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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988000720A1
    申请号:PCT/CH1986/000167
    申请日:1986-12-01
    公开日:1988-01-28
    发明作者:Michael Wessner；Bernhard F. Gaechter
    申请人:Wild Heerbrugg Ag；
    IPC主号:G03F9-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zur Fein-Fokussierung eines Bildes auf eine Projektionsfläche
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Fokussierzustandes einer Projektionsoptik, mit deren Hilfe ein Objekt in eine Projektionsebene abgebildet wird, unter Verwendung von Messmarken am Objekt und/oder von Markie¬ rungen auf der Projektionsebene. Eine nähere Definition des Gegenstandes der Erfindung ergibt sich aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
    [0003] Die Ermittlung des Fokussierzustandes zwischen einer Projek¬ tionsebene und einem auf die Projektionsebene projizierten Objektbild spielt in der Technik eine vielfältige Rolle. Insbesondere bei der Fotolitographie, aber auch bei der Herstellung von integrierten Schaltungen kommt es entschei¬ dend auf eine möglichst exakte Feinfokussierung des Bildes der Vorlage auf die Zielebene, also die Projektionsebene, an. Obwohl für die Qualität der Bildübertragung eine Reihe weiterer Parameter zu berücksichtigen sind, z.B. die late¬ rale Relativausrichtung, spielt die exakte Fokussierung besonders bei extremen Feinstrukturen auf der Vorlage eine sehr wichtige Rolle. Linienbreiten in der Projektionsebene in der Grössenordnung von 1 jjm oder weniger, wie sie z.B. bei der Halbleiterfabrikation auftreten, erfordern besondere Verarbeitungsmassnah en. Bei der erwähnten Feinheit der Bildelemente muss die Fokus- sierung für die Bildübertragung besonders dann mit grosser Sorgfalt vorgenommen werden, wenn die Projektionsfläche nicht absolut eben ist, sondern Unebenheiten etwa in der gleichen Grössenordnung wie die Bildelemente selbst, also im -Bereich, aufweist. Vor allem spielt wegen der nur ge¬ ringen Tiefenschärfe einer für diesen Zweck geeigneten Pro¬ jektionsoptik (sie beträgt in den genannten Bereichen typisch 2 um) die möglichst genaue Fokussierung der Bild¬ ebene auf die Projektionsfläche eine entscheidende Rolle für die Schärfe aller Bildbereiche.
    [0004] Zur Fokusnachstellung ist es bekannt, den Intensitätsverlauf des von der Projektionsfläche rückprojizierten Objektbildes direkt oder in Kombination mit in der Projektionsebene be¬ findlichen Marken auszuwerten. Beispielsweise wird das von der Projektionsfläche rückprojizierte Bild in einer Zwischen¬ ebene mit einem Scanner quer zur optischen Achse abgetastet. Dabei entsteht ein charakteristisches Intensitätsprofil, dessen Merkmale unter anderem Rückschlüsse auf den Grad der Fokussierung zulassen. Aus dem abgetasteten Intensitäts¬ profil lässt sich bei geeigneter*Signalverarbeitung ein Mass für die Fokussierung des Objektbildes auf der Projektions¬ fläche herleiten. Aus den errechneten Werten können z.B. Korrektursignale zur Steuerung von entsprechenden Nachführ¬ einrichtungen für die Fokuseinstellung abgeleitet werden, sobald die aus dem Intensitätsverlauf gewonnenen charakte¬ ristischen Merkmale von vorgegebenen Grenzwerten abweichen.
    [0005] Zur Gewinnung von Signalen, welche den geschilderten Inten¬ sitätsverlauf darstellen, ist gemäss DE 3402177 eine Ab¬ tastvorrichtung mit einer Fotodiodenvorrichtung und einem als Scanner wirkenden Drehspiegel bekannt. Dabei wird ein aus der Projektionsebene rückprojiziertes Bild mit Hilfe des rotierenden Spiegels über eine spaltförmige Fotodiode gelei- tet, welche ein der empfangenen Lichtstärke entsprechendes elektrisches Signal abgibt. Bei geeigneter Wahl der Bild¬ muster in der Projektionsebene steigt das entsprechende Signal zunächst an und sinkt nach einer gewissen Zeitspanne wieder ab. Aus den gemessenen Zeitwerten lässt sich durch entsprechende Signalverarbeitung die Bildschärfe und damit der Fokussierzustand der Einrichtung bestimmen.
