objekt, etwn einem mit Photoresist beschichteten Halbleiterwafer, von denen das eine Werkstück aus transparentem Werkstoff besteht, mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgeführt werden kann und bei dem die diese Arbeit ausführende Person die Möglichkeit hat, das einwandfreie Ausrichten nach jedem einzelnen Ausrichtprozeß zu überprüfen, bevor weitere Bearbeitungsschritte und Ausrichtvorgängfc durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ausrichtung von planaren Werkstücken zueinander ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Winkelabweichung der Lage eines ersten Werkstückes zu derjenigen eines zweiten Werkstückes auf sehr einfache Weise ermittelt werden. Hierfür sind auf dem ersten Werkstück zwei Markierungen vorgesehen, die einen bekannten Abstand voneinander haben und auf dem anderen Werkstück ist mindestens eine Markierung angeordnet wobei das letztere so lange bewegt wird, bis die Markierung des zweiten Werkstückes mit einer der Markierungen auf dem ersten Werkstück ausgerichtet ist Dieser Vorgang kann mit bekannten elektrooptischen Einrichtungen durchgeführt und beispielsweise mit Hilfe eines Monitors durch die Bedienungskraft auf einfache Art zuverlässig beobachtet werden. Das zweite Werkstück wird sodann translatorisch bewegt bis die Markierung auf die zweite Markierung des ersten Werkstückes ausgerichtet ist, und sodann wird der entsprechende Bewegungsweg des zweiten Werkstückes in X- und V-Koordinaten gemessen. Der Abstand zwischen den beiden Markierungen auf dem ersten Werkstück wird sodann aus der Verstellbewegung in X- und V-Richtung ermittelt die erforderlich war, um die Markierung auf dem zweiten Werkstück aus ihrer Ausrichtung mit der ersten Markierung auf dem ersten Werkstück in die Ausrichtung mit der zweiten Markierung auf dem zweiten Werkstück zu bringen. Der so ermittelte Abstand zwischen den Markierungen auf dem ersten Werkstück wird sodann verglichen mit dem bekannten Abstand, womit die Genauigkeit der Ausrichtungen geprüft weiden kann. Stimmen die so festgestellten Abstände innerhalb einer vorgegebenen Toleranz miteinander überein, so wird die Drehlagc der Werkstücke zueinander aus dem zurückgelegten Weg in X- und Y- Richtung bestimmt, und anschließend wird eines der Werkstücke entsprechend gedreht, um die Winkelposition beider Werkstücke zur Übereinstimmung zu bringen.

Wenn das Ergebnis der Abstandsermittlung zwischen den beiden Markierungen nicht innerhalb der vorgegebenen Toleranzbereiche liegt, also unzulässig von dem bekannten Abstand der beiden Markierungen abweicht, wird der zuvor beschriebene Ausrichtvorgang wiederholt, und zwar so oft, bis der vorgegebene Toleranzbereich eingehalten ist.

Anstelle von einer einzelnen Markierung auf dem zweiten Werkstück kann auch auf jedem der miteinander auszurichtenden Werkstücke ein Paar von Markierungen in einem bekantnen Abstand vorgesehen werden. In diesem FaI! w^:rd das zweite Werkstück mit seiner ersten Markierung mit der ersten Markierung des ersten Werkstückes zur Ausrichtung gebracht und das Paar von Koordinatenwerten X\IY\ ermittelt.

Sodann wird das zweite Werkstück linear bewegt, bis die erste Markierung mil der /weiten Markierung auf dem ersten Werkstück ausgerichtet ist; nun wird da& zweite Koordinatenpaar X2/Y2 ermittelt Aus der Linearbewegung in X- und V-Richtung kann sodann der Abstand zwischen den beiden Markierungen iiiif dein ersten Werkstück ermittelt und mildem bekannten Abstand verglichen werden, um die Genauigkeit der Ausrichtungen zu prüfen. Liegt der ermittelte Abstand innerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenzen, dann wird die Winkellage des ersten Werkstückes in bezug auf die Y-Richtung ermittelt die sich aus der Linearbewegung in X- und V-Richtung ergeben hat Nun wird das zweite Werkstück linear verschoben, bis seine zweite Markierung auf die zweite Markierung des ersten Werkstückes ausgerichtet ist wobei der Verstellweg des zweiten Werkstückes in X- und V-Richtung gemessen wird, entsprechend dem dritten Koordinatensatz X3/Y3. Nun läßt sich der Verstellweg zwischen den Markierungen auf dem zweiten Werkstück ermitteln, der zur Ausrichtung der zweiten Markierung auf den' Jiweiten Werkstück mit der zweiten Markierung auf dem e rsten Werkstück erforderlich war, und wiederum wird der ermittelte Abstand mit dem bekannten Abstand verglichen und die Genauigkeit der Ausrichtungen überprüft Nun wird erneut die Winkellage des zweiten Werkstückes relativ zur V-Richtung bestimmt und die Relativlage der Werkstücke entsprechend verändert, um sie winkelgerecht zueinander auszurichten, und zwar auf der Basis der Winkellage jedes der Werkstücke in bezug auf die y-Richl:ung.

Es wird darauf hingewiesen, daß, so oft im Rahmen der vorhergehenden Beschreibung von Werkstücken die Rede war, damit ein Substrat für ein integriertes Schaltungselement gemeint sein kann, oder ein Wafer, oder eine in bezug auf einen Wafer auszurichtende Maske, oder ein den Wafer tragender Werkstücktisch, der in X-Richtung und in V-Richtung verstellbar ist, oder irgendwelche anderen Werkstücke, die mit sehr h,oher Genauigkeit zueinander auszurichten sind.

