DE10027132A1 - Verfahren und System der Mehrband-UV (ultraviolett)-Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme - Google Patents

Verfahren und System der Mehrband-UV (ultraviolett)-Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme

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Abstract

Verfahren und System der Mehrband-UV-Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme. Eine UV-Lichtquelle (Quecksilberlichtbogenlampe) erzeugt durch Breitband- oder diskrete Bandfilterung eine Mehrband-UV-Lichtquelle mit zwei UV-Schmalbandbereichen von 360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm und einen einzelnen sichbaren Schmalbandbereich von 427 bis 434 nm zu Zwecken der Illumination und Abbildung eines Wafers während der optischen Mikroskopprüfung. Ein optisches Mikroskop ist gekennzeichnet durch ein Breitbandobjektivsystem, einen Breitbandilluminationspfad und eine Breitbandröhrenlinse. Weitere Komponenten umfassen eine Kamera und eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung, Speicherung und Verarbeitung digitalisierter Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Waferoberfläche. Die Datenverarbeitungseinrichtung enthält spezielle Algorithmen für die Waferfehlerdetektion, die optische Waferoverlaymessung und die optische waferkritische Dimensionsmessung. Eine Implementierung der Erfindung führt zu signifikanter und meßbarer Verbesserung in der Einzelobjekt- oder Strukturauflösung, verglichen mit Verfahren, die durch Breitbandweißlichtillumination gekennzeichnet sind, sowie zu signifikanten und meßbaren Verbesserungen der Gesamtsystemauflösung der Waferbilder ohne Verursachung von Strahlenschäden des Wafers, verglichen mit Verfahren, die monochromatische UV-Lichtillumination verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren und ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System der Illumination, das in der optischen Mikroskopie verwendet wird, wie sie für Waferprüfsysteme und Wafermeßtechniksysteme angewendet wird, und insbesondere ein Verfahren und ein System der Mehrband - UV (ultraviolett) - Lichtillumination von Wafern für die Verwendung bei optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen.
In der Halbleiterindustrie werden regelmäßig für Forschung, Entwicklung und Herstellung von siliziumbasierten Wafern optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme verwendet. Die Verwendung von optischen Mikroskopwaferprüf­ systemen und -meßsystemen ermöglicht eine genaue Charakterisierung der Oberflächentopographie eines Wafers, insbesondere bezüglich der Detektion, Auflösung und Messung von Fehlern, Mustern und anderem Oberflächenstrukturen. Spezielle Anwendungsbeispiele von optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen umfassen die Bereiche der Waferfehlerdetektion, der optischen Überlagerungsmeßtechnik und der optischen CD (Critical Dimension) Meßtechnik und Kontrolle. Die Charakterisierung der Waferoberflächentopographie ist in Qualitätskontrollprozessen sehr wichtig, die während sequentieller Waferherstellungsstufen angewendet werden. Darüber hinaus muß aufgrund des großen Ressourcenaufwandes bei der Produktion eines neuen Wafers, und ebenso bei der Endfertigungsphase ein geeignetes optisches Mikroskopwaferprüfsystem oder -meßsystem technisch realisierbar und robust sein, um in einer Fertigungsumgebung verwendbar zu sein.
Im folgenden bezieht sich der Begriff "CD" oder "Critical Dimension" auf die kleinste Dimension einer Struktur auf einem Wafer, die während des Herstellungsprozesses des Wafers kontrollierbar ist. Ferner bezieht sich der Begriff "Muster" auf ein beabsichtigtes oder gewünschtes Muster, Design, Struktur oder eine Konfiguration auf einem Wafer, mit meßbaren Dimensionen; und der Begriff "Fehler" bezieht sich auf einen Defekt auf einem Wafer, wie etwa das Vorhandensein einer unerwünschten oder das Fehlen einer erwünschten Struktur oder Konfiguration auf einem Wafer, die ebenfalls meßbare Dimensionen aufweist. Die gegenwärtige Technologie in der Halbleiterindustrie verwendet 180 nm als kritische Referenzdimension eines Wafermusters. Darüber hinaus ist ein "Killer"-Fehler ein Defekt mit ausreichender Dimension, der direkt die Funktion eines speziellen Musters auf einem Wafer stört oder verhindert. Gegenwärtig wird ein Fehler dann als Killerfehler klassifiziert, wenn er halb so groß ist wie die gegenwärtig verwendete kritische Referenzdimension von 180 nm, also 90 nm. Für Meßtechnikanwendungen ist die erforderliche Genauigkeit typischerweise besser als 10% dieser kritischen Dimension, also kleiner als 20 nm. Demzufolge ist es sehr wichtig, Killer- oder andere Waferfehler detektieren zu können sowie eine Randdetektion durchführen zu können, und zwar möglichst früh im Entwicklungs- und Herstellungszyklus neuer Wafer.
Das spezielle Verfahren und System der Illumination, das bei einem speziellen Waferprüfsystem oder -meßsystem verwendet wird, bestimmt die Gesamtqualität der Ergebnisse, die von dem Waferprüfsystem oder -meßsystem erhalten werden. Gegenwärtig verwendete Verfahren und Systeme der Illumination, die in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen verwendet werden, umfassen die Verwendung von breitbandigem weißen Licht und einzel (Schmal)band-UV-Licht, um Wafer zu illuminieren. Es ist allgemein bekannt, daß ein schmales Band von UV-Licht auch als monochromatisch für ein ausreichend schmales Band von Wellenlängen bezeichnet wird. Die Erfindung ist konsistent zu dieser Verwendung der Ausdrücke "Schmalband" und "monochromatisches" UV-Licht. Die Illumination mit weißem Licht (Weißlichtillumination) bezieht sich auf Breitbandillumination im sichtbaren Lichtspektrum. Optische Waferprüf- und Meßmikroskope enthalten speziell entwickelte Lampen (zum Beispiel solche, die mit hohem oder niedrigem Druck beaufschlagten Quecksilberdampf enthalten, der mit einem Edelgas gemischt ist), die breitbandiges weißes Licht im sichtbaren Spektrum von 400-800 nm erzeugen, sowie monochromatisches UV-Licht mit schmalen Bändern im Spektrumsbereich von 250 bis 500 nm, neben anderen Lichtspektren, die zum Beispiel ein paar schmale Bänder auch im sichtbaren Spektrumsbereich umfassen.
Der Typ der Illuminationsquelle, die im optischen Mikroskop verwendet wird, ist ein wichtiger Faktor bei der Festlegung der Bildauflösung, wobei mit Bildauflösung die, Standarddefinition in der Optik gemeint ist, so daß also zwei dunkle Objekte oder Strukturen aufgelöst werden, wenn die Lichtintensität zwischen diesen Objekten 0,707 der Bildamplitude, Helligkeit oder Intensität erreicht (vgl. "Principles of Optics: The Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light", 6. Ausgabe, Born, Max und Wolf, Emil, Cambridge University Press, 1998).
Die Ergebnisse der Waferbilder, die unter Verwendung von optischen Mikroskopen zur Prüfung oder Messung von Wafern gewonnen werden, sind nachteilig durch Beugungserscheinungen beeinflußt, wobei die Beugung durch Interaktion zwischen Lichtwellen einer gegebenen Illuminationslichtquelle und Objekten oder Strukturen (zum Beispiel Muster oder Fehler) auf der Waferoberfläche erzeugt werden. Im folgenden werden Beugungseffekte als Systemrauschen betrachtet, das direkt die Qualität der Waferbilder reduziert. Für eine gegebene Waferoberflächentopographie ist das Ausmaß der Beugung eine Funktion der Mikroskopoptik (zum Beispiel des Linsensystems oder der objektiven Apertur) und des Illuminationsspektrums (also weißes Licht gegenüber UV-Licht, und Breitbandillumination gegenüber monochromatischer Illumination). Monochromatische UV-Lichtillumination der Wafer ergibt eine höhere Bildauflösung im Vergleich zu breitbandiger Illumination von Wafern mit weißem. Licht, jedoch verursacht die monochromatische UV- Lichtillumination im Vergleich zu einer Breitbandweißlichtillumination größere Beugungseffekte, die sich insbesondere auf Wafern bemerkbar machen, die eine Vielzahl von nahe beieinander liegenden Objekten oder Strukturen aufweisen, die als Muster und/oder Fehler bekannt sind.
Bei optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen ist es in Abhängigkeit von den eigentlichen Zielen des Verfahrens normalerweise wichtig, ein Verfahren oder ein System der Waferillumination zu entwickeln, das eine adäquate Detektion, Auflösung und kritische Dimensionsmessung von Waferfehlern oder Mustern in der Nähe der Wafermuster oder selbst in der Nähe anderer Waferfehler oder Muster (zum Beispiel Prüfung oder Messung eines Clusters von Waferfehlern oder Mustern) ermöglicht. In derartigen Fällen sind in Ergänzung zur Standardbildauflösung individueller Fehler und Muster die Beugungseffekte zunehmend wichtig bei der Interpretation der Bilddaten. In Ergänzung zu den herkömmlich verwendeten Begriffen Einzelobjekt- oder Strukturbildauflösung umfaßt eine genauere Charakterisierung der Ergebnisse der Bildanalyse der Wafer, die durch Beugungserscheinungen begrenzt sind, die Verwendung des Begriffs "Systemsauflösung", die Abstandseinheiten enthält und allgemein üblich auf dem Gebiet der Waferprüf- oder Meßtechnologie als Abstand zwischen einem ersten Fehler oder Muster und einem Rand eines anderen Fehlers oder Musters auf dem gleichen Wafer definiert ist, wodurch auch bei Vorhandensein von Beugungserscheinungen, die an den Rändern anderer Muster oder Fehler auftreten, die Genauigkeit der Detektion oder Messung des ersten Fehlers oder Musters statistisch genau ist. In Bezug auf Waferfehlerdetektionssysteme bezieht sich die Systemauflösung auf den Abstand zwischen einem ersten Fehler und einem Rand eines anderen Fehlers oder Musters auf dem gleichen Wafer, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Detektion des ersten Fehlers statistisch nicht zu vernachlässigen ist.
