DE2622787C2 - Verfahren zur interferometrischen Abstands-, Dicken- oder Ebenheitsmessung - Google Patents

Description

COS χ i

COS

ausgewertet wird, wobei ö eine bei kleinen Abständen d vernachlässigbare Korrekturgröße, i und j Ordnungen zweier ausgewählter Interferenzringe, «, und otj die aus den Ringradien r, und η der entsprechenden Interferenzringe ermittelbaren Winkel und λ die Wellenlänge des verwendeten Lichtes ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Interferenzfeldes durch Rechnung, beispielsweise durch einen Computer, erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Interferenzfeldes über Nonogramme erfolgt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Strahlenteiler (4) zur Ablenkung eines parallelen, kohärenten und monochromatischen Lichtstrahls (L^ in Richtung auf den auszumessenden Bereich des Objekts (5, 6, 8), durch eine im Verlauf des abgelenkten Lichtstrahls angeordnete Linse (30), durch die der parallele Lichtstrahl (L) in einen in Richtung auf den zu untersuchenden Bereich konvergierenden oder divergierenden Strahl (32) umgewandelt wird, und durch die das am Meßobjekt (5, 6, 8) entstehende Interferenzfeld durch den Strahlenteiler (4) hindurch auf eine Auswertebene (11) abgebildet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt (5, 6, 8) zwischen der Linse (30) und dem Konvergenzpunkt (31) des Lichtbündels liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzpunkt (31) des durch die Linse (30) erzeugten konvergenten Strahlenbündels zwischen der Linse (30) und dem Meßobjekt (5,6,8) liegt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch einen Strahlenteiler (4), durch den ein paralleler, kohärenter und monochromatischer Lichtstrahl (L) auf eine aus einer Vielzahl von Einzellinsen (37) bestehende Linsenmatrix (36) gerichtet wird, durch die der Darallele Lichtstrahl in eine der Anzahl der Einzellinsen entsprechende Anzahl von in Richtung auf das Meßobjekt (5, 6, 8) gerichtete Anzahl von konvergenten bzw. divergenten Strahlen umgewandelt wird und durch die die am Meßobjekt (5, 6, 8) entstehenden Interferenzfelder durch den Strahlenteiler (4) hindurch und durch eine Linse (10) auf eine Auswertebene (40) abgebildet werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßobjekt (5,6, 8) zwischen dem Linsenraster (36) und den Brennpunkten (31) der Einzellinsen (37) liegt

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennpunkte (31) der Einzellinsen (37) zwischen der Ebene des Linsenrasters (36) und dem Meßobjekt (5,6,8) liegen.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine in der Auswertebene (40) angeordnete, der Anzahl der Einzellinsen (37) entsprechende Anzahl von Fotodiodenrastern (41) zur Ermittlung der im Bereich der einzelnen Linsen (37) auftretenden Interferenzstreifen.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüciie 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich jeder durch eine Einzellinse (37) bewirkten Abbildung in der Auswertebene (40) jeweils nur ein Fotodetektor angeordnet ist und daß die von den Einzeiligen (37) abgebildeten Interferenzringmuster zwecks Feststellung der Anzahl ihrer Ringe durch einen Lichtablenker über die Fotodetektoren verschoben werden.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 11 zur Untersuchung kontinuierlich bewegter Prüflinge, gekennzeichnet durch eine in Transportrichtung in mehreren, senkrecht zu dieser Richtung verlaufenden Zeilen gegeneinander versetzt angeordnete Einzellinsen und Fotodetektoren.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur interferometrischen Messung von Dicken oder Abständen, die in dem für eine Einzelmessung zur Verfügung stehenden Zeitintervall zeitlich und in dem den Einzelmessungen zugeordneten Objektbereichen räumlich konstant sind.

Auf vielen Gebieten der Technik, insbesondere bei

der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen, werden hochempfindliche Meßgeräte zur laufenden

Überwachung der Sollwerte der zu verarbeitenden Rohstoffe oder Halbfertigfabrikate sowie der Maßhaltigkeit der gefertigten Teile nach und vielfach auch während der einzelnen Schritte der verwendeten Herstellungsverfahren benötigt. Von besonderer Wichtigkeit ist bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschalttingen die Prüfung der Ebenheit der verwendeten Halbleiterplättchen sowie die Überwachung der Abstände zwischen den mit Fotolackschichten überzogenen Halbleiterplättchen und den in den einzelnen Verfahrensschritten verwendeten Belichtungsmasken.

