-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung betrifft
das Gebiet optischer Prüftechniken
und betrifft ein Verfahren und ein System zur Untersuchung gemusterter
Gegenstände
wie z. B. Photomasken, gedruckte Leiterplatten (PCBs) oder Ähnliches.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Es gibt eine große Vielzahl optischer Prüfsysteme,
deren gemeinsames Ziel es ist, Fehler festzustellen, die auf der
gemusterten Oberfläche
eines untersuchten Gegenstands vorhanden sind. Ein solches System
ist aus der EP-A-0 819 933 bekannt. Der Begriff „gemusterte Oberfläche" bezeichnet eine Oberfläche, die
Bereiche aufweist, die unterschiedliche optische Eigenschaften bezüglich einer
einfallenden Strahlung haben.
-
Ein Prüfsystem der genannten Art umfasst typischerweise
eine Einrichtung zum Beleuchten eines zu untersuchenden Gegenstands,
das Erlangen von Bildern, die durch Licht gebildet werden, das von dem
beleuchteten Gegenstand reflektiert wird, und eine Bildverarbeitung.
Wenn der untersuchte Gegenstand jedoch eine Photomaske, eine flexible
gedruckte Leiterplatte (PCB) oder Ähnliches ist, deren gemusterte
Oberfläche
typischerweise transparente und opake Bereiche aufweist, zeigen
die erlangten Bilder, die aus Licht gebildet werden, das von der
beleuchteten Oberfläche
reflektiert wird, keine „Fehler" wie z. B. Fremdpartikel
aus Schmutz oder Staub, die manchmal in den transparenten Bereichen
vorhanden sind. Es ist bekannt, dass eine Oberfläche eines solchen Partikels
nicht spiegelartig ist und dass deshalb Licht, das von dem Partikel
zurückfällt, ein
unregelmäßig reflektiertes,
gestreutes Licht ist. Das Problem ist sehr wesentlich, wenn die
Photomaske als Photowerkzeug in der PCB-, Grafik- und Druckindustrie
verwendet wird.
-
In jüngster Zeit sind Verfahren
und Systeme entwickelt worden, bei denen die Untersuchung durch
Beleuchten eines Gegenstands und Erlangen und Verarbeiten von Bildern,
die aus reflektierten und durchgelassenen Lichtstrahlen gebildet
werden, durchgeführt
wird.
-
Solche Systeme sind z. B. in den
US-Patenten 5,572,598 und 5,563,702 offenbart. Die Systeme beider
Patente verwenden eine so genannte „Abtast-Technik", bei der ein beleuchtender
Laserstrahl erzeugt wird und auf einen Pixel definierenden Punkt auf
der Oberfläche
eines zu untersuchenden Gegenstands fokussiert wird. Der beleuchtete
Strahl wird oszillierend abgelenkt, so dass der Punkt über die
untersuchte Oberfläche
bewegt wird. Das System ist für drei
verschiedene Betriebsmodi vorgesehen. Bei dem ersten und dem zweiten
Modus, dem so genannten „Prüfmodus mit
durchgelassenem Licht" und dem „Prüfmodus mit
reflektiertem Licht" wird
der Gegenstand Punkt für
Punkt untersucht, indem durchgelassenes Licht bzw. reflektiertes
Licht erfasst wird. Diese Betriebsmodi sind zeitlich voneinander
getrennt. Der dritte Betriebsmodus, der auf eine Klassifikation
der Fehler gerichtet ist, beruht auf der Erfassung sowohl von reflektierten
als auch von durchgelassenen Lichtstrahlen. Ein einzelner Laserstrahl
von einfallender Strahlung wird durch eine Lichtablenkungseinrichtung
auf die gemusterte Oberfläche
eines Gegenstands gerichtet und wird von dem Gegenstand entweder
reflektiert oder durchgelassen, oder teilweise reflektiert und teilweise
durchgelassen. Die Intensität
des einfallenden Strahls wird bestimmt, bevor er mit dem Gegenstand
in Wechselwirkung tritt. Zwei getrennte Erfassungseinrichtungen
sind an gegenüberliegenden
Seiten des Gegenstands angeordnet und erfassen durchgelassene und
reflektierte Strahlen, die bei dieser Wechselwirkung entstehen. Zu
diesem Zweck umfasst das System getrennte Richtoptiken zum Empfangen
der durchgelassenen bzw. reflektierten Strahlen und zum Richten
dieser auf die Erfassungseinrichtungen.
-
Dieser Ansatz beruht darauf, dass
die Wechselwirkung eines einfallenden Strahls mit einem zu untersuchenden
Gegenstand Veränderungen
der Intensität
des Strahls hervorruft, wobei diese Veränderungen von dem Reflexionsvermögen und
der Durchlässigkeit
des entsprechenden Bereichs des Gegenstands abhängen. Durch eine geeignete
Erfassung der Intensitäten
der einfallenden Strahlen und der reflektierten bzw. durchgelassenen
Strahlen vor und nach der Wechselwirkung kann jeder zu untersuchende
Punkt oder Pixel auf der Oberfläche
von einem so genannten D-R-Raum dargestellt werden, nämlich durch
einen Punkt mit Koordinaten, die den durchgelassenen und reflektierten
Signalwerten entsprechen, die an dem Punkt erzeugt werden.
