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DE102020116790B4 - Method of determining misalignment and alignment apparatus for aligning two flat objects relative to each other - Google Patents

Method of determining misalignment and alignment apparatus for aligning two flat objects relative to each other Download PDF

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DE102020116790B4
DE102020116790B4 DE102020116790.3A DE102020116790A DE102020116790B4 DE 102020116790 B4 DE102020116790 B4 DE 102020116790B4 DE 102020116790 A DE102020116790 A DE 102020116790A DE 102020116790 B4 DE102020116790 B4 DE 102020116790B4
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Andreas Schell
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlausrichtung (a) eines ersten flachen Objekts (12), das eine erste Markierung (16) aufweist, und (b) eines zweiten flachen Objekts (14), das eine zweite Markierung (18) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass (c) die erste Markierung (16) eine erste Ausdehnung (D16) hat und die zweite Markierung (18) eine zweite Ausdehnung (D18) hat, relativ zueinander, mit den Schritten: (i) Bringen der ersten Markierung (16) und der zweiten Markierung (18) in einen Fokus (F) eines Laserstrahls (28) aus Laserlicht, sodass durch Streuung Streu-Laserlicht entsteht, (ii) Interferieren-Lassen des Streu-Laserlichts mit Direkt-Laserlicht, das an keiner der Markierungen gestreut wurde, sodass ein Mess-Laserstrahl (32) entsteht, (iii) Bewegen des ersten flachen Objekts (12) relativ zum Fokus (F) und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt (14) und (iv) Messen einer ersten Intensität (11) eines ersten Teils des Mess-Laserstrahls (32.1) mittels eines ersten Detektors (34) und einer zweiten Intensität (I2) eines zweiten Teils des Mess-Laserstrahls (32.2) mittels eines zweiten Detektors (34) in Abhängigkeit von der Position der flachen Objekte relativ zueinander, sodass die Markierungen zueinander ausgerichtet werden, (v) wobei das Laserlicht eine Laser-Wellenlänge hat und die Ausdehnungen kleiner sind als die Laser-Wellenlänge.The invention relates to a method for determining a misalignment of (a) a first flat object (12) having a first marking (16) and (b) a second flat object (14) having a second marking (18). According to the invention it is provided that (c) the first marking (16) has a first extent (D16) and the second marking (18) has a second extent (D18) relative to one another, with the steps: (i) Bringing the first marking (16) and the second marking (18) into a focus (F) of a laser beam (28) of laser light, so that scattered laser light is produced by scattering, (ii) allowing the scattered laser light to interfere with direct laser light that is not present at any of the markings has been scattered so that a measuring laser beam (32) is formed, (iii) moving the first flat object (12) relative to the focus (F) and/or relative to the second flat object (14) and (iv) measuring a first Intensity (11) of a first part of the measuring laser beam (32.1) by means of a first detector (34) and a second intensity (I2) of a second part of the measuring laser beam (32.2) by means of a second detector (34) depending on the position of the flat objects relative to each other so that the marking ments are aligned with one another, (v) the laser light having a lasing wavelength and the extents being smaller than the lasing wavelength.

Description

Bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen ist es notwendig, zwei flache Objekte relativ zueinander auszurichten. Bei dem ersten Objekt handelt es sich um einen Wafer, bei dem zweiten Objekt handelt es sich beispielsweise um eine Maske, die relativ zu dem Wafer möglichst ortsgenau positioniert werden muss.In the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to align two flat objects relative to each other. The first object is a wafer, and the second object is a mask, for example, which must be positioned as precisely as possible relative to the wafer.

Es ist aus der DE 37 19 539 A1 und der US 5 465 148 A bekannt, die beiden flachen Objekte jeweils mit einer Markierung in Form eines Gitters zu versehen, anhand derer die Objekte relativ zueinander ausgerichtet werden. Sind die Gitter relativ zueinander verschoben, ergibt sich ein Beugungsbild, das sich von demjenigen Beugungsbild unterscheidet, das sich ergibt, wenn die beiden flachen Objekte korrekt zueinander ausgerichtet sind.It's from the DE 37 19 539 A1 and the U.S. 5,465,148 A known to provide each of the two flat objects with a marking in the form of a grid, by means of which the objects are aligned relative to one another. If the gratings are shifted relative to each other, a different diffraction pattern results than the diffraction pattern that results when the two flat objects are properly aligned.

Nachteilig an diesen Verfahren ist die durch die geringe Sensitivität bedingte, vergleichsweise lange Messzeit. Wünschenswert ist bei allen Verfahren eine möglichst geringe Messunsicherheit bei der Bestimmung der Ausrichtung der flachen Objekte relativ zueinander.A disadvantage of this method is the comparatively long measuring time caused by the low sensitivity. In all methods, it is desirable to have the lowest possible measurement uncertainty when determining the orientation of the flat objects relative to one another.

Aus der US 6 529 625 B2 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionserfassung bekannt, die es ermöglichen, mit hoher Genauigkeit durch ein Bildverarbeitungsverfahren die relativen Positionen von zwei in Richtung der optischen Achse eines optischen Erfassungssystems beabstandeten Halbleiterbauelementen zu erfassen. Bei der Erfassung der relativen Positionen eines ersten Objekts, beispielsweise einer Maske, und eines zweiten Objekts, beispielsweise einem Wafer, ist ein drittes Objekt vorgesehen, das mit separaten Referenzausrichtungsmarken versehen ist. Optische Bilder von der Referenzausrichtungsmarke auf dem dritten Objekt und optische Bilder der Positionserfassungsmarken auf dem ersten und zweiten Objekt werden durch eine Bildaufnahmevorrichtung erfasst. Dadurch wird eine Positionsabweichung zwischen dem ersten und zweiten Objekt erfassbar.From the U.S. 6,529,625 B2 a method and an apparatus for position detection are known which enable the relative positions of two semiconductor devices spaced apart in the direction of the optical axis of a detection optical system to be detected with high accuracy by an image processing method. In detecting the relative positions of a first object, such as a mask, and a second object, such as a wafer, a third object is provided which is provided with separate reference alignment marks. Optical images of the reference alignment mark on the third object and optical images of the position detection marks on the first and second objects are captured by an image capturing device. As a result, a positional deviation between the first and second objects can be detected.

Die DE 19 19 991 A beschreibt ein Verfahren zur automatischen Ausrichtung von zwei aufeinander einzujustierenden Objekten mittels eines Lichtmikroskops. Jedes Objekt hat eine Justiermarke und beide Justiermarken werden durch dasselbe optische Messsystem abgebildet. Ein derartiges Verfahren ist zeitaufwändig.the DE 19 19 991 A describes a method for the automatic alignment of two objects to be adjusted to one another using a light microscope. Each object has an alignment mark and both alignment marks are imaged by the same optical measurement system. Such a procedure is time consuming.

