DE3337874A1 - Optisches system zur erfassung von ausrichtungsmarken - Google Patents

Description

Tedtke - BoHLiNG - Kiwfr.Cbvk=. χ;"; !KSSESiSi If.

Dl Λ* ·ί·Λ·* ·ϊ·*..* ·· ·· Dipl.-lnq. H Tiedtke /

Rllmann - Grams - Struif _Dj^._ch ⁹ _em; _{G Bunlmg}

3 Dipl.-lng. R. Kinne

Dipl.-lng. R Grupe

* Dipl.-lng. B. Pellmann

Dipl.-lng. K. Grams Dipl -Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 8000 München 2

f Canon Kabushiki Kaisha Tel.:089-539653

Telex: 5-24 845 tipat

Tokyo / Jap;-λη Telecopier: 0 89-537377

« . cable: Germaniapatent Müi

■18. Oktober 1983 DE 3414

Optisches System zur Erfassung: von Ausrichtungsiaarken

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches System zur Erfassung eines ?ehlausrichtungszustandes zwischen zv/ei zueinander auszurichtenden Objekten, genauer gesagt ^:; ein optisches System zur Erfassung der relativen Lage

zwischen beiden Objekten, beispielsweise einer Maske 5 und eines Plättchens, die in bezug auf ein Projektiv eine konjugierte Lage einnehmen,in einer Belichtungsund Ausrichtungsvorrichtung zur Herstellung von Halbleiterschaltungen.

10 Die neueren Trends in bezug auf eine höhere Funktions- -■' - geschwindigkeit und größere Leistung von Halbleitern führen zwangsweise zu einer Reduzierung der minimalen projizierbaren Breite einer Linie in einer Schaltungs- :. schablone. Wie bekannt ist, werden Halbleiterschaltungs-15 elemente hergestellt, indem mehrere komplizierte Scha-

■ blonen auf einem Halbleitersubstrat aus Si o.a. über- ?. einander angeordnet werden. Eines der Probleme in bezug

¹ auf eine weitere I.iiniaturisierung besteht darin, wie \ fein Schablonen auf das Substrat projiziert werden können,

20 während ein anderes Problem in der Genauigkeit der Aus-ΐ. richtung zwischen den übereinander gelagerten Schablonen !<,; ' zu sehen ist. Normalerweise wird keine größere Genauigkeit i,_} gefordert als l/5 - 1/1O der minimalen Linienbreite der

Echaitungsschablonen. Es ist daher nicht selten, daß die Ausrichtungsgenauigkeit bei der Herstellung zu wünschen übrig läßt. Um dies zu verhindern, hat man in neuerer Zeit einen automatischen Ausrichtungsmechanismus entwickelt, der den vorstehend erwähnten Ausrichtungsvörgang automatisch durchführt. Diese Vorrichtung hat die Bedienungspersonen von einfachen und routinemäßigen Arbeiten befreit und zu einem Ausrichtunrsvorgang mit hoher Geschwindigkeit, gleichmäßiger Qualität und hoher Prä— zision geführt.

7/enn man eine wünschenswerte automatische Ausrichtung

be/ ι

mit einer solchen Vorrichtung erzielen will, steht aas Hauptproblem in der Erfassung der zu verarbeitenden Informationen. Die elektrische Verarbeitung von Signalen ist nicht so flexibel wie bei einer direkten Beobachtung

der Objekte durch eine Bedienungsperson und einer ent-' sprechenden Ausrichtung durch diese. Aus diesem Grunde sind bei einem optischen Beobachtungssystem ode^r einem optischen Belichtungssystem verschiedene Hilfsmittel erforderlich, um ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen.

Die i.iaske, bei der es sich um einen der auszurichtenden Gegenstände handelt, besitzt einen relativ einfachen Aufbau mit einer Glasplatte und einer musterartigen dünnen Schicht aus Chrom oder Chro.n-Chromoxid.Das Blättchen hingegen weist eine komplizierte Struktur lauf, was auf die verschiedenen übereinander gelagerten Schablonen und die darauffolgende Diffusion von Verunreinigungen sowie andere Bearbeitungsvorgänge zurückzuführen ist, so daß der Zustand der Plättchenoberfläche starken Schwankungen ausgesetzt ist. Hinzu kommt, daß das Plättchen auf seiner Oberfläche eine dünne Schicht » eines Fotoresists aufweist, wenn es über die Maske be-

lichtet wird, wobei die Dicke des Fotoresists und deren Ungleichmäßigkeit die Erfassung des Plättchensignales beeinflussen.

