DE2121000A1

DE2121000A1 - Einrichtung zum Vergleich von Mustern

Info

Publication number: DE2121000A1
Application number: DE19712121000
Authority: DE
Inventors: William Otto Granite Springs NJ Druschel (VStA)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-06-15
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1971-12-16
Also published as: US3645626A; JPS5128464B1; FR2095523A5; GB1327523A

Description

Böblingen, 22. März 1971 bm-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket FI 970 029

Einrichtung zum Vergleich von Mustern

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Vergleich mindestens eines Musters mit einem entsprechenden Muster, bei der beide Muster gleichzeitig optisch abgetastet und die Abtaststrahlen durch photoelektrische Detektoren erfaßt und in elektrische, miteinander zu vergleichende Signale umgewandelt werden.

Ein Vergleich von Mustern wird beispielsweise durchgeführt, wenn diese auf optisch erkennbare Fehler oder Unregelmäßigkeiten untersucht werden. Diese Fehler können ermittelt werden, wenn mindestens zwei einander entsprechende Muster gleichzeitig optisch abgetastet und die abtastenden Strahlen nach dem Auftreffen auf die Muster miteinander verglichen werden. Eines der Muster kann dabei ein für jeden Vergleich heranzuziehendes Bezugsmuster sein. Ein Unterschied der Abtaststrahlen zeigt an, daß das zu prüfende Muster mit dem Bezugsmuster nicht übereinstimmt und somit fehlerhaft ist. Um bei sich wiederholenden Mustern den PrüfVorgang zu beschleunigen, wird der Vergleich nicht zwischen einem zu prüfenden Muster und dem Bezugsmuster, sondern zwischen zwei zu prüfenden Mustern durchgeführt. Ergibt der Vergleich einen Unterschied zwischen den beiden Mustern, so ist eines von ihnen fehlerhaft.

Eine Einrichtung zum Vergleich sich wiederholender Muster auf eine« Substrat besitzt erhebliche Bedeutung auf dem Gebiet der Herstellung mikrominiaturisierter Halbleiterbauelemente und

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integrierter Schaltkreise. Solche einander übereinstimmenden Elemente oder Schaltkreise sind jeweils bis zu mehreren Hundert auf einer Halbleiterscheibe angeordnet. Ein Vergleich der Schaltkreise untereinander ist somit durchführbar. Ein solcher Vergleich läßt sich noch vorteilhafter bei den für die Herstellung mikro- ' " miniaturisierter Schaltkreise verwendeten Photomasken durchführen. Diese Masken werden bei der Belichtung von Photo lackschichten auf der Halbleiteroberfläche benutzt, wodurch bestimmte Gebiete z.B. für eine Diffusion oder Metallisierung ausgewählt werden. Diese Masken werden durch die wiederholte Belichtung von Ausschnitten einer Photoschicht mit einem bestimmten Muster erzeugt, so daß die. Maske eine Vielzahl von Übereinstimmenden Mustern aufweist. Wegen der winzigen Abmessungen der einzelnen Muster muß bereits eine geringe Abweichung vom vorgegebenen Muster als Fehler erkannt werden; demgemäß können nur geringe Toleranzen zugelassen werden. Es sind jedoch auf einer Photomaske Gebiete vorhanden, die größere Toleranzen zulassen. Diese befinden sich z.B. dort, wo die Halbleiterscheiben nach Fertigstellung der Schaltkreise in einzelne Halbleiterplättcheh zerschnitten werden. Es sind weiterhin Stellen auf der Maske vorgesehen, die nicht das sich wiederholende Muster tragen. Solche Stellen' sind beispielsweise mit Bezugsmarken versehen, mit deren Hilfe die Masken bezüglich der Halbleiterscheiben ausgerichtet werden. Man. ist daher bestrebt, diese Gebiete vom Vergleich auszuschließen, da sonst ein nicht vorhandener Fehler angezeigt wird. Dieses Vorgehen ist jedoch dadurch erschwert, daß die optische Abtastung der Muster fortlaufend erfolgt und nicht: ohne weiteres an bestimmten Stellen unterbrochen und an anderen Stellen wieder fortgesetzt werden kann.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung zum Vergleich von Mustern anzugeben, bei der mit einfachen Mitteln der Vergleich an bestimmten Stellen der Muster unterbrochen wird. Die Aufgabe wird bei anfangs genannten Einrichtung .erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß weitere, synchron mit den die beiden Muster abtastenden arbeitende, optische Ab-

