DE2653590B2 - Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlern in flächenhaften Mustern, insbesondere in Photomasken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art. Eine solche Vorrichtung ist aus der Zeitschrift »Transactions on Elektron Devices«, ED-22, No. 7, Juli 1975, S. 487-495, bekannt.

Photomasken zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltkreisen weisen im allgemeinen eine Vielzahl einander identischer Chipmuster in Reihen und Spalten auf. Fehler in solchen Chipmustern übertragen sich naturgemäß auf die mit ihnen hergestellten Halbleiterchips. Fehlerhafte Chipmuster müssen daher erkannt und lokalisiert werden, um die mit ihnen hergestellten fehlerhaften Chips aussondern zu können.

Es ist äußerst selten, daß in zwei auf der Photomaske benachbarten Chipmuster Fehler an einander identisch entsprechenden Stellen auftreten. Es ist daher möglich, durch eine Reihe von automatisch durchgeführten Vergleichen benachbarter Chipmuster zu bestimmen, in welchem der Chipmuster ein Fehler vorhanden ist, und in welchem nicht. Bei der automatischen Fehlerbestimmung nach der eingangs genannten Art mit Hilfe elektronischer Mittel wird eine Anzahl von kleineren Fehlersignalen erzeugt, die aus Fehlern der Meßapparatür und kleinen Fehlern auf den miteinander verglichenen Mustern herrühren. Es ist jedoch völlig unerwünscht, daß diese kleinen Fehlersignale wie echte Fehler ausgewertet werden, weil sonst Chips als fehlerhaft ausgeschieden würden, die in Wirklichkeit durchaus brauchbar sind. Diese kleinen Fehlersignale sollten daher als Pseudo oder »falsche« Fehler ausgeschieden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

ίο Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß kleinere Fehlersignale vorbestimmter Größe bei der Auswertung unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine Weiterbil-

dung der Erfindung ist Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht von der Erfahrung aus, daß die

meisten Pseudofehlersignale zeitlich relativ kurz sind,

d. h. sich als in Zeilenrichtung gesehen kurze Signale

darstellen. Es reicht daher im allgemeinen aus, nur diese Art von Fehlersignalen zu unterdrücken. Wird auch noch verlangt, zeitlich länger anfallende Fehlersignale daraufhin zu untersuchen, ob sie als Pseudofehlersignale ausgeschieden werden können, sind zusätzlich die Merkmale nach Unteranspruch 3 zu berücksichtigen.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem fehlerfreien Chipmuster;

Fig. 2 einen Ausschnitt im gleichen Bereich aus einem gleichen Chipmuster, das jedoch verschiedene Fehler enthält;

Fig. 3 ein Blockdiagranim einer Ausführungsform eines elektrischen Schaltkreises nach der Erfindung;
Fig.4A bis 4E verschiedene Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Bildschirmes zur Darstellung verschiedener Fehlerformen;

Fig. 6 einen Schaltkreis in der Vorrichtung nach Fig. 3;

Fig. 7 eine Draufsicht auf den Bildschirm zur Erläuterung der Dimensionen;

Fig. 8 verscheidene Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise des Schaltkreises nach F i g. 6, und

F i g. 9 eine Reihe mehrerer gleicher Chipmusterausschnitte.

Das Mikroskopbild eines Ausschnittes aus einem Chipmuster 3 ist in F i g. 1 dargestellt. Dieser Ausschnitt weist keine Fehler auf und ist daher perfekt. Das Muster besteht aus transparenten Teilen 4 und lichtundurchlässigen Teilen 5. Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Ausschnitt, der Fehler aufweist. Die Fehler A und ß sind Rückstände des Metallfilms. An den Stellen C und D fehlt ein Teil des Metallfilms. Es wird zur weiteren Erläuterung nun auf F i g. 3 bezug genommen. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Flying-Spot-Kathodenstrahlröhre und strahlaufteilender Spiegelsysteme werden auf zwei einander identische Bereiche zweier Chipmuster Abtastlichtstrahlen gerichtet. Die je nach gewählter Anordnung von den Chipmustern reflektierten oder von den Chipmustern hindurchgelassenen Lichtstrahlen gelangen in zugeordnete photoelektrische Wandler 31 und 32. Der Wandler 31 liefert beispielweise das Signal des fehlerfreien Chipmusters, während der

