DE68928192T2

DE68928192T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Positionsdetektion

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Publication number: DE68928192T2
Application number: DE68928192T
Authority: DE
Inventors: Sakae Hachiohji-Shi Tokyo Houryu; Noriyuki Machida-Shi Tokyo Nose; Shigeyuki Yokohama-Shi Kanagawa-Ken Suda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-07
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2009-09-08
Also published as: EP0358512A2; US5148037A; EP0358512B1; DE68928192D1; EP0358512A3; JPH0274803A; JP2546350B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Verfahren zur Positionserfassung und ein geeignet verwendbares Gerät, um beispielsweise bei einem Belichtungsgerät zur Fertigung von Halbleiter-Mikroschaltkreis-Vorrichtungen ein feines elektronisches Schaltkreismuster, das auf der Oberfläche eines ersten Objekts (Originals) ausgebildet ist, wie beispielsweise einer Maske oder einem Raster (das nachfolgend einfach als "Maske" bezeichnet wird), auf die Oberfläche eines zweiten Objekts (Werkstücks), wie beispielsweise einer Platte, lithografisch zu übertragen, um die Maske und die Platte relativ zueinander zu positionieren oder auszurichten.
Bei Belichtungsgeräten zur Verwendung bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen ist das relative Ausrichten einer Maske und einer Platte ein wichtiger Faktor bezüglich dem Gewährleisten einer verbesserten Leistung. Insbesondere bei den Ausrichtsystemen, die bei den neuen Belichtungsgeräten eingesetzt sind, sind Ausrichtpräzisionen von weniger als einem µm oder noch höhere Präzisionen in Anbetracht des Bedarfs eines höheren Grads der Integration der Halbleitervorrichtungen erforderlich.
Bei vielen Arten von Ausrichtsystemen sind sogenannte "Ausrichtmuster" auf einer Maske und einer Platte vorgesehen und die Maske und die Platte werden durch Verwenden einer von diesen Mustern erhältlichen Positionsinformation ausgerichtet. Bezüglich der Weise zum Ausführen des Ausrichtens gibt es beispielsweise ein Verfahren, wobei der Betrag der relativen Abweichung dieser Ausrichtungsmuster auf der Grundlage einer Bildverarbeitung erfaßt wird. Ein anderes Verfahren wird in den U.S. Patenten Nr. 4.037.969 und 4.326.805 und in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Sho 56-157 033 vorgeschlagen, wobei sogenannte Zonenplatten als Ausrichtmuster verwendet werden, auf die Licht projiziert wird, und wobei die Positionen von Lichtflecken erfaßt werden, die auf einer vorgegebenen Ebene durch Lichter von den beleuchteten Zonenplatten erzeugt werden.
Im allgemeinen ist ein Ausrichtverfahren unter Verwendung einer Zonenplatte gegenüber Fehlern eines Ausrichtmusters relativ unempfindlich und gewährleistet deshalb verglichen mit einem Ausrichtverfahren, bei dem einfach ein herkömmliches Ausrichtmuster verwendet wird, relativ hohe Ausrichtpräzisionen.
Fig. 1A und 1B zeigen schematische Ansichten des Ausrichtsystems unter Verwendung von Zonenplatten, das in dem U.S. Patent Nr. 4.326.805 und in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Sho 56-157 033 offenbart ist.
In den Figuren 1A und 1B tritt ein von einer Lichtquelle 100 ausgehendes Licht durch ein optisches System 102 und einen Halbspiegel 108 durch und wird durch eine Linse 110 zu einem parallelen Licht umgewandelt. Danach beleuchtet das Licht Masken-Ausrichtmuster 12 und 20 auf einer Maske 10 ünd ein Platten-Ausrichtmuster 61 auf einer Platte (Wafer) 60, die auf einem Auflagetisch 84 angeordnet ist. Jedes dieser Ausrichtmuster 12, 20 und 61 ist durch eine Zonenplatte der Reflexionsart vorgesehen und dient der Erzeugung eines Flecks eines gebündelten Lichts auf einer Ebene 92. Der Betrag der relativen Abweichung der Positionen dieser auf der Ebene 92 erzeugten Lichtflecken wird durch die Kondensorlinse 110 und eine Linse 116 erfaßt.
Der Auflagetisch 84 für die Platte wird gemäß der Erfassung angetrieben, um die Maske 10 und die Platte 60 relativ auszurichten.
Fig. 1B zeigt eine erläuternde Ansicht, die die Beziehung von Lichtern von den Masken-Ausrichtmustern 12 und 20 und von dem Platten-Ausrichtmuster 61 darstellt, die in Fig. 1A gezeigt sind.
In der Fig. 1B wird ein Teil von jedem eingehenden Licht 88 oder 90 durch das Masken-Ausrichtmuster 12 oder 20 gebeugt und erzeugt einen Fleck eines gebündelten Lichts in der Nähe der Ebene 92. Ein anderer Teil des Lichts tritt in der Gestalt eines Durchstrahlungslichts der nullten Ordnung durch die Maske 10 durch und wird in der Nähe der Ebene 92 gesammelt, um einen Fleck eines gebündelten Lichts zu erzeugen, der die Position der Platte widerspiegelt. Wenn bei dem dargestellten Beispiel das durch die Platte 60 gebeugte Licht einen Fleck erzeugt, dient die Maske 10 lediglich als ein transparentes Element.
Die Position von jedem Fleck eines gebündelten Lichts, der durch die Platten-Ausrichtmuster 61 oder 62 auf die beschriebene Weise erzeugt wird, kann sich gemäß dem Betrag einer Abweichung der Platte 60 relativ zu der Maske 10 verschieben.
Auf herkömmliche Weise wird eine derartige Abweichung erfaßt, und auf dieser Grundlage werden die Maske 10 und die Platte 60 zueinander ausgerichtet.
Bei den in den Fig. 1A und 1B dargestellten Ausrichtsystemen enthält der Spalt oder der Abstand g zwischen der Maske und der Platte einen unbestimmten Wert eines bestimmten Betrags, der die folgenden Unannehmlichkeiten mit sich bringt:
Hier wird auf die Fig. 2 Bezug genommen. In Abhängigkeit von der Konstruktion kann der Ausrichtungszustand einer Maske und einer Platte an einer beliebigen Stelle von Lichtflecken 78a und 78b erfaßt werden. Da jedoch eine Abweichung Δ ' von jedem Lichtfleck sowohl von der Abweichung Δ der Maske und der Platte als auch von dem Spalt g dazwischen abhängt, ist es möglich, daß viele Paare von Abweichungen Δ und Spalte g einer einzelnen Abweichung Δ ' entsprechen. Das führt dazu, daß das Licht an der Stelle des Flecks 78b konzentriert wird, wenn der Ausrichtzustand an der Stelle des Lichtflecks 78a zu erfassen ist und wenn der korrekte Abstand g nicht erreicht wird, und es kann dann die Abweichung Δ durch die genaue Messung des Betrags einer Abweichung Δ ' nicht genau bestimmt werden. Aufgrund dessen ist einzelner Ausrichtvorgang, der normalerweiseausreichend ist, nicht ausreichend und es müssen zwei oder mehr Vorgänge wiederholt ausgeführt werden, was zu einer Reduktion des Durchsatzes führt.
Wenn der Ausrichtzustand an der Stelle des gebündelten Lichtflecks 78b zu erfassen ist und wenn der Spalt g einen groben Wert hat, führt die genaue Messung des Betrags einer Abweichung Δ ¹ nicht immer dazu, daß der Betrag der Abweichung Δ gleich Null wird, was zu einer falschen Abgrenzung des Ausrichtzustands führt.
Wenn außerdem in der Fig. 2 ein gemessener Wert des Abstands zwischen der Maske und der Platte einen Fehler eines Betrags Δg enthält, dann tritt bei der Abweichung Δ ' ein Fehler Δg auf. Da die Abweichungen Δ ' und Δ eine eins-zu-eins Beziehung haben, wird auch ein Fehler eines Betrags Δg bei der Abweichung Δ erzeugt.
