DE3888395T2

DE3888395T2 - Prüfungssystem für eine Mikrokreisanordnung mit Redundanzkreisanlagen.

Info

Publication number: DE3888395T2
Application number: DE3888395T
Authority: DE
Inventors: Daniel L Cavan; Robert B Howe; Lawrence H Lin
Original assignee: OPTICAL SPECIALITIES Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1988-05-24
Publication date: 1994-06-23
Anticipated expiration: 2008-05-25
Also published as: DE3888395D1; EP0294643A2; JP2639501B2; JPH01158308A; EP0294643B1; KR890001175A; EP0294643A3; KR0132435B1; US4806774A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prüfsystem zur Verwendung bei der Herstellung von Mikroschaltungen und insbesondere ein Echtzeit-Fehlererkennungssystem zur Verwendung bei der Herstellung von Mikroschaltungen der Art, die ein Feld von Grundmustern aufweisen die mehrere redundante Schaltmuster aufweisen.

Hintergrund der Erfindung

Zwei bespielhafte und sehr ähnliche Prüfsysteme für Musterfehler in Fotomasken, die bei der Großserienherstellung von Halbleiterschaltungen und integrierten Schaltungen verwendet werden, werden in den US-Patenten 4 000 949 von Watkins und US-Patent 3 614 232 von Mathisen beschrieben. Die Systeme von Watkins und Mathisen erlauben die gleichzeitige Prüfung aller Grundmuster auf einer Fotomaske, die ein regelmäßiges Feld von normalerweise identischen Grundmustern zur Erkennung des Vorhandenseins von nichtperiodischen Federn, d. h., Federn in einem Grundmuster, das in den restlichen Grundmustern des Feldes nicht wiederholt werden, beeinhaltet.
Dies wird durch gleichzeitiges Beleuchten aller Grundmuster einer Vorlagen-Fotomasken mit gebündeltem kohärentem Licht erreicht, das von einem Laser erzeugt wird, um ein zusammengesetztes Diffraktionsmuter zu erzeugen, dessen räumlicher Abstand die Kombination der beiden Komponenten ist. Die erste Komponente ist das Interferenzmuster des Feldes von Grundmustern und die zweite Komponente ist dann das Interferenzmuster eines einzelnen Grundmusters des Feldes. Die erste und die zweite Komponente werden manchmal als Zwischen-Grundmuster-Interferenzmuster bzw. als Intra-Grundmuster- Interferenzmuster bezeichnet. Das Licht, das von der Fotomaske ausgestrahlt wird, passiert eine doppelkonvexe Linse, die das Licht aut ein Spatialfilter verteilt, das mit einem Abstand hinten der Linse angeordnet ist, die einer Fokuslänge entspricht.
Das Spatialfilter weist ein zweidimensionales Fouriertransformationsmuster einer bekannten fehlerfreien Bezugsfotomaske auf, mit der die jeweilige Fotomaske verglichen wird. Das Filter ist in den Bereichen, die den Spatialfrequenzkomponenten des fehlerfreien Fourier-Transformationsmusters entsprechen, undurchsichtig und ist in Bereichen die nicht in dem fehlerfreien Fourier-Transformationsmuster enthalten sind, transparent. Weder das Patent von Watkins noch von Mathisen gibt die Parameter der Linse an. In dem Patent von Mathisen wird nur festgestellt, daß die Linse eine geeignete numerische Apertur hat und eine Vergrößerungskraft, um die Fläche der jeweiligen Fotomaske abzudecken.
Die Spatialfrequenzkomponenten, die den Fehlern in den jeweiligen Fotomaske entsprechen, werden durch das Spatialfilter übertragen, und können in einem von zwei Wegen verarbeitet werden. In dem System nach Watkins durchläuft das durch das Spatialfilter übertragene Licht eine weitere doppelkonvexe Linse, die geeignete positioniert ist, um ein Bild der Fotomaske zu definieren, bei Fehlen jeder Information, die durch das spatiale Filter gesperrt wurde. Das bildgebende Licht, das nicht durch das Spatialfilter blockiert ist, fällt an Orten auf, die die Position in der Fotomaske angeben, an denen Fehler vorhanden sind. In dem System nach Mathisen wird das durch das Spatialfilter durchgelassene Licht von einem Fotodetektor gemessen, der ein Ausgangssignal erzeugt, das einen "no-go"-Alarm aktiviert.
Die Patente von Watkins und Mathisen implizieren, daß Systeme der Art, die sie beschreiben, sowohl Inter- als auch Intra-Grundmuster-Interferenzmusterinformation beschreiben, um das Vorhandensein von Defekten in dem jeweiligen Muster zu bestimmen. Die Inter-Grundmuster- Interferenzmusterinformation ist von besonderer Bedeutung, da diese aus sehr nah beabstandeten Lichtpunkten bestehen, die durch eine Fourier-Transformationslinse extrem schwierig aufzulösen sind. Die Verwirklichung einer solchen Linse ist weiter für Inspektionssysteme kompliziert, die eine inverse Fourier-Transformationslinse verwenden, um ein Bild des jeweiligen Musters von dem Fourier-Transformationsmuster zu erzeugen. Der Grund besteht darin, daß die Ausbildung jeder der Linsen einem Gesamtsystem entsprechen muß, das sowohl Fourier-Transformationsmustern und Bild bildenden Funk tionen gerecht werden muß. Es ist daher überaus schwierig, von einer solchen Systemausbildung die Auflösung zu gewinnen, die erforderlich ist, um Inter-Grundmuster-Interferenzmuster zu gewinnen. Das obige Problem der Linsenausbildung wird in Systemen von der Art betrachtet, die gleichzeitig die Gesamtfläche jeder der Grundmuster eines zu prüfenden Fotomaskenfeldes prüfen und infolgedessen ist ein solches System unzuverlässig und für die wirtschaftliche Verwendung nicht praktikabel.
Ein weiteres spatiales Filterprüfsystem ist in der Europäischen Patentanmeldung 0 017 317 von Iwamoto beschrieben. Iwamotos System prüft ein periodisches Feld von Löchern, etwa in einer Vidocon- oder Schattenmaske durch Drehen und Verschieben der Vorlage während der Prüfung und Verwendung eines Bandpass-Spatialfilters, das aus einem transparenten Ring besteht, der Licht nur zwischen den Maxima der nullten und der ersten Ordnung durchläßt. Solches System soll bezüglich der Ausrichtung und Orientierungsabweichungen zwischen der Vorlage und dem Spatialfilter tolerant sein und erlaubt die Prüfung großer Proben, da das System die Probe abtastet und dabei zu einem Zeitpunkt nur einen Teil prüft.
Iwamotos System verlangt keine hochgenaue Linse, die in höheren Ordnungen des Diffraktionsmusters fokussiert, da es diese Ordnungen blockiert.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zuverlässiges Fehlerprüfsystem zu schaffen, das bei der Herstellung von Mikroschaltkreisen verwendet wird. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zu schaffen, das das Verfahren der Fourier-Optik verwendet, jedoch nicht die Verwendung von Inter-Grundmuster-Interferenzmusterinformation zur Bestimmung des Vorhandenseins von Fehlern bei der Herstellung von derartigen Schaltkreisen, die ein Feld von üblicherweise identischen Grundmustern aufweist, erfordert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung ein solches System zu schaffen, das aus einem Mikroschaltmuster ein im wesentlichen fehlerfreies Fourier-Transformations- Lichtmuster entwickelt, aus dem ein genaues Bild, das den Fehlern in dem Mikroschaltmuster entspricht, gebildet werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Prüfverfahren zu schaffen, das eine Intra-Grundmuster-Interferenzmusterinformation schafft, um das Vorhandensein von Fehlern in einem Mikroschaltkreis-Feldmuster von normalerweise identischen Grundmustern zu bestimmen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen.
Nach einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein System mit den Merkmalen nach Anspruch 19.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Verwendung bei der Herstellung von Mikroschaltungen und wird hier beispielhaft beschrieben nur unter Bezugnahme auf ein Echtzeit-Prüfsystem für Fehler in den Flächen von Halbleiter-Scheiben von der Art, die ein Feld von Schaltpunkt-Grundmustern aufweisen, von denen jedes viele redundante Schaltmuster aufweist. Solche Halbleiter-Scheiben weisen, beispielsweise, Vorrichtungen mit wahlfreiem Zugriff, oder Nur- Leser-Speicher und digitale Multiplizierer auf.
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele des Inspektionssystems verwenden eine Fouriertransformations-Linse und eine inverse Transformationslinse, die entlang einer optischen Achse angeordnet sind, um von einem beleuchteten Feld einer bemusterten Vorlage-Halbleiterscheibe ein spatiales Frequenzspektrum zu erzeugen, dessen Frequenzkomponenten selektiv gefiltert werden können, um ein Bildmuster der Fehler in dem beleuchteten Bereich der Halbleiterscheibe zu erzeugen. Die Linsen sammeln Licht, das von dem mit der optischen Achse ausgerichteten Wafer-Grundmuster zurückgeworfen wird, und Licht, das durch andere Halbleiterscheiben-Grundmuster, die neben einem solchen Grundmuster angeordnet sind, zurückgeworfen wird, nicht also Licht, das von dem gesamten Wafer zurückgeworfen wird. Diese Einschränkung begrenzt die Anwendbarkeit des Inspektionssystems auf Grundmuster, die viele redundante Schaltmuster haben, aber die Verwendung von Linsen erlaubt die achsenferne Abweichungen einführen, die ansonsten den Charakter der des Fourier-Transparentmusters und das gefilterte Fehlerbild ändern würden.
Derartige Linsen sind relativ leicht herzustellen, da die redundanten Schaltmuster sich typischerweise in Intervallen von 50 µm wiederholen und daher Spatialfrequenzkomponenten erzeugen, die einen Abstand von etwa 1,0 mm haben, was durch übliche optische Komponenten auflösbar ist. Die Fouriertransformation und die Bildflächen sind vorzugsweise ausreichend groß, um Licht von nur dem Halbleiterscheiben-Grundmuster aufzunehmen, das mit der optischen Achse ausgerichtet ist. Die spatialen Federblöcke der Spatialfrequenzen der fehlerfreien Fourier-Transformation eines solchen Grundmusters, d. h. das Spatialfilter beinhaltet nur Intra- Grundmuster-Interferenzmusterinformation.
Die Halbleiterscheibe wird in der vorderen Fokusebene der Fourier-Transformationslinse angeordnet und die bemusterte Oberfläche der Halblekterscheibe wird durch einen gerichteten Laserstrahl beleuchtet. Das Fourier- Transformationsmuster der beleuchteten Halbleiterscheiben-Oberfläche wird in der rückwärtigen Fokusebene der Fourier-Transformationslinse gebildet. Ein zuvor erstelltes spatiales Filter wird in der Ebene des Fourier-Transformationsmusters angeordnet und stoppt wirksam die Lichtübertragung von den redundanten Schaltmustern der beleuchteten Grundmuster der Halbleiterscheibe, erlaubt jedoch die Passage von Licht, die von möglichen Defekten entstammen.
Die inverse Fourier-Transformationslinse empfängt das Licht, das entweder durch das spatiale Filter gewandert ist oder aber von diesem reflektiert worden ist und führt die inverse Fourier-Transformation an dem gefilterten Licht, das von dem beleuchteten Halbleiterscheibenbereich abgelenkt ist, durch. Ob das spatiale Filter von der Art ist, das Licht durchläßt oder Licht reflektiert hängt von dem Ausführungsbeispiel des Prüfsystems, in das es eingebaut ist, ab. Das gefilterte Bild trifft auf die Oberfläche eines zwei-dimensionalen Fotodetektorfeldes auf, das das Vorhandensein von Licht erkennt, welches Defekten in nur dem beleuchteten, auf der Achse liegenden Halbleiterscheibe-Grundmuster entspricht. Das Fotodetektorfeld ist mittig um die optische Achse angeordnet und hat einen lichtempfindlichen Flächenbereich von einer Größe, die unzureichend ist, um den Bildebenenbereich zu decken, in dem das Fehlerbild entsprechend einem Grundmuster in der Achse auftritt. Die Prüfung aller möglichen Fehlern in den Abschnitten der Halbleiterscheibenfläche mit vielen redundanten Schaltungsmustern wird durch das Befestigen der Halbleiterscheibe auf einem zweidimensionalen Schiebeschlitten und das Aufbringen des Schlittens derart, daß das Beleuchtungsfeld, das durch den Laserstrahl kontinuierlich über das Halbleiterscheibenfeld von Grundmuster zu Grundmuster streicht, bewirkt, bis die gewünschten Abschnitte der Halbleiterscheibenfläche beleuchtet worden sind. Die Verwendung eines Zeitverzögerungs-Integrationsverfahrens erlaubt die kontinuierliche Bewegung des Schlittens und die Prüfung der Abschnitte der Halbleiterscheibenfläche mit vielen redundanten Schaltmustern in einer streifenweise Rasterabtastung.
Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft, da das spatiale Filter nicht während der Verwendung einer fehlerfreien Vorlagehalbleiterscheibe erzeugt werden muß. Der Grund besteht darin, daß alle Fehler, die in einer solchen Halbleiterscheibe vorliegen Licht einer unzureichenden Helligkeit erzeugen würden, um das Aufzeichnungsmedium eines spatialen Mediums zu belichten.
Die vorliegende Erfindung erkennt Fehler in einem Vorlagemuster durch Verwendung nur der Intra-Grundmusterinformation entsprechend den Flächen des Vorlagemusters mit vielen redundanten Schaltmustern. Die Prämissen, die dem Prüfverfahren nach der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen bestehen darin, daß eine Inter-Grundmuster-Interferenzmusterinformation nicht notwendig ist, wenn nur Bereiche von vielen redundanten Mustern geprüft werden und daß die Inspektion von nur solchen Bereichen eine ausreichende statistische Prüfung ermöglichen, um die Fehlerverteilung für die gesamten Prüfmuster zu bestimmen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen.

