DE3228806C2 - Belichtungseinrichtung mit Ausrichteinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die kürzliche Entwicklung der Halbleiterplättchen zu größerem Format hin und der Schaltungsmuster zu einer feineren Gestaltung hin haben verschiedenerlei Probleme aktuell gemacht, die bei einer herkömmlichen Belichtungseinrichtung nicht ausgeprägt waren.

Zu diesen Problemen zählen beispielsweise das Problem der sich aus der Umgebungstemperatur ergebenden Wärmeausdehnung des Halbleiter­ plättchens, das Problem der Spannungsbelastung bzw. Verformung des Halbleiterplättchens, die sich aus der chemischen Behandlung des Halbleiterplättchens bei der Halbleiterherstellung ergibt, und das Problem kleinster Verformungen des übertragenen Musters, die sich aus Eigenschaften des eingesetzten Belichtungsgerätes ergeben. So bald das Herstellungsverfahren beschleunigt wurde oder zu einer höheren Integration der elektronischen Schaltungen das Schaltungs­ muster feiner ausgeführt wurde, wurden diese Probleme schwer­ wiegender. Von den verschiedenartigen Halbleiterplättchen-Belich­ tungsverfahren ist das Verfahren des schrittweisen Fortschaltens und Wiederholens der Belichtung zum Lösen der vorstehend genannten Probleme geeignet, wobei eine Fortschalteinrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens die folgenden Vorteile hat:

• 1) Die Anwendung eines Verkleinerungs-Abbildungssystems macht es leichter, ein Objektiv mit hohem Auflösungsvermögen zu entwerfen.
• 2) Das Haltleiterplättchen wird unter Aufteilung in Abschnitte be­ lichtet, wodurch die Beeinflussung des allgemeinen Spannungszu­ standes des Halbleiterplättchens beträchtlich vermindert werden kann.
• 3) Der Einsatz eines Verkleinerungssystems als Projektionsobjektiv macht dieses gegenüber einer Beeinflussung durch Staub an der Maskenseite weniger empfindlich.

Das System der Fortschalteinrichtung bzw. der Einrichtung zum stu­ fenweisen Versetzen kann allgemein in Abhängigkeit von dem System der Lageausrichtung, nämlich der Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen in ein außeraxiales Verfahren und ein soge­ nanntes TTL-Verfahren mit einer Messung durch das Objektiv hindurch eingeteilt werden. Das außeraxiale Verfahren ist ein Verfahren, bei dem zusätzlich zu einem Projektionsobjektiv ein Ausrichtmikroskop vorgesehen ist, dessen Lage in bezug auf das Projektionsobjektiv im voraus bekannt ist und das zur Lageausrichtung des Halbleiter­ plättchens eingesetzt wird. Das Halbleiterplättchen wird nach dem Ausrichten mit einer hohen Genauigkeit um eine vorbestimmte Strecke versetzt, wonach dieser Zustand des Halbleiterplättchens als eine Bewegung der Maske angesehen wird. Dieses Verfahren ist streng genommen ein indirektes Anpassungsverfahren, wodurch es die Unzu­ länglichkeit hat, daß Fehler hervorgerufen werden können und daß es schwierig ist, Zufallskomponenten (zufälligen örtlichen Vertei­ lungen) der Spannungsbelastung des Halbleiterplättchens Rechnung zu tragen.

Andererseits ist das TTL-Verfahren ein Verfahren, bei dem für das Ausrichten der Ausrichtungszustand der Maske und des Halbleiter­ plättchens über ein Abbildungsobjektiv beobachtet wird. Das TTL-Ver­ fahren ist dem außeraxialen Verfahren insofern überlegen, als keine Notwendigkeit zur Festlegung einer Bezugslage zusätzlich zu derje­ nigen des Abbildungsobjektives besteht, wie es bei dem außeraxialen Verfahren erfolgt.

Ein großer Vorteil bei der Fortschalteinrichtung besteht darin, daß das Ausrichten bezüglich eines jeden Abschnittes des Halbleiter­ plättchens erfolgt und optimiert wird, um dadurch die Ausrichtge­ nauigkeit zu steigern. Das TTL-Verfahren hat auch einen Vorteil darin, daß für jede Belichtung der Ausrichtungszustand über das Ab­ bildungsobjektiv festgestellt werden kann, was das Gewährleisten der gesamten Ausrichtgenauigkeit ermöglicht.

Bei dem TTL-Verfahren hat jedoch das Projektionsobjektiv Farbabbil­ dungsfehler, so daß die Maske nur bei der Druck-Wellenlänge scharf auf dem Halbleiterplättchen abgebildet ist, während bei anderen Wellenlängen die Maske nicht scharf auf dem Halbleiterplättchen ab­ gebildet ist. Um es zu ermöglichen, die Maske auch bei den anderen Wellenlängen scharf auf dem Halbleiterplättchen abzubilden, ist es bekannt, einen Teil des Projektionsobjektives auszutauschen oder eine zusätzliche Linse einzufügen. Diese Verfahren haben den Vor­ teil, daß Licht eingesetzt werden kann, welches den Fotolack nicht sensibilisiert, während sie den Nachteil haben, daß die sich aus dem Umstellen des Projektionsobjektives oder dem Hinzufügen einer Linse ergebende Vibration wieder eine Fehlausrichtung verursachen kann.

