DE2853427A1 - Verfahren zum optischen pruefen der seitenabmessungen eines musters - Google Patents

Description

Dr.-lng. Reimar König · Dipl.-ing. Klaus Bengen Cecilienallee 76 4 Düsseldorf 3O Telefon «452003 Patentanwälte

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8. Dezember 1978 32 626 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10017 (V.St.A.)

"Verfahren zum optischen Prüfen der Seitenabmessungen

eines Musters"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum optischen Prüfen der Seitenabmessungen eines Musters eines auf ein Substrat aufgebrachten Materials, bei dem das Material sowohl auf das Substrat als auch auf eine Prüffläche aufgebracht wird.

In vielen Verfahrensabschnitten beim Herstellen von integrierten Schaltkreisen (IC) und der zugehörigen Masken ist jeweils ein bestimmtes Muster eines Materials auf ein Substrat aufzubringen. Bei einem typischen Fall dieser Art wird von einer Maskierschicht aus Fotolack ausgegangen, die durch eine Maske selektiv belichtet und anschließend so entwickelt wird, daß in ihr das der Maske entsprechende Muster entsteht. Letzteres wiederum bestimmt die endgültigen seitlichen Abmessungen der auf dem Substrat herzustellenden integrierten Schaltung.

In der Diffusionsrichtung, d.h. in der Z-Richtung, können die Elemente von integrierten Schaltungen mit Genauigkeiten unterhalb eines Mikrometers hergestellt werden. Bei den Seiten- oder seitlichen Abmessungen - nachfolgend auch "Guerabmessungen" genannt - d_oh_o in der X- bzw. Y-Richtung, können jedoch Abweichungen von mehreren Mikro-

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metern auftreten. Diese Abweichungen "beruhen auf Unterschieden der Belichtung bei der Maskenherstellung, des Aufbringens, des Belichtens und des Entwickeins des Fotolacks und des nachfolgenden Ätzens, insbesondere des Randätzens. Bei neueren integrierten Schaltkreisen sind für die Querabmessungen noch geringere Toleranzen zulässig als bisher. Die entsprechenden Maße müssen daher in verschiedenen Verfahrensstufen beim Herstellen und Bearbeiten der Masken und Substrate überwacht werden. Beispielsweise sind die Querabmessungen nach dem Entwickeln des Fotolacks zu überprüfen, um eventuelle Abweichungen der vorgesehenen Dimensionen feststellen und korrigieren zu können, bevor weiter bearbeitet bzw. ein aufwendiges Nachbearbeiten erforderlich wird.

Derzeit werden die Muster und Formen von integrierten Schaltkreisen mit Hilfe eines mit einem Fadenokular ausgestatteten Mikroskops in Handarbeit überprüft. Diese Verfahrensweise erfordert bei hohem Zeitaufwand besonders ausgebildetes Personal. Auch hängt die Qualität der Arbeit vom Ermüdungsgrad der Bedienungsperson ab. Ein automatisches Prüfsystem würde Ungenauigkeiten ausschalten und es ermöglichen, eine größere Zahl komplizierter Schaltkreismuster schnell und genau zu prüfen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Prüfen der Querabmessungen des Musters eines integrierten Schaltkreises zu schaffen, bei dem ein Mikroskop nicht erforderlich ist. Für das eingangs genannte Verfahren gehören zu der erfindungsgemäßen Lösung folgende Verfahrensschritte:

a) gleichzeitiges Bilden des Musters einer integrierten Schaltung auf dem Substrat und eines aus auf Abstand mit einer Gitterkonstanten d gesetzten, eine vorge-

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gebene Breite w besitzenden sowie aus dem Material bestehenden Streifen gebildeten Beugungsgitters auf der Prüffläche durch selektives Abtragen des Materials sowohl von dem Substrat als auch von der Prüffläche;

b) Bilden von gebeugten Strahlen verschiedener Ordnung durch Beugen eines monochromatischen Lichtstrahls an dem aus dem Beugungsgitter und der Prüffläche bestehenden Reliefmuster;

c) Messen der Intensität zweier gebeugter Strahlen als Intensitätssignale und deren Übertragen auf einen zum Bestimmen der Streifenbreite (w) vorgesehenen Rechner; und

