DE3427981A1

DE3427981A1 - Verfahren zur fehlererkennung an definierten strukturen

Info

Publication number: DE3427981A1
Application number: DE19843427981
Authority: DE
Inventors: Rolf 7129 Talheim Jäger; Horst 7100 Heilbronn Polomsky
Original assignee: Telefunken Electronic 7100 Heilbronn GmbH; Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1984-07-28
Filing date: 1984-07-28
Publication date: 1986-02-06
Also published as: DE3427981C2; US4741044A

Description

TELEFUNKEN electronic GmbH
Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn

Heilbronn, den 10.07.84 T/E7-Ma/ad HN 84/29

Verfahren zur Fehlererkennung an definierten Strukturen

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung an definierten Strukturen auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen oder der zur Herstellung dieser Bauelemente erforderlichen Hilfsmittel, bei dem die jeweils vorhandene Ist-Struktur mit einem Prüfstrahl abgetastet wird.

Beispielsweise bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen sind sowohl die erforderlichen Maskensätze als auch die einzelnen Halbleiterscheiben bzw. Halbleiterelemente· während der Herstellungsprozesse optisch auf Fehler in den gewünschten Strukturen zu prüfen. Da im Zuge der Technologieentwicklung die Bauelementestrukturen immer kleiner und die Komplexität von integrierten Schaltungen immer größer wird, gestaltet sich auch die notwendige Strukturprüfung zunehmend schwieriger und technisch aufwendiger. Bei der großen Komplexität und den damit verbundenen hohen Entwicklungs- und Fertigungskosten Integrierter Schaltungen wird die Erkennung von Struktur fehlern oder Strukturabweichungen in einem möglichst frühen Stadium der Entwicklung und der Fertigung immer bedeutungsvoller,. Eine' augenoptische Prüfung der hoch integierten Schaltungen und der zu ihrer Herstellung erforderlichen Masken läßt sich unter einem Mikroskop, nicht mehr sinnvoll durchführen.-^.

Zur maschinellen Überprüfung und Kontrolle νon'Strukturen. auf Halbleiterscheiben oder -masken sind inzwischen.mehrere Verfahren vorgeschlagen worden. Bei einem Verfahren'wird eine

Ist-Struktur mit einer zweiten Ist-Struktur mittels gesplitterter, optischer Strahlengänge verglichen. Die beiden Bilder können auch in Form eines Videobildes zur Deckung gebracht werden, wobei dann das zusammengesetzte Bild ausgewertet wird.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die zu überprüfende Struktur mit Hilfe eines Prüfstrahls abgetastet und in Bildpunkte zerlegt. Das so digitalisierte Gesamtbild wird auf eine Datenverarbeitungsanlage gegeben, in der die abgetastete Struktur mit in einem Speicher enthaltenen Sollbildern, Sollstrukturen oder Strukturregeln verglichen wird. Ein derartiges Verfahren wird beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 27 00 252.4 beschrieben.

Bei dem zuerst beschriebenen Verfahren werden Struktur fehler aus einer fehlenden Deckung der beiden zusammengesetzten Bilder ermittelt, während bei dem zweiten erwähnten Verfahren eine Fehlerkennung erst nach einem umfangreichen Datenverarbeitungsprozeß möglich ist. Beide bekannten Verfahren erfordern einen enormen optischen und elektronischen Aufwand.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Prüf- und Kontrollverfahren für Strukturen auf elektrischen Bauelementen, insbesondere auf Halbleiterscheiben und Halbleiter masken, anzugeben, bei dem weder ein optischer Vergleich zwischen zwei Ist-Strukturen erforderlich ist, noch komplette Bilder der zu prüfenden Struktür abgetastet und in Rechenanlagen verarbeitet werden müssen. Das erfindungsgemäße Verfahren soll mit einem möglichst geringen schaltungstechnischen Aufwand auskommen und in der Lage sein, zumindest einen Großteil der vorkommenden Fehlermöglichkeiten permanent während des Abtastvorganges aufzuzeigen.

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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unmittelbar aus Folgen von Bildpunkten im Rahmen einer Ordinatenabtastung Strukturfehler oder Strukturabweichungen ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, daß Strukturfehler ihre eigene Gesetzmäßigkeit haben und demgemäß nur diese Gesetzmäßigkeit zu prüfen ist, um die Strukturfehler zu erkennen. Solche Gesetzmäßigkeiten von Strukturfehlern sind im wesentlichen durch Form, Farbe und Material des Fehlers gegeben.