Eine gattungsgemäße Belichtungseinrichtung ist aus der US-PS 4 251 129 bekannt. Bei dieser bekannten Belichtungseinrichtung wird das Bild einer Ausrichtmarkierung eines ersten Körpers mittels eines optischen Projektionssystems auf einen Be­ reich eines zweiten Körpers projiziert. In dem Projektions­ strahlengang ist eine λ/4Phasenplatte angeordnet, die die Trennung des von dem ersten Körper reflektierten Lichts von reflektiertem Licht des zweiten Körpers ermöglicht. Über eine Markierungs-Erfassungsvorrichtung werden dann die beiden Körper aufeinander ausgerichtet. Im Anschluß daran erfolgt die Projektion eines auf dem ersten Körper befindlichen Musterbereichs zum Ausbilden eines Bildes auf den zweiten Körper. Bei einer solchen Belichtung, kommt es darauf an, sehr feine Strukturen sehr genau zu übertragen, um ein sehr exaktes Bild des Musters auf dem zweiten Körper zu ergeben. Es bereitet Schwierigkeiten, sehr feine Strukturen, wie sie z. B. im Zuge der Minia­ turisierung von Halbleiterschaltungen immer häufiger vor­ kommen, exakt abzubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungs­ einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs derart weiterzubilden, daß eine sehr genaue Abbildung des Musters auf dem zweiten Körper gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnen­ den Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmalen gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines optischen Systems als besonderes Ausführungsbeispiel der Be­ lichtungseinrichtung;

Fig. 2A ist eine Draufsicht auf eine Maske nach dem Stand der Technik;

Fig. 2B ist eine Draufsicht auf eine Maske bei der Belichtungs­ einrichtung;

Fig. 2C ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen;

Fig. 3 ist eine bildhafte perspektivische Ansicht eines Be­ lichtungsgerätes.

Die Fig. 1 zeigt ein optisches System, das in einem in Fig. 3 ge­ zeigten Belichtungsgerät enthalten ist. Ein Netzmuster bzw. eine Maske 1 nach Fig. 1 ist gemäß der Darstellung in Fig. 2A mit ei­ nem elektronischen Schaltungsmuster CP und Markierungen AM für das Ausrichten versehen. Auf der Oberfläche eines Halbleiterplättchens 3 ist eine fotoempfindliche Schicht aufgebracht. Ein Verkleine­ rungs-Projektionsobjektiv 2 ist derart ausgelegt, daß es sowohl be­ züglich der Richtung zur Maske als auch bezüglich der Richtung zum Halbleiterplättchen 3 ein telezentrisches System ist. Das heißt, ein von dem Projektionsobjektiv 2 ausgehender Hauptstrahl fällt senkrecht auf das Halbleiterplättchen 3 sowie auch senkrecht auf die Maske 1.

Die Maske 1 und das Halbleiterplättchen 3 sind in bezug aufeinander über das Projektionsobjektiv 2 optisch konjugiert, so daß über das Projektionsobjektiv 2 die Maske 1 auf dem Halbleiterplättchen 3 ab­ gebildet wird. Die Maske wird auf eine (nicht gezeigte) Maskenbühne aufgelegt und zur Erfüllung einer vorbestimmten Bedingung im voraus der folgenden Ausrichtung unterzogen: Die Maske ist mit Ausgangs­ stellungs-Einstellmarkierungen SM (Fig. 2A) versehen und die Ein­ stellung der Maske wird dadurch vorgenommen, daß diese Markierungen mit an dem Gerätehauptteil angebrachten Markierungen in Überein­ stimmung gebracht werden. Der Anpassungsvorgang erfolgt mittels einer nicht gezeigten Maskenstellbühne, wobei zur Erfassung des Ausmaßes der Verstellung ein Ausrichtungs-Beobachtungssystem ver­ wendet wird, das so angebracht ist, daß von oben auf die Maskenbühne geschaut wird. Bei dem System der Belichtungseinrichtung werden Ab­ weichungen zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen direkt ge­ messen, so daß daher die Lageeinstellung der Maske nicht so schwer­ wiegend wie bei dem vorangehend beschriebenen außeraxialen System ist. Die Maskeneinstellmarkierungen an dem Gerätehauptteil werden so gewählt, daß sie mit einer X-Achse und einer Y-Achse übereinstim­ men, die Fortschaltachsen einer Plättchenbühne 4 sind, welche das Halbleiterplättchen schrittweise bewegt. Daher sind zu einem Zeit­ punkt, an dem die Einstellung der Maske abgeschlossen ist, die X- Achse und die Y-Achse der Maske sehr genau parallel zu der X-Achse bzw. der Y-Achse der Plättchenbühne. Diese Genauigkeit steht in engem Zusammenhang mit dem Ausmaß einer Ausrichtungskorrektur, die vorzunehmen ist, wenn das Halbleiterplättchen um einen Schritt zu einer nächsten Belichtungsstellung versetzt wird. Die Einstellungs­ marken der Maske sind derart beschaffen, daß sie unabhängig von dem Schaltungsmuster auf der Maske gewählt werden können, jedoch ist ihre Lage vorgegeben, da die Lage der entsprechenden Markierun­ gen an dem Gerät festgelegt ist. Wenn das Ausrichten der Maske vor­ zunehmen ist, wird das Objektiv des Ausrichtungs-Betrachtungssystems bzw. -Mikroskops zu einer der Markierung entsprechenden Stelle be­ wegt und die Markierung fotoelektrisch erfaßt. Diese Erfassungsein­ richtung kann gemeinschaftlich für eine noch zu beschreibende Masken/ Halbleiter-Anpassungseinrichtung verwendet werden.

