DE3305739C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verarbeitungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine solche Verarbeitungseinrichtung eignet sich z. B. zur Anwendung bei einem System zum sehr genauen Ausrichten einer Maske und eines Halbleiterplättchens in einer Halbleiterherstellungs­ einrichtung.

Bei einer Halbleiterherstellungseinrichtung, insbesondere einer Musterdruck- bzw. Übertragungseinrichtung ist es üblich, fotoelektrisch 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 ausschließlich 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 Lichtquelle beispielsweise eine Laserstrahlquelle verwendet und das von den Richtmarken bei ihrer überlappenden Abtastung gestreute Licht mittels einer Fotodiode oder eines Fotovervielfachers empfangen und fotoelektrisch umgesetzt wird, wobei die Relativlage der Richtmarken aus dem elektrischen Signal ermittelt wird. Weiterhin 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 Strahlpunkts längs ein- und derselben Spur abgetastet werden, ist 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 ist 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 verzögerten Druckprozeß oder aber zu sehr hohen Kosten oder großen Abmessungen der Einrichtung geführt hat. In der japanischen Patentanmeldung Nr. 66 898/1977 wurden zwar Maßnahmen zum Überwinden der sich aus den unechten Signalen ergebenden Schwierigkeiten vorgeschlagen, jedoch sind noch Verbesserungen möglich.

Eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende Verarbeitungseinrichtung ist aus der US-PS 43 15 201 bekannt. Bei dieser Verarbeitungseinrichtung erfolgt die Ausrichtung zwischen einer Maske und einem Halbleitersubstrat unter Heranziehung von auf diesen beiden Elementen vorhandenen Markierungen. Die Ausrichtung ist abgeschlossen, wenn die Markierungen der Maske und des Halbleitersubstrats in eine vorbestimmte gegenseitige räumliche Beziehung gebracht sind. Hierzu wird das Ausgangssignal der Mustererfassungseinrichtung hinsichtlich der Detektion der den Markierungen zuzurechnenden Signalanteile aufbereitet, um die Markierungslagen zu erfassen und die räumliche Anordnung zwischen der Maske und dem Halbleitersubstrat so lange zu korrigieren, bis das Erfassungssignal den vorbestimmten Verlauf besitzt, d. h. die Ausrichtung abgeschlossen ist.

Allerdings kann das Ausgangssignal erhebliche Störanteile beinhalten, die durch auf dem Körper vorhandene Staubteilchen u. dgl. hervorgerufen sein können. Diese Störanteile erschweren die Erfassung der durch das tatsächliche Muster hervorgerufenen Signalkomponenten oder können sogar zu Fehlausrichtungen führen, wenn die Störanteile als durch das Muster hervorgerufene Signalkomponenten eingestuft werden.

Aus der DE-OS 25 45 753 ist eine Anordnung bekannt, die eine Objekterkennung ermöglichen soll. Hierbei werden Bilder des zu erkennenden Objekts mit einem Bild eines ähnlichen Objekts verglichen. Die miteinander zu vergleichenden Bilder werden durch eine Fernsehkamera erzeugt, wobei zunächst ein Fernsehbild des Modellobjekts aufgezeichnet wird und die dabei erzeugten Videosignale in einem Videospeicher gespeichert werden. Die Fernsehkamera wird anschließend auf das zu erkennende Objekt gerichtet, um ein zweites Fernsehbild zu erzeugen, während gleichzeitig das zuvor im Videospeicher gespeicherte Bild ausgelesen und die ausgelesenen Daten mit den von der Fernsehkamera erzeugten Signalen Zeile für Zeile verglichen werden. Zusätzlich ist ein Speicher vorgesehen, der für jede Zeile des Fernsehbilds eine Adresse speichert und zudem Daten enthält, die anzeigen, ob die zugehörigen Zeilen der beiden Fernsehbilder miteinander zu vergleichen sind oder ob kein Vergleich dieser Zeilen stattfinden soll. Hierdurch soll es ermöglicht werden, den Vergleich auf eine ausgewählte Zahl von Abtastzeilen zu begrenzen. Bei den zum Vergleich ausgewählten Zeilen erfolgt der Vergleich für alle Daten vom Beginn bis zum Ende der jeweils gewählten Zeilen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verarbeitungseinrichtung derart auszugestalten, daß die Wahrscheinlichkeit einer durch Störsignale hervorgerufenen fehlerhaften Mustererfassung verringert ist.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Verarbeitungseinrichtung ist somit eine Erwartungssignal-Erzeugungseinrichtung vorhanden, die ein zusätzliches Erwartungssignal erzeugt, das denjenigen Bereich bezeichnet, in dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines dem Muster entsprechenden Signals im Detektionssignal hoch ist. Dieses Erwartungssignal wird zusammen mit dem Detektionssignal zur Bildung eines dem Muster entsprechenden Signals zusammengefaßt. Durch diese zusätzliche Bereitstellung eines Erwartungssignals können Bereiche, in denen die Wahrscheinlichkeit von durch das Muster hervorgerufenen Signalkomponenten gering sind, z. B. ausgeblendet oder mit einem höheren Schwellwert verglichen werden, so daß in diesen Bereichen vorhandene Störungen wirksam unterdrückt werden. Dies führt insgesamt zu einer Erhöhung der Zuverlässigkeit der Mustererfassung und damit zu einer deutlichen Verringerung der Fehlerwahrscheinlichkeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die bei diesen Ausführungsbeispielen verwendeten Richtmarken sind in der US-PS 41 67 677 beschrieben, jedoch kann die Signalaufbereitung auch mit anders gearteten Marken ausgeführt werden.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Bildaufnahmesystems bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Verarbeitungseinrichtung,

