DD212619A5 - Geraet zur inspektion eines schaltungsmusters auf einer photomaske - Google Patents

Abstract

Eine Fotomaske (1), auf welche ein Schaltungsmuster gezeichnet wurde, wird auf einen Koordinatentisch (2) gebracht und durch eine Lichtquelle (3) beleuchtet. Ein linearer Bildsensor(5) misst das Schaltungsmuster laengs einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Koordinatentisches(2) verlaeuft, um ein Analogsignal in Einheiten der gemessenen Positionen auf der Maske zu erzeugen. Um die Notwendigkeit zu beseitigen, die Groesse des zu messenden Pixels der Pixelgroesse der Sollmusterdaten anpassen zu muessen, und um die effektive Feststellung eines Defektes zu ermoeglichen, der kleiner als die Pixelgroesse ist, wird ein Analog-Digital-Umsetzer verwendet(9), um das Analogsignal in Vielniveaudigitaldaten umzuwandeln, und eine Messpunktberechnungsschaltung(10) berechnet die Position des gemessenen Punktes in Einheiten, die kleiner als die Einheit der Pixelgroesse sind, in Uebereinstimmung mit der Position des Koordinatentisches(2). Es ist eine Bezugsdatenberechnungsschaltung(13) vorhanden, um Vielniveaubezugsdigitaldaten zu berechnen, die ermittelt werden muessen, wenn das Sollmuster an einem berechneten Messpunkt gemessen wird, wobei die Empfindlichkeitsverteilungskenndaten der Bildsensorelemente beruecksichtigt werden.

Description

GZ 15 742 .57

ZIJE ΙΗ3Ρ3ΚΤΙ0Ν SIHES SCHiLTIjITGSMlJS2SSS AUF EOTOMASZE . ;

Anwendungsgebiet der- Erf indung:

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Inspektion eines Schaltungsmusters, das auf eine Fotomaske (Fadenkreuz) gezeichnet wurde, wie sie bei der Großproduktion von integrierten Schaltungen (LSI) benutzt wird.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

In einem Artikel mit dem Titel "A Reticle and Mask Automatic' Defect Inspection Apparatus" (Gerät zur automatischen Defektüberprüfung von Fadenkreuz und Maske;, in der Zeitschrift "Denshi Zairyo'¹ (laektronikmaterial),. S. 50 bis 54, UrV 6, 1982, die in Japan erscheint, wird ein Gerät Torgestellt, welches gemessene Musterdaten, die durch optische Messung des Schaltungsmusters einer Fotomaske ermittelt wurden, mit Origianalmusterdaten (Sollmusterdaten) vergleicht, die in der Zeichnung des Schaltungsmusters auf der Fotomaske verwendet wurden, um Defekte der Fotomaske festzustellen. Die Sollmusterdaten w.erden.in Form von Binärdaten für jedes Pixel (Bildelement; der Fotomaske gegeben.

Beim herkömmlichen.Gerät werden die Solldaten in Daten von Punkten umgewandelt, die jeweils diese Größe wie das gemessene Pixel haben, welche von der Größe des Bildsensorelementes abhängig ist* Sin Meßwert vom Bildsensorelement wird in Form von Binärdaten gegeben und mit den Solldaten in Einheiten von Punkten.verglichen. Bei dem Gerät kann der Meßpunkt auf der Fotomaske, der durch das Bildsensorelement gemessen wird, nur in Einheiten von Punkten ausgedrückt werden. Gemessene Zwischenwerte werden auf "T¹ oder ^HQ^!1 gerundet, um die quantitative Erfassung auf zwei Ebenen-zu ermöglichen, Sin Musterdefekt wird daher nur festgestellt, wenn eine Differenz zwischen den Soll- und den Meßdaten vorhanden ist, die sich auf·-. 2 bis-3 aufeinanderfolgende Punkte bezieht, wodurch'Meßfehler erkennbar werden. Da die Größe des gemesse-

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nen Pixels in Abhängigkeit von der Größe eines Blldsensorelementes" dieselbe wie die der Sollmusterdaten ist, muß die Pixelgröße der Sollmusterdaten für jede der Fotomasken, die unterschiedliche Maßstabsfaktoren haben, umgestellt werden. Um die Defektfeststellungspräzision bei Prüfgeräten dieses Typs verbessern zu können, muß die Größe des gemessenen Pixels verringert werden. In diesem Fall muß, um die Meßgeschwindigkeit auch bei Verringerung der PixelgröBe beibehalten zu können, die 3ate, mit welcher die Fotomaske durch.den Bildsensor abgetastet wird, hoch und dem Quadrat der Pixelgröße umgekehrt proportional sein, was zu schwerwiegenden Problemen führt. . ' \

Ziel der Erfindung: _; ' ^: -

Ss ist ein Ziel der Erfindung, ein verbessertes'Gerät zur Überprüfung von Fotomasken zu schaffen, bei welchem die Größe der Pixels der zu messenden Fotomaske nicht gleich der der Sollnnisterdaten sein muß und ein Defekt, der kleiner als ein Pixel der Fotomaske ist, entdeckt werden kann..

Darlegung; des Wesens der Erfindung;

Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Schaltungsmuster,, das auf eine Fotomaske (Fadenkreuz) gezeichnet wurde, welche sich auf einem Meßtisch befindet, optisch durch ein optisches Mustermeß element in einer Richtung' senkrecht zur Bewegungsrichtung des Tisches gemessen, um AnalogmeBsignale an dem gemessenen Punkt auf der Maske zu erzeugen, und das Analogmeßsignal wird durch einen Analog-Digital-Umsetzer in Yielniveaudigitaldaten umgewandelt. Eine Meßpunktberechnungsschaitung berechnet die Position jedes gemessenen Punktes in Einheiten, die kleinex^ als die Pixelgröße sind, in Übereinstimmung mit 'Tischpositionsdaten von einem Tischpositionsmeßelement. 3s ist eine Bezugsdaten-berechnungsschaltung vorhanden, welche Beaugsdaten berechnet, die ermittelt-werden müssen, wenn das Sollschaltungsmuster an jedem gemessenen Paukt

auf der Grundlage der Sollmusterdaten einer zweidimensionalen Piselanordnung, welche in der Mitte ein Pisel hat, gemessen wird, was den gemessenen Punkt,die Positionsdaten des Meßpunktes und die charakteristischen Smpfindlichkeitsverteilungsdaten (einschließlich der Auflcsungs eigenschaften einer Linse) eines Bildsensoreleinentes des optischen Mustermeßelementes einschließt. Die Bezugsdaten -werden als Yielniveaudigit al daten gegeben. Die Meß daten werden mit den Bezugsdaten verglichen, um jeden Defekt im Schaltung staust er festzustellen.

