NL7904579A

NL7904579A - Optisch afbeeldingsstelsel voorzien van een opto- -elektronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldings- stelsel en een tweede vlak waarop afgebeeld moet worden.

Info

Publication number: NL7904579A
Application number: NL7904579A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1980-12-16
Also published as: NL186353C; GB2052090B; DE3021622C2; JPS5632114A; FR2458830B1; JPS6337364B2; DE3021622A1; US4356392A; NL186353B; FR2458830A1; CA1139441A; GB2052090A

Description

N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven. ^ PKN 9487 ï

Optisch afbeeldingsstelsel voorzien van een opto-elek-tronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel en een tweede vlak waarop afgeheeld moet worden.

De uitvinding heeft betrekking op een optisch afbeeldingsstelsel voorzien van een opto-elek-tronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel 5 en een tweede vlak waarop een afbeelding door het afbeeldingsstelsel gevormd moet worden, welk detektiestelsel bevat een, een hulpbundel leverende, stralingsbron, twee stralingsgevoelige detektoren die zich aan dezelfde zijde van het tweede vlak bevinden als de stralingsbron, ^ alsmede optische elementen voor het richten van de hulpbundel op het tweede vlak, voor het vormen van een stralingsvlek op het tweede vlak en voor het afbeelden van deze stralingsvlek in het vlak van de twee detektoren, waarbij minstens een deel van de genoemde op-15 tische elementen vast met het afbeeldingsstelsel verbonden is, en waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de twee detektoren een maat voor de genoemde afwijking is.

Lenzenstelsels waarmee kleine details afge- 20 beeld moeten worden hebben een grote numerieke apertuur, en daardoor een kleine scherptediepte. Yoor dit soort lenzenstelsels, die bijvoorbeeld gebruikt worden voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat ten behoeve van de fabrikage van geïntegreerde schake-25 lingen, is het van belang een afwijking tussen het werkelijke vlak van afbeelding, van bijvoorbeeld het maskerpatroon, en het vlak waarop afgebeeld moet worden, bijvoorbeeld het substraat, te kunnen detekteren, om aan de hand daarvan het lenzenstelsel te kunnen bijrege- 30 .

len.

Het is mogelijk de genoemde afwijking langs capacitieve weg te bepalen. Dan moet het lenzenstelsel verbonden zijn met een metalen plaatje en moet het 790457? r ρην 9^87 2 "Π oppervlak van het substraat gemetalliseerd zijn.

De variatie van de capaciteit gevormd door het metalen plaatje en het gemetalliseerde oppervlak is een maat voor de genoemde afwijking. Deze afwijking zou ook met 5 een luchtdruksensor gemeten kunnen worden. Het nadeel van deze methoden is dat de afstandsmeting buiten het veld van het afbeeldingsstelsel moet plaatsvinden.

Verder is de afstand tussen de capaciteive sensor of de luchtdruk-sensor en het tweede vlak, bijvoorbeeld 10 het oppervlak van het substraat, waarop afgebeeld moet worden erg klein, zodat gemakkelijk een beschadiging van ofwel de sensor ofwel het substraatoppervlak kan optreden. Een optische methode voor het bepalen van de genoemde afwijking is aantrekkelijker, omdat daarbij 15 in het centrum van het veld van het afbeeldingsstelsel gemeten kan worden en de detektie-elementen op relatief grote afstand van het vlak waarop afgebeeld moet worden geplaatst kunnen worden.

Speciaal voor het uitlezen van een registra-20 tiedrager met een reflekterende optische informatie-struktuur, is in de ter visie gelegde Duitse octrooiaanvrage nr. 2.656.730 een stelsel voorgesteld voor het detekteren van een afwijking tussen de werkelijke positie van het vlak van de informatiestruktuur en de 25 gewenste positie van dit vlak, welke gewenste positie samenvalt met het fokusvlak van een uitleesobjektief.

