NL9001611A - Apparaat voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat. - Google Patents

Description

Apparaat voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat.

De uitvinding heeft betrekking op een apparaat voor het projekteren van een maskerpatroon op een substraat welk apparaat achtereenvolgens bevat een verlichtingsstelsel voor het leveren van een projektiebundel, een maskerhouder, een projektielenzenstelsel en een substraathouder en verder voorzien is van een inrichting voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van het masker en het substraat met behulp van een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk welke inrichting bevat een, een uitrichtbundel leverende stralingsbron, het projektielenzenstelsel en een stralingsgevoelig detektiestelsel in de weg van geselekteerde uitrichtbundelgedeelten die afkomstig zijn van een eerste uitrichtkenmerk en van een tweede uitrichtkenmerk, waarop het eerste uitrichtkenmerk wordt afgeheeld, waarbij het uitgangssignaal van het detektiestelsel een maat is voor de onderlinge positie van de uitrichtkenmerken.

Onder het uitrichten van een maskerkenmerk en een substraatkenmerk ten opzichte van elkaar wordt verstaan zowel het direkt als het indirekt uitrichten van deze uitrichtkenmerken. In het geval van het direkt uitrichten wordt een maskeruitrichtkenmerk, of een substraatuitrichtkenmerk, op het andere kenmerk, het substraatuitrichtkenmerk respektievelijk het maskeruitrichtkenmerk, afgebeeld en is het stralingsgevoelige detektiestelsel achter het genoemde andere uitrichtkenmerk geplaatst. In het geval van indirekt uitrichten worden zowel het substraatuitrichtkenmerk als het maskeruitrichtkenmerk op verschillende gedeelten van een verder uitrichtkenmerk afgebeeld waarbij het stralingsgevoelige detektiestelsel achter dit verdere uitrichtkenmerk is aangebracht. De mate waarin het substraatuitrichtkenmerk en het maskeruitrichtkenmerk ten opzichte van elkaar uitgericht zijn wordt bepaald door te detekteren in welke mate het substraatuitrichtkenmerk en het maskeruitrichtkenmerk ten opzichte van het verdere uitrichtkenmerk uitgericht zijn.

De geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes zijn die delen van de uitrichtbundel die effektief gebruikt worden om het eerste uitrichtkenmerk op het tweede uitrichtkenmerk af te beelden. In het geval de uitrichtkenmerken diffraktierasters zijn, zijn de geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes bij voorkeur de door het eerste uitrichtkenmerk uit de uitrichtbundel gevormde +1 orde en -1 orde deelbundels. Alternatief kunnen bijvoorbeeld ook de +3 orde en -3 orde of hogere ordes deelbundels gebruikt worden. Bij gebruik van andere uitrichtkenmerken zijn de geselekteerde bundelgedeeltes van een andere soort. Als voorbeeld kan genoemd worden de zogenaamde donkerveld-belichting van het eerste uitrichtkenmerk waarbij van de straling afkomstig van dit kenmerk de nulde orde deelbundel is onderdrukt en waarbij in de aan weerszijden van deze deelbundel gelegen bundelgedeeltes geen afzonderlijke ordes te onderscheiden zijn.

Een apparaat van de bovengenoemde soort is beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275 die betrekking heeft op een apparaat voor het repeterend en verkleind afbeelden van een maskerpatroon, bijvoorbeeld het patroon van een geïntegreerde schakeling (IC), op eenzelfde substraat, waarbij tussen twee opeenvolgende belichtingen het maskerpatroon en het substraat ten opzichte van elkaar bewogen worden, bijvoorbeeld langs twee onderlinge loodrechte richtingen in een vlak evenwijdig aan het substraatvlak en het maskervlak.

Geïntegreerde schakelingen worden vervaardigd met behulp van diffusie- en maskeringstechnieken. Daarbij worden na elkaar een aantal maskers met verschillende maskerpatronen op eenzelfde plaats op een halfgeleidersubstraat afgebeeld. Tussen de opeenvolgende afbeeldingen op dezelfde plaatsen moet het substraat de gewenste fysische en chemische veranderingen ondergaan. Daartoe moet het substraat nadat het met een maskerpatroon belicht is uit het apparaat verwijderd worden en, nadat het de gewenste processtappen ondergaan heeft, daarin weer in eenzelfde positie teruggeplaatst worden om het te belichten met een tweede maskerpatroon, enzovoorts, waarbij er voor gezorgd moet worden dat de afbeeldingen van het tweede maskerpatroon en de volgende maskerpatronen nauwkeurig ten opzichte van het substraat gepositioneeerd zijn.

Diffusie- en maskeringstechnieken kunnen ook worden toegepast bij de fabrikage van andere strukturen met detailafmetingen in de orde van mikrometers. Te denken valt daarbij aan strukturen van geïntegreerde optische systemen of aan geleidings- en detektiepatronen van magnetische-domeinen geheugens en aan strukturen van vloeibaar kristal beeldweergeefpanelen. Ook bij de fabrikage van deze strukturen moeten afbeeldingen van maskerpatronen zeer nauwkeurig ten opzichte van een substraat worden uitgericht.

In verband met het grote aantal elektronische komponenten per oppervlakte-eenheid van het substraat en de dientengevolge kleine afmetingen van deze komponenten, wordt aan de nauwkeurigheid waarmee geïntegreerde schakelingen vervaardigd worden steeds hogere eisen gesteld. De plaats waar de opeenvolgende maskers op het substraat afgeheeld worden, moeten derhalve steeds nauwkeuriger vastliggen.

Om de gewenste zeer grote positioneernauwkeurigheid, binnen enkele tienden van één mikrometer in het apparaat volgens het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275, van de afbeelding van het maskerpatroon ten opzichte van het substraat te kunnen realiseren bevat dit apparaat een inrichting voor het uitrichten van het substraat ten opzichte van het maskerpatroon, waarmee een in het substraat aangebracht uitrichtkenmerk wordt afgebeeld op een uitrichtkenmerk dat in het masker is aangebracht. Indien de afbeelding van het substraat-uitrichtkenmerk nauwkeurig samenvalt met het maskeruitrichtkenmerk is het substraat goed uitgericht ten opzichte van het maskerpatroon. Het hoofdelement voor het afbeelden van het substraatkenmerk op het maskerkenmerk wordt gevormd door het projektielenzenstelsel, of afbeeldingstelsel, waarmee het maskerpatroon op het substraat wordt afgebeeld.

Gebleken is dat de uitrichtinrichting volgens het Amerikaanse octrooischrift 4.778.275 in principe goed werkt maar dat onder bepaalde omstandigheden uitrichtfouten optreden die tot nu toe onverklaarbaar waren.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het ontdekken van de oorzaak van de uitrichtfouten en heeft ten doel een apparaat te verschaffen waarin deze fouten geëlimineerd zijn.

Het apparaat volgens de uitvinding vertoont als kenmerk dat in de stralingsweg van de geselekteerde uitrichtbundelgedeelten middelen aanwezig zijn die voorkomen dat faseverschillen optreden binnen de door het detektiestelsel opgevangen geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes ten gevolge van reflekties in de maskerplaat.

De uitvinding berust op de ontdekking dat indien, bijvoorbeeld in het geval een substraatuitrichtkenmerk op een maskeruitrichtkenmerk wordt afgebeeld, en waarbij de uitrichtkenmerken diffraktierasters zijn en door het substraatuitrichtkenmerk gevormde +1 orde en -1 orde uitrichtbundelgedeeltes voor de afbeelding gebruikt worden, de symmetrie-as van deze uitrichtbundelgedeeltes niet loodrecht staat op de maskerplaat extra faseverschillen en dus extra intensiteitsvariaties, die onafhankelijk zijn van de uitrichting, kunnen ontstaan in de straling die opgevangen wordt door het detektiestelsel, waardoor het verkregen uitrichtfoutsignaal niet meer korrekt is. Deze extra intensiteitsvariaties ontstaan doordat gedeeltes van de dubbele-orde deelbundels, dus deelbundels die zowel door het substraatuitrichtkenmerk als door het maskeruitrichtkenmerk afgebogen zijn, door een maskerplaatoppervlak nogmaals naar het maskeruitrichtkenmerk worden gereflekteerd en vervolgens door dit kenmerk worden gereflekteerd en afgebogen in de richting van de dubbele-orde deelbundels. Deze gedeeltes, die aangeduid kunnen worden als drievoudige-orde deelbundels, doorlopen verschillende weglengtes in de maskerplaat en vertonen ter plaatse van het detektiestelsel onderling een faseverschil en beïnvloeden daardoor het uitgangssignaal van dit detektiestelsel.

Ook in uitrichtinrichtingen waarin de in de maskerplaat gereflekteerde bundelgedeeltes niet opnieuw op het makseruitrichtkenmerk invallen, of waarin andere kenmerken dan diffraktierasters als uitrichtkenmerken worden gebruikt kan het genoemde faseverschil en dus een foutief uitrichtsignaal ontstaan.

Omdat het genoemde faseverschil afhankelijk is van de dikte van de maskerplaat zal bij gebruik in eenzelfde apparaat van maskerplaten met verschillende diktes de uitrichting van een eerste maskerplaat ten opzichte van een substraat verschillen van de uitrichting van een tweede maskerplaat ten opzichte van hetzelfde substraat.

De mate waarin het genoemde faseverschil tot een uitrichtfout leidt is afhankelijk van de reflektiecoêfficiënt van de maskerplaat, zodat bij gebruik in eenzelfde apparaat van maskerplaten met verschillende reflektiecoêfficiënten ook weer een verschil optreedt tussen de uitrichting van een eerste maskerplaat en die van een tweede maskerplaat ten opzichte van hetzelfde substraat.

Tenslotte is het genoemde faseverschil afhankelijk van de hoek tussen de normaal op de maskerplaat en de symmetrie-as van de uitrichtbundelgedeeltes, welke hoek van apparaat tot apparaat kan verschillen. Bij gebruik van meerdere apparaten voor opeenvolgende processtappen van eenzelfde substraat kan dan de uitrichting van het substraat ten opzichte van een masker verschillen, zelfs indien de gebruikte maskerplaten eenzelfde dikte en reflektiecoëfficiënt hebben. Eventueel zou dan voor de verschillen in mate van uitrichting gekorrigeerd kunnen worden in de apparaten zelf. Een dergelijke korrektie is echter principieel onmogelijk indien de gebruikte maskerplaten verschillende diktes en/of reflektiecoêfficiënten hebben.