ω Wandler 32 das Signal des fehlerbehafteten Musters liefert. Diese Annahmen seien hier jedoch nur der Zuordnung wegen gemacht, im praktischen Betrieb können beide miteinander zu vergleichende Muster

Fehler aufweisen. Die Wandlersignale werden in Verstärkern 35 bzw. 36 verstärkt, das eine der verstärkten Signale wird von einem Inverter 37 invertiert und beide Signale gelangen dann in eine Schaltung 38, deren Aufbau und Wirkungsweise noch zu erläu'.ern sein wird. Ober einen Umschalter 41 lassen sich die verstärkten Wandlersignale und das Ausgangssignal der Schaltung 38 auf einem Bildschirm 42 darstellen. Das Ausgangssignal der Schaltung 38 gelangt außerdem über einen Doppelbegrenzer 35 zu einem Fehlererkennungs- und Verarbeitungskreis 40, dessen Funktionen ipäter noch erläutert werden.

An den in F i g. 3 mit a bis e eingezeichneten Punkten lassen sich verschiedene Signalzüge feststellen, die in Fig.4 dargestellt sind. Dabei zeigt Fig.4A die Wellenform des Ausgangssignals des ersten photoelektrischen Wandlers 31, der den Abtastlichtstrahl empfängt, der durch eines der Muster fällt. F i g. 8B zeigt die Wellenform eines Ausgangssignals des zweiten photoelektrischen Wandlers 32, der das Licht empfängt, das durch das zweite am Vergleich teilnehmende Muster fällt. Es sei angenommen, daß eines der Muster, beispielsweise das erste Muster Fehler zeigt. Ein Impuls B im Wellenzug nach F i g. 4B wird durch den Fehler B, wie er in F i g. 2 dargestellt ist, erzeugt. Der Fehler D in Fig. 2 entspricht dem Impuls D in Fig. 4B. Das verstärkte fehlerfreie Signal (F i g. 4C) aus dem Verstärker 35 und das verstärkte und invertierte fehlerbehaftete Signal (Fig.4D) werden dann gemeinsam in der Schaltung 38 verarbeitet, die den Signalzug c erzeugt, in welchem Impulse B' und D' auftreten, und zwar an Stellen, an denen die beiden Wellenzüge c und d, van ihrer Polarität einmal abgesehen, miteinander nicht übereinstimmen, d. h. in denen Fehler vorliegen. Über den Doppelbegrenzer 39 gelangen die Impulse B' und D'in den Fehlererkennungs- und Verarbeitungskreis 40, dessen Funktion später noch erläutert wird.

Der Aufbau und die Arbeitsweise des Kreises 38, der der Unterscheidung von echten Fehlern und sogenannten Pseudofehlern dient, sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 erläutert werden. Fig. 5 zeigt vier verschiedene Fehlerdarstellungen auf dem Überwachungsschirm 42, von denen die Fehler a und c/als echte Fehler erkannt werden sollen, während die Fehler b und c als Pseudofehler unbeachtet bleiben sollen. Der Fehleridentifizierungskreis 38, dem gemäß F i g. 3 die verstärkten bzw. verstärkten und invertierten Eingangssignale c und d zugeführt werden, besteht gemäß Fig. 6 aus einem Mischverstärker 51, der aus den Eingangssignalen c und d ein Summensignal erzeugt. Es sei hervorgehoben, daß diese Summensignal äquivalent einem Differenzsignal zwischen den Ausgangssignalen des ersten und des zweiten photoelektrischen Wandlers 31 und 32 ist. Das Summensignal wird auf dem Überwachungsbildschirm wie in Fig. 5 dargestellt. Das Ausgangssignal vom Verstärker 51 wird über einen ersten Verzögerungskreis 52 mit einer Verzögerungszeit von 0,16 μ5 zum einen Eingang einer ersten UND-Schaltung53 geleitet. Am anderen Eingang dieser UND-Schaltung 53 steht direkt das Summensignal an. Ein Ausgangssignal von der ersten UND-Schaltung 53 wird über eine zweite Verzögerungsschaltung 54 mit einer Verzögerungszeit von 53,3 μ5 zum einen Eingang einer zweiten UND-Schaltung 55 geleitet, an deren anderen Eingang direkt das Ausgangssignal der ersten UND-Schaltung 53 liegt. Der Ausgang der zweiten UND-Schaltung ist mit dem Ausgangsanschluß 56 der Fehleridentifizierungsschaltung 38 verbunden und liefert das Spannungssignal e.