d) Vergleichen der gemessenen Streifenbreite (w) mit einem voreingestellten Sollwert und Bestimmen der Toleranz der Querabmessung des Musters als Betrag eines durch Vergleich der gemessenen Streifenbreite mit einem voreingestellten Sollwert erhaltenen Differenzsignals.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß zugleich mit dem Herstellen des Musters des integrierten Schaltkreises und unter denselben kritischen Verfahrensbedingungen ein einer automatisierten optischen Prüfung zugängliches genormtes Referenzmuster auf einer Prüffläche erzeugt wird und durch Messen der Abweichungen des Referenzmusters von einem vorgegebenen Sollwert die möglicherweise auftretenden Toleranzen des Musters des integrierten Schaltkreises bestimmt werden. Mit Hilfe dieses auf der Prüffläche aufgebrachten Referenzmusters läßt

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sich auf indirektem ¥ege auf die Genauigkeit des gleichzeitig und unter gleichen Bedingungen hergestellten Musters der integrierten Schaltung schließen. Während das Muster der Schaltung in der Regel eine zum automatischen Prüfen viel zu unregelmäßige Formenvielfalt aufweist, läßt sich das Referenzmuster ohne weiteres in im Prinzip immer gleicher, automatisch lesbarer Form herstellen.

Einige Verbesserungen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Querschnitte eines Substrats vor und nach dem Herstellen des Beugungsgitters;

Fig. $ das Schema des Verlaufs eines auftreffenden und gebeugten Lichtstrahls bei einem Beugungsgitter gemäß Fig. 2; und

Fig. 4 eine Anordnung zum Ausführen des automatischen Prüfverfahrens.

In Fig. 1 ist das Ergebnis des ersten Verfahrensschritts dargestellt, bei dem eine Schicht 10 auf eine Prüffläche eines Substrats 14 aufgebracht wird.'Normalerweise ist das die Prüffläche 12 aufweisende Substrat 14 ein Teil eines großen Halbleiterscheibchens oder einer Maske mit darauf aufgebrachtem Muster eines integrierten Schaltkreises, dessen Querabmessungen - das sind die Dimensionen in der X- und Y-Richtung - optisch zu überprüfen sind. Das Muster

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des integrierten Schaltkreises bzw. der Maske ist dabei aus demselben Material wie dasjenige auf der Prüffläche 12 hergestellt. Es kann beispielsweise aus einer Schicht 10 aus geätztem Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, polykristallinem Silizium oder Metall bestehen. Im Ausführungsbeispiel ist das Material der Maskierschicht 10 ein Fotolack, während es sich bei dem Substrat 14 um einen Teil eines Siliziumscheibchens handelt. Für die Prüffläche 12 wird zweckmäßigerweise ein Abfallbereich der Siliziumscheibe ausgewählt, z.B. ein unbenutzter Flächenteil in der Mitte der Scheibe. Die Prüffläche 12 kann aber auch an der Seite jedes kopierten Schaltkreismusters eingepaßt sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch zum Überprüfen der Querabmessungen eines aus einer Emulsion oder Metalloxid bestehenden auf eine Glasmaske aufgebrachten Schaltkre ismusters.

Nach dem Herstellen der Maskierschicht 10 wird deren Material selektiv von dem Halbleiterscheibchen und gleichzeitig von der kleineren Prüffläche 12 so entfernt, daß sich auf dem Halbleiterscheibchen das Muster des integrierten Schaltkreises und auf der Prüffläche 12 ein Beugungsgitter 16 gemäß Fig. 2 ergeben. Das Beugungsgitter 16 enthält auf Abstand gesetzte Streifen 18 mit einer Streifenbreite w und einer Gitterkonstanten (Periode) d. Das Material der Streifen 18 ist dasselbe wie dasjenige der Teile des Schaltkreismusters auf dem Halbleiterscheibchen. In einem Ausführungsbeispiel nahm das Beugungsgitter 16-eine Fläche von etwa 0,5 x 0,5 mm ein, die Streifenbreite w betrug etwa 5 Mikrometer und der Betrag der Gitterkonstanten d war etwa 20 Mikrometer.