Um beim Abtasten des Plättchens, das die vorstehend beschriebenen veränderlichen Größen aufweist, ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis zu erzielen, ist bereits eine Reihe von Vorschlägen unterbreitet worden. Ein solcher Vorschlag ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 1 32 o5i/i977 des gleichen Anmelders enthalten. Hierbei wird das Objekt von einem Punkt oder einem Schlitz eines Laserstrahles, der eine große Helligkeit aufweisen kann, abgetastet. Um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, wird als Licht, das einem Potosensor zugeführt werden soll, nur die Streustrahlung erfasst. Wenn man diese Vorgehensweise jedoch so wie sie ist bei einer Ausrichtung anwendet, bei der das Plättchen durch das Plättchen beobachtet wird, treten Probleme in bezug auf die Überlagerung des Laserstrahles auf. Insbesondere findet eine Überlagerung zwischen dem unmittelbar von der Maske zerstreuten Licht und dem nach dem Streuvorgang durch das Plättchen zurückgeführten Licht statt. Das hieraus entstehende Signal ist in bezug auf die Zeit nicht konstant»so daß sich unbeständige und unzuverlässige Messungen ergeben.

Um/

äas Auftreten von derartigen -^n erwünscht en Überlagerungen zu verhindern, wurde bereits in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 245Ο4/19&1 vorgeschlagen, ein optisches Projektionssystem zwischen der Maske und dem Plättchen anzuordnen und dieses System mit einem Element entsprechend einer i/4 λ Platte (eine einer Viertelwelle entsprechende Platte) zu versehen, um dadurch das direkt von der Maske reflektierte Licht vom

5337874

anderen Licht mit Hilfe von Polarisation zu trennen. Bei der Ausbildung eines derartigen optischen ProjektionS-systems stellt es jedoch eine starke Einschränkung dar, wenn ein derartiges, einer λ/A Platte entsprechendes Element eingebaut werden muß. Aus diesen Gründen findet bei der herkömmlich ausgebildeten Vorrichtung eine austauschbare Linse Verwendung, die eine λ/4 Platte aufweist und zun Zeitpunkt des Ausrichtungsvorgangep einen Teil des Projektives ersetzt. Als Alternative wird in dem optischen Projektionssystem ein mit einem speziellen Überzug beschichteter Spiegel vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere soll ein optisches System zu Erfassung von Ausrichtungsmarken geschaffen werden, mit dem die gegenüberliegenden Flächen der I«!aske und des Plättchens, d.h, die Rückseite der Maske und die Vorderseite des Plättchens, unmittelbar' angestrahlt und die von den öntsprechenden Flächen reflektierten Strahlen in einen Potorezeptor eingeführt werden können. Die Bezeichnung "unmittelbar" soll hierbei bedeuten, daß der Beleuchtungsstrahl oder der reflektierte Strahl, nachdem er von einer der Flächen reflektiert worden ist/ unmittelbar auf einen Fotorezeptor gerichtet wird, ohne die andere Fläche nochmals zu erreichen.

Die Erfindung bezweckt ferner die Schaffung eines optischen Systems zur Erfassung von Ausrichtungsmarken, bei dem keine λ /4 Platte o.a. in die optische Bahn des bildprojizierenden Lichtes eingesetzt werden muß und bei dem die Signale von der Maske und vom Plättchen voneinander getrennt werden können.

Es soll des weiteren ein optisches System zur Erfassung von Ausrichtungsmarken zur Verfügung gestellt werden» das keinerlei Beschränkungen im bezug auf bestimmte farben

aufweist, die durch den Unterschied in der Wellenlänge des zur 3elichtung und zur Ausrichtung dienenden Lichtes verursacht werden, so daß eine Beeinflussung des optischen Projektionssystems durch chromatische Aberration vermieden werden kaiva.

Schließlich soll durch die Erfindung ein otpisches System zur Erfassung von Ausrichtungsmarken geschaffen werden, das an die Beschaffenheit eines optischen Projektionssystems angepaßt ist, um die Hasken- und Plättctiensignale mit hoher Wirksamkeit herausführen zu können.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein System nach Patentanspruch 1 gelöst.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Hierbei weist bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das optische System einen Polarisationsstrahlenteiler auf, der zwischen dem Plättchen und der Maske angeordnet ist. Es zeigen:

Figur 1 eine optische Anordnung, bei der ein erfindungsgemäß ausgebildetes optisches System in eine automatische Ausrichtungseinrichtung für eine Schritt- und Repetier-Ausrichtungs- und BeIichtungsvorrichtung eingearbeitet ist;

Figur 2 ein Beispiel von Ausrichtungsmarken, die bei der Erfindung Verwendung finden;

Figur 3 eine optische Anordnung, bei der eine andere

Ausführungsforra des erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Systems in eine automatische Ausrichtungseinrichtung für eine Schritt- und Repetier-Ausrichtungs- und Belichtungsvorrich

tung eingebaut ist; und

Figur 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten optischen Systems.