Nachdem das Einstellen der Maske abgeschlossen wurde, sind die Vor­ gänge der Lageeinstellung in bezug auf das vorliegende Halbleiter­ plättchen und des Belichtens auszuführen.

Wie schon ausgeführt wurde, beinhaltet andererseits das TTL-Verfah­ ren das Problem hinsichtlich des Farbabbildungsfehlers des Projek­ tionsobjektives und das Problem hinsichtlich der für den Betriebs­ vorgang erforderlichen Zeit. Bei einem Gerät, bei dem wie bei der Fortschalteinrichtung eine Feinausrichtung notwendig ist, ist es daher vorzuziehen, den Zustand der Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen mit Hilfe von Licht der Druck-Wellen­ länge oder einer derselben sehr naheliegenden Wellenlänge dadurch zu beobachten, daß in direkter Weise das optische Projektionssystem selbst ohne Einfügen irgendeiner zusätzlichen Linse oder dergleichen herangezogen wird. Gemäß diesem Grundgedanken wurde bisher die foto­ elektrische Erfassung unter Einsatz einer Quecksilberlampe als Licht­ quelle vorgenommen. Bekanntermaßen ist das Halbleiterplättchen je­ doch ein das Licht reflektierendes Objekt, so daß daher bei dem her­ kömmlichen Hellfeld-Erfassungsverfahren der Fall auftritt, daß kein ausreichender Kontrast erzielbar ist. Als Lösung dieses Problems gibt es ein in Dunkelfeld-Beleuchtung ausgeführtes Erfassungsverfahren, bei dem der Kontrast auf optische Weise gesteigert wird, jedoch ist bei einem System, bei dem das Licht aus der Quecksilberlampe mittels einer Anzahl von Lichtleitern geführt wird, die Helligkeit unzurei­ chend.

Ein fotoelektrisches Erfassungssystem, bei dem das Problem der un­ zureichenden Lichtmenge gelöst ist und das eine Dunkelfeld-Erfassung ermöglicht, ist beispielsweise in der JP-OS Nr. 132851/1977 (US-PS 4 199 219) beschrieben. Dieses System ist auf einen Laser ausgerichtet, der als Lichtquelle hohe Helligkeit liefern kann, wo­ bei eine Objektoberfläche mit einem Laserstrahl überstrichen wird. Normalerweise wird als Laser ein He-Ne-Laser eingesetzt, der ge­ wöhnlich eine Schwingungs-Wellenlänge von 632,8 nm hat.

Bei dem System gemäß dem Ausführungsbeispiel der Belichtungsein­ richtung wird das optische Projektionssystem für die G-Linie (436 nm) oder die G-Linie und die H-Linie (405 nm) korrigiert. Die Schwingungs-Wellenlänge 632,8 nm des He-Ne-Lasers ist unge­ eignet, da sie einen zu großen Farbabbildungsfehler hervorruft. Demgemäß wird bei der Belichtungseinrichtung ein He-Cd-Laser mit einer Wellenlänge von 441,6 nm eingesetzt, die der G-Linie nahe­ liegt. Da das Projektionsobjektiv für diese Wellenlänge in der Nähe der G-Linie korrigiert ist, ist das Ausmaß der bei der Wellen­ länge 441,6 nm hervorgerufenen Abbildungsfehler gering, so daß festgestellt wurde, daß das Projektionsobjektiv die höchste Lei­ stung zeigt und eine Verschlechterung des Bildes kaum wahrnehmbar ist. Demnach ergibt sich durch das Einsetzen des He-Cd-Lasers bei der Belichtungseinrichtung die Möglichkeit, in der Fortschaltein­ richtung das bei der herkömmlichen Einrichtung verwendete optische Laserabtastungssystem einzusetzen.

