DE3213338C2

DE3213338C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Justieren eines Substrates, insbesondere eines Halbleiterwafers

Info

Publication number: DE3213338C2
Application number: DE3213338A
Authority: DE
Inventors: Martin Murray Hill N.J. Feldman; Alan David Berkeley Heights N.J. White; Donald Lawrence Bernardsville N.J. White
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1981-04-15
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1986-07-10
Also published as: GB2098728B; NL8201571A; FR2504288B1; FR2504288A1; IT1205252B; GB2098728A; DE3213338A1; BE892840A; IT8220712A0; JPH0145736B2; JPS57178343A; US4398824A; CA1166363A; HK7486A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Halbleiterwafers beschrieben, das in einem photolithographischen Schritt-und-Wiederholen-System bemustert werden soll. Die erfindungsgemäße Justierungsmethode, mit der eine örtliche Waferschräglage und/oder ungleichförmige Photoresistdicke kompensiert werden kann, ist auf Halbleiterwafer anwendbar, die auf einem Oberflächenteil eine oder mehrere Fresnelzonenplatten als Richtmarken haben.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

20

— ein Paar vertikal versetzter Lichtquellenbilder auf die Detektoreinrichtung abgebildet und

— das Substrat zur Justage so bewegt wird, daß die projizierten Positionen (V, R') des Paares der auf die Detektoreinrichtung abgebildeten Lichtquellenbilder je um einen vorbestimmten Abstand von der vorgewählten Position (P) versetzt sind.

30

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Paar vertikal versetzter Lichtquellenbilder ein reelles und ein virtuelles Bild (R, V) derselben, vorzugsweisen ersten Ordnung benutzt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zur Justage so bewegt wird, daß die projizierten Positionen (V, R') des Paares der auf die Detektoreinrichtung abgebildeten Lichtquellenbilder gegen die vorgewählte Position (P) um entgegengesetzt gerichtete gleiche Abstände versetzt sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit

45

— einer Bewegungsvorrichtung für das Substrat und

— · einer Photodetektoreinrichtung.

gekennzeichnet durch

50

— einen Projektionsstrahlengang (25; 306, 450, 304, 313) zur Abbildung der von der Fresnelstruktur (13; 31) beim Substrat (14; 32) erzeugten vertikal versetzten Lichtquellenbilder (R, V) des benutzten Paares auf die Photodetektoreinrichtung (26; 310) und

— eine mit der Photodetektoreinrichtung verbundene Komparatorschaltung (28; 510) zur justierenden Steuerung der Substratbewegungsvorrichtung (13; 520) in Abhängigkeit von den jeweiligen Abständen der Positionen der beiden auf die Photodetektoreinrichtung abgebildeten Lichtquellenbilder (V, R) gegenüber der vorgewählten Position (P).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Projektionsstrahlengang eine Bifokallinse (25) gelegen ist, die die beiden vertikal versetzten Lichtquellenbilder (R, V) des benutzten Paares auf die Photodetektoreinrichtung (26) abbildet

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abbildung der beiden Lichtquellenbilder (R, V) auf die Photodetektoreinrichtung mit senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlenbündein die Bifokallinse (25) aus doppelbrechendem Material aufgebaut ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine polarisierende Strahlteiler- und Prismaanordnung (450) im Projektionsstrahlengang dergestalt, daß dieser sich zusammensetzt aus zwei Teilsrrahlenbündeln (310,320) mit unterschiedlicher optischer Weglänge zur Kompensation der vertikalen Versetzung der beiden Lichtquellenbilder (R, V) des gewählten Paares als auch mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen zur Abbildung des einen bzw. anderen der beiden Lichtquellenbilder auf die Photodetektoreinrichtung (310).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Weglängendifferenz der beiden Teilstrahlungsbündel (310,320) durch gegenseitige Verschiebung der Elemente (400, 410, 420) der Strahlteiler- und Prismaanordnung (450) einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoreinrichtung (26; 310) als einzelner Photodetektor vorliegt, vorzugsweise als Vierquadrantendetektor, dessen Koordinatennullpunkt die vorgewählte Position (7>;ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodetektoreinrichtung gebildet ist durch zwei separate Photodetektoren, auf die je eines der beiden Lichtquellenbilder des benutzten Paares abgebildet und in der Position je mit einem vorgewählten Punkt auf dem betroffenen Photodetektor verknCpft wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Justieren eines Substrates, insbesondere Halbleiterwafers, der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Mikrominiaturbauelementen und -Schaltungen ist häufig die genaue Ausrichtung einer Maske gegenüber einem Halbleiterwafer erforderlich. Für Bauelemente sehr hoher Auflösung sind häufig Justiertoleranzen im Submikrometerbereich notwendig. Eine solche Justierung ist von besonderer Bedeutung für den Einsatz von photolithographischen Schritt-und-Wiederholen-Projektionsdruckern.