Um die Ausrichtung mit einer Präzision von 0,01 µm zu erreichen, sollte der Abstand beispielsweise zumindest mit einer niedrigsten Präzision einer Ordnung von nicht mehr als 0,01 µm eingerichtet werden. Bei dem herkömmlichen Verfahren ist es schwierig, dieses zu erreichen. Außerdem würden Versuche zur Verbesserung der Präzision den ganzen Aufbau des Geräts sehr kompliziert machen.
Es wird auch auf das "Journal of Vacuum Science and Technology", Teil B, Vol B1, Nr. 4, Seiten 1276 - 1279 Bezug genommen, das die Erfassung der seitlichen Beziehung zwischen einer Platte und einer Maske und eine Einrichtung zum Projizieren von Licht auf eine Maske offenbart, die über einer Platte liegt, wobei das Licht durch die Platte und durch die Maske gebeugt wird und durch Fotodetektoren erfaßt wird.
Es wird des weiteren auf das Dokument US-A-4360273 Bezug genommen, das eine Anordnung zum Ausrichten einer Maske und einer Platte offenbart. Die Maske und die Platte haben jeweils eine Fresnel-Zonenplatte, die zum Erzeugen von Interferenzmustern in der Gestalt eines durch den Anwender beobachtbaren Informationsmusters verwendet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Positionserfassungssystem mit einem einfachen Aufbau zu schaffen, mit dem Fehlerfaktoren vermieden werden können, die beim Ausrichten eines ersten Objekts, wie beispielsweise einer Maske, und eines zweiten Objekts, wie beispielsweise einer Platte, verursacht werden, so daß deren Ausrichtung mit einer hohen Präzision und leicht erreicht werden kann.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Positionserfassungssystem zu schaffen, mit dem durch eine einzelne Erfassungseinrichtung der Abstand zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt sowie die Positionsbeziehung dazwischen in einer zu der Richtung des Abstands senkrechten Richtung gleichzeitig erfaßt werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Erfassen der seitlichen Fehlausrichtung und eines Spalts zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zueinander angeordnet sind und im wesentlichen parallel zueinander sind, wobei das erste Objekt mit einem ersten optischen Element versehen ist und das zweite Element mit einem zweiten optischen Element versehen ist, das durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
Projizieren von Licht zu dem ersten und dem zweiten Objekt, um einen ersten und zweiten Erfassungsstrahl zu erzeugen, wobei jeder durch das erste optische Element konvergiert oder divergiert wird, wobei jeder Erfassungsstrahl durch das zweite optische Element auf eine Erfassungsebene konvergiert oder divergiert wird, und wobei jeder Erfassungsstrahl in Abhängigkeit des Spalts zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt versetzbar ist, wobei der erste Erfassungsstrahl auch in Abhängigkeit von einer seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts versetzbar ist;
Projizieren von Licht auf das erste und das zweite Objekt, um einen auf die Erfassungsebene gerichteten dritten Erfassungsstrahl zu erzeugen, dessen Richtung sowohl von dem Spalt als auch von der seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts unabhängig ist;
Erfassen eines ersten Abstands zwischen dem ersten und dritten Strahl auf der Erfassungsebene und eines zweiten Abstands zwischen dem zweiten und dritten Strahl auf der Erfassungsebene; und
Berechnen der seitlichen Fehlausrichtung und des Spalts zwischen dem ersten und zweiten Objekt mittels des erfaßten ersten und zweiten Abstands.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Gerät zum Erfassen der seitlichen Fehlausrichtung und des Spalts zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt, die in einer gegenüberliegenden Beziehung zueinander angeordnet sind und im wesentlichen parallel zueinander sind, wobei das erste Objekt mit einem ersten optischen Element versehen ist und das zweite Element mit einem zweiten optischen Element versehen ist, das durch folgende Bauteile gekennzeichnet ist:
eine Lichtquelle zum Projizieren von Licht zu dem ersten und dem zweiten Objekt, um einen ersten und zweiten Erfassungsstrahl zu erzeugen, wobei jeder durch das erste optische Element konvergiert oder divergiert wird, wobei jeder Strahl durch das zweite optische Element auf eine Erfassungsebene konvergiert oder divergiert wird und jeweils in Abhängigkeit des Spalts zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt versetzbar ist, wobei der erste Erfassungsstrahl auch in Abhängigkeit von einer seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts versetzbar ist,
wobei das erste und das zweite Objekt so angepaßt sind, einen auf die Erfassungsebene gerichteten dritten Erfassungsstrahl zu erzeugen, dessen Richtung sowohl von dem Spalt als auch von der seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts unabhängig ist;
eine Lichterfassungseinrichtung zum Erfassen eines ersten Abstands zwischen dem ersten und dritten Erfassungsstrahl auf der Erfassungsebene und eines zweiten Abstands zwischen dem zweiten und dritten Erfassungsstrahl auf der Erfassungsebene; und
eine Signalverarbeitungseinrichtung zum Berechnen der seitlichen Fehlausrichtung und des Spalts zwischen dem ersten und zweiten Objekt mittels des erfaßten ersten und zweiten Abstands.
In den Zeichnungen:
Fig. 1A, 1B und 2 zeigen erläuternde Ansichten, die ein Ausrichtsystem einer bekannten Art darstellen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Detailansicht eines Hauptabschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der optischen Wege in dem Hauptabschnitt des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 in einer nicht geklappten Ansicht.
Fig. 5 stellt eine schematische Darstellung von Beispielen von Mustern von physikalischen Optikelementen dar, die an einem ersten und einem zweiten Objekt vorgesehen sind.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer nicht geklappten Ansicht.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung von Beispielen von Mustern von physikalischen Optikelementen, die an einem ersten und einem zweiten Objekt vorgesehen sind.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer nicht geklappten Ansicht.
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer nicht geklappten Ansicht.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Rauptabschnitts eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in einer nicht geklappten Ansicht.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung, wobei Lichtwege in einer nicht geklappten Ansicht dargestellt sind.
In den Fig. 3 und 4 geht ein Lichtstrom l1 von einer Lichtquelle LS aus, die beispielsweise einen Halbleiterlaser oder eine LED (Licht emittierende Diode) aufweisen kann. Das Licht l1 fällt mit einem Auftreffwinkel θ auf physikalische Optikelemente Z1, Z2 und Z3, die auf einern ersten Objekt, wie beispielsweise einer Maske, vorgesehen sind. Details der physikalischen Optikelemente werden später beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 2 wird ein zweites Objekt bezeichnet&sub1; wie beispielsweise eine Platte, die gegenüberliegend zu dem ersten Objekt 1 angeordnet ist, wobei ein Abstand oder ein Spalt g dazwischen aufrechterhalten wird. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet die Position auf dem ersten Objekt, an der das durch das zweite Objekt reflektierte (gebeugte) Licht wieder auf dem ersten Objekt auftrifft. Das Zeichen Δ bezeichnet den Betrag der relativen Positionsabweichung des ersten Objekts 1 und des zweiten Objekts 2. Das erste Objekt ist mit physikalischen Optikelementen Z1, Z2, Z3 und Z6 versehen, von denen jedes von einer Durchstrahlungsart ist. Das Licht l1 wird auf die physikalischen Optikelementen Z1, Z2 und Z3 projiziert. Das zweite Objekt 2 ist mit physikalischen Optikelementen Z4 und Z5 der Reflexionsart versehen, obwohl sie in der Fig. 4 zur Vereinfachung so dargestellt sind, als wenn sie von der Durchstrahlungsart wären. Jedes dieser physikalischen Optikelementen Z1 - Z6 kann beispielsweise durch ein Beugungsgitter oder eine Zonenplatte vorgesehen sein.
