DE2848460A1

DE2848460A1 - Betrachter

Info

Publication number: DE2848460A1
Application number: DE19782848460
Authority: DE
Inventors: Mikichi Ban; Susumu Ito
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-11-09
Filing date: 1978-11-08
Publication date: 1979-05-10
Also published as: JPS5467443A; US4389084A; FR2408847A1; FR2408847B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betrachtungsvorrichtung bzw. einen Betrachter für Maske und Plättchen bzw. Wafer zum Erzeugen eines Halbleiterschaltelements ,

Bei der Herstellung von Halbleiterschaltelementen wird ein Maskenbild auf ein Plättchen projiziert,um das Bild auf dem Plättchen abzudrucken bzw. abzukopieren oder abzubilden. Vor dem Abbilden sollte die Maske ordnungs-10 gemäß bezüglich dem Plättchen ausgerichtet sein. Ein

derartiges Ausrichten wird üblicherweise durch Beleuchten der Maske mit einem Licht erzielt, das für das Plättchen nicht aktinisch bzw. photochemisch unwirksam ist, durch Beleuchten des Plättchens mit dem

Deutsche Bank (München) KIo. S1/P1 0/0

Dresdner Hank (Miinchnn) KIo 3i)3^r> 8<M

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Licht, das bis zum Plättchen übertragen wird, und durch Beobachten der derart beleuchteten Maske und des derart beleuchteten Plättchens oder der Ausrichtungsmarkierungen, die an der Maske und dem Plättchen vorgesehen sind, und zwar durch ein optisches Beobachtungssystem.

Als Beispiel derartiger Ausrichtungsverfahren ist bereits die sogenannte Ausrichtung von Hand bekannt, wobei eine Arbeitskraft die gegenseitige Lage von Maske und Plättchen durch ein optisches Beobachtungssystem beobachtet, das aus einem Mikroskop besteht, und von Hand die Ausrichtung von Maske und Plättchen erzielt, sowie die sog. automatische Ausrichtung, bei der die gegenseitige Lage von Maske und Plättchen photoelektrisch durch Beobachten von Ausrichtungsmarkierungen mit einem optischen Beobachtungssystem bestimmt wird, das aus einer photoelektrischen Abtasteinrichtung besteht, wobei die gegenseitige Lage einer Prozeßschaltung bzw. Arbeitsschaltung zugeführt wird, die automatisch entweder Maske oder Plättchen bezüglich des anderen Teils mittels einer x-y-θ - Einstelleinrichtung verlagert. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist auf diese beiden Verfahren anwendbar.

Zum Abbilden des Maskenmusters auf dem Plättchen ist das Kontaktverfahren bekannt _r bei dem Maske und Plättchen in gegenseitiger Berührung gehalten werden, ein kontaktloses Verfahren, bei dem Maske und Plättchen in enger Nachbarschaft gehalten werden, und ein Projektionsverfahren, bei dem das Maskenmuster auf das Plättchen aufprojiziert wird. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist auf die Abbildungseinrichtung anwendbar, die das Projektionsverfahren verwendet.

Als optisches Projektionssystem, das bei der Abbildungseinrichtung für das Projektionsverfahren verwendet werden muß, ist ein lichtbrechendes optisches System-

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und ein lichtreflektierendes optisches System bekannt, wobei das letztgenannte gegenüber dem erstgenannten hinsichtlich der Farbaberration im allgemeinen für vorteilhaft gehalten wird.
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Ein lichtreflektierendes o|3tisches System und eine Abbildungseinrichtung, die ein derartiges optisches System verwendet, sind.in den US-PS 3 748 015 sowie DE-OS 24 10 924 offenbart, wobei ein Beobachter aus einem optischen Beobachtungssystem zusammengesetzt ist, dem das Licht von der Maske und dem Plättchen mittels eines Strahlenteilers zugeführt wird, der zwischen diesen angeordnet ist.