Die US 5 446 542 A beschreibt eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position einer Markierung und besitzt eine Laserlichtquelle zum Projizieren eines Laserstrahls auf eine Ausrichtungsmarkierung auf einem zu belichtenden Substrat. Die Ausrichtungsmarkierung hat eine mittlere Fläche und ein Paar Seitenflächen. Ein räumlicher Filter ist so angeordnet, dass er das von der mittleren ebenen Fläche der Ausrichtungsmarke reflektierte Licht abschirmt. Der räumliche Filter hat ein Paar an Fenstern, die den Durchgang von Streulicht ermöglichen, das von den Seitenflächen der Ausrichtungsmarke stammt. Ein Bildsensor ist so angeordnet, dass er das Streulicht, das den räumlichen Filter passiert hat, empfängt und so ein Bildsignal erzeugt. Ein Bildprozessor empfängt das Bildsignal und berechnet, ob Lichtintensitätsspitzen, die in der erhaltenen Lichtintensitätsverteilung enthalten sind, im Wesentlichen symmetrisch sind oder nicht. Ist das der Fall, ist die gewünschte Position erreicht.the U.S. 5,446,542 A describes an apparatus for determining the position of a mark and has a laser light source for projecting a laser beam onto an alignment mark on a substrate to be exposed. The alignment mark has a central face and a pair of side faces. A spatial filter is arranged to block the light reflected from the central planar surface of the alignment mark. The spatial filter has a pair of windows that allow the passage of stray light originating from the side faces of the alignment mark. An image sensor is arranged to receive the scattered light that has passed through the spatial filter, thereby generating an image signal. An image processor receives the image signal and calculates whether light intensity peaks included in the obtained light intensity distribution are substantially symmetrical or not. If this is the case, the desired position has been reached.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Ausrichten zweier flacher Objekte relativ zueinander zu verbessern.The object of the invention is to improve the alignment of two flat objects relative to one another.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1.The invention solves the problem by a method having the features of claim 1.

Besonders günstig ist es, wenn das Laserlicht eine Laser-Wellenlänge hat und die Ausdehnungen kleiner sind als das Dreifache der Laser-Wellenlänge, insbesondere kleiner als die Laser-Wellenlänge. Günstig ist es, wenn der Laserstrahl monochromatisch ist.It is particularly favorable if the laser light has a laser wavelength and the dimensions are less than three times the laser wavelength, in particular less than the laser wavelength. It is favorable if the laser beam is monochromatic.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine Ausrichtvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 7.According to a second aspect, the invention solves the problem by an alignment device having the features of claim 7.

Es ist günstig nicht aber notwendig, wenn die Markierungen Zylinderform, Halbkugelform oder Kugelform haben.It is favorable but not necessary if the markings have a cylindrical, hemispherical or spherical shape.

Vorzugsweise ist die Laserlichtquelle zum Abgeben eines Laserstrahls aus Laserlicht mit einer Laser-Wellenlänge ausgebildet, wobei die Ausdehnungen kleiner sind als das Dreifache der Laser-Wellenlänge, insbesondere kleiner als die Laser-Wellenlänge.The laser light source is preferably designed to emit a laser beam of laser light with a laser wavelength, the dimensions being smaller than three times the laser wavelength, in particular smaller than the laser wavelength.

Bei dem ersten flachen Objekt handelt es sich vorzugsweise um einen Wafer oder eine Belichtungsmaske zum Belichten des Wafers. Günstig ist es, wenn das zweite flache Objekt vorzugsweise ebenfalls ein Wafer oder eine Belichtungsmaske ist.The first flat object is preferably a wafer or an exposure mask for exposing the wafer. It is favorable if the second flat object is preferably also a wafer or an exposure mask.

Bei dem Wafer handelt es sich vorzugsweise um einen Silizium-Wafer. Günstig ist, wenn der Abstand der flachen Objekte höchstens 1 Millimeter, insbesondere höchstens 0,5 Millimeter, beträgt.The wafer is preferably a silicon wafer. It is favorable if the distance between the flat objects is at most 1 millimeter, in particular at most 0.5 millimeters.

Bei den Detektoren handelt es sich vorzugsweise um Punktdetektoren, also Detektoren, die keine Ortsauflösung haben. Es ist allerdings möglich, dass die Detektoren aus einzelnen Teil-Detektoren zusammengesetzt sind, solange das Messergebnis aus einzelnen Messwerten der einzelnen Teil-Detektoren bestimmt wird. Beispielsweise können die Detektoren auch durch CCD-Chips oder andere Flächendetektoren gebildet sein, solange das Messergebnis aus einzelnen Messwerten der einzelnen Pixel berechnet wird.The detectors are preferably point detectors, ie detectors that have no spatial resolution. However, it is possible for the detectors to be composed of individual sub-detectors as long as the measurement result is determined from individual measured values of the individual partial detectors. For example, the detectors can also be formed by CCD chips or other area detectors, as long as the measurement result is calculated from individual measurement values of the individual pixels.

Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass meistens vergleichsweise kurze Messzeiten erreicht werden können. So ist es wahrscheinlich, dass eine Messzeit von weniger als 10 Sekunden, insbesondere weniger als 5 Sekunden, erreichbar ist.The advantage of the invention is that mostly comparatively short measurement times can be achieved. So it is likely that a measurement time of less than 10 seconds, in particular less than 5 seconds, can be achieved.

Der Erfindung liegt die Kenntnis zugrunde, dass es nicht notwendig ist, periodische Strukturen zu verwenden, um eine Ausrichtung der flachen Objekte relativ zueinander zu erfassen. Je nach Position der Markierungen innerhalb des Fokus und der Markierungen relativ zueinander ändert sich das Streuverhalten der Markierungen. Diese Änderungen können erfasst werden und erlauben einen Schluss auf die Ausrichtung der flachen Objekte relativ zueinander.The invention is based on the knowledge that it is not necessary to use periodic structures in order to detect an orientation of the flat objects relative to one another. The scattering behavior of the markings changes depending on the position of the markings within the focus and the markings relative to one another. These changes can be detected and allow conclusions to be drawn about the orientation of the flat objects relative to one another.

Der Schritt (ii) des Interferieren-Lassens des Streu-Laserlichts mit Direkt-Laserlicht, das an keiner der Markierungen gestreut wurde, sodass ein Mess-Laserstrahl entsteht, ist nicht zwingend notwendig. Erfindungsgemäß ist in seiner breitesten Form daher zudem ein Verfahren zum Bestimmen einer Fehlausrichtung (a) eines ersten flachen Objekts, das eine erste Markierung aufweist, und (b) eines zweiten flachen Objekts, das eine zweite Markierung aufweist, (c) wobei die erste Markierung eine erste Ausdehnung hat und die zweite Markierung eine zweite Ausdehnung hat, relativ zueinander, mit den Schritten: (i) Bringen der ersten Markierung und der zweiten Markierung in einen Fokus eines Laserstrahls aus Laserlicht, sodass durch Streuung Streu-Laserlicht entsteht, (ii) Bewegen des ersten flachen Objekts relativ zum Fokus und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt und (iii) Messen einer ersten Intensität eines ersten Teils des Streu-Laserlichts mittels eines ersten Detektors und einer zweiten Intensität eines zweiten Teils des Streu-Laserlichts mittels eines zweiten Detektors in Abhängigkeit von der Position der flachen Objekte relativ zueinander, sodass die Markierungen zueinander ausgerichtet werden. Vorteilhaft ist, wenn das Laserlicht eine Laser-Wellenlänge hat und die Ausdehnungen kleiner sind als das Dreifache der Laser-Wellenlänge, insbesondere kleiner als die Laser-Wellenlänge. Das Streu-Laserlicht bildet in diesem Fall den Mess-Laserstrahl.The step (ii) of allowing the scattered laser light to interfere with direct laser light that has not been scattered at any of the markings, so that a measurement laser beam is produced, is not absolutely necessary. In accordance with the invention, therefore, in its broadest form, is also a method of determining misalignment of (a) a first flat object having a first marking, and (b) a second flat object having a second marking, (c) the first marking has a first extent and the second mark has a second extent relative to each other, comprising the steps of: (i) bringing the first mark and the second mark into a focus of a laser beam of laser light such that scattering produces scattered laser light, (ii) moving the first flat object relative to the focus and/or relative to the second flat object and (iii) measuring a first intensity of a first portion of the scattered laser light using a first detector and a second intensity of a second portion of the scattered laser light using a second detector depending on the position of the flat objects relative to each other, so the marks line up with each other and become It is advantageous if the laser light has a laser wavelength and the dimensions are less than three times the laser wavelength, in particular less than the laser wavelength. In this case, the scattered laser light forms the measuring laser beam.

