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Optisches Filterverfahren zur Detektion von Fehlen in Bild-
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mustern Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion
von Fehlern in Bildmustern, z.B. IC-Masken, mittels optischer Filterung.
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Beispiele für derartige Bildinuster sind in erster Linie IC-Masken,
die bei der Herstellung integrierter Schaltungen eine wichtige Rolle spielen. Fehler
in diesen Masken führen zu fesllerhaften Endprodukten. Es ist deshalb erforderlich,
die Masken laufend zu überprüfen und fehlerhafte Masken auszusortiercn.
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Eine rein visuelle Prüfung ist sehr zeitraubend und mühsam, da jedes
der zahlreichen Einzelbilder einer Maske mit Hilfe eines Mikroskops untersucht werden
MUß. In den letzten Jahren sind deshalb mehrere Verfahren zur Erleichterung der
Maskenprüfung bekannt geworden, z.B. Watkins, L.S.: Proc. IEEE 57 (1969) s. 1634-1639.
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Dieses Verfahren arbeitet mit einem Amplitudenfilter in der Raumfrequenzebene
innerhalb eines aus zwei Linsen bestehenden optischen Abbildungssystems. Mit dem
Amplitudenfilter werden die einzelnen Beugungsordnungen der periodischen Maskenstruktur
mittels lichtundurchlässiger Abdeckungen ausgeblendet und das Beugungslicht der
Fehler im wesentlichen durchgelassen. Die Fehler werden als helle Stellen auf dunklem
Untergrund deutlich sichtbar gemacht. Dadurch wird die Fehlererkennbarkeit wesentlich
verbessert.
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Die Herstellung des Amplitudenfilters für IC-Masken kann jedoch noch
nicht als befriedigend gelöst angesehen werden. Die besten Ergebnisse erreicht man
allenfalls mit synthetisch hergestellten Filtern. Dazu werden die Beugungsspektren
berechnet od.er ausgemessen und mit diesen Daten dann die Filter mit Hilfe ei.-nes
Photo-Repeaters hergestellt.
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Bei integrierten Schaltungen führt die derzeitige Entwicklung zu größeren
Einzelmustern (Fläche um 10 mm2 und größer) und zu noch kleineren Stnikturen, bei
denen bereits Fehler von 2 bis
3/um zu fehlerhaften bzw. unbrauchbaren
Produkten führen können.
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Bei diesen großen Einzelmustern liegt der Abstand der Beugungsordnungen
am Ort des Amplitudenfilters iin1um-Bereich (ca. 501um), und die Herstellung von
Amplitudenfiltern nach der beschriebenen Art bereitet unverhältnismäßig große meß-
und fertigungstechnische Schwierigkeiten. Ein großes Problem stellt der für das
Filter erforderliche Glasträger dar. Die Fehlerdetektion von Fehlern von 2 bis 3/um
Größe erfordert hochauflösende und hochkorrigierte Spezialobjektive, deren Abbildungseigenschaften
durch einen Glasträger im Strahlengang wesentlich verschlechtert werden. Ohne Träger
aber läßt sich ein entsprechendes Filter kaum realisieren.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die
statistischen Fehler von der Struktur der Bildmuster getrennt werden können und
den komplizierten Herstellungsprozeß für die Filter, der bisher einer praktischen
Nutzung dieses Verfahrens im Wege stand, zu vermeiden, so daß die Fehlerdetektion
wesentlich erleichtert wird.
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Gelöst wird diese AufgaDe dadurch, daß das Beugungsspektrum der Bildmuster
in der Raumfrequenzebene mit Hilfe eines flächenhaften und trägerlosen, außerhalb
des Bildmusters gehalterten Amplituden-Filters in Vorzugsrichtungen ausgeblendet
wird, d.ie durch die Vorzugsrichtungen der Soll struktur der Bildmuster gegeben
sind, und das aus den Fehlern resultierende Licht zu einem wesentlichen Teil durchgelassen
wird.
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Das flächenhafte Abblendet des Raumfrequenzspektrums (anstelle des
punktförmigen Abblendens aller Beugungsordnungen) läßt sich bei den IC-Masken deshalb
erfolgreich im Sinne einer Fehlererkennung durchführen, weil die Soll-Strukturen
in den Masken ausgeprägte Vorzugsrichtungen haben. So ist der größte Teil der Strukturen
durch um 900 versetzte Randlinien begrenzt, weshalb ein Spektrum mit nur zwei ausgeprägten
Vorzugsrichtungen entsteht. Neben den geraden Randlinien gibt es meistens nur wenige
zusätzliche Strukturen mit z.B. schrägen Randlinien unter 300 und 450, deren Beugungsspektren
ebenfalls flächenhaft ausgeblendet werden können. Die Richtungen der Randlinien
von Maskenfehlern sind dagegen statistischer Art, demzufolge fallen ihre Raumfrequenzkomponenten
nur für kleine Abschnitte der Randlinien mit den Sperrbezirken der Amplitudenfilter
zusammen.