Kurze Erläuterung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der optischen Komponenten eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Fehlerprüfsystems der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Darstellung einer Halbleiterscheibe bestehend aus einem regelmäßigen Feld von üblicherweise identischen Grundmustern derselben Art, das geeignet ist zur Prüfung durch die Systeme nach den Fig. 1 und 6,
Fig. 3A-3C sind fotografische Darstellungen eines beispielhaften einzelnen Grundmusters der Halbleiterscheibe von Fig. 2, das ein solches Grundmuster mit hochredundanten Schaltmustern für aufeinanderfolgende sich steigernde Vergrößerungen.
Fig. 4 ist eine vereinfachte Wiedergabe, die die Asymmetrie des Linsensystems für die Fourier-Transformation und die inverse Fourier-Transformation, die bei dem Prüfsystem von Fig. 1 verwendet wird.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die optischen Elemente des Linsensystems von Fig. 4 zeigt.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung der optischen Komponenten eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels des Fehlerprüfsystems nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines spatialen Filters, das bei dem Fehlerprüfsystem von Fig. 6 verwendet wird.
Fig. 8 zeigt die optischen Komponenten des Linsensystems der Fourier-Transformation und der inversen Fourier-Transformation, wie sie bei dem Fehlerprüfsysten nach Fig. 6 verwendet werden.
Fig. 9 ist eine isometrische Ansicht des Abtastmechanismus zum Erkennen des Vorhandenseins und der Orte von Fehlern auf der Halbleiterscheibe von Fig. 2.
Fig. 10A ist eine vergrößerte Teilansicht, die die drei Streifenbereiche in der unteren linken Ecke der Halbleiterscheibe von Fig. 9 zeigt.
Fig. 10B ist eine vergrößerte, nicht maßstäbliche Ansicht der Streifenbereiche der Fig. 9 und 10A, die den Rasterabtastweg zeigt, der von dem Abtastmechanismus von Fig. 9 relativ zu einem lichtempfindlichen Detektor abgefahren wird, um Fehlerbilder in einem Fehlerbildfeld zu erkennen.
Fig. 11 ist eine Darstellung von einem Feld von Pixelelementen in dem Fehlerbildfeld unter 10-facher Vergrößerung und eine Feld von Lichterkennungselementen einer ladungsgekoppelten Einheit, wie sie bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zeigt.

Eingehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Prüfsystems nach der vorliegenden Erfindung, das dazu ausgebildet ist, Fehler auf Halbleiterscheiben zu erkennen, die bei Vorhandensein einer periodischen Struktur mit mehreren redundanten Schaltmustern einen Durchmesser von etwa einem µm² und mehr haben. Fig. 2 ist eine Darstellung einer Halbleiterscheibe 12, für die das Prüfsystem 10 zur Erkennung von Fehlern ausgebildet ist. Die Halbleiterscheibe 12 weist ein regelmäßiges Feld von normalerweise identischen Grundmustern 14 auf, von denen jedes wenigstens 20 redundante Zeitmuster 16 hat, jeweils entlang der X-Achse 18 und Y-Achse 20 angeordnet. Jedes Grundmuster 14 ist typischerweise quadratisch mit Seitenlängen von 3 mm. Fig. 3A-3C sind fotografische Wiedergaben eines beispielhaften einzelren Grundmusters 14, das ein sich in hohem Maße wiederholendes Schaltmuster innerhalb eines solchen Elements für sich wiederholende zunehmende Vergrößerungen hat. Obwohl in den Fig. 3A-3C rechteckige Formen gezeigt sind, werden zum Zweck der Vereinfachung der nachfolgenden Diskussion Schaltmuster 16 angenommen, die eine quadratische Form mit einer Seitenlänge von 50 µm haben.
Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Prüfsystem 10 weist eine Laserquelle 22 auf, die gerichtete monochromatische Lichtstrahlen 24 mit 442,5 nm erzeugt, die auf eine Linse 26 auffallen, die die Lichtstrahlen auf einen Punkt 28 konvergieren, der in der rückwärtigen Fokusebene der Linse 26 angeordnet ist. Die von dem Fokuspunkt 28 divergierenden Lichtstrahlen fallen auf einen kleinen Spiegel 32, der mit einem geringen Abstand von dem Fokuspunkt 28 angeordnet ist, um einen relativ engen kreisförmigen Lichtstrahl auf einen Abschnitt 4 einer Fourier-Transformationslinse zu werfen, die in Fig. 1 als ein einziges Element gezeigt ist, die jedoch durch fünf Linsenelemente zusammengesetzt ist, wie weiter unten beschrieben werden wird. Der Spiegel 32 verdunkelt einen kleinen Bereich in der Mitte der Fourier-Transformationsebene, die durch den Linsenabschnitt 34 definiert wird. Die Größe des verdunkelten Bereichs ist ausreichend klein, so daß eine Fehlinformation, die irgendwo in der Fourier-Informationsebene liegt, jedoch nicht signifikant durch den Spiegel 32 gesperrt wird.
Die wirksame Mitte des Abschnitts 34 der Fourier- Transformationslinse ist mit einem Abstand positioniert, der geringfügig kleiner als eine Fokuslänge weg von dem Spiegel 32 ist, um gerichtete Lichtstrahlen 36 zu schaffen, die auf die gemusterte Flasche der Halbleiterscheibe 12 auftreffen. Die Halbleiterscheibe 12 ist mittels eines Spannfutter 38 befestigt das einen Teil einer zweidimensionalen Translationsbühne 40 bildet. Die Halbleiterscheibe 12 ist in der Objekt- oder vorderen Fokusebene 42 des Linsenabschnitts 34 angeordnet. Die gerichteten Lichtstrahlen 36 beleuchten die gemusterte Fläche der Halbleiterscheibe 12. Die gerichteten Lichtstrahlen 36 beleuchten eine Fläche mit einem Durchmesser von 20 mm auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe 12. Die Lichtstrahlen 44, die von dem beleuchteten Bereich der Halbleiterscheibe 12 reflektiert werden, laufen durch den Linsenabschnitt 34 und bilden ein Fourier-Transformationsmuster der beleuchteten Halbleiterscheibenfläche in der rückwärtigen Fokusebene 36 des Linsenabschnitts 34.
Das Fourier-Transformationsmuster weist einen Bereich von hellen Lichtpunkten auf, die in der rückwärtigen Fokusebene 46 in einer vorhersehbaren Weise verteilt sind. Der beleuchtete Bereich der Halbleiterscheibe 12 mit einem Durchmesser von 20 mm schafft ein Fourier- Transformationsmuster mit einer ausreichenden Genauigkeit, da es von vielen redundanten Schaltmustern gebildet wird. Die Ausbildung des Linsenabschnitts 34 ist jedoch derart, daß es nur einen Objektfelddurchmesser von 3 mm hat, um die Bildebene 60 eines im wesentlichen abweichungsfreien Fehlerbildes in der Halbleiterscheibe zu bilden. Das ganze Grundmuster kann auf Fehler untersucht werden, da die Translationsbühne 40 das Grundmuster durch den beleuchteten Bereich bewegt. Es wird daher eine relativ große Fläche der Halbleiterscheibe 12 beleuchtet, um ein genaues Fourier-Transformationsmuster der redundanten Schaltmuster zu schaffen, ein Abschnitt 54 einer inversen Fourier-Transformationslinse mit einem relativ kleinen Öbjektfelddurchmesser sammelt jedoch das Licht, das von dem mittleren Abschnitt des beleuchteten Bereiches reflektiert wird, um die Einführung von Abweichungen in das zu bildende Bild zu minimieren.
Ein zuvor hergestelltes Spatialfilter 50 ist in der Ebene 46 des Fourier-Transformationsmusters positioniert. Das Spatialfilter 50 kann durch Beaufschlagen eines Aufzeichnungsmediums, etwa einer fotografischen Platte, mit Licht, das durch alle Grundmuster 14 der Halbleiterscheibe reflektiert wird, hergestellt werden. Dies kann auch mit einer nicht-fehlerfreien Halbleiterscheibe 12 ausgeführt werden, da die Fehlerinformation, die durch Licht mit relativ geringer Intensität getragen ist, die fotografische Platte nicht belichtet, während eine Fourier-Transformationsinformation, die durch relativ hohe Lichtintensität getragen wird, die fotografische Platte beleuchtet. Das Spatialfilter 50 kann auch mittels bekannter Computererzeugungsverfahren hergestellt werden.
Das Spatialfilter 50 blockiert die spatialen Frequenzen der fehlerfreien Fourier-Transformation der beleuchteten Grundmuster der Halbleiterscheibe 12, erlaubt jedoch die Passage von Licht, das von möglichen Fehlern in solchen Grundmustern und von Licht, die von anderen Halbleiterscheiben, die diesen Grundmustern benachbart sind, reflektiert wird. Die fehlertragenden Lichtstrahlen 52, die durch das Spatialfilter nicht blockiert werden, treffen auf den Abschnitt 54, der inversen Fourier-Transformationslinse, die schematisch als eine einzelne Linse gezeigt ist, jedoch, wie weiter unten beschrieben wird, vier Linsenelemente aufweist. Der Abschnitt 54 der inversen Fourier-Transformationslinse führt die inverse Fourier-Transformation an dem gefilterten Lichtmuster der beleuchteten Halbleiterscheiben-Grundmuster 14 auf. Der Linsenabschnitt 14 ist mit einem Abstand einer Fokuslänge von der rückwärtigen Fokusebene 46 des Linsenabschnitts 34 entfernt angeordnet. Die Elemente des Linsenabschnitts 34 und 54 sind entlang derselben optischen Achse 48 ausgerichtet, eine Translationsbühne bewegt die Halbleiterscheiben-Grundmuster 14 über die optische Achse 48.
Ein Fotodetektorfeld 58 ist mittig über der optischen Achse 48 in eine Bildebene 60 angeordnet und nimmt das Bild der Fehler auf, die in dem auf der Achse liegenden Abschnitt des Halbleiterscheiben-Grundmusters 14 vorhanden sind. Die Bildebene 60 ist in der rückwärtigen Fokusebene des Linsenabschnitts 54 angeordnet. Die Vergrößerung des Linsenabschnitts 54 ist von einem Betrag, der etwa der Auflösungsgrenze des Bildes bis zur Pixelgröße des Fotodetektorfeldes 58 entspricht. Insbesondere hat das Detektorfeld 58 eine lichtempfindliche Fläche 62, deren Dimensionen 10 mm x 10 mm innerhalb der Bildfläche mit einem Durchmesser von 3 mm. Eine 10- fache Vergrößerung ist daher der geeignete Betrag, um Fehler in dem Bereich mit 3 mm Durchmesser auf der auf der Achse liegenden Halbleiterscheiben-Grundmuster 14 zu erkennen.
Um die gesamte gemusterte Fläche der Halbleiterscheibe 12 zu prüfen, bewegt die Translationsbühne 40 jeden Abschnitt des Grundmusters 14 der Halbleiterscheibe 12 zur optischen Achse 48 zur Beleuchtung durch das Licht, das von der Lichtquelle 22 erzeugt wird. Der Bereich der lichtempfindlichen Fläche 62 des stationären Fotodetektorfelds 58 begrenzt den Betrag des erkannten Lichts, so daß ein Abschnitt des Lichts, der nur dem Halbleiterscheibe-Grundmuster 14 entspricht, das um die optische Achse 48 zentriert ist, erkannt wird. Die Bildinformation, die einem Abschnitt von nichtbeleuchteten, außerhalb der Achse liegenden Halbleiterscheiben-Grundmustern 14 beleuchtet wird, kann daher das Fotodetektorfeld 58 nicht erreichen. Die Bewegung der Translationsbühne 40 ist in einem streifenförmigen Raster kontinuierlich, um eine Zeitverzögerungs-Integrationstechnik zum Sammeln der Fehlerbildinformation für jedes Grundmuster 14 auf der gemusterten Fläche der Halbleiterscheibe 12 anzuwenden.
Der Abschnitt 34 der Fourier-Transformationslinse und der Abschnitt 54 der inversen Fourier-Transformationslinse sind als Teil eines optischen Systems 68 ausgebildet und haben zusammen zehn Elemente, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Ausbildung eines optischen Systems 68 wird durch die stringenten Anforderungen für zwei wesentliche Parameter kompliziert, nämlich den minimalen Spot- Durchmesser "d&sub1;" in der Fourier-Transformationsebene 46 und dem minimalen Spot-Durchmesser "d&sub2;" in der Bildebene 60. Ein kleiner minimaler Spot-Durchmesser in der Fourier-Transformationsebene 46 ist erforderlich, um die hellen Spots aufzulösen, die in einer solchen Ebene durch die Schaltmuster 16 der größten erwartenden Größe aufzulösen. Wenn das Muster 16 quadratisch ist, genügt der Spot-Durchmesser d&sub1; der folgenden Gleichung:
d&sub1; « λ f&sub1;/c
wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist, die von der Laserquelle 22 austritt, f&sub1; die effektive Fokuslänge des Linsenabschnitts 34 und c die Länge einer Seite des quadratischen Musters 16 ist. Ein Spot-Durchmesser d&sub1; µ kann für c < 300 µ realisiert werden.
Ein kleiner minimaler Punktdurchmesser in der Bildebene 60 bestimmt die kleinste mögliche erkennbare Fehlergröße. Der minimale Spot-Durchmesser d&sub2; wird durch das Zusammenwirken der Linsenabschnitte 34 und 54 und der Bildvergrößerung "m" bestimmt. Ein Fehler mit einem Durchmesser von größer als d&sub2;/m kann von der räumlichen Spreizung seines Bildes gemessen werden. Ein Fehler mit einem Durchmesser von weniger als d&sub2;/m, d. h. ein unterhalb der Auflösung liegender Fehler, hat eine Bildspreizung, die d&sub2; entspricht, hat jedoch eine Bilddichte, die quadratisch mit dem zunehmenden Durchmesser abnimmt. Um unterhalb der Auflösung liegende Fehler zu erkennen, muß das Prüfsystem 10 dazu ausgebildet sein, ein elektronisches oder optisches Rauschen zu erreichen, das wesentlich geringer ist. Der Ausbildungsparameter ist erreichbar mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen des Prüfsystems 10 für d&sub2; = 10 µ, m = 10, und d&sub2;/m = 1 µ über ein Bildfeld mit einem Durchmesser von 30 mm.
Es wird jetzt auf die Fig. 4 und 5 Bezug genommen. Das optische System ist ein nahezu diffraktionsbegrenztes optisches System, das Licht aufnimmt, welches in einem telezentrischen Kegel von ± 15º - 20º diffraktiert ist, und bildet eine nicht-periodische Struktur der Fourier-Transformation des Objekts (d. h. der redundanten Schaltmuster auf einem Halbleiterscheiben- Grundmuster 14) erzeugt ein erkennbares Bild von Fehlern mit einem Durchmesser von 1 µ² oder größer. Die Ausbildung des Linsenabschnitts 34 ist asymmetrisch, um ein nahezu diffraktionsbegrenztes Lichtmuster auf der Fourier-Transformationsebene 46 zu schaffen. Der Grund für die Asymmetrie liegt darin, daß der Diffraktionswinkel des optischen Systems relativ groß ist (± 15º - 20º) und der Durchmesser von 3 mm auf der darzustellenden Fläche nicht sehr groß ist. Der Linsenabschnitt 54 erfordert eine relativ große Fokuslange F&sub2; um eine 10fache Bildvergrößerung zu erreichen Die Ausbildung des Linsenabschnitts 54 ist asymmetrisch und die Eingangsblende ist näher zu dem vorderen Linsenelement 72 des Linsenabschnitts 54 angeordnet, um verbleibende Abweichungen, die in den Linsenabschnitt 54 eindringen, auszugleichen und um die Länge des optischen Systems 68 und die Durchmesser der dort angebrachten Linsenelemente zu minimieren.
Die Ebene des Linsenabschnitts 54 ist in großer Nähe zu der Fourier-Transformationsebene 46 positioniert, um eine kompakte Spatialfilteranordnung zu schaffen. Ein ausreichender Raum zwischen dem Linsenabschnitt 54 und der Fourier-Transformationsebene 46 ist erforderlich, um den Beleuchtungsstrahl durch die Fourier-Transformationsebene einzuführen und um den mechanischen Aufbau, der das Spatialfilter 50 zu entsprechen. Das optische System 68 ist so ausgebildet, daß das Bild eine inverte Kopie des Objekts mit einer Vergrößerung von - f&sub2;/f&sub1;, wobei f&sub2; = 600 mm, das heißt die effektive Fokuslänge des Linsenabschnitts 54 ist und f&sub1; = 60 mm, was die effektive Fokuslänge des Linsenabschnitts 34 ist. Die Vergrößerung "m" ist daher 10.
Der Linsenabschnitt 34 ist dazu ausgebildet, den nachfolgenden beiden Anforderungen zu entsprechen. Die erste und wichtigste Anforderung ist, daß das auf einen telezentrischen Kegel von ± 15º - 20º diffraktiertes Licht von jedem Punkt auf einem Objekt mit einem Durchmesser von 3 mm, das in der Gegenstandsebene oder der vorderen Fokusebene 42 angeordnet ist, mit ausreichend geringen Lichtstrahlabweichungen ausgerichtet wird, um die schließliche Bildung eines engbegrenzten Bildes mit sehr geringen geometrischen Störungen zu erlauben. Die zweite Anforderung besteht darin, daß Wellenebenen, die durch einen Objektdurchmesser von 20 mm über einen Bereich von ± 15º - 20º fortschreiten, eine minimale Vignettierung haben und Lichtmuster in der Fourier-Transformationsebene 46 haben, deren Auflösungsspot-Durchmesser kleiner als 20 µ ist.
