DE2505063A1

DE2505063A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von fotomaskendefekten

Info

Publication number: DE2505063A1
Application number: DE19752505063
Authority: DE
Inventors: John David Cuthbert; Delmer Lee Fehrs; David Farnham Munro
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-02-06
Publication date: 1975-08-07
Also published as: BE824783A; FR2260102A1; GB1493861A; US3879131A; JPS50110779A; CA1038948A; IT1027452B; JPS597211B2; FR2260102B1

Description

BLUMBACH - WESER · EERGEN & KRAMER PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN UND MÜNCHEN DIPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER · DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DIPL-ING. R. KRAME«

«2 WIESBADEN · SONNENBERGER STRASSE 43 · TEL (04121) «2943, «1998 MÖNCHEN

VJestern Electric Company, Incorporated

New York, N. Y., USA Cuthbert 5-1-2

Verfahren und Vorrichtung zur Peststellung von Potomaskendefekten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und. eine Vorrichtung zur Peststellung von Defekten in einer Fotomaske* die im wesentlichen ein Muster geradliniger Kanten aufweist.

Ein grundsätzliches Hilfsmittel bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen, insbesondere bei integrierten Siliciumhalbleiterschaltungen, ist die Fotomaske. Diese besteht typischerweise aus einem lichtundurchlässigen Metallmuster, das auf einem lichtdurchlässigen Substrat wie Glas gebildet ist. Fotomaskenmuster, insbesondere jene, welche zur Festlegung von integrierten Schaltungen verwendet werden, setzen sich im allgemeinen aus geradlinigen Kanten zusammen. Solche Fotomasken können Halbleiterbereiche repräsentieren, die für Dotierstoffeinbringung, Metall,-niederschlag, selektive Schichtentfernung oder dergleichen zu maskieren oder nicht zu maskieren sind. Um eine respektable

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ORlGlNAL INSPECTED

Schaltungsausbeute zu erreichen, müssen die Fotomasken eine sehr niedrige Defektdichte aufweisen.. Da winzige Defekte kritisch sein können, stellt die Maskenprüfung ein schwieriges Problem dar.

Es sind verschiedene optoelektronische Methoden zur Prüfung von Fotomaskenmustern entwickelt worden. Einige Methoden schließen für einen Vergleich die Verwendung von Holografie oder angepaßten Filtern ein. Es sind auch Anordnungen entwickelt worden, die eine Musterprüfung dadurch ausführen, daß das Muster in einer Rasterabtastung bestrichen wird. Bei einer Anordnung ist die Prüfung weitgehend beschrankt auf Muster mit senkrecht angeordneten Musterteilen, wobei Defekte dadurch festgestellt werden, daß beim Abtasten des Musters anomale Pulsbreiten auftreten. Bei einer anderen Anordnung wird von der Musterredundanz Gebrauch gemacht, die einer Mutter- oder Vorlagemaske einer integrierten Schaltung innewohnt, um die Prüfung durchzuführen. Bei einer solchen Anordnung werden zwei Abtastleuchtpunkte verwendet, und die Information von den beiden Leuchtpunkten wird zum Auffinden der Defekte verglichen.

Räumliche Filteranordnungen machen Gebrauch von dem Beugungsmuster, das durch eine Beleuchtung des gesamten Musters einer Fotomaske für integrierte Schaltungen erzeugt wird, Bei diesen Anordnungen wird ein möglichst breites Strahlenbündel verwen-

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det, um eine maximale Anzahl identischer Maskenmuster integrierter Schaltungen gleichzeitig zu beleuchten. Ein in der Fourier-Ebene angeordnetes räumliches Filter sperrt dann das von gültigen wiederholten Merkmalen stammende Licht, während, es das von einzelnen Defekten, stammende-Licht durchläßt. .

Mit Ausnahme der Pulsbreitenmethode umfassen alle diese Anordnungen Vergleichsmethoden, für welche perfekte oder Musterfotomasken oder -filter erforderlieh sind, und ferner * ist eine präzise Ausrichtung oder Orientierung für den Prüfvorgang nötig. Demgemäß bedarf es einer Prüfanordnung, die absolut und in dem Sinn vollständig flexibel ist, daß sie keine Vergleichsanordnung zur Bestimmung- des Vorhandenseins von Defekten benötigt, aber dennoch die Beschränkungen und Begrenzungen des Pulsbreitenverfahrens überwindet.

Des weiteren können Methoden mit räumlicher Filterung beeinflußt werden durch Dickenschwankungen der Fotomaskensubstrate. Deshalb ist es erwünscht, daß eine optische Fotomaskenprüfung unabhängig von annehmbaren Substratdickenschwankungen ist.