Die im Folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beziehen sich auch auf dieses und das weiter oben genannte Verfahren.The preferred embodiments described below also relate to this and the above-mentioned method.

Günstig ist es, wenn genau eine erste Markierung und genau eine zweite Markierung in den Fokus gebracht werden. Es wird so ein besonders leicht auswertbares Signal erhalten.It is favorable if exactly one first marking and exactly one second marking are brought into focus. A signal that is particularly easy to evaluate is thus obtained.

Günstig ist es, wenn die Detektoren so angeordnet sind, dass eine Differenz der Intensitäten betragsmäßig minimal ist, wenn die Markierungen relativ zueinander in einer Soll-Lage ausgerichtet sind. Insbesondere liegen in der Soll-Lage die Markierungen auf einer optischen Achse des Laserstrahls.It is favorable if the detectors are arranged in such a way that the absolute value of the difference in the intensities is minimal when the markings are aligned in a desired position relative to one another. In particular, the markings lie on an optical axis of the laser beam in the target position.

Günstig ist es, wenn die Detektoren so angeordnet sind, dass die Differenz der Intensitäten null ist, wenn die Markierungen relativ zueinander in der Soll-Lage ausgerichtet sind.It is favorable if the detectors are arranged in such a way that the difference in intensities is zero when the markings are aligned in the desired position relative to one another.

Unter dem Merkmal, dass die Differenz der Intensitäten null ist, wird ein Verschwinden der Differenz der Intensitäten im technischen Sinne verstanden. Selbstverständlich ist beispielsweise ein Rauschen des Messwerts unvermeidlich, sodass die Differenz im streng mathematischen nie null wird. Das ist auch nicht gemeint, maßgeblich ist, dass die Differenz der Intensitäten so klein wird, dass sie als null betrachtet werden kann.The feature that the difference in intensities is zero is understood to mean that the difference in intensities disappears in the technical sense. Of course, noise in the measured value is unavoidable, so that the difference in strictly mathematical terms is never zero. That is not what is meant either, what matters is that the difference in intensities is so small that it can be regarded as zero.

Vorzugsweise ist das flache Objekt für das Laserlicht transparent. Die Markierungen sind können für das Laserlicht transparent oder intransparent sein. Maßgeblich ist, dass die Markierungen das Laserlicht streuen, beispielsweise durch Rayleigh-Streuung. Auf diese Weise kann das Laserlicht durch die flachen Objekte hindurchtreten und die Intensitäten und/oder die Differenz der Intensitäten hängen zumindest überwiegend, vorzugsweise im Wesentlichen ausschließlich, von der Position der Markierungen relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus ab.Preferably, the flat object is transparent to the laser light. The markings can be transparent or opaque to the laser light. The decisive factor is that the markings scatter the laser light, for example by Rayleigh scattering. In this way, the laser light can pass through the flat objects and the intensities and/or the difference in intensities depend at least predominantly, preferably essentially exclusively, on the position of the markings relative to one another and/or relative to the focus.

Unter dem Merkmal dass die Intensitäten und/oder die Differenz der Intensitäten im Wesentlichen ausschließlich von der Position der Markierungen relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus abhängen, wird insbesondere verstanden, dass zwar andere Effekte einen Einfluss auf die Intensitäten haben können, dass diese aber vernachlässigbar klein sind und beispielsweise die Differenz der Intensitäten um weniger als 10% beeinflussen.The feature that the intensities and/or the difference in intensities depend essentially exclusively on the position of the markings relative to one another and/or relative to the focus means in particular that other effects can have an influence on the intensities, but that these are negligibly small and affect, for example, the difference in intensities by less than 10%.

Günstig ist es, wenn die Laser-Wellenlänge zumindest 0,9 Mikrometer beträgt, insbesondere zumindest 1,4 Mikrometer. Günstig ist es, wenn die Laser-Wellenlänge kürzer als 3 Mikrometer, insbesondere kürzer als 2 Mikrometer. In diesem Wellenlängenbereich ist Silizium weitgehend transparent, sodass Silizium-Wafer mit diesem Verfahren relativ zu einem anderen flachen Objekt ausgerichtet werden können.It is favorable if the laser wavelength is at least 0.9 micrometers, in particular at least 1.4 micrometers. It is favorable if the laser wavelength is shorter than 3 micrometers, in particular shorter than 2 micrometers. In this wavelength range, silicon is largely transparent, so this method can be used to align silicon wafers relative to another flat object.

Der Fokusdurchmesser des Fokus beträgt höchstens das Zehnfache, vorzugsweise höchstens das Dreifache, der Laser-Wellenlänge. Ein so kleiner Fokus führt zu einer geringen Messunsicherheit hinsichtlich der Ausrichtung der Markierungen relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus.The focus diameter of the focus is at most ten times, preferably at most three times, the laser wavelength. Such a small focus leads to a low measurement uncertainty with regard to the alignment of the markings relative to one another and/or relative to the focus.

Vorzugsweise bilden die Marker kein periodisches Muster. Insbesondere erfolgt das Messen der Intensitäten nicht in einem Beugungsmuster. Es sei darauf hingewiesen, dass Beugungseffekte nie komplett ausgeschlossen werden können, zumindest theoretisch stets ein geringer Anteil der Verteilung des Lichts auf Beugung rückführbar. Maßgeblich ist jedoch, dass das Verfahren auch dann funktionieren würde, wenn keinerlei Beugungsmuster entsteht.Preferably the markers do not form a periodic pattern. In particular, the intensities are not measured in a diffraction pattern. It should be pointed out that diffraction effects can never be completely ruled out, at least theoretically a small proportion of the distribution of the light can always be traced back to diffraction. What is decisive, however, is that the method would also work if no diffraction pattern was produced.

Besonders günstig ist es, wenn das Bewegen des ersten flachen Objekts relativ zum Fokus und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt ein Oszillieren mit einer Oszillationsfrequenz ist und die erste Intensität und/oder die zweite Intensität mittels Trägerfrequenzverstärkung bezüglich der Oszillationsfrequenz gemessen wird. Die Trägerfrequenzverstärkung wird auch als Log-In-Verstärkung bezeichnet und führt zu einer besonders geringen Messunsicherheit.It is particularly favorable if the movement of the first flat object relative to the focus and/or relative to the second flat object oscillates at an oscillation frequency and the first intensity and/or the second intensity is measured using carrier frequency amplification with respect to the oscillation frequency. The carrier frequency amplification is also referred to as the log-in amplification and leads to a particularly low measurement uncertainty.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Schritte (a) Bewegen einer ersten Objektaufnahme, mittels der das erste flache Objekt aufgenommen ist, und einer zweiten Objektaufnahme, mittels der das zweite flache Objekt aufgenommen ist, relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus, (b) Erfassen einer Differenz aus erster Intensität und zweiter Intensität und (c) Ermitteln einer Ziel-Position der ersten Objektaufnahme und der zweiten Objektaufnahme relativ zueinander. Diese Ziel-Position entspricht vorzugsweise derjenigen Position, die die beiden flachen Objekte relativ zueinander haben müssen, um einen nachfolgenden Fertigungsschritt optimal ausführen zu können.The method preferably comprises the steps of (a) moving a first object recording, by means of which the first flat object is recorded, and a second object recording, by means of which the second flat object is recorded, relative to one another and/or relative to the focus, (b) detecting a difference between the first intensity and the second intensity and (c) determining a target position of the first object recording and the second object recording relative to one another. This target position preferably corresponds to that position which the two flat objects must have relative to one another in order to be able to optimally carry out a subsequent production step.