Wegen der bei der Herstellung von integrierten Schaltungen aus Gründen der Wirtschaftlichkeit fast ausschließlich angewendeten Massenproduktion schei-

(15 den komplizierte und zeitaufwendige Verfahren bis auf wenige Ausnahmen, in denen Stichproben als ausreichend betrachtet werden, aus. Das gleiche gilt für störanfällige Verfahren sowie für Verfahren, bei denen

eine Zerstörung oder Beschädigung der Prüflinge nicht mit der erforderlichen Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Wegen den bei moderner Massenfertigung fast durchwegs auftretenden sehr hohen Durchsatzgeschwindigkeiten müssen die Ebenheits- und Abstandsmessungen in extrem kurzen Zeiten durchgeführt werden können, was bei den bisher bekannten und wegen der erforderlichen Genauigkeit fast ausschließlich in Frage kommenden interferometrischen Verfahren nicht möglich war.

In der deutschen Patentschrift 14 47 253 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen interferometrischen Messung der Dicke oder des Brechungsindexes eines laufenden Films beschrieben, bei den der Gangunterschied zwischen zwei miteinander interferierenden Lichtbündeln periodisch verändert und mit gleicher Periode eine Schar von Zeitmarken erzeugt wird. Der Zeitabstand zwischen dem Auftreten eincT Zeitmarke und dem Auftreten eines weißen Interferenzstreifens ist eine Funktion der Schichtdicke und/oder des Brechungsindexes. Da bei diesem Verfahren die zu untersuchende Fläche punkt- und zeilenweise abgetastet und in jedem Punkt ein vorgegebener Phasenunterschied »durchfahren« werden muß, sind nach diesem Verfahren arbeitende Vorrichtungen abgesehen von ihrer Störanfälligkeit und der Komplexität ihres Aufbaus zur Lösung der oben angedeuteten Aufgaben nicht geeignet.

Das gleiche gilt für das in der Literaturstelle »Nondestructive Determination of Thickness and Refraktive Index of Transparent Films«, von W. A. Pliskin und E. E. Kon rad, IBM Journal, Januar 1964, Seiten 43 bis 51 beschriebene Verfahren, bei dem anstatt einer periodischen Phasenverschiebung eine periodische Veränderung des Winkels vorgenommen wird, unter dem der Meßstrahl auf den Prüfling fällt.

In der Literaturstelle »Measurement of the Thickness and Refraktive Index of very thin Films and the optical Properties of surfaces by Ellipsometry«, von Frank L. McCrakin et al., aus »Journal of Research of the National Bureau of Standards, A. Physics and Chemistry«, Vol. 67A, Nr. 4, JuIi, Aug. 1963, Seiten 363 bis 377 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei der eine periodische Drehung der Polarisationsebene eines linear polarisierten Lichtstrahls und eine periodische Auswertung der dabei auftretenden Werte durchgeführt wird. Abgesehen von der relativ geringen Arbeitsgeschwindigkeit der nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen erfordern diese auch einen unverhältnismäßig hohen technischen Aufwand und weisen, bedingt durch die zahlreichen verwendeten Teile und die zur Durchführung exakter Messungen erforderlichen genauen Justagen, eine hohe Störanfälligkeit auf.

In der US-PS 37 20 471 wird ein interferometrisches Verfahren beschrieben, mit dem Dicken- oder Abstandsänderungen und deren Vorzeichen, nicht aber die Dicken oder Abstände selbst gemessen werden können. Voraussetzung für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Dickenänderung innerhalb der Meßzeit oder im Flächenbereich einer Einzelmessung. Planparallele Objekte, beispielsweise planparallele Glasplatten oder Objekte, die im von einer Einzelmessung erfaßten, u. U. extrem kleinen Flächenbereich keine definierten Dickenänderungen aufweisen, können mit diesem Verfahren nicht vermessen werden.

