DE1923465C3 - Optische Maskenvergleichsvorrichtung - Google Patents
Optische MaskenvergleichsvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Vergleichsvor- :htung zum Messen der Größe der Lageabweichung
>n strahlungsundurchlässigen Gebieten auf einer stem photographischen Maske relativ zur Lage von
!durchlässigen Gebieten auf einer zweiten photogralischen
Maske, bei der jede Maske im Strahlengang ner Lichtquelle angeordnet ist, wobei gewählte
bschnitte der Masken zu einer optischen Aufnahme-
und Beobachtungsvorrichtung ausgerichtet sind.
Bei der Herstellung von Halbleiter-Bauelementen, z. B. integrierten Schaltkreisen, ist die Herstellung eines
Photolack-Musters auf der Oberfläche einer Halbleiter-Scheibe erforderlich. Solche Muster werden erzeugt
durch Aufbringen einer Photolack-Schicht auf die Oberfläche der Scheibe, durch Auflegen einer photogi aphischen
Maske auf die Photolack-Schicht und durch Bestrahlen der Photolack-Schicht mit Ultraviolett-Strahlung
durch die Maske hindurch. Die strahlungsundurchlässigen Gebiete der Maske schirmen die Photolack-Schicht
selektiv gegen die UV-Bestrahlung ab, so daß nach Entwickeln der Photolackschicht z.B. die
abgeschirmten Gebiete entfernt werden können, um
ausgewählte Gebiete der Scheibenoberfläche freizulegen. Dieser Prozeß erlaubt eine chemische Behandlung
der freigelegten Gebiete der Scheibe, z. B. das Ätzen, oder eine Diffusion, ohne andere Gebiete der Scheibe zu
beeinflussen.
Da eine beschädigte Maske gelegentlich ersetzt werden muß, müssen alle Masken möglichst gleich sein.
Um die Genauigkeitsnorm zu erhalten, die bei der Halbleiter-Herstellung gefordert wird, ist es notwendig,
jede zu benutzende Maske anhand einer Normalmaske
bekannter Genauigkeit zu prüfen. Die Prüfung wird durchgeführt, indem die Übereinstimmung des Musters
aus strahlungsundurchlässigen Gebieten auf jeder bei der Herstellung zu benutzenden Maske mit der Figur
auf einer Normalmaske gemessen wird. Wegen der erforderlichen großen Genauigkeit von 12,7 χ 10"5cm
einer Längenabmessung von 2,5 bis 10 cm sind herkömmliche mechanische Meßverfahren langsam,
kostspielig und unwirksam.
Bei einem bisher benutzten Verfahren zum Vergleichen von Masken wurden die Masken einzeln mit einem
Werkzeugmacher-Mikroskop betrachtet und die Lage der strahlungsundurchlässigen Gebiete wurde durch
Ablesen der Skala eines Mikrometers festgestellt, mit welchem die Maske durch das Mikroskopfeld verschoben
wurde.
Bei einer anderen Methode zur Maskenüberprüfung wurden die Prüf- und die Normalmaske durch zwei
getrennte Fernsehkameras beobachtet und die Bilder wurden zum Vergleich mit Hilfe eines Blink-Verfahrens
abwechselnd auf einem Monitor dargestellt. Jedoch kann die Verwendung von zwei getrennten optischen
Systemen für die beiden voneinander getrennt angeordneten Masken zu Systemfehlern infolge optischer
Fehlausrichtung, Vibration oder Materialausdehnung durch Temperaturschwankungen führen.
Blink-Verfahren, bei denen über zwei getrennte optische Systeme zu vergleichende Gegenstände, wie
Masken, abwechselnd an einer Beobachtungsstelle abgebildet werden, sind bekannt aus: Alfred Hay
»Handbuch der wissenschaftlichen und angewandten Photographic«, Band VF, Erster Teil, 1931, S. 87-88; A.
Buch holt ζ »Photogrammetric«, 1954, S. 201; Zeitschrift
»Askania-Warte«, 1962, Heft 60, S. 1 -3.
Auch gemäß DT-PS 6 25 861 werden ein Muster und ein damit zu vergleichendes Objekt über getrennte Linsensysteme und Abtastvorrichtungen auf getrennte Lichtzellen abgebildet, deren den jeweiligen Lichteinfällen entsprechende Ströme getrennt verstärkt und auf einen gemeinsamen Transformator gegeben werden, dessen Ausgangssignal dann Null ist, wenn das von den beiden Verstärkern kommende Signal gleich groß ist. Dieses Verfahren weist die dem ihm sehr ähnlichen Blinkverfahren anhaftenden Mängel auf, nämlich die
Auch gemäß DT-PS 6 25 861 werden ein Muster und ein damit zu vergleichendes Objekt über getrennte Linsensysteme und Abtastvorrichtungen auf getrennte Lichtzellen abgebildet, deren den jeweiligen Lichteinfällen entsprechende Ströme getrennt verstärkt und auf einen gemeinsamen Transformator gegeben werden, dessen Ausgangssignal dann Null ist, wenn das von den beiden Verstärkern kommende Signal gleich groß ist. Dieses Verfahren weist die dem ihm sehr ähnlichen Blinkverfahren anhaftenden Mängel auf, nämlich die
beeinlrächtigung der Genauigkeit infolge optischer und
thermischer Abweichungen in den getrennten Abbildungs- und Verstärkungswegen.
