DE3305739A1 - Vorrichtung und verfahren zum aufbereiten von lagemesssignalen - Google Patents

Description

Vorrichtung und. Verfahren zum Aufbereiten von

Lagemeßsignalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Signalaufbereitung für das Messen der Relativlage mehrerer Körper; insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Signalaufbereitung, die zur Anwendung bei einem System zum hochgenauen Ausrichten einer Maske und eines Halbleiterplättchens in einer Halbleiterherstellungseinrichtung geeignet sind.

Bei einer Halbleiterherstellungseinrichtung, insbesondere einer Musterdruck- bzw. Übertragungseinrichtung ist es üblich, auf fotoelektrische Weise Richtmarken zu erfassen, um damit die Relativlage einer Maske und eines Halbleiterplättchens zu messen. Der hierbei verwendete Ausdruck "Marke" ist so zu verstehen, daß er nicht nur die aus-

A/22

Dresdner Bank (München) Kto. 3939844 Posischeck (Manchen) Kto. 670-43-604

• ft« · · *t * A .·

-5- DE 2760

schließlich für das Ausrichten hinzugefügten Markierungen betrifft, sondern auch den Körper selbst, wie beispielsweise Teile von Schaltungselementen oder ganze Schaltungselemente, soweit sie für das Ausrichten herangezogen werden.

Zur fotoelektrischen Erfassung ist ein Verfahren bekannt, bei dem als eine Lichtquelle beispielsweise eine Laser-Lichtquelle verwendet wird, die Richtmarken unter Überlappung abgetastet werden und das von den Marken gestreute Licht mittels einer Fotodiode oder eines Fotovervielfachers empfangen und fotoelektrisch umgesetzt wird, wobei die Relativlage der Richtmarken aus dem elektrischen Signal ermittelt wird; ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem mittels einer Bildaufnahmevorrichtung wie einer Bildaufnahmeröhre oder einer Fotosensor-Anordnung die Bilder der Richtmarken aufgenommen werden und die ganzen Richtmarken-Bilder fotoelektrisch umgesetzt und in eine Signalverarbeitungs- bzw. Signalaufbereitungseinrichtung eingegeben werden, wobei die Relativlage der Richtmarken durch einen Rechenvorgang ermittelt wird.

Bei dem System, bei dem die Marken mittels eines Strahlenpunkts längs ein- und derselben Spur abgetastet werden, war es jedoch häufig schwierig, zwischen unechten Signalen aufgrund von an dem Körper anliegenden Staubteilchen und Aluminiumpartikeln und echten Signalen bezüglich der Richtmarken zu unterscheiden. Ferner war bei dem System, bei dem die Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird, nach der Eingabe der gesamten Bildfläche eine komplizierte Signalaufbereitung erforderlich, was zu einer langen Verarbeitungszeit und damit einem stockenden Druckprozeß oder aber zu sehr hohen Kosten oder einer Sperrigkeit der Einrichtung geführt hat. In der japanischen Patentanmeldung Nr. 66898/1977 wurden zwar Maßnahmen

-6- DE 2760

zum Überwinden der sich aus den unechten Signalen ergebenden Schwierigkeiten vorgeschlagen, jedoch sind erfindungsgemäß hiervon verschiedene Verbesserungen vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Signalaufbereitung zu schaffen, mit welchen ein echtes Signal für das genaue Messen der zu ermittelnden Lage eines Körpers selbst dann gebildet wird, wenn .an dem Körper die Erzeugung eines unechten Signals hervorgerufen wird.

Ferner soll erfindungsgemäß das Richtmuster an dem Körper erfaßt werden, dadurch eine Meßsignalfolge gebildet werden und in dieser Meßsignalfolge derjenige Bereich bezeichnet werden, in welchem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines dem Richtmuster entsprechenden Signals hoch ist.

Ferner soll erfindungsgemäß aus dem Meßsignal derjenige Bereich ausgesondert werden, in dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der den Richtmarken entsprechenden Signale hoch ist, unter Bezugnahme auf diesen Bereich das durch die Richtmarken verursachte Signal herausgezogen werden und damit die genaue Relativlage einer Maske und eines Halbleiterplättchens ermittelt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die bei diesen Ausführungsbeispielen verwendeten Richtmarken wurden in der japanischen Patentanmeldung Nr. 5502/1977 (US-PS 4 167 677) beschrieben, jedoch kann das Signalaufbereitungsverfahren auch mit anderen Marken als den Marken mit der dort beschriebenen Form ausgeführt werden.

-7- DE 2760

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmesystems bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. des Signalaufbereitungsverfahrens.

Fig. 2 ist ein grundlegendes Blockschaltbild, das das elektrische System bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt.

IQ Fig. 3 (1) bis (3) sind Vorderansichten von Marken.
Fig. 3 (4) bis (8) zeigen Signalkurvenformen.

Fig. 4, 5 und 6 sind einzelne Blockschaltbilder, die die jeweiligen Schaltungsblöcke nach Fig. 2

in Einzelheiten zeigen.

Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Lichtaufnahmesystems bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. des Signalaufbereitungsverfahrens.

Fig. 8 ist ein Blockschaltbild, das das elektrische System bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt.

Fig. 9 (1) bis (3) sind Vorderansichten von Marken.

Fig. 9 (4) bis (6) zeigen Signalkurvenformen.

Fig. 10 ist ein Blockschaltbild, das einige elektrische Schaltungsblöcke in Einzelheiten zeigt.

Fig. 11 (1) und (2) zeigen Signalkurvenformen.
35

-8- DE 2760

Die Fig. 1 zeigt ein Bildaufnahmesystem bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. des Signalaufbereitungsverfahrens. Zunächst wird dieses System beschrieben, wonach dann ein Signalverarbeitungs- bzw. Signalaufbereitungssystem beschrieben wird.

