DE3433024C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Fehlerprüfen von Photomasken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Photolitho­ graphie für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen und speziell auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Fehler­ prüfen von Photomasken gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 15.

Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind in der US-PS 36 58 420 beschrieben. Dort wird eine optische räum­ liche Filtertechnik zum Ermitteln von Fehlern in Photomasken für die Herstellung von Mikroschaltkreisen verwendet. Solche Fehler können in Löchern oder Unterbrechungen in Leiterzügen und in überflüssigen Flecken bestehen. Gemäß jener Druckschrift bewirkt ein Filter für eine ungefähre Formfaktorintensität eine Unterdrückung der regelmäßig geformten Maskenelemente. Für Masken mit Elementen, deren Ränder nur längs der X-Y-Richtung verlaufen, ist das Filter ein Kreuz, das in der Transforma­ tionsebene liegt. Nachdem die rechteckigen Elemente unterdrückt sind, werden hauptsächlich nur nicht-rechteckige Fehlerdaten durchgelassen, so daß Flecken einer Größe von 0,1 mil (0,0025 mm) ermittelt werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Fehlerprüfen von Masken zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Arten jeweils mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 15 genannten Merkmalen gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, daß die Orientierung der Elemente des optischen Designs der Maske fest­ gestellt werden kann. Weiterhin hat die erfindungsgemäße Vor­ richtung den Vorteil, daß die Detektoren das räumliche Filtern bzw. Ausblenden in Abhängigkeit von der festgestellten Orien­ tierung der Maskenelemente vornehmen, damit das optische Design der Maske durch geeignetes räumliches Filtern unterdrückt werden kann.

Die Erfindung gibt ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln von Fehlern in Photomasken an, die Elemente mit unterschiedlichen, willkürlich gewählten Orientierungen aufweisen. Die Vorrichtung enthält in einem Aus­ führungsbeispiel eine Detektoreinrichtung in der Fourierebene zum Bestimmen und/oder Ausblenden der Raumfrequenzen der Maskenelemente, wodurch die optischen Signale, die von diesen stammen, unterdrückt werden können. Das räumliche Filtern wird vorzugsweise elektronisch auf der Grundlage der ermittelten An­ ordnung und Orientierung der Maskenelemente eingestellt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungs­ gemäße Vorrichtung einen Orientierungsstrahl auf, mit dem die Orientierung der vorbestimmten Maskenstrukturen in bezug auf die Detektoren ermittelt wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vor­ richtung wenigstens einen, einen veränderlichen Bereich der Maske beleuchtenden Fehlererkennungsstrahl auf, der zum Nach­ weisen von Fehlern auf der Maske verwendet wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind Aus­ blendeinrichtungen zum Ausblenden der den vorbestimmten Masken­ strukturen entsprechenden Raumfrequenzen in der Fourierebene vorhanden. Weiter sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die ein Signal von den Detektoren empfangen und verarbeiten, um die Ausblendeinrichtungen so in der Fourierebene auszurichten, daß die den vorbestimmten Maskenstrukturen entsprechenden Raum­ frequenzen in der Fourierebene ausgeblendet werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens zum Ermitteln von Fehlern in Photomasken sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Fehlerprüfen von Masken gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Fehlerprüfen von Masken ähnlich Fig. 1 gemäß einer anderen Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm ähnlich den Fig. 1 bis 3 einer drit­ ten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf ein Detektorfeld gemäß einer Form der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht eines anderen Detektor­ feldes gemäß der Erfindung, und