Das gleiche gilt für die DT-PS 8 67 757, gemäß welcher ein Muster und ein damit zu vergleichendes
Objekt je über getrennte optische Systeme punktweise abgetastet und abwechselnd auf eine Meßeinrichtung
abgebildet werden.
Gemäß der GB-PS 9 71276 werden zwar die
Abbildungen von Muster und damit zu vergleichendem Objekt nacheinander durch das gleiche Linsensystem
abgebildet, das Objekt wird jedoch direkt auf das Linsensystem abgebildet, das Muster hingegen über
einen feststehenden und einen rotierenden halbkreisförmigen Spiegel. Durch Spiegelfehler, beispielsweise is
infolge unterschiedlicher thermischer Ausdehnung, Vibration und mechanisches Spiel des sich drehenden
Spiegels sind jedoch Verzerrungen des Musterbildes möglich, so daß die Genauigkeit des Vergleichs
zwischen Objekt und Muster trotz Verwendung ein und *o desselben Linsensystems beeinträchtigt ist. Ähnliches
gilt für die CH-PS 4 40 736, gemäß welcher Muster und damit zu vergleichendes Objekt über unterschiedliche
Spiegel und unterschiedlich polarisierende Filter auf eine Beobachtungsstation abgebildet werden. Auch hier
können Fehlausrichtungen, Vibrationen und unterschiedliche thermische Ausdehnungen der verschiedenen
Spiegel und Polarisationsfilter die Abbildungsgenauigkeit der verschiedenen optischen Wege und damit
die Meßgenauigkeit beeinträchtigen.
Gemäß DT-PS 7 04 978 wird von einer Lichtquelle stammendes Licht über zwei getrennte Linsensysteme
auf ein Muster und ein damit zu vergleichendes und getrennt angeordnetes Objekt geleitet. Über einen
optisch-mechanischen Zerleger wird abwechselnd vom Muster bzw. vom Objekt reflektiertes Licht auf eine
Photozelle geleitet. Auch hier gelangt das reflektierte Licht vom Muster direkt und das vom Objekt
reflektierte Licht über Spiegelung indirekt zur Photozelle, so daß auch hier wieder die Lichtwege
verschieden und mit den bereits erläuterten Fehlermöglichkeiten behaftet sind. Da auf die Photozelle jeweils
das gesamte reflektierte Licht von Muster oder Objekt fällt, werden sich in der Reflexionswirkung aufhebende
Fehler nicht festgestellt, wenn beispielsweise von einem zu großen reflektierenden Bereich zu viel und von
einem anderen, zu kleinen reflektierenden Bereich entsprechend zu wenig Licht auf die Photozelle
reflektiert wird.
Gemäß DT-AS 12 64 076 wird durch ein Muster Licht
hindurchgeschickt und über ein Linsen- und Umlenksystem auf das mit dem Muster zu vergleichendeObjekt
abgebildet, dem lichtabsorbierendes Material nachgeordnet ist. Aufgrund von Fehlern im Objekt von
diesem reflektiertes Licht wird auf eine Photozelle abgebildet und zur Fehlererkennung verwendet. Auch
dieser Vergleichsvorrichtung haften die Fehler an, die bei getrennter Anordnung von Musier und Objekt und
bei Zwischenschaltung optischer Systeme zwischen beide auftreten, nämlich die Möglichkeit unterschiedlieher
thermischer Veränderung von Objekt und Muster, Parallaxe-, Fokussierfehler und astigmatische Fehler.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine optische Vergleichsvorrichtung der eingangs genannten
Art verfügbar zu machen, bei der Abbildungsfehler und Fehler aufgrund thermischer Ausdehnung ausgeschaltet
sind und die mit geringem Aufwand auch extreme Vergrößerungen zuläßt.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer optischen Vergleichsvorrichtung der eingangs genannten Art, die
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Halterung zum Halten und Ausrichten der Masken in
einer vorbestimmten Orientierung in enger Übereinanderlage vorgesehen ist, daß in der Halterung
zwischen den einander zugewandten Oberflächen der Masken eine Schicht aus lichtselektivem Material
angeordnet ist, die auf die der Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung zugekehrten Oberfläche auftreffendes
Licht reflektiert, während sie für auf die andere Oberfläche auftreffendes Licht weitgehend
durchlässig ist, daß auf der der Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung zugewandten Seite der Halterung
eine erste Lichtquelle mit Einrichtungen zur Bestrahlung der eier Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung
näc'istgelegenen Maske und auf der der Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung gegenüberliegenden
Seite der Halterung eine zweite Lichtquelle mit Einrichtungen zur Durchstrahlung der lichtselektiven
Schicht und beider Masken angeordnet sind, daß eine optische Fokussiereinrichtung derart angeordnet
ist, daß sowohl von der ersten als auch von der zweiten Lichtquelle erzeugtes Licht die gesamte optische
Fokussiereinrichtung durchläuft und daß an sich bekannte Einrichtungen zur alternativen Unterbrechung
des von den beiden Lichtquellen ausgesandten Lichtes vorgesehen sind.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung
zeigt
Fi g. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Untersuchung einer symmetrischen Maske;
Fig.2 eine Vorrichtung zur Untersuchung einer nichtsymmetrischen Maske, bei der ein erstes Verfahren
verwendet wird, um die Fokussierung durch die Dicke der Maske hindurch zu kompensieren;
F i g. 3 eine Vorrichtung zur Untersuchung einer nichtsymmetrischen Maske, bei dem ein zweites
Verfahren verwendet wird, um die Fokussierung durch die Dicke der Maske zu kompensieren; und
Fig 4 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, um die Übereinstimmung des Musters auf einer
halbleitenden Scheibe mit dem Muster auf einer fotografischen Maske zu untersuchen.