De symmetrie-as van de uitrichtbundelgedeeltes is een denkbeeldige, geen fysische as. In het geval de door het eerste uitrichtkenmerk in de +1 orde en de -1 orde afgebogen deelbundels van de uitrichtbundel op het tweede uitrichtkenmerk gericht zijn ligt deze as symmetrisch ten opzichte van de hoofdassen van de twee eerste ordes deelbundels en valt bijvoorbeeld samen met de hoofdas van de, fiktieve, niet aan de afbeelding deelnemende, nulde-orde deelbundel.

Nadat het effekt van het faseverschil ten gevolge van de interne reflekties ontdekt is, kan het, zoals de onderhavige uitvinding voorstelt, met vrij eenvoudige middelen voorkomen worden.

Een eerste mogelijkheid daartoe is gerealiseerd in een apparaat dat als kenmerk vertoont, dat een deel van een maskerplaatoppervlak antireflektief voor de uitrichtstraling is.

Daardoor wordt voorkomen dat gedeeltes van de dubbele-ordes deelbundels naar het tweede uitrichtkenmerk gereflekteerd worden zodat geen drievoudige-ordes deelbundels kunnen ontstaan.

De uitvinding ook belichaamd in een nieuwe maskerplaat die bestemd is voor gebruik in een uitrichtinrichting en voorzien van een maskeruitrichtkenmerk. Deze maskerplaat vertoont als kenmerk, dat minstens een deel van het tegenover het maskeruitrichtkenmerk gelegen antireflektief voor de uitrichtstraling is.

Bij voorkeur echter wordt gebruik gemaakt van een tweede mogelijkheid om de extra faseverschillen te voorkomen waarbij geen speciale maskerplaat gebruikt behoeft te worden. Een apparaat waarin deze mogelijkheid is gerealiseerd vertoont als kenmerk, dat in de nabijheid van een maskeruitrichtkenmerk een straalafbuigelement is aangebracht voor het in principe loodrecht richten van de symmetrie-as van de geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes op het vlak van de maskerplaat, welk afbuigelement aanzienlijk kleiner is dan de doorsnede van de projektiebundel in het vlak van deze plaat.

Er kunnen nu weliswaar gedeeltes van de dubbele ordes deelbundels nogmaals naar het tweede uitrichtkenmerk gereflekteerd worden zodat, in tegengestelde richtingen afgebogen, drievoudige-orde deelbundels ontstaan. Het afbuigelement zorgt er echter voor dat de laatstgenoemde deelbundels in de plaat van het tweede uitrichtkenmerk dezelfde weglengtes doorlopen zodat geen extra faseverschillen tussen deze deelbundels optreden.

Met het loodrecht richten van de symmetrie-as wordt bedoeld dat de bundelgedeeltes zelf, bijvoorbeeld de door het eerste uitrichtkenmerk in de +1 orde en de -1 orde afgebogen bundelgedeeltes zodanig gericht worden dat de symmetrie-as van deze gedeeltes, overeenkomende met de hoofdstraal van de fiktieve nulde-orde deelbundel, loodrecht op het tweede uitrichtkenmerk staat.

Het afbuigelement is zo dicht mogelijk bij het maskeruitrichtkenmerk geplaatst zodat de smalle bundelgedeeltes daar al goed overlappen waardoor het oppervlak van dit element klein kan zijn. Dit element zal de projektiebundel niet beïnvloeden. Bovendien behoeft het afbuigelement slechts een relatief kleine richtingskorrektie te bewerkstelligen zodat het slechts een geringe dikte behoeft te hebben. Er behoeven dan ook geen strenge eisen aan de mechanische en thermische stabiliteit van dit element gesteld te worden.

Volgens een verder kenmerk wordt het afbuigelement gevormd door een wigvormig lichaam van een voor de uitrichtbundel doorzichtig materiaal.

In plaats van een wigvormig element kunnen ook andere afbuigelementen en zoals bijvoorbeeld een spiegel gebruikt worden. Aan een dergelijke spiegel moeten echter strengere stabiliteitseisen dan aan een wigvormig element gesteld worden.

Zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275 bevat een apparaat voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat bij voorkeur behalve de genoemde inrichting voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van een eerste maskeruitrichtkenmerk en een substraatuitrichtkenmerk, een tweede analoge inrichting voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van een tweede maskeruitrichtkenmerk en een substraatuitrichtkenmerk met een tweede uitrichtbundel. Dan kan de relatieve hoekoriëntatie van het maskerpatroon en het substraat direkt en langs optische weg worden vastgelegd en kan tevens de vergroting waarmee het projektielenzenstelsel het maskerpatroon op het substraat afbeeldt worden bepaald. Een dergelijk apparaat waarin de uitvinding is toegepast vertoont als kenmerk, dat in de weg van de tweede uitrichtbundel en in de nabijheid van een tweede maskeruitrichtkenmerk een tweede afbuigelement is aangebracht.

Vanwege de steeds sterker wordende vraag naar meer elektronische komponenten per oppervlakte-eenheid van het substraat, dus naar kleinere afmetingen van deze komponenten ontstaat steeds meer behoeft aan een apparaat dat afbeeldingen kan maken waarvan de lijnbreedtes aanzienlijk kleiner dan 1 pm, bijvoorbeeld in de orde van 0,2 tot 0,3 mikrometer zijn. Er wordt daarbij bij voorkeur gebruik gemaakt van een projektiebundel waarvan de golflengte in het verre ultraviolette gebied ligt. Een dergelijke projektiebundel kan geleverd worden door een excimeerlaser, bijvoorbeeld een krypton-fluoride laser met een golflengte van 248 nm, een argon-fluoride laser met een golflengte van 193 nm, of een Nd-YAG laser waarvan de frekwentie verviervoudigd is en die een golflente van 256 nm heeft.

Zoals in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.778.275 opgemerkt is, wordt als uitrichtbundel bij voorkeur een Helium Neon laserbundel met een golflengte van 633 nm gebruikt omdat een dergelijke bundel enerzijds geen verandering in de op het substraat aangebrachte fotolaklaag kan teweegbrengen en anderzijds niet verzwakt wordt door deze fotolaklaag. Het projektielenzenstelsel is optimaal gekorrigeerd voor de projektiebundelgolflengte en kan een scherpe afbeelding van het maskerpatroon op het substraat vormen. Echter vanwege de andere golflengte van de uitrichtbundel kunnen door deze bundel en met het projektielenzenstelsel het substraat en het masker niet scherp op elkaar afgebeeld worden. De door het projektielenzenstelsel gevormde scherpe afbeelding van een substraatuitrichtkenmerk ligt op enige afstand van het bijbehorende maskeruitrichtkenmerk. Het gevolg daarvan is dat het uitrichtsignaal, dat afgeleid wordt uit de signalen van het stralingsgevoelige detektiestelself niet langer door alleen uitrichtfouten bepaald wordt maar ook beïnvloed wordt door bijvoorbeeld een kanteling van het substraat of instabiliteiten van de uitrichtbundel. Bij het verplaatsen van een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk ten opzichte van elkaar zodanig dat het uitrichtsignaal de gewenste waarde heeft kan dan een uitrichtfout blijven bestaan.

Om te bereiken dat, ondanks de voor het afbeelden niet optimale golflengte van de uitrichtbundel een substraatuitrichtkenmerk toch scherp op een maskeruitrichtkenmerk wordt afgebeeld, vertoont het apparaat bij voorkeur als verder kenmerk, dat in de weg van een uitrichtbundel en in het projektielenzenstelsel een refraktief korrrektie-element is aangebracht dat aanzienlijk kleiner is dan de doorsnede van het projektielenzenstelsel in het vlak van dit element, welk korrektie-element alleen de geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes afkomstig van het eerste uitrichtkenmerk richt en fokusseert op het tweede uitrichtkenmerk.

Het refraktief korrektie-element is aangebracht op een zodanige hoogte in het projektielenzenstelsel dat enerzijds in het vlak van het korrektie-element de deelbundels van de verschillende diffraktie-ordes van een uitrichtbundel, welke deelbundels gevormd worden door een eerste uitrichtkenmerk, voldoende gescheiden zijn om deze deelbundels afzonderlijk te kunnen beïnvloeden, en anderzijds dit korrektie-element een verwaarloosbare invloed heeft op de projektiebundel en de daarmee gevormd maskerafbeelding. Onder omstandigheden kan het korektie-element ondoorzichtig voor de projektiebundel zijn. Dan wordt voorkomen dat dit element faseverschillen in de projektiebundel teweeg brengt.

Een voorkeursuitvoering van de inrichting vertoont als kenmerk dat het korrektie-element is aangebracht in het Fouriervlak van het projektielenzenstelsel.

De projektielens is een samengesteld lenzenstelsel met een groot aantal lenselementen die men zich gerangschikt kan denken in een eerste lenzengroep en een tweede lenzengroep. Het Fourier-vlak bevindt zich tussen deze twee lenzengroepen. De eerste lenzengroep vormt een zogenaamde Fourier-getransformeerde van een voorwerp, in dit geval een uitrichtkenmerk, terwijl de tweede lenzengroep deze Fourier-getransformeerde omzet in een beeld van het voorwerp. De verschillende diffraktie-ordes van de uitrichtbundel die gevormd worden door het voorwerp zijn gefokusseerd en van elkaar gescheiden in het Fourier-vlak.

Doordat het korrektie-element een refraktief element is, dat de richting van de er doorheen gaande stralen beïnvloedt en daardoor rechtstreeks de positie van het punt waar deze stralen samengebracht worden verlegt, is dit korrektie-element op zich al erg effektief. Doordat bovendien het refraktief korrektie-element op relatief grote afstand van het tweede uitrichtkenmerk is geplaatst wordt zijn effektiviteit nog aanzienlijk vergroot. Daardoor kan de optische sterkte van dit element beperkt blijven waardoor het relatief ongevoelig is voor mechanische en thermische instabiliteiten.

Een extra voordeel van het refraktieve korrektie-element is dat dit element, omdat het alleen de in de geselekteerde diffraktie-ordes afgebogen gedeelten van de uitrichtbundel afbuigt naar het tweede uitrichtkenmerk, als een ruimtelijk filter voor de geselekteerde diffraktie-ordes werkt. Daardoor worden op zichzelf bekende voordelen verkregen zonder dat, zoals in bekende inrichtingen, een afzonderlijk orde-filter in de stralingsweg aangebracht moet worden. De bedoelde voordelen zijn: dat het kontrast waarmee het eerste uitrichtkenmerk wordt afgebeeld op het tweede uitrichtkenmerk wordt verhoogd, dat eventuele onregelmatigheden in het eerste uitrichtkenmerk geen invloed hebben op het verkregen uitrichtsignaal, en dat de nauwkeurigheid waarmee de twee kenmerken ten opzichte van elkaar uitgericht worden tweemaal zo groot is dan in het geval ook de nulde-orde deelbundel van de uitrichtbundel voor de afbeelding gebruikt zou worden.