Nach Fig. 1 wird mittels eines Halters eine Maske MA festgehalten, die ein zu druckendes Muster trägt.

Ein mit einer fotoempfindlichen Schicht versehenes HaIbleiterplättchen WA ist an einem Objektträger S befestigt und kann mittels diesem in einer horizontalen Ebene vor und zurück sowie nach links und rechts bewegt und gedreht werden. Mit M und M¹ sind Richtmarken an der Maske bezeichnet, während mit W und W 'Richtmarken an dem Halbleiterplättchen bezeichnet sind. Es wird angestrebt, die Marken M und W und die Marken M¹ und W miteinander auszurichten.

Ferner sind mit OL und OL¹ Mikroskop-Objektive bezeichnet, während mit D. und D' Blenden bezeichnet sind, die an den zum Objekt entgegengesetzt gelegenen Brennebenen der Objektive OL und OL¹ angeordnet sind, und mit HM und HM¹ Halbspiegel bezeichnet sind, die schrägstehend jeweils auf der optischen Achse angeordnet sind. Mit L. , L_, L¹- und L' sind Kondensorlinsen für die Beleuchtung bezeichnet, während mit LS und LS¹ Beleuchtungslampen bezeichnet sind. Die Bilder der Beleuchtungslampen LS und LS' werden jeweils mittels der Kondensorlinsen L₁ und Lp bzw. L' und L' an den Stellen der Blenden D. bzw. D' abgebildet. Mit D₂ und D' sind Beleuchtungsfeld-Blenden für das Einschränken der Lichtstrahlen an Stellen bezeichnet, an denen mittels der Kondensorlinsen L₁ bzw. L· die Lichtquellen abgebildet sind.

-9- DE 2760

Die Objektive OL und OL', die Blenden D. und D' , die Halbspiegel HM und HM', die Kondensorlinsen L₁, L„, L' und L' und die Lichtquellen LS und LS' bilden zusammen ein Reflexions-Beleuchtungssystem.

Mit L₃, L₄, L' und L'₄ sind Relaislinsen bezeichnet, während mit P und P' Lichtabfangplatten bezeichnet sind, die die Funktion haben, die von der Maske und dem Halbleiterplättchen zwangsläufig reflektierten Bilder der Beleuchtungslichtquellen abzudecken. Die Objektive OL und OL', die Relaislinsen L„, L₄, L'₃ und L' und die Lichtabfangplatten Ρ,Ρ' bilden zusammen ein Lichtempfangssystem.

Die von der Lichtquelle LS abgegebenen Lichtstrahlen werden mittels der Kondensorlinse L- gesammelt, wonach sie mittels der zweiten Kondensorlinse Lp auf der Ebene der Blende D₁ abgebildet und mittels des Objektivs OL zu parallelen Strahlen umgelenkt werden, welche die Maske MA und das Halbleiterplättchen WA beleuchten. Die von der Marke M der Maske und der Marke W des Halbleiterplättchens gestreuten und reflektierten Lichtstrahlen werden mittels des Objektivs OL und der Relaislinse L₃ abgebildet, wonach sie erneut mittels der zweiten Relaislinse L₄ auf der Bildempfangsfläche einer Bildaufnahmeröhre 1 abgebildet und von dieser fotoelektrisch umgesetzt werden.

Die Fig. 2 zeigt die Grundform des Signalaufbereitungssystems, wobei die Einzelheiten einer jeden Schaltung in dem System später beschrieben werden.

In der Fig. 2 ist mit 1 eine Bildaufnahmevorrichtung zum fotoelektrischen Umsetzen bezeichnet, die die gleiche wie die in Fig. 1 gezeigte ist. Mit 2 ist eine an die Bildaufnahmevorrichtung 1 angeschlossene Schaltung be-

-10- DE 2760

zeichnet, die aus einem Videosignal V ein Erwartungsimpulssignal Pp erzeugt, das nur einen Bereich anzeigt, in dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens der Richtmarken hoch ist. Mit 3 ist eine Schaltung bezeichnet, mit der das aus der Bildaufnahmevorrichtung 1 erhaltene Videosignal V mit einem Potential eines geeigneten Schwellenwerts im Sinne einer Umsetzung in Bezug auf die Amplitude bewertet wird und in ein digitales Signal umgesetzt wird. Mit 4 ist eine logische Multiplizierschaltung bzw. UND-Schaltung bezeichnet, mit der das Erwartungsimpulssignal Pp als Ausgangssignal der Schaltung 2 mit einem Lageinformations-Impulssignal Ps, das das Ausgangssignal der Schaltung 3 ist, logisch multipliziert und ein Meßimpulssignal P„ ausgegeben wird. Mit 5 ist eine an die logische Multiplizierschaltung 4 angeschlossene Schaltung zum Messen des Abstands zwischen Richtmarkensignalen in dem Impulssignal P„ bezeichnet.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau sei beispielsweise der Fall betrachtet, daß ein Masken-Markenbild gemäß der Darstellung in Fig. 3 (1) und ein Halbleiterplättchen-Markenbild gemäß der Darstellung in Fig. 3 (2) fotoelektrisch mittels der Bildaufnahmevorrichtung 1 umgesetzt werden, um eine Bildfläche AS gemäß der Darstellung in Fig. 3 (3) zu erhalten, und das durch eine einzelne Horizontalabtastung H erzielte Videosignal V in die Schaltungen 2 und 3 eingegeben wird. In die Erwartungssignal-Formungsschaltung 2 wird von der Horizontalabtastung der ganzen Bildfläche AS nur ein die Abtastlinie H enthaltender Nutzbereich B für die Messung eingegeben, um das Erwartungsimpulssignal Pp zu erhalten, bei welchem aus dem Videosignal V ein Bereich herausgezogen ist, in dem die Wahrscheinlichkeit hoch ist, daß ein Richtmar~ kensignal S₁ enthalten ist. Ferner wird das Videosignal V in der Signalumsetzung- bzw. Amplitudenbewertungsschaltung 3 hinsichtlich der Amplitude nach dem Potential

-11- DE 2760

mit dem geeigneten Schwellenwert bewertet, um das Lage info rmations-Impulssignal Ps zu erhalten. Dieses Lageinformations-Impulssignal Ps enthält ein Richtmarkensignal S. und ein unechtes bzw. Fehlersignal S„ , das sich durch Staubteilchen oder Aluminiumpartikel ergibt.