Der numerische Wert der Systemauflösung, der mit einem gegebenen Verfahren eines Waferprüfsystems assoziiert wird, verringert sich mit steigender Systemauflösung mit einem Einheitenabstand im Nanometerbereich, wodurch ein Fehler, der bei einem Abstand von 500 nm von einem Rand eines Musters oder anderen Fehlers noch auflösbar ist, für ein Verfahren mit einer höheren Systemauflösung kennzeichnend ist, als für ein Verfahren, bei dem ein Fehler mit einem größeren Abstand als 1000 nm vom Rand eines Musters oder eines anderen Fehlers auflösbar ist. Eine Möglichkeit zur meßbaren Steigerung der Systemauflösung ist die Verwendung einer Waferprüfung oder eines Meßverfahrens und -systems, das die Beugungseffekte reduziert, wodurch eine effektive Reduktion der Randgrößen der Fehler oder Muster verursacht wird. In Bezug auf die Bildqualität eines Wafers, der durch mehrere Objekte oder Strukturen gekennzeichnet ist (also Muster, Fehler), sollte man gleichzeitig bei der Optimierung folgende drei sich auf die Auflösung auswirkende Parameter benutzen und auswählen: 1) eine Einzelobjekt- oder Strukturbildauflösung, 2) Beugungserscheinungen, und 3) die Systemauflösung, um so ein effektives Verfahren und System zur Waferillumination für eine Verwendung in einem gegebenen optischen Mikroskopwaferprüfsystem zu entwerten.
Es ist allgemein bekannt, daß bei Verfahren und Systemen von optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen, die eine Breitbandillumination der Wafer verwenden, die Beugungseffekte weniger meßbar sind als bei Verfahren, die eine schmalbandige oder monochromatische Illumination der Wafer anwenden. In der Praxis moduliert die breitbandige Illumination ein einzelnes Objektabbild (zum Beispiel ein Muster oder ein Fehler) mit einer gaussähnlichen Hülle. Dies reduziert den ersten Beugungsgradkontrast, wodurch der gesamte Bildkontrast oder die Systemauflösung verbessert wird, im Vergleich zur monochromatischen Illumination, bei der ein Bild erzeugt wird, das durch den Einschluß von mehr als einem Beugungsgradkontrast gekennzeichnet ist. Aus diesem Grund enthalten die meisten gegenwärtig verwendeten Verfahren und Systeme von Waferprüfsystemen oder -meßsystemen eine breitbandige Weißlichtillumination der Wafer.
Verschiedene signifikante Einschränkungen existieren jedoch im Bezug auf gegenwärtig angewendete Verfahren und Systeme zur Waferillumination, die für optische Mikroskopwaferprüfsysteme oder -meßtechniksysteme verwendet werden. Die gegenwärtige kritische Dimension, im folgenden auch als kritische Abmessung bezeichnet, der Wafer beträgt etwa 180 nm, wobei bisherige Fertigungsanalysen von Waferstrukturen bis etwa 90 nm zur Fehlerdetektion heruntergehen, und weniger als ungefähr 20 nm für Meßtechnik, einschließlich besser als 10 nm für optische Überlagerungsanwendungen. Bis jetzt waren Verfahren und Systeme, die eine breitbandige Weißlichtillumination umfassen, zur Verwendung in Waferprüfsystemen ausreichend, um qualitativ hochwertige Bilder zu erhalten sowie eine hohe Systemauflösung. Mit Weiterentwicklung der Waferprüf- und Meßtechnologien, verringern sich die kritischen Abmessungen weiter, wodurch es schwieriger wird, unter Verwendung einer breitbandigen Weißlichtillumination der Wafer hohe Einzelobjekt- oder Strukturbildauflösungen sowie eine hohe Systemauflösung aufrecht zu erhalten. Aus diesem Grund müssen Illuminationsverfahren und Systeme, die bei optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen verwendet werden, geändert werden, und zwar von einer Illumination, die auf breitbandigem weißen Licht basiert in eine Lichtquellenwaferillumination mit geringerer Wellenlänge und höherer Energie, wie etwa eine UV-Lichtillumination. Folglich besteht ein Bedarf für ein Verfahren und ein System zur Illumination für die Verwendung in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen, die auf einer UV-Lichtquelle basieren.
Bei Verfahren und Systemen der Illumination, die eine UV-Lichtquelle verwenden, müssen weitere Einschränkungen überwunden werden. Zum Beispiel erhöht sich die Einzelobjekt- oder Strukturbildauflösung signifikant, bei Verwendung einer monochromatischen UV-Lichtquelle zur Waferillumination (zum Beispiel gekennzeichnet durch den allgemein verwendeten Schmalbandwellenlängenbereich von 360 bis 370 nm), im Vergleich zur Verwendung einer breitbandigen Weißlichtquelle (die zum Beispiel durch ein Spektrum mit einem Breitbandwellenbereich von 400 bis 800 nm gekennzeichnet ist). Jedoch erhöhen sich gleichzeitig die Beugungseffekte mit ansteigender Energie der Illuminationslichtquelle, wie etwa bei monochromatischen UV-Lichtquellen, was die Erzeugung von Rauschen in den Daten der Waferabbildungen zur Folge hat und folglich eine reduzierte Systemauflösung. Dieses Phänomen ist besonders bei Wafern ausgeprägt, die durch mehrere nahe beieinanderliegende Fehler und Muster gekennzeichnet sind. Allgemein verwendete Verfahren zur Eliminierung oder Minimierung von Beugungseffekten sind noch nicht auf gegenwärtig verwendete Waferprüfsysteme oder -meßsysteme anwendbar, die eine monochromatische UV- Lichtquelle verwenden. Zum Beispiel können Interferometertechniken verwendet werden, die jedoch sehr langsam sind, was einen geringen Durchsatz zur Folge hat, und die in der Praxis kompliziert umzusetzen sind. Darüber hinaus sind Bildverarbeitungstechniken, wie etwa das Auseinanderrollen von Beugungsringen eines Bildes, in der Praxis nicht für optische Mikroskopwaferprüfsysteme oder -meßsysteme anwendbar.
Ein ideales Verfahren und System der Waferillumination zur Verwendung in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen würde die Verwendung einer Breitband-UV-Illumination der Wafer umfassen, gekennzeichnet durch die Verwendung einer breitbandigen UV-Lichtquelle mit einem Spektrum im Bereich von zum Beispiel 250 bis 500 nm. Eine derartige Breitband-UV-Lichtquelle würde eine effektive Modulation einzelner Objekte oder Strukturen mit gaussähnlichen Hüllen ermöglichen, wodurch störende Beugungseffekte reduziert werden, was wiederum in einer höheren Systemauflösung resultiert. Obwohl theoretisch möglich, sind bis jetzt keine Breitband-UV-Lichtquellen bekannt. Bekannte UV-Lichtquellen (zum Beispiel Quecksilberlichtbogenlampen) weisen schmalbandige monochromatische Spektren auf (zum Beispiel 360 bis 370 nm, 398 bis 407 nm, etc.).
Eine gute Näherung an eine ideale Breitband-UV-Lichtquelle erhält man durch Verwendung von Mehrfachbändern oder Wellenlängen einer bekannten UV- Lichtquelle zur Waferillumination. In diesem Fall wäre die Einzelobjekt- oder Strukturauflösung besser als bei Verfahren, die eine Weißlichtillumination verwenden, und gleichzeitig auftretende Beugungseffekte wären geringer als bei Bildern, die durch die Verwendung von Verfahren gewonnen werden, bei denen eine monochromatische UV-Lichtquelle verwendet wird. Folglich besteht ein Bedarf für ein Verfahren und ein System einer Mehrband-UV-Lichtillumination zur Verwendung in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen. Ferner besteht ein Bedürfnis daran, daß ein derartiges Verfahren und System zur Waferillumination technisch realisierbar, kostengünstig und robust ist, um standardmäßig in einer Waferfertigungsumgebung verwendet zu werden, als Ergänzung zu Waferforschungs- oder Entwicklungsumgebungen.
Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme der Illumination in der optischen Mikroskopie, wie sie bei Waferprüfsystemen und -meßsystemen angewendet wird, und insbesondere ein Verfahren und ein System der Mehrband-UV-Lichtillumination von Wafern zur Verwendung in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen.
Das Verfahren und System der Mehrband-UV-Lichtillumination gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch die Verwendung einer UV-Lichtquelle (zum Beispiel einer Quecksilberlichtbogenlampe) zur Erzeugung einer Mehrwellenlängen-UV-Lichtquelle mit einem UV-Lichtilluminationsspektrum mit zwei Schmalbandbereichen von 360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm und einem sichtbaren Lichtilluminationsspektrum mit einem einzelnen Schmalbandbereich von 427 bis 434 nm. Darüber hinaus stellt das Verfahren und das System gemäß der Erfindung ein Waferprüfsystem oder -meßsystem mit optischen Elementen zur Verfügung, enthaltend, jedoch nicht darauf begrenzt, ein Breitbandobjektivsystem, das in der Lage ist Mehrband-UV-Licht durch einen Breitband-UV-Illuminationspfad durchzulassen und Bildreflexionen und Streuungen von einer Waferoberfläche zu sammeln, und mit einer Breitbandröhrenlinse, zur Fokussierung der Bildreflexionen und Streuungen auf eine optisch empfindliche Kameraoberfläche. Darüber hinaus werden speziell geschriebene Datenverarbeitungsalgorithmen verwendet, um die Waferbilder zu verarbeiten, die unter Verwendung des Verfahrens und des Systems gemäß der Erfindung gewonnen werden.