In Verbindung mit Figur 1 wird nachfolgend eine erste Ausführungsforn der vorliegenden Erfindung beschrieben, bei der das optische System in eine Ausrichtungseinrichtung für eine Schritt- und Repetier-Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtung eingebaut ist. Ein optisches Projektionssystem, das aus einer vorderen Linsengruppe 4-1 und einer hinteren Linsengruppe 4-2 besteht,wirft ein Bild einer Maske oder einer Strichplatte 1 (hiernach nur als Maske bezeichnet) im gleichen oder verkleinerten Maßstab auf ein auf einem Objekttisch 3 angeordnetes Plättchen 2. Zwischen den Linsengruppen 4-1 und 4-2 ist ein Strahlenteiler 5 als Teil des optischen Projektionssystems angeordnet. Der Strahlenteiler 5» dessen Funktionsweise von der Wellenlänge des verwendeten Strahles abhängt, ist so ausgebildet, daß er als Polarisationsstrahlenteiler für den Ausrichtungsstrahl und in einfacher Weise als Platte gleicher Dicke für den Belichtungsstrahl wirkt, wenn sich die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahles von der des 3elichtungsstrahles unterscheidet. Wenn man davon ausgehen kann, daß keine wesentliche Differenz in der Wellenlänge besteht, funktioniert das Element 5 als Strahlenteiler. Es ist zweckmäßig, den Strahlenteiler 5 beispielsweise an der

* · ft *

Pupille des optischen Projektionssystems anzuordnen. Figur 1 zeigt einen solchen Fall.

Die Hauptteile des optischen Projektionssystems sind die Linsengruppen 4-1 und 4-2 und der dazwischen angeordnete Strahlenteiler 5· Gemäfi dieser Ausführungsform der Erfin dung ist das optische Ausrichtungssystem an der Stelle des Strahlenteilers 5 eingesetzt. Dies stellt ein wichtiges Merkmal dieser Ausführungsform dar.

Bei diesem System ist eine Laserquelle 14 zur Erzeugung eines Laserstrahles vorgesehen, der über eine Sammellinse '13 auf einen polygonalen Spiegel 12 fällt, der den Strahl zur Abtastung ablenkt. Der Strahl passiert dann eine Relaislinse 10 und erreicht den Strahlenteiler 5. Der Strahl wird durch den Strahlenteiler 5 in zwei Strahlen aufgeteilt. Wenn es sich bei der Laserquelle um einen Polarisationslaser handelt, muß die Polarisationsrichtung des erzeugten Strahles vorgegeben werden bzw. es kann ein Element 9, beispielsweise eine λ/4 oder λ /2 Platte, zum Steuern des Polarisationszustandes eingebaut werden, wie in Figur 1 gezeigt. Zwischen dem polygonalen Spiegel 12 und der Relaislinse 12 befindet sich ein anderer Strahlenteiler 11, der den Strahl auf ein fotoelektrisches Erfassungssystem richtet, das nachfolgend beschrieben wird. Wenn als Strahlenteiler 11 ein Polarisationsstrahlenteiler verwendet wird, wird die Polarisationsrichtung des auf die Relaislinse 10 fallenden Strahles entsprechend festgelegt. Ih diesem Fall wird als Element 9 eine

λ/4 Platte eingesetzt, um den Polarisationszustand zu steuern. Wie vorstehend erläutert, ist der Strahlenteiler 5 an der Pupille der Linse angeordnet. Der Reflektionspunkt am polygonalen Spiegel 12 befindet

'- ιοΓ-

sich in einer zur Pupille konjugierten Lage. Der vom Strahlenteiler reflektierte Strahl wird durch die Linsengruppe 4-2 auf die Oberfläche des Plättchens 3 ' gerichtet, auf der der Strahl abgebildet wird und diese · Oberfläche in Abhängigkeit von der Ablenkung durch den ^; polygonalen Spiegel 12 abtastet.

Die Relaislinse 10 ist in der Lage, die Aberration zu korrigieren, so daß durch die Linsengruppe 4-2 ein Punkt des Strahles auf der Oberfläche des Plättchens 2 ausgebildet wird. Der vom Plättchen 2 reflektierte Strahl wird wiederum über den Polarisationss'trahlenteiler 5 . reflektiert und auf die Relaislinse 10 gerichtet, wonach der Strahl durch den Strahlenteiler 15 auf das fotoelektrische Erfassungssystem gerichtet wird, das die Elemente 15-17 umfasst. Unter diesen Elementen befindet sich ein Ortsfrequenzfilter 15, das ein Dunkelfeld für die Erfassung vorsieht, eine Sammellinse 16 und ein Fotodetektor 17· Das Filter 15 ist so angeordnet, daß es eine zum Reflektionspunkt des polygonalen Spiegels konjugierte Lage einnimmt. Der Reflektionspunkt ist unabhängig von der Rotation des Spiegels 12 fixiert, so daß der vom Plättchen 2 spiegelnd reflektierte Lichtstrahl an einem festen Punkt auf das Filter trifft. Der vom polygonalen Spiegel 12 projizierte Strahl ist schraffiert dargestellt. Es tritt hierbei der gleiche Effekt wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 132&51/1977 auf, daß der projizierte Strahl eine kleinere Breite besitzt als die Breite, mit der der Strahl das optische System von der Linsengruppe 4-2 zur Relaislinse, passieren kann.