Bei der ordinatenmäßigen Betrachtung von Strukturen wurde festgestellt, daß im Falle einer Kreuzkoordinatenmessungen der festgestellte Defekte zu mehr als 80 % Maße aufwiesen, durch die die vorgegebenen Abmessungen der Strukturen unter- oder überschritten wurden. Bei der erfindungsgemäßen automatischen Kontrolle kann daher ein Maßfenster benutzt werden, bei dem beispielsweise eine geometrische Struktur unterhalb oder oberhalb der gegebenen Strukturmaße vermessen wird. Durch diese Maßfenster werden dann nur solche Strukturelemente erkannt, die innerhalb des vorgegebenen Maßfensters liegen und nicht mit den definierten Strukturmaßen übereinstimmen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Strukturen beispielsweise mit einem Laserstrahl, einem Elektronenstrahl oder einem Lichtstrahl abgetastet werden, wobei die Abtastung im Durchlicht oder Auflicht erfolgen kann. Das Abtastsignal wird in Bildpunkte in der für die gewünschte Auflösung erforderlichen Zahl zerlegt. Die beschriebene Ordinatenabtastung erfolgt vorzugsweise achsenparallel zu den Randflächen der Bauelemente oder der Masken, wobei im On-Line-Betrieb vorzugsweise eine definierte und begrenzte Anzahl aufeinanderfolgender Bildpunkte erfaßt wird und

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elektronische Mittel vorgesehen sind, durch die bei einem Strukturübergang oder bei einer Strukturkante die zuvor erfaßten Bildpunkte einer Bewertung unterworfen werden, aus der sich dann evtl. vorhandene Struktur fehler oder Strukturabweichungen ergeben. Für die Erfassung einer Gesamtstruktur können dabei unterschiedliche Bewertungsmittel bzw. Bewertungseinheiten vorgesehen sein, deren Zuordnung zu den jeweils erfaßten Bildpunkten mit dem Abtastvorgang synchronisiert wird. Dadurch ist sichergestellt, daß im Zuge des Abtastvorganges die bereits erwähnten Maßfenster variiert werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der für die Auswertung erforderlichen Elektronik ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung soll nachstehend noch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt einen Teilausschnitt einer Struktur mit verschiedenen möglichen Strukturfehlern.

Figur 2a zeigt eine Leitbahn mit einem Einschluß.

Die Figuren 2b und 2c zeigen die datenmäßige Erfassung bei der Ordinatenabtastung in einem fehlerfreien Leitbahnbereich.
Die Figur 2d zeigt nochmals die Struktur gemäß Figur 2a bei einer Ordinatenabtastung im fehlerhaften Bereich.

Die Figuren 2e, 2f und "2g zeigen die datenmäßige Erfassung und Registrierung des Strukturfehlers.

.Die Figuren 2h und 2i zeigen Leitbahnunterbrechungen und die Art der Erkennung des Fehlers.

Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der Datenerfassungsanlage, mit der Strukturfehler über eine Logik erkannt werden.

Figur 4a und 4b zeigt eine Leitbahnstruktur mit einer fehlerhaften Einbuchtung und die Art der Fehlerregistrierung.

Figur 4c zeigt die Elektronik für die Erkennung des Fehlers gemäß den Figuren 4a und 4b.

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Die Figuren 5a und 5b zeigen gleichfalls Leitbahnstrukturen mit fehlerhaften Einbuchtungen, jedoch mit einer anderen Art der Fehlerdarstellung.

In Figur 5c ist die zugehörige Datenerfassung für die Fehlererkennung gemäß den Figuren 5a und 5b dargestellt.

In der Figur 1 ist ein Teilausschnitt aus einer Struktur dargestellt, wie sie beispielsweise in der Leitbahnebene einer integrierten Halbleiterschaltung vorkommt. Diese Struktur enthält einige typische Struktur defekte. Bei der Struktur handelt es sich beispielsweise um zwei parallel verlaufende, hell dargestellte Aluminiumleitbahnen 2, die über eine Leitbahnbrücke 7 miteinander verbunden sind. Die Leitbahn weist Einschnürungen 6 und Ausbuchtungen 8 auf. Ferner ist eine Leitbahnunterbrechung 3 vorhanden. An einer Stelle weist die Leitbahn ein Loch 4 auf; an einer anderen Stelle befindet sich ein unerwünschter Leitbahnfleck 5.

Zur Fehlererkennung wird nun bei der Ordinatenabtastung der Struktur ein Maßfenster definiert, das beispielsweise der Sollbreite der Leitbahn 2 entspricht. Dieses Maßfenster, das bei der Strukturabtastung im übertragenen Sinne mit dem Abtastvorgang über die Struktur wandert, hat beispielsweise eine Breite von 2 - 3 μπι bei entsprechender Breite der Leitbahnen 2. Bei der On-Line-Abtastung werden nun Fehler, die durch ein Loch 4, eine Einschnürung 6, eine Leitbahnunterbrechung 3 oder einen Leitbahnrest 5 entstanden sind, einwandfrei festgestellt.

