DE4136698A1

DE4136698A1 - Musterdefekt-nachweiseinrichtung und raeumliches frequenzfilter zur verwendung in dieser

Info

Publication number: DE4136698A1
Application number: DE4136698A
Authority: DE
Inventors: Yoko Miyazaki; Toshimasa Tomoda; Hitoshi Tanaka; Nobuyuki Kosaka; Toyomi Ohshige
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-11-09
Filing date: 1991-11-07
Publication date: 1992-05-14
Anticipated expiration: 2011-11-08
Also published as: KR960010269B1; US5379150A; DE4136698C2; JPH076923B2; KR920010260A; JPH05113407A; US5289260A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Musterdefekt-Nach weiseinrichtung zum Nachweisen von defekten und Fremdpartikeln in Mustern einer regulären Anordnung wie in einer strukturierten in tegrierten Halbleiterschaltung, und im besonderen auf eine Verbes serung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer solchen Mu sterdefekt-Nachweiseinrichtung verwendet wird.

Fig. 11 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine in der japa nischen Patentoffenlegungsschrift No. 63-205 775 beschriebene Mu sterdefekt-Nachweiseinrichtung zeigt. Diese Musterdefekt-Nachweis einrichtung enthält eine Lichtquelle 1 aus einem Laseroszillator o.Ä. zur Erzeugung kohärenten Lichts, einen Kollimator, zwei zur Aufweitung und Kollimation des von der Quelle 1 emittierten Lichts, um es parallel zu machen, einen halbdurchlässigen Spiegel 3, einen Probenhalter bzw. -träger zum Halten eines Objekts bzw. einer Probe 4 mit einer gemusterten Oberfläche, eine Linse 6 zum Bündeln des durch das Muster auf der Oberfläche des Objekts 4 ge streuten Lichts, einen halbdurchlässigen Spiegel 7 und ein räumli ches Frequenzfilter 8 mit einem Muster aus einer Mehrzahl schwar zer Punkte, das in einem Halter 8a in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 gehalten wird und nur das dem Defekt des Musters ent sprechende gestreute Licht überträgt und das von einem ordnungsge mäßen Muster gestreute Licht zurückhält.

Die Musterdefekt-Nachweiseinrichtung gemäß Fig. 11 enthält auch eine Defektnachweis-Fernsehkamera 9 (ein Defektsignal-Nachweis teil) zum Nachweis gestreuten Lichts, das durch den transparenten Teil des räumlichen Frequenzfilters 8, d. h. durch den Teil außer halb der schwarzen Punkte, die durchgeht, einen ersten Signalpro zessor 10 zum Nachweis der defekten Stelle aus dem durch die de fekte Nachweis-Fernsehkamera 8 nachgewiesenen Streulicht einen Fernsehmonitor 11 zum Darstellen des Defekts, eine Positionsnach weis-Fernsehkamera 12 zum Nachweis der Position (Lage) des Streu musters, aus dem vom halbdurchlässigen Spiegel reflektierten Licht, einen zweiten Signalprozessor 13 zum Nachweis der Position (Lage) des Streumusters aus dem durch die Positionsnachweis-Fern sehkamera 12 nachgewiesenen reflektierten Licht mit einer Steue rung 14 zur Berechnung des Positions-Offsetabstandes bzw. der La geverschiebung zwischen der korrekten Lage des Streumusters ent sprechend der Lage des Defektes und der durch den ersten und zwei ten Signalprozessor 10 und 13 nachgewiesenen Position des Streumu sters und zur Ausgabe eines Korrekturbefehls an Neigungs-Azimut- Winkeleinstellmechanismen 15 und 16 und an einen Drehwinkelein stellmechanismus 28.

Im folgenden wird der Betrieb der in Fig. 11 gezeigten Einrichtung erklärt. Das vom Laserschwinger 1 ausgesendete kohärente Licht wird durch eine Kollimation im Kollimator 2 in ein paralleles Strahlenbündel überführt und durch den halbdurchlässigen Spiegel 3 so reflektiert, daß es auf das Muster auf dem Objekt 4, wie etwa einem integrierten Halbleiterschaltungs-Wafer, gerichtet ist. Das vom Objekt 4 gestreute Licht geht durch den halbdurchlässigen Spiegel 3 hindurch, wird durch die Linse 6 gebündelt und durch den halbdurchlässigen Spiegel in zwei Strahlenbündel aufgeteilt. Das durch den halbdurchlässigen Spiegel 7 hindurchgehende Licht er reicht das räumliche Frequenzfilter 8, während das durch den halb durchlässigen Spiegel 7 reflektierte Streulicht in die Positions nachweis-Fernsehkamera 12 eintritt.

Während des Defektnachweises wird aus dem das räumliche Frequenz filter 8 durch den halbdurchlässigen Spiegel 7 erreichenden Streu licht der dem exakten Muster des Objektes 4 entsprechende Anteil durch das Muster der schwarzen Punkte auf dem räumlichen Frequenz filter 8 entfernt, so daß als Defektsignal nur der Defektanteil übertragen wird. Dieses Defektsignal wird durch eine Defektnach weis-Fernsehkamera 9 empfangen und durch den ersten Signalpro zessor verarbeitet. Dieser Defekt wird auf dem Monitor 11 ange zeigt.