Im Ausführungsbeispiel, bei dem das zum Herstellen des

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Schaltkreismusters und des Beugungsgitters verwendete Material ein Fotolack ist, wird dieser beim selektiven Abtragen zunächst unter Anwendung einer geeignet gemusterten Maske belichtet und dann nach üblichen fotolithografischen Verfahren entwickelt. Da der Fotolack auf dem Halbleiterscheibchen und auf der Prüffläche 12 gleichzeitig (selektiv) abgetragen wird und da beide vorgenannten Bereiche beim Herstellen der jeweiligen Muster in derselben Weise behandelt werden, z.B. bezüglich Belichtungs- und Entwicklungszeit, kann das Beugungsgitter 16 als Testmuster zum optischen Prüfen der Querabmessungen des Schaltkreismusters verwendet werden. Das bedeutet also, daß die endgültige Breite w der Streifen 18 des Beugungsgitters 16 ein Maß für die Breite der Fotolackstreifen auf den benachbarten Schaltkreismustern desselben Halbleiterscheibchens darstellt und daß folglich das Testmuster dazu benutzt werden kann, die Verfahrensparameter, z.B. die Fotolackdicke, die Belichtungs- und Entwicklungszeit im Hinblick auf das Einstellen der Toleranz der Querabmessungen des Schaltkreismusters zu prüfen bzw. einzustellen. In anderen AusfUhrungsbeispielen können natürlich das zu überprüfende Muster und die Streifen 18 des Beugungsgitters 16 aus anderen Materialien als Fotolack bestehen. Es kommen hier z.B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, polykristallines Silizium oder Metall in Frage.

In Fig. 3 ist als Beispiel dargestellt, wie ein Strahl 20 monochromatischen Lichtes, z.B. ein Laserstrahl, auf das Beugungsgitter gerichtet werden kann. Das Beugungsgitter 16 und die darunterliegende Prüffläche 12 fungieren dabei als das den monochromatischen Lichtstrahl beugende Reliefmuster. Beim Beugen des Lichts entsteht ein Beugungsmuster mit einem Strahl 22 nullter Ordnung

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(ungebeugtes, reflektiertes Licht), einem gebeugten Strahl 24 erster Ordnung und einem gebeugten Strahl zweiter Ordnung. In einem Ausführungsbeispiel hatte der Lichtstrahl 20 einen Durchmesser von etwa 2 mm und traf gleichmäßig so auf das Beugungsgitter 16 auf, daß alle Teile des Gitters gleichmäßig dem einfallenden Lichtstrahl 20 ausgesetzt waren. Bevorzugt wird als Quelle monochromatischen Lichtes ein He-Ne-Gas-Laser. Dieser hat eine Wellenlänge von L = 0,6328 Mikrometern und wird zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wegen der relativ geringen Kosten, der Zuverlässigkeit und der einfachen Anwendbarkeit bevorzugt. Die entsprechende Wellenlänge kann leicht mit Hilfe einer Siliziumdiode oder eines Fototransistors erfaßt werden. Der üblicherweise benutzte Fotolack ist im Bereich der Wellenlänge des He-Ne-Gas-Lasers unempfindlich.

Das in Fig. 3 dargestellte Reliefmuster wird als Reflexions-Phasen-Gitter (Spiegelgitter) benatzt. Das Gitter 16 beugt den auffallenden Lichtstrahl 20 in Strahlen verschiedener Ordnung. Die Intensitäten der gebeugten Strahlen hängen ab von der resultierenden Interferenz der verschiedenen reflektierten und gebeugten Lichtstrahlen. Die Winkelrichtung der gebeugten Strahlen verschiedener Ordnung hängt nur von der Gitterkonstanten d und der Wellenlänge L ab. Für ein und dasselbe Beugungsgitter ist der Beugungswinkel 0 eine Funktion von L und d entsprechend folgender Gleichung:

sin 0_m = sin θ-j- + mL/d (1)

In (1) bedeuten O₁ den Winkel des einfallenden Lichtstrahls 20 gemäß Fig. 3, d die Gitterkonstante und m die BeugungsOrdnung. Im Ausführungsbeispiel werden die