Fig. 5 stellt Beispiele von Muster von physikalischen Optikelementen dar, die bei diesem Ausführungsbeispiel auf dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 vorzusehen sind.
Das physikalische Optikelement Z3 hat eine Linsenfunktion mit einem Brennpunkt F1 und einer Brennweite f1. Das physikalische Optikelement Z4 ist so angeordnet, daß es unabhängig vom Betrag einer Positionsabweichung konstant ein Beugungslicht in einer vorgegebenen Richtung erzeugt. Jedes der Zeichen l2 - l7 bezeichnet ein Beugungslicht in einer vorgegebenen Ordnung oder vorgegebenen Ordnungen von entsprechenden physikalischen Optikelementen. Mit dem Bezugszeichen 4 wird ein Sensor bezeichnet, der beispielsweise einen Liniensensor oder einen Flächensensor aufweisen kann, und der Sensor ist in einem Abstand L von dem ersten Objekt 1 angeordnet. Mit den Zeichen a1, a2 und a3 werden jeweils optische Achsen der physikalischen Optikelemente Z1, Z2 und Z3 bezeichnet. Die optischen Achsen al und a2 sind um einen Abstand D1 beabstandet, während die optischen Achsen a2 und a3 um einen Abstand D2 beabstandet sind.
Punkte C1, C2 und C3 bezeichnen jeweils den Schwerpunkt von entsprechenden Beugungslichtern l4, l5 oder l7 auf der Oberfläche des Sensors 4. Der Punkt Cl befindet sich in einem Abstand y0 von der optischen Achse al und der Punkt C3 befindet sich in einem Abstand y1 von der optischen Achse a3.
Wenn in dem Querschnitt des Lichts ein Positionsvektor von jedem Punkt in dem Bereich mit der Lichtintensität an diesem Punkt multipliziert wird und die somit erhaltenen Produkte über den gesamten Bereich integriert werden, hat der integrierte Wert einen "Nullvektor", wobei ein derartiger Punkt hier mit dem Ausdruck "Schwerpunkt des Lichts" bezeichnet wird.
Ein Signalverarbeitungsschaltkreis 5 ist dazu angeordnet, um aus der durch den Sensor 4 zugeführten Information den Schwerpunkt von jedem Licht l4, l5 oder l7 zu erfassen, und um auch jegliche Positionsabweichung Δ und den Abstand g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 auf der Grundlage der Abstände y1, y0, D1, D2 und dergleichen und durch Verwenden von Gleichungen zu erfassen, die später beschrieben sind. Ein Regelschaltkreis 6 ist gemäß der Information betreibbar, die die Positionsabweichung Δ und den Spalt g betrifft und von dem Signalverarbeitungsschaltkreis 5 zugeführt wird, um die Abweichung Δ und den Spalt g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 zu regeln.
Ein Bühnenregler 7 ist ansprechend auf Anweisungen von dem Regelschaltkreis 6 betreibbar, um eine (nicht gezeigte) Bühne anzutreiben, auf der das zweite Objekt 2 angeordnet ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Licht el von der Lichtquelle auf jedes der physikalischen Optikelemente Z1, Z2 und Z3 projiziert, die auf dem ersten Objekt 1 vorgesehen sind. Von diesen physikalischen Optikelementen erzeugt das physikalische Optikelement Z1 ein Beugungslicht l2 der ersten Ordnung, das die Gestalt eines konvergenten Strahls hat. Das Beugungslicht l2 tritt in das physikalische Optikelement Z4 auf dem zweiten Objekt 2 ein, wobei ein Beugungslicht l3 der ersten Ordnung mit einem Hauptstrahl erzeugt wird, der sich bezüglich der optischen Achse al mit einem Winkel θ&sub0; erstreckt. Da das Beugungslicht l3 auf das physikalische Optikelement Z6 fällt, wird ein Beugungslicht l4 der ersten Ordnung mit einem Rauptstrahl erzeugt, der sich parallel zu der optischen Achse a1 erstreckt. Das Beugungslicht l4 wird auf der Oberfläche des Sensors 4 an einer Position gebündelt, die von der optischen Achse al um einen Abstand y&sub0; beabstandet ist.
Die physikalischen Optikelemente Z4 und z5 sind dazu angeordnet, um Beugungslichter zu erzeugen, deren Hauptstrahlen sich unabhängig von der Positionsabweichung Δ (d.h. unabhängig von der Auftreffposition des Lichts darauf) jeweils mit einem Winkel θ&sub0; und parallel zu der optischen Achse al erstrecken. Deshalb ist der Abstand y&sub0; von der Positionsabweichung Δ unabhängig.
Wenn der Abstand y&sub0; bei diesem Ausführungsbeispiel so klein ist, daß seine Messung schwierig ist, kann eine Vergrößerung, beispielsweise durch Verwenden eines Linsensystems, eingesetzt werden. Der optische Weg der Lichter l1 - l4 dient der Schaffung eines Erfassungssystems A.
Das physikalische Optikelement Z3 hat die Funktion einer konvexen Linse mit einem Brennpunkt F1 und einer Brennweite f1. Ein Teil des auf das physikalische Optikelement Z3 fallenden Lichts l1 wird in der Gestalt eines konvergenten Strahls zu einem Beugungslicht l6 der ersten Ordnung umgewandelt und tritt in das physikalische Optikelement Z5 ein. Das physikalische Optikelement Z5 hat die Funktion einer konkaven Linse und durch diese Funktion wird ein Beugungslicht l7 erzeugt, dessen Beugungsrichtung mit der Positionsabweichung Δ veränderlich ist. Das Beugungslicht l7 tritt durch das physikalische Optikelement Z3 einfach als ein Beugungslicht der nullten Ordnung durch. Das Beugungslicht l7 wird an einer Position auf der Oberfläche des Sensors 4 gebündelt, die von der optischen Achse a3 um einen Abstand y1 beabstandet ist. Da der Abstand zwischen dem Sensor 4 und dem ersten Objekt 1 bei einem konstanten Wert L gehalten wird, hängt der Betrag des Abstands y1 von dem Spalt g und der Positionsabweichung Δ ab. Der optische Weg der Lichter l1, l6 und l7 dient der Schaffung eines Erfassungssystems C.
Andererseits wird das auf das physikalische Optikelement Z2 fallende Licht l1 dadurch gebeugt. Von allen gebeugten Strahlen wird das Beugungslicht eS der ersten Ordnung, das die Gestalt eines konvergenten Strahls hat, durch das zweite Objekt 2 reflektiert (obwohl es in der Fig. 4 zur Vereinfachung so dargestellt ist, als wenn es durchgehen würde) und verläuft entlang der optischen Achse a2 zu dem Sensor 4. Der Punkt C2 des Schwerpunkts des Lichts l5 befindet sich unabhängig von der Positionsabweichung Δ und dem Spalt g konstant auf der optischen Achse a2. Somit schafft der Punkt C2 einen Positionsbezug für die Schwerpunkte C1 und C3 der anderen Lichter auf der Oberfläche des Sensors 4. Der optische Weg der Lichter l1 - 15 dient der Schaffung eines Erfassungssystems B.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zuerst der Signalverarbeitungsschaltkreis 5 betrieben, um aus den durch den Sensor 4 gesammelten Daten die Positionen Cl, C2 und C3 der jeweiligen Schwerpunkte der Lichter l4, l5 und l7 zu erfassen. Danach wird der Signalverarbeitungsschaltkreis 5 betrieben, um den Abstand dl zwischen den Punkten Cl und C2 und den Abstand d2 zwischen den Punkten C2 und C3 zu berechnen. Nachfolgend wird der Signalverarbeitungsschaltkreis betrieben, um die Abstände y0 und y1 durch Verwenden der vorgegebenen Werte der Abstände D1 und D2 und gemäß der folgenden Gleichung zu erfassen:
Y0 = d1 - d2 Y1 = D2 - d2} (A)
Des weiteren werden die Positionsabweichung Δ und der Spalt g durch Verwenden der Werte der Abstände y0 und y1 und durch Verwenden von später beschriebenen Gleichungen erfaßt.
Gemäß der somit erhaltenen Information bezüglich der Positionsabweichung Δ und dem Spalt g, die von dem Signalverarbeitungsschaltkreis 5 zugeführt werden, wird der Regelschaltkreis 6 betrieben, um zum Bewegen des zweiten Objekts 2 zu einer vorgegebenen Position den Bühnenregler 7 zu betätigen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das verwendbare Beugungslicht nicht auf ein Beugungslicht der ersten Ordnung beschränkt. Es sind im wesentlichen dieselben vorteilhaften Wirkungen durch Verwenden eines Beugungslichts einer höheren Ordnung, wie beispielsweise der zweiten Ordnung oder einer noch höheren Ordnung, erreichbar.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Komponenten, wie beispielsweise eine Lichtquelle und ein Sensor zusammen an einer Stelle angeordnet werden. Deshalb ist eine optische Sonde mit einem Aufbau von geringer Größe erreichbar. Da es außerdem nicht notwendig ist, die optische Sonde während der Belichtung zu bewegen, wird ein Anstieg des Durchsatzes ermöglicht.
Als Nächstes werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 die Details der Erfassungsweise jeglicher Positionsabweichung Δ und des Abstands g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei dem in der Fig. 4 gezeigten Erfassungssystem C tritt das Licht l1 durch die physikalischen Optikelemente Z3 und Z5 durch, die jeweils eine Linsenfunktion haben, und wird auf den Punkt C3 projiziert. Zu diesem Zeitpunkt hat der bei C3 bezeichnete Abstand y1 zu dem Schwerpunkt des Lichts l7 einen derartigen Wert, der durch die Abweichung Δ und den Abstand g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 bestimmt wird, und gewöhnlich folgendermaßen ausgedrückt wird:
y1 = FA1(Δ, g)
Im allgemeinen können Lösungen von zwei Unbekannten erhalten werden, wenn es zwei Gleichungen gibt, die diese Unbekannten umfassen. D.h., wenn zwei Gleichungen folgendermaßen aufgestellt werden können:
yl = FA1(Δ, g) (1)
y0 = FA0(Δ, g) (2)
dann können die zwei Unbekannten Δ und g durch die Messung der Abstände y1 und y0 bestimmt werden.
Wenn bei einem Sonderfall der nur von dem Abstand g abhängige Wert mit y0 = FO(g) bezeichnet wird, dann können die Unbekannten Δ und g durch die folgenden Beziehungen bestimmt werden:
y0 = FA0(g) yN = FAN(Δ, g) } (3)
Bei dem in der Fig. 4 gezeigten Erfassungssystem Δ wird die folgende Beziehung erfüllt:
y0 = g tanθ&sub0; (4)
Bei dem Erfassungssystem C wird die folgende Beziehung erfüllt:
y1 = (L+2g-f1)/(f1-g) Δ (5)
Aus dem Vorangestellten ist zu verstehen, daß die Positionsabweichung Δ und der Abstand g gemäß den Gleichungen (A), (4) und (5) und unter Verwendung der gemessenen Werte d1 und d2 bestimmt werden können. Während die Abstände D1 und D2 gemäß den konstruktiven Spezifikationen der physikalischen Optikelemente vorgegebenen sind, können sie durch einen Versuchsdruck erfaßt werden.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 4, sie zeigt aber einen Hauptabschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung der Fig. 6 umfaßt Erfassungssysteme B und C, die im wesentlichen dieselbe Funktion wie die in Fig. 3 gezeigten Erfassungssysteme B und C haben.
Ein physikalisches Optikelement Z7 hat die Funktion einer konkaven Linse mit einem Brennpunkt F2 und einer Brennweite f2, und wenn ein Lichtstrom l1 auf das physikalische Optikelement Z7 projiziert wird, erzeugt das Element Z7 ein Beugungslicht l8 der ersten Ordnung in der Gestalt eines divergenten Strahls. Das Beugungslicht l8 tritt in ein anderes physikalische Optikelement Z8 mit der Funktion einer konvexen Linse ein, wodurch ein Beugungslicht l9 der ersten Ordnung erzeugt wird, dessen Beugungsrichtung mit einer Positionsabweichung Δ veränderlich ist. Das Beugungslicht l9 wird an einer Position gebündelt, die um einen Abstand y2 von der optischen Achse beabstandet ist. Der Betrag des Abstands y2 ist zu diesem Zeitpunkt von der Abweichung Δ und dem Abstand g abhängig. Der optische Weg der Lichter l1, l8 und l9 dient der Schaffung eines Erfassungssystems D.
Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Abweichung Δ und der Abstand g wie folgt aus zwei Beziehungen erfaßt werden, die die Abweichung Δ und den Abstand g betreffen:
y1 = FA1(Δ, g) y2 = FA2(Δ, g) } (6)
Die Erfassungssysteme C und 0 entsprechen jeder der Gleichung "y1 = FA1(Δ, g)" und " y2 = FA2(Δ, g)", und das Erfassungssystem B schafft eine Bezugsposition C2.
Wenn der Punkt C2 als die Bezugsposition verwendet wird, folgt aus der Fig. 6:
Aus diesen Beziehungen werden die Abstände y1 und y2 erfaßt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Abstand y2 angesichts des Erfassungssystems D folgendermaßen erfaßt:
Δ : y2 = (f2+g) : (f2+g+L+g) y2 = (L+2g+f2)/(f2+g) Δ (7)
Die Positionsabweichung Δ und der Abstand g können durch Verwenden der Gleichungen (5), (6) und (7) und durch die gemessenen Werte d3 und d4 erfaßt werden.
Da der Schwerpunkt des Lichtflecks, der durch eine Beugungslichtkomponente l10 der nullten Ordnung des Lichts l6 erzeugt wird, unabhängig von jeglichem Verschieben der Position des zweiten Objekts 2 immer mit der optischen Achse a3 zusammenfällt, kann er anstatt dem Erfassungssystem B verwendet werden. Dabei schafft der Punkt C5 eine Bezugsposition. Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird nachfolgend erläutert.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Während bei diesem Ausführungsbeispiel ein Lichtstrom l1 mit einem Winkel θ auf das erste Objekt 1 fällt, ist der grundlegende Betrieb bei diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen derselbe wie bei dem in Fig. 6 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel
Diese in Fig. 7 gezeigten Erfassungssysteme haben denselben Aufbau wie die in Fig. 6 gezeigten Erfassungssysteme C und D.
Ein wichtiges Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels besteht beim Vergleich mit dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 darin, daß eine Bezugsposition des Schwerpunkts des Lichts l10 erfaßt wird, das auf dem Punkt C5 auftrifft. Eine Erfassung des Punkts C5 führt dazu, daß der Schwerpunkt des Lichts bei C3 und der Schwerpunkt des Lichts bei C5 zusammenfallen, wenn die Abweichung zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 Null wird, d.h. wenn sie ausgerichtet sind. In Anbetracht dessen sind die physikalischen Optikelemente Z3, Z7, Z5 und Z8 derart angeordnet, daß die optischen Achsen der Elemente Z3 und Z7 und die optischen Achsen der Elemente Z5 und Z8 jeweils voneinander um δ1 und δ2 abweichen, wenn das erste und zweite Objekt zueinander ausgerichtet sind. Das vermeidet ein Überlappen der Schwerpunkte, wenn eine korrekte Ausrichtung der Objekte eingerichtet ist.
Es ist aus dem Vorangehenden verständlich, daß Δ in der Gleichung (6) folgendermaßen ersetzt werden kann, wenn das erste und zweite Objekt 1 und 2 um Δ voneinander abweichen:
Δ1 = Δ + δ1
Δ2 = Δ + δ2
Fig. 8 zeigt Beispiele von Muster, die als die physikalischen Optikelemente Z3, Z7, Z5 und Z8 verwendet werden können, die auf dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels vorgesehen sind. In der Fig. 8 bezeichnet das Zeichen δ1 den Betrag der Abweichung zwischen den optischen Achsen der physikalischen Optikelemente Z3 und Z5, während das Zeichen δ2 den Betrag der Abweichung zwischen den optischen Achsen der physikalischen Optikelemente Z7 und Z8 bezeichnet.
Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 4, sie zeigt aber einen Rauptabschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat ein physikalische optisches Element Z9 die Funktion einer konkaven Linse mit einem Brennpunkt F3 und einer Brennweite f3, und ein physikalisches optisches Element Z10 hat die Funktion einer konvexen Linse mit einem Brennpunkt F4 und einer Brennweite f4. Es sind zusätzliche physikalische Optikelemente Z11 und Z12 vorgesehen, die jeweils die Funktion einer konvexen Linse und die Funktion einer konkaven Linse haben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat jedes auf dem ersten Objekt 1 vorgesehene physikalische Optikelement Z9 und Z10 eine Außermittigkeit, wodurch die Position des Brennpunkts um &epsi;3 oder &epsi;4 von einer Normalen des physikalischen Optikeiements abweicht. Folglich weichen die optischen Achsen der physikalischen Optikelemente auf dem ersten und auf dem zweiten Objekt selbst bei einer korrekten Ausrichtung (um einen Betrag 8) voneinander ab.
Wenn demgemäß das erste und zweite Objekt um Δ voneinander abweichen, dann wird Δ wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 in der Gleichung (6) folgendermaßen ersetzt:
Δ3 = Δ + δ3
Δ4 = J + δ4
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel das Licht l1 auf die physikalischen Optikelemente Z9 und Z10 fällt, werden Beugungslichter l12 und l14 der ersten Ordnung erzeugt. Die Lichter l12 und l14 werden auf die physikalischen Optikelemente Zu und Z12 projiziert, und darauf ansprechend werden Beugungslichter l13 und l15 der ersten Ordnung erzeugt, die an Punkten gebündelt werden, die jeweils durch Abstände y3 und y4 von jeweiligen optischen Achsen a5 und a6 beabstandet sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der optische Weg für die Lichter l1 - l13 der Schaffung eines Erfassungssystems E, und bei diesem Erfassungssystem E sind die folgenden Beziehungen vorgesehen:
Δ3:y3 = x:(x+L+g)
Δ3:&epsi;3 = x: (f3+g-x)
y3 = [(L+g)/(f3+g)] (&epsi;3+Δ3) + Δ3 (8)
Andererseits dienen die optischen Wege für die Lichter l1 - l13 der Schaffung eines Erfassungssystems F, und bei diesem Erfassungssystem F ist die folgende Beziehung vorgesehen:
y4 = [(L+g)/(f4-g)] (&epsi;4+Δ4) + Δ4 (9)
Der Punkt C2 des Schwerpunkts eines Lichts in dem Erfassungssystem B schafft wie das in Fig. 4 gezeigte Erfassungssystem B einen Bezug für die anderen Positionen. Verglichen mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist es bei diesem Ausführungsbeispiel nicht notwendig, daß die optische Achse des Erfassungssystems B zwischen den optischen Achsen der anderen zwei Erfassungssysteme positioniert ist. Sie kann beliebig positioniert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Abstände y3 und y4 durch die folgenden Gleichungen erfaßt werden:
y3 = d5 - D5
y4 = (D5 + D6) - d6
Fig. 10 zeigt eine schematische Darstellung ähnlich der Fig. 4, aber sie zeigt einen Hauptabschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Physikalische Optikelement Z13 und Z14 sind vorgesehen und sie haben jeweils die Funktion einer konvexen Linse und die Funktion einer konkaven Linse.
Bei dem dargestellten Zustand ist der Abstand g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 nicht korrekt und folglich wird ein Lichtfleckbild auf der Oberfläche des Sensors verschoben oder defokussiert. Wie aus der Darstellung verständlich ist, veranlaßt jede Änderung des Abstands g eine Änderung der halben Breite α des Lichtflecks auf dem Sensor. Eine Änderung der Abweichung Δ führt auch zu einer Änderung der halben Breite cx. Deshalb kann die halbe Breite cx folgendermaßen ausgedrückt werden:
"α = FA3(Δ, g)"
Die Funktionsgestalt von FA3(Δ, g) kann auf die folgende Weise ausgedrückt werden:
In der Fig. 10 wird angenommen, daß die Brennweiten der physikalischen Optikelemente Z13 und Z14 jeweils mit f&sub1;&sub3; und f&sub1;&sub4; bezeichnet werden, und daß die Größe eines durch das Beugungslicht von den physikalischen Optikelementen Z13 und Z14 auf der Oberfläche des Sensors 4 ausgebildeten Flecks am kleinsten wird, wenn der Abstand zwischen der Maske 1 und der Platte 2 gleich go ist. Dabei wird folgende Beziehung erfüllt:
-1/f&sub1;&sub4; + 1/(f&sub1;&sub3;-g&sub0;) = 1/(L+g&sub0;)
D.h., daß der Abstand von der Platte zu der Position eines derartigen kleinsten Flecks entlang der optischen Achse gleich L+g&sub0; ist. Wenn sich dabei der Abstand zwischen der Maske und der Platte zu g ändert, dann wird ein kleinster Fleck entlang der optischen Achse in einem Abstand erzeugt, der folgendermaßen ausgedrückt werden kann:
[-1/f&sub1;&sub4; + 1/ (f&sub1;&sub3;-g)&supmin;¹ = f14 (f&sub1;&sub3;-g) / (f&sub1;&sub4;-f&sub1;&sub3;+g)
Das bedeutet, daß ein minimaler Fleck eines Beugungslichts an einer Position erzeugt wird, die in der Richtung der optischen Achse von der Oberfläche des Sensors folgendermaßen beabstandet ist:
f&sub1;&sub4; (f&sub1;&sub3;-g) 1 (f&sub1;&sub4;-f&sub1;&sub3;+g) - (L+g)
Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, daß die Größe (Ausdehnung) eines Signallichtflecks auf dem Sensor sowohl ansteigt, wenn der Maske-Platte-Abstand größer als der vorgegebene Abstand g&sub0; ist, als auch wenn der Maske-Platte- Abstand kleiner als g&sub0; ist. Die Beziehung kann durch Auswählen einiger Werte vorerfaßt werden, mit denen der Maske-Platte-Abstand von g&sub0; durch Ag geändert wird. Er ist nämlich vorläufig in Ausdrücken der halben Breite des Flecks auf dem Sensor erfaßbar, d.h.:
Mit anderen Worten wird Ai (i=1, ... und N) vorerfaßt.
Wenn es des weiteren eine relative Positionsabweichung zwischen der Maske und der Platte in einer Richtung parallel zu diesen gibt, wird der wirksame Beugungsbereich des physikalischen Optikelements Z14 reduziert, weil es das Licht l16 aufnimmt, um dasselbe zu beugen. Das führt dazu, daß aufgrund der Beugung durch den wirksamen Musterbereich des physikalischen Optikelements Z14 die Ausdehnung des Flecks des Beugungslichts veränderlich ist, der auf der Oberfläche des Sensors erzeugt wird. Der Fleck wird nämlich am kleinsten, wenn gilt: Δ = 0. Wenn die Abweichung Δ ansteigt, wird der wirksame Musterbereich des physikalischen Optikelements Z14 relativ zu dem Licht l&sub1;&sub6; enger, und die Ausdehnung des Flecks auf dem Sensor wird größer.
Wenn nun angenommen wird, daß die Musterbereichsgröße des physikalischen Optikelements Z14 gleich S ist, reduziert sich mit der Abweichung zwischen der Maske und der Platte die wirksame Musterbereichsgröße des physikalischen Optikelements Z14 relativ durch (S-Δ)/S, und deshalb steigt die Größe des Flecks auf dem Sensor im wesentlichen umgekehrt proportional an (vorausgesetzt daß S»Δ ist)
Mit Δ und g aus dem Vorangestellten folgt:
wobei gilt: Δg = g&sub0;
