DE3942678C2 - Belichtungssystem mit Ausrichtsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Belichtungssystem und insbesondere auf ein Belichtungssystem zum schrittweisen wiederholten Kopieren eines Musters einer Musterplatte bzw. Maske unter Überlagerung auf jeweils auf einem Wafer bzw. Halbleiterplättchen gebildete Muster in einer vorbestimmten Aufeinanderfolge.

Das Gerät, das als Kernteil bei einem fotolithografischen Prozeß bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen dient, wird in weitem Sinne auch als Ausrichtgerät bezeichnet. Gegenwärtig werden zum Erfüllen der Erfordernisse hinsichtlich der Miniaturisierung der Vorrichtungen überwiegend Schrittfortschalte-Ausrichtgeräte benutzt.

Bezüglich der von dem Ausrichtgerät geforderten Eigenschaften besteht eine erste darin, ein auf einer Vorlage, nämlich einer Fotomaske oder Musterplatte gebildetes feines Schaltungsmuster auf eine Schicht aus nachstehend als Resist bezeichnetem fotoempfindlichen Material zu übertragen, das auf ein nachstehend als Plättchen bezeichnetes Halbleitersubstrat aufgebracht ist. Eine zweite geforderte Eigenschaft besteht darin, das Maskenmuster auf genaue Weise mit einem schon auf dem Plättchen gebildeten Schaltungsmuster auszurichten. Nachstehend wird diese zweite Funktion als Ausrichtung bezeichnet. Mit weitergehender Miniaturisierung und erhöhter Integrationsdichte der Halbleitervorrichtungen müssen diese beiden hauptsächlichen Leistungseigenschaften auf höhere Leistungen verbessert werden. Beispielsweise betragen für einen gegenwärtig hergestellten dynamischen Schreib/Lesespeicher (DRAM) für ein Megabit die kleinste Auflösung ungefähr 1,0 µm und die Ausrichtegenauigkeit ungefähr 0,15 µm. Für einen gegenwärtig entwickelten dynamischen Schreib/Lesespeicher für 16 Megabit sind jedoch eine Auflösung von höchstens 0,5 µm und eine Ausrichtegenauigkeit von höchstens 0,1 µm erforderlich.

Herkömmlicherweise werden diese Ausrichtungs- und Belichtungsprozesse in einem einzelnen selbständigen Gerät ausgeführt, das ebenfalls als "Ausrichtgerät" bezeichnet wird. Beispielsweise wird in einem Schrittfortschaltegerät das Muster einer Maske über ein Projektionslinsensystem auf ein Plättchen übertragen, wobei unter Verwendung eines Mikroskops zum Beobachten der Maske und des Plättchens durch das Projektionslinsensystem hindurch die relative Lage zwischen Maske und Plättchen eingestellt wird.

Ein Problem besteht in zu erwartenden Schwierigkeiten, mit einem Schrittfortschalte- Ausrichtgerät der vorstehend beschriebenen bekannten Art die zukünftig geforderte Ausrichtegenauigkeit zu erreichen. Das hauptsächliche Problem bei der Ausrichtung ist die Genauigkeit der Plättchenerfassung. Dies betrifft den Umstand, daß ein sog. "Muster" auf dem Plättchen eine große Vielfalt von Zuständen zeigt, die sich mit den Herstellungsprozessen ändern. Im einzelnen ist ein jedes Plättchenmuster durch einen sehr kleinen Oberflächen- Höhenunterschied (als Ausnehmung oder Vorsprung) gebildet, wobei eine große Vielfalt hinsichtlich des Materials, der Größe des Höhenunterschieds, der Form und des Oberflächenzustands anzutreffen ist. Außerdem wird auf das Plättchen ein Resist aufgebracht, das eine Oberfläche in Form einer Kurve hat, die den Höhenunterschieden der darunterliegenden Substratoberfläche folgt. In optischer Hinsicht wirkt das Resist als Linse oder Spiegel.

Es ist zu berücksichtigen, daß von den vorstehend beschriebenen Grundlagen der Umstand abhängig ist, daß zwar mit einer Maske, bei der auf einem Quarzsubstrat eine dünne Chromschicht gebildet ist und in dieser durch Ätzen ein Muster geformt ist, ein guter Lichtkontrast und eine ausgezeichnete Meßgenauigkeit von ungefähr 0,02 µm erzielbar sind, aber für manche Arten von Plättchenmustern nur eine Genauigkeit von ungefähr 0,2 bis 0,3 µm erreichbar ist.

Wenn man diese Zustände des Plättchenmusters systematisch im Hinblick auf den Herstellungsprozeß untersucht, ergibt sich folgendes:

(1) Unterschiede hinsichtlich der Prozesse

Beispielsweise hat ein Plättchen, das einem Oxidierprozeß unterzogen wurde, eine Oberflächenschicht aus SiO₂, die lichtdurchlässig ist, wogegen nach einem Metallisierprozeß eine Oberflächenschicht aus Al gebildet ist. Diese Schichten haben voneinander verschiedene Querschnittsformen und zeigen große Unterschiede hinsichtlich der optischen Eigenschaften.

(2) Unterschiede hinsichtlich der Posten

Bei der Vorrichtungsherstellung werden die Parameter bei einem jeden Prozeß gemessen und die Meßergebnisse auf die für den nachfolgenden Prozeß einzustellenden Bedingungen übertragen. Infolgedessen ist der Zustand des Plättchens mit dem Posten variabel.

(3) Unterschiede zwischen Plättchen in einem Posten

Normalerweise sollten bei einem Herstellungsprozeß unabhängig davon, ob dieser ein Scheibenprozeß oder ein Postenprozeß ist, die Plättchen in einem Posten derart bearbeitet werden, daß ein Unterschied zwischen den Plättchen vermieden ist. Tatsächlich ist ein solcher Unterschied derart gering, daß er nicht ermittelt werden kann.

(4) Unterschiede hinsichtlich der Aufnahmeflächen (Einzelelemente) eines Plättchens

Abhängig von der Lage auf einem Plättchen können Unterschiede hinsichtlich der Form des Musters oder des Zustands des aufgebrachten Resists auftreten. Es wurde festgestellt, daß derartige Unterschiede in der Praxis als Ergebnis einer Aluminiumbesprühung oder infolge des Schleuderauftrags des Resists entstehen. Wenn ein solches Plättchen der schrittweisen Ausrichtung und Belichtung mittels eines Fortschalte- Ausrichtgeräts unterzogen wird, kann die Erscheinung auftreten, daß radial von der Mitte des Plättchens weg Ausrichtefehler hervorgerufen werden, wie es beispielsweise in Fig. 11 gezeigt ist.

(5) Brechen des Musters

Unabhängig von den Unterschieden (1) bis (4) tritt manchmal eine Unterbrechung des Musters auf.

Für solche Plättchenmuster mit vielerlei Zuständen ist es normalerweise zweckdienlich, jeweils für diese Muster am besten geeignete optische Meßsysteme und Signalverarbeitungssysteme vorzubereiten. Beispielsweise sind als Parameter des optischen Systems die Wellenlänge, die Bandbreite, die numerische Apertur eines Objektivsystems, das Ausleuchteverfahren und dergleichen zu nennen. Dies gilt auch für das Signalverarbeitungssystem. Zusammengefaßt besteht hinsichtlich des optischen Systems eine Optimierung darin, ein Signal von einem Oberflächenbereich mit einem Höhenunterschied, nämlich ein echtes Signal hervorzuheben und ein falsches Signal bzw. ein Störsignal zu unterdrücken, das sich durch die Reflexion an der Resistoberfläche oder durch Filmdicken-Interferenz ergibt. Hinsichtlich des Signalverarbeitungssystems besteht eine Optimierung darin, aus einem Signal, in dem echte und falsche Komponenten enthalten sind, die echte Komponente herauszugreifen und die falsche Komponente zu verringern.

