PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69130783T2 21.10.1999
EP-Veröffentlichungsnummer 0467445
Titel Vorrichtung zur Projecktion eines Maskenmusters auf ein Substrat
Anmelder ASM Lithography B.V., Veldhoven, NL
Erfinder Van den Brink, Marinus Aart, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
Linders, Henk Frederik Dirk, NL-5656 AA Eindhoven, NL;
Wittekoek, Stefan, NL-5656 AA Eindhoven, NL
Vertreter Peuckert, H., Dipl.-Ing., Pat.-Ass., 22335 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69130783
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 05.07.1991
EP-Aktenzeichen 912017423
EP-Offenlegungsdatum 22.01.1992
EP date of grant 20.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.10.1999
IPC-Hauptklasse G03F 9/00
IPC-Nebenklasse G03F 1/14   

Beschreibung[de]

Vorrichtung zum Projizieren eines Maskenmusters auf ein Substrat Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Projizieren eines Musters einer Maske auf ein Substrat, wobei diese Vorrichtung nacheinander die nachfolgenden Elemente aufweist: ein Beleuchtungssystem zum Liefern eines Projektionsstrahls, eine Maskenhalterung, ein Projektionslinsensystem und eine Substrathalterung und wobei diese Vorrichtung weiterhin mit einer Einrichtung zum gegenüber einander Ausrichten der Maske und des Substrats mit Hilfe eines Substratausrichtmerkmals und eines Maskenausrichtmerkmals versehen ist, wobei diese Einrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist: eine ein Ausrichtbündel lieferende Strahlungsquelle, das Projektionslinsensystem und ein strahlungsempfindliches Detektionssystem in der Strecke selektierter Ausrichtbündelteile, die mit einem ersten Ausrichtmerkmal in Interaktion gewesen sind, mit einem Maskenausrichtmerkmal oder mit einem Substratausrichtmerkmal, und die mit einem zweiten Ausrichtmerkmal in Interaktion gewesen sind, mit einem Substratausrichtmerkmal oder einem Maskenausrichtmerkmal, wobei auf dem zweiten Ausrichtmerkmal das erste Ausrichtmerkmal abgebildet wird, wobei das Ausgangssignal des Deketionssystems ein Maß für die gegenseitige Lage der Ausrichtmerkmale ist.

Unter dem Ausdruck "Ausrichten eines Maskenmerkmals und eines Substratmerkmals gegenüber einander" wird verstanden, das direkte sowie indirekte Ausrichtung dieser Ausrichtmerkmale. Im Falle der direkten Ausrichtung wird ein Maskenausrichtmerkmal oder ein Substratausrichtmerkmal auf dem anderen Merkmal, dem Substratausrichtmerkmal bzw. dem Maskenausrichtmerkmal abgebildet und das strahlungsempfindliche Detektionssystem befindet sich hinter dem genannten anderen Ausrichtmerkmal. Im Falle einer indirekten Ausrichtung wird das Substratausrichtmerkmal sowie das Maskenausrichtmerkmal auf verschiedenen Teilen eines weiteren Ausrichtmerkmals abgebildet, wobei das strahlungsempfindliche Detektionssystem sich hinter diesem weiteren Ausrichtmerkmal befindet. Das Ausmaß, in dem das Substratausrichtmerkmal und das Maskenausrichtmerkmal gegenüber einander ausgerichtet sind, wird dadurch ermittelt, daß detektiert wird, in welchem Ausmaß das Substra tausrichtmerkmal und das Maskenausrichtmerkmal gegenüber dem weiteren Ausrichtmerkmal ausgerichtet sind.

Die selektierten Ausrichtbündelteile sind diejenigen Teile des Ausrichtbündels, die effektiv benutzt werden um das erste Ausrichtmerkmal auf dem zweiten Ausrichtmerkmal abzubilden. Falls die Ausrichtmerkmale Diffraktionsraster sind, sind die selektierten Ausrichtbündelteile vorzugsweise die von dem ersten Ausrichtmerkmal aus dem Ausrichtbündel gebildeten Teilbündel +1er und -1er Ordnung. Auf alternative Weise können beispielsweise auch die Teilbündel +3er und -3er oder höherer Ordnung benutzt werden. Bei Verwendung anderer Ausrichtmerkmale sind die selektierten Bündelteile einer anderen Art. Als Beispiel läßt sich nennen die sog. Dunkelfeldbeleuchtung des ersten Ausrichtmerkmals, wobei von der von diesem Merkmal herrührenden Strahlung das Teilbündel nullter Ordnung unterdrückt ist und wobei in den auf beiden Seiten dieses Teilbündels liegenden Bündelteilen sich keine einzelnen Ordnungen unterscheiden lassen.

Eine Vorrichtung der obengenannten Art ist beschrieben worden in der US Patentschrift Nr. 4.778.275, die sich auf eine Vorrichtung bezieht zur wiederholten und verkleinten Abbildung eines Maskenmusters, beispielsweise des Musters einer integrierten Schaltung (IC) auf ein und demselben Substrat, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungen das Maskenmuster und das Substrat gegenüber einander verlagert werden, beispielsweise in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen in einer Ebene parallel zu der Substratebene und der Maskenebene.

Integrierte Schaltungen werden mit Hilfe von Diffusions- und Maskierungstechniken hergestellt. Dabei werden nacheinander eine Anzahl Masken mit verschiedenen Maskenmustern an derselben Stelle auf einem Halbleitersubstrat abgebildet. Zwischen den aufeinanderfolgenden Abbildungen an denselben Stellen soll das Substrat die gewünschten physikalischen und chemischen Änderungen erfahren. Dazu soll das Substrat nach der Belichtung mit einem Maskenmuster der Vorrichtung entnommen und nach Erfahrung der gewünschten Prozeßschritte darin wieder in derselben Lage zurückgebracht werden, damit es mit einem zweiten Maskenmuster belichtet werden kann, usw. wobei dafür gesorgt werden muß, daß die Abbildungen des zweiten Maskenmusters und der nachfolgenden Maskenmuster gegenüber dem Substrat ausgerichtet sind.

Diffusions- und Maskierungstechniken lassen sich auch anwenden bei der Herstellung anderer Strukturen mit Detailabmessungen in der Größenordnung von Mikrometern, beispielsweise Strukturen integrierter optischer System oder Führungs- und Detektionsmuster magnetischer Domänenspeicher und Strukturen von Flüssigkristall-Bildwiedergabeanordnungen. Auch bei der Herstellung dieser Strukturen sollen Abbildungen von Maskenmustern sehr genau gegenüber einem Substrat ausgerichtet werden.

Wegen der Vielzahl elektronische Elemente je Oberflächeneinheit des Substrats und der dadurch geringen Abmessungen dieser Elemente wird an die Genauigkeit, mit der integrierte Schaltungen hergestellt werden, immer höhere Anforderungen gestellt. Die Stelle, an der die aufeinanderfolgenden Masken auf dem Substrat abgebildet werden, müssen daher immer genauer festliegen.

Um die gewünschte sehr große Positionierungsgenauigkeit, innerhalb von einigen Zehnteln eines Mikrometers in der Vorrichtung nach der US Patentschrift 4.778.275, der Abbildung des Maskenmusters gegenüber dem Substrat verwirklichen zu können, weist diese Vorrichtung eine Einrichtung auf zum Ausrichten des Substrats gegenüber dem Maskenmuster, mit dem ein in dem Substrat vorgesehenes Ausrichtmerkmal auf dem Ausrichtmerkmal, das in der Maske vorgesehen ist, abgebildet wird. Wenn die Abbildung des Substratausrichtmerkmals mit dem Maskenausrichtmerkmal genau zusammenfällt, ist das Substrat gegenüber dem Maskenmuster einwandfrei ausgerichtet. Das Hauptelement zum Abbilden des Substratmerkmals auf dem Maskenmerkmal wird gebildet durch das Projektionslinsensystem bzw. Abbildungssystem, mit dem das Maskenmuster auf dem Substrat abgebildet wird.

Es hat sich herausgestellt, daß die Ausrichteinrichtung nach der US patentschrift 4.778.275 im Grunde gut funktioniert, daß aber unter bestimmten Umständen Ausrichtfehler auftreten, die bisher unerklärlich waren.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf der Entdeckung der Ursache der Ausrichtfehler und hat nun u. a. zur Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der diese Fehler ausgeschaltet sind. Die Vorrichtung nach der Erfindung weist dazu das Kennzeichen auf, daß zur Verhütung davon, daß Phasendifferenzen durch Reflexionen an einer Maskenplatte innerhalb der von dem Detektionssystem empfangenen, selektierten Ausrichtbündelteile auftreten, in der Strahlungsstrecke der selektierten Ausrichtbündelteile ein Richtungskorrekturelement vorgesehen ist zum Ändern der Richtung der Symmetrieachse selektierter Ausrichtbündelteile, so daß diese Achse im Grunde senkrecht auf der Ebene der Maskenplatte steht, wobei dieses Richtungskorrekturelement wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Projektionsbündels in der Ebene der genannten Platte.

Der Erfindung liegt die Entdeckung zugrunde, daß wenn, beispielsweise falls ein Substratausrichtmerkmal auf einem Maskenausrichtmerkmal abgebildet wird, und wobei die Ausrichtmerkmale Diffraktionsraster sind und von dem Substratausrichtmerkmal gebildete Ausrichtbündelteile +1er Ordnung und -1er Ordnung für die Abbildung benutzt werden, die Symmetrieachse dieser Ausrichtbündelteile nicht senkrecht auf der Maskenplatte steht, zusätzliche Phasendifferenzen und folglich zusätzliche, von der Ausrichtung unabhängige Intensitätsschwankungen in der Strahlung entstehen können, die von dem Detektionssystem aufgefangen wird, wodurch das erhaltene Ausrichtfehlersignal nicht mehr einwandfrei ist. Diese zusätzlichen Intensitätsschwankungen entstehen dadurch, daß Teile der Teilbündel doppelter Ordnung, als Teilbündel, die von dem Substratausrichtmerkmal sowie von dem Maskenausrichtmerkmal abgelenkt worden sind, durch eine Maskenplattenoberfläche abermals zu dem Maskenausrichtmerkmal hin reflektiert und danach an diesem Merkmal reflektiert und in Richtung der Teilbündel doppelter Ordnung abgelenkt werden. Diese Teile, die als Teilbündel dreifacher Ordnung bezeichnet werden können, durchlaufen mehrere Strecken in der Maskenplatte und weisen an der Stelle des Detektionssystems untereinander einen Phasenunterschied auf und beeinflußen dadurch das Ausgangssignal dieses Detektionssystems.

Auch bei Ausrichtvorrichtungen, bei denen die an der Maskenplatte reflektierten Bündelteile nicht nochmals auf das Maskenausrichtmerkmal treffen, oder bei denen andere Merkmale als Diffraktionsraster als Ausrichtmerkmale verwendet werden, kann der genannte Phasenunterschied und folglich ein fehlerhaftes Ausrichtsignal entstehen.

Weil der genannte Phasenunterschied von der Dicke der Maskenplatte abhängig ist, wird bei Verwendung von Maskenplatte mit verschiedenen Dicken bei derselben Vorrichtung die Ausrichtung einer ersten Maskenplatte gegenüber einem Substrat von der Ausrichtung einer zweiten Maskenplatte gegenüber demselben Substrat abweichen.