Während des Defektnachweises muß die Registrierung des durch schwarze Punkte auf dem räumlichen Frequenzfilter 8 dargestellten Streumusters und des Musters des Streulichtes des fehlerlosen Mu sters auf dem Objekt 4 ausgeführt werden. Genauer gesagt, wird das Streulicht des halbdurchlässigen Spiegels 7 durch die Positions nachweis-Fernsehkamera 12 aufgenommen, wodurch die Position des Streulichmusters durch den zweiten Signalprozessor 13 ermittelt wird. Die Ausgangssignale der Signalprozessoren 10 und 13 werden durch die Steuerung 14 aufgenommen, wodurch der Positions-Offset- Abstand des Streulichtmusters bezüglich der Position des Musters der schwarzen Punkte auf dem Filter 8 aus diesen Ausgangssignalen berechnet wird, um einen Befehl an die Neigungs-Azimut-Winkelein stellmechanismen 15 und 16 und den Drehwinkeleinstellmechanismus 17 auszugeben, die Abweichung des Neigungs-Azimut-Winkels der op tischen Achse der Oberfläche der Probe 4 und des Rotationswinkels zu korrigieren. Damit wird eine korrekte Übereinstimmung zwischen dem Schwarze-Punkte-Muster auf dem räumlichen Frequenzfilter 8 und dem Streulichtmuster des fehlerfreien (exakten) Musters auf der Probe 4 herbeigeführt. Das erwähnte räumliche Frequenzfilter 8 wird durch Belichten einer lichtempfindlichen Platte mit dem Streulichtmuster eines ungestörten (fehlerfreien) Musters in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 hergestellt. Dieses Filter 8 wird dann in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 hergestellt. Dieses Filter 8 wird dann in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 genau positioniert und festgehalten. Wenn eine herkömmliche Mu sterdefekt-Nachweiseinrichtung wie oben beschrieben ausgeführt wurde, war es jeweils nötig, das Muster der schwarzen Punkte auf dem räumlichen Frequenzfilter 8 und das Streulichtmuster exakt in Übereinstimmung zu bringen, indem während des Defektnachweises Veränderungen des Reflexionswinkels der Wafer-Oberfläche, d. h. des Neigungs-Azimut-Winkels registriert wurden, um den Probenhalter 5 mit den Neigungs-Azimut-Winkeleinstellmechanismen 15 und 16 zu bewegen.

Das zu untersuchende Objekt, beispielsweise ein Halbleiterwafer, wird oft verschiedenen Wärmebehandlungen unterzogen, von denen eine Reihe zu einer Wellung der Oberfläche führt. Die gewellte Oberfläche der Probe 4 führt zu großen Korrekturen des Neigungs- Azimut-Winkels, wobei die Gefahr besteht, daß diese Korrekturen nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auszuführen sind. Ein großer Korrekturbetrag erfordert eine lange Zeitspanne für die Korrektur, was zu einer Erhöhung des für die gesamte Untersuchung benötigten Zeitaufwandes führt. Würde der Defektnachweis durchge führt, während die Korrektur des Neigungs-Azimut-Winkels nicht vollständig beendet ist, gäbe es Fälle, in denen das Fourier- Transformationsmuster des Schwarze-Punkte-Musters des räumlichen Frequenzfilters 8 und dasjenige des Musters auf der Probe 4 teil weise (oder in einigen Fällen gänzlich) nicht übereinstimmen. Das durch den nicht übereinstimmenden Abschnitt hindurchgehende Licht würde eine Verringerung des Verhältnisses des nachzuweisenden De fektsignals zum Signal des fehlerfreien (exakten) Musters, das nicht nachgewiesen werden soll, d. h. ein erhöhtes Rauschen bedeu ten. Dies würde zu dem Problem führen, daß es eine Grenze in der minimalen Größe eines nachzuweisenden Defekts gäbe.

Wenn eine Probe 4 ein kompliziertes Muster hat, wie ein Wafer mit integrierten Halbleiterschaltungen, bei dem es ein Mustergebiet mit sich in hohem Maße wiederholenden Komponenten, wie etwa Speicherzellen, sowie ein Mustergebiet mit sich wenig wiederholen den Komponenten gibt, das die Streulichtintensität um eine Größen ordnung verringert, könnte eine Aufnahme des Mustergebietes des niedrigen Wiederholungsgrades nicht für die Erzeugung eines räum lichen Frquenzfilters 8 durch einmalige Belichtung einer lichtemp findlichen Platte hinreichend ausgeführt werden. Ein ungenügend aufgenommenes Filter 8 könnte das Streulichtmuster nicht völlig zurückhalten, und ein schwaches Streulichtmuster würde hindurchge hen. Andererseits wird, wenn die lichtempfindliche Platte belich tet wird, bis ein räumliches Frequenzfilter 8 erhalten wird, das eine Punktedichte aufweist, mit der das Streulichtmuster vom Mu stergebiet des niedrigen Wiederholungsgrades vollständig zurückge halten werden kann, der Abschnitt der lichtempfindlichen Platte, der das Streulicht vom Mustergebiet des hohen Wiederholungsgrades aufnimmt, eine überschüssige Belichtungsenergie aufweisen, wie es dem rechten Endabschnitt der dichte Kurve der Fig. 12 entspricht.