In F i g. 1 ist eine mit einem Muster versehene Normalmaske 10 in einem unteren Rahmen 11 eines
beweglichen Gestells 12 angeordnet. Die Normalmaske 10 besteht aus einer lichtdurchlässigen Glasunterlage 13,
auf deren einer Oberfläche viele strahlungsundurchlässige Gebiete 14 angeordnet sind, die ein Muster bilden.
Die Gebiete 14 auf der Normalmaske 10 sind sehr genau angeordnet; ferner wurde die Maske vorher sorgfältig
untersucht, um sicherzustellen, daß die Lage eines jeden Gebiets innerhalb einer vorgewählten Toleranz genau
die gewünschte ist. Es ist selbstverständlich, daß die kreisförmige Gestalt der Gebiete in F i g. t nur als
Beispiel aufzufassen sind. Auf die Oberflächen dei fotografischen Masken können durch fotografische-Ätz-
oder andere Verfahren, wie sie in der Maskenherstellungstechnik bekannt sind, zahlreiche andere Mustei
aus strahlungsundurchlässigen Gebieten aufgebrach werden.
Eine dünne Schicht aus lichtselektivem Material Ii
mit einem großen Refelxionskoeffizienten der oberer Oberfläche wird auf die Oberfläche der Normalmaski
10 aufgebracht. Das lichtselektive Material 15 kann au:
einem Stoff wie Polyäthylenterephthalat bestehen. Andere Materialien, die Licht leicht durchlassen, wenn
es auf eine Oberfläche auftrifft, die jedoch einen wesentlichen Teil des Lichts reflektieren, wenn es auf
die entgegengesetzte Fläche auftrifft, die also tatsächlich »Einweg-Spiegel« sind, können verwendet werden.
Wichtig ist, daß das Material für Licht, das auf die dem Betrachter zugewandte Oberfläche des Materials
auftrifft, stark reflektierend ist, während es für Licht, das auf die entgegengesetzte Oberfläche auftrifft, relativ
durchlässig ist.
Eine ein symmetrisches Muster tragende und zu prüfende »Testmaske« 16, die vor ihrer Verwendung
untersucht werden soll, ist im oberen Rahmen 17 des beweglichen Gestells 12 angeordnet. Die Maske 16
besteht ebenfalls aus einer Glasunterlage 18, auf deren Oberfläche eine Vielzahl von strahlungsundurchlässigen
Gebieten 19 angeordnet ist. Die Maske 16 ist insofern symmetrisch, als das Muster aus strahlungsundurchlässigen
Gebieten 19 das gleiche ist, wenn es von jeder Seite der Maske betrachtet wird. Der obere Rahmen 17 ist am
unteren Rahmen 11 befestigt, so daß die mit einem Muster versehene Oberfläche der Normalmaske 10 mit
strahlungsundurchlässigen Gebieten der gemusterten Oberfläche der Prüfmaske 16 benachbart ist. Die
gemusterten Oberflächen der beiden Masken sind nur durch die Schicht aus lichtselektivem Material 15
getrennt. Jede der beiden Masken 10 und 16 weist Ausrichtungsmarken 22-22 auf, die auf ihren Oberflächen
genau angebracht sind. Ferner sind die oberen und unteren Rahmen 17 und 11 so angeordnet, daß die
Marken 22-22 und damit die entsprechenden Muster genau ausgerichtet sind. Da die Muster aus strahlungsundurchlässigen
Gebieten auf den beiden Masken im Idealfall identisch sind, soll für Jeden Punkt auf der
Oberfläche der Normalmaske 10 ein Punkt auf der Oberfläche der Prüfmaske 16 vorhanden sein, der auf
der entgegengesetzten Seite der Schicht aus lichtselektivem Material 15 genau mit ihm ausgerichtet ist. Die
vorliegende Vergleichsvorrichtung stellt jede Fehlausrichtung zwischen den entsprechenden Punkten auf den
Oberflächen der beiden Masken fest.