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

Fig. 3 (1) bis (3) Draufsichten auf Marken,

Fig. 3 (4) bis (8) Signalkurvenformen,

Fig. 4, 5 und 6 einzelne Blockschaltbilder, die die jeweiligen Schaltungsblöcke nach Fig. 2 in Einzelheiten zeigen,

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Lichtaufnahmesystems bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Verarbeitungseinrichtung,

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

Fig. 9 (1) bis (3) Draufsichten auf Marken,

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

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

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

Fig. 1 zeigt ein Bildaufnahmesystem bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Verarbeitungseinrichtung. Zunächst wird dieses System und dann die Signalaufbereitung beschrieben.

Nach Fig. 1 wird mittels eines Halters eine Maske MA festgehalten, die ein zu druckendes Muster trägt. Ein mit einer fotoempfindlichen Schicht versehenes Halbleiterplättchen 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 M′ sind Richtmarken an der Maske bezeichnet, während mit W und W′ Richtmarken an dem Halbleiterplättchen bezeichnet sind. Die Marken M und W und die Marken M′ und W′ sind miteinander auszu­ richten.

Ferner sind mit OL und OL′ Mikroskop-Objekte bezeichnet, während mit D₁ und D′₁ Blenden bezeichnet sind, die an den zum Objekt entgegengesetzt gelegenen Brennebenen der Objektive OL und OL′ angeordnet sind. Mit HM und HM′ sind Halbspiegel, die schrägstehend jeweils auf der optischen Achse angeordnet sind, mit L₁, L₂, L′₁ und L′₂ sind Kondensorlinsen für die Beleuchtung und mit LS und LS′ sind Beleuchtungslampen bezeichnet. Die Bilder der Beleuchtungslampen LS und LS′ werden jeweils mittels der Kondensorlinsen L₁ und L₂ bzw. L′₁ und L′₂ an den Stellen der Blenden D₁ bzw. D′₁ abgebildet. Mit D₂ und D′₂ sind Beleuchtungsfeld- Blenden für das Einschränken der Lichtstrahlen an Stellen bezeichnet, an denen mittels der Kondensorlinsen L₁ bzw. L′₁ die Lichtquellen abgebildet sind.

Die Objektive OL und OL′, die Blenden D₁ und D′₁, die Halbspiegel HM und HM′, die Kondensorlinsen L₁, L₂, L′₁ und L′₂ und die Lichtquellen LS und LS′ bilden zusammen ein Reflexions-Beleuchtungssystem.

Mit L₃, L₄, L′₃ 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 L₂, L₄, L′₃ und L′₄ und die Lichtabfangplatten P, P′ bilden zusammen ein Lichtempfangssystem.

Die von der Lichtquelle LS abgegebene Lichtstrahlen werden mittels der Kondensorlinse L₁ gesammelt, wonach sie mittels der zweiten Kondensorlinse L₂ 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.

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

In 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 zeichnet, die aus einem Videosignal V ein Erwartungsimpulssignal (Erwartungssignal) 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 von der Bildaufnahmevorrichtung 1 erhaltene Videosignal (Detektionssignal) V mit einem Potential eines geeigneten Schwellenwerts im Sinne einer Umsetzung in bezug auf die Amplitude bewertet 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 _M ausgegeben wird. Mit 5 ist eine an die logische Multiplizierschaltung 4 angeschlossene Schaltung zum Messen des Abstands zwischen Richtmarkensignalen in dem Impulssignal P _M bezeichet.

