DE3116634A1

DE3116634A1 - Device for automatically adjusting planar objects having two reference points, in particular in the production of semiconductor components

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Publication number: DE3116634A1
Application number: DE19813116634
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl.-Phys. Dr. 8031 Gröbenzell Cullmann; Eberhard Dipl.-Ing. Feick; Hans Fießer; Winfried Dr.-Ing. 8000 München Süss
Original assignee: SUESS KG KARL
Current assignee: SUESS KG KARL
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-04-27
Publication date: 1982-11-11

Abstract

The adjusting device permits the automatic positioning of a planar object having two reference points in its plane with respect to a desired position. For this purpose, two parallel light beams are brought into coincidence with the two reference points of the object by using detectors to measure the reflection or the diffraction of the light beam at the object and deriving a control signal from this in order in this way to control the movement of the object into the desired position. Provided for the purpose of preadjusting, of prescribing parameters and/or of monitoring the automatic adjustment, is a split-field microscope whose two beam paths can be brought into coincidence with the two beam paths for the automatic adjustment, at least in the region of the reference marks of the object. <IMAGE>

Description

Bei der Herstellung von elektrischen Halbleitern werdenUsed in the manufacture of electrical semiconductors

auf Kopiermasken befindliche, einander ähnliche Strukturen aufeinander abgebildet und kopiert. Dabei ist es wesentlich, daß Maske und Substrat (Wafer) während des Kopiervorganges zueinander ausgerichtet sind.Structures that are similar to one another and are located on copy masks pictured and copied. It is essential that the mask and substrate (wafer) are aligned with each other during the copying process.

Zu diesem Zweck ist beispielsweise aus der US-PS 4 211 489-eine mit einem Laser arbeitende Vorrichtung zum automatischen Justieren der Photomaske gegenüber dem Wafer bekannt. Für den Justiervorgang weisen die Photomaske und der Wafer jeweils zwei Bezugsmarkierungen auf, die durch gesteuerte Relativbewegung zwischen der Photomaske und dem Wafer zur Deckung gebracht werden Das hierfür erforderliche Steuersignal wird in der folgenden Weise abgeleitet. Der von dem Laser herrührende Laserstrahl wird in zwei zueinander parallele ~Bezugs strahlenbündel aufgeteilt, deren Abstand gleich dem der Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer sind. In der Soll-Stellung sind die beiden Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer in Deckung und befinden sich im Strahlengang der beiden zueinander parallelen Laserstrahlbündel. Befinden sich die Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer nicht in Deckung und/oder weichen vom Strahlengang der beiden Lichtstrahlenbündel ab, so werden aus dem reflektierten Licht Steuersignale für die Positionierung der Photomaske gegenüber dem Wafer abgeleitet, so daß man die gewünschte Soll-Stellung erhält Auf gabe der Erfindung ist es, bei einer derartigen automatischen Justiervorrichtung eine einfache und präzise Einrichtung vorzusehen, mit deren Hilfe eine Vorjustierung von Hand, eine Kontrolle der automatischen Justierung und/ oder eine Ermittlung der Soll-Parameter für die automatische Justierung vorgenommen werden können.For this purpose, for example, from US Pat. No. 4,211,489 one with a laser operating device for the automatic adjustment of the photomask opposite known to the wafer. For the adjustment process, the photomask and the wafer each have two reference marks, which are controlled by relative movement between the photomask and the wafer are brought into congruence. The control signal required for this is derived in the following way. The laser beam from the laser is divided into two parallel reference beams, the distance between them are the same as that of the fiducial marks on the photomask and the wafer. In the The target position is the two reference marks on the photomask and the wafer in cover and are in the beam path of the two parallel laser beams. If the fiducial marks on the photomask and the wafer are not in alignment and / or deviate from the beam path of the two light beam bundles, so are out the reflected light control signals for the positioning of the photomask opposite Derived from the wafer, so that the desired target position is obtained The invention is a simple one in such an automatic adjusting device and to provide precise equipment with the help of which a manual pre-adjustment, a check of the automatic adjustment and / or an investigation the target parameters for the automatic adjustment can be made.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein sogenanntes Splitfield-Mikroskop auf, dessen beide Strahlengänge zumindest im Bereich der Bezugsmarkierungen auf der Photomaske und dem Wafer mit den entsprechenden Strahlengängen der beiden Lichtstrahlenbündel zur Deckung gebracht werden können.To solve this problem, the device according to the preamble of claim 1 on a so-called splitfield microscope, the two beam paths of which at least in the area of the reference markings on the photomask and the wafer brought the corresponding beam paths of the two light beams to coincide can be.

