DE3942678C2 - Belichtungssystem mit Ausrichtsystem - Google Patents
Belichtungssystem mit AusrichtsystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Belichtungssystem und insbesondere
auf ein Belichtungssystem zum schrittweisen wiederholten
Kopieren eines Musters einer Musterplatte bzw. Maske
unter Überlagerung auf jeweils auf einem Wafer bzw. Halbleiterplättchen
gebildete Muster in einer vorbestimmten Aufeinanderfolge.
Das Gerät, das als Kernteil bei einem fotolithografischen
Prozeß bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen
dient, wird in weitem Sinne auch als Ausrichtgerät bezeichnet.
Gegenwärtig werden zum Erfüllen der Erfordernisse hinsichtlich
der Miniaturisierung der Vorrichtungen überwiegend
Schrittfortschalte-Ausrichtgeräte benutzt.
Bezüglich der von dem Ausrichtgerät geforderten Eigenschaften
besteht eine erste darin, ein auf einer Vorlage, nämlich
einer Fotomaske oder Musterplatte gebildetes feines Schaltungsmuster
auf eine Schicht aus nachstehend als Resist
bezeichnetem fotoempfindlichen Material zu übertragen, das
auf ein nachstehend als Plättchen bezeichnetes Halbleitersubstrat
aufgebracht ist. Eine zweite geforderte Eigenschaft
besteht darin, das Maskenmuster auf genaue Weise mit einem
schon auf dem Plättchen gebildeten Schaltungsmuster auszurichten.
Nachstehend wird diese zweite Funktion als Ausrichtung
bezeichnet. Mit weitergehender Miniaturisierung und
erhöhter Integrationsdichte der Halbleitervorrichtungen
müssen diese beiden hauptsächlichen Leistungseigenschaften
auf höhere Leistungen verbessert werden. Beispielsweise
betragen für einen gegenwärtig hergestellten dynamischen
Schreib/Lesespeicher (DRAM) für ein Megabit die kleinste
Auflösung ungefähr 1,0 µm und die Ausrichtegenauigkeit
ungefähr 0,15 µm. Für einen gegenwärtig entwickelten dynamischen
Schreib/Lesespeicher für 16 Megabit sind jedoch eine
Auflösung von höchstens 0,5 µm und eine Ausrichtegenauigkeit
von höchstens 0,1 µm erforderlich.
Herkömmlicherweise werden diese Ausrichtungs- und Belichtungsprozesse
in einem einzelnen selbständigen Gerät ausgeführt,
das ebenfalls als "Ausrichtgerät" bezeichnet wird. Beispielsweise
wird in einem Schrittfortschaltegerät das Muster einer
Maske über ein Projektionslinsensystem auf ein Plättchen
übertragen, wobei unter Verwendung eines Mikroskops zum
Beobachten der Maske und des Plättchens durch das Projektionslinsensystem
hindurch die relative Lage zwischen Maske
und Plättchen eingestellt wird.
Ein Problem besteht in zu
erwartenden Schwierigkeiten, mit einem Schrittfortschalte-
Ausrichtgerät der vorstehend beschriebenen bekannten Art die
zukünftig geforderte Ausrichtegenauigkeit zu erreichen.
Das hauptsächliche Problem bei
der Ausrichtung ist die Genauigkeit der Plättchenerfassung.
Dies betrifft den Umstand, daß ein sog. "Muster" auf dem
Plättchen eine große Vielfalt von Zuständen zeigt, die sich
mit den Herstellungsprozessen ändern. Im einzelnen ist ein
jedes Plättchenmuster durch einen sehr kleinen Oberflächen-
Höhenunterschied (als Ausnehmung oder Vorsprung) gebildet,
wobei eine große Vielfalt hinsichtlich des Materials, der
Größe des Höhenunterschieds, der Form und des Oberflächenzustands
anzutreffen ist. Außerdem wird auf das Plättchen ein
Resist aufgebracht, das eine Oberfläche in Form einer Kurve
hat, die den Höhenunterschieden der darunterliegenden Substratoberfläche
folgt. In optischer Hinsicht wirkt das
Resist als Linse oder Spiegel.
Es ist zu berücksichtigen, daß von den vorstehend beschriebenen
Grundlagen der Umstand abhängig ist, daß zwar mit
einer Maske, bei der auf einem Quarzsubstrat eine dünne
Chromschicht gebildet ist und in dieser durch Ätzen ein
Muster geformt ist, ein guter Lichtkontrast und eine ausgezeichnete
Meßgenauigkeit von ungefähr 0,02 µm erzielbar
sind, aber für manche Arten von Plättchenmustern nur eine
Genauigkeit von ungefähr 0,2 bis 0,3 µm erreichbar ist.
Wenn man diese Zustände des Plättchenmusters systematisch im
Hinblick auf den Herstellungsprozeß untersucht, ergibt sich
folgendes:
Beispielsweise hat ein Plättchen, das einem Oxidierprozeß
unterzogen wurde, eine Oberflächenschicht aus SiO₂, die
lichtdurchlässig ist, wogegen nach einem Metallisierprozeß
eine Oberflächenschicht aus Al gebildet ist. Diese Schichten
haben voneinander verschiedene Querschnittsformen und zeigen
große Unterschiede hinsichtlich der optischen Eigenschaften.
Bei der Vorrichtungsherstellung werden die Parameter
bei einem jeden Prozeß gemessen und die Meßergebnisse auf
die für den nachfolgenden Prozeß einzustellenden Bedingungen
übertragen. Infolgedessen ist der Zustand des Plättchens mit
dem Posten variabel.
Normalerweise sollten bei einem Herstellungsprozeß
unabhängig davon, ob dieser ein Scheibenprozeß oder ein
Postenprozeß ist, die Plättchen in einem Posten derart
bearbeitet werden, daß ein Unterschied zwischen den Plättchen
vermieden ist. Tatsächlich ist ein solcher Unterschied
derart gering, daß er nicht ermittelt werden kann.
Abhängig von der Lage auf einem Plättchen können Unterschiede
hinsichtlich der Form des Musters oder des Zustands
des aufgebrachten Resists auftreten. Es wurde festgestellt,
daß derartige Unterschiede in der Praxis als Ergebnis einer
Aluminiumbesprühung oder infolge des Schleuderauftrags des
Resists entstehen. Wenn ein solches Plättchen der schrittweisen
Ausrichtung und Belichtung mittels eines Fortschalte-
Ausrichtgeräts unterzogen wird, kann die Erscheinung auftreten,
daß radial von der Mitte des Plättchens weg Ausrichtefehler
hervorgerufen werden, wie es beispielsweise in Fig.
11 gezeigt ist.
Unabhängig von den Unterschieden (1) bis (4) tritt
manchmal eine Unterbrechung des Musters auf.
Für solche Plättchenmuster mit vielerlei Zuständen ist es
normalerweise zweckdienlich, jeweils für diese Muster am
besten geeignete optische Meßsysteme und Signalverarbeitungssysteme
vorzubereiten. Beispielsweise sind als Parameter
des optischen Systems die Wellenlänge, die Bandbreite,
die numerische Apertur eines Objektivsystems, das Ausleuchteverfahren
und dergleichen zu nennen. Dies gilt auch für
das Signalverarbeitungssystem. Zusammengefaßt besteht hinsichtlich
des optischen Systems eine Optimierung darin, ein
Signal von einem Oberflächenbereich mit einem Höhenunterschied,
nämlich ein echtes Signal hervorzuheben und ein
falsches Signal bzw. ein Störsignal zu unterdrücken, das
sich durch die Reflexion an der Resistoberfläche oder durch
Filmdicken-Interferenz ergibt. Hinsichtlich des Signalverarbeitungssystems
besteht eine Optimierung darin, aus einem
Signal, in dem echte und falsche Komponenten enthalten sind,
die echte Komponente herauszugreifen und die falsche Komponente
zu verringern.
In der Praxis ist es jedoch ein erstes Problem, ob derartige
Freiheitsgrade an dem Fortschalte-Ausrichtgerät erreichbar
sind. Beispielsweise ist in einem Fortschalte-Ausrichtgerät
ein System zur Messung über das Objektiv (TTL-System) mit
einer Projektionslinse als vorteilhaft in bezug auf einen
Systemfehler anzusehen, jedoch sind in diesem Fall wegen der
Einschränkung durch die Projektionslinse die Ausrichtewellenlänge
und deren Bandbreite streng begrenzt.