Das Ausmaß, in dem der genannte Phasenunterschied zu einem Ausrichtfehler führt, ist abhängig von dem Reflexionskoeffizienten der Maskenplatte, so daß bei Verwendung von Maskenplatten mit verschiedenen Reflexionskoeffizienten in derselben Vorrichtung auch wieder ein Unterschied zwischen der Ausrichtung einer ersten Maskenplatte und der einer zweiten Maskenplatte gegenüber demselben Substrat.

Zum Schluß ist der genannte Phasenunterschied abhängig von dem Winkel zwischen der Normalen auf der Maskenplatte und der Symmetrieachse der Ausrichtbündelteile, wobei dieser Winkel von Vorrichtung zu Vorrichtung verschieden sein kann. Bei Verwendung mehrerer Vorrichtungen für aufeinanderfolgende Prozeßschritte von demselben Substrat kann dann die Ausrichtung des Substrats gegenüber einer Maske verschieden sein, sogar wenn die verwendeten Maskenplatten dieselbe Dicke und denselben Reflexionskoeffizienten haben. Gegebenenfalls könnten dann die Unterschiede in dem Ausmaß der Ausrichtung in der Vorrichtung selbst korrigiert werden. Eine derartige Korrektur ist aber im Grunde unmöglich, wenn die verwendeten Maskenplatten verschiedene Dicken und/oder Reflexionskoeffizienten haben.

Die Symmetrieachse der Ausrichtbündelteile ist eine imaginäre, keine physikalische Achse. In dem Fall, wo die von dem ersten Ausrichtmerkmal in der +1en Ordnung und der -1en Ordnung abgelenkten Teilbündel des Ausrichtbündels auf das zweite Ausrichtmerkmal gerichtet sind, liegt diese Achse gegenüber den Hauptachsen der Teilbündel der beiden ersten Ordnungen symmetrisch und fällt beispielsweise mit der Hauptachse des fiktiven, sich nicht an der Abbildung; beteiligenden Teilbündels nullter Ordnung zusammen.

Nachdem der Effekt des Phasenunterschiedes infolge der inneren Reflexionen entdeckt worden ist, kann es, wie in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, kann dieser mit ziemlich einfachen Mitteln vermieden werden.

Es können nun zwar Teile der Teilbündel doppelter Ordnungen abermals zu dem zweiten Ausrichtmerkmal reflektiert werden, so daß, in entgegengesetzten Richtungen abgelenkt, Teilbündel dreifacher Ordnung entstehen. Das Ablenkelement sorgt jedoch dafür, daß die letztgenannten Teilbündel in der Platte des zweiten Ausrichtmerkmals dieselben Strecken zurücklegen, so daß keine zusätzlichen Phasenunterschiede zwischen diesen Teilbündeln auftreten.

Unter der senkrechten Ausrichtung der Symmetrieachse wird gemeint, daß die Bündelteile selber, beispielsweise die von dem ersten Ausrichtmerkmal in der +1en und -1en Ordnung abgelenkten Bündelteile derart gerichtet werden, daß die Symmetrieachse dieser Teile, entsprechend dem Hauptstrahl des fiktiven Teilbündels nullter Ordnung senkrecht auf dem zweiten Ausrichtmerkmal steht.

Das Ablenkelement ist möglichst nahe bei dem Maskenausrichtmerkmal vorgesehen, so daß die schmalen Bündelteile dort bereits gut überlappen, wodurch die Oberfläche dieses Elementes klein sein kann. Dieses Element wird das Projektionsbündel nicht beeinflußen. Außerdem braucht das Ablenkelement nur eine relativ kleine Richtungskorrektur zu bewirken, so daß es nur eine geringe Dicke aufzuweisen braucht. An die machanische und thermische Stabilität dieses Elementes brauchen daher keine strengen Anforderungen gestellt zu werden.

Nach einem weiteren Kennzeichen wird das Ablenkelement durch einen keilförmigen Körper aus einem für das Ausrichtbündel durchsichtigen Material gebildet.

Statt eines keilförmigen Elementes können auch andere Ablenkelemente, wie beispielsweise ein Spiegel, verwendet werden. An einen derartigen Spiegel müssen jedoch strengere Stabilitätsanforderungen gestellt werden als an ein keilförmiges Element.

Wie in der US patentschrift Nr. 4.778.275 beschrieben, enthält eine Vorrichtung zum Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat vorzugsweise nebst der genannten Einrichtung zum gegenüber einander Ausrichten eines ersten Maskenausrichtmerkmals und eines Substratausrichtmerkmals, eine zweite ähnliche Einrichtung zum gegenüber einander Ausrichten eines zweiten Maskenausrichtmerkmals und eines Substratausrichtmerkmals mit einem zweiten Ausrichtbündel. Dann kann die relative Winkelausrichtung des Maskenmusters und das Substrat unmittelbar und auf optischem Weg festgelegt werden und es kann zugleich die Vergrößerung, mit der das Projektionslinsensystem das Maskenmuster auf dem Substrat abbildet, bestimmt werden. Eine derartige Vorrichtung, bei der die Erfindung angewandt worden ist, weist das Kennzeichen auf, daß in der Strecke des zweiten Ausrichtbündels und in der Nähe eines zweiten Maskenausrichtmerkmals ein zweites Ablenkelement vorgesehen ist.

Wegen der steigenden Nachfrage nach mehr elektronischen Bauteilen je Oberflächeneinheit des Substrats, also nach kleineren Abmessungen dieser Bauteile, entsteht immer mehr Bedarf an einer Vorrichtung, die Abbildungen machen kann, deren Linienbreiten wesentlich kleiner sind als 1 um, beispielsweise in der Größenordnung von 0,2 bis 0,3 um. Dabei wird vorzugsweise ein Projektionsbündel verwendet, dessen Wellenlänge in dem fernen UV-Bereich liegt. Ein derartiges Projektionsbündel kann von einem Excimerlaser geliefert werden, beispielsweise einem Krypton- Fluoridlaser, mit einer Wellenlänge von 248 nm, einem Argon-Fluoridlaser mit einer Wellenlänge von 193 nm, oder von einem Nd-YAG-Laser, dessen Frequenz vervierfacht ist und der eine Wellenlänge von 256 nm hat.

Wie in der US Patentschrift Nr. 4.778.275 bemerkt, wird als Ausrichtbündel vorzugsweise ein Helium-Neon-Laserbündel mit einer Wellenlänge von 633 nm verwendet, weil ein derartiges Bündel keine Änderung in der auf dem Substrat vorgesehenen Photolackschicht herbeiführen kann und andererseits nicht durch diese Photolackschicht gedämpft wird. Das Projektionslinsensystem ist optimal korrigiert für die Projektionsbündelwellenlänge und kann eine scharfe Abbildung; des Maskenmusters auf dem Substrat bilden. Wegen der anderen Wellenläge des Ausrichtbündels aber können durch dieses Bündel und mit dem Projektionslinsensystem das Substrat und die Maske nicht scharf aufeinander abgebildet werden. Die von dem Projektionslinsensystem gebildete scharfe Abbildung eines Substratausrichtmerkmals liegt in einem bestimmten Abstand von dem zugeordneten Maskenausrichtmerkmal. Die Folge ist, daß das Ausrichtsignal, das aus den Signalen des strahlungsempfindlichen Detektionssystems hergeleitet wird, nicht länger nur durch Ausrichtfehler bestimmt wird, sondern auch durch beispielsweise eine Kippung des Substrats oder durch Unstabili täten des Ausrichtbündels. Bei der Verlagerung eines Substratausrichtmerkmals und eines Maskenausrichtmerkmals gegenüber einander, derart, daß das Ausrichtsignal den gewünschten Wert hat, kann es nach wie vor einen Ausrichtfehler geben.

Um zu erreichen, daß, trotz der zum Abbilden nicht optimalen Wellenlänge des Ausrichtbündels, ein Substratausrichtmerkmal dennoch scharf auf einem Maskenausrichtmerkmal abgebildet wird, weist die Vorrichtung vorzugsweise das weitere Kennzeichen auf, daß in der Strecke eines Ausrichtbündels und in dem Projektionslinsensystem ein refraktives Korrekturelement vorgesehen ist, das wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Projektionslinsensystems in der Ebene dieses Elementes, wobei dieses Korrekturelement nur die von dem ersten Ausrichtmerkmal herrührenden, selektierten Ausrichtbündelteile richtet und auf das zweite Ausrichtmerkmal fokussiert.

Das refraktive Korrekturelement ist auf einer derartigen Höhe in dem Projektionslinsensystem vorgesehen, daß einerseits in der Ebene des Korrekturelementes die Teilbündel der jeweiligen Diffraktionsordnungen eines Ausrichtbündels, wobei diese Teilbündel durch ein erstes Ausrichtmerkmal gebildet werden, genügend getrennt sind um diese Teilbündel einzeln beeinflußen zu können, und andererseits dieses Korrekturelement einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Projektionsbündel und die damit gebildete Maskenabbildung hat. Unter Umständen kann das Korrekturelement undurchsichtig für das Projektionsbündel sein. Dann wird vermieden, daß dieses Element zu Phasenunterschieden in dem Projektionsbündel führt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, daß das Korrekturelement in der Fourrier-Ebene des Projektionslinsensystems vorgesehen ist.

Die Projektionslinse ist ein zusammengesetztes Linsensystem mit einer Vielzahl Linsenelementen, die man sich als in einer ersten Linsengruppe und einer zweiten Linsengruppe gegliedert denken kann. Die Fourier-Ebene befindet sich zwischen diesen beiden Linsengruppen. Die erste Linsengruppe bildet eine sog. Fourier- Transformierte eines Gegenstandes, in diesem Fall eines Ausrichtmerkmals, während die zweite Linsengruppe diese Fourier-Transformierte in ein Bild des Gegenstandes verwandelt. Die verschiedenen Diffraktionsordnungen des Ausrichtbündels, die durch den Gegenstand gebildet werden, sind fokussiert und in der Fourier-Transformierten voneinander getrennt.

Dadurch, daß das Korrekturelement ein refraktives Element ist, das die Richtung der hindurchgehenden Strahlen beeinflußt und dadurch unmittelbar die Lage des Punktes, an dem diese Strahlen zusammengebracht werden, verlagert, ist dieses Korrekturelement an sich schon sehr effektiv. Dadurch, daß außerdem das refraktive Korrekturelement in einem relativ großen Abstand von dem zweiten Ausrichtmerkmal vorgesehen ist, wird die Effektivität noch wesentlich vergrößert. Dadurch kann die optische Stärke dieses Elementes beschränkt bleiben, wodurch es relativ unempfindlich ist für mechanische und thermische Unstabilitäten.

Ein zusätzlicher Vorteil des refraktiven Korrekturelementes ist, daß dieses Element, weil es nur die in den selektierten Diffraktionsordnungen abgelenkten Teile des Ausrichtbündels zu dem zweiten Ausrichtmerkmal ablenkt, als räumliches Filter für die selektierten Diffraktionsordnungen funktioniert. Dadurch werden an sich bekannte Vorteile erhalten, ohne daß, wie bei bekannten Vorrichtungen, ein einzelnes Ordnungsfilter in der Strahlungsstrecke vorgesehen werden muß. Die gemeinten Vorteile sind daß der Kontrast, mit dem das erste Ausrichtmerkmal auf dem zweiten Ausrichtmerkmal abgebildet wird, gesteigert wird, daß etwaigen Unregelmäßigkeiten in dem ersten Ausrichtmerkmal keinen Einfluß haben auf das erhaltene Ausrichtmerkmal, und daß die Genauigkeit, mit der die zwei Merkmale gegenüber einander ausgerichtet werden, zweimal größer ist als in dem Fall, daß auch das Teilbündel nullter Ordnung des Ausrichtbündels für die Abbildung verwendet werden würde.