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Detektorfeldes nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung. Es ist eine Vorrichtung zum Untersuchen von Photomasken auf Fehler dargestellt, die eine Maskenstation 10 zum Halten einer Maske, die auf Fehler zu untersuchen ist, umfaßt. Die Bewegung der Maske in und aus der Untersuchungslage wird durch eine Steuer­ einrichtung 12 überwacht. Die Steuereinrichtung 12 dient dazu, die Funktionen der Bestandteile in der Vorrichtung zu steuern und zu koordinieren, wie nachfolgend noch erläutert wird. Eine Quelle 14 richtet eine Strahlung durch die Maske. Die Strahlung kann eine zeitlich kohärente oder zeitlich inkohärente Strah­ lung sein, solange wenigstens teilweise räumliche Kohärenz vor­ liegt, und kann im sichtbaren Bereich oder außerhalb davon liegen. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung sind ein Orientierungsstrahl und ein oder mehrere Fehlerermittlungs­ strahlen, die voneinander unterscheidbar sind, vorgesehen. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung werden der Orientie­ rungsstrahl und Fehlererkennungsstrahlen nacheinander auf die Maskenstation gerichtet, während eine einzelne Strahlenquelle die Maske durchstrahlt.

Von der Maskenstation laufen der oder die Strahlen durch eine Fouriertransformationslinse 16, die die durch die Maske über­ tragene Strahlung in die Transformationsebene der Linse fokus­ siert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung führt eine Detektoreinrichtung 18 unter Steuerung durch die Steuerungsein­ richtung 12 die vielfältigen Funktionen als Raumfilter, Demodu­ lator oder Strahlseparator und als Detektor aus. Wenn sie als Filter arbeitet, unterdrückt die Detektoreinrichtung die regel­ mäßig geformten Maskenelemente und ermittelt die Maskenfehler aus dem Rest. Die Detektoreinrichtung enthält daher Einrich­ tungen 20 zum Ermitteln der Orientierung der Maskenelemente unter Verwendung eines Orientierungsstrahles und gibt ein ent­ sprechendes Signal an die Steuereinrichtung 12 ab, die die Detektoreinrichtung in entsprechender Weise einstellt. Diese Detektoreinrichtung enthält auch Einrichtungen 22 zum Ermitteln von Fehlern in der Maske unter Verwendung eines Fehlerermitt­ lungsstrahles und gibt am Ausgang 24 entsprechende Anzeige­ signale ab.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der Maskenorien­ tierungsdetektor 20 eine kuchenförmige Gestalt aufweisen, wie sie Fig. 4 zeigt. Das Detektorfeld 26 erscheint daher wie die Stücke eines Kuchens, wobei ein Bereich 28 nahe der Mitte ent­ fernt ist. Die Verwendung des Detektorfeldes mit den Detektoren in Form von Kuchenstücken vermeidet die Notwendigkeit der Datenaufnahme und Verarbeitung mit einem Computer und erlaubt einen festverdrahteten Betrieb mit relativ einfachen Geräten.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist die De­ tektoreinrichtung die Gestalt eines rechteckigen Detektorfeldes auf, wie in Fig. 5 mit 30 bezeichnet ist. Wenn der Strahl von der Maske über die Detektoren streicht, dann werden an die Steuereinrichtung Informationen übertragen, die die Orien­ tierung der Maskenelemente anzeigen. Die regelmäßig geformten Maskenelemente könnten beispielsweise in Form eines Kreuzes oder einer Linie vorliegen, wie mit 32 angedeutet ist. Als Folge davon wird das Detektorfeld entsprechend der Orientierung der regelmäßig gestalteten Maskenelemente angesteuert. Dabei werden die Detektoren 34, die innerhalb des kreuzförmigen Be­ reiches liegen, nicht aktiviert, während die übrigen Detektoren aktiviert werden, so daß, wenn Strahlung von der Maske auf das Detektorfeld gerichtet wird, die aktivierten Detektoren Aus­ gangsdaten über die Anwesenheit von Fehlern in der Maske ab­ geben. Alternativ könnte die Detektoreinrichtung auch in der Form eines Diodendetektorfeldes vorliegen, bei dem alternierend Detektoren auf die Orientierung der Maskenelemente und auf Maskenfehler empfindlich sind. Letztere Art von Detektoren sind entsprechend der erhaltenen Orientierungsinformation einstell­ bar.