Verbleibende Abweichungen, die durch den Linsenabschnitt 34 in den Linsenabschnitt 54 eingeführt werden, werden vergrößert, es ist daher nahezu unmöglich, diese durch die Kompensation von Abweichungen in dem Linsenabschnitt 54 zu eliminieren. Die Anforderungen an die Ausbildung sind daher, daß der Linsenabschnitt 34 in der Fourier-Transformationsebene 46 1) isoplan ist (das heißt, daß die Abweichungen über einen kleinen Abschnitt des Fourier-Transformationsbildfeldes konstant bleibt, so daß die Linse ein lineares, verschiebungsinvariantes Filter von spatialen Frequenzen ist) , 2) im wesentlichen aplanar ( das heißt von sphärischen und komatischen Abweichungen frei) ist und 3) im wesentlichen anastigmatisch ist (das heißt ein klares Feld ohne Anastigmatismus hat) für die auftreffenden Wellenebenen über einen Diffraktionswinkel von ± 15º - 20º und über einen Eintrittsblendenwinkel von 20 mm.
Um ein ein nahezu diffraktionsbegrenztes Bild in der Bildebene 60 zu schaffen, muß der Linsenabschnitt 60 auch eine Wellenebene für einen punktförmigen Gegenstand erzeugen, der innerhalb eines Bereichs mit einem Durchmesser von 3 mm in der Gegenstandsebene oder vorderen Fokusebene 42 der Linse angeordnet ist. Dies macht es erforderlich, daß Hauptstrahlen über den Diffraktionswinkel von ± 15º - 20º dazu gezwungen werden, telezentrisch (das heißt parallel zu der optischen Achse 48) während der Ausbildung des Linsenabschnitts 34 zu sein, so daß verbleibende Abweichungen, die in dem Linsenabschnitt 54 vorhanden sind, sehr klein und kompensierbar sind.
Die Ausgestaltungsanforderungen des Linsenabschnitts 34 bestehen darin, das es Licht aufnimmt, das von einem unendlich weit beabstandeten Gegenstand mit + 15º - 20º austritt bei einer Eingangsblende, die in der vorderen Fokusebene 42 angeordnet ist, ausgesandt wird. Das Fourier-Transformationslichtmuster ist daher an der rückwärtigen Fokusebene 46 der Linse angeordnet.
Insbesondere weist der Linsenabschnitt 34 fünf Elemente auf, die entlang der optischen Achse 48 angeordnet sind und zu dieser zentriert sind. Das Element 72 ist eine doppel-konvexe Linse und das Element 74 ist eine Linse mit positivem Meniskus. Beide sind nahezu der Eingangsblende des Linsensystems 68 angeordnet, um sphärische Abweichungen zu kontrollieren. Eine doppel-konkave Linse 64 bestimmt die Feldkrümmung und eine doppel-konvexe Linse 78 und eine Linse 80 mit positivem Meniskus sind in dem konvergierenden Strahl angeordnet, um den Astigmatismus zu kontrollieren. Um die Apperationssteuerung in dem Bereich der Diffraktionswinkel ± 15º - 20º zu steuern, benötigt der Linsenabschnitt 34 die fünf Elemente 72, 74, 76, 78 und 80, die aus Glas mit einem hohen Refraktionsindex hergestellt sind.
Die Ausbildung des Linsenabschnittes 54 gleicht die verbleibenden sphärischen und komatischen Abweichungen aus, die durch den Linsenabschnitt 34 eingeführt werden, wenn Gegenstandspunkte an dessen vorderen Fokusebene 46 innerhalb eines Gegenstandsdurchmessers von 3 mm angeordnet werden. Ein doppel-konvexes Linsenelement 70 und ein doppel-konkaves Linsenelement 84 sind nahe der Fourier-Transformationsebene 46 angeordnet, um die verbleibenden sphärischen Abweichungen auszugleichen, die durch den Linsenabschnitt 34 eingeführt werden. Ein Linsenelement 86 mit negativem Meniskus gleicht die komatischen Abweichungen aus, die durch den Linsenabschnitt 34 eingeführt werden. Ein Linsenelement 88 mit positivem Meniskus mit geringer positiver Kraft verteilt die Refraktionskraft des Linsenelements 54, so daß die Elemente 70, 84 und 86 den richtigen Betrag der sphärischen und komatischen Abweichungen einführen können, um die verbleibenden Abweichungen von dem Linsenabschnitt 34 zu löschen. Das Linsenelement 88 trägt weiter dazu bei, den Astigmatismus in der Bildebene 60 zu korrigieren. Ein plan-konvexes Linsenelement 90 von geringer positiver Kraft ist in vernünftiger Nähe zu der Bildebene 60 angeordnet, um die geometrische Verzerrung des Bildes zu steuern. Das Element 90 mit positiver Kraft mindert jedoch die Korrektur der Feldkrümmung und des Astigmatismus. Die Bildqualität in der Bildebene 60 erreicht marginal die Ausbildungsanforderungen, aufgrund der Begrenzungen, die durch ein solches Ungleichgewicht der Feldkrümmung und des Astigmatismus und des Vorhandenseins von verbleibenden sphärischen Apperationen höherer Ordnung, die durch den Linsenabschnitt 34 eingeführt werden, vorhanden sind.
Tabellen I und II stellen die Spezifikationen für und den Abstand zwischen benachbarten Elementen des optischen Systems 68 zusammen. Tabelle I gibt eine Vorschrift für die Elemente des Linsenabschnitts 24 und das Spatialfilter 50 an und Tabelle II eine Vorschrift für die Elemente des Linsenabschnitts 54. Die Oberflächen a-w entsprechen im allgemeinen den bezeichneten Flächen in Figur 5, wobei die Fläche "a" der Objektebene 42 und die Fläche "w" der Bildebene 60 entspricht. Die Flächen l&sub1; und l&sub2; entsprechen dem Spatialfilter 50. In jedem Fall sind der Radius und der Öffnungsdurchmesser der Fläche gegeben und die Form Jeder Fläche ist sphärisch, mit Ausnahme der Flächen a, l&sub1;, l&sub2;, v und w, die flach sind. Ein positiver Radius für eine Fläche gibt an, daß der Mittelpunkt der Krümmung in der Zeichnung rechts ist, während ein negativer Radius angibt, daß der Mittelpunkt der Krümmung in der Zeichnung links ist (Figur 5). Dimensionen sind in Millimetern angegeben, der axiale Abstand zu der nächsten Fläche ist in Figur 5 von links nach rechts gemessen.
Figur 6 ist eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Prüfsystems 100 der vorliegenden Erfindung, die dazu ausgebildet ist, Fehler in Halbleiter-Halbleiterscheiben von der Art, die durch das oben beschriebene Prüfsystem 10 geprüft werden, zu erkennen. Das Prüfsystem 100 ist dazu ausgebildet, dieselben Eigenschaften zu haben, wie das oben genannte Prüfsystem 10. Das Prüfsystem 100 weist ein optisches System für eine gefaltete Fourier-Transformation auf, das ein analytisch definiertes Fourier- Transformations-Spektralmuster aufweist, das in eine Flüssigkeitskristallschicht-Spatialfilter 102 eingeschrieben ist. Das Flüssigkeitskristallschicht-Spatialfilter 102 zerstreut Licht mit Spatialfrequenzen, die den regelmäßigen und periodischen Strukturen der gemusterten Fläche auf dem Halbleiter- Halbleiterscheibe 12 zugehörig ist und reflektiert Licht mit Spatialfrequenzen, das diesen Defekten zugehörig ist. Das Spatialfilter 102 reflektiert Licht, das von möglichen Fehlern in dem Halbleiterscheibe 12 entspricht, vorgegeben durch die gefaltete Fourier- Transformation des Prüfsystems 100.
Es wird jetzt auf Figur 6 Bezug genommen. Das Prüfsystem 100 weist eine Laserquelle auf, die einen enggerichteten Strahl eines monochromatischen Lichts 106 von 442, 5 nm liefert, das auf eine Linse 108 fällt, die die Lichtstrahlen zu einem Punkt 110, der in der Mitte einer Öffnung eines mit einem Loch versehenen Spatialfilters 112 konvergiert. Der von dem Laser 104 ausgestrahlte Lichtstrahl ist in der Ebene von Figur 6 linear polarisiert. Die Lichtstrahlen 114, die von dem Fokalpunkt 110 divergieren, treffen auf einen Polarisations-Strahlspalter 116 vom Plattentyp, der die polarisierten Lichtstrahlen in einer Ebene senkrecht zu der Ebene von Figur 6 reflektiert, jedoch in der Ebene von Figur 6 polarisierten Lichtstrahlen durchläßt. Eine Viertel-Wellen-Platte 118 nimmt die Lichtstrahlen 114, die durch den Strahlspalt 116 hindurchgeführt sind, auf, und unterwirft diese einer Viertel-Polarisation. Die zirkular-polarisierten Lichtstrahlen 114, die aus der Viertel-Wellen-Platte 118 austreten, werden zu einem relativ engen Zirkularstrahl zusammengeführt und schreiten in Richtung auf den Fourier-Transformationslinsenabschnitt 120 voran, der in Figur 6 als ein einziges Element gezeigt ist, das jedoch, wie weiter unten beschrieben wird, durch fünf Linsenelemente verwirklicht wird.
Die wirksame Mitte des Fourier-Transformationslinsen- Abschnitts 120 ist mit einem Abstand einer Fokuslänge weg von dem gelöcherten Spatialfilter 112 angeordnet, um gebündelte zirkular-polarisierte Lichtstrahlen 122 zu schaffen, die gegen die gemusterte Fläche der Halbleiterscheibe auftreffen. Die Halbleiterscheibe 12 ist mittels eines Spannfutters 38 auf der Translationsbühne 40 befestigt, die gebündelten Lichtstrahlen 122 beleuchten einen Bereich von einem Durchmesser von 20 mm auf der Fläche der Halbleiterscheibe 12, die in einer vorderen Fokus- oder Gegenstandsebene 124 so positioniert ist, wie dies oben für das Prüfsystem 10 beschrieben worden ist.
Zirkular-polarisierte Lichtstrahlen 128, die von dem beleuchteten Bereich der Halbleiterscheibe 12 diffraktiert sind, schreiten durch den Linsenabschnitt 120 und Viertelwellen-Platte 118, die linear polarisierten Lichtstrahlen 128 in einer Richtung senkrecht zu der Ebene von Figur 6 entwickelt. Die Lichtstrahlen 128 reflektieren weg von dem polarisierenden Strahlspalter 118 in Richtung auf die Viertelwellen-Platte 120, die den Lichtstrahlen 126 eine zirkulare Polarisation aufprägt. Die zirkular-polarisierten Lichtstrahlen 132, die von der Viertelwellen-Platte 130 austreten, treffen auf eine laser-absorbierende Schicht 134 des Spatialfilters 102. Die Lichtstrahlen 132 bilden Fourier- Transformationsmuster der beleuchteten Halbleiterscheibe-Fläche in der rückwärtigen Fokus-Ebene 136 des Linsenabschnitts 120.
Das Spatialfilter 102 blockiert durch Absorption die Spatialfrequenzen der fehlerfreien Fourier-Transformation der beleuchteten Grundmuster 14 der Halbleiterscheibe 12, erlaubt jedoch durch Reflexion die Passage von Licht, die von möglichen Fehlern in einem solchen Grundmuster stammen. Das Spatialfilter 102 unterscheidet sich von dem Spatialfilter 50 in zwei wesentlichen Aspekten. Zunächst ist das fehlerfreie Fourier-Transformationsmuster in ein Flüssigkeitskristallschicht für das Spatialfilter 102 und in eine fotografische Emulsion auf einer fotografischen Platte für das Spatialfilter 50 eingeschrieben ist. Zum zweiten ist der Spatialfilter 102 vom Reflexionstyp, wahrend das Spatialfilter 50 vom Transmissionstyp ist.
Die fehlertragenden zirkular-polarisierten Lichtstrahlen 138, die von dem Spatialfilter 102 reflektiert sind, schreiten durch die Viertelwellen-Platte 130, die die zirkulare Polarisation der Lichtstrahlen ändert und linear polarisierte Lichtstrahlen 140 entwickelt, deren Polarisationsrichtung in der Ebene von Figur 6 ist. Die Lichtstrahlen 140 schreiten durch den Strahlspalter 116 und treffen auf einen Linsenabschnitt 142 einer inversen Fourier-Transformation, die schematisch als eine einzelne Linse dargestellt ist, jedoch fünf Linsenelemente beinhaltete, wie weiter unten beschrieben wird. Der Linsenabschnitt 142 für eine inverse Linsentransformation für die inverse Fourier-Transformation anhand der gefilterten Lichtmuster der beleuchteten Halbleiterscheibe-Grundmuster 14 aus. Der Linsenabschnitt 142 ist mit einem Abstand einer Fokuslänge weg von der rückwärtigen Fokusebene 136 des Linsenabschnitts 120 positioniert. Die Elemente der Linsenabschnitte 120 und 142 sind entlang derselben optischen Achse 144 oder aber sind verlagert relativ zu derselben optischen Achse 144, die in zwei Abschnitte 146 und 148 an der Ebene des Strahlspalters 116 gefaltet ist. Die Translationsbühne 40 bewegt die Halbleiterscheibe-Grundmuster 14 entlang dem Abschnitt 146 der optischen Achse 144.
Ein Fotodetektorfeld 58 ist zentral um die optische Achse 144 in einer Bildebene 150 positioniert und nimmt der Bild der Fehler auf, die auf der Achsenposition des Halbleiterscheibe-Grundmusters 14 vorhanden sind. Die Bildebene 150 ist in der rückwärtigen Fokusebene des Linsenabschnitts 142 angeordnet. Die Vergrößerung des Linsenabschnitts 54 ist dieselbe wie bei dem Linsenabschnitt 54 des Prüfsystems 10 und ist aus denselben Gründen wie oben beschrieben, bestimmt. Die Prüfung der gesamten Fläche der Halbleiterscheibe 12 wird in einer Art und Weise durchgeführt, die derjenigen entspricht, wie sie oben für das Prüfsystem 10 beschrieben ist.
Figur 7 ist eine Querschnittsansicht eines Spatialfilters 102, daß ein smektisches Laser-Lichtventil bildet, in das ein fehlerfreies Fourier-Transformationsmuster der Halbleiterscheibe 12 eingeschrieben ist. Das smektische Laser-Lichtventil der hier verwendeten Art ist bei Frederic J., "LARGE AREA, ENGINEERlNG LIQUID CHRYSTAL LIGHT VALVES", Automation Technology Institute Conference, Montreal, Kanada, Februar 1987 beschrieben.
Es wird jetzt auf Figur 7 Bezug genommen. Das Spatialfilter 102 beschreibt ein paar voneinander beabstandete Glassubstrate 160 und 162, das zwischen sich ein smektisches Flüssigkristallmaterial 164 aufnimmt. Eine Laser-Absorptionsschicht 166 ist auf die Innenfläche des Glassubstrates aufgebracht. Eine Reflexionselektrode 168 ist auf die Innenfläche der Laser-Absorptionsschicht 166 aufgebracht und eine transparente Elektrode 170 ist auf die Innenfläche des Glassubstrates 160 aufgebracht. Ausrichtungsschichten 172 sind auf die Innenfläche der Reflexionselektrode 168 und auf die Innenfläche der transparenten Elektrode 170 aufgebracht. Die Ausrichter 172 des Flüssigkristallmaterials 164, das in der Zelle eingeschlossen ist, haben die geschichtete Parallelanordnung der smektischen Phase. Das fehlerfreie Fourier-Transformationsmuster ist in das Spatialfilter 102 in der folgenden Weise eingeschrieben.
