DE69326385T2

DE69326385T2 - Verfahren zur räumlichen Lagebestimmung unter Verwendung von einem optischen Interferenzsignal und einer elektronischen Filterung dieses Signals in räumlichen Frequenzbereich

Info

Publication number: DE69326385T2
Application number: DE69326385T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Mori; Eiichi Murakami; Hirohiko Shinonaga
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-04
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 2000-03-23
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: DE69326385D1; US5594549A; JP3216240B2; EP0573299A1; EP0573299B1; JPH05343291A

Description

Die Erfindung betrifft ein Positionserfassungsverfahren und eine dasselbe verwendende Projektionsbelichtungsvorrichtung, die besonders geeignet für die Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendbar sind.
Die Technologie der Herstellung von Halbleitereinrichtungen ist weit vorangetrieben, und präzise Verarbeitungsverfahren sind ebenfalls beachtlich fortgeschritten. Insbesondere hat die optische Verarbeitungstechnik mit der Herstellung einer Halbleitereinrichtung mit 1 Mega DRAM eine präzise Verarbeitung mit einer Auflösung in der Submikrometer-Größenordnung verwirklicht. In vielen Fällen wird zum Erzielen einer höheren Auflösung ein optisches System mit einer größeren numerischen Apertur (NA) verwendet, während die Belichtungswellenlänge beibehalten wird. Vor kurzem sind jedoch verschiedene Versuche unternommen worden, um die Auflösung zu verbessern: Verwenden eines Belichtungsverfahrens, bei dem eine Superhochdruck-Hg-Lampe eingesetzt wird, um die Belichtungswellenlänge von der g-Linie auf die i-Linie zu ändern.
Allgemein bekannt ist, daß die Tiefenschärfe eines optischen Projektionssystems (Stepper) zum Quadrat der NA umgekehrt proportional ist. Infolgedessen resultiert das Erzielen einer höheren Auflösung in der Submikrometer-Größenordnung notwendigerweise in einem Problem kleinerer Tiefenschärfe.
Andererseits wurden viele Vorschläge gemacht, Licht kürzerer Wellenlänge zu verwenden, vorwiegend von Excimer-Lasern, um dadurch die Auflösung zu verbessern. Es ist bekannt, daß die Wirkung des Verwendens einer kürzeren Wellenlänge von Licht zu der verwendeten Wellenlänge umgekehrt proportional ist. Infolgedessen ist die Tiefenschärfe um so größer, je kürzer die Wellenlänge ist.
Andererseits wird hinsichtlich einer relativen Positionierung (Ausrichtung) eines Wafers und einer Strichplatte in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung eine Ausrichtungsmarke, die auf dem Wafer ausgebildet ist, auf die Oberfläche einer Bildaufnahmeeinrichtung durch oder ohne Zwischenschaltung eines Projektionsobjektivs bzw. einer Projektionslinse abgebildet, und wird Positionsinformation über den Wafer durch Überwachung der abgebildeten Ausrichtungsmarke auf der Bildaufnahmefläche erzeugt.
Zur Überwachung der Wafer-Ausrichtungsmarke bei der Erzeugung von Wafer-Positionsinformation gibt es drei Wege:
(A) Nicht belichtendes Licht einer anderen Wellenlänge als derjenigen des belichtenden Lichts wird verwendet, ohne Zwischenschaltung eines Projektionsobjektivs ("achsenferner Typ");
(B) Licht derselben Wellenlänge wie die des belichtenden Lichts wird verwendet, welches Licht durch ein Projektionsobjektiv projiziert wird ("Belichtungslicht-TTL-Typ"); und
(C) Nicht belichtendes Licht einer anderen Wellenlänge als derjenigen des Belichtungslichts wird verwendet, welches Licht durch ein Projektionsobjektiv projiziert wird ("Nichtbelichtungslicht-TTL-Typ").
Fig. 19 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts eines achsenfernen optischen Systems (Typ A). Nicht belichtendes Licht von einer Lichtquelle 501 breitet sich über einen Halbspiegel 502 und ein Erfassungslinsensystem 503 aus und beleuchtet eine Ausrichtungsmarke auf einem Wafer W. Dann wird die Ausrichtungsmarke durch das Erfassungslinsensystem 503 und den Halbspiegel 502 auf eine Bildaufnahmeeinrichtung 504 abgebildet.
Fig. 20 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts eines optischen Belichtungslicht-TTL-Systems (Typ B). Licht von einer Lichtquelle 601 mit derselben Wellenlänge wie das Belichtungslicht breitet sich über einen Halbspiegel 602, ein Erfassungslinsen- bzw. -objektivsystem 603, einen Spiegel 604 und ein Projektionsobjektiv 1 aus, in dieser Reihenfolge, und beleuchtet eine Ausrichtungsmarke auf einem Wafer W. Dann wird die Ausrichtungsmarke durch das Projektionsobjektiv 1, den Spiegel 604 und das Erfassungslinsensystem 603, in dieser Reihenfolge, auf eine Bildaufnahmeeinrichtung 605 abgebildet.
Fig. 21 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts eines nach dem Prinzip des nicht belichtenden Lichts arbeitenes, optischen TTL-Systems (Typ C). Nicht belichtendes Licht von einer Lichtquelle 701 breitet sich über einen Halbspiegel 702, ein Korrekturlinsensystem 703 (ein Linsensystem zum Korrigieren einer Aberration, die aus einem Unterschied zu der Wellenlänge des belichtenden Lichts resultiert), einen Spiegel 704 und ein Projektionsobjektiv 1 aus und beleuchtet eine Ausrichtungsmarke AM auf einem Wafer W. Dann wird die Ausrichtungsmarke durch das Projektionsobjektiv 1, den Spiegel 704, das Korrekturlinsensystem 703 und den Halbspiegel 702 auf eine Bildaufnahmeeinrichtung 705 abgebildet.
In den drei Verfahren, die in Fig. 19 bis 21 gezeigt sind, wird die Position der Ausrichtungsmarke, die auf die Bildaufnahmeeinrichtung abgebildet wird, erfaßt, und auf dieser Grundlage die Positionsinformation über den Wafer W erzeugt.
Als eine Einrichtung zum Erfassen der Position einer Ausrichtungsmarke aus Bildsignalen, die in Übereinstimmung mit einem beliebigen der vorstehend beschriebenen drei Beobachtungsverfahren erhaltbar sind, sind ein Musterübereinstimmungs-Erfassungsverfahren (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 232504/1987) und ein FFT-Phasenerfassungsverfahren (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 282715/1991) bekannt.
Die Miniaturisierung einer Halbleitereinrichtung und eine notwendige Zunahme des Integrationsgrads der Halbleitereinrichtung haben die Verwendung von Belichtungslicht kürzerer Wellenlänge in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung erzwungen. Infolgedessen wurde die herkömmlich verwendete Belichtungswellenlänge der g-Linie (436 nm) einer Hochdruck-Hg- Lampe allmählich durch Belichtungslicht der i-Linie (365 nm) oder eines Excimer-Lasers (z. B. eines KrF-Excimer-Lasers (248 nm)) ersetzt. Mit der Verkürzung der Belichtungswellenlänge entsteht ein großes Problem: wie ein Ausrichtungssystem zu gestalten ist. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß ein Projektionsobjektiv vorwiegend nur in Bezug auf die Belichtungswellenlänge aberrationskorrigiert ist.
Bei dem achsenfernen System (Typ A) wird das Ausrichtungslicht nicht durch ein Projektionsobjektiv projiziert, und hängt das System nicht von der Belichtungswellenlänge des Projektionsobjektivs ab. Infolgedessen ist der Entwurf eines optischen Überwachungssystems relativ einfach.
Bei dem achsenfernen System sind jedoch aufgrund geometrischer Einschränkungen für das optische Überwachungssystem und das Projektionsobjektiv normalerweise die Ausrichtungsstation und die Belichtungsstation stark voneinander getrennt. Dies erfordert nach der Beendigung des Ausrichtungsvorgangs das Verlagern einer X-Y-Stufe hin zu der Belichtungsstation.
Während es u. U. kein Problem gibt, wenn die Entfernung zwischen der Ausrichtungsstation und der Belichtungsstation (nachstehend als "Basislinie" bezeichnet) unverändert ist, ändert sich diese in Wirklichkeit mit der Zeit aufgrund des Einflusses der Umgebung (Temperatur, Druck oder mechanische Stabilität, resultierend aus Vibrationen).
In Anbetracht dessen wird vorwiegend in dem achsenfernen System die Basislinie in regelmäßigen Intervallen gemessen und korrigiert. Infolgedessen führt das achsenferne System zu ei nen Fehlerfaktor "Veränderlichkeit der Basislinie mit der Zeit", und es besteht ein Nachteil eines zeitaufwendigen Meß- und Korrekturprozesses, der einen verringerten Durchsatz verursacht.
Darüber hinaus besteht, da bei dem achsenfernen System das Licht nicht durch das Projektionsobjektiv projiziert wird, ein zusätzlicher Nachteil dahingehend, daß das System einer Änderung des Projektionsobjektivs (z. B. einer Änderung der Vergrößerung oder Brennpunktposition aufgrund des Belichtungsvorgangs, oder einer Änderung der Vergrößerung der Brennpunktposition aufgrund einer Druckänderung) nicht folgt.
Andererseits hat ein TTL-System, bei dem das Ausrichtungslicht durch ein Projektionsobjektiv projiziert wird, einen Vorteil, weil es einer Änderung des Projektionsobjektivs folgt. Auch gibt es kein Problem hinsichtlich der Basislinie. Selbst dann, wenn ein solches auftritt, ist es sehr klein im Vergleich zu dem des achsenfernen Systems, und ist das System vorteilhaft gegenüber Änderungen der Umgebungsbedingung weniger empfindlich.
Ein Projektionsobjektiv ist jedoch derart aberrationskorrigiert, daß die Projektionsbelichtung in Bezug auf die Belichtungswellenlänge optimiert ist. Infolgedessen erzeugt dann, wenn Ausrichtungslicht einer Wellenlänge, die sich von der Belichtungswellenlänge unterscheidet, verwendet wird, das Projektionsobjektiv eine große Aberration.
Bei dem Belichtungslicht-TTL-System (Typ B) wird die Belichtungswellenlänge als Ausrichtungslicht verwendet. Infolgedessen wird die Aberration eines Projektionsobjektivs zufriedenstellend korrigiert, und wird eine gutes optisches Überwachungssystem bereitgestellt.
In vielen Fällen ist jedoch die Oberfläche eines Wafers mit einem lichtempfindlichen Material (Resist) beschichtet, auf das ein elektronisches Schaltungsmuster übertragen werden soll. Wo eine auf dem Wafer ausgebildete Ausrichtung überwacht wird, zeigt vorwiegend das Resist ein höheres Absorptionsvermögen für kürzere Wellenlängen. Infolgedessen führt die die vorstehend beschriebene Verkürzung der Belichtungswellenlänge mit der Belichtungswellenlänge zu Schwierigkeiten bei der Erfassung einer Wafer-Ausrichtungsmarke durch einen Resistfilm.
Darüber hinaus besteht ein zusätzlicher Nachteil: wenn eine Ausrichtungsmarke mit Belichtungslicht überwacht wird, wird das Resist durch das Belichtungslicht sensibilisiert, wodurch die Erfassung der Ausrichtungsmarke instabil oder unmöglich gemacht wird.