Das refraktive Korrekturelement kann mehrere Formen haben und beispielsweise aus einem doppelten optischen Keil bestehen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung weist das Kennzeichen auf, daß das refraktive Korrekturelement eine Linse ist.

Mit einer derartigen Korrekturlinse kann nicht nur die Korrektur der Lage des Fokuspunktes verwirklicht werden, sondern auch die Vergrößerung, mit der ein Substratausrichtmerkmal abgebildet wird, zum großen Teil korrigiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kennt verschiedene Ausführungsformen, die sich von einander unterscheiden in der Art und Weise, wie das Substratausrichtmerkmal und das Maskenausrichtmerkmal aufeinander und ggf. auf einem Bezugsausrichtmerkmal abgebildet werden.

Eine erste Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß das erste Ausrichtmerkmal ein Substratausrichtmerkmal ist und das zweite Ausrichtmerkmal ein Maskenausrichtmerkmal ist, und daß das Strahlungsablenkelement in der Strecke der von dem Maskenausrichtmerkmal herrührenden Ausrichtstrahlung vorgesehen ist.

Eine zweite Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß das erste Ausrichtmerkmal ein Maskenausrichtmerkmal ist und das zweite Ausrichtmerkmal ein Substratausrichtmerkmal ist und daß das Strahlungsablenkelement in der Strecke der von dem Maskenausrichtmerkmal herrührenden Ausrichtstrahlung vorgesehen ist.

Eine dritte Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß das zweite Ausrichtmerkmal ein Bezugsausrichtmerkmal ist, das außerhalb des Substrats und außerhalb der Maske liegt und daß ein Substratausrichtmerkmal und ein Maskenausrichtmerkmal je ein erstes Ausrichtmerkmal bilden, die je auf dem Bezugsausrichtmerkmal abgebildet werden.

Eine vierte Ausführungsform weist das Kennzeichen auf, daß die Strahlungsquelle der Ausrichteinrichtung zwei Strahlungsbündel liefert, wobei diese Bündel in der Ebene eines Substratausrichtmerkmals und in der Ebene eines Maskenausrichtmerkmals ein Interferenzmuster bilden, daß das erste Ausrichtmerkmal durch das Interferenzmuster gebildet wird und daß das Substratausrichtmerkmal und das Maskenausrichtmerkmal je ein zweites Ausrichtmerkmal sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist weiterhin das Kennzeichen auf, daß ein Substratausrichtmerkmal durch ein Phasendiffraktionsraster gebildet wird und ein Maskenausrichtmerkmal durch ein Amplitudendiffraktionsraster gebildet wird.

Wie in der US Patentschrift Nr. 4.251.160 beschrieben, haben periodische Raster gegenüber anderen Ausrichtmerkmalen, wie beispielsweise quadratischen Merkmalen oder sich senkrecht schneidenden Streifen, den Vorteil, daß beim Messen von Positionsfehlern über die Raster gemittelt wird. Dadurch kann genau ausgerichtet werden, sogar wenn die Raster Unregelmäßigkeiten aufweisen, wie Abweichungen von der Nennbreite der Rasterstreifen und/oder im Fall eines profilrasters, Abweichungen von dem Nennprofil der Rasterrillen. Die Substratraster brauchen für den ganzen Fertigungszyklus einer integrierten Schaltung nur einmal angebracht zu werden und nicht jeweils wieder in jeder neu aufgebrachten Schicht. Phasenraster auf dem Substrat haben gegenüber Amplitudenrastern den Vorteil, daß sie gut "Sichtbar" bleiben. Die Phasenraster sind außerdem gut beständig gegen die vielen Diffusionsprozessen, die das Substrat bei der Herstellung integrierter Schaltungen erfahren muß.

Durch eine Kombination von rasterförmigen Ausrichtmerkmalen und Filterung der Teilbündel selektierter Ordnung wird erreicht, daß das Ausrichtsignal nicht durch Abweichungen von Rasterformen höherer Ordnung beeinflußt werden.

Die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung kann das weitere Kennzeichen aufweisen, daß in dem Strahlungsweg eines Ausrichtbündels mit periodischen Signalen gesteuerte Mittel vorgesehen sind zum periodischen gegenüber einander Verlagern eines von dem Detektionssystem detektierten zweiten Ausrichtmerkmals und der Abbildung auf diesem Merkmal eines ersten Ausrichtmerkmals. In dem Fall von Rastermerkmalen ist die Verlagerung in der Größenordnung einer halben Periode des zweiten Ausrichtmerkmals.

Die genannten Mittel können von einem Steuerglied für das zweite Ausrichtmerkmal gebildet werden, so daß dieses Ausrichtmerkmal periodisch verlagert wird, oder von einem Polarisationsmodulator in Kombination mit polarisationsempfindlichen Elementen, die dafür sorgen, daß die Abbildung des ersten Ausrichtmerkmals effektiv über ein zweites Ausrichtmerkmal oszilliert wird. Durch die periodische Verlagerung der durch das Detektionssystem detektierten Abbildung des ersten Merkmals gegenüber dem zweiten Markmal wird ein dynamisches Ausrichtsignal erhalten und wird die Genauigkeit und die Empfindlichkeit der Einrichtung wesentlich verbessert. Das Letztere ist von Bedeutung, wenn die Substratausrichtmerkmale nur noch schwach reflektieren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat,

Fig. 2 eine bekannte Ausführungsform eines Ausrichtmerkmals in Form eines zweidimensionalen Rasters,

Fig. 3 eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung mit zwei Ausrichtmerkmalen,

Fig. 4 die Strecke der Ausrichtstrahlung durch die Maskenplatte,

Fig. 5 diese Strecke beim Auftritt von Reflexionen an dieser Platte,

Fig. 6 die Strecke der Ausrichtstrahlung durch die Maskenplatte in einer Einrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Ausführungsform einer derartigen Einrichtung,

Fig. 8 die Wirkungsweise einer Korrekturlinse, die bei dieser Einrichtung verwendet werden kann,

Fig. 9, 10 und 11 eine zweite, dritte bzw. vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ausrichteinrichtung.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Vorrichtung dargestellt zum wiederholten Abbilden eines Maskenmusters auf einem Substrat. Die Hauptelemente dieser Vorrichtung sind eine Projektionssäule, in der ein abzubildendes Maskenmuster C vorgesehen ist, und ein verlagerbarer Substrattisch WT, mit dem das Substrat gegenüber dem Maskenmuster C ausgerichtet werden kann.

In der Projektionssäule befinden sich ein Beleuchtungssystem, das beispielsweise aus einem Laser LA, beispielsweise einem Krypton-Fluorid-Laser, besteht, ein Linsensystem LS, ein Spiegel RE und eine Kondensorlinse CO. Das Projektionsbündel PB beleuchtet das in der Maske Maskenausrichtmerkmal vorhandene Maskenmuster C, wobei diese Maske auf einem Maskentisch MT vorgesehen ist.

Das durch das Maskenmuster C hindurchtretende Bündel PB geht durch ein in der Projektionssäule vorgesehenes und nur schematisch dargestelltes Projektionslinsensystem PL, das eine Abbildung des Musters C auf dem Substrat W bildet. Das Projektionslinsensystem hat beispielsweise eine Vergrößerung M = 1/5, eine nu merische Apertur N. A. = 0,48 und ein biegungsbegrenztes Bildfeld mit einem Durchmesser von 21,2 mm.

Das Substrat W ist auf einem beispielsweise luftgelagerten Substrattisch WT angebracht. Das Projektionslinsensystem PL und der Substrattisch WT sind in einem Gehäuse HO angebracht, das auf der Unterseite durch eine beispielsweise aus Granit bestehende Bodenplatte Bildprojektionsvorrichtung und auf der Oberseite durch den Maskentisch MT abgeschlossen ist.

Wie in Fig. 1 rechts oben angegeben, enthält die Maske Maskenausrichtmerkmal zwei Ausrichtmerkmale M&sub1; und M&sub2;. Diese Merkmale bestehen vorzugsweise aus Diffraktionsrastern, können aber auch durch andere Merkmale, wie Quadrate oder Streifen gebildet werden, die sich optisch von der Umgebung unterscheiden. Die Ausrichtmerkmale sind vorzugsweise zweidimensional, d. h., daß sie sich in zwei senkrecht aufeinander stehenden Richtungen, der X- und der Y-Richtung in Fig. 1, erstrecken. Das Substrat W, beispielsweise ein Halbleitersubstrat, auf dem das Muster C einige Male nebeneinander abgebildet werden muß, enthält eine Anzahl Ausrichtmerkmale, vorzugsweise auch wieder zweidimensionale Diffraktionsraster, von denen zwei, P&sub1; und P&sub2; in Fig. 1 angegeben sind. Die Merkmale P&sub1; ud P&sub2; liegen außerhalb der Gebiete auf dem Substrat W, wo die Abbindungen des Musters C gebildet werden müssen. Vorzugsweise sind die Rastermerkmale P&sub1; und P&sub2; als Phasenraster ausgebildet und die Rastermerkmale M&sub1; und M&sub2; als Amplitudenraster.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform eines der zwei identischen Substratphasenraster vergrößert dargestellt. Ein derartiges Raster kann aus vier Teilrastern P1,a, P1,b, P1,c und P1,d bestehen, von denen zwei P1,b und P1,d zum Ausrichten in der X- Richtung dienen und die zwei übrigen, P1,a und P1,c zum Ausrichten in der Y-Richtung. Die zwei Teilraster P1,b und P1,c haben eine Rasterperiode von beispielsweise 16 um und die Teilraster P1,a und P1,d haben eine Rasterperiode von beispielsweise 17,6 um. Jedes der Teilraster kann eine Abmessung von beispielsweise 200 · 200 um haben. Mit diesem Raster und einem geeigneten optischen System kann eine Ausrichtgenauigkeit von im Grunde kleiner als 0,1 um erreicht werden. Es ist für verschiedene Rasterperiode gewählt worden, damit der Einfangbereich der Ausrichteinrichtung vergrößert wird.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Ausrichteinrichtung, und zwar einer doppelten Ausrichteinrichtung, wobei zwei Ausrichtbündel b und b' zum Ausrichten des Substratausrichtmerkmals P&sub2; aus dem Maskenausrichtmerkmal M&sub2; bzw. des Substratausrichtmerkmals P&sub1; auf dem Maskenausrichtmerkmal M&sub1; verwendet werden. Das Bündel b wird durch ein reflektierendes Element 30, beispielsweise einen Spiegel, zu der reflektierenden Oberfläche 27 eines Prismas 26 reflektiert. Die Oberfläche 27 reflektiert das Bündel b zu dem Substratausrichtmerkmal P&sub2;, das einen Teil der Strahlung als Bündel b&sub1; zu dem zugeordneten Maskenausrichtmerkmal M&sub2; sendet, wo eine Abbildung des Merkmals P&sub2; gebildet wird. Über dem Merkmal M&sub2; befindet sich ein reflektierendes Element 11, beispielsweise ein Prisma, das die von dem Merkmal M&sub2; durchgelassene Strahlung auf einen strahlungsempfindlichen Detektor 13 richtet.

