DE68920772T2

DE68920772T2 - Optisches Ausrichtungssystem zum Gebrauch in der Photolithographie mit reduziertem, durch den Reflexionsgrad bedingten Fehler.

Info

Publication number: DE68920772T2
Application number: DE68920772T
Authority: DE
Inventors: David S. Woburn Massacusetts 01801 Holbrook; Craig R. Arlington Massachusetts 02174 Simpson
Original assignee: MRS Tech Inc
Current assignee: MRS Tech Inc
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-04-21
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2009-04-22
Also published as: ATE117813T1; DE68920772D1; US4855792A; JPH0218924A; EP0341848A2; EP0341848B1; EP0341848A3

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Gebiet der Photolithographie und insbesondere mit einem direkten, d. h. "durch die Linse" ("through-the-lens" "TTL") Ausrichtungssystem zum Ausrichten eines Rektikels mit einem Rahmen, der ein transparentes oder durchscheinendes Substrat trägt, z.B. ein optisch durchlässiges Substrat, wie eine teilweise bearbeitete Flüssigkristallanzeige ("Liquid crystal display", "LCD") . Sie ist gerichtet auf ein Erfassungssystem für die Ausrichtung, in dem ein Detektor oder Sensor mit dem Rahmen zusammenwirkt, der ein projiziertes Ausrichtungsbild empfängt, das durch die Projektionslinse des photolithographischen Systems übertragen worden ist.
Die Erfindung beschäftigt sich auch mit der Korrektur von Fehlern, die auftreten, wenn ein Substrat mit einer Genauigkeit von Bruchteilen von Mikrometern positioniert werden muß. Diese Fehler umfassen die, die durch innere Reflektion innerhalb eines transparenten Substrats auftreten, und die, die von der ungleichmäßigen Empfindlichkeit über die Oberfläche der erfassenden Photozellen, die die Detektoren oder Sensoren ausbilden, herrühren.
Das Ausrichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung kann in dem Verfahren und der Vorrichtung zum Herstellen großflächiger elektronischer Elemente verwendet werden, das in unserer parallelen europäischen Anmeldung 88308193.7 (Veröffentlichungsnummer: 0313200) beschrieben wird, deren Offenbarung hiermit ausdrücklich in den Inhalt der vorliegenden Anmeldung mit eingeschlossen wird.
Es sind verschiedene Ausrichtungssysteme bekannt. Diese können unter anderem in den folgenden US-Patenten gefunden werden:
4,540,277 Mayer et al.
54,629,313 Tanimoto
4,701,053 Ikenaga
4,292,576 Watts
4,286,201 Roecks
Der Stand der Technik zeigt allerdings kein Ausrichtungssystem mittels Übertragung für das direkte Ausrichten eines transparenten Substrats. Mayer verwendet eine Ausrichtungsplatte, die in den Rahmen der Platte eines Wafers eingesetzt ist, und eine gesonderte Lichtquelle zum Ausrichten. Tanimoto verwendet einen Rahmendetektor, der an einer Seite des Wafers angeordnet ist und ein Ausrichtungsmikroskop. Watts verwendet eine Lichtquelle zum Ausrichten unterhalb eines Wafers, um einen Lichtstrahl nach oben, durch auf dem Wafer angebrachte Ausrichtungsmuster und eine auf dem Wafer angebrchte Maske, zu Detektoren oberhalb der Maske zu senden. Ikenaga und Roecks verwenden einen Detektor, der unterhalb, nicht innerhalb des Rahmens angebracht ist und daher zu strukturellen Problemen führt.
Der Stand der Technik offenbart nicht ein Erfassungssystem, das transparente oder durchlässige Substrate, im Rahmen angebrachte Detektoren, die so angeordnet sind, daß sie unterhalb des Substrats liegen, und eine Einrichtung zum Verringern von Reflektionsfehlern verwendet, noch offenbart der Stand der Technik ein direktes, d. h. "durch die Linse" ("through-the-lens", "TTL") Ausrichtungssystem.