Das bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Markenmuster hat eine Neigung von 45 in Bezug auf die Horizontalabtastlinie, so daß daher das Erwartungsimpulssignal Pp und das Richtmarkensignal S- in dem Lageinformations-Impulssignal Ps bei jeder Horizontalabtastung mit einem Horizontalsynchronisiersignal V als Bezugssignal auf der Zeitachse hinsichtlich der Lage voneinander abweichen; daher wird als Verfahren zur Korrektur gemäß der .Darstellung in Fig. 3 (1) ein Triggermarkenmuster T auf der Maske bereitgestellt und die Synchronisierung mittels eines Triggermarkensignals S_ vorgenommen, das sich aus dem Triggermarkenmuster T ergibt; wenn der Abfall des Triggermarkensignals S₃ ermittelt wird, beginnt die Erwartungssignal-Formungsschaltung 2 zu arbeiten, und gibt das Erwartungsimpulssignal Pp aus, wobei die Zeitsteuerung so gewählt ist, daß das Erwartungsimpulssignal auf der gleichen Zeitachse wie das Lageinformations-Impulssignal Ps liegt.

Wenn diese Signale Ps und Pp in die logische Multiplizierschaltung 4 eingegeben werden, erhält man das Meßimpulssignal P-, (Fig. 3 (8)), bei welchem aus dem Lageinformations-Impulssignal Ps allein das Richtmarkensignal S-

herausgezogen ist. Wenn das Meßimpulssignal P_M in die Meßschaltung 5 eingegeben wird und die jeweiligen Impulsabstände von Impulsen S-, des Meßimpulssignals P,. bei jeder Horizontalabtastung gemessen werden sowie auf gleichartige Weise der Durchschnittswert der Abstände der Impulse S auch bezüglich aller Horizontalabtastungen in dem

-12- DE 2760

Bereich B ermittelt wird, dann stellt dieser Durchschnittswert den Abstand zwischen den Richtmarken dar, so daß daher danach das Ausmaß der Abweichung zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen nach einem Verfahren berechnet werden kann, das gleichartig demjenigen nach dem Stand der Technik ist.

Die Fig. 4 zeigt den Innenaufbau der Erwartungssignal-Formungsschaltung 2 zum ausführlichen Erläutern der Funktion derselben. In der Fig. 4 ist mit 21 ein A/D-Wandler zur Analog/Digitalumsetzung des Videosignals V bezeichnet; mit 22 ist ein an den A/D-Wandler 21 angeschlossener Addierer zum Summieren des Umsetzungswerts bezeichnet; mit 23 ist ein Speicher zum Speichern des mittels des Addierers 22 summierten Werts bezeichnet; mit 24 ist ein Vergleicher zur Amplitudenunterscheidung bzw. Amplitudenbewertung des aus dem Speicher 23 ausgelesenen summierten Werts mittels eines Potentials mit einem geeigneten Schwellenwert und zum Erzielen des Erwartungsimpulssignals Pp bezeichnet; mit 25 ist eine Erwartungssignal-Steuerschaltung bezeichnet, die an den A/D-Wandler 21 angeschlossen ist und einen Befehl zum Einleiten der Analog/ Digitalumsetzung abgibt sowie an den Speicher 23 zur Zeitsteuerung der Summierung einen Schreibbefehl abgibt; mit 26 ist eine Zeitgeberschaltung für das Erfassen des Horizontalsynchronisiersignals V aus dem Videosignal V und Erzeugen von Taktimpulsen bezeichnet, welche die Zeitsteuerung des gesamten Systems bestimmen; mit 10 ist ein Mikrocomputer zur Steuerung des Systems bezeichnet.

Bei dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau enthält der Speicher 23 eine Anzahl von Speichereinheiten, die der Anzahl der Aufteilungen einer Horizontalabtastung unter gleichen Abständen entspricht. Diese Speicherein-

-13- DE 2760

heiten werden so zugeordnet, daß die Abfallstelle des Triggermarkensignals S₃ für das Triggermuster an erster Stelle steht. Aus dem Videosignal V, aus dem durch den Befehl aus der Steuerschaltung 25 das Horizontalsynchronisiersignal V ausgeschieden wurde, wird nur derjenige

sync

Bereich des Videosignals, der die Lageinformation enthält, der Analog/Digitalumsetzung unterzogen und in den Addierer 22 eingegeben. In den anderen Eingang des Addierers 22 wird der im Speicher 23 gespeicherte Summenwert eingegeben, dadurch aufaddiert und wieder in den Speicher 23 eingeschrieben. Wenn der in dem Speicher 23 gespeicherte Inhalt als ein zeitlich serielles Signal ausgedrückt wird, wird er zu einem Signal SV gemäß der Darstellung in der Fig. 3 (5). Ein Bereich bzw. Signalteil S4, in welchem bei dem zusammengesetzten Signal SV kein Signalanteil enthalten ist, wird nicht in den Speicher 23 eingespeichert. Die Zeitachse wird auf das Lageinformations-Impulssignal Ps ausgerichtet, wobei die Synchronisierung an dem Anstiegsteil des Triggermarkensignals S~ erfolgt.