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gebeugten Strahlen 24 und 26 erster und zweiter Ordnung ausgenutzt. In diesen Fällen ist m entweder = 1 oder 2. Die oben genannte Gleichung (1) lautet dann:

sin O. = sin θ_τ + L/d

¹ ■ ^X ■ ■ (2)

sin O₂ = sin θ-j- + 2L/d

In den Gleichungen (2) bedeuten O^ und 9„ die Beugungswinkel der gebeugten Strahlen 24 und 26 erster und zweiter Ordnung gemäß Fig. 3. Bei Verwendung eines gleichmäßig mit einem senkrecht zur Ebene des Beugungsgitters 16 auf dieses auftreffenden Laserstrahls mit einer ¥ellenlänge L = 0,6328 Mikrometer ergibt sich bei einem Beugungsgitter mit einer Gitterkonstanten von d = 20 Mikrometer ein Beugungswinkel erster Ordnung Θ. von etwa 1,8 und ein Beugungswinkel zweiter Ordnung θ~ von etwa 3,6°. Die Intensitäten I^ und Ip der vorgenannten gebeugten Strahlen 24 und 26 erster und zweiter Ordnung können mit Hilfe von in den durch die Beugungswinkel Θ,, und θ ρ bestimmten Richtungen angeordneten Fotodetektoren gemessen werden.

Ein Teil des auf das Beugungsgitter 16 auffallenden Lichtstrahls wird an der Oberfläche reflektiert, während andere (nicht gezeichnete) Teile des Strahls 20 in die aus Fotolack bestehenden Streifen 18 eintreten und nach einer oder mehreren inneren Reflexionen wieder austreten. Die gemessene Intensität der gebeugten Strahlen ist das Ergebnis der Interferenz dieser Teilstrahlen. Die Intensität der gebeugten Strahlen wird also mit der Breite w der Streifen 18 variieren, weil sich die Interferenz der gebeugten und reflektierten Strahlen ebenfalls mit der Streifenbreite w ändert.

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Nach dem Messen der Intensität der Strahlen 24 und 26 erster bzw. zweiter BeugungsOrdnung erhält man, vorzugsweise mit Hilfe eines elektronischen Analog-Divisors, ein Signalverhältnis I?/-*--] , das den Quotienten der Intensität des Strahls zweiter Ordnung dividiert durch die Intensität des Strahls erster Ordnung darstellt. Bei einem aus senkrecht aufeinanderstehenden, im Querschnitt rechteckigen Abschnitten aufgebauten rechteckigen Beugungsgitter 16 ist die Streifenbreite w eine Funktion des Signalverhältnisses IpZ¹I ^{un(i kann} daraus für den Fall des Ausführungsbeispiels durch die folgende Annäherungsformel, in der d die bekannte Gitterkonstante des Beugungsgitters 16 ist, bestimmt werden:

w = JL cos ¹ /I₂Zl₁ (3)

Das Ausführungsbeispiel betrifft die Verwendung eines Rechteck-Reliefmusters gemäß Zeichnung als Beugungsgitter 16. Ein solches Muster ist relativ leicht herzustellen und zu analysieren. Grundsätzlich können jedoch auch periodische Gitter mit anderem wiederkehrendem Muster benutzt werden; diese können jedoch schwieriger herzustellen sein und einen größeren mathematischen Aufwand erfordern.

Bei dem nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Streifenbreite w mit einem vorgegebenen ¥ert, insbesondere einem Sollwert, verglichen, um ein Differenzsignal zu erhalten, dessen Größe ein Maß für die Toleranz bzw. Abweichung der Querabmessungen des Schaltkreismusters von der gewünschten Norm darstellt. Im Ausführungsbeispiel wird dieser Vergleich mit Hilfe eines das Verhältnis w/d, d.h. das Verhältnis von Streifenbreite zur Gitterkonstante,

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mit relativ hoher Geschwindigkeit aus dem Signalverhältnis Ip/l-i bestimmenden Rechner ausgeführt. Das gemessene bzw. berechnete Verhältnis w/d wird dann mit dem entsprechenden Sollwert d.h. dem erwünschten Verhältnis w/d verglichen. In der Praxis können in den Rechner Torschaltungen für obere und untere Grenzen von w/d einprogrammiert werden. Der Rechner kann dann so ausgebildet sein, daß er die überprüften Halbleiterscheibchen automatisch in vorbestimmte Kategorien einsortiert. Eine entsprechende halbautomatische Scheibchen-Prüfmaschine, Modell 671, ist für die Anmelderin von Kulicke und Soffa, Port Washington, Pennsylvania zu der Laser-Prüfeinrichtung geschaffen worden. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann mit Hilfe dieser Maschine alle 7 Sekunden ein Halbleiterscheibchen überprüft werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet ein schnelles und objektives Messen der Streifenbreite w (bei bekannter Gitterkonstanten d), ohne daß ein Mikroskop gebraucht wird. Dabei wird die Breite w der Fotolackstreifen als Mittelwert über den Bereich des gesamten Beugungsgitters bestimmt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht empfindlich gegenüber ortlichen Fehlern des Prüfmusters, weil die gemessenen Intensitäten von dem gesamten durch den Laserstrahl beleuchteten Muster des Beugungsgitters herrühren.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl zum Überprüfen von Masken als auch zum Überprüfen von Halbleiterscheiben während verschiedener Stadien vorteilhaft Anwendung finden. In besonderem Maße eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen von Masken, weil