-
Das System erfordert jedoch sehr
komplizierte Anordnungen für
die Beleuchtungsund Sammeloptik. Bei der Beleuchtungsanordnung sollten
die Lichtablenkungseinrichtung und die Erfassungseinrichtung in
geeigneter Weise in dem Strahlengang des einfallenden Strahls angeordnet
sein, um die Strahlintensität
vor der Wechselwirkung mit dem Gegenstand zu bestimmen. Dies macht
den Strahlengang des einfallenden Strahls länger und komplizierter. Außerdem führt die
Verwendung eines einzelnen Strahls einfallender Strahlung zu der
unvermeidlichen Notwendigkeit, die Sammeloptik und die Erfassungseinrichtungen
zum Erfassen des reflektierten und des durchgelassenen Strahls an
gegenüberliegenden
Seiten des Gegenstands anzuordnen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zur automatischen
optischen Untersuchung eines Gegenstands durch Erfassung von reflektierten
und durchgelassenen Lichtkomponenten einer einfallenden Strahlung
zur Verfügung
zu stellen.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung
wird ein Verfahren zum optischen Untersuchen eines eine obere und
eine untere Fläche
aufweisenden Gegenstands zum Feststellen von an dem Gegenstand vorhandenen
Fehlern zur Verfügung
gestellt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines ersten und eines zweiten Strahls einer
einfallenden Strahlung;
- b) Richten des ersten Strahls der einfallenden Strahlung auf
den Gegenstand und Erfassen einer Lichtkomponente, die von einer
Fläche
des Gegenstands reflektiert wird,
- c) Richten des zweiten Strahls der einfallenden Strahlung auf
den Gegenstand und Erfassen einer Lichtkomponente, die durch die
obere und die untere Fläche
des Gegenstands durchgelassen wird;
- d) gleichzeitiges Erlangen eines ersten und eines zweiten Bildes
des Gegenstands, wobei das erste Bild von der reflektierten Lichtkomponente
und das zweite Bild von der durchgelassenen Lichtkomponente gebildet
wird; und
- e) Analysieren des ersten und des zweiten Bildes, um so die
Fehler anzeigenden Daten bereitzustellen.
-
Der hier verwendete Begriff „Fehler" bezeichnet bestimmte
unerwünschte
Zustände
des Gegenstands wie z. B. das Vorhandensein von Fremdpartikeln auf
dem Gegenstand.
-
Daher beruht der Gedanke der vorliegenden Erfindung
auf den folgenden Haupteigenschaften. Der erste und der zweite Strahl
einfallender Strahlung werden erzeugt und so auf den Gegenstand
gerichtet, dass sie auf der oberen Fläche fokussiert werden. Insgesamt
kann jeder der einfallenden Strahlen von den verschiedenen Bereichen
des Gegenstands reflektiert und durchgelassen werden. Mit anderen Worten,
jeder der einfallenden Strahlen kann, abhängig von dem Bereich seiner
Wechselwirkung mit dem Gegenstand, teilweise durchgelassen und teilweise reflektiert
werden, was zu durchgelassenen bzw. reflektierten Lichtkomponenten
führt.
Was zu diesem Zweck tatsächlich
von zwei Bildsensoren erfasst wird, ist die Lichtkomponente des
ersten einfallenden Strahls, die von dem Gegenstand reflektiert
wird, bzw. die Lichtkomponente des zweiten einfallenden Strahls,
die durch den Gegenstand durchgelassen wird.
-
Insgesamt können der erste und der zweite einfallende
Strahl von derselben Seite des Gegenstands auf diesen gerichtet
werden, d. h. entweder von der oberen oder von der unteren Fläche. In
diesem Fall sind die Sensoren und die damit zusammenhängende Richtoptik
an gegenüberliegenden Seiten
des Gegenstands angeordnet. Es ist zu beachten, dass es vorteilhaft
ist, den Gegenstand von gegenüberliegenden
Seiten zu beleuchten. Dies ermöglicht
es, die Sensoren an einer Seite des Gegenstands anzuordnen und dementsprechend
eine gemeinsame Richtoptik zu verwenden, um sowohl die reflektierte
als auch die durchgelassene Lichtkomponente zu empfangen und diese
auf die entsprechenden Sensoren zu richten.
-
Daher werden die reflektierte und
die durchgelassene Lichtkompnente vorzugsweise durch ein gemeinsames
optisches System, das in geeigneter Weise in den Strahlengängen der
beiden Lichtkomponenten angeordnet ist, auf die verschiedenen Sensoren
gerichtet. Demtsprechend sollte eine Einrichtung vorgesehen sein,
um die verschiedenen Lichtkomponenten erfolgreich zu trennen, damit
sie von den verschiedenen Bildsensoren erfasst werden können. Zu
diesem Zweck werden zwei alternative Ausführungsformen der Erfindung
dargestellt.
-
Gemäß einer Ausführungsform
werden der erste und der zweite Strahl der einfallenden Strahlung
gleichzeitig auf verschiedene Abschnitte des Gegenstands gerichtet.