Zur Justierung ist es üblich, Richtmarken auf der Waferoberfläche zu verwenden.

Ein Typ einer bevorzugten Richtmarke ist die Fresnelzonenplatte. (Eine allgemeine Erörterung von Fresnelzonen und Fresnelzonenplatten findet sich in Klein, M. V., Optics, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1970, und in der US-PS 40 37 969 (Feldman) ist die Verwendung von Fresnelzonenplatten als Richtmarken auf Halbleiterwafern beschrieben.)

Beispielsweise besitzt eine auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers angeordnete Fresnelzonenplatte konzentrische Ringbereiche mit abwechselnd niedrigem

und hohem Reflexionsvermögen. Alternativ besitzt die Zonenplatte alternierende konzentrische Ringbereiche, die reflektiertes Licht einer auslöschenden und verstärkenden Interferenz unterwerfen. Solche Muster können nach zahlreichen bekannten Methoden erzeugt werden, beispielsweise durch direkte Elektronenstrahlexposition oder durch Belichten eines Photoresists. Üblicherweise haben Wafer, die für einen Einsatz in einem Schritt-und-Wiederholen-System zu justieren sind, auf einem Teil ihrer Oberfläche zwei oder mehr Richtmarken. Bei einer Ausrichtung Chip für Chip ist eine Richtmarke auf jedem Chip vorgesehen.

Die Fresnelzonenplatten-Richtmarken haben als optisches Charakteristikum die Eigenschaft, gleichzeitig als positive Linse mit Brennweiten von f, 'I3, ^rl$... und als negative Linse mit Brennweiten von — F, — 'Iz, — ^rU ■■■ zu wirken. Der genaue Wert von /ist durch die Geometrie der Platten bestimmt (siehe Feldman aaO.). Sonach wird einfallende Strahlung einer Lichtquelle nach zur optischen Achse paralleler Kollimation durch eine Fresnelzonenplatte fokussiert in eine Vielzahl reeller Bilder der Lichtqueile in Abständen f, 'Iz, 'h... vor der Waferoberfläche; es entsteht außerdem eine Vielzahl virtiyller Bilder in Abständen —f, -'Iy, -'Is ... hinter der Waferoberfläche. Für die vorliegende Beschreibung werden Abstände vor der Waferoberfläche als positive Abstände und Abstände hinter der Waferoberfläche als negative Abstände genommen.

Zur Justierung eines Halbleiterwafers nach einer typischen bekannten Methode wird Strahlung auf eine Fresnelzonenplatte gerichtet, um eine Vielzahl reeller Lichtquellenbilder, die in vorgeschriebenen Abständen vor der Waferoberfläche angeordnet sind, und eine Vielzahl virtueller Lichtquellenbilder, die in vorgeschriebenen Abständen hinter der Waferoberfläche angeordnet sind, zu erzeugen. Ein ausgewähltes Bild, üblicherweise das der Brennweite +/zugeordnete reelle. Bild oder das der Brennweite —/zugeordnete virtuelle Bild, wird durch ein optisches System auf einen Vier-Quadranten-Photodetektor projiziert, der im Verein mit einer elektronischen Schaltung als eine Positionssensoreinrichtung dient. Der Positionssensor vermag festzustellen, wenn das projizierte Bild im wesentlichen mit einem vorgewählten Ort zusammenfällt, der beispielsweise der Koordinatennullpunkt des Vier-Quadranten-Photodetektors ist. Ansprechend auf das Ausgangssignal der Photosensoreinririitung wird das Wafer darin so bewegt, daß das projizierte Bild mit dem vorgewählten Ort zusammenfällt und damit eine Justierung erhalten wird.