Die Implementierung des Verfahrens und Systems der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung führt zu signifikanten und meßbaren Verbesserungen bei der Einzelobjekt- oder Strukturauflösung im Vergleich zu Verfahren und Systemen, die durch eine Breitbandweißlichtillumination gekennzeichnet sind, sowie zu einer signifikanten und meßbaren Verbesserung der Gesamtsystemauflösung der Waferbilder, ohne daß eine Beschädigung der Wafer durch Strahlung verursacht wird, im Vergleich zu Verfahren und Systemen, die durch eine monochromatische UV-Lichtillumination gekennzeichnet sind. Das Verfahren und System gemäß der Erfindung ist direkt auf Waferproduktionsumgebungen anwendbar, einschließlich einer Anwendung für Qualitätskontrollsysteme, die in verschiedenen Waferherstellungsstufen verwendet werden. Eine Verbesserung der Systemauflösung von Waferbildern ist extrem wichtig für die schnellen technologischen Weiterentwicklungen, die gegenwärtig bei der Waferentwicklung und -herstellung in der Halbleiterindustrie erfolgen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwafersysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung ist durch folgende Schritte gekennzeichnet: (1) Initialisierung eines optischen Mikroskopsystems zur Waferprüfung oder -messung, enthaltend folgende Schritte (a) Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem, und (b) Auswahl eines Breitbandobjektivsystems mit gewünschter Vergrößerung; (2) Optimierung des optischen Mikroskops zur Waferprüfung oder -messung, enthaltend einen Schritt (a) zur Erzeugung eines Mehrband-UV-Lichtspektrums gemäß der speziellen Waferprüfanwendung oder - meßanwendung, durch Filterung der Anfangs-UV-Lichtquelle entweder durch Breitbandfilterung oder durch diskrete Bandfilterung; (3) Illumination des Wafers durch die optimierte Mehrband-UV-Lichtquelle; (4) Abbilden des Wafers, durch (a) Sammeln von Bildreflexionen und Streuungen des Mehrband-UV-Lichts von der Waferoberfläche, und zwar über das Breitbandobjektiv, und (b) Fokussierung der Bildreflexionen und Streuungen über eine Breitbandröhrenlinse auf eine optisch empfindliche Kameraoberfläche; (c) Digitalisierung der Verteilung der Lichtintensitäten; und (d) Speicherung der digitalisierten Verteilung der Lichtintensitäten; und (5) Bildverarbeitung der gespeicherten digitalen Verteilung der Lichtintensitäten gemäß der gewünschten Anwendung, durch (a) Anwendung spezieller Algorithmen zur Verarbeitung der digitalisierten Waferbilder; und (b) Anzeige und Verwendung der Ergebnisse zur Analyse der Waferoberfläche.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und meßsysteme gemäß der Erfindung ist durch folgende Komponenten gekennzeichnet: (1) ein optisches Mikroskop mit einem Breitbandobjektivsystem, einen Breitbandilluminationspfad und eine Breitbandröhrenlinse; (2) eine Anfangs- UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopwaferprüfsystems oder -meßsystems ist; (3) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle, die eine Breitbandfilterung oder eine diskrete Bandfilterung der Anfangs-UV-Lichtquelle vornimmt; und (4) den Wafer, der unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle zu illuminieren ist. Weitere Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems sind (5) eine Kamera mit einer optisch empfindlichen Kameraoberfläche für den Empfang von fokussierten Bildreflexionen und Streuungen des Mehrband-UV-Lichts von der Waferoberfläche, und zwar über die Breitbandlinsenröhre, und (6) eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers, zur Speicherung der digitalen Verteilungen der Lichtintensitäten und zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten. Die Datenverarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers verwendet wird, ist durch einen speziellen Algorithmus zur Waferfehlerdetektion, optischen Überlagerungsmessung und optischer kritischer Dimensionsmessung gekennzeichnet, jedoch nicht darauf beschränkt.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens der Mehrband-UV- Lichtillumination eines Wafers für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme, wobei das Verfahren folgende Schritte enthält: (a) Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitband­ illuminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse; (b) Positionierung des Wafers auf einem Probenhalter des optischen Mikroskops; (c) Aktivierung einer Anfangs-UV- Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopsystems ist; (d) Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle; (e) Positionierung des Wafers innerhalb der Fokalebene des Breitbandobjektivsystems; (f) Illumination des Wafers unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle; (g) Abbilden des Wafers unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle; (h) Datenverarbeitung der Bilder des Wafers; und (i) Anzeige und Verwendung der Ergebnisse der Datenverarbeitung der Bilder des Wafers.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Systems der Mehrband-UV- Lichtillumination eines Wafers für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme, wobei das System folgendes enthält: (a) ein optisches Mikroskop mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse; (b) eine Anfangs-UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV- Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopsystems ist; (c) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle; und (d) den Wafer, der unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle zu beleuchten (illuminieren) ist.
Gemäß der Erfindung erfolgt die Bereitstellung eines Verfahrens zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle zur Illumination bei der optischen Mikroskopprüfung und -messung eines Wafers, mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse; (b) Aktivierung einer Anfangs-UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskops ist; (c) Senden von UV-Licht der Anfangs-UV-Lichtquelle in den Breitband-UV-Illuminationspfad; und (d) Filterung des UV-Lichts der Anfangs-UV- Lichtquelle durch Mittel, die aus einer Gruppe auswählbar sind, die eine Breitbandfilterung und eine diskrete Bandfilterung umfassen, zur Erzeugung der Mehrband-UV-Lichtquelle für die Illumination, wobei die Mehrband-UV-Lichtquelle zur Illumination durch ein Mehrband-UV-Licht gekennzeichnet ist.
Die Implementierung des Verfahrens gemäß der Erfindung umfaßt eine manuelle, automatische oder kombinierte Durchführung oder Vollendung von Aufgaben oder Schritten.
Gemäß gegenwärtiger Meßgeräteausrüstung und Meßumgebung eines gegebenen Waferprüfsystems können verschiedene Schritte der Erfindung durch Hardware oder durch Software auf irgendwelchen Betriebssystemen irgendeiner Firmware oder einer Kombination davon implementiert werden. Bei einer Hardwareimplementierung zum Beispiel können entsprechende Schritte der Erfindung als Chip oder als Schaltung implementiert werden. Bei einer Softwareimplementierung können entsprechende Schritte der Erfindung als eine Mehrzahl von Softwareanweisungen implementiert werden, die unter Verwendung irgendeines geeigneten Betriebssystems durch einen Computer ausgeführt werden. In jedem Fall werden die entsprechenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durch einen Datenprozessor durchgeführt, wie etwa eine Rechenplattform zur Ausführung einer Mehrzahl von Anweisungen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der Mehrband-UV-Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung;
Fig. 2 eine Darstellung eines beispielhaften Quellenbildes, das gekennzeichnet ist durch eine realistische Anordnung von Mustern und Fehlern auf der Oberfläche eines Wafers, die einer optischen Mikroskopprüfung oder -messung unterzogen ist;
Fig. 3A eine Darstellung eines Simulationsbildes, das durch Simulation einer optischen Mikroskopprüfung und -messung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 unter Verwendung eines Verfahrens der Breitbandweißlichtillumination (400 bis 600 nm) gewonnen wird;
Fig. 3B eine Darstellung eines Simulationsbildes, das durch Simulation der optischen Mikroskopprüfung oder -messung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 unter Verwendung eines Verfahrens der monochromatischen UV-Lichtillumination (360 bis 370 nm) gewonnen wird;
Fig. 3C eine Darstellung eines Simulationsbildes, das durch Simulation der optischen Mikroskopprüfung oder -messung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 unter Verwendung eines Verfahrens der Mehrband-UV-Lichtillumination (360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm, einschließlich dem sichtbaren Band 427 bis 434 nm) gewonnen wird;
Fig. 4 eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Reihe 13 des Bildgitters, das in der Darstellung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 und in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt ist;
Fig. 5 eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder der Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Reihe 30 des Bildgitters, das in der Darstellung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 und in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt ist;
Fig. 6 eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder der Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Spalte 21 des Bildgitters, das in der Darstellung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 und in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt ist; und
Fig. 7 eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder der Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Reihe 53 des Bildgitters, das in der Darstellung des exemplarischen Wafers aus Fig. 2 und in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme.
Die Schritte und die Implementierung des Verfahrens der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und die Beschreibung besser verstanden. Es soll erwähnt werden, daß die hier gegebenen Darstellungen der Erfindung nur beispielhaft sind und in keinerlei Hinsicht den Schutzbereich der Erfindung einschränken. Die folgenden Zeichnungen und die folgende Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens gemäß der Erfindung beziehen sich auf eine Waferilluminationslichtquelle, die gekennzeichnet ist durch zwei Bänder im UV-Spektrum (also 360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm) und ein Band im sichtbaren Spektrum (also 427 bis 434 nm). Ein anderes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zum Beispiel durch drei oder mehr Bänder der Illuminationslichtquelle im UV-Spektrum gekennzeichnet sein sowie durch zwei oder mehr Bänder der Illuminationslichtquelle im sichtbaren Spektrum.
Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des bevorzugten Ausführungsbeispiels des Verfahrens der Mehrband-UV-Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung. Jeder allgemeine Grundschritt des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in Fig. 1 beziffert und innerhalb eines Rahmens dargestellt. Unterschritte, die einen entsprechenden Grundschritt des Verfahrens weiter kennzeichnen, sind mittels eines Buchstabens gekennzeichnet, der in Klammern gesetzt ist. Die in der folgenden Beschreibung verwendete Terminologie stimmt mit der in Fig. 1 verwendeten überein.
Bei Schritt 1 erfolgt die Initialisierung eines optischen Mikroskops für die Waferprüfung. Bei Schritt (a) erfolgt die Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem und einem Breitband-UV-Illuminationspfad. Bei Schritt (b) erfolgt die Auswahl eines Breitbandobjektivsystems, das gekennzeichnet ist durch einen gewünschten Vergrößerungsbereich für das optische Mikroskop. Bei Schritt (c) erfolgt die Ausrichtung des Breitbandobjektivsystems und die Einstellung gemäß der Waferprüfapplikation. Bei Schritt (d) wird ein Wafer auf einem Probenhalter positioniert. Bei Schritt (e) wird eine Mehrband-UV-Lichtquelle (zum Beispiel vorzugsweise eine Quecksilberlichtbogenlampe, die durch ein mit geringem Druck beaufschlagtes Quecksilberdampf-Edelgasgemisch gekennzeichnet ist) eingeschaltet. Bei Schritt (f) wird die Anfangs-UV-Lichtquelle über den Breitband-UV- Illuminationspfad des bereitgestellten optischen Mikroskops ausgesendet.