^ 5 in der japanischen Patentanmeldung Sho 52-12 04 20 ist eine Abbildungseinrichtung offenbart, die ein lichtreflektierendes optisches System verwendet und mit einem Beobachtungssystem versehen ist, das hinsichtlich der Maske lichtquellenseitig

angeordnet ist. (Deutsche Patentanmeldung P 28 4 3 541.8) 20

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung des Beobachters für Maske und Plättchen, der im Zusammenhang mit der oben erwähnten Abbildungseinrichtung offenbart ist, wobei das Hauptmerkmal der Verbesserung darin liegt, daß man imstande ist, das von der Maske reflektierte Licht zu entfernen, das die deutliche Beobachtung behindert.

Bei dem optischen Beobachtungssystem, das in der oben genannten DE-OS 24 10 924 geoffenbart ist, wird das Licht, das unmittelbar von der Maske reflektiert wird, nicht in das Beobachtungssystem eingeleitet und stellt hiermit kein Problem dar, da ei-n Strahlenteiler zwischen der Maske und dem Plättchen angeordnet ist, um das Licht dem optischen Beobachtungssystem zuzuführen, aber die Reflektion von der .Maske wird in-dem Fall zu einem

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Problem, wenn das Beobachtungssystem bszüglich der Maske lichtquellenseitig angeordnet ist, wie dies bei der oben erwähnten Patentanmeldung P 28 43 541.8 der Fall

ist.
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Genauer gesagt, die Maske, die aus einem Glassubstrat zusammengesetzt ist, das mit einer aufgedampften Chromschicht versehen ist, liefert eine starke Reflexion, während das Plättchen, das durch das Licht beleuchtet wird, das von der Maske übertragen wird (durch diese hindurchscheint), eine schwache Reflexion liefert. Aus diesem Grund sind die Helligkeit von Maske und Plättchen in dem Beobachtungssystem deutlich unterschieden, was Anlaß zu einer Schwierigkeit bei der Beobachtung liefert.

Ein Verfahren zum Eliminieren des Lichtes, das von der Maske in einer Abbildungseinrichtung reflektiert wird, wobei ein Beobachtungssystem an der Seite der Beleuchtungsquelle angeordnet ist, ist bereits in der US-PS 3 853 offenbart.

Das Verfahren besteht im Beleuchten mit einem linear polarisiertem Licht, im Anordnen einer A /4-Platte zwischen Maske und Plättchen, wobei die Platte das Licht ändert, das von der Maske übertragen, von dem Plättchen reflektiert und wieder von der Maske in einem linear polarisierten Zustand in einer Richtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des oben erwähnten Beleuchtungslichtes übertragen -wird, und im·Ausstatten des optischen Be- obachtungssystems mit einer polarisierenden Platte (Analyseneinrichtung) , um das Licht zu eliminieren, das auf diese Weise unmittelbar von der Maske reflektiert wird, wobei dieses Licht verschwindet.

Das oben -erwähnte Verfahren ist allerdings infolge der Verwendung -der genannten "\ /4-Platte,die Anlaß zur Farb- -aberration gibt, ungeeignet für die Verwendung bei einer

Abbildungseinrichtung, die ein lichtr-ef lektierendes Abbildungssystem verwendet, das nicht mit einer Farbaberiation behaftet ist, wie dies in der vorliegenden Erfindung offenbart wird.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Beobachtungsvorrichtung bzw. einen Beobachter vorzusehen, der ein lichtreflektierendes optisches System verwendet, um ein Maskenbild auf dem Plättchen abzubilden, und mit einem Beobachtungssystem für Maske und Plättchen hinsichtlich der Maske auf der Seite der Lichtquelle versehen ist, wohei die Vorrichtung in der Lage ist, das Licht, das unmittelbar von der Maske reflektiert wird, zu eliminieren, ohne Anlaß zu einer Farbaberration zu geben.

