DE2802416A1 - Optische vorrichtung - Google Patents
Optische vorrichtungInfo
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Description
Dipl.-Chem. G. Biihling
_3_ Dipl.-lng. R. Kinne
2 8 0 ? A 1 6 Dipl.-lng. P. Grupe
*~ Bavarlaring 4, Postfach 20 24
8000 München 2 Tel.: (0 89) 53 96 53 Telex: 5-24845 tipat cable: Germaniapatent München
20. Januar 1978
B 8691/Canon case GP674
Canon Kabushiki Kaisha Tokyo / Japan
Optische Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung zum Erfassen der Lage eines ersten Zeichens relativ zu einem
zweiten Zeichen durch optisches Abtasten des ersten und des zweiten Zeichens auf einer Abtastoberfläche.
Eine Form einer solchen Vorrichtung ist in der US-PS 3 683 beschrieben, die mit "Einrichtung zum automatischen Ausrichten
zweier übereinanderliegender Objekte, z.B. eines Halbleiterplättchens bzw. einer Halbleiterscheibe und einer Maske" betitelt
ist. Entsprechend dieser Vorrichtung werden für Halbleiter-Bedruckung
eine Maske und eine Scheibe, die auf einer Abtastoberfläche Ausrichtmarkierungen bzw. Justierzeichen haben,
übereinandergelegt und diese Justierzeichen abgetastet, um ihre
relativen Lagen zu erfassen, so daß die relativen Lagen der Maske und der Scheibe erfaßt werden. Das Justierzeichen der
Maske wird durch einen ersten und einen zweiten Strich, die zueinander parallel verlaufen, und einen dritten und einen
vierten Strich gebildet, die zueinander parallel
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verlaufen und sich mit dem ersten und dem zweiten Strich unter einem rechten Winkel (90°) kreuzen. Das
Justierzeichen der Scheibe besteht aus einem fünften und einem sechsten Strich, die sich unter einem rechten Winkel
(90°) kreuzen.
Das Abtasten dieser Justierzeichen wird durch eine bewegliche Öffnung bewirkt, die in der Lage des vergrößerten
Bildes angeordnet ist. Zur Erhöhung des Pegels des Detektorsignals ist diese bewegliche Öffnung spaltförmig
ausgebildet.
Durch Ausbilden der beweglichen Öffnung in Form von Spalten, müssen zum Erfassen der sich kreuzenden Striche
zwei spaltförmige Öffnungen vorgesehen werden, die sich unter einem rechten Winkel kreuzen. Ein Spalt erfaßt die
Lage des Zeichens einer Orientierung und der andere Spalt erfaßt die Lage des Zeichens mit einer anderen Orientierung,
die unter einem rechten Winkel zu dem ersteren Zeichen angeordnet ist.
Berücksichtigt man daher beim Stand der Technik die Lichtmenge, so ist es notwendig, eine Mehrzahl von Spalten
verzusehen, welche den Aufbau des optischen Systems komplizieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Nachteil der herkömmlichen Systeme zu vermeiden und ein optisches
System mit einem einfachen Aufbau zu schaffen. 30
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
Punktabtasten verwendet wird und die durch dieses Punktabtasten gebildeten Abtastlinien alle die striche kreuzen,
die die Zeichen bilden.
35
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Es ist anzumerken, daß ein Punktlicht ein Punkt ist, der keine Orientierungseigenschaften gegenüber den Zeichen
aufweist, beispielsweise hat ein Punkt eine Gauss'sehe
Intensitäts-Verteilung, die eine Mittensymmetrie aufweist. Das Punktabtasten erfolgt durch direktes Abtasten einer Oberfläche
mittels eines Punktlichts oder durch Ausleuchten eines größeren Bereichs einer Oberfläche und Ausbilden
einer Punktöffnung, beispielsweise einer kreisförmigen
öffnung in derselben, die sich zur Bildlage der abzutastenden Oberfläche bewegt.