Bei Schritt 2 erfolgt die Optimierung des bereitgestellten optischen Mikroskops zur Waferprüfung. Die Anfangs-Mehrband-UV-Lichtquelle ist typischerweise durch ein UV-Licht im UV-Spektrum gekennzeichnet, und zwar in Ergänzung zum weißen Licht im sichtbaren Spektrum, so daß eine Wellenlängenfilterung notwendig ist, um eine Lichtquelle des gewünschten Spektrums zu erhalten. Bei Schritt (a) wird ein Mehrband-UV-Lichtspektrum gemäß der Waferprüfapplikation erhalten, indem die Anfangs-UV-Lichtquelle entweder durch eine Breitbandfilterung oder durch diskrete Bandfilterung gefiltert wird. Anstelle der monochromatischen UV-Lichtfilterung wird eine Breitband-UV-Lichtfilterung verwendet. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens weist die Mehrband-UV- Lichtquelle zwei Bänder im UV-Spektrum auf (also 360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm) sowie ein Band im sichtbaren Spektrum (also 427 bis 434 nm). Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung kann drei oder mehr Bänder einer illuminierenden Lichtquelle im UV-Spektrum aufweisen sowie zwei oder mehr Bänder der Illuminationslichtquelle im sichtbaren Spektrum.
Bei Schritt (b) erfolgt eine Dämpfung der gefilterten mehrere Wellenlängen aufweisenden UV-Lichtquelle (Mehrband-UV-Lichtquelle). Bei Schritt (c) wird die gefilterte Mehrband-UV-Lichtquelle ausgerichtet, fokussiert und in Bezug auf die Waferprobe orientiert. Bei Schritt (d) erfolgt eine Positionierung des Wafers innerhalb der Fokalebene des Breitbandobjektivsystems.
Bei Schritt 3 erfolgt eine Illumination des Wafers durch die optimierte gefilterte Mehrband-UV-Lichtquelle. Bei Schritt (a) wird die gefilterte Mehrwellenlängen-UV- Lichtquelle durch das Breitbandobjektivsystem gesendet. Bei Schritt (b) wird der Energiepegel der UV-Quecksilberlampe gemäß der Waferprüfapplikation eingestellt. Die Waferoberfläche wird dann bei Schritt (c) mit der gefilterten Mehrband-UV- Lichtquelle illuminiert.
Bei Schritt 4 erfolgt ein Abbilden des Wafers. Dabei werden bei Schritt (a) die Bildreflexionen und Streuungen des gefilterten Mehrband-UV-Lichts von der Waferoberfläche gesammelt, und zwar über das Breitbandobjektivsystem. Bei Schritt (b) werden die Bildreflexionen und Streuungen über die Breitbandröhrenlinse auf eine optische empfindliche Kameraoberfläche fokussiert. Die Kameraoberfläche empfängt die Verteilung von Lichtintensitäten, die von der Oberfläche des Wafers stammen. Bei Schritt (c) wird die Verteilung der Lichtintensitäten digitalisiert. Es erfolgt dann bei Schritt (d) eine Speicherung der Verteilung der Lichtintensitäten im Speicher eines Bildprozessors.
Bei Schritt 5 erfolgt eine Bildverarbeitung der gespeicherten digitalen Verteilung der Lichtintensitäten in Waferbildern, und zwar gemäß der gewünschten Waferprüfapplikation. Bei Schritt (a) werden spezielle Bildverarbeitungsalgorithmen angewendet, um die digitalisierten Waferbilder zu verarbeiten. Fehlerdetektionsalgorithmen sind ein Beispiel für eine Kategorie spezieller Bildverarbeitungsalgorithmen, die in Waferprüfsystemen überlicherweise verwendet werden. Ein allgemein bekannter und weitverbreiteter Fehlerdetektionsalgorithmus basiert auf dem Vergleich von Waferbilddaten, die von der Abbildung von zwei benachbarten Regionen desselben Wafers gewonnen werden. So wird zum Beispiel das Bild einer ersten Region eines bestimmten Musters auf einem gegebenen Wafer als ein erstes Referenzbild verwendet. Die Abbildung einer zweiten Region, die gekennzeichnet ist durch das gleiche bestimmte Muster sowie einen Fehler, kann als zweites Referenzbild (Probenbild) verwendet werden. Der Fehler wird durch direkte Subtraktion des ersten Referenzbildes vom Probenbild detektiert. Die Implementierung dieses Typs eines Fehlerdetektionsalgorithmus umfaßt das Setzen von Bildsignaldetektionsschwellenwerten (die Pixelhelligkeit oder -intensität, gemessen in Graustufen), um eine falsche Detektion des Bildsignals aufgrund von Beugungseffekten zu vermeiden, wobei der Schwellenwert der in Graustufen gemessene Pegel der Pixelhelligkeit und -intensität ist. Über dem Schwellenwert liegenden Datenpunkte (also über dem Beugungspegel für eine gegebene Waferregion) werden für die weitere Bildverarbeitung verwendet, und darunterliegende Datenpunkte werden nicht verwendet. Die Verwendung dieses Fehlerdetektionsalgorithmus bei der Applikation des bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens für optische Mikroskopwaferprüfsysteme hat eine signifikante und meßbare Verbesserung der Systemauflösung zur Folge und somit eine höhere Empfindlichkeit der Fehlerdetektion, und zwar durch die Möglichkeit niedrigere Schwellenwerte während der Verarbeitung der gewonnen Bilddaten einzustellen, im Vergleich zur Verwendung dieses Algorithmus (als Beispiel) in Applikationen von Verfahren, die durch Breitbandillumination oder monochromatischer UV-Lichtillumination von Wafern gekennzeichnet sind. Bei Schritt (b) werden zur Analyse und Charakterisierung der Waferoberfläche verarbeitete Waferbilder auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt.
Eine beispielhafte Implementierung des Verfahrens der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme ist mittels computergestützter Simulation gezeigt, bei der ein beispielhafter Wafer mit Mustern und Fehlern einer optischen Mikroskopprüfung oder Messung unterzogen wird, und zwar unter Verwendung von Verfahren der Breitbandweißlichtillumination, monochromatischer UV-Lichtillumination und Mehrband-UV-Lichtillumination. Eine weitere Diskussion des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Analyse der digitalisierten Waferbilder unter Bezugnahme auf entsprechende Darstellungen von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufen) gegenüber der Pixelanzahl bei verschieden Querschnittslinien der Bildpixelgitter, die in den Figuren des beispielhaften Wafers sowie in den computergestützten Simulationsbildern dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt eine Zeichnung 10 einer beispielhaften realistischen Anordnung von Mustern und Fehlern auf der Oberfläche eines Wafers, die einer optischen Mikroskopprüfung oder -messung unterzogen wurde. In Fig. 2 sind typische Muster, die auf einem Wafer erscheinen, durch 12, 14 und 16 gekennzeichnet, während typische Fehler durch die Ziffern 18, 20, 22 und 24 gekennzeichnet sind. Die Muster 12, 14 und 16 weisen kritische Abmessungen von jeweils 200 nm, 50 nm und 50 nm auf. Linke und rechte Seiten des Musters 12 sind jeweils durch die Ziffern 12a und 12b gekennzeichnet, und der mittlere leere Bereich mit der Ziffer 12c. Die Fehler 18, 20, 22 und 24 weisen kritische Abmessungen von jeweils 100 nm, 50 nm, 200 nm und 100 nm auf. Ergänzende Waferoberflächenregionen, die von den Mustern 12, 14 und 16, und den Fehlern 18, 20, 22 und 24 relativ weit weg liegen, sind zu Referenzzwecken mit den Ziffern 26 und 28 gekennzeichnet. Die Zeichnung 10 der Fig. 2 repräsentiert ein beispielhaftes Sichtfeld (zum Beispiel 6,5 µm) eines optischen Mikroskops, das für das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, und das gekennzeichnet ist durch den Rahmen, der einen Teil des beispielhaften Wafers umgibt. Gitterlinien, die zu einer Reihe oder Spalte korrespondieren, sind mittels gestrichelter Linien 30 (Reihe 13), 32 (Reihe 32), 34 (Reihe 53) und 36 (Spalte 21) gekennzeichnet, und in der Zeichnung mit aufgenommen, um eine Referenz bereitzustellen zur Positionierung von Bildpixeln gekennzeichneter Muster, Fehler und ergänzender Waferoberflächenregionen. Identische Gitterlinien sind auch in den folgenden computersimulierten Abbildungen des beispielhaften Wafers nach Fig. 2 enthalten, um die Ergebnisse bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit denjenigen Ergebnissen zu vergleichen, die unter Verwendung von Verfahren mit Breitbandweißlichtillumination oder monochromatischer UV- Lichtillumination gewonnen werden.
Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen Darstellungen von Simulationsbildern, die durch Simulation der optischen Mikroskopprüfung oder -messung eines beispielhaften Quellbildes des Wafers 10 aus Fig. 2 jeweils unter Verwendung von Verfahren der Breitbandweißlichtillumination (400 bis 600 nm), monochromatischer UV- Lichtillumination (360 bis 370 nm) und Mehrband-UV-Lichtillumination (360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm, einschließlich dem sichtbaren Band 427 bis 434 nm) gewonnen werden. Die computergestützten Simulationsabbildungen dieser Darstellungen sind mittels eines Simulatoralgorithmus eines optischen Mikroskops erstellt worden, und zwar unter Verwendung der Darstellung des beispielhaften Quellbildes des Wafers 10 aus Fig. 2 als Eingangsparameter. Der Simulatoralgorithmus simuliert die Operation und Performance eines idealen optischen Mikroskops, während Aberrationseffekte ignoriert werden. Der Simulatoralgorithmus basiert auf einem physikalischen Modell einer idealen Linse mit einem Sperrfilter in der hinteren Apertur. Im Simulatoralgorithmus arbeitet die hintere Apertur gemäß Werten zweier Haupteingangsparameter des Algorithmus: eine numerische Apertur (NA zum Beispiel = 0,9, und bei der Erzeugung von Simulationsbildern für jedes der drei dargestellten und beschriebenen Verfahren der Waferillumination konstant gehalten) und das angewendete Illuminationsspektrum (also Breitbandweißlichtillumination, zum Beispiel 400 bis 600 nm, monochromatische UV-Lichtillumination, zum Beispiel 360 bis 370 nm; oder Mehrband-UV-Lichtillumination, zum Beispiel 360 bis 370 nm und 398 bis 407 nm, einschließlich dem sichtbaren Band 427 bis 434 nm). Die Operation der idealen Linse ist mathematisch durch eine Fouriertransformation beschrieben, und zwar zwischen dem Bild in der Fokalebene und dem Bild in der hinteren Aperturebene. Das Bild in der hinteren Aperturebene ist die Fouriertransformation des Bildes in der Fokalebene. Mathematische Gleichungen die diesen Vorgang beschreiben sind zum Beispiel im Referenztext "Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light", 6. Ausgabe, Born, Marx und Wolf, Emil, Cambridge University Press, 1998 beschrieben. Die Zeichnung des Eingangsquellbildes, Wafer 10 (Fig. 2), wird durch das simulierte optische Mikroskop in eine Lichtintensitätsverteilung in der Fokalebene der optischen Linse konvertiert. Durch Simulation wird dieses Bild zuerst durch die erste ideale Linse gesendet, dann durch das hintere Apertursperrfilter und dann durch eine zweite ideale Röhrenlinse, wo die Bildvergrößerung stattfindet. Das Ausgangsbild wird durch die Kamera detektiert, und zwar als eine Lichtintensitätsverteilung, wobei die Kamera Amplituden des elektromagnetischen Feldes detektiert.