Für bekannte Detektoren unterhalb des Rahmens, wie bei Ikenaga, war zur Verwendung ein großer freier Bereich des Rahmens erforderlich. Dies würde zu einer unzureichenden Alle Sensoren wären hierbei so angeordnet, daß sie sich unterhalb des Substrats befinden, sollten aber so weit wie möglich voneinander entfernt sein, um größere Genauigkeit zu erreichen. Normalerweise wäre ein Sensor nahe am Ursprung des X-Y-Koordinatensystems angeordnet, ein zweiter in gewissem Abstand auf der X-Achse und ein dritter in gewissem Abstand auf der Y-Achse, wobei bevorzugt jeder Sensor nahe einer Ecke des Substrats angebracht ist. Jeder der Sensoren des Ausrichtungssystems ist innerhalb des beweglichen Rahmens eines photolithographischen Systems angebracht. Jeder Sensor befindet sich unterhalb des transparenten Substrats und empfängt ein Lichtbild von dem Rektikel, nachdem das Lichtfeld des Bildes das Substrat durchquert hat. Jeder Sensor ist bevorzugt als Viererzelle ausgebildet, d. h als zusammengesetzter Sensor, der vier Photozellen umfaßt. Ein Zellenpaar dient zum Ausrichten des Substrats in X-Richtung, und das andere dient zum Ausrichten des Substrats in Y-Richtung, wodurch ein Ausrichten in zwei zueinander rechtwinkligen Richtungen erreicht wird. Das System verwendet zwei Sets von blendenartien Ausrichtungsmarken für jede Sensor. Diese sind Schlitze im oder Markierungen auf dem Rektikel und Schlitze oder Markierungen auf dem plattenförmigen Substrat. Die Platten- oder Substratschlitze sind zwei parallele Schlitze (Plattenmarken) auf der oberen Oberfläche des Substrats in jeder Achse, wobei die zwei Paare rechtwinklig (orthogonal) zueinander stehen. Licht wird durch die Rektikelschlitze auf das Substrat projiziert und entspricht in seiner Position dem Bild des Rektikels, so daß die Schlitze fluchtend verwendet werden können. Jede der Zellen der Viererzelle hängt mit einer der Plattenmarken auf dem transparenten Substrat zusammen und empfängt ihr Licht durch diese Marke.
Abstützung der Wafer gegen die Schwerkraft führen, wenn nicht eine Glasabstützung verwendet würde; und eine derartige Abstützung würde bedeuten, daß die Photozelle des Detektors zu weit von dem Wafer hätte entfernt werden müssen, um genau zu sein. Als Ergebnis ist die Verwendung reflektierender Systeme vorherrschend geworden. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Rektikelausrichtungssystem zur Verwendung in einem photolithographischen Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein genaueres Transmissionsausrichtungssystem für ein derartiges photolithographisches System bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des kennzeichenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Das Ausrichtungssystem der vorliegenden Erfindung wird verwendet mit transparenten oder durchscheinenden Substraten, d.h. durchlässigen Substraten, wie Glas in teilweise bearbeiteten LCD's. Es arbeitet mittels eines Erkennens des optischen Feldes, das durch das Substrat hindurch übertragen worden ist in Form präziser Blendenabbildungen von von blenden- oder schlitzartigen Ausrichtungsmarken projiziertem Licht in einem Rektikel.
Das System kann mit einem einzigen Sensor oder Detektor unterhalb des Substrats verwendet werden. Es werden aber bevorzugt wenigstens zwei und manchmal drei Sensoren verwendet, um die Position in X- und Y-Richtung und bezüglich der Rotation θ zu bestimmen. Durch die Verwendung dreier Sensoren können sechs Variablen kontrolliert werden, d.h. die X- und Y-Richtung, θ, X- und Y- Maßstab und die rechtwinklige Ausrichtung.
Das Licht kann von den Schlitzen zu den Zellen mittels eines normalen optischen Systems im Sensor übertragen werden. Es wird allerdings bevorzugt, wenn das Licht durch Lichtkanäle wie fiberoptische Leiter übertragen wird, wobei für jede Kombination aus Rektikelschlitz und Plattenmarke ein eigener Leiter vorgesehen ist. Bei der Verwendung von zwei orthogonalen Schlitzpaaren an jeder Erfassungsstelle wären dann vier Leiter und vier zugehörige Photozellen an jeder Stelle.
Jeder der optischen Leiter transportiert Licht von seiner Empfangsposition gerade unterhalb der unteren Oberfläche des Substrats zu einer der Zellen der Viererzelle. Dies verringert Ungenauigkeiten in der Feststellung des Ausrichtens wesentlich oder schließt sie aus wegen der Reflektionen innerhalb durchlässiger Substrate wie z.B. Glas, oder schließt sie aus. Jeder optische Leiter dient außerdem (durch vielfache interne Reflektionen) zum Zerstreuen (Scramblen) des einfallenden Lichts gleichmäßig über die Oberfläche der gesamten Zelle und verringert dadurch die Probleme ungleichmäßiger Empfindlichkeit der Oberfläche der Zelle.