Im folgenden wird anhand von Zeichnungen und einer darin dargestellten Anordnung zur Durchführung des Verfahrens das erfindungsgemäße Verfahren in mehreren Varianten im einzelnen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schaubildlich und in schematisehrr Darstellung eine zur Durchführung einer Ausrichtung zwischen War fer und Maske vorgesehene Anordnung,

F i g. 2 in schaubildlicher schematischer Darstellung die Auürichtoptik der Anordnung gemäß F i g. 2,

F i g. 3 ein Blockschaltbild des Schrittmotorsteuersystems für den Werkstücktisch in X- und V-Richtung,

Fig.4A und 4B Draufsichten auf Ausricht-Markierungeri in nicht ausgerichtetem und ausgerichtenem Zustand,

F i g. 5 in einem Ablaufdiagramm die Ausrichtung "on Werkstücken zueinander in ihrer Winkellage,

F i g. 6A und 6B in Draufsichten den Vorgang der Winkellausrichtung von Maske und System,

F i g, 7A und 7B ^:n einem Ablaufdiagramm die Winkel- und Lincarausrichtung von Werkstücken zueinander und

F i g. 8 in einer Draufsicht den Vorgang de™ Wiukelausrichtung eines Wafers zum System.
In dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Ausrichtung insofern halbautomatisch, als die Ausrichtungen selbst durch eine Bedienungskraft an einer Steuertafel vorgenommen werden. Das System piäsentiert der Bedienungskraft

eine Reiht von Ausrichtmustern auf einem Fernsehmonitor, und die Bedienungskraft bringt die Ausrichtmuster in Ausrichtung durch Bewegung eines Steuerhebels, der Motoren betätigt, die einen Tisch in X-, Y-Richtung bewegen. Die Erfindung läßt sich jedoch genauso gut auf automatisierte Systeme anwenden, wie elektrooptische Einrichtungen, mit denen die Positionierung entsprechender Muster auf den auszuricntenden Objekten durchgeführt wird.

Fig. 1 zeigt ein Ausrichtsystem, das in Verbindung mit einem Projektionskopiergerät dazu benutzt wird, eine lichtempfindliche Schicht durch eine Mustermaske schrittweise und wiederholt zu belichten, bin Tisch 11 trägt ein Vakuum-Spannfutter 13 mit einem Wafer-Kerbausrichtstift 15 und hin und her laufenden Fingern 17 und 19, die ein Substrat, wie beispielsweise einen Wafer 21 aus Halbleiter-Werkstoff auf dem Spann-Futter 13 drehen und hin und her bewegen. Das Spannfutter 13 hat eine Reihe von Vakuumöffnungen (nicht dargestellt), um den Wafer 21 während der Ausrichtung und Belichtung in seiner Lage zu halten. Der Tisch 11 ist so angeordnet, daß er in den Richtungen λ' und Ydurch die Schrittmotoren 23, 24, 25 und 26 getrieben wird, wobei zwei Motoren, einer für die Grabeinstellung und einer für die Feineinstellung des Tisches U, in jeder Richtung vorgesehen sind. Die Positionsfühler 27 und 29 am Tisch 11 sind in X-Richtung bzw. K-Richtung vorgesehen und bringen den Tischmittelpunkt auf eine Koordinatenreferenzposition 0/0, die in der optischen Achse 1 liegt Der Positons-Fühler 27 für die .Y-Richtung enthält zwei elektrische Augen 31 und 33 in Tandemlage. Die Blende 35 in Form eines Plättchens verläuft von einer Seite des Tisches 11 in Ausrichtung mit den elektrischen Augen 31 und 33 und ist so breit, daß sie die Lichtstrahlen von den elektrischen Augen 31 und 33 gleichzeitig nur dann abblendet, wenn der Tisch in der richtigen -Y-Referenzposition steht. Eine zweite Blende 37 ist für die V'-Richtung vorgesehen und arbeitet in Verbindung mit den elektrischen Augen des Positions-Fühlers 29. Um die Stellung des Tisches 11 in A"-Richtunf und V-Richtung auf bekannte Weise zu messen, sind Laser-Inferometer 39 und 41 mit Lasern 44 und 46 und zwei Dachkantprismen 40 und 42, die am Tisch 11 befestigt sind, vorgesehen. Die Arbeitsweise des Schrittmotor-Steuersystems und der Laser-lnterferometer wird nachfolgend genauer im Zusammenhang mit F i g. 3 beschrieben.

Auf dem Tisch 11 ist ein Fadenkreuz 43 angebracht. Eine Maske 45 ist im Rahmen 47 befestigt und wird so auf den Maskenh~lter 49 gelegt, daß die an einer Kante des Rahmens 47 befindlichen Einschnitte 52 und 53 an Stiften 50 und 51 anliegen, die am Maskenhalter 49 befestigt sind Der Rahmen 47 wird auf dem Masken-Halter 49 durch eine Reihe von (nicht dargestellten) Vakuumöffnungen gehalten. Der Maskenhalter 45 läßt sich um einen Stift 54 durch einen Manipulator 55 drehen, der einen Motor 57, die Zahnräder 58 und 59, einen Schnekkenantrieb 60 und Stellhebel 61 und 62 umfaßt. Der Manipulator wirkt auf den verlängerten Teil 48 des Maskenhalters 49 über das Endstück 76 des Stell-Hebels 62. Der Maskenhalter 49 ist so angeordnet, daß er die Maske 45 rechtwinklig zu und auf die optische Achse 1 stellen kann.

Das Proiektionsdrucksystem umfaßt das zwischen der Maske 45 und dem W^;afer 21 liegende Objektiv 63 und eine Quelle 65 koüimierten Lichtes. Die Lichtquelle 65 enthält eine Quecksübcrbogenlampe 66 .id ein zweistufiges Kondensorsystem 67. Die Maske 45 trägt zwei Markierungen 68 und 69 in einem bestimmten Abstand voneinander entlang dem Maskenmuster 70. Ein vorderer und ein hinterer Ausrichtfinger 71 bzw. 73 sind mit der vorderen bzw. hinteren Markierung 68 und 69 in einer Linie und außerhalb des Belichtungsfeldes der Maske 45 angebracht. Diese Einrichtung ermöglicht es den Fingern 71 und 73, während der Belichtung der Widerstandsschicht auf dem Wafer 21 an Ort und Stelle zu bleiben, ohne die Projektion des Maskenmusters 70

ίο auf die Oberfläche des Wafers 21 zu stören. Die Ausrichtfinger 71, 73 werden von der Lampe 66 über ein zweiteiliges Faserbündel 75 beleuchtet. Geeignete Verschlüsse 64, 99 und 101 sind vorgesehen, um eine abwechselnde Beleuchtung der vorderen oder hinteren Ausrichtoptik und eine Belichtung des Wafers durch das Maskenmuster 70 zu ermöglichen. Eine Fernsehkamera 77 ist zur Beobachtung der durch die Ausrichtfinger 71, 73 jeden Ausrichtkanales gelieferten Bilder vorgesehen. Die Bilder werden einer Bedienungskraft an der Steucrstation 79 auf einem Monitor 81 angezeigt.