In der graphischen Darstellung der Fig. 12 gibt die Abszisse die Belichtungs-Lichtenergie (erg/cm²) bei einer Wellenlänge von 633nm und die Ordinate die optische Dichte D einer mit der jeweiligen Lichtenergie belichteten lichtempfindlichen Platte an. Die opti sche Dichte D ist definiert als D = log₁₀ (I_in/I_out), worin I_in die Intensität des einfallenden Lichts und I_out die Intensität des übertragenen (hindurchgehenden) Lichts bezeichnet. In dem Ab schnitt, in dem das vom Mustergebiet mit hohem Wiederholungsgrad gestreute Licht aufgenommen wird, gibt es eine Überbelichtung, die zu einer Lichthofbildung führt. Diese Bildung von Lichthöfen wei tet die aufzunehmenden Punktabschnitte unkontrollierbar aus, wo durch unnötige Abschirmabschnitte gebildet werden, was die Defekt signal-Durchlässigkeit des räumlichen Frequenzfilters 8 verrin gert. Es gibt auch die Möglichkeit, daß Licht durch einen Ab schnitt hindurchgeht, der eigentlich ein abschirmender Musterab schnitt sein sollte. Dies bedeutet, daß ein Nachweis dort ausge führt wird, wo ein Muster verbliebenen Streulichts existiert, was zu dem Problem führt, daß das korrekt zu untersuchende Gebiet auf spezielle Abschnitte beschränkt ist, wie etwa auf Speicherzellen.

Wenn das räumliche Frequenzfilter 8 durch eine lichtempfindliche Platte etwa aus lichtempfindlichem Material einer Silberhaloge nidemulsion gebildet ist, überschreitet die Dichte der Punkte auf dem Filter 8 nicht einen konstanten Wert, wie in Fig. 12 gezeigt. Genauer gesagt, senkt die Lichtabschirmfähigkeit des räumlichen Frequenzfilters 8 die Lichtintensität nur auf ein 1/1000-1/10 000 ab. Dies bedeutet, daß ein Signal des ungestörten Musters, das am Filter nicht aufgehalten wird, durch dieses hindurchgeht und als Hintergrundrauschen wirkt, wodurch die minimale Größe der nach weisbaren Defektsignalintensität zwangsweise festgelegt ist. Daher kann ein sehr kleiner Defekt, der eine Signalintensität, die nied riger als ein 1/1000-1/10 000 der Signalintensität eines unge störten Muster ist, nicht nachgewiesen werden.

In Anbetracht der genannten Probleme des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Musterdefekt-Nachweiseinrichtung zu schaffen, die ein schwaches Defektsignal in kurzer Zeit ohne Not wendigkeit einer Korrektur des Neigungs-Azimut-Winkels des Proben halters auch bei Proben mit gewellter Oberfläche und komplexem Mu ster, wie integrierten Halbleiterschaltungen, nachweisen kann.

Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein in einer solchen Mu sterdefekt-Nachweiseinrichtung benötigtes räumliches Frequenzfil ter bereitzustellen, das einen Defektnachweis mit hoher Empfindlichkeit sowie bei Mustern, in denen ein Abschnitt viele sich wiederholende Komponenten und ein anderer Abschnitt wenige sich wiederholende Komponenten enthält, erlaubt.

Eine Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach einem Aspekt der vor liegenden Erfindung enthält: Einen Probenhalter bzw. Untersu chungstisch, der eine auf der Oberfläche ein Muster tragende Probe hält, einen Spiegel zur Lenkung von kohärentem Licht auf das Mu ster auf dem Objekt, wobei zum Spiegel eine Spiegel-Modifizie rungseinrichtung, die den Reflexionswinkel des kohärenten Lichts verändert, gehört, eine Linse zum Fokussieren von vom Muster auf dem Objekt gestreutem Licht, einen Plattenhalter zum Halten entwe der einer lichtempfindlichen Platte zur Bildung eines räumlichen Frequenzfilters oder eines fertiggestellten räumlichen Frequenz filters in der rückseitigen Brennebene der Linse und einen Defekt signal-Detektor zum Nachweis von durch das räumliche Frequenzfil ter hindurchgehendem Licht als ein einem Defekt im Muster auf der Probe entsprechendes Nachweissignal.

Eine Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ähnelt der nach dem ersten Aspekt, außer daß an stelle des Spiegelwinkel-Einstellmechanismus ein Bewegungsmecha nismus zur Bewegung der lichtempfindlichen Platte in zwei das hin durchgehende Licht kreuzende Richtungen vorgesehen ist.

Ein in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendetes räumliches Frequenz filter enthält ein Muster aus schwarzen Punkten mit einem um einen gesteuerten Betrag im Vergleich zum Durchmesser der schwarzen Punkte auf einer lichtempfindlichen Platte, die durch Belichtung mit Streulicht von einem defektfreien Muster auf einer Modellprobe erhalten wurde, vergrößerten Durchmesser.

Ein Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung verwendet werden kann, nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist folgende Schritte auf: Ausrichten von kohärentem Licht auf ein defektfreies Muster auf einer Modellprobe, Fokussieren des Streulichts vom de fektfreien Muster auf eine lichtempfindliche Platte mittels einer Linse, während der Neigungs-Azimut-Winkel der Probe so verändert wird, daß die Einfallswinkel des kohärenten Lichts sich innerhalb eines bestimmten Bereiches ändert, und Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Platte.

Ein Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung Verwendung finden kann, nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Ausrichten von kohärentem Licht von einer Lichtquelle auf einen Spiegel, Fokussieren des von einem de fektfreien Muster gestreuten Lichts auf eine lichtempfindliche Platte durch eine Linse, während der Spiegel so bewegt wird, daß der Einfallswinkel des kohärenten Lichts auf das defektfreie Mu ster auf einer Modellprobe sich innerhalb eines vorbestimmten Be reiches ändert, und Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Platte.

Ein Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung Anwendung finden kann, nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Ausrichten von kohärentem Licht auf ein defektfreies Muster auf einer Modellprobe, Fokussieren des Streulichts vom defektfreien Muster auf eine lichtempfindliche Platte mittels einer Linse, Belichten der lichtempfindlichen Platte mit Streulicht, während die lichtempfindliche Platte inner halb eines bestimmten Bereiches in zwei Richtungen, die das Streu licht kreuzen, bewegt wird, und Entwickeln der belichteten licht empfindlichen Platte.