Das zweite Ausrichtbündel b' wird durch einen Spiegel 31 zu einem Reflektor 29 in dem Projektionslinsensystem PL reflektiert. Dieser Reflektor 29 sendet das Bündel b' zu einer zweiten reflektierenden Oberfläche 28 des Prismas 26, wobei diese Oberfläche das Bündel b' auf das Substratausrichtmerkmal P&sub1; richtet. Dieses Merkmal reflektiert einen Teil der Strahlung des Bündels b' als Bündel b&sub1;' zu dem Maskenausrichtmerkmal M&sub1;, wo ein Bild des Merkmals P&sub1; gebildet wird. Die durch das Merkmal M&sub1; hindurchgehende Strahlung des Bündels b&sub1;' wird von einem Reflektor 11' auf einen strahlungsempfindlichen Detektor 13' gerichtet.

Die Wirkungsweise der doppelten Ausrichteinrichtung wird anhand der Fig. 3 näher erläutert, die eine andere Ausführungsform einer derartigen Einrichtung zeigt.

Die Projektionsvorrichtung enthält weiterhin ein Fokusfehlerdetektionssystem zum Ermitteln einer Abweichung zwischen der Fokusebene des Projektionslinsensystems PL und der Oberfläche des Substrats W, so daß diese Abweichung korrigiert werden kann, beispielsweise dadurch, daß das Projektionslinsensystem längs seiner Achse verlagert wird. Dieses System kann durch die Elemente 40, 41, 42, 43, 44, 45 und 46 gebildet werden, die in einer, nicht dargestellten, Halterung angeordnet sind, die mit dem Projektionslinsensystem verbinden ist. Mit dem bezugszeichen 40 ist eine Strahlungsquelle angegeben, beispielsweise ein Diodenlaser, der ein Fokussierungs bündel b&sub3; aussendet. Dieses Bündel wird durch ein reflektierendes Prisma 432 in einem sehr kleinen Winkel auf das Substrat gerichtet. Das durch das Substrat reflektierte Bündel wird von dem Prisma 43 auf einen Retro-Reflektor 44 gerichtet. Das Element 44 reflektiert das Bündel in sichselbst, so daß dieses Bündel (b&sub3;') abermals dieselbe Strecke über die Reflexionen an dem Prisma 43, dem Substrat W und dem Prisma 42 durchläuft. Das Bündel b&sub3;' erreicht über ein teilweise reflektierendes Element 41 und ein reflektierendes Element 45 ein strahlungsempfindliches Detektionssystem 46. Dieses Detektionssystem besteht beispielsweise aus einem lagenabhängigen Detektor oder aus zwei einzelnen Detektoren. Die Lage des durch das Bündel b&sub3;' auf diesem System gebildeten Strahlungsfleckens ist abhängig von dem Ausmaß, in dem die Fokusebene des Projektionslinsensystems mit der Ebene des Substrats W zusammenfällt. Für eine eingehende Beschreibung des Fokusfehlerdetektionssystems sei auf die US Patentschrift Nr. 4.356.392 verwiesen.

Zur genauen Bestimmung der X- und der Y-Lage des Substrattisches WT ist die Projektionseinrichtung mit einem mehrachsigen Interferometersystem versehen, von dem in Fig. 1 nur ein einachsiges Teilsystem schematisch angegeben ist, und zwar durch eine Strahlungsquelle 50, in Form eines Lasers, eines Bündelspalters 51, eines ortsfest angeordneten reflektierenden Elementes 52 und eines Detektionssystems 53. Das von der Quelle 50 ausgesendete Bündel b&sub4; wird vom Bündelteiler in ein Meßbündel b4,m und ein Bezugsbündel b4,r aufgeteilt. Das Meßbündel erreicht eine spiegelnde Seitenfläche des Substrattisches und das reflektierte Meßbündel wird von dem Bündelteiler 51 mit dem von dem reflektierenden Element 52 reflektierten Bezugsbündel vereint um ein Interferenzmuster zu bilden an der Stelle des Detektionssystems 53. Das zusammengesetzte Interferometersystem kann ausgebildet sein, wie in der US Patentschrift Nr. 4.251.169 beschrieben und arbeitet dann mit zwei Bündeln. Statt dieses sog. zweiachsigen Interferometersystems kann auch ein dreiachsiges System, wie in der US Patentschrift Nr. 4.737.823 beschrieben, verwendet werden.

Durch Verwendung der Substrattischpositionsdetektionseinrichtung in Form eines Interferometersystems, können beim Ausrichten die Positionen und die gegenseitigen Abstände der Ausrichtmerkmale P&sub1; und P&sub2; und M&sub1; und M&sub2; in einem von dem Interferometersystem definierten Koordinatensystem festgelegt werden. Es braucht dann nicht auf ein Gestell der Projektionsvorrichtung oder auf ein Einzelteil derselben Bezug genommen zu werden, so daß Schwankungen in diesem Gestell, beispielsweise durch Temperaturschwankungen, durch mechanische Kriecheffekte u. dgl. keinen Einfluß auf die Messungen haben.

Fig. 3 zeigt das Prinzip der doppelten Ausrichtvorrichtung anhand einer Ausführungsform, die sich von der nach Fig. 1 unterscheidet durch die andere Art und Weise der Einkopplung der Ausrichtbündel b und b' in dem Projektionslinsensystem. Es sind zwei einzelne und identische Ausrichtsysteme AS&sub1; und AS&sub2; vorgesehen, die symmetrisch gegenüber der optischen Achse Aufzeichnungsanordnung des Projektionslinsensystems PL positioniert sind. Das Ausrichtsystem AS&sub1; ist dem Maskenausrichtmerkmal M&sub2; und das Ausrichtsystem AS&sub2; ist dem Maskenausrichtmerkmal M&sub1; zugeordnet. Die entsprechenden Elemente der zwei Ausrichtsysteme sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei die des Systems AS&sub2; sich durch das Akzentzeichen von denen des Systems AS&sub1; unterscheiden.

Dann wird nun zunächst der Aufbau des Systems AS&sub1; beschrieben werden, sowie die Art und Weise, wie mit diesem System die gegenseitige Lage des Maskenausrichtmerkmals M&sub2; und beispielsweise des Substratausrichtmerkmals P&sub1; festgelegt wird.

Das Ausrichtsystem AS&sub1; enthält eine Strahlungsquelle 1, beispielsweise einen Helium-Neon-Laser, der ein Ausrichtbündel b aussendet. Dieses Bündel wird von einem Bündelteiler 2 zu dem Substrat W hin reflektiert. Der Bündelteiler kann aus einem halbdurchlässigen Spiegel oder einem halbdurchlässigen Prisma bestehen, wird aber vorzugsweise durch ein polarisationsempfindliches Teilprisma gebildet, dem eine λ/4-Platte 3 folgt, wobei λ die Wellenlänge des Bündels b ist. Das Projektionssystem PL fokussiert das Bündel b zu einem kleinen Fokusflecken V mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 1 mm, auf dem Substrat W. Dieses Substrat reflektiert einen Teil des Bündels, als Bündel b&sub1;, in Richtung der Maske M. Das Bündel b&sub1; geht durch das Projektionslinsensystems PL, wobei dieses System den Strahlungsflecken V auf der Maske abbildet. Bevor das Substrat in der Beleuchtungseinrichtung angebracht wird, ist es vor-ausgerichtet in einer mit der Einrichtung gekoppelten Vorausrichtstation, beispielsweise der Station, die in der Europäischen Patentanmeldung Nr. 0.164.165 beschrieben ist, und zwar derart, daß der Strahlungsflecken V auf dem Substratausrichtmerkmal P&sub2; liegt. Dieses Merkmal wird dann von dem Bündel b&sub1; auf dem Maskenausrichtmerkmal M&sub2; abgebildet. Die Dimension des Maskenausrichtmerkmals M&sub2; ist, die Vergrößerung M des Projektionslinsensystems berücksichtigend, an die des Substratausrichtmerkmals P&sub2; angepaßt, so daß bei einer einwandfreien gegenseitigen Positionierung der zwei Merkmale das Bild des Merkmals P&sub2; mit dem Merkmal M&sub2; genau zusammenfällt.

Auf dem Weg zu und von dem Substrat W ist das Bündel b bzw. b' zweimal durch die λ/4-Platte 3 hindurchgegangen, wobei die optische Achse mit der Polarisationsrichtung des von der Quelle 1 herrührenden linear polarisierten Bündels b einen Winkel von 45º einschließt. Das durch die λ/4-Platte hindurchgehende Bündel b&sub1; hat dann eine Polarisationsrichtung, die um 90º gegenüber dem Bündel b gedreht ist, so daß das bündel b&sub1; durch das Polarsationsteilprisma 2 durchgelassen wird. Die Verwendung des Polaristaionsteilprismas in Kombination mit der λ/4-Platte bietet den Vorteil eines minimalen Strahlungsverlustes beim Einkoppeln des Ausrichtbündels in den Strahlungsweg des Ausrichtsystems.

Der durch das Ausrichtmerkmal M&sub2; durchgelassene Bündel b&sub1; wird an einem Prisma 11 reflektiert und beispielsweise durch ein weiteres reflektierendes Prisma 12 zu einem strahlungsempfindlichen Detektor 13 gerichtet. Dieser Detektor ist beispielsweise eine zusammengesetzte Photodiode mit beispielsweise vier einzelnen strahlungsempfindlichen Gebieten entsprechend der Anzahl Teilratster nach Fig. 2. Die Ausgangssignale dieser Detektoren sind ein Maß für das Zusammenfallen des Merkmals M&sub2; mit der Abbildung des Substratausrichtmerkmals P&sub2;. Diese Signale können elektronisch verarbeitet werden und benutzt werden um mit Hilfe nicht dargestellter Antriebssysteme die Maske und das Substrat gegenüber einander derart zu bewegen, daß die Abbildung des Markmals P&sub2; mit dem Merkmal M&sub2; zusammenfällt. Auf diese Weise ist eine automatische Ausrichtvorrichtung erhalten worden.

Gegebenenfalls kann zwischen dem Prisma 11 und dem Detektor 13 ein Bündelteiler 14 in Form beispielsweise eines teilweise durchlässigen Prismas, vorgesehen werden, der einen Teil des Bündels b&sub1;, als Bündel b&sub2; abspaltet. Das abgespaltete Bündel b&sub2; trifft dann über beispielsweise zwei Linsen 15 und 16 auf eine Fernsehkamera 17, die mit einem nicht dargestellten Monitor gekoppelt ist, an dem die Aus richtmerkmale P&sub2; und M&sub2; für die bedienende Person der Beleuchtungsvorrichtung sichtbar sind. Diese Person kann dann feststellen, ob die beiden Merkmale zusammenfallen und ggf. durch Manipulatoren das Substrat W verlagern, damit die Merkmale zusammenfallen.

Auf ähnliche Weise wie oben für die Merkmale M&sub2; und P&sub2; beschrieben, können auch die Merkmale M&sub1; und P&sub2; bzw. die Merkmale M&sub1; und P&sub1; gegenüber einander ausgerichtet werden. Für die zwei letzteren Ausrichtungen wird das Ausrichtsystem AS&sub2; benutzt.

Für Einzelheiten über die Ausrichtprozedur mit Hilfe der Ausrichtsysteme sei auf die US Patentschrift Nr. 4.778.275 verwiesen.