Het refraktief korrektie-element kan diverse vormen hebben en bijvoorbeeld bestaan uit een dubbele optische wig.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting vertoont als kenmerk, dat het refraktief korrektie-element een lens is.

Met een dergelijke korrektielens kan niet alleen de korrektie van de positie van het fokuspunt gerealiseerd worden maar kan tevens de vergroting waarmee een substraat-uitrichtkenmerk wordt afgebeeld grotendeels gekorrigeerd worden.

Het apparaat volgens de uitvinding kent verschillende uitvoeringsvormen die zich van elkaar onderscheiden in de wijze waarop het substraatuitrichtkenmerk en het maskeruitrichtkenmerk op elkaar en eventueel op een referentieuitrichtkenmerk worden afgebeeld.

Een eerste uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk, dat het eerste uitrichtkenmerk een substraatuitrichtkenmerk is en het tweede uitrichtkenmerk een maskeruitrichtkenmerk is.

Een tweede uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk dat het eerste uitrichtkenmerk een maskeruitrichtkenmerk en het tweede uitrichtkenmerk een substraatuitrichtkenmerk is en dat het straalafbuigelement in de weg van de van het maskeruitrichtkenmerk afkomstige uitrichtstraling geplaatst is.

Een derde uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk dat het tweede uitrichtkenmerk een referentie-uitrichtkenmerk is dat buiten het substraat en buiten het masker gelegen is en dat een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk beide een eerste uitrichtkenmerk vormen die beide op het referentie-uitrichtkenmerk worden afgebeeld.

Een vierde uitvoeringsvorm vertoont als kenmerk, dat de stralingsbron van de uitrichtinrichting twee stralingsbundels levert, welke bundels in het vlak van een substraatuitrichtkenmerk en in het vlak van een maskeruitrichtkenmerk een interferentiepatroon vormen, dat het eerste uitrichtkenmerk wordt gevormd door het interferentiepatroon en dat het substraatuitrichtkenmerk en het maskeruitrichtkenmerk beide tweede uitrichtkenmerken zijn.

Een voorkeursuitvoeringsvorm van het apparaat vertoont als verder kenmerk, dat een substraatuitrichtkenmerk wordt gevormd door een fase-diffraktieraster en een maskeruitrichtkenmerk door een amplitude-diffraktieraster.

Zoals beschreven in het Amerikaanse oktrooischrift nr. 4.251.160 hebben periodieke rasters ten opzichte van andere uitrichtkenmerken, zoals bijvoorbeeld vierkante kenmerken of zich loodrecht snijdende stroken, het voordeel dat bij het meten van positiefouten over de rasters gemiddeld wordt. Daardoor kan nauwkeurig uitgericht worden, zelfs indien de rasters onregelmatigheden vertonen, zoals afwijkingen van de nominale breedte van de rasterstroken en/of, in het geval van profielraster, afwijkingen van het nominale profiel van de rastergroeven. De substraatrasters behoeven voor de hele vervaardigingscyclus van een geïntegreerde schakeling slechts één keer aangebracht te worden en niet opnieuw in elke nieuw opgebracht laag. Faserasters op het substraat hebben ten opzichte van amplituderasters het voordeel dat zij goed "zichtbaar" blijven. De faserasters zijn bovendien goed bestand tegen de vele diffusieprocessen die het substraat tijdens het maken van geïntegreerde schakelingen moet ondergaan.

Door kombinatie van rastervormige uitrichtkenmerken en filtering van de geselekteerde-orde deelbundels wordt bereikt dat het uitrichtsignaal niet beïnvloed wordt door hogere-orde afwijkingen van de rastervormen.

De voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding kan als verder kenmerk vertonen, dat in de stralingsweg van een uitrichtbundel met periodieke signalen gestuurde middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar verplaatsen van een door het detektiestelsel waargenomen tweede uitrichtkenmerk en de afbeelding op dit kenmerk van een eerste uitrichtkenmerk. In het geval van rasterkenmerken is de verplaatsing in de orde van een halve periode van het tweede uitrichtkenmerk.

De genoemde middelen kunnen gevormd worden door een aandrijver voor het tweede uitrichtkenmerk, zodat dit uitrichtkenmerk periodiek wordt bewogen, of door een polarisatiemodulator in kombinatie met polarisatiegevoelige elementen die er voor zorgen dat de afbeelding van het eerste uitrichtkenmerk effektief wordt geoscilleerd over een tweede uitrichtkenmerk. Door het periodiek verplaatsen van de door het detektiestelsel waargenomen afbeelding van het eerste kenmerk ten opzichte van het tweede kenmerk wordt een dynamisch uitrichtsignaal verkregen, en wordt de nauwkeurigheid en de gevoeligheid van de inrichting aanzienlijk verbeterd. Het laatste is van belang indien de substraat-uitrichtkenmerken nog maar zwak reflekteren.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening. Daarin tonen: figuur 1 een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterend afbeelden van een maskerpatroon op een substraat, figuur 2 een, bekende, uitvoeringsvorm van een uitrichtkenmerk in vorm van een tweedimensionaal raster, figuur 3 een eerste uitvoeringsvorm van een apparaat volgens de uitvinding met twee uitricht-inrichtingen, figuur 4 de weg van de uitrichtstraling door de maskerplaat, figuur 5 deze weg bij het optreden van reflekties aan deze plaat, figuur 6 een eerste uitvoeringsvorm van een maskerplaat volgens de uitvinding, figuur 7 een tweede uitvoeringsvorm van deze plaat, figuur 8 de weg van de uitrichtstraling door de maskerplaat in een inrichting volgens de uitvinding, figuur 9 een uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting, figuur 10 de werking van een korrektielens die in deze inrichting gebruikt kan worden, en de figuren 11, 12 en 13 een tweede, derde en vierde uitvoeringsvorm van een uitrichtinrichting volgens de uitvinding.

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van een apparaat voor het repeterende afbeelden van een maskerpatroon op een substraat weergegeven. De hoofdonderdelen van dit apparaat zijn een projektiekolom, waarin een af te beelden maskerpatroon C is aangebracht, en een beweegbare substraattafel WT, waarmee het substraat ten opzichte van het maskerpatroon C gepositioneerd kan worden.

In de projektiekolom is opgenomen een verlichtingsstelsel, dat bijvoorbeeld bestaat uit een laser LA, bijvoorbeeld een krypton-fluoride laser, een lenzenstelsel LS, een spiegel RE, en een condensorlens CO. De projektiebundel PB verlicht het in het masker MA aanwezige maskerpatroon C, welk masker is aangebracht op een maskertafel MT.

De door het maskerpatroon C tredende bundel PB doorloopt een in de projektiekolom aangebracht, en slechts schematisch aangegeven, projektielenzenstelsel PL dat een afbeelding van het patroon C op het substraat tf vormt. Het projektielenzenstelsel heeft bijvoorbeeld een vergroting M = 1/5, een numerieke apertuur N.A. = 0,48 en een buigingsbegrensd beeldveld met een diameter van 21,2 mm.

Het substraat W is aangebracht op een, bijvoorbeeld luchtgelagerde, substraattafel WT. Het projektielenzenstelsel PL en de substraattafel WT zijn aangebracht in een behuizing HO die aan de onderkant afgesloten wordt door een, bijvoorbeeld granieten, grondplaat BP en aan de bovenkant door de maskertafel MT.

Zoals in figuur 1 rechtsboven is aangegeven bevat het masker MA twee uitrichtkenmerken en M2. Deze kenmerken bestaan bij voorkeur uit diffraktierasters, maar kunnen ook gevormd worden door andere kenmerken, zoals vierkanten of stroken die zich optisch van hun omgeving onderscheiden. De uitrichtkenmerken zijn bij voorkeur tweedimensionaal, dat wil zeggen dat zij zich in twee onderling loodrechte richtingen, de X- en Y-richting in figuur 1, uitstrekken. Het substraat W, bijvoorbeeld een halfgeleidersubstraat, waarop het patroon C een aantal malen naast elkaar afgebeeld moet worden, bevat een aantal uitrichtkenmerken, bij voorkeur ook weer tweedimensionale diffraktierasters, waarvan er twee, P^ en P2, in figuur 1 zijn aangegeven. De kenmerken P^ en P2 zijn gelegen buiten de gebieden op het substraat W waar de afbeeldingen van het patroon C gevormd moeten worden. Bij voorkeur zijn de rasterkenmerken P^ en P2 uitgevoerd als faserasters en de rasterkenmerken M^ en M2 als amplituderasters.

In figuur 2 is een uitvoeringsvorm van een van de twee identieke substraatfaserasters vergroot weergegeven. Een dergelijk raster kan bestaan uit vier deelrasters P1 a, P^ b, P1 c en P-I^j, waarvan er twee, P^jj en P1fd dienen voor het uitrichten in de X-richting en de twee overige, P^ a en P1fC voor het uitrichten in de Y-richting. De twee deelrasters P^ jj en c hebben een rasterperiode van bijvoorbeeld 16 pm en de deelrasters P^ a en P^^ een rasterperiode van bijvoorbeeld 17,6 pm. Elk van de deelrasters kan een afmeting van bijvoorbeeld 200x200 pm hebben. Met deze raster en een geschikt optisch stelsel kan een uitrichtnauwkeurigheid van in principe kleiner dan 0,1 pm bereikt worden. Er is voor verschillende rasterperiodes gekozen om het invangbereik van de uitricht-inrichting te vergroten.

Figuur 1 toont een eerste uitvoeringsvorm van een uitrichtinrichting, namelijk een dubbele uitrichtinrichting waarin twee uitrichtbundels b en b' gebruikt worden voor het uitrichten van het substraatuitrichtkenmerk P2 op het maskeruitrichtkenmerk M2, respektievelijk het substraatuitrichtkenmerk op het maskeruitrichtkenmerk M^. De bundel b wordt door een reflekterend element 30, bijvoorbeeld een spiegel, naar het reflekterend oppervlak 27 van een prisma 26 gereflekteerd. Het oppervlak 27 reflekteert de bundel b naar het substraatuitrichtkenmerk P2 dat een deel van de straling als bundel b^ naar het bijbehorende maskeruitrichtkenmerk M2 zendt, waar een afbeelding van het kenmerk P2 wordt gevormd. Boven het kenmerk M2 bevindt zich een reflekterend element 11, bijvoorbeeld een prisma, dat de door het kenmerk M2 doorgelaten straling naar een stralingsgevoelige detektor 13 richt.