Bei dem Nichtbelichtungslicht-TTL-System (Typ C) wird Licht einer Wellenlänge, die sich von der der Belichtungswellenlänge unterscheidet, als Ausrichtungslicht verwendet. Infolgedessen wird eine große Aberration durch ein Projektionsobjektiv erzeugt. In Anbetracht dessen wird bei dem Nichtbelichtungslicht-TTL-System eine Ausrichtungsmarke durch ein korrigierendes optisches System erfaßt, das bereitgestellt ist, um die durch das Projektionsobjektiv erzeugte Aberration zu korrigieren.
Wo ein Excimer-Laser (z. B. ein KrF Laser (248 nm)) als Belichtungslicht verwendet werden soll, sind praktische Glaswerkstoffe für das Projektionsobjektiv hinsichtlich der Durchlässigkeit und dergleichen auf Siliziumdioxyd oder Flußspat begrenzt. Infolgedessen erzeugt das Projektionsobjektiv eine große Aberration für das Nichtbelichtungslicht. Dies erschwert es, die Aberration des Projektionsobjektivs mit einem korrigierenden optischen System zufriedenstellend zu korrigieren. Folglich kann die NA nicht groß genug gemacht werden, oder kann ein praktisches Korrektursystem nicht aufgebaut werden.
Andererseits ist bei dem Musterübereinstimmungs-Erfassungsverfahren, welches ein Mittel zum Erfassen der Position einer Ausrichtungsmarke aus Bildinformation ist, die in Übereinstimmung mit einem beliebigen der vorstehend beschriebenen Überwachungsverfahren erhalten wurde, aufgrund der Analog- Digital-Umsetzung zum Verarbeiten des durch die Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten elektrischen Signals das resultierende Signal diskret, und ist die erfaßte Ausrichtungsmarkenposition ebenfalls diskret.
Dies erfordert die Verwendung irgendeiner ergänzenden Einrichtung zum Erzielen der gewünschten Genauigkeit, wobei die Approximation in der Ergänzung einen Erfassungsfehler erzeugt. Ferner besteht die Möglichkeit, daß das Bild einer Ausrichtungsmarke aufgrund einer Rauschkomponente wie beispielsweise einer ungleichmäßigen Resistbeschichtung oder einer ungleichmäßigen Beleuchtung verfälscht wird. Dies verschlechtert das Signal/Rausch-Verhältnis (S/N-Verhältnis), welches in einer verringerten Erfassungsgenauigkeit resultiert.
Das FFT-Phasenerfassungsverfahren, das in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 282715/1991 offenbart ist, ist in der Lage, diese Probleme zu lösen.
Jedoch kann in Bezug auf das Hellfeld-erfaßte Bild einer Ausrichtungsmarke eines Wafers (nachstehend als "Wafermarke" bezeichnet") in einer Struktur, bei der eine Wafermarke mit einer wie in Fig. 22C gezeigten Teilform mit einem Resist beschichtet ist, in Abhängigkeit von dem Prozeßzustand, wie beispielsweise der Reflektivität eines Substrats, einer Interferenzbedingung usw., ein Fall, in dem ein Wafermarkenbild wie beispielsweise in Fig. 22A gezeigt durch ein CCD-Element erfaßt wird, oder ein Fall, in dem ein Wafermarkenbild wie beispielsweise in Fig. 22B gezeigt durch das CCD-Element erfaßt wird, vorliegen.
Infolgedessen ändert sich dort, wo das FFT-Phasenerfassungsverfahren verwendet wird, die zu verarbeitende räumliche Frequenz mit dem Prozeßzustand, so daß es für ein Verarbeitungssystem erforderlich ist, eine hohe Genauigkeit für räumliche Frequenzen in einem breiten Bereich bereitzustellen, und die Verarbeitung ohne Versatz (Unterschied zwischen gemessenen Werten entsprechend den räumlichen Frequenzen) auszuführen. Dies bedingt eine große Belastung des Verarbeitungssystems und führt zu Schwierigkeiten bei der Gewährleistung einer hochgenauen Verarbeitung für eine feste räumliche Frequenz.
Darüber hinaus ist bei einem solchen Hellfeld-Erfassungsverfahren das S/N-Verhältnis niedrig, insbesondere in einem Prozeß, der einen kleinen Oberflächenschritt verwendet.
Wo ein optisches Erfassungssystem für eine Dunkelfeld-Überwachung derart, daß eine Kante bzw. ein Rand unabhängig von dem Prozeßzustand beleuchtet wird, verwendet wird, kann ein Wafermarkenbild wie in Fig. 22B gezeigt stabil erfaßt werden.
Die Dunkelfeld-Erfassung beinhaltet jedoch ein Problem in Bezug auf den Streuwirkungsgrad und erfordert im Vergleich zu der Hellfeld-Erfassung eine hohe Lichtmenge. Wie bei der Hellfeld-Erfassung ist das S/N-Verhältnis niedrig, insbesondere in einem Prozeß, der einen kleinen Oberflächenschritt verwendet.
Die EP-A-0393775 offenbart eine Anordnung zum Projizieren eines Maskenmusters auf ein Substrat, wobei das Substrat und die Maske unter Verwendung jeweiliger Ausrichtungsmarken auf denselben ausgerichtet werden. Ein Korrekturelement ist in dem optischen Projektionssystem zwischen der Maske und dem Substrat angeordnet, um optische Aberrationen zu korrigieren, die von dem optischen Projektionssystem verursacht werden, und um die Streuordnungen des Ausrichtungsstrahls in der Fourierebene zu trennen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Positionserfassungsverfahren und eine verbesserte Projektionsbelichtungsvorrichtung, die dasselbe verwendet, bereitzustellen.
In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt stellt die Erfindung eine Positionserfassungsvorrichtung bereit zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung zum Projizieren eines Musters einer mit Belichtungslicht beleuchteten Strichplatte durch ein Projektionsobjektiv auf einen Wafer, wobei die Positionserfassungsvorrichtung umfaßt: eine Beleuchtungsquelle zum Beleuchten einer Gittermarke des Wafers durch das Projektionsobjektiv mit monochromatischem Licht; ein reflektierendes Element zum Richten von reflexiv gestreutem Licht von der Gittermarke, das durch das Projektionsobjektiv hindurchgetreten ist, nach außerhalb eines Pfads des Belichtungslichts; eine optische Einrichtung zum Erzeugen eines Interferenzbilds unter Verwendung des gestreuten Lichts; eine Bildaufnahmeeinrichtung zum Ausgeben eines Bildsignals entsprechend dem Interferenzbild; und eine Integrationseinrichtung, die der Bildaufnahmeeinrichtung, wobei ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal des dem Interferenzbild entsprechenden Signals erzeugt wird, und einer Erfassungseinrichtung zugeordnet ist, die derart angeordnet ist, daß sie durch Fourier-Transformation das eindimensionale Projektionsintegrationssignal in einen räumlichen Frequenzbereich transformiert und in dem räumlichen Frequenzbereich und von dem eindimensionalen Projektionsintegrationssignal eine räumliche Frequenzkomponente auswählt, die in dem Interferenzbild aufgrund einer Periodizität der Gittermarke erscheint, und wobei die Erfassungseinrichtung ferner derart angeordnet ist, daß sie (i) einen Spitzenwert einer Frequenzintensitätsverteilung in der Nähe der für die Periodizität des Gittermusters besonderen räumlichen Frequenz erfaßt, und (ii) eine gewichtete Mittelung unter Verwendung der Phase und der Intensität von Frequenzkomponenten in der Nähe des Spit zenwerts ausführt, um dadurch die Position der Gittermarke zu erfassen, und wobei die optische Einrichtung einen Stopper zum selektiven Extrahieren von Beugungslicht ±n-ter Ordnung des reflexiv gestreuten Lichts aufweist, worin n eine Ganzzahl und n ≠ 0 ist, und das Interferenzbild unter Verwendung des extrahierten Lichts erzeugt wird.
In Übereinstimmung mit einem zweiten Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Positionserfassungsverfahren zur Verwendung in einem Projektionsbelichtungsverfahren bereit, während dem ein Muster einer Strichplatte, die mit Belichtungslicht belichtet wird, durch ein Projektionsobjektiv auf einen Wafer projiziert wird, wobei das Positionserfassungsverfahren umfaßt: Beleuchten einer Gittermarke des Wafers mit monochromatischem Licht durch das Projektionsobjektiv; Richten von reflexiv gestreutem Licht von der Gittermarke, das durch das Projektionsobjektiv hindurchgetreten ist, nach außerhalb eines Pfads des Belichtungslichts; selektives Extrahieren von Beugungslicht ±n-ter Ordnung aus dem reflexiv gestreuten Licht, worin n eine Ganzzahl und n ≠ 0 ist; Erzeugen eines Interferenzbilds unter Verwendung des extrahierten Lichts; Erfassen und Extrahieren des Interferenzbilds innerhalb eines Fensters einer vorbestimmten Größe, festgelegt in Bezug auf das Interferenzbild und entlang einer Richtung in zweidimensionalen Koordinaten, wobei ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal erzeugt wird; Fourier-Transformieren des eindimensionalen Projektionsintegrationssignals in einen räumlichen Frequenzbereich; in dem räumlichen Frequenzbereich und aus dem eindimensionalen Projektionsintegrationssignal Auswählen einer räumlichen Frequenzkomponente, die in dem Interferenzbild aufgrund der Periodizität der Gittermarke erscheint; Erfassen eines Spitzenwerts einer Frequenzintensitätsverteilung in der Nähe der für die Periodizität des Gittermusters besonderen räumlichen Frequenz; und Ausführen einer gewichteten Mittelung unter Verwendung der Phase und der Intensität der Frequenzkomponenten in der Nähe des Spitzenwerts, um dadurch die Position der Gittermarke (GW) zu erfassen.
Das Projektionsobjektiv ist kann in Bezug auf das Belichtungslicht aberrationskorrigiert sein. Das monochromatische Licht aus der Beleuchtungseinrichtung kann eine von der des Belichtungslichts unterschiedliche Wellenlänge haben. Die optische Einrichtung kann ein optisches Korrektursystem aufweisen zum Korrigieren von Aberrationen, die erzeugt werden, wenn die Gittermarke des mit dem monochromatischen Licht beleuchteten Wafers durch das Projektionsobjektiv auf eine vorbestimmte Ebene projiziert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte und graphische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2A und 2B Darstellungen zum Erklären eines Interferenzbilds einer Gittermarke, die auf einem Bildaufnahmeelement nach Fig. 1 erzeugt wird;
Fig. 3A bis 3C Darstellungen zum Erklären einer Signalverarbeitung in Bezug auf ein Interferenzbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 4 eine Darstellung zum Erklären der Gittermarke und einer Pupillenebene einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht einer Referenzmarke, die in der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht eines Stopperl mit Öffnungen;