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- Erzeugungsschaltung 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 Richtmarkensignal S _1a enthalten ist. Ferner wird das Videosignal V in der Signalumsetzung- bzw. Amplitudenbewertungsschaltung 3 hinsichtlich der Amplitude nach dem Potential mit dem geeigneten Schwellenwert bewertet, um das Lagein­ formations-Impulssignal Ps zu erhalten. Dieses Lageinfor­ mations-Impulssignal Ps enthält ein Richtmarkensignal S _1c und ein unechtes bzw. Fehlersignal S _2c , 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 _1a in dem Lageinformations- Impulssignal Ps bei jeder Horizontalabtastung mit einem Horizontalsynchronisiersignal V _sync 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 _2a vorgenommen, das sich aus dem Triggermarkenmuster T ergibt. Wenn der Abfall des Triggermarkensignals S _3a ermittelt wird, beginnt die Erwartungssignal-Erzeugungsschaltung 2 zu arbeiten, und gibt das Erwartungsimpulssignal Pp ab, 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 _M (Fig. 3 (8)), bei welchem aus dem Lageinforma­ tions-Impulssignal Ps allein das Richtmarkensignal S _1c herausgezogen ist. Wenn das Meßimpulssignal P _M in die Meßschaltung 5 eingegeben wird und die jeweiligen Impulsabstände von Impulsen S _1d des Meßimpulssignals P _M bei jeder Horizontalabtastung gemessen werden sowie auf gleichartige Weise der Durchschnittswert der Abstände der Impulse S _1d auch bezüglich aller Horizontalabtastungen in dem 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.

Fig. 4 zeigt den Innenaufbau der Erwartungssignal- Erzeugungsschaltung 2 zum ausführlichen Erläutern der Funktion derselben. In 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 zum 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 dem Speicher 23 zur Zeitsteuerung der Summierung einen Schreibbefehl zuführt; mit 26 ist eine Zeitgeberschaltung für die Erfassung des Horizontalsynchronisiersignals V _sync im Videosignal V und für die Erzeugung von Taktimpulsen bezeichnet, welche die Zeitsteuerung des gesamten Systems bestimmen; mit 10 ist ein Mikrocomputer zur Steuerung des Systems bezeich­ net.

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 heiten werden so zugeordnet, daß die Abfallstelle des Triggermarkensignals S _3a für das Triggermuster an erster Stelle steht. Aus dem Videosignal V, aus dem durch den Befehl aus der Steuerschaltung 25 das Horizontalsynchronisiersignal V _sync ausgeschieden wurde, wird nur derjenige 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 Fig. 3 (5). Ein Bereich bzw. Signalteil S 4, 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 _3a erfolgt. Ein Bereich bzw. Signalteil S _2b , in dem das in dem Videosignal V enthaltene Fehlersignal S _2a , 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 Signalteil S _1b mit dem Richtmarkensignal S _1a einen niedrigen Pegel annimmt. Demgemäß wird mittels des Mikrocomputers 10 ein Schwellenwertpotential bestimmt, mit dem der Signalteil S _2b 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 _sync mittels der Zeitgeberschaltung 26 erzielt werden; ferner steuert die Steuerschaltung das Auslesen des in dem Speicher 23 gespeicherten Summenwertes, wobei zur Zeitsteuerung des Abfragens in der Zeitgeberschaltung 26 das Signal herangezogen wird, das aus dem Abfallen des Triggermarkensignals S _3a erzielt wird, welches die Triggermarke an­ zeigt.

Fig. 5 zeigt den Innenaufbau der Amplitudenbewertungsschaltung 3 zur ausführlichen Erläuterung der Funktion derselben. In 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 an den zweiten Eingang des Vergleichers 31 angelegt wird; dadurch wird das Lageinformations-Impulssignal Ps erzielt. Das Lageinformations-Impulssignal Ps enthält das Richtmarkensignal S _1c , das sich aus den Staubteilchen und Aluminiumpartikeln ergebende Fehlersignal S _2c und das Triggermarkensignal S _3c .

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

Fig. 6 zeigt ausführlich den inneren Schaltungsaufbau des in Fig. 1 gezeigten Schaltungsblocks der Meßschaltung 5. In Fig. 6 ist mit 51 ein Oszillator bezeichnet, der Meßtaktimpulse erzeugt, während mit 52 ein an den Oszillator 51 angeschlossener Zähler zum Zählen der Meßtaktimpulse, mit 53 ein Zwischenspeicher zum vorübergehenden Speichern des Inhalts des Zählers 52, mit 54 ein Addierer zum Addieren des Inhalts des Zwischenspeichers 53 mit dem Inhalt eines Speichers 55 zum Speichern des Ausgangssignals des Addierers 54, mit 56 eine Steuerschaltung zum Steuern der Messung 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 _M in die Messungs-Steuerschaltung 56 eingegeben und der erste Anstieg oder der erste Abfall eines Impulses S _1d 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 _1c 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 und dann der Abstand zwischen den Richtmarken ermittelt wird.