Ein zweites
Problem ist die zeitliche Einschränkung. Da ein Fortschalte-
Ausrichtgerät ein Vorrichtungsherstellungsgerät ist, ist
dessen Verarbeitungszeit von Bedeutung. Beispielsweise ist
die in einem gegenwärtigen Fortschalte-Ausrichtgerät für das
Ausrichten je Einzelaufnahme zulässige Zeitspanne höchstens
0,5 s und ungefähr 0,3 s. Es ist nahezu unmöglich, innerhalb
einer derart kurzen Zeitspanne ein für ein neu eingeführtes
Plättchenmuster geeignet gewähltes optisches und Signalverarbeitungssystem
zu ermitteln, die Schaltungs- und Programmausstattung
zu wechseln und die Ausrichtung auszuführen.
Ein drittes Problem besteht darin, daß selbst dann, wenn
keine zeitliche Einschränkung besteht, allein durch Verwendung
eines optischen Systems und eines Signalverarbeitungssystems
mit geringen Freiheitsgraden gemäß der Erläuterung
im Zusammenhang mit dem ersten Problem ein für ein vorgegebenes
Plättchenmuster zu wählendes Bearbeitungsverfahren zu
ermitteln.
Vorbereitende Informationen, die einem Fortschalte-Ausrichtgerät
gegenwärtig zugeführt werden können, sind von den im
vorstehenden systematisch analysierten nur diejenigen, die
den Prozeß an den gerade zugeführten Plättchen betreffen.
Gemäß den vorstehenden Erläuterungen ist zu erwarten, daß es
allein mit dem Ansetzen des gegenwärtigen Standes schwierig
ist, eine Ausrichtegenauigkeit von höchstens 0,1 µm gleichbleibend
für Plättchenmuster mit einer großen Vielfalt von
Zuständen zu erreichen.
Der US-Z-J. Vac. Sci. Technol. B 5(2) Mar/Apr. 87, S. 555-560,
ist ferner in grundsätzlichen Ausführungen ein Verfahren zur
Verbesserung des Kontrastes für eine automatische Lageanpassung
bei der Herstellung von Wafern zu entnehmen. Dabei kann
eine Anpassung auch für bereits mit Resist beschichtete
Plättchen erfolgen. In grundsätzlichen Zügen ist dort somit
eine Markierungserfassung nebst entsprechender Anpassung für
bereits mit Resist beschichtete Plättchen gezeigt.
Allerdings muß dazu wie vorstehend beschrieben die Topographie
der Resistbeschichtung mit ihren Auswirkungen auf das
optische Belichtungssystem bzw. auf die Lagerfassung in die
jeweiligen und dadurch entsprechend langwierigen Berechnungen
einbezogen werden. Außerdem ist zur Verbesserung der Ausrichtung
anhand einer verbesserten Kontrastierung bei der Lageerfassung
von Markierungen auf dem Plättchen ein erhöhter konstruktiver
Aufwand durch die Verwendung von zumindest zwei
verschiedenen Wellenlängen erforderlich.
In der EP 0 163 199 A2 gezeigt ist ein Belichtungssystem mit
einem optischen Projektionssystem zum Projizieren des Musters
einer Maske auf ein mit Resist beschichtetes Plättchen und
einer fotoelektrischen Erfassungseinrichtung, mit der eine
auf dem Plättchen ausgebildete Marke mit Hilfe des optischen
Projektionssystems erfaßt wird.
Eine Korrektur der Ausrichtung zwischen Maske und Plättchen
erfolgt dort allerdings erst, nachdem das Resist bereits belichtet
und entwickelt wurde. Dieses begründet aber insbesondere
bei der Serienfertigung einen nicht unerheblichen Zeitaufwand,
da sich die Verarbeitungszeit verlängert.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein
Belichtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
derart weiterzubilden, daß eine gute Ausrichtgenauigkeit von
Plättchen zu Maske ohne eine Verringerung des Durchsatzes des
Belichtungssystem erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Genauer wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Plättchen
mit Hilfe einer zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung
ohne das optische Projektionssystem erfaßt wird. Ferner
ist eine Analysiereinrichtung vorgesehen, die auf der Grundlage
eines Erfassungssignals der zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung
die Auswirkungen des auf dem Plättchen
befindlichen Resists auf ein Markensignal der ersten fotoelektrischen
Erfassungseinrichtung feststellt. Dann wird die
relative Lage des Pättchens zu der Maske auf der Grundlage
des Markensignals und des Ergebnisses der Analysiereinrichtung
einjustiert. Dieses Vorgehen erlaubt eine signifikant
verbesserte Ausrichtung bei im wesentlichen gleichen Durchsatz.
Die anfänglichen Funktionen werden ebenfalls kurz erläutert: Als
erstes ist von den vorstehend untersuchten Zuständen von
Plättchenmustern für den Unterschied hinsichtlich der Prozesse
(1) der Prozeß an den gerade zugeführten Plättchen in
Form von vorbereitenden Informationen ermittelbar. Daher
kann von vorneherein die Analysiereinrichtung und das Ausrichtgerät
entsprechend diesem Prozeß vorbereitet werden.
Als nächstes ist es bezüglich der Unterschiede hinsichtlich
der Posten (2) möglich, durch das Wählen von mindestens
einem Plättchen in dem Posten als Probe und das Untersuchen
des gewählten Plättchens die Eigenschaften des Postens als
ganzes herauszugreifen. Die Unterschiede zwischen Plättchen
(3) sind ziemlich gering und können vernachlässigt werden.
Bezüglich der Unterschiede zwischen den Einzelaufnahmen (4)
ist in Anbetracht dessen, daß die Plättchen in dem gleichen
Posten dem gleichen Prozeß unterzogen worden sind, in dem
Posten die gleiche Tendenz zu erwarten. Daher ist die Probeentnahme
bzw. Prüfung von mindestens einem Plättchen
ausreichend.
Zusammengefaßt gesehen kann die Analysiereinrichtung ihre
Minimalfunktion ausführen, sobald sie mindestens ein Plättchen
in dem Posten analysiert hat. Dadurch ist es möglich,
den bezüglich des zweiten Problems erläuterten Freiheitsgrad
hinsichlich der Zeit zu erhalten. Im einzelnen wird die
Produktivität nicht dadurch verschlechtert, wenn eine Zeitspanne
von ungefähr 20 s von dem Einführen eines ersten
Plättchens des Postens in die Analyseeinrichtung bis zu dem
Aufsetzen eines zweiten Plättchens auf einen Objektträger
des Fortschalt-Ausrichtgeräts genutzt wird. Falls ferner die
Analysiereinrichtung und das Fortschalt-Ausrichtgerät jeweils
miteinander zu einem System zusammengestellt werden,
kann durch kontinuierliches oder intermittierendes Bearbeiten
der Plättchen in der Analysiereinrichtung ein Unterschied
zwischen den Plättchen (3) erfaßt werden, was eine
Verbesserung der Sicherheit der dem Fortschalte-Ausrichtgerät
zugeführten Informationen ergibt.
Hinsichtlich des optischen Meßsystems der Analysiereinrichtung
bestehen keine optischen oder räumlichen Beschränkungen
wie diejenigen für die Projektionslinse des Fortschalte-
Ausrichtgeräts. Daher kann eine Gestaltung mit einem hohen
Freiheitsgrad hinsichtlich der Wellenlänge, der numerischen
Apertur (NA) und anderer Parameter gewählt werden. Es ist
daher möglich, das erste Problem (1) zu lösen. Als Ergebnis
hiervon ist es durch Ändern eines Parameters oder von Parametern
auf ein vorgegebenes Probeexemplar möglich, Daten zu
erhalten, die die Zustände des Probeexemplars betreffen.
Durch eine Simulation in der Weise, daß ermittelt wird,
welches Signal bei der Bearbeitung des Probeexemplars mit
einem Meßsystem des Fortschalte-Ausrichtgeräts erzielt wird,
ist dann eine optimale Lösung hinsichtlich der Schaltungs-
und Programmausstattung für das Ausrichtgerät ermöglicht.
Von dem Ausrichtgerät wird das Plättchen aufgenommen und
entsprechend einem gewählten Verfahren bearbeitet, wobei die
höchste Ausrichtegenauigkeit erzielt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die
den Grundaufbau des erfindungsgemäßen Belichtungssystems
zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung
eines optischen Systems eines in Fig. 1 gezeigten Schrittfortschalte-
Ausrichtgeräts.