Im weiteren wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Projektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, die ein Rektikel mit Ausrichtungsmarken zwischen einer Lichtquelle und einer Projektionslinse zeigt, so angeordnet, daß das Bild der Rektikel-Ausrichtungsmarken gelenkt wird auf die Substrat-Ausrichtungsmarken oder -schlitze, die oberhalb der Sensoren in einem verschieblichen Rahmen angeordnet sind.
Fig. 2 ist eine nicht maßstabsgetreue Wiedergabe des allgemeinen Betriebszustands eines Ausrichtungssystems durch ein durchlässiges Substrat.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf ein Paar von Rektikelschlitzbildern, die auf ein Paar von Substratschlitzen projiziert werden. In der Darstellung fluchten die Rektikelschlitze nicht mit den Substratschlitzen.
Fig. 4 zeigt dasselbe wie Fig. 3, nur daß hier die Rektikelschlitze mit den Substratschlitzen fluchten.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die die empfangene Lichtintensität in Abhängigkeit vom Grad der Ausrichtung zeigt.
Fig. 6 ist eine ähnliche Darstellung, zeigt aber den Unterschied bezüglich des übertragenen Lichts zwischen den linken und den rechten Schlitzen.
Fig. 7 ist ähnlich den Fig. 3, 4, mit der Ausnahme, daß sie zwei Paare von Schlitzen zeigt, eines für die X-Achse und eines für die Y-Achse, was das Ausrichten in zwei zueinander orthogonale Richtungen erlaubt.
Fig. 8 ist ein vertikaler Querschnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 9 durch das Viererzellen-Sensor-System und zeigt die Lichtkanäle.
Fig. 9 ist eine Draufsicht auf den Sensor und zeigt sich überlagernde Bilder von Rektikel- und Substratschlitzen.
Die Aufgabe der Herstellung integrierter Schaltkreise, wie z.B. für LCD's, verlangt häufig die Herstellung eines Sandwichs aus elektonisch aktiven Schichten. Diese Schichten müssen zueinander exakt ausgerichtet sein. Das System nach der vorliegenden Erfindung sorgt für ein Ausrichten durch das Erfassen eines optischen Feldes, das durch ein transparentes oder durchscheinendes Substrat in Form beispielsweise einer Platte übertragen worden ist, und erfaßt schlitzartige Lichtumrisse, die von einem Rektikel auf zugehörige Schlitze (Plattenmarken) in einer Substratschicht projiziert worden sind. Die Sensoren sind klein genug, daß sie in dem Rahmen unterhalb des Substrats montiert werden können.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter perspektivischer Darstellung ein optisches System und einen Rahmen unter Verwendung unseres Ausrichtungssystems. Es umfaßt eine Lichtquelle 1, ein Rektikel 2 mit Ausrichtungsschlitzen 3 und eine Projektionslinse 5. Der Rektikelträger ist nicht dargestellt, kann aber von handelsüblichem Typ sein. Ein neutraler Dichtefilter 8 kann zwischen der Lichtquelle 1 und dem Rektikel 2 während des Ausrichtens angebracht sein, um die von dem Photoresist aufgenommene Ausstrahlung zu verringern (vgl. Fig. 2). Unterhalb der Linse ist ein wenigstens in X- und Y-Richtung beweglicher Rahmen 14 angeordnet. Dieser ist mit Ausnahme der Sensoren vom üblichen Typ und hält und trägt ein optisch durchlässiges Substrat 11.
Der Rahmen 14 enthält wenigstens einen und bevorzugt zwei oder drei im Rahmen angebrachte Ausrichtungssensoren 17. Die Sensoren, die unterhalb des Substrats 11 angeordnet sind, werden am besten entfernt voneinander angebracht, nahe an Ecken des Substrats 11, aber noch unterhalb desselben. Beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich einer nahe beim Ursprung des X-Y-Koordinatensystems, ein anderer entfernt vom Ursprung in X-Richtung und noch ein anderer entfernt vom Ursprung in Y-Richtung.
Die optischen Grundlagen sind in Fig. 2 dargestellt. Die Lichtquelle 1, kontrolliert durch justierbare Abdeckungen (nicht dargestellt), dient zum Beleuchten eines Objekts (eines Paars von Schlitzen 3 in einer vorgegebenen Position auf einem Rektikel 2). Die Projektionslinse 5 bildet ein Bild 4 des Objekts auf der oberen Oberfläche 6 des Substrats 11. Da das Substrat transparent oder durchscheinend ist, kann ein Ausrichtungssensor 17 unterhalb des Substrats 11 das Licht eines Bildes auf der oberen Oberfläche 6 empfangen.