Bei den bisher bekannten interferometrisehen Verfahren und Vorrichtungen war es entweder überhaupt nicht möglich, den Abstand zwischen zwei parallelen Flächen zu messen, oder es mußten in zeitlicher Aufeinanderfolge mehrere Messungen bei sich änderndem Auftreffwinkel des Meßstrahls gemacht und die

s Ergebnisse rechnerisch ausgewertet werden. Abgesehen von dem damit verbundenen zeitlichen Aufwand wurdtn die zur Durchführung dieses Verfahrens erforderlichen Apparaturen technisch sehr aufwendig und damit störanfällig, da mit interferometrischer

ίο Genauigkeit arbeitende Vorrichtungen zur genau meßbaren und definierten periodischen Änderung des Auftreffwinkels des Meßstrahls erforderlich waren. Bei dem in der zuletzt genannten USA.-Patentschrift beschriebenen Verfahren, das auf die Messung der Änderung und des Vorzeichens der Änderung von Dicken und Abständen beschränkt ist, können Angaben über die Dicken oder Abstände selbst nur dann gewonnen werden, wenn die Dicken oder die Abstände innerhalb eines Meßbereichs zumindestens in einem Punkt den Wert 0 aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem bei minimalem apparativem Aufwand und Platzbedarf sowie äußerster Robustheit der verwendeten Apparaturen die zur Bestimmung der Dicke einer im Bereich einer Einzelmessung planparallelen Schicht, des Abstandes zwischen zwei im Bereich einer Einzelmessung planparallelen Flächen sowie davon abgeleitet, der Ebenheit

ίο einer Fläche erforderlichen Werte mit großer Geschwindigkeit und Genauigkeit zur Verfügung gestellt werden können, wobei es möglich sein soll, Messungen in einer großen Zahl relativ dicht nebeneinanderliegender Punkte durchzuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 4 angegebenen Maßnahmen und Merkmalen gelöst.

Gegenüber den bekannten Verfahren und Vorrichtungen der genannten Gattungsart wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein alle erforderlichen Auitreffwinkel gleichzeitig enthaltender Meßstrahl verwendet, was zu einer außerordentlichen Vereinfachung der erforderlichen Vorrichtungen und Beschleunigung des Meßverfahrens führt. Darüber hinaus ist die Anzahl der bei einer Messung gleichzeitig zur Auswertung vorliegenden Interferenzstreifen oder Ringe praktisch eine lineare Funktion des Abstandes, zu dessen Ermittlung keine komplizierten rechnerischen Operationen durchgeführt werden müssen.

Durch die außerordentliche Vereinfachung der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Apparatur ist es möglich, gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine relativ große Fläche gleichzeitig durch mehrere Hunderte oder Tausende von sehr kleinen und dicht nebeneinander angeordneten Linsenelementen abzutasten und die für jeden Punkt ermittelten Interferenzstreifenmuster in Angaben über die in den Abtastpunkten liegenden Abstände, Schichtdicken oder Oberflächengüten umzuwandeln. Die hierfür benötigten Vorrichtungen nehmen sehr wenig Platz in Anspruch, sind einfach und billig und, insbesondere bedingt durch die Abwesenheit von bewegten und zu justierenden Elementen, außerordentlich robust und wenig stör-

(■- anfällig.

Bedingt durch den einfachen Aufbau der Vorrichtung und durch das Fehlen von bewegten oder zu justierenden Teilen eignet sich die vorliegende Erfir,-

dung insbesondere zur Verwendung bei der Massenherstellung von integrierten Halbleiterschaltungen zur Überwachung und Steuerung der einzelnen Verfahrensschritte sowie zur Qualitätskontrolle der zugeführten Halbfertigfabrikate und der Endprodukte.