Das optische Projektionssystem nach Fig. 1 hat ein zusätzliches Merkmal darin, daß es sowohl an der Seite der Maske als auch an der Seite des Halbleiterplättchens telezentrisch ist. Da der Hauptstrahl senkrecht zur Maske steht, ist, gleich wie die Maske eingestellt werden mag, das Objektiv des Ausrichtungs-Mikroskops in genau der gleichen Lage. Die meisten bekannten optischen Projektionssysteme sind zur Maske zu nicht telezentrisch, so daß demnach bei einem Wechsel der Stelle der Betrachtung der Maske sich die Richtung des auf das Objektiv des Ausrichtungs-Mikroskops fallenden Hauptstrahls ändert und sich die Richtung des von dem Halbleiterplättchen zurück­ geworfenen Lichtes ändert. Dies hat zu dem Nachteil geführt, daß das Ausrichtungs-Mikroskop auf eine bestimmte Stelle der Maske ein­ gestellt werden muß und das Ausrichten nur an dieser Stelle vorge­ nommen werden kann. Die Stellen, an die die Paßmarkierungen gesetzt werden, werden unabhängig von der Größe des auf die Maske aufge­ brachten Schaltungsmusters festgelegt, so daß daher der Ausrichtungs­ vorgang gemäß den nachstehenden Ausführungen kompliziert wird: In der Fig. 2C, die das Halbleiterplättchen zeigt, sind L und L′ An­ reißlinien für das Zertrennen des Halbleiterplättchens in Blöcke. Während die Stellen festgelegt sind, an denen die Paßmarkierungen der Maske angebracht sind, ist es erwünscht, die Paßmarkierungen des Halbleiterplättchens an diesen Linien anzubringen. Selbst wenn folglich die Lageeinstellung an einer vorbestimmten Stelle ausge­ führt wird, kommen lediglich die Paßmarkierungen der Maske und des Halbleiterplättchens in Übereinstimmung, während das schon auf das Halbleiterplättchen übertragene Muster nicht mit dem Muster auf der Maske übereinstimmt. Der Abstand zwischen der Mitte der Paßmarkie­ rungen AM der Maske nach Fig. 2A und der Mitte des Schaltungsmusters unterscheidet sich im allgemeinen von dem Abstand zwischen der Mitte der Paßmarkierungen des Halbleiterplättchens und der Mitte des Schaltungsmusters, auch wenn diese Abstände gemäß der Vergrößerung des Projektionssystems umgesetzt werden. Diese Abweichung hat ein vorbekanntes Ausmaß, so daß daher bei dem herkömmlichen System die Ausrichtung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen nicht ab­ geschlossen ist, bevor nicht das Halbleiterplättchen um eine vorge­ gebene Strecke mit einer Genauigkeit von 0,1 um bewegt wurde, nach­ dem die Paßmarkierungen miteinander in Übereinstimmung gekommen sind. Demgemäß muß bei dem herkömmlichen Verfahren, nachdem die Paßmar­ kierungen in Obereinstimmung gekommen sind, unvermeidbar auf einen Arbeitsgang zurückgegriffen werden, der von der Bewegungsgenauig­ keit einer Bühne abhängt, wobei ein Laser-Interferometer oder der­ gleichen eingesetzt wird, was nicht nur zu einem komplizierten Ar­ beitsgang, sondern auch zu einem großen Zeitverlust führt, wobei an den komplizierten Aufbau und die hohe Genauigkeit der Einrichtung so­ wie auch die Einstellung der Umgebung hohe Anforderungen gestellt sind. Wie vorangehend ausgeführt wurde, ist dies dem Umstand zuzu­ schreiben, daß die der Maske zugewandte Seite des Projektionsob­ jektives nicht telezentrisch ist, wodurch gemäß der vorangehenden Beschreibung die Stellen eingeschränkt sind, an die die Paßmarkie­ rungen gesetzt werden können.

Wie aus der JP-OS 11704/1979 (US-PS 3 794 421) ersichtlich ist, ist hinsichtlich des Problems der Betrachtung des Halbleiterplättchens und der mit der Defokussierung zusammenhängenden Stabilität der Bild­ größe der Gedanke bekannt, die dem Halbleiterplättchen zugewandte Seite telezentrisch zu machen. Bei dem Ausführungsbeispiel der Be­ lichtungseinrichtung ist auch die der Maske zugewandte Seite tele­ zentrisch ausgeführt, wodurch die Beschränkung hinsichtlich der Stelle des Anbringens der Paßmarkierung aufgehoben ist. Daher können die Ausrichtungs- bzw. Paßmarkierungen AM an irgendwelchen beliebi­ gen Stellen der Maske angeordnet und beispielsweise an Stellen ange­ ordnet werden, die an das Schaltungsmuster der Maske angrenzend (Fig. 2B) den Anreißlinien entsprechen. Ein optisches System, bei dem auch die der Maske zugewandte Seite telezentrisch ausgeführt war, wurde in der Praxis schon bei einer Projektionseinrichtung mit der Vergrößerung 1 : 1 oder dergleichen eingesetzt und es spielt auch bei dieser Fortschalteinrichtung eine bedeutende Rolle.