Die Ausrichtmerkmale P&sub1; und P&sub2;, in Form von Rastern, oder andere Diffraktionselemente spalten die auftreffenden Ausrichtbündel in ein unabgelenktes Teilbündel nullter Ordnung und eine Anzahl (abgelenkter) Teilbündel erste und höherer Ordnung. Von diesen Teilbündeln werden in der Ausrichtvorrichtung nur diejenigen mit derselben Ordnungsnummer, vorzugsweise die Teilbündel erster Ordnung, selektiert um ein Substratausrichtmerkmal auf einem Maskenausrichtmerkmal abzubilden. Die auf ein Maskenausrichtmerkmal treffenden Teilbündel werden durch dieses Merkmal in verschiedene Biegungsordnungen aufgeteilt, wodurch eine Anzahl Teilbündel doppelter Diffraktionsordnung entstehen, die auf das zugeordnete strahlungsempfindliche Detektionssystem 13 oder 13' gerichtet sind und miteinander interferieren. An der Stelle dieses Detektionssystems entsteht auf diese Weise ein Interferenzmuster, das beim Auftritt von Ausrichtfehlern von der Maske gegenüber dem Substrat sich verlagert.

Wie in den Fig. 1 und 3 angegeben, gehen die Hauptstrahlen der Bündel b&sub1; und b&sub1;', die als die Symmetrieachsen der von den Substratausrichtmerkmalen P&sub2; und P&sub1; gebildeten Teilbündel betrachtet werden können, schief durch die Maskenplatte Maskenausrichtmerkmal. Ein Teil dieser Maskenplatte an der Stelle des Ausrichtmerkmals M&sub1;, in Form eines Rasters, ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Diese Figur zeigt zugleich die Hauptstrahlen b&sub1;'(+1) und b&sub1;'(-1), die durch das nicht dargestellte Substratausrichtmerkmal gebildet werden. Substratausrichtmerkmal ist die Symmetrieachse der Teilbündel b&sub1;'(+1) und b&sub1;'(-1), wobei die Richtung dieser Achse beis pielsweise mit der des Teilbündels b&sub1;' (0) nullter Ordnung zusammenfällt, das gesperrt wird und das Merkmal M&sub1; nicht erreicht. Die durch das Rastermerkmal M&sub1; aus dem Teilbündel b&sub1;'(+1) gebildeten Teilbündel b&sub1;'(+1, 0) und b&sub1;'(+1, -1) und aus dem Teilbündel b&sub1;'(-1) gebildeten Teilbündel b&sub1;'(-1, 0) und b&sub1;'(-1, +1) werden von dem nicht dargestellten Detektionssystem 131 detektiert. Die Teilbündel mit anderen doppelten Diffraktionsordnungen können entweder gesperrt oder in solchen Winkel abgelenkt werden, daß sie das Detektionssystem nicht erreichen.

Solange nur die in Fig. 4 dargestellten Teilbündel b'(-1, 0), b&sub1;'(+1, -1), b&sub1;'(+1, 0) und b&sub1;'(-1, +1) an der Stelle des Detektionssystems miteinander interferieren, führt die schiefe Lage der Symmetrieachse nicht zu einem Ausrichtfehler. Wie aber von der Anmelderin entdeckt wurde und in Fig. 5 angegeben ist, kann ein Teil des Teilbündels doppelter Ordnung b&sub1;'(+1, 0) an der Oberseite der Maskenplatte reflektiert werden um abermals auf das Rastermerkmal M&sub1; zu treffen. Durch dieses Raster wird dann das Teilbündel dreifacher Ordnung b&sub1;'(+1, 0, -1) gebildet, das dieselbe Richtung hat wie die Teilbündel doppelter Ordnung b&sub1;'(-1, 0) und b&sub1;'(+1, -1). Auf gleiche Weise kann ein Teil des Teilbündels doppelter Ordnung b&sub1;'(-1, 0) an der Oberseite der Maskenplatte reflektiert werden om abermals auf das Rastermerkmal M&sub1; zu treffen. Dadurch entsteht ein Teilbündel dreifacher Ordnung b&sub1;'(-1, 0, +1), das dieselbe Richtung hat wie die Teilbündel doppelter Ordnung b&sub1;'(+1, 0) und b&sub1;(-1, +1).

Obschon das Merkmal M&sub1; auch noch Bündel 3., 5. und höherer Ordnungen liefern kann und außerdem in der Maskenplatte auch noch Reflexionen höherer Ordnung auftreten, reicht es und ist es zum Verständnis besser, sich auf die in den ersten Ordnungen doppelt und dreifach abgelenkten Teilbündel zu beschränken.

Das Teilbündel b1'(+1, 0, -1) hat in der Maskenplatte die Strecke A, B, C, D zurückgelegt und die Teilbündel b&sub1;'(-1, 0, +1) die Strecke A, E, F, G, die kürzer ist als die Strecke A, B, C, D. Zwischen den Teilbündeln b&sub1;'(+1, 0, -1) und b&sub1;'(-1, 0, +1) dreifacher Ordnung untereinander und zwischen diesen Teilbündeln und den entsprechenden Teilbündeln doppelter Ordnung tritt auf diese Weise ein Phasenunterschied auf. Durch diesen Phasenunterschied, der hauptsächlich von der Dicke der Maskenplatte und dem Winkel φ zwischen der Symmetrieachse SA und der Normalen n auf der Maskenplatte tritt eine Verlagerung des Interferenzmusters gegenüber dem Detektionssystem auf, wobei diese Verlagerung unabhängig ist von Ausrichtfehlern. Dadurch tritt ein sog. Offset in dem Ausrichtsignal und in der verwirklichten Ausrichtung der Maske gegenüber dem Substrat auf, dessen Größe von dem Reflexionskoeffizienten und der Dicke der Maskenplatte abhängig ist. Für nur eine Projektionseinrichtung, wobei verschiedene Masken verwendet werden, kann dieser Offset für die jeweiligen Masken verschieden sein, während für eine Maske, die nacheinander in verschiedenen Projektionseinrichtungen verwendet wird, der Offset in den jeweiligen Einrichtungen verschieden sein kann, weil der Winkel 9 verschieden sein kann.

Der genannte Offset ist relativ groß bei Verwendung kohärenter Ausrichtstrahlung, wie diese von einem Gaslaser geliefert wird, wird aber auch bei Verwendung von weniger oder nicht-kohärenter Ausrichtstrahlung, wie von Excimerlasern, Halbleiterlasern oder Quecksilberlampen geliefert, auftreten können, sei es in geringerem Ausmaß.

Nebst der Entdeckung der Ursache der Ausrichtfehler schafft die vorliegende Erfindung auch eine Möglichkeit, diese Fehler zu eliminieren.

Diese Möglichkeit, den genannten Ausrichtfehler zu eliminieren, die keine Anpassung der Maskenplatte erfordert und angewandt werden kann, wenn die Ausrichtstrahlung, die das Maskenmerkmal trifft, eine Symmetrieachse hat, was beispielsweise der Fall ist, wenn nur zwei Biegeordnungen auf dieses Merkmal treffen, besteht darin, daß zwischen dem Projektionslinsensystem PL und der Maskenplatte ein Bündelablenkelement vorgesehen wird, das dafür sorgt, daß die Symmetrieachse der verwendeten Teilbündel senkrecht auf der Maskenplatte steht, oder mit anderen Worten, daß die Hauptstrahlen dieser Teilbündel mit gleichen aber entgegengesetzten Diffraktionsordnungen in gleichen aber entgegengesetzten Winkeln auf die Maskenplatte treffen.

Fig. 6 zeigt die Situation, in der die Teilbündel erster Ordnung b&sub1;'(-1) und b&sub1;'(+1), herrührend von dem Substratausrichtmerkmal P&sub1;, symmetrich auf das Maskenausrichtmerkmal M&sub1; auftreffen. Derjenige Teil der Teilbündel b&sub1;'(-1, 0), der an der Oberseite der Maskenplatte reflektiert wird und von dem Raster M&sub1; als Teilbündel dreifacher Ordnung b&sub1;'(-1, 0, +1) reflektiert wird, geht den Weg HIK durch die Maskenplatte, wobei dieser Weg ebenso lang ist wie der Weg HI'K', den das Teilbündel dreifacher Ordnung b&sub1;'(+1, 0, -1) geht, wobei dieses Teilbündel aus dem an der Oberseite der Maskenplatte reflektierten Teil des Teilbündels b&sub1;(+1, 0) gebildet wird. Es tritt dann kein Phasenunterschied mehr auf zwischen den Teilbündeln dreifacher Ordnung und den entsprechenden Teilbündeln doppelter Ordnung, wodurch die Ursache des oben beschriebenen Ausrichtfehlers verschwunden ist.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform einer doppelten Ausrichteinrichtung, in der die Erfindung angewandt worden ist. Unter den Maskenausrichtmerkmalen M&sub1; und M&sub2; sind keilförmigen Elemente WE&sub1; und WE&sub2; vorgesehen, welche die Hauptachsen der Ausrichtbündel b&sub1;' und b&sub1;, herrührend von den Substratausrichtmerkmalen P&sub1; und P&sub2;, derart ablenken, daß diese Hauptstrahlen senkrecht auf der Maskenplatte stehen. Die Ausrichtbündel gehen auf bekannte Weise durch die Markmale M&sub1; und M&sub2; und werden danach von den Reflektoren 11' und 11 auf die Detektionssysteme 13' bzw. 13 gerichtet. Mit den Ausgangssignalen dieser Systeme können die Maske und das Substrat gegenüber einander ausgerichtet werden, beispielsweise durch Verlagerung des Maskentisches MT, wie durch den Doppelpfeil 70 und die in der US Patentschrift Nr. 4.698.575 beschriebene Parallelogrammkonstruktion 71 schematisch angegeben.

In der Ausführungsform nach Fig. 7 rühren die Ausrichtbündel b und b' von zwei einzelnen Beleuchtungssystemen IS&sub1; und IS&sub2; her, die je aus einer Strahlungsquelle 1 (1'), zwei Linsen 60, 62 (60', 62') und einer einstellbaren planparallelen Platte 61 (61') bestehen, womit eine Feineinstellung der Richtung des Bündels b (b') verwirklicht werden kann. Die Linsen 60 und 62 sorgen dafür, daß die Qualität der Abbildung der Quelle (1, 1') beibehalten wird. Die Bündel b und b' werden von einem reflektierenden Prisma 26, das sich innerhalb des Projektionslinsensystems befindet, zu den Substratausrichtmerkmalen P&sub1; und P&sub2; reflektiert. Von diesem Projektionslinsensystem ist einfachheitshalber nur die Linsengruppe unterhalb der Fourier-Ebene schematisch durch nur ein Linsenelement PL&sub1; dargestellt.

Das Bündeleinkoppelprisma 26 befindet sich, wie nachstehend noch erläutert wird, vorzugsweise an der Stelle der Fourier-Ebene des Projektionslinsensystems. Der Winkel φ, der durch den Keil korrigiert werden muß, wird gegeben durch:

tan φ = (M&sub1; - M&sub2;)/2. EP

wobei M&sub1; - M&sub2; der Abstand zwischen den Maskenausrichtmerkmalen M&sub1; und M&sub2; ist ind EP der Abstand zwischen der Maskenplatte und der Austrittsöffnungen UP des Projektionslinsensystems an der Seite der Maske ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Projektionseinrichtung, bei der der Abstand zwischen den Merkmalen M&sub1; und M&sub2; 96 mm beträgt und der Abstand EP gleich 400 mm ist, ist der zu korrigierende Winkel φ = 120 mrad. Dazu ist ein keil erforderlich mit einem Keilwinkel φWE von nur 240 mrad. Ein derartiger Keil kann aus einem kleinen Glasteil mit einer Dicke von nur 2 mm bestehen. An einen derartigen Keil brauchen keine hohen mechanischen und thermischen Stabilitätsanforderungen gestellt, zu werden.