Ein Bereich bzw. Signalteil S₂,, in dem das in dem Videosignal V enthaltene Fehlersignal S_ , das sich aus Staubteilchen und Aluminiumpartikeln ergibt, über den Bereich B gesammelt ist, wird der Mittelwertbildung unterzogen, so daß er daher im Vergleich zu einem summierten Signal-

25' teil S₁, mit dem Richtmarkensignal S₁ einen niedrigen

ID χα

Pegel annimmt. Demgemäß wird mittels des Mikrocomputers 10 ein Schwellenwertpotential bestimmt, mit dem der Signalteil Sp. ausgeschaltet werden kann, und mittels des Vergleichers 24 mit dem Signal SV verglichen, so daß als Ausgangssignal des Vergleichers das Erwartungssignal Pp erzielt wird. Die Steuerschaltung 25 steuert das Einleiten der Umsetzung durch den A/D-Wandler 21 mit Taktimpulsen, die durch gleichmäßiges Aufteilen der Periode des Horizontalsynchronisiersignals V mittels der

sync

Zeitgeberschaltung 26 erzielt werden; ferner steuert

-14- DE 2760

die Steuerschaltung das Auslesen des in dem Speicher 23 gespeicherten Summenwerts, wobei zur Zeitsteuerung des Abfragens in der Zeitgeberschaltung 26 das Signal herangezogen wird, das aus dem Abfallen des Triggermarkensignals S₃ erzielt wird, welches die Triggermarke anzeigt.

Die Fig. 5 zeigt den Innenaufbau der Amplitudenbewertungsschaltung 3 zur ausführlichen Erläuterung der Funktion derselben. In der Fig. 5 ist mit 10 der Mikrocomputer für die Steuerung des Systems bezeichnet; mit 32 ist ein D/A-Wandler zum Umsetzen eines von dem Mikrocomputer 10 angegebenen geeigneten Schwellenwertpotentials in ein analoges Signal bezeichnet, während mit 31 ein Vergleicher bezeichnet ist, der eine Amplitudenbewertung des Videosignals V gemäß dem Schwellenwertpotential ausführt. Bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung wird das in den Vergleicher 31 eingegebene Videosignal V mit einem Potential verglichen, dessen von dem Mikrocomputer 10 angegebener geeigneter Schwellenwert der Digital/Analogumsetzung mittels des D/A-Wandlers 32 unterzogen und in den zweiten Eingang des Vergleichers 31 eingegeben wird; dadurch wird das Lageinformations-Impulssignal Ps erzielt. Das Lageinformations-Impulssignal Ps enthält das Richtmarkensignal S-, , das sich aus den Staubteilchen und Aluminiumpartikeln ergebende Fehlersignal S₂ und das Triggermarkensignal·S₃ .

Das Lageinformations-Impulssignal Ps und das Erwartungsimpulssignal Pp werden auf die vorstehend beschriebene Weise geformt und in die logische Multiplizierschaltung 4 eingegeben, wodurch das Meßimpulssignal P„ als Ausgangssignal erzielt wird.

Die Fig. 6 zeigt ausführlich den inneren Schaltungsaufbau des in Fig. 1 gezeigten Schaltungsblocks der Meßschaltung

-15- DE 2760

5. In der Fig. 6 ist mit 51 ein Oszillator bezeichnet, der Meßtakt impulse erzeugt, während mit 52 ein an den Oszillator 51 angeschlossener Zähler zum Zählen der Meßtaktimpulse bezeichnet ist, mit 53 ein Zwischenspeicher zum vorübergehenden Speichern des Inhalts des Zählers 52 bezeichnet ist, mit 54 ein Addierer zum Addieren des Inhalts des Zwischenspeichers 53 mit dem Inhalt eines Speichers 55 zum Speichern des Ausgangssignals des Addierers 54 bezeichnet ist, mit 56 eine Steuerschaltung zum Steuern der Messung bezeichnet ist und mit 10 der Mikrocomputer zur Steuerung des Systems bezeichnet ist.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Schaltungsaufbau das sich aus einer Horizontalabtastung H ergebende Meßimpulssignal P„ in die Messungs-Steuerschaltung 56 eingegeben wird und der erste Anstieg oder der- erste Abfall eines Impulses S- . des Signals ermittelt wird, wird an den Zähler 52 ein Befehl zum Zurückstellen des Inhalts abgegeben; wenn der Anstieg oder der Abfall des Richtmarkensignals S. erfaßt wird, wird der bisher von dem Zähler 52 gezählte Wert in den Zwischenspeicher 53 übertragen, wonach dieser Wert und der sich aus einer anderen Horizontalabtastung ergebende, in dem Speicher 55 gespeicherte Zählwert mittels des Addierers 54 addiert werden. In dem Speicher 55 werden die Werte gesammelt, die bei den in dem nutzbaren Meßbereich B enthaltenen aufeinanderfolgenden Horizontalabtastungen gemessen werden. Dieser gesammelte Messungswert wird in den Mikrocomputer 10 eingegeben, durch den der Durchschnittswert berechnet wird und dann der Abstand zwischen den Richtmarken ermittelt wird..

Die Fig. 7 zeigt ein fotoelektrisches Erfassungssystem bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. des Signalaufbereitungsverfahrens.