Ein Ausführungsbeipiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Strahlengang in der Nähe einer
Objektivlinse zur Durchführung der Erfindung;
Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Anordnung der Justierzeichen und der Abtastlinien;
20
Fig. 3 zeigt ein Diagramm der bei der Ausführungsform
nach Fig. 2 auftretenden Ausgangssignale;
Fig. 4 zeigt eine relative Lage der Zeichen, wenn ein Justierzeichen in x-Richtung abweicht,
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der bei der Lage nach Fig. 4 auftretenden Ausgangssignale;
Fig. 6 zeigt eine relative Lage der Zeichen, wenn ein
Justierzeichen in y-Richtung abweicht;
Fig. 7 zeigt die bei der Lage nach Fig. 6 auftretenden
Ausgangssignale;
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Fig. 8 zeigt ein optisches System zum Beobachten eines
Körpers an einer Mehrzahl von Stellen und zum Er-
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fassen einer Parallelverschiebungs- und einer
Verdrehkomponente;
Fig. 9 und 10 zeigen einen Fa11,in dem die Justierzeichen
durch das optische System nach Fig. 8 erfaßt werden
und
Fig. 11 zeigt eine optische Anordnung der Justiervorrichtung.
10
10
Fig. 1 zeigt einen Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in dem 1 eine Objektivlinse ist. Ein Abtastlaserstrahl, der von einer Abtastvorrichtung,
wie beispielsweise einem nicht gezeigten sich drehenden Polyeder- oder Vielfachspiegel kommt, durchläuft die Mitte
3 einer Blende 2, die in der Lage der Pupille der Objektivlinse 1 vorgesehen ist.
Die Mitte 3 der Blende 2 ist der Ausgangspunkt der Hin- und Herbewegung des Abtaststrahls. Es ist daher notwendig,
den reflektierenden Punkt des sich drehenden Vielfachspiegels in der Mitte 3 der Blende 2 anzuordnen oder die Lage der Mitte
3 der Blende 2 durch eine zwischen dem Vielfachspiegel und der Blendenoberfläche angeordnete Linse konjugiert zu dem
reflektierenden Punkt des Vielfachspiegels zu machen. Die Blendenoberfläche 2 fällt mit der Brennebene der Objektivlinse
zusammen; diese Anordnung wird als telezentrisches optisches System bezeichnet. Durch diese Anordnung werden
die Hauptlichtstrahlen von jedem der Abtaststrahlen, die von der Objektivlinse kommen, parallel zu der optischen Achse
der Objektivlinse. Jeder der von der Objektivlinse kommenden
Abtaststrahlen tastet die Abtastoberfläche 4 ab, die nicht
unbedingt eine Oberfläche zu sein braucht; bei der Herstellung integrierter Schaltungen (I.C.) werden zum Aufeinanderpassen
der Lagen der Maske und der Scheibe Maske und Scheibe gleichzeitig abgetastet. Die durch die Abtastober
fläche reflektierten Lichtstrahlen laufen durch die Objektivlinse 1 wieder zu der Blende. Die reflektierten
Lichtstrahlen werden in ein photoelektrisches Umwandlungs-
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system geführt, das einen herkömmlichen Halbspiegel, eine Linse und einen Photodetektor aufweist.
Ein Beispiel eines solchen optischen Systems ist in der US-Patentanmeldung 790 072 vom 22.April 1977 beschrieben.
An einem Beispiel für Justierzeichen auf zwei Werkstücken, beispielsweise Maske und Scheibe, wird erläutert,
wie die Zeichen optisch zu lesen sind. Bei dem I.C.-Drucken müssen Maske und Scheibe in einer vorbestimmten Beziehung
angeordnet werden; während dieses Vorganges werden bei dem Kontaktverfahren oder dem Nahabstandsverfahren Maske und
Scheibe parallel in einem gegenseitigen Abstand von einigen zehn um gehalten, wohingegen beim Projektionsverfahren Maske
und Scheibe konjugiert zueinander gehalten werden.
Fig. 2 zeigt eine Abbildung, wo Maske und Scheibe beobachtet werden, während sie in dem oben erwähnten Zustand
gehalten werden. Mit anderen Worten, das Muster der Scheibe wird durch die Objektivlinse 1 durch die Maske hindurch gesehen.
