DE69129732T2

DE69129732T2 - Verfahren zur Positionsdetektion

Info

Publication number: DE69129732T2
Application number: DE69129732T
Authority: DE
Inventors: Masanobu C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Hasegawa; Kenji C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Saitoh; Shigeyuki C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Suda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2011-11-30
Also published as: EP0488798B1; JPH05243118A; EP0488798A3; US5396335A; DE69129732D1; JP2890943B2; EP0488798A2

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein Ausrichtsystem zum ordnungsgemäßen Positionieren eines Objekts. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Positionserfassungsverfahren, das bei einem Belichtungsgerät zum Herstellen von Halbleitermikroschaltkreisvorrichtungen geeignet verwendbar ist, um ein feines elektronisches Schaltkreismuster, das auf der Oberfläche eines ersten Objekts (Original) ausgebildet ist, wie beispielsweise einer Maske oder einem Fadenkreuz (nachfolgend einfach als "Maske" bezeichnet) auf die Oberfläche eines zweiten Objekts (Werkstück) lithographisch zu übertragen, wie beispielsweise eine Platte, um die Maske und die Platte relativ zueinander zu positionieren oder auszurichten.
Bei Belichtungsgeräten für die Verwendung bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen ist die relative Ausrichtung einer Maske und einer Platte ein wichtiger Faktor bezüglich dem Gewährleisten einer verbesserten Leistung. Insbesondere sind wie für die Ausrichtungssysteme, die bei den neueren Belichtungsgeräten eingesetzt werden, Ausrichtgenauigkeiten unterhalb eines umeters (um) oder noch genauere Genauigkeiten erforderlich angesichts der Forderung nach einem höheren Grad der Integration der Halbleitervorrichtungen.
Bei vielen Arten von Ausrichtsystemen sind Merkmale an einer Maske und einer Platte vorgesehen, die "Ausrichtmuster" oder "Ausrichtmarkierungen" genannt werden, und durch Anwenden dieser von diesen Mustern erhältlichen Positionsinformationen werden die Maske und die Platte ausgerichtet. Als die Weise des Ausführens der Ausrichtung gibt es als ein Beispiel ein Verfahren, wobei der Betrag der relativen Abweichung dieser Ausrichtmuster auf der Grundlage einer Bildverarbeitung erfaßt wird. Ein anderes Verfahren wird in dem Dokument U.S.Patent Nr. 4.037.969 und der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 56- 157033 vorgeschlagen, wobei sogenannte Zonenplatten als Ausrichtmuster verwendet werden, auf die Licht projiziert wird und wobei die Positionen von Lichtkegeln erfaßt werden, die durch Licht von den beleuchteten Zonenplatten auf einer vorgegebenen Ebene ausgebildet sind.
Das Dokument U.S. Nr. 4.311.389 zeigt eine Anordnung, wobei eine Maske mit einem Ausrichtmuster mit einer optischen Funktion ausgestattet ist, um Licht zu beugen, wie eine zylindrische Linse, während eine Platte mit einem Ausrichtmuster ausgestattet ist, das eine Punktreihe hat, mit dem die Lichtmenge des Beugungslichts einer vorgegebenen Ordnung oder Ordnungen von dem Muster maximal wird, wenn die Maske und die Platte ordnungsgemäß miteinander ausgerichtet sind, und wobei die relative Position der Maske und der Platte erfaßt wird, in dem das durch diese Ausrichtmuster beeinflußte Licht erfaßt wird.
Die Europäische Patentanmeldung Nr. 0.336.537 A1 zeigt eine Anordnung, wobei zum Erfassen einer relativen Positionsabweichung zwischen einem ersten Objekt (Maske) und einem zweiten Objekt (Platte) jedes aus dem ersten und zweiten Objekt mit einem Paar physikalischer optischer Elemente (Ausrichtmarkierungen) ausgestattet ist, die jeweils eine Linsenfunktion haben. Licht wird von einer Lichtprojektionseinrichtung, die einen Laser umfaßt, auf diese physikalischen optischen Elemente projiziert, und ein Paar Beugungslichter, wie sie durch diese physikalischen optischen Elemente jeweils gebeugt sind, wird auf einen Sensor (Erfassungseinrichtung) gerichtet. Durch Erfassen des relativen Abstands zwischen zwei Lichtkegeln, die durch das Paar Beugungslichter auf der Sensoroberfläche ausgebildet sind, wird die relative Positionsabweichung des ersten und zweiten Objekts erfaßt.
Hier sind die Lichtprojektionseinrichtung sowie eine Erfassungseinrichtung in einem Gehäuse untergebracht, um das durch die zwei Sätze physikalischer optischer Elemente jeweils gebeugte Licht aufzunehmen, die an dem ersten und zweiten Objekt vorgesehen sind.
Im allgemeinen hat eine Reißlinie auf einer Maske oder einer Platte, auf der eine Ausrichtmarkierung vorzusehen ist, eine Breite von ungefähr 50 bis 100 um. Diese Reißlinienbreite entspricht in einer Schritteinrichtung (stepper) mit einer Projektionsvergrößerung von 1:5 einer Breite von 250 bis 500 um auf einer Fadenkreuzoberfläche und sie entspricht in einem Einheitsvergrößerungskontakt oder nahe einem Röntgenstrahlbelichtungsgerät einer Breite von 50 bis 100 um. Jede Ausrichtmarkierung ist vorgesehen, um in einem Bereich dieser Breite eingeschlossen zu sein. Somit ist jedes Ausrichtmuster innerhalb der Reißlinienbreite vorgesehen.
Um zu gewährleisten, daß ein Licht (Lichtstrahl) mit einer guten Wirksamkeit von einem optischen Ausrichtkopf (Lichtprojektionseinrichtung) auf ein in einem derartig kleinen Bereich vorgesehenes Ausrichtmuster projiziert wird, ist es notwendig, den Lichtstrahldurchmesser auf eine Größe zu begrenzen, die mit dem des Ausrichtmusters übereinstimmt. Desweiteren ist es hinsichtlich der Weise der Lichtprojektion notwendig, daß das Licht ordnungsgemäß auf die Position des Ausrichtmusters projiziert wird.
Wenn im allgemeinen das Licht ordnungswidrig auf das Ausrichtmuster projiziert wird, nimmt die Menge des Lichts (Signallicht), das durch den Sensor zu erfassen ist, demgemäß ab. Wenn der Lichtstrahldurchmesser gegenüber der Größe des Ausrichtmusters ausreichend groß ist, ist eine kleine Abweichung des Lichts bezüglich des Ausrichtmusters zulässig.
Wenn jedoch das Licht auf einen Schaltkreismusterbereich projiziert wird, tritt anders als bei dem Ausrichtmusterbereich ein unerwünschtes Streulicht (Störung) von dem Schaltkreismuster auf. Um das zu vermeiden, ist es noch notwendig, daß das Ausrichtmuster mit dem Licht einer geeigneten Größe in Übereinstimmung mit der Größe des Ausrichtmusters belichtet wird.
Wenn im allgemeinen der Lichtstrahldurchmesser begrenzt ist, wird die Lichtmengenverteilung auf der Ausrichtmusteroberfläche auf einer Maske (Fadenkreuz) ungleichförmig.
Wenn desweiteren die Position des Auftreffens des Lichts auf das Ausrichtmuster stark verschoben ist bei einer Anordnung, wie sie beispielsweise in der vorstehend erwähnten Europäischen Patentanmeldung offenbart ist, ist die Position eines Kegels des Beugungslichts, wie sie aus dem Ausrichtmuster (das heißt Maske-zu-Platte- Abweichungsinformation) erhältlich ist, bei einer Gelegenheit verdrängt, wobei eine kleine Abweichung zwischen der Maske und der Platte vorhanden ist, im Vergleich mit einer Gelegenheit, wobei die Position des Auftreffens des Lichts auf das Ausrichtmuster nicht verschoben ist. Das Verschieben der Position des Auftreffens des Lichts auf das Ausrichtmuster verursacht nämlich einen Fehler bei der Ausrichterfassung (Erfassung der Maske-zu-Platte-Abweichung).
Wenn ein Laser als eine Lichtquelle verwendet wird, hat die Insentitätsverteilung eines projizierten Lichtstrahls von einem optischen Kopf im allgemeinen eine Gausgestalt, wie beispielsweise in Figur 1 mit zwei symmetrischen Achsen Ix und Iy gezeigt ist. Der projizierte Lichtstrahl ist so eingerichtet, daß er ungefähr eine ebene Welle ist, wenn er auf der Ausrichtmarkierung (Muster) auftrifft. Hier wird der Radius des Lichtstrahls in der X oder Y-Richtung, in der die Intensität beispielsweise auf e&supmin;² abnimmt, durch Wx oder Wy bezeichnet. In Figur 1 bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Laser, ein Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Kollimatorlinse und ein Zeichen L bezeichnet den Lichtstrahl.