-16- DE 2760

Bei dem System nach Fig. 1 werden die Markenbilder abgetastet, wogegen bei dem System nach Fig. 7 die Marken direkt abgetastet werden. In der Fig. 7 ist nur eine Seite des Systems abgebildet.
5

In der Fig. 7 ist mit MA eine Maske bezeichnet und mit WA ein Halbleiterplättchen bezeichnet, während mit M und W Marken an der Maske bzw. an dem Halbleiterplättchen bezeichnet sind und mit OL ein Mikroskop-Objektiv bezeichnet ist. Andererseits ist mit LASeine Lichtquelle bezeichnet, die Laserstrahlen abgibt, während mit L₁. eine Kondensorlinse bezeichnet ist und mit MD eine Spiegeltrommel bezeichnet ist, die mit hoher Drehzahl umläuft. Die Laserlichtstrahlen werden auf einem von Spiegelelementen ml der Spiegeltrommel MD gesammelt. Mit' L_fi und L„ sind Relaislinsen bezeichnet. Da durch die Relaislinsen das Spiegelelement ml und eine Blende D. miteinander konjugiert sind, tasten die Laserlichtstrahlen die Marken M und W in der Weise ab, als ob diese an dem Brennpunkt des Objektivs OL vibrieren wurden. Die Bauelemente von dem Objektiv OL bis zu der Lichtquelle LAS bilden zusammen ein Abtastungs-Beleuchtungssystem.

Andererseits ist mit HM ein Halbspiegel bezeichnet, wänrend mit L_Q und L_n weitere Relaislinsen bezeichnet sind und mit 11 ein fotoelektrisches Wandlerelement bzw. ein fotoelektrischer Wandler bezeichnet ist. Die Lichtempfangsfläche des fotoelektrischen Wandlers ist im wesentlichen mit den Marken M und W konjugiert. P" ist eine Lichtabfangplatte zum Abdecken des an dem Reflexionsort für die Laserlichtstrahlen durch die Spiegeltrommel MD zwangsweise reflektierten Bilds. Zusätzlich zu dem Halbspiegel HM, den Relaislinsen Lg und L_g, der Lichtabfangplatte P" und dem fotoelektrischen Wandler 11 bilden die Relaislinse L„, die Blende D. und das Objektiv OL zusammen ein Lichtempfangssystem.

-17- DE 2760

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau bewirkt der Umlauf der Spiegeltrommel MD, daß das gesammelte Laserlicht abgelenkt wird und über die Relaislinsen L_ß und Lyund das Objektiv OL gelangt, so daß es die Marken M und W an der Maske bzw. dem Halbleiterplättchen überstreicht. Von den von den Marken M und W reflektierten Lichtstrahlen werden die regelmäßig reflektierten Lichtstrahlen danach von der Lichtabfangplatte P" abgefangen, während die unregelmäßig reflektierten Lichtstrahlen mittels des Objektivs OL und der Relaislinse L„ konvergiert werden, von dem Halbspiegel HM reflektiert werden, durch die

Relaislinsen L_Q und L_n hindurchlaufen und an dem fotoeleko y

trischen Wandler 11 gesammelt werden, an dem Änderungen der einfallenden Lichtmenge in elektrische Signale umgesetzt werden.

Die Fig. 8 zeigt die Grundform des Signalaufbereitungssystems. Die Einzelheiten einer jeden Schaltung in dem System werden nachfolgend beschrieben. In der Fig. 8 ist mit 11 der fotoelektrische Wandler für das Erfassen eines Lichtsignals bezeichnet, das von einem auszurichtenden Objekt her zurückkehrt. Der fotoelektrische Wandler 11 ist an einen Vorverstärker 12 angeschlossen, dessen Ausgangssignal in eine erste und eine zweite Amplitudenbewertungsschaltung 13 und 14 eingegeben wird. Die Ausgangssignale der Schaltungen 13 und 14 sowie ein Befehlssignal aus einem Mikrocomputer 20 werden in eine Meßschaltung 15 eingegeben, wobei der Mikrocomputer 20 auch Befehle an die Schaltungen 13 und 14 abgibt.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau Richtmarken M an einer Maske gemäß der Darstellung in Fig. 9 (1) und Richtmarken W an einem Halbleiterplättchen gemäß der Darstellung in Fig. 9 (2), an dem Staubteilchen C und Aluminiumpartikel A abgelagert sind, mittels Laser-

-18- DE 2760

strahlen L unter Übereinandersetzen dieser Marken gemäß der Darstellung in Fig. 9 (3) überstrichen werden, wird aus dem mittels des fotoelektrischen Wandlers 11 erfaßten Lichtsignal nach der Verstärkung durch den Vorverstärker 12 ein Lageinformationssignal S gewonnen. Das Lageinformaticnssignal S enthält ein sich aus den Richtmarken ergebendes Signal S- sowie zusätzlich ein unechtes bzw. Fehlersignal ^sc_a» ^das sich aus den Aluminiumpartikeln A und den Staubteilchen C ergibt.

Da jedoch im allgemeinen der Zusammenhang zwischen dem Durchmesser der Laserstrahlen und der Linienbreite des MarkenmusterE optimal gewählt werden kann (wie beispielsweise durch die Wahl der axialen Lage und des Brechvermögens der Kondensorlinse L^ im Zusammenhang mit der Linienbreite), kann die Signalstärke des Signals S„ unter einem hohen Pegel verglichen mit dem Signal S₁-für den Bereich erfaßt werden, der der beliebigen Linienbreite entspricht. In der ersten Amplitudenbewertungsschaltung 13, in die das Lageinformationssignal S eingegeben wurde, wird von dem Mikrocomputer 20 ein Schwellenwert Ep vorgeschrieben, mit dem durch Amplitudenbewertung allein das Signal S₄ für die Richtmarken erkannt wird, während gemäß der Darstellung in der Fig. 9 (4) das Fehlersignal Sr- unterdrückt wird. Demgemäß wird als Aus-

DcI

gangssignal der Schaltung 13 allein das Erwartungsimpulssignal Pp für das Richtmarkensignal S₄ erhalten.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei dem Erwartungsimpulssignal Pp eine Amplitudenbewertung gemäß einer Amplitude erfolgt, die verhältnismäßig nahe dem Spitzenwert des Lageinformationssignals S liegt; daher ist die Impulsbreite des Erwartungsimpulssignals Pp schmal im Vergleich zu der Impulsbreite eines Richtmarkensignals S₄. eines Lageinformations-Impulssignals Ps.