In dit stelsel wordt êen stralingsbron via het stralings-reflekterende vlak van de informatiestruktuur afgebeeld op twee stralingsgevoelige fokus-detektoren. De invals-30 hoek, dat wil zeggen de hoek tussen de door de stralingsbron geleverde hulpbundel en de optische as van het objektiefstelsel, waaronder de hulpbundel het vlak van de informatiestruktuur treft is relatief groot. Bij een verplaatsing van het vlak van de informatiestruktuur 25 langs de optische as van het uitleesobjectief verplaatst zich de afbeelding over de fokusdetektoren. Door vergelijken van de elektrische uitgangssignalen van deze 7904579 PHN 9487 v 3 - detektoren, kan een indlkatie verkregen -worden over de grootte en de richting van een afwijking tussen de werkelijke positie van hei vlak van de informatiestruk-tuur en de gewenste positie van dit vlak.

5 Een dergelijk detektiestelsel kan ook ge bruikt worden in een inrichting voor het afbeelden van een maskerpatroon op een halfgeleider-substraat ten behoeve van de fabrikage van geïntegreerde schakelingen. Speciaal voor deze toepassing kan het detektiestelsel 10 enkele nadelen vertonen. Op de eerste plaats is het detektiestelsel gevoelig voor lokale reflektieverschillen van het substraat. Een geïntegreerde schakeling wordt in een aantal processtappen opgebouwd, waarbij achtereenvolgens verschillende maskerpatronen op het substraat ^ afgebeeld moeten worden. Bij het afbeelden van een maskerpatroon kunnen de reeds in een vorige processtap op het substraat aangebrachte strukturen als verstrooiers gaan werken. Tengevolge van deze verstrooiing kunnen de twee helften van de op de twee detektoren gevormde stralings-^ vlek een verschillende intensiteit krijgen, terwijl toch de afstand tussen het substraat en het afbeeldend lenzenstelsel korrekt is. Op de tweede plaats is het detektiestelsel volgens de Duitse octrooiaanvrage no.

2.656.730 alleen ongevoelig voor kantelingen van het substraat of voor onvlakheden van dit substraat zolang geen afwijking optreedt tussen het beeldvlak van het lenzenstelsel en het vlak waarop afgebeeld moet worden.

Treedt een dergelijke afwijking wel op dan beïnvloeden de genoemde kantelingen en onvlakheden mede de intensi-teitsverdeling binnen de op de twee detektoren gevormde stralingsvlek, en dus ook het uit deze detektoren afgeleide signaal.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een detektiestelsel te verschaffen, dat bovengenoemde 35 nadelen niet vertoont.Het stelsel volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat in de weg van de een eerste maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel een 7904571 r - PHN 9487 'fcf 4 bundelomkeerelement, dat de hulpbundel in zichzelf en gespiegeld reflekteert, aangebracht is en dat de twee detektoren aangebracht zijn in de weg van de een tweede maal door het tweede vlak gereflekteerde hulpbundel.

5 Dat de hulpbundel "gespiegeld in zichzelf" wordt gereflekteerd betekent dat de hoofdstraal van de gereflekteerde hulpbundel samenvalt met de hoofdstraal van de heengaande hulpbundel, en dat de lichtstralen die in de heengaande hulpbundel deel uitmaken van de 10 eerste, respektievelijk de tweede, bundelhelft in de gereflekteerde hulpbundel deel uitmaken van de tweede, respektievelijk de eerste, bundelhelf t. Van de naar de detektoren gerichte hulpbundel zijn dan beide bundel-helften in aanraking geweest met beide helften van het 15 door de stralingsvlek bedekte gebiedje op het tweede vlak, of substraat. Daardoor wordt de intensiteit van beide bundelhelften in gelijke mate beïnvloed door eventuele lokale reflektieverschillen in het genoemde gebiedje van het tweede vlak, en is dus het intensiteits-20 verschil tussen beide bundelhelften onafhankelijk van deze reflektieverschillen. Doordat de hulpbundel, alvorens de twee detektoren te bereiken tweemaal door het substraat gereflekteerd is, is de positie van de stralingsvlek op deze detektoren onafhankelijk van onvlakheden in het 25 substraat of van een kanteling van het substraat ten opzichte van het hoofdlenzenstelsel, en is de gevoeligheid met een faktor 2 vergroot ten opzichte van die van het detektiestelsel volgens de Duitse octrooiaanvrage no. 2.656.730.