Der Grund für die Auswahl der speziellen Verzögerungszeiten der ersten und zweiten Verzögerungskreise 52 und 54 liegt in der speziellen Abtasttechnik. Das Rasterabtastsystem des Flying-Spot-Abtasters gehorcht den nachfolgenden Bedingungen. Die Anzahl der Abtastzeilen pro Bildfeld ist 625 mit einem Zeilensprungfaktor von 2:1 und 60 Bildwechseln pro Sekunde. F i g. 7 zeigt im Prinzip den so gebildeten

ίο Raster. Eine Länge von 250 μ in der horizontalen Richtung entspricht einer Zeit von 40 μ5 und eine Länge von 250 μ in vertikaler Richtung entspricht 250 Abtastzeilen. Dies bedeutet, daß in einer Zeilenlänge von 40 μ5 innerhalb der horizontalen Abtastzeit für eine ganze Zeile von 53,3 μ5 in horizontaler Richtung 250 μ der Maske abgetastet werden. In 250 Abtastzeilenperioden des Gesamtzyklus von 312,5 Abtastzeilenperioden werden in vertikaler Richtung 250 μ der Maske abgetastet. Die Vergrößerung der Linsen des optischen Strahllenkungssystems und die Elektronenstrahlablenkung sind so aufeinander eingestellt, daß die obigen Bedingungen erfüllt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sei angenommen, daß Pseudofehler dadurch ausgeschieden werden, daß die Beschneidung des Umrisses einer Fehlerkontur um je 1 μ in horizontaler und vertikaler Richtung zu einer totalen Löschung führt. In horizontaler Richtung wird das Fehlerbild daher um I μ verkleinert. Eine Länge von 1 μ in horizontaler Richtung auf dem Bildschirm entspricht

in einer Ablenkzeitdauer von 0,16 ^s. Eine Länge von 1 μ in vertikaler Richtung entspricht einer vollen horizontalen Abtastperiode, d.h. einer Zeil von 53,3 us. In Übereinstimmung mit den obigen mathematischen Zusammenhängen ist die Verzögerungszeit des ersten

r. Verzögerungskreises 52 zu 0,16 μ5 festgelegt, während die Verzögerungszeit des zweiten Verzögerungskreises 54 auf 53,3 μ5 eingestellt ist.

Das Betriebsverhalten des Fehleridentifizierungskreises 38 wird nun weiter unter Bezugnahme auf F i g. 8

■«> erläutert. Ein Signal a in F i g. 8 kann durch gleichzeitige Abtastung zweier Muster längs der Abtastlinie A in F i g. 5 und durch Aufbereitung der Signale a und b, die von den photoelektrischen Wandlern 31 und 32 geliefert werden, erhalten werden. Dieses Signal steht bei dem

4^r> Kreis nach F < g. 6 am Ausgang der Schaltung 51 an. Ein Signal A'erhält man durch Verzögerung des Signalb A um 0,16 μ5 mit Hilfe des ersten Verzögerungskreises 52. Die Signale A und A' werden dann der ersten UND-Schaltung 53 zugeführt, so daß man ein Signal

jo AA' erhält, das in der dritten Zeile von Fig. 8 dargestellt ist. Wie man hieraus ersieht, ist in diesem Signal A nur noch ein Fehlersignal für den ersten der beiden Fehler, d. h. für den Fehler a, vorhanden, während die Fehlersignale für den in der gleichen

v. Abtastzeile vorhandenen zweiten Fehler b unterdrückt sind. Die Signale B, S'und B ■ ß'nach F i g. 8 erhält man durch die Abtastung längs der Zeile B in F i g. 5.