Fig. 6 zeigt eine weitere günstige Ausführungsform einer Detek­ toreinrichtung zum Ermitteln der Orientierung der Maskenele­ mente. Der Detektor nach Fig. 6 enthält eine Vielzahl von Streifendetektoren 36, die in einer zylinderartigen Konfigura­ tion so angeordnet sind, daß die Achse des Strahles, die mit dem Strahl 38 bezeichnet ist, koaxial mit der Zylinderachse verläuft, wodurch die Orientierung durch die angeregten Detek­ toren bestimmt wird.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die eine Maskenstation 40 zum Aufnehmen einer Maske, die auf Fehler zu untersuchen ist, enthält. Die Maske kann, gesteuert durch eine Steuereinrichtung 42, in und aus ihrer Position bewegt werden.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde, dient die Steuereinrichtung der Steuerung und Koordinierung der Funktion der einzelnen Elemente in der Vorrichtung. Eine Quelle ist dazu vorgesehen, um eine Strahlung durch die Maske zu richten. Wie oben hervorgehoben, kann die Strahlung zeitlich kohärent oder zeitlich inkohärent sein, sie kann im sichtbaren Bereich oder außerhalb davon liegen. Bei einigen Ausführungsformen der Er­ findung werden die Orientierungs- und Fehlererkennungsstrahlen aufeinanderfolgend auf die Maskenstation gerichtet. Bei anderen Ausführungsformen werden ein Orientierungsstrahl 44, ein erster Fehlererkennungsstrahl 46 und ein zweiter Fehlererkennungs­ strahl 48 ausgesendet (Fig. 2). Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung werden diese Strahlen direkt auf die Masken­ station 40 geleitet, bei anderen Ausführungsformen laufen die Strahlen durch Modulatoren 50, 52 und 54. Jede geeignete Art von Modulator kann verwendet werden, beispielsweise Frequenz­ modulatoren, Amplitudenmodulatoren, Wellenlängenmodulatoren oder Modulatoren mit alternierenden Strahlen. Diese Modulatoren werden von der Steuereinrichtung 42 gesteuert.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, läuft der oder die Strahlen von der Maskenstation 40 durch eine Fouriertransformationslinse 56, die die von der Maske übertragene Strahlung in die Transformations­ ebene der Linse fokussiert. Bei einer Ausführungsform der Er­ findung geht der oder die Strahlen von der Transformationslinse direkt zur Detektoreinrichtung, die die verschiedenen Funk­ tionen als Raumfilter, als Demodulator oder als Strahlteiler und als Detektor durchführt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung fällt der oder die Strahlen von der Transforma­ tionslinse durch eine Filtervorrichtung, die beispielsweise ein erstes Filter 58, ein zweites Filter 60 und ein drittes Filter 62 enthalten kann. Das erste Filter dient dazu, einen Orien­ tierungsstrahl zu bilden, der auf einen Orientierungsdetektor 64 gerichtet ist. Das zweite Filter dient dazu, einen ersten Fehlererkennungsstrahl zu bilden, der auf einen ersten Fehler­ detektor 66 gerichtet ist. Das dritte Filter dient dazu, einen zweiten Fehlererkennungsstrahl zu bilden, der auf einen zweiten Fehlerdetektor 68 gerichtet ist. Jede geeignete Art von Detek­ toren kann verwendet werden, beispielsweise solche, die im Zu­ sammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 1 erläutert worden ist.

Im Betrieb wird das Signal, das von dem Orientierungsdetektor 64 ermittelt wurde, der Steuereinrichtung 42 zugeführt, die die Filtereinrichtung und/oder die Fehlerdetektoren daraufhin so einstellt, daß der erste Fehlerdetektor 66 eine Fehleranzeige an 70 abgibt und der zweite Fehlerdetektor 68, sofern verwen­ det, eine Fehleranzeige bei 72 abgibt.