In der Praxis ist es jedoch ein erstes Problem, ob derartige Freiheitsgrade an dem Fortschalte-Ausrichtgerät erreichbar sind. Beispielsweise ist in einem Fortschalte-Ausrichtgerät ein System zur Messung über das Objektiv (TTL-System) mit einer Projektionslinse als vorteilhaft in bezug auf einen Systemfehler anzusehen, jedoch sind in diesem Fall wegen der Einschränkung durch die Projektionslinse die Ausrichtewellenlänge und deren Bandbreite streng begrenzt.

Ein zweites Problem ist die zeitliche Einschränkung. Da ein Fortschalte- Ausrichtgerät ein Vorrichtungsherstellungsgerät ist, ist dessen Verarbeitungszeit von Bedeutung. Beispielsweise ist die in einem gegenwärtigen Fortschalte-Ausrichtgerät für das Ausrichten je Einzelaufnahme zulässige Zeitspanne höchstens 0,5 s und ungefähr 0,3 s. Es ist nahezu unmöglich, innerhalb einer derart kurzen Zeitspanne ein für ein neu eingeführtes Plättchenmuster geeignet gewähltes optisches und Signalverarbeitungssystem zu ermitteln, die Schaltungs- und Programmausstattung zu wechseln und die Ausrichtung auszuführen.

Ein drittes Problem besteht darin, daß selbst dann, wenn keine zeitliche Einschränkung besteht, allein durch Verwendung eines optischen Systems und eines Signalverarbeitungssystems mit geringen Freiheitsgraden gemäß der Erläuterung im Zusammenhang mit dem ersten Problem ein für ein vorgegebenes Plättchenmuster zu wählendes Bearbeitungsverfahren zu ermitteln.

Vorbereitende Informationen, die einem Fortschalte-Ausrichtgerät gegenwärtig zugeführt werden können, sind von den im vorstehenden systematisch analysierten nur diejenigen, die den Prozeß an den gerade zugeführten Plättchen betreffen.

Gemäß den vorstehenden Erläuterungen ist zu erwarten, daß es allein mit dem Ansetzen des gegenwärtigen Standes schwierig ist, eine Ausrichtegenauigkeit von höchstens 0,1 µm gleichbleibend für Plättchenmuster mit einer großen Vielfalt von Zuständen zu erreichen.

Der US-Z-J. Vac. Sci. Technol. B 5(2) Mar/Apr. 87, S. 555-560, ist ferner in grundsätzlichen Ausführungen ein Verfahren zur Verbesserung des Kontrastes für eine automatische Lageanpassung bei der Herstellung von Wafern zu entnehmen. Dabei kann eine Anpassung auch für bereits mit Resist beschichtete Plättchen erfolgen. In grundsätzlichen Zügen ist dort somit eine Markierungserfassung nebst entsprechender Anpassung für bereits mit Resist beschichtete Plättchen gezeigt.

Allerdings muß dazu wie vorstehend beschrieben die Topographie der Resistbeschichtung mit ihren Auswirkungen auf das optische Belichtungssystem bzw. auf die Lagerfassung in die jeweiligen und dadurch entsprechend langwierigen Berechnungen einbezogen werden. Außerdem ist zur Verbesserung der Ausrichtung anhand einer verbesserten Kontrastierung bei der Lageerfassung von Markierungen auf dem Plättchen ein erhöhter konstruktiver Aufwand durch die Verwendung von zumindest zwei verschiedenen Wellenlängen erforderlich.

In der EP 0 163 199 A2 gezeigt ist ein Belichtungssystem mit einem optischen Projektionssystem zum Projizieren des Musters einer Maske auf ein mit Resist beschichtetes Plättchen und einer fotoelektrischen Erfassungseinrichtung, mit der eine auf dem Plättchen ausgebildete Marke mit Hilfe des optischen Projektionssystems erfaßt wird.

Eine Korrektur der Ausrichtung zwischen Maske und Plättchen erfolgt dort allerdings erst, nachdem das Resist bereits belichtet und entwickelt wurde. Dieses begründet aber insbesondere bei der Serienfertigung einen nicht unerheblichen Zeitaufwand, da sich die Verarbeitungszeit verlängert.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Belichtungssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine gute Ausrichtgenauigkeit von Plättchen zu Maske ohne eine Verringerung des Durchsatzes des Belichtungssystem erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Genauer wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Plättchen mit Hilfe einer zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung ohne das optische Projektionssystem erfaßt wird. Ferner ist eine Analysiereinrichtung vorgesehen, die auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung die Auswirkungen des auf dem Plättchen befindlichen Resists auf ein Markensignal der ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung feststellt. Dann wird die relative Lage des Pättchens zu der Maske auf der Grundlage des Markensignals und des Ergebnisses der Analysiereinrichtung einjustiert. Dieses Vorgehen erlaubt eine signifikant verbesserte Ausrichtung bei im wesentlichen gleichen Durchsatz.

Die anfänglichen Funktionen werden ebenfalls kurz erläutert: Als erstes ist von den vorstehend untersuchten Zuständen von Plättchenmustern für den Unterschied hinsichtlich der Prozesse (1) der Prozeß an den gerade zugeführten Plättchen in Form von vorbereitenden Informationen ermittelbar. Daher kann von vorneherein die Analysiereinrichtung und das Ausrichtgerät entsprechend diesem Prozeß vorbereitet werden. Als nächstes ist es bezüglich der Unterschiede hinsichtlich der Posten (2) möglich, durch das Wählen von mindestens einem Plättchen in dem Posten als Probe und das Untersuchen des gewählten Plättchens die Eigenschaften des Postens als ganzes herauszugreifen. Die Unterschiede zwischen Plättchen (3) sind ziemlich gering und können vernachlässigt werden. Bezüglich der Unterschiede zwischen den Einzelaufnahmen (4) ist in Anbetracht dessen, daß die Plättchen in dem gleichen Posten dem gleichen Prozeß unterzogen worden sind, in dem Posten die gleiche Tendenz zu erwarten. Daher ist die Probeentnahme bzw. Prüfung von mindestens einem Plättchen ausreichend.

Zusammengefaßt gesehen kann die Analysiereinrichtung ihre Minimalfunktion ausführen, sobald sie mindestens ein Plättchen in dem Posten analysiert hat. Dadurch ist es möglich, den bezüglich des zweiten Problems erläuterten Freiheitsgrad hinsichlich der Zeit zu erhalten. Im einzelnen wird die Produktivität nicht dadurch verschlechtert, wenn eine Zeitspanne von ungefähr 20 s von dem Einführen eines ersten Plättchens des Postens in die Analyseeinrichtung bis zu dem Aufsetzen eines zweiten Plättchens auf einen Objektträger des Fortschalt-Ausrichtgeräts genutzt wird. Falls ferner die Analysiereinrichtung und das Fortschalt-Ausrichtgerät jeweils miteinander zu einem System zusammengestellt werden, kann durch kontinuierliches oder intermittierendes Bearbeiten der Plättchen in der Analysiereinrichtung ein Unterschied zwischen den Plättchen (3) erfaßt werden, was eine Verbesserung der Sicherheit der dem Fortschalte-Ausrichtgerät zugeführten Informationen ergibt.

Hinsichtlich des optischen Meßsystems der Analysiereinrichtung bestehen keine optischen oder räumlichen Beschränkungen wie diejenigen für die Projektionslinse des Fortschalte- Ausrichtgeräts. Daher kann eine Gestaltung mit einem hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Wellenlänge, der numerischen Apertur (NA) und anderer Parameter gewählt werden. Es ist daher möglich, das erste Problem (1) zu lösen. Als Ergebnis hiervon ist es durch Ändern eines Parameters oder von Parametern auf ein vorgegebenes Probeexemplar möglich, Daten zu erhalten, die die Zustände des Probeexemplars betreffen. Durch eine Simulation in der Weise, daß ermittelt wird, welches Signal bei der Bearbeitung des Probeexemplars mit einem Meßsystem des Fortschalte-Ausrichtgeräts erzielt wird, ist dann eine optimale Lösung hinsichtlich der Schaltungs- und Programmausstattung für das Ausrichtgerät ermöglicht. Von dem Ausrichtgerät wird das Plättchen aufgenommen und entsprechend einem gewählten Verfahren bearbeitet, wobei die höchste Ausrichtegenauigkeit erzielt werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Grundaufbau des erfindungsgemäßen Belichtungssystems zeigt.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines optischen Systems eines in Fig. 1 gezeigten Schrittfortschalte- Ausrichtgeräts.