Die Steuerstation 79 für die Bedienungskraft enthält außer dem Monitor 81 ein Steuerpult 82 mit Lampen, die den Zustand des Systems anzeigen und der Bedienungskraft mitteilen, wann ausgerichtet werden muß bzw. daß die Ausrichtung ausgeführt wurde, oder um eine andere Ausrichtlage einzuleiten. Ein Steuerhebel 83 auf fi«m Steuerpult 82 bewirkt eine Bewegung des Tisches 11 in X- und V-Richtung durch Eingabe der gewünschten Richtung und des Bewegungsbetrages in das Steuersystem 85, welches die Schrittmotoren 23,24, 25 und 26 so betätigt, daß die Wafermuster oder das Fadenkreuz 43 auf die Markierungen 68 und/oder 69 ausgerichtet werden. Der Steuerhebel 83 ist manuell radial beweglich und erzeugt Spannungen, d>e die gewünschte Richtung und Bewegungsgeschwindigkeit anzeigen. Diese Analoginformation wird in eine Digitalinformation umgewandelt, und dem Steuersystem 85 zugeführt.

Das Steuersystem 85 veranlaßt dann die Schrittmotoren 23,24,25 und 26 dazu, den Tisch 11 um die erforderliche Strecke, mit der nötigen Geschwindigkeit und in der gewünschten Richtung zu bewegen. Die Bedienungskraft drückt eine Steuertaste, um anzuzeigen, wenn die Ausrichtung beendet ist Die Interferometer 39 und 41 verfügen über zugehörige Zähler 118, die die Strecke der Tischbewegung in den orthogonalen X- und V-Richtungen festhalten, wie später in Verbindung mit Fig.3 noch erklärt wird. Elektrische Signale werden vom und zum Steuersystem an die verschiedenen Motorenzähler, Verschlüsse und die Steuerstation 7£ durch konventionelle Einrichtungen entsprechend den Pfeilen gesendet, die die Systemuntergruppen in der schematischen Darstellung der F i g. 1 verbinden.

F i g. 2 zeigt die Ausrichtoptik im Detail. Die Quersilberbogenlampe 66 liefert Licht für die vorderen und hinteren Ausrichtkanäle durch das zweiteilige Faserbündel 75. Eine vorzeitige Belichtung der Fotoresistschicht wird vermieden durch geeignete Helligkeitsfilter 87. Jeder Ausricht-Finger 71 und 73 enthält einen Beleuchtungskanal 72 und 74 mit Verschlüssen 99 und 101. zweistufigen Kondensoren 102 und 103, Justagespiegeln 104, 105, 106 und 107 sowie Strahlteilern 108 und 109. Die Ausrichtbeleuchtung für jeden Kanal läuft durch die Markierungen 68 und 69 auf der Maske 45 und durch das Objektiv 63. Die Beleuchtung wird von der Waferoberfläche 21 (oder dem Fadenkreuz 43) durch das Objektiv 63 und die Markierungen 68 und 69 reflektiert. Die Ausrichtziele für das Fadenkreuz oder den Wafer

werden in der Ebene der Markierungen 68 und 69 abgebildet. Die Bilder werden auf die Ausrichtoptik 111 und 112 durch die Strahlteiler 108 und 109 geleitet. Die Bilder der Ausrichtmarken werden durch einen Relaisreflektor 113 abwechselnd an die Fernsehkamera 77 gegeben. Abhängig von der Stellung der Verschlüsse 99 und 101. die die Betrachtung jeweils eines Kanals gestatten, wird ent-x.'der das eine oder das andere Bild zur Fernseh-Kamera 77 geleitet. Die Bilder werden dann der Bedienungskraft an der Steuerstation auf dem Monitor 81 angezeigt. Um den Einfluß eines möglichtn Bediencrsichtfeldes bei der Ausführung der Ausrichtungen zu vermindern, kann in einen Kanal ein Element wie eine Linse oder ein Schwalbenschwanzprisma eingesetzt werden, das die Bilder uni 180° dreht.

In dem in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Lichtquelle sowohl für die Ausrichtung als auch für die Belichtung verwendet. Die Markierungen /ur fviaskeiiauiiiciiiung können außerhalb des Beuchlungsfeldes gelegt werden, weil die entsprechenden Masken- und Wafermarkierungen nicht überlagert sind, wenn der Wafer in die ausgerichtete Position für die Belichtung bewegt wird. Die Ausrichtfinger brauchen daher nicht bewegt zu werden, bevor die Widerstandsschicht belichtet wird. Durch diese Einrichtung wird die Maschinenausrüstung vereinfacht und keine Zeit mehr benötigt, um die Ausrichtoptik zu entfernen und neu einzustellen.

Gemäß F i g. 3, die die Einzelheiten das Schrittmotorsteuersystem für den Tisch 11 und das zugehörige Interferomeicr-Positionsmeßgerät zeigt, trägt der Tisch 11 die Prismen 40 und 42 zur Reflexion der Interferometer-Laserstrahlen 115 und 116 der Laser 44 und 46. Die Laser-Interferometer 39 und 4! liefern eine hochgradig genaue Messung des Tischweges auf bekannte Weise. Das Interferometersystem enthält den Zähler 118 mit einem Zahler für die Bewegung in der .X-Rschtung und einen für die Bewegung in der V-Richtung. Die Laserstromversorgung 117 liefert Strom an die Laser 44 und 46.

Die genaue Bewegung des Tisches 11 wird erreicht durch unabhängige Steuerung der Bewegung in den Richtungen X und Y. Der Tischantrieb für jede Achse ist identisch und enthält einen Schrittmotor für die groben Tischschritte (4 μ/Schritt) und einen Schrittmotor für die feinen Tischschritte (0,025 μ/Schritt). Kupplungen 119 und 120 kuppeln den Feinantrieb ein oder aus. Die Grobschrittmotoren 23 und 25 für den Grobantrieb sind direkt an die Antriebswellen 121 und 122 gekuppelt Die Feinschrittmotoren 24 und 26 sind über Untersetzungsgetriebe 123 und 124 mit einem Untersetzungsverhältnis von 160 :1 und die elektromagnetischen Kupplungen 119 und 120 an die Antriebswellen 121 und 122 gekoppelt Im Betrieb stehen jeweils nur die Grobschrittmotoren oder die Feinschrittmotoren in Eingriff mit den Antriebswellen. Der Grobantrieb wird gewählt durch Einschalten der Kupplung, anschließendes Abschalten des Feinmotors und Einschalten des Grobmotors. Der Feinantrieb wird gewählt durch Einschalten der Kupplung, anschließendes Abschalten des Grobmotors und Einschalten des Feinmotors. Ein Schalter ist vorgesehen, der entweder Computersteuerung oder manuelle Steuerung ermöglicht