Im Einzelnen beleuchten sie einen ersten bzw. einen zweiten Streifen
der oberen Fläche,
wobei diese Streifen voneinander beabstandet, parallel und identisch
sind. Das Verhältnis
zwischen den zwei beleuchteten Streifen und dem gemeinsamen optischen
System ist so, dass sich die Streifen symmetrisch bezüglich der
optischen Achse des gemeinsamen optischen Systems erstrecken. Das
optische System projiziert die Streifen auf den ersten und den zweiten
Bildsensor, die vorzugsweise Liniensensoren sind. Deshalb wird ein
Paar beabstandeter, paralleler Linien des Gegenstands abgebildet.
Die Abmessungen der Linie werden durch ein Gesichtsfeld des Bildsensors
definiert, wobei die Breite a der Linie wesentlich kleiner als die
des beleuchteten Streifens ist. Der Raum zwischen den zwei beleuchteten
Streifen wird so eingestellt, dass ein Überlappungsbereich zwischen
den zwei Bildern minimiert wird. Der Raum d zwischen den zwei abgebildeten
Linien erfüllt
die folgende Bedingung: d = n awobei n eine
ganze Zahl wie n ≥ 1
ist.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der
Erfindung beleuchten der erste und der zweite Strahl der einfallenden
Strahlung denselben Abschnitt der oberen Fläche, der die Form eines Streifens
hat. Zu diesem Zweck sind der erste und der zweite Strahl der einfallenden
Strahlung aus Licht gebildet, das entweder unterschiedliche Wellenlängen oder
unterschiedliche Polarisationen hat. Im Fall unterschiedlicher Wellenlängen umfasst
das gemeinsame optische System einen geeigneten Strahlenteiler, z.
B. einen dichroitischen Strahlenteiler. Im Fall unterschiedlicher
Polarisationen ist das gemeinsame optische System mit einer geeigneten
Strahlen-Polarisationseinrichtung versehen, die z. B. auf einem
Doppelbrechungseffekt beruht.
-
Der erste und der zweite Strahl der
einfallenden Strahlung können
entweder von zwei Lichtquellen oder von einer einzelnen zur Erzeugung
ein es Lichtstrahls vorgesehenen Lichtquelle erzeugt werden. Wenn
die einzelne Lichtquelle verwendet wird, wird der erzeugte Strahl
durch einen Strahlenteiler auf den Gegenstand gerichtet, wobei der
Strahlenteiler ihn in einen ersten und einen zweiten Strahl der einfallenden
Strahlung teilt.
-
Vorzugsweise sind die Bildsensoren
von einer Art die dafür
vorgesehen ist, ein Lichtsignal zu empfangen und eine elektrische
Ausgabe bereitzustellen, die dafür
repräsentativ
ist. Z. B. können
Ladungskopplungsspeicher-(CCD)-Kameras oder ein bidirektionaler
Zeitverzögerungs-Integrations-(TDI)-Sensor
verwendet werden.
-
Um den gesamten Gegenstand erfolgreich zu
untersuchen, wird er für
eine Verschiebebewegung in einer Prüfebene längs zweier orthogonat ausgerichteter
Achsen gehalten. Um eine so genannte „doppelseitige" Beleuchtung zu ermöglichen,
kann der Gegenstand auf einer durchsichtigen Platte oder alternativ
auf einem Rathmen, der nur den Umfangsbereich des Gegenstands hält, getragen
werden. Als Ergebnis der Untersuchung wird jeder Punkt auf der oberen
Fläche
des Gegenstands von so genannten „reflektierten" und „durchgelassenen" Bildern dargestellt.
Ein Vergleich dieser Bilder miteinander ermöglicht eine Lokalisierung der
Fehler auf dem Gegenstand, falls Fehler vorhanden sind. Zu diesem
Zweck werden die von den Bildsensoren bereitgestellten Ausgabesignale
einem Prozessor zugeleitet, der durch eine geeignete Software betrieben
wird, um das erste und das zweite Bild miteinander zu vergleichen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung für eine optische Prüfung eines
Gegenstands zur Verfügung
gestellt, der eine obere und eine untere Fläche hat, um so an dem Gegenstand
vorhandene Fehler festzustellen, wobei die Vorrichtung
- i. ein Beleuchtungssystem, das einen ersten und einen zweiten
Strahl einer einfallenden Strahlung bereitstellt, die gleichzeitig
auf den Gegenstand gerichtet werden;
- ii. ein Erfassungssystem, das so angeordnet ist, dass es eine
Lichtkomponente des ersten einfallenden Strahls, die von der oberen
Fläche
reflektiert wird, und eine Lichtkomponente des zweiten einfallenden
Strahls erfasst, die durch die obere und die untere Fläche des
Gegenstands durchgelassen wird, und das dafür repräsentative Ausgangssignale bereitstellt;
- iv. ein Lichtrichtsystem, das in Strahlengängen der reflektierten und
der durchgelassenen Lichtkomponente angeordnet ist, um diese auf
das. Erfassungssystem zu richten, und
- v. einen Prozessor aufweist, der mit dem Erfassungssystem gekoppelt
ist, um die Ausgangssignale, die für die reflektierte und die
durchgelassene Lichtkomponente repräsentativ sind, zu empfangen
und zu analysieren und um die Fehler anzeigenden Daten bereitzustellen.