De tweede uitrichtbundel b' wordt door een spiegel 31 naar een reflektor 29 in het projektielenzenstelsel PL gereflekteerd. Deze reflektor 29 zendt de bundel b' naar een tweede reflekterend oppervlak 28 van het prisma 26, welk oppervlak de bundel b' op het substraatuitrichtkenmerk P^ richt. Dit kenmerk reflekteert een deel van de straling van de bundel b' als bundel b-j’ naar het maskeruitrichtkenmerk M-j waar een beeld van het kenmerk P^ wordt gevormd. De door het kenmerk tredende straling van de bundel b.|' wordt door een ref lektor 11' naar een stralingsgevoelige detektor 13' gericht.

De werking van de dubbele uitrichtinrichting zal verder worden beschreven aan de hand van figuur 3, die een andere uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting laat zien.

Het projektie-apparaat bevat verder een fokusfoutdetektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het fokusvlak van het projektielenzenstelsel PL en het oppervlak van het substraat W, zodat voor deze afwijking gekorrigeerd kan worden bijvoorbeeld door het projektielenzenstelsel langs zijn as te bewegen. Dit stelsel kan gevormd worden door de elementen 40, 41, 42, 43, 44, 45 en 46 die aangebracht zijn in een, niet weergegeven, houder die vast met het projektielenzenstelsel verbonden zijn. 40 is een stralingsbron, bijvoorbeeld een diodelaser, die een fokusseerbundel bj uitzendt. Deze bundel wordt door een reflekterend prisma 42 onder een zeer kleine hoek op het substraat gericht. De door het substraat gereflekteerde bundel wordt door het prisma 43 naar een retro-reflektor 44 gericht. Het element 44 reflekteert de bundel in zichzelf zodat deze bundel (b3') nogmaals dezelfde weg via reflekties aan het prisma 43, het substraat W en het prisma 42 doorloopt. De bundel bg' bereikt via een gedeeltelijk reflekterend element 41 en een reflekterend element 45 een stralingsgevoelig detektiestelsel 46. Dit detektiestelsel bestaat bijvoorbeeld uit een positie-afhankelijke detektor of uit twee gescheiden detektoren. De positie van de door de bundel b3» op dit stelsel gevormde stralingsvlek is afhankelijk van de mate waarin het fokusvlak van het projektielenzenstelsel samenvalt met het vlak van het substraat W. Voor een uitvoerige beschrijving van het fokusfoutdetektiestelsel wordt verwezen naar het US octrooischrift No. 4.356.392.

Voor het zeer nauwkeurig bepalen van de X- en Y-positie van de substraattafel WT is het projektie-apparaat voorzien van een meer-assig interferometersysteem waarvan in figuur 1 slechts een één-assig subsysteem schematisch is aangegeven door een stralingsbron 50, in de vorm van een laser, een bundelsplitser 51, een vast opgesteld reflekterend element 52 en een detektiestelsel 53. De door de bron 50 uitgezonderd bundel b^ wordt door de bundeldeler gesplitst in een meetbundel b^m en een referentiebundel b^ r. De meetbundel bereikt een spiegelend zijvlak van de substraattafel en de gereflekteerde meetbundel wordt door de bundeldeler 51 verenigd met de door het reflekterend element 52 gereflekteerde referentiebundel om een interferentiepatroon te vormen ter plaatse van het detektiestelsel 53.

Het samengestelde interferometersysteem kan uitgevoerd zijn zoals beschreven in het US octrooischrift 4.251.160 en werkt dan met twee bundels. In plaats vandit zogenaamde twee-assige interferometersysteem kan ook een drie-assig systeem zoals beschreven in het US octrooischrift 4.737.823 gebruikt worden.

Door gebruik te maken van de substraattafelpositie-detektie-inrichting in de vorm van een interferometersysteem, kunnen tijdens het uitrichten de posities van, en de onderlinge afstanden tussen, de uitrichtkenmerken en P2 en en M2 in een door het interferometersysteem gedefinieerd koördinatenstelsel vastgelegd worden. Er behoeft dan niet gerefereerd te worden aan een gestel van het projektie-apparaat of aan een onderdeel van dit gestel, zodat variaties in dit gestel ten gevolge van bijvoorbeeld temperatuurvariaties, mechanische kruip en dergelijke geen invloed op de metingen hebben.

Figuur 3 toont het principe van de dubbele uitrichtinrichting aan de hand van een uitvoeringsvorm die zich van die volgens figuur 1 onderscheidt door de andere wijze van inkoppelen van de uitrichtbundels b en b' in het projektielenzenstelsel. Er is voorzien in twee afzonderlijke en identieke uitrichtsystemen AS^ en AS2 die symmetrisch ten opzichte van de optische as AA' van het projektielenzenstelsel PL gepositioneerd zijn. Het uitrichtsysteem AS^ is toegevoegd aan het maskeruitrichtkenmerk M2 en het uitrichtsysteem AS2 aan het maskeruitrichtkenmerk M^. De overeenkomstige elementen van de twee uitrichtsystemen zijn met gelijke verwijzingscijfers aangeduid waarbij die van het systeem AS2 zich door het accentteken van die van het systeem AS^ onderscheiden.

Thans zal eerst de opbouw van het systeem AS^ beschreven worden, alsmede de wijze waarop met dit systeem de onderlinge positie van het maskerkenmerk M2 en bijvoorbeeld het substraatkenmerk Pi wordt vastgesteld.

Het uitrichtsysteem AS1 bevat een stralingsbron 1, bijvoorbeeld een Helium-Neon laser, die een uitrichtbundel b uitzendt. Deze bundel wordt door een bundeldeler 2 naar het substraat W gereflekteerd. De bundeldeler kan bestaan uit een halfdoorlatende spiegel of een halfdoorlatend prisma, maar wordt bij voorkeur gevormd door een polarisatiegevoelig deelprisma dat gevolgd wordt door een X/4-plaat 3, waarin X de golflengte van de bundel b is. Het projektielenzenstelsel PL fokusseert de bundel b in een kleine stralingsvlek V, met een diameter in de orde van 1 mm, op het substraat W. Dit substraat reflekteert een deel van de bundel, als bundel b1f in de richting van het masker M. De bundel b.| doorloopt het projektielenzenstelsel PL waarbij dit stelsel de stralingsvlek V afbeeldt op het masker. Voordat het substraat in het belichtingsapparaat wordt aangebracht is het vóór-uitgericht in een met het apparaat gekoppeld vóór-uitrichtstation, bijvoorbeeld het station dat beschreven is in de Europese octrooiaanvrage no. 0.164.165, zodanig dat de stralingsvlek V op het substraatkenmerk P2 gelegen is. Dit kenmerk wordt dan door de bundel b1 afgebeeld op het maskerkenmerk M2- De dimensie van het maskerkenmerk M2 is, rekening houdende met de vergroting M van het projektielenzenstelsel, aangepast aan die van het substraatkenmerk P2, zodat bij een goede onderlinge positionering van de twee kenmerken het beeld van het kenmerk P2 nauwkeurig samenvalt met het kenmerk M2.

Op zijn heen- en terugweg naar en van het substraat W heeft de bundel b, respektievelijk b.|, tweemaal de λ/4-plaat 3 doorlopen, waarvan de optische as onder een hoek van 45° staat met de polarisatierichting van de van de bron 1 afkomstige lineair gepolariseerde bundel b. De door de X/4-plaat tredende bundel b^ heeft dan een polarisatierichting die over 90° gedraaid is ten opzichte van de bundel b, zodat de bundel b1 door het polarisatiedeelprisma 2 wordt doorgelaten. Het gebruik van het polarisatiedeelprisma in kombinatie met de λ/4-plaat biedt het voordeel van een minimaal stralingsverlies bij het inkoppelen van de uitrichtbundel in de stralingsweg van het uitrichtsysteem.

De door het uitrichtkenmerk M2 doorgelaten bundel b1 wordt door een prisma 11 gereflekteerd en door bijvoorbeeld een verder reflekterend prisma 12 naar een stralingsgevoelige detektor 13 gericht. Deze detektor is bijvoorbeeld een samengestelde fotodiode met bijvoor beeld vier afzonderlijke stralingsgevoelige gebiedjes in overeenstemming met het aantal deelrasters volgens figuur 2. De uitgangssignalen van deze detektoren zijn een maat voor het samenvallen van het kenmerk M2 met de afbeelding van het substraatkenmerk P2. Deze signalen kunnen elektronisch verwerkt worden en gebruikt worden om met behulp van, niet weergegeven, aandrijfsystemen het masker en het substraat ten opzichte van elkaar te bewegen zodanig dat de afbeelding van het kenmerk P2 samenvalt met het kenmerk M2. Aldus is een automatisch uitrichtapparaat verkregen.

Eventueel kan tussen het prisma 11 en de detektor 13 een bundeldeler 14, in de vorm van bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatend prisma, aangebracht zijn die een gedeelte van de bundel b^, als bundel b2, afgesplitst. De afgesplitst bundel b2 valt dan via bijvoorbeeld twee lenzen 15 en 16 in op een televisiekamera 17 die gekoppeld is met een, niet weergegeven, monitor waarop de uitrichtkenmerken P2 en M2 voor een bedienaar van het belichtingsapparaat zichtbaar zijn. Deze bedienaar kan dan konstateren of beide kenmerken samenvallen en eventueel door middel van manipulatoren het substraat W verschuiven om de kenmerken te laten samenvallen.

Op analoge manier als hierboven beschreven voor de kenmerken M2 en P2 kunnen ook de kenmerken M^ en P2 respektievelijk de kenmerken M^ en P^ ten opzichte van elkaar uitgericht worden. Voor de twee laatstgenoemde uitrichtingen wordt het uitrichtsysteem AS2 gebruikt.

Voor bijzonderheden over de uitrichtingsprocedure met behulp van de uitrichtsystemen wordt verwezen naar het Amerikaanse oktrooischrift nr. 4.778.275.