30 Het detektiestelsel volgens de uitvinding kan met veel voordeel toegepast worden in een inrichting voor het herhaald afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, welke inrichting bevat een, zich tussen een maskerpatroonhouder en een substraathouder bevindend, 35 projektielenzenstelsel, waarbij het detektiestelsel wordt gebruikt voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het projektie-lenzenstelsel en het substraat. Daarnaast is de uitvinding algemeen toepas- 7904579 PHN 87 i, 5 baar in afbeeldingssystemen waarbij lokale reflektie-verschillen kunnen voorkomen in het vlak waarin af geheeld moet wórden, of waarbij dit vlak een kanteling kan vertonen. Daarbij kan gedacht worden aan mikros-5 kopen, zowel aan reflektie-mikroskopen als aan transmi ssiemikr oskop en. Vanwege de scheve inval van de hulp-bundel, zal ook aan een doorzichtig voorwerp nog een hoeveelheid straling gereflekteerd worden die voldoende groot is om gebruikt te kunnen worden voor het detek-10 teren van een variatie in de afstand tussen het te onderzoeken voorwerp en het mikroskoopobjektief.

De uitvinding zal nu, bij wijze van voorbeeld worden toegelicht aan de hand van een stelsel voor hêt afbeelden van een maskerpatroon op een substraat.

15 Daarbij wordt verwezen naar de tekening, waarin

Figuur 1, schematisch, een afbeeldingsstelsel voorzien van'een bekend opto-elektronisch detektie-stelsel toont,

Figuur 2 het principe van het detektiestelsel volgens 20 de uitvinding illustreert, en

Figuur 3 een uitvoeringsvorm van een dergelijk stelsel laat zien.

In Figuur 1 is een afbeeldingsstelsel met L.j aangegeven. Een opto-elektronisch detektiestelsel 25 bestaat uit een stralingsbron S, die een hulpbundel b uitzendt, een eerste lens L^, een tweede lens en twee detektoren, bijvoorbeeld fotodiodes, D^ en D^· Het detektiestelsel is star met het lenzenstelsel verbonden via de steunen S^_.

30 De lens vormt een stralingsvlek V op het vlak p waarin door het lenzenstelsel een afbeelding gevormd moet worden. Deze stralingsvlek wordt door de lens op de fotodiodes D^ en D^ afgebeeld. Het detektiestelsel is ten opzichte van het lenzenstelsel zó 35 uitgericht dat de lens L^ het snijpunt van de optische as 00’ van het stelsel met het beeldvlak van dit stelsel afbeeldt in het vlak van de twee detektoren 7904570 f PHN 9^87 6 D.j en Ώ^· Xndien liet vlak p samenvalt met het beeldvlak van bet stelsel wordt de stralingsvlek V afge-beeld in de vlek V* die symmetrisch ten opzichte van de detektoren D^ en D^ gelegen is. Deze detektoren ont-5 vangen dan gelijke stralingsintensiteiten. Het uitgangssignaal van een met de detektoren D^ en verbonden verschilversterker A is dan bijvoorbeeld nul. Bij een ' verandering van de afstand tussen het vlak p en het lenzenstelsel verschuift het beeld V' van de stralings-10 vlek V over de detektoren D^ en D^. Indien, zoals in Figuur 1 aangegeven is, het vlak p naar beneden verschoven is, wordt de op dit vlak gevormde stralingsvlek V.j afgebeeld in ’ volgens de met streeplijnen aangegeven stralengang. Dan ontvangt de detektor D^ een 15 grotere stralingsintensiteit dan de detektor D^ en is het signaal Sr bijvoorbeeld positief. Bij een verschuiving van het vlak p naar boven treedt het omgekeerde op, en ontvangt de detektor D^ een kleinere stralingsintensiteit dan de detektor D2· Dan is het signaal bijvoorbeeld 20 negatief. Het signaal kan worden toegevoerd aan een, niet getekend, servosysteem, waarmee de positie van het lenzenstelsel kan worden bijgeregeld.

De invalshoek waaronder de hulpbundel b op het vlak p invalt wordt zo groot mogelijk gekozen, 20 bijvoorbeeld in de orde van 800, om een zo groot mogelijke gevoeligheid voor positiefouten van het vlak p -ten opzichte van het lenzenstelsel te verkrijgen en om -een zo groot mogelijke reflektie van de hulpbundel aan het vlak p te verkrijgen.