Andererseits ist der Abstand y5 zwischen der optischen Achse a7 und dem Schwerpunkt des Flecks C9 durch folgende Gleichung gegebenen:
y5 = FA5(Δ, g) = (L+2g-f&sub1;&sub3;)/(f&sub1;&sub3;-g) x Δ
wobei f13 die Brennweite des physikalischen Optikelements Z13 ist. Daraus folgt, daß:
{α= FA³(Δ, g) Y5 = FA5(Δ, g)
Aus diesen zwei Gleichungen werden die Werte von Δ und g erfaßt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Stellen vor und nach dem Abbildungspunkt, an denen die halbe Breite α denselben Wert hat. Somit wird durch Bewegen des zweiten Objekts 2 nach rechts oder links abgegrenzt, ob sich der Punkt vor oder nach dem Abbildungspunkt befindet.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist ein Sonderfall, bei dem zwei Gleichungen von einem Erfassungssystem erhalten werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist bei einem größeren Konvergenzwinkel des Lichts die Änderung der halben Breite des Lichts pro Einheitslänge in der Richtung der optischen Achse größer. Deshalb kann die Änderung der halben Breite bei der Änderung des Abstands g mit einer guten Empfindlichkeit erfaßt werden. Die Tiefe der Scharfeinstellung (Fokus) des Linsensystems wird nämlich kurz, und folglich kann die Änderung der halben Breite α mit einer guten Empfindlichkeit erfaßt werden.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß mit einer größeren Länge von jedem physikalischen optischen Element Z13 oder Z14 in der Ausrichtrichtung eine bessere Empfindlichkeit des Erfassungssystems erreichbar ist.
Während für eine Messung des Abstands y5 eine Anordnung wie beispielsweise das Erfassungssystem B notwendig ist, das eine Bezugsposition schaffen kann, kann wie bei dem fünften Ausführungsbeispiel ein derartiges Licht l16 verwendet werden, das als Beugungslicht der nullten Ordnung durch das physikalische Optikelement Z14 durchtritt und auf den Sensor 4 auftrifft.
Fig. 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Hauptabschnitts eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht einer abgewandelten Gestalt des in Fig. 4 gezeigten Erfassungssystems A, wobei der Abstand y&sub0; durch eine Größe y&sub6; ersetzt ist, die nur von dem Abstand g zwischen dem ersten und zweiten Objekt 1 und 2 abhängig ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nämlich eine Beziehung y6 = FA(g) verwendet, die der Beziehung y0 = FA0(g) in Gleichung (3) entspricht.
Da in Fig. 11 ein Lichtstrom l1 auf ein physikalisches Optikelement Z15 mit der Funktion einer konvexen Linse fällt, wird ein Beugungslicht l18 der ersten Ordnung erzeugt, das die Gestalt eines konvergenten Strahls hat. Da das Beugungslicht l18 auf einem physikalischen optischen Element Z16 auftrifft, das nur eine Ablenkungsfunktion hat, wird ein Beugungslicht der nullten Ordnung übertragen und geht davon aus. Gleichzeitig wird ein Beugungslicht l20 der ersten Ordnung erzeugt, wobei der Hauptstrahl in eine Richtung eines Winkels θ6 abgelenkt wird.
Andererseits trifft die Beugungslichtkomponente der nullten Ordnung des Beugungslichts l18 auf ein physikalisches Optikelement Z17 auf, das an dem ersten Objekt vorgesehen ist und das nur eine Lichtablenkfunktion hat; ansprechend auf dessen Auftreffen wird ein Beugungslicht l21 der ersten Ordnung erzeugt, dessen Hauptstrahl in eine Richtung eines Winkels θ6 abgelenkt wird. Diese Beugungslichter l20 und l21 werden jeweils an Punkten C10 und C11 auf der Oberfläche des Sensors 4 gebündelt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel dient der optische Weg für die Lichter l1 bis l20 oder l21 der Schaffung eines Erfassungssystems G.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann der Abstand y6 zwischen den Punkten C10 und C11 durch die folgende Gleichung erfaßt werden:
y6 = g tanθ6
Dadurch kann der Abstand g erfaßt werden. Der übrige Abschnitt dieses Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen derselbe wie der entsprechende Abschnitt des Ausführungsbeispiels der Fig. 4, und die Werte g und Δ können wie beim ersten Ausführungsbeispiel erfaßt werden.
Erfindungsgemäß wird jede Positionsabweichung Δ zwischen dem ersten und zweiten Objekt sowie der Abstand g zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt erfaßt. Dieses vermeidet eine falsche Abgrenzung des Ausrichtzustands zwischen diesen Objekten. Es ist auch möglich, die erfaßte Abweichung Δ durch Verwenden des Werts des Abstands g zu korrigieren. Folglich ist die Schaffung eines Ausrichtsystems mit einer hohen Ausrichtpräzision und das Erreichen eines hohen Durchsatzes möglich. Wenn beispielsweise das Ausrichten unter Verwendung des Erfassungssystems C des Ausrichtsystems der vorliegenden Erfindung erfolgen soll, und wenn die Bedingungen g=30µm, f1=100µm, L=18000µm und y1=300µm vorliegen, und wenn es einen Fehler von 0,3µm bei dem Abstand g gibt, dann tritt ein Fehler von 0,005µm bei der Abweichung Δ auf. Wenn das Ausrichten mit einer Präzision von 0,01µm gewünscht wird, ist es deshalb notwendig, den Fehler bei dem Abstand g auf 0,3µm oder weniger zu dämpfen.
Erfindungsgemäß können die Positionsabweichung Δ und der Abstand g gleichzeitig gemessen werden, und der Fehler des Abstands g kann auf 0,3µm oder weniger reduziert werden. Folglich ist eine Ausrichtpräzision von 0,01 µm erreichbar.
Des weiteren wird erfindungsgemäß eine physikalische Optikelementeinrichtung sowohl für die Erfassung der Positionsabweichung Δ als auch für die Erfassung des Abstands g verwendet. Dieses reduziert die Anzahl der erforderlichen physikalischen Optikelemente oder Lichter, wodurch das Erfassungssystem vereinfacht wird und die Größe des ganzen Geräts reduziert wird.
Außerdem können Größen auf einem Sensor, wie beispielsweise die Abstände y1 und y2, jeweils als Ausdrücke eines Unterschieds zwischen zwei Werten erfaßt werden. Es ist deshalb möglich, jegliche Fehler zu beseitigen, die durch eine Neigung des zweiten Objekts 2 in der Ausrichtrichtung verursacht werden könnten. Im Ergebnis wird eine genauere Ausrichtung gewährleistet.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen einer seitlichen Fehlausrichtung (A) und eines Spalts (g) zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt (1, 2), die in einer einander gegenüberliegenden Beziehung und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei das erste Objekt (1) mit einem ersten optischen Element (z1, z2, z3) versehen ist und das zweite Objekt (2) mit einem zweiten optischen Element (z4, z5) versehen ist, 20 gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Projizieren von Licht zu dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2), um einen ersten und einen zweiten Erfassungsstrahl (l&sub4;, l&sub7;) zu erzeugen, die jeweils durch das erste optische Element (z1, z2, z3) konvergiert oder divergiert werden, wobei jeder Erfassungsstrahl (l&sub4;, l&sub7;) durch das zweite optische Element (z4, z5) auf eine Erfassungsebene (4) konvergiert oder divergiert wird und jeder Erfassungsstrahl (l&sub4;, l&sub7;) in Abhängigkeit von dem Spalt (g) zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2) versetzbar ist, wobei der erste Erfassungsstrahl (l&sub4;) auch in Abhängigkeit von einer seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts (1, 2) versetzbar ist;