Fig. 3A ist eine schematische Schnittansicht
einer auf einem Plättchen aufgebrachten Richtmarke bzw. Marke.
Fig. 3B zeigt ein von der Richtmarke nach
Fig. 3A erzielbares Ausrichtungssignal.
Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Richtmarkenabschnitts
und des Ausrichtungssignals nach Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung
einer Simulation in einer Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
nach Fig. 1.
Fig. 6 ist eine Draufsicht, die schematisch
ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem zu dem Belichtungssystem
nach Fig. 1 in Fließband-Aufbau eine Beschichtungs/
Entwicklungs-Einrichtung hinzugefügt ist.
Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Funktionen
bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 veranschaulicht.
Fig. 8A bis 8F sind Ablaufdiagramme zur
Erläuterung von Einzelheiten des Funktionsablaufs nach Fig. 7.
Fig. 9 zeigt schematisch ein Beispiel für ein
optisches Ausrichtungs- und Belichtungssystem einer
Plättchenmuster-Analysiereinrichtung.
Fig. 10A und 10B sind schematische Darstellungen
für die Erläuterung eines teilweisen Abtragens eines
Resists von einer Richtmarke eines Plättchens.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung von
radial verteilten Ausrichtungsfehlern, die an einem Plättchen
entstehen.
Fig. 1 zeigt schematisch den Grundaufbau des Belichtungssystems
gemäß einem Ausführungsbeispiel in Verbindung
mit einem Schrittfortschalte-Ausrichtgerät. Das Ausrichtgerät
hat eine Haupteinheit 1, die von unten an eine Sockelplatte
2, einen XY-Objektträger 3 und eine Einspannvorrichtung
4 enthält, die in dieser Aufeinanderfolge übereinander
gestapelt sind. Ein Plättchen 5 wird von der Einspannvorrichtung
4 festgelegt. An dem Objektträger 3 ist ein Spiegel 6 derart
angebracht, daß mittels eines Laser-Interferometers 7 die
Lage des Objektträgers 3 gemessen werden kann. Zwischen
einer Maske 8 und dem Wafer bzw. Plättchen 5 ist ein Projektionslinsensystem
10 angeordnet. Jedesmal dann, wenn das
Plättchen 5 schrittweise in X- und/oder Y-Richtung mit dem
Objektträger 3 bewegt ist, wird von einem optischen Beleuchtungssystem
11 Belichtungslicht (Kopierlicht) projiziert,
wodurch ein Muster an der Maske 8 auf einen einzelnen Aufnahmebereich
des Plättchens 5 projiziert und kopiert wird.
Ein oberhalb der Maske 8 angeordnetes Objektivdurchlaß- bzw.
TTL-Mikroskop 12 erlaubt eine gleichzeitige Betrachtung des
Maskenmusters und eines durch das Projektionslinsensystem 10
umgekehrt projizierten Bilds eines Plättchenmusters. Ein an
dem Mikroskop 12 angebrachter fotoelektrischer Wandler (CCD-
Wandler) 13 dient zum Umsetzen eines optischen Signals in
ein elektronisches Signal, das einer Steuerschaltung 14
zugeführt wird. Da der grundlegende Aufbau des Ausrichtgeräts
bekannt ist, sind eine Steuerschaltung, ein Speicher
und eine Rechenschaltung und dergleichen alle durch die
Steuerschaltung 14 dargestellt.
Die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung hat eine Haupteinheit
20, die zu der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts benachbart
angeordnet ist. Der untere Teil der Haupteinheit 20
enthält gleichermaßen wie die Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts
eine Sockelplatte 22, einen XY-Objektträger 23, eine
Plättchen-Einspannvorrichtung 24 und einen Spiegel 25.
Ähnlich wie in der Haupteinheit 1 kann ein Plättchen 5
schrittweise in X- und Y-Richtung versetzt werden. Das
Plättchen 5 wird durch die Einspannvorrichtung 24 festgehalten.
Die Lage des Objektträgers wird mittels eines Laser-
Interferometers 27 und einer Interferometersignal-Aufbereitungsschaltung
28 überwacht.
Mittels einer nicht gezeigten Plättchentransportvorrichtung
kann ein Plättchen zwischen dem Ausrichtgerät und der Analysiereinrichtung
hin- und herbewegt werden. Oberhalb des Plättchens
5 ist ein Mikroskop 30 angeordnet. Ein an dem Mikroskop
30 angebrachter fotoelektrischer Wandler 31 dient zum
Umsetzen eines von einem Plättchenmuster erhaltenen optischen
Signals in ein elektrisches Signal, das einer Plättchenmuster-Signalverarbeitungsschaltung
32 zugeführt wird.
Ausgehend von der Bewertung in einer Steuerschaltung 35 wird
in manchen Fällen das Signal aus der Signalverarbeitungsschaltung
32 mittels eines Simulators 34 einer Simulation
unterzogen. Die mittels einer die vorstehend beschriebenen
Elemente enthaltenden Analysator-Steuereinheit 36 aufbereiteten
Daten, Informationen oder Befehle werden aus der
Steuerschaltung 35 der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts
zugeführt. Selbstverständlich kann bei der vorstehend beschriebenen
Einzelzuordnung eines Ausrichtgeräts zu einem
Analysator die Steuereinheit 36 in der Steuerschaltung 14
des Ausrichtgeräts enthalten sein, ohne daß sich Schwierigkeiten
ergeben.
Als nächstes wird die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
ausführlicher beschrieben. Zunächst kann als praktisches
Beispiel für das Mikroskop 30 zweckdienlich ein bekanntes
und im Handel erhältliches Laserabtastmikroskop eingesetzt
werden. Mit einem solchen Laserabtastmikroskop ist es möglich,
nicht nur ein einfaches ebenes Bild zu erhalten,
sondern auch das Oberflächen-Höhenprofil eines Probeexemplars
abzutasten. Ferner ist es möglich, die Dimensionen
eines Musters zu messen. Darüber hinaus kann als Laserlichtquelle
ein He-Ne-Laser, ein Ar-Laser oder dergleichen dazu
eingesetzt werden, eine Beobachtung mit einer der drei
Farben Rot R, Blau B und Grün G oder einer Kombination aus
diesen drei Farben auszuführen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hinsichtlich der Funktion
ein Beispiel beschrieben, bei dem Informationen über ein
Querschnittsformprofil herangezogen werden. Das Profil der
Oberflächenstufung eines Richtmarkenbereichs des Plättchens
5 sowie das Profil der Resistoberfläche werden als Signale
erfaßt. Das erfaßte Profil für die darunterliegenden Flächenstufe
enthält infolge des Resists einen Fehler in einer
Größe, der dem Brechungsindex des Resists entspricht. Falls
aber der Brechungsindex bekannt ist, kann der Fehler korrigiert
werden. Alternativ kann der Brechungsindex aus den
Daten hinsichtlich der einzelnen Wellenlängen für Rot R,
Grün G und Blau B berechnet und der Fehler korrigiert werden.
Diese Berechnungen können mittels der Verarbeitungsschaltung
32 ausgeführt werden.
Als Ergebnis hiervon wird für den Richtmarkenbereich des
Plättchens 5 eine Querschnittsform erhalten, wie sie als
Beispiel in Fig. 3A dargestellt ist. Falls diese mittels des
Simulators 34 nach Fig. 1 der Simulation unterzogen wird,
wird unter der Annahme, daß die Form über ein optisches
System an dem Ausrichtgerät erfaßt wird, ein Simulationssignal
47 gemäß der Darstellung durch eine gestrichelte Linie
in Fig. 3B erzielt.
Das Vorgehen wird nun in größeren Einzelheiten erläutert.
Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten der optischen Anordnung der in
Fig. 1 gezeigten Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts. Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist das Ausrichtsystem ein System
zur axialen Messung durch ein Objektiv hindurch (TTL-
System). Daher hat das Ausrichtungslicht im wesentlichen die
gleiche Wellenlänge wie das Belichtungslicht, wobei der
Wellenlängenbereich nur zehn und einige nm umfaßt. Eine in
Fig. 2 gezeigte Lichtquelle 59 gibt ein derartiges Beleuchtungslicht
ab. Das Beleuchtungslicht tritt durch eine Beleuchtungslinse
58 und eine Beleuchtungsblende 57 hindurch,
wird durch einen Strahlenteiler 56 nach unten zu abgelenkt,
mittels eines Ojektivs 55 zunächst auf der Maske 8 fokussiert
und danach mittels des Projektionslinsensystems 10
wieder abgebildet, um dadurch einen Bereich einer Richtmarke
51 an dem Plättchen 5 zu beleuchten. Das Plättchen 5 ist mit
einem Resist 52 überdeckt.