Unter dem beweglichen Gestell 12 ist eine untere Lichtquelle 23 angeordnet, um einen Lichtstrahl auf die
Oberfläche eines Spiegels 24 zu richten, der das Licht durch die untere Oberfläche der beiden übereinanderliegenden
Masken 10 und 16 nach oben reflektiert. Eine obere Li:htquclle 25 richtet einen Lichtstrahl nuf ein
halbversilbertes Prisma 26, das seinerseits das Licht nach unten durch ein Objektiv 27 auf die oberen
Oberflachen der beiden übereinanderliegenden Masken 16 und 10 reflektiert. Oberhalb des beweglichen Gestells
12 ist eine monochromatische Fernsehkamera 28 angeordnet, um die übereinanderliegenden Masken 16
und 10 über einen lichtdurchlässigen Weg In dem
halbversilberten Prisma 26 zu betrachten. Die Fernsehkamera 28 ist mit einem Monitor 29 verbunden, um auf
dessen Betrachtungsschirm das von der Kamera aufgenommene Bild darzustellen.
Ein Gittermuster 32, das aus einem linierten Blatt aus lichtdurchlässigem Kunststoff bestehen kann, ist auf
dem Betrachtungsschirm des Monitors 29 angebracht. Das Oiiter setzt eine Bedienungsperson in die Lage,
Abstände auf dem Fernsehbild auszumessen.
Zwischen der unteren Lichtquelle 23 und dem Spiegel 24 ist eine erste Lichtzerhackerscheibe 33 angeordnet.
Wenn die Scheibe 33 mit vorgewählter Geschwindigkeit gedreht wird, kann durch einen Schlitz 34 In ihrer
Oberfläche ein Lichtstrahl während eines Teils einei Umdrehung von der Quelle 23 zum Spiegel 24 gelangen
während die undurchlässige Oberfläche der Scheibe 33 den Lichtstrahl während des Rests der Umdrehungsperiode
sperrt. Eine zweite Lichtzerhackerscheibe 35 kanr zwischen der oberen Lichtquelle 25 und dem Prisma 26
vorgesehen werden. Die zweite Scheibe 35 arbeitet in gleicher Weise wie die erste Scheibe 33, abgesehen
davon, daß ein in der Oberfläche der Scheibe 35
ίο ausgebildeter Schlitz 36 diametral entgegengesetzt zum
Schlitz 34 in der Scheibe 33 angeordnet ist. Die Drehung der zweiten Scheibe 35 ist mit der ersten Scheibe 33
synchronisiert, so daß der obere Strahl stets gesperrt ist wenn der untere Strahl durch den Schlitz 34
hindurchgeht. In gleicher Weise ist der untere Strahl stets gesperrt, wenn der obere Strahl durch den Schlitz
36 hindurchgeht, Die zweite Lichtzerhackerscheibe 35 braucht nur auf Wunsch vorgesehen zu werden, sie kann
in gewissen Fällen unnötig sein, wie unten erklärt wird
ίο Anstelle der Lichtzerhackerscheiben 33 und 35 können
jedoch irgendwelche anderen Mittel zur Unterbrechung der Lichtstrahlen von den Quellen 23 und 25 in zeitlich
abgestimmter Beziehung verwendet werden.
Zur Prüfung wird die Testmaske 16 über die Normalmaske 10 gelegt, getrennt durch die Schicht aus
lichtselektivem Material 15, wobei die Ausrichtungsmarken 22 - 22 auf den Oberflächen der beiden Masken
benutzt werden, um die Musler zu Beginn auszurichten, Der untere Rahmen 11 und der obere Rahmen 17
werden dann zusammengeklemmt, um die Testmaske 16 und die Normalmaske 13 in ihrer ausgerichteten Lage
zu halten. Das bewegliche Gestell 12 wird dann (durch nichtdargestellte Mittel) in der X- und der V-Richtung
verschoben, so daß ein ausgewähltes Gebiet auf den beiden Masken mit Strahlengang der Fernsehkamera 28
ausgerichtet wird. Zwei übereinandergelegte, strahlungsundurchlässige Gebiete 14Λ und 19/4 auf der
Normalmaske 10 und der Testmaske 16 sind dann mit der Kamera 28 ausgerichtet. Die Kamera 28 wird auf die
Schicht des lichtselektiven Materials 15 fokussiert. Da die gemusterten Oberflächen der beiden Masken an die
entgegengesetzten Flächen der Schicht 15 angrenzen, ist die Kamera auch mit guter Annäherung auf die
beiden strahlungsundurchlässigen Gebiete 14A und 19/\
45 fokussiert.
Die untere Lichtquelle 23 und die obere Lichtquelle 25 werden eingeschaltet und die beiden Zerhackerscheiben
33 und 35 werden in Drehung versetzt. Wenn die übereinanderliegenden Masken mit Hilfe der unteren
jo Lichtquelle 23 durch den Schlitz 34 in der unteren
Zerhackerscheibe 33 hindurch beleuchtet werden, gelangt das Licht nach oben durch die Normalmaske 10,
die Schicht aus lichtselektivem Material 15 und die Testmaske 16, so daß auf dem Schirm des Fernsehmoni-
SS tors 29 das übereinanderllegende Bild sowohl des
strahlungsundurchlässigen Gebiets HA als auch des strahlungsundurchlässigen Gebiets 19A erscheint.