Normalerweise weist das Substrat eine vorgeformte, teilweise milchige Elektronikschicht 9 auf und eine transparente oder durchscheinende photoresistente Schicht 7, die auf seiner oberen Oberfläche ausgebildet ist. Die teilweise milchige Elektronikschicht 9 weist Paare von Ausrichtungsschlitzen (Plattenmarken) 15 darin auf. Diese Plattenmarken 15 entsprechen und vervollständigen das Licht 4 von den Rektikelschlitzen 3, die von dem Rektikel 2 projiziert werden (vgl. Fig. 3, 4, 7 und 9) . Die Schlitze 15 müssen mit dem Lichtbild 4 ausgerichtet werden.
So besteht jeder Satz von Plattenmarken 15 aus zwei Paaren zueinander orthogonaler Schlitze; und es existiert ein zugehöriger Satz von Rektikelschlitzen 3.
Das Ausrichtungsbild 4 wird durch dieselbe Linse (TTL) projiziert wie das Primärbild, z. B. das Bild des Schaltkreises auf dem Rektikel, das projiziert werden soll, unter Verwendung derselben Lichtquelle (aktinisches Licht), die zur Durchführung der Belichtung verwendet wird. Dies stellt sicher, daß es trotz Linsenverzerrungen nicht zu einer Bildveränderung zwischen dem Ausrichten und dem Belichten kommt. Dieser wird als direktes Rektikel-Referenz-System bezeichnet.
Das Ausrichten wird erreicht durch das Bewegen des Rahmens 14 in X-, Y- und θ-Richtung, je nach den Erfordernissen. Alternativ kann dies auch durch ein Justieren der Position des Rektikels erreicht werden. Das Ausrichten, wie unten beschrieben, kann durch eine Relativverschiebung zwischen dem Rahmen und dem Rektikel mittels einer herkömmlichen Vorrichtung oder der in der oben beschriebenen europäischen Anmeldung durchgeführt werden. Die Bewegung wird durch von den Sensoren gewonnene elektrische Signale kontrolliert. Ein Nachteil bei der Verwendung aktinischen Lichts zum Ausrichten ist, daß ein Teil der photoresistenten Schicht 7 oberhalb der Plattenmarken 15 verlorengeht (während des folgenden Ätzens) wegen der Belichtung während des Ausrichtens. Diese Problem kann gelöst werden, indem die dem Photoresist aufgeprägte Belichtungsintensität durch das Anbringen eines neutralen Dichtefilters 8 zwischen der Lichtquelle 1 und dem Rektikelschlitz 3 während des Ausrichtvorgangs verringert wird, da Photoresist, das nur leicht belichtet worden ist, sich nicht vollständig entwickelt.
Das transparente Substrat 11 wird von dem Rahem 14 getragen, der in X-, Y- und θ-Richtung beweglich ist. Innerhalb des Rahmens 14 sind Sensoren 17 angebracht, in Positionen, die fast in Kontakt mit der unteren Oberfläche 13 des Substrats 11 stehen, etwa 100 Mikrometer (100 micron) unterhalb, und zur Aufnahme eines Lichtfeldes (Schlitzbild 4) durch das Substrat. Vergleiche hierzu Fig. 2 und 8.
Ein Problem bei der Konstruktion eines Ausrichtungssystems mit durchlässiger Empfindlichkeit ist die physische Größe des Sensors. In unserer Erfindung ist der Sensor bevorzugt so klein, daß er mit dem Rahmen mitwandern kann anstatt am Instrumententräger befestigt zu werden; dies eliminiert die Komplexität des Rahmens und Kompromisse bezüglich der mechanischen Festigkeit. Die sich ergebenden geringeren Kosten sind wesentlich, da sie es erlauben, vielfach Sensoren anzubringen und so mehr Informationen über die Position zu erhalten.
Unser Transmissionsausrichtungssystem verwendet ein relativ einfaches Prinzip. Das Bild einer Schlitzausnehmung 3 (Rektikelschlitz) auf dem Rektikel 2 wird auf die obere Oberfläche 6 des transparenten Substrats 11 projiziert und bildet dort ein Schlitzbild (4). Wenn das Schlitzbild 4 des Rektikels sich nahe bei der Plattenmarkierung 15 (der Schlitz in der Platte der elektronischen Schicht) befindet, wird etwas Licht durch die Plattenmarierung 15 hindurchtreten zum im Rahmen angebrachten Sensor 17. Wenn das Substrat 11 bewegt wird (durch eine Relativverschiebung des Rahmens 14 gegenüber dem Schlitzbild 4) wird mehr oder weniger Licht von dem Bild übertragen (cg. Fig. 3, 4). Das übertragene Licht ist eine Funktion der Position des Substrats bzw. Rahmens.