Am fotoelektrischen Erfassungssystem kann nur der gestreute Strahl erfasst werden. Der nicht gestreute Strahl, d.h. der vom Plättchen spiegelnd oder normal reflektierte Strahl, verfolgt den auftreffenden Strahl

zurück, d.h. der spiegelnd reflektierte Strahl "besitzt eine solche Breite wie der schraffierte Teil des auf-

- treffenden Strahles, so daß er von dem örtsfrequenz-

filter 15 blockiert wird. Der von den Rändern der auto-5 raatisehen Ausrichtungsmarken am Plättchen 2 gestreut re-

z_- flektierte Strahl verläuft nicht zurück, sondern wird

auf einen ausserhalb des schraffierten Teiles befindlichen Bereich gerichtet. Somit werden am Ortfrequenz-

*; filter 15 das Streulicht und das nicht gestreute Licht

Γ 10 in klarer Weise räumlich voneinander getrennt. Allein das Streulicht kann das Filter 15 passieren und den

;.:■ Fotodetektor 17 erreichen.

ψ'- , . Der den Polarisationsstrahlenteiler 5 passierende Strahl '- 15 wird zur Erfassung der erforderlichen Informationen auf "1;'- der Strichplatte oder der Maske 1 verwendet. Dies wird i;..:. nachfolgend im einzelnen beschrieben. Der Strahl, der ^;- den Strahlenteiler 5 passiert hat, wird auf eine ,,λ/4

Platte 6 gerichtet, die die Polarisationsrichtung des fi 20 Strahles nach der Reilektion durch einen Spiegel 8 ändert. Der vom Spiegel 8 reflektierte und in bezug auf I ^; seine Polarisationsrichtung von der A /A Platte geän- : derte Strahl wird nunmehr vom Strahlenteiler 5 reflektiert und durch die Linsengruppe 4-1 zur Rückseite der [ 25 Maske 1 gerichtet, die dem Plättchen 2 gegenüberliegt.

r Vom Prinzip der Abtastung mittels Laserstrahl her ver-

^;; steht es sich, daß der Strahl einen deutlichen Punkt

.? :. auf der Strichplatte oder Maske 1 bilden muß. Dies wird

vfv . 30- über die Linse 7 und den Spiegel 6 erreicht. Bei der

f. " Linse 7 muß es sich um eine telezentrische Linse handeln,

·-' wenn sich der Strahlenteiler 5 an der Pupille des

... Pojektives befindet. Der Punkt des Strahles kann ge-

_(>},. · steuert werden, indem der Spiegel ö entlang der optischen

J⁵T". 35 Aöhse der Linse 7 bewegt wird.

V ■'■ " - -

^o3/8

— 1 0 _

Der von der Maske 1 reflektierte Strahl wird dann vom Strahlenteiler 5 über die ^/4 Platte 6 auf den Spiegel δ reflektiert. Der Strahl wird vom Spiegel δ reflektiert und passiert wiederum die "X/A Platte 6. Aufgrund der Rotation der Polarisationsrichtung des Strahles passiert der Strahl nunmehr den Strahlenteiler 5 und wird über die Relaislinse 10 auf den Fotodetektor 17 gerichtet.

Derjenige Teil des optischen Systems, der die Linse 7 und den Spiegel δ umfasst, bildet ein optisches System nach Art eines Katzenauges. Hiermit kann über die Linsengruppe 4-1 des optischen Projektionssystemes ein Punkt des Laserstrahles auf der Strichplatt e oder Maske

1 erzeugt werden. Somit ist es möglich, einen Laserstrahlpunkt sowohl auf der Maske 1 als auch auf dem Plättchen

2 auszubilden.

Wenn das optische Projektionssystem einschließlich der Linsengruppen 4-1 und 4-2 so ausgebildet ist, daß es an das Belichtungssystem angepasst ist, beispielsweise eine g-Strahlung (Wellenlänge 436 nm), führt der von einer He-Ne Laserquelle (633 nm) erzeugte Ausrichtungsstrahl normalerweise zu einer großen Differenz in bezug auf die chromatische Aberration. Wenn, daher der Strahl mit g Strahlung auf der Llaske 1 und dem Plättchen 2 fokussiert ist, ist der Strahl mit der 633 nm Wellenlänge auf dem Plättchen stark defokussiert. Bei dieser Aubführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die optischen Elemente 7 etc. Verwendung finden, können jedoch mit aem Strahl mit 633 nm Wellenlänge sowohl auf der Maske als auch auf dem Plättchen 2 scharf abgegrenzte Punkte erzeugt werden, ohne den Strahl mit g Strahlung zu defokussieren.