Fig. 3A ist eine schematische Schnittansicht einer auf einem Plättchen aufgebrachten Richtmarke bzw. Marke.

Fig. 3B zeigt ein von der Richtmarke nach Fig. 3A erzielbares Ausrichtungssignal.

Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Richtmarkenabschnitts und des Ausrichtungssignals nach Fig. 3.

Fig. 5 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Simulation in einer Plättchenmuster-Analysiereinrichtung nach Fig. 1.

Fig. 6 ist eine Draufsicht, die schematisch ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem zu dem Belichtungssystem nach Fig. 1 in Fließband-Aufbau eine Beschichtungs/ Entwicklungs-Einrichtung hinzugefügt ist.

Fig. 7 ist ein Ablaufdiagramm, das die Funktionen bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 veranschaulicht.

Fig. 8A bis 8F sind Ablaufdiagramme zur Erläuterung von Einzelheiten des Funktionsablaufs nach Fig. 7.

Fig. 9 zeigt schematisch ein Beispiel für ein optisches Ausrichtungs- und Belichtungssystem einer Plättchenmuster-Analysiereinrichtung.

Fig. 10A und 10B sind schematische Darstellungen für die Erläuterung eines teilweisen Abtragens eines Resists von einer Richtmarke eines Plättchens.

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung von radial verteilten Ausrichtungsfehlern, die an einem Plättchen entstehen.

Fig. 1 zeigt schematisch den Grundaufbau des Belichtungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem Schrittfortschalte-Ausrichtgerät. Das Ausrichtgerät hat eine Haupteinheit 1, die von unten an eine Sockelplatte 2, einen XY-Objektträger 3 und eine Einspannvorrichtung 4 enthält, die in dieser Aufeinanderfolge übereinander gestapelt sind. Ein Plättchen 5 wird von der Einspannvorrichtung 4 festgelegt. An dem Objektträger 3 ist ein Spiegel 6 derart angebracht, daß mittels eines Laser-Interferometers 7 die Lage des Objektträgers 3 gemessen werden kann. Zwischen einer Maske 8 und dem Wafer bzw. Plättchen 5 ist ein Projektionslinsensystem 10 angeordnet. Jedesmal dann, wenn das Plättchen 5 schrittweise in X- und/oder Y-Richtung mit dem Objektträger 3 bewegt ist, wird von einem optischen Beleuchtungssystem 11 Belichtungslicht (Kopierlicht) projiziert, wodurch ein Muster an der Maske 8 auf einen einzelnen Aufnahmebereich des Plättchens 5 projiziert und kopiert wird. Ein oberhalb der Maske 8 angeordnetes Objektivdurchlaß- bzw. TTL-Mikroskop 12 erlaubt eine gleichzeitige Betrachtung des Maskenmusters und eines durch das Projektionslinsensystem 10 umgekehrt projizierten Bilds eines Plättchenmusters. Ein an dem Mikroskop 12 angebrachter fotoelektrischer Wandler (CCD- Wandler) 13 dient zum Umsetzen eines optischen Signals in ein elektronisches Signal, das einer Steuerschaltung 14 zugeführt wird. Da der grundlegende Aufbau des Ausrichtgeräts bekannt ist, sind eine Steuerschaltung, ein Speicher und eine Rechenschaltung und dergleichen alle durch die Steuerschaltung 14 dargestellt.

Die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung hat eine Haupteinheit 20, die zu der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts benachbart angeordnet ist. Der untere Teil der Haupteinheit 20 enthält gleichermaßen wie die Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts eine Sockelplatte 22, einen XY-Objektträger 23, eine Plättchen-Einspannvorrichtung 24 und einen Spiegel 25. Ähnlich wie in der Haupteinheit 1 kann ein Plättchen 5 schrittweise in X- und Y-Richtung versetzt werden. Das Plättchen 5 wird durch die Einspannvorrichtung 24 festgehalten. Die Lage des Objektträgers wird mittels eines Laser- Interferometers 27 und einer Interferometersignal-Aufbereitungsschaltung 28 überwacht.

Mittels einer nicht gezeigten Plättchentransportvorrichtung kann ein Plättchen zwischen dem Ausrichtgerät und der Analysiereinrichtung hin- und herbewegt werden. Oberhalb des Plättchens 5 ist ein Mikroskop 30 angeordnet. Ein an dem Mikroskop 30 angebrachter fotoelektrischer Wandler 31 dient zum Umsetzen eines von einem Plättchenmuster erhaltenen optischen Signals in ein elektrisches Signal, das einer Plättchenmuster-Signalverarbeitungsschaltung 32 zugeführt wird. Ausgehend von der Bewertung in einer Steuerschaltung 35 wird in manchen Fällen das Signal aus der Signalverarbeitungsschaltung 32 mittels eines Simulators 34 einer Simulation unterzogen. Die mittels einer die vorstehend beschriebenen Elemente enthaltenden Analysator-Steuereinheit 36 aufbereiteten Daten, Informationen oder Befehle werden aus der Steuerschaltung 35 der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts zugeführt. Selbstverständlich kann bei der vorstehend beschriebenen Einzelzuordnung eines Ausrichtgeräts zu einem Analysator die Steuereinheit 36 in der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts enthalten sein, ohne daß sich Schwierigkeiten ergeben.

Als nächstes wird die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung ausführlicher beschrieben. Zunächst kann als praktisches Beispiel für das Mikroskop 30 zweckdienlich ein bekanntes und im Handel erhältliches Laserabtastmikroskop eingesetzt werden. Mit einem solchen Laserabtastmikroskop ist es möglich, nicht nur ein einfaches ebenes Bild zu erhalten, sondern auch das Oberflächen-Höhenprofil eines Probeexemplars abzutasten. Ferner ist es möglich, die Dimensionen eines Musters zu messen. Darüber hinaus kann als Laserlichtquelle ein He-Ne-Laser, ein Ar-Laser oder dergleichen dazu eingesetzt werden, eine Beobachtung mit einer der drei Farben Rot R, Blau B und Grün G oder einer Kombination aus diesen drei Farben auszuführen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hinsichtlich der Funktion ein Beispiel beschrieben, bei dem Informationen über ein Querschnittsformprofil herangezogen werden. Das Profil der Oberflächenstufung eines Richtmarkenbereichs des Plättchens 5 sowie das Profil der Resistoberfläche werden als Signale erfaßt. Das erfaßte Profil für die darunterliegenden Flächenstufe enthält infolge des Resists einen Fehler in einer Größe, der dem Brechungsindex des Resists entspricht. Falls aber der Brechungsindex bekannt ist, kann der Fehler korrigiert werden. Alternativ kann der Brechungsindex aus den Daten hinsichtlich der einzelnen Wellenlängen für Rot R, Grün G und Blau B berechnet und der Fehler korrigiert werden. Diese Berechnungen können mittels der Verarbeitungsschaltung 32 ausgeführt werden.

Als Ergebnis hiervon wird für den Richtmarkenbereich des Plättchens 5 eine Querschnittsform erhalten, wie sie als Beispiel in Fig. 3A dargestellt ist. Falls diese mittels des Simulators 34 nach Fig. 1 der Simulation unterzogen wird, wird unter der Annahme, daß die Form über ein optisches System an dem Ausrichtgerät erfaßt wird, ein Simulationssignal 47 gemäß der Darstellung durch eine gestrichelte Linie in Fig. 3B erzielt.

Das Vorgehen wird nun in größeren Einzelheiten erläutert.