In der Figur 2a ist eine Leitbahnstruktur dargestellt, die einen fehlerhaften Einschluß 4a enthält. Die Leitbahnstruktur wird beispielsweise mit einem Laserstrahl, einem Elektronenstrahl oder einem Lichtstrahl entlang der Ordinatenlinien abgetastet, wobei das abgetastete Bild in einzelne Bildpunkte zerlegt wird. Bei einer Abtastung entlang der Ordinatenlinie

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T1 handelt es sich noch um eine fehlerfreie Struktur, so daß bei der Auswertung keine Fehlererkennung erfolgen darf. Die Zahl der über das bereits erwähnte Maßfenster erfaßten und einer Bewertung unterworfenen Bildpunkte entspricht beispielsweise der Soll-Breite oder der Soll-Länge der vorkommenden Strukturen, im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2a beispielsweise der Breite der Testbahn 2. Dieser SoIl-Abstand entspricht in einem Ausführungsbeispiel 10 BiIdpunkten. Während der Abtastung werden die Bildpunkte fortlaufend in ein Register eingeschrieben, das nur die für die On-Line-Erfassung vorgesehene Zahl von Bildpunkten bewertet, also im Ausführungsbeispiel 10 Bildpunkte. Ferner ist eine Logik 11 gemäß Figur 2b vorgesehen, die eine Strukturkante oder den Struktur über gang erfaßt.

Durch geeignete elektronische Mittel wird beim Strukturübergang der Inhalt des Registers mit dem eines Vergleichsregisters verglichen, wobei sich aus der Zahl der Übereinstimmungen der im Register und im Vergleichsregister enthaltenen Informationen das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein eines Struktur fehlers ergibt.

Gemäß den Figuren 2b und 2c kann eine Fehlerüberprüfung sowohl beim Übergang von dunklen Strukturbereichen zu hellen Strukturbereichen als auch beim Übergang von hellen Strukturbereichen zu dunklen Strukturbereichen erfolgen. Ein dunkler Bildpunkt wird mit einer logischen "0" und ein weißer Bildpunkt mit einer logischen "1" bewertet.Bei der Struktur der Figur 2a ergibt sich ' ein schwarz/weiß Übergang beim Punkt P1. Da bei einer einwandfreien Struktur die dem Punkt P1 vorangehenden 10 Bildpunkte dunkel waren, enthält das Schieberegister SR 10 "0"-lnformationen gemäß der Figur 2b. Der nachfolgende erste Bildpunkt im hellen Bereich, der auf den Eingang E2 des Und-Gatters 11 gegeben wird, ist dagegen eine "1".

Im Vergleichsregister VR stehen entsprechend der Definition des Maßfensters gleichfalls 10 "O"-Bildpunkte. In einem Korrelator wird nun der Inhalt des Schieberegisters SR mit dem Inhalt des Vergleichsregisters VR verglichen,

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wobei im Ausführungsbeispiel durch die Einheit EN der Vergleich in allen 10 Bildpunkten ermöglicht wird. Im Korrelator können Mittel vorgesehen sein, durch die bestimmte Bildpunkte im Register bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben. In diesem Fall können durch die Einheit EN (enable) Gatterschaltungen im Korrelator , die den Vergleich zwischen einzelnen Bildpunkten im Register und im Vergleichsregister herbeiführen, extern zwangsgesetzt werden. Bildpunkte, die über zwangsgesetzte Gatter ausgelesen werden, bleiben somit bei der Bewertung unberücksichtigt.

Bei der Abtastung am Punkt P1 gemäß Figur 2b wird der letzte Bildpunkt im Schieberegister SR über einen Inverter 12 auf den Eingang E3 des Und-Gatters 11 gegeben. Entsprechend gelangt der neu ankommende Bildpunkt,der einer "1" entspricht, auf den Eingang E2 des Und-Gatters 11. Das Signal, das der Korrelatorauswertung entspricht, wird auf den Eingang E1 des Und-Gatters gegeben. Bei einer Übereinstimmung in 10 Bildpunkten erscheint am Korrelat torausgang eine "0", so daß das Ausgangssignal A des Und-Gatters gleichfalls eine "0" ist, was der Definition einer fehlerfreien Struktur entspricht.

Eine entsprechende Prüfung kann beim Übergang vom hellen Strukturbereich in den dunklen Strukturbereich am Punkt P2 der Ordinatenabtastung T1 erfolgen. Gemäß Figur 2c sind weiße Bildpunkte wieder als "1" und schwarze Bildpunkte als "0" definiert. Am Punkt P2 enthält das Schieberegister SR folglich nur 10 Bildpunkte mit dem logischen Wert "1", da der Abstand zwischen den Punkten P1 und P2 exakt 10 Bildpunkten entspricht und in diesem Bereich keine dunklen Strukturbereiche auftreten. Auch das Vergleichsregister enthält bei der weiß/schwarz Prüfung nur logische "1"-Werte.

