DE2619873C3

DE2619873C3 - Verfahren zum Überprüfen eines eine Vielzahl nominell identischer Muster tragenden Werkstücks sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens

Info

Publication number: DE2619873C3
Application number: DE2619873A
Authority: DE
Inventors: Donald Lawrence Bernardsville N.J. White
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1975-05-05
Filing date: 1976-05-05
Publication date: 1982-01-21
Also published as: US3963354A; JPS51137379A; JPS5324783B2; NL173111B; FR2310596A1; CA1045252A; DE2619873A1; NL173111C; NL7604735A; GB1532901A; DE2619873B2; FR2310596B1

Description

a) nacheinander erfolgendes Abbilden derselben Teilbereiche (1-1-1 bis 10-492-500) benachbarter Muster (1 bis 10) auf ein Bildspeichermedium (40)

a.l) mit Hilfe eines Abbildungssystems (36) mit

einer Blitzlichtquelle (16) und
a.2) einer Rasterblende (38)
dergestalt, daß jeweils nur im gleichen Abstand befindliche Teilbereiche (1-1-1, 2-1-1-, 3-1-1...) nacheinander beleuchteter Muster Seite bei Seite nebeneinanderliegend auf das Bildspeichermedium (40) abgebildet und dort gespeichert werden,

b) und Vergleichen der gespeicherten Bildinhalte im Komparator (20) mit gegebenenfalls gewichteten Mittelwerten hiervon auf Übereinstimmung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchführen des Vergleichs das Bildspeichermedium in sequentiellen Signalgruppen ausgelesen wird, von denen jede Signale enthält, die für entsprechende Teilbereiche repräsentativ sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^J5 zeichnet, daß Licht mit mehreren unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig auf die Teilbereiche gerichtet und nach Reflexion an den solcherart beleuchteten Mustern zun Bildspeichermedium übertragen wird, um dort Abbildungen der beleuchteten Muster zu erzeugen.

4. Bildinspektionsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit

— einem Abbildungssystem (36) und

— einem Bildspeichermedium (40),

dadurch gekennzeichnet, daß

— das Abbildungssystem (36) eine Rasterblende (38, 66) umfaßt, um lediglich Teilbereiche desselben gegenseitigen Abslandes auf das Bildspeichermedium (40) zu übertragen, und

— eine Vorrichtung (46) zum Verschieben des Bildspeichermediums (40) zwischen benachbarten, aufeinanderfolgend bestrahlten Musterbereichen vorgesehen ist derart, daß entsprechende Teile aufeinanderfolgender Muster auf dem Bildspeichermedium Seite an Seite abgebildet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn- t>o zeichnet, daß die Rasterblende durch eine lichtundurchlässige Platte (38) mit im Abstand voneinander gelegenen Spalten gebildet ist, durch welche die Teilbereiche der Musterabbildung je auf das Bildspeichermedium übertragen werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Filtereinrichtung (70, 71, 72) zwischen Abbildungssystem und Werkstück zum

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55 gleichzeitigen Richten von Licht in mehreren unterschiedlichen Wellenlängen jeweils auf einen der Teilbereiche, so daß Licht von der Werkstückoberfläche nur in den mehreren unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig zur Rasterblende gelangt 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterblende (8) durch ein Feld von Miniaturlinsen (76) gebildet ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art

Fehler in Masken, die bei lithographischen Verfahren zur Herstellung mikrominiaturisierter Komponenten, wie integrierter Schaltungen auf Si-Chips, verwendet werden, können die bei der Herstellung solcher Bauteile erzielte Ausbeute ernsthaft beeinflussen. Mit abnehmender Größe und zunehmender Kompliziertheit dieser Bauteile wird die Überprüfung der Masken und der Bauteile selber zur Sicherstellung einer angemessenen Qualität zunehmend schwieriger. Die visuelle Prüfung einer Maske oder einer Scheibe mit sich vielfach wiederholenden mikrominiaturisierten Mustern durch eine Person ist ein zeitraubender, stupider und oft unangemessener Vorgang. Deshalb sind beträchtliche Anstrengungen zur Entwicklung automatischer Prüfungsanlagen gemacht worden. Bei einer bekannten Prüfanlage werden jeweils zwei Muster auf benachbarten Chips durch optisches Abtasten Punkt für Punkt automatisch miteinander verglichen und die beiden resultierenden Ausgangssignale jeweils voneinander subtrahiert, um so eine Anzeige über jegliche Unterschiede zwischen den beiden verglichenen Teilen zu erhalten. Diese Zwei-Muster-Vergleichsmethode ist beschrieben auf den Seiten 49 bis 52 des »Proceedings of the Microelectronics Seminar« (Interface 73), 29. und 30. Oktober 1973, Atlanta, Georgia, veranstaltet von der Eastman Kodak Company. Ein weiteres Beispiel einer Zwei-Muster-Vergleichsmethode findet sich in der DE-OS 22 56 617 ( = US-PS 38 87 762).