Wie man aus dieser Erläuterung sieht, genügt schon der aus den Baugruppen 51, 52 und 53 bestehende Teil

bo des Fehleridentifizierungskreises 38, um Pseudofehler nach Art des Fehlers b, die beispielsweise kurzzeitig auftretende Störspitzen sein können und gar nicht von den Mustern selbst herrühren, zu unterdrücken.

Es seien nun die Verhältnisse an den Abtastzeilen C

b5 und D betrachtet. Die Signale, die man durch Abtastung längs dieser Zeilen erhält, sind in F i g. 8 an den Zeilen C und D entsprechend dargestellt. In der Zeile Clritt nur ein Signalimpuls, herrührend von dem Fehler d, auf. In

der nachfolgenden Zeile D treten zwei längere Signalimpulse auf, die von den Fehlern c und d herrühren. Das Signal von der Zeile C das bereits durch Überlagerung der Ausgangssignale beider photoelektrischer Wandler 31 und 32 in der schon zuvor beschriebenen Weise erhalten wurde und am Ausgang der Baugruppe 51 ansteht, wird in der ersten Verzögerungsschaltung 52 um 0,16 \is verzögert und das so entstandene Signal C'und das nich'.verzögerte Signal C werden der ersten UND-Schaltung 53 zugeführt, die ein Ausgangssignal C- C erzeugt. In gleicher Weise wird das Signal D behandelt. In beiden so gebildeten Signalzügen C ■ C und D ■ D' sind Fehlersignale vorhanden. Nun soll aber, gemäß der oben erhobenen Forderung, der Fehler c'als Pseudofehler ausgeschieden werden, während der Fehler c/als echter Fehler erkannt werden soll. Aus diesem Grunde wird das Signal C ■ C um 53,3 μβ verzögert, so daß ein Signal (C ■ C) entsteht. Dieses um eine volle Zeile verzögerte Signal gelangt gleichzeitig mit dem inzwischen vorliegenden, aus dem Signal der nachfolgenden Abtastzeile D gebildeten Signal D- D' an die Eingänge der zweiten UND-Schaltung 55, die an ihrem Ausgang ein Ausgangssignal (C ■ C) -D-D' erzeugt. Aus diesem Ausgangssignal ist der Pseudofehler c entfernt, der echte Fehler c/ist darin jedoch noch enthalten.

Es muß an dieser Stelle noch einmal auf die Verhältnisse an den beiden Abtastzeilen A und B eingegangen werden. Auch die aus diesen Zeilen anfallenden Signale durchlaufen ja die Aufbereitung in den Baugruppen 54 und 55 des dargestellten Fehleridentifizierungskreises 38. Am Ausgang der UND-Schaltung 53 steht, wie schon erläutert, ein von dem Pseudofehler b gereinigtes Signal bereits zur Verfügung, jedoch darf der Fehler a nicht unterdrückt werden. Wie ersichtlich, wird das Ausgangssignal A ■ Λ'der UND-Schaltung 53 über den zweiten Verzögerungskreis 54 der UND-Schaltung 55 zugeführt. Wenn dieses verzögerte Signal (A ■ A), das um eine volle Zeilenlänge verzögert worden ist. dort ansteht, dann steht auch bereits das Signal B ■ B' aus der nachfolgenden Abtastzeile B zur Verfügung. Beide Signale an der UND-Schaltung 55 vereinigt, liefern somit an deren Ausgang 56 ein Ausgangssignal, d. h. der Fehler a ist nicht unterdrückt.

Die Abmessungen in horizontaler und vertikaler Richtung derjenigen Fehlerteile, die durch die Verzögerungszeiten in den beiden Verzögerungskreiscn 52 und 54 weggeschnitten werden, sind nach bestimmten erwünschten Werten festgclgt. Während der erste Verzögerungskreis 52 aus einer Uitraschallverzögerungsleitung aus Glas hergestellt sein kann, besieht der zweite Verzögerungskreis 54 vorzugsweise aus LC-Gliedern.