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tastmittel für ein von den zu vergleichenden Mustern abweichendes Steuermuster vorgesehen sind, deren photoelektrischer Detektor mit einer die Auswertung des Vergleichs der beiden Muster verhindernden Vorrichtung verbunden ist. Dabei besteht das Steuermuster vorteilhaft aus Gebieten verschieden starker Lichtdurchlässigkeit. Die zu vergleichenden Muster können ebenfalls Stellen verschieden starker Lichtdurchlässigkeit aufweisen, wobei sie zwischen mindestens einer Lichtquelle und photoelektrischen Detektoren angeordnet sind. Diese Muster befinden sich beispielsweise auf einer für die Herstellung integrierter Schaltkreise benötigten Photomaske. Die zu vergleichenden Muster können auch Stellen mit verschieden starkem Reflexionsvermögen besitzen, auf die das Licht der Abtaststrahlen geworfen wird. Diese sich wiederholenden Muster sind dann beispielsweise auf der Oberfläche eines mikrominiaturisierten Bauelementes angeordnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die Ansicht einer Einrichtung zum Vergleich von Mustern nach der Erfindung, Fig. IA einen senkrechten Schnitt durch die Einrichtung

nach Fig. 1 entlang der Linie IA-IA sowie den elektrischen Kreis zur Durchführung des Vergleichs ,

Fig. 2 die Ansicht zweier Masken, von denen die eine

die zu vergleichenden Muster und die andere das Steuermuster trägt,

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der die zu

vergleichenden Muster tragenden Maske und

Fig. 4 eine gegenüber der in Fig. 1 gezeigten abgewan-

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-A-delte Einrichtung nach der Erfindung.

In den Figuren 1 und IA ist eine Maske 10 mit einer Vielzahl von sich wiederholenden Mustern, die untereinander verglichen werden, gezeigt, die sich auf einem Halter 11 befindet. Eine Steuermaske 12 ist auf einem Halter 13 angeordnet. Die Halter 11 und 13 sind auf einem Tisch 14 befestigt, der auf einem weiteren Tisch 15 aufliegt. Die Tische 14 und 15 können in zueinander senkrecht stehende Richtungen verschoben werden. Die zu prüfende Maske 10 entspricht einer herkömmlichen Photomaske, die zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen benötigt wird. Sie ist in der w Fig. 2 deutlicher dargestellt. Sie besteht aus einem durchsichtigen Substrat 30, das mit einem durchsichtigen Überzug versehen ist, in welchem sich undurchsichtige Bereiche 31 befinden, die ein bestimmtes Muster darstellen. Dieses Muster wird in jeder der Einheiten 32 auf der Maske wiederholt. Die Steuermaske 12, die ebenfalls in Fig. 2 dargestellt ist, besitzt gleichfalls ein durchsichtiges Substrat 33, das die gleichen Abmessungen aufweist wie das Substrat 30. Die Steuermaske 12 ist an den Stellen mit lichtundurchlässigen Markierungen 34 versehen, an denen zugeordnete Einheiten 32 auf der Maske 10 vom Vergleich ausgeschlossen werden sollen.

Wie die Fign. 1 und IA zeigen, werden die sich wiederholenden Muster auf der Maske 10 durch Empfänger abgetastet, die sich in einem Detektorkopf 35 befinden. Dieser ist an einer Halterung 36 oberhalb der Maske 10 befestigt. Die Maske 10 wird von unten durch ein Beleuchtungssystem bestrahlt, das aus einer Lichtquelle 37, einem Streuschirm 38, einer begrenzenden Lochplatte 39 und einer Sammellinse 40 besteht. Eine vom Detektorkopf 35 getragene Projektionslinse 41 bündelt das an den Stellen 42 und 43 der Maske 10 hindurchtretende Licht, so daß es durch Schlitze 45 und 46 in einer Platte 47 auf Photozellen. 48 und 49 geworfen wird. Die Photozellen 48 und 49 erfassen durch das die Schlitze 45 und 46 bzw. die Stellen 42 und 43 gelangende Licht und formen es in von der Intensität abhängige elektrische Signale um. Diese Signale werden