In vielen Fällen können auf der Oberfläche einer Maske oder einer Komponentenscheibe von Muster zu Muster allmähliche geometrische Änderungen auftreten. Solche Änderungen entstehen beispielsweise aus sich kumulierenden Fehlausrichtungen oder von allmählichen Dickenänderungen von Muster zu Muster. Solche allmählichen Änderungen können sich so stark akkumulieren, daß die Muster beispielsweise an den beiden Enden einer Musterzeile in einem nicht mehr akzeptablen Ausmaß voneinander abweichen. Andererseits können von Muster zu Muster längs einer Musterzeile akzeptable graduelle Änderungen auftreten. Ein Überprüfungsschema, das solche kleinere graduelle Änderungen als Fehler identifizieren, würde dennoch falsche Fehleranzeigen erzeugen.

Bei einer Überprüfung durch einen einfachen Vergleich zweier Chips kann es einerseits passieren, daß schwerwiegende kumulative Änderungen nicht festgestellt werden, wenn diese auf den beiden Chips denselben Gang haben. Andererseits kann es auch sein, daß akzeptable graduelle Änderungen nicht als solche identifiziert und fälschlicherweise als Fehler eingestuft werden.

Sonach ist es Aufgabe der Erfindung, eine automatisierte Überprüfungsmethode bereitzustellen, die eine mikroskopische Prüfung einer Vielzahl sich wiederho-

lender Muster vorsieht, und diese auch zwischen akzeptablen und nicht mehr akzeptablen graduellen Änderungen von Muster zu Muster zu differenzieren vermag, so daß Änderungen, die entlang der Fläche einer Maske oder Scheibe auftreten, richtig eingestuft werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist für das Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art im kennzeichnenden Teil de? Anspruchs 1 angegeben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 4 angegeben.

Nach der Erfindung werden also im wesentlichen entsprechende Teilbereiche aller Muster, die längs einer Zeile einer sich wiederholende Muster aufweisenden Maske oder Scheibe liegen, nacheinander in bestimmter Weise verschachtelt auf einem Speichermedium abgebildet. Nach Vervollständigung eines Überprüfungszyklus sind Gruppen entsprechender Teilbereiche von allen diesen Mustern im Speichermediui.i jeweils Seite an Seite angeordnet. Auf diese Weise können entsprechende Teilbereiche vieler Muster gleichzeitig überprüft werden, um einen umfassenden Vergleich von Mustern entlang der gesamten Ausdehnung der Maske oder Scheibe zu erhalten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Darstellung einer Vielfachmustermaske oder -scheibe, die auf einem beweglichen .v-y-Tisch 3» angeordnet ist,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Maskenüberprüfungsanlage zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 3 einen Teil eines überprüfenden Masken- oder Scheibenmusters, )5

Fig.4 eine vergrößerte Darstellung einer Rasterblende, die in der Anlage nach Fig. 2 enthalten ist,

Fig.5 eine schematische Darstellung der Fläche eines in der Anlage nach Fig. 2 enthaltenen Bildspeichermediums während aufeinanderfolgender Überprüfungszyklen,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer in der Anlage gegebenenfalls enthaltenen Filterplatte,

F i g. 7 eine vergrößerte Darstellung von Miniaturlinsen-Anordnungen, die zur Einfügung in die Anlage nach Fig. 2 geeignet sind, und

F i g. 8 verschiedene Ausgangssignalformen der Überprüfungsanlagen nach Fig. 2.

Eine sich wiederholende Musterstruktur der Art, wie sie durch die vorliegende Anlage überprüft werden soll, ist in F i g. 1 gezeigt. Die Struktur soll entweder eine Maske oder eine Halbleiterscheibe darstellen, die auf einem herkömmlichen, motorgetriebenen Tisch 11 angeordnet ist, der mit hoher Genauigkeit sowohl in xals auch in y-Richtung mechanisch verschiebbar ist. ·>^Γ>

Es sei beispielsweise angenommen, daß die auf dem Tisch 11 in Fig. 1 angeordnete Struktur 13 eine bekannte Maske der Art ist, wie sie bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet wird. Eine solche Maske umfaßt ein Glassubstrat 12, das eine Schicht 14 en aus optisch undurchlässigem Material, z. B. eine auf dem Substrat niedergeschlagene Chromschicht, aufweist. Durch selektives Ätzen, Schleifen oder anderweitiges Entfernen spezieller Teile der Chromschicht 14 können Vielfach-Mikrominiaturmuster mit transparenten und b^r> undurchlässigen Bereichen in der dargestellten Struktur gebildet werden. Diese durchlässigen und undurchlässigen Bereiche sind in F i g. 1 nicht gezeigt, ihre Natur und Anordnung ist jedoch bekannt

Die in der Maskenstruktur de·- F i g. 1 liegende Vielzahl sich wiederholender Muster aus transparenten und undurchlässigen Bereichen sollen ideal exakte oder nahezu exakte Replikate sein, also nominiell einander gleichen. Es sei angenommen, daß sich jedes Muster innerhalb eines Quadrates des in F i g. 1 gezeigten, nach Zeilen und Spalten angeordneten Feldes befindet. Die das Feld bildenden Linien existieren in der Maskenstruktur nicht wirklich, sondern sind in F i g. 1 nur deshalb enthalten, damit man sich die Plazierung der einzelnen Muster innerhalb des Ganzen leichter vorstellen kann. Beispielsweise ist jedes Muster in der Struktur der F i g. 1 etwa 5 mm mal 5 mm groß. Und wie F i g. 1 zeigt, sind je zehn solcher Muster längs der Zeilen und längs der Spalten des dargestellten Feldes vorhanden.