Das an dem Richtmarkenbereich reflektierte Licht kehrt
entlang seinem Eintrittsweg zurück und tritt nach dem Durchlaufen
des Projektionslinsensystems 10, der Maske 8 und des
Objektivs 55 durch den Strahlenteiler 56 hindurch. Danach
tritt das Licht durch ein Pupillenfilter 60 hindurch und
wird mittels einer Relaislinse 61 auf der Lichtempfangsfläche
des Ladungskopplungs- bzw. CCD-Wandlers 13 abgebildet.
Die hinsichtlich ihres Zustands veränderbaren Elemente
dieser optischen Anordnung sind lediglich die Beleuchtungsblende
57 und das Pupillenfilter 60. Demgemäß wird von dem
Simulator 34 die Nachbildung unter Ändern der Zustände
derselben vorgenommen und eine optimale Kombination bzw. ein
Optimalzustand ermittelt, bei dem das Signallicht am besten
hervorgehoben ist, während die Störkomponente unterdrückt
ist. Der ermittelte optimale Einstellzustand wird über die
Steuerschaltung 35 zu dem Ausrichtgerät hin übertragen.
Aufgrund der auf diese Weise zugeführten Instruktionen
werden in der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts die Einstellungen
der Beleuchtungsblende 57 und des Pupillenfilters 60
geändert.
Anhand der Fig. 4 und 5 wird die Funktion des Simulators 34
ausführlich erläutert. Nach Fig. 4(a) hat ein Filter bzw.
eine Blende 201 eine mittige Blendenöffnung 202 mit einem
Radius r 1 und entspricht der Beleuchtungsblende 57 nach Fig.
2. Ein weiteres Filter 203 gemäß Fig. 4(b) hat eine ringförmige
Öffnung 204 mit einem Innendurchmesser r 2 und einem
Außendurchmesser r 3. Das Filter 203 entspricht der lichtempfangsseitigen
Blende bzw. dem Pupillenfilter 60 nach Fig. 2.
Die Filter 201 und 203 werden in optisch konjugierter Beziehung
zu der Pupillenstelle des Projektionslinsensystems 10
angeordnet. Daher dienen sie als Filter bzw. Blenden für das
Zurückhalten von Winkelinformationen über das Einfallen und
Reflektieren von Licht in einer Abbildungsebene (die im
Falle der Fig. 2 der Oberfläche des Plättchens 5, der Oberfläche
der Maske 8 oder der Lichtaufnahmefläche des CCD-
Wandlers 13 entspricht).
Prüft man nach Fig. 4(c) ein Oberflächenstufenprofil 205 der
Plättchenmarke sowie ein Profil 206 der Resistoberfläche,
die mittels des Laserabtastmikroskops 30 (Fig. 1) gemessen
wurden, so beleuchtet das durch die Beleuchtungsblende 201
durchgelassene Licht das Plättchen in bezug auf eine optische
Achse 207 unter einem Winkel, der nicht größer als R 1
ist. Daher können nur diejenigen der von dem Plättchen
reflektierten Lichtstrahlen zu dem CCD-Wandler 13 durchgelassen
werden, die einen Winkel von mindestens R 2 und
höchstens R 3 in bezug auf die optische Achse 207 haben. Da
jedes der Filter 201 und 203 in bezug auf die optische Achse
207 kreisförmig ist, gilt der Winkel R 1 beispielsweise auch
in der zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung, so daß der
Ausdruck "höchstens R 1" die Bedeutung "konisches Strahlenbündel"
hat. Eine Stufe 208 an dem Plättchen wird hier
jedoch zweidimensional beschrieben, nämlich als stangenförmige
Struktur, die sich in der zur Zeichnungsebene senkrechten
Richtung erstreckt.
In dem Simulator 34 wird der durch die Beleuchtungsblende
201 durchgelassene Lichtstrom als ein Bündel von Strahlen in
einer Anzahl berücksichtigt, die für die Analyse erforderlich
und ausreichend ist, wobei in der Umgebung der Stufe
208 an der Plättchenoberfläche eine Strahlenabtastung mit
diesen jeweiligen Strahlen vorgenommen wird. Beispielsweise
werden gemäß der Darstellung an der linken Seite der Fig.
4(c) für einen zur Abtastung einfallenden Strahl 210 ein an
der Resistoberfläche reflektierter Lichtstrahl 211, ein
durch das Resist durchgelassener (212), an der Plättchenoberfläche
205 reflektierter (213) und wieder durch das
Resist durchgelassener Lichtstrahl 214 und ein Lichtstrahl
217 erfaßt, der zunächst einmal an der Plättchenoberfläche
reflektiert ist (213), dann an der Resistoberfläche reflektiert
ist (215) und danach durch das Resist durchgelassen
ist (nämlich ein zwischen dem Resist und dem Plättchen
mehrfach reflektierter Strahl (216)). Falls die Lichtstrahlen
211, 214 und 217 zu dem Mikroskop 30 zurückgelangen,
wird von diesen ein Strahl ausgeschieden, der nicht durch
die Öffnung 204 des Filters 203 hindurchtreten kann (nämlich
die Strahlen 211 und 217 nach Fig. 4(c)). Hinsichtlich des
oder der durch die Blendenöffnung 204 hindurchtretenden
Strahls bzw. Strahlen (des Strahls 214 nach Fig. 4(c)) wird
die Intensität des austretenden Lichts in bezug auf die
eingegebene Intensität als Einheit berechnet, wobei in die
Berechnung der Reflexionsfaktor der Resistoberfläche, der
Durchlaßfaktor des Resists und der Reflexionsfaktor des
Plättchens mit einbezogen werden. Es ist anzumerken, daß es
für eine Simulation mit höherer Genauigkeit erforderlich
ist, die Phase des Lichts mit einzubeziehen.
Zusammengefaßt gesehen werden von dem Simulator 34 für einen
zur Prüfung eingegebenen Strahl nur diejenigen Reflexionsstrahlen
erfaßt, die durch das Filter 203 hindurchtreten
können, wobei hinsichtlich eines jeden dieser Strahlen der
Simulator 34 in einem Speicher Simulationsergebnisse
abspeichert, beispielsweise bezüglich der Abstrahlungsstelle,
des Abstrahlungswinkels, der Intensität und der Phase
des reflektierten Strahls. Wenn die Simulationsergebnisse
für die jeweiligen Prüfstrahlen zusammengefaßt werden,
können sie als Strahlenbündel gemäß der Darstellung im
rechten Teil der Fig. 4(c) dargestellt werden. Aus den
erhaltenen Ergebnissen ist ersichtlich, daß neben einer
Gruppe 222 von an einem Oberrand 225 der das eigentliche
Ausrichtungsziel darstellenden Stufe 208 reflektierte Lichtstrahlen
sowie einer Gruppe 223 von an einem Unterrand 226
reflektierten Lichtstrahlen weitere Gruppen 220 und 221 von
an der Resistoberfläche reflektierten Strahlen auftreten,
die nicht als "Signal" bezeichnet werden können und die mit
dem echten "Signallicht" 222 und 223 vermischt von dem CCD-
Wandler 13 nach Fig. 2 aufgenommen werden.
Ferner dient der Simulator 34 zum Berechnen einer erwarteten
Lichtstärkeverteilung (elektrischen Signalverteilung), die
mittels dieser Lichtstrahlen an der Lichtempfangsfläche des
Wandlers zu bilden ist. Einfach ausgedrückt ergibt diese
Berechnung die Summe der Lichtstärke in bezug auf eine
jeweilige Stelle. Genau ausgedrückt wird jedoch die Berechnung
unter Einbeziehung der Phase des Lichts, nämlich des
Interferenzeffekts vorgenommen. Das Ergebnis ist bei 230 in
Fig. 4(d) dargestellt. Wie aus der Fig. 4(c) ersichtlich
ist, treten das Signal von dem Plättchenstufenrand her sowie
die an der Resistoberfläche reflektierten Signale von im
wesentlichen der gleichen Stelle her aus. Infolgedessen ist
im Vergleich zu einem nur durch die Lichtstrahlen 222 und
223 gebildeten Signal 231 das Signal 230 beträchtlich verzerrt
bzw. verformt. Daher kann daraus geschlossen werden,
daß die Kombination aus den Filtern 201 und 203 für die
Messung an diesem Probeplättchen ungeeignet ist.