In der Praxis ist es günstiger, ein Paar paralleler Rektikelschlitze 3 und ein Paar entsprechender Substratschlitze (Plattenmarken 15) zu verwenden. Dies erlaubt ein Ausnutzen der Symmetriedifferenz, wenn die Plattenmarken 15 und die Bilder 4 des Rektikelschlitzes nicht ausgerichtet sind. Dies verhindert jedes Problem von Über- oder Unterbelichtung oder ungleichmäßigem Ätzen der photoresistenten Oberfläche. Fig. 3 zeigt diese zwei Paar nicht fluchtend, und Fig. 4 zeigt sie fluchtend. Unter jedem überlappenden Satz befindet sich ein Sensor 17, z. B. Bild 4 und Plattenmarke 15L als ein Satz und Bild 4 und Plattenmarke 15R als ein anderer Satz, und es werden elektrische Signale erzeugt, die dem vom Sensor aufgenommenen Licht entsprechen und auch dem Unterschied zwischen durch den linken verglichen mit dem durch den rechten Schlitz übertragenen Licht entsprechen. Diese elektrischen Signale sind funktionell mit dem Grad der Ausrichtung verbunden. Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die den relativen Lichtfluß (Ordinate), aufgenommen durch ein Paar von Plattenmarken 15L, 15R in Abhängigkeit von der Stellung in X-Richtung (Abszisse) zeigt. Der Punkt, in dem sich die beiden Kurven schneiden, ist der Gleichgewichtspunkt (Stelle des korrekten Ausrichtens). Der Lichtfluß kann in ein elektrisches Spannungssignal umgewandelt werden durch Erfassung mit dem Sensor 17.
Die Daten aus Fig. 5 werden in etwas unterschiedlicher Form in Fig. 6 dargestellt, die die Differenz der Spannungssignale zwischen den linken und rechten Schlitzsensoren anzeigt; und die Sätze von Schlitzen sind ausgerichtet, wenn der Unterschied zu Null wird (delta X = 0).Da dieses Signal linear ist, ist die Positionskontrolle mit diesem System leichter. Der lineare Bereich ist, wie ersichtlich ist, begrenzt, aber die Art des Signals erlaubt einen großen Erfassungsbereich, da das Vorzeichen des Signals die Richtung der Fehlstellung anzeigt und damit die Richtung, in die der Rahmen bewegt werden muß, um eine ausgerichtete Position zu erlangen.
Es kann ein Computer verwendet werden, um die elektrischen Signale von den Sensoren aufzunehmen und um sie für automatische Kontrollbewegungen des Rahmens 14 zu verwenden, bis eine ausgerichtete Position erreicht ist. Alternativ kann der Computer die Bewegungen des Rektikelträgers kontrollieren, um eine ausgerichtete Position zu erreichen. Die Verwendung dieser Differenz-Spannungssignale vergößert den Erfassungsbereich der im Rahmen angebrachten Sensoren 17, so daß der Wafer oder das Substrat 11 anfangs in größerem Umfang schlecht auf dem Rahmen ausgerichtet sein kann und erlaubt dennoch ein automatisches Ausrichten. Wenn die Schlitzbreite der Plattenmarken 15 (Wp) größer ist als die Breite der Schlitzbilder 4 von dem Rektikel (Wi), beträgt der Erfassungsbereich Rc = 2 Wp - Wi, und der lineare Bereich ist RL = 2 Wi.
Die Plattenmarken 15 müssen nicht vollständig transparent sein, noch muß der photoresistente Hintergrund vollständig milchig sein (obwohl das Fehlen dieser milchigen Eigenschaftdas Hintergrundrauschen erhöhen könnte). Wenn die Marken teilweise transparent sind, ist die Empfindlichkeit gegenüber Hintergrundrauschen von größerer Bedeutung, da der Anstieg des Sensorsignals im linearen Bereich (Fig. 6) abnimmt.
Durch die Verwendung zweier Paare von Rektikelschlitzen 3 und zweier Paare von Plattenmarken oder -schlitzen 15, rechtwinklig zueinander, und eines Sensor nach Art einer Viererzelle, kann ein Ausrichten sowohl in X- als auch in Y-Richtung erfolgen (vgl. Fig. 7).
Der Viererzellen-Sensor 17 ist in den Fig. 8 und 9 dargestellt. Photozellenelemente 18 aus Silikon haben vernünftige Antwortwerte auf die Wellenlänge von aktinischem Licht (wie 436 nm) und können verwendet werden. Außerdem sind die in der Regel verwendeten Lichtstärken so, daß durch das Erfassen und das Verstärken erzeugtes Rauschen nur in vernachlässigbarem Maß zu einem Positionierungsfehler beiträgt. Daher funktionieren im Handel erhältliche Quadrantsensoren aus Silikon zufriedenstellend.