Die Indexsteuerungen 125 und 126 bilden die Steuerschnittsteüe zwischen einem Datenadapter 172 und den Schrittmotorschaltern 127 und 128 und enthalten auch Nullschalter und Sicherheitsgrenzschalter sowie die notwendigen Prüfschalter und Anzeiger für den manuellen Betrieb und die Diagnoseprüfung des gesamten Schrittmotorantriebsystems. Die Schrittmotoren in den Steuerungen 125 und 126 erzeugen die Schrittimpulse und das Richtungssignal für die Schrittmotortreiber 129 und 130 aus den Steuersignalen, die sie von den Index-Schrittmotor-Schaltern 127 und 128 empfangen haben. Die Schrittmotor-Schalter steuern Beschleunigung und Verlangsamung. Die Steuersignale umfassen das Motorrichtungssignal, ein Streckensignal in Motorschritten, ein Signal für den größten Motorschritt und ein Startsignal. Die Schrittmotortreiber 129 und 130 wandeln die Schrittimpulse und das Richtungssignal in paarweise achtphasige Motortreibersignale um. Die Schrittmotoren wandeln die beiden elektrischen Motortreibersignale in Wellendrehschritte von 0,9° (400 Schritte pro 360°) um. Jedes Motortreibersystem hat einen Satz von Treibersteuerschaltern 131 und 132, bestehend aus einem Verlangsamungsschalter, einem Begrenzungsschalter und einem Sicherheitsgrenzsehalter an iedem Ende einer jeden Antriebsachse und maximal drei Positionsschalter im Betriebsbereich. Diese Steuerschalter stellen die Position für das Steuersystem 85 fest, schützen die Antriebe vor mechanischer Beschädigung und erkennen die richtige Antriebsoperation oder einen Ausfall des Antriebes. Die Antriebssteuerschalter sind an jeder Antriebsachse angeordnet und liefern eine Rückkopplung an das Steuersystem 85 an bestimmten Stellen. Der Grob- und Feinmotorwähler 133 enthält eine Kupplungsstromversorgung 134 und Schalter 135 und 136 zur Betätigung entweder des Grobmotorantriebes oder des Feinmotorantriebes. Der Tischantrieb wird sowohl während der Ausrichtung benutzt und auch zum Antrieb des Tisches in die verschiedenen Belichtungslagen während der Schritt- und Wiederholungsbelichtung des Maskenmusters auf der mit Fotowiderstandsmaterial überzogenen Waferoberfläche.

Im Betrieb wird der Wafer 21 durch die Finger 17,19 richtig auf dem Spannfutter 13 ausgerichtet, wodurch der Wafer gegen den Kerbausrichtstift 15 gedruckt und durch das Vakuum am Spannfutter 13 festgehalten wird. Nun werden die 17, 19 zurückgezogen und die Maske wird auf den Maskenhalter 49 gelegt Der Tisch 11 wird dann in den Richtungen X und Y in seine Referenzposition bewegt, die durch die Positionsfühler 27 und 29 bestimmt wird, und dann wird er eine vorgegebene Strecke bewegt, um entweder das Fadenkreuz 43 auf dem Tisch 11 oder eine Ausrichtmarke auf dem Wafer 21 in das Gesichtsfeld des hinteren Richtkanals 72 zu bringen, was davon abhängt ob die Maske die erste Maske ist (kein Muster auf dem Wafer) oder in eine nachfolgende Maskierungsstufe gehört Die Genauigkeit der Tischposition unter dem Richt-Kanal liegt bei etwa ± 12 μ und der Richtkanal hat ein Gesichtsfeld von 0,25 mm. Der Verschluß 99 am hinteren Richtkanal 72 wird geöffnet um die Markierung 69 und entweder das Fadenkreuz 43 oder eine Wafermarkierung auf dem Monitor 81 an der Steuerstation 79 anzuzeigen. Das System signalisiert der Bedienungskraft dann, daß die Ausrichtung jetzt vorzunehmen ist Die Bedienungskraft beobachtet die Ausrichtzielbilder und bewegt den Steuerhebel 83 in der entsprechenden Richtung, wodurch über den Rechner 174 der Tischantrieb betätigt wird, bis das Fadenkreuz, wie in F i g. 4A und 4B gezeigt, im griechischen Kreuz liegt und von dessen Linien einheitliche Abstände hat Die Bewegungsstrecke des Tisches 11 wird durch die Interferometer 39 und 41 genau gemessen und in den X- und V-Positionszählern des Zählers 118 festgehalten. Die Bedienungskraft drückt

dann die Steuertaste, um anzuzeigen, daß die Ausrichtung beendet ist, und die Koordinaten des Tisches 11 werden, wie sie von den Interferometerzählern ermittelt wurden, im Steuersystem 85 gespeichert. Der Verschluß 99 wird geschlossen und der Tisch 11 dann in X- Richtung und Y- Richtung eine vorgegebene Strecke vorgeschaltet, um die Tisch- oder Waferausrichtzielmarke in einer Linie mit dom vorderen Richtkanal 74 zu bringen. Der Verschluß 101 des vorderen Richtkanals wird geöffnet, um das überlagerte Bild der Ausrichtzielmarken der Bedienungskraft auf dem Monitor 81 an der Steuerstation 79 anzuzeigen. Die Bedienungskraft wird dann über Signale aufgefordert, die Ausrichtung durch Bewegung des Steuerhebels 83 vorzunehmen. Wenn die Ausrichtung fertig ist, drückt die Bedienungskraft die entsprechende Taste für die abgeschlossene Ausrichtung, und die Zahl im A"-Zähler und V-Zähler, wie sie durch die Interferometer 39 und 41 ermittelt wurde, wird aufgezeichnet und im Steuersystem 85 gespeichert. Weitere Ausrichtungen werden dann nach Bedarf in der jeweiligen Ausrichtfolge gemäß nachfolgender Beschreibung vorgenommen. Wenn das Steuersystem 85 feststellt, daß die Ausrichtung ordnungsgemäß erfolgte, wird der Manipulator 55 betätigt, um die Maske 45 um den Stift 54 um einen Solchen Winkel zu schwenken, daß entweder der Winkel zwischen Maske und Tischsystem oder den Winkel zwischen Maske und Wafermuster Null wird.