-19- DE 2760

Da ferner der nahe dem Spitzenwert liegende Teil des Signals S_4& gegenüber einer Beeinflussung durch optische Verformung empfindlich ist, ist es schwierig, die Abstände zwischen den Richtmarken mit hoher Genauigkeit mittels des Erwartungsimpulssignals Pp zu messen, das durch die Amplitudenbewertung dieses Signalteils erzielt wird. Daher wird in der zweiten Amplitudenbewertungsschaltung 14 an demjenigen Teil des Signals S₄ für die Richtmarken, der frei von der Beeinflussung durch die optische Verformurig ist, eine Amplitudenbewertung mittels eines Amplituden-Schwellenwerts Es vorgenommen, wobei auch das sich aus den Staubteilchen C und den Aluminiumpartikeln A ergebende Fehlersignal S₅ in Impulse umgesetzt wird, wodurch das Lageinformations-Impulssignal Ps erzielt wird. Darauffolgend werden das Lageinformations-Impulssignal Ps und das Erwartungsimpulssignal Pp in die Meßschaltung 15 eingegeben, wobei die Impulsabstände nur für Impulse in dem Lageinformations-Impulssignal Ps gemessen werden, die gleichzeitig mit den Impulsen des Erwartungsimpulssignals Pp auftreten, nämlich für das Impulssignal S₄. , das die Richtmarken anzeigt.

Die Fig. 10 zeigt zur ausführlichen Erläuterung der Funktion den Innenaufbau der Meßschaltung 15 in dem Blockschaltbild nach Fig. 8. In der Fig. 10 ist mit 61 ein Oszillator bezeichnet, der Meßtaktimpulse erzeugt, während mit 62 eine Steuerschaltung bezeichnet ist, die als Eingangssignale die Signale Ps und Pp empfängt und die entsprechend dem Befehl aus dem Mikrocomputer 20 die Steuerung der Messung herbeiführt. Die Steuerschaltung §2 ist an den Oszillator 61 angeschlossen und gibt Rück setzbefehle an einen ersten und einen zweiten Zähler 63 und 64, die die Taktimpulse zählen, Setzbefehle an einen ersten und einen zweiten Zwischenspeicher 65 und 66, die zeitweilig die Inhalte der Zähler 63 bzw. 64

-20- DE 2760

speichern, und Übertragungsbefehle an einen ersten und einen zweiten Speicher 67 und 68 ab, die die Meßwerte für die Markenmuster-Abstände speichern. Die jeweiligen beiden Sätze aus dem Zähler, dem Zwischenspeicher und dem Speicher dienen dazu, gesondert den Anstieg und den Abfall des Impulssignals S.. zu messen, das die Richtmarken anzeigt.

Es sei als Beispiel der Fall betrachtet, daß gemäß der Darstellung in Fig. 11 (l) ein Lageinformationssignal Ps₁, in dem Signale S₁₂ und S₁₄ von den Richtmarken und Fehlersignale S₁₁ und S₁₃ enthalten sind, und daraus ein Erwartungsimpulssignal Pp. gemäß der Darstellung in Fig. 11 (2) erzielt wird. Tatsächlich wird die Messung fortgesetzt, bis sechs Erwartungsimpulssignale Pp₁ erzielt sind, jedoch wird zur Erläuterung nur der Anfangszustand beschrieben. D.h., ein Abfallabstand Wf des Richtmarkensignals kann so gemessen werden, daß nur das Abfallen der Impulssignale S_{1 ?} und S₁₄ des Signals Ps₁ beachtet wird, in dem gleichzeitig Signale S_1C. und S₁₆ erfaßt werden. D.h., bei dem Signal bzw. Impuls S₁₅, der der erste Impuls des Signals Pp₁ ist, wird der erste Zähler 63 rückgesetzt; in dem ersten Speicher 67 wird die Adresse angewählt, die den Bereich zum Speichern des ersten Abstands bezeichnet; vom Abfallen des gleichzeitig mit dem Impuls S₁₅ erfaßten Impulses S₁₂ an wird der erste Zähler 63 gestartet; auf das Abfallen des Impulses S₁₄ hin, der zugleich mit dem Impuls S₁₆ erfaßt wird, welcher den nächsten Erwartungsimpuls darstellt, wird der bisherige Zählwert des ersten Zählers 63 in den ersten Zwischenspeicher 65 übertragen und ferner in den ersten Speicher 67 eingeschrieben. Wenn somit auf gleichartige Weise nur der Teil des Signals Ps beachtet wird, der gleichzeitig mit den Impulsen des Erwartungsimpulssignals Pp

auftritt, wird der Abfallabstand allein aus dem Signal

-21- DE 2760

S_4b gemessen, während das in dem Lageinformations-Impulssignal Ps vorhandene Fehlersignal S₅, ausgeschaltet wird.