Das Wesen der Erfindung besteht somit allgemein darin, ein sogenanntes Splitfield-Mikroskop mit einer automatischen Justiervorrichtung zu kombinieren, deren Bezugsposition durch zwei im wesentlichen parallele Lichtstrahlenbündel definiert wird, wobei durch geeignete optische Einrichtung die Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel mit den zugehörigen beiden Strahlengängen des Splitfield-Mikroskops zumindest in der Nähe der Bezugsmarkierungen des zu justierenden Objekts zur Deckung gebracht werden. In diesem Sinne ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf die hier näher beschriebene Justierung von Wafern und Photomasken bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen beschränkt.The essence of the invention is thus generally a so-called To combine a splitfield microscope with an automatic adjustment device, whose reference position is defined by two essentially parallel light beams is, the beam paths of the two light beam bundles by suitable optical device with the associated two beam paths of the splitfield microscope at least in brought to coincide with the vicinity of the reference marks of the object to be adjusted will. In this sense, the device according to the invention is not limited to the one here Adjustment of wafers and photomasks described in more detail in the production of Semiconductor components limited.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerordentlich kompakt aufgebaut und ermöglicht eine präzise Parametervorgabe und Überwachung der automatischen Justierung. Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, daß für die Betrachtung mit dem Splitfield-M#ikroskop die gleichen Bezugsmarkierungen auf dem zu justierenden Objekt wie für den automatischen Justiervorgang ausgenutzt werden können und somit Positionierungsfehler aufgrund verschiedener Bezugspunkte bei den beiden Justiervorgängen vermieden werden. Auch ist keine Relativbewegung zwischen der Justiervorrichtung und dem Objekt beim Übergang vom Justieren mit dem Splitfield-Mikroskop zum automatischen Justieren oder umgekehrt erforderlich, da die Strahlengänge in Bereich der Bezugsmarkie- rungen auf dem Objekt in beiden Fällen übereinstimmen; vielmehr muß lediglich der Objektivschuh des Mikroskops in den Laserstrahlengang hinein-(eventuell mit einem einfachen Positionierungsanschlag) bzw. aus diesem herausgeschwenkt werden. Positionierungsfehler aufgrund ungenauer-Bewegungsabläufe zwischen den beiden Justiervorgängen wèrden dadurch vermieden.The device according to the invention is extremely compact and enables precise parameter specification and monitoring of the automatic adjustment. It is to be regarded as particularly advantageous that for viewing with the splitfield microscope the same reference marks on the object to be adjusted as for the automatic one Adjustment process can be used and thus positioning errors due to different reference points can be avoided during the two adjustment processes. Even is no relative movement between the adjustment device and the object during the transition from adjustment with the splitfield microscope to automatic adjustment or vice versa required because the beam paths in the area of the reference mark struggles match on the object in both cases; rather, only the lens shoe must of the microscope into the laser beam path (possibly with a simple positioning stop) or be pivoted out of this. Positioning errors due to imprecise motion sequences between the two adjustment processes are avoided.

Vorzugsweise sind die Abstände der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbünden und/oder des Splitfield-Mikroskops verstellbar, wobei dieser Verstellvorgang erfindungsgemäß gekoppelt, d.h. gemeinsam erfolgt, so daß bei einer erforderlich werdenden Verstellung des Abstandes aufgrund eines anderen Abstandes der Bezugsmarkierungen auf dem Objekt durch ein einziges Nachstellen sowohl das Splitfield-Mikroskop als auch die Lichtstrahlenbündel für das automatische Justieren gemeinsam auf den neuen Wert eingestellt werden.The distances between the beam paths of the two light beam bundles are preferably and / or the splitfield microscope adjustable, this adjusting process according to the invention coupled, i.e. carried out together, so that when an adjustment becomes necessary the distance due to a different distance between the reference marks on the object through a single readjustment both the splitfield microscope and the light beam can be set to the new value together for automatic adjustment.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich ferner aus den Unteransprüchen sowie aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung.Advantageous further developments result from the subclaims and from the following description of an exemplary embodiment with reference to FIG the drawing.