Die Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die schematische Darstellung des Strahlenverlaufs einer zum Stande der Technik gehörenden Vorrichtung zur interferometrischen Abstandsmessung bei keilförmigen Meßobjekten,

F i g. 2 die schematische Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur interferrometrischen Abstandsmessung planparalleler Glasplatten,

F i g. 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung des erfindungsgernäSen Verfahrens,

Fig.4A und 4C Draufsichten von Ausschnitten des Linsen- und des Fotodiodenrasters gemäß F i g. 4,

F i g. 4B einen vergrößerten Ausschnitt der Seitenansicht des Strahlengangs einer Fresnellinse gemäß Fig. 4,

F i g. 5 einen Ausschnitt aus einem aus einer Vielzahl von Einzellinsen bestehenden Fesnellinsenraster gemäß Fig. 4,

Fig. 6 Interferenzringmuster für verschiedene Meßobjekt-Abstände gemäß F i g. 4.

Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Vorrichtung wird ein von einer Lichtquelle 1 erzeugter und mittels Linsen 2 und 3 aufgeweiteter paralleler und kohärenter Lichtstrahl L an einem beispielsweise als teildurchlässigen Spiegel ausgebildeten Strahlenteiler 4 nach unten in Richtung auf zwei einen keilförmigen Luftspalt 8 einschließende Glasplatten 5 und 6 abgelenkt. Die die Glasplatte 6 durchsetzende Strahlung wird in bekannter Weise an den den Luftspalt 8 einschließenden Flächen mehrfach reflektiert und bildet ein Interferenzmuster, das über eine Linse 10 auf einen Schirm Il als eine Schar von Interferenzstreifen 12 abgebildet wird. Da der erste Interferenzstreifen von links dem Abstand λ/2 zwischen den Glasplatten 5 und 6 entspricht, wird der Abstand zwischen diesen Platten im Punkte 9 in an sich bekannter Weise dadurch ermittelt, daß die Anzahl der Interferenzstreifen zwischen dem diesen Punkt entsprechenden Interferenzstreifen und dem ersten Interferenzstreifen gezählt wird. Da bei senkrecht auftreffenden Meßstrahl der Abstand zwischen den das Interferenzfeld einschließenden Flächen gleich A/2mal Anzahl der Interferenzstreifen ist, ist der Abstand zwischen den Platten 5 und 6 im Bereiche des Punktes 9 gleich λ/2 χ 5, wobei λ die Wellenlänge der verwendeten Strahlung und 5 die Anzahl der Interferenzstreifen zwischen dem Berührungspunkt der Platten 5,6 und dem Punkt 9 ist.

Soll der Abstand zwischen zwei einander sich in keinem Punkt berührenden planparallelen Flächen interferometrisch gemessen werden, so mußten bisher besondere Kunstgriffe durchgeführt werden. Bei der in F i g. 2 dargestellten bekannten Vorrichtung fällt ein von einer beispielsweise als Laser ausgebildeten Lichtquelle 1 erzeugter und durch Linsen 2, 3 aufgeweiteter monochromatischer, kollimierter und kohärenter Strahl L auf einen um eine Achse A schwingenden Spiegel M und wird nach unten in Richtung auf Linsen 13,14 und zwei einen zu messenden Abstand 8 einschließende Glasplatten 5 und 6 gerichtet. Bei der durch eine ausgezogene Linie dargestellten Lage des Spiegels M verläuft der nach unten abgelenkte Strahl L symmetrisch zur optischen Achse der Linsen 13 und 14 auf dem durch die ausgezogenen Linien dargestellten Weg. Bei leicht seitlich nach rechts versetztem Strahl wird das zwischen den Glasplatten 5 und 6 entstehende Interferenzfeld in bekannter Weise über die Linse 14 und eine Linse 15 auf einer vor einem Fotodetektor 18 angeordneten Lochblende 19 abgebildet, deren Öffnung etwa dem Durchmesser eines Interferenzstreifens entspricht. In der durch die punktierten Linier dargestellten Lage des Spiegels M verläuft die abgelenkte Strahlung L in Richtung des mit punktierten Linien dargestellten Lichtweges und fällt unter einen Winkel α auf die den zu messenden Luftspali einschließenden Glasplatten 5 und 6. Wie aus der F i g. 2 ersichtlich, interferiert ein Teil 17 der an den oberen unc unteren Grenzflächen des Luftspaltes 8 reflektierter Strahlung und erzeugt über die Linsen 14 und 15 irr Bereich der den Fotodetektor 18 bedeckenden Lochblende 19 ein Linienmuster, das, da sich die Platten 5 unc 6 in keinem Punkt berühren, für sich allein keine Information über die Dicke des Luftspaltes 8 enthält Wird der Spiegel Maus seiner mit ausgezogenen Linier dargestellten Lage in seine durch gestrichelte Linier dargestellte Lage oder umgekehrt gedreht, so treten bedingt durch die mit der Drehung des Spiegels A< verbundene Änderung der Weglänge des den Luftspali 8 durchsetzenden Strahls, im auf der Blende 1? abgebildete Interferenzmuster eine der Weglängen änderung entsprechende Anzahl von zeitlichen Hell Dunkel-Übergängen auf. Jede im Bereich der Öffnung der Lochblende 19 auftretende Helligkeitsänderung erzeugt am Ausgang 20 des Fotodetektors 18 einer elektrischen Impuls.