Der Umstand, daß die Paßmarkierungen direkt neben dem Schaltungs­ muster angeordnet werden können, hat die Bedeutung, daß die Überein­ stimmung zwischen den Paßmarkierungen direkt zu der Übereinstimmung zwischen dem Schaltungsmuster der Maske und dem Schaltungsmuster des Halbleiterplättchens führt. Wenn demnach die Paßmarkierung un­ ter Beobachtung der nächsten Paßmarkierung eine Lage einnimmt, bei der sie nicht das Drucklicht stört, wird der Belichtungsvorgang an der Maske und dem Halbleiterplättchen eingeleitet, wobei diese mit­ einander ausgerichtet sind. Das System bei der Belichtungseinrich­ tung ist hinsichtlich der Gleichmäßigkeit insofern verbessert, als es nicht mit dem Fehlerfaktor belastet ist, mit einer hohen Genauig­ keit eine Bewegung um eine vorgegebene Strecke ausführen zu müssen, um die Schaltungsmuster miteinander in Übereinstimmung zu bringen, wie es nach dem Stand der Technik erfolgt.

Die telezentrische Gestaltung der der Maske zugewandten Seite hat auch einen weiteren Vorteil dadurch, daß das vorangehend beschrie­ bene optische Lasersystem anwendbar ist. Die Fig. 1 zeigt den Auf­ bau des optischen Lasersystems. In der Fig. 1 ist 5 ein He-Cd-Laser, während 6 ein Polygonaldrehspiegel ist. Einzelheiten der optischen Anordnung sind beispielsweise in der JP-OS 24504/1981 (US-Patent­ anmeldung 173 889) beschrieben, so daß sie hier nicht erläutert werden müssen. Bei dem in der Fig. 1 gezeigten optischen System wird eine Objektoberfläche mittels des Polygonalspiegels mit einem Punkt oder Streifen abgetastet bzw. überstrichen, der durch das Verdichten von Laserlicht gebildet ist. Wenn der Laserpunkt über die Objektoberfläche streicht, wird er durch den Randteil der Paß­ markierung gestreut. Auf fotoelektrische Detektoren 7 und 8 wird nur das Streulicht gerichtet. Da das optische Projektionssystem sowohl an der der Maske als auch an der dem Halbleiterplättchen zugewandten Seite telezentrisch ausgebildet ist, wird das senkrecht einfallende Licht senkrecht reflektiert, so daß es wieder zu dem Ausrichtungs- Mikroskop zurückkehrt. Aus dem vorangehend angeführten Grund ist ge­ wöhnlich die Halbleiterplättchen-Seite telezentrisch gestaltet; falls jedoch nicht die Maskenseite telezentrisch ausgebildet ist, kehrt das von dem Halbleiterplättchen reflektierte Licht nicht senkrecht zurück, so daß es schwierig ist, das Dunkelfeld zu er­ fassen.

Demzufolge ist das Einführen des He-Cd-Lasers 5 in Verbindung mit dem sowohl an der Maskenseite als auch an der Halbleiterplättchen­ seite telezentrischen Projektionsobjektives außerordentlich wirkungs­ voll. Der He-Cd-Laser ist auch dadurch sehr vorteilhaft, daß er frei von chromatischen bzw. Farbabbildungsfehlern ist und die Kon­ struktion des Projektionsobjektives nicht mit der Berücksichtigung der Farbabbildungsfehler belastet.

Ein weiterer grober Vorteil des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbei­ spieles beruht auf der Verwendung von polarisiertem Licht. Da das Laserlicht polarisiert ist, kann durch den Einsatz eines optischen Elementes wie eines Polarisations-Strahlenteilers 14 das Licht wir­ kungsvoll für die fotoelektrische Erfassung genutzt werden. Bei­ spielsweise wird linear polarisiertes Laserlicht über Linsen, den Polygonalspiegel 6, einen Strahlenteiler 11 und eine optische Weiche auf den Polarisations-Strahlenteiler 14 gerichtet; wenn die Polarisa­ tionsrichtung des Laserlichtes so liegt, daß sie zu der Richtung der Neigung der reflektierenden Fläche des Polarisations-Strahlenteilers 14 senkrecht steht, wird das einfallende Licht vollständig reflek­ tiert. Falls ferner die Polarisationsrichtung des von einem Objekt zurückgeworfenen Lichtes mit der Neigungsrichtung der Reflexions­ fläche des Polarisations-Strahlenteilers 14 übereinstimmt, wird das ganze einfallende Licht durchgelassen.

Ferner kann zum Vermeiden der Beeinflussung durch die Reflexion von dem Halbleiterplättchen bei dem Erfassen des Signals von der Maske die Art der Polarisation des direkt von der Maske reflektierten und zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommenden Lichts von der Art der Polarisation des das Halbleiterplättchen erreichenden und dann zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommenden Lichtes verschieden gemacht werden, d. h., es können beispielsweise die Polarisationsebenen dieser Lichtstrahlen senkrecht zueinander gestellt werden. Das durch die Maske 1 hindurchgeführte Laserlicht durchläuft nämlich eine Viertel­ wellenlängen- bzw. λ/4-Platte 9 und wird von der Oberfläche des Halbleiterplättchens 3 reflektiert, wonach das Laserlicht die λ/4- Platte 9 in der Gegenrichtung durchläuft, woraufhin sich die Polari­ sationsrichtung des Laserlichtes von der Polarisationsrichtung bei dem Einfallen des Laserlichtes um 90° unterscheidet. Demgemäß unter­ scheidet sich das von der Maske 1 reflektierte Licht hinsichtlich der Polarisationsrichtung von dem von dem Halbleiterplättchen 3 re­ flektierten Licht, so daß daher dann, wenn das Licht danach in Pola­ risations-Strahlenteiler 14 und 14′ eintritt, das Licht, dessen Pola­ risationsrichtung mit der Neigungsrichtung der Reflexionsflächen der Strahlenteiler übereinstimmt, durch die Strahlenteiler durchgelassen wird, während das Licht, dessen Polarisationsrichtung zu der Nei­ gungsrichtung senkrecht steht, reflektiert und abgesondert wird.