Wenn der Strahlradius Wx oder Wy hier ausreichend groß gemacht wird, um die Ausrichtmarkierung abzudecken, ändert sich die Intensitätsverteilung des auf die Ausrichtmarkierung auftreffenden Lichts mit einer gesenkten Genauigkeit der relativen Ausrichtung des projizierten Lichtstrahls und der Ausrichtmarkierung nicht leicht. Infolge dessen ändert sich der Abstand zwischen den Schwerpunktsmittelpositionen der beiden Lichtkegel auf dem Sensor nicht leicht, und deshalb erhöht sich die Stabilität. Es nimmt jedoch die Wirksamkeit der Verwendung des projizierten Lichtstrahls (Energie) ab, und deshalb ergibt sich ein Problem, wie beispielsweise eine Abnahme der Signalintensität, ein Anstieg des Störungsbestandteils und dergleichen.
Wenn im Gegensatz dazu der Lichtstrahldurchmesser klein gemacht wird, erhöht sich das Signal-zu-Störungs-Verhältnis. Da jedoch die Intensitätsverteilung auf der Ausrichtmarkierungsoberfläche ungleichförmig wird, verursacht jegliche Änderung der relativen Position des projizierten Lichtstrahls und der Ausrichtmarkierung eine Änderung der Intensitätsverteilungeines Bilds, wie es durch die Ausrichtmarkierung der Maske gebildet wird. Infolge dessen ändert sich der Abstand der Schwerpunktsmitten der beiden Lichtkegel auf dem Sensor, die durch die vergrößerte Bilderzeugung dieses Bilds gebildet werden, und die Genauigkeit nimmt ab.
Daraus ist ersichtlich, daß die Positionserfassungsgenauigkeit sowie die Ausrichtgenauigkeit verbessert werden kann, wenn die Genauigkeit der relativen Positionierung des projizierten Lichtstrahls (das heißt des optischen Kopfes oder Lichtprojektionseinrichtung) und der Ausrichtmarkierung (erstes oder zweites Objekt) verbessert wird und ein geeigneter Durchmesser des projizierten Lichtstrahls eingesetzt wird.
Wenn jedoch die Positioniergenauigkeit für das Auftreffen des projizierten Lichtstrahls auf die Ausrichtmarkierungsoberfläche nur durch ein mechanisches System zu verbessern ist, wird der Aufbau massig und kompliziert, und infolge dessen entsteht ein Problem der Schwierigkeit des Aufrechterhaltens der Stabilität für eine lange Zeitspanne.
Das Dokument EP-A-0455446 (das Stand der Technik nach Artikel 54 (3) ist) offenbart ein Verfahren zum Ermitteln der relativen Positionen einer Maske und einer Platte, wobei die Maske und die Platte mit Autoausricht- und Autofocusmarkierungen versehen sind, und die Maske mit einer Referenzmarkierung versehen ist. Um die relative Positionsabweichung einer zum Ausrichten verwendeten Lichtquelle zu korrigieren, wird ein Bestrahlungsstrahl zunächst auf die Referenzmarkierung projiziert. Die Abweichung wird erfaßt und korrigiert, und dann wird ein Bestrahlungsstrahl auf die Autoausricht- und Autofocusmarkierungen projiziert, um die relativen Positionen der Maske und der Platte zu ermitteln.
Eineaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens und eines Geräts zum relativen Positionieren des Bestrahlungsstrahls und der Maske, um im wesentlichen die erfaßte Abweichung zu korrigieren und die Positionsabweichung der Maske und der Platte unter Verwendung des relativ positionierten Bestrahlungsstrahls zu ermitteln.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen unter Verwendung eines derartigen Positionserfassungsverfahrens.
Gemäß einem anderen Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln der relativen Positionen einer Maske und einer Platte, das folgende Schritte aufweist:
Projizieren eines Bestrahlungsstrahls mit einer ungleichförmigen Intensitätsverteilung auf und über ein Paar Ausrichtmuster der Maske, um durch einen Ausrichtbereich der Platte reflektiert zu werden und über ein Paar Ausrichtmuster übertragen zu werden oder durch ein Paar Ausrichtmuster auf der Platte reflektiert zu werden, um ein Paar Signalstrahlen zu erzeugen,
Erfassen der Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls auf die Maske von einer vorgegebenen Position durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem der Signalstrahlen bei einer vorgegebenen Ebene;
Positionieren des Bestrahlungsstrahls und der Maske relativ zueinander, um das Lichtmuster von jedem aus dem Paar Signalstrahlen auszugleichen; und
Ermitteln der relativen Positionen der Maske und der Platte auf der Grundlage der Position des Auftreffens der Signalstrahlen auf die vorgegebene Ebene.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt schafft die vorliegende Erfindung ein Positionserfassungsgerät zum Ermitteln der relativen Positionen einer Maske und einer Platte in Übereinstimmung mit dem Verfahren mit:
einer Projektionseinrichtung zum Projizieren des Bestrahlungsstrahls auf das Ausrichtmuster der Maske,
einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Paars Signalstrahlen,
einer Abweichungsermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls auf die Maske von einer vorgegebenen Position durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem der Signalstrahlen bei einer vorgegebenen Ebene;
einer Positioniereinrichtung zum Positionieren des Bestrahlungsstrahls und der Maske relativ zueinander, um das Lichtmuster von jedem der Signalstrahlen auszugleichen; und
einer Ermittlungseinrichtung für eine relative Position zum Ermitteln der relativen Positionen der Maske und der Platte auf der Grundlage der Position des Auftreffens der Signalstrahlen auf die vorgegebene Ebene.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Figur 1 eine schematische Darstellung zum Erläutern einer Querschnittsintensitätsverteilung des Lichts zeigt, wie es durch einen Laser abgegeben wird.
Figur 2 eine perspektivische Ansicht zeigt, die schematisch einen Hauptteil eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung zeigt.
Figur 3 und 4 jeweils vergrößerte Ansichten zum Erläutern eines Abschnitts der Figur 2 zeigen.
Figur 5 und 6 jeweils schematische Darstellungen zum Erläutern des Prinzips der Positionsabweichungserfassung und des Prinzips der Oberflächenabstandserfassung bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 zeigen.
Figur 7 eine schematische Darstellung zum Erläutern eines Sensors der Figur 2 zeigt.
Figur 8 schematisch eine vergrößerte Draufsicht eines anderen Beispiels der Ausrichtmarkierungen zeigt, die mit der vorliegenden Erfindung verwendbar sind.
Figur 9 eine schematische Ansicht zum Erläutern von Markierungsanordnungen auf einer Maske und einer Platte zeigen, wobei das Beispiel der Figur 8 verwendet wird.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 bis 7 wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung auf ein Belichtungsgerät zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen angewandt.
In den Zeichnungen wird eine Maske mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet, die sich auf einer (nicht gezeigten) Maskenbühne befindet. Mit dem Bezugszeichen 19 wird eine Platte bezeichnet, die sich auf einer beweglichen (nicht gezeigten) Plattenbühne befindet. Die Platte 19 ist zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen durch Bestrahlen mit einem Schaltkreismuster der Maske 18 zu belichten.
Mit dem Bezugszeichen 1 wird eine Lichtquelle bezeichnet, die eine kohärente Lichtquelle wie beispielsweise einen Halbleiterlaser, einen He-Ne-Laser, einen Ar-Laser oder dergleichen aufweisen kann; eine inkohärente Lichtquelle, wie beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) oder beispielsweise eine Superleuchtdiode (SLD). Mit dem Bezugszeichen 2 wird eine Kollimatorlinse bezeichnet zum Umwandeln des Lichts von der Lichtquelle 1 in ein paralleles Licht, das in ein Linsensystem 5 eintritt. Das Linsensystem 5 dient dem Formen des empfangenen Lichts zu einem gewünschten Strahldurchmesser und richtet denselben auf einen Spiegel 6.
Das Licht wird durch den Spiegel 6 reflektiert und geht durch ein Röntgenstrahlfenster 7 (wobei eine Röntgenstrahlquelle als eine Lichtquelle für die lithographische Belichtung verwendet wird), und das Licht trifft auf einer Autoausrichtmarkierung 20M zum Erfassen einer Positionsabweichung (die nachfolgend als "AA-Markierung" bezeichnet wird) auf, die an dem ersten Objekt 18 (Maske) vorgesehen ist, sowie auf einer Autofocusmarkierung 21M zum Erfassen eines Oberflächenabstands (die nachfolgend als "AF- Markierung" bezeichnet wird). Die Lichtquelle 1, die Kollimatorlinse 2, das Linsensystem 5 und der Spiegel 6 wirken zusammen, um eine Lichtprojektionseinrichtung zu schaffen.