In dieser Figur ist auf der Maske ein Justierzeichen 5 ausgebildet, das einen ersten Strich 6 und einen zweiten
Strich 7 aufweist, die parallel zueinander verlaufen, und einen dritten Strich 8 und vierten Strich 9, die parallel
zueinander verlaufen, wobei der erste und der zweite Strich oder ihre Verlängerungen sich mit dem dritten und vierten
Strich unter einem rechten Winkel kreuzen. Auf der Scheibe ist ein Justierzeichen 10 ausgebildet, das einen fünften
und einen sechsten Strich 11 und 12 aufweist, wobei diese Striche oder ihre Verlängerungen sich in einem rechten
Winkel kreuzen. Die Abtastlinien 13 werden durch die Bewegung des punktförmigen Abtastlaserstrahls gebildet, der
durch die Objektivlinse 1 ringförmig auf die Abtastoberfläche 4 fokussiert ist. Die Abtastlinien 13 kreuzen sich
mit den Strichen 6, 7, 8 und 9 sowie 11 und 12 unter einem
Winkel von 45°. Die relativen Lagender Zeichen 5 und 10 in
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χ- und y-Richtung werden durch Abtasten der Zeichen 5 und 10 mit Hilfe des Punktlaserstrahls erfaßt.
Fig. 3 zeigt Detektorsignale, wenn die Zeichen 5 und
10 abgetastet werden, während sie in den in Fig. 2 gezeigten relativen Lagen gehalten werden, wobei angenommen
ist, daß in diesen Lagen die Zeichen 5 und 10 sich in ihren justierten Lagen befinden. In Fig. 3 zeigt die Ordinate
Zeiten, wobei t^, t,, t., tfi, t„ und t,- je den Abtastzeiten
des ersten bis sechsten Strichs 6, 7, 8, 9, 11 und 12 entsprechen.
Zu den Zeiten t1, ,tfi werden die jeweiligen
Strich-Detektorsignale erhalten, wohingegen coA, .. . f W5. di_e
Zeitintervalle zwischen den Detektorsignalen sind. Folglich,
wenn das Zeichen 5 relativ zu dem Zeichen 10 in x-und/oder
y-Richtung abweicht, werden die Zeitintervalle <*>A und ajs
und die Zeitintervalle rc-, und urs unterschiedlich. Es folgt
daher, daß, wenn eine Differenz zwischen den Intervallen υΐΛ
und M2 und «rlf und ωε auftritt, die Zeichen 5 und 10
nicht in ihren korrekten Lagen justiert sind.
Nachstehend folgen Erläuterungen zum Verfahren des Erfassens der Größen der Abweichungen in x- und y-Richtung.
Zur Vereinfachung der Erläuterung wird angenommen,
daß die Abtastlinie 13 mit der Richtung der y-Achse zusammenfällt,
die Zeichen 5 und 10 die Abtastlinie 13 unter einem Winkel von 45° kreuzen und der Scheitel B1 des Zeichens 10
in der Mitte zwischen den Scheiteln A1 und A2 des Zeichens
5 liegt, wenn die Lagen der Zeichen 5 und 10 vollständig
justiert sind.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen, wie die Abweichungen der Zeichen 5 und 10 in einem solchen, zuvor erwähnten System
zu finden sind. In diesen Figuren wird der mittlere Punkt 35
B„ zwischen A1 und A2 als eine Lage angenommen, die von dem
Scheitel des Zeichens. 10 eingenommen werden soll. In Fig.
4 v/eicht das Zeichen 10 um den Betrag Δχ von B„
ab; in Fig. 6 weicht das
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Zeichen 10 um den Betrag ^y von BQ ab. In Fig. 4, wo das
Zeichen 10 um Δ -χ. abweicht, nehmen die Ausgangssignale
"T1 und (A)5- um denselben Betrag zu, während die Ausgangssignale
CAr3^ und imh um denselben Betrag abnehmen, der
wie in Fig. 5 gezeigt gleich dem vergrößerten Betrag ist. In Fig. 6 nehmen die Ausgangssignale oder Zeitintervalle
urA und nr^ um denselben Betrag ab und die Ausgangssignale
wP und (ats nehmen um denselben Betrag zu, wobei
beide Beträge dieselben sind. Wie erläutert,hängen die Kom-
'0 binationen der Zeitintervalle, die verringert oder vergrößert
werden, unterschiedlich von den Richtungen der Abweichungen Δ χ oder £.y ab, die durch die
folgenden einfachen Gleichungen beschrieben werden.