Wenn eine Fehlausrichtung der beiden strahlungsundurchlässigen Gebiete 14/4 und 19Λ vorhanden Ist,
te erscheint deren Bild auf dem Schirm In Form von zwei
fehlausgerichteten Bildern 14/4' und 19Λ'. Wenn die
übereinanderliegenden Masken mit Hilfe der oberen Lichtquelle 25 durch den Schlitz 36 In der oberen
Zerhackerscheibe 35 beleuchtet werden und das Licht
6j von der unteren Quelle 23 durch die undurchlässige
Oberfläche der unteren Zerhackerscheibe 33 gesperrt Ist, gelangt das Licht nach unten durch die Testmaske 16
auf die Oberfläche der Schicht aus lichtselektivem
Material 15. Wenn die Schicht aus lichtselektivem Material 15 von oben beleuchtet wird, reflektiert sie den
größeren Teil des auftreffenden Lichtes nach oben durch die Testmaske 16, sodaß das einzige für die
Kamera 28 sichtbare Bild das Bild des strahlungsun- s durchlässigen Gebiets 19Λ auf der Testmaske 16 ist. das
heißt, wenn die übereinanderliegenden Masken von oben beleuchtet werden, verhindert die Schicht aus
lichtselektivem Material 15, daß eine ausreichende Lichtmenge die Normalmaske 10 erreicht, so daß das to
strahlungsundurchlässige Gebiet 14/4 auf deren Oberfläche für die Kamera 28 nicht sichtbar ist. Wenn das
strahlungsundurchlässige Gebiet 19Λ von oben beleuchtet wird, wird nur dieses Gebiet von der Kamera 28
erfaßt, so daß nur das Bild 19/4' auf dem Schirm des Monitors 29 erscheint.
Die beiden Zerhackerscheiben 35 und 33 werden synchron gedreht, so daß die übereinanderliegenden
Masken abwechselnd in schneller Folge mit vorgewählter Geschwindigkeit von oben und unten beleuchtet
werden. Diese abwechselnde Beleuchtung ergibt im Strahlengang der Fernsehkamera 28 zuerst ein Bild
sowohl von dem strahlungsundurchlässigen Gebiet 14/4 als auch dem strahlungsundurchlässigen Gebiet 19Λ und
dann ein Bild von dem strahlungsundurchlässigen Gebiet 19/4 allein. Das Bild des Gebiets 19Λ nimmt
dieselbe Lage auf dem Monitorschirm ein, wenn es allein dargestellt wird, wie wenn es zusammen mit dem Gebiet
14/4 dargestellt wird. Wenn die strahlungsundurchlässigen Gebiete HA und 19/4 genau ausgerichtet sind, wie
es bei einer vollkommenen Testmaske 16 sein soll, erscheinen beide Bilder 14/4' und 19/4' auf dem Schirm
des Fernsehmonitors 29 genau ausgerichtet. Infolgedessen ist zwischen der Darstellung nur von 19/4' und der
Darstellung von sowohl 14/4' als auch 19/V keine
sichtbare Änderung des dargestellten Bilds vorhanden. Wenn jedoch die strahlungsundurchlässigen Gebiete
14/4 und 19/4 nicht ausgerichtet sind, ist eine sichtbare
Änderung oder ein »Blinkeffekt« vorhanden, wenn der Monitor 29 abwechselnd die kombinierten Bilder 14/4'
und 19/4' und das einzige Bild 19Λ' darstellt. Die
Geschwindigkeit des Beleuchtungswechsels ist so gewählt, daß das »Blinken« vom menschlichen Auge
klar zu sehen ist. Der Grad des Blinkens zeigt der Bedienungsperson den Grad der Fchlausrichtung der
strahlungsundurchlässigen Gebiete an. Aufgrund des auf den Schirm des Monitors 29 aufgelegten Gitters 32 kann
die Bedienungsperson beurteilen, ob der Grad der Fehlausrichtung innerhalb gewisser, vorbestimmter
Toleranzen liegt.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung kann die obere Lichtzerhackerscheibe 35 wahlweise vorgesehen
werden, insofern als sie, wenn Licht von der unteren Quelle 23 durch die beiden Ubereinandergelegten
Masken nach oben gelangt, den Beleuchtungseffekt der SS
oberen Quelle 23 »verwaschen« macht. Das heißt, in den meisten Fällen kann eine zufriedenstellende Arbeitsweise erhalten werden, wenn die obere Lichtquelle 25 die
obere Oberfläche der Ubereinandergelegten Masken dauernd beleuchtet und die Beleuchtung von der
unteren Quelle 23 unterbrochen wird. Wenn das Licht von der unteren Quelle unterbrochen wird, erscheint nur
das Bild 19Λ' auf dem Schirm des Monitors 29. Wenn
jedoch die Beleuchtung von der unteren Quelle 23 nach oben durch die ubereinandergelegten Masken gelangt. 6S
überwindet sie die Wirkung der oberen Lichtquelle 25,
so daß beide Bilder 14/4' und 19-4' auf dem Schirm des
Monitors 29 erscheinen. Eine Unterbrechung des Lichts der unteren Quelle 23 ergibt hierbei den gleichen
»Blinkeffekt«, wie er oben als Anzeige für die Fehlausrichtung beschrieben wurde.