ws zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnittene schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Justiervorrichtung und Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1.FIG. 1 shows a partially sectioned schematic front view the adjusting device according to the invention and FIG. 2 is a partially sectioned Side view of the device according to FIG. 1.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist auf einem Objekttisch 1 ein Substrat oder Wafer 2 befestigt, über dem planparallel eine Maske 3 angeordnet ist. Sowohl die Maske 3 als auch das Substrat 2 weisen jeweils mindestens zwei einander entsprechende Bezugsmarkierungen 3a bzw. 2a von einigen Zehntel mm Kantenlänge auf. Beispiele für derartige Bezugsmarkierungen sind in der US-PS 4 211 489 beschrieben; so können etwa die beiden Bezugsmarkierungen 2a auf dem Substrat 2 den diagonal unterteilten Beugungsgittern auf dem Wafer und die Bezugsmarkierungen 3a der Maske 3 den beiden lichtundurchlässigen Richtmarken auf der Maske bei der US-PS entsprechen.In the embodiment shown, 1 a substrate or wafer 2 is attached, over which a mask 3 is arranged plane-parallel is. Both the mask 3 and the substrate 2 each have at least two of them facing one another corresponding reference markings 3a or 2a with an edge length of a few tenths of a mm. Examples of such fiducial marks are described in U.S. Patent 4,211,489; for example, the two reference marks 2a on the substrate 2 can be diagonal subdivided diffraction gratings on the wafer and the fiducial marks 3a of the mask 3 the two opaque alignment marks on the mask at the US PS conform.

Die automatische Justierung erfolgt mit Hilfe eines Lasers 4, dessen geeignet kollimiertes Laserstrahlenbündel 5 in einem Teilerprisma 6 in zwei zueinander parallele (Teil)-Lichtstrahlenbündel 7, 7' aufgespalten wird, die schließlich über Ablenkprismen 8 bzw. 8' so zueinander parallel abgelenkt werden, daß sie etwa senkrecht auf der aus Maske 3 und Wafer 2 bestehenden Kombination auftreffen.The automatic adjustment takes place with the help of a laser 4, whose appropriately collimated laser beam 5 in a splitter prism 6 in two to each other parallel (partial) light beam 7, 7 'is split, which finally over Deflection prisms 8 and 8 'are deflected parallel to one another so that they are approximately perpendicular impinge on the combination consisting of mask 3 and wafer 2.

Das Teilerprisma 6 sowie die beiden Ablenkprismen 8 befinden sich auf einem Prismenschlitten 9, auf dem mit Hilfe von Stellschrauben 10 bzw. 10' die beiden Ablenkprismen 8 bzw. 8' (in der Zeichnung) horizontal so verschoben werden können, daß der Abstand der beiden austretenden Lichtstrahlenbündel 7 bzw. 7' voneinander gleich dem Sollabstand zwischen den Bezugsmarkierungen 2a, 3a einerseits und 2a', 3a' andererseits entsprechen.The splitter prism 6 and the two deflecting prisms 8 are located on a prism slide 9, on which with the help of adjusting screws 10 and 10 'the both deflection prisms 8 and 8 '(in the drawing) are moved horizontally can that the distance between the two exiting light beams 7 and 7 'from each other equal to the target distance between the reference marks 2a, 3a on the one hand and 2a ', 3a 'on the other hand.

Zum automatischen Justieren kann beispielsweise die Maske 3 in ihrer Ebene linear verschoben (was durch den Doppelpfeil angedeutet ist) und/oder um eine hierzu senkrechte Achse gedreht werden. Diese Bewegung erfolgt mit Hilfe einer nicht dargestellten automatischen Steuerung, wie sie etwa in der US-PS 4 211 489 erläutert ist. Zu diesem Zweck sind in den Gehäusen für die Ablenkprismen 8, 8' konzentrisch zu den Lichtstrahlenbündeln 7 bzw 7' jeweils mehrere Detektoren 11 bzw. 11' kreisförmig angeordnet, mit deren Ausgangssignalen die Bewegung der Maske 3 aufgrund der durch die Bezugsmarkierungen 2a, 3a bzw. 2a', 3a' erzeugten Beugungsmuster gesteuert wird. Zur Kolltierung des Strahlengangs können ferner unmittelbar vor der Maske 3 Blenden 12 bzw. 12' vorgesehen sein.For example, the mask 3 in its Level shifted linearly (which is indicated by the double arrow) and / or by one this vertical axis can be rotated. This movement is done with the help of a no automatic control shown in, for example, US Pat. No. 4,211,489 is. For this purpose, the housings for the deflecting prisms 8, 8 'are concentric a plurality of detectors 11 and 11 'are circular in relation to the bundles of light rays 7 and 7' arranged, with the output signals the movement of the mask 3 due to the through the reference marks 2a, 3a or 2a ', 3a' generated diffraction pattern is controlled. In order to collate the beam path, 3 diaphragms can also be used immediately in front of the mask 12 or 12 'may be provided.