Aus führung;sbeispiel;

Abb. 1 zeigt ein Schaltung sausterprüf gerät nach der vorliegenden Erfindung; . .

Abb. 2 ist ein Diagramm zur Erklärung der Meßverfahren an der !fotomaske; - _: -

Abbt, 3 ist ein Blockdiagramm einer Meßpunktberechnungsschaltong,.wie sie in der Abb. 1 gezeigt'wird;-

Abb. 4 ist ein Diagramm zur -Erklärung der Verschiebung- der Meßposition auf der Sotomaske nach der Bewegung des Tisches während der Prüfung; '.

Abb »5 ist ein Diagramm zur Erklärung edji&s Sensorelementes und seiner Empfindlichkeitsverteilurigskenndaten;

Abbildungen 5 und 6 sind Diagramme zur Erklärung der Arbeitsweise der Bezugsdatenberechmmgsschaltung der Abo* 1;

. Abb. 8 zeigt eine praktische Anordnung der Bezugsdatenberechnungsschaltung nach der Torilegenden Erfindung;

Abb. 9 ist ein Blockdiagransa einer Defektfeststellschaltung, die in der Abb. 1 gezeigt wurde;

Abbildungen 10(A) bis (B). sind-Diagramme- zur Erklärung der Arbeits-weise der Defektfeststellsehaltung; und

Abb... 11 ist eine praktische Anordnung eines Analog-Digital-Umsetzers, wie er in der Abb. 1 gezeigt wird.

Ss wird auf die, Abb. 1 Bezug genommen. Sine !Fotomaske (!Fadenkreuz) 1, auf die durch ein Slektronenstrahlmusterzeichnungsgerät ein Schaltungsmuster einer LSI- aufgezeichnet wurde, wird auf einen Koordinatentisch 2 gebracht. Die Fotomaske 1 wird durch die Lichtquelle 3 beleuchtet und abgebildet durch ein Objektiv 6 auf einem linearen Bildsensor 5j der aus einer Beihe von Sensorelement en, beispielsweise Fotodioden, besteht. Das. Objektiv 6 ist unter dem. Koordinatentisch 2 angeordnet. Der lineare Bildsensor 5 ist so angeordnet, daß er das Maskenmuster längs, der X-Achse mißt. Der lineare Bildsensor 5 ist so aufgebaut, daß er die Intensität des Lichtes, die an jedem der gemessenen Punkte der Fotomaske längs der X-Achse übertragen wird, durch elektrisches Abtasten von beispielsweise 512 Bildsensorelementen mißt, um Analogmeßsignale zu : . erzeugen». :

Die Maskenmustermessung wird durch den festen linearen Bild-. sensor 5 vorgenommen, während der Tisch 2 ständig auf der T-Achse durch eine T is chant riebs schaltung 8 bewegt wird, welche durch einen Hechner 7 gesteuert wird.' Wie in der Abb. 2 gezeigt wird, ist die Fotomaske 1 in eine Yielzahl von Streifenflächen, (nachstehend als "Teilbilder" bezeichnet) 21, 22, ... unterteilt,, die längs der T-Achse zu Meß zweck en verlaufen. Die Maske'nmiisteraessung wird für jedes Teilbild ausgeführt. Der-lineare Bildsensor 5 ist ebenso lang oder etwas länger als die Breite jedes Teilbildes auf der X-Achse. Gestrichelte Pfeile veranschaulichen die Bewegungsrichtung des. Tisches 2. Wenn beispielsweise das Teilbild 21. gemessen wird, wird der Tisch 2 ständig in der positiven Sichtung der Y-Achse bewegt. Nachdem das Teilbild 2i gemessen wurde, wird der Tisch 2 um eine Entfernung bewegt, welche der Breite des Teilbilds in der positiven Bichtung der X-Achse entspricht. Anschließend wird der Tisch 2. in der negativen Richtung der X-Achse bewegt, um das Teilbild 22 zu messen,. Auf diese ¥ei— se wird die gesamte Fläche der Fotomaske 1 gemessen. Die Be-

zugszahl 26 in der Abb.. 2 bezeichnet einen Ursprung oder Bezug spunkt, im Verhältnis zu welchem die- Tischposition gemessen wird. Die Bezugszahlen 27 und 28 bezeichnen Ausgangspositionen für die Teilbilder 21 bzw. 22. Die typische Größe einer !Fotomaske 1 beträgt 5 Zoll χ 3 Zoll (127 mm x 127 mm).

Sin Analog-Digital-Umsetzer (A-D-Umsetzer) 9 tastet, elektrisch den Bildsensor.5 ab» um ein analoges Meßsignal für jeden Meßpunkt synchron mit dem Bezugstakt signal des vorliegenden-Gerätes abzuleiten, und wandelt das Analogsignal in Yielniveaudigitaldaten (z. B. 6 Bits) um. Der A-D-Umsetzer 9 gibt ein Abtaststartsynchronsignal an eine Meßpunktbereehnungsschaltung 10 und ein digitales Meßsignal an eine Defektfeststellschartrong 11.