Obige Probleme werden erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß die Fotomaske mit einem dünnen Lichtfleck von einem kohärenten Lichtstrahlenbündel abgetastet wird, das Jeweils höchstens zwei eine-

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Ecke des Musters bildende Kanten beleuchtet, daß das die beleuchteten Potomaskenteile passierende und von diesen gebeugte Licht gesammelt wird, daß das gesammelte Licht einer Fotodetektoranordnung zugeführt wird, und daß die elektrischen Signale der Fotodetektoranordnung zum Erhalt einer Anzeige für die Abtastung eines Defekts verarbeitet werden. Ferner weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens eine Quelle eines kohärenten Lichtstrahlenbündels mit einer Lichtfleckgröße, mit der jeweils höchstens zwei eine Ecke des Musters bildende- Kanten beleuchtbar sind, auf, eine Abtastvorrichtung zum Führen des Strahlenbündels über die Fotomaske, ein sammelndes Mittel zum Sammeln des die Fotomaske passierenden und von dieser gebeugten Lichtes, und mehrere Fotodetektoren zum Umsetzen des gesammelten Lichtes in Signale, die das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Fotomaskenfehlers anzeigen.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfind.ung liegt darin, daß ein Musterprüfνerfahren mit einem hohen Grad an Flexibilität erreicht wird.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, daß eine Methode zum Feststellen von Defekten in Mustern entwickelt ist, bei welcher ein Vergleich mit einem perfekten Muster nicht erforderlich ist.

Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil liegt darin, daß das Erfordernis irgendeiner speziellen Ausrichtmg zwischen dem

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zu prüfenden Muster und dem Ablenkstrahlenbündel eliminiert ist. ·

In der Zeichnung zeigen: ^

Fig. 1 ein s'chematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen optischen Anordnung;

Fig. 2 ein detaillierteres schematisches Diagramm eines Teils der optischen Anordnung zur Trennung und Messung des Ausgangsstrahlenbündels; ^c

FIg. J>&. ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Beugungswelle an einem Rand;

Fig. j3b eine schematische Ansicht des durch die Konfiguration der Fig. ."5a erzeugten Beugungsmusters;

Fig. 4a, 4b und 4c Diagramme zur Darstellung unterschiedlicher Situationen des mit einer Kante in Wechselwirkung stehenden Abtastflecks;

Fig. 4a,, 4b, und 4c, die den Situationen der Fig. 4a, 4b und 4c entsprechenden Beugungsmuster;

Fig. 5a, 5b und 5c Diagramme, die denen der Fig. 4a, 4b und 4c ähnlich sind und eine Wechselwirkung des Abtastflecks mit Ecken darstellen;

Fig. 5a-, 5b, und 5c, entsprechende Beugungsmuster; Fig. 6a bis 6f Formen von Defekten in Fotomasken;

FIg. 6a, bis 6f, Beugungsmuster entsprechend diesen Defekten; und .

Fig. 7, 8 und 9 Fotodetektoranordnungen, die für die praktische Durchführung der Erfindung geeignet sind.

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Bei einem erfindungsgemäßen AusfUhrungsbeispiel wird ein kleiner Bereich des zu prüfenden Musters unter Verwendung eines fokussierten kohärenten Lichtstrahlenbündels beleuchtet. Insbesondere ist-der diesen schmalen Bereich beleuchtende Lichtfleck kleiner als die kleinste charakteristische oder Merkmalsabmessung des Musters. Das den kleinen beleuchteten Bereich passierende und durch diesen gebeugte Licht wird gesammelt und einer Fotodetektoranordnung zugeführt. Wenn der beleuchtete Bereich eine Kante oder Kanten, im Fall einer Ecke, beleuchtet, wird ein charakteristisches Beugungsmuster erzeugt. Dieses Beugungsmuster wird einer Fotodetektoranordnung zugeführt, deren Ausgangssignale analysiert werden, um zwischen dem Vorhandensein einer gültigen Kante und einer defekten Kante zu unterscheiden. Bei den hier interessierenden Mustern sind gültige Kanten im wesentlichen geradlinig, wohingegen die Kanten von Defekten, meist nicht geradlinig sind.

Bei der praktischen Ausführung wird der Lichtfleck rasterartig über das zu untersuchende Fotomaskenmuster geführt» und alle resultierenden Beugungsmuster werden Kontinuierlich analysiert. Die Analyse umfaßt lediglich den grundsätzlichsten der Vergleiche, der zwischen den durch geradlinige Kanten erzeugten Beugungsmustern und jenen Mustern besteht, die von unregelmäßigen Rändern oder Defekten herrühren.