Bei den in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigten Simulationsbildern beträgt das Sichtfeld jedes gesamten durch Simulation gewonnenen Ausgangsbildes 6,5 µm. Die Pixelgröße in den simulierten Ausgangsbildern repräsentiert eine Abmessung von 0,1 µm oder 1 Pixel = 100 nm, eines in den Simulationen verwendeten beispielhaften Wafers 10. Die Pixelamplitude oder -intensität ist durch Helligkeitsausdrücke in Graustufen repräsentiert, wobei der dynamische Bereich bei 0 bis 255 Graustufen liegt. Die numerische Apertur des simulierten optischen Mikroskops ist bei der Erzeugung der Simulationsbilder für jede der drei oben genannten Verfahren der Waferillumination konstant (zum Beispiel NA = 0,9). Differenzen in der Amplitude oder Pixelhelligkeit, die in den Simulationsbildern auftreten, sind repräsentativ für realistische Differenzen, die bei der Verwendung der oben genannten Verfahren der Waferillumination erhalten werden, und keinesfalls zufällig oder auf durch die Verwendung des Simulatoralgorithmus erzeugte Artifakte zurückzuführen. Jegliche Information, die an oder nahe den Ränder des Sichtfeldes des exemplarischen Wafer 10 gewonnen wird, die zu den Regionen an oder nahe der Ränder der folgenden Darstellungen von Simulationsbildern korrespondiert, wird für die Diskussion des erfindungsgemäßen Verfahren als nicht relevant angesehen, und ist entsprechend in jeder der Fig. 4, 5, 6 und 7 gekennzeichnet, wodurch eine vergleichbare grafische und quantitative Analyse für die Fig. 3A, 3B und 3C zur Verfügung gestellt wird.
Fig. 3A zeigt eine Darstellung eines Simulationsbildes 38a, das durch Simulation einer optischen Mikroskopprüfung oder -messung unter Verwendung eines Verfahren der Breitbandweißlichtillumination (400 bis 600 nm) des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 gewonnen ist. Muster 12, 14 und 16, Fehler 18, 20, 22 und 24, weitere Waferoberflächenregionen 26 und 28 und Pixelgitterlinien 30 (Reihe 13), 32 (Reihe 30), 34 (Reihe 53) und 36 (Spalte 21) des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 sind in Fig. 3A entsprechend gekennzeichnet als Muster 40a, 42a und 44a, als Fehler 46a, 48a, 50a und 52a, als weitere Waferoberflächenregionen 54a und 56a, und als Pixelgitterlinien 60 (Reihe 13), 62 (Reihe 30), 64 (Reihe 53) und 66 (Spalte 21).
Verglichen mit den korrespondierenden Mustern 12, 14 und 16, und den korrespondierenden Fehlern 18, 20, 22 und 24 des in Fig. 2 dargestellten Quellbildes 10 ist die Bildauflösung (also nicht die Systemauflösung) der Muster 40a, 42a und 44a, und der Fehler 46a, 48a, 50a und 52a relativ schlecht. Die Seiten und der zentrale leere Bereich des Musters 40a sind im wesentlichen voneinander nicht aufgelöst. Darüber hinaus sind das Musterkreuz 42a und die zwei unteren Ausdehnungen sowie die eine obere linke Ausdehnung, ergänzend zum zentralen Bereich des Musters 44a im wesentlichen nicht aufgelöst. Jedoch kennzeichnen die Gleichförmigkeit und die Werte der Pixelhelligkeitsgraustufen an Pixelpositionen, die von den Rändern der Muster und Fehler des simulierten Bildes 38a entfernt sind (zum Beispiel < 200 nm), zum Beispiel auf den ergänzenden Waferoberflächenregionen 54a und 56a, minimale Beugungseffekte, die durch Interaktion zwischen der Breitbandweißlichtilluminationsquelle und den Mustern 40a, 42a und 44a, oder den Fehlern 46a, 48a, 50a und 52a auftreten. Minimale Beugungseffekte bedeuten eine hohe Systemauflösung bei der Prüfung und Messung der Oberfläche des beispielhaften Wafers 10 (aus Fig. 2) durch ein optisches Mikroskop, unter Verwendung eines Verfahren der Breitbandweißlicht­ illumination.
Fig. 3B zeigt eine Darstellung eines Simulationsbildes 38b, das durch Simulation der optischen Mikroskopprüfung oder -messung des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 unter Verwendung eines Verfahren der monochromatischen UV- Lichtillumination (360 bis 370 nm) gewonnen ist. Die Muster 12, 14 und 16, die Fehler 18, 20, 22 und 24, die weiteren Waferoberflächenregionen 26 und 28 sowie die Pixelgitterlinien 30 (Reihe 13), 32 (Reihe 30), 34 (Reihe 53) und 36 (Spalte 21) des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 sind korrespondierend zu den in Fig. 3B gekennzeichneten Mustern 40b, 42b und 44b, Fehlern 46b, 48b, 50b und 52b, zusätzlichen Waferoberflächenregionen 54b und 56b, sowie Pixelgitterlinien 70 (Reihe 13), 72 (Reihe 30), 74 (Reihe 53) und 76 (Spalte 21).
Verglichen mit der Bildauflösung der korrespondierenden Muster 40a, 42a und 44a und der Fehler 46a, 48a, 50a und 52a des Simulationsbildes 38a ist die Bildauflösung (also nicht die Systemauflösung) der Muster 40b, 42b und 44b, sowie der Fehler 46b, 48b, 50b und 52b erheblich besser, und zwar in Bezug auf die korrespondierenden Muster 12, 14 und 16 sowie die korrespondierenden Fehler 18, 20, 22 und 24 des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2. Die Seiten und der zentrale leere Bereich des Musters 40b sind voneinander aufgelöst. Darüber hinaus ist die Bildauflösung des Musterkreuzes 42b und der zwei unteren Ausdehnungen sowie der einen oberen linken Ausdehnung, ergänzend zum Zentrum des Musters 44b erheblich besser als die Bildauflösung korrespondierender in dem Simulationsbild 38a gezeigter Musterkomponenten, für das Verfahren, bei dem eine Breitbandweißlichtillumination des beispielhaften Wafers 10 (Fig. 2) verwendet wird.
Im Gegensatz zum Simulationsbild 38a ist jedoch eine wahrnehmbare Änderung der Pixelhelligkeitsgraustufen an Pixelpositionen, die von den Rändern der Muster oder Fehler des Simulationsbild 38b entfernt sind (zum Beispiel < 200 nm), z. B. auf den ergänzenden Waferoberflächenregionen 54b und 56b, kennzeichnend für signifikante Beugungseffekte, die durch Interaktion zwischen der monochromatischen UV- Lichtilluminationsquelle und den Mustern 40b, 42b und 44b, oder den Fehlern 46b, 48b, 50b und 52b auftreten. Die signifikanten Beugungseffekte, die im Simulationsbild 38b erkennbar sind, führen im Vergleich zu minimalen Beugungseffekten, die im Simulationsbild 38a erscheinen, zu einer erheblich geringeren Systemauflösung bei der Prüfung und Messung der Oberfläche des beispielhaften Wafers 10 durch ein optisches Mikroskop, bei dem ein Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination verwendet wird, im Gegensatz zu einem optischen Mikroskop bei dem ein Verfahren der Breitbandweißlichtillumination verwendet wird.
Fig. 3C zeigt eine Darstellung eines Simulationsbildes 38c, das durch Simulation der optischen Mikroskopprüfung oder -messung des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 unter Verwendung eines Verfahrens der Mehrband-UV-Lichtillumination (360 bis 370 nm, 398 bis 407 nm, 427 bis 434 nm) gewonnen wird. Die Muster 12, 14 und 16, die Fehler 18, 20, 22 und 24, die ergänzenden Waferoberflächenregionen 26 und 28 sowie die Pixelgitterlinien 30 (Reihe 13), 32 (Reihe 30), 34 (Reihe 53) und 36 (Spalte 21) des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2, sind entsprechend in der Fig. 3C als Muster 40c, 42c und 44c, als Fehler 46c, 48c, 50c und 52c, als ergänzende Waferoberflächenregionen 54c und 56c sowie als Pixelgitterlinien 80 (Reihe 13), 82 (Reihe 30), 84 (Reihe 53) und 86 (Spalte 21) gekennzeichnet.
In Bezug zu den korrespondieren Mustern 12, 14 und 16 und den korrespondierenden Fehlern 18, 20, 22 und 24 des Wafers 10 aus Fig. 2 ist die Bildauflösung (also nicht die Systemauflösung) der Muster 40c, 42c und 44c und der Fehler 46c, 48c, 50c und 52c erheblich besser als die Bildauflösung der korrespondierenden Muster 40a, 42a und 44a, und der Fehler 46a, 48a, 50a und 52a des Simulationsbildes 38a. Die Seiten und der zentrale leere Bereich des Musters 40c sind voneinander im wesentlichen aufgelöst. Darüber hinaus ist die Bildauflösung des Musterkreuzes 42c, und der zwei unteren Ausdehnungen sowie der einen oberen linken Ausdehnung, ergänzend zum Zentrum des Musters 44c erheblich besser als die Bildauflösung korrespondierender im Simulationsbild 38a gezeigter Musterkomponenten für das Verfahren, bei dem die Breitbandweißlichtillumination des exemplarischen Wafers 10 von Fig. 2 verwendet wird.