Der von der Strichplatte oder der TJaske 1 herrührende Strahl wird auch über den Ctreuetrahl erfasst. Dies ist offensichtlich, v/enn man den schraffierten Bereich des Strahles betrachtet. Die Ctreustrahlsignale,die durch die durch die Ablenkung des polygonalen Spiegels 12 bewirkte Abtastung, der I.'aske 1 und des Plättchens 2 erzeugt werden, werden vom Fotodetektor 17 erfasst. Das Ausgangssignal des Fotodetektors 17 wird über einen Verstärker 18 und eine Impulserneuerungsschaltung 19 zu einem Signal-Verarbeitungssystem 20 geführt. In Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Signalverarbeitungssystems 20 wird die Relativlage zwischen der Maske 1und dem Plättchen 2 beispielsweise mit Hilfe eines Plättchenantriebes 21 geändert.

Anstelle des Plättchens 2 kann auch die Strichplatte . oder Maske 1 bewegt werden. In diesem Fall ist die Genauigkeit in der Bewegung entsprechend der Vergößerung Weniger kritisch.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erfasst djas optische System das Plattchen2 und die Kaske 1 im wesentlichen unabhängig voneinander, so daß keine Überlagerung des Strahles für das Plättchen 2 und des Strahles für die Kaske 1 stattfindet. Die erhaltenen Signale sind daher sehr beständig, so daß in der beschriebenen voneinander getrennten Weise eine hohe Erfassungsgej n&uigkeit erzielt werden kann. Diese Beständigkeit ist j ein besonderer Vorteil der Erfindung und trifft auch auf die hiernach beschriebenen weiteren Ausführungsforraen zu.

Die in Figur 2 dargestellten Ausrichtungsmarken sind bekannt. Die Maske 1 weist die Marken 25 und das Platt- ^:

chen 2 die gestrichelt dargestellten Marken 26 auf. Die Karken 25 und 26 werden entlang einer Abtastzeile 27 von einem Laserstrahl abgetastet. Die Abbildungen der Karken auf der Iuaske 1 und dem Plättchen 2 werden wie die in Figur 2 gezeigten übereinander' angeordneten Marken beobachtet. Der StiEUstrahl wird erfasst, wenn er auf die Marken 25 und 26 trifft. Das Ergebnis dieser Erfassung wird in eine Reihe von elektrischen Impulsen umgewandelt. Durch Messung der Zeitintervalle zwischen den einzelnen Impulsen kann die Relativlage zwischen der ir.aske 1 und dem Plättchen 2 erfasst werden. ·

In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die sich von der der Figur 1 dadurch unterscheidet, daß eine Relaislinse 31 verwendet wird, da der verwendete Laserstrahl und ' der Aufbau des fotoelektrischen Erfassungssystems verschieden sind. Bei dem in Figur 3 dargestellten System wird das Plättchen 2 über die Linsen 31» 10, 4-2 und die Maske 1 über die Linsen 31, 10,7, 4-1 abgetastet.

Beide Abtastsysteme sollten sogenannte f-0 Charakteristika aufweisen, d.h. eine gleichmäßige Geschwindigkeit, mit der sich der Abtastpunkt auf der abzutastenden Oberfläche über den abzutastenden Bereich bewegt. Die Abbildung des Punktes ist in Figur 3 dargestellt, wobei der schraffierte Bereich den wirksamen Druphmesser des Laserstrahles darstellt, wie bei der Ausführungsform der Figur 1.

Unterschiedlich gegenüber der Ausführungsform der Figur 1 ist das fotoelektrische Erfassungssystem abstromseitig des Strahlenteilers 11. Dieses System umfasst eine Pupillenabbildungslinse 32, einen Polairisationsstrahlenteiler 33» Ortsfrequenzfilter 15 und. 15, Sammellinsen 16 und 16 und Fotodetektoren 17 und 17·

Die beiden Strahlen von der Maske 1 und dem Plättchen 2, ^? die danach über den Strahlenteiler 5 vereinigt werden,

weisen unterschiedliche Polarisationsrichtungen auf, die senkrecht aufeinander stehen. Aus diesem Grunde wird 5 der Strahlenteiler 33 verwendet.