Die Enableeinheit EN im Korrelator sorgt beim Ausführungsbeispiel dafür, daß alle 10 Bildpunkte im Schieberegister SR

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und im Vergleichsregister VR miteinander verglichen werden. Am Und-Gatter 11 wird der letzte Bildpunkt im Schieberegister auf den Eingang E3 gegeben. Der erste ankommende Bildpunkt im dunklen Bereich wird invertiert und gelangt über den Eingang E2 gleichfalls auf das Und-Gatter Der Korrelator stellt wiederum eine Übereinstimmung in 10 Bildpunkten fest, so daß auf den Eingang E1 eine "0" gelangt und das Ausgangssignal A des Und-Gatters 11 "0" ist, was einer fehlerfreien Struktur entspricht.

In der Figur 2d ist nochmals die Struktur der Figur 2a dargestellt; nunmehr erfolgt jedoch die Ordinatenabtastung im Bereich der Linie T2 und damit in einem Bereich, in dem eine fehlerhafte Stelle 4a auftritt. Der schwarz/weiß Übergang am Punkt P3 entspricht dem Übergang am Punkt P1 (Fig. 2a), so daß am Punkt P3 keine Fehlermeldung erfolgt. Am Punkt P4 tritt der abtastende Strahl in den dunklen Bereich der fehlerhaften Struktur 5a ein. Gemäß Figur 2e folgt somit auf eine logische "1" eine logische "0", so daß beide Eingänge E2 und E3 des Und-Gatters 11 auf "1" gesetzt werden. Im Schieberegister SR befinden sich zu diesem Zeitpunkt nur 4 "1"-Werte, die dem Abstand zwischen den Punkten P3 und P4 entsprechen. Alle übrigen Speicherplatze im Schieberegister SR sind dagegen auf "0" gesetzt, wobei diese "O"-Werte noch vom dunklen Bereich außerhalb der Leitbahn 2 herrühren. Bei einer weiß/schwarz Prüfung sind jedoch alle Speicherplätze im Vergleichsregister VR auf "1" gesetzt. Beim Vergleich im Korrelator wird daher nur eine Übereinstimmung in 4 Bildpunkten festgestellt. Der Korrelator ist so ausgelegt, daß bei einer Übereinstimmung in 9 oder weniger Bildpunkten eine logische "1" ausgegeben wird. In diesem Fall erhält somit auch der Eingang E1 des Und-Gatters 11 eine "1", so daß auch der Ausgang A auf "1" gesetzt wird, was einer fehlerhaften Struktur entspricht.

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Auf dem Bildschirm erscheint dann ein weißer Punkt auf schwarzem Grund, was einer fehlerhaften Stelle entspricht. Bei der Gesamtbildabtastung erscheint somit auf dem Bildschirm eine weiße Linie 10a, die der linken Hüllkurvenlinie der fehlerhaften Struktur 4a entspricht.

Ein weiterer weiß/schwarz Übergang erfolgt am Punkt P6. In diesem Fall enthält das Schieberegister, ausgehend vom Punkt P6 3 "T'-Werte, die dem Abstand zwischen P6 und P5 entsprechen, 3 "O"-Werte, die dem Abstand zwischen den Punkten P4 und P5 entsprechen und 4 "1"-Werte, die dem Abstand zwischen den Punkten P4 und P3 entsprechen. Im Korrelator wird somit eine Übereinstimmung mit nur 7 Bildpunkten festgestellt, was wiederum ein Korrelatorausgangssignal "1" gibt, so daß das Ausgangssignal A am Und-Gatter 11 auf "1" gesetzt wird, was einem Fehler entspricht. Bei der Gesamtabtastung entsteht somit eine helle Linie 10c auf dunklem Grund bei der Bildschirmwiedergabe.

Einen schwarz/weiß Übergang gab es beim Punkt P5, dessen datentechnische Erfassung im Bild 2g wiedergegeben ist. Am Punkt P5 ist der Schieberegister inhalt, ausgehend vom Punkt P5 3 mal "0", was der Breite der fehlerhaften Struktur entspricht, 4 mal "1", was dem Abstand zwischen den Punkten P4 und P3 entspricht und 3 mal "0", was dunklen Bildpunkten links von der Leitbahn 2 entspricht. Die Eingänge E2 und E3 des Und-Gatters 3 werden am Übergangspunkt P5 auf "1" gesetzt. Der Korrelator stellt eine Über- einstimmung in 6 Bildpunkten fest, so daß auch der Eingang E1 und damit der Ausgang A auf "1" gesetzt wird, was wiederum einen Fehler aufzeigt. Bei der schwarz/weiß Abtastung der Gesamtstruktur entsteht somit die Linie 10b, die der rechten Hüllkurvenhälfte der fehlerhaften Struktür 4a entspricht.