Ein weiteres Merkmal einer erfindungsgemäßen AusfUhrungsform besteht darin, einen Abtastkompensationsspiegel vorzusehen,

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um das momentane Beugungsbild feststehend zu machen für die Zuführung zur Fotodetektoranordnung und für die Analyse durch diese. Demzufolge repräsentiert die zeitliche Änderung des Musters die Tatsache, daß der Lichtfleck über das zu prüfende Muster geführt wird.

Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung einer Fotodetektoranordnung oder eines Fotodetektorfeldes, so daß die Analyse der Beugungsmuster dadurch ausgeführt wird, daß das Verhält- nis zwischen den Mengen auf verschiedene Fotodetektoren auffallenden Lichtes betrachtet wird. Bei einer Betriebsart kann dies einen Vergleich der beobachteten maximalen und minimalen Werte umfassen. Diesem Merkmal untergeordnet sind optische Anordnungen zum Aufteilen des das Beugungsmuster darstellenden Lichtstrahlenbündels in getrennte Teile, die von der Fotodetektoranordnung aufgenommen werden.

Eine optische Anordnung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Fotomaskenprüfung ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Fleck kohärenten Lichtes, das von einem Laser 11 erzeugt und mittels einer Linse 12 fokussiert ist, wird in einem Raster über die Fotomaske 14 geführt, und zwar durch die Bewegung eines Abtastspiegels 13· Das die Fotomaske 14 passierende Licht wird durch eine Linse 15 gesammelt und auf einen Abtastkompensationsspiegel 16 gerichtet. Bekanntlich ist es für die gewünschte Strahlenbündelfokussißrung erforderlich, daß der Abtastspiegel

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I^ von der Linse 12 einen Abstand von einer Brennweitenlänge aufweist und die Fotomaske 14 von der anderen Seite der Linse 12 eine Brennweitenlänge entfernt ist. Dieselben Abstandsverhältnisse gelten hinsichtlich der Linse 15/ der Fotomaske 14 und des Abtastkompensationssplegels l6. Ferner werden Abtast- und Abtastkompensationsspiegel mit exakt derselben Frequenz aber mit einer Phasenverschiebung von l80° bewegt, so daß am Ausgang des Abtastkompensationsspiegels l6 ein Lichtstrahlenbündel auftritt, dessen Richtung feststehend ist, dessen Verteilung jedoch zeitlich veränderlich ist. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Abtastausgangsspiegels ein bewegungsloses Beugungsmuster. Dieses Muster enthält als Folge der Streuung und Reflexion an den verschiedenen Linsenoberflächen unerwünschtes oder nicht kollimiertes Licht. Dieses Licht wird dadurch entfernt, daß das Strahlenbündel fokussiert und durch eine Apertur 18 geführt wird. Das Strahlenbündel passiert dann eine Linse 19, die zu seiner erneuten Kollimierung dient und das Beugungsmuster wieder herstellt,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das erneut kolli-¹ mierte Lichtstrahlenbündel von Linse 19 in drei Teile aufgeteilt, nämlich einen Kern- oder Mittenteil, einen Zwischenringteil und einen Außenringteil. Dies wird durch eine Spiegelanordnung bewirkt, die in Fig. 1 schematisch und in Fig. in vergrößerter Form dargestellt ist.

Es sei nun insbesondere Fig. 2 betrachtet· Ein Mittelspiegel

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31 nimmt das Mittel- oder Gleiehstromstrahlenbündel auf und richtet dieses über dine Linse 21 auf einen Fotodetektor 22. Ein Spiegel 32 nimmt einen Innenring des Strahlenbündels auf und richtet das Licht über eine fokussierende Linse 23 auf einen Fotodetektor 24. Der Außenringteil des Lichtstrahlenbündels wird von 12 Segmentspiegeln 25 aufgenommen, die dieses Licht auf die Fotodetektoren 26 reflektieren. '

Auf diese Weise wird das Lichtstrahlenbündel durch optische Mittel in separate Teile getrennt, wobei jeder Teil auf einen Fotodetektor gerichtet wird. Bekanntlich erzeugt die Intensität des auf einen gegebenen Detektor fallendem Lichtes einen analogen Strom, der in eine Spannung umgesetzt und geeignet verstärkt werden kann. Die Ausgangssignale der verschiedenen Fotodetektoren werden auf analoge und digitale Schaltungen gegeben, um zu bestimmen, ob ein vorhandenes Beugungsmuster das Vorhandensein eines Defektes anzeigt oder nicht.