Die Polarisation des auf den Polarisationsstrahlenteiler •fr _:. 5 auf treffenden Strahles muß derart sein, daß sowohl P ■_; als auch S Komponenten vorhanden sind, so daß eine Auf-

10 teilung in einen auf die Maske 1 und einen auf das

Plättchen 2 gerichteten Strahl stattfinden kann. Wenn eine einen polarisierten Laserstrahl erzeugende Quelle verwendet wird, kann die Polarisationsrichtung des abge-"*' gebenen Strahles in geeigneter ',','eise festgelegt werden. ■ : 15 Es ist jedoch auch möglich, eine λ/4 Platte 9 zu verwenden, um einen Strahl mit P und S Komponenten zu erhalten. In einem solchen Falle ist eine zusätzliche }[/A Platte 9' erforderlich. In jedem Fall weist

_t:.- . der von dem Strahlenteiler 5 wieder in einen einzigen * ■ 20 Strahl umgewandelte Strahl 2 Informationsteile auf,

wobei es sich zum einen um die Information des Plätt- ^; ■ chens 2 als in eine bestimmte Richtung polarisierter ^;- ' Strahl und zum anderen um die Information der Maske ^- ' als in eine dazu senkrechte Richtung polarisierter "-.- 25 Strahl handelt. Das fotoelektrische Erfassungssystem ^r- der Figur 3 ist so ausgebildet, daß es wieder eine

Trennung in die entsprechenden Signale durchführt, die : getrennt voneinander elektrisch verarbeitet werden.

_;· Ih diesem Fall kann der Strahl von der Maske 1 in einem

.';■'' 30 Hellfeld erfasst werden, da das Objekt aus Glas und ¹ Chrom oder Chromoxid besteht, die recht unterschiedliche

,:^;,- Reflektionsfaktoren aufweisen. Um das Hellfeld vorzu

sehen, kann das zugehörige Ortsfrequenzfilter 15 durch

i. ein transparentes Glas 34 ersetzt werden, oder das

Ψ 35 Filter 15 kann einfach weggelassen werden. Der Strahl

- 16 -

vom Plättchen 2 hingegen wird aufgrund des besseren Signal-Rausch-Verhältnisses besser in einem Dunkelfeld erfasst. Die im Dunkelfeld erfasste Lichtmenge ist um eine Sxufe kleiner als die in einem Hellfeld ermittelte Menge. Wenn der Strahl von der Maske 1 in einem Hellfeld erfasst wird, ist es möglich, das Verhältnis zwischen der P-Polarisationskomponente zur S-Polarisationskomponente des zuerst auf den Polarisationsstrahlenteiler auftreffenden Strahles beispielsweise so zu steuern, daß die PoIarisationsrichtung des erzeugten Laserstrahles derart geändert wird, daß das Plättchen 2 eine größere Lichtmenge empfängt. Selbst wenn infolge von DickenSchwankungen des Fotoresistec das Ausgangssignal des Hellfeldes des Pia*.Gehens 2 Schwankungen ausgesetzt ist|ist die über die Polarisation durchgeführte Trennung wirksam genug, um das Hellfeldausgangssignal der Stiichplatte oder Maske 1 beständig zu halten.

Das System der Figur 3 umfasst des weiteren einen Erektor 35 und ein Okular 36, um ein optisches Beobachtungssystem für die Maske 1 und das Plättchen 2 zu bilden. Ein derartiges Beobachtungssystem ist für die Funktionsweise der Vorrichtung wünschenswert. Aus Gründen der Einfachheit ist ein derartiges System jedoch nur in Figur 3 gezeigt und aus den Figuren 1 und 4» die nachfolgend beschrieben wird, weggelassen worden.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein optisches Beobachtungssystem, das die Elemente 41, 5 und 42 umfasst, zwischen das optische Projektionssystem 40 und das Plättchen eingesetzt ist. Bei den optischen Elementen 41» 5 und 42 handelt es sich um zwischengeschaltete optische Elemente, die jeweils mit einer Vergößerung von 1:1 versehen sind, so daß sich durch die Einschaltung

17 -

dieser Elemente die Fokussierung und die Bildvergrößerung nicht ändern, '-s ist auch in diesem Fall wünschenswert, daß ein Poiansationsstruhlen teiler 5 verwendet wird. Die Punktione;! der Λ /4 Platte 6, der Korrekturlinse 45 und des Reflektionsspiegels fe entsprechen denen der Ausführungsfor.T.en der Figuren 1 und 3.

Diese Äusführungsform ist insofern vorteilhaft, als daß das Plättchen 2 direkt beobachtet werden kann, d.h.

nicht über ein optisches Projektionssystem 4C. Selbst wenn die numerische Apertur Il λ des optischen Projektionssystems klein ist, kann ein hoher Genauigkeitsgrad in bezug auf die Ausrichtung erforderlich sein. In einem solchen Fall existiert das Problem, daß das Plättchen mit einer so hohen Auflösung wie möglich beobachtet wird· Dies ist darauf zurückzuführen, daß die LlaskenschablQne infolge ihrer Schärfe an den Sci.ablonenrändern einfach beobachtet werden kann, während das Plättchen 2 eine komplizierte Struktur besitzt. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die numerische Apertur des optischen Beobachtungssystems unabhängig von der ΝΆ des optischen Projektionssystems ausgewählt werden, so daß der Durchmesser des Abtastpunktes kleiner ausgebildet sein kann als bei der Beobachtungs des Plättchens 2 durch das optische Projektionssystem 40. Die Reduktion des Durchmessers' des Abtastpunktes entspricht dem Anstieg der NA des Äbtastpunktes. Wenn die numerische Apertur: des Abtastpunktes ohne Änderung der NA des optischen Projektionssystems erhöht wird, kann man es sich nicht erlauben, den Streustrahl herauszunehmen

und somit das Ausgangssignal des fotoelektrischen Detektors herabzusetzen. Y/ie man aus Figur 4 entnehmen kann, . entspricht dies einem Anstieg des schraffierten Bereiches und einer Abnahme des nicht schraffierten Bereiches des gesamten Strahles. Deshalb ist ein System, daß das Plättchen 2 direkt beobachtet, von Vorteil, da das