Ein Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung Anwendung finden kann, nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Ausrichten von kohärentem Licht auf ein defektfreies Muster auf einer Modellprobe, Belichten einer Mehrzahl geschichteter lichtempfindlicher Platten mit Streulicht vom defektfreien Muster und Entwickeln der belichteten mehrschich tigen lichtempfindlichen Platten.

Ein Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters, das in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung Anwendung finden kann, nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: Ausrichten von kohärentem Licht auf ein defektfreies Muster auf einer Modellprobe, Belichten einer er sten lichtempfindlichen Platte mit Streulicht vom defektfreien Mu ster, Entwickeln der belichteten ersten lichtempfindlichen Platte, Belichten einer zweiten, hinter der entwickelten ersten lichtempfindlichen Platte angeordneten lichtempfindlichen Platte mit Streulicht und Entwickeln der belichteten zweiten licht empflindlichen Platte zur Erzeugung eines räumlichen Frequenzfil ters, das die entwickelte erste und zweite lichtempfindliche Platte enthält.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.

Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2A, 2B und 2C Darstellungen zur Erklärung des Betriebs der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung zur Erklärung des Be triebes der Einrichtung nach Fig. 4,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Betriebs der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 7, 8 und 9 Blockschaltbilder einer vierten, fünften und sech sten Ausführungsform,

Fig. 10A, 10B, 10C und 10D Darstellungen, die die Beziehung zwi schen einem sich wiederholenden Muster und einem Fourier- Transformationsmuster zeigen,

Fig. 11 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Musterdefekt- Nachweiseinrichtung und

Fig. 12 eine graphische Darstellung, die ein Beispiel der photo graphischen Eigenschaften einer lichtempfindlichen Platte zeigt.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform schematisch in einem Blockschaltbild dargestellt. Die Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Fig. 1 weist reflektierende Spiegel 18 und 19, einen Ver schlußmechanismus 20 zur Steuerung der Durchlässigkeit (Transmittanz) eines parallelen Strahlenbündels vom Kollimator 2, einen halbdurchlässigen Spiegel 21, eine Linse 22 zum Fokussieren des durch den halbdurchlässigen Spiegel 21 reflektierten paral lelen Strahlenbündels und einen Probenhalter 23, auf dem ein Ob jekt (eine Probe) 4 angeordnet ist, wobei die Neigung der Probe 4 geändert werden kann, damit diese ein Nachweissignal (Streulicht) mit einem anderen Streuwinkel auf ein räumliches Frequenzfilter 8 aussenden kann. Der Probenhalter 23 weist einen Neigungs-Azimut- Winkeleinstellmechanismus 23a und einen Drehmechanismus 23d zur Drehung um eine vertikale Achse auf. Da die Komponenten nach Fig. 1 dieselben Bezugszeichen haben wie die gleichen Komponenten in Fig. 11, wird deren Beschreibung nicht wiederholt.

Der Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1 wird im folgenden erklärt. Ein räumliches Frequenzfilter 8 wird vor Beginn des Defektnachwei ses auf einem Objekt 4, wie etwa einem Wafer mit integrierten Halbleiterschaltungen, hergestellt. Bei der Herstellung des räum lichen Frequenzfilters 8 wird die Intensität von Streulicht von einem defektfreien Muster auf einer Modellprobe 4 in der rücksei tigen Brennebene einer Linse 6 nachgewiesen, wo die lichtempfind liche Platte 8 angeordnet ist, um die Belichtungszeit zur Herstel lung des Filters zu bestimmen. Angenommen, daß die Standard-Be lichtungsenergie für das Material des lichtempfindlichen Filters 100 mJ/cm² und die mittlere ankommende Strahlenergie in der rück seitigen Brennebene der Linse 6 10 mW sei, ist die optimale Belich tungszeit:

100 (mJ/cm²)/10 (mW) = 10 (s).

Die lichtempfindliche Platte 8 kann kontinuierlich während 10 Se kunden belichtet werden, oder es können mehrere Belichtungen mit einer Dauer von insgesamt 10 Sekunden ausgeführt werden. Während dieser Belichtung wird der Probenhalter 23 nach Befehlen der Steuerung 14 betätigt, wodurch der Neigungs-Azimut-Winkel so ver ändert wird, das die Reflexionswinkel auf der Oberfläche der Mo dellprobe 4 sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ändert.

In Fig. 2 ist die Variation des Neigungs-Azimut-Winkels der Probe 4 dargestellt. Die X-Achse und die Y-Achse spannen eine horizon tale Ebene auf, und die Z-Achse stellt die vertikale Achse dar. Der Neigungswinkel Φ der Normalen auf der Oberfläche der Probe 4 mit der Z-Achse wird auf einen vorbestimmten Wert gesetzt, und der Azimut-Winkel wird von 0°-360° variiert. Fig. 2A zeigt einen Ab schnitt des Schwarze-Punkte-Musters auf dem räumlichen Frequenz filter 8, das mit einem Neigungswinkel von Φ = 0° gebildet ist. Fig. 2C zeigt einen Abschnitt des Schwarze-Punkte-Musters auf dem räumlichen Frequenzfilter 8, das unter Veränderung des Azimut-Win kels gebildet ist, wenn der Neigungswinkel Φ = Φ₁ ist. Im Falle, daß der Neigungs-Azimut-Winkel nicht verändert wird, und der Nei gungswinkel Φ = 0° ist, wird der Durchmesser der schwarzen Punkte auf dem Filter 8 im Verhältnis zu dem eines gestreuten Punktes hö herer Ordnung kleiner. Im Falle, daß der Neigungs-Azimut-Winkel innerhalb eines vorbestimmten Bereiches variiert wird, wächst der Durchmesser des schwarzen Punktes auf dem erzeugten Filter 8 im Verhältnis zu dem eines gestreuten Punktes höherer Ordnung tenden ziell an.