De uitrichtkenmerken P^ en P2, in de vorm van rasters, of andere diffraktie-elementen splitsen de daarop invallende uitrichtbundels in een, onafgebogen, nulde-orde deelbundel en een aantal (afgebogen) deelbundels van de eerste en hogere ordes. Van deze deelbundels worden in de uitrichtinrichting slechts die met eenzelfde orde-nummer, bij voorkeur de eerste ordes deelbundels, geselekteerd om een substraatuitrichtkenmerk op een maskeruitrichtkenmerk af te beelden. De op een maskeruitrichtkenmerk invallende deelbundels worden door dit kenmerk in verschillende buigingsordes gesplitst, waardoor een aantal deelbundels van dubbele diffraktie-ordes ontstaan die naar het bijbehorende stralingsgevoelige detektiestelsel 13 of 13' gericht zijn en met elkaar interfereren. Ter plaatse van dit detektiestelsel ontstaat aldus een interferentiepatroon dat verschuift bij het optreden van uitrichtfouten van het masker ten opzichte van het substraat.

Zoals in de figuren 1 en 3 is aangegeven gaan de hoofdstralen van de bundels b^ en b^', welke hoofdstralen opgevat kunnen worden als de symmetrie-assen van de door de substraatuitrichtkenmerken P2 en P^ gevormde deelbundels, scheef door de maskerplaat MA. Een deel van deze maskerplaat ter plaatse van het uitrichtkenmerk M^, in de vorm van een raster, is in figuur 4 vergroot weergegeven. Deze figuur toont tevens de hoofdstralen b.j'i+U en b^'(-1) die door het, niet weergegeven, substraatuitrichtkenmerk gevormd worden. SA is de symmetrie-as van de deelbundels b^'(+1) en b-j'M), van welke as de richting bijvoorbeeld samenvalt met die van de nulde-orde deelbundel b^r(0) die geblokkeerd wordt en het kenmerk M^ niet bereikt. De door rasterkenmerk M1 uit de deelbundel b^'(+1) gevormde deelbundels ί>ΐ'(+1,0) en b^'(+1,-1) en uit de deelbundel b-jT (—1) gevormde deelbundels b^' (-1,0) en b-j' (-1,+1) worden door het, niet weergegeven, detektiestelsel 131 opgevangen. De deelbundels met andere dubbele diffraktie-ordes kunnen ofwel geblokkeerd ofwel onder zodanige hoeken afgebogen worden dat zij het detektiestelsel niet bereiken.

Zolang slechts de in figuur 4 weergegeven deelbundels b'(-1,0), b-j'(+1,-1), b-j'(+1,0) en b-i'(-1,+1) ter plaatse van het detektiestelsel met elkaar interfereren heeft de scheve stand van de symmetrie-as geen uitrichtfout ten gevolg. Zoals echter door aanvraagster ontdekt is en in figuur 5 is aangegeven, kan een gedeelte van de dubbele-orde deelbundel b^'(+1,0) door de bovenkant van de maskerplaat MA gereflekteerd worden op opnieuw op het rasterkenmerk in te vallen. Door dit raster wordt dan de drievoudige-orde deelbundel b-|' (+1,0,-1) gevormd die dezelfde richting heeft als de dubbele-orde deelbundels b-j'(-1,0) en b-j* (+1,—1). Evenzo kan een gedeelte van de dubbele-orde deelbundel b^'(-1,0) door de bovenkant van de maskerplaat gereflekteerd worden om opnieuw op het rasterkenmerk in te vallen. Daardoor ontstaat een drievoudige-orde deelbundel b.|' (-1,0,+1) die dezelfde richting heeft als de dubbele-orde deelbundels b^'(+1,0) en b.|'(-1,+1).

Hoewel het kenmerk ook nog 3^e ordes, 5^e ordes en hogere ordes bundels kan leveren en er bovendien ook nog hogere orde reflekties in de maskerplaat kunnen optreden is het voldoende en voor het begrip beter zich te beperken tot de tweevoudig en drievoudig in de eerste ordes afgebogen deelbundels.

De deelbundel b^'(+1,0,-1) heeft in de maskerplaat MA de weg A, B, C, D afgelegd en de deelbundel b·]'(-1,0,+1) de weg A, E, F, G die korter is dan de weg A, B, C, D. Er treedt dus een faseverschil op tussen de drievoudige-orde deelbundels b-j' (+1,0,-1) en b.j' (-1,0,+1) onderling en tussen deze deelbundels en de korresponderende dubbele-orde deelbundels. Als gevolg van dit faseverschil dat voornamelijk afhankelijk is van de dikte van de maskerplaat en de hoek φ tussen de symmetrie-as SA en de normaal n op de maskerplaat treedt er een verschuiving van het interferentiepatroon ten opzichte van het detektiestelsel op, welke verschuiving onafhankelijk is van uitrichtfouten. Als gevolg daarvan treedt een zogenaamde off-set in het uitrichtsignaal en in de gerealiseerde uitrichting van het masker ten opzichte van het substraat op, waarvan de grootte afhangt van de reflektiecoëfficiënt en de dikte van de maskerplaat. Voor één projektie-apparaat waarin verschillende maskers gebruikt worden kan deze offset voor de verschillende maskers verschillend zijn, terwijl voor één masker dat achtereenvolgens in verschillende projektie-apparaten gebruikt wordt de offset in de verschillende apparaten verschillend kan zijn, omdat de hoek φ verschillend kan zijn.

De genoemde offset is relatief groot bij gebruik van coherente uitrichtstraling, zoals geleverd door een gaslaser, maar zal ook bij gebruik van minder- of niet-coherente uitrichtstraling, zoals geleverd door excimeerlasers, halfgeleiderlasers of kwiklampen, kunnen optreden zij het in mindere mate.

De onderhavige uitvinding biedt, naast de ontdekking van de oorzaak van de uitrichtfouten, tevens twee mogelijkheden om deze fouten te elimineren. De eerste mogelijkheid die algemeen toegepast kan worden, dat wil zeggen onafhankelijk van het aantal diffraktie-ordes van de uitrichtbundel die gebruikt worden, en die voor het projektie-apparaat de meest eenvoudige is, bestaat daarin dat de maskerplaat aan de bovenzijde voorzien wordt van een anti-reflektielaag. Dan kunnen geen drievoudige diffraktie-ordes ontstaan en treedt de situatie van figuur 4 op.

In figuur 6 is een nieuwe maskerplaat MA met een dergelijke laag AR weergegeven. Deze laag kan zo samengesteld zijn dat de projektiebundel daardoor niet beïnvloed wordt. Dan kan de laag het gehele oppervlak van de maskerplaat bedekken.

Het is echter ook mogelijk om, zoals figuur 7 laat zien, slechts ter plaatse van de maskeruitrichtkenmerken M1 en M2 antireflektielagen AR^ en AR2 aan te brengen. Omdat, zoals figuur 1 laat zien, de projektiebundel PB niet door de kenmerken M-j en M2 en ook niet door de lagen AR^ en AR2 gaat, behoeft bij de samenstelling van deze laag geen rekening met de projektiebundel gehouden te worden.

Een tweede mogelijkheid om de genoemde uitrichtfout te elimineren, die geen aanpassing van de maskerplaat vraag en toegepast kan worden indien de uitrichtstraling die het maskerkenmerk treft een symmetrie-as heeft, hetgeen bijvoorbeeld het geval is indien er slechts twee buigingsordes op dit kenmerk invallen, bestaat daarin dat tussen het projektielenzenstelsel PL en de maskerplaat MA een bundelafbuigelement aangebracht wordt dat er voor zorgt dat de symmetrie-as van de gebruikte deelbundels loodrecht op de maskerplaat is, of met andere woorden dat de hoofdstralen van deze deelbundels, met gelijke doch tegengestelde diffraktie-ordes, onder gelijke doch tegengestelde hoeken op de maskerplaat invallen.

Figuur 8 toont de situatie waarin de eerste orde deelbundels b^' (-1) en b^i+1), afkomstig van het substraatuitrichtkenmerk P^, symmetrisch invallen op het maskeruitrichtkenmerk M^. Het gedeelte van de deelbundels b^'(-1,0) dat door de bovenkant van de maskerplaat gereflekteerd wordt en door het raster als drievoudige-orde deelbundel b-j' (-1,0,+1) gereflekteerd wordt doorloopt de weg HIK door de maskerplaat, welke weg even lang is als de weg HI'K' die de drievoudige-orde deelbundel b.|»(+1,0,-1) doorloopt, welke deelbundel gevormd wordt uit het door de bovenkant van de maskerplaat gereflekteerde deel van de deelbundel b^'(+1,0). Er treedt dan geen faseverschil meer op tussen de drievoudige-ordes deelbundels en de korresponderende tweevoudige-ordes deelbundels waardoor de oorzaak van de hier besproken uitrichtfout verdwenen is.

Figuur 9 laat een uitvoeringsvorm zien van een dubbele uitrichtinrichting waarin de uitvinding is toegepast. Onder de maskeruitrichtkenmerken en M2 zijn wigvormige elementen WE1 en WE2 aangebracht die de hoofdassen van de uitrichtbundels b.j» en b^, afkomstig van de substraatuitrichtkenmerken P^ en P2 zodanig afbuigen dat deze hoofdstralen loodrecht op de maskerplaat MA staan. De uitrichtbundels doorlopen op bekende wijze de kenmerken M^ en M2 en worden vervolgens door de reflektoren 11» en 11 naar de detektiestelsels 13» en 13 gericht. Met de uitgangssignalen van deze stelsels kunnen het masker en het substraat ten opzichte van elkaar uitgericht worden, bijvoorbeeld door verplaatsen van de maskertafel MT zoals symbolisch is aangegeven met de dubbele pijl 70 en de parallellogram-konstruktie 71 die beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.698.575.

In de uitvoeringsvorm van figuur 9 zijn de uitrichtbundels b en b' afkomstig van twee aparte belichtingsstelsels IS^ en IS2 die elk bestaan uit een stralingsbron 1 (1»), twee lenzen 60, 62 (60', 62') en een instelbare plan-parallelle plaat 61 (61') waarmee een fijn-instelling van de richting van de bundel b (b') gerealiseerd kan worden. De lenzen 60 en 62 zorgen er voor dat de kwaliteit van de afbeelding van de bron (1,1') gehandhaafd blijft. De bundels b en b' worden door een reflekterend prisma 26 dat zich binnen het projektielenzenstelsel bevindt naar de substraatuitrichtkenmerken en gereflekteerd. Van dit projektielenzenstelsel is eenvoudigheidshalve slechts de lenzengroep onder het Fouriervlak schematisch door één lenselement PL·^ weergegeven.