Die Fig. 2 zeigt Einzelheiten der optischen Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Ausrichtsystem ein System zur axialen Messung durch ein Objektiv hindurch (TTL- System). Daher hat das Ausrichtungslicht im wesentlichen die gleiche Wellenlänge wie das Belichtungslicht, wobei der Wellenlängenbereich nur zehn und einige nm umfaßt. Eine in Fig. 2 gezeigte Lichtquelle 59 gibt ein derartiges Beleuchtungslicht ab. Das Beleuchtungslicht tritt durch eine Beleuchtungslinse 58 und eine Beleuchtungsblende 57 hindurch, wird durch einen Strahlenteiler 56 nach unten zu abgelenkt, mittels eines Ojektivs 55 zunächst auf der Maske 8 fokussiert und danach mittels des Projektionslinsensystems 10 wieder abgebildet, um dadurch einen Bereich einer Richtmarke 51 an dem Plättchen 5 zu beleuchten. Das Plättchen 5 ist mit einem Resist 52 überdeckt.

Das an dem Richtmarkenbereich reflektierte Licht kehrt entlang seinem Eintrittsweg zurück und tritt nach dem Durchlaufen des Projektionslinsensystems 10, der Maske 8 und des Objektivs 55 durch den Strahlenteiler 56 hindurch. Danach tritt das Licht durch ein Pupillenfilter 60 hindurch und wird mittels einer Relaislinse 61 auf der Lichtempfangsfläche des Ladungskopplungs- bzw. CCD-Wandlers 13 abgebildet. Die hinsichtlich ihres Zustands veränderbaren Elemente dieser optischen Anordnung sind lediglich die Beleuchtungsblende 57 und das Pupillenfilter 60. Demgemäß wird von dem Simulator 34 die Nachbildung unter Ändern der Zustände derselben vorgenommen und eine optimale Kombination bzw. ein Optimalzustand ermittelt, bei dem das Signallicht am besten hervorgehoben ist, während die Störkomponente unterdrückt ist. Der ermittelte optimale Einstellzustand wird über die Steuerschaltung 35 zu dem Ausrichtgerät hin übertragen. Aufgrund der auf diese Weise zugeführten Instruktionen werden in der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts die Einstellungen der Beleuchtungsblende 57 und des Pupillenfilters 60 geändert.

Anhand der Fig. 4 und 5 wird die Funktion des Simulators 34 ausführlich erläutert. Nach Fig. 4(a) hat ein Filter bzw. eine Blende 201 eine mittige Blendenöffnung 202 mit einem Radius r 1 und entspricht der Beleuchtungsblende 57 nach Fig. 2. Ein weiteres Filter 203 gemäß Fig. 4(b) hat eine ringförmige Öffnung 204 mit einem Innendurchmesser r 2 und einem Außendurchmesser r 3. Das Filter 203 entspricht der lichtempfangsseitigen Blende bzw. dem Pupillenfilter 60 nach Fig. 2. Die Filter 201 und 203 werden in optisch konjugierter Beziehung zu der Pupillenstelle des Projektionslinsensystems 10 angeordnet. Daher dienen sie als Filter bzw. Blenden für das Zurückhalten von Winkelinformationen über das Einfallen und Reflektieren von Licht in einer Abbildungsebene (die im Falle der Fig. 2 der Oberfläche des Plättchens 5, der Oberfläche der Maske 8 oder der Lichtaufnahmefläche des CCD- Wandlers 13 entspricht).

Prüft man nach Fig. 4(c) ein Oberflächenstufenprofil 205 der Plättchenmarke sowie ein Profil 206 der Resistoberfläche, die mittels des Laserabtastmikroskops 30 (Fig. 1) gemessen wurden, so beleuchtet das durch die Beleuchtungsblende 201 durchgelassene Licht das Plättchen in bezug auf eine optische Achse 207 unter einem Winkel, der nicht größer als R 1 ist. Daher können nur diejenigen der von dem Plättchen reflektierten Lichtstrahlen zu dem CCD-Wandler 13 durchgelassen werden, die einen Winkel von mindestens R 2 und höchstens R 3 in bezug auf die optische Achse 207 haben. Da jedes der Filter 201 und 203 in bezug auf die optische Achse 207 kreisförmig ist, gilt der Winkel R 1 beispielsweise auch in der zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung, so daß der Ausdruck "höchstens R 1" die Bedeutung "konisches Strahlenbündel" hat. Eine Stufe 208 an dem Plättchen wird hier jedoch zweidimensional beschrieben, nämlich als stangenförmige Struktur, die sich in der zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung erstreckt.

In dem Simulator 34 wird der durch die Beleuchtungsblende 201 durchgelassene Lichtstrom als ein Bündel von Strahlen in einer Anzahl berücksichtigt, die für die Analyse erforderlich und ausreichend ist, wobei in der Umgebung der Stufe 208 an der Plättchenoberfläche eine Strahlenabtastung mit diesen jeweiligen Strahlen vorgenommen wird. Beispielsweise werden gemäß der Darstellung an der linken Seite der Fig. 4(c) für einen zur Abtastung einfallenden Strahl 210 ein an der Resistoberfläche reflektierter Lichtstrahl 211, ein durch das Resist durchgelassener (212), an der Plättchenoberfläche 205 reflektierter (213) und wieder durch das Resist durchgelassener Lichtstrahl 214 und ein Lichtstrahl 217 erfaßt, der zunächst einmal an der Plättchenoberfläche reflektiert ist (213), dann an der Resistoberfläche reflektiert ist (215) und danach durch das Resist durchgelassen ist (nämlich ein zwischen dem Resist und dem Plättchen mehrfach reflektierter Strahl (216)). Falls die Lichtstrahlen 211, 214 und 217 zu dem Mikroskop 30 zurückgelangen, wird von diesen ein Strahl ausgeschieden, der nicht durch die Öffnung 204 des Filters 203 hindurchtreten kann (nämlich die Strahlen 211 und 217 nach Fig. 4(c)). Hinsichtlich des oder der durch die Blendenöffnung 204 hindurchtretenden Strahls bzw. Strahlen (des Strahls 214 nach Fig. 4(c)) wird die Intensität des austretenden Lichts in bezug auf die eingegebene Intensität als Einheit berechnet, wobei in die Berechnung der Reflexionsfaktor der Resistoberfläche, der Durchlaßfaktor des Resists und der Reflexionsfaktor des Plättchens mit einbezogen werden. Es ist anzumerken, daß es für eine Simulation mit höherer Genauigkeit erforderlich ist, die Phase des Lichts mit einzubeziehen.

Zusammengefaßt gesehen werden von dem Simulator 34 für einen zur Prüfung eingegebenen Strahl nur diejenigen Reflexionsstrahlen erfaßt, die durch das Filter 203 hindurchtreten können, wobei hinsichtlich eines jeden dieser Strahlen der Simulator 34 in einem Speicher Simulationsergebnisse abspeichert, beispielsweise bezüglich der Abstrahlungsstelle, des Abstrahlungswinkels, der Intensität und der Phase des reflektierten Strahls. Wenn die Simulationsergebnisse für die jeweiligen Prüfstrahlen zusammengefaßt werden, können sie als Strahlenbündel gemäß der Darstellung im rechten Teil der Fig. 4(c) dargestellt werden. Aus den erhaltenen Ergebnissen ist ersichtlich, daß neben einer Gruppe 222 von an einem Oberrand 225 der das eigentliche Ausrichtungsziel darstellenden Stufe 208 reflektierte Lichtstrahlen sowie einer Gruppe 223 von an einem Unterrand 226 reflektierten Lichtstrahlen weitere Gruppen 220 und 221 von an der Resistoberfläche reflektierten Strahlen auftreten, die nicht als "Signal" bezeichnet werden können und die mit dem echten "Signallicht" 222 und 223 vermischt von dem CCD- Wandler 13 nach Fig. 2 aufgenommen werden.