F i g. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Ausrichtprozesses, in dem ein Maskenbild auf der Oberfläche eines mit Fotoresistmaterial überzogenen Halbleiterwafer aufzutragen ist. Auf der Oberfläche befindet sich noch kein Muster oder, mit anderen Worten, es findet die erste Maskenbelichtung, d. h. die Belichtung der Stufe A statt. Der Winkel der Maske 45 zur X-Achse und K-Achse des Tisches 11 ist zur Illustration übertrieben dargestellt Zur richtigen Orientierung der verschiedenen Lagen muß der Winkel θ der Maske zum ΧΎ-System innerhalb einer bestimmten Toleranz gleich gehalten werden. Dadurch kommen die Lagen schachbrettartig aneinander, wie es in F i g. 6A dargestellt ist Andernfalls werden die Musterlagen schräg gesetzt, wenn der Tisch in den orthogonalen Richtungen X und Y bewegt wird, wie es in F i g. 6B zur Illustration übertrieben dargestellt ist Nach Darstellung in F i g. 5 trägt die Maske 45 ein Paar Markierungen 68, 69 in Form von Kreuzen, die auf einer Seite des Maskenmusters liegen, das auf der Waferfläche zu belichten ist Zur Illustration und aus dem Gesichtspunkt der einfachsten Berechnung sind die Kreuze auf eine Linie gelegt die durch die Mitte der Maske läuft. Die Kreuz können jedoch auch an anderen Positionen liegen, so lange diese bezogen auf die Maskenmitte bekannt sind. Die Kreuze haben die Form undurchsichtiger Linien auf dem transparenten Hintergrund, für die Ausrichtung können jedoch auch andere Kennzeichnungen verwendet werden. Für größte Empfindlichkeit bei der Ausführung der Ausrichtung ist es erwünscht daß sich zwischen den Markierungen ein möglichst großer Abstand befindet Die Lage des Gesichtsfeldes der Ausrichtkanäle ist so gewählt, daß sie mit der Position der Maskenmarken zusammenfällt Während einer Belichtung der Stufe A, bei der kein Muster auf der Waferfläche existiert enthält üblicherweise das Maskenbelichtungsmuster Ausrichtzielmarken, die auf der Fotoresistschicht auf dem Wafer abgebildet und für die Ausrichtung nachfolgender Masken benutzt werden. Die Waferausrichtmarken werden auf konventionelle Weise geätzt entweder in die Substratoberfläche selbst oder in eine Schicht wie beispielsweise e;,'e Oxidschicht, die über der Substratoberfläche liegt, während das Substrat zum ersten Mal geätzt wird. Die Ausrichtzielmarken haben dann die Form eines Reliefbildes und eine ausgewählte Konfiguration, die in Verbindung mit den Markierungen 68 und 69 eine genaue Ausrichtung entweder auf visuellem oder auf elektrooptischen! automatischem Wege gestattet. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel der von einer Bedienungskraft gesteuerten Ausrichtung haben das

ίο Fadenkreuz und die Waferausrichtmarkierungen die Form eines griechisc'ien Kreuzes, wie es in den Fig. 5 und 7 dargestellt ist. Für die Ausrichtung der Stufe A, bei der kein Muster auf dem Wafer vorhanden ist, wird ein am Tisch 11 befestigtes Fadenkreuz 43 verwendet.

Wie bereits in Verbindung mit den Fig.6A und OB ausgeführt wurde, werden die abgebildeten Muster bei der schrittweisen wiederholten Belichtung auf dem Wafer in horizontaler und vertikaler Richtung schräg versetzt, wenn das Maskenmuster nicht durch Bewegung des Tisches 11 in X- und y-Richtung im Winkel orthogonal ausgerichtet wird. Wenn Muster an den Lagen so ausgerichtet werden sollen, daß sie entweder zum Scheibenschneiden des Wafers fluchten oder wo Verbindungsmuster zwischen den Lagen erwünscht sind, muß der Winkel zwischen Maske und System θ (M₁ θ) innerhalb einer gewählten Toleranz gleich 0 gemacht werden. Durch die Ausrichtung der Stufe A soll die Maske dann so gedreht werden, daß M₅ θ — 0 ist innerhalb + oder - eines gegebenen Fehlers.

Der Tisch 11 wird zuerst in eine ΛΎ-Referenzposition 0,0 bewegt, wo die Positionsfühler 27 und 29 den Tisch 11 stoppen. Das Steuer-System 85 bewegt den Tisch 11 dann um eine vorgegebene Strecke in X-Richtung und y-Richtung, um das Fadenkreuz 43 in das Blickfeld des hinteren Kanals des Ausrichtsystems zu bringen, und dann wird der Verschluß für den hinteren Kanal so geöffnet, daß die Marken den Steuerhebel der Bedienungskraft auf dem Monitor angezeigt werden. Die Bedienungskraft bewegt dann und legt das Maskenkreuz in das griechische Kreuz des Fadenkreuzes 43, wie es im Schritt 1 des Ablaufdiagrammes in F i g. 5 gezeigt ist. Die Koordinaten des Xy-Tisches nach Abschluß der Ausrichtung werden durch die Interferometer für Xund Y gemessen und erhalten. Der ΛΎ-Tisch wird dann um eine vorgegebene Strecke in X-Richtung und Y weitergeschaltet, um das Fadenkreuz 43 in das Blickfeld des vorderen Ausrichtkanals zu bringen. Die Bedienungskraft führt die Ausrichtung dann so durch, daß das Fadenkreuz im Ausrichtkreuz liegt, wie es im Schritt 2 der Fig.5 gezeigt ist Die Koordinatendifferenz (Xi, Vi) und {X2, Yi) zwischen den beiden Ausrichtungen, wie sie durch die Interferometer gemessen und von den X- und y-Zählern aufgezeichnet ist ist dann der Weg des Tisches in X-Richtung und y-Richtung vom Punkt A zum Punkt B, wie es im Schritt 3 in F i g. 5 gezeigt ist. Der Winkel θ der Maske zum System wird dann bestimmt nach Darstellung im Schritt 4 durch die Gleichung:

M₁ θ = Tan'¹

Yi-y

Der Maskenschieber wird dann so bewegt daß die Maske gedreht wird, bis der Winkel θ zwischen Maske und System gleich Null ist wie es im Schritt 5 gezeigt ist Vor Bewegung der Maske um den Drehpunkt wird jedoch durch Ausrichtungsprüfung die Richtigkeit der Ausrichtungen geprüft und Vergleich der bekannten