Die Meßpunktberechnungsschalttmg 10 empfängt Tischpositions— daten von einer Tischpositionsmeßschaltung (interferometri-, . seiles Lasermaßsystem) 12 synchron mit dem Abtaststart Synchronsignal und berechnet die Position jedes gemessenen Punktes auf der fotomaske 1,. der durch ein Bildsensorelement des Bildsensors 5 synchron mit "dem Bezugstaktsignal gemessen wird, wobei Positionsberechnungsparameter, die noch beschrieben werden, genutzt werden, die von Rechner 7 kommen. Die Position eines Meßpunktes, welche durch die.Meßpunktberechnungsschaltung 10 gemessen wird, entspricht der Position des gemessenen Signals, auf der. !Fotomaske 1, welches vom Bildsen— sor 5 und dem Analog-Digital-Umsetzer 9 ermittelt wird. Die Positionsdaten, die durch die Meßpunktberechnungsschaltung 10 ermittelt wurden, werden einer Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 zugeführt.

Die Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 empfängt vom Sechner 7 Sollmusterdaten, welche das Sollmuster' auf die Fotomaske 1 in.Form von Binärdaten für jedes Pixel darstellen, und berechnet einen Meßwert (Bezugsdaten), die vom Bildsensor 5 zu entnehmen sind, wenn das Sollmuster an jedem der Meßpunkte gemessen wird, wobei die Bmpf indl ichkeitsverteilungskenndaten (einschließlich 4er Auflösungseigenschaften der Linse)

berücksichtigt werden, wodurch aus 6 Bits bestehende Tielniveaubezugsdaten gebildet werden. '

Die Defektfeststellschaltung 11 vergleicht die Meßdaten vom A-D-Umsetzer 9 mit den Bezugsdaten von der Bezugsdatenberechnungsschaltung 13. Wenn eine Differenz zwischen den Meßdaten und den Bezugsdaten größer als ein festgelegter Schwellenwert ist, wird im Maskenmuster ein Defekt festgestellt.

Es wird nun die Meßpunktberechnungsschaltung 1.0 unter Bezugnahme auf die Abb. 3 beschrieben. - ,.

Die Meßpunktberechnungsschaltung 10 empfängt vom Sechner 7 Positionsberechnungsparameter,. wie Startpositionsdaten (X- und Y-Achse) eines Teilbildes der Maske 1,-Sensorteilungsdaten (X-Achse) des Bildsensors 5» einen 0-Korrektur??ert der (T-Achse) und einen !Fadenkreuzinklinationskorrekturwert. Aus den Teilbildstartpositionsdaten geht die Startposition 2? oder 28 jedes Teilbildes hervor, wie sie in der Abb., 2 gezeigt wird, und sie wird vom Sechner 7 zu Beginn jeder Teilbildmessung zugeführt, Aus den Sensorteilungsdaten geht die Teilung der X-Achse der Sensoreleaiente des Bildsensors 5 hervor. Auf Grund der Teilungsdaten wird der durch den Bildsensor 5 zu messende Punkt durch Teilungen, in der Sichtung der" X-Achse-gemessen. Wenn die Größe des Sensorelementes 1,4^um χ 1,4/um beträgt, können die Teilungsdaten durch 1,4-yum gegeben werden.

Der Θ-Korrekturwert dient dazu, den Posit ions fehler der T-Achse während der Must er messung zu korrigieren. Da der Tisch 2 ständig .während der Mustermessung in der Richtung der X-Achse bewegt wird, tritt zwischen der Abtaststartposition und der Abtastendposition, eine Verschiebung vT längs der X-Achse auf, wie aus der Abb. 4· hervorgeht, wobei ν eine konstante Geschwindigkeit des Tisches 2 und T die Abtastzeit sind. Ss treten daher fehler in den X-Positionen der gemessenen Punkte auf der fotomaske 1 auf. Um die Positionsfehler längs der X-Achse auszuschalten, wird den X-Positionsdaten

- η 'J

jedes gemessenen Punktes ein festgelegter Θ-Eorrekturwert hinzufügt. Es ist unvermeidlich, daß das Fadenkreuz 1 auf dem Tisch 2 mit einer leichten Inklination oder Neigung gegenüber der X-Achse aufgebracht wird, was auf die mechanische Präaision eines Mechanismus zum Halten des Fadenkreuzes 1 auf dem Tisch 2 zurückzuführen ist. Ss. tritt daher ein Fehler in der X-Achsenposition jedes, gemessenen Punktes auf.- IJm diesen X-Achsenpositi ons fehler auszuschalten, wird den entsprechenden Σ-Positionsdaten (Anfangswert) bei jeder Äbtaststartposition längs der X-Achse ein Winkelkorrekturwert hinzugefügt, der sich mit der T-Position der Abtaststartposition ändert.

Bei dem vorliegenden Gerät erfolgt die Berechnung der gemessenen Positionen unter Zugrundelegung der Pixelgröße der Solldaten als Bezugs einheit. Wenn beispielsweise die PisrelgröBe aez- Sollmusterdaten 0,9 Aim χ 0,9/im beträgt, werden die Meßeinheit der Tischpositionsmeßsehaltung und die auf die Meßpunktb er echnungs se haltung eingestellten Positionsberechnungsparameter so abgestimmt, daß der Ausgang der MeB-p'unktb er echnungs se haltung die Anzahl der Pixels von der Teilbildstartposition bis zum Meßpunkt darstellt» Die Form der Bmpfindlichkeitsverteilungskenndaten eines Bildsensorelementes wird auch in Übereinstimmung mit der Pixelgröße modifiziert« Beim Torliegenden Gerät können daher Solldaten, deren Pixelgröße modifiziert oder maßstäblich verändert ist, ohne Umstellung der .Pixelgröße_ent sprechend der Größe des Bildsensorelementes behandelt werden* .

Ss wird auf die Abb. 3 Bezug genomiDen, Die gegenwärtigen Positioxisdaten Σ, X des Tisches 2 gegenüber dem Ursprung 26 (Abb, 2) werden von der Tischpositionsmeßschaltung '12 Eegistern 310 bzw. 311 zugeführt. Diese Positionsdaten'werden in die Register 310 und 311 synchron mit dem Abtaststart Synchronsignal eingerastet. Die eingerasteten Daten bezeichnen die Meßposition des ersten Sensorelementes des Bildsensors 5* Die Startpositionsdaten. eines zu messenden Teilbildes .. ,werden vom.Hechner 7 den Registern 312 und 313 zugeführt.