Die Genauigkeit dieser bekannten Fresnelzonenplattenjustiermethode ist durch eine örtliche Waferschräglage begrenzt. »Örtliche Waferschräglage« bezeichnet generell Abweichungen gegenüber der planaren Waferoberflächengeometrie im Gegensatz zu einer Verkantung des Wafers als Ganzes. Die örtliche Waferschräglage versetzt sowohl die reellen als auch die virtuellen Bilder, die von den Fresnelzonenplatten erzeugt werden, wodurch ein systematischer Fehler erzeugt wird. Wenn beispielsweise die Fresnelzonenplatte auf einem Waferoberflächenteil mit örtlicher Schräglage aufgebracht ist, kann das der Brennweite +/zugeordnete reelle Bild versetzt sein, so daß seine Projektion auf eine Photodetektoranordnung mit einem vorgewählten Ort zwar zusammenfällt, obgleich aber eine ähnliche Richtmarke auf einer schräglagenfreien, planaren Fläche kein der Brennweite +/zugeordnetes Bild erzeugen würde, dessen Projektion aui der Photodetektoranordnung mit dem vorgewählten Ort zusammenfällt, wodurch ein systematischer Fehler eingeführt wird. Beispielsweise kann eine örtliche Waferschräglage von etwa 1 Mikrometer pro an zu Ausrichtfehlern in der Größenordnung von 0.06 Mikrometer für 300 Mikrometer-Brennweiten-Fresnelzonenplatten führen.

Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn der Photoresistüberzug des Halbleiterplättchens ungleichförmig dick ist. In diesem Fall kann die Lichtbrechung in Bereichen ungleichförmiger Photoresistdicke zu einer Versetzung

ίο von Bildern führen, die von den Richtmarken auf der Waferoberfläche erzeugt werden, wodurch ebenfalls systematische Ausrichtfehler entstehen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Weg zu finden, auf dem der Einfluß örtlicher Waferschräglagen und/oder ungleichförmiger Photoresistdicken auf die Justierung von Wafern kompensiert werden kann, speziell bei der Justierung von Halbleiterwafern bei deren Bemusterung in photolithographischen Schritt-und-Wiederholen-Systemen.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe für das vorausgesetzte Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besitzt die Merkmale des Anspruches 4.

Hiernach wird ein Paar vertikal versetzter Lichvquellenbilder, wie diese von einer reflektierenden Fresnelstruktur beim Substrat erzeugt werden, auf die Photodetektoreinrichtung abgebildet und das Substrat so bewegt, daß die Positionen der beiden Bilder auf der Photodetektoreinrichtung je um einen vorbestimmten Abstand von der vorgewählten Position versetzt sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dienen als die beiden Lichtquellenbilder das reelle und das virtuelle Bild erster Ordnung, die gegen die Substratoberfläche gleich und entgegengesetzt vertikal versetzt sind. Ist keine Oberflächenschräglage vorhanden, dann ist Justierung gegeben, wenn die zwei projizierten fokussierten Bilder beide mit der vorgewählten Position übereinstimmen. Wenn jedoch bei einer vorhandenen örtlichen Substratschräglage das Substrat solange bewegt wird, bis die projizierten Positionen des reellen und des virtuellen Lichtquellenbildes auf der Photodetektoreinrichtung je gleich gegen die vorgewählte Position versetzt sind. In dieser Stellung ist das Wafer justiert. Eine Bifokallinse dient zur Fokussierung der beiden Bilder auf dem Detektor.