Wie nachstehend besrhrieben ist, wird die Überprüfung einer Maskenstruktur, die viele Muster mit je durchlässigen und undurchlässigen Bereichen umfaßt, im Durchlicht ausgeführt. Der durch die transparenten Bereiche der Struktur durchgelassene Teil des Lichtes wird anschließend verarbeitet und abgetastet, um eine Anzeige für die Qualität der Maske zu erzeugen.

Die Maskenüberprüfungsanlage nach F i g. 2 enthält den die Maskenstruktur 13 tragenden x-y-Tisch 11 der Fig. 1. Licht, das durch die transparenten Bereiche der Maske 13 geschickt werden soll, wird von einer Blitzlampe 16 erzeugt, deren Strahlung durch eine Linse 18 auf einen Maskenbereich fokussiert wird, der einem Quadrat des in F i g. 1 gezeigten Feldes entspricht.

Damit Licht der Lampe 16 in Fig. 2 auf die untere Oberfläche der Maske 13 fallen kann, ist der Tisch 11 aus einem lichtdurchlässigen Material, wie Glas, hergestellt. Alternativ kann die Maske 13 direkt oberhalb einer (nicht gezeigten) Öffnung am Tisch 11 angebracht sein.

Während eines Maskenüberprüfungszyklus werden Steuersignale von einem zentralen Prozessor 20 einem mechanischen .v-y-Antrieb 22 zugeführt, um den Tisch 11 in eine Position zu bringen, in der eine Abtastung in x-Richtung beginnen kann. Es wird beispielsweise angenommen, daß die Zeile aus zehn Mustern überprüft werden soll, die in F i g. 1 mit 1 bis 10 bezeichnet sind. In diesem Fall wird der Tisch 11 in Fig. 2 durch den Antrieb 22 ganz nach rechts in die Anfangsposition verschoben, in welcher sich das Muster 1 der Maskenstruktur 13 direkt oberhalb der Linse 18 befindet. Dem Prozessor 20 wird von einer herkömmlichen Kodeplatte oder einem (nicht gezeigten) Interferometer, die bzw. das dem Tisch 11 zugeordnet ist, signalisiert, daß sich der Tisch in derjenigen Position befindet, in welcher ein Abtastzyklus beginnen kann. Als Reaktion darauf wird vom Prozessor 20 ein Startsignal auf eine Aktivierungsschaltung 34 gegeben, um die Blitzlampe 16 kurzzeitig mit Energie zu versorgen. Als Folge davon wird das Muster 1 beleuchtet, und eine durch eine Linse 36 erzeugte Abbildung dieses Musters wird auf eine Rasterblende 38 projiziert, die vorliegend eine Vielzahl im Abstand voneinander liegender Spalten in einer undurchsichtigen Platte aufweist. Auf diese Weise werden entsprechende, im Abstand voneinander liegende Spalten des Musters 1 ausgeblendet und auf die Oberfläche eines herkömmlichen Bildspeichermediums 40 abgebildet. Das Medium 40 umfaßt beispielsweise ein quadratisch ausgebildetes Vidikon, das 500 Elemente sowohl in der x- als auch der y-Richtung auflösen kann.

Als Beispiel sei angeführt, daß das Medium 40 eine lineare ladungsgekoppelte Bildempfangsvorrichtung ist.

Diese Vorrichtung umfaßt ein Siliciumchip, längs dessen Länge und Breite viele lichtempfindliche Elemente vorhanden sind. Die Lichtabsorption in einem einzelnen lichtempfindlichen Element bewirkt, daß sich hier eine Elektronenladung ansammelt. Die angesammelte Ladung, das »Ladungspaket«, ist proportional zur Intensität hier auftreffenden Lichtes. Auf der Oberfläche des Siliciumchips befinden sich Elektroden, welche die periodische Übertragung dieser Ladungspakete der Reihe nach zu einer Ausgangselektrode ermöglichen. Der von der Ankunft der Ladungspakete an der Ausgangselektrode resultierende Strom liefert deshalb ein analoges Maß für das auf einen Elementarbereich der Vorrichtung auftreffende Licht. (Für weitere Einzelheiten hinsichtlich Aufbau und Arbeitsweise ladup.gsgekoppelter Abbüdur.gsvorrichtungen siehe »Charge-Coupling Technology Leads to Compact Video Cameras«, Bell Laboratories Record, Oktober 1973, Seiten 266-271).