Vorzugsweise werden die erste Objektaufnahme und die zweite Objektaufnahme entsprechend der Zielposition positioniert. Danach wird vorzugsweise das erste flache Objekt in Form eines Wafers mittels des zweiten flachen Objekts in Form einer Maske belichtet.The first object recording and the second object recording are preferably positioned according to the target position. Thereafter, the first flat object in the form of a wafer is preferably exposed by means of the second flat object in the form of a mask.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte (i) Messen einer dritten Intensität I3 eines ersten Abschnitts des Mess-Laserstrahls, insbesondere mittels eines dritten Detektors, und einer vierten Intensität eines zweiten Abschnitts des Mess-Laserstrahls, insbesondere mittels eines vierten Detektors, in Abhängigkeit von der Position der flachen Objekte relativ zueinander, und (ii) aus den Intensitäten Ermitteln der Soll-Lage. Die Detektoren sind vorzugsweise so angeordnet sind, dass eine erste Differenz aus erster Intensität und zweiter Intensität minimal und eine zweite Differenz aus dritter Intensität und vierter Intensität minimal ist, wenn die Markierungen relativ zueinander in der Soll-Lage sind.According to a preferred embodiment, the method comprises the steps (i) measuring a third intensity I 3 of a first section of the measurement laser beam, in particular by means of a third detector, and a fourth intensity of a second section of the measurement laser beam, in particular by means of a fourth detector, as a function of the position of the flat objects relative to one another, and (ii) determining the target position from the intensities. The detectors are preferably arranged in such a way that a first difference between the first intensity and the second intensity is minimal and a second difference between the third intensity and the fourth intensity is minimal when the markings are in the desired position relative to one another.

Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Detektoren um virtuelle Detektoren handeln kann, die durch zeitlich nacheinander erfolgendes Leiten der Teil-Lichtstrahlen und Abschnitte auf ein Detektorelement und zeitlich nacheinander erfolgendes Messen der jeweiligen Lichtintensität entstehen.It should be pointed out that the detectors can be virtual detectors, which are created by guiding the partial light beams and sections to a detector element in chronological succession and measuring the respective light intensity in chronological succession.

Günstig ist es, wenn die erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung ausgebildet ist zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.It is favorable if the alignment device according to the invention is designed to carry out a method according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

  • 1a eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausrichtvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 1b eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausrichtvorrichtung,
  • 2a eine schematische Ansicht zweier flacher Objekte, deren Markierungen nicht in der Soll-Lage zueinander ausgerichtet sind,
  • 2b die zwei flachen Objekte gemäß 2a, wobei die Markierungen in der Soll-Lage zueinander ausgerichtet sind und
  • 2c ein Diagramm, in dem die maximal erreichbare Messunsicherheit beim Ausrichten der flachen Objekte relativ zueinander gegen die numerische Apertur, die Wellenlänge und den Abstand der beiden flachen Objekte aufgetragen ist.
The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. while showing
  • 1a a schematic view of an alignment device according to the invention according to a first embodiment,
  • 1b a second embodiment of an alignment device according to the invention,
  • 2a a schematic view of two flat objects whose markings are not aligned with each other in the desired position,
  • 2 B the two flat objects according to 2a , where the markings are aligned with each other in the target position and
  • 2c a diagram in which the maximum achievable measurement uncertainty when aligning the flat objects relative to each other is plotted against the numerical aperture, the wavelength and the distance between the two flat objects.

1a zeigt schematisch eine Ausrichtvorrichtung 10 zum Ausrichten eines ersten flachen Objekts 12 relativ zu einem zweiten flachen Objekt 14. Das erste flache Objekt 12 hat eine erste Markierung 16. Das zweite flache Objekt 14 hat eine zweite Markierung 18. 1a shows schematically an alignment device 10 for aligning a first flat object 12 relative to a second flat object 14. The first flat object 12 has a first marking 16. The second flat object 14 has a second marking 18.

Das erste flache Objekt 12 ist von einer ersten Objektaufnahme 20 aufgenommen, bei der es sich beispielsweise um einen x-y-Tisch handelt. Das zweite flache Objekt 14 ist von einer zweiten Objektaufnahme 22 aufgenommen, die baugleich mit der ersten Objektaufnahme 20 sein kann, das ist aber nicht notwendig.The first flat object 12 is recorded by a first object holder 20, which is, for example, an x-y table. The second flat object 14 is recorded by a second object recording 22, which can be structurally identical to the first object recording 20, but this is not necessary.

Es ist günstig, wenn die erste Objektaufnahme 20 einen Antrieb aufweist, mittels dem die erste Objektaufnahme 20 in zwei Raumrichtungen positionierbar ist. Diese Raumrichtungen werden bezüglich eines Koordinatensystems 24 vorzugsweise als x- und y-Koordinate betrachtet. Es ist günstig, wenn auch die zweite Objektaufnahme 22 mittels eines Antriebs in x- und y-Richtung positionierbar ausgebildet ist. Ein Abstand d entspricht bei dieser Wahl des Koordinatensystems 24 der Differenz der z-Koordinaten.It is favorable if the first object holder 20 has a drive, by means of which the first object holder 20 can be positioned in two spatial directions. These spatial directions are preferred with respect to a coordinate system 24 wise viewed as x and y coordinates. It is favorable if the second object holder 22 is also designed to be positionable in the x and y direction by means of a drive. With this choice of coordinate system 24, a distance d corresponds to the difference in the z coordinates.

Die erste Markierung 16 hat eine erste Ausdehnung D16. Die zweite Markierung 18 hat eine zweite Ausdehnung D18. Die Ausdehnungen D16 und D18 sind die Durchmesser der jeweiligen Hüllkugeln. Eine Hüllkugel ist diejenige gedachte Kugel minimalen Durchmessers, die die entsprechende Markierung vollständig enthält.The first marker 16 has a first dimension D 16 . The second marker 18 has a second dimension D 18 . The dimensions D 16 and D 18 are the diameters of the respective envelope spheres. An enveloping sphere is that imaginary sphere of minimum diameter that completely contains the corresponding marking.

Die Ausrichtvorrichtung 10 besitzt zudem eine Laserlichtquelle 26 zum Abgeben eines Laserstrahls 28, der einen Fokus F hat. Der Laserstrahl 28 bildet nach Wechselwirkung mit den Markierungen 16, 18 einen Mess-Laserstrahl 32. Der Mess-Laserstrahl 32 trifft auf einen Strahlteiler 30, der den Laserstrahl in einen ersten Teil 32.1 und einen zweiten Teil 32.2 aufspaltet. Der erste Teil 32.1 fällt auf einen ersten Detektor 34.1. Der zweite Teil 32.2 fällt auf einen zweiten Detektor 34.2. Der erste Detektor 34.1 misst eine erste Intensität I1, der zweite Detektor 34.2 misst eine zweite Intensität I2. Die Detektoren 34.1 und 34.2 sind der Auswerteeinheit 36, die eine Differenz ΔI = I1-I2 bestimmt.The alignment device 10 also has a laser light source 26 for emitting a laser beam 28 which has a focus F. After interacting with the markings 16, 18, the laser beam 28 forms a measuring laser beam 32. The measuring laser beam 32 strikes a beam splitter 30, which splits the laser beam into a first part 32.1 and a second part 32.2. The first part 32.1 falls on a first detector 34.1. The second part 32.2 falls on a second detector 34.2. The first detector 34.1 measures a first intensity I 1 , the second detector 34.2 measures a second intensity I 2 . The detectors 34.1 and 34.2 are part of the evaluation unit 36, which determines a difference ΔI=I 1 -I 2 .

Zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens werden die flachen Objekte 12, 14 so im Fokus F positioniert, dass durch Streuung des Laserstrahls 28 Streulicht 32 entsteht. Je nach Position der Markierungen 16, 18 relativ zueinander und relativ zum Fokus F ändern sich die Intensitäten I1, 12 und damit die Differenz ΔI = (I1- I2).To carry out a method according to the invention, the flat objects 12, 14 are positioned in the focus F in such a way that scattered light 32 is produced by the scattering of the laser beam 28. Depending on the position of the markings 16, 18 relative to one another and relative to the focus F, the intensities I 1 , 12 change and thus the difference ΔI=(I 1 -I 2 ).

Das Laserlicht des Laserstrahls 28 hat eine Wellenlänge λ. Die Ausnehmungen D16, D18 sind kleiner als 10λ, insbesondere kleiner als 3λ. Die Objektaufnahmen 20, 22 werden so bewegt, dass sich die flachen Objekte 12, 14 relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus F bewegen. Beispielsweise werden die Objektaufnahmen 20, 22 oszillierend, beispielsweise mit unterschiedlichen Frequenzen, bewegt.The laser light of the laser beam 28 has a wavelength λ. The recesses D 16 , D 18 are smaller than 10λ, in particular smaller than 3λ. The object recordings 20, 22 are moved in such a way that the flat objects 12, 14 move relative to one another and/or relative to the focus F. For example, the object recordings 20, 22 are moved in an oscillating manner, for example with different frequencies.

Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass die Bewegung entlang nur einer Achse, beispielsweise der x-Achse, erfolgt. Im Folgenden wird dieser Fall beschrieben.It is possible, but not necessary, for the movement to take place along only one axis, for example the x-axis. This case is described below.

Die Differenz der Intensitäten ΔI wird von der Auswerteeinheit 36 erfasst. Zudem werden die jeweiligen Koordinaten der flachen Objekte 12, 14 relativ zueinander und relativ zum Fokus und/oder relativ zum Fokus F von der Auswerteeinheit 36 erfasst. Die Auswerteeinheit 36 ermittelt, an welcher Soll-Lage LSoll= {x12, y12, x14, y14} der Betrag der Differenz der Intensitäten ΔI minimal wird. Dabei sind die y- Positionen fest vorgegeben. Diese Stellung ist in 2b gezeigt. Da die Lage des Nullpunkts des Koordinatensystems 24 frei wählbar ist, ist die Soll-Lage LSoll eine Lage der beiden flachen Objekte 12, 14 relativ zueinander.The difference in the intensities ΔI is recorded by the evaluation unit 36 . In addition, the respective coordinates of the flat objects 12, 14 relative to one another and relative to the focus and/or relative to the focus F are recorded by the evaluation unit 36. The evaluation unit 36 determines at which setpoint position Lsetpoint={x 12 , y 12 , x 14 , y 14 } the absolute value of the difference in intensities ΔI becomes minimal. The y-positions are fixed. This position is in 2 B shown. Since the position of the zero point of the coordinate system 24 can be freely selected, the desired position L desired is a position of the two flat objects 12, 14 relative to one another.

Um eine optimale Soll-Lage in beiden Translationsfreiheitsgraden, hier also in x- und in y-Richtung, zu bestimmen besitzt die Ausrichtvorrichtung 10 einen dritten Detektor 34.3 zum Messen einer dritten Intensität I3 und einen vierten Detektor 34.4 zum Messen einer vierten Intensität I4. Die Detektoren 34.i (i = 1, 2, 3, 4) sind so angeordnet, dass sowohl der Betrag der ersten Differenz ΔI1 (die oben als ΔI1 bezeichnet ist) aus erster Intensität I1 und zweiter Intensität I2 als auch der Betrag einer zweiten Differenz ΔI2 =|I3 - I4| aus dritter Intensität I3 und vierter Intensität I4 minimal ist, wenn die Markierungen 16, 18 relativ zueinander in der Soll-Lage LSoll sind.In order to determine an optimal target position in both translational degrees of freedom, i.e. here in the x and y directions, the alignment device 10 has a third detector 34.3 for measuring a third intensity I 3 and a fourth detector 34.4 for measuring a fourth intensity I 4 . The detectors 34.i (i=1, 2, 3, 4) are arranged in such a way that both the absolute value of the first difference ΔI 1 (which is referred to as ΔI 1 above) from the first intensity I 1 and the second intensity I 2 and the magnitude of a second difference ΔI 2 =|I 3 -I 4 | from the third intensity I 3 and the fourth intensity I 4 is minimal when the markings 16, 18 are in the desired position L desired relative to one another.

Beispielsweise bilden die 34.i einen Detektor 34, der vier Teil-Detektoren aufweist. Ein solcher Detektor ist in 1a im Teilbild oben gezeigt. Die erste Intensität I1 und die zweite Intensität I1 werden in diesem Fall berechnet aus den Messergebnissen von je zwei Teil-Detektoren, für die gilt, dass eine Bewegung der Objekte 12, 14 in x-Richtung relativ zueinander die Intensitäten, die diese Teil-Detektoren messen, relativ zueinander verändert, nicht aber eine Bewegung in y-Richtung. Die dritte Intensität I3 und die vierte Intensität I4 werden berechnet aus den Messergebnissen von je zwei Teil-Detektoren, für die gilt, dass eine Bewegung der Objekte 12, 14 in y-Richtung relativ zueinander die Intensitäten, die diese Teil-Detektoren messen, relativ zueinander verändert, nicht aber eine Bewegung in x-Richtung.For example, the 34.i form a detector 34, which has four sub-detectors. Such a detector is in 1a shown in the partial image above. In this case, the first intensity I 1 and the second intensity I 1 are calculated from the measurement results of two partial detectors, for which it applies that a movement of the objects 12, 14 in the x-direction relative to one another affects the intensities that this part -Detectors measure, changed relative to each other, but not a movement in the y-direction. The third intensity I 3 and the fourth intensity I 4 are calculated from the measurement results of two partial detectors, for which it applies that a movement of the objects 12, 14 in the y-direction relative to one another determines the intensities that these partial detectors measure , changed relative to each other, but not a movement in the x-direction.

Alternativ ist möglich, zumindest einen der beiden Teile 32.1 und/oder 32.2 nochmals zu teilen, und so auf die Detektoren 34.3, 34.4 zu leiten, dass die obige Bedingung erfüllt ist.Alternatively, it is possible to divide at least one of the two parts 32.1 and/or 32.2 again and direct it to the detectors 34.3, 34.4 in such a way that the above condition is met.