In der axialen Richtung muß der Keil mit einer Genauigkeit von

gegenüber der Maskenplatte stabil positioniert werden. Darin ist M die Vergrößerung des Projektionslinsensystems und Δa ist der noch zulässige Ausrichtfehler an der Stelle des Substrats. Bei einem Ausführungsbeispiel mit M = 5, Δa = 5 nm und φ = 120 mrad, ist der Wert von M.Δa/φ = 120 nm. Es hat sich herausgestellt, daß mit einem derartigen Keil die Vergrößerungsfehlermessung und Kontrolle die, wie in der US Patentschrift Nr. 4.778.275 beschrieben, mit den Substratausrichtmerkmalen P&sub1; und P&sub2; und den Maskenausrichtmerkmalen M&sub1; und M&sub2; durchgeführt werden kann, noch gut funktionieren, insofern der Abstand zwischen den Maskenausrichtmerkmalen M&sub1; und M&sub2; wesentlich kleiner ist als der Abstand EP in Fig. 7.

Statt eines Keils kann auch ein anderes Element, wie beispielsweise ein Spiegel oder eine Linse verwendet werden um die Richtungen der Teilbündel selektierter Ordnungen zu korrigieren.

Bei der erfindungsgemäßen Projektionseinrichtung ist vorzugsweise, wie in den Fig. 1, 3 und 7 dargestellt, in dem Projektionslinsensystem eine Korrekturlinse oder ein anderes Korrekturelement vorgesehen um den Unterschied zwischen den Wellenlängen des Projektionsbündels und des Ausrichtbündels zu korrigieren.

Weil das Projektionslinsensystem PL für die Wellenlänge des Projektionsbündels PB entworfen ist, die wegen des gewünschten großen Auflösungsvermögens möglichst klein sein soll, treten bei der Verwendung dieses Systems PL zum aufeinander Abbilden der Ausrichtmerkmale P&sub1;, P&sub2; und M&sub1;, M&sub2; mit Hilfe des Ausrichtbündels Abweichungen auf. So werden die Substratausrichtmerkmale P&sub1;, P&sub2; nicht in der Ebene des Maskenmusters, in der die Maskenausrichtmerkmale liegen, sondern in einem bestimmten Abstand davon abgebildet werden, wobei dieser Abstand abhängig ist von der Differenz zwischen den Brechzahlen, die das Material der Projektionslinsenelemente für die zwei Wellenlängen aufweist. Falls das Projektionsbündel eine Wellenlänge von beispielsweise 248 nm hat und das Ausrichtbündel eine Wellenlänge von 633 nm hat, kann dieser Abstand bis zu 2 m betragen. Außerdem wird infolge der genannten Wellenlängendifferenz auf dem Maskenausrichtmerkmal ein Substratausrichtmerkmal abgebildet mit einer Vergrößerung, die von der gewünschten Vergrößerung abweicht, wobei die Abweichung mit zunehmender Wellenlängendifferenz zunimmt.

Um die genannten Abweichungen zu korrigieren ist in der Projektionssäule PL eine zusätzliche Linse, eine Korrekturlinse, 25 vorgesehen. Die Korrekturlinse ist in einer derartigen Höhe in der Projektionssäule angeordnet, daß einerseits in der Ebene der Korrekturlinse die Teilbündel der jeweiligen Diffraktionsordnungen des Ausrichtbündels, wobei diese Teilbündel durch ein Substratausrichtmerkmal gebildet werden, genügend getrennt sind um diese Teilbündel einzeln beeinflußen zu können, und daß andererseits diese Korrekturlinse einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Projektionsbündel und die damit gebildeten Maskenabbildung hat. Vorzugsweise befindet sich die projektionslinse in der Fourier-Ebene des Projektionslinsensystems. Befindet sich, wie in den Fig. 3 und 7 dargestellt, die Korrekturlinse 25 in einer Ebene 24, wo die Hauptstrahlen der Ausrichtbündel b&sub1; und b&sub1;' sich schneiden, so kann diese Linse gleichzeitig zum Korrigieren der beiden Ausrichtbündel benutzt werden.

Der Effekt der Korrekturlinse 25 läßt sich anhand der Fig. 8 erläutern, in der der Teil der Strahlungsstrecke der Ausrichtbündel zwischen der Korrekturlinse und dem Substratausrichtmerkmal P&sub2; dargestellt ist. Dieses Merkmal ist als Diffraktionsraster ausgebildet. Das auf das Raster P&sub2; treffende Ausrichtbündel b wird in ein Teilbündel nullter Ordnung b(0), das bei senkrechtem Auftreffen des Bündels b die selbe Richtung hat wie das Bündel b, zwei Teilbündel b(+1), b(-1) erster Ordnung und eine Anzahl Paare von Teilbündeln dritter, fünfter usw. Ordnung aufgeteilt. Diese Teilbündel werden zu dem Projektionslinsensystem hin reflektiert. Die Teilbündel erster Ordnung erreichen die in der Ebene 24 liegende Korrekturlinse 25. Diese Linse hat eine derartige Stärke, daß sie die Richtungen der Teilbündel erster Ordnung b(-1) und b(+1) derart ändert, daß die Hauptstrahlen dieser Bündel sich schneiden in der Ebene des Maskenausrichtmerkmals M&sub2;. Die Korrekturlinse hat außerdem einen derartigen Durchmesser, daß die Teilbündel höherer Ordnung, die von dein Merkmal P&sub2; in größeren Winkeln abgelenkt werden als die Teilbündel erster Ordnung, nicht durch diese Linse gehen. Bei der Korrekturlinse ist weiterhin ein Element vorgesehen, das verhindert, daß das Teilbündel nullter Ordnung b(0) durch die Korrekturlinse hindurchgeht. In der Ausführungsform nach Fig. 8 wird dieses Element durch das reflektierende Prisma 26 gebildet, das dazu verwendet wird, um die Ausrichtbündel b und b' in das Projektionslinsensystem einzukoppeln. Dieses prisma reflektiert das Teilbündel nullter Ordnung b(0) in Richtung des eintreffenden Ausrichtbündels b. Durch die genannten Maßnahmen wird erreicht, daß für die Abbindung des Rasters P&sub2; auf dem Raster M&sub2; nut die Teilbündel erster Ordnung verwendet werden, wodurch einige zusätzliche Vorteile erzielt werden.

Das Teilbündel nullter Ordnung enthält keine Information über die Lage des Rasters P&sub2;. Die Intensität dieses Teilbündels kann in Abhängigkeit von der Geometrie des Rasters, namentlich von der Tiefe der Rasterrillen und von dem Verhältnis der Breite dieser Rillen zu der Breite der Rasterzwischenstreifen wesentlich sein, dies im Vergleich zu der Intensität der Teilbündel erster Ordnung. Durch Unterdrückung der Teilbündel erster Ordnung kann der Kontrast in der Abbildung bon P&sub2; wesentlich gesteigert werden. Dadurch, daß die Teilbündel dritter und höherer Ordnung unterdrückt werden, haben Unregelmäßigkeiten in dem Raster keinen Einfluß auf das Ausrichtsignal. Bei Verwendung nur der Teilbündel erster Ordnung wird gleichsam die zweite Harmonische des Rasters P&sub2; abgebildet, mit anderen Worten, die Abbindung von P&sub2; hat, abgesehen von der Vergrößerung M des Projektionslinsensystems PL eine Periode, welche die Hälfte von der des Rasters P2 ist. Wenn dafür gesorgt wird, daß die Rasterperiode des Rasters M&sub2; der der Abbildung von P&sub2;, also dem Wert m/2 mal der Rasterperiode des Rasters P&sub2;, entspricht, ist die Genauigkeit, mit der die Raster M&sub2; und P&sub2; ausgerichtet werden, zweimal größer als in dem Fall, wo das vollständige Bündel b für die Abbildung benutzt wird.

Unter Umständen, insbesondere bei einer geringeren Differenz zwischen den Wellenlängen des Projektionsbündels PB und dem Ausrichtbündel b, b' und bei Verwendung achromatischer Linsenelemente in dem Projektionslinsensystem, kann es passieren, daß die Teilbündel mit Diffraktionsordnungen größer als eins über das Projektionslinsensystem dennoch das Maskenausrichtmerkmal M&sub2; erreichen. In dem Fall kann eine Blendenplatte 75 in der Ebene der oder in der Nähe der Korrekturlinse 25 angebracht werden, die nur die Teilbündel erster Ordnung durchläßt. Das Material der Platte kann dichroitisch sein und durchsichtig für das projektionsbündel, aber undurchsichtig für das Ausrichtbündel. Es ist auch möglich, daß das Material der Platte 75 durchsichtig ist für das Projektionsbündel sowie für das Ausrichtbündel. Dann befinden sich an denjenigen Stellen, wo Teile des Ausrichtbündels mit den Diffraktionsordnungen höher als eins, die Platte erreichen, Gebiete, welche die Strahlung des Ausrichtbündels sperren. Diese Gebiete sind klein und bedecken zusammen nur 5 bis 10% der Oberfläche der Pupille des Projektionslinsensystems, so daß sie einen vernachlässigbaren Einfluß auf das Projektionsbündel haben.

Die Korrekturlinse 25 sorgt nicht nur dafür, daß ein Ausrichtbündel scharf auf die Maskenfläche fokussiert wird, sondern kann auch den Vergrößerungsfehler, mit dem das Substratausrichtmerkmal auf einer Maskenausrichtmerkmal abgebildet wird, korrigieren, wobei dieser Vergrößerungsfehler eine Folge der Tatsache ist, daß das Projektionslinsensystem für die Wellenlänge des Projektionsbündels entworfen worden ist und nicht für die des Ausrichtbündels. Diese Vergrößerungsfehlerkorrektur wird in vielen Fällen ausreichen. Bei einer Vorrichtung, wobei ein Tief-UV- Bündel mit einer Wellenlänge von beispielsweise 248 nm als Projektionsbündel verwendet wird, kann es passieren, daß die Korrekturlinse 25 den Vergrößerungsfehler nicht völlig korrigieren kann. In dem Fall kann in der Strecke des Ausrichtbündels zwischen dem Projektionslinsensystem PL und dem Maskenausrichtmerkmal eine zusätzliche Linse 9 (siehe Fig. 3) vorgesehen werden om den Rest- Vergrößerungsfehler zu eliminieren.

Obenstehend ist die Ausrichtung der Ausrichtmerkmale P&sub2; und M&sub2; in der X-Richtung mit Hilfe der in der Y-Z-Ebene abgelenkten Teilbündel erster Ordnung beschrieben. Bei Verwendung zweidimensionaler Biegungsraster, wie in Fig. 2 dargestellt, entstehen auch in der Y-Z-Ebene Teilbündel derselben Biegungsordnungen wie in der X-Z-Ebene. Von den erstgenannten Teilbündeln können die Teilbündel erster Ordnung ausgefiltert und zum Ausrichten in der Y-Richtung verwendet werden. Dabei können dieselben Ablenkprismen WE&sub1; und WE&sub2; und dieselbe Korrekturlinse verwendet werden, wie für die X-Ausrichtung.