-
So ermöglicht die vorliegende Erfindung
die Untersuchung eines Gegenstands, indem dieser gleichzeitig von
zwei einfallenden Lichtstrahlen beleuchtet wird und reflektierte
bzw. durchgelassene Lichtkomponenten dieser einfallenden Strahlen
erfasst werden. Mit anderen Worten, im Unterschied zu den oben genannten
US-Patenten wird jeder Punkt des untersuchten Gegenstands sowohl
von der „D-Karte" als auch von der „R-Karte", d. h. von dem „durchgelassenen
Bild" als auch von
dem „reflektierten
Bild" repräsentiert.
Dies vereinfacht das Analyseverfahren. Aufgrund der Bereitstellung
des gemeinsamen optischen Systems zum Richten des reflektierten
und des durchgelassenen Strahls auf die verschiedenen Sensoren und
der oben genannten Lösungen
für eine
erfolgreiche Trennung zwischen dem reflektierten und dem durchgelassenen
Strahl können
Aufbau und Betrieb der Vorrichtung wesentlich vereinfacht werden.
-
Insbesondere wird die vorliegende
Erfindung zur Untersuchung einer Photomaske verwendet, die typischerweise
die Form eines polierten transparenten Substrats hat, dessen obere
Fläche
eine Vielzahl voneinander beabstandete Bereiche aufweist, die von
einer dünnen
opaken Schicht z. B. aus Chrom bedeckt sind. Die obere Fläche der
Photomaske repräsentiert
ein Muster in Form transparenter und opaker Bereiche. Fehler, die
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
festgestellt werden können,
können
auch die Form von durchgehenden Löchern in den opaken Bereichen
und/oder Breitenabweichungen dieser Bereiche haben. Opake und transparente Bereiche
einer Photomaske werden von hellen und dunklen Bereichen in dem „reflektierten
Bild" bzw. durch
dunkle und helle Bereiche in dem „durchgelassenen Bild" repräsentiert.
Wenn ein Fremdpartikel in dem transparenten Bereich vorhanden ist,
erscheint er als heller Punkt auf dunklem Hintergrund in dem reflektierten
Bild und umgekehrt in dem durchgelassenen Bild. Wenn ein Fremdpartikel
in dem opaken Bereich vorhanden ist, erfasst ihn nur der Bildsensor, der
auf die reflektierte Lichtkomponente reagiert. Ein solcher Partikel
erscheint als trüberer
Punkt auf dem hellen Hintergrund in dem reflektierten Bild. Die
anderen Arten von Fehlern wie z. B. durchgehende Löcher in
den opaken Bereichen oder Breitenabweichungen dieser Bereiche werden
sowohl von dem reflektierten als auch von dem durchgelassenen Strahl erfasst.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Um die Erfindung zu verstehen und
zu sehen, wie diese in der Praxis ausgeführt werden kann, werden nun
mehrere bevorzugte Ausführungsformen lediglich
als nicht einschränkende
Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
in denen:
-
1 ein
Blockdiagramm ist, das die Hauptbauteile einer Vorrichtung zum optischen
Untersuchen eines gemusterten Gegenstands gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
-
2 und 3 die Hauptprinzipien des
Betriebs der Vorrichtung aus 1 genauer
darstellen;
-
4 eine
graphische Darstellung der Hauptprinzipien des Betriebs eines optischen
Systems der Vorrichtung aus 1 ist;
-
5a bis 5f schematische Darstellungen von
Bildern des beleuchteten Abschnitts einer oberen Fläche des
Gegenstands während
sequenzieller Betriebsschritte der Vorrichtung aus 1 ist;
-
6a und 6b schematische Darstellungen zweier
Bilder eines Bereichs der oberen Flächen des Gegenstands sind;
und
-
7 ein
Blockdiagramm ist, das die Haüptbauteile
einer Prüfvorrichtung
gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung darstellt; und
-
8 ein
Blockdiagramm ist, das die Hauptbauteile einer Prüfvorrichtung
gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In 1 ist
eine Vorrichtung zur Untersuchung einer Photomaske 12 dargestellt,
wobei die Vorrichtung insgesamt mit 10 bezeichnet ist.
Die Ausbreitung von Lichtstrahlen ist hier nur schematisch gezeigt,
um das Verständnis
der Hauptprinzipien des Aufbaus der Vorrichtung 10 zu erleichtern.
Die Photomaske 12 hat typischerweise die Form eines polierten
transparenten Substrats, das eine obere Fläche 12a bzw. eine
untere Fläche 12b umfasst.
Die obere Fläche 12a ist
mit einem Muster (nicht gezeigt) ausgebildet, das eine Vielzahl
von beabstandeten Bereichen aufweist, die von einer dünnen opaken
Schicht bedeckt sind, z. B. Chrom. Mit anderen Worten, die Fläche 12a ist
mit transparenten und opaken Bereichen ausgebildet. Die Photomaske 12 wird
an ihrem Umfangsbereich auf einem Rahmen 14 gehalten, der für eine Verschiebebewegung
entlang zueinander orthogonaler Achsen x und y angeordnet ist. Alternativ kann
eine aus einem transparenten Material gebildete Verschiebebasis
für denselben
Zweck verwendet werden, die Photomaske 12 in einer Prüfebene gleitend
so zu verschieben, dass ein Beleuchtungszugang zu der unteren Fläche 12b vorgesehen
ist.