Wie leicht einzusehen, ist die Dicke des Luftspalte! gleich der Weglänge des Meßstrahls in diesem Spalt ma dem Cosinus des jeweiligen Einfallswinkels a. Es laß sich zeigen, daß die Anzahl der im Bereich der öffnunt der Blende 19 auftretenden Helligkeitsänderungen den Ausdruck

Id ■ η

- 1

sin" \

proportional ist, wobei d die Dicke des Luftspaltes 8. > die Wellenlänge, ot der größte Auftreffwinkel und π de Brechungsindex der Luft im Spalt 8 ist.

Zur Durchführung exakter interferometrischen Mes sungen werden an die Halterung der Linsen 13 und 14 insbesondere aber an die Lagerung und an dii Vorrichtung zur Bewegung des Spiegels 11 außer ordentlich hohe Anforderungen gestellt, da selbs kleinste unerwünschte Lageänderungen der einzelnei Elemente sowohl in radialer Richtung als auch bezüglicl der Winkellage eine Verfälschung der Meßergebnissi zur Folge haben. Darüber hinaus ist für die Vermessunj eines Spaltes oder einer Schicht eine relativ lange Zei erforderlich, da dazu die Abstände oder die Schicht dicken in einer großen Anzahl von eng benachbartei Punkten gemessen werden müssen, wobei für jedi Messung eine Bewegung des Spiegels M aus eine eingezeichneten Endlage in die andere, eine Zählung de dabei im Bereich der Öffnung der Blende 1! auftretenden Helligkeitsänderungen und eine Auswer tung der dabei in jedem Meßpunkt am Ausgang 20 de Fotodetektors 18 auftretenden elektrischen impulsi erforderlich ist Außerdem ist die Anordnung, insbeson dere durch das Vorhandensein eines drehbar gelagertei und um definierte Winkelbeträge mit größter Genauig

kcit zu drehenden Spiegels, gegen Erschütterungen und Verschmutzungen jeder ArI besonders empfindlich.

Diese Nachteile werden bei der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung vermieden. Ein von einer beispielsweise als Laser ausgebildeten Lichtquelle 1 erzeugter und durch Linsen 2 und 3 aufgeweiteter monochromatischer, kohärenter und kollimierter Strahl /. wird an einem fest angeordneten Strahlenteiler 4 in Richtung auf eine Linse 30 und auf zwei einen Luftspalt 8 einschließende Glasplatten 5 und 6 nach unten abgelenkt. Die Glasplatten 5 und 6 sind in bezug auf die Linse 30 so angeordnet, daß der Brennpunkt 31 dieser Linse etwa auf halbem Wege zwischen Linse und Platten liegt. Die auf die obere Fläche der Linse 30 fallende parallele Strahlung wird durch die Linse in eine in den Brennpunkt 3i dieser Linse konvergierende und aus diesem Brennpunkt divergierende Strahlung umgewandelt. Es ist offensichtlich, daß bei guter Qualität dieser Linse die von ihr erzeugte divergente, einen Konus 32 bildende Strahlung Strahlen mit allen Auftreffwinkeln enthält, die zwischen 0" und dem Auftreffwinkel der im Bereich des durch die divergente Strahlung gebildeten Kegelmantels verlaufenden Strahlen liegen. Das innerhalb des Luftspaltes 8 entstehende Interfercnzfeld wird mit Hilfe derselben Linse 30 und durch den Strahlenteiler 4 hindurch auf einen Schirm 11 abgebildet, auf dem eine von der Dicke des Luflspalles 8 abhängigen Anzahl von Interferenzstreifen sichtbar wird. Die Dicke des l.uftspaltcs 8 im jeweils ausgemessenen Bereich wird durch die Beziehung