Infolgedessen wird von dem Simulator 34 oder der Steuerschaltung
35 der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20
eine andere Simulation mit einer anderen Kombination aus der
Beleuchtungsblende 57 und dem Pupillenfilter 60 nach Fig. 2
für das optische Ausrichtungssystem bzw. Mikroskop 12 der
Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts versucht. Als Beispiel
wird anhand der Fig. 5 eine Ersatzkombination beschrieben.
Bei diesem Beispiel haben gemäß Fig. 5(a) und 5(b) eine
Beleuchtungsblende 250 und eine Lichtempfangsblende 253
jeweils gleichartige ringförmige Blendenöffnungen 251 bzw.
254.
Gemäß Fig. 5(c) wird das Beleuchtungslicht auf das Plättchen
unter einem Winkel von mindestens R 2 und höchstens R 3
aufgestrahlt, während auf gleichartige Weise die Lichtempfangsblende
nur das Reflexionslicht unter einem Winkel von
mindestens R 2 und höchstens R 3 durchläßt und das andere
Licht abhält. Das Plättchenprofil 205 und das Resistprofil
206 sind denjenigen gemäß Fig. 4(c) gleichartig.
Bei der Kombination dieser Blenden tritt an den ebenen
Bereichen der Resistoberfläche und der Plättchensubstratoberfläche,
die zu der optischen Achse senkrecht stehen, das
ganze an der Resistoberfläche und der Plättchenoberfläche
reflektierte Licht durch die Blendenöffnung 254 der Lichtempfangsblende
253 hindurch und wird auf den CCD-Wandler 13
projiziert. Diese Lichtströme sind als Lichtströme 260, 261
und 262 dargestellt. Im Vergleich hierzu verläuft hinsichtlich
eines Lichtstrahls (wie beispielsweise 263), der an
einem Abschnitt auftrifft, an dem nur die Resistoberfläche
schräg steht, ein an der Resistoberfläche reflektierter
Strahl 264 ungefähr entlang der optischen Achse
(nämlich unter einem Winkel von höchstens R 1), während der
Winkel eines an der Plättchenoberfläche reflektierten (265,
266) und aus dem Resist austretendem Strahls 267 größer als
R 2 wird. Diese beiden Strahlen werden von der empfangsseitigen
Blende 253 abgefangen. Ferner ergibt ein Teil des
durch die Ränder (225, 226 und dergleichen) der Stufe der
Plättchenoberfläche gestreuten Lichts Signallicht mit Lichtströmen
270 bis 273. Diese werden von dem CCD-Wandler 13
aufgenommen und ergeben ein Lichtstärkesignal gemäß der
Darstellung in Fig. 5(d). Hierbei sind zwar das externe
Störlicht und das echte Signallicht gemischt, aber hinsichtlich
der Lage (in X-Richtung) voneinander getrennt. Es ist
daher ersichtlich, daß eine genaue Lageerfassung durch eine
auf die Bereiche von mindestens a bis höchstens b begrenzte
Signalverarbeitung erreichbar ist.
Gemäß Fig. 3 ist das als Ergebnis der vorstehend beschriebenen
optimalen Einstellung erzielbare Simulationssignal
beispielsweise das in Fig. 3B durch eine gestrichelte Linie
dargestellte. Dieses Signal selbst enthält jedoch noch eine
externe Störkomponente und eine Rauschkomponente. Das heißt,
allein durch die Einstellung der optischen Anordnung ist es
nicht möglich, die Einwirkungen von beispielsweise Reflexionslicht
43 von der Resistoberfläche, von Filminterferenz
44 durch die Reflexion an der Resistoberfläche und der
Substratoberfläche und dergleichen vollständig zu verhindern.
Die Signale, die mit wesentlicher Bedeutung für das
Ausrichten erforderlich sind, entstehen aus Lichtstrahlen
wie 45 und 46, die an dem Randbereich einer Richtmarke 42
gebeugt sind. Die Lichtstrahlen 43 und 44 ergeben Signale
ohne Bedeutung.
Infolgedessen wird in dem Simulator 34 nicht nur von der
Strahlenabtastung ausgehend das Simulationssignal nach Fig.
3B berechnet, sondern auch eine Analyse zum Ermitteln desjenigen
Bereichs vorgenommen, der einen größeren Anteil von
echten Signalen enthält, sowie zusätzlich zum Ermitteln des
Ausmaßes der Einwirkung der Oberflächenreflexion oder der
Filminterferenz auf diesen Bereich. Aus den Analyseergebnissen
wird der beste Verarbeitungsalgorithmus ermittelt, gemäß
dem das Signalverarbeitungssystem der Haupteinheit 1 des
Ausrichtgeräts arbeiten sollte, und es werden die entsprechenden
Informationen und Befehle über die Steuerschaltung 35
zu dem Ausrichtgerät hin übertragen.
Beispielsweise bestehen bei dem Fall nach Fig. 3B die Informationen
darin, daß eine große Menge an Randinformationen in
den strichlierten Bereichen enthalten ist oder um wieviele
Prozente der Signalpegel in dem rechten Bereich höher ist
als derjenige im linken Bereich. In der Haupteinheit 1 des
Ausrichtgeräts wird allgemein für die Verarbeitung des
bildgemäßen Informationssignals aus dem CCD-Wandler 13 für
das Ausrichten der Mittelwert dieses bildgemäßen Informationssignals
nach einem Symmetrieverfahren oder einem Momentverfahren
erfaßt. Falls beispielsweise das Symmetrieverfahren
angewandt wird, wird die Mitte durch Signalverarbeitung
allein der Daten für den Bereich von ±A bis ±(A + B)
(oder unter Erhöhen der Wertigkeit dieses Bereichs) bestimmt,
während außerdem die Wertigkeiten bzw. Gewichte des
linken und rechten Bereichs geändert werden. Falls beispielsweise
eine derartige Signalverformung sich aus den
Eigenschaften des aufgetragenen Resists bei der Schleuderbeschichtung
mit dem Resist ergibt und die Möglichkeit des
Auftretens von radialen Fehlern um die Mitte des Plättchens
herum besteht, wird in der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
die vorstehend beschriebene Analyse für die mittige
Aufnahmefläche des Probeplättchens und für einige Aufnahmeflächen
um die Mitte herum ausgeführt, wonach die Ergebnisse
zur Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts übertragen werden. Auf
den Empfang der Ergebnisse hin ist es in dem Ausrichtgerät
möglich, die Signalverarbeitung unter Veränderung des Gewichts
bzw. der Wertigkeit entsprechend der Lage einer
jeweiligen Aufnahmefläche an dem Plättchen auszuführen.
Das Symmetrieverfahren besteht in folgendem: Wenn ein Ausgangssignal
eines k-ten Bildelements einer Vielzahl von
Bildelementen, die in einer vorbestimmten Richtung (z. B. X-
Richtung) auf der Lichtempfangsfläche des CCD-Wandlers 13
aufgereiht sind, mit f(k) bezeichnet wird, wird unter Einsetzen
der Ausgangssignale von Bildelementen in einer Anzahl
I₀ in positiver sowie negativer Richtung von einem j-ten
Bildelement weg die folgende Berechnung ausgeführt:
Aus verschiedenerlei Werten M(j), die durch das Berechnen
unter wiederholtem Versetzen von j um eine vorbestimmte
Größe erhalten werden, wird die Lage j des Minimalwerts als
Mitte des Bildsignals aus dem CCD-Wandler 13 in bezug auf
die X-Richtung bestimmt. Das Momentverfahren ist ein Verfahren
zum Ermitteln der Mitte durch das Berechnen von M(j)
nach folgender Gleichung:
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die
Analysiereinrichtung 20 zum Zuführen der Ergebnisse der
Analyse und der Simulation zu der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts
gestaltet. Die Analysiereinrichtung 20 kann
jedoch mit dem gleichen optischen Meßsystem wie das Ausrichtgerät
1 (beispielsweise mit einem optischen Meßsystem,
das hinsichtlich der Wellenlänge des Bestrahlungslichts, des
Bestrahlungswinkels des Beleuchtungslichts an dem Plättchen
und des Winkels der Aufnahme von Reflexionlicht von dem
Plättchen, der gemäß Fig. 5(c) mindestens R 2 und höchstens
R 3 ist) sowie mit dem gleichen Signalverarbeitungssystem
wie das Ausrichtgerät 1 ausgestattet sein. Dadurch wird das
System leistungsfähiger. Das Signalverarbeitungssystem kann
auch als Verarbeitungssystem des Ausrichtgeräts 1 benutzt
werden. Wenn dies der Fall ist, können in der Analysiereinrichtung
20 auf einfache Weise die Simulationsergebnisse
bzw. Signale mit dem Signal aus dem Meßsystem des Ausrichtgeräts
1 verglichen werden, so daß es daher möglich ist, das
Ergebnis im voraus zu erfassen bzw. vorauszusagen. Die
Vorteile hiervon sind ohne besondere Erläuterung ersichtlich.