    [0006] Die Genauigkeit einer solchen Messung ist insofern unbe¬ friedigend, als für jede Messstelle das Optimum im Schärfe¬ signal-Maximum gesucht wird und das Kurvenmaximum zunächst nicht eindeutig bestimmt ist, sondern durch Interpolation von Einzelmesswerten in grober Näherung gesucht werden muss. Erst nach Bestimmung von mindestens ca. 5 bis 8 Messpunkten ist eine Interpolation des Schärfeverlaufs für jeden der ausgewählten Messpunkte überhaupt erst möglich, wobei die Interpolation aber wegen der geringen Zahl von Messpunkten immer noch relativ ungenau ist. Da das gesuchte Optimum im Bereich des Kurvenmaximums liegt, welches durch Interpola¬ tion weniger Näherungspunkte bestimmt werden muss, ergeben sich Ungenauigkeiten, welche die Fehlerquote des Verfahrens bei erhöhten Qualitätsanforderungen auf unzulässig hohe Werte ansteigen lassen. Eine Berücksichtigung und serielle Verarbeitung weiterer Messpunkte kann häufig wegen des damit verbundenen Zeitaufwandes nicht erfolgen.' Schliesslich wird ge äss dem bekannten Verfahren für die einzelnen Messpunkte der Schärfezustand über den Fokusbereich verfahrensbedingt in Zeitabständen gemessen, in denen sich einzelne Parameter bereits verändert haben können, wodurch sich zeitliche Schwankungen der Bildschärfe als Folge der Instabilität der verwendeten Lichtquelle, dem Mechanikaufbau, der Optik etc. ergeben. Dadurch wird das Schärfesignal verfälscht und somit die Genauigkeit der Fokusbestimmung nochmals negativ beein- flusst. Zur Vermeidung einer mehrfachen mechanischen Verschiebung der Projektionsebene oder der Objektebene während des Fokus- siervorganges wurde ferner vorgeschlagen, verschieden dicke Glasplatten wahlweise in den Strahlengang einzuführen, wel¬ che eine kontrollierte Veränderung der optischen Weglänge im Strahlengang zwischen dem Objekt und der Projektionsebene hervorrufen. Diese Massnahme vergrössert jedoch wegen der Vielzahl von diskreten Einzelmessungen für die Bestimmung des Intensitätsverlaufs den für die Messung erforderlichen Zeitaufwand. Ausserdem ist das ständige Ein- und Ausschwen¬ ken der Glasplatten in bzw. aus dem Strahlengang mit Nach¬ teilen verbunden, die sich aus der mechanischen Beanspruch¬ ung der Teile sowie aus der Trägheit der bewegten Teile ergeben. Dabei kann sich die optische Weglänge unkontrol¬ liert diskret verschieben, was zu nicht reproduzierbaren Fokuspositions-Schwankungen, dem sogenanntem Jitter, führt.
    [0007] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Fokussierver- fahren dahingehend weiterzuentwickeln, dass die geschilder¬ ten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen mehr¬ fache mechanische Verschiebevorgänge während des Messvor¬ ganges vermieden werden. Ferner sollen bereits vorhandene Hilfsmittel eingesetzt werden können, welche für andere Justiervorgänge ohnehin vorhanden sind. Auch sollen mehr¬ fache mechanische Verschiebevorgänge während des Messvor¬ ganges aus Zeit- und Genauigkeitsgründen vermieden werden.
    [0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemass durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 definierten Merkmalen gelöst.