1a zeigt die Anordnung der Detektoren 34.1, 34.2 in Transmissionsanordnung. 1b zeigt die Anordnung der Detektoren 34.1 34.2 in Rückstrahlanordnung. Es ist zu erkennen, dass die Ausrichtvorrichtung 10 mehrere Spiegel 40.j aufweisen kann. 1a shows the arrangement of the detectors 34.1, 34.2 in a transmission arrangement. 1b shows the arrangement of the detectors 34.1 34.2 in retro-reflection arrangement. It can be seen that the alignment device 10 can have a plurality of mirrors 40.j.

2a zeigt das Streulicht 38 und schematisch die Intensitäten 11, 12 in dem Fall, in dem die Objekte 12, 14 nicht in der Soll-Lage relativ zueinander sind. In anderen Worten sind die Markierungen 16, 18 nicht auf einer optischen Achse A des Laserstrahls 28 angeordnet. 2a 12 shows the scattered light 38 and schematically the intensities 11, 12 in the case in which the objects 12, 14 are not in the desired position relative to one another. In other words, the markings 16, 18 are not arranged on an optical axis A of the laser beam 28.

2b zeigt den Fall, dass die beiden Markierungen 16, 18 beide auf der optischen Achse angeordnet sind. Die Intensitäten I1, I2 sind gleich groß. Das ist bei der Anordnung gemäß 2a nicht der Fall. In 2b ist daher die Differenz ΔI der Intensitäten gleich null. In anderen Worten werden die beiden Markierungen 16, 18 innerhalb des Fokus F des Laserstrahls 28 so angeordnet, dass beide Markierungen 16, 18 bestrahlt werden. Wenn eine der Markierungen in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse A von der optischen Achse A bestandet ist, erhöht sich die Streuung in diese Richtung. 2 B shows the case that the two markings 16, 18 are both arranged on the optical axis. The intensities I 1 , I 2 are equal. This is according to the arrangement 2a not the case. In 2 B the difference ΔI of the intensities is therefore zero. In other words, the two markings 16, 18 are arranged within the focus F of the laser beam 28 in such a way that both markings 16, 18 are irradiated. When one of the marks is passed from the optical axis A in a direction perpendicular to the optical axis A, the scattering in that direction increases.

In 2a ist die Markierung 18 nach rechts relativ zur optischen Achse verschoben, daher erhöht sich die Intensität I2, die ebenfalls in Richtung rechts von der optischen Achse bezüglich der Ebene der 2a gemessen wird. Nur wenn die Markierungen 16, 18 exakt auf der optischen Achse liegen, ist die Streuung des Laserlichts symmetrisch. Die Situation ist in 2b gezeigt. In diesem Fall ist die Differenz ΔI gleich null.In 2a is the mark 18 shifted to the right relative to the optical axis, therefore increases the intensity I 2 , which is also in the direction to the right of the optical axis with respect to the plane of the 2a is measured. The scattering of the laser light is symmetrical only if the markings 16, 18 lie exactly on the optical axis. The situation is in 2 B shown. In this case the difference ΔI is equal to zero.

Die höchste Sensitivität für die Detektion einer Abweichung von der Soll-Lage ergibt sich, wenn die beiden Strukturen 16, 18 exakt in einer Fokusebene EF angeordnet sind. Die Fokusebene ist diejenige Ebene senkrecht zur optischen Achse, in der der Fokus F die minimale Fläche einnimmt. Kleinere Abweichungen der Lagen der Markierung 16, 18 von der Fokusebene EF beeinträchtigen die Sensitivität jedoch nur geringfügig. Die Sensitivität hängt damit von einer nummerischen Apertur NA ab. Die numerische Apertur bezieht sich auf eine Optik 42, die in den 1a, 1b schematisch eingezeichnet ist.The highest sensitivity for the detection of a deviation from the desired position is obtained when the two structures 16 are exactly arranged in a focal plane E F 18th The focal plane is that plane perpendicular to the optical axis in which the focus F occupies the minimum area. Minor variations of the layers of the label 16, 18 of the focal plane E F sensitivity but affect only slightly. The sensitivity thus depends on a numerical aperture NA. The numerical aperture refers to an optics 42 in the 1a , 1b is drawn in schematically.

2c zeigt die Abhängigkeit der maximalen detektierbaren Auflösung hinsichtlich einer Abweichung q der Position der Markierungen 16, 18 von der Soll-Lage, die in 2b gezeigt ist und von der nummerischen Apertur NA, der Wellenlänge λ und/oder einem Abstand d der beiden Objekte 12,14 voneinander. 2c shows the dependency of the maximum detectable resolution with regard to a deviation q of the position of the markings 16, 18 from the desired position, which is shown in 2 B is shown and the numerical aperture NA, the wavelength λ and / or a distance d between the two objects 12,14 from each other.

Der in 1a gezeigte Aufbau in Transmissionsanordnung ist besonders günstig, wenn die Objekte 12, 14 für das Laserlicht 28 durchsichtig sind. Der in 1b gezeigte Aufbau in Rückstrahlanordnung ist besonders dann geeignet, wenn eines der Objekte 12, 14 undurchsichtig für den Laserstrahl 28 ist. In beiden Fällen werden das gestreute Licht und das Licht des Laserstrahls 28 auf den Detektoren 34.1, 34.2 überlagert. Bei den Detektoren 34.1, 34.2 handelt es sich vorzugsweise um Photodioden.the inside 1a The structure shown in a transmission arrangement is particularly favorable if the objects 12, 14 are transparent to the laser light 28. the inside 1b The structure shown in the retro-reflection arrangement is particularly suitable when one of the objects 12, 14 is opaque to the laser beam 28. In both cases the scattered light and the light of the laser beam 28 are superimposed on the detectors 34.1, 34.2. The detectors 34.1, 34.2 are preferably photodiodes.

Im in 1a gezeigten Transmissions-Modus tritt der Laserstrahl 28 durch die flachen Objekte 12, 14. Der Laserstrahl 28 kann damit als lokaler Oszillator für eine homodyne Detektion betrachtet werden. Im in 1b gezeigten Rückstrahl-Modus interferiert das gestreute Licht mit einem Referenzstrahl, der von den Spiegeln 40.3., 40.4 erzeugt wird.in 1a In the transmission mode shown, the laser beam 28 passes through the flat objects 12, 14. The laser beam 28 can thus be viewed as a local oscillator for homodyne detection. in 1b In the retro-reflection mode shown, the scattered light interferes with a reference beam generated by the mirrors 40.3., 40.4.

In den 1a, 1b ist die Detektion der Soll-Lage in x-Richtung gezeigt. Zur Detektion in x- und y-Richtung ist es günstig, wenn die Ausrichtvorrichtung einen dritten und einen vierten Detektor aufweist, die so angeordnet sind, dass eine Bewegung der flachen Objekte in y-Richtung zu einer Veränderung einer Intensitätsdifferenz ΔIy führt.In the 1a , 1b the detection of the target position in the x-direction is shown. For detection in the x and y direction, it is favorable if the alignment device has a third and a fourth detector, which are arranged such that a movement of the flat objects in the y direction leads to a change in an intensity difference ΔI y .

Die Streuung kann als Rayleigh-Streuung betrachtet werden. Die Parameter eines derartigen Streuvorgangs ergeben sich für eine Kugel im Vakuum α = 3 V n 2 1 n 2 + 2

Figure DE102020116790B4_0001
wobei n der Berechnungsindex des Materials der Markierungen 14, 16 und V16 das Volumen der ersten Markierung 16 ist bzw. V18 das Volumen der zweiten Markierung 18, wobei V = V16 = V18 der Einfachheit gelten solle.The scattering can be viewed as Rayleigh scattering. The parameters of such a scattering process result for a sphere in a vacuum a = 3 V n 2 1 n 2 + 2
Figure DE102020116790B4_0001
where n is the refractive index of the material of markers 14, 16 and V 16 is the volume of first marker 16 and V 18 is the volume of second marker 18, respectively, where V = V 16 = V 18 for simplicity.