Ein eng-fokusierter Schreib-Laserstrahl 176 schreitet durch das Glassubstrat 160 voran und ist auf der Laser-Absorptionsschicht 166 fokussiert, die die auftreffenden Laserstrahlen absorbiert und diese in Hitze umwandelt. Die Hitze diffundiert schnell in ein lokalisiertes Volumen des Flüssigkristallmaterials 164 und hebt die Temperatur des lokalisierten Volumens um einen ausreichenden Betrag an, um dieses über eine kritische Transitions-Temperatur anzuheben. Die Temperatur ist um annähernd mehrere Cº angestiegen.
Wenn die Temperatur des Flüssigkristallmaterials 164 die kritische Transitions-Temperatur übersteigt, haben die Ausrichter 174 nicht länger die geschichtete parallele Anordnung der in Figur 6 gezeigten smektischen Phase sondern eine zufällige Anordnung, die charakteristisch für eine gewöhnliche isotopische Flüssigkeit gekennzeichnet ist. Wenn der fokussierte Laserstrahl dagegen auf einen anderen Schreibort ausgerichtet oder bewegt wird, kühlt das vorangehend belichtete lokalisierte Volumen schnell wieder auf die Umgebungstemperaturen ab, die Hitze diffundiert in Glassubstrate 160 und 162. Die Glassubstrate 160 und 162 sind typischerweise einhundert- bis fünfhundertmal dicker als das Flüssigkeitskristall 164, das eine Schicht von annähernd 13 Mikrons in der Dicke bildet. Das Flüssigkeitskristall 164 kühlt mit einer Rate ab, bei der für die Ausrichter 174 unzureichende Zeit ist sich wieder in die gleichmäßig ausgerichtete smektische Ausbildung rückauszurichten. Die Ausrichter 174 bleiben in dem ungeordneten Zustand bis sie einem Löschvorgang unterzogen werden.
Die Bereiche des spatialen Filters 102, die durch den Schreib-Laserstrahl erwärmt werden, zerstreuen das auftretende Licht und die nicht erwärmten Bereiche des Spatialfilters 102 zerstreuen das Licht nicht. Die beschriebenen Bereiche zerstreuen das auftreffende Licht fortschreitend in der Richtung 178 in dem Spatialfilter 102, wenn dieses beleuchtet ist. Das Licht wird so zerstreut, das es nicht durch den Linsenabschnitt 142 (Figur 6) gesammelt wird. Die nicht beschriebenen Bereiche des spatialen Filters 102 wirken wie ein Spiegel, wenn die Fläche des Spatialfilters 102 beleuchtet wird.
Das ganze Filtermuster kann durch Aufbringen einer Wechselspannung zwischen der transparenten Elektrode 170 und der inneren Fläche des Glassubstrates 162 und der Reflektor-Elektrode 168 auf der Laser-Absorptionsschicht 166 gelöscht werden. Das sich ergebende elektrische Feld über dem Flüssigkeitskristall 164 verursacht eine Parallelausrichtung der Ausrichter 174 mit dem angelegten Feld und damit normal zu den Oberflächen der Glassubstrate 160 und 162 zu Erschaffung einer das Licht nicht zerstreuenden Fläche.
Die fehlerfreie Fourier-Transformation kann in das Spatialfilter 102 mittels eines auf einem Laser beruhenden Abtastsystems eingeschrieben werden, das den Laserstrahl 178 über die Fläche des Glassubstrates 160 führt, um geeignete Bereiche der Laser-Absorptionsschicht 166 zur Bildung der beschriebenen Bereiche oder der Lichtzerstreuungspunkte entsprechend dem Fourier- Transformationsmuster zu beleuchten.
Der Linsenabschnitt 120 für die Fourier-Transformation und der Linsenabschnitt 142 für die inverse Linsentransformation sind als Teil eines optischen Systems 200 ausgebildet und haben gemeinsam 10 Elemente wie in Fig. 8 gezeigt. Der Linsenabschnitt 200 ist ausgebildet, um den folgenden Anforderungen zu entsprechen. Die erste Anforderung ist, daß das Licht, das in einen telezentrischen Kegel von ± 15º - 20º gestreut ist, von jedem Punkt auf einem Gegenstand, der in einer Objektoder vorderen Fokusebene 124 von 3 mm Durchmesser mit ausreichend geringen Lichtstrahlabweichungen gesammelt werden kann, um die Bildung eines eng begrenzten Diffraktionsbildes mit sehr kleinen geometrischen Abweichungen zu erlauben. Die zweite Anforderung besteht darin, daß eine große rückwärtige Fokuslänge verwendet wird, um das Falten des Systems in einer Ebene des Strahlspalters 166 zu erlauben. Die Ausbildung des optischen Systems 200 ist durch die stringenten Anforderungen für den minimalen Spot-Durchmesser "d&sub1;" in der Fourier-Transformationsebene 136 und den minimalen Spot-Durchmesser "d&sub2;" in der Bildebene 150 kompliziert. Die Ausbildungsparameter für die Spot-Durchmesser d&sub1; und d&sub2; und für die Bildvergrößerung "m" sind dieselben, wie diese für das Prüfsystem 10 beschrieben worden sind.
Um eine rückwärtige Fokuslänge von großer Erstreckung zu erreichen, muß der Linsenabschnitt 120 die fünf Elemente 202, 204, 206, 208 und 210 haben.
Der Linsenabschnitt 120 ist von einer Berthele- Augenstück-Form, da es eine rückwärtige Fokuslänge von großer Erstreckung erzeugt und eine relativ große Öffnung aufnimmt. Elemente 204 und 206 sind Linsen mit negativem Meniskus, die eine starke negative Kraft schaffen, die erforderlich ist für den Eingang des Berthele-Augenstücks.
Der Linsenabschnitt 120 bildet das Fourier-Transformationsmuster von einer auftreffenden ebenen Welle und bildet in Zusammenwirken mit dem Linsenabschnitt 142 ein Bild von zehnfacher Vergrößerung des Wavers 12, der in dem vorderen Fokus 124 angeordnet ist. Diese Doppelfunktion schafft erhebliche Beschränkungen bezüglich der Ausbildung des Linsenabschnitts 120, da die Hauptstrahlen der Strahlenfächer, die mit der ausgestrahlten Energie zusammenhängen, die das Fourier- Transformationsmuster schafft, die Strahlenwerte, die den axialen Bildpunkt des vergrößerten Bildes erzeugen. Unter diesen Bedingungen wird das vergrößerte Bild sehr strenge sphärische Abweichungen immer dann zeigen, wenn die Hauptstrahlen nicht parallel zu der optischen Achse 144 (d. h. telezentrisch) sind. Wenn die Hauptstrahlen nicht die Fourier-Transformationsebene 136 in Übereinstimmung mit der Sinusbeziehung schneiden (d. h. die Schnitthöhe entspricht dem Sinus der Diffraktionswinkels mal der Fokuslänge des Linsenabschnitts 120), würde das vergrößerte Bild sehr starke Komaabweichungen zeigen. Die Größe der komatischen und sphärischen Abweichungen würden in dem Linsenabschnitt 120 nicht korrigiert, in dem Linsenabschnitt 142 nicht kompensiert werden können.
Die verbleibende sphärische Aberration wird durch eine flache Platte 212, die eine sphärische Aberrationskorrekturoberfläche hat, die stromabwärts des Stromspalters 116 angeordnet ist, korrigiert. Eine asphärische Korrekturplatte 212 eliminiert annähernd die ganze sphärische Aberration, ihre Anordnung und Form führt jedoch zu einem geringen Betrag von Koma zu dem vergrößerten Bild, der von dem Linsenabschnitt 142 entfernt wird.
Der Linsenabschnitt 142 besteht aus fünf Elementen 214, 216, 218, 220 und 222, die vorzugsweise in einer langen Trommel angeordnet sind. Elemente 214, 216 und 218 wirken als eine Dreiergruppe, die unmittelbar nach der asphärischen Korrekturplatte 212 angeordnet ist. Die Biegung der Elemente 214, 216 und 218 korrigiert primär das Koma, das durch die asphärische Korrekturplatte 212 eingeführt ist, ihre Kraftverteilung und die Glasarten werden gewählt, um die Petzval-Feldkrümmung zu kontrollieren. Elemente 220 und 222 korrigieren den verbleibenden Astigmatismus in dem System.
Tabellen III und IV summieren die Ausbildungsspezifikationen für und die Abstände zwischen benachbarten Elementen des optischen Systems 200. Die Tabelle III schließt eine Vorschrift für die Elemente des Linsenabschnitts 120, die Viertelwellen-Platten 118 und 130, den Strahlspalter 116 und das Spatialfilter 102 und die asphärische Korrekturplatte 212 auf, und Tabelle IV schließt die Vorschriften für die Elemente des Linsenabschnitts 142 ein. Die Oberfläche a-11 entspricht im allgemeinen den in Fig. 8 bezifferten Abschnitten, in denen die Fläche "a" der Gegenstandsebene 124 entspricht und die "11" der Bildebene 150 entspricht. Die Fläche 1-aa entspricht Viertelwellen-Platten 118 und 130, dem Strahlspalter 116, dem Spatialfilter 102 und der asphärischen Korrekturplatte 212. Bestimmte Flächen haben zwei Buchstaben, wobei ein Buchstabe die Fläche angibt, die von dem Licht, das zu dem Spatialfilter 102 fortschreitet, beaufschlagt wird und der andere Buchstabe gibt die Fläche an, die von dem nicht beaufschlagt wird, was von dem Spatialfilter 102 reflektiert wird. In jedem Fall sind der Radius und der Aperturdurchmesser der Fläche gegeben und die Form jeder Fläche ist sphärisch mit Ausnahme der Flächen a, 1-y, aa, und 11, die flach sind, und mit Ausnahme der z, die asphärisch ist. Ein positiver Radius für eine Fläche gibt an, daß der Mittelpunkt der Krümmung in der Zeichnung nach rechts weist und ein negativer Radius gibt an, daß der Mittelpunkt der Krümmung in der Zeichnung links ist (Fig. 8). Dimensionen sind in Millimetern angegeben und der axiale Abstand zu der nachfolgenden Fläche wird in positiver Richtung von links nach rechts in Fig. 8 gesehen, gemessen.
Der Strahlspalter 116 bewirkt eine Dezentrierung durch eine 45º-Drehung in einer Ebene senkrecht zu derjenigen von Fig. 8. Eine asphärische Korrekturplatte 212 bewirkt eine Dezentrierung durch eine Verlagerung nach unten in der vertikalen Richtung in Fig. 8 um -2.1642 mm. Eine Dezentrierung definiert ein neues Koordinatensystem (verlagert und/oder rotiert), in dem die nachfolgenden Flächen definiert sind. Flächen, die einer Dezentrierung folgen, sind entlang der örtlichen mechanischen Achse des neuen Koordinatensystems ausgerichtet. Die neue mechanische Achse bleibt in Verwendung, bis eine Anderung durch eine andere Dezentrierung erfolgt.
Das Verfahren zum Erkennen von Fehlern ist bei beiden Prüfsystemen 10 und 100 dasselbe, die nachfolgende Diskussion ist daher nur zum Zweck der Erläuterung auf das Prüfsystem 10 gerichtet. Es wird auf die Figuren 1 und 9 Bezug genommen. Das Vorhandensein von Fehlern im Waver 12 wird durch Erkennungsbereiche von Licht von Intensitäten bestimmt, die einen vorgegebenen Stellenwert übersteigen und die in einem Prüfbereich 250 eines Fehlerbildfeldes in einer Bildebene 60 positioniert sind. Der Prüfbereich 250 weist den Raum auf, der in dem gestrichelten Umriß 252 beinhaltet ist, der durch die nächsten benachbarten Seiten von Grundmustern 15 zu dem Umfang des Wavers 12 von Fig. 1 begrenzt sind. Da der Linsenabschnitt 54 eine zehnfache Vergrößerung bewirkt, hat das Fehlerbildfeld in der Bildebene 16 eine Fläche, die hundertmal so groß wie die Prüffläche 250 ist.
Die Bestimmung des Vorhandenseins von Fehlern im Waver 12 wird erreicht durch deren Aufteilung in Streifenbereiche 254 von 1,0 mm der Breite und Bewegen der Translationsbühne 40 in einer Rasterabtastmethode, so daß der Spot von 20 mm x 20 mm der von dem Laser 22 entspringt, Streifen um Streifen die Gesamtfläche des Wavers bedeckt. Da dieser zentral um die optische Achse 48 angeordnet ist und eine lichtempfindliche Fläche von 10 mm x 10 mm hat, erkennt das Fotodetektorfeld 58 nur das abweichungsfreie inverse Fourier-Transformationsmuster, das eine 1,0 mm x 1,0 mm darstellt auf der Achse des belichteten Bereichs des Wavers 12. (Die zehnfache Vergrößerung, die durch den Linsenabschnitt 54 geschaffen wird, gleicht die Dimensionen der 1,0 mm x 1,0 mm beleuchteten Fläche des Wavers und die entsprechenden erkannten Bildbereiche von 10 mm x 10 mm aus).
Die Translationsbühne 40 weist einen X-Y-Positionierungstisch auf, der den Waver 12 in der Ebene 42 zur Beleuchtung durch den 20 mm x 20 mm Strahl der Lichtquellen 36 positionieren kann. Eine obere oder Y-Bühne 256 der Translationsbühne 40 trägt Spannfutter 38 und bewegt den Waver 12 entlang der Y-Richtung in der Ebene 42. Eine untere oder X-Bühne 258 der Translationsbühne 40 bewegt den Waver 12 entlang der X-Richtung in der Ebene 42. Ein geeigneter X-Y-Positionierungstisch ist das Modell 8500, das von Kensington Laboratories, Inc. of Richmond, California hergestellt wird.
Ein (nicht gezeigter) Steuerkreis für die Translationsbühne 40 hält den Waver 12 in einer Bewegung mit einer konstanten Geschwindigkeit, wenn dieser jeden Streifenbereich zur Beleuchtung bei einer optischen Achse 48 positioniert. Die Translationsbühne 40 liefert eine Information über die Positionskoordinaten, die die Position der Translationsbühne 40 und die Position von Fehlern in dem entsprechenden Fehlerbild in der Bildebene 60 relativ zu einem bekannten Ort auf dem Waver 12 angibt. Die Erkennung der Bildfehler wird in Übereinstimmung mit einem Zeitverzögerungs-Integrationsverfahren durchgeführt, was unten beschrieben wird.
Figuren 10A und 10B sind jeweils Darstellungen des Umrisses der unteren linken Ecke des Wavers 12 von Fig. 2 und ein vergrößerter Abschnitt davon, um die Streifenbereiche 252 und den Rasterabtastweg, entlang dem die Translationsbühne 40 wandert, verdeutlicht. Fig. 11 ist eine vergrößerte Darstellung der Abschnitte der Streifenbereiche von Fig. 10B und zeigt die 1 zu 1 Entsprechung zwischen den Dimensionen der Lichterkennungsdimensionen 260, die die lichtempfindliche Fläche 62 des Fotodetektorfeldes 58 aufweist und die Pixelelemente 62, die dieselbe Erstreckung der Lichterkennungselemente 260 hat, wegen der zehnfachen Vergrößerung durch den Linsenabschnitt 54. Das Fotodetektorfeld 58 hat 206.336 Lichterkennungselemente, die in 403 Reihen und 512 Spalten angeordnet sind, wie unten beschrieben.