Auf diese Weise werden die beiden Lichtstrahlen voneinander abgeson­ dert, wodurch die Information bezüglich der Maske als ein gleichmäs­ siges Signal abgenommen werden kann, das nicht von dem von dem Halb­ leiterplättchen kommenden Licht beeinflußt ist.

Als Maßnahme zum Trennen durch eine derartige Polarisation wurde bis­ her ein System angewandt, bei dem während des Ausrichtens ein Teil des Projektionsobjektives ausgetauscht und während dieser Zeit als ein Teil des Objektives eine λ/4-Phasenplatte eingesetzt wurde. Die­ ser Austausch des Teils des Projektionsobjektives und der Zusatzlinse hatte hauptsächlich die Farbkorrektur des Projektionsobjektives zum Zweck; bei der Belichtungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel entfällt jedoch die Notwendigkeit des Austausches der Linsen dadurch, daß ein He-Cd-Laser mit Licht einer Wellenlänge eingesetzt wird, die nahe der Belichtungswellenlänge ist.

In diesem Fall entsteht durch das Einfügen eines die λ/4-Phasen­ platte bildenden Kristallelementes ein Problem durch eine Verschlech­ terung des Auflösungsvermögens. Es wurde festgestellt, daß das Auflö­ sungsvermögen kaum beeinträchtigt wird, wenn in dem Projektionsob­ jektiv eine Stelle gebildet wird, an der die axialen Abbildungslicht­ strahlen so weit wie möglich parallelen Lichtstrahlen angenähert werden, und die λ/4-Phasenplatte an dieser Stelle eingefügt wird. Nimmt man an, daß die λ/4-Phasenplatte aus zwei miteinander ver­ kitteten Kristallplatten gebildet ist, so ist das Erfüllen der fol­ genden Bedingung anzustreben:

wobei d die Gesamtdicke des Kristalls ist, n der Brechungsindex des Kristalls für Normal-Lichtstrahlen ist, Δn die Brechungsindex- Differenz zwischen Normal-Lichtstrahlen und Abnormal-Lichtstrahlen ist, i die Neigung des auf die λ/4-Phasenplatte fallenden axialen Randlichtstrahles ist, R der Winkel des Normal-Lichtstrahles in dem Kristall für den auf die λ/4-Phasenplatte fallenden außer axialen Maximum- Hauptstrahl ist und λ die Wellenlänge ist.

Die λ/4-Phasenplatte wird in das Projektionsobjektiv, nämlich in den optischen Weg zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen eingesetzt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die λ/4- Phasenplatte 9 an einer mittleren Stelle des Projektionsobjektives angeordnet.

Daher wird auch dann, wenn die Belichtung unter Einsatz der λ/4- Phasenplatte vorgenommen wird, das Auflösungsvermögen nicht ver­ schlechtert, während zusätzlich die Trennung der fotoelektrischen Signale bei dem Ausrichten mit einem Projektionsobjektiv möglich wird, das bei der Belichtung unverändert verwendet wird.

Bei dem System nach Fig. 1 ist mit 7 der Fotodetektor bezeichnet, der das Licht empfängt, welches das Halbleiterplättchen erreicht hat, während mit 8 der Fotodetektor bezeichnet ist, der das Licht empfängt, welches direkt von der Maske zu dem Ausrichtungs-Mikroskop zurückkommt.

Hinsichtlich der Funktion der restlichen Teile des Systems nach Fi­ gur ist anzuführen, daß ein mit 10 bezeichneter Lichtleiter eine Lichtquelle in dem Fall ergibt, daß eine Beobachtung mit dem Auge ober über einen Fernseh-Bildschirm 13 erfolgt. Das Licht, das das Halbleiterplättchen erreicht hat, wird über den Strahlenteiler 11 auf ein Bildaufnahmeelement 12 gerichtet. Bei der Betrachtung mit dem Auge oder über den Fernseh-Bildschirm kann das Laserlicht manch­ mal flackern und das Halbleiterplättchen-Bild überdecken, so daß es daher anzustreben ist, einen Zustand herbeizuführen, bei dem das Laserlicht nicht die Beobachtung stört, wie beispielsweise einem Zu­ stand, bei dem das Laserlicht mittels eines Verschlusses abgefangen wird oder bei dem der Polygonalspiegel derart angehalten wird, daß ein Eindringen des Laserlichtes in das nachfolgende optische System verhindert ist.