(ω-ω ).(ω ω )
A* = k 77 —
ΔΥ = k ς *
k ist eine proportionale Konstante zwischen dem Impulsintervall w und dem Betrag der Abweichung und ist proportional
zur Abtastgeschwindigkeit des Laserlichtpunkts. Es ist leicht zu verstehen, daß, wenn die Lageeinstellungen
der Zeichen 5 und 10 beendet sind, der Scheitel B1 des
Zeichens 10 mit BQ zusammenfälltfund «^ = ur w = w
sowie Ax= Ay=O werden.
Es ist anzumerken, daß, wenn es einen Bearbeitungsfehler bei der Herstellung einer Maske oder dem Strecken
einer Scheibe gibt, so daß eine Abweichung oder Verschiebung zwischen einem Justierzeichen und dem wirklichen
Element auf tritt, das wirkliche Element selbst dann abweichen wird, wenn die Justierzeichen zusammenfallen, so daß man
A x= A Y=O erhält. Dies wird allgemein als Versetzungs- oder Off-Set-Betrag bezeichnet. In diesem Fall kann durch
Vorgeben der Abweichung zwischen dem Justierzeichen und dem wirklichen Element die Beziehung unter den Zeit- oder Impulsintervallen
«^ bis e#r durch die zuvor erwähnten Berechnungsgleichungen für Δ χ und Δ y leicht erhalten werden.
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In dem Ausführungsheispiel der Erfindung wird ein Laser als eine Lichtquelle verwendet und das Abtastlicht
wird aus Laserlichtpunkten zusammengesetzt. Es ist sehr schwierig, durch eine herkömmliche Lichtquelle die Oberfläche
eines Gegenstandes mit einer großen Lichtmenge zu beleuchten und ftir eine hohe Meßgenauigkeit
einen kleinen punktförmigen Durchmesser auszublenden. Ein Laserstrahl hat jedoch eine hohe Leuchtdichte
und ein gutes Richtvermögen , so daß er die Bedinqungen befriedigend erfüllt. Die Technik des Punktabtastens
eines Substrates wird durch Verwenden einesLaserstrahls
ein sehr wirksames Mittel, wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt wird.
In den obigen Ausf ührungsbeipielen v/erden die Parallelabweichungs-Anteile
in x-und y-Richtung der Maske und der Scheibe durch Erfassen der Abweichungen in x- und
y-Richtung der Zeichen 5 und 10 .festgestellt. Di Wirklichkeit
muß jedoch zur Einstellung der Lage eines zweidimensionalen Körpers, wie beispielsweise einer Maske und einer Scheibe,
auch der Dreh-Anteil θ erfaßt werden. Zum Bestimmen des Dreh-Anteils sollten mehrere Lagen, beispielsweise der Maske
und der Scheibe, erfaßt werden. Fig. 8 zeigt diese Ermittlung bei der zwei verschiedene Lagen 24 und 25 auf der Maske 20
durch die Objektivlinsen 22 und 23 beobachtet werden. In den Lagen 24 und 25 sind die Justierzeichen erfindungsgemäß angeordnet
und in den entsprechenden Lagen der Scheibe 21 gibt es auch Justierzeichen, obwohl die letzteren Zeichen nicht
gezeigt sind. Die Fig. 9 und 10 zeigen durch Zusammensetzen des halben Bildfeldes der Objektivlinse 22 und desjenigen
der Objektivlinse 23 die Muster der Maske und der Scheibe. Ein solches Beobachtungsverfahren wird als Schnittbild- oder Schnittfeldverfahren
bezeichnet., in Fig. 9 sind die Abtastlinien 13 parallel zu der Feld-Schnittlinie angeordnet und die Zeichen
5 und 10 nach Fig. 2 kreuzen die Linien 13. In Fig. 10 ist die Abtastlinie 13 senkrecht zur Feld-Schnittlinie,und
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die Orientierungen der Zeichen 5 und 10 sind um 90° von
denen nach Fig. 9 verschieden.
denen nach Fig. 9 verschieden.