Während also nach der bekannten Methode die Bedingung für eine Justierung erfüllt ist, wenn ein einziges projiziertes Bild mit einem vorgewählten Ort zusammenfällt, dabei aber gleichwohl systematische Ausrichtfehler als Folge einer örtlichen Waferschräglage und/ oder einer ungleichförmigen Resistdicke unerkannt bleiben, werden nach der Erfindung zwei projizierte Bilder zum Erhalt einer von der Größe einer lokalen Waferschräglage und/oder Resistdickenungleichförmigkeit unabhängigen Justierbedingung benutzt.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsformen im einzelnen beschrieben; es zeigt

F i g. 1 eine scher.atische Ansicht einer Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform zum Justieren eines Halbleiterwafers.

Ein grundsätzliches Verständnis der vorliegenden Justierungsmethode kaiir, anhand der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung erhalten werden. Die Apparatur ist im Regelfall Bestandteil eines photolithographischen

Schritt-und-Wiederholen-Systems.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist als das zu justierende Substrat ein Halbleiterwafer 11 auf einem bewegbaren Tisch 12 angeordnet. Eine Fresnelzonenplatte 13 dient als Richtmarke und ist auf einem Teil der Waferfläche 14 angeordnet, die eine örtliche Schräglage entsprechend dem Neigungswinkel θ besitze. Beispielsweise ist der Winkel binder Größenordnung von ΙΟ-⁴ rad.

Eine Strahlungsquelle 20 und ein Spiegel 21 dienen als Mittel zum Richten einfallender Strahlung 22 auf die Fresnelzonenplatte 13. Die einfallende Strahlung 24 ist parallel zur optischen Achse 9 kollimiert.

Die Strahlung 22 wird durch die Fresnelzonenplatte fokussiert in eine Vielzahl fokussierter reeller Bilder, die in vorgeschriebenen Abständen q — f. 'Λ, '/5... vor der Waferoberfläche angeordnet sind, und in eine Vielzahl virtueller Bilder, die in vorgeschriebenen Abständen q = —/, -V₃, — 'I=,.. . hinter der Waferfläche gelegen sind, !n F i <*.! sind .Abstände vor der Wafprnhprfjärhe als positive Abstände genommen, und Abstände hinter der Waferoberfläche als negative Abstände. Abstände vor dem Wafer und hinter dem Wafer werden von der Ebene 30 aus gemessen, die die mittlere Waferoberfläche ist. Für eine typische Fresnelzonenplatten-Richtmarke ist f in der Größenordnung von 300 Mikrometer.

Zwei der von der Fresnelzonenplatte-Richtmarke erzeugten Bilder sind in F i g. 1 dargestellt. Das erste ist das reelle Bild R erster Ordnung, die der Brennweite + / zugeordnet und in einem vorgeschriebenen Abstand q = +/"vor der Waferfläche gelegen ist. Das zweite ist das virtuelle Bild V erster Ordnung, das der Brennweite — /■zugeordnet und in einem vorgeschriebenen Abstand q = —f hinter der Waferfläche gelegen ist. R und V sind gegenüber der optischen Achse entgegengesetzt gleich versetzt. Für Justierungszwecke ist es vorteilhaft, diese beiden Bilder zu benutzen, da sie heller als die in F i g. 1 nicht dargestellten reellen und virtuellen Bilder höherer Ordnung sind.