Bei der Übertragung des Lichts durch ein transparentes oder durchscheinendes Substrat kann ein Problem auftreten. Die oberen und unteren Oberflächen 6, 13 des Substrats können innere Reflektionen im Substrat hervorrufen und so mit dem Erfassungsprozeß in Interferenz treten. Normalerweise werden etwa 94% des durch die Plattenmarken 15 fallenden Lichts durch die untere (hintere) Seite 13 des Substrats 11 hindurchtreten. Die verbleibenden 4% werden innerhalb des Substrats zurückreflektiert und treten meist aus aufgrund der inneren Reflektion an der Oberseite 6 des Substrats. Wenn ein konventionelles optisches System verwendet wird, um Licht von den Schlitzen zu den Viererzellen-Sensoren 17 zu bringen, behindern diese Reflektionen innerhalb des Substrats den Ausrichtvorgang, da sie erlauben, daß Licht, das durch einen Schlitz eingetreten ist, mit einem nicht beabsichtigten Element der Viererzelle verbunden wird, z. B, . durch ein Überspringen. Diese Verbindung wird beeinflußt durch die gegenseitige Lage zwischen der Plattenmarkierung und dem Ausrichtungssensor 17. Da die Substratplatte und die Plattenmarkierung in der Praxis nicht völlig gleichmäßig mit dem Ausrichtungssensor ausgerichtet werden können, muß diese Verbindung minimiert werden, um ein exaktes Ausrichten zu ermöglichen. Diese Problem wird durch die Verwendung von vier unabhängigen Lichtkanälen gelöst, die Licht von dem Substrat 11 auf vier getrennte Photozellen 18 leiten, jede für einen Quadranten des Sensors (viel mehr als ein einfaches optisches System). Um die Kanäle trennen zu können, werden sie bevorzugt aus vier getrennte faseroptischen Leitern 19 hergestellt (Durchmesser jeweils etwa 2 mm), deren Enden poliert sind und rechtwinklig zur Leiterachse stehen. Vergleiche hierzu Fig. 8 und 9. (Man beachte, daß in Fig. 9 die Position der Schlitzbilder 4 und der Plattenmarken 16 wie in Fig. 7 aufgenommen worden sind, obwohl sie in dieser Darstellung tatsächlich nicht sichtbar wären.) Der Durchmesser der Leiter 19 ist groß genug, so daß das Licht, das im ± 10º Winkel aus einer typischen Projektionslinse austritt, von den Leitern "eingefangen" wird, selbst wenn eine gewisse Verschiebung zwischen den Leitern 19 und den Plattenmarken 15 vorliegt. Einmal ,,eingefangen", verbleibt das Licht im Leiter (wegen der vollständigen inneren Reflektion) bis es die Photozelle 18 am Ausgangsende des Leiters erreicht. Die Menge des erfaßten Lichts ist proportional zur von der zugehörigen Plattenmarke 15 übertragenen Lichtmenge und unabhängig von der von anderen Plattenmarken übertragenen Lichtmenge. Wegen des "Scramblens" des Lichts im Leiter ist das erfaßte Signal auch unempfindlich gegenüber Verschiebungen zwischen dem Leiter und seiner zugeordneten Plattenmarkierung (rührt her von Variationen der Empfindlichkeit über die Oberfläche der Zelle).
Die Lichtkanäle oder Lichtleiter 19 können jede gewünschte Querschnittsform aufweisen. Es wird allerdings für das beste "Scramblen" ein vieleckiger Querschnitt, wie ein Dreiecks-, Vierecks- oder Hexagonalquerschnitt, gegenüber einem runden Querschnitt bevorzugt.
Alternativ können die Lichtkanäle 19 aus hohlen Röhren mit inneren reflektierenden Oberflächen ausgebildet sein, um dasselbe Resultat zu erzielen.
In der Praxis bestehen geringe Unterschiede in der Empfindlichkeit zwischen den Viererzellenelementen. Zusätzlich kann die Übertragung jedes Schlitzes in den Plattenmarken unterschiedlich sein aufgrund von Unregelmäßigkeiten während des Auftragens des Films. Eine Kalibrierung ist erforderlich, um ein korrektes Ausrichten zu gewährleisten. (Der Film kann von einem Schlitzbereich zum anderen unregelmäßig ausgebildet sein.) Dies stellt sicher, daß das System linear bleibt.
Der Kalibrierungsvorgang verläuft wie folgt: Die Substratplatte wird zunächst nominell in X- und Y-richtung ausgerichtet, um sicherzustellen, daß die Substratplatte sich im Erfassungsbereich Rc der Sensoren befindet (Fig. 6). Die Sensoren tasten danach das Substrat ab und die in Fig. 5 gezeigten Daten werden gesammelt. Für jeden Schlitz werden die minimalen und maximalen Spannung ermittelt. Diese sind in Fig 5 als VRmax und VRmin für den rechten Schlitz und als VLmax und VLmin für den linken Schlitz dargestellt. Die Spannungsabweichung für das Ausrichten wird gegeben durch
V&sub0; = 0, 5 * ( VRmax + VRrnin - VLmax - VLmin )
Wenn der Rahmen so positioniert ist, daß VR - VL = V&sub0; , ist die Substratplatte ausgerichtet. Es ist selbstverständlich, daß Abweichungen von der beschriebenen Struktur verliegen können, ohne daß von der Offenbarung unserer Erfindung, wie beansprucht, abgewichen wird. Es kann beispielsweise ein anderer Sensor verwendet werden, die Lichtkanäle können eliminiert werden, oder die Anordnung der Rektikelschlitze und Plattenmarken kann verändert werden.