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In der Figur 2h ist eine Leitbahnunterbrechung einer dunkel erscheinenden Leitbahn dargestellt, die so ausgebildet ist, daß bei einem weiß/schwarz Übergang, zumindest in einem bestimmten Bereich, beide Leitbahnteile erfaßt werden. Die Linie 1Of zeigt daher bei der weiß/schwarz Prüfung eine fehlerhafte Struktur an. Die Linien 1Od und 1Oe entstehen dagegen bei der Überprüfung der schwarz/weiß Übergänge, da in diesen Bereichen nicht genügend schwarz entsprechende Bildpunkte im Schieberegister SR enthalten sind.

Bei der Struktur gemäß Figur 2i handelt es sich um eine Leitbahnunterbrechung, wobei die Leitbahnenden jedoch so weit voneinander entfernt sind, daß bei der Ordinatenabtastung kein fehlerhafter weiß/schwarz Übergang mehr registriert wird. Der Fehler wird trotzdem erkannt, da bei der Prüfung auf schwarz/weiß Übergänge festgestellt wird und mit den Linien 1Od und 1Oe registriert wird, daß über einen bestimmten Bereich der Ordinatenabtastung im Schieberegister nicht genügend schwarz entsprechende Bildpunkte enthalten waren. Die Leitbahnunterbrechungen sind in den Figuren 2h und 2i mit 3a bzw. 3b bezeichnet.

In der Figur 3 ist ein Korrelator KO dargestellt, wie er für die Auswertung und Registrierung fehlerhafter Strukturen verwendet werden kann. Der Korrelator enthält ein Schieberegister SR, das beispielsweise die Bildpunkte R1 bis R10 in digitaler Form aufnehmen kann. Das Vergleichsregister VR enthält an entsprechenden Speicherplätzen Digitalinformationen V1-V10,- die dem Soll-Bild einer Struktur entsprechen. Der Inhalt dieses Vergleichsregisters wird vorgegeben. Über Logikgatterschaltungen G wird nun festgestellt, ob der Registerinhalt zugeordneter Zellen im Schieberegister SR und im Vergleichsregister VR übereinstimmt.

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Im Ausführungsbeispiel erfolgt der Vergleich beispielsweise mit Hilfe von 10 Exclusiv-ODER-Gattern G. Über den Steuereingang EN können die Gatter auf Übereinstimmung zwangsgesetzt werden, wenn bestimmte Bildpunkte innerhalb des 10 Bit umfassenden Maßfensters bei der Bewertung unberücksichtigt bleiben sollen. Ein Coder C faßt die Ausgangssignale der Gatterschaltungen G zusammen und wandelt die Anzahl der Übereinstimmungen in eine Binärzahl um, die beispielsweise auf einen Binärvergleicher BV. gegeben wird, dem eine bestimmte Vergleichszahl vorgegeben ist. Der Ausgang des Binärvergleichers BV- wird dem Eingang E1 des Und-Gatters 11 zugeführt. Dem Binärvergleicher kann beispielsweise als Vergleichszahl die Ziffer 9 vorgegeben werden, was bedeutet, daß bei einer Übereinstimmung von 9 oder weniger Zellinhalten im Korrelator am Binärvergleicher BV.. eine logische "1" ausgegeben wird. Bei 10 Übereinstimmungen wird dagegen am Eingang el des Und-Gatters 11 eine logische "0" erscheinen. Das Ausmaß an Übereinstimmung kann durch die Vorgabe der Vergleichszahl frei gewählt werden.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei der Registrierung eines Strukturfehlers an einer Strukturkante oder einem Strukturübergang ein Sekundär-Signal B erzeugt wird, das bei fortschreitender Strukturabtastung erst dann beendet wird, wenn die Zahl der Übereinstimmungen im Korrelator einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Dieses Verfahren, bei dem die fehlerhaften ■Strukturen deutlicher wiedergegeben werden, soll anhand der Figuren 4a bis 4c erläutert werden. In Figur 4a ist eine Leitbahn 2 dargestellt, die eine Einbuchtung 6 an der linken Kante aufweist. In der Figur 4b handelt es sich um eine fehlerhafte Einbuchtung 6 an der rechten Kante der Leitbahn 2. -

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Gemäß Figur 4c gelangen die Bildpunkte nacheinander auf den Eingang E3 des Und-Gatters G1, wobei das digitalisierte Bild zugleich auf das Verzögerungs- und Umkehr glied V gegeben wird. Der invertierte Ausgang dieses Verzögerungsgliedes V, das beispielsweise aus einer Kippstufe besteht, wird auf den Eingang E2 des Und-Gatters 11 gegeben. Die Verzögerung erfolgt um einen Bildpunkt, so daß bei einem schwarz/weiß Übergang sowohl am Eingang E2 als auch Eingang E3 des Und-Gatters 11 eine logische "1" ansteht.