Die Differenz zwischen den in die Register 310 und 312 eingegebenen Daten wird durch ein Subtraktionsglied 314 berechnet, Diese Differenz gibt die Entfernung von der Teilbildstartppsition bis zum Meßpunkt des ersten Sensorelementes auf der X-Achse an. Der Eadenkreuzwinkelkorrekturwert, der den T-Pcsitionsdaten proportional ist,, wird durch ein Additionsglied 315 einem Ausgang des Subtraktionsgliedes 314- zugeführt* Ein Ausgang des Additionsgi ie des 315 wird einem X-Positionsregi~ ster_v317 durch einen Selektor 316 zugeführt. Das Register 317 rastet Eingangsdaten synchron mit dem Bezugstaktsignal ein«,. Der Ausgang des Addiergliedes 315 wird in das Positionsregister 317 als Σ-Positionsdaten (Anfangswert) des Meßpunktes des ersten Sensorelementes eingegeben. Die Sensorteilungsdaten, werden Tom Rechner'7 einem Register 313 eingeführt und dann durch ein Addierglied 319 den Ausgangsdaten des Posi- : tions reg isters 317 hinzugefügt. Nachdem der Anfangswert durch das Position'sr egister/. 317 eingerastet war de, wählt der -SeIeIstor J16 den Ausgang des Addiergliedes 319· Die X-Positionsdaten der Meßpunkte der Sensorelemente werden sequentiell in das Positions register 317 während der einzelnen 'Heilbildabtastoperationen des Bildsensors 5 eingegeben.

Die Differenz zwischen den in den Registern 311 und 313 befindlichen Daten wird durch ein Subtrakti ons element 320 berechnet. Diese Differenz gibt den Abstand zwischen dem Meßpunkt des ersten Sensor el ementes. zum Zeitpunkt des Abtast- ..- '.. beginns und der Teilbildstartposition längs der Y-Achse an und hat in Über eins timsung mit- der Bewegungsrichtung des Tisches längs der X-Achse ein unterschiedliches Vorzeichen (positiv oder negativ). Wie aus der Abb* 2 hervorgeht, ist die Differenz positiv,, wenn das Teilbild 21 gemessen wirdv ' Dagegen ist die Differenz negativ, wenn das Teilbild 22 ge-. messen wird. Ss ist ein Polaritätskonverter vorhanden, 321, um. einen negativen Differenzwert in einen positiven Differenzwert umzuwandeln.. Ein Ausgang des Polaritätskonverters; .:.'. 321 wird, als X-Positionsdaten (Ausgangswert) des MeSpunktes des. ersten Sensorelementes in ein X-Positionsregister 323 " ..' über einen Selektor 322 synchron mit dem Referenztaktsignal.

eingegeben. Nachdem der Anfangswert der Y-Position in das Impositions register 323 eingegeben wurde, führt der Selektor 322 einen Ausgang eines Addiergliedes 325 dem Positionsregister 323 zu. Der Θ-Korrekturwert wird vom Eeebner 7 einem Hegister 324 augeführt. Das Addierglied 325 fügt den Korrekturwert dem Ausgang des Y-Positi ons registers 323 zu» Das· Positions register 323 vermittelt folglich sequentiell X-Positionsdaten von den Meßpunkten auf der Maske längs der X-Achse. Dez* Inklinationskorrekturwert für das Fadenkreuz wird vom Sechner 7 einem Hegister 326 zugeführt, und dieser Korrekturwert wird in einer YervieIfachungsschaltung 327 durchden. X-Positionsanfangswert vom Subtractionsglied 320 zum Abtaststartseit vervielfältigt. Die Yervielfachungsschaltung 327 bringt folglich einen Winkelkorrekturwert, der mit der Y-Position variiert. Dieser Winkelkorrekturwert wird durch das Addierglied 3^5 dem X-Positionsanfangswert vom Subtraktionsglied 3^4 hinzugefügt, wo durch, die Korrektur der S'adenkreuzinklination erfolgt. Die Tischpositionsrneßschaltung 12 ist so aufgebaut, daß sie die.Tischposition auf eine Genauigkeit von 1/10 der Pixelgröße (ζ. B. 1 /jm χ 1/am) der Potoisaske mißt». Die Positionsdaten (Xq, ^q) > 3-ie ^on den X- und X-Positionsregistern 317 und 323 kommen, geben die gemessene Position genauer an als.die Pixelgröße, Bei der Berechnung der Positionsdaten Χ-., Xq wird die Pixelgröße der .Solldaten als Bezugseinheit genommen. Die berechneten Positionsdaten 2q, Xq geben die Anzahl der Pixels von der Teilbildstartposition an. Mit anderen Worten, die Pos.itionsdaten (X₀ . X^) spezifizieren nicht nur ein Pixel auf der Fotomaske, sondern auch den Meßpunkt (s , ν ) innerhalb dieses Pixels»

Bs wird nun die Berechnung der Bezugsdaten beschrieben..'Die Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 berechnet einen Wert (Bezugsdaten), der als Meßdaten behandelt wird, wenn das SoIlmuster, das keinen Defekt hat,' an der Meßposition gemessen wird, die durch die Meßpunktberechnungsschaltung .10 berechnet wird* In diesem Fall werden die Besugsdaten unter Be™ . · rücksichtigung der Empfindlichkeitsverteilungskennclaterr der Sensorelemente berechnet, wie das die Abb. 5 zeigt..