Het bundelinkoppelprisma 26 bevindt zich, zoals hierna nog zal worden toegelicht, bij voorkeur ter hoogte van het Fouriervlak van het projektielenzenstelsel. De hoek 0 die door de wig gekorrigeerd moet worden wordt gegeven door

waarin de afstand tussen de maskerkenmerken en M2 is en EP de afstand tussen de maskerplaat MA en de uittreepupil UP van het projektielenzenstelsel aan de zijde van het masker. In een uitvoeringsvorm van het projektie-apparaat waarin de afstand tussen de kenmerken M^ en M2 96 mm is en de afstand EP gelijk is aan 400 mm is de te korrigeren hoek 0 = 120 mrad. Daarvoor is een wig nodig met een wighoek φ^Ε van slechts 240 mrad. Een dergelijke wig kan bestaan uit een klein stukje glas met een dikte van slechts 2 mm. Aan een dergelijke wig behoeven geen hoge mechanische en thermische stabiliteitseisen gesteld te worden.

In de axiale richting moet de wig met een nauwkeurigheid van

stabiel ten opzichte van de maskerplaat gepositioneerd worden. Daarin is M de vergroting van het projektielenzenstelsel en Aa de nog toelaatbare aligneerfout ter hoogte van het substraat. In een uitvoeringsvoorbeeld met M = 5, Aa = 5 nm en q> =120 mrad is de waarde van M.Aa = 120 nm. Gebleken is dat Φ met een dergelijke wig de vergrotingsfoutmetmg en kontrole die, zoals beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 4.778.275 met de substraatkenmerken P^ en P2 en de maskerkenmerken M-j en M2 uitgevoerd kan worden, nog goed funktioneert mits de afstand tussen de maskerkenmerken M^ en M2 aanzienlijk kleiner is dan de afstand EP in figuur 9.

In plaats van een wig kan ook een ander element zoals bijvoorbeeld een spiegel of een lens gebruikt worden om de richtingen van de geselekteerde ordes deelbundels te korrigeren.

In het projektie-apparaat volgens de uitvinding is bij voorkeur, zoals in de figuren 1, 3 en 9 reeds aangegeven is, in het projektielenzenstelsel een korrektie-lens of ander refraktief korrektie-element aangebracht om te korrigeren voor het verschil tussen de golflengtes van de projektiebundel en de uitrichtbundel.

Omdat het projektielenzenstelsel PL ontworpen is voor de golflengte van de projektiebundel PB, die in verband met het gewenste groot oplossend vermogen zo klein mogelijk moet zijn, treden bij het gebruik van dit stelstel PL voor het op elkaar afbeelden van de uitrichtkenmerken P^, P2 en M^, met behulp van de uitrichtbundel afwijkingen op. Zo zullen de substraatuitrichtkenmerken P-p P2 niet in het vlak van het maskerpatroon waarin de masker-uitrichtkenmerken gelegen zijn maar op een bepaalde afstand daarvan afgeheeld worden, waarbij die afstand afhangt van het verschil tussen de golflengten van de projektiebundel en de uitrichtbundel en het verschil tussen de brekingsindices die het materiaal van de projektielenselementen vertoont voor de twee golflengtes. In het geval de projektiebundel een golflengte van bijvoorbeeld 248 nm heeft en de uitrichtbundel een golflengte van 633 nm kan deze afstand tot 2 m bedragen. Bovendien wordt als gevolg van het genoemde golflengteverschil een substraat-uitrichtkenmerk afgebeeld op een masker-uitrichtkenmerk met een vergroting die afwijkt van de gewenste vergroting waarbij de afwijking toeneemt met toenemende golflengteverschil.

Om voor de genoemde afwijkingen te korrigeren is in de projektiekolom PL een extra lens, of korrektelens, 25 opgenomen. De korrektielens is aangebracht op een zodanige hoogte in de projektiekolom dat enerzijds in het vlak van de korrektielens de deelbundels van de verschillende diffraktie-ordes van de uitrichtbundel, welke deelbundels gevormd worden door een substraat-uitrichtkenmerk, voldoende gescheiden zijn om deze deelbundels afzonderlijk te kunnen beïnvloeden, en anderzijds deze korrektielens een verwaarloosbare invloed heeft op de projektiebundel en de daarmee gevormde masker-afbeelding. Bij voorkeur bevindt de projektielens zich in het Fouriervlak van het projektielenzenstelsel. Bevindt, zoals in de figuren 3 en 9 is aangegeven, de korrektielens 25 zich in een vlak 24 waar de hoofdstralen van de uitrichtbundels en b^' elkaar snijden, dan kan deze lens gelijktijdig voor het korrigeren van beide uitrichtbundels gebruikt worden.

Het effekt van de korrektielens 25 kan worden verduidelijkt aan de hand van figuur 10 die het gedeelte van de stralingsweg van de uitrichtbundels tussen de korrektielens en het substraat-uitrichtkenmerk Ί>2 weergeeft. Dit kenmerk is uitgevoerd als een diffraktieraster. De op het raster P2 invallend uitrichtbundel b wordt gesplitst in een nulde-orde deelbundel b(0) die, bij loodrecht inval van de bundel b dezelfde richting heeft als de bundel b, twee deelbundels b(+1), b(-1) van de eerste-orde en een aantal paren van deelbundels van de derde, vijfde enz. ordes. Deze deelbundels worden naar het projektielenzenstelsel gereflekteerd. De eerste orde deelbundels bereiken de in het vlak 24 gelegen korrektielens 25. Deze lens heeft een zodanige sterkte dat zij de richtingen van de eerste-orde deelbundels b(-1) en b(+1) dusdanig verandert dat de hoofdstralen van deze bundels elkaar snijden in het vlak van het masker-uitrichtkenmerk M2. De korrektielens heeft bovendien een zodanig kleine diameter dat de hogere ordes deelbundels die door het kenmerk P2 over grotere hoeken worden afgebogen dan de eerste-orde deelbundels niet door deze lens gaan. Bij de korrektielens is verder een element aangebracht dat verhindert dat de nulde-orde deelbundel b(0) door de korrektielens treedt. In de uitvoeringsvorm volgens figuur 10 wordt dit element gevormd door het reflekterend prisma 26, dat gebruikt wordt om de uitrichtbundels b en b' in het projektielenzenstelsel te koppelen.

Dit prisma reflekteert de nulde orde deelbundel b(0) in de richting van de invallende uitrichtbundel b. Door de genoemde maatregelen wordt bereikt dat voor de afbeelding van het raster P2 op het raster M2 alleen de eerste-orde deelbundels gebruikt worden, waardoor enkele additionele voordelen behaald worden.

De nulde-orde deelbundel bevat geen informatie over de positie van het raster P2. De intensiteit van deze deelbundel kan in afhankelijkheid van de geometrie van het raster, met name de diepte van de rastergroeven en de verhouding van de breedte van deze groeven tot de breedte van de rastertussenstroken aanzienlijk zijn vergeleken met de intensiteit van de eerste-orde deelbundels. Door onderdrukken van de nulde-orde deelbundel kan het kontrast in de afbeelding van P2 aanzienlijk worden verhoogd. Doordat de derde en hogere ordes deelbundels onderdrukt worden hebben onregelmatigheden in het raster P2 geen invloed op het uitrichtsignaal. Bij gebruik van alleen de eerste-orde deelbundels wordt als het ware de tweede harmonische van het raster P2 afgeheeld, met andere woorden de afbeelding van P2 heeft, afgezien van de vergroting M van het projektielenzenstelse PL, een periode die de helft is van die van het raster P2. Indien er voor gezorgd wordt dat de rasterperiode van het raster M2 gelijk is aan die van de afbeelding van P2, dus gelijk is aan ^ maal de rasterperiode van het raster P2, is de nauwkeurigheid waarmee de rasters M2 en P2 uitgericht worden tweemaal zo groot dan in het geval de volledige bundel b voor de afbeelding gebruikt wordt.

Onder omstandigheden, vooral bij een kleiner verschil tussen de golflengtes van de projektiebundel PB en een uitrichtbundel b, b' en bij gebruik van achromatische lenselementen in het projektielenzenstelsel, kan het voorkomen dat de deelbundels met diffraktie-ordes groter dan één via het projektielenzenstelsel toch het masker-uitrichtkenmerk M2 bereiken. In dat geval kan een diafragmaplaat 75 in het vlak van, of in de buurt van de korrektielens 25 aangebracht worden die alleen de eerste-orde deelbundels doorlaat.

Het materiaal van de plaat kan dichroltisch zijn en doorzichtig voor de projektiebundel maar ondoorzichtig voor de uitrichtbundel. Het is ook mogelijk dat het materiaal van de plaat 75 doorzichtig is voor zowel de projektiebundel als de uitrichtbundel. Dan bevinden zich op die posities waar gedeelten van de uitrichtbundel met de diffraktie-ordes hoger dan één de plaat bereiken, gebiedjes die de straling van de uitrichtbundel blokkeren. Deze gebiedjes zijn klein en bedekken gezamenlijk slechts 5 a 10% van het oppervlak van de pupil van het projektielenzenstelsel zodat zij een verwaarloosbare invloed op de projektiebundel hebben.

De korrektielens 25 zorgt er niet alleen voor dat een uitrichtbundel scherp op het maskervlak wordt gefokusseerd, maar kan tevens korrigeren voor de vergrotingsfout waarmee een substraat-uitrichtkenmerk op een masker-uitrichtkenmerk wordt af geheeld, welke vergrotingsfout een gevolg is van het feit dat het projektielenzenstelsel ontworpen is voor de golflengte van de projektiebundel en niet voor die van een uitrichtbundel. Deze vergrotingsfout-korrektie zal in vele gevallen voldoende zijn. In een apparaat waarin een diep-ultraviolette bundel, met een golflengte van bijvoorbeeld 248 nm, als projektiebundel gebruikt wordt kan het i voorkomen dat de korrektielens 25 de vergrotingsfout niet volledig kan korrigeren. In dat geval kan in de weg van de uitrichtbundel tussen het projektielenzenstelsel PL en het masker-uitrichtkenmerk een extra lens 9 (figuur 3) aangebracht worden om de rest-vergrotingsfout te elimineren.