Die Erfindung läßt sich nicht nur anwenden bei einer Vorrichtung mit einer doppelten Ausrichteinrichtung und einem refraktiven Korrekturelement 25, sondern auch bei einer doppelten Ausrichteinrichtung ohne dieses Element, wie bei der Vorrichtung nach der US Patentschrift Nr. 4.778.275. Weiterhin kann die Erfindung auch bei einer einfachen Ausrichteinrichtung mit Korrekturelement 25 oder ohne dieses Element angewandt werden, wie bei der Einrichtung, die in der US Patentschrift 4.251.160 beschrieben ist.

Außerdem kann die Erfindung bei einer Projektionsvorrichtung angewandt werden, bei der ein Maskenausrichtmerkmal und ein Substratausrichtmerkmal nicht unmittelbar aufeinander ausgerichtet werden, sondern über ein Bezugsausrichtmerkmal. In Fig. 9 ist schematisch eine Ausführungsform einer derartigen Vorrichtung dargestellt. In dieser Vorrichtung beleuchtet ein Ausrichtbündel b das Maskenausrichtmerkmal M&sub2; und ein daneben liegendes Fenster 81 in der Maske über ein teilweise reflektierendes Element 80, beispielsweise einen teilweise durchlässigen Spiegel. Das Maskenausrichtmerkmal M&sub2; reflektiert die Ausrichtstrahlung zu dem Bezugsausrichtmerkmal MR. Mit dieser Strahlung wird das Merkmal M&sub2; auf dem Merkmal MR abgebildet, wobei nur die Teilbündel, die von dem Merkmal M&sub2; in den ersten Ordnungen abgelenkt werden, sich an der Abbildung beteiligen. Dazu kann ein Fourier-Linsensystem verwendet werden, das eine erste Fourier-Transformationslinse 82, in deren Brennebene eine Filterplatte 84 vorgesehen ist, und eine zweite Fourier-Transformationslinse 83, deren Brennebene mit der Ebene der Filterplatte 84 zusammenfällt. Die erste Linse 82 fokussiert den Bündelteil br auf die Filterplatte, die nur die Teilbündel erster Ordnung durchläßt. Die zweite Linse 83 bildet auf einem ersten Teil des Bezugsausrichtmerkmals MR ein Bild des Merkmals M&sub2;. Dieser Teil und das demselben überlagerte Bild von M&sub2; werden von einer Linse 85 auf einem ersten Detektor 86 abgebildet.

Der durch das Fenster 81 hindurchgehende Teil bw des Ausrichtbündels beleuchtet das Substratausrichtmerkmal P&sub2; über als Projektionslinsensystem PL. Dieses System, das ein Korrekturelement 25 enthalten kann, bildet das Merkmal P&sub2; in der Ebene des Merkmals M&sub2; ab, wobei nur die Teilbündel erster Ordnung benutzt werden. Der Bündelteil bw geht dann durch die Linse 82, die Filterplatte 84 und die Linse 83, und zwar auf ähnliche Weise wie der reflektierte Bündelteil br, wobei das Merkmal P&sub2; auf einem zweiten Teil des Bezugsmerkmals MR abgebildet wird. Dieser Teil und das darauf überlagerte Bild von P&sub2; werden durch die Linse 85 auf dem zweiten Detektor 87 abgebildet. Durch einen Vergleich beispielsweise der Phasen der Ausgangssignale der Detektoren kann das Ausmaß der gegenseitigen Ausrichtung der Merkmale M&sub2; und P&sub2; auf eine Art und Weise ermittelt werden, die der ähnlich ist, die in der US Patentschrift Nr. 3.811.779 beschrieben ist.

Nach der Erfindung ist in dem Strahlungsweg des an dem Substrat reflektierten Bündels bw und in der Nähe der Maskenplatte ein Keil WE&sub2;, oder ein anderes Bündelablenkelement, vorgesehen, der bzw. das dafür sorgt, daß die Symmetrieachse dieses Bündels senkrecht auf der Maskenplatte steht. Zwar befindet sich an der Stelle des Bündels bw kein Ausrichtmerkmal in der Maskenplatte, so daß keine Teilbündel dreifacher Ordnung gebildet werden, aber durch zusätzliche Reflexionen an den Plattenoberflächen können zusätzliche Teilbündel entstehen, die, bei nicht senkrechtem Eintreffen der Symmetrieachse untereinander wieder Phasenunterschiede aufweisen können, wodurch ein fehlerhaftes Ausrichtsignal erhalten Würde. Dadurch, daß dafür gesorgt wird, daß die Symmetrieachse des Bündels bw senkrecht auf der Maskenplatte steht, wird dieser Effekt vermieden.

Fig. 10 zeigt schematisch eine andere Möglichkeit einer indirekten Ausrichtung eines Maskenausrichtmerkmals und eines Substratausrichtmerkmals gegenüber einander, wobei statt eines physischen Ausrichtmerkmals ein künstliches Ausrichtmerkmal als drittes Merkmal benutzt wird. Dieses dritte Merkmal besteht aus einem Interferenzmuster IP, das durch zwei Bündel ba und bb gebildet wird, die miteinander Interferieren in der Ebene des Maskenausrichtmerkmals M&sub2;. Das Prinzip der Verwendung eines Interferenzmusters zum gegenüber einander Ausrichten eines Substratausrichtmerkmals und eines Maskenausrichtmerkmals ist in dem Artikel: "Heterodyne Holographie Nanometer Alignment for a Waferstepper" in "Microcircuit Engineer" "Programm and Abstracts" Cambridge (GB), 28. September 1989 beschrieben.

Der obere Einsatz in Fig. 10 zeigt das Interferenzmuster IP, das dem Maskenausrichtmerkmal M&sub2; überlagert ist, das als reflektierendes Raster ausgebildet ist. Dieses Raster lenkt die eintreffende Strahlung in verschiedenen Diffraktionsordnungen in der Richtung eines ersten Detektors 92 ab. Vor diesem Detektor ist ein Filter 91 vorgesehen, der nur die Teilbündel erster Ordnung durchläßt. Das Ausgangssignal des Detektors 92 stellt die Position des Merkmals M&sub2; gegenüber dem Interferenzmuster IP dar.

In der Maske MA befindet sich nebst dem Merkmal M&sub2; und Fenster 94, das Strahlung der Interferenzbündel ba und bb durchläßt zu dem Projektionslinsensystem PL. Dieses System bildet eine Neuabbildung des Interferenzmusters IP auf dem Substratausrichtmerkmal P&sub2;, wie in dem unteren Einsatz in Fig. 10 dargestellt. Das Merkmal P&sub2;, das als reflektierendes Raster ausgebildet ist, lenkt die Strahlung in einer Anzahl reflektierter Biegungsordnungen ab. Die reflektierte Strahlung erreicht über das Projektionslinsensystem und das teilweise durchlässige Prisma 95 einen zweiten Detektor 97. Nach der vorliegenden Erfindung ist in der Strahlungsstrecke der miteinander interferierenden Bündel ba und bb und unmittelbar vor der Maskenplatte MA ein keilförmiges oder ein anderförmiges Strahlablenkelement vorgesehen, das dafür sorgt, daß die Symmetrieachse der Strahlung senkrecht auf der Maskenplatte steht. Zwischen dem Detektor 97 und dem Prisma 95 kann ein Filter vorgesehen sein zum Seketieren der Teilbündel erster Ordnung.

Es ist auch möglich, auf ähnliche Weise wie bei den Fig. 1 und 7 unter dem Korrekturelement 25 einen Reflektor 26 vorzusehen, der die Teilbündel erster Ordnung nach rechts reflektiert, so daß diese Bündel über ein Fenster in der Wand der Projektionslinsenhalterung die Projektionslinse verlassen kann, wie mit dem gestrichelten Strahl angegeben ist.

Die Bündel ba und bb können modulierte Bündel sein, wobei die Modulationsfrequenz für die zwei Bündel verschieden ist. Das Interferenzmuster, das dann gebildet wird, variiert in der Zeit, wodurch simuliert wird, daß das Interferenzmuster über das Maskenausrichtmerkmal und über das Substratausrichtmerkmal verlagert wird, wodurch periodisch variierende Ausrichtsignale erhalten werden. Der Unterschied zwischen den Phasen der Ausgangssignale der Detektoren 92 und 97 ist dann für das Ausmaß gegenseitiger Ausrichtung der Merkmale M&sub2; und P&sub2; repräsentativ.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform der Ausrichteinrichtung, wobei ein Maskenausrichtmerkmal, M&sub1; oder M&sub2;, oder ein Substratausrichtmerkmal, P&sub1; oder P&sub2;, durch das Projektionslinsensystem und mit Hilfe der Teilbündel erster Ordnung b(+1) und b(-1), die durch das Maskenausrichtmerkmal aus dem eintreffenden Bündel b gebildet werden, abgebildet wird. Diese Teilbündel gehen, ebenso wie bei den anderen Ausführungsformen, schief durch die Projektionslinse. Damit unter dieser Bedingung das Bündel b über das Prisma 100 dennoch senkrecht auf die Maskenplatte MA treffen kann, wodurch zusätzliche Reflexionen an dieser Platte keinen Einfluß auf das erhaltene Ausrichtsignal haben, ist nach der Erfindung ein keilförmiges oder ein anderes Ablenkelement WE unter der Maskenplatte vorgesehen. Die Teile der Teilbündel b(+1) und b(-1), die an dem Substratausrichtmerkmal P&sub1; reflektiert und in der 1. Ordnung bzw. in der +1. Ordnung abgelenkt werden, also die Teilbündel doppelter Ordnung b(+1, -1) und b(-1, +1) haben dieselbe Richtung, die der Richtung des von dem Merkmal M&sub1; herrührenden, nicht durchgelassenen Teilbündels nullter Ordnung b(0) entgegengesetzt ist. Die Teilbündel b(+1, -1) und b(-1, +1), die Information über die gegenseitige Lage der Merkmale M&sub1; und P&sub1; enthalten, werden an dem Reflektor 26 zu dem Detektionssystem 101 hin reflektiert.

Die Ausrichteinrichtungen nach den Fig. 9, 10 und 11 können auch doppelt ausgebildet sein.

Im Allgemeinen wird ein doppeltes Ausrichtsystem bevorzugt, weil damit unmittelbar auf optischem Weg die relative Winkelorientierung des Maskenmusters und des Substrats festgelegt wird und Vergrößerungsfehler des Projektionslinsensystems sowie Verformungen in dem Substrat und der Maske gemessen werden können.

Die Genauigkeit, mit der die Substratausrichtmerkmale gegenüber den Maskenausrichtmerkmalen ausgerichtet werden können, wird dadurch wesentlich ver größert, daß die Ausgangssignale der Detektoren, beispielsweise 13 und 13' in den Fig. 1, 3 und 7 mit einer festen Frequenz moduliert werden. Dazu kann, wie in dem Artikel ind "SPIE", Heft 470 "Optical Microlithography" III "Technology for the next Decade" 1984, Seiten 62-69 beschrieben worden ist, die Maske M und damit beispielsweise das Maskenausrichtmerkmal M&sub2; periodisch verlagert werden. Eine bessere Alternative zum Erhalten eines dynamischen Ausrichtsignals, das in der US Patentschrift Nr. 4.251.160 beschrieben worden ist, und mit der auch die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Ausrichteinrichtung gesteigert werden kann, ist in Fig. 3 angegeben.

