DE1923465C3 - Optische Maskenvergleichsvorrichtung - Google Patents

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

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

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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.

Hierzu 4 Blatt Zeichnunpen

Claims (4)

Patentansprüche:

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.