Fig. 7 eine vergrößerte Ansicht zum Erklären eines Stoppers, der in der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 8 eine teilweise erweiterte, vereinfachte Ansicht eines optischen Systems einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 9A und 9B jeweils eine Darstellung eines Reflexionselements, das in der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 10 eine vereinfachte Ansicht zum Erklären eines in der Erfindung verwendbaren Reflexionselements;
Fig. 11 ist eine vereinfachte Ansicht zum Erklären eines Reflexionselements, das in der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 12 eine vereinfachte und graphische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 13 eine Darstellung zum Erklären eines Abschnitts des Ausführungsbeispiels nach Fig. 12;
Fig. 14 eine vereinfachte und graphische Ansicht einer modifizierten Form des Ausführungsbeispiels nach Fig. 12;
Fig. 15 eine vereinfachte und graphische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 16 eine vereinfachte und graphische Ansicht eines Hauptabschnitts eines Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem nochmals weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 17 eine vereinfachte Ansicht zum Erklären eines Abschnitts des Ausführungsbeispiels nach Fig. 16;
Fig. 18 eine vereinfachte Ansicht zum Erklären eines Abschnitts des Ausführungsbeispiels nach Fig. 16;
Fig. 19 eine vereinfachte Ansicht eines bekannten achsenfernen Ausrichtungssystems;
Fig. 20 eine vereinfachte Ansicht eines bekannten Belichtungslicht-TTL-Ausrichtungssystems;
Fig. 21 eine vereinfachte Ansicht eines bekannten Nichtbelichtungslicht-TTL-Ausrichtungssystems; und
Fig. 22A bis 22C Darstellungen zum Erklären eines Wafermarkenbilds und der Querschnittsform einer Wafermarke.
Bezugnehmend auf Fig. 1, die einen Hauptabschnitt einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, welches zur Herstellung von Halbleitereinrichtungen verwendbar ist, wird eine Strichplatte R mit Belichtungslicht aus einer Beleuchtungseinrichtung IL beleuchtet, und wird ein Muster einer elektronischen Schaltung der Strichplatte R durch ein Projektionsobjektiv 1 in einem reduzierten Maßstab auf ein Wafer W projiziert, das auf einer Waferauflage STR aufgelegt ist. Hierdurch wird das Schaltungsmuster auf das Wafer W übertragen, und aus diesem werden Halbleitereinrichtungen erzeugt.
Nun werden die Komponenten einer Ausrichtungseinrichtung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 erklärt.
Mit 53 ist ein optisches Erfassungssystem mit einer Referenzmarke GS bezeichnet. Mit 101 ist eine Bildaufnahmeeinrichtung bezeichnet, die ein festes bzw. Festkörper-Bildaufnahmeelement 14 aufweist, und mit GW ist eine auf dem Wafer ausgebildete Wafermarke (die nachstehend auch als "Gittermarke" oder "Ausrichtungsmarke" bezeichnet wird) bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung eines geeigneten Erfassungssystems die relative Position der Strichplatte R relativ zu dem Projektionsobjektiv 1, dem optischen Erfassungssystem 53 und der Bildaufnahmeeinrichtung 101 im voraus erfaßt. Durch Erfassen der Position auf der Bildaufnahmefläche der Bildaufnahmeeinrichtung 101 des Bilds wie von der Wafermarke GW des Wafers und der Referenzmarke GS in dem optischen Erfassungssystem 533 projiziert, werden die Strichplatte R und der Wafer W relativ und indirekt zueinander ausgerichtet.
Als nächstes wird die Art und Weise der Erfassung der Position der Wafermarke GW des Wafers W und die Positionierung des Wafers an eine gewünschte Lage in dem Ausrichtungsprozeß dieses Ausführungsbeispiels erklärt.
Linear polarisiertes Licht, das durch einen He-Ne Laser 2 abgestrahlt wird und eine Wellenlänge λ hat, die sich von der des Belichtungslichts unterscheidet, wird auf ein akusto-optisches Element (AO-Element) 3 projiziert, durch welches die die Menge von auf eine Linse 4 gerichteten Lichts gesteuert wird. In einem bestimmten Zustand ist beispielsweise das Licht vollkommen gesperrt.
Durch das AO-Element 3 hindurchtretendes Licht wird von der Linse 4 gesammelt und, während der Bereich der Beleuchtung räumlich mittels einem Feldstop-SIR, das auf einer optisch zu dem Wafer konjugierten Ebene angeordnet ist, beschränkt wird, auf einem Polarisationsstrahlteiler 5 projiziert. Der Polarisationsstrahlteiler 5 reflektiert das Licht, und durch Zusammenwirken einer Viertelwellenplatte 6, einer Linse 7, eines Spiegels 8, einer weiteren Linse 19 und dem Projektionsobjektiv 1 beleuchtet das Licht die Wafermarke GW auf dem Wafer W in senkrechter Richtung.
Hierbei umfaßt auf der Pupillenebene eines optischen Systems, das durch das Projektionsobjektiv 1 und die Linsen 7 und 19 gebildet wird (d. h. auf der Fourier-Transformationsebene einer Bildebene entsprechend der Oberfläche des Wafers W) das Beleuchtungslicht Licht 41 wie in Fig. 4, Teil (A), gezeigt. Dieses fällt im wesentlichen senkrecht auf die Oberfläche des Wafers W ein. Bezugszeichen v und w in Fig. 4, Teil (A), bezeichnen Koordinaten der Pupillenebene und repräsentieren die Verteilung des Einfallswinkels des Beleuchtungslichts auf die Oberfläche des Wafers W. Die Wafermarke GW des Wafers W umfaßt eine Gittermarke mit einem Beugungsgitter einer Teilung P, wie in Fig. 4, Teil (B), gezeigt. Jede schraffierte Zone und eine umgebende Zone in Fig. 4, Teil (B), sind von unterschiedlicher Größe des Oberflächenschritts auf der Oberfläche des Wafers W, beispielsweise in Reflektivität oder in Phase, und definieren ein Beugungsgitter.
Von der Wafermarke GW reflektiertes Licht tritt durch das Projektionsobjektiv 1 hindurch. Sodann schreitet es über die Linse 19, den Spiegel 8, die Linse 7, die Viertelwellenplatte 6 und den Polarisationstrahlteiler 5 in dieser Reihenfolge fort und erzeugt durch die Linse 9 und den Strahlteiler 10 ein Luftbild der Wafermarke GW an der Position F.
Licht von dem Luftbild der Wafermarke GW, das an der Position F erzeugt ist, tritt durch eine Fourier-Transformationslinse 11 hindurch und fällt auf einen Stopper 12. Durch diesen Stopper wird von dem reflektierten Beugungslicht von der Wafermarke GW nur der reflektierte Beugungslichtstrahl durchgelassen, der beispielsweise einem Winkel ± sin&supmin;¹(λ/P) auf dem Wafer W entspricht. Sodann wird durch eine weitere Fourier- Transformationslinse 13 ein Interferenzbild der Wafermarke GW auf dem festen Bildaufnahmeelement (der Bildaufnahmeeinrichtung) 14 erzeugt.
Dieses Interferenzbild ist ein Bild der Wafermarke GW und bildet ein Beugungsgitter mit einer Teilung P, wenn mit monochromatischem Licht beleuchtet wird. Infolgedessen sind sowohl die Signallichtmenge und der Kontrast ausreichend hoch und stabil im Vergleich zu einem Dunkelfeldbild, das unter Verwendung von lediglich Streulicht erzeugt wird.
Hier bilden die Linsen 19, 7 und 9 ein optisches Korrektursystem 51 zum Korrigieren der Aberration (hauptsächlich der achsennahen chromatischen Aberration oder der sphärischen Aberration), die von dem Projektionsobjektiv 1 in Bezug auf die Wellenlänge des die Wafermarke GW beleuchtenden Lichts erzeugt wird.
Das optische Korrektursystem 51 dieses Ausführungsbeispiels braucht die Aberrationskorrektur nicht für alle Lichtstrahlen auszuführen, die auf die Apertur einfallen. Erforderlich hierfür ist nur die Ausführung der Aberrationskorrektur für diejenigen reflektierten Beugungslichtstrahlen, die durch den Stopper 12 hindurchgelangen. Folglich ist die optische Anordnung ziemlich einfach.
Dies ist insbesondere im Fall eines "Excimer-Steppers" sehr effektiv, bei dem Licht eines Excimer-Lasers als Belichtungslicht verwendet wird, da das für das Beleuchtungslicht erzeugte Ausmaß an Aberration sehr groß ist im Vergleich zu einem Fall einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der Licht der g-Linie oder der i-Linie verwendet wird.
Andererseits wird in diesem Ausführungsbeispiel Licht von einer Lichtquelle 15 (beispielsweise einer Leuchtdiode), die eine Wellenlänge emittiert, die sich von der des Beleuchtungslichts für die Wafermarke GW unterscheidet, durch eine Kondensatorlinse 16 gesammelt. Dann beleuchtet es eine Referenzmarke GS, die auf einer Referenzmaske 17 ausgebildet ist. Die Referenzmarke GS umfaßt eine Gittermarke wie in Fig. 5 gezeigt, beispielsweise wie die Wafermarke GW. In dem dargestellten Beispiel veranschaulicht jede schraffierte Zone einen transparenten Bereich, während eine umgebende Zone einen nicht transparenten Bereich veranschaulicht.
Durch die Referenzmarke GS hindurchtretendes Licht wird durch eine Linse 18 gesammelt. Dann schreitet es über einen Strahlteiler 10 fort, der eine optische Eigenschaft hat, die so wirkt, daß das Licht von der Leuchtdiode 15 reflektiert und das Licht von dem He-Ne Laser 2 übertragen wird, wodurch ein Luftbild der Referenzmarke GS auf der Ebene F erzeugt wird.
Danach wird das Luftbild der Referenzmarke GS auf der Ebene F durch die Fourier-Transformationslinsen 11 und 13 auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 14 abgebildet, auf dieselbe Art und Weise wie die Wafermarke GW. In diesem Ausführungsbeispiel wird das durch die Fourier-Transformationslinsen 11 und 13 bereitgestellte optische System 52 in Bezug auf zwei Wellenlängen von Beleuchtungslicht für die Referenzmarke GS und die Wafermarke GW gut aberrationskorrigiert.
Es wird angemerkt, daß das Licht von der Lichtquelle 15 dieselbe Wellenlänge haben kann wie das Beleuchtungslicht für die Wafermarke GW, und daß durch Ersetzen des Strahlteilers 10 durch einen Polarisationsstrahlteiler die Lichtpfade kombiniert werden können. In diesem Fall kann es für das optische System 52 erforderlich sein, eine Aberrationskorrektur nur in Bezug auf die Beleuchtungswellenlänge für die Wafermarke GW auszuführen.
Der Stopper 12 dient als ein Pupillenebenenfilter für die Intensitätsverteilung des Reflexionslichts von der Wafermarke GW, die in Antwort auf den Einfall des Beleuchtungslichts auf die Oberfläche des Wafers W erzeugt wird. Infolgedessen umfaßt das auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 14 einfallende Licht nur Beugungslicht ± n-ter Ordnung von der Wafermarke GW (mit n = 1, 2, 3, ...).