Die eine Seite und die andere Seite der geteilten
Felder werden rechtes und linkes Feld genannt. Es gibt
Felder werden rechtes und linkes Feld genannt. Es gibt
verschiedpne Verfahren zum Abtasten der rechten und linken
Felder. Gemäß Fig. 9 besteht das einfachste Verfahren darin, eine Mehrzahl von Strahlen zu bilden und zum Abtasten der
rechten und linken Felder diese Strahlen aufzuteilen. Eine Mehrzahl von Strahlen kann leicht durch Verwenden einer
Mehrzahl von Lichtquellen oder einer einzigen Lichtquelle erhalten werden, die durch ein Strahlteilungselement,
beispielsweise einen Strahlteiler oder einen Kristall, aufgeteilt wird. Die Mehrzahl von Strahlen wird auf jedes Feld qerichtet. Ein Alternativ-Verfahren besteht darin, unter
Zeitverschiebung jedes Feld getrennt abzutasten. In diesem Fall ist eine einzige Lichtquelle ausreichend,und es ist
nicht notwendig, den Strahl aufzuteilen.
beispielsweise einen Strahlteiler oder einen Kristall, aufgeteilt wird. Die Mehrzahl von Strahlen wird auf jedes Feld qerichtet. Ein Alternativ-Verfahren besteht darin, unter
Zeitverschiebung jedes Feld getrennt abzutasten. In diesem Fall ist eine einzige Lichtquelle ausreichend,und es ist
nicht notwendig, den Strahl aufzuteilen.
In dem Fall nach Fig. 10 ist dieses Alternativ-Verfahren
vorzuziehen. Mit anderen Worten v/erden das linke und rechte Feld abwechselnd abgetastet. Dies ist leicht durchführbar,
wenn nach Herstellung einer Überlappung zwischen
?[- dem rechten und dem linken Feld die Abtastung mittels des
optischen Systems durchgeführt wird.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel, wo die Photodetektorvorrichtung des US-Patentanmeldung 790 072 auf die Erfindung
angewandt wird. In dieser Figur befindet sich unter einer Maske 55 eine nicht gezeigte Scheibe. Durch die Objektivlinsen
54 werden zwei Punkte auf der Maske beobachtet. Um beide Punkte gleichzeitig zu beobachten, wird jede Hälfte
der durch die zwei Objektivlinsen 54 erzeugten Bilder durch ein Feldzusammensetzungs-Prisma 53 zusammengesetzt. Die in
den Fig. 9,10 gezeigte Schnittlinie, die die rechten und . linken Felder in der Mitte unterteilt, ist die Kantenlinie
53a des Prismas 53. 58 ist ein Beobachtungssystem und 57 ein Beleuchtungssystem für visuelle Beobachtung.
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Dieses optische System wird durch den von einem Laser 51 kommenden Strahl abgetastet; in dem Fall nach Fig. 11 wird
dies durch Drehen eines Vielecks 52 erreicht. Im Hinblick auf die Drehrichtung gemäß Fig. 11 erfolgt die Bewegung
des Laserstrahls senkrecht zur Kantenlinie 53a, wobei durch visuelle Beobachtung das in Fig. 10 gezeigte Bild erhalten wird,
Somit werden in dem Beispiel nach Fig. 8 die Maske und die Scheibe an jeweils zwei Abschnitten gemessen, so daß man
die Abweichungen der Maske in x- und y-Richtung relativ zu der Scheibe erhält. Diese Größen der Abweichungen werden als
Δ xrechts'4xlinks' ^rechts und ^links bezeichnet. Der
Abstand zwischen den zwei Zeichen beträgt 2R. Die Abweichungen Δ X/ Ay und Δ θ der Maske gegenüber der Scheibe betragen dann
^rechts + ^xlinks
ή χ=
Λ Y=
Λ Y=
^'rechts
Yrechts ^ Ylinks
,
β θ = tan =
κ.