In het voorgaande is de uitrichting van de uitricht-) kenmerken P2 en M2 in de X-richting met behulp van de in het Y-Z

vlak afgebogen eerste-orde deelbundels beschreven. Bij gebruik van twee dimensionale buigingsrasters, zoals in figuur 2 getoond, ontstaan ook in het Y-Z vlak deelbundels met dezelfde buigingsordes als in het X-Z vlak. Van de eerstgenoemde deelbundels kunnen de eerste-ordes l deelbundels uitgefilterd worden en voor het uitrichten in de Y-richting gebruikt worden. Daarbij kunnen dezelfde afbuigprisma's WE1 en WE2 en dezelfde korrektielens als voor de X-uitrichting gebruikt worden.

De uitvinding kan niet alleen toegepast worden in een apparaat met een dubbele uitrichtinrichting en een refraktief korrektie-» element 25, maar ook in een dubbele uitrichtinrichting zonder dit element, zoals de inrichting volgens het ÜS octrooischrift 4.778.275. Verder kan de uitvinding ook toegepast worden in een enkelvoudige uitrichtinrichting met korrektie-element 25 of zonder dit element, zoals de inrichting die beschreven is in het US octrooischrift 4.251.160. i Bovendien kan de uitvinding toegepast worden in een projektie-apparaat waarin een maskeruitrichtkenmerk en een substraatkenmerk niet rechtstreeks op elkaar uitgericht worden maar via een referentie-uitrichtkenmerk. In figuur 11 is schematisch een uitvoeringsvorm van een dergelijk apparaat weergegeven. In dit apparaat I belicht een uitrichtbundel b het maskeruitrichtkenmerk M2 en een daarnaast gelegen venster 81 in het masker MA via een gedeeltelijk reflekterend element 80, bijvoorbeeld een gedeeltelijk doorlatende spiegel. Het maskeruitrichtkenmerk M2 reflekteert uitrichtstraling naar het referentie-uitrichtkenmerk MR. Met deze straling wordt het kenmerk M2 afgebeeld op het kenmerk MR waarbij alleen de deelbundels die door het kenmerk M2 in de eerste ordes afgebogen zijn aan de afbeelding deelnemen. Daartoe kan een Fourier-lenssysteem gebruikt worden dat bevat een eerste Fourier-transformatielens 82, in het brandvlak waarvan een filterplaat 84 is aangebracht, en een tweede Fourier-transformatielens 83 waarvan het brandvlak samenvalt met het vlak van de filterplaat 84. De eerste lens 82 fokusseert het i bundelgedeelte br op de filterplaat die alleen de eerste orde deelbundels doorlaat. De tweede lens 83 vormt een beeld van het kenmerk M2 op een eerste gedeelte van het referentie-uitrichtkenmerk MR. Dit gedeelte en het daarop gesuperponeerde beeld van M2 worden door een lens 85 op een eerste detektor 86 afgebeeld.

' Het door het venster 81 tredende deel bw van de uitrichtbundel belicht het substraatuitrichtkenmerk P2 via het projektielenzenstelsel PL. Dit stelsel, dat een korrektie-element 25 kan bevatten, beeldt het kenmerk P2 af in het vlak van het kenmerk M2 waarbij alleen de eerste ordes deelbundels worden gebruikt. Het bundelgedeelte bw gaat dan door de lens 82, de filterplaat 84 en de lens 83 op analoge wijze als het gereflekteerde bundelgedeelte br, waarbij het kenmerk P2 op een tweede deel van het referentiekenmerk M^ wordt afgebeeld. Dit deel en het daarop gesuperponeerde beeld van P2 worden door de lens 85 op een tweede detektor 87 afgebeeld. Door ' vergelijken van bijvoorbeeld de fases van de uitgangssignalen van de detektoren, kan de mate van onderlinge uitrichting van de kenmerken M2 en P2 vastgesteld worden op een wijze analoog als die welke beschreven is in het ÜS octrooischrift 3.811.779.

Volgens de uitvinding is in de stralingsweg van de door het substraat gereflekteerde bundel bw en in de nabijheid van de maskerplaat MA een wig WE2, of een ander bundelafbuigelement, aangebracht die er voor zorgt dat de symmetrie-as van deze bundel loodrecht op de maskerplaat is. Weliswaar bevindt zich ter plaatse van de bundel btf geen uitrichtkenmerk in de maskerplaat, zodat geen drievoudige-ordes deelbundels gevormd worden, maar door extra reflekties aan de plaatoppervlakken kunnen extra deelbundels ontstaan die, bij niet-loodrechte inval van de symnmetrie-as onderling weer faseverschillen kunnen vertonen waardoor een foutief uitrichtsignaal zou worden verkregen. Doordat er voor gezorgd wordt dat de symmetrie-as van de bundel bw loodrecht op de maskerplaat is, wordt dit effekt vermeden.

Figuur 12 toont schematisch een andere mogelijkheid van indirekt uitrichten van een maskeruitrichtkenmerk en een substraatuitrichtkenmerk ten opzichte van elkaar, waarbij in plaats van een lichamelijk uitrichtkenmerk een kunstmatig uitrichtkenmerk als derde kenmerk wordt gebruikt. Dit derde kenmerk bestaat uit een interferentiepatroon IP dat wordt gevormd door twee bundels ba en b^ i die met elkaar interfereren in het vlak van het maskeruitrichtkenmerk M2. Het principe van het gebruik van een interferentiepatroon voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk is beschreven in het artikel "Heterodyne Holographic Nanometer Alignment for a Waferstepper" in "Microcircuit > Engineer" Programm and Abstracts Cambridge (GB), 28 sept. 1989.

De bovenste inzet in figuur 12 toont het interferentiepatroon IP dat gesuperponeerd is op het maskeruitrichtkenmerk M2, dat uitgevoerd is als een reflekterend raster. Dit raster buigt de invallende straling af in verschillende diffraktie-ordes in de richting van een eerste detektor 92. Vóór deze detektor is een filter 91 aangebracht dat alleen de eerste ordes deelbundels doorlaat. Het uitgangssignaal van de detektor 92 representeert de positie van het kenmerk M2 ten opzichte van het interferentiepatroom IP.

i In het masker MA bevindt zich naast het kenmerk M2 een venster 94 dat straling van de interfererende bundels ba en bjj doorlaat naar het projektielenzenstelsel PL. Dit stelsel vormt een herafbeelding van het interferentiepatroon IP op het substraatuitrichtkenmerk P2, zoals in de onderste inzet in figuur 12 getoond is. Het kenmerk P2 dat uitgevoerd is als een reflekterend raster buigt de opvallende straling af in een aantal gereflekteerde buigingsordes. De gereflekteerde straling bereikt via het projektielenzenstelsel en een gedeeltelijk doorlatend prisma 95 een tweede detektor 97. Volgens de onderhavige uitvinding is in de ' stralingsweg van de met elkaar interfererende bundels ba en bb en onmiddellijk vóór de maskerplaat MA een wigvormig-, of ander straalafbuigelement aangebracht dat ervoor zorgt dat de symmetrie-as van de straling loodrecht op de maskerplaat is. Tussen de detektor 97 en het prisma 95 kan nog een filter 96 aanwezig zijn voor het selekteren van de eerste ordes deelbundels.

Het is ook mogelijk om, op analoge wijze als in de figuren 1 en 9 getoond, onder het korrektie-element 25 een reflektor 26 aan te brengen die de eerste ordes deelbundels naar rechts reflecteert zodat deze bundels via een venster in de wand van de projektielenshouder de projectielens Can verlaten, zoals met de gestreepte straal is aangegeven.

i De bundels ba en b^ kunnen gemoduleerde bundels zijn waarbij de modulatiefrequentie voor de twee bundels verschillend is. Het interferentiepatroon dat dan gevormd wordt varieert in de tijd, waardoor wordt gesimuleerd dat het interferentiepatroon over het maskeruitrichtkenmerk en over het substraatuitrichtkenmerk beweegt ) waardoor periodiek variërende uitrichtsignalen verkregen worden. Het verschil tussen de fasen van de uitgangssignalen van de detektoren 92 en 97 is dan representatief voor de mate van onderlinge uitrichting van de kenmerken M2 en P2.

Figuur 13 toont een uitvoeringsvorm van de i uitrichtinrichting waarin een maskeruitrichtkenmerk, M1 of M2, of een substraatuitrichtkenmerk, P1 of P2, wordt afgebeeld door het projektielenzenstelsel en met behulp van de eerste orde deelbundels b(+1) en b(-1) die gevormd worden door het maskeruitrichtkenmerk uit de binnentredende bundel b. Deze deelbundels gaan, evenals in de andere ) uitvoeringsvormen, scheef door de projectielens. Om onder deze voorwaarde de bundel b, via het prisma 100, toch loodrecht op de maskerplaat MA te kunnen laten invallen, waardoor extra reflekties aan deze plaat geen invloed hebben op het verkregen uitrichtsignaal, is volgens de uitvinding een wigvormig-, of ander afbuig-, element WE onder i de maskerplaat aangebracht. De gedeeltes van de deelbundels b(+1) en b(-1) die door het substraatuitrichtkenmerk P^ worden gereflekteerd en afgebogen in de -1 orde, respectievelijk de +1 orde, dus de tweevoudige orde deelbundels b(+1,-1) en b(-1,+1) hebben dezelfde richting die tegengesteld is aan de richting van de niet doorgelaten nulde orde > deelbundel b(0) afkomstig van het kenmerk M^. De deelbundels b(+1,-1) en b(-1,+1), die informatie bevatten over de onderlinge positie van de kenmerken M1 en P1 worden door de reflektor 26 naar het detektiestelsel 101 gereflekteerd.

De uitrichtinrichtingen volgens de figuren 11, 12 en 13 i kunnen ook dubbel uitgevoerd zijn.

In het algemeen verdient een dubbel uitrichtsysteem de voorkeur omdat daarmee rechtstreeks langs optische weg de relatieve hoekoriëntatie van het maskerpatroon en het substraat wordt vastgelegd, en vergrotingsfouten van het projektielenzenstelsel alsmede vervormingen in het substraat en het masker kunnen worden gemeten.