Es wird jetzt auf Figuren 10A, 10B und 11 Bezug genommen. Ein Fotodetektorfeld 58 hat ein optisches Fenster 264, durch dieses zu erkennendes Licht fließt. Das optische Fenster 264 ist rechteckig mit Seiten 266 und 268, die deren Länge definieren und Seiten 270 und 272, die deren Breite definieren. Das optische Fenster 264 ist im wesentlichen zentrisch um die optische Achse 48 befestigt. Die Bewegung des Wavers 12 bewegt das fehlerhafte Bildfeld, das eine vergrößerte Version des Prüfbereichs 250 repräsentiert, hinter das optische Fenster 264. Für die Zwecke der Klarheit wird die nachfolgende Beschreibung jedoch wiedergegeben, als wenn der Prüfbereich 250 des Wavers 12 sich hinter dem optischen Fenster 264 bewegt.
Bei einem normalen Abtasten bewegt die Translationsbühne 40 den Waver 12 hinter das optische Fenster 264 in der X-Richtung, so daß die Seite 272 des optischen Fensters 264 mit dem Segment 278 des Prüfbereichs 250 ausgerichtet ist. Die Bewegung des Wavers 12 hinter das optische Fenster 264 definiert entlang dem Streifen 254 ein Wegsegment 274a, das einen effektiven Startort 276 hat und sich nach rechts in den Fig. 10B und 11 erstreckt. Die Seiten 266 und 268 des optischen Fensters 264 sind zu der Y-Richtung parallel und definieren die Breite 280 eines Streifenbereichs 254 (drei davon sind in Fig. 9 gezeigt) der den Abschnitt des Prüffeldes 250 repräsentiert, das sich in der X-Richtung hinter das Fotodetektorfeld 58 bewegt.
Nachdem das Segment 282 des Prüfbereichs 250 sich hinter die Seite 266 des optischen Fensters bewegt hat, bewegt die Translationsbühne 40 den Waver 12 derart, daß dieses ein Rückverfolgungs-Wegsegment 284 beschreibt, der sich in den Figuren 10A und 11 nach links erstreckt, um einen Startort 286 zu definieren für das Abtasten eines zweiten benachbarten Streifenbereichs 254. Während der Rückverfolgung bewegt die Y-Bühne 256 den Waver 12 um einen Abstand, der der Breite 280 des Streifenbereichs 254 gleich ist (d. h. 1,0 mm) und die X-Bühne 258 bewegt den Waver 12 um einen Abstand, der der Länge des Wegsegments 274a gleich ist. Nach der Rückverfolgung bewegt die Translationsbühne 40 den Waver 12 entlang des Wegsegments 274b in der X-Richtung dem Startpunkt 286 zum Queren eines zweiten Streifenbereichs 254 der Breite 280.
Das oben beschriebene Abtasten und Rückverfolgen wird wiederholt, bis der gesamte Prüfbereich 250 hinter die optische Achse 58 gewandert ist. Dort sind, jedoch, Unterschiede in den Längen der Abtast- und Rückverfolgungs-Wegsegmente, um den Unterschied in den Erstreckungen in der X-Richtung und dem Inspektionsbereich 250 zu entsprechen.
Es wird jetzt auf Figur 11 Bezug genommen. Das Fotodetektorfeld 58 des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist ein CCD Model 6220-004 der Fa. RCA, das ein Feld 288 von Lichterkennungselementen 260 aufweist, das in Reihen 290 und Spalten 292 angeordnet ist. Das Feld 288 hat 403 Reihen und 512 Spalten von Lichterkennungselementen 260. Eine Reihe 290 ist als eine Gruppe von Elementen 260 definiert, das in einer Zeile rechtwinklig zu der Abtastrichtung (d. h. in der Y-Richtung) angeordnet ist, und eine Spalte 292, die eine Gruppe von Elementen 260 definiert ist, die in einer Linie parallel zu der Abtastrichtung (d. h. in der X-Richtung) angeordnet ist. Jede Reihe 290 und jede Spalte 292 hat eine Länge von 6,45 mm bzw. 10,24 mm. Jedes Lichterkennungselement 260 ist in der Länge 16 µm und in der Breite 20 µm. Die Breite jedes der Streifenbereiche 254 ist daher gleich dem Gesamtabstand, der durch eine Reihe von 403 Lichterkennungselementen aufgespannt wird. Jedes der Lichterkennungselemente 260 nimmt durch ein optisches Fenster 264 auf, die von dem Abschnitt des Prüfbereichs 250 entspringen, mit dem es ausgerichtet ist und speichert dessen Potential durch eine Ladungsmenge und einen gemessenen Energiewert der der Intensität der offen auftreffenden Lichtstrahlen entspricht.
Jeder Streifenbereich 254 des Prüffeldes 250 ist in ein Feld 254 von Pixelelementen 262 aufgeteilt, von denen jedes dieselbe Erstreckung wie die Lichterkennungselemente 260 des Feldes 288 durch den Betrieb des Linsenabschnitts 54 hat. Pixelelemente 262 des Feldes 294 sind in Reihen 296 und Spalten 298 angeordnet, wobei jede Reihe 403 Pixelelemente 403 hat und die Spalte eine Anzahl von Pixelelementen hat, die durch die Länge des Streifenbereichs 254 vorgegeben ist. Das Vorhandensein von Licht in den Streifenbereichen wird durch Bewegen des Prüfbereiches 250 hinter das optische Fenster 264 des Fotodetektorfeldes 58 entlang jedes der Streifenbereiche 254 und Herleiten des Energiefeldes entsprechend der Intensität des Lichtes in jedem der Pixelelemente 262 in Übereinstimmung mit dem folgenden Vorgang erkannt.
Die X-Bühne 258 setzt den Abtastvorgang durch Beschleunigen des Wavers von dem Startpunkt 276 nach links in der Y-Richtung voran, bis die Seite 268 des optischen Fensters 54 mit dem Segment 300 des Prüfbereichs 254 übereinstimmt. Die X-Bühne 258 bewegt sodann den Waver 12 mit einer nominellen konstanten vorgegebenen Geschwindigkeit entlang dem Streifenbereich 254.
Immer wenn die Lichterkennungselemente 260 in der ersten Reihe 290a des Feldes 288 mit den Pixelelementen 262 in der ersten Reihe 296a des Feldes 294 übereinstimmen, treten die nachfolgenden Ereignisse auf. Eine elektrische Ladung in der Potentialquelle in jedem der Lichterkennungselemente 260 in der Reihe 290a entwickelt. Die Menge der Ladung entspricht der Intensität des Lichts, das in dem Pixelelement vorhanden ist. (Die Potentialquellen der Lichterkennungselemente 260 haben keine Ladung, die in diesen akkumuliert ist, vor dem Abtasten eines Streifenbereichs 254) . Ein Reihenübergabe-Taktsignal, das auf jede Reihe 290 des Feldes 288 aufgegeben ist, überträgt die Ladung von jedem Lichterkennungselement 260 in der Reihe 290a zu dem Lichterkennungselement in derselben Spalte 292 aber in der nächsten benachbarten oder zweiten Reihe 290b. Diese Übertragung findet während der Zeit statt, zu der die Lichterkennungselemente und die Pixelelemente miteinander ausgerichtet werden. (Da die X-Bühne 258 kontinuierlich den Waver 12 entlang dem Streifenbereich 254 bewegt, ist dort ein nachlässiger Betrag der Bildbeeinträchtigung gegeben, die sich aus der zwischen benachbarten Reihen und den Pixelelementen ergibt. Nach der Übertragung der Ladung von der Reihe 290a zu der Reihe 290b ist keine akkumulierte Ladung in den Potentialquellen der Lichterkennungselemente 260 in der Reihe 290a gegeben.
Immer wenn die Lichterkennungselemente 260 in der zweiten Reihe 290b mit den Pixelelementen 262 in der zweiten Reihe 296b des Feldes 294 ausgerichtet sind, findet das nachfolgende Ereignis statt. Eine elektrische Ladung entwickelt sich in der Potentialquelle des Lichterkennungselements 260 in den Reihen 290a und 290b. Die Menge der Ladung, die in jedem der Lichterkennungselemente 260 in der Reine 290b entwickelt wird, wird auf die Ladung aufaddiert, die zuvor dieser übertragen worden ist. Die Menge der Ladung in den Lichterkennungselementen 260 in der Reihe 290b repräsentiert daher die Energiewerte, die der Intensität des Lichts in einem Pixelelement 262 in jeder Spalte der Reihe 296a des Feldes 294 gegeben ist. Das Reihenübertragungs- Signal überträgt die Ladung von jedem Lichterkennungselement 260 in der Reihe 290b und der Reihe 290a zu dem Lichterkennungselement in derselben Spalte 292 aber in der nächsten benachbarten dritten Reihe 290c bzw. der zweiten Reihe 290b.
Das oben beschriebene Verfahren nach (1), das in einem Lichterkennungselement 260 in einer Reihe 290 einen Energiewert erreicht, der der Intensität in einem Pixelelement 262, mit dem das Lichterkennungselement ausgerichtet ist (2) den Energiewert zu dem Lichterkennungselement 260 in derselben Reihe 292, aber in der unmittelbar benachbarten Reihe 290, mit der das Pixelelement zuvor nicht ausgerichtet worden ist, wird für 255 Zyklen des Reihenübertragungs-Taktsignals wiederholt.
Immer wenn 255 derartige Reihe-zu-Reihe-Übertragungen abgeschlossen worden ist, sind die Lichterkennungselemente in der 256-ten oder letzten Reihe 290d des Feldes 288 mit den Pixelelementen 262 in der ersten Reihe 296a des Feldes 294 ausgerichtet. Die 255 zuvor akkumulierten Energiewerte für jedes Pixelelement 262 in der ersten Reihe 296a werden dem 256-ten Energiewert, der durch das Lichterkennungselement 260 in der letzten Reihe 290d erreicht worden ist, aufaddiert. Vor dem Auftreten des 256ten Reihenübertragungs-Taktsignals werden die Energiewerte, die in den 512 Lichterkennungselementen 260 entsprechend den Pixelelementen 262 in Reihe 296a seriell durch ein Hochgeschwindigkeits- Datenübertragungstaktsignal ausgelesen.
Die akkumulierten Energiewerte für die Pixelelemente 262 werden in ein digitales Format umgewandelt und werden durch einen Schwellenwert-Detektor verarbeitet, um zu bestimmen, ob der Betrag des Lichts, das in jedem Pixelelement 262 vorhanden ist, das Vorhandensein eines Fehlers in einem entsprechenden Ort in der Halbleiterscheibe 12 angibt.
Während des Auftretens des 256ten Zyklus des Reihentransfer-Taktsignals werden die 255 zuvor akkumulierten Energiewerte für jedes Pixelelement 262 in der zweiten Reihe 296a dem 256ten Energiewert, der von jedem Lichterkennungselement 260 in der letzten Reihe 290d erreicht worden ist, aufaddiert. Vor dem Auftreten des 257-ten Zyklus des Reihentransfer-Taktsignals werden die Inhalte der 512 Lichterkennungseiemente 260 entsprechend den Pixelelementen 262 in der Reihe 296b ausgelesen und wie ober beschrieben verarbeitet.
Für jeden folgenden Zyklus des Reihentransfer- Taktsignals wird das Abtasten des Streifenbereichs 254 fortgesetzt, so daß 256 Energiewerte für jedes Pixelelement 262 in einer Reihe 296 und in einer Spalte 298 des Feldes 294 in dem Lichterkennungselement 260 der entsprechenden Spalte 292 und Reihe 290d des Feldes 288 akkumuliert.
Es gibt verschiedene allgemeine Aspekte der Akkumulation von Energiewerten, die den oben beschriebenen Abtastprozeß charakterisieren. Zunächst akkumuliert jedes der Lichterkennungselemente 260 in der Reihe 290e nie mehr als einen Energiewert für einen der Pixelelemente 262, mit dem es ausgerichtet ist. Zweitens haben die Lichterkennungselemente 260 in einer Reihe 290, die jeweils mit dem Pixelelement 262 in einer bestimmten Reihe 296 ausgerichtet ist, immer einen Energiewert mehr in sich akkumuliert, als die Lichterkennungselemente 260 in der nächsten benachbarten Reihe 290, die zuvor mit der bestimmten Reihe 296 der Pixelelemente 260 ausgerichtet war. Zum dritten akkumuliert jedes der Lichterkennungselemente 260 in der Reihe 290d 256 Energiewerte, die dem Licht, das in dem Pixelelement 262 vorhanden ist, nach dem es ausgerichtet ist.
Nachdem das Segment 282 des Prüfbereichs 250 vollständig über die Seite 266 des optischen Fensters 264 wandert, wird das Abtasten eines Streifenbereichs 254 abgeschlossen. Die akkumulierten Energiewerte der Pixelelemente 262 in der letzten Reihe 296d des Feldes 294 wurden von den Lichterkennungselementen 260 der letzten Reihe 290d des Feldes 288 ausgelesen. Die X-Bühne 258 beschleunigt die Halbleiterscheibe 12 zu einem Anschlag an dem Stop-Ort 302. (In Figur 11 ist das optische Fenster 264 gestrichelt dargestellt wobei der Inspektionsbereich 250 in dieser Position ist.) Die X-Bühne 258 und die Y-Bühne 256 führen die Halbleiterscheibe 12 entlang des Wegsegments 284a zu dem Positionsstartort 286 an dem optischen Fenster 264 zurück. Die Potential quellen der Lichterkennungselemente 260 werden zu diesem Zeitpunkt in Verbreitung für das Abtasten des nachfolgenden Streifenbereichs 254 gelöscht. Das Abtasten und Rückführen des zweiten und der nachfolgenden Streifenbereiche 254 erfolgt wie oben.
Es ergibt sich für den Fachmann, daß verschiedene Änderungen in den oben beschriebenen Einzelheiten des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ohne Loslösung von den zugrundeliegenden Prinzipien möglich sind. Beispielsweise kann eine Fotomaske statt einer Halbleiterscheibe auf Federn geprüft werden. Die Prüfsysteme 10 und 100 würden jedoch modifiziert werden müssen, um das Laserlicht zur Transmission durch die Fotomaske zu richten. Als ein zweites Beispiel kann ein Polarisationsstrahlspalter von dem kubischen Typ den plattenartigen Strahlspalter 116, der in dem Prüfsystem 100 verwendet wird, ersetzen. Ein Strahlspalter vom kubischen Typ würde das Hintergrunde rauschen, das sich aus der Lichtreflexion ergibt, reduzieren, würde jedoch eine Änderung in der Vorschrift des Linsensystems 200 bedingen, um sphärischen Abweichungen, die durch einen solchen Strahlspalter eingeführt werden, verringern. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ergibt sich daher nur aus den nachfolgenden Ansprüchen.
Die Merkmale, die in der vorangehenden Beschreibung, in den Ansprüchen und/oder in den beiliegenden Zeichnungen erläutert worden sind, können einzeln und in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren unterschiedlichen Formen von Bedeutung sein. Tabelle I Fläche Radius der Krümmung Axiale Distanz zur nächsten Fläche Durchmesser der Blende Glastype unendlich dunkel Tabelle II Fläche Radius der Krümmung Axiale Distanz zur nächsten Fläche Durchmesser der Blende Glastype unendlich Kieselerde Tabelle III Fläche Radius der Krümmung Axiale Distanz zur nächsten Fläche Durchmesser der Blende Glastype unendlich Schott Tabelle III (Fortsetzung) Fläche Radius der Krümmung Axiale Distanz zur nächsten Fläche Durchmesser der Blende Glastype unendlich Kieselerde reflektierend Schott Tabelle IV Fläche Radius der Krümmung Axiale Distanz zur nächsten Fläche Durchmesser der Blende Glastype unendlich Schott Kieselerde