Dieses Ausführungsbeispiel verwendet nur Beugungslicht ± erster Ordnung, und ein Interferenzbild M der Wafermarke GW wie in Fig. 2A gezeigt wird auf der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 erzeugt. Das Interferenzbild M stellt eine Intensitätsverteilung der Kosinusfunktion mir der Periode T bereit, die dargestellt werden kann durch:
T = β · P/2 (β ist die Bildvergrößerung),
und die Verteilung hat eine positionelle Abweichung eines Betrags entsprechend der positionellen Abweichung der Wafermarke GW des Wafers W von der optischen Achse.
Das Interferenzbild M erzeugt die gewünschte Intensitätsverteilung als eine Kosinusfunktion mit der Periode T, unabhängig von irgendeiner Änderung der Filmdicke eines Oberflächenresists oder der Tiefe einer Oberflächenstufe der Wafermarke GW.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das von dem Stopper 12 zu selektierende Beugungslicht nicht notwendigerweise auf Beugungslicht ± erster Ordnung beschränkt. Ein Pupillenebenenfilter, der dazu ausgelegt ist, nur Beugungslicht ± n-ter Ordnung (n = 1, 2, 3, ...) zu übertragen, kann verwendet werden.
Die Wählbarkeit unterschiedlicher Ordnungen kann äquivalent zu der Änderbarkeit der Wellenlänge sein. Infolgedessen ist es effektiv, die Rate bzw. Geschwindigkeit der Erfassung der Wafermarke GW zu verbessern. Falls beispielsweise wenig Beugungslicht ± erster Ordnung vorhanden ist, dann kann Beugungslicht ± zweiter Ordnung verwendet werden; wenn so verfahren wird, ist es möglich, die Erfassungsgeschwindigkeit der Wafermarke GW zu erhöhen.
Die Koordinatenposition des Pupillenfilters ist die Position entsprechend einem Winkel ± sin&supmin;¹(nλ/P) auf dem Wafer W, und was auf der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 abgebildet wird, ist die Kosinusfunktion der Periode T = β · P/(2n).
In diesem Ausführungsbeispiel haben die Bilder der Referenzmarke GS und der Wafermarke GW, die auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 14 abgebildet werden, dieselbe Teilung bzw. denselben Abstand T, wobei dies durch vorangehendes Festlegen der Teilungen bzw. Abstände Q und P der Referenzmarke GS und der Wafermarke GW in Übereinstimmung mit jeweiligen Abbildungsvergrößerungen sichergestellt wird. Dies ermöglicht eine Analyse mit einer festen Frequenz bei der Phasendifferenzerfassung in der FFT-Verarbeitung, wie noch zu beschreiben ist.
Bei der Vorrichtung dieses Ausführungsbeispiels wird die relative Position der Strichplatte R relativ zu dem Projektionsobjektiv 1, dem optischen Erfassungssystem 53 und der Bildaufnahmeeinrichtung 101 einschließlich der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 vorab durch Verwenden einer geeigneten Erfassungseinrichtung erfaßt.
Infolgedessen beruht der Ausrichtungsvorgang auf der Erfassung der Positionen der Bilder der Referenzmarke GS und der Wafermarke GW auf der Bildaufnahme-Oberfläche der Bildaufnahmeeinrichtung 101 einschließlich des festen Bildaufnahmeelements 14.
D. h., es wird die relative Position der Wafermarke GW des Wafers W und der Referenzmarke GS der Referenzmaske 17 erfaßt. Dann wird unter Verwendung der so erzeugten Erfassungsdaten und den vorbereitend erfaßten Daten über die relative Position der Referenzmarke GS und der Wafermarke GW die Ausrichtung der Strichplatte R und des Wafers W ausgeführt.
Die Bilder der Wafermarke GW und der Referenzmarke GS, abgebildet als das erfaßte Markenbild auf dem festen Bildaufnahmeelement 14, werden in zweidimensionale elektrische Signale umgewandelt. Fig. 2A veranschaulicht die Bildaufnahme-Oberfläche der Bildaufnahmeeinrichtung 101, auf der das erfaßte Markenbild erzeugt wird.
In Fig. 2A entspricht das Interferenzbild M der erfaßten Marke. Wo die Richtung, in der die Position des Musters zu erfassen ist, entlang der X-Achse in Fig. 2A verläuft, hat die erfaßte Marke M ein Intensitätsverteilungsmuster der Kosinusfunktion mit der Periode T entlang der X-Achse. Durch Erzeugen einer solchen erfaßten Marke M wird die Querschnittsform des Musters in der X-Achse-Richtung symmetrisch in Bezug auf die Mitte Xs des zu erfassenden Musters.
Das Musterbild wie durch die Bildaufnahmeeinrichtung 101 in ein zweidimensionales elektrisches Signal umgewandelt wird dann durch eine Analog-Digital (A/D)-Umwandlungseinrichtung 102 nach Fig. 1 in eine zweidimensionale diskrete elektrische Signalkette entsprechend X- und Y-Adressen von Bildelementen des zweidimensionalen Bildaufnahmeelements 14 umgewandelt, wobei die Abtastteilung Ps durch die Bildelementteilung der Bildaufnahme-Oberfläche und die optische Vergrößerung des optischen Erfassungssystems 53 und des Projektionsobjektivs 1 festgelegt ist.
In Fig. 1 ist mit 103 eine Integrationseinrichtung bezeichnet. Nach einem vorbestimmten zweidimensionalen Fenster, das die erfaßte Marke M enthält, wie in Fig. 2A gezeigt, dient die Integrationseinrichtung 103 dazu, eine Bildelementintegration innerhalb des Fensters 20 und in der Y-Richtung, die in Fig. 2A veranschaulicht ist, auszuführen, und erzeugt die elektrische Signalkette s(x), die in der X-Richtung diskret ist, wie in Fig. 2B gezeigt.
In Fig. 1 ist mit 104 eine FFT-Betriebseinrichtung bezeichnet, die dazu dient, die diskrete Fourier-Transformation der empfangenen elektrischen Signalkette s(x) auszuführen, wodurch die elektrische Signalkette s(x) in einen räumlichen Frequenzbereich transformiert und ihr Fourier-Koeffizient schnell berechnet wird. Der Vorgang beruht auf der schnellen N-Punkt (N = 2r) Fourier-Transformation (FFT), die an sich bekannt ist (z. B. "Fast Fourier Transformation", Kapitel 10, E. Oran Brigham). Falls die Abtastfrequenz fs = 1 ist, ist der komplexe Fourier-Koeffizient X(k) der Frequenz f(k) = k/N gegeben durch:
mit a = -j · 2π(k/N) und n und j jeweils der imaginären Zahleneinheit.
Ferner sind die Intensitäten E(k) und θ(k) der räumlichen Frequenz f(k):
E(k) = ((Re(X(k))² + (Im(X(k))²)1/2 ... (2)
θ = tan&supmin;¹(Im(X(k))/Re(X(k))) ...(3)
worin Re(X(k)) und Im(X(k)) den Realteil und den Imaginärteil der komplexen Zahl X(k) bezeichnen.
Fig. 3A veranschaulicht die Verteilung der räumlichen Frequenzintensität E(k), die erzeugt wird, wenn die FFT so durchgeführt wird, daß die gesamte erfaßte Marke abgedeckt wird, wobei als Referenzpunkt der Punkt xs nahe der Mitte der erfaßten Marke M herangezogen wird, wie zuvor unter Verwendung einer geeigneten Erfassungseinrichtung ermittelt.
Auf der Grundlage der Periodizität des Musters wird die dem Muster eigene Intensität der räumlichen Frequenz f(h) = (Ps/T) · N die in dem eindimensionalen diskreten Signal 5(x) des Musters erscheint, hoch, und ist ein Spitzenwert in dem Diagramm von Fig. 3A definiert.
In Fig. 1 ist mit 105 eine räumliche Frequenzintensitäts- Erfassungseinrichtung bezeichnet, die dazu dient, die Spitzenwertposition Pi und die Spitzenwertfrequenz f in einem Bereich α nahe der dem Muster eigenen räumlichen Frequenz f(h) in Übereinstimmung mit Gleichung (4):
Pi = {k max (E(k),f(h) · N - α < k < f(h) · N + α, k = 0,1,2, ... N-1}... (4)
zu erfassen, worin α eine bestimmte Ganzzahl ist, die so festgelegt ist, daß für eine Änderung der Teilung des Musters Pi signifikant wird.
Andererseits macht es, vorausgesetzt daß sie innerhalb des Bereichs α liegt, auch dann, wenn die optische Vergrößerung wegen irgendeines Grunds wie beispielsweise dem Einstellungszustand des optischen Systems von einem vorbestimmten Wert abweicht, die Erfassung der Frequenz f(Pi) entsprechend diesem Spitzenwert möglich, die Änderung der optischen Vergröße rung aus der dem Muster eigenen räumlichen Frequenz zu korrigieren. Für die Spitzenwerterfassung können, falls notwendig, komplementäre Mittel (z. B. eine Annäherung mittels kleinster Quadrate oder eine Verarbeitung gewichteter Durchschnitte) in dem räumlichen Frequenzbereich verwendet werden, um dadurch die räumliche Frequenzauflösung zu verbessern.
In Fig. 1 ist mit 106 eine Phasenerfassungseinrichtung bezeichnet, die dazu dient, den Spitzenwert f(pi) der räumlichen Frequenzintensität und der Phase an dem Bezugspunkt xs in der Nachbarschaft desselben in Übereinstimmung mit Gleichung (3) zu erfassen.
In Fig. 1 ist mit 107 eine Abweichungserfassungseinrichtung bezeichnet, die dazu ausgelegt ist, die Abweichung Δk im Realraum aus der Phase und in Übereinstimmung mit Gleichung (5) zu berechnen:
Δk = (1/2π) · (N/K) · Ps · θκ ... (5)
Fig. 3B ist ein Diagramm, in dem die Abweichung Δk in der Nachbarschaft des dem Muster eigenen Frequenzbereichs aufgezeichnet ist. Allgemein ist, wie in Fig. 3B gezeigt, die Abweichung Δk in der Nähe der dem Muster eigenen Frequenz stabil auf einem konstanten Niveau. Infolgedessen wird eine Verarbeitung gewichteter Durchschnitte auf der Grundlage der Frequenzintensität für jede berechnete Abweichung Δk ausgeführt, und wird eine Abweichung Δc, des Musterzentrums aus dem Referenzpunkt xs in Übereinstimmung mit gewichteter Mittelwertbildung erfaßt (Gleichung (6)):
Fig. 3C veranschaulicht das Ergebnis einer solchen Verarbeitung gewichteter Durchschnitte. Infolgedessen können die Erfassung der Abweichung Δc mit verbessertem S/N-Verhältnis und reduziertem Berechnungsvolumen erfolgen, während nur auf das Signal des erfaßten Musters geachtet wird, sowie eine stabilisierte Erfassung aufgrund der Verarbeitung gewichteter Durchschnitte.
In diesem Fall kann die Anzahl von Abtastpunkten frei gewählt werden. Daher ist es unter Berücksichtigung, daß die aus der diskreten Fourier-Transformation resultierende Frequenzkomponente durch k/N repräsentiert werden kann, möglich, die dem Muster eigene räumliche Frequenz durch Wählen der Anzahl von Abtastpunkten derart, daß k/N nächstliegend zu der zu erfassenden Frequenzkomponente wird, exakt zu erfassen. Darüber hinaus kann durch Verkleinern der bei der Erfassung verwendeten Frequenzkomponente das Berechnungsvolumen verringert werden.
In der beschriebenen Art und Weise wird die relative Position der Wafermarke GW des Wafers W und die Referenzmarke GS der Referenzmaske 17 erfaßt und auf der Grundlage der so erzeugten Erfassungsdaten sowie vorbereitend erhaltener Daten über die relative Position der Referenzmarke GS und der Strichplatte R die Ausrichtung der Strichplatte R und des Wafers W ausgeführt.