Claims

1. Rektikelausrichtungssystem zum Gebrauch in Photolithographieverfahren, das umfaßt:

- einen Rahmen (14), der ein optisch durchlässiges Substrat (11) trägt;

- einen Rektikelträger, der ein Rektikel (2) trägt, das mit einem ersten Bild versehen ist, dem das Substrat (11) während der Photolitographie ausgesetzt ist;

- eine optische Vorrichtung, die einen Lichtquelle (1) aufweist, um das erste Bild von dem Rektikel (2) durch eine Projektionslinse (5) auf das Substrat (l 1 ) zu projizieren;

- eine Vorrichtung, die eine relative Bewegung zumindest in den X- und Y- Richtungen zwischen dem Rahmen (14) und dem Rektikelträger herbeiführen kann, um die Ausrichtung zwischen dem ersten Bild des Rektikels und dem Substrat justieren zu können;

- Vorrichtungen, um die Position des Rektikels und des Substrats zumindest in X- und Y-Richtungen anzuzeigen;

- wenigstens einen optischen Sensor (17) , der unterhalb des Substrats (11) angeordnet ist, um ein optisches Bild zu empfangen, das einer Kombination der Anzeigevorrichtungen des Rektikels und des-Substrats entspricht, wobei der Sensor so bedient werden kann, daß er ein Ausgangssignal liefert, das dem Grad der Ausrichtung zwischen den Anzeigevorrichtungen entspricht, um die Bewegungsvorrichtung zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Rektikel-Anzeigevorrichtung wenigstens eine Ausrichtungsmarke (3) an einer vorgegebenen Stelle auf dem Rektikel (2) umfaßt, und die Substrat-Anzeigevorrichtung wenigstens eine optisch durchlässigen Ausrichtungsmarke (15) an einer vorgegebenen Stelle auf dem Substrat (11) umfaßt, die der wenigstens einen Rektikel-Ausrichtungsmarke (3) entspricht;