Das oben erwähnte Ziel kann dadurch erreicht werden, daß man einen Phasenspiegel im Lichtweg zwischen Maske und Plättchen vorsieht, die Maske mit linear polarisiertem Licht beleuchtet^und ferner eine polarisierende Einrichtung im gemeinsamen Lichtweg für das von der Maske zurückübertragene Licht und das unmittelbar von der Maske reflektierte Licht vorsieht, um das so unmittelbar reflektierte Licht zu unterbrechen.

Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert; es ist:
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Fig. 1 eine erläuternde Ansicht eines Phasen-

differenzspiegels,

Fig. 2 ein charakteristisches Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen Einfallswinkel und Phasenunterschied des Spiegels zeigt, der

in Fig^. 1 gezeigt ist,

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Fig. 3 eine Zeichnung, die die optische Anordnung des Beobachters der vorliegenden Er f indung zeigt,

Fig. 4 eine Zeichnung, die einen Spiegel zum Erhöhen des Phasenunterschieds zeigt, Fig. 5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit

zwischen Einfallswinkel und Phasenunterschied einer aufgedampften Aluminiumschicht zeigt, und

Fig. 6 ein Diagramm, das den Lichtverlust als

Funktion des Phasenunterschiedes zeigt.

Nun erfolgt eine detaillierte Erläuterung der vorliegenden Erfindung, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird.

Zuerst wird die Erläuterung des Phasendifferenzspiegels unter Bezugnahme auf Fig. 1 vorgenommen. Es ist bereits bekannt, daß, wenn ein Lichtstrahl in einen Spiegel mit einem Einfallswinkel θ eintritt, der Reflexionsgrad und die Phase der P-polarisierten Komponente parallel zur Einfallsebene (einer Ebene, die das einfallende und das austretende Licht einschließt) und der- S-polarisierten Komponente senkrecht zu der genannten Einfallsebene sich gemäß dem Einfallswinkel θ ändern. Unter Bezugnahme auf Fig. tritt ein einfallender Lichtstrahl 2 in eine Spiegeloberfläche 1 mit einem Einfallswinkel Q zu der Linie ein, die senkrecht zur Spiegeloberfläche 1 steht, wobei das einfallende Licht eine P-polarisierte Komponente parallel zur Einfallsebene (d.h. beispielsweise zur Zeichen- bzw. Papierebene) und eine S-polarisierte Komponente senkrecht zur genannten Einfallsebene aufweist. Der Phasenunterschied ο zwischen der P-polarisierten Komponente und der

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S-polarisierten Komponente kann als Funktion des Einfallswinkels θ ausgedrückt werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Spiegel, der eine Phasendifferenz zwischen einer P-polarisierten Komponente und einer S-polarisierten Komponente erzeugt, wenn diese Komponenten in den Spiegel mit derselben Phase eintreten, wird ein Phasendifferenzspiegel genannt, der leicht dadurch erhalten werden kann, daß man ein Glassubstrat mit einem Metall, beispielsweise Aluminium, überzieht.

Fig. 3 zeigt die optische Anordnung des Beobachters der vorliegenden Erfindung im Untersuchuncs-Betriebszustand, wobei der Bestandteil, der durch eine gestrichelte Linie umgeben ist, auf eine noch später zu erläuternde Weise aus dem optischen Abbildungsweg beim Abbildungs-Betriebszustand herausgenommen wird. Ein lichtreflektierendes optisches System zum Projizieren eines Musters einer Maske M auf ein Plättchen W ist aus ebenen Spiegel 3, 4, einem Hohlspiegel 5 und einem konvexen Spiegel 6 zusammengesetzt, wobei der Hohlspiegel und der Konvexspiegel einen gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt im Punkt O auf der optischen Achse 7 aufweisen. Wenn man die Planspiegel 3, 4, außer Acht läßt, da sie nur zum Ablenken der optischen Bahn eingesetzt sind und keine Bedeutung für die Abbildungsfähigkeit des Systems aufweisen, dann wird ein Objekt mit der Höhe H am Punkt O ohne irgendeine Aberration und mit der Vergrößerung 1 an einem Punkt H¹ symmetrisch bezüglich der optischen Achse 7 scharf abgebildet. Da allerdings die aberrationsfreie Abbildungszone auf die Nähe der Höhe H beschränkt ist, wird eine bogenförmige Zone mit einem Radius H zur Abbildung verwendet. Die oben erwähnten Punkte H bzw. H¹ entsprechen den Positionen