An jeder von vier Stellen an Reißlinien an dem Randabschnitt der Maske 18 sind die AA-Markierung 20M und die AF-Markierung 21M vorgesehen. Das zweite Objekt 19 (Platte) wird in der Nähe der Maske 18 mit einem Spalt oder einem Abstand von 10 bis 100 um angeordnet. Die Platte hat Autoausrichtmarkierungen 20W (die nachfolgend als "AA- Markierungen" bezeichnet werden), um mit den AA-Markierungen 20M der Maske 18 ausgerichtet zu werden, und diese Markierungen sind an Reißlinien ausgebildet. Die AA- Markierungen 20M und 20W und die AF-Markierungen 21M weisen jeweils ein phyikalisches optisches Element wie beispielsweise eine eindimensionale oder ein zweidimensionale Zonenplatte auf, die eine eindimensionale oder zweidimensionale Energie hat.
Mit dem Bezugszeichen 10 wird eine Lichtaufnahmelinse bezeichnet zum Aufnehmen eines Beugungslichts 16 mit einer vorgegebenen Ordnung oder Ordnungen von der AA-Markierung 20M und der AF-Markierung 21M auf der Oberfläche der Maske 1 und zum Sammeln desselben auf der Oberfläche einer Fotoerfassungseinrichtung 11, die ein bildendes Element einer Lichtaufnahmeeinrichtung (10,11) ist. Das Lichtaufnahmeelement 11 weist zwei Zeilensensoren auf (einen Autoausrichtsensor 12 für die Positionsabweichungserfassung und einen Autofocuszeilensensor 13 für die Oberflächenabstandserfassung), die auf demselben Substrat vorgesehen sind.
Ein Ausrichtkopf 16 (Erfassungskopf) ist geeignet, um entlang der Oberfläche der Maske 1 durch eine Antriebseinrichtung 300 bewegt zu werden. Ein Regler 200 dient der Regelung des Antriebs des Ausrichtkopfes 16 durch die Antriebseinrichtung 300.
Figur 3 zeigt eine beispielhafte Darstellung von AA- Markierungen 20M und 20W und einer AF-Markierung 21M, die auf der Maske 18 und der Platte 19 vorgesehen sind.
Figur 4 stellt die Lichtbahnen dar, die durch die Markierungen der Maske 18 und der Platte 19 beeinflußt sind oder zu beeinflussen sind. Die AA-Markierung 20M weist zwei AA-Markierungen 20M1 und 20M2 auf, und die AA-Markierung 20W weist zwei AA-Markierungen 20W1 und 20W2 auf. Die AF- Markierung 21M weist zwei eingangsseitige AF-Markierungen 21M1 und 21M3 sowie zwei ausgangsseitige AF-Markierungen 21M2 und 21M4 auf.
Die Platte 19 hat keine AF-Markierung, und es wird ein Reflexionslicht einer nullten Ordnung (regelmäßige Reflexion) durch die Plattenoberfläche verwendet.
Die AA-Markierungen 20M1 und 20W1 werden bei einem Paar verwendet, während die AA-Markierungen 20M2 und 20W2 bei einem anderen Paar verwendet werden. Zwei Lichter 15 werden jeweils auf die AA-Markierungen 20M1 und 20M2 projiziert, und durch diese Markierungen werden zwei Beugungslichter (die nachfolgend als "AA-Beugungslichter" bezeichnet werden) 26-1 und 26-2 erzeugt. Diese AA-Beugungslichter sind bezüglich der Ausrichtrichtung gemäß einer Positionsabweichung zwischen der Maske und der Platte entlang der Oberfläche des AA- Zeilensensors 12 verschiebbar.
Die Lichter 15 treffen auch auf die AF-Markierungen 21M1 und 21M3 auf. Dann werden sie durch die Plattenoberfläche jeweils zu den AF-Markierungen 21M2 und 21M4 reflektiert, wodurch zwei Beugungslichter 27-1 und 27-2 (die nachfolgend als "AF-Beugungslichter" bezeichnet werden) von diesen Markierungen abgegeben. Die AF-Beugungslichter sind gemäß dem Abstand zwischen der Maskenoberfläche und der Plattenoberfläche entlang der Oberfläche des AF-Zeilensensors 13 verschiebbar.
In Figur 14 werden die Eingangslichter 15 durch die Lichtstrahlen eines einzelnen Lichtstrahls geschaffen, der von der Lichtquelle 1 ausgeht.
Die Positionserfassungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ist so angeordnet, daß der Maske-zu- Platte-Ausrichtvorgang durchgeführt wird, nachdem die relative Position der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) und der Maske 18 erfaßt ist und die Positionsbeziehung dieser durch die Antriebseinrichtung 300 eingestellt ist. Nun wird das Prinzip der Positionsabweichungserfassung sowie das Prinzip der Oberflächenabstanderfassung im vorliegenden Ausführungsbeispiel erläutert.
Unter Bezugnahme auf Figur 5 wird zunächst das Verfahren des Erfassens der relativen Position der Maske 18 und der Platte 19 in einer zu ihnen parallelen Ebene erläutert.
Figurs stellt in einer verlängerten Ansicht die Lichtbahnen dar, wie sie aus einer Richtung gesehen werden, die senkrecht zu der Positionserfassungsrichtung (Ausrichtrichtung) in Figur 4 ist und auch senkrecht zu einer Normalen zu der Oberfläche der Maske 18 oder der Oberfläche der Platte 19.
In Figur 5 werden die entsprechenden Elemente mit gleichen Bezugszeichen wie die der Figuren 2 bis 4 bezeichnet. Während auch die AA-Markierung der Platte 19 dazu dient, ein Eingangslicht auf reflektierende Weise zu beugen, ist es in der Zeichnung so dargestellt, wie eine gleichwertige reflektierende Beugungsmarkierung.
Die Markierung 20M1 ist eine AA-Markierung, die an der Maske 18 vorgesehen ist, während die Markierung 20W1 eine AA- Markierung ist, die an der Platte 19 vorgesehen ist, die jeweils eine einzelne Markierung zum Erhalten eines ersten Signals bilden (Signallicht) . Die Markierung 20M2 ist eine AA-Markierung, die an der Maske 18 vorgesehen ist, während die Markierung 20W2 eine AA-Markierung ist, die an der Platte 19 vorgesehen ist, die jeweils eine einzelne Markierung zum Erhalten eines zweiten Signals bilden (Signallicht). Mit 26-1 und 26-2 werden AA-Beugungslichter bezeichnet, die das erste und zweite Signallicht repräsentieren. Mit dem Bezugszeichen 120 wird eine Hauptbrennebene bezeichnet, die mit dem Lichtaufnahmeelement 11 bezüglich der Lichtaufnahmelinse 10 optisch konjugiert.
Es wird nun angenommen, daß der Abstand von der Platte 19 zu der Hauptbrennebene 120 gleich L ist; der Abstand zwischen der Maske 18 und der Platte 19 ist gleich g; die Brennlängen der AA-Markierungen 20M1 und 20M2 sind fai und fa2; die relative Positionsabweichung zwischen der Maske 18 und der Platte 19 ist gleich Δ ; und die Verschiebungen des ersten und zweiten Signallichts (AA-Beugungslichter) 26-1 und 26-2 sind dabei jeweils S1 und S2.
Zurvereinfachung weist das auf die Maske 18 auftreffende Licht 15 eine ebene Welle auf, und das Zeichen ist wie es dargestellt ist. Die verschiebungen S1 und S2 der Schwerpunktsmitten der Signallichter (AA-Beugungslichter) 26- 1 und 26-2 können jeweils als eine Abweichung einer optischen Achse L1 (L2) aus dem Schnitt zwischen der Hauptbrennebene 32 und einer geraden Linie geometrisch ermittelt werden, die den Brennpunkt F1 (F2) der AA-Markierung 20M1 (20M2) und die Mitte der AA-Markierung 20W1 (20W2) in Übereinstimmung mit der Oberseite einer Linse verbindet. Deshalb werden die optischen Abbildungsvergrößerungen der AA-Markierungen 20W1 und 20W2 mit entgegengesetzten Zeichen eingerichtet, um für eine relative Positionsabweichung zwischen der Maske und der Platte die Verschiebungen S1 und S2 der Schwerpunktsmitten der Signallichter (AA-Beugungslichter) 26-1 und 26-2 in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen.
Mengenmäßig können die Verschiebungen folgendermaßen repräsentiert werden:
S1 = [(L - fa1 + g)/(fa1 - g)] Δ
S2 = [(L - fa2 + g)/(fa2 - g)] Δ
Die Abweichungsvergrößerungen können als β&sub1; = S1/Δ und β&sub2; = S2/Δ definiert werden. Deshalb muß zum Schaffen von Abweichungsvergrößerungen mit entgegengesetzten Zeichen die folgende Beziehung erfüllt sein:
[(L - fa1 + g) (fa2 - g)J/(L - fa&sub2; + g) (fa1 - g)J < 0
Angesichts dieser Beziehung gibt es eine praktische geeignete strukturelle Bedingung wie folgt:
L » fa1
fa1/fa2 < 0
fa1 > g
fa2 > g
Esist nämlich eine Struktur, wobei der Abstand L zu der Hauptbrennebene 120 gegenüber den Brennlängen fa1 und fa2 der AA-Markierungen 20M1 und 20M2 groß gemacht ist, während der Abstand g zwischen der Maske und der Platte klein gemacht ist und außerdem eine der AA-Markierungen durch eine konvexe Linse geschaffen wird, während die andere durch eine konkave Linse geschaffen wird.
In der oberen Hälfte der Figur 5 wandelt die AA- Markierung 20M1 ein empfangenes Licht in ein konvergentes Licht um, das durch eine positive optische Energie beeinflußt wird, wobei das Licht vor dem Erreichen seines Brennpunkts F1 auf die AA-Markierung 20W1 auftrifft. Durch eine negative