Bezüglich des Vergleichs der Bildauflösung (also nicht der Systemauflösung) von Mustern und Fehlern des Simulationsbildes 38c, das gekennzeichnet ist durch eine Mehrband-UV-Lichtillumination des Wafers 10, mit der Bildauflösung von Mustern und Fehlern des Simulationsbildes 38b, das gekennzeichnet ist - durch monochromatische UV-Lichtillumination des Wafers 10, ist die Bildauflösung, die unter Verwendung eines Verfahren der Mehrband-UV-Lichtillumination des Wafers 10 gewonnen wird, vergleichbar mit der Bildauflösung, die unter Verwendung eines Verfahrens mit monochromatischer UV-Lichtillumination des Wafers 10 gewonnen wird.
In Bezug auf das Vorhandensein von Beugungseffekten im Simulationsbild 38c, das durch Implementierung des Verfahrens mit Mehrband-UV-Lichtillumination gemäß der Erfindung erhalten wird, ist die Variation der Pixelhelligkeitsgraustufen an Pixelpositionen, die von den Rändern der Muster oder Fehler entfernt sind, (zum Beispiel < 200 nm), z. B. auf weiteren Waferoberflächenregionen 54c und 56c liegen, signifikant geringer als im Simulationsbild 38b für das Verfahren mit monochromatischer UV-Lichtillumination des Wafers 10, obwohl nicht so minimal wie die Variation der Pixelhelligkeitsgraustufen, die beim Simulationsbild 38a für das Verfahren mit Breitbandweißlichtillumination auftritt. Das Verfahren mit Mehrband- UV-Lichtillumination ermöglicht eine effektive Modulation beispielhafter Wafermuster und -fehler mit einer gaussähnlichen Hülle, wodurch interferierende Beugungseffekte reduziert werden, verglichen mit dem Verfahren, bei dem die monochromatische UV- Lichtillumination verwendet wird. Übersetzt man die Wirkung der Beugungseffekte in die Systemauflösung für optische Mikroskopwaferprüfsysteme- oder -meßsysteme, so ist eine höhere Systemauflösung für das Verfahren mit Mehrband-UV- Lichtillumination erreichbar, verglichen mit dem Verfahren, bei dem monochromatische UV-Lichtillumination verwendet wird. Dies zeigt, daß bei der Verwendung eines Verfahrens mit Mehrband-UV-Lichtillumination der Wafer eine größere Zuverlässigkeit und Genauigkeit bei der Detektierung, Auflösung und Messung von Waferfehlern und Mustern erzielt wird, verglichen mit der Verwendung von monochromatischer UV-Lichtillumination.
Die Fig. 4 bis 7 zeigen Darstellungen von Graphen der Bildamplituden oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, wobei jeder Graph mit einer unterschiedlichen Querschnittslinie entweder einer Reihe oder einer Spalte von den Bildgitterlinien korrespondiert, die in der Darstellung des exemplarischen Wafers 10 von Fig. 2 sowie jeweils in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c der Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt sind. In den Fig. 4 bis 7 enthaltene Daten und Informationen quantisieren weitere Ergebnisse und Schlußfolgerungen, die sich auf den Vergleich von Bildauflösung, Beugungseffekten und Systemsauflösung beziehen, wie durch die Diskussion der Fig. 3A, 3B und 3C im vorangegangenen gelehrt, und zwar bei unterschiedlichen Verfahren der Waferillumination zur Anwendung in optischen Mikroskopwaferprüfsystemen und -meßsystemen.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl korrespondierend zur Querschnittslinie einer Reihe 13 des Bildgitters, das in der Darstellung des Wafers 10 in Fig. 2 und in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt ist. In Fig. 4 sind Kurven 90, 92 und 94 in Einheiten der Grauabstufungen als Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit gegenüber der Pixelanzahl dargestellt, und zwar von links nach rechts entlang der Querschnittslinie der Reihe 13 des Pixelgitternetzes (repräsentiert durch 30 in der Waferdarstellung 10, und durch 60, 70 und 80 in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c), und korrespondierend zur Anwendung von Verfahren, bei denen jeweils Breitbandweißlichtillumination, monochromatische UV-Lichtillumination und Mehrband-UV-Lichtillumination verwendet wird. Der steile Abfall der Pixelhelligkeit bei einer Pixelanzahl von weniger als 5, für alle Kurven 90, 92 und 94, repräsentiert die Beugungseffekte, die am Rand des Sichtfeldes des beispielhaften Wafers 10 aus Fig. 2 auftreten, wobei es nicht erforderlich ist, die Unterschiede in der Bildauflösung, den Beugungseffekten oder der Systemauflösung zwischen den unterschiedlichen Verfahren der Lichtillumination von Wafern zu diskutieren.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist die bessere Bildauflösung des Musters 12 und der Musterseiten 12a und 12b sowie des Musterzentrums 12c, aus Fig. 2, korrespondierend zu den Mustern 40b und 40c von den Simulationsbildern 38b und 38c aus den Fig. 3B und Fig. 3C, eindeutig gekennzeichnet durch Minima 96a und 96b, sowie durch ein Maximum 96c, bei einer Pixelanzahl zwischen 25 und 30, jeweils entlang der Kurven 92 und 94, und zwar für das Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination sowie der Mehrband-UV-Lichtillumination. Eine geringe Bildauflösung des Musters 12 und der Musterseiten 12a und 12b sowie des Musterzentrums 12c aus Fig. 2 korrespondierend zum Muster 40a des Simulationsbildes 38a aus Fig. 3A ist eindeutig gekennzeichnet durch 96d bei einer Pixelanzahl zwischen 27 und 30, entlang der Kurve 90, und zwar für das Verfahren der Breitbandweißlichtillumination. Darüber hinaus ist die Bildauflösung, die durch Simulation des Verfahrens gewonnen wird, bei dem eine Mehrband-UV- Lichtillumination verwendet wird, wie durch Kurve 94 gezeigt, fast identisch mit der Bildauflösung, die durch Simulation des Verfahrens gewonnen wird, bei dem die monochromatische UV-Lichtillumination verwendet wird (Kurve 92).
Bezüglich des Vergleichs von Beugungseffekten aufgrund von Interaktion zwischen der Illuminationslichtquelle und dem Muster oder den Fehlerrändern auf dem beispielhaften Wafer 10 von Fig. 2, zeigen die Bereiche 98 und 100 in Fig. 4, daß die Kurven 92 und 94, die zum Simulationsbild 38b von Fig. 3b (also betrachtet von links nach rechts entlang der Reihe 13 70, der Randbereiche von Fehlern 46b, 48b, 50b und 52b sowie des Musters 40b, und des Waferoberflächenbereichs 54b), und zum Simulationsbild 38c von Fig. 3C (also betrachtet von links nach rechts entlang der Reihe 13 80, der Randbereiche von Fehlern 46c, 48c, 50c und 52c sowie des Musters 40c, und der Waferoberflächenregion 54c) korrespondieren, und jeweils durch Verwendung von Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination und Mehrband-UV-Lichtillumination gewonnen werden, signifikante Veränderungen in der Pixelhelligkeit aufweisen, und zwar verglichen mit der Kurve 90, die mit dem Simulationsbild 38a von Fig. 3A korrespondiert (also betrachtet von links nach rechts entlang der Reihe 13 60, der Randbereiche von Fehlern 46a, 48a, 50a und 52a sowie des Musters 40a, und der Waferoberflächenregion 54a), das unter Verwendung eines Verfahrens der Breitbandweißlichtillumination erhalten wird.
Jedoch ist die Änderung in der Pixelhelligkeit, wie durch die Kurve 94 gezeigt, die mit einer Mehrband-UV-Lichtillumination (Fig. 3C) korrespondiert, erheblich geringer als die Variation in der Pixelhelligkeit, wie sie durch die Kurve 92 gezeigt ist, die mit einer monochromatischen UV-Lichtillumination korrespondiert (Fig. 3B). Dieses Ergebnis ist konsistent mit der Diskussion von Fig. 3C, wobei eine höhere Systemauflösung erreichbar ist für das Verfahren mit Mehrband-UV-Lichtillumination, verglichen mit dem Verfahren, bei dem eine monochromatische UV-Lichtillumination verwendet wird.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie von Reihe 30 des Bildgitters, das in der Darstellung des beispielhaften Wafers 10 in Fig. 2 sowie in den Simulationsbildern von Fig. 3A bis 3C gezeigt ist. In Fig. 5 sind die Kurven 110, 112 und 114 als Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit in Einheiten der Grauabstufung gegenüber der Pixelanzahl aufgetragen, und zwar von links nach rechts entlang der Querschnittslinie von Reihe 30 des Pixelgitternetzes (repräsentiert durch 32 in der Waferdarstellung 10, und durch 62, 72 und 82 in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c), korrespondierend zur Anwendung der Verfahren, bei denen jeweils Breitbandweißlichtwaferillumination, monochromatische UV-Lichtwaferillumination und Mehrband-UV-Lichtwaferillumination verwendet wird. Der steile Abfall der Pixelhelligkeit bei einer Pixelanzahl von weniger als 5, für alle Kurven 110, 112 und 114, repräsentiert die Beugungseffekte, die am Rand des Sichtfeldes des beispielhaften Wafers 10 von Fig. 2 auftreten, wobei es nicht erforderlich ist, die Unterschiede in Bildauflösung, Beugungseffekte oder Systemauflösung zwischen den unterschiedlichen Verfahren der Lichtillumination des Wafers zu erläutern.