-
Die Vorrichtung 10 umfasst
eine Beleuchtungsbaugruppe, die insgesamt mit 16 bezeichnet
ist und an der Oberseite der Photomaske 12 befestigt ist,
um deren obere Fläche 12a zu
beleuchten. Die Baugruppe 16 umfasst eine Lichtquelle 18,
die einen Lichtstrahl 18a erzeugt, und ein optisches System 20, das
in dem Strahlengang des Strahls 18a angeordnet ist. Das
optische Sysstem 20 umfasst eine anamorphotische Optik 22,
die typischerweise eine zylindrische Linse oder eine Vielzahl solcher
Linsen aufweist, die nicht im Einzelnen gezeigt sind, einen Strahlenteiler 24 und
eine Objektivlinse 26. Alle diese Bauteile des optischen
Systems 20 sind an sich bekannt und brauchen deshalb nicht
genauer beschrieben zu werden; es ist nur anzumerken, dass sie es ermöglichen,
dass der Strahl 18a eine gewünschte Form annimmt und auf
die Photomaske 12 fokussiert wird. Wie gezeigt beleuchtet
der Strahl 18a einen Streifen Sr der
oberen Fläche 12a.
-
Weiterhin ist eine Beleuchtungs-Baugruppe vorgesehen,
die insgesamt mit 28 bezeichnet ist und an der unteren
Seite der Photomaske 12 angeordnet ist, um deren obere Fläche 12a zu
beleuchten. Ähnlich
umfasst die Baugruppe 20 eine Lichtquelle 30, die
einen Lichtstrahl 30a erzeugt, und ein optisches System 32,
das in dem Strahlengang des Strahls 30a angeordnet ist.
Das optische System 32 umfasst eine anamorphotische Optik 34,
einen Spiegel 36 und eine Kollektivlinse 38. Der
Strahl 30a, der durch die transparente untere Fläche 12b durchgelassen
wird, beleuchtet einen Streifen St der oberen Fläche 12a. Es ist ersichtlich,
dass das Vorsehen des Spiegels 36 fakultativ ist und nur
von der Anordung der Lichtquelle 30 bezüglich der Fläche 12b abhängt.
-
Wie weiterhin schematisch in 1 und genauer in 2 dargestellt ist, trifft
der Strahl 18a auf die Fläche 12a und wird von
in dem Streifen Sr angeordneten reflektierenden
Bereichen reflektiert, falls solche Bereiche vorhanden sind, wodurch
ein reflektierter Strahl 40 erzeugt wird. Der einfallende
Strahl 30a, der durch die transparente untere Fläche 12b der
Photomaske 12 durchgelassen wird, trifft auf die obere
Fläche 12a und
wird durch transparente Bereiche in dem Streifen St, falls solche
Bereiche vorhanden sind, durchgelassen, wodurch ein durchgelassener
Strahl 42 erzeugt wird.
-
Ein optisches System 44,
das typischerweise eine Sammellinse oder eine Vielzahl solcher Linsen aufweist
(nicht gezeigt) ist an der Oberseite der Photomaske 12 angeordnet,
so dass es in dem Strahlengang sowohl des reflektierten Strahls 40 als
auch des durchgelassenen Strahls 42 liegt. Das System 44 hat eine
optische Achse OA, die als gepunktete Linie dargestellt ist. Das
System 44 richtet die Strahlen 40 und 42 auf
die Liniensensoren 46 bzw. 48, wodurch zwei geometrisch
getrennte Streifen Sr und St zu zwei abgebildeten
Linien Lr und Lt projiziert
werden. Das Bild Lr wird durch Licht gebildet,
das von dem Streifen Sr reflektiert wird,
der von dem Strahl 18a beleuchtet wird, während das
Bild Lt durch Licht gebildet wird, das durch
den beleuchteten Streifen St durchgelassen
wird. Wie in 3 genauer
gezeigt ist, ist die Anordnung so, dass sich die beleuchteten Streifen
St und St symmetrisch
bezüglich
der optischen Achse OA erstrecken, um die Bildqualität an beiden
Sensoren anzugleichen.
-
Obgleich dies nicht im Einzelnen
dargestellt ist, ist ersichtlich, dass die Abmessungen der abgebildeten
Linien Lr und Lt von
dem Gesichtsfeld jedes der Sensoren 46 und 48 bestimmt
werden und wesentlich kleiner sind als die der Streifen Sr und St. Die Sensoren 46 und 48 sind
von einer Art, die dafür
vorgesehen ist, Lichtsignale zu empfangen und diesen entsprechende
elektrische Ausgangssignale zu erzeugen, wie z. B. eine herkömmliche
Linien-CCD-Kamera.
-
4 stellt
die Intensitätsverteilungen
der Strahlen 40 und 42 dar, die die Form zweier
Lappen 50 bzw. 52 haben. Der Abstand zwischen
den zwei beleuchteten Streifen Sr und St
ist so angeordnet, dass ein Überlappungsbereich 54 minimiert
wird, wodurch eine Interferenz zwischen den zwei Bildern reduziert
wird.