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einem Differentialverstärker 50 zugeführt, an dessen Ausgang ein der Differenz der beiden Photozellensignale entsprechendes Signal auftritt. Dieses Signal wird über eine Torschaltung 52 auf einen SpannungshÖhendiskriminator 53 gegeben. Dieser bestimmt, ob das Ausgängssignal des Differentialverstärkers 50 eine solche Höhe besitzt, daß ein Fehler in der Maske 10 gegeben ist. Wird ein solcher Fehler ermittelt, dann wird am Ausgang 54 des Diskriminators 53 ein entsprechendes Signal abgegeben.

Die Mittel zum Abtasten der Steuermaske 12, das synchron mit dem Abtastvorgang der Maske 10 verläuft, sind durch eine Lichtquelle 55 und durch eine Photozelle 56 dargestellt. Die Photozelle 56 befindet sich in fester Lage innerhalb der Unterlage 16 für die Tische 14 und 15. Bei einer Verschiebung der beiden Tische 14 und 15 verändert sie ihre Lage nicht. Die Strahlen der Lichtquelle 55 durchdringen die Steuermaske 12 und eine öffnung 17 im Halter 13 und den beiden Tischen 14 und 15 und fällt auf die Photozelle 56.

Da die Photozelle 56 ihre Lage gegenüber den beiden Photozellen 48 und 49 nicht verändert, ist die Verschiebung der Tische 14 und 15 gegenüber den Photozellen 48 und 49 gleich der Verschiebung der beiden Tische gegenüber der Photozelle 56. Somit wird gleichzeitig mit den Stellen 42 und 43 der Maske 10 eine zugeordnete Stelle 18 der Steuermaske 12 abgetastet. Wenn die Steuermaske 12 an dieser Stelle 18 lichtdurchlässig ist, dann empfängt die Photozelle 56 das gebündelte Licht der Lichtquelle 55 und erzeugt dadurch ein Torsignal auf der Leitung 57, durch die die Torschaltung 52 für das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 50 durchlässig wird. Ist jedoch die Steuermaske 12 an der Stelle 18 lichtundurchlässig, d.h. es befindet sich an dieser Stelle eine Markierung 34, dann wird die Torschaltung 52 gesperrt, so daß das Ausgangssignal des Differentialverstärkers nicht zum SpannungshÖhendiskriminator 53 gelangen kann. Auf diese Weise kann durch die beliebige Anordnung der Markierungen 34 auf der Steuermaske 12 der Vergleich einzelner Muster auf der

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' ■ - 6 - ■ " Maske 10 in gewünschter Weise unterbunden werden.

Die Photozellen 48, 49 und 56 tasten die einzelnen Muster in der im folgenden beschriebenen Weise ab. Die Photozelleit sind in ihrer Lage fest zueinander angeordnet. Der Tisch 15 wird in der zu den senkrechten Kanten der Masken 10 und 12 in Fig. 2 parallel verlaufenden Richtung verschoben. Eine solche Verschiebung ist durch die Äbtastpfade 58, 59 und 60 in Fig. 2 dargelegt. Die Photozelle 49 tastet somit die Spalte 61 der Maske 10 ab, während gleichzeitig die danebenliegende Spalte 62 durch die Photozelle 48 abgetastet wird. Es wird daher ein Muster in der Spalte 61 mit t dem danebenliegenden Muster in der Spalte 62 verglichen. Gleichzeitig erfolgt die Abtastung des Pfades 58 auf der Steuermaske 12 durch die Photozelle 56. Wenn die Spalten bis zu ihrem unteren Ende abgetastet sind, wird der Tisch 14 senkrecht zu der bisherigen Bewegung etwas nach links verschoben, worauf der Tisch 15 nun in entgegengesetzter Richtung, d.h. nach oben bewegt wird, wie dies die nach oben zeigenden Pfeile der Abtastpfade 58, 59 und 60 darstellen. Nach dem überstreichen der Masken 10 und 12 erfolgt wiederum eine Verschiebung nach links. Auf diese Weise lassen sich die beiden Masken vollständig abtasten.