Ferner dient der Simulator 34 zum Berechnen einer erwarteten Lichtstärkeverteilung (elektrischen Signalverteilung), die mittels dieser Lichtstrahlen an der Lichtempfangsfläche des Wandlers zu bilden ist. Einfach ausgedrückt ergibt diese Berechnung die Summe der Lichtstärke in bezug auf eine jeweilige Stelle. Genau ausgedrückt wird jedoch die Berechnung unter Einbeziehung der Phase des Lichts, nämlich des Interferenzeffekts vorgenommen. Das Ergebnis ist bei 230 in Fig. 4(d) dargestellt. Wie aus der Fig. 4(c) ersichtlich ist, treten das Signal von dem Plättchenstufenrand her sowie die an der Resistoberfläche reflektierten Signale von im wesentlichen der gleichen Stelle her aus. Infolgedessen ist im Vergleich zu einem nur durch die Lichtstrahlen 222 und 223 gebildeten Signal 231 das Signal 230 beträchtlich verzerrt bzw. verformt. Daher kann daraus geschlossen werden, daß die Kombination aus den Filtern 201 und 203 für die Messung an diesem Probeplättchen ungeeignet ist.

Infolgedessen wird von dem Simulator 34 oder der Steuerschaltung 35 der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 eine andere Simulation mit einer anderen Kombination aus der Beleuchtungsblende 57 und dem Pupillenfilter 60 nach Fig. 2 für das optische Ausrichtungssystem bzw. Mikroskop 12 der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts versucht. Als Beispiel wird anhand der Fig. 5 eine Ersatzkombination beschrieben. Bei diesem Beispiel haben gemäß Fig. 5(a) und 5(b) eine Beleuchtungsblende 250 und eine Lichtempfangsblende 253 jeweils gleichartige ringförmige Blendenöffnungen 251 bzw. 254.

Gemäß Fig. 5(c) wird das Beleuchtungslicht auf das Plättchen unter einem Winkel von mindestens R 2 und höchstens R 3 aufgestrahlt, während auf gleichartige Weise die Lichtempfangsblende nur das Reflexionslicht unter einem Winkel von mindestens R 2 und höchstens R 3 durchläßt und das andere Licht abhält. Das Plättchenprofil 205 und das Resistprofil 206 sind denjenigen gemäß Fig. 4(c) gleichartig.

Bei der Kombination dieser Blenden tritt an den ebenen Bereichen der Resistoberfläche und der Plättchensubstratoberfläche, die zu der optischen Achse senkrecht stehen, das ganze an der Resistoberfläche und der Plättchenoberfläche reflektierte Licht durch die Blendenöffnung 254 der Lichtempfangsblende 253 hindurch und wird auf den CCD-Wandler 13 projiziert. Diese Lichtströme sind als Lichtströme 260, 261 und 262 dargestellt. Im Vergleich hierzu verläuft hinsichtlich eines Lichtstrahls (wie beispielsweise 263), der an einem Abschnitt auftrifft, an dem nur die Resistoberfläche schräg steht, ein an der Resistoberfläche reflektierter Strahl 264 ungefähr entlang der optischen Achse (nämlich unter einem Winkel von höchstens R 1), während der Winkel eines an der Plättchenoberfläche reflektierten (265, 266) und aus dem Resist austretendem Strahls 267 größer als R 2 wird. Diese beiden Strahlen werden von der empfangsseitigen Blende 253 abgefangen. Ferner ergibt ein Teil des durch die Ränder (225, 226 und dergleichen) der Stufe der Plättchenoberfläche gestreuten Lichts Signallicht mit Lichtströmen 270 bis 273. Diese werden von dem CCD-Wandler 13 aufgenommen und ergeben ein Lichtstärkesignal gemäß der Darstellung in Fig. 5(d). Hierbei sind zwar das externe Störlicht und das echte Signallicht gemischt, aber hinsichtlich der Lage (in X-Richtung) voneinander getrennt. Es ist daher ersichtlich, daß eine genaue Lageerfassung durch eine auf die Bereiche von mindestens a bis höchstens b begrenzte Signalverarbeitung erreichbar ist.

Gemäß Fig. 3 ist das als Ergebnis der vorstehend beschriebenen optimalen Einstellung erzielbare Simulationssignal beispielsweise das in Fig. 3B durch eine gestrichelte Linie dargestellte. Dieses Signal selbst enthält jedoch noch eine externe Störkomponente und eine Rauschkomponente. Das heißt, allein durch die Einstellung der optischen Anordnung ist es nicht möglich, die Einwirkungen von beispielsweise Reflexionslicht 43 von der Resistoberfläche, von Filminterferenz 44 durch die Reflexion an der Resistoberfläche und der Substratoberfläche und dergleichen vollständig zu verhindern. Die Signale, die mit wesentlicher Bedeutung für das Ausrichten erforderlich sind, entstehen aus Lichtstrahlen wie 45 und 46, die an dem Randbereich einer Richtmarke 42 gebeugt sind. Die Lichtstrahlen 43 und 44 ergeben Signale ohne Bedeutung.

Infolgedessen wird in dem Simulator 34 nicht nur von der Strahlenabtastung ausgehend das Simulationssignal nach Fig. 3B berechnet, sondern auch eine Analyse zum Ermitteln desjenigen Bereichs vorgenommen, der einen größeren Anteil von echten Signalen enthält, sowie zusätzlich zum Ermitteln des Ausmaßes der Einwirkung der Oberflächenreflexion oder der Filminterferenz auf diesen Bereich. Aus den Analyseergebnissen wird der beste Verarbeitungsalgorithmus ermittelt, gemäß dem das Signalverarbeitungssystem der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts arbeiten sollte, und es werden die entsprechenden Informationen und Befehle über die Steuerschaltung 35 zu dem Ausrichtgerät hin übertragen.

Beispielsweise bestehen bei dem Fall nach Fig. 3B die Informationen darin, daß eine große Menge an Randinformationen in den strichlierten Bereichen enthalten ist oder um wieviele Prozente der Signalpegel in dem rechten Bereich höher ist als derjenige im linken Bereich. In der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts wird allgemein für die Verarbeitung des bildgemäßen Informationssignals aus dem CCD-Wandler 13 für das Ausrichten der Mittelwert dieses bildgemäßen Informationssignals nach einem Symmetrieverfahren oder einem Momentverfahren erfaßt. Falls beispielsweise das Symmetrieverfahren angewandt wird, wird die Mitte durch Signalverarbeitung allein der Daten für den Bereich von ±A bis ±(A + B) (oder unter Erhöhen der Wertigkeit dieses Bereichs) bestimmt, während außerdem die Wertigkeiten bzw. Gewichte des linken und rechten Bereichs geändert werden. Falls beispielsweise eine derartige Signalverformung sich aus den Eigenschaften des aufgetragenen Resists bei der Schleuderbeschichtung mit dem Resist ergibt und die Möglichkeit des Auftretens von radialen Fehlern um die Mitte des Plättchens herum besteht, wird in der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung die vorstehend beschriebene Analyse für die mittige Aufnahmefläche des Probeplättchens und für einige Aufnahmeflächen um die Mitte herum ausgeführt, wonach die Ergebnisse zur Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts übertragen werden. Auf den Empfang der Ergebnisse hin ist es in dem Ausrichtgerät möglich, die Signalverarbeitung unter Veränderung des Gewichts bzw. der Wertigkeit entsprechend der Lage einer jeweiligen Aufnahmefläche an dem Plättchen auszuführen.