Claims

1. Verfahren zum Erkennen nicht-periodischer Fehler in einem Objekt (12) in einem Bildsystem, das entlang einer optischen Achse (48) angeordnete erste und zweite Linsen (34,54) aufweist, wobei die erste Linse (34) von dem Objekt (12), das ein Grundmuster mit vielen redundanten Grundmusterschaltungen (16) aufweist, ein Spatial-Frequenzspektrum erzeugt, dessen Frequenzkomponenten selektiv gefiltert werden kann, und die zweite Linse (54) ein Bild von Fehlern, die in dem Objekt (12) vorliegen, erzeugt, gekennzeichnet durch: Beleuchten einer Mehrzahl der Grundmusterschaltungen (16); Erzeugen eines Lichtmusters, das im wesentlichen das Fourier-Transformationsmuster der beleuchteten Grundmusterschaltungen (16) repräsentiert, wobei das Lichtmuster eine Intra-Grundmuster-Interferenzmuster-Information beinhaltet; Positionieren eines Optischen Filters (50) zum Aufnehmen des Lichtmusters und zum Blockieren von dessen Spatial-Frequenzkomponenten, wobei der optische Filter (50) relativ transparente und relativ nicht-transparente Abschnitte aufweist und die relativ nicht-transparenten Abschnitte dem Fourier-Transformationsmuster eines fehlerfreien Bezugsmusters entsprechend den Schaltmustern (16) entsprechen; Sammeln der von dem optischen Filter (50) nicht blockierten Spatial-Frequenzkomponenten zur Bildung eines Bildes der Fehler; Verarbeiten im wesentlichen nur der nicht blockierten spatialen Frequenzkomponenten des Intra- Grundmuster-Schaltmusters, um das Vorhandensein eines nicht-periodischen Fehlers in einem Grundmuster (14) zu bestimmen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter unter Ändern der Position des Objekts (12) relativ zu der Position auf der optischen Achse (48), so daß unterschiedliche der Grundmuster/Schaltmuster (16) in dem spatialen Bereich, der durch die optische Achse (18) positioniert sind, um so die Intra-Grundmuster-Spatialfrequenzkomponenten der einzelnen unterschiedlichen Schaltmuster zu verarbeiten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Verarbeiten der nicht-geblockten Intra-Grundmuster-Spatialfrequenzkomponenten durch Positionieren einer lichtempfindlichen Detektorfläche (58), im wesentlichen mittig um die optische Achse (48) bewirkt wird, wobei die lichtempfindliche Detektorfläche (58) einen Bereich hat, der kleiner ist als der Flächenbereich des Bildes der Fehler.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei die erste und die zweite Linse (34, 54) zusammenwirken, um Licht aufzunehmen, das von den spatialen Frequenzkomponenten diffraktiert ist zum Bilden eines Bildes aus diesen entsprechend den beleuchteten Grundmustern/Schaltmustern (16).

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die erste Linse (34) einen ersten Linsenabschnitt aus mehreren Elementen aufweist und ein zweiter Linsenabschnitt aus mehreren Elementen besteht, wobei der erste und der zweite Linsenabschnitt ein nahezu diffraktionsbegrenztes Linsensystem (68) von asymmetrischem Charakter bildet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beleuchtungs mittel (2) im wesentlichen gerichtetes Licht aussendet und das Verfahren weiter aufweist: Definieren benachbarter Streifen (254) bezüglich des Objekts (12) zum Abtasten benachbarter Streifen (254) über viele redundante Grundmuster-Schaltmuster (16); Bewegen des Objekts (12) und des gerichteten Lichts relativ zueinander entlang der Länge jeden Streifens (254) zum Beleuchten von Grundmustern-Schaltmustern (16) in proximaler Position zu der optischen Achse (48) ; und Verarbeiten der nicht-blockierten Grundmuster-Spatialfrequenzkomponenten entsprechend den Grundmustern-Schaltmustern (16) in proximaler Position zu der optischen Achse (48).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Objekt (12) beweglich ist und das gerichtete Licht zu der optischen Achse (48) fixiert und verbleibt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Streifen (254) zum Abtasten mehr als einen Bereich der redundanten Grundmuster/Schaltmuster (16) aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der Streifen (254) zum Abtasten ein oder mehrere Grundmuster (14) quert.