- die Lichtquelle (1) so bedienbar ist, daß ein Bild von der oder jeder Rektikel-Ausrichtungsmarke (3) durch die Projektionslinse (5) auf die eine oder die Substrat-Ausrichtungsmarken (l5) projiziert werden kann;

- der oder jeder Sensor (17) im Rahmen (14) unterhalb und nahe bei dem Substrat in einer bezüglich des Substrats festen Stellung angebracht ist.

2. Ausrichtungssystem nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsvorrichtung so bedient werden kann, daß der Rahmen (14) und der oder jeder darin angebrachte Sensor (17) wenigstens in X- und Y-Richtung bewegbar ist.

3 . Ausrichtungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das wenigstens ein Paar von optisch durchlässigen Rektikel-Ausrichtungsmarken (3) an einer vorgegebenen Stelle auf dem Rektikel (2) und wenigstens ein Paar von optisch durchlässigen Substrat-Ausrichtungsmarken (15) umfaßt, die auf diesem Substrat (11 ) so angeordnet sind, daß sie sich oberhalb des Sensors (17) befinden, wobei die Rektikel- und Substrat-Ausrichtungsmarken eine komplementäre schlitzartige Ausbildung aufweisen.

4. Ausrichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 - 3, das eine mit dem Sensor verbundene Vorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals aufweist, das funktionell mit dem Grad der Ausrichtung zwischen diesen Rektikel- und Substrat-Ausrichtungsmarken verbunden ist, und eine Steuervorrichtung, die auf dieses Signal reagiert, um die Bewegungsvorrichtung zu steuern.

5. Ausrichtungssystem nach Anspruch 3 oder Anspruch 4 in Verbindung mit Anspruch 3, das zwei Paare von zueinander parallelen schlitzartigen Rektikel-Ausrichtungsmmarken (3) umfaßt, wobei ein Paar bezüglich des anderen um 90º versetzt ist, und zwei Paare von durchlässigen schlitzartigen Substrat-Ausrichtungsmarken (15) an der oberen Fläche (6) des Substrats umfaßt, die mit den proj izierten Bildern der Rektikel-Ausrichtungsmarken zusammenarbeiten, wobei eines der Paare der Substrat- Ausrichtungsmarken bezüglich des anderen um 90º versetzt ist, so daß das Substrat in X- und Y-Richtung ausgerichtet werden kann.

6. Ausrichtungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Sensor (17) einen Lichtkanal (19) aufweist, der so angebracht ist, daß er Bilder von der unteren Oberfläche (13) des Substrats (11) empfangen kann.

7. Ausrichtungssystem nach Anspruch 6, in dem der Sensor (17) eine Photozelle (18) umfaßt und der Lichtkanal zwischen der Photozelle und der unteren Oberfläche (13) des Substrats angeordnet ist.

8. Aussrichtungssystem nach Anspruch 5 in Verbindung mit den Ansprüchen 6 und 7, in dem der Sensor (17) vier Photozellen (18) und einen zu jeder Photozelle gehörenden Lichtkanal (19) aufweist, wobei jeder Lichtkanal zwischen der unteren Oberfläche (l3) des Substrats und einer zugehörigen Photozelle verläuft, unterhalb und ausgerichtet mit einer zugehörigen Substrat-Ausrichtungsmarke (15).

9. Ausrichtungssystem nach einem der Ansprüche 6 - 8, in dem der oder jeder Lichtkanal (l9) als optischer Leiter ausgebildet ist.

10. Ausrichtungssystem nach Anspruch 9, in dem der optische Leiter einen Vieleck-Querschnitt aufweist.

11. Ausrichtungssystem nach einem der Ansprüche 1 - 10, das eine Vielzahl von Sensoren (17) aufweist, die räumlich voneinander getrennt auf dem Rahmen (14) unterhalb des Substrats angeordnet und mit den zugehörigen Substrat- Ausrichtungsmarken (ls) ausgerichtet sind.