Die minimale Positionsdifferenz Δq, die mit gestreutem Licht gemessen werden kann, ist im Idealfall gegeben als δ q i = λ 4 π ƒ i κ N 0

Figure DE102020116790B4_0002
wobei κ der Anteil der gestreuten Photonen ist, No die Gesamtzahl aller einfallenden Photonen. f beschreibt den Impulsübertrag auf das Licht. Für ein kugelförmiges Rayleigh-Partikel in einem fokussierten Gauß-Strahl ergibt sich κ = 2 3 π 5 N A 2 ( d λ ) 6 ( n 2 1 n 2 + 2 ) 2
Figure DE102020116790B4_0003
wobei d der Durchmesser des Partikels ist. NA ist die nummerische Apertur. Der Parameter f kann als ƒ y = 1 5 1 cos ( arcsin N A )
Figure DE102020116790B4_0004
approximiert werden, wobei ƒ x = ƒ y 2
Figure DE102020116790B4_0005
für einen in x-Richtung polarisierten Dipol gilt.The minimum positional difference Δq that can be measured with scattered light is ideally given as δ q i = λ 4 π ƒ i k N 0
Figure DE102020116790B4_0002
where κ is the proportion of scattered photons, No the total number of all incident photons. f describes the momentum transfer to the light. For a spherical Rayleigh particle in a focused Gaussian beam, we have k = 2 3 π 5 N A 2 ( i.e λ ) 6 ( n 2 1 n 2 + 2 ) 2
Figure DE102020116790B4_0003
where d is the diameter of the particle. NA is the numerical aperture. The parameter f can be used as ƒ y = 1 5 1 cos ( arcsin N A )
Figure DE102020116790B4_0004
be approximated, where ƒ x = ƒ y 2
Figure DE102020116790B4_0005
for a dipole polarized in the x-direction.

In 2c ist die minimal detektierbare Positionsdifferenz q für die folgenden Parameter berechnet: NA = 0,5, I = 1550 Nanometer, d = 100 Nanometer, n = 3,4. Eine Laserleistung von 100 Milliwatt wurde angenommen. Eine Integrationszeit von 1 Millisekunde ergibt δ q y 0.2 A

Figure DE102020116790B4_0006
In 2c the minimum detectable position difference q is calculated for the following parameters: NA = 0.5, I = 1550 nanometers, d = 100 nanometers, n = 3.4. A laser power of 100 milliwatts was assumed. An integration time of 1 millisecond results δ q y 0.2 A
Figure DE102020116790B4_0006

BezugszeichenlisteReference List

1010
Ausrichtvorrichtungalignment device
1212
erstes flaches Objektfirst flat object
1414
zweites flaches Objektsecond flat object
1616
erste Markierungfirst mark
1818
zweite Markierung second mark
2020
erste Objektaufnahmefirst object recording
2222
zweite Objektaufnahmesecond object shot
2424
Koordinatensystemcoordinate system
2626
Laserlichtquellelaser light source
2828
Laserstrahl laser beam
3030
Strahlteilerbeam splitter
3232
Mess-Laserstrahlmeasuring laser beam
32.132.1
Teil des Laserstrahlspart of the laser beam
32.232.2
Teil des Laserstrahlspart of the laser beam
3434
Detektordetector
3636
Auswerteeinheitevaluation unit
3838
Streu-Licht scattered light
4040
Spiegelmirror
4242
Optik optics
λλ
Wellenlänge wavelength
AA
optische Achseoptical axis
di.e
Abstanddistance
D16D16
erste Ausdehnungfirst expansion
D18D18
zweite Ausdehnungsecond expansion
EFEF
Fokusebene focal plane
Ff
Fokusfocus
II
Intensitätintensity
LSollLset
= {x12, y12, x14, y14}= {X 12, y 12, x 14, y 14}
NAN / A
nummerische Aperturnumerical aperture
qq
Abweichungdeviation
VV
Volumenvolume
ΔIΔI
Differenzdifference

Claims (9)