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Um eine ausreichende Fehlererkennbarkeit zu gewährleisten, sollte
ein flächenhaftes Amplitudenfilter an sich einen ausgedehn-ten Durchlaßbereich in
möglichst vielen Richtungen haben. Es gibt also, einen Kompromiß hinsichtlich der
beiden entgegengesetzten Forderungen nach großer Sperrwirkung für die Sollstruktur
und hoher Durchlässigkeit für die statistischen Fehler zu finden.
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Im praktischen Gebrauch zeigt sich, daß z.B. die Ecken der Masken-Struktur,
die leicht abgerundete Randlinien haben, nicht vollständig unterdrückt werden können.
Diese Eckpunkt-Signale
liegen aber noch deutlich unter denen der
eigentlichen Fehler-Signale. Mit einem Schwellwertdetektor können diese zwei Signale
jedoch unterschieden werden, so daß mit geringem Aufwand ein automatisches Fehlerdetektionsverfahren
entwickelt werden kann. Durch die flächenhafte Ausfilterung des Raumfrequenzspektrums
entfällt auch di.e bei dem bekannten Verfahren nach Watkins noch erforderliche äußerst
genaue Winkel justierung der Maske, damit das Beugungsspektrum und die einzelnen
Abdeckungen des Amplitudenfilters zur Deckung gebracht werden.
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luhand von Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer optischen Raumfrequenzfilterung,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Maskenstruktur mit gerader und schräger Randlinienbegrenzung,
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Beugungsspektrum von Strukturen mit gerader und
schräger Randlinienbegrenzung (schematische Darstellung), Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel
eines flächenhaften Amplitudenfilters und Fig. 5 einen schematischen, eindimensionalen
Schnitt durch ein gefiltertes Maskenbild mit Fehler und einer nicht vollständig
gesperrten Sollstruktur (Eckpunkte).
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Anhand der Fig. 1 soll di.e Ntirkungsweise des optischen Filter
verfahrens
näher beschrieben werden. Die Bildvorlage 1, die z.B. auch schrittweise oder kontinuierlich
bewegt werden kann, wird mit einer monochromatischen Lichtwelle 2 beleuchtet. Diese
Lichtwelle wird durch die Linse 3 in deren Brennebene 4 fokussiert. Das an der Bildvorlage
abgebeugte Licht erzeugt dabei in der Brennebene das Raumfrequenzspektrum 5. Mit
der Linse 6 werden in deren hintere Brennebene 7 alle Strahlen wieder zu Bildpunkten
zusammengeführt. Der eigentliche Filterprozeß findet in der Ebene 4 statt, wo die
optische Informat.ion über die Struktur der Maske in dem Beugungsspektrum enthalten
ist. Zur Fehlerdetektion muß das Beugungsspektrum (Beugungslicht) 5 der Soll struktur
der Maske mit Hilfe lichtundurchlässiger Abdeckungen (Amplitudenfilter) möglichst
weitgehend gesperrt werden, während das Beugungslicht von Fehlern das Filter möglichst
ungestört passieren kann. In der Bildebene 7 werden dann die Fehler als helle Stellen
auf abgedunkeltem Untergrund deutlich sichtbar und können dann von einem Foto-Detektor
7' oder auch von einer Fernsehkamera aufgenosmen werden.
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Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt 8 aus einer Maskenstruktur mit geraden
und 450 schrägen Randlinienbegrenzungen. Daraus resultiert ein Beugungsspektrum
9, wie es schematisch stark vereinfacht in Fig. 3 gezeigt wird. Das Spektrum kann
mit dem gestrichelt eingezeichneten flächenhaften Amplitudenfilter 10 gesperrt werden.
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Fig. 4 zeigt ein mögliches Amplitudenfilter für dieses Beumungsa
spektrum.
Das Filter besteht aus einfachen schwarzen Papierstreifen 11, die von einem Rahmen
12 getragen werden. Ein störendes Trägermaterial ist nicht mehr erforderlich.
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Die Fig. 5 zeigt die Detektierbarkeit eines Fehlers von der nicht
vollständig unterdrückbaren Sollstruktur. 13 und 14 stellen lineare Ausschnitte
aus einer Maskenstruktur, 15 stellt einen Fehler dar. Entlang der gestrichelten
Linie 16 soll der Intensitätsverlauf des gefilterten Bildes näher betrachtet werden.
Mit 17 wird die verbleibende Untergrundhelligkeit angezeigt, 18 und 19 sind die
Eckpunkte der Sollstruktur 13 und 14, die durch das flächenhafte Amplitudenfilter
(Fig. 4) nicht völlig unterdrückt werden können. Der Intensitätsverlauf 20 des Fehlers
15 liegt deutlich über dem der Eckpunkte. Experimentell wurde ein 2- bis 3-facher
Wert gemessen. Mit Hilfe eines Schwellwertes 21 können die von der Soll struktur
verursachten Signale unterdrückt werden, so daß nur noch der Fehler 15 (Signal 20)
detektiert wird.
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Patentansprüche:
L e e r s e i t e