Wenn die ersten beiden strahlungsundurchlässigen Gebiete 14/4 und 19/4 hinsichtlich ihrer Ausrichtung
untersucht sind, wird das bewegliche Gestell 12 systematisch (durch nicht dargestellte Mittel) in X- und
y-Richtung verschoben, um alle übrigen strahlungsundurchlässigen
Gebiete auf den beiden Masken zu untersuchen.
Das dargestellte und oben an Hand der F i g. 1 beschriebene Verfahren wurde unter Verwendung von
zwei symmetrischen Masken erläutert. Das heißt, jede der Masken hat das gleiche Aussehen, wenn sie von
hinten oder von vorn betrachtet wird. In F i g. 1 ist die obere Maske 10 so umgedreht, daß sie Fläche an Fläche
an der unteren Maske 16 liegt, so daß die Oberflächen, welche die strahlungsundurchlässigen Gebiete 14 und 19
enthalten, benachbart und nur durch die Schicht aus lichtselektivem Material 15 getrennt sind. Ein zusätzliches
Problem bei der Maskenuntersuchung entsteht, wenn die zu untersuchenden Masken nicht symmetrisch
sind und daher nicht so umgedreht werden können, so daß sie während des Überprüfens Fläche an Fläche
liegen.
Wie in F i g. 2 dargestellt, entsteht das Überprüfungsproblem bei nichtsymmetrischen Masken dadurch, daß
die obere Maske 43 eine endliche Dicke hat, so daß, wenn die obere Lichtquelle 25 und die untere
Lichtquelle 23 abwechselnd unterbrochen werden, sich die Brennweite der Kamera 28 ändern muß, um
abwechselnd auf die undurchlässigen Gebiete 44,4 und dann 42/4 fokussiert zu werden. Um die Notwendigkeit
der durch die Dicke der Prüfmaske 43 bedingten Brennweitenänderung zu kompensieren, wird der in
Fig. 1 dargestellten Einrichtung ein Brennweiten-Kompensator
40 hinzugefügt.
Der Kompensator 40 (F i g. 2) umfaßt einen Motor 45, der mit einer drehbaren Scheibe 46 verbunden ist. Auf
gegenüberliegenden Seiten der Scheibe 46 sind Bohrungen 47 und 48 vorgesehen. Die Bohrung 47 ist
offen, während die Bohrung 48 mit einem Brennweiten-Kompensationsmaterial 50 ausgefüllt ist, das aus einem
Stoff besteht, der dieselbe Dicke und dieselben Lichtübertragungseigenschaften wie die Testmaske 43
hat. Die Drehung des Motors 45 ist mit det Unterbrechung der Beleuchtung durch die obere
Lichtquelle 25 und die untere Lichtquelle 23 synchronisiert, so daß, wenn die Beleuchtung nur von der unterer
Lichtquelle 23 ausgeht, die offene Bohrung 47 mit derr Bcobachtungsstrahlengang der Kamera 28 ausgerichtet
ist. Wenn die Beleuchtung nur von der unteren Quelle 2! ausgeht, ist die Bohrung 48 mit dem Brennweiten-Korn
pensationsmateriai 50 mit dem Beobachtungsstrahlen gang der Kamera 28 ausgerichtet.
Anfangs wird die Kamera 28 durch die offene Bohrung 47 auf das untere unddurchlässige Gebiet 42/^
fokussiert. Wenn die Kamera 28 das obere strahlungs undurchlässige Gebiet 44/4 betrachten und auf diese:
Gebiet fokussiert sein soll, ist das optische Kompensu tionsmaterial In der Bohrung 48 mit dem Beobachtungs
strahlengang der Kamera 28 auugerichtet, wobei da: Brennweiten-Kompensationsmaterial 50 so Hegt, dal
die Brennweite der Kamera effektiv geändert wird. Bi ergibt sich, daß auf dem Schirm des Monitors 29 ein gu
fokussiertes Bild 42<4' des unteren strahlungsundurch
lässigen Gebiets 42/4 zusammen mit einem etwa unfokussierten Bild des oberen strahlungsundurchlässl
709627/8:
gen Gebiets 44.4 mit einem gut fokussierten Bild 44/4'
des oberen strahlungsundurchlässigen Gebiets 44.4 allein abwechselt. Eine Fehlausrichtung der Masken
ergibt einen »Blinkeffekt«, wie er oben an Hand der F i g. 1 beschrieben wurde.
In manchen Fällen sind Vibrationen infolge des sich drehenden Motors 45 des optischen !Compensators 40
unerwünscht. In diesen Fällen kann bei der Untersuchung von nichtsymmetrischen Masken eine zweite
Methode verwendet werden, die in F i g. 3 dargestellt ist. In F i g. 3 ist eine Schicht 51 aus optischem, kompensierendem
Material zwischen die untere Normalmaske 41 und die Schicht aus selektivem Material 15 angeordnet.