-
Wie in 1 dargestellt,
ist mit den Sensoren 46 und 48 ein Prozessor 56 verbunden,
der die elektrischen Ausgangssignale der Sensoren 46 und 48 empfängt. Der
Prozessor 56 wird von geeigneter Software betrieben, die
eine Bildverarbeitungstechnik ausführt, durch die die abgebildeten
Linien Lr und Lt analysiert
werden können,
indem die elektrischen Ausgangssignale miteinander verglichen werden, und
durch die Informationen zur Verfügung
gestellt werden können,
die Fehler auf der Photomaske 12 anzeigen, falls Fehler
vorhanden sind. Die elektrischen Ausgangssignale können auch
mit entsprechenden Referenzdaten verglichen werden, die in einer
Datenbank des Prozessors 56 gespeichert werden können oder
von einer anderen Photomaske oder einem anderen Teil derselben untersuchten Photomaske
stammen können.
Der Aufbau und der Betrieb des Prozessors 56 sind nicht
Teil der Erfindung und brauchen deshalb nicht genauer beschrieben
zu werden. Die Informationen, die von dem Bildprozessor 56 erzeugt
werden, werden einer Computereinrichtung 58 zugeleitet
und auf deren Bildschirm 58a dargestellt.
-
Obgleich dies nicht speziell dargestellt
ist, können
alternativ der Prozessor 56 und die Computereinrichtung 58 zu
einer einteiligen Einheit kombiniert werden. Die Lichtquellen 18 und 30 können durch
eine einzige Lichtquelle ersetzt werden, um einen Strahlungsstrahl
zu erzeugen, wobei in diesem Fall der erzeugte Strahl durch einen
Strahlenteiler auf die untersuchte Photomaske gerichtet wird, so
dass er in zwei getrennte Strahlen aufgeteilt wird, um die Photomaske
von gegenüberliegenden
Seiten zu beleuchten.
-
Der Betrieb der Vorrichtung 10 wird
nun unter Bezugnahme auf 5a–5f beschrieben, die teilweise
Bilder der oberen Fläche 12a der
Photomaske 12 während
der Untersuchung darstellen. Zunächst
werden zwei Streifen auf die oben beschriebene Art gleichzeitig
beleuchtet (nicht gezeigt), und zwei Linien Lr1 und
Lt1 werden abgebildet. Die Linien Lr1 und Lt1 sind identisch,
haben die gleiche Breite a und Länge
b und fluchten in zueinander beabstandetem, parallelem Verhältnis entlang
der y-Achse. Ein Raum d zwischen den Linien Lr1 und
Lt1 ist wie folgt definiert: d = n a (1)wobei n eine
ganze Zahl n ≥ 1
ist, die bei diesem Beispiel gleich 1 ist.
-
Bei einer folgenden Betriebsphase
bewegt der Halterahmen 14 die Photomaske um einen vorher
bestimmten Schritt H1 in einer Richtung
D1 entlang der Achse y, wobei dieser Schritt
die folgende Bedingung erfüllt: H1 =
n1a (2)wobei
n1 eine ganze Zahl n1 ≥ 1 ist, die
bei diesem Beispiel gleich 1 ist. Ein weiteres Paar Linien Lr2 und Lt2 wird von
den Sensoren 46 bzw. 48 abgebildet, und entsprechende
elektrische Ausgangssignale werden dem Prozessor 56 zugeleitet.
Währenddessen
führt die
Verschiebebewegung des Rahmens 14 in der Richtung D1 zu einer weiteren Verschiebung der Photomaske
um denselben Schritt H1 und ein Paar Linien Lr3 und Lt3 wird abgebildet.
Wie deutlich aus 5c zu
erkennen ist, fallen die Linien Lt1 und
Lr3 zusammen, was bedeutet, dass der entsprechende
Streifen der Fläche 12a nun
sequenziell von den Strahlen 30a und 18a beleuchtet
wurde. 5d und 5e stellen in selbsterklärender Weise
den sequenziellen Anstieg der Zahl dieser abgebildeten Linien entsprechend den
Streifen, die von beiden Strahlen der einfallenden Strahlung beleuchtet
werden, dar.
-
Daher wird eine insgesamt mit Bi bezeichnete Scheibe der Fläche 12a Streifen
für Streifen
untersucht, indem die Photomaske 12 Schritt für Schritt
in die Richtung D1 entlang der Achse y verschoben wird.
Der Beginn der Untersuchung wird so bestimmt, dass die Linien Lr'-Lr'' und Lt'-Lt'', die diesen Streifen entsprechen, die
von einem der Strahlen 18a bzw. 30a beleuchtet
werden, zu einem so genannten „Rand"-Bereich, d. h. nicht
gemusterten Bereich der Fläche 12a gehören.