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das Prüfgittermuster in diesem Falle im Querschnitt ideale Rechteckwellenform aufweist. Durch eine größere Zahl von Versuchen wurde gezeigt, daß die Lasertechnik bei solchen Gittern zu genaueren und zuverlässigeren Ergebnissen führt als das Messen der Streifehbreite des Gitters mit Hilfe eines Mikroskops; die Genauigkeit beim erfindungsgemäßen Verfahren ist nämlich besser als + 0,5 Mikrometer.

Obwohl sich das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel auf ein aus Fotolack bestehendes Muster bezieht, ist das Verfahren ebenso gut auf das optische Prüfen von Mustern aus anderen Materialien anzuwenden, z.B. Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, polykristallines Silizium und verschiedene Metalleiter.

Es hat sich ergeben, daß der ¥ert für d = 20 Mikrometer einen guten Kompromiß bzw. einen guten Arbeitswert als Gitterkonstante der Prüfmuster darstellt. Aus dem Differential der obigen Gleichung (j5) läßt sich die größte Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung bestimmen; die größte Änderung von ~L~/~L, für eine vorgegebene Änderung von w/d tritt bei dem Betrag w/d =0,25 auf (Ip/l^= 0,5). Gleichzeitig ist es wünschenswert, die Streifenbreite w des Gitters 16 etwa gleich der Breite des kleinsten Strukturelementes des herzustellenden Schaltkreismusters zu machen. Bei dem augenblicklichen Stand der Technik kann man hierbei von einem typischen Wert von 5 Mikrometern ausgehen. Das bedeutet, daß ein vorteilhaftes Beugungsgitter zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Streifenbreite w = 5 Mikrometer und eine Gitterkonstante von d = 20 Mikrometern besitzt.

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Ein solches Gitter führt bei einer Gitterfläche von nur 0,5 x 0,5 nun zu sehr guten Beugungsbildern. Bei einer Meßgenauigkeit von + 10% beträgt dann der absolute Meßfehler +0,5 Mikrometer. Ein solcher Meßfehler ist bei derzeitigen Schaltkreisen zulässig.

Die Korrelation zwischen den erfindungsgemäß gemessenen w/d-Werten und den entsprechenden mikroskopisch ermittelten Werten liegt bei Beispielen mit positivem Fotolack innerhalb etwa 10%. Für bestimmte Schichtdicken und Brechungszahlen des Gitters 16 kann die Gittercharakteristik, z.B. bei Prüfmustern mit negativem Fotolack, leicht nichtrechtwinklig werden. Die obige Beziehung zwischen der Streifenbreite w und dem Intensitätsverhältnis J.^^-λ kann dann verlorengehen. In diesen Fällen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Strahlen unter dem Polarisationsbzw. Brewster-Winkel auf das Gitter auftreffen zu lassen. Ein monochromatischer Lichtstrahl wird dabei so auf das rechtwinklige Reliefmuster gerichtet, so daß er auf dieses gleichmäßig unter einem dsm Brewster-Winkel gleichen Einfallswinkel θ .j auf trifft. Der Brewster-Winkel ist durch die Beziehung tan Qj = η definiert; η ist hierbei der Brechungsindex des jeweiligen das Muster darstellenden Materials. Die Einfallsebene muß in diesem Fall parallel zu den Gitterstreifen 18 liegen, während die Polarisation (elektrischer Sektor) des einfallenden Lichtstrahls in der Einfallsebene liegen muß. Unter diesen Bedingungen folgen die Kennwerte des Prüfgittermusters der rechtwinkligen Annäherungsformel besser. Das gilt deshalb, weil unter den genannten Bedingungen die Reflexion an der Luft/Fotolack-Grenzfläche unterdrückt und damit die vielfache Strahlinteirferenz innerhalb des Fotolacks eliminiert ist. Im Ergebnis erhält man ein reines Phasengitter, dessen nicht-rechtwinkliger Beitrag vernachlässigbar ist.