    [0009] Durch die beanspruchte Massnahme lässt sich mit Hilfe eines gut zu beherrschenden und einfach durchzuführenden maschi¬ nellen Rechenvorgangs die genaue Fokusposition schnell, zuverlässig sowie mit erheblich verbesserter Genauigkeit bestimmen bzw. korrigieren. Es werden weitgehend Hilfsmittel ausgenutzt, welche in der Regel ohnehin vorhanden oder er- forderlich sind, beispielsweise für die Horizontal-Justie- rung. Damit werden umfangreiche Zusatzmittel und -massnahmen vermieden, wie sie bei bekannten Verfahren bzw. Einrich¬ tungen zur Feinfokussierung erforderlich sind. Die Einstell¬ genauigkeit wurde mit dem vorliegenden Verfahren erheblich verbessert. Das Verfahren lässt sich uneingeschränkt in der Fabrikation einsetzen. Es ist merklich schneller und trotz¬ dem präziser als bisher bekannte Verfahren. Separate Auto- kalibrationsfelder, wie sie bei bekannten Verfahren erfor¬ derlich sind, werden bei dem vorliegenden Verfahren vermie¬ den, wodurch sich die Anwendungsmöglichkeiten verbreitern bzw. die Anwendung vereinfacht.
    [0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Aus¬ führungsbeispiele näher erläutert.
    [0011] Es zeigen:
    [0012] Fig. 1 den Strahlengang gemäss einem ersten Ausführuπgs- beispiel,
    [0013] Fig. 2 den Stahleπgang gemäss einem zweiten Auführungs- beispiel, und
    [0014] Fig. 3 den Schärfesignalverlauf als Funktion der Fokus¬ position für zwei Detektoren S1 und S".
    [0015] Die folgenden Ausführungsbeispiele werden in Zusammenhang mit der Produktion von Halbleiterschaltungen aus vorberei¬ teten Halbleiterwafern beschrieben. Diese Anwendung ist jedoch nur ein Beispiel aus einer Vielzahl von technisch ähnlichen Anwendungsfällen. Das gewählte Beispiel ist daher nicht als Einschränkung der vielfältigen Anwendungsmöglich¬ keiten der Erfindung aufzufassen. Bei dem Verfahren, wie es im folgenden beschrieben ist, werden die Ergebnisse aus den abgetasteten Werten für den Intensitätsverlauf der Bilder eines Objekts als Kriterium für eine Vergleichsoperation zwischen zwei aus dem Intensi¬ tätsverlauf abgeleiteten Schärfesignalen herangezogen. Ent¬ sprechend dem Ergebnis der Vergleichsoperation wird die automatische Nachfokussierung durch Verstellen der Projek¬ tionsoptik und/oder der Projektionsebene und/oder der Objektebene vorgenommen.
    [0016] Zu diesem Zweck ist z.B. gemäss der schematischen Darstel¬ lung des Strahlengangs nach Fig. 1 eine Projektionsoptik 10 vorgesehen, welche ein Bild der Projektionsfläche 1 in eine Detektoreinrichtung 11 leitet. Die Detektoreinrichtung 11 enthält einen als Scanner wirkenden rotierenden Spiegel 12, dem ein Strahlenteiler 13 nachgeordnet ist. Der Strahlen¬ teiler teilt die von der Projektionsfläche 1 kommende Infor¬ mation in zwei Strahlengänge A und B auf. Im Strahlengang A wird die Information aus der Projektionsfläche 1 in die Bildebene einer photoelektrischen Detektoranordnung 14 pro- jiziert, welche nicht genau in der Brennebene, sondern um einen gewissen Abstand hinter der Brennebene Bl liegt. Im zweiten Strahlengang B wird die Information aus der Projek¬ tionsfläche in eine Bildebene einer zweiten photoelektri¬ schen Detektoranordnung 15 projiziert, welche ebenfalls nicht genau in der Brennebene, sondern diesmal etwas vor der Brennebene B2 liegt (in beiden Fällen in Richtung des Strahlengangs) .