Im Betrieb brauchen bei einigen Einrichtungen der zweite Fehlererkennungsstrahl 48, der Modulator 54, das dritte Filter 62 und der zweite Fehlerdetektor 68 nicht verwendet zu werden. Die meisten Masken enthalten jedoch eine Vielzahl von iden­ tischen, sich wiederholenden, äquivalenten Schaltkreismustern. Wenn diese Elemente verwendet werden, dann können zwei oder mehr äquivalente Schaltkreismuster unter Verwendung eines op­ tischen Systems untersucht werden. Auf diese Weise können Sig­ nale aus zwei oder mehr Bereichen durch Modulation der zwei be­ leuchteten Strahlen, beispielsweise mit zwei unterschiedlichen zeitlichen Frequenzen voneinander unterschieden werden. Bei dieser Ausführungsform trennt das Filter 62 und/oder der Fehler­ detektor 68 weiterhin den zweiten Fehlererkennungsstrahl vom ersten Fehlererkennungsstrahl und vom Orientierungsstrahl, so daß der Detektor 66 Fehler im ersten Bereich der Maske ermit­ telt, indem der erste Fehlererkennungsstrahl verwendet wird, und der Detektor 68 die Fehler im zweiten Bereich der Maske er­ mittelt, indem der zweite Fehlererkennungsstrahl verwendet wird, so daß dann Fehleranzeigen an 70 und 72 entsprechend aus­ gegeben werden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dar­ gestellt. Hier ist ein Orientierungsstrahl 84 vorgesehen, ein erster Fehlererkennungsstrahl 86 und ein zweiter Fehlererken­ nungsstrahl 88. Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung werden diese Strahlen direkt zu einer Maskenstation 90 ge­ leitet, und in anderen Ausführungsformen laufen die Strahlen durch Modulatoren 92, 94 und 96. Jede geeignete Art von Modu­ lator kann verwendet werden, beispielsweise Frequenzmodula­ toren, Amplitudenmodulatoren, Wellenlängenmodulatoren oder Mo­ dulatoren, die alternierende Strahlen verwenden. Diese Modula­ toren, wie auch die Strahlen 84, 86 und 88 werden von einer Steuerungseinrichtung 98 gesteuert.

Von der Maskenstation 90 läuft der oder die Strahlen zu einer Fouriertransformationslinse 100, die die durch die Maske ge­ leitete Strahlung in die Transformationsebene der Linse fokus­ siert. Bei einer Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, sind Raumfiltereinrichtungen 102 im wesent­ lichen in der Transformationsebene angeordnet, um die regel­ mäßig gestalteten Maskenelemente zu unterdrücken und um die Lichtspuren von Fehlern durchzulassen. Die Orientierung des Raumfilters 102 wird durch die Steuereinrichtung 98 gesteuert. Anschließend an das Raumfilter können ein oder mehrere ver­ schiedene Elemente verwendet werden, die in verschiedenen mög­ lichen Folgen eingesetzt werden könnten. Das heißt, bei einigen Einrichtungen braucht nur, in Abhängigkeit von den durch die Maske fallenden Strahlen, ein Detektor 104 verwendet zu werden. In diesem Falle könnte der Detektor von jeder geeig­ neten Art sein, beispielsweise ein solcher, der die verschie­ denen Funktionen als Demodulator und als Detektor ausführt. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung könnte ein Demodulator 106 entweder vor oder hinter dem Detektor 104 angeordnet sein, und bei wiederum anderen Ausführungsformen könnte ein Strahl­ teiler 108 vor oder hinter dem Detektor 104 angeordnet sein. Jede geeignete Art von Demodulator kann verwendet werden, bei­ spielsweise einer, der den Orientierungsstrahl, den ersten De­ tektorstrahl und den zweiten Detektorstrahl voneinander teilt. Die Art und die Eigenschaften des Demodulators hängen jedoch selbstverständlich von Art und Eigenschaften der Strahlen oder verwendeten Modulatoren ab. Der Strahlteiler 108 dient dazu, den Strahl in einen Orientierungsstrahl, einen ersten Detektor­ strahl und einen zweiten Detektorstrahl zu teilen.

Der Strahlteiler könnte ein dichroitischer sein, wodurch die Strahlen entsprechend ihrer Wellenlängen aufgeteilt werden. Auf jeden Fall werden Signale, die der Orientierung der Elemente der Maske entsprechen, zur Steuereinrichtung 98 gesandt, die dann die Raumfiltereinrichtung 102 so einstellt, daß die Detek­ toreinrichtung 104 bei 110 ein Signal abgibt, das die Anwesen­ heit oder Abwesenheit von Fehlern in der Maske anzeigt. Ähnlich der Ausführungsform nach Fig. 2 könnte diese Ausführungsform entweder einen zweiten Detektorstrahl und Detektor aufweisen oder auf diese Elemente verzichten. Bei einigen Einrichtungen kann es wünschenswert sein, eine große Zahl von einzelnen Fehlererkennungsstrahlen mit zugehörigen Detektoren zu verwen­ den.