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Fig. 4 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der monochromatische Lichtstrahl 20 wird mit Hilfe einer entsprechenden Lichtquelle, z.B. einemHe-Ne-Laser 28 erzeugt. Das von dem Laser 28 ausgehende Licht trifft auf einen Strahlteiler 30 und wird dort zum Teil zu einer als Referenz-Detektor wirkenden Silizium-Solarzelle 31 reflektiert. Vorzugsweise wird auch ein Zerhacker 32 verwendet, der den Lichtstrahl 20 im Ausführungsbeispiel mit einer Frequenz von etwa 26 Hertz zerhackt. Bei Verwendung eines Zerhackers 32 kann das Rauschen vermindert werden, wenn ein nachgeschalteter Lock-in-Verstärker so abgestimmt wird, daß er nur durch den zerhackten Lichtstrahl 20 erzeugte Wechselsignale aufnimmt.

Mit Hilfe einer Folge von Spiegeln 34, 36 und 38 wird der Laserstrahl 20 dann auf das auf der Prüffläche 20 angeordnete Beugungsgitter 16 ausgerichtet. Die Spiegel 36 und 38 können durch Fernsteuerung verstellt werden, um das Ausrichten des Lichtstrahls 20 auf das Substrat 14 zu erleichtern. Im Verlauf des Strahlenganges werden dann die gebeugten Strahlen 24 und 26 an einem weiteren Spiegel 40 so reflektiert, daß die Intensität der gebeugten Strahlen 24 und 26 mit Hilfe der in die richtige Winkelposition des Strahlengangs gesetzten Fotodetektore 42 zu messen ist. Ein die Lage des gebeugten Strahls 22 nullter Ordnung erfassender, dritter Detektor 44 kann als Quadrant- bzw. Einstelldetektor benutzt werden. Beispielsweise kann der Detektor 44 mit Hilfe eines Servo-Systems die Neigung des Spiegels 40 so steuern, daß der Laserstrahl 22 nullter Ordnung immer auf das Zentrum des Detektors 44 gerichtet ist. Im Ausführungsbeispiel können die Fotodetektoren 42 und 44 in Sperr-Richtung mit 10 Volt vorgespannte Silizium-PIN-Dioden enthalten. Diese erzeugen

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in Verbindung mit (nicht gezeichneten) Lock-in-Verstärkern ein Signal mit vermindertem Rauschen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 werden die gemessenen Intensitäts-Werte I^ und I„ auf einen elektronischen Analogdividierer 46 gegeben, der das Signal verhältnis 1.Jl.^ errechnet. Dieses Signalverhältnis wird dann einer Auswerteeinrichtung bzw. einem Rechner 48 zugeleitet, um die tatsächliche (mittlere) Streifenbreite w zu bestimmen und diesen Wert mit dem vorbestimmten Wert der Streifenbreite zu vergleichen und daraus das fragliche Differenzsignal zu vermitteln. Vorzugsweise wird das Verhältnis I_o/I^ zum Zwecke der Kontrolle auf einen entsprechend der oben genannten Gleichung (3) in w/d-Einheiten geeichten Analogvergleicher überspielt. Eine weitere Kontrollmöglichkeit ergibt sich, wenn das gebeugte Strahlenbündel teilweise an einer Glasplatte 50 in Richtung auf einen halbdurchlässigen bzw. durchlässigen Schirm 52 reflektiert wird. Diese Widergabe des Beugungsmusters kann auch dazu benutzt werden, den ursprünglichen Strahl durch Fixieren des Spiegels auszurichten oder die Gitterkonstante d beispielsweise in einem Fall zu bestimmen, in dem der entsprechende Wert infolge von mehreren auf dem Substrat 14 vorhandenen Prüfmustern mehrdeutig ist.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum objektiven und quantitativen optischen Prüfen der Querabmessungen des aus einem auf ein Substrat aufgebrachten Materials bestehenden Musters eines integrierten Schaltkreises geschaffen worden. Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert kein Mikroskopieren und kein eventuell zur Beschädigung oder Beschmutzung führendes Berühren des Substrats. Mit Hilfe geeigneter elektronischer Schaltungen kann der Wert w/d unmittelbar abgelesen werden, und es kann eine