Fig. 7 zeigt ein fotoelektrisches Erfassungssystem bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Verarbeitungsein­ richtung.

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

In 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 und mit OL ein Mikroskop-Objektiv bezeichnet ist. Andererseits ist mit LAS eine Lichtquelle bezeichnet, die Laserstrahlen abgibt, während mit L₅ eine Kondensorlinse und mit MD eine Spiegeltrommel bezeichnet ist, die mit hoher Drehzahl umläuft. Die Laserlichtstrahlen werden auf jeweils eines der Spiegelelemente m 1 der Spiegeltrommel MD gebündelt. Mit L₆ und L₇ sind Relaislinsen bezeichnet. Da durch die Relaislinsen das Spiegelelement m 1 und eine Blende D₁ 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 würden. Die Bauelemente von dem Objektiv OL bis zu der Lichtquelle LAS bilden zusammen ein Abtastungs-Beleuchtungssystem.

Andererseits ist mit HM ein Halbspiegel bezeichnet, während mit L₈ und L₉ 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 L₈ und L₉, der Lichtabfangplatte P′′ und dem fotoelektrischen Wandler 11 bilden die Relaislinse L₇, die Blende D₁ und das Objektiv OL zusammen ein Lichtempfangssystem.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau bewirkt der Umlauf der Spiegeltrommel MD, daß das gesammelte Laserlicht abgelenkt wird und über die Relaislinsen L₆ und L₇ und 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 L₇ konvergiert und von dem Halbspiegel HM reflektiert werden, durch die Relaislinsen L₈ und L₉ hindurchlaufen und an dem fotoelektrischen Wandler 11 gesammelt werden, der Änderungen der einfallenden Lichtmenge in elektrische Signale um­ setzt.

Fig. 8 zeigt die Grundform der Verarbeitungseinrichtung. Die Einzelheiten jeder Schaltung in dem System werden nachfolgend beschrieben. In 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 von 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 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 Lageinformationssignal S enthält ein sich aus den Richtmarken ergebendes Signal S _4a sowie zusätzlich ein unechtes bzw. Fehlersignal S _5a , 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 Markenmusters optimal gewählt werden kann (wie beispielsweise durch die Wahl der axialen Lage und des Brechvermögens der Kondensorlinse L₅ im Zusammenhang mit der Linienbreite), kann die Signalstärke des Signals S _4a unter einem hohen Pegel verglichen mit dem Signal S _5a 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 S _4a für die Richtmarken erkannt wird, während gemäß der Darstellung in Fig. 9 (4) das Fehlersignal S _5a unterdrückt wird. Demgemäß wird als Ausgangssignal der Schaltung 13 allein das Erwartungsimpulssignal Pp für das Richtmarkensignal S _4a 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 S _4b eines Lageinformations-Impulssignals Ps.

Da ferner der nahe dem Spitzenwert liegende Teil des Signals S _4a 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 S _4a für die Richtmarken, der frei von der Beeinflussung durch die optische Verformung ist, eine Amplitudenbewertung mittels eines Ampli­ tuden-Schwellenwertes Es vorgenommen, wobei auch das sich aus den Staubteilchen C und den Aluminiumpartikeln A ergebende Fehlersignal S _5a 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 S _4b , das die Richtmarken anzeigt.

Fig. 10 zeigt zur ausführlichen Erläuterung der Funktion den Innenaufbau der Meßschaltung 15 in dem Blockschaltbild nach Fig. 8. In 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 von dem Mikrocomputer 20 die Steuerung der Messung herbeiführt. Die Steuerschaltung 62 ist an den Oszillator 61 angeschlossen und gibt Rücksetzbefehle 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 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 _4b zu messen, das die Richtmarken anzeigt.

Es sei als Beispiel der Fall betrachtet, daß gemäß der Darstellung in Fig. 11 (1) ein Lageinformationssignal Ps₁, in dem Signale S₁₂ und S₁₄ von den Richtmarken und Fehlersignale S₁₁ und S₁₃ enthalten sind, und daraus ein Erwartungsimpulssignal Pp₁ 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 S₁₂ und S₁₄ des Signals Ps₁ beachtet wird, in dem gleichzeitig Signale S₁₅ 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 in gleicher 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 S _4b gemessen, während das in dem Lageinformations-Impulssignal Ps vorhandene Fehlersignal S _5b ausgeschaltet wird.