Plättchen 2 mit einer größeren NA beobachtet werden kann als bei deni optischen Projektionssystem 40.

Femer ist diese Äusführungsform insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Lbertragoii^sfaktor des optischen Projektionssystem 40 nicht so hoch ist, da das schwierig zu beobachtende Plättchen 2 ohne Beeinträchtigung durch den relativ niedrigen Übertragungsfaktor direkt beobachtet w^rd. Der von der i.'.aske oder Strichplatte 1 herrührende Strahl wird einmal vom Spiegel 6 reflektiert und d...ui aufgrund der Wirkung der /\/4 Platte 5 vom Polarisationsstrahlenteiler reflektiert. Danach wird der Strahl durch das optische Projektionssystem 40 auf eine nicht gezeigte Ilaske 1 gerichtet, ar. der er gestreut reflektier¹, und zurückgeführt wird.

Be^ dieser Äusführungsform findet eine Pupillenabbildungslinse 44 und ein Ortsirequenzfilter 15 Verwendung, so daß ein ähnlicher Aufbau erhalten wird wie bei der Ausführungsforrn der Figur 1 . Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen, beispielsweise ähnlich der der Figur 3, möglich. Da das Signal - Rausch-Verhältnis des Streustrahles von der I.Iaske 1 besser ist, kann mit der Ausführungsform der Figur 4 ein zufriedenstellendes Signal erhalten werden.

Sine andere Möglich .-reit besteht darin, den Polarisationsstrahlenteiler zwischen der Llaske 1 und dem optischen Projektionssystem anzuordnen. Hierfür wird auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet, da das optische System der Figur 4 als solches Verwendung finden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Abtastung mittels Laserstrahl beschränkt, sondern auch für andere automatische Ausrichtungsverfahren geeignet, beispielsweise für solche, die einen TV- oder einen Bildsensor verwenden.

Vorstehend wurde erläutert, daß die erste Aufgabe des Strahienteilers 5 darin besteht, den auftreffenden Strahl in Richtung auf die I.Jasrce und das l^lättchen aufzuteilen, und die zweite Aufgabe, die dadurch abgelenkten Strahlen auf den Fotorezeptor 17 zu richten.

Zur Lösung dieser beiden Aufgaben können jedoch anstelle des Strahlenteiler 5 auch zwei Strahlenteiler vorgesehen sein. Bei der Ausführungsform der Figur 1 wird hierzu beispielsweise ein zusätzlicher Satz einer Helaislinse 10, eines Strahlenteilers 5, einer A/4 Platte, einer Linse 7 und eines Spiegels 8 unmittelbar über dem vorhandenen Satz angeordnet. Der zusätzliche Satz dient dazu, die reflektierten Strahlen auf den Fotorezeptor 17 zu richten, während der bereits vorhandene Satz nur die Aufgabe hat, den Strahl vom polygonalen Spiegel 12 auf die Maske 1 und das Plättchen 2 zu richten. Es versteht sich, daß hierbei der Strahlenteiler 11 nicht erforderlich ist.

Yfie vorstehend erläutert, werden durch die vorliegende Erfindung, bei der der Polarisationsstrahlenteiler zwischen der Kaske 1 und dem Plättchen 2 angeordnet und die 3ezugsflache δ damit in Verbindung gebracht ist, gleichzeitig die bei den Systemen des Standes der Technik vorhandenen Beschränkungen eleminiert.

Mit der vorliegenden Erfindung kann der Einfluß der chromatischen Aberrationsdifferenz zwischen dem Ausrichtungsstrahl und dem Belichtungsstrahl beseitigt werden. Die Fokussierung mit dem Ausrichtungsstrahl ist möglich, ohne die Beziehung zwischen der Maske 1 und dem Plättchen 2 zu verändern, die eine optisch konjugierte Lage einnehmen. Die Wellenlänge des Ausrichtungsstrahles kann in einer weniger begrenzten

«ft W · W «» * w * *

- 20 -

/.'eise ausgewählt werden.