Der Wert des Neigungswinkels Φ, bei dem der Durchmesser des schwarzen Punktes anwächst, wird oft als empirischer Wert gehand habt. Der Neigungswinkel Φ wird auf einen Wert gesetzt, der etwa 10% höher als der Wert einer Welle auf der Oberfläche eines ther misch behandelten Halbleiterschaltungs-Wafers, der als Probe 4 dient, gesetzt. Der Wert dieser gewellten Oberfläche wird durch einen Neigungswinkel repräsentiert, der durch Umkehrberechnung er halten wird. Eine befriedigende Aufnahme von Streulicht höherer Ordnung kann bei einer Belichtungszeit erreicht werden, die 2- 3mal länger als die optimale Belichtungszeit ist, d. h. durch Er höhung der Standard-Belichtungsenergie um das 2-3fache. Da dies von dem in der rückseitigen Brennebene erscheinenden Fourier- Transformationsmuster abhängt, wird die Belichtungszeit für jedes Muster empirisch bestimmt.

Es gibt zwei Verfahren für diese Belichtung. Gemäß dem ersten Ver fahren wird der Azimut-Winkel der Neigungsrichtung bei konstantem Neigungswinkel der Probe 4 langsam von 0° auf 360° um die optische Achse verändert, während die Lichtenergie für eine bestimmte Be lichtungszeit (z. B. bei der ersten Ausführungsform 10 sec.) auf die lichtempfindliche Platte 8 gerichtet wird. Die Streulichtinformation für jede zum Neigungswinkel gehörende Azi mut-Richtung wird auf der lichtempfindlichen Platte 8 aufgezeich net. Entsprechend dem zweiten Verfahren wird eine n-malige Mehr fachbelichtung ausgeführt. Der Neigungswinkel Φ wird auf einen konstanten Wert gesetzt, während der Drehwinkel in der X-Y-Ebene in n-gleiche Teile geteilt wird, wodurch die Belichtungszeitdauer ebenfalls durch n geteilt wird. Diese Mehrfachbelichtung hat den Vorteil, daß der durchgelassene Anteil (die Durchlaßeffizienz) ei nes Nachweissignals beim Passieren des räumlichen Frequenzfilters 8 für Proben mit wenig Streulicht höherer Ordnung nicht zu stark verringert wird.

Obgleich ein einem Streulicht niedriger Ordnung mit hoher Lichtin tensität entsprechender Punkt eine größere Zunahme des Durchmes sers zeigt, wenn das Filter 8 mit einer langen Belichtungszeit ohne Änderung des Neigungs-Azimut-Winkels gebildet wird, hat ein einem Streulicht höherer Ordnung entsprechender Punkt bei der er sten Ausführungsform, wo das Streulicht aufgenommen wird, während der Neigungs-Azimut-Winkel geändert wird, einen größeren Übertra gungsabstand auf der lichtempfindlichen Platte 8 infolge der Azi mut-Rotation. Das heißt, der Punktdurchmesser weist im Verhältnis zu einem Punkt, der Streulicht höherer Ordnung entspricht, einen größeren Anstieg auf, wie in Verbindung mit den Fig. 2B und 2C oben erwähnt wurde.

Ein räumliches Frequenzfilter 8 wird letztlich durch Entwickeln der wie oben beschrieben belichteten lichtempfindlichen Platte 8 erhalten. Dieses Filter 8 wird wieder in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 positioniert und befestigt.

Eine Probe 4, die einige Defekte aufweisen kann, wird mittels der Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Fig. 1 unter Nutzung des oben beschriebenen räumlichen Frequenzfilters 8 untersucht. Vom Laser-oszillator 1 emittiertes Licht wird durch den halbdurchläs sigen Spiegel 3 reflektiert und auf die Probe 4, etwa einen Wafer mit integrierten Halbleiterschaltungen, gerichtet. Der den halbdurchlässigen Spiegel 3 passierende Anteil des Streulichtes von der Probe 4 wird durch die Linse 6 gebündelt. Das räumliche Frequenzfilter 8 ist in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 angeordnet und entfernt das Streulicht eines fehlerfreien (exakten) Musters. Da das Streumuster auf dem räumlichen Frequenz filter 8 durch Variation des Streuwinkels der Oberfläche der Mo dellprobe 4 mit einem keine Defekte enthaltenden Muster aufge zeichnet wird, kann Streulicht eines fehlerfreien Musters auch dann zuverlässig entfernt werden, wenn es auf der Oberfläche der Probe 4 eine durch eine thermische Behandlung erzeugte Welle gibt. Damit wird nur das Defektsignallicht der Defektsignallicht-Nach weiskamera 9, die in der Brennebene der Linse 6 angeordnet ist, zugeführt, und nach entsprechender Signalverarbeitung durch den ersten Signalprozessor 10 der Defekt auf dem Monitor 11 darge stellt.

Auch wenn die Oberfläche der Probe 4 gewellt ist, kann ohne Not wendigkeit einer genauen Registrierung des Streumusters des räum lichen Frequenzfilters 8 und des gestreuten Lichtes von der Probe 4 ein schneller Defektnachweis ausgeführt werden.