Gemäß Fig. 2 ist vor dem Prismenschlitten 9 ein Splitfield-Mikroskop 13 angeordnet, das mit Hilfe einer Halterung 14 am Gehäuse 15 der Vorrichtung befestigt ist. Das Splitfield-Mikroskop 13 weist bekanntlich zwei voneinander unabhängige Strahlengänge auf, von denen der eine Strahlengang 16 zwischen dem einen Okular 17 und dem dazugehörigen Objektiv 18 strichpunktiert eingezeichnet ist. Am Austrittsende des Objektivs 18 ist ein Objektivschuh 19 mit zwei Ablenkprismen 20, 21 befestigt, so daß der Strahlengang 16 zwischen dem Ablenkprisma 21 und dem Wafer 2 mit dem zugehörigen Lichtstrahlenbündel 7 nach dem Ablenkprisma 8 zur Deckung gebracht werden kann. Entsprechendes gilt für den zweiten Strahlengang des Splitfield-Mikroskops 13, der mit dem Strahlengang des Lichtstrahlenbündels 7' nach dem Ablenkprisma 8' zur Deckung gebracht werden kann, so daß man mit Hilfe des Splitfield-Mikroskops 13 die Relativlage von Maske 3 und Wafer 2 zum Strahlengang der Lichtstrahlenbündel 7 und 7' direkt überprüfen'kann'# Während des automatischen Justiervorgangs mit Hilfe der Lichtstrahlenbündel 7 und 7' vom Laser 4 wird der Objektivschuh 19 aus dem Strahlengang der Lichtstrahlenbündel 7, 7' herausgeschwenkt, d.h. das Ablenkprisma 21 befindet sich nicht mehr im Strahlengang zwischen dem Prismenschlitten 9 und der Maske-Wafer-Kombination.According to FIG. 2, a split-field microscope is in front of the prism slide 9 13 arranged, which is fastened with the aid of a bracket 14 on the housing 15 of the device is. As is known, the splitfield microscope 13 has two mutually independent Beam paths, of which one beam path 16 between the one eyepiece 17 and the associated lens 18 is shown in phantom. At the exit end the objective 18 is attached to an objective shoe 19 with two deflecting prisms 20, 21, so that the beam path 16 between the deflecting prism 21 and the wafer 2 with the associated light beam 7 are brought to cover after the deflecting prism 8 can. The same applies to the second beam path of the split-field microscope 13, which with the beam path of the light beam 7 'after the deflecting prism 8' can be made to coincide so that one can use the splitfield microscope 13 shows the relative position of mask 3 and wafer 2 to the beam path of the light beam 7 and 7 'can' check directly # during the automatic adjustment process with With the help of the light beams 7 and 7 'from the laser 4, the lens shoe 19 is removed the beam path of the light beam 7, 7 'pivoted out, i.e. the deflecting prism 21 is no longer in the beam path between the prism slide 9 and the mask-wafer combination.

Die Verstellung der beiden Ablenkprismen 8 und 8' im Prismenschlitten mit Hilfe der Stellschrauben 10 bzw. 10' kann unmittelbar mit der nicht dargestellten Verstelleinrichtung für den Abstand der beiden Objektive des Splitfield-Mikroskops 13 gekoppelt sein, so daß die Einstellung auf den Abstand der Bezugsmarkierungen nur einmal vorgenommen werden muß.The adjustment of the two deflecting prisms 8 and 8 'in the prism slide with the help of the adjusting screws 10 or 10 'can directly with the not shown Adjustment device for the distance between the two objectives of the splitfield microscope 13 be coupled so that the setting is based on the spacing of the reference marks only needs to be done once.

Gemäß Figur 2 ist der Laser 4 mit horizontaler Achse oberhalb des Gehäuses 15 in einem Laserhaus 22 angeordnet, und das aus dem Laser 4 austretende Lichtstrahlenbündel wird über ein Ablenkprisma 23 nach unten in das Teilerprisma 6 abgelenkt. Durch diese Anordnung erhält man einen sehr kompakten Aufbau.According to Figure 2, the laser 4 is with a horizontal axis above the Housing 15 arranged in a laser house 22, and that from the laser 4 exiting light beam is via a deflecting prism 23 down into the Divider prism 6 deflected. This arrangement gives a very compact one Construction.