Energie der AA-Markierung 20W wird das Licht dann auf der Hauptbrennebene 120 abgebildet. Die Brennlänge fb1 der AA- Markierung 20W1 ist so ermittelt, daß sie die folgende Linsengleichung erfüllt.
1/(fa1 - g) + 1/L = 1/fb1
Auf ähnliche Weise wandelt in der unteren Hälfte der Figur 5 die AA-Markierung 20M2 ein empfangenes Licht in ein divergentes Licht um, das durch eine negative optische Energie beeinflußt wird, das von einem Punkt F2 an der Eingangsseite divergiert, und das Licht wird durch eine positive Energie der AA-Markierung 20W2 auf der Hauptbrennebene 120 abgebildet. Die Brennlänge fb2 der AAMarkierung 20W2 ist so ermittelt, daß sie die folgende Beziehung erfüllt:
1/(fa2 - g) + 1/L = 1/fb2
Bei den strukurellen Bedingungen, wie sie vorstehend beschrieben sind, die aus der Zeichnung deutlich sind, ist die Abbildungsvergrößerung der AA-Markierung 20W1 zu dem Punktbild (virtuelles Bild) durch die AA-Markierung 20M1 positiv. Somit sind die Abweichung Δ der Platte 19 und der Verschiebungsl des Lichtkegels auf der Hauptbrennebene 120 in entgegengesetzten Richtungen, und somit ist die Abweichungsvergrößerung β&sub1;, wie sie vorstehend definiert ist, negativ. Auf ähnliche Weise ist die Abbildungsvergrößerung der AA-Markierung 20W2 zu dem Punktbild (virtuelles Bild) durch die AA-Markierung 20M2 negativ, und die Abweichung Δ der Platte 19 und der Verschiebung S2 des Lichtkegels auf der Hauptbrennebene 120 sind in derselben Richtung. Somit ist die Abweichungsvergrößerung β&sub2; positiv.
Infolge dessen sind für eine relative Positionsabweichung Δ der Maske 18 und der Platte 19 die Verschiebungen S1 und S2 der AA-Beugungslichter (Signallichter) 26-1 und 26-2 von einem System, das die AA- Markierungen 20M1 und 20W1 aufweist und einem System das die AA-Markierungen 20M2 und 20W2 aufweist, in entgegengesetzten Richtungen. Der Abstand zwischen dem Lichtkegel 30, wie er auf der Hauptbrennebene 120 durch die Beugung über die Rastermuster der AA-Markierungen 20M1 und 20W1 erzeugt wird, und dem Lichtkegel 31, wie er auf der Hauptbrennebene 120 durch die Beugung über die Rastermuster der AA-Markierungen 20M2 und 20W2 erzeugt wird, ändert sich nämlich mit dem Betrag der Positionsabweichung zwischen der Maske 1 und der Platte 19. Diese beiden Lichtkegel 30 und 31 werden durch die Lichtaufnahmelinse 10 auf die Oberfläche des AA-Zeilensensors 12 der Lichtaufnahmeeinrichtung 11 projiziert. Dann wird der Abstand zwischen den beiden Lichtkegeln (Lichtabbildungen) 30 und 31 über den AA-Zeilensensor 312 erfaßt, wodurch die relative Positionsabweichung zwischen der Maske 18 und der Platte 19 ermittelt wird.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der beiden Lichtkegel (Lichtabbildungen) 30' und 31', die auf der Oberfläche des Sensors 12 erzeugt werden.
Bei dem vorliegendem Ausführungsbeispiel werden die beiden Lichtkegelabbildungen 30' und 31' entlang der Hauptbrennebene 120 in derselben Richtung und um denselben Betrag verschoben, selbst wenn die Platte 19 gegenüber der Maske 18 geneigt ist. Deshalb ist der Abstand dieser Lichtkegelabbildungen unverändert und infolge dessen verursacht eine Neigung keinen Erfassungsfehler.
Als nächstes wird das Verfahren des Erfassens des Oberflächenabstands zwischen der Maske 18 und der Platte 19 im Zusammenhang mit Figur 6 erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie die aus den Figuren 2 bis 4 die entsprechenden Elemente.
Bei diesem Beispiel trifft ein Eingangslicht 15 auf zwei AF-Markierungen 21M1 und 21M3 auf, die auf der Oberfläche der Maske 18 vorgesehen sind. Hier wird das auf die AF-Markierung 21M1 (21M3) auftreffende Licht dadurch gebeugt, und als ein Beispiel trifft ein Beugungslicht der ersten Ordnung schräg auf die Oberfläche der Platte 19 auf und wird durch die Oberfläche der Platte 19 regelmäßig reflektiert, die von der Maske 18 um einen gewissen Spalt oder Abstand beabstandet ist, und dann trifft es auf der AF-Markierung 21M2 (21M4) auf, die auf der Oberfläche der Maske 18 vorgesehen ist. Die AF-Markierung 21M2 (21M4) weist ein Zonenplattenmuster mit einer lichtkonvergierenden Funktion wie die einer Linse auf. Außerdem hat sie eine optische Funktion, mit der sich der Winkel der Emission des ausgehenden Beugungslichts von der Markierung 21M2 (21M4) mit der Position des Auftreffens ändert (das heißt der Pupillenposition des Rasterbereichs), wenn das durch die Platte 19 reflektierte Licht auf die AFMarkierung 21M2 (21M4) auftrifft.
Wenn beispielsweise der Oberflächenabstand zwischen der Maske 18 und der Platte 19 gleich g&sub2; ist, schreiten die AF Beugungslichter (drittes und viertes Signallicht), die durch die AF-Markierungen gebeugt sind, entlang den Bahnen fort, wie sie durch durchgezogene Linien dargestellt sind, und gehen über die Lichtaufnahmelinse 10, wodurch zwei Lichtkegel 51 und 51 auf der Oberfläche eines AF-Zeilensensors 13 erzeugt werden. Wenn andererseits der Oberflächenabstand g&sub1; ist,schreiten die AF-Beugungslichter (drittes und viertes Signallicht), die durch die AF-Markierungen gebeugt sind, entlang den Bahnen fort, wie sie durch gestrichelte Linien dargestellt sind, und es werden zwei Lichtkegel 53 und 54 auf der Oberfläche des AF-Zeilensensors 13 erzeugt.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung der beiden Lichtkegel 51 und 52, wie sie auf der Oberfläche des Sensors 13 erzeugt werden.
Auf diese Weise ändert sich der Abstand zwischen den beiden Lichtkegeln, wie sie auf der Oberfläche des AF- Zeilensensors 13 erzeugt sind, in Übereinstimmung mit dem Oberflächenabstand zwischen der Maske 18 und der Platte 19.
Somit kann durch Messen des Abstands der beiden Lichtkegel der Oberflächenabstand der Maske 18 und der Platte 19 erfaßt werden.
Als nächstes wird das Prinzip des Erfassens der relativen Position des Ausrichtkopfes (Lichtprojektionseinrichtung) und der Maske 18 (erstes Objekt) beschrieben, was ein wichtiges Merkmal des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist.
Zunächst wird die Weise des Verursachens des Lichts von der Lichtprojektionseinrichtung bei diesem Beispiel erläutert, um genau auf die Maske an einer Position innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bezüglich der Positionserfassungsrichtung (Ausrichtrichtung) aufzutreffen, das heißt in der Richtung der Y-Achse.
Bisher werden die Lichter (Beugungslichter) 26-1 und 26- 2 verwendet, die durch die Positionserfassungs-AA- Markierungen 20M und 20W beeinflußt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Öffnungsbereich beispielsweise von jeder gepaarten AA-Markierung 20M1 und 20M2 der Maske 18 und den gepaarten AA-Markierungen 20W1 und 20W2 der Platte so eingerichtet, daß, wenn die Mitte des Lichts von dem Ausrichtkopf 16 bezüglich der Richtung der Y-Achse an einen Mittelpunkt zwischen den gepaarten AA-Markierungen 20M1 und 20M2 positioniert ist (bei diesem Beispiel bei der Mitte der AF-Markierung 21M), die beiden auf der Oberfläche des Zeilensensors 12 erzeugten Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 im wesentlichen dieselbe Lichtmengenverteilung haben (beispielsweise bezüglich der Form der Verteilung der integrierten Lichtmenge).
Somit ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Ausrichtkopf 16 so versetzt, um seine Position einzustellen, um dadurch die Position des Auftreffens des Lichtstrahls 15 auf der Maske 18 so einzustellen, daß gewährleistet ist, daß, wie am besten aus Figur 7 ersichtlich ist, von dem Licht von der Lichtprojektionseinrichtung der Lichtstrahl 26-1, der durch die AA-Markierung 20M1 an der Oberfläche der Maske 18 und durch die AA-Markierung 20W1 auf der Oberfläche der Platte 19 beeinflußt wird, und der Lichtstrahl 26-2, der durch die AA-Markierung 20M2 auf der Oberfläche der Maske 18 und durch die AA-Markierung 20W2 auf der Oberfläche der Platte 19 beeinflußt wird, eine derartige Lichtmengenverteilung auf der Oberfläche des Zeilensensors 12 liefern, die in einer integrierten Höhe im wesentlichen gleich zueinander sind.
Auf diese Weise werden auf der Oberfläche des Zeilensensors 12 die Lichtmengenverteilungen der beiden Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 mit im wesentlichen derselben integrierten Höhe gewährleistet, und somit wird die Positionierung der Lichtprojektionseinrichtung (das heißt des Lichts 15) bezüglich der Autoausricht-(AA)-Richtung erreicht.