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Die Einrichtung nach Fig. 3 ist der nach Fig. 1 ähnlich, wobei zusätzlich ein Spiegelwinkelbewegungsmechanismus 24 vorgesehen ist, der den Re flexionswinkel des halbdurchlässigen Spiegels 3 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches verändern kann. Bei der zweiten Ausfüh rungsform wird der Spiegelwinkelbewegungsmechanismus 24 durch einen Befehl der Steuerung 14 so gesteuert, daß der halbdurchläs sige Spiegel während der Zeitperiode, während der das Streulicht auf die lichtempfindliche Platte 8 gerichtet wird, betätigt wird. Aus der vergrößerten Perspektivdarstellung der Fig. 4 ist zu er kennen, daß der Neigungswinkel der Probe 4 konstant gehalten wird und der Azimut-Winkel der Neigungsrichtung langsam von 0°-360° um die optische Achse geändert wird. Alternativ dazu wird der Azi mut-Winkel während der gesamten Zeitperiode der Belichtung in kur zen Zyklen geändert. Die im Streulicht unter verschiedenen Ein fallswinkeln enthaltene Information wird damit auf die licht empfindliche Platte 8 ohne Veränderung des Neigungs-Azimut-Winkels des Probenhalters 23 aufgezeichnet.

Da der Umgang mit der Nachweisprobe 4, die Defekte aufweisen kann, durch die Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Fig. 3 unter Nut zung eines räumlichen Frequenzfilters 8, das gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten wurde, ähnlich dem Umgang bei der ersten Ausführungsform ist, wird die Beschreibung dessen hier nicht wie derholt.

In Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform dargestellt. Die Ein richtung nach Fig. 5 ist ähnlich der nach Fig. 3, mit dem Unter schied, daß ein Spiegel 3a kohärentes Licht auf die Oberfläche der Probe aus einer schrägen Richtung richtet. Als Spiegel 3a ist da her nicht ein halbdurchlässiger Spiegel, sondern ein vollständig reflektierender Spiegel verwendet. Die Art und Weise der Belich tung der lichtempfindlichen Platte ist bei der dritten Ausfüh rungsform ähnlich zur zweiten Ausführungsform, wie in der ver größerten perspektivischen Darstellung der Fig. 6 dargestellt.

In Fig. 7 ist eine vierte Ausführungsform dargestellt. Die Ein richtung nach Fig. 7 ist ähnlich zu der in Fig. 1, außer daß ein Plattenbewegungsmechanismus 25 hinzugefügt ist, der die lichtemp findliche Platte 8 innerhalb eines vorbestimmten Bereiches in zwei das Streulicht schneidenden Richtungen bewegen kann. Bei der vier ten Ausführungsform wird die lichtempfindliche Platte 8 durch den Plattenbewegungsmechanismus 25 in zwei, die Richtung des Streu lichtes schneidenden Richtungen genau bewegt, so daß ein vorbe stimmter kleiner Kreis beschrieben wird, während die lichtempfind liche Platte 8 dem Streulicht ausgesetzt wird. Im Ergebnis dessen wird die Größe des auf der lichtempfindlichen Platte 8 aufgezeich neten Streulichtpunktes um einen gesteuerten Betrag vergrößert, wie im Falle der ersten Ausführungsform.

In Fig. 8 ist eine fünfte Ausführungsform dargestellt. Die Ein richtung nach Fig. 8 ist ähnlich der nach Fig. 1, außer daß das räumliche Frequenzfilter 26 durch eine Mehrzahl von Schichten lichtempfindlicher Platten gebildet ist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 weist das räumliche Frequenzfilter 26 eine erste und eine zweite lichtempfindliche Platte 26a und 26b auf, die aufein andergeschichtet sind. Beide lichtempfindliche Platten 26a und 26b enthalten eine Emulsionsschicht, die in der Zeichnung schraffiert dargestellt ist.

Die beiden lichtempfindlichen Platten 26a und 26b werden gleich zeitig durch Streulicht von einer Modellprobe 4 mit einem keine Defekte enthaltenden (defektfreien) Muster belichtet. Dies bedeu tet, daß die lichtempfindlichen Platten 26a und 26b das gleiche Streumuster aufzeichnen. Beim Durchgang des Streulichts durch das oben beschriebene räumliche Frequenzfilter 26 kann ein Effekt er halten werden, der im wesentlichen gleich dem ist, wenn Streulicht zweimal durch eine lichtempfindliche Platte gebildetes Filter 8 hindurch geht. Das räumliche Frequenzfilter 26 kann Streulicht von einem exakten bzw. fehlerfreien Muster auf einer Probe 4 auf eine zuverlässigere Weise blockieren, wodurch das Hintergrundrauschen genügend abgesenkt wird. Damit ist der Nachweis von schwachem De fektsignallicht möglich. Mit anderen Worten erlaubt das räumliche Frequenzfilter 26 durch die Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Fig. 8 einen Nachweis mit höherer Empfindlichkeit.

Obgleich in der Ausführungsform nach Fig. 2 zwei lichtempfindliche Platten 26a und 26b gezeigt sind, können diese durch eine lichtempfindliche Platte ersetzt werden, bei der auf beiden Seiten einer Grundplatte eine Emulsionsschicht aufgebracht ist.