F i g. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Musters 1 der Fig. 1. (Um ein übermäßiges Überladen der Zeichnung zu vermeiden, ist in Fig.3 ein aus transparenten und undurchlässigen Bereichen zusammengesetztes herkömmliches Maskenmuster wiederum nicht wirklich dargestellt). Die einzelnen strichpunktierten Kästchen in F i g. 3 repräsentieren in etwa die maßgebenden Bestandteilsbereiche des Musters, die aufgrund der zuvor erwähnten Beleuchtung des Musters 1 auf die Oberfläche des Speichermediums 40 (F i g. 5) abgebildet werden.

Um ein spezielles Beispiel dor Arbeitsweise der Maskenüberprüfungsanlage nach F i g. 2 zu geben, ist es hilfreich, weitere Abmessungen des in F i g. 3 dargestellten Maskenmusters festzusetzen. Es sei angenommen, daß das Muster 1 eines von vielen »identischen« Mustern ist, die je in einem Bereich von 5 mm mal 5 mm enthalten sind (siehe die in Fig.4 angegebenen Abmessungen), und daß die im Abstand voneinander liegenden strichpunktierten Spalten des Musters 1 je 5 μίτι mal 2500 μίτι groß sind. Diese Spalten sind in 50-Mikrometer-Intervallen angeordnet, liegen also zehn Spaltbreiten auseinander, und es sind 50 solcher Spalten vorhanden.

Um die nachstehend zu beschreibende Korrespondenz zwischen den das Muster 1 zusammensetzenden Elementarbereichen und dem auf dem Speichermedium 40 (Fig. 5) erzeugten Bild leichter erkennbar zu machen, ist jedes der Elementarbereiche, die in den strichpunktierten Spalten in Fig. 3 enthalten sind, mit einem Drei-Zahlen-Kode versehen. Die erste Zahl kennzeichnet die Positions-Nummer des Musters und die zweite und dritte Zahl kennzeichnen die Positions-Nummern der Spalte bzw. Zeile innerhalb des Musters. Folglich gibt die Bezeichnung 1-1-1 im oberen linken Element in F i g. 3 an, daß dieses Element ein Teil des Musters 1 ist und sich in der ersten (am weitesten links gelegenen) Spalte und ersten (am weitesten oben gelegenen) Zeile des Musters 1 befindet Dementsprechend ist das unterste Element in der ersten Spalte des Musters 1 mit 1-1-500 bezeichnet Die nächste Spalte des Musters 1, die anfangs auf dem Speichermedium 40 abgebildet wird, ist bei den angegebenen Abmessungen erst die elfte Spalte von links. Dementsprechend sind das oberste Element dieser Spalte mit 1-11-1 und das unterste Element dieser Spalte mit 1-11-500 bezeichnet Von den 50 anfangs auf das Medium abgebildeten Spalten des Musters 1 ist die am weitesten rechts gelegene Spalte 491 ebenfalls in F i g. 3 gezeigt Das oberste Element dieser Spalte ist mit 1-491-1 und das unterste Element mit 1-491-500 bezeichnet.

Wie bereits erwähnt, wird der gesamte Bereich des Musters 1 durch die Blitzlampe 16 momentan j beleuchtet. Aufgrund der Wirkung der Rasterblende 38 werden jedoch lediglich im Abstand voneinander liegende Spalten des Musters 1 auf die Oberfläche des Speichers 40 abgebildet. Die spezielle Rasterblende 38, die zur Erzielung dieses Ergebnisses geeignet ist, ist in

ίο F i g. 4 gezeigt.

Die Rasterblende 38 umfaßt eine Vielzahl durchlässiger Blendenspalte, die in einer undurchlässigen Platte 42 gebildet sind. Im speziellen Fall, in welchem 50 einen Abstand (von zehn Spalten) voneinander aufweisender Spalten eines jeden Musters gleichzeitig auf das Speichermedium 40 abgebildet werden sollen, umfaßt die Rasterblende 38 fünfzig Blendenspalte 101,102,103, ... 148, 149, 150. Jede Blendenspalte liegt so, daß die Abbildung einer entsprechend gelegenen in Fig.3 dargestellten Spalte durchgelesen wird. Somit gelangen beispielsweise die Abbildungen der 500 Elementarbereiche, die in der ersten, in F i g. 4 gezeigten Spalte, liegen, durch den Blendenspalt 101, und die Abbildungen der 500 Elementarbereiche der 50. Spalte in F i g. 3 durch den Blendenspalt 150. Die Abbildungen der 48 übrigen Spalten des Musters 1 gelangen durch die übrigen Blendenspalte 102,103,... 148,149(F i g. 5) hindurch.

Beispielsweise Abmessungen für die Rasterblende 38 sind in Fig.4 angegeben. Bei der Ausführungsform entsprechen diese Abmessungen jenen, wie sie zuvor für das Muster 1 angegeben worden sind. Die entsprechenden Abbildungen der in jeder Spalte der F i g. 3 enthaltenen 500 einzelnen 5x5 μπι großen Spalte Elemente sind also je auf etwa 25 χ 25 μπι vergrößert.

wenn sie durch den je zugeordneten Spalt der Rasterblende gelangen.