Es sei betont, daß die vorliegende Erfindung ein neues und ver­ bessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Fehlerprüfen von Masken angibt, die die computergesteuerte Datenverarbeitung, die von einem Detektorfeld benötigt wird, verringert und die einfacher und genauer und schneller arbei­ tet als die bislang verwendeten Vorrichtungen.

Claims (16)

1. Vorrichtung zum Überprüfen von Masken auf Fehler mit räumlich kohärenter Beleuchtung in einer Fourierebene und zum Ausblenden von vorbestimmten Maskenstrukturen entsprechenden Raumfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fourierebene Detektoren zur Bestimmung und/oder Ausblendung von Raumfrequenzen vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Orientierungsstrahl vorhanden ist, mit dem die Orientierung der vorbestimmten Maskenstrukturen in bezug auf die Detektoren ermittelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein, einen veränderlichen Bereich der Maske beleuchtender Fehlererkennungsstrahl vorhanden ist, der zum Nachweis von Fehlern auf der Maske verwendet wird.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ausblendeinrichtungen zum Ausblenden der den vorbestimmten Maskenstrukturen entsprechenden Raumfrequenzen in der Fourierebene vorhanden sind, und daß Steuervorrichtungen vorhanden sind, die ein Signal von den Detektoren empfangen und verarbeiten, um die Ausblendvorrichtungen so in der Fourierebene auszurichten, daß die den vorbestimmten Maskenstrukturen entsprechenden Raumfrequenzen in der Fourierebene ausgeblendet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlererkennungsstrahl die Form eines Strahles mit einem Durchmesser von etwa 0,0025 mm hat.

6. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren eine Vielzahl von Streifendetektoren (36) umfassen, die in einer zylinderartigen Konfiguration so angeordnet sind, daß eine optische Achse (38) längs der Zylinderachse verläuft, wodurch eine Orientierung der vorbestimmten Maskenstrukturen von jenen Detektoren bestimmt wird, die angeregt werden.

7. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren ein Feld von Diodendetektoren (30, 34) umfassen.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren eine im wesentlichen kreisförmige Konfiguration einzelner Detektoren (26) umfassen, die um die optische Achse nach Art der Stücke eines Kuchens angeordnet sind, wobei der mittlere Bereich (28) fehlt.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren ein im wesentlichen rechteckiges Detektorfeld umfassen.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Quelle zum Bilden eines Fehlererkennungsstrahls und eine zweite Quelle zum Bilden eines Orientierungsstrahls vorhanden ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (58, 60, 62) zum Unterscheiden des Orientierungsstrahls (44, 84) und des Fehlererkennungsstrahls (46, 48, 86, 88) vorhanden ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Unterscheiden der Strahlen einen Strahlteiler (108) umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungsstrahl und der Fehlererkennungsstrahl unterschiedliche optische Wellenlängen haben.

14. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Orientierungsstrahl und der Fehlererkennungsstrahl verschiedene Modulationsfrequenzen haben.

15. Verfahren zum Überprüfen von Masken auf Fehler mit räumlich kohärenter Beleuchtung in einer Fourierebene durch Ausblenden von vorbestimmten Maskenstrukturen entsprechenden Raumfrequenzen, dadurch gekennzeichnet, daß durch in der Fourierebene vorhandene Detektoren Raumfrequenzen bestimmt und/oder ausgeblendet werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Näherungsformfaktor-Intensitätsraumfilter in der Fourierebene zwischen der Maske und den Detektoren montiert wird, der in Abhängigkeit von den in der Fourierebene gelegenen Raumfrequenzen der vorbestimmten Maskenstrukturen orientiert wird, um diese Raumfrequenzen auszublenden, und die den Fehlern entsprechenden Raumfrequenzen durchzulassen.