Der Binärvergleicher BV- gibt das aus der Korrelatorauswertung gewonnene Signal auf den Eingang E1 des Und-Gatters. Bei einer Ordinatenabtastung gemäß Figur 4a wird somit am Ausgang A des Und-Gatters ein Fehlersignal dann auftreten, wenn der Abtaststrahl den Bereich der Einbuchtung überfährt. Durch das Ausgangssignal A, das bei den gewählten Definitionen einer "1" entspricht, wird eine Kippstufe FF-, gesetzt die ein Sekundär signal B abgibt. Diese Kippstufe FF₁ wird erst bei Unterschreitung einer definierten Anzahl von Übereinstimmungen im Korrelator wieder zur Beendung des Signales B zurückgesetzt. Die Zahl der Übereinstimmungen kann wiederum vom Coder C gewonnen werden, dessen Binärzahl auf einen zweiten Binärvergleicher BV2 gegeben wird, der die Rücksetztung der Kippstufe FF. veranlaßt, wenn die dem Binärvergleicher BV₉ vorgegebene Vergleichszahl unterschritten wird. Eine Rücksetzung des Speicher Flip-Flops FF- kann beispielsweise dann erfolgen, wenn im Schieberegister SR kein schwarz entsprechender Bildpunkt "0" mehr enthalten ist. Das Ausgangssignal B zeichnet dann die Linie X¹ gemäß Figur 4a auf, die der Breite X der Leitbahnstruktur entspricht. Auf diese Weise wird der Fehler als gespiegelte Struktur 13a gemäß Figur 4a gespeichert und wiedergegeben.

In gleicher Weise wird der Fehler bei der Struktur gemäß der Figur 4b wiedergegeben, so daß aus der linken Randlinie der Struktur 13a bzw. 13b abgelesen werden kann,

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ob es sich um eine Einbuchtung am linken oder am rechten Rand der Leitbahnstruktur handelt. Bei einer Einbuchtung am linken Rand der Leitbahnstruktur erhält man eine gerade linke Randfläche der den Fehler aufzeigenden Struktur 13a, während bei einer Einbuchtung am rechten Rand der Leitbahnstruktur der linke Rand der Anzeigestruktur 13b dem Verlauf der Einbuchtung entspricht.

Zur Anzeige des Ausmaßes einer fehlenden Struktur beim Auftreten einer-Strukturkante oder eines Strukturübergangs kann auch in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Zahl der Übereinstimmungen im Korrelator vom Soll-Wert der Übereinstimmungen abgezogen werden. Die daraus sich ergebende Binärzahl wird einem Zähler Z1 zugeführt, der durch diese Zahl voreingestellt wird. Der Zähler löst ein Sekundärsignal aus, das erst dann endet, wenn der Zähler mit der Bildpunktfrequenz von der Voreinstellzahl auf den Wert "0" oder einen anderen vorgegebenen Wert heruntergezählt hat. Dies sol-1 anhand der Figuren 5a bis 5c erläutert werden.

Die Figur 5a zeigt wiederum eine Leitbahnstruktur mit einer Einbuchtung 6 am linken Rand, während in der Figur 5b eine Leitbahn 2 mit einer Einbuchtung 6 am rechten Rand dargestellt ist. Gemäß Figur 5c wird nun ein Addierer AD verwandt, dem vom Korrelator KO die invertierte Zahl von Übereinstimmungen zwischen Schieberegisterinhalt und Vergleichsregisterinhalt zugeführt wird. Zur Invertierung der Korrelatorausgangssignale dienen die Inverterstufen Inv.

Andererseits wird dem Addierer die geforderte Mindestbreite für die Leitbahn 2, also beispielsweise 9 mal die digitale "0", zugeführt, die der Soll-Breite einer dunklen Leitbahn 2 entspricht. Im Addierer AD wird somit von der Soll-Zahl der Übereinstimmungen die tatsächliche Zahl der Überein-Stimmungen subtrahiert. Das Ergebnis dieses Rechenvorgangs wird als Binärzahl auf den Zähler Z1 gegeben, der durch

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diese Binär zahl vor eingestellt wird und nunmehr mit der Taktfrequenz der Bildpunktabtastung bis zum Wert "0" heruntergezählt wird. Bei der Voreinstellung des Zählers Z1 entsteht ein Sekundärsignal B am Ausgang des Zählers Z1 durch den die Kippstufe FF. gesetzt wird. Die Zurücksetzung der Kippstufe FF- erfogt dann, wenn der Zähler Z1 beispielsweise auf den Wert 0 heruntergezählt hat. Das Ausgangssignal an der Kippstufe FF. zeichnet somit die fehlerhafte Struktur 14a bzw. 14b gemäß den Figuren 5a und 5b auf. Beispielsweise in der Mitte der Einschnürung 6 in Figur 5a beträgt die Differenz zwischen Soll-Wert an Übereinstimmungen und der tatsächlichen Übereinstimmungen im Korrelator den Wert von 3 Bildpunkten. In diesem Fall wird der Zähler Z1 auf 3 gesetzt und beim Herunterzählen auf den Wert "0" wieder zurückgesetzt. Auf diese Weise entsteht eine 3 Bildpunkte entsprechend breite Linie, die der Scheitellinie der Struktur 14a entspricht. Auf diese Weise wird eine getreue Wiedergabe der fehlerhaften Strukturen durch die Darstellung der Bereiche 14a und 14b erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dadurch erweitert werden, daß die Strukturen auch vertikal in einem weiteren Testdurchlauf oder parallel abgetastet werden und jeweils während des On-Line-Betriebs in vertikaler Richtung Bewertungen von Bildpunktefolgen definierter Länge erfolgen. Hierbei werden Fehler erkannt, die durch die horizontale Ordinatener fassung beispielsweise unerkannt blieben, so daß die Fehlererkennungsquote erhöht wird.