In Fig. 9 ist eine sechste Ausführungsform der Erfindung darge stellt. Die sechste Ausführungsform ist der fünften Ausführungs form ähnlich, außer daß das räumliche Frequenzfilter 27, wie unten beschrieben, unter Nutzung einer ersten und zweiten lichtempfindlichen Platte 27a und 27b gebildet ist. Zuerst wird nur die lichtempfindliche Platte 27a in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 angeordnet. Diese Platte wird durch Streu licht von einer Modellprobe 4 mit einem Muster belichtet und dann entwickelt. Wenn die Modellprobe 4 ein erstes Muster mit einer ho hen Wiederholungsrate und ein zweites Muster mit einer niedrigeren Wiederholungsrate aufweist, wird die erste lichtempfindliche Platte 27a unter der Bedingung belichtet, daß das Fourier-Trans formationsmuster (Streumuster) hoher Lichtintensität vom ersten Muster auf optimale Weise aufgezeichnet wird.

Dann wird die entwickelte erste lichtempfindliche Platte 27a wie der in der rückseitigen Brennebene der Linse 6 plaziert, wobei eine zweite lichtempfindliche Platte 27b hinter der ersten licht empfindlichen Platte 27a angeordnet wird. Da das Streulicht vom ersten Muster mit der hohen Wiederholungsrate auf der Modellprobe 4 durch die entwickelte erste lichtempfindliche Platte 27a am Durchgang gehindert wird, wird die zweite lichtempfindliche Platte 27b unter der Bedingung belichtet, daß das Fourier-Transforma tionsmuster niedriger Lichtintensität vom zweiten Muster mit der geringen Wiederholungsrate unter optimalen Bedingungen aufgezeich net wird. Dies bedeutet, daß das schwache Streulicht vom zweiten Muster, das auf der ersten lichtempfindlichen Platte 27a während deren Belichtung infolge seiner geringen Lichtintensität nicht hinreichend aufgezeichnet worden war, während der Belichtung der zweiten lichtempfindlichen Platte 27b auf dieser aufgezeichnet wird.

Damit wird Streulicht von einem fehlerfreien Muster zuverlässig am Durchgang gehindert (blockiert), so daß nur Defektsignallicht mit hoher Empfindlichkeit herausgefiltert und der Defektnachweiskamera 9 zugeführt wird, auch dann, wenn auf einer Probe ein Muster mit vielen sich wiederholenden Teilen und ein Muster mit wenig sich wiederholenden Teilen vorkommt. Dies wird durch das oben beschrie bene räumliche Frequenzfilter 27 erreicht.

In den Fig. 10A-10D ist die Beziehung zwischen dem sich wieder holenden Muster und dem Fourier-Transformationsmuster gezeigt. Fig. 10A zeigt ein eindimensionales Muster mit einer Wiederho lungs-"Steigung" n und einer Anzahl N von Wiederholungen. Fig. 10B zeigt schematisch das eindimensionale Fourier-Transformations-In tensitätsprofil der Fig. 10A, bei dem die horizontale Richtung die Lage und die vertikale Richtung die Intensität des Streulichtes angibt. Fig. 10C zeigt eine Mischung von Mustern unter Einschluß eines ersten Musters mit einer Wiederholungs-"Steigung" n und ei ner Anzahl von Wiederholungen N und eines zweiten Musters mit ei ner Wiederholungs-"Steigung" m und einer Anzahl M von Wiederholun gen. Fig. 10D zeigt schematisch das eindimensionale Fourier- Transformations-Intensitätsprofil des aus dem ersten und zweiten Muster zusammengesetzten Musters nach Fig. 10C. Aus Fig. 10D ist zu erkennen, daß die Intensität des Streulichts, das von dem Mu ster mit der niedrigen Wiederholungsrate herrührt, klein ist und eine breite Intensitätsverteilung aufweist.

Das Defektsignal von der Defektnachweiskamera 9 wird in einem er sten Signalprozessor (Signalverarbeitungseinheit) 10 verarbeitet, wodurch ein Defektbild gewonnen wird, was auf dem Fernsehmonitor 11 dargestellt wird. Zu dieser Zeit wird der Betrag der Änderung des Reflexionswinkels der Probe 4, der durch die Positonsnachweis kamera 12 nachgewiesen wird, in einen Offset-Abstand des Fourier- Transformationsmusters mittels des zweiten Signalprozessors 13 um gewandelt. Die Steuerung 14 liefert entsprechend diesem umgewan delten Wert einen Korrekturbefehl bezüglich des Neigungs-Azimut- Winkels des Probenhalters 23.

Obgleich in der Ausführungsform nach Fig. 9 ein Fourier-Transfor mationsmuster des Musters mit hoher Wiederholungsrate auf einer lichtempfindlichen Platte 27a aufgezeichnet wird, ist anzumerken, daß ein Fourier-Transformationsmuster eines Musters mit hoher Wie derholungsrate simultan auf zwei lichtempfindliche Platten aufge zeichnet werden kann, worauf die Aufzeichnung des Fourier-Trans formationsmusters des Musters niedriger Wiederholungsrate auf ei ner dritten lichtempfindlichen Platte folgt.

Es ist jedoch festzustellen, daß das räumliche Frequenzfilter nicht zu viele Teilplatten enthalten sollte, da die Intensität des Defektsignallichts jedes Mal, wenn es eine Teilplatte des räumli chen Frequenzfilters passiert, etwas abgeschwächt wird. Desweite ren führt ein räumliches Frequenzfilter mit zu vielen Teilplatten zu einem Anwachsen der Dicke. Dies ist nicht wünschenswert, da der Offset-Abstand zwischen den Teilplatten und der rückseitigen Brennebene der Linse 6 damit größer wird.

Obgleich die beschriebenen Ausführungsformen in bezug darauf er läutert wurden, daß der Defektnachweis auf einen Wafer mit inte grierter Halbleiterschaltungen stattfindet, ist die Erfindung auch auf den Defektnachweis in anderen Proben mit sich wiederholenden Mustern, wie etwa einem Dünnschicht-Flüssigkristalldisplay, anwendbar.