Strecke d zwischen den Maskenrmrken mit der sichtbaren Strecke d'. die dargestellt ist durch die Hypothenuse des rechtwinkligen Dreiecks, das durch die Bewegung in A-Richtung und V-Richtung vom Punkt A zum Punkt B beschrieben wird, wie es im Schritt 3 gezeigt ist und bestimmt ist durch die Formel:

d' = 1/(.Y₂-XiY+ (Y₁-

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Die bekannte Strecke c/kann auf jede passende Weise gemessen werden, beispielsweise durch 10 Wiederholungen des oben beschriebenen Ausrichtprozesses, bei denen der Durchschnittswert im Speicher des Steuersystems 85 gespeichert wird. Für eine zu akzeptierende Ausrichtung muß d' innerhalb der gewählten Toleranz mit d übereinstimmen. Wenn die Abstandswerte nicht stimmen, waren die Ausrichtungen fehlerhaft entweder im P'inkt A und/oder B, oder es liegt eine Störung im System vor. Wenn das erforderliche Prüfergebnis nicht erreicht wird, üann wird der Ausrichtprozeß am Punkt B wiederholt, isn neue Werte für die Wege in X- und y-Richtung zu erhalten. Wenn die neuen Koordinaten für die (/'-Prüfung stimmen, dann werden diese Werte zur Ermittlung von M, θ benutzt. Wenn die neuen Werte keinen geeigneten Wert für d' ergeben, mit den vorher bestimmten Koordinaten für B jedoch übereinstimmen, dann wird die erste Ausrichtung am Punkt A wiederholt, um festzustellen, ob die neuen Koordinaten für A einen geeigneten Wert für d' ergeben. Wenn die Ergebnisse zeigen, daß jedesmal sowohl bei A als auch bei B gute Ausrichtungen vorgenommen wurden, daß d' jedoch ungleich d innerhalb der festgesetzten Toleranz ist, dann wird angenommen, daß eine Störung im System vorliegt. Wenn die an den Punkten /. und B ermittelten zweiten Werte sich von der ersten Ausrichtung unterscheiden und kein Wertepaar innerhalb der Toleranz zu d' = d führt, dann wird angenommen, daß die Bedienungskraft die Ausrichtung ungenügend vorgenommen hat und die Ausrichtfolge kann wiederholt werden, bis die richtigen Ausrichtungen vorliegen. In jedem Fall wird die Waferlage erst durch die Maske belichtet, wenn feststeht, daß richtige Ausrichtungen innerhalb eines gewählten Prüfausschnittes vorgenommusters auf dem Wafer, d. h. der Maske der Stufe B und nachfolgender Stufen, muß nicht nur der Winkel zwischen Maske und System, sondern auch der Winkel zwischen Wafer und System eingestellt werden, weil der Wafer entweder nicht winkelig auf derselben Stelle auf dem Tisch wie bei der vorhergehenden Belichtung oder auf einer anderen Maschine eingestellt und belichtet wurde, die etwas andere Fehler im orthogorialen Lauf aufweist. Die Querlage der Maske und des Waferlagenmusteirs muß ebenfalls bestimmt werden, so daß die Mitte des Maskenmusters bei jeder Belichtungslage zusammenfällt.

Nach Darstellung im Ablaufdiagramm der Fig.7A im Schritt 1 hat der auf dem Tisch 11 liegende Wafer 21 eine Reihe von Elementenlagenmuster 3, die auf seiner Oberfläche ausgebildet sind. Jede Lage enthält zwei Richttnarken 2a und 2b, die auf dem Wafer während der Maskenbelichtung der Stufe A abgebildet wurden und Hip hm rter Ausführung jeder nachfolgenden Ausrichtung benutzt werden, so daß eine korrekte Musterüberlagerung nachfolgender Maskenmuster erreicht werden kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Marken griechische Kreuze, in denen dis Markierungen 68 und 69 in Form von Kreuzen ausgeh .ldet sind. Die Ausrichtung erfolgt durch Zentrierung des Maskenmarkenkreuzes im griechischen Kreuz, wie es in F i g. 4 gezeigt wurde. Wie die Maskenausrichtungszielmarken können auch die Waferausrichtungszielmarken jede geeignete Form haben und irgendwo in der Lage stehen. Eine Maskenrnarkentrennung ist für die Ausrichtempfindlichkeit erwünscht. Der einfacheren Berechnung im gezeigten Beispiel halber liegen die Marken in einem gleichen Abstand auf jeder Seite der Mitte des Elementenmusters. Wie im Fall der Ausrichtung der Stufe A wird der Tisch 11 zuerst unter Steuerung des Steuersystems 85 in die Referenzposition bewegt und dann eine vorgegebene Strecke von dort weg, um die hintere Richtmarke 2a in das Gesichtsfeld des hinteren Ausrichtkanals zu bringien. Die Ausrichtung erfolgt dann wie ts im Schritt 1 der F i g. 7 A gezeigt ist. Die Winkel der Maske und des Lageinmusters zu den orthogonalen Achsen X und Vdes Tisches sind zur Illustration übertrieben dargestellt Die Lage 1 der hinteren Wafermarkierung 2a wird 4ann auf die vordere Maskenmarkierung 68 mit Hilfe dta vorde-

men wurden und die Maske so gedreht wurde, daß der

Winkel zwischen Maske und System innerhalb der er- 45 ren Ausrichtksnals ausgerichtet, um den Winkel θγ zwi-

forderten Toleranz auf 0 gesetzt wurde. Der erfindungs- sehen Maske und System zu bekommen (Schritt 2 und

gemäße Prozeß verhindert daher ein Weiterarbeiten mit einer Belichtung, bei der die Ausrichtung der Maske und des Wafers außerhalb einer gegebenen Toleranz liegen. Eine Ausrichtung in θ kann nach der Drehung geprüft werden durch Wiederholung des Prozesses, um festzustellen, ob 0 = 0 ist, und durch entsprechende Verstellung des Maskenschiebers, wenn das nicht der Fall ist.

Wenn Maske und Tisch im Winke! θ richtig ausgerichtet wurden, wird der Tisch auf die Stelle der ersten Belichtung bewegt (Schritt 6), z. B. nach den im Steuersystem 85 gespeicherten Koordinaten. Der Verschluß des Belichtungslampensystems wird dann zum Belichten des Fotoresistmaterials geöffnet Der Tisch wird dann auf jede zu belichtende Lage weiter schrittweise geschaltet basierend auf der bekannten Periödizität oder Größe des zu belichtenden Musters auf dem Wafer. Wenn für die Belichtung der ersten Stufe mehr als eine Maske zu benutzen ist, wird die Ausrichtroutine für jede nachfolgende Maske wiederholt um den Winkel θ zwischen Maske und System auf Null zu bringen.