Strukturkanten oder Strukturübergänge können auch durch Farbänderungen oder durch Materialänderungen des abgetasteten Bildes definiert sein. Bei Farbänderungen können zur Abtastung Videosysteme verwendet werden, die eine Farbzerlegung des abgetasteten Signals ermöglichen.

Andererseits können auch selektive Erkennungsverfahren

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eingesetzt werden, die eine Erkennung von Materialunterschieden oder Farbunterschieden zulassen. Hierfür sind beispielsweise Farbfilter oder bei der Erkennung unterschiedlicher Materialien der Einsatz von Fluoreszenzhilfsmittel geeignet. Bei der Fluoreszenz wird beispielsweise der auf der Oberfläche einer Halbleiterscheibe angeordnete Photolack mit Licht so lange angeregt, bis er Lichtquanten emittiert. Eine Kamera nimmt nur die emittierten Bandspektren auf, so daß der Photolack, der sich möglicherweise vom Rest der Halbleiteroberfläche farblich nicht unterscheidet, sichtbar wird, So können Materialunterschiede oder auch nur geringe Farbunterschiede jeweils in echte hell/dunkel Übergänge umgewandelt werden. Die elektronischen Erkennungsmittel sind dann so ausgebildet, daß die Bewertung des Registerinhaltes sowohl beim Übergang vom hellen in den dunklen Bereich als auch vom dunklen in den hellen Bereich erfolgen kann. Das Verfahren ergibt nur dann weiße Flächen auf schwarzem Grund, wenn Fehler vorliegen.

Die schnelle Fehlersuche kann sich zunächst nur darauf beschränken, auf erscheinende weiße Bildpunkte (log "1") zu reagieren und dann gegebenenfalls eine weitere Untersuchung (z. B. nach Form oder Flächengröße) einzuleiten, welche zeitintensiver sein kann. Die ermittelten Fehlerbilder, die nur noch die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Strukturfehler oder Strukturabweichungen enthalten, können direkt über einen Bildschirm wiedergegeben werden, oder sie werden in vorteilhafter Weise in Form wiedergebbarer Bilder abgespeichert. Die Fehlerbilder können beispielsweise auf Videobänder überspielt werden.

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Claims

TELEFUNKEN electronic GmbH Theresienstr. 2, 7100 Heilbronn Heilbronn, den 06.07.84 T/E7-Ma/ma HN 84/29 Patentanspr üche

1) Verfahren zur Fehlererkennung an definierten Strukturen auf Oberflächen von elektrischen Bauelementen oder der zur Herstellung dieser Bauelemente erforderlichen Hilfsmittel, bei dem die jeweils vorhandene Ist-Struktur mit einem Prüfstrahl abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar aus Folgen von Bildpunkten im Rahmen einer Ordinatenabtastung Strukturfehler oder Strukturabweichungen ermittelt werden.

2) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen mit einem Laserstrahl, Elektronenstrahl oder einem Lichtstrahl abgetastet werden und daß das Abtastsignal in Bildpunkte in der für die Auflösung erforderlichen Zahl zerlegt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung im Durchlicht oder Auflicht erfolgt.

4) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abtastung ein Videosystem verwendet wird, das eine Farbzerlegung des abgetasteten Signals ermöglicht, oder daß selektive Erkennungsverfahren eingesetzt werden, die eine Erkennung von Materialien und/oder Farben zulassen.

5) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als selektive Erkennungsverfahren Fluoreszenzeffekte oder Farbfilter ausgenutzt werden.

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6) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Strukturfehler oder Strukturabweichungen in Form von Daten oder in Form von wiedergebbaren Bildern abgespeichert werden.

7) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen achsenparallel zu den Randflächen der Bauelemente oder der Hilfsmittel abgetastet werden.

8) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Ordinatenabtastung der Strukturen im on-line-Betrieb eine definierte und begrenzte Anzahl aufeinanderfolgender Bildpunkte erfaßt wird, und daß Mittel vorgesehen sind, durch die bei einem Strukturübergang oder einer Strukturkante die zuvor erfaßten Bildpunkte einer Bewertung unterworfen werden, aus der sich eventuell vorhandene-Strukturfehler oder Strukturabweichungen ergeben.

9) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Strukturabtastung unterschiedliche Bewertungsmittel bzw. Bewertungseinheiten vorgesehen sind, deren Zuordnug zu den jeweils erfaßten Bildpunkten mit dem Abtastvorgang synchronisiert ist.

10) Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, daß die Zahl der erfaßten und einer Bewertung unterworfenen Bildpunkte der Sollbreite oder Sollänge einer Struktur entspricht.

11) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeicnet, daß die abgetasteten Bildpunkte fortlaufend in ein Register (SR) eingeschrieben werden,

nur die für die on-line-Erfassung vorgesehene Zahl von Bildpunkten aufnehmen kann, daß eine Logik (11, 12) vorgesehen ist, die eine Strukturkante oder einen Strukturübergang erfaßt und daß Mittel (KO, C, BV₁) vorgesehen sind, durch die beim Strukturübergang der Inhalt des Registers (SR) mit.einem Vergleichsregister (VR) verglichen wird, und daß in Abhängigkeit von der Zahl der Übereinstimmungen der im Register und im Vergleichsregister enthaltenen Informationen das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein eines Strukturfehlers angezeigt wird.

12) Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (SR) ein Schieberregister ist, dessen Inhalt in einem Korrelator (KO) mit dem Vergleichsregister (VR) verglichen wird, daß die Anzahl der Übereinstimmungen festgestellt und diese Anzahl mit einer vorgegebenen Vergleichszahl verglichen wird, bei deren Unterschreitung an die Logik (11) ein Signal derart abgegeben wird, daß an der Strukturkante oder beim Strukturübergang das Ausgangssignal der Logik einem Strukturfehler entspricht.

13) Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Anzahl der Übereinstimmungen im Korrelator in einem Coder (C) in eine Binärzahl umgewandelt wird, die auf einen Binärvergleicher (BV-) gegeben wird, dem die Vergleichszahl vorgegeben ist.

14) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Registrierung eines Strukturfehlers an einer Strukturkante oder einem Strukturübergang ein Sekundärsignal (B) erzeugt wird, das bei fortschreitender Strukturabtastung erst dann beendet wird, wenn die Zahl der Übereinstimmungen im Korrelator (KO) einen vorgegebenen Wert unterschreitet.

15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärsignal (B) durch Setzung einer Kippstufe (FF-) erzeugt wird, die bei Unterschreitung der definierten Anzahl von Übereinstimmungen im Korrelator
wieder zur Signalbeendung zurückgesetzt wird.

. 16) Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärsignal (B) dann endet, wenn
die Zahl der Übereinstimmungen zwischen Registerinhalt und Vergleichsregister null wird.

17) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Anzeige des Ausmaßes
einer fehlenden Struktur beim Auftreten einer Strukturkante oder eines Strukturübergangs die Zahl der Übereinstimmungen im Korrelator vom Sollwert der Übereinstimmungen abgezogen wird, daß mit der sich daraus ergebenden Binärzahl ein Zähler (Z₁) voreingestellt wird, der ein Sekundärsignal (B) auslöst, das dann endet, wenn

der Zähler (Z₁) mit der Bildpunktfrequenz von der Voreinstellzahl auf den Wert Null heruntergezählt hat.

18) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (Z₁) mit dem Erscheinen der Voreinstellzahl eine Kippstufe (FF₁) setzt, die beim Erreichen des Wertes Null durch den Zähler zurückgesetzt wird.

19) Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Subtrahierung der Übereinstimmungen im Korrelator vom Sollwert der Übereinstimmungen ein "Adder" (AD) verwendet wird, dem die Korrelatorausgangssignale invertiert zugeführt werden.

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20) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen horizontal und vertikal abgetastet werden und jeweils während des on-line-Betriebs Bewertungen von Bildpunktefolgen definierter Länge erfolgen.

21) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strukturkanten oder Strukturübergänge durch Farbänderungen der abgetasteten BiIdpunkte definiert sind und daß Mittel vorgesehen sind, durch die Bewertungen des Registerinhalts bei Farbübergängen beider möglichen Arten erfolgen können.

22) Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (EN) vorgesehen sind, durch die bestimmte Bildpunkte im Register bei der Auswertung unberücksichtigt bleiben.

23) Verfahren nach Anspruch 22, dadurch.gekennzeichnet, daß die Gatterschaltungen im Korrelator, die den Vergleich zwischen Register inhalt und Vergleichsregister herbeiführen, extern zwangsgesetzt werden können, so daß Bildpunkte, die über zwangsgesetzte Gatter ausgelesen werden, bei der Bewertung unberücksichtigt bleiben.

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