    [0017] Von jedem der photoelektrischen Detektorelemente 14 bzw. 15 wird das von der Projektionsfläche 1 empfangene Bild linear in einer vorgegebenen Richtung hinsichtlich Intensitäts¬ änderungen abgetastet. Aus jedem der so gewonnenen Kontrast¬ signale werden anschliessend durch entsprechende Signal¬ verarbeitung Schärfesignale S' und S" abgeleitet. In dem entscheidenden Schritt des Verfahrens wird nun, wie anhand von Fig. 3 erläutert, ein Nullabgleich zwischen den beiden aus den aufgenommenen Intensitätswerten abgeleiteten Schärfesignalen S" und S" vorgenommen. Während gemäss der bisherigen Praxis das Kurvenmaximum des Schärfesignals als Auswertungskriterium herangezogen wurde, wobei das Maximum der aus nur wenigen Messpunkten interpolierten Kurve nur sehr ungenau bestimmt werden kann und die ideale Fokusposi¬ tion durch Mittelung zwischen diesen Messwerten gewonnen wurden, sieht die Erfindung vor, die Fokusposition Z/F im Schnittpunkt X beider Kurven S1 und S" gemäss Fig. 3 als Kriterium für die optimale Fokusposition zu wählen.
    [0018] Im Verlauf des Optimierungsvorgaπges werden die Projektions¬ fläche 1 und/oder die Projektionsoptik 10 und/oder gege¬ benenfalls die Objektebene 20 so lange kontrolliert parallel zur optischen Achse verstellt, bis der gewünschte Nullab¬ gleich erreicht ist.
    [0019] Das die Fokusposition ausgleichende Regelsignal lässt sich nach Ermittlung der Fokusposition Z/F im Kurvenschnittpunkt X der beiden Signale S' und S" auf unterschiedliche Weise gewinnen. Gemäss einem ersten Beispiel lässt sich das Kor¬ rektursignal entsprechend der tatsächlichen Verschiebung einer der beiden Detektorebenen definieren, wenn die andere Detektorposition konstant gehalten wird. Die ideale Fokus¬ position ist dann erreicht, wenn der Schnittpunkt X der beiden Kurven S' und S" innerhalb eines vorgegebenen Tole¬ ranzbereiches Y2-Y1 der Signalamplituden liegt.
    [0020] Gemäss einem zweiten Beispiel kann der Schärfesignalunter¬ schied (S"-S') direkt zur Ableitung eines Regelsignals herangezogen werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dargestellt, lässt sich das beschriebene Verfahren für die Uebertragung des Bildes einer Maske auf eine Halbleiter-Wafer-Oberfläche anwenden. Dabei wird von einer Maske 20 über die Optik 10 ein Bild der Maske auf die als Projektionsfläche 1 wirkende Waferoberfläche projiziert und anschliessend von der Wafer- oberfläche über die Optik 10, einen halbdurchlässigen Spie¬ gel 25 und den Scanner 12 in die Detektoreinrichtung 11 rückprojiziert. Die Abtastung der Intensitätssignale durch die Detektoranordnungen 14 und 15 sowie die weitere Signal¬ verarbeitung zur Ableitung geeigneter Steuer- bzw. Korrek¬ tursignale für die Fokusnachstellung erfolgt im übrigen nach der zuvor beschriebenen Methode.
    [0021] Durch die beschriebene Detektoranordnung und die Auswertung der Intensitätssignale auf die beschriebene Weise lässt sich der Bauaufwand für die Abtast- bzw. Korrektureinrichtungen gegenüber bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen stark redu¬ zieren. Ausserdem wird die Genauigkeit der Fokuseinstellung wegen der verbesserten Bestimmung des Kriteriums für den Nullabgleich wesentlich erhöht.