Aufgrund einer Beleuchtung des Musters 1 zur Zeit ti gelangen die Abbildungen der 50 zuvor angegebenen, im Abstand von 10 Spalten liegenden Spalten dieses Musters durch die Rasterblende 38 auf die Oberfläche des Speichermediums 40. Diese Spaltenabbildungen sind in Fig.5 gezeigt, welche die Oberfläche des Speichermediums repräsentiert Die Abbildungen der einzelnen Spalten sind in F i g. 5 mit dem gleichen Drei-Zahlen-Kode wie in F i g. 3 versehen und entsprechen diesen. Zudem sind in F i g. 5 Angaben enthalten, die zeigen, zu welchen Zeiten die dargestellten Spaltenabbildungen auf die Oberfläche des Speichermediums 40 gelangen. Dementsprechend werden zur Zeit

so r, fünfzig im Abstand von je 10 Spalten liegende Spalten des Musters 1 auf das Speichermedium 40 abgebildet, was durch eine Momentanbeleuchtung des Musters 1 durch die Blitzlampe 16 geschieht

Während der aufeinanderfolgenden Momentanbeleuchtungen der Muster 1 bis 10 wird eine beispielsweise kontinuierliche Bewegung des Tisches 10 der F i g. 2 in x-Richtung bewirkt Die Aktivierung der Blitzlampe 16 zur Beleuchtung des Musters 2 wird vom Prozessor 20 so gesteuert daß sie zur Zeit ti auftritt, zu der sich das Muster 2 in Ausrichtung mit der Lampe 16 und der Linse 18 befindet

Nach der Beleuchtung des Musters 1 zur Zeit fi und vor der Beleuchtung des Musters 2 zur Zeit f2 wird das Speichermedium 40 um einen Schritt nach links in zur x-Achse paralleler Richtung verschoben. Die Schrittbreite ist dabei gleich der Breite einer der in Fig.6 gezeigten Spaltenabbildung. Dies wird dadurch bewirkt, daß Steuersignale vom Prozessor 20 einem mechani-

sehen Antrieb oder Mikropositionierer 46 (Fig. 2) zugeführt werden, mit dem das Medium 40 verschoben wird.

Als Folge der genannten Verschiebung des Speichermediums 40 bewirkt die Momentanbeleuchtung des Musters 2 zur Zeit h, daß fünfzig von je zehn Spalten im Abstand liegende Spalten des Musters 2 auf der Oberfläche des Speichermediums 40 an Stellen abgebildet werden, die den zuvor abgebildeten fünfzig Spalten des Musters 1 je benachbart sind. Dieses ist in F i g. 5 für einige Spaltenabbildungen dargestellt. Demgemäß liegen die 500 Elementarbereiche der Abbildungen der ersten Spalte des Musters 2 (mit 2-1-1 bis 2-1-500 bezeichnet) je benachbart zu den 500 Elementarbereichen der Abbildung der ersten Spalte des Musters 1 (1-1-1 bis 1-1-500). Ferner sind die Abbildungen der 500 Elementarbereiche der 11. und der 491. Spalte des Musters 2 jeweils an die Abbildungen der 500 Elementarbereiche in der 11. und der 491. Spalte des Musters 1 angrenzend dargestellt. Diese Spalten, wie auch die 47 weiteren im Abstand von zehn Spalten liegende Spalten des Musters 2, werden zur Zeit f2 auf das Speichermedium 40 abgebildet.

Als nächstes wird zwischen den Momentanbeleuchtungen zum Zeitpunkt fc und (3 das Speichermedium 40 der F i g. 2 wieder um einen Schritt nach links verschoben, der gleich der Breite der Abbildung einer Spalte (F i g. 5) ist. Demzufolge bewirkt die Momentanbeleuchtung zur Zeit h, daß nun vom Muster 3 die fünfzig je im Abstand von 10 Spalten liegenden Spalten auf die Oberfläche des Mediums 40 an Stellen abgebildet werden, die den zuvor beschriebenen Abbildungen der fünfzig Spalten des Musters 2 je benachbart sind. So zeigt F i g. 6, daß zur Zeit r₃ die erste Spalte des Musters 3 direkt neben der ersten Spalte des Musters 2 abgebildet ist.

In gleicher Weise werden auch die fünfzig entsprechenden Spalten jedes der Muster 4 bis 10 der Reihe nach auf die Oberfläche des Speichermediums 40 abgebildet. Die im Abstand von je zehn Spalten liegenden Spalten jedes der Muster 4 bis 10 werden jeweils zu den entsprechenden Zeitpunkten U bis iio als Gruppe auf das Medium 40 projiziert (F i g. 5). Somit sind nach lOmaligem Blitzen der Lampe 16 in Fi g. 2 die je vordersten (die am weitesten links gelegenen) Spalten der Muster 1 bis 10 Seite an Seite direkt nebeneinander auf die Oberfläche des Bildspeichermediums angeordnet abgebildet worden, direkt gefolgt von den je zweitvordersten Spalten der Muster 1 bis 10 in entsprechender Anordnung usw. Die weiteren 48 Spalten eines jeden der 10 Muster dieser Zeile sind dann ebenfalls in Sätzen von je 10 auf dem Medium 40 gruppiert.