30 Volgens de uitvinding is in de weg van de -------- aan het vlak p gereflekteerde bundel b een straal-omkeer-element, of retro-reflektor, aangebracht. Een dergelijke retro-reflektor kan gevormd worden door een zogenaamd Mcats-eye” dat, zoals in Figuur 2 aangegeven is, bestaat uit een lens en een spiegel r waarbij de spiegel in het brandvlak van de lens geplaatst is. Door een dergelijk "cats-eye" wordt een bundel in zichzelf gere- 7904579 PHN 9^87 > 7 V: flekteerd. Figuur 2 toont slechst het gedeelte van de weg van de bundel b in de omgeving van bet vlak p. De bundel b vormt op dit vlak de stralingsvlek V. De door bet vlak p gereflekteerde bundel wordt door bet 5 reflektie-prisma P^ naar de spiegel r gericht. Na reflektie aan deze spiegel doorloopt de bundel b dezelfde weg in omgekeerde richting.

Yan de bundel b is een klein gedeelte b' donker getekend, om aan te geven boe dit gedeelte de 10 stralingsweg doorloopt. Bij eerste aankomst op het vlak p is dit gedeelte een part van de bundelhelft b^.

Het bundelgedeelte b' komt dan terecht in het rechter-deel van de stralingsvlek V. Na reflektie aan het vlak p en aan het reflektie-prisma P^ gaat het bundel-15 gedeelte b' door het linkerdeel van de lens L^. Na reflektie aan de spiegel r gaat het bundelgedeelte b' door het rechterdeel van de lens en komt dan terecht in het linkerdeel van de stralingsvlek V.

Na tweevoudige reflektie aan het vlak p is het bundel-20 gedeelte b* part geworden van de bundelhelft b^· Dit geldt voor alle bundelgedeelten waaruit de bundelhelft b.j opgebouwd is. Er kan gesteld worden dat na tweevoudige reflektie aan het vlak p de bundelhelft b^ zowel met het rechtergedeelte als met het linkerge-25 deelte van het gebied op het vlak p onder de stralingsvlek V in aanraking is geweest. Hetzelfde geldt natuurlijk voor de bundelhelft b . Daardoor zullen 2 lokale reflektieverschillen tengevolge van verstrooiende strukturen in het vlak p, noch oneffenheden in dit 30 vlak of scheefstand van dit vlak ten opzichte van het lenzenstelsel de intensiteitsverdeling over de bundelhelften b^ en b^ kunnen beïnvloeden.

Als omkeerelement, met een-vergroting -1, kan in het detektiestelsel volgens de uitvinding ook een holle spiegel of een kombinatie van een vlakke spiegel en een cylinderlens gebruikt worden.

In Figuur 3 is een uitvoeringsvorm van een 7904579 *9 i PHN 9487 8 detektiestelsel volgens de uitvinding voor gebruik in een inrichting voor het afbeelden van masker-patronen op een substraat -weergegeven. Het oppervlak van het substraat is aangegeven met het vlak p en het 5 projektielenzenstelsel met . Dit stelsel is langs zijn optische as 00’ beweegbaar door middel van op zichzelf bekende en hier niet weergegeven aandrijf-middelen die gestuurd worden door het signaal S^, afgeleid uit de signalen van de twee detektoren. In rich- 10 tingen loodrecht op de optische as 00' is het projek- in zijii behuizing H.

tielenzenstelsel onbeweegbaao/ Zoals in Figuur 3 aangegeven is kan het projektielenzenstelsel door middel van veren S in de behuizing H bevestigd zijn. In p plaats van veren kunnen ook membranen als bevestigings-10 middelen gebruikt worden.

In een inrichting voor het herhaald afbeelden van een maskerpatroon op een substraat zijn de projek-tie kolom en het substraat in twee onderling loodrechte richtingen ten opzichte van elkaar beweeg-2{) baar. Voor meer bijzonderheden over een dergelijke inrichting kan Worden verwezen naar de ter inzage gelegde Nederlandse octrooiaanvrage no. 76.06548 (PHN 8429). Opgemerkt kan nog worden dat in een dergelijke inrichting het beeldvlak van hét projektielenzen-stelsel vrijwel samenvalt met het brandvlak van dit stelsel.

Om ook voor kleine verplaatsingen van het vlak p ten opzichte van het lenzenstelsel een voldoend groot signaal S^, dat wil zeggen een voldoend groot verschil tussen de stralingsintensiteiten op de twee detektoren, te verkrijgen, moet de stralingsvlek V een grote helderheid hebben. Daarom wordt bij voorkeur een laser als stralingsbron S gebruikt. De door de laser geleverde stralingsbundel b moet stabiel zijn.