Wie in Fig. 5 gezeigt, ist die erkennbare höhere Bildauflösung des Musters 14 aus Fig. 2, das zu den Mustern 42b und 42c der Simulationsbilder 38b und 38c aus Fig. 3b und Fig. 3c korrespondiert, gekennzeichnet durch Minimumbereiche 116 und 118 für eine Pixelanzahl zwischen 12 und 30 und entlang der Kurven 112 und 114, und zwar für Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination als auch der Mehrband-UV-Lichtillumination, verglichen zur Bildauflösung des Muster 14 aus Fig. 2, das zum Muster 42a des Simulationsbildes 38a aus Fig. 3a korrespondiert, für den gleichen Bereich von Pixelnummern, und entlang der Kurve 110, für das Verfahren der Breitbandweißlichtillumination. Darüber hinaus ist die Bildauflösung, die durch Simulation des Verfahrens mit Mehrband-UV-Lichtillumination gewonnen wird, (vgl. Kurve 114), im wesentlichen identisch mit der Bildauflösung, die durch Simulation des Verfahrens erhalten wird, bei dem eine monochromatische UV- Lichtillumination verwendet wird (vgl. Kurve 112).
Im Bezug auf den Vergleich von Beugungseffekten aufgrund von Interaktion zwischen der Illuminationslichtquelle und dem Muster oder Randfehlern, die auf dem beispielhaften Wafer 10 von Fig. 2 vorhanden sind, zeigen die Regionen 120 und 122 in Fig. 5, daß die Kurven 112 und 114, die zum Simulationsbild 38b von Fig. 3B (also von links nach rechts betrachtet entlang der Reihe 30, der Randregionen von Fehlern 50b und 52b, und der Muster 40b, 42b und 44b), und zum Simulationsbild 38c von Fig. 3C (also von links nach rechts betrachtet entlang der Reihe 30 82, der Randregionen der Fehler 50c und 52c sowie der Muster 40c, 42c und 44c) korrespondieren, und die unter Verwendung von Verfahren mit monochromatischer UV-Lichtillumination und Mehrband-UV-Lichtillumination jeweils gewonnen werden, nur geringe Abweichungen in der Pixelhelligkeit aufweisen, im Vergleich zur Kurve 110, die zu dem Simulationsbild 38a von Fig. 3A korrespondiert (also von links nach rechts betrachtet entlang der Reihe 30 62, der Randregionen der Fehler 50a und 52a sowie der Muster 40a, 42a und 44a), das unter Verwendung eines Verfahren der Breitbandweißlichtillumination gewonnen wird.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Spalte 21 des Bildgitternetzes, das in der Darstellung des beispielhaften Wafers 10 in Fig. 2 sowie in den Simulationsbildern von Fig. 3A bis 3C gezeigt ist. In Fig. 6 sind die Kurven 130, 132 und 134 als Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit in Einheiten von Graustufen gegenüber der Pixelanzahl aufgetragen, und zwar von oben nach unten entlang der Querschnittslinie der Spalte 21 des Pixelgitternetzes (repräsentiert durch 36 in der Waferdarstellung 10, sowie jeweils durch 66, 76 und 86 in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c), korrespondierend zur Anwendung von Verfahren, bei denen jeweils Breitbandweißlichtwaferillumination, monochromatische UV-Lichtwaferillumination und Mehrband-UV-Lichtwaferillumination verwendet wird. Der steile Abfall in der Pixelhelligkeit bei Pixelzahlen kleiner als 4, für sämtliche Kurven 130, 132 und 134, repräsentiert Beugungseffekte, die am Rand des Sichtfeldes des beispielhaften Wafers 10 von Fig. 2 auftreten, wobei die Unterschiede in der Bildauflösung, den Beugungseffekten oder der Systemauflösung zwischen den unterschiedlichen Verfahren der Lichtillumination des Wafers nicht diskutiert werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt, ist die erheblich höhere Bildauflösung des Musters 14 von Fig. 2, das mit den Mustern 42b und 42c der Simulationsbilder 38b und 38c von Fig. 3B und Fig. 3C jeweils korrespondiert, gekennzeichnet durch einen Minimumregion 136, bei einer Pixelanzahl zwischen 28 und 35, jeweils entlang der Kurven 132 und 134, für jedes Verfahren der monochromatischen UV- Lichtillumination als auch der Mehrband-UV-Lichtillumination, verglichen zur Bildauflösung des Musters 14 aus Fig. 2, das mit dem Muster 42a des Simulationsbildes 38a der Fig. 3A korrespondiert, für den gleichen Pixelzahlbereich entlang der Kurve 130 für das Verfahren der Breitbandweißlichtillumination. Darüber hinaus ist die Bildauflösung, die durch Simulation des Verfahrens gewonnen wird, bei dem die Mehrband-UV-Lichtillumination verwendet wird, ziemlich ähnlich zu der Bildauflösung, die man bei der Simulation des Verfahrens erhält, bei dem eine monochromatische UV-Lichtillumination verwendet wird, und zwar in der Minimumregion 136. Folglich ist gezeigt, daß die Bildauflösung eines Musters auf dem beispielhaften Wafer 10 von Fig. 2 verbessert wird, indem das Verfahren der Mehrband-UV-Lichtillumination gemäß der Erfindung verwendet wird, verglichen mit der Anwendung eines Verfahrens der Breitbandweißlichtillumination.
Im Bezug auf den Vergleich von Beugungseffekten aufgrund von Interaktion zwischen der Illuminationslichtquelle und den Muster- oder Fehlerrändern auf dem exemplarischen Wafer 10 von Fig. 2, zeigen die Regionen 140 und 142 in Fig. 6, daß die Kurven 132 und 134, die zu dem Simulationsbild 38b von Fig. 3B korrespondieren (also von oben nach unten entlang der Spalte 21 76, den Randregionen der Fehler 46b, 48b, 50b und 52b sowie der Muster 40b, 42b und 44b und der Waferoberflächenregion 56b), und zum Simulationsbild 38c von Fig. 3C (also von oben nach unten entlang der Spalte 21 86, der Randregionen der Fehler 46c, 48c, 50c und 52c sowie der Muster 40c, 42c und 44c, und der Waferoberflächenregion 56c) korrespondieren, und die jeweils durch Verwendung von Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination und Mehrband-UV- Lichtillumination erhalten werden, signifikante Änderungen in der Pixelhelligkeit aufweisen, verglichen zur Kurve 130, die mit dem Simulationsbild 38a von Fig. 3A korrespondiert (also von oben nach unten entlang der Spalte 21 66, der Randregionen der Fehler 46a, 48a, 50a und 52a sowie der Mustern 40a, 42a, und 44a, und der Waferoberflächenregion 56a), das unter Verwendung eines Verfahrens der Breitbandweißlichtillumination gewonnen wird. Jedoch ist die Änderung in der Pixelhelligkeit, wie durch die Kurve 134 gezeigt, die mit der Mehrbandwellenlängen- UV-Lichtillumination (Fig. 3C) korrespondiert, erheblich geringer als die Änderung in der Pixelhelligkeit, wie durch die Kurve 132 gezeigt, die mit einer monochromatischen UV-Lichtillumination (Fig. 3B) korrespondiert. Dieses Ergebnis ist konsistent zur Diskussion von Fig. 3C, wobei eine höhere Systemauflösung erreichbar ist für das Verfahren mit Mehrband-UV-Lichtillumination verglichen zu dem Verfahren mit monochromatischer UV-Lichtillumination.
Fig. 7 zeigt eine Darstellung von Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit (Graustufe) gegenüber der Pixelanzahl, korrespondierend zur Querschnittslinie der Reihe 53 der Bildgitterlinien, die in der Darstellung des beispielhaften Wafers in Fig. 2 sowie in den Simulationsbildern der Fig. 3A bis 3C gezeigt sind. In Fig. 7 sind die Kurven 150, 152 und 154 als Graphen der Bildamplitude oder Pixelhelligkeit in Einheiten von Graustufen gegenüber der Pixelanzahl aufgetragen, und zwar von links nach rechts entlang der Querschnittslinie von Reihe 53 des Pixelgitters (die repräsentiert ist durch 34 in der Waferdarstellung 10, und jeweils durch 64, 74 und 84 in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c), korrespondierend zur Anwendung der Verfahren, die gekennzeichnet sind durch die Verwendung von Breitbandweißlicht­ waferillumination, monochromatischer UV-Lichtwaferillumination und Mehrband-UV- Lichtwaferillumination. Der steile Abfall in der Pixelhelligkeit bei Pixelzahlen kleiner als 5, für alle Kurven 150, 152 und 154, repräsentiert Beugungseffekte, die am Rand des Sichtfeldes des beispielhaften Wafers 10 von Fig. 2 auftreten, wobei es nicht erforderlich ist, die Unterschiede in der Bildauflösung, den Beugungseffekten oder der Systemauflösung der verschiedenen Verfahren der Lichtillumination des Wafers zu diskutieren.