Projizieren von Licht zu dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2), um einen auf die Erfassungsebene (4) gerichteten dritten Erfassungsstrahi (l&sub5;) zu erzeugen, dessen Richtung sowohl von dem Spalt (g) als auch von der seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts (1, 2) unabhängig ist;

Erfassen eines ersten Abstands (d1) zwischen dem ersten und dritten Strahl (14, 15) auf der Erfassungsebene (4) und eines zweiten Abstands (d2) zwischen dem zweiten und dritten Strahl (l&sub7;, l&sub5;) auf der Erfassungsebene (4); und

Berechnen der seitlichen Fehlausrichtung (Δ) und des Spalts (g) zwischen dem ersten und zweiten Objekt (1, 2) mittels des erfaßten ersten und zweiten Abstands (d1, d2)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das erste als auch das zweite optische Element (1, 2) ein Zonenplattenmuster aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 zum Ausrichten einer Maske, die entweder dem ersten oder dem zweiten Objekt (1, 2) entspricht, und eines Substrates, das dem anderen des ersten oder zweiten Objektes (1, 2) entspricht, miteinander und anschließendem Projizieren eines Musters der Maske auf das Substrat.

4. Gerät zum Erfassen einer seitlichen Fehlausrichtung (Δ) und eines Spalts (g) zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt (1, 2), die in einer einander gegenüberliegenden Beziehung und im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei das erste Objekt (1) mit einem ersten optischen Element (z1, z2, z3) versehen ist und das zweite Objekt (2) mit einem zweiten optischen Element (z4, z5) versehen ist, gekennzeichnet durch:

eine Lichtquelle (LS) zum Projizieren von Licht zu dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2), um einen ersten und einen zweiten Erfassungsstrahl (l&sub4;, l&sub7;) zu erzeugen, die jeweils durch das erste optische Element (Z1, Z2, Z3) konvergiert oder divergiert werden, wobei jeder Strahl durch das zweite optische Element (Z4, Z5) auf eine Erfassungsebene (4) konvergiert oder divergiert wird und jeweils in Abhängigkeit von dem Spalt (g) zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2) versetzbar ist, wobei der erste Erfassungsstrahl (l&sub4;) auch in Abhängigkeit von einer seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts (1, 2) versetzbar ist,

wobei das erste und das zweite Objekt (1, 2) dazu angepaßt sind, einen auf die Erfassungsebene (4) gerichteten dritten Erfassungsstrahl (l&sub5;) zu erzeugen, dessen Richtung sowohl von dem Spalt (g) als auch von der seitlichen Ausrichtung des ersten und des zweiten Objekts (1, 2) unabhängig ist;

eine Lichterfassungseinrichtung zum Erfassen eines ersten Abstands (d1) zwischen dem ersten und dem dritten Erfassungsstrahl (l&sub4;, l&sub5;) auf der Erfassungsebene (4) und eines zweiten Abstands (d2) zwischen dem zweiten und dem dritten Erfassungsstrahl (l&sub7;, l&sub5;) auf der Erfassungsebene (4); und

eine Signalverarbeitungseinrichtung (5) zum Berechnen der seitlichen Fehlausrichtung (Δ) und des Spalts (g) zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt (1, 2) mittels des erfaßten ersten und zweiten Abstands (d1, d2)

5. Verfahren zum Verwenden des Gerätes nach Anspruch 4 zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist.

Vergleichen der berechneten seitlichen Fehlausrichtung (Δ) und des Spalts (g) mit einer erwünschten Fehlausrichtung und einem erwünschten Spalt,

Ausrichten des ein Substrat aufweisenden Objekts (1) an dem eine Maske aufweisenden zweiten Objekt (2), um den erwünschten Spalt und die erwünschte seitliche Fehlausrichtung zwischen ihnen zu erhalten,

Projizieren des Musters der Maske auf das Substrat, um das Maskenmuster auf das Substrat zu drucken, und

Bilden einer Halbleitervorrichtung, die das Substrat verwendet.