Die oben beschriebene spezielle AusfUhrungsform, bei welcher optische Mittel das Lichtstrahlenbündel teilen, ergibt gewisse Vorteile, wie die Verwendung einzelner kleiner Fotodetektoren, die im allgemeinen schneller ansprechen als Fotodetektoren mit größerer Fläche. Die Erfindung hängt jedoch nicht von der oben beschriebenen besonderen Anordnung ab· Alternativ dazu kann der Abtastkompensationsspiegel 16 durch eine ausgedehnte Fotodetektoranordnung ersetzt werden,

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auf welche das fokussierte Lichtstrahlenbündel direkt auf- . trifft. Bei einem solchen Aufbau muß die Fotodetektoranordnung in einem Abstand von einer Brennweitenlänge von der Linse 15 angeordnet sein, und es ist wichtig, daß dar maximale Winkel, mit welchem das Lichtstrahlenbündel abgelenkt wird/ klein ist. Bei einem solchen Aufbau kann die Fotodetektoranordnung ein im wesentlichen ebenes Fotodetektorfeld aufweisen, um eine gleiche Funktion zu erzielen, wie sie durch die Fotodetektoren 22, 24 und. 26 der Fig. 2 erhältlich

der
ist. Das funktionelle Äquivalent ebenen Anordnung kann so sein, wie es Fig. 9 zeigt. Selbstverständlich umfaßt der Ausdruck Fotodetektoranordnung sowohl planar angeordnete als auch mehr verteilt angeordnete Fotodetektoren, wie es beispielsweise die Ausführungsform der Fig. 1 zeigt.

Ebenso kann eine Fotodetektoranordnung einfach jenseits der Kollimatorlinse 19 angeordnet werden. Jede der obigen Anordnungen kann je nach Kompliziertheitsgrad und gewünschter Ansprechgeschwindigkeit gewählt werden. Die Erfindung soll hier insbesondere im Hinblick auf die bevorzugte, in den Figuren und 2 dargestellte Ausführungsform beschrieben werden, bei welcher eine Vielzahl einzelner Detektoren zum Empfang von Teilen des aufgeteilten und getrennten Licirtstrahlenbündels angeordnet ist.

Im Betrieb einer erfindungsgemäßen Prüfanordnung hat das von

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der Abtastlinse 12 auf die Fotomaske 14 auftreffende Licht drei Möglichkeiten: Es kann geradlinig durch einen durchsichtigen Bereich hindurchgehen; es kann vollständig durch einen lichtundurchlässigen Bereich gesperrt werdenjoder es kann durch eine Kante oder einen Winkel teilweise gesperrt und auch gebeugt werden. Es ist für die vorliegende Erfindung wichtig, daß der fokussierte Lichtfleck einen Durchmesser hat, der kleiner als die kleinste charakteristische Abmessung des zu prüfenden Musters ist. Dabei bezieht sich die charakteristische Abmessung beispielsweise auf die Breite eines.durchlässigen oder undurchlässigen Streifens auf der Fotomaske. Im Fall eines Gauß*sehen Strahlenbündels, beispielsweise von einem im TE_QQQ-Moden arbeitenden Laser, ist der interessierende Durchmesser gleich dem Abstand zwischen den l/e Intensitätspunkten. Die Bedeutung dieser Beziehung zwischen Lichtfleckgröße'und charakteristischer Abmessung besteht darin, sicherzustellen, daß der Lichtfleck Jeweils lediglich eine gültige Kante oder Ecke des Musters beleuchtet. Vorliegend soll die Bezugnahme auf eine Kante des Musters eine : Ecke einschließen. ' .-."·-

Immer wenn das Ausgangssignal des Abtastkompensationsspiegels 16 ein Beugungsmuster umfaßt, wird es durch die weiteren Teile der in den Fig. 1 und 2 dargestellten optischen Anordnung und eine zusätzliche elektronische Anordnung verarbeitet, wie es im folgenden ausführlicher erläutert wird. Defekte unterschei-

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den sich von gültigen Kanten erfindungsgemäß dadurch, daß die gültigen Kanten zugeordneten Beugungsmuster bestimmte Bedingungen erfüllen, welchen die Defekten zugeordneten Beugungsmuster nicht Genüge tun.

Die Existenz dieser Bedingungen läßt sich besser verstehen, aufgrund einer auf der Theorie der Wellenbeugung an Rändern beruhenden Erläuterung. Gemäß dieser Theorie setzt sich das einer Apertur zugeordnete Beugungsfeld aus der Summe zweier Komponenten zusammen. Die erste ist eine geometrische Komponente und weist diejenige Lichtverteilung auf, welche aufgrund der geometrischen Optik zu erwarten ist. In der Fourier-Ebene bewirkt diese Komponente einen intensiven Mittelfleck im Beugungsmuster. Dieser wird oft als Gleichstrom- oder Nullfrequenzkomponente des optischen Spektrums bezeichnet.