Zu diesem Zeitpunkt des Überprüfungszyklus (d.h. nach Γιο) ist das Medium 40 der Fig.2 vollständig belichtet Demzufolge ist ein Bildfeld von 500 mal 500 Elementarbereichen in diesem Medium gespeichert Es beginnt dann das Auslesen aus dem Medium 40. Dies wird durch eine herkömmliche Detektorschaltung 50 bewirkt, die durch den Prozessor 20 gesteuert ist Signale von der Schaltung 50 werden beispielsweise zur visuellen Prüfung direkt auf eine Wiedergabevorrichtung 52 gegeben und/oder dem Prozessor 20 zugeführt, und zwar zur halbpermanenten Speicherung in diesem und/oder zur Durchführung verschiedener Signalumformungen.

Die Detektorschaltungsanordnung 50 wird beispielsweise so gesteuert, daß sie gleichzeitig 10 Elementarbereiche einer Zeile des im Medium 40 gespeicherten Feldes abtastet. So werden beispielsweise die Signale, die die 10 Elementarbereiche 1-1-1, 2-1-1, ... 10-1-1 repräsentieren, seriell aus dem Medium 40 entnommen. Die 10 Signale sind also je repräsentativ für einen und denselben Elementarbereich eines jeden Musters 1 bis 10. Im Idealfall sind diese Bereiche identisch und damit auch die von ihnen abgeleiteten elektrischen Signale. Die oberste Wellenform 54 in F i g. 8 zeigt eine solche Situation, in der die Amplituden der von den Elementarbereichen 1-1-1,2-1-1,... 10-1-1 abgeleiteten Signale konstant und einander gleich sind. Eine solche Wellenform kann auf der Wiedergabevorrichtung 52 der F i g. 2 zur visuellen Überprüfung durch eine Person dargestellt werden.

Ein wirklicher Fehler in einem der Elementarbereiche 1-1-1,2-1-1,... 10-1-1 ist durch die mittlere Wellenform 56 in F i g. 7 dargestellt. Dabei ist ein Fehler im Elementarbereich 6-1-1 angenommen. Der Unterschied in der Anzeige kommt daher, daß sich die Intensität der vom oberen linken Elementarbereich des Musters 6 herrührende Lichtkomponente beträchtlich von der der übrigen Lichtkomponenten unterscheidet, die von den entsprechenden Elementarbereichen der Muster 1 bis 5 und 7 bis 10 herrühren.

Den Nachweis, daß das vom Bereich 6-1-1 stammende und auf der Vorrichtung 62 angezeigte Signal ein wirkliches Fehlersignal ist, kann man dadurch erhalten, daß man (beispielsweise im Prozessor 20) das 6-1-1-Signal vergleicht mit dem Mittelwert der von den Bereichen 5-1-1 und 7-1-1 erhaltenen Signale oder mit irgendeinem anderen gewichteten Mittelwert aller anderen Signale. Die zehn Signale können auch dahin untersucht und verarbeitet werden, um zu bestimmen, ob die zusammengesetzte Wellenform 56 ihrer Natur nach monoton ist oder nicht. Weiterhin können auch durch übliche Signalverarbeitungsmethoden die die Wellenform 56 bildenden Signale im Prozessor 20 geprüft werden, um nachzuweisen, daß das 6-1-1-Signal nicht eng mit wenigstens einem der 5-1-1 und 7-1-1-Signale übereinstimmt.

Die unterste Wellenform 58 der F i g. 8 zeigt den Fall, daß längs der Fläche der überprüften Maske gleichförmige, allmähliche Änderungen von Muster zu Muster auftreten. Wie zuvor erwähnt, können solche allmählichen Änderungen akzeptabel sein. Wenn sie akzeptabel sind, sollte die Überprüfungsanordnung natürlich nicht das Auftreten eines Fehlers signalisieren. Durch einen Vergleich des Signals, das beispielsweise vom Bereich 7-1-1 stammt mit dem Mittelwert der Signale von den Bereichen 6-1-1 und 8-1-1 würde der Prozessor 20 der F i g. 2 bestimmen, daß das 7-1-1-Signal der Wellenform 58 nicht auf einen Fehler hinweist Die Signaivergleiche im Prozessor 20 zwischen einem jeden Komponentensignal der Wellenform 58 und dem Mittelwert der benachbarten Signale dient dazu, die abgetasteten Signale korrekt einzustufea

Bei dem bekannten einfachen Zwei-Muster-Vergleichs-System könnte der Unterschied zwischen dem 7-1-1- und dem 8-1-1-Signal fälschlicherweise als von einem Fehler herrührend eingestuft werden. Um sich gegen eine solche falsche Anzeige zu schützen, könnte der Fehleransprech-Schwellenwert so eingestellt werden, daß er größer als die Differenz zwischen den 7-1-1- und 8-1-1-Signalen ist Eine solche Einstellung würde jedoch offensichtlich die Empfindlichkeit des Überprüfungsprozesses beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu kann entsprechend der vorliegenden Bildzerlegungsme-

thode der Schwellenwert als die Differenz zwischen dem 7-1-1-Signal und dem Mittelwert der 6-1-1- und 8-1-1-Signale festgesetzt werden. Für eine Wellenform der in Fig.8 mit 58 gekennzeichneten Art ist dies ein niedrigerer Wert als der Schwellenwert, der für den bekannten einfachen Vergleich zweier Chips zu wählen ist. Die hier betrachtete Überprüfungsmethode vermag daher Fehler auf empfindlichere Weise festzustellen und hat zugleich eine größere Immunität gegenüber Falschfeststellungen.