Es wird auf die Abbildung 5 Bezug genommen. Die Bezugszahl 51 gibt die physikalische Form eines Sensoreleinentes an. Das Sensorelement hat eine Größe von 1,4-yum s 1,4-,um, beispielsweise, Im allgemeinen hat das Sensorelement solche Smpfindlichkeitsverteilungskenndaten, wie sie durch die Kurven 52 und 53 veranschaulicht werden, was auf die Lichtstreuung und die Auflösungseigens chaf ten der Linsen zurückzuführen ist.. Die Kurve 52 bezeichnet eine.- Empfindlichkeit svert ei lungs char akt er istik f(x) auf der Σ-Achse, und die Kurve 53 gibt die Empfindlich- · keitsverteilungscharakteristik g(y) auf der X-Achse an. Das bei diesem Ausführungsbeispiel verwendete Sensorelement erzeugt einen Wert_v der durch Integration der Eingangsbeleuchtungsstärke nach der Abtastzeit ermittelt wird. Ausgehend von der Tatsache, daß der Tisch 2 ständig längs der X-Achse bewegt wird, wird daher die Empfindlichkeitsverteilung der X-Achse längs der X-Achse gestreckt, wie durch eine gestrichelte Linie 5^ veranschaulicht wird und was folgendermaßen formuliert werden kann:

_r+1/2vT g'.Cy) = VvT g(y + s)ds (1)

J -1/2vT . _

wobei g(y) die Funktion ist, welche durch die Kurve 53 dargestellt wird, ν die Tischgeschwindigkeit ist und T die Abtastzeit. vT gibt folglich den Abstand an, über den sich der Tisch während der Abtastperiode bewegt. Es sollte beachtet werden, daß jedes Sensorelement eine· Empfind!ichkeitsverteilung hat, die über eine größere Fläche reicht als die Größe des Sensorelementes.

Abb« 6 zeigt ein Diagramm zur \^reranschaulichung der'-Berechnung > welche durch die Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 ausgeführt wird. Punkt A ist ein Meßpunkt auf der Maske, der durch die Meßpunktberechnungsschaltung 10 berechnet wird. Die Empfindlichkeitsverteilungskenndaten- des Sensorelementes werden in Form konzentrischer Kreise veranschaulicht (z.'-B» Konturlinien) . Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Empfindlichkeitsverteilungskenndaten des Sensorelementes gegeben durch FCs₅. j§ = f(s) 'g'Cy.). Das Bezugssymbol B in der

Abb* .6 bezeichnet ein Sollmuster. Das Sollmuster B: wird dargestellt durch P(Xj y) auf denselben Koordinaten wie die Smpfindlichkeitskenndaten des Sensorelement.es. Das Sollmuster P(x, 7) ist eine Binärfunktion, die einen lichtdurchlässigen Teil mit."T'' und einen lichtundurchlässigen !Heil mit "O" bezeichnet. ..

Sin Wert R₃ der von'einem Sensor element bei der'Messung von Punkt A ermittelt werden muß, kann folgendermaßen berechnet werdenj .

P(x, 7) E(X, y)dxdy . (2)

wobei k ein Korrekturkoeffizient.zur Abstimmung des berechneten Wertes 'mit dem. Meßwert ist,

Gleichung (2) gibt an, welche Verarbeitung durch die Bezugsdatenberechnungsschaltung 15 ausgeführt werden muß. Die Berechnung der B:ezugsdaten unter Verwendung der Gleichung (2) verlangt ,jedoch einen komplizierten Schaltungsaufbau der Berechnungsschaltung 1p« Bei diesem AusführungsbeispieI ist der¹ Integrationsbereich zur Vereinfachung des Schaltungsaufbaus auf einen effektiven Bereich begrenzt. Um die Beschreibung zn erleichtern, 'wird angenommen, daß der Integrationsbereich innerhalb einer PixelanOrdnung (Punktanordnung) von 5 s: 5 liegt, wie das in der Abb. 7 gezeigt wird. Jede Seite des Pixels ist 1 pm.* und die Werte von χ und 7 am Meßpunkt werden in Sinneiten von 0,1 /um gegeben» Das Pixel, einschließlich des Meßpunktsj wird dargestellt als P(O, O), und der Meßpunkt u.nter Bezugnahme auf die . linke obere Ecke des Pixels P(Oj O) wird gegeben als (^₀, 7q) · ^enn nur das Pixel P(O, O) in der Mitte der 3 x 5-Pis:elanordnung "1" angibt, wird der Ausgang des Sensorelementes, welches den Meßpunkt (^₀, y_Q) mißt, folgendermaßen berechnet:

H_{n 0} - k Γ ^⁰ f ~²° P(O₅ 0) F(x, j)dxdy (3)

-; :> 3 O ' O

~ ο a τ „ ο - _ -

- 12 -

Gleichung (3) kann folgendermaßen approximiert werden:

9 9 . '

S_{n n} = k' I £ P(O, 0) E(-x_n+k/10, -7+2/10) (4)

^ÜJÜ k=0 k=0 . ^{υ υ}

Gleichung (A) gibt an, daß das Pixel (Punkt) P(O, 0) in 10 ,x 10 Unterpixel unterteilt wird, und daß die Empfindlichkeitsverteilungscharakteristik P(X, y) des Sensor element es,-das am Meßpunkt.(X_n, y_n) zentriert ist, o^edein der Unterpixel zugeordnet wird, .

Im allgemeinen wird, wenn nur ein Pixel (P(i,₍ j) in der 5 .' χ 5-Binktanordnung, die um P(O, 0) zentriert ist,, eine "1" anzeigt, ein Ausgang des Sensor el ementes, das dem Meßpunkt (Xq,. Jq) innerhalb des Pixels P(O, 0) entspricht, folgendermaßen gegeben: ' .

9 9

Vi= ^k1 5 2 PCi,- 3)F(i - X₀.+ Jc/10, D - J_{0 +} 1/10) (5) ^1}° k=0 .1=0 .