Da die Fehlersignale durch einen Vergleich von Mustern erzeugt werden, von denen keines fehlerfrei sein kann, ist nun noch zu bestimmen, in welchem der Muster die festgestellten Fehler vorhanden sind. Dies sei nachfolgend unter Bezugnahme auf F i g. 9 erläutert. Es sei angenommen, daß vier Muster A. B. C und D nacheinander miteinander verglichen werden, um Fehler zu entdecken. In diesem Falle enthalten die Muster A und Cdic Fehler a und b. Ein erster Vergleich der Muster A und B läßt den Fehler a erscheinen, zu diesem Zeitpunkt ist es jedoch noch nicht möglich zu bestimmen, ob der Fehler im Muster A oder im Muster B vorhanden ist. Ein zweiter Vergleich zwischen den Mustern B und C zeigt, daß kein Fehler an einer Stelle vorhanden ist, an welcher zuvor der Fehler a festgestellt worden war. Hieraus kann entschieden werden, daß der Fehler a im Muster A vorhanden gewesen sein muß. Während dieses zweiten Vergleiches wird ein neuer Fehler b festgestellt. Zu diesem Zeitpunkt kann jedoch noch nicht erkannt werden, ob das Muster B oder das Muster C diesen Fehler b enthält. Der Fehler b wird durch einen dritten Vergleich zwischen den Mustern C und D dem Muster C zugeordnet. Man sieht hieraus, daß, wenn ein Fehler in einem Vergleich zwischen zwei Mustern festgestellt wird, und die Lage dieses Fehlers gespeichert wird, und wenn dann ein nachfolgender Vergleich an der gleichen Stelle einen Fehler zeigt, der aufgefundene Fehler in demjenigen Muster vorhanden ist, das in den erwähnten zwei Vergleichen verwendet worden war. Dieses Prinzip der Fehlererkennung basiert auf der Tatsache, daß die Wahrscheinlichkeit, daß Fehler in zwei aufeinanderfolgend verglichenen Mustern an der gleichen Stelle erscheinen, sehr gering ist. Der Speicherung der Vergleichsergebnisse zusammen mit entsprechenden Lokalisierungshinweisen, dient der Verarbeitungskreis 40.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlern in einer Vielzahl einander gleicher flächenhafter Muster, insbesondere in den Chipmustern einer zur Herstellung integrierter Halbieiterschalterkreise dienenden Photomaske, durch Vergleich jeweils zweier Muster, mit einer Einrichtung zur Erzeugung zweier, die beiden jeweils zu vergleichenden Muster synchron zeilenweise abtastender Lichtbündel, mit zwei jeweils das von einem Muster ausgehende Licht aufnehmenden photoelektrischen Wandlern und mit einer Fehlerdiskriminierschaltung, die eine an ihren beiden Eingängen von den Ausgangssignalen der Wandler beaufschlagte Subtraktionsschaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerdiskriminierschaltung (38) eine an den Ausgang der Subtraktionsschaltung (51) angeschlossene erste Verzogerungsschaltung (62) sowie eine mit einem Eingang an den Ausgang der ersten Verzögerungsschaltung (52) und mit dem anderen Eingang an den Ausgang der Subtraktionsschaltung (51) angeschlossene erste UND-Schaltung (53) enthält.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verzögerungsschaltung (52) für eine einem Weg von 1 μ der Lichtbündel entsprechende zeitliche Verzögerung der zugeführten Signale ausgelegt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der ersten UND-Schaltung (53) eine zweite Verzögerungsschaltung (54) angeschlossen ist, daß der eine Eingang einer zweiten UND-Schaltung (55) mit dem Ausgang der zweiten Verzogerungsschaltung (54) und der andere Eingang der zweiten UND-Schaltung (55) direkt mit dem Ausgang der ersten UND-Schaltung (53) verbunden ist, und daß die zweite Verzögerungsschaltung (54) zur Verzögerung des zugeführten Signals u.n die zur Abtastung einer Zeile erforderliche Zeit ausgelegt ist.