Das automatische Ausrichten kann durch die Verarbeitung mittels der Detektoren 7 und 8 gewonnener Signale vorgenommen werden. Das Signal für die Maske wird mittels des Detektors 8 aufgenommen, während das Signal für das Halbleiterplättchen mittels des Detektors 7 aufgenom­ men wird; das Ausmaß der Abweichung zwischen Maske und Halbleiter­ plättchen wird dann durch das Zusammensetzen der beiden Signale ge­ messen. Aufgrund des Meßsignales wird die Halbleiterplättchen-Bühne 4 oder eine Maskenbühne 23 bewegt, wodurch die Versetzung korrigiert wird. Nachdem die Objektiveinheit eine Lage eingenommen hat, bei der sie nicht das Belichtungslicht stört, wird zum Ausführen der Belich­ tung ein Verschluß ausgelöst, wonach die Halbleiterplättchen-Bühne in einem Schritt um eine vorgegebene Strecke zu der nächsten Belich­ tungsstelle bewegt wird, woraufhin die Einrichtung auf einen neuen Ausrichtungs/Belichtungsvorgang überwechselt.

Aufgrund des Zusammensetzens der Signale aus den Detektoren 7 und 8 kann die Messung sehr gleichmäßig und mit hoher Genauigkeit erfolgen. Wenn der vorstehend beschriebene Vorgang bei jedem Schritt wieder­ holt wird, ist bei jeder Belichtung die Ausrichtung herbeigeführt, so daß über die Vorderfläche des Halbleiterplättchens ein gleichar­ tiges und außerordentlich genaues Drucken vorgenommen werden kann. Bei der Belichtungseinrichtung gemäß der Beschreibung ist allen Arten von kleinsten Verformungen des Schaltungsmusters auf dem Halbleiter­ plättchen wie der Verformung und der sich aus der Bearbeitung des Halbleiterplättchens ergebenden Wärmeausdehnung Rechnung getragen. Ferner erfolgt das Ausrichten für eine jede Belichtung, so daß daher eine Bühnen-Überwachungseinrichtung wie ein Laser-Interferometer nicht immer erforderlich ist und irgend einer beliebigen Grob-Schritt­ genauigkeit Rechnung getragen ist.

Die Fig. 3 zeigt als Ganzes ein weiteres Ausführungsbeispiel der Belichtungseinrichtung. In der Fig. 3 sind Teile, die denjenigen nach Fig. 1 gleichartig sind, wie die Maske, das Projektionsobjektiv, das Halbleiterplättchen usw., mit den gleichen Bezugszeichen bezeich­ net. In der Fig. 3 ist 21 eine Beleuchtungseinheit für die Belich­ tung, während 22 eine Hochdruck-Quecksilberlampe als Drucklicht­ quelle ist. Mitteln dieser Einheit werden dem Projektionssystem die G-Linie oder die G-Linie und die H-Linie zugeführt, die für die Be­ lichtung eingesetzt werden. 23 ist die Maskenbühne. Mit der Masken­ bühne 23 wird die Maske 1 gehalten und das Einstellen sowie die Fein­ ausrichtung der Maske vorgenommen. 24 ist eine Objektiveinheit eines außeraxialen Mikroskops. Dieses kann zur Vielseitigkeit zu einem außeraxialen Ausrichten sowie auch zu einer Vor-Ausrichtung des Halb­ leiterplättchens eingesetzt werden. Mit 25 ist eine Binokular-Einheit für die Betrachtung mit dem Auge bezeichnet.

Der Grundgedanke bei der Belichtungseinrichtung wurde bisher anhand der Fig. 1 beschrieben, jedoch besteht natürlich dadurch keine Ein­ schränkung auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.

Bei der Belichtungseinrichtung ist es notwendig, eine λ/4-Phasen­ platte in bezug auf das optische Projektionssystem einzufügen, jedoch kann die λ/4-Phasenplatte auch beispielsweise zwischen der Maske und dem Projektionsobjektiv angeordnet werden. Eine weitere Alternative besteht darin, die λ/4-Phasenplatte zwischen dem Halbleiterplättchen und dem Projektionsobjektiv anzuordnen. In diesem Fall müssen jedoch die Dicke d usw. der λ/4-Phasenplatte Bedingungen erfüllen, die sich von den vorangehend genannten Bedingungen unterscheiden.