Verfahren zum Bestimmen einer Fehlausrichtung (a) eines ersten flachen Objekts (12), das eine erste Markierung (16) aufweist, und (b) eines zweiten flachen Objekts (14), das eine zweite Markierung (18) aufweist, (c) wobei die erste Markierung (16) eine erste Ausdehnung (D16) hat und die zweite Markierung (18) eine zweite Ausdehnung (D18) hat, relativ zueinander, mit den Schritten: (i) Bringen der ersten Markierung (16) und der zweiten Markierung (18) in einen Fokus (F) eines Laserstrahls (28) aus Laserlicht, sodass durch Streuung Streu-Laserlicht entsteht, (ii) Interferieren-Lassen des Streu-Laserlichts mit Direkt-Laserlicht, das an keiner der Markierungen gestreut wurde, sodass ein Mess-Laserstrahl (32) entsteht, (iii) Bewegen des ersten flachen Objekts (12) relativ zum Fokus (F) und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt (14) und (iv) Messen einer ersten Intensität (11) eines ersten Teils des Mess-Laserstrahls (32.1) mittels eines ersten Detektors (34.1) und einer zweiten Intensität (I2) eines zweiten Teils des Mess-Laserstrahls (32.2) mittels eines zweiten Detektors (34.2) in Abhängigkeit von der Position der flachen Objekte relativ zueinander, sodass die Markierungen zueinander ausgerichtet werden, (v) wobei das Laserlicht eine Laser-Wellenlänge hat und die Ausdehnungen kleiner sind als die Laser-Wellenlänge. A method of determining misalignment of (a) a first flat object (12) having a first marking (16) and (b) a second flat object (14) having a second marking (18), (c) wherein the first marker (16) has a first dimension (D 16 ) and the second marker (18) has a second dimension (D 18 ) relative to each other, comprising the steps of: (i) bringing the first marker (16) and the second Marking (18) into a focus (F) of a laser beam (28) of laser light, so that scattered laser light is produced by scattering, (ii) allowing the scattered laser light to interfere with direct laser light that was not scattered at any of the markings, so that a measuring laser beam (32) arises, (iii) moving the first flat object (12) relative to the focus (F) and/or relative to the second flat object (14) and (iv) measuring a first intensity (11) of a first Part of the measuring laser beam (32.1) by means of a first detector (34.1) and a second Intens ity (I 2 ) of a second part of the measuring laser beam (32.2) by means of a second detector (34.2) depending on the position of the flat objects relative to one another, so that the markings are aligned with one another, (v) the laser light having a laser wavelength has and the extensions are smaller than the laser wavelength. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (a) genau eine erste Markierung (16) und genau eine zweite Markierung (18) in den Fokus (F) gebracht werden und/oder (b) die Detektoren (34.1,34.2) so angeordnet sind, dass sie eine betragsmäßig minimale Differenz (ΔI) aus erster Intensität (I1) und zweiter Intensität (12) messen, wenn die Markierungen relativ zueinander in einer Soll-Lage ausgerichtet sind.procedure after claim 1 , characterized in that (a) exactly one first marking (16) and exactly one second marking (18) are brought into focus (F) and/or (b) the detectors (34.1, 34.2) are arranged in such a way that they measure a minimum absolute value difference (ΔI) between the first intensity (I 1 ) and the second intensity (12) when the markings are aligned in a desired position relative to one another. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das flache Objekt für das Laserlicht transparent ist und/oder (b) die Laser-Wellenlänge zumindest 0,9 Mikrometer beträgt.A method according to any one of the preceding claims, characterized in that (a) the flat object is transparent to the laser light and/or (b) the laser wavelength is at least 0.9 microns. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fokus-Durchmesser des Fokus (F) höchstens das Zehnfache, insbesondere höchstens das Dreifache, der Laser-Wellenlänge beträgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a focus diameter of the focus (F) is at most ten times, in particular at most three times, the laser wavelength. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (a) das Bewegen des ersten flachen Objekts (12) relativ zum Fokus (F) und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt (14) ein Oszillieren mit einer Oszillationsfrequenz ist, (b) die erste Intensität (I1) und/oder die zweite Intensität (I2) mittels Trägerfrequenzverstärkung (Lock-In-Verstärkung) bezüglich der Oszillationsfrequenz gemessen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that (a) moving the first flat object (12) relative to the focus (F) and/or relative to the second flat object (14) involves oscillating with an oscilla is tion frequency, (b) the first intensity (I 1 ) and / or the second intensity (I 2 ) is measured by means of carrier frequency amplification (lock-in amplification) with respect to the oscillation frequency. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Bewegen der ersten Objektaufnahme (20) und der zweiten Objektaufnahme (22) relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus (F), (b) Erfassen einer Differenz (ΔI) aus erster Intensität (11) eines ersten Teils des Mess-Laserstrahls (32.1) und zweiter Intensität (I2) eines zweiten Teils des Mess-Laserstrahls (32.2) und (c) Ermitteln einer Ziel-Position der ersten Objektaufnahme (20) und der zweiten Objektaufnahme (22) relativ zueinander.Method according to one of the preceding claims, characterized by the steps: (a) moving the first object recording (20) and the second object recording (22) relative to one another and/or relative to the focus (F), (b) detecting a difference (ΔI) from the first intensity (11) of a first part of the measuring laser beam (32.1) and the second intensity (I 2 ) of a second part of the measuring laser beam (32.2) and (c) determining a target position of the first object recording (20) and the second object recording (22) relative to each other. Ausrichtvorrichtung (10) zum Ausrichten - eines ersten flachen Objekts (12), das eine erste Markierung (16) aufweist, relativ zu einem zweiten flachen Objekt (14), das eine zweite Markierung (18) aufweist, - wobei die erste Markierung (16) eine erste Ausdehnung (D16) hat und die zweite Markierung (18) eine zweite Ausdehnung (D18) hat, mit (a) einer Laserlichtquelle (26) zum Abgeben eines Laserstrahls (28), der einen Fokus (F) und eine Laser-Wellenlänge hat, (b) einer ersten Objektaufnahme (20) zum Aufnehmen des ersten Objekts, einer zweiten Objektaufnahme (22) zum Aufnehmen des zweiten Objekts, (c) einer Bewegungsvorrichtung zum Bewegen des ersten flachen Objekts (12) relativ zum Fokus (F) und/oder relativ zum zweiten flachen Objekt (14), (d) einem ersten Detektor (34.1) zum Messen einer ersten Intensität (I1) von Licht und (e) einem zweiten Detektor (34.2) zum Messen einer zweiten Intensität (I2) von Licht, dadurch gekennzeichnet, dass (f) der Laserstrahl (28) einen Fokus (F) hat, dessen Fokusdurchmesser höchstens das Zehnfache der Laser-Wellenlänge beträgt, (g) die Objektaufnahmen (20, 22) angeordnet sind zum Aufnehmen des jeweiligen Objekts, sodass die Markierungen (16, 18) sich im Fokus (F) befinden, (h) die Objektaufnahmen (20, 22), die Bewegungsvorrichtung und die Detektoren (34.1, 34.2) (34) so zueinander angeordnet sind, dass ein vom Fokus (F) ausgehender Mess-Laserstrahl (32) - mit einem ersten Teil auf den ersten Detektor (34.1) trifft, sodass der erste Detektor (34.1) die erste Intensität (I1) von Streulicht, das durch Streuung des Laserlichts an den Markierungen entsteht, misst, und - mit einem zweiten Teil auf den zweiten Detektor (34.2) trifft, sodass der zweite Detektor (34.2) die zweite Intensität (12) misst.Alignment device (10) for aligning - a first flat object (12) having a first marking (16) relative to a second flat object (14) having a second marking (18), - the first marking (16 ) has a first dimension (D 16 ) and the second marking (18) has a second dimension (D 18 ), with (a) a laser light source (26) for emitting a laser beam (28) having a focus (F) and a laser wavelength, (b) a first object holder (20) for recording the first object, a second object holder (22) for recording the second object, (c) a movement device for moving the first flat object (12) relative to the focus ( F) and/or relative to the second flat object (14), (d) a first detector (34.1) for measuring a first intensity (I 1 ) of light and (e) a second detector (34.2) for measuring a second intensity ( I 2 ) of light, characterized in that (f) the laser beam (28) has a focus (F) has, the focus diameter of which is at most ten times the laser wavelength, (g) the object holders (20, 22) are arranged for recording the respective object, so that the markings (16, 18) are in the focus (F), (h) the object holders (20, 22), the movement device and the detectors (34.1, 34.2) (34) are arranged in relation to one another in such a way that a measuring laser beam (32) emanating from the focus (F) - with a first part on the first detector ( 34.1) so that the first detector (34.1) measures the first intensity (I 1 ) of scattered light, which is caused by the scattering of the laser light at the markings, and - hits the second detector (34.2) with a second part, so that the second detector (34.2) measures the second intensity (12). Ausrichtvorrichtung (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (36), die ausgebildet ist zum automatischen Durchführen eines Verfahrens mit den Schritten: (i) Ansteuern der ersten Objektaufnahme (20) und der zweiten Objektaufnahme (22), sodass diese sich im Fokus (F) befinden und relativ zueinander und/oder relativ zum Fokus (F) bewegen, (ii) Erfassen (ΔI) der ersten Intensität (I1) und der zweiten Intensität (12) und (iii) Ermitteln einer Ziel-Position der ersten Objektaufnahme (20) und der zweiten Objektaufnahme (22) relativ zueinander.Alignment device (10) after claim 7 , characterized by an evaluation unit (36), which is designed to automatically carry out a method with the steps: (i) controlling the first object recording (20) and the second object recording (22) so that they are in focus (F) and relatively to each other and / or move relative to the focus (F), (ii) detecting (ΔI) the first intensity (I 1 ) and the second intensity (12) and (iii) determining a target position of the first object recording (20) and the second object recording (22) relative to each other. Ausrichtvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Laserlichtquelle (26) einen Laser und eine Fokussiereinrichtung, insbesondere eine Linse, aufweist, (b) eine Laser-Wellenlänge der Laserlichtquelle (26) zwischen 0,9 µm und 2 µm und (c) die Fokussiereinrichtung eine numerische Apertur (NA) von zumindest 0,2, insbesondere zumindest 0,3, hat.Alignment device (10) according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that (a) the laser light source (26) has a laser and a focusing device, in particular a lens, (b) a laser wavelength of the laser light source (26) between 0.9 µm and 2 µm and (c) the Focusing device has a numerical aperture (NA) of at least 0.2, in particular at least 0.3.
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