In Fig. 8 wird ein nicht gezeigtes Antriebssystem verwendet, das die Abweichungen durch Kompensieren der Werte korrigiert,
bis Maske und Scheibe fluchten.
Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der Erfindung
durch Verwenden von Lichtpunktabtasten möglich, den beim herkömmlichen Verfahren beim Abtasten in zwei Richtungen
mit einer Mehrzahl von Spalten auftretenden komplizierten Aufbau zu vermeiden. Wirksames Lichtpunktabtasten mit hoher
Genauigkeit kann durch einen Laserlichtpunkt erzielt werden, der eine genügend große Lichtmenge zum Bestimmen der Lage
eines Körpers ergibt, der beobachtet werden soll.
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"'S" B 8691
Zusammengefaßt wird bei der erfindungsgemäßen optischen
Vorrichtung die Lage eines zweiten Zeichens relativ zu einem ersten Zeichen durch optisches Abtasten des ersten und des
zweiten Zeichens auf einer Abtastoberfläche erfaßt. Das erste und das zweite Zeichen werden durch ein punktförmiges Abtastlicht
abgetastet und die von dem ersten und dem zweiten Zeichen reflektierten Lichter werden durch einen photoelektrischen
Detektor erfaßt. Die relativen Lagen des ersten und des zweiten Zeichens werden aufgrund der erfaßten Signale
in Übereinstimmung gebracht.
809830/084S
Claims (6)
1. Optische Vorrichtung, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (5 1) zur Erzeugung eines stationären Stahles;
ein optisches Abtastsystem (52,5 3,54) für die Umwandlung des stationären Strahls in einen sich auf einer Abtastoberfläche
bewegenden Lichtpunkt ;
ein auf der Abtastoberfläche angeordnetes Material (20, 21, 55),
das ein erstes und zweiteis Zeichen (5, 10) hat, die durch den sich bewegenden Lichtpunkt abgetastet werden, wobei das erste
Zeichen (5) vier Striche (6,7,8,9) hat, von denen die ersten beiden (6,7) und die zweiten beiden (8,()) jeweils in bestimmtem
Abstand parallel verlaufen, wobei sich die ersten beiden Striche oder deren Verlängerungen mit den zweiten beiden Strichen
oder deren Verlängerungen unter einem vorbestimmten Winkel
2^ kreuzen, wobei das zweite Zeichen (10) einen fünften und einen
sechsten Strich (11, 12) hat, die oder deren Verlängerungen sich unter einem vorbestimmten Winkel kreuzen,und wobei der
erste bis sechste Strich eine durch die Bewegung des Abtastpunktes gebildete Abtastlinie (13) unter einem gewünschten
Winkel kreuzen;
einen photoelektrischen Detektor, der Licht voti dem ersten und
dem zweiten Zeichen empfängt; und
eine Rechenvorrichtung, die die relativen Lagen des ersten und
des zweiten Zeichens aufgrund der durch den photoelektrischen
Detektor erfaßten signale mißt.
VII/11
809830/084β
OroJliior liu.k (M .iirlion) Kto. 3J33 3-14 Po,i5ciie(k (Münrl)-i:i) HIi -J/1 ti Ji I
_2- B 8691
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastpunkt ein Laserstrahlpunkt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeichen (5) auf einem ersten
Werkstück (20, 55) und das zweite Zeichen (10) auf einem zweiten Werkstück (21) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Werkstück entlang einer Mehrzahl
von Abtastlinien in unterschiedlichen Lagen abtastbar sind
und auf dem ersten und dem zweiten Werkstück eine Mehrzahl von ersten und zv/eiten Zeichen entlang dieser Abtastlinien ausgebildet
sind.
15
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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der vorbestimmten Winkel
00° beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Winkel 45" beträgt.
Dl)
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ID=11612980
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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