Das Symmetrieverfahren besteht in folgendem: Wenn ein Ausgangssignal eines k-ten Bildelements einer Vielzahl von Bildelementen, die in einer vorbestimmten Richtung (z. B. X- Richtung) auf der Lichtempfangsfläche des CCD-Wandlers 13 aufgereiht sind, mit f(k) bezeichnet wird, wird unter Einsetzen der Ausgangssignale von Bildelementen in einer Anzahl I₀ in positiver sowie negativer Richtung von einem j-ten Bildelement weg die folgende Berechnung ausgeführt:

Aus verschiedenerlei Werten M(j), die durch das Berechnen unter wiederholtem Versetzen von j um eine vorbestimmte Größe erhalten werden, wird die Lage j des Minimalwerts als Mitte des Bildsignals aus dem CCD-Wandler 13 in bezug auf die X-Richtung bestimmt. Das Momentverfahren ist ein Verfahren zum Ermitteln der Mitte durch das Berechnen von M(j) nach folgender Gleichung:

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Analysiereinrichtung 20 zum Zuführen der Ergebnisse der Analyse und der Simulation zu der Haupteinheit 1 des Ausrichtgeräts gestaltet. Die Analysiereinrichtung 20 kann jedoch mit dem gleichen optischen Meßsystem wie das Ausrichtgerät 1 (beispielsweise mit einem optischen Meßsystem, das hinsichtlich der Wellenlänge des Bestrahlungslichts, des Bestrahlungswinkels des Beleuchtungslichts an dem Plättchen und des Winkels der Aufnahme von Reflexionlicht von dem Plättchen, der gemäß Fig. 5(c) mindestens R 2 und höchstens R 3 ist) sowie mit dem gleichen Signalverarbeitungssystem wie das Ausrichtgerät 1 ausgestattet sein. Dadurch wird das System leistungsfähiger. Das Signalverarbeitungssystem kann auch als Verarbeitungssystem des Ausrichtgeräts 1 benutzt werden. Wenn dies der Fall ist, können in der Analysiereinrichtung 20 auf einfache Weise die Simulationsergebnisse bzw. Signale mit dem Signal aus dem Meßsystem des Ausrichtgeräts 1 verglichen werden, so daß es daher möglich ist, das Ergebnis im voraus zu erfassen bzw. vorauszusagen. Die Vorteile hiervon sind ohne besondere Erläuterung ersichtlich.

Ferner führt bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 die Analyse für ein schon mit einem Resist beschichtetes Plättchen aus. Falls mit der Analysiereinrichtung eine Resist- Beschichtungs- und Entwicklungsvorrichtung zu einer Fließbandanordnung oder systematischen Anordnung kombiniert wird, ist eine leistungsfähigere und flexible Anwendbarkeit gewährleistet.

Die Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Anordnung eines Ausführungsbeispiels in Fließbandstruktur. Gemäß dieser Fig. 6 sind um die Muster-Analysiereinrichtung 20 (in der Mitte oben) herum rechts die Haupteinheit 1 des Fortschalte- Ausrichtgeräts, unten links eine Beschichtungsvorrichtung 72 und oben links eine Entwicklungsvorrichtung 73 angeordnet. Für das Hin- und Herbefördern der Plättchen zwischen diesen vier Systemen ist im mittleren Teil ein Plättchentransportsystem 74 angeordnet. Mit 75 und 76 sind Pufferbereiche für das Anpassen der Höhe des Plättchentransports zwischen dem Ausrichtgerät 1 und einer Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit 70 bezeichnet. Oberhalb des Transportsystems 74 wird eine Plättchenkassette für die Unterbringung der Plättchen angeordnet. Mit 77 und 78 sind Hände bezeichnet, die ausdehnbar und zusammenziehbar, drehbar und nach oben und unten bewegbar sind. Diese Hände sind zum Versetzen der Plättchen zu oder aus einem jeweiligen System ausgebildet. Gleitschieber bzw. Schlitten 79 und 80, die die mechanischen Teile der Hände 77 und 78 enthalten, sind entlang einer Y-Achse 81 bewegbar; durch Betätigen dieser Schlitten werden das Zuführen und Aufnehmen der Plättchen zu bzw. aus der Plättchenkassette sowie das Zuführen und Aufnehmen der Plättchen jeweils zu bzw. aus der Analyseeinrichtung 20, dem Ausrichtgerät 1, der Beschichtungsvorrichtung 72 und der Entwicklungsvorrichtung 73 ausgeführt.

Der Durchlauf der Plättchen bei dem Ausführungsbeispiel mit dem in Fig. 6 dargestellten System ist in dem Ablaufdiagramm in Fig. 7 dargestellt. Die Fig. 7 zeigt jeweils in Form von horizontal aufgereihten Blöcken die Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit 70, die Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 und das Ausrichtgerät 1. Ihre Funktionen sind durch nach unten zu aufgereihte rechteckige Blöcke dargestellt, Abzweigungen sind jeweils durch eine Raute dargestellt und der Durchlauf eines Plättchens ist durch ausgezogene Pfeile dargestellt. Gestrichelte Pfeile zeigen die Übertragung von Befehlen, Informationen und Daten aus der Analysiereinrichtung 20 zu dem Ausrichtgerät 1. Die Entscheidung an einer jeweiligen Abzweigung erfolgt durch die Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts 1 oder die Steuerschaltung 35 der Analysiereinrichtung 20 entsprechend der vorbereitenden Wahl durch eine Bedienungsperson.

In dem Ablaufdiagramm in Fig. 7 sind einige Ausführungsbeispiele gemischt dargestellt. Die jeweiligen Ausführungsbeispiele werden anhand der Fig. 8A bis 8F erläutert. Von den in Fig. 7 gezeigten verschiedenartigen Schritten stellen Schritte 100, 103, 104, 111, 112, 116 und 117 verschiedene Arbeitsvorgänge der Beschichtungs/Entwicklungs-Einheit 70 dar. Schritte 102, 106, 107, 109 und 114 stellen verschiedene Funktionsvorgänge der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 dar. Ein Schritt 110 veranschaulicht die Funktion des Ausrichtgeräts 1. Bei einem Schritt 101 wird die Entscheidung getroffen, ob bei dem Schritt 102 die Untersuchung an einem bei dem Schritt 100 aus der Kassette zugeführten Plättchen ohne das Resist ausgeführt werden soll. Bei einem Schritt 105 wird entschieden, ob ein bei dem Schritt 104 vorgebranntes Plättchen direkt zu dem Schritt 110 für die Belichtung, zu dem Schritt 106 für die Untersuchung des mit Resist beschichteten Plättchens oder zu dem Schritt 107 für das teilweise Entfernen des Resists an dem Markenbereich weitergeführt werden soll. Bei einem Schritt 108 wird entschieden, ob ein Plättchen nach dem Schritt 107 direkt zu dem Schritt 110 oder zu dem Schritt 109 für das Untersuchen der Marke weitergeführt werden soll, an deren Bereich das Resist entfernt ist. Bei einem Schritt 113 wird entschieden, ob ein bei dem Schritt 112 entwickeltes Plättchen bei dem Schritt 116 in der Kassette aufgenommen werden soll oder zu dem Schritt 114 für das Prüfen des Belichtungsergebnisses geleitet werden soll. Bei einem Schritt 115 wird entschieden, ob ein bei dem Schritt 114 geprüftes Plättchen bei dem Schritt 116 in der Kassette aufgenommen werden soll oder von dem Plättchen bei dem Schritt 117 das Resist abgetragen bzw. vollständig entfernt werden soll. Bei jedem dieser Entscheidungsschritte wird gemäß der vorstehenden Beschreibung eine gewünschte Wahl entsprechend der vorbereitenden Einstellung durch die Bedienungsperson getroffen. In der folgenden Beschreibung anhand der Fig. 8A bis 8F ist die Erläuterung dieser Entscheidungsschritte weggelassen.

Falls das erstgenannte Ausführungsbeispiel entsprechend dem dargestellten System betrieben wird, läuft das Verfahren gemäß Fig. 8A folgendermaßen ab: Zuführen eines Plättchens aus der Kassette bei dem Schritt 100, Resistbeschichtung bei dem Schritt 103, Vorbrennen bei dem Schritt 104, Untersuchen des mit dem Resist beschichteten Plättchens bei dem Schritt 106, schrittweise wiederholte Belichtung bei dem Schritt 110, Nachbrennen bei dem Schritt 111, Entwickeln bei dem Schritt 112 und Aufnehmen des Plättchens in die Kassette bei dem Schritt 116. Infolge der vorstehend beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Gestaltung kann ein bei dem Schritt 110 der schrittweise wiederholten Belichtung unterzogenes Plättchen mit einer Genauigkeit bearbeitet werden, die die herkömmliche Genauigkeit überragt.