Zum Messen eines Anstiegsabstands Wr der Impulse S₁₂ und S₁₄ gemäß der Darstellung in der. Fig. 11(1) wird auf den Anstieg aller der mit dem Signal Ps, erfaßten Impulse der Inhalt des zweiten Zählers 64 zu dem zweiten Zwischenspeicher 66 übertragen, während die Einspeicherung in den zweiten Speicher 68 durch das Erwartungsimpulssignal Pp₁ erfolgt. Das Einleiten der Messung wird durch den Anstieg des gleichzeitig mit einem Impuls des Signals Pp₁ erfaßten Impulses des Signals Ps₁ bestimmt. Nach Fig. 11 wird der zweite Zähler 64 auf den Anstieg des Impulses S₁₁ hin gelöscht, um das Zählen zu beginnen, jedoch wird bis zu dem Abfall des Impulses S₁₁ kein Impuls des Signals Pp₁ erfaßt, so daß daher bei dem darauffolgenden Erfassen des Anstiegs des in dem Signal Ps vorliegenden Impulses S₁₂ der Inhalt des zweiten Zählers 64 erneut gelöscht wird und das Zählen erneut begonnen wird. Wenn vor dem Abfallen des Impulses S₁₂ der Impuls S₁₅ in dem Signal Pp₁ erfaßt wird, wird daraus das Einleiten der Messung bestimmt, wonach dann der zweite Zähler 64 nicht mehr gelöscht wird. Darauffolgend wird auf den Anstieg des Impulses S₁₃ hin der Inhalt des zweiten Zählers 64 zu dem zweiten Zwischenspeicher 66 übertragen, jedoch zählt der zweite Zähler 64 weiter. Da bis zu dem Abfall des Impulses S₁₃ keinlmpuls des Signals Pp. erfaßt wird, erfolgt keine Einspeicherung in den zweiten Speicher 68. Ferner wird auf den Anstieg des Impulses S₁₄ hin der bisherige Zählwert wieder in den zweiten Zwischenspeicher 66 übertragen, während durch das gleichzeitige Erfassen des Impulses S₁₆ der Inhalt des zweiten Zwischenspeichers 66 in den zweiten Speicher 68 eingespeichert wird. Dieser Speicherwert stellt den Abstand Wr dar.

-22- DE 2760

An den auf die vorstehend beschriebene Weise erfaßten Anstiegs- und Abfall abständen der Signale aus den Richtmarken wird nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik der Mittelwert gebildet, wodurch die Abstände zwischen den Richtmarken gewonnen werden.

Während der Herstellung der Maske kann ferner der Abstand zwischen der Triggermarke T und der Richtmarke M sehr genau festgelegt werden. Falls daher mittels der Meßschaltung 5 gleichermaßen wie die Abstände der Richtmarken dieser Abstand gemessen wird, kann mit diesem Meßwert als Bezugswert der Meßwert für die Abstände zwischen den Richtmarken korrigiert werden, was zu der Möglichkeit führt, eine genauer der tatsächlichen Versetzung entsprechende Messung auszuführen.

Falls nach Fig. 3(1) eine Maske verwendet wird, die Triggermarke T besitzt, während die Richtmarke M weggelassen ist, und als Richtmarke die Marke T statt der Marke M verwendet wird, kann die Messung der Relativlage auf die gleiche Weise wie bei der Verwendung der Marke M bewerkstelligt werden. Mit dem System mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau kann ferner eine hochgenaue Lagemessung auch dann vorgenommen werden, wenn nicht ein Muster wie dasjenige bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, sondern ein Muster, das die Ermittlung der Relativlage zwischen der Maske und dem Halbleiterplättchen erlaubt.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. des Signalaufbereitungsverfahrens erfolgt die Synchronisierung dadurch, daß zusätzlich zu dem herkömmlichen Richtmarkenmuster ein Triggermarkenmuster bereitgestellt wird; es ist jedoch auch ein System möglich, bei dem ein von dem herkömmlich verwendeten Triggermarkenmuster freies Richtmarkenmuster herangezogen wird und das Merkmal der Form, in der das Muster unter einem

-23- DE 2760

vorbestimmten Winkel geneigt ist, zu dem Zweck genutzt wird, aus einer Steuerschaltung in einer vorbestimmten Ablauffolge den Summierungs-Anfangszeitpunkt während einer jeden Horizontalabtastung zu befehlen; ferner ist ein Verfahren möglich, bei dem der Anfangszeitpunkt der Horizontalabtastung mittels einer besonderen Bildaufnahmevorrichtung verändert wird.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel kann ferner eine Grobausrichtung, bei der keine hohe Genauigkeit erforderlich ist, durch Verwenden allein des Erwartungsimpulssignals Pp bewerkstelligt werden; wenn nach Fig. 7 ein Ultraschall-Ablenkelement 6 zwischen die Laserliehtquelle LAS und die Kondensorlinse L₅ gesetzt wird, um das Licht in einer zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung abzulenken, ergibt sich eine Lageabweichung und Abtastung der Marken durch das Laserlicht, so daß daher mittels eines Systems, das dem in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen elektrischen System gleichartig ist, das Erwartungsimpulssignal abgenommen werden kann.

Wenn die Relativlage der Marke an einem ersten Körper und der Marke an einem zweiten Körper gemessen wird, umfaßt das Verfahren gemäß dem vorangehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel einen Schritt des wiederholten Abtastens der beiden Marken in der Weise, daß eine Lageabweichung hervorgerufen wird, und des Erfassens der Signale für die beiden Marken, einen Schritt des wiederholten Sammelns der Teilsignale aus der Abtastung, einen Schritt des Abteilens von Teilen mit unterschiedlichen Eigenschaften in den gesammelten Signalen, wodurch die den Marken entsprechenden Teile festgelegt werden, und einen Schritt des Herausziehens eines für die Lagemessung erforderlichen, sich aus den beiden Marken ergebenden echten Signals aus den Signalen durch Bezugnahme auf

-24- DE 2760

die abgeteilten Teile der Signale. Insbesondere zur Erfassung des Falls, daß die Abtastung unter Lageversetzung der Marken erfolgt, können eine der Marken sowie die für die Lageeinstellung erforderliche Marke auf optische 5 oder elektrische Weise identifiziert werden und es können in einem vorbestimmten Intervall beabstandete Triggermarken mit einbezogen werden, wobei ein Schritt zur Korrektur der Messung ausgeführt wird, bei dem der Meßwert für dieses Intervall als Bezugswert dient. Das Verfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel umfaßt einen Schritt der Abtastung auf im wesentlichen der gleichen Abtastlinie und des Aufnehmens der sich aus den beiden Marken ergebenden Signale, einen Schritt der Amplitudenbewertung dieser Signale mit Schwellenwerten unterschiedlichen Pegels und einen Schritt des Herausziehens eines für die Lagemessung erforderlichen echten Signals aus dem mit dem niedrigeren Schwellenwert bewerteten Signal unter Bezugnahme auf das mit dem höheren Schwellenwert bewertete Signal.