Die zweite Komponente des Beugungsfeldes ist die Rand-Beugungswelle, die vom physikalischen Kantenbereich der Apertur austritt. Jeder kleine Abschnitt der Kante kann aufgefaßt werden als Ursprung einer Huygen'sehen Elementarwelle,

deren Intensität proportional ist sowohl zur Intensität des einfallenden Lichtes als auch zu anderen Parametern wie

Kantenrauhigkeit und Lichtundurchlässigkeitsgradient. Für eine endliche Kantenlänge interferiereTi die Elementarwellen addierend und sich auslöschend, um tfie makroskopische Rand-Beugungswellenfront zu erzeugen. Dies ist schematisch dargestellt in Fig. 3a für die Halbebene ζ = O, y > 0, die

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mittels zur z-Achse parallel verlaufenden Lichtes gleichmäßig beleuchtet ist. Die Huygen'sehen Elementarwellen wirken zur Erzeugung einer mit der x-Achse koaxial verlaufenden zylindrischen Welle zusammen. Nach einer Pourier-Transförmation durch eine geeignete optische Anordnung führt diese Rand-Beugungswelle zu dem in Fig. "5b schematisch gezeigten Beugungsmuster. Eine ausführlichere Erläuterung der Theorie der Wellenbeugung an Rändern findet sich in "Principles of Optics" von Max Born und Emil Wolf, insbesondere auf den Seiten 449 bis

Wie oben angegeben steht der Lichtfleck jeweils nur mit einer Kante eines Mustermerkmals in Wechselwirkung, so daß die Form der Wechselwirkung lediglich vom senkrechten Abstand vom Lichtfleck bis zur Kante abhängt. Einige verschiedene Situationen erläutern dies für den abgelenkten Lichtfleck, wie er in den Fig. 4a, 4b und 4c gezeigt ist. In diesen Figuren ist der Annäherungsabstand χ in Jedem Fall identisch, so daß die Verteilungen des gebeugten Lichtes in der Fourier-Ebene, die in den Fig. 4a., 4b. und 4c. dargestellt sind, abgesehen von einem Rotationsfaktor ebenfalls identisch sind. Jedoch ist, wenn der Lichtfleck zur Kante hin schwenkt, die zeitliche Abhängigkeit von χ für diese drei Fälle sehr verschieden. In Fig. 4a ändert sich x(t) sehr rasch, wohingegen x(t) in Fig. 4c zeitunabhängig ist. Folglich existiert die in Fig. 4a. dargestellte spezielle Beugungsmusteramplitude viel kürzer als diejenige in Fig. 4C₁.'

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Die Theorie der Wellenbeugung an Rändern kann dazu .verwendet werden, die Lichtverteilung in. der Fourier-Ebene und deren Abhängigkeit von χ vorauszusagen. Wie bereits bemerkt, ist die Stärke der Rand-Beugungswelle, die von einem Punkt auf einer geradlinigen Kante ausgeht, proportional zur Amplitude der an diesem Punkt eintreffenden Welle. Die Lichtverteilung in derjenigen Komponente des Beugungsfeldes, welche der Rand-Beugungswelle zugeordnet ist, ist immer dieselbe, wenn man von einer Maßstabsfunktion absieht, die vom Verhältnis des Annäherungsabstandes χ zum Lichtfleckdurchmesser O abhängt.

Die Wechselwirkung eines Lichtflecks mit einer 9O°-Ecke ist in den Fig. 5a und 5b gezeigt. In einer guten ersten Näherung steht der Lichtfleck mit den beiden geradlinigen, die Ecke bildenden Kanten so in Wechselwirkung, als wären diese Kanten unendlich lang, so daß sich das in den Fig. 5a. und 5b. dargestellte Beugungsmuster ergibt. In Fig. 5b, ist die der Kante AB zugeordnete Beugungsmusterkomponente stärker als diejenige von AC, und zwar weil zum einen dem Strahlenbündel ein längeres Kantensegment ausgesetzt ist, und weil zum anderen die Lichtintensität in der Nähe des Zentrums des Gavß'sehen Lichtflecks größer ist..