Wie den Fign. 2 und 3 zu entnehmen ist, sind die zu vergleichenden Muster auf der Maske 10 in der Regel identisch. Zur Überprüfung w der Identität findet der beschriebene VergleichsVorgang statt. Sind zwei Muster nicht identisch, dann wird ein Fehler für die gerade abgetastete Stelle angezeigt. Die Maske 10 enthält jedoch mehrere Bezugamarken 63, die für die Justierung der Maske benötigt werden. Wenn eine solche Bezugsmarke mit einem der sich wiederholenden Muster verglichen wird, dann erfolgt eine Fehleranzeige, die jedoch nicht erwünscht ist. Die Markierungen 34 auf der Steuermaske 12 sind daher so angeordnet, daß immer dann, wenn die Abtastung einer Bezugsmarke 63 erfolgt, eine Auswertung des Vergleichs durch Sperren der Torschaltung 52 verhindert wird. Wenn also der Abtastpfad 60 der Photozelle 48 die Bezugsmarke in der Spalte 62 kreuzt, dann trifft der Abtastpfad 58 der Photozelle

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56 ebenfalls die Iichtundurchlässige Markierung 34. Durch diese Markierung wird das Torsignal auf der Leitung 57 unterbrochen, so daß das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 50, das einen Fehler anzeigt, nicht zum Spannungshöhendiskriminator 53 gelangen kann. Es kann somit auch keine Fehleranzeige über den Ausgang 54 erfolgen. Die Markierungen 34 auf der Steuermaske 12 sind so angeordnet, daß beim Abtasten einer Bezugsmarke 63 sowohl durch die Photozelle 48 als auch die Photozelle 49 der Strahlengang von der Lichtquelle 55 zu der Photozelle 56 unterbrochen ist.

Die Mittel zum Verschieben der Tische 14 und 15 sind bekannt und daher nicht gezeigt. Für den Antrieb kann jede Art von Motoren, beispielsweise Schrittmotoren, verwendet werden.

Ein einen Fehler anzeigendes Signal am Ausgang 54 kann in bekannter Weise ausgewertet werden. ,Es kann z.B. eine Lichtanzeige erfolgen oder es kann ein Zähler betätigt werden, der die Anzahl der Fehler in einer Maske zählt. Es kann auch in einem beliebigen Speicher zusammen mit der Stellung der Tische 14 und 15, bei der der Fehler aufgetreten ist, gespeichert werden. Bei einer Sichtanzeige kann ebenfalls die entsprechende Stellung der Tische 14 und 15 ausgegeben werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abtastpfade der drei Photozellen identisch. Wenn die abzutastenden Muster sich jedoch in ihrem Maßstab voneinander unterscheiden, dann sind auch die zugeordneten Abtastpfade in entsprechender Weise maßstäblich verschieden. ,

Gemäß einer weiteren, in Fig. 4 gezeigten Ausgestaltung der Einrichtung nach der Erfindung sind Mittel zum raschen Einstellen in vorgegebene Positionen der Abtastmittel in bezug auf die zu vergleichenden Muster sowie auf das Steuermuster vorgesehen. Solche Mittel sind von Bedeutung, wenn nur begrenzte Teile der Muster miteinander verglichen werden. In diesent Fall ist nicht erforderlich, daß die gesamten Muster überstrichen werden. Die

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Abtastmittel und die Muster werden direkt in die Lage gebracht, in der der iübtastvorgang beginnen kann.

Abtastmittel 70, die mit der Photozelle 56 fest verbunden sein ν können, tasten gleichzeitig mit dieser die Steuermaske 71 ab, die die anhand der Fig. 2 beschriebenen Bewegungen ausführt. Die Steuermaske 71 unterscheidet sich von der Steuermaske 12 dadurch, daß sie zusätzlich am oberen Rand Gruppen von optisch erkennbaren codierten Markierungen 72 besitzt. Jede Gruppe besteht aus drei Markierungspositionen. Entsprechend weisen die Abtastmittel 70 drei Ehotozellen 73, 74 und 75 auf. Während, der ersten vertikalen Bewegung der Steuermaske 71 wird die erste Gruppe der Markierungen 72 an den Abtastmitteln 70 vorbeigeführt und abgetastet. Während des Abtastens der Markierungen 72 wird die Photozelle 56 abgeschaltet. Es gelangt somit kein Signal zu der Torschaltung 52, so daß ein Vergleich der zu prüfenden Muster während dieses Zeitabschnittes nicht möglich ist. Fig. 4 zeigt die Abtastung der zu prüfenden Maske nicht, da diese in gleicher Weise wie in den Fign. IA und 2 gezeigt ist, erfolgt.