Die Bifokallinse 25 ist eine Einrichtung zum Projizieren der Lichtquellenbilder R und V auf eine einzige Photodetektoreinrichtung 26 zum Erhalt zweier Abbildungen R' und V, von den Bildern R bzw. V auf der Photodetektoreinrichtung 26. Es sei bemerkt, daß zwar R' und V' in Fig. 1 als Punkte dargestellt sind, diese aber in Wahrheit endliche räumliche Ausdehnung haben und beispielsweise Gauss'sche Flecken sind. Eine Bifokallinse wird zur Projektion von R und Vauf die Detektoreinrichtung 26 deswegen benutzt, weil R und V von der Oberfläche 27 des Detektors 26 unterschiedliche Abstände haben. Die Bifokallinse bildet, wenn sie aus doppeibrechendrn Materialien aufgebaut ist. R und V mit zueinander senkrecht polarisierten Teilstrahlenbündeln auf die Oberfläche 27 als Bildpunkte R'bzw. V ab. Die Verwendung orthogonaler Polarisationskomponenten zur Erzeugung von R' und V" ist vorteilhaft, weil dadurch Interferenzeffekte bei der Oberfläche 27 vermieden werden. (In der US-PS 39 90 798 ist ein solches bifokales Linsenelement im einzelnen beschrieben.) Es sei jedoch bemerkt, daß auch andere Abbildungsmittel zur Projektion von R und Kauf die Detektoroberfläche benutzt werden können.

Der Photodetektor 26 bildet zusammen mit einer Komparatorschaltung 28. die auf die vom Detektor erzeugten Signale anspricht, einen Positionssensor, der festzustellen vermag, wenn das erste projizierte Bild R' und das zweite projizierte Bild V gegen vorgewählte Positionen für jedes der projizierten Bilder um Beträge versetzt sind, die im wesentlichen proportional zum ersten vorgeschriebenen Abstand q - /'(Abstand von R zur Waferoberfläche) bzw. zum zweiten vorgeschriebenen Abstand q — —f (Abstand von V zur Waferoberfläche) sind. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist derselbe Ort P für jedes der beiden projizierten Bilder vorgewählt. Sonach ist bei der Ausführungsform nach F i g. 1 Justierung dann gegeben, wenn V und R'entgegengesetzt gleichweit von der vorgewählten Stelle P entfernt sind. Dieses deswegen, weil die fokussierten Bilder R und V um entgegengesetzt gleiche vorgeschriebene Abstände von der Waferoberfläche entfernt sind. Diese Justierungsbedingung ist unabhängig von der Größe der örtlichen Waferschräglage gültig. Es sei bemerkt, daß der vorgewählte Ort P so gewählt ist, daß bei Fehlen einer örtlichen Waferschräglage die beiden projizierten Bilder R' und V mit P zusammenfallen wurden.

Wenn die vorstehend erwähnte Justierungsbedingnng nicht erfüllt ist. wird die aus Mikropositionierer 13 und bewegbarem Tisch 12 aufgebaute Bewegungseinrichtung vom Ausgangssignal der Komparatorschaltung 28 angesteuert, um das Wafer solange zu verschieben, bis die Justierungsbedingung erfüllt ist.

Vorteilhaft ist der Photodetektor eine Vierquadrantenphotodetektoranordnung. Generell befindet sich dann die vorgewählte Position P am Koordinaten Ursprung der Vierquadrantenanordnung. Wenn /?'und V Gauss'itrhe Flecken sind, dann sind sie im wesentlichen entgegengesetzt gleich weit von der vorgewählten Position P entfernt, wenn die Strahlungsintensitäten im ersten und dritten Quadranten im wesentlichen gleich sind und wenn die Strahlungsintensitäten im zweiten und vierten Quadranten im wesentlichen gleich sind. Eine übliche Komparatorschaltung 28 ist dafür ausgelegt, festzustellen, wenn diese Bedingung erfüllt ist.

Es sei bemerkt, daß die Anordnung nach Fig. 1 lediglich beispielhaft ist. Beispielsweise können statt des den Brennweiten +/und —/"zugeordneten Bildpaares andere Bildpaare, die von der Fresnelzonenplatte-Richtmarke erzeugt werden, zur Ausführung des iustierungsprozesses benutzt werden.