Während in diesem Ausführungsbeispiel eine beliebige positionelle Abweichung zwischen der Wafermarke GW und der Referenzmarke GS erfaßt wird, kann durch ein optisches System anstelle der Referenzmarke GS eine Strichplattenmarke der Strichplatte R auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 14 abgebildet werden, und kann eine beliebige relative positionelle Abweichung zwischen der Strichplattenmarke und der Wafermarke GW direkt erfaßt werden.
Ferner kann anstelle des Abbildens der Referenzmarke GS auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 14 eine Referenzmarke GS imaginär in einem Bildspeicher gesetzt werden, vorausgesetzt, daß ein Aufzeichnen der Signale der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 und der folglich gesetzten imaginären Marke in Ersetzung für die Referenzmarke GS verwendet werden kann.
Außerdem kann das auszurichtende Objekt mit Gittermarken entlang X- bzw. Y-Richtungen versehen sein, und kann unter Verwendung getrennter optischer Systeme mit jeweils der vorstehend beschriebenen Struktur die Position in Bezug auf jede der X- und Y-Richtungen erfaßt werden. Die Gittermarke kann ein Schachbrettmuster umfassen derart, daß die Erfassungsvorgänge in der X- und der Y-Richtung gleichzeitig oder abwechselnd unter Verwendung ein und desselben optischen Systems durchgeführt werden können. Dies gilt für einige Ausführungsbeispiele, die nachstehend beschrieben werden.
Eine Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun erklärt. Dieses Ausführungsbeispiel hat ein Merkmal dahingehend, daß die Öffnung NA des Stoppers 12 vorgegeben ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Struktur gibt es, falls die Öffnung NA (Form der Apertur) des Stoppers 12 auf beispielsweise eine unter 12b in Fig. 6 veranschaulichte geändert wird, d. h. falls diese so geändert wird, daß eine relativ große NA in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Richtung bezüglich der der auf der Oberfläche der Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildete Interferenzrand zu bewerten ist und bezüglich der der Ausrichtungsvorgang erfolgen soll, Fälle, in welchen unerwünschte bildweise Information innerhalb der oder um die Gittermarke GW des Wafers (Objekts) W auf die Bildaufnahmeeinrichtung 14 übertragen wird, wodurch folglich das S/N- Verhältnis verschlechtert wird.
Im einzelnen gibt es Fälle, in welchen zufällige Erfassungsfehler während des Ausrichtungsvorgangs in einem Prozeß mit großer Oberflächenunregelmäßigkeit auftreten, oder in welchen irgendein Fremdkörper oder Fehler in der oder um die Gittermarke GW Meßfehler verursachen.
Darüber hinaus tritt dann, wenn eine monochromatische Lichtquelle als Beleuchtungslicht verwendet wird, Fleckenrauschen auf. Wenn irgendeine Oszillationseinrichtung wie typisch eine Diffusionsplatte verwendet wird, um den Effekt des Fleckenrauschens zu reduzieren, werden vorwiegend Lichtmengenverluste groß. Dies resultiert in einem reduziertem S/N-Verhältnis oder, falls die Bedingungen nicht gut sind (z. B. ein Prozeß mit kleinem Oberflächenschritt oder eine niedrige Reflektivität des Substrats), endet in einer fehlerhaften Erfassung aufgrund der Unzulänglichkeit des Beleuchtungslichts.
Ferner wird dann, wenn die Öffnung NA für das reflektierte Beugungslicht groß wird, die Aberration des Projektionsobjektivs für die Beleuchtungswellenlänge von nicht belichtendem Licht in dem Nichtbelichtungs-TTL-System sehr groß, insbesondere in einem Fall, in dem ein Excimer-Laser als Belichtungslicht verwendet wird. Dies erfordert ein kompliziertes optisches System zum Korrigieren der Aberration des Projektionsobjektivs, oder macht es unmöglich, ein praktisches optisches Korrektursystem selbst anzuordnen.
Unter Berücksichtigung dieser Unannehmlichkeiten wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Öffnungszustand des Stoppers 12 geeignet festgelegt, um diese Unannehmlichkeiten zu beseitigen und einen hochgenauen Ausrichtungsvorgang zu gewährleisten.
Falls der Öffnungswinkel des Stoppers für jedes reflektierte Beugungslicht auf der Seite des Wafers NA ist, die Wellenlänge des Beleuchtungslichts λ ist und die Eckfrequenz des optischen Systems (übertragbare kritische Frequenz) Nc ist, dann ist Nc gegeben durch:
Nc = 2 · NA/λ
Andererseits kann dort, wo die räumliche Frequenz des auf der Bildaufnahmeeinrichtung 14 ausgebildeten Interferenzrands, die zu erfassen ist, T ist und der Absolutwert der optischen Vergrößerung zwischen dem Wafer W und der Bildaufnahmeeinrichtung 14 β ist, und falls die räumliche Frequenz T in eine räumliche Frequenz Tw auf dem Wafer W umgewandelt wird, dieses folgendermaßen ausgedrückt werden:
Tw = T · β
Es ist daher ersichtlich, daß es durch Festlegen von NA derart, daß die Eckfrequenz Nc kleiner wird als die räumliche Frequenz Tw, möglich ist, einen Zustand bereitzustellen, in dem verhindert wird, daß unerwünschte bildweise Information innerhalb oder um die Gittermarke des Objekts auf die Bildaufnahmeeinrichtungen übertragen wird.
Infolgedessen wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Öffnung NA des Stoppers 12 so festgelegt, daß die nachstehende Beziehung erfüllt ist:
0 < NA < T · β · λ/2
Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den Stopper 12 dieses Ausführungsbeispiels, und Fig. 8 ist eine Darstellung, bei der der mit dem Stopper 12 dieses Ausführungsbeispiels verwendete Lichtpfad von Fig. 1 dargestellt ist, während vereinfacht erweitert ist. Mit 12a in Fig. 7 ist die Öffnung des Stoppers 12 bezeichnet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Wellenlänge λ von Beleuchtungslicht zum Beleuchten der Gittermarke GW des Wafers (Objekt) W mit monochromatischem Licht λ = 633 nm, ist der Absolutwert β der optischen Vergrößerung von dem Wafer W auf die Bildaufnahmeeinrichtung 14 β = 100x, und ist die räumliche Frequenz T des auf der Bildaufnahmeeinrichtung 14 ausgebildeten Interferenzrands T = 2. Die Öffnung NA, die aus der vorstehend erwähnten Beziehung hergeleitet werden kann, wird so festgelegt, daß NA < 0,063 erfüllt ist, und gleichzeitig wird die Öffnung NA des Stoppers 12 auf der Waferseite für jedes reflektierte Beugungslicht zum selektiven Extrahieren des reflektierten Beugungslichts so festgelegt, daß NA = 0,03 bereitgestellt wird.
In diesem Ausführungsbeispiel werden durch Strukturieren des Stoppers 12 derart, daß die Öffnung NA die vorstehend beschriebenen Bedingungen erfüllt, die Übertragung unerwünschter bildweiser Information innerhalb der oder um die Gittermarke GW des Wafers (Objekts) W auf die Bildaufnahmeeinrichtung 14 sowie eine resultierende Abnahme des S/N-Verhältnisses verhindert. Zusätzlich wird die Notwendigkeit der Verwenden einer Oszillationseinrichtung wie typisch eine Diffusionsplatte zum Reduzieren des Effekts von Fleckenrauschen beseitigt, wodurch Lichtmengenverluste vermieden werden.
Ferner wird der Bereich zum Korrigieren von Aberration, die durch das Projektionsobjektiv erzeugt wird, auf den Abschnitt der Öffnung NA für das Signallicht begrenzt, wobei dies jegliches optische Korrektursystem unnötig macht oder das optische Korrektursystem sehr einfach macht, wie beispielsweise ein optisches Einzellinsen-Korrektursystem. Infolgedessen ist eine stabile Positionsmessung mit hohem S/N-Verhältnis gesichert. Insbesondere in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, die einen Excimer-Laser als Belichtungslicht verwendet, gewährleistet dieses Ausführungsbeispiel ein hochgenaues Ausrichtungsverfahren nach Art des Nichtbelichtungslicht-TTL- Typs.
Eine Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun erklärt.
Dieses Ausführungsbeispiel hat ein Merkmal dahingehend, daß die Anordnung eines Reflexionselements 8 zum Richten des reflektierten Beugungslichts von der Wafermarke GW, das durch das Projektionsobjektiv 1 hindurchgetreten ist, nach außerhalb des Belichtungslichtpfads, vorgegeben ist.
In diesem Ausführungsbeispiel tritt reflektiertes Beugungslicht, das durch die Gittermarke GW des auszurichtenden Wa fers (Objekts) W gestreut wurde, durch das Projektionsobjektiv 1, und wird danach das Licht durch das Reflexionselement 8 nach außerhalb des Belichtungslichtpfads gelenkt. Hierbei kann sich dann, wenn ein Spiegel oder ein Prisma wie in Fig. 9A oder 9B gezeigt als Reflexionselement 8 verwendet wird, dessen Stellung in Bezug auf die Neigungskomponente in der Richtung, in der die Position der Gittermarke GW zu erfassen ist und in der der Ausrichtungsvorgang zu erfolgen hat, mit der Zeit aufgrund von Umgebungseinflüssen (z. B. Temperatur, Druck oder mechanische Stabilität resultierend aus Vibrationen) ändern. Falls eine solche Änderung auftritt, ändert sich der gemessene Positions- bzw. Lagewert.
Die Wirkung ist Fig. 10 dargestellt, und falls die Neigung des Spiegels 8 &epsi; ist, der Abstand des Spiegels 8 zu der konjugierten Ebene-CS der Gittermarke GW des Wafers W d ist, und der Absolutwert der optischen Vergrößerung von dem Wafer auf die konjugierte Ebene CS β ist, dann kann der Positionserfassungsfehler Δst wie folgt ausgedrückt werden:
Δst = d · tan &epsi;/β
Falls beispielsweise d = 100 mm, β = 5x und die Toleranz für Δst 0,02 Mikrometer ist, dann muß der Spiegel 8 mit einer sehr hohen Stellung, die eine Genauigkeit von 0,2 s einhält, gehalten werden.
In Anbetracht dessen wird in diesem Ausführungsbeispiel die Position der Reflexionsfläche des Reflexionselements 8 zum Extrahieren des reflektierten Beugungslichts aus dem Belichtungslichtpfad in der Nachbarschaft der Position, die zu der Gittermarke GW in Bezug auf das Projektionsobjektiv 1 konjugiert ist, festgelegt. Durch Verfahren derart wird der Effekt jeglicher zeitlicher Änderung aufgrund von Umgebungsbedingungen (z. B. Temperatur, Druck oder mechanische Stabilität) minimiert.
Hierbei kann der Bereich der Nachbarschaft der konjugierten Position ein solcher Bereich sein, in dem eine geringfügige Neigung des Reflexionselements 8 die Erfassungsgenauigkeit nicht stark beeinflußt.
Fig. 11 zeigt die optische Funktion, wobei die Reflexionsfläche des Reflexionselements 8 in der Nachbarschaft der Position angeordnet ist, die zu der Gittermarke GW konjugiert ist. Wie durch eine durchbrochene Linie in der Zeichnung angedeutet, erzeugt eine beliebige Verschiebung des Lichtpfads aufgrund einer Neigung der Reflexionselements 8 keine Verschiebung der Position des Interferenzbilds auf dem Bildaufnahmeelement 14.