Darüberhinaois findet durch die vorliegende Erfindung keine Überlagerung zwischen dem T,:asken3trahl und dem Pia Stehenstrahl statt, so daß diese unabhängig voneinander aufgenommen werden können und eine beständige und zuverlässige Lies sung mögl. ch gemacht wird, die mit einer Verbesserung in der Srfassungsgenauigkeit verbunden ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Plättchen unmittelbar mit einer größeren numerischen .Apertur beobachtet werden. Durch dieses System, mit dem die Beschränkungen in bezug auf die IiA des optischen Pro- ^ektionssystems beseitigt werden können, ist man in der Lage, die Genauigkeit der automatischen Ausrichtung zu verbessern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Anordnung so ausgebildet werden, daß sie dem Ubertragungsfaktor des optischen Projektionssystems gerecht wird. Es ist somit möglich,ein optisches Projektionssystem zu verwenden, das einen niedrigen Übertragungsfaktor für den Ausrichtungsstrahl aufweist.

Erfindungsgemäß wird somit ein optisches System zur Erfassung von Ausrichtungsmarken vorgeschlagen, das bei einer automatischen Ausrichtungsvorrichtung verwendbar ist, bei der Ausrichtungsmarken eines Plättchens und einer Llaske von einem Laserstrahl abgetastet werden, um deren !'ehlausrichtung zu erfassen. Der Laserstrahl tastet die der Maske gegenüberliegende Oberfläche des Plättchenc und die dem Plättchen gegenüberliegende Oberfläche der Maske ab, d.h. die Vorderseite des Plättchens und die Rückseite der Maske. Die von den Flächen reflektierten Lichtstrahlen werden einem oder mehreren Potodetektoren zugeführt.

Claims (1)

1. TlEDTKe - BüHUNG - KiNnV- GftUfcE '··"·*' SiiJSSi^eim EPA

   Pellmann - Grams - Struif

   Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl-Ing. R Grupe Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

   Bavariaring 4, Postfach 2< 8000 München 2

   Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Mi

   18. Oktober 1983 DE 3414

   Patentansprüche

   1 .ι Optisches'Cysten zur Erfassung von Ausrichtungsraarken

   ir die Ausrichtung einer Maske, bei dem ein Bild der ■;_s Liaske über ein optisches Projektionssystem, das zwischen ;' der «laske und einem Plättchen angeordnet ist, auf dem^v 5 Plättchen erzeugt wird, gekennzeichnet durch:

   Eine Strahlenteilereinrichtung (5,11), die zwischen der -I: ■ liJaske (1) und dem Plättchen (2) angeordnet ist, einen |j. Lichtstrahl empfängt und mit diesem Lichtstrahl eine ||- des Plättchen, (2) gegenüberliegende Fläche der Maske (1) :«·-."■ 10 und eine der Uaske (1) gegenüberliegende Fläche des If^- Plättchens (2) direkt anstrahlt und die in der Lage ist, S ' den von der Fläche der Maske direkt reflektierten Licht- ;■]_ . strahl und den von der Fläche des Plättchens direkt re- !'; flektierten Lichtstrahl herauszuführen; und r 15 einen Fotodetektor (17) der die von der Strahlenteilereiririchtung (5,11) herausgeführten Strahlen empfängt.

   ff; 2. Optisches System. nach Anspruch 1, dadurch gekennf;-. ■ zeichnet, daß die Strahlenteilereinrichtung (5,11) einen J- 20 ersten Strahlenteiler aufweist, der den Lichtstrahl empfängt und mit diesem Lichtstrahl die gegenüberliegenden ' Flächen der Maske (1) und des Plüttchens (2) direkt anstrahlt, sowie einen zweiten Strahlenteiler, der den von der Kaskenflache direkt reflektierten und den von der

   Plättchenfläche direkt reflektierten lichtstrahl herausführt .

   3. Optisches System zur Erfassung von-Ausrichtungsmarken einer lüaske und eines Plättchens, das bei einer Vorrichtung verwenbar ist, bei der ein Bild der Iilaske über ein optisches Projektionssystem auf dem Plättchen erzeugt wird, gekennzeichnet durch:
   Ein optisches Beleuchtungssystem (40)j und eine Strahlenteilereinrichtung (5, 11), die einen rolarisationsstrahlenteiler ( 5) umfasst, der relativ zu einer optischen Achse des optischen Projektionssystems (40) geneigt angeordnet ist, sowie Einrichtungen zum Andern der Polarisation des auftreffenden Strahles, so daß der von dem optischen Beleuchtungssystem (40) abgegebene Strahl auf eine dem Plättchen (2) gegenüberliegende Fläche der Maske (i) und auf eine der Maske (1) gegenüberliegende Fläche des Plättchens (2) gerichtet wird, wobei die Strahlenteilereinrichtung (5,11 ) einen der von dem Polarisationsstrahlenteiler (5) aufgeteilten Strahlen direkt auf eine der Flächen-richtet und den anderen Strahl auf die Einrichtungen zur Polarisationsänderung und dann zum Polarisationsstrahlenteiler (5) zurückrichtet, welcher wiederum den Strahl auf die andere Fläche richtet.