Ferner führt bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 die
Analyse für ein schon mit einem Resist beschichtetes Plättchen
aus. Falls mit der Analysiereinrichtung eine Resist-
Beschichtungs- und Entwicklungsvorrichtung zu einer Fließbandanordnung
oder systematischen Anordnung kombiniert wird,
ist eine leistungsfähigere und flexible Anwendbarkeit gewährleistet.
Die Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Anordnung eines
Ausführungsbeispiels in Fließbandstruktur. Gemäß dieser
Fig. 6 sind um die Muster-Analysiereinrichtung 20 (in der
Mitte oben) herum rechts die Haupteinheit 1 des Fortschalte-
Ausrichtgeräts, unten links eine Beschichtungsvorrichtung 72
und oben links eine Entwicklungsvorrichtung 73 angeordnet.
Für das Hin- und Herbefördern der Plättchen zwischen diesen
vier Systemen ist im mittleren Teil ein Plättchentransportsystem
74 angeordnet. Mit 75 und 76 sind Pufferbereiche für
das Anpassen der Höhe des Plättchentransports zwischen dem
Ausrichtgerät 1 und einer Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit
70 bezeichnet. Oberhalb des Transportsystems 74 wird eine
Plättchenkassette für die Unterbringung der Plättchen angeordnet.
Mit 77 und 78 sind Hände bezeichnet, die ausdehnbar
und zusammenziehbar, drehbar und nach oben und unten
bewegbar sind. Diese Hände sind zum Versetzen der Plättchen
zu oder aus einem jeweiligen System ausgebildet. Gleitschieber
bzw. Schlitten 79 und 80, die die mechanischen Teile der
Hände 77 und 78 enthalten, sind entlang einer Y-Achse 81
bewegbar; durch Betätigen dieser Schlitten werden das Zuführen
und Aufnehmen der Plättchen zu bzw. aus der Plättchenkassette
sowie das Zuführen und Aufnehmen der Plättchen
jeweils zu bzw. aus der Analyseeinrichtung 20, dem Ausrichtgerät
1, der Beschichtungsvorrichtung 72 und der Entwicklungsvorrichtung
73 ausgeführt.
Der Durchlauf der Plättchen bei dem Ausführungsbeispiel mit
dem in Fig. 6 dargestellten System ist in dem Ablaufdiagramm
in Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 7 zeigt jeweils in Form von
horizontal aufgereihten Blöcken die Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit
70, die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
20 und das Ausrichtgerät 1. Ihre Funktionen sind durch nach
unten zu aufgereihte rechteckige Blöcke dargestellt, Abzweigungen
sind jeweils durch eine Raute dargestellt und der
Durchlauf eines Plättchens ist durch ausgezogene Pfeile
dargestellt. Gestrichelte Pfeile zeigen die Übertragung von
Befehlen, Informationen und Daten aus der Analysiereinrichtung
20 zu dem Ausrichtgerät 1. Die Entscheidung an einer
jeweiligen Abzweigung erfolgt durch die Steuerschaltung 14
des Ausrichtgeräts 1 oder die Steuerschaltung 35 der Analysiereinrichtung
20 entsprechend der vorbereitenden Wahl
durch eine Bedienungsperson.
In dem Ablaufdiagramm in Fig. 7 sind einige Ausführungsbeispiele
gemischt dargestellt. Die jeweiligen Ausführungsbeispiele
werden anhand der Fig. 8A bis 8F erläutert. Von den
in Fig. 7 gezeigten verschiedenartigen Schritten stellen
Schritte 100, 103, 104, 111, 112, 116 und 117 verschiedene
Arbeitsvorgänge der Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit 70
dar. Schritte 102, 106, 107, 109 und 114 stellen verschiedene
Funktionsvorgänge der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
20 dar. Ein Schritt 110 veranschaulicht die Funktion
des Ausrichtgeräts 1. Bei einem Schritt 101 wird die Entscheidung
getroffen, ob bei dem Schritt 102 die Untersuchung
an einem bei dem Schritt 100 aus der Kassette zugeführten
Plättchen ohne das Resist ausgeführt werden soll. Bei einem
Schritt 105 wird entschieden, ob ein bei dem Schritt 104
vorgebranntes Plättchen direkt zu dem Schritt 110 für die
Belichtung, zu dem Schritt 106 für die Untersuchung des mit
Resist beschichteten Plättchens oder zu dem Schritt 107 für
das teilweise Entfernen des Resists an dem Markenbereich
weitergeführt werden soll. Bei einem Schritt 108 wird entschieden,
ob ein Plättchen nach dem Schritt 107 direkt zu
dem Schritt 110 oder zu dem Schritt 109 für das Untersuchen
der Marke weitergeführt werden soll, an deren Bereich das
Resist entfernt ist. Bei einem Schritt 113 wird entschieden,
ob ein bei dem Schritt 112 entwickeltes Plättchen bei dem
Schritt 116 in der Kassette aufgenommen werden soll oder zu
dem Schritt 114 für das Prüfen des Belichtungsergebnisses
geleitet werden soll. Bei einem Schritt 115 wird entschieden,
ob ein bei dem Schritt 114 geprüftes Plättchen bei dem
Schritt 116 in der Kassette aufgenommen werden soll oder von
dem Plättchen bei dem Schritt 117 das Resist abgetragen bzw.
vollständig entfernt werden soll. Bei jedem dieser Entscheidungsschritte
wird gemäß der vorstehenden Beschreibung eine
gewünschte Wahl entsprechend der vorbereitenden Einstellung
durch die Bedienungsperson getroffen. In der folgenden
Beschreibung anhand der Fig. 8A bis 8F ist die Erläuterung
dieser Entscheidungsschritte weggelassen.
Falls das erstgenannte Ausführungsbeispiel entsprechend dem
dargestellten System betrieben wird, läuft das Verfahren
gemäß Fig. 8A folgendermaßen ab: Zuführen eines Plättchens
aus der Kassette bei dem Schritt 100, Resistbeschichtung bei
dem Schritt 103, Vorbrennen bei dem Schritt 104, Untersuchen
des mit dem Resist beschichteten Plättchens bei dem Schritt
106, schrittweise wiederholte Belichtung bei dem Schritt
110, Nachbrennen bei dem Schritt 111, Entwickeln bei dem
Schritt 112 und Aufnehmen des Plättchens in die Kassette bei
dem Schritt 116. Infolge der vorstehend beschriebenen Vorteile
der erfindungsgemäßen Gestaltung kann ein bei dem
Schritt 110 der schrittweise wiederholten Belichtung unterzogenes
Plättchen mit einer Genauigkeit bearbeitet werden,
die die herkömmliche Genauigkeit überragt.
Als weiteres Ausführungsbeispiel wird eine in Fig. 8B dargestellte
Untersuchung eines belichteten Plättchens erläutert.
Ein bei dem Schritt 110 belichtetes Plättchen wird zu der
Beschichtungs/Entwicklungseinheit 70 befördert. Nach beendetem
Nachbrennen bei dem Schritt 111 und Entwickeln bei dem
Schritt 112 wird an dem Plättchen zuerst ein "prüfbarer
Zustand" in Form eines Resistmusters herbeigeführt. Entsprechend
der Entscheidung bei dem Schritt 113 wird das Plättchen
zur Ermittlung des Ausrichte- bzw. Belichtungsergebnisses
zu der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 zurückgebracht.