Ein bistabiler Schalter 76 ist vorgesehen, um während der ersten vertikalen Bewegung der Steuermaske 71 die Abtastmittel 70 einzuschalten und die Photozelle 56 während dieser Zeit abzuschalten. Die vertikale Bewegung der Maske 7l soll durch einen Motor 78 und die horizontale Bewegung durch einen Motor 77 bewirkt werden. Beide Motoren werden durch eine Steuereinheit 79 betätigt. Von dieser Steuereinheit 79 wird auch über die Leitung 81 der bistabile Schalter 76 umgeschaltet.

Jede der am oberen Rand der Steuermaske 71 befindlichen Gruppen besitzt drei Markierungsstellen, in die eine Markierung eingetragen oder nicht eingetragen ist. Man erhält somit ein binär codiertes Zeichen aus drei Binärsignalen, wobei insgesamt acht verschiedene Zeichen möglich sind. Diese Kombinationen entsprechen acht verschiedenen Stellungen, in die die Steuermaske 71 und entsprechend die zu prüfende Maske zu Beginn des VergleichsVorganges

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gebracht werden können. Die Gruppe aus drei Binärsignalen wird bei der ersten vertikalen Bewegung der Steuermaske 71 von den drei Photozellen 73, 74 und 75 abgetastet. Die Abtastsignale dieser drei Photozellen werden zu einer Decodiereinrichtung 82 übertragen. Das decodierte Zeichen wird dann der Steuereinheit 79 zugeführt, die wiederum die Motoren 77 und 78 in entsprechender Weise ansteuert. Hierdurch werden die die Hasken tragenden Tische in die gewünschte Ausgangsstellung gebracht. Zu den acht verschiedenen Ausgangsstellungen gehört selbstverständlich auch die, die keine zusätzliche Verschiebung der Masken erfordert.

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Claims

PATENTANSPRUCH E

1. Einrichtung zum Vergleich mindestens eines Musters mit einem entsprechenden Muster, bei der beide Muster gleichzeitig optisch abgetastet und die Abtaststrahlen durch photoelektrische Detektoren erfaßt und in elektrische, miteinander zu vergleichende Signale umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß weitere, synchron mit den die beiden Muster (10) abtastenden arbeitende, optische Abtastmittel (55, 56) " für ein von den zu vergleichenden Mustern (10) abweichendes Steuermuster (12) vorgesehen sind, deren photoelektrischer Detektor (5.6) mit einer die Auswertung des Vergleichs der beiden Muster (10) verhindernden Vorrichtung (52) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Steuermuster (12) aus Gebieten verschieden starker Lichtdurchlässigkeit besteht und zwischen einer Lichtquelle (55) und einem photoelektrischen Detektor (56) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zu vergleichenden Muster (10) Stellen verschieden starker Lichtdurchlässigkeit aufweisen und zwischen mindestens einer Lichtquelle (37) und photoelektrischen Detektoren (48, 49) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Muster als sich wiederholende Muster auf einer für die Herstellung integrierter Schaltkreise benötigten Photomaske (10) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch.gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Muster Stellen mit verschieden starkem Reflexionsvermögen besitzen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß . die zu vergleichenden Muster sich wiederholende Muster auf

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der Oberfläche eines mikrominiaturisierten Bauelementes sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Muster (10) und das Steuermuster (12) auf einer gleichen, beweglichen Unterlage (14, 15) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastbewegung der Muster (10, 12) in deren Ebene liegt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge~ kennzeichnet, daß das Steuermuster (71) zusätzliche Markierungen (72) aufweist, zu deren Abtastung zusätzliche photoelektrische Detektoren (73, 74, 75) vorgesehen sind, durch deren Ausgangssignale die Anfangsstellung für den Vergleich steuerbar ist.

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