Obzwar bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die Bühne im Hin­ blick auf ein Beispiel dargestellt wurde, bei dem für jede Belichtung ein automatisches Ausrichten erfolgt, ist auch ein System möglich, bei dem die Belichtung ausgeführt wird, während der Ausrichtungszu­ stand manchmal überprüft wird. In diesem Fall kann das Ausmaß des Schrittes bzw. Fortschaltens für eine jede Belichtung mittels eines Laser-Interferometers, eines Kodierers oder dergleichen überwacht werden. Wenn aus irgendeinem Grund die Paßmarkierungen nur an einem bestimmten Teilbereich des Halbleiterplättchens beschädigt wurden, kann dieser Teilbereich allein unter Einsatz der Überwachungsein­ richtung für die Bühne zugeführt werden.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung ergibt die Belichtungseinrich­ tung eine Belichtungseinrichtung mit echter TTL-Ausrichtung, bei der die Maske und das Halbleiterplättchen in genau dem gleichen Zustand wie bei der Belichtung verstellt werden, was eine Bestätigung der Aus­ richtung erlaubt. Durch Verwendung von Laserlicht, das nahezu der Druckwellenlänge äquivalent ist, gemäß der das Projektionsobjektiv gestaltet ist, wird es bei der Belichtungseinrichtung möglich, ein fotoelektrisches Meßsystem mit hoher Meßgeschwindigkeit aufzubauen, das keinerlei Veränderung durch das Projektionsobjektiv unterliegt. Bei der Belichtungseinrichtung ist die Lage der Paßmarkierungen be­ liebig wählbar, so daß es daher einfach ist, eine Anordnung zu wählen, die dem Format des Schaltungsmusters auf der Maske ent­ spricht. Durch das Einfügen einer λ/4-Phasenplatte in das Projek­ tionsobjektiv ist es ferner möglich, die Signale für die Maske und das Halbleiterplättchen voneinander zu trennen und gleichmäßige Mes­ sungen mit hoher Genauigkeit auszuführen.

Demgemäß ergibt die Belichtungseinrichtung in Verbindung mit einem Meßsystem für hohe Meßgeschwindigkeit eine Belichtungseinrichtung mit verringerten Fehlerquellen, die dadurch sehr beständig ist, daß das Ausrichten mittels der tatsächlich für das Drucken angewandten Wellenlänge überwacht werden kann und daß die Maske und das Halb­ leiterplättchen nach dem Abschluß des Ausrichtens bis zur Belichtung nicht bewegt werden.

Claims (5)

1. Belichtungseinrichtung, bei der ein erster Körper mit einem Lichtstrahlenbündel beleuchtet wird, ein Bild einer Ausrichtmarkierung des ersten Körpers durch ein optisches Projektionssystem auf einen einer Ausricht­ markierung eines zweiten Körpers benachbarten Bereich projiziert wird, eine λ/4-Phasenplatte zwischen dem er­ sten und dem zweiten Körper vorgesehen ist, die die Trennung von von dem zweiten Körper reflektierten Licht ermöglicht, eine Markierungs-Erfassungsvorrichtung zu­ mindest reflektiertes Licht des zweiten Körpers erfaßt, ein Lichtstrahlenbündel einer Beleuchtungseinrichtung einen von dem Bereich der Ausrichtmarkierung unter­ schiedlichen Musterbereich beleuchtet, nachdem der er­ ste und der zweite Körper in eine durch die Erfassungs­ vorrichtung auf der Basis einer Beziehung der Ausricht­ markierung des ersten und zweiten Körpers erhaltene vorgegebene Beziehung ausgerichtet worden sind, und ein Bild des Musters durch das optische Projektionssystem auf den zweiten Körper projiziert wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die λ/4-Phasenplatte (9) an einer Stelle angeordnet ist, an der ein axiales Abbildungslicht­ strahlenbündel des optischen Projektionssystems (2) ein im wesentlichen paralleles Strahlenbündel ist, wobei die λ/4-Phasenplatte (9) folgende Relation erfüllt: wobei
d die Gesamtdicke zweier zusammengekitteter Kristall­ platten
n der Brechungsindex des Kristalls für ordentliche Lichtstrahlen,
Δn die Brechungsindexdifferenz zwischen ordentlichen Lichtstrahlen und außerordentlichen Lichtstrahlen,
i der Neigungswinkel der auf die λ/4-Phasenplatte fallenden axialen Randlichtstrahl,
R der Winkel zwischen der optischen Achse und dem or­ dentlichen Lichtstrahlenanteil des außeraxialen Haupt­ strahls innerhalb des Kristalls und
λ die Wellenlänge ist.

2. Belichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (1) eine ein Schaltungsmuster (CP) aufweisende Photomaske und der zweite Körper (3) ein mit einer Schicht aus photoempfindlichem Material versehenes Halbleiterplättchen sind, daß das von der Beleuchtungseinrichtung (21, 23) kommende Lichtstrahlenbündel Licht einer vorbestimmten Wellenlänge aufweist und daß die Markierungs-Erfassungsvorrichtung (5-8) den ersten Körper (1) mit einem Lichtstrahlenbündel einer Wellenlänge beleuchtet, die im wesentlichen gleich der vorbestimmten Wellenlänge ist.

3. Belichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungs- Erfassungsvorrichtung (5-8) den ersten Körper (1) mit einem in einer vorbestimmten Richtung linear polarisierten Lichtstrahlenbündel beleuchtet.

4. Belichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungs- Erfassungsvorrichtung (5-8) ein Objektiv aufweist, das entlang der Oberfläche des ersten Körpers (1) bewegbar ist.

5. Belichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper (1) eine zusätzliche Markierung (SM) zum Ausrichten des ersten Körpers (1) mit der Belichtungseinrichtung aufweist, wobei die Markierungs-Erfassungsvorrichtung (5-8) die zusätzliche Marke über das Objektiv erfaßt.