Somit kann mit der Signalaufbereitungsvorrichtung bzw. gemäß dem Signalaufbereitungsverfahren die Relativlage zwischen mehreren Körpern, die unechte bzw. Fehlersignale abgeben, in genauer Weise gemessen werden; darüberhinaus ist keine große Änderung des Beleuchtungssystems vorzunehmen. Falls somit das Signalaufbereitungsverfahren bei einer Halbleiterherstellungseinrichtung oder dergleichen verwendet und zum Ausrichten eingesetzt wird, können Mängel wie das Auftreten einer Fehlausrichtung aufgrund des Vorhandenseins von Staubteilchen und Aluminiumpartikeln auf dem Halbleiterplättchen und eine Verlängerung der Regelzeit für die Ausrichtung ausgeschaltet werden, wobei die für das Reinigen eines jeden Halbleiterplättchens erforderliche Zeit beträchtlich verkürzt werden kann.

-25- DE 2760

Es wird eine Vorrichtung zum Aufbereiten eines Lagemeßsignals angegeben, die in Verbindung mit einem ersen Körper, der ein erstes Muster zum Ausrichten hat, und einem zweiten Körper zu verwenden ist, der ein zweites Muster hat. Die Vorrichtung enthält eine Musteraufnahmeeinrichtung zum Erfassen des ersten und des zweiten Musters und zum Erzeugen einer Meßsignalfolge, eine Erwartungsimpulssignal-Formungsschaltung zum Bilden eines Erwartungsimpulssignals für das Bezeichnen desjenigen Teils der Meßsignalfolge, in welchem die Wahrscheinlichkeit des Bestehens von dem ersten und dem zweiten Muster entsprechenden Signalen hoch ist, und eine Echtsignal-Fo rmungs schaltung zum Bilden von dem ersten und dem zweiten Muster entsprechenden Echtsignalfolgen aus der Meßsignalfolge und dem Erwartungsimpulssignal.

Leerseite

Claims (12)

1. Patentansprüche

   ( Iy Vorrichtung zum Aufbereiten von Lagemeßsignalen,
   gekennzeichnet durch eine Musteraufnahmevorrichtung (1;11) zum Erfassen eines Musters (M,W,T) an einem Körper (MA, WA) und zum Erzeugen eines Meßsignals, eine Erwartungssignal-Formungseinrichtung (2;13) zum Bilden eines Erwartungssignals, das denjenigen Bereich des Meßsignals bezeichnet, in dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines dem Muster entsprechenden Signals hoch ist, und eine Mustersignal-Formungseinrichtung (3 bis 5; 14,15) zum Bilden eines dem Muster entsprechenden Signals aus dem Meßsignal und dem Erwartungssignal.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Formungseinrichtung (2) eine Summiereinrichtung (22,23) zum Summieren des Meßsignals und Bilden eines Summensignals und eine Bewertungseinrichtung (24) zum Bewerten des Summensignals mittels eines erwünschten Schwellenwerts aufweist.

   A/22

   -2- DE 2760
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung (24) eine Amplitudenbewertungsschaltung ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Formungseinrichtung (2) eine Abfrageeinrichtung zum zeitlich aufeinanderfolgenden Abfragen des Meßsignals und eine Umsetzeinrichtung (21) für die Analog/Digitalumsetzung des Ausgangssignals der Abfrageeinrichtung aufweist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Musteraufnahmevorrichtung (1) einen Bildaufnehmer, der ein Videosignal erzeugt,

   ¹^ und eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Musters aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer (1) eine Bildaufnahmeröhre ist.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Musteraufnahmevorrichtung (1) eine Aufnahme-Abtastrichtung (H) hat und daß das Muster Markenelemente (M,W), die in Bezug auf die Abtastrichtung schräg stehen, und den Markenelementen benachbart mindestens eine Triggermarke (T) mit einem Rand aufweist, der die gleiche Schrägstellung wie die Markenelemente hat.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

   gekennzeichnet durch eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines ersten Rands des Musters (M,W,T) bei dessen Abtastung.

   -3- DE 2760
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung ein Signal zu einer vorbestimmten Zeit vor einem ersten Impuls aus dem Muster

   (M,W,T) erzeugt.
   5
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Formungseinrichtung (13) eine erste Bewertungseinrichtung zum Bewerten des Meßsignals durch einen ersten Schwellenwert aufweist, der höher als eine Rauschkomponente ist, und daß die Mustersignal-Formungseinrichtung (14) eine zweite Bewertungseinrichtung zum Bewerten des Meßsignals durch einen zweiten Schwellenwert aufweist, der niedriger als der erste Schwellenwert

    ist.
    15
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einer Maske MA mit einem integrierten Halbleiterschaltungsmuster und einem Halbleiterplättchen WA besteht, das mit einer

    fotoempfindlichen Schicht versehen ist.
12. 12. Verfahren zur Signalaufbereitung, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild mindestens einer an einer Maske angebrachten Richtmarke und mindestens einer an

    einem Halbleiterplättchen angebrachten Richtmarke aufgenommen und ein Meßsignal erzeugt wird, daß das Meßsignal summiert und ein Summensignal erzeugt wird, daß das Summensignal mit einem erwünschten Schwellenwert bewertet

    und ein Erwartungssignal erzeugt wird, und daß aus dem 30

    Meßsignal und dem Erwartungssignal den Richtmarken entsprechende Signale erzeugt werden.