Als weiteres Ausführungsbeispiel wird eine in Fig. 8B dargestellte Untersuchung eines belichteten Plättchens erläutert. Ein bei dem Schritt 110 belichtetes Plättchen wird zu der Beschichtungs/Entwicklungseinheit 70 befördert. Nach beendetem Nachbrennen bei dem Schritt 111 und Entwickeln bei dem Schritt 112 wird an dem Plättchen zuerst ein "prüfbarer Zustand" in Form eines Resistmusters herbeigeführt. Entsprechend der Entscheidung bei dem Schritt 113 wird das Plättchen zur Ermittlung des Ausrichte- bzw. Belichtungsergebnisses zu der Plättchenmuster-Analysiereinrichtung 20 zurückgebracht. Dann wird bei dem Schritt 114 die Genauigkeitsermittlung in bezug auf eine Vielzahl von Probe-Aufnahmeflächen des Plättchens vorgenommen. Hinsichtlich der bei diesem Ausführungsbeispiel zu untersuchenden Genauigkeitsstreuung wird statt auf zufallsverteilte Fehlerkomponenten besondere Aufmerksamkeit auf Fehler mit einer gewissen Regelmäßigkeit, nämlich gleichförmige XY-Versetzungen, radiale Fehler (Vergrößerungsfehler) oder dergleichen gerichtet. Dies ist deshalb der Fall, weil sich die zufallsverteilten Komponenten hauptsächlich aus der Leistungsfähigkeit des Meßsystems ergeben und es schwierig ist, sie selbsttätig zu vermeiden. Im Vergleich hierzu ist es einfach, regelmäßig auftretende Fehler zu korrigieren. Das Untersuchungsergebnis kann zu dem Verarbeitungssystem bzw. der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts 1 zurückgeleitet werden oder es kann alternativ an das Ausrichtgerät 1 ein Befehl zu einer Versetzung in einem bestimmten Ausmaß abgegeben werden. Dadurch ist für die nachfolgenden Plättchen ein hochgenaues Ausrichten und Belichten bei dem Schritt 110 sichergestellt. Das Probeplättchen selbst kann bei dem Schritt 116 in die Plättchenkassette aufgenommen werden, falls gemäß der Entscheidung bei dem Schritt 115 die Genauigkeit innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegt. Falls die Genauigkeit aus dem Toleranzbereich fällt, wird das Plättchen zu der Beschichtungs/Entwicklungseinheit 70 zurückgeführt, wonach es nach dem Abtragen bzw. vollständigen Entfernen des Resists bei dem Schritt 117 zu dem Schritt 103 für die Resistbeschichtung zurückgeleitet wird.

Bei dem in Fig. 8C dargestellten Ausführungsbeispiel wird in einem frühen Stadium des Ablaufs gemäß Fig. 8A eine Analyse an einem Probeplättchen vor der Resistbeschichtung vorgenommen. Daher ist zu dem Ablauf nach Fig. 8A zwischen die Schritte 100 bzw. 101 und 103 ein weiterer Schritt 102 für die Untersuchung des Plättchens ohne Resistbeschichtung eingefügt. Dieser zusätzliche Prozeß ergibt zwei Vorteile: Einer besteht darin, daß mittels des vorstehend beschriebenen Laserabtastmikroskops 30 die Querschnittsform der Plättchenrichtmarke genauer gemessen werden kann. Dies ist natürlich auf das Fehlen des Resists zurückzuführen. Der andere Vorteil besteht darin, daß durch das Messen des Abstands zwischen den Aufnahmeflächen ohne das Resist (Schritt 102) und mit der Resistbeschichtung (Schritt 106) und durch das Erfassen irgendeiner Differenz hinsichtlich des Abstands zwischen diesen Fällen das Ermitteln eines "Resistscheinfehler" ermöglicht ist. Die Messung kann mittels des Mikroskops 30 und des Laser-Interferometers 27 vorgenommen werden. Bei diesem Beispiel kann ähnlich wie bei dem vorangehenden Beispiel das Ergebnis zu dem Signalverarbeitungssystem bzw. der Steuerschaltung 14 des Ausrichtgeräts zurückgeführt werden oder es kann alternativ an das Ausrichtgerät ein Befehl zu einer Versetzung um ein bestimmtes Ausmaß abgegeben werden.

Die in den Fig. 8D bis 8F dargestellten Ausführungsbeispiele sind derart gestaltet, daß von einem zunächst mit einem Resist beschichteten Plättchen bei dem Schritt 107 ein Teil des Resists nahe der Richtmarke entfernt wird und danach bei dem Schritt 109 die Marke in dem Resistabtragebereich untersucht wird. Hierzu ist es erforderlich, dem Mikroskop 30 der Analyseeinrichtung 20 ein optisches Belichtungssystem hinzuzufügen. Hinsichtlich dieser Ausführungsbeispiele ist für die Lageeinstellung eines Plättchens bei der Belichtung eine Genauigkeit von einigen µm ausreichend. Daher genügt es, zu dem optischen Ausrichtsystem benachbart ein optisches Belichtungssystem vorzusehen. Es kann jedoch wie bei einem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch in der Analysiereinrichtung 20 das gleiche optische Meßsystem wie dasjenige des Ausrichtgeräts 1 vorgesehen werden, nämlich ein System, bei dem zum Ausrichten Licht angewandt wird, das im wesentlichen das gleiche wie das Belichtungslicht ist. Falls dies erwünscht ist, kann ein optisches System, wie beispielsweise das in Fig. 9 gezeigte, in Betracht gezogen werden.

In diesem Fall hat das optische System einen Aufbau, der ziemlich gleich demjenigen des Ausrichtgeräts ist. Das Betrachtungsfeld ist jedoch klein und kann als "Kleinstschritt-Fortschaltegerät" bezeichnet werden. Da das optische System selbst nicht direkt mit der erfindungsgemäßen Gestaltung in Zusammenhang steht, wird es nur kurz erläutert. Das Plättchen 5 wird unter ein Objektiv 122 gelegt, während in die Bahn des optischen Systems eine Maske 8′ eingefügt wird. Ein λE-Beleuchtungssystem 123 mit einer Lichtquelle 124 für eine Wellenlänge λE, die gleich derjenigen des Belichtungslichts des Ausrichtsgeräts 1 ist, gibt ein Beleuchtungslicht ab, welches nach dem Hindurchtreten durch Strahlenteiler 133 und 134 die Maske 8′ beleuchtet. Nach dem Durchlaufen eines Strahlenteilers 135 und eines λE-Projektionssystems 140 (mit einem Strahlenteiler 137) wird das Muster der Maske 8′ auf dem Plättchen 5 abgebildet. Das von dem Plättchen 5 reflektierte Licht kehrt auf seinem Einfallweg zurück und wird auf der Ebene der Maske 8′ flächig abgebildet sowie im weiteren über die Strahlenteiler 134 und 133 von einem Detektor 125 eines λE-Meßsystems 126 aufgenommen, in dem das Licht in ein elektrisches Signal umgesetzt wird.

Ein λ1-Beleuchtungssystem 128 hat eine Lichtquelle 127 und projiziert das Licht dieser Lichtquelle über einen Strahlenteiler 136 und ein λ1-Projektionssystem 141 (mit einem Spiegel 138 und dem Strahlenteiler 137) auf das Plättchen 5. Das von dem Plättchen 5 reflektierte Licht tritt in Gegenrichtung durch das Objektiv 122, den Strahlenteiler 137 und über den Spiegel 138 durch die Strahlenteiler 136 und 135 in dieser Aufeinanderfolge hindurch und wird an der Maske 8′ abgebildet. Ferner wird das Licht über den Strahlenteiler 134 von einem Detektor 130 eines λ1- und λ2-Meßsystems 129 aufgenommen, in dem es in ein elektrisches Signal umgesetzt wird. Weiterhin ist ausschließlich für das Beleuchten der Maske ein λ2-Beleuchtungssystem 131 vorgesehen. Das von einer λ2-Lichtquelle 132 abgegebene Licht beleuchtet über die Strahlenteiler 136 und 135 die Maske 8′, deren Schattenmuster von dem λ1- und λ-2-Meßsystem 129 aufgenommen wird.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß das als Beispiel in Fig. 9 gezeigte optische System die Funktion einer Plättchenmuster-Analysiereinrichtung und zugleich die Funktion eines Belichtungsgeräts hat. Bei diesem Beispiel dient die Maske 8′ bei der Ausrichtungsanalyse als Bezugsnormal für das Mikroskop, während sie als Mustervorlage dient, wenn die Einrichtung als Belichtungsgerät eingesetzt wird.