Infolgedessen gewährleistet dieses Ausführungsbeispiel eine stabile Positionsmessung, die von den Umgebungsbedingungen weniger beeinflußt wird, und wird insbesondere bei einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, die einen Excimer-Laser als Belichtungslicht verwendet, ein hochgenauer Ausrichtungsvorgang nach Art eines Nichtbelichtungslicht-TTL-Typs sichergestellt.
Fig. 12 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts einer Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Zahlen wie in Fig. 1 sind entsprechenden Elementen zugewiesen.
In diesem Ausführungsbeispiel wird, verglichen mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, der Reflexionswinkel dθ des Reflexionslichts (Licht 0-ter Ordnung) von dem Wafer W erfaßt und auf der Grundlage des erfaßten Reflexionswinkels dθ die Positionserfassung für die Gittermarke GW des Wafers W korrigiert. Der übrige Teil ist im wesentlichen von derselben Struktur wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Allgemein ändert sich eine Ausrichtungsmarke (Gittermarke) GW eines Wafers W optisch aufgrund eines darauf aufgebrachten Resists. Insbesondere bewirkt eine asymmetrische Nichtgleich mäßigkeit einer Resistbeschichtung eine Verzerrung eines Wafer-Ausrichtungsignals und führt zu einem Erfassungsfehler. Dieser Erfassungsfehler hat im Vergleich zu dem Hellfeld- Überwachungsverfahren eine besonders ungünstige Wirkung in dem Interferenz-Ausrichtungsverfahren, welches ein Beugungsgitter verwendet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in Anbetracht dessen der Reflexionswinkel des Reflexionslichts von dem Wafer während der Erfassung der Gittermarkenposition und der Ausrichtung erfaßt und auf dieser Grundlage ein beliebiger Positionserfassungsfehler für die Gittermarke GW aufgrund einer Nichtgleichmäßigkeit einer Resistbeschichtung korrigiert und der Ausrichtungsvorgang ausgeführt.
Im einzelnen wird eine feste Bildaufnahmeeinrichtung in einer Pupillenebene eines optischen Erfassungssystems angeordnet, die die Fourier-Transformationsebene der Bildebene definiert, entsprechend der Wafer-Oberfläche, und aus der Abbildungsposition des reflektierten Waferlichts der Betrag und die Richtung der Abweichung der Positionserfassung für die Gittermarke, die aus einer Nichtgleichmäßigkeit der Resistbeschichtung resultiert, erfaßt. Dann wird die erfaßte Position wie auf der Grundlage des Interferenzbilds ermittelt, das auf der festen Bildaufnahmeeinrichtung ausgebildet ist, welches in der Bildebene angeordnet ist, korrigiert. Hierdurch wird eine hochgenaue Ausrichtung gewährleistet.
Nachstehend wird ein wesentlicher Unterschied des vierten Ausführungsbeispiels nach Fig. 12 gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erklärt.
Mit 20 ist ein Strahlteiler bezeichnet, der als Halbspiegel für die Wellenlänge des Beleuchtungslichts für die Wafermarke GW dient, um Licht zum Korrigieren jeglicher Abweichungen zu erzeugen. Ein Teil des von dem Wafer reflektierten Lichts wird durch diesen Strahlteiler 20 zu einer Fourier-Transfor mationslinse 21 hin reflektiert. Das von dem Wafer reflektierte Licht, wie von der Fourier-Transformationslinse 21 gesammelt, fällt auf eine feste Bildaufnahmeeinrichtung 22, die zu dem Stopper 12 konjugiert ist.
Hierbei entspricht die Oberfläche der festen Bildaufnahmeeinrichtung 22 der Pupillenebene des optischen Erfassungssystems (d. h. der Fourier-Transformationsebene der Bildebene, die der Oberfläche des Wafers W entspricht), und die Bildaufnahmeeinrichtung dient dazu, die Information zu erfassen, die die Verteilung von Beugungslicht von der Wafermarke GW darstellt, wie in Fig. 4A gezeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind das feste Bildaufnahmeelement 22 und die Bildaufnahmeeinrichtung 109 Bestandteile der Erfassungseinrichtung.
In diesem Ausführungsbeispiel wird durch Verwenden der Beugungslichtverteilung von der Wafermarke GW wie auf das feste Bildaufnahmeelement 22 projiziert das Ausmaß der Korrektur für die Abweichung wie von der Abweichungserfassungseinrichtung 107 erfaßt auf die nachstehend beschriebene Art und Weise berechnet.
In diesem Ausführungsbeispiel wird von dem Beugungslicht von der Wafermarke GW eine beliebige Änderung in Licht I&sub0; 0-ter Ordnung, welches regelmäßig reflektiertes Licht von dem Wafer ist, verwendet. Das optische Erfassungssystem 53 bis hin zu der festen Bildaufnahmeeinrichtung 22 ist so aufgebaut, daß das Beleuchtungslicht senkrecht auf den Wafer W fällt. Hierbei ist entweder ein Referenz-Wafer oder eine horizontale Reflexionsfläche, die auf der Auflage ST definiert ist und eine gewährleistete Flachheit und Parallelität hat, unter der Beleuchtungszone plaziert, und wird unter Verwendung des Bildaufnahmeelements 22 und durch Zusammenwirken der Bildaufnahmeeinrichtung 109 und der Korrekturausmaß-Erfassungseinrichtung 110 die Position X&sub0;, an der das Licht I&sub0; 0-ter Ordnung konvergiert, gemessen und gespeichert. Diese Position X&sub0; stellt eine Referenzposition bereit, die unter normalen Meßbedingungen unveränderlich ist. Falls jedoch ein Resist asymmetrisch auf den Wafer W aufgebracht ist, kann sich diese Position verändern.
Fig. 13 ist eine vereinfachte Ansicht, die ein Beispiel zeigt, in dem ein Resist mit einer Neigung in einem Winkel θ in der Meßrichtung (X-Richtung) auf die Wafermarke GW aufgebracht ist. Wenn der Brechungsindex des Resists N ist und die mittlere Resistdicke D ist, dann wird die Winkelabweichung dθ des Reflexionslichts I&sub0; 0-ter Ordnung von dem senkrecht einfallenden Licht wie folgt ausgedrückt:
dθ = sin&supmin;¹ (N*(sin(2θ-sin&supmin;¹(sinθ/N)))) - θ ... (7)
Diese Winkeländerung wird durch die Bildaufnahmeeinrichtung 109 einschließlich des festen Bildaufnahmeelements 22 erfaßt und erzeugt eine Abweichung in der W-Achsenrichtung um dx von der Position X&sub0; (einschließlich der Abbildungsvergrößerung aus der Winkelabweichung dθ auf der Oberfläche des Wafers W).
Hierbei ist der Meßfehler Δe, der in der Abweichung Δc wie in Übereinstimmung mit Gleichung (6) berechnet erzeugt wird, wie folgt: Das heißt, wie das Reflexionslicht I&sub0; nullter Ordnung, involvieren das Reflexionslicht I&sbplus;&sub1; und I&submin;&sub1; ± erster Ordnung, das für die Erfassung der positionellen Abweichung verwendet wird, eine Winkeländerung aufgrund der Neigung des Resists. Ihre Beugungswinkel β(+1) und β(-1) sind:
β(+1) = sin&supmin;¹(λ/P) + dθ ... (8)
β(-1) = sin&supmin;¹(λ/P) - dθ .... (9)
Die Winkel α(+1), und α(-1) zur Normalen zu der Wafermarke GW sind:
α(+1) = sin&supmin;¹((sin(β(+1) + θ))/N) - θ ... (10)
α(-1) = sin&supmin;¹((sin(β(-1) - θ))/N) + θ ... (11)
Da der Wegunterschied ΔL zwischen dem positiven und dem negativen Beugungslicht I&sbplus;&sub1; und I&submin;&sub1; ± erster Ordnung, der aus der Neigung des Resists resultiert, den Meßfehler Ae verursacht, wenn die Wellenlänge des Beleuchtungslichts λ ist, dann ist:
ΔL = t*(cosα(-1) - N*cosα(+1)) / (N*cosα(-1)*cosα(+1)) ... (12)
t = 2*d*(tanα(-1) + tanα(+1)) / (tanα(-1) - tanα(+1)n + 2/tanθ)
Δe = P*ΔL/λ ... (13)
Der Meßfehler Δe wie aus Gleichung (13) ermittelt ist der Korrekturbetrag der Abweichung Δc wie aus Gleichung (6) berechnet.
Die Abweichung dx von der Position X&sub0; des durch die Bildaufnahmeeinrichtung 109 einschließlich des Bildaufnahmeelements 22 erfaßten Lichts nullter Ordnung wird der Korrekturbetrag- Erfassungseinrichtung 110 gemeldet, und αus der Abbildungsvergrößerung des optischen Erfassungssystems 53 beispielsweise wird die Winkelabweichung dθ des Reflexionslichts I&sub0; nullter Ordnung von dem senkrecht einfallenden Licht ermittelt.
Von dieser Winkelabweichung dθ und dem Brechungsindex N des Resists, der bekannt ist, kann der Resist-Neigungswinkel θ in Übereinstimmung mit Gleichung (7) berechnet werden. Wo die mittlere Resistdicke d bekannt ist, kann aus den Gleichungen (8) bis (13) der Meßfehler 4e ermittelt werden. Der Meßfehler Δe wird der Ausrichtungs-Steuereinrichtung 108 gemeldet, um die von der Abweichungs-Erfassungseinrichtung 107 gemeldete Abweichung Δc zu kompensieren, wodurch die positionelle Abweichung korrekt erfaßt wird.
Auf die vorstehend beschriebene Art und Weise werden die relative Position der Wafermarke GW des Wafers W und der Referenzmarke GS der Referenzmaske 17 erfaßt und unter Verwendung der so erzeugten Erfassungsdaten sowie vorbereitend erhaltener Daten über die relative Position der Referenzmarke GS und der Strichplatte R die Ausrichtung der Strichplatte R und des Wafers W ausgeführt.
Als nächstes wird ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung erklärt.
Während in dem vierten Ausführungsbeispiel Beugungslicht nullter Ordnung (regelmäßig reflektiertes Licht) verwendet wird, um den Positionsabweichungs-Korrekturbetrag Δe zu berechnen, sind vergleichbare Wirkungen durch Erfassen einer Änderung in dem Winkel des Reflexionslichts ± n-ter Ordnung, das einen Interferenzrand auf der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 erzeugt, erzielbar.
Falls zum Beispiel aus der Pupillenebenenverteilung des Beugungslichts von der wie in Fig. 4A gezeigt auf der festen Bildaufnahmeeinrichtung 22 erzeugten Wafermarke GW Reflexionslicht ± erster Ordnung zu verwenden ist, kann Reflexionslicht I&sbplus;&sub1; und I&submin;&sub1; ± erster Ordnung überwacht werden. Die Winkelabweichung dθ von dem senkrecht einfallenden Licht kann auf der Grundlage des Änderungsbetrags dieses Lichts erfaßt werden, aus der Überwachung eines real existierenden Wafers. Dann kann wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Meßfehler Δe in Übereinstimmung mit Gleichungen (7) bis (13) ermittelt werden.
Durch Verfahren derart kann der Vorgang durchgeführt werden, ohne die Struktur nach Fig. 12 zu modifizieren. Infolgedessen kann durch lediglich die Auswahl von durch die Bildaufnahmeeinrichtung 109 zu überwachendem Licht dieses Ausführungsbeispiel in Kombination mit dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