Die Materialschicht soll etwa dieselbe Dicke wie die obere Maske 43 und dieselben Lichtübertragungseigenschaften
haben. Allgemein kann eine Maskenunterlage aus Glas ohne Muster verwendet werden. Alternativ
können auf einer Oberfläche einer zusätzlich zwischengeschobenen Schicht aus lichtselektivem Material oder
der zwischengeschobenen Kompensationsschicht 51 Gitterlinien aufgebracht sein, so daß auf dem Schirm des
Monitors eine Gittermuster dargestellt wird. Diese Alternative kompensiert Verzerrungen des optischen
Systems, so daß der Betrachter den Grad der Änderungen der sichtbar dargestellten strahlungsundurchlässigen
Gebiete 42Λ' und 44/4' auf dem Schirm
genau feststellen kann.
Zu Beginn wird die Kamera 28 auf die Schicht aus selektivem Material 15 fokussiert. Wenn die übereinandergelegten
Masken durch die obere Lichtquelle 25 beleuchtet werden, sieht die Kamera 28 eine »Reflexion«
auf der unteren Oberfläche des oberen strahlungsundurchlässigen Gebiets 44/4 in der »spiegelartigen«
Oberfläche des lichtselektiven Materials 15. Dies bedeutet, daß das in die Kamera 28 eintretende Licht
zweimal durch die Dicke der Testmaske 43 hindurchgeht, einmal zum lichtselektiven Material 15 und einmal
zurück zur Kamera 28. Wenn die übereinanderliegenden Masken durch die untere Lichtquelle 23 beleuchtet
werden, gelangt das Licht nach dem Verlassen des unteren strahlungsundurchlässigen Gebiets 42/1 nach
oben durch die optische Kompensationsschicht 51, durch die Schicht aus lichtselektivem Material 15 und
durch die Testmaske 43. Der »optische Abstand« zum Objektiv der Kamera 28 ist der gleiche wie in dem Fall,
in welchem die Masken durch die obere Lichtquelle 25 allein beleuchtet werden. Das heißt, das Fokussieren der
Kamera 28 auf die Schicht aus lichisclektivem Material 15 setzt die Kamera 28 in die Lage, ein »virtuelles Bild«
des oberen strahlungsundurchlässigen Gebiets ΦΜ in
derselben Ebene wie das untere strahlungsundurchlässige Gebiet 42Λ zu sehen. Das in Fig.3 dargestellte
Verfahren der Brennweiten-Kompensation ergibt das Erscheinen von scharf fokussierten Bildern 42Λ' und
44/\' auf dem Schirm des Monitors 29, so daß eine
Maskenfehlausrichtung genau gemessen werden kann.
Das vorliegende Maskenprüfverfahren kann verwendet werden, um bearbeitete Gebiete auf einer
Halbleiter-Scheibe mit einem gewünschten Muster auf einer fotografischen Maske zu vergleichen. Wie in
PIg.4 dargestellt ist, wird eine Halbleiter-Scheibe 54
mit den bearbeiteten Qebieten SS In einen Rahmen S3
eingesetzt. Zum Beispiel können die bearbeiteten Oebiete SS aus strahlungsundurchWssigen, goldplattierten Leiter-Anschlüssen bestehen. Auf die Scheibe 54 ist
elno Maske 10 mit einem Muster aus strahlungsundurchlässigen Gebieten 14 aufgelegt, die das gleiche Muster
wie die bearbeiteten Gebiete SS haben soll. Unter der
Scheibe 54 befindet sich eine Quelle für infrarote Strahlung 52, welche ihre Strahlung durch die Scheiben-
und Maskenkombination nach oben richtet. Da Siliziurr für Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als etwa
1,1 Mikrometer durchlässig ist, und da Germanium füi Wellenlängen von mehr als etwa 1,6 Mikrometei
durchlässig ist, durchdringt die infrarote Strahlung dei Quelle 52 sowohl die Scheibe 54 als auch die Maske IC
und ergibt ein überlagertes Bild des unteren bearbeiteten Gebiets 55Λ und des oberen strahlungsundurchlässigen
Gebiets 14/4 im Strahlengang einer Infrarot-Fernsehkamera 28, die ein Vidicon mit einer spektraler
Empfindlichkeit bis herab zu Lichtwellenlängen von 2,2 Mikrometer besitzt. Die Infrarot-Beleuchtung dei
Quelle 52 wechselt sich mit der sichtbaren Beleuchtung einer oberen Lichtquelle 25 ab. Wenn das Infrarotlicht
52 unterbrochen und die sichtbare Lichtquelle 25 eingeschaltet ist, sieht die Fernsehkamera 28 nur das
strahlungsundurchlässige Gebiet 14/4, weil das sichtbare Licht die Halbleiter-Scheibe nicht durchdringen kann
Zwischen die Maske und die Scheibe kann — falls erforderlich — eine Schicht aus lichtselektivem Material
gelegt werden, wie es in den Fig. 1 -3 dargestellt ist Das Abwechseln der Quellen 52 und 25 ergibt ein
abwechselndes Erscheinen der Bilder 55Λ' und 14A zusammen und des Bildes 14Λ' allein auf dem Schirm
des Monitors 29. Auf diese Weise wird das Muster der bearbeiteten Gebiete 55 auf der Scheibe 54 überprüfl
und mit dem Muster der strahlungsundurchlässiger Gebiete 14 auf der Oberfläche der Normalmaske IC
verglichen. Eine Fehlausrichtung ergibt einen »Blinkeffekt«, wie er anhand der F i g. 1 beschrieben wurde
Wenn auch das Scheibenüberprüfverfahren gemäß F i g. 4 anhand einer symmetrischen Maske beschrieber
wurde, so können durch Verwenden der anhand dei F i g. 2 und 3 dargestellten und beschriebenen Verfahrer
nichtsymmetrische Muster auf Halbleiter-Scheiber untersucht werden.