der Maske M und des Plättchens W. Somit ist es möglich, das gesamte Muster der Maske M auf dem Plättchen W abzubilden, indem man einen bogenförmigen Bereich der Maske M mit dem Beleuchtungssystem 8 beleuchtet und gleichzeitig die Maske M und das Plättchen W in der Richtung X längs der Ebene des Papieres bzw. längs der Zeichenebene verschiebt. Das Beleuchtungssystem 8 ist mit abnehmbaren Filtern versehen, um beim Ausrichten ein nichtaktinisch.es Licht auf das Plättchen zu werfen, beispielsweise grünes Licht, und ein weit im ultravioletten Bereich liegendes Licht beim AbbildungsVorgang. Ein derartiger Unterschied in der Wellenlänge der Lichtarten, die beim Ausrichten und beim Abbildungsvorgang verwendet werden, führt zu einer Schwierigkeit der Farbdispersion bei der Abbildungstätigkeit.

Beim oben erläuterten optischen System wird, da der Hauptstrahl in jeden Spiegel ständig schräg eintritt, der gesamte Phasenunterschied Δ des gesamten Systems zwischen P-polarisierter Komponente und S-polarisierter Komponente gleich der Summe der Phasenunterschiede CJ an den verschiedenen Spiegeloberflächen. Genau gesagt wird der Phasenunterschied Δ für die anderen Strahlen als den Hauptstrahl infolge des Unterschieds des Einfallswinkels hiervon unterschiedlich, aber ein derartiger Unterschied im Phasenunterschied ist im allgemeinen vernachlässigbar klein. In Fig. 3 kann, da die Einfallsebenen für die Spiegelflächen alle parallel zur Zeichenebene sind, der Gesamtphasenunterschied Δ durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Δ= c! + cL +y+ö+u
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wobei ο -,, ο . ι <f_r ι 0-7 und cT, die Phasenunterschiede

i 4 D / ο

sind, die von den Spiegelflächen 3, 4, 6 und 7 verursacht sind. Wenn das die Maske beleuchtende Licht linear in einer Richtung senkrecht zur Zeichenebene (z-Richtung) oder in einer Richtung unparallel zur x-I?ichtung, jedoch unter Bildung eines Winkels hierzu polarisiert ist, dann wird das Licht, das in das Plättchen W eintritt, elliptisch polarisiert, und das Licht, das vom Plättchen reflektiert wird", nimmt ο infolge der Rückübertragung der Maske M einen polarisierten Zustand ein, der gegenüber dem oben erwähnten linear polarisierten Zustand unterschiedlich ist. Das vom Plättchen reflektierte Licht beleuchtet also die Maske M und wird durch deren Muster zerstreut, aber das zerstreute Licht befindet sich in einem polarisierten Zustand, der der gleiche ist wie der des vom Plättchen reflektierten Lichtes. Da somit Maske und Plättchen in wechselseitig konjugiertem Verhältnis stehen, ist es durch Eliminieren der oben erwähnten, linear polarisierten Komponente möglich geworden, gleichzeitig Bilder von Maske und Plättchen mit erhöhtem Kontrast und ohne Blendung bzw. zu helle Beleuchtung zu beobachten, die von dem Licht herrührt, das unmittelbar von der Maske reflektiert 5 wird.