Berücksichtigt. man das Sollmuster der 5^5 Pixel mit der Mitte bei- P(O, 0), kann ein Ausgang des Sensorelementes zur'Messung des Meßpunktes C^q₃ Tq) durch öle Bezugsdatenberechnungs-.schaltung 13 folgendermaßen berechnet

+2 +2 9 9

E= Il k'P(i, D) J I E(i-x_n+k/iO, ,3-7_Α i=-2 a =-2 t=0 1=0 ^u

+2+2

= Σ Σ ^sii ' C6)

i^-2 3=-2 ¹³

wobei R^. eine Funktion-von X_n, y_n, i, 3 und P(i, j.) ist; i und j geben die Position eines Pixels in der 5 ^ 5-Punkt-An-Ordnung an? X_n und y_Q bezeichnen die Position des ileßpunktes innerhalb des Pixels und p(i, j) ist ein Binärmuster ("1" oder ^M0") des Pixels. -

Wenn man annimmt, daß- ?P(i) das Muster von 5 Pixel in einer Kolonne der 5 x 5-Pi^sl-AnOrdnung angibt, d« h»₃ /P(i₃ -2), P(i, -1), P(i, 0), P(i, 1),- P(i, 217, ist %² H-^ eine lunk-

J2 ^i;

- 13 tion von χ_π, J_n, i und1?(i). Die Gleichung (6) kann folgender-

iaaßen umgeschrieben werden:

3S

+2'

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, wird, kann die Berechnung der Bezugsdaten auf die folgende Art und Weise durchgeführt werden. Die Meßpunktberechnungsschaltung 10 spezifiziert ein Pixel (das P(O, 0) entspricht) auf der fotomaske und einen Meßpunkt (x₀, y_Q) innerhalb des Pixels«, Wenn das Pixel P(O, 0) spezifiziert ist, können die Sollmusterdaten P(I₃ j) (i =-2*,+ 2_r j = -2/ν+2) der 5 x 5 Pixel aus den gesamten Sollmusterdaten extrahiert werden. Die Bezugsdaten R für den Meßpunkt (x_Q, y_Q) innerhalb des Pixels P(O, 0) können daher ermittelt werden durch Berechnung ¥on^(.z_Q, y_Q, i, /?Ci))> wobei die Fünf-Pixe Ida ten iP(i) für jede der Kolonnen der 5 s 5-Pixel-Anordnung verwendet und die aus den einzelnen Kolonnen ermittelten 01 addiert werden,

Ss wird nun eine praktische Anordnung der Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 unter Bezugnahme auf die Abb. 8 beschrieben.

Die Binärsollmusterdaten werden vom Rechner 7 einem Musterdatenspeicher 81 in Einheiten von Pixel zugeführt» Die Daten einer 1 /im-Einheit (Einheit der Pixelgröße) in den berechneten Positionsdaten (Xq_S Xq) werden als Adresseiisignal dem Datenspeicher 81 zugeführt. Wenn eine Pixelposition durch die Λ Jum-Binheitspοsitionsdaten bezeichnet wird, werden die Sollmusterdaten der 5 ^ 5-PiselanOrdnung mit der Mitte bei dem bezeichneten Pixel (P(O, O)) aus dem Datenspeicher ausgelesen. Musterdaten P(-2) , TPC-Oj. ^(0), /P(1) und/P(2) in den fünf Kolonnen werden als Adressensignale Unterspeichern 82 . bis. 86 zugeführt. Die Positionsdaten Σ-. und X_Q des MeSpunktes, die von der Meßpunktberechnungsschaltung 10 in Einheiten von 0,1 /um (1/10 Einheit der Pixelgröße) berechnet werden, werden als Adressensignale den Unterspeichern 82 bis 86

, O - O β C -5 , ·3

- 14- -

zugeführt. ^Cx₀, y_, 1,S⁷Ci)) wurde ?om Rechner 7 im voraus für das gesamte Schaltungsschema berechnet. Folglich werden

_{0 00}

_{0 0}, 1,/P(O) UHd^(X₀, -y_p, 2, PC 2)) in den

Unterspeiehern 82 bis 86 gespeichert. Bei dieser Anordnung werden, wenn die Unterspeicher 82 bis 86 durch die Adressensignale (x_Q, Jq,P(X)) angesprochen werden, die Daten^C^Qj y₀, I₁TP(I)), Ci = -2 bis 2) aus den Unter speichern 82 bis 86 ausgelesen. Die Äusgangsdaten von den Unter spei ehern werden in einem. Addierglied 87 addiert, um die Bezugsdaten R zu ergeben, welche durch die Gleichung C 7) ausgedrückt werden. Die Bezugsdaten R sind als ein aus 6 Bits bestehendes _: digitales Yielniveausignal vorhanden«

Bei der vorstehenden Beschreibung wird angenommen, daß die Pixelgröße der Fotomaske ' gleich 1 um χ 1 nm ist, Wenn die Pixelgröße der Fotomaske gleich 0,9 /Um χ 0,9 ρ& ist, mißt die Tischpositionsaeßschaltung 12 die Position des Meßtisches 2 in Einheiten von 0,09/um. Die Sensorteilungsdaten und der Satz der 9-EorreIcturwerte zur: Meßpunktberecnmings-' schaltung 10 können 1,V"0,9/im bzw, 9/0,9 betragen. Die Sensitivitätsverteilungskenndaten des Bildsensorelements, die in der Bezugsdatenberechnungsschaltang 13 verwendet werden, können in Einheiten von 0,9/^0 nut unterteilt werden.