Ein weiteres Merkmal der Vergleichsvorrichtung der Fig. 1 -4 besteht darin, daß eine Mehrfarben-Bilddarstellung
bei der Feststellung von Maskenfehlausrichtungen behilflich sein kann. Es steht eine Mehrfarben-Kathodenstrahlröhre
zur Verfügung, die auf dem Schirm zwei übereinanderliegende Schichten aus Phosphormaterial
aufweist. Die Aktivierung der einen Schichl erzeugt ein rotes Bild, während die Aktivierung det
anderen Schicht ein grünes Bild hervorbringt, (ede Schicht kann durch Anlegung eines erforderlicher
Potentials an ein Steuergitter selektiv aktiviert werden Wenn im Monitor 29 die Mehrfarben-Röhre verwende!
wird, wird die Aktivierung des Steuergitters mit der Beleuchtung durch die obere Lichtquelle 23 oder die
untere Lichtquelle 23 synchronisiert. Auf dem Monitorschirm wird abwechselnd ein rotes und dann ein grüne:
M Bild dargestellt, wodurch eine leichtere Peststellung de:
»Blinkeffekts« ermöglicht wird. Wenn die Unterbrechungsgeschwindigkeit erhöht wird, erscheinen die
übereinanderliegenden Teile des Bilds gelblich, während die nichtüberelnanderllegenden Teile der Bilder grün
und rot erscheinen.
Bei allen hier beschriebenen Vorrichtungen ergibt die
zur Ausrichtung der Masken und der dazwischenliegen den Schichte·) benutzte Optik ein optisches System, bei
dem die »trahlungsundurchlässlgen Gebiete der jeweili-6* gen Masken in Im wesentlichen derselben Brennebene
liegen, so daß diese Vorrichtungen für eine hohe Vergrößerung der betrachteten strahlungsundurchlässigen Gebiete geeignet sind.
Claims (4)
1. Optische Vergleichsvorrichtung zum Messen der Größe der Lageabweichung von strahlungsundurchlässigen
Gebieten auf einer ersten photographischen Maske relativ zur Lage von strahlungsundurchlässigen
Gebieten auf einer zweiten photographischen Maske, bei der jede Maske im Strahlengang
einer Lichtquelle angeordnet ist, wobei gewählte Abschnitte der Masken zu einer optischen
Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Halterung (12) zum Halten und Ausrichten der Masken (10, 16; 41, 43) in einer vorbestimmten
Orientierung in enger Übereinanderlage vorgesehen ist, daß in der Halterung (12) zwischen den einander
zugewandten Oberflächen der Masken eine Schicht (15) aus lichiselektivem Material angeordnet ist, die
auf die der Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung (28) zugekehrten Oberfläche auftreffendes
Licht reflektiert, während sie für auf die andere Oberfläche auftreffendes Licht weitgehend durchlässig
ist, daß auf der der Aufnahme- und Beobachtungsvorrichtung (28) zugewandten Seite
der Halterung eine erste Lichtquelle (25) mit Einrichtungen (26) zur Bestrahlung der der Aufnahme-
und Beobachtungsvorrichtung nächstgelegenen Maske (16; 43) und auf der der Aufnahme- und
Beobachtungsvorrichtung (28) gegenüberliegenden Seite der Halterung (12) eine zweite Lichtquelle (23)
mit Einrichtungen (24) zur Durchstrahlung der lichtselektiven Schicht (15) und beider Masken (10,
16; 41, 43) angeordnet sind, daß eine optische Fokussiereinrichtung (27) derart angeordnet ist, daß
sowohl von der ersten als auch von der zweiten Lichtquelle (25 bzw. 23) erzeugtes Licht die gesamte
optische Fokussiereinrichtung durchläuft und daß an sich bekannte Einrichtungen (35,33) zur alternativen
Unterbrechung des von den beiden Lichtquellen ausgesandten Lichtes vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein transparentes Kompensatorbauteil
(48, 51) mit einer der Dicke des transparenten Teils einer der beiden Masken (41, 43) entsprechende
Dicke im Beobachtungsstrahlengang (bei 40, 12) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtquelle (25)
sichtbares Licht erzeugt, während die zweite Lichtquelle (52) Infrarotlicht aussendet.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der
lichtselektiven Schicht (15) aus Polyäthylenterephthalat besteht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US74523268A | 1968-07-16 | 1968-07-16 | |
US74523268 | 1968-07-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1923465A1 DE1923465A1 (de) | 1970-03-19 |
DE1923465B2 DE1923465B2 (de) | 1976-11-18 |
DE1923465C3 true DE1923465C3 (de) | 1977-07-07 |
Family
ID=
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