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gut/schlecht-Entscheidung für einen Auswahlvorgang getroffen werden. Die Fläche des Prüfmusters braucht dabei nur ein Quadrat von 0,5 mm Seitenlänge einzunehmen. Die Wellenlänge des verwendeten Laser-Lichtes soll so ausgewählt werden, daß kein ungünstiges Zusammenwirken mit dem Fotolackverfahren zu befürchten ist. Bei Verwendung eines mit vorhandenen Systemen zum Aufbringen und Ausrichten des Fotolacks bzw. der zugehörigen Maske zu vereinbarenden Aufspann- bzw. Ladesystem ermöglicht das erfindungsgemäße "Verfahren bei gleichzeitiger Verwendung eines Mikroprozessors ein schnelles und objektives Prüfen der Querabmessungen des Musters integrierter Schaltungen unter Einsparung erheblichen bisherigen Aufwandes an zum Prüfen solcher Muster benötigten Arbeitsstunden.

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Claims (1)

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   RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

   Patentansprüche:

   (1.)Verfahren zum optischen Prüfen der Seitenabmessungen eines Musters eines auf ein Substrat aufgebrachten Materials, bei dem das Material sowohl auf das Substrat als auch auf eine Prüffläche aufgebracht wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

   a) gleichzeitiges Bilden des Musters einer integrierten Schaltung auf dem Substrat (14) und eines aus auf Abstand mit einer Gitterkonstanten (d) gesetzten, eine vorgegebene Breite (w) besitzenden sowie aus dem Material bestehenden Streifen (18) gebildeten Beugungsgitters (16) auf der Prüffläche (12) durch selektives Abtragen des Materials sowohl von dem Substrat (14) als auch von der Prüffläche (12);

   b) Bilden von gebeugten Strahlen (22, 24, 26) verschiedener Ordnung durch Beugen eines monochromatischen Lichtstrahls (20) an dem aus dem Beugungsgitter (16) und der Prüffläche (12) bestehenden Reliefmusterj

   c) Messen der Intensität zweier gebeugter Strahlen (24, 26) als Intensitätssignale (I₁, Ip) und deren Übertragen auf einen zum Bestimmen der Streifenbreite (w) vorgesehenen Rechner (48)j und

   d) Vergleichen der gemessenen Streifenbreite (w) mit einem voreingestellten Sollwert und Bestimmen der

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   Toleranz der Querabmessung des Musters als Betrag eines durch Vergleich der gemessenen Streifenbreite (w) mit einem voreingestellten Sollwert erhaltenen Differenzsignals.

   Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zum Bestimmen der Streifenbreite (w) benötigten Intensitätswerte (I^, I„) von einem Beugungsstrahl (24) erster Ordnung und einem Beugungsstrahl (26) zweiter Ordnung abgeleitet werden, daß ein Beugungsgitter (16) mit rechtwinkligem Reliefmuster verwendet wird und daß in dem Rechner (48) zum Bestimmen der Streifenbreite (w) die Annäherungsformel

   benutzt wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Strahl (20) monochromatischen Lichts gleichmäßig unter einem in bezug auf die Ebene des rechteckigen Relief musters (16) spitzen Einfallswinkel (θ-j.) auf das Reliefmuster (16) ausgerichtet wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet , daß als Einfallwinkel (Q₁) der durch die Beziehung tan θ-j- = η definierte Brewster-Winkel benutzt wird, wobei η die Brechungszahl des das Muster bildenden Materials ist.

   5ο Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet . daß zum Messen der Intensität der gebeugten Strahlen

   (24, 26) in den Weg des BeugungsStrahls erster Ordnung (24) bzw. in denjenigen des Beugungsstrahls zweiter Ordnung (26) gesetzte Fotodetektoren (42) benutzt werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Fotodetektoren (42) Silizium-PIN-Dioden verwendet werden.

   7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Strahl (20) monochromatischen Lichts ein Laserstrahl benutzt wird.

   8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 Ms 7, dadurch gekennzeichnet , daß als Substrat (14) ein Siliziumscheibchen mit einem Streifenmuster mit einer Streifenbreite von etwa 5 Mikrometern und einer Gitterkonstanten (d) von etwa 20 Mikrometern verwendet wird.

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