Statt die beiden Bilder auf einen einzigen Photodetektor zu projizieren, können diese auch je auf einen getrennten Photodetektor projiziert werden. In diesem Fall werden eine vorgewählte Position auf dem einen Photodetektor dem einen hierauf projizierten Bild und eine vorgewählte Position auf dem anderen Photodetektor dem anderen hierauf projizierten Bild zugeordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist eine Fresnelzonenplatten-Richtmarke 31 auf der OberfLohe 32 wiederum eines Halbleiterwafer 33 als das zu justierende Substrat angeordnet Das Wafer befindet sich auf einem beweglichen Tisch 500. Im Regelfall ist die Apparatur nach Fig.2 Bestandteil eines photolithographischen Schritt-und-Wiederhol-Systems, und die Maske, deren Muster auf die Waferfläche zu übertragen ist, liegt in der Fadenkreuzebene 100.

Strahlung wird auf die Fresnelzonenplatte wie folgt gerichtet. Licht einer monochromatischen Quelle 301 wird von einer Linse 302 am Ort A fokussiert Die bei A fokussierte Strahlung wird von einer Linse 304 in ein optisches System 305 gerichtet Das optische System 305 dient zur Trennung der hierin einfallenden Strahlung in zwei Teilstrahlenbündel, die zueinander senkrecht polarisiert sind, sowie zur Einführung einer Weglängendifferenz in die von den beiden Teilstrahlenbündeln durchlaufenen Strahlengänge, wodurch das erste

Teilstrahlenbündel an der Stelle B fokussiert wird, während das zweite Teilstrahlenbündel an der Stelle C fokussiert wird. Der Strahlengang des ersten Teilstrahlenbündels (senkrecht zur Papierebene polarisiert) ist durch die Linien 310 dargestellt, und der Strahlengang des zweiten Teilstrahlenbündels (parallel polarisiert) ist durch die Linien 320 dargestellt.

Bei der Ausführungsfontn nach F i g. 2 enthält das optische ff/stem 305 polarisierende Strahlteiler 400 und 410 und ein Prisma 420. Der Strahlteiler 400 besitzt aneinander angrenzende rechtwinklige Prismen 401 und 402 zur Ausbildung einer polarisierenden Grenzfläche 403. In ähnlicher Weise besitzt der Strahlteiler 410 aneinander angrenzende rechtwinklige Prismen 411 und 412 zur Bildung einer polarisierenden Grenzfläche 413.

Die auf das System 305 einfallende Strahlung, die parallel zur Zeichenebene 450 polarisiert ist, wird von den Grenzflächen 403 und 413 übertragen. Die parallel polarisierte Strahlung, die Strahlung 320, wird am Spiegel 470 reflektiert und wird im Punkt C fokussiert. Die auf das System 305 einfallende Strahlung, die senkrecht zur Zeichenebene 450 polarisiert ist, die Strahlung 310, wird an der Grenzfläche 403 reflektiert, in das Umlenkprisma 420 gerichtet und erneut an der Grenzfläche 413 reflektiert. Die senkrecht polarisiierte Strahlung wird im Punkt B fokussiert.

Es sei bemerkt, daß die Differenz der von den beiden zueinander senkrecht polarisierten Teilstrahlenbündeln durchlaufenen optischen Weglängen eingestellt werden kann durch Ändern der relativen Lagen der Strahlteiler 400 und 410 und des Prismas 420. Beispielsweise werden die Punkte B und C so gewählt, daß das photolithographische Objektiv 306. das eine Vergrößerung M besitzt, die Strahlung vom Ort B zu einem reellen Fokus am Punkt D in einem Abstand q = 2/ oberhalb der Waferoberfläche und die Strahlung vom Punkt C zu einem virtuellen Fokus am Punkt Ein einem Abstand q = —2f unterhalb der WaferoberHäche zu bringen vermag. Typischerweise ist der Unterschied in den von den beiden zueinander senkrecht polarisierten Teilstrahlenbündel durchlaufenen optischen Weglängen in der Größenordnung von 12 cm, hat das photolithographische Objektiv 306 eine Vergrößerung M von etwa 10 und hat die Fresnelzonenplatte 31 eine Brennweite /von etwa 300 Mikrometer.