Hinsichtlich der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8D bis 8F kann genaugenommen jedes Ausführungsbeispiel in zwei Ausführungsbeispiele unterteilt werden. Das heißt, in (a) ein Verfahren zum Entfernen eines Resists von dem ganzen Bereich der Richtmarke und (b) ein Verfahren, bei dem ein übertragenes Muster der Maske (nämlich ein Resistbild) in dem Richtmarkenbereich belassen wird. Ferner können als Verfahren zum teilweisen Entfernen des Resists zweierlei verschiedene Arten in Betracht gezogen werden, nämlich (I) ein Verfahren, bei dem als Belichtungslicht ein starkes Impulslicht beispielsweise aus einem Dimeranregungslaser verwendet wird, so daß das Resist direkt durch die Bestrahlung abgetragen wird, und (II) ein Verfahren, bei dem normal belichtet wird und das Resist selektiv durch Entwickeln entfernt wird.

Unabhängig von den Verfahren (I) und (II) wird bei dem Ausführungsbeispiel (a) die Ausrichtegenauigkeit verbessert, da kein Resist auf der Richtmarke aufliegt, wenn in dem Ausrichtgerät der Ausrichtvorgang ausgeführt wird. Der Prozeß selbst ist bekannt. In diesem Fall ist der Prozeß an jedem der Plättchen auszuführen. Gemäß Fig. 7 ist der Ablauf der folgende:
Ausführungsbeispiel (a)-(I):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 107 und 110.
Ausführungsbeispiel (a)-(II):
Schritte 100, 101, 103, 104, 105, 106, 107, 111, 112, 113, 108 und 110.

Das Verfahren (a) kann beispielsweise durch Anwendung eines Systemaufbaus wie dem in Fig. 6 gezeigten ausgeführt werden.

Das Ziel bei dem Ausführungsbeispiel (b) ist die Analyse. Die Fig. 10A zeigt einen Zustand, bei dem an einer X-Richtmarke 151 und einer Y-Richtmarke 152, die in einem Richtmarkenbereich 150 ausgebildet sind, das Resist nur an durch Strichlierung dargestellten Teilbereichen 153 und 154 belassen ist. Die Fig. 10B zeigt einen Schnitt entlang einer Linie A-A in Fig. 10A. Durch das Ausführen der Analyse für einen jeden örtlichen Block der Richtmarke in dem dargestellten Zustand ist es möglich, irgendeine Signaldifferenz zwischen einem mit dem Resist überzogenen Bereich und einem Bereich ohne Resist sowie das Ausmaß einer durch das Vorliegen und Fehlen des Resists verursachten Verschiebung des beispielsweise nach dem Symmetrieverfahren ermittelten Mittenwerts zu erfassen.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 8D bis 8F stellen jeweils eine Probenanalyse dar und es ist nicht erforderlich, die Analyse für jedes Plättchen auszuführen. Hinsichtlich dieser als Probeexemplare benutzten Plättchen liegen zwei Fälle vor: (i) von dem Plättchen wird das Resist ganz abgetragen und es wird wieder frisches Resist aufgebracht, und (ii) das Probeplättchen wird direkt dem Ausrichtgerät 1 zugeführt und es wird eine Marke benutzt, die an einer von der bei der Analyse benutzten Richtmarke verschiedenen Stelle ausgebildet ist.

Bei diesen Ausführungsbeispielen werden die Prozesse der Beschichtungs/Entwicklungseinheit 70, der Plättchenmuster- Analysiereinrichtung 20 und des Ausrichtgeräts 1 folgendermaßen ausgeführt:
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(i) gemäß Fig. 8D:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 117, 103, 104, 105, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(I)-(ii) gemäß Fig. 8E:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 105, 107, 108, 109, 110, 111, 112 und 116 ausgeführt.
Ausführungsbeispiel (b)-(II) gemäß Fig. 8F:
Die Prozesse werden in der Aufeinanderfolge der Schritte 100, 103, 104, 107, 111, 112, 113, 109, 110, 111, 112, 113 und 116 ausgeführt.

Die aus diesen Prozessen erhaltenen Analyseergebnisse werden wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zum Einstellen von Parametern des optischen Meßsystems im Ausrichtgerät 1 oder zum Einstellen von Signalverarbeitungsalgorithmen im Ausrichtgerät 1 benutzt. Es besteht natürlich ein einfaches Verfahren darin, daß bei einer in Fig. 11 dargestellten Tendenz zu radialen Fehlern aus den Daten die Radialkomponente (der zu einem Abstand r von der Mitte proportionale Fehlerkomponentenkoeffizient) dem Ausrichtgerät derart zugeführt wird, daß in diesem der Ausrichtelage als Versetzung eine entsprechende Größe hinzugefügt wird und dementsprechend belichtet wird.

Ferner ist es bei dem Kombinieren des Systems mit einer Beschichtungs/Entwicklungseinheit in Fließbandstruktur möglich, den Prozeß zum teilweisen Entfernen des Resists auszuführen und auch das System als Prüfgerät für die Beurteilung des Ergebnisses der Ausrichtung und Belichtung zu benutzen. Auf diese Weise ist es ermöglicht, ein flexibles System zu schaffen, das außer als Analysiereinrichtung auch für verschiedenerlei andere Zwecke eingesetzt werden kann.

Ein Belichtungssystem für das Belichten eines mit einem Resist beschichteten Plättchens über eine Maske enthält eine fotoelektrische Wandlervorrichtung zum fotoelektrischen Umsetzen einer auf dem Plättchen ausgebildeten Richtmarke über ein optisches Meßsystem, eine Analysiereinrichtung zum Untersuchen einer Auswirkung des Resists an dem Plättchen auf ein Markensignal aus der fotoelektrischen Wandlervorrichtung und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Lage des Plättchens in bezug auf die Maske unter Anwendung des Markensignals aus der fotoelektrischen Wandlervorrichtung und eines Ergebnisses der Untersuchung der Analysiereinrichtung.

Claims (5)

1. Belichtungssystem mit
einem optischen Projektionssystem (10) zum Projizieren des Musters einer Maske (8) auf ein mit Resist (52) beschichtetes Plättchen (5) und
einer ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13), mit der eine auf dem Plättchen (5) ausgebildete Marke (51) mit Hilfe des optischen Projektionssystem (10) erfaßt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Plättchen (5) mit Hilfe einer zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) ohne das optische Projektionssystem (10) erfaßt wird,
daß mittels einer Analysiereinrichtung (20, 36) auf der Grundlage eines Erfassungssignals der zweiten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (31) die Auswirkungen des auf dem Plättchen befindlichen Resists (52) auf ein Markensignal der ersten fotoelektrischen Erfassungseinrichtung (13) festgestellt werden, und
daß die Relativlage von Plättchen (5) zu Maske (8) auf der Grundlage des Markensignals und des Ergebnisses der Analysiereinrichtung (20, 36) einjustiert wird.

2. Belichtungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiereinrichtung (20, 36) einen Objektträger (23) zum Bewegen des Plättchens (5) umfaßt.

3. Belichtungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektträger (23) von einem beim Projizieren des Musters der Maske (8) auf das mit Resist (52) beschichtete Plättchen (5) verwendeten Objektträger (3) getrennt ist.

4. Belichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13) und die zweite fotoelektrische Erfassungsvorrichtung (31) bei der fotoelektrischen Erfassung Licht zur Belichtung aus im wesentlichen gleichen Wellenlängenbereichen verwenden.

5. Belichtungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysiereinrichtung (20, 36) aufeinanderfolgend den Zustand des mit Resist (52) beschichteten Plättchens (5) und den Zustand des vom Resist (52) befreiten Plättchens (5) analysiert.