Claims

1. Musterdefekt-Nachweiseinrichtung mit
einem Probenhalter (23) zum Halten einer Probe (4) mit einem sich wiederholenden Muster auf ihrer Oberfläche,
einer Lichtquelle (1) zur Aussendung kohärenten Lichts,
einer Spiegeleinrichtung (3) zum Ausrichten des Lichts auf das Mu ster auf der Probe (4), die eine Spiegelwinkel-Veränderungsein richtung (24) zum Verändern des Reflexionswinkels des Lichtes auf weist,
einer Linse (6) zum Fokussieren des durch das Muster auf der Probe (4) gestreuten Lichts,
einer Plattenhalteeinrichtung (8a) zum Halten entweder einer lichtempfindlichen Platte (8, 26, 27) zur Erzeugung eines räumlichen Frequenzfilters (8) oder eines fertiggestellten räumlichen Fre quenzfilters (8, 26, 27) in der rückseitigen Brennebene der Linse (6) und
einer Defektsignal-Nachweiseinrichtung (9) zum Nachweis von durch das räumliche Frequenzfilter (8) hindurchgehendem Licht als Nach weissignal für einen Defekt im Muster auf der Probe (4).

2. Musterdefekten-Nachweiseinrichtung mit
einem Probenhalter (23) zum Halten einer Probe (4) mit einem sich wiederholenden Muster auf ihrer Oberfläche,
einer Lichtquelle (1) zum Aussenden kohärenten Lichts,
einer Spiegeleinrichtung (3) zum Ausrichten des Lichts auf das Mu ster auf der Probe (4),
einer Linse (6) zum Fokussieren des durch das Muster auf der Probe (4) gestreuten Lichts,
einer Plattenhalteeinrichtung (25) zum Halten entweder der licht empfindlichen Platte (8) zur Erzeugung eines räumlichen Frequenz filters (8) oder eines erzeugten räumlichen Frequenzfilters (8) in der rückseitigen Brennebene der Linse (6), wobei die Plattenhalte einrichtung eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen der lichtemp findlichen Platte in zwei die Richtung des Streulichts schneiden den Richtungen aufweist, und
einer Defektsignal-Nachweiseinrichtung (9) zum Nachweis von durch das räumliche Frequenzfilter (8) hindurchgehendem Licht als Nach weissignal, das einem Defekt im Muster auf der Probe (4) ent spricht.

3. Räumliches Frequenzfilter zur Verwendung in einer Musterde fekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Muster, das einen schwarzen Punkt mit einem um einen gesteuerten Betrag gegenüber dem Durchmesser eines schwarzen Punktes auf einer lichtempfindlichen Platte, die durch Belichtung mit Streulicht von einem Muster (4) erhalten wurde, vergrößerten Durchmesser auf weist.

4. Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters zur Verwendung in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:
Ausrichten von kohärentem Licht auf ein Muster auf einer Modell probe (4)
Fokussieren des Streulichts vom Muster durch eine Linse (6) auf eine lichtempfindliche Platte (8) unter Veränderung des Neigungs- Azimut-Winkels der Probe derart, daß der Einfallswinkel des Lichts sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ändert, und
Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Platte (8).

5. Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters zur Verwendung in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:
Ausrichten von kohärentem Licht von einer Lichtquelle (1) auf einen Spiegel (3) und von dort auf ein Muster auf einer Modell probe (4),
Fokussieren des Streulichts vom Muster auf eine lichtempfindliche Platte (8) mittels einer Linse (6), wobei der Spiegel (3) so be wegt wird, daß der Einfallswinkel des Lichts auf das Muster auf der Modellprobe (4) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches vari iert, und
Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Platte (8).

6. Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters zur Verwendung in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:
Ausrichten von kohärentem Licht auf ein Muster auf einer Modell probe (4),
Fokussieren des Streulichts vom Muster auf eine lichtempfindliche Platte (8) mittels einer Linse (6),
Belichten der lichtempfindlichen Platte (8) mit dem Streulicht un ter Bewegung der lichtempfindlichen Platte (8) innerhalb eines vorbestimmten Bereiches in einer Ebene bzw. zwei Richtungen, die durch das Streulich geschnitten werden, und
Entwickeln der belichteten lichtempfindlichen Platte (8).

7. Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters zur Verwendung in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:
Ausrichten kohärenten Lichts auf ein Muster auf einer Modellprobe (4),
Belichten einer Mehrzahl einander überlagerter lichtempfindlicher Platten (26a, 26b) durch das Streulicht vom Muster,
Entwickeln der belichteten Mehrzahl einander überlagerter licht empfindlicher Platten (26a, 26b) zur Erzeugung eines räumlichen Frequenzfilters (26), das eine Mehrzahl von entwickelten lichtemp findlichen Platten (26a, 26b) aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung eines räumlichen Frequenzfilters zur Verwendung in einer Musterdefekt-Nachweiseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit den Schritten:
Ausrichtung kohärenten Lichts auf das Muster (4),
Belichten einer ersten lichtempfindlichen Platte (27a) mit Streu licht vom Muster,
Entwickeln der belichteten ersten lichtempfindlichen Platte (27a),
Belichten einer zweiten lichtempfindlichen Platte (27b), die hin ter der entwickelten ersten lichtempfindlichen Platte (27a) ange ordnet ist, mittels des Streulichts,
Entwickeln der belichteten zweiten lichtempfindlichen Platte (27b) zur Erzeugung eines räumlichen Frequenzfilters (27), das die erste und zweite entwickelte lichtempfindliche Platte (27a, 27b) auf weist.