Es wird nun eine Korrektur zweiter Ordnung der obigen Beschreibung einsr Beugung an einer scharfen Ecke betrachtet. Gemäß dem Überlagerungsprinzip breiten sich die von den

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beiden die Ecke bildenden Kanten ausgehenden zylindrischen Wellen je unabhängig aus. In der Betrachtungsebene (in diesem Fall der Fourier-Ebene) interferieren sie Jedoch und bewirken dadurch, daß die beobachtete Lichtverteilung sich von derjenigen unterscheidet, welche ansonsten auftreten würde. Bei einer 90°-Ecke breiten sich die zylindrischen Wellen rechtwinkelig zueinander aus, so daß sich die Phasendifferenz· zwischen den Wellen an jedem Punkt in der Fourier-Ebene, ausgenommen in der Nähe des Ursprungs, sehr rasch mit der Position ändert. Folglich kann sich keine zusätzliche Wellenfront mit bedeutender Amplitude bilden. Sehr nahe am Ursprung ändert sich die Phasendifferenz mit der Position langsamer (d. h., die zylindrischen Oberflächen überlappen sich stärker), und es entsteht eine bezeichnend niedrige Amplitude. Bei einer spitzwinkligeren Ecke, wie sie in Fig. 5c dargestellt ist, überlappen sich die Oberflächen der auftretenden zylindrischen Wellenfronten beträchtlich mehr als bei einer 9O°-Ecke. Dies bewirkt, daß etwas mehr Licht in die in den Fig. 5a,, 5b. und 5c, als G bezeichneten Bereiche· gelangt, welche in der ersten Näherung vollständig dunkel sind.

Einen weiteren Grund dafür, daß die mit G bezeichneten Bereiche in den Fig. 5a^, 5b₁ und 5c. Lieht empfangen, stellt der endliche Krümmungsradius dar, den wirkliche Ecken aufweisen. Im Fall einer sehr scharfen Ecke ist die von der Spitze ausgehende Rand-Beugungswelle.im wesentlichen kugel-

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förmig aber von geringer Amplitude, da die zugeordnete Peripherie sehr klein ist. Deswegen empfangen die Bereiche G folglich im wesentlichen kein Licht. Andererseits weist

die Rand-Beugungswelle für eine abgerundete Ecke eine'aushat geprägtere Keule in Vorwärtsrichtung auf und/aufgrund ihrer größeren Peripherie eine größere Amplitude. Folglich können räumliche Frequenzen in der Nähe des Ursprungs (d. h. Bereiche G in den Figuren 5a., 5b, und 5C₁) Licht empfangen, wobei die Menge vom Krümmungsradius der Ecke abhängt.

Es werden nun charakteristische Beugungsmuster typischer Defektformen betrachtet. Fig. 6a zeigt einen durch den Lichtfleck beleuchteten praktisch runden, lichtundurchlässigen Defekt. Wenn der Fleck ein gleichmäßiges Intensitätsprofil aufweist, ist das gebeugte Licht dem einer Airy-Scheibe gleich, und das Licht wird, wie in Fig. 6a- gezeigt, stark in hohe räumliche Frequenzen gebeugt. Wenn der Durchmesser des Defektes groß ist, wie in Fig. 6b, nimmt die relative Amplitude des in hohe räumliche Frequenzen gestreuten Lichtes ab, wie es in Fig. 6b, angedeutet ist.

Defekte haben selten die in den Fig. 6a und 6b dargestellten runden Formen. Typischer sind Defektformen, wie sie in den Fig. 6c bis 6f dargestellt sind, deren Beugungsmuster die Fig. 6c, bis 6f, zeigen. Übliche Defekte haben Kanten, die im Vergleich zu denen gültiger Merkmale stark zerklüftet sind. Wenn das Maß dieser Zerklüftetheit mehr als einige ■

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Wellenlängen tief ist, wird Licht stark in hohe räumliche ' Frequenzen gestreut. Im Fall eines kleinen, annähernd runden, zerklüfteten Defektes, wie in Fig. 6c, folgt die Lichtverteilung noch annähernd der Airy-Funktion, hat jedoch eine beträchtlich größere Amplitude, als sie ein entsprechendes glattes Nadelloch verursachen würde.