Es wird nun die De feld; fest st el !schaltung 11 unter Bezugnahme auf die Abb. 9 beschrieben, Vom Rechner 7 werden Schwel- " lenwerte -£ und'+£ zur Defektfeststellijng den Registern 91 bzw. .92 zugeführt. Sine Differenz A zwischen den Bezugs- und den Meßdaten wird durch ein Subtraktionsglied 93 ermittelt» Die Differenz A.wird durch eine Vergleichsschaltung S^- mit dem Schwellenwert +£ für die'Defektfeststellung verglichen» Wenn A > +£ , wird von der Vergleichsschaltung 94 ein Defektsignal mit dem Signaipegel ^!t1" erzeugt, das auf das Vorhandensein eines lichtdurchlässigen C we iß en) Defekts auf dem Muster hinweist* Die Differenz A wird durch eine Vergleichsschaltung 95--³UCh mit dem SchwelIessvert -£ zur Defektfest-

on , - " Ό

ο .-> ο ο ο ")

⁰ Ο«

ο ο ο ο

- 15

stellung verglichen, wenn Α< ~£ , wird von der Vergleichsschaltung 95 ein Defektsignal mit dem.Signalpegel "1" erzeugt, das auf das Vorhandensein eines schwarzen (undurchlässigen) Defekts auf dem Muster hinweist» Diese Defektsignale werden dem Rechner 7 zugeführt* Die Defektfeststellwerte 4-£ und -S werden im voraus eingestellt,· um eine irrtümliche JTehlerfeststellung, die durch eine Bauschkomponente des Meßsignals "Verursacht werden kann, und einen Positionsfehler zu verhindern. -

Die Arbeitsweise der Defektfeststellschaltung 11 wird kurz unter Bezugnahme auf die Abbildungen IQ(A) bis 10(S) beschrieben. Wenn ein undurchsichtiger Defektabschnitt D im lichtdurchlässigen Abschnitt abgetastet wird, wie das die Abb. 10(A) zeigt, werden gemessene Digitaldaten, wie sie in der Abb. 10(B) gezeigt werden, "vom A-D-umsetzer 9 genommen. Die Bezugsdatenberechnungsschaltung 13 stellt die Bezugsdaten (Abb. 10(C)) bereit, die dem Solljnuster entsprechen. In diesem Pail 7/ird ein Ausgangssignal., das in der Abb, 10(D) gezeigt wird, vom Subtraktionsglied S3 der Defektschaltung 11 erzeugt, f/enn der Pegel dieses Aus gangs signals kleiner als der Schwellenwert -£ zur Defektfeststellung ist, erzeugt die Vergleichsschaltung 95 das Defektsignal, das in der Abb. 10(3) gezeigt wird, um auf das Vorhandensein eines schwarzen (undurchlässigen) Defekts im.lichtdurchlässigen Abschnitt hinzuweisen«

BeJP Prüfgerät der vorliegenden Erfindung beeinträchtigen Änderungen in der Beleuchtungsstärke, der fotomaske mit der Abtastposition längs der 2-Achse und Schwankungen in.der Empfindlichkeit' der Sensorelemente des linearen Bildsensors die Defektfeststellkapazität, Aus diesem Grund ist der Analog-Digital-Umsetzer 9 so aufgebant,. wie das die Abb. 11 zeigt. Sin A-D-ümsetzer 111 wandelt ein gemessenes Signal Si synchron mit einem'Bezugstaktsignal in Digitaldaten um. Aus diesen Digitaldaten wird in einem Sudtraktionsglied 112 ein Versetzungswert abgezogen, der τόπι Rechner 7 zugeführt

und in einem Vers et zungsre gis ter 113 gespeichert wird. Die negativen Daten vom Subtractionsglied 112, die durch Rauschen verursacht sein können, werden durch eine Nullbegrenzungsschaltung 11\auf Null abgerundet. Multiplications-· koeffizienten, die von der Schwankung der Empfindlichkeit:' des Sensorelementes und der Unregelmäßigkeit der Lichtmenge längs der Σ-Achse abhängig sind, werden vom Sechner 7 einem .Koeffizientenspeicher 115 zugeführt und dort gespeichert. Die Äusgangsdaten des Subtraktionsgliedes 112 werden in einer Tervielfacherschaltung 116 mit dem entsprechenden Koeffizienten vom Koeffizientenspeicher 114·; multipliziert, wo- durch, man die kompensierten Meßdaten S- erhält.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel .wird mit einem linearen Bildsensor gearbeitet. Das Maskenmuster kann jedoch- auch mit einem Laserstrahlpunkt abgetastet und das durchgelassene Licht gemessen werden. In diesem Pail können die Porm des Laserpunktes und die Verteilung der Lichtmenge innerhalb des Punktes bei der Berechnung der Bezugsdaten berücksichtigt werden.

Claims (7)

1. Brf indungs anspruch

   1, Gerät zur Prüfung eines Schaltung sinus ters einer Fotomaske zur Herstellung von integrierten Schaltungen in Großproduktion, bestehend aus einem Meßtisch, auf welchem, die Fotomaske angeordnet ist und welcher in der X- und T-Eichtung bewegt werden kann; einem Tischantriebselement zur kontinuierlichen Bewegung des Tisches in einer Richtung während der Prüfung der Fotomaske; einem.- TischpositionsmeSelement z-or Messung einer Position des MeBtischs; einem optischen Mustermeßelement zum Abtasten der Fotomaske in einer Sichtung, die im wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßtisches verläuft, um sequentiell Meßdaten an gemessenen Punkten längs der Abtastrichtung der Fotomaske in Reaktion auf das Licht zu erzeugen, das durch die Fotomaske durchgelassen wird; einer Meßpunktberechnungsschaltung zur Berechnung der Position eines gemessenen Punktes auf der durch das optische Mustermeßelement gemessenen Fotomaske in Reaktion auf das Tischpositionsmeßelement, um .Positionsdaten, des gemessenen Punktes zu erzeugen, und einer Defektfeststellschaltung zum Vergleich der gemessenen Daten mit den SoIlmusterdaten für den Meßpunkt, um das Vorhandensein oder ÜTichtvorhandensein eines Musterdefektes an dem gemessenen Punkt festzustellen, gekennzeichnet dadurch, daß das optische Mustermeßelement so angeordnet ist, daß es analoge Meßsignale an den gemessenen Punkten auf der Fotomaske erzeugt, daß ein Analog-Digital-Umsetzer mit dem optischen Mustermeßelement gekoppelt ist, um das Analogsignal in digitale Tielniveaumeßdaten umzuwandeln; daß eine Bezugs-'datenberechnungsschaltung vorhanden ist, welche Bezugsdaten als Yielniveaudigitaldaten berechnet,, die als Meßdaten ermittelt werden, wenn ein Sollschaltungsmuster durch das optische Mustermeßelement an jedem der Meßpunkte gemessen wird, basierend auf den Sollmusterdaten, die durch Binärdaten für" jedes einer Vielzahl von Pixel innerhalb einer zweidimensionalen Pixelanordnung dargestellt werden,