Dann wird bei dem Schritt 114 die Genauigkeitsermittlung
in bezug auf eine Vielzahl von Probe-Aufnahmeflächen
des Plättchens vorgenommen. Hinsichtlich der bei diesem
Ausführungsbeispiel zu untersuchenden Genauigkeitsstreuung
wird statt auf zufallsverteilte Fehlerkomponenten besondere
Aufmerksamkeit auf Fehler mit einer gewissen Regelmäßigkeit,
nämlich gleichförmige XY-Versetzungen, radiale Fehler (Vergrößerungsfehler)
oder dergleichen gerichtet. Dies ist
deshalb der Fall, weil sich die zufallsverteilten Komponenten
hauptsächlich aus der Leistungsfähigkeit des Meßsystems
ergeben und es schwierig ist, sie selbsttätig zu vermeiden.
Im Vergleich hierzu ist es einfach, regelmäßig auftretende
Fehler zu korrigieren. Das Untersuchungsergebnis kann zu dem
Verarbeitungssystem bzw. der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts
1 zurückgeleitet werden oder es kann alternativ
an das Ausrichtgerät 1 ein Befehl zu einer Versetzung in
einem bestimmten Ausmaß abgegeben werden. Dadurch ist für
die nachfolgenden Plättchen ein hochgenaues Ausrichten und
Belichten bei dem Schritt 110 sichergestellt. Das Probeplättchen
selbst kann bei dem Schritt 116 in die Plättchenkassette
aufgenommen werden, falls gemäß der Entscheidung
bei dem Schritt 115 die Genauigkeit innerhalb eines bestimmten
Toleranzbereichs liegt. Falls die Genauigkeit aus dem
Toleranzbereich fällt, wird das Plättchen zu der Beschichtungs/Entwicklungseinheit
70 zurückgeführt, wonach es nach
dem Abtragen bzw. vollständigen Entfernen des Resists bei
dem Schritt 117 zu dem Schritt 103 für die Resistbeschichtung
zurückgeleitet wird.
Bei dem in Fig. 8C dargestellten Ausführungsbeispiel wird in
einem frühen Stadium des Ablaufs gemäß Fig. 8A eine Analyse
an einem Probeplättchen vor der Resistbeschichtung vorgenommen.
Daher ist zu dem Ablauf nach Fig. 8A zwischen die
Schritte 100 bzw. 101 und 103 ein weiterer Schritt 102 für
die Untersuchung des Plättchens ohne Resistbeschichtung
eingefügt. Dieser zusätzliche Prozeß ergibt zwei Vorteile:
Einer besteht darin, daß mittels des vorstehend beschriebenen
Laserabtastmikroskops 30 die Querschnittsform der Plättchenrichtmarke
genauer gemessen werden kann. Dies ist natürlich
auf das Fehlen des Resists zurückzuführen. Der andere
Vorteil besteht darin, daß durch das Messen des Abstands
zwischen den Aufnahmeflächen ohne das Resist (Schritt 102)
und mit der Resistbeschichtung (Schritt 106) und durch das
Erfassen irgendeiner Differenz hinsichtlich des Abstands
zwischen diesen Fällen das Ermitteln eines "Resistscheinfehler"
ermöglicht ist. Die Messung kann mittels des Mikroskops
30 und des Laser-Interferometers 27 vorgenommen werden. Bei
diesem Beispiel kann ähnlich wie bei dem vorangehenden
Beispiel das Ergebnis zu dem Signalverarbeitungssystem bzw.
der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts zurückgeführt
werden oder es kann alternativ an das Ausrichtgerät ein
Befehl zu einer Versetzung um ein bestimmtes Ausmaß abgegeben
werden.
Die in den Fig. 8D bis 8F dargestellten Ausführungsbeispiele
sind derart gestaltet, daß von einem zunächst mit einem
Resist beschichteten Plättchen bei dem Schritt 107 ein Teil
des Resists nahe der Richtmarke entfernt wird und danach bei
dem Schritt 109 die Marke in dem Resistabtragebereich untersucht
wird. Hierzu ist es erforderlich, dem Mikroskop 30 der
Analyseeinrichtung 20 ein optisches Belichtungssystem hinzuzufügen.
Hinsichtlich dieser Ausführungsbeispiele ist für
die Lageeinstellung eines Plättchens bei der Belichtung eine
Genauigkeit von einigen µm ausreichend. Daher genügt es, zu
dem optischen Ausrichtsystem benachbart ein optisches Belichtungssystem
vorzusehen. Es kann jedoch wie bei einem
vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch in der
Analysiereinrichtung 20 das gleiche optische Meßsystem wie
dasjenige des Ausrichtgeräts 1 vorgesehen werden, nämlich
ein System, bei dem zum Ausrichten Licht angewandt wird, das
im wesentlichen das gleiche wie das Belichtungslicht ist.
Falls dies erwünscht ist, kann ein optisches System, wie
beispielsweise das in Fig. 9 gezeigte, in Betracht gezogen
werden.
In diesem Fall hat das optische System einen Aufbau, der
ziemlich gleich demjenigen des Ausrichtgeräts ist. Das
Betrachtungsfeld ist jedoch klein und kann als "Kleinstschritt-Fortschaltegerät"
bezeichnet werden. Da das optische
System selbst nicht direkt mit der erfindungsgemäßen Gestaltung
in Zusammenhang steht, wird es nur kurz erläutert. Das
Plättchen 5 wird unter ein Objektiv 122 gelegt, während in
die Bahn des optischen Systems eine Maske 8′ eingefügt wird.
Ein λE-Beleuchtungssystem 123 mit einer Lichtquelle 124 für
eine Wellenlänge λE, die gleich derjenigen des Belichtungslichts
des Ausrichtsgeräts 1 ist, gibt ein Beleuchtungslicht
ab, welches nach dem Hindurchtreten durch Strahlenteiler 133
und 134 die Maske 8′ beleuchtet. Nach dem Durchlaufen eines
Strahlenteilers 135 und eines λE-Projektionssystems 140 (mit
einem Strahlenteiler 137) wird das Muster der Maske 8′ auf
dem Plättchen 5 abgebildet. Das von dem Plättchen 5 reflektierte
Licht kehrt auf seinem Einfallweg zurück und wird auf
der Ebene der Maske 8′ flächig abgebildet sowie im weiteren
über die Strahlenteiler 134 und 133 von einem Detektor 125
eines λE-Meßsystems 126 aufgenommen, in dem das Licht in ein
elektrisches Signal umgesetzt wird.
Ein λ1-Beleuchtungssystem 128 hat eine Lichtquelle 127 und
projiziert das Licht dieser Lichtquelle über einen Strahlenteiler
136 und ein λ1-Projektionssystem 141 (mit einem
Spiegel 138 und dem Strahlenteiler 137) auf das Plättchen 5.
Das von dem Plättchen 5 reflektierte Licht tritt in Gegenrichtung
durch das Objektiv 122, den Strahlenteiler 137 und
über den Spiegel 138 durch die Strahlenteiler 136 und 135 in
dieser Aufeinanderfolge hindurch und wird an der Maske 8′
abgebildet. Ferner wird das Licht über den Strahlenteiler
134 von einem Detektor 130 eines λ1- und λ2-Meßsystems 129
aufgenommen, in dem es in ein elektrisches Signal umgesetzt
wird. Weiterhin ist ausschließlich für das Beleuchten der
Maske ein λ2-Beleuchtungssystem 131 vorgesehen. Das von
einer λ2-Lichtquelle 132 abgegebene Licht beleuchtet über
die Strahlenteiler 136 und 135 die Maske 8′, deren Schattenmuster
von dem λ1- und λ-2-Meßsystem 129 aufgenommen wird.
Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß das als Beispiel
in Fig. 9 gezeigte optische System die Funktion einer Plättchenmuster-Analysiereinrichtung
und zugleich die Funktion
eines Belichtungsgeräts hat. Bei diesem Beispiel dient die
Maske 8′ bei der Ausrichtungsanalyse als Bezugsnormal für das
Mikroskop, während sie als Mustervorlage dient, wenn die
Einrichtung als Belichtungsgerät eingesetzt wird.