Claims

Vorrichtung zum automatischen Justieren von ebenen Gegenständen mit zwei Bezugspunkten, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen Patentansprüche Vorrichtung zum automatischen Justieren von zwei Bezugspunkte (2a, 2a'; 3a, 3a') aufweisenden ebenen Objekten (2, 3) gegenüber einer durch zwei im wesentlichen parallelen Iiichtstrahlenbündeln (7, 7') definierten Bezugsposition, die durch gesteuerte'Querverschiebung gegenüber dem Objekt (2, 3) mit dessen Bezugspunkten (2a, 2a'; 3a, 3a') zur Deckung gebracht werden, insbe-sondere zur Herstellung von Halbleiterbauelementen, g e k e n n z e i c h n e t durch ein Splitfield-Mikroskop (13), dessen beide Strahlengänge (16) zumindest im Bereich der Bezugspunkte (2a, 2a'; 3a, 3a') mit dem entsprechenden Strahlengang der beiden I.ichtstrahlenbündel (7, 7') zur Deckung bringbar ist.Device for the automatic adjustment of flat objects with two reference points, especially in the manufacture of semiconductor components Claims device for the automatic adjustment of two reference points (2a, 2a '; 3a, 3a ') having flat objects (2, 3) compared to one by two im essentially parallel light beam bundles (7, 7 ') defined reference position, the controlled transverse displacement with respect to the object (2, 3) with its reference points (2a, 2a '; 3a, 3a') are made to coincide, in particular for the production of Semiconductor components not marked by a splitfield microscope (13), the two beam paths (16) of which at least in the area of the reference points (2a, 2a '; 3a, 3a ') with the corresponding beam path of the two light beam bundles (7, 7 ') can be brought to cover.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS die beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') und die Strahlengänge (16) des Splitfield-Mikroskops (13) senkrecht auf. dem ebenen Objekt (2, 3) auftreffen.2. Device according to claim 1, characterized in that the two Light beam (7, 7 ') and the beam paths (16) of the splitfield microscope (13) vertically. hit the flat object (2, 3).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') verstellbar ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the distance between the beam paths of the two light beams (7, 7 ') is adjustable is.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstrahlenbündel (7, 7') durc#h Teilung eines Laserstrahlbündels (5) gebildet werden.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the light beam (7, 7 ') by splitting a laser beam (5) are formed.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein den Laserstrahl (5) aufspaltendes Teilerprisma (6).-5. Apparatus according to claim 4, characterized by the laser beam (5) splitting splitter prism (6).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgespaltene Laserstrahl durch zwei Ablenkprismen (8 bzw. 8') in zueinander parallele Lichtstrahlenbündel (7, 7') abgelenkt wird.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized characterized in that the split laser beam passes through two deflecting prisms (8 resp. 8 ') is deflected into parallel light beams (7, 7').

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abstand der beiden Ablenkprismen (8, 8') gleich dem der Bezugspunkte (2a, 2a'~ 3a, 3a') auf dem zu positionierenden Gegenstand (2, 3) ist.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the optical Distance between the two deflecting prisms (8, 8 ') equal to that of the reference points (2a, 2a' ~ 3a, 3a ') on the object (2, 3) to be positioned.

3. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Abstand der beiden Ablenkprismen (8, 8') verstellbar ist.3. Apparatus according to claim 6 or 7, characterized in that the optical distance between the two deflecting prisms (8, 8 ') is adjustable.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') und der Abstand der beiden Strahlengänge des Splitfield-Mikroskops (13) gemeinsam verstellbar ist.9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that that the distance between the beam paths of the two light beams (7, 7 ') and the The distance between the two beam paths of the splitfield microscope (13) can be adjusted together is.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen in die Strahlengänge der beiden Lichtstrahlenbündel (7, 7') schwenkbaren Objektivschuh (19) an den Objektiven (18) des Splitfield-Mikroskops (13).10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized by an objective shoe which can be pivoted into the beam paths of the two light beams (7, 7 ') (19) on the objectives (18) of the splitfield microscope (13).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektivschuh (19) für jeden Strahlengang jeweils zwei Prismen (20, 21) zum Parallelversatz des Strahlenganges des Splitfield-Mikroskops in den Strahlengang der Lichtstrahlenbündel (7 bzw. 7') aufweist.11. The device according to claim 10, characterized in that the Lens shoe (19) for each beam path two prisms (20, 21) for parallel offset of the beam path of the splitfield microscope into the beam path of the light beam (7 or 7 ').