   β ' ^ '^J Q d C O * -

   Λ- β.» _β 3 ,> . O O « Ο,* O „3

   - 18 -

   deren Mitte durch das Pixel gebildet wird, welches den gemessenen. Punkt. auf der durch das optische Mustermeßelement, gemessenen !Fotomaske, einschließt, auf den Posi-' . . tionsdaten des gemessenen Punktes auf der Fotomaske, der . durch die Meßpunktberechnungsschaltung berechnet wurde, _: und den Brnpfindliehkeitsverteilungskenndaten eines Bildsensorelementes .der· optischen Mustermeß schaltung, und" daß die Defektfeststellschaltung die gemessenen_Digitaldaten aus. dem Analog-Digital-Umsetzer mit den Bezugsda- ': ten vergleicht, welche durch die Bezugsdatenberechnungsschaltung berechnet wurden« . .
2. 2. Gerät nach. Punkt. 1,,. gekennzeichnet dadurch,, daß das optische Mustermeßelement.eine.. Lichtquelle einschließt zur Beleuchtung, der fotomaske: auf dem. Meßtisch und einen, linearen Bildsensor. mit einer Yi el zahl von. Bildsen- . sorelementen zum Abtasten der Fotomaske in einer Sichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßtischs.
3. 3.- Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch,. daS eine : Funktion, die als Empfindlichkeitsverteilungskenndaten des in der Bezugsdatenberechnungs schalItang verwendeten Bildsensorelementes genutzt wird, in der Bewegungsrichtung des Meßtisches entsprechend dessen Bewegungsges.chwindigkeit erweitert^wird. " ' -- ,

   4·. Gerät nach Punkt T, gekennzeichnet dadurch/ daß die Heßpunktberechnungsschaltung so aufgebaut ist, daß sie die Position jedes gemessenen Punktes auf der Fotomaske berechnet, welche durch, das optische Mustermeßelement gemessen wird, wozu ein festgelegter Wert, zu den Positions.daten des unmittelbar vorausgehenden Meßpunktes in der Sichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßtischs addiert wird_e.
4. 5. Gerät nach Punkt 4·, gekennzeichnet dadurch, daß zur op-

   , O . O O O OO 0 0 O ;3 _η ο, 0 ' ° '^{3 ι5}

   J O O ' 3 ° ο 3 , ^

   - 19--

   tischen Mustermeßschaltung ein linearer Bildsensor mit einer Yielzahl von S ens or element en zum Abtasten der !Fotomaske in der Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung" des Meßtisches, gehört und daß der festgelegte ??ert, der zu den Pos it ions daten des unmittelbar vorausgehenden Meßpunktes in der Meßpunktberechnungsschaltung addiert wird, der Teilung der· Sens or elemente des linearen Bildsensors entspricht.

   Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die punktberechnungsschaltung so aufgebaut ist, daß sie die Position jedes gemessenen Punktes in der Bewegungsrichtung des ffleßtischs in. Einheiten, von festgelegtem Wert in Übereinstimmung mit. einem. Meßpunkt in der Sichtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Meßtischs und-mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Meßtischs korrigiert.

   Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Fotomaske in eine Yielzaiil von Streifenflächen unterteilt ist, die in der Bewegungsrichtung des MeBtischs parallel zueinander angeordnet sind, und die optische Mustermeßschältung so aufgebaut ist, daß sie das Schaltungsmuster für jede'der Streifenflächen miß

   t.
5. 8. Gerät nach Punkt 7₅ gekennzeichnet dadurch, daß der Meßtisch während der Messung eines Teilbildes und des angrenzenden Teilbildes der Fotomaske in unterschiedlichen Richtungen bewegt wird, ' .. .

   9·. Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Defekt festst el !schaltung so aufgebaut ist, daß sie einen lichtdurchlässigen Defekt und einen lichtundurchlässigen Defekt des Schaltungsmusters der Fotomaske feststellen kann. ν . '
6. 10. Gerät nach Punkt: 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Analog-Digital-Umsetzer so aufgebaut ist, daß er die Digi-

   SCO "3

   ° O · ' ·3 ΐ O O β

   ^ο=° ο.° "-^{0 9} * ³O⁹

   - 20

   taldaten an jedem der gemessenen Punkte mit einem Korrekturkoeffizienten multipliziert, welcher der Position des Meßpunktes in der Abtastrichtung der Fotomaske entspricht,
7. 11. Gerät nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bezugsdatenberechnungsschaltung ein Musterdatenspeicher, welcher die Sollmusterdaten speichert und auf die Positionsdaten anspricht, die von der Meßpunktberechnungsschaltung berechnet wurden, um'die Sollmusterdaten der zweidimensionalen Anordnung mit einer Vielzahl von Pixels mit der Mitte bei Pixel (P(O, O)), welches den gemessenen Punkt (Xqj Jq) enthält, auszulesen, und Unterspeichereleaente gehören zur Speicherung'der Bezugsdaten, die im voraus auf der Grundlage der Sollmusterdaten der zweidimensionalen Anordnung mit der Mitte bei jedem Pixel, der Positionsdaten der gemessenen Punkte in jedem der zentrierten Pixel und der Empfindlichkeitsverteilungs— kenndaten des Bildsensorelementes berechnet wurden, wobei der Zugang zum Unterspeicherelement hergestellt wird durch die Positionsdaten des gemessenen Punktes, die . durch das Meßpunktberechnungselement berechnet-wurden, und die Sollmusterdaten. der zweidimensionalen Pixelanordnungj die aus dem Sollmusterdatenspeicher ausgelesen werden,-um die Bezugsdaten für den gemessenen. Punkt aufzurufen«

   - Hierzu 7 Blatt Zeichnungen -