Hinsichtlich der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8D bis
8F kann genaugenommen jedes Ausführungsbeispiel in zwei
Ausführungsbeispiele unterteilt werden. Das heißt, in (a) ein
Verfahren zum Entfernen eines Resists von dem ganzen Bereich
der Richtmarke und (b) ein Verfahren, bei dem ein übertragenes
Muster der Maske (nämlich ein Resistbild) in dem Richtmarkenbereich
belassen wird. Ferner können als Verfahren zum
teilweisen Entfernen des Resists zweierlei verschiedene
Arten in Betracht gezogen werden, nämlich (I) ein Verfahren,
bei dem als Belichtungslicht ein starkes Impulslicht beispielsweise
aus einem Dimeranregungslaser verwendet wird, so
daß das Resist direkt durch die Bestrahlung abgetragen wird,
und (II) ein Verfahren, bei dem normal belichtet wird und
das Resist selektiv durch Entwickeln entfernt wird.
Unabhängig von den Verfahren (I) und (II) wird bei dem
Ausführungsbeispiel (a) die Ausrichtegenauigkeit verbessert,
da kein Resist auf der Richtmarke aufliegt, wenn in dem
Ausrichtgerät der Ausrichtvorgang ausgeführt wird. Der
Prozeß selbst ist bekannt. In diesem Fall ist der Prozeß an
jedem der Plättchen auszuführen. Gemäß Fig. 7 ist der Ablauf
der folgende:
Ausführungsbeispiel (a)-(I):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 107 und 110.
Ausführungsbeispiel (a)-(II):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 111, 112, 113, 108 und 110.
Ausführungsbeispiel (a)-(I):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 107 und 110.
Ausführungsbeispiel (a)-(II):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 111, 112, 113, 108 und 110.
Das Verfahren (a) kann beispielsweise durch Anwendung eines
Systemaufbaus wie dem in Fig. 6 gezeigten ausgeführt werden.
Das Ziel bei dem Ausführungsbeispiel (b) ist die Analyse.
Die Fig. 10A zeigt einen Zustand, bei dem an einer X-Richtmarke
151 und einer Y-Richtmarke 152, die in einem Richtmarkenbereich
150 ausgebildet sind, das Resist nur an durch
Strichlierung dargestellten Teilbereichen 153 und 154
belassen ist. Die Fig. 10B zeigt einen Schnitt entlang einer
Linie A-A in Fig. 10A. Durch das Ausführen der Analyse für
einen jeden örtlichen Block der Richtmarke in dem dargestellten
Zustand ist es möglich, irgendeine Signaldifferenz
zwischen einem mit dem Resist überzogenen Bereich und einem
Bereich ohne Resist sowie das Ausmaß einer durch das Vorliegen
und Fehlen des Resists verursachten Verschiebung des
beispielsweise nach dem Symmetrieverfahren ermittelten
Mittenwerts zu erfassen.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8D bis 8F stellen
jeweils eine Probenanalyse dar und es ist nicht erforderlich,
die Analyse für jedes Plättchen auszuführen. Hinsichtlich
dieser als Probeexemplare benutzten Plättchen liegen zwei
Fälle vor: (i) von dem Plättchen wird das Resist ganz abgetragen
und es wird wieder frisches Resist aufgebracht, und
(ii) das Probeplättchen wird direkt dem Ausrichtgerät 1
zugeführt und es wird eine Marke benutzt, die an einer von
der bei der Analyse benutzten Richtmarke verschiedenen
Stelle ausgebildet ist.
Bei diesen Ausführungsbeispielen werden die Prozesse der
Beschichtungs/Entwicklungseinheit 70, der Plättchenmuster-
Analysiereinrichtung 20 und des Ausrichtgeräts 1 folgendermaßen
ausgeführt:
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(i) gemäß Fig. 8D:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 117, 103, 104, 105, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(ii) gemäß Fig. 8E:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(II) gemäß Fig. 8F:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 107, 111, 112, 113, 109, 110, 111, 112, 113 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(i) gemäß Fig. 8D:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 117, 103, 104, 105, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(ii) gemäß Fig. 8E:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(II) gemäß Fig. 8F:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 107, 111, 112, 113, 109, 110, 111, 112, 113 und 116 ausgeführt.
Die aus diesen Prozessen erhaltenen Analyseergebnisse werden
wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
zum Einstellen von Parametern des optischen Meßsystems im
Ausrichtgerät 1 oder zum Einstellen von Signalverarbeitungsalgorithmen
im Ausrichtgerät 1 benutzt. Es besteht natürlich
ein einfaches Verfahren darin, daß bei einer in Fig. 11
dargestellten Tendenz zu radialen Fehlern aus den Daten die
Radialkomponente (der zu einem Abstand r von der Mitte
proportionale Fehlerkomponentenkoeffizient) dem Ausrichtgerät
derart zugeführt wird, daß in diesem der Ausrichtelage
als Versetzung eine entsprechende Größe hinzugefügt wird und
dementsprechend belichtet wird.
Ferner ist es bei dem Kombinieren des Systems mit einer
Beschichtungs/Entwicklungseinheit in Fließbandstruktur möglich,
den Prozeß zum teilweisen Entfernen des Resists auszuführen
und auch das System als Prüfgerät für die Beurteilung
des Ergebnisses der Ausrichtung und Belichtung zu benutzen.
Auf diese Weise ist es ermöglicht, ein flexibles System zu
schaffen, das außer als Analysiereinrichtung auch für verschiedenerlei
andere Zwecke eingesetzt werden kann.
Ein Belichtungssystem für das Belichten eines mit einem
Resist beschichteten Plättchens über eine Maske enthält eine
fotoelektrische Wandlervorrichtung zum fotoelektrischen
Umsetzen einer auf dem Plättchen ausgebildeten Richtmarke
über ein optisches Meßsystem, eine Analysiereinrichtung zum
Untersuchen einer Auswirkung des Resists an dem Plättchen
auf ein Markensignal aus der fotoelektrischen Wandlervorrichtung
und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Lage des
Plättchens in bezug auf die Maske unter Anwendung des Markensignals
aus der fotoelektrischen Wandlervorrichtung und
eines Ergebnisses der Untersuchung der Analysiereinrichtung.
Claims (5)
1. Belichtungssystem mit
einem optischen Projektionssystem (10) zum Projizieren des Musters einer Maske (8) auf ein mit Resist (52) beschichtetes Plättchen (5) und
einer ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13), mit der eine auf dem Plättchen (5) ausgebildete Marke (51) mit Hilfe des optischen Projektionssystem (10) erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plättchen (5) mit Hilfe einer zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) ohne das optische Projektionssystem (10) erfaßt wird,
daß mittels einer Analysiereinrichtung (20, 36) auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) die Auswirkungen des auf dem Plättchen befindlichen Resists (52) auf ein Markensignal der ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13) festgestellt werden, und
daß die Relativlage von Plättchen (5) zu Maske (8) auf der Grundlage des Markensignals und des Ergebnisses der Analysiereinrichtung (20, 36) einjustiert wird.
einem optischen Projektionssystem (10) zum Projizieren des Musters einer Maske (8) auf ein mit Resist (52) beschichtetes Plättchen (5) und
einer ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13), mit der eine auf dem Plättchen (5) ausgebildete Marke (51) mit Hilfe des optischen Projektionssystem (10) erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plättchen (5) mit Hilfe einer zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) ohne das optische Projektionssystem (10) erfaßt wird,
daß mittels einer Analysiereinrichtung (20, 36) auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) die Auswirkungen des auf dem Plättchen befindlichen Resists (52) auf ein Markensignal der ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13) festgestellt werden, und
daß die Relativlage von Plättchen (5) zu Maske (8) auf der Grundlage des Markensignals und des Ergebnisses der Analysiereinrichtung (20, 36) einjustiert wird.
2. Belichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Analysiereinrichtung (20, 36) einen Objektträger (23)
zum Bewegen des Plättchens (5) umfaßt.
3. Belichtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Objektträger (23) von einem beim Projizieren des Musters
der Maske (8) auf das mit Resist (52) beschichtete
Plättchen (5) verwendeten Objektträger (3) getrennt ist.
4. Belichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und die zweite fotoelektrische
Erfassungsvorrichtung (31) bei der fotoelektrischen
Erfassung Licht zur Belichtung aus im wesentlichen
gleichen Wellenlängenbereichen verwenden.
5. Belichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiereinrichtung (20, 36)
aufeinanderfolgend den Zustand des mit Resist (52) beschichteten
Plättchens (5) und den Zustand des vom Resist (52) befreiten
Plättchens (5) analysiert.
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