De nauwkeurigheid waarmee de substraat-uitrichtkenmerken ten opzichte van de masker-uitrichtkenmerken kunnen worden uitgericht wordt aanzienlijk verhoogd door de uitgangssignalen van de detektoren, bijvoorbeeld 13 en 13' in de figuren 1, 3 en 9, met een vaste frequentie te moduleren. Daartoe kan, zoals in het artikel in "SPIE", Vol. 470 "Optical Microlithography" III "Technology for the next Decade" | 1984, pag. 62-69 beschreven is, het masker M en daarmee bijvoorbeeld het maskerkenmerk M2 periodiek bewogen worden. Een beter alternatief voor het verkrijgen van een dynamisch uitrichtsignaal, dat beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift no. 4.251.160, en waarmee ook de nauwkeurigheid van de uitrichtinrichting volgens de uitvinding kan worden verhoogd, is in figuur 3 aangegeven.

Alvorens het kenmerk M2 te bereiken heeft de bundel b1 het polarisatiegevoelige deelprisma 2 doorlopen zodat deze bundel lineair gepolariseerd is en een bepaalde polarisatierichting heeft. Vervolgens doorloopt de bundel b^ een plaat 8 uit dubbelbrekend materiaal, bijvoorbeeld kwarts, waarvan de optische as een hoek van 45° maakt met de polarisatierichting van de uit het prisma 2 tredende bundel. Het element 8 kan ook bestaan uit een Savart-plaat of uit een prisma van Wollaston. Uit de plaat 8 treden twee onderling loodrechte gepolariseerde bundels die, ter plaatse van het maskerkenmerk M2 ten opzichte van elkaar verschoven zijn over een bepaalde afstand die bepaald wordt door de geometrie van het kenmerk M2. Bij gebruik van rasters als uitrichtkenmerken is de genoemde afstand gelijk aan de helft van de rasterperiode van het raster M2. Vóór de detektor 13 zijn een polarisatiemodulator 18 en een polarisatieanalysator 19 aangebracht. De modulator 18, bijvoorbeeld een elasto-optische modulator, wordt gestuurd door een spanning VB geleverd door een generator 20. Daardoor wordt de polarisatierichting van de door de modulator tredende bundel alternerend over 90° geschakeld. De analysator 19 heeft dezelfde hoofdrichting, of doorlaatrichting, als het polarisatiegevoelige deelprisma 2 zodat alternerend een eerste stralingsbundel met een eerste polarisatierichting welke bundel bijvoorbeeld een niet verschoven afbeelding van P2 op M2 gevormd heeft, en een tweede stralingsbundel met een tweede polarisatierichting, welke bundel bijvoorbeeld een over een halve rasterperiode verschoven beeld van P2 op M2 gevormd heeft, naar de detektor 13 doorgelaten.

Het signaal van de detektor 13 wordt versterkt en verwerkt in een fasegevoelig detektiecircuit 21 waaraan tevens het signaal VB is toegevoegd. Het uitgangssignaal is het gewenste dynamische uitrichtsignaal.

De modulator 18 en analysator 19 kunnen ook in de stralingsweg vóór het masker-uitrichtkenmerk zijn aangebracht.

Dat in de beschreven uitvoeringsvormen de uitrichtkenmerken diffraktierasters zijn betekent geenszins dat de uitvinding daartoe beperkt is. Ook bij het uitrichten met kenmerken in de vorm van stralingsdoorlatende of reflekterende stroken, kruisen of vierkanten kan een afbuigelement volgens de uitvinding toegepast worden om die kenmerken op de juiste positie en met de gewenste vergroting af te beelden, zodat geen stoorsignalen of offsets ontstaan.

Behalve in uitrichtinrichtingen waarin twee deelbundels met hetzelfde diffraktie-orde nummer bijvoorbeeld +1 en -1, of +3 en -3, worden gebruikt kan de uitvinding ook toegepast worden in uitrichtinrichtingen waarin niet met deelbundels met een bepaalde diffraktie-orde wordt gewerkt maar met bundelgedeeltes waarin diffraktie-ordes niet meer te onderscheiden zijn. Als voorbeeld kan genoemd worden een uitrichtinrichting waarin een zogenaamde donkerveldbelichting toegepast wordt. Een dergelijke inrichting is beschreven in het artikel "Optical Step and Repeat Camera with Dark Field Automatic Alignment" in Journal of Vac. Sci. Technologies, Nov. Dec. 1979, pag. 1929-33 en in het artikel "Dark Field Technology: a Practical Approach to Local Alignment" in "SPIE Vol. 772, Optical Microlithography VI, 1987, p. 142- 9. Ook in deze inrichtingen kan in de buurt van een maskeruitrichtkenmerk een wigvormig-, of ander afbuig-, element worden aangebracht.

Omdat de beschreven uitrichtinrichting onafhankelijk werkt van het soort patroon C dat zich in het masker M bevindt kan de uitvinding overal toegepast worden daar waar een zeer fijn gedetailleerd patroon overgebracht moet worden op een substraat en dit patroon zeer nauwkeurig uitgericht moet worden ten opzichte van het substraat. Te denken valt daarbij aan apparaten die gebruikt worden bij de vervaardiging van geïntegreerde optische systemen of van magnetische-domeinen geheugens. Het apparaat waarmee een patroon afgeheeld wordt behoeft geen repeterend afbeeldend apparaat te zijn; de uitvinding kan ook nuttig zijn in een apparaat waarin een patroon slechts eenmaal op * een substraat wordt afgeheeld.

Claims (15)

1. Apparaat voor het projekteren van een maskerpatroon op een substraat welk apparaat achtereenvolgens bevat een verlichtingsstelsel voor het leveren van een projektiebundel, een maskerhouder, een projektielenzenstelsel en een substraathouder en verder voorzien is van een inrichting voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van het masker en het substraat met behulp van een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk, welke inrichting bevat een, een uitrichtbundel leverende stralingsbron, het projektielenzenstelsel en een stralingsgevoelig detektiestelsel in de weg van geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes die afkomstig zijn van een eerste uitrichtkenmerk en van een tweede uitrichtkenmerk waarop het eerste uitrichtkenmerk wordt afgebeeld, waarbij het uitgangssignaal van het detektiestelsel een maat is voor de onderlinge positie van de uitrichtkenmerken, met het kenmerk, dat in de stralingsweg van de geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes middelen aanwezig zijn die voorkomen dat faseverschillen optreden binnen de door het detektiestelsel opgevangen geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes ten gevolge van reflekties aan een maskerplaat.

2. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een deel van het oppervlak van de maskerplaat gelegen tegenover het maskeruitrichtkenmerk antireflektief voor de uitrichtstraling is.

3. Maskerplaat voor gebruik in het apparaat volgens conclusie 2 en voorzien van een maskeruitrichtkenmerk, met het kenmerk dat minstens een deel van het plaatoppervlak gelegen tegenover het maskeruitrichtkenmerk antireflektief voor de uitrichtstraling is.

4. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat in de nabijheid van een maskeruitrichtkenmerk een straalafbuigelement is aangebracht voor het in principe loodrecht richten van de symmetrie-as van geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes op het vlak van de maskerplaat, welk straalafbuigelement aanzienlijk kleiner is dan de doorsnede van de projektiebundel in het vlak van deze plaat.

5. Apparaat volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het straalafbuigelement wordt gevormd door een wigvormig lichaam van een voor de uitrichtstraling doorzichtig materiaal.

6. Apparaat volgens conclusie 4, dat behalve de genoemde inrichting voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van een eerste maskeruitrichtkenmerk en een substraatuitrichtkenmerk een tweede inrichting bevat voor het ten opzichte van elkaar uitrichten van een tweede maskeruitrichtkenmerk en een substraatuitrichtkenmerk met een tweede uitrichtbundel, met het kenmerk dat in de weg van de tweede uitrichtbundel en in de nabijheid van een tweede maskeruitrichtkenmerk een tweede straalafbuigelement is aangebracht.

7. Apparaat volgens conclusie 1, 2, 4, 5 of 6, met het kenmerk, dat in de weg van een uitrichtbundel en in het projektielenzenstelsel een refraktief korrektie-element is aangebracht dat aanzienlijk kleiner is dan de doorsnede van het projektielenzenstelsel in het vlak van dit element, welk korrektie-element alleen de geselekteerde uitrichtbundelgedeeltes afkomstig van het eerste uitrichtkenmerk richt en fokusseert op het tweede uitrichtkenmerk.

8. Apparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het korrektie-element een lens is.

9. Apparaat volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk, dat het korrektie-element in het Fourier-vlak van het projektielenzenstelsel geplaatst is.

10. Apparaat volgens conclusie 1, 4, 5, 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk dat het eerste uitrichtkenmerk een substraatuitrichtkenmerk en het tweede uitrichtkenmerk een maskeruitrichtkenmerk is en dat het straalafbuigelement in de weg van de van het substraatuitrichtkenmerk afkomstige uitrichtstraling geplaatst is.

11. Apparaat volgens conclusie 1, 4, 5, 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk dat het eerste uitrichtkenmerk een maskeruitrichtkenmerk en het tweede uitrichtkenmerk een substraatuitrichtkenmerk is en dat het straalafbuigelement in de weg van de van het maskeruitrichtkenmerk afkomstige uitrichtstraling geplaatst is.

12. Apparaat volgens conclusie 1, 4, 5, 6,, 7, 8 of 9, met het kenmerk dat het tweede uitrichtkenmerk een referentie-uitrichtkenmerk is dat buiten het substraat en buiten het masker gelegen is en dat een substraatuitrichtkenmerk en een maskeruitrichtkenmerk beide een eerste uitrichtkenmerk vormen die beide op het referentie-uitrichtkenmerk afgeheeld worden.

13. Apparaat volgens conclusie 1, 4, 5, 6, 7, 8 of 9, met het kenmerk dat de stralingsbron van de uitrichtinrichting twee stralingsbundels levert, welke bundels in het vlak van een substraatuitrichtkenmerk en in het vlak vgan een maskeruitrichtkenmerk een interferentiepatroon vormen, dat het eerste uitrichtkenmerk wordt gevormd door het interferentiepatroon en dat het substraatuitrichtkenmerk en het maskeruitrichtkenmerk beide tweede uitrichtkenmerken zijn.

14. Apparaat volgens conclusie 1-13, met het kenmerk dat een substraatuitrichtkenmerk wordt gevormd door een fase-diffraktieraster en een maskeruitrichtkenmerk door een amplitude-diffraktieraster.

15. Apparaat volgens conclusie 1-14 dat in de stralingsweg van een uitrichtbundel met periodieke signalen gestuurde middelen aanwezig zijn voor het periodiek ten opzichte van elkaar verplaatsen van een door het detektiestelsel waargenomen tweede uitrichtkenmerk en de afbeelding op dit kenmerk van een eerste uitrichtkenmerk.