Zur Belichtung eines nachfolgenden Maskenstufen- d'w — ]/(Χζ—;

4). Die Genauigkeit der Ausrichtungen wird geprüft durch Vergleich der bestimmten Strecke d'_m zwischen den Maskenausrichtmarkierungen mit der bekannten Strecke dm. Die Ausrichtungen werden bei Bedarf wiederholt, bis die Abstände innerhalb der gewählten Toleranzen übereinstimmen, wie es im Schritt 3 der F i g 7A gezeigt ist. Der Winkel 6_y zwischen Wafer und System wird dann so bestimmt wie es in den Schritten und 7 der F i g. 7A und 7B gezeigt ist indem man die vordere Wafermarkierung in der Lage 1 ausrichtet auf die vordere Maskenmarkierung, worin

ist Die Richtigkeit der Ausrichtung wird geprüft durch Überprüfung des bekannten Abstandes zwischen der Waferlagenausrichtmarkierung und dem Abstand, der bestimmt ist durch die Formel

wie es im Schritt 6 gezeigt ist. Die Ausrichtungen werden nach Bedarf wiederholt, bis d'_K gleich ist d_w innerhalb der gewählten Toleranz.

Der Winkel zwis-hen Maske und Wafer kann dann gleich 0 gemacht werden, basierend auf der Differenz zwischen der Maske zum System θ_γ und dem Wafer zum System ßy, wobei die Maske durch den Schieber so gedreht wird, daß der Winkel zwischen Maske und Wafer θ = 0 ist bei jeder gewählten Tolrenz. Das kann an diesem Punkt geschehen beispielsweise in dem Fall, in dem beide Seiten entweder auf hohe Genauigkeit bei Benutzung eines ΛΤ-Tisches mit starker Seitenbewegung oder zum Belichten von Prüflagen. Für die Schritt- und Wiederholungsbelichtung ergibt dieses auf der Ausrichtung einer Lage basierende Verfahren jedoch keine überlagerten Bilder, obwohl Maske und Wafer in θ_} ausgerichtet sind, weil Maske und Wafermuster nicht orthogonal zur Bewegung des ΛΎ-Tisches (siehe F i g. 8) sind, wenn nicht der Winkel zwischen Wafermuster und System gleich Null ist. Die richtigen Schrittkoordinaten lassen sich aus W_s θ_ν aufgrund der Abweichungen in der Rechtwinkligkeit des Systems nicht bestimmen. Das gilt besonders, wenn die Belichtung der Stufe A auf einer anderen Maschine erfolgte. Daher muß der Winkel θ_χ des Wafers zum System bestimmt werden, um die richtigen Schrittkoordinaten für jede Bei; :htungslage zu bestimmen. Auf diese Weise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren die Einflüsse sowohl der Ausrichtung des Wafers zum System als auch der Nicht-Rechtwinkligkeit der benutzten XY-Tische vermieden. Der Wafer wird somit weitergeschaltet zur Bewegung der vorderen Wafermarkierung auf eine zweite Lage auf dem Wafer in Ausrichtung mit der vorderen Maskenmarkierung, wie es im Schritt 8 der F i g. 7 B dargestellt ist. Der Winkel Θ, des Wafers zum System wird nach Darstellung in Schritt 10 der Fi g. 7 B bestimmt durch die Formel:

W θ_χ = Tan

\Y4-Yj

Die Richtigkeit der Ausrichtung wird dadurch geprüft, daß man die Periodizität der Lagemuster (d. h. den Abstand zwischen der vorderen Wafermarke der Lage 1 und der Lage 2PJ) kennt und dann diesen mit dem Abstand vergleicht, der nach Darstellung im Schritt 9 bestimmt wurde aus der Formel:

^X₄-XiY+ (Ya-YjY-

54 und ist gegeben durch die Formel:
Br = A_x+ R sin 8+ HdR sin Θ)

worin R der Abstand zwischen dem Stift 54 und dem Maskenmittelpunkt und θ der Winkel ist, um den die Maske gedreht wurde, um sie mit dem Wafer auszurichten. Der Ausdruck iARsmß) ist ein Korrekturausdruck und eine Funktion der Ungewißheit der Lage der Maske in den beiden Maskenmanipulatoren. Der Ausdruck wird für unbedeutend gehalten, weil θ normalerweise innerhalb des Bereiches von nur ± V₈" liegt und die Ungewißheit der Maskenlage klein ist Dementsprechend ist die X-Versetzung gleich

A_x +Run 0-C_x.

Die K-Versetzung ist gegeben durch die Formel: Ay-Cy weil die Verschiebung in Kdu/ch den kleinen Drehwinkel de minimus ist und der Korrekiurausdruck somit ausfällt

Die Versetzung läßt sich dann errechnen mit den Ausrichtdaten der Lage 1:

A_x

_X₂+X₁

~1~

40

50

Wenn das Ergebnis der Prüfung innerhalb der gewählten Toleranz liegt, wird die Maske gedreht, um die Differenz in der Rechtwinkligkeit zwischen der Maske und dem Wafermuster so zu korrigieren, daß der Winkel θ_γ der Maske zum System gleich ist dem Winkel 6_y des Wafers zum System, wie er in den Schritten 4 und 7 bestimmt wurde und wie es im Schritt. 10 gezeigt ist. Die Versetzung der Maske zum Wafermittelpunkt muß dann bestimmt werden, um das Maskenmuster quer auf die Waferlage zur Belichtung auszurichten (Schritt 12). Das erfolgt mit den in den Ausrichtungen der Lage 1 erhaltenen Daten, wo der Maskenmittelpunkt vor der Drehung = A kt. der Maskenmittelpunkt nach der Drehung - S und der Wafermittelpunkt gleich ist C.