10. Verfahren nach einem der vorliegenden Ansprüche, wobei die relativ transparenten und die nichttransparenten Abschnitte des optischen Filters (50) durch Computergenerationsverfahren entwickelt werden.

11. Verfahren nach einem der vorliegenden Ansprüche, wobei die relativ transparenten und die nicht-transparenten Abschnitte des optischen Filters (50) durch Positionieren eines Aufzeichnungsmediums an dem Ort des Fourier-Transformationsmusters und Beaufschlagen des Aufzeichnungsmediums mit Licht, das von dem Objekt (12) stammt, belichtet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Grundmuster (14) normalerweise im wesentlichen identisch sind und ein Feld bilden, das einen ersten Bereich des Musters (12) und beleuchtete Bereich, der die Grundmuster/Schaltmuster (16) beinhaltet und die optische Achse (48) schneidet, einen zweiten Bereich bildet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Größe des ersten Bereichs von dem des zweiten Bereichs abweicht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Bereich wesentlich kleiner als der erste Bereich ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Bereich mehr als ein Grundmuster beinhaltet.

16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Anzahl der beleuchteten Grundmuster/Schaltmuster (16) relativ klein gegenüber der Anzahl der Grundmuster/Schaltmuster (16) in dem Objekt (12) ist.

17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die gesammelten Spatial-Frequenzkomponenten weniger als allen beleuchteten Grundmuster/Schaltmuster (16) entsprechen.

18. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die gesammelten Spatial-Frequenzkomponenten innerhalb eines Bereichs, der zu der optischen Achse (48) proximal ist, gesammelt werden und die verarbeiteten Spatial-Frequenzkomponenten einer relativ zu der Anzahl der Grundmuster- Schaltmuster (16) in dem Feld der Grundmuster (14) kleinen Anzahl der Grundmuster-Schaltmuster (16) entsprechen und in einem Spatialbereich, der die optische Achse (48) schneidet, liegen.

19. Ein optisches System zum Erkennen nicht-periodischer Fehler in einem Muster eines Objekts (12), wobei das Muster ein Grundmuster (14) mit vielen redundanten Schaltmustern (16), die einen ersten Bereich des Objekts (12) belegen, aufweist, wobei das System gekennzeichnet ist durch: Beleuchtungsmittel (22, 104) zum Beleuchten eines zweiten Bereich des Musters, wobei der zweite Bereich durch eine Mehrzahl redundanten Grundmuster/Schaltmuster (16) belegt ist; Mustererzeugungsmitteln zum Erzeugen von Lichtmusters, die im wesentlichen die Fourier-Transformationsmuster der beleuchteten Grundmuster-Schaltmuster (16) repräsentieren, wobei das Lichtmuster Intra-Interferenzmuster-Information aufweist; optische Filter (50), die das Lichtmuster zum Blockieren von Spatial-Frequenzkomponenten von diesem aufnehmen, wobei der optische Filter (50) relativ transparente und relativ nicht-transparente Abschnitte hat, wobei der relativ nicht-transparente Abschnitt der Fourier-Transformation eines fehlerfreien Bezugsmusters entsprechend den Grundmustern/Schaltmustern (16) aufweist; Sammelmittel (54) zum Sammeln der durch den optischen Filter (50) nicht gesperrten Spatial- Frequenzkomponenten und Verarbeitungsmitteln zum Verarbeiten im wesentlichen nur der nicht geblockten Intra- Grundmuster-Spatial-Frequenz-Komponenten, um das Vor- handensein eines möglichen nicht-periodischen Fehlers in dem Grundmuster (14) zu erkennen.

20. Das System von Anspruch 19, das weiter Positionierungsmittel (40) zum Ändern der Position des Objekts aufweist, so daß unterschiedliche der Schaltkreismuster (16) in dem zweiten Bereich positioniert sind, um so die Intra-Grundmuster-Spatial-Frequenzkomponenten der unterschiedlichen der Schaltkreismuster (16) zu verarbeiten.

21. Das System von Anspruch 19 oder 20, bei dem die Mustererzeugungsmittel (34) und die Sammelmittel (54) jeweils erste und zweite Linsen (34, 54) aufweisen, die entlang einer Optischen Achse (48) angeordnet sind, die den zweiten Bereich des Musters (12) , das durch das Beleuchtungsmittel (22) beleuchtet wird, schneidet.

22. Das System von Anspruch 19 oder 20, bei dem das Mustererzeugungsmittel (34) und das Sammelmittel (54) jeweils erste und zweite Linsen (34, 54) aufweisen, die zusammenwirken um Licht aufzunehmen, das von den Spatial-Frequenzkomponenten diffraktiert wird und zum Schaffen eines Bildes, das den beleuchteten Schaltmusterlauf (16) entspricht.

23. Das System nach Anspruch 21 oder 22, bei dem die erste Linse (34) einen ersten Linsenabschnitt aus mehreren Elementen aufweist und die zweite Linse (54) einen zweiten Linsenabschnitt aus mehreren Elementen aufweist, wobei die ersten und zweiten Linsenabschnitte ein nahezu diffraktionsbegrenztes Linsensystem (68) mit asymmetrischem Charakter bildet.

24. Das System nach Anspruch 22 oder 23, bei dem die erste Linse (34) einen ersten Linsenabschnitt aus mehreren Elementen aufweist und die zweite Linse (54) einen zweiten Linsenabschnitt aus mehreren Elementen aufweist, wobei der erste Linsenabschnitt (34) das Fourier-Transformationsmuster bildet und mit dem zweiten Linsenabschnitt (54) zusammenwirkt, um ein Vergrößertes Bild der Fehler in den beleuchteten Grundmustern/Schaltmustern (16) zu schaffen.

25. Das System nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die Mustererzeugungsmittel und die Sammelmittel ein optisches System 100 zur gefalteten Fourier-Transformation aufweist, das Licht aufnimmt, welches von den Spatial-Frequenzkomponenten diffraktiert ist und von diesem ein Bild entsprechend den beleuchteten Grundmustern/Schaltmustern (16) erzeugt.

26. Das System nach Anspruch 19 oder 25, bei dem das Objekt (12) eine Halbleiterscheibe aufwiest.

27. Das System nach Anspruch 19,25 oder 26, bei dem das optische Filtermittel (102) eine Flüssigkeitskristallschicht aufweist.

28. Das System nach Anspruch 27, bei dem der relativ nicht-transparente Abschnitt der Flüssigkristallschicht (102) das Licht der Spatial-Frequenzen, das auf diese auftrifft, zerstreut.

29. Das System nach einem der Ansprüche 19 - 24, bei dem das Mustererzeugungsmittel (34) eine Linsenanordnung aufweist, die eine Apertur von wenigstens +15º hat.

30. Das System nach Anspruch 19, bei dem das Fourier- Transformations-Lichtmuster das Fourier-Transformations-Bild darstellt.

31. Das System nach einem der Ansprüche 19 - 30, bei dem das Beleuchtungsmittel (22, 104) nahezu gerichtetes Licht aussendet und das Verarbeitungsmittel einen licht-empfindlichen Detektor aufweist, der eine lichtempfindliche Oberfläche (68) hat, die im wesentlichen mittig um die optische Achse (48) positioniert ist, wobei der Lichtdetektor eine Mehrzahl von Lichterkennungselementen aufweist, die in einem ersten Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind und in dem Lichtmuster mehrere benachbarte Streifenbereiche (254) definiert, von denen jeder eine MehrzahL von Pixelelementen aufweist, die in einem zweiten Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind, und jedes Lichterkennungselement betätigt werden kann, um einen gemessenen Energiewert entsprechend der Menge des Lichts, die in einem der Pixelelemente vorhanden ist, zu schaffen, und das System weiter aufweist: Positionierungsmittel (40) zum Positionieren des Objekts (12) relativ zu dem gerichteten Licht, um das Lichterkennungsmittel (68) entlang eines Streifenbereichs (254) des Lichtmusters abzutasten, so daß jedes Lichterkennungselement in einer Spalte des ersten Feldes in Abfolge quert und einen Energiewert aufnimmt, der dem Betrag des in einem Pixelelement vorhandenen Lichts in einer Spalte des zweiten Feldes entspricht; Akkumulierungsmittel zum Akkumulieren eines Gesamtenergiewertes proportional zu der Summe der Energiewerte, die für das Pixelelement erforderlich sind durch alle Lichterkennungselemente einer Spalte des ersten Feldes und Mittel zum Bestimmen aus dem Gesamtenergiewert, ob die Menge des Lichts in dem Pixelelement einen Fehler in dem Objekt (12) wiedergibt.

32. Das System nach Anspruch 31, wobei der Lichtdetektor (58) ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement (CCD) aufweist.

33. Das System nach Anspruch 31 oder 32, bei dem das gerichtete Licht ortsfest bleibt und ein Positionierungsmittel (40) jeden der Streifenbereiche (254) über die licht-empfindliche Fläche (58) in serieller Weise abtastet.

34. Das System nach Anspruch 33, bei dem das Positionierungsmittel (40) kontinuierlich jeden Streifenbereich (254) über das gerichtete Licht bewegt.

35. Das System nach einem der Ansprüche 31 - 34, bei dem das Feld erste Reihen und eine Gesamtzahl von N Reihen hat und weiter Positionserkennungsmittel zum Erkennen der Position des ersten Feldes relativ zu dem Streifenbereich (254) aufweist, wobei die Positionserkennungsmittel mit den Akkumulationsmitteln derart zusammenarbeiten, daß jedes der Lichterkennungsmittel in der ersten Reihe der einen Spalte in die mehr als ein Energiewert für jedes der Pixelelemente des zweiten Feldes, mit dem es ausgerichtet wird, akkumuliert, und jedes der Lichterkennungselemente in der N-ten Reihen der einen Spalte einer Anzahl von N Energiewerten für jedes der Pixelelemente, mit dem es ausgerichtet wird, akkumuliert hat.

36. Das System nach Anspruch 19, wobei das Beleuchtungsmittel (22, 104) im wesentlichen gerichtetes Licht ausstrahlt und wobei das Sammelmittel (54) Spatial- Frequenzkomponenten sammelt, die auf einem Spatialbereich beruht, der die optische Achse (48) schneidet, wobei die Spatial-Frequenzkomponenten, die in einer geringeren Anzahl von Schaltmustern (16) relativ zu der Anzahl der beleuchteten Grundmuster/Schaltmuster (16) entsprechen und in proximaler Position zu der optischen Achse (48) sind.

37. Das System nach Anspruch 19, wobei das Sammelmittel Spatial-Frequenzkomponenten sammelt, die weniger als allen beleuchteten Grundmuster/Schaltmuster (16) entsprechen.

38. Das System nach Anspruch 19, bei dem das Beleuchtungsmittel (22, 104) im wesentlichen gerichtetes Licht aussendet und das Mustererzeugungsmittel (34) und das Sammelmittel (54) jeweilige erste und zweite Linsen (34, 54) aufweisen, die zum Empfangen von Licht zusammenwirken, das von den Spatial-Frequenzkomponenten diffraktiert ist und aus diesen ein Bild schaffen, die auf einem Spatialbereich beruhen, der die optische Achse (48) schneidet und einer geringeren Anzahl der Schaltmuster (16) gegenüber der Anzahl der beleuchteten Grundmuster-Schaltmuster(16) entsprechen und proximal zu der optischen Achse (48) angeordnet sind, beruhen, wobei das System weiter Positionierungsmittel (40) zum Ändern der Position des Gbjekt (12) relativ zu der Position des gesammelten Lichts aufweisen, um das Objekt (12) in Streifen (254) abzutasten, so daß unterschiedliche der Grundmuster/Schaltmuster (16) seriell den zweiten Bereich belegen.

39. Das System in Anspruch 38, wobei das Positionierungsmittel (40) einen Streifen (254) abtastet, der eines oder mehrere Grundmuster (14) einschließlich eines oder mehrere Bereiche, die viele redundante Grundmuster/Schaltmuster (16) beinhalten, abtastet.