Bei Fehlen einer Waferschräglage und bei Fehlen einer Resistdickenungleichförmigkeit erzeugt die Fresnelzonenplatte ein reelles Bild R und ein virtuelles Bild V, die praktisch mit den Punkten D bzw. E zusammenfallen. (Dies ergibt sich ohne weiteres aus einer Anwendung der Linsengleichung auf die vorliegende Geometrie, bei der die Objekte in einem Abstand + 2/und —2/ von der Fresnelzonenplatte haben, die ihrerseits Brennweiten von + /und —/haben. Reelle und virtuelle Bilder höherer Ordnung, die von der Fresnelzonenplatte aus der einfallenden Strahlung erzeugt werden, werden bei der Ausführungsform nach Fig.2 nicht benutzt.) Tatsächlich sind, weil eine »Messerkante« zur Trennung der einfallenden und reflektierten Strahlung bei der Anordnung nach Fig.2 benutzt wird, die Orte D und E beide gegen die Zeichenebene leicht nach oben (nach unten) versetzt, während die Punkte R und V beide gegen die Zeichenebene leicht nach unten (oben) versetzt sind. Nach Passieren der Linse 306, des optischen Systems 305 werden die Messerkante 312 und das Objektiv 313 zur Projektion der Strahlung von R und V auf die Oberfläche 311 des Detektors 310 benutzt, um ein Paar projizierter Bilder R' und V zu erzeugen. Falls keine örtliche Waferschräglage und keine ungleichförmige Resistdicke vorhanden sind, fallen R' und V" zusammen. Der Grund hierfür ist der. daß R und Kkoaxial sind und bei fehlender örtlicher Waferschräglage und ungleichförmiger Resistdicke keine seitliche Versetzung haben. Eine Justierung ist gegeben, wenn /?'und V"mit der Position P zusammenfallen, die für jedes der projizierten Bilder vorgewählt ist.

Bei Gegenwart einer örtlichen Waferschräglage und/ oder einer ungleichförmigen Photoresistdicke sind das von der Richtmarke 31 in F i g. 2 erzeugte reelle und virtuelle Bild R\ bzw. V\ entgegengesetzt gleich weit gegen die von R und V bei fehlender Waferschräglage und fehlender Resistdickenungleichförmigkeit eingenommenen Positionen versetzt. In diesem Fall sind die Projektionen von R\ und V₁ auf der Oberfläche 311 bei R'\ bzw. V'i gelegen. Justierung ist gegeben, wenn R'\ und V'\ entgegengesetzt gleich weit gegen die vorgewählte Position P versetzt sind. Ist die Justierungsbedingung nicht erfüllt, veranlassen die Signale der Komparatorschaltung 510, daß der Mikropositionierer 520 den das Halbleiterwafer tragenden Tisch 500 solange bewegt, bis das Wafer so positioniert ist, daß die Justierungsbedingung erfüllt ist.

Es sei bemerkt, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Punkte R\ und V\ durch senkrecht zueinander polarisierte Teilstrahlenbündel erzeugt werden, um in der Nähe der Detektoroberfläche Interferenzeffekte zu vermeiden. Alternativ können Interferenzeffekte auch dadurch vermieden werden, daß Teilstrahlenbündel zweier unterschiedlicher Frequenzen zur Erzeugung des reellen Bildes R\ und des virtuellen Bildes Vi benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Justieren eines Substrates, insbesondere Halbleiterwafers, das auf einer Oberfläehe mit einer reflektierenden Fresnelstruktur (13) versehen ist, die bei Beleuchtung mit vertikal einfallender Strahlung einer Mehrzahl vertikal versetzter Lichtquellenbilder (R, V) liefert, wöbe:

10

— die Fresnelstruktur zur Erzeugung der Lichtquellenbilder beleuchtet,

— eines der Lichtquellenbilder auf eine Detektoreinrichtung (26) abgebildet und

— das Substrat unter Auswertung der Position des auf die Detektoreinrichtung projizierten Bildes auf eine vorgewählte Position ausgerichtet wird,