Die Streuung in hohe räumliche Frequenzen infolge eines Defektes, wie des in Fig. 6 gezeigten, ist stark,-und-zwar sowohl aufgrund des Vorhandenseins zweier etwa paralleler Kanten innerhalb des Lichtfleckdurchmessers als auch wegen der Zerlelüftetin heit der Kanten. Im Fall der Fig. 6e,/welchem ein Teil des Merkmals fehlt, ist die resultierende Stärke der Streuung in hohe räumliche Frequenzen nicht so groß wie in Fig. 6d, aber wegen der Rauhigkeit übertrifft sie noch die Stärke für eine gültige geradlinige Kante. Fig. 6f zeigt eine gelegentlich unangenehme Situation, bei welcher ein schmaler Defekt in die Nähe einer gültigen Kante fällt. Neben den überlagerten Beugungsmüstern, die der gültigen Kante und dem Defekt zugeordnet sind, tritt zusätzliches gebeugtes Licht auf, das durch die Nahwirkung verursacht wird. Dies entsteht aufgrund des schmalen Spaltes, der zwischen dem Defekt und der gültigen Kante gebildet ist.■

Methoden, mit denen Defekte von gültigen Merkmalen aufgrund der oben beschriebenen Beugungsmusterdifferenzen" unterschieden

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werden, verwenden Fotodetektoranordnungen, wie sie als Beispiele die Fig. 7, 8 und 9 zeigen. .

In der Anordnung nach Fig. 7 spricht der Detektorbereich C auf Licht an, das irgendwo innerhalb seiner Grenzen auftrifft, wobei jene Bereiche ausgenommen sind, welche durch die Detektoren A, B (O), B(90) belegt sind. Diese Anordnung ist insbesondere geeignet zur Prüfung von Masken mit "Manhattan" -Struktur, d. h. für Masken, bei welchen alle gültigen Kanten von Merkmalen horizontal oder vertikal verlaufen. Wenn Fotomasken solchen Aufbaus abgetastet werden, fällt das an gültigen Merkmalen gebeugte Licht meist vollständig auf die Detektoren A, B(O) oder B(90). Eine horizontale Kalte hat das Auftreten von Licht auf die Detektoren A und B(O) zur Folge, und eine scharfe Ecke bewirkt, daß Licht auf die Detektoren A, B(O) und B(90) fällt. Eine vertikale Kante erzeugt ein Beugungsmuster, dessen Licht auf die Detektoren A und B(90) fällt. Da Defekte in der Fotomaske ausnahmslos Peripherieteile in einer "Nicht-Manhattan^rt-Orientierung aufweisen, wird das Licht von diesen Kanten in jene Bereiche gebeugt, die durch den Detektorbereich C belegt sind, und somit werden solche Defekte dadurch festgestellt, daß ein. Signal von diesem Detektorbereich beobachtet wird..

Ein Problem ergibt sich aus der Tatsache, daß Ecken nicht unendlich scharf sind, und daß deshalb, wie in Verbindung

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mit Fig. 5a, 5b und 5c erläutert, eine geringe Lichtmenge von diesen gültigen Merkmalen den Detektor C erreichen kann* Wenn sehr kleine Defekte festgestellt werden sollen, kann das Eckensignal fälschlich einen Defekt anzeigen. Da eine Ecke durch B(O) und B(SK)) festgestellt wird, wird immer dann, wenn gleichzeitig eine Beleuchtung dieser Detektoren auftritt, signalisiert, daß eine Ecke vorhanden ist, und jegliches Signal am Detektor C kann automatisch ignoriert werden. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, mit elektronischen Mitteln vorzusehen, daß das Produkt der Signale von B(O) und B(90) in geeignetem Maßstab vom Signal von Detektor C subtrahiert und dadurch das Eckensignal unterdrückt wird.

Die Prüfung von Mustern mit anderen als gerade "Manhattan"-Geometrien kann unter Verwendung der in Fig. 8 dargestellten •Ring-Fotodetektoranordnung durchgeführt werden. Eine "bekannte Charakteristik des Beugungsmusters für alle gültigen Kanten und Ecken ist die, daß die radiale Intensitätsverteilung für alle solche Kanten- und Eckenorientierungen im wesentlichen dieselbe ist. Defekte erzeugen jedoch aufgrund ihrer zerklüfteten und kurvenreichen Merkmale im allgemeinen ein Beugungsmuster mit einer radialen Intensitätsfunktion, die sich von derjenigen durch die gültigen Merkmale der Fotomaske erzeugten unterscheidet. Ein Defekt kann deshalb dadurch festgestellt werden, daß in Echtzeit das Verhältnis zwischen dem in den

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Detektor B gebeugten und dem in den Detektor C gebeugten Licht gemessen wird. Für Kanten und Ecken ist das Verhältnis meist konstant, wenn der Fleck über diese geführt wird. Aber bei Defekten, sogar einschließlich derjenigen, welche weniger Gesamtlicht als eine Kante streuen, haben die Beugungsmuster radiale Intensitätsverteilungen, die unterschiedliche Verhältnisse erzeugen. Diese Feststellmethode ist unabhängig von der Lichtintensität.