Wie in Fig. 7 gezeigt, existiert kein Muster oder Fehler entlang der Reihe 53 des Pixelgitternetzes in der Darstellung des beispielhaften Wafers 10 von Fig. 2 oder in den Simulationsbildern 38a, 38b und 38c (jeweils in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt). Folglich wird in Fig. 7 bezüglich der Bildauflösung der Muster oder Fehler kein Vergleich durchgeführt. In Bezug auf den Vergleich von Beugungseffekten aufgrund von Interaktion zwischen der Illuminationslichtquelle und den Muster- oder Fehlerrändern auf dem beispielhaften Wafer 10 von Fig. 2, im Bereich von Pixelzahlen 7 bis 65, zeigen die Kurven 152 und 154 von Fig. 7, die zum Simulationsbild 38b von Fig. 3B (also von links nach rechts entlang der Reihe 53 74, des unteren Randes des Musters 44b und der Waferoberflächenregion 56b), und zum Simulationsbild 38c von Fig. 3C (also von links nach rechts entlang der Reihe 53 84, des unteren Randes des Musters 44c und der Waferoberflächenregion 56c) korrespondieren, und die jeweils unter Verwendung der Verfahren der monochromatischen UV-Lichtillumination und der Mehrband-UV-Lichtillumination gewonnen werden, signifikante Änderungen in der Pixelhelligkeit, verglichen mit der Kurve 150, die zum Simulationsbild 38a von Fig. 3A korrespondiert (also von links nach rechts entlang der Reihe 53 64, des unteren Randes des Musters 44a und der Waferoberflächenregion 56a), das unter Verwendung eines Verfahrens der Breitbandweißlichtillumination gewonnen wird. Jedoch ist die Änderung in der Pixelhelligkeit, wie durch die Kurve 154 gezeigt, die mit der Mehrwellenlängen-UV- Lichtillumination (Fig. 3C) korrespondiert, erheblich geringer als die Änderung in der Pixelhelligkeit, wie sie durch die Kurve 152 gezeigt ist, die mit einer monochromatischen UV-Lichtillumination (Fig. 3B) korrespondiert. Wie in den Diskussionen der Fig. 4 und 6 gezeigt, ist dieses Ergebnis konsistent mit der Diskussion von Fig. 3C, wobei eine höhere Systemauflösung erreichbar ist für das Verfahren mit Mehrband-UV-Lichtillumination im Vergleich zu dem Verfahren mit monochromatischer UV-Lichtillumination.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems der Mehrband-UV- Lichtillumination von Wafern für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme gemäß der Erfindung weist folgende Grundkomponenten auf: (1) ein optisches Mikroskop mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse; (2) eine Anfangs-UV- Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopwaferprüfsystems oder -meßsystems ist; (3) eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle, die eine Breitbandfilterung oder eine diskrete Bandfilterung der Anfangs-UV-Lichtquelle durchführt; und (4) den Wafer, der unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle zu illuminieren ist. Weitere Komponenten eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Systems umfassen (5) eine Kamera mit einer optisch empfindlichen Kameraoberfläche für den Empfang fokussierter Bildreflexionen und Streuungen des Mehrband-UV-Lichtes von der Waferoberfläche und zwar über die Breitbandröhrenlinse, und (6) eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung der Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers, zur Speicherung der digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten, und zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten. Die Datenverarbeitungseinrichtung, die zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers verwendet wird, ist durch spezielle Algorithmen gekennzeichnet, jedoch nicht darauf beschränkt, z. B. für die Waferfehlerdetektion, die optische Überlagerungsmessung und die optische kritische Dimensionsmessung.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit den speziellen Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, daß Alternativen, Modifikationen und Änderungen für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sind. Entsprechend ist beabsichtigt, daß alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Änderungen vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche umfaßt sind.

Claims (26)

1. Verfahren zur Mehrband-UV-Lichtillumination eines Wafers für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme, mit folgenden Schritten:
  • a) Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse;
  • b) Positionierung des Wafers auf einer Probenhalterung des optischen Mikroskops;
  • c) Aktivierung einer Anfangs-UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopsystems ist;
  • d) Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle;
  • e) Positionierung des Wafers innerhalb der Fokalebene des Breitbandobjektivsystems;
  • f) Illumination des Wafers unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle;
  • g) Abbilden des Wafers unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle;
  • h) Datenverarbeitung der Bilder des Wafers; und
  • i) Anzeige und Verwendung der Ergebnisse der Datenverarbeitung der Bilder des Wafers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem ferner folgende Schritte enthält:
  • a) Auswahl des Breitbandobjektivsystems, das durch eine Mehrzahl von Vergrößerungen gekennzeichnet ist, die in dem optischen Mikroskopsystem verwendbar sind; und
  • b) Ausrichten und Einstellen des Breitbandobjektivsystems gemäß der Anwendung des optischen Mikroskopsystems.
3. Verfahren nach Anspruch 1, weiter enthaltend einen Schritt zur Aussendung von UV-Licht der Anfangs-UV-Lichtquelle in den Breitband-UV-Illuminationspfad.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Lichtband des Mehrband-UV-Lichts monochromatisch ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Erzeugung einer Mehrband- UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle einen Schritt zur Filterung des UV- Lichts der Anfangs-UV-Lichtquelle durch Mittel umfaßt, die aus einer eine Breitbandfilterung und eine diskreten Bandfilterung enthaltenden Gruppe auswählbar sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aus der Anfangs-UV-Lichtquelle erzeugte Mehrband-UV-Lichtquelle ergänzend zu mehreren Bändern im UV- Lichtspektrum auch Bänder im sichtbaren Lichtspektrum enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, mit folgenden weiteren Schritten:
  • a) Dämpfung des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle; und
  • b) Ausrichten, Fokussieren und Orientieren des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle gemäß der Anwendung des optischen Mikroskopsystems.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Illumination des Wafers unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle folgende weitere Schritte enthält:
  • a) Aussenden von Mehrband-UV-Licht der Mehrband-UV-Lichtquelle durch das Breitbandobjektivsystem; und
  • b) Setzen eines Energiepegels der Anfangs-UV-Lichtquelle gemäß der Anwendung des optischen Mikroskopsystems.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Abbildung des Wafers unter Verwendung des Mehrband-UV-Lichtspektrums weiter folgende Schritte enthält:
  • a) Sammeln von Bildreflexionen und Streuung des von der Oberfläche des Wafers kommenden Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle, und zwar unter Verwendung des Breitbandobjektivsystems;
  • b) Fokussierung der Bildreflexionen und der Streuung des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle unter Verwendung der Breitbandröhrenlinse auf eine optische empfindliche Kameraoberfläche, wobei die optisch empfindliche Kameraoberfläche Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers erhält;
  • c) Digitalisierung der Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers zur Bildung digitalisierter Verteilungen der Lichtintensitäten; und
  • d) Speicherung und Verwendung der digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zur Datenverarbeitung der Bilder des Wafers weiter einen Schritt zur Anwendung spezieller Algorithmen enthält, um die digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers zu verarbeiten.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die speziellen Algorithmen zur Verarbeitung der digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers aus einer Gruppe auswählbar sind, die Algorithmen zur Waferfehlerdetektion, Algorithmen zur optischen Waferüberlagerung und Algorithmen zur optischen kritischen Dimensionsmessung für Wafer umfaßt.
12. System der Mehrband-UV-Lichtillumination eines Wafers für optische Mikroskopwaferprüfsysteme und -meßsysteme, enthaltend:
  • a) ein optisches Mikroskop mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse;
  • b) eine Anfangs-UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskopsystems ist;
  • c) Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs- UV-Lichtquelle; und
  • d) den unter Verwendung der Mehrband-UV-Lichtquelle zu illuminierenden Wafer.
13. System nach Anspruch 12, wobei ein Lichtband des Mehrband-UV-Lichts monochromatisch ist.
14. System nach Anspruch 12, wobei das Breitbandobjektivsystem durch eine Mehrzahl von Vergrößerungen gekennzeichnet ist, die für das optische Mikroskopsystem anwendbar sind.
15. System nach Anspruch 12, wobei die Vorrichtung zur Erzeugung der Mehrband-UV-Lichtquelle aus der Anfangs-UV-Lichtquelle aus einer eine Breitbandfilter und eine diskrete Bandfilter enthaltenden Gruppe auswählbar ist.
16. System nach Anspruch 12, wobei das Breitbandobjektiv durch eine Fokalebene gekennzeichnet ist, in der der Wafer positioniert ist.
17. System nach Anspruch 12, wobei das Breitbandobjektivsystem verwendet wird, um Mehrband-UV-Licht der Mehrband-UV-Lichtquelle auf die Oberfläche des Wafers passieren zu lassen, und um Bildreflexionen und Streuung des Mehrband- UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle von der Oberfläche des Wafers zu sammeln.
18. System nach Anspruch 12, wobei die Breitbandröhrenlinse zur Fokussierung der Bildreflexionen und Streuung des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV- Lichtquelle von der Oberfläche des Wafers auf eine optisch empfindliche Kameraoberfläche verwendet wird, wodurch die optisch empfindliche Kameraoberfläche Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers erhält.
19. System nach Anspruch 12, ferner enthaltend:
  • a) eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Digitalisierung von Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers, zur Speicherung der digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten, und zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitäten.
20. System nach Anspruch 19, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung der gespeicherten digitalisierten Verteilungen der Lichtintensitätscharakteristik der Oberfläche des Wafers durch spezielle Algorithmen gekennzeichnet ist, die aus einer Gruppe auswählbar sind, die Algorithmen zur Waferfehlerdetektion, Algorithmen zur optischen Überlagerungsmessung und Algorithmen zur optischen kritischen Dimensionsmessung für Wafer umfaßt.
21. Verfahren zur Erzeugung einer Mehrband-UV-Lichtquelle zur Illumination für die optische Mikroskopprüfung und -messung eines Wafers, mit folgenden Schritten:
  • a) Bereitstellung eines optischen Mikroskops mit einem Breitbandobjektivsystem, einem Breitbandilluminationspfad und einer Breitbandröhrenlinse;
  • b) Aktivierung einer Anfangs-UV-Lichtquelle, wobei die Anfangs-UV-Lichtquelle Teil des optischen Mikroskops ist;
  • c) Aussenden von UV-Licht der Anfangs-UV-Lichtquelle in den Breitband-UV- Illuminationspfad; und
  • d) Filterung des UV-Lichts der Anfangs-UV-Lichtquelle mittels Auswahl aus einer Gruppe, die eine Breitbandfilterung und eine diskrete Bandfilterung umfaßt, um eine Mehrband-UV-Lichtquelle der Illumination zu erzeugen, wobei die Mehrband-UV- Lichtquelle zur Illumination durch Mehrband-UV-Licht gekennzeichnet ist.
22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei ein Lichtband des Mehrband-UV-Lichts monochromatisch ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21, mit folgenden weiteren Schritten:
  • a) Dämpfung des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle der Illumination; und
  • b) Ausrichten, Fokussieren und Orientieren des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle zur Illumination gemäß einer Anwendung der optischen Mikroskopprüfung und -messung eines Wafers.
24. Verfahren nach Anspruch 21, mit folgenden weiteren Schritten:
  • a) Aussenden des Mehrband-UV-Lichts der Mehrband-UV-Lichtquelle durch das Breitbandobjektivsystem; und
  • b) Einstellen eines Energiepegels der Anfangs-UV-Lichtquelle gemäß einer Anwendung der optischen Mikroskopprüfung und -messung eines Wafers.
25. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Mehrband-UV-Lichtquelle ergänzend zu mehreren Bändern im UV-Lichtspektrum auch Bänder im sichtbaren Lichtspektrum enthält.
26. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Breitbandobjektivsystem durch einen Mehrzahl von Vergrößerungen gekennzeichnet ist, die für die optische Mikroskopprüfung und -messung eines Wafers anwendbar sind.
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