Die X-Versetzung ist gleich B,-C_x in den Systcrnkoordinaten. B_x wird bestimmt durch die Verschiebung in X aufgrund der Drehung der Maske um den Drehpunkt Falls die Schiebebewegung nicht genau ist, beispielsweise aufgrund der Querbewegung um den Stift 54, können weitere Ausrichtungen ausgeführt werden nach der Drehung, bevor die Versetzung berechnet werden. Eine fünfte Ausrichtung wird an der Lage 2 vorgenommen, in der die vierte Ausrichtung der vorderen Wafermarke auf die vorderen Maskenmarke wiederholt wird, und dann folgt eine sechste Ausrichtung der vorderen Wafermarke auf die hintere Maskenmarke an der Lage 2. Damit ist die Bestimmung M, 6_y an der Lage 2 möglich, um festzustellen, ob M₅ Θ, — W, Θ, ist. Wenn das nicht der Fall ist, wird die Maske in die richtige Position gedreht, wie sie durch Wiederholung des fünften und sechsten Ausrichtschrittes in umgekehrter Reihenfolge geprüft ist. Es folgt eine siebente Ausrichtung des hinteren Wafers mit der hinteren Maske. Diese drei Ausrichtungen reproduzieren dieselben Schritte, die an der Lage 1 ausgeführt wurden, und die Mittelpunktsversetzungen von Maske und Wafer werden mit den Daten berechnet, die man in der zweiten Lage nach der Maskendrehung erhielt, so daß keine Fehler eingeführt werden die auf Fehler in der Sehiebebewegungsgenauigkeit zurückzuführen sind.

Das Gerät kann auch so verändert werden, daß die Maske um ihren Mittelpunkt und nicht um einen Punki neben der Maske gedreht wird. In diesem Falle isi R = O und die X-Versetzung ist gegeben durch A, — C-

Weiterhin ist eine automatische Drehung und/odei Querbewegung der Maske um einen kleinen zusätzli chen Betrag möglich, dessen Größe im Steuer-Systerr 85 gespeichert ist. Damit sind alle bekannten systemati

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

sehen Versetzungen berücksichtigt, die entweder auf das System oder den jeweiligen Maskensatz zurückzuführen sind.

Die Belichtung des Substrates in der Stufe Λ oder einer nachfolgenden Stufe kann mit mehr als einer Maske zur Belichtung verschiedener Lagen auf dem Wafer mit unterschiedlichen Mustern vorgenommen werden. In diesem Fall wird die erste Maske durch eine zweite Maske ersetzt Der hintere Wafer wird auf die hintere Maske und der hintere Wafer auf die vordere Maske ausgerichtet, um die zweite Maske winklig mit dem XY-Tisch auszurichten, wenn eine Belichtung der Stufe A vorliegt oder in nachfolgenden Stufen für den Wafer. Da der Winkel des Wafers zum System sich nicht ändert, braucht man keine zweite Lagenausrichtung. Die dritte is Ausrichtung der hinteren Wafermaske auf die hintere Maskenmarkierung wird ausgeführt und geprüft, und dann werden wie vor die X- und Y-Versetzungen berechnet

Bei Bedarf kann die erste Lagenausrichtung bei jeder 2ö Lage für jede Belichtung wiederholt werden. Das kann z. B. erwünscht sein, wenn ein λΎ-Tisch mit ungenügender Rechtwinkligkeit benutzt wird.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ausrichten von mit zwei Markierungen von bekanntem Abstand versehenen planaren Werkstücken, z. B. zum Ausrichten einer Maske zu einem X, Y-Werkstücktisch, wobei die Koordinaten der Markierungen abgetastet und daraus die Winkellage des Werkstücks in bezug auf ein vorgegebenes Achsenkreuz ermittelt wird, zur Herstellung von elektronischen Schaltungskomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten zweier Werkstücke zueinander, von denen eines transparent ausgebildet ist, das zweite Werkstück mit mindestens einer Markierung versehen und mit dieser auf die erste Markierung des ersten Werkstücks ausgerichtet und seine so ausgerichtete Lage (Xi, Yi) registriert wird, daß das zweite Werkstück sodann mit seiner Markierung auf die zweite Marf:i<3Oing des ersten Werkstücks ausgerichtet und seine so ausgerichtete Lage (X 2, Y 2) registriert wird, daß der so zurückgelegte Weg des zweiten Werkstücks aus den Koordinatenwertpaaren (Xi, YV.X2, Yl) ermittelt und gegebenenfalls mit der tatsächlichen Entfernung der Markierungen auf dem ersten Werkstück voneinander auf Zulässigkeit der Toleranz verglichen wird, und daß sodann das Werkstück um den daraus ermittelten Winkel gedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß aas zweite, mit gleichfalls zwei Markierungen von bekanntem Absta.-J versehene Werkstück mit seiner ersten Markierung auf die erste Markierung des ersten Werkstück i ausgerichtet und seine so ausgerichtete Lage (Xi, YX) registriert wird, daß das zweite Werkstück sodann mit seiner ersten Markierung auf die zweite Markierung des ersten Werkstücks ausgerichtet und seine so ausgerichte Lage (X2, Y2) registriert wird, daß der so zurückgelegte Weg des zweiten Werkstücks aus den Koordinaten wertpaaren (X 1, Yi; X 2, Y 2) ermittelt und gegebenenfalls mit der tatsächlichen Entfernung der Markierungen auf dem ersten Werkstück voneinander auf Zulässigkeit der Toleranz verglichen wird, daß sodann aus der Differenz der Koordinatenwertpaare(X2 — Xi; Y2— Yi)des vom zweiten Werkstück zurückgelegten Weges die Winkelposition des ersten Werkstücks in bezug auf die Y-Richtung des vom zweiten Werkstück zurückgelegten Weges ermittelt wird, sodann das zweite Werkstück zum ersten Werkstück mit seiner zweiten Markierung auf die zweite Markierung des ersten Werkstücks ausgerichtet und seine so ausgerichtete Lage (X3, Y3) registriert wird, daß der so zurückgelegte Weg entsprechend dem Abstand zwischen den Markierungen des zweiten Werkstücks ermittelt und gegebenenfalls mit der tatsächlichen Entfernung der Markierungen auf dem zweiten Werkstück voneinander auf Zulässigkeit der Toleranz verglichen wird, und daß sodann aus den ICoordinatenwertpaaren (X3-X2; Y3-Y2) die Winkelposition des zweiten Werkstücks in bezug auf die y-Richtung des vom zweiten Werkstück zurückgelegten Weges ermittelt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenn beim Vergleich der tatsächlichen Entfernung des durch das eine Werkstück zurückgelegten Weges mit der tatsächlichen Entfernung der Markierungen voneinander die zulässige Toleranz überschritten ist, die Ausrichtvorgänge jeweils aufeinanderfolgend so oft wiederholt werden, bis die vorgegebene Toleranzgrenze eingehalten Lst