Bevor das Merkmal M&sub2; erreicht wird, ist das Bündel b&sub1; durch das polarisationsempfindliche Teilprisma 2 gegangen, so daß dieses Bündel linear polarisiert ist und eine bestimmte Polarisationsrichtung hat. Danach geht das Bündel b&sub1; durch eine Platte 8 aus doppelbrechendem Material, beispielsweise Quarz, wobei die optische Achse mit der Polarisationsrichtung des aus dem Prisma 2 austretenden Bündels einen Winkel von 45º einschließt. Das Element 8 kann auch aus Savart-Platte oder aus einem Prisma aus Wollaston bestehen. Aus der Platte 8 treten zwei senkrecht zueinander polarisierte Bündel aus, die an der Stelle des Maskenausrichtmerkmals M&sub2; über einen durch die Geometrie des Merkmals M&sub2; bestimmten Abstand gegenüber einander verschoben sind. Bei Verwendung von Rastern als Ausrichtmerkmale ist der genannte Abstand gleich der Hälfte der Rasterperiode des Rasters M&sub2;. Vor dem Detektor 13 sind ein Polarisationsmodulator 18 und ein Polarisationsanalysator 19 vorgesehen. Der Modulator 18, beispielsweise ein elastooptischer Modulator, wird durch eine von einem Generator 20 gelieferte Spannung VB gesteuert. Dadurch wird die Polarisationsrichtung des durch den Modulator hindurchgehenden Bündels wechselweise über 90º geschaltet. Der Analysator 19 hat dieselbe Hauptrichtung, oder Durchlaßrichtung, wie das polarisationsempfindliche Teilprisma 2, so daß wechselweise ein erstes Strahlungsbündel mit einer ersten Polarisationsrichtung, wobei dieses Bündel beispielsweise eine nicht verschobene Abbildung von P&sub2; auf M&sub2; gebildet hat, und ein zweiten Strahlungsbündel mit einer zweiten Polarisationsrichtung, wobei dieses Bündel beispielsweise ein um eine halbe Rasterperiode verschobenes Bild von P&sub2; auf M&sub2; gebildet hat, zu dem Detektor 13 durchgelassen wird. Das Signal des Detektors 13 wird verstärkt und in einer phasenempfindlichen Detektionsschaltung 21 verarbeitet, der zugleich das Signal VB zugefügt worden ist. Das Ausgangssignal SA ist das gewünschte dynamische Ausrichtsignal.

Der Modulator 18 und der Analysator 19 können auch in dem Strahlungsweg vor dem Maskenausrichtmerkmal vorgesehen sein.

Die Tatsache, daß in den beschriebenen Ausführungsformen die Ausrichtmerkmale Diffraktionsraster sind, bedeutet keineswegs, daß die Erfindung sich darauf beschränkt. Auch beim Ausrichten mit Merkmalen in Form strahlungsdurchlässiger oder reflektierender Streifen, oder in Form von Kreuzen oder Quadraten kann ein erfindungsgemäßes Ablenkelement verwendet werden um die Merkmale an der richtigen Stelle und mit der gewünschten Vergrößerung abzubilden, so daß keine Störsignale oder Offsets entstehen.

Nebst in Ausrichteinrichtungen, bei denen zwei Teilbündel mit derselben Diffraktionsordnungsnummer, beispielsweise +1 und -1 oder +3 und -3 verwendet werden, kann die Erfindung angewandt werden bei Ausrichteinrichtungen, bei denen nicht mit Teilbündeln mit einer bestimmten Diffraktionsordnung gearbeitet wird, sondern mit Bündelteilen, bei denen Diffraktionsordnungen sich nicht mehr unterscheiden lassen. Als Beispiel läßt sich nennen eine Ausrichteinrichtung, bei der eine sog. Dunkelfeldbeleuchtung angewandt wird. Eine derartige Einrichtung ist in dem Artikel "Optical Step and Repeat Camera with Dark Field Automatic Alignment" ind "Journal of Vac. Sci. Technologies" Nov. Dez. 1979, Seiten 1929-33 und in denn Artikel "Dark Field Technology: a Practical Approach to Local Alignment" ind "SPIE" Heft 772, "Optical Microlithography" VI, 1987, Seiten 142-9 beschrieben. Auch bei diesen Einrichtungen kann in der Nähe eines Maskenausrichtmerkmals ein keilförmiges oder ein anderes Ablenkelement vorgesehen werden.

Weil die beschriebene Ausrichteinrichtung unabhängig von der Art von Muster C arbeite, das sich in der Maske M befindet, kann die Erfindung überall dort angewandt werden, wo ein sehr fein detailliertes Muster auf ein Substrat übertragen und dieses Muster gegenüber dem Substrat sehr genau ausgerichtet werden soll. Dabei läßt sich an Einrichtungen denken, die bei der Herstellung integrierter optischer Systeme oder bei der Herstellung magnetischer Domänenspeicher verwendet werden. Die Einrichtung, mit der ein Muster abgebildet wird, braucht keine wiederholend abbil dende Einrichtung zu sein; die Erfindung kann auch nützlich sein in einer Einrichtung, bei der ein Muster nur einmal auf einem Substrat abgebildet wird.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Projizieren eines Musters (C) einer Maske (MA) auf ein Substrat (W), wobei diese Vorrichtung nacheinander die nachfolgenden Elemente aufweist: ein Beleuchtungssystem (LA, LS, RE, CO) zum Liefern eines Projektionsstrahls (PB), eine Maskenhalterung (MT), ein Projektionslinsensystem (PL) und eine Substrathalterung (WT) und wobei diese Vorrichtung weiterhin mit einer Einrichtung (AS&sub1;; AS&sub2;) zum gegenüber einander Ausrichten der Maske (MA) und des Substrats (W) mit Hilfe eines Substratausrichtmerkmals (P&sub1;; P&sub2;) und eines Maskenausrichtmerkmals (M&sub1;; M&sub2;) versehen ist, wobei diese Einrichtung die nachfolgenden Elemente aufweist: eine ein Ausrichtbündel (b; b') lieferende Strahlungsquelle (1; 1'), das Projektionslinsensystem (PL) und ein strahlungsempfindliches Detektionssystem (13; 13') in der Strecke selektierter Ausrichtbündelteile (b&sub1;'(+1, 0), b&sub1;'(-1, +1), b&sub1;'(-1, 0), b&sub1;'(+1, -1)), die mit einem ersten Ausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;; P&sub1;; P&sub2;; Ip) in Interaktion gewesen sind, mit einem Maskenausrichtmerkmal oder mit einem Substratausrichtmerkmal, und die mit einem zweiten Ausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;; P&sub1;; P&sub2;; Ip) in Interaktion gewesen sind, mit einem Substratausrichtmerkmal oder einem Maskenausrichtmerkmal, wobei auf dem zweiten Ausrichtmerkmal das erste Ausrichtmerkmal abgebildet wird, wobei das Ausgangssignal des Deketionssystems (13, 13') ein Maß für die gegenseitige Lage der Ausrichtmerkmale ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhütung davon, daß Phasendifferenzen durch Reflexionen an einer Maskenplatte (MA) innerhalb der von dem Detektionssystem empfangenen, selektierten Ausrichtbündelteile auftreten, in der Nähe eines Maskenausrichtmerkmals (M&sub1;, M&sub2;) ein Richtungskorrekturelement (WE&sub1;; WE&sub2;) vorgesehen ist zum Ändern der Richtung der Symmetrieachse selektierter Ausrichtbündelteile (b&sub1;'(+1, 0), b&sub1;'(-1, +1), b&sub1;'(-1, 0), b&sub1;'(+1, -1)), so daß diese Achse im Grunde senkrecht auf der Ebene der Maskenplatte (MA) steht, wobei dieses Richtungskorrekturelement wesentlich kleiner ist als der Durchmesser des Projektionsbündels (PB) in der Ebene der genannten Platte.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtungskorrekturelement durch einen keilförmigen Körper (WE&sub1;; WE&sub2;) aus einem Material gebildet ist, das für das Ausrichtbündel (b; b') transparent ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, die nebst der genannten Einrichtung (AS&sub1;) zum Ausrichten eines ersten Maskenausrichtmerkmals (M) gegenüber einem Substratausrichtmerkmal (P&sub2;) eine zweite Einrichtung (AS&sub2;) aufweist zum Ausrichten eines zweiten Maskenausrichtmerkmals (M&sub1;) gegenüber einem Substratausrichtmerkmal (P&sub1;) mit Hilfe eines zweiten Ausrichtbündels (b'), dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Richtungskorrekturelement (WE&sub1;) in der Strecke des zweiten Ausrichtbündels (b') und in der Nähe eines zweiten Maskenausrichtmerkmals (M&sub1;) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strecke eines Ausrichtbündels (b&sub1;, b') und in dem Projektionslinsensystem (PL) ein refraktives Korrekturelement (25) vorgesehen ist, das wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Projektionslinsensystems in der Ebene des genannten Elementes, und das nur die von dem ersten Ausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;; P&sub1;; P&sub2;; Ip) herrührenden, selektierten Ausrichtbündelteile (b&sub1;'(+1, 0), b&sub1;'(-1, +1), b&sub1;'(-1, 0), b&sub1;'(+1, -1)) richtet und auf das zweite Ausrichtmerkmal fokussiert.

5. Vorichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement eine Linse (25) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturelement (25) in der Fourier-Ebene (24) des Projektionslinsensystems (PL) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausrichtmerkmal ein Substratausrichtmerkmal (P&sub1;; P&sub2;) ist und das zweite Ausrichtmerkmal ein Maskenausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;) ist und daß das Richtungskorrekturelement (WE&sub1;; WE&sub2;) in der Strecke der Ausrichtstrahlung (B&sub1;'; b&sub1;) von dem Substratausrichtmerkmal (P&sub1;; P&sub2;) herrührend vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausrichtmerkmal ein Maskenausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;) ist und das zweite Ausrichtmerkmal ein Substratausrichtmerkmal (P&sub1;; P&sub2;) ist und daß das Richt ungskorrekturelement (WE&sub1;; WE&sub2;) in der Strecke der Ausrichtstrahlung (b) herrührend von dem Maskenausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ausrichtmerkmal ein Bezugsausrichtmerkmal (Ip), das außerhalb des Substrats (W) und außerhalb der Maske (M) liegt, und daß ein Substratausrichtmerkmal (P&sub1;; P&sub2;) und ein Maskenausrichtmerkmal (M&sub1;; M&sub2;) je ein erstes Ausrichtmerkmal bilden, die je auf dem Bezugsausrichtmerkmal abgebildet werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle der Ausrichteinrichtung zwei Strahlungsbündel (ba, bb) liefert, wobei diese Bündel in der Ebene eines Substratausrichtmerkmals (P&sub1;; P&sub2;) und in der Ebene eines Maskenausrichtmerkmals (M&sub1;; M&sub2;) ein Interferenzmuster (Ip) bilden, daß das erste Ausrichtmerkmal durch das Interferenzmuster (Ip) gebildet wird und daß das Substratausrichtmerkmal und das Maskenausrichtmerkmal je ein zweites Ausrichtmerkmal sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratausrichtmerkmal (P&sub1;; P&sub2;) durch ein Phasendiffraktionsraster und ein Maskenausrichtmerkmal durch ein Amplitudendiffraktionsraster gebildet wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Strahlungsstrecke eines Ausrichtbündels (b'; b&sub1;') durch periodische Signale (VB) gesteuerte Mittel vorgesehen sind zum periodischen gegenüber einander Verlagern eines von dem Detektionssystem (13'; 13) detektierten zweiten Ausrichtmerkmals (M&sub1;; M&sub2;) und der Abbildung eines ersten Ausrichtmerkmals (P&sub1;; P&sub2;) auf diesem Merkmal.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com