Zum Messen eines Anstiegsabstands Wr der Impulse S₁₂ und S₁₄ gemäß der Darstellung in Fig. 11 (1) wird auf den Anstieg aller der mit dem Signal Ps₁ 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 kein Impuls des Signals Pp₁ 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.

An den auf die vorstehend beschriebene Weise erfaßten Anstiegs- und Abfallabständen der den Richtmarken entsprechenden Signale wird nach einem herkömmlichen Verfahren der Mittelwert gebildet, wodurch die Abstände zwischen den Richtmarken ermittelt 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 eine 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 Verarbeitungseinrichtung 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 vorbestimmten Winkel geneigt ist, zu dem Zweck genutzt wird, durch eine Steuerschaltung in einer vorbestimmten Ablauffolge den Summierungs-Anfangszeitpunkt während jeder 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 Ultra­ schall-Ablenkelement 6 zwischen die Laserlichtquelle 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 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 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 Verarbeitungseinrichtung die Relativlage zwischen mehreren Körpern, die unechte bzw. Fehlersignale abgeben, in genauer Weise gemessen werden; darüber hinaus ist keine große Änderung des Beleuchtungssystems vorzunehmen. Falls somit die Signalaufbereitung 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 jedes Halbleiterplättchens erforderliche Zeit beträchtlich verkürzt werden kann.

Claims (12)

1. Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von Lageerfassungssignalen, mit einer Mustererfassungseinrichtung zum Erfassen eines Musters an einem Körper und zum Erzeugen eines Detektionssignals, wobei die Mustererfassungseinrichtung die Erfassung in einer Abtastrichtung durchführt, gekennzeichnet durch eine Erwartungssignal-Erzeugungseinrichtung (2; 13) zum Bilden eines Erwartungssignals (P _p ) auf der Basis des Detektionssignals, das denjenigen Bereich des Detektionssignals während einer Abtastung bezeichnet, in dem die Wahrscheinlichkeit des Vorliegens eines dem Muster entsprechenden Signals hoch ist; und durch eine Mustersignal-Erzeugungseinrichtung (3 bis 5; 14, 15) zum Bilden eines dem Muster entsprechenden Signals aus dem Detektionssignal und dem Erwartungs­ signal.

2. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Erzeugungseinrichtung (2) eine Summiereinrichtung (22, 23) zum Summieren des Detektionssignals und Bilden eines Summensignals und eine Bewertungseinrichtung (24) zum Bewerten des Summensignals mittels eines vorbestimmten Schwellenwerts aufweist.

3. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungseinrichtung (24) eine Amplitudenbewertungsschaltung ist.

4. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Erzeugungseinrichtung (2) eine Abfrageeinrichtung zum zeitlich aufeinanderfolgenden Abfragen des Detektionssignals und eine Umsetzeinrichtung (21) für die Analog/Digitalumsetzung des Ausgangssignals der Abfrageeinrichtung aufweist.

5. Verarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustererfassungseinrichtung (1) einen Bildaufnehmer, der ein Videosignal erzeugt, und eine Beleuchtungsvorrichtung zum Beleuchten des Musters aufweist.

6. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bildaufnehmer (1) eine Bildauf­ nahmeröhre aufweist.

7. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, 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 besitzt.

8. Verarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen eines ersten Rands des Musters (M, W, T) bei dessen Abtastung.

9. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung ein Signal zu einer vorbestimmten Zeit vor einem ersten Impuls aufgrund eines Markenelements des Musters (M, W, T) erzeugt.

10. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungssignal-Erzeugungseinrichtung (13) eine erste Bewertungseinrichtung zum Bewerten des Detektionssignals mit einem ersten Schwellenwert (Ep) aufweist, der höher als eine Rauschkomponente ist, und daß die Mustersignal-Erzeugungseinrichtung (14, 15) eine zweite Bewertungseinrichtung zum Bewerten des Meßsignals mit einem zweiten Schwellenwert (Es) umfaßt, der niedriger als der erste Schwellenwert ist.

11. Verarbeitungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustersignal-Erzeugungseinrichtung (14, 15) als dem Muster entsprechendes Signal diejenigen Impulse des Ausgangssignals der zweiten Bewertungseinrichtung festlegt, die gleichzeitig mit den Impulsen des Ausgangssignals der ersten Bewertungseinrichtung auftreten.

12. Verarbeitungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, 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.