Es ist eine Beobachtungslichtquelle 9 vorgesehen, die eine Maske M durch Linsen 10 und 11 hindurch beleuchtet. Im Lichtweg sind ein Halbspiegel 13 bzw. ein lichtdurchlässiger Spiegel, ein Spiegel 14 und eine Polarisationsplatte 12 vorgesehen, die das Licht zur Maske M hin ablenken und veranlassen, daß das Beleuchtungslicht für die Maske M in einer Richtung von 45° zur x-Richtung polarisiert wird. Das reflektierte

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Licht von der Maske M wird durch den Spiegel 14, die Linse 11 und den Halbspiegel 13 gerichtet, um in eine Polarisationsplatte 15 einzutreten, die mittels eines Drehmechanismus gedreht wird, der aus drehbaren zylindrischen Plattenhaltern 16, aus festen zylindrischen Plattenhaltern 17 und einem Knopf 18 gebildet ist, um die übertragung des Lichtes zu verhindern.

Andererseits wird das von dem Plättchen W reflektierte und das von der Maske M, die vom reflektierten Licht beleuchtet ist, zerstreute Licht durch die Spiegel 14, 11, den Halbspiegel 13, die Polarisierungsplatte 15 und die Spiegel 19/20 zum Eintritt in ein Okular 21 geführt, das deshalb die gleichzeitige Beobachtung der Maske M und des Plättchens W erlaubt. Wenn die Maske M in diesem Zustand schwierig zu beobachten ist, dann kann ihre Sicht dadurch verbessert werden, daß man die Polarisierungsplatte 15 dreht, indem man den Eintritt des Lichtes ermöglicht, das von der Maske M reflektiert wird. Obwohl die Polarisationszustände des normal reflektierten und des von der Maske gestreuten Lichtes völlig rechtwinklig werden, wenn der Phasenunterschied ο des lichtreflektierenden optischen Systems gleich einem Viertel der Wellenlänge ist, wird ein derartiger völlig orthogonaler Zustand nicht erreicht, wenn der Phasenunterschied nicht gleich einem Viertel der Wellenlänge ist. Deshalb wird in einem derartigen Fall die Menge des Lichts, das die polarisierende Platte 15 überträgt, verringert, wenn das reflektierte Licht von der Polarisierungsplatte 15 völlig unterbrochen wird. Allerdings kann eine derartige Verringerung in der Lichtmenge durch verstärkende Lichtmengen 9 kompensiert werden, da die Stör- bzw. Spektralkomponente durch völlige Unter-

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brechung des reflektierten Lichtes eliminiert werden kann.

Bei dem vorliegenden, lichtreflektierenden optischen System beträgt der Spiegeleinfallswinkel 45° für die Spiegel 3 und 4 und ist für die Spiegel 6 und 7 klein. Da der "Phasenunterschied es für einen kleinen Einfallswinkel annähernd gleich il* ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann der gesamte Phasenunterschied Δ näherungsweise als gleich zur Summe der Phasenunterschiede angesehen werden, die durch die Spiegel 3 und 4 erzeugt werden. Nachfolgend ist allerdings ein Beispiel gezeigt, bei dem auch die Phasenunterschiede in Betracht gezogen sind, die durch die Spiegel 6 und 7 erzeugt werden.

Fig. 5 zeigt den gemessenen Zusammenhang zwischen dem Einfallswinkel und dem Phasenunterschied im Fall einer aufgedampften Aluminiumschicht mit einer Wellenlänge von 633 nm. Die Phasenverzögerung ist in Grad dargestellt, oder in Wellenlängeneinheiten, wenn der Wert durch 360° dividiert wird. Somit entspricht eine Phasenverzögerung von 20° der von 1/18 einer Wellenlänge .

Fig. 6 zeigt den Lichtverlust als Funktion des Phasenunterschiedes. Der Lichtverlust L wird 0 bei einem Phasenunterschied von 90° (1/4 einer Wellenlänge), und kann allgemein ausgedrückt werden durch (1 + cos2ö )/2.

Wenn der wirksame Durchmesser des optischen Strahls Fe 3,5 in dem in Fig. 3 gezeigten optischen System ist, dann sind die Einfallswinkel an den Spiegel 3, 4, 6 und 7 jeweils von 45°, 45°, 20°und 10°. Demzufolge kann

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der Gesamtphasenunterschied ä aus der Phasenverzögerung errechnet werden, die an jeder Spiegeloberfläche verursacht und aus Fig. 5 bestimmbar ist:

Δ= 13° + 13° + 3° + 1° - 2 = 31° = 1/12

einer Wellenlänge, was etwa gleich ist 1/10 einer Wellenlänge und somiteinen Lichtverlust von ca. 74 % verursacht.