Ferner kann, wie in Fig. 14 gezeigt, der Strahlteiler 20 zum Erzeugen von zum Korrigieren der Abweichung zu verwendendem Licht derart zwischen dem optischen System 52 und der festen Bildaufnahmeeinrichtung 14 angeordnet sein, daß sowohl das Licht, das den Interferenzrand erzeugt, als auch das Licht zur Berechnung des Positionsabweichungs-Korrekturbetrags Δe gleichzeitig von dem Stopper 12 ausgewählt werden kann. In diesem Fall kann, da nur das zu überwachende Licht auf die feste Bildaufnahmeeinrichtung 22 einfällt, zur Berechnung des Korrekturbetrags Δe das S/N-Verhältnis signifikant verbessert werden.
Fig. 15 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts eine Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Diese Ausführungsbeispiel hat ein Merkmal dahingehend, daß der Sperrabschnitt des Stoppers 12 für Licht nullter Ordnung mit einer Spiegelfläche versehen ist, die einen Winkel aufweist, der dazu dient, die Wellenlänge zu reflektieren, die die Wafermarke GW beleuchtet, wobei das reflektierte Licht direkt zu einem optischen System zum Berechnen des Positionsabweichungs-Korrekturbetrags Δe gelenkt wird. Mit dieser Anordnung kann das optische System zur Berechnung des Positionsabweichungs-Korrekturbetrags Δe ohne Zwischenschaltung eines Halbspiegels aufgebaut werden. So werden Lichtmengenverluste vermieden, und wird die Erzeugung von Streulicht reduziert.
Fig. 16 ist eine vereinfachte Ansicht eines Hauptabschnitts eine Projektionsbelichtungsvorrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1 sind entsprechenden Elementen zugewiesen.
Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß Licht von einem Laser 1 schräg auf die Gittermarke GW des Wafer W projiziert wird, nachdem es durch eine parallele flache Platte 30 abgelenkt worden ist. Der übrige Teil ist im wesentlichen von der gleichen Struktur wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Im allgemeinen interferiert in Abhängigkeit von der Filmdicke eines Resists das reflektierte Licht von einer Gittermarke GW eines Wafers mit dem Reflexionslicht von beispielsweise der Bodenfläche. Falls dieses auftritt, wird das Reflexionslicht von der Gittermarke GW verringert, welches in einem Fehler bei der Erzeugung eines ausreichenden Erfassungssignals resultiert.
In Anbetracht dessen wird in diesem Ausführungsbeispiel die Gittermarke GW entlang einer schräg Verlaufenden Richtung beleuchtet, um dadurch die Interferenz von Licht durch den Resistfilm zu verringern. Dies gewährleistet ausreichendes Reflexionslicht und erlaubt eine hochgenaue Erfassung der Gittermarke GW.
Nachstehend werden die strukturellen Merkmale dieses Ausführungsbeispiels erklärt.
Im allgemeinen treten dann, wenn Licht senkrecht auf eine Wafermarke (Gittermarke) GW eines Wafers W, dessen Oberfläche mit einem Resist einer gewissen Dicke beschichtet ist, projiziert wird, Interferenzen zwischen Reflexionslicht von den oberen und unteren Oberflächen des Resists auf, welche zu einem Fehler bei der Erfassung des reflektierten Beugungslicht von der Gittermarke GW führen.
In Anbetracht dessen ist in diesem Ausführungsbeispiel die auf der Pupillenebene angeordnete, parallele flache Platte 30 geneigt (der Neigungsmechanismus ist nicht dargestellt), wodurch das Licht in einem variablen Winkel θ auf die Gittermarke GW projiziert werden kann, wie in Fig. 17 gezeigt. Dies erlaubt das Verändern der Interferenzbedingungen auf viele Weisen. Ausreichendes reflektiertes Beugungslicht ist erhältlich durch Ermitteln des Winkels, bei dem die Intensität reflektierten Beugungslichts von der Gittermarke GW hoch wird.
Während in diesem Ausführungsbeispiel die schräge Projektion innerhalb des zur Richtung der Teilung der Gittermarke senkrechten Abschnitts gelegt wird, kann die Projektion innerhalb eines parallelen Abschnitts geneigt werden, falls die Teilung in Übereinstimmung mit dem Einfallswinkel θ korrigiert wird.
Wenn der einfallende Strahl um θ geneigt wird, wie in Fig. 18 gezeigt, entsteht ein Wegunterschied δ, der wie folgt ausgedrückt wird:
δ = 2nd(1/cosθ-1)
worin d die Resistfilmdicke und n der Brechungsindex des Resists sind.
Hierbei kann innerhalb des Bereichs 0 ≤ δ ≤ λ/4 die Intensität des reflektierten Beugungslichts von Minimum zu Maximum geändert werden.
Falls beispielsweise die Resistfilmdicke d = 1 Mikrometer ist, der Brechungsindex des Resists n = 1,6 ist, und die Strahlwellenlänge λ = 0,6328 Mikrometer ist, dann ist der Winkel θ, der δ = λ/4 erfüllt:
θ ≤ 17,6º
Durch Einstellen der parallelen flachen Platte 30 derart, daß der Einfallswinkel θ innerhalb dieses Bereichs gehalten wird, kann eine geeignete Intensität reflektierten Beugungslichts erzeugt werden.
Es wird hier angemerkt, daß aufgrund der Wirkung der schrägen Projektion das Ausrichtungssignal einen Fehler enthält, wenn die Scharfeinstellung nicht korrekt eingestellt ist. Infolgedessen kann die Scharfeinstellung einmal an der Position für die Signalerfassung erfaßt werden. Dies erlaubt eine leichte Korrektur von Fehlern. Eine beliebige Abweichung ΔZ von einer Scharfeinstellungs-Referenzposition kann durch Anwenden eines Korrekturbetrags ΔZtanθ auf das Ausrichtungssignal korrigiert werden (in einem Fall, in dem die Neigung in der Erfassungsrichtung liegt). Darüber hinaus kann dann, wenn die Scharfeinstellungs-Erfassungsposition fest ist und die Ausrichtungserfassungsposition von derselben getrennt ist, nach dem Abschluß der Scharfeinstellungserfassung die Auflage in die Erfassungsposition bewegt werden, während man sich auf die Präzision der Auflage verläßt.
Während die Bildaufnahmeeinrichtung ein zweidimensionales Bildsignal erfaßt und durch elektrische Integration in einer bestimmten Richtung ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal erzeugt wird, es ist leicht möglich, die Struktur so zu modifizieren, daß eine zylindrische Linse vor der Bildaufnahmeeinrichtung angeordnet wird, um eine optische Integration in Bezug auf eine Richtung auszuführen, und daß eine eindimensionale Bildaufnahmeeinrichtung verwendet wird, um ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal zu erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch geeignete Anordnung der Komponenten ein Ausrichtungsverfahren und eine dieses verwendende Projektionsbelichtungsvorrichtung bereitgestellt: wobei eine Ausrichtungsgittermarke eines Wafers mit monochromatischem Licht einer Wellenlänge beleuchtet wird, die sich von der des Belichtungslichts unterscheidet; ein Interferenzbild, das auf dadurch erzeugtem reflektiertem Beugungslicht beruht, auf der Oberfläche eines Bildaufnahmeelements erzeugt wird; und unter Verwendung eines Bildsignals, das aus der Bildaufnahmeeinrichtung erhältlich ist, die Ausrichtung einer Strichplatte und des Wafer mit hoher Geschwindigkeit und mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann, wodurch eine Projektionsbelichtung mit hoher Auflösung gewährleistet wird.
Insbesondere wird die Position einer Gittermarke erfaßt und eine Ausrichtung derselben ausgeführt, wodurch ein schnelles und das hochgenaues Ausrichtungsverfahren gewährleistet wird. Darüber hinaus wird das reflektierte Beugungslicht von der Gittermarke auf das Beugungslicht ± n-ter Ordnung begrenzt, und wird eine Laserlichtquelle monochromatischen Lichts als Beleuchtungseinrichtung verwendet. Dies stellt eine leichte Korrektur der Aberration eines optischen Erfassungssystems für die Gittermarke sicher. Ebenso kann das Problem einer geringen Lichtmenge oder eines niedrigen S/N-Verhältnisses in einem Prozeß mit kleinen Oberflächenschritten beseitigt werden. Somit gewährleistet die Anordnung ein hochgenaues Nichtbelichtungslicht-TTL-Ausrichtungssystem in einer einen Excimer-Laser als Belichtungslicht verwendenden Projektionsbelichtungsvorrichtung.
Ferner wird durch geeignetes Festlegen der Öffnung NA eines Stoppers für jedes Beugungslicht zum selektiven Extrahieren des reflektierten Beugungslichts die Übertragung ungewollter bildweiser Information innerhalb einer oder um eine Gittermarke des Objekts zu der Bildaufnahmeeinrichtung und eine hieraus resultierende Verschlechterung des S/N-Verhältnisses verhindert. Zusätzlich wird jegliche Oszillationseinrichtung zum Verringern des Effekts von Fleckenrauschen unnötig, wobei dies Lichtmengenverluste vermeidet. Außerdem kann ein optisches System zum Korrigieren der Aberration des Projektionsobjektivs sehr einfach gemacht werden, so daß eine stabile Positionsmessung mit hohem S/N-Verhältnis gewährleistet wird.
Ferner kann durch Anordnen der Reflexionsoberfläche eines Reflexionselements, zum Extrahieren des reflektierten Beugungslichts aus dem Projektionsobjektiv, in der Nachbarschaft der näherungsweise zu der Gittermarkenposition konjugierten Position jegliche zeitliche Änderung aufgrund der Umgebungsbedingungen (wie beispielsweise der Temperatur, dem Druck oder der mechanischen Stabilität) verringert werden, wodurch eine stabile Positionsmessung gewährleistet wird.
In einem weiteren Aspekt ist eine feste Bildaufnahmeeinrichtung auf einer Pupillenebene eines optischen Erfassungssystems angeordnet, welches eine Fourier-Transformationsebene einer Bildebene entsprechend der Waferoberfläche bereitstellt, so daß jegliche Änderung im Reflexionswinkel von waferreflektiertem Licht von der Abbildungsposition des waferreflektierten Lichts erfaßt wird. Ebenso werden der Betrag und die Richtung der Abweichung von der erfaßten Position der Gittermarke aufgrund einer Nichtgleichmäßigkeit einer Resistbeschichtung erfaßt. Auf dieser Grundlage wird die erfaßte Position wie aus einem Interferenzbild, das auf der Bildaufnahmeeinrichtung erzeugt wird, die in der Bildebene angeordnet ist, ermittelt, korrigiert, wodurch eine hochgenaue Ausrichtung, die nicht durch die Wafer-Prozeßbedingungen wie beispielsweise die Nichtgleichmäßigkeit der Resistbeschichtung beeinflußt wird, gewährleistet wird.
Ferner wird durch schräges Projizieren von Licht auf eine Gittermarke die Wirkung von Interferenzen aufgrund der Resistdicke verringert, und kann ein ausreichendes Erfassungssignal erzeugt werden. Infolgedessen wird eine hochgenaue Ausrichtung mit einem hohen S/N-Verhältnis gewährleistet.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf die hierin offenbarten Strukturen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die zum Ausdruck gebrachten Einzelheiten beschränkt, und zielt diese Anmeldung darauf ab, solche Modifikationen oder Änderungen, die in den Schutzumfang der nachfolgenden Patentansprüche fallen, abzudecken.