Tatsächlich gibt es jedoch aufgrund einer Differenz der Gestaltung zwischen der linken und rechten Markierung einen Fall, wobei die Lichtmenge verdunkelt ist und somit eine Differenz der Lichtmenge zwischen den beiden Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 erzeugt wird, selbst wenn die AA-Markierungen 20M1 und 20M2 denselben Öffnungsbereich haben und selbst wenn die AA-Markierungen 20W1 und 20W2 denselben Öffnungsbereich haben. Bei einem derartigen Fall kann jedoch angesichts der Menge, die aus der Gestaltung vorerfaßt werden kann, ein derartiger vorerfaßter Bestandteil vorher berücksichtigt werden, und es kann ein Ausgleich der Lichtmenge auf eine derartige Weise gewährleistet werden, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die AA-Markierungen 20M1 und 20M2 mit demselben Öffnungsbereich an der Oberfläche der Maske 18 vorgesehen, wie aus Figur 5 ersichtlich ist. Wenn hier die AA-Markierungen 20W1 und 20W2 mit jeweils derselben Größe wie die AA-Markierung der Maske auf der Oberfläche der Platte 19 vorgesehen sind, dann treffen alle Beugungslichter auf der AA-Markierung 20W1 auf, da die AA- Markierung 20M1 eine konvexe Linsenfunktion mit einer Brennlänge fa1 > 0 hat.
Da andererseits die AA-Markierung 20M2 eine konkave Linsenfunktion mit einer Brennlänge fa2 < 0 hat, wird das Beugungslicht auf die AA-Markierung 20W2 gerichtet, während es gedehnt wird. Deshalb ist ein derartiger Abschnitt der Lichtmenge, der über die Markierungsgröße hinaus gedehnt ist, verdunkelt.
Unter der Annahme, daß eine ebene Welle auf die AA- Markierung 20M2 auftritt, kann die verdunkelte Menge durch die Markierungsgrößen lM2 und lW2 der AA-Markierungen 20M2 und 20W2, die Energie der AA-Markierung 20M2 und das den Oberflächenabstand (Betrag des Spalts) g der Markierungen 20M2 und 20W2 ermittelt werden. Somit kann diese Menge durch eine quantitative Analyse berechnet werden und berücksichtigt werden, wenn die Lichtmengenverteilungen der Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 miteinander verglichen werden.
Wenn jede AA-Markierung eine Linsenfunktion nur innerhalb der Ebene des Blatts der Figur 5 hat und nicht in der zu dem Zeichnungsblatt senkrechten Richtung, das heißt eine zylindrische Linsenfunktion, ist die Menge des wirksamen Lichts der AA-Markierung 20W2 gleich "K"-mal die Lichtmenge, die auf die AA-Markierung 20M2 auftritt, wobei K durch folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
K = lW2/{lM2 x [(- fa2 + g)/ - fa2] }
In Anbetracht dessen kann es geeignet sein, die Lichtmenge des Beugungslichts von der AA-Markierung 20M1 und 20W1 K-mal zu erhöhen.
Auf der Grundlage des Ausgleichs der integrierten Lichtmengen der beiden Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 auf der Oberfläche des Zeilensensors 12, wie beschrieben ist, kann die Positionierung der Autoausrichtrichtung des Lichts 15 erreicht werden, das von der Lichtprojektionseinrichtung projiziert wird.
Als eine Alternative kann anstelle des Ausgleichs der integrierten Lichtmengen die Struktur so angeordnet sein, daß das Licht 15 so positioniert wird, daß die beiden Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 eine Lichtmengenverteilung einer geometrischen ähnlichen oder symmetrischen Form haben.
Als nächstes wird die Weise erläutert, wie veranlaßt wird, daß das Licht von der Lichtprojektionseinrichtung genau innerhalb eines vorgegebenen Bereichs in einer Richtung (Richtung der X-Achse) projiziert wird, die senkrecht zu der Autoausrichtrichtung ist. Bisher werden die Oberflächenabstandserfassungslichtstrahlen 27-1 und 27-2 verwendet. In anderen Worten werden die AF-Markierungen 21M1 bis 21M4 verwendet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Öffnungsbereich von jeder der gepaarten AF-Markierungen 21M1 und 21M2 und der gepaarten AF-Markierungen 21M3 und 21M4 so eingerichtet, daß die beiden Lichtstrahlen 27-1 und 27-2, die auf der Oberfläche des Zeilensensors 13 erzeugt werden, im wesentlichendieselbe Lichtmengenverteilung haben (beispielsweise bezüglich der Form der Verteilung der integrierten Lichtmenge), wenn die Mitte des Lichts 15 von dem Ausrichtkopf 16 bezüglich der Richtung der X-Achse auf eine Position auftrifft oder in der Nähe der Grenzlinie zwischen dem Satz AF-Markierungen 21M1 und 21M2 und dem Satz AF-Markierungen 21M3 und 21M4.
Somit ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Ausrichtkopf 16 so versetzt, um zu gewährleisten, daß, wie am besten aus Figur 7 ersichtlich ist, von dem Licht von der Lichtprojektionseinrichtung der Lichtstrahl 27-1, der durch die gepaarten AF-Markierungen 21M1 und 21M2 beeinflußt wird, und der Lichtstrahl, der durch die gepaarten AF-Markierungen 21M3 und 21M4 beeinflußt wird, die beide auf dem Zeilensensor 13 auftreffen, im wesentlichen dieselbe Lichtmengenverteilung haben, und dadurch die Einstellung der Position der Richtung der X-Achse des Auftreffens des Lichts 15 auf der Maske erreicht wird.
Während bei diesem Ausführungsbeispiel zwei Markierungen (AF-Markierungen oder AF-Markierungen) mit demselben Öffnungsbereich verwendet werden, und die Lichtmengenverteilungen dieser auf der Oberfläche des Zeilensensors verglichen wird, können diese Markierungen beispielsweise unterschiedliche Öffnungsbereiche oder unterschiedliche Formen der Öffnungen haben, wenn die beiden Markierungen so eingerichtet sind, daß, wenn das Licht auf eine Mitte der beiden Markierungen auftritt (bei den AA- Markierungen eine Mittelposition zwischen den AA-Markierungen 20M1 und 20M2; während bei den AF-Markierungen eine Mittelposition zwischen den AF-Markierungen 21M1 und 21M3), eine vorgegebene Beziehung zwischen den Lichtmengenverteilungen der beiden Lichtstrahlen eingerichtet wird (Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 oder Lichtstrahlen 27-1 und 27-2).
Desweiteren wird angesichts des Lichts 15 von der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) ein derartiges Licht bei diesem Ausführungsbeispiel verwendet, das eine symmetrische Intensitätsverteilung bezüglich sowohl der Autoausrichtrichtung (Richtung der Y-Achse) als auch der dazu senkrechten Richtung (Richtung der X-Achse) hat. Es kann jedoch auch ein Licht mit einer unsymmetrischen Intensitätsverteilung verwendet werden unter der Voraussetzung, daß die Intensitätsverteilung vorerfaßt oder vorgegeben ist.
Als eine Alternative kann die Struktur so angeordnet sein, daß, wenn das Licht 15 ordnungsgemäß auf eine vorgegebene Position der Maske 18 auftritt, die beiden Lichtstrahlen eine Lichtmengenverteilung mit im wesentlichen derselben Spitzenhöhe oder im wesentlichen derselben halben Breite schaffen. Bei dieser Gelegenheit kann die Positionierung des Lichts von Lichtprojektionseinrichtung dadurch erreicht werden, indem die Spitzenhöhen oder halben Breiten der Lichtmengenverteilungen der beiden Lichtstrahlen verglichen werden.
Als nächstes wird die Weise erläutert, wie ein Ausrichtvorgang mit hoher Wirksamkeit und hoher Genauigkeit und ein Oberflächenabstandsmeßvorgang (Spalt) auf der Grundlage von 4 Kegeln (30, 31, 51 und 52), die auf der Oberfläche der Lichtaufnahmeeinrichtung 11 erzeugt sind, in Übereinstimmung mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bewirkt wird.
Zunächst wird das Licht 15 von der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) mit relativ grober Genauigkeit relativ zu der Maske 18 ausgerichtet und dann wird das Licht 15 auf die AA-Markierung 20M und die AF- Markierung 21M auf der Oberfläche der Maske 18 projiziert.
Anschließend wird ein Ausgangssignal von dem Zeilensensor 13, das den beiden Lichtmustern entspricht, die auf dem Zeilensensor 13 durch die AF-Markierungen 21M1 bis 21M4 ausgebildet sind, auf den Regler 200 aufgebracht, und durch diesen Regler wird der Oberflächenabstand zwischen der Maske und der Platte bewirkt. Dann wird die (nicht gezeigte) Plattenbühne auf der Grundlage dieser Messung betätigt, um dadurch den Oberflächenabstand auf ein Maß einzustellen, das die Ausrichtmessung zuläßt.