Der Lichtverlust kann dadurch verringert werden, daß man die Phasenverzögerung Δ dichter an 1/4 einer Wellenlänge verlegt. Fig. 4 zeigt eine Alternativanordnung für den Spiegel 3, der in Fig. 3 gezeigt ist, wobei ein Spiegel 23 eine Reflexion und einen Spiegel 22 zwei Reflexionen ergibt, und zwar beide unter einem Einfallswinkel von 45°. Da diese Anordnung zwei zusätzliche Reflexionen im Vergleich mit der liefert, die in Fig. 3 gezeigt ist, beträgt die gesamte Phasenverzögerung Δ _:

Δ = 31° + 2 · 13° = 57° = 1/6,3

einer Wellenlänge, was näherungsweise gleich einem Fünftel einer Wellenlänge ist und einen Lichtverlust von ca. 29 % ergibt. Wie im vorausgehenden detailliert dargelegt wurde, liegt das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß man das optische System mit einem Phasendifferenzspiegel statt einer Doppelbrechungsphasenplatte wie etwa einer Kristallplatte versieht und hierbei eine Phasenverzögerung erzielt, die Beleuchtung mit einem derart erzeugten, polarisier ten Licht durchführt und zur Beobachtung eine etwa orthogonal hierzu liegende polarisierte Komponente entnimmt.

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Obwohl bei dem oben stehenden Ausführungsbeispiel das optische System für die visuelle Beobachtung beschrieben ist, ist ferner ersichtlich, daß der Beobachter der vorliegenden Erfindung auch in einem optischen System zum photoelektrischen Ausrichten von Maske und Plättchen unter Verwendung eines photoelektrischen Elements anstelle des menschlichen Auges verwendbar ist.

Zusammengefaßt bezieht sich die Erfindung auf einen Beobachter, um zu beobachten, ob eine Maske zur Herstellung eines Halbleiterschaltelements und ein Plättchen bzw. eine Wafer auf eine vorbestimmte, gegenseitige Lagezuordnung ausgerichtet sind. Das Hauptmerkmal der Vorrichtung liegt darin, daß man das Licht, das von der Maske reflektiert wird, durch Verwendung eines Phasenspiegels und einer optischen Analyseeinrichtung eliminiert und somit die Beobachtung von Maske und Plättchen ohne Helligkeitsunterschied ermöglicht.

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Claims

Patentansprüche

(Ü Beobachter mit einem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten einer Maske zur Herstellung eines Halbleiterschaltelements, einem lichtreflektierenden optischen Abbildungssystem zum Bilden der Abbildung der Maske auf einem Plättchen, und einem optischen Beobachtungssystem zum Beobachten von Maske und Plättchen, wobei das Beobachtungssystem hinsichtlich der Maske auf der Seite des optischen Beleuchtungssystems angeordnet ist, dadurch gekennze ichnet, daß das optische Beleuchtungssystem linear polarisiertes Licht abgibt und mit einer reflektierenden Oberfläche (3, 4, 5, 6; 22, 23) zv/isehen Maske (M) und Plättchen (W) , um die Richtung der Polarisierung

des Lichtes, das von dem Plättchen reflektiert wird und durch die Maske hindurchgeht, gegenüber der

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Dresdner Qank (München) KIo 3939 814

Postschock (München) KtO 670-4J-HCM

Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichtes zu verändern, und mit einer Polarisationseinrichtung (15) versehen ist, um eine Differenzierung zwischen dem Licht, das vom Plättchen reflektiert wird, und dem linear polarisierten Licht vorzunehmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Oberfläche (3, 4, 5, 6; 22, 23) aus einer metallischen, reflektierenden Oberfläche gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische reflektierende Oberfläche aus Aluminium gebildet ist.

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