In exakt gleicher Weise wird nachfolgend das Auslesen von jeweils zehn Elementarbereichen des in F i g. 5 gezeigten Bildfeldes durchgeführt, bis die Signale, die von allen 500 Elementarbereichen in der ersten Zeile stammen, angezeigt und/oder verarbeitet sind. Dann werden die weiteren 499 Zeilen des Feldes in F i g. 5 der Reihe nach auf die gleiche Weise abgetastet. Während des Abtastens des gespeicherten Feldes wird der Tisch 11 der F i g. 2 durch den Antrieb 22 zu seiner Ausgangsstellung verschoben. Nach Durchführung des Auslesens des im Medium 40 gespeicherten gesamten Feldes aus 500 mal 500 Elementen wird das Medium 40 (falls erforderlich) gelöscht und auch mechanisch in seine Anfangsstellung zurückgeführt.

Zu diesem Zeitpunkt ist das System der F i g. 2 für den Beginn des nächsten Arbeitszyklus bereit. Während dieses Zyklus wird der Tisch 11 wieder auf kontinuierliche Weise in der ^-Richtung von rechts nach links bewegt. Die Aktivierung der Blitzlampe 16 zur Beleuchtung der Muster 1 bis 10 wird jedoch nun so gesteuert, daß sie zeitlich versetzt gegenüber der zuvor beschriebenen ersten Beleuchtung dieser Muster auftritt.

Und zwar soll nun das Muster 1 erst dann beleuchtet werden, wenn sich der Tisch 11 vom Startpunkt aus um eine Spaltenbreite nach links bewegt hat. Als Folge dieser Versetzung sind die fünfzig im Abstand liegenden Spalten des Musters 1, die auf die Oberfläche des

Mediums 40 abgebildet werden, die 2., 12„ 22 492.

Spalte des Musters 1. Die Muster 2 bis 10 werden anschließend auf die gleiche versetzte Weise beleuchtet. Das anschließende Auslesen aus dem Medium 40 findet in der zuvor beschriebenen Weise statt. Danach werden in 8 aufeinanderfolgenden gleichen Arbeitszyklen die restlichen Elemente im oberen linken Viertel eines jeden der Muster 1 bis 10 auf dem Medium 40 abgebildet. Als nächstes werden die Elemente im oberen rechten Viertel eines jeden der Muster 1 bis 10 in der hier beispielsweise beschriebenen Art überprüft. Dann wird der Tisch 11 der Fi g. 2 in der Zeichnungsebene in der y-Richtung verschoben (im Ausführungsbeispiel 2,5 mm), um die untere Hälfte eines jeden der Muster 1 bis JO in die Überprüfungsposition durch die zuvor beschriebene und im System der F i g. 2 enthaltenen Bildzerlegungsmethode zu bringen.

Wie erwähnt kann alternativ die auf dem Tisch 11 in Fig. 1 angebrachte Struktur 13 auch eine z.B. eine Vielzahl Halbleiter-Chips umfassende Halbleiterscheibe sein, wobei ein jedes Chip eines oder mehrere mikrominiaturisierte Bauelemente oder Schaltungen aufweist. Auch hier sollen die in den einzelnen Chips gebildeten Muster einander exakt oder nahezu exakt gleich sein. Bei einer solchen Struktur ist das Substrat 12 beispielsweise aus Silicium hergestellt, und die Schicht 14 ist eine SiliciumoxidschichL Durch selektives Entfernen von Teilen der Schicht 14 und durch Diffundieren oder Implantieren von Dotierstoffen durch die dadurch erzeugten öffnungen werden die Bestandteile herkömmlicher elektronischer Komponenten erzeugt. Dann werden die erforderlichen Verbindungen hierzwischen mit Hilfe einer oder mehrerer gemusterter Metallisierungen nach bekannten Methoden hergestellt.

Zu diesem Zweck ist das für ein Arbeiten im Durchlicht vorgesehene optische Abbildungs- und Beleuchtungssystem 16, 18, 36, zu ersetzen durch ein solches für ein Arbeiten im Auflicht. Hierbei werden Beleuchtungsstrahlengang und Abbildungsstrahlengang

ίο im allgemeinen durch einen Strahlteiler miteinander verknüpft. Das auftreffende Licht wird von den Scheibenkonturen selektiv reflektiert und anschließend in derselben Weise wie vorstehend beschrieben verarbeitet, um eine Anzeige für die Scheibenqualität zu erzeugen.