Für viele Defekte ist die absolute Intensität des durch einen solchen Defekt gebeugten Lichtes auch größer als diejenige von gültigen Kanten und Ecken* Unter diesen Umständen wird der Defekt dann festgestellt, wenn das Signal des Detektors B oder C der Anordnung nach Fig. 8 einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

Die^obigen Defekt-Feststellanordnungen arbeiten am besten, wenn das dem Defekt zugeordnete gebeugte Licht angemessen stark ist. Einige Arten von Defekten in DUnnsehicht-Emulsionsmasken brechen aufgrund ihrer schwachen Kantengradienten weniger stark. Eine vorteilhafte Konfiguration zur Feststellung solcher Defekte ist die in Fig. 9 dargestellte Anordnung, welche schematisch die in den Fig. 1 und 2 gezeigte bevorzugte AusfUhrungsform repräsentiert. Eine besonders zweckmäßige Weise der Feststellung mit dieser Form der Fotodetektoranordnung besteht darin, die Ausgangssignale der C-Detektoren

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einem Computer zuzuführen, der zu jedem Zeitpunkt die maximalen und die minimalen Ausgangswerte auswählt, und das
Verhältnis dieser Werte bestimmt. Aufgrund einer Betrachtung derjenigen Beugungsmuster, welche den in den Fig. 4a,, 4b., 4c. und 5^₁ > 5b. und 5c. gezeigten gültigen Kanten zugeordnet sind, kann man sehen, daß dieses Verhältnis für gültige Merkmale einen großen Wert aufweist. Für Defekte ist .dieses Verhältnis andererseits anomal klein, wodurch deren Feststellung ermöglicht wird.

Es können natürlich Variationen dieser Grundausführungsform entwickelt werden. Beispielsweise kann die Fotomaske mittels zusätzlicher optischer Anordnungen durch ein Lichtfleckpaar abgetastet und der Prüfvorgang somit beschleunigt werden.

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Claims

BLUMBACH ■ WESER · BERGEN & KRAMER

PATENTANWÄLTE IN WIESBADEN VND MOrJCHEN

DIPL-ING. P. G. BLUMBACH · DIPL-PHYS. DR. W. WESER . DIPL-ING. DR. JUR. P. BERGEN DtPLMNG. R. KRAMER

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Patentansprüche

yVerfahren zur Feststellung von Defekten in einer Fotomaske, die im wesentlichen ein Muster geradliniger Kanten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotomaske mit einem Lichtfleck von einem kohärenten Lichtstrahlenbündel abgetastet wird, das jeweils höchstens zwei eine Ecke des Musters bildende Kanten beleuchtet, daß das die beleuchteten Fotomaskenteile passierende und von diesen gebevigte Licht gesammelt wird, daß das gesammelte Licht einer Fotode.tektoranordnung zugeführt wird, und daß die elektrischen Signale der Fotodetektoranordnung zum Erhalt einer Anzeige für die Abtastung eines Defekts verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Signalverarbeitung Signale von verschiedenen Teilen der Fotodetektoranordnung hinsichtlich ihrer Amplitude verglichen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im

, Rahmen der Beaufschlagung der Fotodetektoranordnung mit dem

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gesammelten Licht dieses in mehrere Teile aufgeteilt und getrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht in einen zentralen Lichtteil und wenigstens zwei ringförmige Lichtteile aufgeteilt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußerste ringförmige Teil des gesammelten Lichtes in einzelne, gleiche Segmente aufgetrennt wird.
(5. Verfahren nach Anspruch 5, -dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Signalverarbeitung die Amplituden der durch die Segmentteile des gesammelten Lichtes erzeugten maximalen und minimalen Signale verglichen werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Quelle (11) eines kohärenten Lichtstrahlenbündels mit einer Lichtfleckgröße, mit der jeweils höchstens zwei eine Ecke des Musters bildende Kanten beleuchtbar sind; eine Abtastvorrichtung .(!."5* 12) zum Führen des Strahlenbündels über die Fotomaske (14); ein sammelndes Mittel (15-I9) zum Sammeln des die Fotomaske (14) passierenden und von dieser gebeugten Lichtes; und. mehrere Fotodetektoren (22, 24, 26) zum Umsetzen des gesammelten Lichtes in Signale, die das Vorhandensein oder NichtVorhandensein eines Fotomaskenfehlers anzeigen.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufteilungsanordnung (3I,.32, 21, 23, 25) vorgesehen ist zum Aufteilen und Trennen des gesammelten Lichtes in einzelne, den Fotodetektoren zugeführte Teile.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoren derart angeordnet sind, daß sie entsprechende Teile des aufgeteilten und getrennten Lichtstrahlenbündels getrennt empfangen.

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