-
Um eine angrenzende Scheibe Bi+1 der Fläche 12a zu untersuchen,
wird der verschiebbare Rahmen 14 um einen vorher bestimmten
Schritt H2 in eine Richtung D2 entlang
der Achse x bewegt, wobei der Schritt H2 wie
folgt definiert ist: H2 = b (3)
-
Danach wird die Photomaske 12 Schritt
für Schritt
um denselben Abstand H1 in einer Richtung
D3 entlang der Achse y verschoben. Wie gezeigt,
sind bei dem Paar gleichzeitig abgebildeten Linien Lr und Lt der Scheibe Bi+1 das „reflektierte" und das „durchgelassene" Bild in umgekehrter
Beziehung bezüglich der
Richtung der Verschiebung der Photomaske angeordnet, im Vergleich
zu der Beziehung des Paars gleichzeitig abgebildeter Linien Lr1 und Lt1 der Scheibe
Bi. Zu diesem Zweck wird der Bildprozessor 56 mit einer
geeigneten Software zum Steuern seines Betriebs versehen, um die
entsprechenden Änderungen der
Bewegungsrichtung der Photomaske 12 zu berücksichtigen.
Obgleich dies nicht im Einzelnen gezeigt ist, können zusätzlich optische Sensoren in
geeigneter Weise an beiden Seiten des Rahmens 14 angeordnet
sein.
-
Es ist wichtig, dass, wenn ein Paar
Zeitverzögerungs-Integrations-(TDI)-Sensoren
als Bildsensoren 46 und 48 verwendet wird, diese
von der so genannten „bidirektionalen" Art sein sollten.
Aufbau und Betrieb eines solchen „bidirektionalen" TDI-Sensors sind
an sich bekannt und sind nicht Teil der Erfindung.
-
In 6a und 6b sind die abgebildeten
Linien Lt1 und Lr3 genauer
dargestellt, die demselben beleuchteten Streifen auf der Fläche 12a entsprechen, wobei
dieser Streifen sequenziell von den Strahlen 30a und 18a beleuchtet
wird. Es wird angenommen, dass der Abschnitt der oberen Fläche in dem
beleuchteten Streifen sowohl transparente als auch opake Bereiche
umfasst, die insgesamt mit 60 und 62 bezeichnet
sind, und dass Fremdpartikel 64 und 66 in dem
transparenten Bereich 60 bzw. dem opaken Bereich 62 vorhanden
sind. Wie deutlich gezeigt ist, haben der transparente Bereich 62 und
der opake Bereich 64 die Form eines hellen bzw. dunklen
Bereichs in dem „durchgelassenen" Bild Lt1 (6a), während sie in dem „reflektierten" Bild Lr3 die
Form eines dunklen bzw. hellen Bereichs haben (6b). Bezüglich der Fremdpartikel ist
bekannt, dass eine Oberfläche eines
solchen Partikels nicht spiegelartig ist, und dass dementsprechend
von dem Partikel zurückgeworfenes
Licht unregelmäßig reflektiertes,
gestreutes Licht ist. Deshalb zeigen sowohl der durchgelassene Strahl 40 und
der reflektierte Strahl 42 das Vorhandensein des Partikels 64 an,
der in dem transparenten Bereich vorhanden ist. Der Partikel 64 erscheint als
Lichtabfall, d. h. als dunkler Punkt auf dem hellen Hintergrund 60 in
dem „durchgelassenen" Bild Lt1 und
als hellerer Punkt auf dem dunklen Hintergrund 60 in dem „reflektierten" Bild Lr3.
Das Vorhandensein des Partikels 66, der in dem opaken Bereich 62 vorhanden
ist, kann nur durch den reflektierten Strahl 40 erfasst
werden und erscheint als trüberer
Punkt auf dem hellen Hintergrund in dem „reflektierten" Bild Lr3.
-
Es ist ebenfalls zu beachten, dass,
wenn die Ebene identifiziert wird, auf der der Partikel 64 vorhanden
ist, nämlich
die obere oder untere Fläche
der Photomaske 12, dies erreicht werden kann, indem die
obere Fläche 12a leicht
entlang der Achse OA verschoben wird, so dass sie außerhalb
der Fokalebene liegt, und die Änderungen
in dem elektrischen Ausgangssignal erfasst werden. Obgleich dies
nicht im Einzelnen gezeigt ist, zeigen außerdem sowohl das „reflektierte" als auch das „durchgelassene" Bild solche „Fehler" wie durch gehende
Löcher
in den opaken Bereichen und fehlende Chrombeschichtung, die einen
so genannten „Breitenabweichungsfehler" darstellt, an.
-
Während
der Bewegung der Photomaske 12 entlang den Achsen x und
y, wie oben beschrieben, analysiert der Prozessor 56, dem
die von den Sensoren 46 und 48 erzeugten elektrischen
Signale kontinuierlich zugeführt
werden, diese elektrischen Signale und liefert Daten, die den Zustand
der Photomaske 12 anzeigen. Die verarbeiteten Daten können die Form
einer Liste haben, die zu jedem „Fehler" dessen Art und Koordinaten zeigen,
wobei diese Liste auf dem Bildschrim 58a gezeigt ist.
-
7 stellt
die Hauptbauteile einer Vorrichtung dar, die insgesamt mit 100 bezeichnet
ist, die gemäß einer
weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform
aufgebaut ist und betrieben wird. Die Bauteile, die bei den Vorrichtungen 10 und 100 identisch sind,
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um das Verständnis zu
erleichtern. Die Vorrichtung 100 untersucht die Photomaske 12,
die auf dem verschiebbaren Rahmen 14 gelagert ist. Zwei
Beleuchtungs-Baugruppen 116 und 128 sind vorgesehen,
um die obere Fläche 12a der
Photomaske 12 von ihren gegenüberliegenden Seiten zu beleuchten.