Danach wird ein Ausgangssignal des Zeilensensors 12, das den beiden Lichtmustern entspricht, die durch die AA- Markierungen 20M1, 20M2, 20W1 und 20W2 auf dem Zeilensensor 12 ausgebildet sind, auf den Regler 200 aufgebracht, und durch diesen Regler wird eine Ausrichtmessung mit einer relativ groben Genauigkeit bewirkt. Dann wird die Positionierung des projizierten Lichts 15 auf die Oberfläche der Maske 18 so ausgeführt, um zu gewährleisten, daß jedes Paar Lichtstrahlen im wesentlichen dieselbe integrierte Lichtmenge liefert, während die integrierten Lichtmengen der gepaarten Lichtstrahlen 26-1 und 26-2 miteinander verglichen werden und außerdem die integrierten Lichtmengen der gepaarten Lichtstrahlen 27-1 und 27-1 miteinander verglichen werden.
Wenn das erreicht ist, ist ein Fehlerbestandteil jeweils der Ausrichtmessung und der Oberflächenabstandsmessung aufgrund einer Abweichung des projizierten Lichts minimal. Somit werden bei dem folgenden Schritt eine Ausrichtmessung mit hoher Genauigkeit und eine Oberflächenabstandsmessung mit hoher Genauigkeit über den Ausrichtkopf 16 gewährleistet. Infolge dessen kann die Maske-zu-Platte-Ausrichtung sowie die Spalteinstellung der Maske und der Platte außerordentlich genau durchgeführt werden.
Es wird nun ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden nur die relative Position der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) und des ersten Objekts (Maske 18) durch Verwendung der AF-Markierung erfaßt.
Genauer wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Ausrichtkopf 16 (Licht 15) abtastend durch die Antriebseinrichtung 300 in der Ausrichtrichtung (Richtung der Y-Achse bei diesem Beispiel) so verschoben, um einen derartigen Punkt Y1 (die Position des Auftreffens des Lichts 15) zu erfassen, bei dem die Summe der integrierten Lichtmengen der beiden Lichtstrahlen 27-1a und 27-2a eine Spitze zeigen, die auf der Oberfläche des Zeilensensors 13 erzeugt sind.
Anschließend wird der Ausrichtkopf 16 wieder abtastend verschoben, aber in der Richtung der X-Achse, um einen derartigen Punkt X&sub1; zu erfassen, bei dem die Summe der integrierten Lichtmengen der beiden Lichtstrahlen 27-1a und 27-2a eine Spitze zeigt, die auf der Oberfläche des Zeilensensors 13 erzeugt sind, während die Position des Auftreffens des Lichts 15 von dem Ausrichtkopf 16 an dem Punkt yl bezüglich der Richtung der Y-Achse fixiert wird.
Die vorstehend beschriebenen sequentiellen Vorgänge werden wiederholt, bis Mengen xn bis xn-1 und yn bis yn-1 (wobei n = 1,2,3,...) ausreichend klein werden, und die Koordinate (xn, yn) bei dem Moment, wenn diese Mengen jeweils zulässig vorbestimmte Höhen erreichen, wird als die Koordinate für das ordnungsgemäß positionierte Licht 15 verwendet.
Es wird nun ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die relative Positionierung der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) und der Maske 18 erreicht werden, indem ein Paar erster physikalischer optischer Elemente (wie beispielsweise Markierungen 20M1 und 20M2 in Figur 9, die zu beschreiben sind) und ein Paar zweiter physikalischer optischer Elemente (wie beispielsweise Markierungen 71M1 und 71M2 in Figur 9, die zu beschreiben sind) verwendet werden, die als AA-Markierungen in der Autoausrichtrichtung erzeugt werden können und in einer dazu senkrechten Richtung. Ein Beispiel eines derartigen zweiten Paars physikalischer optischer Elemente ist in Figur 8 dargestellt, und ihre Lichtbahnen sind in Figur 9 dargestellt.
In Figur 8 wird mit dem Bezugszeichen 71M ein Paar physikalischer optischer Elemente bezeichnet, die an der Oberfläche einer Maske 18 vorgesehen sind, die zwei AA- Markierungen 71M1 und 71M2 aufweisen, die jeweils eine optische Energie haben. Andererseits ist an der Oberfläche einer Platte 19 ein Paar physikalischer optischer Elemente 71W ausgebildet, die zwei AA-Markierungen 71W1 und 71W2 aufweisen, die jeweils eine optische Energie haben.
Die Positionierung angesichts der Position des Austreffens des projizierten Lichts 15 kann durchgeführt werden, indem die AA-Markierungen 71M und 71W verwendet werden und die AA-Markierungen 20M1, 20M2, 20W1 und 20W2 verwendet werden, wie beispielsweise in Figur 3 gezeigt ist. Das wird auf die folgende Weise durchgeführt.
Als ein erstes Beispiel wird ein Fall beschrieben, wobei die in Figur 8 gezeigte AA-Markierung 71M in dem Bereich für die AF-Markierung 21M der Figur 3 vorgesehen ist anstelle von dieser, während die AA-Markierung 71W in dem Bereich zwischen den AA-Markierungen 20W1 und 20W2 auf der Plattenoberfläche der Figur 3 vorgesehen ist, so daß die resultierende Anordnung so ist, wie beispielsweise in Figur 9 gezeigt ist.
Wenn die Beschreibungen der Markierungen 20M1, 20W1; und 20M2, 20W2 nicht geändert werden, erreichen die Signale (Lichtstrahlen) von diesen Markierungen den Zeilensensor 12 bei 30 und 31. Andererseits erreichen zwei Lichtstrahlen von den Markierungen 71M1, 71W1; und 71M2, 71W2 den Sensor 13 bei 51 und 52, so daß eine Überschneidung der Lichtstrahlen auf der Sensoreinrichtung verhindert wird. Jegliche Positionsabweichung des Lichts 15 bezüglich der Ausrichtrichtung kann erfaßt werden, indem die Lichtmengenverteilungen bei 30 und 31 verglichen werden, und andererseits kann dessen jegliche Positionsabweichung bezüglich der zu der Ausrichtung senkrechten Richtung erfaßt werden, indem die Lichtmengenverteilungen bei 50 und 51 verglichen werden. Eine derartige Abweichungserfassung kann im wesentlichen auf dieselbe Weise durchgeführt werden, wie unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben ist.
Als ein zweites Beispiel wird ein Fall beschrieben, wobei die AA-Markierung 20M (20W) und die AA-Markierung 71M (71W) voneinander beabstandet sind.
Dabei kann die Positionierung des projizierten Lichts 15 in der Autoausrichtrichtung im wesentlichen auf dieselbe Weise erreicht werden, wie unter Bezugnahme auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben ist. Danach wird der Ausrichtkopf 16 versetzt, um das projizierte Licht 15 zu der Position der AA-Markierung 71M (71W) zu verschieben, und durch Verwenden der AA-Markierungen 71M und 71W kann die Positionierung des projizierten Lichts 15 bezüglich der zu der Autoausrichtrichtung senkrechten Richtung ausgeführt werden. Dadurch ist es möglich, zu gewährleisten, daß die Position des Auftreffens des Lichts 15 auf der Maske 18 geeignet eingerichtet wird, das von der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf 16) projiziert wird.
Gemäß diesen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann ein Licht von einer Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf) bezüglich dem ersten Objekt relativ positioniert werden, indem Ausrichtmarkierungen des ersten und zweiten Objekts verwendet werden, wobei diese Markierungen zum Erfassen der relativen Position des ersten und zweiten Objekts vorgesehen sind. Das vermeidet auf wirksame Weise eine komplizierte Markierungsanordnung des ersten Objekts und gewährleistet andererseits ein genaues Auftreffen des Lichts von der Lichtprojektionseinrichtung (Ausrichtkopf) auf einem vorgegebenen Bereich der Ausrichtmarkierung. Somit ist eine Erfassung mit hoher Genauigkeit der relativen Position des ersten und zweiten Objekts gewährleistet.
Die vorliegende Erfindung ist auf andere Arten von Ausrichtsystemen anwendbar. Ein Beispiel ist in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 62-261003 offenbart, wobei eine Maske und eine Platte mit Beugungsrastern versehen sind. Wenn dabei ein Lichtstrahl nicht ordnungsgemäß auf die Beugungsraster der Maske und der Platte auftrifft aufgrund eines Wellenfrontabbildungsfehlers, der beispielsweise durch eine zylindrische Linse eines gebrauchten optischen Systems erzeugt wird, tritt ein Positionierfehler auf. Somit kann bei diesem Beispiel für die akkurate Positionierung des Eingangslichtstrahls bezüglich der Ausrichtrichtung eine Amplitude eines Schlagsignals überwacht werden, das von einem Paar Beugungstrahlen von der Maskenmarkierung erhältlich ist, und die relative Positionierung des Eingangsstrahls mit der Maske kann so durchgeführt werden, daß die überwachte Amplitude maximal wird.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der relativen Positionen einer Maske (18) und einer Platte (19), das folgende Schritte aufweist:

Projizieren eines Bestrahlungsstrahls (15) mit einer ungleichförmigen Intensitätsverteilung auf und über ein Paar Ausrichtmuster (20M1, 20M2; 21M1, 21M3) der Maske (18), um durch einen Ausrichtbereich der Platte (19) reflektiert zu werden und über ein Paar Ausrichtmuster (21M2, 21M4) übertragen zu werden oder durch ein Paar Ausrichtmuster (20W1, 20W2) auf der Platte (19) reflektiert zu werden, um ein Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) zu erzeugen,

Erfassen der Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) auf die Maske (18) von einer vorgegebenen Position durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) bei einer vorgegebenen Ebene (120);

Positionieren des Bestrahlungsstrahls (15) und der Maske (18) relativ zueinander, um das Lichtmuster von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) auszugleichen; und

Ermitteln der relativen Positionen der Maske (18) und der Platte (19) auf der Grundlage der Position des Auftreffens der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) auf die vorgegebene Ebene (120).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) durch Vergleichen einer integrierten Intensität von jedem aus dem Paar der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) durch Vergleichen der Form der Intensitätsverteilung von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) durch Vergleichen der Spitzenintensität oder halben Breite von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangestellten Ansprüche, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) für eine erste Richtung (Y) durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) erfaßt wird, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens für eine zu der ersten Richtung (Y) rechtwinkligen zweite Richtung (X) durch Abtasten des Bestrahlungsstrahls (15) in der zweiten Richtung erfaßt wird, wobei das Verfahren die Schritte Erfassen der Summe der integrierten Lichtmengen des Paars Signalstrahlen (26-1, 26- 2, 27-1, 27-2) zum Ermitteln einer Spitze und Positionieren des Bestrahlungsstrahls (15) bezüglich der zweiten Richtung (X) an einer Position in Übereinstimmung mit der Spitze umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausrichtmuster der Maske (18) ein erstes Paar Markierungen (20M1, 20M2) mit entlang einer ersten Richtung (Y) angeordneter optischer Energie und ein zweites Paar Markierungen (21M1, 21M2, 21M3, 21M4, 71M1, 71M2) mit entlang einer zweiten Richtung (X) angeordneter optischer Energie aufweist, die rechtwinklig zu der ersten Richtung (Y) ist, wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) für die erste Richtung (Y) durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem aus einem ersten Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2) erfaßt wird, die von dem ersten Paar Markierungen (20M1, 20M2) erzeugt werden, und wobei die Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) für die zweite Richtung (X) durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem aus einem zweiten Paar Signalstrahlen (27-1, 27-2, 25-1, 25-2) erfaßt wird, die von dem zweiten Paar Markierungen (21M1, 21M2, 21M3, 21M4, 71M1, 71M2) erzeugt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ausrichtmuster der Platte (19) ein erstes Paar Plattenmarkierungen (20W1, 20W2) mit optischer Energie, das entlang der ersten Richtung (Y) zum Aufnehmen und Reflektieren von Licht angeordnet ist, das über das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2) der Maske (18) übertragen wird, und ein zweites Paar Plattenmarkierungen (71W1, 71W2) mit entlang der zweiten Richtung (X) angeordneter optischer Energie aufweist, um über das zweite Paar Markierungen (71M1, 71M2) der Maske (18) übertragenes Licht aufzunehmen und zu reflektieren; wobei das erste Paar Strahlen (26-1, 26-2) durch Übertragen des Bestrahlungsstrahls (15) über das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2), Reflexion durch das erste Paar Plattenmarkierungen (20W1, 20W2) und weiteres Übertragen über das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2) erzeugt wird; wobei das zweite Paar Strahlen (25-1, 25-2) durch Übertragen des Bestrahlungsstrahls (15) über das zweite Paar Markierungen (71M1, 71M2), Reflexion durch das zweite Paar Plattenmarkierungen (71W1, 71W2) und weiteres Übertragen über das zweite Paar Markierungen (71M1, 71M2) erzeugt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das zweite Paar Markierungen (21M1, 21M2, 21M3, 21M4) der Maske (18) ein Paar Eingabemarkierungen (21M1, 21M3) mit optischer Energie und ein Paar Ausgabemarkierungen (21M2, 21M4) mit optischer Energie aufweist, wobei das Ausrichtmuster der Platte (19) ein erstes Paar Plattenmarkierungen (20W1, 20W2) mit optischer Energie, das entlang der ersten Richtung (Y) angeordnet ist, um über das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2) der Maske (18) übertragenes Licht aufzunehmen und zu reflektieren, und einen Reflexionsbereich aufweist, um über das Paar Eingabemarkierungen (21M1, 21M3) übertragenes Licht aufzunehmen und zu reflektieren; wobei das erste Paar Strahlen (26-1, 26-2) durch Übertragen des Bestrahlungsstrahls (15) über das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2), Reflexion durch das erste Paar Plattenmarkierungen (20W1, 20W2) und weiteres Übertragen durch das erste Paar Markierungen (20M1, 20M2) erzeugt wird, wobei das zweite Paar Strahlen (27-1, 27-2) durch Übertragen des Bestrahlungsstrahls (15) über das Paar Eingabemarkierungen (21M1, 21M3), Reflexion durch den Reflexionsbereich und Übertragen über das Paar Ausgabemarkierungen (21M2, 21M4) erzeugt wird.