definiert, wobei fi eine bei kleinen Abständen von d vernachlässigbare Korrckturgröße, / und j Ordnungen zweier ausgewählter Interferenzringe, λ,, λ,die aus den zugehörigen Ringradien r, und r, der entsprechenden Interferenzringe ermittelbaren Winkel und λ die jo Wellenlänge des verwendeten Lichtes ist. Bei diesem Verfahren können Abstandsmessungen mit einer Genauigkeit von besser als 1 μίτι durchgeführt werden.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel dei Erfindung wird ein durch eine beispielsweise als 4s Laser ausgebildete Lichtquelle 1 erzeugter und durch Linsen 2 und 3 aufgeweiteter monochromatischer, kohärenter und kollimierlcr Lichtstrahl L über einen Strahlenteiler 4 auf eine Glasplatte 36 gerichtet, die eine Vielzahl von linsenförmigen Elementen 37 aufweist, s« Diese linsenförmigen Elemente sind vorzugsweise als Fresnellinsen ausgebildet und auf fotolithographischem Wege durch Belichtung einer Fotolackschicht mit zwei in geeigneter Weise interferierenden Lichtstrahlen hergestellt. Im Abstand von einigen ΙΟΟμπι unterhalb der Platte 36 befinden sich zwei einen Luftspalt einschließende Glasplatten 5 und 6, deren Abstand in einer Vielzahl von dicht nebeneinanderliegenden Punkten gemessen werden soll. Die aus den Platten 5 und 6 bestehende Anordnung ist auf einem mit 35 (,0 bezeichneten Kreuzsupport angeordnet. Der Abstand der Platten 5 und 6 von der Platte 36 ist so bemessen, daß er etwa gleich den doppelten Brennweiten der Linsen 37 ist. Die auf die Oberseite der Platte 36 auffallende kollineare Strahlung wird durch die hs linsenförmigen Elemente 37 in eine entsprechende Anzahl von konvergierenden und anschließend konusförmig divergierenden Strahlen umgewandelt, deren Konvergenzpunktc 31 oberhalb der Platten :5, 6 liegen. Wie schon im Zusammenhang mit den vorhergehenden Figuren erläutert, bildet sich zwischen der unteren Fläche der Platte 6 und der oberen Fläche der Platte 5 im Bereich jeder Linse ein Interferenzfeld aus, das mit Hilfe dieser Linsen und einer weiteren Linse 10 auf der unteren Fläche einer aus Fotozellenrastern 41 bestehenden Anordnung 40 (Fig.4C) als eine Schar von Interferenzringen abgebildet wird. Die Anordnung ist so getroffen, daß jeder Linse 37 ein Fotozellenraster 41 entspricht, auf das das im Bereich dieser Linse entstehende Interferenzfeld als eine Schar konzentrischer Ringe abgebildet wird. Jedes Fotozellenraster 41 besteht aus einer Vielzahl von foloempfindlichen Elementen. Durch die Auswertung der an den Ausgängen der einzelnen Fotodioden eines Fotodiodenrasters 41 auftretenden elektrischen Signale, was beispielsweise durch unmittelbare Verbindung mit nachgeschalteten Auswerteinrichtungen oder durch eine an sich bekannte sequentielle Abtastung erfolgen kann, ist es möglich, die Anzahl der im Bereich jedes Fotodiodenrasters 41 abgebildeten Interferenzringe zu ermitteln. Da, wie oben beschrieben, die Anzahl der Interferenzringe eine Funktion des Abstandes zwischen zwei Referenzflächen ist, können mit der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung in wenigen Millisekunden alle Informationen über die Abstände der Platte 6 von der Platte 5 im Bereich jeder einzelnen Linse 37 ermittelt werden. Ein Ausschnitt aus einer im Zusammenhang mit der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung verwendbaren Fresnellinscnmatrix, mit Linsendurchmessern und gegenseitigen Abständen in der Größenordnung von 50 μΓη, wird in F i g. 5 dargestellt.