Die Baugruppen 116 und 128 sind insgesamt denen
der Vorrichtung 10 ähnlich,
wobei jede eine Lichtquelle zum Emittieren eines Strahls einfallender
Strahlung und ein geeignetes optisches System umfasst, das in dem
Strahlengang des emittierten Strahls angeordnet ist. Im Unterschied
zu der Vorrichtung 10 erzeugen die Lichtquellen 118 und 130 Lichtstrahlen 118a bzw. 130a mit
unterschiedlichen Wellenlängen λ1 und λ2.
Der Strahl 118a wird durch das optische System 20 auf
die Fläche 12a gerichtet,
so dass er einen Streifen Srt beleuchtet
und von opaken Bereichen reflektiert wird, falls solche vorhanden
sind, wobei ein reflektierter Strahl 140 erzeugt wird.
Der Lichtstrahl 130a wiederum verläuft durch das optische System 32,
um auf die Fläche 12a aufzutreffen
und denselben Streifen Srt zu beleuchten,
wobei ein durchgelassener Strahl 142 erzeugt wird. Der
reflektierte Strahl 140 und der durchgelassene Strahl 142 werden durch
ein optisches System 144 auf die Bildsensoren 46 bzw. 48 projiziert.
Zu diesem Zweck umfasst das System 144 zusätzlich zu
der Sammellinse 44 einen dichroitischen Strahlenteiler 145.
Der dichroitische Strahlenteiler ist eine bekannte farbselektive
Vorrichtung, die häufig
verwendet wird, um ein bestimmtes Band von Spektralstrahlung durchzulassen
und alle anderen zu reflektieren.
-
Obwohl es nicht im Einzelnen dargestellt
ist, ist es ohne Weiteres zu verstehen, dass der Betrieb der Vorrichtung 100 insgesamt ähnlich dem
der Vorrichtung 10 ist. Jeder beleuchtete Streifen Srt wird durch das optische System 144 zu
zwei abgebildeten Linien (nicht gezeigt) projiziert. Die Photomaske 12 wird
sequenziell entlang der Achse y um einen vorher bestimmten Schritt
verschoben. Dieser Schritt ist vorzugsweise gleich der Breite der
abgebildeten Linie, um einerseits ein Überlappen zwischen den Bildern zu
vermeiden und andererseits die Untersuchung zu beschleunigen. Bei
der Untersuchung einer Scheibe der Photomaske wird diese entlang
der Achse x um einen bestimmten Schritt verschoben, der vorzugsweise
gleich der Länge
der abgebildeten Linie ist.
-
In 8 ist
eine Vorrichtung 200 dargestellt, die gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung aufgebaut ist und betrieben wird. In ähnlicher Weise
sind die Bauteile, die bei den oben beschriebenen Ausführungsformen
und der Vorrichtung 200 identisch sind, mit den gleichen
Bezugszeichen bezeichnet. Die Vorrichtung 200 kann einen
Streifen S der oberen Fläche 12a der
Photomaske 12 durch zwei Strahlen einfallender Strahlung 218a und 230a mit
unterschiedlichen Polarisationen beleuchten. Zu diesem Zweck umfassen
die optischen Systeme 220 und 232 Strahlen-Polarisationsvorrichtungen 234 und 236,
die in den Strahlengängen
der Strahlen 218a bzw. 230a angeordnet sind. Alternativ
kann jede der Lichtquellen 218 und 230 von einer
Art sein, die für
die Erzeugung eines polarisierten Lichtstrahls vorgesehen ist. Daher
sind der reflektierte Strahl 240 und der durchgelassene
Strahl 242 von unterschiedlicher Polarisation. Der dichroitische
Strahlenteiler 145 aus 7 ist
durch eine Strahlen-Polarisationsvorrichtung 245 von einer
Art ersetzt, die die unterschiedlichen Polarisationen teilen kann.
Solche Strahlen-Polarisationsvorrichtungen sind bekannt und umfassen
typischerweise ein polarisationsempfindliches Medium, z. B. in Form
einer doppelbrechenden Zelle oder eines vielschichtigen dielektrischen
Aufbaus. Die Lichtkomponente, die von einem Fremdpartikel zurückgeworfen
wird, der in dem opaken Bereich der oberen Fläche der Photomaske vorhanden
ist, ist aufgrund von Reflektions- und Beugungseffekten ein depolarisiertes,
gestreutes Vorwärtslicht.
Dies vergrößert den
Kontrast des Erscheinens der Partikel auf dem hellen Hintergrund
in dem „reflektierten" Bild.
-
Dem Fachmann wird ohne Weiteres klar sein,
dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen an den bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung, wie sie bisher genannt wurden, vorgenommen werden
können,
ohne von deren Schutzbereich, wie in den beigefügten Patentansprüchen und durch
diese definiert, abzuweichen. Bei den folgenden Verfahrensansprüchen dienen
Buchstaben/Zahlen, die verwendet werden, um Schritte in den Patentansprüchen zu
bezeichnen, nur dem besseren Verständnis und bedeuten keine bestimmte
Ordnung, in der die Schritte ausgeführt werden.