Das Arbeiten im Auflicht eröffnet dabei noch folgende Möglichkeiten. Die Menge des an einem Elementarbereich der Scheibe reflektierten Lichtes ändert sich als Funktion der Wellenlänge. Überdies ändert sich die Menge des bei einer bestimmten Wellenlänge an einem Bereich reflektierten Lichtes beispielsweise mit den Änderungen der Dicke eines dort vorhandenen Metalls oder Oxids. Folglich kann man durch systematisches Überwachen der Menge des bei verschiedenen Wellenlängen an einem bestimmten Bereich reflektierten Lichtes bedeutsame Daten über Kontur und Zusammensetzung in diesem Bereich erhalten. Die Verarbeitung solcher Daten kann wichtige Diagnoseinformationen liefern. In diesem Zusammenhang kann es empfehlenswert sein, jedsn Elementarbereich der Scheibe gleichzeitig bei drei verschiedenen Wellenlängen optisch zu überprüfen, um noch weitergehenden Aufschluß zu erhalten. Zu diesem Zweck wird — gegebenenfalls nach Anpassung des Systems für Auflichtuntersuchungen — in den Beleuchtungsstrahlengang (oder alternativ in den Abbildungsstrahlengang) eine Filteranordnung für z. B. drei Bildfarben eingeführt. Ein solches Drei-Farben-Filter ist in Fig. 6 dargestellt. Von links nach rechts sind drei von einem undurchsichtigen Teil 73 getragene Filter 70, 71 und 72 so gewählt, daß sie lediglich rotes, grünes bzw. blaues Licht passieren lassen. Die durch die einzelnen Filter gelangenden Lichtbündel werden so gerichtet, daß sie parallel jeweils auf ein einziges der in der Scheibe 13 enthaltenen Muster fallen. Demzufolge wird jedes Muster effektiv bei drei verschiedenen Farben überprüft.

Wegen dieses dreifachen Beleuchtungsstrahlenganges muß auch der Abbildungsstrahlengang verdreifacht werden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die Rasterblende 38 entsprechend modifiziert. Hierzu wird jeder Blendenspalt der Spaltblendenanordnung nach F i g. 4 durch eine entsprechend "liegende Reihe von Miniaturlinsen 76 ersetzt. Dieses ist in F i g. 7 dargestellt.

Abstand zwischen benachbarten Linsen und Spalten wie auch die Breite und Höhe einer jeden Linsenspalte entsprechen also den jeweiligen Abmessungen der Blendenspalte in der Blendenanordnung nach F i g. 4.

Das von jedem Elementarbereich eines Musters auf der Scheibe 13 herrührende rote, grüne und blaue Licht wird durch eine einzige Miniaturlinse einer Linsenspalte gerichtet Die Miniaturlinse bewirkt, daß auf der Oberfläche des Speichermediums 40 drei Abbildungen des Elementarbereichs erzeugt werden. Beispielsweise wird das von einem einzigen elementaren Musterbereich herrührende rote, grüne und blaue Licht durch eine Miniaturlinse 76 gerichtet und erzeugt blaue, grüne und rote Abbildungen, die in F i g. 7 durch gestrichelte

Kreise 77, 78 bzw. 79 dargestellt sind. Jede weitere Miniaturlinse in Fig. 7 ist dazu bestimmt, längs der senkrecht zur Linsenspalte verlaufenden Zeile drei verschiedene Abbildungen zu erzeugen.

Dementsprechend ist für die Überprüfung einer Scheibe in der zuvor beschriebenen speziellen Art das Speichermedium 40 so gewählt, daß es eine Kapazität für 1500 Elemente längs seiner Horizontalabmessung und für 500 Elemente längs seiner Vertikalabmessung aufweist.

Alternativ dazu können die drei von jedem Elementarbereich des Musters stammenden drei Abbildungen im Scheibenüberprüfungssystem so angeordnet sein, daß sie auf der Oberfläche des Speichermediums 40 parallel zu den Miniaturlinsen-Spalten auftreten. Dies is kann dadurch erreicht werden, daß die einzelnen

Miniaturlinsen jeder Spalte um drei Elementarbereiche auseinanderliegen und im so entstandenen Zwischenraum die Rot-, Grün- und Blauabbildungen untereinander statt wie dargestellt nebeneinander untergebracht werden. Bei dieser Arbeitsweise ist das Medium 40 folglich so ausgelegt, daß auf ihm ein Feld aus 500 horizontalen Elementen mal 1500 vertikalen Elementen abgebildet und gespeichert werden kann.

Die beschriebene Bildzerlegungsmethode ist eine wirkungsvolle Lösung für das Problem der Überprüfung von Masken und Scheiben. Wie erwähnt liegt ein Hauptteil dieser Methode darin, allmählichen geometrischen und farblichen Änderungen entlang einer Gruppe von Mustern folgen und solche Änderungen von durch echte Fehler verursachten abrupten Änderungen unterscheiden zu können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überprüfen eines eine Vielzahl nominell identischer Muster (1-10) tragenden Werk-Stücks (13), insbesondere einer Halbleiterscheibe oder einer Maske, auf Übereinstimmung der Muster, bei dem identische Teilbereiche der Muster in einem auf einen bestimmten Schwellenwert einstellbaren Komparator (20) verglichen werden, gekennzeichnet durch