in Fig. 6 werden typische Interferenzringe, wie sie bei der in Fig.4 dargestellten Vorrichtung auf den Bereichen 41 abgebildet werden, wiedergegeben. Die den einzelnen Interferenzringmustern entsprechenden Entfernungen zwischen den Platten 5 und 6 sind jeweils unter den einzelnen Mustern angegeben.

Es ist aber auch möglich, die dem Prüfobjekt zugekehrte Fläche der die einzelnen Linsen 37 tragenden Platte 36 als Referenzebene auszubilden, so daß die Ebenheit einer in der Nähe befindlichen Fläche ermittelt werden kann.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren und den in den F i g. 3 und 4 dargestellten Vorrichtungen ist es möglich, Unebenheiten, Schichtdicken und Spaltdicken mit großer Genauigkeit zu messen. Mit der in Fig.4 dargestellten Vorrichtung können diese Werte in wenigen Millisekunden gleichzeitig für viele Hunderte oder Tausende von mit Abständen in der Größenordnung von 20 bis 50 μπι nebeneinanderliegenden Punkten mit größter Genauigkeit festgestellt werden. Da die Ergebnisse von Abstandmessungen zwischen der unteren Fläche der Platte 36 und einer darunterliegen den Fläche in einer großen Anzahl von dicht nebeneinanderliegenden Punkten, unter der Voraussetzung, daß die untere Fläche der Platte 36 extrem eben ist, die Ebenheit der darunterliegenden Fläche eindeutig charakterisieren, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren und das in F i g. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel insbesondere zur Überwachung der Ebenheit von Halbleiterplättchen bei der Herstellung von integrierten Schaltungen. Werden die Masken beispielsweise im Bereich der Ausrichtmarkierungen mit auf fotolithographischem Wege hergestellten Fresnellinsen versehen, so kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Bestimmung des Abstandes zwischen Maske

und Halbleiterplättchen bei Proximitybclichtungsmaschinen bzw. zur Halbleiterplättchennivellierung bei Projektionsbelichtungsmaschinen verwendet werden.

Es ist aber auch möglich, im Bereich jeder durch eine Linse 37 bewirkten Abbildung in der Auswertebene 40 jeweils nur einen Fotodeteklor anzuordnen und die von den einzelnen Linsen 37 abgebildeten Interferenzringmuster zwecks Feststellung der Anzahl ihrer Ringe durch einen Lichtablenker über die Fotodetektoren zu

verschieben.

Zur Untersuchung kontinuierlich bewegter Objekte kann es zweckmäßig sein, nur wenige senkrech: zur Transportrichtung verlaufende Reihen von Linsen und Fotodetektoren vorzusehen und die Linsen und Fotodetektoren benachbarter Reihen gegeneinander versetzt anzuordnen, so daß die Abtastung entlang einer Anzahl von Spuren erfolgt, die der Anzahl aller Fotodetektoren gleich ist.

llicivii (ι HIaU

Claims (1)

Patentansprüche-

1. Verfahren zur interferometrischen Messung von Dicken oder Abständen, die in dem für eine Einzelmessung zur Verfügung stehenden Zeitintervall zeitlich und in dem den Einzelmessungen zugeordneten Objektbereich räumlich konstant sind, dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Bereich des Objekts (5, 6, 8) in an sich bekannter Weise mit einem ausschließlich konvergenten oder ausschließlich divergenten Lichtstrahl beaufschlagt wird und daß das InterferenzFnienfeld, das am Meßobjekt (5, 6, 8) auf Grund der den einzelnen kontinuierlich ineinander übergehenden Strahlrichtungen zugeordneten unterschiedlichen Weglängen entsteht, an einer Auswertebene (11) erfaßt und entweder durch Vergleich mit gespeicherten Standardmustern oder gemäß der Formel