Claims

1. Positionserfassungsvorrichtung zur Verwendung in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung zum Projizieren eines Musters einer mit Belichtungslicht beleuchteten Strichplatte (R) durch ein Projektionsobjektiv auf einen Wafer (W), wobei die Positionserfassungsvorrichtung umfaßt:

eine Beleuchtungsquelle (2) zum Beleuchten einer Gittermarke (GW) des Wafers (R) durch das Projektionsobjektiv mit monochromatischem Licht;

ein reflektierendes Element (8) zum Richten von reflexiv gestreutem Licht von der Gittermarke (GW), das durch das Projektionsobjektiv (1) hindurchgetreten ist, nach außerhalb eines Pfads des Belichtungslichts;

eine optische Einrichtung (52) zum Erzeugen eines Interferenzbilds unter Verwendung des gestreuten Lichts;

eine Bildaufnahmeeinrichtung (101) zum Ausgeben eines Bildsignals entsprechend dem Interferenzbild; und

eine Integrationseinrichtung (103), die der Bildaufnahmeeinrichtung (101), wobei ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal des dem Interferenzbild entsprechenden Signals erzeugt wird, und einer Erfassungseinrichtung (104-107) zugeordnet ist, die derart angeordnet ist, daß sie durch Fouriertransformation das eindimensionale Projektionsintegrationssignal in einen räumlichen Frequenzbereich transformiert und in dem räumlichen Frequenzbereich und von dem eindimensionalen Projektionsintegrationssignal eine räumliche Frequenzkomponente auswählt, die in dem Interferenzbild aufgrund einer Periodizität der Gittermarke (GW) erscheint, und wobei die Erfassungseinrichtung ferner derart angeordnet ist, daß sie (i) einen Spitzenwert einer Frequenzintensitätsverteilung in der Nähe der für die Periodizität des Gittermusters beson deren räumlichen Frequenz erfaßt, und (ii) eine gewichtete Mittelung unter Verwendung der Phase und der Intensität von Frequenzkomponenten in der Nähe des Spitzenwerts ausführt, um dadurch die Position der Gittermarke (GW) zu erfassen, und wobei die optische Einrichtung (52) einen Stopper (12) zum selektiven Extrahieren von Streulicht ±n-ter Ordnung des reflexiv gestreuten Lichts aufweist, worin n eine Ganzzahl und n ≠ 0 ist, und das Interferenzbild unter Verwendung des extrahierten Lichts erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Integrationseinrichtung eine optische Integrationseinrichtung ist, durch welche Licht auf die Bildaufnahmeeinrichtung (101) gelangt und die das Bild innerhalb eines zweidimensionalen Fensters einer vorbestimmten Größe, festgelegt in Bezug auf das Bild und entlang einer Richtung in zweidimensionalen Koordinaten, integriert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Integrationseinrichtung ein Integrator (103) ist, der auf das Ausgangsbildsignal der Bildaufnahmeeinrichtung (101) innerhalb eines zweidimensionalen Fensters einer vorbestimmten Größe, festgelegt in Bezug auf das Bild und entlang einer Richtung in zweidimensionalen Koordinaten, wirkt.

4. Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren einer Vergrößerung des Projektionsobjektivs auf der Grundlage des erfaßten Spitzenwerts der Frequenzintensitätsverteilung.

5. Projektionsbelichtungsvorrichtung, umfassend die Positionserfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, eine Strichplatte (R) mit einem Muster, einen Wafer (W) und ein Projektionsobjektiv (1) zum Projizieren von durch das Muster der Strichplatte (R) auf den Wafer (W) projizierten Belichtungslichts, um dadurch den Wafer (W) dem Muster der Strichplatte (R) auszusetzen.

6. Positionserfassungsverfahren zur Verwendung in einem Projektionsbelichtungsverfahren, während dem ein Muster einer Strichplatte (R), die mit Belichtungslicht belichtet wird, durch ein Projektionsobjektiv auf einen Wafer (W) projiziert wird, wobei das Positionserfassungsverfahren umfaßt:

Beleuchten einer Gittermarke (GW) des Wafers (R) mit monochromatischem Licht durch das Projektionsobjektiv (1);

Richten von reflexiv gestreutem Licht von der Gittermarke, das durch das Projektionsobjektiv (1) hindurchgetreten ist, nach außerhalb eines Pfads des Belichtungslichts;

selektives Extrahieren von Streulicht ±n-ter Ordnung aus dem reflexiv gestreuten Licht, worin n eine Ganzzahl und n + 0 ist;

Erzeugen eines Interferenzbilds unter Verwendung des extrahierten Lichts;

Erfassen und Extrahieren des Interferenzbilds innerhalb eines Fensters einer vorbestimmten Größe, festgelegt in Bezug auf das Interferenzbild und entlang einer Richtung in zweidimensionalen Koordinaten, wobei ein eindimensionales Projektionsintegrationssignal erzeugt wird;

Fourier-Transformieren des eindimensionalen Projektionsintegrationssignals in einen räumlichen Frequenzbereich;

in dem räumlichen Frequenzbereich und aus dem eindimensionalen Projektionsintegrationssignal Auswählen einer räumlichen Frequenzkomponente, die in dem Interferenzbild aufgrund der Periodizität der Gittermarke (GW) erscheint;

Erfassen eines Spitzenwerts einer Frequenzintensitätsverteilung in der Nähe der für die Periodizität des Gittermusters besonderen räumlichen Frequenz; und

Ausführen einer gewichteten Mittelung unter Verwendung der Phase und der Intensität der Frequenzkomponenten in der Nähe des Spitzenwerts, um dadurch die Position der Gittermarke (GW) zu erfassen.

7. Positionserfassungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Integrationsschritt ein dem Erfassungsschritt vorangehender optischer Integrationsschritt ist.

8. Positionserfassungsverfahren nach Anspruch 6, bei dem der Integrationsschritt ein Signalverarbeitungsschritt ist, der über ein Ausgangssignal einer Bildaufnahme durchgeführt wird.

9. Positionserfassungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend die Schritte des Korrigierens der Vergrößerung des Projektionsobjektivs auf der Grundlage des erfaßten Spitzenwerts einer Frequenzintensitätsverteilung.

10. Projektionsbelichtungsverfahren, umfassend die Projektionserfassungsschritte nach einem der Ansprüche 6 bis 9 und den Schritt des Projizierens von Belichtungslicht durch die Strichplatte (R) auf den Wafer (W), um dadurch den Wafer (W) dem Muster der Strichplatte (R) auszusetzen.

11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, umfassend das Projektionsbelichtungsverfahren nach Anspruch 10 und den Schritt des Herstellens einer Halbleitereinrichtung unter Verwendung des belichteten Wafers.