9. Verfahrennach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) durch Übertragen über ein Ausrichtmuster (20M1, 20M2, 21M) der Maske (18) und 30 entweder Reflexion von der Oberfläche der Platte (19) und Übertragen über das Ausrichtmuster (20M1, 20M2, 21M) der Maske (18) oder Reflexion von einem Ausrichtmuster (20W1, 20W2) der Platte (19) und Übertragen über das Ausrichtmuster (20M1, 20M2, 21M) der Maske (18) erzeugt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ausrichtmuster (20M1, 20M2, 21M, 20W1, 20W2) der Maske (18) und der Platte (19) optische Energie haben.

11. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die relativen Positionen der Maske (18) und der Platte (19) bezüglich der ersten Richtung (Y) unter Verwendung des ersten Paars Strahlen (26- 1, 26-2) und bezüglich der zweiten Richtung (X) unter Verwendung des zweiten Paars Strahlen (25-1, 25-2) ermittelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die relativen Positionen der Maske (18) und der Platte (19) bezüglich der ersten Richtung (Y) unter Verwendung des ersten Paars Strahlen (26- 1, 26-2) und bezüglich einer dritten Richtung (Z), die rechtwinklig zu der ersten und zweiten Richtung (X, Y) ist, unter Verwendung des zweiten Paars Strahlen (27-1, 27-2) ermittelt werden.

13. Halbleitervorrichtungsherstellverfahren mit folgenden Schritten:

Ermitteln der relativen Positionen einer Maske (18) und einer Platte (19) unter Verwendung des Verfahrens eines beliebigen der vorangegangenen Ansprüche,

Ausrichten der Maske (18) bezüglich der Platte (19),

Belichten der Platte (19) mit einem Muster der Maske (18), um ein elektronisches Muster auf die Platte (19) zu übertragen, und

Bilden einer Halbleitervorrichtung aus der belichteten Platte.

14. Positionserfassungsgerät zum Ermitteln der relativen Positionen einer Maske (18) und einer Platte (19) in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit:

einer Projektionseinrichtung (1, 2, 6) zum Projizieren des Bestrahlungsstrahls (15) auf das Paar Ausrichtmuster (20M1, 20M3, 21M) der Maske (18),

einer Erfassungseinrichtung (11) zum Erfassen des Paars Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2),

einer Abweichungsermittlungseinrichtung (200) zum Ermitteln der Abweichung der Position des Auftreffens des Bestrahlungsstrahls (15) auf die Maske (18) von einer vorgegebenen Position durch Vergleichen des Lichtmusters von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) bei einer vorgegebenen Ebene (120);

einer Positioniereinrichtung (300) zum Positionieren des Bestrahlungsstrahls (15) und der Maske (18) relativ zueinander, um das Lichtmuster von jedem der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) auszugleichen; und

einerermittlungseinrichtung (200) für eine relative Position zum Ermitteln der relativen Positionen der Maske (18) und der Platte (19) auf der Grundlage der Position des Auftreffens der Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) auf die vorgegebene Ebene (120).

15. Positionserfassungsgerät nach Anspruch 14, wobei die Abweichungsermittlungseinrichtung (200) geeignet ist, um die Abweichung durch Vergleichen der integrierten Intensität von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) zu ermitteln.

16. Positionserfassungsgerät nach Anspruch 14, wobei die Abweichungsermittlungseinrichtung (200) geeignet ist, um die Abweichung durch Vergleichen der Form der Intensitätsverteilung von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) zu ermitteln.

17. Positionserfassungsgerät nach Anspruch 14, wobei die Abweichungsermittlungseinrichtung (200) geeignet ist, um die Abweichung durch Vergleichen der Spitzenintensität oder der halben Breite von jedem aus dem Paar Signalstrahlen (26-1, 26-2, 27-1, 27-2) zu ermitteln.