' o c

Bij voorkeur wordt een halfgeleider-diodelaser, DL in Figuur 3, bijvoorbeeld een AlGaA diodelaser, die

S

dicht bij het substraat geplaatst kan worden, gebruikt.

7904579 PHN 9^87 % 9

Het is ook mogelijk een gaslaser te gebruiken die op grotere afstand van het substraat staat, waarbij de straling van deze laser via een lichtgeleidende vezel naar het substraat geleid wordt.

5 De laserbundel b wordt door de lens L^ in een evenwijdige bundel omgezet en vervolgens via reflektie aan de bundeldeler BS en de reflektieprisma’s en P^ naar het substraatoppervlak p gericht. De lens vormt de stralingsvlek V op hqt substraat. Ver- 10 volgens doorloopt de bundel b de aan de hand van de

Figuren 1 en 2 beschreven stralingsweg. Van de tweemaal door het substraatoppervlak gereflekteerde bundel b wordt een gedeelte door de bundeldeler BS doorgelaten naar de twee detektoren D. en D0. De lens L_ vormt een

1 2 D

15 afbeelding van de stralingsvlek V op deze detektoren.

De bundeldeler BS kan bestaan uit een halfdoorlatende spiegel of een halfdoorlatend prisma. In plaats daarvan kan ook een polarisatiedeelprisma gebruikt worden, waarbij in de.stralingsweg tussen dit 20 prisma en het substraat een -plaat, waarin X de golflengte van de bundel b voorstelt, is aangebracht.

De straling van de bron DL is dan zodanig gepolariseerd dat zij door het polarisatiedeelprisma wordt ^ereflek-teerd. De bundel b doorloopt dan tweemaal de ^ - plaat 25 waardoor het polarisatievlak van de straling in totaal over 90° gedraaid wordt, zodat de bundel dan door het prisma wordt doorgelaten.

Behalve het verschilsignaal S^ van de twee detektoren kan ook het somsignaal van deze detek-toren bepaald worden. Het signaal kan gebruikt worden om de intensiteit van de stralingsbron, S of DL, bij te regelen. Het is ook mogelijk om het quotiënt van de signalen S^ en S^ te bepalen. Het resulterende signaal dat een maat is voor de positiefout van het vlak p van het substraat "ten opzichte van het projektielenzenstel-sel, is onafhankelijk van intensiteitsvariaties van de stralingsbron en van de reflektiecoëfficiënt van het substraat.

7904579

Claims

1. Optisch afbeeldingsstelsel voorzien van een opto-elektronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van het afbeeldingsstelsel en een tweede vlak waarop een afbeelding door het 25 afbeeldingsstelsel gevormd moet worden, welk detektiestelsel bevat een, een hulpbundel leverende, stralings-bron, twee stralingsgevoelige detektoren die zich aan dezelfde zijde van het tweede vlak bevinden als de stralingsbron alsmede optische elementen voor het 30 richten van de hulpbundel op het tweede vlak, voor het vormen van een stralingsvlek op het tweede vlak en voor het afbeelden van deze stralingsvlek in het vlak van de twee detektoren, waarbij minstens een deel van de genoemde optische elementen vast met het afbeeldings- QC stelsel verbonden is, en waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de twee detektoren een maat voor de genoemde afwijking is, met het kenmerk, dat in de weg 7904579 PHN· 9487 V 1 1 van de een eerste maal door het tweede vlak gereflek-teerde kulpbundel een bundelomkeerelement, dat de hulp-bundel in zichzelf* en gespiegeld reflekteert, aangebracht is en dat de twee detektoren aangebracht zijn in 5 de weg van de een tweede maal door het tweede vlak ge-reflekteerde hulpbundel.

2. Inrichting voor het herhaald afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, bevattende een, zich tussen een maskerpatroonhouder en een substraat-houder bevindend, projektielenzenstelsel voorzien van een detektiestelsel volgens conclusie 1, waarbij het verschil tussen de uitgangssignalen van de detektoren een maat is voor een afwijking tussen het beeldvlak van het projektielenzenstelsel en het substraat. 15 20 25 30 _______ 79 0 4 5 7 δ 35