    权利要求:
    ClaimsP A T E N T A N S P R U E C H E
    1. Verfahren zur Fokussierung eines von einem Objekt über eine Projektionsoptik auf eine Projektionsfläche entworfenen Bildes, wobei ein von der Projektionsfläche zurückgeworfenes Bild und/oder in der Projektionsfläche befindliche Marken elektrooptisch abgetastet wird, um aus den Abtastinformatio¬ nen Steuerungssignale zur Korrektur der Fokusposition der Projektionsoptik abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Intensitätsabtastung, des von der Projektions¬ fläche zurückgeworfenen Bildes bzw. der Bilder der Masken und/oder der Bilder der Marken in der Projektionsebene vor dem erwarteten Schärfebereich vorgenommen wird, dass gleich¬ zeitig eine zweite Intensitätsabtastung des von der Projek¬ tionsfläche zurückgeworfenen Bildes bzw. der Bilder hinter dem erwarteten Schärfebereich vorgenommen wird, dass beide Abtastergebnisse oder aus diesen abgeleitete Schärfesignale verglichen werden und dass das Vergleichsergebnis zur Ver¬ stellung der Projektionsfläche und/oder der Objektebene und/oder der Projektionsoptik herangezogen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Abtastergebnisse oder der beiden Schärfe¬ signale nach Grosse und Richtung ermittelt wird, dass ge¬ prüft wird, ob die Grosse der Differenz in einem vorgegebe¬ nen Toleranzbereich liegt, und dass die Grosse und die Richtung der ermittelten Differenz zur Verstellung der Pro¬ jektionsfläche und/oder der Objektebene und/oder der Projek¬ tionsoptik herangezogen wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bild der Maske von der Projektionsfläche gespiegelt wird und die Intensitätsänderungen im gespiegelten Bild abge¬ tastet werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis des Vergleichs zwischen den beiden Schärfesig¬ nalen zur Verstellung der Projektionsfläche (1) und/oder der Objektebene (20) und/oder der Projektionsoptik herangezogen wird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Detektoranordnung (14, 15) für die Intensitätsab¬ tastung die Sollposition für die Fokussieroptik definiert wird und dass entspechend dem Ergebnis des Vergleichs zwischen den Schärfesignalen (S', S") ein Regelsignal zur einmaligen Verstellung der Projektionsfläche (1) um einen Betrag abgeleitet wird, welcher dem Versatz der tatsäch¬ lichen Fokusposition gegenüber der in der Detektoranordnung definierten Sollposition entspricht.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Detektorebenen (Dl; D2) verstellt wird, bis sich ein Nullabgleich zwischen den beiden Schärfesig¬ nalen (S', S") ergibt, und dass aus dem Mass der Verstel¬ lung der Detektorebene das Korrektursignal zur Fokus-Nach¬ stellung der Projektionsoptik (10) abgeleitet wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Marken (4A, 4B, 4C, 4D) von der Projektionfläche (1) in die beiden Kanäle (A, B) derart rückprojiziert werden, dass sie dem von den Detektoren abgetasteten Bild¬ bereich der Projektionsfläche überlagert sind.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsignal, welches die Differenz zwischen dem gemes¬ senen Fokuswert und dem Sollwert ausgleicht, aus der tat¬ sächlichen Verschiebung einer der beiden Detektorebenen (Dl) gewonnen wird, wobei die Position der anderen Detektorebene (D2) konstant gehalten wird, und der Sollwert der Fokusposi¬ tion dann erreicht ist, wenn der Schnittpunkt (X) der beiden Detektorsignale (S1, S") und damit die Fokusposition (ZF ) innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches (Y) der Schärfesignal-Amplituden liegt.
    9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An¬ spruch 1, mit einer Projektioπsfläche (1), einer Projek¬ tionsoptik (10), einem Scanner (12) und einem Strahlenteiler (13), dadurch gekennzeichnet, dass dem Strahlenteiler (13) in jedem Kanal (Ä, B) mindestens ein Detektor (14, 15) zur Erfassung von Intensitätsänderungeπ innerhalb der durch den Scanner ausgewählten Signalfolge angeordnet ist, wobei die Detektoren in beiden Kanälen ausserhalb der idealen Bild¬ ebene (Bl, B2) für das von der Projektionfläche (1) ent¬ worfene Bild angeordnet sind, und zwar im gegenläufigen Sinn, d.h. im ersten Kanal (A) hinter der idealen Bildebene (Bl) und im zweiten Kanal vor der idealen Bildebene (B2), oder umgekehrt.
    10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Detektorebene (Dl) im ersten Kanal (A) um den gleichen Betrag vor der Bildebene (Bl) dieses Kanals ange¬ ordnet ist, um den im zweiten Kanal (B) die zweite Detektor- ebene (D2) hinter der zugehörigen zweiten Bildebene (B2) liegt.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-01-28| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1988-01-28| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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